特許 7588064 流体機械の静翼の振動減衰装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-13

(45)【発行日】2024-11-21

(54)【発明の名称】流体機械の静翼の振動減衰装置

(51)【国際特許分類】

   F01D 25/04 20060101AFI20241114BHJP

   F04D 29/52 20060101ALI20241114BHJP

   F04D 29/66 20060101ALI20241114BHJP

   F01D 9/04 20060101ALI20241114BHJP

   F16F 15/126 20060101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

F01D25/04

F04D29/52 B

F04D29/66 G

F01D9/04

F16F15/126 B

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021212090

(22)【出願日】2021-12-27

(65)【公開番号】P2023096378

(43)【公開日】2023-07-07

【審査請求日】2023-11-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】弁理士法人大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 謙

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 祐太

(72)【発明者】

【氏名】▲浜▼ 大樹

(72)【発明者】

【氏名】田口 収

(72)【発明者】

【氏名】赤坂 達朗

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２４６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１２４９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３９７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３１２８００（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｄ ２５／０４

Ｆ０２Ｃ ７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体機械の動翼の後方に配置された静翼の振動減衰装置であって、
前記静翼の中心軸線を中心とする円筒形をなし、内周面に前記静翼を接合された環状体と、
前記環状体を外囲し、前記環状体の外周面に接触する内周面を含むエラストマ製の振動減衰部材と、
前記振動減衰部材を外囲し、前記振動減衰部材に径方向内向きの予荷重を与える予荷重付与部材とを有し、
前記振動減衰部材は周方向に断片状である振動減衰装置。

【請求項2】

前記予荷重付与部材は、前記振動減衰部材の外周に圧入された円筒体を含む請求項１に記載の振動減衰装置。

【請求項3】

前記予荷重付与部材は、前記振動減衰部材を外囲する円筒体と、前記円筒体に周方向応力を含む予荷重を付与すべく前記円筒体を外囲する薄板バンド及び前記薄板バンドを緊締する締結具とを含む請求項１に記載の振動減衰装置。

【請求項4】

前記環状体を外囲するハウジングを有し、前記予荷重付与部材の前記予荷重の反力を前記ハウジングにより支持するようにした請求項１に記載の振動減衰装置。

【請求項5】

流体機械の動翼の後方に配置された静翼の振動減衰装置であって、
前記静翼の中心軸線を中心とする円筒形をなし、内周面に前記静翼を接合された環状体と、
前記環状体を外囲し、前記環状体の外周面に接触する内周面を含むエラストマ製の振動減衰部材と、
前記振動減衰部材を外囲し、前記振動減衰部材に径方向内向きの予荷重を与える予荷重付与部材とを有し、
前記予荷重付与部材は、前記振動減衰部材の外周に圧入された円筒体を含む振動減衰装置。

【請求項6】

流体機械の動翼の後方に配置された静翼の振動減衰装置であって、
前記静翼の中心軸線を中心とする円筒形をなし、内周面に前記静翼を接合された環状体と、
前記環状体を外囲し、前記環状体の外周面に接触する内周面を含むエラストマ製の振動減衰部材と、
前記振動減衰部材を外囲し、前記振動減衰部材に径方向内向きの予荷重を与える予荷重付与部材とを有し、
前記予荷重付与部材は、前記振動減衰部材を外囲する円筒体と、前記円筒体に周方向応力を含む予荷重を付与すべく前記円筒体を外囲する薄板バンド及び前記薄板バンドを緊締する締結具とを含む振動減衰装置。

【請求項7】

流体機械の動翼の後方に配置された静翼の振動減衰装置であって、
前記静翼の中心軸線を中心とする円筒形をなし、内周面に前記静翼を接合された環状体と、
前記環状体を外囲し、前記環状体の外周面に接触する内周面を含むエラストマ製の振動減衰部材と、
前記振動減衰部材を外囲し、前記振動減衰部材に径方向内向きの予荷重を与える予荷重付与部材と、
前記環状体を外囲するハウジングとを有し、
前記予荷重付与部材の前記予荷重の反力を前記ハウジングにより支持するようにした振動減衰装置。

