JPS6365811B2 - - Google Patents

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JPS6365811B2
JPS6365811B2 JP54152519A JP15251979A JPS6365811B2 JP S6365811 B2 JPS6365811 B2 JP S6365811B2 JP 54152519 A JP54152519 A JP 54152519A JP 15251979 A JP15251979 A JP 15251979A JP S6365811 B2 JPS6365811 B2 JP S6365811B2
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JP
Japan
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wall
airfoil
axial centerline
centerline
gas turbine
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Application number
JP54152519A
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English (en)
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JPS5596327A (en
Inventor
Richaado Furu Piitaa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JPS5596327A publication Critical patent/JPS5596327A/ja
Publication of JPS6365811B2 publication Critical patent/JPS6365811B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162Final 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08Sealings
    • F04D29/16Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/161Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/164Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of an axial flow wheel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/56Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/563Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable specially adapted for elastic fluid pumps

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジンに関し、特に、
可変位置翼形体と、エンジンのガス流路を形成す
る壁体との間に最小の間隙を維持する装置に関す
る。
ガスタービンエンジンの分野において、エンジ
ンの全サイクルにわたる性能はエンジンの様々な
部分で可変位置翼形体を利用することによつて改
良され得るということは周知である。例えば、最
新エンジンのなかには、エンジンの圧縮機部にお
いて複数の可変静翼を利用するものがあり、こら
れの静翼は、通例、低出力状態におる比較的閉ざ
された位置と、全出力状態における全開位置との
間を回動する。可変位置翼形体の他の適用例とし
ては、高バイパス比ガスタービンエンジンの可変
位置フアン動翼、可変入口案内翼、タービンの可
変位置動翼と可変位置静翼等がある。
翼形体の端部と流路壁との間隙がエンジン性能
に悪影響を及ぼすということも周知である。間隙
の増大によつて性能損失は増大する。可変位置翼
形体の場合はその回転によつて性能損失はさらに
多くなる。さらに詳述すると、翼形体の端部と、
それに隣接する空気力学的流路面との間隙は翼形
