動翼及び回転機械
【課題】動翼及び回転機械において、翼の振動を効果的に減衰可能とすると共に高コスト化を抑制可能とする。
【解決手段】翼部２３の基端部がロータに支持されると共に翼部２３の先端部にシュラウド２４が固定され、ロータの周方向に複数並設されることで、シュラウド２４が環状をなすように互いに接触して組み付けられるように構成され、シュラウド２４に、隣接するシュラウド２４との接触部に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１を設ける。
【解決手段】翼部２３の基端部がロータに支持されると共に翼部２３の先端部にシュラウド２４が固定され、ロータの周方向に複数並設されることで、シュラウド２４が環状をなすように互いに接触して組み付けられるように構成され、シュラウド２４に、隣接するシュラウド２４との接触部に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンなどに適用される動翼、この動翼が適用される回転機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な蒸気タービンは、ケーシングに回転軸であるロータが回転自在に支持され、このロータの外周部に動翼が設けられると共に、ケーシングに静翼が設けられ、蒸気通路にこの動翼と静翼が交互に複数配設されて構成されている。従って、この動翼及び静翼を流れる蒸気により、動翼を介してロータが回転駆動することができる。
【０００３】
このような蒸気タービンにて、動翼は、ロータディスクに固定される翼根部と、この翼根部に一体に形成されるプラットホームと、基端部がこのプラットホームに接合されて先端部側に延出する翼部と、この翼部の先端部に連結されるシュラウド（インテグラルシュラウド）とから構成されており、翼部は捩られている。そして、この動翼は、基端部がロータ（ロータディスク）の外周部に周方向に沿って複数並設されるように固定され、先端部のシュラウド同士が接触するように環状に組み付けられている。
【０００４】
蒸気タービンでは、運転が開始されて回転数が増加すると、各動翼に遠心力が作用し、翼部に予め形成されている捩れをなくす方向の捩りモーメントが作用することから、隣接するシュラウドが回動して互いに押圧し、この押圧面にシュラウド反力が生じる。一方、蒸気タービンの運転中は、各動翼に流体からの励振力が作用するため、この動翼は振動することとなり、シュラウドの接触面に摩擦力が発生する。この摩擦力は、動翼の励振力を減衰させる作用があることから、従来は、この摩擦力により動翼の振動を減衰させていた。このような構成の動翼として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−０１３４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の動翼は、回転時に遠心力が作用して捩れがなくなる方向の捩りモーメントが作用するため、隣接するシュラウド同士の接触面に摩擦力が発生し、動翼の励振力を減衰させることができる。この場合、動翼の励振力を減衰させるためには、シュラウド同士を面接触させる必要があり、動翼、特にシュラウドにおける接触面の加工精度や公差管理が重要なものとなり、高コスト化を招いてしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、翼の振動を効果的に減衰可能とすると共に高コスト化を抑制可能とする動翼及び回転機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の動翼は、翼部の基端部が回転軸に支持可能であると共に前記翼部の先端部に連結部が固定され、前記回転軸の周方向に複数並設されることで、前記連結部が環状をなすように接触して組み付けられる動翼において、前記連結部は、隣接する連結部との接触部に対して前記翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部を有する、ことを特徴とするものである。
【０００９】
従って、動翼が回転して遠心力が作用すると、この動翼の捩れがなくなる方向の捩りモーメントが作用し、隣接する連結部同士の接触部に摩擦力が発生し、動翼の励振力を減衰させることができる。この場合、回動部が隣接する連結部の接触部に対して翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在であることから、連結部側の接触部に対して回動部が回動してこの隣接する連結部に対して常時適正に接触することが可能となることから、発生する摩擦力により動翼の励振力を常時減衰させることができる。その結果、動翼の振動を効果的に減衰することができる一方で、動翼における接触面の加工精度や公差管理を不要して高コスト化を抑制することができる。
【００１０】
本発明の動翼では、前記回動部は、前記翼部の長手方向に交差すると共に前記複数の連結部における環状の組付方向に沿う軸線をもって回動自在であることを特徴としている。
【００１１】
従って、連結部の接触部に対して回動部が常時適正に回動することで、接触部同士が自動的に適正な接触状態に調整されることとなり、回動部と隣接する連結部との間に常時適正な摩擦力を発生させることとなり、動翼の励振力を適正に減衰させることができる。
【００１２】
本発明の動翼では、前記回動部と隣接する連結部との接触面は、同一形状をなす平面または同一曲率をなす凹凸湾曲面であることを特徴としている。
【００１３】
従って、連結部の接触部に対して回動部が追従して回動するとき、互いの接触面が適正に面接触状態を維持したままとなり、適正な摩擦力を発生して動翼の励振力を確実に減衰させることができる。
【００１４】
本発明の動翼では、前記連結部は、前記翼部の先端部に固定される連結部本体と、該連結部本体に回動軸により回動自在に支持される前記回動部を有することを特徴としている。
【００１５】
従って、連結部の一部に回動自在な回動部を設けることで、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００１６】
本発明の動翼では、前記回動部は、前記回動軸が前記連結部本体に形成された支持孔に回動自在に支持されると共に前記翼部の長手方向に移動自在に支持され、前記支持孔は、前記翼部の先端部側の内面に前記回動軸の回動を抑制する回動抑制部が設けられることを特徴としている。
【００１７】
従って、動翼に大きな遠心力が作用すると、回動部が動翼の先端部側に移動するモーメントが作用し、回動軸が支持孔を同方向に移動して回動抑制部に支持され、回動部の回動が抑制されることとなり、このときの回動部のがたつきを防止し、動翼の適正な回転を維持することができる。
【００１８】
また、本発明の回転機械は、ケーシングと、該ケーシング内に回転自在に支持されたロータと、翼部の基端部が前記ロータに支持されると共に前記翼部の先端部側に連結部が固定されて前記ロータの周方向に複数並設されることで前記連結部が環状をなすように接触して組み付けられる複数段の動翼と、基端部が前記ケーシングに固定されると共に先端部が前記ロータ側に延出して前記動翼と交互に配設される複数段の静翼と、を備える蒸気タービンにおいて、前記連結部は、隣接する連結部との接触部に対して前記翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部を有する、ことを特徴とするものである。
【００１９】
従って、動翼が回転して遠心力が作用すると、この動翼の捩れがなくなる方向の捩りモーメントが作用し、隣接する連結部同士の接触面に摩擦力が発生し、動翼の励振力を減衰させることができる。この場合、回動部が隣接する連結部の接触部に対して翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在であることから、連結部側の接触部に対して回動部が回動してこの隣接する連結部に対して常時適正に接触することが可能となることから、発生する摩擦力により動翼の励振力を常時減衰させることができる。その結果、動翼の振動を効果的に減衰することができる一方で、動翼における接触面の加工精度や公差管理を不要して高コスト化を抑制することができ、回転機械の効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の動翼及び回転機械によれば、隣接する連結部との接触部に対して翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部を設けるので、動翼の振動を効果的に減衰することができる一方で、動翼における接触面の加工精度や公差管理を不要して高コスト化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る動翼のシュラウドを表す概略図である。
【図２】図２は、実施例１の動翼におけるシュラウドの分解概略図である。
【図３】図３は、実施例１の動翼におけるシュラウド回動部の作用を表す概略図である。
【図４】図４は、実施例１の動翼におけるシュラウド回動部の変形例を表す概略図である。
【図５】図５は、実施例１の動翼が適用された蒸気タービンの概略構成図である。
【図６】図６は、実施例１の動翼を表す概略図である。
【図７】図７は、本発明の実施例２に係る動翼の要部を表す概略図である。
【図８】図８は、実施例２の動翼における作用を表す概略図である。
