JP4887059B2 - ターボ機械における旋回ベーンの制御を同期させるためのリングの中心合わせを調整するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、ターボ機械における旋回ベーンの制御を同期させるためのリングを調整して、リングが、ターボ機械の軸に適切に中心合わせされるようにするための装置の一般的な分野に関する。

ターボ機械において、ターボ機械の運転スピードに応じて、圧縮セクションを通過するガスの流れおよび方向を調整するために、ステータベーンの１つ以上の段を使用することが知られている。これらのステータベーンの段は、ターボ機械の運転スピードに応じて、複数のベーンのピッチ角度が変更され得るような態様で、それら複数のベーンをステータに結合するそれらの軸のまわりでの旋回が可能な、複数のベーン（「可変ピッチ」ベーンと称される）を備える。

可変ピッチベーンを制御するための知られている装置は、従来、ターボ機械ケーシングを取り囲むリングの形態の制御部材、および複数のレバーまたはクランクを備えており、各レバーは、ヒンジを介して制御リングに結合されている第１の端部、およびそれぞれのベーンの旋回軸に取り付けられている第２の端部を有している。ベーンの角度位置の同期変更は、それゆえ、ターボ機械の軸のまわりでリングを回転させることによって行われる。

ターボ機械の能率を改善する目的で、ステータベーンのピッチ角度が設定される精度を高めることが必要である。このようにするために、これらのベーンを制御するリングが、そのケーシングシェルのようなターボ機械の環状表面について正確に同軸であることを確実にすることが知られている。この同軸配置は、概して、取り付け装置によって制御リングに結合され、且つ非常に少ない間隙を有してケーシングを取り囲んでいる、パッドを用いて得られる。

制御リングにパッドを取り付けるための装置は、それゆえ、パッド位置が径方向に調整されることができるようにしなければならない。したがって、米国特許第５３８７０８０号は、その径方向位置が、ねじ切りされた部分がわずかに異なるヘリカルピッチ角度を有している２つのねじ山を有するねじによって調整される、パッドを用いることによって、制御リングの同軸位置を調整するための装置を開示している。

そのタイプの装置によれば、ターボ機械の種々の運転段階の間に、パッドのいくつかは、もはやケーシングに接触しておらず、それゆえ振動を引き起こし、２つのねじ山を有するねじのねじ山が、完全に摩滅させられるようにさせることが見出されている。結果として、パッドとケーシングとの間の間隙を、もはや調整することができなくなる。

加えて、その装置によれば、可変ピッチベーン段の全ての部品、特に制御リングを取り外す必要なしに、１つ以上のパッドを取り外すことは不可能である。各パッドは、リングを真っ直ぐに通過し且つその下からリングにねじ込まれるロッドが設けられた、パッドキャリアに固定されている。したがって、ケーシングの存在により、リングの下からパッドを取り外すことは可能ではない。
米国特許第５３８７０８０号明細書

本発明の主たる目的は、それゆえ、単純で信頼性が高く、且つ組み立ておよび分解に要する時間が節約されることを可能とする、リングの中心合わせのために構成される装置を提案することによって、そのような欠点を軽減することである。

このために、本発明は、ターボ機械の旋回ベーンのための制御リングの中心合わせを調整するための装置であり、制御リングと同軸である環状表面と接触するための複数のパッドを備え、各旋回ベーンは、レバーを介して制御リングに結合され、レバーは、前記制御リングに径方向に配置されたクランクピンを介して制御リングに固定された第１の端部と、旋回ベーンの旋回軸に取り付けられた第２の端部とを有し、前記パッド各々は、パッドキャリアに固定される、装置であって、各パッドキャリアは、制御リングの上から組み立てられるべく構成される取り付けシステムを用いて、制御リングの下に固定されていることを特徴とする装置を提供する。

「制御リングの下に固定」という用語は、パッドキャリアが、リングの内側面に対して固定されていることを意味するように使用されている。「制御リングの上から組み立てられる」という用語は、取り付けシステムが、リングの外側から組み立てられることを意味するように使用されている。

リングの上から組み立てられる取り付けシステムを用いることによる、リングの下の各パッドキャリアの固定は、リングの外側から取り付けシステムが取り外されることを可能とする。パッドに作用することが所望されるとき、したがって、可変ピッチシステムの全ての部品と共に、制御リングを取り外す必要がない。その結果として、パッドの取り付けおよび取り外しが、より一層容易になる。

