JPH0689678B2 - ディフューザ及び空気流拡散方法 - Google Patents

ディフューザ及び空気流拡散方法

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JPH0689678B2
JPH0689678B2 JP3307245A JP30724591A JPH0689678B2 JP H0689678 B2 JPH0689678 B2 JP H0689678B2 JP 3307245 A JP3307245 A JP 3307245A JP 30724591 A JP30724591 A JP 30724591A JP H0689678 B2 JPH0689678 B2 JP H0689678B2
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channel
flow
airflow
wall
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スタンレイ・ケビン・ワイドナー
ウィラード・ジェームス・ドッズ
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、圧縮機およびそこか
ら受け取った圧縮空気流を拡散するディフューザを有す
るガスタービンエンジンに関し、特に多重通路ディフュ
ーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンの圧縮機は圧縮し
た、すなわち加圧した空気流を燃焼器に供給する作用を
なし、燃焼器では加圧空気流を燃料と混合して燃焼を行
い、エンジンにパワーを与える。圧縮空気流は圧縮機か
ら比較的速い速度で吐き出され、したがって、たいてい
の場合ディフューザを用いて圧縮空気流の速度を下げる
一方、その静圧を増加し（圧力回復という）、燃焼器お
よびエンジンの運転をより効率よくする。普通のディフ
ューザは発散する壁間に入口と出口とを有し、入口面積
に対する出口面積の有効面積比が拡散を達成するのに有
効になっている。ディフューザは入口から出口までの長
さを有し、入口は特定の高さを有する。
【０００３】ディフューザ壁の発散量は比較的小さく、
対応する面積比も比較的小さく、壁からの望ましくない
流れはく離を生じることなく、拡散が起こるようになっ
ている。流れはく離は周知の失速（ストール）を引き起
こし、これはディフューザの性能を悪化する。周知のス
タンフォード（Ｓｔａｎｆｏｒｄ）基準を用いて、特定
のディフューザの面積比を長さ対高さの比の関数として
最適にする。長さ対高さ比が決まっている場合、ディフ
ューザでの流れはく離を防止し、流れはく離または失速
余裕を許容範囲内に維持するためには、最大の面積比が
必要である。
【０００４】ディフューザの長さを短くするために、多
重拡散チャンネルを有するディフューザを用いること、
たとえば円周方向に延在するスプリッタで分離された２
つのディフューザチャンネルを設けることが文献で周知
である。多重チャンネルディフューザにおいて、圧縮機
からの圧縮空気流をスプリッタで分割し、その分割部分
を複数のチャンネルを通して平行に導き、それらのチャ
ンネルで空気流部分を個別に拡散させる。各チャンネル
は、多重チャンネルではないときに必要な元の単一チャ
ンネルより小さいが、各チャンネルには、許容範囲内の
流れはく離余裕にて圧力回復を最大にするため、同じ長
さ対高さ比および等しい面積比をもたせることができ
る。したがって、これらの多重チャンネルは、対応する
単一チャンネルディフューザより相対的に短いが、合算
すると空気流からの同量の総圧回復を達成することがで
きる。
【０００５】しかし、多重チャンネルディフューザは、
当然ながら単一チャンネルディフューザより複雑で、同
様に運転中に圧力損失をこうむり、このためディフュー
ザの効率が下がり、圧力回復が低下し、また２つのチャ
ンネルを画定する４つの壁で流れはく離を受ける。
【０００６】さらに、ディフューザは、代表的には、特
