JP5230968B2 - 動翼振動ダンパシステム - Google Patents

Description

本願はガスタービン全般に関し、より詳細には、動翼振動を最小にするための動翼減衰システムを有するタービン動翼に関する。

ガスタービンは通常、周方向に離間した或る数の動翼を備えた回転子を含む。動翼は通常、エーロフォイル、プラットフォーム、シャンク、ダブテール、およびその他の要素を含む。ダブテールは回転子の周りに設置され、その中で固定されている。エーロフォイルはガス通路内へと突出して、ガスの運動エネルギーを回転機械エネルギーに変換する。エンジン作動中、タービン動翼内に振動が持ち込まれることがあり、この振動は、適正に散逸しなければ動翼の早期破損を引き起こし得る。

振動ダンパの多くの異なる形態が知られている。１例は権利者の同じ特許文献１に見られる。そこで示されているダンパは、ニューヨーク州スケネクタディーのＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ社により提供されるような６Ｃ段２動翼において使用することができる。６Ｃ段２動翼は、例えば過渡運転中に比較的高い振動応力を受けることがある。

知られているこれらのダンパは、通常運転中は非常に適正なものとすることができるが、過渡運転中、例えば起動および停止の間、全体的なダンパ効果を改良し、ダンパを軸方向および半径方向で制止し、ダンパの回転を制止してダンパの適切な取付けを確実にすることが望まれる。これらの目的は、全体的なシステム能力を損失または低減せずに受容し達成できるのが好ましい。
米国特許第６，８５１，９３２号、名称「タービンの動翼のための振動ダンパ組立体」（VIBRATION DAMPER ASSEMBLY FOR THE BUCKETS OF A TURBINE） 米国特許第５，１５６，５２８号公報 米国特許第５，２８１，０９７号公報 米国特許第５，４７８，２０７号公報 米国特許第６，３５４，８０３Ｂ１号公報 米国特許第６，３９０，７７５Ｂ１号公報 米国特許第６，７７６，５８３Ｂ１号公報

したがって、本願はタービン動翼用の減衰システムを説明する。減衰システムは、可変の接線方向奥行を備えたダンパポケットと、ダンパポケット内部に設置されたダンパピンとを含む。

動翼は凸面を含み、ダンパポケットは凸面に設置されている。動翼は凹面も含み、動翼は凹面にアンダカットを含む。アンダカットは傾斜面を含む。動翼は、ダンパポケットの周りに設置された１対の支持体を含む。動翼はエーロフォイルを含み、ダンパポケットの可変の接線方向奥行はエーロフォイルの真下で最小となる。ダンパポケットはポケット傾斜面を含み、ダンパピンはピン傾斜面を含む。ダンパポケットは動翼内に機械加工または成型される。ダンパポケットは１対の囲いを含むことができる。ダンパピンは１対のボスを含む。

本願は、タービン動翼用の減衰システムをさらに説明する。減衰システムは、１対の側部囲いを備えた成型されたダンパポケットと、ダンパポケットの内部に設置されたダンパピンとを含む。成型されたダンパポケットは、可変の接線方向奥行を含む。動翼はエーロフォイルを含み、ダンパポケットの可変の接線方向奥行はエーロフォイルの真下で最小となる。

図面および添付の特許請求の範囲と合わせて検討する際、以下の詳細な説明を精査すれば、本願のこれらの特性およびその他の特性が当業者には明らかとなろう。

幾つかの図を通じて同様の要素には同様の番号を付けた図面をまず参照すると、図１および図２は、本明細書で説明する動翼減衰システム１００を示す。動翼減衰システム１００は、或る数の動翼１０５を含む。動翼１０５は、動翼エーロフォイル１１０、プラットフォーム１２０、シャンク１３０、ダブテール１４０、およびその他の要素を含むことができる。図示する動翼１０５は、タービンの回転子にその周りで固定されている周方向に離間した或る数の動翼１０５のうちの１つであるということが理解されよう。上述のように、タービンは通常或る数の回転子ホイールを有し、この回転子ホイールは、軸上または僅かに軸外のダブテール形開口を有して動翼１０５のダブテール１４０を受ける。さらに、エーロフォイル１１０がガス流内へと突出して、回転子の回転によりガス流の運動エネルギーを機械エネルギーに変換することができる。

