JPS59108827A - 粒子分離器スクロ−ル翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 この発明はガスタービン機関に入る空気から砂土及び異
物を取去る粒子分離器として一般的に知られている装置
、更に具体的に云えば、この機関の粒子分離器の収集室
内にある改良された翼に関する。

〔従来技術〕

航空機用ガスタービン機関は、機関の空気入口に入り込
んだ異物によって特に損傷を受は易い。

従来、この問題は石、砂利、鳥及び氷の様な比較的大き
な異物の場合、最も薄切であった。

ガスタービン機関を動力源とするヘリコプタ−及びその
他の垂直離着陸（ＶＴＯＬ　）機が開発されたことによ
り、主にこの様なＶＴＯＬ機を頻繁に使用する状態の為
、砂土及び水の様な異物の一層小さな粒子が次第に問題
になって来た。垂直離着陸が出来るという利点により、
ＶＴＯＬ機は、戦闘地域やその他の隔離した地域で屡々
起る様に、普通の飛行場が存在しない地方で特に役立つ
。

Ｖ　Ｔ　ＯＬ機は陸上及び海上の高度の低い成る用途に
も特に適している。この様な状態並びにこの他の同様な
状１態では、砂土及び水の様な小さな異物が大量に、ガ
スタービン機関に供給される取入れ空気に巻き込まれる
ことがある。こういう異物粒子は、個別には機関に対す
る影響は比較的ないが、大量に機関に吸い込まれると、
非常に重大な損傷を招くことがある。

７例と１−で、最近の経験によると、砂漠地域を低い高
度で飛ぶヘリコプタ−の機関は、ごみ及び砂土の粒子を
吸い込むことにより、機関の羽根が侵食される為に、非
常に急速に性能を失うことがあることが判った。塩水の
上を飛ぶ時も、塩水の滴を著しく吸い込むと、タービン
構造の腐食並びに破壊的な侵食の両方を招くことがある
ので同じハ 様な問題が起り得る。

この問題を解決しようとして、ガスタービン機関に使う
種々の粒子分離装置が開発されている。

成功を収めた装置の７例が米国特許第３．ｇ　３．２．
ＯｇＡ号に記載されている。この米国特許には、収集室
を持つ分離装置が示されており、この収集室の中に異物
が遠心力で差し向けられる。この装置の利点はいろいろ
あるが、収集室に入った粒子が場合によって成る平坦な
面にぶつかり、はね返って機関のコアに入る空気流に入
り込むことが判った。

この様に異物が吐き戻されると、粒子分離装置の効率を
下げる様に作用することがある。

従って、この発明の目的は、最初に別個の収集室の区域
に入った後、コア・エンジンの入口にはね返る粒子の容
積を減少することにより、分離効率を高くした、改良さ
れた機関入口粒子分離器を提供することである。

この発明の別の目的は、分離器の収集室を掃気して、こ
の収集室に入る異物を保持し、この異物が吐き戻されて
コア・エンジンの流れに再び入るのを防止する様に作用
する収集流路翼を提供することである。

〔発明の概要〕

この発明では、機関のコアに差し向ゆられる空気流から
異物を取去る改良された機関入口粒子分離器を持つガス
タービン機関を提供する。分離器は収集室を利用する。

この収集室が入って来る空気を受取り、この空気がコア
の流路に入る前に、この空気から異物を遠心作用によっ
て捕捉する。

異物を受取って捕捉する為、収集室は環状入口を持ち、
この環状入口の中に収集流路翼が円周方向に分布してい
る。流路翼は空気流の方向に向って十分な角度を付けた
上流側の面を持っていて、異物が上流側の面から上流側
の向きにはね返されて、コア・エンジンの流路に吐き出
されるのを全体的に防止する。上流側の面は全体として
、この様な吐き戻しを防止する為には、機関の軸方向に
対して一般的に５２以内の角度にすべきであることが合
った面の間にのど領域を形成し、異物を受取って収集室
内にこの異物を捕捉する。翼のと領域は人って来る空気
を加速する作用もし、こうして異物をのど領域に吸込み
、こうして流れの局部的な加速により、異物の吐き戻し
を自然に閉塞する。

