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JP3165211B2 - ガスタービンエンジンのタービンのノズル案内翼の調整装置 - Google Patents

ガスタービンエンジンのタービンのノズル案内翼の調整装置

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JP3165211B2
JP3165211B2 JP00850692A JP850692A JP3165211B2 JP 3165211 B2 JP3165211 B2 JP 3165211B2 JP 00850692 A JP00850692 A JP 00850692A JP 850692 A JP850692 A JP 850692A JP 3165211 B2 JP3165211 B2 JP 3165211B2
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JP
Japan
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casing
spokes
turbine
support ring
ring
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JP00850692A
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JPH04303136A (ja
Inventor
クリスチャン・グロイネ
ヘルムット・グレース
ジョージ・ゾッツ
Original Assignee
エムテーウー・モートレン−ウント・ツルビーネン−ウニオン・ミュンヘン・ゲセルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
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Publication date
Application filed by エムテーウー・モートレン−ウント・ツルビーネン−ウニオン・ミュンヘン・ゲセルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング filed Critical エムテーウー・モートレン−ウント・ツルビーネン−ウニオン・ミュンヘン・ゲセルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、タービンケーシングの
外側に調整リングが調整レバーを介してノズル案内翼と
連結され、且つ転動体を含む回転軸受構造部を介して支
持リングに周方向に回転することができるように支えら
れ、該支持リングは周方向に間隔をおいて分配された、
半径方向の複数のケーシングスポークに沿って熱的に可
動に吊るされ、中心軸線に合わせられているガスタービ
ンエンジンのタービンのノズル案内翼の調整装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】タービンケーシングに配置されたノズル
案内翼用の調整装置には不定の駆動状態、例えば非定常
の駆動状態に関して比較的きわだった熱的に引き起こさ
れた異なる負荷(Differenzbelastungen)がかけられ、こ
の異なる負荷は正確な翼調整に関して概して比較的高い
建設費、原価、並びに骨折り（調整）を強要する。調整
システムにおいて生ずる熱膨張を補償するためになかん
ずく比較的大きな構成部分の遊びまたは熱伸縮性を考慮
に入れなければならず、この構成部分の遊びまたは熱伸
縮性は空気熱力学的循環過程の範囲におけるそれに応じ
た効率の損失を含めた翼調整における不正確を引き出
す。
【０００３】異なった駆動状態によって引き起こされる
温度の変動に左右されないタービン羽根の正確な調節を
保証するために、DE-PS 36 23 001 から既知の装置にお
いて特に多数の周に分配された結合連結部を介して断熱
性の一つまたは複数の支持リングがタービンケーシング
と結合される。前記連結部は直接わきへ環状フランジを
介してタービンのケーシング構造と結合され、また軸方
向の半径方向上方部に、タービンケーシングのすぐ近く
に配置されている。ここにおいて連結部はその上にのっ
ている支持リングの半径方向に伸縮する心出し手段であ
る。支持リングは連結部を介して少なからぬ熱の影響、
特にケーシングの半径方向に生ずる熱の膨張差(Differe
nzdehnungen)にさらされる。既知の例においては支持リ
ングは上方に開いたＵ形リングであり、このＵ形リング
に調整リングが専ら半径方向に支持リングの複数のロー
ラーによって周方向に回転可能に支承されている。前記
ローラーを軸方向に／半径方向につかむ調節リングの肩
部はローラーの正確な案内を保証するものでなければな
らない。これにより比較的大きな摩擦力および調整力が
生ずる。さらに上記の既知の発明は比較的大きな半径方
