JPS62258124A - ステ−タベ−ン一体リングを周方向に変位させるリンク機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、機械的リンク機構に係り、更に詳細にはガス
タービンエンジンに使用される機械的リンク機構に係る
。

従来の技術 軸流ターボファンガスタービンエンジンは空輸業界に於
てよく知られており、また広く使用されている。端的に
いえば、軸流ターボファンガスタービンエンジンは、圧
縮機の第一段（ファンセクションと呼ばれることが多い
）により圧縮された空気の一部がインナガスジェネレー
タ、即ちインナコアの周りに同軸にバイパスされる点に
於て、軸流ターボジェットエンジンとは異なっている。

このバイパスファン空気は少なくとも成る距離に亘すガ
スジエネレータのケーシングとこれと同軸のアウタファ
ンダクトとの間に形成された環状の通路内を流れる。

現代の軸流ターボファンエンジンに於ては、エンジンの
運転中種々のエンジン構造体や構成要素に対し機械的調
節を行うことが好ましい。かかる構造体としては、一つ
又はそれ以上の軸線方向に互いに隔置された「段」と呼
ばれる組に於てガスジェネレータの圧縮機セクション内
に配置された半径方向に延在する圧縮機ステータベーン
がある。

エンジンの運転性能、信頼性及び出力の観点から、各組
のステータベーンに到達する実質的に軸線方向に流れる
空気流の仰角を同時に変化させることが好ましい。かか
る調節は、一般に、個々のステータベーンに半径方向に
延在す′る軸線の周りに回転可能なマウントを設け、各
段のステータベーンをそれらの回転軸線に垂直に延在す
る複数個の対応するベーンアームによりリンク接続し、
各ベーンアームをその一端に於て実質的に円筒形の圧縮
機ケースを囲繞する一部リングに連結し、一体リングと
圧縮機ケースとの間の周方向の相対変位に応答して各ス
テータベーンを等全回動させることにより達成される。

かかる一体リングにより回動されるステータベーン構造
はガスタービンエンジンの技術分野に於てよく知られて
おり、上述のシステムに選択的に駆動可能なアクチュエ
ータ及び接続リンク機構を追加するだけで作動可能なシ
ステムとなる。従来より知られているかかるシステムの
幾つかに於ては、圧縮機ケーシング及びファンダクトに
より形成された環状の空気通路内に全体が配置されたア
クチュエータ及び駆動リンク機構が使用されている。小
型又は流入する全空気のうち空気通路にバイパスされる
パーセンテージの小さい他のターボファンエンジンに於
ては、空気通路内に於ける空気の流れを乱すことなく、
また現場の保守を困難にすることなく、圧縮機ケーシン
グとファンダクトとの間にアクチュエータ及びリンク機
構を配置するための充分な空間が存在しない。

圧縮機ケースとこれを囲繞するファンダクトとの間にア
クチュエータを設けるための充分な間隙ををしないエン
ジンに於ては、ファンダクトの外面にアクチュエータを
取付け、そのアクチュエータを機械的リンク機構によっ
て一部リング又は他の内部被駆動構造体に接続すること
が一般に行われている。外部に取付けられたアクチュエ
ータに応答してエンジンの内部構造体を操作することに
加えて、リンク機構はファンダクトと圧縮機ケースとの
間にしばしば発生する偏差的運動、即ち相対運動を受入
れ得るものでなければならない。過渡的温度変化、エン
ジン負荷、外的に生起される力等により惹起されるかか
る相対運動は軸線方向、周方向、又は半径方向にそれぞ
れ単独で又はそれらの組合せとして発生する。

外部アクチュエータと内部構造体とをリンク接続しつつ
上述の如き相対運動を受入れる従来の方法として、内部
構造体と外部アクチュエータとの間に摺動可能に係合し
スプライン接続されたシャフト部材を使用することがあ
る。かかる摺動可能に係合した構造体及びそれの幾つか
の構成要素は、エンジンの内部構造体を高精度に操作す
ることが望ましい用途に於ては不十分であることが解っ
た。

かかる複数個の構成要素よりなる構造体は摺動面に於て
摩耗し易く、そためリンク機構にバックラッシュやヒス
テリシスが発生し、これにより内部構造体の位置決め精
度が低下することがある。かかる精度は、圧縮機の性能
及び運転上の信頼性を最適化すべくステータベーンの位
置決めが行われる場合に特に重要である。

発明の概要 本発明によれば、環状のバイパス空気通路内に配置され
た一つ又はそれ以上の一部リングを有し、ファンダクト
外に配置された駆動アクチュエータを有する軸流ターボ
ファンエンジンに於て、ステータベーンを調節するため
のバックラッシュの小さいリンク機構が得られる。本発
明のリンク機構は、それぞれ圧縮機ケース及びファンダ
クトに固定された一対の球面軸受により支持され実質的
に半径方向に延在するトルクシャフトを含んでいる。

