JPH0579816B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は一般的にガスタービンエンジン、とく
にそのようなエンジン内に設置されてエンジンに
入る空気流から異物粒子を分離する装置に関する
ものである。

ガスタービンエンジンは、通常、エンジンに入
るすべての空気を受入れる空気取入口および圧縮
機に入る空気を受入れる圧縮機入口を含む。各エ
ンジンは、さらに、空気取入口から圧縮機入口ま
で移動する空気の主流路を画成する内壁を含む。
エンジンによる砂またはごみのような異物粒子の
吸込みの可能性を減少するため、粒子分離装置を
圧縮機入口に設けてエンジン取入空気から異物粒
子を掃除することが知られている。通常そのよう
な分離装置は主流路に対して適当に設置された環
状の仕切りすなわち分割リツプを含み、ガスター
ビンの運転中、圧縮機で使用しようとする空気が
分割リツプの一方の側に沿つて案内され、また空
気取入口に入つた空気によつて運ばれる異物粒子
の収集および除去のために分割リツプの他方の側
に沿つて案内されるようにする。そのような分離
装置の例が米国特許第3832086号、同第4265646号
および同第4527387号に記載されている。

前記米国特許明細書に記載されているような従
来の粒子分離装置は、エンジンの空気取入口に入
つた空気によつて運ばれる異物粒子を受入れる単
一の環状の入口のみを有する。単一の入口を有す
る従来の粒子分離装置が取入空気から異物粒子の
かなりの部分を分離することは知られているが、
多くの一層細かい粒子を含む幾分かの粒子は、分
離装置入口をバイパスするかまたはエンジン空気
通路内に蓄積して、分離装置によつて収集できな
かつた。このような粒子のバイパスまたは蓄積は
内部のエンジン部品の劣化を早めて、それらの部
品の使用寿命を短縮し、エンジンの性能を低下さ
せる。

したがつて、本発明の目的は、エンジンの空気
取入口に入る空気流によつて運ばれる異物粒子を
収集する能力を改善した、ガスタービンエンジン
用の新規かつ進歩した粒子分離装置を提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、エンジンに入る空気によ
つて運ばれる比較的細かい粒子を収集するのに特
によく適した粒子分離装置を提供することにあ
る。

本発明の他の目的は、エンジンの空気取入口に
入つた空気流の中の異物粒子の量を減少する粒子
分離装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、取入空気流の特定の区域
における空気流分離の可能性を減少して、空気流
分離から通常生ずる圧力損失を減少する粒子分離
装置を提供することにある。

本発明の他の目的は粒子分離の非能率をもたら
す質量輸送機構を破壊するようにした粒子分離装
置を提供することにある。

本発明の他の目的は、使用寿命が比較的長くな
るように、可動要素を有しない、すなわち受動的
な粒子分離装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、比較的安価で軽量で効果
的に作用する粒子分離装置を提供することにあ
る。

発明の要約 本発明のガスタービンエンジン用の粒子分離装
置は複数の粒子抽出通路を含むことを特徴とす
る。カスタービンエンジンは、エンジンへの取入
空気を受入れる空気取入口通路およびこの空気取
入口通路と連通する圧縮機入口通路を画定する内
壁を備えている。

粒子分離装置は主粒子分離器と補助粒子分離器
を有する。主粒子分離器は、互いに向合うように
配置されたエンジンの一対の内壁によつて形成さ
れた空気取入口通路と連通する主収集室入口通路
を含む。補助粒子分離器はエンジンの前記内壁の
１つと関連して設けられて、空気取入口通路と連
通する入口開口を有する補助通路を画成する手段
を含む。主粒子分離器の収集室入口は空気取入口
通路に入つた空気によつて運ばれる異物粒子の一
部を受入れ、他方、補助粒子分離器の補助通路は
異物粒子の別の部分を受入れる。したがつて、主
収集室入口通路および補助通路によつて構成され
た多重抽出通路により、エンジンはその取入空気
から異物粒子を分離する能力が増大する。

実施例の説明 第１図には、本発明を採用した典型的なガスタ
ービンエンジン１０の部分断面側面図が示されて
いる。エンジン１０はエンジン中心軸線１２に沿
つて全体的に軸線方向に延び、開放前端１６およ
び反対側の開放後端１８を有するケーシング１４
を含む。ケーシング１４内には、当業者には公知
のように、圧縮機２０、燃焼器２２、高圧タービ
ン２４および低圧タービン２６を含む高温エンジ
ン要素が配置されている。圧縮機２０および高圧
タービン２４はシヤフト２８によつて連結され、
低圧タービン２６は主エンジン駆動シヤフト３０
に連結されている。

ガスタービンエンジン１０の動作中、空気はケ
ーシング１４の前端１６に入り、ついで圧縮機２
０を通つて燃焼器２２に流れ、そこで燃料と混合
されて燃焼する。燃焼器２２からの燃焼生成物は
高圧タービン２４についで低圧タービン２６を通
り、そこでガスは膨脹してエネルギが抽出され
る。高圧タービン２４によつて抽出されたエネル
ギはシヤフト２８を介して圧縮機２０を駆動し、
低圧タービン２６によつて抽出されたエネルギは
主エンジン駆動シヤフト３０を駆動する。駆動シ
ヤフト３０は、図示していないヘリコプタのロー
タのようなエネルギ消費装置に動力を供給する。
低圧タービンから出た後の燃焼ガスはケーシング
１４の後端１８を通つてエンジン１０から排出さ
れる。

