JP2016521329A - ターボ機械の吸気口ケーシングを洗浄する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、内側環状壁１２と、通気路１６を形成する外側環状壁１４と、少なくとも２つの洗浄剤噴射ノズルと、を備えるターボ機械の吸気口ケーシング１０において、第１のノズル１８が外壁１４に向かって配向され、第２のノズル２０が内壁１２に向かって配向され、前記第１のノズル１８及び前記第２のノズル２０が、前記内壁１２に配置されることを特徴とする吸気口ケーシングに関する。【選択図】図２

Description

本発明は、ターボ機械の吸気口ケーシングに関し、具体的には、洗浄剤を噴射するノズルを有した吸気口ケーシングに関する。また、本発明は、かかる吸気口ケーシングを含むターボ機械も提供する。

「ターボ機械」という用語は、動力を生産する全てのガスタービン装置に及び、具体的には、高速で噴射する高温ガスとの反応による推進を供給するように推力を提供するガスタービン反動エンジン、及び駆動軸を回転させることによって動力が伝達されるターボシャフトエンジンを含む。ターボシャフトエンジンは、例として、ヘリコプター、船舶、列車のエンジン、又は実際に自家発電プラントとして利用される。また、ターボプロップ（プロペラを駆動させるターボシャフトエンジン）も、航空エンジンとして利用されるターボシャフトエンジンを構成している。

ターボ機械の吸気口ケーシングは、内側環状壁と、通気路を形成する外側環状壁とともに、洗浄剤を噴射する少なくとも２つのノズルを備えることが知られている。それにもかかわらず、特定の条件下では、これらのノズルを用いることによって得られる洗浄は、十分ではなく、手動による洗浄を行うことが必要になる。かかる手動による作業は、費用が掛かり、困難である。

本発明の目的は、上述の欠点を少なくとも実質的に改善することである。

本発明は、内側環状壁と、通気路を形成する外側環状壁と、（前述したケーシングの）少なくとも２つの洗浄剤噴射ノズルとを有するターボ機械の吸気口ケーシングであって、ある（すなわち、少なくとも１つの）第１のノズルが外壁に向かって配向され、ある（すなわち、少なくとも１つの）第２のノズルが内壁に向かって配向される吸気口ケーシングによって、本目的を達成する。

ターボ機械の吸気口ケーシング（以下、「ケーシング」と称する。）は、１つ以上の第１のノズルと、１つ以上の第２のノズルと、場合により、１つ以上の他のノズル、例えば１つ以上の第３のノズル、第４のノズルなどを有することが理解できる。

特に逆のことを指定しない限り、以下では、「第１のノズル」という用語は、１つのみの場合は唯一の第１のノズルを意味し、又は複数の場合は全ての第１のノズルを意味する。同様に、「第２のノズル」という用語は、１つのみの場合は唯一の第２のノズルを意味し、又は複数の場合は全ての第２のノズルを意味する。同様のことは、第３のノズル、第４のノズルなどにも該当する。

当然のことながら、第１のノズルは、第２のノズルとは異なる。通常、第１のノズル及び第２のノズルは、第３のノズル、第４のノズルなどとは異なる。

第１のノズルは内側環状壁にあり、第２のノズルは外側環状壁にあるか、又はその逆である。変形例では、第１のノズルと第２のノズルはともに、同じ壁、すなわち、内側環状壁又は外側環状壁にある。

ノズルは、ケーシング、例えば、内側環状壁又は外側環状壁の厚みに直接形成することができる。例えば、ノズルは、従来の穿孔又は電食によって形成可能で前述の壁を貫通するそれぞれの穴を備えていてもよい。変形例では、ノズルは、ケーシングとは別の部分ではあるがケーシングに固定される部分によって形成される。当然のことながら、特定のノズルはケーシングに直接形成することができ、他のノズルは、ケーシングとは別の部分によって形成される。