定の設計点での圧縮機の作動、または圧縮機吐き出し空
気流の速度条件に対して設計されている。ガスタービン
エンジンおよび圧縮機の寿命がある間、エンジンの通常
の摩耗の結果として、圧縮機吐き出し空気流の設計通り
の速度条件が変化し、そしてこの変化が圧力回復および
失速余裕を含むディフューザの性能に影響する。
【０００７】
【発明の目的】したがって、この発明の目的は、新規な
改良されたガスタービンエンジン用多重チャンネルディ
フューザを提供することにある。
【０００８】この発明の別の目的は、効率と圧力回復の
改良された多重チャンネルディフューザを提供すること
にある。
【０００９】この発明の他の目的は、流れはく離余裕の
改良された多重チャンネルディフューザを提供すること
にある。
【００１０】この発明のさらに他の目的は、圧縮空気流
速度条件が圧縮機の寿命の間変化しても、適切な圧力回
復や流れはく離余裕が維持されるディフューザを提供す
ることにある。
【００１１】この発明の他の目的は、長さの短い多重チ
ャンネルディフューザを提供することにある。
【００１２】
【発明の概要】この発明の空気流を拡散する方法では、
第１および第２空気流部分をそれぞれ第１および第２拡
散速度で拡散させ、第１および第２拡散速度を等しくな
くして圧力回復を改良する。この発明を実施する１実施
例のディフューザは、スプリッタで分離され、それぞれ
個別に空気流第１および第２部分を拡散させる第１およ
び第２チャンネルを含む。第１および第２チャンネルは
それぞれ第１および第２面積比を有し、これらを等しく
なくして圧力回復を増加する。好適な実施例では、スプ
リッタの前縁の両側に実質的に対称な空気流流線をえる
ように、第１および第２面積比をあらかじめ選択する。
【００１３】この発明を特徴づけると考えられる新規な
事項は特許請求の範囲に記載した通りである。この発明
の構成をその目的や効果とともにさらに明確にするため
に、以下にこの発明の好適な実施例を添付の図面にした
がって詳しく説明する。
【００１４】
【具体的な構成】図１は高バイパス・ターボファンエン
ジン１０の長さ方向概略図である。エンジン１０には、
普通のファン１２が、外部空気流１８を取り入れる入口
１６を有するファンカウル１４の内側に配置されてい
る。ファン１２の下流に普通の低圧圧縮機（ＬＰＣ）２
０が位置し、それに直流連通関係で普通の高圧圧縮機
（ＨＰＣ）２２、燃焼器２４、普通の高圧タービンノズ
ル２６、普通の高圧タービン（ＨＰＴ）２８、そして普
通の低圧タービン（ＬＰＴ）３０がつづいている。ＨＰ
Ｔ２８は通常通りに高圧側シャフト３２によりＨＰＣ２
２に固定連結され、またＬＰＴ３０は通常通りに普通の
低圧側シャフト３４によりＬＰＣ２０に連結されてい
る。低圧側シャフト３４はファン１２にも通常通りに固
定連結されている。エンジン１０は、高圧側シャフト３
２および低圧側シャフト３４と同軸に配置された長さ方
向中心軸線３６のまわりに対称である。
【００１５】ファンカウル１４は通常通りに、複数の円
周方向に間隔をあけて配置された普通の支柱（ストラッ
ト）４０により、外側ケーシング３８に間隔をあけて固
定関係に取り付けられ、両者間に通常の環状ファンバイ
パスダクト４２を画定している。外側ケーシング３８は
エンジン１０をＬＰＣ２０からＨＰＴ３０まで包囲して
いる。普通の排気コーン４４が、、ＬＰＴ３０の下流で
外側ケーシング３８から半径方向内方へ離れており、複
数の円周方向に間隔をあけて配置された普通のフレーム
支柱４６により外側ケーシング３８に固定連結され、両
者間にエンジン１０の環状コア出口４８を画定してい
る。
【００１６】運転中、空気流１８をＬＰＣ２０、ついで
ＨＰＣ２２で圧縮したのち、加圧された圧縮空気流５０
として燃焼器２４に供給する。普通の燃料噴射装置５２
により燃料を燃焼器２４に供給し、燃料を圧縮空気流５
０と混合し、燃焼器２４内で燃焼させ、燃焼排気ガス５
４を発生する。その後、燃焼ガス５４はＨＰＴ２８、つ
いでＬＰＴ３０を流れ、それぞれのタービンで高圧側シ
ャフト３２と低圧側シャフト３４を回転するエネルギー
