JP2006322457A - ターボ機械における可変ピッチのステータベーンの段を制御するためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】制御路の局部的なゾーンにおいて加速（または減速）を含むベーンのピッチ関係を提供することが可能な制御システムを提案する。
【解決手段】ターボ機械の可変ピッチのステータベーン１４、１４’の２つの段１０、１０’を制御するための制御システムであって、この制御システムは、ケーシング１２に旋回可能に取り付けられるリーダ部材２６を介して、一方の段１０の制御リング２２を回転させるための駆動要素２４と、駆動要素２４によって駆動されるリング２２の回転運動を、ケーシングに旋回可能に取り付けられる従動部材２６’を介して他方の段１０’の制御リング２２’に伝えるための同期バー３０と、従動部材２６’と従動リング２２’との間に挿置される追加のピボット部材４４とを備え、前記追加のピボット部材４４は、ケーシング１２および従動部材２６’の両方に旋回可能に取り付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ機械における可変ピッチベーンの段を制御する一般分野に関する。

ターボ機械において、ターボ機械の運転速度に応じて、圧縮部を通過するガスの流れ方向および流量を調整するために、ステータベーンの１つ以上の段を使用することが知られている。このような各ステータベーンの段は、ベーンをステータに連結するそれぞれのピンを中心として旋回させることができる、複数のベーン（可変ピッチベーンとして知られている）を備え、ベーンにピッチ角が、ターボ機械の運転速度に応じて変更されることができる。

可変ピッチベーンの段を制御するための知られている装置は、一般に、ターボ機械のケーシングを取り巻いているリングの形をしている制御部材と、複数のリンクまたはレバーとを備え、各リンクは、ヒンジを介して制御リングに連結される第１の端部と、それぞれのベーンのピボットに取り付けられる第２の端部とを有する。駆動アクチュエータが、ターボ機械の軸を中心として制御リングを回転させるために、制御リングに連結される。リングがターボ機械軸を中心にして回転すると、段のすべてのベーンが、それらの角位置を同時に変化させる。

可変ピッチのベーンの軸方向にずれている２つの段が、同期的方法によって制御されることになると、駆動アクチュエータによって駆動されるリングから、別の段の制御リングまで回転運動を伝えるために、同期バーを使用することもまた知られている。ターボ機械のケーシングに旋回可能に取り付けられ、かつ最初に同期バーに、そして次にそれぞれの制御リングに連結されるベルクランクを介して、この運動が伝えられる。

その制御システムは、リーダ段（ｌｅａｄｅｒ ｓｔａｇｅ）におけるベーンのピッチ角に応じて、従動段におけるベーンのピッチ角を描く曲線の形で示されることができる、様々な被制御段における運動を発生させる。上記のタイプの制御システムによって、「相関」曲線と呼ばれるこのような曲線は、変動するが漸進するだけである傾斜を示すことができる。このようにして、そのタイプの制御システムは、簡潔な方法でだけベーン段を制御するために使用されることができる。

ベーンのピッチを制御するための空力的要件は、制御関係をますます頻繁に必要としていて、特にそれらの終端部において、傾斜が急に加速または減速を呈する曲線を含む相関曲線をもたらす。

文献欧州特許第０９０９８８０号明細書は、非線型の制御関係が得られることのできる可変ピッチ装置を記載している。その装置において、リーダ段の各リンクが、スロットおよびスロット内をスライドするスタッドを有する連結部によって、対応している制御リングに連結される。それでもやはり、急な加速または減速の傾斜を有する相関曲線を詳細に再現することが出来ないため、その制御システムは、完全に満足のいくものではない。
欧州特許第０９０９８８０号明細書

したがって、本発明の主要な目的は、制御路の局部的なゾーンにおいて加速（または減速）を含むベーンのピッチ関係を提供することが可能な制御システムを提案することによって、これらの欠点を軽減することである。

この目的を達成するために、本発明は、ターボ機械の可変ピッチのステータベーンの２つの段を制御するための制御システムを提供し、各段は、ターボ機械のケーシングにそれぞれ旋回可能に取り付けられる複数のベーンと、ケーシングを取り巻いて、レバーを介して段の各ベーンに連結される制御リングとによって形成され、制御システムは、ケーシングに旋回可能に取り付けられるリーダ部材を介して一方の段の制御リングを回転させるための駆動要素と、駆動要素によって駆動されるリングの回転運動を、ケーシングに旋回可能に取り付けられる従動部材を介して他方の段の制御リングに伝えるための同期バーとを備え、制御システムは、従動部材と従動リングとの間に挿置された追加のピボット部材をさらに備え、この追加のピボット部材は、ケーシングおよび従動部材の両方に旋回可能に取り付けられることを特徴とする。

