JP3600438B2

JP3600438B2 - ガスタービンの可変翼回転装置

Info

Publication number: JP3600438B2
Application number: JP14149598A
Authority: JP
Inventors: 卓一柳; 忠雄屋敷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2018-05-22
Also published as: CA2272967C; DE69926100T2; US6179469B1; CA2272967A1; JPH11336564A; DE69926100D1; EP0961010B1; EP0961010A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの可変翼回転装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンにおいては、その可変静翼を回転させて翼角を変化させる手段として、図１に示すように、車室１内に枢支された翼（静翼）２の回転軸２ａをレバー３を介して、回転可能なリング４に連結し、該リング４を回転させることにより前記翼２を図１の矢印のように回転させる手段が提供されている。
ここで、前記リング４は、これに設けられた複数の支持点６を車室１に設けられた座５にて支えられながら回転可能となっている。
尚、図１は翼２を１枚表示しているが、かかるガスタービンでは、当然ながらこの翼２は車室１に円周方向等間隔に複数個設けられており、前記リング４の回転によって各翼２が同時に回転するようになっている。
【０００３】
図９〜図１０はかかる翼回転用リングの回転装置の従来技術の１例を示す。
図９〜図１０において４はリングで、図１に示すように、翼２を回転させる構造となっている。
前記リング４の外周の両端部にはピン５１及び５２が挿通され、該ピン５１及び５２を介して棒状のリンク１０及び１１の一端が枢支されている。
一方、前記支台４０（図１参照）上に固定されたブラケット４３には軸１８を介して操作用のレバー１７が枢支されている。
【０００４】
該レバー１７の端部にはピン２００が挿通され、該ピン２００には、図１０に示すように、リンク１４及びリンク１５の一端が枢支されている。
一方、前記ブラケット４３の左右には、前記支台４０に夫々固定されたブラケット４１、４２が配設され、各ブラケット４１、４２には軸５６及び５５を介して互いに反対方向を向いたＬ字状のレバー１２及び１３が枢支されている。
【０００５】
そして一方側（右側）のレバー１２の一端には、ピン５８を介して前記リンク１４の他端が回動可能に連結され、他方側（左側）のレバー１３の一端にはピン５７を介して前記リンク１５の他端が回動可能に連結されている。
さらに前記一方のＬ字状のレバー１２の他端はピン５３を介して前記リンク１０の他端に連結され、他方のＬ字状のレバー１３の他端はピン５４を介して前記リンク１１の他端に連結されている。
【０００６】
かかるリングの回転装置において、サーボモータ等の駆動手段（不図示）により、前記駆動軸１８を介してレバー１７を図９のＺ１矢印のように回動させると、リンク１４、１５はＺ２矢印のように右方へ水平移動し、レバー１２は軸５６廻りにＺ３矢印のように反時計方向に回転し、レバー１３は軸５５廻りにＺ４矢印のように反時計方向に回転する。そして右側のリンク１０は、上方、つまりＺ５矢印方向に、左側のリンク１１は下方、つまりＺ６矢印の方向に移動する。
これによってリング４には前記リンク１０及び１１を介して偶力が作用し、該リング４はＺ７矢印のように反時計方向に回転し、該リング４の回転に従がい翼２も所定の方向に回転せしめられる。
【０００７】
図１１は前記リング４をサーボモータを利用して回転駆動する回転装置の１例を示す。
この場合は、２つのシリンダのうち一方をサーボモータ６０、他方をスレーブシリンダ６１として双方を連通管６４、６５により接続する。
