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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