JP3029969B2 - 回転翼の制振装置 - Google Patents

回転翼の制振装置

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JP3029969B2
JP3029969B2 JP6214273A JP21427394A JP3029969B2 JP 3029969 B2 JP3029969 B2 JP 3029969B2 JP 6214273 A JP6214273 A JP 6214273A JP 21427394 A JP21427394 A JP 21427394A JP 3029969 B2 JP3029969 B2 JP 3029969B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、航空エンジン,ガスタ
ービン等の回転翼の制振装置に関する。
【0002】
【従来の技術】蒸気タービンの回転翼の制振手段として
摩擦要素を利用したダンパーは、従来、知られている
が、振動を計測し、これを制御する回転体のダンパーは
まだ知られていない。また、ラッシングスタップもしく
はシュラウド間に噛み合い効果を持つ噛み合わせ片を挿
着し、翼の振動減衰を増大させて、翼の耐振動強度を向
上するものは特開昭52−133402号公報にてすで
に知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、航空エンジ
ンではエンジン本体を軽量化するために最も有効な手段
であるタービンやコンプレッサー動翼の軽量化が最重要
となる。動翼は回転エネルギを流体エネルギに、また、
流体エネルギを回転エネルギに変換するいわゆるエンジ
ンの機能を果たす重要な役割を担っているので、大きな
流体力が作用し、振動を生じやすい。翼に大きな振動が
生ずると、翼が高サイクル疲労破壊を生ずるから、この
ような大振動の発生は確実に回避しなければならない。
そのためには、下記の2点が極めて重要である。 (1)翼が共振したときに生ずる振動応力を低減するこ
と。 (2)翼がフラッターを発生しないように、絶えずプラ
スのダンピングを与えること。しかしながら、回転翼の
アクティブ制御は回転体に制御信号を送信するための材
料や手段に制約を受け、従来の技術ではアクティブに振
動を制御することはできなかったのである。
【0004】本発明はこのような事情に鑑みて提案され
たもので、回転翼の振動を静止側にて非接触的に検出
し、その回転翼の振動と逆位相の起振力を静止側から非
接触的に回転翼に与えて、回転翼の高速回転中にもかか
わらず回転翼の振動を効果的に制振する高性能の回転翼
の制振装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】そのために本出願の発明
は、回転軸に放射線状に突設された複数の回転翼と、隣
接する回転翼同士を連結するシュラウドと、前記回転翼
に付設された振動センサーの出力をテレメーターを介し
て発信する回転側アンテナと、この回転側アンテナの発
信信号を静止側の受信アンテナにて受信しこれを増幅す
るブースターアンプと、このブースターアンプの出力を
ディモジュレーション増幅したのち入力しアクチュエー
ター駆動回路へ信号を出力するアクチュエーター制御回
路と、このアクチュエーター制御回路の出力を静止パワ
ーコイルから回転パワーコイルへ非接触的に伝送する回
転トランスと、この回転トランスの出力をパワーコード
を経て入力し、上記回転翼を加振することによりその振
動を制振するアクチュエーターとを備えている。
【0006】そして、前記アクチュエーターに入力され
る制御信号には異なる位相のものがあり、一定枚数毎の
回転翼のアクチュエーターには同じ位相の制御信号が入
力され、他の回転翼のアクチュエーターには異なる位相
の制御信号が入力されている
【0007】
【作用】このような構成によれば、回転翼の振動信号を
振動センサーで取り出し、回転軸の一部に取りつけたテ
レメーター装置(FMテレメーター)により回転側から
静止側へ電波により送信する。静止側では、この入力振
動信号をデータ処理し、この振動を打ち消すような加振
力を静止側から非接触的に回転側に送り、回転翼に取り
付けたアクチュエーターで回転翼の振動を押さえ込むよ
うに回転翼を加振する。その際、全周が円周方向のシュ
ラウドによって連結されたシュラウド翼においては、デ
ィスクを含む翼全体がある時間(位相)遅れをもって同
時に振動するので、問題となる振動数,振動モードに着
目すればiヶのアクチュエーターの加振信号にて、同一
の信号にてnヶのアクチュエーターを加振すると、全体
としてi×nヶのアクチュエーターを加振できるから、
数ヶの回転翼を多点で位相コントロールしながら加振す
ることにより大きな振動能力を与えることができる。
【0008】
【実施例】本発明を航空エンジンのシュラウド付きファ
ンブレードに適用した一実施例を図面について説明する
と、図1はその全体システム図、図2は図1における信
号の流れを示すブロック図、図3は図1におけるアクチ
