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特開2025-16425タービンブレードの制振装置用バネ懸架式軸受部材付きダンパエレメント
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025016425
(43)【公開日】2025-02-04
(54)【発明の名称】タービンブレードの制振装置用バネ懸架式軸受部材付きダンパエレメント
(51)【国際特許分類】
F01D 5/16 20060101AFI20250128BHJP
F01D 25/06 20060101ALI20250128BHJP
B33Y 80/00 20150101ALI20250128BHJP
【ＦＩ】
F01D5/16
F01D25/06
B33Y80/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024089082
(22)【出願日】2024-05-31
(31)【優先権主張番号】18/343,928
(32)【優先日】2023-06-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】515322297
【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ８， ５４００ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】110002848
【氏名又は名称】弁理士法人ＮＩＰ＆ＳＢＰＪ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】スナイダー、ザカリー ジョン
(57)【要約】 （修正有）
【課題】バネ懸架軸受部材付タービンブレード用ダンパエレメント及び振動減衰システムを提供する。
【解決手段】振動減衰システム用のダンパエレメントは、タービン内の回転ブレードの本体開口に使用し得る。ダンパエレメントは、本体開口内に軸方向位置が固定されたベース部材と、バネ懸架軸受部材であって、バネの第１の端部でベース部材に固定連結されたバネ及びバネの第２の端部に結合した軸受部材を有するバネ懸架軸受部材とを含む。所定の回転速度よりも高い回転ブレードの回転に起因する遠心力の影響下で、バネが弾性的に伸長した状態で、軸受部材は、振動を減衰させるために軸受面に摩擦係合する。バネ懸架軸受部材は、バネを使用して反作用力低減を提供することによって、回転ブレードの遠心力の衝撃の低減を経験する摩擦式振動減衰境界を提供する。
【選択図】図１３
【解決手段】振動減衰システム用のダンパエレメントは、タービン内の回転ブレードの本体開口に使用し得る。ダンパエレメントは、本体開口内に軸方向位置が固定されたベース部材と、バネ懸架軸受部材であって、バネの第１の端部でベース部材に固定連結されたバネ及びバネの第２の端部に結合した軸受部材を有するバネ懸架軸受部材とを含む。所定の回転速度よりも高い回転ブレードの回転に起因する遠心力の影響下で、バネが弾性的に伸長した状態で、軸受部材は、振動を減衰させるために軸受面に摩擦係合する。バネ懸架軸受部材は、バネを使用して反作用力低減を提供することによって、回転ブレードの遠心力の衝撃の低減を経験する摩擦式振動減衰境界を提供する。
【選択図】図１３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
タービン（１０８）の回転ブレード（１１４）の本体開口（１６０）における振動減衰システム（２２０）用のダンパエレメント（２７０）であって、当該ダンパエレメント（２７０）が、
前記本体開口（１６０）内で固定された軸方向位置を有するベース部材（２７２）と、
バネ懸架軸受部材（２７４）であって、バネ（２８０）の第１の端部（２８２）で前記ベース部材（２７２）に固定連結されたバネ（２８０）及び前記バネ（２８０）の第２の端部（２８８）に連結された軸受部材（２８６）を有するバネ懸架軸受部材（２７４）と
を備えており、前記バネ（２８０）が、所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレード（１１４）の回転によって生じる遠心力の影響下で弾性伸長した状態で、前記軸受部材（２８６）が第１の軸受面（２９０）と摩擦係合して振動を減衰させる、ダンパエレメント（２７０）。
前記本体開口（１６０）内で固定された軸方向位置を有するベース部材（２７２）と、
バネ懸架軸受部材（２７４）であって、バネ（２８０）の第１の端部（２８２）で前記ベース部材（２７２）に固定連結されたバネ（２８０）及び前記バネ（２８０）の第２の端部（２８８）に連結された軸受部材（２８６）を有するバネ懸架軸受部材（２７４）と
を備えており、前記バネ（２８０）が、所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレード（１１４）の回転によって生じる遠心力の影響下で弾性伸長した状態で、前記軸受部材（２８６）が第１の軸受面（２９０）と摩擦係合して振動を減衰させる、ダンパエレメント（２７０）。
【請求項2】
前記バネ（２８０）のバネ定数及び前記軸受部材（２８６）と前記バネ（２８０）の集合質量が、前記所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレード（１１４）の回転によって生じる遠心力に応答して、第１の軸受面（２９０）との係合から外れた位置から第１の軸受面（２９０）との摩擦係合位置に前記軸受部材（２８６）の移動できるように構成される、請求項１に記載のダンパエレメント（２７０）。
【請求項3】
前記ベース部材（２７２）が第１の側面（２９４）及び第２の側面（２９６）を有し、前記バネ（２８０）が、前記ベース部材（２７２）の第１の側面（２９４）から前記軸受部材（２８６）まで延在する複数の部分的螺旋状コイル（３００）を含む、請求項１に記載のダンパエレメント（２７０）。
【請求項4】
各部分的螺旋状コイル（３００）が、前記ベース部材（２７２）の中心軸に対する第１の周方向位置で前記ベース部材（２７２）の第１の側面（２９４）に結合した第１の端部（３０２）と、前記ベース部材（２７２）の中心軸に対して第１の周方向位置とは異なる第２の周方向位置で前記軸受部材（２８６）に結合した第２の端部（３０４）とを含む、請求項３記載のダンパエレメント（２７０）。
【請求項5】
各部分的螺旋状コイル（３００）の第１の端部（３０２）が、前記ベース部材（２７２）の第１の側面（２９４）に垂直な角度で結合し、各部分的螺旋状コイル（３００）の第２の端部（３０４）が、前記軸受部材（２８６）に垂直な角度で結合している、請求項４に記載のダンパエレメント（２７０）。
【請求項6】
第１の端部（３１２）及び第２の端部（３１４）を有する位置決め部材（３１０）をさらに備えており、前記位置決め部材（３１０）が、前記位置決め部材（３１０）の第１の端部（３１２）で前記ベース部材（２７２）の第１の側面（２９４）から延在してそこから延在しており、前記位置決め部材（３１０）が前記バネ（２８０）に隣接して延在している、請求項３記載のダンパエレメント（２７０）。
【請求項7】
第１の軸受面（２９０）が、前記ベース部材（２７２）の第２の側面（２９６）にあり、前記位置決め部材（３１０）の第２の端部（３１４）が、前記ベース部材（２７２）の第２の側面（２９６）の第２の軸受面（３２０）と摩擦係合して振動を減衰させるように構成されている、請求項６に記載のダンパエレメント（２７０）。
【請求項8】
前記位置決め部材（３１０）が、前記本体開口（１６０）内での前記ベース部材（２７２）の軸方向位置を固定し、かつ前記バネ（２８０）が、前記軸受部材（２８６）を、
所定の回転速度よりも低い速度で回転ブレード（１１４）が回転し、かつ前記バネ（２８０）が完全には伸長していない状態では、第１の軸受面（２９０）から所定の距離に、かつ
所定の回転速度よりも高い速度で回転ブレード（１１４）が回転し、かつ前記バネ（２８０）が弾性的に伸長した状態では、振動を減衰させるように第１の軸受面（２９０）と摩擦係合するように、
位置決めする、請求項６に記載のダンパエレメント（２７０）。
所定の回転速度よりも低い速度で回転ブレード（１１４）が回転し、かつ前記バネ（２８０）が完全には伸長していない状態では、第１の軸受面（２９０）から所定の距離に、かつ
所定の回転速度よりも高い速度で回転ブレード（１１４）が回転し、かつ前記バネ（２８０）が弾性的に伸長した状態では、振動を減衰させるように第１の軸受面（２９０）と摩擦係合するように、
位置決めする、請求項６に記載のダンパエレメント（２７０）。
【請求項9】
第１の軸受面（２９０）が、隣接ダンパエレメント（２７０）のベース部材（２７２）の側面及び前記回転ブレード（１１４）の本体開口（１６０）の端面（２１０）のいずれかに位置する、請求項１に記載のダンパエレメント（２７０）。
【請求項10】
前記ベース部材（２７２）、前記バネ（２８０）及び前記軸受部材（２８６）が積層造形され、一体に結合している、請求項１に記載のダンパエレメント（２７０）。
【請求項11】
回転ブレード（１１４）のための振動減衰システム（２２０）であって、当該振動減衰システム（２２０）が、
前記回転ブレード（１１４）に画成された本体開口（１６０）内に配置される複数のスタック式ダンパエレメント（２７０）
を備えており、各ダンパエレメント（２７０）が、
前記本体開口（１６０）内で固定された軸方向位置を有するベース部材（２７２）と、
バネ懸架軸受部材（２７４）であって、バネ（２８０）の第１の端部（２８２）で前記ベース部材（２７２）に固定連結されたバネ（２８０）及び前記バネ（２８０）の第２の端部（２８８）に連結された軸受部材（２８６）を有するバネ懸架軸受部材（２７４）と
を備えており、
所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレード（１１４）の回転に起因する遠心力の影響下で前記バネ（２８０）が弾性的に伸長した状態で、前記軸受部材（２８６）が第１の軸受面（２９０）に摩擦係合して振動を減衰させる、振動減衰システム（２２０）。
前記回転ブレード（１１４）に画成された本体開口（１６０）内に配置される複数のスタック式ダンパエレメント（２７０）
を備えており、各ダンパエレメント（２７０）が、
前記本体開口（１６０）内で固定された軸方向位置を有するベース部材（２７２）と、