好ましい実施例に於ては、インチクランクアームが枢着
されたビーム部材にリンク接続され、ビーム部材は個々
の一部リングにリンク接続され、これによりトルクシャ
フトの回動に応答してステータベーンを調節し得るよう
になっている。クランクアームはファンダクトにより支
持された球面軸受を貫通して摺動可能に延在するトルク
シャフトに連結されている。更にトルクシャフトはアク
チュエータの駆動ロッドと係合しトルクシャフトを選択
的に回動させる外部クランクアームをファンダクトの外
部に有している。

かくして本発明によれば、圧縮機ケースとファンダクト
との間の半径方向、周方向、又は軸線方向の相対運動を
支持軸受構造に於て受入れることにより、リニアアクチ
ュエータの駆動ロッドとビーム部材との間に一体的なリ
ンク機構が設けられる。本発明のリンク機構は内部摺動
スプラインや他の伸張接続部を摺動させることにより惹
起される内部摩耗を生じない。更にアクチュエータとス
テータベーンとの間の運動部品の数が少ないことにより
、個々のステータベーンの位置決めに関する不正確さが
低減される。

従って本発明の一つの目的は、ガスタービンエンジン内
の内部可動構造体とエンジンの外部に配置された駆動ア
クチュエータとの間に機械的制御リンク機構を設けるこ
とである。

本発明の他の一つの目的は、内部構造体と外部に取付け
られたアクチュエータとの間の半径方向、周方向・及び
軸線方向の相対変位を受入れるリンク機構を提供するこ
とである。

本発明の更に他の一つの目的は、外部アクチュエータと
内部構造体との間の位置決め制御の精度を高精度にし且
高精度に維持すべく、摩耗する部品及び接続部の数が少
ないリンク機構を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、軸流ターボファンガス
タービンエンジンの圧縮機ケースに沿って軸線方向に隔
置された複数個の一部リングを駆動することのできるリ
ンク機構を提供することである。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

第１図は前方のファンセクション１４内へ軸線方向に流
れる空気を導入するための入口１２を有する一つの典型
的なターボファンガスタービンエンジン１０の解図的断
面図である。ファンセクション１４により駆動された空
気の一部は、圧縮機セクション１６とディフューザセク
ション１８と燃焼器セクション２０とタービンセクショ
ン２２とよりなるガスジェネレータ、即ち高温コアへ流
入する。ファンセクション１４より流出しガスジエレー
タへ流入しない空気（バイパス空気と呼ばれる）は、圧
縮機ケース２６の外面とこれを同軸に囲繞するファンダ
クト２８との間に形成された環状のバイパス空気通路２
４を経て軸線方向後方へ流れる。タービンセクション２
２より流出する高温コアガス及びバイパス空気は第１図
に示された特定のエンジン構造に於てはエンジンの出口
、ノズル３０より流出する。

前述の如く、信頼性及び運転性を改善すべくエンジンの
運転中にその種々の構成要素を操作することが好ましい
ことが多い。かかる構成要素の一つの例は、圧縮機セク
ション１６内にて軸線方向に互いに隔置された一連の段
に配置されたステータベーン３２である。ステータベー
ンは軸線方向に延びる圧縮機セクション１６の周縁の周
りに配置されており、圧縮機の回転速度、空気温度、空
気の全圧等の如き種々のエンジン運転パラメータに基い
て軸線方向に流れる圧縮空気に対する仰角を変化させる
べく、それぞれ対応する半径方向に延在する軸線の周り
に回動されるようになっている。

当技術分野に於てよく知られている如く、各段のステー
タベーンは、圧縮機ケースの周縁の周りに配置され対応
するベーンアームにより個々のステータベーンにリンク
接続された円形の一部リングを操作することにより同時
に回動される。

バイパス比の高いターボファンエンジンに於ては、ステ
ータベーンの一部リングを操作するためのアクチュエー
タは、バイパス空気通路２４内にて圧縮機ケース上に取
付けられている。第１図に示されたエンジンの如きバイ
パス比の小さいターボファンエンジンに於ては、アクチ
ュエータがその付属部品としての支えにて取付けられる
ことにより、狭い環状の通路２４内に於けるバイパス空
気の流れが大きく乱されるだけでなく、アクチュ二−タ
組立体の保守及び修理が非常に困難なものになる。従っ
てアクチュエータ３４はファンダクト２８の外面に取付
けられ、第１図の概略構成図に示されている如く、機械
的リンク機構３６により一部リングにリンク接続されて
いる。

