JP4108324B2 - 可変静翼用ブッシュ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にはガスタービンエンジンの可変静翼組立体に関し、より具体的には、可変静翼組立体の内部に用いられるブッシュに関する。
【０００２】
【発明の背景】
ガスタービンエンジンは、高圧圧縮機、燃焼器、及び高圧タービンを含む。高圧圧縮機は、ロータ及び複数の段を含む。ロータは、ケーシングにより囲まれており、各段は、動翼列の及び静翼の列を含む。ケーシングは静翼を支持し、またロータは動翼を支持する。静翼の列は、動翼の列の間にあり、空気流を後続する下流の動翼の列に向けて指向させる。さらに、少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンでは、エンジン作動温度の低下を促進するために水噴射装置を含むので、静翼の列は水／空気ミスト混合物に曝される。
【０００３】
可変静翼組立体を用いて、圧縮機を通って流れる空気流を制御し、圧縮機の性能を最適化するのを助ける。各可変静翼組立体は、隣接する動翼の間に延びる可変静翼を含む。可変静翼は、圧縮機を通ってくる空気流を指向させために静翼を複数の配向に位置決めできるように、軸の周りで回転可能である。
【０００４】
少なくとも一部の公知の可変翼組立体は、可変翼、ブッシュ、及びスペーサを含む。ブッシュは、可変翼とケーシングの間及びスペーサとケーシングの間を延びて、スペーサ及び翼の両方がケーシングと接触するのを防止する。摩耗への配慮から、ブッシュは、一般的に高い耐久性のある低摩擦の材料で製作される。しかしながら、可変静翼組立体は水／空気混合物に曝されるので、腐食及び酸化を最少にするために、ブッシュはまた非金属材料で一般的に製作される。
【特許文献１】
特開平０９−１０５３０９号公報
【０００５】
【発明の概要】
例示的な実施形態において、ガスタービンエンジン用の可変静翼組立体は、ブッシュを含み、このブッシュが可変静翼組立体の有効寿命を延ばすのを助ける。静翼組立体は、スペーサ及びエンジンケーシングに固定された翼を含む。ブッシュは、スペーサと翼の間にあり、スペーサ及び翼がエンジンケーシングに接触するのを防止する。ブッシュは、ブッシュの少なくとも１部分が導電性をもつように、製作される。
【０００６】
運転中に、エンジンが作動すると、エンジンを通って流れる水／空気混合物が、可変静翼組立体の金属構成部品に静電荷を発生させる可能性がある。ブッシュの少なくとも１部分が導電性をもつようにブッシュは製作されるので、可変静翼組立体の内部に生じる電荷がブッシュを通してアースに放電されるように、ブッシュを通る導電経路が形成される。その結果、ブッシュは、対費用効果がよくかつ信頼性のある方法で可変静翼組立体の内部の電荷を減少又は排除するのを促進する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４、及び燃焼器組立体１６を含むガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、一連の軸流関係に配置された高圧タービン１８及び低圧タービン２０を含む。圧縮機１２及びタービン２０は第１シャフト２４により連結され、また圧縮機１４及びタービン１８は第２シャフト２６により連結される。１つの実施形態において、エンジン１０は、オハイオ州シンシナチのＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＬＭ６０００エンジンである。
【０００８】
運転中、空気はエンジン１０の上流側３２から低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧された空気は低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。次いで加圧空気は燃焼器組立体１６に供給され、そこで該空気は燃料と混合され点火される。燃焼ガスは、燃焼器１６から流れてタービン１８及び２０を駆動する。
