JP2017501334A - 特に航空機ターボプロップまたはターボファンの、タービンエンジン圧縮機 - Google Patents

Abstract

本発明は、環状ケーシングと可変ピッチベーンの少なくとも１つの環状列とを特徴とするステータを備える、特に航空機ターボプロップまたはターボファンの、タービンエンジン圧縮機にして、各ベーンが、ケーシングのオリフィスに取り付けられ、かつケーシングに対して軸線方向に枢動することができる制御リング（３８）に連結部材によって連結されるピボットを有する半径方向外部端部を備え、前記連結部材が、ベーンのピボットに固定される第１の端部と、制御リング（３８）の穴（５２、５８）に挿入されるピンを有する第２の端部とを備える、タービンエンジン圧縮機であって、連結部材のピンの挿入に役立つ制御リング（３８）の穴（５２、５８）のうちの少なくとも１つ（５８）が、制御リング（３８）の回転中に前記長穴（５８）にピンの移動を可能にするように、長円形の形状であり、円周方向に延在することを特徴とする、タービンエンジン圧縮機に関する。

Description

本発明は、タービンエンジン圧縮機、特に航空機ターボプロップまたはターボファンの高圧圧縮機に関する。

それ自体が知られている方法で、タービンエンジン圧縮機は、いくつかの圧縮機段を備え、各々は、ロータシャフトに取り付けられる可動ベーンの環状列と、実質的に円筒形の外部ケーシングにそれらの半径方向外部端部において取り付けられる可変ピッチステータベーンの環状列とを有する。

タービンエンジンのステータベーンの角度設定の調整は、前記タービンエンジンの出力を最適化し、異なるフライト段階中にその燃料消費を低減することを目的としている。

可変ピッチステータベーンはそれぞれ、それらの半径方向外部端部に半径方向ピボットを備え、これは、外部ケーシングのオリフィスに心出しされ、回転可能に案内される。各ベーンピボットは、圧縮機の外部ケーシングを取り囲む制御リングにクランクアームによって連結され、それらのピボットの軸線の周りの回転運動をベーンに伝達するために
作動手段によって圧縮機の長手方向軸線の周りに回転移動できる。

各クランクアームは、ベーンピボットに固定され、制御リングの円筒形穴に挿入される円筒形ピンを備える。

その軸線の周りの制御リングの回転中に、制御リングにより、クランクアームおよびベーンはベーンピボットの軸線の周りに枢動するようになっている。クランクアームの回転の全角度範囲は、従来、５０°から９０°程度である。また、リングは、ピンの通路に付随するように軸線方向に可動である。この場合は、ベーンはすべて、制御リングの所与の角度位置について同じ角度位置にある。

次に、タービンエンジンの速度に応じて、特にそれらの方位位置、すなわち対応する段のステータベーンの円周方向位置に応じて、ベーンのピッチを適合させることができることが必要である。したがって、タービンエンジン出力の最大化を可能にするピッチ角は、所与の段においてステータベーンの方位位置に応じて異なる場合がある。

実際、高圧圧縮機を通過する流れのガス流は、その全周にわたって一様でなく、前記流れは、性能の損失を生じるポケットを備える場合がある。そのうえ、タービンエンジンが高速で作動している場合は、高い力およびトルクがベーンに加えられ、これは、制御リングを僅かに変形させる傾向がある。

本発明の目的は、特に、実質的にすべて同じ長さのクランクアームを有することを必要とする、システムのいかなるハイパースタティシズム（ｈｙｐｅｒｓｔａｔｉｃｉｓｍ）も回避しながら、この問題の簡単で効果的かつ経済的な解決策を提供することである。

