JP2015132176A - 翼及びタービン - Google Patents

Abstract

【課題】振動を十分に抑制できる翼を提供する。【解決手段】翼は、内部空間を有する翼本体と、翼本体の内面に接触するように内部空間に配置される粘弾性部材と、翼本体の内面との間で粘弾性部材を挟むように内部空間に配置される支持部材と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、翼及びタービンに関する。

タービンは、翼を備えている。タービンの翼は、ロータに設けられた動翼と、ロータの周囲に配置される静翼とを含む。翼が振動すると、疲労破壊につながる可能性がある。そのため、翼の振動を抑制することが望まれる。静翼の空洞に設けられた摺接部材と翼内面との摩擦により静翼の振動を抑制する技術が特許文献１に開示されている。振動減衰部材の摩擦プロセスで羽根の振動を抑制する技術が特許文献２に開示されている。

特開２００８−１３３８２５号公報 特許第４５２３３９１号公報

翼の振動特性が安定しないと、翼の振動が十分に抑制されない可能性がある。例えば、複数の翼それぞれの振動特性が異なったり、翼の振動特性が継時的に変化したりすると、翼の振動が十分に抑制されない可能性がある。

本発明は、振動を十分に抑制できる翼を提供することを目的とする。また、本発明は、性能の低下が抑制されるタービンを提供することを目的とする。

本発明に係る翼は、内部空間を有する翼本体と、前記翼本体の内面に接触するように前記内部空間に配置される粘弾性部材と、前記翼本体の前記内面との間で前記粘弾性部材を挟むように前記内部空間に配置される支持部材と、を備える。

本発明によれば、粘弾性部材は、翼本体と支持部材との間に挟まれて翼本体の内面と十分に接触する。そのため、翼の振動特性は安定する。粘弾性部材と翼本体とは十分に接触しているため、振動により翼本体が変形するとその翼本体の変形に合わせて粘弾性部材も変形する。これにより、粘弾性部材の内部減衰が得られ、翼本体の振動（運動エネルギー）は粘弾性部材により熱（散逸エネルギー）に変換される。したがって、翼の振動が十分に抑制される。

本発明に係る翼において、支持部材の熱膨張係数は前記翼本体の熱膨張係数よりも大きくてもよい。

従って、温度が上昇すると支持部材は翼本体よりも大きく膨張する。これにより、支持部材は翼本体との間で粘弾性部材を強固に挟み付けることができる。

本発明に係る翼において、前記粘弾性部材は３００度以上２０００度以下の高温環境で物性が変化しない耐熱性を有してもよい。

従って、粘弾性部材が蒸気タービン又はガスタービンに使用されても、所期の振動減衰機能を維持することができる。

本発明に係る翼において、前記粘弾性部材は、繊維の積層体を含んでもよい。

従って、粘弾性部材が高温環境で使用されても、所期の振動減衰機能を維持することができる。

本発明に係る翼において、前記粘弾性部材は、前記翼本体の内面と接触する第１面と、前記第１面の反対方向を向く第２面と、を有し、前記支持部材は、前記粘弾性部材の前記第２面と接触する接触面と、内部に設けられた空洞部と、を有してもよい。

従って、支持部材は、接触面と粘弾性部材の第２面とを接触させた状態で、接触面と翼本体の内面との間で粘弾性部材を強固に挟むことができる。また、支持部材は空洞部を有するので、翼の軽量化が図られる。