【０００９】
図２は、タービンエンジン用の高圧圧縮機１４の部分の概略図である。圧縮機１４は、複数の段５０を含み、各段５０は、動翼５２の列及び可変静翼組立体５６の列を含む。動翼５２は、一般的にロータディスク５８により支持され、またロータシャフト２６に接続される。ロータシャフト２６は、高圧タービン１８（図１に示す）にも接続される高圧側のシャフトである。ロータシャフト２６は、可変静翼組立体５６を支持するステータケーシング６２により囲まれている。
【００１０】
各可変静翼組立体５６は、可変翼７４及び翼ステム７６を含む。翼ステム７６は、ケーシング６２中の開口７８を貫いて突出する。各可変翼組立体５６はまた、可変翼７４から延び、可変翼７４を回転させるのに用いられるレバー腕８０を含む。翼７４は、圧縮機１４を通る流路に対して配向されており、そこを通る空気流を制御する。それに加えて、少なくとも幾つかの翼７４は内方ケーシング８２に取り付けられる。
【００１１】
図３は、可変静翼組立体５６の拡大概略図である。より具体的には、１つの実施形態において、可変静翼組立体５６は、オハイオ州シンシナチのＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＬＭ６０００エンジンの入口案内翼（ＩＧＶ）、第１段及び第２段５０（図２に示される）に用いられる。各可変静翼組立体５６は、可変翼７４及び可変翼７４上に配置されたワッシャ９８を含む。ケーシング６２は、可変翼７４を支持し、第１凹部１００、内壁１０２、及び第２凹部１０４を含む。開口７８は、内壁１０２により形成される。ワッシャ９８は、第１部分１０８及び第２部分１１０を含む。ワッシャ第１部分１０８は、第１凹部１００の内側に嵌まり、可変翼７４をケーシング６２から隔てる。ワッシャ第２部分１１０は、ワッシャ第１部分１０８からほぼ垂直に開口７８の中に延びる。ワッシャ第２部分１１０は、内壁１０２に接触して可変翼７４をケーシング６２から隔てる。
【００１２】
可変静翼組立体５６はまた、以下により詳細に述べるがブッシュ１２０を含み、ブッシュ１２０は環状の第１部分１２２及びほぼ円筒形である環状の第２部分１２４を有する。可変翼組立体のブッシュ第１部分１２２は、ブッシュ第２部分１２４から放射方向外向きに延びる。第１部分１２２は、ケーシング６２上に位置して、第２凹部１０４に沿って延びる。
【００１３】
スペーサ１２６は、ブッシュ１２０に接触し、ブッシュ１２０によりケーシング６２から隔てられる。その上に、ブッシュ１２０は、ワッシャ９８に接触して、ワッシャ９８の部分をスペーサ１２６から隔てる。可変翼７４はまた、外壁１３０とスペーサ座面１３２を備える突起１２８とを含む。突起１２８は、翼ステム７６を囲み、また翼ステム７６及び突起１２８は、ケーシング開口７８を貫いて延びる。ブッシュ第２部分１２４は、ケーシング内壁１０２に沿って小さい公差で延びて、突起１２８の外壁１３０がケーシング内壁１０２に接触するのを防止する。
【００１４】
可変翼組立体のレバー腕８０は、翼ステム７６の周りにスペーサ１２６と接触するように設置される。レバー腕８０は、翼７４の角度を調節して、圧縮機を通る空気の流れを変えるために用いられる。その上に、可変翼組立体５６は、レバー腕８０と接触するスリーブ１３８及びスリーブ１３８と接触するレバー腕ナット１４０を含む。レバー腕ナット１４０は、翼ステム７６と協働して可変翼組立体５６のケーシング６２への接触を維持する。
【００１５】
図４は、可変翼組立体ブッシュ１２０の例示的な実施形態の拡大断面図である。ブッシュ１２０は、第１の層１７０、第２の層１７２、及び第３の層１７６を含む。より具体的には、可変静翼組立体ブッシュ１２０は、少なくとも３つの異なる層から形成された基質で製作される。１つの実施形態において、テフロン繊維及びガラス繊維が、可変翼組立体ブッシュ１２０を製作するのに用いられる基質に含まれる。
【００１６】