このために、本発明は、環状ケーシングと可変ピッチベーンの少なくとも１つの環状列とを特徴とするステータを備える、特に航空機ターボプロップまたはターボファンの、タービンエンジン圧縮機であって、各ベーンが、ケーシングのオリフィスに取り付けられ、かつケーシングに対して軸線方向に枢動することができる制御リングに連結部材によって連結されるピボットを有する半径方向外部端部を備え、前記連結部材が、ベーンのピボットに固定される第１の端部と、連結部材のピンの挿入に役立ち、制御リングの回転中に前記長穴にピンの移動を可能にするように長円形の形状であり、円周方向に延在する制御リングの穴、に挿入されるピンを有する第２の端部とを備える、タービンエンジン圧縮機を提案する。

したがって、穴の形状に応じて、同じ長さを有する連結部材（たとえば、クランクアーム）を保持しながら、個々にまたはベーンのグループによって、各ベーンのピッチ角を調整することができる。この調整は、ガス流の不均一に対する適応、および高いエンジン速度での任意の変形の補正を可能にする。

円周方向に延在する長穴は、必ずしも単に円周方向に、すなわち制御リングの軸線に垂直な半径方向平面に沿って延在するとは限らない。実際、長穴は、軸線方向にも円周方向にも延在することができる。

本発明の１つの特徴によれば、ピンは、円筒形である。

そのうえ、連結部材のピンの挿入に役立つ、制御リングの穴のうちの少なくとも１つは、前記穴の中のピンの移動を阻止するように形成され得る。

この場合は、制御リングは、連結部材の円筒形ピンが挿入される少なくとも１つの円筒形穴を備えることができ、もう１つの連結部材のもう１つの円筒形ピンが挿入される円周方向に延在する１つの長穴だけでなく、ピンの、および円筒形穴の直径は、ほぼ同一である。

本発明の第１の実施形態によれば、制御リングの前記長穴は、制御リングの第１の横方向縁部の側面に位置する第１の端部と、制御リングの第２の横方向縁部の側面に位置する第２の端部とを備え、両端部は、変曲点を特徴とする湾曲した接合領域によって連結される。

本発明の第２の実施形態によれば、制御リングの前記長穴は、単に円周方向に延在する。

本発明の第３の実施形態によれば、制御リングの前記長穴は、軸線方向に対して、および円周方向に対して斜めに延在する。

本発明の第４の実施形態によれば、制御リングの前記長穴は、円弧状を形成する。

本発明の第５の実施形態によれば、制御リングの前記長穴は、単に円周方向に延在し、かつ制御リングの第１の横方向縁部の側面に位置する第１の端部と、制御リングの他の横方向縁部の側面に位置する単に円周方向に延在する第２の端部と備え、前記端部は、円周方向に対して、および軸線方向に対して斜めに延在する接合領域によって連結される。

本発明は、さらに、前述のタイプの少なくとも１つの圧縮機を備える、たとえば航空機ターボプロップまたはターボファンなどの、タービンエンジンに関する。

添付の図面を参照して非限定的な例示として与えられる次の説明を読むと、本発明は、よりよく理解されるであろうし、本発明の他の詳細、特徴、および利点が明らかになるであろう。

先行技術による可変ピッチベーン制御システムを備えるターボファンの高圧圧縮機の一部断面軸線方向概略半図である。 図１の圧縮機の１段のピッチ角システムの大縮尺の断面軸線方向概略図である。 制御リングの一部の斜視図である。 図３に示される制御リングの一領域の上からの概略図である。 本発明の第１の実施形態を示す、図３に対応する図である。 本発明の第１の実施形態を示す、図４に対応する図である。 本発明の第２の実施形態を示す、図４に対応する図である。 本発明の第３の実施形態を示す、図４に対応する図である。 本発明の第４の実施形態を示す、図４に対応する図である。 図７、図８、および図９の実施形態の各々について、制御リングの角度位置に応じてステータベーンのピッチ角の変化を示す線図である。 本発明の第５の実施形態を示す、図４に対応する図である。 本発明の第６の実施形態を示す、図４に対応する図である。 本発明の第７の実施形態を示す、図４に対応する図である。

