JP2017521588A - 可変ピッチブレードを有するタービンエンジンコンプレッサ - Google Patents

Abstract

可変ピッチステータベーン（１２）の少なくとも１つの環状列であって、これらベーンはほぼ放射状になっており、ベーンの径方向の各端部にピボット（２２、２４）を備え、ベーンの径方向外側ピボットは、ステータケーシング（２０）の第１の開口に収容されており、径方向内側ピボットは、コンプレッサのロータ（１８）を囲む浮遊リング（６０）の第２の開口に収容されている、可変ピッチステータベーン（１２）の少なくとも１つの環状列を備え、環状ステータ部品（６２）が浮遊リングとコンプレッサのロータとの間に挿入されていることと、第１のシーリング手段がステータ部品とコンプレッサのロータとの間に取り付けられており、第２のシーリング手段が浮遊リングとステータ部品との間に取り付けられていることとを特徴とする、タービンエンジンコンプレッサ（１０’）。

Description

本発明は、タービンエンジンコンプレッサに関し、より詳細には、航空機用のタービンエンジンコンプレッサ、より具体的には、可変ピッチステータベーンの環状列を少なくとも１つ備えたタービンエンジンコンプレッサに関する。

タービンエンジンコンプレッサでは、圧縮段を形成するために、可変ピッチステータベーンの環状列またはグレーチングが、コンプレッサのロータホイールの上流または下流に取り付けられている。可変ピッチベーンは、コンプレッサのステータによって支持され、タービンエンジン内のガスの流れを最適化するために、径方向軸周りの位置に関して調整可能である。これらベーンはしばしば、ＩＧＶベーンと呼ばれる。ＩＧＶはインレットガイドベーンを意味している。このタイプのベーンは、たとえば仏国特許出願公開第２８２４５９３号明細書および米国特許第３５５８２３７号明細書に開示されている。

タービンエンジンコンプレッサの可変ピッチベーンは、ほぼ放射状になっており、その径方向の各端部にほぼ円筒状のピボットを備えている。ベーンの径方向外側のピボットは、コンプレッサのステータケーシングの第１の開口内に受領されており、ベーンの径方向内側のピボットは、コンプレッサのロータを囲む固定リングまたは浮遊リングの第２の開口に受領されている。リングは、ステータにしっかりと固定されている場合は固定リングであり、ステータから離れている場合は浮遊しており、したがって、ステータに対して移動可能である。ベーンのピボットは、ピボットを囲むブッシングにより、ピボットの受領開口内で回転が案内されている。

各ベーンは、そのピボットによって画定された軸周りに回転移動することができる。この移動は通常、ステータケーシングに取り付けられ、制御リングに接続されたアクチュエータによって確実にされる。制御リングはそれ自体が、接続ロッドによってベーンの径方向外側のピボットに接続されている。制御リングの回転は、接続ロッドによりベーンの外側ピボットに伝達され、前記ベーンをその軸周りに回転させる。

作動時には、可変ピッチベーンのその軸周りの回転の際に、ベーンのピボットがブッシングに対して擦れる。固定リングよりもむしろ浮遊リングを使用して、ベーンの内側ピボットの界面の力を低減し、こうして、ピボットのブッシングに対する摩擦によるこれらピボットの摩耗を制限することが可能になる。

浮遊リングは、径方向における可変ピッチベーンとコンプレッサのロータとの間に挿入されており、浮遊リングの外周が、コンプレッサ内の空気流れダクトの内径を画定する。流れダクトの外径は、上述のステータケーシングによって画定される。コンプレッサ内の空気の流量は、可変ピッチベーンの列の領域におけるコンプレッサの通過断面積を増大させることで増大させることができる。このことは、流れダクトの外径を増大させることと、流れダクトの内径を低減することとのいずれかによって、またはその両方によって達成され得る。流れダクトの外径を増大させることは満足のいく解決策ではなく、その理由は、このことがステータケーシングの外径の増大につながり、したがって、ステータケーシング全体のサイズを増大させ、また、ヘッドにおけるマッハ数の増大に関連する性能の低下（および、外周の速度に関連する下流の可動ホイールの機械的な寸法決めの困難性）にもつながる。したがって、他の解決策は流れダクトの内径の低減を伴う。しかし、この解決策は、浮遊リングを使用する上述の技術では実施が困難である。

実際は、浮遊リングとロータとの間で、下流から上流への空気の再循環を防止するために、空気のシーリング手段が浮遊リングとロータとの間に挿入されている。これらシーリング手段は通常、ロータによって支持され、浮遊リングに支持されたアブレイダブル材料の環状層と協同する環状ワイパを備えたラビリンスシールを備えている。これらシーリング手段は、特に径方向に比較的大きく、これにより、コンプレッサの流れダクトの内径を低減することが妨げられる。

