JP2005291212A - ターボ機械における可変ピッチベーンシステムのためのセラミックベースのブッシング - Google Patents

Abstract

【課題】従来の欠点を軽減するセラミックブッシングを提案する。
【解決手段】本発明は、可変ピッチベーンのピボットのための円滑な軸受けを提供するためのターボ機械ケーシング内に取り付けるための、セラミックベースのブッシング１０に関する。ブッシングは、金属ジャケット１１と、前記金属ジャケットの内側壁部１１ａにろう付けによって固着されるセラミックリング１６とによって構成されている。本発明は、また、そのようなブッシングを用いてケーシングに取り付けられたピボットを伴う、可変ピッチステータベーンを有するターボ機械コンプレッサも提供する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、円滑な軸受けを作るためのセラミックベースのブッシングに関する。

より詳細には、本発明は、可変ピッチベーンのピボットのための円滑な軸受けを構成するために、ターボ機械ケーシングにおける貫通開口部内に取り付けられるセラミックベースのブッシングに関する。

ターボ機械の、特にターボジェットのコンプレッサにおいて、１セット以上のステータベーンは、可変ピッチであり得る。すなわちそのようなベーンの迎え角が、サーボ制御システムの制御のもとで飛行条件に応じて変化されることができ、サーボ制御システムは、所定のセットにおけるベーンのピボットに対するリンクを介して結合されるバンドを移動させて、バンドを予め決められたパラメータに応じて回転させ且つ軸方向に移動させる。ケーシングの振動に関連する、ベーンピッチにおけるそのような変化は、接触部品の摩損を導く。摩損は、特に、角度オフセットが小さく且つ振動の周波数が１６０ヘルツ（Ｈｚ）の近傍であるときに、増大することがわかっている。最も有害な要素は、ピボットにおけるピーニング圧力であり、ピーニング圧力は、部品の強度に対して有害である。

ターボ機械における可変ピッチシステムについては、非潤滑媒体で動作させる必要によって構成される特別な制約がある。ドライルーブのみが、接触条件を改善し且つ部品の寿命を増長することが予想され得る。

それらの必要性を満足すべく、２００３年１月１６日に出願され、且つ仏国特許第２８５０１３８号公報として２００４年７月２３日に発行された、仏国特許出願公開第０３／００４３５号において、本出願人は、その内部に、鉄、ニッケル、またはコバルトに基づくピボット、あるいは鉄、ニッケル、またはコバルトに基づく焼きばめインサートを有する金属ピボットが、ベーンピボットと円滑な軸受けとの間の連続的な接触の間に作られ、潤滑剤として作用する鉄、ニッケル、またはコバルトの酸化物を伴って配置された、セラミックブッシングを備える円滑な軸受けを提案している。

ブッシングを作るための材料としてのセラミックの使用を制限する要素の１つは、それらの脆性およびそれらの低い靭性である。それゆえ、ケーシングに取り付けられる間に、さもなければ動作中に、ケーシングの金属とセラミックとの間の異なる膨張係数に起因して、およびシステムによって受け入れられる衝撃に起因して、ブッシングが壊れるということが起こる。
仏国特許出願公開第０３／００４３５号明細書

本発明の目的とするところは、上述された欠点を軽減するセラミックブッシングを提案することにある。

本発明によれば、この目的は、ブッシングが、金属ジャケットと、前記金属ジャケットの内側壁部にろう付けによって固着されるセラミックリングとによって構成されるという事実によって達成される。

金属ジャケットは、ブッシングを、それがケーシングに取り付けられている間に強化し、それによって動作中における破損を低減する。セラミックリングに何らかのクラックが存在している場合には、部品は、ろう付けによって金属ジャケットに固着されたままである。加えて、ろう付けは、異なる膨張係数を有する２つの材料間の界面として作用し、且つ膨張における差異を収容するように働く。したがって、セラミック／金属接合は一層柔軟であり、且つセラミックはより強くなる。

都合の良いことに、ジャケットは円筒であり、その端部の１つにおいて、ジャケットは、径方向外方に延びるカラーを呈している。このカラーはまた、その外側面に、ろう付けによって固着されたセラミックワッシャを呈している。

