(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変静翼アセンブリの組み立て方法であって、
ガスタービンエンジン用の可変静翼（１２）を用意し、該静翼（１２）は面（３０）と該面（３０）からずれた座（２８）とを有していて、静翼（１２）は互いにずれた第１及び第２の面（３２，３６）をもつスペーサ（１４）と共に組立てられる構成となっていて、スペーサ（１４）の第１面（３２）が静翼（１２）の座（２８）と係合するようになっており、スペーサ（１４）の第２面（３６）が静翼（１２）の面（３０）の方を向くようになっており、静翼（１２）をケーシング（２２）の開口（３８）内に取付けて、第１のシール手段（２６）がケーシング（２２）と静翼（１２）の面３０の間にあり、ケーシング（２２）が第１のシール手段（２６）と第２のシール手段（２４）の間にあり、座（２８）が開口（３８）を通抜けるようにし、静翼（１２）に固定具（４０）を取付けて、ケーシング（２２）及び第１及び第２のシール手段（２４，２６）が固定具（４０）の面（５０）と静翼（１２）の面（３０）の間に締付け荷重の下に締付けられるようにし、静翼（１２）の座（２８）の位置を検出し、前記座（２８）の位置に基づいて、その第１及び第２の面（３２，３６）の間のずれ寸法をもつスペーサ（１４）を選ぶ工程を含む、可変静翼アセンブリの組み立て方法。
【請求項２】
可変静翼アセンブリの組み立て方法であって、
ガスタービンエンジンに対する可変静翼を用意し、該静翼は軸線、その半径方向の周縁にあるフランジ、該フランジに対して軸方向にずれた多数の座及び軸方向に伸びるトラニオンを持ち、前記静翼をケーシング内の開口内に取付けて、第１のシール手段が該ケーシング及び前記静翼のフランジの間にあり、前記ケーシングが第１のシール手段と第２のシール手段の間にあり、トラニオン並びに少なくとも２つの座が前記開口を通抜けるようにし、固定具を前記静翼に取付けて、前記ケーシング及び前記第１及び第２のシール手段が、前記トラニオンを介して加えられた締付け荷重の下に、固定具と静翼のフランジの間で締付けられるようにし、ケーシングの開口を通抜ける２つの座の、前記第２のシール手段に対する位置を検出し、前記固定具を取除き、２つの座の位置に基づいて、その第１及び第２の面の間のずれ寸法をもつスペーサを選び、その後前記スペーサを前記静翼に組込んで、スペーサの第１の面が静翼の少なくとも１つの座と係合するとともにスペーサの第２の面が第２のシール手段と係合するようにし、前記スペーサのずれ寸法は、該スペーサが前記固定具から加えられた締付け荷重より小さい荷重を前記第１及び第２のシール手段に加えるようになっている工程を含む、可変静翼アセンブリの組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は組立方法及びそのための固定具に関する。さらに具体的には、本発明はガスタービンエンジンの可変静翼アセンブリを組立てるための固定具及びその方法に関するものであり、この固定具と方法とによって、部品の変動を埋合わせ、こうしてアセンブリの動作及び使用寿命を最適にすることができるように、静翼アセンブリの部品を選ぶことができるようにする。
【０００２】
【発明の背景】
従来のガスタービンエンジンは一般的に、エンジンの圧縮機部分の中で空気を圧縮し、その後圧縮された空気をエンジンの燃焼部分に送出し、そこで空気に燃料を添加して点火するという原理に基づいて動作する。その後、得られた燃焼混合物がエンジンのタービン部分に送出され、そこで燃焼過程によって発生されたエネルギの一部分をタービンにより抽出して、エンジンの圧縮機を駆動する。多段圧縮機をもつターボファンエンジンでは、圧縮機の相次ぐ各段に対する空気の流れを差し向けるために、静翼が圧縮機部分の入口及び出口と圧縮機の隣接する段の間に配置される。圧縮機の軸線に対するそのピッチを調節することができる可変静翼は、ガスタービンエンジンの変化する必要条件に応答して、圧縮機部分を通る空気の流れを変えることにより、エンジンの性能を高めることができる。
【０００３】
