JP5941259B2 - タービン圧縮機用の可変静翼集成体 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に云えば、ガスタービンに関し、より具体的には、複数の静翼を持つ圧縮機用の可変静翼集成体に関するものである。

ガスタービンは、典型的には、圧縮機と、複数の燃焼器と、タービン部分とを含む。圧縮機は、タービンへ流れる空気を加圧する。加圧された空気は圧縮機から吐出されて燃焼器に流入する。各燃焼器に入る空気は燃料と混合されて燃焼される。各燃焼器からの高温の燃焼ガスが燃焼器尾筒部分を通ってガスタービンのタービン部分へ流れて、タービンを駆動して動力を発生する。

ガスタービン用の典型的な圧縮機は、多段軸流圧縮機として構成することができ、また回転部品及び静止部品の両方を含むことができる。シャフトが、複数の環状ロータを持つ中央のロータ胴又はホイールを駆動する。圧縮機の複数のロータ段が、同様な数の静止したステータ段の間で回転可能であり、各ロータ段はロータ・ホイールに固定された複数の動翼を含み、また各ステータ段は圧縮機の外側ケーシングに固定された複数の静翼を含む。動作時、空気流は複数の圧縮機段を通って、順次圧縮される。各々の相次ぐ下流の段は圧力を増大させて、最終的に空気は最大圧力で圧縮機出口から吐出される。

圧縮機の性能を改善するため、複数のステータ段の内の１段以上は、それぞれの長手方向軸又は半径方向軸を中心に回転するように構成された複数の可変静翼を含むことができる。このような可変静翼は、一般に、静翼を空気の流れに対して配向する角度を回転することによって、圧縮機に流入し且つその中を流れる空気の量を制御することにより、圧縮機の効率及び操作性を向上させることができる。可変静翼を回転させるには、一般に、各静翼にレバー・アームを取り付け、各々のレバーを、圧縮機ケーシングに対してほぼ同心に配置されたユニゾン又は同期化リングに結合する。次いで、同期化リングがアクチュエータに結合される。このアクチュエータは、圧縮機の中心軸を中心としてリングを回転させるように構成されている。アクチュエータによって同期化リングを回転させたとき、それに対応してレバー・アームが回転し、その結果、各静翼を、その半径方向軸又は長手方向軸を中心として回転させる。

現在の同期化リング及びレバー・アーム集成体は、一般に、レバー・アームと同期化リングとが両者間の回転界面において摺動係合するように構成されている。詳しく述べると、レバー・アームは、典型的には、同期化リングを回転させたとき、該レバー・アームと同期化リングとの間の回転界面で半径方向及び／又は円周方向に摺動するように構成されている。この摺動係合は一般に、この摺動界面に配置された集成体構成部品に過大な摩耗を生じさせる。更に、従来の集成体に利用される摺動係合は、同期化リングについての支持が不適切なことが多い。詳しく述べると、リングの回転時にレバー・アームと同期化リングとの間に生じる相対的な摺動に起因して、同期化リングの頂部に配置されたレバー・アームは、典型的には、リングの重量を少しも支持しない。従って、同期化リングの底部付近に配置されたレバー・アームがリングの全重量を支持しなければならない。このような不適切な支持は、レバー・アームと同期化リングとの間の取付け界面に配置された構成部品に更なる摩耗を生じさせることがある。更に、不適切な支持はまた、リングの重量の一部分を支持するために、圧縮機ケーシングの周りに円周方向に間隔をおいて配置された摩擦ブロックを利用しなければならないとき、それらの摩擦ブロックに過大な摩耗を生じさせることがある。

従って、同期化リングについての支持を増強し且つまた摩耗の発生を低減する可変静翼集成体があれば、当該技術において望ましいであろう。

米国特許第７５９４７９４号

本発明の様々な面及び利点は、一部は以下に記載し、又は以下の記載から明らかであり、或いは本発明の実施を通じて習得することができよう。

一面では、本発明は、複数の静翼を持つ圧縮機用の可変静翼集成体を開示する。この可変静翼集成体は、一般的に、同期化リングと、該同期化リングに固定された複数の取付けスタッド(stud)を含むことができる。可変静翼集成体はまた、複数のレバー・アームを含むことができ、各々のレバー・アームは第１の端部及び第２の端部を持つ。各々のレバー・アームの前記第１の端部は複数の静翼の１つに取り付けることができる。更に、複数の回転取付け装置が、各々のレバー・アームの前記第２の端部を前記複数の取付けスタッドの１つに回転可能に結合して、両者の間に回転界面を画成するように構成される。更に、前記複数の取付けスタッドの各々は、前記同期化リングの回転時に前記同期化リングと前記複数のレバー・アームとの間に実質的に相対的な半径方向及び円周方向の摺動運動が生じないように、前記回転界面において前記複数の回転取付け装置の１つに堅固に取り付けることができる。

別の面では、本発明は、複数の静翼を持つ圧縮機用の可変静翼集成体を開示する。この可変静翼集成体は、一般的に、同期化リングと、該同期化リングに固定された複数の取付けスタッドを含むことができる。可変静翼集成体はまた、複数のレバー・アームを含むことができ、各々のレバー・アームは第１の端部及び第２の端部を持つ。各々のレバー・アームの前記第１の端部は複数の静翼の１つに取り付けることができる。更に、可変静翼集成体は、内側構成部品と該内側構成部品に対して回転するように構成された外側構成部品とを持つ複数の軸受を含むことができる。前記複数の軸受の各々の前記外側構成部品は、前記複数のレバー・アームの１つの前記第２の端部に装着することができる。更に、前記複数の取付けスタッドの各々は、前記同期化リングの回転時に前記同期化リングと前記内側構成部品との間に実質的に相対的な運動が生じないように、前記複数の軸受の１つの前記内側構成部品に堅固に取り付けることができる。

