JP2001027103A - ターボ機械の静翼構造 - Google Patents
ターボ機械の静翼構造Info
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
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- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ターボ機械の動翼の高次の振動モードの共振
を防止する。 【解決手段】 軸流ターボ機械の動翼列の前に設置され
る静翼列６の出口の各静翼１の中間に、外周から軸中心
線に向って垂下する半羽根５を設けたものである。
を防止する。 【解決手段】 軸流ターボ機械の動翼列の前に設置され
る静翼列６の出口の各静翼１の中間に、外周から軸中心
線に向って垂下する半羽根５を設けたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は軸流タービンや軸流
コンプレッサなどのターボ機械の静翼列の構造に係り、
特に動翼の防振が可能なターボ機械の静翼構造に関す
る。
コンプレッサなどのターボ機械の静翼列の構造に係り、
特に動翼の防振が可能なターボ機械の静翼構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図２はターボ機械の１種であるガスター
ビンの一部断面側面図である。ガスタービンは、空気圧
縮機、燃焼器およびタービンからなる。空気取入口から
導入された空気は、空気圧縮機で圧縮されて高圧空気に
なり燃焼器に吹込まれる。燃焼器で燃料と混合されて燃
焼し、高温高圧の燃焼ガスとなり、タービンに送られ
る。タービンでは高温高圧の燃焼ガスのエネルギが動力
に変換され、低温低圧の燃焼ガスとなり排気口から排出
される。タービンで得られた動力エネルギの一部は、空
気圧縮機の駆動に使用され、残部は出力軸に結合された
発電機などの駆動に使用される。図に示すように空気圧
縮機およびタービンは軸流多段タイプである。
ビンの一部断面側面図である。ガスタービンは、空気圧
縮機、燃焼器およびタービンからなる。空気取入口から
導入された空気は、空気圧縮機で圧縮されて高圧空気に
なり燃焼器に吹込まれる。燃焼器で燃料と混合されて燃
焼し、高温高圧の燃焼ガスとなり、タービンに送られ
る。タービンでは高温高圧の燃焼ガスのエネルギが動力
に変換され、低温低圧の燃焼ガスとなり排気口から排出
される。タービンで得られた動力エネルギの一部は、空
気圧縮機の駆動に使用され、残部は出力軸に結合された
発電機などの駆動に使用される。図に示すように空気圧
縮機およびタービンは軸流多段タイプである。
【０００３】空気圧縮機およびタービンの各段は、動翼
列の前に静翼列が配置された構成となっている。図３は
静翼列の斜視図である。図において１は静翼、２は内側
シュラウド、３は外側シュラウドである。静翼列４は図
に示すように、円環状の内外シュラウド２、３の間に多
数の静翼１を植設した構造となっている。
列の前に静翼列が配置された構成となっている。図３は
静翼列の斜視図である。図において１は静翼、２は内側
シュラウド、３は外側シュラウドである。静翼列４は図
に示すように、円環状の内外シュラウド２、３の間に多
数の静翼１を植設した構造となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ターボ機械の動翼は、
流体性能向上の要求から複雑形状の薄い翼になってい
る。このような動翼は、様々な回転数において、様々な
モードの振動を起す。振動のモードは、１次モードが最
も周波数が小さく、２次、３次・・・ｎ次というように
モードの次数が大きくなるに従って周波数が大きくな
る。振動による動翼の変形の形状は、モードの各次数で
異っている。図５は或る形の動翼の振動時の変形の大き
さと形状をコンピュータで計算し、コンピュータグラフ
ィック（ＣＧ）の手法を用いて表示した図面であり、
（Ａ）は１次モード、（Ｂ）は２次モード、（Ｃ）は３
次モード、（Ｄ）は７次モードの各振動の変形の図であ
る。図のように１次モードの振動は動翼の先端側がうち
わのように厚さ方向に前後に曲がる振動であり、２次モ
ードは、動翼の先端側の前縁と後縁が逆方向に曲がるね
じれ振動であり、３次モードは後縁の半月状の部分の面
振動であり、７次モードは動翼先端側中央の楕円状の部
分の面振動である。これらの振動の形状および変形量は
動翼の形状に依存するものである。
流体性能向上の要求から複雑形状の薄い翼になってい
る。このような動翼は、様々な回転数において、様々な
モードの振動を起す。振動のモードは、１次モードが最
も周波数が小さく、２次、３次・・・ｎ次というように
モードの次数が大きくなるに従って周波数が大きくな
る。振動による動翼の変形の形状は、モードの各次数で
異っている。図５は或る形の動翼の振動時の変形の大き
さと形状をコンピュータで計算し、コンピュータグラフ
ィック（ＣＧ）の手法を用いて表示した図面であり、
（Ａ）は１次モード、（Ｂ）は２次モード、（Ｃ）は３