高圧圧縮機の可変静翼アセンブリ１０が図１及び２に示されている。アセンブリ１０が、ガスタービンエンジンのケーシング２２内の開口３８の中に装着された静翼１２を含む。公知のように、圧縮機の軸線に対する静翼のエーロフォイルのピッチを変えるために、静翼１２はケーシング２２の開口３８の中で回転するように設計されている。可変静翼アセンブリには色々な形が可能であるが、図１及び２に示す静翼１２は半径方向に伸びるフランジ３０を持ち、それから環状部分が軸方向に伸びて１対の座２８を構成する（特に断らない限り、こゝで言う半径方向及び軸方向は、静翼アセンブリ１０の中心線を基準として言うものであって、アセンブリ１０がその中に取付けられるエンジンの半径方向及び軸方向ではない）。トラニオン３４もフランジ３０に対して軸方向に伸びていて、図２に見られるように、座２８とともに開口３８の中に突出する。静翼１２はナット２０を用いてケーシング２２に固定されるが、このナットは、スペーサ１４、スリーブ１６及びレバーアーム１８をもトラニオン３４に固定する。開口３８内で静翼１２を回転させることは、レバーアーム１８に取付けられた作動用の部品（図示せず）によって行われる。
【０００４】
エンジンの運転中、静翼のエーロフォイルに対するガス荷重によって転覆モーメントが発生し、図２に矢印Ｆで表す反作用力が発生する。その結果、ケーシング２２に対して静翼１２を回転させるには、反作用力Ｆを受けている間、摩耗、摩擦及び圧縮機の空気洩れを最小限にするとともに、ガスタービンエンジンの厳しい熱及び化学的な環境に耐えるシールアセンブリが必要である。図１及び２では、シールアセンブリが、ケーシング２２の両側で、スペーサ１４とフランジ３０の間にあるブッシング２４及びワッシャ２６で構成されることが示されている。ブッシング２４及びワッシャ２６は、エンジンの環境に対する両立性をもつため、並びに静翼１２が許容し得るトルクレベルで回転することができるようにする適当な低摩擦の支承面となるために、ポリイミド樹脂と硝子及びテフロン（登録商標）繊維のような複合材料で成形することが好ましい。
【０００５】
ケーシング２２の開口３８を介して圧縮機から起こる半径方向の空気洩れを最小限に抑える能力が、ブッシング２２及びワッシャ２６の重要な作用である。図２から判るように、空気シールを形成しながらも、静翼１２を回転させることができるようにするブッシング２４及びワッシャ２６の２重の作用は、静翼１２のフランジ３０とスペーサ１４の外側環状面３６の間での、ブッシング２４及びワッシャ２６を通る（圧縮機の軸線に対して半径方向の）間隙によって決定される。圧縮機の空気洩れを最小限に抑えるため、静翼１２及びスペーサ１４は、可能な最小の間隙になるように、ケーシング２２に組込まなければならない。しかし、間隙が過度に小さいと、静翼１２を回転させるのに必要な力が大きくなり、これは作動用の部品に過大な応力が加わり、極端な場合には、静翼１２を作動することが完全に出来なくなって、圧縮機の失速を招くことがある。他方、間隙が過剰であると、圧縮機からの空気洩れが過大になるばかりでなく、静翼１２に対する反作用力によって、静翼アセンブリ１０の過度の傾きが起こることになる。そういうことが起こると、反作用力Ｆがブッシング２４及びワッシャ２６にさらに集中し、シールアセンブリを通っての洩れが一層大きくなることと組合わさって、ブッシング２４及びワッシャ２６のさらに急速な劣化を招く。
【０００６】
図２から、ブッシング２４及びワッシャ２６を通る間隙は、環状面３６とスペーサ１４の１対の肩３２との間の軸方向のずれ寸法Ｄによって決定されることが判る。静翼１２及びスペーサ１４を正しく組立てたとき、各々の肩３２が、図２に示すように、静翼１２の１つの座２８に突合せになる。ずれ寸法Ｄを増加すると、静翼１２及びスペーサ１４を通る間隙が減少するが、静翼１２を回転させるのに必要な作動トルクが増加し、それに対して、ずれ寸法Ｄを小さくすると、間隙が増加するが、作動トルクは減少する。
【０００７】
従来、図１及び２に示される形式の可変静翼アセンブリは、作動部品に対して許容範囲内のトルクレベルが達成されるように組立てられてきた。ずれ寸法Ｄと静翼１２の回転させるのに必要なトルクとの間には密接な関係が存在すると思われてきたため、増分的に異なるずれ寸法Ｄをもつスペーサ１４をわざわざ製造して、スペーサ１４を交換することによって、作動トルク及び半径方向の間隙の両方の調節ができるようにしてきた。組立てた後、静翼を回転させるのに必要なトルクが予め定めたトルク限界外であれば、ナット２０、レバーアーム１８、スリーブ１６及びスペーサ１４を取外し、スペーサ１４を異なるずれ寸法Ｄをもつ別のものと交換する。例えば、作動トルクが高すぎれば、ずれ寸法Ｄが一層小さいスペーサ１４を取付け、許容し難い程低いトルクが測定されれば、一層大きなずれ寸法Ｄをもつスペーサを取付ける。一旦組立て直した後、トルクを再び測定し、トルクが設定した限界外であれば、この過程を繰返す。
【０００８】