向の組み込み高さ(Einbauhoehe) を必要とし、これはし
ばしば特にターボエンジンの場合自由にならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、実際
タービンケーシングの熱の影響を受けることが無く、調
節および支持システムのコンパクトな構造において比較
的少ない調節力で正確に翼調整をすることができる、タ
ービンケーシングの外側において調整リングが調整レバ
ーを介してノズル案内翼と連結され、且つ転動体を含む
回転軸受構造部を介して支持リングに周方向に回転する
ことができるように支えられ、該支持リングは周方向に
間隔をおいて分配された、半径方向の複数のケーシング
スポークに沿って熱的に可動に吊るされ、中心軸線に合
わせられているガスタービンエンジンのタービンのノズ
ル案内翼の調整装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、実際タービン
ケーシングの熱の影響を受けることがなく、調節および
支持システムのコンパクトな構造において比較的少ない
調整力で正確に翼調整をすることができる、タービンケ
ーシングの外側に調整リングが調整レバーを介してノズ
ル案内翼と連結され、且つ転動体を含む回転軸受構造部
を介して支持リングに周方向に回転することができるよ
うに支えられ、該支持リングは周方向に間隔をおいて分
配された、半径方向の複数のケーシングスポークに沿っ
て熱的に可動に吊るされ、中心軸線に合わせられている
ガスタービンエンジンのタービンのノズル案内翼の調整
装置を提供するもので、タービンケーシングと外側ケー
シングの間に形成された空間に前記装置は配置され、複
数のケーシングスポークは外側ケーシングに周方向に一
様に間隔をおいて且つ前記空間内に内方に突出して配置
され、複数のケーシングスポークは複数の栓状の部分に
沿って可動の球状のまたはボール状の表面を有するスリ
ーブを備え、該スリーブには相応の転動体が転動される
空白部を有する支持リングが、球状の支承部分にケーシ
ングスポークの長手方向に可動に吊るされており、支持
リングは半径方向に弾性的に変形可能に形成されてお
り、転動体は複数の玉であり、該玉を介して連結状態で
調整リングと支持リングが連結しており、前記支持リン
グは、且つ回転軸受構造部の複数の玉の上にのっている
ことを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明は比較的小さな組み込み高さ並びに少な
い摩擦および少ない調節力で働く軽量の翼調整装置を作
り出す。翼調整装置はタービンケーシングと外側ケーシ
ングの間に配置され、実際直接の極度に高い温度の影響
はなく、同時に現れるタービンケーシングの膨張差(Dif
ferenzdehnungen)も生じない。調節リングおよび本質的
に支持リングも実際タービンケーシングと外側ケーシン
グの間の空間内に『自由に』配置されている。複数の玉
を含む回転軸受構造部は半径方向軸受構造部と軸方向軸
受構造部の組み合わせである。駆動中の種々の高温のタ
ービンケーシングから比較的冷たい外側ケーシングまで
の、ケーシング空間内の困難を克服する温度勾配に関し
て、支持リングが中央に球状に複数のスポークに支承さ
れ、支持リングがスポークの軸に対して変形可能である
ことが好都合である。支持リングは少なくとも三つ周方
向に間隔をおいて分配されたスポークを介して設けられ
る。スポークは本発明に従って栓またはボルトとしても
よい。回転軸受構造部に−その時々に周方向に玉の間に
−のびる空間は所謂『翼空間』を示し、支持リングはそ
の弾性変形性に関しては空間内方に向けて弾性を有す
る。支持リングの半径方向の構成高さは初応力の弾性を
制限する。これが選択されるとあらゆる発生する温度に
おいて予定の力で玉が固定される。
【０００７】
【実施例】本発明の有利な形態は請求項２乃至１０から
明らかになる。図面に従って本発明を例示的に詳細に説
明する。図面において、図１は外側ケーシングと二段タ
ービンのケーシングの間に配置された二段のノズル案内
翼を調整するための装置の図であり、図２は外側ケーシ
ングに配置された駆動軸が調整装置と結合されている本
質的にタービン構造部分に制限図示した図１のタービン
の図であり、図３はタービンの詳細を図示しない図１の
Ｘ方向に見た、局部的に切除図示した前記装置および外
側ケーシングの全体図であり、図４はスポークの懸垂部
および支持リングの心合わせ手段並びに周方向に隣接す
る回転支承部の複数の玉およびそれと共属の保持部の図
３を拡大図示した詳細図である。
【０００８】図１はガスタービンエンジンのタービンの
１段乃至２段のノズル案内翼１乃至２の調整装置を示
す。ここにおいてタービンケーシング３の外側に調整リ
ング４が調整レバー５，６を介してノズル案内翼１，２
と連結されており、且つ支持リング７に周方向に回転す
ることができるように支承されている。支持リング７
は、周方向に間隔をおいた多数の箇所に熱的に適合する