本発明によれば、エンジン１０にはケーシング
１４の前端１６に入つた空気流から異物粒子を分
離して、分離された粒子が圧縮機２０に入らない
ようにする粒子分離装置が設けられる。一旦空気
流から分離された異物粒子はエンジン１０に蓄積
され、またエンジン１０から除去される。分離さ
れた異物粒子を蓄積および／または除去するた
め、エンジン１０にはケーシング前端と動作上連
通する適当な通路網が設けられる。このような通
路網は本発明に従つて多数の形式のいずれかをと
ることができる。したがつて、分離された異物粒
子の蓄積および／または除去のためにエンジン１
０内で使用されるこのような通路の特定の例につ
いて詳述するが、その説明は通路の形式を限定す
るためのものではないことを理解されたい。

第１図において、ケーシング１４は、前端１６
から環状の空洞３４まで後方に延びる半径方向内
側を向いた環状の内側の壁３２を有する。さら
に、ケーシング１４にはそれを貫通する通路３６
が設けられ、通路３６は全体的にＬ字形で、その
一方の脚部３８がケーシングの内側の壁３４に沿
つて開口し、他方の脚部４０が空洞３４より半径
方向外側の位置においてケーシング１４の外に開
口する。

エンジン１０はさらに圧縮機２０、燃焼器２２
およびタービン２４，２６をケーシング１４内に
支持するハブ４２を含む。ハブ４２は全体的にケ
ーシング１４の中心に位置していて、弓形の外側
の壁４４を有する本体４８を含む。外側の壁４４
はエンジン１０の前端１６と圧縮機２０との間に
エンジン１０の軸線方向に延び、ケーシング１４
の内側の壁３２と全体的に向合つている。これら
のケーシングの壁３２とハブの壁４４は、全体と
して、エンジン取入空気を受入れる環状の空気取
入口通路４６を構成する。ハブの壁４４は、最大
直径を有する最も半径方向外側の隆起部４４ａを
画成するような輪郭を有し、このため最小の環状
面積を有する狭いのど部が空気取入口通路４６に
形成される。

第１図および第２図において、ハブ本体４８は
さらに、半径方向外側に位置する入口または開口
５２から半径方向内側に位置する環状の内部空洞
５４まで延びる実質的に環状の通路５０を含む。
通路５０は、ハブ本体４８内に支持された相隔た
る壁部材５６ａおよび５６ｂによつて形成され、
その開口５２は全体的に空気取入口通路４６内に
上流に向つて開口するように配置されている。ハ
ブ本体４８はさらに壁４４に設けた開口６０を含
み、壁部材５６ｂがハブ本体４８の内側に配置さ
れて、通路５０と開口６０との間に延びる通路５
８を画成する。

ハブ４２は半径方向に延びる多数の支柱６２
（第１図および第２図では１つだけ図示されてい
る）によつてケーシング１４内に支持されてい
る。第１図および第２図に図示された１本の支柱
６２は中空であつて、ハブ中の通路５８をケーシ
ング中の通路３６に連結する半径方向の通路６４
を含んでいる。後で詳しく説明するように、通路
５０は空気取入口通路４６に入つた空気中の異物
粒子を受入れるようになつており、通路５０に連
通した通路５８，６４および３６は全体として導
管６６を形成して、通路５０に受入れた粒子をエ
ンジン１０から除去する。

再び第１図を参照すると、エンジン１０はケー
シング１４に接合された、全体的に符号６８で示
した第１の仕切を構成する手段を含む。仕切り６
８は上流方向に向いた先端７２を有する分割リツ
プ７０の形式のものであつて、図ではケーシング
１４によつて支持されているが、その代わりにハ
ブ４２または別の構造物によつて支持することも
できる。第２図にもつともよく示されたように、
分割リツプ７０は、それぞれ向合う内壁８２およ
び８４を構成する２つの全体的に同心に配置され
た部分７４および７６を含み、内壁８２および８
４は間〓７８によつて分離され、かつ複数の円周
方向に間隔をおいて設けられた支柱またはベーン
８０によつて離間した関係に支持されている。同
心に配置された部分７４および７６は全体として
流線形断面形状を有する分割リツプ７０を形成す
るように輪郭を有し、かつ、分割リツプ７０の半
径方向内側に向いた壁８３および半径方向外側を
向いた壁８１を画成する。

第１図および第２図に示すように、分割リツプ
７０の半径方向内側の壁８３は全体的に、圧縮機
２０の前方にかつそれに隣接して位置するハブ４
２の外側の壁４４の一部分と向合つている。した
がつて、分割リツプの壁８３とハブの壁４４は全
体として、圧縮機２０に空気を案内するための環
状の圧縮機入口通路８６を画成する。さらに第２
図に示すように、空気取入口通路４６および圧縮
機入口通路８６は全体として、矢印８８で示すよ
うに、空気を圧縮機の方へエンジン１０の中を移
動させるための主空気流路を形成する。矢印８８
の形で略示した主空気流路はエンジンの中心軸線
１２に対して全体的に平行な第１部分９０、第１
部分９０に対して全体的に半径方向内向きの角度
をなす第２部分９２、およびエンジンの中心軸線
１２に全体的に平行な第３部分９４を含む。さら
に、エンジンの空気取入口通路４６から流れる空
気の主空気流路８８は、第１部分９０と第２部分
９２との間に符号９６で示された第１湾曲部、お
よび第２部分９２と第３部分９４との間に符号９
８で示された第２湾曲部を含む。さらにまた、主
空気流路８８は向合つた半径方向内側の側面８８
ａおよび外側の側面８８ｂをそれぞれ備えてい
る。理解を容易にするために、これらの側面８８
ａおよび８８ｂを空気取入口通路４６および圧縮
機入口通路８６のほゞ中心に設けられた第２図の
矢印８８の側面として示してあるが、側面８８ａ
および８８ｂはそれぞれハブの壁４４およびケー
シングの壁３２または分割リツプの壁８３の対応
する部分を表わすものである。

