JPH0220805B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流体取扱機械用の流体流量制御アセ
ンブリを設ける方法及び装置に関する。更に詳細
には、本発明は、流体作動システムの調節自在ラ
ジアル羽根アセンブリにかかる軸方向クランプ力
を制御する方法に関する。本発明は、羽根の配向
を変化させて羽根間流路の巾を変える際、羽根と
環状平行リングを横切る可変圧力プロフイールが
羽根にかかるリングクランプ力の広範な変化を起
こすようなラジアルタービン及びコンプレツサに
応用されるものである。

ラジアルタービンやその他の流体取扱回転機械
においては、加圧流体は、円周に配列されたノズ
ル列を通つてタービンホイール、すなわちロータ
に送られる。ノズルアセンブリを通過する流体の
流量は、隣接するノズル羽根の間の流路を変える
ようにノズル羽根を旋回させて調節することによ
り変えることができる。同様に調節自在拡散羽根
もしくは翼をコンプレツサに円周配列させること
もできる。

或るタイプの可変ノズルタービンでは、ノズル
通路が一対の軸方向に隔置された平行リングの間
に配置されている回転自在の羽根の集合体によつ
て形成されている。隣接したノズル羽根のコンプ
リメンタリ部分が、隣接リング表面の部分と共に
ノズル通路を形成している。各羽根は一方のリン
グに固定されたピンに枢支され、対向しているリ
ングに付けられた第２ピンはノズル羽根のオフセ
ツトカムスロツトとかみ合つている。第２リング
すなわち作動リングを回転させることによりカム
作動が起こり各枢支ピンの回りに羽根がそろつて
回転し、隣接羽根間の距離が変わり、したがつ
て、隣接ノズル羽根間の流路が変化する。

米国特許第3232581号には、入口流体の圧力を
利用してノズルアセンブリ部品間に適当なクラン
プ力を発生させ、この力が、ノズル羽根端壁と環
状リング表面の間の漏れを防止するのに十分であ
り、しかも、ノズル調節機構の操作を妨げるほど
大きくはないような可変ノズル装置が開示されて
いる。このクランプ力は、環状ノズル作動リング
外側の最小及び最大直径のほぼ間に位置する有効
シール直径の選択によつて少なくとも一部が決定
される。このシールの働きにより、ノズル出口及
びタービンロータハウジング内の低圧流体から高
圧入口流体が分離されている。このように分離さ
れた高及び低圧ゾーンが、環状作動リングの各外
側領域に作用する。かくしてリングの外側に作用
する合力は、ノズルアセンブリ内に存在している
圧力プロフイールによつて決定され且つ作動リン
グの内側露出領域に作用している合力に対抗して
いる。この有効シール直径は、十分な大きさの正
味圧縮、すなわちクランプ力が生み出されて、内
側環状表面に対してノズル羽根端壁をシールする
ように選択されている。

米国特許第3495921号には、環状リングの内側
表面にわずかに逃げが付けられている可変ノズル
装置が開示されている。この特徴は、上記米国特
許第3232581号に記載されているような有効外側
シール直径を単に選択するだけで、ノズルアセン
ブリにかかるクランプ力を制御する方法に伴う限
界を克服するのに有用である。ノズル羽根配向を
調節して流量を制御する際にノズルアセンブリの
内側環状壁にかかる対向合力パターンが変化する
ため、正味圧縮クランプ力は一定に保たれない。
有効外側シール直径を選択する際、閉状態のノズ
ル羽根によつて少なくとも最小クランプ力が保持
されるように考慮が払われる。ノズルが開放され
ると、アセンブリ内の合力パターンの変化が作用
して、作動リング外側に作用している圧縮力に対
する抵抗を小さくし、それによつて正味クランプ
力が大きくなる。高い入口圧力を利用している用
途においては、このようにしてクランプ力が大き
くなり、ノズル調節機構の操作を妨げるような大
きさとなるに至る。

米国特許第3495921号に導入されている改良点
は、環状リングの露出内表面が、羽根の配向にか
かわらず実質上一定且つ均等な圧力を受けるよう
に環状リングにテーパーまたは逃げを設けること
により、環状リングの内側に作用する合力パター
ンの変化を制御することである。

本発明は、円周に配列され、隣接した平行な環
状表面と接触して流体流量制御アセンブリを形成
するような羽根の端壁すなわち面に加圧自在ポケ
ツトを設けたものである。このポケツトは、環状
表面の片面もしくは両面に、羽根面のポケツトと
は別に、あるいはこれと組み合せて設けてもよ
い。このポケツトは選択的に加圧されて、アセン
ブリに作用する好ましくない過大もしくは過小ク
ランプ力を補償する。

本発明の流体流量制御アセンブリは、流体入口
と流体出口を備えたハウジングを有している。こ
のハウジング内の軸に、ホイールすなわちロータ
が回転自在に取り付けられている。固定リングの
形で設けてもよい第１環状要素は、前記軸の回り
に同軸に配置されている。リングの形で設けても
よい作動リングは前記軸の回りに同軸に配置さ
れ、前記第１環状要素から軸方向に変位している
第２平行環状要素を備えている。複数の羽根すな
わち翼が、第１及び第２環状要素の対向している
第１及び第２環状クランプ表面の間で、軸の回り
に対称な円周パターンをもつて配置されて静翼を
形成している。羽根の数に等しい複数の流体流路
はこのように、第１及び第２環状要素のそれぞれ
の対向表面と羽根が協働することによつて定めら
れている。