体の位置によつて変わる。この結果は、回転曲面
である流路輪郭と、翼形体が回転するにつれて平
面内を移動する翼形体の半径方向に面する内外両
面との間の固有の不整合から生ずるものである。
従来、設計者たちは、翼形体の端縁と流路壁との
干渉を防ぐために、翼形体が開閉極限位置のいず
れかにある時流路壁と干渉するおそれのある翼形
体端縁の部分を機械加工によつて除去してきそ。
この方法によれば、翼形体が上記極限位置を占め
る時の間隙は最小となるが、翼形体が他の回転位
置にある時の間隙は大きくなる。しばしば、大き
な間隙は臨界の運転時高出力設定値と翼位置で生
じ、その結果、空気の漏れが増加し、エンジン性
能の損失が生じ、かつ燃料消費量が増大する。本
発明は可変位置翼形体と関連する過大間隙に関す
る問題の解決をはかろうとするものである。
従つて、本発明の目的は、ガスタービンエンジ
ンのガス流路に配置される可変位置翼形体がその
回転軸の周りを回転したときに、該翼形体とガス
流路を形成する壁体との間の間隙を最小に保つよ
うな、翼形体、壁体及びそれらに関連するガス流
路構成を有するガスタービンを提供する。
簡略に述べると、添付図面と関連する以下の説
明から明らかとなるはずの上記および他の目的を
達成するため、本発明は、一態様において、エン
ジンの中心線の周囲に配設されて環状流路を画成
する第1軸方向延在壁を設ける。この第1壁は周
方向と軸方向とに延在する半径方向向きの所定形
状表面を有する。前記流路内には可変位置翼形体
が存し、前記所定形状表面と離隔対面関係にある
半径方向向きの所定形状端面を有する。この翼形
体はエンジン中心線に対して傾斜した回転中心線
を中心として回転するようになつており、前記表
面と前記端面との間隔は、翼形体がその回転中心
線を中心として第1および第2位置間を回動する
間一定に保たれる。前記表面と前記端面は球形で
よい。
次に添付の図面によつて本発明の好適実施例を
説明する。この実施例の説明は、従来装置をあら
かじめ簡単に説明すれば、一層良く理解されよ
う。従つて、まず第1図、すなわち、代表的な従
来装置とそれに伴う欠点とを示す概略図について
述べる。第1図はガスタービンエンジンの中心線
x−xの周囲に壁24によつて部分的に画成され
た環状流路20の一部分の側面図である。環状流
路20内には可変位置翼形体22が比較的閉ざさ
れた位置と比較的開いた位置とにあるように示さ
れており、後者の位置は破線で示してある。翼形
体22は、半径方向に延びる垂直な回転中心線y
−yを中心として開閉両位置間を回動する。第1
図に示す壁24の特定形状は一般にガスタービン
エンジンの圧縮機部に見られるものであろう。こ
の場合、環状流路の断面積はエンジン内を後方に
進むにつれて減少する。また、中心線x−xから
壁24までの距離は、通例、環状流路20内で特
定の流れ特性を得るに必要な条件に従い軸方向位
置によつて異なる。
前述のように、従来の翼形体の半径方向に面す
る端面と流路壁との間隙は翼形体の位置の関数と
して変わる。間隙の変化が生ずるのは、翼形体2
2の端面の各点の回転面が壁24に平行でないか
らである。さらに詳述すると、翼形体22の端面
の各点は中心線x−xに平行な平面内で回転す
る。しかし、壁24は中心線x−xの方向に傾斜
しているだけでなく、中心線x−xを中心として
わん曲している。従つて、壁24は2つの方向に
傾斜していると言える。翼形体22の端面の任意
の点と壁24との間の距離はその点の軸方向位置
によつて変わる。翼形体22は動き得るので、こ
のような点の軸方向位置は変動する。こうして間
隙の変化が生ずるのである。
前述の可変間隙を一層簡単に例示するために、
壁24の曲率半径が十分に大きく、従つて、第1
図の紙面と直交する向きの壁24のわん曲は無視
し得ると仮定する。翼形体22が閉位置にある
時、翼形体22の前方下面26は軸方向位置I2
おいて間隙aだけ壁24から離れている。ここで
述べておくべきことは、第1,2,3図に示す間
隙の大きさは先行技術と本発明の理解を容易にす
るために大いに誇張されているということであ
る。翼形体22が開位置にある時、翼形体22の
前方下面26は軸方向位置I1において間隙bだけ
壁24から離れている。間隙bは間隙aより大き
い。なぜなら、翼形体22の下面26は(第1図
に示すように)水平面内で回転するのに対し、壁
24の半径は軸方向位置I2から軸方向位置I1に向
かつて減少するからである。間隙aは通常閉位置
