(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械の作動流体用の流れ通路を画定する、内面（１４）と、
外面（１５）と、
ダンパ（１８）と
を少なくとも有する、ターボ機械ケーシング用の環状要素（１３）であって、
ダンパ（１８）が、回転面（１５ａ）に、および隣接するコイルターンの間に圧力を加えるように、外面（１５）の該回転面（１５ａ）の周りにしっかりと取り付けられる複数の接触する弾性コイルターン（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）を備えることを特徴とする、環状要素（１３）。
【請求項２】
前記回転面（１５ａ）が、円筒形表面である、請求項１に記載のターボ機械ケーシング用の環状要素（１３）。
【請求項３】
前記回転面（１５ａ）が、前記外面（１５）を取り囲む環状溝の底部に位置している、請求項１または請求項２のいずれかに記載のターボ機械ケーシング用の環状要素（１３）。
【請求項４】
前記ダンパ（１８）の少なくとも１つのコイルターン（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）が、実質的に円形の巻回断面を示す、請求項１から３のいずれかに記載のターボ機械ケーシング用の環状要素（１３）。
【請求項５】
前記ダンパ（１８）の少なくとも１つのコイルターン（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）の巻回断面が、実質的に平坦である少なくとも１つの小平面を提示する、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボ機械ケーシング用の環状要素（１３）。
【請求項６】
前記ダンパ（１８）が、前記ダンパ（１８）の２つの端部の間に決定した締め付け力を確立し維持するための張力付与装置をさらに備える、請求項１から５のいずれかに記載のターボ機械ケーシング用の環状要素（１３）。
【請求項７】
前記ダンパ（１８）の少なくとも１つのコイルターン（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）が、金属ワイヤで作られる、請求項１から６のいずれかに記載のターボ機械ケーシング用の環状要素（１３）。
【請求項８】
前記内面（１４）に固定される複数のガイドベーン（１２）をさらに備える、請求項１から７のいずれかに記載のターボ機械ケーシング用の環状要素（１３）。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の環状ケーシング要素（１３）を備える、ターボ機械。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか一項に記載のターボ機械ケーシングの環状ケーシング要素（１３）の歪み回転波を減衰させる方法であって、前記回転波が、前記回転面（１５ａ）と前記コイルターン（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）との間の少なくとも摩擦によって減衰される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械、およびより詳細には、ターボ機械のケーシングに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の文脈においては、用語「ターボ機械」は、エネルギー伝達が流体流れと少なくとも一組のブレードとの間に生じ得る任意の機械、たとえば、圧縮機、ポンプ、タービン、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせも指す。下記の説明においては、用語「上流の」および「下流の」は、ターボ機械を通る流体の通常の流れ方向に対して定義される。
【０００３】
