KR20040028568A

KR20040028568A - 심 로크/핀 회전 방지 범퍼 설계

Info

Publication number: KR20040028568A
Application number: KR1020030067309A
Authority: KR
Inventors: 피켄스존티.; 알렉산더필립; 비풀코안토니알.; 쿠밍스케빈제이.
Original assignee: 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2004-04-03
Also published as: US20040062641A1; SG121796A1; CA2442358A1; KR100524037B1; PL362498A1; TWI245094B; AU2003248373A1; EP1403467B1; TW200413629A; AU2003248373B2; NO20034343L; JP3917122B2; IL158077A; EP1403467A3; EP1403467A2; JP2004124942A; US6884025B2; IL158077A0; NO20034343D0

Abstract

본 발명은 압축기 가변 베인 시스템과 사용하기 위한 범퍼 시스템에 관한 것이다. 범퍼 시스템은 폭넓게 동기 링, 범퍼, 범퍼 패드와 범퍼 사이에 갭을 한정하기 위한 심, 동기 링에 대해 상대적인 범퍼의 회전을 방지하기 위한 핀 및 심을 완전히 트랩하기 위한 장치를 포함한다. 제1 실시예에서, 심을 완전히 트랩하기 위한 장치는 동기 링을 통과하는 슬리브를 포함한다. 제2 실시예에서, 심을 완전히 트랩하기 위한 장치는 동기 몸체를 통과하는 핀을 포함한다. 제3 실시예에서, 심을 완전히 트랩하기 위한 장치는 견부를 갖는 패스너를 포함한다.

Description

심 로크/핀 회전 방지 범퍼 설계 {SHIM LOCK/PIN ANTI-ROTATION BUMPER DESIGN}

본 발명은 미국 공군과 제F33657-91-C-007호의 계약 하에서 만들어진 것이다. 미국 정부는 이 계약 하에서 권리를 가질 수도 있다.

본 발명은 나사 예압(screw preload)이 손실되는 경우 심을 완전히 트랩하고 회전 방지 구성을 갖는 압축기 가변 베인 시스템 내에 사용하기 위한 개선된 심이 삽입 가능한 범퍼 시스템(shimmable bumper system)에 관한 것이다.

압축기 가변 베인 시스템(compressor variable vane system)의 주 부품은 고정자 베인, 베인 아암, 동기 링, 범퍼, 연계 시스템 및 액튜에이터이다. 베인 아암은 가스 터빈 엔진의 압축기 내의 베인의 입사 각도를 제어하는 데 사용된다. 베인은 압축기의 원주 주위로 단계 조정으로서 배열된다. 아암은 압축기 케이스에 장착된 베어링 내에서 회전하는 각각의 베인 스핀들에 부착된다. 베인의 조정은엔진 축 주위로 회전하는 원주형의 동기 링에 의해 행해진다. 베인 아암은 동기 링으로부더 베인 스핀들까지 움직임을 준다. 연계 시스템 및 액튜에이터는 동기 링에 움직임을 준다. 범퍼는 소정 작동 갭에서 운행함으로써 이러한 운동의 전반에 걸쳐 동기 링의 반사 및 집중을 제어하는 데 사용된다. 일반적으로, 나사산 조절 및 심 조절은 작동 온도에서 열 합성을 고려하여, 조립에서 이러한 갭을 조정하는 데 사용된다.

도1에 도시된 통상적인 범퍼 구조 중 하나는 범퍼 갭을 조정하도록 나사산 조절을 사용한다. 상기 구조는 스터드 조절기(10), 복합 라이너 상에 결합된 금속 범퍼(12) 및 전단 로크 칼라(14)를 포함한다. 범퍼(12)는 동기 링(18) 내에 정합 밀링된 구성(16)을 통해 회전 방지된다. 이러한 구성으로 인해 두가지 기술적인 문제가 존재한다. 첫 번째는 부하 경로가 나사산을 통과하여, 범퍼 갭의 증가를 초래하는 나사산의 마모를 일으키는 것이다. 두 번째 문제점은 금속 범퍼 하우징에 복합 라이너의 결합이다. 복합 라이너의 결합 해제는 부하 및 열 순환으로 인해 생길 수 있다. 또한 라이너의 결합 해제는 범퍼 갭을 증가시킨다. 증가된 범퍼 갭은 동기 링의 집중을 감소시키며, 설치에 손실 및 베인 각도 편차의 증가를 일으키는 동기 링 비틀림을 증가시킨다

따라서, 새로운 범퍼 구조에 대한 필요성이 요구된다.

