JP2007321617A - 軸流流体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体と翼とが干渉することによって発生する騒音のうち広帯域騒音を低減する。
【解決手段】複数の翼３１，４１が軸回りに配列された翼列３，４が流体Ｙの流路２３内に設置される軸流流体装置であって、上記翼列３，４に供給される流体Ｙ中の乱流成分Ｙ１〜Ｙ４を除去する乱流除去手段８を備えることを特徴とする軸流流体装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸方向に流体が流れる軸流流体装置に関するものである。

軸方向に流体が流れる軸流流体装置のなかには、動翼列と静翼列とが軸方向に配列されているものがあり、例えば、ジェットエンジン、圧縮機、タービン等が挙げられる（例えば、米国特許第６００４０９５号公報）。
動翼列及び静翼列は、流体の流路内に設置されており、動翼列が複数の動翼によって構成されており、静翼列が複数の静翼によって構成されている。そして、流体は、流路内を動翼列及び静翼列を介して各翼列の下流側に流れる。

このような軸流流体装置においては、流体が流路内を流れることによって、流体と動翼とが、あるいは流体と静翼とが干渉して騒音が生じる。
そこで、流路内に吸音ライナを設置し、流体と翼とが干渉することによって発生する騒音の一部を吸音ライナによって吸音する技術が提案されている。
米国特許第６００４０９５号公報

しかしながら、吸音ライナは、発生する騒音のうち特定の周波数を吸音するものである。
流体が翼と干渉することによって発生する騒音には、特定の周波数において突出して強いトーン騒音と、広い周波数において平均的に含まれる広帯域騒音と、が含まれており、吸音ライナでは、いわゆるトーン騒音を吸音することはできるものの、広帯域騒音を吸音することができなかった。なお、特許文献１にも、軸流流体装置の騒音を低減させる発明が記載されているが、これもトーン騒音を低減するものである。
このため、従来の技術においては、トーン騒音を低減することができもの、広帯域騒音を低減させることができなかった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、流体と翼とが干渉することによって発生する騒音のうち広帯域騒音を低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の翼が軸回りに配列された翼列が流体の流路内に設置される軸流流体装置であって、上記翼列に供給される流体中の乱流成分を除去する乱流除去手段を備えることを特徴とする。
このような特徴を有する本発明によれば、乱流除去手段によって、翼列に供給される流体中の乱流成分が除去される。

また、本発明においては、上記乱流除去手段は、上記乱流成分を導入する導入口と、上記乱流成分を排出する排出口と、上記導入口と上記排出口とを接続する通路部とを備えるという構成を採用することができる。

また、本発明においては、上記導入口は、上記上記流路の内壁部を伝って上記軸回りの全周に亘って形成されているという構成を採用することができる。

また、本発明においては、上記導入口は、上記流路内の上記流体の流れ方向に向いて形成されているという構成を採用することができる。

また、本発明においては、上記導入口を開閉する開閉手段を備えるという構成を採用することができる。

本発明によれば、翼列に供給される流体中の乱流成分が除去される。
翼列に供給される流体中の乱流成分が翼列を構成する翼と干渉することによって、広帯域騒音が発生する。このため、本発明のように、翼列に供給される流体中の乱流成分が除去されることによって、流体と翼とが干渉することによって発生する騒音のうち広帯域騒音を低減することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る軸流流体装置の一実施形態について説明する。なお、以下の実施形態においては、本発明の軸流流体装置の一例としてジェットエンジンを挙げて説明する。また、以下の図面では、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１及び図２は、本実施形態のジェットエンジン１の概略構成を模式的に示した断面図であり、図１がジェットエンジン１を軸方向Ｌに沿って切断した一部断面図であり、図２が図１のＡ−Ａ線断面図（軸方向Ｌに直交する面における断面図）である。
これらの図に示すように、本実施形態のジェットエンジン１は、ケーシング２、動翼列３（翼列）、静翼列４（翼列）、燃焼室５、タービン翼列６、シャフト７及び圧縮機９を備えている。

ケーシング２は、ジェットエンジン１の外形を形作るとともに、その内部に動翼列３、静翼列４、燃焼室５、タービン翼列６及びシャフト７を収納している。このケーシング２の軸方向Ｌの両側端部は開口されており、一方の端部側の開口がジェットエンジン１内に外気を取り込むための吸気口２１とされ、他方の端部側の開口がジェットエンジン１から燃焼ガスＺを噴射する噴射口２２とされている。また、ケーシング２の内部には、吸気口２１と噴射口２２とを接続する流路２３が形成されている。この流路２３は、動翼列３の下流側にてコアダクト２３ａとバイパスダクト２３ｂとに分岐されている。なお、コアダクト２３ａは噴射口２２と接続されているが、バイパスダクト２３ｂの排出側端部はファンノズル２３ｃとして構成されている。
なお、本実施形態においては、ケーシング２は、動翼列３よりも上流側に位置するナセルを含むものとする。

