JPS6149133A - 粒子分離装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジンの導入空気流から異物粒子な除去する
粒子分離装置、特に導入空気流から異物粒子を連続的に
除去しエンジンへ実質的に粒子を含まない空気流を供給
する粒子分離装置に関する。

航空機用エンジン、特にヘリコプタ用エンジンは砂ある
いは塵埃等の異物粒子を吸入し損傷を受は易い、即ちヘ
リコプタが地面又は地面近傍に位置するときヘリコプタ
のロータにより地面に空気を吹き付けるから、エンジン
の空気導入口近傍に大量の砂あるいは塵埃を含んだ空訊
流が発生し、これがエンジンに吸入されてエンジンが損
傷を受は易く、この場合粒子分離装置が有効に利用され
得る。

（従来の技術） エンジンにこのような異物粒子が導入することを防止す
るため、慣性を利用した粒子分離装置が提案されている
。この粒子分離装置はエンジンの上流部の軸方向前部に
延びる主カバー胴部材内においてエンジン空気導入開口
部の直近の上流に同軸に配設されておシ、上流方向およ
び下流方向に向って半径方向外向にフレア状になるよう
に形成されている。この慣性粒子分離装置によりはば軸
方向に導入される、異物粒子を含んだ空気流が半径方向
外側に偏向即ち向きが変化せしめられ、空気流に含まれ
た砂あるいは塵埃の異物粒子が慣性により半径方向外向
きに偏向せしめられる。この場合異物粒子は主カバー胴
部材の内面へ即ちエンジンの空間導入開口部から半径方
向へ向って離間する方向に強制的に移動され、比較的粒
子を含まない空気流は中央部において軸方向に流れ、エ
ンジンの空気導入開口部へ送られる。一方偏向せしめら
れた粒子を含む半径方向外側の空気流は主カバー胴部材
内を軸方向に移動して、好適な粒子捕捉部に導入される
ことになる。

（本発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の粒子分離装置は動作原理が簡単であり有
効であるように思われるにもかかわらず、実際上野外１
：おいて使用すると理論とは異なシ導入空気からそれほ
ど粒子が除去されず真足する結果が得られなかった。こ
れは主カバー胴部材の中央部において軸方向に流れる空
気流に相対的に太量の異物粒子が含まれていることによ
るものと考えられる。

従って本発明の目的は従来の装置よシ粒子の分離並びに
除去機能を大巾に向上した慣性利用型の粒子分離装置を
提供することにある。従って本発明によれば、ガスター
ビン型のエンジンの開口部に導入される空気流から砂あ
るいは塵埃等の異物粒子が大巾に除去可能な粒子分離装
置が提供される。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成するため本発明の粒子分離装置によれ
ば、粒子分離器がエンジンの開口部の上流に配設され、
且この粒子分離器の第１の部分をなす粒子捕捉部により
、導入空気流に含まれる粒子の一部が捕捉され、次に粒
子分離器の第２の部分１：４す、空気流の残）の部分が
エンジンの開口部から半径方向に離間した方向へ偏向さ
れ移動されると共に、捕捉された粒子および偏向されて
移動された粒子が共（＝ファンによジエンジンのバイパ
ス路を介し大気へ連続的に放出さ糺るよう（：構成せし
めることによって、実現される。

（作用） しかして本発明による粒子分離装置にあっては、特にエ
ンジンの上流部に導入される空気流において、その中央
に位置する粒子分離器によυ相当量の異物粒子が除去さ
れ、中央を流れる空気流の異物粒子が大巾に低減せしめ
られ、質量が低下するから半径方向外側に向って残りの
異物粒子を空気流が円滑に偏向せしめられて、粒子の除
去が高効率で実現され得る。