次モード、（Ｄ）は７次モードの各振動の変形の図であ
る。図のように１次モードの振動は動翼の先端側がうち
わのように厚さ方向に前後に曲がる振動であり、２次モ
ードは、動翼の先端側の前縁と後縁が逆方向に曲がるね
じれ振動であり、３次モードは後縁の半月状の部分の面
振動であり、７次モードは動翼先端側中央の楕円状の部
分の面振動である。これらの振動の形状および変形量は
動翼の形状に依存するものである。
【０００５】図６はかかる動翼の振動を解析するために
作図されたキャンベル線図である。横軸は回転数Ｎ、縦
軸は周波数Ｈｚ、多数の斜線の右側の数字は回転の次
数、円は振動応力の測定値の大きさをそれぞれ表してい
る。本図の作成に用いられたタービンの静翼の枚数は２
４枚である。本図からわかるように振動応力の最大値
は、軸回転数が約１８，０００ｒｐｍ、周波数が約７，
２００Ｈｚで７次の振動モードで現れており、そのとき
の回転の次数は２４で静翼の枚数に一致している。この
ことから、静翼の枚数をｎ、軸回転数をＮとするとｎＮ
／６０が動翼の７次振動モードにおける固有振動数と一
致したとき共振し、大きな振動応力が発生することがわ
かる。高次モードの振動の大きな振動応力が動翼の先端
や後縁など翼の薄い部分に発生するとその付近から疲労
破壊が進行する。
作図されたキャンベル線図である。横軸は回転数Ｎ、縦
軸は周波数Ｈｚ、多数の斜線の右側の数字は回転の次
数、円は振動応力の測定値の大きさをそれぞれ表してい
る。本図の作成に用いられたタービンの静翼の枚数は２
４枚である。本図からわかるように振動応力の最大値
は、軸回転数が約１８，０００ｒｐｍ、周波数が約７，
２００Ｈｚで７次の振動モードで現れており、そのとき
の回転の次数は２４で静翼の枚数に一致している。この
ことから、静翼の枚数をｎ、軸回転数をＮとするとｎＮ
／６０が動翼の７次振動モードにおける固有振動数と一
致したとき共振し、大きな振動応力が発生することがわ
かる。高次モードの振動の大きな振動応力が動翼の先端
や後縁など翼の薄い部分に発生するとその付近から疲労
破壊が進行する。
【０００６】このような動翼の高次振動を防止するため
翼形状を変更し、翼の厚さを厚くして共振を避けること
が考えられる。しかし、このような対策はターボ機械の
性能の劣化や設計条件の見直しなどの問題が生じる。
翼形状を変更し、翼の厚さを厚くして共振を避けること
が考えられる。しかし、このような対策はターボ機械の
性能の劣化や設計条件の見直しなどの問題が生じる。
【０００７】動翼の振動を防ぐため、ダンパを設けるこ
とが行われる。図４は、かかるダンパの１例として動翼
８の先端にＺ形シュラウド９を設けたものの斜視図であ
る。Ｚ形シュラウド９により隣り合う翼との間に拘束力
が生じて防振が達成される。このようなダンパは上記Ｚ
形シュラウド９に限られず動翼の高さ方向の中間にスナ
パーを設け、隣り合う翼の間に拘束力を持たせたもの、
動翼の中間に小孔を穿設し、その中にレーシングワイヤ
を連続して貫通させ、レーシングワイヤと動翼との間の
摩擦力により防振を行うものなどがある。しかし、この
ようなダンパは、翼性能の低下をもたらすとともに、構
造の複雑化によるコストアップをもたらす。
とが行われる。図４は、かかるダンパの１例として動翼
８の先端にＺ形シュラウド９を設けたものの斜視図であ
る。Ｚ形シュラウド９により隣り合う翼との間に拘束力
が生じて防振が達成される。このようなダンパは上記Ｚ
形シュラウド９に限られず動翼の高さ方向の中間にスナ
パーを設け、隣り合う翼の間に拘束力を持たせたもの、
動翼の中間に小孔を穿設し、その中にレーシングワイヤ
を連続して貫通させ、レーシングワイヤと動翼との間の
摩擦力により防振を行うものなどがある。しかし、この
ようなダンパは、翼性能の低下をもたらすとともに、構
造の複雑化によるコストアップをもたらす。
【０００８】本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み案
出されたもので、動翼の形状を何らの変更することな
く、また、ダンパを付加することなしに動翼の共振を防
止することができるターボ機械の静翼構造を提供するこ
とを目的とする。
出されたもので、動翼の形状を何らの変更することな
く、また、ダンパを付加することなしに動翼の共振を防
止することができるターボ機械の静翼構造を提供するこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のターボ機械の静翼構造は、軸流ターボ機械
の動翼列の前に設置される静翼列の出口の各静翼の中間
に外周から軸中心線に向って垂下する半羽根を設けたも
のである。
め、本発明のターボ機械の静翼構造は、軸流ターボ機械
の動翼列の前に設置される静翼列の出口の各静翼の中間
に外周から軸中心線に向って垂下する半羽根を設けたも
のである。
【００１０】軸流ターボ機械は、タービンであってもよ
いし、空気圧縮機であってもよい。
いし、空気圧縮機であってもよい。
【００１１】半羽根の高さは、静翼の高さの１／５〜１
／３であるのが好ましい。
／３であるのが好ましい。