動翼列３は、図２に示すように、軸回りに配列された複数の動翼３１（翼）によって構成されている。各動翼３１は、ケーシング２の内部に形成された流路２３に、負圧面を吸気口２１側に向けるとともに正圧面を噴射口２２側に向けて設置されており、軸方向Ｌに延在して設置されるシャフト７に対して固定されている。

静翼列４は、動翼列３の下流側に設置されており、動翼列３から所定距離離間して設置されている。静翼列４は、軸回りに配列された複数の静翼４１によって構成されている。各静翼４１は、バイパスダクト２３ｂに設置されており、動翼列３側から供給される空気Ｙを整流するとともに下流側から空気Ｙが逆流しないような角度で、ケーシング２に対して固定されている。

圧縮機９は、圧縮機用動翼９１と圧縮機用静翼９２とがコアダクト２３ａ内において交互に複数配列された構成を有している。圧縮機用動翼９１は、シャフト７に対して固定されている。また、圧縮機用静翼９２は、ケーシング２に対して固定されている。

燃焼室５は、圧縮機９の下流側に設置されており、コアダクト２３ａが一部広くされることによって形成されている。この燃焼室５には、外部から燃料が供給可能とされるとともに不図示の着火装置が設置されている。このような燃焼室５では、圧縮機９側から供給される空気Ｙが燃料と混合された後に燃焼される。そして、燃焼室５からは、燃焼によって発生した燃焼ガスＺが流路２３に排出される。

タービン翼列６は、燃焼室５の下流側に設置されており、軸回りに配列された複数のタービン翼６１によって構成されている。各タービン翼６１は、ケーシング２の内部に形成された流路２３に設置されており、燃焼室５側から供給される燃焼ガスＺを受けることによってシャフト７に所定の一方向の回転動力を与えるような角度で、シャフト７に対して固定されている。

シャフト７は、上述のように、軸方向Ｌに延在して設置されるとともに、各動翼３１及び各タービン翼６１が固定されている。このシャフト７は、不図示の軸受を介してケーシング２に対して固定されている。また、シャフト７の先端部７１には、スピナー７２が接続されている。

そして、本実施形態のジェットエンジン１では、複数の乱流除去部８（乱流除去手段）を備えている。なお、乱流除去部８は、第１乱流除去部８１〜第４乱流除去部８４によって構成されている。

第１乱流除去部８１は、導入口８１１と、排出口８１２と、通路部８１３とによって構成されている。
導入口８１１は、動翼列３の上流側に形成され、図２に示すように、流路２３の内壁部のうち軸から離れた内壁部２３１（ケーシング２の内壁部２４）を伝って軸回りの全周に亘って形成されている。また、導入口８１１は、図１及び図２に示すように、空気Ｙの流れ方向（軸方向Ｌ）に向いて形成されている。
排出口８１２は、図１に示すように、ケーシング２の外壁部２５に露出して形成されている。また、通路部８１３は、導入口８１１と排出口８１２とを接続して形成されている。なお、排出口８１２及び通路部８１３は、軸回りに離散的に形成されている。これによって、ケーシング２が完全に分離されることなく、ケーシング２が一体的に形成される。

第２乱流除去部８２は、導入口８２１と、排出口８２２と、通路部８２３とによって構成されている。
導入口８２１は、動翼列３の上流側に形成され、図２に示すように、流路２３の内壁部のうち軸に近い内壁部２３２（スピナー７２の表面部）を伝って軸回りの全周に亘って形成されている。また、導入口８２１は、図１及び図２に示すように、空気Ｙの流れ方向（軸方向Ｌ）に向いて形成されている。
排出口８２２は、図１に示すように、ケーシング２の外壁部２５に露出して形成されている。また、通路部８２３は、導入口８２１と排出口８２２とを接続して形成されている。なお、排出口８２２及び通路部８２３は、軸回りに離散的に形成されている。これによって、ケーシング２が完全に分離されることなく、ケーシング２が一体的に形成される。また、通路部８２３は、コアダクト２３ａ内の所々を跨いで形成されている。なお、この通路部８２３の一部は、ファンディスク２７に形成された貫通孔８２３１と流路２３の内壁部に形成された貫通孔８２３２とを有している。そして、貫通孔８２３１と貫通孔８２３２とは流路２３の内壁部によって囲まれた空間Ｋを介して接続されている。