初めに、タービンエンジンの回転軸線１２を通過する平面に沿った断面に関して、先行技術による高圧圧縮機１０の上流部分の概略半図を示す、図１の参照が行われる。高圧圧縮機１０は、互に軸線方向に組み立てられるディスク１４、１６、１８、２０から成るロータを備え、ロータは、トラニオン２４によって軸受２２に当接する。

各ディスクは、可変ピッチステータベーン２６の環状列から下流に配置される。各ステータベーンは、その半径方向内部および外部端部において同軸の円筒形ピボット２８、３０を備える。内部円筒形ピボット２８は、ステータベーン２６から内向きに延在し、ステータの環状要素の円筒形凹部に心出しされ、回転可能に案内され、外部円筒形ピボット３０は、半径方向外向きに延在し、高圧圧縮機１０の実質的に円筒形の外部ケーシング３４の円筒形のシャフト３２に心出しされ、回転可能に案内される。

１段のステータベーン２６のピッチ角の調整は、クランクアーム３６によって行われ、これは、軸線１２の周りにケーシング３４に対して枢動可能に取り付けられる制御リング３８によって回転される。制御リングの全変位は、たとえば、５°と２０°との間に含まれる。油圧アクチュエータ４０が、いくつかの制御リング３８の同時の回転運動を可能にする。リング３８は、たとえば、部分３９の端部に固定されるサドル（図示せず）によって互に組み立てられる２つの前記部分３９から成る。

クランクアーム３６は、可変ピッチベーン２６の半径方向ピボット３０に１つの端部で固定され、前記ピボット３０は、ケーシング３４のシャフト３２に取り付けられるブッシング４２に回転可能に案内される（図２）。ベーンピボット３０に固定されるクランクアームの端部は、ピボット３０の端部に螺装されるナット４６によってブッシング４２の縁部４４に半径方向に保持される。クランクアーム３６の他の端部は、半径方向円筒形ピン４８が回転可能に案内され、制御リング３８の円筒形穴５２に取り付けられる、オリフィスを備える。ピン４８は、制御リング３８に固定されるベントタブ５０によって適切な位置に保持される。また、制御リング３８は、ピン４８の円形通路に付随するように軸線方向に並進で移動可能である。

図３においてより明らかにお分かりのように、制御リング３８の部分３９は、連結部材３８の両方の部分３９の端部の相互連結を可能にする連結部材を固定するのにそれぞれ役立つか、またはケーシングの外面に配置されるトラックに使用されるセンタリングパッドを固定するのに役立つ他の穴５４、５６を備える。

その軸線１２の周りの制御リング３８の回転中に、制御リングにより、クランクアーム３６およびベーン２６はベーン２６のピボット２８、３０の軸線の周りに枢動するようになっている。この場合は、ベーン２６はすべて、制御リング３８の所与の角度位置について同じ角度位置にあり、クランクアーム３６はすべて同じ長さから成る。

次に、上で述べたように、タービンエンジンの速度に応じて、特にそれらの方位位置、すなわち対応する段のステータベーン２６の円周方向位置に応じてベーン２６のピッチを適合させることができることが必要である。

本発明は、問題のベーン２６または問題のベーン２６のグループの方位位置に応じて、個々にまたはベーン２６のグループによってベーン２６のピッチ角の調整を可能にする制御リング３８を提案することによってこの要求を満たす。

図５および図６は、本発明の第１の実施形態を示しており、その場合、円筒形ピン４８が挿入される穴の１つのセットは、形状が長円形であり（穴５８）、前記穴のもう１つのセットは、対応するピン４８の直径と実質的に同一の直径を持つ円筒形である（穴５２）。

特に、長穴５８は各々、制御リング３８の第１の横方向縁部または上流縁部６２の側面に位置する第１の端部６０と、制御リング３８の第２の横方向縁部または下流縁部６６の側面に位置する第２の端部６４とを備え、両端部６０、６４は、変曲点を特徴とする湾曲した接合領域６８によって連結される。