エンジン１０はさらに、全体的に符号１００で
示した第２の仕切りを構成する手段を含み、これ
はケーシング１４の壁３２と分割リツプの半径方
向外側の部分７６との間に、複数の円周方向に間
隔をおいて設けられたベーン８５および８７によ
つて支持されている。仕切り１００は、先端１０
８から後方に延びる半径方向外側の壁１０４およ
び半径方向内側の壁１０６を有する環状の仕切り
または分流板１０２の形のものである。分流板の
壁１０４および１０６は、比較的流線形断面を有
する分流板１０２を構成するような輪郭にされて
いる。

エンジン１０が運転される比較的厳しい環境で
は、空気取入口通路４６に入る空気中に砂または
ごみのような異物粒子が含まれることがあるの
で、エンジン１０はさらに全体的に符号１１０で
示した粒子分離装置を含む。この粒子分離装置は
本発明に従つて、空気取入口通路に入る空気流か
ら異物粒子を掃除または分離する能力が増大され
ている。粒子分離装置１１０は、第２図を参照し
て説明すると、空気取入口通路４６に入つた空気
中の異物粒子を掃除するために主粒子分離器１１
２と少なくとも１つの補助粒子分離器を有する。
図示のエンジン１０においては、第１、第２およ
び第３補助粒子分離器１１４，１１６および１１
８が設けられており、それらは主粒子分離器１１
２により収集されなかつた取入空気中の異物粒子
を分離して、圧縮機に入る空気を比較的清浄す
る。

なお第１図および第２図において、主粒子分離
器１１２は、空気取入口通路４６を移動する空気
から異物粒子を分離する分離手段１２０、分離さ
れた異物粒子を導く掃除空気通路１２２、および
通路１２２から分離された粒子を除去する除去手
段１２４を含んでいる。エンジン１０において
は、便利手段１２０は前記分割リツプ７０によつ
て構成される。分割リツプ７０は、空気取入口通
路４６を移動する空気中の異物粒子が分割リツプ
７０の一方の側を通り、かつ圧縮機２０で使用し
ようとする空気が分割リツプ７０の他方の側を通
るような関係の主空気流路に対して配置されてい
る。更に詳しく説明すると、第２図において、取
入空気が主空気流路８８の第１湾曲部９６付近ま
で案内されたとき、取入空気によつて運ばれる異
物粒子の運転量は粒子をエンジン１０の軸線方向
に移動し続けさせ、このため粒子を分割リツプ７
０より半径方向外側に位置する。したがつて、分
割リツプ７０より半径方向外側に位置する粒子
は、分割リツプ７０によつて圧縮機入口通路８６
に入る空気から分離される。分離された粒子は入
口流の一部によつて圧縮機入口から離れた外部排
出位置に運ばれる。

主粒子分離器１１２の掃除空気通路１２２は、
前記環状の空洞３４によつて構成され、当業者に
公知のスクロール（渦巻）型収集室の形になつて
いる。掃除空気通路１２２は分割リツプ７０の部
分７６と分流板１０２との間に形成された間〓を
通つて空気取入口通路４６と連通し、この間〓は
主粒子分離器１１２の掃除空気通路用の通路入口
１２６を構成する。分割リツプの部分７６と分流
板１０２との間に画成された前記間〓はさらに、
通路入口１２６に隣接した通路部分１４４をも構
成する。第２図に符号１２６ａで示した主空気流
路８８中の“主掃除流”部分と称する部分は、エ
ンジン１０の運転中、通路入口１２６を横切る。
通路部分１４４は流路部分１２６ａに対して例え
ば30°の鋭角Ｂをなして配置されている。このよ
うな関係は、異物粒子の軸線方向運動量の線内に
通路部分１４４を位置ぎめして、主空気流路８８
に沿つて流れる取入空気およびその中の粒子を通
路部分１４４によつて受入れ易くする。主粒子分
離器１１２の除去手段１２４は、掃除流を誘導す
るためにケーシング１４の開口を通して掃除空気
通路１２２と連通するように連結された誘導装置
１２８を含む。誘導装置１２８はブロワ、エジエ
クタまたはその他の流れを誘導する装置とするこ
とができる。作用において、誘導装置１２８は通
路１２２内に捕捉された粒子を掃除空気とともに
引き込んで、管１３０を通して大気に排出する。

本発明の実施例によれば、補助粒子分離器１１
４，１１６または１１８の各々のエンジン１０の
内部の壁３２，４４または８３と関連して設けら
れ、対応する壁３２，４４または８３に沿つて、
又はそれに近接して流れる空気流の中に巻込まれ
ている粒子を受入れる。このため、補助粒子分離
器１１４，１１６および１１８の各々は、空気取
入口通路４６と連通する入口開口、この入口開口
によつて受入れた分離された粒子を導く掃除空気
通路、およびエンジン１０から分離された粒子を
除去する手段を含む。

第１図および第２図を参照すると、エンジン１
０の第１の補助粒子分離器１１４は、ハブの壁４
４に沿つて移動する異物粒子を受入れるために壁
４４にあけられた開口５２を入口とする前記の通
路５０を含む。第２図にもつともよく示すよう
に、開口５２はのど部１３２の最小環状面積のの
ど部１３２で所でハブの壁４４に設けられてい
る。上記のように、通路５０の向合つた壁部材５
６ａおよび５６ｂは、通路入口の開口５２が全体
的にエンジン前方を向き、かつ全体的に主空気流
路８８の上流の方を向くように配置されている。
さらに第２図にもつともよく示されているよう
に、通路５０は開口５２に隣接する部分１３４を
有し、この部分１３４は開口５２を横切る主空気
流路８８中の部分５２Ａに対して全体的に例えば
10°またはそれ以下の鋭角Ｃで配向されている。
このような通路部分１３４の角度関係および通路
入口の開口５２の全体的に上流を向いた配置は、
開口５２を通る空気およびその中の異物粒子の運
転を容易にし、このため開口５２により空気およ
び異物粒子が受入れ易くなると考えられる。

