JP2009057965A - ターボ機械用の可変ピッチ翼の段 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の特定の目的は、この問題を、簡単に、効率良く、経済的に解決することである。
【解決手段】翼（１０）が、セクタ化された内側リング（１２）の対応するハウジングに係合する内側ピボットを備え、各リングセクタが、１つの翼の内側ピボット上でリングセクタを半径方向に保持するために、２つのピン（７０、７６）を取り付ける軸方向オリフィスを備える、ターボ機械用の可変ピッチ翼の段であって、各ピン（７０、７６）が、リングセクタのオリフィス内でこれらのピンを回転的に固定するために、他のピン（７６、７０）の相補的手段（７８、７２）と結合する形状により協働する手段（７２、７８）を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、航空機のターボジェットまたはターボプロップなどのターボ機械用の可変ピッチ翼の段に関する。

ターボ機械において、可変ピッチ翼の段は高圧圧縮機のロータディスク間に取り付けられる。これらの可変ピッチ翼は、ステータにより担持され、ターボ機械のエンジン方向へのガス流を最適化するために、可変ピッチ翼の軸回りの適切な位置で調節可能である。

可変ピッチ翼は、それぞれの端部に、翼の回転軸を画定する軸方向の円筒状のピボットを備える。駆動ピボットと呼ばれる半径方向外側のピボットは、ターボ機械のケーシングの円筒状ダクトに係合し、接続ロッドによって、ラムまたは電動モータにより操作される駆動リングに接続される。駆動リングの回転は、接続ロッドによって翼の外側ピボットに伝えられ、外側ピボットを軸回りに回転させる。

案内ピボットと呼ばれる半径方向内側のピボットは、セクタ化された内側リングの円筒状ハウジングに係合する。各リングセクタは、リングセクタ内の軸方向オリフィスに係合する少なくとも２つの円筒状ピンにより、翼上で半径方向に保持される。これらのピンは、互いに平行で、かつこのピボット内の外側環状溝に入り込んだ状態で翼のピボットの両側に延在する。ピボットの溝に収容された円筒状ピンは、これらのピボットで半径方向にリングセクタを保持する。

リング内側の軸方向の空気の通過を制限するために、ターボ機械のロータ上に配設されたシール歯と協働するための摩擦性材料のブロックを備える、セクタ化された環状シュラウドの内周に、リングが取り付けられる。シュラウドは、リングセクタの内部に向かって開口する環状チャネルに係合し、これらのリングセクタを互いに位置合わせする半径方向外側の環状リブを備える。シュラウドのリブは、さらに円筒状ピンの横切欠部に係合し、リングセクタのオリフィス内で軸方向にこれらのピンを保持する。

作動中、軸回りの可変ピッチ翼の回転時に、該翼の内側ピボットは、該ピボットの両側に位置する円筒状ピンと擦れさせられ、したがって、ピンが望ましくない軸回り回転運動をしてしまう。これらの望ましくない回転運動は、エンジンの振動と相まって、円筒状ピンの切欠部の底部が該リブと擦れ、該リブに当接することによってシュラウドのリブ上に磨耗を生じさせる。該リブの磨耗の程度が一定の閾値を越えると、環状シュラウドを交換する必要がある。これは時間とコストがかかる作業である。

本発明の特定の目的は、この問題を、簡単に、効率良く、経済的に解決することである。

したがって、本発明は、ターボ機械用の可変ピッチ翼の段を提供する。これらの翼は、外側ケーシングの半径方向ダクトに係合する半径方向外側のピボットと、セクタ化された内側リングの対応するハウジングに係合する半径方向内側のピボットとを備え、各リングセクタは、少なくとも１つの翼の内側ピボット上でリングセクタを半径方向に保持するために、少なくとも２つのピンを取り付ける軸方向オリフィスを備え、これらのピンは、互いに平行で、このピボット内の外側の環状溝に入り込んだ状態で翼の内側ピボットの両側に延在する。各ピンは、リングセクタのオリフィス内でこれらのピンを回転的に固定するために、他のピンの相補的手段と結合する形状で協働する手段を備える。

本発明によれば、リングセクタを半径方向に保持するための２つのピンは、互いに軸回りの回転を固定されており、したがって、ピンがシュラウドのリブと擦れて、リブに当接するのを防ぐ。これは、該シュラウドが従来技術に比べてより長い耐用年数を有することを意味する。ピンを回転的に固定する手段に相当な磨耗が生じた場合には、これらのピンを交換する必要があるだけで、もはや従来技術のようにシュラウドは交換せずにすみ、簡単で、より経済的である。