更に別の面では、本発明は、ガスタービンの圧縮機を開示する。この圧縮機は、一般的に、ケーシングと、該ケーシング内に部分的に配置された複数の静翼とを含むことができる。前記複数の静翼の各々は、前記ケーシングを貫通して延在するステム部分を含むことができる。前記圧縮機はまた可変静翼集成体を含むことができる。前記可変静翼集成体は、一般的に、同期化リングと、該同期化リングに固定された複数の取付けスタッドを含むことができる。前記可変静翼集成体はまた複数のレバー・アームを含むことができ、各々のレバー・アームは第１の端部及び第２の端部を持つ。各々のレバー・アームの前記第１の端部は前記複数の静翼の１つに取り付けることができる。更に、複数の回転取付け装置が、各々のレバー・アームの前記第２の端部を前記複数の取付けスタッドの１つに回転可能に結合して、両者の間に回転界面を画成するように構成される。更に、前記複数の取付けスタッドの各々は、前記同期化リングの回転時に前記同期化リングと前記複数のレバー・アームとの間に実質的に相対的な半径方向及び円周方向の摺動運動が生じないように、前記回転界面において前記複数の回転取付け装置の１つに堅固に取り付けることができる。

本発明のこれらの及び他の特徴、面及び利点は、以下の説明及び「特許請求の範囲」の記載を参照するとより良く理解されよう。添付の図面は、本明細書に取り入れられて明細書の一部を構成するが、本発明の実施形態を例示していて、以下の説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。

以下の説明では、当業者を対象として、最良の実施形態を含む本発明の完全で実現可能な開示を、添付の図面を参照して行う。

図１は、ガスタービンの概略図である。 図２は、本発明の様々な面に従った可変静翼集成体の一実施形態の断面図であり、特に圧縮機の複数の可変静翼の１つに結合された可変静翼集成体を例示する。 図３は、図２に例示された可変静翼集成体の一実施形態の一部分の拡大図であり、特に同期化リングへのレバー・アームの取り付けを例示する。 図４は、可変静翼集成体の一実施形態の部分的斜視図であり、特に同期化リング及び該同期化リングに結合された作動装置を例示する。

次に本発明の様々な実施形態について詳しく説明するが、その内の１つ以上の例を図面に示す。各々の例は本発明を説明するためのものであり、本発明を制限するものではない。実際に、当業者には、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく本発明に様々な修正及び変更を為し得ることが明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として例示し説明した特徴を別の実施形態に用いて、更に別の実施形態を作成することが可能である。従って、本発明は、このような修正及び変更を「特許請求の範囲」の記載及びその等価な内容の範囲内に入るものとして包含するものとする。

本発明は、一般的には、タービン圧縮機用の可変静翼集成体を開示する。この可変静翼集成体は、一般的に、複数の取付けスタッド及び複数の回転取付け装置を介して同期化リングに回転可能に結合された複数のレバー・アームを含むことができる。このような場合、各々のレバー・アームは、前記複数の回転取付け装置の１つによって画成された回転界面の周りを前記同期化リングに対して回転し及び／又は捩れることが可能である。更に、前記可変静翼集成体の前記複数の取付けスタッドの各々は、前記同期化リングの回転時に前記同期化リングと前記前記回転界面との間に相対的な運動が全く又は実質的に生じないように、前記回転界面において前記複数の回転取付け装置の１つの一部分に堅固に取り付けることができる。このような場合、前記レバー・アームは、前記同期化リングに対して半径方向、円周方向又は任意の他の方向に摺動することが防止され又は実質的に防止される。更に、以下に述べるように、この堅固な取付けは、前記複数のレバー・アームが前記同期化リングに結合される複数の点に沿って生じる摩耗を低減及び／又は防止することができ、また前記同期化リングに与える支持の量を増大させることができる。

図面について説明すると、図１はガスタービン１０の概略図を示す。ガスタービン１０は、一般に圧縮機１２と、複数の燃焼器１４と、タービン部分１６とを含む。圧縮機１２及びタービン部分１６は、一般に、シャフト１８によって結合することができる。シャフト１８は単一のシャフトとすることができ、或いは複数のシャフト・セグメントを一緒に結合して形成することができる。一実施形態では、圧縮機１２は、複数の対応するロータ及びステータ段を持つ多段軸流圧縮機で構成することができる。このような実施形態では、複数のステータ段の内の１段以上が複数の可変静翼を含むことができる。例えば、圧縮機１２はその下流側の段に複数の固定静翼を含むと共に、その上流側の段に複数の可変静翼を配置することができる。この代りの態様では、圧縮機１２の複数のステータ段の全てが可変静翼を含むことができる。

ガスタービン１０の運転中、圧縮機１２は圧縮空気を燃焼器１４へ供給する。空気と燃料が各燃焼器１４内で混合されて燃焼し、高温燃焼ガスがこれらの燃焼器１４からタービン部分１６へ高温ガス流路の中を流れ、タービン部分１６内で燃焼ガスからエネルギが取り出されて仕事を生じる。

