JP2022008056A

JP2022008056A - ブレード段に隣接するスペーサ上のターボ機械ブレード用の振動減衰システム

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Publication number: JP2022008056A
Application number: JP2021072453A
Authority: JP
Inventors: ジェレミー・ピーター・ラティマー; Jeremy Peter Latimer; パトリック・ダニエル・ノベル; Daniel Noble Patrick
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2041-04-22
Also published as: JP7767023B2; EP3916201A3; EP3916201A2; US11333026B2; EP3916201B1; US20210372287A1

Abstract

【課題】タービンにおけるタービンブレード用の振動減衰システムを提供する。
【解決手段】各タービンブレード１１４は、半径方向内面１３７を有するプラットフォーム１３６を含む。システム１２８は、タービンにおける少なくとも１つのタービンブレードのプラットフォームに軸方向に隣接する、例えば、タービンブレード段に隣接するスペーサ１５０を含む。スペーサは、作動流体流路のための環状部の一部を形成するガス経路対向面１５６を有する本体１５４を含む。減衰要素カプラ１６２がスペーサの本体上にあり、振動減衰要素１６４が減衰要素カプラに結合するように構成される。振動減衰要素および減衰要素カプラは、振動減衰要素をタービンブレードのプラットフォームの半径方向内面に係合させ、タービンの動作中にタービンブレードの振動を減衰させるように配置される。
【選択図】図４

Description

本開示は、一般に、産業機械における振動の減衰に関する。より詳細には、本開示は、ブレード段に隣接するスペーサに結合された振動減衰システムを使用するターボ機械に使用されるブレードの減衰に関する。

ターボ機械動作における１つの懸念は、ブレードが動作中に振動応力を受ける傾向があることである。多くの設備では、ターボ機械は、頻繁な加速および減速の条件下で動作される。ターボ機械の加速または減速中、ブレードは、少なくとも瞬間的に、特定の周波数で振動応力に曝され、多くの場合、二次または三次周波数で振動応力に曝される。ブレードはまた、定常状態動作中に振動し得る。ブレードが振動応力に曝されると、その振動の振幅は、動作を変える可能性のある点まで容易に増大する場合がある。

一例では、軸流ターボ機械システム内の圧縮機は、一般に、ロータディスクと、ロータディスクの周りに円周方向に配置された複数のブレードとを備えるロータアセンブリを含む。各ブレードは、基部（または根元）と、翼形部と、基部と翼形部との間の移行エリアに位置決めされたプラットフォームとを含む。ブレードの基部は、ロータディスク内の相補的な形状の凹部に受け入れられる。ブレードのプラットフォームは、横方向に外側に延び、ロータ段を通過する作動流体のための流路を集合的に形成する。各ブレードの前方縁部は一般に前縁と呼ばれ、後方縁部は後縁と呼ばれる。「前方」は、システムを通るガス流の「後方」の上流であると定義される。

動作中、ブレードは、いくつかの異なる強制機能によって振動するように励起されることがある。例えば、ガスの温度、圧力、および／または密度における変動は、ロータアセンブリ全体、特にブレード翼形部内で振動を励起する場合がある。ガスは、望ましくない振動も励起する可能性がある周期的な流れ、すなわち「脈動」流を経験する。

ブレードは、いくつかの方法で振動に対して減衰させることができる。現在のアプローチは、単一ブレード単独アプローチ、ブレード間アプローチ、ブレード－ロータディスク間アプローチ、および受動的アプローチとして分類することができる。単一ブレードアプローチでは、ダンパを翼形部の外面に取り付けることができる。ダンパを外面に追加することの認識されている欠点は、ダンパがエンジン内の過酷で腐食性の環境に曝されることである。ダンパが腐食し始めるとすぐに、その効果が損なわれる可能性がある。加えて、腐食によりダンパが翼形部から外れる場合がある。ブレード間アプローチに関しては、ブレードの様々な物理的構造を変え、振動に対してブレードを補強することができる。例えば、隣接するブレードを結合するミッドスパンシュラウドを使用することができる。ブレードに対する構造を変更または追加すると、ブレードの空気力学的性能を変更し、重量および／または長さを追加することによってさらなる課題が生じる。ブレードはまた、隣接するブレードのプラットフォーム、例えば、減衰ピンに係合する構造によって減衰されてもよい。単一ブレードおよびブレード間アプローチは、振動に対するグランディングを提供しない場合があり、これは同相振動応答中のダンパの効果を著しく低下させる。

ブレードはまた、ブレード－ロータディスク間アプローチを使用して振動減衰されてもよい。この形式では、減衰要素が、プラットフォームの下面または隣接するブレードのシャンクに係合する。減衰要素は、ロータディスクに結合する。これらの配置は、隣接するブレードのシャンクおよび／またはプラットフォームの間に適合しなければならないため、典型的には設置および／または修理が非常に複雑である。

使用中に振動を発生させる圧力を受動的に吸収する機構もまた、採用されている。一例では、動作中の圧力変動を吸収するために、キャビティ、または別の例ではバッフルをブレードの外側先端に隣接して設けることができる。別の場合には、高圧空気流が上流位置からブレード段の前縁に導かれてもよい。