【請求項8】

前記予荷重付与部材は、前記振動減衰部材を外囲する円筒体と、前記円筒体と前記ハウジングとの間に配置されたばね部材とを含み、前記ばね部材を介して前記反力を前記ハウジングにより支持する請求項７に記載の振動減衰装置。

【請求項9】

前記振動減衰部材は円筒状である請求項５～８の何れか一項に記載の振動減衰装置。

【請求項10】

前記環状体が前記動翼の軸線方向の後方に隣接して配置されている請求項１～９の何れか一項に記載の振動減衰装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体機械の静翼の振動減衰装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンエンジン等のタービン装置は、ハウジング（支持体）を有する。ハウジングは、径方向外向きに延出する軸流式圧縮機用の複数の動翼を備えた回転軸（回転体）を所定の軸線周りに回転可能に支持している。タービン装置では、動翼の回転によって生じる気流により、動翼よりも下流側に周期的な圧力変動が生じる。この圧力変動によってハウジングが振動する。特に、ハウジングに、動翼の下流に隣接して配置されている静翼に大きい翼振動が発生する。

【0003】

特に、航空機用のターボファンエンジンでは、フロントファン（動翼）の回転によって生じる気流により、フロントファンのより下流側に周期的な圧力変動が生じる。この圧力変動によってフロントファンの下流に隣接して配置されているステータベーン（静翼）に大きい翼振動が発生する。

【0004】

静翼の振動を減衰させる振動減衰装置として、静翼のハウジングに対する取付基部とハウジングとの間に挟まれた金属ばねを有し、金属ばねの弾性変形に伴う金属ばねと取付基部及びハウジングとの摩擦によって振動を減衰するもの（例えば、特許文献１）や、粘弾性体の変形によって振動を減衰するもの（例えば、特許文献２）が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】ＥＰ１４４１１０８（Ａ２）号公報

【文献】特許第５０３５１３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上記の従来技術では、得られる減衰が不十分で、静翼に大きい応力が発生する場合がある。

【0007】

本発明は、以上の背景に鑑み、従来よりも大きい減衰が得られ、振動により静翼に大きい応力が発生することを回避することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために本発明のある態様は、流体機械の動翼（２８）の後方に配置された静翼（３０）の振動減衰装置であって、前記静翼の中心軸線を中心とする円筒形をなし、内周面（８２Ｂ）に前記静翼を接合された環状体（８０）と、前記環状体を外囲し、前記外周面に接触する内周面（１００Ａ）を含むエラストマ製の振動減衰部材（１００）と、前記振動減衰部材を外囲し、前記振動減衰部材に径方向内向きの予荷重を与える予荷重付与部材（１０２）とを有する。

【0009】

この態様によれば、従来よりも大きい減衰が得られ、振動により静翼に大きい応力が発生することを回避することができる。

【0010】

上記の態様において、前記振動減衰部材は円筒状或いは周方向に断片状であってよい。

【0011】

上記の態様において、前記予荷重付与部材が、前記振動減衰部材の外周に圧入された円筒体１０３を含んでいてもよい。

【0012】

この態様によれば、円筒体の圧入により予荷重を振動減衰部材に安定して付与することができる。

【0013】

上記の態様において、前記予荷重付与部材は、前記振動減衰部材を外囲する円筒体（１０３）と、前記円筒体に周方向応力を含む予荷重を付与すべく前記円筒体を外囲する薄板バンド（１１０）及び前記薄板バンドを緊締する締結具（１１２）とを含んでいてもよい。

