(57)【要約】【課題】ターボ機械に取り付けられた翼の振動を広い振動周波数範囲にわたって減衰するための減衰装置を提供する。【解決手段】第１の磁石２０ａが、第１の固定及び収容部分１０ａに固定して収容されておりかつ磁極２２ａが第１の固定及び収容部分１０ａの第１の面１２ａに向かって面するように配置されており、第１の面１２ａと第１の磁石２０ａとの間に固定して取り付けられた第１の非磁性導電性プレート２５ａが設けられており、第２の磁石２０ｂが、第２の固定及び収容部分１０ｂに固定して収容されており、磁極２２ｂが第２の面１２ｂに面するようにかつ磁極２２ｂが第１の磁石２０ａの磁極２２ａと整合させられかつ該第１の磁石２０ａの磁極２２ａから所定の間隔ＳＤだけ分離されるように配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械のための翼（２ａ，２ｂ）であって、該翼が、互いに隣接して取り付けられておりかつ周方向に分配されており、振動減衰システムが設けられており、翼（２ａ，２ｂ）の互いに隣接する各対が、第１の翼（２ａ）と第２の翼（２ｂ）とから成っており、
第１の固定及び収容部分（１０ａ）が設けられており、該第１の固定及び収容部分が、第１の翼（２ａ）から、面（１２ａ）を規定する端部まで延びており、
第２の固定及び収容部分（１０ｂ）が設けられており、該第２の固定及び収容部分が、第１の固定及び収容部分（１０ａ）に向かって、該第１の固定及び収容部分（１０ａ）の面（１２ａ）の近傍の又は該面（１２ａ）と接触した面（１２ｂ）まで延びている形式のものにおいて、
第１の磁石（２０ａ）が設けられており、該第１の磁石が、前記第１の固定及び収容部分（１０ａ）に固定して収容されておりかつ磁極（２２ａ）が第１の固定及び収容部分（１０ａ）の第１の面（１２ａ）に向かって面するように配置されており、
前記第１の面（１２ａ）と第１の磁石（２０ａ）との間に固定して取り付けられた第１の非磁性導電性プレート（２５ａ）が設けられており、
第２の磁石（２０ｂ）が設けられており、該第２の磁石が、前記第２の固定及び収容部分（１０ｂ）に固定して収容されており、磁極（２２ｂ）が第２の面（１２ｂ）に面するようにかつ磁極（２２ｂ）が第１の磁石（２０ａ）の磁極（２２ａ）と整合させられかつ該第１の磁石（２０ａ）の磁極（２２ａ）から所定の間隔（ＳＤ）だけ分離されるように配置されていることを特徴とする、ターボ機械のための翼。
【請求項２】
第１の磁石（２０ａ）及び第２の磁石（２０ｂ）の互いに対面する磁極（２２ａ，２２ｂ）が、互いに反対の極性を有している、請求項１記載の翼。
【請求項３】
前記第２の固定及び収容部分（１０ｂ）が、第２の磁石（２０ｂ）と第２の面（１２ｂ）との間に固定して取り付けられた第２の非磁性導電性プレート（２５ｂ）を有している、請求項１記載の翼。
【請求項４】
第１の磁石（２０ａ）及び第２の磁石（２０ｂ）が、１〜５ｍｍの間隔（ＳＤ）だけ分離されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の翼。
【請求項５】
第１の非磁性導電性プレート（２５ａ）及び第２の非磁性導電性プレート（２５ｂ）が、２０℃で測定された３５×１０6Ｓ／ｍよりも大きな導電率を備える材料から形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、ターボ機械の翼の振動減衰に関する。特に、この開示は、翼の振動を減衰するための磁界の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械の翼は、熱負荷及び遠心負荷並びに動的振動力により、高い静荷重及び動荷重を受ける。その結果として生じる振動の振幅は、高い静荷重と組み合わさって、高いサイクル疲労故障につながるおそれがある。つまり、振動の減少は極めて重要である。
