JPH0312201B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は概して制御機構に係り、より具体的に
は、ハウジングを有している軸流タービン装置す
なわち軸流タービン機構の入口ガイドベーンすな
わちステータベーンのための制御機構の新規な、
そして改良された構造体に係り、その制御機構
は、ハウジング内に配備されていてステータベー
ンを制御するべく軸線方向に移動可能な軸線方向
制御スリーブと、ハウジングに枢動可能に軸承さ
れた枢支軸及び軸線方向制御スリーブに枢動可能
に軸承されたアームを有していて該軸線方向制御
スリーブを軸線方向に移動せしめるための制御ヨ
ークとを有している。

一般的に言つて、本発明の制御機構は軸流ター
ビン装置すなわち軸流タービン機械の入口ガイド
ベーンすなわちステータベーンを制御するべく意
図されており、その軸流タービン装置のハウジン
グの内部には制御スリーブが配備されており、そ
の制御スリーブの軸線方向の移動によつて入口ガ
イドベーンすなわちステータベーンが制御される
ようになつており、その制御スリーブの軸線方向
移動は制御ヨークによつて操作され、該制御ヨー
クの枢支軸はタービン装置のハウジングに枢動可
能に軸承されており、また、該制御ヨークのアー
ムは制御スリーブに枢動可能に軸承されている。

このような制御機構は、例えば1962年９月30日
付けで特許付与されたスイス国特許第364581号、
あるいは1983年１月13日付けで公告された西ドイ
ツ国特許公告第3125639号及び同一出願人による
1982年６月14日付け出願の米国特許出願第388231
号に開示されているごとく知られており、この既
知の制御機構は、例えばターボ圧縮機、膨張ター
ビンまたはガスタービンエンジンの入口ガイドベ
ーンすなわちステータベーンの制御すなわち調節
を行つている。そして、制御スリーブが軸線方向
に移動することにより、ガイドベーンすなわちス
テータベーンはそれらの軸線のまわりで回転せし
められる。

制御スリーブとタービン装置のハウジングとの
間の熱膨張差のために、そのハウジング内に制御
スリーブを支持させるのは非常に困難なことであ
る。1974年８月14日付けで特許査定された西ドイ
ツ国特許第2235154号及びそれに対応した1974年
８月13日付けで特許査定された米国特許第
3829234号に開示されている制御スリーブの支持
構造は案内ロツドによるもので、すなわち、一方
の側に２本の長手方向位置決め用ロツドが備えら
れていると共に他方の側に水平方向の摺動を許す
２つの支持体が備えられている。この支持構造
は、比較的長い制御スリーブの場合特に適してい
るけれども、短い制御スリーブにおいては、実際
多かれ少なかれ常に生じているごとき制御力が制
御スリーブの中心に正確に作用しない場合に、時
としてかなりの大きさの摩擦力が生ぜしめられて
しまう。

支持体での回転モーメントまたは倒しモーメン
トにより生ぜしめられる摩擦力は、制御スリーブ
の支持体間の長手方向間隔が短くなればなる程大
きくなつてしまう。また、入口ガイドベーンすな
わちステータベーンを回動させる際に制御スリー
ブにねじれモーメントが作用せしめられ、それに
より、既知の形式の直線案内装置にかなりの摺動
摩擦が生ぜしめられてしまう。これら摩擦力は、
熱ガスで作動するターボ機構の場合特にかなりの
大きさのものとなり、そのかなりの大きさの摩擦
力のために自己ロツク作用すなわち焼付きが生じ
てしまう。

高温であるが故に、相対して摺動する構成部品
の材質の選定は限られており、通常の値の５倍ま
での摩擦係数を見込んでおかなければならない。
それ故、特にタービンあるいは膨張タービンのご
とき熱ガス機械の場合、摩擦抵抗を小さくするこ
とができる制御スリーブ用支持体を備えせしめる
ことが望まれている。

発明の概要 前述したことに鑑み、本発明の主たる目的は、
上述した欠点及び従来技術の構造での欠点を回避
することが可能な、タービン装置のステータベー
ンのための制御機構の新規で改良された構造体を
提供することである。

本発明の別の、そしてより具体的な目的は、制
御スリーブ用支持体がかなり低い摩擦抵抗を有し
ていて自己ロツク作用すなわち焼付きが、制御ス
リーブの長さに無関係に、且つ単純で経済的な設
計形状のスライド装置でもつて、ほとんど回避さ
れる前述した形式の制御機構の新規で改良された
構造体を提供することである。

