JP5362252B2 - ターボ機械の羽根用のダンパ - Google Patents

Description

本発明は、リムに羽根を備えた少なくとも１つのロータディスクを備えるターボ機械に関し、羽根プラットフォームの下に取り付けられた動ダンパに関連する。本発明は、さらに詳細には、軸流圧縮機に関連している。

本発明が目的とするターボ機械は、機械の軸に対して半径方向に延在する羽根に関してそのリムに凹んだハウジングを有する少なくとも１つのロータディスクを備えるタイプの軸流圧縮機または軸流タービンである。羽根自体は、根元部、エアフォイル、根元部とエアフォイルとの間のプラットフォームを備える。根元部は、ディスクのハウジングに挿入され、エアフォイルは、燃料ガスフローによって一掃され、プラットフォームは、ガスフローの半径方向の内側の表面の一部を形成する。

動ダンパの目的は、羽根のプラットフォームの下に質量を加えることによって、ターボ機械の羽根の動的挙動を変更することである。したがって、動作中に生成される負荷は、固有振動周波数を変化させることによって、羽根の根元部における動的応力を低減する。

接合ダンパおよび嵌合ダンパをはじめとする複数のタイプのダンパが、知られている。接合ダンパは、ダンパをプラットフォームの内面、すなわち機械の軸に最も近い面に直接的に接合することによって固定される。この対処法では、嵌合の問題は生じない。しかし、接合される前に、錘を正確に位置決めし、接着を動作中にダンパが紛失しないようにするほど十分に強くすることが必要である。
仏国特許発明第２７５９０９６号明細書

嵌合ダンパは、羽根の間に取り付けられる。動作中、遠心力を受け、羽根のプラットフォームによって半径方向に不動化される。このシステムは、ダンパを嵌合し、所定の位置に保持することを可能にするように、アクセス可能である適切な環境を必要とする。前の解決策とは異なり、接合がないため、ダンパの紛失を生じない。他方では、部品の互いに対する摩擦に起因する摩耗の問題が生じる可能性がある。

本出願人の目的は、以下の２つの点で嵌合ダンパの技術を改善することであった：
高圧圧縮機の第１の可動ホイールなど、アクセスが困難である環境において、嵌合を可能にすることと、
ダンパが接触する環境の種々の部品間の間隙を閉じることによる相対摩擦によって発生する摩耗を削減することである。

本発明を用いることにより、これらの要件を満たすダンパを製作することが可能である。

本発明によるターボ機械の羽根ダンパは、２つの隣接するターボ機械羽根のプラットフォームの下面と羽根が取り付けられるロータディスクのリムとの間に収容されるように設計され、錘と、上記リムに担持するように整形される支持板と、ばねと、を備え、ばねが錘を支持板に接続され、少なくとも錘は複合材料から構成される。

ばね機能による本発明の解決策は、その形状が、アクセスしにくい空間に装着し、より少ない摩擦およびより少ない摩耗の危険性で所定の位置に保持状態にすることができるようなダンパを考案することを可能にする。

一実施形態において、錘は、プラットフォームと接触する表面部分を含み、上記表面部分は、ばねが静止しているとき、支持板に対して９０°未満の角度を形成し、上記角度は、プラットフォームの内面とリムとの間の角度によって決定される。したがって、ダンパの形状は、操作しやすい変形可能な楔形である。

さらに詳細には、ばねは、一端で錘に連結され、その他端で支持板に連結されるばね板（ｌｅａｆ）である。

錘は、複合材料から構成されるため、この材料は、錘の広範囲の密度を可能にすると同時に、形状の大きな自由度を提供する。さらに詳細には、この材料は、含浸織物である。ダンパのばね部品は、用いられる材料およびそれらの構造の選択において錘部品とは区別されてもよい。

