可變靜葉片機構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種耐久性優(yōu)異、結構簡單且成本低的軸流壓縮機的可變靜葉片機構。一種可變靜葉片機構，其調(diào)節(jié)軸流壓縮機(2)的靜葉片(27)的安裝角度，其具備：臂(44)，其與靜葉片(27)連接；旋轉環(huán)(42)，其與臂(44)的一端部(44b)連接，并位于軸流壓縮機(2)的外殼(24)的外周；驅動機(53)，其通過使旋轉環(huán)(42)旋轉，從而經(jīng)由臂(44)使靜葉片(27)轉動；以及摩擦襯墊(67)，其安裝于外殼(24)，旋轉環(huán)(42)與摩擦襯墊(67)進行摩擦接觸。
【專利說明】可變靜葉片機構
[0001]相關申請
[0002]本申請要求2013年12月19日申請的日本專利申請2013-262426的優(yōu)先權，將其全部內(nèi)容以參照的方式引入作為本申請的一部分。
技術領域
[0003]本發(fā)明涉及一種對在燃氣渦輪發(fā)動機、渦輪冷凍機等中使用的軸流壓縮機的靜葉片的安裝角度進行調(diào)節(jié)的可變靜葉片機構。
【背景技術】
[0004]在燃氣渦輪發(fā)動機中，為了對氣體進行壓縮而使用軸流壓縮機。在燃氣渦輪發(fā)動機中，通過軸流壓縮機將吸入的空氣壓縮成高壓并引導到燃燒器。在燃燒器中燃燒的高溫高壓燃氣在渦輪中作為旋轉能被回收，然后被排出。燃氣渦輪的壓縮機在發(fā)動機啟動過程中會變成被稱為旋轉失速的不穩(wěn)定狀態(tài)。在這種不穩(wěn)定狀態(tài)下，若使燃氣渦輪發(fā)動機長時間運轉，則會形成發(fā)動機發(fā)動阻滯而無法完成啟動。
[0005]作為避免該問題的方法，采用在壓縮機中間級的抽氣、前級的可變靜葉片機構。其中，關于可變靜葉片機構，存在如下的可變靜葉片機構，即，通過一個至兩個致動器來驅動支承靜葉片的環(huán)，從而抑制靜葉片相對于周向的角度偏差(現(xiàn)有文獻1、2)。
[0006]現(xiàn)有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本專利公開2013-96341號
[0009]專利文獻2:日本專利公開2010-1821號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010](一)要解決的技術問題
[0011]然而，在專利文獻1、2所示的可變靜葉片機構的情況下，通過輥以可移動的方式對支承靜葉片的環(huán)進行支承，使得能夠調(diào)節(jié)靜葉片的安裝角度。因此，結構變得復雜且成本高，而且容易產(chǎn)生由隨時間推移劣化造成的輥的老化，使輥的更換頻度增高。
[0012]本發(fā)明的目的在于，提供一種耐久性優(yōu)異、結構簡單且成本低的軸流壓縮機的可變靜葉片機構。
[0013](二)技術方案
[0014]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的可變靜葉片機構是一種對軸流壓縮機的靜葉片的安裝角度進行調(diào)節(jié)的可變靜葉片機構，其具備:臂，其與所述靜葉片連接;旋轉環(huán)，其與所述臂的一端部連接，并位于所述軸流壓縮機的外殼的外周；驅動機，其通過使所述旋轉環(huán)旋轉，從而經(jīng)由所述臂使所述靜葉片轉動；以及摩擦襯墊，其安裝于所述外殼，所述旋轉環(huán)與所述摩擦襯墊進行摩擦接觸。
