JPH0696968B2 - ガスタービンエンジンバケットの振動減衰 - Google Patents
ガスタービンエンジンバケットの振動減衰Info
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- JPH0696968B2 JPH0696968B2 JP4095719A JP9571992A JPH0696968B2 JP H0696968 B2 JPH0696968 B2 JP H0696968B2 JP 4095719 A JP4095719 A JP 4095719A JP 9571992 A JP9571992 A JP 9571992A JP H0696968 B2 JPH0696968 B2 JP H0696968B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- damper
- pad
- vibration
- pads
- raised
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S416/00—Fluid reaction surfaces, i.e. impellers
- Y10S416/50—Vibration damping features
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンエンジンに
関し、特に、タービン動翼すなわちバケットに発生する
振動の減衰に関する。
関し、特に、タービン動翼すなわちバケットに発生する
振動の減衰に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンにはタービン部が
含まれ、ロータホイールまたはディスクの外周に狭い角
度間隔で装着された複数の動翼すなわちバケットを有す
る。タービン動翼は高温ガス流内に突出しており、この
作動流体流の運動エネルギーを機械的な回転エネルギー
に変換する。温度と遠心力の変化による材料の膨縮に対
処するために、バケットには通例「クリスマスツリー」
形の根部が設けられ、ロータディスク外周のダブテール
スロット内に保持される。エンジン運転中、振動がター
ビンバケットに誘起される。このような振動を抑制しな
いでおくと、バケットに過早疲労故障が発生するおそれ
がある。
含まれ、ロータホイールまたはディスクの外周に狭い角
度間隔で装着された複数の動翼すなわちバケットを有す
る。タービン動翼は高温ガス流内に突出しており、この
作動流体流の運動エネルギーを機械的な回転エネルギー
に変換する。温度と遠心力の変化による材料の膨縮に対
処するために、バケットには通例「クリスマスツリー」
形の根部が設けられ、ロータディスク外周のダブテール
スロット内に保持される。エンジン運転中、振動がター
ビンバケットに誘起される。このような振動を抑制しな
いでおくと、バケットに過早疲労故障が発生するおそれ
がある。
【０００３】このような振動のエネルギーを消散して振
動の振幅と関連応力を減らすために通常行われているこ
とは、ダンパを隣り合うバケット間の次のような位置、
すなわち、接線方向に突出する翼台の表面に接して作用
するような位置に配置することである。タービン部が回
転すると、ダンパは遠心力により翼台表面に押し付けら
れる。バケットが振動するにつれ、ダンパと翼台表面は
互いに滑りあい、振動エネルギーの多くを実質的に吸収
して消散するのに有効な摩擦力を生ずる。
動の振幅と関連応力を減らすために通常行われているこ
とは、ダンパを隣り合うバケット間の次のような位置、
すなわち、接線方向に突出する翼台の表面に接して作用
するような位置に配置することである。タービン部が回
転すると、ダンパは遠心力により翼台表面に押し付けら
れる。バケットが振動するにつれ、ダンパと翼台表面は
互いに滑りあい、振動エネルギーの多くを実質的に吸収
して消散するのに有効な摩擦力を生ずる。
【０００４】バケットの振動は複雑であるが、２つの基
本モードからなると考えてよい。一つは接線方向モード
であり、振動の方向が周方向であり、そして隣り合うバ
ケット間の角度間隔が変わる。他のモードは半径方向モ
ードであり、隣り合うバケットの相対的な半径方向位置
が変わる。これらの振動モードは隣り合うバケットの翼
台表面の位相に関係する動きとなり、その結果それらの
角度関係が変わる。ダンパが有効であるためには、接線
方向および半径方向振動モードとそれらの任意の組合せ
に対してダンパと翼台表面との滑り係合を保たなければ
ならないことに注意されたい。
本モードからなると考えてよい。一つは接線方向モード