を抽出し、それによりＨＰＣ２２とＬＰＣ２０およびフ
ァン１２を駆動する。
【００１７】図２は燃焼器２４の長さ方向断面図であ
る。この発明の好適な実施例によるディフューザ５６が
燃焼器２４の上流に配置されている。ディフューザ５６
は、ＨＰＣ２２から受け取った圧縮空気流５０の速度を
下げてその圧力を上げながら、加圧空気流５０を燃焼器
２４に導く。
【００１８】燃焼器２４には、環状の外側ライナー５８
および内側ライナー６０が中心軸線３６のまわりに同軸
に配置されている。外側ライナー５８および内側ライナ
ー６０は、互いに半径方向に離れて、相互間に環状の燃
焼領域６２を画定し、そこで圧縮空気流５０と燃料噴射
装置５２からの燃料が燃焼し、排気ガス５４を発生す
る。
【００１９】環状ドーム６４が外側ライナー５８および
内側ライナー６０に通常通りに固定関係で取り付けられ
ている。ドーム６４には、複数の半径方向外側の穴（ア
パーチャ）６６および複数の半径方向内側の穴（アパー
チャ）６８がそれぞれ円周方向に間隔をあけて設けら
れ、半径方向に離れた２列の円周方向に間隔をあけて配
置された気化器（キャブレタ）７０および７２を受け入
れる。第１および第２気化器７０および７２それぞれを
構成する普通の燃料噴射器（インジェクタ）７４は、燃
料を普通の二重反転スワラー７６に供給して、燃料／空
気混合気を燃焼のため燃焼領域６２に送り出す。
【００２０】外側ライナー５８は通常通りに静止外側ケ
ーシング３８に固定連結され、内側ライナー６０は通常
通りに静止内側ケーシング７８に固定連結されている。
【００２１】図２および図３に示すように、この発明の
好適な実施例によるディフューザ５６は、中心軸線３６
のまわりに同軸に配置された環状ディフューザであり、
環状の半径方向外側の第１壁８０と、この第１壁８０か
ら半径方向内方へ離間した環状の半径方向内側の第２壁
８２とを含む。環状の流れスプリッタ（分流部材）８４
が第１壁８０と第２壁８２との間に同軸に、かつ壁から
間隔をあけて配置されている。スプリッタ８４は、第１
壁８０との間に大体軸線方向に延在するディフューザ第
１または外側流れチャンネル８６を画定し、同チャンネ
ル８６はそこに導かれる圧縮空気流５０の第１部分５０
ａを拡散する作用をなす。スプリッタ８４は、第２壁８
２との間に大体軸線方向に延在するディフューザ第２ま
たは内側流れチャンネル８８を画定し、同チャンネル８
８はそこに導かれる圧縮空気流５０の第２部分５０ｂを
拡散する作用をなす。図３に詳しく示すように、スプリ
ッタ８４は、外壁８０と内壁８２との間に、たとえば鋳
造によりそれらと一体に形成した複数の円周方向に間隔
をあけた半径方向延在フレーム支柱９０により固定連結
されている。
【００２２】ディフューザ５６はさらに、スプリッタ８
４から上流に配置され、外側チャンネル８６および内側
チャンネル８８と流れ連通している環状の入口通路９２
を含む。この通路９２はまたＨＰＣ２２と流れ連通関係
に配置され、ＨＰＣ２２の複数の円周方向に間隔をあけ
た普通の出口案内ベーン（ＯＧＶ）９４を経てそこに導
かれる圧縮空気流５０を受け取る。ＨＰＣ２２は、複数
の円周方向に間隔をあけて配置された圧縮機ブレード９
６を有する普通の下流後段を含む。圧縮空気流５０はこ
れらの圧縮機ブレード９６から、ＯＧＶ９４を経てディ
フューザ入口通路９２へ流れる。
【００２３】ディフューザ５６を図４にさらに詳しく示
す。外側チャンネル８６には、空気流第１部分５０ａを
受け取る外側または第１入口９８が、外壁８０とスプリ
ッタ８４の前縁１００との間に画定されている。外側入
口９８は大体半径方向の高さＨ1 を有する。また外側チ
ャンネル８６には、外側または第１出口１０２が、外壁
８０とスプリッタ８４の後端１０４との間に画定されて
いる。外側チャンネル８６は、その入口９８から出口１
０２まで、両者間に延在する流れ中心線に大体沿った長
さＬ1 を有する。外側入口９８は第１または外側入口流
れ面積Ａ1 I を有し、外側出口１０２は第１または外側
出口流れ面積Ａ1 0 を有する。これらの入口および出口
流れ面積は、空気流第１部分５０ａが流れる外側チャン