そして、サーボモータ６０のピストン６２を油圧駆動してピストンロッド６６をＹ１矢印のように移動させるとともに、スレーブシリンダ６１のピストン６３及びピストンロッド６７がＹ２矢印のように移動し、これによって発生する偶力によりリング４は、Ｙ３矢印のように回転する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
かかるガスタービンにおける翼回転用リングの回転装置においては、リング４を回転させるためのリンク１０を１本設けたものが提供されているが、この場合には、リング４を回転させる力は、リング４の支持点６の反力と釣り合う。
【０００９】
然るに、かかる装置においては、前記車室１に支持される翼２の回転軸２ａの直径と前記力の作用点との半径比が１に近く、このため摩擦力による抵抗トルクが大きくなる。
また前記リング４の半径は車室１の半径よりも大きくなるので変形し易いため、上記事項と相まってリング４回転のための円滑な操作が損なわれ易い。
【００１０】
そこで、前記問題点を解決するリングの回転装置として、図９〜図１０及び図１１に示すような、リング４に偶力を付与してこれを回転させる手段が提供されている。
【００１１】
図９〜図１０に示す従来技術においては、リング４を駆動する２本のリンク１０、１１を該リング４の両端に連結して、リング４の操作力を偶力とし、一箇所の着力点に集中する荷重を低減すると同時に、支持点６に与えられる操作力の合力を０に近づけて、変形と摩擦を減じ、操作を円滑にせしめるとともに、操作力自体も低減している。
【００１２】
しかしながら図９〜図１０に示す従来技術にあっては、レバー１７の端部に取付けられた１本のピン２００に左右のリンク１４及び１５を直接取付けてこれらリンク１４、１５を左右動するようになっているため、リンク１４、１５に自由度が少なく過剰高速となって摩擦抵抗が増大する懸念があり、該リンク１４、１５を介してのリング４の駆動に大きな操作力を必要とするとともに、リンク１４、１５あるいはこれに連なるレバーやリンクの荷重や熱膨張による変形を吸収し難い構造となっているため、かかる変形に起因する操作力の過大化や操作不良の発生をみる。
【００１３】
また図１１に示すようなサーボモータを利用したものにあっては、駆動すべき翼列が複数列ある場合は、列数と同数のサーボモータ６０、スレーブシリンダ６１等の油圧駆動部材を必要とするため、部品数が多くなり、装置コストも高騰する。
また、かかる場合にはストローク端ではパイロットリレー付き側（サーボモタ６０）とスレーブシリンダ６１側とで操作力のバランスが崩れて所要の操作力が得られないことがある。
【００１４】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、部品点数を最少限とした簡単かつ低コストの構造で以って、車室内に枢支された翼の回転軸をレバーを介して、車室外周に設けた回転可能な環状リングの操作抵抗が小さくかつ荷重や熱膨張による変形を確実に吸収し得て、小さい操作力で以って前記環状リングを確実に回転し得るガスタービンの可変翼回転装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、車室１内に枢支された翼２の回転軸２ａをレバー３を介して、車室外周に設けた回転可能な環状リング４に連結し、該環状リング４の周部に対をなす従動リンク１０、１１の一端を回動自在に連結して前記各従動リンク１０、１１に偶力を与えて前記環状リング４を回動するようにしたガスタービンの可変翼回転装置において、
前記回転装置を支持する支台４０上に固定された中央ブラケット４３に支持された駆動軸１８に回動自在に枢支された操作レバー１７と、
前記操作レバー１７上側の自由端側に中央部を回動自在に枢支させた駆動レバー１６と、
該駆動レバー１６の両端側に夫々一端が枢支された一対の駆動リンク１４、１５と、
前記中央ブラケット４３の左右の前記支台４０に夫々固定されたブラケット４１、４２に軸５５、５６を介して枢支された一対のＬ字状のレバー１２、１３とを具え、
前記Ｌ字状レバー１２、１３の一側には夫々前記駆動リンク１４、１５の他端が、他側には前記従動リンク１０、１１の他端が枢支されているとともに、
前記駆動レバー１６は、一の駆動リンクとの間に遊びを持って一対の駆動リンク１４、１５と枢支され、
前記環状リング４は、これに設けられた複数の支持点６を前記車室外周側に設けられた座５にて支えられながら車室１に対して回転可能に構成され、