本発明に係るタービンは、動翼を有するロータと、前記ロータの周囲に配置される静翼と、を備え、前記動翼及び前記静翼の少なくとも一方が上記の翼を含む。

本発明によれば、振動が抑制される翼を有するため、タービンの性能の低下が抑制される。

本発明に係る翼によれば、振動が十分に抑制される。また、本発明に係るタービンによれば、性能の低下が抑制される。

図１は、第１実施形態に係る蒸気タービンシステムの一例を示す概略構成図である。 図２は、第１実施形態に係る蒸気タービンを低圧最終段側から見た外観図である。 図３は、第１実施形態に係る静翼を背側から見た拡大図である。 図４は、第１実施形態に係る静翼の一例を示す断面図である。 図５は、第１実施形態に係る静翼を腹側部から見た図である。 図６は、第１実施形態に係る振動減衰部材の一例を示す断面図である。 図７は、第１実施形態に係る振動減衰部材の作用の一例を説明するための図である。 図８は、第１実施形態に係る静翼の製造方法の一例を説明するための図である。 図９は、第１実施形態に係る静翼の製造方法の一例を説明するための図である。 図１０は、第１実施形態に係る静翼の製造方法の一例を説明するための図である。 図１１は、第２実施形態に係る静翼の一例を示す断面図である。 図１２は、第３実施形態に係る静翼の一例を示す断面図である。 図１３は、第４実施形態に係る動翼の一例を示す平面図である。 図１４は、第４実施形態に係る動翼の一例を示す側面図である。 図１５は、第４実施形態に係る動翼の一例を示す斜視図である。 図１６は、第５実施形態に係る動翼の一例を示す平面図である。 図１７は、第５実施形態に係る振動減衰部材の一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下で説明する実施形態における構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る蒸気タービンシステム１の一例を示す概略構成図である。蒸気タービンシステム１は、例えば原子力発電プラントで用いられる。蒸気タービンシステム１は、高圧の蒸気を発生する蒸気発生器２と、蒸気発生器２からの高圧の蒸気が直接供給される高圧蒸気タービン３と、蒸気発生器２及び高圧蒸気タービン３からの蒸気の湿分を分離して加熱する湿分分離加熱器４と、湿分分離加熱器４からの低圧の蒸気が供給される低圧蒸気タービン５とを備えている。本実施形態においては、蒸気タービンシステム１のうち、低圧蒸気タービン５について主に説明する。また、以下の説明において、低圧蒸気タービン５を適宜、蒸気タービン５、と称する。

蒸気タービン５は、車室（ケーシング）６と、車室６に設けられ、湿分分離加熱器４からの蒸気が供給される蒸気入口７と、車室６に設けられ、蒸気入口７からの蒸気が流れる蒸気通路８と、蒸気通路８に配置され、複数の動翼９を有するロータ１１と、蒸気通路８に配置された複数の静翼１０と、を備えている。ロータ１１は、動翼９と接続されたロータ軸１１Ｊを有する。静翼１０は、車室６に固定される。静翼１０の少なくとも一部は、ロータ１１（ロータ軸１１Ｊ）の周囲に配置される。ロータ軸１１Ｊは、車室６の両端部に配置された軸受に回転可能に支持される。ロータ１１は、軸（回転軸）ＡＸを中心に回転する。

蒸気タービン５において、湿分分離加熱器４から蒸気入口７に供給された蒸気は、蒸気通路８を流れる。蒸気通路８において、動翼９と静翼１０とは、軸ＡＸと平行な方向Ａに関して交互に配置されている。静翼１０は、蒸気を効率良く動翼９に導く。動翼９は、蒸気のエネルギーに基づいて回転する。ロータ軸１１Ｊは、動翼９から得た回転力を外部に出力する。

図２は、蒸気タービン５を低圧最終段１４側から見た外観図である。図３は、静翼１０を背側から見た拡大図である。図１、図２、及び図３に示すように、静翼１０は、軸ＡＸに対する放射方向Ｒに関して内側の端部１０Ａと、外側の端部１０Ｂとを有する。端部１０Ａは、溶接によりシュラウド１２と固定される。端部１０Ｂは、溶接により翼根リング１３と固定される。

一対の動翼９及び静翼１０は、１つの段１４を構成する。蒸気タービン５は、複数の段１４を有する。複数の段１４は、蒸気通路８を上流側から下流側に向かって、放射方向Ｒに関する動翼９及び静翼１０の寸法が大きくなるように配置される。蒸気通路８の最も下流側にある段１４は、低圧最終段１４と呼ばれる。放射方向Ｒに関する低圧最終段１４の静翼１０の寸法は、上流側の段１４の静翼１０の寸法よりも大きい。