に対して最小許容値に設定されるので、間隙bは
過大になり、その結果、局所的な漏れと流れの乱
れとによつて性能損失が生ずる。
同様に、過大間隙が翼形体22の後方下面28
で生ずる。さらに詳述すると、翼形体22が開位
置にある時、翼形体22の後方下面28は軸方向
位置I4において間隙cだけ壁24から離れてい
る。翼形体22が閉位置にある時、翼形体22の
後方下面28は軸方向位置I3において間隙dだけ
壁24から離れている。この例では、最小間隙c
は翼形体22が開位置にある時に生ずる。従つ
て、翼形体22が閉ざされた時、間隙cより大き
な間隙dは過大となり、その結果漏れと性能損失
が生ずる。翼形体22が開閉両位置間を回動する
につれ、前方下面26と間隙はaとbとの間で変
わり、後方下面28の間隙はcとdとの間で変わ
る。前述のように、先行技術の諸問題をより簡単
に例示する目的で、紙面と直交する向きの壁24
のわん曲は無視し得るものと仮定した。実際に
は、このようなわん曲は無視し得るものではな
く、間隙の変化をさらに大きくする。
第2図は翼形体と流路境界との間に一定の間隙
を保つ本発明の好適実施例を示す。周方向と軸方
向とに延在して相隔たる内壁30と外壁31が、
軸方向に延在する環状流路32の境界を少なくと
も部分的に画成している。壁30は、概して、ガ
スタービンエンジンの軸方向中心線z−zを中心
とする回転面から成り、そしてエンジンの前方か
ら後方(第2図の左側から右側)に向かつて中心
線z−zから壁30までの距離が増加するように
設けられている。
壁30には、周方向と軸方向に延在し概して半
径方向に面する球形表面または部分34が含ま
れ、中心線z−z上の第1位置36に存する第1曲
率中心を有する。表面34は球形であるから、そ
のすべての点は中心36から一定の距離つまり半
径Rのところに存在する。中心36は、球形表面
34の中心線z−zへの半径方向投影の軸方向範
囲を定める点P、Q間の中点Oから距離fだけ離
れて中心線z−z上に存在する。中心36を中点
Oから距離fだけ離すことによつて、球形輪郭3
4は壁30の正常輪郭に一層正確に近似する。本
発明の任意の適用例における距離fの大きさは壁
30の傾斜度等のパラメータに依存する。距離f
は一般に次の方程式によつて定義される。
f=tanθ×(e+l/2sinθ) ただし、 θ=表面34と壁30の2つの軸方向整合交点を
結ぶ線の軸方向傾斜角 e=点Pから壁30までの半径方向距離 l=壁30に沿う表面34の軸方向長さ 可変位置翼形体38は流路32内にそれを半径
方向に横切つて延在し、球形部34と半径方向に
隣接する。翼形体38は半径方向に面する球形端
面40を有し、この端面は表面または部分34と
離隔対面関係にある。端面40は第2位置37に存
する第2曲率中心を有する。第2図の実施例で
は、前述の第1位置36は第2位置37と合致して
いる。端面40は球形であるから、そのすべての
点は中心36から一定の距離または半径R+Δの
ところにあり、従つて、部分34と端面40との
間には一定の間隙Δが存在する。Δは表面34と
端面40の曲率半径の差に等しい。
可変位置翼形体38は、軸方向中心線z−zと
交わる中心線M−Mを中心として回転するように
なつている。さらに、第2図に示す好適実施例で
は、中心線M−Mは合致曲率中心36,37と交
わつている。
可変位置翼形体38がその第1位置すなわち開
位置と第2位置すなわち閉位置との間を回動する
につれ、表面34上の任意の点と端面40との間
の半径方向距離は一定値Δに保たれる。また、半
径方向間隙Δは表面34上の全点と端面40との
間で一定である。この一定間隙が得られるのは、
表面34の半径と、端面40の半径と、翼形体3
8の回転中心線M−Mとがすべて中心36の同一
点で交わるからである。また、中心36は中心線
z−z上に存するので、壁30において表面34
を中心線z−zを中心とする球形回転面として機
械加工するのに便利である。
回転中心線M−Mは90゜より少ない角度で中心
線z−zと交わつており、従つて、中心線z−z
に対して前方に傾斜していると言える。中心線M
−Mの傾斜は翼形体38の形状によつて角度が変
わる。この傾斜はいくつかの理由で有利である。
第1に、中心線M−Mの傾斜は環状流路32内を
流れる空気によつて翼形体38に作用する力の正
味モーメントを減らす。さらに詳述すると、中心
36は中点Oの後方にあるので、もし中心線M−
Mが中心線z−zに対して90゜の角度をなしてい