（実施例） 図を参照するにヘリコプタの主ロータ（図示せず）を駆
動するガスタービン型のエンジン鰻の上流部（１Ｇが示
されてお）、上流部（１０１にはエンジンへの空気導入
部をなす中空でほぼ円筒状のカバー胴部材Ｉが包有され
、このカバー胴部材Ｉの中心軸線はエンジンの軸線（１
６１と一致せしめられる。またカバー胴部材Ｉの入口部
にはカバー胴部材（１４）の軸線方向に沿って延び、空
気をエンジンに導入する空気導入路αａが形成されてい
る。この空気導入路（１８１は更にその入口部にカバー
胴部材Ｉの半径方向外向きにフレア状：：延びる開口部
（２Ｇを有している。

エンジンの主動力シャツ）　２４）は空気導入路αａに
沿って延び、生動力シャフト＠の左端部は開口部（２０
）の僅かに上流に配設された歯車箱（２Ｑを介し軸方向
に延びる駆動シャフト（ハ）と連動可能に連結される。

駆動シャフト（至）の回転力はヘリコプタのロータに伝
達される。また空気導入路α＆内には主動力シャフト（
２沿の外周面に沿い離間して配設された一部の羽根（３
０）が具備され、羽根（至）によりエンジンの第一の構
成部分をなすコンブレンチ部が区画される。

エンジンの他の構成部分（例えば燃焼器構成部分および
タービン構成部分）は図示していないが羽根間の下流に
周知の如く配列される。

いま特にヘリコプタが地上又は地上近傍に位置している
場合、ロータにより地面に向って吹き付けられる空気流
によって、砂あるいは塵埃を含んだ大量の空気流Ｉ３Ｂ
がエンジンの開口部（２０）付近に流入し、砂あるいは
塵埃のような粒子を大量に含んだ空気流０シが開口部（
２０）からエンジンに導入されると、エンジン内部の部
品の耐久性が大巾に損なわれて好ましくないから、本発
明においては独特の慣性粒子分離装置（至）が具備され
る。本発明の慣性粒子分離装置（ロ）には、空気を導入
する中空でほぼ円筒状の主カバー胴部材Ｉ３９が包有さ
れており、主カバー胴部材（至）の内部にはエンジンの
上流部α０）が同軸に配設され、主カバー胴部材０９は
開口部（２αの上流および下流にわたって延びている。

主カバー胴部材田により開ロ部（２０直近の上流に且開
口部（２０）と連通ずる空気導入路間が軸方向に沿って
区画される。また図示の如く、空気導入路（至）は上流
端部に半径方向外向きに延びる開口部間を有し、開口部
（至）の直径はエンジンα２の上流端部分（２ｚの直径
よシ僅かに大にされている。空気導入路側は開口部（至
）からその長手方向に沿い半径方向外向きに僅かに拡大
するようにフレア状に形成されている。

カバー胴部材Ｉ、上流端部分ＱＯＩおよび主カバー胴部
材Ｃ３５＋により、空気導入路（３６）と連通ずる環形
のバイパス路（４１が区画される。バイパス路ＧｅＣＪ
はその下流端部が主カバー胴部材＜３５）の内部に区画
された環形の回収チャンバ（４２１に連通される。

慣性粒子分離装置（ロ）には又中空でほぼ球状の慣性粒
子分離器（４４）が包有される。慣性粒子分離器（４４
）は開口部ｃ２０）直近の上流に配置され、慣性粒子分
離器（４４）内にはシャフト（財）、（２１９の、歯車
箱■と隣接する部分および歯車箱（２６）が回転自在に
貫通されている。慣性粒子分離器（４４）の上流部（４
６）および下流部（ハ）は夫々下流方向に向い半径方向
外向きにフレア状に、立下流方向に向い半径方向内向き
にフレア状（＝形成される。

慣性粒子分離器（４４）は一部空気導入路（１８１内：
二突出され、慣性粒子分離器（財）の下流部（４Ｅ９は
、開口部■の円周方向に等間隔離間されほぼ半径方向に
延びる一部の支承板６０を介しカバー胴部材（１４）に
装着される。慣性粒子分離器（４４）において下流部（
４Ｂが上述のように配置されることにより、下流部（４
υにより開ロ部（２０）の中央部分が閉鎖され、下流部
（４８）およびカバー胴部材α滲の内面によう環形の入
口路６２が区画される。この入口路５２は空気導入路（
７）、測量に位置し呈上流方向に向って半径方向外向き
にフレア状に拡大されている。