であり、振動の方向が周方向であり、そして隣り合うバ
ケット間の角度間隔が変わる。他のモードは半径方向モ
ードであり、隣り合うバケットの相対的な半径方向位置
が変わる。これらの振動モードは隣り合うバケットの翼
台表面の位相に関係する動きとなり、その結果それらの
角度関係が変わる。ダンパが有効であるためには、接線
方向および半径方向振動モードとそれらの任意の組合せ
に対してダンパと翼台表面との滑り係合を保たなければ
ならないことに注意されたい。
【０００５】様々な形状の振動ダンパが既に提案されて
いる。フランダーズ（Flanders）の米国特許第２３１０
４１２号は円形およびくさび形のダンパを開示してい
る。円形ダンパはまたドッド（Dodd）等の米国特許第４
９１７５７４号に開示されている。アレン（Allen)の米
国特許第１５５４６１４号と、スタール（Stahl)の米国
特許第４１１１６０３号と、ヘンドリー（Hendley)等の
米国特許第４８７２８１２号もくさび形ダンパを開示し
ている。またＴ形ダンパがヘス（Hess）等の米国特許第
４１０１２４６号と、ネルソン（Nelson）の米国特許第
４１８２５９８号と、ジョンズ（Jones)等の米国特許第
４３４７０４０号に開示されている。Ｘ形ダンパもダム
リス（Damlis）の米国特許第３６６６３７６号に示され
ている。
いる。フランダーズ（Flanders）の米国特許第２３１０
４１２号は円形およびくさび形のダンパを開示してい
る。円形ダンパはまたドッド（Dodd）等の米国特許第４
９１７５７４号に開示されている。アレン（Allen)の米
国特許第１５５４６１４号と、スタール（Stahl)の米国
特許第４１１１６０３号と、ヘンドリー（Hendley)等の
米国特許第４８７２８１２号もくさび形ダンパを開示し
ている。またＴ形ダンパがヘス（Hess）等の米国特許第
４１０１２４６号と、ネルソン（Nelson）の米国特許第
４１８２５９８号と、ジョンズ（Jones)等の米国特許第
４３４７０４０号に開示されている。Ｘ形ダンパもダム
リス（Damlis）の米国特許第３６６６３７６号に示され
ている。
【０００６】これらの様々な振動ダンパ形状のうち、く
さび形が多分現在のガスタービンエンジン設計で比較的
一般に使用されている。しかし、くさび形ダンパは、そ
れらの角度関係がバケット振動中に変わることと製造公
差とにより、隣り合うバケットのＶ形溝を画成する翼台
表面と常に正確な係合をなすものではないことがわかっ
た。すなわち、ダンパは遠心荷重のもとで搖動または傾
斜し、従って、一方のダンパ表面がそれと向かい合う翼
台表面から離昇する。その結果、これらの翼台表面では
有効なエネルギー消散滑り作用が達成されないので、バ
ケットに過早疲労故障が発生する。
さび形が多分現在のガスタービンエンジン設計で比較的
一般に使用されている。しかし、くさび形ダンパは、そ
れらの角度関係がバケット振動中に変わることと製造公
差とにより、隣り合うバケットのＶ形溝を画成する翼台
表面と常に正確な係合をなすものではないことがわかっ
た。すなわち、ダンパは遠心荷重のもとで搖動または傾
斜し、従って、一方のダンパ表面がそれと向かい合う翼
台表面から離昇する。その結果、これらの翼台表面では
有効なエネルギー消散滑り作用が達成されないので、バ
ケットに過早疲労故障が発生する。
【０００７】
【発明の目的】従って、本発明の目的はガスタービンエ
ンジンのタービン部のバケットすなわち動翼における振
動エネルギーを消散する改良ダンパを提供することであ
る。改良振動ダンパは次のような独特な形状、すなわ
ち、全てのエンジン運転状態で、遠心荷重により生ずる
ダンパ均衡位置が、バケット振動モードにかかわらず、
隣り合うバケットの翼台表面とダンパ表面との滑り係合
を確実にするような形状である。その結果、隣り合うバ
ケットのダンパ・翼台境界表面に摩擦力が常に発生して
両バケットにおける振動エネルギーのかなりの部分を効
率的に消散する。
ンジンのタービン部のバケットすなわち動翼における振
動エネルギーを消散する改良ダンパを提供することであ
る。改良振動ダンパは次のような独特な形状、すなわ
ち、全てのエンジン運転状態で、遠心荷重により生ずる
ダンパ均衡位置が、バケット振動モードにかかわらず、
隣り合うバケットの翼台表面とダンパ表面との滑り係合
を確実にするような形状である。その結果、隣り合うバ
ケットのダンパ・翼台境界表面に摩擦力が常に発生して
両バケットにおける振動エネルギーのかなりの部分を効
率的に消散する。
【０００８】
【発明の概要】この目的のために、基本的なくさび形ダ
ンパ形状を本発明により改良し、隣り合うバケットの翼
