JP2006170209A - 自動心出し回転アクチュエータリングによって作動されるステータ翼ステージ - Google Patents

自動心出し回転アクチュエータリングによって作動されるステータ翼ステージ Download PDF

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Abstract

【課題】可変ピッチのステータステージに関する従来の欠点を十分に改良する。
【解決手段】自動的に心出しされた回転アクチュエータリングによって翼が移動される、可変ピッチのステータ翼ステージである。ケーシング11は、ケーシングの外側面から突出した固定同軸環状レール24を担持する。周方向に離間した移動装置26が、前記レールに沿って移動するように拘束されて設けられている。各移動装置は、径方向案内装置を介して、アクチュエータリングに結合されている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ケーシングに配置された少なくとも一つの可変ピッチのステータ翼ステージを含むステータを有する,ターボ機械に関する。前記翼は、ケーシングの外側に配置される回転アクチュエータリングによって移動され、かつケーシングによって担持されている。本発明は、特に、非常に小さな作動隙間を有するすべての状況において、自動的にアクチュエータリングの心出しを行うことができるタイプの、アクチュエータリングの改良に関する。本発明は、特に、航空機のジェットエンジンの分野に適用し、さらに詳細には、そのようなジェットエンジンに含まれる圧縮機に適用する。
上記のように特定される種類のターボ機械において、圧縮機のステータには、可変ピッチ、すなわち流れ部における翼の位置が調節可能な、少なくとも一つのステータ翼ステージが装着されている。さらに正確には、翼の迎え角は、サーボ制御システムによって作動状態に応じて制御され、これにより、ケーシングの外側において、各クランクによって各翼に接続されている回転アクチュエータリングを移動させる。
従来は、そのようなアクチュエータリングは、径方向に調節可能な心出しパッドを含み、この心出しパッドに押圧することにより、アクチュエータリングをケーシングのまわりに位置決めすることができる。各心出しパッドは、ケーシングのトラック、すなわちその表面に画定された突起のトラックを押圧する。これらの突起は、それら突起の接触面が、ターボ機械の軸に一致する軸の円筒状表面を占めるように、機械加工されている。
アクチュエータリングの同軸位置を満足させるための調節は、実行が困難でありかつ時間がかかる。加えて、一旦、調節が実行されると、動作時における温度変化による寸法の変化を調整するために、前記パッドと前記突起との間の摺動アセンブリに対して、隙間を与える必要がある。約0.7ミリメートル(mm)から0.8mmである、この必要な隙間は、所望の心出しには不利である。
他の構成において、米国特許第4130375号は、アクチュエータリングを記載し、該アクチュエータリングは、ただ循環して移動し、かつ二つの重なったリングで構成される。内側リングは、径方向に延びたスタッドによってケーシングに固定して取り付けられたトラックリングを構成し、外側リングは、本来のアクチュエータリングであり、翼を作動させるクランクにリンクを介して取り付けられていると共に、ホイールのシステムを介してトラックリングに延びる。そのようなシステムは、他の条件が同じならば、重くかさばる。
米国特許第4130375号明細書
本発明は、上述の従来の解決法に対する十分な改良に関する。
さらに正確には、本発明は、ケーシングに配置される翼を備える可変ピッチのステータ翼ステージに関し、前記翼は、ケーシングの外側でアクチュエータリングによって移動され、かつケーシングによって担持され、前記アクチュエータリングは、前記ステージの翼を同時に作動させるために、クランクを介してステージの翼に接続される、可変ピッチのステータ翼ステージであって、ケーシングは、ケーシングの外側表面から突出している固定同軸環状レールを有し、周方向に離間した少なくとも三つの移動装置が、前記レールに沿って移動するように拘束されており、各移動装置は、径方向案内装置によって前記レールに結合されている。
本発明の構造によれば、低重量で正確に同軸であり、膨張のためのあらゆる作動隙間がないアクチュエータリングを得ることを可能にする。加えて、組み立てと調節が非常に簡単で速い。