図２及び図３に示すように、低圧最終段１４において、静翼１０は、軸ＡＸ（ロータ軸１１Ｊ）の周方向Ｐに所定の間隔で複数配置される。周方向Ｐに配置される複数の静翼１０は、翼群１５と呼ばれる。

次に、本実施形態に係る静翼１０について説明する。図４は、本実施形態に係る静翼１０の一例を示す断面図である。図５は、本実施形態に係る静翼１０を腹側部２３から見た図である。図４は、図５のＡ−Ａ線断面図に相当する。

図４及び図５に示すように、静翼１０は、内部空間（空洞部）２５を有する翼本体２０と、内部空間２５を規定する翼本体２０の内面２０Ｕに接触するように内部空間２５に配置される粘弾性部材３０と、翼本体２０の内面２０Ｕとの間で粘弾性部材３０を挟むように内部空間２５に配置される支持部材４０とを備えている。

翼本体２０は、例えばニッケル基合金又はチタンのような金属製である。翼本体２０は、外部空間に面する外面２０Ｓと、外面２０Ｓの反対方向を向き、内部空間２５に面する内面２０Ｕとを有する。翼本体２０は、腹側部材２８と、少なくとも一部が腹側部材２８と接続される背側部材２９とを有する。腹側部材２８の一部と背側部材２９の一部とが溶接部Ｃ１により接続される。腹側部材２８の一部と背側部材２９の一部とが溶接部Ｃ２により接続される。外面２０Ｓは、腹側部材２８及び背側部材２９のそれぞれに配置される。内部空間２５は、腹側部材２８と背側部材２９との間に設けられる。内面２０Ｕは、腹側部材２８及び背側部材２９のそれぞれに配置される。

翼本体２０は、溶接部Ｃ１を含む前縁部２１と、溶接部Ｃ２を含む後縁部２２と、腹側部材２８に設けられる腹側部２３と、背側部材２９に設けられる背側部２４とを含む。

腹側部材２８及び背側部材２９のそれぞれは、湾曲した金属製の板状部材である。腹側部材２８の外面２０Ｓは窪むように湾曲する。背側部材２９の外面２０Ｓは突出するように湾曲する。

図５に示すように、腹側部材２８と背側部材２９は、翼長方向Ｓに長い。本実施形態において、翼長方向Ｓとは、図４に示すような静翼１０の断面と垂直な方向であり、静翼１０の平均反り線（骨格線）Ｃと直交する方向である。本実施形態において、翼長方向Ｓと放射方向Ｒとはほぼ同一である。

静翼１０は、腹部２３に形成された前縁側スリット２６Ａ及び後縁側スリット２６Ｂを有する。前縁側スリット２６Ａ及び後縁側スリット２６Ｂのそれぞれは、翼長方向Ｓに複数設けられる。前縁側スリット２６Ａ及び後縁側スリット２６Ｂは、内部空間２５（空洞部４１）と外部空間とを結ぶように形成される。腹側部材２８の外面２０Ｓに付着している水は、蒸気圧力を受けて外面２０Ｓを移動し、前縁側スリット２６Ａから空洞部４１に流入する。

空洞部４１に流入した水は、シュラウド１２に向かって流れる。図３に示すように、シュラウド１２には、空洞部４１と連通する開口１６が形成されている。矢印Ｅで示すように、空洞部４１の水は、開口１６から排出される。

粘弾性部材３０は、粘性と弾性との両方を合わせた性質（物性）を有する。粘弾性部材３０は、翼本体２０及び支持部材４０よりも、大きな構造減衰を有する。また、粘弾性部材３０の剛性は、翼本体２０の剛性及び支持部材４０の剛性よりも低い。本実施形態において、粘弾性部材３０は、耐熱性を有する。粘弾性部材３０の物性は、例えば３００度以上２０００度以下の高温環境でも減衰効果を保持する。