台のＶ形溝を画成する傾斜表面と通常面接触をなす隆起
パッド表面をダンパの両側面に設ける。開示した実施態
様では３つの隆起パッドを利用し、２つのパッドを一方
の翼台斜面に面するダンパ側面に設け、３番目のパッド
を他の翼台斜面に面するダンパ側面に設ける。パッド
は、隣り合うバケットの振動にかかわらず、ダンパ材料
と翼台材料との特定の組合せに特有の最大摩擦係数まで
の状態において翼台斜面から離昇しないようにダンパ側
面に配置される。遠心荷重のもとで生ずるダンパの全て
の均衡位置に対して、翼台によりダンパに作用する反力
が回転モーメントを発生しないようにすることにより、
ダンパの傾斜が防止される。すなわち、ダンパのパッド
は翼台斜面との滑り接触を保ってバケットにおける振動
エネルギーを実質的に消散する。
ンパ形状を本発明により改良し、隣り合うバケットの翼
台のＶ形溝を画成する傾斜表面と通常面接触をなす隆起
パッド表面をダンパの両側面に設ける。開示した実施態
様では３つの隆起パッドを利用し、２つのパッドを一方
の翼台斜面に面するダンパ側面に設け、３番目のパッド
を他の翼台斜面に面するダンパ側面に設ける。パッド
は、隣り合うバケットの振動にかかわらず、ダンパ材料
と翼台材料との特定の組合せに特有の最大摩擦係数まで
の状態において翼台斜面から離昇しないようにダンパ側
面に配置される。遠心荷重のもとで生ずるダンパの全て
の均衡位置に対して、翼台によりダンパに作用する反力
が回転モーメントを発生しないようにすることにより、
ダンパの傾斜が防止される。すなわち、ダンパのパッド
は翼台斜面との滑り接触を保ってバケットにおける振動
エネルギーを実質的に消散する。
【０００９】従って、本発明は以下に説明する構造と、
諸要素の組合せと、諸部分の構成の特徴を包含するもの
である。本発明の性質と諸目的は、添付図面と関連する
以下の説明から十分理解されよう。
諸要素の組合せと、諸部分の構成の特徴を包含するもの
である。本発明の性質と諸目的は、添付図面と関連する
以下の説明から十分理解されよう。
【００１０】
【実施例の記載】添付図面の全図を通じて対応符号は同
様な部分を表す。図１に示すように、ガスタービンエン
ジンのタービン部には総体的に１０で示したタービン動
翼すなわちバケットの環状列が含まれ、周知のクリスマ
スツリー形の根部１２を備え、これらの翼根部は、ロー
タディスク１６の外周に均等角度間隔で形成されたダブ
テールスロット１４内に保持されている。キャンバ付き
翼形部１８が翼根１２からエンジンの高温ガス主流内に
半径方向に突出しており、この作動流体の運動エネルギ
ーをロータディスク１６の回転エネルギーに変換する。
各バケットの根部と翼形部の間に１対の翼台２０が存在
し、接線方向に互いに逆向きに突出している。翼台は半
径方向縁面２２で終わっており、これらの縁面は各対の
隣り合うバケットの翼台間に間隙２４を画成して熱膨張
を許容する。翼台は、タービン部を軸方向に通流する高
温ガス流の半径方向内側境界を画成するシュラウド部と
して有利に作用する。
様な部分を表す。図１に示すように、ガスタービンエン
ジンのタービン部には総体的に１０で示したタービン動
翼すなわちバケットの環状列が含まれ、周知のクリスマ
スツリー形の根部１２を備え、これらの翼根部は、ロー
タディスク１６の外周に均等角度間隔で形成されたダブ
テールスロット１４内に保持されている。キャンバ付き
翼形部１８が翼根１２からエンジンの高温ガス主流内に
半径方向に突出しており、この作動流体の運動エネルギ
ーをロータディスク１６の回転エネルギーに変換する。
各バケットの根部と翼形部の間に１対の翼台２０が存在
し、接線方向に互いに逆向きに突出している。翼台は半
径方向縁面２２で終わっており、これらの縁面は各対の
隣り合うバケットの翼台間に間隙２４を画成して熱膨張
を許容する。翼台は、タービン部を軸方向に通流する高
温ガス流の半径方向内側境界を画成するシュラウド部と
して有利に作用する。
【００１１】翼台は傾斜表面２６を呈するように傾斜角
度でアンダカットされており、向かい合う肩部の傾斜表
面が、軸方向に延在するＶ形溝を画成している。各Ｖ形
溝の半径方向下側の位置に、従来の３角形またはくさび
形断面の軸方向延在振動ダンパ２８が緩く捕捉されてい
る。ロータディスクの回転中、ダンパは遠心力により半
径方向外方に押されてＶ形溝内にはまり込み、ダンパの
半径方向外方に面する表面２８ａ、２８ｂが翼台斜面２
６と摩擦係合をなす。その結果、バケットの振動時に翼
台斜面２６がダンパ表面２８ａ、２８ｂに対して滑り、
摩擦力を発生してバケットにおける振動エネルギーを消