この種のターボ機械は、複数の段を備えることができ、各段は、通常、２組のブレード、すなわちブレードの可動組およびガイドブレード（または「ベーン」）の固定組を備える。ブレードの各組は、横方向に相互にオフセットされる複数のブレードを備える。通常、これらのブレードは、中心軸線Ａの周りに半径方向に配置される。したがって、この種の一組のブレードは、これがブレードの可動組である場合はロータを、またはこれが一組のガイドベーンである場合はステータを形成する。中心軸線Ａに対する各ブレードの近位端は、通常、ブレード「根元」と呼ばれるが、遠位端は、通常、ブレード「先端」と呼ばれる。ブレード根元とブレード先端との間の距離は、ブレード「高さ」と呼ばれる。ブレード根元とブレード先端との間で、ブレードは、半径方向軸線Ｙに実質的に垂直な空気力学的プロファイルの積み重ねで出来ている。この文脈においては、用語「実質的に垂直な」とは、各プロファイルの平面が、９０°に近い、たとえば６０°から１２０°の範囲にある半径方向軸線Ｙに対する角度を示し得ることを意味する。
【０００４】
ターボ機械においては、この種のロータは、通常、ケーシングによって取り囲まれる。ターボ機械の運転中に、空力弾性的不安定性が、ケーシングの環状要素に歪み回転波を生じさせる場合があり、したがって、これは、材料の亀裂を生じさせる場合さえある。空力弾性的不安定性に対するケーシング構造の感度を低減するために、振動の局所固有モードが単一の回転波に結合することを防ぐように、特に、この種の環状ケーシング要素を実質的に非軸対称にすることが提案されている。しかしながら、この種の解決策は、ケーシング要素の設計および製作をかなり複雑にするという欠点を示す。ロータブレードまたはエーロフォイルの振動を減衰させるために、また、隣接するブレードプラットフォームを横切って、ダンパをブレードのプラットフォームのすぐ下に割り込ませることが知られている。ロータが回転している場合は、遠心力が、各ダンパを２つの隣接するブレードの底面に対して圧迫し、ダンパと前記２つの表面との間の摩擦が、２つの隣接するブレードの振動を消失させるのに寄与する。例示として、そのタイプのダンパが、仏国特許発明第２９２３５５７号明細書に開示されている。しかしながら、そのタイプのダンパの動作は遠心力に依存するので、それらは、ステータまたはケーシングなどの固定部に使用され得ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】仏国特許発明第２９２３５５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、特に、これらの欠点を克服しようとしている。特に、本開示は、歪み回転波が簡単な方法でかつ製作を過度に複雑にしまたは高価にすることなく、効果的に消失され得るターボ機械用の環状ケーシング要素を提供することを目的としている。
【０００７】
少なくとも１つの実施形態においては、この目的は、前記環状要素であって、これが、ターボ機械の作動流体用の流れ通路を画定する内面と、少なくとも１つの回転面を示す外面とを有し、また、前記回転面に、および隣接するコイルターンの間に圧力を加えるように、外面の前記回転面の周りにしっかりと取り付けられる複数の接触する弾性コイルターンを備えるダンパを含む、という事実によって達成され得る。ダンパは、特に、前記複数の接触する弾性コイルターンを形成するように、外面の前記回転面の周りに巻き付けられる細長い要素を備えることができる。
【０００８】
これらが提供されることによって、環状要素の歪み回転波は、コイルターンとその外面の前記回転面との間の、およびまた隣接するコイルターンの間の摩擦を生じさせ、摩擦は、これらの回転波のエネルギーを散逸させる働きをする。
【０００９】
特に、前記回転面は、円筒形表面であってもよく、それにより、表面の、ならびにそれに押し寄せるダンパの製作が容易になる。しかしながら、たとえば円錐台形表面の形状などの、他の代替的な形状が考えられ得る。
【００１０】
そのうえ、前記回転面は、特に、前記外面を取り囲む環状溝の底部に位置しており、それにより、ダンパを所定の位置により保持し易くなる。
【００１１】
所望の弾性を得るために、前記コイルターンは、たとえば、インコネル（Ｒ）、ステンレス鋼、または真鍮（他の材料も考えられ得る）で作られる金属ワイヤで作られ得、特に複合材料で作られ得る。コイルターンの製造を容易にするために、前記ダンパの少なくとも１つのコイルターンは、実質的に円形の巻回断面を示すことができる。しかしながら、代替的に、また摩擦表面積を増大するために、前記ダンパの少なくとも１つのコイルターンの巻回断面は、実質的に平坦な少なくとも１つの小平面を提示することができる。