この加速により、収集室に対する空気流の剥離が最小限
に抑えられるという利点もある。

この発明の要旨は特許請求の範囲に具体的に且つ明確に
記載しであるが、この発明は以下図面について説明する
所から、更によく理解されよう。

〔好ましい実施例の説明〕

第１図にガスタービン機関１０の略図が示されている。

機関の一部分を切欠いて、機関の内部構造の成る部品を
示しである。機関１０は、ガスタービン機関であるから
、機関の中心線又は軸線１１に沼って伸び、ケーシング
１２を含んでいる。ケーシング１２は前端が開放してい
て、機関の軸線と全体的に平行な方向に流れろ空気流を
受取る機関取入れ目１４を形成している。外部の空気が
機関の特定の部分を順次通過する。これらの部分が燃料
と共にこの空気を利用して、高エネルギの燃焼ガスを発
生し、これが機関の動力を発生する為に用いられる。

この過程を要約して説明すれば、燃焼を行わせる為に使
われる空気が次第に狭くなる通路に送込まれ、同時に高
速で回転する圧縮機の羽根によって圧縮されてから、燃
焼器（図に示してない）で燃料と組合されて点火される
。燃焼が開始された後、その結果得られる高エネルギの
ガス流が高速で回転する多数のタービン羽根の中に極め
て高い速度及び圧力で送込まれ、機関の動力を発生する
。

この高い温度と圧力により、ガスタービン機関は厳しい
環境におかれる。この環境で使われる空気は異物が比較
的ない状態でなければならない。そうでないと機関の内
部構造に有害な影響を招く。

全体を１６で示した機関のコアに入る空気から異物を取
除く為、取入れ口１４の下流側に粒子分離器１８を設け
て、取入れ空気からこの異物を取去る。分離器１８は外
壁手段２０及び内壁手段２２を持っていて、その間に収
集室２４を形成する。

収集室２４０目的は、機関の取入れ空気から抽出された
後の異物を収集することである。取入れ空気は、取入れ
口１４に入った後、環状取入れ通路２６に送込まれ、そ
こで異物の分離が開始される。

環状取入れ通路２６の下流側で、相隔たる／対の壁部材
２８．３０がコア・エンジンの環状の入口３２を構成し
ている。コア・エンジンの入口３２がら空気は圧縮機部
分（図に示してない）に入り、その後機関の他の部分に
入り、そこで空気を利用して機関の動力を発生する。

コア・エンジンの入口３２に入る前に、取入れ空気はき
れいにして、全般的に異物がない状態にしなければなら
ない。コア・エンジンの入口３２より半径方向外側にあ
る収集室２４は、異物を受取ってそれを収集し、砂土、
ごみ及び塵埃が粒子分離器１８内に保持されていて、環
状取入れ通路２６又はコア・エンジンの入口３２に再び
吸込まれない様にする為に設けられている区域である。

この様に再び吸込まれるのを防止する為、入口粒子分離
器１８内に何等かの掃気手段３４を設けなければならな
い。掃気手段の作用は、異物を保持してコア・エンジン
の入口に再び吸込まれない様にすることである。

第２図には、異物が分離される様子を説明し易くする為
に、粒子分離器１８並びにその近くＫある機関の部品の
断面図が示されている。機関の上側及び前側部分だけが
示されている。機関の中心線１１は第２図の一番下側如
示した線に沿って示しである。前に第１図について説明
した様に、外部の空気が機関の取入れ口１４に入り、環
状取入れ通路２６に送込まれる。環状取入れ通路２６に
入っキ空気は、通路２６より下流側にある機関の圧縮機
部分（図に示してない）による圧力の力の為に加速され
る。外部の空気中に巻き込まれた異物があれば、それも
加速され、大まかに云−！、）で機関の中心線と平行な
方向に高速で移動させられる。

