(57)【要約】【課題】  タービンエンジンの渦スワールを抑制するための装置及び方法を提供する。【解決手段】  流れ渦スポイラ（１００）はオイルサンプ（３２）を含み、加圧空気流（９０）は、サンプ加圧キャビティ（７１）を通ってオイルサンプの周りを移動し、キャビティは入口（７３）を有し、円周プレート（１０１）は、加圧キャビティの一部を横切って入口の近くに配置される。円周プレートは、サンプ加圧キャビティの入口に配置される。円周プレートは、狭い間隔で配置された複数の開口（１０４）を有する。加圧空気は、半径方向成分（９１）及び接線方向成分（９３）を有し、円周プレート及び狭い間隔で配置された複数の開口は、加圧空気の接線方向成分を実質的に低減し、さらに渦スポイラは、加圧キャビティ内での過剰な圧力変化を阻止しかつオイルサンプの近くのシール（６８、７０）におけるオイル漏洩を阻止する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイルサンプ（３２）と、
円周プレート（１０１）と、
を備える、第１の位置と第２の位置との間の圧力を均一にするための流れ渦スポイラ（１００）であって、
加圧空気流（９０）は、前記オイルサンプの周りを少なくとも１つのサンプ加圧キャビティ（７１）を通って移動し、前記キャビティは入口（７３）を有し、
前記円周プレートは、前記サンプ加圧キャビティへの前記入口に配置され、
前記円周プレートは、複数の相隔たる開口（１０４）を有し、
前記加圧空気流は、半径方向成分（９１）及び接線方向成分（９３）を有し、
前記円周プレート及び前記複数の相隔たる開口は、前記加圧空気流に衝突して、前記加圧空気流の前記接線方向成分を実質的に低減し、
前記渦スポイラは、前記加圧キャビティ内部の過剰な圧力変化を阻止し、前記第１の位置及び前記第２の位置での前記オイルサンプに隣接する前方及び後方サンプシール（６８、７０）でのオイル漏洩を阻止する、流れ渦スポイラ。
【請求項２】
前記円周プレートは固定されている、請求項１に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項３】
前記複数の開口の各々は、前記加圧空気流の接線方向成分を実質的に低減するような直径（１２０）に対する長さ（１２２）の比率を有する、請求項１に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項４】
前記直径に対する長さの比率は、前記加圧空気流の前記接線方向成分及び前記半径方向成分に基づく、請求項３に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項５】
前記加圧空気流は、前記開口の側壁（１０５）に衝突して、該加圧空気流の前記接線方向成分を低減しかつ渦形成を低減するようになっている、請求項３に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項６】
オイルの漏洩は、前記後方サンプシールにおいて低減される、請求項１に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項７】
前記後方サンプシールでの圧力逆転は、前記加圧空気流の前記接線方向成分の低減によって制限される、請求項６に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項８】
前記加圧空気流の接線方向成分は、前記加圧空気流のスワールを引き起こす、請求項１に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項９】
前記開口の各々は、主軸（１１２）を有する、請求項１に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項１０】
前記主軸は、完全に半径方向である、請求項１０に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項１１】
前記主軸は、エンジン軸（２６）に対して非直交の角度をなす、請求項１０に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項１２】
前記開口は、複数の横列（１１８）及び縦列（１１６）を定める、請求項１に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項１３】
第１の縦列（１１６）の開口は、軸方向に隣接した第２の縦列（１１６）の開口から円周方向にオフセットしている、請求項１３に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項１４】
前記第１の縦列の前記開口の中心は、前記第２の縦列の前記開口から０度から９０度の範囲で配置される、請求項１４に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項１５】
前記開口は、ランダムな間隔を有する、請求項１に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項１６】
前記開口は、様々な形状を有する、請求項１に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項１７】
前記開口は、一定の形状を有する、請求項１に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項１８】