[0015]根據(jù)該結構，通過驅動機使旋轉環(huán)旋轉，通過該旋轉環(huán)的旋轉經(jīng)由臂使靜葉片轉動，來調(diào)節(jié)靜葉片的安裝角度。此時，由于所述旋轉環(huán)與安裝于外殼的摩擦襯墊進行摩擦接觸，因此能夠阻止所述旋轉環(huán)的過度旋轉而適當?shù)卣{(diào)節(jié)靜葉片的安裝角度。此外，因為不使用易老化的輥且使用了摩擦系數(shù)小的摩擦襯墊，因此耐久性優(yōu)異，結構也簡單，因此還能實現(xiàn)降低成本。
[0016]在本發(fā)明的可變靜葉片機構中，所述旋轉環(huán)能夠做成如下結構，S卩，所述旋轉環(huán)的橫截面形狀為U字形，在徑向上相向的外側環(huán)片與內(nèi)側環(huán)片之間插入有所述臂的一端部，在連接所述兩個環(huán)片的連接片的徑向內(nèi)端部形成有與所述摩擦襯墊接觸的接觸片。根據(jù)該結構，能夠通過簡單的結構有效地阻止旋轉環(huán)的過度旋轉而準確地調(diào)節(jié)靜葉片的安裝角度。
[0017]在本發(fā)明的可變靜葉片機構中，優(yōu)選地，所述臂的一端部經(jīng)由設置于所述旋轉環(huán)的球面座與所述旋轉環(huán)連接。根據(jù)該結構，在通過旋轉環(huán)的旋轉而使臂轉動時，由于臂的一端部經(jīng)由設置于所述旋轉環(huán)的球面座與所述旋轉環(huán)連接，因此臂的轉動變得順暢。
[0018]在本發(fā)明的可變靜葉片機構中，優(yōu)選地，在所述摩擦襯墊與所述外殼之間插入有墊片。根據(jù)該結構，能夠通過使用厚度不同的墊片而容易地調(diào)整摩擦襯墊的高度。
[0019]在本發(fā)明的可變靜葉片機構中，優(yōu)選地，所述摩擦襯墊通過緊固部件以可自由拆裝的方式安裝于所述外殼，在所述旋轉環(huán)的與所述緊固部件的徑向外方向相向的位置設置有使對所述緊固部件進行操作的工具插通的工具插通孔。根據(jù)該結構，能夠在不拆卸旋轉環(huán)、臂的情況下通過從工具插通孔插入工具來松緩摩擦襯墊的緊固部件，由此容易地更換摩擦襯墊或墊片。
[0020]在本發(fā)明的可變靜葉片機構中，優(yōu)選地，所述摩擦襯墊設定為在松緩緊固部件的狀態(tài)下在與徑向垂直的方向上可自由拆裝。根據(jù)該結構，通過從與徑向垂直的方向插入或拔出摩擦襯墊，從而能夠容易且迅速地對外殼拆裝摩擦襯墊。
[0021]在本發(fā)明的可變靜葉片機構中，更優(yōu)選地，所述驅動機是單個的電動致動器，設置于所述外殼的上部。根據(jù)該結構，由于電動致動器通常比油壓汽缸輕，而且還位于外殼的上部，因此與位于狹窄的下部的情況相比，組裝、分解的操作性更加良好。
[0022]權利要求書和/或說明書和/或說明書附圖所公開的至少兩種結構的任何組合也包含在本發(fā)明中。特別是，權利要求書的各權利要求的兩項以上的任何組合也包含在本發(fā)明中。
【附圖說明】
[0023]通過參考添加的附圖對以下優(yōu)選的實施方式進行說明，可更加清楚地理解本發(fā)明。但是，實施方式和附圖僅用于圖示及說明，不應用于限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由權利要求書確定。在附圖中，多張幅圖中的相同的附圖標記表示相同或與其相當?shù)牟糠帧?br>[0024]圖1是將表示采用了本發(fā)明的可變靜葉片機構的燃氣渦輪發(fā)動機的一部分剖開的概略側視圖
[0025]圖2是表示軸流壓縮機的靜葉片的葉片陣列的周向剖視圖。
[0026]圖3是將圖1的可變靜葉片機構的局部放大而詳細表示的縱剖視圖。
[0027]圖4是圖3的沿IV-1V線的剖視圖。
