本发明涉及对轴流压缩机所具有的可变静叶片的安装角(迎角)进行变更的可变静叶片的操作装置。
背景技术：
在燃气涡轮发动机中，作为基本结构而具有：压缩机，其吸入并压缩空气而使空气成为高压；燃烧器，其利用该压缩空气使燃料燃烧而成为高温高压的气体；以及涡轮，其使该高温高压的气体剧烈地吹向叶轮而使该叶轮旋转，该燃气涡轮发动机是从涡轮输出动力的原动机。
燃气涡轮发动机的轴流式的压缩机采用空气与旋转轴平行地流动的形式，通常具有设置于旋转体的外周面的多列动叶片以及设置于外壳的内周面上的多列静叶片。在这样的压缩机中，能够借助于静叶片和相对于该静叶片旋转的动叶片的作用而吸入空气，并对所吸入的空气进行压缩而使压力上升。
在上述结构的压缩机中，有的压缩机构成为根据空气的流动而改变入口的导向叶片和最开始的几列静叶片的安装角，从而适当地设定动叶片的迎角。并且，在涡轮中也提出了与压缩机同样地使静叶片的安装角和动叶片的迎角适当地变化的结构。例如，在专利文献1中记载了具有这种可变静叶片的操作装置的涡轮。
专利文献1的可变静叶片操作装置具有：外壳，其被各可变静叶片的轴的末端部贯穿并对所述末端部进行支承；操作杆，其安装于各个可变静叶片的轴的末端部；旋转环，其直径比外壳大一圈；销，其使各操作杆枢轴安装于旋转环；以及致动器，其使旋转环进行旋转运动。该可变静叶片操作装置还具有在旋转环与外壳之间在圆周方向上等间隔地配置的多个弹性体，使在半径方向上贯穿旋转环的调心螺栓的末端与各弹性体的外侧面卡合，并且将各弹性体的内侧压靠于外壳。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-124797号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
在上述的压缩机或涡轮中，公知的是在外壳和旋转环上会产生热伸缩差。例如，在涡轮中产生几毫米数量级的热伸缩差，在压缩机中会产生零点几毫米数量级的热伸缩差。这样的偏心可能会成为静叶片的安装角偏离合适值或者在多个静叶片之间波动的原因。
在专利文献1的可变静叶片操作装置中，通过配置在旋转环与外壳之间的弹性体的弹性变形来吸收外壳与旋转环之间的热伸缩差。如上所述，涡轮的热伸缩差与压缩机的热伸缩差相比极其大。即，在压缩机中，需要应对热伸缩差，但只要能够应对相对于涡轮而较小的热伸缩差就足够了。因此，在压缩机中，不要求像涡轮那样用于应对大热伸缩差的复杂的构造，反而要求能够应对比较小的热伸缩差的简单且小型化的构造。
本发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于，提供一种可变静叶片操作装置，以简单且能够小型化的构造来抑制旋转环与外壳的偏心。
用于解决课题的手段
本发明的一方式的可变静叶片操作装置对轴流压缩机的静叶片的安装角进行操作，其特征在于，该可变静叶片操作装置具有：臂，其与所述静叶片连结；旋转环，其与所述臂的一端连结，以在与所述轴流压缩机的外壳的外壁之间具有间隔的方式外套于该外壳上；驱动机构，其通过使所述旋转环旋转而借助于所述臂使所述静叶片转动；以及多个弹性体，其在所述旋转环与所述外壳的外壁之间在所述外壳的周围沿圆周方向排列，所述多个弹性体分别安装于所述旋转环和所述外壳的外壁中的一方且与另一方接触，朝向半径方向外侧对所述旋转环施力。
根据上述可变静叶片操作装置，通过在组装时使多个弹性体在外壳与旋转环之间发生弹性变形，旋转环相对于外壳被得以调心，并且消除了机构上的晃动。并且，能够使设置在外壳与旋转环之间的多个弹性体吸收旋转环与外壳的热伸缩差。此外，通过在旋转环的旋转时使多个弹性体在旋转环或者外壳的外壁上滑动，而引导了旋转环的转动。这样，通过简单且能够小型化的构造，能够消除外壳与旋转环之间的机构上的晃动，并且能够应对热伸缩。
