JP2014114716A - 翼振動減衰構造 - Google Patents

Abstract

【課題】翼振動の減衰率を向上させ、種々の翼に適用できるようにする。
【解決手段】翼頂部にシュラウド２０を有する複数の翼１０がロータ軸２の中心を中心にして周方向に一定間隔で設置された軸流回転機械における前記翼１０の振動を減衰させる翼振動減衰構造であって、前記シュラウド２０における前記翼１０と反対の側に円環状のダンパー部材３０を配し、前記軸流回転機械を作動させた際に、前記シュラウド２０と前記ダンパー部材３０との接触により、前記翼１０の振動の減衰に寄与する摩擦力が発生するようにして成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸流回転機械における翼振動減衰構造に関する。

ガスタービンや蒸気タービンなどの軸流回転機械においては、ロータ軸を中心として周方向に複数の動翼を有する動翼列と複数の静翼を有する静翼列とが備えられ、ロータ軸の軸方向に動翼列と静翼列とが交互に複数列並べて設置されている。

このような軸流回転機械は種々の振動問題を抱えており、例えば、動翼や静翼が振動する翼振動がある。翼（本明細書で翼といえば、静翼と動翼を含む概念である）の固有振動数と励振力の周波数とが一致する場合には、翼は共振状態となり、翼には共振による大きな振動応力が発生し、損傷に至る虞がある。

翼振動は様々な事象によって起こる。例えば、翼列干渉力による振動や偏流によって生じる振動などに起因して、翼振動が起こる。よって、翼振動が起こる原因を全て排除することは難しく、翼振動を減衰させる構造や機構を採用することにより、翼振動による翼の損傷を防止している。

特開平９−３２４６０３号公報

翼振動を減衰させる技術として、例えば、シュラウドコンタクトがある。これは、流体のシール性向上のため翼頂部に設けたシュラウドを隣接するもの同士で接触させ、互いに隣接するシュラウドの接触部に摩擦を発生させることにより、翼振動を減衰させるものである。

この技術は、遠心力によって三次元翼に生じるねじり戻しを利用し、互いに隣接するシュラウドを接触させている。軸流回転機械を作動させることによって、ねじり形状の三次元翼に遠心力が作用し、三次元翼にねじり戻しが生じる。三次元翼の翼頂部に設けたシュラウドは、三次元翼のねじり戻しに伴って回転し、隣接する三次元翼のシュラウド同士が接触する。

よって、シュラウドコンタクトは、遠心力の作用する動翼のみに適用することができ、更に、ねじり戻しを生じるねじり形状の三次元翼のみに適用することができる。つまり、ねじりの少ない二次元翼や遠心力の作用しない静翼には適用することができない。

また、隣接するシュラウド同士を接触させることによって、シュラウドに反力が作用し、翼に過大な応力が発生する。よって、翼が強度的に厳しい状態となるため、翼やシュラウドの設計に多大な時間を要し、製作費用の増大を招く。つまり、隣接するシュラウド同士を接触させることは、設計および製作上好ましくない。

隣接するシュラウド同士を接触させずに翼振動を減衰させる技術としては、例えば、特許文献１がある。これは、タービン動翼の翼先端部に設けた溝にワイヤを装着することにより、タービン動翼とワイヤとの接触部に摩擦を発生させ、タービン動翼の振動を減衰させるものである。

しかし、タービン動翼とワイヤとの接触部に発生する摩擦力は小さく、ダービン動翼の振動を減衰させる効果は非常に低い。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、翼振動の減衰率を向上させ、種々の翼に適用できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決する第一の発明に係る翼振動減衰構造は、翼頂部にシュラウドを有する複数の翼がロータ軸の中心を中心にして周方向に一定間隔で設置された軸流回転機械における前記翼の振動を減衰させる翼振動減衰構造であって、前記シュラウドにおける前記翼と反対の側に円環状のダンパー部材を配し、前記軸流回転機械を作動させた際に、前記シュラウドと前記ダンパー部材との接触により、前記翼の振動の減衰に寄与する摩擦力が発生するようにしたことを特徴とする。

