JP5420221B2 - ターボ機械のステータ翼用ピッチ制御リングの改善 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの可変ピッチステータ翼のリングがある、例えばコンプレッサのようなターボ機械に関する。本発明は、より具体的には、可変ピッチ翼の向きを制御するためのリングの改善に関する。この改善は、このような翼ピッチ制御リングの剛性と、それが操作され得る際の精度との双方を改善することを可能とする。

例えば航空機のターボジェットの高圧コンプレッサのような、ケーシング内で円周方向に配列された少なくとも１つの可変ピッチステータ翼段を含むターボ機械が知られている。従来、コンプレッサは、軸方向にオフセットされた複数のロータリーブレード段を有するロータによって構成されており、複数の可変ピッチステータ翼段は、複数のロータリーブレード段の間に実装されている。したがって、各ステータ翼段は、一種のリングを形成するケーシング内で半径方向に且つ円周方向に配列された複数の翼によって構成されており、翼は、位置が固定されているが、向きは可変とされる。全ての翼の向きは、可変ピッチステータ翼のリング全体について同一でなければならず、これは作動状態に応じて修正される。

この目的のために、各翼は、上記ケーシングの外側に半径方向に突出する制御ピボットを有し、各ピボットは、上記ケーシングの周囲に同軸で配置され且つその上で回動するように搭載された共通の制御リングにレバーによって連結されている。一般に、リングは、ケーシングの外面で摺動するように搭載されており、ターボ機械の軸と一致する自身の軸まわりに回動するように駆動される。リングとケーシングとの間の摺動パッドの位置に応じて、また、制御手段用のアンカーポイントの位置に応じて、摩擦は、翼の組を動かすのに要求される駆動力の最大３０％までを示すことができる。このような動きを行っている際のリング自体の挙動は、問題を引き起こす可能性がある。リングは、ときどき楕円形になるのが観察され、これはその作動に害を及ぼす。

一般に、リングは、例えばケーシングの周囲に一体に組み立てられた２つの半リング等、複数のセグメントから作られている。したがって、仏国特許第２１２５０１２号明細書は、完全なリングを形成するために、ブリッジ状要素によって一体に組み立てられた複数のセグメントから作られている制御リングを開示している。ブリッジ状要素は、リングセグメントの離隔された端部間にボルト締めされている。２つのリングセグメント及びブリッジ状要素は、半径方向のボルト締めによって一体に組み立てられる。ブリッジ状要素は、比較的撓みやすく、若干、リングの変形を際立たせる可撓性ヒンジのように働く。これは、２度程度以上であり得る翼のアタック角度間のばらつきをもたらす可能性がある。コンプレッサがターボプロップの一部を形成するとき、この精度の欠如は、エンジンポンプのリスクを増加させる。
仏国特許第２１２５０１２号明細書

本発明は、制御リングを作り上げるセグメントのアセンブリを簡便化し且つ強固にする目的を同時に果たす。

より具体的には、本発明は、ケーシング内で円周方向に配列された可変ピッチステータ翼段を含み、各翼が、上記ケーシングの外側に半径方向に突出する制御ピボットを有し、各ピボットが、上記ケーシングの周囲に同軸で配置され且つその外側で回動するように搭載された共通の制御リングにアームによって連結されている、ターボ機械であって、上記リングが、２つのセグメントを備え、セグメントは、少なくともセグメントの端部付近で、相互の嵌め込みによって上記セグメントの各側面に固定された側面連結ストラップによって一体に組み立てられていることを特徴とするターボ機械を提供する。

したがって、ブリッジ状要素を用いたリングセグメントの端部間での半径方向のボルト締めは、軸に平行なボルト締めに置換され、リングセグメントの各側面に延在する２つの連結ストラップを活用する。これは、非常に大きな剛性及び精度からなるアセンブリを提供し、それはより小型である。

考えられる１つの実施形態において、上記リングセグメントは、上記連結ストラップが内部に配置される側面凹部を含む。

有利には、このような連結ストラップは、裁頭円錐面を画定するように面取りされた環状セグメントであり、上記側面凹部には、対応する凹状の輪郭があり、すなわち、裁頭円錐である対向するフランク面もある。

逆の実施形態において、このような連結ストラップは、上記リングセグメントの端部が内部に配置される凹部を含む環状セグメントである。

このような状況下では、上記リングセグメントは、対となって同軸で重ねて配置された４つの裁頭円錐面を画定するように面取りされており、各側面ストラップの上記凹部は、対となって同軸で重ねて配置されたこのような裁頭円錐面とそれぞれ協働する、対応する２つの裁頭円錐小面を有する。

ボルトを締めながらアセンブリに寄与する裁頭円錐面は、部品同士の互いの位置決めを容易にする。

上記連結ストラップは、各端部について少なくとも１つのボルトを用いて、上記リングセグメントの隣接端部の各側面にボルト締めされている。一般に、各端部に２つのボルトが提供される。

