可変入口案内翼

【課題】エンジン性能の低下を抑えることができる可変入口案内翼を提供する。
【解決手段】可変入口案内翼が取り付けられたＶＩＧＶ軸１６は、四角軸部１６ｂを有する。四角軸部１６ｂがセクタギア１３の貫通孔２０に嵌め込まれている。四角軸部１６ｂの中央には、上下方向に四角軸部１６ｂを貫通する貫通孔１６ｃが形成されている。貫通孔１６ｃの中には、ボルト２１が挿通されている。ボルト２１の先端には、凹部が形成され、その中にはコイルスプリング２２が組み込まれている。コイルスプリング２２は、セクタギア１３を介してセクタギア１３と噛み合うリングギアを押圧する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機の入口流路に配置される可変入口案内翼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機の入口流路に配置される可変入口案内翼として、例えば特開平５−１８２６６号公報に記載されるように、ガスタービンエンジンにおいて、圧縮機の追従性を向上させるために、圧縮機入口部分に可変入口案内翼を設けるものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１８２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のガスタービンでは、可変入口案内翼の回転及び各構成部品の熱膨張組付けによって各構成部品の間に隙間が生じ、エンジンの性能が十分に発揮されないおそれがあった。
【０００５】
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、エンジン性能の低下を抑えることができる可変入口案内翼を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る可変入口案内翼は、圧縮機の入口流路に配置される可変入口案内翼であって、圧縮機の回転軸の周りに回転可能なリングギアを押圧する押圧手段と、押圧手段の押圧力の大きさを調整する押圧調整手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、リングギアを押圧する押圧手段を備えるため、押圧手段の押圧力によりリングギアと隣接部品との間の隙間をなくすことが可能となる。しかも、押圧調整手段によってリングギアに対して均一に荷重を加えることが可能になるため、可変入口案内翼全体が均一に可動されることができる。その結果、エンジン性能の低下を抑えることが可能となる。
【０００８】
本発明に係る可変入口案内翼において、押圧手段は、リングギアと噛み合うセクタギアを介して、リングギアを押圧することが好適である。
【０００９】
このようにセクタギアを介してリングギアを押圧することによって、セクタギアとリングギアとの間の隙間をなくすことができ、セクタギアとリングギアとの噛み合いを確実に保持することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、エンジン性能の低下を抑えることができる可変入口案内翼を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係るセクタギアとＶＩＧＶ軸との関係を示す縦断面図である。
【図２】第１実施形態に係るセクタギアとＶＩＧＶ軸との関係を示す横断面図である。
【図３】第１実施形態の変形例を示す横断面図である。
【図４】第２実施形態に係るセクタギアとＶＩＧＶ軸との関係を示す縦断面図である。
【図５】第２実施形態に係るセクタギアとＶＩＧＶ軸との関係を示す横断面図である。
【図６】第２実施形態の変形例を示す横断面図である。
【図７】従来のガスタービンエンジンの概略構成図である。
【図８】可変入口案内翼アセンブリを示す斜視図である。
【図９】原動案内翼の取付構造を示す分解斜視図である。
【図１０】従動案内翼の取付構造を示す分解斜視図である。
