JP2005030399A - ターボマシンの可変ピッチベーンを回転的に案内する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変ピッチベーンの回転的案内を改良する。
【解決手段】ターボマシンの可変ピッチベーンを回転的に案内する装置であり、各ベーンは、ケーシングの円筒形状のダクト内、およびケーシングの外側を包囲する静止エレメントの円筒形状のオリフィス内で案内される円筒形の軸シャンクから成るピボットを有し、該ピボットはケーシングに対して中心に置かれ固定される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば航空ターボジェットまたはターボプロップ等のターボマシンの可変ピッチベーンを回転的に案内する（ｐｉｖｏｔａｌｌｙ ｇｕｉｄｉｎｇ）装置に関する。

既知の案内装置では、ベーンは各々、ロータの回転軸に対して半径方向にある各軸を中心としてターボマシンのケーシングに回転的に搭載される１つの端部を有する。この目的において、ベーンは各々、ターボマシンのケーシングの円筒形状のラジアルダクトに搭載される軸受け内で回転的に案内される枢軸を形成する、軸状の円筒形のシャンクを備える。これらの軸受けは一般的に、例えば焼結青銅など、摩擦係数の低い材料のブッシングで形成される。

ケーシングの軸状ダクトは長さが比較的短いため、気体の流れによる力の影響を受けるベーンは、枢軸に対して傾斜しがちであり、そのためガイドブッシング内、および内部にブッシングが搭載されるダクトの内側の円筒面の摩耗につながる。これは、ベーンのピボットが付着するリスクをもたらし、またベーンが枢軸の周りを回転するために印加する必要のある力が増大することになる。これはまた、ベーンの半径方向における内端部がターボマシンのロータと接触するリスクをもたらし、それによる損傷、破損、およびベーン端部がロータに対して擦れることで発生する強い熱による火災のリスクをもたらす。

本発明の特定的な目的は、可変ピッチベーンのピボット用のより良い回転案内を提供することにより、これらの欠点を回避することである。

このため、本発明は、ターボマシンの可変ピッチベーンを回転的に案内する装置であり、各ベーンが、該ターボマシンのケーシングの円筒形状のラジアルダクト内で回転して案内されリンクによって該ケーシングを包囲する制御リングに接続されるピボットを有し、各ベーンのピボットが、ダクトを越えてケーシングの外側まで延在し、ケーシングの外側の静止エレメントによって回転的に案内される半径方向における外端部を含み、リンクが、前記ピボットの端部の間でベーンのピボットに取り付けられ、これらはケーシングから離れた位置で制御リングを支持し中心に置く、装置を提供する。

この装置において、可変ピッチベーンの回転的な案内の改良は、ベーンのピボットが案内される長さの増加によるものであり、それにより、その案内手段においてベーンのピボットに印加される曲折モーメントが削減され、ベーンの、その軸を中心とする回転を促し、ベーンの半径方向における内端部とターボマシンのロータとの間の接触および摩擦のリスクが回避される。

上記の静止エレメントは、ターボマシンの回転軸に対して前述の該当する円筒形のダクトの寸法よりも大きな距離だけケーシングから半径方向に離れて設けられ、その距離は例えば約１０ｃｍが考えられる。

これによる本発明の利点は、この装置によってケーシングに形成される円筒形のダクトの長さを短くすることが可能となるため、ケーシングの製造および機械加工が容易になる。

これによる本発明の別の利点は、ケーシングの外側のベーンピボットを案内する手段が、ターボマシン内の気体の流れによる熱源から取り除かれるため、温度上昇が小さくなる。

従って、これらの案内手段は、摩擦係数の低い低コストの材料で形成することができる。

更に、本発明では、これらのベーンを制御するリングが、ケーシングの外側まで延びるベーンのピボット部分によってケーシングの周りで支持され中心に置かれるため、該リングを直接ターボマシンのケーシングの中心に置いて支持する必要性が回避される。

