(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジンの多段圧縮機の可変抽気弁構造に於いて、シュラウド１、２に設けられた抽気孔１０を開閉する環状の抽気弁体５を、リンク３、６の揺動によってシュラウド上にて前後方向に変位させる場合に、抽気弁体５による抽気孔の閉鎖をより確実にするための弁体の駆動構造を提供すること。【解決手段】  本発明の多段圧縮機に於いては、抽気弁体５が、一方の端が抽気弁体に回転可能に連結され他方の端がシュラウド１に回転可能に連結されたリンク３、６の揺動によりシュラウド上にて螺旋状に前後方向に変位される。リンクに弾性的に荷重を吸収する部位３ａ、６ａが設けられ、抽気弁体とシュラウドとの間に於ける過荷重状態が回避される。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンのための多段圧縮機であって、前記多段圧縮機の後段圧縮機のシュラウドの前端と前記多段圧縮機の前段圧縮機のシュラウドの後端との間に環状の抽気孔が設けられ、前記前段圧縮機又は前記後段圧縮機のシュラウドを囲繞し前記抽気孔の一方の壁を形成する弁体面を有する環状の抽気弁体にして、一方の端が該抽気弁体に回転可能に連結され他方の端が前記前段圧縮機又は前記後段圧縮機のシュラウドに回転可能に連結されたリンクの揺動により、前記前段圧縮機又は前記後段圧縮機のシュラウド上にて螺旋状に前後方向に変位され、前記弁体面を前記前段圧縮機又は前記後段圧縮機のシュラウドに形成された前記抽気孔の他方の壁に接触させることにより前記抽気孔を閉鎖する抽気弁体が設けられ、前記リンクに弾性的に荷重を吸収する部位が設けられていることを特徴とする多段圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンの多段圧縮機の構造に係り、より詳細には、多段圧縮機に於ける抽気のための可変抽気弁の構造に係る。
【背景技術】
【０００２】
航空機の動力源などに利用されるガスタ―ビンエンジンに於いては、圧縮機により圧縮された空気が燃焼器へ導入される。かかる圧縮機としては、種々の態様の多段軸流圧縮機、多段軸流−遠心圧縮機、多段遠心圧縮機が採用されている。多段圧縮機の場合、定格回転域よりも低い回転域に於いては、前段の圧縮機から後段の圧縮機へ送られる空気の圧縮の程度が低減することにより、後段の圧縮機入口の空気密度が低減し、後段の圧縮機がチョ―ク状態となり、前段の圧縮機の空気流量が制限される。そのため、前段圧縮機に於いては、サージング状態となり得る。この前段圧縮機のサージング状態は、前段圧縮機と後段圧縮機との間に於いて、抽気（即ち、空気流量の一部の漏出）により回避可能である。そこで、従前より、前段圧縮機と後段圧縮機との間に於いて、低回転域での運転時(エンジン始動、加速、減速)に抽気が実行されるように、スリット又は開口（抽気孔）が設けられている。この点に関し、低回転域では上流の圧力が高くないので、必要な抽気量を確保するのに大きな開口面積の抽気孔が必要となり、条件によっては、与えられたスペ―スの制限内に必要な抽気面積を確保できない場合も生じる。従って、抽気孔としては、大きな流量係数の得られる形状が望まれる。―方、高速回転の定格運転時には抽気の必要はなく、抽気を続けると出力損失に繋がるため、抽気を止める必要があるところ、抽気孔を開いたままにして抽気孔外側のチヤンバ―出口に設けた開閉弁で抽気を停止すると、チャンバ―内の空気が抽気孔から出人りし、圧縮機入口の流れが影響を受けて性能低下の原因になる。そこで、抽気が必要の無い定格回転では圧縮機性能に影響を与えないように抽気孔は閉鎖する構成が採用されている。（例えば、特許文献１−４）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６８２９７６号公報
