JP3650401B2

JP3650401B2 - ブリードバルブ

Info

Publication number: JP3650401B2
Application number: JP50687596A
Authority: JP
Inventors: ブレ，ダニエル; トゥルメーヌ，エリック; オウザラポグルー，バジル
Original assignee: Pratt and Whitney Canada Corp
Current assignee: Pratt and Whitney Canada Corp
Priority date: 1994-08-10
Filing date: 1995-08-08
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2015-08-08
Also published as: DE69519846D1; CA2172292C; EP0722539A1; EP0722539B1; JPH09504075A; PL177552B1; WO1996005438A1; CA2172292A1; RU2119100C1; US5477673A; CZ285944B6; DE69519846T2; CZ85396A3; PL313906A1

Description

技術分野
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、例えば、ガスタービンエンジンのブリードバルブに関する。
従来の技術
従来、航空機の動力源として用いられているガスタービンエンジンでは、空気は多段コンプレッサ内を軸方向、または軸方向及び半径方向の双方に流れながらエンジンから燃焼室へと流通する。各連続したコンプレッサ段を通過するにつれて、空気圧は高くなっていく。所定の状況下、例えばエンジンが設計時の想定外の状況で動作しているときは、コンプレッサ段をマッチングさせるために、コンプレッサ段間におけるブリードが要求される。このようなコンプレッサのマッチングがなされない場合、エンジンサージやブローアウトつまり暴噴が生じ、エンジン及びその航空機が危険な状況に陥るおそれがある。
このような状況を回避するため、ガスタービンエンジンでは、バーナー前段のエンジンケーシングにブリードバルブを設け、エンジンサージが発生しそうになるとこのブリードバルブが開いてコンプレッサ段を再マッチングさせている。これらのブリードバルブは、コンプレッサに設けられて可動バルブを通じて開くポートといった単純なものから、エンジンケーシングの隣接するセグメントから分離した装置によって、このセグメント及び装置の間に開口部を形成するといったものまで、種々の形態をとりうる。
しかし、これらのバルブは有益なものではあるが、ブリードによって過負荷は回避されるものの、二次空気流が形成されてしまう点に問題があった。一方、従来のブリードバルブの設計においては、従来技術のいずれのバルブにおいても、バルブのメンテナンスが簡単で、バイパス流路中の円滑な流体流が維持され、応答速度を上げる、という設計基準は目的とされていなかった。
従って、ブリードバルブに対しては、整備が容易で二次空気流への阻害要因を最小化し、エンジンの動作の障害となりうる圧力変動に対して速やかに応答することが必要となっている。
発明の概要
本発明は、流体バイパス流路の周囲の外板上にハウジングが設けられたガスタービンエンジンに用いるブリードバルブを提供する。第一の端部を有するピストンは、前記ハウジングにフィットして嵌合し、バイパス流路を横切って延在し、主流路からバイパス流路を分離するバリアに至る。このピストンは、上記第一の端部に対向するとともにバリアの開口部内にシール可能にフィットして嵌合する第二の端部を有する。これにより、このピストンは、スライド移動によって上記開口部をシール及びシール解除する。この動作は、主流路の二つの部位間の圧力差に応答してなされる。
本発明によれば、エンジンのサージを回避するように応答するとともに、エンジンの解体を行うことなく容易に点検修理が可能なバイパスバルブが提供される。このような点検修理上の利点は、バイパス流路を横切るようにして位置していること、及びこのバイパス流路の外周上にハウジングを有することにより得られる。