上記羽根は、作動リングを固定リングに関して
選択的に回転することにより、各羽根の配向を変
え、同時に、各通路のスロツト横断面領域を対応
して変えることができるように、第１及び第２環
状要素すなわちリングに対して取り付けられてい
る。

第１もしくは第２環状要素のいずれかに隣接し
ている各羽根の端壁すなわち面、あるいは、該羽
根端壁の全部が、この面に沿つて流体の圧力を伝
達するための、１つ以上の流体圧力伝達通路を備
えている。この通路は一般にくぼみもしくはポケ
ツトの形態である。加圧手段と関連している羽根
に対するくぼみの相対的な形状、位置及び配向
が、第１及び第２環状表面に対する羽根の異なる
配向のための流体圧力伝達の程度及び環境を決定
する。このような要因、ならびに各羽根のくぼみ
の数は、羽根の配向が変化する際、クランプ力の
変化を最小とするように必要に合せて決定され
る。しかし、羽根面のくぼみのパターンは、アセ
ンブリ中のすべての羽根について同じであつても
よい。

羽根の端壁のくぼみが隣接している第１及び／
又は第２環状表面には、各羽根に対して１つ以上
の通路もしくはスロツトを設けてもよい。各羽根
の種々のスロツトは異なる圧力領域と連通してい
る。羽根がとりうる各種の配向の１つ以上におい
て、環状表面のスロツトは各羽根の端壁の１つ以
上のくぼみと連通している。羽根のその他の配向
について、１つ以上もしくは全部のくぼみをシー
ルしてスロツトとの連通をなくしてもよい。表面
スロツトとこのように連通しているくぼみによつ
て包囲されている領域は、全体に亘つて、流体圧
力が、そのスロツトの圧力と等しくなる傾向を一
般にもつている。

１つの環状表面の２つのスロツトを浅いリーク
通路で相互連結して、２つのスロツト及び与えら
れたくぼみの間の流体圧力伝達の変化を比較的ゆ
るやかにすることができる。この２つのスロツト
は、羽根の配向が変化したとき重なつたくぼみの
圧力変化をゆるやかにするように、唯一のくぼみ
が重なるように設計することができる。また、く
ぼみが羽根の反対側に配置されている場合には、
通し穴を設けて各羽根の２つの反対側端壁に設け
られている対応するくぼみをリンクしてもよい。
その際、第１または第２環状表面の一方だけに通
路すなわちスロツトを設けて、羽根ポケツトと選
択的に連通させればよい。

ノズル羽根に設けられたくぼみにはまた、逃し
用の絞りオリフイスを備えて、環状表面の複数の
ベントスロツトと連通する必要をなくし、また、
環状表面内に多数のベントスロツトを設ける必要
をなくこともできる。この場合、圧力伝達用だけ
であれば環状表面に唯１つのスロツトを設ければ
よい。

環状クランプ表面の片面または両面は、羽根の
１つ以上または全部に対して、くぼみまたはポケ
ツトの形の、１つ以上の流体圧力伝達通路を有し
ている。環状表面のくぼみは羽根表面のくぼみと
組み合せて、あるいは独立に使用することができ
る。一般に環状表面のくぼみは、たとえば、羽根
の配向に従つて変化する羽根により被われるよう
に設計され配置されている。ポートが、流体通路
の高圧領域と羽根面によつて囲まれている環状表
面くぼみとの間を連通し、このポートは、羽根の
選択的配向のため羽根面によつてシールされてい
る。羽根の選択配向のために、第２ポートが低圧
領域と環状表面くぼみとの間を選択的に連通して
いる。絞りオリフイスもしくはベントを環状表面
に設けて、環状表面くぼみと、たとえば低圧領域
との間を連通させてもよい。このようなくぼみが
両方の対向環状表面に設けらている場合には、対
応する羽根に通し穴を使用して、羽根の反対側の
面の環状表面くぼみをリンクしてもよい。

環状表面のくぼみの形状、位置及び配向、並び
に羽根当りのくぼみの数は、種々の羽根配向に対
して、羽根面と環状表面との間の流体圧力伝達の
程度に影響をもつている。この要素は、羽根の配
向が変化する際のクランプ力の変化を最小にする
ように必要に合せて決定される。環状表面くぼみ
のパターンはアセンブリの全部の羽根について同
じであつてもよい。

羽根表面のくぼみ及び／又は環状表面のくぼみ
の数、位置、形状及び配向、ならびに、種々のス
ロツト及び／又はポート及びベントの数、位置、
形状及び配向は、羽根端壁と隣接環状表面との間
の相互接触によつて定義される領域内の広範な圧
力変化を達成するように選択することができる。
たとえば、スロツト及び／又はポートを第１また
は第２環状表面の一方または両方に設けて、選択
された羽根配向位置に対して、流路の高流体圧力
領域から羽根当り１つ以上のくぼみに流体圧力を
選択的に伝達するようにすることができる。同様
に、流路の低圧領域を、環状表面の一方もしくは
両方に、スロツトもしくはベントを選択的に配置
することによつてくぼみと連通させてもよい。一
般にスロツトもしくはポートを設けて、くぼみに
比較的高流体圧力を伝達しし並びにくぼみから流
体圧力を逃がすことができる。

