WO2015093243A1 - 可変静翼機構 - Google Patents

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WO2015093243A1
WO2015093243A1 PCT/JP2014/081170 JP2014081170W WO2015093243A1 WO 2015093243 A1 WO2015093243 A1 WO 2015093243A1 JP 2014081170 W JP2014081170 W JP 2014081170W WO 2015093243 A1 WO2015093243 A1 WO 2015093243A1
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stator vane
friction pad
vane mechanism
casing
arm
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English (en)
French (fr)
Inventor
池口拓也
中山健太郎
Original Assignee
川崎重工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/56—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/563—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable specially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/40—Movement of components

Definitions

  • the present invention relates to a variable stationary blade mechanism that adjusts the mounting angle of a stationary blade of an axial compressor used in a gas turbine engine, a turbo refrigerator, or the like.
  • axial compressors are used to compress gas.
  • the sucked air is compressed to a high pressure by an axial compressor and guided to a combustor.
  • the high-temperature and high-pressure gas combusted in the combustor is recovered as rotational energy by the turbine and then discharged.
  • the compressor of the gas turbine is in an unstable state called turning stall during engine startup. If the gas turbine engine is operated for a long period of time in such an unstable state, the engine will become jammed and startup cannot be completed.
  • ⁇ As a method to avoid this, bleed air at the middle stage of the compressor or variable vane mechanism at the front stage is adopted.
  • a variable stationary blade mechanism that drives a ring that supports the stationary blade by one or two actuators to suppress variation in angle with respect to the circumferential direction of the stationary blade (prior art documents 1 and 2). .
  • An object of the present invention is to provide a variable stator blade mechanism of an axial compressor that is excellent in durability, has a simple structure, and is low in cost.
  • a variable stationary blade mechanism is a variable stationary blade mechanism that adjusts a mounting angle of a stationary blade of an axial compressor, and includes an arm coupled to the stationary blade, A rotating ring connected to one end of the arm and positioned on the outer periphery of the casing of the axial compressor, a driving device for rotating the stationary blade via the arm by rotating the rotating ring, A friction pad attached to the casing, wherein the rotating ring is in frictional contact with the friction pad.
  • the rotating ring is rotated by the driving machine, and the rotating blade rotates the stationary blade via the arm, thereby adjusting the mounting angle of the stationary blade.
  • the rotating ring since the rotating ring is in frictional contact with the friction pad attached to the casing, the rotating ring can be prevented from over-rotating and the mounting angle of the stationary blade can be adjusted appropriately.
  • a roller that does not sag easily is used and a friction pad having a small friction coefficient is used, the durability is excellent and the structure is simple, so that the cost can be reduced.
  • the rotary ring has a U-shaped cross section, and one end of the arm is inserted between the radially outer ring piece and the inner ring piece, It can be set as the structure by which the contact piece which contacts the said friction pad was formed in the radial direction inner end part of the connection piece which connects both ring pieces. According to this configuration, the mounting angle of the stationary blade can be accurately adjusted by effectively preventing over-rotation of the rotating ring with a simple structure.
  • variable stator vane mechanism of the present invention it is preferable that one end of the arm is connected to the rotating ring via a spherical seat provided on the rotating ring. According to this configuration, when the arm is rotated by the rotation of the rotating ring, the one end of the arm is connected via the spherical seat provided on the rotating ring, so that the arm is smoothly rotated.
  • variable stator vane mechanism of the present invention it is preferable that a shim is interposed between the friction pad and the casing. According to this configuration, the friction pad height can be easily adjusted by using shims having different thicknesses.
  • the friction pad is detachably attached to the casing by a fastening member, and the fastening member is operated at a position facing the radially outer side of the fastening member in the rotating ring. It is preferable that a tool insertion hole for inserting a tool to be inserted is provided. According to this configuration, the friction pad or shim can be easily replaced by inserting the tool from the tool insertion hole and loosening the fastening member of the friction pad without removing the rotating ring or the arm.
  • the friction pad is detachably set in a direction perpendicular to the radial direction with the fastening member loosened. According to this configuration, the friction pad can be easily and quickly attached to and detached from the casing by inserting or withdrawing the friction pad from the direction orthogonal to the radial direction.
  • the driving machine is a single electric actuator and is installed on the upper part of the casing. According to this configuration, since the electric actuator is generally lighter than the hydraulic cylinder and is located at the upper part of the casing, the assembling / disassembling workability is better than when the electric actuator is located at the narrow lower part.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a variable stationary blade mechanism that is a main part of FIG. 3. It is a front view of the variable stationary blade mechanism. It is a top view of a friction pad.