バネ懸架軸受部材（２７４）であって、バネ（２８０）の第１の端部（２８２）で前記ベース部材（２７２）に固定連結されたバネ（２８０）及び前記バネ（２８０）の第２の端部（２８８）に連結された軸受部材（２８６）を有するバネ懸架軸受部材（２７４）と
を備えており、
所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレード（１１４）の回転に起因する遠心力の影響下で前記バネ（２８０）が弾性的に伸長した状態で、前記軸受部材（２８６）が第１の軸受面（２９０）に摩擦係合して振動を減衰させる、振動減衰システム（２２０）。
【請求項12】
前記バネ（２８０）のバネ定数及び前記軸受部材（２８６）と前記バネ（２８０）の集合質量が、所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレード（１１４）の回転によって生じる遠心力に応答して、第１の軸受面（２９０）との係合から外れた位置から第１の軸受面（２９０）との摩擦係合位置に前記軸受部材（２８６）を移動できるように構成される、請求項１１に記載の振動減衰システム（２２０）。
【請求項13】
前記ベース部材（２７２）が第１の側面（２９４）及び第２の側面（２９６）を有し、前記バネ（２８０）が、前記ベース部材（２７２）の第１の側面（２９４）から前記軸受部材（２８６）まで延在する複数の部分的螺旋状コイル（３００）を含む、請求項１１に記載の振動減衰システム（２２０）。
【請求項14】
各部分的螺旋状コイル（３００）が、前記ベース部材（２７２）の中心軸に対する第１の周方向位置で前記ベース部材（２７２）の第１の側面（２９４）に結合した第１の端部（３０２）と、前記ベース部材（２７２）の中心軸に対して第１の周方向位置とは異なる第２の周方向位置で前記軸受部材（２８６）に結合した第２の端部（３０４）とを含む、請求項１３に記載の振動減衰システム（２２０）。
【請求項15】
各部分的螺旋状コイル（３００）の第１の端部（３０２）が前記ベース部材（２７２）の第１の側面（２９４）に垂直な角度で結合し、各部分的螺旋状コイル（３００）の第２の端部（３０４）が前記軸受部材（２８６）に垂直な角度で結合している、請求項１４に記載の振動減衰システム（２２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、回転ブレードにおける振動の減衰に関する。さらに具体的には、本開示は、各々バネ懸架軸受部材を有する複数のダンパエレメントを含む振動減衰システムに関する。
【背景技術】
【0002】
タービン運転における懸念の１つは、回転するタービンブレードが運転中に振動応力を受ける傾向があることである。多くの施設では、タービンは頻繁な加速及び減速条件下で運転される。タービンの加速又は減速時に、ブレードの翼形部は、少なくとも瞬間的にある共振周波数での振動応力を受け、多くの場合、二次又は三次周波数での振動応力を受ける。ノズル翼形部にも同様の振動応力が加わる。例えば、ガス温度、圧力及び／又は密度の変動は、ロータアセンブリ全体、特にブレード翼形部内で振動を励起するおそれがある。タービン及び／又は圧縮機セクションの上流で周期的又は「脈動」的に排出されるガスも、不都合な振動を励起するおそれがある。翼形部が振動応力に付されると、その振動の振幅は、ガスタービンの運転及び／又は部品の寿命に悪影響を与えかねないところまで容易に高まるおそれがある。従来、振動を減衰させるためにタービンブレード内のスタック式中実ダンパエレメンが使用されてきたが、遠心力によってダンパエレメント同士がロックされ、振動減衰能力が低下又はなくなってしまうおそれがある。
【発明の概要】
【0003】
以下に挙げるすべての態様、具体例及び特徴は、技術的に可能な方法で組合せることができる。
【0004】
本開示の態様は、タービンの回転ブレードの本体開口における振動減衰システム用のダンパエレメントを提供し、ダンパエレメントは、本体開口内で固定された軸方向位置を有するベース部材と、バネ懸架軸受部材であって、バネの第１の端部でベース部材に固定連結されたバネ及びバネの第２の端部に連結された軸受部材を有するバネ懸架軸受部材とを備えており、バネは、所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレードの回転によって生じる遠心力の影響下で弾性伸長状態を達成するように構成され、バネの弾性伸長状態が、軸受部材を第１の軸受面と摩擦係合させて振動を減衰させる。
【0005】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、バネのバネ定数及び軸受部材とバネの集合質量が、所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレードの回転によって生じる遠心力に応答して、第１の軸受面との係合から外れた位置から第１の軸受面との摩擦係合位置に軸受部材を移動できるようにように構成される。
【0006】
本開示の他の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ベース部材は、第１の側面及び第２の側面を有し、バネは、ベース部材の第１の側面から軸受部材まで延在する複数の部分的螺旋状コイルを含む。
【0007】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、各部分的螺旋状コイルは、ベース部材の中心軸に対する第１の周方向位置でベース部材の第１の側面に結合した第１の端部と、ベース部材の中心軸に対して第１の周方向位置とは異なる第２の周方向位置で軸受部材に結合した第２の端部とを含む。
【0008】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、各部分的螺旋状コイルの第１の端部は、ベース部材の第１の側面に垂直な角度で結合し、各部分的螺旋状コイルの第２の端部は、軸受部材に垂直な角度で結合している。
【0009】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第１の端部及び第２の端部を有する位置決め部材をさらに備えており、位置決め部材は、位置決め部材の第１の端部でベース部材の第１の側面に結合してそこから延在しており、位置決め部材はバネに隣接して延在する。
【0010】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ダンパエレメントは、スタック構成で配置された複数の同一のダンパエレメントの第１のダンパエレメントであり、第１のダンパエレメントの軸受部材に係合する第１の軸受面は、隣接ダンパエレメントのベース部材の第２の側面にあり、位置決め部材の第２の端部は、隣接ダンパエレメントのベース部材の第２の側面の第２の軸受面と摩擦係合して振動を減衰させるように構成されている。
【0011】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、位置決め部材は、複数のダンパエレメントのうちの隣接ダンパエレメントに対して本体開口内でのベース部材の軸方向位置を固定するように構成され、バネは、所定の回転速度よりも低い速度で回転ブレードが回転し、かつバネが完全には伸長していない状態で、軸受部材を隣接ダンパエレメントの第１の軸受面から所定の距離に位置決めし、所定の回転速度よりも高い速度で回転ブレードが回転し、かつバネが弾性的に伸長した状態で、隣接ダンパエレメントの第１の軸受面に摩擦係合して、振動を減衰させる。
【0012】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第１の軸受面は、隣接ダンパエレメントのベース部材の側面及び回転ブレードの本体開口の端面のいずれかに位置する。
【0013】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ベース部材、バネ及び軸受部材は、積層造形され、一体的に結合される。
【0014】
本開示の別の態様は、タービンの回転ブレードのための振動減衰システムを包含しており、振動減衰システムは、回転ブレードに画成された本体開口内に配置される複数のスタック式ダンパエレメントであって、各ダンパエレメントが、本体開口内で固定された軸方向位置を有するベース部材と、バネ懸架軸受部材であって、バネの第１の端部でベース部材に固定連結されたバネ及びバネの第２の端部に連結された軸受部材を有するバネ懸架軸受部材とを備えており、所定の回転速度よりも高い回転速度での回転による遠心力の影響下で、バネは弾性的に伸長した状態にあり、軸受部材は第１の軸受面に摩擦係合して振動を減衰させる。
【0015】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、バネのバネ定数及び軸受部材とバネの集合質量が、所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレードの回転によって生じる遠心力に応答して、第１の軸受面との係合から外れた位置から第１の軸受面との摩擦係合位置に軸受部材を移動できるようにように構成される。
【0016】
本開示の他の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ベース部材は、第１の側面及び第２の側面を有し、バネは、ベース部材の第１の側面から軸受部材まで延在する複数の部分的螺旋状コイルを含む。
【0017】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、各部分的螺旋状コイルは、ベース部材の中心軸に対する第１の周方向位置でベース部材の第１の側面に結合した第１の端部と、ベース部材の中心軸に対して第１の周方向位置とは異なる第２の周方向位置で軸受部材に結合した第２の端部とを含む。
【0018】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、各部分的螺旋状コイルの第１の端部は、ベース部材の第１の側面に垂直な角度で結合し、各部分的螺旋状コイルの第２の端部は、軸受部材に垂直な角度で結合している。
【0019】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、各ダンパエレメントは、第１の端部及び第２の端部を有する位置決め部材をさらに含んでおり、位置決め部材は、位置決め部材の第１の端部でベース部材の第１の側面に結合してそこから延在しており、位置決め部材はバネに隣接して延在している。