更に上流方向に向い先細にされた中空のハウジング５４
）内に駆動シャフト（至）が収容されてお）、且ハウジ
ング６荀は慣性粒子分離器（４滲の上流端部■に轟接さ
れる。一方慣性粒子分離器（４４）には環形の粒子捕捉
部ｉ５杓が具備され、粒子捕捉部鏝はほぼ軸方向に延び
呈上流方向に向って半径方向外向きにフレア状に延びる
入口部（６０）を有する。粒子捕捉部Ｇ８の内部はその
下流端部から円周方向に互いに離間された一部のダク）
　（６３を経てバイパス路（４０に連通される。このダ
ク）　ｆ６３は慣性粒子分離器（４→の内部を通シ、支
承板５１間の入口路６２並びにカバー胴部材α４の壁部
を貫通してバイパス路（４１に延びている。

慣性粒子分離装置（ロ）には更に、粒子を除去するファ
ン（財）（簡略（＝示す）が包有され、ファン（財）の
入口部および出口部は夫々人ロダク）　（６６）および
放出ダク）ＩＩＩＪに連通されている。入口ダクト□□
□の他端部は環形の回収チャンバ（４２１に連通され、
放出ダクト６８）の他端部は大気に向って開放されてい
る。

慣性粒子分離器（４４Ｊおよびファン−は好適に協働し
て、エンジンへ導入される空気流（３ａから連続的に異
物粒子を取り除き大気へと放出し、これにょシ実質的に
異物粒子の含まれていない空気流をエンジンへ確実に供
給し得る。

次に慣性粒子分離装置の動作について説明する。

ガスタービン型のエンジン（１′２およびファン（財）
が駆動されると、異物粒子を含んだ空気流０２が開口部
時から空気導入路００を経て開口部（２０１へ導入され
る。

このとき開口部１２０＋　、■間に配設された慣性粒子
分離器（４４）は空気流０２に含まれた異物粒子の一部
を捕捉するように作用し、且ここで捕捉されながった異
物粒子はエンジンａｚの半径方向外側即ち空気導入路の
外周部に移動せしめられることになシ、エンジンに送ら
れる空気流から実質的に完全に異物粒子が除去され得る
。捕捉された異物粒子および半径方向外側へ移動された
異物粒子は共にファンｆ６４１によりエンジンのバイパ
ス路を経て大気へ連続的に放出される。

更に詳述するに、粒子を含む空気流口が空気導入路（３
６）を経てエンジンα２内；二導入される場合、先ず空
気流Ｏａは慣性粒子分離器（４４）の上流部（４６）お
よびこれと隣接するハウジング（財）に幽たる。この粒
子の一部および空気流口の一部（３２ａ）はファン例の
回動により回収チャンバα２およびダク）　ｔ６２を介
し粒子捕捉部鏝の内部が負圧：：なっているので粒子捕
捉部Ｑ内に吸入される。

残余の異物粒子は慣性粒子分離器（４４）の上流部０６
１が半径方向外向きに拡大されているから、主カバー胴
部材Ｇ９の内面へ向って半径方向外向き（＝向けられ、
このとき粒子捕捉部鏝に捕捉されなかった異物粒子に半
径方向外向きの慣性が与えられる。