ように配置されている。更に支持リング７は、半径方向
に弾性変形可能に形成されており、且つタービンの外側
ケーシング８と結合されたスポーク９に半径方向に可動
に吊るされ、回転軸の中心軸線に合わせられており、ま
た複数の玉１０を含む回転軸受構造部を介して調整リン
グを圧縮するように(unter Vospannung)調整リング４と
連結されている。図１および４に示すように支持リング
７は球状支承部分(Lagerstellen)１１にスポーク９の長
手方向に可動に吊るされている。この最後に述べた特徴
を詳細に説明すると、複数のスポーク９が半径方向内方
に且つ周方向に一様に間隔をおいて外側ケーシング８に
堅固に配置されており（図３）、且つ栓状部分１２（図
４）に沿って可動の、球状またはボール状の表面を有す
るスリーブ１３を備え、該スリーブ１３は支持リング７
の相応の玉が回転される空白部にかみ合っている。球状
の軸受構造部（スリーブ１３）は、スポーク９へのスリ
ーブ１３の半径方向の押し込みばねがその時々のスポー
ク９の長手方向にすべてあることの保証の下に、一つま
たは複数のスポーク９を中心とするあらゆる方向の支持
リング７の避けられない運動にゆだねられる(laest) 。
周方向に間隔をおいて回転軸受構造部の複数の玉１０が
その時々にスポーク９の付近に配置されている。またこ
れらの玉は周方向にその時々にスポーク９の間に配置さ
れている。
【０００９】特に図４から明らかに分かるように、回転
軸受構造部の玉１０は保持器１４に配置乃至保持されて
いる。これらの玉は特に両リング４，７間に周方向に任
意に配置されている。保持器１４の広範囲の回転運動が
複数のストッパーによって制限される。
【００１０】特に回転軸受構造部の玉１０は、特に耐熱
性および耐摩耗性ならびに軽量および低い熱伝導性を有
する工業用セラミック材料で作られる。このために適し
た材料として熱間圧縮窒化珪素(SSN) が挙げられる。比
較的低い温度のときは、玉１０は例えば玉軸受において
普通用いられている鋼で作ることもできる。
【００１１】図２から明らかなようにノズル案内翼１乃
至２の調整は、モータで駆動される軸１５を介して行わ
れ、ここで該軸１５は外側ケーシング８の構造部分(Str
ukturbauteilen) 内をその長手方向に伸び回転すること
ができるように支承されている。その場合において前記
軸１５の延長部１６に存在するローラー１７はＵ形部１
８の上方に開いている空白部分に食い込んでおり、前記
Ｕ形部１８は調整リング４に堅固に結合されている。前
記軸１５を介して導入された調整力により調整リング４
の軸心を同じにする(achskonzentrische) 調整運動が生
じ、該調整リング４は、調整レバー５乃至６を介して相
応のノズル案内翼１乃至２の傾き状態(Anstellwinkel-V
erstellung) に変えられる。調整リング４はその両端側
に一様に周方向に距離をおいて存在する(beabstandete)
ブシュ１９，２０を備え、該ブシュ１９，２０に調整レ
バー５，６の一端２１，２２がブシュ１９，２０と共に
移動可能に(raeumlich mitnahmebeweglich) 食い込んで
いる。調整レバー５，６の他端はノズル案内翼１，２の
回転ジャーナル(Drehzapfen)２３，２４の上端と結合さ
れており、該回転ジャーナルはケーシングブシュ２５，
２６に支承されている。両タービンロータ円板２７，２
８に存在する両タービン段のタービン羽根は２９および
３０で示されている（図１）。
【００１２】調整軸１５の回転運動の調整リング４への
伝達はローラー１７およびＵ形部１８の代わりにその時
々に軸１５および調整リング４に支承される一つのレバ
ーによってまたは部分１５および４に噛み合う歯車セグ
メントによって行われる。
【００１３】すでに要求されていない限り、本発明の図
示されおよび／または先に述べた特徴もまた本発明の構
成要素である。図１および２に示すように外側ケーシン
グにはその外側に沿って有利に断熱部３１を備えること
ができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば比較的小さな組み込み高
さ並びに少ない摩擦および少ない調節力で働く軽量の翼
調整装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】外側ケーシングと二段タービンのケーシングの
間に配置された二段のノズル案内翼を調整するための装
置の図である。
【図２】外側ケーシングに配置された駆動軸が調整装置
と結合されている本質的にタービン構造部分に制限図示
した図１のタービンの図である。
【図３】タービンの詳細を図示しない図１のＸ方向に見
た、局部的に切除図示した前記装置および外側ケーシン
グの全体図である。
【図４】スポークの懸垂部および支持リング心合わせ手
段並びに周方向に隣接する回転支承部の複数の玉および
それと共属の保持部の図３を拡大図示した詳細図であ
る。