  • (A) is a top view which shows a shim
  • (b) is a top view which shows the assembly
  • FIG. 10 is a plan view of FIG. 9.
  • FIG. 1 is a schematic side view, partly broken, showing a gas turbine engine employing a variable stationary blade mechanism.
  • a gas turbine engine 1 compresses air with an axial compressor 2 and guides it to a combustor 3, and injects and burns gas fuel such as city gas into the combustor 3.
  • the turbine 4 is driven by the energy of the high-pressure combustion gas.
  • the turbine 4 drives the axial compressor 2 and also drives a generator (not shown).
  • the axial compressor 2 includes a combination of a large number of moving blades 23 disposed on the outer peripheral surface of the rotary shaft 22 and stationary blades 27 disposed in a plurality of stages on the inner peripheral surface of the casing 24.
  • the air A sucked from the air 28 is compressed, and the compressed air is supplied to the vehicle compartment 29 formed in an annular shape.
  • a plurality of (for example, six) combustors 3 are arranged in the annular casing 29 along the circumferential direction at equal intervals, and the compressed air is indicated by an arrow a in the casing 29. Then, after flowing in from the front end side and swirling by the swirler 33, it is guided to the combustion region in the combustor 3, and as indicated by an arrow b, the fuel is diluted with a dilution hole (not shown) on the peripheral wall of the combustor 3. ) Is injected into the combustor 3, this fuel is mixed with compressed air and burned, and the high-temperature and high-pressure combustion gas G is sent to the turbine 4.
  • the axial flow compressor 2 is provided with a variable stationary blade mechanism 41 as an air amount adjusting mechanism for adjusting the amount of inflow air.
  • the variable stationary blade mechanism 41 adjusts the mounting angle ⁇ of the stationary blade 27 in the circumferential cross section of the axial compressor 2 so as to change the outflow angle ⁇ of the stationary blade 27.
  • the inflow air amount of the axial flow compressor 2 is adjusted.
  • the mounting angle ⁇ is an angle formed by the circumferential line H of the stationary blade 27 and the chord L (a line connecting the leading edge and the trailing edge), and the outlet angle ⁇ is adjusted by adjusting the mounting angle ⁇ . Is changed so as to increase, the axial velocity of the air decreases, and the amount of air flowing into the axial compressor 2 decreases.
  • the variable stationary blade mechanism 41 adjusts the mounting angles of the four stationary blades 27 from the forefront stage to the fourth stage of the axial flow compressor 2.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the main part
  • FIG. 4 which is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. .
  • a large number of stationary blades 27 arranged along the circumferential direction of the casing 24 of the axial compressor 2 are arranged in one stage, and the four stages of stationary blades 27 are interlocked to each other.
  • the mounting angle ⁇ is adjusted.
  • An annular rotating ring 42 having a U-shaped cross section is provided outside the casing 24 so as to be rotatable along the circumferential direction at a position close to the arrangement position of the stationary blades 27 of each stage.
  • the stationary blade 27 has a base end 44a of the arm 44 fitted and fixed to the tip of the central shaft 43 (upper end in FIG. 3), and the rotating ring 42 is connected to one end 44b which is the tip of the arm 44. ing.
  • a shaft 49 along the axial direction of the axial flow compressor 2 is positioned outside so as to straddle each rotary ring 42, and both ends thereof are rotatably supported by the casing 24.
  • Four operating levers 50 are fixed to the shaft 49 so as to oppose the rotating rings 42.
  • each actuating lever 50 and the rotating ring 42 are connected to each other by turnbuckles 51 that are rotatably attached to both ends thereof.
  • a base end portion of a single drive lever 52 is fixed to the shaft 49, and the electric actuator 30 is connected to the free end of the drive lever 52.
  • the electric actuator 30 includes an electric motor 53 and a rod 54 that is driven by the electric motor 53 and moves back and forth in a cylindrical case 55.
  • the case 55 is supported on the outer surface of the casing 24 via the bracket 31, and the tip of the rod 54 is rotatably connected to the free end of the drive lever 52.
  • the turnbuckle 51 shown in FIG. 4 can adjust the angle of the operating lever 50 by adjusting its length at the time of installation. Further, the mounting angles ⁇ of the one-stage stationary blades 27 connected to one rotating ring 42 are all adjusted by the same angle. This adjustment angle varies from stage to stage. For example, the lever ratios of the actuating lever 50 and the drive lever 52 are set so that the adjustment angle becomes smaller toward the rear stage stationary blade 27.