この方向を一般的に軸方向と云う。

機関のハブ３６が環状取入れ通路２６の半径方向内側の
境界を構成し、機関のハブ３６が第２図に示す様に１機
関の中心線に対して最大の直径を持つことが容易に理解
されよう。この最大直径の領域から機関のハブ３６は急
速に直径が小さくなり、その後コア・エンジンの入口３
２の内側の境界を形成する。この入口は相隔たる壁部材
２８゜３０によって構成されている。

コア・エンジンの入口３２は環状取入れ通路２６と流れ
が連通ずるが、収集室２４も通路２６と流れが連通して
いて、収集室２４は通路２６に対して更に軸線方向に近
い位置にある。然し、機関の圧縮機が大量の空気を吸い
込むので、空気流の大部分はコア・エンジンの入口３２
に入る。逆に、設計によって、収集室は機関入口空気を
大量に吸い込む傾向がない。

収集室２４の空気流の容積は小さいが、異物の量となる
と事情は別である。砂土、塵埃粒子及びごみを含む異物
は、それが巻込まれている空気よりも密度がずっと大き
い傾向がある。異物のこういう粒子は密度が一層大きい
から、異物の周囲の空気分子程には、コア・エンジン人
口３２からの空気圧力の力の影響を受けず、従ってそれ
根方向を変えない。従って、異物粒子の運動量により、
こういう粒子は元の方向と一層近い方向を引続いて移動
１．、粒子は環状取入れ通路２６から軸方向下流側に環
状入口３８へと進み、その後下流側の収集室自体の中へ
入る傾向がある。環状取入れ通路２６から収集室２４の
環状入口３８までの典凰的な粒子の軌跡を示す為に、第
２図に一連の太い矢印を示しである。

前に述べた様に、収集室２４に送込まれた異物がその中
に保持されていて、環状取入れ通路２６の中、に再び吐
き戻されない様にすることが重要である。典型的には、
粒子分離器には、異物を収集室２４の中に保持する為に
スクロール翼４０を設ける。然し、従来の形のスクロー
ル翼４０は、この目的にとって思う程の効果がなく、異
物がスクロール翼４０の上流側の面からはね返って、そ
の後引続いて上流側に移動して環状取入れ通路２６に入
り、そこでコア・エンジンの入口３２へ流れる空気流の
中に再び吸い込まれる原因となることが多いことが判っ
た。第Ω図に示した異物の通路を示す矢印は、スクロー
ル翼４０からのはね返りによるこういう影響を示してい
る。この影響は、入口粒子分離器１８の目的に反するこ
とが容易に理解されよう。この様に異物がコア・エンジ
ンの入口に再び吸い込まれるのを防止することが望まし
い。

第３図には−この発明の掃気手段３４を用いた改良され
た入口粒子分離器が断面図で示されている。大抵の機関
の場合と同じく、外部の空気が機関取入れ目１４から機
関に入り、その後空気が取入れ翼４２を横切って環状取
入れ通路２６に入る。

前の分離器について説明した様に、機関のノ１プ３６は
環状取入れ通路２６内で直径が最大点まで急速に増加し
、その後コア・エンジン人口３２に向う方向に直径が急
速に減少する様な輪郭を持っている。前に述べた分離器
の場合と同じく、取入れ空気に巻込まれた異物の運動量
により、粒子は元の流れの方向に引続いて流れる傾向を
持ち、これによって異物は環状入口３８を通って収集室
２４に運び込まれる傾向がある。環状入口３８の中に収
集流路質４４が配置されており、この構成は独特であっ
て、環状取入れ通路２６に再び吐き戻される異物の百分
率を減少する様に特にその形を定めである。収集流路質
４′４は内壁手段及び外壁手段２２．２０の間を半径方
向に伸びている。収集流路質４４は物理的に異物を収集
室の中に差し向けて、異物火その中に保持し、もって異
物が吐き戻されてコア・エンジン人口３２に吸い込まれ
ることがない様にする作用をする。