これＣ二よシ空気流（３２ａ）　、　（３２ｂ）にほと
んどの粒子が含まれ、半径方向外向きに向けられる空気
流（３２ａ）　。

（３２ｂ）に対し、半径方向内向きに実質的に粒子を含
まない空気流（３２ｃ）が分流される。

ファン（６場により回収チャンバ（４シの内部が負圧状
態に維持されるので、半径方向外向きに向けられた空気
流（３２１））と粒子捕捉部■に導入される空気流（３
２ａ）はバイパス路（４Ｇを経て回収チャンバ（４７Ｊ
内へ導入され、且ファン（６４）により、空気流（３２
＋ｘ）’＋　（３２ｂ月ニ含まれた粒子が回収チャンバ
から大気へ放出される。従って本発明においては、エン
ジンのバイパス即ち粒子捕捉部Ｉ５Ｆ！Ｉ、ダク）　（
Ｇ２　、バイパス路（４０゜回収チャンバ（４３、入口
ダクト（６６）および放出ダクトｆ６ｅを介して連続的
に異物粒子の放出が行なわれることになる。

一方実寅的に異物粒子を含まない空気流（３２ｃ丹ま羽
根（３０１の回転により入ロ路ｒ５２へ導入され、更に
ガスタービン型のエンジン（１７Ｊへ連続的に供給され
る。

このとき空気Ｋ　（３２ｃ）に含まれる粒子量は従来の
慣性粒子分離装置によるエンジンへの導入空気に含まれ
る粒子量に比べ大巾に削減されエンジンに導入される粒
子による内部部品の劣化が顕著に低減される。

特：二本発明によれば、粒子捕捉部ｌ！５槌とファン（
財）とが好適に協働することにより粒子分離性能が大巾
−向上され得る。空気導入路（ト）に導入される空気流
１３２は空気導入路間のフレア状に形成された開口部間
において完全に軸線ｕ６１方向に沿わずに軸線１ｅに対
し実質的に傾斜された方向に沿って導入されるので、主
カバー胴部材（至）の空気流導入効率を高くできる。

このように空気流Ｉ３２を完全に軸方向に沿ってではな
く軸方向に対し傾斜した方向に導入すること（＝よって
、慣性粒子分離器（４４）により空気流Ｇ２に含まれる
粒子に所望の分離慣性力を与える際の角度を大巾に大き
くできることは理解されよう。

即ち空気流を単に偏向せしめて粒子を除去する従来の装
置の多くは導入空気流全体、特に空気流Ｃ２内に砂ある
いは塵埃が大量に含まれている導入空気流全体を、充分
に偏向できず相当量の異物粒子がエンジンに導入されて
いたが、本発明によれば、特に粒子捕捉部（至）が開口
部（２１の半径方向内側（＝おいて延設されるので、開
口部間からの空気流Ｇ２の導入時：二相当量の粒子が除
去されると共に空気流が慣性粒子分離器（４４）により
半径方向外側に偏向され得る、即ち粒子捕捉部（至）の
入口部（６０が軸線（１ｅに対しある角度をなすよう空
気流器を導入するべくフレア状に構成されているので粒
子捕捉部６＆の粒子捕捉効率が向上されること（；なる
。またこのように粒子捕捉部鏝：二よ）空気流から導入
当初に相当量の粒子が除去され、粒子量が低減されるの
で、慣性粒子分離器の空気流偏向機能が従来品に比し大
巾に高められ、この結果エンジンの入口部へ送られる空
気流（３２ｃ）には実質的に異物粒子が含まれなくなる
。

本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、特許
請求の範囲に含まれる設計変更を包有することは理解さ
れよう。

（発明の効果） 上述のように構成された本発明によれば、エンジン：二
導入される空気流から異物粒子を連続的に除去でき、エ
ンジン内に異物粒−子の流入が実質的にないから、エン
ジンの耐久性を大巾に向上できる。

本発明の実施態様を要約して下記に記載する。

１、エンジンの入口開口部へ送られる粒子を含んだ空気
流用の流路内に粒子分離器を配設する工程と、粒子分離
器により空気流に含まれた粒子の一部を捕捉し同時に入
口開口部の半径方向外側へ空気流に含まれた粒子の残部
を偏向して移動させる捕捉・偏向工程と、粒子を入口開
口部をバイパスするバイパス路を介し大気へ連続的に放
出する放出工程とを包有してなるエンジンの入口開口部
へ送られる導入空気流から粒子を除去する方法。