前記円周プレートは、少なくとも回転防止特徴部をさらに有する、請求項１に記載の流れ渦スポイラ。
【請求項１９】
前記回転防止特徴部は、前記プレートの端部（１０８）に沿ったタブ（１１４）を備える、請求項１に記載の流れ渦スポイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、一般に、タービンエンジンの渦スワールを抑制するための装置及び方法に関する。より具体的には、限定されるものではないが、本実施形態は、タービンエンジン内のオイルサンプの周りに広がるサンプ加圧キャビティにおける渦スワールを抑制する流れ渦スポイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンにおいて、空気は、圧縮機で加圧され、燃焼器で燃料と混合されて高温燃焼ガスを発生するようになっており、この高温燃焼ガスは１又は２以上のタービン段を通って下流に流れる。これらのタービン段は、燃焼ガスからエネルギを抽出する。高圧タービンは、第１段ステータノズルと、ディスク及び複数のタービンブレードを含むロータ組立体とを含む。高圧タービンは、最初に燃焼器から高温燃焼ガスを受け入れ、燃焼ガスを、高圧タービンの第１のロータディスクから半径方向外向きに延びるロータブレード列を通って下流に向ける第１段ステータノズルを含む。２段タービンにおいて、第２段ステータノズルは、第１段ブレードの下流に配置され、同様に第２のロータディスクから半径方向外向きに延びる第２段タービンブレード列が続く。ステータノズルは、隣接する下流タービンブレードでの抽出を最大化する方法で高温燃焼ガスを転向させる。
【０００３】
第１及び第２のロータディスクは、作動時に圧縮機に動力を供給するために対応する高圧シャフトによって高圧圧縮機に連結される。ノズルは、各回転ブレードの間でエンジン軸方向に間隔を置いて設けられた一般にベーンと呼ばれる静止翼形部を含む。多段低圧タービンは、多段高圧タービンの後に続き、典型的に第２の低圧シャフトによって圧縮機の上流に配置されたファンに連結される。第２の低圧シャフトは、第１の高圧シャフトに結合することができる。
【０００４】
燃焼ガスはタービン段を通って下流に流れる際にエネルギが抽出され、燃焼ガスの圧力が低下する。燃焼ガスは、圧縮機に動力を供給するために、並びに発電及び船舶用途でタービン出力シャフトに動力を供給するために使用され、又は航空機用途で推力を提供するために使用される。このようにして、燃料エネルギは、回転シャフトの機械エネルギに変換され、圧縮機に動力を供給してプロセスを継続するのに必要な圧縮空気を供給する。
【０００５】
タービンエンジンの回転時において、エンジン内を移動する空気の渦スワールを最小にするか又は除去することが望ましい場合がある。空気は、エンジン内の場所によって決まる流れを構成する種々のベクトル成分を有することができる。例えば、半径方向に移動する空気は、エンジン内の構成要素の回転に起因して、接線成分を有することができる。この接線成分は渦又はスワールをもたらす。さもなければ、非旋回流体流れにおいて、これらの渦流の生成は、著しい圧力降下又は圧力上昇を引き起こす場合があり、極めて望ましくない。
【０００６】
オイルサンプとの関連において、サンプの内部から外部へのオイル漏洩を阻止するために最小圧力差を利用する。例えば、サンプの周りを移動する加圧空気は、シールの外側に圧力を加え、サンプ内部からのシールを横切るオイル漏洩を阻止する。サンプの周りの圧力差が非常に高く、つまり圧力の降下又は上昇が非常に大きく、１つのシールの外側に圧力が他の１又は複数のシールの外側の圧力に比べて非常に低い場合、シールのオイル漏洩阻止特性が損なわれる可能性がある。本開示に用いる場合、「サンプの周りの圧力差」は、個々のサンプに関する全てのオイルシールの乾燥側の空気圧力の最大差圧を指す。従って、サンプの周りを移動する加圧空気の渦流は、サンプの周りで所望の圧力差を維持する性能に悪影響を及ぼす場合がある。
【０００７】
前述から分かるように、オイルサンプの周りの圧力差の量を制限するニーズがある。加えて、望ましくない圧力変化及びこれに関連する問題を引き起こす場合がある流路内の渦の作用を制限するニーズがある。
【０００８】
本明細書で挙げられた何れかの引例及びその何らかの説明又は検討を含む、本明細書のこの背景技術の段落において含まれる情報は、技術的な参照の目的で含められ、本発明の範囲が制限されることになる主題とみなすべきではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許公開番号２００６／１２３７９５明細書
【発明の概要】
【００１０】
本実施形態は、オイルサンプ及び渦持ち込みに起因するオイルシール上流の圧力上昇の阻止に関する。加圧空気流は、流れ渦スポイラを通って送られて、渦流の接線方向成分を除外されなかった場合は実質的に低減させることで渦スワールの量を減少させるようになっている。渦スポイラは、離間配列で配置された相隔たる複数の開口を有する概して円周プレートである。加圧空気流が各開口を通過する際に、流れの接線方向成分は、開口の壁に衝突するので、流れの接線方向成分が低減して、結果的に単なる半径方向の流れ方向がもたらされる。加えて、渦スポイラの特性によって過剰な圧力損失も制御される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、流れ渦スポイラは、オイルサンプを備え、オイルサンプの周りの加圧空気流はサンプ加圧キャビティを通り、キャビティは入口を有し、円周プレートは、加圧キャビティの一部を横切って入口の近くに配置される。円周プレートは、サンプ加圧キャビティへの入口に配置される。円周プレートは、狭い間隔で配置された複数の開口を有する。加圧空気は、半径方向成分及び接線方向成分を有し、円周プレート及び狭い間隔で配置された複数の開口は、加圧空気の接線方向成分を実質的に低減し、さらに渦スポイラは、加圧キャビティ内での過剰な圧力変化を阻止し、第１の位置及び第２の位置でのオイルサンプの近くの前方及び後方サンプシールにおけるオイル漏洩を阻止する。