本発明の他の重要な目的は、構造及び設計形状
が比較的単純で、極めて経済的に製造することが
でき、作動の信頼性が高く、容易に作動不能状態
とならず、最少の保守しか必要としない上述した
形式の制御機構の新規で改良された構造体を提供
することである。

上述した目的及び以下の説明から明らかになる
であろうその他の目的を達成するために、本発明
のタービン装置すなわちタービン機械のステータ
ベーンのための制御機構は、制御ヨークのアーム
に対し実質上平行をなして配備された複数の制御
リンクを有しており、各制御リンクはハウジング
の所の第１の枢支軸線と軸線方向制御スリーブの
所の第２の枢支軸線とを有しており、該制御リン
クは、制御ヨークのアームと一緒になつて、ハウ
ジングに対する軸線方向制御スリーブのための平
行四辺形リンク案内装置を形成していることを特
徴としている。すなわち、ハウジングに備えられ
た第１の枢支軸線及び軸線方向制御スリーブに備
えられた第２の枢支軸線を有している制御リンク
は制御ヨークのアームに対し実質上平行をなして
配備されており、それら制御リンクと制御ヨーク
のアームとは、ハウジングに対する軸線方向制御
スリーブのための四本バーリンクすなわち平行四
辺形リンク案内装置を形成している。

最少の摩擦状態での制御スリーブの極めて正確
な並進移動はこの平行四辺形案内装置によつて得
ることができ、かくて、制御スリーブの倒れ、す
なわち傾きはほとんど回避され、自己ロツク作用
すなわち焼付きが防止される。

制御力作用の単数または複数の係合点、すなわ
ち制御スリーブの所での制御ヨークのアームの枢
支点及び制御リンクの枢支点を、タービン装置す
なわちタービン機械の軸線の高さの所に配置さ
せ、それにより、倒しモーメントすなわち傾動モ
ーメントを可能な限り低く保つようにするのが特
に有利である。

また、本発明の場合、例えば前述した西ドイツ
国特許公告第3125639号に記載されているごとく、
制御ヨークの剛性を充分大きなものとするのが特
に有利である。尚、その西ドイツ国特許公告の開
示内容は参考として本明細書中に記載されてい
る。

添付図面を参照した以下の記載から本発明は充
分に理解されようし、また、前述した目的並びに
他の目的も明白になろう。

好適実施例の詳細な説明 以下、図面を参照して本発明の実施例について
説明するが、図示を簡明にするために、本発明の
原理及び概念を当業者に理解させるのに必要とさ
れるのに充分なだけの制御機構の構造しか図には
示されていないことは承知されたい。軸流タービ
ン装置すなわちタービン機械の入口ガイドベーン
すなわちステータベーンのための制御機構の本発
明実施例は軸流圧縮機のハウジング１に関連して
第１図に示されており、そのハウジング１内には
ロータ２が同心円関係をなして配置されており、
また、そのロータ２の周面にはロータブレード３
が備えられている。ロータ２は静止したステータ
ベーン支持ハウジングすなわち圧縮機ケーシング
４によつて囲繞されており、該ケーシング４には
調節可能な、換言すれば、中心軸線のまわりで回
動するよう軸承された入口ガイドベーンすなわち
ステータベーン５並びに固定された別のガイドベ
ーンすなわちステータベーン５′が挿入されてい
る。

最外方の、すなわち前方のステータベーンリン
グの入口ガイドベーンすなわちステータベーン５
にはそれらのベーンを調節すなわち制御するため
の制御レバー６が備えられている。それら制御レ
バー６は、軸線方向に並進移動可能な制御スリー
ブ８に備えられた環状溝７に係合している。この
制御スリーブ８が軸線方向に並進移動すなわち変
位せしめられると、制御スリーブ６は枢動せしめ
られ、それにより、ガイドベーンすなわちステー
タベーン５はそれら自身の軸線のまわりで回動せ
しめられるようになつている。別のガイドベーン
すなわちステータベーン５′は固定して取付けら
れていてもよいし、あるいは入口ガイドベーンす
なわちステータベーン５と同様に調節可能なもの
であつてもよい。

ベーン５を回動させるのに必要とされる制御レ
バー８の軸線方向並進運動は、枢支軸１０のまわ
りで枢動するようハウジング１に軸承された枢動
可能な制御ヨークすなわち調節フオーク部材１１
によつて行われる。この制御ヨーク１１のアーム
１２は枢支軸１３の所で制御スリーブ８に係合し
ていて、その制御ヨーク１１が角度αにわたつて
枢動する際に、制御スリーブ８が軸線方向の距離
Ｓだけ並進移動せしめられるようになつている。