本開示の第１の態様は、ターボ機械における少なくとも１つのターボ機械ブレード用の振動減衰システムを提供し、各ターボ機械ブレードは、半径方向内面を有するプラットフォームを有し、システムは、ターボ機械における少なくとも１つのターボ機械ブレードのプラットフォームに軸方向に隣接するスペーサと、スペーサの本体上に位置決めされた減衰要素カプラと、減衰要素カプラに結合するように構成された振動減衰要素とを含み、振動減衰要素および減衰要素カプラは、振動減衰要素を少なくとも１つのターボ機械ブレードのプラットフォームの半径方向内面に係合させ、少なくとも１つのターボ機械ブレードの振動を減衰させるように配置される。

本開示の第２の態様は、ターボ機械におけるターボ機械ブレード段に隣接して位置決めするためのスペーサを提供し、スペーサは、本体と、本体上のダブテールと、本体上の振動減衰要素カプラであって、ターボ機械ブレード段における少なくとも１つのターボ機械ブレードのプラットフォームの半径方向内面に係合するように振動減衰要素を位置決めし、少なくとも１つのターボ機械ブレードの振動を減衰させるように配置される振動減衰要素カプラとを含む。

本開示の第３の態様は、ターボ機械における一対の円周方向に隣接するターボ機械ブレード用の振動減衰要素を提供し、各ターボ機械ブレードは、半径方向内面を有するプラットフォームを有し、振動減衰要素は、第１の脚部および第２の脚部であって、第１の脚部と第２の脚部を結合する基部部分から延びる第１の脚部および第２の脚部を有するＵ字形本体であって、ターボ機械における一対の円周方向に隣接するターボ機械ブレードに軸方向に隣接するスペーサの本体上に配置された減衰要素カプラにＵ字形本体を結合するための受容部を画定するＵ字形本体と、基部部分上にあり、各ターボ機械ブレードの半径方向内面と係合するように構成された第１の軸受面とを有し、第１の軸受面は、ターボ機械のロータ軸に対して非平行角度で配向される。

本開示の第４の態様は、ターボ機械における一対の円周方向に隣接するターボ機械ブレードに軸方向に隣接するスペーサの本体に振動減衰要素を結合することであって、振動減衰要素は、一対の円周方向に隣接するターボ機械ブレードの各プラットフォームの半径方向内面に隣接して延びることと、ターボ機械の動作中、振動減衰要素を一対の円周方向に隣接するターボ機械ブレードの各プラットフォームの半径方向内面に係合し、振動減衰要素を一対の円周方向に隣接するターボ機械ブレードに軸方向に隣接するスペーサの本体に係合することによって、一対の円周方向に隣接するターボ機械ブレードの振動を減衰させることとを含む方法を含む。

本開示の例示的な態様は、本明細書で説明される問題および／または論じられていない他の問題を解決するように設計されている。

本開示のこれらおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を図示する添付の図面と併せて、本開示の様々な態様に関する以下の詳細な説明から、さらに容易に理解されるであろう。

ガスタービンシステムの形態の例示的なターボ機械の概略図である。本開示の実施形態による、例示的な圧縮機の一部の断面図である。本開示の実施形態による、例示的なターボ機械ブレードの斜視図である。本開示の実施形態による、ターボ機械ブレード用の振動減衰システムの円周方向側面図である。本開示の実施形態による、振動減衰システムを備えたブレードの斜視図である。本開示の実施形態による、振動減衰システムを備えたブレードの拡大斜視図である。本開示の実施形態による、振動減衰要素の拡大端面図である。本開示の実施形態による、スペーサの拡大斜視図である。本開示の他の実施形態による、スペーサの拡大斜視図である。

本開示の図面は、必ずしも原寸に比例していないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを図示することを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。図面では、類似する符号は、図面間で類似する要素を表す。

最初の問題として、本開示の主題を明確に説明するために、ターボ機械内の関連する機械構成要素を参照して説明するときに、特定の専門用語を選択することが必要になる。これを行う場合、可能な限り、一般的な工業専門用語が、その受け入れられた意味と同じ意味で使用および利用される。別途記載のない限り、このような専門用語は、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と一致する広義の解釈を与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照されることがあることを理解するであろう。単一の部品であるとして本明細書に記載され得るものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載され得るものは、単一の部品として他の場所で参照されてもよい。

加えて、本明細書ではいくつかの記述的用語を規則通りに使用することができ、このセクションの開始時にこれらの用語を定義することが有用であることがわかる。これらの用語およびその定義は、別途記載のない限り、以下の通りである。本明細書で使用する場合、「下流」および「上流」とは、ターボ機械を通る作動流体、または例えば、燃焼器を通る空気の流れ、もしくはターボ機械の構成要素システムの１つを通る冷却剤などの流体の流れに対する方向を示す用語である。「下流」という用語は、流体の流れの方向に対応し、「上流」という用語は、流れの反対の方向を指す。逆流構成では、ターボ機械のどこにあるかによって、上流方向と下流方向が変わる可能性があることが認識される。「前方」および「後方」という用語は、別途指定のない限り、方向を指し、「前方」はターボ機械の前端を指し、「後方」はターボ機械の後部セクションを指す。

多くの場合、中心軸に関して異なる半径方向位置にある部品を記述することが要求される。「半径方向」という用語は、軸に垂直な移動または位置を指す。このような場合、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸に近接して位置する場合には、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向内側」または「内方」にあると述べる。一方、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸から遠くに位置する場合には、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側」または「外方」にあると述べることができる。「軸方向」という用語は、軸に平行な移動または位置を指す。最後に、「円周方向」という用語は、軸周りの移動または位置を指す。このような用語は、ターボ機械システムの中心軸、例えば、そのロータの軸に関連して適用することができることが理解されよう。