次に図２〜図４について説明すると、本発明の様々な面に従った、複数の可変静翼２２を作動するための可変静翼集成体２０の実施形態の様々な図を例示する。詳しく述べると、図２は、複数の静翼２２の１つに結合された本発明による可変静翼集成体２０の一実施形態の断面図を例示する。図３は、図２に示された可変静翼集成体２０の一部分の拡大図を示し、詳しく述べると、同期化リング２６へのレバー・アーム２４の取り付けを例示する。また、図４は、本発明による可変静翼集成体２０の一実施形態の部分的斜視図を示し、詳しく述べると、同期化リング２６と、該同期化リング２６に結合された作動装置２８を例示する。

図２に詳しく示されているように、ガスタービン１０の圧縮機１２は、外側の圧縮機ケーシング３０内に回転可能に取り付けられた複数の可変静翼２２（図にはその１つを示す）を持つ１つ以上のステータ段を含むことができる。各々の静翼２２は、一般に、第１の又は正圧面３４及び円周方法反対側の第２の又は負圧面（図示せず）を持つエアフォイル部分３２を含み、それらの面は、圧縮機１２の運転中に空気３６が通り過ぎる静翼２２の空気力学的表面を画成する。正圧面及び負圧面は、一般に、対向する前縁４０及び後縁４２の間を翼弦３８に沿って軸方向に延在し且つ半径方向内側の先端４４から半径方向外側の根元部４６までにわたって半径方向に延在する。各々の静翼２２はまた、エアフォイル部分３２から同軸に半径方向外向きに延在し且つケーシング内に画成された相補的な円筒形開口５０の中を通って延在する一体のステム部分４８を含む。ステム部分４８は、一般に、開口５０内に回転し得るように取り付けることができる。例えば、静翼２２をケーシング３０に対して回転できるようにするために、ケーシング３０とステム部分４８との界面にブッシング５２を配置することをできる。

圧縮機１２の各々の静翼２２は、一般に、圧縮機１２を通って流れる空気３６を、支持用ロータ円板又はホイール５６から半径方向外向きに延在する対応する列又は段の動翼５４へ導くように構成することができる。詳しく述べると、各段の静翼２２及び動翼５４を通るように導かれた空気３６は、ガスタービン１０の燃焼器１４の中へ吐出するために、圧縮機１２内で逐次的に圧縮することができる。一般に理解されているように、静翼２２を空気３６の流れに対して配向する角度を変更又は回転することによって、圧縮機１２に入ってその中を流れる空気３６の量を調整することにより、圧縮機の効率及び操作性を向上させることができる。静翼２２のこのような回転を容易にするために、可変静翼集成体２０を、以下に詳しく述べるように、利用することができる。

図２〜図４を参照して説明すると、本発明の可変静翼集成体２０は、一般的に、圧縮機１２の特定のステータ段の各々の静翼２２上に装着されて該静翼２２に堅固に取り付けられた複数の外向きに延在するレバー・アーム２４を作動するように構成された同期化リング２６を含む。同期化リング２６は、一般的に、該リング２６の円周に沿って固定された複数の取付けスタッド５８によりレバー・アーム２４に結合することができる。更に、可変静翼集成体２０はまた複数の回転取付け装置６０を含むことができ、これらの回転取付け装置６０はレバー・アーム２４と取付けスタッド５８との間に配置されて回転界面を画成しており、該回転界面の周りをレバー・アーム２４が取付けスタッド５８及び／又は同期化リング２６に対して回転することができる。更に、図４に詳しく示されているように、同期化リング２６はまた、圧縮機１２の中心軸６２を中心にして同期化リング２６を回転させるように構成された１つ以上の作動装置２８に結合することができる。例えば、同期化リング２６は任意な適当な手段（例えば、押し棒リンク機構６４）を介して（１つ又は複数の）作動装置２８に結合して、（１つ又は複数の）作動装置２８が中心軸６２を中心にして同期化リング２６を時計回り又は反時計回りに回転させるようにすることができる。従って、同期化リング２６を（１つ又は複数の）作動装置２８によって回転させたとき、レバー・アーム２４はそれに対応して取付けスタッド５８の周りを回転することができる。このレバー・アーム２４の回転は、次いで、静翼２２を回転させ、この結果として、静翼２２を圧縮機１２内の空気３６の流れに対して配向する角度を変更する。

一般的に、可変静翼集成体２０の同期化リング２６は、圧縮機ケーシング３０から半径方向外側に且つそれと実質的に同心に配置された円形又はリング状構造を有することができる。幾つかの実施形態では、同期化リング２６は一体構造又は多部材構造で製造することができ、且つ任意の適当な材料、例えば、ステンレス鋼、又は典型的には同期化リングに加えられる荷重に耐える能力を持つ任意の他の材料で形成することができる。更に、同期化リング２６は、一般に、矩形、楕円又は円形断面のような、任意の適当な断面を持つことができる。図２及び図３に詳しく示されているように、一実施形態では、同期化リング２６は大体「Ｃ字形」断面を持つことができる。このような場合、同期化リング２６は、リング２６の構造的完全性を損なうことなく比較的軽い重量になるように構成することができる。

