JP2012526697A - ターボ機械用の可変ピッチブレードを有するアンダクテッドプロペラ - Google Patents

Abstract

可変ピッチブレードを有する少なくとも１つのアンダクテッドプロペラ（２２、２４）を備えるターボ機械で、ブレード（３４）が、ロータ要素の半径方向ハウジング内で枢動するように取り付けられたそれぞれのプレート（３６）にそれぞれ担持され、ロータ要素と共にターボ機械の軸を中心として回転駆動されブレードの軸を中心としてプレートを枢動させるために前記軸（Ａ）に沿って並進移動可能な制御リング（４２）に接続され、制御リングは、ターボ機械のステータ（５６）によって担持されるアクチュエータ（５２）を使用して、回転時に固定され前記軸（Ａ）に沿って並進移動可能な手段（６０）に、前記軸を中心として回転しながら心合わせ案内されるターボ機械。

Description

本発明は、可変ピッチタイプのブレードを有する少なくとも１つのアンダクテッドプロペラを備えるターボ機械に関する。

オープンロータまたはアンダクテッドファンタイプのターボ機械は、共通軸上に上流側プロペラおよび下流側プロペラの２つの外側二重反転アンダクテッドプロペラを有し、それぞれのプロペラはターボ機械のタービンによって回転駆動され、ターボ機械のナセルの略半径方向外側に伸びる。

それぞれのプロペラは、プロペラのそれぞれのブレードを支持するめに略円筒状プレートが取り付けられてターボ機械の長手方向軸の周囲に配設された略半径方向のハウジングを有する環状ロータ要素を含む。プレートは、ロータ要素のハウジング内で枢動可能であり、ブレードの角度ピッチを調節するために適切な手段によってブレードの軸を中心に枢動駆動されて、その動作状態に応じてブレードのピッチを最適化する。

先行技術では、プレートを枢動可能に駆動する手段は、ターボ機械の回転部によって担持されるアクチュエータを備えるが、このことが障害となる。それは、アクチュエータが正確に作動されない危険性があるためである。さらに、動作時に、これらのアクチュエータは比較的高い遠心力を受け、この遠心力が、特に、アクチュエータの動作を妨げる恐れがある。

ターボ機械の軸の周囲に配置され、リンク部材を介してプレートに接続される制御リングで、プレートをブレードの軸を中心に枢動駆動するためにターボ機械の軸に沿って並進移動可能である制御リングを使用して、ターボ機械のプロペラのブレードの角度ピッチを制御することがすでに提案されている。先行技術では、制御リングはナットであり、ターボ機械の回転部に取り付けられ、回転部はウォームねじを形成して、前記回転部とリングとの相対的回転がリングをターボ機械の軸に沿って並進移動させ、ひいては、ブレード支持プレートを枢動させる。

この解決策も満足できるものではない。それは、ターボ機械の動作時に機構全体が回転し始めるからである。また、その製造および使用が比較的複雑である。

本発明の特有の目的は、上述の問題を、簡単に、効果的に、費用をかけずに解決することである。

上述の目的を達成するために、本発明は、可変ピッチブレードを有する少なくとも１つのアンダクテッドプロペラを含むターボ機械で、ブレードは、環状ロータ要素の半径方向ハウジング内でブレードの軸を中心として枢動するように取り付けられた略円筒状プレートにそれぞれ担持され、ロータ要素と共に前記軸を中心として回転駆動されブレードの軸を中心としてプレートを枢動駆動するためにターボ機械の軸に沿って並進移動可能である制御リングにブレードの半係方向内側端部を介して接続されるターボ機械であって、制御リングは、ターボ機械のステータによって担持されるアクチュエータを使用して、回転時に固定され前記軸に沿って並進移動可能な手段に、ターボ機械の軸を中心として回転しながら心合わせ案内されることを特徴とするターボ機械を提案する。

したがって、本発明では、制御リングをターボ機械の軸に沿って並進移動させる手段は、回転時に固定され、動作時に遠心力を受けない。制御リングと前記リングをブレード支持プレートに連結する手段とのみが、ターボ機械の軸を中心として回転運動する。