加えて、以下に記載のように、本明細書ではいくつかの記述的用語を規則通りに使用することができる。「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の場所または重要性を示すことを意図するものではない。

本開示の実施形態は、とりわけ、ターボ機械、例えば、圧縮機におけるターボ機械ブレード用の振動減衰システムを提供する。各ターボ機械ブレードは、半径方向内面を有するプラットフォームを含む。システムは、ターボ機械における少なくとも１つのターボ機械ブレードのプラットフォームに軸方向に隣接する、例えば、ターボ機械ブレード段に隣接するスペーサを含む。スペーサは、本体を含み、作動流体流路のための環状部の一部を形成するガス経路対向面を含むことができる。減衰要素カプラがスペーサの本体上に位置決めされ、振動減衰要素が減衰要素カプラに結合するように構成される。振動減衰要素および減衰要素カプラは、振動減衰要素をターボ機械ブレードのプラットフォームの半径方向内面に係合させ、すなわち、ターボ機械の動作中にターボ機械ブレードの振動を減衰させるように配置される。振動減衰要素は、ターボ機械ブレードの振動を摩擦減衰させ、スペーサを通してロータディスクに至るグランドへの振動を減衰させる。振動減衰システムはまた、逆相振動応答のために、隣接するブレード間の振動を摩擦減衰させることができる。振動減衰要素を含む振動減衰システムは、簡単な配置でブレードの振動を低減し、ブレードの構成を変更する必要がない。

図面を参照すると、図１は、本開示の教示を適用することができる例示的なターボ機械の概略図である。図１には、燃焼タービンまたはガスタービン（ＧＴ）システム１００（以下、「ＧＴシステム１００」）の形態のターボ機械９０が示されている。ＧＴシステム１００は、圧縮機１０２と、燃焼器１０４とを含む。燃焼器１０４は、燃焼領域１０５と、燃料ノズルセクション１０６とを含む。ＧＴシステム１００はまた、タービン１０８と、共通の圧縮機／タービンシャフト１１０（以下、「ロータ１１０」と呼ぶ）とを含む。本開示は、いかなる特定のＧＴシステムに限定されるものではなく、例えば、ゼネラルエレクトリック社の他のＨＡ、Ｆ、Ｂ、ＬＭ、ＧＴ、ＴＭ、およびＥクラスのエンジンモデル、ならびに他社のエンジンモデルを含む他のエンジンと関連して実施することができる。本開示の実施形態は、圧縮機１０２における圧縮機ブレードの形態のターボ機械ブレードに関して説明されるが、本開示の教示は、必ずしも圧縮機のみに適用可能であるとは限らず、実際には任意のタイプのターボ機械またはターボ機械セクション、例えば、蒸気タービン、ジェットエンジン、ガスタービン（図１の１０８のような）、ターボファン、ターボチャージャなどに適用することができる。したがって、圧縮機１０２への言及は単に説明のためのものであり、限定するものではない。

図２は、ターボ機械９０（図１）の軸流圧縮機１０２の例示的な部分の断面図を示す。図示の例では、圧縮機１０２は、軸Ａ、すなわち、ロータ１１０の軸に沿って配置された４つの圧縮機ブレード段Ｓ１～Ｓ４を含む。各圧縮機ブレード段は、ロータディスク１１６によってロータ１１０に円周方向に装着された複数の圧縮機ブレード１１４（以下、「ブレード１１４」）を含む。すなわち、各段のブレード１１４は、それぞれのロータディスク１１６によってロータ１１０に機械的に結合される。ロータディスク１１６は、ブレードをロータ１１０に円周方向に離間して結合する。４つの段は、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と呼ばれる。段１は、最初の段であり、４つの段のうちの（半径方向に）最大の段である。段２は、２番目の段であり、軸方向に次の段である。段３は、３番目の段であり、軸方向に次の段である。段４は、４番目かつ最後の段であり、（半径方向に）最小の段である。４つの段は一例としてのみ示されており、各ターボ機械は４つよりも多いまたは少ない段を有してもよいことを理解されたい。

段は、回転圧縮機ブレード１１４のみを含むことができ、または示すように、複数の静止ベーンまたはベーン１１２は、圧縮機ブレード１１４と協働してターボ機械９０（図１）の各段１～４を形成し、ターボ機械９０（図１）を通る作動流体流路の一部を画定することができる。静的ベーンセクション１１５が、ロータ１１０の周りに円周方向に間隔を置いて配置され、かつ静的ケーシング１２４に結合された複数の静止ベーン１１２を含む。スペーサ１５０（本体を有する）が、ブレード段、例えば、図２に示す例では段１および／または段２に隣接して位置することができる。本明細書で説明するように、各スペーサ１５０は、ターボ機械９０におけるブレード１１４のプラットフォームに軸方向に隣接している。スペーサ１５０は、単にプラットフォーム１３６（図３）の間に位置決めされてもよく、またはターボ機械９０を通る作動流体流路のための環状部の一部を形成するガス経路対向面を含んでもよい。スペーサ１５０は、ブレード１１４の各段に隣接する必要はなくてもよい。

