(57)【要約】      （修正有）【課題】高温下での材質劣化を受けずに、ベーンプラットフォームと外側スプリットケースとの間の位置関係を保持できるようにする。【解決手段】ベーンプラットフォーム２１を介してバリアブルベーン１７にトラニオン１５が接続され、駆動システムによって回転される。トラニオン１５の下部で、かつベーンプラットフォーム２１と外側スプリットケース２２との間の空間に、自己潤滑性を有する電気黒鉛カーボン材料から形成されたスラストワッシャー２３が配置される。これにより、システムの運転時にベーンプラットフォーム２１と外側スプリットケース２２との間の空間が実質的に一定に維持され、ベーン１７の望ましくない偏りが回避される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バリアブルベーン作動システムの摩耗特性を改善させる方法であって、
ベーンプラットフォームを介して前記バリアブルベーンに接続されたトラニオンおよび該トラニオンの回転を引き起こす手段を提供するステップと、
前記トラニオンの下部で、かつ前記ベーンプラットフォームと外側スプリットケースの間の空間にカーボン材料から形成されたスラストワッシャーを配置し、前記システムの作動時に、前記ベーンプラットフォームと前記外側スプリットケースの間の前記空間が実質的に一定に維持され、前記ベーンの望ましくない偏りが避けられるステップと、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記スラストワッシャーを配置するステップが、電気黒鉛カーボンから形成されたスラストワッシャーを配置するステップからなることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
スラストワッシャーが分解して、前記ベーンプラットフォームおよび前記外側スプリットケースの表面を黒鉛で潤滑することによって、前記ベーンプラットフォームおよび前記外側スプリットケースの間をおおむね一定の形状に保つステップをさらに有することを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
少なくとも８５０°Ｆ（約４５４℃）の温度において前記システムを作動させる付加的なステップをさらに有することを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
１０５０°Ｆ（約５６６℃）以上の温度において前記システムを作動させる付加的なステップをさらに有することを特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項６】
ベーンと、
該ベーンを回転させるために該ベーンに取り付けられたトラニオンと、
運転時の温度において前記ベーンの望ましくない偏りを避けるための手段と、からなる、ガスタービンエンジンのバリアブルベーン作動システムであって、
前記偏りを避ける手段は、前記トラニオンの下部を囲む自己潤滑性のスラストワッシャーからなることを特徴とするシステム。
【請求項７】
前記スラストワッシャーはカーボン材料から形成されていることを特徴とする、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記スラストワッシャーは電気黒鉛カーボンから形成されていることを特徴とする、請求項６記載のシステム。
【請求項９】
さらに、前記トラニオンはベーンプラットフォームを介して前記ベーンに接続されるとともに、
前記ベーンプラットフォームから隔てられたスプリットケースを有し、
前記スラストワッシャーは前記ベーンプラットフォームおよび前記スプリットケースの間の空間に配置されている、
ことを特徴とする、請求項６記載のシステム。
【請求項１０】
前記スラストワッシャーが運転温度において分解し、前記スプリットケースおよび前記ベーンプラットフォームの表面を自己潤滑することを特徴とする、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記スラストワッシャーが運転温度において分解し、前記スプリットケースおよび前記ベーンプラットフォームの表面内の表面空隙を充填することを特徴とする、請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