在上述可变静叶片操作装置中，可以是，所述多个弹性体各自的轴向上的一端部从所述旋转环突出。
由此，旋转环与弹性体的结合部分以及外壳与弹性体的接触部分、或者旋转环与弹性体的接触部分以及外壳与弹性体的结合部分在轴流压缩机的轴向上错开，因此可变静叶片操作装置的组装或维护都是很容易的。
在上述可变静叶片操作装置中，可以是，所述多个弹性体的至少与所述旋转环或者所述外壳的外壁接触的部分由具有自润滑性的材料构成。
由此，减轻了外壳或者旋转环与弹性体之间的摩擦，通过驱动机构而施加给旋转环的荷重被顺畅地转换成旋转运动。
在上述可变静叶片操作装置中，可以是，所述外壳的外壁具有在圆周方向上连续的周状突起，所述多个弹性体接触所述周状突起的外周面或者安装于所述周状突起的外周面。
这样，周状突起的外周面在圆周方向上连续，旋转环也在圆周方向上连续，因此安装于周状突起的外周面与旋转环中的一方的多个弹性体在圆周方向上的位置不要求很高的精度。
在上述可变静叶片操作装置中，可以是，该可变静叶片操作装置还具有介于所述多个弹性体中的至少1个弹性体与所述旋转环之间的间隔件。
由此，能够通过间隔件而相对于外壳对旋转环进行调心，调心作业变得容易。
发明效果
根据本发明的可变静叶片操作装置，能够以比较简单且能够小型化的构造来抑制旋转环与外壳的偏心。
附图说明
图1是将示出采用了本发明的一实施方式的可变静叶片操作装置的燃气涡轮发动机的一部分剖切后的概略侧视图。
图2是对可变静叶片操作装置的概略结构进行说明的压缩机的局部剖视图。
图3是从压缩机的轴向观察可变静叶片操作装置的图。
图4是图2的一部分的详细图。
图5是从压缩机的半径方向外侧观察包含旋转环和弹性体的可变静叶片操作装置的一部分的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。首先，参照图1，关于采用了本发明的一实施方式的可变静叶片操作装置(以下，有时简称为“操作装置7”)的燃气涡轮发动机1的概略结构进行说明。图1是燃气涡轮发动机1的概略侧视图，将其一部分剖切而示出了内部构造。
在燃气涡轮发动机1中，作为基本结构要素而具有轴流压缩机(以下，简称为“压缩机2”)、燃烧器13和涡轮14。在该燃气涡轮发动机1中，压缩机2吸入空气a并进行压缩，燃烧器13利用从压缩机2导入的压缩空气使燃料f燃烧而产生高温高压的燃烧气体g。并且，通过该高温高压的燃烧气体g的能量对涡轮14进行驱动。压缩机2与涡轮14彼此的转子相结合，通过涡轮14的旋转动力对压缩机2和未图示的发电机等负载进行驱动。
接着，详细地说明压缩机2。压缩机2具有由外侧的定子4和内侧的转子3构成的在压缩机2的轴向(以下，简称为“轴向x”)上延伸的双重圆筒构造。在转子3与定子4之间形成有对吸入的空气a进行压缩的压缩通路22。
定子4大致由外壳41以及在外壳41的内周面上沿轴向x排列的多个静叶片列构成。各静叶片列由在圆周方向上等间隔地排列的多个静叶片40形成。
转子3大致由在轴向x上排列的多个转子盘31、在各转子盘31的外周缘沿圆周方向等间隔地排列的多个动叶片30构成。通过沿圆周方向排列的多个动叶片30而形成了一列动叶片列，多个动叶片列在轴向x上排列。静叶片列和动叶片列在轴向x上交替地排列。
一部分静叶片40是安装角可变的可变静叶片，压缩机2具有对该可变静叶片的安装角进行操作的操作装置7。在本实施方式的压缩机2中，从空气a的入口到第4列的静叶片40构成为可变静叶片。另外，从空气a的入口起第1列的静叶片40也有时被称为导向叶片(导片)。
接着，对可变静叶片及其操作装置7进行详细说明。图2是对可变静叶片操作装置7的概略结构进行说明的压缩机2的局部剖视图，图3是从压缩机2的轴向观察可变静叶片操作装置7的图，图4是图2的一部分的详细图，图5是从压缩机2的半径方向外侧观察包含旋转环42和弹性体8的可变静叶片操作装置7的一部分的图。