本発明は、羽根の配向を調節して流路横断面積
を変える際、羽根アセンブリにかかつてくるクラ
ンプ力を比較的一定に保持する方法を提供するも
のである。更に、羽根のくぼみを、第１及び／又
は第２環状表面の逃げもしくはテーパーと組み合
せて使用することにより、流路調節に伴つて発生
する環状表面にかかる圧力分布の変化を最小にす
ることである。この逃げを設けることに関しては
前記米国特許第3495921号を参照されたい。

本発明は、コンプレツサをはじめとして、一般
に、半径方向の流体流制御機構に応用されるもの
であるが、本発明をタービンに組み込んだものの
詳細について以下説明する。これは例示であつて
本発明を限定するものではない。

第１図において符号１０で示されている可変ノ
ズルタービンはハウジング１２を有し、このハウ
ジングには流体入口１４と軸方向流体出口１６が
設けられている。この流体入口及び出口の間に、
軸２２に取り付けられたタービンホイールすなわ
ちロータ２０を収容しているタービンホイール室
１８がある。タービンホイール２０と軸２２の円
筒対称共通軸は、流体出口１６の同じ軸と一致し
ている。軸２２はケーシング２４を通つて、ここ
では説明されない付加的な装置まで伸びている。
適当な回転シール２６及び２８がタービンホイー
ル２０とハウジング１２の間の密封性を完全に保
持している。かくして、入口１４からハウジング
１２に入る流体は、タービンホイール２０を通過
することなく出口１６に達する。適当な回転シー
ル３０も、軸２２に沿つて流体がハウジング１２
の内部に流入し且つ内部から流出しないようにし
ている。ここにその詳細は述べられていないが、
ハウジング１２の全体的な構造の詳細は第１図か
ら理解されよう。

タービンホイール２０は複数の流体流路３２を
備えていて、この流路３２は入口１４から流体を
受け入れ、出口１６にこれを排出するようになつ
ている。タービン流路３２は湾曲し、タービン軸
に垂直な方向の流入流体を受け入れ、一般に軸方
向に向いている出口１６にこの流体を排出するよ
うになつている。符号３４で示されているノズル
アセンブリは、タービンホイール２０を包囲し、
これと同軸に配置されている。ノズルアセンブリ
３４は、固定クランプリング３６とクランプリン
グの形をした作動リング３８とを備えている。複
数のノズル羽根４０は、２つのリング３６及び３
８の間にはさまれていて、これらと協働して複数
のノズル流体流路を形成している。

固定リング３６はハウジング１２の壁の環状く
ぼみ４２内に着座し、それによつて半径方向に動
かないように保持されている。作動リング３８は
環状くぼみ４４を有し、このくぼみ４４は、複数
のボルト４８によりハウジング１２内に固定され
ている軸受リング４６の軸方向に伸びている肩を
ほぼ収容している。リングシール５０は作動リン
グ３８と軸受リング４６との間に密封シールを与
えている。作動リング３８は、軸受リングに対し
て少し軸方向に動くように、またそれによつて固
定リング３６に対して動くように、軸受リング４
６と相対的に取りつけられている。

周知のとおり、ノズル系を通つて入口１４から
タービンホイール２０に送られる流体は、ノズル
流体流路内で圧力降下を起こす。このようにノズ
ル羽根４０に隣接した作動リング３８の表面に軸
方向に作用する流体圧力は、ノズルを通る圧力差
勾配によつて変化する。しかし、タービン軸に垂
直な作動リング３８の環状表面に作用する軸方向
に対抗する流体圧力は一般に２つの値を示す：す
なわち、リングシール５０の上流側で作動リング
３８の外表面に作用し、ノズルアセンブリへの上
流入口における流体圧力の値を示している高い圧
力と；作動リング３８の反対側内表面に作用し、
流体がノズルアセンブリの入口から出口に流れる
際にタービンホイール２０において流体の圧力勾
配によつて測定される低い平均圧力である。作動
リング３８に作用する正味の軸方向の力はクラン
プ力と呼ぶことができる。このクランプ力がノズ
ル羽根４０に向けられると、この力によつて作動
リング３８がノズル羽根の方向に軸方向に押しや
られる。このとき、リング３６及び３８と羽根４
０は十分にクランプされ、羽根の表面と隣接リン
グ表面との間の流体の漏れを防止する。クランプ
力が負の場合には、作動リング３８が羽根４０か
ら遠ざかるように押しやられ、羽根の隣接表面
と、リング３６及び３８との間を流体が流れるよ
うになる。

米国特許第3495921号に記載されているように、
リングシール５０の直径は、クランプ力が負とな
らないように選択することができる。更に、前記
特許に記載されているように、羽根に隣接したリ
ング３６及び／又は３８の表面に逃げを付け、あ
るいはテーパーを付けて、ノズル開口が羽根の調
整によつて変化する際ノズル圧力勾配の変化及び
それによつてクランプ力を最小にすることができ
る。