【図９】図９は、本発明の実施例３に係る動翼の要部を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る動翼及び回転機械の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の実施例１に係る動翼のシュラウドを表す概略図、図２は、実施例１の動翼におけるシュラウドの分解概略図、図３は、実施例１の動翼におけるシュラウド回動部の作用を表す概略図、図４は、実施例１の動翼におけるシュラウド回動部の変形例を表す概略図、図５は、実施例１の動翼が適用された蒸気タービンの概略構成図、図６は、実施例１の動翼を表す概略図である。
【００２４】
実施例１では、本発明の回転機械としての蒸気タービンを例に挙げて説明する。この実施例１の蒸気タービンにおいて、図５に示すように、ケーシング１１は、中空形状をなし、回転軸としてのロータ１２が複数の軸受１３により回転自在に支持されている。このロータ１２は、ケーシング１１の内部にて、外周部にロータディスク１４を介して動翼１５が固定されている。この場合、動翼１５は、ロータ１２における軸方向に所定間隔で複数段にわたって設けられている。また、ケーシング１１は、この複数段の動翼１５の間に位置して、複数段の静翼１６が固定されている。そして、ケーシング１１は、この動翼１５及び静翼１６が配設される通路に蒸気通路１７が形成されており、蒸気供給口１８と蒸気排出口１９が設けられ、蒸気通路１７に連通している。
【００２５】
従って、蒸気がこの蒸気供給口１８から蒸気通路１７に供給されると、この蒸気が複数の動翼１５と静翼１６を通過することで、各動翼１５を介してロータ１２が駆動回転し、このロータ１２に連結された図示しない発電機を駆動する一方、動翼１５を駆動した蒸気は、排気ディフューザ（図示略）で静圧に変換されてから蒸気排出口１９から大気に放出される。
【００２６】
このように構成された蒸気タービンにて、動翼１５は、図６に示すように、翼根部２１と、プラットホーム２２と、翼部２３と、本発明の連結部としてのシュラウド（インテグラルシュラウド）２４とから構成されている。翼根部２１は、ロータディスク１４（図５参照）に板厚方向から嵌合して固定可能となっている。プラットホーム２２は、翼根部２１と一体となる湾曲したプレート形状をなしている。翼部２３は、基端部がこのプラットホーム２２に固定されて先端部がケーシング１１（図５参照）のない壁面側に延出しており、所定角度（例えば、９０度程度）捩じられている。シュラウド２４は、この翼部２３の先端部に固定されている。
【００２７】
そして、この動翼１５は、図５及び図６に示すように、ロータ１２の外周部に周方向に沿って一定間隔で複数並設され、基端部がロータディスク１４に固定されることで、各シュラウド２４同士が接触することで環状に組み付けられている。
【００２８】
このように構成された本実施例の動翼１５にあっては、図１及び図２、図６に示すように、翼部２３の基端部がロータ１２（図５参照）に支持される共にこの翼部２３の先端部にシュラウド２４が固定され、ロータ１２の周方向に複数並設されることで、シュラウド２４が環状をなすように接触して組み付けられて構成され、シュラウド２４に、隣接するシュラウド２４との接触部に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１を設けている。
【００２９】
この回動部３１は、翼部２３の長手方向に交差すると共に複数のシュラウド２４における環状の組付方向に沿う軸線をもって回動自在となっている。そして、回動部３１と隣接するシュラウド２４との接触面は、同一形状をなす平面または同一曲率をなす凹凸湾曲面となっている。
【００３０】
具体的に説明すると、シュラウド２４は、翼部２３の先端部に所定の厚さを有する板形状をなすようにシュラウド本体３２が一体に形成されている。このシュラウド本体３２は、シュラウド２４同士が組み付けられる環状方向に長く、この長手方向における端部が二股形状をなしている。そして、シュラウド本体３２は、長手方向の一方側に第１、第２突起部３２ａ，３２ｂが形成され、他方側に第３突起部３２ｃが形成されると共に第４突起部として機能する回動部３１が回動軸３３により回動自在に支持されている。
【００３１】
この回動部３１は、基端部側の取付面３１ａが、シュラウド本体３２の他方側における第３突起部３２ｃに隣接して形成された端面３２ｄに隙間なく面接触すると共に、所定の位置で周囲の面が段差なく連続するように配置されている。そして、シュラウド本体３２の端面３２ｄに支持孔３２ｅが形成される一方、回動部３１の取付面３１ａに回動軸３３が一体（または、別体）に形成されており、回動部３１の回動軸３３がシュラウド本体３２の支持孔３２ｅに回動自在に嵌合している。
【００３２】
この場合、回動部３１は、回動軸３３がシュラウド本体３２の支持孔３２ｅに回動自在に嵌合した状態で、図示しない抜け止め手段により支持されている。この抜け止め手段は、例えば、ねじ部材であり、シュラウド本体３２の支持孔３２ｅを貫通孔とし、この貫通孔の一方側から回動部３１の回動軸３３を挿入し、他方側からねじ部材を挿入して回動軸３３に螺合することで、ねじ部材がシュラウド本体３２に係止することで、回動部３１が脱落しないようにすればよい。なお、この抜け止め手段は、ねじ部材に限らず、クリップなどを用いてもよい。
【００３３】
動翼１５は、前述したように、ロータ１２の周方向に複数並設されることで、シュラウド２４が環状をなすように接触可能となっており、具体的には、シュラウド２４を構成する回動部３１の第１接触面３４が、隣接するシュラウド２４を構成するシュラウド本体３２における第１突起部３２ａの第２接触面３５に接触可能となっている。この場合、回動軸３３を上述したねじ部材などで係止した場合、初期組付時に第２接触面３５に対する第１接触面３４の角度を適正角度に調整することができる。そして、動翼１５は、翼部２３が所定角度だけ捩じられており、回転時に遠心力が作用し、この捩れが戻る方向に捩りモーメントが作用することから、隣接するシュラウド２４間で、回動部３１の第１接触面３４とシュラウド本体３２の第２接触面３５とが互いに押圧し、この押圧面にシュラウド反力が生じることでの摩擦力が発生し、この摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させることができる。
【００３４】
この場合、隣接するシュラウド２４間で、回動部３１の第１接触面３４とシュラウド本体３２の第２接触面３５との間で発生する摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させるためには、回動部３１の第１接触面３４とシュラウド本体３２の第２接触面３５とを、所定の面積以上の領域で常時面接触させる必要がある。しかし、動翼１５の加工精度、特に、シュラウド２４における第２接触面３５の加工精度が十分でないとき、回動部３１の第１接触面３４とシュラウド本体３２の第２接触面３５とを常時面接触させることが困難となる。
【００３５】
そこで、本実施例では、シュラウド本体３２に対して回動部３１が、翼部２３の長手方向に交差すると共に複数のシュラウド２４における環状の組付方向に沿う軸線を支点として回動自在となっている。そのため、動翼１５、特に、シュラウド２４における第２接触面３５の加工精度が十分でなくても、隣接するシュラウド２４間で、回動部３１の第１接触面３４がシュラウド本体３２における第２接触面３５に応じて回動する。そのため、回動部３１の第１接触面３４とシュラウド本体３２の第２接触面３５とが、常時、所定の面積以上の領域で面接触させることが可能となる。
【００３６】
ここで、実施例１の動翼１５における作用について説明する。
【００３７】
図１に示すように、ロータ１２と共に動翼１５が回転すると、この動翼１５に遠心力が作用し、翼部２３の捩れがなくなる方向（捩れが戻る方向）の捩りモーメントが作用する。すると、隣接するシュラウド２４同士の接触面３４，３５に摩擦力が発生し、動翼１５の励振力が減衰される。即ち、隣接するシュラウド２４間で、一方（図１にて、右側）のシュラウド２４の回動部３１における第１接触面３４と、他方（図１にて、左側）のシュラウド２４のシュラウド本体３２における第２接触面３５とが互いに押圧し、この接触面３４，３５に図１にて左右方向の摩擦力が発生する。そのため、この摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させることができる。
【００３８】
動翼１５は、その加工精度により回動部３１における第１接触面３４、シュラウド本体３２における第２接触面３５などが適正に加工されていないことがある。また、動翼１５は、翼部２３の捩れ方向だけでなく、例えば、動翼１５の長手方向に交差する方向に沿うと共に複数のシュラウド２４における環状の組付方向に沿う軸線をもった方向に変形することがある。この場合、図３に示すように、隣接するシュラウド２４間で、他方（図３にて、左側）のシュラウド２４が図３に二点鎖線で表すように変形すると、一方（図３にて、右側）のシュラウド２４の回動部３１は、第１接触面３４が他方のシュラウド２４の第２接触面３５に接触したままで、他方のシュラウド２４に追従するように回動し、この接触面３４，３５同士は、常時、面接触状態が維持される。即ち、隣接するシュラウド２４間で、第２接触面３５の形状や角度に応じて回動部３１が回動することで、第１接触面３４がこの第２接触面３５に対して適正に接触するように自動調整されることとなり、接触面３４，３５が接触することで発生する摩擦力により動翼１５の励振力を確実に減衰させることができる。また、回動部３１が回動するとき、回動軸３３の外周面とシュラウド本体３２の支持孔３２ｅの内周面との間で摩擦力が発生することから、この摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させることができる。
