JP2002147387A - 組立てトルクシャフト - Google Patents

組立てトルクシャフト

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変案内羽根装置に関連する問題を解決する
トルクシャフト。 【解決手段】 ボルト止め一体型設計を特徴とし、最小
限のハードウェア費用で羽根設定計画の変更を可能にす
る組立てトルクシャフトを提供する。ボルト止め一体型
設計は、比較的に小さい部品を用いて現場での羽根設定
計画の変更をさらに容易にする。組立てトルクシャフト
はまた、特定の段の羽根に対する非線形の設定計画だけ
でなく非線形の相互関係で互いに異なっている段設定計
画にも対応する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トルクシャフト組
立体に関し、より具体的には、最適方式で異なる段の羽
根を動かすように互いに方向配置されたアームを備え
る、容易に機械加工できる部品で組立てられたトルクシ
ャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジン性能を増大させる基本手法は、
エンジン全体の圧力比を高めることである。エンジン全
体の圧力比は、圧縮機中で設定される。最新の圧縮機に
おいて圧力比を高める基本手法は、圧縮機が「ストー
ル」と呼ばれる状態になるのを防止するために高速にな
るように、その角度を変えることが可能な多数段の可動
式圧縮機羽根を設けることである。圧縮機「ストール」
は、圧縮機の有効寿命及び状態に有害である。各段の羽
根は、最適の角度設定計画を持つことができ、それらは
互いに異なり、しばしば非線形の相互関係になってい
る。さらに、羽根は、開き方向及び閉じ方向の両方で所
望の角度設定計画を反復する必要があるが、このこと
は、操作荷重の下での移動装置のたわみが最少にされな
ければならなことを意味する。
【０００３】第２段は、一般に基本羽根段と呼ばれる。
エンジン制御装置は、第２段をモニターして、始動時の
エンジン速度になるようにあるいは必要な場合に一定の
速度の出力ターンダウンを実施するように調整されたプ
ログラムに従って、第２段を移動させるためにトルクシ
ャフトを動かすように一般的にプログラムされる。出力
ターンダウンは、例えば、昼食時のようにグリッドに対
する電力需要が低下し、装置操作員がタービン発電機を
設定運転でグリッドに同期するように保つことを望む場
合に用いられる。発電機は、グリッドに用いられる電力
量よりも多い電力を発電することは許されない。
【０００４】羽根設定計画が変更される場合には、性能
要求または最適化テストにより、可変案内羽根（ＶＧ
Ｖ）リンク装置（一部のエンジニアにより可変静翼（Ｖ
ＳＶ）装置と呼ばれる）の運動機構に対して根本的な変
更が普通なされる。通常、このことは、新しいトルクシ
ャフトが必要であることを意味する。一般的に、トルク
シャフトは、鋳造され次いで機械加工されて、トルクシ
ャフトアームクレビス位置を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ある種の新型のエンジ
ンは、面外トルクシャフトアームクレビス位置を必要と
する、非線形の設定計画を持つ幾つかの段の可変羽根を
備える圧縮機を特徴とする。面外トルクシャフトアーム
クレビス位置は、鋳造一体型トルクシャフトを非実用的
なものにする。さらに、トルクシャフトアームクレビス
位置の軸方向の間隔は、たとえトルクシャフトアームク
レビス位置が面内にあったとしても、鋳造トルクシャフ
トを機械加工するのに十分な余地が残っていない。
【０００６】さらに、可変案内羽根装置の品質限界（Ｃ
ＴＱ）は、羽根角度精度である。従って、本発明は、可
変案内羽根装置、特に羽根が非線形の設定計画を持つ及
び／または鋳造一体型トルクシャフトの製作と使用をさ