図２についてより詳しく説明すると、可変静翼集成体２０の各々のレバー・アーム２４は、一般的に、可変静翼２２のステム部分４８に堅固に取り付けられた第１の端部６６と、取付けスタッド５８を介して同期化リング２６と係合し且つ該リング２６に堅固に取り付けられた第２の端部６８とを含むことができる。一般的に云えば、各々のレバー・アーム２４の第１の端部６６は任意の適当な手段を用いて静翼２２に固定することができる。例えば、一実施形態では、静翼２２は、ステム部分４８から半径方向外向きに延在するキー付きシート７０（例えば、「Ｄ字形」シート）と、このキー付きシート７０から半径方向外向きに延在するネジ付きステム７２とを含むことができる。キー付きシート７０は、一般的に、静翼２２の頂部にレバー・アーム２４を装着するための自己整合機構として構成することができる。例えば、レバー・アーム２４の第１の端部６６は、レバー・アーム２４により静翼２２を回転させるためにレバー・アーム２４を静翼２２に装着できるように、キー付きシート７０の形状に対応するように構成された取付け孔（例えば、Ｄ字形取付け孔）を画成することができる。次いで、レバー・アーム２４は、止めナット又はロック・ナットのようなネジ付きナット７４をネジ付きステム７２上に位置決めすることによって、静翼２２に固定することができる。

当業者には、レバー・アーム２４の第１の端部６６を静翼２２のステム部分４８に装着し及び／又は堅固に取り付けるために様々な他の構成を本発明の範囲内で利用できることが明らかであろう。例えば、幾つかの実施形態では、レバー・アーム２４を静翼２２に装着する又は係合させるために、キー付きスプライン、整合する対応部における小円鋸歯状面、又は他の適当な手段を利用することができる。同様に、様々な実施形態では、レバー・アーム２４は、抜け止めピン又はラッチを用いて、或いは両部品を溶接することによって、或いは任意の他の適当な締結及び／又は固定手段を用いて、静翼２２に固定することができる。

次に図３について説明すると、各々のレバー・アーム２４の第２の端部６８は、一般的に、取付けスタッド５８を介して同期化リング２６と回転可能に結合されるように構成することができる。具体的に述べると、回転取付け装置６０を、各々のレバー・アーム２４とその対応する取付けスタッド５８との間に回転界面７６が画成されるように両者の間に配置することができる。それにより、レバー・アーム２４を、このような界面７６で同期化リング２６及び／又は取付けスタッド６８に対して相対的に回転させることができる。更に、各々の取付けスタッド５８はまた、同期化リング２６と（レバー・アーム２４がその周りを回転する）回転界面７６との間に相対的な運動が全く又は実質的に生じないように、回転取付け装置６０の一部分に堅固に取り付けることができる。このようにすると、、レバー・アーム２４が、同期化リング２６の回転時に同期化リング２６及び／又は取付けスタッド５８に対して相対的に半径方向、円周方向又は任意の他の方向に摺動することを防止し又は実質的に防止することができる。

可変静翼集成体２０の様々な構成部品のこのような回転結合及び堅固な取付けを可能にするために、一実施形態では、各々の取付けスタッド５８は、一般的には、複数の部分を含み、例えば、下部部分７８、中間部分８０、上部部分８２、及び下部部分７８と中間部分８０との間に配置された肩部分８４を含むことができる。図３に示されているように、これらの部分７８，８０，８２，８４の各々は、一般的に、取付けスタッド５８の中心軸８６に沿って同軸に整列させることができる。更に、一実施形態では、部分７８，８０，８２，８４の各々は、ほぼ円筒形状にすることができる。しかしながら、代わりの実施形態では、各々の部分７８，８０，８２，８４が、一般的に、該部分７８，８０，８２，８４を本書で述べたように機能させることのできる任意の適当な形状を持ち得ることを理解されたい。更に、本発明の特定の実施形態では、部分７８，８０，８２，８４の各々は、アンダーカットした隅肉部８８によって分離するすることができる。このような隅肉部８８は、一般的に、低応力領域／応力緩和領域として作用するように取付けスタッド５８上に設けることができる。更に、アンダーカットした隅肉部８８はまた、可変静翼集成体２０の様々な他の構成部品への部分７８，８０，８２，８４の取り付けを向上させるために設けることができる。具体的に述べると、隅肉部８８は、部分７８，８０，８２，８４及び他の構成部品の表面及び／又は面が互いとほぼぴったり重なって位置決め又は配置されるようにすることができる。

図３について更に説明すると、取付けスタッド５８の下部部分７８は、一般的に、同期化リング２６の一部分に固定するように構成することができる。例えば、図示の実施形態では、下部部分７８は、取付けスタッド５８がそこからほぼ半径方向外向きに延在するように、大体「Ｃ字形」の同期化リング２６の下側延長部９０に固定することができる。代わりの実施形態では、下部部分７８は同期化リング２６の任意の他の適当な位置に固定することができることを理解されたい。例えば、別の実施形態では、下部部分７８は、取付けスタッド５８がそこからほぼ半径方向外向き又は半径方向内向きに延在するように、同期化リング２６の上側延長部９２に固定することができる。更に、同期化リング２６が大体「Ｃ字形」の断面を持っていない実施形態では、下部部分７８は、開示した可変静翼集成体２０を本書で述べたように機能させることのできる同期化リング２６の任意の適当な部分に固定することができる。

更に、取付けスタッド５８の下部部分７８は、一般的に、当該技術分野において公知の任意の適当な取付け方法を用いて、同期化リング２６に固定することができることを理解されたい。例えば、図３に示されているように、下部部分７８は、同期化リング２６に設けられた対応するネジ孔９４内に固定することができるようにネジ山を設けることができる。別の実施形態では、下部部分７８は、同期化リング２６に設けられた対応するボアホール（図示せず）内に圧入し又は接着接合するように構成することができる。

