JPS5855360B2 - ブレ−ドプラットホ−ムの振動減衰装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明はターボ機械のロータとステータの羽根とそれら
に一体的に取付けられたブレードプラットホームに関し
、特にブレードプラットホームの振動エネルギを減らす
改良振動減衰装置に関する。

ガスタービンエンジンのメーカーは羽根の振動問題、特
に羽根が一体のブレードプラットホームを備える場合の
振動問題に関する解決策を絶えず求めてきた。

ガスタービンエンジンの正常な運転範囲にわたってブレ
ードプラットホームの重大な共振が生じうる。

これは部分的に、羽根からブレードプラットホームへ伝
達される振動エネルギによる。

この共振を防ぐための設計変更の提案は、ターボ機械の
他の所要性能に対して許容しえない提案となりやすい。

例えば、ブレードプラットホームの質量を増すことは、
ターボ機械の重量が増大するという悪影響をもたらす可
能性がある。

隣り合うブレードプラットホームを一体に固定すること
はターボ機械における組立と分解の容易さを減らすおそ
れがある。

また、これらの提案は次のような欠点を伴いやすい。

すなわち、ブレードプラットホームの振動は羽根の回転
速度と、翼形部の空気力学的荷重と、翼形部に対する作
動流体の相対速度と、プラットホームの質量およびばね
常数との関数であるから、一つの特定共振振動数を除去
しようとする提案はエンジンの他の運転状態における共
振を除かないことがありうるし、さらに事実上、その提
案を施さなければそのまま許容しうるような振動レベル
をかえって悪化させてしまうこともありうる。

この問題に対する先行技術の対策は、プラットホームと
タービンディスクとの間に押し込んだ弾性パッドを利用
することであるが、しかしこれらのパラドは効果的な減
衰の発生に必要な剛性に欠けるか、または高温によって
劣化するか、あるいは変形してしまう。

発明の概要 したがって、本発明の主目的は、ブレードプラットホー
ムの振動エネルギを吸収し、かくてブレードプラットホ
ームの動きを減衰させるような一層効果的で信頼性の高
いブレードプラットホーム振動減衰装置を提供すること
である。

上記の目的は、タービンディスクとブレードプラットホ
ームとの間において該ディスクの周囲に周方向に振動減
衰装置を配設することによって達成される。

この振動減衰装置はたわみコア要素とこれと同軸関係に
ある包囲手段からなり、この包囲手段は様々な実施態様
をとりうる。

例えば、包囲手段は複数の座金状要素またはらせん巻線
（ギターの弦に類似の巻線）で構成されうる。

遠心力によって上記減衰装置はブレードプラットホーム
の下側表面と摩擦接触をなし、かくてブレードプラット
ホームの振動エネルギが減衰装置に伝達される。

包囲手段の隣り合う要素間および包囲手段の要素とコア
要素間の相互摩擦作用により、上記のような振動エネル
ギは熱として放散される。

コア要素はたわみ性をもつので、減衰装置はブレードプ
ラットホームの形状と合致し、かくてブレードプラット
ホームと振動減衰装置とは極めて良く接触しあう。

回転速度が高まると、振動減衰装置によってブレードプ
ラットホームにかかる力が増加する。

隣り合うプラットホームの接合コーナは通常、相異なる
様々な周波数と振幅で振動する傾向をもつが、本発明に
よれば隣接するプラットホーム相互が一つの共通な振動
減衰装置と摩擦接触をなすので、その結果、ブレードプ
ラットホームの隣接プラットホームに対する相対的な動
きが減少する。

さらに、ブレードプラットホームとタービンディスクと
の間に周方向の振動減衰装置を配置することは、プラッ
トホームの下方において羽根の高圧側から低圧側への流
れを抑止するようなラビリンス流路をプラットホームの
下方に形成することによりターボ機械の性能を向上させ
るという利点も有する。

本発明は添付の図面に関する以下の説明から一層良く理
解されよう。

実施例の記載 全図にわたって同符号は同要素に対応する。

第１図において、ターボ機械組立体１０はタービンディ
スク１２を含み、このタービンディスクは周方向取付は
スロット１４とランド１６．１８と周方向くぼみ２０．
２２と漏止め歯２４．２６を有する。