【００１２】
加えて、前記ダンパは、摩擦の高精度の較正を可能にするために、前記ダンパの２つの端部の間に決定した締め付け力を確立し維持するための張力付与装置をさらに備えることができる。
【００１３】
そのうえ、ケーシングの環状要素は、前記内面に固定される複数のガイドベーンをさらに備えることができ、それにより、ステータを前記環状要素に組み入れることができる。
【００１４】
また、本開示は、この種の環状ケーシング要素を有するターボ機械、ならびに、ターボ機械ケーシングのこの種の環状ケーシング要素の歪み回転波を減衰させる方法であって、前記回転波が、前記回転面と前記ダンパのコイルターンとの間の、ならびに隣接するコイルターンの間の摩擦によって少なくとも減衰される、方法に関する。
【００１５】
本発明は、非限定的な実施例として与えられる以下の実施形態の詳細な説明を読むと、十分に理解されることができ、その利点がよりよく明らかになる。説明は、添付の図面を参照している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ターボファンの概略長手方向断面図である。
【図２】図１のターボファンのタービンステータの部分斜視図である。
【図３】図２のステータの歪み回転波を示す図である。
【図４】図２のステータのダンパのコイルターンの端部を示す詳細図である。
【図５Ａ】第１の実施形態の図２のステータのダンパのコイルターンの巻回断面の図である。
【図５Ｂ】第２の実施形態の図２のステータのダンパのコイルターンの巻回断面の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、ターボ機械、より詳細には、軸流ターボファン１の例示的な実施例を示している。示されるターボファン１は、ファン２、低圧圧縮機３、高圧圧縮機４、燃焼室５、高圧タービン６、および低圧タービン７を備える。ファン２および低圧圧縮機３は、第１の駆動シャフト９によって低圧タービン７に接続されるが、高圧圧縮機４および高圧タービン６は、第２の駆動シャフト１０によって一緒に接続される。動作時に、低圧および高圧圧縮機３および４によって圧縮される空気の流れが、燃焼室５に燃焼を提供し、燃焼ガスの膨張が、低圧および高圧タービン６、７を駆動する。したがって、シャフト９および１０によって、タービン６、７は、ファン２および圧縮機３、４を作動させる。ファン２によって推進される空気、および燃焼ガスは、タービン６、７から下流の推進ダクト（図示せず）を介してターボファン１から出て行き、ターボファン１に反動推力を加え、それによって、車両、または飛行機（図示せず）などの機械に推力を加える。
【００１８】
ターボファン１の各圧縮機３、４および各タービン６、７は、複数の段を備え、各段は、ブレードの固定組または「ステータ」、およびブレードの回転組または「ロータ」によって形成される。図２は、軸流タービン用のステータ１１を示しており、これは、ターボファン１のタービン６、７のうちのどちらかであることができる。ステータ１１は、ディスクの形をしており、対応するロータ（図示せず）の回転軸線Ａの周りに半径方向に配置される複数のガイドベーン１２を備え、これは、ターボファン１を通る作動流体の一般的な流れ方向に実質的に平行である。ガイドベーン１２の先端において、ステータ１１はまた、ブレード２に共に接続される環状キャップを備える。環状キャップは、少なくとも１つの隣接するロータ（図示せず）をやはり取り囲むように上流および／または下流方向に軸線方向に延在されるが、このように環状ケーシング要素１３を形成する。この環状要素１３は、ターボ機械の作動流体用の流れ通路を画定する、内面１４と、外面１５と、それぞれシールを隣接する他のケーシング要素と共に形成する上流および下流端縁１６、１７とを提示する。
【００１９】
動作時に、作動流体の流れ、および内面１４の近くのロータのブレード先端の通路は、環状要素１３の周りに回転する歪み回転波を発生させることができる局所空力弾性振動を引き起こす場合がある。この種の回転波の例が、図３に示されており、その場合、半径方向歪みが、明瞭化のために誇張されている。