また、「内壁」とも称する内側環状壁は、通気路であって、少なくとも吸気口ケーシングの軸線部において吸気口ケーシングの軸線に接近して半径方向に配置された吸気口ケーシングの環状壁を形成する、通気路であることも理解する必要がある。逆に、「外壁」とも称する外側環状壁は、通気路であって、少なくともケーシングの軸線部においてケーシングの軸線から更に半径方向にある通気路を形成するケーシングの環状壁を形成する、通気路である。

概して、半径方向は、ケーシングの軸線（又は軸線方向）に対して垂直な方向である。方位角方向は、軸線方向の周囲のリングを記述する方向に相当する。軸線方向、半径方向及び方位角方向はそれぞれ、円筒状座標系における高さ、半径及び角度によって定義される方向に相当する。

第１のノズルは、空力的視点からみて敏感である外壁に向かって配向され、第２のノズルは内壁に向かって配向される。これによって、ケーシングの壁を形成する主な通気路がともに、確実に、直接洗浄剤を受け入れ洗浄される。さらに、洗浄剤は、およそ３ ｂａｒｓ〜１０ ｂａｒ（すなわち、０．３ＭＰａ〜１．０ＭＰａ）の範囲の圧力下で噴射されることが好ましい。このように、環状壁に衝突する洗浄剤は、ターボ機械の供給空気に衝撃を加えた後、拡散する。したがって、ケーシングの壁に対する衝撃後、洗浄剤は、ケーシング全体に拡散し、そして、ターボ機械の下流に導入される。このように、接近するのが困難な領域を含む、ターボ機械を通る通気路を形成する壁とともに、吸気口ケーシングの全ての領域は、洗浄剤を受け入れ、そして洗浄されるが、これは均一に行われる。洗浄剤のかかる均一な分散は、それぞれの洗浄作業の効率を高め、このため、洗浄剤の消費を低減するのに特に有用である。

当然のことながら、ノズルは、濃縮ジェット型、又は拡散ジェット型若しくは噴霧器型であってもよい。これによって、噴流を壁の衝撃領域の形状に適合させることができ、さらに、壁に対して噴流の衝撃力を適応させることができる。一変形例では、第１のノズル及び第２のノズルは、濃縮ジェット型である。別の変形例では、第１のノズル及び第２のノズルは濃縮ジェット型であり、第３のノズルは拡散ジェット型である。

吸気口ケーシングが複数の第１のノズルを有する場合、第１のノズルは、共通の軸線方向平面（すなわち、吸気口ケーシングの軸線方向に対して垂直な平面）に配置されるという利点がある。同様に、吸気口ケーシングが複数の第２のノズルを有する場合、第２のノズルは、（第１のノズルの軸線方向平面とは異なる）共通の軸線方向平面に配置されるという利点がある。これによって、第１のノズルの全て及び第２のノズルの全てはそれぞれ、これらが発生させる噴流による衝撃を受ける壁に対して同じ効果を有することが保証される。

一般に、本発明の意味において、ケーシング内のノズルの位置は、前述したノズルの出口オリフィスの幾何学的中心の位置によって生じる。それぞれのノズルのオリフィスは、円形、楕円形又は長円形の一般的形状を有するが、当然のことながら、いずれかの他の形状を有し得る。当然のことながら、特定のノズルは１つの一般的形状のオリフィスを有していてもよく、他のノズルは、（大きさ及び／又は幾何形状の点で）異なる一般的形状のオリフィスを有する。

吸気口ケーシングが複数の第１のノズルを有する場合、第１のノズルは、規則的に方位角に分布しているという利点がある。同様に、吸気口ケーシングが複数の第２のノズルを有する場合、第２のノズルは、規則的に方位角に分布しているという利点がある。方位角における規則的な分布は、洗浄の均一性を向上させるのに特に有用である。