散する。ダンパは翼根近辺で作用しそして翼根近辺の振
幅は翼端近辺の振幅に比べて小さく通例１ミル以下であ
るから、振動モードにかかわらずダンパと翼台斜面との
間に有効な滑り接触が生ずることが重要である。
度でアンダカットされており、向かい合う肩部の傾斜表
面が、軸方向に延在するＶ形溝を画成している。各Ｖ形
溝の半径方向下側の位置に、従来の３角形またはくさび
形断面の軸方向延在振動ダンパ２８が緩く捕捉されてい
る。ロータディスクの回転中、ダンパは遠心力により半
径方向外方に押されてＶ形溝内にはまり込み、ダンパの
半径方向外方に面する表面２８ａ、２８ｂが翼台斜面２
６と摩擦係合をなす。その結果、バケットの振動時に翼
台斜面２６がダンパ表面２８ａ、２８ｂに対して滑り、
摩擦力を発生してバケットにおける振動エネルギーを消
散する。ダンパは翼根近辺で作用しそして翼根近辺の振
幅は翼端近辺の振幅に比べて小さく通例１ミル以下であ
るから、振動モードにかかわらずダンパと翼台斜面との
間に有効な滑り接触が生ずることが重要である。
【００１２】本発明の譲受人（本件出願人）にやはり譲
渡されたヘンドリー（Hendley)等の米国特許第４８７２
８１２号に開示されているように、くさび形ダンパは、
間隙２４を有効に閉塞しうるので、高温ガス流の半径方
向内側境界を密封するにも役立ち、翼台内側の区域への
高温ガスの漏れと、高温ガス主流内への冷却空気の漏れ
とを抑制する。
渡されたヘンドリー（Hendley)等の米国特許第４８７２
８１２号に開示されているように、くさび形ダンパは、
間隙２４を有効に閉塞しうるので、高温ガス流の半径方
向内側境界を密封するにも役立ち、翼台内側の区域への
高温ガスの漏れと、高温ガス主流内への冷却空気の漏れ
とを抑制する。
【００１３】くさび形ダンパ２８が、翼台斜面２６によ
り画成されたＶ形溝に全面的な境界接触をなして正確に
はまり込むためには、ダンパと翼台を精密に機械加工し
て斜面間の角度を向かい合うダンパ側面間の角度に等し
くしなければならない。図２ａは、翼台斜面２６ａ、２
６ｂのなす角度が向かい合うダンパ側面２８ａ、２８ｂ
間の角度より大きいようなダンパはまり込み状態を極端
に誇張して示す。バケット振動が起こらなければ、ダン
パ２８は遠心荷重のもとで次のような位置、すなわち、
ダンパ側面２８ａ、２８ｂが翼台斜面２６ａ、２６ｂと
半径方向縁面２２との接合部における軸方向線にほぼ沿
って翼台２０と接触するような位置を占めることができ
る。
り画成されたＶ形溝に全面的な境界接触をなして正確に
はまり込むためには、ダンパと翼台を精密に機械加工し
て斜面間の角度を向かい合うダンパ側面間の角度に等し
くしなければならない。図２ａは、翼台斜面２６ａ、２
６ｂのなす角度が向かい合うダンパ側面２８ａ、２８ｂ
間の角度より大きいようなダンパはまり込み状態を極端
に誇張して示す。バケット振動が起こらなければ、ダン
パ２８は遠心荷重のもとで次のような位置、すなわち、
ダンパ側面２８ａ、２８ｂが翼台斜面２６ａ、２６ｂと
半径方向縁面２２との接合部における軸方向線にほぼ沿
って翼台２０と接触するような位置を占めることができ
る。
【００１４】図２ｂは逆の状態を示す。すなわち、翼台
斜面２６ａ、２６ｂのなす角度はダンパ側面２８ａ、２
８ｂ間の角度より小さい。この場合も、バケット振動が
起こらなければ、ダンパ２８は遠心荷重のもとで次のよ
うな位置、すなわち、ダンパが側面２８ａ、２８ｂの軸
方向延在下縁における接触線に沿って両翼台斜面と係合
するような位置を占めることができる。
斜面２６ａ、２６ｂのなす角度はダンパ側面２８ａ、２
８ｂ間の角度より小さい。この場合も、バケット振動が
起こらなければ、ダンパ２８は遠心荷重のもとで次のよ
うな位置、すなわち、ダンパが側面２８ａ、２８ｂの軸
方向延在下縁における接触線に沿って両翼台斜面と係合
するような位置を占めることができる。
【００１５】図２ａと図２ｂに示した係合状態はまた接
線方向の振動により影響され、その場合、バケット１８
は片持ばり装着ビームの態様で周方向に前後にたわむこ
とを理解されたい。。このバケット振動は隣り合うバケ
ットの翼台斜面２６の振動となって現れ、両翼台斜面は
一般にある位相関係をもって昇降する。すなわち、一方
の翼台斜面が上昇すなわちほぼ半径方向外方に移動する
のに対し、Ｖ形溝の他方の翼台斜面はある位相外れ関係
において下降する。翼台斜面のこのような相対運動の結
果、両面間の角度が変化し、従って、ダンパのＶ形溝内
へのはまり方に変化が起こることがわかる。
線方向の振動により影響され、その場合、バケット１８
は片持ばり装着ビームの態様で周方向に前後にたわむこ