【０００３】
この問題に対する１つの解決手段は、摩擦接触によってエネルギを散逸させることによって減衰を提供する、アンダープラットフォームダンパ、レーシングワイヤ又は先端シュラウド等の摩擦連結装置を装着することである。このアプローチは、設計が複雑であり、作動条件において物理的な接触パラメータを評価及び変更することが困難であるという欠点を有している。さらに、翼の連結と、摩擦減衰装置の幾何学的な特性とは、固有振動数及びモード形状等の動特性を変化させる。
【０００４】
択一的に、減衰のために磁石の引力が使用される。例えば、米国特許第４７２２６６８号明細書は、シュラウドと、翼の半分の高さとにおいて磁石を使用することを開示している。磁石は対を成しており、一方の翼の磁石は、隣接する翼に取り付けられた磁石に当接している。
【０００５】
単に磁石を使用する代わりに、磁界において導電体が移動することによって誘発される渦電流が、異なる減衰能力を備えた択一的な手段を提供する。この解決手段は、磁界において導電体が移動することにより電圧が誘発され、この電圧自体が渦電流を生じるという原理を利用している。渦電流の磁界は第１の磁界に対抗し、これにより、金属プレートに力を加え、金属プレートは、導電プレートの運動エネルギを熱に変換しながら移動に抵抗する。
【０００６】
例えば、独国特許出願公開第１９５０５３８９号明細書は、ターボ機械のための渦電流減衰装置を開示しており、磁性リングがターボ機械の壁部に配置されており、これにより、導電体を装備した回転する翼の振動が、リングを通過する時に抑制される。
【０００７】
米国特許第７３９９１５８号明細書は、中心軸線を中心にして回転するように取り付けられた翼の配列に提供された別の渦電流減衰システムを開示している。減衰装置は、翼の配列の周囲にループを形成した電流導体を有している。
【０００８】
これらの両装置は、翼とは別個の、磁界を誘発するための磁性リング又はリング状の導電ループを装着することを必要とする。択一的に、独国特許出願公開第１９９３７１４６号明細書は、互いに近接した端部を有する、対を成したウィングを備えた隣接する翼を開示している。一方のウィングの端部には磁石が取り付けられており、対になった他方のウィングの端部は、銅又はアルミニウム製のプレートを有している。この手段によって、ウィング端部の相対移動は渦電流原理によって抑制される。
【０００９】
磁気引力を利用する振動抑制システムとは異なり、渦電流による振動減衰は、相対移動を必要とし、相対移動しないと渦電流は形成されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４７２２６６８号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９５０５３８９号明細書
【特許文献３】米国特許第７３９９１５８号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１９９３７１４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ターボ機械に取り付けられた翼の振動を広い振動周波数範囲にわたって減衰するための減衰装置が開示される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この開示は、独立請求項の主体によってこの問題を解決しようとするものである。有利な実施態様は従属請求項に示されている。
【００１３】