上記課題を解決する第二の発明に係る翼振動減衰構造は、第一の発明に係る翼振動減衰構造において、前記ダンパー部材を帯状に形成し、前記シュラウドと面で接触するようにしたことを特徴とする。

上記課題を解決する第三の発明に係る翼振動減衰構造は、第一または第二の発明に係る翼振動減衰構造において、前記翼が動翼である場合においては、前記ダンパー部材を、前記動翼の翼頂部に設けた前記シュラウドの外周側に設けると共に、前記軸流回転機械を作動させた際の前記ロータ軸の径方向における前記ダンパー部材の変形量が前記ロータ軸の径方向における前記翼の変形量よりも少なくなるように形成したことを特徴とする。

上記課題を解決する第四の発明に係る翼振動減衰構造は、第一または第二の発明に係る翼振動減衰構造において、前記翼が静翼である場合においては、前記ダンパー部材を、前記静翼の翼頂部に設けた前記シュラウドの内周側に設けたことを特徴とする。

上記課題を解決する第五の発明に係る翼振動減衰構造は、第一乃至第四のいずれかの発明に係る翼振動減衰構造において、前記軸流回転機械を作動させた際における前記ダンパー部材と前記翼の前記ロータ軸の径方向における変形量に差異を設け、前記ダンパー部材と前記シュラウドとを接触させると共に互いに反力が作用するようにし、前記ダンパー部材と前記シュラウドとの接触部に、前記翼の振動を減衰させるのに十分な摩擦力が生じるようにしたことを特徴とする。

上記課題を解決する第六の発明に係る翼振動減衰構造は、第一乃至第五のいずれかの発明に係る翼振動減衰構造において、前記軸流回転機械を作動させた際において、前記ロータ軸の周方向に隣接する前記翼の前記シュラウド同士が接触しないようにしたことを特徴とする。

上記課題を解決する第七の発明に係る翼振動減衰構造は、第一乃至第六のいずれかの発明に係る翼振動減衰構造において、前記シュラウドにダンパー部材抜け止め部材を設け、前記シュラウドおよび前記ダンパー部材抜け止め部材によって前記ダンパー部材の位置を制限したことを特徴とする。

上記課題を解決する第八の発明に係る翼振動減衰構造は、第一乃至第七のいずれかの発明に係る翼振動減衰構造において、前記ダンパー部材を、前記翼を形成する材料よりも熱膨張率の低い材料で形成したことを特徴とする。

上記課題を解決する第九の発明に係る翼振動減衰構造は、第一乃至第八のいずれかの発明に係る翼振動減衰構造において、前記ダンパー部材を、複合材料で形成したことを特徴とする。

第一の発明に係る翼振動減衰構造によれば、シュラウドにおける翼と反対の側に円環状のダンパー部材を配し、軸流回転機械を作動させた際にシュラウドとダンパー部材とが接触するようにしたことより、シュラウドとダンパー部材との接触部には摩擦が生じ、摩擦力によって翼の振動を減衰させることができる。なお、翼に作用する遠心力だけでなく、熱膨張などによる変形によっても、シュラウドとダンパー部材とを接触させ、翼の振動を減衰させることができるので、二次元形状の動翼や遠心力の作用しない静翼など種々の翼に適用することができる。

第二の発明に係る翼振動減衰構造によれば、ダンパー部材を帯状に形成することにより、翼の翼頂部に設けたシュラウドとダンパー部材とを面接触させることができる。よって、翼とダンパー部材との接触部に生じる摩擦力を増大させ、翼の振動を十分に減衰させることができる。

第三の発明に係る翼振動減衰構造によれば、動翼の翼頂部に設けたシュラウドの外周側に、軸流回転機械を作動させた際のロータ軸の径方向における変形量が動翼よりも少ないダンパー部材を配したことにより、軸流回転機械の作動時には動翼の変形によって外周側へ広がるシュラウドと変形量の少ないダンパー部材とを接触させることができる。よって、シュラウドとダンパー部材との接触部に摩擦力を生じさせ、動翼の振動を減衰させることができる。