とを理解されたい。。このバケット振動は隣り合うバケ
ットの翼台斜面２６の振動となって現れ、両翼台斜面は
一般にある位相関係をもって昇降する。すなわち、一方
の翼台斜面が上昇すなわちほぼ半径方向外方に移動する
のに対し、Ｖ形溝の他方の翼台斜面はある位相外れ関係
において下降する。翼台斜面のこのような相対運動の結
果、両面間の角度が変化し、従って、ダンパのＶ形溝内
へのはまり方に変化が起こることがわかる。
【００１６】図２ａに示した係合状態で、バケットに半
径方向モードの振動が起これば、左の翼台が右の翼台に
対して半径方向外向きに移動する時、ダンパ２８は時計
方向に回動または揺動するように押されて図３ａに示し
た傾斜均衡位置を占める。ダンパ側面２８ａは翼台斜面
２６ａと全面接触をなすのに対し、ダンパ側面２８ｂ
は、翼台斜面２６ｂと半径方向縁面２２との接合部にほ
ぼ沿って右の翼台と接触し続ける。バケットの半径方向
相対運動が逆になると、ダンパは反時計方向に搖動でき
るようになり、ダンパ側面２８ａは翼台斜面２６ａから
離昇しそしてダンパ側面２８ｂは翼台斜面２６ｂと全面
接触をなす。ダンパのこの搖動はダンパと翼台の相互滑
動の程度をかなり減らしてしまうことを理解されたい。
その結果、バケットの振動エネルギーを消散するダンパ
の効果はひどく損なわれる。
径方向モードの振動が起これば、左の翼台が右の翼台に
対して半径方向外向きに移動する時、ダンパ２８は時計
方向に回動または揺動するように押されて図３ａに示し
た傾斜均衡位置を占める。ダンパ側面２８ａは翼台斜面
２６ａと全面接触をなすのに対し、ダンパ側面２８ｂ
は、翼台斜面２６ｂと半径方向縁面２２との接合部にほ
ぼ沿って右の翼台と接触し続ける。バケットの半径方向
相対運動が逆になると、ダンパは反時計方向に搖動でき
るようになり、ダンパ側面２８ａは翼台斜面２６ａから
離昇しそしてダンパ側面２８ｂは翼台斜面２６ｂと全面
接触をなす。ダンパのこの搖動はダンパと翼台の相互滑
動の程度をかなり減らしてしまうことを理解されたい。
その結果、バケットの振動エネルギーを消散するダンパ
の効果はひどく損なわれる。
【００１７】図２ｂの係合状態でも同様なダンパ離昇状
態が存在する。図３ｂは、この係合状態で左の翼台２０
が右の翼台に対して上昇している状態を示す。ダンパ２
８は時計方向に搖動して均衡位置を占め、その側面２８
ｂは翼台斜面２６ｂと全面接触をなし、側面２８ａはそ
の下縁だけが翼台斜面２６ａと接触する。次いで、右の
翼台が左の翼台に対して上昇すると、ダンパは反時計方
向に搖動し、その側面２８ａは翼台斜面２６ａと全面接
触をなしそして側面２８ｂは翼台斜面２６ｂとの全面接
触から離れて同斜面と線接触をなす。この場合も、この
ようなダンパ搖動は、バケットにおける振動エネルギー
の消散に必要な翼台斜面における摩擦力を発生しない。
態が存在する。図３ｂは、この係合状態で左の翼台２０
が右の翼台に対して上昇している状態を示す。ダンパ２
８は時計方向に搖動して均衡位置を占め、その側面２８
ｂは翼台斜面２６ｂと全面接触をなし、側面２８ａはそ
の下縁だけが翼台斜面２６ａと接触する。次いで、右の
翼台が左の翼台に対して上昇すると、ダンパは反時計方
向に搖動し、その側面２８ａは翼台斜面２６ａと全面接
触をなしそして側面２８ｂは翼台斜面２６ｂとの全面接
触から離れて同斜面と線接触をなす。この場合も、この
ようなダンパ搖動は、バケットにおける振動エネルギー
の消散に必要な翼台斜面における摩擦力を発生しない。
【００１８】本発明によってダンパの搖動を阻止するた
めに、図４ａと図４ｂに総体的に３０で示した３角形ま
たはくさび形のダンパに、その２つの半径方向外向き側
面３２、３４から盛り上がった複数の隆起パッド面を設
ける。図示の実施例では、２つのパッド３６、３８がダ
ンパ側面３２に形成され、また１つのパッド４０が側面
３４に形成されている。パッド３６はダンパ側面３２の
半径方向内端近くに配置され、パッド３８は側面３２に
おけるダンパ頂部４２近辺の位置に配置されている。ま
た、パッド４０はダンパ側面３４において頂部４２と側
面内端との間の適所に配置されている。例示したパッド
位置はダンパ側面３２、３４間で交換しうることを理解
されたい。
めに、図４ａと図４ｂに総体的に３０で示した３角形ま
たはくさび形のダンパに、その２つの半径方向外向き側
面３２、３４から盛り上がった複数の隆起パッド面を設
ける。図示の実施例では、２つのパッド３６、３８がダ
ンパ側面３２に形成され、また１つのパッド４０が側面
３４に形成されている。パッド３６はダンパ側面３２の
半径方向内端近くに配置され、パッド３８は側面３２に
おけるダンパ頂部４２近辺の位置に配置されている。ま