ブッシュ１２０は、樹脂で含浸されて基質を結合する。１つの実施形態において、樹脂は、ミズーリ州セントルイスのＭｏｎｓａｎｔｏ Ｃｏｒｐ．から市販されているポリイミド樹脂Ｓｋｙｂｏｒｄ ７０３である。ある量の導電性材料が樹脂に添加される。１つの実施形態において、導電性材料は、それに限定されるわけではないが、黒鉛またはアルミニウムを含む。
【００１７】
樹脂に添加される導電性材料の量は、樹脂が硬化してブッシュ１２０を製作するのに用いられる材料を結合するとき、導電性材料が確実にブッシュ全体にわたって均質に分散されるように、前もって選定される。従って、ブッシュ第１部分１２２及びブッシュ第２部分１２４を通る導電経路が得られる。より具体的には、樹脂に添加される導電性材料の量は変えることができ、ブッシュ１２０が所定の抵抗を伴って所定の電流を電導することができるように、選定される。その上に、樹脂をブッシュ１２０に添加することでブッシュ１２０の耐久性を増し、ブッシュ１２０の摩擦係数を低下させることを可能にする。
【００１８】
運転中に、可変静翼組立体５６が、エンジン１０（図１及び図２に示す）を通って流れる水／空気混合物に曝されると、可変翼組立体５６（図２及び図３に示す）の金属構成部品に静電荷が発生する可能性がある。静電荷に連続して曝されると、電弧を生じ、また可変静翼組立体の早期損傷を生じて、内部の火災報知装置起動させたりあるいは外部に存在する可能性がある燃料／空気混合物を起爆させたりする可能性がある。ブッシュ１２０を製作するのに用いられる材料は導電性材料を含む樹脂で結合されているので、ブッシュ１２０を通る導電経路が形成され、可変静翼組立体５６の内部に生じる電荷は、ブッシュ１２０を通してアースに放電される。その結果、可変静翼組立体５６の内部の金属構成部品の電荷の蓄積が実質的に減少または排除されるので、ブッシュ１２０は、可変静翼組立体５６の有効寿命を延ばすのを助け、また前述の損傷状態になるのを減少または排除する。
【００１９】
図５は、可変静翼組立体５６（図２及び図３に示す）に用いることができるブッシュ２００の別の実施形態の側面図である。ブッシュ２００は、図３及び図４に示すブッシュ１２０に実質的に類似しており、ブッシュ１２０の構成部品と同一のブッシュ２００における構成部品は、図３及び図４において用いたのと同じ参照符号を用いて図５で特定される。従って、ブッシュ２００は、第１部分１２２及び第２部分１２４を含む。さらに、ブッシュ２００は、第１の層１７０（図４に示す）、第2の層１７２（図４に示す）、及び第３の層１７６（図４に示す）を含み、少なくとも３つの異なる層から形成された基質で製作される。
【００２０】
ブッシュ２００は、導電性材料で被覆される。１つの実施形態において、被覆材料は、ペンシルヴェニア州ウエストチェスターのＷｈｉｔｆｏｒｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＸｙｌａｎ １４０１である。具体的には、ブッシュ第1部分１２２のみが導電性材料で被覆される。より具体的には、ブッシュ第１部分１２２は、上部表面２０２、外端縁２０４、及び下部表面２０６を含む。導電性材料被覆は、ブッシュ第１部分の上部表面２０２、外端縁２０４、及び下部表面２０６に施されるが、ブッシュ第２部分１２４にもブッシュ２００を同心に貫いて延びる穴２１２を形成する側壁２１０にも施されない。
【００２１】
被覆は、導電経路がブッシュ２００に形成されるように、導電体として作用する。被覆は、所定の抵抗を伴って所定の電流量を伝導するように選定される。より具体的には、導電経路は、ブッシュ突出端縁２０４の周りの翼スペーサ１２６（図３に示す）からブッシュ第１部分の下部表面２０６までの間に延びる。ブッシュ第１部分の下部表面２０６は、ケーシング６２（図３に示す）に隣接するので、導電経路は、ケーシング６２を通してアースまで延びる。その上に、被覆は低摩擦材料で製作されるので、被覆はまたケーシング６２及び翼スペーサ１２６に対する摩擦表面として作用する。さらに、ブッシュ２００は小さい公差でケーシング内壁１０２（図３に示す）と翼の突起外壁１３０（図３に示す）の間に設置されるが、被覆はブッシュ穴側壁２１０にもブッシュ第２部分１２４にも施されないので、被覆は、翼の突起外壁１３０とケーシング６２の間のすきま嵌めを損なうことはなく、現在使用中のブッシュ（図示せず）に適用することができる。