【図面の簡単な説明】
図１は、ガスタービンエンジン内における本発明の一実施形態に係るバルブ位置の説明図である。
図２は、本発明の一実施形態に係るバルブの閉位置における一部透視図である。
図３は、本発明の一実施形態に係るバルブの開位置における一部透視図である。
図４は、本発明の一実施形態に係るバルブを開位置でガスタービンエンジン内に設けた状態での断面図である。
図4Aは、バルブの圧力制御手段を示す断面図である。
図５は、本発明の一実施形態に係るバルブを閉位置でガスタービンエンジン内に設けた状態での断面図である。
図６は、ピストン中央部とストラット部材の図２の６−６線における断面図である。
発明の最良の実施形態
以下、図１〜６を参照して、本発明に係るブリードバルブを説明する。なお、この説明及び図面は例示のためのものであり、本発明を限定するものではない。
ブリードバルブ２は、第一の端部６及び第二の端部８がその中央部に備えたピストン４を有する。この第一の端部６は、ハウジング14内のチャンバ12内にフィットして、略一致して嵌合する形状となっている。ハウジング14は、バイパス流路、この場合はエンジン20の外方シュラウド18の外周の開口部16に嵌合する。ハウジング14のチャンバ12は、エンジン20を流通する圧縮ガスの主流路内のの所定位置と流体的または圧力的に連通している。バルブの開度を調整するために、ハウジング14の開口部24を通じて制御圧が導入される。
本実施形態では、ハウジング14は、複数のボルト26によって外方シュラウド18に固定された単一ユニットにより構成され、このシュラウド18は、開口部16の外周上のフランジ28上に設けられている。ピストン４は、ロッドまたはロッドと同様の手段29上にスライド可能に設けられており、ピストン４の実質的に中央を長手方向にスライド可能となっている。
第二の端部８は、主流路22からバイパス流路34を分離するバリアの開口部30に挿入可能で、この開口部を密封するようになっており、この実施形態では、上記バリアは内部シュラウド32である。これにより、ピストンが閉位置にあるときは、開口部30を通じての主流路22からバイパス流路34への流体の流通は遮断される。このような遮断は、種々の設計により可能である。
本実施例では、第二の端部８の上面を平滑としており、図２及び５に示されるように、バルブ２が閉位置にあるときは内部シュラウド32の表面と一致して平滑な平面が形成されるようになっている。しかし、この第二の端部８において、バルブ２が閉位置にあるときに内部シュラウド32の下方側にくる下面部分、即ち底面36は、ピストンの中心部下方にむけて円錐状となるように傾斜がつけられている。必ずしも底面36をこのような形状とする必要はないが、主流路22からバイパス流路34へと流れる流体を均一化するとともにバルブ２の開度調整のための遷移ゾーンが形成されることから、このような形状が好ましい。
加えて、底面36においてバイパス流路34の上流側に向かう部分は、アーチ型のエプロン構造となっており、このエプロン38は、第二の端部８の周面42のリーディングエッジ（leading edge）40を覆うようになっており、ピストンの第二の端部８の一方側44からその対向側46を覆うようになっている。これにより、バイパス流路34に対して垂直な面を横切るようになっている。
さらに、図３に示されるように、バルブ２が開位置にある状態では、このエプロン38は、第二の端部８の上面の直下から内部シュラウド32のすぐ下方にまでを覆うようになっている。このエプロン38によって、バイパス流の上流側に向かうブリード流れが生じないようにされている。このようなブリード流れが生じると、ファンの安定性に影響を与え、サージマージンが減少してノイズが大きくなってしまう。
図４、５に示されるように、内部シュラウド32の開口部30は、支持ロッド29の構造フレームワーク48を収容し、この支持ロッド29上にピストン４がスライドしてフィットするように嵌合する。支持ロッド29は、このロッドの端部52にネジ止めされたナット50によって、上記構造フレームワーク48に着脱自在に接続されており、同様に、ロッド29の他方端はナット57によって、ハウジング14の開口部に着脱自在に接続されている。