補助粒子分離器１１４はさらに開口５２によつ
て受入れた粒子を収集するために通路５０と連通
して連結された補助掃除通路１３６を含む。エン
ジン１０においては、補助掃除通路１３６はハブ
本体４８内に形成された空洞５４によつて構成さ
れている。補助粒子分離器１１４はさらに、捕捉
された粒子を補助掃除流とともに除去する除去手
段１３８を含む。エンジン１０においては、除去
手段１３８は、補助掃除流を誘導するために、ケ
ーシング中の通路３６の脚部４０と連通する誘導
装置１４０を含む。作用において、誘導装置１４
０は空気取入口通路４６からハブの通路５０、掃
除通路１３６、支柱の通路６４およびケーシング
の通路３６を通るように空気を引き込み、排出管
１４２を介して大気に排出する。空気取入口通路
４６を移動する空気流から補助粒子分離器１１４
によつて抽出される空気量は、たとえば誘導装置
１４０に供給される電力を適当に調整するか、ま
た通路５０内にバツフル（図示せず）等を取付け
ることによつて制御することができる。誘導装置
１４０は主掃除流を誘導するために使用される誘
導装置１２８と同じものでもよいし異つたもので
もよい。

補助粒子分離器１１４は、境界層を含めた、ハ
ブの壁４４に隣接する取入空気流部分の中に巻込
まれている異物粒子の収集を促進する利点を有す
る。取入空気によつて運ばれる異物粒子としては
粗い砂および／または非常に細かい塵を含むこと
が多いので、このような粒子はハブの壁４４に隣
接して流れる取入空気部分の中にとどまつてい
て、圧縮機２０、燃焼器２２、タービン２２４お
よび２６ならびに他の内部装置もしくは通路内に
吸入され易い。このような粒子は、もしエンジン
内に入つた場合、内部要素を摩耗し、内部表面に
沈着し、あるいは内部空洞を詰まらせて、エンジ
ン要素の劣化および性能の低下を生じさせること
になる。

作用において、第１の補助粒子分離器１１４
は、ハブの壁４４に沿つて流れる空気を開口５２
を通して引き込む。開口５２を通しての空気の一
定の抽出は、空気をハブの壁４４から抽出しなか
つた場合に収集されないような動きの遅い粒子お
よび／または細かい粒子の捕捉を容易にすると信
じられる。これらの粒子は運動量が不充分で主粒
子分離器１１２に達することができず、圧縮機入
口８６を通つて圧縮機３０に入り易い。補助粒子
分離器を設けたことにより、上記のような粒子は
開口５２を通つて引き込まれて、圧縮機２０に向
つて移動する取入空気から分離される。したがつ
て、補助粒子分離器１１４は、ハブの壁４４に沿
つて移動する空気中に存在する比較的細かい粒子
および低速の大きい粒子であつて、共に他の位置
で収集するのに不十分な運動量しかもつていない
これらの粒子を分離するのに特に適している。

第１図および第２図において、エンジン１０の
第２の補助粒子分離器１１６は、分割リツプ７０
の同心に配置された部分７４および７６の間に画
成された環状の間〓７８によつて形成された通路
１４６を含む。第２図にもつともよく示されるよ
うに、分割リツプ中の通路１４６は、先端７２に
近接して分割リツプ７０の半径方向外側の壁８１
より外に開口する入口１４８を有し、かつ入口１
４８を横切つて流れる主空気流路８８（第２図）
の部分１４８ａ部分に対して全体的に例えば25°
の鋭角Ｄをなして配置された入口１４８に隣接し
た部分１５０を含んでいて、これにより通路１４
６によつて空気およびその中の異物粒子の受入れ
を容易にする。

分割リツプの通路１４６は、さらに、掃除空気
通路１２２と連通する出口１５２を分割リツプの
壁８２および８４の下流端の間に有する。補助粒
子分離器の補助掃除空気通路は、前記の主掃除空
気通路１２２によつて構成されており、このため
入口１４８を通つて通路１４６に入つた粒子は通
路１２２へと通過する。さらに通路１４６によつ
て通路１２２内に集められた粒子を除去する除去
手段は、誘導装置または１２８で構成される。作
用において、誘導装置１２８はエンジン取入空気
を通路１４６および通路１２２を通して吸込み、
そして排出管１３０を通して大気中に排出する。
エンジン１０内を移動する空気流から補助粒子分
離器１１６によつて抽出される空気量は、たとえ
ば、誘導装置１２８を適切に調整し、または分割
リツプの通路１４６内に（図示しない）バツフル
等を配置することによつて制御することができ
る。上記の代りに、主粒子分離装置１１２とは独
立の掃除通路および／または誘導装置を使用する
ことができる。

補助粒子分離器１１６は、その通路１４６がは
ね返りなどの作用により、主粒子分離器１１２に
捕捉されなかつた粒子を含めた異物粒子を受入れ
る利点を有する。このような付加的な粒子は分割
リツプ７０の周りに集中し、その結果、分離器の
通路１４６に引き込まれるようになると考えられ
る。

