JP2004197742A - 可変ベーンアーム／ユニゾンリングアタッチメントシステム - Google Patents

Abstract

【課題】可変入射ベーンと共に使用するためのアタッチメントシステムが提供される。
【解決手段】アタッチメントシステム１０は、ユニゾンリング１５をベーンスピンドル２６に連結するためのベーンアーム１０２を含む。ベーンアーム１０２は、アーム部１０４と、このアーム部１０４に接続されたブシュ１０６とを有する。アタッチメントシステム１０は、ベーンアーム１０２をユニゾンリング１５に連結するためのピン１１４をさらに有する。このピン１１４は、ブシュ１０６内の内側ボア１１２内に嵌合し、二重スエージ１１６、１１８によりユニゾンリング１５に連結される。
【選択図】図６

Description

本発明は、ガスタービンエンジン内の可変入射ベーンシステムに使用するための可変ベーンアーム／ユニゾンリング／ベーンアタッチメントシステムに関する。

可変ベーンアーム１１は、ガスタービンエンジンの圧縮機セクション内のベーン８の入射角を制御するのに使用される。ベーン８は、ステージセットとして圧縮機の周囲に配置される。ベーンアーム１１は、圧縮機ケース内にマウントされた軸受内で回転する各ベーンスピンドル２６に取り付けられる。ステージ内のベーン８のセットは、エンジン軸回りに回転する周方向の同期またはユニゾン（ｕｎｉｓｏｎ）リング１５により駆動される。ベーンアーム１１は、同期リング１５からベーンスピンドル２６に動きを伝え、リング１５とベーン８の間の全ての相対的な動きに適合する必要がある。

従来のベーンアーム／ユニゾンリングアタッチメントシステム１０が、図１に例示される。この中で使用されているベーンアーム１１は、面取りリリーフ（ｃｈａｍｆｅｒｅｄ ｒｅｌｉｅｆ）１４を有するろう付けブシュ１２を組み込んで、エンジン周囲に対する平面弧内を進むベーンアーム１１とエンジン中心線回りに回転しかつ軸方向に移動するユニゾンリング１５との運動学的動きの差を可能にしている。ブシュ１２は、単一スエージとタック溶接を用いてユニゾンリング１５に取り付けられたピン１６と界接する。

図２をここで参照すると、ベーンアーム１１は、ベーンスピンドル２６内のスロット２４および２５に係合するための２つの湾曲部材２２および２３を有するテーパ無しつめ部２０を備える。

従来のベーンアーム／ユニゾンリングアタッチメントシステムは、ピンとベーンアームブシュの間の摩耗、ピン１６とユニゾンリング１５の間の連結界面での相対的な振動の可能性、およびユニゾンリング１５の内径部にあり接合面における摩耗を生じるこぼれまたはスロップ（ｓｌｏｐ）などの多くの欠点を有する。

従って、本発明の目的は、ベーンアームをユニゾンリングと可変ベーンスピンドルに取り付けるための改良されたアタッチメントシステムを提供することである。

本発明のさらなる目的は、後付け可能な上述したようなアタッチメントシステムを提供することである。

本発明のなおさらなる目的は、摩耗を最小限に抑えるように増大された軸受領域を有する上述したようなアタッチメントシステムを提供することである。

本発明のまたさらなる目的は、連結界面における相対的な振動の可能性を最小限に抑える上述したようなアタッチメントシステムを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、ダンピングを生成しかつ連結スロップ／ヒステリシスを排除する上述したようなアタッチメントシステムを提供することである。

上述した目的は、本発明のアタッチメントシステムにより達成される。

本発明に従うと、可変入射ベーンシステムに使用するためのアタッチメントシステムが提供される。アタッチメントシステムは、ユニゾンリングを可変ベーンスピンドルに連結するためのベーンアームを備える。ベーンアームは、アーム部と、アーム部に接続されたブシュとを有する。アタッチメントシステムは、ベーンアームをユニゾンリングに連結するためのピンをさらに備える。ピンは、ブシュ内に嵌合し、二重スエージによりユニゾンリングに連結される。

さらに、本発明は、アーム部と、アーム部に接続されたブシュとを有するベーンアームに関する。アーム部は、厚みを有し、ブシュの上面と下面の間の隙間が、ブシュの上面および下面の接触とそれに伴う摩耗のどのような可能性も排除するのに十分なまま、ブシュは、ユニゾンリングの断面内に嵌合するように最大化された高さを有する。

可変ベーンアーム／ユニゾンリング／ベーンアタッチメントシステムの他の詳細ばかりでなく、それに伴う他の目的および利点は、以下の詳細な説明と、同様の参照番号が同様の要素を示している添付の図面とに示される。

図面をここで参照すると、図３〜図６には、ガスタービンエンジン内の可変入射ベーンシステムに使用されるアタッチメントシステム１０に使用するための本発明に従って改良されたベーンアーム１０２が例示される。ベーンアーム１０２は、ベーンスピンドル２６およびユニゾンリング１５を連結するのに使用される。