エーロフォイル１１０は、凸面１５０と凹面１５５とを含む。また、エーロフォイルプラットフォーム１２０は、凸面１５０と凹面１５５との間で延びる前縁１６０と後縁１６５とを含む。動翼１０５の凸面１５０に沿って、概ね軸方向に離間した１対の支持突起１７０を設置することができる。また、反対端では動翼プラットフォーム１２０の内部で前縁１６０から後縁１６５まで凹面１５５に沿ってアンダカット１８０を設置することができる。アンダカット１８０は、動翼１０５の軸方向の長さ部分全体に延びることのできる傾斜面１９０を含む。

図１および図２は、本明細書で説明するダンパポケット２００も示している。ダンパポケット２００は、凸面１５０でちょうど支持突起１７０の上方に設置することができる。ダンパポケット２００は、動翼プラットフォーム１２０の内部で変動可能な接線方向奥行を有することができる。可変の接線方向奥行は、動翼応力を最小にしつつ、効果的な減衰を受容する。ポケット２００は、前端１６０および後端１６５でエーロフォイル１１０の負荷経路から離れる方へ深くすることができる。具体的には、ダンパポケット２００は、エーロフォイルｈｉ‐Ｃ区域の下で浅くすることができる（エーロフォイル１１０の凸面１５０でガス流量がその方向を反転させる点はｈｉ‐Ｃ点として知られている）。この区域での応力は周囲区域よりも概ね高い。こうして、この区域でのダンパポケット２００の奥行の低減は、全体的な動翼応力を低減するのに役立つことになろう。本明細書では、動翼１０５を全体として収容するのにその他の形状および奥行を使用することもできる。

ポケット２００も、一端に傾斜面２１０を有することができる。傾斜面２１０によりダンパピンの適切な取付けが確実になる。これを以下でより詳細に説明する。ダンパポケット２００は、プラットフォーム１２０の内部に機械加工することができる。本明細書ではその他の種類の製造技術を使用することができ、これを以下でより詳細に説明する。

図２は、動翼１０５の使用を、隣接する動翼２２０と共に示す。また、ダンパポケット２００の内部にダンパピン２３０を設置することができる。図示するように、ダンパピン２３０は、軸方向に離間した１対のボス２４０を両端に備えた、細長く概ね三角形の形状の要素とすることができる。ボス２４０は支持突起１７０上に設置することができる。ダンパピン２３０は、都合のよい任意の形状を有してもよい。ダンパピン２３０は、動翼１０５のダンパポケット２００の内部で、隣接する動翼２２０のアンダカット１８０の傾斜面１９０の真下に設置される。図示するように、ポケット２００およびアンダカット１８０のみが部分的にダンパ２３０を取り囲む。こうして、ダンパピン２３０は、組み立て後に中で適切に取り付けられたことを確認することができる。ダンパピン２３０も、一端に傾斜面２５０を有することができる。傾斜面２５０は、ダンパポケット２００の傾斜面２１０を収容するように設計されて、適切な取付けを確実にする。

ダンパピン２３０は、ダンパポケット２００およびアンダカット１８０の内部に、或る遊びまたは空隙を有することができる。一方で、動翼１００がいったん全速力になると、ダンパピン２３０は遠心力を介してダンパポケット２００の上面とアンダカット１８０とに係合するので、両方の動翼１０５、２２０が係合する。こうして、ダンパピン２３０と動翼１０５、２２０との間の接触により、動翼１０５、２２０の振動は散逸される。

したがって、ダンパポケット２００は、ダンパピン２３０をその適切な位置で半径方向および軸方向に制止する。また、動翼１０５が回転しておらず遠心力下にない場合、支持突起１７０がダンパピン２３０を支持する。ダンパポケット２００の傾斜面２１０によっても、ダンパピン２３０の適切な取付けが確実になる。ダンパポケット２００の可変の接線方向奥行は、ｈｉ‐Ｃ区域での応力集中を最小にしつつ、動翼１０５の前端１６０および後端１６５での改良された減衰を可能にする。