【００２０】
この種の回転波は、環状要素１３の材料の疲労の原因である場合があり、この部分に亀裂を生じる。この回転波のエネルギーを散逸させ、したがって環状要素１３を保護するために、前記要素には、外面１５の回転面１５ａに、および隣接するコイルターンの間に圧力を加えるように、前記回転面１５ａの周りにしっかりと取り付けられる複数の接触する弾性コイルターン１８ａ〜１８ｃを形成する細長い要素を備えるダンパ１８が取り付けられ得る。示される実施形態においては、この回転面１５ａは、円筒形である。コイルターン１８ａ〜１８ｃは、摩擦係数を適合させるように、および／または表面１５ａのフレッティングコロージョンを回避するように処理され得る表面を有する、たとえば、インコネル（Ｒ）、ステンレス鋼、または真鍮で作られる、金属ワイヤで特に作られ得る。しかしながら、他の弾性材料もまた考えられ得る。
【００２１】
コイルターン１８ａ〜１８ｃに張力をかけ、この張力を維持するために、張力付与装置（図示せず）は、前記ダンパ１８の２つの対向する端部を一緒に接続することができる。前記端部１８ｄ、１８ｅへの前記ダンパの取付けを容易にするために、端部は、図４に示されるように、外側へ曲げられ得る。例示として、この張力付与装置は、タイワイヤ、またはコイルターンバックルの形態であり得る。
【００２２】
第１の実施形態のダンパ１８のコイルターン１８ａ、１８ｂ、１８ｃの巻回断面が、図５Ａに示されている。この実施形態においては、コイルターン１８ａ、１８ｂ、１８ｃの各々は、円形の巻回断面を示す。コイルターン１８ａ〜１８ｃに張力をかけることによって、各コイルターンは、円筒形表面１５ａの周りにしっかりと取り付けられる。表面１５ａとのコイルターン１８ａ〜１８ｃの接触点のこの圧力は、環状要素１３の半径方向歪みを生じる回転波が進行している場合には摩擦を生じさせ、摩擦は、前記波のエネルギーを散逸させ、それによって、それらを減衰させることに寄与する。この効果は、隣接するコイルターンの間の接触により、コイルターン１８ａ〜１８ｃの間の摩擦によって増強される。
【００２３】
図５Ｂに示される代替的な実施形態においては、コイルターン１８ａ〜１８ｃの各々の巻回断面は、実質的に円形でないが、表面１５ａに面する平坦な小平面および隣接するコイルターンを提示する。これは、表面１５ａに対しても、隣接するコイルターンに対しても各コイルターンの接触面積を最大化する。また、表面１５ａに対してその接触面積のみを増大させるように、各コイルターンの内面のみを平らにするか、または隣接するコイルターンに対してその接触面積のみを増大させるように、その側面のみを平らにすることが考えられ得る。
【００２４】
また、この第２の実施形態は、コイルターン１８ａ〜１８ｃが環状要素１３の外面１５を取り囲む浅い環状溝に受け入れられるという点で異なる。コイルターン１８ａ〜１８ｃと接触している表面１５ａは、この溝の底部を形成する。この溝により、ダンパ１８を表面１５ａの周りで所定の位置に置き、これを所定の位置に保持し易くなる。
【００２５】
本発明は、特定の実施形態を参照して説明されているが、さまざまな改造および変更が、特許請求の範囲によって定義されるように本発明の一般領域の範囲を超えることなくそれに対して行われ得ることは明らかである。例示として、示された両方の実施形態においては、環状ケーシング要素の外面の表面は、円筒形表面であるが、他の回転面形状、特に円錐台形形状もまた考えられ得る。そのうえ、説明されたさまざまな実施形態の個々の特徴は、追加の実施形態に組み合わされ得る。特に、第２の実施形態の溝は、第１の実施形態のそれらと同様に、円形断面のコイルターンと組み合わされ得る。したがって、説明および図面は、限定するものではなく例示するものとして考えられるべきである。
【図１】
0006509848.tif 000002
【図２】
0006509848.tif 000003
【図３】
0006509848.tif 000004
【図４】
0006509848.tif 000005
【図５Ａ】
0006509848.tif 000006
【図５Ｂ】
0006509848.tif 000007