JP2018506676A - タービンエンジンの可変ピッチベーンを制御するためのシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、軸（Ａ）の周りに延在する可変ピッチブレードの環状列を備え、ブレードの実質的に半径方向の回転軸を規定し前記軸の周りに延在する制御手段（４０ａ、４０ｂ）にレバー（３４）によって接続されるピボット（２０）に、その半径方向外側端部において接続されるブレードをそれぞれ備える、タービンエンジン用の可変ピッチブレードを制御するためのシステムに関する。本発明は、前記制御手段が、前記ピボットによって支持される第１のリンク（４０ａ）と、前記第１のリンクの間に延在する第２のリンク（４０ｂ）と、を含み、前記第１および第２のリンクが、前記軸の同じ円周に沿って実質的に延在し、互いにおよび作動手段（５６）に接続されることを特徴とする。

Description

本発明は、タービンエンジンの可変ピッチベーンを制御するためのシステムに関する。

従来技術には、特に国際公開第２００８／１４７０２３号パンフレットおよび米国特許第３０６６４８８号明細書がある。

タービンエンジンの可変ピッチステータベーン（可変ステータベーンの略語であるＶＳＶとも呼ばれる）は、一般にタービンエンジンの圧縮機である外側環状ケーシングによって担持される。各ベーンは、ブレードを備え、ブレードの半径方向外側端部は、実質的に円形の輪郭を有するプレートを介して、ベーンの回転軸を規定し、外側ケーシングの対応する開口内で回転される円筒形半径方向ピボットに接続される。各ベーンのブレードの半径方向内側端部は、通常、ベーンの回転軸に沿って延在し、圧縮機の内側ケーシングの開口内で回転される第２の円筒形ピボットを備える。

各ベーンの外側ピボットの半径方向外側端部は、シリンダ作動手段または類似物によって外側ケーシングの周りに回転される制御リングにレバーによって接続される。制御リングの回転は、コネクティングロッドによってベーンの外側ピボットに伝達され、前記ベーンがその軸を中心として回転するようになっている。

タービンエンジンのステータベーンの角度ピッチは、圧縮機の形状寸法をその動作点に適合させ、特に、前記タービンエンジンの効率およびサージマージンを最適化し、異なる飛行形態においてその燃料消費量を低減するよう意図されている。

これらのベーンの各々は、各ベーンがタービンエンジンの長手方向軸と実質的に平行に延在する第１の「開」または「全開」位置と、ベーンがタービンエンジンの軸に対して傾斜しており、したがってベーン段を通る空気流横断面を低減する第２の「閉」または「ほぼ閉」位置との間でその軸を中心として回転され得る。

制御リングは、中心に置かれ、その回転軸を中心として回転案内されなければならない。現行技術においては、外側ケーシングは、リングの内周が摩擦により相互に作用し得る、軌道を備える。ケーシングは、軌道を圧迫し案内するためのパッドなどの部材を備える。パッドは、第１に、パッド／ケーシングクリアランスを調節することによってケーシングの周りのリングの同心性を保証し、第２に、動作中に運動学上の可変ピッチベーンに加えられる空気力に起因するリングの変形を制限するのに使用される。

国際公開第２００８／１４７０２３号 米国特許第３０６６４８８号明細書

本発明は、簡単で効果的かつ経済的である、この従来技術の改善を提案する。

本発明は、軸の周りに延在する可変ピッチベーンの少なくとも１つの環状列を備え、ベーンの実質的に半径方向の回転軸を規定し前記軸の周りに延在する制御手段にレバーによって接続されるピボットに、その半径方向外側端部において接続されるブレードをそれぞれ備える、タービンエンジン用の可変ピッチベーンのための制御システムであって、前記制御手段が、前記ピボットによって担持される第１のリンクと、前記第１のリンクの間に延在する第２のリンクと、を備え、前記第１および第２のリンクが、前記軸の周りに同じ円周にわたって実質的に延在し、互いにおよび作動手段に接続されることを特徴とする、制御システムを提案する。