回転固定手段は、ピンのヘッドで形成されることが好ましい。例えば、１つのピンのヘッドは、ピンの軸に対して横方向に延在し、その他のピンのヘッドの周囲にある対応する切欠部に収容される少なくとも１つのフィンガを備える。

有利には、各リングセクタは、外周端部のそれぞれに２つのピンを取り付けるオリフィスを備え、リングセクタの１つの外周端部に１つの翼の内側ピボットの両側に延在して２つのピンが取り付けられ、リングセクタの他の外周端部に別の翼の内側ピボットの両側に延在して２つのピンが取り付けられる。

また、本発明は上述した可変ピッチ翼の段のピンに関する。各ピンは、ピンの軸に対して横方向に延びるヘッドと一端部で接続された円筒状本体を備え、１つのピンのヘッドは、別のピンのヘッド内の相補的形状に形成された切欠部と協働するフィンガを備える。

さらに、本発明は、上述した少なくとも１つの可変ピッチ翼の段を備えるターボ機械の高圧圧縮機に関する。

最後に、本発明は、上述したタイプの少なくとも１つの可変ピッチ翼の段を備える、航空機のターボジェットもしくはターボプロップなどのターボ機械に関する。

本発明は、以下の限定されない例としての説明や添付図面に関する説明を参照することにより、より良く理解され、本発明の他の特徴、詳細、および利点が明らかとなる。

図１は、ターボ機械の高圧圧縮機の可変ピッチ翼の段１０を示す。これらの翼１０はターボ機械の軸回りに均一に分布され、セクタ化された内側リング１２とターボ機械の外側ケーシング１４との間に延在している。

各翼１０は、半径方向外端部および内端部で、翼の回転軸２２にそって延在する半径方向円筒状ピボット１８、２０に接続されたエアフォイル１６を備える。

円筒状の外側ピボットもしくは駆動ピボット１８は、ケーシングの円筒状ダクト２４に係合し、かつ外側ピボット１８の周りに互いに逆に配置して取り付けられた２つの同一の円筒状ブッシュ２６によりダクト内で心合わせされ、ダクト内に回転案内される。

外側ピボット１８の半径方向外端部はねじ加工され、ナット２８を使用して駆動レバー３０の一端部に締結される。駆動レバー３０の他端部は、該レバーのこの他端部上に圧着され、ケーシング１４の外側でターボ機械の軸回りに延在する駆動リング３４内に回転案内されるフィンガ３２を担持する。ターボ機械の軸回りの駆動リング３４の角運動の結果、駆動レバー３０が軸２２回りに回転し、可変ピッチ翼１０が軸２２回りに回転させられる。

円筒状の内側ピボットもしくは案内ピボット２０は、内側リング１２の円筒状ハウジングに係合し、円筒状スリーブ３６により、該ハウジング内で心合わせされ、該ハウジング内に回転案内される。スリーブ３６は、半径方向外端部に、翼のエアフォイル１６の半径方向内端部とリング１２の環状ショルダとの間で半径方向に固定された状態に保たれた外側環状リム４０を備える。

翼の内側ピボット２０は、スリーブ３６の円筒壁に形成された２つの正反対に対向した貫通開口部に面して形成された外側の環状溝４２を備える。これらの開口部は、図１に示された図面の平面の前後に位置するので、この図面内では見ることができない。

ある変形例においては、外側環状溝４２は、翼の内側ピボット２０に焼き嵌めされた円筒状ブッシュ内に形成され、案内スリーブ３６に係合する。

内側リング１２はセクタ化され、各リングセクタは、翼の内側ピボットを受け入れるために複数の半径方向の円筒状ハウジングを備える。内側リング１２は、例えば、それぞれ８つもしくは９つのこれらのハウジングを備える８つのリングセクタから構成される。

各リングセクタは、リングセクタ内の、翼ピボット２０の両側に位置する軸方向オリフィスに係合する少なくとも２つの円筒状ピン４４により、対応する翼上で半径方向に保持される。これらの２つのピンは、同様に、図１に示された図面の平面の前後に位置する。これらのピンは平行で、スリーブ３６の開口部を貫通し、かつピボット２０の環状溝４２を貫通して延在して、リングセクタを翼のピボット上で半径方向に保持する。各ピンは、ピンの長手軸に対して横方向に延びる平坦なヘッドによって、一端部が終端する円筒状本体を備える。

その半径方向内端部において、内側リング１２は、同様に、セクタ化された環状シュラウド４６を担持する。この環状シュラウド４６は、その内側の周囲で、ターボ機械のロータ（図示せず）の半径方向のシール歯と協働するための磨耗性材料のブロック４８が固定され、内側リング内部の上流側から下流側まで軸方向の空気の通過を制限する。

