JP2010007661A - 可変洗浄流フィルタアッセンブリ、燃料システムおよび燃料流フィルタリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可変の洗浄流フィルタアッセンブリを提供する。
【解決手段】
可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４は、入口６２、被フィルタ流ポート６４および燃焼流ポート６６を画定するハウジング６０と、洗浄フィルタ７４と、洗浄速度制御コーン６８と、を備える。洗浄速度制御コーン６８は、可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４の軸Ａに沿ってガイド７６によって案内され、ハウジング６０内で付勢部材７０によって付勢され最小位置と最大位置との間で移動する。燃料流Ｆは、入口６２から可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４に流入し、洗浄速度制御コーン６８と洗浄フィルタ７４との間を流れ、燃焼流と被フィルタ流とに分流される。燃焼流は洗浄流として作用し、洗浄フィルタ７４によって捕捉された異物を運び去る。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、米国海軍によって発注された契約番号Ｎ０００１９−０２−Ｃ−３００３下で米国政府の支援によりなされたものである。米国政府は、本発明における一定の権利を有する。

本発明は、フィルタリングシステムに関し、特に、該システムの洗浄フィルタに関する。

エンジンシステムは、通常、異物（汚染物）に対して敏感な構成要素を備える。このような異物に対して敏感な構成要素には、燃料内の異物を除去するろ過システムが必要とされる。

圧力および流れを供給するポンプは、通常、定容量形ポンプであり、つまり、流れが速度とともに線形に変化する。定常運転の間、過度なポンプ流は、迂回し、再循環する。従来の固定形状を有する洗浄フィルタは、この過度なポンプ流を洗浄流として使用していた。従来の洗浄フィルタろ過システムを洗浄する際、ポンプの運転許容範囲（エンベロープ）にわたる洗浄流の範囲で洗浄が行われていた。

本願は、改善された可変型の洗浄流フィルタアッセンブリを提供するものである。

本発明の例示的な実施例による可変洗浄流フィルタアッセンブリは、入口、少なくとも１つの被フィルタ流ポートおよび少なくとも１つの出口ポートを画定するハウジングと、少なくとも１つの被フィルタ流ポートに隣接してハウジング内に配置された洗浄フィルタと、洗浄フィルタに対してハウジング内で付勢される洗浄速度制御コーンと、を備える。洗浄速度制御コーンは、最小位置と最大位置の間で移動可能である。

本発明の例示的な実施例による燃料システムは、主燃料ポンプと、この主燃料ポンプと流体連通する可変洗浄流フィルタアッセンブリと、を備える。可変洗浄流フィルタアッセンブリは、洗浄フィルタに対して移動可能な洗浄速度制御コーンを備え、洗浄速度制御コーンは、主燃料ポンプからの燃料流を、システムによって要求される燃焼流と、被フィルタ流とに分流させるように、最小位置と最大位置との間で移動可能である。燃焼流は、可変洗浄流フィルタアッセンブリ内で洗浄フィルタによって捕捉された異物を運び去る洗浄流として作用する。

本発明の例示的な実施例による燃料流をフィルタリングする方法は、可変洗浄流フィルタアッセンブリ内で洗浄フィルタに対して洗浄速度制御コーンを付勢するステップを含み、洗浄速度制御コーンは、最小位置と最大位置との間で移動可能であり、可変洗浄流フィルタアッセンブリは、燃料流を、要求されたシステムへの燃焼流と、被フィルタ流とに分流させる。燃焼流は、可変洗浄流フィルタアッセンブリ内で洗浄フィルタによって捕捉された異物を運び去る洗浄流として作用する。

本発明の種々の特徴および利点が、以下に記載した例示的な実施例を示す発明を実施するための形態から当業者に明らかになるであろう。発明を実施するための形態に伴う図面について、以下に簡単に説明する。

燃料システムの概略図。 可変洗浄流フィルタアッセンブリの透視断面図。 第１の位置における図２Ａの半径方向の出口を有する可変洗浄流フィルタアッセンブリの断面図。 第２の位置における図２Ａの半径方向の出口を有する可変洗浄流フィルタアッセンブリの断面図。 図２Ａの半径方向の出口を有する可変洗浄流フィルタアッセンブリにおける構成要素の分解図。 軸方向の出口を有する、他の可変洗浄流フィルタアッセンブリの断面図。 軸方向の出口を有する、さらに別の可変洗浄流フィルタアッセンブリの透視断面図。 図４Ａの軸方向の出口を有する可変洗浄流フィルタアッセンブリの断面図。 図４Ａの軸方向の出口を有する可変洗浄流フィルタアッセンブリの後方部分を示す図。 図４Ａの軸方向の出口を有する可変洗浄流フィルタアッセンブリの分解図。