図３について更に説明すると、一実施形態では、各々の取付けスタッド５８の中間部分８０は、一般的に、レバー・アーム２４と同期化リング２６との間の回転取付け点として作用することができる。このような場合、中間部分８０は、取付けスタッド５８を介してレバー・アーム２４を同期化リング２６に回転可能に係合させるために、当該技術分野で公知の任意の適当な回転取付け装置６０を受けるように構成することができる。例えば、図示の実施形態では、回転取付け装置６０は、レバー・アーム２４と取付けスタッド５８との間に回転界面７６を画成するように中間部分８０に装着され又は中間部分８０の周りに配置された軸受６１を有する。このような場合、中間部分８０は、一般的に、軸受６１を受けるのに適した形状及び構成を持つことを理解されたい。例えば、一実施形態では、中間部分８０は、その上に軸受６１を装着することができるように滑らかな円筒形表面又は軸受表面を画成することができる。更に、中間部分８０は、軸受６１と取付けスタッド５８との間に制御された締まり嵌めが得られるような寸法に定めることができる。例えば、軸受６１と中間部分８０との間に与えられる許容差は、直径上で約１ミリメータ（ｍｍ）未満、例えば、直径上で約０．５ｍｍ未満又は直径上で０．１ｍｍ未満にすることができる。本発明の特定の実施形態では、許容差は、直径上で約０．０１ｍｍ〜直径上で約０．０７ｍｍに、例えば、直径上で約０．０３ｍｍ〜直径上で約０．０５ｍｍに、及びそれらの間の全ての他の小範囲内にすることができる。しかしながら、代わりの実施形態では、許容差は直径上で１ｍｍ以上であってもよいことを理解されたい。

一般的には、レバー・アーム２４と取付けスタッド５８との間の回転係合を行うために、当該技術分野で公知の任意の適当な軸受を本発明の範囲内で利用することができる。図３に示されているように、一実施形態では、軸受６１は、取付けスタッド５８の中間部分８０に装着された内側の球９６と、レバー・アーム２４の第２の端部６８に設けられた対応するボアホール１００内に固定された外側のボア・リング９８とを持つ球面軸受で構成することができる。外側のボア・リング９８は、一般的に、外側のボア・リング９８が内側の球９６に対して１つ以上の直交方向に回転できるようにするために、内側の球９６の外側の凸状球面に対応する内側の凹状球面を持つことができる。従って、同期化リング２６を（１つ又は複数の）作動装置２８によって回転させたとき、各々のレバー・アーム２４は、軸受６１の内側の球９６と外側のボア・リング９８との間の回転界面７６の周りを回転し及び／又は捩れることができる。

当業者には直ぐに明らかであるように、取付けスタッド５８を介してレバー・アーム２４を同期化リング２６と回転可能に係合させ、従ってレバー・アーム２４がリング２６及び／又は取付けスタッド２８に対して回転できるようにする回転界面７６を提供するために、様々な他の適当な回転取付け装置６０を本発明の範囲内で利用することができる。例えば、代わりの実施形態では、回転取付け装置６０は、取付けスタッド５８に画成された又はその上に含まれた対応する成形部とかみ合うように構成された（球面すり合わせ、顆関節形継手、ヒンジ継手などのような）適当なピボット継手の一部分を有することができる。別の実施形態では、取付けスタッド５８自体が、可変静翼集成体２０の回転取付け装置６０として作用することができる。例えば、レバー・アーム２４又は該レバー・アーム２４に装着された構成部品は、取付けスタッド５８の外側表面が一般的に回転界面７６を画成するように、取付けスタッド５８の周り（例えば、中間部分８０の周り）を直接回転するように構成することができる。

図３について更に説明すると、前に述べたように、レバー・アーム２４の第２の端部６８はまた、同期化リング２６と（レバー・アーム２４がその周りを回転する）回転界面７６との間に相対的な運動が全く又は実質的に生じないように、取付けスタッド５８を介して同期化リング２６に堅固に取り付けられるように構成することができる。従って、一実施形態では、取付けスタッド５８の上部部分８２は、一般的に、回転取付け装置６０を取付けスタッド５８に堅固に取り付けることができるように構成された保持装置１０２を受けるように構成することができる。例えば、図３に示されているように、（レバー・アーム２４と取付けスタッド５８との間に回転界面７６を画成する）軸受６１の内側の球９６は、内側の球９６がリング２６の回転時に同期化リング２６に対して相対的に摺動又は運動しないように、取付けスタッド５８に堅固に取り付けることができる。具体的に述べると、、取付けスタッド５８の上部部分８２は、ネジ付き保持装置１０２（例えば、ロック・ナット又は止めナット）を軸受６１の内側の球９６の上に堅固に固定することができるように、ネジ山を設けることができる。更に、図示のように、取付けスタッド５８の肩部分８４は、一般的に、内側の球９６を肩部分８４の半径方向外側の面１０４に対して押し付けて位置決め又は配置することができるように、取付けスタッド５８の中心軸８６から中間部分８０よりも更に外側へ延在することができる。このような場合、保持装置１０２を軸受６１の上に固定したとき、内側の球９６を、保持装置１０２と肩部分８４の外側の面１０４との間に締め付け、圧迫し又は堅固に取り付けて、同期化リング２６と（レバー・アーム２４がその周りを回転する）回転界面７６との間の相対的な運動をも防止することができる。更に、取付けスタッド５８に設けられたアンダーカットした隅肉部８８は、取付けスタッド５８に対する内側の球９６の堅固な取り付けを向上させるように構成することができることを理解されたい。例えば、肩部分８４と中間部分８０との間に画成された隅肉部８８は、内側の球９６を肩部分８４の外側の面１０４に対してぴったり重ねて位置決めできるように構成することができる。同様に、上部部分８２と中間部分８０との間に画成された隅肉部８８は、上部部分８２のネジ部を保持装置１０２内に埋め込む又はその中に完全に配置することができるように構成することができる。

