JP2007170378A - 可変静翼アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】改良型可変静翼アセンブリと可変静翼アセンブリの改良型ブッシングとを提供する。
【解決手段】可変静翼アセンブリ（１０）。このアセンブリは、回転可能なトラニオン（１２）と第１金属ブッシング（１４）とを含む。トラニオンは、ガスタービンエンジン（２４）の圧縮機ケーシング（２２）の外側表面（１８）と内側表面（２０）の間に延びる貫通穴に位置付けることが可能である。第１金属ブッシングは、トラニオンが貫通穴に位置するとき、トラニオンの第１部分（２６）を取り囲むように、外側表面に近接する貫通穴に位置付けることが可能である。第１金属ブッシングと第１部分は、トラニオンと第１金属ブッシングが貫通穴に位置し、トラニオンが第１金属ブッシングに対して回転するとき、介在する潤滑剤とは別に相互に接触する耐摩耗性コーティングを、有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般にガスタービンエンジン、より詳細にはガスタービンエンジンの可変静翼アセンブリおよびそのようなアセンブリのブッシングに関する。

１９５０年以来、航空機のガスタービンエンジンの圧縮機には可変静翼アセンブリが使用されている。このような圧縮機は、静翼と回転するブレードの交互列を含む。可変静翼列のベーンエーロフォイルは、それらの縦軸の周りで異なる流入気流用の異なる位置に回転され、その気流をまっすぐ伸ばし、その気流は、隣接する下流の回転する圧縮機ブレードの列と遭遇する。ベーンエーロフォイルを回転するのにトラニオンが使用されるが、トラニオンは、圧縮機ケーシングの貫通穴に据え付けられたポリマーまたは黒鉛のブッシングによって支持される。トラニオンがブッシングに対して回転されてブッシングが摩耗されることから、ブッシングは必要に応じて交換される。
米国特許第６，８０８，３６４号 米国特許第６，７６７，１８３号 米国特許第６，２６４，３６９号 米国特許第６，１３９，２６１号 米国特許第３，９４７，１４７号 米国特許出願第２００４／０２４０９９１号 米国特許出願第２００１／００１６０９１号 欧州特許第１ ４８２ １２９号

依然として、科学者および技術者は引き続き、改良型可変静翼アセンブリと可変静翼アセンブリの改良型ブッシングとを模索している。

本発明の実施形態のひとつは、回転可能な可変静翼トラニオンと第１金属ブッシングとを含む可変静翼アセンブリである。このトラニオンは、ガスタービンエンジンの圧縮機ケーシングの外側表面と内側表面の間に延びる貫通穴に位置付けることが可能である。第１金属ブッシングは、トラニオンが貫通穴に位置するときトラニオンの第１部分を取り囲むように、外側表面に近接する貫通穴に位置付けることが可能である。第１金属ブッシングと第１部分は、トラニオンと第１金属ブッシングが貫通穴に位置し、トラニオンが第１金属ブッシングに対して回転するとき、介在する潤滑剤とは別に相互に接触する耐摩耗性コーティングを有する。

本発明によって、貫通穴に位置する回転可能な可変静翼トラニオンの一部分の耐摩耗性コーティングを取り囲むように、ガスタービンエンジンの圧縮機ケーシングの外側表面と内側表面の間に延びる貫通穴に位置付けることができる金属ブッシング本体を含む可変静翼アセンブリブッシングが開示される。金属ブッシング本体は、金属ブッシング本体が貫通穴に位置し、トラニオンが金属ブッシング本体に対して回転するときトラニオンの一部分の耐摩耗性コーティングと、介在潤滑剤とは別に、接触する耐摩耗性コーティングを有する。

本発明の実施形態のひとつは、回転可能な可変静翼トラニオン、第１金属ブッシング、第２金属ブッシング、およびガスシールを含む可変静翼アセンブリである。トラニオンは、ガスタービンエンジンの圧縮機ケーシングの外側表面と内側表面の間に延びる貫通穴に位置する。第１金属ブッシングは外側表面に近接する貫通穴に位置し、トラニオンの第１部分を取り囲む。第１金属ブッシングと第１部分は、トラニオンが第１金属ブッシングに対して回転するとき、介在潤滑剤とは別に相互に接触する耐摩耗性コーティングを有する。第２金属ブッシングは、内側表面に近接する貫通穴に位置し、トラニオンの第２部分を取り囲む。第２金属ブッシングと第２部分は、トラニオンが第２金属ブッシングに対して回転するとき、介在潤滑剤とは別に相互に接触する耐摩耗性コーティングを有する。ガスシールが貫通穴に位置し、トラニオンの第３部分を取り囲むが、第３部分は第１部分と第２部分の間に位置する。ガスシールは、第１金属ブッシングと第２金属ブッシングのいずれよりも（同じ温度で）軟度が高い。