ノズル羽根４０は第２図に示されているように
エアフオイル形である。しかし、本発明において
はどんな形の羽根も使用できる。第２図に示され
ている２つのノズル羽根４０は固定クランプリン
グ３６上に配置されている。各羽根４０は枢支ピ
ン５２によりリング３６に連結され、枢支ピン５
２は、羽根とリング３６の適当な穴を貫通してい
る。リング３６に対して回転する羽根４０の回転
軸は、羽根に隣接したリング表面Ａに垂直であ
る。

作動クランプリング３８は第３図に示され、そ
の拡大部分が第４図に示されている。第１図に示
されているようにノズル羽根をはさんでいるクラ
ンプリング３６及び３８に関し、この作動リング
の表面Ｂは、表面Ａとシール接触している羽根面
と反対側の羽根４０の面とシール接触している。
ノズル羽根４０と同数のカムスロツト５４が作動
リング３８の回りに対称に配置されている。各羽
根４０は第２ピン、即ち、従動ピン５６を備え、
この従動ピン５６はノズル装置が組み立てられる
際に、対応するカムスロツト５４に受け入れられ
る。枢支ピン５２に対するカムスロツト５４の位
置に従つて、羽根４０は各枢支ピン５２に対し特
定の方向に向けられる。このスロツトは長円形で
あり且つリングの円周に対して角度をなして配置
され、中央タービン軸の回りに作動リングが回転
すると枢支ピン５２の回りに羽根４０を回転せし
める。カムスロツト５４が仮想線で示されている
第２図から理解されるように、作動リング３８の
回転方向が変化すると、対応するカムスロツト５
４内の各従動ピン５６の位置が変化する。かくし
て、枢支ピン５２に対してカムスロツト５４が動
くことにより、従動ピン５６が移動せしめられ、
即ち、従動ピン５６が枢支ピン５２を中心に回転
され、したがつて対応する枢支ピン５２に対して
羽根４０が回転せしめられる。ノズル羽根４０が
このように同時に回転することによつて、隣接羽
根間に定められる流体流路の横断面が変化する。
たとえば、第２図において、実線で示される２つ
の隣接羽根４０の位置では羽根の間に最大スペー
スが与えられる。第２図の破線で示されている２
つの羽根４０の第２位置では羽根の間のすきま通
路が小さくなつている。更にこれを小さくすると
ノズル流路を完全に閉じることができる。

作動クランプリング３８は、その外周にＵリン
ク５８を備えており、このＵリンク５８に作動ロ
ツド６０（第１図）が枢支連結されている。作動
ロツド６０を操作することによりタービン軸の回
りに作動クランプリング３８が回転し、ノズル羽
根４０が配向して、所望のノズル通路開口が得ら
れる。

米国特許第3495921号に記載されているように、
作動クランプリング３８のシール面８にかけられ
る全圧力は、ノズル羽根４０が回転してノズル流
体流路横断面を変化させる際、変化する。同様
に、固定クランプリング３６の面Ａに作用する全
流体圧力はこれに従つて変化する。面ＡとＢに作
用するこの圧力変化を最小にするため、各羽根に
は、第５〜第７図に示されているように、面Ａ及
び／又はＢとシール接触しているその平面の片面
もしくは両面に、１個以上の浅いポケツト、すな
わちくぼみが設けられている。このポケツトの
数、大きさ、形状及び配置は、羽根が取りつけら
れる特定の流体流量制御アセンブリの必要に合わ
せて決定されるが、以下例示説明のため特定のポ
ケツト系につき説明する。

第５図には３つのポケツト６２，６４及び６６
が示されており、それぞれほぼアーチ形のポート
すなわちゲート、６２ａ，６４ａ及び６６ａを備
えている。羽根４０が作動リング３８によつて回
転せしめられると、ゲート６２ａ〜６６ａが選択
的に、対応するポケツト６２〜６６に高もしくは
低流体圧力を伝える。羽根４０の面に対する、対
応するカムスロツト５４の位置は、羽根配置の３
つの場合について仮想線で示されている。ノズル
が閉じた配置では、カムスロツト５４はＣで示さ
れている位置にあり、ゲート６２ａ〜６６ａのい
ずれとも重なりをもつていない。したがつてカム
スロツト５４は、羽根４０の面及び作動リング３
８の面Ｂの間のシール接触によつて、ポケツト６
２〜６６のいずれとも流体シールされている。ノ
ズル通路を完全に開放した配置では、カムスロツ
ト５４は第５図においてＤで示されている位置に
あり、３つのゲート６２ａ〜６６ａ全部と重なつ
ている。この場合、流体圧力はカムスロツト５４
からポケツト６２〜６６に伝えられる。カムスロ
ツトはノズル羽根系の上流側に向かつて伸び、そ
こではノズル系の流体圧力が最高であるから、カ
ムスロツトは常に高い流体圧力を受けている。Ｄ
の位置では、カムスロツト５４が高い流体圧力を
ポケツト６２〜６６のそれぞれに伝達している。
中間ノズル開口配置ではカムスロツト５４は第５
図においてＥで示されている相対位置にあつて、
ゲート６２ａと６４ａだけがカムスロツトと連通
している。その場合、ポケツト６２と６４だけ
に、ノズル系の上流入口の高い流体圧力がかけら
れている。第３ポケツト６６はシールされたまま
でこの高い流体圧力はかけられていない。