【００１２】
この発明の概要は、発明を実施するための形態において以下で更に説明される概念の中から選択された内容を簡易的な形態で紹介するために提供される。本概要は、請求項に記載された主題の主要な特徴又は基本的特徴を確認することを意図しておらず、更に、請求項に記載された主題の範囲を限定するのに使用されるものでもない。上記で概説した特徴の全ては、単に例証として理解すべきであり、本発明のより多くの特徴及び対象物が、本明細書の開示から得ることができる。従って、この発明の概要の非限定的な解釈は、本明細書、請求項、これらと共に含まれる図面全体をより詳細に読むことなく理解されるはずである。本発明の特徴、詳細事項、有用性、及び利点の更に広範囲の表現は、本発明の種々の実施形態に関する以下の明細書において提供され、添付図面において例示され、添付の特許請求の範囲において定義される。
【００１３】
本発明の上述した及び他の特徴及び利点、並びにこれらを実現する方法は、添付図面と共に以下の実施形態の説明を参照することによって明らかになり、流れ渦スポイラがより良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ガスタービンエンジンの断面図。
【図２】タービン内部のオイルサンプ及び加圧キャビティの側面図。
【図３】例示的な流れ渦スポイラを含む加圧キャビティの入口領域の詳細な側断面図。
【図４】例示的な流れ渦スポイラの等角図。
【図５】流れ渦スポイラの一部の上面図。
【図６】加圧空気を各成分で示した直径に対する長さの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、その１つ又はそれ以上の実施例を図面に示している実施形態について詳細に説明する。各実施例は、開示される実施形態の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、修正形態及び変形形態を本実施形態において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、このような修正形態及び変形形態を添付の請求項及びその均等物の範囲内にあるものとして保護することが意図される。
【００１６】
本明細書に使用され、他の箇所に関連して特に言及されない場合、用語「軸方向」又は「軸方向に」とは、エンジンの長手方向軸線に沿った寸法を意味する。「軸方向」及び「軸方向に」と併せて使用される用語「前方」とは、エンジン軸に平行な方向でエンジン入口の近くに移動していることを意味する。「軸方向」及び「軸方向に」と併せて使用される用語「後方」とは、エンジン軸に平行な方向でエンジン出口の近くに移動していることを意味する。本明細書で使用される用語「半径方向」及び「半径方向に」とは、エンジンの長手方向軸線とエンジン外周との間に延びる寸法を意味する。
【００１７】
全ての方向性の言及（例えば、半径方向、軸方向、近位、遠位、上側、下側、上向き、下向き、左、右、横、前、後、上部、底部、上方、下方、垂直、水平、時計回り、反時計回り、正接、円周）は、読み手の本発明の理解を助けるために識別の目的で使用しているに過ぎず、特に位置、向き、又は本発明の用途に関して限定するものではない。接続に関する言及（例えば、取り付け、結合、接続、及び接合）は、広義に解釈すべきであり、別途指示されていない限り、一群の要素間の中間部材及び要素間の相対移動を含むことができる。従って、接続に関する言及は、必ずしも２つの要素が互いに固定関係で直接接続されることを示唆するものではない。例示的な図面は、単に例証の目的のものであり、本明細書に添付される図面中に示されている寸法、位置、順序及び相対サイズは変えることができる。
【００１８】
図１−６を参照すると、種々の実施形態は、オイルサンプを横切る最小圧力差を維持する流れ渦スポイラの装置及び方法を表す。本実施形態は、例えば、航空、発電、工業、又は船舶用途といった、燃焼器が燃料を燃やして高圧タービンに高温燃焼ガスを吐出するガスタービンエンジンに適用される。本構造及び方法は、高速タービンシャフトに関するオイルサンプを横切る圧力をバランスさせることを助け、特に、オイルサンプに関するオイルシール上流の空気の渦の持ち込みに起因する圧力上昇を制限するが、著しい圧力損失を阻止する。本開示は、通気又非通気オイルサンプ構成に適用できる。図示の特定の実施形態は、サンプ加圧キャビティの内部の渦スワールを低減するが、さもなければ、一方のシールの他方のシールに対する静圧が高くなる。その結果、オイルシールでのオイル漏洩が減る。
【００１９】
