JP2009264391A - 空気供給システムおよび逆止弁 - Google Patents

Abstract

【課題】空気供給システムの構成要素からガスタービンエンジンへの逆流を防止する逆止弁を提供する。
【解決手段】空気供給システムは、ガスタービンエンジンなどの空気源を含む。環境制御システム構成部品は、管路２４によって空気源に接続される。逆止弁２０は、管路２４に配置され、圧縮機部におけるサージ状態に対応して自動的に閉鎖し、構成要素からエンジンへの逆流を防止する。逆止弁２０は、閉位置Ｃから開位置Ｏまでピボット３０を中心に回動する半楕円形状の第１および第２のバルブ部分３２，３４を含む。バルブ部分３２，３４は、閉位置Ｃにおいて約９０度離間しており、ストール状態に対応して開位置Ｏから閉位置Ｃまで約３０〜４０度動く。逆止弁の移動距離が減少することによって、バルブ部分３２，３４が開位置Ｏから閉位置Ｃへの移動速度および応力が低減する。
【選択図】図３

Description

本発明は、航空機用エンジン給気システムに関する。特に、本発明は、例えば、ガスタービンエンジン抽気システムなどに使用する逆止弁に関する。

最新の高性能戦闘機のエンジンは、圧縮機ストールの際に、エンジンコア抽気流がエンジンへと戻るのを防ぐ、高速動作する空気逆止弁を必要とする。一つの典型的な通常運転条件下では、抽気流は高圧圧縮機段から抽出され、例えば、種々の環境制御システム用途のために機体へと供給される。エンジンからの抽気流は、４０気圧以上、１１００°Ｆ（約５９３℃）以上、１ｐｐｓ以上で作動できる。環境制御システムから戻る抽気流により、圧縮機ストールの回復に悪影響が及ぶ。したがって、高速動作可能な逆止弁によって、サージの回復を改善している。通常、閉鎖時間は１００ｍｓ以下であることが望ましい。

このような環境で動作する逆止弁は、通常、中央部分においてヒンジで結合された、２つの半円形のディスクを含む。通常、抽気流により、ディスクが約２０度の傾斜角をなして開位置に保持される。圧縮機におけるストール時に抽気流が逆流すると、ディスクは、開位置から閉位置まで約７０度回動して弁の座に衝突する。２つのディスクは、閉位置においては同一平面上にあり、かつ流れ方向と直交する。ディスクは、逆流する空気の速度まで加速されるため、衝突時の角速度は数千ラジアン／秒となる。衝突時の速度は逆流する空気の速度に直接関係するので、ディスクの閉鎖に要する移動角が減少すれば、弁が座に接触するときの角速度が小さくなる。これにより、ディスクおよび座への応力レベルが低減され、かつ逆流量も減少する。

上記の問題を解決する方法のひとつとしては、ディスクの移動量を減らして角速度を低減させることが挙げられる。これは、開位置におけるディスクの開きを、上記の構成よりも小さくすることによって達成される。ディスクの移動角を低減するために、開位置における傾斜角を約３０〜４０度まで低減させる。不利なことには、この方法により、正方向へ流れる通常の動作条件において、弁にわたる圧力低下が増す。したがって、航空機システムに利用可能な圧力が低下するため、より低い圧力を受容しかつ動作条件を制限するために、より大型の構成部品が必要となる。

逆止弁による制約を増加させることなく、ディスクと座との間の応力レベルを低減させる逆止弁が望まれている。

エンジンの空気供給システムは空気源を含み、ガスタービンがその一例である。環境制御システムの構成部品などの構成部品は、供給の流れ方向を含んだ管路によって空気源と相互接続される。管路には逆止弁が配置される。逆止弁は、閉位置から開位置へと供給の流れ方向に移動可能なバルブ部分を含む。一実施例として、閉位置は、供給の流れ方向に対して鋭角をなすように位置づけられる。