もなければ阻むかまたは阻止するような装置に関連する
問題を解決するトルクシャフトを提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、最小限のハー
ドウェア費用で羽根設定計画の変更を可能にするボルト
止め一体型設計を特徴とする組立てトルクシャフトを提
供する。さらに、本発明のボルト止め一体型設計は、比
較的に小さい部品を用いて現場での羽根設定計画の変更
を容易にする。本発明の組立てトルクシャフトはまた、
特定の段の羽根に対する非線形の設定計画だけでなく、
非線形の相互関係で互いに異なっている段設定計画にも
対応する。本発明はまた、機械加工を容易にし、機械加
工の間に長いシャフトが垂下するのを防止する。
【０００８】従って、本発明の組立てトルクシャフト
は、前端部及び後端部を有するトルクシャフト本体と、
シャフト本体の各端部に隣接して形成される軸受と、ト
ルクシャフトを圧縮機の複数の羽根段に作動的に結合す
るために、トルクシャフト本体に沿って間隔を置いた位
置に設けられた複数のアーム構造体とを含み、アーム構
造体のうちの少なくとも１つが、この少なくとも１つの
アーム構造体が取外されて別のアーム構造体と取換えら
れることができるように、トルクシャフト本体に着脱自
在に固定されている組立体で実現される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の他の目的及び利点と共
に、これらのことは、添付の図面に関連してなされる本
発明の現時点で好ましい例示的な実施形態についての以
下のより詳細な説明を慎重に検討することにより、より
完全に理解され、評価されるであろう。
【００１０】図1は、本発明の第1実施形態により設けら
れた、全体を参照符号１４で示す圧縮機ケースに取り付
けられた組立てトルクシャフト１０，１２の概略斜視図
である。例示的な可変案内羽根（ＶＧＶ）装置の他の重
要な構成部品が、図１に示され、構成部品の相互関係を
示す。より具体的に言えば、第1及び第2組立てトルクシ
ャフト１０，１２は、圧縮機ケース１４の正反対の対向
側面上に取り付けられる。各シャフト１０，１２は、そ
れぞれの前部トルクシャフトマウント１６，１８及び後
部トルクシャフトマウント２０（そのうちの１つだけが
図１に見ることができる）に取り付けられる。分かり易
くするために、入口及び入口案内羽根は、図１から省略
されて、入口案内羽根は代わりに圧縮機ケースの前端部
における鎖線の円２２として概略的に示される。その結
果、第０段の羽根２４が、図１で圧縮機ケースの前端部
に見える。
【００１１】以下により詳細に述べるように、トルクシ
ャフトは、その前端部に、入口案内羽根アーム３２の相
補的な受座３０中に受け入れられる4つの面を持った全
体的に方形のカップリング２８を有する本体２６を含
み、入口案内羽根アーム３２は次に図1に示すように入
口案内羽根ターンバックル３４に結合される。図示する
実施形態においては、入口案内羽根（ＩＧＶ）アーム
は、ワイヤ式固定インサート３６、ねじ３８及び保持部
材４０で方形カップリング２８に固定されるが、他の既
知の端部カップリング及び保持組立体をそれらに代えて
設けることができる。
【００１２】現時点で好ましい実施形態において、図
２、図4、及び図５に最も良く見られるトルクシャフト
本体２６は、断面がほぼ長方形であるが、最も好ましい
のは図示されるように方形であり、その形状を機械加工
する間に平面支持を可能にし、それによって垂下を生じ
結果として不正確な形状寸法になるのを防止する。トル
クシャフト本体の前端部に隣接して、軸受４２が設けら
れて、圧縮機ケース(図１)の前部トルクシャフトマウン
ト１６中に受け止められる。別の軸受４４が、トルクシ
ャフト本体２６の対向する長手方向端部にさらに設けら
れて、圧縮機ケーシングの後部トルクシャフトマウント
２０中に受け止められる。