最初に図１を参照すると、エンジン入口端部１２、高圧圧縮機１４、燃焼器１６、及び多段高圧タービン１８を有するガスタービンエンジン１０の概略側断面図が示されている。ガスタービンエンジン１０は、航空、発電、工業、又は船舶等に利用することができる。ガスタービンエンジン１０はエンジン軸２６に関して軸対称であり、各構成要素はエンジン軸の周りを回転する。用途に応じて、エンジン入口端部１２にファン１５を設けることができ、これに低圧圧縮機１７及び高圧圧縮機１４が続く。作動時、空気は、ガスタービンエンジン１０のエンジン入口端部１２を通って流入し、少なくとも１つの圧縮段を通って移動し、空気圧力が増大されて燃焼器１６に案内される。圧縮空気は、燃料と混合されて燃焼して高温燃焼ガスをもたらし、この燃焼ガスは高圧タービン１８に向かって流出する。高圧タービン１８において、高温燃焼ガスからエネルギが抽出されて、タービンブレード及び高圧タービンシャフト２４を回転させる。高圧タービンシャフト２４は、ガスタービンエンジン１０の前方に延びて高圧圧縮機１４を回転させる。
【００２０】
第２の低圧タービンシャフト２８は、低圧タービン２１に結合し、中空の高圧タービンシャフト２４を貫通して、高圧タービンシャフト２４とは無関係に回転することができる。低圧タービンシャフト２８は、低圧タービン２１から低圧圧縮機１７まで延びて、ガスタービンエンジン１０の構成要素を作動させる。軸対称シャフト２４、２８は、前端と後端との間でガスタービンエンジン１０を貫通して延びかつシャフト構造体の長さに沿ってベアリング支持される。作動時、シャフト２４、２８は、シャフトに結合されたタービン１８、２１の回転組立体等の他の構造体と一緒に回転して、発電及び工業又は航空分野で使用される種々の形式のガスタービンエンジンの出力を生成するようになっている。
【００２１】
ベアリングは、オイルサンプ内で機能して高速回転時に各部品を冷却する。回転部品及びその周りの流体漏洩によって著しく燃料消費量が増え、エンジン効率が低下し、さらにガスタービンエンジン１０に関する望ましくない作動パラメータにつながる場合がある。加えて、タービン及び圧縮機吐出領域内の燃焼ガスといった高圧ガスは高圧領域から低圧領域に漏洩する場合があり、この漏洩を制御することが好ましい。このような漏洩の制御又は阻止は、例えば、異なる圧力の各領域の間に設けられたラビリンスシール及びブラシシールを含む種々の方法で行われる。しかしながら、経時的に、高圧及び高温領域に曝されるとシールの有効性が損なわれる可能性がある。
【００２２】
ガスタービンエンジンにおいて、１又は２以上の回転部品を含むことができる容積部を隔絶することが必要とされるか又は望まれる場合が多く、その目的は、オイル等の流体を閉じ込めて、この流体が隣接する領域に流入するか又はこの容積部から流出するのを防ぐことにある。例えば、ガスタービンエンジンにおいて、シャフトベアリングに関連する液体潤滑剤を、ベアリングを囲む容積部、例えばサンプに閉じ込めてサンプから流体量又はオイル量が漏洩するのを防ぐ必要がある。オイルサンプ構造体において、加圧空気が利用され、加圧空気は、シールを加圧して漏洩を阻止すると共にオイル又は作動構成要素を冷却するためにサンプ領域の周り又はその中を通過する。
【００２３】
通気又は非通気オイルサンプは、ラビリンスタイプ、カーボンタイプ、又は他のタイプを含む複数のオイルシールを有し、サンプの周り及び各オイルシール間の最小圧力差に依存して漏洩を阻止する。サンプの周りの圧力差が大きすぎる場合、ここで、前記で定義したように「サンプの周りの圧力差」は、個々のサンプの全てのオイルシールのドライ側での空気圧力の最大差を意味し、シールは適切に機能せず望ましくない。
【００２４】
ここで図２を参照すると、例示的なオイルサンプ３２の側面図が示されている。ガスタービンエンジン１０の後方領域には、半径方向内側つまり低圧タービンシャフト２８、及び半径方向外側シャフトつまり高圧タービンシャフト２４の回転を可能にするベアリングを提供する、１又は２以上のサンプを配置することができる。高圧タービンシャフト２４は、高圧タービン１８と高圧圧縮機１４（図１）を相互接続するが、内側低圧シャフト２８は、低圧圧縮機１７（図１）と低圧タービン２１（図１）を相互接続する。ガスタービンエンジン１０の作動時、両シャフト２４、２８は互いに異なる速度で回転することになる。さらに、両シャフト２４、２８は、同じ方向又は異なる方向に回転することができる。
【００２５】
図面の左側では、高圧タービン１８は、中心線エンジン軸２６の周りに延びると共にその周りを回転する高圧タービンシャフト２４に結合したロータ組立体２２で表されている。また、高圧タービンシャフト２４の半径方向下部には低圧タービンシャフト２８が示されており、同様にエンジン軸２６の周りを回転するようになっている。
【００２６】
ロータ組立体２２の軸方向後方には、オイルサンプハウジングがあり、これは複数の構造部材３４、３６、３８、４０、４２、４４及び６６で規定される。これらの部材は概してオイルサンプ３２を規定し、オイル容積部が収容され、サンプ加圧キャビティ７１は、加圧流路７２、４６及び６２を備える。加圧流路７２、４６、及び６２は、オイルサンプ３２の周りの加圧空気流９０のための経路に相当する。図示の実施形態において、オイルサンプ３２は、高圧タービンシャフト２４の上側に設けられ、オイルは、少なくとも１つのシャフトベアリング組立体８０の冷却及び潤滑のためにオイルサンプ３２の内部に貯蔵される。オイルサンプ３２の周りにはサンプ加圧キャビティ７１が広がっており、サンプ加圧キャビティ７１は、オイルサンプ３２を囲む加圧流路７２、４６及び６２で定められ、この中を通って加圧空気流９０がサンプシール６８、７０に供給される。構造部材３８には、下面に沿って配置された摩擦ストリップ５２を有するサンプ前方空気シールランド５０が従属する。サンプ前方空気ラビリンスシール５４は、サンプ前方空気シールランド５０の真下で摩擦ストリップ５２に係合する。ラビリンスシール５４は、半径方向上向きに延びて摩擦ストリップ５２と係合してシールをもたらす複数のシール歯を含む。低圧経路５８は、ラビリンスシール５４の軸方向後方でアーム５６に沿って半径方向内向きに延びる。
