JP5148031B2 - 組立てトルクシャフト - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルクシャフト組立体に関し、より具体的には、最適方式で異なる段の羽根を動かすように互いに方向配置されたアームを備える、容易に機械加工できる部品で組立てられたトルクシャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン性能を増大させる基本手法は、エンジン全体の圧力比を高めることである。エンジン全体の圧力比は、圧縮機中で設定される。最新の圧縮機において圧力比を高める基本手法は、圧縮機が「ストール」と呼ばれる状態になるのを防止するために高速になるように、その角度を変えることが可能な多数段の可動式圧縮機羽根を設けることである。圧縮機「ストール」は、圧縮機の有効寿命及び状態に有害である。各段の羽根は、最適の角度設定計画を持つことができ、それらは互いに異なり、しばしば非線形の相互関係になっている。さらに、羽根は、開き方向及び閉じ方向の両方で所望の角度設定計画を反復する必要があるが、このことは、操作荷重の下での移動装置のたわみが最少にされなければならなことを意味する。
【０００３】
第２段は、一般に基本羽根段と呼ばれる。エンジン制御装置は、第２段をモニターして、始動時のエンジン速度になるようにあるいは必要な場合に一定の速度の出力ターンダウンを実施するように調整されたプログラムに従って、第２段を移動させるためにトルクシャフトを動かすように一般的にプログラムされる。出力ターンダウンは、例えば、昼食時のようにグリッドに対する電力需要が低下し、装置操作員がタービン発電機を設定運転でグリッドに同期するように保つことを望む場合に用いられる。発電機は、グリッドに用いられる電力量よりも多い電力を発電することは許されない。
【０００４】
羽根設定計画が変更される場合には、性能要求または最適化テストにより、可変案内羽根（ＶＧＶ）リンク装置（一部のエンジニアにより可変静翼（ＶＳＶ）装置と呼ばれる）の運動機構に対して根本的な変更が普通なされる。通常、このことは、新しいトルクシャフトが必要であることを意味する。一般的に、トルクシャフトは、鋳造され次いで機械加工されて、トルクシャフトアームクレビス位置を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ある種の新型のエンジンは、面外トルクシャフトアームクレビス位置を必要とする、非線形の設定計画を持つ幾つかの段の可変羽根を備える圧縮機を特徴とする。面外トルクシャフトアームクレビス位置は、鋳造一体型トルクシャフトを非実用的なものにする。さらに、トルクシャフトアームクレビス位置の軸方向の間隔は、たとえトルクシャフトアームクレビス位置が面内にあったとしても、鋳造トルクシャフトを機械加工するのに十分な余地が残っていない。
【０００６】
さらに、可変案内羽根装置の品質限界（ＣＴＱ）は、羽根角度精度である。従って、本発明は、可変案内羽根装置、特に羽根が非線形の設定計画を持つ及び／または鋳造一体型トルクシャフトの製作と使用をさもなければ阻むかまたは阻止するような装置に関連する問題を解決するトルクシャフトを提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、最小限のハードウェア費用で羽根設定計画の変更を可能にするボルト止め一体型設計を特徴とする組立てトルクシャフトを提供する。さらに、本発明のボルト止め一体型設計は、比較的に小さい部品を用いて現場での羽根設定計画の変更を容易にする。本発明の組立てトルクシャフトはまた、特定の段の羽根に対する非線形の設定計画だけでなく、非線形の相互関係で互いに異なっている段設定計画にも対応する。本発明はまた、機械加工を容易にし、機械加工の間に長いシャフトが垂下するのを防止する。
【０００８】
従って、本発明の組立てトルクシャフトは、前端部及び後端部を有するトルクシャフト本体と、シャフト本体の各端部に隣接して形成される軸受と、トルクシャフトを圧縮機の複数の羽根段に作動的に結合するために、トルクシャフト本体に沿って間隔を置いた位置に設けられた複数のアーム構造体とを含み、アーム構造体のうちの少なくとも１つが、この少なくとも１つのアーム構造体が取外されて別のアーム構造体と取換えられることができるように、トルクシャフト本体に着脱自在に固定されている組立体で実現される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の他の目的及び利点と共に、これらのことは、添付の図面に関連してなされる本発明の現時点で好ましい例示的な実施形態についての以下のより詳細な説明を慎重に検討することにより、より完全に理解され、評価されるであろう。
