JPS6085B2 - 分離装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は分離装置に関するものであり、特にこれに限定
されないがガスタービンェンジンオイル系統において使
用されるこの種の装置に関するものである。

オイル系統、特にガスタービンェンジンのオイル系統は
、ポンプ、フィル夕及びオイルの汚染状態検知装置等の
装置を含んでいる。

その上、作動中に発生した混合物から空気と油を分離す
るためのセパレータが必要である。この種の混合物は空
気によって乳化された油から、油滴によって汚染された
空気に至るまで種々であって、これらの型の混合物は従
来、分離のために相異なる方法を必要とした。この種の
装置の一部、たとえば高圧フィル夕は静的装置であって
、もしこの種の装置を回転させて遠心力を利用し、より
細かな炉過と、フィルタ要素からの介在物の除去とを促
進してフィル夕の閉塞を減少させるならば、さらに有効
なものとなろう。

またこの静的装置は対応の回転式フィル夕より大型とな
る鏡向があり、一般に重くなる。しかし、回転装置の効
率は大中にその回転速度に依存しておりまたこの装置を
駆動するための原動力は、エンジンの主軸であるから、
各装置をその最有効速度で作動させるためには、主軸と
各装置との間に歯車装置を備える必要がある。この歯車
装置の付加は、エンジンの重量、価格及び複雑さを増大
させるものである。本発明の目的は、２基または２基以
上の流体処理装置を有効に同一速度で回転させ、即ちこ
れらの装置を共通シャフトから駆動させることができ、
ガスタービンェンジンに使用する場合、歯車装置の大部
分を除去することができるようにして通常の回転式装置
の効率を高めるにある。

本発明の目的は、ガスタービンエンジンまたはその他の
任意のプラントにおいて、前記２基またたは２基以上の
装置の機能を実施することのできる単一の装置を提供す
るにある。

本発明によれば、相異なる密度の少なくとも２成分から
成る流体を処理する装置は、第１区画内部に限定された
流体透過性剛性体と、前記剛性体に対して流体を導入す
るための前記第１区画の人口と、流体からその一方の成
分を分離するため、剛性体中に導入された流体に対して
遠心力を加えるように剛性体を回転させる駆動装置と、
第３区画と蓮通した前記第１区画の出口とを有し、前記
第３区画は、分離された成分が装置を出る前に遠心力を
加えるため、前記駆動装置によって駆動される回転要素
を有する。

装置に入る前の流体の成分に応じて、これら２区画中で
実施される機能を変化させることができる。

たとえば、流体が粒状物質で汚染された液体である場合
、第１区画中の流体透過性回転体は液体を粒状物質から
分離するために使用することができ、または第２区画は
、洗浄された液体を使用部または貯蔵部まで輸送するポ
ンプを成すことができる。

あるいは、流体がガスと液体の混合物である場合、ガス
と液体の初期分離を実施するために第１区画中の流体透
過体を使用し第３区画は、ガスまたは液体を装置から除
去するためのポンプとしてトまたは液体の最後の痕跡を
ガスから遠心分離するためのクリーナとして作用するこ
とができる。

流体透過体は装置の固定本体部の中において回転させら
れることができ、または装置が回転体部分を備え、その
内部に複数の区画を形成し、流体透過体はその区画内部
において区画と共に回転するように支持されることがで
きる。

また本発明によれば、流体処理装置は、少なくともその
一部が縦軸線回りに回転自在の本体と、前記本体の回転
自在部分の内部に配置された複数の区画と、内部に複数
の流体通路を限定し前記本体と共に回転するように支持
された液体透過性剛性物質を含む第１区画と、相当量の
ガスを含有する液体を前記物質の放射方向内側部分に供
給するための装置と、前記本体の回転部の中において前
記第１区画の放射方向外側部と第３区画との間を運通す
る通路であって、この通路は、前記多孔物質を通過して
実質的にガスを除かれた液体を前記第３区画に送る通路
と、前記液体を装置から使用場所までポンプ移送するよ
うに成された第３区画内部のポンプ要素とを有する。