本実施形態において、粘弾性部材３０は、繊維の積層体を含む。繊維の積層体は、繊維の織物体を含んでもよいし、繊維の編物体を含んでもよい。繊維はニッケルのような金属繊維でもよいし、炭素繊維でもよい。繊維の集合体の粘弾性部材３０は、十分な粘性及び弾性を有する。

粘弾性部材３０は、内部空間２５に配置され、翼本体２０と接触する。粘弾性部材３０は、翼本体２０の内面２０Ｕのほぼ全域と接触する。粘弾性部材３０は、翼本体２０の内面２０Ｕと接触する外面３０Ｓと、外面３０Ｓの反対方向を向く内面３０Ｕとを有する。

支持部材４０は、翼本体２０の熱膨張係数（線膨張係数）よりも大きい熱膨張係数を有する金属製である。したがって、翼本体２０と支持部材４０とが同一の環境に配置された状態でその環境の温度が上昇すると、支持部材４０の膨張量は翼本体２０の膨張量よりも大きい。

支持部材４０は、内部空間２５に配置され、翼本体２０との間で粘弾性部材３０を挟み込む。支持部材４０は、粘弾性部材３０の内面３０Ｕのほぼ全域と接触する。支持部材４０は、粘弾性部材３０の内面３０Ｕと接触する外面４０Ｓと、外面４０Ｓの反対方向を向く内面４０Ｕとを有する。支持部材４０は、内部に空洞部４１を有する。支持部材４０の内面４０Ｕによって空洞部４１が規定される。

支持部材４０は、筒状の部材である。粘弾性部材３０は、支持部材４０に支持される。粘弾性部材３０は、支持部材４０の外面４０Ｕを覆うように配置される。本実施形態においては、内部空間２５に支持部材４０が２つ配置される。粘弾性部材３０は、２つの支持部材４０のそれぞれに支持される。以下の説明において、支持部材４０及び支持部材４０に支持された粘弾性部材３０を合わせて適宜、振動減衰部材５０、と称する。本実施形態においては、内部空間２５に振動減衰部材５０が２つ配置される。

図６は、本実施形態に係る翼本体２０、粘弾性部材３０、及び支持部材４０の一部を示す断面図である。図６に示すように、粘弾性部材３０が翼本体２０と支持部材４０との間に挟まれて固定される。翼本体２０の内面２０Ｕと粘弾性部材３０の外面３０Ｓとが十分に接触する。粘弾性部材３０の内面３０Ｕと支持部材４０の外面４０Ｓとが十分に接触する。

図７は、粘弾性部材３０の動作の一例を示す図である。例えば翼本体２０が振動すると、図７に示すように、翼本体２０が変形したり、翼本体２０と支持部材４０との相対位置が変化したりする。本実施形態において、粘弾性部材３０は、翼本体２０と支持部材４０との間に挟まれて、翼本体２０の内面２０Ｕと十分に接触する。そのため、振動により翼本体２０が変形したり、支持部材４０に対して翼本体２０が変位したりすると、その翼本体２０の変形又は変位に合わせて粘弾性部材３０も変形する。図７に示す例では、粘弾性部材３０は、専らせん断変形する。粘弾性部材３０の剛性は、翼本体２０の剛性及び支持部材４０の剛性よりも低く、翼本体２０の変形又は変位に十分に追従することができる。

翼本体２０の変形又は変位に合わせて粘弾性部材３０が変形（せん断変形）することにより、粘弾性部材３０の内部減衰が得られ、翼本体２０の振動（運動エネルギー）が粘弾性部材３０により熱（散逸エネルギー）に変換される。これにより、静翼１０の振動が十分に抑制される。例えば、翼本体２０の共振及び自励振動が粘弾性部材３０及び支持部材４０を含む振動減衰部材５０によって抑制される。

次に、本実施形態に係る静翼１０の製造方法の一例について説明する。図８、図９、及び図１０のそれぞれは、本実施形態に係る静翼１０の製造方法の一例を説明するための模式図である。