したがって、作動中に、ベーン２６のピッチ角は、円筒形穴５２と関連するベーン２６について、または長穴５８と関連するベーン２６について、制御リング３８の角度位置に応じて同じように変化しない。穴５８の形状に応じて、ピッチ角の変化は、その結果、ベーン２６の各々について（また下文にピッチ法則として知られる）制御リング３８の角度位置に応じて調整され得る。

この場合は、長穴５８はすべて、実質的に同じ形状から成り、他の穴５２は、円筒形である。したがって、このタイプの制御リング３８は、タービンエンジンの異なる方位領域に位置する、ベーン２６の２つのグループを特徴とし、１つのグループからもう１つのグループへ異なるピッチ法則に従う。

穴５２の中心は、長穴５８の端部のうちの１つと円周方向に位置合わせされることに気付かれよう。

図７は、制御リング３８の各長穴５８が単に円周方向に延在する、本発明の第２の実施形態を示している。

図８は、制御リング３８の各長穴５８が軸線方向Ａに対して、および円周方向Ｃに対して斜めに延在する、本発明の第３の実施形態を示している。より詳細には、各長穴５８は、ベーン２６の開放の方向である、矢印Ｓ１によって示される制御リングの第１の回転方向に、上流から下流に（すなわち、図８の左から右に）直線的に延在する。

図９は、制御リング３８の各長穴５８が円弧状、または略円弧状、より詳細には１／４円を形成する、本発明の第４の実施形態を示している。各長穴５８の一方の端部７０は、軸線方向上流に方向付けられるが、他方の端部７２は、前述の方向Ｓ１と反対の方向Ｓ２に円周方向に方向付けられ、方向Ｓ２は、ベーン２６の閉鎖方向である。

図１０は、円筒形穴５２（曲線Ｃ１）と、図７の長穴５８（曲線Ｃ２）と、図８の長穴５８（曲線Ｃ３）と、および図９の長穴５８（曲線Ｃ４）とそれぞれ関連するベーン２６についてベーンピッチ法則を示している。ピッチ法則は、制御リング３８の角度位置（α制御リング）に応じてベーン２６の角度位置（αベーン）の変化を反映する曲線である。

これらのピッチ法則は、特に関連するベーン２６の開放に対応する制御リング３８の角度に関しては、互いに異なることに気付かれよう。角度αベーンは、ベーン２６のピボット３０の中心、およびリング３８に挿入されるピン４８の中心を通過する直線を描いた、タービンエンジンの軸線１２に対するクランクアーム３６の角度に対応する。定義によれば、開放位置は、正の方向が三角法方向であることを考えると、タービンエンジンの軸線１２に対して負である角度αベーンに対応し、閉鎖位置は、タービンエンジンの軸線１２に対して正である角度αベーンに対応する。角度αベーン＝０は、クランクアーム３６がタービンエンジンの軸線１２と位置合わせされる位置に対応する。

ベーン２６の閉鎖に対応する角度についてピッチ法則を変えようとする場合は、長穴５８が使用されることができ、その一般的形状は、上記で説明したそれらのもののタービンエンジンの対称形／軸線である。しかしながらこの場合は、穴５２の中心は、長穴５８の他の端部と位置合わせされるべきである。

したがって、穴５２、５８の選択される形状（円筒形、斜め直線、円弧状、等、）に応じて、要求に適するように関連するベーン２６のピッチ法則を適応させることができる。

図１１は、制御リング３８の各長穴５８が制御リング３８の軸線方向中央域を通過する半径方向平面に対して、図６の長穴５８の形状と対称の形状から成る、本発明の第５の実施形態を示している。