ポンプ要素は好ましくは、前記回転第３区画の外周に隣
接して配置された固定スクープの形状を成し、第１区画
から出た液体はこの第３区画の放射方向外周部に送られ
る。

この手段により、液体は第３区画の回転外周部上に液層
を形成し、この液層の速度は、固定スクープが液層中の
動的水頭を圧力に変換してポンプ作用を生じるのに十分
である。あるいは第３区画を第１区画の出口の放射方向
外側まで延長させ、この第３区画の中にさらに一定量の
多孔物質を収容し、この物質が遠心分離ポンプとして作
用して、液体をオイル系統の他の部分に戻すようにする
ことができる。好ましくは多孔物質は、その内部を液体
を比較的自由に通過させると共に、液体を駆動するため
に液体と接触する大麦面積を成す開いたセル構造または
絹状構造を有する。

多孔物質は、流体脱ガス装置としての本装置の動作を非
常に増進するので、本装置は特にガスタービンヱンジン
オイル系統において、ステップアップ歯車装置なしでエ
ンジンの主軸速度で回転し、極めて有効である。

故に、ガスタービンェンジンのオイル系統において、本
装置は、例えば軸受室の１つから出たオイルェマルジョ
ンの脱気装置として作用すると同時に、エンジンのオイ
ルタンクヘオィルを戻す廃由ポンプとしても作用させる
ことができる。

好ましくは、第１区画の外周部にくぼみを備えて、オイ
ル系統の軸受その他の部分から出たオイル中の介入物を
捕集するスペースを成すことができ、このようにして装
置はフィル夕及びオイルの汚染状態検知装置としても作
用する。さらに、本装置の本体の回転部は第２区画を有
し、この第２区画は一定量の多孔物質を有し、また第１
区画の放射方向内側部に蓮適すると共に、オイル系統の
低圧区域または外気と蓮適することができる。

この構造においては、第１区画に供聯合された油から除
去されたガスはこの第２区画の多孔物質中を通過して本
装置から排出されると同時に、このガスによって搬送さ
れる油滴は多孔物質中で分離され、清浄ガスのみが本装
置から脱出するように構成される。分離された油は３区
画の放射方向外側部分の出口に橋集され、本装置内部の
通路を通して、前記第３区画中の廃油ポンプまで戻され
る。この様にして、単一軸から駆動される単一装置の中
に、回転式ブリザ弁を組込み、またはガスタービンェン
ジンの場合には空気／オイルセパレ−夕を組込むことが
できる。

多孔物質は、回転軸の回転エネルギーの処理液体への伝
達を非常に増進するので、非常に効率的な遠Ｄポンプと
して作動し、高速羽根型ポンプの有害なキャビテーショ
ン効果なしで高流量を生じることができる。

またこの型のポンプは通常の歯車ポンプよりもはるかに
高速で作動することができるので、ガスタービンェンジ
ンの中に同じ回転軸上に装着することにより、エンジン
からさらに歯車列を除去することができる。またこのポ
ンプは、完全に圧力平衝状態にある利点を有する。即ち
、多孔物質を横断する圧力運通が存在するのでその軸受
に対する軸端スラストを生じない。前述のポンプは、各
種流体の送入排出用通路の全部が形成される本体固定部
の中に備えられるのが望ましい。しかしまた、多孔物質
を本体回転部の第４区画の中に回転自在に支持すること
もできる。本装置による液体中の介入物の分離と蒲集は
ガスタービンヱンジンにおいて重要な意味をもっている
。介入物の出現は軸受室内部における軸受の破損の初期
徴候を成すからである。しかし、区画中の遠心分離フィ
ル夕と、清浄液を受ける隣接回転区画中のポンプ要素と
の組合せはそれ自体、本発明の重要な態様である。この
ような組合せは、処理液から介入物を除去しまた清浄液
を他の使用場所までポンプ移送する必要のある他のプラ
ントにも応用できるからである。また本発明によれば、
分離装置は、回転ハウジングを含む本体と、介入物含有
処理液を受けるために放射方向内側区域に入口を備えた
ハウジング内部の第１区画と、ハウジングが回転される
ときに、液体全体に回転運動を加えるために前記区画中
に配置された装置と、前軌区画から、介入物を除去され
た液体を受けるために前記区画の放射方向外側区域に配
置された液体出口と、液体から分離された介入物を捕集
するために前記液体出口よりも放射方向外側に突出した
ハウジング中の介入物補集区域と、ハウジング中の第３
区画と、前記第１区画の出口より放射方向内側に配置さ
れた入口を有する第３区画中のポンプ要素と、前記液体
出口とポンプ入口との間を蓮適するハウジング中の通路
とを有する。

