JP3854562B2 - Variable stationary blade drive device and rotary machine - Google Patents

Variable stationary blade drive device and rotary machine Download PDF

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    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
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    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスタービンの軸流圧縮機などにおいて、タービン等に備えられた可変静翼を駆動させる可変静翼駆動装置及びこれを具備する回転機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガスタービンにおける圧縮機には何段か可変静翼を用いてその角度の変化を調整するのに可変静翼駆動装置を設けている。しかし、これらには、駆動を効率よくする工夫が必要である。
【０００３】
従来の可変静翼駆動装置として、例えば、車室の熱膨張による軸方向の移動を生じる部位の外側に軸方向に移動可能な静翼可変環が設けられたガスタービンにおいて、基礎に配設されたアクチュエータの軸方向に伸縮するロッドの先端に第１のアームを介してその一端がピン結合され基礎に第２のアームを介してその回転中心がピン結合されたＬ形状の第１のレバーと、同第１のレバーの他端と回転中心に第１と第２のロッドを介してそれぞれその一端と回転中心がピン結合されその他端が静翼可変環にピン結合されその回転中心が第３のアームを介して車室にピン結合された第２のレバーを備えたものがある（特許文献１参照。）。
【０００４】
また、それぞれの静翼に固定された基端および反対側の先端を有する複数個のレバーであって、該レバーの回転につれて前記静翼を枢軸回転させるための複数個のレバーと、レバーに隣接してケーシングを同軸的に取り囲む作動リングと、円周方向に間隔を置いて配置され且つケーシングに結合されていて、リングの円周方向の回転を案内する複数個のリング案内装置と、各々が対応する１つのレバーの先端をリングにそれぞれ結合して、リングの回転につれてレバーの枢軸回転長さＢを変化させる複数個のすべり継手とを備えるものもある（特許文献２参照。）。
【０００５】
また、可変静翼角の設定方法として、独立可変静翼の下流で２つの値の全体圧力比に於ける温度・圧力を計測し、同計測値に対応する断熱効率を計算して断熱効率のピークの方向を知り、同ピークに近づく様に可変静翼の開度を調整した後前記同様に操作して新たな２つの値の全体圧力比に於ける断熱効率のピークの方向を知り、この操作を複数回繰り返して好適な断熱効率に対応する静翼角度に徐々に到達するように軸流圧縮機における可変静翼角の設定を行う様にしたものがある（特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２１２９７４号公報（第１−５頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１１−３０３６０６号公報（第１−７頁、第１図）
【特許文献３】
特開平１１−２１０６９９号公報（第１−６頁、第１図）
【０００７】
さらに、公開特許公報に記載されているものと異なり、本出願人が従来提案している可変静翼駆動装置がある。
以下、図５から図７は、その可変静翼駆動装置の一例を示すものである。
可変静翼駆動装置８０は、可変静翼を駆動させるリング９１〜９５と、アクチュエータを備えた駆動機構８６と、リング９１〜９５に接続されたアーム８１〜８５とを備えて構成されている。その駆動機構８６およびアーム８１〜８５は、それぞれ駆動軸８７に並列に接続されることによって一体化されている。
【０００８】
駆動機構８６は、アーム８６１と、アーム８６２とからなる。
アーム８６１は、一枚の厚板によって構成され、一方の端部８６１ａが駆動軸８７の外縁部８７ｂに溶接により固定して接合されているとともに、他方の端部８６１ｂには、接合用の孔８６１ｃが設けられている。
アーム８６２は、ネジ切りされて丸棒状に形成された軸部８６２ａと、その軸部８６２ａの端部８６２ｂ、８６２ｃとネジによって接合され、中央部に接合用の孔８６２ｄ、８６２ｅが設けられた端部８６２ｆ、８６２ｇとを備えて構成されている。
アーム８６２は、端部８６２ｆに設けられた接合用の孔８６２ｄに挿入されたピン８６２ｈを介して、アーム８６１の端部８６１ｂに回転可能となるように接合されているとともに、端部８６２ｇに設けられた接合用の孔８６２ｅに挿入されたピン８６２ｉを介して、図示しないアクチュエータに回転可能となるように接合されている。
【０００９】
アーム８１は、アーム８１２と、アーム８１１とからなる。
アーム８１２は、円筒状に形成された軸部８１２ａと、その軸部８１２ａに連結して設けられ、接合用の孔８１２ｂが設けられた端部８１２ｃと、軸部８１２ａに連結してネジ調整可能なようにネジ切りされた丸棒状の端部８１２ｄとを備えて構成されている。
ここで、駆動軸８７は、矩形の断面を有する環状体であり、その対向する壁部８７ｄ、８７ｅには、孔８７ａ、８７ｃが形成されており、孔８７ａ内にアーム８１２が挿通され、孔８７ｃ内にボルト８１３が挿通され、このボルト８１３がアーム８１２に螺着されることによって、このアーム８１２が駆動軸８７に固定された構成となっている。
【００１０】
アーム８１１は、円筒状に形成された軸部８１１ａと、接合用の孔８１１ｂ、８１１ｃが設けられた端部８１１ｄ、８１１ｅとを備えて構成されている。その軸部８１１ａと端部８１１ｄ，８１１ｅの間には、ネジ切りされた丸棒状の接合部８１１ｆ、８１１ｇが、その軸部８１１ａと端部８１１ｄ，８１１ｅを連結させて、アーム８１１の長さが調節可能となるように嵌合して設けられている。
【００１１】
アーム８１１は、その端部８１１ｄが、接合用の孔８１１ｂを介して、リング９１の外縁部９１１に設けられた接続部９１２の接合用の孔９１２ａに挿入されたピン９１２ｂに回転可能となるように接合されているとともに、端部８１１ｅが、接合用の孔８１１ｃを介して、アーム８１２に設けられた端部８１２ｃに設けられた接合用の孔８１２ｂに挿入されたピン８１２ｅに回転可能となるように接合されている。
アーム８２、８３、８４、８５は、アーム８１と同様の構成であるため、説明を省略する。
【００１２】
この構成において、可変静翼は、アクチュエータを作動させることによって回動する。すなわち、アクチュエータが作動し、アクチュエータに接続されたアーム８６２が押し出されると、アーム８６２に接続されたアーム８６１が反時計回りに回転し、アーム８６１を固定する駆動軸８７が連動して反時計回りに回転する。そして、駆動軸８７に固定されたアーム８１２が、駆動軸８７と連動して反時計回りに回転し、アーム８１２と回転可能に接続されたアーム８１１を押し出し、そのアーム８１１がリング９１の接続部９１２を押し出すことによって、リング９１が反時計回りに回転して、可変静翼が閉じることとなる。
【００１３】
アクチュエータが逆方向、すなわち、アクチュエータに接続されたアーム８６２が引かれる方向に作動した場合において、上記と同様の作用により、リング９１が時計回りに回転して、可変静翼が開くこととなる。