【0014】

この態様によれば、振動減衰部材に対する予荷重の付与が容易になると共に予荷重を容易に調節することができる。

【0015】

上記の態様において、前記支持体が、前記環状体を外囲するハウジングを有し、前記予荷重付与部材の前記予荷重の反力を前記ハウジングにより支持するようにしてもよい。

【0016】

この態様によれば、振動減衰部材に対する予荷重の付与が安定して確実に行われる。

【0017】

上記の態様において、前記予荷重付与部材は、前記振動減衰部材を外囲する円筒体（１０３）と、前記円筒体と前記ハウジングとの間に配置されたばね部材（１１４）とを含み、前記ばね部材を介して前記反力を前記ハウジングにより支持するようにしてもよい。

【0018】

この態様によれば、ばね部材によって予荷重を調節できると共に、振動減衰部材に対する予荷重の付与が安定して確実に行われる。

【0019】

上記の態様において、前記環状体が前記動翼の軸線方向の後方に隣接して配置されていてもよい。

【0020】

この態様によれば、動翼の回転により生じる気流による静翼の振動が効果的に減衰される。

【発明の効果】

【0021】

以上の態様によれば、従来よりも大きい減衰が得られ、振動により静翼に大きい応力が発生することを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明による振動減衰装置が航空機用ガスタービンエンジンに用いられた実施形態を示す概略図

【図2】本発明による振動減衰装置の実施形態１を示す要部の断面図

【図3】本発明による振動減衰装置の実施形態２を示す要部の断面図

【図4】実施形態２の振動減衰装置に用いられる薄板バンド及び締結具の斜視図

【図5】本発明による振動減衰装置の実施形態３を示す要部の断面図

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下に、本発明による振動減衰装置が航空機用ガスタービンエンジンに用いられた実施形態を、図を参照して説明する。

【0024】

先ず、本実施形態の振動減衰装置が用いられる航空機用ガスタービンエンジン（ターボファンエンジン）の概要を、図１を参照して説明する。

【0025】

ガスタービンエンジン１０は、互いに同心に配置された略円筒状のアウタケーシング１２およびインナケーシング１４を有する。インナケーシング１４は内部に前部第１ベアリング１６および後部第１ベアリング１８によって低圧系回転軸（回転体）２０を回転自在に支持している。インナケーシング１４及び低圧系回転軸２０は前部第２ベアリング２２および後部第２ベアリング２４によって中空軸による高圧系回転軸２６を回転自在に支持している。

【0026】

低圧系回転軸２０は高圧系回転軸２６の中空部をこれらの中心軸線Ｘの方向に相対回転可能な貫通している。つまり、低圧系回転軸２０と高圧系回転軸２６とは中心軸線Ｘを共通の中心軸線として同心に配置されている。尚、中心軸線Ｘをガスタービンエンジン１０の中心軸線Ｘと云うことがある。

【0027】

低圧系回転軸２０はインナケーシング１４より前方に突出した略円錐形状の先端部２０Ａを含む。先端部２０Ａの外周には周方向に複数のフロントファン２８が設けられている。フロントファン２８の下流側には複数のステータベーン３０が周方向に所定の間隔をおいて設けられている。ステータベーン３０の下流側には、アウタケーシング１２とインナケーシング１４との間に形成された円環状断面形状のバイパスダクト３２と、インナケーシング１４に同心（中心軸線Ｘに同心）に形成された円環状断面形状の空気圧縮用ダクト３４とが並列に設けられている。

【0028】

空気圧縮用ダクト３４の入口部には軸流圧縮機３６が設けられている。軸流圧縮機３６は、低圧系回転軸２０の外周からに設けられた径方向外向きに延出する複数の翼による前後２列の動翼列３８と、インナケーシング１４に設けられた複数の翼による前後２列の静翼列４０とを軸線方向に互いに隣接して交互に有する。各静翼列４０は、対応する列の動翼列３８の下流側に隣接して配置されている。換言すると、各静翼列４０は、対応する列の動翼列３８の軸線方向の後方に隣接して配置されている。

【0029】

空気圧縮用ダクト３４の出口部には遠心圧縮機４２が設けられている。遠心圧縮機４２は高圧系回転軸２６の外周に設けられたインペラ４４を有する。空気圧縮用ダクト３４の出口部にはインペラ４４の上流側に位置するストラット４６が設けられている。遠心圧縮機４２の出口部にはインナケーシング１４に固定されたデフューザ５０が設けられている。