本発明は、振動減衰システムを有する、隣接して取り付けられた、周方向に分配されたターボ機械の翼を提供する。翼のそれぞれの隣接する対は、各翼における固定及び収容部分を有している。一方の部分は、第１の翼から、面を規定する端部まで延びており、前記面は、一方の部分が延びている方向に対して実質的に垂直に延びており、他方の部分は、第１の固定及び収容部分に向かって、第１の固定及び収容部分の面の近く又はこの面と接触した面まで延びている。第１の部分は、第１の部分の第１の面に向かって面した磁極を備える、第１の部分に固定して収容された第１の磁石と、第１の面と第１の磁石との間に固定して取り付けられた非磁性導電性プレートとを有している。第２の部分は、第２の面に面した磁極を備える、第２の部分に固定して収容された第２の磁石を有しており、磁極は、第１の磁石の磁極と整合しておりかつ所定の間隔によって第１の磁石の磁極から分離されている。
【００１４】
対を成した磁石と非磁性導電性プレートとの組合せは、部分的に、より強くかつより良好な整合した磁界により、より高い減衰能力をより広い周波数範囲にわたって提供する。
【００１５】
１つの固定位置における１つの磁石を備える減衰態様において、磁束線は、向き合ったウィングの面に対して垂直な線を形成し、これにより、極めて小さな半径方向磁界成分を生じる。異なる極性を有する２つの磁石が互いに対面している場合、磁束線の整合は質的には同じであるが、より大きな規模を有しており、これにより、より大きな減衰力を生じる。両方の場合において、磁石と金属部材との間及び／又は磁石同士の間に引力が存在し、部分の両端部に作用する引付力が同じ規模を有する場合に生ぜしめられる不安定な平衡を生じる。ブレード若しくは翼が一方の側に撓むと、より小さな空隙を備えた側における力が増大するのに対し、より大きな空隙を備えた側における力は減少する。この不均衡は不安定な動作を生じる。同じ極性が互いに対面するように磁石を整合させることにより、より安定した平衡を達成することができることが分かった。さらに、同じ極性同士の間に生ぜしめられる半径方向の磁束成分は、より大きな減衰力を生じることが分かった。したがって、１つの態様では、収容及び固定部分における磁石の対面する極性が、互いに同じ極性、例えばＮ−Ｎ又はＳ−Ｓを有している。
【００１６】
別の態様において、第２の部分もまた、非磁性導電性プレートを有している。非磁性導電性プレートは、第２の磁石と第２の面との間に固定して取り付けられている。両方の部分に非磁性導電性プレートを有することによって、２つの部分の相対移動量が同じである場合に、渦電流減衰機構がより高められる。
【００１７】
システムの別の態様において、１ｍｍ〜５ｍｍの距離が、２つの部分の磁石を分離している。
【００１８】
例として発明の実施形態が開示されている添付の図面に関連した以下の説明から、本発明のその他の態様及び利点が明らかになるであろう。
【００１９】
例えば、この開示の実施形態は以下で添付図面を参照しながら詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】典型的な実施形態によるターボ機械の、周方向に取り付けられた隣接する翼の、典型的な対を示す斜視図である。
【図２】典型的な振動減衰システムを示す、図１の隣接する翼のＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】典型的な振動減衰システムの特徴を示す、図２の断面ＩＩＩの拡大図である。
【図４】別の典型的な振動減衰システムの特徴を示す、図２の断面ＩＩＩの拡大図である。
【図５】対面する磁極の極性が異なる配列を示す、図２の断面ＩＩＩの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本開示の好適な実施形態をここで図面を参照して説明するが、図面中、参照符号は、全体を通じて同じエレメントを示すために使用されている。以下の記載において、説明のために、開示内容の十分な理解を提供するために多くの特定の細部が示されている。しかしながら、開示内容は、これらの特定の細部を用いることなく実施されてもよいことが明らかである。
