JP2005121223A - 内周側ブッシュおよびその摩耗性能を向上する方法 - Google Patents

内周側ブッシュおよびその摩耗性能を向上する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ガスタービンのトラニオン１５の摩耗を抑えるエレクトログラファイトカーボン製のＩＤブッシュ２３を提供する。
【解決手段】本発明は、エレクトログラファイトカーボンを有したＩＤブッシュ２３を提供する段階を含んだＩＤブッシュ２３の摩耗性能を向上する方法に関する。トラニオン１５が、ＩＤブッシュ２３を摩耗させると、トラニオン１５の外側表面に生じた空隙に、ＩＤブッシュ２３のエレクトログラファイトカーボンが付着し、該空隙を埋める。このように、ＩＤブッシュ２３のエレクトログラファイトカーボンは自己潤滑式であって、非常に安定した滑らかなグラファイト同士の接触面を実現する。これにより、ＩＤシュラウド２２，２２’に対するトラニオン１５の形状が一定に保たれ、可変ベーン１７の不要な変形を防止することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービンのトラニオンの摩耗を抑えるエレクトログラファイトカーボン製のブッシュに関する。
ガスタービンエンジンにおいては、高圧圧縮機の可変ベーンが、その内周部において、内周側ブッシュ、すなわちＩＤ(inner diameter)トラニオンブッシュによって保持される。図１は、ＩＤブッシュ２３を含んだエンジンの一部分の構造を示す。このブッシュ２３は、トラニオン１５と２つのＩＤシュラウド半部２２，２２’との間に設けられる。可変ベーン１７がプラットホーム２１を介してトラニオン１５に取り付けられる。
ブッシュ２３は、ＩＤシュラウド半部２２，２２’の間に組み付けられ（つまり締め付けられ）、通常、耐摩耗性かつ低摩擦の材料から構成される。最高６５０°Ｆ（約３４３°Ｃ）までの連続運転が可能となるように、通常、ブッシュ２３はグラファイトが充填されたポリイミド材料から作られる。残念ながら、上記ポリイミド製のブッシュ２３では、次世代の高性能圧縮機が受ける高温度や負荷に耐えられない。長期間の暴露(exposure)により、ブッシュ２３が急速に劣化し、トラニオン１５とＩＤシュラウド１５との間に金属同士の接触が起こってしまうため、現在のところ、ピークの温度が６５０°Ｆ〜７００°Ｆ（約３４３°Ｃ〜約３７１°Ｃ）となるようにブッシュ２３の使用が制限されている。上記金属同士の接触によって生ずる不利な点は２つある。第１に、金属同士の接触は、実際のトラニオン１５およびＩＤシュラウド２２，２２’を劣化させ、損傷させるように機能するため、トラニオン１５が摩耗し、分離し、エンジンコアに入り込んでしまうことによって潜在的に突発的なエンジン故障モードに陥る。第２に、このような金属同士の接触は、トラニオン１５およびＩＤシュラウド２２，２２’をすり減らすように機能するため、両部材の物理的な形状を変化させてしまう。部材の形状が変化すると、トラニオンとＩＤシュラウド２２，２２’との間のはまり具合も同様に変化する。上記形状の変化は、最終的には可変ベーン１７に角変位をもたらす。この可変ベーンの角変化によって大惨事となる可能性がある。具体的には、可変ベーン１７が隣接のベーンに対して６°より大きく変位すると、突発的なサージが誘発される。従って、トラニオン１５およびＩＤシュラウド２２，２２’の形状を維持し、つまり、可変ベーン１７の角度を一定に維持した状態で、トラニオン１５およびＩＤシュラウド２２，２２’を機能させることが最も重要となる。
従って、高温度の下で材料の損傷が起こらず、かつ、熱的な負荷を受けている間や熱的な負荷を受けた後まで、ＩＤシュラウド２２，２２’やトラニオン１５の嵌合いや姿勢を保持するように機能する自己潤滑式のブッシュ２３が必要とされている。
本発明の目的は、摩耗を抑え、ガスタービントラニオンの熱的な安定性を向上するエレクトログラファイトカーボン製のブッシュを提供することである。
本発明によれば、ＩＤブッシュの摩耗性能を向上する方法はエレクトログラファイトカーボンを有したＩＤブッシュを提供する段階を含む。
本発明によれば、耐摩耗性のＩＤブッシュはエレクトログラファイトカーボンを有したブッシュを含む。
本発明によれば、ブッシュアセンブリは、エレクトログラファイトカーボンを有したＩＤブッシュと、トラニオンと、ＩＤシュラウドと、を含み、上記ＩＤブッシュは、上記トラニオンと上記ＩＤシュラウドとに接触するように設けられることを特徴とする。
グラファイト系の物質、望ましくは、エレクトログラファイトカーボンから構成された内周側（つまりＩＤ）ブッシュ２３についての開示が、本発明が主に教示するところである。本発明のＩＤブッシュ２３は、約１０５０°Ｆ（約５６６°Ｃ）の温度においても著しく損傷することはない。さらに、本発明のＩＤブッシュ２３は、自己潤滑式であるとともに、ＩＤシュラウド２２，２２’とトラニオン１５との間の距離を適度に維持する。これにより、可変ベーンの不要な変形を防止するように本発明のＩＤブッシュ２３の形状を維持させつつ、長期間、高温の下で本発明のＩＤブッシュ２３を機能させることが可能となる。
図１は、本発明のブッシュアセンブリ３を示す。ＩＤブッシュ２３は実質的に円筒形をなし、ＩＤシュラウド２２，２２’とトラニオン１５との間に設けられる。図２は、本発明のＩＤブッシュ２３の断面を詳細に示す。上述したように、ＩＤブッシュ２３はカーボン系の物質、望ましくは、エレクトログラファイトカーボン、から作られる。このようにして形成されたＩＤブッシュ２３には、面取りもしくは他の機械加工を施すことが望ましい。ＩＤブッシュ２３のいずれかの端部を法線３５に平行に延ばしたままでもよいが、これにより、ＩＤブッシュ２３の破損確率は上昇してしまうだろう。運転中には、可変ベーン１７からトラニオン１５およびブッシュ２３に伝達される応力は相当な大きさになり得る。上記の力は、ブッシュ中心線３１に平行な状態にあるトラニオン１５およびブッシュ２３を、振り子のような動きで揺り動かすように機能する。この揺動運動により、機能する応力は、法線３５に最も近いＩＤブッシュ２３の端部に加わる。ＩＤブッシュ２３の内側エッジが直角のままであれば、上記の力により、ＩＤブッシュ２３は、部分的に欠損してしまうかもしくはバラバラになってしまう。従って、ＩＤブッシュ２３の内側エッジに面取り部３７を設けるように機械加工を施すことが望ましい。好適な態様においては、傾斜して延びたＩＤブッシュ２３の面取り表面５５と法線３５との間の角度θは、５°〜８５°である。最も望ましくは、面取り角度θは約４５°である。面取り角度θだけ傾斜して直線状に延びた面取り表面５５が示されたが、本発明はこれに限定されるわけではない。むしろ、本発明は、機械加工が施される面取り表面５５についていかなる全ての形状を広く包含し、曲線も含むがこれに限定されるわけではない。
運転にあたっては、４０時間を超える運転期間が経過した後でも、本発明のブッシュ２３にはトラニオンの摩耗が全く起こらないことが確認されている。トラニオンが、ＩＤブッシュ２３に対して回転し移動することにより、ＩＤブッシュ２３が摩耗すると、トラニオン１５の外側表面に生じた空隙に、ＩＤブッシュ２３のエレクトログラファイトカーボンが付着し、該空隙を埋めることが確認されている。上記のように、ＩＤブッシュ２３のエレクトログラファイトカーボンは自己潤滑式であって、非常に安定した滑らかなグラファイト同士の接触面を実現する。さらに、上記グラファイト自体がトラニオン１５の周囲に分散するため、残存する上記グラファイトの総量が変化することはない。これにより、ＩＤブッシュ２３の本来の厚さに等しい、トラニオン１５とＩＤシュラウド２２，２２’との間の一定の間隔が維持される。ＩＤシュラウド２２，２２’に対するトラニオン１５の形状が一定に保たれ、従って、可変ベーン１７の不要な変形を防止することが可能となる。
８５０°Ｆ（約４５４°Ｃ）の下で行った試験では、本発明のＩＤブッシュ２３が、６５時間経過後には公知のブッシュに対して３．５倍の耐摩耗性を示し、ポリイミドにより設計されたブッシュが６５時間後に生ずる摩耗量と同量になるまでには２０７時間まで使用を継続することができることが確認されている。
本発明により、本明細書中に示された目的、手段、利点を完全に満足させる、ガスタービントラニオンの摩耗を抑えるエレクトログラファイトカーボン製のブッシュが提供されたことは明らかである。本明細書中の特定の態様に基づいて本発明を説明したが、本明細書を参照した当業者であれば、他の代替、改良、変更は自明であろう。従って、これらの代替、改良、変更は、添付の特許請求の範囲に包含される。
本発明のガスタービンエンジンのＩＤブッシュアセンブリを示した図。 本発明のエレクトログラファイトカーボンブッシュ２３を示した断面図。
符号の説明
３…ブッシュアセンブリ
１５…トラニオン
１７…可変ベーン
２１…プラットホーム
２２，２２’…ＩＤシュラウド半部
２３…ＩＤブッシュ