本発明のそれぞれの実施形態では、耐摩耗性コーティングは本質的に、実質的に華氏４００度から実質的に華氏１０００度の動作温度で優良な耐摩耗性をもたらす炭化タングステンからなるが、そのような温度範囲は、最新技術によるガスタービンエンジン設計用の可変静翼アセンブリが遭遇すると予想されるものであり、そのような温度範囲は、従来型のポリマーブッシングまたは黒鉛ブッシングの動作温度の限界を超えている。

添付図面は本発明の実施形態を説明する。

ここで図面を参照すると、図１〜３は本発明の一実施形態を開示している。図１〜３の実施形態の第１の表現は、回転可能な可変静翼トラニオン１２と第１金属ブッシング１４を含む可変静翼アセンブリ１０に対するものである。トラニオン１２は、ガスタービンエンジン２４の圧縮機ケーシング２２の外側表面１８と内側表面２０の間に延びる貫通穴１６に配設することができる（エンジンの圧縮機の中心線より上の部分しかここに示していない）。第１金属ブッシング１４は、トラニオン１２が貫通穴１６に配設されるときトラニオン１２の第１部分２６を取り囲むように、外側表面１８に近接する貫通穴１６に配設することができる。第１金属ブッシング１４と第１部分２６は、トラニオン１２と第１金属ブッシング１４が貫通穴１６に配設され、トラニオン１２が第１金属ブッシング１４に対して回転するとき、介在潤滑剤とは別に、相互に接触する耐摩耗性コーティングを有する。

金属ブッシングの耐摩耗性コーティング（または層またはコーティング材料）はコーティング（または層またはコーティング材料）であり、そのコーティング（または層またはコーティング材料）は、コーティング（あるいは層またはコーティング材料）と接触する比較的移動する表面からの摩耗に対してより耐性が高く、第１金属ブッシングが、第１金属ブッシングと同じ接触を有する同一の比較的移動する表面からの摩耗に対してより耐性が低いことに留意されたい。一実施例では、耐摩耗性コーティング（または層またはコーティング材料）の厚みは実質的に１２５ミクロンである。さらに、金属ブッシングを、圧縮機ケーシングの内側表面に近接して配設されるものとして記述することは、金属ブッシングが圧縮機ケーシングの内側表面に、かつ／または付近に配設されることを含み、「内側表面の付近に」とは、外側表面よりも内側表面に近いことを意味することに留意されたい。追加として、「介在潤滑剤とは別に」とは介在潤滑剤を必要とすると解釈するべきものではないことに留意されたい。さらに、２つの構成要素を、回転が起こっているとき相互接触するものとして記述することは、そのような構成要素が、回転が起こっていないときに相互接触することを妨げるものではないことに留意されたい。

図１〜３の実施形態の第１表現の一実施可能例では、可変静翼アセンブリ１０は、第２金属ブッシング３２とガスシール３４も含む。第２金属ブッシング３２は、トラニオン１２が貫通穴１６に配設されるとき、トラニオン１２の第２部分３６を取り囲むように、内側表面２０に近接する貫通穴１６に配設することができる。第２金属ブッシング３２と第２部分３６は、トラニオン１２と第２金属ブッシング３２が貫通穴１６に配設され、トラニオン１２が第２金属ブッシング３２に対して回転するとき、介在潤滑剤とは別に、相互に接触する耐摩耗性コーティング３８と耐摩耗性コーティング４０を有する。ガスシール３４は、トラニオン１２が貫通穴１６に配設されるときトラニオン１２の第３部分４２を取り囲むように貫通穴１６に配設することができ、第３部分４２は、第１部分２６と第２部分３６の間に配設される。ガスシール３４は、第１金属ブッシング１４と第２金属ブッシング３２のいずれよりも軟度が高い。

図１〜３の実施形態の第１表現の一構成では、ガスシール３４が貫通穴１６に隙間嵌めで（即ちプレス嵌めではなく）据え付けられる。一変化形態では、ガスシール３４は、ガスタービンエンジン２４の動作中熱膨張し、圧縮機ケーシング２２にぶつかって着座する。一修正形態では、ガスシールは貫通穴１６からの空気漏れを軽減、または防止さえする。そのような空気漏れは、当業者に知られているようにガスタービンエンジン２４の効率を低下させる。ガスシール３４用材料の選択は熟練工に委ねられる。