セラミックリングは、ろう付けによって固着される単一部品として作られていても良く、あるいはろう付けによって固着されている複数部品からなるものとして作られていても良い。

本発明は、また、ターボ機械のコンプレッサを提供し、このコンプレッサは、外側ケーシングと、少なくとも１セットの可変ピッチステータベーンとを有し、この可変ピッチステータベーンは、前記ケーシングを通して形成される開口部を貫通するピッチ制御ピボットと、介挿される円滑な軸受けを形成するセラミックベースの上述されたようなブッシングとを伴う。

ピボットが、スチールまたはチタンから作られているとき、ピボットは、挿入リングをさらに有し、挿入リングは、鉄、ニッケル、またはコバルトに基づく金属材料から構成され、且つピボットに焼きばめされる。

本発明の他の利点および特徴は、例を用いて与えられ且つ添付図面が参照される以下の説明を読めば明らかになる。

図１は、可変ピッチである複数セットのステータベーン３を支持する外側ケーシング２を有する、ターボ機械の高圧コンプレッサのステータを示す。

ベーン３は、ガス流ストリームにおけるケーシング２の径方向内側に延びる。それらベーンの径方向外側の領域において、各ベーン３は、円形輪郭のプレート４を呈し、このプレート４は、ケーシング２の内側面２ａに形成されているキャビティ内に受け入れられ、このプレートは、プレート４の軸線Ｘのピボット５が上に配置され、ピボット５は、ケーシング２を貫通する円筒状開口部６内に受け入れられる。ピボット５の頭部７は、制御バンド９に結合される制御アーム８を支持している。

ベーンの各セットは、それぞれ制御バンド９に結合される。制御バンドを駆動することによって、所定のセットの全てのベーン３を同時に旋回させる。

各ピボット５は、円滑な軸受けを形成すべく介挿される少なくとも１つのブッシング１０を伴って、開口部６に取り付けられている。

図２は、本発明のブッシング１０を示している。ブッシング１０は、その外側直径が実質的に開口部６の直径に等しい金属ジャケット１１と、ジャケット１１の内側壁部１１ａにろう付けによって固着されるセラミックリング１６とを備えている。参照符号１２は、セラミックリング１６の外側面とジャケット１１の内側壁部１１ａとの間に介挿された、ろう付けの層を表している。

例として、リング１６のセラミックは、アルミナから作られている。リング１６は、何らかの知られている方法によって作られる。リング１６の直径は、ジャケット１１の内側直径に実質的に等しく、且つ好ましくはジャケット１１の内側直径よりも若干小さい。ろう付け１２を構成する材料は、ジャケット１１を構成する材料の融点よりも低い融点を有する材料または合金から選択され、本来前記ジャケット材料とセラミックとの両方に濡れる。前記ろう付け材料は、また、コンプレッサが動作中であるとき、または取り付け中にブッシング１０がケーシング２に焼きばめされる間に温度が相違する場合に、セラミックが、いかなる引っ張り力または曲げ力にもさらされないように、非常に延性があり且つ冷たいときは収縮し且つ熱いときは膨張する材料から選択される。

ろう付け１２の層が、リング１６の外側表面全体を覆うので、動作中にあらわれるかもしれないいかなるクラックも、全ての部品がろう付けによって保持されるから、もはや決定的ではなく、そしてリング１６の種々の部品が、クラックの場合にジャケット１１の適正位置に保持される。リング１６は、ろう付けによってジャケット１１の内側壁部１１ａに固着された複数の部品から作られ得る。

ブッシング１０は、都合の良いことに、径方向外側向きに延びるカラー１３を呈する。カラーの面１３ａは、プレート４の端面に対する乾燥摩擦を提供すべく、ろう付けによってそれに固定されたセラミックワッシャ１４を有する。