本発明の特定の特徴によれば、装置は、パッドの径方向位置を調整するための手段をさらに含んでいてもよい。

したがって、有利なことに、パッドキャリアは、実質的に管状の管状部分を含み、この管状部分は、制御リングからその内側に向かって長手方向に延び、且つパッドの相補的な管状部分を受け入れるのに適し、装置は、パッドの管状部分に、パッドの径方向の位置が調整されるのを可能とするような態様でねじ込むためのねじをさらに含む。

本発明の他の特定の特徴によれば、装置は、パッドキャリアに対する回転に抗して、パッドをロックするための手段をさらに含んでいてもよい。

本発明の他の特定の特徴によれば、装置は、パッドにおいてねじをロックするための手段を含んでいてもよい。

好ましくは、管状表面に対してパッドの振動を減衰するように、パッドキャリアの管状部分とパッドの管状部分との間にばねが挿入される。

各パッドキャリアは、各パッドキャリアに結合される旋回ベーンのクランクピンの径方向の延長部として配置されてもよい。そのような状況のもとで、各パッドキャリアは、有利なことに、各パッドキャリアに結合される旋回ベーンのクランクピンの両側に対称的に配置される２つの取り付けシステムを用いて、制御リングに固定されてもよい。

その代わりに、各パッドキャリアは、各パッドキャリアに結合される旋回ベーンのクランクピンに対して角度的にオフセットされていてもよい。

好ましくは、各取り付けシステムは、その外側からクランプナットと共に制御リングにねじ込むためのねじによって構成されている。

本発明の他の特徴および利点は、限定的な性格を全く持たない実施形態を示す、添付図面を参照して与えられる以下の説明から明らかになる。

図１は、軸Ｘ−Ｘのターボ機械のコンプレッサの一部分を示している。コンプレッサは、環状ステータケーシング１０を備え、この環状ステータケーシング１０は、ターボ機械の軸Ｘ−Ｘに中心合わせされ、環状ガス流セクション１４を画定するような態様で環状ロータ１２を取り囲む。

コンプレッサは、流れセクション１４に複数の段を形成する複数のベーンをさらに備えており、それらのいくつかは、可変ピッチベーン１６を用いて構成されている。これらの可変ピッチベーン１６は、ステータケーシング１０を通過するそれぞれの軸１８のまわりを旋回するように取り付けられている。

可変ピッチベーン１６の各軸（すなわち旋回軸）１８は、一端において、エンドピース２２を介して制御レバーまたはクランク２０に結合されている。レバー２０の他端は、制御リング２６に径方向に配置されたクランクピン２４のまわりにヒンジ結合され、制御リング２６は、ターボ機械の軸Ｘ−Ｘに中心合わせされ、それによって同軸でなければならない環状表面２８を取り囲む。

本発明は、制御リング２６の中心合わせが、ターボ機械の軸Ｘ−Ｘに対して調整されることを可能とする装置に関する。より正確には、そのような装置は、制御リング２６と軸Ｘ−Ｘに中心合わせされる環状表面２８との間の、一定の径方向の間隙を維持することができなければならない。

図２から図５に示されるように、制御リング２６の中心合わせを調整するための本発明の装置は、特に、環状表面２８に接触するための複数のパッド３０を備える。

本発明の装置の一実施形態は、図２を参照して以下に説明される。

各パッド３０は、パッドキャリア３２に固定される。パッドキャリア３２は、制御リング２６の内側面２６ａから内部に向かって長手方向に延びる、実質的に管状の部分３４を呈する。例として、パッド３０は、管状部分３４の自由端に圧着固定されている。

そのパッドキャリア３２のパッド３０から遠い端では、パッドキャリア３２の管状部分３４が、リング２６の内側面２６ａに接触する２つの締め付けフランジ３６によって終端されている。

これらのフランジ３６を用いて、例えばボルトタイプの取り付けシステム３８は、パッドキャリア３２が、制御リング２６の下に固定されることを可能とする。図２の実施形態において、２つのねじ３８ａが、このようにリング２６を径方向に通過し、クランプナット３８ｂが、パッドキャリア３２の締め付けフランジ３６を押圧するように、ねじの自由端へねじ込まれる。

図２に示されるように、取り付けシステム３８のねじ３８ａは、リングの上から、すなわち外側からその内側へ向かって組み立てられ、クランプナット３８ｂは、制御リング２６の下に固定される。