ュエーターの配設要領を示す部分縦断面図である。
【0009】まず、図1において、1は回転軸に放射状
に多数突設され円周方向のシュラウド12を介して隣り
の回転翼1と連結された複数の回転翼であり、その基端
部に図3(B)に示すように、振動センサー2が付設さ
れている。3は回転軸に付設されたテレメーター発振
器、4は静翼に付設されテレメーター発振器3からの出
力信号を受信する受信アンテナ、5は静翼に沿って布設
され受信アンテナ4の出力信号をケーシング14を貫通
して外部に導きブースターアンプ6を経てコントローラ
ー11に出力するリード線である。7は静翼に付設され
た静止パワーコイルであり、8は回転軸上であって静止
パワーコイル7に対向して付設された回転パワーコイ
ル、9は回転翼1の基端部に布設され回転翼1に付設さ
れたアクチュエーター10を加振するためのパワーコー
ドである。
【0010】このような装置に、図2に示すように、回
転翼1で発生した振動を振動センサー2により検出し、
テレメーター発信器3及び回転側アンテナ13により静
止側へ電波にて送信する。この信号を受信アンテナ4で
受信した後、静翼の中をリード線5(図1)にて導いて
エンジンケーシング内部から取り出した後、ブースター
アンプ6により同信号を増幅し、コントローラー11へ
導く。コントローラー11では信号をディモジュレーシ
ョン増幅回路にて処理した後、制御回路により振動を小
さくするための制御信号に変換した後、アクチュエータ
ー駆動回路によりこれを駆動信号に変えたのち静止側パ
ワーコイル7と回転パワーコイル8から成る回転トラン
スにより回転側へ送信する。この信号をパワーコード9
により導き、アクチュエーター10を駆動し、回転翼の
振動を制振する。ここでアクチュエーター10には小型
の圧電素子が用いられる。
【0011】このような構造において、シュラウド12
が付設された回転翼1は回転時に翼に加わる遠心力によ
り翼に捩りを生じ、全周にわたるディスクタイプの振動
を生ずる。このため、互いに隣り合う翼は次式に示す φ=(Nd/N)×2π の位相差φで加振される。ここで、N:全周の翼枚数,
Nd:振動モードの節直径数,2π:360°(円周
角)を表す。したがって、iヶの回転トランス15(図
2)の組み合わせを持つiヶのパワーコイル7,8の対
を配置し、これらによって送信されるiヶの異なった位
相差をもつアクチュエーター信号を回転翼に送ることに
よりiヶ×nヶの翼を加振することによって、翼列全体
に大きな制振力を与えることができる。
【0012】例えば、N=100,Nd=4として4ヶ
の制御信号を与えると、図3に示すようなアクチュエー
ターの配置で加振できる。この場合、コイルC1(#1
信号):翼B1,B26,B51,B76をそれぞれ加
振コイルC2(#2信号):翼B7,B32,B57,
B82をそれぞれ加振コイルC3(#3信号):翼B1
3,B38,B63,B88をそれぞれ加振コイルC4
(#4信号):翼B19,B44,B69,B94をそ
れぞれ加振し、コイルC1〜C2,C2〜C3,C3〜
C4間のそれぞれの加振力の位相差は下記のように8
6.4°となる。 {(360/100)×4}×(7−1)=86.4° ここで、アクチュエーター10は、図3(B)に示すよ
うに、翼溝に埋め込み回転翼B1を加振する。なお、図
3(A)は回転中の複数のブレードの捩れ振動のため
に、ディスクの外周は軸方向に波を打つ形で振動する。
つまり、ある部分は前方へ、隣の部分は後方へと外周は
軸方向へ波を打つ形の振動を行う。それ故、これを図示
の便宜上、図3(A)では前方への変位は外向き半径方
向に後方への変位は内向き半径方向にそれぞれ鎖線にて
表している。
【0013】回転翼B1が振動すると、図2に示すよう
に、信号の流れに従って振動センサー2で翼の振動を検
出し、コントローラー11で振動を抑えるような力を発
生する信号をつくり出してアクチュエーター10にて翼
の振動を制振する。
【0014】
【発明の効果】このような装置によれば、下記の効果が
奏せられる。 (1)振動を発生する条件があらかじめ決まっているの
で、この条件で振動を抑え込むことにより、翼の軽量化
が図られる。 (2)振動発生時に振動を抑え込むように制振力が働
き、翼の信頼性を向上できる。
【0015】要するに本出願の発明によれば、回転翼に
付設された振動センサーの出力をテレメーターを介して
発信する回転側アンテナと、上記回転側アンテナの発信
信号を静止側の受信アンテナにて受信しこれを増幅する
ブースターアンプと、上記ブースターアンプの出力をデ
ィモジュレーション増幅したのち入力しアクチュエータ
ー駆動回路へ信号を出力するアクチュエーター制御回路
と、上記アクチュエーター制御回路の出力を静止パワー
コイルから回転パワーコイルへ非接触的に伝送する回転
トランスと、上記回転トランスの出力をパワーコードを
経て入力し、上記回転翼を加振することによりその振動
を制振するアクチュエーターとを具えたことにより、回
転翼の振動を静止側にて非接触的に検出し、その回転翼