図３および図４は、ピボット５のための円滑な軸受け２０の第１の実施形態を示している。

軸受け２０は、上述されたようなブッシング１０によって構成される底部軸受け２０ａと、例えばポリイミドからなり、セラミックの摩擦係数よりもかなり低い摩擦係数を有する材料から作られているスリーブ２２を取り囲むジャケット２１によって構成される頂部軸受け２０ｂとを備える。ブッシング１０は、ベーン３上のプレート４に近接して配置され、且つより重く負荷された軸受けに対応している。このブッシングは、相当な量の力を吸収することができ、ピボット５のより重く負荷された端部における摩損を大いに制限するのに役立つ。頂部軸受け２０ｂは、制御アーム８、および制御バンド９を作動させるのに供するアクチュエータの力を制限する。

参照符号３０は、ピボットがそれ自体、良好な摩擦特性を有する合金によって構成されていない場合に、ピボット５に焼きばめされるニッケル、コバルト、または鉄に基づく挿入リングを示している。この挿入リング３０は、都合の良いことに、プレート４の端面にカラー３１を含んでいる。

図５から図７は、ピボット５のための円滑な軸受け２０の第２の実施形態を示しており、軸受けは、両方とも図２に示されたブッシング１０のようなブッシング１０から作られた、底部軸受け２０ａおよび頂部軸受け２０ｂを呈している。

これら２つのブッシングは、より良く力を吸収し、且つ底部軸受け２０ａおよび頂部軸受け２０ｂの非常に良好な抗摩損作用によって、大いに傾斜を制限する。

可変ピッチであるステータベーンのセットを有する、ターボ機械の高圧コンプレッサの断面における半分の図である。 本発明に従ったブッシングを通る軸方向平面での断面図である。 円滑な軸受けの第１の変形実施形態を示す図である。 図３の変形実施形態の底部軸受けの拡大図である。 本発明の第２の変形実施形態を示す図である。 図５の頂部軸受けを示す拡大図である。 図５の底部軸受けを示す拡大図である。

符号の説明

２ ケーシング
３ ステータベーン
４ プレート
５ ピボット
６ 円筒状開口部
７ 頭部
８ 制御アーム
９ 制御バンド
１０ ブッシング
１１ 金属ジャケット
１１ａ 内側壁部
１２ ろう付け層
１３ カラー
１６ セラミックリング
２０ 円滑な軸受け
２０ａ 底部軸受け
２０ｂ 頂部軸受け
２１ ジャケット
２２ スリーブ
３０ 挿入リング

Claims (7)

1. 可変ピッチベーン（３）のピボット（５）のための円滑な軸受けを形成するために、ターボ機械のケーシング（２）を貫通する開口部（６）内に取り付けるためのセラミックベースのブッシングであって、該ブッシングが、金属ジャケット（１１）と、前記金属ジャケット（１１）の内側壁部（１１ａ）にろう付けによって固着されるセラミックリング（１６）とによって構成されることを特徴とする、ブッシング。
2. ジャケット（１１）が、円筒状であり、且つ端部の一方には、径方向外方へ延びるカラー（１３）を呈することを特徴とする、請求項１に記載のブッシング。
3. カラー（１３）が、外側面にろう付けによって固着されたセラミックワッシャ（１４）を有することを特徴とする、請求項２に記載のブッシング。
4. セラミックリングが、１つ以上の部品から作られていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のブッシング。
5. 外側ケーシング（２）と、前記外側ケーシング（２）を通して形成される開口部（６）を貫通するピッチ制御ピボット（５）を伴い、且つ挿入される円滑な軸受けを形成するセラミックベースのブッシングを伴う少なくとも１セットの可変ピッチステータベーン（３）とを有する、ターボ機械のコンプレッサであって、ブッシングが、請求項１から４のいずれか一項に記載のブッシングであることを特徴とする、コンプレッサ。
6. ピボット（５）は、ニッケル、鉄、またはコバルトに基づく金属材料から構成され、且つ前記ピボットに焼きばめされる挿入リング（３０）をさらに備えることを特徴とする、請求項５に記載のコンプレッサ。
7. 挿入リングが、ベーンのプレート（４）上のカラー（３１）をさらに備えることを特徴とする、請求項６に記載のコンプレッサ。

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