(57)【要約】【課題】十分に大きな振動減衰効果を得ることができ、しかも、安定した減衰帯域特性を容易に得ることができる翼の振動低減構造を提供する。【解決手段】空気が流通する流体経路７に配置された静翼１２と、静翼１２の内周端をディスク４に支持する内周シュラウド１４及びシール部材２０とを備え、内周シュラウド１４とシール部材２０との間に緩衝体収容室２３を形成し、緩衝体収容室２３に、金属繊維線が絡み合って集合配置されたメッシュワイヤ２４を圧縮状態で介在した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する空間に配置された翼と、前記翼をベース部に支持する支持部とを備え、
前記翼から前記ベース部までの隣接する部材間に、金属繊維線の集合体から成る金属繊維緩衝体が圧縮状態で介在されたことを特徴とする翼の振動低減構造。
【請求項２】
請求項１記載の翼の振動低減構造であって、
前記翼は、その両端が他のものと一体に外周シュラウド及び内周シュラウドによって支持される綴り翼の一部として構成され、
前記支持部は、前記綴り翼の前記外周シュラウド及び前記内周シュラウドと、前記内周シュラウドと前記ベースとの間の気密を保持するシール部材とから構成され、
前記金属繊維緩衝体は、前記内周シュラウドと前記シール部材の間に介在されたことを特徴とする翼の振動低減構造。
【請求項３】
請求項２記載の翼の振動低減構造であって、
前記内周シュラウドと前記シール部材の間には緩衝体収容室が構成され、前記緩衝体収容室に前記金属繊維緩衝体が圧縮状態で挿入されたことを特徴とする翼の振動低減構造。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の翼の振動低減構造であって、
前記翼は、静翼であることを特徴とする翼の振動低減構造。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の翼の振動低減構造であって、
前記金属緩衝体は、多数の金属繊維線が絡み合って集合されたメッシュワイヤであることを特徴とする翼の振動低減構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械、ガスタービン、航空エンジン等で使用される翼の振動低減構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械、ガスタービン、航空エンジン等で使用される例えば静翼は、流速の速い空気流の中に配置されるため、空気の大きな圧力を受けて振動する。翼が振動すると翼の損傷要因、翼の機能低下要因等になるため、従来より種々の静翼の振動低減構造が提案されている。
【０００３】
第１の従来例にかかる翼の振動低減構造は、図４に示すように、流体が流通する空間に配置された静翼１００と、この静翼１００の内周端に固定された内周シュラウド１０１と、この内周シュラウド１０１に嵌合されたハニカムシール部１０２と、内周シュラウド１０１とハニカムシール部１０２のバックリングセグメント１０２ａ間に形成された環状キャビティ１０３内に収容された板バネ１０４とを備えている。
【０００４】
板バネ１０４は、断面Ｅ字形の金属ばね材であり、環状キャビティ１０４内に交互に複数回折り曲げることによって収容されている。板バネ１０４は、その一端側が内周シュラウド１０１に、他端側がバックリングセグメント１０２ａにそれぞれバネ圧によって圧接されている。
【０００５】
この翼の振動低減構造では、静翼１００からの振動が内周シュラウド１０１より板バネ１０４を介してハニカムシール部１０２に伝達されるが、その振動伝達に際して板バネ１０４の一端側及び他端側が内周シュラウド１０１やバックリングセグメント１０２ａに対して摺動し、板バネ１０４の主に外部滑り摩擦によって振動を減衰する。
【０００６】
第２の従来例にかかる翼の振動低減構造は、図５に示すように、流体が流通する空間に配置された複数の静翼１１０と、この各静翼１１０の内周端に固定された複数の内周シュラウド片１１１，１１１と、隣り合う内周シュラウド片１１１，１１１の間に介在された緩衝ブロック１１２と、この緩衝ブロック１１２を付勢する板バネ１１３とを備えている。
【０００７】
緩衝ブロック１１２は、左右にテーパ面１１２ａ，１１２ａを有し、この各テーパ面１１２ａ，１１２ａが板バネ１１３のバネ力によって隣り合う内周シュラウド片１１１，１１１のテーパ面１１１ａ，１１１ａを互いに離間させる方向に付勢している。
【０００８】