【００２７】
ウィンデージシールド６０の軸方向後方にはバイパス加圧流路６２がある。ウィンデージシールド６０の真下には、単一歯シール又は加圧歯６４がある。加圧歯６４は、低圧経路５８に対するシールを形成し、強制渦が引き起こされる低圧経路５８内の空気が加圧歯６４の後方側の圧力を低下させるのを阻止する。加圧歯６４の後方には例えばラビリンスシールであるサンプシール６８があり、これは、オイルサンプ３２の前方シールを定める。例えばカーボンシールである後方サンプシール７０は、オイルサンプ３２の反対側のシールを定める。オイルサンプ３２の内部には、例えばローラーベアリング組立体であるベアリング組立体８０がある。
【００２８】
加圧歯６４は、ウィンデージシールド６０の前方側の渦に関連する圧力降下が加圧歯６４の後方側の圧力に影響するのを制限する。これは、加圧空気流９０が回転ラビリンスシール５４及びアーム５６の近くを移動する場合、加圧流路６２の下流のより規制された圧力損失につながる。
【００２９】
空気渦は、内半径よりも外半径において高い圧力を呈することになるので、空気流は、渦を通って小さな半径から大きな半径に流れる場合には圧力が上昇し、渦を通って大きな半径から小さな半径に流れる場合には圧力が降下することになる。
【００３０】
図面に示すように、加圧空気流９０は、オイルサンプ３２後方の加圧流路７２において半径方向上向きにサンプ加圧キャビティ７１の中に移動する。加圧空気流９０は、加圧流路７２を通りかつ構造部材４０の開口を通って上向きに移動し、説明目的で、ガスタービンエンジン１０の軸方向に対して前方に向きを変え、加圧流路４６を通る。構造部材４２において、加圧空気流９０は、構造部材６６を通過して、ウィンデージシールド６０の後方側に沿って延びるバイパス加圧流路６２を通って下向きに移動する。その結果、低圧経路５８内の回転によって引き起こされた渦は、ウィンデージシールド６０によって、バイパス加圧流路６２を通って移動する加圧空気流９０から実質的に分離される。
【００３１】
図面に示すように、後方サンプシール７０の近くの圧力と前方サンプシール６８の圧力がほぼ等しいこと、又は前方サンプシール６８の圧力が後方サンプシール７０の圧力よりも僅かに低いことが望ましい。前方サンプシール６８において後方に移動する加圧空気流９０は、オイルが後方から前方方向にオイルサンプ３２から出て行くのを妨げる障壁をもたらす。前方サンプシール６８の近くには阻止歯シール７４がある。これは２つの機能をもたらす。第１に、前方サンプシール６８は、オイルが後方から前方方向に漏洩するのを阻止する。第２に、前方サンプシール６８は、阻止歯シール７４の先端上に高速空気インパルスをもたらし、オイルが前方サンプシール６８の前方で漏洩するのをさらに阻止する。当該渦スポイラ１００の実装前の渦の持ち込みに起因する場合のように、加圧流路７２の圧力が高くなると、下流シール７４、６８での圧力が上流の後方サンプシール７０での圧力よりも高くなる可能性があり、これによりオイルがオイルサンプ３２から後方サンプシール７０を横切って漏洩する場合がある。従って、本実施形態の目的は、サンプ３２を横切る圧力差を最小にして、後方サンプシール７０での圧力が前方サンプシール６８での圧力よりも僅かに大きくなることを保証して、結果的に適切なシール性能を保証しかつシール６８、７０を横切ってオイルサンプ３２から漏洩するのを阻止することにある。
【００３２】
図２を参照すると、加圧空気流９０が低圧タービンシャフト領域２８からサンプ加圧キャビティ７１に半径方向に移動する場合、加圧空気流９０は、低圧タービンシャフト２８及び高圧タービンシャフト２４の後方を通ってオイルサンプ３２の周りを半径方向に移動するように示されている。低圧タービンシャフト２８を通る流れ、及び高圧タービンシャフト２４に取り付けられた構成要素の高速回転による摩擦に起因して、加圧空気流９０は、速度の半径方向成分及び速度の接線方向成分の両方を有する。特にアイドル速度といった低速時に、しかしながら同様に高速時に、接線方向成分は、オイルサンプ３２の周りで加圧空気流９０が通過するサンプ加圧キャビティ７１内に渦又はスワールを引き起こす。このような渦は、加圧空気流９０の圧力の増大又は上昇をもたらし、このような圧力上昇は、アイドル速度等のエンジン低速時により問題になる可能性がある。サンプ加圧キャビティ７１の過剰な圧力上昇に関して、このような圧力上昇の結果は、シール６８、７４に見ることができる。これらのシール６８、７４の図示の実施形態の前方から後方の軸方向に作用する圧力が、後方サンプシール７０での圧力よりも高くなった場合、オイルサンプ３２の内部の圧力により、オイルがオイルサンプ３２から前方から後方の軸方向に後方サンプシール７０を横切って漏洩する場合があり、これは極めて好ましくない。従って、図示の実施形態によれば、サンプ加圧キャビティ７１内のこの圧力上昇を低減して、後方サンプシール７０の反対の加圧を阻止して後方サンプシール７０を横切って前方から後方方向へのオイルの漏洩を阻止することが好ましい。加えて、図示の実施形態において、渦圧力上昇の低減は、シール６８、７４上の圧力が後方サンプシール７０上の圧力に対して非常に低くなるように過剰に制限されない。この場合、サンプ３２内の圧力によって、オイルはサンプ３２の内部から前方サンプシール６８を横切って後方から前方方向に漏洩する可能性がある。