代わりの実施形態では、様々な他の保持装置１０２、例えば、ロック・ピン、ラッチ、又は任意の他の適当な締結機構を、球面軸受６１の内側の球９６を取付けスタッド５８に堅固に取り付けるために利用できることも理解されたい。同様に、溶接、接着結合などのような任意の適当な固定／締結手段を利用して、内側の球９６を取付けスタッド５８に堅固に取り付けることができる。例えば、本発明の特定の実施形態では、取付けスタッド５８の一部分（例えば、中間部分８０）は、内側の球９６を取付けスタッド５８にプレス嵌めして両者の間に堅固な付着をもたらすように構成することができる。更に、取付けスタッド５８とレバー・アーム２４との間の回転係合を軸受６１以外の手段によって行う実施形態では、同様な保持装置１０２及び／又は固定手段を利用することにより同期化リング２６と（各々のレバー・アームがその周りを回転する）回転界面７６との間の相対的な動きを防止することができることを理解されたい。

取付けスタッド５８を介して同期化リング２６をレバー・アーム２４に堅固に結合することによって、開示した可変静翼集成体２０に多数の利点が与えられる。例えば、回転界面７６における堅固な取り付けにより、そうでない場合にレバー・アーム２４と同期化リング２６との間に生じる可能性のある円周方向及び半径方向の摺動運動を防止し、又は少なくとも低減することができる。このようにすると、取付けスタッド５８、軸受６１、レバー・アーム２４及び／又は同期化リング２６に生じ得る摩耗を大幅に低減し及び／又は防止することができる。更に、同期化リング２６に対する各々のレバー・アーム２４の堅固な結合により、全てのレバー・アーム２４が同期化リング２６の重量をその全周に沿ってしっかりと支持することができる。従って、同期化リング２６の同心性又は真円性を維持することができる。更に、同期化リング２６に対して提供される上記の追加の支持により、同期化リング２６と圧縮機ケーシング３０との間に摩擦ブロック（図示せず）が配置されている場合、摩擦ブロックがリング重量のかなりの部分を支持する必要が無くなるかのように、これらの摩擦ブロックに生じる摩擦の量を低減することもできる。また更に、上記の堅固な結合により、可変静翼集成体２０の組み立て調整及び較正の際に圧縮機ケーシング３０に対して同期化リング２６を中心合わせする負担を減じることもできる。

図３について更に説明すると、取付けスタッド５８の肩部分８４は、一般的に、レバー・アーム２４が取付けスタッド５８に回転可能に取り付けられたとき、レバー・アーム２４と同期化リング２６の隣接表面１０８との間に隙間１０６が生じるように構成することができる。一般的に、隙間１０６は、取付けスタッド５８及び／又は同期化リング２６に対して生じ得るレバー・アーム２４の任意の捩れに対処するように構成することができる。例えば、取付けスタッド５８に装着された球面軸受６１を利用して、レバー・アーム２４を同期化リング２６と回転可能に係合させたとき、軸受６１は、レバー・アーム２４を取付けスタッドの中心軸８６の周りに回転させ且つその長手方向軸に沿って時計回り又は反時計回り方向に捩れさせることができる。従って、肩部分８４は、一般的に、レバー・アーム２４が同期化リング２６の隣接表面１０８に対して接触し又は摩擦することなく回転界面７６を中心にして捩れることができるようにする隙間１０６を与えるように設計することができる。

更に、本発明の特定の実施形態では、肩部分８４は、取付けスタッド５８を同期化リング２６に取り付けるための追加の手段を提供するために、同期化リング２６に固定されるように構成することができる。例えば、図３に示されているように、肩部分８４は、肩部分の周縁の少なくとも一部分に沿って同期化リング２６の隣接表面１０８に溶接することができる。このような実施形態では、肩部分８４は、肩部分８４を同期化リング２６に溶接するための適当な表面を提供するために少なくとも１つの平坦な縁部を画成するように、三角形、四角形、五角形、六角形又は同様な形状を持つように構成することができる。また更に、アンダーカットした隅肉部８８が下部部分７８と肩部分８４との間に画成されているとき、肩部分８４は、同期化リング２６の隣接表面１０８とほぼぴったり重なるように該隣接表面１０８上に直接位置決めすることができる。このような場合、肩部分８４とリング２６との間に改善された溶接取付け部を設けることができる。

図２に戻って説明すると、本発明の一実施形態では、可変静翼集成体２０のレバー・アーム２４は、片持ち梁状に形成することができる。このようにすると、同期化リング２６は圧縮機ケーシング３０の上方に懸架させることができる。ここで、同期化リング２６を圧縮機ケーシング３０の上方に懸架させる距離１１０は、一般的に、圧縮機１２の構成及び／又は可変静翼集成体２０の構成に応じて変えることができることを理解されたい。しかしながら、一般的に、距離１１０は、懸架された同期化リング２６が回転している間に該リング２６が圧縮機ケーシング３０と摩擦し又は接触することがないように選択することができる。更に、一実施形態では、１つ以上の摩擦ブロック（図示せず）を圧縮機ケーシング３０の外周に沿って設けて、必要な場合に懸架された同期化リング２６が該リング２６の回転時に摺動することのできる（１つ又は複数の）表面を提供することができる。このような実施形態では、図３に示されているように、取付けスタッド５８は、その下部部分７８が同期化リング２６に固定されたときに該リング２６の半径方向内側表面１１２に対して引っ込んでいるように構成することができる。これにより、取付けスタッド５８はリング２６の回転中に摩擦ブロック及び／又は圧縮機ケーシング３０のいずれかに引っ掛かることが防止される。