【特許文献２】特開２００７−１３８８１６
【特許文献３】特開平５−１２５９５７号公報
【特許文献４】特開２００７−２３１９４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、多段圧縮機の抽気孔に於いては、開口面積を大きくすることなく、大きな流量係数の抽気孔の流れが生成され、又、定格運転時に於いては、圧縮機性能が影響を受けないように確実に抽気を停止できることが好ましい。そこで、本願出願人は、特願２０１１−２３５２１３に於いて、ガスタービンエンジンの多段圧縮機に於いて、前段圧縮機のサージングの回避のために前段圧縮機と後段圧縮機との間に設けられる抽気構造であって、抽気差圧が小さい低回転域に於いて、効率の良い抽気が実行可能であると同時に、抽気の必要無い定格回転域に於いて圧縮機性能に対する影響が少なくなるように抽気を停止できる可変抽気弁構造の一つの例を提案した。具体的には、上記出願では、多段圧縮機を有するガスタービンエンジンに於いて、多段圧縮機の後段圧縮機のシュラウドの前端に、圧縮空気の流れ方向に傾斜し環状の抽気孔の一方の壁を形成するシュラウド斜面が設けられ、多段圧縮機の前段圧縮機のシュラウドの後端に於いて、圧縮空気の流れ方向に沿って前後方向に移動可能であり且つシュラウド斜面と同じ角度を有し抽気孔の他方の壁を形成する傾斜面を有する環状の抽気弁体が設けられる。そして、抽気弁体が、傾斜面がシュラウド斜面に接触する位置に移動することにより、抽気孔が閉鎖される。
【０００５】
かかる構成に於いては、抽気孔は、平面から突出した形状であることから、抽気流が突出形状に案内され、これにより、抽気孔の開孔状態に於いて、抽気孔の流量係数がより大きくなるよう改善され、低回転域の抽気孔前後の圧力差が小さい運転域でも効率の良い抽気を行うことでき、必要な抽気量を確保することが容易となる。また、定格運転時には、抽気弁体が後段方向に移動され、後段圧縮機のシュラウド斜面と接触し、抽気孔を閉鎖することとなり、抽気孔からの空気の出入りの流れがなくなるので、性能への影響を抑えることができることとなる。
【０００６】
ところで、上記の抽気孔を開閉する抽気弁体の移動は、典型的には、外部に設けられたアクチュエータにより駆動されるドライブシャフトの回転により移動するリンクなどによって達成される。具体的には、図１又は図４を参照して、抽気弁体５は、環状であり、シュラウド斜面２ａの傾斜角と同一の角度にて圧縮空気の流れ方向に傾斜した傾斜面を有する。そして、抽気弁体５は、支持幹５ａを介してシュラウドの前後方向に延在したリンク３へ連結し、リンク３は、ドライブシャフト４と係合される。ドライブシャフト４は、図示していない回転アクチュエータに連結し、ドライブシャフト４の回転によって、リンク３が揺動すると、抽気弁体５がシュラウド１上にて螺旋状に回転しつつ前後方向に摺動変位する（図４（Ｂ）参照）。また、抽気弁体５の変位を安定化させる目的で、図４（Ａ）に示されている如く、複数個の支持幹８（図では、２個）が、抽気弁体５上にて支持幹５ａから略等角度間隔に配置され、各支持幹８に対して揺動可能にリンク３と略同様のリンク６の一端が連結される。そして、リンク６の他端は、シュラウド１上に固定された固定軸７に回転可能に連結される。かくして、リンク３の揺動により抽気弁体５の変位に追従して、図４（Ｂ）に模式的に描かれている如く、リンク６も、対応する支持幹８と固定軸７との間にて揺動されることとなる。なお、図４（Ａ）〜（Ｂ）に示されている如き抽気弁体５の摺動変位に伴う支持幹５ａ、８のねじれを吸収できるように、リンク３、６の支持幹５ａ、８の連結部分に於いては、例えば、玉軸受３ｂ、６ｂの如き支持幹５ａ、８の軸方向に対してリンク３、６の傾動を許す構造が設けられる。（以下、ドライブシャフト４に連結されたリンク３を駆動リンクと称し、固定軸７に連結されたリンク６を被駆動リンクと称する。）