上述の如き調節の所望の効果を得るためには、個々の一
部リングの操作は高精度に行われなければならない。ま
たエンジンの通常の運転中にエンジンに課せられる過渡
的温度条件や他の運転負荷により、圧縮機ケース２６と
ファンダクト２８との間に半径方向、周方向、若しくは
軸線方向に相対変位が発生される。アクチュエータ３４
と一部リング（第１図に於ては図示されていない）との
間に配置されたリンク機構３６は、かじりや摩耗を生じ
ることなく、またアクチュエータの入力とこれにより操
作される一部リングとの間に位置の不正確さをもたらす
ことなく、上述の相対運動を受入れることが重要である
。

第２図に示されている如く、本発明によれば、半径方向
内端に於ては圧縮機ケース２６に固定された第一の球面
軸受、即ち自在軸受４０により、また半径方向に外端に
近接した位置に於てはファンダクト２８に固定された第
二の自在軸受４２により支持された実質的に半径方向に
延在するトルクシャフト３８が設けられている。自在軸
受４０及び４２が設けられていることにより、トルクシ
ャフト３８はファンダクト２８と圧縮機ケース２６との
間の軸線方向及び周方向の相対運動を受入れることがで
きる。更に第二の自在軸受４２はトルクシャフト３８を
摺動可能に受入れ、これにより半径方向の相対変位が生
じることを許すよう構成されている。

かくしてトルクシャフト３８はその長手方向軸線の周り
に自由に回動することができ、また自在軸受４０及び４
２内に於て枢動することができる。

回動は第４図により一層明瞭に示された横方向に延在す
る駆動アーム４４によりトルクシャフト３８に与えられ
る。トルクシャフト３８はファンダクト２８の半径方向
外方まで延在しており、ファンダクトの外方に於てキー
止め又は他の方法により駆動アーム４４に固定されてい
る。好ましい実施例に於ては、駆動アーム４４はピン４
６によりアクチュエータ３４の直線的に伸張可能な駆動
シャフト４８に接続されている。駆動アクチュエータ３
４は当技術分野に於て公知の液圧手段、空気圧手段、電
気手段、又は他の手段により作動可能であり、ファンダ
クト２８に固定され且これにより支持されている。

制御入力に応答して行われるアクチュエータの駆動シャ
フト４８の直線運動５２によりトルクシャフト３８の所
望の回動が達成される。本発明の一つの特徴は、トルク
シャフト３８により、駆動シャフト４８に直接応答した
回動がガスタービンエンジン１０の内部に伝達されるこ
とである。ファンダクト２８と圧縮機ケース２６との間
に生じる相対運動を受入れる中間のリンク、ジヨイント
、他の装置は存在しない。従ってトルクシャフト３８の
回動は非常に高精度であり、駆動シャフト４８の変位を
予測可能に反映するものである。

トルクシャフト３８の回動は、図示の好ましい実施例に
於ては一部リング５４とビーム部材５８とをリンク接続
するブツシュロッド・即ちリングリンク５６を含むリン
ク手段により、第３図に示された一部リング５４の如き
内部構造体に伝達されてこれを駆動する。ビーム部材５
８は実質的に円筒形の圧縮機ケース２６に対し半径方向
に配向された軸線６０の周りに枢着されている。ビーム
部材５８は、圧縮機ケース２６とファンダクト２８との
間にてトルクシャフト３８に固定され横方向に延在する
内部クランクアーム６４とビーム部材５８との間に配置
された駆動リンク６２によりトルクシャフト３８にリン
ク接続されている。

リニアアクチュエータ３４により生起されるトルクシャ
フト３８の回動により、リングリンク５６を介して一部
リング５４を駆動するビーム部材５８が枢動される。一
体リング５４の周方向の運動６６によりベーンアーム６
８を介して各ステータ段のステータベーン３２が回動さ
れる。

第３図に示された好ましい実施例は、ビーム部材５８と
対応する一部リング（図示せず）との間に第二及び第三
のリングリンク５６ａ及び５６ｂを設けることにより複
数個の一部リングを操作し得るよう構成されている。更
に図示の好ましい実Ｍｉ例に於ては、リンク５６．５６
ａ、５６ｂ、６２と対応するビーム部材５８、アーム６
４、及び一体リング５４との間に単純なピンジヨイント
が使用されている。かかるビンジヨイントは長手方向の
圧縮荷重又は引張り荷重にしか曝されず、作動中の回転
変位は極く僅かでしかないので、本発明によるリンク機
構の駆動要素と被駆動要素との間に高い公差及び低摩耗
の接続部を与えている。