  • FIG. 5 and FIG. 6 explain the details of the variable stationary blade mechanism, which is the main part of FIG.
  • a spring body 61 made of a coil spring and its receiving seat 62 are fitted on the outer periphery of a central shaft 43 provided on each stationary blade 27, and a shaft hole 56 of an arm 44 is fitted on the tip thereof.
  • a base end portion 44a of the arm 44 and the central shaft 43 are connected by a fastening member 63 such as a nut. In this state, the inclination of the arm 44 with respect to the mounting surface 24 a on the outer peripheral surface of the casing 24 is suppressed by the spring body 61.
  • a rotating ring 42 having a U-shaped cross section includes an outer ring piece 42a and an inner ring piece 42b that face each other in the radial direction (vertical direction in FIG. 5), and a connecting piece 42c that connects these ring pieces 42a and 42b.
  • the contact piece 42d protrudes downward from the radially inner end of the connecting piece 42c.
  • One end 44b of the arm 44 is inserted between the ring pieces 42a and 42b, and is connected to the rotating ring 42 through a spherical seat 65 provided on the rotating ring 42.
  • the spherical seat 65 is supported on the rotating ring 42 by a shaft support member 68 such as a bolt having a center line C1 in the radial direction.
  • a friction pad 67 is detachably attached to a base 35 provided on the outer peripheral surface of the casing 24 by a fastening member 66 such as a bolt.
  • a plurality of friction pads 67 are provided, for example, at regular intervals, with an interval in the circumferential direction of the casing 24. In FIG. 6, eight friction pads 67 are provided at equal intervals in the circumferential direction of the casing 24.
  • a contact surface which is the lower surface of the contact piece 42 d of the rotating ring 42 contacts the outer surface of the friction pad 67. While the rotating ring 42 is made of stainless steel, the surface material of the friction pad 67 is, for example, a graphite-based solid lubricant.
  • FIG. 7 shows a plan view of the friction pad 67.
  • the friction pad 67 is formed with a plurality of (for example, two) parallel grooves 69 extending from one side of the front side of the friction pad 67 to the center portion.
  • a recess 70 for inserting the head of the fastening member 66 is formed in the portion.
  • the friction pad 67 is mounted on the casing 24 by inserting the fastening member 66 into the groove 69 and screwing it into the screw hole 72 of the casing 24 of FIG.
  • the friction pad 67 is moved in directions A and B parallel to the groove 69, that is, in a direction perpendicular to the radial direction of the gas turbine engine 1 (FIG. 1), It can be inserted into and pulled out from the lower side of the rotating ring 42.
  • FIG. 8A shows a shim 73.
  • the shim 73 has substantially the same shape as the friction pad 67 (FIG. 7), and a plurality of (for example, two) parallel grooves 74 are formed. Is formed.
  • the shim 73 is set as shown in FIG. 8B by inserting the shim 73 in the A direction below the friction pad 67 of FIG.
  • the height of the friction pad 67 that is, the radial position of the outer surface of the friction pad 67 can be arbitrarily adjusted.
  • the A direction and the B direction coincide with the axial direction of the gas turbine engine 1 (FIG. 1).
  • FIG. 9 and 10 are front views showing a second embodiment of the present invention.
  • a friction pad 67 is attached to a position between the spherical seats 65, 65 in the casing 24 by a fastening member 66 such as a bolt.
  • An anti-rotation plate 77 is mounted below the head of the shaft support member 68 to prevent rotation together with the adjacent shaft support member 68.
  • a tool insertion hole 75 made of a long hole in the circumferential direction is formed through the rotary ring 42 at a position facing the fastening member 66 on the radially outer side.
  • a tool such as a screwdriver is inserted through the tool insertion hole 75 to tighten and relax the fastening member 66.
  • the fastening member 66 is loosened by the tool inserted from the tool insertion hole 75, and the friction pad 67 and the shim 73 can be easily replaced.
  • variable stator vane mechanism 41 of FIG. 4 has the rotating ring shown in FIG. 5 when the rotating ring 42 is rotated by the operation of the electric motor 53 and the mounting angle of the stator blade 27 shown in FIG. Since the contact piece 42d of 42 rotates while making frictional contact with the friction pad 67 attached to the casing 24, excessive rotation of the rotating ring 42 is prevented by a large frictional resistance. Thereby, the attachment angle of the stationary blade 27 can be adjusted appropriately. In addition, since a roller that does not sag easily is used and the friction pad 67 having a small friction coefficient is used, the durability is excellent and the structure is simple, so that the cost can be reduced.
