JP4118041B2 - 入口案内羽根とシュラウド支持体との接触構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、一般的にガスタービンエンジンに関し、より具体的には、かかるエンジン用の入口案内羽根とシュラウド支持体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
飛行中の航空機に動力を供給するために用いられるターボファンガスタービンエンジンは、一般的に、直列に流体連通している、ファン、低圧圧縮機またはブースタ、高圧圧縮機、燃焼器、高圧タービン、及び低圧タービンを含む。燃焼器は燃焼ガスを発生し、燃焼ガスは連続して高圧タービンに流れ、そこで膨張して高圧タービンを駆動し、次いで低圧タービンに流れ、そこでさらに膨張して低圧タービンを駆動する。高圧タービンは、第１のロータ軸を介して高圧圧縮機に駆動連結され、また低圧タービンは、第２のロータ軸を介してファン及びブースタの両方に駆動連結される。
【０００３】
高圧圧縮機は、一般的にエンジン及び航空機に使用するための空気を加圧するために用いられる一連の静翼段を含む。ブースタに隣接する第１圧縮機段は、円周方向に配列された片持ち梁状の複数の入口案内羽根で形成された入口案内羽根段である。入口案内羽根は、動力を得る目的と失速回避の目的で空気流を最適化するために制御装置により作動されることができる。案内羽根は、ステータケースと内側羽根シュラウドとの間に保持される。ステータケースはエンジンケースに結合される。ステータケースとシュラウドの間の空間は、高圧圧縮機を通過する空気量を規定する。シュラウドは、高圧圧縮機の空力的流路境界を与える。
【０００４】
一部のエンジンでは、入口案内羽根は、他の下流の静翼羽根と同様に１つ又はそれ以上の制御可能な羽根アクチュエータの作動により可変に作動される。羽根の外側トラニオンまたはスピンドルが、ステータケースを貫通して、レバーアームに結合される。レバーアームは、羽根アクチュエータに接続される作動リングに結合される。１つ又はそれ以上の羽根アクチュエータが、各圧縮機段の一連の円周方向に配列された静翼羽根を動かす。羽根は、ブッシュ、ワッシャ、及び外側トラニオンに螺着される止めナットの組合せによりステータケースに保持される。
【０００５】
羽根はまた、その反対側端部に内側トラニオンを備える。その内側トラニオンは、羽根を内側羽根シュラウドに保持するために用いられる。ほとんどの場合、複数の羽根が１つのシュラウドセクションにかかりそれによって保持される。複数のシュラウドセクションが、圧縮機内周の周りに全周に延びて全ての羽根を保持する。羽根の内側トラニオンは、ブッシュによりシュラウドに着脱可能に固定される。さらに、特定のシュラウドセクションの端にある２つの羽根の内側トラニオンの各々に１つずつある２つのシュラウドピンが、シュラウドセクションをその組の羽根に固定する。例えば、５つの羽根用に作られたシュラウドセクションは、ブッシュによりそれら５つの羽根の内側トラニオンに固定される。それが、内側の３つの羽根に対する唯一の固定機構である。シュラウドセクションの外側の２つの羽根はそれぞれ、保持ピンを受け入れるための半球形の切欠きを備える変更された内側トラニオンまたはスピンドルを有する。保持ピンは、ブッシュを横方向に貫通して、変更された内側トラニオンの半球形の切欠きの中に捕捉されたままとなるように設計される。
【０００６】
シュラウドセクションのグループは、共通のシュラウドリテーナまたはシールにより互いに結合される。シュラウドリテーナは、内側トラニオンの下方でシュラウドセクションのフランジまたはウィングを捕捉するように設計される。シュラウドリテーナが用いられるこれらのタービンエンジンにおいては、リテーナは、圧縮機段の内周のほぼ四分の一を覆うように形成される。つまり、それらは３６０°の内周のうちのほぼ９０°にわたって延び、それによって複数のシュラウドセクションを捕捉する。シュラウドセクションを用いて一連の羽根を互いに連結して、次いでその組のシュラウドリテーナを用いて一連のシュラウドセクションを互いに結合するのは、羽根を互いに締結することを目的としている。それは、あたかも自転車の車輪のスポークが車輪ハブに捕捉されて互いに保持されるのに非常に似ていて、シュラウドピンと協力して羽根の弛みを減少させるように設計されている。