【０００７】
上記の抽気弁体５の変位に際して、アクチュエータの回転による駆動リンク３の揺動に伴って被駆動リンク６を揺動させる構成に於いては、被駆動リンク６を駆動リンク３と同じ長さにしても、各リンクが同時に同じ運動をできず（被駆動リンク６の動きが遅れる）、抽気弁体５による抽気孔の閉鎖が不十分となる場合がある。その結果、抽気孔を閉鎖すべきときに、空気漏れを生ずることとなり得る。また、実際のエンジンの運転に於いては、エンジンの内圧や熱の影響でシュラウド１上のシュラウド斜面２ａの位置が変位することがあるところ、図４（Ｃ）に示されている如く、駆動リンク３及び被駆動リンク６が殆ど変形しない剛体であるときには、駆動リンク３及び被駆動リンク６が所定量の揺動する場合に、これに対応する抽気弁体５の変位量は一定である。従って、抽気孔の閉鎖の際に、シュラウド斜面２ａの位置の変位に依存して、抽気弁体５の傾斜面がシュラウド斜面２ａと接触できずに抽気孔の閉鎖が不十分になったり、或いは、抽気弁体５がシュラウド斜面２ａを強く押圧して過荷重状態となり、可変抽気弁構造の耐久性が損なわれる場合もあり得る。
【０００８】
かくして、本発明の一つの目的は、上記の如き可変抽気弁構造に於いて、リンクを揺動することにより抽気弁体の変位を達成する構成の場合に、抽気弁体５による抽気孔の閉鎖をより確実にするために抽気弁体５の駆動構造を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、上記の課題は、ガスタービンエンジンのための多段圧縮機であって、多段圧縮機の後段圧縮機のシュラウドの前端と多段圧縮機の前段圧縮機のシュラウドの後端との間に環状の抽気孔が設けられ、前段圧縮機又は後段圧縮機のシュラウドを囲繞し抽気孔の一方の壁を形成する弁体面を有する環状の抽気弁体にして、一方の端が該抽気弁体に回転可能に連結され他方の端が前段圧縮機又は後段圧縮機のシュラウドに回転可能に連結されたリンクの揺動により、前段圧縮機又は後段圧縮機のシュラウド上にて螺旋状に前後方向に変位され、弁体面を前段圧縮機又は後段圧縮機のシュラウドに形成された抽気孔の他方の壁に接触させることにより抽気孔を閉鎖する抽気弁体が設けられ、リンクに弾性的に荷重を吸収する部位が設けられていることを特徴とする多段圧縮機によって達成される。なお、多段圧縮機は、多段軸流圧縮機、前段が軸流圧縮機であり後段が遠心圧縮機である多段軸流−遠心圧縮機、多段遠心圧縮機のいずれであってもよい。また、「弾性的に荷重を吸収する部位」とは、荷重を加える方向に変位すると共に、荷重から解放されると元の状態に復帰する部位であり、板ばねなどのダンパ機能を有する部位であってよい。
【００１０】