【００３３】
非通気サンプの内圧は、非常に低流量なので前方サンプシール６８で観察される圧力に実質的に等しく、結果として前方サンプシール６８を横切る圧力降下が小さい。前方サンプシール６８は適切な圧力に維持され、オイルサンプ３２からのオイルが前方サンプシール６８を通って前方に移動して漏洩するのを阻止するようになっており、さらにオイルサンプ３２の内圧がサンプの後方側の後方サンプシール７０で観察される圧力よりも高くならないようにして、オイルがこの後方サンプシール７０を横切って前方から後方へ漏洩するのを防ぐようになっている。
【００３４】
加圧空気流９０の渦に起因するオイルサンプ３２の周りの圧力上昇を制限するために、サンプ加圧キャビティ７１の入口７３の近くに渦スポイラ１００が設けられる。渦スポイラ１００は、少なくとも２つの機能を果たす。第１に、サンプ加圧キャビティ７１を移動する渦の持ち込みを低減することで過剰な圧力上昇が阻止される。第２に、渦スポイラ１００は、この渦スポイラ１００の複数の開口を通る十分な総流れ面積を組み入れることで、後方サンプシール７０の下流の過剰な圧力損失を阻止するようにも機能する。加圧空気流９０の総流量は。渦スポイラ１００を横切る実質的な圧力降下を引き起こさないことが望ましい場合もある。従って、圧力損失は所定の流量に対して最小になる。スポイラ構成に関して、開口１０４を最大化することで、圧力降下が非常に少なくなり、渦スポイラ１００を通る流量が最大になる。渦スポイラ１００は、エンジン軸２６の周りで円周方向に広がり、サンプ加圧キャビティ７１に入る加圧空気流９０の接線方向成分が除去されるか又は相当低減されるので、渦流が最小になりかつシール７４、６８に向かうサンプの前方端での圧力上昇が制限される。概して、渦スポイラ１００は、円周プレート１０１（図３）によって形成され、円周プレート１０１は、第１の面１０２（図３）、第２の面１０３（図４）、及び各面１０２、１０３の間で離間パターンに配列された複数の開口を有する。概して、多数の開口１０４は、大きな圧力損失をもたらすことなく空気の接線流を低減するが半径方向の流れを可能にする特定の特性を備えたスクリーンを規定する。この渦スポイラ１００は、加圧空気流９０の接線方向成分を低減してサンプ加圧キャビティ７１の内部の渦又はスワールを減らす。渦スポイラ１００は、流れの半径方向成分が外向きであるか内向きであるかに関わらず、空気の接線方向成分を低減するために効果的に利用することができる。
【００３５】
ここで図３を参照すると、流れ渦スポイラ１００を含む、サンプ加圧キャビティ７１への入口の詳細な側面図が示されている。加圧空気流９０は、オイルサンプ３２と、前方オイルサンプ３２の後方に配置された第２のオイルサンプ１３２との間で半径方向に移動する。渦スポイラ１００は、複数の開口１０４を有する表面１０２によって規定され、半径方向の加圧空気流路９０を横切って配置される。加圧空気流９０が半径方向に移動する際に、渦又はスワールを引き起こす流れ接線方向成分は、このような加圧空気流９０を開口１０４の側壁に係合させることで除去される。一旦、加圧空気流９０が渦スポイラ１００を通過すると、前方向及び後方向の何れかの方向に又は両方向に向きを変えるまで、流れは半径方向のままとなる。渦スポイラ１００は、断面が円形でありかつ軸方向に延び、渦スポイラ１００の表面１０２は、エンジン軸２６（図２）に対して略平行である。
【００３６】
渦スポイラ１００の前方及び後方にはカーボンシール取付け構造体８２、８４がある。取付け構造体８２、８４の下には後方サンプシール７０、１７０が設けられている。渦スポイラ１００は、図示のように後方サンプシール７０、１７０の一方又は両方と一体化することができるが、これは限定ではないので必須と見なされない。しかしながら、例えば、製造コスト又はプロセスは、渦スポイラ１００を１又は２以上の隣接する構成要素と一体化することで改善される。
【００３７】
渦スポイラ１００は、流れが開口１０４を定める側壁に係合することなくこの開口１０４を通過できないように機能する。加圧空気流９０の接線方向成分は、渦スポイラ１００を横切る最小圧力降下でもって低減される。
【００３８】
ここで図４を参照すると、渦スポイラ１００の等角図が示されている。渦スポイラ１００は、略円形形状であり、内部に複数の開口を有する表面１０２、１０３で規定される。円形断面は、単一部品で形成すること、又は渦スポイラ１００の周囲を定める複数のセグメントで形成することができる。渦スポイラ１００は、第１の端部１０８及び第２の端部１１０を含む。第１の端部１０８は、フレーム構造体の棚部１０６でシールされる。棚部１０６は、半径方向に延びる壁及び軸方向に延びる壁で定めることができる。本実施形態では、渦スポイラ１００の後方端は棚部１０６に配置され、反対側の第２の端部１１０で拘束されるか、もしくは図示のように他の構造体に結合されるか、又はその両方とすることができる。例えば、指部９８は垂下してスポイラの第２の端部１１０に係合し、渦スポイラ１００及びこのスポイラが結合するシール７０の移動を制限する。加えて、本実施形態では、後方サンプシール７０は、渦スポイラ１００に結合されるが、このことは限定ではなく必須ではない。後方の第１の端部１０８と隣接する棚部１０６の平行な壁との間の隙間、及び半径方向内側表面１０３と棚部１０６の平行な表面との間の隙間は、組み立て及び他の設計検討に従って可能な限り最小にされ、スポイラ開口１０４を迂回する流れをできるだけ制限するようになっている。
【００３９】