「従動」リングという用語は、従動部材を介して駆動される制御リングを意味するために使用される。

このような追加のピボット部材を使用することにより、制御される段の運動を、制御路の局部的なゾーンにおいて加速するかまたは減速することが可能となる。追加のピボット部材のケーシング上でのピボット点の位置は、制御路上の前記加速（または、減速）の位置に応じる。

本発明の有利な規定によれば、追加のピボット部材は、従動リングに連結される制御ロッドに旋回可能に取り付けられる１つのアームと、ケーシングに旋回可能に取り付けられるブシュにスライド可能に受け入れられるガイドロッドとを有する。

本発明の別の有利な規定によれば、従動部材は、追加のピボット部材に旋回可能に連結される第１のアームと、同期バーの一端部に連結される第２のアームとを備える。

追加のピボット部材のケーシング上のピボット点が、円の内側に配置されてもよく、この円は、従動部材のケーシング上のピボット点に中心を合わされ、半径として前記従動部材の第１のアームを有する。このことは制御路の加速に対応する。

代わりに、追加のピボット部材のケーシング上のピボット点は、円の外側に配置されてもよく、この円は、従動部材のケーシング上のピボット点に中心を合わされ、半径として前記従動部材の第１のアームを有する。このことは制御路の減速に対応する。

本発明の別の有利な規定によれば、リーダ部材は、第２の制御ロッドを介してリーダ段のリングに連結される第１のアームと、従動部材に連結される端部と反対側の同期バーの端部に連結される第２のアームと、駆動要素に連結される第３のアームとを備える。

本発明の別の特徴および利点は、特徴を限定することなく実施形態を示す添付図面を参照して、以下の記述により明らかになる。

図１は、たとえばターボ機械の圧縮機に属する可変ピッチベーンの２つの段１０および１０’の部分を示す。圧縮機は、ターボ機械の軸Ｘ−Ｘの中心に置かれる環状のステータケーシング１２（またはシュライド）を備える。ベーンの段１０および１０’は、互いに軸方向にずれている。

各段は、ターボ機械の軸Ｘ−Ｘを中心として半径方向に配置される複数のベーン１４および１４’を備える。ベーン１４および１４’は、ケーシング１２を貫通するそれぞれのピン１６および１６’（またはピボット）を中心に旋回するように取り付けられる。

可変ピッチベーン１４および１４’の各ピン１６および１６’は、制御レバーまたはリンク１８および１８’の一端部に連結され、制御レバーまたはリンク１８および１８’の他端部は、制御リング２２および２２’から径方向に突出するピン２０および２０’を中心にヒンジで留められる。

制御リングはケーシング１２を取り囲み、ターボ機械の軸Ｘ−Ｘの中心に置かれる。その結果、ベーン１４および１４’の角位置は、ターボ機械の軸Ｘ−Ｘを中心にそれぞれの制御領域２２および２２’を、同期した方法で回転させることにより変更される。

本発明のシステムは、ターボ機械の軸Ｘ−Ｘを中心に制御リング２２および２２’が、同期した方法で回転することを制御するように作用する。本発明のシステムは、アクチュエータタイプの駆動要素２４を備え、この駆動要素２４は、ケーシング１２に固着され、ターボ機械のケーシング１２の支持部２８に旋回可能に取り付けられるベルクランクタイプのリーダ部材２６を介して、一方の段１０の制御リング２２を回転させる。

同期バー３０は、アクチュエータ２４（リーダリングと呼ばれる）によって駆動されるリング２２の回転運動を、ケーシング１２の支持部２８に同様に回転可能に取り付けられるベルクランクタイプの従動部材２６’を介して、別の段１０’のリング２２’（従動リングと呼ばれる）に伝えるように作用する。

ターンバックルタイプの制御ロッド３２および３２’は、駆動クランク２６および従動クランク２６’からの運動を、リング２２および２２’に伝えるように作用する。これらのロッドは、連結フォーク２７および２７’を介して固着されるリングに対して接線方向に延びる。それらの反対端部では、ロッド３２および３２’は、リーダクランク２６および従動クランク２６’のそれぞれのアーム（または分岐部）３４および３６に固着され、そこにヒンジで留められる。

制御システムの同期バー３０は、リーダクランク２６および従動クランク２６’の２つの別のアーム３８および４０それぞれを結合し、そこにヒンジで留められる。アクチュエータ２４は、ロッド３２が固着されているアーム３４と反対側のリーダクランク２６の第３のアーム４２にヒンジで留められる。

本発明の制御システムは、従動部材２６’と従動リング２２’との間に挿置される、追加のピボット部材４４（あるいは追加のクランク）をさらに備える。この追加のクランクは、ケーシング１２および従動部材２６’の両方に旋回可能に取り付けられる。