【0020】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第１のダンパエレメントによって摩擦係合する第１の軸受面は、第２の隣接ダンパエレメントのベース部材の第１の側面と反対側の第２の隣接ダンパエレメントのベース部材の第２の側面にあり、第１のダンパエレメントの位置決め部材は、第２の軸受面と摩擦係合するように構成されている第２の隣接ダンパエレメントのベース部材の第２の側面に隣接ダンパエレメントの振動を減衰させ、第１のダンパエレメントの位置決め部材は、第１のダンパエレメントの本体開口及びバネ内における第２の隣接ダンパエレメントのベース部材の軸方向位置を固定し、回転ブレードが所定の回転速度よりも低い速度で回転し、バネが完全には伸長していない状態で、第１のダンパエレメントの軸受部材を、第１の軸受面から所定の距離に位置決めし、所定の回転速度よりも高い速度で回転ブレードが回転し、かつバネが弾性的に伸長した状態で第１の軸受面に摩擦係合して振動を減衰させる。
【0021】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第１の軸受面は、隣接ダンパエレメントのベース部材の側面及び回転ブレードの本体開口の端面の一方に位置する。
【0022】
本開示の別の態様は、タービンにおける回転ブレードのための振動減衰システムに関し、振動減衰システムは、回転ブレードに画成された本体開口内に配置される複数のスタック式ダンパエレメントを備えていて、各ダンパエレメントは、第１の側面と第２の側面を有するベース部材と、第１の端部及び第２の端部とを有するバネであって、バネの第１の端部でベース部材の第１の側面に結合するバネと、バネの第２の端部に結合した軸受部材と、第１の端部及び第２の端部を有する位置決め部材であって、位置決め部材の第１の端部でベース部材の第１の側面に結合し、かつバネに隣接して延在する位置決め部材とを備えており、バネは、所定の回転速度よりも低い速度で回転ブレードが回転し、かつバネが完全には伸長していない状態で、軸受部材を第１の軸受面から所定の距離に位置決めし、所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレードの回転に起因する遠心力の影響下で弾性的に伸長したバネで第１の軸受面を摩擦係合して、振動を減衰させる。
【0023】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、本体開口内の複数のスタック式ダンパエレメントのうち、半径方向に最も外側のダンパエレメントを除くすべてのダンパエレメントについて、第１の軸受面は、隣接ダンパエレメントのベース部材の第２の側面を含む。
【0024】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、本体開口内の複数のスタック式ダンパエレメントのうちの半径方向に最も外側のダンパエレメントについて、第１の軸受面は、回転ブレードに画成された本体開口の端面を含む。
【0025】
本開示の別の態様は、タービンの回転ブレードの本体開口における振動減衰システム用のダンパエレメントを包含し、ダンパエレメントは、本体開口内に固定された軸方向位置を有するベース部材と、バネ懸架軸受部材であって、皿バネの中心でベース部材に固定連結された皿バネ及び皿バネの第１の側面にその外周部で連結された軸受部材を含むバネ懸架軸受部材とを備えており、軸受部材は、皿バネの第１の側面から半径方向遠位側に延在しており、所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレードの回転によって生じる遠心力の影響下で皿バネが弾性伸長した状態で、軸受部材が第１の軸受面に摩擦係合して振動を減衰させる。
【0026】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、皿バネのバネ定数及び軸受部材と皿バネの集合質量が、所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレードの回転によって生じる遠心力に応答して、第１の軸受面との係合から外れた位置から第１の軸受面との摩擦係合位置に皿バネを移動できるようにように構成される。
【0027】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ダンパエレメントは、スタック構成で配置された複数の同一のダンパエレメントの第１のダンパエレメントであり、第１のダンパエレメントの軸受部材に係合する第１の軸受面は、第２の隣接ダンパエレメントの第１の側面と反対側の第２の隣接ダンパエレメントの皿バネの第２の側面及び本体開口の端面の一方である。
【0028】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ベース部材は、隣接ダンパエレメントのベース部材の第２の端面と嵌合するように構成された第１の端面を有する長尺体を含む。
【0029】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ベース部材は、長尺体と同心に配置され、皿バネの第２の側面に当接する位置決めカラーをさらに含む。
【0030】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ベース部材、皿バネ及び軸受部材は、積層造形され、一体的に結合される。
【0031】
本開示の別の態様は、回転ブレード用の振動減衰システムを含んでおり、振動減衰システムは、回転ブレードに画成された本体開口内にスタック配置で配置される複数のダンパエレメントを備えていて、各ダンパエレメントは、本体開口内で固定された軸方向位置を有するベース部材と、皿バネの中心でベース部材に固定連結された皿バネと、皿バネの第１の側面にその外周部で連結された軸受部材とを含むバネ懸架軸受部材とを備えており、軸受部材は、皿バネの第１の側面から半径方向遠位側に延在しており、所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレードの回転によって生じる遠心力の影響下で皿バネが弾性伸長した状態で、軸受部材が第１の軸受面に摩擦係合して振動を減衰させる。
【0032】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、皿バネのバネ定数及び軸受部材と皿バネの集合質量が、回転ブレードの回転に起因する遠心力に応答して、第１の軸受面との係合から外れた位置から第１の軸受面との摩擦係合位置に軸受部材を移動できるように構成される。
【0033】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、複数のダンパエレメントは、第１のダンパエレメントと第２の隣接ダンパエレメントとを備えており、第１のダンパエレメントの軸受部材に係合する第１の軸受面は、第２の隣接ダンパエレメントの皿バネの第１の側面と対向する第２の隣接ダンパエレメントの皿バネの第２の側面及び本体開口の端面の一方である。
【0034】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ベース部材は、隣接ダンパエレメントのベース部材の第２の端面と嵌合するように構成された第１の端面を有する長尺体を含む。
【0035】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ベース部材は、長尺体と同心に配置され、皿バネの第２の側面に当接する位置決めカラーをさらに含む。
【0036】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、複数のダンパエレメントは、積層造形され、一体的に結合される。
【0037】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、各ダンパエレメントのベース部材、皿バネ及び軸受部材は、積層造形され、一体的に結合される。
【0038】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ボディ開口における複数のダンパエレメントのうち、半径方向に最も外側のダンパエレメントの軸受部材は、回転ブレードに画成されたボディ開口部の端面に摩擦係合する。
【0039】
本開示の別の態様は、タービンにおける回転ブレードのための振動減衰システムを含んでおり、振動減衰システムは、回転ブレードに画成された本体開口内に配置される複数のスタック式ダンパエレメントを備えていて、各ダンパエレメントは、本体開口内で固定された軸方向位置を有するベース部材と、皿バネの中心でベース部材に固定連結された皿バネと、皿バネの第１の側面にその外周部で連結された軸受部材とを含むバネ懸架軸受部材とを備えており、軸受部材は、皿バネの第１の側面から半径方向遠位側に延在しており、複数のダンパエレメントのうちの第１のダンパエレメントの皿バネは、所定の回転速度よりも低い速度で回転ブレードが回転し、かつ皿バネが完全には伸長していない状態で、第１のダンパエレメントの軸受部材を第１の軸受面から所定の距離に位置決めし、所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレードの回転に起因する遠心力の影響下で弾性的に伸長した第１の皿バネで第１の軸受面を摩擦係合して、振動を減衰させる。
【0040】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第１の軸受面は、第２の隣接ダンパエレメントの皿バネの第１の側面と反対側の第２の隣接ダンパエレメントの皿バネの第２の側面及び本体開口の端面の一方である。
【0041】
本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ベース部材は、皿バネの第２の側面に当接する位置決めカラーをさらに含む。
【0042】
この発明の概要の欄に記載した態様も含めて、本開示に記載した２以上の態様を組合せて、本明細書に具体的に記載されていない実施態様としてもよい。この発明の概要の欄に記載した態様も含めて、本開示に記載した２以上の態様を組合せて、本明細書に具体的に記載されていない実施態様としてもよい。
【0043】
１以上の実施態様の詳細を、添付の図面及び以下の説明に記載する。その他の特徴、目的及び利点は、発明の詳細な説明、図面並びに特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【0044】