また、リング９２、９３、９４、９５についても、アーム８２、８３、８４、８５によって、リング９１と同様に作用する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の可変静翼駆動装置８０においては、アーム８１２が駆動軸８７の孔８７ａに嵌合され、ボルト８１３で締結された構成であるため、駆動軸８７を回動させたときに、駆動軸８７とアーム８１２およびボルト８１３が相対的に変位して、孔８７ａとアーム８１２およびボルト８１３との間に空隙が生じ、さらに、駆動軸８７に捩れが生じて、駆動力がリング９１に的確に伝達されないという問題があった。
また、上記従来の可変静翼駆動装置８０においては、アーム８１２の外径が細く、長く突出した構成であることにより、アーム８１２が駆動力に耐えられずに撓んでしまい、駆動力がリング９１に的確に伝達されないという問題があった。
【００１５】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、駆動機構から伝達される駆動力がリングに的確に伝達され、駆動力の損失を防止することができる可変静翼駆動装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
請求項１に係る発明は、環状配置された複数の可変静翼に沿って、回転自在に支持され、その回動により駆動力伝達機構を介して前記可変静翼を回動させるリングと、該リングの近傍に配置され、該リングの回転軸線と平行な駆動軸線をもって回転自在に支持された駆動軸と、該駆動軸を回転駆動させる駆動機構と、該駆動軸に固定される環状部と前記駆動軸線から離間する方向に突出する突出部とからなる第１のアームと、前記リングの略接線方向に向けて配置され、一端が該リングに回動自在に連結されるとともに他端が前記第１のアームに回動自在に連結された第２のアームとを備えてなり、前記駆動機構により前記駆動軸を回動させ、前記第１、第２のアームを介して前記リングを回動させることにより、前記可変静翼を回動させる可変静翼駆動装置において、前記駆動機構は、前記駆動軸の外周面に、前記駆動軸線と同軸上に位置して嵌着された環状壁部と、該環状壁部の径方向外方に突出するように該環状壁部に一体的に形成された突出壁部と、該突出壁部を変位させて前記環状壁部を介し前記駆動軸を回動させる駆動部とを備えてなり、前記第１のアームのうち、第１段可変静翼の駆動用に設けられた第１のアームの前記環状部のみが前記環状壁部と締結部材により一体的に締結されていることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、第１のアームは、第２のアームから駆動軸に受ける駆動力によって生じる撓みを抑制する強度を有することにより、撓みによる変形が回避されることとなる。
【００１９】
また、第１のアームは、環状部と突出部とを備えていることによって剛体を形成するため、撓みを抑制する強度が確保されることとなる。
【００２１】
さらに、環状部と環状壁部とが一体的に締結されていることにより、駆動部から受けた駆動トルクを環状部と環状壁部の双方で分担して受けるため、環状部と環状壁部それぞれが受ける荷重が軽減されることとなる。
【００２２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の可変静翼駆動装置において、前記第１段可変静翼の駆動用に設けられた第１のアーム以外に、その他の段の可変静翼用の第１のアームが、前記駆動軸線と同軸上に複数配置されていることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、第１のアームが、駆動軸線と同軸上に複数配置されていることにより、各段の可変静翼について、それぞれ第１のアームによって同一の駆動軸で駆動させることとなる。
【００２４】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の可変静翼駆動装置において、前記駆動軸が円形断面を有していることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、駆動軸を円形断面とすることにより、各段ともに第２アームをリングに概ね接線上に配置が可能となり、駆動力の損失を防止する。
【００２６】
請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載の可変静翼駆動装置において、請求項１から３のいずれかに記載の可変静翼駆動装置において、前記駆動軸の外周面に該駆動軸の一端から前記駆動軸線方向に向けて第１の溝が形成され、前記第１段可変静翼の駆動用に設けられた第１のアームの環状部の内面に前記駆動軸線方向に向けて第２の溝が形成され、これら第１、第２の溝内にキーが嵌着され、前記駆動軸の一端寄りに前記第１段可変静翼の駆動用に設けられた第１のアームの環状部が配置され、前記駆動軸の一端から前記第１段可変静翼の駆動用に設けられた第１のアームの環状部を経て前記環状壁部が配置されていることを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、溝内にキーが嵌着されることにより、駆動部から受けた駆動トルクがキーを介して駆動軸に伝達されることとなる。また、駆動軸に、一端寄りに環状部が配置されていることにより、環状部と接する駆動軸の外周面にのみキーを嵌着することが可能となる。
【００２８】
請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかに記載の可変静翼駆動装置において、前記突出部に、前記第２のアームの該突出部の突出方向の取付位置を調整する高さ調節機構が設けられていることを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、第２のアームの突出部の突出方向の取付位置を調整する高さ調節機構が設けられていることにより、第２のアームのストローク調整が可能となる。
【００３０】
請求項６に係る発明は、回転機械が、請求項１から５のいずれかに記載の可変静翼駆動装置が備えられていることを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、請求項１から７のいずれかに記載の可変静翼駆動装置が備えられている回転機械が提供されることとなる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１から図４は、この発明における一実施形態を示す図であって、この発明を適用したガスタービン（回転機械）の可変静翼駆動装置を示す図である。
【００３３】
図１において、第１段可変静翼の第１のアーム１１があり、隣接して駆動機構１６が固定され、以下駆動軸上に第２可変静翼の第１のアーム１２が取付けられ、順次第３段可変静翼の第１のアーム１３、第４段可変静翼の第１のアーム１４、第５段可変静翼の第１のアーム１５がそれぞれ併設されている。
可変静翼駆動装置１０は、リング９１〜９５と、駆動軸１７と、駆動機構１６と、第１のアーム１１〜１５と、第２のアーム２１〜２５とを備えて構成されている。
リング９１〜９５は、本実施形態において、同軸上に並列にそれぞれ５個備えられているが、全て同様の構成とされているため、リング９１のみ説明する。
第１のアーム１１〜１５および第２のアーム２１〜２５についても同様に、第１のアーム１１および第２のアーム２１についてのみ説明する。
【００３４】