第弘図には、収集流路質の独特な構成を判り易くした収
集流路質４４の断面図が示されている。

収集流路質４４は半径方向（機関の中心線に対して垂直
な方向）に見た断面が示されている。収集流路質４４は
、異物並びに粒子が収集流路質４４から上流側の向きに
はね返るのを防止する目的の為、環状入口３８内の空気
流の方向に対して十分な角度を持つ上流側の面・４６を
有する。機関の中心線に沿って見ると、旋回翼すなわち
収集流路質４４は、上流側の面４６が一緒になる翼の前
縁から始まり、断面の幅が次第に増加する様な輪郭を有
する。断面の幅は、機関の中心線に対して円周方向に測
るが、これは第７図の垂直方向に対応する。この断面の
幅が前縁から第７図に矢印４８で全体的に示す最大寸法
まで引続いて増加する。

収集流路質４４は位置４８で断面の幅が最大になるが、
これと対照的に、翼４４の間には、流路の断面積が最小
になる領域がある。翼４４０間の流路の断面積が最小に
なる領域を翼のと領域５゜と呼ぶ。翼のと領域５ｏが翼
の上流側の面４６からはね返った異物を受取る。当業者
であれば容易に判る様に、翼のど領域５ｏで流路の断面
積が局部的に減少することにより、空気流は翼のと領域
を通る時に加速される。

引続いて機関の中心線に沼って翼のと領域５゜より下流
側について考えると、旋回翼すなわち収集流路板４４の
断面の幅はもはや増加せず、寸法が減少する。この場所
では、収集流路板４４は機関の軸方向並びに空気流の方
向に対して著しい角度をなす後縁５２を有する。この後
縁の領域が翼のと領域５０で加速された空気並びにそれ
に巻込まれた異物を受取る。この後、後縁５２がこの空
気及び異物を収集室２４（第弘図には示してない）の中
にそらせる。後縁５２は、機関の中心線に削って見た時
、各々の隣接する翼のと領域５ｏを越えて円周方向に伸
びる。後縁をこの様に延長するのは、汚染した空気を円
周方向に旋回させて、異物が翼のと領域５０ｖ介して収
集室の外へはね返るのを阻止する為である。

上に述べた様な収集流路板の輪郭にした目的は、環状入
口３８を介して収集室２４へと入る異物を全体的に翼の
と領域５ｏに差し向けることである。

翼のと領域で空気流がその中に巻込まれた異物と共に局
部的に加速され、これによって粒子は翼のと領域の下流
側で翼４４の後縁５２を通越す様になる。この後、異物
は収集室２４の中に捕捉されたま〜でいる傾向がある。

これは、翼の後縁５２が大きな角度がつけられていて、
粒子が収集室の外へ上流側に向って直接的にはね返るの
を阻止するからである。

次に航空機用機関に於けるこの発明の詳細な説明する。

再び第３図を参照すれば、機関の取込み空気に巻込まれ
て収集室２４に送込まれる粒子は、全般的に機関の中心
線九対して軸方向に流れることが容易に理解されよう。

　収集流路板４４の上流側の面４６にぶつかる粒子は、
他のカが介在しなげれば、物理学の法則に従って、入射
角と同じ反射角ではね返る。更に、空気流が翼４４を通
越すことによって生ずる摩擦効果が、はね返った粒子を
空気流と同じ方向に運び去る傾向を持つことに注意され
たい。

第９図で、粒子が上流側の面４６から上流側の向きには
ね返るのを防止する為には、７個の収集流路板４４の互
いにつながる上流側の面４６の間の内角は、７００°又
はそれ未満の範囲内にすべきであることが判った。この
内角を第９図の５４に示しである。更に、隣接する上流
側の面の間のλつの隣接する半角は、（その１つを５６
に示しであるが）一般的に流れの全体的な方向と整合す
る共通の面を持っていなければならない。この流れの全
体的な方向は機関の中心線と平行に近いのが普通である
。

内角が７００°又はそれ未満であれば、上流側の面４６
ではね返った粒子は、真のと領域５０又は全体的に翼の
と領域５０の領域に差し向けられる傾向がある。こうい
う粒子が翼のと領域５０に入ると、のど領域ケ通る局部
的な流れと共に、後縁５２の領域まで加速される。一旦
粒子が翼のと領域５０を通越すと、粒子が局部的に加速
される空気流に逆って、上流側５はね返ることは妨げら
れる。