アセンブリの精度を改善するために、ボルトシャンクがリングセグメント端部に係合する孔に嵌合しているのが観察されるべきである。アセンブリがリングセグメント端部当たり２つ以上のボルトを有する場合には、所望の精度を得るために、リングセグメント当たり１つのボルトシャンクのみが嵌合することに関しては一般に十分である。

さらに、リングは、少なくとも１つの駆動フォークなどを含み、これにより、リングを回動させる駆動力がフォークに伝達される。

有利な特徴によれば、フォークには、上記側面ストラップと類似の方法の相互の嵌め込みでリングの一方の側面に固定されたベースがある。例えば、ベース自体が上記側面ストラップの一方を形成する。

側面の凹部がリングの各側面に画定されたとき、用語「側面」は、軸長手方向に関して解釈され、長方形又は正方形の半径方向断面の完全なリングの各側に裁頭円錐フランク面を持つ２つの溝を形成し、次いで、リングを例えば好ましくは２つの半リング等の複数のセグメントに切断することを可能とし、その後、セグメントの端部にボルト締めされた側面連結ストラップを対向させることによってセグメントを一体に組み立てることにより、ケーシングの周囲にリングを再構成することができる。このような状況下では、上記側面凹部は、このような方法で再構成されたリングの全外周にわたって延在している。

本発明は、単に例示として与えられて添付図面が参照される下記の説明を踏まえて、よりよく理解することができ、他の利点がより明確となる。

図１及び図２は、ターボ機械の一部を示しており、特に、ケーシング１３内に、ケーシングの外側で回動するように搭載された制御リング１７を回動させることによってピッチが調整可能な可変ピッチステータ翼１５のリングを備えるコンプレッサ１１を示している。制御リングは、２つの同軸の円筒状の面１９、２０を有する。内側の面１９は、摺動パッド（図示せず）を介してケーシングの外表面上に置かれている。リングの中心は、ターボ機械の回転軸上に位置する。図１においては、１つの翼１５のみを示している。

翼１５の向きを制御するためのアーム２７のピン２５を受けるために、半径方向に延在する孔２３が、外側の面２０に開口するように一定間隔で制御リングに形成されている。翼は、ケーシング１３内で円周方向に且つ半径方向に配列されている。各翼は、ケーシングから外に向かって半径方向に突出してケーシング内のボア３１を通過する制御ピボット２９を有する。各ピボットは、特定のアーム２７によって制御リングに連結されている。上記の構成の全ては、従来のものである。

突出フランジを含むケーシングの外側に搭載されるのを可能とするために、リングは、端部と端部とを接続して互いに連結される複数のセグメント３０ａ、３０ｂ（例えば少なくとも２つの半リング）として作られている。

重要な特徴によれば、リングのセグメント３０ａ、３０ｂは、セグメントの少なくとも端部付近で、上記セグメントの各側面に配置された側面連結ストラップ３３、３４を介して一体に組み立てられる。具体的に説明する例において、上記セグメント３０ａ、３０ｂは、上記連結ストラップ３３、３４が内部に配置される側面凹部３５、３６を有する。この例において、このような連結ストラップは、台形断面の環状セグメント、すなわち２つの裁頭円錐面によって構成される。このような状況下では、側面凹部３５、３６は、対応する凹状の輪郭を有する。すなわち、側面凹部３５、３６は、連結ストラップの面と相補的な裁頭円錐面を持つ２つのフランク面を有する。

側面凹部３５、３６は、上述した連結ストラップによってセグメント３０ａ、３０ｂが一体に組み立てられるのを可能とするために、単にセグメント３０ａ、３０ｂ（半リング）の端部の近くに形成することができる。これらの凹部は、連結ストラップを受けるのに十分な長さであるべきである。それでもなお、示される実施形態において、側面凹部３５、３６は、制御リングの全外周の周囲に延在している。これは、有利なリングの加工方法をもたらす。この方法では、矩形断面の完全なリングを利用することができ、裁頭円錐フランク面を持つ２つの溝が、上記リングの（回転軸に垂直な）平坦な環状面を機械加工することによって形成される。その後、リングは、例えば２つの等しい部分に切断され、孔４０が、この方法で作られたセグメントの端部に作られる。対応する孔４１は、ストラップ３３、３４内に作られる。セグメントは、セグメント当たり少なくとも１つのボルト４４を含むボルト４４を用いてケーシングの周囲に再度組み立てられる。ここでは、各セグメント３０ａ又はセグメント３０ｂに、２つのボルト４４が並んで配置されている。

さらに、追加のボルト４４ａが、セグメント３０ａ、３０ｂの間の接合部と一致する２つのストラップ３３、３４の中央に設けられてもよい。

この方法で組み立てられたとき、連結は、特に固く、リングの配置及び寸法の特徴は、特に十分に制御され、時間がたつと安定する。

さらに、連続的な側面凹部３５は、例えばリングを駆動するアクチュエータとの連結のための少なくとも１つのフォーク４７を搭載する目的で、同じタイプの嵌め込みアセンブリを用いて、他の要素が制御リングに連結されるのを可能とする。