更に、制御リングは、前述の静止エレメントと実質的に同じ温度であるためその熱拡散は同規模のオーダーであり、これによって制御リングの案内が改良される。この結果、可変ピッチベーンを駆動するために必要な力が削減され、これらのベーンを駆動するための、より簡易かつ安価な手段を用いることが可能となる。

本発明の別の特徴によれば、上記の静止エレメントは、可変ピッチベーンの同一列の一部を構成する複数のベーンピボットの回転を案内する手段を含む。

変形では、静止エレメントは、可変ピッチベーンの同一列内の全てのベーンのピボットの回転を案内する手段を含んでもよい。

別の変形の実施形態では、静止エレメントは、可変ピッチベーンの連続する２つの列内の全てのベーンのピボットの回転を案内する手段を含む。

１つの実施形態において、上記の静止エレメントは、ケーシングの周囲約３６０°に渡り延在する環状である。

また静止エレメントは、好ましくは単一のエレメントであり、またターボマシンのケーシングの剛性を補強する。

別の実施形態では、この静止エレメントは、ケーシングに固定される選択的に連続する複数の環状のセグメントから成る。

本発明は、添付の図面を参照して例として記載される以下の説明を読むことにより、より良く理解され、また他の特徴、詳細、およびその利点がより明確になるであろう。

本発明の第１の実施形態を示す図１および図２において、符号１０はターボマシンのケーシングを示す。これは一般的に円筒形であり、ターボマシンのロータの回転軸の中心に位置する。

ターボマシンは、気体流れのガイドベーン１２によって形成される１つまたは複数のステータステージを有し、これらのベーンはケーシング１０に搭載され、ロータの回転軸に対して放射状の車軸の周りを回転する。図面では、ベーンの半径方向において外側の部分、つまり「ベーン根元部」のみが示されている。

各ベーン１２は、ケーシング１０の円筒形のラジアルダクト１６の内側に延びその半径方向における外端部１８がダクト１６を越えて延びる円筒形の軸シャンク１４を含み、軸シャンク１４はケーシング１０を外側で離れて包囲する静止エレメント２２の円筒形のオリフィス２０内で回転可能に案内される。

図示される実施形態において、静止エレメント２２はターボマシンのロータの回転軸の中心に位置する円筒壁２４を含む。該円筒壁２４には、上記のオリフィス２０が形成され、該円筒壁２４からケーシングまで延びケーシング１０に固定するためのねじ３０を受け入れる突耳２８で終わる固定タブ２６を有する。

静止エレメント２２は連続するまたは実質的に連続する環状で、ケーシングの縦軸の周囲約３６０°に渡り延在する。固定タブ２６はエレメント２２上に定間隔で形成され、ケーシングに固着された場合にエレメントがケーシングの剛性を強化する。

変形の実施形態において、静止エレメント２２は、各々が約１８０°に渡り延びてケーシング１０上で端部を接して配置される、２つの半円筒形状のエレメントから構成されてもよい。

別の変形では、静止エレメント２２は、ケーシング１０の周囲に端部を接して配置される複数の環状セグメントから構成されてもよい。

ベーン１２の軸シャンク１４は、例えば摩擦係数の低い材料で形成される円筒状の各ブッシング３２、３４および各ワッシャ３６、３８から構成される平滑軸受けによって、ケーシングの円筒形のダクト１６内で、そして静止エレメント２２の円筒形のオリフィス内でと案内される。

図示する例において、ブッシング３２と連携するワッシャ３６はケーシング１０の内側に位置し、ブッシング３４と連携するワッシャ３８は静止エレメントの円筒部２４の半径方向における外側に位置する。

図１および図２からわかるように、ベーン根元部１２を越えて延びる、ベーンの円筒形の軸シャンクのその部分は比較的長く、ケーシングの円筒形のダクト１６を越えて延在し、本発明の装置を用いる場合、ベーンの円筒形の軸シャンク１４の案内長さは従来技術の場合と比べて約１００％から２００％長くなる。