第２の補助粒子分離器１１６によつて得られる
別の利点は、分割リツプ７０の周りの局部的な流
れの場の作用に関数するもので、分割リツプの通
路１４６に相当するいかなる通路も有していない
ような通常の平滑な面を持つ分割リツプ７０の場
合についての同様な流れ場の作用を考慮すると容
易に理解することができる。代表的には、分割装
置の入口に吸込まれる空気の量は、圧縮機入口通
路に入る空気の量よりもはるかに少ない（すなわ
ち20％未満である）。したがつて、分割リツプの
圧縮機入口側に沿つて移動する空気は、分割リツ
プの分離装置側に沿つて移動する空気よりもはる
かに速く移動する。少くとも部分的に、分割リツ
プの両側を移動する空気速度の差したがつてリツ
プの周りを移動する空気の加速により、分割リツ
プの周りの空気の流れは、その先端付近で壁から
剥離するようにする（すなわち流れが付着した状
態に維持されない）。このような流れの剥離は分
割リツプを横切つて圧縮機に向つて流れる空気流
における好ましくない圧力損失をもたらすことが
知られている。

他方、第２の補助粒子分離器１１６は分割リツ
プ７０の周りの流れパターンを、分割リツプ７０
の先端７２付近における流れの剥離の可能性を減
少するように改善する。このような改善は補助粒
子分離器１１６によつて通路入口１４８を通して
空気を抽出して分割リツプの壁８４に沿つて流れ
るように誘導することによるものと考えられ、こ
のように空気を抽出し誘導することにより先端７
２の周りの空気の加速が抑制されるものと考えら
れる。その結果、分割リツプ７０付近の空気流は
剥離しにくくなり、圧縮機２０に向かつて分割リ
ツプ７０を通つて流れる主空気流の圧力損失は効
果的に減少する。

通路１４６を設けたことにより分割リツプ７０
の周りを流れる空気の圧力損失が減少すること
は、エンジン設計において有利である。特に、内
部に通路１４６を設けた分割リツプ７０は従来の
通常の分割リツプよりも主空気流の圧力損失を少
なくすると考えられるので、分割リツプ７０はケ
ーシング１４内に、通常の分割リツプが取付けら
れる位置よりも前方の位置に取付けることができ
る。このような取付けの場合、分割リツプ７０の
周りの空気流の圧力損失を所定のレベルまたは許
容レベル以内に保ちながら、主粒子分離器による
粒子収集効率を増加することができる。

第１図および第２図において、エンジン１０の
第３の補助粒子分離器１１８は、ケーシングの内
側の壁３２と分流板１０２の半径方向外側の壁１
０４との間に画成された通路１５４を含む。通路
１５４は異物粒子を受入れる上流に向いた入口１
５６を有し、また掃除空気通路１２２と連通する
下流に向いた出口１５７を有する。第３の補助粒
子分離器１１８に関連する掃除空気通路は、第２
の補助粒子分離器１１６に関連する同じ掃除空気
通路１２２とすることができ、また通路１２２か
ら収集された粒子を除去する除去手段としては誘
導装置１２８が用いられる。作用において、誘導
装置１２８はエンジン取入空気から一部の空気を
通路１５４および通路１２２を通して引込み、そ
して大気に排出する。通路１５４を通して取入空
気から抽出される空気流の制御は、たとえば、誘
導装置１２８を適切に調整するか、または通路１
５４内にバツフル（図示しない）を配置すること
によつて行うことができる。

第２図にもつともよく示されているように、通
路１５４は入口１５６に隣接した部分１５８を有
し、その部分１５８は、入口１５６を横切つて移
動移動する主空気流路８８の符号５２ａ（または
９０）で示された軸線方向部分に対して、全体的
に例えば10°またはそれ以下の鋭角Ｅをなすよう
に配向されている。この配向により入口１５６に
向つて指向される空気の受入れが容易になると考
えられ、その結果、入口１５６に入る空気によつ
て運ばれる異物粒子の受入れが容易になると考え
られる。通路１５４の１つの壁がケーシングの壁
３２の一部によつて形成されているので、第３の
補助粒子分離器１１８は特にケーシングの壁３２
に隣接して壁３２に沿つて移動する取入空気から
空気を抽出するのに適していると考えられる。し
たがつて、第３の補助粒子分離器１１８はケーシ
ングの壁３２に沿う比較的高速の空気流によつて
運ばれる異物粒子を収集することになる。

第３の補助粒子分離器１１８はさらに、エンジ
ン１０のケーシングの壁３２に沿う流れの剥離に
関して有利である。主空気流路８８（第２図）に
沿つて移動する空気は高速であるので、その流れ
は空気取入口通路４６のどの部１３２の下流のケ
ーシングの壁３２に沿つて剥離するおそれがある
ことが知られている。そのような剥離は、少くと
も部分的に、空気がのど部１３２の下流の流れ横
断面積の拡大に合わせて急速に膨脹または拡散し
て不安定になることによるものである。そのよう
な流れの剥離の結果、不安定な剥離流の区域が生
じ、これらの剥離流区域に捕捉された異物粒子は
主空気流の中たとえば主空気流の中心の位置まで
投げ出されて、掃除されることなく圧縮機に入る
ことになる。

通路１５４を含む第３の補助粒子分離器１１８
はケーシングの壁３２に沿う流れの剥離の可能性
を減少するものと考えられる。そのような流れの
剥離の減少は、少くとも部分的に、分割リツプ７
０とケーシングの壁３２との間に分流板１０２を
設けたこと、すなわちそれによりケーシングの壁
３２に沿つて流れる空気を所望のまたは所定量だ
け抽出することによるものと考えられる。したが
つて、分流板１０２により流れ断面を分割し、そ
の１つの断面区域から抽出または引き出される空
気量を調節することにより、ケーシングの壁３２
に沿う流れの剥離の可能性はいちじるしく減少す
る。さらに、分流板１０２およびベーン８７は、
その表面が衝突粒子のはね返り方向を望ましくな
い方向にするような角度にならないようにしなが
ら、流れ面積を減少する付加的な阻止部を構成す
るようにすることができる。この流れ面積の減少
は、流れ剥離の傾向の減少に役立つ。さらに、ケ
ーシングの壁３２に沿う流れ剥離の傾向が通路１
５４によつて減少するため、主空気流路８８の第
１湾曲部９６（第２図）の周りを移動する空気流
の圧力損失が減少する。