ネル８６の円周のまわりに合算した流れ面積である。
【００２４】外側チャンネル８６は、チャンネル８６を
通して流れ面積を増加することにより空気流第１部分５
０ａを拡散させる作用をなす。すなわち、相対的に外側
出口流れ面積Ａ1 0 が大きく、外側入口流れ面積Ａ1 I
が小さく、これらの第１または外側面積比ＡＲ1が１よ
り所定の値だけ大きい。
【００２５】同様に、内側チャンネル８８には、空気流
第２部分５０ｂを受け取る内側または第２入口１０６
が、内壁８２とスプリッタ８４の前縁１００との間に画
定されている。また内側チャンネル８８には、内側また
は第２出口１０８が、内壁８２とスプリッタ８４の後端
１０４との間に画定されている。内側入口１０６は大体
半径方向の高さＨ2 および第２または内側入口流れ面積
Ａ2 I を有する。内側出口１０８は第２または内側出口
流れ面積Ａ2 0 を有する。内側チャンネル８８は、その
入口１０６から出口１０８まで、両者間に延在する流れ
中心線に大体沿った長さＬ2 を有する。内側出口流れ面
積Ａ2 0 は内側入口流れ面積Ａ2 I より大きく、これら
の第２または内側面積比ＡＲ2 が１より大きく、内側チ
ャンネル８８に導かれた空気流第２部分５０ｂを拡散さ
せる。
【００２６】図２に示したように、この発明の好適な実
施例におけるＨＰＣ２２は、半径方向外方へ延在するブ
レード９６を有する軸流圧縮機である。遠心力とブレー
ド９６の先端クリアランスを含む通常の作用のせいで、
ＨＰＣ２２からＯＧＶ９４を経て排出される圧縮空気流
５０の速度プロファイル１１０は、非対称で、ＯＧＶ９
４を横切って半径方向にかつディフューザ５６を横切っ
て半径方向に変化している。
【００２７】詳しく説明すると、図５は、圧縮空気流５
０の速度を横軸に、通路高さの割合（％）を縦軸にプロ
ットした解析によるグラフで、これは軸線方向に流れる
空気流５０のディフューザ入口通路９２を横切る半径方
向速度分布、すなわち速度プロファイル１１０である。
速度プロファイル１１０には、通路高さの中間より下約
３０％にピーク速度ＶP が、通路の頂部１００％に最小
速度ＶM が存在する。
【００２８】普通の設計の多重チャンネルディフューザ
では、均一な拡散を達成するため、外側および内側ディ
フューザチャンネル両方の面積比が等しい。面積比は通
常、たとえば、失速余裕を許容範囲内に維持しながら、
拡散および圧力回復を最適にするための周知のスタンフ
ォード基準に基づいて決められる。適切な面積比は、周
知のように、ディフューザの長さ／高さ比に関係してい
る。
【００２９】図６は、面積比ＡＲ1 とＡＲ2 とが等しく
なるように通常通りに設計されたディフューザ５６ｂを
示す。図５に示した非対称な速度プロファイル１１０に
ついて、このディフューザ５６ｂを解析して求めた代表
的な流れの流線１１２を図６に示す。解析から、ディフ
ューザ５６の入口および出口での半径方向圧力勾配のせ
いで、スプリッタ８４の上流で流線１１２の望ましくな
い流れ湾曲が形成されていることが予測される。この流
れ湾曲は大体流れ中央の流線１１２ａで表わされる。す
なわち、流線１１２ａは、最初通路９２内で外壁８０お
よび内壁８２に大体平行に流れるが、ついで外側チャン
ネル８６のすぐ上流から外側チャンネル８６から遠ざか
る方へ比較的急に曲がり、スプリッタ前縁１００をまわ
って内側チャンネル８８中に入り込む。流れ中央の流線
１１２ａより上の流線１１２は、外側チャンネル８６に
流れ、最小速度ＶM を含む速度プロファイル１１０の比
較的低い速度部分からなる空気流第１部分５０ａを構成
する。流れ中央の流線１１２ａより下の流線１１２は、
内側チャンネル８８に流れ、ピーク速度ＶP を含む速度
プロファイル１１０の比較的高い速度部分からなる空気
流第２部分５０ｂを構成する。
【００３０】流れ中央の流線１１２ａと関連した流れ湾
曲は実際上、外側チャンネル８６の有効面積比を増加す
る。なぜなら、有意な拡散が、スプリッタ前縁１００の
上流で起こり、代表的な湾曲した流線１１２ａに沿って
流線が湾曲する位置付近に空気力学的に実際に形成され