【図１１】セクタギアとリングギアの軸方向はずれを防止する構造を示す分解斜視図である。
【図１２】ＶＩＧＶ駆動に関する各部品隙間の関係を示す部分断面図である。
【図１３】従来のＶＩＧＶ軸とセクタギアとの関係を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。下記の実施形態では、本発明に係る可変入口案内翼をガスタービンエンジンに適用した例を挙げて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
実施形態の説明に先立って、図７〜図１３を参照して従来のガスタービンエンジンの構造及び本発明に至った経緯について説明する。
【００１４】
図７は従来のガスタービンエンジンの概略構成図である。ガスタービンエンジン１は、圧縮機２、燃焼器３、タービン４を備え、圧縮機２とタービン４とが回転軸５によって連結されている。圧縮機２では、回転軸５の回転によって回転駆動して大気中から空気を取り込み、その取り込んだ空気を圧縮する。燃焼器３では、燃料と圧縮機２から供給される圧縮空気が混合して燃焼する。この高温高圧の燃焼ガスは、内部配管を介してタービン４に供給される。タービン４では、供給された燃焼ガスによって回転駆動して回転軸５を回転させ、燃焼ガスを排気する。
【００１５】
また、ガスタービンエンジン１は、複数枚の可変入口案内翼（ＶＩＧＶ（Variable Inlet Guide Vane））６を備えている。これらの可変入口案内翼６は、圧縮機２の入口流路に設けられ、円環状のインテークシュラウド７の全周にわたって等間隔に配置されている。可変入口案内翼６は、駆動アクチュエータ９によって角度が変化する。そして、可変入口案内翼６の角度が０°（基準角度に相当）の場合に入口流路が全開状態となり、可変入口案内翼６の角度が大きくなるほど入口流路が閉じてゆく。また、可変入口案内翼６の外側には、インレットフレーム８が配置されている。
【００１６】
図８は可変入口案内翼アセンブリを示す斜視図である。可変入口案内翼アセンブリ１０は、３２枚の可変入口案内翼６を有する。これらの可変入口案内翼６は、インテークシュラウド７の全周にわたって等間隔に取り付けられている。３２枚の可変入口案内翼６のうち、１枚の可変入口案内翼６が、駆動アクチュエータ９と連結されて駆動アクチュエータ９によって直接駆動され、残りの３１枚の可変入口案内翼６がドライブギア１１、リングギア１２及びセクタギア１３を有する駆動機構により駆動されている。以下の説明において、説明の便宜上、駆動アクチュエータ９により直接駆動される可変入口案内翼６を原動案内翼６ａとし、残りの３１枚の可変入口案内翼６を従動案内翼６ｂとする。
【００１７】
図９は、原動案内翼の取付構造を示す分解斜視図である。図９に示すように、原動案内翼６ａはＶＩＧＶ軸１４と一体である。ＶＩＧＶ軸１４の一端１４ａが駆動アクチュエータ９に連結され、他端１４ｂがインテークシュラウド７の円周に設けられた貫通孔７ａを貫通して、ドライブギア１１に固定されている。このＶＩＧＶ軸１４は、プッシュ１５を介して貫通孔７ａ内に挿嵌され、インテークシュラウド７によって保持されている。
【００１８】
ドライブギア１１は、インテークシュラウド７を挟んで原動案内翼６ａと反対する側に配置され、リングギア１２と噛み合っている。このドライブギア１１は、ＶＩＧＶ軸１４の軸方向においてロッキングナットＳ１によってＶＩＧＶ軸１４に締結固定され、更に軸方向と直交する方向においてボルトＴ１とロッキングナットＳ２とによってＶＩＧＶ軸１４に締結固定されている。リングギア１２は、圧縮機２の回転軸５の周りに回転可能に配置されている。このリングギア１２は、ドライブギア１１及びセクタギア１３と噛み合う状態で、インテークシュラウド７に組み込まれている。
【００１９】