ブッシュ54は、ロッド29とピストン４との間にはめ込まれており、ピストン４の自由スライドを補助するようになっている。圧縮スプリング56は、構造フレームワーク48とピストン端部８との間にあり、端部52においてロッド29上にフィットして嵌合している。そして、ピストン４に対して圧力がかけられていないときには、ピストンがある程度開いた位置にくるようになっている。このバルブ位置によって、エンジンが良好に始動される。
加えて、中央部10を有するピストン４の上流側の面58は、スロット60にフィットして嵌合し、ハウジング14に設けられたキー61上をスライドする。ピストンの中央部10の上流側の面58は、図６に示されるように、ストラット64とともに空力的形状とでき、これによりバイパス流路34への抵抗や擾乱を小さくする。キー61及びスロット60は、回転力に抗するための手段となり、ストラット64及びピストンの中央部10の配列を崩さないようにする。また、エプロン38及びピストン中央部10の配列を崩さないようにするための手段ともなっている。
このブリードバルブは、主流路22の第一の部位と第二の部位との間の圧力差の現在値に応答する。ここで、第二の部位は、ピストン４の第一の端部６が嵌合されるハウジング14内のチャンバ12と圧力的に連通し、第一の部位は、主流路22と圧力的に連通している。第一の部位よりも第二の圧力が高くなると、ブリードバルブ４は閉位置にとどまり、バイパス流路34から主流路22への流体の流通を阻止する。
しかし、第一の部位の圧力が第二の部位よりも所定値以上高くなると、ハウジング14のチャンバ12内の圧力は、内部シュラウド32の開口部30における圧力よりも低くなり、ピストン４は、ロッド29をスライドして上昇し、これにより、ピストン４の第二の端部８は、内部シュラウド32の開口部をシールしなくなる。従って、主流路22の一部は、内部シュラウド32の開口部を通じてバイパス流路34に連通するようになる。
図4Aに示されるように、第一の部位からの圧力は、主流路22の最大コンプレッサアウトレットに対して上流側における圧力である。一方、第二の部位は最大コンプレッサ圧力に対して下流側の圧力であり、チューブ（その一部が符号66で示される）を通じて流体的に連通している。このチューブは、オリフィス68（これは調整可能バルブ、すなわちニードルバルブまたは所定のサイズの単なるホールとしてもよい）にフィットして嵌合し、Ｔ型またはＹ型の第二のチューブ70と接続する。このチューブ70の一端は、開口部24にてハウジングに接続され、他端72はオリフィス73からの流体に連通する。
加えて、レギュレータ手段74は、オリフィス68と73との間に設けられ、コンプレッサの速度に対してバルブの開度を調整する。開口部24での圧力は、バルブが、コンプレッサの回転速度の関数として所定の定められた位置をとるようなものとなる。これにより、所望の量のブリード即ち排気がなされ、サージ状態が回避される。
本発明によれば、バルブを有するエンジンに用いられるブリードバルブを提供し、従来技術にはみられない独特な利点が得られる。本発明のブリードバルブは、エンジンの外面に着脱自在に設けられる。従来技術では、ブリードバルブの取り外しにはエンジンの解体が必要であったが、本発明ではその必要はなく、取り外し及びメンテナンスが容易である。また、このバルブは、バイパス流路の障害物となる部分が最小化されて擾乱が小さく、従ってバイパスの流体の流路に何らかの装置を配置することに起因する損失が小さくなっている。
本発明はここに示し説明した実施例に限定されるものではない。本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく種々の変形や修正が可能であることはいうまでもない。また、本実施例で用いられた図面は好適実施態様を示すものであって、本発明を限定するものではない。当業者によりなされる本発明の範囲を逸脱することのない種々の変形、修正等は本発明の請求範囲内に包含されるものである。

Claims