前記操作レバー１７を回動操作することにより、前記駆動レバー１６及び対をなす駆動リンク１４、１５及び一対のＬ字状のレバー１２、１３を介して従動リンク１０、１１に同時に偶力を付与するように構成されたことを特徴とするガスタービンの可変翼回転装置を提案する。
【００１６】
かかる発明によれば、操作レバー１７を操作し、駆動レバー１６をその支軸２１とともに回動させ、該駆動レバー１６の両端部にピン結合される左右の駆動リンク１４、１５を介して環状リング４に偶力を附与してこれを回転する際において、環状リング４の駆動部に連結されるリンク１０、１１類の荷重による変形や熱膨張による変形は、一自由度系の駆動レバー１６が中間の支軸２１廻りに回転することによって吸収される。
【００１７】
従って、環状リング４の駆動系における過剰拘束及びこれに伴なう不静定反力の発生が防止され、左右のリング１４、１５駆動系に均等に操作力を与えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１９】
図１は本発明の第１実施形態に係るガスタービンの可変翼回転装置の構造を示す正面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図２のＢ−Ｂ線断面図、図４は図１のＺ矢視拡大図である。
【００２０】
図１〜図４において、１は車室、２は円周方向等間隔に複数枚設けられた可変静翼（以下翼という）、２ａは該翼２の回転軸、４は前記翼２の回転用の環状リングである。
前記環状リング４は、これに設けられた複数の支持点６を前記車室１に設けられた座５にて支えられながら車室１に対して回転可能となっている。
前記翼２は、これの回転軸２ａをレバー３を介して前記環状リング４に連結し、該環状リング４を回転させることにより、図１のＳ矢印のように回転するようになっている。
【００２１】
４０は支台、４３は該支台４０上の中央部に固定されたブラケットで、該ブラケット４３には、両端をこれに支持された軸１８を介して操作用の操作レバー１７が枢支されている。前記軸１８はサーボモータ等の駆動源に連結されている。
該操作レバー１７の端部にはピン２１が挿通され、該ピン２１には図２〜図３に示すように、両端の断面がコの字状に形成された駆動レバー１６の中央部が枢支されている。
そして、図２に示すように、該駆動レバー１６のコの字状の一端側にはピン１９が挿通され、該ピン１９には水平方向の駆動リンク１４の一端が枢支されている。また、前記駆動レバー１６のコの字状の他端にはピン２０が挿通され、該ピン２０には水平方向の駆動リンク１５の一端が枢支されている。
【００２２】
一方、前記中央ブラケット４３の左右には、前記支台４０に夫々固定された左右ブラケット４１、４２が配設され、各左右ブラケット４１、４２には軸５６及び５５を介して互いに反対方向を向いたＬ字状レバー１２及びＬ字状レバー１３が枢支されている。
そして一方側（右側）の前記Ｌ字状レバー１２の一端にはピン５８を介して、前記駆動リンク１４の他端が回動可能に連結され、他方側（左側）のレバー１３の一端にはピン５７を介して前記リンク１５の他端が回動可能に連結されている。
【００２３】
さらに前記一方のＬ字状レバー１２の他端はピン５３を介して前記従動リンク１０の他端に連結され、他方のＬ字状レバー１３の他端はピン５４を介して前記従動リンク１１の他端に連結されている。
以上は、１例の翼列の翼２を回転させる場合を示したが、複数の翼列を同時に回転作動させる場合は、以上に示したものと同様な回転装置を複数組設けることとなる。
【００２４】
かかる構成からなるガスタービンの可変翼回転装置において、サーボモータ等の駆動手段（不図示）により前記軸１８を介して操作レバー１７を図１のＸ１矢印の方向に回動させると（図３のθは操作レバー１７の回転範囲を示す）、ピン２１を介して駆動レバー１６が図３のＸ２矢印方向に押され、駆動リンク１４及び駆動リンク１５は図１及び図３のＸ３矢印の方向に移動する。
これにより、Ｌ字状レバー１２は軸５６廻りにＸ４矢印のように、又Ｌ字状レバー１３は軸５５廻りにＸ５矢印のように時計方向に回転する。