如图2和图4所示，在作为可变静叶片的静叶片40上一体地结合有叶片轴43。叶片轴43在放射方向上贯穿外壳41，叶片轴43的末端从外壳41的外壁突出。通过使叶片轴43以其轴心为中心转动，从而静叶片40的安装角发生变化。
弹簧座62、弹簧体61、臂44的基端部依次装配于叶片轴43的从外壳41突出的突出端上，并通过螺母63而防止脱落。通过介于臂44的基端部与外壳41之间的弹簧体61进行施力，以使叶片轴43的轴向与臂44的延伸方向大致垂直。并且，叶片轴43的供臂44装配的部分具有止转形状，臂44以叶片轴43的轴心为中心而与叶片轴43和静叶片40一体地旋转。
圆环状的旋转环42与可变静叶片的各列对应地设置在外壳41的外周侧。在本实施方式中，在外壳41的外周侧设置有沿压缩机2的轴向x排列的4个旋转环42。旋转环42以在与外壳41的外壁之间具有间隔的方式外套于该外壳41上。
与可变静叶片的一列对应的多个臂44的末端部都与1个旋转环42连结。更详细而言，旋转环42的横截面形状呈c字形状，在该c字的开口中嵌入臂44的末端部，轴部件68贯穿旋转环42和臂44的末端部。
通过驱动机构5对旋转环42进行转动驱动。当某列的旋转环42沿着外壳41的外周转动时，与该旋转环42连结的多个臂44被同步地操作，其结果为，该列的各静叶片40以对应的叶片轴43为中心同步地旋转，从而使该静叶片40的安装角发生变化。本实施方式的操作装置7的驱动机构5构成为联动地驱动所有的旋转环42以使压缩机2所具有的4列可变静叶片的安装角一齐发生变化。以下说明驱动机构5的具体的结构。
如图1～3所示，在外壳41的外壁上支承有与压缩机2的轴向x平行延伸的联动轴49。在该联动轴49上设置有与该联动轴49一体地旋转的4根动作杆50，旋转环42借助于杆51而与各动作杆50连结。并且，在该联动轴49上设置有与联动轴49一体地旋转的驱动杆52，驱动杆52与对其进行旋转驱动的致动器连结。本实施方式的致动器由作为驱动源的马达53(或者液压单元)、气缸55、以及被马达53驱动而从气缸55进行进退移动的杆54构成。杆54的末端与驱动杆52连结，气缸55被支承于外壳41的外壁。
在上述结构中，当马达53进行动作而使杆54进行进退移动时，驱动杆52和各动作杆50以联动轴49为中心旋转，其结果为，4个旋转环42一齐进行旋转动作。由此，与各旋转环42连结的各列静叶片40联动而使其安装角一齐变化。
另外，各杆51的长度能够调整，通过改变杆51的长度而能够调整动作杆50的角度。并且，与1个旋转环42连结的1列静叶片40的安装角全部被变更了同一角度。作为可变静叶片的各静叶片40的安装角的变更角度可以按照每一列而不同。例如，可以适当调整驱动杆52的杆比例等以使得越是后列侧的静叶片40变更角度越小。
另外，外壳41与旋转环42中压缩机2的动作中的热伸缩存在差。更详细而言，外壳41与旋转环42相比较大幅地热伸缩。为了抑制由于这样的热伸缩的差而引起的外壳41与旋转环42的偏心，本实施方式的压缩机2具有以下说明的构造。
如图4所示，外壳41中的供各列多个叶片轴43贯插的部分及其周缘部为在圆周方向上连续的周状突起411(环状肋)。该周状突起411的外周面为位于比外壳41的正常的外壁面靠半径方向外侧的位置的周状突出面412。嵌合在比周状突起411向半径方向外侧突出的叶片轴43上的臂44位于比周状突出面412靠外周侧(即，压缩机2的半径方向外侧)的位置，与该臂44连结的旋转环42位于比周状突出面412靠外周侧的位置。并且，旋转环42在压缩机2的轴向x上的位置从周状突起411向轴向x偏移。这样，旋转环42的内周与外壳41的正常的外壁面之间在半径方向上分离。