この翼の振動低減構造では、各静翼１１０からの振動が各内周シュラウド片１１１，１１１より緩衝ブロック１１２に伝達されるが、その振動伝達に際して緩衝ブロック１１２の各テーパ面１１２ａ，１１２ａが各内周シュラウド片１１１，１１１に対して摺動し、緩衝ブロック１１２の主に外部滑り摩擦によって振動を減衰する。
【０００９】
第３の従来例にかかる翼の振動低減構造は、図６に示すように、流体が流通する空間に配置された静翼１２０と、この静翼１２０の外周端と内周端がそれぞれ嵌め込まれた緩衝体１２１，１２２と、この両側の緩衝体１２１，１２２が装着された外周シュラウド１２３及び内周シュラウド１２４とを備えている。
【００１０】
各緩衝体１２１，１２２は、例えばホワイトメタルやＦＲＰのようなダンピング機能を持ち、しかも、静翼１２０、外周シュラウド１２３及び内周シュラウド１２４よりも硬度が低い材料にて形成されている。
【００１１】
この翼の振動低減構造では、静翼１２０からの振動が両側の緩衝体１２１，１２２より外周シュラウド１２３及び内周シュラウド１２４に伝達されるが、その振動伝達に際して各緩衝体１２１，１２２自体の内部の相対滑り摩擦によって振動を減衰する。
【特許文献１】特開平６−３４６７０３号公報）
【特許文献２】特開２００７−４０１１９号公報
【特許文献３】特開平８−１２１１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記第１の従来例では、板バネ１０４の内周シュラウド１０１及びバックリングセグメント１０２ａとの間の外部滑り摩擦によって振動を減衰させるものであり、主な振動減衰が外部滑り摩擦であるため、大きな減衰効果を得ることができない。又、板バネ１０４と内周シュラウド１０１及びバックリングセグメント１０２ａとの接触圧によって振動の減衰帯域が変化するため、安定した減衰特性を容易に得ることができない。具体的には、静翼１００の振動を減衰させる帯域を静翼１００の共振周波数帯域に一致させることができず、共振による静翼１００の損傷等を防止できない。
【００１３】
前記第２の従来例では、緩衝ブロック１１２と内周シュラウド片１１１，１１１との間の滑り摩擦により振動を減衰させるものであり、第１の従来例と同様の理由により、大きな減衰効果を得ることができず、又、安定した減衰特性を容易に得ることができない。
【００１４】
前記第３の従来例では、緩衝体１２１，１２２の内部の相対滑り摩擦により振動を減衰させるものであり、主な振動減衰が内部滑り摩擦のみでは大きな減衰効果を得ることができない。
【００１５】
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、十分に大きな振動減衰効果を得ることができ、しかも、安定した減衰特性を容易に得ることができる翼の振動低減構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、流体が流通する空間に配置された翼と、前記翼をベース部に支持する支持部とを備え、前記翼から前記ベース部までの隣接する部材間に、金属繊維線の集合体から成る金属繊維緩衝体が圧縮状態で介在されたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１記載の翼の振動低減構造であって、前記翼は、その両端が他のものと一体に外周シュラウド及び内周シュラウドによって支持される綴り翼の一部として構成され、前記支持部は、前記綴り翼の前記外周シュラウド及び前記内周シュラウドと、前記内周シュラウドと前記ベースとの間の気密を保持するシール部材とから構成され、前記金属繊維緩衝体は、前記内周シュラウドと前記シール部材の間に介在されたことを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項２記載の翼の振動低減構造であって、前記内周シュラウドと前記シール部材の間には緩衝体収容室が構成され、前記緩衝体収容室に前記金属繊維緩衝体が圧縮状態で挿入されたことを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の翼の振動低減構造であって、前記翼は、静翼であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の翼の振動低減構造であって、前記金属緩衝体は、多数の金属繊維線が絡み合って集合されたメッシュワイヤであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、流体圧からの外力によって翼が振動すると、翼の振動が支持部を経由してベース部に伝達されるが、その振動伝達に際して金属繊維集合体の一端側及び他端側が各接触部材に対して摺動し、外部滑り摩擦が発生すると共に、金属繊維集合体は、金属繊維線の集まりであることからその内部でも相対滑り摩擦が発生する。従って、金属繊維集合体の外部滑り摩擦と内部滑り摩擦によって振動が減衰される。