本発明のシステムは、温度にも関係なく、かつアクチュエータリング及びケーシングに使用されている材料にも関係なく、永続する基準への最初の心出しの特性を保証する。駆動リングの位置の制御は、また、すべてのステージの制御中に改善される。伝達時における制御力の不均一性により、使用されるアクチュエータリングがゆがむ危険性が、大幅に低減する。
提案されたシステムは、周方向に互いにほぼ等間隔で配置された、最低限3つから4つの上述の移動装置で済ませることができる。
駆動力は、駆動力全体の約30%を呈していた、従来技術の心出しパッドへの摩擦による力を除外することにより大幅に低減する。制御アクチュエータまたはあらゆる他の制御装置の寸法決定の際に、結果として生じる節約を生かすことができる。
上述の米国特許に記載されたシステムと比較して、その特許に記載されたシステムの内側リングが除外されているので、駆動リングの重さと寸法が、大幅に低減することが理解されるべきである。
一つの可能な実施形態において、レールは、前記ケーシングに固定された二つの平行トラックリングで構成され、移動装置は、これらの二つのトラックリングの間で移動するように形作られている。
例えば、二つのトラックリングは、対向する横方向リムを備え、移動装置は、サイドリムと係合したV溝ホイールを含む。
一実施形態において、各移動装置は、前記アクチュエータリングを包囲する支持体を含み、前記ホイールは、前記支持体で自由に回転するように取り付けられる。
各移動装置に対して、前記径方向案内装置は、前記アクチュエータリングの孔に径方向に係合された要素を含み、この要素は、前記移動装置によって担持されている。アクチュエータリングは、周方向に十分に隙間をあけることなく、前記要素に沿って径方向に自由に摺動する。例えば、要素は、ロッドを備えてもよく、ロッドは、支持体に固定されると共に、アクチュエータリングの前記径方向孔に受容された減摩材ブッシュによって包囲される。減摩材ブッシュはまた、管状転がりケージ(例えば、ボールケージ)によって、または好ましくはボール再循環システムによって、置き換えられてもよい。
他の変形例では、レールは、前記ケーシングに固定された単一のトラックリングで作られており、各移動装置は、各側において、好ましくは転がり手段を介して、前記レールと横方向に接触する案内要素を有する。
本発明は、また、上述した一つのステータ翼ステージを備える圧縮機、及び少なくとも1つののこのような圧縮機を備えるターボ機械に関する。
本発明は、単に例として与えられ、且つ添付図面を参照してなされた、完全な実施形態およびいくつかの変形例についての以下の記載を考慮して、よりよく理解でき、本発明の他の利点もさらに明確になる。
図1から図4をさらに詳細に参照すると、軸Xを有するターボ機械のケーシング11が見られる。このケーシングは、可変ピッチのステータ翼12を収容しており、そのうちの一つは図2に見ることができる。各翼は、旋回軸14を有し、旋回軸14は、ケーシングから突出し、かつクランク16を介してケーシングの外側のアクチュエータリング18に接続されている。径方向クランク駆動穴20は、アクチュエータリングに形成され、かつ径方向クランク駆動穴20に係合されるほぞ21を有し、ほぞ21は、クランクの端部に固定される。この径方向クランク駆動穴20は、楕円である。その理由は、前記アクチュエータリングは、周方向のみに移動するからである。アクチュエータリングを周方向に旋回させると、すべての翼12が、ケーシングの内部で同じ量だけ同時に旋回することが理解されるだろう。したがって、本発明が、航空機のジェットエンジンに適用されるときは、翼の方向は、飛行状態に応じて調節されることができる。本発明の主な目的は、非常に小さな作動隙間で、アクチュエータリング18の非常に良好な心出しを行うことであり、この心出しは、ケーシングとアクチュエータリングとの間の膨張の差によって妨げられることはない。