シュラウドセクタ４６は、上流方向に配向された上流側外周リム５０と、下流方向に配向された下流側外周リム５２とを備え、これらのリムは、それぞれ、内側リング１２のセクタの上流および下流端部に配設された対応する環状溝５４に係合する。

シュラウドセクタ４６はさらに、リングセクタ１２の内部に向かって開口する環状チャネル５８に係合する半径方向外側の環状リブ５６を備え、リングセクタを互いに位置合わせをする。該リブ５６の半径方向外側端部は、同様に、円筒状ピン４４本体の横切欠部６０に係合し、ピン４４をリングセクタ１２のオリフィス内で軸方向に保持する。

翼１０の軸２２回りの回転運動の間、該翼の内側ピボット２０は、スリーブ３６内のこの軸回りに回転運動し、円筒状ピン４４を擦る。ピン４４内の切欠部６０の上流側および下流側の壁は、これらの壁に面するリブの壁に当接させられ、切欠部６０の底部の側端はリブの外側周囲に当接させられ、したがって、その結果、シュラウドの磨耗に拍車を掛け、耐用年数を短くしてしまう。

本発明は、２つのピンのうちの１つに形成され、かつ他のピンに形成された相補手段と形状結合することにより協働して、対応する翼の角ピッチを設定する時、およびターボ機械の動作の間、これらのピンの軸回りの回転を固定するためのインデックス手段によって、上述した問題を解決することができる。

図２〜図４に示された例示的な実施形態において、固定手段は、第１のピンのヘッドにより担持されたフィンガ７２と、第２のピン７６のヘッドの周囲に形成された切欠部７８とを備え、該切欠部は第１のピンのフィンガの形状と相補的な形状を有する。フィンガ７２および切欠部７８は、ピンのヘッドの横続きでそれぞれ形成される。各ピンとその固定手段は、ワンピース構造で形成される。

従来技術のように、２つのピン７０、７６がリングセクタ１２内のオリフィスに取り付けられ、互いに平行に、かつ可変ピッチ翼１０の内側ピボット２０の両側に延在する（図４）。

ピンの軸間の周方向の距離Ｄは、ピンの直径によって変化する。この距離Ｄは、ターボ機械の圧縮機内の段毎に異なるのが好ましく、このことにより、圧縮機の１つの段のための円筒状ピンがこの圧縮機のその他の段で取り付けられるのを避ける。距離Ｄは、一組の円筒状ピンに対して単一の基準のみを有するように、かつこれらのピンの取り付けを簡素化するように、圧縮機の全ての段において同一にしてもよい。例えば、ピンの軸間の距離Ｄはほぼ５〜１０ｍｍであり、例えば、ピンの直径はほぼ５〜７ｍｍの範囲である。

軸回りの回転を固定されたピン７０、７６は、ピン本体に形成された横切欠部８４に入り込むシュラウド４６の環状リブ５６により軸方向にブロックされる。リブ５６とピンの切欠部８４との間の軸方向の隙間は、リングセクタ１２におけるオリフィス内のピンの軸方向運動を制限するように最適化することができる。

さらに、ピンのヘッド上の固定手段７２、７８の角度位置は、取り付け位置において、ピンの切欠部８４が周方向に互いに位置合わせされるように決定される。

ピン７０、７６のヘッドはさらに、ピン本体の切欠部８４の角度位置を指示する手段を備え、リングセクタにおけるオリフィス内のピンの不適切な取り付けを避ける。示された実施例において、ピンのヘッドはそれぞれ、まっすぐな側部８６と、凹曲面部を有する側部８８を備える。これらが、切欠部８４が縁部８６の真裏に位置付けられること、取り付け位置において、切欠部８４が内部に向かって開口するように縁部８８が内部に向かって配向されることを指示する。

各リングセクタは、好ましくはその外周端部のそれぞれに２つのピンを取り付けるためにオリフィスを備える。リングセクタの１つの外周端部に取り付けられたピンは、１つの翼の内側ピボットと協働し、リングセクタの周方向の別の端部に取り付けられたピンは、別の翼の内側ピボットと協働して、このリングセクタをこれらの翼上で半径方向に保持する。