도1은 종래 기술 분야의 범퍼 시스템을 도시한 도면.

도2는 본 발명에 따른 범퍼 시스템을 도시한 도면.

도3은 도2의 범퍼 시스템의 분해도.

도4는 도2의 범퍼 시스템의 회전 방지 구성을 도시한 단면도.

도5는 본 발명에 따른 범퍼 시스템의 대안적인 실시예의 분해도.

도6은 본 발명의 범퍼 시스템에 사용된 심을 트랩하기 위한 대안적인 기술의 개략도.

도7은 범퍼 패드로부터 이격된 범퍼를 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 범퍼 시스템

32 : 일체의 복합 범퍼

34 : 심 로크 슬리브

36 : 다월 핀

38 : 심

40 : 전단 로크 칼라

42 : 보어

44 : 구멍

46 : 동기 링

52 : 슬롯

64 : 축 부분

66 : 개구

따라서, 본 발명의 목적은 범퍼 갭의 증가를 일으키지 않으며, 나사산 마모를 방지하는 개선된 범퍼 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 범퍼 갭의 증가를 일으킬 수 있는 복합 라이너의 결합 해제를 방지하는 개선된 범퍼 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 통상적인 가스 터빈 엔진 하드 웨어 상에 개선된 장치를 설치할 수 있는 개선된 범퍼 시스템을 제공하는 것이다.

다음의 목적은 본 발명의 범퍼 시스템에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 압축기 가변 베인 시스템에 사용하기 위한 범퍼 시스템은 동기 링, 범퍼, 범퍼 패드와 범퍼 사이의 갭을 한정하기 위한 심, 심을 완전히 트랩하기 위한 수단 및 동기 링에 대해 상대적인 범퍼의 회전을 방지하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명의 범퍼 시스템의 다른 상세뿐만 아니라 다른 목적 및 그에 따른 이점은 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면에 개시되고 동일한 요소는 동일한 도면 부호로 나타내었다.

지금부터 도면을 참조하면, 도2 내지 도4는 본 발명에 따른 가스 터빈 엔진 상에서 사용하기 위한 범퍼 시스템을 도시한다. 범퍼 시스템은 범퍼 갭을 조정하도록 심을 사용한다. 도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 범퍼 시스템(20)은 일 단부에 나사산을 갖는 나사 또는 볼트와 같은 패스너(30), 일체의 복합 범퍼(32), 심 로크 슬리브(34), 다월(dowel) 핀(36) 및 패스너(30)의 나사산 단부를 결합시키기 위한 나사산 전단 로크 칼라(40)를 포함한다. 패스너(30)는 범퍼(32) 내의 보어(42)를 통과하고 동기 링 내부의 구멍(44)을 통과한다. 도2로부터 도시된 바와 같이, 구멍(44)은 패스너(30)의 직경보다 큰 직경을 갖는다.

범퍼(32)에 대해 적합한 복합 재료는 시스템 내에 마찰 부하를 최소화하도록 낮은 마찰 계수(매끄러움)를 요구한다. 또한 재료는 베인 각도 오차를 최소화하는 운행 갭을 유지하도록 치수 안정성 및 마모 저항성을 갖는 것이 요구된다. 온도 용량 및 재료 강도(압축, 비틀림 및 파단 인성)는 조립 및 작동 조건을 충족하기에 충분해야만 한다.

도7에 도시된 바와 같이, 심(38)은 고압 압축기 케이스 상에서 기계 가공된 구성인 범퍼 패드(47)와 가공 범퍼(32) 사이에서 갭을 조정하는 데 사용된다. 도3에 도시된 바와 같이, 심(38)은 패스너(30)의 직경에 걸쳐 미끄러지게 하는 슬롯(52)을 갖는다. 또한, 심(38)은 패스너의 직경보다 큰 내부 직경을 갖는다.

심 로크 슬리브(34)는 패스너(30)가 통과하는 개구(66)를 갖는 원통형 축 부분(64)과 동기 링(46)의 표면에 인접하는 견부(60, shoulder portion)를 갖는다. 원통형 축 부분(64)은 축 부분(64)이 심(38) 내부로 연장하도록 동기링(46)의 두께보다 큰 길이를 갖는다. 슬롯(52)은 원통형 축 부분(64)의 직경보다 작은 폭을 갖는다. 그 결과 심(38)은 슬리브(34)에 의해 완전히 트랩된다.