動作中、ロータディスク１１６およびブレード１１４は、圧縮機１０２の軸Ａの周りを回転し、ステータベーン１１２は静止したままである。このようにして、ブレード１１４は、隣接するステータベーン１１２と協働して空気１２０の流入流に運動エネルギーを付与して圧縮し、これはその後、燃焼器１０４（図１）に送達される。他のタイプの圧縮機構成が、使用されてもよい。

図１および図２を参照すると、動作中、空気は圧縮機１０２を通って流れ、加圧空気が燃焼器１０４に供給される。具体的には、加圧空気は、燃焼器１０４に一体化された燃料ノズルセクション１０６に供給される。燃料ノズルセクション１０６は、燃焼領域１０５と流れ連通している。燃料ノズルセクション１０６はまた、燃料源（図１には図示せず）と流れ連通し、燃料および空気を燃焼領域１０５に送る。燃焼器１０４は、燃料を点火して燃焼させる。燃焼器１０４は、タービン１０８と流れ連通し、その中で、燃焼された燃料、例えば、作動流体を作動流体流路に導いてブレード１１４を回転させることによって、ガス流の熱エネルギーが機械的回転エネルギーに変換される。ベーン１１２、およびスペーサ１５０（設けられている場合）は、作動流体流路を画定する。タービン１０８は、ロータ１１０に回転可能に結合されてロータ１１０を駆動する。圧縮機１０２は、ロータ１１０に回転可能に結合される。ロータ１１０の少なくとも１つの端部は、ターボ機械９０から離れて軸方向に延びてもよく、限定はしないが、発電機、負荷圧縮機、および／または別のタービンなどの負荷または機械（図示せず）に取り付けられてもよい。

図３は、本開示の振動減衰システム１２８（図４）の実施形態を用いることができるタイプのブレード１１４の斜視図を示す。複数のブレード１１４の各々は、ロータディスク１１６（図２）を使用してブレード１１４がロータ１１０（図１）に取り付けられる根元または基部１３０を含むことができる。基部１３０は、ロータ１１０（図１）のロータディスク１１６（図２および図４）の周囲の対応するダブテールスロットに装着するように構成されたダブテール１３２を含むことができる。基部１３０は、ダブテール１３２とプラットフォーム１３６との間に延びるシャンク１３４をさらに含むことができ、これは、翼形部本体１３８と基部１３０の接合部に配置され、ターボ機械９０を通る作動流体流路（図２）の内方境界の一部を画定する。各プラットフォーム１３６は、半径方向内面１３７と、半径方向外面（ガス経路対向面）１３９とを含む。

翼形部本体１３８は、作動流体の流れを遮断するブレード１１４の能動構成要素であることが理解されよう。ブレード１１４の翼形部本体１３８は、対向する前縁１４４と後縁１４６との間にそれぞれ軸方向に延びる、凹状正圧側（ＰＳ）外壁１４０と、円周方向または横方向に対向する凸状負圧側（ＳＳ）外壁１４２とを含み得ることがわかる。側壁１４０および１４２もまた、プラットフォーム１３６から外側先端１４８に半径方向に延びる。したがって、翼形部本体１３８は、プラットフォーム１３６から外側先端１４８に延びる。ブレード１１４はまた、各外壁１４０、１４２から延びるパートスパンシュラウド（図示せず）を含むことができる。理解されるように、パートスパンシュラウドは、ブレード１１４の半径方向スパンに沿って位置してもよく、とりわけ、各ブレード１１４の振動を低減するために、隣接するブレードのパートスパンシュラウドと相互作用または嵌合することができる。例示的なブレード１１４を説明したが、ブレードは、異なるタイプのターボ機械にわたって構造が異なり得ることが理解されよう。

上述したように、ターボ機械の動作中、ブレード１１４は、いくつかの異なる強制機能によって振動するように励起されることがある。例えば、作動流体の温度、圧力、および／または密度における変動は、ロータアセンブリ全体、特にブレード翼形部１３８および／または外側先端１４８内で振動を励起する場合がある。周期的または「脈動」方式でタービンおよび／または圧縮機セクションの上流から出るガスもまた、望ましくない振動を励起する場合がある。本開示の実施形態は、ブレードの物理的構造を大幅に変更することなく、大型の回転ターボ機械ブレード１１４の振動を低減することを目的としている。

図４は、ターボ機械９０における少なくとも１つのターボ機械ブレード１１４、例えば、圧縮機１０２内の圧縮機ブレード用の振動減衰システム１２８（以下、「システム１２８」）の円周方向側面図を示す。図５は、ブレード１１４およびスペーサ１５０を含むシステム１２８の斜視図を示し、図６は、その拡大斜視図を示す。上述したように、各ターボ機械ブレード１１４は、半径方向内面１３７を含むプラットフォーム１３６を有する。一例では、図７のスペーサ１５０のない軸方向図に最もよく示すように、プラットフォーム１３６Ａおよび／または１３６Ｂの半径方向内面１３７は、プラットフォーム１３６内の凹部１４１に位置決めされてもよい。しかし、凹部１４１は、すべての場合において必要であるとは限らない。