る外側入口環１１４で始まるからである。相補的な内側
入口環１１６が外側環１１４から内壁８２まで延在し、
内側チャンネル８８に捕捉された空気流第２部分５０ｂ
はスプリッタ前縁１００の上流で始まる内側通路８８に
加速して入り、その結果、実際上、内側チャンネル８８
の有効面積比が小さくなる。
【００３１】したがって、外側チャンネル８６に捕捉さ
れ、そこに流れる空気流第１部分５０ａは、スプリッタ
前縁１００の上流で早期に拡散を開始し、そして空気流
第２部分５０ｂは内側チャンネル８８に入る前にスプリ
ッタ前縁１００のすぐ上流で望ましくない加速を受け
る。この結果、圧縮空気流５０の圧力回復が減少し、流
れはく離の可能性が増大し、失速余裕が減少する。たと
えば、図６に示したディフューザ５６ｂに発生する解析
的な圧力輪郭から、外側入口環１１４付近に局部的に高
い拡散が生じることが予測される。そして、スプリッタ
前縁１００のまわりの流線１１２ａの湾曲が比較的大き
いことから、前縁１００を越えて内側チャンネル８８へ
入る空気流の迎え角が比較的大きくなり、これにより前
縁１００のすぐ下流、図６に示す位置１１８付近で流れ
はく離が起こる可能性が増す。これらの作用はいずれ
も、流れはく離余裕を減少するので、望ましくない。
【００３２】この発明にしたがって圧縮空気流５０を拡
散させる方法は、湾曲した流線１１２ａで代表されるよ
うな非対称な流れ湾曲を減らすかなくすかして、圧力回
復と流れはく離余裕を増す。この方法の好適な実施例で
は、外側チャンネル８６内の空気流第１部分５０ａを第
１拡散速度で拡散させ、内側チャンネル８８内の空気流
第２部分５０ｂを第２拡散速度で拡散させ、第１拡散速
度と第２拡散速度とを等しくなくし、速度プロファイル
１１０に効果的に適合させ、スプリッタ前縁１００の両
側で入口９８および１０６を通過する流線１１２の湾曲
を制御する。
【００３３】空気流第２部分５０ｂにピーク速度ＶP が
あり、空気流第２部分５０ｂを内側チャンネル８８に導
く例では、外側チャンネル８６を通る圧縮空気流第１部
分５０ａの第１拡散速度を、内側チャンネル８８を通る
圧縮空気流第２部分５０ｂの第２拡散速度より所定の値
だけ大きくする。第１および第２拡散速度の差は、たと
えば図６の流線１１２ａで示すような流線の湾曲を減ら
すように、特定の設計例について周知の技法で決定する
ことができる。
【００３４】この発明の好適な実施例では、第１および
第２面積比ＡＲ1 とＡＲ2 とを等しくなくし、第１面積
比ＡＲ1 を第２面積比ＡＲ2 より所定の値だけ大きくす
るようにディフューザ５６の寸法を定めることにより、
好適な第１および第２面積比をえる。第１および第２面
積比は、上述した好適な拡散速度をえるための特定の設
計用途について通常通りにえることができる。
【００３５】図７に、内側チャンネル８８と比較して外
側チャンネル８６での拡散速度が速くなるように、外側
チャンネル８６の第１面積比ＡＲ1 が内側チャンネル８
８の第２面積比ＡＲ2 より大きくなる寸法としたディフ
ューザ５６を示す。第１および第２面積比は、図示のよ
うにスプリッタ前縁１００の両側で圧縮空気流５０の実
質的に対称な流線１２０をえるように、特定の設計用途
について所定通りに選択することができる。外側チャン
ネル８６および内側チャンネル８８に異なる、つまり実
質的に等しくない面積比を与えることにより、それぞれ
のチャンネルで生じる拡散の量を速度プロファイル、た
とえば、ＨＰＣ２２がディフューザ５６に対して与える
プロファイル１１０に合わせることができる。ピーク速
度ＶP がＯＧＶ９４および通路９２の半径方向内側部分
に沿って生じるので、半径方向内側のディフューザチャ
ンネル８８は、面積比を減らし、拡散速度を減少させ、
スプリッタ前縁１００のまわりでの流線の非対称な流れ
湾曲を減らし、最適な状況では、それをなくすような寸
法に所定通りに設定する。
【００３６】具体的には、図７に示した流線１２０は前
縁１００の両側で対称であり、図６に示した湾曲流線１
１２ａに関連した非対称なあるいはずれた（オフセッ