作動リング３８には、複数のベントスロツト６
８も設けられ、このベントスロツト６８のそれぞ
れが、リング３８の半径方向内側に向かい、その
ために、ノズルアセンブリの下流出口の低流体圧
力領域まで伸びているネツク６８ａを備えてい
る。ベントスロツト６８の位置は第５図でノズル
羽根４０の面に重なり、完全に開放配置で示され
ている。この例では、ベントスロツト６８はこの
配置においてポケツト６２〜６６のそれぞれと連
通していない。しかし、作動クランプリング３８
がタービン軸の回りに回転して羽根４０の配置が
変化する際、各羽根４０に対応しているベントス
ロツト６８がカムスロツト５４と共に、対応して
いる羽根に対して位置を変えることは理解されよ
う。このように、第５図に示されているカムスロ
ツト５４の中間位置Ｅについては、所定の羽根４
０に対応しているベントスロツト６８はゲート６
６ａと重なつて、ポケツト６６と、ネツク６８ａ
により到達している下流低圧力領域との間に流体
圧力を伝達する。示されている中間配置では、ポ
ケツト６２及び６４は高流体圧力を受け、ポケツ
ト６６は低流体圧力を受けている。したがつて、
ポケツト６２及び６４に隣接している作動リング
表面Ｂの部分は高流体圧力を受け、ポケツト６６
に隣接している表面Ｂの部分は低流体圧力を受け
ている。同様に、カムスロツト５４がＣの位置に
ある閉じた配置では、３つのゲート６２ａ〜６６
ａが全部ベントスロツト６８と重なり、連通し、
それによつてポケツト６２〜６６内の流体圧力を
ノズルアセンブリの出口側の比較的低い値に下げ
ている。以上の記載から、流体流路が完全に開放
されていると、羽根４０の面と重なつている作動
リング表面８の部分が最大の流体圧力を受けてい
ることが理解されよう。閉じた配置では、表面Ｂ
の同じ大きさの面積が最小流体圧力を受ける。示
されている中間配置では、表面Ｂの同じ大きさの
面積が中間的な全流体圧力を受ける。

上記のようにポケツト６２〜６６は、一般的に
は、別個の段階で高圧または低圧に加圧される。
しかしながら、スロツト５４と６８は、ゲート６
２ａ〜６６ａに対して、該スロツトがこれらゲー
トと効果的に重なつて連通するように位置決めす
ることができる。ノズルアセンブリは羽根の形態
の範囲に亘つて調節されるので、カムスロツト５
４が特定のゲートと連通している状態で、スロツ
ト６８をその特定のゲートと重なるように位置決
めすることができる。このとき、ノズル通路の面
積が減少するにつれて、高流体圧力がカムスロツ
トによつて所定のポケツトに伝達されると同時
に、そのポケツトの高流体圧力がノズル系の低圧
力領域に漏れることになる。低圧ベントスロツト
にさらされているゲートの面積が大きいほど、高
圧カムスロツトに連通するゲートの面積は小さ
い。同様に、ノズル通路が大きな横断面に開放さ
れるにつれて、それぞれのポケツトゲートが、依
然として低圧ベントスロツトと流体連通している
状態で、高圧カムスロツトがそれぞれのポケツト
ゲートと重なる。このとき、流体がノズルアセン
ブリの低圧側に流れるとともに、高圧流体がゲー
トに、従つて、対応するポケツトに流入しはじめ
ることとなる。羽根４０が回転すると、ゲートの
広い領域が高圧カムスロツトにさらされ、ゲート
の狭い領域が低圧ベントスロツトにさらされる。

羽根ポケツト間に円滑な圧力変化を達成させる
別の方法はスロツト５４と６８を直接に連結する
ことである。これを行うのに、２つのスロツト５
４と６８の端部を結合するテーパーの付いた狭い
ネツクを用いることができる。このとき、羽根の
形の特定範囲内で、所定のポケツトゲートを、た
とえば２つのスロツトを連結している狭いネツク
によつてのみ流体連通にさらすことができる。こ
の場合、ゲートは高圧スロツト５４と低圧スロツ
ト６８の両者と同時に流体連通しているが、狭い
ネツクを通して、制限された速度で流体を流して
いる。

高及び低圧スロツトの設計上の変形により、所
望の、所定用途に適する羽根ポケツトの間の比較
的円滑な圧力変化を行うための可能な各種のパタ
ーンを達成することができる。ポケツト及び対応
するゲートは比較的浅いので（深さ千分の数イン
チ程度）、所定ゲートと２つのスロツト５４及び
６８の間で異なる圧力の同時連通が２つのスロツ
ト間で顕著な漏れを生じさせることはない。

第５図のポケツト６４は島７０を有している。
この島７０の表面と、隣接クランプリング表面と
の間の領域が、ポケツト６４の島の回りにかけら
れている圧力をかけられることは理解されよう。
これは事実である。というのは、島７０の上方の
領域に入る主要な漏れが、島を囲んでいるポケツ
ト６４内の加圧帯によつて与えられ、この漏れ
が、島上方の微小クリアランスによつて起こるか
らである。この島は、たとえば大きな面積をもつ
ポケツトが必要とされるような場合に、ポケツト
を形成する際に実際の目的に合うように使用する
ことができる。