第３の補助粒子分離器１１８は、砂の分離を非
能率的にするような質量輸送機構を破壊するとい
う他の利点を生ずる。このような質量輸送機構
は、空気取入口通路４６を移動する空気の高度の
乱流によるもので、流れの種々の区域において、
空気を渦状に導いて状態の一定しない時間的に変
化する態様で元に戻すようにする。したがつて、
このような区域内に促進された粒子がエンジン主
粒子分離器の入口まで運ばれた場合、空気の渦流
作用により粒子は分離器入口から外へ逆戻りして
運び出され、粒子は分離器で収集されることなく
圧縮機に入る。

これに対して、第３の補助粒子分離器１１８の
通路１５４は、その入口１５６に入る空気が掃除
空気通路１２２に向つて動くときに従うべき明確
に限定された比較的狭い通路を構成している。こ
の限定された通路１５４は流れ安定にし、かつ入
口１５６から主空気流路８８に粒子を戻すように
作用する惧れのある、入口１５６に入る空気の渦
流作用を大幅に防止する。

以上の説明から明らかなように、補助粒子分離
器１１４，１１６，１１８の各入口５２，１４
８，１５６ならびに主粒子分離器１１２の入口１
２６は、主空気流路８８の内側８８ａまたは外側
８８ｂに設置されている。主空気流路８８の中心
からはずれたこのよう入口の配置により、入口５
２，１２６，１４８または１５６のいずれもエン
ジン１０内を流れる空気流の圧力損失をいちじる
しく増大することはないと考えられる。さらに入
口５２，１２６，１４８または１５６が空気流の
流れ剥離の可能性を減少する程度まで、通路５
２，１２６，１４８または１５６はエンジン圧力
損失を減少することができる。

さらに、第２の補助粒子分離器１１６に関連し
て前に述べたように、粒子分離器の入口５２，１
２６，１４８または１５６の各々がそれぞれの入
口に隣接する空気流のパターンを破壊する程度ま
で、いくつかのエンジン設計変更を行つて、圧縮
機２０に向つて移動する空気流の圧力損失を所定
値にするかまたは減少させ、或いは粒子分離装置
１１０の粒子収集効率をさらに改善することがで
きる。そのような設計変更は粒子分離器の入口５
２，１２６，１４８，１５６の寸法の変更、主空
気流路８８に対する分割リツプの位置の変更、エ
ンジン内部の壁３２，４４，８２，８４の形状の
変更、スクロール型のベーン８０の焦点の調節、
または分離器の入口５２，１２６，１５６を通し
て均一な掃除用空気抽出を達成するための適当な
変更を含んでいる。

次に第３図を参照すると、本発明の別の実施例
による粒子分離装置を含むガスタービンエンジン
１６０が簡略化して示されている。エンジン１６
０は壁１６６を有するケーシング１６４、壁１７
０を有するハブ１６８、および半径方向内側の壁
１７４および半径方向外側の壁１７６を有する分
割リツプ１７２を含む。ケーシングの壁１６６と
ハブの壁１７０とは全体的にエンジンの空気取入
口通路１７８を形成し、この通路内にはのど部１
７０ａが形成されている。同様に、分割リツプの
壁１７４とハブの壁１７０とは全体的に圧縮機入
口通路１８０を形成し、また分割リツプの壁１７
６とケーシングの壁１６６とは全体的に主粒子分
離器１８４の掃除空気通路に対する入口通路１８
２を形成する。

本発明によれば、エンジン１６０は前記主粒子
分離器１８４に加えて、少くとも１つの補助粒子
分離器を有する粒子分離装置１６２を含む。エン
ジン１６０では、第３図に示すように、通路１９
０，１９２，１９４，１９６，１９８および２０
０をそれぞれ有する６個の補助粒子分離器が設け
られている。３個の通路１９０，１９２および１
９４はハブの壁１７０に開口していて、そのうち
の２つの通路１９０および１９２は空気取入口通
路１７８ののど部１７０ａの上流の定められた位
置で開口し、残りの１つの通路１９４は空気取入
口通路１７８ののど部１７０ａの下流すなわち圧
縮機入口通路１８０内の定められた位置で開口し
ている。また２つの通路１９６および１９８は分
割リツプ１７２に設けられていて、そのうちの一
方の通路１９６は先端２０２の直ぐ下流付近の位
置で開口し、他方の通路１９８は先端２０２から
さらに遠くの位置で開口している。最後の１つの
通路２００はのど部１７０ａの周りの位置でケー
シングの壁１６６に開口している。作用におい
て、通路１９０，１９２，１９４，１９６および
２００はそれぞれの壁に隣接して流れる取入空気
部分を受入れ、したがつて、受入れた空気によつ
て運ばれる異物粒子を受入れる。粒子分離装置１
６２によつて収集した粒子を除去するための関連
した除去手段は、ブロワまたはエジエクタを含め
て、当業者に公知の任意の除去手段であつてもよ
く。除去手段は分離器の通路１９０，１９２，１
９４，１９６，１９８および２００と連通するよ
うに結合される。したがつて、本発明による補助
粒子分離器の通路はエンジン内壁に沿つた任意の
多数の位置で開口することができる。