ガスタービンエンジン（20）に用いられるブリードバルブ（２）であって、前記エンジン（20）は、このエンジン（20）のインレットから下流側にある主流路（22）及びバイパス流路（34）を有し、前記各流路（34、22）はバリア（32）により分離され、かつ、前記バイパス流路（34）は外周部（18）を有し、
前記前記バイパス流路（34）の外周部に設けられたハウジング（14）と、
前記ハウジング（14）内にフィットして嵌合する第一の端部（６）を備えるとともに、前記バイパス流路（34）を横切るピストン（４）を有し、
前記ピストン（４）は、前記第一の端部（６）と対向する第二の端部（８）を有し、この第二の端部（８）は、前記主流路（22）を前記バイパス流路（34）から分離する前記バリア（32）の開口部（30）にシール状態で嵌合し、
前記ピストン（４）は、前記主流路（22）の二箇所の部位における流体の圧力差に応答して前記開口部（30）を開放または閉鎖するようにスライド移動可能であることを特徴とするブリードバルブ（２）。
前記ピストン（４）の中心部（10）は、空力的に形成されて、前端部（64）と後端部とを有し、この前端部（64）は、前記バイパス流路（34）の上流側に向いていることを特徴とする請求項１記載のブリードバルブ（２）。
バイパスを有するガスタービンエンジン（20）に用いられるブリードバルブ（２）であって、
前記エンジン（20）は、エンジンインレット、前記エンジンインレットから下流側にある主流路（22）、及び前記エンジンインレットから下流側にあるバイパス流路（34）を有し、
前記主流路（22）は、一以上のコンプレッサ段付近に設けられたコンプレッサシュラウドにより形成されるとともに、この主流路を通じて前記エンジンインレットからのエアが圧縮されて前記エンジン（20）のバーナーセクションに向けられ、このバーナーセクションでは前記圧縮されたエアが燃料と混合されて着火され、
前記バイパス流路（34）は、前記エンジン（20）の外方シュラウド（18）と内部シュラウド（32）とにより形成され、このバイパス流路（34）を通じて、前記エンジン（20）のインレットからのバイパスエアは、前記主流路（22）から分離され、
a. 前記外方シュラウド（18）内の開口部（16）内に設けられて、チャンバ（12）を形成するハウジング（14）であって、前記チャンバ（12）は、第一の部位で前記主流路と圧力的に連通し、
b. 前記チャンバ（12）内をガイドパス（29）を通じて移動するピストン（４）であって、前記ガイドパス（29）は、前記ハウジング（14）内を通じて、前記外方シュラウド（18）から前記バイパス流路（34）を横切って前記内部シュラウド（32）の開口部（30）にまで延在し、この開口部（30）は、前記主流路（22）の第二の部位と、前記バイパス流路と、の間の流体的連通を可能とし、さらに、前記第一の部位は、前記主流路（22）の前記第二の部位に対して下流側にあり、
c. 前記ピストン（４）は、前記ハウジングのチャンバ（12）内を移動する第一の端部（６）と、前記第一の端部（６）に対向して前記内部シュラウド（32）の開口部（30）をシールするように形成された第二の端部（８）と、を有し、前記ピストン（４）は、前記ガイドパス（29）に沿って開位置及び閉位置をとるように移動し、これにより前記主流路（22）の第二の部位及び第一の部位の間の圧力差に応答して、前記内部シュラウド（32）の前記開口部（30）をシーリングされない状態またはシーリングされた状態とすることを特徴とするブリードバルブ（２）。
前記ピストン（４）は、前記第一の端部（６）及び第二の端部（８）の間にて、空力的形状に形成され、前端部と後端部とを有し、前記前端部は、バイパス流路（34）の上流側を向いていることを特徴とする請求項３記載のブリードバルブ（２）。
前記前端部は、ストラット部材（64）のスロット内に嵌合し、前記ストラット部材（64）は、上流側面と下流側面とを有し、前記スロットは、前記ストラット部材の前記下流側にあり、
さらに、前記ストラット部材（64）と、前記第一の端部（６）と前記第二の端部（８）との間における前記ピストン（４）と、の組み合わせにより、前記空力学的形状が形成されることを特徴とする請求項４記載のブリードバルブ（２）。