[0028]圖5是作為圖3的主要部分的可變靜葉片機構的放大圖。
[0029]圖6是同一可變靜葉片機構的主視圖。
[0030]圖7是摩擦襯墊的俯視圖。
[0031 ]在圖8中，(a)是表示墊片的俯視圖，(b)是表示墊片的組裝狀態(tài)的俯視圖。
[0032]圖9是將旋轉環(huán)安裝在外殼的狀態(tài)進行放大表示的側視圖。
[0033]圖10是圖9的俯視圖。
【具體實施方式】
[0034]下面，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式進行說明。圖1表示示出將采用了可變靜葉片機構的燃氣渦輪發(fā)動機的一部分剖開的概略側視圖。在圖1中，燃氣渦輪發(fā)動機I為如下結構，即，用軸流壓縮機2壓縮空氣并將其導入到燃燒器3，并且將像城市燃氣那樣的氣體燃料噴射到燃燒器3內(nèi)使其燃燒，通過該高溫高壓的燃燒氣體的能來驅動渦輪4 ο該渦輪4在驅動軸流壓縮機2的同時，驅動未圖示的發(fā)電機。
[0035]軸流壓縮機2通過配置在旋轉軸22外周面的多個動葉片23及呈多級配置在外殼24內(nèi)周面的靜葉片27的組合來壓縮從吸氣筒28吸入的空氣A，將該壓縮空氣輸送到形成為環(huán)狀的機匣(車室，chamber) 29。
[0036]燃燒器3在環(huán)狀的機匣29沿著其周向以等間隔配置有多個(例如為六個)，在機匣29內(nèi)，壓縮空氣如箭頭a所示從頂端側流入，在通過旋流器33變成旋流后被導入到燃燒器3內(nèi)的燃燒區(qū)域，并且如箭頭b所示，燃料從燃燒器3的周壁的稀釋孔(未圖示)噴射到燃燒器3內(nèi)，該燃料與壓縮空氣混合而燃燒，該高溫高壓的燃燒氣體G被送至渦輪4。
[0037]在軸流壓縮機2中，作為調(diào)節(jié)流入空氣量的空氣量調(diào)節(jié)機構，設置有可變靜葉片機構41。如圖2所示，該可變靜葉片機構41通過調(diào)整軸流壓縮機2的周向截面中的靜葉片27的安裝角度Θ來改變靜葉片27的流出角α，從而調(diào)節(jié)軸流壓縮機2的流入空氣量。在此，上述的安裝角度Θ是靜葉片27的周向線H與翼弦L(連結前緣和后緣的線)所成的角度，當調(diào)整該安裝角度Θ使流出角α變大時，空氣的軸流速度變小，流入軸流壓縮機2的空氣量減少。可變靜葉片機構41調(diào)整從軸流壓縮機2的最前級到第四個為止的四個靜葉片27的安裝角度。
[0038]接著，參照圖3和圖4對本發(fā)明的第一實施方式的可變靜葉片機構41進行說明，其中，圖3是主要部分的縱剖視圖，圖4是圖3的沿IV-1V線的剖視圖。如圖3所示，在該實施方式中，將沿著軸流壓縮機2的外殼24的周向排列的多個靜葉片27作為一級，使四級靜葉片27聯(lián)動而調(diào)整其安裝角度Θ。橫截面形狀呈U字形的圓環(huán)狀的旋轉環(huán)42在靠近各級靜葉片27的排列位置的位置處沿著外殼24的周向旋轉自如地設置在外殼24的外部。靜葉片27在其中心軸43的頂端(圖3的上端)嵌入固定有臂44的基端部44a，在作為臂44的頂端部的一端部44b連接有所述旋轉環(huán)42。
[0039]使各級旋轉環(huán)42聯(lián)動而進行旋轉，對該機構進行說明。沿著軸流壓縮機2的軸向的軸49以跨過各旋轉環(huán)42的方式位于外側，其兩端部旋轉自如地支承于外殼24。在該軸49上，四個動作杠桿50與各旋轉環(huán)42相向地固定。
