(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジンロータ組立体用のロータブレードにおいて、前記ブレードをロータ組立体のディスクに取付けるための根元と、翼弦側表面に形成されてこの翼弦側表面に開口しているポケットを有するエアフォイルと、前記根元と前記エアフォイルとの間の移行部で前記ブレードから外向きに延びるプラットホームと、前記ブレードの振動を減衰する装置とを包含し、この減衰装置がダンパとポケット蓋とを包含し、前記ダンパが前記ポケット内に収容されて、該ポケットの内方表面と前記ポケット蓋との間で偏倚されており、また前記ポケット蓋が取付け装置により前記エアフォイルに取付けられて、その外形が該エアフォイルの曲率と一致するように作られていることを特徴とするロータブレード。
【請求項２】
請求項１記載のロータブレードにおいて、前記ポケット蓋が更に前記ダンパを前記ポケット内に位置決めする装置を包含し、この位置決め装置が前記ポケット内における前記ダンパの動きを抑制してなる、ロータブレード。
【請求項３】
請求項１記載のロータブレードにおいて、前記ダンパが波形の形状であって、複数の地点で前記ポケット蓋及び前記ポケットの内方表面に接触し、前記ブレードの振動により前記ダンパに関しての前記ブレードの動きが生じ、これらダンパとブレードとの間の摩擦により前記ブレードの動きの減衰が生じる、ロータブレード。
【請求項４】
請求項３記載のロータブレードにおいて、前記ポケット蓋が更に前記ダンパを前記ポケット内に位置決めする装置を包含し、この位置決め装置が前記ポケット内における前記ダンパの動きを抑制してなる、ロータブレード。
【請求項５】
請求項２記載のロータブレードにおいて、前記ダンパがメッシュを形成する複数のストランドから成り、前記メッシュが複数の地点で前記ポケット蓋及び前記ポケットの内方表面に接触し、前記ブレードの振動により前記ダンパに関しての前記ブレードの動きと前記ストランドの互いに関しての動きとが生じ、これらダンパとブレードとの間の摩擦とストランド間の摩擦とにより前記ブレード及び前記ストランドの動きの減衰が生じる、ロータブレード。
【請求項６】
タービンエンジン用ロータブレード組立体において、複数のロータブレードと、ディスクとを包含し、前記ブレードの各々が、根元と、翼弦側表面に形成されてこの翼弦側表面に開口しているポケットを有するエアフォイルと、前記根元と前記エアフォイルとの間の移行部で前記ブレードから外向きに延びるプラットホームと、前記ブレードの振動を減衰する装置とを包含し、この減衰装置がダンパとポケット蓋とを包含し、前記ダンパは前記ポケット内に収容されて、該ポケットの内方表面と前記ポケット蓋との間で偏倚されており、また前記ポケット蓋が取付け装置により前記エアフォイルに取付けられて、その外形が該エアフォイルの曲率と一致するように作られており、更に前記ディスクが、その外周まわりに配列され前記ブレードの根元と補形し合う形状を有して各ブレードの根元を受け入れる複数のくぼみを包含する外方表面を有していることを特徴とするロータブレード組立体。
【請求項７】
請求項６記載のロータブレード組立体において、前記ポケット蓋が更に前記ダンパを前記ポケット内に位置決めする装置を包含し、この位置決め装置が前記ポケット内における前記ダンパの動きを抑制してなる、ロータブレード組立体。
【請求項８】
請求項６記載のロータブレード組立体において、前記ダンパが波形の形状であって、複数の地点で前記ポケット蓋及び前記ポケットの内方表面に接触し、前記ブレードの振動により前記ダンパに関しての前記ブレードの動きが生じ、これらダンパとブレードとの間の摩擦により前記ブレードの動きの減衰が生じる、ロータブレード組立体。
【請求項９】
請求項８記載のロータブレード組立体において、前記ポケット蓋が更に前記ダンパを前記ポケット内に位置決めする装置を包含し、この位置決め装置が前記ポケット内における前記ダンパの動きを抑制してなる、ロータブレード組立体。
【請求項１０】
請求項７記載のロータブレード組立体において、前記ダンパがメッシュを形成する複数のストランドから成り、前記メッシュが複数の地点で前記ポケット蓋及び前記ポケットの内方表面に接触し、前記ブレードの振動により前記ダンパに関しての前記ブレードの動きと前記ストランドの互いに関しての動きとが生じ、これらダンパとブレードとの間の摩擦とストランド間の摩擦とにより前記ブレード及び前記ストランドの動きの減衰が生じる、ロータブレード組立体。
【請求項１１】
