JPH1047007A - タービン動翼の配列方法 - Google Patents
タービン動翼の配列方法Info
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Abstract
ン動翼を高速回転するディスクの外周に等間隔で取り付
け、かつ発生する振動レベルを十分に小さく抑制するこ
とができるタービン動翼の配列方法を提供する。 【解決手段】 複数のタービン動翼1の固有振動数をそ
れぞれ計測し、タービン動翼を複数のグループに分割
し、各グループ内のタービン動翼を固有振動数の小さい
順にディスク2の反回転方向に沿って配列する。
Description
ン動翼の配列方法に関する。
ームタービンなどのターボ機械では、多数のタービン動
翼が円板状のディスクの外周に等間隔に取り付けられ、
高速回転して用いられる。かかるタービン動翼は、その
質量、固定振動数等の相違により、高レベルの振動を引
き起こすことがある。
差内で製造されており、この公差により質量、固有振動
数などの特性にばらつきが生じ、その影響により流体励
振力に対する応答振幅が各翼間でばらつくことが避けら
れない。このため、翼の配列によっては、特定の翼で高
いレベルの振動が生じ破損に至ることがある。
は、ロータアンバランスが小さくなるように翼重量の
不均等ベクトルを許容差内におさめるように配置する方
法、固有振動数が動翼全数の平均値から離れた特異な
振動数を有する翼を不均等間隔で配置し、かつ翼重量の
不均等ベクトルを許容差内におさめるように配置する方
法(特願平5−40039号)、等が知られている。
われるものではないため、翼振動を低減する効果はほと
んどなく、の方法は、特異な翼についてのみの配置方
法であり、通常のばらつき範囲の翼配列には適用でき
ず、かつ手順に一般性がなく、翼振動を必ずしも十分に
は低減できない、等の問題点があった。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、所定
の設計公差内で製造された複数のタービン動翼を高速回
転するディスクの外周に等間隔で取り付け、かつ発生す
る振動レベルを十分に小さく抑制することができるター
ビン動翼の配列方法を提供することにある。
ミスチューン翼が周波数応答に及ぼす影響を解析し、
振動を抑制する配置についての仮説をつくり、仮説
に基づく配置を種々のケースについてシュミレーション
により検討し、この仮説の有効性を確認した。本発明は
かかる新規の知見に基づくものである。
ン動翼の固有振動数をそれぞれ計測し、該タービン動翼
を複数のグループに分割し、各グループ内のタービン動
翼を固有振動数の小さい順にディスクの反回転方向に沿
って配列する、ことを特徴とするタービン動翼の配列方
法が提供される。また、本発明の好ましい実施形態によ
れば、固有振動数の小さい順に、各グループに同数のタ
ービン動翼を振り分ける。
数などの特性にばらつきのある各種の振動がディスクを
介して連成し、運動エネルギが特定の翼に局在化するこ
とにより生じる。本発明によれば、ロータの反回転方向
に翼の固有振動数が最小から最大値に達すると再び最小
値となるパターンを数回繰り返して一周するように配置
することにより、翼配列の組み合わせにより、その局在
化を極力小さくし、運動エネルギを分散させ、これによ
り翼の振動レベルを各翼の特性にばらつきのないものと
同等のレベルにまで低減することができる。
数などの特性にばらつきがある各翼の振動レベルを、翼
配列の変更のみで、各翼の特性にばらつきのないものと
同等レベルにまで低減でき、かつ本発明の方法は、翼配
置を変更するのみで翼振動を抑制できるため、特別な装
置、器材を必要とせず、安価であり、更に、特定翼の過
大振幅を抑制することが可能である。
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付して使用する。図1は、複
数のタービン動翼を有するブレードディスク構造図であ
る。図1(A)に示すように、複数のタービン動翼1
は、円板状のディスク2に周方向に等間隔に取り付けら
れる。図1(B)は図1(A)の解析モデルである。こ
の図から明らかなように、各タービン動翼1の公差によ
り翼の等価質量、等価減衰、等価剛性等の特性にばらつ
きがあると、各種の振動がディスク2を介して連成し、
運動エネルギが特定の翼に局在化することがある。その
影響により流体励振力に対する応答振幅が各翼間でばら
つくことは本質的には避けられない。
ある。この図に示すように、本発明のタービン動翼の配
列方法では、翼の固有振動数に注目して、翼配列により
翼列の振動を抑制するものである。図2の配列は、回転
の逆方向に翼の剛性を最小値から最大値に徐々に変化
し、最大値に達すると再び最小値となるパターンを数回
繰り返して一周する配置となっている。すなわち、翼の
剛性は翼の固有振動数の2乗にほぼ比例の関係にあるこ
とから、本発明の方法は、複数(この図では8枚)のタ
ービン動翼1の固有振動数をそれぞれ計測する第1ステ
ップと、タービン動翼1を複数(この例では2つ)のグ
ループに分割する第2ステップと、各グループ内のター
ビン動翼1を固有振動数の小さい順にディスク2の反回
転方向に沿って配列する第3ステップとからなる。な
お、以下本発明によるタービン動翼の配列方法を「三角
配置」と呼ぶ。
の枚数は等しい方がバランスがとれやすく、更に剛性又
は固有振動数のばらつき(以下、ミスチューンとよぶ)
の程度は、各グループで等価であることが好ましい。従
って、これを実現するために、固有振動数の小さい順
に、各グループに同数のタービン動翼を振り分けるのが
よい。
す図であり、(A)は各系の最大振幅の確率分布、
(B)は最適配置の周波数応答、(C)は最悪配置の周
波数応答を示している。この図は図2に示したタービン
翼が8枚の場合である。タービン翼が8枚の場合の配列
の数は、315通りある。図3(B)(C)の左図は、
固有振動数のばらつき(ミスチューン)の配列順序の例
を示しており、右図は、定格回転数を1とした速度(周
波数)の変化に対する翼振動の振幅を示している。ま
た、右図における○印は各タービン翼を予め調整(Tune
d) してばらつきを無くした場合を示している。なお、
完全に調整した場合の最大振幅は1.0となる。
配列方法は、(B)に示す最適配置と一致しており、本
発明の方法の有効性を示している。
示す図であり、タービン翼が24枚の場合である。この
場合、組み合わせは1022通りあり、(B)(C)はこ
のうち1000通りをランダムに抽出の上解析し、良い
配列と悪い配列に区分けしたものである。なお、図4に
おける各図の記載内容は、図3と同じである。図4のシ
ュミレーション結果から、本発明による三角配置では
(A)に示すように約1.16の翼振動振幅となり、こ
れは、1000通りのうちの良い配列(B)の最大振幅
と一致する。また、1000通りのうちの悪い配列
(C)では、最大振幅は約1.68である。従って、本