【００３９】
なお、図３の表す動翼１５は、隣接するシュラウド２４間で、一方のシュラウド２４の回動部３１における第１接触面３４と、他方のシュラウド２４のシュラウド本体３２における第２接触面３５とは、平坦面（平面）であり、この接触面３４，３５が上下方向にずれることで、面接触状態が維持される。この接触面３４，３５は、平坦面に限るものではない。例えば、図４に示すように、隣接するシュラウド２４間で、一方のシュラウド２４の回動部３１における第１接触面３４ａを湾曲した凸面形状とし、他方のシュラウド２４のシュラウド本体３２における第２接触面３５ａを湾曲した凹面形状とし、この接触面３４ａ，３５ａが回動軸３３を支点とする円弧方向にずれることで、面接触状態を維持するようにしてもよい。なお、接触面３４ａ，３５ａを円弧形状とした場合、同一の曲率半径とすることが望ましい。また、接触面３４ａ，３５ａを球面形状としてもよい。
【００４０】
ところで、シュラウド２４の接触面に生じる摩擦力と流体から動翼１５の翼部２３に加わる励振力との比、即ち、摩擦力比（摩擦力／励振力）に対する動翼１５の減衰率が設定される。摩擦力を利用してこの減衰率を大きくするには、所定の大きさの摩擦力比を設定すればよい。上述したように、隣接シュラウド２４間で、一方のシュラウド２４の回動部３１における第１接触面３４ａと、他方のシュラウド２４のシュラウド本体３２における第２接触面３５ａとを湾曲した凹凸球面形状とした場合、翼部２３に加わる励振力が大きくなって振幅が大きくなると、第１接触面３４ａと第２接触面３５ａとが球面方向にずれて面接触状態を維持することから、この位置での押圧力（摩擦力）が大きくなる。そのため、動翼１５の回転状態にかかわらず、摩擦力比を適正に維持することができ、常時、動翼１５の減衰率を大きいものに設定することができる。
【００４１】
このように実施例１の動翼１５にあっては、翼部２３の基端部がロータ１２に支持されると共に翼部２３の先端部にシュラウド２４が固定され、ロータ１２の周方向に複数並設されることで、シュラウド２４が環状をなすように互いに接触して組み付けられるように構成され、シュラウド２４に、隣接するシュラウド２４との接触部に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１を設けている。
【００４２】
従って、動翼１５が回転して遠心力が作用すると、この動翼１５の捩れがなくなる方向の捩りモーメントが作用し、隣接するシュラウド２４同士の接触面３４，３５に摩擦力が発生し、動翼１５の励振力を減衰させることができる。この場合、回動部３１が隣接するシュラウド２４の接触面３５に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在であることから、シュラウド２４側の接触面３５に対して回動部３１が回動し、接触面３４がこの隣接するシュラウド２４の接触面３５に対して常時適正に面接触することが可能となり、発生する摩擦力により動翼１５の励振力を常時減衰させることができる。その結果、動翼１５の振動を効果的に減衰することができる一方で、動翼１５における接触面３４，３５の加工精度や公差管理を不要して高コスト化を抑制することができる。
【００４３】
また、実施例１の動翼１５では、回動部３１を、翼部２３の長手方向に交差すると共に複数のシュラウド２４における環状の組付方向に沿う軸線をもって回動自在としている。従って、シュラウド２４の接触面３４，３５に対して回動部３１が常時適正に回動することで、接触面３４，３５同士が自動的に適正な接触状態に調整されることとなり、回動部３１と隣接するシュラウド２４との間に常時適正な摩擦力を発生させることとなり、動翼１５の励振力を適正に減衰させることができる。
【００４４】
また、実施例１の動翼１５では、回動部３１と隣接するシュラウド２４との接触面３４，３５（３４ａ，３５ａ）を、同一形状をなす平面または同一曲率をなす凹凸湾曲面としている。従って、シュラウド２４の接触面３４（３４ａ）に対して回動部３１が追従して回動するとき、互いの接触面３４，３５（３４ａ，３５ａ）が適正に面接触状態を維持したままとなり、適正な摩擦力を発生して動翼１５の励振力を確実に減衰させることができる。
【００４５】
また、実施例１の動翼１５では、シュラウド２４を、翼部２３の先端部に固定されるシュラウド本体３２と、このシュラウド本体３２に回動軸３３により回動自在に支持される回動部３１とにより構成している。従って、シュラウド２４の一部に回動自在な回動部３１を設けることで、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００４６】
また、実施例１の蒸気タービンにあっては、ケーシング１１と、ケーシング１１内に回転自在に支持されたロータ１２と、翼部２３の基端部がロータ１２に支持されると共に翼部２３の先端部にシュラウド２４が固定されてロータ１２の周方向に複数並設されることでシュラウド２４が環状をなすように接触して組み付けられる複数段の動翼１５と、基端部がケーシング１１に固定されると共に先端部がロータ１２側に延出して動翼と交互に配設される複数段の静翼１６とにより構成し、シュラウド２４に、隣接するシュラウド２４との接触部に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１を設けている。
【００４７】
従って、回動部３１が隣接するシュラウド２４の接触面３５に対して回動することから、回動部３１の接触面３４がこの隣接するシュラウド２４の接触面３５に常時適正に面接触することが可能となり、適正に発生する摩擦力により動翼１５の励振力を常時減衰させることができる。その結果、動翼１５の振動を効果的に減衰することができる一方で、動翼１５における接触面３４，３５の加工精度や公差管理を不要して高コスト化を抑制することができ、蒸気タービンの効率を向上することができる。
【実施例２】
【００４８】
図７は、本発明の実施例２に係る動翼の要部を表す概略図、図８は、実施例２の動翼における作用を表す概略図である。なお、本実施例の動翼の基本的な構成は、上述した実施例１とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４９】
実施例２において、図１及び図７に示すように、翼部２３の基端部がロータ１２（図５参照）に支持されて先端部にシュラウド２４が固定され、ロータ１２の周方向に複数並設されることで、シュラウド２４が環状をなすように接触して組み付けられて動翼１５が構成され、シュラウド２４に、隣接するシュラウド２４との接触部に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１を設けている。
【００５０】
詳細に説明すると、シュラウド２４にて、シュラウド本体３２の端面３２ｄに支持孔４１が形成される一方、回動部３１の取付面３１ａに回動軸３３が一体に固定されており、回動部３１の回動軸３３がシュラウド本体３２の支持孔４１に回動自在に支持されている。この場合、回動部３１は、回動軸３３がシュラウド本体３２に形成された支持孔４１に回動自在に支持されると共に、翼部２３の長手方向に移動自在に支持され、支持孔４１は、翼部２３の先端部側の内面に回動軸３３の回動を抑制する回動抑制部が設けられている。
【００５１】
即ち、支持孔４１は、翼部２３の長手方向に沿った長孔形状をなしている。即ち、支持孔４１は、翼部２３の基端部側（図７にて下側）に回動軸３３より若干大径に形成される内径を有する第１支持孔４１ａと、この第１支持孔４１ａから翼部２３の先端部側に向ってその幅（翼部２３の幅方向における内径）が狭くなる第２支持孔４１ｂとから構成されている。この場合、第２支持孔４１ｂが上述した回動抑制部として機能する。
【００５２】
従って、図７に示すように、回動部３１の回動軸３３が支持孔４１における第１支持孔４１ａ側に支持された状態では、回動軸３３の外周面が第１支持孔４１ａの内周面に接触しているものの摩擦抵抗が小さいことから、回動部３１がシュラウド本体３２に対して回動可能となっている。一方、回動部３１の回動軸３３が支持孔４１における第２支持孔４１ｂ側に支持された状態では、回動軸３３の外周面が第２支持孔４１ｂの内周面に挟持されるように接触して大きな摩擦抵抗が発生することから、回動部３１がシュラウド本体３２に対して回動不能となっている。
【００５３】
そのため、図１及び図７に示すように、ロータ１２と共に動翼１５が回転すると、この動翼１５に遠心力が作用し、翼部２３の捩れがなくなる方向（捩れが戻る方向）の捩りモーメントが作用する。すると、隣接するシュラウド２４同士の接触面に摩擦力が発生し、動翼１５の励振力が減衰される。即ち、隣接するシュラウド２４間で、一方（図１にて、右側）のシュラウド２４の回動部３１における第１接触面３４と、他方（図１にて、左側）のシュラウド２４のシュラウド本体３２における第２接触面３５とが互いに押圧し、この接触面３４，３５に図１にて左右方向の摩擦力が発生する。そのため、この摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させることができる。
【００５４】