タービンロータ組立体のロータブレードの振動を減衰する方法において、
（ａ）根元と、エアフォイルと、これら根元とエアフォイルとの間で前記ブレードから外向きに延びるプラットホームと、ダンパ及びポケット蓋を包含して、前記ブレードの振動を減衰する装置とを有するロータブレードを製作する段階と、
（ｂ）節線が前記エアフォイルにおける振動の高次モードに対してどの場所に存在するか及び高応力領域が前記エアフォイルのどの場所に存在するかを決定して、前記ロータブレードの振動特性を決定する段階と、
（ｃ）前記エアフォイルの翼弦側表面に形成しようとするポケットが前記エアフォイルにおける節線及び高応力領域を横切らないように、前記ポケットの最適な幾何学的形状を決定する段階と、
（ｄ）このような形状のポケットを前記エアフォイルの翼弦側表面に形成する段階と、
（ｅ）前記ダンパを前記ポケット内に取付け、その後前記ポケット蓋を取付ける段階と、
（ｆ）選択的に、前記ポケット蓋の外形を前記エアフォイルの曲率と一致するように作る段階と、
を包含することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、更に、前記ポケットに取付けられて前記ダンパを前記ポケット内に位置決めし、前記ポケット内における前記ダンパの動きを抑制する装置を設ける段階を包含してなる、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、一般にはタービンエンジンロータ組立体に関し、更に詳細には、タービンエンジンロータ組立体の振動を減衰する装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
軸流タービンエンジンにおけるタービンセクション及び圧縮機セクションは一般にロータ組立体を包含し、このロータ組立体は回転ディスク及びこのディスクの外周まわりに取付けられている複数のロータブレードを包含する。そして、各ロータブレードは、根元と、エアフォイルと、これら根元とエアフォイルとの間の移行部に設けられているプラットホームとを包含する。各ブレードの根元は、ディスクに形成されてこのブレード根元と補形し合う形状のくぼみの中に受け入れられる。また、各ブレードのプラットホームは横方向外向きに延び、集合してロータ段を通過する流体のための流路を形成する。
【０００３】
しかして、タービンエンジンの作動中、ロータ組立体は温度、圧力及び密度が変化する流体によって多様の速度で回転する。その結果として、ブレードは多数の異なる振動モードを生じる。そして、例えば一次曲げモード及び一次ねじれモードのような低次モードは一般に十分に予測でき、その結果単一の型式（シングルスタイル）のダンパをロータ組立体の全体にわたって設けることができる。例えば、特定の型式のダンパを２つの隣接するブレードのプラットホームに設けて、低次振動を減衰することができる。
【０００４】
これに対し、振動の高次モードを減衰するのは非常に困難である。すなわち、多段ロータ組立体において、上流側のブレードのエアフォイルは空気力学的伴流を生じさせ、この伴流により下流側のブレードのエアフォイルが振動の高次モードを受けて板変形を起こす。この板変形は、主としてエアフォイルが翼弦側へ曲がる形である。そして、この板変形はしばしばエアフォイルの上方領域に非対称のパターンで表れ、したがってその大きさ及び位置に関して予測するのは困難である。
【０００５】
以上述べたことから、ロータ組立体のブレードの振動の高次モードを減衰する装置及び／又は方法が要望されている。
【０００６】
【発明の開示】
本発明は、このような要望に応じてなされてものである。したがって、本発明の目的は、振動の高次モードを減衰する装置を包含するタービンエンジンロータ組立体用ロータブレードを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、ロータブレードに隣接する空気流れの乱れを最小にして、ロータブレードの振動を減衰する装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、ロータブレードの構造一体性に悪い影響を及ぼさないで、ロータブレードの振動を減衰する装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、高い耐摩耗性を有して、ロータブレードの振動を減衰する装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、取付けを容易にしてかつコストを安くして、ロータブレードの振動を減衰する装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、特定のロータブレードの特定の振動状態を消失するように仕上げられると共にロータブレードの特定の位置に設けられて、ロータブレードの振動を減衰する装置を提供することにある。