【0030】

デフューザ５０の下流側には燃焼器５４が設けられている。燃焼器５４は中心軸線Ｘを中心とする円環状の逆流燃焼室５２を画定する。逆流燃焼室５２にはデフューザ５０から圧縮空気通路５１を流れる圧縮空気が供給される。

【0031】

インナケーシング１４には逆流燃焼室５２に燃料を噴射する複数の燃料噴射ノズル（燃料噴射装置）７０が中心軸線Ｘ周りの周方向に等間隔をおいて取り付けられている。各燃料噴射ノズル７０は逆流燃焼室５２に向けて燃料を噴射する。逆流燃焼室５２は、燃料噴射ノズル７０から噴射される燃料と圧縮空気通路５１からの空気との混合気の燃焼によって高温の燃焼ガスを生成する。

【0032】

逆流燃焼室５２の下流側には逆流燃焼室５２にて生成された燃焼ガスを噴付けられる高圧タービン６０および低圧タービン６２が設けられている。高圧タービン６０は逆流燃焼室５２の出口部に固定された静翼列５８及び高圧系回転軸２６の外周に固定された動翼列６４を含む。低圧タービン６２は、高圧タービン６０の下流側にあり、インナケーシング１４に固定された複数の静翼列６６及び低圧系回転軸２０の外周に設けられた複数の動翼列６８を軸線方向に交互に有する。

【0033】

ガスタービンエンジン１０の始動に際しては、スタータモータ（不図示）によって高圧系回転軸２６を回転駆動することが行われる。高圧系回転軸２６が回転駆動されると、遠心圧縮機４２によって圧縮された空気が逆流燃焼室５２に供給され、逆流燃焼室２９における空気と燃料との混合気の燃焼によって燃料ガスが発生する。燃料ガスは動翼列６４、６８に噴付けられ、高圧系回転軸２６及び低圧系回転軸２０を回転させる。

【0034】

これにより、低圧系回転軸２０および高圧系回転軸２６が回転し、フロントファン２８が回転すると共に軸流圧縮機３６および遠心圧縮機４２が運転され、圧縮空気が逆流燃焼室５２に供給される。これにより、ガスタービンエンジン１０はスタータモータの停止後も運転を継続する。

【0035】

ガスタービンエンジン１０の運転中に、フロントファン２８が吸い込んだ空気の一部は、バイパスダクト３２を通過して後方に噴出し、推力を発生する。フロントファン２８が吸い込んだ空気の残部は、逆流燃焼室５２に供給されて燃料との混合気として燃焼し、燃焼ガスは低圧系回転軸２０および高圧系回転軸２６の回転駆動に寄与した後に後方に噴出し、推力を発生する。

【0036】

次に、本発明による振動減衰装置７８をステータベーン３０の支持部７６に適用した実施形態１を、図２を参照して説明する。

【0037】

ステータベーン３０の支持部７６は、環状体８０と、アウタケーシング１２の一部により構成され、環状体８０を外囲する円筒状のハウジング９０とを有する。

【0038】

環状体８０は、中心軸線Ｘを中心とする円筒形の外周面８２Ａを構成する円筒部８２と、円筒部８２の軸線方向の両端部から各々径方向外方に延出した円盤状の径方向延出部８４Ａ、８６Ａ及び径方向延出部８４Ａ、８６Ａの先端より各々軸線方向外方に延出した円筒状の軸線方向延出部８４Ｂ、８６Ｂによる鉤形部８４、８６とを有する。各ステータベーン３０は、円筒部８２の内周面８２Ｂから径方向内向きに延出している。