それにも係わらず、一層の研究により、驚いたことに、ステーター１２を回転するのに必要なトルクは、取付けたスペーサ１４には比較的無関係であって、トルクが静翼１２、スペーサ１４及びケーシング２２の間の半径方向の間隙の信頼性のある表示ではないことが判った。そうではなく、作動トルクは、ブッシング２４及びワッシャ２６が、ナット２０によって、フランジ３０及びスペーサ１４の間で発生された荷重によって圧縮された後のブッシング２４及びワッシャ２６の不規則性及び干渉によって主に決定されることが判った。複合体のブッシング２４及び２６は、厳密な許容公差の中に収まるようになっているが、特に、残留応力のために、自由な状態で歪むことがあるために、こういう不規則性及び干渉は予測することが出来ない。
【０００９】
上に述べたことに鑑み、許容し得る作動トルクを越えることなく、さらに一貫性をもって最小の半径方向の間隙を達成するように、可変静翼ステーターアセンブリを組立てる方法を利用することが出来れば、それが望ましいことが判る。
【００１０】
【発明の概要】
本発明では、ガスタービンエンジンの可変静翼アセンブリの部品を釣合わせる助けとなる方法及び固定具アセンブリを提供する。特に、静翼アセンブリの部品は、許容し得る作動トルクレベルを達成しながら、半径方向の間隙を最小にするように部品の変動を埋合わせ、その結果として、アセンブリの動作及び使用寿命が最適になるように釣合わせる。
【００１１】
本発明では、本発明の方法は全体として、スペーサを用いてケーシングに組込まれるような形をした静翼を含む可変静翼アセンブリを用いる。静翼は面からずれた座を有する。静翼を組込むスペーサは、互いにずれた第１及び第２の面を持ち、第１の面が静翼の座に係合するようになっており、第２の面は静翼の面の方を向くようになっている。静翼がケーシング内の開口に取付けられ、第１のシール部材がケーシングと静翼の面の間にあり、ケーシングが第１のシール部材と第２のシール部材との間にあり、座が開口の中を通抜けるようにする。本発明では、次に固定具を静翼に取付けて、ケーシング及び第１及び第２のシール部材が、予定の荷重の下で固定具と静翼の間で締付けられるようにする。この予定の荷重は、シール部材並びにその面の欠陥を平坦にするのに必要な荷重として、実験によって決定することができる。固定具が、スペーサの第２の面に対応する環状面をもつ工具本体を含んでいて、それが静翼及びシール部材に対して所望の締付け荷重を発生するように、静翼に取付けられることが好ましい。最後に、静翼の座の位置を検出し、この座の位置に基づいて、その第１及び第２の面の間のずれ寸法をもつスペーサを選ぶ。
【００１２】
上に述べたところから、適当なスペーサが、正しく取付けられたときの最終的なアセンブリの中で実際に存在する状態に対応する状態に基づいて、静翼に対して選ばれることが理解されよう。さらに詳しく言うと、シール部材で構成されたシールアセンブリが、スペーサを静翼に取付けたとき、そうしないと抗力トルクを生ずるような、多少の面の凹凸並びにシール部材を平坦にする荷重の下で圧縮される。この状態では、シールアセンブリの中に所望の半径方向の間隙を作るためにスペーサに要求されるずれ寸法は、さらに正確に決定することが出来、その結果、静翼アセンブリの組立及び分解を繰返すことが不必要になる。従って、本発明の重要な利点は、可変静翼アセンブリを組立てる時間を可成り短縮すると同時に、その半径方向の間隙が許容し得る作動トルクレベルに対して最小限にされた静翼アセンブリをさらに正確に且つ一貫性を持って達成する改良された組立方法を提供することである。
【００１３】
本発明のその他の目的及び利点は、以下詳しく説明するところから、さらによく理解されよう。
【００１４】
【発明の詳しい説明】
本発明は、ガスタービンエンジンに使われる可変静翼アセンブリを組立てる方法と固定具を提供する。図３に示すように、この方法は、全体的に図１及び２に示す形式の静翼アセンブリを固定具４０とともに予め組立てることを含む。この固定具が、最小限の空気の洩れ及び許容し得る作動トルクレベルを達成しながら、静翼アセンブリがさらに正確に、素早く且つ再現性を以って組立てることができるようにする。本発明を図１及び２の静翼アセンブリ１０の場合について説明するが、当業者であれば、本発明がこれとは異なる静翼アセンブリにも適用し得ることは明らかであろう。
【００１５】
前に図１及び２について説明したように、可変静翼アセンブリ１０が、ガスタービンエンジンのケーシング２２内の開口３８内に回転自在に装着された静翼１２を含み、座２８及びトラニオン３４がフランジ３０に対して軸方向に開口３８の中を伸びている。静翼１２、スペーサ１４、スリーブ１６及びレバーアーム１８は、全てナット２０を用いてトラニオン３４に固定されている。静翼／スペーサ界面を介しての洩れを減らすシールアセンブリがブッシング２４及びワッシャ２６を含み、これらは種々の材料で構成することができるが、ポリイミド樹脂と硝子及びテフロン（登録商標）繊維とで構成されるような複合体で形成することが好ましい。２つの部分から成るシールアセンブリを図に示してあるが、本発明では、異なるシールアセンブリの形式及び設計も使うことができる。