【００２２】
図１は、ターボ機械の、周方向に分配された、互いに隣接して取り付けられた一連の翼のうちの２つの翼２ａ，２ｂのみを示しており、２つの図示された翼２ａ，２ｂは、互いに隣接して位置することによって対を成しており、典型的な振動減衰システムが取り付けられている。互いに隣接している翼２ａ，２ｂはそれぞれ、これらの翼２ａ，２ｂから、実質的に、１つの典型的な実施形態においては周方向ＣＤに、図示されていない別の典型的な実施形態においては、周方向ＣＤからずれた方向に延びた、個々の翼２ａ，２ｂに取り付けられた部分１０ａ，１０ｂを有している。異なる延長方向は、異なる減衰特性を提供する。部分１０ａ，１０ｂは、翼２ａ，２ｂの間の空間にわたって延びており、これにより、部分１０ａ，１０ｂの端部は、面１２ａ，１２ｂにおいて互いに接触しているか、又は面１２ａ，１２ｂにおいて互いに隣接して終わっている。重要な特徴は、部分１０ａ，１０ｂが、相対的に移動することができるということである。つまり、部分１０ａ，１０ｂの端部が互いに接触するように構成されている場合には、この接触は、翼が振動した際に、部分１０ａ，１０ｂの少なくとも僅かな相対移動が生じるようになっている。図１に示された典型的な実施形態において、このことは、部分１０ａ，１０ｂが、点から翼２ａ，２ｂの半径方向高さＲＤに沿った途中の箇所から延びた"スナッバ（緩衝器）"１０ａ，１０ｂとして構成されていることによって達成される。図示されていない典型的な実施形態においては、これは、翼の先端部のシュラウドを形成するために翼２ａ，２ｂの半径方向端部から延びている部分１０によって達成される。
【００２３】
図２は、図１の翼２ａ，２ｂの断面図を示しており、典型的な振動減衰システムを形成する対を成した部分１０ａ，１０ｂを示している。典型的な部分１０ａ，１０ｂの別の拡大図が、図３及び図４に示されている。図２において、振動減衰システムは、互いに近接すること及び相互作用によって対を成した２つの部分を有している。各部分１０ａ，１０ｂは、１つの典型的な実施形態において、実質的に周方向ＣＤに、互いに隣接する翼２ａ，２ｂから、面１２ａ，１２ｂを形成している遠位端部まで延びている。対の形成は、１つの典型的な実施形態において、部分１０ａ，１０ｂの面１２ａ，１２ｂが、実質的に互いに平行であり、かつ、互いに近接しているか又は互いに接触しており、実質的に周方向ＣＤに対して垂直であるようになっている。各部分１０ａ，１０ｂは、磁極２２ａ，２２ｂを備えた磁石２０ａ，２０ｂを固定して収容しており、これにより、翼２ａ，２ｂの振動は、磁石２０ａ，２０ｂの移動によって反映される。半径方向遠位端部に取り付けられておりかつ互いに隣接する翼２ａ，２ｂの間に延びたシュラウド（図示せず）等のその他の公知の翼部分が、典型的な固定及び収容部分１０ａ，１０ｂの機能を果たしてもよい。磁石２０ａ，２０ｂは、典型的な実施形態において、対を成した固定及び収容部分１０ａ，１０ｂの収容された磁石２０ａ，２０ｂの磁極２２ａ，２２ｂが実質的に周方向ＣＤで互いに整合しており、これにより、各磁石２０ａ，２０ｂの一方の磁極２２ａ，２２ｂが、別の磁石２０ａ，２０ｂの一方の磁極２２ａ，２２ｂに面し、かつ磁極２２ａ，２２ｂが、磁石が収容された固定及び収容部分１０ａ，１０ｂの面１２ａ，１２ｂにも面しているようになっている。これは、より強い、より整合した磁界を保証する。振動減衰システムはさらに、図３及び図４に示したように、磁石２０ａ，２０ｂの対面する磁極２２ａ，２２ｂの間に固定して取り付けられた１つ又は２つ以上の非磁性導電性プレート２５ａ，２５ｂを有している。
【００２４】