これを行うために、ケーシングは、固定同軸環状レール24を外側で担持し、この固定同軸環状レール24は、示された例では、ケーシングの壁と一体的であり、ケーシングの外表面から突出している。周方向に離間していると共に、好ましくは互いにほぼ等間隔にある少なくとも三つの移動装置26が、レールに沿って移動するように拘束されている。レールは、機能的に有用であれば、これらセグメント上だけに完全に設けられ(図1参照)、すなわち、移動装置26の経路に沿って設けられている。レールは、他のセグメントでは除外されており、これにより、重量を十分に節約することができると共に、移動装置を適切な場所におくことを容易にする。加えて、以下に述べるように、各移動装置26は、ターボ機械の軸に対してアクチュエータリング18の完全に自動的な心出しを確実にする径方向案内装置28によって、アクチュエータリングに結合されている。本例では、四つの移動装置26は、互いに90°規則的に離間しており、各々径方向案内装置28を担持している。
ここで説明されている例では、レール24は、ケーシング(実際は、トラックリングセグメント)に固定された二つの平行トラックリング30a、30bで構成されており、移動装置26は、これらの各トラックリングの間、さらに正確には、これらのトラックリングセグメントの間で移動するように、形作られている。加えて、二つのトラックリング30a、30bは、対向する横方向リム32a、32bを備え、移動装置は、前記横方向リムに転がり係合しているV溝ホイール34を含む。さらに、各移動装置26は、前記アクチュエータリングを包囲する支持体36を有する。このV溝ホイールは、前記支持体で自由に回転するように取り付けられている。
この例では、各移動装置26は、それぞれ、二つのリム32a及び32bと対で協働する四つのV溝ホイール34を含む。支持体36は、アクチュエータリングを包囲し、ホイール34は、支持体で自由に回転するように取り付けられている。アクチュエータリングは、環状構造を構築するように、各端が平坦部を備え、例えば圧接またはボルト締めにより端と端が固定された、複数の湾曲セグメント38、39のアセンブリで構成されている。移動装置26を担持する各セグメント38は、ホイールが支持体36の部分と共に部分的に係合する、二つの空洞40を呈する。径方向孔42は、以下に説明するように、前記径方向案内装置28を受容するように二つの空洞の間に延びている。
移動装置26は、二つのサイドプレート44及び45と、二つの周方向プレート46、47とを組み立てることによって作られている。二つの周方向プレート46、47は、それぞれ、アクチュエータリングの上(すなわち、その径方向外側)に延びる外側プレート46、及びアクチュエータリングとケーシングとの間に延びている内側プレート47である。サイドプレート44及び45の各々は、二つのフォーク48を画定し、二つのフォーク48は、レールの同じリム30aまたは30bと係合する二つのホイール34を保持する。サイドプレートのフォークは、アクチュエータリングに形成された空洞40に位置が合っている。
サイドプレート44、45及び周方向プレート46、47は、アセンブリで互いに係合しているVリブ及びV溝を有し、これにより、それらを、アクチュエータリング18のまわりに互いに正しく位置させることを確実にする。アセンブリは、前記プレート内の対応する孔に係合するための二つのボルト50だけを必要とする。二つのボルト50は、アクチュエータリング18の各側において径方向に延びる。
図3は、ホイール34が、どのように移動装置に取り付けられているかを、さらに明瞭に示す。
各ホイール34は、支持体36に固定されたハブ形成要素52に取り付けられる。この要素は、サイドプレートの対応するフォーク48の二つの分岐49a及び49bの間に装着されている。この要素は、ケーシングに対してほぼ径方向に延びている。
軸受手段54(この場合はニードル軸受)が、前記ハブ形成要素52とホイール34との間に挿入されている。ニードル当接部56は、フォークの底部分岐49aとホイール34との間に挿入されている。他のニードル当接部57は、ホイール34とフォークの頂部分岐49bとの間に挿入されている。用語「底部」と「頂部」は、本明細書では、便宜的に図3に示す要素の位置に対して用いられている。ニードル当接部57の頂部トラックは、フォークの頂部分岐49bに螺合されているネジ付きスリーブ60によって延びている。このスリーブ60の位置は、ニードル当接部の機能的隙間を調節するために調節され得る。前記頂部トラックの位置は、ロックナット62を周辺のノッチ63によって締め付けることによって固定されている。タブを備えるワッシャ66は、ロックナット62とフォークの頂部分岐49bとの間に挿入されている。これにより、スリーブが位置決めされてロックナットが締め付けられた後で、ロックナットが回転するのを防止するように作用する。これを行うために、タブ68が、フォークの前記頂部分岐のノッチ69内に折り曲げられ、他のタブ70が、ロックナットの周辺ノッチの一つに折り曲げられる。前記ハブ形成アセンブリの底部端は、フォークの底部分岐49aに対して当接する拡大(切頭円錐台)部72を有する。