第四の発明に係る翼振動減衰構造によれば、静翼の翼頂部に設けたシュラウドの内周側にダンパー部材を配したことにより、軸流回転機械の作動時には静翼の変形によって内周側へ広がるシュラウドとダンパー部材とを接触させることができる。よって、シュラウドとダンパー部材との接触部に摩擦力を生じさせ、静翼の振動を減衰させることができる。

第五の発明に係る翼振動減衰構造によれば、軸流回転機械を作動させた際におけるダンパー部材と翼とのロータ軸の径方向における変形量に差異を設けたことにより、ダンパー部材とシュラウドとの接触部に適度な反力を作用させることができる。よって、ダンパー部材とシュラウドとの接触部に適度な摩擦力を生じさせ、翼の振動を十分に減衰させることができる。
なお、動翼の翼頂部におけるシュラウドの外周側にダンパー部材を配した場合においては、ダンパー部材の径方向における変形量を動翼よりも十分に少なくなるように形成することにより、軸流回転機械の作動時に変形の少ないダンパー部材に対して、動翼の変形によって外周側へ広がるシュラウドが接触し易くなる。なお、ダンパー部材と動翼の径方向における変形量の差異によって、シュラウドとダンパー部材との接触部における反力を調整し、動翼の振動減衰率を調整することもできる。
また、静翼の翼頂部におけるシュラウドの内周側にダンパー部材を配した場合においては、ダンパー部材の径方向における変形量を動翼よりも十分に少なくなるように形成することにより、軸流回転機械の作動時に静翼の変形によって内周側に広がるシュラウドと変形量の少ないダンパー部材とが接触するので、シュラウドとダンパー部材との接触部に過大な反力が生じることがない。よって、静翼、シュラウドおよびダンパー部材の損傷を低減することができる。なお、静翼、シュラウドおよびダンパー部材が強度的に厳しい状態とならないので、静翼、シュラウドおよびダンパー部材の設計に多大な時間を要することはなく、製作費用の増大を防ぐことができる。

第六の発明に係る翼振動減衰構造によれば、隣接する翼のシュラウド同士が接触しないようにすることにより、隣接するシュラウド同士に反力が作用せず、翼に過大な応力が発生することはない。よって、翼が強度的に厳しい状態とならず、翼やシュラウドの設計時間を短縮し、製作費用を削減することができる。

第七の発明に係る翼振動減衰構造によれば、シュラウドとダンパー部材抜け止め部材によって、ダンパー部材の位置を制限したことにより、軸流回転機械の停止時等にダンパー部材が抜け出てしまう虞がない。なお、ダンパー部材がシュラウド等に固定されていないので、軸流回転機械の作動時にダンパー部材が翼およびシュラウドと共に振動せず、ダンパー部材とシュラウドとの接触部において翼の振動を減衰させる摩擦力を生じさせることができる。また、ダンパー部材抜け止め部材として、従来の軸流回転機械で使用されているシュラウドフィンを、ダンパー部材の抜け止め部材として利用することにより、新たな部材の追加を伴わないので、製作費用等の増大を防ぐことができる。

第八の発明に係る翼振動減衰構造によれば、ダンパー部材を翼よりも熱膨張率の低い材料で形成することにより、ダンパー部材と翼との熱膨張による変形量の差異によってダンパー部材とシュラウドとを接触させることができる。よって、動翼の翼頂部におけるシュラウドの外周側にダンパー部材を配した場合において、遠心力によって変形しない二次元翼の動翼であっても、ダンパー部材とシュラウドとを接触させ、動翼の振動を減衰させることができる。また、静翼の翼頂部におけるシュラウドの内周側にダンパー部材を配した場合において、ダンパー部材の熱膨張による変形が少ないので、ダンバー部材とシュラウドとの接触部には、静翼の熱膨張による変形によってのみ反力が作用するので、過大な反力および摩擦力を生じることがなく、静翼等が損傷する虞がない。