２、放出工程は粒子を入口開口部の下流部分へ送り更に
ファンを介し放出することにより実行してなる上記第１
項記載の方法。

３、入口開口部と連通ずる導入空気路を区画するカバー
胴部材装置、入口開口部の下流に配設される回収チャン
バおよび導入空気路と回収チャンバとの間に延びるバイ
パス路により粒子分離器および入口開口部を囲繞する工
程が更に包有され、捕捉・偏向工程には粒子分離器の上
流部に粒子捕捉部を形成する工程が包有され、放出工程
には粒子捕捉部とバイパス路との間にダクトを延長させ
る工程が包有されてなる上記第１項記載の方法。

４、放出工程にはファンを回収チャンバと連係させる工
程が包有されてなる上記第３項記載の方法。

５、放出工程には、入口開口部の半径方向内側で少なく
とも一部配設される流路に沿って粒子の一部を移動させ
る工程と、入口開口部の半径方向外側で少なくとも一部
に配設される流路に沿って粒子の残部を移動させる工程
とが包有されてなる上記第１項記載の方法。

６人ロ開口部からガスタービン型のエンジンへ導入され
る空気流を第１および第２の空気流に分派し、第１の空
気流を入口開口部の上流かつ入口開口部の半径方向内側
へ移動させ第２の意気流を入口開口部の半径方向外側へ
移動させて、第１および第２の空気流に導入空気流の実
質的（＝すべての粒子を含ませる分流工程と、第１およ
び第２の空気流を入口開口部のバイパス路に送るバイパ
ス工程と、導入空気流の第１および第２の空気流を除く
第３の空気流を入口開口部内へ送る工程とを包有してな
る、エンジンの入口開口部に導入される空気流に含まれ
る粒子によるエンジンの損傷を防止する方法。

７、分流工程には導入空気路内に慣性粒子分離器を配設
する工程が包有されてなる上記第６項記載の方法。

８、分流工程には導入空気流内の粒子の一部を捕捉すべ
く慣性分離器内に捕捉部を形成する工程が包有され、バ
イパス工程にはダクトを捕捉部に連結する工程とエンジ
ンの入口開口部から下流の位置へダクトを延長させる工
程とが包有されてなる上記第７項記載の方法。