図８に示すように、翼本体２０が用意されるとともに、振動減衰部材５０が用意される。本実施形態において、振動減衰部材５０は、２つ用意される。翼本体２０は、内部空間２５を有する。振動減衰部材５０の支持部材４０は、筒状の部材である。粘弾性部材３０は、支持部材４０の外面４０Ｓを覆うように配置される。

図９に示すように、振動減衰部材５０が翼本体２０の内部空間２５に配置される。振動減衰部材５０を内部空間２５に配置する作業は、常温環境で行われる。常温環境において翼本体２０の内部空間２５に振動減衰部材５０が配置された状態で、翼本体２０の内面２０Ｕと振動減衰部材５０の外面（粘弾性部材３０の外面３０Ｓ）との間に間隙が形成される。

すなわち、本実施形態においては、常温環境において、振動減衰部材５０の外形が翼本体２０の内部空間２５よりも僅かに小さくなるように、振動減衰部材５０が製造される。これにより、振動減衰部材５０を内部空間２５に挿入する作業を円滑に行うことができる。

図１０は、静翼１０が高温環境で作動している状態の一例を示す。静翼１０が常温環境から高温環境に配置されることにより、金属製の翼本体２０及び支持部材４０のそれぞれは膨張する。本実施形態において、支持部材４０の熱膨張係数は、翼本体２０の熱膨張係数よりも大きい。したがって、翼本体２０及び支持部材４０が常温環境から高温環境に配置されたとき、支持部材４０の膨張量は翼本体２０の膨張量よりも大きい。翼本体２０の内部空間２５に配置されている支持部材４０が、翼本体２０よりも大きく膨張することにより、翼本体２０の内面２０Ｕと支持部材４０の外面４０Ｓとの距離が短くなる。これにより、内面２０Ｕと外面４０Ｓとの間に配置されている粘弾性部材３０は、翼本体２０と支持部材４０との間において圧迫される。したがって、翼本体２０の内面２０Ｕと粘弾性部材３０の外面３０Ｓとが十分に密着する。また、粘弾性部材３０の内面３０Ｕと支持部材４０の外面４０Ｓとが十分に密着する。

例えば静翼１０のメンテナンスにおいて、振動減衰部材５０を翼本体２０から取り外すとき、静翼１０が常温環境に配置される。これにより、支持部材４０が収縮し、図９を参照して説明したように、振動減衰部材５０の外面（粘弾性部材３０の外面３０Ｓ）と翼本体２０の内面２０Ｕとの間に間隙が形成される。したがって、振動減衰部材５０を内部空間２５から取り出す作業を円滑に行うことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、翼本体２０と支持部材４０との間に挟まれた粘弾性部材３０によって、静翼１０の振動を抑制することができる。したがって、静翼１０の性能の低下及び蒸気タービン５の性能の低下が抑制され、発電プラントの安定的な稼働を図ることができる。

また、本実施形態において、粘弾性部材３０は、翼本体２０と支持部材４０との間に挟まれて翼本体２０の内面２０Ｓと十分に接触する。そのため、静翼１０が高温環境で作動しているときの静翼１０の振動特性は安定する。したがって、静翼１０にどのような振動が生じるかを予測（振動予測）することが容易となり、振動抑制のための適切な措置を講ずることができる。

例えば、翼と金属製の振動減衰部材との摩擦を利用して翼の振動を抑制しようとする場合、例えば振動減衰部材の寸法公差などに起因して翼と振動減衰部材との接触状態が変化してしまう可能性がある。また、振動減衰部材の接触面の摩耗によっても接触状態が変化してしまう可能性がある。翼と振動減衰部材との接触状態の変化は、接触面積の変化、及び接触力の変化を含む。接触状態が変化すると、翼の振動特性が変化してしまう。翼の振動特性が安定しないと、振動予測が困難となり、その結果、振動を十分に低減できなくなる可能性がある。

また、翼と金属製の振動減衰部材とが長時間摩擦し続けると、翼と振動減衰部材との接触面の継時的な劣化をもたらし、その結果、翼と振動減衰部材との接触状態が変化する。また、翼と金属製の振動減衰部材とが長時間摩擦し続けると、金属粉が発生したり、翼と振動減衰部材とが凝着したりする可能性もある。