ト）湾曲がない。したがって、早期拡散をともなう外側
入口環１１４がなくなり効果的であり、また流れ加速を
ともなう内側入口環１１６もなくなり効果的である。
【００３７】したがって、このディフューザ５６に生じ
る圧力損失は小さく、それに対応して圧縮空気流５０の
圧力回復が増大し、流れはく離余裕が改良される。最適
な設計では、外側チャンネル８６および内側チャンネル
８８それぞれは、スタンフォード基準のような通常の基
準に基づいて、各々のディフューザチャンネルの長さ対
高さ比の関数として最大圧力回復を達成するとともに、
好適な流れはく離余裕を得るように、通常通りに設計す
ればよい。ここで図２に戻ると、図示のディフューザ５
６の例に設けられた２つの外側ディフューザチャンネル
８６および内側ディフューザチャンネル８８は、圧縮空
気流第１部分５０ａをほぼ燃焼器２４の外側気化器７０
に、また圧縮空気流第２部分５０ｂをほぼ燃焼器２４の
内側気化器７２に供給するように設計されている。１例
では、外側チャンネル８６は、空気流第１部分５０ａを
第１質量（または重量）流量Ｗ1 で受け入れかつ案内す
る寸法とされ、内側チャンネル８８は、空気流第２部分
５０ｂを第２質量（または重量流量）Ｗ2 で受け入れか
つ案内する寸法とされている。第１および第２流量Ｗ1
およびＷ2 と第１および第２面積比ＡＲ1 およびＡＲ2
とを、外側チャンネル８６および内側チャンネル８８両
方で実質的に等しい第１および第２流れはく離余裕がえ
られるように、あらかじめ選択する。周知のスタンフォ
ード基準を用いて、流れはく離余裕を許容範囲内に保ち
ながら、ディフューザチャンネル８６および８８それぞ
れにおける圧力回復を最大にするように、Ｌ1 ／Ｈ1 お
よびＬ2 ／Ｈ2 に基づいて外側チャンネル８６および内
側チャンネル８８の面積比を選択する。
【００３８】１例では、内側チャンネル８８を、外側チ
ャンネル８６の第１流量Ｗ1 に等しくない第２流量Ｗ2
をえる寸法とすることができ、たとえば、第１流量Ｗ1
より大きくして、より多くの空気流を半径方向内側の気
化器７２に供給し、燃焼器２４の半径方向内側部分から
より多くの出力パワーをえることができる。別の例で
は、外側チャンネル８６および内側チャンネル８８を流
量Ｗ1 とＷ2 とが等しくなるような寸法にすることがで
きる。
【００３９】いずれの状況でも、外側ディフューザチャ
ンネル８６および内側ディフューザチャンネル８８それ
ぞれの面積比を、この発明にしたがって、各エンジン例
についてディフューザ５６に与えられる圧縮空気流５０
の速度プロファイルに適合するように所定通りに選択す
ることができる。外側チャンネル８６および内側チャン
ネル８８それぞれの面積比は、たとえば、それぞれの入
口９８、１０６および出口１０２、１０８の面積を変え
ることにより、通常通りにえればよい。好適な実施例で
は、ピーク速度ＶP を含む圧縮空気部分を受け取るディ
フューザチャンネルは、他方のディフューザチャンネル
の面積比より小さい面積比をもつように設計する。ある
いはまた、速度プロファイル１１０の低い速度領域を受
け取るディフューザチャンネルは、他方のディフューザ
チャンネルの面積比より大きい面積比をもつように設計
する。
【００４０】速度プロファイル１１０は運転中またエン
ジン１０の有効寿命全体にわたって変動するが、この発
明にしたがって改良したディフューザ５６は、圧力回復
を改良するよう圧力損失を減らすことによりこのような
変動に対する許容性を改善するのに有効である。ディフ
ューザ５６を予想される速度プロファイルに適合するよ
うに設計することができるからである。たとえば、圧縮
空気流の速度プロファイルに合っていない通常通りの設
計の等面積比の多重チャンネルディフューザは、かなら
ず、望ましくない圧力損失をともない、それが運転中そ
してエンジンの有効寿命にわたって生じる速度プロファ
イルの変動度に応じて増加する。多重チャンネルディフ
ューザを最初にこの発明にしたがって圧縮空気流の予想
速度プロファイルに適合するよう設計することにより、
圧力損失が減り、したがって圧力回復が増加し、したが