リング９１は、環状配置された複数の可変静翼（図示せず）に沿って、回転軸線の中心を定位置として回転自在に支持されている。
リング９１の端部には、アーム接合用の孔９１２を有した接合部９１１が設けられている。
駆動軸１７は、リング９１の近傍に配置され、リング９１の回転軸線と平行な駆動軸線をもって回転自在に支持されている。また、その断面が円形とされ、その外周面には、駆動軸１７の一端から駆動軸線方向に向けて溝１１３ａが形成されている。
また、環状部１１１の内面には、駆動軸線方向に向けて溝１１３ｂが形成されている。これらの溝１１３ａ、１１３ｂ内には、キー１９が嵌着されている。
【００３５】
駆動機構１６は、駆動軸１７の外周面に、駆動軸線と同軸上に位置して嵌着された環状壁部１６１と、環状壁部１６１の径方向外方に突出するように環状壁部１６１に一体的に形成された突出壁部１６２と、突出壁部１６２を変位させて環状壁部１６１を介し駆動軸１７を回動させる駆動部１６３とを備えて構成されている。
【００３６】
第１のアーム１１は、駆動軸１７に固定され、駆動軸線から離間する方向に突出して設けられており、駆動軸１７の外周面に、駆動軸線と同軸上に位置して嵌着された環状部１１１と、環状部１１１の径方向外方に突出するように環状部１１１に一体的に形成された突出部１１２とを備えて構成されている。
環状部１１１は、締結部材１８によって、環状壁部１６１と一体的に締結されており、環状壁部１６１の位置より駆動軸１７の一端寄りに配置されている。また、一端から環状部１１１を経て環状壁部１６１が配置されている。
突出部１１２には、第２のアーム２１の突出部１１２の突出方向の取付位置を調整する高さ調節機構１１４が設けられている。
【００３７】
第２のアーム２１は、リング９１の略接線方向に向けて配置され、一端がリング９１に回動自在に連結されるとともに他端が第１のアーム１１に回動自在に連結されており、円筒状に形成され、その両端部がネジ切りされた軸部２１１と、アーム接合用の孔２１２、２１３が設けられた端部２１４、２１５とを備えて構成されている。その軸部２１１は、端部２１４、２１５を連結させて、第２のアーム２１の長さが調節可能となるように嵌合して設けられている。
【００３８】
端部２１４は、そのアーム接合用の孔２１２と高さ調節機構１１４に設けられたアーム接合用の孔１１５にピンを嵌合させて、回転自在に取り付けられている。
端部２１５は、そのアーム接合用の孔２１３と接合部９１１に設けられたアーム接合用の孔９１２にピンを嵌合させて、回転自在に取り付けられている。
【００３９】
次に、上記の構成からなる可変静翼駆動装置の作用について説明する。
図示しないが、可変静翼は、駆動機構１６を作動させることによって回動する。すなわち、駆動機構１６が駆動部１６３を押し出す方向に作動すると、突出壁部１６２が回動して駆動機構１６が時計回りに回転し、環状壁部１６１に嵌着された環状部１１１が連動して時計回りに回転することによって、第１のアーム１１が時計方向に回転する。そして、第２のアーム２１が第１のアーム１１に連動して軸方向に作動し、第２のアーム２１に接続されたリング９１が連動して反時計方向に回転し、可変静翼が閉じることとなる。
【００４０】
また、キー１９を介して駆動軸１７が連動して時計回りに回転し、駆動軸１７にキーを介して固定されたアーム１２〜１５が、アーム１１と同様に作用して、可変静翼が閉じることとなる。
【００４１】
駆動機構１６が逆方向、すなわち、駆動機構１６が駆動部１６３を引く方向に作動した場合、上記と同様の作用により、リング９１〜９５が反時計回りに回転して、可変静翼が開くこととなる。
【００４２】
この場合、第１のアーム１１は、駆動軸１７から受けた駆動力を第２のアーム２１に伝達するが、環状部１１１と突出部１１２とを備えて構成されていることによって剛体を形成するため、第１のアーム１１に生じる撓みを抑制する強度が確保されており、強度不足による変形が回避されることとなる。
また、各部の剛性を高くするだけでなく、駆動軸１７を円形断面とすることにより駆動力の損失を防止できる。
【００４３】
また、第１のアーム１１において、溝１１３内にキー１９が嵌着されること、環状部１１１が環状壁部１６１と一体的に締結されていることにより、駆動部１６３から受けた駆動トルクを環状部１１２に伝達した残りの駆動トルクがキー１９を介して駆動軸１７に伝達されることにより、駆動軸１７に伝達される駆動トルクが軽減される。
【００４４】
また、第１のアーム１１において、環状部１１１が駆動軸１７の一端寄りに配置されていることにより、環状部１１１と接する駆動軸１７の外周面にのみキー１９が嵌着されるため、駆動部１６３から受けた駆動トルクが、駆動機構１６から駆動軸１７に直接伝達されるのを回避することとなる。
【００４５】
また、第２のアーム２１の突出部１１２の突出方向の取付位置を調整する高さ調節機構１１４が設けられていることにより、第２のアーム２１のストローク調整が可能となり、設計誤差などにより生じたアーム間のズレが回避される。
【００４６】
上記の構成によれば、第１のアーム１１は、第２のアーム２１から駆動軸１７に受ける駆動力によって生じる撓みを抑制する強度を有することにより、撓みによる変形が回避されることとなるので、駆動力の損失を防止することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したこの発明の可変静翼駆動装置においては、以下の効果を奏する。
請求項１に係る発明によれば、第１のアームは、第２のアームから駆動軸に受ける駆動力によって生じる撓みを抑制する強度を有することにより、撓みによる変形が回避されることとなるので、駆動力の損失を防止することができる。
【００４８】
また、第１のアームは、環状部と突出部とを備えていることによって剛体を形成するため、撓みを抑制する強度が確保されることとなるので、撓みによる変形が回避され、駆動力の損失を防止することができる。
【００４９】
さらに、環状部と環状壁部とが一体的に締結されていることにより、駆動部から受けた駆動トルクを環状部と環状壁部の双方で分担して受け、駆動トルクが低減されるので、駆動機構に強度の低い部材を使用することができる。
【００５０】
請求項２に係る発明によれば、第１のアームが、駆動軸線と同軸上に複数配置されていることにより、各段の可変静翼について、それぞれ第１のアームによって同一の駆動軸で駆動させることとなるので、これらの第１のアームによって複数の可変静翼を同時に稼動することができる。
【００５１】
請求項３に係る発明によれば、駆動軸を円形断面とすることにより、各段の第２アームがリングに概ね接線上に配置が可能となり、駆動力の損失を防止できる。
【００５２】
請求項４に係る発明によれば、駆動トルクがキーを介して駆動軸に伝達されることとなるので、駆動機構に強度の低い部材を使用することができる。
また、駆動軸に、一端寄りに環状部が配置されていることにより、環状部と接する駆動軸の外周面にのみキーを嵌着することが可能となるので、キーの取付を容易に行うことができる。
【００５３】
請求項５に係る発明によれば、第２のアームの突出部の突出方向の取付位置を調整する高さ調節機構が設けられていることにより、第２のアームのストローク調整が可能となるので、設計誤差などにより生じたアーム間のズレが回避される。
【００５４】
請求項６に係る発明によれば、上記のような可変静翼駆動装置を備えた回転機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明における一実施形態に係る可変静翼駆動装置の部分断面図および正面図である。