したがって、リングの下からクランプナット３８ｂを保持しておくこと、ならびに制御リングおよびそこに固定された部品を取り外す必要性なしに、リングの上からねじ３８ａを緩めてはずすことは、容易である。結果として、パッドキャリア３２は、その取り付けシステムに単に作用することによって、制御リングに作用する必要なしに、取り外すことができる。

図２の例に示されるように、パッドキャリア３２は、パッドキャリア３２に結合されるベーンのクランクピン２４に一致して径方向に配置されてもよい。そのような状況のもとで、パッドキャリア３２は、有利なことに、結合されるベーンのクランクピン２４の両側に対称的に配置される２つの取り付けシステム３８を用いて、制御リング２６の下に固定される。

その代わりとして、図に示されていない変形形態において、パッドキャリアは、パッドキャリアに結合されるベーンのクランクピンに対して角度的にオフセットされていてもよい。

図２の実施形態において、環状表面２８に対するパッド３０の径方向位置が、調整可能でないことも分かる。この解決策は、それゆえ、パッドと環状表面との間の動作間隙を確実にするために、装置を作り上げる部品の寸法許容誤差について、非常に優れた制御を必要とする。

図３および図４に示されるような、本発明の装置の一実施形態の説明が以下に続く。図２に示された装置と共通の要素は、同一の参照符号によって識別され、したがって説明は省略する。

上述された実施形態と比較すれば、制御リング２６からその内側に向かって長手方向に延び、且つ２つの締め付けフランジ３６にて終端している、パッドキャリア３０の管状部分３４は、パッド３０の相補的な管状部分４０を受け入れる、例えば、それをスライド可能に受け入れるために適している。この状況において、パッド３０は、管状部分４０の自由端に圧着固定されている。

装置は、その径方向位置が調整されるのを可能とするような態様で、パッド３０の管状部分４０にねじ込むためのねじ４２をさらに含む。この目的のために、パッド３０の管状部分４０は、ねじのねじ山に対して相補的な内部タッピング（図示せず）を呈している。

調整ねじ４２は、制御リング２６からその内側に向かって長手方向に延びている。図３に示されるように、ねじ４２の頭部は、それゆえ、リング２６の内側面２６ａとパッドキャリア３２の管状部分３４との間に、自由に移動できないように保持されている。

パッド３０内で調整ねじ４２をロックするための手段は、また、その径方向位置がロックされることを確実にする目的でも設けられる。

図３および図４に示される例においては、これらのロック手段は、ねじ４２とパッド３０の管状部分４０との間に介挿される自己制動ブッシング４４の形態となっている。その代わりに、これらのロック手段は、タッピングの楕円状の変形によって、または付加的な自己制動ねじ山から、またはその他のねじ切りされた通路内でねじを制動するためのその他の何らかの知られている手段から、構成されていてもよい。

本発明の有利な特徴によれば、パッドキャリア３２の管状部分３４およびパッド３０の管状部分４０は、パッド３０がパッドキャリア３２内において回転するのを防止するように実質的に多角形である、それぞれの横断面を呈する。

図４の例においては、これらの横断面は、それゆえ実質的に正方形の形状である。代わりに、それらは、長方形、三角形、六角形などであってもよい。

環状表面２８に対するパッド３０の径方向位置は、以下のように調整される。装置は、最初に取り付けシステム３８を用いて制御リング２６の下に固定される。パッドの管状部分４０において大なり小なりねじ４２を締め付けることにより、管状部分４０が、パッドキャリア３２の固定管状部分３４内で（回転することなしに）スライドさせられる。

ねじ作用の効果のもとにおいて、パッド３０は、それゆえ環状表面２８に対して径方向に移動させられ得る。自己制動ブッシング４４（または他の等価的な手段）は、次に、このような方法で行われるようなねじの調整がロックされるのを確実にする。

調整ねじ４２に対するアクセスが、パッドキャリア３２がそれと径方向に一致して配置されるときに（図３に示されるように）、制御レバー２０と制御レバー２０に結合されるクランクピン２４を最初に分離することによって、あるいは、リング内に設けられる通路を通して直接的に（図示されていない構成）達成され得ることが、観察されるはずである。