前記ハブ形成要素52は、また、他の二つの部分に対してわずかに偏心して、それによって支持体に固定される偏心部分76を備える。V溝ホイール34は、前記偏心部分で、この場合はニードル軸受を介して、回転するように取り付けられている。
前記ハブ形成要素52が取り付けられる角度位置は、前記ホイール34と前記レール24との間の隙間を調節できるように調節され得る。
さらに正確には、波形のワッシャ77は、スリーブ60のノッチ79に係合しているスタッド78を有する。これによりワッシャ77は、支持体36に対して旋回することを防止される。クロスメンバのハブ形成要素52は、カラー付きナット82がネジ込まれた、ネジ付きセグメントによって終端している。他の波形ワッシャ84は、前記カラー付きナット82と波形ワッシャ77との間に挿入されている。ワッシャの径方向波形が嵌合している。波形ワッシャ84は、内部スタッド83を有し、この内部スタッド83は、前記ハブ形成要素52と共に回転するために拘束されるように、前記ハブ形成要素52の頂部端部に沿って形成された、長手方向溝85に係合される。これにより、レールに対する位置を調節するように、V溝ホイール34を担持する偏心部分の位置を調節することができる。この位置が一旦決定されると、ナット82を互いに締め付けることによって、波形ワッシャを互いに係合して調節を安定させることができる。
さらに、上記のように、各移動装置26は、前記アクチュエータリングを案内する径方向案内装置28を含む。この装置は、二つの空洞40の間に位置しているアクチュエータリングの径方向孔42に径方向に係合した要素86を備える。この要素は、移動装置によって担持されている。これは、径方向案内ピンによって構成され、この径方向案内ピンは、移動装置の二つの周辺プレート46及び47を通り、かつアクチュエータリングの径方向孔42に配置される減摩性のブッシュ88に係合される。案内ピンは、ブッシュに係合しており、プレート44、45、46、及び47と共に組み立てるように使用される、二つのボルト50のナットに対してそれ自体固定されている、プレート90に固定されている。減摩ブッシュ88は、管状転がり軸受(例えば、ボールケージ)、または、好ましくはボール再循環システムで置き換えることができる。
動作時は、温度の変化により、ケーシング11とアクチュエータリング18との間の相対的な直径の変化をもたらすが、これらは、ターボ機械の軸Xのまわりにおけるアクチュエータリングの心出しには、影響をもたらさない。前記径方向案内装置の数が少なくとも三つであり、周方向に離間している場合には、径方向案内装置28により、ケーシングとアクチュエータリングとの間の直径の変化が、アクチュエータリングの心出しに影響を及ぼすことなく適応されることができる。さらに、温度の変化によって、ケーシングの環状レール24に沿ったホイール34の転がりに影響を及ぼすことはない。
図6から図8は、他の変形例を示し、上述の要素と類似する要素には、同じ参照符号が付されている。
これらの実施形態では、各移動装置に対して、前記径方向案内装置は、径方向スロット100を有し、この径方向スロット100は、前記アクチュエータリング18の高さの一部に形成され、かつ回転軸Xに平行に延びているロッド102を摺動自在に受容する。前記ロッドは、スロットにスナグフィットされており(すなわち、周方向隙間がない)、かつ移動装置によって担持されている。軸受手段は、径方向案内の品質を向上させるために、ロッド102と前記径方向スロット100との間に挿入され得る。
径方向スロット100は、この例では、アクチュエータリングを軽くするために、アクチュエータリング18の内側径方向延長部104に設けられている。
図6において、レールの二つのトラックリング30a及び30bは、対向する横方向溝108を備え、各移動装置26aは、これら二つのトラックリングの間に延びるベース109を有する。これら二つのトラックリングに対向するベースの縁面は、前記横方向溝に係合した転がり要素110を担持する。この例では、転がり要素はボールである。有利には、ベースは、二つのボール循環回路を含むことができる。ロッド102は、前記ベース109によってフォークの形態で担持されている。
