JPH1054206A - 可変翼の支持軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ターボ機械等の可変翼支持軸を支持する支持
軸受装置に関し、可変翼に作用する流体荷重により、軸
方向と直交する方向の荷重が負荷されて、軸受と支持軸
とは片当り状態となり、軸受端部の面圧が大きくなり、
軸受の寿命が短くなる不具合があった。この不具合を解
消して、軸受の寿命を長くして、機器全体としての寿命
を長くできる装置を提供する。 【解決手段】 ケーシング５に固着され、翼の一端部に
対面する内側面２２が設けられるとともに、支持軸１０
の貫通部を内周の支持面で支持する軸受２、翼１の一端
部に固着された内端部と軸受の内側面との間の支持軸外
周に固着され、外側面８３を軸受の内側面と摺動させる
ようにしたつば８とからなる。これにより、支持軸の変
形が、つばの外側面と軸受の内側面との接触により防止
され、片当り状態を小さくでき、軸受端部の摩耗を小さ
くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種ターボ機械等
の翼を、作動ガスの流れに対して設定された傾きにする
支持軸を支持するための支持軸受装置に係り、特に、支
持軸の変形を抑制し、軸受の片当り摩耗を防止するよう
にした可変翼の支持軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種ターボ機械は、その運転条件により
最適な運転点が異なるため、運転条件により作動ガスの
流れの方向に対する翼の傾き角度を調整して、最適な運
転ができるようにしている。このように、作動ガスの流
れに対して傾き角度を調整できるようにした、従来の可
変翼の支持軸受装置を図６に示す。

【０００３】図において、０１は一端部に支持軸０１０
の内端部を固着し、周囲を流れる作動ガスによって作動
する翼、０２は翼０１を包囲して設けられたケーシング
０５に外周面が固着されて、回転しないようにされると
ともに、貫通する支持軸０１０を内周面で支持する軸
受、０３は貫通して軸受０２の外側面から外部に突出し
た支持軸０１０の外端部に、一端が回転しないように固
定され、他端が図示されていないアクチュエータや、モ
ータなどの駆動装置とリンクにより接続された可変翼駆
動用アーム、０４は支持軸０１０の外端部と螺合して、
可変翼駆動用アーム０３と支持軸０１０とを固着する固
定用ナット、０６はケーシング０５と軸受０２との固着
面のシールを行うシール装置、０７は支持軸０１０と軸
受０２との軸受面のシールを行うシール装置である。こ
のシール装置０６、および０７は、ケーシング０５の内
部を流れ、翼０１を駆動させる作動ガスＦが、外部に漏
れるのを防止するために設けられている。

【０００４】従来の可変翼の支持軸受装置は、上述のよ
うに構成され、図示しない駆動装置により、可変翼駆動
用アーム０３を駆動すると、軸受０２により支持された
支持軸０１０の内端部が、一端部に固着された翼０１の
角度が変更され、最適運転点となるように、作動ガスＦ
の流れ方向に対する翼０１の傾き角が設定される。ま
た、ターボ機械の運転中には、翼０１に対して作動ガス
Ｆの流れ方向に流体力、差圧力などの流体負荷が作用す
る。

【０００５】このために、流体負荷が発生する翼０１の
一端部に、その内端部を固着した支持軸０１０が変形す
るとともに、支持軸０１０を支持する軸受０２は、片持
ちの状態となり、支持軸０１０と軸受０２とは、片当り
の状態となり、特に、軸受０２の端縁の部分では、点接
触状態となり、大きな接触面圧が作用する可能性があ
る。この大きな接触面圧の作用は、軸受０２端部の摩耗
を促進し、軸受０２の摩耗寿命を短くする可能性があ
り、機器全体としての寿命が短くなるという不具合があ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の可変翼の支持軸受装置の不具合を解消するため、運
転中に大きな流体負荷が翼に作用するようなことがあっ
ても、翼の一端部に固着され、翼を作動ガスの流れの中
に支持するとともに、作動ガスの流れ方向に対して、翼
に所定の傾き角を設定する支持翼の変形、および支持翼
と軸受との片当り状態を回避して、軸受端部の摩耗を少
くして、機器全体の寿命を長くできる可変翼の支持軸受
装置を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の可変
翼の支持軸受装置は、次の手段とした。

【０００８】（１）作動ガスの流れに対する傾き角を可
変にして、作動ガス中で作動する翼を包囲して設けられ
たケーシングに、外周面が固着され、翼の一端部と内端
部を固着した支持軸を内周面で支持するとともに、翼の
一端部に対面させた内側面を具えた軸受を設けた。な
お、軸受とケーシングとの固着は、ケーシングに穿設さ
れた穴に軸受の外周面を嵌入するとともに、軸受に鍔部
を設けて鍔部の外側面をケーシングの内周面に当接させ
て、又は、鍔部の内側面をケーシングの外周面に当接さ
せて固着することが好ましい。