一実施例では、逆止弁は、半楕円形状の第１および第２のバルブ部分を含む。第１および第２のバルブ部分は、同一平面状上にはなく、例えば、閉位置において、約９０度離間している。第１および第２のバルブ部分は、閉位置から開位置へと互いに対して近接する方向に向かって移動する。一実施例では、ストール条件に対応して、第１および第２のバルブ部分は、開位置から閉位置までそれぞれ約３０〜４０度移動する。これにより、従来技術の構成に比べて、応答時間が短くなるとともに、閉鎖時に第１および第２のバルブ部分によって生じる力が著しく小さくなる。

本発明の上記および他の特徴は、以下の明細書および図面によって最もよく理解されるであろう。

図１にエンジンの空気供給システムを概略的に示す。この空気供給システムは、圧縮機部１２を備えるガスタービンエンジン１０を有し、該圧縮機部１２は、抽気ライン１８を介する構成要素２２の空気源となる。エンジン１０は、圧縮機部１２とタービン部１６との間に配置される燃焼器１４を含む。圧縮機部１２からの抽気は、環境制御システム構成要素などの構成要素２２に供給される。抽気ライン１８は、通常、管路２４に配置される逆止弁２０を含み、この逆止弁２０は、圧縮機部１２におけるサージ状態に対応して自動的に閉鎖する。逆止弁２０は、閉鎖時に、構成要素２２からエンジン１０への逆流を防止する。

図２を参照すると、管路２４は概ね円筒状の壁部２６を備える。一実施例では、壁部２６は、座２８を提供する。他の実施例では、座２８は、例えば、独立した構造により提供されてもよい。図３および図４に図示されているように、第１のバルブ部分３２および第２のバルブ部分３４は、ピボット３０を中心に開位置Ｏと閉位置Ｃとの間を回動する。一実施例では、ピボット３０は、ヒンジ型の継手によって提供される。

図３および図４を参照すると、第１および第２のバルブ部分３２，３４が開位置Ｏ（図３，４）にある場合に、管路２４は、圧縮機部１２から構成要素２２へと抽気Ｂが通流する供給の流れ方向をもたらす。圧縮機部１２がサージ状態にある場合、管路２４内に逆流Ｒが生じ、この逆流Ｒにより、第１および第２のバルブ部分３２，３４が開位置Ｏから閉位置Ｃへと移動する。第１および第２のバルブ部分３２，３４の周縁４２は、第１の面３８を付与し、この第１の面３８により座２８の第２の面４０に対するシールがもたらされる。

一実施例では、管路２４の対向する側面の間において、ストッパ３６がピボット３０と同一方向に延びている。第１および第２のバルブ部分３２，３４は、開位置Ｏに位置する際、ストッパ３６と係合する。図３に示すように、第１および第２のバルブ部分３２，３４は、開位置Ｏに位置する際に、該バルブ間において約１０度以下の傾斜角をなしている。第１および第２のバルブ部分３２，３４は、開位置Ｏにおいて、適切な任意の角度で離間していてもよいことを理解されたい。第１および第２のバルブ部分３２，３４は、開位置Ｏに位置する際、管路２４にわたる制限を最小にするため互いに近接していることが望ましい。

従来技術では、座２８は、円形であり、かつ図３に示す平面Ｘ内に配置される。そのため、第１および第２のバルブ部分３２，３４は、開位置Ｏから閉位置Ｃまで約９０度回動する必要があり、これにより、速度および応力が高くなる。これに対し、本実施例では、図３，４によく示されているように、第１および第２のバルブ部分３２，３４の各々に対する座２８は、供給の流れ方向Ｙに対して鋭角Ａをなすように配置され、流れ方向Ｙとは直交しない。一実施例では、第１および第２のバルブ部分３２，３４は、閉位置においては同一平面上にはなく、１８０度未満の角度で離間している。図示した実施例では、前記鋭角Ａは、約４５度である。このように鋭角Ａとすることにより、第１および第２のバルブ部分３２，３４は、半楕円形となる。

例示的な逆止弁機構の移動距離が減少することによって、第１および第２のバルブ部分３２，３４が開位置Ｏから閉位置Ｃへ移動する際の速度および応力が低減する。さらに、第１および第２のバルブ部分３２，３４の閉位置までの移動距離が減少することにより、逆止弁２０の応答時間も短くなる。