図３は、典型的な実施形態を示しており、この場合、磁石２０ａ，２０ｂが、振動減衰システムを形成するために、互いに隣接する翼２ａ，２ｂの固定及び収容部分１０ａ，１０ｂに配置されている。固定及び収容部分１０ａ，１０ｂはそれぞれ面１２ａ，１２ｂを有しており、この面は、典型的な実施形態においては、互いに隣接する翼２ａ，２ｂの固定及び収容部分１０ａ，１０ｂの面１２ａ，１２ｂに対して実質的に平行である。面１２ａ，１２ｂが接近していることにより、固定及び収容部分１０ａ，１０ｂは対になっている。各磁石２０ａ，２０ｂは、対を成した部分１０ａ，１０ｂにおいて、典型的な実施形態においては、周方向ＣＤで整合させられている。各磁石２０ａ，２０ｂの一方の磁極２２ａ，２２ｂが、磁極２２ａ，２２ｂを整合させるように別の磁石２０ａ，２０ｂの磁極２２ａ，２２ｂに面している一方で、磁極は、磁石が収容されている固定及び収容部分１０ａ，１０ｂの面１２ａ，１２ｂに面している。このように、磁石２０ａ，２０ｂの相対移動は、翼の振動によって誘発される移動を反映させる一方で、磁石２０ａ，２０ｂの相互の引付け又は反発は、互いに隣接する翼２ａ，２ｂの剛性化を生じ、翼の振動に対する抵抗を提供する。
【００２５】
典型的な実施形態において、一方の固定及び収容部分１０ａの面１２ａと、その固定及び収容部分１０ａに収容された磁石２０ａの磁極２２ａとの間に、非磁性導電性プレート２５ａが取り付けられている。この非磁性導電性プレート２５ａの位置は磁石２０ａに対して固定されており、振動が、非磁性導電性プレート２５ａと磁石２０ａとの間の相対位置を変化させないように、非磁性導電性プレート２５ａは取り付けられている。
【００２６】
非磁性導電性プレート２５ａの非磁性及び導電性は、対を成した固定及び収容部分１０ｂにおける磁石２０ｂが非磁性導電性プレート２５ａに対して移動した時に、非磁性導電性プレート２５ａに渦電流を形成する。これらの渦電流は、移動に対する抵抗を生じ、これが振動を減衰させる。
【００２７】
図４は、振動減衰システムを形成するために磁石２０ａ，２０ｂが互いに隣接する翼２ａ，２ｂの固定及び収容部分１０ａ，１０ｂに配置されている典型的な実施形態を示している。各固定及び収容部分１０ａ，１０ｂは、対を成した固定及び収容部分１０ａ，１０ｂを形成することによって、互いに隣接する翼２ａ，２ｂの固定及び収容部分１０ａ，１０ｂの面１２ａ，１２ｂに対して実質的に平行な面１２ａ，１２ｂを有している。各磁石２０ａ，２０ｂは、対を成した部分１０ａ，１０ｂにおいて整合させられている。図示された典型的な実施形態において、固定及び収容部分１０ａ，１０ｂは、周方向ＣＤに延びているが、その他の配列も可能である。如何なる場合にも、整合は、磁極２２ａ，２２ｂを整合させるために各磁石２０ａ，２０ｂの１つの磁極２２ａ，２２ｂが別の磁石２０ａ，２０ｂの磁極２２ａ，２２ｂに対面するようになっている一方で、磁極２２ａ，２２ｂは、磁石が収容された固定及び収容部分１０ａ，１０ｂの面１２ａ，１２ｂに面している。これにより、磁石２０ａ，２０ｂの相対移動は、翼の振動によって誘発される移動を反映する一方で、磁石２０ａ，２０ｂの相互の引付け又は反発は、互いに隣接する翼２ａ，２ｂの剛性化を生じ、この振動に対する抵抗を提供する。
【００２８】
非磁性導電性プレート２５ａ，２５ｂは、各固定及び収容部分１０ａ，１０ｂの面１２ａ，１２ｂと、各固定及び収容部分１０ａ，１０ｂ内の磁石２０ａ，２０ｂの磁極２２ａ，２２ｂとの間に固定して取り付けられている。つまり、周方向で、翼２ａ，２ｂから延びており、各固定及び収容部分１０ａ，１０ｂは、収容された磁石２０ａ，２０ｂと、取り付けられた非磁性導電性プレート２５ａ，２５ｂと、面１２ａ，１２ｂとを有している。各部分１０ａ，１０ｂのための非磁性導電性プレート２５ａ，２５ｂの取付けは、非磁性導電性プレート２５ａ，２５ｂの位置が、振動とは無関係に、その部分１０ａ，１０ｂに収容された磁石２０ａ，２０ｂに対して固定されているようになっている。