システム１２８は、ターボ機械９０におけるターボ機械ブレードのプラットフォーム１３６に軸方向に隣接する、すなわち、ターボ機械ブレード段に隣接するスペーサ１５０を含む。スペーサ１５０は、本体１５４を含む。スペーサ１５０はまた、作動流体流路（矢印ＷＦ）のための（紙面に出入りする）環状部の一部を形成する本体１５４上のガス経路対向面１５６を含むことができる。すなわち、スペーサ１５０は、プラットフォーム１３６に隣接し、ブレード１１４に隣接する作動流体流路ＷＦを画定するために環状部の一部を形成する。スペーサ１５０は、環状フィラー（ａｎｎｕｌｕｓｆｉｌｌｅｒ）とも呼ばれ得る。他の実施形態では、スペーサ１５０は、ガス経路対向面１５６を含まなくてもよく、代わりにブレード１１４のプラットフォーム１３６の半径方向内側に位置決めされてもよい。いずれの場合でも、スペーサ１５０は、所望の任意の円周方向または軸方向範囲を有することができる。スペーサ１５０は、典型的には、作動流体流路内にいかなる構造も有さない。スペーサ１５０はまた、ロータディスク１１６（図４に想像線で示すディスク）に結合するための本体１５４上のダブテール１６０を含むことができる。

本開示の実施形態によるシステム１２８はまた、本体１５４上の振動減衰要素カプラ１６２（以下、「カプラ１６２」）と、カプラ１６２に結合するように構成された振動減衰要素１６４（以下、「要素１６４」）とを有するスペーサ１５０を含むことができる。図４～図７に示されるように、要素１６４およびカプラ１６２は、要素１６４をターボ機械ブレード１１４のプラットフォーム１３６の半径方向内面１３７に係合させ、例えば、ターボ機械９０（図１）の動作中にターボ機械ブレード１１４の振動を減衰させるように配置される。要素１６４は、単一のターボ機械ブレード１１４（例えば、図４～図６参照）と係合することができる。

しかし、図７に示すように、要素１６４は、典型的には、一対の円周方向に隣接するターボ機械ブレード１１４Ａ、１１４Ｂに係合する。この場合、一対の円周方向に隣接するターボ機械ブレード１１４Ａ、１１４Ｂのプラットフォーム１３６Ａ、１３６Ｂの半径方向内面１３７は、ターボ機械９０において互いに隣接している。ここで、要素１６４および減衰要素カプラ１６２は、要素１６４を一対の円周方向に隣接するターボ機械ブレード１１４Ａ、１１４Ｂの各々のプラットフォーム１３６Ａ、１３６Ｂの半径方向内面１３７に係合させ、一対の円周方向に隣接するターボ機械ブレード１１４Ａ、１１４Ｂの振動を減衰させるように配置される。このようにして、両方のブレード１１４Ａ、１１４Ｂの振動が同時に減衰される。

要素１６４およびカプラ１６２は、例えば、使用されるブレード、プラットフォーム１３６の形状、スペーサとブレードとの間の間隔などに応じて、様々な形態をとることができる。したがって、本明細書で例示および説明される特定の例は、本明細書で特許請求される場合を除いて、限定的であると見なされるべきではない。

図４、図６、および図８の拡大斜視図に示す実施形態では、カプラ１６２は、スペーサ１５０の本体１５４の軸方向面１６８から延びてもよい。軸方向面１６８は、ブレード１１４に十分に近いスペーサ１５０の任意の軸方向に面する表面とすることができる。カプラ１６２は、要素１６４を所望の場所に位置決めするのに必要な任意の方向に延びてもよい。軸方向面１６８は、要素１６４と係合するための軸受面を提供することができる。

一例では、図７に最もよく示すように、要素１６４は、カプラ１６２（図４～図６、図８）に着座するように構成されたＵ字形本体１７０を含む。より具体的には、要素１６４は、第１の脚部１７２および第２の脚部１７４であって、第１の脚部１７２と第２の脚部１７４を結合する基部部分１７６から延びる第１の脚部１７２および第２の脚部１７４を有するＵ字形本体１７０を含んでもよい。このようにして、Ｕ字形本体１７０は、ブレード１１４、例えば、ターボ機械９０における一対の円周方向に隣接するターボ機械ブレード１１４Ａ、１１４Ｂに軸方向に隣接するスペーサ１５０の本体１５４上に配置されたカプラ１６２にＵ字形本体１７０を結合するための受容部１７８を画定する。

カプラ１６２は、要素１６４を位置決めするための任意の適切な形状を含むことができる。例えば、図８の拡大斜視図に示すように、カプラ１６２は、要素１６４をその上に受け入れるように構成された表面１６９を含むことができる。例えば、カプラ１６２は、受容部１７８を補完するように成形された丸みを帯びた表面を有してもよい。要素１６４をカプラ１６２に保持するために、任意の形態のホルダおよび／または締結具を用いることができる。図示の例では、表面１６９はまた、要素１６４を（軸方向に）保持するためのリップ１７１を形成する。

要素１６４は、ブレード１１４およびスペーサ１５０に係合し、スペーサ１５０を通してロータディスク１１６およびブレード間に至る振動を摩擦的に抑制するいくつかの軸受面を含むことができる。例えば、図７に最もよく示すように、要素１６４は、ブレード１１４のプラットフォーム１３６の半径方向内面１３７と係合してブレードの振動を減衰させるように構成された基部部分１７６上の（第１の）軸受面１８０を含んでもよい。例えば、図７では、両方の半径方向内面１３７は、軸受面１８０によって係合される。図４に最もよく示すように、軸受面１８０は、ターボ機械９０のロータ軸Ａに対して非平行角度αであってもよい。角度αは、例えば、遠心力を介して、ターボ機械９０の動作中にブレード１１４の半径方向内面１３７に圧力を加えることを促進するのに望ましい任意の角度であってもよい。角度αはまた、ブレード１１４とスペーサ１５０との間に所望の軸方向間隔を形成するのを支援することができる。角度αはまた、必要に応じて、軸受面１８０がターボ機械９０のロータ軸Ａに平行になるような角度であってもよい。