【００１３】図示した実施形態において、アームクレビ
スのようなアーム構造体が、アクチュエータ入力用だけ
でなく可変案内羽根の各段用にトルクシャフト本体に着
脱自在に固定される。従来と同様に、各特定の段の羽根
は、その段の羽根を一斉に移動させるためのユニゾンリ
ングを備える。各ユニゾンリングは、ターンバックルで
トルクシャフトのそれぞれのアームクレビスに連結され
る。従って、図１に示すように、第０段ターンバックル
４８にピボット動可能に相互接続された第０段アーム４
６があり、ターンバックル４８は次に第０段ユニゾンリ
ング５０にピボット動可能に結合される。第０段アーム
に隣接してかつその下流側に、入力アーム５２が設けら
れ、通常の方法でアクチュエーターマウント５４に機械
的に連結される。入力アームの下流側に、それぞれの第
１段から第４段までのターンバックル５８，６４，７
０，７６にピボット動可能に相互接続された第１段から
第４段までのアーム５６，６２，６８，７４がそれぞれ
あり、第１段から第４段までのターンバックル５８，６
４，７０，７６は次にそれぞれの第１段から第４段まで
のユニゾンリング６０，６６，７２，７８にピボット動
可能に結合される。従って、それぞれのアーム構造体が
段の各々に対して設けられて、トルクシャフトの動きを
それぞれのターンバックルを介してそれぞれのユニゾン
リングに伝える。図示しまた以下により詳細に説明する
ように、本発明の現時点で好ましい実施形態において
は、アームクレビスにボルト止めされた構造体（以後は
アーム又はアーム構造体と単に呼ぶ）が、圧縮機の各可
動段に対して設けられる。しかしながら、１つ又はそれ
以上のアーム構造体が、トルクシャフト本体と共に鋳造
され機械加工されることが可能であることを理解された
い。従って、本発明は、最も広い観点では、少なくとも
１つの着脱自在のアーム構造体を有する組立てトルクシ
ャフトで実現されるが、入力アームを含むトルクシャフ
トの１部として設けられる全てのアームが、トルクシャ
フトの本体に着脱自在に固定されるのが好ましい。
【００１４】上述のように、２つのトルクシャフト１
０，１２が、圧縮機ケース１４の各正反対の対向側面上
に１つずつ設けられる。図１には、第２トルクシャフト
１２の入口案内羽根アーム８０、入口案内羽根ターンバ
ックル８２及び前部トルクシャフトマウント１８だけが
見える。しかしながら、トルクシャフト１０には、ほぼ
対応する組立体が圧縮機ケースの反対側側面上に設けら
れることを理解されたい。
【００１５】特定のリンク、トルクシャフト接合特徴形
状、及びトルクシャフト上のアーム接合特徴形状と組み
合わされた各アームのターンバックル穴位置が、トルク
シャフトが回転するとき各羽根段の特有の特性配置を決
定する。こうして、図４に具体的に示すように、本発明
の例示的な実施形態において、それぞれのアームを受け
入れるために設けられた受座８４，８６，８８，９０，
９２は、第０段アーム用の受座８４がアーム受座の中で
最も浅く、第１段アーム、第２段アーム、第３段アーム
及び第４段アーム用の受座８６，８８，９０，９２が、
それぞれ段々にトルクシャフト本体２６中により深く形
成されるように、トルクシャフト本体中に異なる深さに
機械加工される。受座９４はまた、入力アーム５２用に
設けられる。図示する実施形態において、入力アーム用
の受座は最小の深さで設けられて、トルクシャフト本体
の長さに沿う入力アームの適当な位置及びシャフトの軸
に対するその適当な配置方向を実質的に決定する。
【００１６】トルクシャフト中へのアームの配置を調整
する特徴は、図６、図７、図８、及び図９からよりよく
理解できる。剪断ブッシュ９６が、各アーム受座中に形
成された剪断ブッシュ受座９８中に圧入され、目的とす
るアームに正確に接合される。
【００１７】ざぐり穴１００もまた各受座中に形成さ
れ、トルクシャフト中に圧入される剪断ブッシュを受け
入れる。