  • the rotary ring 42 has a U-shaped cross section, and one end portion 44b of an arm 44 is inserted between the radially opposed outer and inner ring pieces 42a, 42b, and both the ring pieces 42a, 42b. Since the contact piece 42d that contacts the friction pad 67 is formed at the radially inner end of the connecting piece 42c that connects the two, the overturning of the rotating ring 42 is effectively prevented with a simple structure, and the stationary blade 27 mounting angles can be accurately adjusted.
  • one end 44b of the arm 44 is connected to the rotating ring 42 via a spherical seat 65 provided on the rotating ring 42, when the arm 44 is rotated by the rotation of the rotating ring 42, the arm 44 is centered. Although it is slightly tilted with respect to the axial direction of the shaft 43, such tilting movement is made smooth.
  • the height of the friction pad 67 can be easily adjusted by using the shim 73 having a different thickness.
  • the height of the friction pad 67 that is, the position of the outer surface can be returned to an appropriate position by replacing the shim 73 with a thicker one.
  • the rotating ring 42 since the tool insertion hole 75 through which the tool for operating the fastening member 66 is inserted is provided at a position of the rotating ring 42 facing the radially outward direction of the fastening member 66, the rotating ring 42
  • the friction pad 67 or the shim 73 can be easily replaced by inserting a tool such as a screwdriver from the tool insertion hole 75 and loosening the fastening member 66 without removing the arm 42 or the arm 44.
  • the friction pad 67 and the shim 73 are detachable in the direction perpendicular to the radial direction with the fastening member 66 (FIG. 6) loosened, the friction pad 67 is perpendicular to the radial direction. Can be easily and quickly attached to and detached from the casing 24 by being inserted (A direction) or pulled out (B direction).
  • a single electric actuator 30 is used as a drive for adjusting the mounting angle of the stationary blade 27, and this electric actuator 30 is installed on the upper part of the casing 24. Since the electric actuator 30 is generally lighter than the hydraulic cylinder and is located at the upper part of the casing 24, the electric actuator 30 is directed to the gas turbine engine 1 (FIG. 1) of the electric actuator 30 rather than being located at the lower part where the distance from the floor surface is narrow. Assembling / disassembling workability is improved.