本開示の上記その他の特徴については、本開示の様々な実施形態について記載する添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができよう。
【図1】タービンセクションを含むガスタービンシステムの形態で例示的なターボ機械の断面図。
【図3】本開示の実施形態に係る振動減衰システムを含む例示的なタービンブレードの斜視図。
【図4】本開示の実施形態に係る複数のダンパエレメントを含む振動減衰システムを有するタービンブレードの概略断面図。
【図5】本開示の実施形態に係る複数のダンパエレメントを含む振動減衰システムを有するタービンブレードの概略断面図。
【図8A】本開示の実施形態に係る第１の位置に複数のダンパエレメントを含む振動減衰システムの断面図。
【図8B】本開示の実施形態に係る第２の位置に複数のダンパエレメントを含む振動減衰システムの断面図。
【図9】本開示の他の実施形態に係るダンパエレメントの断面図。
【図10】本開示の実施形態に係る振動減衰システムの動作における関連する力を示す回転ブレード及びダンパエレメントの概略図。
【図11A】本開示の他の実施形態に係る第１の位置に複数のダンパエレメントを含む振動減衰システムの断面図。
【図11B】本開示の他の実施形態に係る第２の位置に複数のダンパエレメントを含む振動減衰システムの断面図。
【図12】本開示の別の実施形態に係る複数のダンパエレメントを含む振動減衰システムの断面図。
【図13】本開示の他の実施形態に係る複数のダンパエレメントを含む振動減衰システムを有するタービンブレードの概略断面図。
【図14】本開示の他の実施形態に係る複数のダンパエレメントを含む振動減衰システムを有するタービンブレードの概略断面図。
【0045】
なお、本開示の図面は必ずしも縮尺通りではない。図面は、本開示の典型的な態様を例示するものにすぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではない。図面において、同様の符号は複数の図面間で同様の構成要素を表す。
【発明を実施するための形態】
【0046】
まず、本開示の技術的内容を明確に説明するため、タービン内の関連する機械部品について言及及び説明する際に、用語を選択する必要がある。できるだけ、当技術分野で一般的な用語を、その通常の意味と一致するように用いる。別途記載されていない限り、かかる用語は、本願の文脈及び添付の特許請求の範囲に則して広義に解釈すべきである。ある部品について幾つかの異なる又は重複する用語を用いて言及することが多々あることは当業者には明らかであろう。本明細書において、単一の部材として記載したものであっても、別の文脈では複数の部品からなるものとして記載することもある。或いは、本明細書のある箇所で複数の部品を含むものとして記載したものであっても、別の箇所では単一の部材として記載することもある。
【0047】
さらに、本明細書では幾つかの記述的用語を繰返し用いるが、本欄の冒頭でこれらの用語を定義しておくと有用であろう。多中心軸に対して異なる半径方向位置に配置された部品について説明する必要が多々ある。「半径方向」という用語は、軸に垂直な運動又は位置をいう。例えば、第１の部品が第２の部品よりも軸に近い場合、本明細書では第１の部品は第２の部品の「半径方向内側」又は「中心軸近位側」と記載される。一方、第１の部品が第２の部品よりも軸から遠く位置する場合、本明細書では第１の部品は第２の部品の「半径方向外側」又は「中心軸遠位側」と記載される。「軸方向」という用語は、軸に平行な運動又は位置をいう。最後に、「周方向」という用語は、軸を中心とした運動又は位置をいう。かかる用語は、ダンパエレメントの中心軸又はタービンの中心軸との関係で適用し得ることが理解されるであろう。
【0048】
さらに、本明細書では、以下に記載する通り、幾つかの記述的用語を繰返し用いる。「第１」、「第２」及び「第３」という用語は、ある部品を他の部品と区別するために互換的に用いられ、個々の部品の位置又は重要性を示すものではない。
【0049】
本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、開示内容を限定するものではない。本明細書において、単数形で記載したものであっても、前後関係から別途明らかでない限り、複数の場合も含めて意味する。さらに、本明細書において、「備える」、「含む」及び／又は「有する」という用語は、記載した特徴、整数、ステップ、操作、構成要素及び／又は部品が存在することを示し、他の１以上の特徴、整数、ステップ、操作、構成要素、部品及び／又はこれらの群の存在又は追加を除外するものではない。「任意」又は「適宜」という用語は、その用語に続いて記載された事象又は状況が起きても起きなくてもよいこと或いはその用語に続いて記載された部品又は構成要素が存在しても存在しなくてもよいことを意味しており、かかる記載はその事象又は状況が起こる場合と起こらない場合並びにその部品又は構成要素が存在する場合と存在しない場合とを包含する。
【0050】
ある構成要素又は層が別の構成要素又は層「の上」、「に係合」、「に接続」又は「に結合」しているという場合、その別の構成要素又は層の上に直接位置していても、その別の構成要素又は層に直接係合、接続又は結合していてもよいし、或いは介在する構成要素又は層が存在していてもよい。対照的に、ある構成要素が別の構成要素又は層「の直接上」、「に直接係合」、「に直接接続」又は「に直接結合」しているという場合、介在する構成要素又は層は存在しない。構成要素間の関係について説明するために用いられる他の用語（例えば「～の間」と「直接～の間」、「隣接」と「直接隣接」など）も同様に解釈される。本明細書で用いる「及び／又は」という用語は、記載されたものの１以上のあらゆるすべての組合せを包含する。
【0051】
本開示の実施形態は、タービンブレード用のダンパエレメント及び振動減衰システムを提供する。振動減衰システム用のダンパエレメントは、タービンの回転ブレードの本体開口に使用できる。ダンパエレメントは、本体開口内に軸方向位置が固定されたベース部材と、バネの第１端部でベース部材に固定連結されたバネと、バネの第２端部に結合した軸受部材とを有するバネ懸架軸受部材とを含む。所定の回転速度以上の回転ブレードの回転による遠心力の影響でバネが弾性的に伸長した状態で、軸受部材が軸受面に摩擦係合して振動を減衰させる。バネ懸架軸受部材は、バネを使用して相殺力の低減を提供することにより、回転ブレードによって生成される遠心力（すなわち、重力当量（ｇ力））の影響を低減する第１の摩擦式振動減衰境界を提供する。回転ブレードが所定の回転速度よりも低い速度で回転する場合、バネ懸架軸受部材は軸受面から外れたままになる。
【0052】
ある実施形態では、ダンパエレメントは、提供される任意の摩擦式振動減衰が遠心力の完全な衝撃よりも少ない下で起こるように、バネ懸架軸受部材しか備えていなくてもよい。他の実施形態では、ダンパエレメントは、遠心力の完全な影響なしに第１の摩擦式振動減衰境界を提供するバネ懸架軸受部材と、回転ブレードの遠心力の全てを経験する第２の摩擦式振動減衰境界を提供する他の二次機構とを含んでいてもよい。この後者の実施形態では、遠心力が摩擦式振動減衰を継続する１以上の二次機構の能力を超える場合、バネ懸架軸受部材は、依然として第１の摩擦式振動減衰境界を提供する。
【0053】
ダンパエレメントは、全体的なサイズ、バネ定数、軸受部材、バネ質量などの特性をカスタマイズして、回転ブレードの所定の回転速度で存在する所定の遠心力の下で機能させることができる。所定の回転速度、つまり遠心力は、ユーザーが定義することができる。１つの非限定的な例では、所定の回転速度は、タービンの全負荷時における回転ブレードの回転速度の７５％であり得る。このようにして、振動減衰は、回転ブレードの加速時（例えばタービン始動過程の初期）及び回転ブレードの減速時（例えばタービン停止過程）に起こり得る。第１の摩擦式振動減衰境界の摩擦係合面によって観測される遠心力は、タービンの全負荷で１００％の回転速度でも、完全な遠心力よりも低いままである。したがって、この振動減衰は、遠心力によって他の振動減衰境界が機能しなくなるために機能しなくなっているにもかかわらず発生する可能性がある。振動減衰システムは、簡単な配置でブレードの振動を低減し、ブレードに余分な質量を与えない。したがって、振動減衰システム及びダンパエレメントは、ブレード先端への全体的な遠心力を増加させることもなければ、ブレード構成の変更を必要とすることもない。
【0054】
図面を参照すると、図１は本開示の教示内容を適用できる１以上のタービンを含む例示的な機械の断面図である。図１には、燃焼タービン又はガスタービン（ＧＴ）システム１００（以下、「ＧＴシステム１００」）の形態のターボ機械９０が示してある。ＧＴシステム１００は、圧縮機１０２及び燃焼器１０４を含む。燃焼器１０４は、燃焼領域１０５及び燃料ノズルセクション１０６を有する。ＧＴシステム１００は、タービン１０８（すなわち、膨張タービン又はタービンセクション）及び共通の圧縮機／タービンシャフト１１０（以下「ロータ１１０」という）を含む。
【0055】
ＧＴシステム１００は、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社（米国サウスカロライナ州グリーンビル）から市販の７ＨＡ．０３エンジンであってもよい。本開示は、いかなるＧＴシステムに限定されるものではなく、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社の他のＨＡ、Ｆ、Ｂ、ＬＭ、ＧＴ、ＴＭ及びＥクラスエンジンモデル並びに他社のエンジンモデルを始めとする、他のエンジンに関しても実施し得る。さらに重要な点として、本開示の教示内容は、必ずしもＧＴシステムのタービンにしか適用できないものではなく、実質的にあらゆるタイプの産業機械又は他のタービン、例えば、蒸気タービン、ジェットエンジン、圧縮機（図１のように）、ターボファン、ターボチャージャーなどにも適用し得る。したがって、ＧＴシステム１００のタービン１０８に対する言及は、単に説明を目的としたものにすぎず、限定的なものではない。
【0056】