図１〜３の実施形態の第１表現の一用途では、第１金属ブッシング１４と第１部分２６の耐摩耗性コーティング２８と耐摩耗性コーティング３０の少なくとも一方が潤滑されて、トラニオン１２と第１金属ブッシング１４が貫通穴１６に配設されるとき、第１金属ブッシング１４に対するトラニオン１２の回転による摩擦を軽減する。一変化形態では、第２金属ブッシング３２と第２部分３６の耐摩耗性コーティング３８と耐摩耗性コーティング４０の少なくとも一方が潤滑されて、トラニオン１２と第２金属ブッシング３２が貫通穴１６に配設されるとき、第２金属ブッシング３２に対するトラニオン１２の回転による摩擦を軽減する。一展開形態では、このような潤滑によって、第１金属ブッシング１４と第２金属ブッシング３２は圧縮機ケーシング２２に対して回転しない（したがってブッシング対ケーシングの回転摩擦は防止される）。一実施例では、そのような潤滑は、耐摩耗性コーティングに接着される、および／または接着されない潤滑剤によってもたらされる。

図１〜３の実施形態の第１表現の材料の一選択では、第１金属ブッシング１４および第２金属ブッシング３２と、第１部分２６および第２部分３６との耐摩耗性コーティング２８、３８、３０、および４０は、本質的にセラミックからなる。一変化形態では、第１金属ブッシング１４および第２金属ブッシング３２と、第１部分２６および第２部分３６との耐摩耗性コーティング２８、３８、３０、および４０は、黒鉛で潤滑される。一修正形態では、このセラミックは本質的に炭化タングステンからなり、第１金属ブッシング１４および第２金属ブッシング３２とトラニオン１２は、本質的に鉄鋼またはチタニウムからなり、ガスシール３４はポリマーガスシールである。

図１〜３の実施形態の第１表現の一実装では、可変静翼アセンブリ１０は、トラニオン１２に取り付けられる、ベーンエーロフォイル４６を支持するように適合されるベーン底部４４も含み、ベーンエーロフォイル４６は第２部分３６に近接して配設され、トラニオン１２から実質的に垂直に延びる。第２金属ブッシング３２とベーン底部４４は、トラニオン１２と第２金属ブッシング３２が貫通穴１６に配設され、トラニオン１２が第２金属ブッシング３２に対して回転するとき、介在潤滑剤とは別に、相互に接触する耐摩耗性層４８および５０を有する。「取り付けられる」とは、一体的に取り付けられること、非一体的に取り付けられることを含むことに留意されたい。

図１〜３の実施形態の第１表現の一使用では、第１金属ブッシング１４と第２金属ブッシング３２はそれぞれ外側周囲表面５２を含むが、外側周囲表面５２は耐摩耗性材料５４で被覆され、それが、第１金属ブッシング１４と第２金属ブッシング３２が貫通穴１６に配設されるとき圧縮機ケーシング２２と接触して、維持検査中に、ブッシングの外側周囲表面の摩耗を軽減しながら同じブッシングを取り外し、再据え付けするのを可能にする。同じまたは異なる使用で、第１金属ブッシング１４と第２金属ブッシング３２は貫通穴１６の中にプレス嵌めされるように適合されて、ブッシングが圧縮機ケーシングに対して回転しないことをさらに保証する。同じまたは異なる使用で、第１金属ブッシング１４および第２金属ブッシング３２と圧縮機ケーシング２２とは、実質的に等しい熱膨張係数を有して、可変静翼アセンブリの動作温度範囲の全てで、ブッシングが圧縮機ケーシングに対して回転しないことをさらに保証する。

図１〜３の実施形態の第２の表現は、金属ブッシング本体５８を含む可変静翼アセンブリブッシング５６に対するものである。金属ブッシング本体５８は、貫通穴１６に配設される回転可能な可変静翼トラニオン１２の部分６０の耐摩耗性コーティング３０を取り囲むように、ガスタービンエンジン２４の圧縮機ケーシング２２の外側表面１８と内側表面２０の間に延びる貫通穴１６に配設可能である。金属ブッシング本体５８は、金属ブッシング本体５８が貫通穴１６に配設され、トラニオン１２が金属ブッシング本体５８に対して回転するとき、介在潤滑剤とは別に、トラニオン１２の部分６０の耐摩耗性コーティング３０と接触する耐摩耗性コーティング２８を有する。

