JP6662877B2 - タービンエンジンの可変ピッチベーンの段のための制御リング - Google Patents

Description

本発明は、タービンエンジンの可変ピッチベーンの段のための制御リングに関する。

従来技術には、特に欧州特許出願公開第１６９６１３４号明細書、欧州特許出願公開第１８２０９４２号明細書、仏国特許出願公開第２８８２５７７号明細書、および欧州特許出願公開第０３７５５９３号明細書がある。

このタイプの段は、一般にタービンエンジンの圧縮機の外側環状ケーシングによって支持される可変ピッチステータベーン（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｔａｔｏｒ Ｖａｎｅｓ（可変ステータベーン）の頭字語、ＶＳＶとも呼ばれる）の環状列を備える。各ベーンは、ブレードを備え、それは、ベーンの回転軸線を画定し、外側ケーシングの対応する穴に回転案内される半径方向円筒形ピボットに、略円形の輪郭を有するプレートによって、その半径方向外端において接続される。各ベーンのブレードの半径方向内端は、通常、ベーンの回転軸線に沿って延在し、圧縮機の内側ケーシングの穴に回転案内される第２の円筒形ピボットを備える。

各ベーンの外側ピボットの半径方向外端は、シリンダ作動手段または類似の作動手段によって外側ケーシングの周りに回転される制御リングにコネクティングロッドによって連結される。制御リングの回転は、コネクティングロッドによってベーンの外側ピボットに伝達され、前記ベーンがそれらの軸線を中心として回転するようになっている。

タービンエンジンのステータベーンの角度ピッチは、圧縮機の形状寸法をその動作点に適合させ、特に、このタービンエンジンの効率およびサージマージンを最適化し、さまざまな飛行形態においてその燃料消費量を低減するように意図されている。

これらのベーンの各々は、各ベーンがタービンエンジンの長手方向軸線と実質的に平行に延在する第１の「開」または「全開」位置と、ベーンがタービンエンジンの軸線に対して傾斜しており、したがってベーン段を通る空気流横断面を低減する第２の「閉」または「ほぼ閉」位置との間でその軸線を中心として回転され得る。

制御リングは、センタリングされ、その回転軸線を中心として回転案内されなければならない。従来技術においては、外側ケーシングは、リングの内周が摩擦によって係合し得る、トラックを備える。ケーシングは、トラックを圧迫しこれに案内されるためにパッドなどの部材を備える。パッドは、一方では、パッド／ケーシングクリアランスを調節することによってケーシングの周りのリングの同心性を保証し、他方では、動作中に運動学に影響を及ぼす可変ピッチベーンに対する空気力に起因するリングの変形を制限するために使用される。

実際、ケーシングの熱膨張を可能にし、全てのエンジン構成において良好なピッチ運動を可能にするために、パッドとケーシングのトラックとの間に冷間半径方向クリアランスを設けることが重要である。しかしながら、特に単一シリンダ作動手段の場合には、可変ピッチベーンの開閉範囲に応じて、冷間クリアランスが、ケーシングに対して制御リングを偏心させることが注目されており、これは、ピッチの精度に悪影響を及ぼす。この偏心は、ピッチ角に従って冷間クリアランスを不均一に利用する。

パッドは、固定手段によってリングの本体に固定される。パッドが調整ねじによって固定されることが既に提案されており、各調整ねじは、リングの本体の半径方向の穴を通過し、パッドのねじ立てした穴にねじ込まれる第１の半径方向内側ねじ付き端部と、リングにねじ込まれる第２の半径方向外側ねじ付き端部とを備え、その上に、リングの本体に押し当てるナットがねじ込まれる。第２のねじ付き端部は、標準ピッチねじを有するが、第１のねじ付き端部は、パッドの下のクリアランスの微調整を可能にするメートル細目ねじを有する。このねじ接続部はロックされないので、パッドと調整ねじとの間にクリアランスがある。

動作中に、このクリアランスが存在すると、周囲の振動の作用によって、部品間の相対変位が生じ、それにより、ねじ接続部の破壊がもたらされる。その結果として、パッド機能はもはや実現されない。そのうえ、この摩耗は、動作中にベーンのピッチ角に直接影響を及ぼすので、エンジンの正しい動作に影響を及ぼす場合もある（同じ段でかなりの数の摩耗パッドがあった場合にはサージング）。