【００１８】第１及び第２ボルト１０２，１０４並びに
ナット１０６，１０８が、各アームをトルクシャフトに
固定するために設けられる。ナット及びボルトは、アー
ムをトルクシャフトに締め付けるためのみに設けられる
ので、位置的誤差を生じることはない。図７に詳細に示
すように、ピン１１０は各アーム及びそのそれぞれの受
座と関連して、アームがその目的とする位置に確実に取
り付けられるようにする。
【００１９】図６に示すように、トルクシャフト本体及
び各アーム構造体にそれぞれ形成されたピン穴１１２
は、固有の位置に配置される。このことにより、例え
ば、第４段に適合されようとするアーム構造体は、嵌ま
り合うピン１１０／１１２構成により第４段受座にのみ
取り付け可能になることが保証される。従って、図示し
た実施形態において、第４段のピン／受座１１０／１１
２は、それぞれ受座及びアームの後端側に配置される。
ピンの位置は、トルクシャフトの長さに沿って順次に配
置された各それぞれの受座及びアームに対して、トルク
シャフトの前端部に向かって段々に移動されるので、第
２段ピン１１０は受座及びアームのほぼ中央に配置さ
れ、一方、第０段ピンは第０段受座の前端側に配置され
る。図７に詳細に示すように、ピン１１０の１端１１１
は、ほぼ半球状になっており、アームのそれぞれのピン
穴１１２に位置合わせされ受け入れられる。ピンは、ト
ルクシャフト本体２６に固設され、それぞれのアーム受
座内に保持されるのが好ましい。
【００２０】上述のように、アームの各々に対する受座
は、羽根設定計画に基づいて異なる深さに機械加工され
ることが可能である。アーム自体は、それぞれの羽根設
定計画により決定される形状で設けられることが望まし
い。図２に示す実施形態においては、第０段から第４段
までの各々に対して設けられたアームは、一部のアーム
の基部の厚さがこの実施形態において変えられることを
除いては、ほぼ同じかまたは類似の形状を有する。従っ
て、例えば、第４段アーム７４の基部１１４は、第０段
アーム４６の基部１１６より厚さが薄い。
【００２１】図１０及び図１１に示すように、入力アー
ム５２は、トルクシャフト本体２６の上部表面１２０の
平面から全体的に突出する第１のほぼ平坦な部分１１
８、その２つの側壁部分１２４の各々の傾斜部分１２２
及び丸められた先端１２６を含む輪郭を形成し、トルク
シャフトの角度調節の間に他の構成部品との干渉の可能
性を最小限にする。
【００２２】上述のように、図２の実施形態における入
口案内羽根アーム３２は、トルクシャフト本体の方形カ
ップリング２８のほぼ平坦な平面表面１４８にそれぞれ
係合するほぼ平坦な平面表面１４６を有する受座３０を
備える。従って、入力アームの移動に対応するトルクシ
ャフト本体の回転が、入口案内羽根アームの移動に転換
される。入口案内羽根アームの構成は、羽根設定計画に
従って決定され、現時点で好ましい実施形態において
は、入口案内羽根アームは、必要または要望に応じて取
外されて取換えられることが可能である。
【００２３】第０段から第４段までに設けられた形式の
例示的なアーム構造体を、図１３、図１４に示す。かか
るアームの各々は、アームを、例えばボルト止めによ
り、トルクシャフト本体に固定する基部１３０と、各々
が基部の平面にほぼ垂直なそれぞれの平面内に突出する
第１及び第２側壁１３２とを含む。アームをトルクシャ
フト本体２６に固定するためのボルトが、アームの基部
のそれぞれの穴１３４，１３６を貫通して挿入される。
それぞれのボルトの拡大された頭部を受け入れるため
に、スカーフ切れ目１３８，１４０が、各アーム側壁の
内面に形成される。さらに、図示する実施形態におい
て、ざぐり穴１４２が、下部ボルトの頭部を受け入れる
ために形成されるので、ボルトはアームの輪郭の完全に
内側に配置されるであろう。穴１４４が、基部にさらに
形成され、トルクシャフト本体に対するアームの適当な