【０００９】（２）翼の一端部に固着された内端部と、
翼の一端部に対面する軸受の内側面との間に位置する支
持軸の外周に、軸受の内側面と対面する外側面が、軸受
の内側面と摺動するようにしたつばを固着して設けた。
なお、つばは、外側面の外周縁部に円弧状の突起を設
け、この突起の軸受の内側面との当り面を凸面、若しく
は平面にした全円板、若しくは半円板状のものでも、ま
た外側面に突起を設けず、単なる円板状のものとして、
軸受の内側面から突出させた突起に、円板状の外側面を
摺動させるようにしたものでも良い。

【００１０】本発明の可変翼の支持軸受装置は、上述の
（１），（２）の手段により、（ａ）翼の一端部に内端
部に固着した支持軸の途中につばを取り付け、翼に流体
力や差圧が作用した際に、つばの外側面が軸受の内側面
に接触するようにして、支持軸の変形を拘束するように
したことにより、支持軸と支持軸を貫通させて支持する
軸受の内周面との片当り角度が小さくなり、かつ軸受端
で支えるモーメントの荷重の一部をつばの摺動部で負担
するようにしたことから、支持軸を支持する軸受内周面
端部での点接触面圧が緩和される。これにより、軸受端
部の摩耗を小さくでき、軸受の摩耗寿命を長くすること
ができ、ひいては、機器全体としての寿命を長いものに
できる。

【００１１】また、第２番目の本発明の可変翼の支持軸
受装置は、上述した（１），（２）の手段に加え、次の
手段とした。

【００１２】（３）翼の一端部に固着された内端部と軸
受の内側面との間に配設された、支持軸外周に固着して
設けたつばの外周縁部に、翼を包囲するケーシングの内
周面から突出して設けられ、つばの外側面が軸受の内側
面と摺動する方向に、つばを軸受側に押す押さえ板を設
けた。

【００１３】本発明の可変翼の支持軸受装置は、上述の
（３）の手段により、上述（ａ）に加え、（ｂ）ケーシ
ングの内周面にボルト止め等により固着した押さえ板に
より、つばを軸受の内側面側へ抑えることにより、支持
軸のたわみは更に小さくなり、支持軸と軸受との片当り
角度はさらに小さくなり、軸受内周面端部での点接触面
圧はさらに緩和される。これにより、軸受端部の摩耗を
さらに小さくすることができ、軸受の摩耗寿命を長くし
て、機器全体としての寿命を、さらに長いものにでき
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の可変翼の支持軸受
装置の実施の一形態を、図面にもとづき説明する。図１
は本発明の可変翼の支持軸受装置の実施の第１形態を示
す図である。

【００１５】図において、１は翼根側である一端部に、
支持軸１０の内端部が固着され、外周を流れる作動ガス
によって駆動される翼、２は翼１を包囲して設けられた
ケーシング５に穿設された穴５１に、外周面２４が嵌入
されるとともに、内側に設けられたフランジ２１の外側
面２３をケーシング５の内周面５２に当接させて、回転
しないように、ケーシング５に固着された軸受である。
なお、この実施の形態では、軸受２の形状が内側にフラ
ンジ２１を設けて、フランジ２１の外側面２３を、ケー
シング５の内周面５２に当てるようにしているが、図４
に示すように、内側に向けられて形成されたフランジ２
１の外側面２３を、ケーシング５の外周面５３に当てる
構造としても良い。

【００１６】３は軸受２を貫通してケーシング５の外側
面から突出した支持軸１０の外端部に、一端が回転しな
いように固定され、他端が図示されていないアクチュエ
ータやモータなどの駆動装置とリンクにより接続された
可変翼駆動用アーム、４は支持軸１０の外端部に刻設さ
れた螺溝と螺合して、可変翼駆動用アーム３と支持軸１
０とを固着する固定用ナット、６はケーシング５と軸受
２外周との固着面からの作動ガスＦの流出を防止するシ
ール装置、７は支持軸１０を支持する軸受２の軸受面か
らの作動ガスＦの流出を防止するシール装置である。

【００１７】８は翼１の端部を固着される支持軸１の内
端部と、軸受フランジ２１の内側面２２との間の、支持
軸１の外周に固着されたつばである。つば８の外側面８
１には、フランジ内側面２２と接触、摺動するように、
外周部に突起８２が全円周にわたって突設されており、
この突起８２の凸面８３が軸受フランジ内側面と接触し
ており、翼１に負荷される流体荷重により生じる、支持
軸１０の変形を止める役目をしている。なお、支持軸１
０へのつば８の固着要領については、支持軸１０と一体
で削り出し、つば８、支持軸１０を一体形成する、別途
作成されたつば８を溶接やロー付けで支持軸１０に固着
する、焼ばめや冷やしばめなどで支持軸１０に固着す
る、つば８と支持軸１０にねじを切りねじ込み固着す
る、等の方法がある。

