JP5143465B2 - ターボ機械の可変ピッチのステータブレード - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンエンジンの軸流圧縮機などのターボ機械の分野に関し、特には機械の可変ピッチのステータブレードに関する。

ガスタービンエンジンの圧縮機の可変ピッチのステータブレードなどの連接システムは、お互いに対して運動する部品を含む。図１および図２が、機械のケーシング３に取り付けられた可変ピッチのステータブレード１を概略的に示している。ステータブレードは、翼１２、プレートまたはプラットフォーム１３、および一端においてピボット１４を形成している軸部を含む。ピボット１４は、ケーシング３の壁面に形成された穴または半径方向のオリフィスに、種々の軸受を介して収容されている。ブレードは、この端部によってのみ支持されている。他端は、環状の浮動要素１６を保持しており、第２のピボット１７によって枢動するように浮動要素１６に取り付けられている。リングには、それに隣接するロータ１８の一部位のために、封止手段が備えられている。ピボット１４は、軸受（例えば、下部軸受４）によってケーシングの対応する穴内で回転する。プラットフォーム１３は、このケーシングの壁面に機械加工された座ぐりの形態の空洞に収容されている。ケーシングの壁面が、半径方向においてプラットフォーム１３に直接接触し、あるいはブシュまたはシムによって接触している。ピボット１４の上部は、上部軸受５に保持されている。プラットフォーム１３の軸受４と反対側は、翼の基部を形成しており、圧縮機によって動かされるガスが通過する。プレートのこの面は、ケーシングによって形成されるストリームの連続性を保証するように形作られている。ナットが、ブレードをハウジング内に保持しており、適切な制御部材によって駆動されるレバーが、ブレードをガスストリームの線に対して必要とされる姿勢に位置させるため、軸部の軸ＸＸを中心とするブレードの回転を制御する。相対運動は、互いに接触している表面の滑りによってもたらされる。

ガスタービンエンジンの軸流圧縮機、あるいは高炉または天然ガスなどのような空気または他のガスのみの軸流圧縮機の場合には、翼１２が全長にわたって、ガスの流れによって生み出される空気力学的な力および圧力にさらされる。これらの力のうち、加圧側から吸い込み側への方向（通常は、ピボットの軸を通過する）において翼弦に直交する向きの成分が、最大である。しかしながら、偏向が大きい場合には、この成分がこの軸から離れるように移動し得ることに留意すべきである。さらに翼は、下流と上流との間の圧力差ゆえ、上流側へと向いた軸方向の静的な圧力にもさらされる。結果としての力が、図において矢印Ｆで示されている。この結果としてモーメントが加わることとなり、４０度に到達し、あるいは４０度を超過し得る振幅にわたる軸ＸＸを中心とするピッチの回転と関連して、摩擦のきわめて大きい領域が生じる。この摩擦が、二次的に、プレートおよび／またはブシュの磨耗につながる。この摩擦のきわめて大きい第１の領域２０は、プレートの表面の一部に位置する。これが、図２に交差線で示されている。したがって、機械の通常の動作において、翼１２へと加わるこれらの傾いている力ゆえ、プレートは、この第１の領域２０においてケーシングの壁面に設けられたハウジングの表面に押し付けられる一方で、ピボットに対して正反対に位置する部位においては、押し付けの力がゼロ、またはきわめてわずかである。

航空の分野においては、余分な重量は回避されなければならず、過剰な負荷の過剰な圧力にかかわらず、機械的にせよ、空気力学的にせよ、機能を果たさない重量を取り除く試みが行われている。

本出願人も、やはり性能および信頼性を損なうことなく機械の軽量化を可能にする解決策を発見するという目的を常に有する。重量の節約は、機械の効率を向上させるとともに、運転コストの低減を可能にする。

したがって、この目的の追求において、本出願人は、可変ピッチのステータブレードに関する本発明に到達した。

本発明によれば、翼およびプレートを含み、翼が片側においてピボットによって延長されて、ピボットによってターボ機械のケーシングの穴に回転可能に取り付けられるとともに、プレートが、翼およびピボットによって形成される線に直交して翼とピボットとの間に位置しているターボ機械の可変ピッチのステータブレードが、プレートの翼とは反対側の面が、第１の領域および第２の領域を含み、第１の領域が、翼へと加わる横方向の力ゆえに、ケーシングの壁面とのきわめて強い摩擦にさらされ、第２の領域が、通常の動作において、第１の領域よりも弱い摩擦にさらされ、プレートの厚さが第２の領域において、第１の領域のプレートの厚さに比べて減じられていることを特徴とする。

従来技術の特には軸流圧縮機の可変ピッチのブレードは、ガスストリームの曲率および／または非線形性が考慮されない場合には、一様な厚さのプレートを有する。したがって、本発明によれば、ブレードのこの部位の重量を、その機能を損なうことなく、すなわちストリームの連続性を確保し、ピボットに沿った漏れを低減しつつ、軽減することが可能になる。