図５に示される本発明の実施形態の説明が、以下に続く。図３および図４の装置と共通の要素は、同一の参照符号によって識別され、したがって説明は省略する。

上述された実施形態と比較すると、制御リングの中心合わせを調整するための装置は、パッドキャリア３２の管状部分３４とパッド３０の管状部分４０との間に介挿される、ばね４６をさらに含む。

制御リング２６の組み立てにおけるそのようなばね４６の存在は、環状表面２８に対するパッド３０の振動減衰の効果を有する。

そのようなばねを用いることによって、制御リング２６内に生じ且つパッド３０に伝達される振動を減衰することが可能である。結果として、パッドキャリアとパッドとの間にばねを付加することは、ターボ機械の運転の種々の段階の間に、環状表面２８とパッド３０との間に連続した接触を保証することを可能にする。

制御リングを有する可変ピッチベーン段の図である。 本発明の一実施形態の調整装置の断面図である。 本発明の他の一実施形態の調整装置の断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶの断面図である。 本発明のさらに他の一実施形態の調整装置の断面図である。

符号の説明

１０ 環状ステータケーシング
１２ 環状ロータ
１４ ガス流セクション
１６ 可変ピッチベーン
１８ 旋回軸
２０ 制御レバー
２２ エンドピース
２４ クランクピン
２６ 制御リング
２６ａ 内側面
２８ 環状表面
３０ パッド
３２ パッドキャリア
３４ 管状部分
３６ 締め付けフランジ
３８ 取り付けシステム
３８ａ ねじ
３８ｂ クランプナット
４０ 相補的管状部分
４２ 調整ねじ
４４ 自己制動ブッシング
４６ ばね

Claims (10)

1. ターボ機械の旋回ベーン（１６）のための制御リング（２６）の中心合わせを調整するための装置であり、制御リング（２６）と同軸である環状表面（２８）と接触するための複数のパッド（３０）を備え、各旋回ベーン（１６）が、レバー（２０）を介して制御リング（２６）に結合され、レバー（２０）が、前記制御リングに径方向に配置されたクランクピン（２４）を介して制御リングに固定された第１の端部と、旋回ベーン（１６）の旋回軸（１８）に取り付けられた第２の端部とを有し、前記パッド（３０）各々が、パッドキャリア（３２）に固定される、装置であって、各パッドキャリア（３２）が、制御リングの上から組み立てられるように構成される取り付けシステム（３８）を用いて、制御リング（２６）の下に固定され、
   パッドキャリア（３２）が、実質的に管状の管状部分（３４）を含み、該管状部分（３４）が、制御リング（２６）から制御リング（２６）の内側に向かって長手方向に延び、且つパッド（３０）の相補的な管状部分（４０）を受け入れるのに適し、装置が、パッドの径方向の位置が調整されるのを可能とするような態様で、パッド（３０）の管状部分（４０）にねじ込むためのねじ（４２）をさらに含み、
   環状表面（２８）に対してパッドの振動を減衰するように、パッドキャリア（３２）の管状部分（３４）とパッド（３０）の管状部分（４０）との間に挿入された、ばね（４６）をさらに含むことを特徴とする、装置。
2. パッドキャリア（３２）に対する回転に抗してパッド（３０）をロックするための手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. パッドキャリア（３２）およびパッド（３０）のそれぞれの管状部分（３４、４０）は、パッド（３０）がパッドキャリア（３２）内で回転するのを防止するように、実質的に多角形であるそれぞれの横断面を呈することを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. パッド（３０）において調整ねじ（４２）をロックするための手段（４４）をさらに含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 各パッドキャリア（３２）が、各パッドキャリア（３２）に結合される旋回ベーンのクランクピン（２４）に一致して径方向に配置されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. パッドキャリア（３２）が、パッドキャリア（３２）に結合される旋回ベーンのクランクピン（２４）の両側に対称的に配置される２つの取り付けシステム（３８）を用いて、制御リング（２６）に固定されることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 各パッドキャリア（３２）が、各パッドキャリア（３２）に結合される旋回ベーンのクランクピン（２４）に対して角度的にオフセットされることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
8. 各取り付けシステム（３８）が、外側から制御リング（２６）にねじ込むためのねじ（３８ａ）と、クランプナット（３８ｂ）とを備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 少なくとも１つの請求項１に記載の装置を含む、コンプレッサのステータベーンの段。
10. 少なくとも１つの請求項１に記載の装置を含む、ターボ機械。

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