最後に１粒子が後縁５２を通越して収集室２４の領域に
入り、そこで収集された粒子は無害に収集され並びに／
又は機関から放出することが出来る。以上の説明から、
収集流路の旋回翼４４の上流側の面４６が、局部的な空
気流に異物が巻込まれていれば、この異物に対して「集
束（ｆｏｃｕｓ　ｉｎｇ　）　Ｊ効果を持つことが理解
されよう。この集束効果は、上流側の向きにはね返され
る粒子の百分率を減少ことにより、収集流路板は粒子を
翼のと領域に差し向け、下流側の収集室の中に差し向け
る。

この発明の特定の実施例を説明したが、当業者であれば
、この発明の範囲内で種々の変更が可能であることは明
らかであろう。

以上この発明を説明したが、この発明の範囲は特許請求
の範囲の記載によって限定されることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の粒子分離器を備えたガスタービン機関の
入口の一部分を切欠いた斜視図、第２図は従来の粒子分
離器を備えたガスタービン機関の入口の一部分の断面図
、第３図はこの発明の／実施例による粒子分離器を備え
たガスタービン機関の入口の断面図、第グ図は第３図の
線クー弘に沿って切ったスクロール翼の断面図である。 主な符号の説明 １６：コア・エンジン １８：粒子分離器 ２０．２２：壁 ２４：収集室 ２６：取入れ通路 ３８：環状入口 ４４：収集流路翼 ４６二上流側の面 ５２：後縁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／）機関取入れ空気を受入れる環状取入れ通路、圧縮機
   、前記環状取入れ通路と流れが連通する環状圧縮機入口
   を構成する相隔たる／対の壁部材、及び入口粒子分離器
   を持ち、該分離器は前記環状取入れ通路と流れが連通し
   て該環状取入れ通路を介して圧縮機入口に供給される空
   気流から異物を受取って取去る収集室を構成する壁手段
   、及び前記異物を環状取入れ通路内の空気流から収集室
   へ差し向ける手段を含んでいる様なガスタービン機関に
   おいて前記入口粒子分離器に対する掃気装置であって、
   前記収集室に対する環状入口内に配置された収集流路具
   な有し、該収集流路具の上流側の面が、前記収集流路具
   から異物が前記取入れ通路へはね返るのを全体的に防止
   する様に前記環状入口の空気流に向って十分な角度を持
   っている掃気装置。 力機関取入れ空気を受入れる環状取入れ通路、圧縮機、
   前記環状取入れ通路と流れが連通ずる環状圧縮機入口を
   構成する／対の相隔たる壁部材、及・び入口粒子分離器
   を持っていて、該分離器が、前記環状取入れ通路と流れ
   が連通して前記環状取入れ通路を介して圧縮機入口に供
   給される空気流から異物を受取って取去る収集室を構成
   する壁手段、及び前記異物を環状取入れ通路内の空気流
   から収集室へ差し向ける手段を持つ様なガスタービン機
   関に於て、前記入口粒子分離器に対する掃気装量を含み
   、該掃気装置が前記収集室に対する環状入口内に配置さ
   れた収集流路具を有し、該収集流路具は前記収集室を構
   成する壁手段の間を半径方向に伸びていて、各々の翼は
   前記壁手段の間を半径方向に伸びると共に翼の前縁に泪
   って結合されるａつの上流側の面を持ち、該上流側の面
   は異物が収集流路具から取入れ通路にはね返るのを全体
   的に防止する様に前記環状入口内の空気流に向って十分
   な角度がついているガスタービン機関。 ３）特許請求の範囲２）に記載したガスタービン機関に
   於て、・前記上流側の面が機関の中心線に対して３０８
   以内の角度になっているガスタービン機関。 Ｉｌ）特許請求の範囲のに記載したガスタービン機関に
   於て、前記収集室に対する環状入口が前記収集流路翼の
   間に翼のと領域を含み、該翼のと領域は前記上流側の面
