【手続補正書】
【提出日】平成18年11月24日(2006.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、回転機械用のダンパに関し、より詳細には、ロケットエンジン用ターボポンプのブレード又はガスタービンエンジンのタービンブレードのためのダンパであって、重力中心が接触点からオフセットされ、摩擦抵抗がブレードと地面（グランド）との間で作用するように作り出されて半径方向に発生する振動を減衰する形状とされたダンパに関する。
【０００２】
【発明の背景】
航空技術の分野の当業者は認識しているように、特に、ロケットエンジン用ターボポンプのタービンロータのブレード又はジェットエンジンのタービンブレードのためのダンパを設けることは普通のことであり、これらのダンパはブレードの金属部品（ハードウェア）がさらされる敵性環境により生じる高い振動を減少せしめる働きをなす。典型的に、多くの従来のダンパの方法のひとつによれば、ダンパはブレードからブレードヘの減衰を与えるようにつくられている。しかしながら、このようなブレード対ブレードダンパを用いる問題は、減衰が単に少数の特定モードの振動運動にのみ行われ、他のモードの振動運動を減少することができないことである。このようなブレード対ブレードダンパでは摩擦抵抗がブレード間に作り出されるが、これに対して本発明の主題であるダンパの型式のものでは後述するように摩擦抵抗がブレードと地面との間に作り出される。航空技術分野において用いられている他のダンパとして、摩擦抵抗をブレードとこれらのブレードを支持するディスクとの間に作り出すように働くダンパがあり、これらのダンパは本質的にブレード対地面ダンパである。これらの型式のダンパでは、減衰がブレードと、システムにおいて地面に固定されている金属部品との間に発生する。典型的に、ダンパのこの方法は主として軸方向及び円周方向に発生する振動に関係させられる。
【０００３】
ブレード対ブレードダンパの一例は、１９８９年１０月１０日にブラウン等に対して特許が付与されて本出願と同じくユナイテッド・テクノロジーズ・コーポレイションに譲渡されている「タービンロータ保持システム」と題する米国特許第４，８７２，８１０号明細書に記載されている。ブレードとディスクとの間に生じさせられる減衰又はブレードと地面との間に生じさせられる減衰の一例は、１９９３年４月２７日にスプナー等に対して特許が付与されている「ファンブレードダンパ」と題する米国特許第５，２０５，７１３号明細書に記載されている。この米国特許は、ダンパがタービンディスクに静止した方法で取付けられ、ダンパがブレードのプラットフォームに反作用して、その力がタービンディスクに伝達されるようにしたダンパを開示している。他の型式のダンパにおいては、重力中心が接触点からオフセットされており、この形式のダンパは１９９１年１０月１日にロバーツに対して特許が付与されている「ターボ機械のブレードの振動を減衰する装置」と題する米国特許第５，０５２，８９０号明細書に例示されている。これらの上述した米国特許のすべては、ダンパがブレードのプラットフォームに作用するにもかかわらず、ブレード対ブレード又はブレード対ディスクからの振動運動に反作用する型式のものであって、反作用はディスク内で生じ、これらのシステムにおいて減衰は円周方向及び／又は軸方向に生じる。
【０００４】
本発明により解決することが必要とされる問題は、ロケットエンジンのターボポンプ又はガスタービンエンジンポンプのタービンなどで出会う振動運動であり、この振動運動の場合、システムの独立する構成部品上に繰り返し又は周期荷重の多数の源があり、減衰することが必要とされる荷重は半径方向である。そして、回転タービンブレードは、これらの振動荷重により生じる振動励振にさらされる。これらの振動励振はブレードに定常応力に加えて動応力を生じさせ、この動応力がブレードの疲労亀裂及び最終破壊を生じさせる。ダンパはブレードの運動中摩擦を発生せしめる働きをし、ダンパは熱を発生せしめて、振動運動により生じたエネルギを消散せしめ、その結果、低い繰り返し応力に減少せしめる。換言すれば、本発明によれば、減衰は振動励振中における半径方向の運動振幅をいっそう小さくし、これにより回転機械の設計者は高い繰り返し疲労を除去するために本発明の減衰技術を利用するであろう。
【０００５】