第九の発明に係る翼振動減衰構造によれば、ダンパー部材を複合材料で形成することにより、軽量かつ高剛性であるので、リング自体に作用する遠心力による変形が小さく、ダンパー部材と翼との変形量の差異を生じさせ易い。また、熱膨張率が非常に小さいので、ダンパー部材と翼との変形量の差異を生じさせ易い。よって、ダンパー部材とシュラウドとを接触させ、ダンパー部材とシュラウドとの接触部に反力を生じさせることが容易にできる。なお、耐熱性の高い複合材料であれば、ガスタービン等の高温環境下においても適用することができ、高強度の複合材料であれば、損傷の虞が低減することができ、小さくて軽いダンパー部材とすることができる。

実施例１に係る翼振動減衰構造を示す説明図（図３におけるＩ−Ｉ矢視図）である。 実施例１に係る翼振動減衰構造を示す説明図（図３におけるII−II矢視図）である。 実施例１に係る翼振動減衰構造を備えた動翼列を示す概略図である。 実施例２に係る翼振動減衰構造を示す説明図（図６におけるIV−IV矢視図）である。 実施例２に係る翼振動減衰構造を示す説明図（図６におけるＶ−Ｖ矢視図）である。 実施例２に係る翼振動減衰構造を備えた静翼列を示す概略図である。

以下に、本発明に係る翼振動減衰構造の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、実施例１では本発明に係る翼振動減衰構造を軸流回転機械における動翼に採用した例を示し、実施例２では本発明に係る翼振動減衰構造を軸流回転機械における静翼に採用した例を示す。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各種変更が可能であることは言うまでもない。

先ず、本発明の実施例１に係る翼振動減衰構造について、図１乃至図３を参照して説明する。

軸流回転機械における動翼の周辺構造は、図３に示すように、円筒状のケーシング１内において図示しない本体部に回転自在に保持されたロータ軸２に円盤状のロータディスク３が保持され、ロータディスク３の外周に複数の動翼１０がロータ軸２の中心を中心にして周方向に一定間隔で設置されて成る。

動翼１０の翼頂部（図３における外周側）には、ケーシング１と動翼１０との間におけるシール性を向上させるためにシュラウド２０を設けている。更に、図１および図２に示すように、シュラウド２０にはケーシング１側（動翼１０と反対の側）へ突出するシュラウドフィン２１を設け、ケーシング１と動翼１０との間におけるシール性を更に向上させている。

本実施例では、動翼１０の振動を減衰させるために、動翼１０におけるシュラウド２０の外周側（動翼１０と反対の側）にダンパー部材として円環状のダンパーリング３０を配している。なお、後述するダンパーリング３０とシュラウド２０との接触において、ダンパーリング３０がシュラウド２０と面で接触するように、ダンパーリング３０を帯状に形成している。つまり、本実施例のダンパーリング３０は帯板を円環にした形状を成している。

ダンパーリング３０は、シュラウド２０の外周側においてシュラウドフィン２１の間に係合され、シュラウド２０およびシュラウドフィン２１によって位置が制限された状態であり、シュラウド２０等に固定される必要はない。

もちろん、ダンパーリング３０を配する位置は本実施例のシュラウド２０の外周側におけるシュラウドフィン２１の間に限定されず、シュラウド２０の外周側であれば良い。また、本実施例ではダンパーリング３０の位置を制限するダンパー部材抜け止め部材としてシュラウドフィン２１を利用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、シュラウド２０にシュラウドフィン２１を設けていない場合においては、シュラウド２０の外周側に円環状のダンパーリング３０を係合し、シュラウド２０の外周側にダンパー部材抜け止め部材として図示しない抜け止め部材等を設置することによって、ダンパーリング３０の位置を制限しても良い。

ダンパーリング３０を配する方法としては、シュラウドフィン２１を外した状態のシュラウド２０の外周側へ円環状のダンパーリング３０を係合させ、ダンパーリング３０の両側を囲うようにシュラウドフィン２１をシュラウド２０に取付ける。

もちろん、ダンパーリング３０を配する方法はこれに限定されず、例えば、ダンパーリング３０を分割構造としてシュラウド２０の外周側におけるシュラウドフィン２１の間に係合させ、分割されたダンパーリング３０を一体化して円環状にすることにより、ダンパーリング３０を配しても良い。