したがって、従来技術による制御リングは、チェーンに類似し、一連のリンクを備える手段で置き換えられる。第１のリンクは、ベーンのピボットに接続されたレバーによって担持され、第２のリンクは、第１のリンクの間に延在し、第１のリンクに接続される。アセンブリは、アクチュエータなどの作動手段に接続される。制御手段の回転は、作動手段によって開始され、移動は、第１のリンクから、前記第１のリンク間に延在する第２のリンクによってそれに隣接するもう１つの第１のリンクに伝達される。したがって、第２のリンクは、第１のリンクの移動、したがってそのピボットの軸を中心としたベーンの回転を同期させるのに使用され得る。この技術により、従来技術から案内パッドを除き、したがってシステムを単純化し、質量、コスト、およびその組み立て中の調整を低減することができる。

事実、リングシステムに関して、本発明により、第１にベーンとその外側ケーシングと第２にリングの間の伸び差を排除することによって調整を節約することができる。動作時に、リンクおよびレバーは、ベーンのおよび関連する外側ケーシングの挙動に非常に近い膨張挙動を有するが、それは、制御システムの力を低減するのに有益である。

本発明によるシステムは、互いから切り離してまたは互いと比較して得られる、次の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。すなわち、
−第１のリンクの数は、第２のリンクの数に等しく、それは、レバー（またはベーン）の数に等しく、
−前記第１のリンクは、前記レバーと一体に形成され、
−第１および／または第２のリンクの各々は、細長い形状を有し、その長手方向端部の部分で他のリンクに接続され、
−第１のリンクは、ピボットおよび／またはスイベル接続によって第２のリンクに接続され、
−第２のリンクはそれぞれ、好ましくは前記軸を中心とする円周に実質的に接する平面において、全体として湾曲した形状を有し、
−第１のリンクは雌リンクであり、第２のリンクは雄リンクであり、
−各レバーは、全体として細長い形状を有し、ベーンのピボットに接続するための第１の長手方向端部と、前記第１のリンクのうちの１つを担持する第２の長手方向端部と、を備え、
−レバーのうちの少なくとも１つは、前記作動手段に接続するための長手方向延長部分を備え、
−前記長手方向延長部分は、前記作動手段の１つの要素をスライド式に案内するための貫通孔またはスロットを備え、
−前記作動手段は、可変ピッチベーンの２つの環状列に接続される。

本発明はまた、上記のように少なくとも１つのシステムを備えることを特徴とする、タービンエンジンに関する。

本発明は、非限定的な実施例を介しておよび添付の図面を参照して与えられる次の説明を読むと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。

タービンエンジンの可変ピッチベーン段の軸方向断面の概略部分半図である。 本発明によるタービンエンジンの可変ピッチベーンの制御システムの概略部分斜視図である。 本発明によるシステムの制御手段の２つのリンク間の接続の概略拡大図である。 本発明による可変ピッチベーンの制御システムの変形例の非常に概略的な図である。

図１は、複数の段を有するタービンエンジン、特に航空機タービンエンジンの高圧圧縮機１０の一部を軸方向断面で概略的に示しており、各段は、タービンエンジンのロータ（図示せず）によって担持される可動ベーン１２の環状列と、タービンエンジンのステータのケーシング１６によって担持されるガイドベーンアセンブリを形成する固定ベーン１４の環状列とを備え、圧縮機１０内のガス流を最適化するためにベーン１４の角度方向を調整することができる。

各ベーン１４は、ベーンの軸２４に垂直に延在するディスクまたは「プレート」２２を介してケーシング１６の対応するコンパートメント２６に接続される、ブレード１８および半径方向外側円筒形ピボット２０を備える。ディスクの半径方向内面２８は、ガス流に対向しないように、ケーシングの内壁３０と整列している。