第１区画から出た液体を遠心力場に対してポンプ入口ま
で放射放向内側に移動させることにより、このポンプ入
口は介入物を除去された液体のほとんど全量を受入れて
潤滑行程に戻すように構成することができる。

以下本発明を図面に示す実施例について詳細に説明する
。

付図の第１図について述べれば、コンブレツサ１，２と
、燃焼装置３と、タービン４９５とを含む任意公知の型
のガスタービンェンジンが図示されている。

また図示のエンジンは推進ノズル６を有するが、これは
、エンジンがジェット推進エンジンである場合にのみ使
用される。本発明はプロペラまたはヘリコプタ回転翼の
駆動用、または発電機用のものを含めてすべてのガスタ
ービンェンジンに応用される。この種のすべてのエンジ
ンにおいては、タービンとコンブレツサはシャフト７，
８によって相互連結され、このシャフトが他のすべての
エンジン付属品の駆動の動力源を成す。

主シャフト７をエンジン外側ケーシング上のギャボック
ス１０と連結する補助駆動シャフト９が図示されている
。エンジンシャフト７，８は通常の方法で軸受（図示さ
れず）中を回転し、またこれらの軸受に潤滑しなければ
ならない。軸受のみならず、ギャボックス１０の中の歯
車の潤滑を実施するオイル系統は業界公知であって、こ
こには詳細は説明しない。代表的なオイル系統は、タン
クから軸受室までオイルを循環させるための主高圧ポン
プと、空気を浪合されたオイルを潤滑油室から排除する
ための８Ｅ油ポンプとを有し、オイルは潤滑油室から、
フィル夕と脱気器とを通してタンクに戻される。軸受室
から出た空気は通気系統を通ってエンジンの低圧区域に
入り、ェアクリーナを通されて最終的に機外に排出され
る。本発明は、オイル系統におけるオイル処理の回収に
関するものであり、オイル系統全体よりはオイル系統の
機械要素の設計と操作に関するものであるから、オイル
系統全体をそのものとして説明しない。前記の機能のい
ずれか２種または２種以上実施することのできる装置１
１がギャボックス１０の内部のシャフトに連結されてい
る。ただし、エンジンの他の部分で適当速度で回転する
任意適当なシャフトを使用することもできる。第２図〜
第４図について述べれば、装置１１は回転本体部１２と
固定本体部１４とを有する。この装置はガスタービンェ
ンジのオイル系統の一部を成し、その内部に数区画を備
え、これら区画の内部で、ポンピング、炉過、空気／オ
イル分離、浄化等の種々の機能が下記のようにして実施
される。装置に対して各種の流体を送りまたこれらの流
体をエンジンオイル系統内部のそれぞれの位置に戻すた
めに必要とされる区画の入口及び出口は固定本体部１４
に備えられ、これらの入口と出口は、各区画を蓮通した
一連のパイプ４４と接続されている。

説明の便宜上、これらの入口と出口は第２図において１
放射面の中に配置されているが、第３図と第４図に示す
ようにこれらの入口と出口は固定本体部１４の相異なる
外周位置から本体部１４の中を通る通路を有している。
第２図に示すように、回転本体部１２はスリーブ１５に
装着され、このスリーブはシャフト１６の周囲に、ナッ
ト１３によってはめ合わされ区画連結されている。