   からはね返った異物を受取る為に設けられているガスタ
   ービン機関。 お　特許請求の範囲りに記載したガスタービン機関に於
   て、前記収集流路翼は前記翼のと領域の下流側に後縁を
   有し、該後縁は機関の中心線に対して、異物を前記収集
   室内に保持する様な角度になっているガスタービン機関
   。 乙）特許請求の範囲Ｓ）に記載したガスタービン機関に
   於て、前記後縁が隣接した翼のと領域を越えて円周方向
   に伸びているガスタービン機関。 ７）機関取入れ空気を受取る環状取入れ通路、圧縮機、
   前記環状取入れ通路と流れが連通ずる環状圧縮機入口を
   構成する相隔たる／対の壁部材、及び人口粒子分離器を
   持っていて、該分離器が、前記環状取入れ通路と流れが
   連通して該環状取入れ通路を介して圧縮機入口に供給さ
   れる空気流から異物を受取って取去る収集室を構成する
   壁手段、及び異物を環状取入れ通路内の空気流から収集
   室へ差し向ける手段を持つ様なガスタービン機関に於て
   、前記入口粒子分離器に対する掃気装置を含み、該掃気
   装置が前記収集室に対する環状入口内で円周方向に分布
   した半径方向に伸びる収集流路翼を有し、該収集流路翼
   は異物が前記収集流路翼から上流側の向きにはね返るの
   を全体的に防止する様に前記収集室に対する環状入口内
   の空気流の方向の方に向って十分な角度を持つ上流側の
   面を持っているガスタービン機関。 ｇ）特許請求の範囲７）に記載したガスタービン機関に
   於て、各々の収集流路翼が翼前縁で結合される一つの上
   流側の面を持っていて、その間に１０θ０又はそれ未満
   の内角を形成しているガスタービン機関。 ９）特許請求の範囲７）に記載したガスタービン機関に
   於て、前記収集流路翼が最大寸法まで幅が増加し、その
   間に前記収集室に対する入口で翼のと領域を形成してい
   るガスタービン機関。 ／θ）特許請求の範囲９）に記載したガスタービン先 機関に於て、前記収集路翼が前記翼のと領域の下ｌ＼ 流側に後縁を持ち、該後縁は機関の中心線に対して、異
   物を収集室内に保持する様な角度になっているガスター
   ビン機関。 ／／）機関取入れ空気を受取る環状取入れ通路、圧縮機
   、前記環状取入れ通路と流れが連通ずる環状圧縮機入口
   を構成する相隔たる７対の壁部材、及び入口粒子分離器
   を持っていて、該分離器が、前記環状取入れ通路と流れ
   が連通して、該環状取入れ通路を介して圧縮機入口に供
   給される空気流から異物を受取って取去る収集室を構成
   する壁手段、及び異物を環状取入れ通路内の空気流から
   収集室へ差し向ける手段を持つ様なガスタービン機関に
   於て、前記入口粒子分離器が掃気手段を持ち、該掃気手
   段が前記収集室の環状入口内で円周方向に分布している
   半径方向に伸びる収集流路翼を有し、該収集流路翼は、
   異物を集中させる為に、前記収集室に対する環状入口内
   の空気流に向って十分な角度を持つ上流側の面を持ち、
   前記収集流路翼の間に翼のと領域が構成されていて前記
   異物を受取り、前記収集流路翼は前記翼のと領域の下流
   側に、異物を収集室の中に案内すると共に該異物が収集
   室から外へはね返るのを防止する後縁を持っているガス
   タービン機関。 ／の特許請求の範囲／／）に記載したガスタービン機関
   に於て、前記収集流路翼の上流側の面は機関の中心線か
   ら左ｏ０又はそれ未満の角度になっているガスタービン
   機関。 ／３）当該入口粒子分離器の収集室の入口の周りに円周
   方向に分布した収集翼を持つ入口粒子分離器を持つガス
   タービン機関に於て、前記収集翼は異物が収集室の外へ
   上流側の向きに収集翼からはね返るのを全体的に防止す
   る様に空気流の方向に対して十分な角度をつげた上流側
   の面を持っているガスタービン機関。