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Abstract

　耐久性に優れ、簡単な構造で低コストな軸流圧縮機の可変静翼機構を提供する。軸流圧縮機(2)の静翼(27)の取付角度を調節する可変静翼機構であって、静翼(27)に連結されたアーム(44)と、アーム(44)の一端部(44b)に連結されて軸流圧縮機(2)のケーシング(24)の外周に位置する回転リング(42)と、回転リング(42)を回転させることにより、アーム(44)を介して静翼(27)を回動させる駆動機(53)と、ケーシング(24)に取り付けられた摩擦パッド(67)とを備え、回転リング(42)が摩擦パッド(67)に摩擦接触している。

Description

可変静翼機構 関連出願
　本出願は、２０１３年１２月１９日出願の特願２０１３－２６２４２６の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　本発明は、ガスタービンエンジン、ターボ冷凍機などで用いられる軸流圧縮機の静翼の取付角度を調節する可変静翼機構に関する。
　ガスタービンエンジンにおいて、気体を圧縮するために軸流圧縮機が用いられている。ガスタービンエンジンでは吸い込んだ空気を軸流圧縮機によって高圧に圧縮し、燃焼器へ導かれる。燃焼器で燃焼した高温高圧ガスはタービンで回転エネルギとして回収されたのちに排出される。ガスタービンの圧縮機は、エンジン起動中に旋回失速と呼ばれる不安定状態となる。このような不安定状態で、ガスタービンエンジンを長時間運転すると、エンジン始動渋滞となり、起動完了できない。
　これを回避する方法として、圧縮機中間段での抽気や前方段の可変静翼機構を採用している。このうち、可変静翼機構は、１つないし２つのアクチェータによって静翼を支持するリングを駆動し、静翼の周方向に対する角度のばらつきを抑えようとするものがある（先行文献１，２）。
特開２０１３－９６３４１号 特開２０１０－１８２１号
　しかしながら、特許文献１，２に示される可変静翼機構の場合、静翼の取付角度を調節できるように静翼を支持するリングをローラによって移動可能に支持している。このため、構造が複雑となってコスト高であるうえ、経年劣化によるローラのへたりが発生しやすく、ローラの交換頻度が高くなる。
　本発明の目的は、耐久性に優れ、簡単な構造で低コストな軸流圧縮機の可変静翼機構を提供することにある。
　前記目的を達成するために、本発明に係る可変静翼機構は、軸流圧縮機の静翼の取付角度を調節する可変静翼機構であって、前記静翼に連結されたアームと、前記アームの一端部に連結されて前記軸流圧縮機のケーシングの外周に位置する回転リングと、前記回転リングを回転させることにより、前記アームを介して前記静翼を回動させる駆動機と、前記ケーシングに取り付けられた摩擦パッドとを備え、前記回転リングが前記摩擦パッドに摩擦接触する。
　この構成によれば、駆動機によって回転リングが回転し、この回転リングの回転によりアームを介して静翼が回動し、静翼の取付角度が調節される。その際、前記回転リングがケーシングに取り付けた摩擦パッドに摩擦接触しているので、前記回転リングの過回転を阻止して静翼の取付角度を適正に調節できる。また、へたりやすいローラを使用せず、かつ摩擦係数の小さい摩擦パッドを使用しているので、耐久性に優れ、構造も簡単であるから、コストダウンも図れる。
　本発明の可変静翼機構において、前記回転リングは横断面形状がＵ字形であり、径方向に対向する外側リング片と内側リング片との間に前記アームの一端部が挿入されており、前記両リング片を連結する連結片の径方向内端部に前記摩擦パッドに接触する接触片が形成された構成とすることができる。この構成によれば、簡単な構造で回転リングの過回転を効果的に阻止して静翼の取付角度を正確に調節できる。
　本発明の可変静翼機構において、前記アームの一端部は前記回転リングに設けた球面座を介して前記回転リングに連結されていることが好ましい。この構成によれば、回転リングの回転によりアームが回動する際、アームの一端部が前記回転リングに設けた球面座を介して連結されているので、アームの回動が円滑になる。
　本発明の可変静翼機構において、前記摩擦パッドと前記ケーシングとの間にシムが介挿されていることが好ましい。この構成によれば、厚みの異なるシムを使用することで摩擦パッドの高さ調整が容易に行える。
　本発明の可変静翼機構において、前記摩擦パッドは締結部材により前記ケーシングに着脱自在に取り付けられており、前記回転リングにおける前記締結部材の径方向外方に対向する位置に、前記締結部材を操作する工具を挿通させる工具挿通孔が設けられていることが好ましい。この構成によれば、回転リングやアームを取り外すことなく、工具挿通孔から工具を挿入して摩擦パッドの締結部材を緩めることにより、摩擦パッドまたはシムを容易に交換できる。