前記スラストワッシャーが運転温度において分解し、前記スプリットケースおよび前記ベーンプラットフォームの間の空間を維持し、かくして前記ベーンの望ましくない偏りを避けることを特徴とする、請求項９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は改善した摩耗特性を有するガスタービンエンジンのバリアブルベーンを作動させるシステム、さらにとりわけ該システムにおいて起こる摩耗を低減させるための電気黒鉛カーボン（electro-graphitic carbon）で構成されたスラストワッシャーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンにおいては、高圧コンプレッサーのバリアブルベーンはトラニオンアセンブリによって回転される。図１を参照すると、トラニオン１５を含むエンジンの一部分の構造が図示されている。トラニオン１５はライナーハウジング４１と外側スプリットケース２２の間に位置付けられ、スラストワッシャー２３を介してプラットフォーム２１へと延在する。バリアブルベーン１７はベーンプラットフォーム２１を介してトラニオン１５に取り付けられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
過去においては、通常、スラストワッシャー２３は最大６５０°Ｆ（約３４３℃）における連続運転が可能なグラファイトを充填したポリイミド材料などの耐摩耗および低摩擦の材料で構成されていた。そのようなポリイミド材料で構成されたスラストワッシャー２３は高温および先進の高性能コンプレッサーの負荷に耐えることができない。潜在的に、バリアブルベーン１７のベーンプラットフォーム２１と外側スプリットケース２２の間のメタルコンタクトを防ぐ必要があるためにこれは問題である。このようなメタルコンタクトは、ベーンプラットフォーム２１および外側スプリットケース２２を劣化させる働きをし、またそれぞれの物理的な形状を変動させ、バリアブルベーン作動システム内のより大きな摩擦を引き起こす。形状の変動はバリアブルベーン１７の好ましくない角変位につながるため、望ましくない。とりわけ、バリアブルベーン１７が隣接するベーンに対して６°以上変位した場合、最適運転シナリオ以下の運転となりうる。従ってベーンプラットフォーム２１および外側スプリットケース２２が各々の形状を留め、一定のバリアブルベーン角度を維持するように機能することが重要である。
【０００４】
従って高温における材質劣化を受けず、ベーンプラットフォーム２１および外側スプリットケース２２のはめ合いおよび配置を維持するスラストワッシャーが必要である。
【０００５】
従って、本発明の目的は改善した摩耗特性を有するガスタービンエンジンのバリアブルベーン作動システム、さらにとりわけ該システムにおいて起こる摩耗を低減するための電気黒鉛カーボンで構成されたスラストワッシャーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従うと、バリアブルベーン作動システムの摩耗特性を改善させる方法であって、該方法は、ベーンプラットフォームを介して前記バリアブルベーンに接続されたトラニオンおよび該トラニオンの回転を引き起こす手段を提供するステップと、前記トラニオンの下部で、かつ前記ベーンプラットフォームと外側スプリットケースの間の空間にカーボン材料から形成されたスラストワッシャーを配置し、前記システムの作動時に、前記ベーンプラットフォームと前記外側スプリットケースの間の前記空間が実質的に一定に維持され、前記ベーンの望ましくない偏りが避けられるステップとからなる。
【０００７】
さらに本発明に従うと、ベーンと、該ベーンを回転させるために該ベーンに取り付けられたトラニオンと、運転時の温度において前記ベーンの望ましくない偏りを避けるための手段とからなるガスタービンエンジンのバリアブルベーン作動システムであって、前記偏りを避ける手段は、前記トラニオンの下部を囲む自己潤滑性のスラストワッシャーからなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
カーボンベースの物質、望ましくは電気黒鉛カーボンからなるスラストワッシャー２３を有するバリアブルベーン作動システムを提供することが本発明の教示である。驚くべきことに、ワッシャーは約１０５０°Ｆ（約５６６℃）においても著しい損傷を受けないため、高温環境でそのようなスラストワッシャーをバリアブルベーン作動システムに有利に利用できることがわかっている。加えて、そのような材料から形成されたスラストワッシャーは、自己潤滑性であるとともに、ベーンプラットフォーム２１と外側スプリットケース２２の間の距離を適切に保つ。ここで用いられる「自己潤滑性」とは、接触するエンジン構成部品上への電気黒鉛カーボンから構成される本発明のスラストワッシャーの能力であって、堆積プロセスを経由して電気黒鉛カーボンが分解する能力を意味する。この堆積の結果、スラストワッシャーが本来占める体積は、運転中ずっと同体積の電気黒鉛カーボンで充填されたままであり、従ってベーンプラットフォームおよび外側スプリットケースの本来の形状および配置は保持される。本発明のスラストワッシャーは、長期間にわたる高温運転においてもその形状を保ち、バリアブルベーンの望ましくない偏りは避けられる。