更に、本発明の幾つかの実施形態では、レバー・アーム２４は可撓性であるように設計することができる。具体的に述べると、レバー・アーム２４は、同期化リング２６を支持しながら、半径方向内向き及び／又は半径方向外向きに撓み又は湾曲するように構成することができる。そこで、本発明の特定の実施形態では、同期化リング２６の直径及び／又は静翼２２のステム部分４８の高さは、取付けスタッド５８へのレバー・アーム２４の取り付け点が、ステム部分４８へのレバー・アーム２４の取り付け点よりも半径方向外側に配置されるように、選ぶことができる。このようにすると、図２に示されているように、レバー・アームは、その第１及び第２の端部６６，６８の間で距離１１４だけ半径方向外向きに湾曲させ又は撓ませることができる。このような外向きの湾曲又は撓みにより、レバー・アーム２４に確実に半径方向内向きに荷重が加えられる。従って、同期化リング２６が作動されて、レバー・アーム２４が回転しながら水平軸を変更するとき、レバー・アーム２４はリング２６に内向きの荷重を連続的に印加して、その重量を支持することができる。レバー・アーム２４のこの内向きの荷重はまた、同期化リング２６に自己中心合わせ作用をもたらすことができ、この結果、可変静翼集成体２０の組み立て調整及び較正をより効率の良くすることができる。更に、図２に示されているように、一実施形態では、レバー・アームは、第１及び第２の端部６６，６８の間のその長さの一部分に沿って実質的にテーパを付けた輪郭１１６を画成することができる。このようなテーパを付けた輪郭１１６は、一般的に、レバー・アーム２４が同期化リング２６の作動に応答して回転するときにレバー・アーム２４内に応力集中部が生じるのを防止することができる。

これまで本発明の可変静翼集成体２０を可変静翼２２に関して説明したが、該集成体はまた圧縮機１２の可変入口案内静翼段、或いはガスタービン１０のタービン部分１６の可変タービン動翼又は静翼段を作動するために利用することもできることを理解されたい。更に、開示した可変静翼集成体２０は工業用ガスタービンに利用することができ、或いは推進用途に用いられているような、当該技術分野で公知の任意の他の適当なターボ機械に使用するように改変することができることは明らかであろう。

本明細書は、最良の実施形態を含めて、本発明を開示するために、また当業者が任意の装置又はシステムを作成し使用し、任意の採用した方法を遂行すること含めて、本発明を実施することができるようにするために、幾つかの例を使用した。本発明の特許可能な範囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る。このような他の例は、それらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない構造的要素を持つ場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。

１０ ガスタービン
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ タービン部分
１８ シャフト
２０ 可変静翼集成体
２２ 可変静翼
２４ レバー・アーム
２６ 同期化リング
２８ 作動装置
３０ 圧縮機ケーシング
３２ エアフォイル部分
３４ 第１の又は正圧面
３６ 空気
３８ 翼弦
４０ 前縁
４２ 後縁
４４ 先端部
４６ 根元部
４８ 一体のステム部分
５０ 円筒形開口
５２ ブッシング
５４ 動翼
５６ ロータ円板
５８ 取付けスタッド
６０ 回転取付け装置
６１ 軸受
６２ 中心軸
６４ 押し棒リンク機構
６６ レバー・アームの第１の端部
６８ レバー・アームの第２の端部
７０ キー付きシート
７２ ネジ付きステム
７４ ネジ付きナット
７６ 回転界面
７８ 下部部分
８０ 中間部分
８２ 上部部分
８４ 肩部分
８６ 中心軸
８８ アンダーカットした隅肉部
９０ 下側延長部
９２ 上側延長部
９４ ネジ孔
９６ 内側の球
９８ 外側のボア・リング
１００ ボアホール
１０２ 保持装置
１０４ 半径方向外側の面
１０６ 隙間
１０８ 隣接表面
１１０ 距離
１１２ 半径方向内側表面
１１４ 距離
１１６ テーパを付けた輪郭

Claims (9)