[0040]如圖4所示，各動作杠桿50的自由端和旋轉環(huán)42分別通過套筒螺母51連接，該套筒螺母51的兩端部旋轉自如地安裝于各動作杠桿50的自由端和旋轉環(huán)42。此外，在軸49固定有單個的驅動杠桿52的基端部，在該驅動杠桿52的自由端連接有電動致動器30。電動致動器30將電動馬達53和被該電動馬達53驅動而進行進退的桿54收納在圓筒狀的殼體55內(nèi)。殼體55經(jīng)由支架31支承在外殼24的外表面，桿54的頂端部旋轉自如地連接至驅動杠桿52的自由端。
[0041 ]因此，當作為可變靜葉片機構41的驅動源的電動馬達53動作，在例如桿54在圖4的P方向上進出時，由于驅動杠桿52將向圖4的箭頭Ql方向轉動而使軸49旋轉，因此固定在該軸49的各動作杠桿50向圖4的箭頭Q2方向轉動，并經(jīng)由套筒螺母51推壓對應的旋轉環(huán)42使其旋轉。由此，分別與圖3所示的各旋轉環(huán)42連接的各級靜葉片27相互聯(lián)動而進行轉動，調(diào)整為規(guī)定的安裝角度Θ(圖2)。
[0042]另外，圖4所示的套筒螺母51通過在設置時調(diào)整其長度，從而能夠調(diào)整動作杠桿50的角度。此外，連接到一個旋轉環(huán)42的一級部分的靜葉片27，其安裝角度Θ全都被調(diào)整至相同角度。該調(diào)整角度按每個級各不相同，例如，以越是后級側的靜葉片27調(diào)整角度越小的方式來設定動作杠桿50、驅動杠桿52的杠桿比等。
[0043]通過圖5和圖6對作為圖3的主要部分的可變靜葉片機構進行詳細說明。如圖5所示，在設置于各靜葉片27的中心軸43的外周嵌入有由螺旋彈簧構成的彈簧體61及其底座62，在中心軸43的頂端嵌入有臂44的軸孔56，所述臂44的基端部44a與中心軸43通過像螺母那樣的緊固部件63連接。在該狀態(tài)下，通過彈簧體61來抑制臂44相對于外殼24的外周面上的安裝面24a的傾斜。
[0044]橫截面形狀為U字形的旋轉環(huán)42具有在徑向(圖5的上下方向)上相向的外側環(huán)片42a和內(nèi)側環(huán)片42b、以及連接這兩個環(huán)片42a、42b的連接片42c，在連接片42c的徑向內(nèi)端部向下方突出地形成有接觸片42d。臂44的一端部44b插入到所述兩個環(huán)片42a、42b之間，經(jīng)由設置于旋轉環(huán)42的球面座65與旋轉環(huán)42連接。球面座65被在徑向上具有中心線Cl的像螺栓那樣的軸支承構件68支承于旋轉環(huán)42。
[0045]如圖6所示，在設置于外殼24外周面的臺座35上通過像螺栓那樣的緊固部件66以能夠自由拆裝的方式安裝有摩擦襯墊67。摩擦襯墊67例如在外殼24的周向上隔開間隔設置有多個，優(yōu)選以等間隔設置。在圖6中，在外殼24的周向上以等間隔設置有八個摩擦襯墊67。旋轉環(huán)42的接觸片42d的下表面即接觸面與摩擦襯墊67的外表面接觸。旋轉環(huán)42為不銹鋼，相對于此，摩擦襯墊67的表面材料例如為石墨類的固體潤滑劑。
[0046]圖7表示摩擦襯墊67的俯視圖。如圖7所示，在該摩擦襯墊67形成有多個(例如兩個)平行的溝槽69，所述溝槽69從摩擦襯墊67的前側的一邊延伸至中央部，在各溝槽69的內(nèi)部形成有使緊固部件66的頭部插入的凹部70。通過將緊固部件66插入到溝槽69并螺入到圖5的外殼24的螺紋孔72，從而摩擦襯墊67被安裝在外殼24上。由于所述溝槽69的存在，通過松緩緊固部件66，使摩擦襯墊67在與溝槽69平行的方向A、B上移動，S卩，在與燃氣渦輪發(fā)動機1(圖1)的徑向垂直的方向上移動，從而能夠插入到旋轉環(huán)42的下側以及從旋轉環(huán)42的下側拔出。