２つの隣接するブレード又はディスクのために質量体、すなわち小さな片の金属部品を用意し、この金属部品をブレード／ブレード又はブレード／ディスクの作動表面に押し付けるのに回転機械の遠心力に頼ることは普通のことである。当業者には知られているように、この型式のブレード／ブレード又はブレード／ディスクダンパは、円周方向及び／又は軸方向の振動を減少することが望まれる場合には申し分ないものである。しかしながら、上述したこれらの形式のダンパは半径方向の振動を減衰することができず、したがって半径方向荷重に付随して起こる振動運動は減少されない。
【０００６】
ロケットエンジンに用いられる燃料ポンプの実際の試験において、タービンブレードの亀裂及び最終破壊が従来公知の型式のダンパ、すなわちブレード対ブレードダンパを用いたときに生じていることが判っている。
【０００７】
本出願の発明者は、この問題は半径方向運動に抵抗し、ブレード対ブレード減衰ではなくて、ブレード対地面減衰を成し遂げるダンパを提供することにより除去することができることを見出したものである。このような本発明のダンパは、金属製囲繞部品に形成されている半径方向くぼみ又はスロットにはめ込まれるような幾何学形状とされ、かつダンパの重力中心が接触点、すなわちダンパが隣接する部品、例えばブレード又はブレードプラットフォームとで作る接触点に関してオフセットされている。スロットは、ディスクか又はブレードに形成される。回転機械の高回転速度中、本発明のダンパは半径方向外向きに付勢され、タービンブレードを押し付ける。そして、スロットの側壁に抗して生じた反作用力が半径方向に発生する振動を減少せしめる。本発明のこれらのダンパは半径方向の振動運動を減衰するために有効であるけれども、他の方向の振動運動を処置するためのダンパの使用を妨げるものではないことに注意すべきである。
【０００８】
【発明の概要】
本発明の目的は、半径方向に発生する振動を減少する改良したダンパを提供することにあり、このダンパは荷重をブレードから地面に伝達するような形状とされている。
【０００９】
本発明の特徴は、ダンパが構造体の空所に動きを自由にして設けられ、かつブレードのプラットフォームとブレードを支持するディスクとの間で作用するような方位とされていることにある。
【００１０】
本発明の他の特徴は、２段タービンロータに取付けられている２つの隣接するブレードの２つの隣接するプラットフォーム間にダンパを設けたことにある。
【００１１】
本発明の更に他の特徴は、２段ロータのタービンブレードを支持するため及びブレードのひとつとディスクに支持された中間ブレードスペーサとの間に動きが自由なダンパを挿入するために、クリスマスツリー形スロットをディスクに形成して設けたことにある。
【００１２】
本発明の上記及び他の特徴は、下記の詳細な説明及び添付図面から一層明らかになるであろう。
【００１３】
【実施例の詳細な説明】
本発明の好適な実施例はロケットエンジン用ターボポンプの２段タービンロータで詳述されているけれども、本発明は他の型式の回転機械、例えばガスタービンエンジンのタービン及び／又は圧縮機ロータのタービン又は圧縮機ブレード／ディスクにも有用であることを理解されるであろう。すなわち、本発明は特に回転機械の金属製回転部品に衝撃を与える半径方向荷重を減衰することが望まれる回転機械に有効なものであることを理解されるであろう。
【００１４】
本発明を理解するために、本発明の一実施例を示す図１〜図４が参照される。この実施例において、本発明は特にロケットエンジン用ターボポンプ（図示せず）の、参照符号１０により総括的に示されているタービンセクションに有効なものである。タービンセクションは２段タービン１２から成り、２段タービンはタービンディスク１８に支持された一対のタービンブレード１４及び１６を包含し、各対の複数のタービンブレードは円周方向に置隔を置いている。作動媒体は、最初にタービンブレード１４間を流れ、それから複数の円周方向に置隔を置いている静翼２０間の空間を通過し、それからタービンブレード１６間を流れる。これらのタービンブレードは、高温の作動媒体を受け入れ、作動媒体からエネルギを取り出してポンプ（図示せず）を駆動する軸流型式のものである。参照符号２２により総括的に示されている中間スペーサは、タービンブレード１４と１６との間に設けられている。この中間スペーサ２２は、ディスク１８に取付けられて支持されている複数の円周方向スペーサ２４から形成されている分割リングから成る。各スペーサ２４は、ブレード１４と１６との間に延びている。これらのスペーサセグメント、すなわちスペーサ２４は複数の軸方向に間隔を置いているとがった突出物２５を包含し、これらのとがった突出物は軸流型式の回転機械に典型的に使用されている熱いガスをシールする働きをなすラビリンスシールの一部分を形成する。