図４および図７に示すように、要素１６４はまた、本体１５４、例えば、スペーサ１５０の本体１５４の軸方向面１６８（図４）と軸方向に係合するように構成された別の（第２の）軸受面１８２を含むことができる。図７に最もよく示すように、軸受面１８２は、半径方向外面１８３と、間隔を置いて配置された半径方向内面１８４とを含むことができる。半径方向内面１８４は、第１および第２の脚部１７２、１７４の各々の端部１８６にあってもよい。半径方向外面１８３は、基部部分１７６上にあってもよい。第２の軸受面１８２の半径方向外面および半径方向内面１８３、１８４の各々は、例えば、軸受面１８２の適切な位置決めを可能にするために、および／またはブレード１１４の追加の振動減衰を提供するために、スペーサ１５０の本体１５４と軸方向に係合するように構成される。軸受面１８２は、半径方向外側軸受面１８３から半径方向内側の位置でスペーサ１５０の本体１５４の軸方向面１６８（図４）と係合するように構成される。

特定の軸受面が本明細書では示されているが、要素１６４は、異なる軸受面を提供するために多種多様な代替の形状を有することができることが認識される。例えば、スペーサ１５０に軸方向に面する要素１６４の軸受面１８２のすべては、本体１５４の軸方向面１６８に係合することが可能な連続した軸受面であってもよい。いずれの場合でも、振動は、スペーサ１５０内、およびロータ１１０（図１）に結合されたロータディスク１１６（図４）、すなわち、グランドに導かれ得る。

振動減衰システム１２８およびその部品は、任意の現在知られているまたは今後開発される製造プロセス、例えば、鋳造、機械加工、および／または付加製造を使用して形成することができる。例えば、カプラ１６２を含む要素１６４および／またはスペーサ１５０を付加製造することができる。

振動減衰システム１２８はまた、既に使用されているが必ずしも交換の準備がされていないスペーサ１５０およびブレード１１４に追加または後付けすることができる。この場合、カプラ１６２は、例えば、様々な代替の形態をとることができる。例えば、図９のスペーサ１５０の拡大斜視図に示すように、カプラ１６２は、代替的に、スペーサ１５０の本体１５４、例えば、延在する軸方向面１６８に結合されたいくつかのボルト１９０を含んでもよい。いずれの場合でも、カプラ１６２は、任意の方式で本体１５４に結合することができる。一例では、カプラ１６２は、例えば、付加製造によってスペーサ１５０の本体１５４と一体的に形成されてもよい。あるいは、カプラ１６２は、スペーサ１５０の本体１５４に後で結合する、例えば、スペーサ１５０に溶接する、スペーサ１５０に締結する、スペーサ１５０にねじ込む（例えば、図９のボルト１９０参照）などが可能である。この後者の場合、本開示の実施形態によれば、カプラ１６２を追加することによって、以前に使用されていたスペーサ１５０を振動減衰システム１２８で使用するために後付けすることができる。すべての場合に必要ではないが、必要に応じて、使用済みブレード１１４を機械加工し、そのプラットフォーム１３６に凹部１４１（図７）を形成することもできる。

本開示の実施形態による方法は、ターボ機械９０（図２）における一対の円周方向に隣接するブレード１１４Ａ、１１４Ｂ（図７）など、ブレード１１４に軸方向に隣接するスペーサ１５０の本体１５４に要素１６４を結合することを含むことができる。要素１６４は、ブレード１１４、例えば、一対の円周方向に隣接するブレード１１４Ａ、１１４Ｂ（図７）の各プラットフォーム１３６の半径方向内面１３７に隣接して延びる。ターボ機械９０の非動作状態において、軸受面１８０は、例えば、要素１６４のより容易な設置を可能にするために、プラットフォーム１３６の半径方向内面１３７から間隔を置いて配置されてもよい。ターボ機械９０の動作中、ブレード１１４の減衰振動は、要素１６４をブレード１１４の各プラットフォーム１３６の半径方向内面１３７に係合させ、振動減衰要素１６４をブレード１１４に軸方向に隣接するスペーサ１５０の本体１５４に係合させることによって発生する。振動減衰システム１２８が図７に示すような一対の円周方向に隣接するターボ機械ブレード１１４Ａ、１１４Ｂに適用される場合、一対の円周方向に隣接するブレード１１４Ａ、１１４Ｂ（図７）の減衰振動は、振動減衰要素１６４を一対の円周方向に隣接するターボ機械ブレード１１４Ａ、１１４Ｂの各プラットフォーム１３６Ａ、１３６Ｂの半径方向内面１３７に係合させ、振動減衰要素１６４を軸方向に隣接するブレード１１４のスペーサ１５０の本体１５４に係合させることによって発生する。ここでは、ブレード間振動が減衰される。

