JP2002147203A - ターボ機械用の流体案内部材の列 - Google Patents

ターボ機械用の流体案内部材の列

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターボ機械のステータベーンの振動を抑制す
ることが可能な流れ案内部材を提供する。 【解決手段】 流体案内部材の列は、ディスクに取り付
けられているとともにこのディスクの周りに延びて４つ
の四分円部分からなる円形パターンをなす複数の流れ案
内部材から構成される。第１の四分円部分および第２の
四分円部分は、それぞれ、第３の四分円部分と第４の四
分円部分との間に位置し、第１の四分円部分および第２
の四分円部分における各流れ案内部材の質量は、第３の
四分円部分および第４の四分円部分における各流れ案内
部材の質量よりも大きい。第１の四分円部分および第２
の四分円部分のそれぞれにおける流れ案内部材の数が、
第３の四分円部分および第４の四分円部分のそれぞれに
おける流れ案内部材の数よりも少なくなるように、流れ
案内部材が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ機械内部の
ステータベーンの振動を抑制し、かつ流れ案内部材アッ
センブリにおいて同調吸収現象が発生し難くするため
の、構造的に非同調型とされた、ターボ機械用の流体案
内部材の列（例えばロータブレード列）に関する。
【０００２】
【従来の技術】ターボ機械内部で交互に配置されたブレ
ード列およびベーン列において整列したブレードおよび
ベーンは、相対的に回転する他のブレード列との空気力
学的作用に起因して、破壊的に振動する。さらに、ある
列におけるロータブレードは、隣接した列もしくは近傍
の列のステータベーンにより変動する流れの影響を受け
て振動する。さらに、このロータブレードにより変動す
る流れが回転することによって、隣接した列もしくは近
傍の列におけるステータベーンが振動する。
【０００３】２つの１８０°の部分の間でステータベー
ンの数を異ならせる（例えば、上方部分のステータベー
ンの数を４０個とし、下方部分のステータベーンの数を
４２個とする）ことによって、隣接するロータブレード
の振動を抑制することができる。このことは、２つの部
分でステータベーンの円周方向間隔が異なることに起因
して、各ロータの回転中にロータブレードが２つの異な
る振動数で振動するためである。同様に、ロータブレー
ドの数を異ならせることによって、ステータの振動を抑
制することができる。
【０００４】振動するロータブレードには、「同調吸収
（tuned absorbed）」もしくは「モードの局在化（mode
localization）」として周知の有害な現象が発生し易
い。このような現象によって、ロータアッセンブリ全体
の振動エネルギがロータにおける幾つかのブレードつま
り流れ案内部材に集中し、これによって、これらのブレ
ードつまり流れ案内部材の振動が激しくなり、早期故障
が起こる。このような現象に寄与する要因の１つは、同
じ固有振動数を有する複数のブレードがロータディスク
を介して構造的に結合されていることである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、ターボ機械用の改善された流体案内部材の列を提供
することである。
【０００６】本発明の更なる目的は、ターボ機械のステ
ータベーンの振動を抑制することが可能な、上述したよ
うな改善された流れ案内部材を提供することである。
【０００７】本発明の更なる目的は、ロータにおける同
調吸収現象（tuned absorbed phenomenon）の発生を防
止することが可能な、上述したような改善された流れ案
内部材を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述した目的は、本発明
の流れ案内部材によって達成することができる。
【０００９】本発明によって、ターボ機械用の、ブレー
ド列として周知の流体案内部材の列を提供する。流体案
内部材の列は、主に、ディスクに取り付けられていると
ともにこのディスクの周りに延びて４つの四分円部分か
らなる円形パターンをなす複数の流れ案内部材から構成
される。好ましくは、第１の四分円部分および第２の四
分円部分は、それぞれ、第３の四分円部分と第４の四分
円部分との間に位置し、第１の四分円部分および第２の
四分円部分における各流れ案内部材の質量は、第３の四
分円部分および第４の四分円部分における各流れ案内部
材の質量よりも大きい。第１の四分円部分および第２の
四分円部分のそれぞれにおける流れ案内部材の数が、第