錘は、要件に応じて、その密度が含浸材料の密度とは異なる少なくとも１つのインサートを備えうる。インサートは、ダンパの所望の密度に基づいて決定される。密度が増大されることになっている場合には、インサートは、たとえば、金属インサートであってもよく、または代わりに密度が減少されることになっている場合には、気泡体に基づく材料であってもよい。

嵌合を容易にするために、ダンパは、支持板または錘の少なくとも１つの自由端に、ストッパまたは固定フックを形成するばね板部分を備える。

別の特徴は、ダンパの質量が、取り付けられるロータのリバランスを必要とすることなく、交換可能であるように調整されることである。質量は、錘の重心の領域から、材料を単に除去することによって調整される。

必要であれば、ダンパの質量は、ばね側に上記錘から続く第２の錘を用いることによって、さらに調整されることができる。

本出願人はまた、個別のセルおよびセルに収容される根元部を備える羽根を有するリム、エアフォイル、根元部とエアフォイルとの間のプラットフォームを備え、上記で定義されたようなダンパが、リムと２つの隣接する羽根の２つのプラットフォームとの間の空間に収容されるターボ機械ロータを保護しようとしている。そのような構造の利点を得るために、ダンパのばねは、嵌合中にプレストレスがかけられる。

ここで、本発明の実施形態は、添付図面を参照してさらに詳細に記載される。

図１および図２は、本発明によるダンパ１の斜視図である。ダンパは、錘１１、ばね１２および支持板１３を備える。錘は、ダンパが装着されることを意図した環境に適合される形状からなる。この実施例において、錘は、２つの羽根のプラットフォームの下で、ガスタービンエンジンの圧縮機の２つの隣接する羽根の間の空き空間に嵌合するために細長い形状からなる。錘は、プラットフォームとの接触用の２つの面１１Ａおよび１１Ｂと、２つの横面１１Ｃおよび１１Ｄを有する。錘１１は、一端で、錘の長手方向に対して垂直な軸の周囲で湾曲されるばね板の形態のばね１２によって連続している。ばね板１２は、ばね板の形態で平坦な支持板に接続される。示された実施例において、ばねが静止し、応力を受けていない場合には、錘は、支持板の平面に対して角度を成す。錘および支持板の両方の端部は、ばねから最も遠く、それぞれは、それぞれフック付きのばね板１４および１５を備える。

図３および図４は、ターボ機械ロータにおいて所定の場所のダンパを示している。実施例によれば、これは、それ自体知られている圧縮機ロータ２であり、ガスのフローの方向を考慮すると、図３において下流の端部から見られる。このロータ２は、その周囲に複数の羽根４を有するディスク３から構成される。リム３１は、その周囲に分布される複数の基本的に軸方向のセル３１’を有する。この実施例において、セル３１’は、ダブテイル状の断面である。

羽根４は、根元部４１、プラットフォーム４２およびエアフォイル４３を有する。根元部は、セルのダブテイル形状を嵌合するために、その下部部品４１’においてダブテイル状の断面である。したがって、セルは、遠心力に対する羽根の半径方向の保持のための支持面を有する。根元部はまた、プラットフォーム４２の下に脚部４１’’を備える。この脚部には、下流方向に向けられるフック４１’’’が設けられる。このフックは、羽根を軸方向に掛止するためにリムの下流面と係合するリング（図示せず）と係合する。掛止はまた、根元部とセルの下部との間の羽根の下にブロックを用いて達成されることができる。図３および図４において分かるように、プラットフォーム４２は、リム面に対して角度を成している。この実施例は、プラットフォームが圧縮を受けている気流の断面における削減を画定する圧縮機である。横断リブ４２’は、羽根の下流側でロータの軸に向かってプラットフォーム４２の下に半径方向に延在する。