欧州特許出願公開第１６９６１３４号明細書 欧州特許出願公開第１８２０９４２号明細書 仏国特許出願公開第２８８２５７７号明細書 欧州特許出願公開第０３７５５９３号明細書

本発明は、前述の問題のうちの少なくともいくつかに関して簡単で効果的で経済的な解決策を提案する。

本発明は、ケーシングの周りに延在するように意図された環状本体と、ベーンのピボットに接続されるように設計された手段と、前記本体をセンタリングし、案内するように前記ケーシングと協働するように設計され、固定手段によって本体に固定される前記ケーシングを圧迫するための少なくとも１つの部材を備える手段と、を備える、タービンエンジンの可変ピッチベーンの段のための制御リングであって、前記固定手段が、
前記部材を支持するための前記部材または要素を通過させるための軸線方向ボアと、
前記ボアの中に開口しており、ブッシングの実質的に半径方向の変形を可能にするように設計された貫通スロットと、
前記本体の穴の相補的なねじ山にブッシングをねじ込むための外側ねじ山と、
を備える少なくとも１つのブッシングを備え、
前記ブッシングは、これがねじ込まれる場合に前記部材または支持体が前記ボアの内部に取り付けられ移動され得る第１の位置から、前記ブッシングが半径方向に拘束され、前記部材または支持体にしっかりと取り付けられ、したがってそれがブッシングに対して固定される第２の位置まで、実質的に半径方向に変形するように前記本体と協働するように設計されることを特徴とする、制御リングを提案する。

したがって、ブッシングをねじ止めすることにより、ケーシングに対して軸受部材またはその支持体が固定されることが理解される。緩み位置または緩められた位置においては、ブッシングは自由であり拘束されておらず、その内部ボアの内径により、部材または支持体が取り付けられ移動されるようになっており、特に、ケーシングに対してこれが正確に位置決めされるようになっている。ねじ込まれ堅く結ばれた位置においては、ブッシングは半径方向に拘束され、その内部ボアの内径は制限される。このように、ブッシングは、ケーシングに対してこれを正確な位置に固定するために、部材または支持体にしっかりと取り付けられる。この技術は、それに対するトルクの直接伝達を制限することによってリングを損傷する危険性を制限するという利点を有する。

本発明によるリングは、分離してまたは互いに組み合わせて得られる、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。すなわち、
前記部材または支持体は、前記ボアに軸線方向に係合される円筒形ロッドを備え、
前記部材は、ケーシングを圧迫するための少なくとも１つのパッドを備え、
前記パッドは、前記ロッドに堅固に接続され、たとえば前記ロッドと単一体として形成され、
弾性変形可能な手段が、前記パッドを前記ケーシングに押し付けるために、パッドと本体との間に挿入され、
前記弾性変形可能な手段は、前記ロッドの周りに取り付けられる少なくとも１つの圧縮ばね、たとえばコイルばねを備え、
前記ブッシングは、前記本体の前記穴の円錐台形部分と協働して該ブッシングを取り付けできるように設計される、少なくとも１つの実質的な円錐台形部分を備え、
前記ブッシングは、前記外側ねじ山を備える円筒形部分を備え、
前記本体は、前記本体をタービンエンジンのケーシングの周りに回転させるために、作動手段に接続されるように設計された手段を備える。

本発明はさらに、その半径方向外端にブレードおよび円筒形ピボットをそれぞれ備える可変ピッチベーンの環状列を備え、ベーンのピボットのための取付穴を備える環状ケーシングをさらに備える、タービンエンジンの可変ピッチベーンの段であって、前記ピボットが、上述のようにリングにレバーによって接続されることを特徴とする、段に関する。

本発明はさらに、上述のように、少なくとも１つのリングまたは少なくとも１つの段を備えることを特徴とする、タービンエンジンに関する。

本発明は、非限定的な実施例として与えられ、かつ添付の図面を参照して次の説明を読むと、よりよく理解されるであろうし、本発明のさらなる詳細、特徴および利点がより明らかになるであろう。