なお、本実施例に係る翼振動減衰構造においては、ダンパーリング３０とシュラウド２０とを接触させ、ダンパーリング３０とシュラウド２０との接触部に生じる摩擦力によって、動翼１０の振動を減衰させる。よって、従来技術であるシュラウドコンタクトを適用する必要はなく、本実施例ではロータ軸２の周方向に隣接するシュラウド２０同士が接触しないように、隣接するシュラウド２０の間に隙間Ｄを設けている。

ダンパーリング３０には、軸流回転機械の作動時における遠心力や熱膨張によるロータ軸２の径方向における変形量が動翼１０の変形量よりも少ない特性を持たせる。例えば、ダンパーリング３０を、熱膨張率が低い材質、または剛性の高い材質、または比重の軽い材質で形成することにより、遠心力や熱膨張によるロータ軸２の径方向におけるダンパーリング３０の変形量を、遠心力や熱膨張によるロータ軸２の径方向における動翼１０の変形量よりも少なくする。

本実施例では、ダンパーリング３０を、熱膨張率が低く、高強度かつ高剛性、軽量で耐熱性にも優れたＣ／Ｃコンポジットで形成した。もちろん、本発明はこれに限定されず、例えば、複合材料の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）やセラミックなどの非金属でも良い。なお、繊維強化プラスチックは、高強度かつ高剛性であることから、ダンパーリング３０を形成する材質として好ましい。特に、耐熱性にも優れた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、ガスタービンの上段等の高温環境下においても使用することができる。

ダンパーリング３０に前述したロータ軸２の径方向における変形量が少ないという特性を持たせることにより、軸流回転機械を作動させた際に、ダンパーリング３０の遠心力や熱膨張による変形量が動翼１０の変形量よりも少ないため、ダンパーリング３０と動翼１０に設けたシュラウド２０とが接触し、摩擦力が生じる。ダンパーリング３０とシュラウド２０との接触部における摩擦力によって、動翼１０の振動を減衰させることができる。

なお、前述したロータ軸２の径方向における変形量の差異によって、ダンパーリング３０とシュラウド２０とが接触するだけでなく、ダンパーリング３０とシュラウド２０との接触部には反力が作用する。よって、動翼１０の振動を減衰させるのに十分な摩擦力を得ることができる。

本実施例では、軸流回転機械の停止時において、ダンパーリング３０とシュラウド２０との間に所定の隙間ｄを設けている。軸流回転機械の作動時にダンパーリング３０とシュラウド２０とを接触させるので、軸流回転機械の停止時にダンパーリング３０とシュラウド２０とを接触させる必要はない。

所定の隙間ｄは、軸流回転機械の停止時におけるダンパーリング３０等の配置の容易性やメンテ性、軸流回転機械の作動時における動翼１０、シュラウド２０およびダンパーリング３０のロータ軸２の径方向における変形量、それらロータ軸２の径方向における変形量の差異によってシュラウド２０とダンパーリング３０との接触部に生じる反力などを考慮して決定される。

シュラウド２０とダンパーリング３０との接触部に生じる反力は、動翼１０の振動減衰率に影響する。つまり、所定の隙間ｄを過大または過小に設定すると、動翼１０の振動減衰率が低くなるので、適切な設定が必要である。

もちろん、軸流回転機械の停止時においてダンパーリング３０等を配することが可能であり、軸流回転機械の作動時においてシュラウド２０とダンパーリング３０との接触部に生じる反力が過大とならずに動翼１０の振動を減衰させることができれば、所定の隙間ｄをゼロとしても良い。

次に、本発明の実施例１に係る翼振動減衰構造の動作原理について、図１乃至図３を参照して説明する。

軸流回転機械を作動させ、ロータ軸２を軸中心として動翼１０、ロータディスク３およびロータ軸２が回転すると、動翼１０には遠心力が作用する（図３参照）。遠心力によって動翼１０にねじり戻しが生じ、動翼１０は外周側へ広がるように延びる。また、軸流回転機械の作動時における高温環境によって動翼１０は熱膨張し、動翼１０は更に外周側へ広がるように延びる。よって、動翼１０の翼頂部に設けたシュラウド２０は、動翼１０の変形によって外周側へ押されるように移動する。