３の四分円部分および第４の四分円部分のそれぞれにお
ける流れ案内部材の数よりも少なくなるように、流れ案
内部材が配置されている。
【００１０】本願では、ターボ機械という用語は、交互
に配置された回転するブレードの列および固定されたベ
ーンつまりステータの列によって作動流体のエネルギを
変換することにより動作する装置（例えば、ガスタービ
ンエンジンや蒸気タービン）を意味する。
【００１１】本発明の流体案内部材列の他の細部および
これに伴う目的および利点は、以下の詳細な説明および
付随の図面に記載されている。付随の図面において、同
一の参照符号は、同一の部材を示す。
【００１２】
【発明の実施の形態】ここで図を参照すると、図１に、
本発明の流体案内部材の列１０（例えばロータアッセン
ブリ）が示されている。流体案内部材の列１０は、ガス
タービンエンジンや蒸気タービンといったターボ機械に
利用可能なものである。上述したように、流体案内部材
の列１０は、非同調型（mistuned）の構造を有し、これ
によって、ターボ機械のステータベーンの振動が抑制さ
れているとともに、流体案内部材の列１０（例えばロー
タアッセンブリ）において同調吸収現象（tuned absorb
ed phenomenon）が発生し難くなっている。
【００１３】本発明の非同調型の流体案内部材の列１０
は、複数の流れ案内部材つまりロータブレード２４，２
６が一列に並べられたものを備えている。流れ案内部材
２４，２６は、ディスク１４の周りに延びて４つの四分
円部分１６，１８，２０，２２からなる円形パターンを
構成している。当該技術分野で周知のいかなる適した手
段によっても、流れ案内部材２４，２６をディスク１４
に取り付けることができる。
【００１４】本発明の非同調型の流体案内部材の列１０
においては、２つのタイプの、流れ案内部材を含む四分
円部分が交互に配置されている。流れ案内部材つまりブ
レード２４，２６の数および各流れ案内部材２４，２６
の質量は、これらの２つのタイプの四分円部分間で異な
る。好ましくは、四分円部分１６，２０を第１のタイプ
の四分円部分とし、四分円部分１８，２２を、第２のタ
イプの四分円部分とする。
【００１５】第１のタイプの四分円部分は、質量の大き
い流れ案内部材つまりブレード２４をＮ個備えており、
第２のタイプの四分円部分は、質量の小さい流れ案内部
材つまりブレード２６をＮ＋１個備えている。Ｎは整数
である。図１には、例として、Ｎ＝９である列が示され
ている。流れ案内部材つまりブレードの数を隣接する四
分円部分と異ならせることによりターボ機械内部のステ
ータベーンの振動を抑制できることは、既にわかってい
る。
【００１６】第１のタイプの四分円部分における流れ案
内部材つまりブレード２４の質量は、第２のタイプの四
分円部分における流れ案内部材つまりブレード２６の質
量よりも大きい。本発明の好適な実施例では、各流れ案
内部材２４の質量と各流れ案内部材２６の質量との比率
は、ほぼ（Ｎ＋１）：Ｎである。互いに隣接する四分円
部分の間で流れ案内部材の質量が異なることによって、
２つの利点が得られる。第１の利点は、四分円部分間で
流れ案内部材の振動数が異なるものとなり、これによっ
て、四分円部分間での振動の構造的結合が抑制されるこ
とによって、同調吸収現象が回避されることである。第
２の利点は、第１のタイプの四分円部分における流れ案
内部材２４の数が第２のタイプの四分円部分よりも少な
いことを、流体案内部材２４の質量を流れ案内部材２６
よりも大きくすることにより相殺することができ、これ
によって、遠心力によりディスク１４に加わる引張力を
均等化できることである。
【００１７】図２を参照すると、商業用の航空機のガス
タービンエンジンのタービンモジュールが示されてい
る。このタービンモジュールは、複数のロータアッセン
ブリつまりロータ段４０を備えており、これらのうちの
１つもしくは複数のロータ段４０に、本発明の流体案内
部材の列１０を備えることができる。タービンモジュー
ルは、さらに、円周方向に分散されたステータベーン３
２の段を１つもしくは複数備えており、これらは、流れ
案内部材２４，２６から軸方向に離間されている。
【００１８】本発明による、振動を抑制するために非同
調型とされた四分円ロータが、上述した目的、手段およ
び利点を完全に満たすことは明らかである。本発明は、
その特定の実施例に関して記載されたが、これ以外の変
更を加えることが可能なことは、以上の記載を読んだ当
業者であれば理解できるだろう。従って、本発明は、付
随の請求項の範囲内に包括される変更を含むものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流体案内部材の列を示す図。