前記ピストン（４）の前記第二の端部（８）は、シール面及び上流端部（40）を有し、前記第二の端部（８）の前記上流端部（40）側で、アーチ上のエプロン（38）が、前記内部シュラウド（32）の開口部（30）に向かうとともにこの開口部（30）を挿通するように延在することを特徴とする請求項３記載のブリードバルブ（２）。
前記エプロン（38）は、前記内部シュラウド（32）の前記開口部（30）に向かいかつ貫通するように延在するとともに、
前記エプロン（38）の長さは、前記ピストン（４）が前記開位置にあるときに、前記内部シュラウド（32）の前記開口部（30）に至るか、またはこの開口部（30）を貫通するに十分な長さであることを特徴とする請求項６記載のブリードバルブ（２）。
バイパスガスタービンエンジン（20）に用いられるブリードバルブ（２）であって、前記エンジン（20）は、エンジンインレット、前記エンジンインレットから下流側にある主流路（22）、及び前記エンジンインレットから下流側にあるバイパス流路（34）を有し、
前記主流路（22）は、一以上のコンプレッサ段付近に設けられた内部シュラウド（32）により形成されるとともに、この主流路（22）を通じて、前記エンジンインレットからのエアが圧縮されて前記エンジン（20）のバーナーセクションに向けられ、このバーナーセクションでは前記圧縮されたエアが燃料と混合されて着火され、
前記バイパス流路（34）は、前記エンジン（20）の外方シュラウド（18）及び前記内部シュラウド（32）により形成されるとともに、このバイパス流路（34）を通じて、前記エンジンインレットからのバイパスエアは、前記主流路（22）から分離され、
a. 前記外方シュラウド（18）内の開口部（16）内に設けられて、チャンバ（12）を形成するハウジング（14）であって、前記チャンバ（12）は、第一の部位で前記主流路（22）と圧力的に連通し、
b. 前記チャンバ（12）内をガイドパス（29）に沿って移動するピストン（４）であって、前記ガイドパス（29）は、前記外方シュラウド（18）から前記ハウジング（14）を通じて、バイパス流路（34）を横切って前記内部シュラウド（32）の開口部（30）にまで延在し、この開口部（30）は、前記主流路（22）の第二の部位と前記バイパス流路（34）との間の流体的連通を可能とするものであり、
さらに、前記第一の部位は、前記主流路（22）の前記第二の部位に対して下流側にあり、
c. 前記ピストン（４）は、前記ハウジングのチャンバ（12）内を移動する第一の端部（６）と、前記第一の端部（６）に対向して前記内部シュラウド（32）の開口部（30）をシールするように形成された第二の端部（８）と、を有し、
d. 前記ピストン（４）は、前記第一の端部（６）及び第二の端部（８）の間にて、前端部と後端部とを有し、前記前端部は、バイパス流路（34）の上流側を向いていてストラット部材（64）のスロット内に嵌合し、前記ストラット部材（64）は、上流側面と下流側面とを有し、前記スロットは、前記ストラット部材の前記下流側にあり、前記ピストンとストラット部材の組み合わせによって空力学的形状が形成され、前記ピストン（４）は、前記ガイドパス（29）に沿って開位置及び閉位置をとるように移動し、これにより、前記主流路（22）の第二の部位及び第一の部位の間の圧力差に応答して、内部シュラウド（32）の開口部（30）をシーリングされない状態またはシーリングされた状態とすることを特徴とするブリードバルブ（２）。
前記ピストン（４）の前記第二の端部（８）は、シール面及び上流端部（40）を有し、前記第二の端部（８）の前記上流端部側で、アーチ上のエプロン（38）が、前記内部シュラウド（32）の開口部（30）に向かうとともにこの開口部（30）を挿通されるように延在することを特徴とする請求項８記載のブリードバルブ（２）。
前記エプロン（38）は、前記内部シュラウド（32）の前記開口部（30）に向かいかつ貫通するように延在するとともに、
前記エプロン（38）の長さは、前記ピストン（４）が前記開位置にあるときに、前記内部シュラウド（32）の前記開口部（30）に至るか、またはこの開口部（30）を貫通するに十分な長さであることを特徴とする請求項９記載のブリードバルブ（２）。