【００２９】
非磁性導電性プレート２５ａ，２５ｂの非磁性及び導電性は、対を成した固定及び収容部分１０ａ，１０ｂに配置された磁石２０ａ，２０ｂが振動により非磁性導電性プレート２５ａ，２５ｂに対して移動した場合に非磁性導電性プレート２５ａ，２５ｂに渦電流を形成する。これは、移動に対する抵抗を生じ、振動を減衰する。非磁性導電性プレートは両方の対を成した固定及び収容部分１０ａ，１０ｂに配置されているので、減衰効果は、１つの非磁性導電性プレート２５ａ，２５ｂを備えた配列と比較して増大される。
【００３０】
図５は、磁石２０ａ，２０ｂの対面する磁極２２ａ，２２ｂが互いに異なる極性を有するという点において、図３及び図４に示された減衰システムとは異なる典型的な減衰システムを示している。非磁性導電性プレート２５ａ，２５ｂは各固定及び収容部分１０ａ，１０ｂに示されているが、図示されていない典型的な実施形態においては、固定及び収容部分１０ａ，１０ｂのうちの一方のみが非磁性導電性プレート２５ａ，２５ｂを有している。
【００３１】
典型的な実施形態における２つの隣接する翼２ａ，２ｂの構成において、対を成した部分２０ａ，２０ｂの磁石２０ａ，２０ｂが分離されている場合に、所定の範囲の振動周波数のための最良の振動減衰性能を達成することができることが分かった。しかしながら、間隔が大きくなると、磁石２０ａ，２０ｂの相互作用も減少するので、最適な間隔が設けられている。この改良された性能は、典型的な実施形態における複数の翼が周方向に沿って取り付けられている周期的に対称的なシステムにも当てはまる。ただし、１つの実験的な２翼２ａ，２ｂシステムのために決定された７〜１０ｍｍの最適な間隔ＳＤは、複数の周方向に取り付けられた翼２ａ，２ｂ配列のために１〜５ｍｍに減じられると予想される。
【００３２】
非磁性導電性プレート２５ａ，２５ｂの導電率が大きくなるほど、プレート２５ａ，２５ｂと磁石２０ａ，２０ｂとの間の相対移動によって生ぜしめられる渦電流も大きくなり、ひいては振動に対する弾性も大きくなる。したがって、１つの典型的な実施形態において、非磁性導電性プレート２５ａ，２５ｂは、２０℃で測定された３５×１０6Ｓ／ｍよりも大きな導電率を備える材料から形成されている。別の典型的な実施形態においては、非磁性導電性プレート２５ａ，２５ｂは、アルミニウム、銅、又はアルミニウム及び銅から形成されている。
【００３３】
以上の開示は、最も実用的な典型的実施形態であると考えられるものについて図示及び説明さているが、発明の精神又は本質的な特徴から逸脱することなく別の特定の形式で本発明を具体化することができることが、当業者によって認められるであろう。例えば、典型的な実施形態は、互いに隣接する翼２ａ，２ｂに対して１対の固定及び収容部分１０ａ，１０ｂのみを示しているが、翼２ａ，２ｂには、同じ及び／又は異なる半径方向高さＲＤにおいて２対以上の固定及び収容部分１０ａ，１０ｂが設けられることもできる。したがって、ここに開示された実施形態は、全ての観点において、例示的であって、制限されるものではないと考えられる。発明の範囲は、添付の請求項によって示されており、前記の説明、及び前記説明の意味、範囲及び均等物に含まれる全ての変更が発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
２ａ，２ｂ  翼、  １０ａ，１０ｂ  固定及び収容部分、  １２ａ，１２ｂ  面、  ２０ａ，２０ｂ  磁石、  ２２ａ，２２ｂ  磁極、  ２５ａ，２５ｂ  非磁性導電性プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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