【００１０】
図1は、本発明の第1実施形態により設けられた、全体を参照符号１４で示す圧縮機ケースに取り付けられた組立てトルクシャフト１０，１２の概略斜視図である。例示的な可変案内羽根（ＶＧＶ）装置の他の重要な構成部品が、図１に示され、構成部品の相互関係を示す。より具体的に言えば、第1及び第2組立てトルクシャフト１０，１２は、圧縮機ケース１４の正反対の対向側面上に取り付けられる。各シャフト１０，１２は、それぞれの前部トルクシャフトマウント１６，１８及び後部トルクシャフトマウント２０（そのうちの１つだけが図１に見ることができる）に取り付けられる。分かり易くするために、入口及び入口案内羽根は、図１から省略されて、入口案内羽根は代わりに圧縮機ケースの前端部における鎖線の円２２として概略的に示される。その結果、第０段の羽根２４が、図１で圧縮機ケースの前端部に見える。
【００１１】
以下により詳細に述べるように、トルクシャフトは、その前端部に、入口案内羽根アーム３２の相補的な受座３０中に受け入れられる４つの面を持った全体的に正方形のカップリング２８を有する本体２６を含み、入口案内羽根アーム３２は次に図１に示すように入口案内羽根ターンバックル３４に結合される。図示する実施形態においては、入口案内羽根（ＩＧＶ）アームは、ワイヤ式固定インサート３６、ねじ３８及び保持部材４０で正方形カップリング２８に固定されるが、他の既知の端部カップリング及び保持組立体をそれらに代えて設けることができる。
【００１２】
現時点で好ましい実施形態において、図２、図４、及び図５に最も良く見られるトルクシャフト本体２６は、断面がほぼ矩形であるが、最も好ましいのは図示されるように正方形であり、その形状を機械加工する間に平面支持を可能にし、それによって垂下を生じ結果として不正確な形状寸法になるのを防止する。トルクシャフト本体の前端部に隣接して、軸受４２が設けられて、圧縮機ケース（図１）の前部トルクシャフトマウント１６中に受け止められる。別の軸受４４が、トルクシャフト本体２６の対向する長手方向端部にさらに設けられて、圧縮機ケーシングの後部トルクシャフトマウント２０中に受け止められる。
【００１３】
図示した実施形態において、アームクレビスのようなアーム構造体が、アクチュエータ入力用だけでなく可変案内羽根の各段用にトルクシャフト本体に着脱自在に固定される。従来と同様に、各特定の段の羽根は、その段の羽根を一斉に移動させるためのユニゾンリングを備える。各ユニゾンリングは、ターンバックルでトルクシャフトのそれぞれのアームクレビスに連結される。従って、図１に示すように、第０段ターンバックル４８にピボット動可能に相互接続された第０段アーム４６があり、ターンバックル４８は次に第０段ユニゾンリング５０にピボット動可能に結合される。第０段アームに隣接してかつその下流側に、入力アーム５２が設けられ、通常の方法でアクチュエーターマウント５４に機械的に連結される。入力アームの下流側に、それぞれの第１段から第４段までのターンバックル５８，６４，７０，７６にピボット動可能に相互接続された第１段から第４段までのアーム５６，６２，６８，７４がそれぞれあり、第１段から第４段までのターンバックル５８，６４，７０，７６は次にそれぞれの第１段から第４段までのユニゾンリング６０，６６，７２，７８にピボット動可能に結合される。従って、それぞれのアーム構造体が段の各々に対して設けられて、トルクシャフトの動きをそれぞれのターンバックルを介してそれぞれのユニゾンリングに伝える。図示しまた以下により詳細に説明するように、本発明の現時点で好ましい実施形態においては、アームクレビスにボルト止めされた構造体（以後はアーム又はアーム構造体と単に呼ぶ）が、圧縮機の各可動段に対して設けられる。しかしながら、１つ又はそれ以上のアーム構造体が、トルクシャフト本体と共に鋳造され機械加工されることが可能であることを理解されたい。従って、本発明は、最も広い観点では、少なくとも１つの着脱自在のアーム構造体を有する組立てトルクシャフトで実現されるが、入力アームを含むトルクシャフトの１部として設けられる全てのアームが、トルクシャフトの本体に着脱自在に固定されるのが好ましい。
【００１４】
上述のように、２つのトルクシャフト１０，１２が、圧縮機ケース１４の各正反対の対向側面上に１つずつ設けられる。図１には、第２トルクシャフト１２の入口案内羽根アーム８０、入口案内羽根ターンバックル８２及び前部トルクシャフトマウント１８だけが見える。しかしながら、トルクシャフト１０には、ほぼ対応する組立体が圧縮機ケースの反対側側面上に設けられることを理解されたい。
【００１５】