各開口１０４は軸１１２（図５、６）を備え、本実施形態では、軸１１２は、エンジン軸２６に対して半径方向に延びる。しかしながら、いくつかの実施形態では、軸１１２は、半径方向に延びること及び／又は完全な半径方向に対してある角度をもつことができる。加えて、いくつかの実施形態において、図示の実施形態では端部１１０と端部１０８との間で実質的に直線状の第１の表面１０２で表されるが、表面１０２は、複数の直線状セグメントで定めることができ、この直線状セグメントは、エンジンの軸方向に対してある角度をなすことができ、又は第１の端部１０８と第２の端部１１０との間で曲線をなすことができる。
【００４０】
ここで図５を参照すると、スクリーン又は流れ渦スポイラ１００の一部の上面図が示されている。表面１０２は、後端での第１の端部１０８、及び渦スポイラ１００の軸端での第２の端部１１０を含む。さらに、渦スポイラ１００は、表面１０２に設けられた複数の開口１０４を含む。開口１０４は、予め定められたパターンで配置され、近接して配置されてプレート中に最大数の開口をもたらし、渦スポイラ１００を通過する流れを著しく妨げない又は後方サンプシール７０（図２）において著しい圧力損失をもたらさない構造を可能にする。本実施形態では、開口１０４は複数の横列１１８及び縦列１１６で配置され、各開口１０４は、軸方向に移動する場合、円周方向でオフセットしている。もしくは、開口１０４は種々の方法で配置することができる。各開口１０４は、隣接する横列１１８及び縦列１１６の各開口から約０度と９０度との間で相隔たることができる。本実施形態では６０度のパターンを利用しており、各開口の中心が隣接する横列１１８及び縦列１１６の隣接する各開口に対して６０度の角度で配置されることが意図される。用語「横列（ｒｏｗ）」は、本図面に関して水平方向又はエンジン軸方向で規定され、用語「縦列（ｃｏｌｕｍｎ）」は、図示された本実施形態のエンジン円周方向で規定される。換言すると、開口１０４は、特定の円周方向の位置において、軸方向に移動すると、互い千鳥配置又はオフセットされる。開口１０４の数及び配置は、シール６８とシール７０（図２）の間に僅かな差圧が生じるように調整可能である。各開口１０４の間隔は同じとすること又はランダムとすることができる。説明されるパターンは、他のパターンとは変えること又は自由なパターンとすることができる。渦スポイラ１００及び開口１０４の目的は、加圧空気流９０の接線方向成分が渦スポイラ１００を横切る大きな圧力降下を引き起こすのを低減すること又は無くすことにある。１又は２以上のタブ１１４は、１又は２以上の端部に沿って配置することができ、隣接する構成要素に対して渦スポイラ１００が移動及び／又は回転するのを防止するようになっている。しかしながら、他の特徴部を利用することができ、図示の実施形態に限定されると考えるべきではない。
【００４１】
さらに図５と追加的に図６を参照すると、開口１０４の概略図が示されており、例示的な加圧空気流９０が半径方向成分及び接線方向成分に分解されて示されている。ベクトル９０で表される加圧空気は、半径方向成分９１と接線方向成分９３とによって規定される。半径方向成分９１は、開口１０４の長さに平行な方向に進むが、接線方向成分９３は、半径方向成分９１に直交する方向に延びる。その結果、接線方向成分９３は、開口１０４の側壁１０５に衝突する
図示の加圧空気流９０は、低速又はアイドルエンジン速度に対応するベクトル９０を表す。低速又はアイドルエンジン速度において、半径方向成分９１は、一般に全体空気ベクトル９０の接線方向成分９３よりも非常に小さい。そのため、加圧空気流９０は、開口１０４の側壁と係合することなく開口１０４を通過することができない。従って、この速度では、渦スポイラ１００及び図６に示す複数の開口１０４によって、接線方向成分９３が実質的に無くならないとしても有意に低減することが分かるであろう。渦スポイラ１００を通過すると、加圧空気流９０は、大部分が単に半径方向にあり、渦又はスワールを含んでいない。開口の幾何学的形状は、前述の開口の直径１２０に対する長さ１２２の比率１：１とは異なることができる。スワールが問題になる所望のエンジン速度で側壁１０５と確実に接触するように、加圧空気流９０を表すベクトル９０（図６）は、側壁１０５に衝突することなく開口１０４を直接通過できないことが望ましい。
【００４２】
開口１０４は、これらの図では円形形状で示されている。代替的に、開口１０４は、例えば、多角形、長円形、曲線、不規則な非特異的形状又は他の形状等の他の形状を有することができる。さらに、各開口の形状は、渦スポイラ１００上で同じとすること又は異なることができる。さらに、各開口１０４は同じサイズ又は異なるサイズとすることができる。さらに、間隔は同じとすること又は異なることができる。前述のように、渦スポイラ１００は、実質的に流れを低減してはいけないが、加圧空気流９０のスワールを低減する必要がある。さらに図２を参照すると、加圧空気流９０がウィンデージシールド６０の後方の加圧流路６２に流入する場合、加圧空気流９０は、加圧歯６４に向かって向きを変え、加圧歯６４で規定されたシールを通って低圧経路５８に入る。加圧空気流９０が低圧経路５８に入る場合、加圧歯６４のシールによって生じる制限により、圧力降下を受ける。前方サンプシール６８はオイルサンプ３２のためのシールとして機能するので、前方サンプシール６８の前側の加圧空気流９０は、サンプシール６８の後方側から前方サンプシール６８の前方側へのオイル通路を阻止する