従来技術においては、各ベーン１４の円筒形ピボット２０は、ケーシング１６の半径方向円筒形スタック３２の内側に延在し、その半径方向外側端部は、ケーシング１６を取り囲み、作動手段（図示せず）と関連する制御リング３６にレバー３４を介して接続され、環状列のベーン１４がその軸２４を中心として回転することになるように前記ピボットをケーシング１６の長手方向軸を中心としていずれかの方向に回転させることができるようにする。

ベーン１４は、全閉位置と全開位置との間でその軸２４を中心として回転され得る。

全閉位置においては、ベーンのブレード１８は、タービンエンジンの長手方向軸に対して傾斜しており、ダクトの最小空気流横断面が、前記ブレードの間で画定される。ベーン１４は、タービンエンジンが低速またはアイドル速度で作動している場合にこの位置にもってこられ、したがって、圧縮機に流れる空気の流量は最小値を有する。

全開位置においては、ベーンのブレード１８は、ブレードの間の空気流横断面が最大になるように、タービンエンジンの軸と実質的に平行に延在する。ベーン１４は、タービンエンジンが全開で作動している場合にこの位置にもってこられ、したがって圧縮機に流れる空気の流量は最大値を有する。

従来技術においては、ケーシング１６は、リング３６をセンタリングし案内するためにその外周に突出軌道３８を備え、その軌道は、ここでは破線で概略的に示されている。各リング３６は、その案内のための軌道または複数の軌道３８を取り囲んでいる。参照符号Ｊは、リング３６とその軌道または複数の軌道３８との間に常温で形成される半径方向クリアランスを示している。前記クリアランスＪは、ケーシング１６の熱膨張を可能にするように十分に大きくなければならないが、ベーン１４の角度位置を正確に調整することは不可能である。前記クリアランスＪは、制御システムの組み立て中にウェッジを使って調節される。

本発明により、特に、制御リングを一連のリンクに置き換えることによってこの技術を単純化することができる。

図２は、本発明の一実施形態を示している。

制御手段４０は、ケーシング１６の長手方向軸Ａの周りに同じ円周にわたって延在し、実質的に端と端を接して配置され、互いに接続される一連のリンク４０ａ、４０ｂを備える。制御手段４０は、レバー３４によって担持される第１のリンク４０ａと、第１のリンク４０ａの間に延在する第２のリンク４０ｂとを備える。

各レバー３４は、細長い形状を有し、ベーンのピボット２０に接続される第１の長手方向端部と、第１のリンク４０ａに接続される第２の長手方向端部とを備える。この場合、各レバー３４の第１の端部は、ベーンのピボット２０が通過する開口４２を備える。レバー３４は、それと共に結合回転するようにベーンに接続されるように構成され、その開口４２の領域に、この結果を実現するようにピボット２０と相互に作用することを目的としている平坦部または同様の手段を備えることができる。図１でお分かりのように、レバー３４が前記ピボットに対向して保持されることを確実にするように、ナットが、ベーンのピボット２０のねじ部分にねじ込まれることもできる。

図示の実施例においては、各レバー３４の第２の端部は、第１のリンク４０ａと一体に形成される。

各第１のリンク４０ａは、細長い形状を有し、その伸びの軸は、対応するレバー３４の伸びの軸に実質的に垂直である。この場合、各第１のリンク４０ａは、雌型式のものであり、その長手方向端部の各々に、それに隣接する第２のリンク４０ｂへの接続のための、および特に関節接合のための手段を備える。第１のリンク４０ａの長手方向端部の各々は、雌型のクレビスを形成し、互いに平行であり互いから少し離れている２つのラグ４４を備え、前記ラグ４４は、第２のリンク４０ｂの関節接合のための実質的に半径方向の軸４６を有する組立開口を備える。

各第２のリンク４０ｂは、細長い、この場合はわずかに湾曲した形状を有する。各第２のリンク４０ｂは、軸Ａを中心とする円周に実質的に接する平面において湾曲している。図２でお分かりのように、第２のリンク４０ｂの凹部はすべて同じ長手方向に向けられている。