周方向くぼみ２０．２２はそれぞれ周方向表面２８．３
０と半径方向表面３２．３４によって画成される。

各々が翼形部３８とブレードプラットホーム４０と取付
はダブテール４２を有する複数の羽根３６が当業者に周
知の方法でランド１６．１８（第２図）の装着スロット
４４を通して装着され、かくて環状翼列を形成する。

一実施例において、ブレードプラットホーム４０は半径
方向内方突出フランジ４６．４８を備え、フランジ４６
，４８はそれぞれ各ブレードプラットホーム４０の軸方
向前縁５０および後縁５２に存する。

装着状態において、周方向表面２８と、半径方向表面３
２と、フランジ４６と、プラットホーム４０の下面は共
に概して長方形断面の周方向通路５４を画成する。

同様な周方向流路５６がブレードプラットホーム４０の
軸方後端の下に形成される。

この周方向通路５６は表面３０．３４とブレードプラッ
トホーム４０とフランジ４８によって画成される。

タービンディスク１２の周囲の周方向通路５４内に振動
減衰装置５８が挿入される。

運転時以外の時は、減衰装置５８は通路５４内にゆるく
保持される。

振動減衰装置５８は、第３図の実施例では、らせん巻線
６２からなる包囲手段６０を含み、このらせん巻線６２
はピアノ線またはギターの弦のようにたわみコア要素６
４のまわりにらせん状に巻かれている。

らせん巻線からなる包囲手段６０の各巻部分は、界面６
６において隣接する巻部分と摩擦接触をなし、また第４
図に示すように界面６８においてたわみコア要素６４の
外面とも摩擦接触をなす。

第１図と第２図の実施例において、振動減衰装置５８は
周方向に分割され、各分割片は周方向運動を実質的に抑
制される。

その抑制は、たとえば、各分割片の一端に直角ベンド７
０を設けそしてそれをタービンディスク１２（第２図）
のスロット７２内に差込むことによってなされる。

この実施例は組立てを容易にする。類似の特性をもつ連
続円形減衰装置を用いる実施例も同様に効果的である。

第２図に示すように、はとんどの翼形部３８はそれぞれ
のブレードプラットホーム４０上に傾めに（略対角線に
沿って）取付けられる。

したがって、翼形部３８に比較的近い２つのプラットホ
ームのコーナ部７４，７６と、比較的離れた２つのコー
ナ部７Ｂ、８０とが存在する。

羽根を斜めに取付ける結果として、ブレードプラットホ
ーム４０は剛性が変わり、近くの（剛性が比較的高い）
コーナ部７４．７６は低い振幅で振動するが、遠くの（
剛性が比較的低い）コーナ部７８．８０は比較的高い振
幅で振動する。

機能について述べると、タービンディスク１２はその軸
線（図示せず）を中心として回転し、そして羽根３６の
回転は空気を左側から右側（第１図）へ押し進める。

このポンプ作用によって過渡的および定常的な空気力学
的な励振力が生じ、ブレードプラットホーム４０の振動
を直接誘起する。

さらに別の振動力が、翼形部３８との機械的直結によっ
てブレードプラットホーム４０に誘起されうる。

これらの振動は、制御されなければ、部分的に羽根とブ
レードプラットホームの割れをひき起こす危険性が在る
。

タービンディスク１２の回転によって生じる遠心力は振
動減衰装置５８をブレードプラットホーム４０の下側表
面と摩擦接触させる。

この力の大きさは回転速度の自乗に正比例する。

遠心力によって振動減衰装置５８がブレードプラットホ
ーム４０と接触するので、振動減衰装置５８には近いコ
ーナ部７４と遠いコーナ部８０または近いコーナ部７６
と遠いコーナ部７８の振動モードに対応する小振幅と大
振幅の振動が同時に生じる。

これにより、らせん巻線６２の隣り合う巻部分間および
らせん巻線６２とたわみコア要素６４との間の相対的な
動きがひき起こされる。

ブレードプラットホーム４０の振動エネルギは振動減衰
装置５８に伝達されそして摩擦界面６６．６８において
熱となって消散する。

この減衰作用は、遠心荷重下の減衰装置５８の作用と共
に、ブレードプラットホーム４０の振幅を制限する。

減衰作用の程度は、振動減衰装置５８の質量とばね常数
に影響を与える包囲手段６０およびたわみコア要素６４
用材料の選択によって制御される。

加工て、ブレードプラットホーム４０とタービンディス
ク１２間の振動減衰装置の配置は、プラットホーム４０
の下方にラビリンス流路を形成することによって望まし
からぬ流れを抑止しターボ機械の性能を高めるという利
点をも有する。