さらに、追加のシーリング手段が通常は、オイルを含有するベアリングチャンバに近いこの領域に設けられている。これら追加のシーリング手段は、２つの他のラビリンスシールを備え、これらラビリンスシールは、軸方向に離間し、間に環状キャビティを画定する。この環状キャビティは、圧縮空気が供給されることが意図されている。コンプレッサのロータは筒状であり、その壁に、径方向外側端部が前記ロータに圧縮空気を供給するためのキャビティにつながる径方向開口を備えている。この圧縮空気は、オイルが２つのラビリンスシールを通過することを防止するために、上流方向および下流方向に流れ、キャビティを画定する２つのラビリンスシールを通過することが意図されている。したがって、追加のシーリング手段は、オイルの漏洩を防止するためのシーリング手段である。このオイルは、シーリング手段の上流の潤滑チャンバから来るものである。この潤滑チャンバは、コンプレッサのロータのガイドベアリングを収容する。

仏国特許出願公開第２８２４５９３号明細書 米国特許第３５５８２３７号明細書

チャンバからのオイルの漏洩を防止するために、シーリング手段は、浮遊リングとロータとの間のシーリングを確実にするようには設計されておらず、それにより、シーリング手段が下流から上流への空気の再循環を防止するようになっている。したがって、コンプレッサの流れダクトの内径を低減することを可能にするために、空気シーリング手段を単に除去することは考えられない。

本発明は、従来技術からの問題に対する単純で、効果的で、経済的な解決策を提案する。

本発明により、可変ピッチステータベーンの少なくとも１つの環状列であって、これらベーンはほぼ放射状になっており、ベーンの径方向の各端部にピボットを備え、ベーンの径方向外側ピボットは、ステータケーシングの第１の開口に収容されており、径方向内側ピボットは、コンプレッサのロータを囲む浮遊リングの第２の開口に収容されている、可変ピッチステータベーンの少なくとも１つの環状列を備え、環状ステータ部品が浮遊リングとコンプレッサのロータとの間に挿入されていることと、第１のシーリング手段がステータ部品とコンプレッサのロータとの間に取り付けられており、第２のシーリング手段が浮遊リングとステータ部品との間に取り付けられていることとを特徴とする、タービンエンジンコンプレッサが提案される。

したがって、浮遊リングはもはや、コンプレッサロータの周りには直接取り付けられていないが、代わりに、ステータ部品の周りに直接取り付けられており、このステータ部品はそれ自体がコンプレッサロータを囲む。本発明によれば、好ましくはオイルの漏洩を防止するように調整された排出空気を有するシステムである（第１の）シーリング手段が、ステータ部品とコンプレッサのロータとの間に取り付けられ、好ましくは機械式シーリング手段である（第２の）シーリング手段が浮遊リングとステータ部品との間に取り付けられている。これら最後に挙げたシーリング手段により、作動時にステータ部品に対する浮遊リングの移動が可能になる。この移動は本質的に、軸方向かつ接線方向の移動である（径方向の移動の振幅は比較的小さい）。浮遊リングは移動可能であるが、浮遊リングはコンプレッサのステータの一部である。したがって、第２の手段は、２つのステータ部品間のシーリングを確実にすることが意図されており、したがって、ステータ部分とロータ部分との間のシーリングを確実にするために、従来技術に使用されるステータ部品よりも大きさがかなり小さくなり得る。

第１のシーリング手段は、ラビリンスシールタイプであるか、カーボンリングタイプであってもよく、圧縮空気が供給されるように設計された環状キャビティを画定し得る。

本発明の一実施形態によれば、第２のシーリング手段は、ステータ部品の溝に収容され、シールする方式で浮遊リングと協同するか、またはその逆である、少なくとも１つの環状シールまたは少なくとも１つの環状セグメントを備えている。

第２のシーリング手段は、たとえば、同じ環状溝に収容された２つの隣接する環状セグメントを備えている。

好ましくは、環状セグメントは、耐摩耗コーティングに覆われた浮遊リングの一部と協同する。

本発明によるコンプレッサは、軸方向コンプレッサ、遠心コンプレッサ、または混成のコンプレッサであってもよい。したがって、遠心コンプレッサホイールまたは軸方向コンプレッサのロータブレードの環状列は、可変ピッチベーンの列の下流側に取り付けられ得る。

本発明は、上述のコンプレッサを備えていることを特徴とするタービンエンジンにも関する。

非限定的な例として添付図面を参照して与えられた以下の詳細な説明を読むことで、本発明がよりよく理解され、本発明の他の詳細、特徴、および利点が明らかになる。

図１は、従来技術によるタービンエンジンコンプレッサの軸方向断面の半分の概略図である。 図２は、本発明によるタービンエンジンコンプレッサの軸方向断面の半分の概略図である。 図３は、図２の細部Ｉ_３の拡大図である。