位置を決めるピンを受け入れる。理解されるように、ア
ームは、それぞれの段の所望の羽根設定計画を達成し、
トルクシャフト組立体が動いている間に別の部品に衝突
することがないようにそれぞれ形作られる。
【００２４】図２を検討することから明らかになるよう
に、特に１つの例示的な実施形態において、第０段から
第４段までのアームは、一部のアームの基部の厚さが異
なる可能性があるが、ほぼ類似の構成を有しており、ア
ームは羽根設定計画に従って異なる深さの受座に取り付
けられる。しかしながら、アームは、トルクシャフトが
取り付けられる圧縮機の羽根設定計画に従って、一般的
に形状が異なる可能性があり、又そうなるものである。
従って、本発明の組立てトルクシャフト組立体の利点
は、発生の可能性がある故障のために、またはいずれの
異なる形状のアームが必要または望ましいと決定される
かによる羽根設定計画の変更のために、アームの１つ又
はそれ以上が取外されて取換えられることができること
である。
【００２５】従って、図１５は、組立てトルクシャフト
２１０の一部のアームが、図１及び図２の実施形態に比
べて取外されて取換えられている、本発明の別の実施形
態を示す。図１５に示す実施形態においては、入力アー
ム、入口案内羽根アーム並びにＳ０、Ｓ３及びＳ４アー
ムが全て取外されて、新しい羽根設定計画を受け入れる
ための異なる形状のアームと取換えられている。図１５
からまた見ることができるように、入口案内羽根アーム
は、図２の実施形態の入口案内羽根アームに比べて、取
付け端部が丸められている。その上、図示されるよう
に、入力アーム２５２は、図２の実施形態の入力アーム
５２よりトルクシャフト本体２６により接近した位置で
そのそれぞれのターンバックルを受け入れるために、よ
り切り詰められている。図１７に示すように、より切り
詰められた側壁部分２２４は、それぞれのターンバック
ルを受け止めるためのターンバックル受座２４８の位置
を変更し、従って、それによってトルクアーム２１０が
作動時に回転する量を変化させる。
【００２６】Ｓ０アーム２４６及びＳ３アーム２６８は
各々、図１５及び図１９の実施形態において、図２の実
施形態の対応するアームのターンバックル受座の高さよ
り実質的に下方で下向きに垂れ下がるように、実質的に
変更される。しかしながら、図２の実施形態におけると
同様に、Ｓ３アーム２６８は、Ｓ０アーム２４６の受座
８４よりも深い受座９０に受け入れられる。また、Ｓ３
アーム２６８の基部２５０の深さ、つまり厚さは、Ｓ０
アーム２４６の基部２１６よりも小さい。
【００２７】最後に、図１８に示すように、Ｓ４アーム
２７４の形状は、そのターンバックル受座２７６が図２
の実施形態のターンバックル受座１７６に対して下方に
位置した状態で配置されるように、変更されている。ま
た見られるように、アーム２７４の底部表面に沿う凹所
２５４は、図２の実施形態におけるよりも図１８の実施
形態においてはそれほど顕著ではない。理解されるであ
ろうが、アームは、図２の実施形態におけるようにナッ
トとボルトを用いて共通のトルクシャフト本体２６に締
結される。トルクシャフト本体に取り付けられるように
選定された一部のアーム構造のみが、圧縮機の特定の羽
根設定計画に対応するために変更されている。
【００２８】本発明を、現時点で最も実用的でかつ好ま
しい実施形態であると考えられるものに関して今まで述
べてきたが、本発明は、開示された実施形態に限定され
るべきものではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想
及び技術的範囲に含まれる様々な変形形態及び均等構成
を保護しようとするものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 可変案内羽根装置における組立てトルクシャ
フトの斜視図。
【図２】 本発明の第１実施形態を構成する組立てトル
