(57)【要約】【課題】動翼の振動を抑制する。【解決手段】動翼１が共振した際の励振力を低減させる位置に後置翼３を配置する。【選択図】図１
2012047100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転移動される動翼の前段側に前置翼を備えるターボ機械であって、
動翼が共振した際の励振力を低減させる位置に後置翼を配置することを特徴とするターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械では、回転移動される動翼の前段に静翼が配置される場合がある。例えば、ジェットエンジン等の圧縮機やタービン、あるいは過給機おいては、動翼の前段に静翼が配置されたものがある。
このようなターボ機械では、静翼によって形成されるウェーク（速度欠損領域）に起因する外力が動翼の回転移動に伴って動翼の前縁側に繰り返し作用することとなる。この動翼の前縁側に作用する外力の繰り返しパターン（すなわち外力の周波数）が、動翼の固有振動数と合致した場合には、動翼が共振して大きく振動することとなり、最悪の場合、ターボ機械を停止に至らしめる場合もある。
極力共振を回避する方針で設計がおこなわれるが、種々の制約からそれが困難な場合は振動低減対策がとられる。振動低減方法としては減衰機構を設ける方法と外力を低減する方法がある。前者の代表例としては摩擦ダンパー、後者の方法としては例えば励振源となる翼列の不等配置などがある（特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２００８０８号公報
【特許文献２】特開平８−６１００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特に、流れ方向（軸方向）長さが翼高さに比べて長い翼で問題となるＴＩＰ部のみで振幅が大きくなるモードの振動低減にはいずれも効果が小さいという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ターボ機械において動翼の振動を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、回転移動される動翼の前段側に前置翼を備えるターボ機械であって、動翼が共振した際の励振力を低減させる位置に後置翼を配置するという構成を採用する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、動翼が共振した際の励振力が後置翼により低減され、動翼の振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態におけるターボ機械の概念図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるターボ機械における後置翼の配置位置についての考察を行う模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明に係るターボ機械の一実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態のターボ機械の概念図である。この図に示すように、本実施形態のターボ機械では、動翼１の前段側に前置翼２（静翼）が配置され、さらに動翼１の後段側に動翼１の振動を抑制するための後置翼３（静翼）が配置されている。
【００１１】
動翼１と前置翼２との間には、図１の「前置翼〜動翼間流路の流速分布」に示すように、ウェーク（速度欠陥領域）が、前置翼２の配置間隔と均等間隔で形成される。
そして、ウェークに起因して動翼１の前縁に作用する力（Ｆｆ）は、式（１）のように求められる。
【００１２】
【数１】
2012047100.tif 000003
【００１３】
一方、動翼１と後置翼３との間には、図１の「後置翼〜動翼間流路の圧力分布」に示すように、ポテンシャル干渉（堰止め効果）に起因して後置翼３の配置間隔と均等間隔で圧力変動が生じる。
そして、ポテンシャル干渉に起因して動翼１の後縁に作用する力（Ｆｒ）は、式（２）のように求められる。
【００１４】
【数２】
2012047100.tif 000004
【００１５】
そして、本実施形態のターボ機械においては、ウェークに起因して動翼１に作用する励振力を打ち消すように、後置翼３の配置位置が定められている。
より詳細には、ターボ機械において最も問題視されている動翼１の振動モードにて動翼１が振動した際に、力（Ｆｒ）が力（Ｆｆ）を打ち消すように、後置翼３の配置位置が定められている。
【００１６】
図２を用いて具体的に示す。なお、以下の説明において、前置翼枚数をＮｓ、前置翼ピッチをＰ、前置翼後縁メタル角をθ１、前置翼後縁〜動翼前縁軸方向距離をＬ１２、対象とする前置翼後縁と動翼前縁間の周方向角度をθ１２、動翼前縁と動翼後縁間の周方向角度差をθ２３、動翼後縁と後置翼前縁間の周方向角度差をθ３４とする。
【００１７】
まず、ウェークによる速度欠損が前置翼２の後縁に沿って伝播し、後置翼３によるポテンシャル干渉が後置翼前縁位置で動翼後縁に伝播するものとする。
ここで、対象とする前置翼２からのウェーク励振のピーク及び後置翼３のポテンシャル干渉のピークが、対象動翼１の前縁及び後縁位置と一致する（つまり、前後励振力の位相が同位相となる）とき、式（３）が成り立つ。
【００１８】
【数３】
2012047100.tif 000005
【００１９】
よって、最も問題視されている振動モードでの振動が、動翼の前縁と後縁とが同じ方向に変位する場合（すなわち位相が同相である場合）には、前置翼２のウェークと後置翼３のポテンシャル干渉の励振力の位相を調節するためには、前置翼２に対する後置翼３の幾何学的な角度差θ１４を式（４）とすれば良い。
【００２０】
【数４】
2012047100.tif 000006
【００２１】
また、最も問題視されている振動モードでの振動が、動翼の前縁と後縁とが逆方向に変位する場合（すなわち位相が逆相である場合）には、前置翼２のウェークと後置翼３のポテンシャル干渉の励振力の位相を調節するためには、前置翼２に対する後置翼３の幾何学的な角度差θ１４を式（５）とすれば良い。
【００２２】
【数５】
2012047100.tif 000007
【００２３】
つまり、本実施形態のターボ機械において、低減させたい動翼の振動が、動翼の前縁と後縁とが同じ方向に変位する同相振動である場合には、式（４）に基づいて後置翼３の周方向の位置が設定されている。また、本実施形態のターボ機械において、低減させたい動翼の振動が、動翼の前縁と後縁とが逆方向に変位する逆相振動である場合には、式（５）に基づいて後置翼３の周方向の位置が設定されている。
【００２４】
以上のような本実施形態のターボ機械においては、動翼が前置翼２のウェークに起因して共振した場合であっても、その振幅を抑えることができる。
そして、流れ方向（軸方向）長さが翼高さに比べて長い翼で問題となるＴＩＰ部のみで振幅が大きくなるモードの振動低減を実現することができる。
【００２５】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００２６】
例えば、上記実施形態においては、ポテンシャル干渉の励振力を発生させるために後置翼を用いる例について説明した。
しかしながら、後置翼以外の部材を配置してポテンシャル干渉の励振力を発生させても良い。
【符号の説明】
【００２７】
１……動翼、２……前置翼、３……後置翼
【図１】
2012047100.tif 000008
【図２】
2012047100.tif 000009