内側リングの各セクタは、以下の方法で取り付けられる。リングセクタは、該セクタの翼の内側ピボット２０がスリーブ３６および該リングセクタの円筒状ハウジングに係合するまで、内側から外側に半径方向に移動される。一組の２つのピンがリングセクタのそれぞれの周方向縁部に取り付けられ、各ピンは、ピンのヘッドがリングセクタに軸方向に当接するまで、スリーブ３６内の開口部および内側ピボットの溝４２を貫通しながら、リングセクタにおけるオリフィス内の下流側方向から軸方向に係合する。各組のピンに対して、ピンの切欠部８４が互いに揃えられ、内部に向かって半径方向に開口するように、第１のピン７０のフィンガ７２が、第２のピン７６の切欠部７８に嵌合される。次に、シュラウドセクタ４６が、シュラウドセクタの外周リム５０、５２をリングセクタの環状溝５４に係合させることにより、かつシュラウドセクタのリブ５６がピン７０、７６の切欠部８４に係合するまでリングセクタとシュラウドセクタを互いに周方向に摺動させることにより、リングセクタ１２の内側周囲に取り付けられる。シュラウドおよびリングセクタは、周方向に同一の寸法にすることもできるし、また異なる寸法にすることもできる。

もちろん、本発明は上述し、添付図面で示した実施形態に限定されない。例えば、ピンを固定する手段７２、７８の他の形態を採用することも可能である。また、ピンとその固定手段を２つの独立した部品として形成し、これらの固定手段をピンに取り付け、締結することも可能である。

従来技術に従う、ターボ機械の高圧圧縮機の可変ピッチ翼の段の概略軸方向半断面図である。 本発明のピンを備えた、可変ピッチ翼の段の内側リングの部分的な概略軸方向断面図である。 本発明の一組のピンの概略斜視図である。 本発明のピンを備えた内側リングの部分的な概略斜視図である。

符号の説明

１０ 可変ピッチ翼の段
１２ 内側リング
１４ 外側ケーシング
１６ エアフォイル
１８ 外側ピボット
２０ 内側ピボット
２２ 回転軸
２４ ダクト
２６ ブッシュ
２８ ナット
３０ 駆動レバー
３２、７２ フィンガ、フィンガ（回転固定手段）
３４ 駆動リング
３６ スリーブ
４０ 環状リム
４２ 環状溝
４４、７０、７６ ピン
４６ 環状シュラウド
４８ ブロック
５０ 上流側外周リム
５２ 下流側外周リム
５４ 環状溝
５６ 環状リブ
５８ 環状チャネル
６０、７８、８４ 切欠部、切欠部（回転固定手段）
８６、８８ 外側縁部

Claims (7)

1. 翼が外側ケーシングの半径方向ダクトに係合する半径方向外側のピボットと、セクタ化された内側リングの対応するハウジングに係合する半径方向内側のピボットとを備え、各リングセクタが１つの翼の内側ピボット上でリングセクタを半径方向に保持するために、少なくとも２つのピンを取り付ける軸方向オリフィスを備え、前記ピンが互いに平行で、かつ前記内側ピボット内の外側環状溝に入り込んだ状態で前記翼の前記内側ピボットの両側に延在する、ターボ機械用の可変ピッチ翼の段であって、
   前記各ピンが、前記リングセクタのオリフィス内で前記ピンを回転的に固定するために、他のピンの相補的手段と結合する形状で協働する手段を備える、可変ピッチ翼の段。
2. 前記回転固定手段が、前記ピンのヘッド上で形成される、請求項１に記載の可変ピッチ翼の段。
3. 前記ピンのうちの１つのヘッドが、前記ピンの軸に対して横方向に延び、かつ前記その他のピンのヘッド周囲に形成された対応する切欠部に収容される少なくとも１つのフィンガを備える、請求項２に記載の可変ピッチ翼の段。
4. 前記各リングセクタが、２つのピンをその外周端部のそれぞれで取り付けるためのオリフィスを備え、１つの翼の前記内側ピボットの両側に延在して前記ピンが前記リングセクタの１つの外周端部に取り付けられ、別の翼の前記内側ピボットの両側に延在して前記ピンが前記リングセクタのその他の外周端部に取り付けられる、請求項１に記載の可変ピッチ翼の段。
5. 前記各ピンが、一端部が該ピンの軸に対して横方向に延びるヘッドに接続された円筒状本体を備え、前記ピンのうちの１つのヘッドが、別のピンのヘッドに形成された相補的形状の切欠部と協働するフィンガを備える、請求項１に記載の可変ピッチ翼の段のピン。
6. 請求項１に記載の少なくとも１つの可変ピッチ翼の段を備える、ターボ機械の高圧圧縮機。
7. 請求項１に記載の少なくとも１つの可変ピッチ翼の段を備える、航空機のターボジェットまたはターボプロップなどのターボ機械。

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