シャフト１６は任意適当なシャフトとし、または適当な
シャフトによって区画されることができる。例えばエン
ジンシャフト、補助駆動シャフト、または本例のように
ギャボックス１０の中のシャフトとすることができる。
シャフト１６はギャボックス１０内部の玉軸受１８とし
固定部１４に装着されたジャーナル軸受２０とによって
回転自在に支持されている。固定部１４はギヤボックス
ケーシングに対すしてフランジ継手１９でボルト締めさ
れている。回転部１２は、固定部１４の円筒形延長部２
２を包囲する円筒形ハウジング２１から成り、またこれ
ら２部分間の油洩れを防止するために本例においてはラ
ビリンスシールの形のシール２４を備えている。また回
転部１２は、装置の組立てのため、端壁２６をボルト２
６によってボルト締めされ、この端壁２６に対して同じ
ボルト２８によってカバー３０が取付けられている。ハ
ウジング２１の内部に複数の環状そらせ板３２が配置さ
れ、これらのそらせ板はそれぞれの区画３４，３６，３
８及び４０を限定している。

装置の各種機能はこれらの区画中において下記のように
実施される。区画３６は、内部に複数の流体通路を限定
する剛性多孔物質を充填される。

この物質はたとえばダンロップ社によって登録商標ＲＥ
ＴＩＭＥＴのもとに販売されているものであって、区画
内部にたとえば締付けまたはロウ付けによってこれと共
に回転するように固着されている。エンジンの軸受室の
１つから空気と共に送られてきたオイルは、空気含有ヱ
マルジョンとして、固体部１４の装入通路４２を通され
て、固定部の円筒形延長部２２の面のくぼみの中に挿入
されたパイプ４４の１つに達する。このパイプ４４の一
端の開□４６から、オイルは区画３６の放射方向内側部
分の中に噴入される。ェマルジョン状オイルは多孔物質
の中の通路に入り、遠心作用によって区画の放射方向外
側部に進み、空気は区画の放射方向内側部に移動する。

脱気されたオイルは、ハウジング２１の壁部に作られた
介入物コレクタとしてのくぼみ４８の中に入り、これら
のくぼみによって限定された通路を通って、隣接そらせ
板３２を越え、次の区画３４の中に入る。区画３４の放
射方向外側部に入ったオイルはパイプ４４の中における
よりも高圧を有し、また区画３６の中を通過する際に高
い回転速度を与えられている。区画３４の回転壁はオイ
ルに対して遠Ｄ力を加え、区画の外壁に沿ってオィルを
回転運動させる。他のパイプ４４に、固定部の延長部２
２に固定スクープ５０が備えられ、このスクープは、区
画３４の外壁に沿って回転する油を捕集するのに必要な
長さをもって区画３４の中に延びている。

オイルはこのパイプ４４を通して、固定部１４の緋芸事
愛妻凝議申姿翼畔努雛鱗掛る空気によって加圧されてお
り、また本装置は後述のように低圧に通気されているか
ら、ェマルジョンオィルは廃油ポンプの助力なしで本装
置まで流入する。

このようにして区画３４とスクープ５０が軸受室の廃油
ポンプの役割を果たす。この型のポンプを使用した場合
、スクープから放射方向内側に進むオイルは、区画の回
転端壁によって還流させられ、あるいは区画３６の中に
戻される。

このようにしてスクープは区画中の密閉型取付部材であ
る必要はなく、故にその製造に費用がかからず、また介
入物による破損の可能性が少ない。１つの目的のために
、１個以上の区画を使用できるのは明日であって、この
実施例においては、第２軸受室から来た油を脱気処理す
るために区画３８が全く同様に使用される。

脱気された油はくぼみ４８の号を進み、区画３４の中の
廃油ポンプの中に入る。区画３６と３８から出た空気は
オイルミストによって汚染されており、この空気は各そ
らせ板の放射方向内側端を回って区画４川こ入る。

この区画４０‘ま、他の区画より多量の多孔物質を含み
、区画３６と３８から漏出したェマルジョンを脱気する
ためのブレクリーナとして作用する。区画４０は開□５
２を介して最後の区画４１と蓮通し、この区画４１も一
定量の多孔物質を有し、その出口は、装置外部の低圧に
露出されている。