【図２】 この発明における一実施形態に係る可変静翼駆動装置の部分側面図である。
【図３】 この発明における一実施形態に係る駆動機構の正面図である。
【図４】 この発明における一実施形態に係るアームの部分拡大図である。
【図５】 従来の可変静翼駆動装置の部分拡大図である。
【図６】 従来の可変静翼駆動装置の部分拡大図である。
【図７】 従来の可変静翼駆動装置の側面図である。
【符号の説明】
１０、８０ 可変静翼駆動装置
１１〜１５ アーム
１６、８６ 駆動機構
１７、８７ 駆動軸
２１〜２５ アーム
８１〜８５ アーム
９１〜９５ リング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable stationary blade driving device for driving a variable stationary blade provided in a turbine or the like in an axial flow compressor of a gas turbine, and a rotary machine including the variable stationary blade driving device.
[0002]
[Prior art]
A compressor in a conventional gas turbine is provided with a variable vane driving device to adjust the change in angle by using several stages of variable vanes. However, these require a device for efficient driving.
[0003]
As a conventional variable stator vane drive device, for example, in a gas turbine provided with a stator vane variable ring that can move in the axial direction outside a portion that generates axial movement due to thermal expansion of the passenger compartment, the variable vane drive unit is disposed at the foundation. An L-shaped first lever whose one end is pin-coupled to the tip of a rod extending and contracting in the axial direction of the actuator via a first arm and whose center of rotation is pin-coupled to the foundation via a second arm; The other end of the first lever and the center of rotation are pin-coupled to one end and the center of rotation via the first and second rods, respectively, and the other end is pin-coupled to the stator vane variable ring, and the center of rotation is the third. There is one provided with a second lever pin-coupled to the passenger compartment via the arm (see Patent Document 1).
[0004]
A plurality of levers each having a proximal end fixed to each stationary blade and a distal end opposite to each other, the plurality of levers pivoting the stationary blade as the lever rotates; and adjacent to the lever An actuating ring that coaxially surrounds the casing, and a plurality of ring guide devices that are circumferentially spaced apart and coupled to the casing to guide the circumferential rotation of the ring, Some of them include a plurality of sliding joints in which the tips of one corresponding lever are respectively coupled to the ring and the pivot rotational length B of the lever is changed as the ring rotates (see Patent Document 2).
[0005]
As a method of setting the variable vane angle, the temperature and pressure at the total pressure ratio of two values are measured downstream of the independent variable vane, and the adiabatic efficiency corresponding to the measured value is calculated to calculate the adiabatic efficiency. Know the direction of the peak, adjust the opening of the variable vane so that it approaches the peak, and then operate in the same way as described above to know the direction of the peak of the adiabatic efficiency at the new two values of the total pressure ratio. There is a configuration in which the variable stator blade angle in the axial compressor is set so that the stator blade angle corresponding to a suitable heat insulation efficiency is gradually reached by repeating the operation a plurality of times (see Patent Document 3).