【００１２】
以上述べた目的を達成するために、本発明によれば、次に述べるようなタービンエンジンロータ組立体用ロータブレードが提供される。すなわち、ロータブレードは、根元と、エアフォイルと、プラットホームと、エアフォイルそれ故ブレードの振動を減衰する装置とを包含する。エアフォイルは、その翼弦側表面に形成されたポケットを包含する。また、ブレードの振動を減衰する装置は、ダンパと、ポケット蓋とを包含する。ダンパは、ポケットの内方表面とポケット蓋との間のポケット内に収容される。ポケット蓋は取付け装置によりエアフォイルに取付けられ、またその外形はエアフォイルの曲率と一致するように作られる。そして、ポケットと、ポケット蓋と、ダンパとの間の相対的な動きが振動の減衰を生じさせ、摩擦エネルギの形で消散される。
【００１３】
本発明の一態様によれば、ダンパは、ポケットとポケット蓋との間で偏倚されている波形の形状の部材から成る。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、ダンパはポケット内に収容されるメッシュを形成する複数のストランドから成る。
【００１５】
本発明の更に他の態様によれば、ポケット蓋は、ダンパをポケット内に位置決めする装置を包含する。この位置決め装置は、ダンパをポケットの特定区域に維持して、ダンパがポケット蓋取付け装置の邪魔になるのを防止する。
【００１６】
本発明の更に他の態様によれば、タービンエンジンロータ組立体用ロータブレードの振動の高次モードを減衰する方法が提供される。
【００１７】
以上述べた本発明の１つの利益は、ロータブレードの振動を減衰する装置が、ロータブレードに隣接する空気流れの乱れを最小にする特徴を有して、提供されることである。ロータ組立体内における空気流れの乱れを最小にすることは、性能上、及び下流における好ましくない押込み作用（フォーシングファンクション）としばしばこれらに伴う振動とを防止するうえで重要なことである。
【００１８】
本発明の他の利益は、ロータブレードの振動を減衰する装置が、ロータブレードの構造一体性に関して最小の影響しか及ぼさないことである。当業者であれば、中空ロータブレード及びその中空部に設けられている減衰装置が存在していることを知っているであろう。このような中空ロータブレードは、一体の中空物に鋳造されるか、又は２つの半割体に鋳造され、その後これら半割体が例えばイナーシャ溶接などの溶接方法によって結合される。そして、単一のピースから成る鋳造中空ブレードは減衰装置を収容するのに十分な開口を具備しなければならない。しかしながら、中空物の開口及びそれに伴う容積の増大は一般にブレードの圧力許容量を減少させるものである。他方、２つの溶接結合された半割体から成る中空ブレードは、アクセス穴なしに内部ポケットを形成することができるが、しかし、ブレード全体の外周まわりを溶接結合しなければならないこと及び過剰の溶接材料が内部ポケット内に押し出される欠点を有する。そして、これらの溶接結合部及び過剰の溶接材料の押し出し部は応力集中部であって、耐応力性に悪い影響を及ぼすものである。これに対し、本発明によれば、ブレードを単一のピースとして形成でき、その後ポケットの形成のために不要となる材料のみが取除かれる。
【００１９】
本発明の更に他の利益は、ポケット内でダンパを偏倚（すなわち、予荷重）することによってダンパの摩擦による摩耗が減少することである。すなわち、従来技術は、単一のピースから成るソリッドスラグ又は複数のシムを、溶接結合されたブレードの内部ポケット内に収容することを開示している。しかしながら、これらの方法は、ポケット内のルーズピースがポケット内で動きがちであり、それ故本発明の偏倚されたダンパよりも摩耗が大きいという欠点がある。
【００２０】
本発明の更に他の利益は、ダンパがポケット内に収容されており、それ故過酷な外部環境にさらされないことである。すなわち、ロータ組立体を通過する流体は、ブレードのエアフォイルの外部表面を、異物と、流体の成分及びその高い温度により引き起こされる腐食状態とにさらす。しかしながら、本発明によるロータ組立体は、ダンパをこれら好ましくない外部状態から隔離し、それ故ダンパの耐用年数を最大にする。