図１は、可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４を用いる燃料システム５０を概略的に示している。燃料システム５０は、主燃料ポンプ５２を備え、この主燃料ポンプ５２は、燃料流Ｆをポンプ出口から可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４へと通流させる。可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４からの燃料流Ｆは、洗浄流として作用する燃焼用の燃料流（燃焼流）ＧＧと、フィルタリングされた燃料流（被フィルタ流）ＦＦと、に分流される。燃焼流ＧＧおよび被フィルタ流ＦＦの少なくとも一方は、半径方向の通路（図２Ａ）または軸方向の通路（図４Ａ）を通って可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４から流出する。被フィルタ流ＦＦは、複数の異物に対して敏感な構成要素（異物敏感要素）５６へと流れる。さらに、可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４は、ガスタービン以外のシステムにも用いられることを理解されたい。

異物敏感要素５６に要求されただけの燃料流が被フィルタ流ＦＦによってもたらされるため、可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４内に洗浄流が過剰に供給されない。このため、燃焼流ＧＧが洗浄流として用いられるが、燃焼流ＧＧは、比較的高い「ターンダウン比（ｔｕｒｎ ｄｏｗｎ ｒａｔｉｏ）」、つまり最大流と最小流との比を有していてもよい。高ターンダウン比のため、従来の固定形状を有する洗浄フィルタは、この固定洗浄フィルタの基準洗浄速度範囲を満たさない。本発明の可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４によって、効果的に作動するために要求される範囲内に洗浄流が維持される。

図２Ａを参照すると、可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４は、ハウジング６０を有し、このハウジング６０は、入口６２と、少なくとも１つの被フィルタ流ＦＦポート６４と、少なくとも１つの燃焼流ＧＧポート６６と、を画定する（図２Ｄにも図示する）。ハウジング６０内において、洗浄速度制御コーン６８は、最小位置（図２Ｂ）と最大位置（図２Ｃ）との間で移動するように、バネなどの付勢部材７０によって付勢される。付勢部材７０は、ガイド７６に取付けられたバネ受け７２に対して作用する。ガイド７６によって、洗浄速度制御コーン６８が可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４の軸Ａに沿って軸方向に移動するように案内される。

洗浄フィルタ７４は、円錐形状をなしており、最小位置（図２Ｂ）において洗浄速度制御コーン６８と洗浄フィルタ７４との間ギャップが小さくなるように、対応する円錐形状の洗浄速度制御コーン６８を受ける。この制御された最小のギャップは、最小のギャップが洗浄フィルタ７４によって捕捉された異物を運び去るのに十分な洗浄速度をもたらす低流状態に対応する。燃料ポンプ５２からの流れが増すと、洗浄速度制御コーン６８における圧力降下および流れの運動量の力が変化する。洗浄速度制御コーン６８は、付勢部材７０に当接し、流れおよび圧力がバランスのとれた状態の位置に定着する。このように、洗浄速度制御コーン６８が移動することにより、例えば、システムに要求される流れ（つまり、燃焼流）または被フィルタ流の増加などに応じた燃料ポンプからの流れに比例して、洗浄速度制御コーン６８と洗浄フィルタ７４との間のギャップが増す。この移動および可変のギャップにより、洗浄速度が比較的一定に維持され、洗浄フィルタ７４によって捕捉された異物が燃焼流ＧＧ（つまり、洗浄流）とともに運び去られる。