より正確には、追加のクランク４４は、第１のアーム４６を有し、この第１のアーム４６は、従動リング２２’の制御ロッド３２’にヒンジでそこに留められることにより連結される一端部と、従動クランク２６’に旋回可能に取り付けられる他端部とを備える。追加のクランクもまた、従動クランクに対する追加のクランクのピボット軸に沿って、第１のアーム４６に対して垂直に延びる第２のアーム４８を有する。ガイドロッド５０は、第２のアーム４８の一端部に固着される。

追加のクランク４４のガイドロッド５０は、ケーシング１２に旋回可能に取り付けられるブシュ５２内をスライドするのに適している。スライドするブシュ５２は、再循環する転動体を含んでもよい。転動体は、たとえば、ケーシングにろう付けされるピボット式の支持部５４を使用して、ケーシング１２に旋回可能に取り付けられる。

図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、制御システムが、以下のように動く。すなわち、アクチュエータ２４を作動させることにより、リーダクランク２６が回転し、同様に、従動クランク２６’が同期バー３０を介して回転する。クランク２６および２６’が、それぞれのピボット点を中心としてケーシング１２上で回転することにより、次にそれぞれのロッド３２および３２’を駆動し、それによって、ターボ機械の軸Ｘ−Ｘを中心として一方向にあるいは他方向にリング２２および２２’が回転する。上述のように、リングを回転させることによって、各段１０および１０’のベーン１４および１４’の角ピッチが、制御レバー１８および１８’を介して同期した方法で変化する。

図２Ｃは、追加のクランク４４の運動をより正確に示す。明確にするために、この図は、図１の制御システムの２つの端位置における従動クランク２６’および追加のクランク４４だけを示す。すなわち、システムが、開口しているピッチ位置にあることが破線で示され、かつ、システムが、閉止されたピッチ位置にあることが実線で示される。

ケーシングの支持部のピボット点２６’ａを中心として従動クランク２６’が回転することは、追加のクランク４４のガイドロッド５０が、ブシュ５２内でスライドするという効果がある。ブシュ５２がケーシングに旋回可能に取り付けられるため、ガイドロッド５０は、ブシュのスライド軸と整列した状態を絶えず維持することができる。ガイドロッドがブシュを通ってスライドすると、従動クランク２６’上の追加のクランク４４のピボット点４４ａは、ブシュの支持部５４により接近する。初めに、従動クランク４４の第１のアーム４６が、追加のクランクが取り付けられる従動クランク２６’のアーム３６と整列した状態を維持する。

しかしながら、以下「先端」位置と呼ばれる、追加のクランク４４のピボット点４４ａの特定の位置から、ガイドロッド５０は、レバー効果によって作動し、ピボット点４４ａを中心として、従動クランク４６’の回転方向に、追加のクランク４４の第１のアーム４６をより速く回転させる。したがって、この追加のクランクの第１のアームが加速されて回転することによって、ピッチが閉止するにつれ制御ロッドを介して、従動リングの回転を加速する。図２Ｃに示される角度ｅは、追加のクランク４４が、このような装置を含まない制御システムと比較された角度の加速を示す。

一例として、追加のクランク４４のピボット点４４ａの先端位置は、ガイドロッド５０の半分以上の長さ部分が、ブシュ５２を通ってスライドした位置として画定されることができる。この先端位置は、加速されることになる制御路のゾーンを選択するように、ブシュ５２上のピボット式の支持部５４の位置、および／またはガイドロッドの長さを変更することによって、調整されることができる。このゾーンが、制御路の初め、または中央、または最後で、十分に等しくなることができるであろう。

図３は、ベーンのピッチ関係における、このような加速の効果を示す。破線は、追加のクランクを含まない制御システムに関する相関曲線１００（すなわち、リーダ段のベーンのピッチ角に応じて、従動段のベーンのピッチ角を与える曲線）を描くのに対して、実線の曲線は、本発明の制御システムに関して確定される相関曲線１０２を描く。

追加のクランクのない制御システムに関して確定される相関曲線１００は、漸進する傾斜を有する。この傾斜に対して、相関曲線１０２は、角度範囲１０４における従動段のベーンのピッチ角の明確な加速を示す。この例において、加速ゾーンまたは角度範囲１０４は、制御路の終端、すなわちピッチが閉止するときである。上述したように、加速ゾーンまたは角度範囲は、他の場所に設置されることができる。

図２Ｃの実施形態において、ブシュ５２（追加のクランク４４のケーシング上のピボット点に対応する）のためのピボット式の支持部５４は、円Ｃの内側に配置され、この円Ｃが、従動部材２６’のためにケーシング上の支持部のピボット点２６’ａに中心を合わされ、半径として追加のクランク４４が取り付けられる従動部材のアーム３６を有することを理解されたい。このような構成により、結果として、制御路が加速する。