第５図には羽根４０の高圧縁にほぼ沿つて第４
ポケツト７２が示されている。このポケツト７２
は羽根面の縁まで伸び、それゆえに、ノズルアセ
ンブリの高圧上流領域と流体連通し、あらゆる形
状の羽根４０に適合している。ポケツト７２の加
圧は、加圧もしくはベントスロツトを用いること
なく達成される。あらゆる形状の羽根４０のポケ
ツト７２により囲まれている作動クランプリング
３８の部分はかくして高い流体圧力を受けてい
る。このような定圧ポケツトは、所望の、所定用
途の必要に合わせて羽根４０の面の事実上どこに
でも配置することができる。

羽根ポケツトに逃げ口をつける別の方法が第６
図に示されている。ポケツト６２′，６４′及び６
６′はそれぞれ絞りベント６２′ｂ，６４′ｂ及び
６６′ｂを備えている。カムスロツト５４（示さ
れていない）が使用され、第５図に関して説明さ
れているように、高い流体圧がポケツト６２′〜
６６′にそれらのゲートによつて選択的に伝達さ
れている。しかし、クランプリング３８はベント
スロツト６８を備えていない。代りに、絞りベン
ト６２′ｂ〜６６′ｂが使用されて、各ポケツトか
ら高圧流体を逃がしている。絞りベント６２′ｂ
〜６６′ｂの横断面は、特に高圧カムスロツトを
通る流れ特性と比べて十分に小さいので、ポケツ
トのゲートがカムスロツトと整合しているところ
では、対応する絞りベントからの漏れは克服さ
れ、ポケツトはカムスロツトにかかつている高い
圧力値まで加圧される。高圧カムスロツトと連通
していないポケツトはそのポケツトの絞りベント
から低圧に排出されよう。この絞りベントはすべ
て、ノズルアセンブリの低圧出口領域と連通させ
て配置することができることが理解されよう。

ポケツトを低圧に逃がす更に別の方法として
は、羽根面と、隣接クランプリング表面との間の
ポケツトの普通の漏れを利用して、高圧カムスロ
ツトと連通していない低圧ポケツトに逃がすこと
がある。

これまでに述べた羽根ポケツトの各種の配列を
配置して、作動クランプリング３８の、羽根に隣
接した表面に作用する流体の圧力を制御すること
ができる。しかし、このポケツトは、固定クラン
プリング３６の表面Ａと接触している各羽根の端
壁に配置してもよい。その際、適当な高及び低圧
スロツトを固定クランプリング表面Ａに設けて、
羽根がその対応する枢支ピン５２の回りに回転す
る際、羽根ポケツトを選択的に加圧することもで
きる。実際には、羽根４０の両面にポケツトを設
けて、両クランプリングの各面ＡとＢに作用する
流体圧力を変えるようにすることが一般に望まし
く及び／又は必要である。一般に、使用されるポ
ケツトの数、形及び位置は、与えられた用途の必
要に合せて、羽根の両面で異なつていてもよい。
対向羽根壁の２つのポケツトパターンの間に対称
が実際上必要とされることも考えられる。第７図
にはこのポケツトパターンの間の対称が示されて
いて、作動クランプリング３８と接触している羽
根面に単一のポケツト７４が示されている。対応
するポケツト７４′は、固定クランプリング表面
Ａと接触している反対側の羽根面に仮想線で示さ
れている。穴４０ａと４０ｂは枢支ピン５２と５
６をそれぞれ収容している。

加圧スロツトと絞りベントが使用され、固定ク
ランプリング表面Ａと隣接したポケツトの加圧が
直接に制御されているが、代りに、これらの羽根
ポケツトを、羽根４０の通し穴により、作動クラ
ンプリング表面Ｂと接触している羽根面の対応す
るポケツトに連結することもできる。たとえば、
第５図では、ポケツト６２，６４及び６６はそれ
ぞれこのような流体圧力連通穴７６，７８及び８
０を備えている。ポケツト６２内の流体圧力の値
がいくらであつても、穴７６が連通している羽根
４０の反対側の面の対応するポケツト内にそれが
存在する。同様に、穴７８と８０が、固定クラン
プリング表面Ａに隣接するポケツトに、ポケツト
６４及び６６内の圧力とそれぞれ等しい圧力を確
実にかける。穴７６〜８０の横断面は十分に大き
く、作動クランプリング表面Ｂに隣接したポケツ
トの圧力変化に対応して、固定クランプリング表
面Ａに隣接したポケツトの圧力変化を比較的迅速
に行わしめる。

本発明の羽根壁ポケツトは、隣接クランプ表面
に何らかの方法、たとえばテーパー付けあるいは
溝付けにより逃げが付けられているような与えら
れた流体流量制御アセンブリに使用することがで
きる。この場合、１つ以上のポケツトが、１つ以
上の配向の羽根用の隣接した１つ以上のクランプ
表面の逃げ部分と連通してもよい。羽根ポケツト
は、このクランプ表面の逃げによつてクランプ力
を制御する方法の必須部品として組み込んでもよ
いし、クランプ表面に逃げが付けられている場合
には微調整または補正として利用することもでき
る。