一変形例では、第１のノズルと第２のノズルは、同程度に多く存在する。別の変形例では、衝撃面における洗浄剤の分散を可能な限り均一に得るように、第１のノズル及び第２のノズルの数は、衝撃壁の表面積に比例している。換言すると、衝撃壁の単位面積当たりのノズルの数（又はノズル密度）は、第１のノズル及び第２のノズルにおいて同じである。このため、この変形例では、衝撃壁の面積が異なる場合、第１のノズルの総数は、第２のノズル総数とは異なり得る。

吸気口ケーシングは、外壁に向かって配向された第１のノズルと内壁に向かって配向された第２のノズルとを備えた、少なくとも１組のノズルを有し、１組のノズルの第１のノズル及び第２のノズルは、吸気口ケーシングの共通の半径方向半平面に配置されるという利点がある。

半径方向半平面は、半径方向（すなわち、吸気口ケーシングの軸線に平行な方向）に、吸気口ケーシングの軸線から延びる半平面である。したがって、半径方向平面は、２つの半径方向半平面を含む。半径方向平面は、ケーシングの軸線に平行でケーシングの軸線を含む平面であることを思い起こす必要がある。

ノズルのそれぞれの集合は、第１のノズルと第２のノズルと、さらに、場合により、第３のノズル及び／又は第４のノズルなどを備えることが理解できる。ノズルの集合が、第１のノズル及び第２のノズル以外の１つ以上のノズルを有する場合、他のノズルも、第１のノズル及び第２のノズルの半径方向半平面と同じ半径方向半平面に配置されていてもよいし（すなわち、全てのノズルは、共通の半径方向半平面にある。）、又は、これらの他のノズルの一部のみは、共通の半径方向半平面に配置されていてもよいし、又は、実際には、他のノズルはいずれも、共通の半径方向半平面に配置される必要はない。

第１のノズル及び第２のノズルのかかる分布は、洗浄剤をノズルに供給する回路によって占められた空間を最適化するのに有用である。

ケーシングは、前述のケーシング内に方位角に規則的に分布した複数の第１の複数のノズルと、前述のケーシング内に方位角に規則的に分布した複数の第２のノズルとを有するという利点がある。

第１のノズルは、共通の軸線方向平面に配置されるという利点がある。第２のノズルは、共通の軸線方向平面に配置されるという利点がある。第１のノズルの軸線方向平面は、第２のノズルの軸線方向平面とは異なるという利点がある。

単独で又は組み合わせて採用される、これらの種々の構成は、簡素な構造を有しつつも、洗浄剤噴霧の均一性を最適化するのに有用である。

吸気口ケーシングは、前述のケーシング内に方位角に規則的に分布した複数の集合のノズルを有するという利点がある。

上述したものと同様に、それぞれの集合は、第１のノズルと、第２のノズルと、場合により、１つ以上の他のノズルを備えることが理解できる。

種々の集合のノズルは、ケーシングの方位角方向に、規則的に間隔を置いて配置される。したがって、ケーシングが２組のノズルを有する場合、これらの２組のノズルは実質的に正反対にあり、ケーシングが３組のノズルを有する場合、３組のノズルは、例えば、互いに実質的に１２０°（１２０度の角度）間隔を置いて配置される。かかる分布は、洗浄の均一性を向上させるのに有用である。

変形例では、第１のノズルと第２のノズルは、同程度に多く存在し、第１のノズル及び第２のノズルは、方位角に規則的に分布し、第１のノズル及び第２のノズルは、共通の半径方向半平面に対（それぞれの対は、単一の第１のノズルと単一の第２のノズルとを備える。）で配置され、第１のノズルは全て、共通の第１の軸線方向平面に配置され、第２のノズルは全て、第１の軸線方向平面とは異なる共通の第２の軸線方向平面に配置される。

かかる構成は複雑性が最小であり、最適な洗浄を得ることが可能である。

ケーシングは、第１のノズルと第２のノズルのみ（すなわち、１つ以上の第１のノズルと１つ以上の第２のノズルのみ）を有するという利点がある。

本発明者らは、かかる構成によって、ケーシングの構造が簡素であることを保証するように最小化される必要があるノズルの数と、逆に可能な限り多くのノズルが必要な洗浄効率との間に、良好なバランスが提供されることを確認した。これは、必要なノズルの数を厳密に最小に制限しつつも、洗浄剤の効率を最適化するのに有用である。