閉口５２と区画４１の出口はそれぞれ区画４１の放射方
向外側区域と内側区域にそれぞれ配置されているので、
区画４１に入る空気ならびにこの空気に含まれるオイル
ミストは、遠心力に抗して多孔物質の中を流れなければ
ならない。これによって空気からオイルミストが分離さ
れる。分離された油は開口５２を通って区画４０の中に
戻り「区画４０と３８との間のそらせ板の放射方向末端
にある関口を通って区画３８の中に進み、このようにし
て区画３４の中の廃油ポンプに達する。このようにして
区画４１はエンジンオイル系統の空気／オイルミスト分
離器となる。第２図には、さらに他の改良点が図示され
ている。

たとえばハウジング２１は装置冷却用フィン５４を備え
、またくぼみ４８はオイルからフィンに対して最大熱量
を伝達させる形状を成している。従って、本装置上に冷
気流を通じることができる場合には、エンジンの通常の
オイル冷却システム一部の代用とすることができる。本
装置が遂行できるもう１つの機能は主エンジンオイルポ
ンプの機能である。

固定部１４の１つのオイル導入通路４２が孔６２を通し
て、固体部の中の区画６４と蓮適している。この区画６
４の中に、一定量の多孔物質が配置され、この多孔物質
はシャフト１６と共に回転するように支持されている。
多孔物質はスリーブ１５のフランジ６６とワツシヤ６８
との中間に締付けられている。他の方法として、それぞ
れの内側端部において締付けられた多数のスポークの間
に多孔物質を挟持することもできる。孔６２は、エンジ
ンのオイルタンクからオイルを通路４２を通して、回転
多孔物質の放射方向内側区域のチャネル７０まで送るよ
うに配置されている。そこで、そのオイルに加えられる
遠心力作用で、オイルは多孔物質を通して流れ、次第に
エネルギーを獲得しながら、より高い圧と高い切線速度
をもつて区画６４の放射方向外側区域の固定リング７３
の排出通路７２に達する。この通路７２は、オイルがそ
の中に進む際の進入圧損を最小限と成すように鏡斜され
、周方向に延び、またオイルの高い切線速度から再び圧
力をうるようにデフューザとして形成されている。この
通路７２は固定部１４のテーパ通路７４と蓮通し、そこ
から外側パイプ（図示せず）がオイルをその使用部まで
取出す。多孔物質中の通路はきわめて小さいので、前記
通路の側壁は相互に非常に近接している。

従って、油が通路内部を循環するスペースはなく、ポン
プがキャビテーションを生じる鏡向は大中に低限される
。オイルが区画６４の中に入る際の進入の問題が存在し
ないので、このポンプは所要圧の所要流量を生じるため
、通路のポンプより高速で運転させることができる。

故にこのポンプは本装置の他の機素と同様に、比較的高
速のシャフトによって駆動することができる。従って、
ガスタ−ビンェンジンオィル系統における通常のギャポ
ンプに必要とされる減速歯車装置を省略することができ
る。この型のポンプのもう１つの利点は、多孔物質を横
断する蓮通関係が存在するので、このポンプは圧力平衡
され、軸受１８１こ対する側面負荷が存在しないことで
ある。前記のポンプ構造を変形することも可能である。

たとえばポンプハウジングを回転自在とし、多孔物質を
このハウジングと共に回転するように連結することがで
きる。またたとえば、回転区画３４の中の固定スクープ
５０の代わりにこの型のポンプを使用することができる
。これは、区画３４を第２図に示すものから変形するこ
とを意味し、この区画３４を隣接の区画３６の出口の上
方放射方向に延長させ、区画３６の出口から来たオイル
が区画３４の放射物質の放射方向内側部に供給されるよ
うにする。この多孔物質を通過したのち、圧力が増大さ
れたオイルは、区画３４の放射方向外周部から、これを
包囲する固定構造の拡散通路を通過させる。この変形の
問題点は、固定構造と回転構造との間に、オイルの漏洩
を防止するために高圧シールを備えなければならないこ
とである。本明細書中においては区画中の適当物質とし
てＲＥＴＩＭＥＴを例示したのであるが、他の物質も使
用することができる。