静止エレメント２２内でのベーンの回転を案内するための円筒形のブッシング３４およびワッシャ３８は、ケーシング１０から比較的遠くにあり、ブッシング３２およびワッシャ３６よりも低温になりやすいため、低コストの材料で形成することができる。

円筒形のダクト１６および静止エレメント２２の間に延びる各ベーンの円筒形の軸シャンクの中間部は、リンク４０を制御リング４２に固定する上で有利に用いることができる。制御リング４２は、ケーシング１０の周囲に延び、ベーン１２が一方向に回転できるようにあるいはそのピボット１４を中心として回転するためにケーシング１０の縦軸の周りを回転できるようにするためのアクチュエータ手段（図示せず）とそれ自体が連携している。

より詳細に説明すると、各リンク４０は、一方の端部がベーン１２のピボット１４に固定され、もう一方の端部はピン４４によって実現される放射状の軸の周りの制御リング４２に枢着される（ｈｉｎｇｅｄ）。

本発明による装置の利点は、それ自体がベーン１２のピボット１４に固定されるリンク４０によって制御リング４２が保持されることである。そのため、制御リング４２をケーシング１０上で支持し中心に置くための他の手段を用いないですむ。

更に、制御リング４２はケーシング１０から離れて保持されるため、その熱拡散は静止エレメント２２のそれに匹敵する。従って、制御リングの案内が簡単になり、そのアクチュエータ手段が簡易化される。

図３に示す実施形態では、同じ静止エレメント２２が、可変ピッチベーンの連続する２つの列においてベーン１２の回転を案内するよう機能する。該可変ピッチベーンのピボットは円筒形の軸シャンク１４から成り、ケーシングの円筒形のダクト１６内で、そして静止エレメント２２の両側のマージン４８の円筒形のオリフィス内でと案内され、円筒形の壁５０の両側から突出するマージンは、それ自体が、ケーシング１０の縦軸の周囲に一定に配置される固定タブ５２によって支持されケーシング１０に取り付けられる。

本実施形態において、タブ５２は半径方向における内端部および半径方向における外端部に突耳５４を有し、それによってタブ５２がケーシング１０および静止エレメント２２の円筒部５０に固定される。

ピボット１４をケーシングの円筒形のブッシング１６内でおよび静止エレメント２２の円筒形のオリフィス内でと回転的に案内する手段は、上述した図１および図２に示すものと同じである。

更に、図１および図２に示す実施形態と同様、各列の可変ピッチベーンのピボット１４は、リンク４０によってケーシング１０の外側を包囲する各制御リング４２に接続され、またそれ自体がピボットに取り付けられるリンク４０によって支持され中央に配置される。図３に示す２つの制御リング４２は平行かつケーシング１０の縦軸から等しい距離に位置し、可変ピッチベーンの２つの列のリンク４０は同じ方向を向いているため、図３の右手側に示される制御リング４２は固定タブ５２の近くの静止エレメント２２の中央部５０の下に位置する。また、図３の左手側に示される、もう一方の制御リング４２は、静止エレメント２２の外側に位置する。

図４は、所定の列のベーン１２の半径方向内側のピボット５６が、次々と連続して回転軸の周囲に延びる半径方向における内部リングセクター６０によって保持される円筒形のブッシング５８内で案内される、変形の実施形態を示す図である。

各内部セクター６０は、幾つかの数のベーン１２の内部ピボット５６を案内し、この数は例えば１２である。

同一の内部リングセクター６０によって保持されるベーン１２の各グループ内の端ベーン１２ａは、上述したように、外側の静止エレメント２２のブッシング３４内でその外端部が案内されるように延在する。各グループの端ベーン１２ａの間に位置するベーン１２の外側のピボット１４は、外側へは延びず、図示するようにケーシング１０の円筒状のダクト１６内でのみ案内される。