【００２１】
本発明の更に他の利益は、ロータブレードの振動を減衰する装置を容易にしてかつコストを安くして取付けることができることである。すなわち、従来のロータブレードの２つの半割体を結合すること及びそれらの間に減衰装置を取付けることは、ロータブレードの製作方法に大きな面倒さを加え、それ故コストを高くする。
【００２２】
本発明の更に他の利益は、ロータブレードの振動を減衰する装置を特定のブレードの特定の振動状態を消失するように仕上げてブレードの特定の位置に設けることができることである。すなわち、従来の鋳造中空ロータブレードは特定のブレードの振動試験を行う前に減衰装置の位置を限定しなければならない。また、従来の鋳造中空ロータブレードはブレードの適所に通路を具備しなければならない。その結果、ポケットの幾何学的形状及び／又は位置は常に最適な幾何学的形状及び／又は最適な位置ではない。同様に、従来の２つの溶接結合された半割体から成るロータブレードは、最適な内部ポケットの幾何学的形状又は位置を有せず、また、半割体を溶接結合する前に減衰装置を挿入しなければならないために、最適な減衰装置を有することができない。これに対し、本発明によれば、最初にブレードの振動試験を行うことができ、その後最適な減衰装置を選択して取付けることができる。換言すれば、本発明によれば、特定の非対称な高次振動状態を確かめ、それから調節することができる。
【００２３】
本発明の以上述べた目的、特徴及び利益は、添付図面を参照して詳述する下記の好適な実施例についての説明から一層明らかになるであろう。
【００２４】
【発明を実施するための最良の形態】
図１を参照するに、図１にはタービンエンジン用ロータ組立体１０の一部分が示されている。ロータ組立体１０は、回転ディスク１２と、この回転ディスク１２の外周まわりに取付けられた複数のロータブレード１４とを包含する。各ロータブレード１４は、根元１６と、エアフォイル１８と、これら根元１６とエアフォイル１８との間の移行部に設けられたプラットホーム２０と、ロータブレード１４の振動を減衰する装置２２（図２及び図３の（Ａ）〜（Ｃ）を参照）とを包含する。各根元１６は、回転ディスク１２に設けられて根元１６と補形し合う形状のくぼみ２４内に受け入れられている。また、各エアフォイル１８は、ロータブレード１４の振動を減衰する装置２２を収容するポケット２６（図３の（Ａ）〜（Ｃ）を参照）を包含する。図３の（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、このポケット２６は、エアフォイル１８の翼弦側表面２８に設けられていると共に、側壁３０及び内方表面３２を有するように形成されている。
【００２５】
再び図３の（Ａ）〜（Ｃ）を参照するに、ロータブレード１４の振動を減衰する装置２２は、ダンパ３４とポケット蓋３６とを包含する。ダンパ３４は、ポケット２６内に収容されていると共に、ポケット蓋３６によってポケット２６内に保持されている。そして、本発明の第１の実施例によれば、図３の（Ａ）に示されるように、ダンパ３４は一定の振幅及び周期を有する正弦波の形状に形成された要素から成る。なお、必要に応じて、正弦波の振幅及び周期を異ならせて、ダンパ３４とポケット２６の内方表面３２との間及びダンパ３４とポケット蓋３６との間のそれぞれの接触表面面積の総計及び摩擦接触の大きさを変えることができる。また、正弦波の形状と異なる他の波形形状を選択的に用いることができる（図３の（Ｂ）を参照）。更に、本発明の第２の実施例によれば、図３の（Ｃ）に示されるように、ダンパ３４は複数のストランド３９のメッシュ３８から成る。網状ストランド３９は、ポケット２６の内方表面３２及びポケット蓋３６に接触するのみならず、互いに接触する。また、以上述べた本発明の第１及び第２の実施例の一方又は両方において、例えば図３の（Ａ）に第１の実施例の場合を示すように、例えば銅合金又はドライフィルム潤滑材のような被覆物４２を摩擦箇所に設けて、エネルギの消散を促進させると共に摩耗を最小にすることができる。
【００２６】
再び図３の（Ｂ）を参照するに、ポケット蓋３６はポケット２６の開口と補形し合う形状を有する金属要素から成る。そして、ポケット蓋３６はダンパ３４を中心に位置決めする装置４３を包含する。このダンパ３４を中心に位置決めする装置４３は、ポケット蓋３６に一体に形成された又は別体に形成されてポケット蓋３６に取付けられたタブ４４から成り、これらのタブ４４はダンパ３４をポケット２６の特定区域に維持する。