図示されない別の構成において、制御路を減速させることもまた可能である。減速は、ブシュ５２のピボット式の支持部５４を、上述のような円Ｃの外側に配置することによって得られる。当然、ブシュ５２のピボット式の支持部５４の位置を、円Ｃの外側に位置するように変えることによって、および／またはガイドロッド５０の長さを変えることによって、減速されるべき（初め、中間、または最後で）制御路のゾーンまたは角度範囲を選択することもまた可能である。

最後に、本発明は、対応する数の同期バーを備える幾分多くのベーン段を制御するために実施可能であることを理解されたい。選択される装置に応じて、バーは、連続している、すなわち近接したクランクを相互に連結しているか、または、全て共通クランクから延びるように相互に平行であってもよい。

本発明の実施形態における制御システムの断片斜視図である。 ２つの異なる位置にある図１の制御システムを示す。 ２つの異なる位置にある図１の制御システムを示す。 ２つの異なる位置にある図１の制御システムを示す。 本発明の制御システムによって得られる、考えられる１つのピッチ関係を示す相関曲線である。

符号の説明

１０、１０’ 段
１２ ケーシング
１４、１４’ ベーン
１６、１６’、２０、２０’ ピン
１８、１８’ 制御レバー
２２、２２’ 制御リング
２４ 駆動要素
２６ リーダ部材
２６’ 従動部材
２６’ａ、４４ａ ピボット点
２７、２７’ 連結フォーク
２８、５４ 支持部
３０ 同期バー
３２、３２’ 制御ロッド
３４、３６、３８、４０、４２、４６、４８ アーム
４４ ピボット部材
５０ ガイドロッド
５２ ブシュ
１００、１０２ 相関曲線
１０４ 角度範囲

Claims (6)

1. ターボ機械の可変ピッチのステータベーン（１４、１４’）の２つの段（１０、１０’）を制御するための制御システムであって、
   各段（１０、１０’）が、ターボ機械のケーシング（１２）に各々旋回可能に取り付けられる複数のベーン（１４、１４’）と、ケーシングを取り巻き、レバー（１８、１８’）を介して段のベーン（１４、１４’）のそれぞれに連結される制御リング（２２、２２’）とから形成され、
   制御システムが、ケーシング（１２）に旋回可能に取り付けられるリーダ部材（２６）を介して、一方の段（１０）の制御リング（２２）を回転させるための駆動要素（２４）と、駆動要素（２４）によって駆動されるコンロールリング（２２）の回転運動を、ケーシングに旋回可能に取り付けられる従動部材（２６’）を介して他方の段（１０’）の制御リング（２２’）に伝えるための同期バー（３０）とを備え、
   前記制御システムが、従動部材（２６’）と従動リング（２２’）との間に挿置される追加のピボット部材（４４）をさらに備え、前記追加のピボット部材（４４）が、ケーシング（１２）および従動部材（２６’）の両方に旋回可能に取り付けられることを特徴とする、制御システム。
2. 追加のピボット部材（４４）が、従動リング（２２’）に連結される制御ロッド（３２’）に旋回可能に取り付けられる１つのアーム（４６）と、ケーシング（１２）に旋回可能に取り付けられるブシュ（５２）にスライド可能に受けられるガイドロッド（５０）とを有する、請求項１に記載の制御システム。
3. 従動部材（２６’）が、追加のピボット部材（４４）に旋回可能に連結される第１のアーム（３６）と、同期バー（３０）の一端部に連結される第２のアーム（４０）とを備える、請求項１または２に記載の制御システム。
4. 追加のピボット部材（４４）のケーシング（１２）上のピボット点が、円（Ｃ）の内側に配置され、前記円（Ｃ）が、従動部材（２６’）のケーシング上のピボット点（２６’ａ）に中心を合わされ、半径として前記従動部材の第１のアーム（３６）を有する、請求項３に記載の制御システム。
5. 追加のピボット部材（４４）のケーシング（１２）上のピボット点が、円（Ｃ）の外側に配置され、前記円（Ｃ）が、従動部材（２６’）のケーシング上のピボット点（２６’ａ）に中心を合わされ、半径として前記従動部材の第１のアーム（３６）を有する、請求項３に記載の制御システム。
6. リーダ部材（２６）が、第２の制御ロッド（３２）を介してリーダ段（１０）のリング（２２）に連結される第１のアーム（３４）と、従動部材（２６’）に連結される端部と反対側の同期バー（３０）の端部に連結される第２のアーム（３８）と、駆動要素（２４）に連結される第３のアーム（４２）とを備える、請求項３から５のいずれか一項に記載の制御システム。

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