この物質の要件は、これが回転に耐えるほどに剛性であ
ること、また液体に対して多孔性であって、摩擦による
綾圧損が許容できるほどに低くなるような、相互に連結
されたセルまたは間隙を有することである。ギャボック
スシャフトを適当に変形することにより、本装置を取替
容易な“差込み型”として構成することができ、あるい
はフィル夕と介入物コレクタの検査のためのカートリッ
ジとしてハウジング１３を取はずし交代できるように、
ボルト２８の代わりに急速解除型鎖錠装置を使用するこ
ともできる。さらに他の改良法として、軸受室から出た
空気とオイルの全量が別々の区画内部で浄化されるので
あるから、装置を取はずさないで介入物の検査ができる
ように、介入物コレクタが装置外部の透明パイプに排出
するように成すこともできる。

図示の装置は、ガスタービソェンジンオイル系統におい
て必要とされるボンピング、炉週及び浄化の各操作の大
部分を実施することができる。しかし本発明は、流体を
処理する他の任意の工業プラントにおいて必要とされる
２種または２種以上の機能の組合せを含むものである。
特に有効な組合せの例は、区画３６と３４の中における
回転フィル夕とポンプの組合せであって、ある種の汚物
または介入物を含む液が区画３６の中に送られ、介入物
は遠心分離され、介入物を除かれた液が隣接区画３４の
中に針み、この区画は図示のようなスクープを有し、こ
のスクープは外周部から清浄な液を鷹集する。またはこ
の区画３４は区画６４のものと類似のポンプを含み、清
浄な液を他の場所へポンプ移送することができる。本発
明の他の実施態様においては、本発明をブリザポンプま
たは吸引ポンプとして作用するようにエンジンのギャボ
ツクス１０の中に配置することができる。

この場合、第１区画がギャボックスから空気を供給され
る。この空気は、機外に通気されるが、オイルミストを
含み、これを分離回収しなければならない。この区画は
、第２図の区画４１と同様に作動するのであるが、その
出口から出る空気は第２図の区画６４と類似のボンピン
グ区画の入口に直接に送られる。この区画６４の出口は
大気圧にあるから、その入口圧は大気圧以下になる。故
にこの構造は、ギャボックスの内圧を吸引下降させて、
このギャボックスに通気されている軸受室中の空気圧を
低減させへ コンブレッサから柚気される圧搾空気を節
約することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流体処理装置を含むガスタービン
ェンジンの断面略示図、第２図は本発明による流体処理
装置の作動要素を示す断面図、第３図は本発明の流体処
理装置の斜視図、また第４図は第２図のＡ−Ａ線に沿っ
た断面図である。 １０・・・ギャボックス、１２・・・回転部、１４・・
・固定部、１６・・・シャフト、３４，３６，３８，４
０，４１，６４…区画、５０・・・固定スクープ、７２
，７４…デフユーザ。 仇るノ ‘Ｘ汐 ２ 行Ｚ汐 夕 ら〆ムヂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 静止本体部と回転本体部を有する分離装置本体と、
   その回転本体部を回転せしめる駆動装置とを有し、その
   回転本体部内には軸方向に区画された少なくとも３つの
   環状区画が形成されており、第１および第２の区画は、
   それぞれ半径方向に分離された液体およびガスの出口を
   有するとともに、両区画内にはそれぞれ両出口間に配設
   され本体の回転とともに回転するように連結された流体
   透過性剛性体が収容されており、第３区画はその半径方
   向外方に第１区画の液体出口に連通する液体入口を有し
   、その第３区画内にはその区画からの出口を構成する固
   定スクープが設けられ、さらに第１区画の半径方向内方
   には、第１区画内に分離されるべき気液混合物を供給す
   る装置が設けられていることを特徴とする、液体とガス
   とを含有する気液混合物用分離装置。 ２ 流体透過性剛性体は、流体の流通は許容するが流体
   との大きな接触面積を有するセル構造であることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項記載の分離装置。 ３ 第１区画の外周には液体中に含まれる介入物を捕集
   する１またはそれ以上のくぼみが設けられていることを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   分離装置。 ４ 本体にはその外周に冷却フインが設けられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいず
   れか１項に記載の分離装置。