そして、動翼１５におけるシュラウド２４の各接触面３４，３５が適正に加工されていない場合、隣接するシュラウド２４間で、他方のシュラウド２４が変形すると、一方のシュラウド２４の回動部３１は、第１接触面３４が他方のシュラウド２４の第２接触面３５に接触したままで、他方のシュラウド２４に追従するように回動し、この接触面３４，３５同士は、常時、面接触状態が維持される。そのため、上述した摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させることができる。
【００５５】
また、動翼１５が高回転状態になると、図１及び図８に示すように、この動翼１５、つまり、回動部３１に遠心力が作用し、回動部３１の回動軸３３が支持孔４１における第２支持孔４１ｂ側に移動して押し付けられる。すると、回動軸３３の外周面が第２支持孔４１ｂの内周面に押し付けられることで大きな摩擦抵抗が発生し、回動部３１の回動が規制されて回動不能となる。そのため、動翼１５の高回転時における回動部３１のがたつきが防止される。
【００５６】
このように実施例２の動翼１５にあっては、シュラウド２４に、隣接するシュラウド２４との接触部に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１を設け、この回動部３１の回動軸３３をシュラウド本体３２に形成された支持孔４１に回動自在に支持すると共に翼部２３の長手方向に移動自在に支持し、この支持孔４１における翼部２３の先端部側の内面に回動軸３３の回動を抑制する回動抑制部を設けている。
【００５７】
従って、動翼１５が回転して遠心力が作用すると、この動翼１５の捩れがなくなる方向の捩りモーメントが作用し、隣接するシュラウド２４同士の接触面３４，３５に摩擦力が発生し、動翼１５の励振力を減衰させることができる。この場合、動翼１５に小さな遠心力が作用しているとき、回動軸３３が支持孔４１における第１支持孔４１ａ側に支持されることから、回動部３１がシュラウド本体３２に対して回動可能である。そのため、シュラウド２４側の接触面３５に対して回動部３１が回動し、接触面３４がこの隣接するシュラウド２４の接触面３５に対して常時適正に面接触することが可能となり、発生する摩擦力により動翼１５の励振力を常時減衰させることができる。一方、動翼１５に大きな遠心力が作用したとき、回動軸３３が支持孔４１における第２支持孔４１ｂ側に支持されることから、回動部３１がシュラウド本体３２に対して拘束されて回動不能である。そのため、回動部３１のがたつきを防止し、動翼１５の適正な回転を維持することができる。
【実施例３】
【００５８】
図９は、本発明の実施例３に係る動翼の要部を表す概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５９】
実施例３において、図９に示すように、翼部２３の基端部がロータ１２（図５参照）に支持されて先端部にシュラウド２４が固定され、ロータ１２の周方向に複数並設されることで、シュラウド２４が環状をなすように接触して組み付けられて動翼１５が構成されている。そして、本実施例では、シュラウド２４に、隣接するシュラウド２４との接触部に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１，５１を設けている。
【００６０】
詳細に説明すると、シュラウド２４は、翼部２３の先端部にシュラウド本体３２が一体に形成されており、このシュラウド本体３２は、長手方向の一方側に第１突起部として機能する回動部５１が回動軸５３により回動自在に支持されると共に第２突起部３２ｂが形成され、他方側に第３突起部３２ｃが形成されると共に第４突起部として機能する回動部３１が回動軸３３により回動自在に支持されている。
【００６１】
この回動部３１は、回動軸３３がシュラウド本体３２に形成された支持孔３２ｅに回動自在に支持される一方、回動部５１は、回動軸５３がシュラウド本体３２に形成された支持孔（図示略）に回動自在に支持されている。なお、回動部５１（回動軸５３）の構成並びにシュラウド本体３２への支持構造は、回動部３１（回動軸３３）とほぼ同様であることから、詳細な説明は省略する。
【００６２】
そのため、ロータ１２と共に動翼１５が回転すると、この動翼１５に遠心力が作用し、翼部２３の捩れがなくなる方向（捩れが戻る方向）の捩りモーメントが作用する。すると、隣接するシュラウド２４同士の接触面３４，３５に摩擦力が発生し、動翼１５の励振力が減衰される。即ち、隣接するシュラウド２４間で、回動部３１と回動部５１の各接触面３４，３５とが互いに押圧し、この接触面３４，３５に図９にて左右方向の摩擦力が発生する。そのため、この摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させることができる。
【００６３】
そして、動翼１５におけるシュラウド２４の各接触面３４，３５が適正に加工されていない場合、隣接するシュラウド２４間で、各回動部３１，５１は、各接触面３４，３５同士が接触したままで回動し、この接触面３４，３５同士は、常時、面接触状態が維持される。そのため、上述した摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させることができる。
【００６４】
このように実施例３の動翼１５にあっては、シュラウド２４における長手方向における各端部に、隣接するシュラウド２４同士の接触部にて、翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１，５１を設けている。
【００６５】
従って、動翼１５が回転して遠心力が作用すると、この動翼１５の捩れがなくなる方向の捩りモーメントが作用し、隣接するシュラウド２４同士の接触面３４，３５に摩擦力が発生し、動翼１５の励振力を減衰させることができる。この場合、回動部３１，５１が翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在であることから、回動部３１，５１が回動し、接触面３４，３５同士が常時適正に面接触することが可能となり、発生する摩擦力により動翼１５の励振力を常時減衰させることができる。その結果、動翼１５の振動を効果的に減衰することができる一方で、動翼１５における接触面の加工精度や公差管理を不要して高コスト化を抑制することができる。
【００６６】
なお、上述した各実施例にて、動翼１５を構成する翼根部２１、プラットホーム２２、翼部２３、シュラウド２４を説明したが、本発明は、その形状や製造方法（一体構造または別体構造）などについて限定されるものではない。また、上述した各実施例では、本発明の連結部を翼根部２１の先端部に固定されたシュラウド（インテグラルシュラウド）２４として説明したが、翼根部２１の先端部側、つまり、中間部に固定されたスタブとしてもよく、この場合であっても上述したものと同様の作用効果を奏することができる。
【００６７】
また、上述した各実施例では、本発明の動翼を蒸気タービンに適用して説明したが、ガスタービンや圧縮機などのいずれの回転機械にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る動翼及び回転機械は、隣接する連結部同士の接触部に対して翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部を設けることで、翼の振動を効果的に減衰可能とすると共に高コスト化を抑制可能とするものであり、いずれの種類の動翼にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１１ ケーシング
１２ ロータ（回転軸）
１５ 動翼
１６ 静翼
２１ 翼根部
２２ プラットホーム
２３ 翼部
２４ シュラウド（連結部）
３１，５１ 回動部
３２ シュラウド本体
３３，５３ 回動軸
４１ 支持孔（回動抑制部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンなどに適用される動翼、この動翼が適用される回転機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な蒸気タービンは、ケーシングに回転軸であるロータが回転自在に支持され、このロータの外周部に動翼が設けられると共に、ケーシングに静翼が設けられ、蒸気通路にこの動翼と静翼が交互に複数配設されて構成されている。従って、この動翼及び静翼を流れる蒸気により、動翼を介してロータが回転駆動することができる。
【０００３】
このような蒸気タービンにて、動翼は、ロータディスクに固定される翼根部と、この翼根部に一体に形成されるプラットホームと、基端部がこのプラットホームに接合されて先端部側に延出する翼部と、この翼部の先端部に連結されるシュラウド（インテグラルシュラウド）とから構成されており、翼部は捩られている。そして、この動翼は、基端部がロータ（ロータディスク）の外周部に周方向に沿って複数並設されるように固定され、先端部のシュラウド同士が接触するように環状に組み付けられている。
【０００４】