本実施形態によれば、翼本体２０と支持部材４０との間に挟まれた粘弾性部材３０によって振動が抑制される。粘弾性部材３０は、翼本体２０との間において摩擦をほぼ発生させず、翼本体２０と粘弾性部材３０との接触状態（接触面積及び接触力）は長期間維持される。したがって、振動減衰部材５０の継時的劣化が抑制され、減衰効果を長期間維持することができる。

また、本実施形態によれば、支持部材４０の熱膨張係数は翼本体２０の熱膨張係数よりも大きい。したがって、常温環境において、振動減衰部材５０を内部空間２５に挿入する作業、及び振動減衰部材５０を内部空間２５から取り出す作業を円滑に行うことができ、メンテナンス性を向上することができる。また、高温環境においては支持部材４０の熱変形（熱膨張）により、翼本体２０と粘弾性部材３０とを十分に密着させることができる。したがって、高温環境において翼本体２０が振動により変形したり変位したりしても、粘弾性部材３０は、翼本体２０の変形又は変位に十分に追従して振動を低減することができる。

また、メンテナンス性が向上するため、使用により粘弾性部材３０が劣化した場合でも、新たな粘弾性部材３０（振動減衰部材５０）と円滑に交換することができる。

また、振動減衰部材５０が容易に交換可能であるため、目的に応じた振動減衰部材５０を翼本体２０に簡単に取り付けることができる。例えば、第１の振動（第１の振動数又は第１の振動モード）を抑制するのに適した減衰特性を有する第１の振動減衰部材５０が翼本体２０に取り付けられている状態において、第２の振動（第２の振動数又は第２の振動モード）を抑制するのに適した減衰特性を有する第２の振動減衰部材５０を翼本体２０に取り付けたい場合、第１の振動減衰部材５０と第２の振動減衰部材５０とを簡単に交換することができる。第１の振動減衰部材５０と第２の振動減衰部材５０とで、粘弾性部材３０の厚みが異なってもよいし、粘弾性部材３０の種類（物性）が異なってもよい。このように、減衰したい振動に応じて、振動減衰部材５０を容易に交換することができる。

また、本実施形態において、支持部材４０は、粘弾性部材３０の内面３０Ｕのほぼ全域と接触する外面４０Ｓを有する。これにより、支持部材４０は、外面４０Ｓと翼本体２０の内面２０Ｕとの間で粘弾性部材３０を強固に挟むことができる。

また、本実施形態において、支持部材４０は、内部に空洞部４１を有するフレーム状の部材（フレーム部材）である。これにより、静翼１０（振動減衰部材５０）の軽量化が図られる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図１１は、本実施形態に係る静翼１０Ｂの一例を示す図である。図１１に示すように、静翼１０Ｂは、翼本体２０と、翼本体２０の内部空間２５に配置された振動減衰部材５０Ｂとを有する。振動減衰部材５０Ｂは、翼本体２０の内面２０Ｕに接触するように配置される粘弾性部材３０Ｂと、翼本体２０との間で粘弾性部材３０Ｂを挟み込む支持部材４０Ｂとを有する。

本実施形態において、内部空間２５に振動減衰部材５０Ｂが１つ配置される。粘弾性部材３０Ｂは、翼本体２０の内面２０Ｕのほぼ全域と接触する。また、本実施形態において、支持部材４０Ｂの少なくとも一部が溶接部Ｃ３を介して翼本体２０に固定される。本実施形態においても、振動減衰部材５０Ｂを使って振動を低減することができる。

なお、上述の各実施形態において、内部空間２５に配置される振動減衰部材（５０など）は、１つでもよいし、２つでもよいし、３つ以上の任意の複数でもよい。以下の実施形態においても同様である。

なお、上述の各実施形態において、支持部材（４０など）が溶接部Ｃ３を介して翼本体２０に固定されてもよいし、溶接部Ｃ３が無くてもよい。以下の実施形態においても同様である。