第３乱流除去部８３は、導入口８３１と、通路部８３２と、第２乱流除去部８２の排出口８２２及び通路部８２３とによって構成されている。
導入口８３１は、動翼列３と静翼列４との間に形成され、流路２３の内壁部のうち軸から離間した内壁部２３１を伝って軸回りの全周に亘って形成されている。また、導入口８３１は、空気Ｙの流れ方向（軸方向Ｌ）に向いて形成されている。
通路部８３２は、第２乱流除去部８２の通路部８２３と接続されている。

第４乱流除去部８４は、導入口８４１と、通路部８４２と、第２乱流除去部８２の排出口８２２及び通路部８２３と、第３乱流除去部８３の通路部８３２とによって構成されている。
導入口８４１は、動翼列３と静翼列４との間に形成され、バイパスダクト２３ｂの内壁部２３２（内壁部２４）を伝って軸回りの全周に亘って形成されている。また、導入口８４１は、空気Ｙの流れ方向（軸方向Ｌ）に向いて形成されている。
通路部８４２は、第３乱流除去部８３の通路部８３２と接続されている。

このように構成された本実施形態のジェットエンジン１では、まず、シャフト７が回転されることによってシャフト７に固定された動翼３１が軸回りに回転される。これによって、外気（空気Ｙ）が吸気口２１からジェットエンジン１内に取り込まれる。これによって、ケーシング２の流路２３に軸方向Ｌに沿う空気Ｙの流れが形成される。

ジェットエンジン１内に取り込まれた空気Ｙは、動翼３１を介した後、一部がコアダクト２３ａに流入し、一部がバイパスダクト２３ｂに流入する。
バイパスダクト２３ｂに流入した空気Ｙは、静翼４１を介した後、ファンノズル２３ｃから外部に排出される。また、コアダクト２３ａに流入した空気Ｙは、圧縮機９によって圧縮され、その後燃焼室５に供給される。燃焼室５に供給された空気Ｙは、燃焼室５において燃料と混合され燃焼される。この結果、燃焼ガスＺが生成される。そして、ジェットエンジン１は、燃焼ガスＺが噴射口２２から噴射されることによって、推力を得る。
なお、燃焼ガスＺは、燃焼室５から噴射口２２に到るまでにタービン翼６１を介する。タービン翼６１は、燃焼ガスＺを受けることによって、シャフト７に一方向に回転動力を与える。この結果、シャフト７が回転されるため、シャフト７に固定された動翼３１を回転させ続けることが可能となる。

このような本実施形態のジェットエンジン１においては、動翼３１が回転され、空気Ｙが吸気口２１から流路２３内に流れ込むと、空気Ｙと流路２３の内壁部２４との境界部分に乱流成分が発生する。
ここで、本実施形態のジェットエンジン１においては、第１乱流除去部８１の導入口８１１が、動翼列３の上流側に形成され、流路２３の内壁部のうち軸から離れた内壁部２３１を伝って軸回りの全周に亘って形成されている。また、第２乱流除去部８２の導入口８２１が、動翼列３の上流側に形成され、流路２３の内壁部のうち軸に近い内壁部２３２を伝って軸回りの全周に亘って形成されている。
このため、空気Ｙと内壁部２３１（内壁部２４）との境界部分にて発生した乱流成分Ｙ１が、第１乱流除去部８１の導入口８１１に入り込み、通路部８１３を介して排出口８１２から排出される。また、空気Ｙと内壁部２３２（内壁部２４）との境界部分にて発生した乱流成分Ｙ２が、第２乱流除去部８２の導入口８２１に入り込み、通路部８２３を介して排出口８２２から排出される。
すなわち、第１乱流除去部８１及び第２乱流除去部８２によって空気Ｙの流れ中の乱流成分Ｙ１，Ｙ２が除去される。この結果、広帯域騒音の原因となる乱流成分の除去された空気Ｙが動翼列３に供給されるため、空気Ｙと動翼３１とが干渉することによって発生する騒音のうち広帯域騒音を低減することが可能となる。