た、パッド４０はダンパ側面３４において頂部４２と側
面内端との間の適所に配置されている。例示したパッド
位置はダンパ側面３２、３４間で交換しうることを理解
されたい。
【００１９】ロータディスクの回転中、ダンパ３０にか
かる遠心力（ダンパ重心４６を通って半径方向に作用す
るベクトル４４）により、ダンパが半径方向外方に押さ
れてＶ形溝内にはまり込み、そしてパッド３６、３８、
４０がそれらの対面翼台斜面２６に接触する。図４ａに
示した振動状態では、翼台斜面２６ｂは翼台斜面２６ａ
の下降（矢印５０）に対して上昇（矢印４８）し、そし
てダンパと翼台斜面の相互滑動が矢印５２で示すように
発生する。ダンパ３０の均衡位置が確定するのは、ダン
パにかかる遠心力が、翼台によりパッドに作用する反力
と釣り合った時である。矢印４８、５０で表される相対
的なバケット運動と、最大摩擦係数状態の場合、ダンパ
均衡位置は、パッド３８、４０にかかる荷重とダンパ遠
心荷重（ベクトル４４）との釣合いにより定まり、パッ
ド３６にかかる荷重は減少してほぼゼロになる。矢印５
４で表されるパッド３８にかかる荷重と、矢印５６で表
されるパッド４０にかかる荷重とが、遠心荷重の作用線
つまりベクトル４４上の共通点５８に向けられる限り、
傾斜または搖動均衡位置をもたらすようにダンパに作用
する回転モーメントは生じない。従って、全パッドは常
に翼台斜面と滑り接触を保つ。すなわち、パッドの離昇
は起こらない。
かる遠心力（ダンパ重心４６を通って半径方向に作用す
るベクトル４４）により、ダンパが半径方向外方に押さ
れてＶ形溝内にはまり込み、そしてパッド３６、３８、
４０がそれらの対面翼台斜面２６に接触する。図４ａに
示した振動状態では、翼台斜面２６ｂは翼台斜面２６ａ
の下降（矢印５０）に対して上昇（矢印４８）し、そし
てダンパと翼台斜面の相互滑動が矢印５２で示すように
発生する。ダンパ３０の均衡位置が確定するのは、ダン
パにかかる遠心力が、翼台によりパッドに作用する反力
と釣り合った時である。矢印４８、５０で表される相対
的なバケット運動と、最大摩擦係数状態の場合、ダンパ
均衡位置は、パッド３８、４０にかかる荷重とダンパ遠
心荷重（ベクトル４４）との釣合いにより定まり、パッ
ド３６にかかる荷重は減少してほぼゼロになる。矢印５
４で表されるパッド３８にかかる荷重と、矢印５６で表
されるパッド４０にかかる荷重とが、遠心荷重の作用線
つまりベクトル４４上の共通点５８に向けられる限り、
傾斜または搖動均衡位置をもたらすようにダンパに作用
する回転モーメントは生じない。従って、全パッドは常
に翼台斜面と滑り接触を保つ。すなわち、パッドの離昇
は起こらない。
【００２０】図４ｂは逆の状態、すなわち、翼台斜面２
６ａが翼台斜面２６ｂの下降（矢印６２）に対して上昇
（矢印６０）しそしてダンパと翼台斜面の相互滑動が矢
印６４で示すように発生する状態を示す。この場合も、
最大摩擦係数の状態に対して、ダンパ３０の均衡位置
が、パッド３６、４０にかかる荷重とダンパ遠心力との
釣合いにより定まり、その際パッド３８にかかる荷重は
ほぼゼロになる。図示のように、パッド３６にかかる荷
重（矢印６６）と、パッド４０にかかる荷重（矢印６
８）とがやはり遠心力線上の共通点７０に向けられるの
で、揺動モーメントがダンパ３０に作用することはな
い。従って、パッド３６、３８、４０は翼台斜面と滑り
接触を保ってバケットにおける振動エネルギーを実質的
に消散する。
６ａが翼台斜面２６ｂの下降（矢印６２）に対して上昇
（矢印６０）しそしてダンパと翼台斜面の相互滑動が矢
印６４で示すように発生する状態を示す。この場合も、
最大摩擦係数の状態に対して、ダンパ３０の均衡位置
が、パッド３６、４０にかかる荷重とダンパ遠心力との
釣合いにより定まり、その際パッド３８にかかる荷重は
ほぼゼロになる。図示のように、パッド３６にかかる荷
重（矢印６６）と、パッド４０にかかる荷重（矢印６
８）とがやはり遠心力線上の共通点７０に向けられるの
で、揺動モーメントがダンパ３０に作用することはな
い。従って、パッド３６、３８、４０は翼台斜面と滑り
接触を保ってバケットにおける振動エネルギーを実質的
に消散する。
【００２１】パッドにかかる釣合い荷重はパッド表面に
常に垂直になるというものではないことに注意された
い。図４ａに示した翼台の相対運動の場合、釣合い荷重
はパッド３８、４０だけに作用し、これらの荷重は、矢
印５４、５６で示すように、角度７２だけ法線すなわち
垂直方向から外れており、そのアークタンジェントは最
大摩擦係数に等しい。同じことは図４ｂにおけるパッド
荷重６６、６８にもいえる。パッド荷重が法線から片寄