って最初もエンジンの有効寿命にわたってもすぐれたデ
ィフューザがえられる。
【００４１】さらに、この発明による多重チャンネルデ
ィフューザは、流線１２０を優先的に制御し、最初の湾
曲を、たとえば図６に示したものとは反対に導入し、エ
ンジン寿命にわたっての速度プロファイル１１０の予想
変動を相殺する寸法とすることができる。このようにし
て、ディフューザ５６の平均性能をその寿命全体にわた
って改良する。
【００４２】以上、この発明の好適な実施例と考えられ
るものを説明したが、当業者には以上の教示からこの発
明の他の変更例が明らかであり、したがって、このよう
な変更例もすべてこの発明の要旨の範囲内に入ると考え
るべきである。
【００４３】具体的には、単に例示として説明すると、
２チャンネルディフューザを説明したが、３つ以上のチ
ャンネルを有する他の多重チャンネルディフューザも使
用でき、その場合には、この発明にしたがって、それぞ
れのチャンネルにおける拡散速度および面積比を変え
る。種々のディフューザチャンネルの拡散速度をディフ
ューザへ導かれる圧縮空気流の予想速度プロファイルと
合わせることにより、圧力回復を改良するとともに流れ
はく離余裕を改良することができる。さらに、この発明
の方法およびディフューザを軸流圧縮機および二重環状
燃焼器に関して説明したが、この発明は他のタイプの圧
縮機および燃焼器にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるディフューザを有する高バイパ
ス・ターボファン・ガスタービンエンジンの長さ方向断
面図である。
【図２】圧縮空気流を二重環状燃焼器に供給するこの発
明の１実施例によるディフューザの長さ方向断面図であ
る。
【図３】図２のディフューザの一部を上流方向に見た３
−３線方向端面図である。
【図４】図２のディフューザの拡大図である。
【図５】この発明のディフューザに導かれた圧縮空気流
について空気流速度と通路高さの割合との関係を示すグ
ラフである。
【図６】外側および内側ディフューザチャンネルの面積
比が等しい図４に示すディフューザの実施例で、チャン
ネル内で拡散される圧縮空気流の代表的な流線を示す。
【図７】外側および内側ディフューザチャンネルの面積
比が等しくない図４に示すディフューザの実施例で、チ
ャンネル内で拡散される圧縮空気流の実質的に対称な流
線を示す。
【符号の説明】
５０ 圧縮空気流 ５０ａ 圧縮空気流の第１部分 ５０ｂ 圧縮空気流の第２部分 ５６ ディフューザ ８０ 外側（第１）壁 ８２ 内側（第２）壁 ８４ スプリッタ ８６ 外側（第１）チャンネル ８８ 内側（第２）チャンネル ９２ 環状入口通路 ９４ 出口案内ベーン（ＯＧＶ） ９８ 外側入口 １００ ８４の前縁 １０２ 外側出口 １０６ 内側入口 １０８ 内側出口 １１０ 速度プロファイル １１２、１２０ 流線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャック・ロジャース・テイラー アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、アルビオン・アベニュー、317番 (56)参考文献 特開 平３−189332（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】前縁を有する流れスプリッタに対して平行
    流れ連通関係で配置されたディフューザ第１チャンネル
    とディフューザ第２チャンネルとを有する、圧縮機から
    受け取る圧縮空気流を拡散させるガスタービンエンジン
    ・ディフューザにおいて、該空気流を拡散させる方法
    が、上記第１チャンネル内の空気流の第１部分を第１拡
    散速度で拡散させ、上記第２チャンネル内の空気流の第
    ２部分を第２拡散速度で拡散させ、上記第１および第２
    拡散速度を等しくなくする方法。
  2. 【請求項２】さらに、上記ディフューザにそのディフュ
    ーザを横切って非対称な速度プロファイルを有する空気