　本発明の可変静翼機構において、前記摩擦パッドは締結部材を緩めた状態で径方向と直交する方向に着脱自在に設定されていることが好ましい。この構成によれば、摩擦パッドを径方向と直交する方向から挿入または引き抜くことにより、ケーシングに対して容易かつ迅速に着脱できる。
　本発明の可変静翼機構において、さらに、前記駆動機は単一の電動アクチュエータであり、前記ケーシングの上部に設置されていることが好ましい。この構成によれば、電動アクチュエータは一般に油圧シリンダよりも軽量で、しかもケーシングの上部に位置するので、狭い下部に位置する場合よりも、組付け・分解の作業性が良好となる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、本発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
本発明の可変静翼機構を採用したガスタービンエンジンを示す一部を破断した概略側面図である。 軸流圧縮機の静翼の翼列を示す周方向断面図である。 図１の可変静翼機構の部分を拡大して詳細に示した縦断面図である。 図３のIV－IV線断面図である。 図３の要部である可変静翼機構の拡大図である。 同可変静翼機構の正面図である。 摩擦パッドの平面図である。 （ａ）はシムを示す平面図、（ｂ）はシムの組付状態を示す平面図である。 ケーシングへの回転リングの取付状態を拡大して示す側面図である。 図９の平面図である。
　以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は可変静翼機構を採用したガスタービンエンジンを示す一部を破断した概略側面図を示す。同図において、ガスタービンエンジン１は、軸流圧縮機２で空気を圧縮して燃焼器３に導くとともに、都市ガスのようなガス燃料を、燃焼器３内に噴射して燃焼させ、その高温高圧の燃焼ガスのエネルギによりタービン４を駆動させる構成になっている。このタービン４は軸流圧縮機２を駆動するとともに、図示しない発電機を駆動する。
　軸流圧縮機２は、回転軸２２の外周面に配設された多数個の動翼２３と、ケーシング２４の内周面に複数段に配設された静翼２７との組合せにより、吸気筒２８から吸入した空気Ａを圧縮して、その圧縮空気を環状に形成された車室２９に送給する。
　燃焼器３は、環状の車室２９に、その周方向に沿って複数個（例えば６個）が等間隔で配設されており、車室２９内で圧縮空気が、矢印ａで示すように、先端側から流入してスワーラ３３により旋回流とされたのちに燃焼器３内の燃焼領域に導かれるとともに、矢印ｂで示すように、燃料が燃焼器３の周壁の希釈孔（図示せず）から燃焼器３内に噴射され、この燃料が圧縮空気と混合されて燃焼し、その高温高圧の燃焼ガスＧがタービン４に送られる。
　軸流圧縮機２には流入空気量を調節する空気量調節機構として可変静翼機構４１が設けられている。この可変静翼機構４１は、図２に示すように、静翼２７の流出角αを変更するよう、軸流圧縮機２の周方向断面における静翼２７の取付角度θを調整することにより、軸流圧縮機２の流入空気量を調節するようになっている。ここで、上記の取付角度θは、静翼２７の周方向線Ｈと翼弦Ｌ（前縁と後縁を結ぶライン）とがなす角度であり、この取付角度θを調整して流出角αが大きくなるように変更すると、空気の軸流速度が小さくなり、軸流圧縮機２への流入空気量が減少する。可変静翼機構４１は、軸流圧縮機２の最前段から４番目までの４つの静翼２７の取付角度を調整する。
　つぎに、本発明の第1実施形態に係る可変静翼機構４１について、要部の縦断面図である図３、および図３のIV－IV線断面図である図４を参照しながら説明する。図３に示すように、この実施形態では、軸流圧縮機２のケーシング２４の周方向に沿って並んだ多数個の静翼２７を1段として、４段の静翼２７を連動してその取付角度θを調整するようになっている。横断面形状がＵ字形となった円環状の回転リング４２が、各段の静翼２７の配列位置に近接した位置において、ケーシング２４の外部にその周方向に沿って回転自在に設けられている。静翼２７は、その中心軸４３の先端（図３の上端）にアーム４４の基端部４４ａが嵌め込み固定されており、アーム４４の先端部である一端部４４ｂに前記回転リング４２が連結されている。
　各段の回転リング４２は連動して回転されるようになっており、その機構について説明する。軸流圧縮機２の軸方向に沿ったシャフト４９が、各回転リング４２にまたがるように外側に位置して、その両端部をケーシング２４に回転自在に支持されている。このシャフト４９には4本の作動レバー５０が各回転リング４２に対向して固定されている。
　図４に示すように、各作動レバー５０の自由端と回転リング４２とは、これらに両端部を回転自在に取り付けられたターンバックル５１によりそれぞれ連結されている。また、シャフト４９には、単一の駆動レバー５２の基端部が固定されており、この駆動レバー５２の自由端に、電動アクチュエータ３０が連結されている。電動アクチュエータ３０は、電動モータ５３と、これに駆動されて進退するロッド５４とを、円筒状のケース５５内に収納したものである。ケース５５がブラケット３１を介してケーシング２４の外面に支持され、ロッド５４の先端部が駆動レバー５２の自由端に回転自在に連結されている。