一方、シュラウド２０の外周側に設けたダンパーリング３０は、軸流回転機械の作動時における高温環境においても、ダンパーリング３０を熱膨張率の低い材料で形成しているので、熱膨張によって変形して外周側へ広がるように延びることはほとんどない。

つまり、シュラウド２０は動翼１０の変形によって外周側へ移動するが、ダンパーリング３０は変形しないので、シュラウド２０の外周面とダンパーリング３０の内周面とが接触する。

なお、シュラウド２０の外周側に設けたダンパーリング３０がシュラウド２０と接触し、動翼１０およびシュラウド２０と共に回転した場合においても、ダンパーリング３０を剛性の高い材料で形成しているので、遠心力によって変形して外周側へ広がるように延びることはほとんどない。

よって、シュラウド２０とダンパーリング３０との接触後も、ダンパーリング３０はほとんど変形せず、シュラウド２０は動翼１０の遠心力および熱膨張による変形によって外周側のダンパーリング３０へ押しつけられる。よって、シュラウド２０とダンパーリング３０とは、互いに反力が作用した状態で接触している。

シュラウド２０とダンパーリング３０とが接触している状態で、動翼１０に振動が生じると、シュラウド２０とダンパーリング３０との接触面における相対的な変位によって摩擦力が生じ、動翼１０の振動を減衰させることができる。なお、シュラウド２０とダンパーリング３０とには、互いに反力が作用した状態であるので、動翼１０の振動を減衰させるのに十分な摩擦力を得ることができる。

本実施例では遠心力による動翼１０の変形を考慮したが、遠心力による変形がない二次元翼の動翼１０であっても熱膨張によって変形するので、シュラウド２０とダンパーリング３０とを接触させ、シュラウド２０とダンパーリング３０との接触部における摩擦力によって動翼１０の振動を減衰させることができる。

先ず、本発明の実施例２に係る翼振動減衰構造について、図４乃至図６を参照して説明する。

本実施例に係る翼振動減衰構造は、ダンパーリングを配する箇所を除いて、実施例１と同様な構成を有するので、同様な構成についての重複説明は省略する。

軸流回転機械における静翼の周辺構造は、図６に示すように、円筒状のケーシング１０１の内周側に複数の静翼１１０が、ロータ軸１０２の中心を中心にして周方向に一定間隔で保持され、図示しない本体部に回転自在に保持されたロータ軸１０２と干渉しないように設置されて成る。

静翼１１０の翼頂部（図６における内周側）には、ロータ軸１０２と静翼１１０との間におけるシール性を向上させるためにシュラウド１２０を設けている。更に、図４および図５に示すように、シュラウド１２０にはロータ軸１０２側（静翼１１０と反対の側）へ突出するシュラウドフィン１２１を設け、ロータ軸１０２と静翼１１０との間におけるシール性を更に向上させている。

本実施例では、静翼１１０の振動を減衰させるために、静翼１１０におけるシュラウド１２０の内周側（静翼１１０と反対の側）にダンパー部材として円環状のダンパーリング１３０を配している。なお、後述するダンパーリング１３０とシュラウド１２０との接触において、ダンパーリング１３０がシュラウド１２０と面で接触するように、ダンパーリング１３０を帯状に形成している。つまり、本実施例のダンパーリング１３０は帯板を円環にした形状を成している。

ダンパーリング１３０は、シュラウド１２０の内周側においてシュラウドフィン１２１に隣接して係合され、シュラウド１２０とシュラウドフィン１２１および抜け止め部材１４０によって位置が制限された状態であり、シュラウド１２０等に固定される必要はない。

もちろん、ダンパーリング１３０を配する位置は本実施例のシュラウド１２０の内周側におけるシュラウドフィン１２１と抜け止め部材１４０との間に限定されず、シュラウド１２０の内周側であれば良い。また、本実施例ではダンパーリング１３０の位置を制限するダンパー部材抜け止め部材としてシュラウドフィン１２１および抜け止め部材１４０を利用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、シュラウド１２０の内周側に円環状のダンパーリング１３０を係合し、ダンパーリング１３０を囲うように二つのシュラウドフィン１２１または二つの抜け止め部材１４０等を設置することによって、ダンパーリング３０の位置を制限しても良い。