蒸気タービンでは、運転が開始されて回転数が増加すると、各動翼に遠心力が作用し、翼部に予め形成されている捩れをなくす方向の捩りモーメントが作用することから、隣接するシュラウドが回動して互いに押圧し、この押圧面にシュラウド反力が生じる。一方、蒸気タービンの運転中は、各動翼に流体からの励振力が作用するため、この動翼は振動することとなり、シュラウドの接触面に摩擦力が発生する。この摩擦力は、動翼の励振力を減衰させる作用があることから、従来は、この摩擦力により動翼の振動を減衰させていた。このような構成の動翼として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−０１３４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の動翼は、回転時に遠心力が作用して捩れがなくなる方向の捩りモーメントが作用するため、隣接するシュラウド同士の接触面に摩擦力が発生し、動翼の励振力を減衰させることができる。この場合、動翼の励振力を減衰させるためには、シュラウド同士を面接触させる必要があり、動翼、特にシュラウドにおける接触面の加工精度や公差管理が重要なものとなり、高コスト化を招いてしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、翼の振動を効果的に減衰可能とすると共に高コスト化を抑制可能とする動翼及び回転機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の動翼は、翼部の基端部が回転軸に支持可能であると共に前記翼部の先端部に連結部が固定され、前記回転軸の周方向に複数並設されることで、前記連結部が環状をなすように接触して組み付けられる動翼において、前記連結部は、隣接する連結部との接触部に対して前記翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部を有する、ことを特徴とするものである。
【０００９】
従って、動翼が回転して遠心力が作用すると、この動翼の捩れがなくなる方向の捩りモーメントが作用し、隣接する連結部同士の接触部に摩擦力が発生し、動翼の励振力を減衰させることができる。この場合、回動部が隣接する連結部の接触部に対して翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在であることから、連結部側の接触部に対して回動部が回動してこの隣接する連結部に対して常時適正に接触することが可能となることから、発生する摩擦力により動翼の励振力を常時減衰させることができる。その結果、動翼の振動を効果的に減衰することができる一方で、動翼における接触面の加工精度や公差管理を不要して高コスト化を抑制することができる。
【００１０】
本発明の動翼では、前記回動部は、前記翼部の長手方向に交差すると共に前記複数の連結部における環状の組付方向に沿う軸線をもって回動自在であることを特徴としている。
【００１１】
従って、連結部の接触部に対して回動部が常時適正に回動することで、接触部同士が自動的に適正な接触状態に調整されることとなり、回動部と隣接する連結部との間に常時適正な摩擦力を発生させることとなり、動翼の励振力を適正に減衰させることができる。
【００１２】
本発明の動翼では、前記回動部と隣接する連結部との接触面は、同一形状をなす平面または同一曲率をなす凹凸湾曲面であることを特徴としている。
【００１３】
従って、連結部の接触部に対して回動部が追従して回動するとき、互いの接触面が適正に面接触状態を維持したままとなり、適正な摩擦力を発生して動翼の励振力を確実に減衰させることができる。
【００１４】
本発明の動翼では、前記連結部は、前記翼部の先端部に固定される連結部本体と、該連結部本体に回動軸により回動自在に支持される前記回動部を有することを特徴としている。
【００１５】
従って、連結部の一部に回動自在な回動部を設けることで、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００１６】
本発明の動翼では、前記回動部は、前記回動軸が前記連結部本体に形成された支持孔に回動自在に支持されると共に前記翼部の長手方向に移動自在に支持され、前記支持孔は、前記翼部の先端部側の内面に前記回動軸の回動を抑制する回動抑制部が設けられることを特徴としている。
【００１７】
従って、動翼に大きな遠心力が作用すると、回動部が動翼の先端部側に移動するモーメントが作用し、回動軸が支持孔を同方向に移動して回動抑制部に支持され、回動部の回動が抑制されることとなり、このときの回動部のがたつきを防止し、動翼の適正な回転を維持することができる。
【００１８】
また、本発明の回転機械は、ケーシングと、該ケーシング内に回転自在に支持されたロータと、翼部の基端部が前記ロータに支持されると共に前記翼部の先端部側に連結部が固定されて前記ロータの周方向に複数並設されることで前記連結部が環状をなすように接触して組み付けられる複数段の動翼と、基端部が前記ケーシングに固定されると共に先端部が前記ロータ側に延出して前記動翼と交互に配設される複数段の静翼と、を備える蒸気タービンにおいて、前記連結部は、隣接する連結部との接触部に対して前記翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部を有する、ことを特徴とするものである。
【００１９】
従って、動翼が回転して遠心力が作用すると、この動翼の捩れがなくなる方向の捩りモーメントが作用し、隣接する連結部同士の接触面に摩擦力が発生し、動翼の励振力を減衰させることができる。この場合、回動部が隣接する連結部の接触部に対して翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在であることから、連結部側の接触部に対して回動部が回動してこの隣接する連結部に対して常時適正に接触することが可能となることから、発生する摩擦力により動翼の励振力を常時減衰させることができる。その結果、動翼の振動を効果的に減衰することができる一方で、動翼における接触面の加工精度や公差管理を不要して高コスト化を抑制することができ、回転機械の効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の動翼及び回転機械によれば、隣接する連結部との接触部に対して翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部を設けるので、動翼の振動を効果的に減衰することができる一方で、動翼における接触面の加工精度や公差管理を不要して高コスト化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る動翼のシュラウドを表す概略図である。
【図２】図２は、実施例１の動翼におけるシュラウドの分解概略図である。
【図３】図３は、実施例１の動翼におけるシュラウド回動部の作用を表す概略図である。
【図４】図４は、実施例１の動翼におけるシュラウド回動部の変形例を表す概略図である。
【図５】図５は、実施例１の動翼が適用された蒸気タービンの概略構成図である。
【図６】図６は、実施例１の動翼を表す概略図である。
【図７】図７は、本発明の実施例２に係る動翼の要部を表す概略図である。
【図８】図８は、実施例２の動翼における作用を表す概略図である。
【図９】図９は、本発明の実施例３に係る動翼の要部を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る動翼及び回転機械の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の実施例１に係る動翼のシュラウドを表す概略図、図２は、実施例１の動翼におけるシュラウドの分解概略図、図３は、実施例１の動翼におけるシュラウド回動部の作用を表す概略図、図４は、実施例１の動翼におけるシュラウド回動部の変形例を表す概略図、図５は、実施例１の動翼が適用された蒸気タービンの概略構成図、図６は、実施例１の動翼を表す概略図である。
【００２４】
実施例１では、本発明の回転機械としての蒸気タービンを例に挙げて説明する。この実施例１の蒸気タービンにおいて、図５に示すように、ケーシング１１は、中空形状をなし、回転軸としてのロータ１２が複数の軸受１３により回転自在に支持されている。このロータ１２は、ケーシング１１の内部にて、外周部にロータディスク１４を介して動翼１５が固定されている。この場合、動翼１５は、ロータ１２における軸方向に所定間隔で複数段にわたって設けられている。また、ケーシング１１は、この複数段の動翼１５の間に位置して、複数段の静翼１６が固定されている。そして、ケーシング１１は、この動翼１５及び静翼１６が配設される通路に蒸気通路１７が形成されており、蒸気供給口１８と蒸気排出口１９が設けられ、蒸気通路１７に連通している。
【００２５】
従って、蒸気がこの蒸気供給口１８から蒸気通路１７に供給されると、この蒸気が複数の動翼１５と静翼１６を通過することで、各動翼１５を介してロータ１２が駆動回転し、このロータ１２に連結された図示しない発電機を駆動する一方、動翼１５を駆動した蒸気は、排気ディフューザ（図示略）で静圧に変換されてから蒸気排出口１９から大気に放出される。
【００２６】
このように構成された蒸気タービンにて、動翼１５は、図６に示すように、翼根部２１と、プラットホーム２２と、翼部２３と、本発明の連結部としてのシュラウド（インテグラルシュラウド）２４とから構成されている。翼根部２１は、ロータディスク１４（図５参照）に板厚方向から嵌合して固定可能となっている。プラットホーム２２は、翼根部２１と一体となる湾曲したプレート形状をなしている。翼部２３は、基端部がこのプラットホーム２２に固定されて先端部がケーシング１１（図５参照）のない壁面側に延出しており、所定角度（例えば、９０度程度）捩じられている。シュラウド２４は、この翼部２３の先端部に固定されている。
【００２７】
そして、この動翼１５は、図５及び図６に示すように、ロータ１２の外周部に周方向に沿って一定間隔で複数並設され、基端部がロータディスク１４に固定されることで、各シュラウド２４同士が接触することで環状に組み付けられている。
【００２８】