図１〜３の実施形態の第２の表現の一構成では、金属ブッシング本体５８の耐摩耗性コーティング２８が潤滑されて、金属ブッシング本体５８が貫通穴１６に配設されるとき、金属ブッシング本体５８に対するトラニオン１２の回転による摩擦を軽減する。材料の一選択では、金属ブッシング本体５８の耐摩耗性コーティング２８は、本質的にセラミックからなる。一例証では、金属ブッシング本体５８は貫通穴１６内にプレス嵌めされるように適合される。

図１〜３の実施形態の第３表現は、回転可能な可変静翼トラニオン１２、第１金属ブッシング１４、第２金属ブッシング３２、およびガスシール３４を含む可変静翼アセンブリ１０に対するものである。トラニオン１２はガスタービンエンジン２４の圧縮機ケーシング２２の外側表面１８と内側表面２０の間に延びる貫通穴１６に配設される。第１金属ブッシング１４は、外側表面１８に近接する貫通穴１６に配設され、トラニオン１２の第１部分２６を取り囲む。第１金属ブッシング１４と第１部分２６は、トラニオン１２が第１金属ブッシング１４に対して回転するとき、介在する潤滑剤とは別に相互に接近する耐摩耗性コーティング２８と耐摩耗性コーティング３０を有する。第２金属ブッシング３２は、内側表面２０に近接する貫通穴１６に位置し、トラニオン１２の第２部分３６を取り囲む。第２金属ブッシング３２と第２部分３６は、トラニオン１２が第２金属ブッシング３２に対して回転するとき、介在する潤滑剤とは別に相互に接近する耐摩耗性コーティング３８と耐摩耗性コーティング４０を有する。ガスシール３４は貫通穴１６に配設され、トラニオン１２の第３部分４２を取り囲むが、第３部分４２は、第１部分２６と第２部分３６の間に位置する。ガスシール３４は、第１金属ブッシング１４と第２金属ブッシング３２のいずれよりも軟度が高い。

図１〜３の実施形態の第１、第２および／または第３の表現の一実施例では、圧縮機ケーシング２２は高圧圧縮機のケーシングであり、ガスタービンエンジン２４は航空機ガスタービンエンジンである。一構成では、可変静翼アセンブリ１０は、制御部（図示せず）の指令によりアクチュエータ（図示せず）によって移動される、トラニオン１２を回すレバーアーム６２を含む。一変化形態では、ナット６４はレバーアーム６２をトラニオン１２に固定する。

図１〜３の実施形態の第１表現の用途、材料の選択、実装等は、図１〜３の実施形態の第３表現にも等しく適用可能であることに留意されたい。

実施形態のいくつかの表現を記述することによって本発明を説明したが、そのような詳細に添付請求項の精神および範囲を限定または制限することは、本出願人の意図ではない。他の多数の変化形態、変更形態、および代替形態が、本発明の範囲から逸脱することなく当業者に思い付かれるであろう。

ガスタービンエンジンの可変静翼アセンブリの実施形態の概略断面図であり、そのようなアセンブリが２つのブッシングを含んでいる。 図１のアセンブリの２つのブッシングおよびガスシールの概略断面図であって、コーティングを見易くするため拡大している。 図１の回転可能な可変静翼トラニオン、ベーンボタン、および圧縮機ケーシングの断面図であって、コーティングを見易くするため拡大している。

符号の説明

１０ 可変静翼アセンブリ
１２ １０のトラニオン
１４ １０の第１金属ブッシング
１６ ２２の貫通穴
１８ ２２の外側表面
２０ ２２の内側表面
２２ ２４の圧縮機ケーシング
２４ ガスタービンエンジン
２６ １２の第１部分
２８ １４の耐摩耗性コーティング
３０ ２６の耐摩耗性コーティング
３２ １０の第２金属ブッシング
３４ １０のガスシール
３６ １２の第２部分
３８ ３２の耐摩耗性コーティング
４０ ３６の耐摩耗性コーティング
４２ １２の第３部分
４４ １０のベーン底部
４６ １０のベーンエーロフォイル
４８ ３２の耐摩耗性層
５０ ４４の耐摩耗性層
５２ １４と３２の外側周囲表面
５４ ５２の耐摩耗性コーティング材料
５６ 可変静翼アセンブリブッシング
５８ ５６の金属ブッシング本体
６０ １２の部分
６２ １０のレバーアーム
６４ ６２を１２に固定するナット

Claims (10)