ダンパ１は、２つの隣接する羽根の間の所定の場所に、リム３１と２つの脚部４１’’との間で２つのプラットフォーム４２の下部に画定される空間に位置決めされる。錘１１がプラットフォーム４２に対して永久に押し付けられるように、ばね１２は、張力を受けるように設計される。反作用によって、支持板は、リム３１に対して支持し押し付けられる。２つのフック付きのばね板１４および１５は、一方のばね板１４が半径方向リブ４２’の下で、他方のばね板１５がリム３１の下流縁に対して係合するように構成される。図３において、ダンパの見られることができるものは、２つのフック付きのばね板１４および１５だけであり、したがって、不正確な組み立てを防止する。したがって、一瞥するだけで、ばね板が存在していないか、不正確に嵌合されているかを検査することが十分にできる。羽根と接触支持させる面１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃおよび１１Ｄは、それに応じて整形されることが理解されよう。

図５、図６および図７は、ダンパを嵌合するステップを示している。半径方向のリブ４２’とディスクのリム３１との間の間隙が小さいことが分かる。必要とされるのは、錘が支持板に触れるようにダンパを圧迫することだけである。この構成において、ダンパは、図６の矢印の方向に間隙へ摺動されることができる。ダンパが十分に係合されると、ばねが図７に示される矢印の方向において、錘をプラットフォーム４２に対して押しやる。フック１４はまた、リムにつなぎ、ばね板１５はリム３１の縁に対して押しやる。

ダンパは好ましくは、複合材料から構成される。製作方法は、鋳型に有機樹脂含浸布の複数の層の積層を構成することを含む。次に、樹脂が、圧力釜で硬化される。

材料は、本出願人名義の特許ＦＲ２７５９０９６に記載されるような工程を用いて樹脂注入織繊維の予備形成構造から構成されることができる。構造は、２Ｄ型（Ｄは次元を表す）、３Ｄ型またはいわゆる実際には２．５Ｄ型であってもよい。繊維は、単独材料または種々の材料、ガラス繊維または商標「Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）」の名で知られている繊維とカーボン繊維の混合物などに基づいてもよい。

ダンパ全体は、一体型であってもよく、共に組み立てられる複数の個別部品から構成されてもよい。材料は、異なっていてもよい。たとえば、ばね部品および／または支持板の構造を形成する繊維は、錘を形成する部品とは異なっていてもよい。その選択は、別のものと比較すると、１つの部品に与えることが望ましい特性によって決定される。

変形として、図８を参照すると、１つまたは複数のインサート１１６が、所望の密度を達成するために、ダンパ１００の錘１１０の繊維構造に組み込まれる。金属インサートは、密度を増大する。気泡体の形態であるセル状の構造のインサートは、錘の密度を低減する。他の点において、ダンパ、ばね１１２および支持板１１３の構造は、ダンパ１０とは異ならない。

図９は、ダンパ２００の別の変形を示しており、プラットフォームと接触する表面積は、錘の長さに沿って位置付けられる減少したサイズの２１１Ｂ１および２１１Ｂ２などの領域に対して削減されている。目的は、ダンパの効率を改善するために、羽根プラットフォームにおける負荷を局所化することである。これらの領域は、錘の表面を機械加工することによって構成されてもよい。

図１０は、本発明によるダンパの別の変形を示している。ダンパ３００は、錘３１１よりさらに前でばね３１２に接続される別の錘３１７を備える。このバージョンは、羽根のプラットフォームに沿って動ダンパの負荷を分布することが必要である場合に可能である。ダンパ３００は、前の実施形態のような一体型に構成されてもよく、または共に連結される複数の部品に構成されてもよい。

ダンパの構造は、その質量が高い精度で調整されることができるようになっている。好都合なことに、錘の質量は、図１１において分かるように、錘の慣性軸において重心の周囲にキャビティを切削することによる材料の除去によって調整される。支持板は、１３’で穿孔され、破線で示されたキャビティ１９は、慣性軸Ｊに沿って切削される。この調整は、０．５ｇまで正確な同一の質量のダンパを作製することを可能にする。補正の限界を提供し、質量のこの調整を容易にするために、過剰な材料は、重心の周囲に、製作中に設けられる。この方法で作製されたすべてのダンパは、互いに交換可能である。これは、ロータにおけるアンバランスを生じる可能性が高い質量分布の差を限定することを可能にする。