【0039】

鉤形部８４、８６の外側にはゴム製のパッキング９２、９４が嵌合状態で装着されている。環状体８０は、パッキング９２、９４及び後述する振動減衰部材１００及び予荷重付与部材１０２を円筒部８２の外周に取り付けられた状態で、ハウジング９０に対して図２で見て右側から左側に軸線方向に移動することにより、パッキング９２、９４を介してハウジング９０の内周部に取り付けられる。この移動により、パッキング９２がハウジング９０に形成されている凹部８７に嵌合する。環状体８０は、ハウジング９０に取り付けられた状態において、円筒部８２とハウジング９０との間に円環状断面の密閉構造の空間９６を画定する。

【0040】

振動減衰装置７８は、空間９６に配置される振動減衰部材１００と予荷重付与部材１０２とを有する。

【0041】

振動減衰部材１００は、合成ゴム等によるエラストマ製で円筒状に形成され、円筒部８２の外周面８２Ａに、接着剤等を介さずに、直接に接触する内周面１００Ａを含む。振動減衰部材１００は、内周面１００Ａと円筒部８２の外周面８２Ａとの摩擦及び自身の粘弾性（内部摩擦）により、環状体８０及びステータベーン３０の振動の減衰を行う。

【0042】

予荷重付与部材１０２は金属製のシームレス構造の円筒体１０３を含む。円筒体１０３は振動減衰部材１００を外囲し、焼き嵌めを含む圧入により振動減衰部材１００に径方向内向きの予荷重を与えている。振動減衰部材１００に対する円筒体１０３の圧力は、円筒体１０３の内径が一方の鉤形部８４の軸線方向延出部８４Ｂの外径より大きいことにより、環状体８０のハウジング９０に対する取付前に、パッキング９２が装着されていない状態で、鉤形部８４の側から行うことができる。

【0043】

振動減衰部材１００の内周面１００Ａは、予荷重付与部材１０２の円筒体１０３によって振動減衰部材１００に与えられた径方向内向きの予荷重より、円筒部８２の外周面８２Ａに予荷重相当の押圧力をもって密着する。

【0044】

これにより、振動減衰部材１００の内周面１００Ａと円筒部８２の外周面８２Ａとの摩擦抵抗が増大し、摩擦による振動減衰が、予荷重なしの場合に比して効果的に行われる。このように、振動減衰装置７８は、従来よりも大きい減衰性能を示し、振動によって支持部７６及びステータベーン３０に大きい応力が発生することを回避する。

【0045】

振動減衰装置７８は、振動減衰部材１００と予荷重付与部材１０２とにより、ダイナミックダンパとしても作用し、振動減衰を行う。

【0046】

振動減衰部材１００は、軸流圧縮機３６及び遠心圧縮機４２により燃焼器５４から隔てられ、燃焼器５４から十分離れた位置にあって、ガスタービンエンジン１０の熱影響を受け難い。しかも、振動減衰部材１００は、ガスタービンエンジン１０において最も温度が低いフロントファン２８の気流によって冷却され、熱損傷を受け難い。

【0047】

次に、本発明による振動減衰装置７８をステータベーン３０の支持部７６に適用した実施形態２を、図３及び図４を参照して説明する。尚、図３において、図２に対応する部分は、図２に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

【0048】

実施形態２では、予荷重付与部材１０２は、振動減衰部材１００を外囲する金属製の円筒体１０３と、円筒体１０３を外囲する金属製の複数の薄板バンド１１０及び各薄板バンド１１０を緊締する締結具１１２（図４参照）を含む。薄板バンド１１０及び締結具１１２は円筒体１０３の軸線方向に離れた複数の位置に配置されている。薄板バンド１１０は締結具１１２によって緊締されることにより、円筒体１０３に周方向応力（フープ応力）を含む予荷重を付与する。これにより、円筒体１０３を介して振動減衰部材１００に径方向内向きの予荷重が与えられる。

【0049】

実施形態２でも、振動減衰部材１００に径方向内向きの予荷重が与えられることにより、実施形態１と同様の作用、効果が得られる。実施形態２では、予荷重の付与が圧入による場合よりも、振動減衰部材１００に対する予荷重付与部材１０２の組付け作業性が改善されると共に、予荷重の付与が容易になると共に予荷重を容易に調節することができる。