そして右側の従動リンク１０は下方、つまりＸ６矢印方向に、左側の従動リンク１１は上方、つまりＸ７矢印の方向に移動する。
【００２５】
これによって環状リング４には前記従動リンク１０及び１１を介して偶力が作用し、該環状リング４はＸ８矢印のように時計方向に回転し、該環状リング４の回転に従い翼２も所定の方向に回転せしめられる。
【００２６】
前記作動時において、駆動リンク１４の側に遊び（間隙）が存在している場合には、駆動リンク１５側には図１のＸ３矢印方向に移動するため反力が発生する。しかしながら駆動リンク１４側においては前記遊びが無くなる迄は抵抗力は僅かであるため、駆動リンク１５は静止したまま、駆動リンク１４のみが専ら引張られ、駆動レバー１６はピン２１廻りを反時計方向に回転しながら、前記操作レバー１７の回動に従って全体として図１の左方向（Ｘ３矢印の方向）に移動する。
【００２７】
前記駆動レバー１６の回転は、前記駆動リンク１４側の遊びが無くなり抵抗力が発生するまで続く。そして、該駆動レバー１６の回転が停止して環状リング４が回転している状態では、ピン２１廻りの駆動レバー１６に働く反力のモーメントは釣り合っており、かつ図３において、ピン２１の中心からピン１９の中心までの長さｌ１とピン２１の中心からピン２０の中心までの長さ１２とは等しく構成されているため、駆動リンク１４及び駆動リンク１５に働く力は等しくなる。
尚前記駆動リンク１４と駆動リンク１５とに働く力の比を変える場合には、ピン２１の位置を変え、前記ピン２１の中心からピン１９の中心までの長さｌ１とピン２１の中心からピン２０の中心までの長さ１２との比を変える。
【００２８】
また、かかる回転装置においては、環状リング４を駆動するための力（荷重）によるリンクの変形や、温度変化がある場合にはリンク類の熱膨張による変形が発生するが、かかる変形の集積値は前記駆動レバー１６が一自由度を有しており、これがピン２１廻りに、図３のＺ１線とＺ２線との間で適当に回転することによって吸収することができる。
【００２９】
従って、かかる実施形態によれば、環状リング４の駆動に伴なう力（荷重）や熱膨張によるリンク類の変形を、前記駆動レバー１６が、図３において、Ｚ１線とＺ２線との間を回転することにより吸収する静定機構を構成しており、環状リング４を駆動するためのリンク系に過剰拘束及びこれに伴なう不静定反力の発生を無くして、左右のリンク１０及び１１に均等な操作力を与えることができる。
【００３０】
図５は、本発明の第２実施形態を示す図１に対応する図である。
この実施形態においては、左右のＬ字状レバー１２及び１３を図１〜図４に示す第１実施形態とは上下方向において逆向きに設けている。
【００３１】
この場合は、操作レバー１７支持用の中央ブラケット４３、Ｌ字状レバー１２及び１３支持用の左右のブラケット４１及び４２の長さが前記第１実施形態よりも短くなるとともに、前記３つのブラケット４３、４２、４１を同一面上に取付けることが可能となり、装置がシンプルとなる。
【００３２】
図６は本発明の第３実施形態を示す図１に対応する図である。
この実施形態においては、環状リング４の回転力を取入れる接手部であるピン５１、５２の位置が環状リング４の中心４ｂよりも下方にずれた位置となっている。
従って、かかる実施形態においては、従動リンク１０、１１は下方に向かって内側に傾斜して配置されるとともに、該従動リンク１０、１１に連結されるＬ字状レバー１２、１３の形状が支軸５６に対して鋭角形状となっている。
【００３３】
上記のように、環状リング４の駆動用接手部であるピン５１、５２の位置が環状リング４の中心よりも下方にあるような環状リング４を回転駆動する場合においても、操作レバー１７と左右の駆動リンク１４、１５との間に駆動レバー１６を介在させて一自由度系としているため、リンク系の変形を吸収でき、該リンク系に不静定反力が生ずることは無く、抵抗の少ない偶力駆動が可能となる。
【００３４】
図７〜図８は本発明の参考例を示す。
この実施形態においては、リンク１４、１５を同一水平方向位置に配置しており、図７〜図８において、２１０は前記レバー１７の端部に挿通されたピンである。
該ピン２１０の中央部には前記レバー１７の連結部、両端部には左右のリンク１４、１５の連結部が夫々設けられている。