1. 複数の静翼（２２）を持つ圧縮機（１２）用の可変静翼集成体（２０）であって、当該可変静翼集成体（２０）が、
   同期化リング（２６）と、
   前記同期化リング（２６）に固定された複数の取付けスタッド（５８）であって、その各々が中間部分（８０）と肩部分（８４）とを含んでいて、肩部分（８４）が中間部分（８０）に対して外側に延びる半径方向外側面（１０４）を含んでいる、複数の取付けスタッド（５８）と、
   各々が第１の端部（６６）及び第２の端部（６８）を持つ複数のレバー・アーム（２４）であって、その各々の前記第１の端部（６６）が複数の静翼（２２）の１つに取り付けられている複数のレバー・アーム（２４）と、
   複数の回転取付け装置（６０）であって、その各々が、前記複数のレバー・アーム（２４）の各々の前記第２の端部（６８）を前記複数の取付けスタッド（５８）の１つの中間部分（８０）に回転可能に結合してそれらの間に回転界面（７６）を画成するように構成されており、複数の回転取付け装置（６０）の各々が前記複数の取付けスタッド（５８）の１つの肩部分（８４）の前記半径方向外側面（１０４）によって支持される、複数の回転取付け装置（６０）と
   を備えており、
   前記複数の取付けスタッド（５８）の各々が、前記同期化リング（２６）の回転時に前記同期化リング（２６）と前記複数のレバー・アーム（２４）との間に実質的に相対的な半径方向及び円周方向の摺動運動が生じないように、前記回転界面（７６）において前記複数の回転取付け装置（６０）の１つに堅固に取り付けられており、前記肩部分（８４）が、前記複数のレバー・アーム（２４）の各々を前記複数の取付けスタッド（５８）の１つの中間部分（８０）に回転可能に結合したときに、各レバー・アーム（２４）と同期化リング（２６）の隣接表面（１０８）との間に隙間（１０６）を生じるように構成されており、
   前記複数のレバー・アーム（２４）の各々は、その第１の端部（６６）と第２の端部（６８）との間で半径方向外向きに撓ませられており、該複数のレバー・アーム（２４）により、前記同期化リング（２６）に内向きの荷重が印加されている
   可変静翼集成体（２０）。
2. 前記複数の取付けスタッド（５８）の各々は、前記同期化リング（２６）の回転時に前記同期化リング（２６）と前記回転界面（７６）との間に実質的に相対的な運動が生じないように前記複数の回転取付け装置（６０）の１つに堅固に取り付けられている、請求項１記載の可変静翼集成体（２０）。
3. 前記複数の回転取付け装置（６０）は複数の軸受（６１）を有し、これらの複数の軸受（６１）の各々が、内側構成部品（９６）と、前記内側構成部品（９６）に対して相対的に回転するように構成された外側構成部品（９８）とを有している、請求項１又は請求項２記載の可変静翼集成体（２０）。
4. 前記複数の軸受（６１）の各々の前記内側構成部品（９６）は、前記同期化リング（２６）の回転時に前記同期化リング（２６）と前記複数の軸受（６１）の各々の前記内側構成部品（９６）との間に実質的に相対的な運動が生じないように、前記複数の取付けスタッド（５８）の１つに堅固に取り付けられている、請求項３記載の可変静翼集成体（２０）。
5. 前記複数の軸受（６１）の各々の前記内側構成部品（９６）は、ネジ付き保持装置（１０２）を使用して前記複数の取付けスタッド（５８）の１つに堅固に取り付けられている、請求項４記載の可変静翼集成体（２０）。
6. 前記複数のレバー・アーム（２４）の各々は、前記同期化リング（２６）を前記圧縮機（１２）のケーシング（３０）の上方に少なくとも部分的に懸架するように、片持ち梁状に形成されている、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の可変静翼集成体（２０）。
7. 前記複数のレバー・アーム（２４）の各々は、その長さの少なくとも一部分にわたってテーパを付けた輪郭（１１６）を画成している、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の可変静翼集成体（２０）。
8. 複数の静翼（２２）を持つ圧縮機（１２）用の可変静翼集成体（２０）であって、当該可変静翼集成体（２０）が、
   同期化リング（２６）と、
   前記同期化リング（２６）に固定された複数の取付けスタッド（５８）と、
   各々が第１の端部（６６）及び第２の端部（６８）を持つ複数のレバー・アーム（２４）であって、その各々の前記第１の端部（６６）が複数の静翼（２２）の１つに取り付けられている複数のレバー・アーム（２４）と、
   各々が内側構成部品（９６）と該内側構成部品（９６）に対して相対的に回転するように構成された外側構成部品（９８）とを含んでいる複数の軸受（６１）であって、その各々の前記外側構成部品（９８）が前記複数のレバー・アーム（２４）の１つの前記第２の端部（６８）に装着されている、複数の軸受（６１）と
   を備えており、
   前記複数の取付けスタッド（５８）の各々が、前記同期化リング（２６）の回転時に前記同期化リング（２６）と前記複数の軸受（６１）の各々の前記内側構成部品（９６）との間に実質的に相対的な運動が生じないように、前記複数の軸受（６１）の１つの前記内側構成部品（９６）に堅固に取り付けられており、前記複数のレバー・アーム（２４）の各々が前記同期化リング（２６）と静翼（２２）との間に結合しており、前記複数の取付けスタッド（５８）の各々が中間部分（８０）と肩部分（８４）とを含んでいて、肩部分（８４）が中間部分（８０）に対して外側に延びる半径方向外側面（１０４）を含んでおり、前記複数の軸受（６１）の各々が前記複数の取付けスタッド（５８）の１つの肩部分（８４）の前記半径方向外側面（１０４）によって支持されており、
   前記複数のレバー・アーム（２４）の各々は、その第１の端部（６６）と第２の端部（６８）との間で半径方向外向きに撓ませられており、該複数のレバー・アーム（２４）により、前記同期化リング（２６）に内向きの荷重が印加されている
   可変静翼集成体（２０）。
9. ケーシング（３０）と、該ケーシング（３０）内に部分的に配置されていて、各々が前記ケーシング（３０）を貫通して延在するステム部分（４８）を含んでいる複数の静翼（２２）と、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の可変静翼集成体（２０）とを備える、ガスタービン（１０）用の圧縮機（１２）。