次に第４図には、本発明による別の実施例の分
離装置を含むエンジン２０４を示す。エンジン２
０４は半径方向内側の壁２０８を有するケーシン
グ２０６、半径方向外側の壁２１２を有するハブ
２１０、および半径方向内側の壁２１６および半
径方向外側の壁２１８を有する分割リツプ２１４
を含む。全体的に、ケーシングの壁２０８とハブ
の壁２１２とはエンジン２０４の空気取入口通路
２２０を形成する。同様に、分割リツプの壁２１
６とハブの壁２１２とは圧縮機入口通路２２２を
形成する。さらに、多数の環状の仕切りまたは分
流板２２６，２２８，２３０および２３２が、第
４図に示すように、ケーシングの壁２０８と分割
リツプの壁２１８と間に間隔をおいて作動的に取
付けられている。

本発明によれば、エンジン２０４は、圧縮機入
口通路２２２に向つて移動する取入空気によつて
運ばれる異物粒子を受入れるため、第４図に示す
ように、多数の通路２３６，２３８，２４０，２
４２および２４４を有する粒子分離装置２２４を
含む。通路２３６は分割リツプの壁２１８と分流
板２２６との間に形成された環状のスロツトによ
つて構成され、通路２３８は分流板２２６と２２
８との間に形成された環状のスロツトによつて構
成され、通路２４０は分流板２２８と２３０との
間に形成された環状のスロツトによつて構成さ
れ、通路２４２は分流板２３０と２３２との間に
形成された環状のスロツトによつて構成され、通
路２４４は分流板２３２とケーシングの壁２０８
との間に形成された環状のスロツトによつて構成
される。第４図に示すように、通路２３６，２３
８，２４０および２４４の各々はケーシング２０
６内に形成された掃除空気通路２３４と連通して
いる。

エンジン２０４の運転中、通路２３６，２３
８，２４０，２４２および２４４は、空気取入口
通路２２０の中をケーシングの壁２０８に沿つて
移動する取入空気を受入れ、したがつて受入れた
取入空気内に捕捉されている異物粒子を受入れ
る。通路２３６，２３８，２４０，２４２および
２４４を通つて収集室すなわち通路２３４に集め
られた粒子は、そこから、ブロワまたはエジエク
タのような適当な除去手段２４６によつて除去す
ることができる。第１図および第２図におけるエ
ンジン１０の分流板１０２のように、第４図の分
流板２２６，２２８，２３０および２３２はケー
シングの壁２０８に沿う流れの剥離の可能性を減
少し、かつ粒子分離を非能率にする質量輸送機構
を破壊する。一方、第４図エンジン２０４の分流
板２２６，２２８，２３０，２３２は、取入空気
流の選ばれた区域を効果的に利用するために第１
図および第２図に示すエンジンでその分流板１０
２の代りに用いることができる。いずれの場合に
も、ケーシングの壁、分流板および分割リツプに
よつて形成された分離器通路を通る空気流は、エ
ンジン中を移動する空気流を許容し得る特性また
はパターンにするために、釣合いがとれているこ
とが望ましい。

以上、本発明の粒子分離装置の種々の実施例を
説明したが、当業者にとつて他の変形をなし得る
ことは明らかであり、したがつて、本発明の真の
精神および範囲内に入るそのような変形は特許請
求の範囲内に包含されるものである。たとえば、
第１図乃至第４図の粒子分離装置は環状すなわち
軸対称のエンジンに設けられた場合のものである
が、本発明による粒子分離装置は軸対称でない空
気取入口通路を有するエンジンにも使用すること
ができる。さらに、本発明は軸流または渦流型分
離器のいずれかを有するエンジンに利用でき、か
つ可動のエンジン要素内に、また不動のエンジン
要素内もしくは機体／設備内に一体化しうるもの
である。