洗浄速度制御コーン６８と洗浄フィルタ７４との間のギャップは、流体の静圧の降下を生じさせる比較的早い流体速度を有するため、これにより、洗浄速度制御コーン６８に閉方向の圧力荷重（ｃｌｏｓｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｏａｄ）つまり正味の閉方向の力が生じる。この潜在的な閉方向力を抑制するため、洗浄速度制御コーン６８と洗浄フィルタ７４との間における円錐形のギャップの下流において、少なくとも１つの圧力差生成開口部（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｄｅｌｔａＰ ｗｉｎｄｏｗ）７８がガイド７６に設けられる。ガイドのスリーブ部分８０を貫通して開口部７８を配設してもよい。１つまたは複数の開口部７８が配設されてもよく、また種々の流れの状態に対してコーンの位置を制御する正味の正の力（ｎｅｔ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）をもたらす圧力差（デルタＰ）が最適となるような形状を有していてもよい。

主燃料ポンプ５２からの燃料流Ｆは、入口６２から可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４に流入する。燃料は、洗浄速度制御コーン６８と洗浄フィルタ７４との間を流れるように案内される。洗浄フィルタ７４に対して洗浄速度制御コーン６８が移動することにより、洗浄速度制御コーン６８のストロークに対して流れ領域が変化する。入口からの燃料流の一部は、洗浄フィルタ７４を通って被フィルタ流ＦＦポート６４へと流れ、フィルタリングされた被フィルタ流ＦＦとなる。燃料流の残部は、システムに要求される燃料流（つまり、燃焼流ＧＧ）となり、洗浄フィルタ７４によって捕捉された異物を運び去る。燃焼流ＧＧは、基本的に、可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４を通って流れ、他方、被フィルタ流ＦＦは、可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４の軸Ａに対して実質的に直交する方向に導かれる。

図３は、他の可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４Ａの例示的な実施例を示している。可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４Ａは、安定バルブ９０に一体化された洗浄速度制御コーン６８’を備える。つまり、洗浄速度制御コーン６８’は、一体的な安定バルブ９０を備える。

遠心型の主燃料ポンプ５２’からの燃料流は、入口６２’から可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４Ａに流入する。燃料は、安定バルブ９０にわたって案内され、ポンプの安定稼動に対して適切な背圧を生じさせる。次いで、燃料は、前述のように、洗浄速度制御コーン６８’と洗浄フィルタ７４’との間を通流する。安定バルブ９０と一体的な洗浄速度制御コーン６８’は、ユニットとして動くように互いに固定されており、したがって、流れの関係に対し同じストロークを有する。

図４Ａは、さらに別の可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４Ｂの例示的な実施例を示している。可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４Ｂは、軸方向の燃焼流ＧＧポート６６”と、半径方向の被フィルタ流ＦＦポート６４”と、を備える（図４Ｂ，４Ｃ，４Ｄにも図示する）。可変洗浄流フィルタアッセンブリ５４Ｂは、実質的に前述のように、燃焼流ＧＧとともに作動する。この燃焼流ＧＧは、ガイド７６”のベース部分に位置するポート９２を通って、ハウジング６０”の軸Ａに沿って配置された燃焼流ＧＧポート６６”から流出する。

「前方」、「後方」、「上方」、「下方」、「上」、「下」などの相対的な位置を示す用語は、乗物の通常の運転姿勢を基準とするものであり、限定的に解釈されるものではないことを理解されたい。

図示した実施例には特定の構成要素の配置が示されているが、他の配置であっても本発明の利点を得ることを理解されたい。

特定のステップの順序が、図示、説明およびクレイムされているが、指示されていない限り、ステップを任意の順番で、別々にまたは組み合わせて実施してもよく、それでも、本発明の利点を得ることを理解されたい。

上記の記載は、例示的なものであり、限定的なものではない。上記の教示を鑑みて種々の変更および修正が可能である。本明細書において非限定的な実施例が開示されているが、当業者であれば、特定の修正形態が本発明の範囲内にあることを理解されるであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内で実施されることを理解されたい。そのため、以下の特許請求の範囲は、本発明の範囲を決定するために検討されたい。

５０ 燃料システム
５２ 主燃料ポンプ
５４ 可変洗浄流フィルタアッセンブリ
５６ 異物敏感要素
６０ ハウジング
６２ 入口
６４ 被フィルタ流ポート
６６ 燃焼流ポート
６８ 洗浄速度制御コーン
７０ 付勢部材
７２ バネ受け
７４ 洗浄フィルタ
７６ ガイド
７８ 圧力差生成開口部
９０ 安定バルブ
９２ ポート

Claims (14)