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-212974 (page 1-5, FIG. 1)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-303606 (page 1-7, FIG. 1)
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-210699 (page 1-6, FIG. 1)
[0007]
Further, there is a variable vane drive device that the applicant of the present invention has conventionally proposed, unlike the one described in the published patent publication.
FIG. 5 to FIG. 7 show an example of the variable stationary blade driving device.
The variable stator blade drive device 80 includes rings 91 to 95 that drive the variable stator blades, a drive mechanism 86 that includes an actuator, and arms 81 to 85 that are connected to the rings 91 to 95. The drive mechanism 86 and the arms 81 to 85 are integrated by being connected to the drive shaft 87 in parallel.
[0008]
The drive mechanism 86 includes an arm 861 and an arm 862.
The arm 861 is constituted by a single thick plate, and one end 861a is fixed and joined to the outer edge 87b of the drive shaft 87 by welding, and the other end 861b has a joining hole. 861c is provided.
The arm 862 is joined to a shaft portion 862a that is threaded into a round bar shape, and ends 862b and 862c of the shaft portion 862a by screws, and is provided with joining holes 862d and 862e at the center. Part 862f and 862g.
The arm 862 is rotatably joined to the end portion 861b of the arm 861 via a pin 862h inserted into a joining hole 862d provided in the end portion 862f, and provided to the end portion 862g. It is joined to an actuator (not shown) so as to be rotatable through a pin 862i inserted into the joining hole 862e.
[0009]
The arm 81 includes an arm 812 and an arm 811.
The arm 812 is provided with a shaft portion 812a formed in a cylindrical shape, and connected to the shaft portion 812a. The arm 812 is connected to the end portion 812c provided with a hole 812b for joining, and can be adjusted by screws connected to the shaft portion 812a. And a round bar-like end portion 812d threaded in such a manner.
Here, the drive shaft 87 is an annular body having a rectangular cross section, and holes 87a and 87c are formed in opposing wall portions 87d and 87e, and an arm 812 is inserted into the hole 87a. The bolt 813 is inserted into the 87 c and the bolt 813 is screwed to the arm 812, whereby the arm 812 is fixed to the drive shaft 87.
[0010]
The arm 811 includes a shaft portion 811a formed in a cylindrical shape, and end portions 811d and 811e provided with bonding holes 811b and 811c. Between the shaft portion 811a and the end portions 811d and 811e, threaded round bar-like joint portions 811f and 811g connect the shaft portion 811a and the end portions 811d and 811e so that the length of the arm 811 is increased. It is fitted and provided so that it can be adjusted.
[0011]
The end portion 811d of the arm 811 can be rotated to the pin 912b inserted into the joining hole 912a of the connecting portion 912 provided in the outer edge portion 911 of the ring 91 via the joining hole 811b. And the end portion 811e can be rotated to the pin 812e inserted into the bonding hole 812b provided in the end portion 812c provided in the arm 812 via the bonding hole 811c. Are joined together.
Since the arms 82, 83, 84, and 85 have the same configuration as the arm 81, description thereof is omitted.
[0012]
In this configuration, the variable stationary blade rotates by actuating the actuator. That is, when the actuator is activated and the arm 862 connected to the actuator is pushed out, the arm 861 connected to the arm 862 rotates counterclockwise, and the drive shaft 87 that fixes the arm 861 is interlocked to rotate counterclockwise. Rotate to. The arm 812 fixed to the drive shaft 87 rotates counterclockwise in conjunction with the drive shaft 87 to push out the arm 811 that is rotatably connected to the arm 812, and the arm 811 is connected to the connection portion of the ring 91. By pushing out 912, the ring 91 rotates counterclockwise, and the variable stationary blade is closed.
[0013]
When the actuator is operated in the reverse direction, that is, in the direction in which the arm 862 connected to the actuator is pulled, the ring 91 rotates clockwise by the same action as described above, and the variable stationary blade is opened.
In addition, the rings 92, 93, 94, and 95 act similarly to the ring 91 by the arms 82, 83, 84, and 85.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional variable vane drive device 80, since the arm 812 is fitted in the hole 87a of the drive shaft 87 and fastened by the bolt 813, when the drive shaft 87 is rotated, The drive shaft 87, the arm 812, and the bolt 813 are relatively displaced to create a gap between the hole 87a, the arm 812, and the bolt 813, and the drive shaft 87 is twisted, so that the drive force is applied to the ring 91. There was a problem that it was not accurately communicated.
Further, in the conventional variable vane driving device 80, the arm 812 has a thin outer diameter and a long projecting configuration, so that the arm 812 is bent without being able to withstand the driving force, and the driving force is reduced to the ring 91. There was a problem that it was not communicated accurately.
[0015]
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and provides a variable stationary blade driving device that can accurately transmit the driving force transmitted from the driving mechanism to the ring and prevent loss of the driving force. The purpose is to do.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a ring that is rotatably supported along a plurality of annularly arranged variable stationary blades, and rotates the variable stationary blades via a driving force transmission mechanism by the rotation thereof, disposed in the vicinity of the ring, and rotatably supported by the drive shaft rotation with a rotation axis that is parallel drive axis of the ring, and a drive mechanism for rotationally driving the drive shaft, an annular portion that will be fixed to the drive shaft the A first arm having a protruding portion protruding in a direction away from the drive axis, and being arranged toward a substantially tangential direction of the ring, one end of which is rotatably connected to the ring and the other end of the first arm; And a second arm rotatably connected to one arm, the drive mechanism rotates the drive shaft, and the ring is rotated via the first and second arms. By rotating the variable stationary blade In Hensei wing drive unit, the drive mechanism, the outer peripheral surface of the drive shaft, projecting an annular wall portion which is fitted in position on the drive axis and coaxially, radially outward of the annular wall portion A projecting wall portion formed integrally with the annular wall portion, and a drive portion for displacing the projecting wall portion to rotate the drive shaft through the annular wall portion, Of the one arm, only the annular portion of the first arm provided for driving the first stage variable stator vane is integrally fastened by the annular wall portion and a fastening member .