上記の構成に於いては、上記の特願２０１１−２３５２１３に記載の抽気弁構造と同様に、多段圧縮機の前段圧縮機のシュラウドと後段圧縮機のシュラウドとの間にて、シュラウドを囲繞する環状の抽気弁体の弁体面とシュラウドの壁面とにより、環状抽気孔が形成される。そして、弁体のシュラウド上での前後移動は、基本的には、既に述べた如く、一方の端が抽気弁体に回転可能に連結され他方の端がシュラウドに回転可能に連結されたリンクを、回転アクチュエータなどにより、揺動し、抽気弁体をらせん状に中心軸線周りに回転させることにより、達成される。その際、特に、抽気孔の閉鎖の際には、抽気弁体の弁体面を、（エンジンの内圧や熱の影響で変位する）対向するシュラウドの壁面に確実に接触させるために、リンクの揺動を大きくして、抽気弁体の変位量の増大が図られる。この点に関し、従前の如く、リンクが剛体であるときには、抽気弁体の弁体面がシュラウドの壁面に対して過荷重を与え得ることとなるが、本発明に於いては、リンクに「弾性的に荷重を吸収する部位」が設けられているため、抽気弁体の弁体面とシュラウドの壁面とが接触した後に更に抽気弁体の弁体面がシュラウドの壁面を押圧する方向に移動しても、その荷重は、「弾性的に荷重を吸収する部位」により弾性的に吸収され、過荷重状態を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
要すれば、上記の本発明によれば、揺動することにより抽気弁体を変位させるリンクに於いて「弾性的に荷重を吸収する部位」が設けられていることにより、抽気弁体の変位量の増大を図るリンクの揺動量の増大が安全に実行できることとなる。従って、エンジンの内圧や熱の影響によりシュラウドの抽気孔の面を形成する壁面の位置の変位、或いは、被駆動リンクの動きの遅れを見越して、駆動リンクの揺動量を大きくして抽気弁体の変位量の増大を図る場合に、抽気弁体の弁体面がシュラウドの壁面に接触した後に駆動リンクの揺動量が更に増大しても、かかる揺動量は、リンクの弾性的に荷重を吸収する部位の変位に吸収され、かくして、抽気弁体をシュラウドの壁面に過剰に押圧してしまうことが回避されることとなる。
【００１２】
本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明による環状可変抽気弁構造を備えたガスタービンエンジンの多段圧縮機の模式的な断面図である。
【図２】図２は、本発明による弁体の駆動機構に用いられる駆動リンク３と被駆動リンク６の模式的な斜視図である。模式的な斜視図である。
【図３】図３は、本発明による環状可変抽気弁構造に於ける弁体と弁体の駆動機構の模式的な斜視図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【図４】図４は、従前（特願２０１１−２３５２１３）の環状可変抽気弁構造に於ける弁体と弁体の駆動機構の模式的な斜視図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。図４（Ｃ）は、従前（特願２０１１−２３５２１３）の弁体の駆動機構に用いられる駆動リンク３と被駆動リンク６の模式的な斜視図である。
【符号の説明】
【００１４】
１…前段圧縮機のシュラウド
１ａ…前段圧縮機のロータ
１ｂ…前段圧縮機のステータ
２…後段圧縮機のシュラウド
２ａ…後段圧縮機のシュラウド前端の斜面
２ｂ…後段圧縮機のインペラ
３…駆動リンク
３ａ…駆動リンクの板ばね状部分
４…ドライブシャフト
５…環状弁体
５ａ…環状弁体支持幹
６…被駆動リンク
６ａ…被駆動リンクの板ばね状部分
７…固定軸
８…環状弁体支持幹
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。
【００１６】