制御ヨーク１１のアーム１２の枢支軸１３の枢
支軸線がタービン装置すなわちタービン機械の長
手方向軸線Ａの高さの所にほぼ位置するようその
枢支軸１３の位置を選定し、それにより、軸線方
向制御スリーブ８によつて形成される制御シリン
ダの中心に制御力が作用するようにし、もつて、
倒しモーメントすなわち傾動モーメントの発生を
可能な限り回避せしめるのが有利である。

制御ヨーク１１のアーム１２に対し実質上平行
をなして制御リンク１４が備えられており、該制
御リンク１４はアーム１２に対し或る距離だけ軸
線方向に離隔されていると共にハウジング１の両
側において枢支軸１５の枢支軸線のまわりで枢動
可能なようにそのハウジング１に軸承されてい
る。制御リンク１４の反対側の端部は、制御スリ
ーブ８の両側でその制御スリーブ８に係合してい
る枢支軸１６を有している。枢支軸１０及び１３
の枢支軸線間の距離すなわち間隔及び枢支軸１５
及び１６の枢支軸線間の距離すなわち間隔、並び
に枢支軸１３及び１６の枢支軸線間の距離すなわ
ち間隔及び枢支軸１０及び１５の枢支軸線間の距
離すなわち間隔は、平行四辺形リンク案内装置が
形成されるよう可能な限り正確に等しくなるよう
選定されていて、それにより、簡単で経済的な設
計形状で且つ最小の摩擦力でもつて制御スリーブ
８が軸線方向に確実且つ正確に案内されるように
なつている。

制御リンク１４の枢支軸１６の枢支軸線と軸線
Ａとの間の距離すなわち間隔は、制御ヨーク１１
の枢支軸１３の枢支軸線と軸線Ａとの間の距離す
なわち間隔とほぼ等しいのが有利であり、換言す
れば、枢支軸１３及び１６の両方の枢支軸線がタ
ービン装置すなわちタービン機械の軸線Ａの高さ
の所に位置するよう選定するのが有利である。こ
の場合、平行四辺形の長辺１３−１６及び１０−
１５は軸線Ａに対し実質上平行である。しかしな
がら、枢支軸１３及び１６の枢支軸線及び枢支軸
１０及び１５の枢支軸線が軸線Ａに対し上記とは
異なる関係をなす傾いた平行四辺形、すなわち、
平行四辺形の長辺１３−１６及び１０−１５がタ
ービン装置すなわちタービン機械の長手方向軸線
Ａに対し或る角度をなすような傾いた平行四辺形
も可能である。

制御リンク１４が枢支軸１５の枢支軸線のまわ
りで枢動し、制御ヨーク１１のアーム１２が枢支
軸１０の枢支軸線のまわりで枢動すると、制御シ
リンダすなわち制御スリーブ８の他の枢支軸１６
及び１３の枢支軸線は円弧を描いて移動し、その
円弧運動の軸線方向成分だけが、ガイドベーンす
なわちステータベーンを制御するための機能を果
たす。通常の制御移動（変位）では比較的小さい
軸線Ａに対する垂直方向成分は、環状溝７内に配
置された制御レバー６のスライドブロツク６ａ
（第２図）の充分な半径方向の遊びすなわち間隙
によつて容易に吸収することができる。

前述した通り、タービン装置すなわちタービン
機械の作動中、制御スリーブ８とハウジング１と
の間にはかなりの温度勾配が生ぜしめられるの
で、その温度勾配による熱膨張差を吸収すなわち
許容するために、制御スリーブ８の枢支軸１３及
び１６の所に、長手方向軸線Ａに対し直角をなす
半径方向の遊びすなわち間隙２１を備えせしめる
のが有利である。制御レバー８の揺動を回避せし
めるために、補助的な長手方向停止体を備えても
よい。

制御ヨーク１１の駆動は手動で行つてもよい
し、あるいは手動以外の何等かの動力で行つても
よく、その制御ヨーク１１はその制御ヨークに適
宜の位置で係合せしめられた制御すなわち調整機
構を介して作動させることができる。第３図に示
された例では、制御ヨーク１１を作動させるべく
ハンドハイール１７が備えられており、該ハンド
ホイール１７はギヤボツクス１９内のウオームギ
ヤ１８を介してウオームホイール２０に作用する
ようになつており、該ウオームホイール２０は２
つの枢支軸１０のうちの一方の枢支軸の延長端部
に固定されている。しかしながら、制御ヨーク１
１の駆動は別のやり方で行うこともでき、また、
制御ヨーク１１の駆動装置を別の位置でその制御
ヨーク１１に係合させることもできる。