并且，如图3～5所示，压缩机2具有在旋转环42的内周面的多个部位安装的弹性体8，这些弹性体8与外壳41的外壁抵接。各弹性体8是金属制成的薄板，是所谓的板簧，能够进行弹性变形。在本实施方式中，8个以上的弹性体8平衡良好地等间隔(等分割)配置在旋转环42的内周面上。
弹性体8在压缩机2的轴向x上的一端部8a通过由螺栓和螺母构成的紧固件81而安装于旋转环42。这样，弹性体8相对于旋转环42被紧固，因此在弹性体8疲劳时，能够容易地更换成新的弹性体8。
弹性体8在压缩机2的轴向x上的另一端部8b处设置有滑动面8c，该滑动面8c与外壳41的周状突出面412接触。由此，在旋转环42绕外壳41转动时，弹性体8的端部8b在外壳41的周状突出面412上滑动着与旋转环42一体地旋转。
在弹性体8中，至少作为与外壳41的外壁接触的部分的滑动面8c由具有自润滑性的材料构成。即，弹性体8也可以是由具有自润滑性的材料构成的滑动面8c以及由例如钢、铁、不锈钢等金属构成的其他部分所形成的复合体。作为上述的“具有自润滑性的材料”，例如有使固体润滑剂分散在具有防烧伤作用的包含了铜等软质金属的基底金属中而烧结得到的材料、在上述基底金属中埋入有固体润滑剂的材料、进一步对它们进行含油处理而得到的材料等。固体润滑剂可以是在摩擦面上形成剪切力低的覆膜的材料中的、例如具有耐高温特性的石墨(graphite)。并且，优选的是，上述的“具有自润滑性的材料”的摩擦系数足够低，弹性体8的滑动面8c与外壳41的外壁面之间的摩擦系数μ为0.2以下。如上所述，由于弹性体8的滑动面8c具有自润滑性，因此减轻了弹性体8的滑动面8c与外壳41的突出面之间的摩擦。
在压缩机2的组装时，将预先安装有弹性体8的旋转环42组装于外壳41。这里，弹性体8的滑动面8c被配置为与外壳41的外壁中的周状突出面412接触。在外壳41与旋转环42之间沿圆周方向等间隔地配置的多个弹性体8发生弹性变形以朝向半径方向外侧对旋转环42施力，它们的弹性变形得以平衡，其结果为，被定心成外壳41与旋转环42之间的半径方向上的间隙s在圆周方向上处于一定范围。另外，在通过多个弹性体8没有充分地进行定心的情况下，也可以将间隔件48介插于旋转环42与弹性体8之间，通过该间隔件48来进行补充定心。作为间隔件48，例如优选使用调整板等能够进行厚度调整的结构。
像以上说明的那样，本实施方式的可变静叶片的操作装置7是对压缩机2的静叶片40的安装角进行操作的可变静叶片操作装置，其具有：臂44，其与静叶片40连结；旋转环42，其与臂44的一端连结，以在与压缩机2的外壳41的外壁之间具有间隔的方式外套在该外壳41上；驱动机构5，其通过使旋转环42旋转而借助于臂44使静叶片转动；以及多个弹性体8，其在旋转环42与外壳41的外壁之间在外壳41的周围沿圆周方向排列。多个弹性体8分别安装于旋转环42且与外壳41的外壁接触，朝向半径方向外侧对旋转环42施力。
根据上述操作装置7，在旋转环42转动时，多个弹性体8在外壳41的外壁上滑动。由此，旋转环42能够维持着与外壳41同心而无晃动地在外壳41周围转动。通过晃动的抑制，而降低了自使操作装置7进行动作到实际变更了静叶片40的安装角为止的反应时间的延迟，确保了操作装置7的迅速动作。而且，能够有助于燃气涡轮发动机1的稳定动作范围的扩大。
并且，根据上述操作装置7，由于外壳41与旋转环42的热伸缩的差被弹性体8的弹性变形吸收，因此抑制了外壳41与旋转环42的偏心。通过偏心的抑制，使静叶片40的安装角的操作量和变化量维持适当的对应性，减轻了变化量的偏差，确保了操作装置7的正确动作。而且，能够有助于燃气涡轮发动机1的性能的维持、动作的稳定化、以及稳定动作范围的扩大。