このように構成された本実施例の動翼１５にあっては、図１及び図２、図６に示すように、翼部２３の基端部がロータ１２（図５参照）に支持される共にこの翼部２３の先端部にシュラウド２４が固定され、ロータ１２の周方向に複数並設されることで、シュラウド２４が環状をなすように接触して組み付けられて構成され、シュラウド２４に、隣接するシュラウド２４との接触部に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１を設けている。
【００２９】
この回動部３１は、翼部２３の長手方向に交差すると共に複数のシュラウド２４における環状の組付方向に沿う軸線をもって回動自在となっている。そして、回動部３１と隣接するシュラウド２４との接触面は、同一形状をなす平面または同一曲率をなす凹凸湾曲面となっている。
【００３０】
具体的に説明すると、シュラウド２４は、翼部２３の先端部に所定の厚さを有する板形状をなすようにシュラウド本体３２が一体に形成されている。このシュラウド本体３２は、シュラウド２４同士が組み付けられる環状方向に長く、この長手方向における端部が二股形状をなしている。そして、シュラウド本体３２は、長手方向の一方側に第１、第２突起部３２ａ，３２ｂが形成され、他方側に第３突起部３２ｃが形成されると共に第４突起部として機能する回動部３１が回動軸３３により回動自在に支持されている。
【００３１】
この回動部３１は、基端部側の取付面３１ａが、シュラウド本体３２の他方側における第３突起部３２ｃに隣接して形成された端面３２ｄに隙間なく面接触すると共に、所定の位置で周囲の面が段差なく連続するように配置されている。そして、シュラウド本体３２の端面３２ｄに支持孔３２ｅが形成される一方、回動部３１の取付面３１ａに回動軸３３が一体（または、別体）に形成されており、回動部３１の回動軸３３がシュラウド本体３２の支持孔３２ｅに回動自在に嵌合している。
【００３２】
この場合、回動部３１は、回動軸３３がシュラウド本体３２の支持孔３２ｅに回動自在に嵌合した状態で、図示しない抜け止め手段により支持されている。この抜け止め手段は、例えば、ねじ部材であり、シュラウド本体３２の支持孔３２ｅを貫通孔とし、この貫通孔の一方側から回動部３１の回動軸３３を挿入し、他方側からねじ部材を挿入して回動軸３３に螺合することで、ねじ部材がシュラウド本体３２に係止することで、回動部３１が脱落しないようにすればよい。なお、この抜け止め手段は、ねじ部材に限らず、クリップなどを用いてもよい。
【００３３】
動翼１５は、前述したように、ロータ１２の周方向に複数並設されることで、シュラウド２４が環状をなすように接触可能となっており、具体的には、シュラウド２４を構成する回動部３１の第１接触面３４が、隣接するシュラウド２４を構成するシュラウド本体３２における第１突起部３２ａの第２接触面３５に接触可能となっている。この場合、回動軸３３を上述したねじ部材などで係止した場合、初期組付時に第２接触面３５に対する第１接触面３４の角度を適正角度に調整することができる。そして、動翼１５は、翼部２３が所定角度だけ捩じられており、回転時に遠心力が作用し、この捩れが戻る方向に捩りモーメントが作用することから、隣接するシュラウド２４間で、回動部３１の第１接触面３４とシュラウド本体３２の第２接触面３５とが互いに押圧し、この押圧面にシュラウド反力が生じることでの摩擦力が発生し、この摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させることができる。
【００３４】
この場合、隣接するシュラウド２４間で、回動部３１の第１接触面３４とシュラウド本体３２の第２接触面３５との間で発生する摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させるためには、回動部３１の第１接触面３４とシュラウド本体３２の第２接触面３５とを、所定の面積以上の領域で常時面接触させる必要がある。しかし、動翼１５の加工精度、特に、シュラウド２４における第２接触面３５の加工精度が十分でないとき、回動部３１の第１接触面３４とシュラウド本体３２の第２接触面３５とを常時面接触させることが困難となる。
【００３５】
そこで、本実施例では、シュラウド本体３２に対して回動部３１が、翼部２３の長手方向に交差すると共に複数のシュラウド２４における環状の組付方向に沿う軸線を支点として回動自在となっている。そのため、動翼１５、特に、シュラウド２４における第２接触面３５の加工精度が十分でなくても、隣接するシュラウド２４間で、回動部３１の第１接触面３４がシュラウド本体３２における第２接触面３５に応じて回動する。そのため、回動部３１の第１接触面３４とシュラウド本体３２の第２接触面３５とが、常時、所定の面積以上の領域で面接触させることが可能となる。
【００３６】
ここで、実施例１の動翼１５における作用について説明する。
【００３７】
図１に示すように、ロータ１２と共に動翼１５が回転すると、この動翼１５に遠心力が作用し、翼部２３の捩れがなくなる方向（捩れが戻る方向）の捩りモーメントが作用する。すると、隣接するシュラウド２４同士の接触面３４，３５に摩擦力が発生し、動翼１５の励振力が減衰される。即ち、隣接するシュラウド２４間で、一方（図１にて、右側）のシュラウド２４の回動部３１における第１接触面３４と、他方（図１にて、左側）のシュラウド２４のシュラウド本体３２における第２接触面３５とが互いに押圧し、この接触面３４，３５に図１にて左右方向の摩擦力が発生する。そのため、この摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させることができる。
【００３８】
動翼１５は、その加工精度により回動部３１における第１接触面３４、シュラウド本体３２における第２接触面３５などが適正に加工されていないことがある。また、動翼１５は、翼部２３の捩れ方向だけでなく、例えば、動翼１５の長手方向に交差する方向に沿うと共に複数のシュラウド２４における環状の組付方向に沿う軸線をもった方向に変形することがある。この場合、図３に示すように、隣接するシュラウド２４間で、他方（図３にて、左側）のシュラウド２４が図３に二点鎖線で表すように変形すると、一方（図３にて、右側）のシュラウド２４の回動部３１は、第１接触面３４が他方のシュラウド２４の第２接触面３５に接触したままで、他方のシュラウド２４に追従するように回動し、この接触面３４，３５同士は、常時、面接触状態が維持される。即ち、隣接するシュラウド２４間で、第２接触面３５の形状や角度に応じて回動部３１が回動することで、第１接触面３４がこの第２接触面３５に対して適正に接触するように自動調整されることとなり、接触面３４，３５が接触することで発生する摩擦力により動翼１５の励振力を確実に減衰させることができる。また、回動部３１が回動するとき、回動軸３３の外周面とシュラウド本体３２の支持孔３２ｅの内周面との間で摩擦力が発生することから、この摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させることができる。
【００３９】
なお、図３の表す動翼１５は、隣接するシュラウド２４間で、一方のシュラウド２４の回動部３１における第１接触面３４と、他方のシュラウド２４のシュラウド本体３２における第２接触面３５とは、平坦面（平面）であり、この接触面３４，３５が上下方向にずれることで、面接触状態が維持される。この接触面３４，３５は、平坦面に限るものではない。例えば、図４に示すように、隣接するシュラウド２４間で、一方のシュラウド２４の回動部３１における第１接触面３４ａを湾曲した凸面形状とし、他方のシュラウド２４のシュラウド本体３２における第２接触面３５ａを湾曲した凹面形状とし、この接触面３４ａ，３５ａが回動軸３３を支点とする円弧方向にずれることで、面接触状態を維持するようにしてもよい。なお、接触面３４ａ，３５ａを円弧形状とした場合、同一の曲率半径とすることが望ましい。また、接触面３４ａ，３５ａを球面形状としてもよい。
【００４０】
ところで、シュラウド２４の接触面に生じる摩擦力と流体から動翼１５の翼部２３に加わる励振力との比、即ち、摩擦力比（摩擦力／励振力）に対する動翼１５の減衰率が設定される。摩擦力を利用してこの減衰率を大きくするには、所定の大きさの摩擦力比を設定すればよい。上述したように、隣接シュラウド２４間で、一方のシュラウド２４の回動部３１における第１接触面３４ａと、他方のシュラウド２４のシュラウド本体３２における第２接触面３５ａとを湾曲した凹凸球面形状とした場合、翼部２３に加わる励振力が大きくなって振幅が大きくなると、第１接触面３４ａと第２接触面３５ａとが球面方向にずれて面接触状態を維持することから、この位置での押圧力（摩擦力）が大きくなる。そのため、動翼１５の回転状態にかかわらず、摩擦力比を適正に維持することができ、常時、動翼１５の減衰率を大きいものに設定することができる。
【００４１】
このように実施例１の動翼１５にあっては、翼部２３の基端部がロータ１２に支持されると共に翼部２３の先端部にシュラウド２４が固定され、ロータ１２の周方向に複数並設されることで、シュラウド２４が環状をなすように互いに接触して組み付けられるように構成され、シュラウド２４に、隣接するシュラウド２４との接触部に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１を設けている。
【００４２】