【００１６】
ケーシング２２、静翼１２のフランジ３０及びスペーサ１４の環状面３６の間の半径方向の間隙が、環状面３６とスペーサ１４の肩３２との軸方向のずれ寸法Ｄによって決定される。従って、最適のずれ寸法Ｄを決定することが、静翼１２を回転するのに必要な許容し得るトルクレベルを保ちながら、アセンブリ１０からの空気洩れを最小限に抑えることにとって重要である。しかし、許容公差が積み重なるため、並びに設計の意図により、ブッシング２４及びワッシャ２６は静翼１２、スペーサ１４及びケーシング２２と干渉することがあり、アセンブリ１０の中の半径方向の間隙を予測することが不可能になる。
【００１７】
本発明では、固定具４０は、静翼１２、ケーシング２２、ブッシング２４及びワッシャ２６の実際の寸法と、半径方向の間隙及び作動トルクの間の相互関係を決定する、これらの部品の間の干渉並びに予測し難い不規則性とに基づいて、スペーサ１４に対する特定の締付け荷重の下での最適のずれ寸法Ｄを決定するのに役立つ。図３に示すように、固定具４０が工具本体４２を含む。工具本体４２は、図１及び２に示したスペーサ１４、スリーブ１６及びレバーアーム１８の代わりに、静翼１２及びケーシング２２に取付けられる。工具本体４２の環状部分４６がブッシング２４に接触し、従って、スペーサ１４の環状面３６に代わる環状衝合面５０となる。固定具４０は、図１及び２のナット２０に代わるナット４４をも含んでおり、これがナット２０と同じように、トラニオン３４に螺着される。ブッシング２４及びワッシャ２６が、図１及び２に示したアセンブリ１０の場合のように、静翼１２及びケーシング２２に組込まれる。本発明では、ナット４４をトラニオン３４に締付けて、ブッシング２４，ワッシャ２６及びそれらの面の欠陥があれば、それをも平坦にするのに十分な締付け荷重をブッシング２４及びワッシャ２６に対して達成し、スペーサ１４に必要なずれ寸法Ｄに対するさらに正確な測定値を求めることができるようにする。
【００１８】
図３に示すように、固定具アセンブリ４０が１対のプローブ４８を含み、これらのプローブが、工具本体４２の壁を通って本体４２内の空所に入り込む。プローブ４８は、線形可変変位変換器（ＬＶＤＴ）静電容量プローブ、レーザ等のような任意の適当な形式であってよいが、それを使って、空所内での座２８の位置を検出する。例えば、工具本体４２の環状面５０に対するプローブ４８の位置が判っていれば、締付け荷重を受けたときの、面５０又はブッシング２４に対する座２８の位置を正確に決定することができる。座２８の位置が判れば、固定具アセンブリ４０を取外し、静翼アセンブリ１０に対して所望の半径方向の間隙を作るずれ寸法Ｄをもつスペーサ１４を選んで取付けることができる。スペーサ１４によってブッシング２４及びワッシャ２６に加えられる荷重は、固定具アセンブリ４０から加えられる荷重よりも小さいが、静翼アセンブリ１０を通る空気洩れを最小限に抑えるための、ブッシング２４及びワッシャ２６を通る望ましい最小の半径方向の間隙を達成する。
【００１９】
本発明を好ましい実施形態について説明したが、当業者であれば、この他の形式を採用することができることは明らかである。例えば、固定具アセンブリ４０を通じて締付け荷重を加えるために用いられるものとして、ナット４４を示したが、締付け荷重を、流体圧、空気圧又はその他の機械的な装置のような他の手段によって発生することができることは言うまでもない。さらに、静翼アセンブリ１０及び固定具アセンブリ４０の物理的な形式は、図面に示したものから大幅に変えることができる。従って、発明の範囲は特許請求の範囲のみによって限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ガスタービンエンジンの可変静翼アセンブリの分解斜視図。
【図２】  図１の静翼アセンブリの断面図。
【図３】  本発明による固定具を取付けた静翼アセンブリの断面図。
【図１】
0004318271.tif 000002
【図２】
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【図３】
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