ダンパーリング１３０を配する方法としては、シュラウド１２０の内周側においてシュラウドフィン１２１と隣接するように円環状のダンパーリング１３０を係合させ、ダンパーリング１３０のシュラウドフィン１２１が設置されていない側に抜け止め部材１４０を取付ける。

もちろん、ダンパーリング１３０を配する方法はこれに限定されず、例えば、ダンパーリング１３０を分割構造としてシュラウド１２０の内周側におけるシュラウドフィン１２１と抜け止め部材１４０との間に係合させ、分割されたダンパーリング１３０を一体化して円環状にすることにより、ダンパーリング１３０を配しても良い。

ダンパーリング１３０には、軸流回転機械の作動時における熱膨張によるロータ軸１０２の径方向における変形量が静翼１１０の変形量よりも少ない特性を持たせる。例えば、ダンパーリング１３０を、熱膨張率が低い材質、または剛性の高い材質、または比重の軽い材質で形成することにより、熱膨張によるロータ軸１０２の径方向におけるダンパーリング１３０の変形量を、ロータ軸１０２の径方向における静翼１１０の変形量よりも少なくする。

本実施例では、ダンパーリング１３０を、熱膨張率が低く、高強度かつ高剛性、軽量で耐熱性にも優れたＣ／Ｃコンポジットで形成した。もちろん、本発明はこれに限定されず、例えば、複合材料の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）やセラミックなどの非金属でも良い。なお、繊維強化プラスチックは、高強度かつ高剛性であることから、ダンパーリング１３０を形成する材質として好ましい。特に、耐熱性にも優れた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、ガスタービンの上段等の高温環境下においても使用することができる。

ダンパーリング１３０に前述したロータ軸１０２の径方向における変形量が少ないという特性を持たせることにより、軸流回転機械を作動させた際に、ダンパーリング１３０の熱膨張による変形量が静翼１１０の変形量よりも少ないため、ダンパーリング１３０と静翼１１０に設けたシュラウド１２０とが接触し、摩擦力が生じる。ダンパーリング１３０とシュラウド１２０との接触部における摩擦力によって、静翼１１０の振動を減衰させることができる。

なお、前述したロータ軸１０２の径方向における変形量の差異によって、ダンパーリング１３０とシュラウド１２０とが接触するだけでなく、ダンパーリング１３０とシュラウド１２０との接触部には反力が作用する。よって、静翼１１０の振動を減衰させるのに十分な摩擦力を得ることができる。

本実施例では、軸流回転機械の停止時において、ダンパーリング１３０とシュラウド１２０との間に所定の隙間ｄを設けている。軸流回転機械の作動時にダンパーリング１３０とシュラウド１２０とを接触させるので、軸流回転機械の停止時にダンパーリング１３０とシュラウド１２０とを接触させる必要はない。

所定の隙間ｄは、軸流回転機械の停止時におけるダンパーリング１３０等の配置の容易性やメンテ性、軸流回転機械の作動時における静翼１１０、シュラウド１２０およびダンパーリング１３０のロータ軸１０２の径方向における変形量、それらロータ軸１０２の径方向における変形量の差異によってシュラウド１２０とダンパーリング１３０との接触部に生じる反力などを考慮して決定される。

シュラウド１２０とダンパーリング１３０との接触部に生じる反力は、静翼１１０の振動減衰率に影響する。つまり、所定の隙間ｄを過大または過小に設定すると、静翼１１０の振動減衰率が低くなるので、適切な設定が必要である。

もちろん、軸流回転機械の停止時においてダンパーリング１３０等を配することが可能であり、軸流回転機械の作動時においてシュラウド１２０とダンパーリング１３０との接触部に生じる反力が過大とならずに静翼１１０の振動を減衰させることができれば、所定の隙間ｄをゼロとしても良い。