タービンエンジンの可変ピッチベーンの段の軸方向断面の部分概略半図である。 従来技術によるタービンエンジンの可変ピッチベーンの制御リングの部分概略断面図である。 本発明によるタービンエンジンの可変ピッチベーンの制御リングの部分概略断面図である。 図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った概略断面図であり、本発明による固定手段のブッシングの２つの位置をそれぞれ示す図である。 図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った概略断面図であり、本発明による固定手段のブッシングの２つの位置をそれぞれ示す図である。

図１は、複数の段を有するタービンエンジン、特に航空機タービンエンジンの高圧圧縮機１０の一部の概略軸線方向断面図であり、各段は、タービンエンジンのロータ（図示せず）によって支持される動翼１２の環状列と、タービンエンジンのステータのケーシング１６によって支持される整流器を形成する固定ベーン１４の環状列とを備え、ベーン１４の角度配向は、圧縮機１０内のガス流を最適化するために調整可能である。

各ベーン１４は、ブレード１８と、ベーンの軸線２４に垂直に延在するディスクまたは「プレート」２２によって、ケーシング１６の対応するハウジング２６に接続される半径方向外側円筒形ピボット２０とを備える。ディスクの半径方向内面２８は、ガス流に対向しないように、ケーシングの内壁３０と位置合わせされる。

各ベーン１４の円筒形ピボット２０は、ケーシング１６の半径方向円筒形チャンバ３２の内部に延在し、その半径方向外端は、コネクティングロッド３４によって制御リング３６に連結され、この制御リング３６は、ケーシング１６を取り囲み、作動手段（図示せず）と関連しており、環状列のベーン１４をそれらの軸線２４を中心として回転させるためにケーシング１６の長手方向軸線を中心として一方の方向または他方の方向に回転できるようになっている。

ベーン１４は、それらの軸線２４を中心として、閉位置またはほぼ閉位置と開位置または全開位置との間で回転され得る。

閉位置においては、ベーンのブレード１８は、タービンエンジンの長手方向軸線に対して傾斜しており、ダクトの最小空気流横断面を一緒に画定する。ベーン１４は、タービンエンジンが低速またはアイドル速度になる場合にこの位置にもたらされ、したがって、圧縮機に流れる空気の流量は最小値を有する。

開位置においては、ベーンのブレード１８は、ブレード間の空気流横断面が最大になるように、タービンエンジンの軸線と実質的に平行に延在する。ベーン１４は、タービンエンジンが全力で作動している場合にこの位置にもたらされ、圧縮機に流れる空気の流量は最大値を有する。

従来技術においては、ケーシング１６は、リング３６をセンタリングし、案内するためにその外周に突出トラック３８を備え、そのトラックは、ここでは破線で概略的に示されている。各リング３６は、その１つまたは複数の案内トラック３８を取り囲んでいる。引用符号Ｊは、リング３６とその１つまたは複数のトラック３８との間に設けられる冷間半径方向クリアランスを示している。これらのクリアランスＪは、ケーシング１６の熱膨張を可能にするのに十分大きくなければならないが、ベーン１４の角度位置が正確に調整されるようになっていない。

図２により明瞭に示されるように、これらのクリアランスＪは、ケーシングの周りのリングの同心性を保証し、動作中にベーン１４に対する空気力に起因するリングのいかなる変形も制限するように、それを圧迫し、その上に摺動することによって、リング３６の本体に固定され、トラック３８との協働するように設計されるガイドパッド４０によって調整される。

図２に示され従来技術においては、各パッド４０は、リング３６の本体の半径方向の穴に係合される矩形状シャフトを備える支持要素４２によって支持される。支持要素４２は、調整ねじ４４によってリングの本体に固定され、この調整ねじ４４は、リングの本体の穴の中に実質的に半径方向に延在し、支持要素４２のシャフトのねじ立てした穴にねじ込まれる第１の半径方向内側ねじ付き端部４６と、リングにねじ込まれる第２の半径方向外側ねじ付き端部４８とを備え、その上に、リング３６の本体に押し当てるナット５０がねじ込まれる。第２のねじ付き端部は、標準ピッチねじを有するが、第１のねじ付き端部は、パッドの下のクリアランスＪの微調整を可能にするメートル細目ねじを有する。このねじ接続部はロックされないので、パッドと調整ねじとの間にクリアランスがあり、これは上述のように問題がある。