本発明のダンパのカバリエ斜視図である。 別の角度から見た同ダンパを示している。 ガスタービンエンジンの軸流圧縮機ロータにおける所定の場所における本発明のダンパを示しており、ロータは、部分斜視図で示されている。 図３の場合と同様の所定の場所におけるダンパを示しており、ロータは、ロータ軸を含む半径方向平面の断面図を示している。 図３および図４のロータにダンパを嵌合するステップを示している。 図３および図４のロータにダンパを嵌合するステップを示している。 図３および図４のロータにダンパを嵌合するステップを示している。 インサートを有するダンパの変形を示している。 変更された接触面に関する変形を示している。 追加の錘に関する別の変形を示している。 ダンパの錘の調整を示している。

符号の説明

１、１００、２００、３００ ダンパ
２ 圧縮機ロータ
３ ディスク
４ 羽根
１１、１１０、３１１、３１７ 錘
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ 錘の面
１２、１１２、３１２ ばね
１３、１１３ 支持板
１３’ 支持板の穿孔
１４、１５ フック付きのばね板
１９ キャビティ
３１ リム
３１’ 軸方向のセル
４１ 羽根の根元部
４１’ 根元部の下部部品
４１’’ 脚部
４１’’’ フック
４２ プラットフォーム
４２’ 横断リブ
４３ エアフォイル
１１６ インサート
２１１Ｂ１、２１１Ｂ２ 領域
Ｊ 慣性軸

Claims (13)

1. ２つの隣接するターボ機械羽根のプラットフォームの下面と羽根が取り付けられるロータディスクのリムとの間に収容されるように設計されたターボ機械羽根ダンパであって、前記ダンパが、錘と、前記リム上に担持されるように形状付けられた支持板と、錘をプラットフォームの前記下面に対して押し付けるように作用するばねとを備えており、ばねが、錘と支持板とを接続するように該錘と該支持板との間に介在しており、少なくとも錘が複合材料から作られている、ターボ機械羽根ダンパ。
2. 錘が、プラットフォームと接触する表面部分を備え、前記表面部分は、ばねが静止しているとき、支持板に対して９０°未満の角度を形成し、前記角度は、プラットフォームの内面とリムとの間の角度によって決定される、請求項１に記載のダンパ。
3. ばねが、一端で錘に連結され、その他端で支持板に連結されるばね板である、請求項１または２に記載のダンパ。
4. 材料が、含浸織物からなる、請求項３に記載のダンパ。
5. 錘が、その密度が含浸材料の密度とは異なり、ダンパの所望の密度に基づいて決定される少なくとも１つのインサートを備える、請求項４に記載のダンパ。
6. インサートが、金属構造または気泡体構造からなる、請求項５に記載のダンパ。
7. 支持板または錘の少なくとも１つの自由端に、ストッパまたは固定フックを形成するばね板部分を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のダンパ。
8. 取り付けられるロータのリバランスを必要とすることなく、ダンパが交換可能であるように錘の質量が調整される、請求項１から７のいずれか一項に記載のダンパ。
9. ばね側に前記錘から続く第２の錘を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のダンパ。
10. 個別のセルおよびセルに収容される根元部を備える羽根を有するリム、エアフォイル、根元部とエアフォイルとの間のプラットフォームを備え、請求項１から９のいずれか一項で記載されたダンパが、リムと２つの隣接する羽根の２つのプラットフォームとの間の空間に収容される、ターボ機械ロータ。
11. ダンパのばねが、嵌合中にプレストレスがかけられる、請求項１０に記載のターボ機械ロータ。
12. 請求項１０または請求項１１に記載のロータを備える、ガスタービンエンジン用の圧縮機。
13. 請求項１０または請求項１１に記載のロータを備える、ガスタービンエンジン。

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