当業者であれば理解できるように、渦スポイラ１００は、加圧空気流９０の流れの接線方向成分９３を実質的に低減させて大部分を除去する。接線方向成分９３は、圧力差によってオイルシールの漏洩がもたらされる低速状態では、スワールを実質的に除去することで低減又は除去される。本実施形態において、渦スポイラ１００の開口１０４は、直径１２０に対する長さ１２２の比率が１であり、加圧空気流９０は、接線方向成分９３が加圧空気流９０を開口１０４の側壁１０５に接触させることなく、いずれの開口１０４も通過することはできない。側壁１０５は、加圧空気流９０の接線方向成分９３の方向を単なる半径方向に変えるので、スワールが除去されて下流キャビティ内での加圧空気流９０の望ましくない圧力上昇が制限される。他の実施形態において、開口の直径１２０に対する長さ１２２の比率は、加圧空気流９０の実際の接線方向成分９３及び半径方向成分９１に応じて選択することができる。従って、流れ渦スポイラ１００は、後方サンプシール７０と前方サンプシール６８との間のオイルサンプ３２を横切る圧力差を最小にする。加圧空気流９０のオイルサンプ３２を横切る圧力の過剰な上昇を阻止することで、後方サンプシール７０での漏洩が制御される。加えて、加圧流路７２の近くの過剰な圧力損失を阻止することで、同様に前方サンプシール６８での漏洩が阻止される。
【００４３】
本発明の複数の実施形態を本明細書で説明し例示してきたが、当業者であれば、本明細書で記載される機能を実施し及び／又は本明細書で記載される結果及び／又は利点のうちの１又はそれ以上を得るために他の様々な手段及び／又は構造が想定され、このような変形及び／又は修正形態の各々は、本明細書で記載される実施形態の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、本明細書で記載される全てのパラメータ、寸法、材料、及び構成は例証を意味しており、実際のパラメータ、寸法、材料、及び構成は、本発明の教示が利用される１又は複数の特定の用途によって決まることになることは当業者には容易に理解されるであろう。）当業者であれば、単に通常の実験を利用して本明細書に記載される本発明の特定の実施形態に対する多くの均等物を認識又は確認することができるであろう。従って、上記の実施形態は単に例証として提示されており、本発明の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内で、具体的に記載され特許請求されたものとは別の方法で実施できることを理解すべきである。本開示の発明の実施形態は、本明細書に記載される個々の特徴、システム、製品、材料、キット及び／又は方法に向けられている。これに加えて、このような特徴、システム、製品、材料、キット及び／又は方法が互いに矛盾していない場合、２つ以上のこのような特徴、システム、製品、材料、キット及び／又は方法の何れかの組み合わせは、本開示の発明の範囲内に含まれる。
【００４４】
実施例を用いて、最良の形態を含む実施形態を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む、本発明の装置及び／又は方法を実施することを可能にする。これらの実施例は、網羅的なものではなく、或いは、開示された厳密なステップ及び／又は形態に本開示を限定することを意図するものではなく、上述の教示に照らして多くの修正形態及び変形形態が実施可能である。本明細書で記載される特徴要素は、どのようにも組み合わせることができる。本明細書で記載される方法のステップは、物理的に実施可能なあらゆる順序で実施することができる。
【００４５】
本明細書で定義され使用される全ての定義は、辞書の定義、引用により組み込まれる文献における定義、及び／又は定義される用語の通常の意味に対して規定していると理解すべきである。本明細書及び特許請求の範囲において使用される不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、明示的にそうでないことを示していない限り、「少なくとも１つ」を意味するものと理解されたい。本明細書及び特許請求の範囲において使用される表現「及び／又は」は、そのように結合された要素の「何れか又は両方」、すなわちある場合では結合的に存在し、他の場合では選言的に存在する要素を意味するものと理解すべきである。
【００４６】
また、そうでないと明確に示されていない限り、１つよりも多いステップ又は行為を含む請求項に記載される何れの方法においても、本方法のステップ又は行為の順番は、方法のステップ又は行為が記載される順番に必ずしも限定されない点を理解されたい。
【００４７】
請求項並びに上述の明細書において、「備える」、「含む」、「担持する」、「有する」、「包含する」、「伴う」、「保持する」、「〜から構成される」などの全ての移行句は、オープンエンドであり、すなわちこれらを含むが限定されないことを意味するものと理解すべきである。米国特許商標庁の米国特許審査手続便覧に記載されているように、「〜からなる」、「〜から基本的になる」という移行句のみが、それぞれクローズド又はセミクローズドの移行句とすべきである。
【符号の説明】
【００４８】
３２  オイルサンプ
６８  前方サンプシール
７０  後方サンプシール
７１  サンプ加圧キャビティ
７３  入口
９０  加圧空気流
９１  半径方向成分
９３  接線方向成分
１００  流れ渦スポイラ
１０１  円周プレート
１０４  開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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