【図２】本発明の流体案内部材の列を備えた商業用航空
機のガスタービンエンジンのタービンモジュールの断面
図。
【符号の説明】
１０…流体案内部材の列 １４…ディスク １６，１８，２０，２２…四分円部分 ２４，２６…流れ案内部材

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ターボ機械用の流体案内部材の列であっ
    て、 ディスクと、前記ディスクに取り付けられているととも
    に前記ディスクから延びている複数の流れ案内部材と、
    を備えており、 前記の複数の流れ案内部材は、４つの四分円部分を有す
    る円形パターンをなすように配置されており、 第１の前記四分円部分および第２の前記四分円部分にお
    ける各流れ案内部材の質量が、第３の前記四分円部分お
    よび第４の前記四分円部分における各流れ案内部材の質
    量よりも大きいことを特徴とする流体案内部材の列。
  2. 【請求項２】 前記の第１の四分円部分が、前記の第３
    の四分円部分と前記の第４の四分円部分との間に配置さ
    れており、前記の第２の四分円部分もまた、前記の第３
    の四分円部分と前記の第４の四分円部分との間に配置さ
    れていることを特徴とする請求項１記載の流体案内部材
    の列。
  3. 【請求項３】 前記の第１の四分円部分および前記の第
    ２の四分円部分にそれぞれ含まれる前記流れ案内部材の
    数が、前記の第３の四分円部分および前記の第４の四分
    円部分にそれぞれ含まれる前記流れ案内部材の数とは異
    なることを特徴とする請求項１記載の流体案内部材の
    列。
  4. 【請求項４】 前記の第１の四分円部分および前記の第
    ２の四分円部分にそれぞれＮ個の前記流れ案内部材が含
    まれており、前記の第３の四分円部分および前記の第４
    の四分円部分にそれぞれ（Ｎ＋１）個の前記流れ案内部
    材が含まれており、Ｎは整数であることを特徴とする請
    求項３記載の流体案内部材の列。
  5. 【請求項５】 前記の第１の四分円部分および前記の第
    ２の四分円部分における各流れ案内部材の質量と、前記
    の第３の四分円部分および前記の第４の四分円部分にお
    ける各流れ案内部材の質量と、の比率は、ほぼ（Ｎ＋
    １）：Ｎであることを特徴とする請求項３記載の流体案
    内部材の列。
  6. 【請求項６】 前記流れ案内部材が、一列に並べられた
    複数のロータブレードであることを特徴とする請求項１
    記載の流体案内部材の列。
  7. 【請求項７】 ターボ機械用の流体案内部材の列であっ
    て、 ４つの四分円部分を有する円形パターンをなすように配
    置された複数の流れ案内部材を備えており、 １つの前記四分円部分における前記流れ案内部材の数
    は、隣接する前記四分円部分における前記流れ案内部材
    の数とは異なっており、これによって、前記ターボ機械
    内部で隣接するステータ列の振動が抑制されていること
    を特徴とする流体案内部材の列。
  8. 【請求項８】 ターボ機械用の流体案内部材の列であっ
    て、 ４つの四分円部分からなる円形パターンをなすように配
    置された複数の流れ案内部材を備えており、 １つの前記四分円部分における各流れ案内部材の質量
    が、２つの隣接する前記四分円部分における各流れ案内
    部材の質量とは異なり、これによって、前記の流体案内
    部材の列に同調吸収現象が発生し難くなっていることを
    特徴とする流体案内部材の列。
  9. 【請求項９】 ターボ機械用の流体案内部材の列であっ
    て、 ディスクに取り付けられた複数の流れ案内部材を備えて
    おり、 前記流れ案内部材が、４つの四分円部分を有する円形パ
    ターンをなすように配置されており、 ２つの対向する前記四分円部分における前記流れ案内部
    材の数が、残りの前記四分円部分における前記流れ案内
    部材の数よりも少なく、かつ、前記の２つの対向する前
    記四分円部分における各流れ案内部材の質量が、前記の
    残りの前記四分円部分における各流れ案内部材の質量よ
    りも大きくされており、これによって、遠心力により前
    記ディスクに加わる引張力が均等化されていることを特
    徴とする流体案内部材の列。
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