지금부터 도4를 참조하면, 다월 핀(36)은 동기 링(46)의 구멍(66) 내부 및 범퍼(32)의 구멍(68) 내부에 끼워지고 범퍼 시스템의 회전을 방지하는 작용을 한다. 구멍(66 및 68)으로 인해, 다월 핀(36)은 나사 예압의 손실이 있다면 완전히 트랩된다.

요소 중 모두가 적절한 방식으로 위치된 후, 전단 로크 칼라(40)가 심 로크 슬리브(34)의 견부(60)에 인접하도록 전단 로크 칼라(40)는 패스너(30) 상에 나사결합된다.

본 발명의 범퍼 시스템의 잇점 중 하나는 주 부하 경로가 나사산이 아닌 동기 링을 통과하도록 변경되고, 이로써 나사산의 마모를 제거한다는 것이다. 일체의 복합 범퍼의 사용은 결합 해제의 우려를 제거한다. 본 발명의 시스템에서의 다른 이점은 나사 예압의 손실이 있을 때조차 심이 완전히 트랩된 채 남는다는 것이다. 또한, 심은 대칭적인 조립이 가능한 원형이며 심 로크 슬리브는 조립 중 실수를 방지한다. 다른 이점은 현재의 시스템 및 생산 이익에 대해 비용 및 중량 감소를 포함한다.

도2 내지 도4의 범퍼 시스템이 하나의 심을 갖는 것처럼 도시되었지만, 원한다면 하나 이상의 심이 사용될 수 있다.

도5를 참조하면, 대안적인 범퍼 시스템(20')이 도시된다. 이 시스템에서, 동기 링(46)에 그루브(70) 및 구멍(76)이 제공된다. 심(38)은 그루브(70) 내부에 끼워진다. 앞에서와 같이, 패스너(30) 및 로크 칼라(40)는 일체의 복합 범퍼를 동기 링(46)에 장착하는 데 사용된다. 패스너(30)는 범퍼(32) 내의 보어(42), 심(38) 내의 슬롯(52), 그 후 동기 링(46) 내의 구멍(44)을 통과한다. 앞에서와 같이, 심(38)은 범퍼(32)와 범퍼 패드(47) 사이의 갭을 제공하는 데 사용된다. 또한, 대안적인 범퍼 시스템(20')은 하나 이상의 심(38)을 사용할 수 있다.

사용 중 범퍼(32)의 회전을 방지하고 심을 트랩하도록, 와셔(74)를 갖는 핀(72)이 제공된다. 핀(72)은 동기 링 내의 관통 보어(72), 심(38) 내의 정합 결합 보어(78) 및 그 후 범퍼(32) 내의 수용 보어(80) 내부로 삽입된다. 핀(72)은보어(80)의 나사산과 결합하고 정합하도록 그 단부에서 나사 결합될 수도 있다. 핀(72)이 범퍼(32)와 결합될 때, 와셔(74)는 동기 링(46)의 표면에 인접한다.

도6은 범퍼 시스템(20 및 20')에 사용된 심을 트랩하기 위한 대안적인 기술을 도시한다. 이 기술에서는, 패스너(30)에 견부(82)가 제공된다. 공구(30)가 범퍼 외부로 연장되도록 범퍼(32) 내부에 삽입된 후, 심(38) 및 실질적으로 U형 슬롯(52')은 심의 슬롯 측벽(84)이 견부(82)와 결합하고 인접하도록 패스너(30)를 걸쳐 위치된다. 심을 완전히 트랩하도록, 측벽(84) 사이의 치수는 견부(82)의 영역 내의 패스너의 직경보다 작아야만 한다.

본 발명에 따르면, 범퍼 갭의 증가를 일으키지 않는 나사산 마모를 회피하는 개선된 범퍼 시스템, 범퍼 갭의 증가를 일으킬 수 있는 복합 라이너의 결합 해제를 회피하는 개선된 범퍼 시스템 및 통상적인 가스 터빈 엔진 하드 웨어 상에 개선된 장치를 설치할 수 있는 개선된 범퍼 시스템을 제공하는 것이 가능하다.