1. 可変静翼アセンブリ（１０）であって、
   ａ）ガスタービンエンジン（２４）の圧縮機ケーシング（２２）の外側表面（１８）と内側表面（２０）との間に延びる貫通穴（１６）に配設可能である、回転可能な可変静翼トラニオン（１２）と
   ｂ）前記トラニオンが前記貫通穴に配設されるとき前記トラニオンの第１部分（２６）を取り囲むように前記外側表面（１８）に近接する前記貫通穴に配設可能な第１金属ブッシング（１４）とを備え、前記トラニオンと前記第１金属ブッシングが前記貫通穴に配設され、前記トラニオンが前記第１金属ブッシングに対して回転するとき、前記第１金属ブッシングと前記第１部分が、介在潤滑剤とは別に相互に接触する耐摩耗性コーティング（２８と３０）を有する、可変静翼アセンブリ（１０）。
2. ｃ）前記トラニオンが前記貫通穴に配設されるとき前記トラニオンの第２部分（３６）を取り囲むように前記内側表面（２０）に近接する前記貫通穴に配設可能な第２金属ブッシング（３２）をも含み、前記トラニオンと前記第２金属ブッシングが前記貫通穴に配設され、前記トラニオンが前記第２金属ブッシングに対して回転するとき、前記第２金属ブッシングと前記第２部分が、介在潤滑剤とは別に相互に接触する耐摩耗性コーティング（３８と４０）を有し、さらに、
   ｄ）前記トラニオンが前記貫通穴に配設されるとき前記トラニオンの第３部分（４２）を取り囲むように前記貫通穴に配設可能なガスシール（３４）を含み、前記第３部分が前記第１部分と前記第２部分の間に配設され、前記ガスシールが前記第１金属ブッシングと前記第２金属ブッシングのいずれよりも軟度が高い、請求項１記載の可変静翼アセンブリ。
3. 前記トラニオンと前記第１金属ブッシングが前記貫通穴に配設されるとき、前記第１金属ブッシングと前記第１部分の前記耐摩耗性コーティングの少なくとも一方が潤滑されて、前記第１金属ブッシングに対する前記トラニオンの回転による摩擦を軽減し、前記トラニオンと前記第２金属ブッシングが前記貫通穴に配設されるとき、前記第２金属ブッシングと前記第２部分の前記耐摩耗性コーティングの少なくとも一方が潤滑されて、前記第２金属ブッシングに対する前記トラニオンの回転による摩擦を軽減する、請求項２記載の可変静翼アセンブリ。
4. 前記第１金属ブッシングおよび前記第２金属ブッシングと前記第１部分および前記第２部分の前記耐摩耗性コーティングが本質的にセラミックからなる、請求項３記載の可変静翼アセンブリ。
5. 前記第１金属ブッシングおよび前記第２金属ブッシングならびに前記第１部分および前記第２部分の前記耐摩耗性コーティングが黒鉛で潤滑される、請求項４記載の可変静翼アセンブリ。
6. 前記セラミックが本質的に炭化タングステンからなり、前記第１金属ブッシングおよび前記第２金属ブッシングと前記トラニオンが本質的に鉄鋼またはチタニウムからなり、前記ガスシールがポリマーガスシールである、請求項４記載の可変静翼アセンブリ。
7. 前記トラニオンに取り付けられ、前記第２部分に近接して配設される、前記トラニオンから実質的に垂直に延びるベーンエーロフォイル（４６）を支持するように適合されるベーン底部（４４）も含み、前記トラニオンと前記第２金属ブッシングが前記貫通穴に配設され、前記トラニオンが前記第２金属ブッシングに対して回転するとき、前記第２金属ブッシングと前記ベーン底部が、介在潤滑剤とは別に、相互に接触する耐摩耗性層（４８および５０）を有する、請求項２記載の可変静翼アセンブリ。
8. 前記第１金属ブッシングと前記第２金属ブッシングがそれぞれ、前記第１金属ブッシングと前記第２金属ブッシングが前記貫通穴に配設されるとき前記圧縮機ケーシングに接触する耐摩耗性材料（５４）で被覆される外側周囲表面（５２）を含む、請求項７記載の可変静翼アセンブリ。
9. 前記第１金属ブッシングと前記第２金属ブッシングが前記貫通穴内にプレス嵌めされるよう適合される、請求項２記載の可変静翼アセンブリ。
10. 前記第１金属ブッシングおよび前記第２金属ブッシングと前記圧縮機ケーシングが、実質的に等しい熱膨張係数を有する、請求項９記載の可変静翼アセンブリ。

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