他の実施形態(図7)において、二つのトラックリング30a及び30bは、対向する切頭円錐台面116を備え、各移動装置26bは、二つのトラックリングの間に延びているベース119を備える。摺動は、減摩材で作られた接触パッドによって確保されている。面の底面によって担持されたパッド121と、トラックリング30a及び30bに面する二つの縁面によって担持されたパッド122とを見ることができる。これらのパッドは、二つのトラックリング間のケーシング11の外側面、及び切頭円錐台面116とそれぞれ協働する。反対に、減摩パッドは、トラックリングの側面、及びケーシングの外側面に沿って設置されることができる。この場合、パッドは、アクチュエータリングの回転行程に適応するために、周方向により長い必要がある。
さらに他の実施形態(図8)において、レール124は、前記ケーシングに固定された単一のトラックリングで構成されており、各移動装置は、前記レールの反対側に接触する案内要素126a、126bを備える。好ましくは、転がり手段130は、案内要素126a、126bとレール124との間に挿入されている。さらに詳細に説明された例では、トラックリングは、二つの対向する環状側部溝132を有し、転がり手段130を有する各案内要素は、これらの溝内に係合される。この例では、転がり要素はボールである。
さらに他の可能性な変形例では、減摩ブッシュ88は、ロッド86に取り付けられたボールソケット装置によって置き換えられることができる。この変形例は、アクチュエータリングの変形が大きすぎて、図4を参照して説明されたシステムによって吸収されることができないときに、有利である。
ターボ機械の軸に垂直なケーシングの断面を占める図であり、アクチュエータリングが、前記ケーシングのまわりにどのように取り付けられているかを示す図である。 ケーシングに取り付けられたアクチュエータリングの詳細斜視図である。 図2の線III−IIIに沿う断面図である。 図2の線IV−IVの部分断面図である。 アクチュエータリングのまわりの移動装置の部分分解図である。 変形例を示す図2と同様の図である。 変形例を示す図2と同様の図である。 変形例を示す図2と同様の図である。
符号の説明
11 ケーシング
12 可変ピッチのステータ翼
14 旋回軸
16 クランク
18 アクチュエータリング
20 径方向クランク駆動穴
21 ほぞ
24 固定同軸環状レール
26 移動装置
28 径方向案内装置
30a、30b 平行トラックリング
32a、32b 横方向リム
34 V溝ホイール
36 支持体
38 湾曲セグメント
40 空洞
42 径方向孔
44、45 サイドプレート
46、47 周方向プレート
48 フォーク
49a、49b 分岐
50 ボルト
52 ハブ形成要素
57 ニードル当接部
60 スリーブ
62 ロックナット
63、69、79 ノッチ
66、77 ワッシャ
68、70 タブ
72 拡大(切頭円錐台形)部
76 支持体に固定されている部分
78 スタッド
82 カラー付きナット
83 内部スタッド
84 波形ワッシャ
85 長手方向溝
86 径方向に係合した要素
88 ブッシュ
100 径方向スロット
102 ロッド
104 内側径方向延長部
109、119 ベース
110 転がり要素
116 切頭円錐台面
121、122 パッド
124 レール
126a、126b 案内要素
130 転がり手段
132 環状側部溝

Claims (17)

  1. ケーシング(11)に配置された翼を備える可変ピッチのステータ翼ステージであり、前記翼が、前記ケーシングの外側のアクチュエータリング(18)によって移動され、かつケーシングによって担持され、前記アクチュエータリングが、前記ステージの翼を同時に作動させるために、クランク(16)を介して前記ステージの翼に接続される、可変ピッチのステータ翼ステージであって、前記ケーシング(11)が、前記ケーシング(11)の外側表面から突出している固定同軸環状レール(24)を有することと、周方向に離間した少なくとも三つの移動装置(26)が、前記レールに沿って移動するように拘束されることと、各移動装置が、径方向案内装置(28)によって前記レールに結合されることとを特徴とする、可変ピッチのステータ翼ステージ。