第１に、航空機用の、従来技術によるタービンエンジンコンプレッサ１０を示す図１を参照する。この図では、このコンプレッサ１０が部分的に示されており、可変ピッチステータベーン１２の上流側環状列と、ロータブレード１４の下流側環状列とを備えている。上流側および下流側は、コンプレッサ内の空気の流れ方向に関するものであり、図においては左から右に向かっている。

ベーン１２／ブレード１４の列は、タービンエンジンの長手方向軸周りに延びている。ロータブレード１４はほぼ放射状になっており、ディスク１６によって支持されている。このアセンブリは、コンプレッサのロータホイールを形成するディスクおよびブレード１４を備えている。ホイールはロータシャフト１８にしっかりと接続されており、ステータケーシング２０によって囲まれている。ステータケーシング２０は、ステータベーン１２の列も囲んでいる。

ステータベーン１２はほぼ放射状になっており、その径方向内側端部と径方向外側端部との各々に径方向円筒状ピボット２２、２４を備えている。各ベーン１２のピボット２２、２４は、回転およびベーンのピッチ角の軸Ａを画定する。

各ベーン１２の外側円筒状ピボット２２または制御ピボットは、ハウジング２０の円筒状パイプ２６の受領部分内に挿入されているとともに、外側ピボット２２の周りに取り付けられた円筒状ブッシング２８によってこのパイプ内で回転が中心付けおよび案内される。

外側ピボット２２の径方向外側端部は、接続ロッドの端部に固定されることが意図されており、外側ピボット２２の他方の端部は、ケーシング２０の外側の、タービンエンジンの軸周りに延びる制御リング（図示せず）に接続されている。制御リングのタービンエンジンの軸周りの回転移動は、ベーン１２の軸Ａ周りの接続ロッドの回転、および、これら軸周りで回転駆動される可変ピッチベーン１２に変換される。

内側円筒状ピボット２４またはガイドピボットは、浮遊リング３０の円筒状受領部分内に挿入され、円筒状ブッシング３２により、この受領部分内で回転が中心付けおよび案内される。

シーリング手段３８は、浮遊リング３０とディスク１６との間に取り付けられ、２つの他のシーリング手段３４および３６は、ステータ部品３３とシャフト１８との間に取り付けられている。図１に示す従来技術では、シーリング手段３８は、コンプレッサの流れダクトからの空気が、下流側から上流側へ、浮遊リング３０とディスク１６との間を再循環することを防止するラビリンスシール３８を備えている。このラビリンスシール３８は、ディスク１６によって支持され、浮遊リング３０に支持されたアブレイダブル材料の環状層４６と協同する環状ワイパ４４を備えている。

他のシーリング手段はラビリンスシール３４、３６であり、オイルが浮遊リング３０とステータ部品３３との間を、特に上流側から通過することを防止する。上流側には、シャフト１８のガイドベアリングの潤滑のためのチャンバ４２があり、このチャンバ内ではオイルミストが優勢である。これらラビリンスシール３４、３６は各々が、シャフト１８によって支持されるとともに、ステータ部品３３によって支持されたアブレイダブル材料の環状層４６と協同する環状ワイパ４４を備えている。

シール３４と３６とは軸方向に離間し、それらの間に、圧縮空気が供給され、したがって、加圧されることが意図されている環状キャビティ５０を画定する。シャフト１８は筒状であり、径方向開口５２を備えている。径方向開口５２の径方向外側の端部は、前記シャフトに圧縮空気を供給するために、キャビティ５０につながっている。この空気は、オイル、特に上流チャンバ４２からのオイルが前記シールを通過することを防止するために、上流方向および下流方向に流れ、シール３４、３６を通過する（矢印５４）ことが意図されている。

本発明により、浮遊リングの全体のサイズ、具体的には、浮遊リングの径方向の全体のサイズを低減し、コンプレッサの通路の断面積を増大させ、したがって通路を通る空気の流量を増大させるために、浮遊リングの外径を低減させることが可能になる。このことは、環状ステータ部品を浮遊リングとステータとの間に挿入することによって可能になる。

図２および図３は、本発明の実施形態を示している。これら図では、すでに上述した要素には同じ参照符号が付され、以下には説明されない。従来技術に関する上述の記載は、したがって、これら要素に適用される。

図示の例では、浮遊リング６０は、環状ステータ部品６２の下流部分６４を囲んでいる。下流部分６４は、それ自体がシャフト１８の周りに延びている。浮遊リング６０、ステータ部品６２、およびシャフト１８は同軸である。浮遊リング６０および、ステータ部品６２の上流部分はコンプレッサ１０’の流れダクトの一部分を形成している。

各ベーン１２の内側円筒状ピボット２４は、浮遊リング６０の筒状受領部分内に挿入されており、円筒状ブッシング３２により、この受領部分内で回転が中心付けおよびガイドされる（任意選択的）。