図３および図６に示すように、ベーンアーム１０２は、厚みＴを有するアーム部１０４を備える。アーム部１０４は、ニッケル基合金などの当業技術内で知られるどのような適切な材料からも形成され得る。アーム部１０４を形成するのに使用できる適切なニッケル基合金は、インコネル７１８である。

さらに、ベーンアーム１０２は、ベーンアーム１０２に接続されたブシュ１０６を有する。好ましい構成では、ブシュ１０６は、金基合金またはニッケル基合金などのどのような適切なろう付け材料を用いるろう付けによってもベーンアーム１０２に連結される。ブシュ１０６も、インコネル７１８などのニッケル基合金から形成され得る。また、ブシュ１０６は、当業技術内で知られる他のどのような適切な金属製材料からも形成され得る。ブシュ１０６をベーンアーム１０２にろう付けするのが好ましいとはいえ、所望ならば、ブシュ１０６は、ベーンアーム１０２と一体に形成することもできる。

図４および図６から理解できるように、ブシュ１０６は上部１０８と下部１１０とを有する。上部１０８は、下部１１０の外径より大きな外径を有する。ブシュ１０６は、ブシュ１０６がまわりを回転できるピン１１４を受け入れる内側ボア１１２を有する。ブシュ１０６の特徴の１つは、ブシュ１０６が面取りリリーフを有していないことである。

ブシュ１０６は、ユニゾンリング１５の断面内に嵌合するように最大化された高さＨを有する。リング１５とブシュ１０６の上面および下面の少なくとも一方との間には隙間があって、これらの表面における接触とそれに伴う摩耗の可能性を排除する。隙間の大きさは、リング１５に対するブシュ１０６の運動学的な移動に適合するように意図されており、すなわち、ブシュ１０６は、リング１５が回転するときにピン１１４上を摺動する。

図６をここで参照すると、ベーンアーム１０２は、ボア１１２内に嵌合するような大きさとされたピン１１４によりユニゾンリング１５に連結される。ピン１１４は、第１の端部内に機械加工された第１のボア１２４と、第２の端部１２２内に機械加工された第２のボア１２６とを有する。ユニゾンリング１５とピン１１４の間の連結は、ピン１１４の第１の端部１２０における第１のスエージ１１６と、ピン１１４の第２の端部１２２における第２のスエージ１１８とによって形成される。

ピン１１４の第１の端部１２０をユニゾンリング１５にタック溶接するのは好ましくないとはいえ、所望ならば、第１の端部１２０および第２の端部１２２の少なくとも一方をタック溶接することができるであろう。当業技術内で知られるどのような適切な溶接材料も、タック溶接を形成するのに使用できる。

上述したベーンアーム／ユニゾンリングアタッチメントは、多くの重要な利点を与える。第一に、このベーンアーム／ユニゾンリングアタッチメントは、従来の可変入射ベーンハードウェアに後付け可能である。第二に、ブシュの高さが増加されることで、摩耗を最低限に抑える軸受領域が増加される。第三に、４から２に相対的な自由度が低下しており、それによって、アーム１０２とピン１１４との間の連結界面における相対的な振動の可能性が最小限に抑えられる。第四に、圧迫されたベーンアームの撓みが与える連結予負荷（ｊｏｉｎｔ ｐｒｅｌｏａｄ）によって、ダンピングが生じかつ連結スロップ／ヒステリシスが除去される。第五に、ピン１１４の二重スエージ１１６、１１８によって、ユニゾンリング１５の内径部におけるスロップが除去され、その係合面における摩耗が防止される。

また、ベーンアーム１０２は、一体に形成されたつめ部１２８を備え、つめ部１２８は、図５に示すように、ベーンスピンドル２６内の心違いのスロット２４および２５に係合するのに使用される第１の湾曲部材１３４および第２の湾曲部材１３６上にテーパ付き前縁１３０および１３２を有する。テーパ付き前縁１３０および１３２は、各湾曲部材１３４および１３６の前縁からアーム部１０４の長手軸１３８の方へ内側にテーパが付いている。すでに述べたように、第１の湾曲部材１３４は、第１の曲率半径を有し、第２の湾曲部材１３６は、第１の曲率半径とは異なる第２の曲率半径を有する。異なる曲率半径の目的は、アームがベーンに後ろ向きに取り付けられるのを防止する絶対確実な構成を提供するためである。

ベーンアーム１０２のテーパ付きつめ部１２８は、多くの利点を与える。第一に、このテーパ付きつめ部は、つめとベーンスピンドルの締まりばめにより生じる組み立てフィレット応力を低減する。第二に、テーパ付きつめ部は、ベーンアームステム撓みとベーン空気荷重により生じる応力Ｋｔを低減する。第三に、テーパ付きつめ部は、ベーンアームつめのすぐ下にある仕上げおよび検査フィレット領域を調和させまたはブレンド（ｂｌｅｎｄ）する製造能力を向上させる。