    流を与え、上記速度プロファイルは上記空気流第２部分
    にピーク速度を有し、上記空気流第２部分を上記第２チ
    ャンネルに導き、上記第１拡散速度を上記第２拡散速度
    より大きくする請求項１に記載の空気流拡散方法。
  3. 【請求項３】上記第１および第２チャンネルがそれぞれ
    第１および第２面積比を有し、第１面積比が第２面積比
    より大きい請求項２に記載の空気流拡散方法。
  4. 【請求項４】さらに、上記空気流第１部分および第２部
    分をそれぞれ上記第１および第２拡散速度で拡散させ、
    上記スプリッタの前縁の両側に空気流の実質的に対称な
    流線をえる請求項３に記載の空気流拡散方法。
  5. 【請求項５】さらに、上記空気流第１部分および第２部
    分をそれぞれ上記第１および第２拡散速度で拡散させ、
    上記スプリッタの前縁の両側に空気流の実質的に対称な
    流線をえる請求項１に記載の空気流拡散方法。
  6. 【請求項６】圧縮空気流を供給する圧縮機を有するガス
    タービンエンジン用のディフューザにおいて、第１壁
    と、この第１壁から離間した第２壁と、上記第１壁と第
    ２壁との間に配置され、前縁および後端を有する流れス
    プリッタとを備え、上記スプリッタは上記第１壁ととも
    に、そこに導かれる上記空気流の第１部分を拡散させる
    第１チャンネルを両者間に画定し、また上記スプリッタ
    は上記第２壁とともに、そこに導かれる上記空気流の第
    ２部分を拡散させる第２チャンネルを両者間に画定し、
    上記第１チャンネルは、上記第１壁と上記スプリッタ前
    縁との間に画定され、空気流第１部分を受け取る第１入
    口と、上記第１壁と上記スプリッタ後端との間に画定さ
    れた第１出口とを有し、上記第１入口は第１入口流れ面
    積を有し、上記第１出口は第１出口流れ面積を有し、第
    １入口流れ面積に対する第１出口流れ面積が第１チャン
    ネル内で空気流第１部分を拡散させる第１面積比を規定
    し、上記第２チャンネルは、上記第２壁と上記スプリッ
    タ前縁との間に画定され、空気流第２部分を受け取る第
    ２入口と、上記第２壁と上記スプリッタ後端との間に画
    定された第２出口とを有し、上記第２入口は第２入口流
    れ面積を有し、上記第２出口は第２出口流れ面積を有
    し、第２入口流れ面積に対する第２出口流れ面積が第２
    チャンネル内で空気流第２部分を拡散させる第２面積比
    を規定し、上記第１および第２面積比が等しくないディ
    フューザ。
  7. 【請求項７】上記圧縮機が、上記空気流第２部分にピー
    ク速度を含む非対称な速度プロファイルを有する空気流
    を供給する作用をなし、上記第２チャンネルは上記空気
    流第２部分を受け取るように上記圧縮機と整列させるこ
    とができ、上記第１面積比が第２面積比より大きい請求
    項６に記載のディフューザ。
  8. 【請求項８】上記圧縮機が軸流圧縮機であり、上記第１
    チャンネルが第２チャンネルより半径方向外方に配置さ
    れている請求項７に記載のディフューザ。
  9. 【請求項９】上記第１チャンネルは第１流量の空気流第
    １部分を受け取る寸法とされ、上記第２チャンネルは第
    ２流量の空気流第２部分を受け取る寸法とされ、そして
    上記第１および第２流量および第１および第２面積比
    は、上記第１および第２チャンネル両方で実質的に等し
    い第１および第２流れはく離余裕がそれぞれえられるよ
    うにあらかじめ選択する請求項７に記載のディフュー
    ザ。
  10. 【請求項１０】上記第１および第２流量が等しくない請
    求項９に記載のディフューザ。
  11. 【請求項１１】上記第１および第２流量が等しい請求項
    ９に記載のディフューザ。
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