２つのラビリンスシール３６、３８を備えた（第２の）シーリング手段は、ステータ部品６２とシャフト１８との間、具体的には、この部品６２の下流部分６４とシャフト１８との間に取り付けられている。これらシール３６、３８の各々は、上述のように、ワイパ４４およびアブレイダブル層４６を備えている。

コンプレッサ１０’の流れダクトからの空気が下流側から上流側に再循環されることを防止する（第１の）シーリング手段７０は、この場合、浮遊リング６０とステータ部品６２との間、具体的には、浮遊リング６０の内周と部品６２の下流部分６４との間に取り付けられている。

図示の例では、これら空気シーリング手段は、ステータ部品６２の下流部分６４内の環状溝７２内に取り付けられた環状セグメント７０を備えている。この環状溝７２は、外部に向かって径方向に通じている。

この場合、２つのシーリングセグメント７０が存在する。各セグメントは分かれており、応力のないその非作動位置において、溝７２の外径より大である外径を有している。このセグメントの開口により、前記セグメントが溝内に取り付けられることが容易になり、前記セグメントの自由周端部を別々に広げることにより、部品６２の下流部分６４の外径を超えてこのセグメントの径を増大させることが可能である。取付け位置では、セグメント７０は径方向の応力を受け、セグメント７０の外周によって浮遊リング６０の内周に当接する。この場合、２つのセグメント７０は並んで配置されおり、その中の開口が、空気が通過することを防止するように、接線方向にオフセットすることが可能である。

セグメント７０は、溝７２内を、具体的には周方向に移動することができる。前記セグメントにより、作動時に、ステータ部品６２に対する浮遊リング６０の移動が可能になる。このセグメントと協同することが意図されている浮遊リング６０の内面は、ＮｉＣｒＡｌＹ（ニッケル、クロム、アルミニウム、およびイットリウムを基礎とする合金）などの耐摩耗コーティングで覆われていてもよい。

浮遊リング６０およびステータ部品６２は、たとえばアルミニウムで形成されている。浮遊リング６０およびステータ部品６２は、各セクタに分割されていてもよく、各セクタは、たとえばボルトによって相互に固定されている。

一変形例では、セグメント７０は、浮遊リング６０の環状溝に収容されていてもよく、シールする方式でステータ部品６２と協同してもよい。

別の変形例では、本体６０と６２との間のシーリング手段は、たとえばエラストマ材料で形成された、弾性的に変形可能なＯリングなどの少なくとも１つの環状シールを備えている。

さらに別の変形例では、可変ピッチベーン１２の下流側に位置するインペラ１４が遠心コンプレッサホイールと置き換えられていてもよい。

Claims (7)

1. 可変ピッチステータベーン（１２）の少なくとも１つの環状列であって、これらベーンはほぼ放射状になっており、ベーンの径方向の各端部にピボット（２２、２４）を備え、ベーンの径方向外側ピボットは、ステータケーシング（２０）の第１の開口に収容されており、径方向内側ピボットは、コンプレッサのロータ（１８）を囲む浮遊リング（６０）の第２の開口に収容されている、可変ピッチステータベーン（１２）の少なくとも１つの環状列を備え、環状ステータ部品（６２）が浮遊リングとコンプレッサのロータとの間に挿入されていることと、第１のシーリング手段がステータ部品とコンプレッサのロータとの間に取り付けられており、第２のシーリング手段（７０）が浮遊リングとステータ部品との間に取り付けられていることとを特徴とする、タービンエンジンコンプレッサ（１０’）。
2. 第１のシーリング手段がラビリンスシールタイプであり、圧縮空気が供給されるように設計された環状キャビティ（５０）を画定することを特徴とする、請求項１に記載のコンプレッサ（１０’）。
3. 第２のシーリング手段が、ステータ部品（６２）の環状溝（７２）に収容され、シールする方式で浮遊リング（６０）と協同するか、またはその逆である、少なくとも１つの環状シールまたは少なくとも１つの環状セグメント（７０）を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載のコンプレッサ（１０’）。
4. 第２のシーリング手段が、同じ環状溝（７２）に収容された２つの隣接する環状セグメント（７０）を備えていることを特徴とする、請求項３に記載のコンプレッサ（１０’）。
5. 環状セグメント（７０）が、耐摩耗コーティングで覆われた浮遊リング（６０）の一部分と協同することを特徴とする、請求項３または請求項４に記載のコンプレッサ（１０’）。
6. 遠心コンプレッサホイールまたは、軸方向コンプレッサのロータブレード（１４）の環状列が、可変ピッチベーン（１２）の列の下流側に取り付けられていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１０’）。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１０’）を備えていることを特徴とするタービンエンジン。

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