９、バイパス工程には更にファンにより第１および第２
の分流空気流を集め大気へ連続的に放出する工程が包有
されてなる上記第８項記載の方法。

【図面の簡単な説明】

図は本発明による慣性粒子分離装置を備えたガスタービ
ンエンジンの上流部の断面図である。 １０・・・上流部、１２・・・ガスタービンエンジン、
１４・・・カバー胴部材、１６・・・軸線、１８・・・
空気導入路、２０・・・開口部、２２・・・上流端部、
２４・・・主動力シャフト、２６・・・歯車箱、２８・
・・駆動シャフト、３０・・・羽根、３２　、３２ａ　
、　３２ｂ　、　３２ｃ　・・・空気流、３４・・・慣
性粒子分離装置、３５・・・主カバー胴部材、３６・・
・空気導入路、３８・・・開口部、４０・・・バイパス
路、４２・・・回収チャンバ、４４・・・慣性°粒子分
離器、４６・・・上流部、４８・・・下流部、５０・・
・支承板、５２・・・入口路、５４・・・ハウジング、
５６・・・上流端部、５８・・・粒子捕捉部、６０・・
・入口部、６２・・・ダクト、６４・・・ファン、６６
・・・入口ダクト、６８・・・放出ダクト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粒子を含んだ導入空気流を受容しガスタービン型の
   エンジンの入口開口部へ供給する軸方向に延びた導入空
   気路を区画する壁装置と、導入空気路内の入口開口部の
   上流に配設され、導入空気路を流れる空気流から粒子の
   一部を捕捉する捕捉装置と、導入空気路を流れる空気流
   から半径方向外側へ粒子の残部を偏向せしめて移動させ
   る偏向装置とを有し、導入空気路を流れる空気流から粒
   子を除去する慣性粒子分離装置と、捕捉された粒子およ
   び偏向されて移動された粒子を入口開口部に対しバイパ
   ス路をなすバイパスを介し大気へ連続的に放出する粒子
   放出装置とを備えてなるガスタービン型のエンジンの入
   口開口部へ実質的に粒子を含まない空気流を供給する粒
   子分離装置。 ２、慣性粒子分離装置は偏向装置を含む上流部を有し、
   捕捉装置は上流部に配設された粒子捕捉部を有し、粒子
   放出装置は入口開口部の下流において捕捉された粒子お
   よび偏向された粒子を回収する装置と回収された粒子を
   大気へ放出するファン装置とを包有してなる特許請求の
   範囲第１項記載の粒子分離装置。 ３、粒子放出装置は、捕捉装置が延び入口開口部をバイ
   パスするダクト装置と、エンジンに連係されダクト装置
   を介し捕捉された粒子を導入し大気へ放出するファン装
   置とを包有してなる特許請求の範囲第１項記載の粒子分
   離装置。 ４、捕捉装置は軸線と同軸の環形の開口部を有しかつ上
   流方向に向つて半径方向外側へフレア状に形成された粒
   子捕捉部を包有してなる特許請求の範囲第３項記載の粒
   子分離装置。 ５、壁装置により、導入空気路と連通し入口開口部から
   下流へ延びるバイパス路とバイパス路と連通しバイパス
   路から下流へ延びる回収チャンバとが区画され、粒子放
   出装置は捕捉装置とバイパス路との間に延びるダクト装
   置と回収チャンバと連通する入口部を有したファンとを
   包有してなる特許請求の範囲第１項記載の粒子分離装置
   。 ６、ガスタービン型のエンジンの上流部を同軸に囲繞し
   、導入空気流を受容する入口開口部と連通し入口開口部
   から上流へ延びる導入空気路とエンジンの上流部を囲繞
   し導入空気路と連通し入口開口部から下流へ延びかつ偏
   向され移動される粒子を受容する環形のバイパス路とを
   区画したカバー胴部材と、入口開口部の上流の導入空気
   路の半径方向中心部に配設され、導入空気路を流れる空
   気流に含まれた粒子を捕捉する環形の捕捉部と捕捉部か
   ら下流へ延び導入空気路を流れる空気流に含まれた粒子
   を半径方向外側へ偏向して移動させる半径方向外側へフ
   レア状に形成されたフレア部とを有する慣性粒子分離器
   と、捕捉部とバイパス路とを連通する少なくとも一のダ
   クトと、バイパス路と連係されバイパス路からダクトを
   介し粒子を連続的に放出するファンとを備えたガスター
   ビンエンジンへ送られる導入空気流から粒子を除去する
   粒子分離装置。 ７、カバー胴部材によりバイパス路の下流にバイパス路
   と連通する環形の回収チャンバが区画され、ファンの入
   口部が回収チャンバと連通されてなる特許請求の範囲第
   ６項記載の粒子分離装置。 ８、慣性粒子分離器は中空にされダクトは慣性粒子分離
   器の内部に貫設されてなる特許請求の範囲第６項記載の
   粒子分離装置。 ９、ダクトはエンジンの入口開口部を半径方向内側へ向
   つて貫設されてなる特許請求の範囲第８項記載の粒子分
   離装置。 １０、捕捉部の環形入口開口部が上流方向に向い半径方
   向外側へフレア状に形成されてなる特許請求の範囲第６
   項記載の粒子分離装置。 １１、夫々一端部が捕捉部に連結部を介し連結され連結
   部から捕捉部の内部を通りエンジンの入口開口部内を経
   てバイパス路内へ延びる、円周方向に互いに離間された
   一群のダクトを包有してなる特許請求の範囲第６項記載
   の粒子分離装置。