図２はタービン１０８の例示的な部分の断面図を示す。図に示す例では、タービン１０８は、図１のＧＴシステム１００で使用し得る４つの段落Ｌ０～Ｌ３を含む。４つの段落は、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３と記載されている。段落Ｌ０は第１段であり、４つの段落の中で最小（半径方向に）である。段落Ｌ１は第２段であり、軸方向に第１段Ｌ０に隣接して配置される。段落Ｌ２は第３段であり、軸方向に第２段Ｌ１に隣接して配置される。段落Ｌ３は最後の第４段であり、最大（半径方向に）である。なお、４つの段落は一例にすぎず、各タービンは５段以上であっても４段未満であってもよい。
【0057】
複数の静止タービンベーン又はノズル１１２（以下「ノズル１１２」）は、複数の回転タービンブレード１１４（以下「ブレード１１４」）と協働でタービン１０８の各段落Ｌ０～Ｌ３を形成し、タービン１０８を通る作動流体経路の一部を画成する。各段のブレード１１４は、ロータ１１０（図１）と（例えばブレードを周方向にロータ１１０（図１）と結合する各ロータホイール１１６によって）結合している。換言すると、複数のブレード１１４は、（例えばロータホイール１１６によって）ロータ１１０に周方向に離間して機械的に結合される。静止ノズルセクション１１５は、ケーシング１１８に取り付けられた複数のノズル１１２であって、ロータ１１０（図１）の周りで周方向に離間した複数のノズル１１２を含む。なお、ブレード１１４はロータ１１０（図１）と共に回転して遠心力を受けるのに対して、ノズル１１２は静止部品である。
【0058】
図１及び図２を参照すると、運転中、空気が圧縮機１０２を流れ、加圧空気が燃焼器１０４に供給される。具体的には、燃焼器１０４に内蔵された燃料ノズルセクション１０６に加圧空気が供給される。燃料ノズルセクション１０６は燃焼領域１０５と流体連通している。燃料ノズルセクション１０６は燃料源（図１には図示せず）とも流体連通しており、燃料及び空気を燃焼領域１０５に導く。燃焼器１０４は、燃料を着火及び燃焼させて燃焼ガスを発生させる。燃焼器１０４はタービン１０８と流体連通しており、そこで燃焼ガス流からの熱エネルギーは、燃焼した燃料（例えば作動流体）を作動流体経路に導いてブレード１１４を回転させることによって、機械的回転エネルギーへと変換される。タービン１０８は、ロータ１１０に回転可能に結合し、ロータ１１０を駆動する。圧縮機１０２は、ロータ１１０と回転可能に結合し得る。ロータ１１０の少なくとも一方の端部は、圧縮機１０２又はタービン１０８から軸方向に延在していてもよく、発電機、負荷圧縮機及び／又は別のタービンのような負荷又は機械（図示せず）に取り付けられていてもよい。
【0059】
図３は、本開示の振動減衰システム１２０の実施形態を用いることができるタイプの（回転）ブレード１１４の斜視図を示す。以降で説明する通り、図４及び図５は、本開示の様々な実施形態に係る振動減衰システム１２０を含むブレード１１４の概略断面図を示す。
【0060】
図３を参照すると、各ブレード１１４は、基端部１３０、先端部１３２及び基端部１３０と先端部１３２の間に延在する翼形部１３４を有する本体１２８を含む。図３に示すように、ブレード１１４は基端部１３０にダブテール１４０を含んでおり、ダブテール１４０によってブレード１１４はロータ１１０（図１）のロータホイール１１６（図２）に取り付けられる。ブレード１１４の基端部１３０は、ダブテール１４０とプラットフォーム１４６の間に延在するシャンク１４２をさらに含んでいてもよい。プラットフォーム１４６は翼形部１３４とシャンク１４２のつなぎめに配置され、タービン１０８を通る作動流体経路（図２）の中心軸近位側境界の一部を画成する。
【0061】
明らかであろうが、ブレード１１４における翼形部１３４は、作動流体の流れを受け止めてロータ１１０（図１）を回転させるブレード１１４の能動部品である。ブレード１１４の翼形部１３４は、凹面状の正圧側（ＰＳ）外側壁１５０と、周方向又は横方向に反対側の凸面状の負圧側（ＳＳ）外側壁１５２を含んでおり、軸方向に対向する前縁１５４と後縁１５６の間に延在する。側壁１５０及び１５２は、また、基端部１３０（すなわちブレード１１４ではプラットフォーム１４６）から先端部１３２（すなわちブレード１１４では先端１５８）まで半径方向に延在する。図に示す例では、ブレード１１４は先端シュラウドを含んでいないが、本開示の教示内容は、先端１５８に先端シュラウドを含むブレードにも等しく適用できる。図３に示すブレード１１４は例示にすぎず、本開示の教示内容は、多種多様なブレードに適用できる。
【0062】
タービンの運転中、ブレード１１４は、多数の異なる強制関数によって振動が励起されることがある。例えば、作動流体の温度、圧力及び／又は密度の変動は、ロータアセンブリ全体、特にブレード１１４の翼形部内及び／又は先端で振動を励起する可能性がある。タービン及び／又は圧縮機セクションの上流で周期的又は「脈動」的に排出されるガスも、不都合な振動を励起する可能性がある。本開示は、ブレード設計の大幅な変更を伴わずに、回転タービンブレード１１４の振動を低減することを目的とする。
【0063】
図４及び図５は、それぞれ、本開示の実施形態に係る振動減衰システム１２０を含むブレード１１４の概略断面図を示す。ブレード１１４の振動減衰システム１２０は、少なくとも本体１２８の先端部１３２と基端部１３０の間を通ってかつ翼形部１３４を通って延在する本体開口１６０を含むを含んでいてもよい。本体開口１６０は、基端部１３０と先端部１３２の間の距離の一部にしか延在していなくもよいし、或いは基端部１３０又は先端部１３２の１箇所以上を貫通していてもよい。本体開口１６０は、本体１２８の任意の構造の任意の部分に規定し得る。本体１２８は、内部隔壁（図示せず）を含むが、例えば、内部に冷却回路を画成するために、本体開口１６０は、本体１２８内の隔壁における内部キャビティとして画成し得る。本体開口１６０は、概して本体１２８において半径方向に延在している。しかし、本体１２８の半径方向の範囲に対する本体開口１６０のいくらかの角度及びおそらく湾曲が可能である。本体開口１６０は、内側面１６２を有する。
【0064】
図４に示すように、本体開口１６０は、ブレード１１４の基端部１３０を起点としてもよいし、或いは図５に示すように、ブレード１１４の先端部１３２を起点としてもよい。より詳細には、図４に示すように、本体開口１６０は、基端部１３０で開口し、先端部１３２を終端としてもよいし、或いは図５に示すように、先端部１３２で開口し、基端部１３０を終端としてもよい。開放端は、ブレード１１４における振動減衰システム１２０の組立てに役立ち、既存のブレードへのシステムのレトロフィットが可能になる。本体開口１６０は、図４に示すように基端部１３０を貫通して延在しており、本体開口１６０を閉じるための閉鎖部材１６４を設けてもよい。本体開口１６０が先端部１３２を貫通している場合、図５に示すように、本体開口１６０のための閉鎖部材１６６を設けてもよい。本体開口１６０を閉じることに加えて、閉鎖部材１６４，１６６は、本体開口１６０からの振動減衰システム１２０の取り外しも防止する。
【0065】
ブレード１１４の振動減衰システム１２０は、複数のダンパエレメント１７０（図６～図１２）、２７０（図１３～図１８Ｂ）を含んでいてもよい。振動減衰システム１２０用のダンパエレメントは、タービン１０８における回転ブレード１１４における本体開口１６０内に位置する。ダンパエレメントは、本開示の実施形態に従って様々な形態をとることができる。一般に、ダンパエレメントは、本体開口内に軸方向位置が固定されたベース部材と、バネの第１の端部でベース部材に固定連結されたバネと、バネの第２の端部に結合した軸受部材とを有するバネ懸架軸受部材とを含む。所定の回転速度よりも高い速度での回転ブレードの回転に起因する遠心力の影響下で、弾性的に伸長した状態のバネにより、軸受部材は第１の軸受面に摩擦係合して振動を減衰させ、前述の第１の摩擦式振動減衰境界を作成する。さらに説明するように、第１の摩擦式振動減衰境界は、バネを使用して反作用力の低減を提供することにより、回転ブレードによって生じる遠心力からの衝撃を低減する。
【0066】
図６は、本開示の特定の実施形態に係るダンパエレメント１７０の斜視図を示し、図７は、ダンパエレメント１７０の斜視図を示す。図８Ａは、ブレード１１４の本体開口１６０における第１の位置における３つのスタック式ダンパエレメント１７０の断面図を示し、図８Ｂは、第２の位置における３つのスタック式ダンパエレメント１７０の断面図を示す。任意の数のダンパエレメント１７０を、本開示の実施形態に係る振動減衰システム１２０に使用し得る。
【0067】
図６、図７及び図８Ａ～図８Ｂに示すように、各ダンパエレメント１７０は、本体開口１６０（図８Ａ～図Ｂ）内で軸方向位置の固定されたベース部材１７２を含んでいてもよい。ベース部材１７２は、本体開口１６０の断面形状と一致又は境界を接するように構成された断面形状、例えば、円形又は他の形状を有し得る。さらに説明するように、ベース部材１７２は、半径方向に最も外側のダンパエレメント１７０Ｘのベース部材１７２を除いて、本体開口１６０の内面１６２に係合しない（単一のダンパエレメントとして、又はダンパエレメントのスタックの端部として）本体開口１６０の端面２１０に係合する。このようにして、ベース部材１７２は、ボディ開口部１６０の長さにわたって、遠心力の影響下で、１以上のベース部材の集団的相互作用によって、本体開口１６０内の位置に軸方向に固定される。ベース部材１７２は、隣接ダンパエレメント１７０のベース部材１７２の第２の端面１７６Ｂ（図６のみ）と嵌合するように構成された第１の端面１７６Ａ（図６～図７のみ）を有する長尺体１７３（図６）を含んでいてもよい。すなわち、ベース部材１７２は、ベース部材１７２をスタック配置で本体開口１６０に固定位置位置するように構成された相手端面１７６（図８Ａ～図Ｂ）を含んでいてもよい。また、嵌合端面１７６は、遠心力ＣＦ（図８Ｂ）の完全な影響下でそれらの間の振動を減衰させる摩擦式振動減衰境界を提供し、注目された第２の摩擦式振動減衰境界を作成する。図示の例では、嵌合端面１７６は、例えばドームのように、嵌合する湾曲した凹面及び凸面である。円錐形の凹面／凸面、正方形の凹面／凸面など、相対的な摩擦運動を可能にする他の形状も可能である。第２の摩擦ベース振動減衰は、スタック式ダンパエレメント１７０における合わせ面１７６の各組で発生し得る。
【0068】