第１のノズル及び第２のノズルは、下流に配向されるという利点があり、上流及び下流は、吸気口ケーシングを通る流れの上流から下流流れ方向に関して考慮される。

また、第１のノズル及び第２のノズルの下流方向は、ターボ機械内のケーシングの下流に配置された要素、例えば、軸線可変予旋回グリッド(axial variable pre-rotation grid)（入口案内翼（ＩＧＶ）としても知られている。）及び／又はコンプレッサ羽根車（若しくはホイール）を洗浄することもできる。

第１のノズルは、第２のノズルの上流に配置されるという利点があり、上流及び下流は、吸気口ケーシングを通る流れの上流から下流流れ方向に関して考慮される。

この構成は、第１のノズルからの噴流と第２のノズルからの噴流との干渉を特に回避するのに有用である。

吸気口ケーシングは、半径方向吸気口ケーシングを形成するという利点がある。

半径方向吸気口ケーシングは、空気入口オリフィスが実質的に半径方向に面するとともに、空気出口オリフィスが実質的に軸線方向に配向されるケーシングである。この種類のケーシングは、例えばヘリコプターのターボシャフトエンジンに用いられる。

変形例では、第１のノズル及び第２のノズルは、内壁に配置される。この変形例は、半径方向吸気口ケーシングに特によく適している。

吸気口ケーシングは、洗浄剤をノズルに供給する洗浄剤供給回路を有するという利点がある。

かかる供給回路によって、洗浄作業時に、ノズルを容易に供給することができる。したがって、ケーシング、及び／又はターボ機械を通るケーシング下流にある通気路の壁を洗浄することを望む場合、供給回路にポンプが直接接続され、ポンプを用いて供給回路に洗浄剤が注入され、その結果、それぞれのノズルは、ケーシング内に洗浄剤の噴流を発生させる。供給回路は、ケーシング内に組み込まれる。例として、ケーシングを製造するときに（例えば、鋳造によって、単一の一体部分を形成するように、ケーシングとともに完全に又は一部に管が製造される。）、及び／又は、ケーシングに完全に又は一部にその後取り付けられ固定された管を用いることによって、回路が組み込まれていてもよい。換言すると、供給回路は、ケーシングにあらかじめ取り付けられる。したがって、ケーシングがターボ機械内に取り付けられる場合、供給回路は、いずれの追加的な操作をすることなく、同時に取り付けられる。

また、本発明は、本発明の吸気口ケーシングを含むターボ機械も提供する。

ターボ機械は、ヘリコプターのターボシャフトエンジンであるという利点がある。本発明の吸気口ケーシング、具体的には半径方向吸気口ケーシングは、ヘリコプターのターボシャフトエンジンに特によく適している。

本発明とその利点は、非限定例として示されている本発明の実施形態の次の詳細な説明を理解することにより十分に理解することができる。説明は、添付図面を参照する。

本発明のターボ機械を示す。 図１のエンジンの吸気口ケーシングの軸線方向断面図を示す。 図１のエンジンの吸気口ケーシングの、図２の矢印ＩＩＩに沿った斜視図を示す。

図１は、本発明のターボ機械を形成する、ヘリコプターのターボシャフトエンジン１００を示している。このエンジン１００は、空気がエンジン１００に入る、本発明の吸気口ケーシング１０を有している。この空気は、エンジンを通って、破線の矢印により示されている方向に上流から下流に流れる。このように、ケーシング１０を介してエンジン１００に入った後、空気は、コンプレッサ５０によって圧縮され、その後、燃焼室５２内で加熱され、タービン５４及び５６内で膨張する。タービン５６は、ヘリコプター（図示せず。）の推進に必要な動力を伝達する軸５８を回転させる。空気は、タービン５６の出口において、エンジン１００の外部に排出される。