の振動と逆位相の起振力を静止側から非接触的に回転翼
に与えて、回転翼の高速回転中にもかかわらず回転翼の
振動を効果的に制振する高性能の回転翼の制振装置を得
るから、本発明は産業上極めて有益なものである。
【0016】また、その静止パワーコイルから複数チャ
ンネルの互いに異なる信号をその回転パワーコイルへ非
接触的に伝送することにより、複数の回転翼を同時に多
点加振するようにしたことにより、大きな起振力を回転
翼に与えてその制振効果をさらに大きくすることができ
。すなわち、iヶの異なった位相差をもつアクチュエ
ーター信号を回転翼に送ることによりiヶ×nヶの翼を
加振することによって、翼列全体に大きな制振力を与え
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を航空エンジンのシュラウドファンブレ
ードに適用した一実施例を示す全体システム図である。
【図2】図1における信号の流れを示すブロック図であ
る。
【図3】図1におけるアクチュエーターの配置の例を示
す部分縦断面図であり、同図(A)はディスクの外周の
軸方向への波打ち的変位を平面図的に示し、同図(B)
はブレードの基端部を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
1 回転翼 2 振動センサー 3 テレメーター発振器及び送信アンテナ 4 受信アンテナ 5 リード線 6 ブースターアンプ 7 静止パワーコイル 8 回転パワーコイル 9 パワーコード 10 アクチュエーター 11 コントローラー 12 シュラウド 13 回転側アンテナ 14 ケーシング 15 回転トランス 16 アクチュエーター制御回路 B1,B7,B13,B19,B26,B32,B3
8,B44,B51,B57,B63,B69,B7
6,B82,B88,B94 回転翼 C1,C2,C3,C4 コイル(回転パワーコイル) N 全周の翼枚数 Nd 振動モードの節直径数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01D 5/26 F01D 25/00 F16F 15/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転軸に放射線状に突設された複数の回
    転翼と、 隣接する回転翼同士を連結するシュラウドと、 前記回転翼に付設された振動センサーの出力をテレメー
    ターを介して発信する回転側アンテナと、この 回転側アンテナの発信信号を静止側の受信アンテナ
    にて受信しこれを増幅するブースターアンプと、この ブースターアンプの出力をディモジュレーション増
    幅したのち入力しアクチュエーター駆動回路へ信号を出
    力するアクチュエーター制御回路と、この アクチュエーター制御回路の出力を静止パワーコイ
    ルから回転パワーコイルへ非接触的に伝送する回転トラ
    ンスと、この 回転トランスの出力をパワーコードを経て入力し、
    上記回転翼を加振することによりその振動を制振するア
    クチュエーターとを備え、 前記アクチュエーターに入力される制御信号には異なる
    位相のものがあり、 一定枚数毎の回転翼のアクチュエーターには同一の位相
    の制御信号が入力され、他の回転翼のアクチュエーター
    には、上記同一の位相とは異なる位相の制御信号が入力
    されていること を特徴とする回転翼の制振装置。
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DE19963945C1 (de) 1999-12-31 2001-07-19 Koenig & Bauer Ag Verfahren und Anordnung zur Kompensation von Schwingungen rotierender Bauteile
WO2008009129A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 École De Technologie Supérieure Voltage-controlled oscillator (vco)
WO2008026645A1 (fr) 2006-08-30 2008-03-06 Koatsu Gas Kogyo Co., Ltd. Composition de résine pour un matériau amortisseur et matériau amortisseur
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CN113565583B (zh) * 2021-07-19 2022-08-19 中国航发沈阳发动机研究所 一种双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动应力测试装置

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