上述の通り、ベース部材１７２は、ボディ開口部１６０の長さにわたるベース部材の集合的相互作用と、ボディ開口部１６０の端面２１０に係合する半径方向に外側のダンパエレメント１７０Ｘのベース部材によって、本体開口１６０内の位置に軸方向に固定される。図８Ｂに示すように、最も外側のダンパエレメント１７０Ｘのベース部材１７２は、本体開口１６０の端面２１０における合わせ面２０８と嵌合する相手端面１７６Ａも有し得る。嵌合端面１７６Ａ、２０８は、遠心力ＣＦ（図８Ｂ）の完全な影響下でそれらの間の振動を減衰させる第２の摩擦式振動減衰境界の最端の境界を提供し得る。図示の例では、嵌合端面１７６Ａ、２０８は、例えばドームのような、嵌合する湾曲した凹面及び凸面でもある。本明細書に記したように、他の形状も可能である。また、合わせ面１７６、２０８は、スタック式ダンパエレメント１７０に沿った各境界において同一である必要はないことにも留意されたい。
【0069】
ダンパエレメント１７０は、バネ懸架軸受部材１７４（図６～図７）も含む。図６、図７、図８Ａ～図Ｂにおいて、バネ懸架軸受部材１７４は、皿バネ１８０の中心１９４でベース部材１７２に固定連結された皿バネ１８０と、その外周で、すなわち中心１９４に対して皿バネ１８０の第１の側面１９８に連結された軸受部材１８６とを含む。軸受部材１８６は、振動を減衰させるために第１の軸受面１９０に摩擦係合することができる任意の要素を含んでいてもよい。説明するように、第１の軸受面１９０の位置は、特定のダンパエレメント１７０に応じて変化し得る。図６、図７、図８Ａ～図Ｂにおいて、皿バネ１８０は、例えば、ベルヴィルワッシャ、ベルヴィルバネ、カッピングドバネワッシャ、円錐ディスクバネ、円錐形バネワッシャなどとしても知られている、任意の形態の皿バネを含む。平面的な初期構成で示されている間、皿バネ１８０は、他の形状の中でも、任意の円錐台形の配置を有することもできる。皿バネ１８０は、所望のバネ作用又はバネ定数を提供することができる任意の形態を有することができる。
【0070】
皿バネ１８０は、ベース部材１７２に結合した中心１９４と、軸受部材１８６に結合した第１の側面１９８（図６）を有する外周１９６を有する。皿バネ１８０は、第１の側面１９８と対向する第２の側面２００も含む。皿バネ１８０の中心１９４は、現在公知又は将来開発される任意の様式でベース部材１７２の長尺体１７３に固定連結し得る。例えば、中心１９４が開口部を含む場合、皿バネ１８０の中心１９４は、ベース部材１７２に溶接又はろう付けし得る。或いは皿バネ１８０及びベース部材１７２は、軸受部材１８６と共に、一体部品として積層造形してもよい。軸受部材１８６は、皿バネ１８０の第１の側面１９８に結合し、皿バネ１８０の第１の側面１９８から半径方向遠位に、すなわち、タービン軸に対して延在している。図６、図７、図８Ａ～図Ｂに示すある実施形態では、軸受部材１８６は、皿バネ１８０の第１の側面１９８からブレード１１４の基端部１３０に向かって半径方向内側に延在し得る。
【0071】
図９は、軸受部材１８６が皿バネ１８０の第１の側面１９８から半径方向遠位側に延在しているが、皿バネ１８０の第１の側面１９８から半径方向外側に、すなわちブレード１１４の先端部１３２（図４～図５）に向かって延在しているバネ懸架軸受部材１７４の断面図を示す。（図９において、第１及び第２の側面１９８，２００は、図６～図８Ｂと比較して位置が切り替わっている。皿バネ１８０は、軸受部材１８６とは異なる厚さを有することができる。皿バネ１８０の厚さは、任意の所望のバネ作用又はバネ定数を提供するために、その半径方向の範囲にわたって変化し得る。
【0072】
ある実施形態では、ダンパエレメント１７０は、本体開口１６０において一緒にスタックされる。任意の数のダンパエレメント１７０は、本体開口１６０にスタックし得る。図８Ａ～図Ｂは、本体開口１６０にスタックされた３つのダンパエレメント１７０を示す。図８Ａは、ブレード１１４が回転していない位置にあるダンパエレメント１７０、又はダンパエレメント１７０が作動する所定の回転速度よりも低い速度ω（ω）で交互に回転している位置にあるダンパエレメント１７０を示している。この第１の位置では、皿バネ１８０は完全には伸長していない状態にあり、第１の軸受面１９０（皿バネ１８０の第２の側面２００の形態）と軸受部材１８６の端面２０４との間に隙間Ｇが存在する。皿バネ１８０の「完全には伸長していない状態」は、皿バネ１８０が伸長していない弛緩状態（回転ブレード１１４が回転していないときに起こるように）又は皿バネ１８０が部分的に伸長している部分伸長状態（回転ブレード１１４が、皿バネ１８０を部分的に伸ばすが、軸受部材１８６を有するには十分ではない遠心力ＣＦを生じさせるのに十分な回転速度を有する場合に生じる）であってもよい第１の軸受面１９０）に摩擦係合する）。
【0073】
対照的に、図８Ｂは、皿バネ１８０が、所定の回転速度を超えて回転する回転ブレード１１４に起因する遠心力ＣＦの影響下で弾性的に伸長した状態の第２の位置にあるダンパエレメント１７０を示している。この位置では、皿バネ１８０が、その外周１９６において弾性的に伸長し（先端部１３２（図４～図５）に向かって半径方向外側に）伸長し、隙間Ｇ（図８Ａ）を消滅させ、軸受部材１８６を第１の軸受面１９０に摩擦係合させて振動を減衰させる。図に示す通り、半径方向に最も外側のダンパエレメント１７０Ｘ以外のスタック式ダンパエレメント１７０の場合、第１の軸受面１９０は、隣接ダンパエレメントの皿バネ１８０の第２の側面２００であってもよい。すなわち、第１の軸受面１９０は、第１の側面１９８とは反対側の皿バネ１８０の第２の側面２００を含む。軸受部材１８６の端面２０４は、隣接ダンパエレメント１７０の第２の側面２００の第２の側面２００に摩擦係合して振動を減衰させる。半径方向に最も外側のダンパエレメント１７０Ｘの場合、その皿バネ１８０の第２の側面２００は、本体開口１６０の端面２１０の一部である第１の軸受面１９０、すなわち、半径方向外側端面２１０に摩擦係合する。上記に鑑みて、第１の軸受面１９０は、皿バネ１８０の第２の側面２００のうちの１つに位置し得ることが認識されるであろう。第１の側面１９８；及び／又は回転ブレード１１４における本体開口１６０の端面２１０。「弾性的に伸長した状態」とは、皿バネ１８０が、軸受部材１８６が第１の軸受面１９０に摩擦係合するのに十分なほどに伸長しているが、軸受部材１８６の走行距離が第１の軸受面１９０によって制限されているために、完全には伸長していない可能性があることを示す。
【0074】
ある実施形態では、ベース部材１７２、皿バネ１８０及び軸受部材１８６は、積層造形され、一体的に結合される。他の実施形態では、ベース部材１７２、皿バネ１８０及び軸受部材１８６は、所望の剛性特性を与える任意の材料（金属、セラミックなど）から別個に形成し得る。これらの部材は、現在公知又は将来開発される任意のプロセス、例えば、溶接、ろう付け、締結具などを使用して、互いに固定連結することができる。
【0075】
皿バネ１８０のバネ定数と軸受部材１８６と皿バネ１８０の集合質量は、所定の回転速度よりも高い回転速度での回転ブレード１１４の回転に起因する遠心力ＣＦに応答して、第１の軸受面１９０との係合から外れた位置（図８Ａ）から第１の軸受面１９０（図８Ｂ）との摩擦係合に皿バネ１８０を移動できるように構成されている。図１０は、ダンパエレメント１７０の動作に関与する力を示す概略図を示す。所与の回転ブレード１１４に対する回転速度ωは、回転ブレード１１４に特定の遠心力ＣＦ、すなわち重力等価（ｇ力）を生じさせる。さらに具体的には、遠心力ＣＦは、ダンパ質量ｍｄ×半径（タービン軸に対するダンパエレメント１７０質量の一般的な位置）×回転速度ωの２乗、すなわちＣＦ＝ｍｄｒω２に等しい。ダンパエレメント１７０はまた、本体開口１６０の端面２１０に、遠心力ＣＦに等しい反力Ｒ、すなわちＲ＝ＣＦを付与する。回転ブレード１１４が回転速度ωで回転すると、横方向の振動力ＶＦも生じる。振動力ＶＦは、ダンパ質量ｍｄに単調波振動、正弦関数を乗じたものに等しいものとして単純化できるｘ（ｔ）、つまりＶＦ＝ｍｄｘ（ｔ）ダンパエレメント１７０の部品の振動減衰に抵抗する摩擦力ＦＦは、関連する摩擦係合する面（例えば１９０又は１９８，２１０）の摩擦係数μに反力Ｒを乗じたものに等しい、すなわち、ＦＦ＝μＲ又はＦＦ＝μＣＦである。ダンパエレメント１７０が、その表面、例えば、第１の軸受面１９０と軸受部材１８６との間に摩擦振動減衰を生じさせる場合、振動を減衰させるために表面を前後にスライドさせる必要がある。これが発生するには、振動力ＶＦが摩擦力ＦＦ、つまりＶＦ＞ＦＦよりも大きくなければならない。したがって、振動力ＶＦは、遠心力ＣＦと表面の摩擦係数μの積、つまりＶＦ＞μＣＦよりも大きくなければならない。
【0076】
ダンパエレメント１７０における皿バネ１８０は、本開示の実施形態によれば、遠心力ＣＦ（及び反力Ｒ）を建設的に減少させる反力Ｋｘを付与して、振動減衰を開始するのに必要な振動力ＶＦの量を減少させる。すなわち、皿バネ１８０は、制振面（例えば第１の軸受面１９０と軸受部材１８６）間の力を低減して、制振を開始するのに必要な振動力ＶＦの量を低減する。ダンパエレメント１７０は、他の要因の中でも、異なる遠心力ＣＦ、半径位置、振動周波数及び回転速度で動作するようにカスタムサイズとすることができる。
【0077】
図８Ａ～図Ｂにおいて、ダンパエレメント１７０は、例えば、ベース部材１７２の嵌合面１７６によって、一緒にスタックされる別体として図示される。図１１Ａ～Ｂに示される他の実施形態では、ベース部材１７２は、（複数の長尺体１７３ではなく）一体型の長尺体２１４を有する一体型のベース部材であってもよい。皿バネ１８０は、長尺体２１４に固定連結されている。この場合、複数のダンパエレメント１７０、すなわちベース部材１７２は、互いに一体化されている。図１１Ａ～Ｂは、軸受部材１８６がそれぞれの皿バネ１８０に対して半径方向内側に延在する図６の実施形態を示すが、図１１Ａ～Ｂの実施形態は、軸受部材１８６がそれぞれの皿バネ１８０に対して半径方向外側に延在する図９の教示に等しく適用可能である。
【0078】
図６、図７、図８Ａ～図８Ｂ、図９及び図１１Ａ～図１１Ｂにおいて、皿バネ１８０は、例えば、溶接によって、又は一体積層造形によって、ベース部材１７２又はベース部材２７２に固定連結される。図１２は、皿バネ１８０がベース部材１７２，２１４に固定連結することができるが、必ずしもそうであるとは限らない別の実施形態の断面図を示す。図１２において、ベース部材１７２は、位置決めカラー２１６をさらに含んでおり、これは、その長尺体１７３と同心に配置し得る。この例では、一体型の長尺体２１４を有する単一のベース部材１７２が図示されている。位置決めカラー２１６は、このように、皿バネ１８０がベース部材１７２に固定連結されることなく、ベース部材１７２に対して各皿バネ１８０を軸方向に位置決めすることができる。位置決めカラー２１６は、ベース部材１７２上に摺動する管状部材とすることができ、又はベース部材１７２と一体化することができる。いずれにせよ、位置決めカラー２１６の端部２１８は、皿バネ１８０の位置決定の中心１９４に隣接する皿バネ１８０の第２の側面２００に当接し、皿バネ１８０が弾性的に伸長できる表面を提供することができる。