【００２２】
また、金属繊維集合体は、外部滑り摩擦のみならず内部滑り摩擦によって振動を減衰するため、振動減衰効果の依存度が接触部材との接触圧に大きく依存しない。以上より、本発明の振動減衰構造は、十分に大きな振動減衰効果を得ることができ、しかも、安定した減衰特性を容易に得ることができる。
【００２３】
更に、金属繊維集合体は、多数の金属繊維線より構成されているため、高温雰囲気下でも安定した物理的特性を保持することができるため、ガスタービンの圧縮機の後段側やタービンノズルのような高温雰囲気下での使用が可能である。
【００２４】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、複数の静翼の振動を一括して減衰できるため、振動減衰構造のコンパクト化が図れる。
【００２５】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明の効果に加え、緩衝体収容室に金属繊維集合体を充填すれば良いため、金属繊維集合体の組み付け性が良い。又、振動減衰特性を変更するには、金属繊維集合体の充填量を可変すれば良いため、金属繊維集合体を全面的に交換することなく、振動減衰特性の帯域変更が容易にできる。
【００２６】
請求項４の発明によれば、静翼の場合にあって、請求項１〜請求項３の発明と同様の効果が得られる。
【００２７】
請求項５の発明によれば、請求項１〜請求項４の発明の効果に加え、メッシュワイヤは金属繊維線が絡みあっており、内部で金属繊維線同士が確実に、且つ、高頻度に相対滑り摩擦を発生させるため、内部滑り摩擦による振動減衰効果が大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１〜図３は本発明の翼の振動低減構造をガスタービンの圧縮機内の静翼に適用した実施の形態を示す。図１は空気が流入される側から見た圧縮機の正面図、図２は圧縮機の要部破断斜視図、図３は綴り翼、シール部材、メッシュワイヤの組み付け手順を説明するための分解斜視図である。
【００３０】
図１〜図３に示すように、ガスタービンの圧縮機１は、軸流圧縮方式であり、ケーシング２に対して回転自在に支持された回転軸３を有する。この回転軸３の外周にはディスク４が固定されている。ディスク４は、複数の分割部材より構成されている。ディスク４の外周側には、軸方向に間隔を置いて動翼支持リング部５が一体に突設されている。隣り合う動翼支持リング部５，５の間には、凹部６がそれぞれ形成されている。各凹部６の上面は、下記に説明する内周シュラウド１４によってほぼ閉塞される。ディスク４の動翼支持リング部５及び内周シュラウド１４とケーシング２の円筒部２ａとの間に、回転軸３の同心リング状で、且つ、軸方向に延びる空気の流通経路７が形成されている。
【００３１】
各動翼支持リング部５，５の外周面には、円周方向に間隔を置いて多数の動翼１０の内周端が支持されている。各動翼１０の外周端は、ケーシング２の円筒部２ａの内面近傍にまで達している。単一の動翼支持リング部５に支持された円周状の多数の動翼１０によって１つの動翼群１０Ａがそれぞれ構成されている。各動翼群１０Ａは、ディスク４の回転によって流通経路７内を回転移動する。
【００３２】
流通経路７内で、且つ、隣接する動翼群１０Ａの間には、円周上に連結された複数（例えば８〜１０個）の綴り翼１１が配置されている。
【００３３】
各綴り翼１１は、円周方向に間隔を置いて配置された多数の翼である静翼１２と、この多数の静翼１２の外周端をそれぞれ支持する円弧状の支持部である外周シュラウド１３と、多数の静翼１２の内周端をそれぞれ支持する円弧状の支持部である内周シュラウド１４とから構成されている。流通経路７の同一円周上に配置された多数の静翼１２によって静翼群１２Ａが構成されている。このようにして、流通経路７内には、動翼群１０Ａと静翼群１２Ａが交互に配置されている。
【００３４】
外周シュラウド１３は、円弧方向に沿って延びる一対の係止突壁１３ａを有する。この一対の係止突壁１３ａがケーシング２の円筒部２ａの係止溝２ｂにスライド挿入によって嵌合されている。内周シュラウド１４は、折り曲げによって形成された一対の係止溝１４ａを有する。内周シュラウド１４の両端は、下記に説明するシール部材２０の弾性反発力によって隣り合う動翼支持リング部５，５の内面エッジに密着されている。
【００３５】