特定のリンク、トルクシャフト接合特徴形状、及びトルクシャフト上のアーム接合特徴形状と組み合わされた各アームのターンバックル穴位置が、トルクシャフトが回転するとき各羽根段の特有の特性配置を決定する。こうして、図４に具体的に示すように、本発明の例示的な実施形態において、それぞれのアームを受け入れるために設けられた受座８４，８６，８８，９０，９２は、第０段アーム用の受座８４がアーム受座の中で最も浅く、第１段アーム、第２段アーム、第３段アーム及び第４段アーム用の受座８６，８８，９０，９２が、それぞれ段々にトルクシャフト本体２６中により深く形成されるように、トルクシャフト本体中に異なる深さに機械加工される。受座９４はまた、入力アーム５２用に設けられる。図示する実施形態において、入力アーム用の受座は最小の深さで設けられて、トルクシャフト本体の長さに沿う入力アームの適当な位置及びシャフトの軸に対するその適当な配置方向を実質的に決定する。
【００１６】
トルクシャフト中へのアームの配置を調整する特徴は、図６、図７、図８、及び図９からよりよく理解できる。剪断ブッシュ９６が、各アーム受座中に形成された剪断ブッシュ受座９８中に圧入され、目的とするアームに正確に接合される。
【００１７】
ざぐり穴１００もまた各受座中に形成され、トルクシャフト中に圧入される剪断ブッシュを受け入れる。
【００１８】
第１及び第２ボルト１０２，１０４並びにナット１０６，１０８が、各アームをトルクシャフトに固定するために設けられる。ナット及びボルトは、アームをトルクシャフトに締め付けるためのみに設けられるので、位置的誤差を生じることはない。図７に詳細に示すように、ピン１１０は各アーム及びそのそれぞれの受座と関連して、アームがその目的とする位置に確実に取り付けられるようにする。
【００１９】
図６に示すように、トルクシャフト本体及び各アーム構造体にそれぞれ形成されたピン穴１１２は、固有の位置に配置される。このことにより、例えば、第４段に適合されようとするアーム構造体は、嵌まり合うピン１１０／１１２構成により第４段受座にのみ取り付け可能になることが保証される。従って、図示した実施形態において、第４段のピン／受座１１０／１１２は、それぞれ受座及びアームの後端側に配置される。ピンの位置は、トルクシャフトの長さに沿って順次に配置された各それぞれの受座及びアームに対して、トルクシャフトの前端部に向かって段々に移動されるので、第２段ピン１１０は受座及びアームのほぼ中央に配置され、一方、第０段ピンは第０段受座の前端側に配置される。図７に詳細に示すように、ピン１１０の１端１１１は、ほぼ半球状になっており、アームのそれぞれのピン穴１１２に位置合わせされ受け入れられる。ピンは、トルクシャフト本体２６に固設され、それぞれのアーム受座内に保持されるのが好ましい。
【００２０】
上述のように、アームの各々に対する受座は、羽根設定計画に基づいて異なる深さに機械加工されることが可能である。アーム自体は、それぞれの羽根設定計画により決定される形状で設けられることが望ましい。図２に示す実施形態においては、第０段から第４段までの各々に対して設けられたアームは、一部のアームの基部の厚さがこの実施形態において変えられることを除いては、ほぼ同じかまたは類似の形状を有する。従って、例えば、第４段アーム７４の基部１１４は、第０段アーム４６の基部１１６より厚さが薄い。
【００２１】
図１０及び図１１に示すように、入力アーム５２は、トルクシャフト本体２６の上部表面１２０の平面から全体的に突出する第１のほぼ平坦な部分１１８、その２つの側壁部分１２４の各々の傾斜部分１２２及び丸められた先端１２６を含む輪郭を形成し、トルクシャフトの角度調節の間に他の構成部品との干渉の可能性を最小限にする。
【００２２】
上述のように、図２の実施形態における入口案内羽根アーム３２は、トルクシャフト本体の正方形カップリング２８のほぼ平坦な平面表面１４８にそれぞれ係合するほぼ平坦な平面表面１４６を有する受座３０を備える。従って、入力アームの移動に対応するトルクシャフト本体の回転が、入口案内羽根アームの移動に転換される。入口案内羽根アームの構成は、羽根設定計画に従って決定され、現時点で好ましい実施形態においては、入口案内羽根アームは、必要または要望に応じて取外されて取換えられることが可能である。
【００２３】