【0050】

次に、本発明による振動減衰装置７８をステータベーン３０の支持部７６に適用した実施形態３を、図５を参照して説明する。尚、図５において、図２に対応する部分は、図２に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

【0051】

実施形態３では、予荷重付与部材１０２は、振動減衰部材１００を外囲する金属製の円筒体１０３と、円筒体１０３を外囲し、円筒体１０３とハウジング９０との間に配置された円環状のばね部材１１４とを含む。ばね部材１１４は円筒体１０３の軸線方向に離れた複数の位置に配置される。各ばね部材１１４は、Ｃ形の横断面形状を有し、円筒体１０３とハウジング９０との間で径方向に変形することにより反発力を生じる。これにより、円筒体１０３を介して振動減衰部材１００に径方向内向きの予荷重が与えられ、当該予荷重の反力がハウジング９０により支持される。

【0052】

実施形態３でも、振動減衰部材１００に径方向内向きの予荷重が与えられることにより、実施形態１と同様の作用、効果が得られる。実施形態２では、予荷重の付与が圧入による場合よりも、振動減衰部材１００に対する予荷重付与部材１０２の組付け作業性が改善されると共に、予荷重付与の調節が容易になる。しかも、予荷重の反力がハウジング９０によって確実に支持され、振動減衰部材１００に対する予荷重の付与が安定して確実に行われる。

【0053】

以上で具体的な実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態や変形例に限定されることなく、幅広く変形実施することができる。振動減衰部材１００は、円筒部８２の外周面８２Ａに、周方向に断片状に設けられていてもよい。振動減衰部材１００は、必ずしも一つの材料で構成されている必要はない。実施形態３に用いられるばね部材１１４は、円筒体１０３とハウジング９０との間に挟まれる波形のものであってもよい。

【0054】

本発明による振動減衰装置は、ガスタービンエンジン１０の軸流圧縮機３６の静翼列４０や低圧タービン６２の静翼列６６にも適用することができる。また、本発明による振動減衰装置は、ガスタービンエンジン１０以外の種々の流体機械（回転翼機械）の静翼の振動減衰装置として用いられてよい。

【符号の説明】

【0055】

１０ ：ガスタービンエンジン
１２ ：アウタケーシング（支持体）
１４ ：インナケーシング
１６ ：前部第１ベアリング
１８ ：後部第１ベアリング
２０ ：低圧系回転軸（回転体）
２０Ａ ：先端部
２２ ：前部第２ベアリング
２４ ：後部第２ベアリング
２６ ：高圧系回転軸
２８ ：フロントファン（動翼）
２９ ：逆流燃焼室
３０ ：ステータベーン（静翼）
３２ ：バイパスダクト
３４ ：空気圧縮用ダクト
３６ ：軸流圧縮機
３８ ：動翼列
４０ ：静翼列
４２ ：遠心圧縮機
４４ ：インペラ
４６ ：ストラット
５０ ：デフューザ
５１ ：圧縮空気通路
５２ ：逆流燃焼室
５４ ：燃焼器
５８ ：静翼列
６０ ：高圧タービン
６２ ：低圧タービン
６４ ：動翼列
６６ ：静翼列
６８ ：動翼列
７０ ：燃料噴射ノズル
７６ ：支持部
７８ ：振動減衰装置
８０ ：環状体
８０Ｂ ：内周面
８２ ：円筒部
８２Ａ ：外周面
８２Ｂ ：内周面
８４ ：鉤形部
８４Ａ ：径方向延出部
８４Ｂ ：軸線方向延出部
８６ ：鉤形部
８６Ａ ：径方向延出部
８６Ｂ ：軸線方向延出部
８７ ：凹部
９０ ：ハウジング
９２ ：パッキング
９４ ：パッキング
９６ ：空間
１００ ：振動減衰部材
１００Ａ ：内周面
１０２ ：予荷重付与部材
１０３ ：円筒体
１１０ ：薄板バンド
１１２ ：締結具
１１４ ：ばね部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】