図１０は、従動案内翼の取付構造を示す分解斜視図である。図１０に示すように、従動案内翼６ｂはＶＩＧＶ軸１６と一体である。ＶＩＧＶ軸１６は、プッシュ１５を介してインテークシュラウド７の円周に設けられた貫通孔７ａを挿嵌され、インテークシュラウド７によって保持されている。貫通孔７ａを挿通するＶＩＧＶ軸１６の片端１６ａには、セクタギア１３が装着されている。
【００２０】
セクタギア１３は、インテークシュラウド７を挟んで従動案内翼６ｂと反対する側に配置され、リングギア１２に噛み合っている。セクタギア１３には、四角形状の貫通孔１３ａが設けられている。ＶＩＧＶ軸１６には、貫通孔１３ａの形状に合わせた四角軸部１６ｂが形成されている。そして、ＶＩＧＶ軸１６とセクタギア１３とは、四角軸部１６ｂが貫通孔１３ａに嵌め込むことにより両者の位置決められ、ＶＩＧＶ軸１６の片端１６ａに螺合されるロッキングナットＳ１により締結固定されている。セクタギア１３とロッキングナットＳ１との間には、リング状のスリーブ１７とワッシャ１８とが介在されている。
【００２１】
また、可変入口案内翼アセンブリ１０は、セクタギア１３とリングギア１２の軸方向のはずれを防止するためのガイド１９を備えている。図１１は、セクタギアとリングギアの軸方向はずれを防止する構造を示す分解斜視図である。図１１に示すように、セクタギア１３とロッキングナットＳ１との間には、ガイド１９とワッシャ１８とが介在されている。ガイド１９には、ＶＩＧＶ軸１６の四角軸部１６ｂと嵌め合うための貫通穴１９ａが形成されている。ガイド１９は、リングギア１２の外周に設けられたガイド挿入溝１２ａに挿入されている。このようにガイド１９を用いることにより、支えの無いリングギア１２と駆動部から外れることを防止することができる。そして、このようなガイド１９は、合計８枚であり、インテークシュラウド７の全周に沿って等間隔に配置されている（図８参照）。具体的には、８枚のガイド１９は、隣接するガイド１９同士の間にガイド１９を設けない可変入口案内翼６を３枚配置する割合で、インテークシュラウド７の円周にわたって配設されている。
【００２２】
このように構成された３２枚の可変入口案内翼６により、駆動アクチュエータ９によってＶＩＧＶ軸１４を回転させると、ＶＩＧＶ軸１４に固定されている原動案内翼６ａ及びドライブギア１１が回転し、それに伴ってドライブギア１１に噛み合うリングギア１２が回転軸５の周りに回転する。そして、リングギア１２の回転により、リングギア１２と噛み合っているセクタギア１３が回転し、それに伴って従動案内翼６ｂが回転する。これによって、３２枚の可変入口案内翼６が回転し、角度が変化することになる。
【００２３】
上記のように一箇所の可変入口案内翼６から始まり、リングギア１２等を介して残りの可変入口案内翼６を駆動するものでは、可変入口案内翼６に不可欠な全翼同時作動や各可変入口案内翼６間の制御角及び流路面積の均一が保てるかが重要なことである。
【００２４】
図１２はＶＩＧＶ駆動に関する各部品隙間の関係を示す部分断面図である。図１２において、隙間Ａ及びＢは、可変入口案内翼６が回転するためのプッシュ１５間の隙間を示し、隙間Ｃ及びＤは、可変入口案内翼６が回転するためのインレットフレーム８間の隙間を示し、隙間Ｅは、ドライブギア１１及びセクタギア１３とリングギア１２との間の隙間を示す。
【００２５】
このように各部品が何度か回転するため、又各部品の熱膨張吸収や組み付けを考慮（ギア駆動などを含め）すると、微小であっても隙間は必要であり、これらの隙間が全ての可変入口案内翼６の同時作動及び制御指定角度のキープや各可変入口案内翼６間の流路面積の均一化を妨げている。そして、同時作動に至っては、各ギアの隙間により、かなりバラツキの大きい作動になる。
【００２６】
図１３は従来のＶＩＧＶ軸とセクタギアとの関係を示す断面図である。図１３に示すように、ＶＩＧＶ軸１６に装着されるセクタギア１３が、駆動力を伝えるＶＩＧＶ軸１６の四角軸部１６ｂに挿入され、ロッキングナットＳ１で締め付け固定されている。このため、ＶＩＧＶ軸１６の軸芯がセクタギア１３の位置を決めている。なお、ＶＩＧＶ軸１４に装着されるリングギア１２においても同様である。そして、インレットフレーム８やインテークシュラウド７におけるＶＩＧＶ軸１６の装着穴の出来栄えも同様の不具合を発生させて、リングギア１２との隙間関係は、各部品の製作精度や使用環境で独立した動きをし、発生する隙間のコントロールはほとんどできない。