さらに、第１図乃至第４図の粒子分離装置の実
施例では異物粒子を収集するために少くとも４つ
の環状の分離器通路が設けられているが、本発明
による粒子分離装置はそれより小数の通路、例え
ば２つの通路を設けてもよい。またさらに、粒子
分離装置の１つの通路に他の通路の収集および除
去手段を関連させまたは一体化させることができ
る。たとえば、粒子分離装置の２つの通路に対し
て別々のブロワを設けるか、または単一の共通の
ブロワを設けて、収集した粒子を除去してもよ
い。さらに、粒子分離装置の２つの通路に対して
単一の共通の掃除空気通路系を設けるか、または
別々の掃除空気通路系を設けてもよい。したがつ
て、前記実施例は、説明のためのものであつて、
本発明をそれに限定するためのものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による粒子分離装置を含むガス
タービンエンジンの部分断面側面図である。第２
図は第１図の一部の拡大図である。第３図は本発
明による別の粒子分離装置を含むガスタービンエ
ンジンの一部の簡略側断面図である。第４図は本
発明によるさらに別の粒子分離装置を含むガスタ
ービンエンジンの一部の簡略側断面図である。 ［主な符号の説明］、３２：ケーシング１４の
壁、４４：ハブ４２の壁、４６：空気取入口通
路、８６：圧縮機入口通路、８８：主空気流路、
１１２：主粒子分離器、１１４，１１６，１１
８：補助粒子分離器、５０，１４４，１４６，１
５４：粒子分離器の入口の通路、７０：分割リツ
プ、１０２：分流板、１２２：掃除空気通路、１
２４，１３８：除去手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主粒子分離器１１２と補助粒子分離器手段１
   １４，１１６、又は１１８とを有するガスタービ
   ンエンジン用の入口粒子分離装置であつて、 前記主粒子分離器が、(イ)第１の壁３２を持つケ
   ーシング１４、(ロ)前記第１の壁から隔たつていて
   エンジン取入空気を受入れる取入口通路４６を画
   成する第２の壁４４を持ち、該第２の壁が該取入
   口通路の中に前記第１の壁との間にのど部１３２
   を画成する最大直径部分を有しているハブ４２、
   ならびに(ハ)前記のど部１３２より下流に配置さ
   れ、前記第２の壁４４から隔たつていて前記取入
   口通路と連通する前記ガスタービンエンジンの圧
   縮機に対する入口通路８６を画成すると共に、前
   記第１の壁３２から隔たつていて前記取入口通路
   と連通し、それから異物粒子受入れる第１異物粒
   子通路を画成する分割リツプ７０，７２を含み、 前記補助粒子分離器手段が、前記のど部より下
   流で前記の第１の壁３２、第２の壁４４および分
   割リツプ７０，７２のうちの少なくとも１つに設
   けられ、前記の第１の壁、第２の壁および分割リ
   ツプそれぞれに沿つて流れる空気中に存在する異
   物粒子を受入れる入口５２，１４８，１５６を有
   していること、を特徴とする入口粒子分離装置。 ２ 前記補助粒子分離器手段が前記第１の壁、第
   ２の壁および分割リツプのうちの１つに設けられ
   た１つの補助粒子分離器を含んでいる請求項１記
   載の入口粒子分離装置。 ３ 前記補助粒子分離器手段が前記第１の壁、第
   ２の壁および分割リツプのうちの２つにそれぞれ
   設けられた補助粒子分離器１１４，１１６を含ん
   でいる請求項１記載の入口粒子分離装置。 ４ 前記補助粒子分離器手段が、前記第１の壁、
   第２の壁、および分割リツプのそれぞれに設けら
   れた補助粒子分離器１１４，１１６，１１８を含
   んでいる請求項１記載の入口粒子分離装置。 ５ 前記補助粒子分離器が、前記第２の壁４４の
   前記最大直径部分４４ａに設けられた入口５２、
   該入口から半径方向内側に向つて延びるハブ通路
   ５０、および該ハブ通路から異物粒子を取り出す
   手段１３６，６０，３８，３６，１３８を含んで
   いる請求項２ないし４のいずれかに記載の入口粒
   子分離装置。 ６ 前記取り出す手段が、(イ)異物粒子を収集する
   ために前記ハブ通路５０と連通する掃除通路１３
   ６、(ロ)前記ケーシング１４と前記ハブ４２との間
   に延びていて、内部に前記掃除通路１３６と連通
   する支柱通路６４を含んでいる複数の支柱６２、
   (ハ)前記ケーシングの中に設けられて前記支柱通路
   と連通するケーシング通路３６、および(ニ)前記ケ
   ーシング通路から異物粒子を除去する除去手段１
   ３８よりなる請求項５記載の入口粒子分離装置。 ７ 前記ハブ通路５０のうちの前記入口５２に隣
   接した部分が前記取入口通路のうちの前記入口に
   隣接した部分に対して鋭角Ｃをなして配置されて
   いる請求項５または６記載の入口粒子分離装置。 ８ 前記鋭角Ｃが最大10度である請求項７記載の
   入口粒子分離装置。 ９ 前記補助粒子分離器が前記分割リツプ７０，
   ７２を含み、該分割リツプが半径方向に隔たる第
   １および第２部分７４，７６を持ち、該第２部分
   ７４の先端７２が該第１部分７６よりも上流にあ
   り、該第１および第２部分の間には該先端の近く
   に入口１４８が画成されると共に分割リツプ通路
   １４６が画成されており、前記補助粒子分離器が
   更に該分割リツプ通路から異物粒子を取り出す手
   段１５２，１２２，１３０を含んでいる請求項２
   ないし８のいずれかに記載の入口粒子分離装置。 １０ 前記取り出す手段が前記補助粒子分離器か
   ら前記主粒子分離器内へ異物粒子を運ぶ請求項９
   記載の入口粒子分離装置。 １１ 前記分割リツプ通路１４６のうちの前記入
   口に隣接した部分が前記取入口通路のうちの前記
   入口に隣接した部分に対して鋭角Ｄに配向されて
   いる請求項９または１０記載の入口粒子分離装
   置。 １２ 前記鋭角Ｄが約25度である請求項１１記載
   の入口粒子分離装置。 １３ 前記補助粒子分離器が更に、前記ケーシン
   グ１４と前記分割リツプ７０，７２との間に配置
   されて、前記ケーシングとの間に上流方向を向い
   た入口１５６を持つ分流通路１５４を画成する分
   流板１０２、および該分流通路から異物粒子を取
   り出す手段１２２，１３０を含んでいる請求項２
   ないし１２のいずれかに記載の入口粒子分離装
   置。 １４ 前記取り出す手段が前記補助粒子分離器か
   ら異物粒子を前記主粒子分離器内へ運ぶ請求項１
   ３記載の入口粒子分離装置。 １５ 更に、前記主粒子分離器から異物粒子を取
   り出す手段１３０を含む請求項１０ないし１４の
   いずれかに記載の入口粒子分離装置。 １６ 前記分流通路１５４のうちの上記入口に隣
   接した部分が前記取入口通路のうちの前記入口に
   隣接した部分に対して鋭角Ｅをなして半径方向外
   向きに傾斜している請求項１３ないし１５のいず
   れかに記載の入口粒子分離装置。 １７ 前記鋭角Ｅが最大10度である請求項１６記
   載の入口粒子分離装置。 １８ 前記ケーシング１４と前記分流板１０８と
   前記分割リツプ７０，７２との間には複数の円周
   方向に間隔をおいて設けられたベーン８５，８７
   が延びている請求項１３ないし１７のいずれかに
   記載の入口粒子分離装置。