[0047]圖8中的(a)表示墊片73，如圖8中的(a)的左側所示，墊片73的形狀與摩擦襯墊67(圖7)大致相同，形成有多個(例如兩個)平行的溝槽74。通過將該墊片73向A方向插入到圖7的摩擦襯墊67的下側，從而如圖8中的(b)那樣進行設置。通過適當?shù)馗淖冊搲|片73的厚度，從而能夠任意地調(diào)整摩擦襯墊67的高度，S卩，能夠任意地調(diào)整摩擦襯墊67的外表面的徑向位置。所述A方向和B方向與燃氣渦輪發(fā)動機1(圖1)的軸向一致。
[0048]圖9及圖10是表示本發(fā)明的第二實施方式的主視圖。如圖9所示，摩擦襯墊67通過像螺栓那樣的緊固部件66安裝在外殼24中的球面座65、65間的位置。在軸支承構件68的頭部的下側安裝有與鄰接的軸支承構件68—起防止旋轉的旋轉止動板77。
[0049]如圖10所示，在旋轉環(huán)42上的與緊固部件66在徑向外側相向的位置，貫通地形成有由在周向上長的長孔構成的工具插通孔75。從該工具插通孔75插入像螺絲刀(K y彳A)那樣的工具進行緊固部件66的擰緊和擰松。在摩擦襯墊67磨損的情況下更換摩擦襯墊67和/或墊片73時，能夠利用從工具插通孔75插入的工具松緩緊固部件66，從而容易地更換摩擦襯墊67、墊片73。
[0050]如上所述，圖4的可變靜葉片機構41在通過電動馬達53的動作使旋轉環(huán)42旋轉來調(diào)節(jié)圖3所示的靜葉片27的安裝角度時，圖5所示的旋轉環(huán)42的接觸片42d—邊與安裝在外殼24上的摩擦襯墊67進行摩擦接觸一邊進行旋轉，因此可通過大的摩擦阻力來阻止旋轉環(huán)42的過度旋轉。由此，能夠適當?shù)卣{(diào)節(jié)靜葉片27的安裝角度。此外，由于未使用易老化的輥，而是使用了摩擦系數(shù)小的摩擦襯墊67，因此耐久性優(yōu)異，結構也簡單，從而還可實現(xiàn)降低成本。
[0051]此外，旋轉環(huán)42的橫截面形狀為U字形，在徑向上相向的外側和內(nèi)側環(huán)片42a、42b之間插入有臂44的一端部44b，在連接所述兩個環(huán)片42a、42b的連接片42c的徑向內(nèi)端部形成有與摩擦襯墊67接觸的接觸片42d，因此能夠通過簡單的結構有效地阻止旋轉環(huán)42的過度旋轉，能夠準確地調(diào)節(jié)靜葉片27的安裝角度。
[0052]進而，由于臂44的一端部44b經(jīng)由設置在旋轉環(huán)42的球面座65與所述旋轉環(huán)42連接，因此在通過旋轉環(huán)42的旋轉而使臂44轉動時，雖然臂44會相對于中心軸43的軸向稍微傾斜，但這樣的傾斜移動可順暢地進行。
[0053]由于在摩擦襯墊67與外殼24之間插入有墊片73，因此能夠通過使用厚度不同的墊片73來容易地調(diào)整摩擦襯墊67的高度。特別是，在摩擦襯墊67磨損的情況下，能夠通過將墊片73更換為厚的墊片73，從而使摩擦襯墊67的高度即外表面的位置恢復到適當?shù)奈恢谩?br>[0054]在圖9所示的第二實施方式中，在旋轉環(huán)42中的與緊固部件66的徑向外方向相向的位置設置有使對緊固部件66進行操作的工具插入的工具插通孔75，因此能夠在不拆卸旋轉環(huán)42、臂44的情況下通過從工具插通孔75插入像螺絲刀那樣的工具來松緩緊固部件66，從而容易地更換摩擦襯墊67或墊片73。
[0055]如圖7所示，摩擦襯墊67及墊片73在松緩緊固部件66(圖6)的狀態(tài)下能夠在與徑向垂直的方向上自由拆裝，因此通過從與徑向垂直的方向插入(A方向)或拔出(B方向)摩擦襯墊67，由此能夠相對于外殼24容易且迅速地進行拆裝。