本発明の別の特徴によれば、制御リングを心合わせ案内する手段は、ターボ機械の軸の周囲に配置される環状レールと、レールと制御リングとの間に取り付けられる転がり手段とを備える。これらの転がり手段は、レールの摩耗および心合わせ案内手段の摩耗を抑える働きをする。

有利には、レールは、略Ｕ字型断面を有し、外側に向かって開口する環状溝で、制御リングが嵌め込まれる環状溝をその間に画定する２つの側壁を備え、転がり手段は、制御リングと側壁との間で前記リングの両側に取り付けられる。

レールは、好ましくは、互いに締結される共通軸の２つの環状部品、つまり、レールの側壁の一方を画定する第１の部品と、溝の底部およびレールの他方の側壁の両方を画定する略Ｌ字形断面の第２の部品とからなる。レールの２つの部品は、ターボ機械の軸を中心として一定間隔で配置されたねじで互いに締結されてもよい。

例として、転がり手段は、玉軸受で構成される。アクチュエータは、例えば、電動アクチュエータ、油圧アクチュエータ、または空気圧式アクチュエータとしてもよい。

制御リングをブレード支持プレートに連結する手段はそれぞれ、一端がプレートの半径方向内側端部に締結される要素またはプレートの半径方向内側端部で形成される要素にヒンジ連結され、他端がターボ機械の軸に平行な軸を中心として制御リングのクレビスにそれ自体ヒンジ連結される要素にヒンジ連結されるリンクを備える。

本発明のターボ機械は、共通軸を共有する上述のタイプの２つの二重反転アンダクテッドプロペラを有するタイプのターボ機械とすることができる。

非限定的な例として、添付図面を参照して考察された以下の説明を読めば、本発明はよりよく理解され、本発明の他の詳細、特徴、および利点がより明らかになる。

アンダクテッドプロペラを有するターボ機械の軸方向断面図である。 ターボ機械のアンダクテッドプロペラのブレード支持プレートを枢動駆動するための本発明の手段を示す図であり、前記プレートの角度設定位置を示す図である。 ターボ機械のアンダクテッドプロペラのブレード支持プレートを枢動駆動するための本発明の手段を示す図であり、前記プレートの別の角度設定位置を示す図である。 図２の駆動手段の一実施形態を示す部分斜視図である。 図３の駆動手段の一実施形態を示す部分斜視図である。

最初に、図１を参照する。図１は、アンダクテッドプロペラ（オープンロータまたはアンダクテッドファンとして知られている）を有するターボ機械１０であって、ターボ機械内部のガスの流れ方向の上流側から下流側に向かって、圧縮機１２、環状燃焼室１４、上流側高圧タービン１６、二重反転する２つの下流側低圧タービン、すなわち、動作時にターボ機械の長手方向軸Ａを中心として反対方向に回転するタービン１８および２０を備えるターボ機械１０を示す。

これらの下流側タービン１８、２０のそれぞれは、ターボ機械のナセル２６の半径方向外側に伸びる外側プロペラ２２、２４と共に回転するように拘束され、前記ナセル２６は、略円筒状で、圧縮機１２、燃焼室１４、タービン１６、１８、２０の周囲で軸Ａに沿って伸びる。

圧縮機１２に入り込む空気流２８は、圧縮されて、その後、燃焼室１４で燃料と混合されて燃焼され、その後、燃焼ガスはタービン内に噴射されて、プロペラ２２、２４を回転駆動し、そうすることで、ターボ機械によって生じる推力の大部分を伝えることができる。燃焼ガスは、タービンを出て、最後に、ノズル３２を介して放出されて（矢印３０）、前記推力を増大させる。

プロペラ２２、２４は、共通軸上に、前後に配置される。図４、図５に一部示されるように、プロペラ２２、２４のそれぞれは、それぞれ略円筒状プレート３６によって担持される複数のブレード３４を有し、プレート３６は、ロータ３８の環状要素の半径方向ハウジングに嵌め込まれる。このロータ要素３８は、ターボ機械の軸Ａの周囲に配置され、適切な手段によって下流側タービン１８、２０のうちの１つのロータに接続されて回転駆動される。