図２及び３は、吸気口ケーシング１０をより詳細に示している。この吸気口ケーシング１０は、半径方向吸気口ケーシングである。ケーシング１０は、軸線方向Ｘに沿って延び、内側環状壁１２と外側環状壁１４とを備えている。内側環状壁１２と外側環状壁１４は、実質的に同軸であり、これらはともに、環状通気路１６を形成している。内壁及び外壁は、環状通気路１６にわたって半径方向に延びるスペーサによって互いに固定され、これらのスペーサは、より明確にするために、図示されていないことを確認する必要がある。当然のことながら、スペーサの形状に応じて、通気路は、１つ以上のリング部分を形成する１つ以上の通路を備えることが考慮できる。

内壁１２は、外壁１４に向かって配向された第１のノズル１８と、内壁１２に向かって配向された第２のノズル２０とを有している。図２の破線の矢印は、ノズル、及びノズルによって発生する噴流による衝撃を受ける領域の方向を示している。第１のノズル１８は、第２のノズル２０とは異なっている。この例では、ケーシング１０は、４つの第１のノズル１８と、４つの第２のノズル２０とを有している。当然のことながら、変形例では、ケーシング１０は、１つ、２つ、３つ又は４つを超える第１のノズル及び／又は第２のノズルを有し得る。

第１のノズル１８は単一の第１の軸線方向平面ＰＡ１に配置され、第２のノズル２０は、第１の軸線方向平面ＰＡ１とは異なる単一の第２の軸線方向平面ＰＡ２に配置されている（図２を参照）。

第１のノズル１８は、方位角方向Ｚに、規則的に間隔を置いて配置されている。したがって、隣接する第１のノズル１８間には９０°の角度がある。同様に、第２のノズル２０は、方位角方向Ｚに、規則的に間隔を置いて配置されている。したがって、隣接する第２のノズル１８の間には９０°の角度がある。

第１のノズル１８はそれぞれ、第２のノズル２０と同じ方位角位置にある。したがって、この例では、ケーシング１０は、４つの集合を有し、これらはそれぞれ、第１のノズル１８と第２のノズル２０とを備え、前述の第１のノズル１８と前述の第２のノズル２０はともに、ケーシング１０の軸線Ｘから半径方向に延びる同じ半径方向半平面にある。半径方向半平面ＤＰＲ１及びＤＰＲ２は、図３に示されている。第１の集合２２の第１のノズル１８及び第２のノズル２０は、第１の半径方向半平面ＤＰＲ１にある。同様に、第２の集合２２の第１のノズル１８及び第２のノズル２０は、第１の半径方向半平面ＤＰＲ１とは異なる第２の半径方向半平面ＤＰＲ２にある。第１のノズル１８及び第２のノズル２０の集合２２は、方位角方向Ｚに、規則的に間隔を置いて配置されている。したがって、隣接する集合２２間には９０°の角度がある。

第１のノズル１８、さらに第２のノズル２０は全て、ケーシング１０に対して下流に配向されている。ケーシング１０を通る上流から下流への流れの流れ方向は、図１の破線の矢印により示されていることを確認する必要がある。

この例では、それぞれの第１のノズル１８（又はそれぞれの第１のノズルが発生させるそれぞれの噴流）は、内壁の法線と１０°〜５０°の範囲にある角度α１を形成し、この角度α１は、半径方向平面において考慮される。それぞれの第１のノズルは、約２０°の角度α１を形成することが好ましい。

同様に、この例では、それぞれの第２のノズル２０（又はそれぞれの第２のノズルが発生させるそれぞれの噴流）は、内壁の法線と３０°〜８０°の範囲にある角度α２を形成し、この角度α２は、半径方向平面において考慮される。それぞれの第２のノズルは、約７０°の角度α２を形成することが好ましい。