　したがって、可変静翼機構４１の駆動源である電動モータ５３が作動して、例えばロッド５４が図４のＰ方向に進出すると、駆動レバー５２が同図の矢印Ｑ１方向に回動してシャフト４９を回転させるので、このシャフト４９に固定されている各作動レバー５０が、同図の矢印Ｑ２方向に回動して、ターンバックル５１を介し、対応する回転リング４２を押圧するようにして回転させる。それにより、図３に示す各回転リング４２にそれぞれ連結されている各段の静翼２７が互いに連動して回動し、所定の取付角度θ(図２)に調整される。
　なお、図４に示すターンバックル５１は、設置時にその長さを調整することにより、作動レバー５０の角度を調整できるようになっている。また、一つの回転リング４２に連結された１段分の静翼２７は、その取付角度θが、すべて同一角度だけ調整される。この調整角度は、段ごとに異なり、例えば、後段側の静翼２７ほど調整角度が小さくなるよう、作動レバー５０、駆動レバー５２のレバー比などが設定されている。
　図５および図６により、図３の要部である可変静翼機構の詳細を説明する。図５に示すように、各静翼２７に設けられた中心軸４３の外周にコイルスプリングからなるばね体６１とその受け座６２が嵌め込まれ、その先端にアーム４４の軸孔５６が嵌め込まれ、ナットのような締結部材６３により前記アーム４４の基端部４４ａと中心軸４３とが連結されている。この状態で、ケーシング２４の外周面上の取付面２４aに対するアーム４４の傾斜がばね体６１により抑制される。
　横断面形状がＵ字形である回転リング４２は、径方向（図５の上下方向）に対向する外側リング片４２ａおよび内側リング片４２ｂと、これら両リング片４２ａ，４２ｂを連結する連結片４２ｃとを有し、連結片４２ｃの径方向内端部に接触片４２ｄが下方に突出して形成されている。前記両リング片４２ａ，４２ｂの間にアーム４４の一端部４４ｂが挿入され、回転リング４２に設けた球面座６５を介して回転リング４２に連結されている。球面座６５は、径方向に中心線Ｃ１を有するボルトのような軸支持部材６８により回転リング４２に支持されている。
　図６に示すように、ケーシング２４の外周面に設けた台座３５上に、ボルトのような締結部材６６により摩擦パッド６７が着脱自在に取り付けられている。摩擦パッド６７は、例えばケーシング２４の周方向に間隔をあけて、好ましくは等間隔で、複数設けられている。図６では、摩擦パッド６７がケーシング２４の周方向に等間隔で８つ設けられている。摩擦パッド６７の外面に回転リング４２の接触片４２ｄの下面である接触面が接触する。回転リング４２がステンレス鋼であるのに対し、摩擦パッド６７の表面材料は、例えば、黒鉛系の固体潤滑剤である。
　図７は摩擦パッド６７の平面図を示す。同図に示すように、この摩擦パッド６７には、複数（例えば２つ）の平行な溝６９が、摩擦パッド６７の前側の一辺から中央部まで延びて形成されており、各溝６９の奥部に、締結部材６６の頭部を挿入させる凹所７０が形成されている。締結部材６６を溝６９に挿通させ、図５のケーシング２４のねじ孔７２にねじ込むことにより、摩擦パッド６７がケーシング２４上に取り付けられている。前記溝６９の存在により、締結部材６６を緩めることで、摩擦パッド６７を溝６９と平行な方向Ａ，Ｂ、つまりガスタービンエンジン１（図１）の径方向と直交する方向に移動させて、回転リング４２の下側へ挿入および引き抜きが可能である。
　図８（ａ）はシム７３を示しており、同図の左側に示すように、摩擦パッド６７（図７）とほぼ同形状となっており、複数（例えば２つ）の平行な溝７４が形成されている。このシム７３を、図７の摩擦パッド６７の下側にＡ方向に差し込むことにより、図８（ｂ）のようにセットされる。このシム７３はその厚みを適宜変更することにより、摩擦パッド６７の高さ、つまり摩擦パッド６７の外面の径方向位置を任意に調整できる。前記Ａ方向およびＢ方向はガスタービンエンジン１（図１）の軸方向に合致している。
　図９および図１０は、本発明の第２実施形態を示す正面図である。図９に示すように、ケーシング２４における球面座６５，６５間の位置に、摩擦パッド６７がボルトのような締結部材６６によって取り付けられている。軸支持部材６８の頭部の下側に、隣接する軸支持部材６８と一緒に回り止めを行う回り止めプレート７７が装着されている。
　図１０に示すように、回転リング４２における、締結部材６６に径方向外側で対向する位置に、周方向に長い長孔からなる工具挿通孔７５が貫通して形成されている。この工具挿通孔７５からドライバのような工具を差し込んで締結部材６６の締め付けおよび弛緩を行う。摩擦パッド６７が摩耗した場合の摩擦パッド６７または／およびシム７３の交換時には、工具挿通孔７５から差し込んだ工具によって締結部材６６を緩めて、摩擦パッド６７やシム７３を容易に交換できる。
