JP3632970B2

JP3632970B2 - 排気ジェット冷却装置

Info

Publication number: JP3632970B2
Application number: JP21720897A
Authority: JP
Inventors: 徳月原
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: JPH1164168A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空エンジンの地上試験装置に係わり、更に詳しくは、高温排気ジェットを冷却する排気ジェット冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のエンジン地上試験装置の全体構成図である。この図において、１は供試体としての航空エンジン、２は航空エンジンを格納して試験する試験室、３は航空エンジンの排ガスを導く排気ダクト、４は高温排気ジェットを冷却する排気ジェット冷却装置である。
【０００３】
航空エンジン１の排気ジェットは、排気ジェット冷却装置４の入口において約７００〜１０００℃の高温であり、かつ５０〜１００ｍ／ｓの高速ガス流である。そのため、排気ジェット冷却装置４内には、複数の熱交換器４ａがガス流に沿って水平直列に配置され、高温の排気ジェットを約５０℃前後まで冷却して排出するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の地上試験装置では、排気ジェット冷却装置４内に多数の熱交換器４ａ（チューブ型、プレート型等）を配置する必要があり、そのため装置が大型化し製造費も高くなる問題点があった。また、試験室２の下流側に排気ダクト３及び排気ジェット冷却装置４を排気ジェットの流れに沿って直列に配置するため、全長が非常に長くなり（冷却装置の部分で約３０〜４０ｍ）、広い設置面積を必要とする問題点があった。
【０００５】
更に、設置面積を低減するために、排気ジェット冷却装置を縦型にすると、排気ダクト３又は冷却装置４の内部で高温排気ジェットの流れを直角（水平から垂直）に曲げる必要が生じ、この部分が高温排気ジェットに曝されて過熱し、短時間で損傷を受ける問題点があった。
【０００６】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、高温排気ジェットによる損傷を受けることなく流れを水平から垂直に曲げることができ、小型の設備で所望の温度まで冷却でき、かつコンパクトで設置面積も小さい排気ジェット冷却装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれは、航空エンジンが格納される試験室の下流側に設置され高温排気ジェットを冷却する排気ジェット冷却装置であって、高温排気ジェットを導入する水平入口ダクトと、高温排気ジェットを冷却する縦型の冷却塔と、からなり、水平入口ダクトはそのまわりに水ジャケットを有し、該水ジャケットの一端上部が冷却塔内に直接開口しており、該開口に対応する冷却塔の内部に上部が開口した第１の堰が設けられ、これにより水ジャケットを通り第１堰から落下する溢流水により高温排気ジェットを遮る水膜が形成される、ことを特徴とする排気ジェット冷却装置が提供される。
【０００８】
上記本発明の構成によれば、水平入口ダクトが水ジャケットを有し、かつこの水ジャケットの一端上部が冷却塔内に直接開口し冷却塔内の第１堰に連通しているので、水ジャケット内を流れる冷却水で水平入口ダクトを冷却して内部を流れる高温排気ジェットからの過熱を防止するとともに、第１堰から高温排気ジェットを遮って冷却水が水膜状に溢流するのでジェットと水が直接激しく接触し、水温上昇と蒸発潜熱とで高温排気ジェットを急速に冷却することができる。従って、冷却塔内の水平から垂直に曲がる流路に直接当たる高温排気ジェットの温度を下げることができ、高温排気ジェットによる損傷を大幅に低減することができる。また、直接接触であるため伝熱面積が非常に大きく、かつ蒸発潜熱も有効活用されるので、小型の設備で所望の温度まで冷却でき、コンパクトにでき設置面積を小さくできる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記冷却塔は、水平入口ダクトに対向する内面に上部が開口した第２の堰を有し、該第２堰から落下する溢流水により高温排気ジェットの衝突する内面を覆う水膜が形成される。