ディスク１８は軸方向に間隔を置いた一対のクリスマスツリー形スロット２６及び２８を包含し、その一方のスロットを形成する複数のスロット２６，２６，２６・・・は円周方向に間隔を置いており、またその他方のスロットを形成する複数のスロット２８，２８，２８・・・も同様に円周方向に間隔を置いている。スペーサ２４は端フランジ３０及び３２を包含し、これらの端フランジはスロット２６及び２８の端に隣接してディスクの側壁に当接し、これによりブレードが保持されてそのそれぞれのスロットから偶然に軸方向に滑り出ないことを保証する。フランジ３０は、ダンパ３４及び３６を受け入れる複数のくぼみを有する形状とされている。ダンパ３４は、軸方向及び円周方向に発生する振動を減衰する働きをなす周知の型式のものであって、本発明の一部分を形成するものではない。本発明は、特に半径方向に発生する振動を減少する問題に関し、より詳細には、この問題を解決し、独特の設計であってダンパ３６を包含する解決手段に関するものである。
【００１５】
図１から明らかなように、フランジ３０に形成されているくぼみ３８はブレード１４の根元４０及びプラットフォーム４２に隣接しており、プラットフォーム４２の一部分が延びてくぼみ３８の上に位置していることに注目すべきである。後で一層詳細に述べるように、ダンパ３６はこのくぼみ又はポケット３８に設けられている。次に、図３の一部分の図であってひとつのみのダンパ３６を示している図４を参照する。図４は、図２の３−３線に沿う断面図である図３と同様な断面図であって、ダンパ３６が半径方向スロット４４にはまり込んでブレード１４のプラットフォーム４２の下に位置し、一定の作動条件の下でプラットフォーム４２の下側に当接していることを示している。ダンパ３６は、また、中問ブレードスペーサ２２の半径方向スロット４４に形成されているレッグ４６に当接する。ダンパ３６は、スロット４４内に動きを自由にしてはまり込み、比較的球状の表面５０を有する大体Ｙ形の形状であり、そのひとつのレッグが中間ブレードスペーサ２２に形成されている半径方向スロット４４の側壁面に当接すると共に、球状表面５０がプラットフォーム４２の下側及びレッグ４６の側面に当接する。図４に見ることができるように、タービンロータの回転中、ダンパ３６は、遠心荷重によって上向きに付勢され、図４に示されているように表面に当接してこれらの表面を押し付ける。
【００１６】
ダンパ３６は、その重力中心ＣＧが接触点Ａからオフセットされるような幾何学的形状とされている。参照符号μＦ１及びμＦ２によって示されている、ダンパ３６に作用する半径方向力がダンパ３６を回転させ、これにより参照符号Ｆ１及びＦ２によって示されている力を生じさせる。レッグ４６は、図示されるように金属製囲続部品に機械加工されている半径方向スロット４４に設けることができる。本実施例において、半径方向スロット４４はこのスロットがブレード１４のプラットフォーム４２の下に位置するようにしてブレードアタッチメントの前か又は後に作られる。ダンパ３６の回転はレッグ４６により制止され、レッグ４６がダンパとスロットとの接触点に接線荷重を生じさせる。ブレード１４を半径方向に動かすためには、ダンパは接線荷重から生じる摩擦に抗して作動する間は滑動しなければならない。ブレード１４の半径方向運動中にごしごし（スクラビング）するこの摩擦は、ブレードの振動運動からのエネルギのほとんどを熱エネルギに変換せしめ、この熱エネルギはターボポンプの熱いガス状作動媒体にさらされて加熱されたロータ部品を冷却し続けるために典型的に使用される通過流体により取り除かれる。この運動エネルギの熱エネルギヘの変換は、運動振幅を低くし及びその結果タービンブレードの繰り返し応力を低くする。
【００１７】
以上述べた本発明構造の実際の試験において、本発明を利用する燃料ポンプは本発明のダンパを使用しないときに発生していたタービンブレードの亀裂及びそれらの最終破壊が除去された。本発明は上述したように回転機械の耐久性を増強せしめ、組立て及び分解するのが容易である比較的安価な構成部品を使用することができ、ダンパ以外にターボポンプの全体構成に追加の部品を要求しないものである。
【００１８】
以上本発明をその実施例に関して図示し詳述してきたけれども、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、その形態及び詳部においてさまざまな変更ができることは当業者にとって理解されるであろう。