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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- JPH1047007A JPH1047007A JP20811096A JP20811096A JPH1047007A JP H1047007 A JPH1047007 A JP H1047007A JP 20811096 A JP20811096 A JP 20811096A JP 20811096 A JP20811096 A JP 20811096A JP H1047007 A JPH1047007 A JP H1047007A
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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。 【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。
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ターボ機械等のタービ
ン動翼の配列方法に関する。
ン動翼の配列方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ジェットエンジン、ガスタービン、スチ
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。
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。
【０００３】すなわち、各タービン動翼は所定の設計公
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。
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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】翼列の配列方法として
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。
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。
【０００５】しかし、の方法は、翼振動の観点から行
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。
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。
【０００６】本発明はかかる問題点を解決するために創
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。
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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本願発明の発明者等は、
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。
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。
【０００８】すなわち、本発明によれば、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。
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。
【０００９】翼の振動レベルの増大は、重量・固有振動
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。
【００１０】従って、本発明によれば、重量・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、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。
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。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
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。
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。
【００１２】図２は、本発明の方法を模式的に示す図で
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。
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。
【００１３】また、各グループに属するタービン動翼１
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。
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。
【００１４】図３は、シュミレーション結果の一例を示
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。
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。
【００１５】この図から、本発明によるタービン動翼の
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。
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。
【００１６】図４は、シュミレーション結果の別の例を
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。
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。
【００１７】言い換えれば、重量・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。
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。
【００１８】図５は、シュミレーション結果の更に別の
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。
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。
【００１９】図５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１．１８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。
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。
【００２０】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
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。
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。
【００２１】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、重量
・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。
・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。
【００２２】従って、本発明のタービン動翼の配列方法
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。
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。
【図１】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。
構造図である。
【図２】本発明の方法を模式的に示す図である。
【図３】シュミレーション結果の一例を示す図である。
【図４】シュミレーション結果の別の例を示す図であ
る。
る。
【図５】シュミレーション結果の更に別の例を示す図で
ある。
ある。
【符号の説明】 １ タービン動翼 ２ ディスク
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 |
|---|---|
| JP (1) | JP3940937B2 (ja) |
Cited By (4)
| 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 |
| CN117433726A (zh) * | 2023-10-13 | 2024-01-23 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种航空发动机高压涡轮叶片旋转激振试验方法 |
-
1996
- 1996-08-07 JP JP20811096A patent/JP3940937B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| 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 |
| 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 |
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