この構成により、第２堰から落下する溢流水により高温排気ジェットの衝突する内面を覆う水膜が形成されるので、この部分を効果的に冷却し高温排気ジェットの直接接触による過熱を防止することができる。従って、高温排気ジェットによる損傷を受けることなく流れを水平から垂直に曲げることができ、縦型の冷却塔を用いてコンパクトで設置面積の小さい装置とすることができる。
【００１０】
また、前記冷却塔は、内部に水を噴霧する複数のスプレイノズルと、下方に溜まる水をスプレイノズルに供給する水循環装置とを備え、これにより高温排気ジェットを噴霧水と直接接触させて冷却する。この構成により、大量の噴霧水との直接接触により、小型の設備で所望の温度まで排気ジェットを冷却することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施態様を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
図１は、本発明の排気ジェット冷却装置を用いたエンジン地上試験装置の構成図である。この図において、１は供試体としての航空エンジン、２は試験室、３は排気ダクト、５は整流ダクト、６は排風機である。
【００１２】
航空エンジン１の吸入空気は、エンジン用空気として整流ダクト５を介して試験室２に供給される。また、試験室を冷却するための冷却用空気が、別途試験室２に供給される。エンジン用空気は、地上又は高空を模擬して温度及び圧力が調整される。同様に、高温排気ジェット７が噴出する試験室２内も、地上又は高空を模擬して温度及び圧力を調整できるようになっている。
【００１３】
本発明の排気ジェット冷却装置１０は航空エンジン１が格納される試験室２の下流側に連結して設置される。この冷却装置１０には、航空エンジン１の後方から水平に高速で噴射する高温排気ジェット７が排気ダクト３を介して流入する。更に、冷却装置１０で冷却された排ガス８は排風機６で吸引され、図示しない排気消音器等を介して大気放出される。冷却装置１０内の圧力は、排風機６の吸引ガス流量で調節され、これにより、高温排気ジェット７が噴出する試験室２の圧力を調整できるようになっている。
【００１４】
図２は、本発明の排気ジェット冷却装置の全体構成図である。この図に示すように、本発明の排気ジェット冷却装置１０は、高温排気ジェット７を導入する水平入口ダクト１２と、高温排気ジェットを冷却する縦型の冷却塔１４とからなる。冷却塔１４は、内部に水を噴霧する複数のスプレイノズル１５と、下方に溜まる水をスプレイノズル１５に供給する水循環装置１６とを備え、水循環装置１６のポンプ１６ａの作動により冷却塔１４内に大量の水を噴霧し、高温排気ジェット７を噴霧水と直接接触させて冷却するようになっている。なお、この図で、１１ａは水滴をトラップするデミスター、１１ｂはガス流を整流する整流板である。この構成により、大量の噴霧水との直接接触により、小型の設備で所望の温度まで排気ジェットを冷却することができる。
【００１５】
図３は、図２のＡ−Ａ線における断面図（Ａ）と、そのＢ−Ｂ線における部分断面図（Ｂ）である。また、図４は、図３のＣ−Ｃ線における断面図（Ａ）と、そのＤ−Ｄ線における部分矢視図である。
図３（Ａ）及び図４に示すように、水平入口ダクト１２はそのまわりに水ジャケット１３を有する。また水ジャケット１３の一端（この図で右端）の上部に開口１３ａを有し、冷却塔１４内と直接連通している。またこの開口１３ａに対応する冷却塔１４の内部に第１堰１７が設けられている。この第１堰１７は、上部が開口しており、かつその側面に複数の貫通穴１７ａが設けられている。この構成により、水ジャケット１３に供給した冷却水は、水ジャケット１３内を通り第１堰１７の上部開口及び貫通穴１７ａから溢流して落下し、この溢流水により高温排気ジェット７を直接遮る水膜が形成される。
【００１６】
更に、図３（Ｂ）に示すように、冷却塔１４は、水平入口ダクト１２に対向する内面に第２堰１８を有する。この第２堰１８も、上部が開口しており、この開口部から落下する溢流水により高温排気ジェット７の衝突する内面を覆う水膜が形成されるようになっている。