【0079】
図１３～図１７Ｂは、本開示の他の実施形態に係る異なるバネ懸架軸受部材２７４を含む振動減衰システム２２０を示す。図１３及び図１４は、それぞれ、本開示の実施形態に係る振動減衰システム２２０を含むブレード１１４の概略断面図を示す。ブレード１１４のための振動減衰システム２２０は、前述の通り、本体１２８を貫通して延在する本体開口１６０を含んでいてもよい。図１３に示すように、本体開口１６０は、ブレード１１４の基端部１３０を起点としてもよいし、或いは図１４に示すように、ブレード１１４の先端部１３２を起点としてもよい。本体開口１６０が基端部１３０を貫通して延在するところには、図１３に示すように、本体開口１６０を閉じるための閉鎖部材１６４を設けてもよい。本体開口１６０が先端部１３２を貫通して延在するところに、図１４に示すように、本体開口１６０のための閉鎖部材１６６を設けてもよい。本体開口１６０を閉じることに加えて、閉鎖部材１６４，１６６は、本体開口１６０からの振動減衰システム１２０の取り外しも防止する。
【0080】
ブレード１１４用の振動減衰システム２２０は、複数のダンパエレメント２７０を含んでいてもよい。振動減衰システム２２０用のダンパエレメント２７０は、タービン９０（図１）における回転ブレード１１４における本体開口１６０内に位置する。図１５は側面図を示し、図１６は、本開示の実施形態に係るダンパエレメント２７０の斜視図を示す。図１７Ａは、ブレード１１４の本体開口１６０における第１の位置における２つのスタック式ダンパエレメント２７０の側面図を示し、図１７Ｂは、開示の実施形態に係る第２の位置における２つのスタック式ダンパエレメント１７０の側面図を示す。図１５及び図１６に示すように、各ダンパエレメント２７０は、本体開口１６０（図１７Ａ～Ｂ）内に軸方向位置の固定されたベース部材２７２を含んでいてもよい。ベース部材２７２は、本体開口１６０のそれと一致するように構成された断面形状、例えば、円形又は他の形状を有し得る。ベース部材２７２は、本体開口１６０に係合しない。ベース部材２７２は、第１の側面２９４及び第２の側面２９６を含んでいてもよい。
【0081】
ダンパエレメント２７０は、バネ懸架軸受部材２７４も含む。図１５、図１６、図１７Ａ～図１７Ｂにおいて、バネ懸架軸受部材２７４は、バネ２８０の第１の端部２８２でベース部材２７２に固定連結されたバネ２８０と、バネ２８０の第２の端部２８８に連結された軸受部材２８６とを含む。軸受部材２８６は、振動を減衰させるために第１の軸受面２９０に摩擦係合し得る任意の要素を含んでいてもよい。図示の例では、軸受部材２８６は、表面２９２を有する円形板を含む。説明するように、軸受部材２８６が摩擦係合する第１の軸受面２９０は、スタック内の特定のダンパエレメント２７０の位置に応じて変化し得る。
【0082】
図１５、図１６、図１７Ａ～図１７Ｂ及び図１８Ａ～図１８Ｂにおいて、バネ２８０は、ベース部材２７２の第１の側面２９４から軸受部材２８６まで延在する複数の部分的に螺旋状コイル３００を含む。各部分的螺旋状コイル３００は、ベース部材２７２の中心軸ＣＡに対する第１の周方向位置でベース部材２７２の第１の側面２９４に結合した第１の端部３０２と、第１の周方向位置とは異なるベース部材２７２の中心軸ＣＡに対する第２の周方向位置で軸受部材２８６に結合した第２の端部３０４とを含む。このようにして、各コイル３００は、それらが螺旋状に延在するという点で部分的に螺旋状のコイルを提供するが、ベース部材２８６の中心軸ＣＡの周囲３６０°の部分のみを提供する。各部分的螺旋状コイル３００の第１の端部３０２は、ベース部材２７２の第１の側面２９４に垂直な角度で結合してもよく、各部分的螺旋状コイル３００の第２の端部３０４は、垂直な角度で軸受部材２８６に結合してもよい。他の角度も可能である。任意の断面形状及び／又は寸法を有する任意の数の螺旋状コイル３００を使用して、バネ２８０の所望のバネ定数を作成することができる。バネ２８０は、軸受部材２８６が回転ブレード１１４における本体開口１６０内のタービン軸に対して半径方向に移動して、回転ブレード１１４上の遠心力ＣＦ（図１７Ｂ、図１８Ｂ）を打ち消すことを可能にする。特定の部分螺旋バネ２８０が本明細書に開示されているが、他の形態の螺旋バネも提供し得ることが理解される。
【0083】
ダンパエレメント２７０はまた、第１の端部３１２及び第２の端部３１４を有する位置決め部材３１０を含んでいてもよい。位置決め部材３１０は、ダンパエレメント２７０をスタック１６０に対して相対的に及びスタック開口部１６０に対して相対的に位置決めする。位置決め部材３１０はまた、例えば、各ダンパエレメント２７０の互いに対する順次位置決め及びスタック全体のボディ開口部１６０の端面３１６（図１７Ａ～図１８Ｂ）に対するダンパエレメント２７０の位置を固定する。（なお、図１７Ａ～Ｂ及び図１８Ａ～Ｂは、回転ブレード１１４の基端部１３０に閉鎖部材１６４（図示せず）を有する図１３の実施形態に基づく先端部１３２における端面３１６を示す。図１４のように、閉鎖部材１６６は、回転ブレード１１４の先端部１３２に使用され、本体開口１６０の端面３１６の少なくとも一部は、閉塞部１６６によって設けられてもよい。位置決め部材３１０は、位置決め部材３１０の第１の端部３１２においてベース部材２７２の第１の側面２９４に結合されかつそこから延在している。位置決め部材３１０は、バネ２８０に隣接して延在している。より詳細には、位置決め部材３１０は、バネ２８０の内部に延在して囲まれていてもよい。
【0084】
図１７Ａ～Ｂに示すように、半径方向に最も外側のダンパエレメント２７０Ｘを除くすべてについて、軸受部材２８６が摩擦係合する第１の軸受面２９０は、ベース部材２７２の第２の側面２９６であってもよい。この第１の摩擦式振動減衰境界は、バネ２８０の相反力Ｋｘ（図１０）によって減少する回転ブレード１１４の遠心力ＣＦの部分的／減少した影響下で生じる。加えて、半径方向に最も外側のダンパエレメント２７０Ｘを除く全てについて、位置決め部材３１０の第２の端部３１４は、振動を減衰させるためにベース部材２７２の第２の側面２９６上の第２の軸受面３２０と摩擦係合するように構成されている。この第２の摩擦式振動減衰境界は、回転ブレード１１４の完全な遠心力ＣＦの下で生じ、スタックされた１以上の位置決め部材３１０を介して伝達される。第２の軸受面３２０は、位置決め部材３１０の第２の端部３１４と嵌合するように構成されたベース部材２７２の第２の側面２９６上の任意の面とすることができる。図示の例では、第２の軸受面３２０は、位置決め部材３１０の第２の端部３１４の凸面と嵌合するように構成された凹面、例えば、嵌合ドーム状の形状を含む。先の実施形態に関連して述べたように、他の合わせ面形状も可能である。
【0085】
半径方向に最も外側のダンパエレメント２７０Ｘの場合、第１の軸受面２９０は、軸受部材２８６が摩擦係合する本体開口１６０の端面３１６の任意の部分、すなわち軸受部材２８６の表面２９２であってもよい。同様に、半径方向に最も外側のダンパエレメント２７０Ｘの場合、位置決め部材３１０の第２の端部３１４が摩擦係合する第２の軸受面３２０は、例えば、半径方向に最も外側のダンパエレメント２７０Ｘの位置決め部材３１０の第２の端部３１４と嵌合する凹面を有する本体開口１６０の端面３１６の一部であってもよい。先の実施形態に関連して述べたように、他の合わせ面形状も可能である。
【0086】
図１７Ａ及び図１８Ａに示すように、位置決め部材３１０は、本体開口１６０内の各１以上のベース部材の軸方向位置を固定するように構成された長さを有する。バネ２８０は（位置決め部材３１０と連動して）回転ブレード１１４の回転速度によって決定される２つの位置のうちの１つに軸受部材２８６を位置決めする。第１の位置で、バネ２８０は、回転ブレード１１４が所定の回転速度よりも低い速度で回転し、バネ２８０が完全には伸長していない状態で、第１の軸受面２９０から距離（すなわち、ギャップＧ）で軸受部材２８６を位置決めする。バネ２８０の「完全には伸長していない状態」は、バネ２８０が伸長していない弛緩状態（回転ブレード１１４が回転していないときに起こるように）又はバネ２８０が部分的に伸長している部分伸長状態（回転ブレード１１４が、バネ２８０を部分的に伸長させるが、軸受部材２８６を第１の軸受に摩擦係合させるには十分ではない遠心力ＣＦを生じさせるのに十分な回転速度を有する場合に生じる）であってもよい表面２９０）。
【0087】
この位置では、軸受部材２８６（その表面２９２）は、回転ブレード１１４が回転していないとき、又は軸受部材２８６を第１の軸受面２９０との摩擦係合に導くのに十分な遠心力ＣＦを発生させるのに十分な所定の回転速度よりも高い回転速度で回転していないときに、第１の軸受面２９０に係合しない。この状況において、バネ２８０は、軸受部材２８６と第１の軸受面２９０との間に、すなわち、隣接するベース部材２７２の第２の側面２９６上、又は本体開口１６０の端面３１６上に隙間Ｇが存在するような、完全には伸長していない状態にある。しかし、この状況においても、位置決め部材３１０の第２の端部３１４は、振動を減衰させるために、ベース部材２７２の第２の側面２９６又は本体開口１６０の内面１６２上の第２の軸受面３２０と摩擦係合するように構成されている。
【0088】
対照的に、第２の位置（図１７Ｂ及び図１８Ｂに示すように）では、バネ２８０は、軸受部材２８６が第１の軸受面２９０に摩擦係合して、所定の回転速度よりも高い回転速度で回転する回転ブレード１１４と弾性的に伸長した状態でバネ２８０と振動を減衰させる位置にある。この状況では、一旦回転ブレード１１４が所定の回転速度よりも高い回転速度を有すると、ベース部材２８６を第１の軸受面２９０との摩擦係合に強制するのに十分な遠心力ＣＦが生じて振動を減衰させる。図１０に関連して説明したように、バネ２８０は、軸受部材２８６と第１の軸受面２９０との間の境界による摩擦係合及び振動減衰を達成するために必要な回転速度及び関連する遠心力ＣＦの量を低減する。「弾性的に伸長した状態」は、バネ２８０が軸受部材２８６を第１の軸受面２９０と摩擦係合させるのに十分なほどに伸長したことを示すが、軸受部材２８６の走行距離が第１の軸受面２９０によって制限されるために完全に延長されない場合がある。また、この状況においても、位置決め部材３１０の第２の端部３１４は、振動を減衰させるために、ベース部材２７２の第２の側面２９６又は本体開口１６０の端面３１６上の第２の軸受面３２０と摩擦係合するように構成されている。しかし、遠心力ＣＦが、この第２の摩擦式制振境界の動作を阻止するのに十分である場合、すなわち、摩擦運動が防止されるほどの力を加えることによって、軸受部材２８６と第１の軸受面２９０との間の第１の摩擦式制振境界は作動し続ける。