る側は、パッドと翼台斜面の相互滑動の方向に依存す
る。
常に垂直になるというものではないことに注意された
い。図４ａに示した翼台の相対運動の場合、釣合い荷重
はパッド３８、４０だけに作用し、これらの荷重は、矢
印５４、５６で示すように、角度７２だけ法線すなわち
垂直方向から外れており、そのアークタンジェントは最
大摩擦係数に等しい。同じことは図４ｂにおけるパッド
荷重６６、６８にもいえる。パッド荷重が法線から片寄
る側は、パッドと翼台斜面の相互滑動の方向に依存す
る。
【００２２】ダンパ側面上のパッドの位置を定めるため
の第１段階は、ダンパ材料と翼台材料の摩擦係数を、特
定状況において期待される最大値以上にするように数学
的または実験的に定めることである。好適なダンパ材料
は、良好な潤滑性をもつ高温用高強度コバルト合金であ
り、また翼台は高温用高強度ニッケル合金でよい。次い
で、パッド３８の位置を頂部４２の近辺ただしそれから
充分離れた位置に設定し、パッド３８が、最大幅となっ
た際の間隙２４内に入り込むほど外方に移動しないよう
にする。
の第１段階は、ダンパ材料と翼台材料の摩擦係数を、特
定状況において期待される最大値以上にするように数学
的または実験的に定めることである。好適なダンパ材料
は、良好な潤滑性をもつ高温用高強度コバルト合金であ
り、また翼台は高温用高強度ニッケル合金でよい。次い
で、パッド３８の位置を頂部４２の近辺ただしそれから
充分離れた位置に設定し、パッド３８が、最大幅となっ
た際の間隙２４内に入り込むほど外方に移動しないよう
にする。
【００２３】次に、パッド４０の位置を図４ａの状態に
対して次のように、すなわち、パッド４０の中点に作用
する荷重５６の作用線が、パッド３８の中点に作用する
荷重５４の作用線と、遠心力４４の作用線上の点５８で
交差するように定める。次いで、パッド３６の位置を、
図４ｂの状態に対して、その中点に作用する荷重６６
と、パッド４０の中点に作用する荷重６８とが共に遠心
力作用線上の点７０に向かうように定める。こうして、
３つのパッドは、図４ａと図４ｂに示した極限状況のも
とで最大摩擦係数の状態に対してパッドにかかる回転ま
たは揺動モーメントをなくするように位置づけられる。
対して次のように、すなわち、パッド４０の中点に作用
する荷重５６の作用線が、パッド３８の中点に作用する
荷重５４の作用線と、遠心力４４の作用線上の点５８で
交差するように定める。次いで、パッド３６の位置を、
図４ｂの状態に対して、その中点に作用する荷重６６
と、パッド４０の中点に作用する荷重６８とが共に遠心
力作用線上の点７０に向かうように定める。こうして、
３つのパッドは、図４ａと図４ｂに示した極限状況のも
とで最大摩擦係数の状態に対してパッドにかかる回転ま
たは揺動モーメントをなくするように位置づけられる。
【００２４】従って、本発明は、例示したパッド配置に
より、Ｖ形溝角度とダンパ角度の製造上の不一致と、Ｖ
形溝形状の振動による変化にもかかわらず、翼台斜面と
連続的な滑り接触をなすような（３脚台の態様の）安定
した３点姿勢をとりうる振動ダンパを提供するものであ
る。ダンパの搖動と表面離昇が避けられるので、ダンパ
と翼台との境界で利用できる微小な表面滑動を充分利用
してタービンバケットにおける振動エネルギーを消散し
うる。
より、Ｖ形溝角度とダンパ角度の製造上の不一致と、Ｖ
形溝形状の振動による変化にもかかわらず、翼台斜面と
連続的な滑り接触をなすような（３脚台の態様の）安定
した３点姿勢をとりうる振動ダンパを提供するものであ
る。ダンパの搖動と表面離昇が避けられるので、ダンパ
と翼台との境界で利用できる微小な表面滑動を充分利用
してタービンバケットにおける振動エネルギーを消散し
うる。
【００２５】以上の詳細な説明からわかるように、本発
明の目的は効率良く達成される。もちろん、例示した構
造に対して様々な改変が本発明の範囲内で可能である。
明の目的は効率良く達成される。もちろん、例示した構
造に対して様々な改変が本発明の範囲内で可能である。
【図１】先行技術のくさび形振動ダンパを利用した、タ
ービンバケットをロータディスクに取付ける従来の構造
を示す断片断面図である。
ービンバケットをロータディスクに取付ける従来の構造
を示す断片断面図である。
【図２】図２ａと図２ｂは、隣り合うバケットの翼台表
面と、図１の従来のダンパとの間に起こりうる２種の不
正確な係合を誇張して示す図である。
面と、図１の従来のダンパとの間に起こりうる２種の不
正確な係合を誇張して示す図である。
【図３】図３ａと図３ｂは、図２ａと図２ｂに示した係
合状態で半径方向モードのバケット振動により生ずるダ