第２のより薄い領域は、実際には、ピボットの軸を中心として６０〜１２０度の円弧にわたって広がっている。

軸流圧縮機においては、第１の領域が、吸い込み側に位置し、第２の領域が、翼の加圧側から広がっている。

好ましくは、第２のより薄い領域は、縁によって境界付けられており、特にはこの縁の上面が、プレートの平坦な上面の延長にあり、縁は第１の領域よりも厚く、プレートの周囲とピボットとの間にシールの改善を可能にする減圧チャンバを形成している。さらに、この縁は、特には圧縮機のポンピング現象が生じたときに力の反転が生じた場合に、接触部を形成できるようにする。さらには、この構成は、部品が大きく傾くことを防止するため、機械の組み立てに関しても好都合である。

このやり方で配置された第２の領域を有するブレードを製造する簡単かつ経済的な手段は、プレートを機械加工することである。選択された工具に応じ、空洞の底部は平坦であり、湾曲しており、あるいは他の任意の形状である。

他の特徴および利点が、図面を参照する本発明の実施形態（本発明がこれに限られるわけではないが）についての以下の説明から明らかになるであろう。

図３は、ステータブレード自体のピボット１４の付近の部位を示している。プレート１３が、上方から斜視で眺められている。本発明の一実施形態によれば、プレートのケーシング３へと向いている方の面について機械加工が実行され、翼１２への力Ｆの印加から生じる圧縮力にさらされない第２の領域２２に空洞２２Ａが形成されている。ここで、この空洞２２Ａは、それ自体は知られている方法で機械加工されている。空洞の底部は平坦であるが、機械加工具の先端が球状である場合には、湾曲していてもよい。図示の形状以外の形状も可能である。さらに、機械加工の代わりに、空洞が鋳造、鍛造、または粉末冶金に由来するものであってもよい。空洞は、好ましくは、例えば６０〜１２０度の円弧にわたって広がっており、好都合には、摩擦のきわめて大きい領域を定めている円弧に対応している。この空洞の機能は、機械的特性を減じることなく、ブレードの重量を軽減することにある。したがって、結果としてのプレートの厚さは、プレートの機械的強度を確保するために充分な厚さである。プレートの周囲に縁２３が維持されていることを、見て取ることができる。この縁は、２つの機能を有する。第１は、ピボット１４が収容されているケーシングの穴を通過するターボ機械のストリームとピボット１４との間の空気の漏れを少なくする減圧チャンバを形成することにある。第２の機能は、圧縮機のポンピングなどのようなターボ機械の動作の異常から生じる力の反転の場合に、軸受面を形成することにあり、あるいは組立作業を容易にすることにある。この縁の幅は、一定である必要はない。例えば、補強すべき領域において幅がより広くてもよい。好都合には、縁の上面は、プレートのケーシングに面する平面に位置している。

プレートの上面において厚さが薄くされている解決策を説明した。しかしながら、この厚さの低減を、プレートのうちのガスストリームの側に位置する方の面に空洞を形成することによって、あるいはこの面を介してプレートを薄くすることによって実行することも、本発明の一部である。

圧縮機のケーシングに取り付けられた従来からの可変ピッチのステータブレードの例を、機械の軸に沿った断面で示す。 同じブレードを、上方から見て示す。 ブレードの本発明の特徴を有する部位の斜視図である。

符号の説明

１ ステータブレード
３ ケーシング
４ 下部軸受
５ 上部軸受
１２ 翼
１３ プレート
１４ ピボット
１６ 浮動要素
１７ 第２のピボット
１８ ロータ
２０ 第１の領域
２２ 第２の領域
２２Ａ 空洞
２３ 縁

Claims (7)

1. 翼（１２）およびプレート（１３）を含み、翼（１２）が、片側においてピボット（１４）によって延長され、ピボット（１４）によってターボ機械のケーシング（３）の穴に回転可能に取り付けられるとともに、プレート（１３）が、翼およびピボットによって形成される線に直交して翼とピボットとの間に位置しているターボ機械の可変ピッチのステータブレードであって、
   プレートの翼とは反対側の面が、第１の領域（２０）および第２の領域（２２）を含み、第１の領域（２０）が、翼（１２）へと加わる横方向の力ゆえに、ケーシング（３）の壁面とのきわめて強い摩擦にさらされ、プレートの厚さが第２の領域（２２）において、第１の領域（２０）のプレートの厚さに比べて減じられており、
   第２の領域（２２）のより薄い部分が、プレート（１３）の周囲とピボット（１４）との間に減圧チャンバを形成するため、縁（２３）によって境界付けされていることを特徴とする、ブレード。
2. 第２の領域（２２）のより薄い部分が、ピボット（１４）を中心として６０〜１２０度の円弧にわたって広がっている、請求項１に記載のブレード。
3. 第１の領域が、吸い込み側に位置し、第２の領域が、翼の加圧側から広がっている、請求項１に記載のブレード。
4. 第２の領域（２２）のより薄い部分が、プレート（１３）を機械加工することによって得られた空洞を形成している、請求項１から３のいずれか一項に記載のブレード。
5. 空洞が、平坦な底部または湾曲した底部を有する、請求項４に記載のブレード。
6. 空洞が、円弧にて細長い、請求項４または５に記載のブレード。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のステータブレードを少なくとも１つ含む、ターボ機械。

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