本発明により、部材またはガイドパッドをリングの本体に固定するための新しい手段によってこの問題を克服することができる。

図３、図４ａおよび図４ｂは、本発明の一実施形態を示しており、既に上記で説明されている要素は、同じ参照数字を用いて識別される。

この場合は、制御リング３６は、環状本体を備え、この環状本体は、セクタ化されることができ、端と端を接して円周方向に配置され、互いに接続される少なくとも２つのセクタから成り得る。

図１および図２に示される従来技術の場合のように、リング３６の本体は、半径方向の穴を含み、その中にコネクティングロッドによって支持される円筒形ピンが収容される。各ピンは、通常、穴の中に取り付けられる少なくとも１つのスリーブ軸受によって、穴の中にセンタリングされ回転案内される。

前述のように、リング３６の本体は、アクチュエータに接続するための手段をさらに備え、その手段は、たとえばスピンドルを支承するクレビスを備えることができ、その上にアクチュエータのピストンロッドの端部が、たとえば前記アクチュエータがシリンダである場合に関節接合される。

リング３６は、ケーシングを、特にケーシングのトラックを圧迫するためにパッド４０などの部材をさらに備える。図示の実施例においては、各パッド４０は、円筒形ロッド５２に接続され、このロッド５２と単一体として形成される。変形においては、パッド４０は、図２の支持要素と類似した支持要素によって支持され得る。この支持要素は、この場合は円筒形ロッド５２に堅固に接続されることになり、たとえば、それと共に単一体として形成されることになる。

円筒形ロッド５２は、その長手方向範囲全体にわたって実質的に滑らかである。この円筒形ロッド５２は、その半径方向内端によってパッド４０に接続され、その半径方向外端に外側ねじ山５４を備える。ロッド５２は、好ましくはリングの内側から半径方向に、リング３６の本体の実質的に半径方向の穴５６に係合される。

ナット５７は、次にさらに詳細に説明されるように、これがリングの本体から分離することを防止するようにロッド５２の外側ねじ山５４にねじ止めされる。

図示の実施例においては、リングの本体の穴５６は、実質的に、３つの連続する軸線方向セグメント５６ａ、５６ｂ、５６ｃを備える。穴５６は、概ね実質的に円筒形状を有し、内側ねじ山５８を備える、第１の半径方向外側セグメント５６ａを備える。このセグメント５６ａは、その半径方向外端において、リングの本体の外周に開口している。穴５６は、実質的に円筒形であり、第１のセグメント５６ａの直径よりも小さい直径を有する第２の半径方向内側セグメント５６ｂを備える。このセグメント５６ｂは、その半径方向の内端において、リングの本体の内周に開口している。最後に、穴５６は、実質的に円錐台形であり、セグメント５６ａと５６ｂとの間に延在する第３の中間セグメント５６ｃを備える。このセグメントの直径は、内側から外側へ半径方向に減少する。最大の直径を有するセグメント５６ｃの半径方向外端は、セグメント５６ａの半径方向内端に接続され、セグメント５６ａと実質的に同じ直径を有する。セグメント５６ｃの半径方向内端は、セグメント５６ａの直径よりも小さい直径を有し、内側の方へ半径方向に向けられる環状肩部６０によってそれに接続される。セグメント５６ａ、５６ｂ、５６ｃは実質的に同軸である。

図３でお分かりのように、圧縮ばね６２、この場合は、コイルばねなどの弾性変形可能な手段が、前記パッドをケーシングに向けて押し付け、これを前記ケーシングに対してセンタリングできるようにするために、リング３６の本体とパッド４０との間に取り付けられる。この場合は、ばね６２は、それに同軸にロッド５２の周りに取り付けられ、パッド４０の半径方向外面に押し当てる半径方向内端と、前述の肩部６０に押し当てる半径方向外端とを備える。この場合は、ばね６２は、少なくとも一部が穴５６のセグメント５６ｂに収容される。