第８図には、固定リング３６の変形表面A′の
一部に設けられた２つのポケツト８２と８４が示
されている。羽根４０は、第２図の如く、広く開
放されたノズル配置と、ほぼ閉じたノズル配置
で、表面セグメントA′上に仮想線で重ねて示さ
れている。カムスロツト５４の対応する位置も仮
想線で示されている。ポケツト８２はゲート８２
ａを備え、このゲート８２ａは、羽根４０が完全
に開放されるか、あるいは示されているようにほ
ぼ完全に開放された配置にあるときに、隣接した
ノズル流体流路の高圧にさらされる。その場合、
ポケツト８２はポート８２ａを通して連通されて
いる比較的高い流体圧力にさらされている。キヤ
ピラリーもしくは絞りベントオリフイス８２ｂが
ポケツト８２を、羽根４０のあらゆる配向に対し
て、他の隣接ノズル流体流路の低圧領域と連結し
ている。羽根４０が、ポート８２ａによつて高圧
流体に連通せしめられるような位置にあると、こ
の高圧流体はキヤピラリー８２ｂから十分に押し
寄せてポケツト８２内の高い流体圧力を持続させ
る。ポート８２ａをシールして流体圧力と連通さ
せないように羽根４０を配向させるためには、ポ
ケツト８２からの流体圧力をキヤピラリ８２ｂか
ら、隣接した流体流路の低圧領域に逃がしてや
る。

ポケツト８４はポート８４ａを有し、このポー
ト８４ａは、隣接した流体流れノズル通路がほぼ
閉じているような位置を除くあらゆる羽根４０の
位置で流体圧力にさらされている。その他すべて
の羽根４０の配向については、ポート８４ａはポ
ケツト８４を一般に高い流体圧力にさらしてい
る。ノズル流路は羽根４０が適当に回転すること
によつて閉じられ、高圧ポート８４ａがシールさ
れるので、第２ポート８４ｂが、隣接したノズル
流路の低圧領域と開放連通してポケツト８４から
の流体圧力を逃がす。羽根４０のあらゆる他の配
向に関し、低圧ベント８４ｂが低圧連通に対して
シールされ、高圧ポート８４ａは高い流体圧力を
ポケツト８４に伝達する。

第９図は、作動リング３８の表面Ｂにポケツト
を使用する例を示している。ポケツト８６と８
６′の２つの位置が、対応する羽根４０と４０′の
２つの位置の上に仮想線で重ねて示されており、
すべて、固定リング３６の表面Ａのセグメントを
背景として示されている。カムスロツト５４の対
応する２つの位置も示されている。作動リング３
８がタービン中心軸の回りに回転して羽根４０の
配向が適当に変化すると、作動リング表面Ｂ（示
されていない）内のポケツト８６がそれにしたが
つてタービン中心軸の回りに回転することが理解
されよう。このポケツト８６は、逃げキヤピラリ
ーすなわち絞りオリフイス８６ａを備えていて、
このオリフイス８６ａは、羽根４０と作動リング
３８のあらゆる配置に対して、隣接ノズル流体流
路の低圧領域に露出している。ポケツト８６はま
たゲート８６ｂを備え、このゲート８６ｂは、羽
根４０が完全開放配置もしくはこれに近い状態に
あるときにのみ、隣接流体流路内の高流体圧力に
さらされる。羽根４０の他のすべての配向に対し
て、ゲート８６ｂは流体連通しないでシールされ
ている。したがつて、羽根が４０′の位置にある
とき、すなわち、隣接流体流路がほぼ完全に開放
している際には、ポケツト８６は高流体圧力にさ
らされ、この高流体圧力はキヤピラリー８６ａに
押し寄せてポケツト内を高圧に保持する。羽根が
配置４０′から移動すると、ゲート８６ｂがシー
ルされ、ポケツト８６内の流体圧力はキヤピラリ
ー８６ａから低圧に逃がされる。

第８及び第９図ではクランプ表面Ａ及びＢのポ
ケツトはそれぞれの場合においてただ１つの羽根
について示されているが、ポケツトのパターンは
必要により変形を加え、あるいは加えることなく
残余の羽根についても繰り返すことができること
が理解されよう。それぞれ固定及び可動リングの
環状表面Ａ及びＢの一方もしくは両方に使用され
るポケツトの形、配向、数の変更は、羽根４０が
それぞれその枢支ピン５２の回りで回転する際の
クランプ力の変化が最小となるように、必要に合
わせて行えばよい。更に、このポケツトを、対応
する羽根に隣接した高及び／又は低圧領域にさら
すのに使用する方法は、必要により変えることが
できる。たとえば、ゲート及び／又はベントのい
かなる組み合せも使用できる。７６，７８及び８
０（第５図）の如き流体圧力連通穴を対応する羽
根４０に配置して、両環状表面ＡとＢ内のポケツ
トの間に流体圧力を伝達させることもできる。羽
根を通る流体圧力連通穴を用いて、環状表面ポケ
ツトと、対応する羽根の反対側の羽根面ポケツト
の間に流体圧力を伝達させてもよい。

与えられた羽根について２つの表面ＡとＢのポ
ケツトのパターンは同一でなくても、あるいは相
互に鏡像でなくてもよい。更に、環状表面Ａまた
はＢの一方もしくは両方のポケツトを、対応する
羽根４０の片面もしくは両面の１つ以上のポケツ
トのパターンと結合して使用してもよい。しかし
ながら、このポケツトを有する羽根面はポケツト
を備えた環状表面に隣接している。この場合、環
状表面のポケツトは羽根面のポケツトから独立し
て作動できる。代りに、羽根面ポケツトを環状表
面ポケツトと選択的に重ね合せてもよい。