第０段から第４段までに設けられた形式の例示的なアーム構造体を、図１３、図１４に示す。かかるアームの各々は、アームを、例えばボルト止めにより、トルクシャフト本体に固定する基部１３０と、各々が基部の平面にほぼ垂直なそれぞれの平面内に突出する第１及び第２側壁１３２とを含む。アームをトルクシャフト本体２６に固定するためのボルトが、アームの基部のそれぞれの穴１３４，１３６を貫通して挿入される。それぞれのボルトの拡大された頭部を受け入れるために、スカーフ切れ目１３８，１４０が、各アーム側壁の内面に形成される。さらに、図示する実施形態において、ざぐり穴１４２が、下部ボルトの頭部を受け入れるために形成されるので、ボルトはアームの輪郭の完全に内側に配置されるであろう。穴１４４が、基部にさらに形成され、トルクシャフト本体に対するアームの適当な位置を決めるピンを受け入れる。理解されるように、アームは、それぞれの段の所望の羽根設定計画を達成し、トルクシャフト組立体が動いている間に別の部品に衝突することがないようにそれぞれ形作られる。
【００２４】
図２を検討することから明らかになるように、特に１つの例示的な実施形態において、第０段から第４段までのアームは、一部のアームの基部の厚さが異なる可能性があるが、ほぼ類似の構成を有しており、アームは羽根設定計画に従って異なる深さの受座に取り付けられる。しかしながら、アームは、トルクシャフトが取り付けられる圧縮機の羽根設定計画に従って、一般的に形状が異なる可能性があり、又そうなるものである。従って、本発明の組立てトルクシャフト組立体の利点は、発生の可能性がある故障のために、またはいずれの異なる形状のアームが必要または望ましいと決定されるかによる羽根設定計画の変更のために、アームの１つ又はそれ以上が取外されて取換えられることができることである。
【００２５】
従って、図１５は、組立てトルクシャフト２１０の一部のアームが、図１及び図２の実施形態に比べて取外されて取換えられている、本発明の別の実施形態を示す。図１５に示す実施形態においては、入力アーム、入口案内羽根アーム並びにＳ０、Ｓ３及びＳ４アームが全て取外されて、新しい羽根設定計画を受け入れるための異なる形状のアームと取換えられている。図１５からまた見ることができるように、入口案内羽根アームは、図２の実施形態の入口案内羽根アームに比べて、取付け端部が丸められている。その上、図示されるように、入力アーム２５２は、図２の実施形態の入力アーム５２よりトルクシャフト本体２６により接近した位置でそのそれぞれのターンバックルを受け入れるために、より切り詰められている。図１７に示すように、より切り詰められた側壁部分２２４は、それぞれのターンバックルを受け止めるためのターンバックル受座２４８の位置を変更し、従って、それによってトルクアーム２１０が作動時に回転する量を変化させる。
【００２６】
Ｓ０アーム２４６及びＳ３アーム２６８は各々、図１５及び図１９の実施形態において、図２の実施形態の対応するアームのターンバックル受座の高さより実質的に下方で下向きに垂れ下がるように、実質的に変更される。しかしながら、図２の実施形態におけると同様に、Ｓ３アーム２６８は、Ｓ０アーム２４６の受座８４よりも深い受座９０に受け入れられる。また、Ｓ３アーム２６８の基部２５０の深さ、つまり厚さは、Ｓ０アーム２４６の基部２１６よりも小さい。
【００２７】
最後に、図１８に示すように、Ｓ４アーム２７４の形状は、そのターンバックル受座２７６が図２の実施形態のターンバックル受座１７６に対して下方に位置した状態で配置されるように、変更されている。また見られるように、アーム２７４の底部表面に沿う凹所２５４は、図２の実施形態におけるよりも図１８の実施形態においてはそれほど顕著ではない。理解されるであろうが、アームは、図２の実施形態におけるようにナットとボルトを用いて共通のトルクシャフト本体２６に締結される。トルクシャフト本体に取り付けられるように選定された一部のアーム構造のみが、圧縮機の特定の羽根設定計画に対応するために変更されている。
【００２８】
本発明を、現時点で最も実用的でかつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して今まで述べてきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるべきものではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲に含まれる様々な変形形態及び均等構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 可変案内羽根装置における組立てトルクシャフトの斜視図。
【図２】 本発明の第１実施形態を構成する組立てトルクシャフトの斜視図。
【図３】 保持具及びボルト部品を省略した、図２で特定した区域の拡大図。
【図４】 図２の組立てトルクシャフトの上面図。
【図５】 図１の組立てトルクシャフトの背面立面図。
【図６】 図５の線６―６による図。
【図７】 図６で特定した区域の拡大図。
【図８】 分かり易くするためにアーム側壁部分を省略した、図５の線８−８による断面図。
【図９】 分かり易くするためにアーム側壁部分を省略した、図５の線９−９による断面図。