本発明に従って、上述した目的、手段、および利点を十分に満足させる可変ベーンアーム／ユニゾンリング／ベーンアタッチメントシステムが提供されたことは明らかである。本発明は、その具体的な実施態様の文脈で説明してきたけれども、他の代替物、変形物、および変更物が、上述した説明を読んだ当業者には明らかになるであろう。従って、添付の請求項の広い範囲内に含まれるこれらの代替物、変形物、および変更物を包含することが意図される。

ベーンアームとユニゾンリングの間の取り付けを示す従来のアタッチメントシステムを例示する概略図である。 図１のアタッチメントシステムの後面図である。 可変入射ベーンアタッチメントシステムに使用するための本発明に従うベーンアームの斜視図である。 本発明に従うベーンアームの断面図である。 図３のベーンアームの底面図である。 ユニゾンリングに連結された図３のベーンアームを例示する断面図である。

符号の説明

１０…アタッチメントシステム
１５…ユニゾンリング
２４、２５…スロット
２６…ベーンスピンドル
１０２…ベーンアーム
１０４…アーム部
１０６…ブシュ
１１４…ピン
１１６…第１のスエージ
１１８…第２のスエージ
１２８…つめ部
１３０、１３２…テーパ付き前縁
１３４…第１の湾曲部材
１３６…第２の湾曲部材

Claims (16)

1. アーム部とこのアーム部に接続されたブシュとを有し、ユニゾンリングおよびスピンドルを接続するためのベーンアームと、
   ブシュ内に嵌合するとともに二重スエージによりユニゾンリングに連結される、ベーンアームをユニゾンリングに接続するためのピンと、
   を備えることを特徴とする、可変入射ベーンシステムと共に使用するためのアタッチメントシステム。
2. 前記ブシュは、ろう付けによりアーム部に接続されることを特徴とする請求項１記載のアタッチメントシステム。
3. 前記ブシュは、面取りリリーフを有していないことを特徴とする請求項１記載のアタッチメントシステム。
4. 前記ベーンアームは、ベーンアームをベーンスピンドルに接続する手段をさらに有することを特徴とする請求項１記載のアタッチメントシステム。
5. 前記接続手段は、テーパ付き前縁を有するつめを含むことを特徴とする請求項４記載のアタッチメントシステム。
6. 前記ベーンスピンドルは、心違いの２つのスロットを有し、接続手段は、これらのスロットに係合するための第１の湾曲部材および第２の湾曲部材をさらに備えることを特徴とする請求項５記載のアタッチメントシステム。
7. 前記第１の湾曲部材は、第１の曲率半径を有し、第２の湾曲部材は、第２の曲率半径を有し、第１の曲率半径は、第２の曲率半径とは異なることを特徴とする請求項６記載のアタッチメントシステム。
8. ユニゾンリングを有するアタッチメントシステムに使用するためのベーンアームであって、
   アーム部と、このアーム部に接続されたブシュとを備え、
   前記アーム部は、厚みを有し、
   前記ブシュの上面と下面の間の隙間が、ブシュの上面および下面の接触とそれに伴う摩耗のどのような可能性も排除するのに十分なまま、ブシュは、ユニゾンリングの断面内に嵌合するように最大化された高さを有することを特徴とするベーンアーム。
9. 前記ベーンアームを別の構造に連結するためのテーパ付きつめ構造をさらに備えることを特徴とする請求項８記載のベーンアーム。
10. 前記テーパ付きつめ構造は、テーパ付き前縁を含むことを特徴とする請求項９記載のベーンアーム。
11. 前記テーパ付きつめ構造は、第１の曲率半径を有する第１の湾曲部材と、第２の曲率半径を有する第２の湾曲部材とを含み、第１の曲率半径は、第２の曲率半径とは異なることを特徴とする請求項１０記載のベーンアーム。
12. アーム部と、このアーム部の第１の端部にあるブシュと、このアーム部の第２の端部にある一体に形成されたテーパ付きつめ部とを備えることを特徴とする、ガスタービンエンジンに使用するためのベーンアーム。
13. 前記ブシュは、前記アーム部にろう付けされていることを特徴とする請求項１２記載のベーンアーム。
14. 前記アーム部、テーパ付きつめ部、およびブシュは、それぞれニッケル基合金から形成されていることを特徴とする請求項１２記載のベーンアーム。
15. 前記つめ部は、テーパ付き前縁を有する第１の湾曲部材と、テーパ付き前縁を有する第２の湾曲部材とを備えることを特徴とする請求項１２記載のベーンアーム。
16. 前記第１の湾曲部材は、第１の曲率半径を有し、第２の湾曲部材は、第２の曲率半径を有し、第１の曲率半径は、第２の曲率半径とは異なることを特徴とする請求項１５記載のベーンアーム。

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