本発明の範囲内で様々な変形をなすことは可能
である。例えば、制御ヨーク１１とハウジング１
との連結点を、制御ヨーク１１の頂点（第３図中
最下方部）と制御スリーブ８に対するその制御ヨ
ーク１１の連結点との間に備えせしめる代わり
に、その制御ヨーク１１のアーム１２の最外方端
部の所に備えせしめることも可能である。また、
制御ヨーク１１が連続したリングとなるようにそ
の制御ヨークの最外方両端部を互いに連結させて
安定性及び剛性を高めることも可能である。更
に、制御リンク１４の端を互いに連結させてリン
グのように形成することも可能である。

前述した環状溝７と枢動可能なレバー６を備え
た制御機構の代わりに、軸線方向に並進移動可能
なスリーブ８に組合せて任意所望の態様で作動す
る他の制御すなわち調節機構を備えることもでき
る。例えば、制御ヨーク１１の枢支点の所でな
く、その制御ヨークの頂点の所に作用する直接ス
テツプモータによつてその制御ヨークの制御を行
なうこともできる。

以上本発明の好適実施例について説明したけれ
ども、本発明はその実施例に限定されるものでな
く、前掲特許請求の範囲内で様々な改変を行うこ
とができると理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例による制御スリーブの
ための制御機構を備えた軸流圧縮機の一部分を示
す概略軸線方向断面図であり、第２図は、第１図
のA′−A″線に沿つた軸流圧縮機の概略断面図で
あり、第３図は、第１図の軸流圧縮機の軸線に対
し直角なB′−B″線に沿つた概略断面図である。 １……ハウジング、２……ロータ、３……ロー
タブレード、４……圧縮機ケーシング、５……ガ
イドベーンすなわちステータベーン、５′……固
定ガイドベーンすなわちステータベーン、６……
制御レバー、６ａ……スライドブロツク、７……
環状溝、１０……枢支軸、１１……制御ヨーク、
１２……アーム、１３……枢支軸、１４……制御
リンク、１５，１６……枢支軸、１７……ハンド
ホイール、１８……ウオームギヤ、１９……ギヤ
ボツクス、２０……ウオームホイール、２１……
半径方向の遊びすなわち間隙、Ａ……タービン装
置の軸線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジングを有している軸流タービン装置の
   ステータベーンのための制御機構にして、 前記ハウジング内に配備されていて、前記ステ
   ータベーンを制御するべく軸線方向に移動可能な
   軸線方向制御スリーブと、 前記ハウジングに枢動可能に軸承された枢支軸
   及び前記軸線方向制御スリーブに枢動可能に軸承
   されたアームとを有していて、該軸線方向制御ス
   リーブを軸線方向に移動せしめるための制御ヨー
   クと、 前記制御ヨークの前記アームに対し実質上平行
   に配備された複数の制御リンクと、を有してお
   り、 前記制御リンクの各々は前記ハウジングの所の
   第１の枢支軸線と、前記軸線方向制御スリーブの
   所の第２の枢支軸線とを有しており、 前記制御リンクは、前記制御ヨークの前記アー
   ムと一緒になつて、前記ハウジングに対する前記
   軸線方向制御スリーブのための平行四辺形リンク
   案内装置を形成していることを特徴とするステー
   タベーン制御機構。 ２ 前記タービン装置は軸線を有しており、 前記制御ヨークの前記アームを前記軸線方向制
   御スリーブに、枢支軸線上で枢動可能に軸承せし
   めるための装置が備えられており、 前記制御ヨークの前記アームの前記枢支軸線と
   前記制御リンクの前記第２の枢支軸線とは、少な
   くともほぼ、前記タービン装置の前記軸線の高さ
   の所に配置されている特許請求の範囲第１項記載
   のステータベーン制御機構。 ３ 前記軸線方向制御スリーブの所に位置してい
   る前記制御ヨークの前記枢支軸線の所での及び前
   記制御リンクの前記第２の枢支軸線の所での、前
   記タービン装置の前記軸線に対し実質上半径方向
   の移動を許容するための装置が備えられている特
   許請求の範囲第１項記載のステータベーン制御機
   構。