【００２７】
しかして、ロータブレード１４の製作において、各ブレードが又はそのすべての数のブレードを代表するサンプルとして１つのブレードが試験されて、ブレードの振動特性が決定される。更に詳述すれば、幾つもの試験、例えば衝撃試験、ホログラフィー及び熱放射による応力パターン解析（ＳＰＡＴＥ）のような試験が行われて、ブレードの基本周波数及び振動モードが確かめられる。そして、振動モードが対称的なパターンを表さない、それ故予測することが一段と難しい振動の高次モードの場合には、その振動モードの位置及び大きさを決定する試験が行われる。
【００２８】
ロータブレード１４の製作方法の次の段階は、減衰装置２２をブレード１４に設けることが要求されている場合には、減衰装置２２の効力を確かめることである。もしブレード１４の自然振動数がポテンシャル励起周波数と一致するときには、減衰装置２２には一般に振動によりブレード１４に生じる応力の影響を最小にすることが要求される。減衰装置２２の所要容量及び位置は、ブレード１４の振動解析で得られた情報に基づいて決定される。更に詳述すれば、振動モード及びその節線は、どのような位置でどのような振動振幅が予測できるかを示す。ポケット２６の幾何学的形状及び位置は、ブレード１４の応力特性に著しい影響を与えることなしに、減衰が最も有効である高振動振幅の領域を横切るように選択される。本発明の好適な実施例によれば、ポケット２６の側壁３０は円形の形状を限定し、また内方表面３２はブレード１４の翼弦側表面２８の上方区域に設けられた、ポケット２６の底面を限定する。なお、側壁３０の円形形状は機械加工の目的のために好都合のものであるが、しかし他の幾何学的形状を選択的に用いることができるものである。
【００２９】
ロータブレード１４の製作方法の次の段階は、ブレード１４の振動を最初に決定した確率周波数及びモード内に十分に減衰することができるダンパ３４を選択することである。選択されたダンパ３４はポケット２６内に収容され、それからポケット蓋３６がポケット２６の開口に隣接して溶接され、これによりポケット２６が閉じられて、ダンパ３４がポケット２６内に保持される。ポケット２６の内方表面３２とポケット蓋３６の内方表面４６との間の寸法は、もしダンパ３４を予荷重（すなわち、偏倚）することが望まれる場合には、該予荷重を果たすように選択される。一方、メッシュ３８のタイプのダンパ３４（図３の（Ｃ）を参照）の場合には、ダンパ３４への予荷重は最小又は無いようにすることが望まれる。しかし、どちらの場合であっても、振動の減衰は少なくともダンパ３４とポケット２６との間で、これらダンパ３４及びポケット２６の摩擦係数により生じる摩擦と、ロータ組立体が回転したときに及ぼされる遠心垂直力とによって生じる。ポケット蓋３６が固着された後、ポケット蓋３６の外形、すなわちその外方表面４８の形状がロータブレード１４のエアフォイル１８の曲率と一致するように作られる。
【００３０】
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、請求した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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるロータブレードを備えたロータ組立体の一部分を示す図である。
【図２】図１の２−２線に沿うロータ組立体の断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は図２の３−３線に沿って本発明の３つの異なる実施例を示す、ロータブレードの断面図である。
【符号の説明】
１０    ロータ組立体
１２    回転ディスク
１４    ロータブレード
１６    根元
１８    エアフォイル
２０    プラットホーム
２２    振動減衰装置
２６    ポケット
２８    エアフォイルの翼弦側表面
３０    ポケットの側壁
３２    ポケットの内方表面
３４    ダンパ
３６    ポケット蓋
３８    メッシュ
３９    ストランド
４２    被覆物
４３    ダンパ位置決め装置
４４    タブ
４６    ポケット蓋の内方表面
４８    ポケット蓋の外方表面
【図１】
0003747387.tif 000002
【図２】
0003747387.tif 000003
【図３】
0003747387.tif 000004