８２ｂ及び８２ａの如きキヤピラリーを用いて
対応するポケツトを、高圧にさらし、たとえばポ
ケツトを低圧に選択的に逃がすのに使用されるポ
ートによつて広範囲の羽根配向をさせてもよい。
この場合、ポートにより低圧に完全に逃がされる
とき以外、ポケツトは高圧流体に連続的にさらさ
れている。各種のポート、ゲート及びベントを配
置して高及び低流体圧力を、羽根の形状に従つて
変化するくぼみに伝達してもよい。更に、羽根面
にスロツトを配置して、クランプ表面のくぼみに
対して流体圧力を伝達してもよい。たとえば、羽
根４０と作動リング３８の間の結合は、羽根のカ
ムスロツトによつて強制されているリング３８上
に取りつけられた枢支ピンを用いてもよい。この
羽根カムスロツトを使用して、同様に流体圧力を
伝達することができる。

本発明はタービン用途に限定されるものではな
く、クランプ表面の間に配置された羽根または翼
を用いるようなあらゆるタイプの流体流量制御ア
センブリに使用できることも理解されよう。たと
えば、本発明は、コンプレツサの可変翼拡散機、
あるいは一般に、流体を用いた回転機械に応用す
ることができる。

本発明は、流体流量制御アセンブリのクランプ
力を制御する方法を提供するものであつて、これ
は、平行なクランプ表面の片面もしくは両面及
び／又はクランプ表面の片面もしくは両面にポケ
ツトを設け、このポケツトが選択的に加圧され、
たとえば羽根の配置が調節される際、別の状況で
は起こるような好ましくない過剰なもしくは不足
のクランプ力を補償することにより行われる。

本発明の前記開示及び説明は、これを例示し説
明するためのものであつて、例示された装置の詳
細ならびに方法において各種の変形が、本発明の
精神から逸脱することなく、特許請求の範囲内に
おいて可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による可変ノズルタービン
の、タービン軸に沿つてとつた横断面図であり；
第２図は、可変ノズルアセンブリの一部分の拡大
平面図であつて、２個のノズル羽根を示している
が、本発明の流体圧力連通通路は有していない；
第３図は、本発明の第１図のタービンに使用でき
る作動リングの拡大平面図であり；第４図は、第
３図の作動リングの一部拡大図であり；第５図
は、ノズル羽根の平面図であつて、羽根端壁くぼ
みと羽根通し穴の系を示しており；第６図は、第
５図に示されているくぼみ系の特徴を示している
が、絞りベントを備えているノズル羽根の平面図
であり；第７図は、羽根の対向面の対応するくぼ
みの位置関係を示しているノズル羽根の斜視図で
あり；第８図は、固定リング表面の一部の平面図
であつて、仮想線で示されている対応する羽根の
２つの相対的な位置にある固定リング内の環状表
面くぼみの系を示しており；第９図は、固定リン
グの一部の平面図であつて、対応する方向に仮想
線で示されている羽根に重ねられた作動リング表
面のくぼみの２つの位置をこれも仮想線で示して
いる。 １０……可変ノズルタービン、１２……ハウジ
ング、１４……流体入口、１６……流体出口、１
８……ホイール室、２０……ロータ、２２……
軸、２４……ケーシング、３２……流路、３４…
…ノズルアセンブリ、３６……固定クランプリン
グ、３８……作動リング、４０……羽根、５２…
…枢支ピン、５４……カムスロツト、５６……従
動ピン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平行なクランプ表面の間に全体的に拘束さ
   れ、それらに対して可動な複数の羽根を有する流
   体流量制御アセンブリにおけるクランプ力を制御
   する方法であつて； (a) 圧力源と連通しているクランプ表面の一方の
   面に羽根１つにつき１つのスロツトを配置し； (b) 前記スロツトをもつたクランプ表面に隣接し
   ている各羽根面にくぼみを少なくとも１つ配置
   して、クランプ表面に対する羽根の少なくとも
   １つの外形のために、各羽根のくぼみが対応す
   るスロツトと流体連通するようにする各工程を
   含んでいる制御方法。 ２ (a) 第１及び第２の対向クランプ表面を有す
   るクランプ手段と； (b) 前記第１及び第２のクランプ表面の間にほぼ
   位置決めされ、これらと協働して流体流量を制
   御するための流体流路を構成し、各々が前記第
   １クランプ表面に隣接した第１面と前記第２ク
   ランプ表面に隣接した第２面とを有する羽根
   と； (c) 前記羽根を選択的に保持して流体流路の横断
   面を選択的に調節するための取付手段と； (d) 前記取付手段によつて保持されている前記羽
   根の配向によつて制御される際に、選択的に連
   通されるように構成され配置されているくぼみ
   及び通路とを有し；前記くぼみの各々は、前記
   クランプ面及び隣接する前記羽根面の一方にあ
   り、前記通路は、前記クランプ面及び隣接する
   前記羽根面の他方にある、ことを特徴とする流
   体流量制御アセンブリ。