【００１２】次に、本発明の作用を説明する。静翼列の
各静翼の間隔の中央に半羽根を設けると各動翼の先端側
に対して、見かけ上静翼の枚数が２倍になったと同様な
ウェークによる起振力が加えられることになる。そのた
め、共振回転数は半減されるし、同じ回転数であれば起
振周波数は２倍になるので、従来動翼に起っていた定格
回転数付近での高次モードの共振は起らず、過大な翼振
動を防ぐことができ、動翼の疲労破壊を防ぐことができ
る。なお、半羽根は小型なのでターボ機械の性能に対す
る影響は少ない。
各静翼の間隔の中央に半羽根を設けると各動翼の先端側
に対して、見かけ上静翼の枚数が２倍になったと同様な
ウェークによる起振力が加えられることになる。そのた
め、共振回転数は半減されるし、同じ回転数であれば起
振周波数は２倍になるので、従来動翼に起っていた定格
回転数付近での高次モードの共振は起らず、過大な翼振
動を防ぐことができ、動翼の疲労破壊を防ぐことができ
る。なお、半羽根は小型なのでターボ機械の性能に対す
る影響は少ない。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の１実施形態ににつ
いて図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明のター
ボ機械の静翼構造の部分斜視図である。本図では図３を
用いて説明した従来の静翼構造と共通の部分について
は、同一の符号を付している。図において、６はタービ
ンまたは空気圧縮機であるターボ機械の図示しない動翼
列の前に設置される静翼列である。静翼列６は円環状の
内側シュラウド２と外側シュラウド３との間に多数の静
翼１を放射状に植設した構造となっている。５は半羽根
であり、静翼列６の出口７の各静翼１の中央に外周側の
外側シュラウド３から図示しない軸中心線に向って垂下
して設けられている。半羽根５の高さは静翼１の高さの
１／５〜１／３であるのが好ましいし、半羽根５の幅は
静翼１の幅の１／３〜１／２であるのが好ましい。半羽
根５は図のようにほぼ３角形状をしている。
いて図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明のター
ボ機械の静翼構造の部分斜視図である。本図では図３を
用いて説明した従来の静翼構造と共通の部分について
は、同一の符号を付している。図において、６はタービ
ンまたは空気圧縮機であるターボ機械の図示しない動翼
列の前に設置される静翼列である。静翼列６は円環状の
内側シュラウド２と外側シュラウド３との間に多数の静
翼１を放射状に植設した構造となっている。５は半羽根
であり、静翼列６の出口７の各静翼１の中央に外周側の
外側シュラウド３から図示しない軸中心線に向って垂下
して設けられている。半羽根５の高さは静翼１の高さの
１／５〜１／３であるのが好ましいし、半羽根５の幅は
静翼１の幅の１／３〜１／２であるのが好ましい。半羽
根５は図のようにほぼ３角形状をしている。
【００１４】次に、本実施形態の作用を説明する。静翼
列６の各静翼１の間隔の中央に半羽根５を設けると、各
動翼８の先端側に対しては、見かけ上静翼１の枚数が２
倍になったと同様なウェークによる起振力が加えられる
ことになる。そのため共振回転数は半減されるし、同じ
回転数であれば起振周波数は２倍になるので、従来動翼
８に起っていた定格回転数付近での高次モードの共振は
起らず、過大な翼振動を防ぐことができ、動翼８の疲労
破壊を防ぐことができる。なお、半羽根５は小型なので
ターボ機械の性能に対する影響は少い。
列６の各静翼１の間隔の中央に半羽根５を設けると、各
動翼８の先端側に対しては、見かけ上静翼１の枚数が２
倍になったと同様なウェークによる起振力が加えられる
ことになる。そのため共振回転数は半減されるし、同じ
回転数であれば起振周波数は２倍になるので、従来動翼
８に起っていた定格回転数付近での高次モードの共振は
起らず、過大な翼振動を防ぐことができ、動翼８の疲労
破壊を防ぐことができる。なお、半羽根５は小型なので
ターボ機械の性能に対する影響は少い。
【００１５】本発明は以上説明した実施形態に限られる
ものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変
更が可能である。たとえば、半羽根５を各静翼１の間隔
の中央に１枚ずつ設ける例について説明したが、間隔を
３等分して２枚ずつ設けてもよい。
ものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変
更が可能である。たとえば、半羽根５を各静翼１の間隔
の中央に１枚ずつ設ける例について説明したが、間隔を
３等分して２枚ずつ設けてもよい。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のターボ機
械の静翼構造は、各静翼の中間に半羽根を設けたので各
動翼に対し、見かけ上静翼の枚数が２倍になったのと同
様なウェークによる起振力が加えられることになる。そ
の結果、動翼には定格回転数付近での高次モードの共振