【０００９】
図２を参照すると、ガスタービンエンジンで用いられるバリアブルベーン１７を作動させるシステム１０が図示されている。システム１０はトラニオン１５およびトラニオン１５の回転を引き起こす駆動システム１３を含む。図２に見られるように、トラニオン１５はベーンプラットフォーム２１を介してベーン１７に接続され、ベーンプラットフォーム２１を介してベーン１７に回転を伝える。トラニオン１５はスプリットケース２２とライナーハウジング４１の間に位置付けられる。スラストワッシャー２３はトラニオン１５の下端に隣接して位置付けられ、ベーンプラットフォーム２１と外側スプリットケース２２の間の接触を防ぐために用いられる。スラストワッシャー２３は通常円板状でトラニオン１５が通過する穴を有する。上で論じられたようにスラストワッシャー２３は、最大１０５０°Ｆ（約５６６℃）の高温環境に耐えることができ、自己潤滑性のカーボン材料からなる。好ましくは、スラストワッシャー２３は電気黒鉛カーボン材料で形成される。
【００１０】
本発明におけるスラストワッシャー２３は、ベーンプラットフォーム２１および外側スプリットケース２２の摩耗を防ぎ、トラニオン１５の配置、ひいてはベーン１７の配置を維持する。運転に際しては、駆動システム１３は、当業界公知のどのような適切な駆動システムでもよく、トラニオン１５の回転を引き起こし、結果ベーンプラットフォーム２１およびベーン１７の回転を引き起こす。ベーンプラットフォーム２１は回転すると、外側スプリットケース２２と関連において動く。少なくとも約８５０°Ｆ（約４５４℃）、好ましくは最大１０５０°Ｆ（約５６６℃）あるいはそれ以上の高温環境におけるシステム１０の運転において、スラストワッシャー２３を形成する材質が、ベーンプラットフォーム２１および外側スプリットケース２２の隣接表面にできる空隙に付着し、充填する。時間とともに、スラストワッシャーは分解するので、スラストワッシャー２３を形成する材料はベーンプラットフォーム表面４６と外側スプリットケース表面４８の間の空間をふさぎ続ける。このことから、電気黒鉛材料の潤滑性によってスラストワッシャー２３は自己潤滑性となり、非常に安定した滑らかなグラファイトとグラファイトの接触表面を提供するように作用すると言える。加えて、グラファイトがそれ自身をベーンプラットフォーム２１および外側スプリットケース２２の周りに配給しながら、グラファイトの総体積は変わらないままである。結果として、ベーンプラットフォーム２１と外側スプリットケース２２の間にはスラストワッシャー２３の元の厚さと等しい一定の空間が保持される。外側スプリットケース２２に対してベーンプラットフォーム２１の形状は一定に保たれ、従ってバリアブルベーン１７のどのような望ましくない偏りも避けられる。
【００１１】
８５０°Ｆ（約４５４℃）において実施されたテストから、本発明に従った電気黒鉛カーボン材料で形成されたスラストワッシャー２３は、６５時間の期間にわたって当業界公知のワッシャーに対して３．５倍の耐摩耗性を示し、６５時間を経たポリイミドで構成されたワッシャー同等の耐摩耗性を２０７時間保持し続けた。
【００１２】
本発明におけるスラストワッシャーの取り付けの際、熱膨張率に適応させるために内径および外形のいくらかの形状調整が施される必要がある。これは電気黒鉛カーボンなどのカーボン材料はポリイミド材料よりも低い熱膨張率を有するからである。加えて、ベーントラニオンの隅肉半径におけるピンチポイントを最小化するために、縁部の面取りおよび／または調整が必要である。これらの調整無しでは、早期に縁部から破砕／亀裂が生じうる。
【００１３】
本発明に従って上で説明された目的、手段および利点を十分に満たすバリアブルベーンのための改良された作動システムが提供されたことは明らかである。特定の実施例の背景において本発明は説明されているが、他の代替、修正、および変更は上述の説明を読んだ当業者には明らかである。従って、それらの代替、修正、および変更は添付の広い特許請求の範囲に包含されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】バリアブルベーン作動システムを有するガスタービンエンジンの図面。
【図２】本発明に従ったバリアブルベーン作動システムの拡大図。
【図１】
2005133719.tif 000003
【図２】
2005133719.tif 000004