本発明の好適な実施例について述べてきたが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく特定の修正がなされることが理解されるであろう。したがって、本発明の真の範囲および内容を決定するために添付の特許請求の範囲を検討されたい。

エンジンの空気供給システムの概略図。 例示的な逆止弁を示す抽気ライン管路の上面図。 図２の線３−３に沿った管路および逆止弁の断面図。 図２の線４−４に沿った管路および逆止弁の断面図。

Claims (19)

1. 空気供給の流れ方向を含む管路と、
   前記管路に配置された逆止弁と、
   を備え、
   前記逆止弁は、前記空気供給の流れ方向に閉位置から開位置へと移動可能なバルブ部分を含み、前記閉位置が、前記空気供給の流れ方向に対して鋭角をなすように配置されることを特徴とする空気供給システム。
2. 空気源をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の空気供給システム。
3. 前記空気源が、ガスタービンエンジンの圧縮機部であることを特徴とする請求項２に記載の空気供給システム。
4. 前記空気源に相互接続された構成部品をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の空気供給システム。
5. 前記構成部品が、環境制御システムの構成部品であることを特徴とする請求項４に記載の空気供給システム。
6. 前記圧縮機部がストール状態を含み、
   前記バルブ部が、ストール状態に応じて、前記開位置から、前記空気供給の流れ方向とは逆方向の前記閉位置へと移動することを特徴とする請求項３に記載の空気供給システム。
7. 前記逆止弁が、前記閉位置から、互いに近接する前記開位置へと移動する第１のバルブ部分および第２のバルブ部分を含み、
   前記第１および第２のバルブ部分が、前記閉位置において別々の平面上に位置することを特徴とする請求項１に記載の空気供給システム。
8. 前記第１および第２のバルブ部分が、前記閉位置から前記開位置へとピボットを中心として回動可能であることを特徴とする請求項７に記載の空気供給システム。
9. 前記第１および第２のバルブ部分が、前記閉位置において、互いに約９０度の角度をなして配置されることを特徴とする請求項７に記載の空気供給システム。
10. 前記第１および第２のバルブ部分が、前記開位置において、該バルブ間に約１０度の傾斜角をなすことを特徴とする請求項７に記載の空気供給システム。
11. 前記開位置において前記第１のバルブと前記第２のバルブ部分との間に位置するストッパを備え、該ストッパは、前記開位置において、前記第１および第２のバルブ部分と係合することを特徴とする請求項１０に記載の空気供給システム。
12. 前記逆止弁が座を含み、
    前記バルブ部分が、閉位置で前記座に対してシールをもたらす周縁部を含み、
    前記座が、前記空気供給の流れ方向と直交しない方向に配設されることを特徴とする請求項１に記載の空気供給システム。
13. 前記鋭角が、約４５度であることを特徴とする請求項１に記載の空気供給システム。
14. 前記バルブ部分が、前記閉位置から前記開位置まで約３０〜４０度移動することを特徴とする請求項１に記載の空気供給システム。
15. 前記バルブ部分が、概ね半楕円の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の空気供給システム。
16. 閉位置から開位置まで互いに向かって移動可能な第１のバルブ部分および第２のバルブ部分を備え、
    前記第１および第２のバルブ部分が、前記閉位置において、別々の平面上に配置されることを特徴とする逆止弁。
17. 前記第１および第２のバルブ部分が、前記閉位置において、供給流の方向に対して１８０度未満の角度で離間し、前記第１および第２のバルブ部分が、前記閉位置から前記開位置へと前記供給流の方向に移動することを特徴とする請求項１６に記載の逆止弁。
18. 前記第１および第２のバルブ部分の各々が、前記閉位置から前記開位置へと約４５度以下の角度で移動することを特徴とする請求項１６に記載の逆止弁。
19. 前記第１および第２のバルブ部分が、前記閉位置において、互いに対して約９０度の角度をなすことを特徴とする請求項１６に記載の逆止弁。

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