【図１０】 図２に示す実施形態において設けられる入力アームの側面立面図。
【図１１】 図１０に示す入力アームの上面図。
【図１２】 図２の実施形態において設けられる入力案内羽根（ＩＶＧ）アームの側面立面図。
【図１３】 図２の実施形態の第０段から第４段までのために設けられる例示的なアームの断面図。
【図１４】 図１３に示すアームの上面図。
【図１５】 本発明の第２実施形態を構成する組立てトルクシャフトの斜視図。
【図１６】 図１５に示す組立てトルクシャフトの上面図。
【図１７】 図１５の実施形態において設けられる入力アームの一部断面側面立面図。
【図１８】 図１５の実施形態において設けられる第４段アームの断面図。
【図１９】 図１５の実施形態において設けられる第３段アームの断面図。
【符号の説明】
１０ 組立てトルクシャフト
２６ トルクシャフト本体
３２ 入口案内羽根アーム
３６ ワイヤ式固定インサート
３８ ねじ
４０ 保持部材
４２ 第1軸受
４４ 第２軸受
４６ 第０段アーム
５６ 第１段アーム
６２ 第２段アーム
６８ 第３段アーム
７４ 第４段アーム
５２ 入力アーム

Claims (9)

1. 可変案内羽根装置用のトルクシャフト（１０，１２，２１０）であって、当該トルクシャフトが、
   前端部及び後端部を有するトルクシャフト本体（２６）と、
   前記本体（２６）の前記前端部に隣接して形成される第１軸受（４２）及び前記後端部に形成される第２軸受（４４）と、
   当該トルクシャフトを圧縮機（１４）の複数の羽根段に作動的に結合するために、前記トルクシャフト本体（２６）に沿って間隔を置いた位置に設けられた複数のアーム構造体（３２，２３２；４６，２４６；５２，２５２；５６；６２；６８，２６８；７４，２７４）と
   を含んでおり、
   前記アーム構造体（３２，２３２；４６，２４６；５２，２５２；５６；６２；６８，２６８；７４，２７４）のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つのアーム構造体が取外されて別のアーム構造体と取換えられることができるように、前記トルクシャフト本体（２６）に着脱自在に固定されており、前記トルクシャフト本体（２６）がその長さ方向に沿って略矩形の断面を有しており、前記トルクシャフト本体（２６）に、前記着脱自在なアーム構造体（３２，２３２；４６，２４６；５２，２５２；５６；６２；６８，２６８；７４，２７４）を受け入れるための凹状受座（８４，８６，８８，９０，９２，９４）が機械加工されている、トルクシャフト（１０，１２，２１０）。
2. 複数のアーム構造体（３２，２３２；４６，２４６；５２，２５２；５６；６２；６８，２６８；７４，２７４）が前記トルクシャフト本体（２６）に着脱自在に固定されている、請求項１に記載のトルクシャフト。
3. 前記受座（８４，８６，８８，９０，９２，９４）が、前記着脱自在なアーム構造体の各々に対して、それぞれ異なる深さに機械加工される、請求項１又は請求項２に記載のトルクシャフト。
4. 前記着脱自在なアーム構造体（４６，２４６；５６；６２；６８，２６８；７４，２７４）を位置づけるため前記受座（８４，８６，８８，９０，９２）にピン（１１０）が設けられる、請求項１又は請求項２に記載のトルクシャフト。
5. 前記アーム構造体が入力アーム（５２，２５２）を含む、請求項１に記載の組立てトルクシャフト。
6. 前記アーム構造体の各々が基部（１３０）と第１及び第２側壁（１３２）とを含んでおり、第１及び第２側壁（１３２）の各々が、前記トルクシャフト本体（２６）の長手方向軸に垂直でかつ及び基部（１３０）の平面に垂直なそれぞれの平面内に突出している、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のトルクシャフト。
7. 前記アーム構造体のうちの１つは、入口案内羽根アーム（３２，２３２）を含み、前記入口案内羽根アームは、前記トルクシャフト本体（２６）の前記前端部に着脱自在に固定される、請求項１に記載の組立てトルクシャフト。
8. 前記トルクシャフトの前記前端部は、正方形カップリング構造（２８）を備え、また前記入口案内羽根アーム（３２）は、前記正方形カップリング構造（２８）の平坦な平面表面（１４８）とそれぞれ係合する複数のほぼ平坦な平面表面（１４６）を備える、受座（３０）を中に形成されている、請求項７に記載のトルクシャフト。
9. 前記入口案内羽根アーム（３２，２３２）は、ねじ・保持具組立体（３６，３８，４０）で前記正方形カップリング構造（２８）に固定される、請求項８に記載のトルクシャフト。

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