この場合、各第２のリンク４０ｂは、雄型式のものであり、その長手方向端部の各々に、それに隣接する第１のリンク４０ａへの接続のための、および特に関節接合のための手段を備える。第２のリンク４０ｂの長手方向端部の各々は、雄型のクレビスを形成し、上述の軸４６が通過する開口を備えるラグ４７を備える。

好ましくは、また図３に示されるように、第１および第２のリンク４０ａ、４０ｂは、スイベル接続によって相互に接続される。各スイベル接続部は、第２のリンク４０ｂのラグ４７の開口に係合され圧着され、かつ球状の内部コンパートメントを備える外側リング４８を備え、そのコンパートメントの内部に、部分球であるヘッド５０がスイベル式に取り付けられる。ヘッド５０は、軸４６を形成するフィンガが通過する円筒形コンパートメント５２を備え、その長手方向端部は、第１のリンク４０ａのラグ４４にそれぞれ固定される。軸４６を形成するフィンガは、好ましくは、スライド式ピボットを形成するようにコンパートメント５２内に取り付けられる。

レバー３４のうちの少なくとも１つは、他のレバーの長手方向寸法よりも長い長手方向寸法を有し、その上述の第２の長手方向端部の側に、作動手段に、およびより詳細には図示される実施例のアクチュエータ５６のピストンロッド５８に接続するための長手方向延長部分５４を備える。前記長手方向延長部分５４は、その自由端の部分でアクチュエータロッド５８に接続される。

この場合、アクチュエータ本体５６は、互いに平行であり互いから少し離れている２つのラグを備える雌アクチュエータロッド５８を有し、前記ラグ４４は、軸ピン６０を有する組立開口を備える。レバーの延長部分５４の自由端は、軸ピン６０が通過する開口を備えるラグを備える雄クレビス６２を形成する。図３に示されるもののタイプのスイベル接続は、クレビス６２をロッド５８に接続するのに使用され得る。

レバー３４およびリンクが組み立てられると、調整はパッドがないことによって単純化される。ベーンおよびそのレバーは、角度を付けて配置され、ベーン段の角度位置を確認しながら、リンクが接続され、同時にリンクの側面が所望の結果に適合するさまざまな角度位置を確認する。この種の確認は原則として知られているが、この場合は、リンクのおかげで選択するパッドがなく、したがって調整作業が回避される。

動作時に、アクチュエータ５６は、そのピストンロッド５８を作動させ、これにより、レバー３４の変位、およびそのピボット２０の軸２４の周りの対応するベーン１４の回転が生じる。この回転移動は、隣接するレバー３４に、および、このようにレバーおよびベーン１４の変位を同期させるリンク４０ａ、４０ｂによって他のレバー３４に伝達される。動作時には、ベーンのおよび関連する外側ケーシングの膨張は、レバーおよびリンクにほとんど力を生じず、その膨張挙動は、膨張の良好な伝達によって前記ケーシングおよびベーンの膨張挙動とよく一致し、同時に所望の精度を維持する。従来技術によるいくつかの制御リングシステムの膨張時の慣性の影響が回避されるが、それは、制御システムでの力の伝達を最小限にするのに有益であり、膨張の移行段階中でさえ同じ形で精度を維持するのに有益である。

本発明による制御システムは、２つおよび４つの異なる作動手段（アクチュエータ）の間から成ることができる。したがって、システムは、延長部分５４をそれぞれ備える２つおよび４つのレバーの間から成る。

図４に概略的に示される変形例においては、作動手段は、それぞれ上流６４および下流６６にある、可変ピッチベーンの２つの段または環状列に接続される。

可変ピッチベーンの上流の環状列６４は、図２および図３を参照して、上述したものと実質的に同一である。

可変ピッチベーンの下流の環状列６６は、上流の環状列６４に類似している。したがって、図２および図３に関する上記の説明は、下文に矛盾しない限り、前記列６６に適用される。