当然のことながら、変形例では、それぞれのノズル（又は、それぞれのノズルが発生させるそれぞれの噴流）も、軸線方向Ｘを中心に渦巻く噴流を形成するように、ノズルのオリフィスがある半径方向平面に対して角度を形成することができる。

また、ケーシング１０は、洗浄剤をノズル１８及び２０に供給する回路２４も組み込んでいる。回路２４は、第１のノズル１８を供給する第１の環状管２４ａと、第２のノズル２０を供給する第２の環状管２４ｂとを有している（図２を参照）。この例では、管２４ａ及び２４ｂは、ケーシングの製造／鋳造によって形成される。第１の管２４ａ及び第２の管２４ｂは、第１のノズル１８を介して第１の圧力で、及び第２のノズル２０を介して第１の圧力とは異なる第２の圧力で、洗浄剤をケーシング１０に噴射できるように独立している。第１の管２４ａ及び第２の管２４ｂはそれぞれ、これを洗浄剤供給源に連結する連結部（図示せず。）を有している。当然のことながら、変形例では、単一の共通管は、第１のノズル及び第２のノズルを供給するか、又は、実際に、管２４ａ及び２４ｂは、ともに接続することができる。

本発明を特定の実施形態を参照して説明してきたが、特許請求の範囲によって規定されている本発明の全体的な範囲から逸脱することなく、変形及び変更がなされ得ることは明らかである。具体的には、示されている及び／又は言及されている種々の実施形態又は変形例の個々の特徴は、付加的な実施形態において組み合わせることができる。したがって、本明細書及び図面は、限定されることなく、例示的なものとみなす必要がある。

第１のノズル１８は、方位角方向Ｚに、規則的に間隔を置いて配置されている。したがって、隣接する第１のノズル１８間には９０°の角度がある。同様に、第２のノズル２０は、方位角方向Ｚに、規則的に間隔を置いて配置されている。したがって、隣接する第２のノズル２０の間には９０°の角度がある。

Claims (8)

1. 内側環状壁（１２）と、通気路（１６）を形成する外側環状壁（１４）と、少なくとも２つの洗浄剤噴射ノズルと、を備えるターボ機械の吸気口ケーシング（１０）において、
   第１のノズル（１８）が外壁（１４）に向かって配向され、第２のノズル（２０）が内壁（１２）に向かって配向され、前記第１のノズル（１８）及び前記第２のノズル（２０）が、前記内壁（１２）に配置されることを特徴とする吸気口ケーシング。
2. 前記外壁（１４）の方に配向された第１のノズル（１８）と前記内壁（１２）に向かって配向された第２のノズル（２０）とを備えた、少なくとも１組のノズル（２２）を含み、前記１組のノズル（２２）の前記第１のノズル（１８）及び前記第２のノズル（２０）が、共通の半径方向半平面（ＤＰＲ１）に配置される、請求項１に記載の吸気口ケーシング（１０）。
3. 前記吸気口ケーシング（１０）内に方位角に規則的に分布した複数の第１のノズル（１８）と、前記吸気口ケーシング（１０）内に方位角に規則的に分布した複数の第２のノズル（２０）とを有する、請求項１又は２に記載の吸気口ケーシング（１０）。
4. 前記第１のノズル（１８）及び前記第２のノズル（２０）が下流に配向され、上流及び下流が、前記吸気口ケーシング（１０）を通る流れの上流から下流流れ方向に関して考慮される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸気口ケーシング（１０）。
5. 前記第１のノズル（１８）が前記第２のノズル（２０）の上流に配置され、上流及び下流が、前記吸気口ケーシング（１０）を通る流れの上流から下流流れ方向に関して考慮される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸気口ケーシング（１０）。
6. 半径方向吸気口ケーシング（１０）を形成する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の吸気口ケーシング。
7. 洗浄剤を前記第１のノズル（１８）及び前記第２のノズル（２０）に供給する洗浄剤供給回路（２４）を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の吸気口ケーシング（１０）。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の吸気口ケーシング（１０）を含む、ターボ機械（１００）。

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