【0089】
ダンパエレメント２７０は、本体開口１６０において一緒にスタックされている。図１７Ａ～Ｂ及び図１８Ａ～Ｂは、本体開口１６０内にスタックされた２つのダンパエレメント２７０を示す。任意の数のダンパエレメント２７０は、本体開口１６０内にスタックし得る。図１７Ａ及び図１８Ａは、ブレード１１４が回転していないか、又はダンパエレメント２７０が作動する所定の回転速度ωよりも低い回転速度ωで回転している（第１の）位置にあるダンパエレメント２７０を示す。この位置では、バネ２８０（螺旋状コイル３００）は完全には伸長していない状態にあり、軸受部材２８６と第１の軸受面２９０（例えばベース部材２７２の第２の側面２９６又は本体開口１６０の端面３１６）との間に隙間Ｇが存在する。
【0090】
対照的に、図１７Ｂ及び図１８Ｂは、バネ２８０（螺旋状コイル３００）が、所定の回転速度よりも高い回転速度での回転ブレード１１４の回転に起因する遠心力ＣＦの影響下で弾性的に伸長した状態にある（第２の）位置にあるダンパエレメント２７０を示している。この位置では、バネ２８０が半径方向外側に伸長し、隙間Ｇを消滅させ、軸受部材２８６をそれぞれの第１の軸受面２９０に摩擦係合させて振動を減衰させる。図に示す通り、半径方向に最も外側のダンパエレメント２７０Ｘ以外のスタック式ダンパエレメント２７０の場合、第１の軸受面２９０は、隣接ダンパエレメントのベース部材２７２の第２の側面２９６であってもよい。すなわち、第１の軸受面２９０は、第１の側面２９４と対向するベース部材２７２の第２の側面２９６を含む。軸受部材２８６の表面２９２は、隣接ダンパエレメント２７０のベース部材２７２の第２の側面２９６に摩擦係合して振動を減衰させる。半径方向に最も外側のダンパエレメント２７０Ｘの場合、軸受部材２８６の表面２９２は、本体開口１６０の端面３１６の一部である第１の軸受面２９０に摩擦係合する。ダンパエレメント２７０Ｘの半径方向に最も外側の位置決め部材３１０は、振動を減衰させるために、その第２の端部３１４が本体開口１６０の端面３１６に嵌合する第２の軸受面３２０と嵌合することもできる。
【0091】
バネ２８０（螺旋コイル３００）のバネ定数と、軸受部材２８６とバネ２８０の集合質量は、所定の回転速度よりも高い回転速度での回転ブレード１１４の回転に起因する遠心力ＣＦに応答して、第１の軸受面２９０との係合から外れた位置（図１７Ａ、図１８Ａ）から、第１の軸受面２９０（図１７Ｂ、図１８Ｂ）との摩擦係合にバネ２８０を移動できるように構成されている。図１０に関して上述した通り、所与の回転ブレード１１４に対する回転速度ωは、回転ブレード１１４に特定の遠心力ＣＦ、すなわち重力等価（ｇ力）を生じさせる。回転ブレード１１４が回転速度ωで回転すると、横方向の振動力ＶＦも生じる。ダンパエレメント２７０の部分の振動減衰に抵抗する摩擦力ＦＦは、関連する摩擦係合する面（例えば１９０及び２９６又は３１６）の摩擦係数μに反力Ｒを乗じたものに等しい、すなわち、ＦＦ＝μＲ又はＦＦ＝μＣＦである。ダンパエレメント２７０が、その表面、例えば、第１の軸受面２９０と軸受部材２８６との間に摩擦振動減衰が生じるようにする場合、振動を減衰させるために表面を前後にスライドさせる必要がある。これが発生するには、振動力ＶＦが摩擦力ＦＦ、つまりＶＦ＞ＦＦよりも大きくなければならない。したがって、振動力ＶＦは、遠心力ＣＦと表面の摩擦係数μの積、つまりＶＦ＞μＣＦよりも大きくなければならない。
【0092】
ダンパエレメント２７０におけるバネ２８０は、本開示の実施形態によれば、振動減衰を開始するのに必要な振動力ＶＦの量を減少させるために、遠心力ＣＦ（及び反力Ｒ）を建設的に減少させる反力Ｋｘを生じさせる。すなわち、バネ２８０は、振動減衰面（例えば第１の軸受面２９０と軸受部材２８６）との間の力を低減して、振動減衰を開始するのに必要な振動力ＶＦの量を減少させる。ダンパエレメント２７０は、他の要因の中でも、異なる遠心力ＣＦ、半径位置、振動周波数及び回転速度で動作するようにカスタムサイズとすることができる。
【0093】
ある実施形態では、ベース部材２７２、バネ２８０及び軸受部材２８６（及び位置決め部材３１０）は、積層造形され、一体的に結合される。他の実施形態では、ベース部材２７２、バネ２８０及び軸受部材２８６は、現在公知又は将来開発される任意のプロセス、例えば、溶接、ろう付け、締結具などを使用して、別個に形成され、固定的に互いに結合してもよい。
【0094】
任意の数のダンパエレメント１７０，２７０は、他の要因の中でも、ブレード１１４の長さ、所望の振動減衰及び／又は利用可能なスペースに応じて、振動減衰システム１２０に使用し得る。説明したように、スタック内のダンパエレメント１７０Ｘ，２７０Ｘの最も端部の１つは、例えば、図１１Ｂ、図１７Ｂ及び図１８Ｂを参照の、本体開口１６０の端面２１０、３１６に当接し得る。或いは図５及び図１４に示すように、端面２１０、３１６の一部は、閉鎖部材１６６によって設けられてもよい。
【0095】
上述の２つの形態の振動減衰に加えて、振動減衰は、ダンパエレメント１７０，２７０の部品の外形寸法と、ブレード１１４における本体開口１６０の内面１６２の内寸との摩擦係合によっても起こり得る。例えば、図１１Ａ、図１１Ｂにおいて、軸受部材１８６及び／又は皿バネ１８０の外面は、振動を減衰させるために、本体開口１６０の内面１６２に摩擦係合し得る。別の例では、図１７Ａ～Ｂにおいて、軸受部材２８６、バネ２８０及び／又はベース部材２７２の外面は、振動を減衰させるために本体開口１６０の内面１６２に摩擦係合し得る。
【0096】
本明細書に記されているように、ダンパエレメント１７０，２７０は、現在公知の又は将来開発される任意の方法で製造することができる。例えば、ダンパエレメント１７０，２７０を鋳造することができ、部品は、例えば、部品同士の溶接又は別の方法で締結することによって組立ることができる。他の実施形態では、ダンパエレメント１７０，２７０は、積層造形で製造することができる。直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）など、使用される材料に適した任意の形態の積層造形を採用することができるが、これらに限定されない。
【0097】
本開示の実施形態は、様々な技術的及び商業的利点を提供し、その例は、本明細書において論じられる。振動減衰システム１２０は、単純な配置でブレード振動を低減し、ブレード１１４に多くの余分な質量を付加しない。振動減衰システム１２０は、ブレード１１４の先端部１３２への遠心力を増加させず、ブレード１１４の構成の変更も要求しない。１以上のダンパエレメント１７０，２７０を使用することができる。ダンパエレメント１７０，２７０は、ブレード１１４がブレード１１４の通常の回転速度の完全な遠心力を経験するときに振動を減衰させる第１の摩擦式振動減衰境界を含む。有利には、１以上のダンパエレメント１７０，２７０は、ブレード１１４が建設的に減少した遠心力（例えば回転速度の低下）を経験するときに、摩擦係合が振動を減衰させる第２の摩擦式振動減衰境界も提供し得る。この後者の振動減衰は、タービンの全負荷回転速度よりも低い回転速度で発生する可能性がある。例えば、振動減衰は、回転ブレードの加速時、例えば、タービン始動過程の初期及び回転ブレードの減速時、例えば、タービン停止過程中に起こり得る。この後者の振動減衰は、遠心力によって他の振動減衰境界が機能しなくなっているにもかかわらず、発生することがある。
【0098】
本明細書及び特許請求の範囲で用いる近似表現は、数量の修飾語であって、その数量が関係する基本的機能に変化をもたらさない許容範囲内で変動し得る数量を表すために適用される。したがって、「約」、「略」及び「実質的に」のような用語で修飾された値はその厳密な数値に限定されない。少なくとも幾つかの事例では、近似表現は、その値を測定する機器の精度に対応する。場合によっては、近似表現は、その値を測定する機器の精度に対応する。本明細書及び特許請求の範囲において、数値限定の範囲は互いに結合及び／又は交換可能である。かかる範囲は、前後関係等から別途明らかでない限り、その範囲に含まれるあらゆる部分範囲を特定しかつ包含する。範囲の特定の値に用いられる「約」は、上下限に適用され、その値を測定する機器の精度に依存する場合を除いて、記載された数値の±１０％を示すことがある。
【0099】
以下の特許請求の範囲において機能的記載によって特定された構成要素の対応する構造、材料、行為及び均等物は、特許請求の範囲に具体的に記載された他の構成要素と組合せて機能を発揮するあらゆる構造、材料又は行為を包含する。本開示の記載は、例示及び説明を目的としたものであり、網羅的なものでもなければ、開示された形態に限定するものでもない。本開示の技術的範囲及び技術的思想から逸脱せずに、数多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。本開示の実施形態は、本開示の原理及び実用的用途の説明として最も適しかつ当業者が様々な実施形態に関する開示内容及び特定の用途に適した様々な修正について理解できるように、選択して記載したものである。
【符号の説明】
【0100】
１０８ タービン
１１４ 回転ブレード
１２０ 振動減衰システム
１６０ 本体開口
１７０ ダンパーピン
１７２ ベース部材
１７４ バネ懸架軸受部材
１８０ バネ
１８６ 軸受部材
２２０ 振動減衰システム
２７０ ダンパーピン
２７２ ベース部材
２７４ バネ懸架軸受部材
２８０ バネ
２８６ 軸受部材
３１０ 位置決め部材
１１４ 回転ブレード
１２０ 振動減衰システム
１６０ 本体開口
１７０ ダンパーピン
１７２ ベース部材
１７４ バネ懸架軸受部材
１８０ バネ
１８６ 軸受部材
２２０ 振動減衰システム
２７０ ダンパーピン
２７２ ベース部材
２７４ バネ懸架軸受部材
２８０ バネ
２８６ 軸受部材
３１０ 位置決め部材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【外国語明細書】