  2. 前記レールが、前記ケーシングに固定された二つの平行トラックリング(30a、30b)で構成されることと、移動装置(26)が、二つのトラックリングの間で移動するように形作られることとを特徴とする、請求項1に記載の翼ステージ。
  3. 二つのトラックリングが、対向する横方向リム(32a、32b)を備えることと、移動装置が、サイドリムと係合するV溝ホイール(34)を含むこととを特徴とする、請求項2に記載の翼ステージ。
  4. 各移動装置(26)が、前記アクチュエータリングを包囲する支持体(36)を含むことと、前記ホイールが、前記支持体で自由に回転するように取り付けられることとを特徴とする、請求項3に記載の翼ステージ。
  5. 各ホイールが、ハブ形成要素(52)に取り付けられ、該ハブ形成要素(52)が、前記支持体に固定され、かつ前記ケーシングに対してほぼ径方向に延びることを特徴とする、請求項4に記載の翼ステージ。
  6. 転がり手段(54)が、前記ハブ形成要素と前記ホイールとの間に挿入されていることを特徴とする、請求項5に記載の翼ステージ。
  7. 前記ハブ形成要素が、二つの端部に対して相対的に偏心して前記支持体に固定されている偏心部分(76)を備えることと、ホイール(34)が、前記偏心部分で回転するように取り付けられることと、前記ハブ形成要素が前記支持体に取り付けられる角度位置が、調節可能であり、前記ホイールと前記レールとの間の隙間を調節することができることとを特徴とする、請求項5または6に記載の翼ステージ。
  8. 二つのトラックリング(30a、30b)が、対向するサイド溝(108)を備えることと、各移動装置が、二つのトラックリングの間に延びるベース(109)を含むことと、前記トラックリングに対向する前記ベースの縁面が、前記サイド溝に係合する転がり要素(110)を担持することとを特徴とする、請求項2に記載の翼ステージ。
  9. 二つのトラックリングが、対向する切頭円錐台面(116)を備えることと、各移動装置が、二つのトラックリングの間に延びるベース(119)を含むことと、前記ベースの底面、及び前記二つのトラックリングに対向する前記ベースの縁面が、減摩材の接触パッド(121、122)を担持して、前記二つのトラックリングの間のケーシングの外側面、及び切頭円錐台面とそれぞれ協働することとを特徴とする、請求項2に記載の翼ステージ。
  10. 前記レールが、前記ケーシングに固定された単一のトラックリング(124)で作られることと、各移動装置が、各側に、好ましくは転がり手段(110)を介して、前記レールに横方向に接触する案内要素(126a、126b)を有することとを特徴とする、請求項1に記載の翼ステージ。
  11. 前記トラックリング(124)が、二つの反対側の環状サイド溝(132)を含み、各移動装置が、前記環状サイド溝に係合する転がり手段、好ましくはボール再循環システムを有することを特徴とする、請求項10に記載の翼ステージ。
  12. 各移動装置に対して、前記径方向案内装置が、前記アクチュエータリングの孔に径方向に係合する要素(86)を含み、前記径方向に係合する要素が、前記移動装置によって担持されることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の翼ステージ。
  13. 前記径方向に係合する要素がロッドを含むことと、前記ロッドが、減摩ブッシュ(88)によって、または、好ましくはボール再循環型の管状の転がりケージによって包囲されていることとを特徴とする、請求項12に記載の翼ステージ。
  14. 各移動装置に対して、前記径方向案内装置が、前記アクチュエータリングの高さの一部に形成された径方向スロット(100)を含み、ロッド(102)が、周方向隙間なく摺動自在に係合され、ロッド(102)が、回転軸に平行に延び、かつ前記移動装置に担持されることを特徴とする、請求項12に記載の翼ステージ。
  15. 前記転がり手段が、各前記ロッドと前記径方向スロットとの間に挿入されることを特徴とする、請求項14に記載の翼ステージ。
  16. 請求項1から15のいずれか一項に記載の可変ピッチのステータ翼ステージを少なくとも一つ備える、圧縮機。
  17. 請求項16に記載の圧縮機を少なくとも一つ含む、ターボ機械。
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