従って、動翼１５が回転して遠心力が作用すると、この動翼１５の捩れがなくなる方向の捩りモーメントが作用し、隣接するシュラウド２４同士の接触面３４，３５に摩擦力が発生し、動翼１５の励振力を減衰させることができる。この場合、回動部３１が隣接するシュラウド２４の接触面３５に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在であることから、シュラウド２４側の接触面３５に対して回動部３１が回動し、接触面３４がこの隣接するシュラウド２４の接触面３５に対して常時適正に面接触することが可能となり、発生する摩擦力により動翼１５の励振力を常時減衰させることができる。その結果、動翼１５の振動を効果的に減衰することができる一方で、動翼１５における接触面３４，３５の加工精度や公差管理を不要して高コスト化を抑制することができる。
【００４３】
また、実施例１の動翼１５では、回動部３１を、翼部２３の長手方向に交差すると共に複数のシュラウド２４における環状の組付方向に沿う軸線をもって回動自在としている。従って、シュラウド２４の接触面３４，３５に対して回動部３１が常時適正に回動することで、接触面３４，３５同士が自動的に適正な接触状態に調整されることとなり、回動部３１と隣接するシュラウド２４との間に常時適正な摩擦力を発生させることとなり、動翼１５の励振力を適正に減衰させることができる。
【００４４】
また、実施例１の動翼１５では、回動部３１と隣接するシュラウド２４との接触面３４，３５（３４ａ，３５ａ）を、同一形状をなす平面または同一曲率をなす凹凸湾曲面としている。従って、シュラウド２４の接触面３４（３４ａ）に対して回動部３１が追従して回動するとき、互いの接触面３４，３５（３４ａ，３５ａ）が適正に面接触状態を維持したままとなり、適正な摩擦力を発生して動翼１５の励振力を確実に減衰させることができる。
【００４５】
また、実施例１の動翼１５では、シュラウド２４を、翼部２３の先端部に固定されるシュラウド本体３２と、このシュラウド本体３２に回動軸３３により回動自在に支持される回動部３１とにより構成している。従って、シュラウド２４の一部に回動自在な回動部３１を設けることで、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００４６】
また、実施例１の蒸気タービンにあっては、ケーシング１１と、ケーシング１１内に回転自在に支持されたロータ１２と、翼部２３の基端部がロータ１２に支持されると共に翼部２３の先端部にシュラウド２４が固定されてロータ１２の周方向に複数並設されることでシュラウド２４が環状をなすように接触して組み付けられる複数段の動翼１５と、基端部がケーシング１１に固定されると共に先端部がロータ１２側に延出して動翼と交互に配設される複数段の静翼１６とにより構成し、シュラウド２４に、隣接するシュラウド２４との接触部に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１を設けている。
【００４７】
従って、回動部３１が隣接するシュラウド２４の接触面３５に対して回動することから、回動部３１の接触面３４がこの隣接するシュラウド２４の接触面３５に常時適正に面接触することが可能となり、適正に発生する摩擦力により動翼１５の励振力を常時減衰させることができる。その結果、動翼１５の振動を効果的に減衰することができる一方で、動翼１５における接触面３４，３５の加工精度や公差管理を不要して高コスト化を抑制することができ、蒸気タービンの効率を向上することができる。
【実施例２】
【００４８】
図７は、本発明の実施例２に係る動翼の要部を表す概略図、図８は、実施例２の動翼における作用を表す概略図である。なお、本実施例の動翼の基本的な構成は、上述した実施例１とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４９】
実施例２において、図１及び図７に示すように、翼部２３の基端部がロータ１２（図５参照）に支持されて先端部にシュラウド２４が固定され、ロータ１２の周方向に複数並設されることで、シュラウド２４が環状をなすように接触して組み付けられて動翼１５が構成され、シュラウド２４に、隣接するシュラウド２４との接触部に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１を設けている。
【００５０】
詳細に説明すると、シュラウド２４にて、シュラウド本体３２の端面３２ｄに支持孔４１が形成される一方、回動部３１の取付面３１ａに回動軸３３が一体に固定されており、回動部３１の回動軸３３がシュラウド本体３２の支持孔４１に回動自在に支持されている。この場合、回動部３１は、回動軸３３がシュラウド本体３２に形成された支持孔４１に回動自在に支持されると共に、翼部２３の長手方向に移動自在に支持され、支持孔４１は、翼部２３の先端部側の内面に回動軸３３の回動を抑制する回動抑制部が設けられている。
【００５１】
即ち、支持孔４１は、翼部２３の長手方向に沿った長孔形状をなしている。即ち、支持孔４１は、翼部２３の基端部側（図７にて下側）に回動軸３３より若干大径に形成される内径を有する第１支持孔４１ａと、この第１支持孔４１ａから翼部２３の先端部側に向ってその幅（翼部２３の幅方向における内径）が狭くなる第２支持孔４１ｂとから構成されている。この場合、第２支持孔４１ｂが上述した回動抑制部として機能する。
【００５２】
従って、図７に示すように、回動部３１の回動軸３３が支持孔４１における第１支持孔４１ａ側に支持された状態では、回動軸３３の外周面が第１支持孔４１ａの内周面に接触しているものの摩擦抵抗が小さいことから、回動部３１がシュラウド本体３２に対して回動可能となっている。一方、回動部３１の回動軸３３が支持孔４１における第２支持孔４１ｂ側に支持された状態では、回動軸３３の外周面が第２支持孔４１ｂの内周面に挟持されるように接触して大きな摩擦抵抗が発生することから、回動部３１がシュラウド本体３２に対して回動不能となっている。
【００５３】
そのため、図１及び図７に示すように、ロータ１２と共に動翼１５が回転すると、この動翼１５に遠心力が作用し、翼部２３の捩れがなくなる方向（捩れが戻る方向）の捩りモーメントが作用する。すると、隣接するシュラウド２４同士の接触面に摩擦力が発生し、動翼１５の励振力が減衰される。即ち、隣接するシュラウド２４間で、一方（図１にて、右側）のシュラウド２４の回動部３１における第１接触面３４と、他方（図１にて、左側）のシュラウド２４のシュラウド本体３２における第２接触面３５とが互いに押圧し、この接触面３４，３５に図１にて左右方向の摩擦力が発生する。そのため、この摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させることができる。
【００５４】
そして、動翼１５におけるシュラウド２４の各接触面３４，３５が適正に加工されていない場合、隣接するシュラウド２４間で、他方のシュラウド２４が変形すると、一方のシュラウド２４の回動部３１は、第１接触面３４が他方のシュラウド２４の第２接触面３５に接触したままで、他方のシュラウド２４に追従するように回動し、この接触面３４，３５同士は、常時、面接触状態が維持される。そのため、上述した摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させることができる。
【００５５】
また、動翼１５が高回転状態になると、図１及び図８に示すように、この動翼１５、つまり、回動部３１に遠心力が作用し、回動部３１の回動軸３３が支持孔４１における第２支持孔４１ｂ側に移動して押し付けられる。すると、回動軸３３の外周面が第２支持孔４１ｂの内周面に押し付けられることで大きな摩擦抵抗が発生し、回動部３１の回動が規制されて回動不能となる。そのため、動翼１５の高回転時における回動部３１のがたつきが防止される。
【００５６】
このように実施例２の動翼１５にあっては、シュラウド２４に、隣接するシュラウド２４との接触部に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１を設け、この回動部３１の回動軸３３をシュラウド本体３２に形成された支持孔４１に回動自在に支持すると共に翼部２３の長手方向に移動自在に支持し、この支持孔４１における翼部２３の先端部側の内面に回動軸３３の回動を抑制する回動抑制部を設けている。
【００５７】
従って、動翼１５が回転して遠心力が作用すると、この動翼１５の捩れがなくなる方向の捩りモーメントが作用し、隣接するシュラウド２４同士の接触面３４，３５に摩擦力が発生し、動翼１５の励振力を減衰させることができる。この場合、動翼１５に小さな遠心力が作用しているとき、回動軸３３が支持孔４１における第１支持孔４１ａ側に支持されることから、回動部３１がシュラウド本体３２に対して回動可能である。そのため、シュラウド２４側の接触面３５に対して回動部３１が回動し、接触面３４がこの隣接するシュラウド２４の接触面３５に対して常時適正に面接触することが可能となり、発生する摩擦力により動翼１５の励振力を常時減衰させることができる。一方、動翼１５に大きな遠心力が作用したとき、回動軸３３が支持孔４１における第２支持孔４１ｂ側に支持されることから、回動部３１がシュラウド本体３２に対して拘束されて回動不能である。そのため、回動部３１のがたつきを防止し、動翼１５の適正な回転を維持することができる。
【実施例３】
【００５８】
図９は、本発明の実施例３に係る動翼の要部を表す概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５９】