本明細書では、本開示の実施形態を圧縮機の一部であるブレードに関して説明したが、本開示の教示は、翼形部、例えば、タービンセクション１０８（図１）、ジェットエンジン、蒸気タービン、および他のターボ機械を含む物品の様々な他の用途に適用することができることに留意されたい。さらに、本開示の実施形態は、ブレード１１４の後方または下流にあるスペーサ１５０に対して示されているが、本開示の教示は、例えば、スペーサ１５０の本体１５４の軸方向前方に面する軸方向面１６８ではなく軸方向後部に面する表面にカプラ１６２を載置することによって、スペーサがその前方または上流にあるブレード１１４に容易に適用することができることが認識される。

本開示の実施形態は、ブレード１１４のプラットフォーム下面に広がり、隣接するスペーサ１５０上の特徴によって支持される、機械的（摩擦）減衰を提供する。振動減衰システム１２８は、ブレード間ダンパとブレード－グランド間ダンパの両方として機能する。その結果、システム１２８は、同期刺激と非同期刺激の両方から摩擦／熱の形態でエネルギーを散逸させ、したがって振動応力を低減し、損傷許容性を高める。振動減衰システム１２８は、（許容レベルを超えて応答するブレードについて）振動応力を許容可能レベルまで低減することができ、かつ／または許容の振動応力限界を既に満たしているブレードに対する損傷許容性を（振動応力をさらに低減することによって）高めることができる。スペーサ１５０を介した要素１６４のロータディスク１１６への取り付け方法は、決定論的かつ反復可能な接触挙動による単純な組み立て／分解を可能にする。加えて、振動減衰要素１６４の幾何学的形状およびブレード１１４のプラットフォーム下境界面（例えば、半径方向内面１３７）は、振動減衰特性をカスタマイズするために容易に修正することができる。

本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動し得る任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語によって修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」は、両端の値に適用され、値を測定する機器の精度に特に依存しない限り、記載された値の＋／－１０％を示すことができる。

以下の特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作、および均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を実施するための、一切の構造、材料、または動作を包含することを意図している。本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されており、網羅的であることも、または本開示を開示した形態に限定することも意図していない。当業者には、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく多くの修正および変形が明らかであろう。本開示の原理および実際の用途を最良に説明し、想定される特定の使用に適するように様々な修正を伴う様々な実施形態の本開示を他の当業者が理解することができるようにするために、本実施形態を選択し、かつ説明した。

９０ターボ機械
１００ガスタービン（ＧＴ）システム
１０２圧縮機
１０４燃焼器
１０５燃焼領域
１０６燃料ノズルセクション
１０８タービン／タービンセクション
１１０圧縮機／タービンシャフト／ロータ
１１２静止ベーン／ステータベーン
１１４圧縮機ブレード／タービンブレード／ターボ機械ブレード
１１４Ａターボ機械ブレード
１１４Ｂターボ機械ブレード
１１５静的ベーンセクション
１１６ロータディスク
１２０空気
１２４静的ケーシング
１２８振動減衰システム
１３０基部
１３２ダブテール
１３４シャンク
１３６プラットフォーム
１３６Ａプラットフォーム
１３６Ｂプラットフォーム
１３７半径方向内面
１３８翼形部本体／ブレード翼形部
１３９半径方向外面
１４０凹状正圧側（ＰＳ）外壁／側壁
１４１凹部
１４２凸状負圧側（ＳＳ）外壁
１４４前縁
１４６後縁
１４８外側先端
１５０スペーサ
１５４本体
１５６ガス経路対向面
１６０ダブテール
１６２振動減衰要素カプラ
１６４振動減衰要素
１６８軸方向面
１６９表面
１７０Ｕ字形本体
１７１リップ
１７２第１の脚部
１７４第２の脚部
１７６基部部分
１７８受容部
１８０第１の軸受面
１８２第２の軸受面
１８３半径方向外面／半径方向外側軸受面
１８４半径方向内面
１８６端部
１９０ボルト
Ａロータ軸
Ｓ１圧縮機ブレード段
Ｓ２圧縮機ブレード段
Ｓ３圧縮機ブレード段
Ｓ４圧縮機ブレード段
ＷＦ作動流体流路