【００１７】
上述した本発明の構成によれば、水平入口ダクト１２が水ジャケット１３を有し、かつこの水ジャケット１３の一端上部が冷却塔１４内に直接開口し冷却塔内の第１堰１７に連通しているので、水ジャケット１３を流れる冷却水で水平入口ダクト１２を冷却して内部を流れる高温排気ジェット７から保護するとともに、第１堰１７から高温排気ジェット７を遮って水膜状に冷却水が溢流するのでジェット７と水が直接激しく接触し、水の温度上昇と蒸発潜熱とで高温排気ジェットを急速に冷却することができる。従って、冷却塔１４内の水平から垂直に曲がる流路に直接当たるジェットの温度を下げることができ、高温排気ジェットによる損傷を大幅に低減することができる。また、直接接触であるため伝熱面積が非常に大きく、かつ蒸発潜熱も有効活用されるので、小型の設備で所望の温度まで冷却でき、かつコンパクトで設置面積を小さくできる。
【００１８】
更に、第２堰１８から落下する溢流水により高温排気ジェット７の衝突する内面を覆う水膜が形成されるので、この部分を効果的に冷却し高温排気ジェットの直接接触による過熱を防止することができる。従って、高温排気ジェットによる損傷を受けることなく流れを水平から垂直に曲げることができ、縦型の冷却塔を用いてコンパクトで設置面積の小さい装置とすることができる。
【００１９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】
上述したように、本発明の排気ジェット冷却装置は、高温排気ジェットによる損傷を受けることなく流れを水平から垂直に曲げることができ、小型の設備で所望の温度まで冷却でき、かつコンパクトで設置面積も小さい、等の優れた効果を有する。また、水ジャケット１３が密閉されていないので、水ジャケット１３を圧力容器として法規上扱う必要がなく、設計・製作が容易となる。更に、水ジャケット１３を通った水をそのまま冷却塔１４内に供給するので、余分な配管やポンプが不要であり、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気ジェット冷却装置を用いた航空エンジン地上試験装置の構成図である。
【図２】本発明の排気ジェット冷却装置の構成図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図と、その部分断面図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ線における断面図と、その部分矢視図である。
【図５】従来の航空エンジン地上試験装置の構成図である。
【符号の説明】
１航空エンジン
２試験室
３排気ダクト
４排気ジェット冷却装置
４ａ熱交換器
５整流ダクト
６排風機
７高温排気ジェット
８排ガス
１０排気ジェット冷却装置
１１ａデミスター
１１ｂ整流板
１２水平入口ダクト
１３水ジャケット
１３ａ開口
１４縦型冷却塔
１５スプレイノズル
１６水循環装置
１６ａポンプ
１７第１堰
１７ａ貫通穴
１８第２堰

Claims

航空エンジンが格納される試験室の下流側に設置され高温排気ジェットを冷却する排気ジェット冷却装置であって、
高温排気ジェットを導入する水平入口ダクトと、高温排気ジェットを冷却する縦型の冷却塔と、からなり、
水平入口ダクトはそのまわりに水ジャケットを有し、該水ジャケットの一端上部が冷却塔内に直接開口しており、該開口に対応する冷却塔の内部に上部が開口した第１の堰が設けられ、これにより水ジャケットを通り第１堰から落下する溢流水により高温排気ジェットを遮る水膜が形成される、ことを特徴とする排気ジェット冷却装置。
前記冷却塔は、水平入口ダクトに対向する内面に上部が開口した第２の堰を有し、該第２堰から落下する溢流水により高温排気ジェットの衝突する内面を覆う水膜が形成される、ことを特徴とする請求項１に記載の排気ジェット冷却装置。
前記冷却塔は、内部に水を噴霧する複数のスプレイノズルと、下方に溜まる水をスプレイノズルに供給する水循環装置とを備え、これにより高温排気ジェットを噴霧水と直接接触させて冷却する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ジェット冷却装置。