また、図面でお分かりのように、ロッド５２の長手方向の長さまたは寸法は、リングの本体の半径方向の寸法または厚さよりも大きい。この長さは、パッド４０とねじ山５４との間で測定されることができ、ロッドの滑らかな円筒形部分の長さに対応する。したがって、ロッドは、ケーシングの本体に対して半径方向に動くことができ、ナット５６をケーシングの本体に当接することによって内部に向かって、およびパッド４０を前記本体に当接することによって外に向かってロックされる（この場合、パッド４０は、穴の寸法よりも大きい横方向寸法を有する）。

本発明によれば、パッド４０またはその支持要素を固定するための手段は、図３、図４ａ、および図４ｂに示されるブッシングなどのブッシング６４を備える。

ブッシング６４は、
ロッド５２を通過させるための軸線方向ボア６６と、
ボア６６の中に開口し、ブッシングの実質的に半径方向の変形を可能にするように設計される貫通スロット６８と、
ブッシングを穴５６のセグメント５６ａのねじ山５８にねじ込むための外側ねじ山７０と、
を備える。

ボア６６は、概ね円筒形状のものである。その直径Ｄは、ブッシング６４が自由で拘束をうけていない状態にある場合には、ロッド５２の一部の直径ｄよりも大きい（図４ａ）。ボア６６は、ブッシング６４の長手方向寸法全体にわたって延在し、ブッシングの長手方向端部で開く。

スロット６８は、細長い直線形状のものであり、ブッシング６４の長手方向軸線に沿って延在する。これは、ブッシングの長手方向範囲全長にわたって、およびボア６６とブッシングの周囲外面との間を含むその半径方向厚さ全体にわたって延在する。

スロット６８は、ブッシングに面する２つの長手方向縁部７２の間に延在する。これらの縁部７２は、スロット６８の幅に対応する距離Ｌだけ互いに分離されている。

図示の実施例においては、ブッシング６４は、２つの隣接するセグメント６４ａ、６４ｂ、すなわち上部または半径方向外側セグメント６４ａと下部または半径方向内側セグメント６４ｂとを備える。上部セグメント６４ａは、概ね円筒形状を有し、外側ねじ山７０を備える。下部セグメント６４ｂは、概ね円錐台形状を有し、その直径は、外側から内側へ、およびリング３６の本体の穴５６のセグメント５６ｃを実質的に補完する形で半径方向に減少する。

図４ａおよび図４ｂでお分かりのように、ブッシング６４は半径方向に変形することができ、特に半径方向に拘束され得る。これは、図４ａに示される自由で拘束をうけていない位置から、図４ｂに示される拘束された位置まで変形されることができ、そしてそこで縁部７２は、互いに接近し、ボア６６は、ロッド５２の直径ｄに対応する直径を有する。この最終位置において、ブッシング６４は、ロッド５２上に半径方向に締め付けられ、リングの本体に対してロッドを半径方向に固定する。したがって、パッド４０は、リングの本体に対して不動にされる。

本発明によれば、ブッシング６４は、次に詳細に説明されるように、ケーシング本体の穴５６にこれをねじ込むことによって変形される。

ブッシング６４は、リングの本体の穴５６に外側から係合され、ブッシングのセグメント６４ａは、穴５６のねじ山５８に一部がねじ込まれている。ブッシングは、この場合、図４ａに示され位置、すなわち、自由で拘束をうけていない状態にある。上述のように、ロッド５２は、そのねじ山５４がブッシング６４の半径方向外側に配置され、ナット５７を受け入れることができるまで、内側からリングの本体の穴５６に、ならびにブッシング６４のボア６６に半径方向に係合される。ばね６２は、パッド４０とリングの本体の肩部６０との間に、ロッド５２の周りに予め取り付けられる。次いで、リング３６は、前述のクリアランスＪを正確に調整するように、タービンエンジンのケーシングの周りに取り付けられ得る。これらのクリアランスは、パッド４０とケーシングのトラックとの間に挿入される仮のシムによって定められる。これらのシムを取り付けると、ばね６２が圧縮することになり、それにより、パッド４０をシムに押し付け、したがって、クリアランスＪが使用されるシムの厚さに正確に対応することが確実になる。次いで、ブッシング６４は、そのセグメント６４ｂが穴のセグメント５６ｃの周壁に当接するように、ねじ込まれ、さらに穴５６に締め付けられることができ、それにより、ブッシング６４の半径方向収縮、および図４ｂに示される位置への移行が生じる。次いで、ブッシング６４は、ロッド５２にしっかりと取り付けられる。ロッド５２およびパッド４０は、この場合、摩擦によってこの位置に固定され、シムは取り外され得る。