下流の列６６のレバー３４は、上流の列６４に向かって延在する。さらに、第２のリンク４０ｂの凹部はすべて同じ長手方向に向けられ、それは、上流の列６４の第２のリンクの凹部と逆向きである。

下流の列６６のレバー３４のうちの少なくとも１つは、他のレバーの長手方向寸法よりも長い長手方向寸法を有し、ベーンの反対側のその長手方向端部の側に、作動手段に、およびより詳細には上述の実施例におけるアクチュエータ５６のピストンロッド５８に接続するための長手方向延長部分５４を備える。前記長手方向延長部分５４は、アクチュエータロッド５８によって担持される軸ピン７０がスライド式に取り付けられる貫通スロットまたは孔６８を備える。

この場合、アクチュエータ５６の本体は、互いに平行であり互いから少し離れている２つのラグを備える雌アクチュエータロッド５８を有し、前記ラグは、上流の列６４のレバー３４の延長部分５４に接続するための第１の軸ピン６０と、下流の列６６のレバー３４の延長部分に接続するための第２の軸ピン７０とを取り付けるための開口を備える。

動作時に、そのまたは各アクチュエータ５６は、そのピストンロッド５８を作動させ、これにより、２つの列６４，６６のレバー３４の変位と、そのピボットの軸の周りで前記レバーに接続されるベーンの回転とが生じる。孔６８により、列６６のベーンに所望の角度ピッチを伝えることができるが、それは、列６４のベーンの角度ピッチとは異なる。回転移動は、隣接するレバー３４に、および、このようにレバーおよびベーン１４の変位を同期させるリンク４０ａ、４０ｂによって２つの列６４，６６の他のレバー３４に伝達される。

Claims (10)

1. 軸（Ａ）の周りに延在する可変ピッチベーンの少なくとも１つの環状列（６４，６６）を備え、ベーンの実質的に半径方向の回転軸（２４）を規定し前記軸の周りに延在する制御手段（４０ａ、４０ｂ）にレバー（３４）によって接続されるピボット（２０）に、その半径方向外側端部において接続されるブレード（１４）をそれぞれ備える、タービンエンジン用の可変ピッチベーン（１４）のための制御システムであって、前記制御手段が、前記ピボットによって担持される第１のリンク（４０ａ）と、前記第１のリンクの間に延在する第２のリンク（４０ｂ）と、を備え、前記第１および第２のリンクが、前記軸の周りに同じ円周にわたって実質的に延在し、互いにおよび作動手段（５６）に接続されることを特徴とする、制御システム。
2. 第１のリンク（４０ａ）の数が、第２のリンク（４０ｂ）の数に等しく、それは、レバー（３４）の数に等しい、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１のリンク（４０ａ）が、前記レバー（２０）と一体に形成される、請求項１または請求項２のいずれか一項に記載のシステム。
4. 第１および／または第２のリンク（４０ａ、４０ｂ）の各々が、細長い形状を有し、その長手方向端部の部分で他のリンクに接続される、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 第１のリンク（４０ａ）が、ピボットおよび／またはスイベル接続によって第２のリンク（４０ｂ）に接続される、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記第２のリンク（４０ｂ）がそれぞれ、好ましくは前記軸（Ａ）を中心とする円周に実質的に接する平面において、全体として湾曲した形状を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 第１のリンク（４０ａ）が雌リンクであり、第２のリンク（４０ｂ）が雄リンクである、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 各レバー（２０）が、全体として細長い形状を有し、ベーン（１４）のピボット（２０）に接続するための第１の長手方向端部と、前記第１のリンク（４０ａ）のうちの１つを担持する第２の長手方向端部とを備える、請求項１から７いずれか一項に記載のシステム。
9. レバー（３４）のうちの少なくとも１つが、前記作動手段（５６）に接続するための長手方向延長部分（５４）を備える、請求項８に記載のシステム。
10. 前記作動手段（５６）が、可変ピッチベーンの２つの環状列（６４，６６）に接続される、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。

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