クシャフトの斜視図。
【図３】 保持具及びボルト部品を省略した、図２で特
定した区域の拡大図。
【図４】 図２の組立てトルクシャフトの上面図。
【図５】 図１の組立てトルクシャフトの背面立面図。
【図６】 図５の線６―６による図。
【図７】 図６で特定した区域の拡大図。
【図８】 分かり易くするためにアーム側壁部分を省略
した、図５の線８−８による断面図。
【図９】 分かり易くするためにアーム側壁部分を省略
した、図５の線９−９による断面図。
【図１０】 図２に示す実施形態において設けられる入
力アームの側面立面図。
【図１１】 図１０に示す入力アームの上面図。
【図１２】 図２の実施形態において設けられる入力案
内羽根（ＩＶＧ）アームの側面立面図。
【図１３】 図２の実施形態の第０段から第４段までの
ために設けられる例示的なアームの断面図。
【図１４】 図１３に示すアームの上面図。
【図１５】 本発明の第２実施形態を構成する組立てト
ルクシャフトの斜視図。
【図１６】 図１５に示す組立てトルクシャフトの上面
図。
【図１７】 図１５の実施形態において設けられる入力
アームの一部断面側面立面図。
【図１８】 図１５の実施形態において設けられる第４
段アームの断面図。
【図１９】 図１５の実施形態において設けられる第３
段アームの断面図。
【符号の説明】
１０ 組立てトルクシャフト ２６ トルクシャフト本体 ３２ 入口案内羽根アーム ３６ ワイヤ式固定インサート ３８ ねじ ４０ 保持部材 ４２ 第1軸受 ４４ 第２軸受 ４６ 第０段アーム ５６ 第１段アーム ６２ 第２段アーム ６８ 第３段アーム ７４ 第４段アーム ５２ 入力アーム

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 前端部及び後端部を有するトルクシャフ
    ト本体２６と、 前記本体の前記前端部に隣接して形成される第１軸受４
    ２及び前記後端部に形成される第２軸受４４と、 前記トルクシャフトを圧縮機１４の複数の羽根段に作動
    的に結合するために、前記トルクシャフト本体に沿って
    間隔を置いた位置に設けられた複数のアーム構造体３
    ２，２３２；４６，２４６；５２，２５２；５６；６
    ２；６８，２６８；７４，２７４と、を含み、 前記アーム構造体３２，２３２；４６，２４６；５２，
    ２５２；５６；６２；６８，２６８；７４，２７４のう
    ちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つのアーム構
    造体が取外されて別のアーム構造体と取換えられること
    ができるように、前記トルクシャフト本体２６に着脱自
    在に固定されている、ことを特徴とする組立てトルクシ
    ャフト１０，１２，２１０。
  2. 【請求項２】 前記アーム構造体のうちの１つは、入口
    案内羽根アーム３２，２３２を含み、前記入口案内羽根
    アームは、前記トルクシャフト本体の前記前端部に着脱
    自在に固定されることを特徴とする請求項１に記載の組
    立てトルクシャフト。
  3. 【請求項３】 前記トルクシャフトの前記前端部は、方
    形カップリング構造２８を備え、また前記入口案内羽根
    アーム３２は、前記方形カップリング２８の平坦な平面
    表面１４８とそれぞれ係合する複数のほぼ平坦な平面表
    面１４６を備える、受座３０を中に形成されていること
    を特徴とする請求項２に記載の組立てトルクシャフト。
  4. 【請求項４】 前記入口案内羽根アーム３２，２３２
    は、ねじ・保持具組立体３６，３８，４０で前記方形カ
    ップリングに固定されることを特徴とする請求項３に記
    載の組立てトルクシャフト。
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