[0017]
According to the present invention, the first arm has a strength that suppresses the bending caused by the driving force applied to the drive shaft from the second arm, so that deformation due to the bending is avoided.
[0019]
In addition, since the first arm includes the annular portion and the protruding portion to form a rigid body, the strength for suppressing the bending is ensured.
[0021]
Furthermore, since the annular portion and the annular wall portion are integrally fastened, the drive torque received from the drive portion is shared and received by both the annular portion and the annular wall portion. The load received by will be reduced.
[0022]
According to a second aspect of the present invention, in the variable stator blade driving device according to the first aspect, in addition to the first arm provided for driving the first stage variable stator blade, the variable stator blade for other stages A plurality of first arms are arranged coaxially with the drive axis.
[0023]
According to this invention, since the plurality of first arms are arranged coaxially with the drive axis, the variable stator vanes at each stage are driven by the same drive shaft by the first arm, respectively. .
[0024]
The invention according to claim 3 is the variable stationary blade drive device according to claim 1 or 2 , wherein the drive shaft has a circular cross section.
[0025]
According to the present invention, since the drive shaft has a circular cross section, the second arm can be disposed substantially tangential to the ring at each stage, and loss of drive force is prevented.
[0026]
The invention according to claim 4, in the variable vane driving device according to any one of claims 1 to 3, in the variable vane driving device according to any one of claims 1 to 3, the outer peripheral surface of the drive shaft A first groove is formed from one end of the drive shaft in the direction of the drive axis, and the inner surface of the annular portion of the first arm provided for driving the first stage variable stator blade is in the direction of the drive axis. A second groove is formed in the first and second grooves, and a key is fitted in the first and second grooves. The first groove is provided near the one end of the drive shaft for driving the first stage variable stator vane. An annular portion of the arm is disposed, and the annular wall portion is disposed from one end of the drive shaft through the annular portion of the first arm provided for driving the first stage variable stator vane. And
[0027]
According to this invention, when the key is fitted into the groove, the drive torque received from the drive unit is transmitted to the drive shaft via the key. In addition, since the annular portion is disposed near one end of the drive shaft, the key can be fitted only on the outer peripheral surface of the drive shaft in contact with the annular portion.
[0028]
The invention according to claim 5 is the variable stator vane drive device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the height of the protrusion in the protrusion direction of the second arm is adjusted to the protrusion. A thickness adjusting mechanism is provided.
[0029]
According to the present invention, the height adjustment mechanism for adjusting the mounting position of the protruding portion of the second arm in the protruding direction is provided, so that the stroke of the second arm can be adjusted.
[0030]
The invention according to claim 6 is characterized in that the rotary machine is provided with the variable stationary blade drive device according to any one of claims 1 to 5 .
[0031]
According to the present invention, a rotating machine provided with the variable stationary blade drive device according to any one of claims 1 to 7 is provided.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 to FIG. 4 are diagrams showing an embodiment of the present invention, and are diagrams showing a variable stationary blade driving device of a gas turbine (rotary machine) to which the present invention is applied.
[0033]
In FIG. 1, there is a first arm 11 of a first stage variable stator blade, a drive mechanism 16 is fixed adjacently, and a first arm 12 of a second variable stator blade is attached on the drive shaft, and sequentially. The first arm 13 of the third stage variable stator blade, the first arm 14 of the fourth stage variable stator blade, and the first arm 15 of the fifth stage variable stator blade are provided together.
The variable stationary blade drive device 10 includes rings 91 to 95, a drive shaft 17, a drive mechanism 16, first arms 11 to 15, and second arms 21 to 25.
In the present embodiment, five rings 91 to 95 are provided in parallel on the same axis, respectively, but since all have the same configuration, only the ring 91 will be described.
Similarly, only the first arm 11 and the second arm 21 will be described for the first arm 11 to 15 and the second arm 21 to 25.
[0034]
The ring 91 is rotatably supported with a center of the rotation axis as a fixed position along a plurality of annularly arranged variable stator vanes (not shown).
An end portion of the ring 91 is provided with a joint portion 911 having an arm joint hole 912.
The drive shaft 17 is disposed in the vicinity of the ring 91 and is rotatably supported with a drive axis parallel to the rotation axis of the ring 91. The cross section is circular, and a groove 113a is formed on the outer peripheral surface from one end of the drive shaft 17 in the drive axis direction.
Further, a groove 113b is formed on the inner surface of the annular portion 111 toward the drive axis direction. A key 19 is fitted in the grooves 113a and 113b.
[0035]
The drive mechanism 16 includes an annular wall 161 fitted on the outer peripheral surface of the drive shaft 17 so as to be coaxial with the drive axis, and an annular wall 161 so as to protrude outward in the radial direction of the annular wall 161. And a driving portion 163 that displaces the protruding wall portion 162 and rotates the driving shaft 17 via the annular wall portion 161.
[0036]
The first arm 11 is fixed to the drive shaft 17 and protrudes in a direction away from the drive axis. The first arm 11 is an annular shape that is fitted on the outer peripheral surface of the drive shaft 17 so as to be coaxial with the drive axis. A portion 111 and a protrusion 112 formed integrally with the annular portion 111 so as to protrude outward in the radial direction of the annular portion 111 are configured.
The annular portion 111 is fastened integrally with the annular wall portion 161 by the fastening member 18, and is disposed closer to one end of the drive shaft 17 than the position of the annular wall portion 161. An annular wall 161 is arranged from one end through the annular portion 111.