次に、本発明の実施例２に係る翼振動減衰構造の動作原理について、図４乃至図６を参照して説明する。

軸流回転機械を作動させ、ロータ軸１０２を軸中心として図示しない動翼が回転し、軸流回転機械の作動時における高温環境によって静翼１１０は熱膨張し、静翼１１０は内周側へ広がるように延びる（図６参照）。よって、静翼１１０の翼頂部に設けたシュラウド１２０は、静翼１１０の変形によって内周側へ押されるように移動する。

一方、シュラウド１２０の内周側に設けたダンパーリング１３０は、ダンパーリング１３０を熱膨張率の低いＣ／Ｃコンポジットで形成しているので、軸流回転機械の作動時における高温環境においても、熱膨張して内周側へ広がるように延びることはない（図４および図５参照）。

つまり、シュラウド１２０は静翼１１０の変形によって内周側へ移動するが、ダンパーリング１３０は変形しないので、シュラウド１２０の内周面とダンパーリング１３０の外周面とが接触する。

なお、シュラウド２０とダンパーリング３０との接触後も、ダンパーリング１３０は変形せず、シュラウド１２０は静翼１１０の熱膨張による変形によって内周側のダンパーリング１３０へ押しつけられる。よって、シュラウド１２０とダンパーリング１３０とは、互いに反力が作用した状態で接触している。

シュラウド１２０とダンパーリング１３０とが接触している状態で、静翼１１０に振動が生じると、シュラウド１２０とダンパーリング１３０との接触面における相対的な変位によって摩擦力が生じ、静翼１１０の振動を減衰させることができる。なお、シュラウド１２０とダンパーリング１３０とには、互いに反力が作用した状態であるので、静翼１１０の振動を減衰させるのに十分な摩擦力を得ることができる。

１ ケーシング
２ ロータ軸
３ ロータディスク
１０ 動翼
２０ シュラウド
２１ シュラウドフィン
３０ ダンパーリング
１０１ ケーシング
１０２ ロータ軸
１１０ 静翼
１２０ シュラウド
１２１ シュラウドフィン
１３０ ダンパーリング
１４０ 抜け止め部材

Claims (9)

1. 翼頂部にシュラウドを有する複数の翼がロータ軸の中心を中心にして周方向に一定間隔で設置された軸流回転機械における前記翼の振動を減衰させる翼振動減衰構造であって、
   前記シュラウドにおける前記翼と反対の側に円環状のダンパー部材を配し、
   前記軸流回転機械を作動させた際に、前記シュラウドと前記ダンパー部材との接触により、前記翼の振動の減衰に寄与する摩擦力が発生するようにした
   ことを特徴とする翼振動減衰構造。
2. 前記ダンパー部材を帯状に形成し、前記シュラウドと面で接触するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の翼振動減衰構造。
3. 前記翼が動翼である場合においては、前記ダンパー部材を、前記動翼の翼頂部に設けた前記シュラウドの外周側に配すると共に、前記軸流回転機械を作動させた際の前記ロータ軸の径方向における前記ダンパー部材の変形量が前記ロータ軸の径方向における前記翼の変形量よりも少なくなるように形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の翼振動減衰構造。
4. 前記翼が静翼である場合においては、前記ダンパー部材を、前記静翼の翼頂部に設けた前記シュラウドの内周側に配したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の翼振動減衰構造。
5. 前記軸流回転機械を作動させた際における前記ダンパー部材と前記翼の前記ロータ軸の径方向における変形量に差異を設け、前記ダンパー部材と前記シュラウドとを接触させると共に互いに反力が作用するようにし、
   前記ダンパー部材と前記シュラウドとの接触部に、前記翼の振動を減衰させるのに十分な摩擦力が生じるようにした
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の翼振動減衰構造。
6. 前記軸流回転機械を作動させた際において、前記ロータ軸の周方向に隣接する前記翼の前記シュラウド同士が接触しないようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の翼振動減衰構造。
7. 前記シュラウドにダンパー部材抜け止め部材を設け、
   前記シュラウドおよび前記ダンパー部材抜け止め部材によって前記ダンパー部材の位置を制限したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の翼振動減衰構造。
8. 前記ダンパー部材を、前記翼を形成する材料よりも熱膨張率の低い材料で形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の翼振動減衰構造。
9. 前記ダンパー部材を、複合材料で形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の翼振動減衰構造。

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