まず、図１を参照して、ガスタービンエンジンに於いて、本実施形態による環状可変抽気弁構造は、多段圧縮機の前段圧縮機のシュラウド１と後段圧縮機のシュラウド２との間に設けられる。図示の例の多段圧縮機に於いては、前段圧縮機は、ロータ１ａとステータ１ｂを含む軸流圧縮機であり、後段圧縮機は、インペラ１ｂとディフューザ（図示せず）を含む遠心圧縮機であるが、これに限定されず、本発明が適用される多段圧縮機は、多段軸流圧縮機、多段遠心圧縮機であってもよい。多段圧縮機に於いては、公知の態様にて、前方（左方）から空気が前段圧縮機へ流入し、ここで圧縮された後、後段圧縮機に於いて、空気が更に圧縮されて、燃焼器（図示せず）へ送られる。かかる構成に於いて、既に述べた如く、前段圧縮機及び後段圧縮機は、基本的には定格回転域にて効率良く空気の圧縮が達成されるよう設計され構成されている。そして、回転が定格回転域を下回ると（低回転域）、前段圧縮機に於いて十分な圧縮が達成されないことから、後段圧縮機の入口で空気の密度の低減が生じ、これにより、後段圧縮機はチョーク状態となり得る。その結果、前段圧縮機は、後段圧縮機のチョーク状態に起因して空気流量が制限されて流れがストールするサージング状態となる。そこで、従前より、前段圧縮機のシュラウド１と後段圧縮機のシュラウド２との間に、低回転域に於いて、空気流量の一部を抽気して、前段圧縮機のサージング状態の防止を図るための抽気孔構造を設けられる。また、多段圧縮機が定格回転域にて運転される際には、抽気は必要ないので、抽気孔が閉鎖されるよう構成される。
【００１７】
上記の抽気孔について、特に、本実施形態に於いては、抽気孔の形状がシュラウド内の圧縮空気の流れの方向に傾斜して平面から突出し、且つ、かかる形状を維持しながら、抽気孔の幅が可変となるよう構成され、これにより、より大きな流量係数と定格回転域に於いて圧縮機性能に対する影響が少ない状態での抽気の停止とが図られる。具体的には、図１に示されている如く、後段圧縮機のシュラウド２の前端２ａ（シュラウド斜面）がシュラウドの全周に亘って、外方へ突出し、更に、圧縮空気の流れ方向に傾斜され、抽気孔１０の一方の環状の壁を形成する。また、シュラウド斜面２ａに対向して、抽気弁体５が設けられる。抽気弁体５は、図１及び図３（Ａ）に模式的に示されている如く、環状であり、シュラウド斜面の傾斜角と同一の角度にて圧縮空気の流れ方向に傾斜した傾斜面を有する。
【００１８】
更に、抽気弁体５に於いては、その位置を変位させるための駆動機構が設けられる。具体的には、図１及び図４（Ａ）を参照して、まず、抽気弁体５に於いて支持幹５ａが設けられ、かかる支持幹５ａには、シュラウドの略前後方向に延在した駆動リンク３の一方の端が回転可能に連結される。そして、駆動リンク３の他方の端は、シュラウドに対して実質的に変位しないドライブシャフト４と回転係合される。また、抽気弁体５上に於いては、更に、後述の弁体の駆動を安定化する目的で、支持幹５ａ及び駆動リンク３と同様の構造を有する駆動補助機構が設けられる。具体的には、抽気弁体５上に於いて、支持幹５ａの他に、好適には等角度間隔にて複数の支持幹８が設けられ、各支持幹８には、駆動リンク３と略同様の被駆動リンク６の一方の端が回転可能に連結される。被駆動リンク６の他方の端は、シュラウドに固定的に設けられた固定軸７に回転可能に連結される。
【００１９】
上記の抽気弁体５の駆動に於いては、ドライブシャフト４が図示していないアクチュエータにより回転されると、駆動リンク３は、図４（Ｂ）に模式的に描かれている如く、ドライブシャフト４周りに揺動することとなる。そうすると、その駆動リンク３の揺動に伴って、抽気弁体５は、シュラウド１上にて螺旋状に回転し、これにより、図４（Ｂ）に於いて破線にて描かれている如く、シュラウドの前後方向に於ける抽気弁体５の位置が変位し、抽気孔１０の開閉が達成されることとなる。そして、抽気弁体５の螺旋状の変位に伴って、支持幹８と固定軸７との間に連結された被駆動リンク６も揺動されることとなる。なお、かかる抽気弁体５の螺旋状の変位に伴う支持幹５ａ、８のねじれを吸収できるように、リンク３、６の支持幹５ａ、８の連結部分には、支持幹５ａ、８の軸方向に対してリンク３、６の傾動を許す玉軸受構造３ｂ、６ｂが設けられる。