【００１８】本実施の形態の可変翼の支持軸受装置は、
上述のように構成されているので、翼１の周辺を流れる
作動ガスＦにより、翼１に流体力や差圧力が作用する
と、翼１の一端部に内端部が固着され、翼１を作動ガス
Ｆ中に支持するとともに、作動ガスＦの流れに対して、
翼１を設定された傾き角に傾動させる支持軸１０が、こ
れらの流体荷重により変形するが、それにともない、支
持軸８途中に設けたつば８の外側面８１に設けた突起８
２の凸面８３が、軸受２のフランジ内側面２２に接触
し、支持軸１０の変形の増大を防止する。

【００１９】その結果、貫通する支持軸１０を支持する
軸受２の内周支持面端部と支持軸１０との強い点接触は
生じず、つば８の凸面８３と軸受２のフランジ内側面２
２とで線接触を生じる。このとき、つば８の突起８２の
外径サイズを十分大きくとれば、つば８と軸受２との間
に作用する荷重を、充分小さいものに下げることができ
る。

【００２０】このように、本実施の形態の可変翼の支持
軸受装置では、従来の装置につば８を設けるだけで、そ
の他の大きな構造変更を加えることなく、支持軸１０と
軸受２の支持面との片当り角度を小さくできるととも
に、軸受２端部の摩耗を小さくでき、軸受２の摩耗寿命
を長くすることができ、ひいては、このような可変翼を
設けた機器全体の寿命を長いものにできる。従って、特
に航空機用エンジンのように、軽量化を求められる機器
に対しては、部材の増加が少なくて済むので、特に有利
なものとなる。

【００２１】次に、図２は本発明の可変翼の支持軸受装
置の実施の第２形態を示す図である。

【００２２】本実施の形態の可変翼の支持軸受装置は、
図１に示す実施の第１形態と略同じにされているが、支
持軸１０の外周に固着されフランジ内側面２２と接触、
摺動する突起８２が外側面８１に設けられるつば１８
が、半円の円板で形成されている。すなわち、翼１に固
着された支持軸１０の軸方向と直交する方向に、作動ガ
スＦにより、翼１に作用する流体荷重は、同じ大きさで
はないため、図２（ａ）のＡ部断面図である図２（ｂ）
に示すように、つば１８は、流体荷重のかかる方向の長
さを大きくした半円の円板状のものにした。これによ
り、実施の第１形態の上述した作用、効果が得られるほ
か、より軽量化できる利点がある。

【００２３】次に、図３は本発明の可変翼の支持軸受装
置の実施の第３形態を示す図である。

【００２４】本実施の形態の可変翼の支持軸受装置も、
実施の第１形態と略同じにされているが、支持軸１０の
外周に固着され、フランジ内側面２２と接触、摺動する
つば２８の外側面に設けられている突起８２の当り面
が、平面８３’に形成されている。これにより、実施の
第１形態の上述した作用、効果が得られるほか、実施の
第１形態のものが、つば８の凸面８３と軸受２のフラン
ジ内側面で線接触が生じていたのに対して、本実施の形
態のものでは、一定の広さをもつ円環状の平面８３’で
接触することになる。従って、翼１に負荷される流体荷
重により生じる支持軸１０の変形が、より大きな拘束を
受けて、変形量をより小さくできる利点がある。

【００２５】次に、図４は本発明の可変翼の支持軸受装
置の実施の第４形態を示す図である。

【００２６】本実施の形態の可変翼の支持軸受装置で
は、軸受２のフランジ２１をケーシング５の外側に配置
して、軸受２の外周面をフランジの穴５１に嵌合させ
て、軸受２をフランジ５に固着するようにした。すなわ
ち、前述したように、内側に向けられたフランジ２１の
外側面２３をケーシング５の外周面５３に当てる構造に
して、軸受２とフランジ５とを固着するようにした。ま
た、このようにしてフランジ５に固着した軸受２の内側
面としての内面２５の外周部に突起２６を設けた。さら
に、支持軸１０には、前述した、実施の第１ないし第３
形態とは異なり、外側面８１に突起８２を設けない、平
滑面にされた外側面８１をもつ、つば３８を設けた。

【００２７】本実施の形態の可変翼の支持軸受構造は、
上述の構成により、つば３８の外側面８１が、軸受２の
内側面としての内面２５の突起２６に接触することによ
り、実施の第１形態の上述した作用、効果が得られるほ
か、つば３８の製作が容易となり、また、実施の第３形
態と同様に、支持軸１０の変形をより小さくできる効果
が得られる。