また、本実施形態のジェットエンジン１においては、第３乱流除去部８３の導入口８３１が、動翼列３と静翼列４との間に形成され、流路２３の内壁部のうち軸から離れた内壁部２３１を伝って軸回りの全周に亘って形成されている。また、第４乱流除去部８４の導入口８４１が、動翼列３と静翼列４との間に形成され、バイパスダクト２３ｂの内壁部２３２（内壁部２４）を伝って軸回りの全周に亘って形成されている。
このため、動翼列３と静翼列４との間において、空気Ｙと内壁部２３１（内壁部２４）との境界部分にて発生した乱流成分Ｙ３が、第３乱流除去部８３の導入口８３１に入り込み、通路部８３２，８２３を介して排出口８２２から排出される。また、動翼列３と静翼列４との間において、空気Ｙと内壁部２３２（内壁部２４）との境界部分にて発生した乱流成分Ｙ４が、第４乱流除去部８４の導入口８４１に入り込み、通路部８４２，８３２，８２３を介して排出口８２２から排出される。
すなわち、第３乱流除去部８３及び第４乱流除去部８４によって、動翼列３と静翼列４との間の空気Ｙの流れの乱流成分Ｙ３，Ｙ４が除去される。この結果、広帯域騒音の原因となる乱流成分の除去された空気Ｙが静翼列４に供給されるため、空気Ｙと静翼４１が干渉することによって発生する騒音のうち広帯域騒音を低減することが可能となる。

また、本実施形態のジェットエンジン１においては、乱流除去部８の導入口８１１，８２１，８３１，８４１が、流路２３の内壁部２４を伝って軸回りの全周に亘って形成されている。このため、流路２３の内壁部２４の軸回り全周にて乱流成分を除去することが可能となり、乱流成分の除去を確実に行うことが可能となる。
また、導入口８１１，８２１，８３１，８４１は、空気Ｙの流れ方向（軸方向Ｌ）に向いて形成されている。このため、空気Ｙの流れ中の乱流成分Ｙ１〜Ｙ４をスムーズに導入口８１１，８２１，８３１，８４１に取り込むことができる。よって、空気Ｙの流れを乱すことなく、乱流成分Ｙ１〜Ｙ４を除去することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る軸流流体装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明の軸流流体装置の一例としてジェットエンジンを挙げて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、圧縮機やタービン等の軸流流体装置に本発明を適用することもできる。

また、上記実施形態のジェットエンジン１が備える乱流除去部８の通路部８１３，８２３，８３２，８４２の途中部位にポンプ等の強制流動手段を設置し、空気Ｙの乱流成分Ｙ１〜Ｙ４を強制的に除去しても良い。

また、上記実施形態のジェットエンジン１が備える乱流除去部８の導入口８１１，８２１，８３１，８４１を開閉する開閉手段を設置しても良い。
このような開閉手段を設置することによって、ジェットエンジン１の状況に合わせて導入口８１１，８２１，８３１，８４１を開閉することができる。例えば、広帯域騒音が問題とならないような環境では、開閉手段によって導入口８１１，８２１，８３１，８４１を閉じて、エンジン効率を向上させることができる。
このような開閉手段としては、例えば、カメラのシャッター機構のように略円形の開口部を開け閉めする機構を用いることができる。

また、上記実施形態においては、空気Ｙの乱流成分Ｙ１〜Ｙ４を排出口８１２，８２２から排出するのみの構成とした。しかしながら、例えば、空気Ｙの乱流成分Ｙ１〜Ｙ４をジェットエンジン１の冷却空気等流れ場制御用空気として用いても良い。

また、上記実施形態においては、図１に示すように、ファンディスク２７に形成された貫通孔８２３１を介して乱流成分Ｙ２を後段に排出した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、動翼３１のプラットフォームに貫通孔を形成し、この貫通孔を介して乱流成分Ｙ２を後段に排出しても良い。

本発明の一実施形態におけるジェットエンジンの概略構成を示す一部断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１……ジェットエンジン（軸流流体装置）、２……ケーシング、２３……流路、２４……内壁部、８……乱流除去部（乱流除去手段）、８１１，８２１，８３１，８４１……導入口、８１２，８２２……排出口、８１３，８２３，８３２，８４２……通路部、３……動翼列（翼列）、３１……動翼、４……静翼列、４１……静翼、Ｌ……軸方向、Ｙ……空気（流体）、Ｙ１〜Ｙ４……乱流成分

Claims (5)

1. 複数の翼が軸回りに配列された翼列が流体の流路内に設置される軸流流体装置であって、
   前記翼列に供給される流体中の乱流成分を除去する乱流除去手段を備えることを特徴とする軸流流体装置。
2. 前記乱流除去手段は、前記乱流成分を導入する導入口と、前記乱流成分を排出する排出口と、前記導入口と前記排出口とを接続する通路部とを備えることを特徴とする請求項１記載の軸流流体装置。
3. 前記導入口は、前記前記流路の内壁部を伝って前記軸回りの全周に亘って形成されていることを特徴とする請求項２記載の軸流流体装置。
4. 前記導入口は、前記流路内の前記流体の流れ方向に向いて形成されていることを特徴とする請求項２または３記載の軸流流体装置。
5. 前記導入口を開閉する開閉手段を備えることを特徴とする請求項２〜４いずれかに記載の軸流流体装置。
   
   
   

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