＜第３実施形態＞
第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図１２は、本実施形態に係る静翼１０Ｃの一例を示す図である。図１２に示すように、静翼１０Ｃは、翼本体２０と、翼本体２０の内部空間２５の一部に配置された振動減衰部材５０Ｃとを有する。振動減衰部材５０Ｃは、翼本体２０の内面２０Ｕの一部に接触するように配置される粘弾性部材３０Ｃと、翼本体２０との間で粘弾性部材３０Ｃを挟み込む支持部材４０Ｃとを有する。

本実施形態においては、翼本体２０の特定の振動モードに対して最適な減衰効果が得られるように、内部空間２５の一部に振動減衰部材５０Ｃが配置される。例えば、翼本体２０の振動試験（加振試験）を行い、翼本体２０の振動モード及び固有振動数を含む振動特性を求める。振動試験の結果に基づいて、静翼１０Ｃが所期の振動特性を得られるように（振動減衰部材５０Ｃが所期の減衰効果を発揮するように）、振動減衰部材５０Ｃの設計及び設置位置が決定される。その決定された振動減衰部材５０Ｃが翼本体２０の所定位置に設置される。振動減衰部材５０Ｃが翼本体２０に取り付けられることにより、静翼１０Ｃは所期の振動特性を得ることができる。

本実施形態によれば、減衰したい振動モードに基づいて、必要最小限の大きさを有する振動減衰部材５０Ｃを適切な位置に配置することにより、静翼１０Ｃの軽量化を図りつつ、振動を低減することができる。

なお、本実施形態においても、低減したい振動に応じて、粘弾性部材３０Ｃの厚みが調整されたり、及び粘弾性部材３０Ｃの種類（物性）が選択されたりしてもよい。

なお、上述の各実施形態においては、振動減衰部材（５０など）が蒸気タービン５の静翼１０に適用されることとした。蒸気タービン５の動翼９に振動減衰部材（５０など）が適用されてもよい。

＜第４実施形態＞
第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

本実施形態においては、振動減衰部材５０Ｄが、ガスタービンの動翼に適用される例について説明する。図１３は、本実施形態に係るガスタービンの動翼１００の一例を示す平面図である。図１４は、本実施形態に係るガスタービンの動翼１００の一例を示す側面図である。図１５は、本実施形態に係るガスタービンの動翼１００の一例を模式的に示す斜視図である。なお、図中における矢印Ｆは、作動流体である燃焼ガスの流動方向を示す。

ガスタービンは、圧縮機、燃焼器、及びタービンにより構成され、圧縮機で圧縮された圧縮空気が燃焼器で燃料とともに燃焼され、燃焼ガスがタービンに導入されてタービンが駆動される。タービンの動力により圧縮機を作動させ、発電機で発電される。

ガスタービンの動翼１００は、タービンのロータ軸に軸方向に多段に設けられる。動翼１００は、燃焼ガスが接触する翼本体１０１と、ロータ軸に保持される翼根１０２とを有する。また、動翼１００は、翼本体１０１を支持するプラットホーム１０４と、プラットホーム１０４と翼根１０２とを連結するシャンク１０３とを有する。翼本体１０１は、Ｃｒ、Ｃｏ等を含む柱状晶Ｎｉ基耐熱合金で形成される。

翼本体１０１は、内部空間２５Ｄを有する。振動減衰部材５０Ｄは、内部空間２５Ｄに配置される。振動減衰部材５０Ｄは、翼本体１０１の内面に接触するように内部空間２５Ｄに配置される粘弾性部材３０Ｄと、翼本体１０１の内面との間で粘弾性部材３０Ｄを挟むように内部空間２５Ｄに配置される支持部材４０Ｄとを備えている。

本実施形態において、振動減衰部材５０Ｄは、内部空間２５Ｄに３つ配置される。なお、振動減衰部材５０Ｄは、内部空間２５Ｄに２つ配置されてもよいし、１つ配置されてもよいし、４つ以上の任意の数だけ配置されてもよい。