【特許文献１】
欧州特許０７８０５４５公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
不都合なことには、高圧圧縮機の運転による絶え間ない空力的圧力による力が、内側シュラウドをステータケースに向かって無理に動かす。羽根に対してかかるその動きの応力が、ピン止めされた羽根の内側トラニオンとそのシュラウドピンとの間に種々の要素の動きを引き起こす。シュラウドピンは、羽根トラニオンに対して保持接触を殆どもたらさない。従って、圧縮機のその部分の所望の期待寿命に対して、シュラウドピンは羽根作動及びエンジン振動による空力荷重並びに摩擦には耐えることができない。従って、必要とされるものは、予想されるエンジン運転条件のもとで動き及び結果として生じる摩耗を減少させながら、羽根をシュラウドに固定するシュラウドに対する羽根の接触構造である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の要求は、回転可能な構造体を固定ケーシングに保持するための結合組立体を提供する本発明により満たされる。結合または接触組立体は、セグメント化された円弧状内側シュラウドの受口を貫通し、回転可能な構造体及び受口内に配置されかつシュラウド中の凹状穴により位置決めされるワッシャを保持するように設計されたブッシュを含む。内側シュラウドに着脱自在に結合可能でありかつ内側シュラウド上に配置されたリテーナが、ブッシュを内側シュラウドとリテーナの間に捕捉する。組立体は、圧縮機段を有するターボファンエンジンと共に使用されるのに適している。前にも述べたように、圧縮機の入口案内羽根段は、ステータケーシングと内側羽根シュラウドとの間に配置された複数の可変案内羽根を含む。本発明の接触組立体は、各羽根とシュラウドの接触組立体において、羽根のトラニオンを受け入れるための羽根シュラウドの受口内に着脱可能に保持されたブッシュを含む。組立体はまた、ブッシュまたは内側シュラウドの凹状穴肩部のどちらかの接触面と羽根のトラニオンボタンの間に配置されたワッシャを含む。最後に、シュラウドの外側表面に着脱自在に結合可能でかつシュラウド上に配置されたシュラウド封止リテーナが、ブッシュをワッシャとそのリテーナとの間に捕捉する。
【０００９】
本発明及び従来技術より優れるその利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を読めば明らかになるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
発明として見なされる主題は、本明細書の冒頭部分に詳細に指摘し明確に請求している。しかしながら、本発明は、添付の図面と共になされる以下の説明を参照すれば最もよく理解することができる。
【００１１】
図面において同一の参照符号は同じ要素を示しているが、図１は、高バイパス比ターボファンエンジン１０の長手方向の断面図を示す。エンジン１０は、長手方向の中心軸線１２の周りに直列に軸方向に流体連通する、ファン１４、ブースタ１６、高圧圧縮機１８、燃焼器２０、高圧タービン２２、及び低圧タービン２４を含む。高圧タービン２２は、第１のロータ軸２６で高圧圧縮機１８に駆動連結され、また低圧タービン２４は、第１のロータ軸２６の内側に配置された第２のロータ軸２８でブースタ１６及びファン１４の両方に駆動連結される。
【００１２】
エンジン１０の運転中に、外気は、ファン１４、ブースタ１６、及び圧縮機１８を通って流れ、次々に圧縮される。外気の１部は補助機能を行なうために抽気されるが、主加圧空気流は燃焼器２０に入り、燃焼器２０で燃料と混合されて燃焼され、高温燃焼ガスの高エネルギー流を供給する。高エネルギーガス流は、高圧タービン２２を通って流れ、そこでさらに膨張して、エネルギーが取り出され、第１のロータ軸２６を駆動する。次いでガス流は低圧タービン２４を通って流れ、そこでエネルギーが取り出され、第２のロータ軸２８、従って、ファン１４を駆動する。燃焼の使用済み生成物及び未使用ガスは、排気ダクトを通してエンジン１０から流出する。