【００２０】
ところで、上記の抽気弁体５の開閉運動に関して、「発明の概要」の欄に於いて述べた如く、被駆動リンク６の運動は、駆動リンク３の運動に完全には同調できず、しばしば、駆動リンク３の運動に対して遅れを生ずる場合がある。また、シュラウド斜面２ａの位置は、運転中のエンジンの内圧や熱の影響によって変位することがある。これらの場合、特に、抽気孔を閉鎖する場合に於いては、抽気弁体５の傾斜面がシュラウド斜面２ａに完全に接触する前に抽気弁体５の運動が終了してしまう場合があり、そうすると、抽気孔の閉鎖が不十分となり、これによる空気漏れによって、圧縮機性能が影響されることとなり得る。かくして、抽気弁体５の傾斜面がシュラウド斜面２ａに確実に接触し抽気孔を確実に閉鎖するためには、被駆動リンク６の運動の遅れやシュラウド斜面２ａの変位を考慮して、駆動リンク３の揺動量を増大し、抽気弁体５の変位量の増大を図る必要がある。しかしながら、駆動リンク３及び被駆動リンク６が、図４（Ｂ）、（Ｃ）から理解される如く、実質的に剛体であり殆ど変形しない構造である場合、抽気孔の閉鎖時に、駆動リンク３の揺動量を過剰に増大すると、抽気弁体５の傾斜面がシュラウド斜面２ａを過剰に押圧し、これにより過荷重状態となり得る。そして、抽気弁体５の傾斜面とシュラウド斜面２ａとの間が過荷重状態となると、抽気弁構造の耐久性が損なわれることとなる。
【００２１】
そこで、本発明に於いては、図２に示されている如く、駆動リンク３及び被駆動リンク６に於いて、板ばね状部分３ａ、６ａが設けられ、駆動リンク３及び被駆動リンク６が荷重を受けたときに弾性的に変形できる構成が設けられる。
【００２２】
かかる板ばね状部分３ａ、６ａが設けることによれば、抽気弁体５の傾斜面とシュラウド斜面２ａとの間に過荷重状態を発生させずに、安全に、抽気弁体５の傾斜面をシュラウド斜面２ａに確実に接触させるべく、駆動リンク３の揺動量の増大を図ることが可能となる。具体的には、図３（Ｂ）に例示されている如く、抽気孔の閉鎖時に、抽気弁体５の傾斜面がシュラウド斜面２ａを接触した後に、駆動リンク３の揺動量が更に増大した場合には、駆動リンク３及び／又は被駆動リンク６の板ばね状部分３ａ、６ａが湾曲し、図中の矢印αの方向に駆動リンク３及び／又は被駆動リンク６が変形することとなる。即ち、駆動リンク３の過剰な揺動量は、駆動リンク３及び／又は被駆動リンク６の変形に弾性的に吸収され、抽気弁体５の傾斜面とシュラウド斜面２ａとの間が過荷重状態となることが回避されることとなる。かくして、抽気孔の閉鎖時に於いて、被駆動リンク６の運動の遅れやシュラウド斜面２ａの変位を考慮して、駆動リンク３の揺動量をやや大きめに設定することが可能となり、また、リンクの板ばね状部分の変形による弾性的な作用により抽気弁体５の傾斜面とシュラウド斜面２ａとの間の接触が安定化され、これにより、抽気孔の十分な閉鎖が担保されて空気漏れ等の問題が解消されることとなる。
【００２３】
なお、駆動リンク３及び被駆動リンク６に於ける弾性的な変形を許す構造は、板ばね状構造に限らず、荷重を加える方向に変位すると共に、荷重から解放されると元の状態に復帰する構造であれば、任意の構造であってよいことは理解されるべきである。
【００２４】
以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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