図１２は、本発明の第６の実施形態を示しており、制御リング３８の各長穴５８は、単に円周方向に延在し、かつ制御リングの上流縁部６２の側面に位置する第１の端部７４と、制御リング３８の下流縁部６６の側面に位置する単に円周方向に延在する第２の端部７６と備え、前記端部７４、７６は、円周方向Ｃに対して、および軸線方向Ａに対して斜めに延在する接合領域７８によって連結される。

図１３は、制御リング３８の各長穴５８が制御リング３８の軸線方向中央域を通過する半径方向平面に対して、図８の長穴５８の形状と対称の形状から成る、本発明の第７の実施形態を示している。

もちろん、制御リング３８は、上記で説明したそれらのものの中で長穴５８の少なくとも２つのタイプを備えてもよい。また、これらの長穴５８が特に円周方向Ｃに延在するという条件で、長穴５８の他の形態が使用され得る。

Claims (9)

1. 環状ケーシング（３４）と可変ピッチベーン（２６）の少なくとも１つの環状列とを特徴とするステータを備える、特に航空機ターボプロップまたはターボファンの、タービンエンジン圧縮機（１０）にして、各ベーン（２６）が、ケーシング（３４）のオリフィスに取り付けられ、かつケーシング（３４）に対して軸線方向に枢動することができる制御リング（３８）に連結部材（３６）によって連結されるピボット（３０）を有する半径方向外部端部を備え、前記連結部材（３６）が、ベーン（２６）のピボット（３０）に固定される第１の端部と、制御リング（３８）の穴（５２、５８）に挿入されるピン（４８）を有する第２の端部とを備える、タービンエンジン圧縮機（１０）であって、制御リング（３８）が、少なくとも１つの円筒形穴（５２）を備え、その中へ連結部材（３６）の円筒形ピン（４８）が挿入され、円筒形ピン（４８）の、および穴（５２）の直径が実質的に同一であり、少なくとも１つの長穴（５８）が円周方向に延在し、その中へもう１つの連結部材（３６）のもう１つの円筒形ピン（４８）が、制御リング（３８）の回転中に前記長穴（５８）に前記ピン（４８）の移動を可能にするように挿入されることを特徴とする、タービンエンジン圧縮機（１０）。
2. ピン（４８）が、円筒形であることを特徴とする、請求項１に記載の圧縮機（１０）。
3. 連結部材（３６）のピン（４８）の挿入に役立つ、制御リング（３８）の穴（５２、５８）のうちの少なくとも１つ（５２）が、前記穴（５２）の中のピン（４８）の移動を抑制するように形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の圧縮機（１０）。
4. 制御リング（３８）の前記長穴（５８）が、制御リング（３８）の第１の横方向縁部（６２）の側面に位置する第１の端部（６０）と、制御リング（３８）の第２の横方向縁部（６６）の側面に位置する第２の端部（６４）とを備え、両端部（６０、６４）が、変曲点を特徴とする湾曲した接合領域（６８）によって連結されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の圧縮機（１０）。
5. 制御リング（３８）の前記長穴（５８）が、単に円周方向（Ｃ）に延在す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圧縮機（１０）。
6. 制御リング（３８）の前記長穴（５８）が、軸線方向（Ａ）に対して、および円周方向（Ｃ）に対して斜めに延在す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圧縮機（１０）。
7. 制御リング（３８）の前記長穴（５８）が、円弧状を形成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圧縮機（１０）。
8. 制御リング（３８）の前記長穴（５８）が、単に円周方向に延在し、かつ制御リング（３８）の第１の横方向縁部（６２）の側面に位置する第１の端部（７４）と、制御リング（３８）の他の横方向縁部（６６）の側面に位置する単に円周方向に延在する第２の端部（７６）と備え、前記端部（７４、７６）が、円周方向（Ｃ）に対して、および軸線方向（Ａ）に対して斜めに延在する接合領域（７８）によって連結され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圧縮機（１０）。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の少なくとも１つの圧縮機（１０）を備える、たとえば航空機ターボプロップまたはターボファンなどの、タービンエンジン。

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