るとすれば、回転中心線M−Mの前方の翼形体3
8の部分に空気流が及ぼす力は、回転中心線M−
Mの後方の翼形体38の部分に空気流が及ぼす力
よりかなり大きくなる。この力の正味モーメント
は、翼形体38の位置を制御する頑強なリンク機
構によつて受止められる必要がある。中心線M−
Mを図示のように前方に傾けることによつて、中
心線M−Mの前方の翼形体38の表面積の大きさ
を中心線M−Mの後方の表面積の大きさに近づけ
ることができる。こうして、中心線M−Mを中心
とする力の正味モーメントは減少し、従つて、位
置づけリンク機構(図示せず)の重量と頑強さを
減らすことができ、それだけ費用を節約できる。
中心線M−Mの傾斜の第2の利点は、翼形体3
8の半径方向外向きの端面42と外壁31との間
隙の制御が良好になることである。特に、中心線
M−Mから端面42に沿つて翼形体38の前縁コ
ーナ44に至る距離が減少する。従つて、中心線
M−Mを中心とする翼形体38のいかなる特定回
転量に対しても、前縁コーナ44の動きは減少
し、従つて、間隙変化の比較的良好な制御が可能
になる。また、翼形体38は傾斜した中心線M−
Mのまわりを回転するので、後縁コーナ46は中
心線M−Mを中心として回転する。コーナ46の
このような回転によつて、コーナ46は中心線M
−Mに垂直な回転面内を移動する。この回転面は
第2図にrで示してあり、紙面に直交する方向に
延在する。次に第2図を第3図と共に参照する。
第3図は流路32を軸方向後方から見た概略図で
ある。両図からわかるように、翼形体38の回転
に伴うコーナ46の旋回は、壁31のわん曲に近
似する点の軌跡を描くように行われ得る。本発明
のこの特徴を例示するため、翼形体38はコーナ
46が点g、h間を動くように一円弧範囲におい
て回転する必要があると仮定する。また、コーナ
46と壁31との間に現存する間隙は、翼形体3
8の占める位置がコーナ46がgにある位置であ
る時の間隙であると仮定する。翼形体38が傾斜
中心線M−Mを中心として回転するにつれ、コー
ナ46は第3図に示す破線と第2図に示す面rと
に従つて動き、hの位置を占めるに至る。翼形体
38をこのように回すと、その結果、コーナ46
は第2図に明示のように壁31に向かつて動くの
で、コーナ46と壁31との間隙は減少する。も
しコーナ46が先行技術の教示に従つて垂直回転
中心線を中心として回転するならば、コーナ46
は中心線z−zに平行な回転面内で回転し、そし
て第3図に見られるように点gから点iまで水平
面内を移動することになる。このような先行技術
による動きの場合、コーナ46と壁31との間隙
は、コーナ46が点gから点iまで動くにつれて
増加する。従つて、傾斜回転中心線を使用の場
合、コーナ46は壁31のわん曲に概して追従す
るので、間隙変化の制御が良好になることは明ら
かである。中心線M−Mの傾斜度は特定の流路形
状と翼形体回転弧とに応じて選定されることに注
意されたい。位置gにおけるコーナ46と壁31
との間隙は従来の設計の場合よりわずかに大きく
選定されるかもしれないが、hにおける最終間隙
は垂直回転の場合に得られる間隙よりかなり小さ
い。その結果、傾斜中心線を用いた場合の間隙の
変化は垂直回転の場合のそれよりかなり少なくな
る。
第2図に示した好適実施例は、改変可能であ
り、その一例においては、表面34と端面40の
諸点との間隙は変化し、かつ端面40上の任意の
点と表面34との間の間隙は、翼形体30が中心
線M−Mのまわりを回転する間一定のままであ
る。この結果は、端面40の曲率半径を表面34
の曲率半径Rに等しくすることと、中心37を回
転中心線M−Mに沿つて距離Δだけ中心位置36か
ら変位させることによつて得られる。このような
構成の場合、中心線M−Mに沿う表面34と端面
40との間の距離はΔに等しい。端面40上の他
の点は表面34からΔより少ない距離だけ離れて
いる。しかし、端面40の任意の特定点と表面3
4との間の距離は、翼形体30が前述の第1およ
び第2位置に間を中心線M−Mを中心として回動
する間一定に保たれる。
第2図の好適実施例は、連結壁として例示され
た壁30と共に図示されている。しかし、ガス流
路32を部分的に画成する壁30は複数のセグメ
ントで構成され得るということを理解されたい。
これらのセグメントの幾つかは回転するエンジン
構成部の或部分でよく、他のセグメントは静止構
造体でよい。これと関連し、球形面34は静止シ
ユラウドの形態をなす静翼止セグメント、あるい