ブレード３４を支持するためのプレート３６は、ロータ要素３８の半径方向ハウジング内でブレードの軸を中心として枢動するように取り付けられ、また前記プレートを枢動させるための枢動駆動手段４０に接続されて、ブレードの軸Ｂを中心とした角度ピッチを調節し、それにより、ブレードピッチをターボ機械の動作状態に応じて最適化する。

ブレード３４を支持するためのプレート３６を枢動可能に駆動するための本発明の手段４０は、図２、図３に示されており、図４、図５でより詳細に示されている。

これらの駆動手段４０は、第一に、ブレード支持プレート３６、ひいてはロータ要素３８に接続される回転要素、第二に、ターボ機械ステータに接続される非回転要素を備える。

本発明の駆動手段４０の回転要素は、ターボ機械の軸Ａの周囲に配置され、かつロータ要素３８と共に前記軸を中心として回転駆動される制御リング４２を備える。この制御リング４２は、リンク式部材を介してブレード支持プレート３６に接続される。

プレート３６をリング４２に接続する各リンク４４は、一端がプレートの半径方向内側端部から半径方向内側に伸びる円筒状ペグ４６にヒンジ結合され、他端がリング４２のクレビス５０にそれ自体ヒンジ結合される要素４８にヒンジ結合される。プレート３６に対するリンクのヒンジ軸と要素４８に対するリンクのヒンジ軸とは、平行であり、対応プレートの軸Ｂにほぼ平行に配向される。プレート上の円筒状ペグ４６の軸Ｃは、前記プレートの軸Ｂに平行であり、軸Ｂと軸Ｃとが互いに一直線にならないようにプレートの外周近くに位置付けられる。要素４８とリングのクレビスとのヒンジ軸は、ターボ機械の軸Ａにほぼ平行である。

制御リング４２は、本発明の駆動手段４０の非回転要素を使用して、ターボ機械の軸Ａに沿って並進移動可能であり、駆動手段４０は、ターボ機械のステータに締結されるシリンダ５４と、軸Ａを中心とした制御リング４２の枢動を心合わせ案内する手段６０に接続されて前記手段６０を軸Ａに沿って移動させるロッド５８とを有するアクチュエータ５２を備える。

アクチュエータ５２は、油圧式、空気圧式、または電動式としてもよい。

リング４２を心合わせ案内する手段６０は、ターボ機械の軸Ａの周囲に配置され、アクチュエータ５２によって前記軸に沿って並進移動される環状レール６２を備え、レール６２は、制御リング４２を案内するために転がり手段６６が取り付けられた環状溝６４を含む。

図４、図５の実施形態では、レール６２は、２つの環状部品６８、７０から成り、これらの部品は共通軸を有し、互いに締結されてリング４２を収容するための上述の溝６４をその間に画定する。第１の部品６８は、略平面の半径方向部品であり、溝の第１の側壁を画定する。第２の部品７０は、略Ｌ字形断面を有し、溝６４の他方の側壁を画定する平面部および溝６４の底部を画定する円筒状部の両方を備え、平面部はその内周が円筒状部の一端に接続され、円筒状部の自由端は第１の部品６８の内周に締結される。

この第１の部品６８は、その内周に、第２の部品７０の円筒状部の自由端のねじ穴７４と位置合わせされたねじを通す軸方向穴７２を含む。これらの穴７２、７４は、軸Ａを中心として一定間隔で配置される。

この例での転がり手段６６は、レール６２と上述のレールの側壁との間で前記レールの両側に取り付けられる２つの玉軸受である。この例での各玉軸受６６内のボールは、共通の軸を中心として互いに面して環状溝７６、７８内を案内されるが、溝はそれぞれレール６２の側壁内およびリング４２の対応する側壁内に形成される。