を回避することができ、過大な翼振動による動翼の疲労
破壊を防ぐことができるなどの優れた効果がある。
械の静翼構造は、各静翼の中間に半羽根を設けたので各
動翼に対し、見かけ上静翼の枚数が２倍になったのと同
様なウェークによる起振力が加えられることになる。そ
の結果、動翼には定格回転数付近での高次モードの共振
を回避することができ、過大な翼振動による動翼の疲労
破壊を防ぐことができるなどの優れた効果がある。
【図１】本発明のターボ機械の静翼構造の部分斜視図で
ある。
ある。
【図２】ガスタービンの一部断面側面図である。
【図３】従来のターボ機械の静翼構造の部分斜視図であ
る。
る。
【図４】ダンパ付動翼の斜視図である。
【図５】動翼の振動状況をＣＧを用いて表示した図であ
る。
る。
【図６】キャンベル線図である。
１ 静翼 ２ 内側シュラウド ３ 外側シュラウド ５ 半羽根 ６ 静翼列 ８ 動翼
Claims (4)
- 【請求項１】 軸流ターボ機械の動翼列の前に設置され
る静翼列の出口の各静翼の中間に外周から軸中心線に向
って垂下する半羽根を設けたことを特徴とするターボ機
械の静翼構造。 - 【請求項２】 軸流ターボ機械はタービンである請求項
１記載のターボ機械の静翼構造。 - 【請求項３】 軸流ターボ機械は空気圧縮機である請求
項１記載のターボ機械の静翼構造。 - 【請求項４】 半羽根の高さは静翼の高さの１／５〜１
／３である請求項１ないし請求項３記載のターボ機械の
静翼構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11200066A JP2001027103A (ja) | 1999-07-14 | 1999-07-14 | ターボ機械の静翼構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11200066A JP2001027103A (ja) | 1999-07-14 | 1999-07-14 | ターボ機械の静翼構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001027103A true JP2001027103A (ja) | 2001-01-30 |
Family
ID=16418285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11200066A Pending JP2001027103A (ja) | 1999-07-14 | 1999-07-14 | ターボ機械の静翼構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001027103A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004211705A (ja) * | 2002-12-30 | 2004-07-29 | General Electric Co <Ge> | バケット固有振動数を調整するための方法及び装置 |
| JP2010138896A (ja) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Man Diesel Se | ターボチャージャにおける振動の低減 |
| EP2799721A1 (fr) * | 2013-05-03 | 2014-11-05 | Techspace Aero S.A. | Redresseur de turbomachine axiale avec ailerons en pied d'aubes |
| EP3163028A1 (en) * | 2015-10-26 | 2017-05-03 | General Electric Company | Compressor apparatus |
| US9874221B2 (en) | 2014-12-29 | 2018-01-23 | General Electric Company | Axial compressor rotor incorporating splitter blades |
| US9938984B2 (en) | 2014-12-29 | 2018-04-10 | General Electric Company | Axial compressor rotor incorporating non-axisymmetric hub flowpath and splittered blades |
| US10465555B2 (en) | 2014-11-17 | 2019-11-05 | Ihi Corporation | Airfoil for axial flow machine |
-
1999
- 1999-07-14 JP JP11200066A patent/JP2001027103A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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