発明のタービン動翼の配列方法、すなわら、三角配置で
は、完全に調整した場合の最大振幅1.0には必ずしも
達しないが、1022通りの組み合わせのうちの、100
0通り内での良い配列とほぼ一致する配置を配列するこ
とができる。
性にばらつきがある各翼の振動レベルを、翼配列の変更
のみで、各翼の特性にばらつきのないものと同等レベル
にまで低減できるといえる。また、本方法は、翼配置を
変更するのみで翼振動を抑制できるため、特別な装置、
器材を必要とせず、安価であり、かつ、特定翼の過大振
幅を抑制することが可能である。
例を示す図である。この図はタービン翼が80枚の場合
である。この場合、組み合わせは10116 通りあり、
(B)(C)はこのうち200通りをランダムに抽出の
上解析し、図4と同様に良い配列と悪い配列に区分けし
たものである。また、図5における各図の記載内容は、
図3乃至図4と同じである。
による三角配置では(A)に示すように約1.18の翼
振動振幅となり、これは、10116 通りのうちの200
通りのうちの良い配列(B)の最大振幅約1.28より
も小さい。一方、200通りのうちの悪い配列(C)の
最大振幅は約1.58である。従って、本発明のタービ
ン動翼の配列方法(三角配置)は、完全に調整した場合
の最大振幅1.0には達しないが、10116 通りの組み
合わせのうちの、200通りなかでの良い配列よりも更
に振幅を小さくできる配列を容易に実現することができ
る。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
・固有振動数などの特性にばらつきがある各翼の振動レ
ベルを、翼配列の変更のみで、各翼の特性にばらつきの
ないものと同等レベルにまで低減できる。また、本方法
は、翼配置を変更するのみで翼振動を抑制できるため、
特別な装置、器材を必要とせず、安価であり、かつ、特
定翼の過大振幅を抑制することが可能である。また、本
発明の方法は、ジェットエンジン、ガスタービン、スチ
ームタービンなど、広範囲のターボ機械の動翼に適用す
ることができる。
は、所定の設計公差内で製造された複数のタービン動翼
を高速回転するディスクの外周に等間隔で取り付け、か
つ発生する振動レベルを十分に小さく抑制することがで
きる、等の優れた効果を有する。
構造図である。
る。
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 複数のタービン動翼の固有振動数をそれ
ぞれ計測し、該タービン動翼を複数のグループに分割
し、各グループ内のタービン動翼を固有振動数の小さい
順にディスクの反回転方向に沿って配列する、ことを特
徴とするタービン動翼の配列方法。 - 【請求項2】 固有振動数の小さい順に、各グループに
同数のタービン動翼を振り分ける、ことを特徴とする請
求項1に記載のタービン動翼の配列方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20811096A JP3940937B2 (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | タービン動翼の配列方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20811096A JP3940937B2 (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | タービン動翼の配列方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1047007A true JPH1047007A (ja) | 1998-02-17 |
JP3940937B2 JP3940937B2 (ja) | 2007-07-04 |
Family
ID=16550810
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20811096A Expired - Fee Related JP3940937B2 (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | タービン動翼の配列方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012035658A1 (ja) * | 2010-09-17 | 2012-03-22 | 株式会社日立製作所 | 翼の配列方法 |
JP5519835B1 (ja) * | 2013-06-18 | 2014-06-11 | 川崎重工業株式会社 | 翼を備える回転体 |
JP2019500531A (ja) * | 2015-10-28 | 2019-01-10 | サフラン・エアクラフト・エンジンズ | ターボ機械のタービンブレードを意図的にミスチューンさせるための方法 |
-
1996
- 1996-08-07 JP JP20811096A patent/JP3940937B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2012035658A1 (ja) * | 2010-09-17 | 2012-03-22 | 株式会社日立製作所 | 翼の配列方法 |
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WO2014203907A1 (ja) | 2013-06-18 | 2014-12-24 | 川崎重工業株式会社 | 翼を備える回転体 |
CN105308266A (zh) * | 2013-06-18 | 2016-02-03 | 川崎重工业株式会社 | 具备叶片的旋转体 |
US20160102564A1 (en) * | 2013-06-18 | 2016-04-14 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Rotating body provided with blades |
US10066489B2 (en) | 2013-06-18 | 2018-09-04 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Rotating body provided with blades |
JP2019500531A (ja) * | 2015-10-28 | 2019-01-10 | サフラン・エアクラフト・エンジンズ | ターボ機械のタービンブレードを意図的にミスチューンさせるための方法 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP3940937B2 (ja) | 2007-07-04 |
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