たとえば、ブッシング６４は、金属または複合材料から作られる。

また、本発明は、好ましくはブッシングの上部が制御リングの上面を越えて突出しないことを確実にすることによって、リングの本体のセクタの接続ブリッジの下のパッドに適合され得る。

本発明の実施により、フリートで現在観察されているパッドのいかなる摩耗も排除することができ、それにより、エンジンの適切な動作が保証される。

この場合、パッドの下のクリアランスを調整するための手順は、クリアランスがもはやパッドをねじ締めし、ねじを緩めることによって調整される必要がないので、簡素化される。

Claims (11)

1. タービンエンジンの可変ピッチベーンの段のための制御リングであって、ケーシングの周りに延在することを意図した環状本体と、前記可変ピッチベーンのピボットに接続されるように設計された手段と、前記本体をセンタリングし、案内するように前記ケーシングと協働するように設計され、固定手段によって本体に固定されるケーシングを圧迫するための少なくとも１つの圧迫部材を備える手段と、を備え、前記固定手段が、
   前記圧迫部材を支持し且つ前記圧迫部材を通過させるための軸線方向ボアと、
   前記ボアの中に開口しており、ブッシングの実質的に半径方向の変形を可能にするように設計された貫通スロットと、
   前記本体の穴の相補的なねじ山にブッシングをねじ込むための外側ねじ山と、
   を備える少なくとも１つのブッシングを備え、
   前記ブッシングは、これがねじ込まれる場合に、前記圧迫部材が前記ボアの内部に取り付けられ移動され得る第１の位置から、前記ブッシングが半径方向に拘束され、前記圧迫部材にしっかりと取り付けられ、したがってそれがブッシングに対して固定される第２の位置まで、実質的に半径方向に変形するように前記本体と協働するように設計されている、制御リング。
2. 前記圧迫部材が、前記ボアに軸線方向に係合される円筒形ロッドを備える、請求項１に記載の制御リング。
3. 前記圧迫部材が、ケーシングを圧迫するための少なくとも１つのパッドを備える、請求項２に記載の制御リング。
4. 前記パッドが、前記円筒形ロッドに堅固に接続される、請求項３に記載の制御リング。
5. 弾性変形可能な手段が、前記パッドを前記ケーシングに押し付けるために、パッドと本体との間に挿入される、請求項３に記載の制御リング。
6. 前記弾性変形可能な手段が、前記円筒形ロッドの周りに取り付けられる少なくとも１つの圧縮ばねを備える、請求項５に記載の制御リング。
7. 前記ブッシングが、前記本体の前記穴の円錐台形部分（５６ｃ）と協働して該ブッシングを取り付けできるように設計される、少なくとも１つの実質的な円錐台形部分を備える、請求項１に記載の制御リング。
8. 前記ブッシングが、前記外側ねじを備える円筒形部分を備える、請求項７に記載の制御リング。
9. それぞれの可変ピッチベーンが当該可変ピッチベーンの半径方向の外端にブレードおよび円筒形ピボットを備える可変ピッチベーンの環状列を備え、可変ピッチベーンのピボットのための取付穴を備える環状ケーシングをさらに備える、タービンエンジンの可変ピッチベーンの段であって、前記ピボットが、請求項１に記載の制御リングにレバーによって接続されることを特徴とする、段。
10. 請求項１に記載の少なくとも１つの制御リング、または請求項９に記載の少なくとも１つの段を備える、タービンエンジン。
11. 前記パッドが、前記円筒形ロッドと単一体として形成される、請求項４に記載の制御リング。

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