【００２２】
上述の可変静翼組立体は、対費用効果がよくかつ高い信頼性がある。静翼組立体は、可変静翼スペーサとケーシングの間の導電経路を形成するブッシュを含む。ブッシュは、可変静翼組立体からアースへの電荷の放電を可能にする。より具体的には、ブッシュは、可変静翼組立体の内部の金属構成部品に電荷が蓄積されるのを実質的に減少または排除するのを助ける。その結果、ブッシュは、対費用効果がよくかつ信頼性のある方法で可変静翼組立体の内部の電荷を減少または排除することを可能にする。
【００２３】
本発明を、様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変形形態で実施することができることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】 図１に示すエンジンに用いられる高圧圧縮機の部分の概略図。
【図３】 ブッシュを含み、また図２に示す高圧圧縮機に用いられる可変静翼組立体の概略図。
【図４】 図３に示すブッシュの拡大断面図。
【図５】 図３に示す可変静翼組立体に用いることができるブッシュの別の実施形態の側面図。
【符号の説明】
５６ 可変静翼組立体
６２ ケーシング
７４ 可変翼
７６ 翼ステム
７８ ケーシングの開口
８０ レバー腕
９８ ワッシャ
１２０ ブッシュ
１２６ スペーサ
１２８ 可変翼の突起
１３８ スリーブ
１４０ レバー腕ナット

Claims (7)

1. 円筒形の部分（１２４）及び該円筒形部分から放射方向外向きに延びる環状突出部分（１２２）を備える、ガスタービンエンジン（１０）の可変静翼（５６）用のブッシュ（１２０）を製作する方法であって、
   少なくとも１つの材料で複数の層（１７０、１７２、１７６）を形成する段階と、
   前記複数の層で前記ブッシュを形成する段階と、
   を含み、
   導電性材料が前記ブッシュ全体にわたって実質的に均質になるように、該導電性材料で前記ブッシュ（１２０）を含浸する段階をさらに含むことを特徴とする方法。
2. 複数の層（１７０、１７２、１７６）を形成する前記段階は、少なくとも３つの層で３つの材料基質を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 導電性材料で前記ブッシュの環状部分（１２２）を被覆する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. ガスタービンエンジン（１０）の可変静翼（５６）用のブッシュ（１２０）であって、該ブッシュは環状突出部分（１２２）及び円筒形の部分（１２４）を備える本体を含み、前記環状突出部分が前記円筒形の部分から放射方向外向きに延びており、
   前記ブッシュは少なくとも３つの材料の組合せで形成される複数の層（１７０、１７２、１７６）を含み、前記複数の層（１７０、１７２、１７６）は導電性材料を含む樹脂で結合されており、且つ、前記樹脂は前記ブッシュ全体にわたって導電性材料が実質的に均質にとなるよう前記ブッシュに含浸されて導電経路を形成していることを特徴とするブッシュ（１２０）。
5. 前記ブッシュの環状突出部分（１２２）は、導電性材料で被覆されることを特徴とする、請求項４に記載のブッシュ（１２０）。
6. 前記ブッシュは、所定の抵抗を伴って所定の電流を電導する形状にされることを特徴とする、請求項４に記載のブッシュ（１２０）。
7. ケーシング（６２）を含むガスタービンエンジン（１０）用の可変静翼（５６）であって、
   スペーサ（１２６）と、
   可動翼（７４）と、
   前記スペーサと前記翼との間に位置し、前記スペーサ及び前記翼が前記ガスタービンエンジンのケーシングに接触するのを防止するブッシュ（１２０）と、を含み、
   前記ブッシュが請求項４ないし６のいずれか一項である、
   ことを特徴とする可変静翼（５６）。

Images