1. 入口、少なくとも１つの被フィルタ流ポートおよび少なくとも１つの燃焼流ポートを画定するハウジングと、
   前記少なくとも１つの被フィルタ流ポートに隣接してハウジング内に配置された洗浄フィルタと、
   洗浄フィルタに対してハウジング内で付勢される洗浄速度制御コーンと、
   を備え、
   前記洗浄速度制御コーンは、最小位置と最大位置の間で移動可能であることを特徴とする可変洗浄流フィルタアッセンブリ。
2. 洗浄フィルタの形状が、円錐形であることを特徴とする請求項１に記載の可変洗浄流フィルタアッセンブリ。
3. 洗浄速度制御コーンの形状が、円錐形であることを特徴とする請求項１に記載の可変洗浄流フィルタアッセンブリ。
4. 前記入口および少なくとも１つの燃焼流ポートは、ハウジングの長手方向の軸上に位置することを特徴とする請求項１に記載の可変洗浄流フィルタアッセンブリ。
5. 洗浄フィルタの下流に位置する少なくとも１つの圧力差生成開口部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の可変洗浄流フィルタアッセンブリ。
6. 少なくとも１つの圧力差生成開口部が、洗浄速度制御コーンと洗浄フィルタとの間の円錐形のギャップの下流に位置し、かつ、洗浄速度制御コーンの移動を部分的に制御することを特徴とする請求項５に記載の可変洗浄流フィルタアッセンブリ。
7. 洗浄速度制御コーンと洗浄フィルタとの間の円錐形のギャップの下流に位置する少なくとも１つの圧力差生成開口部をさらに備え、該圧力差生成開口部が、洗浄速度制御コーンの移動を部分的に制御することを特徴とする請求項１に記載の可変洗浄流フィルタアッセンブリ。
8. 洗浄速度制御コーンに取付けられた安定バルブをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の可変洗浄流フィルタアッセンブリ。
9. 主燃料ポンプと、
   前記主燃料ポンプと流体連通する可変洗浄流フィルタアッセンブリと、
   を備え、
   可変洗浄流フィルタアッセンブリは、洗浄フィルタに対して移動可能な洗浄速度制御コーンを備え、洗浄速度制御コーンは、主燃料ポンプからの燃料流を燃焼流と被フィルタ流とに分流させるように、最小位置と最大位置との間で移動可能であり、燃焼流は、可変洗浄流フィルタアッセンブリ内で洗浄フィルタによって捕捉された異物を運び去る洗浄流として作用することを特徴とする燃料システム。
10. 可変洗浄流フィルタアッセンブリは、主燃料ポンプの出口に取付けられることを特徴とする請求項９に記載の燃料システム
11. 主燃料ポンプの出口と連通する入口、被フィルタ流を通流させる少なくとも１つの被フィルタ流ポート、および燃焼流を通流させる少なくとも１つの燃焼流ポートを画定するハウジングと、
    ハウジング内で洗浄フィルタに対して付勢され、最小位置と最大位置の間で移動可能である洗浄速度制御コーンと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の燃料システム
12. 洗浄フィルタに対して移動可能な洗浄速度制御コーンと、
    洗浄速度制御コーンとともに移動可能なように洗浄速度制御コーンに取付けられた洗浄速度制御コーンに取付けられた安定バルブと、
    をさらに備え、
    洗浄速度制御コーンは、最小位置と最大位置との間で移動可能であることを特徴とする請求項９に記載の燃料システム
13. 燃料流をフィルタリングする方法であって、
    可変洗浄流フィルタアッセンブリ内で洗浄フィルタに対して洗浄速度制御コーンを付勢するステップを含み、
    洗浄速度制御コーンは、最小位置と最大位置との間で移動可能であり、
    可変洗浄流フィルタアッセンブリは、燃料流を燃焼流と被フィルタ流とに分流させ、
    燃焼流は、可変洗浄流フィルタアッセンブリ内で洗浄フィルタによって捕捉された異物を運び去る洗浄流として作用することを特徴とする燃料流フィルタリング方法。
14. 燃料ポンプの出口に可変洗浄流フィルタアッセンブリを取り付けるステップと、
    背圧をもたらすとともに燃料ポンプの安定した作動を維持するように、洗浄速度制御コーンに安定バルブを取り付けるステップと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の燃料流フィルタリング方法。

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