このような状況下では、フォークには、側面ストラップを固定するために示されたものと類似する方法でリングの一方の側面に固定されたベースがある。ベースは、内部にある嵌め込みである。有利には、ベース４８は、図示されるように、側面ストラップの一方（ストラップ３４）と一体に作られる。

図３の変形例において、各連結ストラップ１３３、１３４は、内部に配置されたリング１７のセグメントの端部を有する凹部１３５、１３６を含む環状セグメントである。

好ましくは、図示されるように、リングセグメントは、対となって同軸で重ねて配置された４つの裁頭円錐面１３９ａ、１３９ｂ及び１４０ａ、１４０ｂを画定するように面取りされており、各ストラップ１３３、１３４の上述した凹部１３５、１３６は、このような同軸で重ねて配置された裁頭円錐面の対とそれぞれ協働する、２つの対応する裁頭円錐小面１４３ａ、１４３ｂを有する。

調整可能ピッチステータ翼のリングを有するタイプのコンプレッサの一部の断片からなる斜視図であり、より明瞭にするために１つの翼及びそのアームのみが図示されている。 図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。 変形例を示す図２と類似の図である。

符号の説明

１１ コンプレッサ
１３ ケーシング
１５ 可変ピッチステータ翼
１７ 制御リング
１９、２０ 面
２３、４０、４１ 孔
２５ ピン
２７ アーム
２９ 制御ピボット
３０ａ、３０ｂ セグメント
３１ ボア
３３、３４、１３３、１３４ 側面連結ストラップ
３５、３６、１３５、１３６ 側面凹部
４４、４４ａ ボルト
４７ フォーク
４８ ベース
１３９ａ、１３９ｂ、１４０ａ、１４０ｂ 裁頭円錐面
１４３ａ、１４３ｂ 裁頭円錐小面

Claims (12)

1. ケーシング（１３）内で円周方向に配列された可変ピッチステータ翼段を含み、各翼が、前記ケーシングの外側に半径方向に突出する制御ピボット（２９）を有し、各ピボットが、前記ケーシングの周囲に同軸で配置され且つその外側で回動するように搭載された共通の制御リング（１７）にアーム（２７）によって連結されている、ターボ機械であって、前記リング（１７）が、２つのセグメント（３０ａ、３０ｂ）を備え、これらのセグメントが、少なくとも各セグメントの端部付近で相互の嵌め込みによって前記２つのセグメントの軸方向を向いた各側面に固定される側面連結ストラップ（３３、３４）により、一体に組み立てられていることを特徴とする、前記ターボ機械。
2. 前記リングセグメントが、前記連結ストラップ（３３、３４）が内部に配置される側面凹部（３５、３６）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械。
3. このような連結ストラップ（３３、３４）が、裁頭円錐面を画定するように面取りされた環状セグメントであり、前記側面凹部（３５、３６）には、対応する凹状の輪郭があることを特徴とする、請求項２に記載のターボ機械。
4. このような連結ストラップ（１３３、１３４）が、前記リングセグメントの端部が内部に配置される凹部（１３５、１３６）を含む環状セグメントであることを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械。
5. 前記リングセグメントが、対となって同軸で重ねて配置された４つの裁頭円錐面（１３９ａ及び１３９ｂ、１４０ａ及び１４０ｂ）を画定するように面取りされており、各側面ストラップ（１３３、１３４）の前記凹部が、対となって同軸で重ねて配置されたこのような裁頭円錐面とそれぞれ協働する、対応する２つの裁頭円錐小面を有することを特徴とする、請求項４に記載のターボ機械。
6. 前記連結ストラップが、各端部について少なくとも１つのボルト（４４）を用いて、前記リングセグメントの隣接端部の各側面にボルト締めされていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のターボ機械。
7. 連結ストラップが、２つのボルト（４４）を用いて各端部にボルト締めされていることを特徴とする、請求項６に記載のターボ機械。
8. ボルトシャンク（４４）が、リングセグメント端部に係合する孔（４０）に嵌合していることを特徴とする、請求項６又は７に記載のターボ機械。
9. 追加のボルト（４４ａ）が、２つのストラップの中央に設けられていることを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載のターボ機械。
10. 前記リングが、少なくとも１つの駆動フォーク（４７）などを含み、前記フォークには、前記ターボ機械の軸に平行なボルト締めによって前記リングの一方の側面に固定されるベース（４８）があることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のターボ機械。
11. 前記ベース（４８）が、前記側面ストラップの１つと一体に形成されていることを特徴とする、請求項１０に記載のターボ機械。
12. 前記側面凹部（３５）が、前記リングの全外周にわたって延在していることを特徴とする、請求項２から１１のいずれか一項に記載のターボ機械。

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