ンパ均衡位置を誇張して示す図である。
合状態で半径方向モードのバケット振動により生ずるダ
ンパ均衡位置を誇張して示す図である。
【図４】図４ａと図４ｂは、本発明により作られた振動
ダンパの断片断面図で、隣り合うタービンバケットの相
異なる振動状態におけるダンパ均衡位置を示す。
ダンパの断片断面図で、隣り合うタービンバケットの相
異なる振動状態におけるダンパ均衡位置を示す。
１０ タービンバケット（動翼） ２０ 翼台 ２６、２６ａ、２６ｂ 翼台斜面 ３０ 振動ダンパ ３２、３４ ダンパ側面 ３６、３８、４０ パッド
Claims (6)
- 【請求項１】 ガスタービンエンジンのロータディスク
に装着した１対の隣り合うタービンバケットの第１およ
び第２傾斜表面によって画成されたＶ形溝内で作用する
振動ダンパであって、 （Ａ）本体と、 （Ｂ）この本体によって担持され、そして前記第１傾斜
表面と対面関係にある第１隆起表面を有する第１パッド
と、 （Ｃ）前記本体によって担持され、そして前記第２傾斜
表面と対面関係にある第２隆起表面を有する第２パッド
と、 （Ｄ）前記本体によって担持され、そして前記第２傾斜
表面と対面関係にある第３隆起表面を有する第３パッド
とを含み、 （Ｅ）前記ロータディスクの回転時に前記ダンパが遠心
力により前記Ｖ形溝内に押し込まれて前記第１隆起表面
を前記第１傾斜表面に圧着してそれと滑り係合させると
ともに前記第２および第３隆起表面を前記第２傾斜表面
に圧着してそれと滑り係合させ、これにより前記１対の
隣り合うタービンバケットにおける振動エネルギーを消
散する振動ダンパ。 - 【請求項２】 前記本体はくさび形で、前記第１パッド
を形成した第１側面と、前記第２および第３パッドを形
成した第２側面とを有する、請求項１記載のダンパ。 - 【請求項３】 前記第１、第２および第３隆起表面の寸
法が前記本体の前記第１および第２側面の寸法よりかな
り小さく、従って、前記ダンパが前記１対の隣り合うタ
ービンバケットの全ての振動モードに対して前記Ｖ形溝
内で絶えず安定した実質的に３点接触の姿勢をとり得
る、請求項２記載のダンパ。 - 【請求項４】 前記第１および第２傾斜表面をそれぞれ
前記１対の隣り合うタービンバケットの接線方向延在翼
台に形成した請求項３記載のダンパ。 - 【請求項５】 前記本体第１側面の前記第１パッドの位
置と前記本体第２側面の前記第２および第３パッドの位
置が、前記第１および第２傾斜表面で前記パッドにかか
る荷重により前記ダンパに回転モーメントが発生しない
ような位置である、請求項３記載のダンパ。 - 【請求項６】 前記本体両側面の前記パッドの位置を、
前記第２および第３パッドの一方にかかる荷重が実質的
にゼロになる時最大摩擦係数の状態で前記ダンパにかか
る回転モーメントを無くするように設定した、請求項５
記載のダンパ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US687646 | 1984-12-31 | ||
| US07/687,646 US5156528A (en) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | Vibration damping of gas turbine engine buckets |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05118202A JPH05118202A (ja) | 1993-05-14 |
| JPH0696968B2 true JPH0696968B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=24761237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4095719A Expired - Lifetime JPH0696968B2 (ja) | 1991-04-19 | 1992-04-16 | ガスタービンエンジンバケットの振動減衰 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5156528A (ja) |
| EP (1) | EP0509838A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0696968B2 (ja) |
| CA (1) | CA2062888A1 (ja) |
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