実施例３において、図９に示すように、翼部２３の基端部がロータ１２（図５参照）に支持されて先端部にシュラウド２４が固定され、ロータ１２の周方向に複数並設されることで、シュラウド２４が環状をなすように接触して組み付けられて動翼１５が構成されている。そして、本実施例では、シュラウド２４に、隣接するシュラウド２４との接触部に対して翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１，５１を設けている。
【００６０】
詳細に説明すると、シュラウド２４は、翼部２３の先端部にシュラウド本体３２が一体に形成されており、このシュラウド本体３２は、長手方向の一方側に第１突起部として機能する回動部５１が回動軸５３により回動自在に支持されると共に第２突起部３２ｂが形成され、他方側に第３突起部３２ｃが形成されると共に第４突起部として機能する回動部３１が回動軸３３により回動自在に支持されている。
【００６１】
この回動部３１は、回動軸３３がシュラウド本体３２に形成された支持孔３２ｅに回動自在に支持される一方、回動部５１は、回動軸５３がシュラウド本体３２に形成された支持孔（図示略）に回動自在に支持されている。なお、回動部５１（回動軸５３）の構成並びにシュラウド本体３２への支持構造は、回動部３１（回動軸３３）とほぼ同様であることから、詳細な説明は省略する。
【００６２】
そのため、ロータ１２と共に動翼１５が回転すると、この動翼１５に遠心力が作用し、翼部２３の捩れがなくなる方向（捩れが戻る方向）の捩りモーメントが作用する。すると、隣接するシュラウド２４同士の接触面３４，３５に摩擦力が発生し、動翼１５の励振力が減衰される。即ち、隣接するシュラウド２４間で、回動部３１と回動部５１の各接触面３４，３５とが互いに押圧し、この接触面３４，３５に図９にて左右方向の摩擦力が発生する。そのため、この摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させることができる。
【００６３】
そして、動翼１５におけるシュラウド２４の各接触面３４，３５が適正に加工されていない場合、隣接するシュラウド２４間で、各回動部３１，５１は、各接触面３４，３５同士が接触したままで回動し、この接触面３４，３５同士は、常時、面接触状態が維持される。そのため、上述した摩擦力により動翼１５の励振力を減衰させることができる。
【００６４】
このように実施例３の動翼１５にあっては、シュラウド２４における長手方向における各端部に、隣接するシュラウド２４同士の接触部にて、翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部３１，５１を設けている。
【００６５】
従って、動翼１５が回転して遠心力が作用すると、この動翼１５の捩れがなくなる方向の捩りモーメントが作用し、隣接するシュラウド２４同士の接触面３４，３５に摩擦力が発生し、動翼１５の励振力を減衰させることができる。この場合、回動部３１，５１が翼部２３の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在であることから、回動部３１，５１が回動し、接触面３４，３５同士が常時適正に面接触することが可能となり、発生する摩擦力により動翼１５の励振力を常時減衰させることができる。その結果、動翼１５の振動を効果的に減衰することができる一方で、動翼１５における接触面の加工精度や公差管理を不要して高コスト化を抑制することができる。
【００６６】
なお、上述した各実施例にて、動翼１５を構成する翼根部２１、プラットホーム２２、翼部２３、シュラウド２４を説明したが、本発明は、その形状や製造方法（一体構造または別体構造）などについて限定されるものではない。また、上述した各実施例では、本発明の連結部を翼根部２１の先端部に固定されたシュラウド（インテグラルシュラウド）２４として説明したが、翼根部２１の先端部側、つまり、中間部に固定されたスタブとしてもよく、この場合であっても上述したものと同様の作用効果を奏することができる。
【００６７】
また、上述した各実施例では、本発明の動翼を蒸気タービンに適用して説明したが、ガスタービンや圧縮機などのいずれの回転機械にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る動翼及び回転機械は、隣接する連結部同士の接触部に対して翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部を設けることで、翼の振動を効果的に減衰可能とすると共に高コスト化を抑制可能とするものであり、いずれの種類の動翼にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１１ ケーシング
１２ ロータ（回転軸）
１５ 動翼
１６ 静翼
２１ 翼根部
２２ プラットホーム
２３ 翼部
２４ シュラウド（連結部）
３１，５１ 回動部
３２ シュラウド本体
３３，５３ 回動軸
４１ 支持孔（回動抑制部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼部の基端部が回転軸に支持可能であると共に前記翼部の先端部側に連結部が固定され、前記回転軸の周方向に複数並設されることで、前記連結部が環状をなすように接触して組み付けられる動翼において、
前記連結部は、隣接する連結部との接触部に対して前記翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部を有する、
ことを特徴とする動翼。
【請求項２】
前記回動部は、前記翼部の長手方向に交差すると共に前記複数の連結部における環状の組付方向に沿う軸線をもって回動自在であることを特徴とする請求項１に記載の動翼。
【請求項３】
前記回動部と隣接する連結部との接触面は、同一形状をなす平面または同一曲率をなす凹凸湾曲面であることを特徴とする請求項１または２に記載の動翼。
【請求項４】
前記連結部は、前記翼部の先端部に固定される連結部本体と、該連結部本体に回動軸により回動自在に支持される前記回動部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の動翼。
【請求項５】
前記回動部は、前記回動軸が前記連結部本体に形成された支持孔に回動自在に支持されると共に前記翼部の長手方向に移動自在に支持され、前記支持孔は、前記翼部の先端部側の内面に前記回動軸の回動を抑制する回動抑制部が設けられることを特徴とする請求項４に記載の動翼。
【請求項６】
ケーシングと、
該ケーシング内に回転自在に支持されたロータと、
翼部の基端部が前記ロータに支持されると共に前記翼部の先端部側に連結部が固定されて前記ロータの周方向に複数並設されることで前記連結部が環状をなすように接触して組み付けられる複数段の動翼と、
基端部が前記ケーシングに固定されると共に先端部が前記ロータ側に延出して前記動翼と交互に配設される複数段の静翼と、
を備える蒸気タービンにおいて、
前記連結部は、隣接する連結部との接触部に対して前記翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部を有する、
ことを特徴とする回転機械。
【請求項１】
翼部の基端部が回転軸に支持可能であると共に前記翼部の先端部側に連結部が固定され、前記回転軸の周方向に複数並設されることで、前記連結部が環状をなすように接触して組み付けられる動翼において、
前記連結部は、隣接する連結部との接触部に対して前記翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部を有する、
ことを特徴とする動翼。
【請求項２】
前記回動部は、前記翼部の長手方向に交差すると共に前記複数の連結部における環状の組付方向に沿う軸線をもって回動自在であることを特徴とする請求項１に記載の動翼。
【請求項３】
前記回動部と隣接する連結部との接触面は、同一形状をなす平面または同一曲率をなす凹凸湾曲面であることを特徴とする請求項１または２に記載の動翼。
【請求項４】
前記連結部は、前記翼部の先端部に固定される連結部本体と、該連結部本体に回動軸により回動自在に支持される前記回動部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の動翼。
【請求項５】
前記回動部は、前記回動軸が前記連結部本体に形成された支持孔に回動自在に支持されると共に前記翼部の長手方向に移動自在に支持され、前記支持孔は、前記翼部の先端部側の内面に前記回動軸の回動を抑制する回動抑制部が設けられることを特徴とする請求項４に記載の動翼。
【請求項６】
ケーシングと、
該ケーシング内に回転自在に支持されたロータと、
翼部の基端部が前記ロータに支持されると共に前記翼部の先端部側に連結部が固定されて前記ロータの周方向に複数並設されることで前記連結部が環状をなすように接触して組み付けられる複数段の動翼と、
基端部が前記ケーシングに固定されると共に先端部が前記ロータ側に延出して前記動翼と交互に配設される複数段の静翼と、
を備える蒸気タービンにおいて、
前記連結部は、隣接する連結部との接触部に対して前記翼部の長手方向に交差する方向に沿う軸線をもって回動自在な回動部を有する、
ことを特徴とする回転機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−４７１０６（Ｐ２０１２−４７１０６Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９００７８（Ｐ２０１０−１９００７８）
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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