【００２８】次に、図５は本発明の可変翼の支持軸受装
置の実施の第５形態を示す図である。

【００２９】本実施の形態では、支持軸１０に実施の第
４形態と同様のつば３８を設けるとともに、軸受２の内
側面としての内面２５の外周部に突起２６を設けてい
る。また、ケーシング５の内周面５２から立設され、つ
ば３８の内側面８４と摺動する押さえ板９を、ケーシン
グ５にボルトで取り付けた。押さえ板９は、図５の矢視
Ａ−Ａ図である図６に示す形状のものを、荷重の状況に
応じて採用すれば良い。

【００３０】本実施の形態の可変翼の支持軸受装置によ
れば、より支持軸１０の変形を拘束でき、かつ、つば３
８の外側面８１と軸受２の内側面としての突起２６、お
よびつば３８の内側面８４と押さえ板９との接触面積
が、前述した何れの実施の形態のものに比べ、より大き
くできるので、各接触部における作用面圧を、より小さ
くできる。

【００３１】従って、本実施の形態の可変翼の支持軸受
装置は、軽量化以上に長寿命化が要求される機器に対し
て適した構造のものとなる。また、つば３８の形状は、
実施の第４形態と同じにし、当たり面を平面としたもの
を示しているが、実施の第１形態、若しくは第２形態と
同様に凸面とすることもでき、また実施の第３形態と同
様の形状にすることもできるものである。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の可変翼の
支持軸受装置によれば、特許請求の範囲に示す構成によ
り、次の効果が得られる。

【００３３】翼の一端部に固着した支持軸につばを設け
た結果、支持軸、および軸受に作用する荷重を減少さ
せ、支持軸の変形を小さくすることができ、また、軸
受、特に軸受の端部に生じる摩耗を小さくでき、摩耗に
より決定される軸受の寿命を長くできる。そのため、本
発明の可変翼の支持軸受装置を、翼角度可変式のターボ
機械に適用することにより、軸受の交換等のメンテナン
ス回数を減らすことができる。また、翼の角度が可変式
であるがゆえの利点である、機器の最適運転条件での運
転を実現でき、機器の運転の効率化をはかることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の可変翼の支持軸受装置の実施の第１形
態を一部断面で示す平面図，

【図２】本発明の実施の第２形態を示す図で、図２
（ａ）は一部断面で示す平面図，図２（ｂ）は図２
（ａ）に示すＡ部の断面図，

【図３】本発明の実施の第３形態を一部断面で示す平面
図，

【図４】本発明の実施の第４形態を一部断面で示す平面
図，

【図５】本発明の実施の第５形態を一部断面で示す平面
図，

【図６】図５に示す矢視Ａ−Ａにおける一部断面を含む
側面図で、図６（ａ）は押さえ板の第１例を示す図、図
６（ｂ）は押さえ板の第２例を示す図、図６（ｃ）は押
さえ板の第３例を示す図、

【図７】従来の可変翼の支持軸受装置を一部断面で示す
平面図である。

【符号の説明】

１ 翼 ２ 軸受 ２１ （軸受）フランジ ２２ （軸受）フランジ内側面 ２３ （軸受）フランジ外側面 ２４ （軸受）外周面 ２５ （軸受）内面 ２６ （軸受）突起 ３ 可変翼駆動用アーム ４ 固定用ナット ５ ケーシング ５１ 穴 ５２ 内周面 ６ シール装置 ７ シール装置 ８，１８，２８，３８ つば ８１ （つば）外側面 ８２ （つば）突起 ８３ 凸面 ８４ （つば）内側面 ９ 押さえ板 １０ 支持軸

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【手続補正書】

【提出日】平成８年１０月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】各種ターボ機械は、その運転条件により
最適な運転点が異なるため、運転条件により作動ガスの
流れの方向に対する翼の傾き角度を調整して、最適な運
転ができるようにしている。このように、作動ガスの流
れに対して傾き角度を調整できるようにした、従来の可
変翼の支持軸受装置を図７に示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流れに対する傾きを可変にした翼の一端
   部に内端部が固着され、前記翼を包囲して設けられたケ
   ーシングの外側に突出させた外端部を、駆動装置により
   回動させて前記翼の傾き角の設定を行う支持軸を、支持
   するための可変翼の支持軸受装置において、前記ケーシ
   ングに固着され、貫通する前記支持軸を内周面で支持す
   るとともに、前記翼の一端部に対向する内側面を設けた
   軸受と、前記翼の一端部と前記内側面との間の前記支持
   軸外周に固着、設置されて、外側面が前記軸受の内側面
   と摺動するつばとを設けたことを特徴とする可変翼の支
   持軸受装置。
2. 【請求項２】 前記つばの外周縁部に前記ケーシングの
   内側面から突設され、前記つばの外側面を前記軸受の内
   側面に押圧する押さえ板を設けたことを特徴とする請求
   項１の可変翼の支持軸受装置。