【００１３】
図２から図４までに移れば、他の構成部品の中でも、圧縮機１８が入口案内羽根段３０、及び１組の次ぎに続く可変羽根ステータ段３２、３４、及び３６を含む。
段３０から段３６までの各々の環状寸法は、次第に小さくなり、後続のエンジン段で用いるために空気を加圧する。圧縮機１８の各段は、圧縮機１８のステータケース４０と羽根シュラウド４２との間で捕捉されている１組の円周方向に配列された羽根３８を含む。図３に詳細に示すように、実際にはシュラウド４２は１組のシュラウドセクション４２で形成される。
【００１４】
羽根３８は、１組の可変羽根アクチュエータ４４、４６により可変に作動される。羽根３８は、羽根外側トラニオン４８によりステータケース４０を貫通してアクチュエータ４４、４６に結合される。外側トラニオン４８は、ステータケース受口５０を貫通して、内側ブッシュ５２及び外側ナット５４により保持される。レバーアーム５６は、ブッシュ５２と外側ナット５４の間で捕捉される。レバーアーム５６は、連結アーム５８を介して羽根アクチュエータ４４、４６に結合される。
【００１５】
図３から図６までを参照して、羽根３８の回転はさらに、羽根３８の組を内側羽根シュラウドセクション４２のそれぞれに結合することにより可能になる。各シュラウドセクションは複数のシュラウド受口６０を含み、各受口６０は羽根３８の個々の羽根の内側トラニオン６２を受け入れるように設計される。内側トラニオン６２は、凹状肩部を有するシュラウド受口の凹み６６中に位置する接触肩部またはトラニオンボタン６４を含む。内側トラニオン６２は、受口６０中に嵌合するシュラウドブッシュ６８を用いて最初に受口６０内に捕捉される。シュラウドワッシャ７０は、トラニオンボタン６４のブッシュ面とシュラウドブッシュ６８のトラニオン面との間の中間接触区域を形成する。ワッシャ７０は、シュラウドセクション４２が上方に動くのを防止し、その捕捉する構成部品と内側トラニオン６２の間の捕捉接触区域を著しく増大させる。このことにより、案内羽根装置の寿命を延ばしかつ保守の必要性を低下させる。
【００１６】
シュラウドセクション４２はさらに、シュラウド封止リテーナ７４と互いに結合される。リテーナ７４は、シュラウドセクション４２の肩部８０、８２を捕捉するように設計された溝形部セクション７６、７８を含む。リテーナ７４は、図３に示すように、圧縮機１８の内周全体のほぼ半分にわたり延びる。リテーナ７４のこのかかる範囲は、従来使用されていた９０°のリテーナのかかる範囲より実質的に大きい。これによって、シュラウドセクション４２のグループを、またそれによって羽根３８のグループをより効果的に互いに締結する。その結果、相互接続された片持ち梁状の羽根３８に対して、スポーク効果を生じる。また、リテーナ７４のかかる範囲をより長くすることで、シュラウドセクション４２が圧縮機１８の内側の空間から離れて下方に動くのを防止するのを向上させる。従って、シュラウドと羽根の接合部への作動及び振動の影響は、減少する。
【００１７】
上述は、改良された羽根とシュラウドとの接触装置について説明したものである。この接触装置は、保持ピンを受け入れるように変更されたシュラウドトラニオン及びブッシュを備える羽根を含む全てのシュラウドトラニオンに使用されることができる。しかしながら、本発明により、これまで汚染物質が取り込まれる帯域を生じ、またシュラウドリップを作りだしていたＣ字形の切欠きなしに、今や全ての羽根及びブッシュが製造できる。本発明の特定の実施形態を説明してきたが、特許請求の範囲に記載するような本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく、本発明に対する様々な変形形態をなし得ることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の入口案内羽根結合装置を組み込んだターボファンエンジンの概略部分断面図。
【図２】 図１に示すエンジンの高圧圧縮機セクションの１部切り欠き斜視図。
【図３】 図１に示すエンジンの入口案内羽根結合装置の１部分解斜視図。
【図４】 本発明の羽根とシュラウドの結合機構を示す入口案内羽根の簡略側面図。