Claims

タービン（１０８）における少なくとも１つのタービンブレード（１１４）用の振動減衰システム（１２８）であって、各タービンブレード（１１４）は、半径方向内面（１３７、１８４）を有するプラットフォーム（１３６、１３６Ａ、１３６Ｂ）を有し、前記システム（１２８）は、
前記タービン（１０８）における前記少なくとも１つのタービンブレード（１１４）の前記プラットフォーム（１３６、１３６Ａ、１３６Ｂ）に軸方向に隣接するスペーサ（１５０）であって、作動流体流路（ＷＦ）のための環状部の一部を形成するガス経路対向面（１５６）を有する本体（１５４）を含むスペーサ（１５０）と、
前記スペーサ（１５０）の前記本体（１５４）上の減衰要素カプラ（１６２）と、
前記減衰要素カプラ（１６２）に結合するように構成された振動減衰要素（１６４）と
を備え、
前記振動減衰要素（１６４）および前記減衰要素カプラ（１６２）は、前記振動減衰要素（１６４）を前記少なくとも１つのタービンブレード（１１４）の前記プラットフォーム（１３６、１３６Ａ、１３６Ｂ）の前記半径方向内面（１３７、１８４）に係合させ、前記タービン（１０８）の動作中に前記少なくとも１つのタービンブレード（１１４）の振動を減衰させるように配置される、
システム（１２８）。
前記少なくとも１つのタービンブレード（１１４）は、一対の円周方向に隣接するタービンブレード（１１４、１１４Ａ、１１４Ｂ）を含み、前記一対の円周方向に隣接するタービンブレード（１１４、１１４Ａ、１１４Ｂ）の前記プラットフォーム（１３６、１３６Ａ、１３６Ｂ）の前記半径方向内面（１３７、１８４）は、前記タービン（１０８）において互いに隣接し、
前記振動減衰要素（１６４）および前記減衰要素カプラ（１６２）は、前記振動減衰要素（１６４）を前記一対の円周方向に隣接するタービンブレード（１１４、１１４Ａ、１１４Ｂ）の各々の前記プラットフォーム（１３６、１３６Ａ、１３６Ｂ）の前記半径方向内面（１３７、１８４）に係合させ、前記一対の円周方向に隣接するタービンブレード（１１４、１１４Ａ、１１４Ｂ）の振動を減衰させるように配置される、
請求項１に記載のシステム（１２８）。
前記減衰要素カプラ（１６２）は、前記スペーサ（１５０）の前記本体（１５４）の軸方向面（１６８）から延びる、請求項１に記載のシステム（１２８）。
前記振動減衰要素（１６４）は、前記減衰要素カプラ（１６２）に着座するように構成されたＵ字形本体（１５４）を含む、請求項１に記載のシステム（１２８）。
前記振動減衰要素（１６４）は、前記少なくとも１つのタービンブレード（１１４）の前記プラットフォーム（１３６、１３６Ａ、１３６Ｂ）の前記半径方向内面（１３７、１８４）と係合し、前記少なくとも１つのタービンブレード（１１４）の振動を減衰させるように構成された第１の軸受面（１８０）を含む、請求項１に記載のシステム（１２８）。
前記振動減衰要素（１６４）は、前記スペーサ（１５０）の前記本体（１５４）と軸方向に係合し、前記少なくとも１つのタービンブレード（１１４）の振動を減衰させるように構成された第２の軸受面（１８２）を含む、請求項５に記載のシステム（１２８）。
前記第２の軸受面（１８２）は、半径方向外面（１３９、１８３）と、間隔を置いて配置された半径方向内面（１３７、１８４）とを含み、前記第２の軸受面（１８２）の前記半径方向外面（１３９、１８３）および前記半径方向内面（１３７、１８４）の各々は、前記スペーサ（１５０）の前記本体（１５４）と軸方向に係合し、前記少なくとも１つのタービンブレード（１１４）の振動を減衰させるように構成される、請求項６に記載のシステム（１２８）。
前記第１の軸受面（１８０）は、前記タービン（１０８）のロータ（１１０）軸に対してある角度で延びる、請求項５に記載のシステム（１２８）。
前記タービン（１０８）の非動作状態において、前記第１の軸受面（１８０）は、前記プラットフォーム（１３６、１３６Ａ、１３６Ｂ）の前記半径方向内面（１３７、１８４）から間隔を置いて配置される、請求項１に記載のシステム（１２８）。
前記プラットフォーム（１３６、１３６Ａ、１３６Ｂ）の前記半径方向内面（１３７、１８４）は、前記プラットフォーム（１３６、１３６Ａ、１３６Ｂ）内の凹部（１４１）に位置決めされる、請求項１に記載のシステム（１２８）。
前記減衰要素カプラ（１６２）は、前記スペーサ（１５０）の前記本体（１５４）と一体の少なくとも１つのボルト（１９０）を含む、請求項１に記載のシステム（１２８）。
タービン（１０８）におけるタービンブレード（１１４）段に隣接して位置決めするためのスペーサ（１５０）であって、
本体（１５４）と、
前記本体（１５４）上のダブテール（１３２、１６０）と、
前記本体（１５４）上にあり、前記タービンブレード（１１４）段に隣接する作動流体流路（ＷＦ）のための環状部の一部を形成するガス経路対向面（１５６）と、
前記本体（１５４）上の振動減衰要素カプラ（１６２）であって、少なくとも１つのタービンブレード（１１４）のプラットフォーム（１３６、１３６Ａ、１３６Ｂ）の半径方向内面（１３７、１８４）に係合するように振動減衰要素（１６４）を位置決めし、前記タービン（１０８）の動作中に前記少なくとも１つのタービンブレード（１１４）の振動を減衰させるように配置される振動減衰要素カプラ（１６２）と
を備える、スペーサ（１５０）。
前記少なくとも１つのタービンブレード（１１４）は、一対の円周方向に隣接するタービンブレード（１１４Ａ、１１４Ｂ）を含み、
前記振動減衰要素カプラ（１６２）は、前記振動減衰要素（１６４）を前記一対の円周方向に隣接するタービンブレード（１１４Ａ、１１４Ｂ）の各々の前記プラットフォーム（１３６、１３６Ａ、１３６Ｂ）の前記半径方向内面（１３７、１８４）に係合させ、前記一対の円周方向に隣接するタービンブレード（１１４Ａ、１１４Ｂ）の振動を減衰させるように配置される、
請求項１２に記載のスペーサ（１５０）。
前記振動減衰要素カプラ（１６２）は、前記本体（１５４）の軸方向面（１６８）から延びる、請求項１２に記載のスペーサ（１５０）。
前記振動減衰要素カプラ（１６２）は、Ｕ字形の振動減衰要素（１６４）をその上に受け入れるように構成された表面（１６９）を含む、請求項１２に記載のスペーサ（１５０）。