従来、流体の流れは自由にプラットホーム後縁５２にお
ける比較的高圧の区域からプラットホーム４０とランド
１６，１８との間を通ってプラットホーム前縁５０にお
ける比較的低圧の区域に達した。

本発明によれば、ブレードプラットホーム４０の下側に
生じるラビリンス流路により、流れがブレードプラット
ホーム４０を横切るためにはフランジ４６．４８と振動
減衰装置５８を巡ることがさらに必要となる。

包囲手段６０の別の実施例では、第５図に示すようにた
わみコア要素６４上に配設された一連の座金状要素群８
４で構成しうる。

これらの座金状要素群８４には、表面８６に対して９０
°以外のある角度で穴をあけるか、または第６図に示す
ようにたわみコア要素６４の直径Ｄ２より大きなある直
径Ｄ１の穴をあけうる。

したがって、座金状要素群８４はたわみコア要素６４の
長さ方向軸線に対して９００以外のある角度θをなすよ
う配置される。

このような振動減衰装置の機能は前述の実施例のそれと
実質的に同じである。

加えて、用途によっては、ある程度可変したタービンデ
ィスク９０（第７図）の周囲の周方向スロット８８に減
衰装置５８を配設することが有利かもしれない。

次に実施態様を列記する。

（イ）コア要素６４が分割され、各分割片６４は該支持
手段１２の全周の一部分にわたって配置され、上記分割
片６４は上記タービンディスクに対する上記コア要素分
割片の実質的な周方向移動を阻止するための抑止手段を
含むことを特徴とする特許請求の範囲に記載の振動減衰
装置。

（ロ）上記抑止手段が上記支持手段に形成されたスロッ
ト７２からなり、各分割片の所定部分７０が該分割片の
残りの部分に対しである角度で配置され且つ上記スロッ
ト内にはめ込まれる前記（イ顯の振動減衰装置。

（ハ）前記座金状要素（６２または８４）が上記コア要
素の長さ方向軸線に対して９００以外のある角度で配設
されることを特徴とする特許請求の範囲に記載の振動減
衰装置。

に）振動減衰装置５８が該ブレードプラットホームおよ
び該タービンディスク（１２または９０）と共に該ター
ビンディスクと該ブレードプラットホームとの間の流体
の流れを阻止するためのラビリンス流路を形成すること
を特徴とする特許請求の範囲に記載の振動減衰装置。

（ホ）該ラビリンス流路の形成が該振動減衰装置５８に
遠心力がかかる結果生じることを特徴とする前言改〕項
のターボ機械組立体。

（へ）上記タービンディスク（１２または９０）が周方
向のくぼみ５４を有し、上記振動減衰装置５８が上記く
ぼみ５４内に配置されることを特徴とする前部ホ顯の振
動減衰装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を用いたターボ機械組立体の斜斜図、第
２図は第１図のターボ機械組立体の断面図、第３図は本
発明によって作られた振動減衰装置の一実施例の拡大図
、第４図は第３図の線４−４に沿う断面図、第５図は第
３図に類似の図で、本発明の別の実施例を示す拡大図、
第６図は第５図の線６−６に沿う断面図、第７図は本発
明の代替的な装置を組込んだターボ機械ディスク組立体
の断面図である。 図において、１２はタービンディスク、４０はブレード
プラットホーム、５８は振動減衰装置、６０は包囲手段
、６４はたわみコア要素を表わす。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ タービンディスクと、該タービンディスクに取付け
   られ且つ翼形部とブレードプラットホームとを有する複
   数の羽根とを含むターボ機械組立体に於て、前記ブレー
   ドプラットホームの振動減衰装置が前記タービンディス
   クと前記ブレードプラットホームにより国威された周方
   向通路内に、隣接する少なくとも２つの前記ブレードプ
   ラットホームにわたって副った位置関係で、ゆるく保持
   されており、前記振動減衰装置はたわみコア要素と該た
   わみコア要素に同軸関係の包囲手段とから成り、該包囲
   手段は、隣り合う巻部分が相互に接触しているらせん巻
   線又は隣り合う要素が相互に接触している複数の座金状
   要素から成るブレードプラットホームの振動減衰装置。