【００２７】
本願発明者は、隙間Ａ〜Ｅのうち最も重要である駆動ギア間の隙間Ｅを着目し、その隙間Ｅを極力少なくすることにより、可変入口案内翼６の同時作動及び各可変入口案内翼６間の翼角及び流路面積が均一になれることを見出し、本発明に至った。
【００２８】
（第１実施形態）
以下、図１及び図２を参照して本発明の第１実施形態について説明する。なお、本実施形態に係るガスタービンエンジン、可変入口案内翼６の取り付け構造等は上述した内容と同様のため、重複説明を省略する。
【００２９】
図１は、第１実施形態に係るセクタギアとＶＩＧＶ軸との関係を示す縦断面図であり、図２は、第１実施形態に係るセクタギアとＶＩＧＶ軸との関係を示す横断面図である。図１及び図２に示すように、セクタギア１３には、四角軸部１６ｂと嵌め合う四角形状の貫通孔２０に設けられている。貫通孔２０を形成する周壁面は、四角軸部１６ｂと摺動する一対の摺動面２０ａ，２０ｂ、及び互い対面する上面２０ｃと底面２０ｄから構成されている。摺動面２０ａ，２０ｂは、ＶＩＧＶ軸１６の四角軸部１６ｂと接し、セクタギア１３の回転力をＶＩＧＶ軸１６に伝達する。一方、上面２０ｃ及び底面２０ｄと四角軸部１６ｂとの間には、極微小の隙間を有する。この隙間は、熱膨張や四角軸部１６ｂ及びセクタギア１３の出来栄えを吸収できる程度となっている。
【００３０】
四角軸部１６ｂの中央には、上下方向に四角軸部１６ｂを貫通する貫通孔１６ｃが形成されている。貫通孔１６ｃの中には、ボルト（押圧調整手段）２１が挿通されている。なお、貫通孔１６ｃには、ネジ山が形成されている。また、セクタギア１３において、ＶＩＧＶ軸１６の貫通孔１６ｃに対応する位置には、ボルト２１が挿入されるための挿入孔２３が形成されている。挿入孔２３は、貫通孔２０と連通し、底面２０ｄからセクタギア１３の内部まで延びている。ボルト２１は、セクタギア１３の外方から挿入孔２３に挿入され、四角軸部１６ｂと螺合されている。ボルト２１の先端には、凹部が形成され、その中にはコイルスプリング（押圧手段）２２が組み込まれている。
【００３１】
コイルスプリング２２は、セクタギア１３を介してセクタギア１３と噛み合うリングギア１２を押圧する。図１中の矢印Ｆは、ＶＩＧＶ軸１６をベースとしたセクタギア１３を押し付ける方向を示す。ボルト２１は、コイルスプリング２２の押圧力の大きさを調整する押圧調整手段として機能している。すなわち、ボルト２１を緩めたり締め付けしたりすることによって、コイルスプリング２２の押圧力を調整する。
【００３２】
このように構成によれば、コイルスプリング２２がセクタギア１３を介してリングギアを１２押圧することによって、両ギア間の隙間をなくすことができると共に、セクタギア１３とリングギア１２との噛み合いを確実に保持することができる。しかも、コイルスプリング２２によってリングギア１２に対して均一に荷重を加えることが可能になるため、可変入口案内翼６全体が均一に可動されることができる。その結果、エンジン性能の低下を抑えることが可能となる。
【００３３】
また、セクタギア１３はＶＩＧＶ軸１６に対し駆動力を伝えるため、両サイドは極微小隙間を有し摺動可能とし、上下の面は移動可能な隙間（熱膨張や各部品の出来栄えを吸収できる程度）を設け、更にリングギア１２に対して一定の押圧力を発生させるコイルスプリング２２をＶＩＧＶ軸１６とボルト２１により組み込まれる。また、押圧力を均等に調整できるボルト２１先端の凹部にコイルスプリング２２を配置することにより、隙間の少ないＶＩＧＶ駆動装置を得られる。このようにすれば、今まで自由であったドライブギア１１、リングギア１２及びセクタギア１３により、軸芯が出てよい駆動となるし、各部品の熱膨張を吸収できる駆動が可能となる。