【符号の説明】
１、２ ノズル案内翼 ３ タービンケーシング ４ 調整リング ５、６ 調整レバー ７ 支持リング ８ 外側ケーシング ９ スポーク １０ 玉 １１ 支承部分 １２ 栓状部分 １３ スリーブ １４ 保持器 １５ 軸 １６ 軸の延長部 １７ ローラー １８ Ｕ形部 １９、２０ ブシュ ２１、２２ 調整レバーの端 ２３、２４ 回転ジャーナル ２５、２６ ケーシングブシュ ２７、２８ ロータ円板 ２９、３０ タービン羽根 ３１ 熱絶縁性層（断熱部）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 391028384 ＤＡＣＨＡＵＥＲ ＳＴＲＡＳＳＥ 665，80995 ＭＵＥＮＣＨＥＮ，ＧＥＲ ＭＡＮＹ (72)発明者 クリスチャン・グロイネ ドイツ連邦共和国 8080 フィルステン フェルドブルック マイザッヘル スト ラッセ 55 (72)発明者 ヘルムット・グレース ドイツ連邦共和国 8061 エステルホッ フェン イグナッツ−タッヒネル−ウェ グ ６エー (72)発明者 ジョージ・ゾッツ ドイツ連邦共和国 8048 ハイムハウゼ ン シベベルバッハストラッセ ４ (56)参考文献 特開 昭63−25327（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−258124（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−139037（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02C 9/22 F01D 17/16

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 タービンケーシング（３）の外側に調整
    リング（４）が調整レバー（５，６）を介してノズル案
    内翼（１，２）と連結され、且つ転動体（１０）を含む
    回転軸受構造部を介して支持リング（７）に周方向に回
    転することができるように支えられ、該支持リング
    （７）は周方向に間隔をおいて配置された、半径方向の
    複数のケーシングスポーク（９）に沿って熱的に可動に
    吊るされ、中心軸線に合わせられているガスタービンエ
    ンジンのタービンのノズル案内翼の調整装置において、
    タービンケーシング（３）と外側ケーシング（８）の間
    に形成された空間に前記装置は配置され、複数のケーシ
    ングスポーク（９）は外側ケーシング（８）に周方向に
    一様に間隔をおいて且つ前記空間内に内方に突出して配
    置され、複数のケーシングスポーク（９）は複数の栓状
    の部分（１２）に沿って可動の球状のまたはボール状の
    表面を有するスリーブ（１３）を備え、該スリーブ（１
    ３）には相応の転動体が転動される空白部を有する支持
    リング（７）が、球状の支承部分（１１）にケーシング
    スポーク（９）の長手方向に可動に吊るされており、支
    持リング（７）は半径方向に弾性的に変形可能に形成さ
    れており、転動体（１０）は複数の玉であり、該玉を介
    して連結状態で調整リング（４）と支持リング（７）が
    連結しており、前記支持リング（７）は、回転軸受構造
    部の複数の玉（１０）の上にのっていることを特徴とす
    るガスタービンのノズル案内翼の調整装置。
  2. 【請求項２】 回転軸受構造部の複数の玉（１０）がケ
    ーシングスポーク（９）の付近にまたはケーシングスポ
    ーク（９）の間に配置されていることを特徴とする請求
    項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 回転軸受構造部の複数の玉（１０）が保
    持器（１４）に配置されていることを特徴とする請求項
    １に記載の装置。
  4. 【請求項４】 保持器（１４）が周方向に任意にまたは
    複数のストッパーにより制限され、回転することができ
    るように配置されていることを特徴とする請求項３に記
    載の装置。
  5. 【請求項５】 回転軸受構造部の複数の玉（１０）が、
    特に耐熱性および耐摩耗生を有し、軽量であり低い熱伝
    導性の工業用セラミック材料で作られていることを特徴
    とする請求項１乃至３に記載の何れか一項に記載の装
    置。
  6. 【請求項６】 工業用セラミック材料が熱間圧縮窒化珪
    素(SSN) であることを特徴とする請求項５に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 外側ケーシング（８）がその外側に熱絶
    縁性層（３１）を有することを特徴とする請求項１乃至
    ６の何れか一項に記載の装置。
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