The protrusion 112 is provided with a height adjustment mechanism 114 that adjusts the mounting position of the protrusion 112 of the second arm 21 in the protrusion direction.
[0037]
The second arm 21 is arranged in a substantially tangential direction of the ring 91, one end is rotatably connected to the ring 91 and the other end is rotatably connected to the first arm 11. The shaft portion 211 is formed in a cylindrical shape, and both ends thereof are threaded, and the end portions 214 and 215 provided with the holes 212 and 213 for arm connection. The shaft portion 211 is provided by fitting the end portions 214 and 215 so that the length of the second arm 21 can be adjusted.
[0038]
The end 214 is rotatably attached by fitting a pin into the arm joining hole 212 and the arm joining hole 115 provided in the height adjusting mechanism 114.
The end 215 is rotatably attached by fitting a pin into the arm joining hole 213 and the arm joining hole 912 provided in the joining part 911.
[0039]
Next, the operation of the variable stationary blade driving device having the above configuration will be described.
Although not shown, the variable stationary blade rotates by actuating the drive mechanism 16. That is, when the drive mechanism 16 is operated in the direction of pushing out the drive part 163, the protruding wall part 162 rotates and the drive mechanism 16 rotates clockwise, and the annular part 111 fitted to the annular wall part 161 is interlocked. By rotating clockwise, the first arm 11 rotates clockwise. Then, the second arm 21 operates in the axial direction in conjunction with the first arm 11, the ring 91 connected to the second arm 21 rotates in the counterclockwise direction, and the variable stationary blade is closed. It will be.
[0040]
Further, the drive shaft 17 is rotated clockwise in conjunction with the key 19, and the arms 12 to 15 fixed to the drive shaft 17 through the key operate in the same manner as the arm 11, so that the variable stationary blade is It will be closed.
[0041]
When the drive mechanism 16 is operated in the reverse direction, that is, in the direction in which the drive mechanism 16 pulls the drive unit 163, the rings 91 to 95 are rotated counterclockwise by the same action as described above, and the variable stationary blade is opened. It becomes.
[0042]
In this case, the first arm 11 transmits the driving force received from the drive shaft 17 to the second arm 21, but the first arm 11 includes the annular portion 111 and the protruding portion 112 to form a rigid body. Therefore, the strength that suppresses the bending that occurs in the first arm 11 is secured, and deformation due to insufficient strength is avoided.
Further, not only the rigidity of each part is increased, but also the loss of driving force can be prevented by making the driving shaft 17 have a circular cross section.
[0043]
Further, in the first arm 11, the key 19 is fitted in the groove 113, and the annular portion 111 is integrally fastened with the annular wall portion 161, so that the drive torque received from the drive portion 163 is obtained. The remaining drive torque transmitted to the annular portion 112 is transmitted to the drive shaft 17 via the key 19, whereby the drive torque transmitted to the drive shaft 17 is reduced.
[0044]
Further, in the first arm 11, since the annular portion 111 is disposed near one end of the drive shaft 17, the key 19 is fitted only on the outer peripheral surface of the drive shaft 17 in contact with the annular portion 111. The drive torque received from the part 163 is prevented from being directly transmitted from the drive mechanism 16 to the drive shaft 17.
[0045]
In addition, since the height adjustment mechanism 114 for adjusting the mounting position of the protruding portion 112 of the second arm 21 in the protruding direction is provided, the stroke of the second arm 21 can be adjusted, which is caused by a design error or the like. Misalignment between the two arms is avoided.
[0046]
According to said structure, since the 1st arm 11 has the intensity | strength which suppresses the bending produced by the drive force received from the 2nd arm 21 to the drive shaft 17, the deformation | transformation by bending will be avoided. The loss of driving force can be prevented.
[0047]
【The invention's effect】
The variable stationary blade drive device of the present invention described above has the following effects.
According to the first aspect of the present invention, since the first arm has a strength that suppresses the bending caused by the driving force received from the second arm to the drive shaft, the deformation due to the bending is avoided. The loss of driving force can be prevented.
[0048]
Further , since the first arm includes the annular portion and the protruding portion to form a rigid body, the strength for suppressing the bending is ensured, so that the deformation due to the bending is avoided and the driving force is reduced. Loss can be prevented.
[0049]
Furthermore , since the annular portion and the annular wall portion are integrally fastened, the drive torque received from the drive portion is shared and received by both the annular portion and the annular wall portion, so that the drive torque is reduced. A member having low strength can be used for the drive mechanism.
[0050]
According to the second aspect of the present invention, the plurality of first arms are arranged coaxially with the drive axis, so that each stage of the variable stator vane is driven by the same drive shaft by the first arm. Therefore, a plurality of variable stationary blades can be operated simultaneously by these first arms.
[0051]
According to the invention of claim 3 , by setting the drive shaft to have a circular cross section, the second arm of each stage can be disposed substantially tangential to the ring, and loss of drive force can be prevented.
[0052]
According to the fourth aspect of the present invention, since the driving torque is transmitted to the driving shaft through the key, a member having low strength can be used for the driving mechanism.
In addition, since the annular portion is disposed near the one end of the drive shaft, the key can be fitted only on the outer peripheral surface of the drive shaft in contact with the annular portion, so that the key can be easily attached. Can do.
[0053]
According to the fifth aspect of the present invention, since the height adjustment mechanism for adjusting the mounting position of the protruding portion of the second arm in the protruding direction is provided, the stroke of the second arm can be adjusted. Misalignment between arms caused by design errors and the like is avoided.
[0054]
According to the invention which concerns on Claim 6 , the rotary machine provided with the above variable stationary blade drive devices can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view and a front view of a variable stator blade drive device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial side view of the variable stationary blade driving device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a front view of a drive mechanism according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a partially enlarged view of an arm according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a partially enlarged view of a conventional variable vane driving device.