Claims

압축기 가변 베인 시스템에 사용하기 위한 범퍼 시스템이며,

동기 링과,

상기 동기 링에 결합된 범퍼와,

범퍼 패드와 상기 범퍼 사이에 갭을 한정하기 위한 심과,

심을 완전히 트랩하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제1항에 있어서, 상기 동기 링에 상대적인 상기 범퍼의 회전을 방지하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제1항에 있어서, 폭을 갖는 슬롯을 구비한 상기 심과,

상기 슬롯의 폭보다 큰 직경을 갖는 심 로크 가능한 슬리브를 포함하는 심을 완전히 트랩하기 위한 상기 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제3항에 있어서, 상기 동기 링은 관통 연장되는 개구를 구비하고,

상기 슬리브는 동기 링의 표면에 인접하는 견부 및 상기 개구를 통과하는 원통부를 갖는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제4항에 있어서, 중공인 상기 슬리브의 상기 원통부와,

보어를 갖는 상기 범퍼와,

상기 범퍼 내의 상기 보어 및 상기 중공 원통부를 통과하는 패스너 및

상기 패스너를 결합하고 로크하기 위한 칼라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제2항에 있어서, 상기 회전 방지 수단은 상기 동기 링 내의 제1 구멍, 상기 범퍼 내의 제2 구멍 및 제1과 제2 구멍 내에 끼워지는 다월 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제1항에 있어서, 상기 범퍼는 일체의 복합 범퍼을 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제1항에 있어서, 동기 링은 관통 보어를 갖고, 상기 심은 결합 보어를 갖고, 상기 범퍼는 수용 보어를 갖고, 심을 완전히 트랩하기 위한 상기 수단은 상기 관통 보어 및 상기 결합 보어를 통과하고 상기 수용 보어 내에 수용되는 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제8항에 있어서, 상기 핀은 그에 부착된 와셔를 갖고 상기 와셔는 상기 동기 링의 표면에 인접하고 또한 상기 핀은 상기 동기 링에 대해 상대적인 상기 범퍼의회전을 방지하기 위한 상기 수단으로서 작용하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제1항에 있어서, 상기 심은 측벽을 갖는 슬롯을 갖고 심을 완전히 트랩하기 위한 상기 수단은 상기 슬롯 측벽을 결합시키기 위한 견부를 갖는 패스너를 포함하고, 상기 패스너는 직경을 갖고 상기 측벽은 상기 직경보다 작은 치수로 이격된 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제10항에 있어서, 상기 슬롯은 실질적으로 U형이고 상기 패스너는 상기 범퍼의 구멍을 통과하고 상기 범퍼를 상기 동기 링에 고정하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
압축기 가변 베인 시스템에 사용하기 위한 범퍼 시스템이며,

동기 링과,

상기 동기 링에 결합된 범퍼와,

상기 동기 링에 대해 상기 범퍼의 회전을 방지하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제12항에 있어서, 상기 회전 방지 수단은 상기 동기 링 내의 제1 구멍, 상기 범퍼 내의 제2 구멍 및 상기 제1과 제2 구멍 내부에 삽입된 다월 핀을 포함하고, 범퍼 패드와 상기 범퍼 사이에서 갭을 한정하기 위한 적어도 하나의 심을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
압축기 가변 베인 시스템에 사용하기 위한 범퍼 시스템이며,

일체의 복합 범퍼와,

범퍼 패드와 상기 범퍼 사이에서 갭을 한정하기 위한 적어도 하나의 심과,

적어도 하나의 심을 완전히 트랩하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제14항에 있어서, 동기 링과

상기 동기 링에 결합되는 상기 범퍼와,

상기 동기 링에 대해 상기 범퍼의 회전을 방지하기 위한 수단을 더포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제14항에 있어서, 상기 트랩 수단은 심 로크 가능한 슬리브, 상기 범퍼 및 상기 슬리브를 통과하는 패스너 및 상기 패스너를 결합하고 로크하기 위한 칼라를 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제14항에 있어서, 상기 트랩 수단은 적어도 하나의 상기 심 내의 제1 보어를 통과하고 상기 범퍼 내의 제2 보어 내에 수용되는 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.
제14항에 있어서, 각각의 상기 심은 측벽을 갖는 슬롯을 갖고 상기 트랩 수단은 상기 측벽을 결합시키기 위한 견부를 갖는 패스너를 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 시스템.