隣接する動翼支持リング部５，５の間に形成された凹部６には、円周上に連結された複数（綴り翼１１と同数）の支持部であるシール部材２０が収容されている。シール部材２０は、断面コ字状に折り曲げられた係止枠２１と、この係止枠２１の内周面に固定された円弧状の弾性構造体であるシール本体２２とから構成されている。係止枠２１の両端には、円弧方向に沿って延びる一対の係止突壁２１ａ，２１ａが一体に設けられている。この一対の係止突壁２１ａ，２１ａが内周シュラウド１４の一対の係止溝１４ａ，１４ａにスライド挿入されている。一対の係止突壁２１ａ，２１ａと一対の係止溝１４ａ，１４ａは、挿入状態で半径方向に変移できる程度の余裕をもって設定されている。
【００３６】
シール本体２２は、その内周面がディスク４の凹部６の底面より突設された多条のリブ４ａに圧接されている。これにより、内周シュラウド１４とディスク４間がシールされている。上流側の動翼群１０Ａで圧縮された空気が静翼群１２Ａの内部を通ることなく下流側の動翼群１０Ａに供給されることを防止している。
【００３７】
以上の構成より、静翼１２の外周端側は、支持部である外周シュラウド１３を介してベース部であるケーシング２の円筒部２ａに支持されている。静翼１２の内周端側は、支持部である内周シュラウド１４及びシール部材２０を介してベース部であるディスク４に支持されている。
【００３８】
又、各内周シュラウド１４と各シール部材２０の係止枠２１の間には、緩衝体収容室２３がそれぞれ形成されている。この各緩衝体収容室２３に金属繊維集合体であるメッシュワイヤ２４が圧縮状態で配置されている。
【００３９】
メッシュワイヤ２４は、細長い直方体形状で、多数の金属繊維線が絡み合った集合体である。メッシュワイヤ２４は、緩衝体収容室２３に圧縮状態で配置されていることから、その多数の金属繊維線が内周シュラウド１４の内周面とシール部材２０の係止枠２１の窪んだ外周面にそれぞれ圧接されている。
【００４０】
次に、綴り翼１１、シール部材２０及びメッシュワイヤ２４の組み付け手順を簡単に説明する。図３に示すように、隣接する動翼群１０Ａ，１０Ａの間の流体経路７の位置に、綴り翼１１を挿入する。綴り翼１１は、その外周シュラウド１３の一対の係止壁部１３ａ，１３ａをケーシング２の一対の係止溝２ｂ，２ｂに嵌合させつつ流体経路７内に挿入する。
【００４１】
次に、シール部材２０を凹部６に挿入する。シール部材２０は、その一対の係止突壁２１ａ，２１ａを内周シュラウド１４の一対の係止溝１４ａ，１４ａに挿入させつつ凹部６に挿入する。
【００４２】
最後に、内周シュラウド１４とシール部材２０間に形成された緩衝体収容室２３にメッシュワイヤ２４を圧縮状態に変形させつつ挿入する。これで、完了する。尚、メッシュワイヤ２４は、シール部材２０の凹部６への挿入と同時に挿入しても良い。
【００４３】
次に、このようにして組み付けされた圧縮機１の動作について説明する。回転軸３が回転すると、流体経路７内に複数段の動翼群１０Ａが回転移動する。流体経路７に吸入された空気は、動翼群１０Ａと静翼群１２Ａの間を交互に通過することによって徐々に加圧され、所定の圧縮空気となって下流に送られる。
【００４４】
このような空気流の圧送過程にあって、各静翼１２には大きな空気圧が作用し、空気圧によって各静翼１２が振動する。各静翼１２が振動すると、各静翼１２の振動が内周端より内周シュラウド１４、メッシュワイヤ２４及びシール部材２０を経由してディスク４に伝達される。この振動伝達に際して内周シュラウド１４及びシール部材２０に接触するメッシュワイヤ２４の接触箇所がこれらに対して摺動し、外部滑り摩擦が発生する。又、メッシュワイヤ２４は、金属繊維線の集まりであることから、振動伝達に際してその内部でも相対滑り摩擦が発生する。このようなメッシュワイヤ２４の外部滑り摩擦と内部滑り摩擦によって振動が減衰されるため、十分に大きな振動減衰効果が得られる。
【００４５】
また、メッシュワイヤ２４は、外部滑り摩擦と内部滑り摩擦によって振動を減衰するため、振動減衰効果の依存度が内周シュラウド１４及びシール部材２０との接触圧に大きく依存しないため、安定した減衰帯域特性を容易に得ることができる。つまり、静翼１２の振動を減衰させる帯域を静翼１２の共振周波数帯域に確実に一致させることができ、共振による静翼１２の損傷等を防止できる。
【００４６】
この実施の形態では、静翼１２は、その両端が他のものと一体に外周シュラウド１３及び内周シュラウド１４によって支持される綴り翼１１の一部として構成されている。従って、複数の静翼１２の振動を一括して減衰できるため、振動減衰構造のコンパクト化が図れる。しかし、本発明は、静翼１２が綴り翼１１の一部として構成されない構造の静翼１２についても略同様に適用できることはもちろんである。