は表面シユラウドの形態をなす回転セグメントか
ら成るものでよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の装置とそれに伴う欠点を示す概
略図、第2図はガスタービンエンジンの流路内に
設けた可変位置翼形体に適用された場合の本発明
の概略図、第3図は第2図に示した流路の軸方向
から見た概略図で、本発明の一態様によつて達成
される間隙制御を示す。 30……内壁、31……外壁、32……流路、
34……球形表面、36……表面34の曲率中
心、37……端面40の曲率中心、38……翼形
体、40……球形端面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ガスタービンエンジンの軸方向中心線Z−Z
    の周囲に設けられた軸方向延在流路32を有する
    ガスタービンエンジンであつて、 第1の壁30と、第2の壁31と、可変位置翼
    形体38とを含み、 前記第1の壁は前記軸方向中心線の周囲に配置
    され、該第1の壁は前記軸方向中心線に対して該
    第1の壁と前記軸方向中心線との距離が不均一と
    なるように配置され、該第1の壁は前記軸方向中
    心線の第1位置にある第1曲率中心36を有する
    周方向並びに軸方向延在し半径方向に面する周辺
    輪郭の端面34を有し、 前記第2の壁は前記軸方向中心線の周囲に配置
    され、該第2の壁は前記軸方向中心線の周囲に全
    く非球形表面の第2回転面を持ち、該第2の壁は
    前記軸方向中心線に対して該第2の壁と前記軸方
    向中心線との距離が略均一となるように配置さ
    れ、 前記可変位置翼形体は前記第1の壁と第2の壁
    の間の前記流路内にそれを横切つて延在し、第2
    位置にある第2曲率中心を有する半径方向の輪郭
    の端面40を有し、該端面は前記第1の壁の周辺
    輪郭の端面と離隔対面関係に配置され、前記翼形
    体は前記軸方向中心線に前記第1位置において
    90゜未満の角度で交差する回転軸の周囲を回転す
    るガスタービンエンジン。 2 前記翼形体が前記回転軸の前の第1表面積と
    前記回転軸の後の第2表面積とを含み、前記第1
    表面積が第2表面積に略等しい特許請求の範囲第
    1項記載のガスタービンエンジン。 3 前記第2位置が前記回転軸の、前記第1第1
    から離れた個所に在る特許請求の範囲第1項記載
    のガスタービンエンジン。
JP15251979A 1978-12-04 1979-11-27 Apparatus for maintaining gap between variable vanes Granted JPS5596327A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/966,304 US4278398A (en) 1978-12-04 1978-12-04 Apparatus for maintaining variable vane clearance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5596327A JPS5596327A (en) 1980-07-22
JPS6365811B2 true JPS6365811B2 (ja) 1988-12-16

Family

ID=25511197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15251979A Granted JPS5596327A (en) 1978-12-04 1979-11-27 Apparatus for maintaining gap between variable vanes

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4278398A (ja)
JP (1) JPS5596327A (ja)
DE (1) DE2948530A1 (ja)
FR (1) FR2443577B1 (ja)
GB (1) GB2036885B (ja)
IL (1) IL58144A (ja)
IT (1) IT1127631B (ja)

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