[0056]如圖4所示，作為調(diào)節(jié)靜葉片27的安裝角度的驅動機，使用單個電動致動器30，并將該電動致動器30設置于外殼24的上部。電動致動器30通常比液壓缸輕，而且位于外殼24的上部，因此與位于與地面的間隔窄的下部的情況相比，電動致動器30與燃氣渦輪發(fā)動機I(圖1)的組裝、分解的操作性更好。
[0057]如上所述，參照附圖對優(yōu)選的實施方式進行了說明，但本領域技術人員通過本申請的說明書能夠在顯而易見的范圍內(nèi)容易地想到各種變更及修改。因此，這樣的變更及修改應解釋為屬于由權利要求書所確定的發(fā)明的范圍。
[0058]附圖標記說明
[0059]I—燃氣渦輪發(fā)動機；
[0060]2 —軸流壓縮機；
[0061]22— 旋轉軸；
[0062]23— 動葉片；
[0063]24 — 外殼；
[0064]27— 靜葉片；
[0065]30—電動致動器(驅動機)；
[0066]41 一可變靜葉片機構；
[0067]42— 旋轉環(huán)；
[0068]42a、42b—在徑向上相向的環(huán)片;42c—連接片；
[0069]42d— 接觸片；
[0070]43—中心軸；
[0071]44 —臂；
[0072]44a ——端部；
[0073]53—電動馬達；
[0074]65一球面座；
[0075]66—緊固部件；
[0076]67—摩擦襯墊；
[0077]73 — 墊片；
[0078]75 —工具插通孔。
【主權項】
1.一種可變靜葉片機構，其調(diào)節(jié)軸流壓縮機的靜葉片的安裝角度，其具備: 臂，其與所述靜葉片連接； 旋轉環(huán)，其與所述臂的一端部連接，并位于所述軸流壓縮機的外殼的外周； 驅動機，其通過使所述旋轉環(huán)旋轉，從而經(jīng)由所述臂使所述靜葉片轉動；以及 摩擦襯墊，其安裝于所述外殼， 所述旋轉環(huán)與所述摩擦襯墊進行摩擦接觸。2.根據(jù)權利要求1所述的可變靜葉片機構，其特征在于，所述旋轉環(huán)的橫截面形狀為U字形，在徑向上相向的外側環(huán)片與內(nèi)側環(huán)片之間插入有所述臂的一端部，在連接所述兩個環(huán)片的連接片的徑向內(nèi)端部形成有與所述摩擦襯墊接觸的接觸片。3.根據(jù)權利要求1或2所述的可變靜葉片機構，其特征在于，所述臂的一端部經(jīng)由設置于所述旋轉環(huán)的球面座與所述旋轉環(huán)連接。4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的可變靜葉片機構，其特征在于，在所述摩擦襯墊與所述外殼之間插入有墊片。5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的可變靜葉片機構，其特征在于，所述摩擦襯墊通過緊固部件以可自由拆裝的方式安裝于所述外殼，在所述旋轉環(huán)的與所述緊固部件的徑向外方向相向的位置設置有使對所述緊固部件進行操作的工具插通的工具插通孔。6.根據(jù)權利要求5所述的可變靜葉片機構，其特征在于，所述摩擦襯墊設定為，在松緩緊固部件的狀態(tài)下在與徑向垂直的方向上可自由拆裝。7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的可變靜葉片機構，其特征在于，所述驅動機是單個的電動致動器，設置于所述外殼的上部。
【文檔編號】F04D29/56GK105829732SQ201480068276
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年11月26日
【發(fā)明人】池口拓也, 中山健太郎
【申請人】川崎重工業(yè)株式會社