好ましい実施例に於ける自在軸受４０及び４２は公差の
小さい球面軸受であり、それぞれ凸状の球状外面を形成
するインナボール部４０ａ及び４２ａと、対応するボー
ル部４０ａ及び４２ａの外面の少なくとも一部と係合し
得る対応する内面を有するアウタカップ部４０ｂ及び４
２ｂとを有している。ボール部若しくはカップ部に付着
されたテトラフルオロエチレンや他の材料の層により永
久的に潤滑されることが多いかかる球面軸受により１　
トルクシャフト３８は自由に傾動したり回動することが
でき、しかもトルクシャフトを軸受４０と４２との間に
支持することができる・前述の如（・ファンダクト２８
に固定された第二の軸受４２はそれを貫通した状態にて
トルクシャフト３８を摺動可能に受入れるよう構成され
ており、これによりファンダクト２８と圧縮機ケース２
６との間の半径方向の相対変位を可能にしている。摺動
界面７０のシールは好ましい実施例に於ては環状ガスケ
ット又はＯリング７２により達成されるようになってい
る。

以上要するに、ファンダクト２８の外面に取付けられた
駆動シャフト４８の直線運動を半径方向に延在し回動す
るトルクシャフト３８によって変換し、これをエンジン
１０の内部に伝達することにより、またファンダクト２
８と圧縮機ケース２６との間の半径方向、周方向、軸線
方向の相対運動をトルクシャフトを支持する軸受４０及
び４２内に於て受入れることにより、本発明によるリン
ク機構は一部リング５４を正確に且確実に位置決めし、
これにより対応する段のステータベーンの仰角を所望の
角度に設定する。更に本発明によるリンク機構には摺動
ジヨイントや他の接続部が存在しないことにより、かか
る構造体、特に長期間使用された後にかかる構造体に生
じるバックラッシュやヒステリシスが排除される。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は軸流ターボファンガスタービンエンジンの解図
的断面図である。 第２図は本発明によるリンク機構をエンジンの中心軸線
に沿う平面に沿って切断して示す断面図である。 第３図は第２図に示されたリンク機構を半径方向内方に
見た解図である。 第４図は本発明によるリンク機構が組込まれたターボフ
ァンエンジンの外観を半径方向内方に見た解図である。 １０・・・ガスタービンエンジン、１２・・・入口、１
４・・・ファンセクション、１６・・・圧縮機セクショ
ン。 １８・・・ディフューザセクション、２０・・・燃焼器
セクション、２２・・・タービンセクション、２４・・
・バイパス空気通路、２６・・・圧縮機ケース、２８・
・・ファンダクト、３０・・・ノズル、３２・・・ステ
ータベーン、３４・・・アクチュエータ、３６・・・リ
ンク機構。 ３８・・・トルクシャフト、４０．４２・・・自在軸受
（球面軸受）、４４・・・駆動アーム、４６・・・ピン
。 ４８・・・駆動シャフト、５４・・・一体リング、５６
・・・リングリンク、５８・・・ビーム部材、６０・・
・軸線。 ６２・・・駆動リンク、６４・・・クランクアーム、６
８・・・ベーンアーム、７０・・・摺動界面、７２・・
・０リング 特許出願人　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション 代　　理　　人　　　弁理士　　　明　　石　　昌　　
毅ＦＩＧ、／ ＦＩＧ、　４

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機ケースとこれと同軸の外部ファンダクトと
   を有する軸流ターボファンガスタービンエンジンの前記
   圧縮機ケースの周りに配置されたステータベーン一体リ
   ングを周方向に変位させるリンク機構にして、 前記圧縮機ケースと前記ファンダクトとの間に半径方向
   に延在するトルクシャフトと、 前記圧縮機ケースと前記トルクシャフトとの間に配置さ
   れた第一の自在軸受と、 前記ファンダクトと前記トルクシャフトとの間に配置さ
   れた第二の自在軸受と、 前記トルクシャフトをその半径方向に延在する長手方向
   軸受の周りに選択的に回動させる手段と、前記トルクシ
   ャフトの回動に応答して前記ステータベーン一体リング
   を周方向に変位させる手段と、 を含むリンク機構。
2. （２）ファンダクトが実質的に円筒形の圧縮機ケースの
   周りに環状のバイパス空気通路を郭定するターボファン
   ガスタービンエンジン内の内部構成要素を操作するリン
   ク機構にして、 前記圧縮機ケースと前記ファンダクトとの間に半径方向
   に配置され前記ファンダクトの外方まで半径方向に延在
   するトルクシャフトであって、前記圧縮機ケースに固定
   された第一の自在軸受及び前記ファンダクトに固定され
   た第二の自在軸受により支持され、前記第二の自在軸受
   内に於て半径方向に摺動可能なトルクシャフトと、 前記ファンダクトの半径方向外方に配置され前記トルク
   シャフトをその長手方向軸線の周りに選択的に回動させ
   る手段と、 前記内部構成要素と前記トルクシャフトとの間に配置さ
   れ前記トルクシャフトの回動に応答して前記内部構成要
   素を操作する手段と、 を含むリンク機構。