【図５】 本発明の羽根とシュラウドの結合機構を示す入口案内羽根の断面側面図。
【図６】 本発明の接触機構により保持された内側トラニオンを示す入口案内羽根の１部分の分解側面図。
【符号の説明】
４２ 内側シュラウド
４８ 外側トラニオン
５０ ステータケース受口
５２ 内側ブッシュ
５４ 外側ナット
５６ 作動アーム
６０ シュラウド受口
６２ 内側トラニオン
６４ トラニオンボタン
６８ シュラウドブッシュ
７０ ワッシャ
７４ シュラウドリテーナ

Claims (4)

1. 入口案内羽根段（３０）を含む圧縮機（１８）を有し、
   該入口案内羽根段（３０）はステータケーシング（４０）と内側羽根シュラウド（４２）との間に配置された複数の可変案内羽根（３８）を含み、
   該シュラウド（４２）は円弧状形状をしており、複数の円弧状シュラウドセクション（４２）で形成され、且つ、凹状穴肩部（６６）を含むガスタービンエンジンにおける、各羽根（３８）の羽根とシュラウドとの接触組立体であって、
   前記羽根（３８）のトラニオン（６２）を受け入れるための前記羽根シュラウド（４２）の受口（６０）内に着脱可能に保持されたブッシュ（６８）と、
   該ブッシュ（６８）の面または前記内側シュラウド（４２）の凹状穴肩部（６６）と前記羽根（３８）のトラニオンボタン（６４）との間に配置されたワッシャ（７０）と、
   前記シュラウド（８０、８２）の外側表面に着脱自在に結合可能であり、かつ該シュラウド上に配置されて、該シュラウド（４２）との間に前記ブッシュ（６８）を捕捉するシュラウド封止リテーナ（７４）と、
   を含み、
   前記封止リテーナ（７４）はそれぞれが前記複数の円弧状シュラウドセクション（４２）にかかる１対の単体構成部品からなり、
   前記複数の円弧状シュラウドセクション（４２）は環帯を形成し、前記単体構成部品の各々は前記環帯の外周全体の約半分にかかること
   むことを特徴とする接触組立体。
2. 前記円弧状シュラウドセクション（４２）の各々は対向するシュラウド肩部（８０、８２）を含み、前記リテーナ（７４）は前記シュラウド肩部（８０、８２）をその中に保持するための捕捉溝形部（７６、７８）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の接触組立体。
3. ガスタービンエンジン（１０）の圧縮機（１８）の案内羽根（３８）を凹状穴肩部（６６）を含む捕捉シュラウド（４２）に結合する方法であって、
   前記圧縮機は入口案内羽根段（３０）を備え、該入口案内羽根段はステータケーシング（４０）と内側羽根シュラウド（４２）との間に配置された複数の可変案内羽根（３８）を含み、該シュラウド（４２）は円弧状形状をしており、環帯を形成する複数の円弧状シュラウドセクション（４２）で形成され、且つ、凹状穴肩部（６６）を含んでおり、
   前記方法は、
   ワッシャ（７０）を前記案内羽根（３８）の内側トラニオン（６２）に取り付ける段階と、
   前記ワッシャ（７０）を前記シュラウド（４２）の捕捉受口（６０）内に配置されたブッシュ（６８）または前記シュラウド（４２）の前記凹状穴肩部（６６）と前記案内羽根（３８）の下端部との間に捕捉する段階と、
   １対の単体構成部品からなり且つ各単体構成部品が前記複数の円弧状シュラウドセクション（４２）にかかり且つ前記環帯の外周全体の約半分にかかる シュラウドリテーナ（７４）を前記捕捉シュラウド（４２）に取り付け、前記ブッシュ（６８）を前記リテーナ（７４）と前記シュラウド（４２）との間に保持する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
4. 前記円弧状シュラウドセクション（４２）の各々は対向するシュラウド肩部（８０、８２）を含み、前記リテーナ（７４）は前記シュラウド肩部（８０、８２）をその中に保持するための捕捉溝形部（７６、７８）を含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。

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