本発明の駆動手段４０は、以下のように動作する。アクチュエータ５２のロッド５８をターボ機械の軸Ａに沿って移動させることで、レール６２は前記軸に沿って並進移動され、ひいては、レールの環状溝６４内に収容されている制御リング４２が前記軸に沿って並進移動される。リング４２の並進移動は、リンク４４を介して、プレート３６をブレード３４の軸Ｂを中心として枢動させるように作用する。図１では、アクチュエータのロッド５８は引っ込み位置にあり、レール６２およびリング４２は、ブレード３４がそれぞれの軸Ｂに対して一定の角度位置を有する後退位置にある。図２では、アクチュエータのロッド５８は伸長位置にあり、レールおよびリングは、ブレードがそれぞれの軸Ｂに対して別の角度位置にある前進位置にある。ブレードの軸を中心とした最大角運動は、約７５°（およそ３０°〜＋４５°）である。

制御リング４２の回転速度Ｖは、１つの特定の実施形態では、ほぼ７３メートル／秒（ｍ／ｓ）である（Ｖ＝ω．Ｒ、ω＝１０００回転／分（ｒｐｍ）または１０４ラジアン／秒（ｒａｄ／ｓ）、Ｒ＝７２６ミリメートル（ｍｍ））。この回転速度は、ターボ機械の高圧スプールの回転要素の速度に比べてかなり遅く、特定の実施形態では、Ｖ’＝１０２ｍ／ｓである（ω＝１６，０００ｒｐｍまたは１６７４ｒａｄ／ｓ、Ｒ＝６１ｍｍ）。

Claims (7)

1. 可変ピッチブレードの少なくとも１つのアンダクテッドプロペラ（２２、２４）を備えるターボ機械にして、ブレード（３４）が、環状ロータ要素（３８）の半径方向ハウジング内でブレードの軸（Ｂ）を中心として枢動するように取り付けられた略円筒状プレート（３６）にそれぞれ担持され、ロータ要素と共にターボ機械の軸（Ａ）を中心として回転駆動されブレードの軸を中心としてプレートを枢動駆動するために前記軸（Ａ）に沿って並進移動可能な制御リング（４２）にブレードの半係方向内側端部を介して接続され、制御リングが、ターボ機械のステータ（５６）によって担持されるアクチュエータ（５２）を使用して、回転時に固定されターボ機械の軸（Ａ）に沿って並進移動可能な手段（６０）に、前記軸を中心として回転しながら心合わせ案内されるターボ機械であって、制御リング（４２）を心合わせ案内する手段（６０）が、ターボ機械の軸の周囲に配置され、外側に向かって開口し制御リング（４２）が嵌め込まれる環状溝（６４）をその間に画定する２つの側壁を備える略Ｕ字形断面の環状レール（６２）を備え、転がり手段（６６）が前記リングとレールの側壁との間で制御リングの両側に取り付けられることを特徴とする、ターボ機械。
2. レール（６２）が、互いに締結される共通軸の２つの環状部品（６８、７０）、つまり、レールの側壁の一方を画定する第１の部品（６８）と、溝（６４）の底部およびレールの他方の側壁の両方を画定する略Ｌ字形断面の第２の部品（７０）とからなることを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械。
3. レール（６２）の２つの部品（６８、７０）が、ターボ機械の軸（Ａ）を中心として一定間隔で配置されたねじで互いに締結されることを特徴とする、請求項２に記載のターボ機械。
4. 転がり手段（６６）が、玉軸受であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボ機械。
5. アクチュエータ（５２）が、電動アクチュエータ、油圧アクチュエータ、または空気圧式アクチュエータであることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のターボ機械。
6. 制御リング（４２）が、一端がプレートの半径方向内側端部に締結される要素またはプレートの半径方向内側端部で形成される要素にヒンジ連結され、他端がターボ機械の軸（Ａ）に平行な軸を中心として制御リングのクレビス（５０）にそれ自体ヒンジ連結される要素（４８）にヒンジ連結されるリンクによって、ブレード（３４）を支持するプレート（３６）に接続されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のターボ機械。
7. 共通軸を共有する上述のタイプの２つの二重反転アンダクテッドプロペラ（２２、２４）を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のターボ機械。

Images