【００３４】
更に。ＶＩＧＶ軸１６とセクタギア１３とが摺動できる構造となり、コイルスプリング２２によるセクタギア１３への押圧力が、噛み合うギア間の隙間をなくしながら、リングギア１２に対し全周から均一に荷重を加え、リングギア１２の芯だしをも行え、各部品の熱膨張に対しても伸びを吸収することができ、すべての可変入口案内翼６を均一に駆動させることが可能となる。
【００３５】
図３は、第１実施形態の変形例を示す断面図である。この変形例では、コイルスプリング２２が、ボルト２１先端の凹部ではなく、ボルト２１の六角部首下座面とセクタギア１３の上面の間に配置されている。このような構成によれば、第１実施形態と同様の効果を得られる。
【００３６】
（第２実施形態）
以下、図４及び図５を参照して第２実施形態について説明する。本実施形態と第１実施形態との相違点は、コイルスプリング２２に代えてプレートスプリング（押圧手段）２４を用いることである。その他の構成は上記の第１実施形態と同様のため、重複説明を省略する
【００３７】
すなわち、ボルト２１の先端と貫通孔２０の底面２０ｄとの間には、プレートスプリング２４が配置されている。プレートスプリング２４は、断面ハット形状を呈し、ボルト２１の先端と当接する平坦部２４ａ、平坦部２４ａの両側に設けられ、貫通孔２０の底面２０ｄと接する一対のフランジ部２４ｂ，２４ｃとから構成されている。
【００３８】
このように構成された第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得られる。すなわち、プレートスプリング２４がセクタギア１３を介してリングギアを１２押圧することによって、両ギア間の隙間をなくすことができると共に、セクタギア１３とリングギア１２との噛み合いを確実に保持することができる。しかも、プレートスプリング２４によってリングギア１２に対して均一に荷重を加えることが可能になるため、可変入口案内翼６全体が均一に可動されることができる。その結果、エンジン性能の低下を抑えることが可能となる。
【００３９】
図６は、第２実施形態の変形例を示す断面図である。図６に示す変形例では、プレートスプリング２４が、ボルト２１の先端ではなく、ボルト２１の六角部首下座面とセクタギア１３の上面の間に配置されている。そして、プレートスプリング２４の中央には、ボルト２１を貫通するための貫通孔２６ｄが形成されている。このような構成によれば、第２実施形態と同様の効果を得られる。
【００４０】
上記の実施形態において、セクタギア１３とＶＩＧＶ軸１６との装着について説明したが、ドライブギア１１とＶＩＧＶ軸１４との装着にも適用され、同様の効果を得られる。
【００４１】
上述した実施形態は本発明に係る可変入口案内翼の一例を説明したものであり、本発明に係る可変入口案内翼は実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に可変入口案内翼は、各請求項に記載した要旨を変更しないように実施形態に係る可変入口案内翼を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…ガスタービンエンジン、２…圧縮機、５…回転軸、６…可変入口案内翼、６ａ…原動案内翼、６ｂ…従動案内翼、１１…ドライブギア、１２…リングギア、１３…セクタギア、２１…ボルト（押圧調整手段）、２２…コイルスプリング（押圧手段）、２４…プレートスプリング（押圧手段）。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機の入口流路に配置される可変入口案内翼であって、
前記圧縮機の回転軸の周りに回転可能なリングギアを押圧する押圧手段と、
前記押圧手段の押圧力の大きさを調整する押圧調整手段と、
を備えることを特徴とする可変入口案内翼。
【請求項２】
前記押圧手段は、前記リングギアと噛み合うセクタギアを介して、前記リングギアを押圧することを特徴とする請求項１に記載の可変入口案内翼。

【図１】