図３および図４は、本明細書で説明する動翼減衰システム３００のさらなる実施形態を示す。上述のように、動翼減衰システム３００は、ダンパポケット３１０を備えた動翼３０５を含む。ダンパポケット３１０は、このダンパポケット３１０が機械加工されているのではなく成型されているという点を除けば、ダンパポケット２００に非常に類似している。動翼ポケット３１０も、ダンパピン２３０を完全に取り囲む。具体的には、ダンパポケットは、前端１６０および後端１６５に囲い３２０を有する。囲い３２０はダンパピン２３０を軸方向で制止し、また、シャンクの漏洩断面積を最小にする。一方で、さらにダンパピン２３０を見て、ダンパピン２３０が適切に取り付けられていることを目視検査し確認することができる。

前述のことが本願の好ましい実施形態のみに関連していること、また、特許請求の範囲およびその等価物により定義されるような本発明の一般的な精神および範囲から逸脱することなく、本明細書において当業者により多数の変更および修正を行うことができるということが容易に明らかとなるはずである。

本明細書で説明する動翼振動減衰システムの斜視図である。 隣接する２つの動翼の内部に設置された図１の動翼振動減衰システムの側面図である。 本明細書で説明する動翼振動減衰システムの代替の実施形態の斜視図である。 隣接する２つの動翼の内部に設置された図３の動翼振動減衰システムの側面図である。

符号の説明

１００ 動翼減衰システム
１０５ 動翼
１１０ エーロフォイル
１２０ プラットフォーム
１３０ シャンク
１４０ ダブテール
１５０ 凸面
１５５ 凹面
１６０ 前縁
１６５ 後縁
１７０ 支持体
１８０ アンダカット
１９０ 傾斜面
２００ ダンパポケット
２１０ 傾斜面
２２０ 隣接する 動翼
２３０ ダンパピン
２４０ ボス
２５０ 傾斜面
３００ 動翼減衰システム
３０５ 動翼
３１０ ダンパポケット
３２０ 囲い

Claims (10)

1. タービン動翼（１０５）用の減衰システム（１００）であって、
   エーロフォイル（１１０）と、
   前端（１６０）及び後端（１６５）で最大となり、エーロフォイル（１１０）のｈｉ‐Ｃ点で最小となる可変の接線方向奥行を有するダンパポケット（２００）と、
   前記ダンパポケット（２００）の内部に設置されているダンパピン（２３０）と
   を有する減衰システム。
2. 前記動翼（１０５）が凸面（１５０）を有し、前記ダンパポケット（２００）が前記凸面（１５０）側に設置されている、請求項１記載の減衰システム（１００）。
3. 前記動翼（１０５）が凹面（１５５）を有し、前記動翼（１０５）が前記凹面（１５５）側にアンダカット（１８０）を有する、請求項１又は請求項２記載の減衰システム（１００）。
4. 前記動翼（１０５）が、前記ダンパポケット（２００）の周りに設置された１対の支持体（１７０）を有する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の減衰システム（１００）。
5. 前記アンダカット（１８０）が傾斜面（１９０）を含む、請求項３記載の減衰システム（１００）。
6. 前記ダンパポケット（２００）がポケット傾斜面（２１０）を有し、前記ダンパピン（２３０）がピン傾斜面（２５０）を有する、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の減衰システム（１００）。
7. 前記ダンパポケット（２００）が前記動翼（１０５）内に機械加工される、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の減衰システム（１００）。
8. 前記ダンパポケット（２００）が前記動翼（１０５）内に成型される、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の減衰システム（１００）。
9. 前記ダンパポケット（２００）が１対の囲い（３２０）を有する、請求項８記載の減衰システム（１００）。
10. 前記ダンパピン（２３０）が１対のボス（２４０）を有する、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の減衰システム（１００）。