FIG. 6 is a partially enlarged view of a conventional variable stationary blade driving device.
FIG. 7 is a side view of a conventional variable stationary blade driving device.
[Explanation of symbols]
10, 80 Variable vane drive unit 11-15 Arm 16, 86 Drive mechanism 17, 87 Drive shaft 21-25 Arm 81-85 Arm 91-95 Ring

Claims (6)

環状配置された複数の可変静翼に沿って、回転自在に支持され、その回動により駆動力伝達機構を介して前記可変静翼を回動させるリングと、
該リングの近傍に配置され、該リングの回転軸線と平行な駆動軸線をもって回転自在に支持された駆動軸と、
該駆動軸を回転駆動させる駆動機構と、
該駆動軸に固定される環状部と前記駆動軸線から離間する方向に突出する突出部とからなる第１のアームと、
前記リングの略接線方向に向けて配置され、一端が該リングに回動自在に連結されるとともに他端が前記第１のアームに回動自在に連結された第２のアームと
を備えてなり、
前記駆動機構により前記駆動軸を回動させ、前記第１、第２のアームを介して前記リングを回動させることにより、前記可変静翼を回動させる可変静翼駆動装置において、
前記駆動機構は、前記駆動軸の外周面に、前記駆動軸線と同軸上に位置して嵌着された環状壁部と、
該環状壁部の径方向外方に突出するように該環状壁部に一体的に形成された突出壁部と、
該突出壁部を変位させて前記環状壁部を介し前記駆動軸を回動させる駆動部と
を備えてなり、
前記第１のアームのうち、第１段可変静翼の駆動用に設けられた第１のアームの前記環状部のみが前記環状壁部と締結部材により一体的に締結されていることを特徴とする可変静翼駆動装置。A ring that is rotatably supported along a plurality of annularly arranged variable stator blades, and rotates the variable stator blades via a driving force transmission mechanism by rotation thereof,
A drive shaft disposed in the vicinity of the ring and rotatably supported by a drive axis parallel to the rotation axis of the ring;
A drive mechanism for rotating the drive shaft;
A first arm consisting of a projection projecting in a direction away from the annular portion and the drive axis that will be fixed to the drive shaft,
And a second arm that is disposed in a substantially tangential direction of the ring and has one end rotatably connected to the ring and the other end rotatably connected to the first arm. ,
In the variable stator blade driving device that rotates the variable stator blades by rotating the drive shaft by the drive mechanism and rotating the ring through the first and second arms,
The drive mechanism has an annular wall portion fitted on the outer peripheral surface of the drive shaft so as to be coaxial with the drive axis,
A projecting wall formed integrally with the annular wall so as to project outward in the radial direction of the annular wall;
A drive part for displacing the protruding wall part and rotating the drive shaft through the annular wall part;
With
Of the first arm, only the annular portion of the first arm provided for driving the first stage variable stator vane is integrally fastened by the annular wall portion and a fastening member. Variable stator vane drive device. 請求項１に記載の可変静翼駆動装置において、
前記第１段可変静翼の駆動用に設けられた第１のアーム以外に、その他の段の可変静翼用の第１のアームが、前記駆動軸線と同軸上に複数配置されていることを特徴とする可変静翼駆動装置。In the variable stator blade drive device according to claim 1,
In addition to the first arm provided for driving the first stage variable stator blade, a plurality of first arms for variable stage stator blades of other stages are arranged coaxially with the drive axis. A variable stator vane drive device. 請求項１または２に記載の可変静翼駆動装置において、
前記駆動軸が円形断面を有していることを特徴とする可変静翼駆動装置。The variable stator vane drive device according to claim 1 or 2 ,
The variable stator blade drive device, wherein the drive shaft has a circular cross section. 請求項１から３のいずれかに記載の可変静翼駆動装置において、
前記駆動軸の外周面に該駆動軸の一端から前記駆動軸線方向に向けて第１の溝が形成され、前記第１段可変静翼の駆動用に設けられた第１のアームの環状部の内面に前記駆動軸線方向に向けて第２の溝が形成され、これら第１、第２の溝内にキーが嵌着され、前記駆動軸の一端寄りに前記第１段可変静翼の駆動用に設けられた第１のアームの環状部が配置され、前記駆動軸の一端から前記第１段可変静翼の駆動用に設けられた第１のアームの環状部を経て前記環状壁部が配置されていることを特徴とする可変静翼駆動装置。In the variable stationary blade drive device according to any one of claims 1 to 3 ,
A first groove is formed in an outer peripheral surface of the drive shaft from one end of the drive shaft in the direction of the drive axis, and an annular portion of a first arm provided for driving the first stage variable stator vane is formed. A second groove is formed on the inner surface in the direction of the drive axis, and a key is fitted in the first and second grooves, and the first stage variable stator vane is driven near one end of the drive shaft . An annular portion of the first arm provided on the first shaft is disposed, and the annular wall portion is disposed from one end of the drive shaft through the annular portion of the first arm provided for driving the first stage variable stator vane. A variable stator vane drive device, characterized in that 請求項１から４のいずれかに記載の可変静翼駆動装置において、
前記突出部に、前記第２のアームの該突出部の突出方向の取付位置を調整する高さ調節機構が設けられていることを特徴とする可変静翼駆動装置。In the variable stationary blade drive device according to any one of claims 1 to 4 ,
A variable stator vane drive device, wherein a height adjusting mechanism for adjusting a mounting position of the protruding portion of the second arm in the protruding direction is provided on the protruding portion. 請求項１から５のいずれかに記載の可変静翼駆動装置が備えられていることを特徴とする回転機械。A rotary machine comprising the variable stationary blade drive device according to any one of claims 1 to 5 .
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