６０は球面ブッシュで、前記ピン２１０の外周に圧入され、外周の３個所に後述する３つの球面ブッシュ３２、３０、３１に嵌合するよう球面が形成されている。
【００３５】
３２は前記レバー１７の内周に固着された球面ブッシュ、３０及び３１は前記リンク１４及び１５の内周に固着された球面ブッシュで、これら球面ブッシュ３２、３０、３１は前記ピン２１０側の球面ブッシュ６０と球面嵌合することにより球面継手を構成している。
従って、この実施形態によれば、左右のリンク系の曲がりや倒れに伴なう変形は前記球面継手部によって吸収可能となり、かかる変形に伴なう不静定反力の発生は無く、小さい操作力で以って環状リング４の回転が可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、操作レバーと環状リング駆動用リンク糸との間に駆動レバーをあるいは球面継手を介在させるという、きわめて簡単な構造で以って操作レバーと環状リングの回転駆動部との間のリンク系における荷重あるいは熱膨張による変形を確実に吸収することができる。
【００３７】
これにより、リンク系の過剰拘束及びこれに伴なう不静定反力の発生を阻止することができ、小さな操作力で以って環状リングを確実に回転駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガスタービンの可変翼回転装置の構造を示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１のＺ矢視図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す図１に対応する図である。
【図６】本発明の第３実施形態を示す図１に対応する図である。
【図７】本発明の参考例を示す操作レバー部近傍の正面図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】従来技術の第１例を示す図１に対応する図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】従来技術の第２例を示す図１に対応する図である。
【符号の説明】
１車室
２翼（可変静翼）
４環状リング
５座
６支持点
１０、１１リンク
１２、１３レバー
１４、１５リンク
１６レバー（駆動レバー）
１７レバー（操作レバー）
１８軸（駆動軸）
１９、２０ピン
２１ピン（支軸）
３０、３１、３２球面ブッシュ
４１、４２、４３ブラケット
５１、５２ピン（環状リング用）
５３、５４ピン
５５、５６軸
５７、５８ピン
６０球面ブッシュ（ピン側）
２１０ピン

Claims

車室１内に枢支された翼２の回転軸２ａをレバー３を介して、車室外周に設けた回転可能な環状リング４に連結し、該環状リング４の周部に対をなす従動リンク１０、１１の一端を回動自在に連結して前記各従動リンク１０、１１に偶力を与えて前記環状リング４を回動するようにしたガスタービンの可変翼回転装置において、
前記回転装置を支持する支台４０上に固定された中央ブラケット４３に支持された駆動軸１８に回動自在に枢支された操作レバー１７と、
前記操作レバー１７上側の自由端側に中央部を回動自在に枢支させた駆動レバー１６と、
該駆動レバー１６の両端側に夫々一端が枢支された一対の駆動リンク１４、１５と、
前記中央ブラケット４３の左右の前記支台４０に夫々固定されたブラケット４１、４２に軸５５、５６を介して枢支された一対のＬ字状のレバー１２、１３とを具え、
前記Ｌ字状レバー１２、１３の一側には夫々前記駆動リンク１４、１５の他端が、他側には前記従動リンク１０、１１の他端が枢支されているとともに、
前記駆動レバー１６は、一の駆動リンクとの間に遊びを持って一対の駆動リンク１４、１５と枢支され、
前記環状リング４は、これに設けられた複数の支持点６を前記車室外周側に設けられた座５にて支えられながら車室１に対して回転可能に構成され、
前記操作レバー１７を回動操作することにより、前記駆動レバー１６及び対をなす駆動リンク１４、１５及び一対のＬ字状のレバー１２、１３を介して従動リンク１０、１１に同時に偶力を付与するように構成されたことを特徴とするガスタービンの可変翼回転装置。