各グループの端ベーン１２ａは、図示するように各端部に１つのベーンを備えても、または複数のベーンを備えてもよい。

これらの端ベーン１２ａは、そのグループの全てのベーン１２に適用される曲折モーメントを引き受け、またそれ自体が、例えば厚みの増加および／または該グループの他のベーンよりも強い材料で形成されることによって補強されることもあるが、この場合は、前述の曲折モーメントを引き受ける必要はない。

本発明による装置の第１の実施形態を縮尺して示す部分概略斜視図である。 本発明による装置の第１の実施形態を異なる縮尺で示す部分概略斜視図である。 本発明による装置の変形的な実施形態を示す部分概略斜視図である。 本発明の変形的な実施形態を示す部分概略図である。

符号の説明

１０ ケーシング
１２ ベーン
１４ 軸シャンク
１６ ダクト
１８ 外端部
２０ オリフィス
２２ 静止エレメント
２４ 円筒壁
２６ 固定タブ
２８ 突耳
３０ ねじ
３２、３４、５８ ブッシング
３６、３８ ワッシャ
４０ リンク
４２ 制御リング
４４ ピン
４８ マージン
５０ 円筒壁
５２ タブ
５４ 突耳
５６ ピボット
６０ リングセクター

Claims (14)

1. ターボマシンの可変ピッチベーンを回転的に案内するための装置であり、各ベーンが、該ターボマシンのケーシングの円筒形状のラジアルダクト内で回転的に案内されリンクによって該ケーシングを包囲する制御リングに接続されるピボットを有し、各ベーンのピボットがダクトを越えてケーシングの外側まで延在し、ケーシングの外側の静止エレメントによって回転的に案内される半径方向における外端部を含み、リンクが前記ピボットの端部の間でベーンのピボットに取り付けられ、これらはケーシングから離れた位置で制御リングを支持し中心に置く、ターボマシンの可変ピッチベーンを回転的に案内するための装置。
2. 前記静止エレメントが、ターボマシンの回転軸に対して上記のダクトの該当する寸法よりも大きい距離だけケーシングから半径方向に離れて設けられる、請求項１に記載の装置。
3. 静止エレメントが、可変ピッチベーンの単一列の一部を構成する複数のベーンのピボットの回転を案内する手段を含む、請求項１に記載の装置。
4. 静止エレメントが、可変ピッチベーンの同一列内の全てのベーンのピボットの回転を案内する手段を含む、請求項１に記載の装置。
5. 静止エレメントが、可変ピッチベーンの連続する２つの列内の全てのベーンのピボットの回転を案内する手段を含む、請求項１に記載の装置。
6. 静止エレメントが環状でありケーシングの周囲約３６０°に渡り延在する、請求項１に記載の装置。
7. 静止エレメントが単一のエレメントである、請求項１に記載の装置。
8. 静止エレメントがケーシングに取り付けられる複数の環状のセグメントから成る、請求項１に記載の装置。
9. 各ピボットの半径方向における外端部が、静止エレメントの円筒状のオリフィス内に設けられる軸受けによって回転的に案内される、請求項１に記載の装置。
10. 軸受けが平滑軸受けである、請求項９に記載の装置。
11. 前記静止エレメントが、ケーシングの縦軸の周りに一定に分散される固定タブによってケーシング上に支持されその中心に置かれる、請求項１に記載の装置。
12. 一列のベーンの半径方向における内端部は、半径方向における内側の環状セクターによって案内され相互接続されるピボットを含む、請求項１に記載の装置。
13. 半径方向における内端部は各々、上記のベーンのグループの半径方向における内側のピボットを保持し、各グループの端ベーンの半径方向における外側のピボットはケーシングの外側の上記の静止エレメントによって案内され、各グループの端ベーンの間に位置するベーンの半径方向における外側のピボットは、ケーシングのラジアルダクト内でのみ案内される、請求項１２に記載の装置。
14. 各グループにおいて、端ベーンは、前記端ベーン間に位置するベーンの材料よりも強度の高い材料から成る、請求項１３に記載の装置。

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