此外，根据上述操作装置7，只要在外壳41与旋转环42的半径方向之间存在多个弹性体8即可，实现了用于吸收热伸缩差的构造的简单化和小型化。并且，关于多个弹性体8，只要能够使旋转环42支承于外壳41，则其形状或在旋转环42上的安装位置并不要求高精度。因此，能够在旋转环42上安装多个弹性体8之后，将其配设在外壳41的周围。除此之外，当在外壳41的周围配置了旋转环42时，多个弹性体8发生弹性变形而半自动地进行旋转环42相对于外壳41的定心。由此，在弹性体8和旋转环42组装于外壳41时不要求高位置精度，并且定心作业很容易，因此操作装置7的组装与例如专利文献1中记载的以往的技术相比变得容易。
并且，在上述实施方式的可变静叶片的操作装置7中，多个弹性体8分别将在压缩机2的轴向x上的一端部8a安装于旋转环42，轴向x上的另一端部8b比旋转环42沿轴向x突出，该突出部分与外壳41的外壁接触。
根据上述结构，旋转环42与弹性体8结合的结合部分、以及外壳41与弹性体8接触的接触部分在压缩机2的轴向x上错开，因此操作装置7的组装或维护很容易。
并且，在上述实施方式的可变静叶片的操作装置7中，多个弹性体8的至少与外壳41的外壁接触的部分(即，滑动面8c)由具有自润滑性的材料构成。
根据上述结构，减轻了外壳41与弹性体8之间的摩擦，通过驱动机构5而将施加给旋转环42的荷重顺畅地转换成旋转运动。
并且，在上述实施方式的可变静叶片的操作装置7中，外壳41的外壁具有在圆周方向上连续的周状突起411，多个弹性体8与周状突起411的外周面(即，周状突出面412)接触。
根据上述结构，周状突出面412在圆周方向上连续，旋转环42也在圆周方向上连续，因此安装于旋转环42的弹性体8在圆周方向上的位置不要求高精度。由此，在将弹性体8安装至旋转环42时以及在将旋转环42外套到外壳41上时，圆周方向上的位置不要求高精度，操作装置7的组装变得容易。
另外，在上述实施方式中，与弹性体8接触的外壳41的周状突起411、支承静叶片40的叶片轴43的外壳41的厚壁部是共用的。这样，能够使用外壳41的已有的结构来用作与弹性体8的接触部，外壳41的设计变更可以较少。此外，本实施方式的操作装置7的构造不限于新的压缩机2，也能够应用于已有的压缩机2。
并且，在上述实施方式的可变装置的操作装置7中，还具有介插在多个弹性体8中的至少1个弹性体8与旋转环42之间的间隔件48。
根据上述结构，能够使间隔件48吸收旋转环42或弹性体8的制造误差，因此它们不要求高部件精度。并且，能够利用间隔件48相对于外壳41对旋转环42进行调心，调心作业变得容易。
以上对本发明的优选的实施方式进行了说明，但上述的结构例如能够像以下那样变更。
例如，上述的可变静叶片的操作装置7应用于压缩机2，但也可以应用于具有相同的可变静叶片的轴流涡轮。
并且，例如在上述的可变静叶片的操作装置7中，多个弹性体8安装于旋转环42且与外壳41的外壁接触地滑动，但多个弹性体8也可以构成为安装于外壳41的外壁且与旋转环42接触地滑动。在该结构中也能够得到与上述实施方式相同的作用效果。在该情况下，弹性体8的轴向x上的一端部8a与旋转环42接触且轴向x上的另一端部8b比旋转环42沿轴向x突出，该突出部分被安装于外壳41的外壁。这里，弹性体8可以安装于外壳41的周状突出面412。并且，弹性体8的与旋转环42接触的部分为滑动面，这里由具有润滑性的材料构成。
另外，上述说明仅应解释为本申请发明的实施方式的例示，是处于对本领域技术人员指导实施本发明的最佳方式的目的而提供的。能够在不脱离本发明的精神的情况下，对其构造和/或功能的详细情况进行实质变更。
标号说明
1：燃气涡轮发动机；
2：压缩机；
3：转子；
4：定子；
5：驱动机构；
7：可变静叶片操作装置；
8：弹性体；
8a：端部；
8b：端部；
8c：滑动面；
30：动叶片；
31：转子盘；
40：静叶片；
41：外壳；
42：旋转环；
43：叶片轴；
44：臂；
48：间隔件；
411：周状突起；
412：周状突出面。