　上述のとおり、図４の可変静翼機構４１は、電動モータ５３の作動によって回転リング４２が回転して、図３に示す静翼２７の取付角度が調節される際、図５に示す回転リング４２の接触片４２ｄが、ケーシング２４に取り付けた摩擦パッド６７に摩擦接触しながら回転するので、大きな摩擦抵抗によって回転リング４２の過回転が阻止される。これにより、静翼２７の取付角度を適正に調節できる。また、へたりやすいローラを使用せず、かつ摩擦係数の小さい摩擦パッド６７を使用しているので、耐久性に優れ、構造も簡単であるからコストダウンも図れる。
　また、回転リング４２は横断面形状がＵ字形であり、径方向に対向する外側および内側リング片４２ａ，４２ｂの間にアーム４４の一端部４４ｂが挿入されており、前記両リング片４２ａ，４２ｂを連結する連結片４２ｃの径方向内端部に、摩擦パッド６７に接触する接触片４２ｄが形成されているので、簡単な構造で回転リング４２の過回転を効果的に阻止して、静翼２７の取付角度を正確に調節できる。
　さらに、アーム４４の一端部４４ｂは回転リング４２に設けた球面座６５を介して前記回転リング４２に連結されているので、回転リング４２の回転によりアーム４４が回動する際、アーム４４は中心軸４３の軸方向に対して若干傾斜するが、このような傾斜移動が円滑になされる。
　摩擦パッド６７とケーシング２４との間にシム７３を介挿しているので、厚みの異なるシム７３を使用することで摩擦パッド６７の高さ調整が容易に行える。特に、摩擦パッド６７が摩耗した場合に、シム７３を厚いものに交換することにより、摩擦パッド６７の高さ、すなわち外面の位置を、適正な位置に戻すことができる。
　図９に示す第２実施形態では、回転リング４２における締結部材６６の径方向外方に対向する位置に、締結部材６６を操作する工具を挿通させる工具挿通孔７５を設けているので、回転リング４２やアーム４４を取り外すことなく、工具挿通孔７５からドライバのような工具を挿入して締結部材６６を緩めることにより、摩擦パッド６７またはシム７３を容易に交換できる。
　図７に示すように、摩擦パッド６７およびシム７３は、締結部材６６(図６)を緩めた状態で径方向と直交する方向に着脱自在であるから、摩擦パッド６７を径方向と直交する方向から挿入（Ａ方向）または引き抜く（Ｂ方向）ことにより、ケーシング２４に対して容易かつ迅速に着脱できる。
　図４に示すように、静翼２７の取付角度を調節する駆動機として単一の電動アクチュエータ３０を用い、この電動アクチュエータ３０をケーシング２４の上部に設置している。電動アクチュエータ３０は一般に油圧シリンダよりも軽量で、しかもケーシング２４の上部に位置するので、床面との間隔が狭い下部に位置する場合よりも、電動アクチュエータ３０のガスタービンエンジン１（図１）への組付け・分解の作業性が良好となる。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。
１…ガスタービンエンジン
２…軸流圧縮機
２２…回転軸
２３…動翼
２４…ケーシング
２７…静翼
３０…電動アクチュエータ（駆動機）
４１…可変静翼機構
４２…回転リング
４２ａ，４２ｂ…径方向に対向するリング片
４２ｃ…連結片
４２ｄ…接触片
４３…中心軸
４４…アーム
４４ａ…一端部
５３…電動モータ
６５…球面座
６６…締結部材
６７…摩擦パッド
７３…シム
７５…工具挿通孔

Claims (7)

  1. 　軸流圧縮機の静翼の取付角度を調節する可変静翼機構であって、
    　前記静翼に連結されたアームと、
    　前記アームの一端部に連結されて前記軸流圧縮機のケーシングの外周に位置する回転リングと、
    　前記回転リングを回転させることにより、前記アームを介して前記静翼を回動させる駆動機と、
    　前記ケーシングに取り付けられた摩擦パッドとを備え、
    　前記回転リングが前記摩擦パッドに摩擦接触している可変静翼機構。
  2. 　請求項１に記載の可変静翼機構において、前記回転リングは横断面形状がＵ字形であり、径方向に対向する外側リング片と内側リング片との間に前記アームの一端部が挿入されており、前記両リング片を連結する連結片の径方向内端部に前記摩擦パッドに接触する接触片が形成されている可変静翼機構。
  3. 　請求項１または２に記載の可変静翼機構において、前記アームの一端部は前記回転リングに設けた球面座を介して前記回転リングに連結されている可変静翼機構。
  4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の可変静翼機構において、前記摩擦パッドと前記ケーシングとの間にシムが介挿されている可変静翼機構。
  5. 　請求項１から４のいずれか一項に記載の可変静翼機構において、前記摩擦パッドは締結部材により前記ケーシングに着脱自在に取り付けられており、前記回転リングにおける前記締結部材の径方向外方に対向する位置に、前記締結部材を操作する工具を挿通させる工具挿通孔が設けられている可変静翼機構。
  6. 　請求項５に記載の可変静翼機構において、前記摩擦パッドは締結部材を緩めた状態で径方向と直交する方向に着脱自在に設定されている可変静翼機構。
  7. 　請求項１から６のいずれか一項に記載の可変静翼機構において、前記駆動機は単一の電動アクチュエータである、前記ケーシングの上部に設置されている可変静翼機構。
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