【００４７】
この実施の形態では、メッシュワイヤ２４は、内周シュラウド１４とシール部材２０との間に介在されているが、メッシュワイヤ２４の介在位置はこれに限定されない。つまり、メッシュワイヤ２４は、静翼１２からディスク４までに配置される部材間の少なくとも１箇所に介在すれば良い。例えば、第２の従来例（図５の構造）のように、互いに隣接する内周シュラウド間に介在しても良いし、又、第３の従来例（図６の構造）のように、静翼と内周シュラウド及び外周シュラウドの間に介在しても良い。
【００４８】
この実施の形態では、静翼１２の内周端からディスク４に伝達される振動を減衰するよう構成したが、静翼１２の外周端からケーシング２の円筒部２ａに伝達される振動を減衰するよう構成しても良い。この場合には、静翼１２からケーシング２の円筒部２ａまでに配置される部材間の少なくとも１箇所にメッシュワイヤ２４を介在する。又、静翼１２の内周端から伝達される振動と外周端から伝達される振動の双方を減衰するよう構成しても良い。
【００４９】
この実施の形態では、内周シュラウド１４とシール部材２０の間には緩衝体収容室２３が構成され、この緩衝体収容室２３にメッシュワイヤ２４を圧縮状態で挿入されている。従って、緩衝体収容室２３にメッシュワイヤ２４を充填すれば良いため、メッシュワイヤ２４の組み付け性が良い。又、振動減衰特性を変更するには、メッシュワイヤ２４の例えば充填量を可変すれば良いため、メッシュワイヤ２４を全面的に交換することなく、振動減衰帯域の変更が容易にできる。
【００５０】
ここで、第３の従来例（図６の構造）では、振動の減衰帯域は、緩衝体の振動減衰機能に依存するため、振動特性の安定した振動減衰特性を得ることができるが、振動減衰帯域を変更するには緩衝体自体を全面的に交換する必要がある。これに対して、本実施の形態では全面的な交換は必要ない。
【００５１】
この実施の形態では、振動低減する対象の翼は、静翼１２であるが、本発明は動翼１０にも同様に適用可能である。
【００５２】
この実施の形態では、金属繊維緩衝体は、多数の金属繊維線が絡み合って集合されたメッシュワイヤ２４である。メッシュワイヤ２４は金属繊維線が絡みあっており、内部で金属繊維線同士が確実に、且つ、高頻度に相対滑り摩擦を発生させるため、内部滑り摩擦による振動減衰効果が大きいという利点がある。金属繊維緩衝体は、メッシュワイヤ２４のように多数の金属繊維線が絡み合って配置されたものに限定されるものではなく、振動伝達に際して内部で相対滑り摩擦を発生する構造のものであれば良い。
【００５３】
又、メッシュワイヤ２４は、多数の金属繊維線より構成されているため、高温雰囲気下でも安定した物理的特性を保持することができるため、ガスタービンの圧縮機１の後段側やタービンノズルのような高温雰囲気下での使用が可能である。
【００５４】
尚、この実施の形態では、翼の振動低減構造は、ガスタービンの圧縮機１内に適用した場合を示したが、ガスタービン以外の装置に適用できることはもちろんである。又、ガスタービンの圧縮機１以外の箇所、例えばファンやタービン内に適用できることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態を示し、空気が流入される側から見た圧縮機の正面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示し、圧縮機の要部破断斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態を示し、綴り翼、シール部材、メッシュワイヤの組み付け手順を説明するための分解斜視図である。
【図４】第１の従来例にかかる振動低減構造の断面図である。
【図５】第２の従来例にかかる振動低減構造の要部正面図である。
【図６】第３の従来例にかかる振動低減構造の要部斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  圧縮機
２  ケーシング（ベース部）
４  ディスク（ベース部）
７  流通経路（流体が流通される空間）
１１  綴り翼
１２  静翼（翼）
１４  内周シュラウド（支持部）
２０  シール部材（支持部）
２３  緩衝体収容室
２４  メッシュワイヤ（金属繊維緩衝体）
【図１】
2009068338.tif 000003
【図２】
2009068338.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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