Claims (13)

  1. エレクトログラファイトカーボンを有した内周側ブッシュを提供する段階を含んだ内周側ブッシュの摩耗性能を向上する方法。
  2. 上記内周側ブッシュを提供する段階は、タービンエンジン用の内周側ブッシュを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 上記内周側ブッシュを提供する段階は、上記内周側ブッシュのエッジ付近に、所定の面取り角度で延びた直線的な面取りを施す段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 上記面取りを施す段階は、５°〜８５°の面取り角度で直線的な面取りを施す段階を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 上記面取りを施す段階は、約４５°の面取り角度で直線的な面取りを施す段階を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 上記内周側ブッシュを提供する段階は、上記内周側ブッシュの少なくとも一方のエッジに曲線部を施す段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. エレクトログラファイトカーボンを有したブッシュから構成された耐摩耗性内周側ブッシュ。
  8. 上記内周側ブッシュがタービンエンジン用のブッシュであることを特徴とする請求項７に記載の耐摩耗性内周側ブッシュ。
  9. 上記内周側ブッシュが所定の面取り角度をなす直線的な面取りを含むことを特徴とする請求項７に記載の耐摩耗性内周側ブッシュ。
  10. 上記面取り角度が５°〜８５°であることを特徴とする請求項９に記載の耐摩耗性内周側ブッシュ。
  11. 上記面取り角度が約４５°であることを特徴とする請求項１０に記載の耐摩耗性内周側ブッシュ。
  12. 上記内周側ブッシュの少なくとも一方のエッジに施された曲線部を備えた請求項７に記載の耐摩耗性内周側ブッシュ。
  13. エレクトログラファイトカーボンを有した内周側ブッシュと、
    トラニオンと、
    内周側シュラウドと、
    を備え、かつ、
    上記トラニオンと上記内周側シュラウドとに接触するように上記内周側ブッシュが設けられることを特徴とするブッシュアセンブリ。
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