粘弾性部材３０Ｄは、翼本体１０１の内面のほぼ全域と接触する。粘弾性部材３０Ｄは、繊維の積層体を含む。支持部材４０Ｄは、翼本体１０１の熱膨張係数（線膨張係数）よりも大きい熱膨張係数を有する金属製である。

図１５に示すように、振動減衰部材５０Ｄの支持部材４０Ｄは、筒状の部材である。粘弾性部材３０Ｄは、支持部材４０Ｄの外面を覆うように配置される。振動減衰部材５０Ｄを内部空間２５Ｄに配置する作業は、常温環境で行われる。常温環境において翼本体１０１の内部空間２５Ｄに振動減衰部材５０Ｄが配置された状態で、翼本体１０１の内面と振動減衰部材５０Ｄの外面（粘弾性部材３０Ｄの外面）との間に間隙が形成される。

動翼１００が常温環境から高温環境に配置されることにより、金属製の翼本体１０１及び支持部材４０Ｄのそれぞれは膨張する。支持部材４０Ｄの熱膨張係数は、翼本体１０１の熱膨張係数よりも大きい。したがって、翼本体１０１及び支持部材４０Ｄが常温環境から高温環境に配置されたとき、支持部材４０Ｄの膨張量は翼本体１０１の膨張量よりも大きい。翼本体１０１の内部空間２５Ｄに配置されている支持部材４０Ｄが、翼本体１０１よりも大きく膨張することにより、翼本体１０１の内面と支持部材４０Ｄの外面との距離が短くなる。これにより、翼本体１０１の内面と支持部材４０Ｄの外面との間に配置されている粘弾性部材３０Ｄは、翼本体１０１と支持部材４０Ｄとの間において圧迫される。したがって、翼本体１０１の内面と粘弾性部材３０Ｄの外面とが十分に密着する。また、粘弾性部材３０Ｄの内面と支持部材４０Ｄの外面とが十分に密着する。

例えば動翼１００のメンテナンスにおいて、振動減衰部材５０Ｄを翼本体１０１から取り外すとき、動翼１０１が常温環境に配置される。これにより、支持部材４０Ｄが収縮し、振動減衰部材５０Ｄの外面（粘弾性部材３０Ｄの外面）と翼本体１０１の内面との間に間隙が形成される。したがって、振動減衰部材５０Ｄを内部空間２５Ｄから取り出す作業を円滑に行うことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、翼本体１０１と支持部材４０Ｄとの間に挟まれた粘弾性部材３０Ｄによって、動翼１００の振動を抑制することができる。したがって、動翼１００の性能の低下及びガスタービンの性能の低下が抑制される。

なお、本実施形態において、振動減衰部材５０Ｄは、内部空間２５Ｄの一部に設けられてもよい。例えば、翼本体１０１の振動試験を行って翼本体１０１の振動特性を取得した後、動翼１００が所期の振動特性を得られるように（振動減衰部材５０Ｄが所期の減衰効果を発揮するように）、振動減衰部材５０Ｄの設計及び設置位置が決定されてもよい。その決定された振動減衰部材５０Ｄが翼本体１０１の所定位置に設置されてもよい。これにより、動翼１００は所期の振動特性を得ることができる。

＜第５実施形態＞
第５実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図１６は、本実施形態に係るガスタービンの動翼１００Ｅの一例を示す平面図である。動翼１００Ｅは、燃焼ガスが接触する翼本体１０１Ｅと、ロータ軸に保持される翼根１０２Ｅとを有する。翼本体１０１Ｅは、Ｃｒ、Ｃｏ等を含む柱状晶Ｎｉ基耐熱合金で形成される。

翼本体１０１Ｅは、内部空間（孔）１０９を有する。孔１０９に冷却媒体（冷却空気）が流れる。孔１０９は、翼本体１０１Ｅの内部に複数設けられる。孔１０９は、翼根１０２Ｅからシャンクを通り、さらにプラットホームを通って翼本体１０１Ｅまで貫通する。

図１７は、本実施形態に係る振動減衰部材５０Ｅの一例を示す図である。振動減衰部材５０Ｅは、孔１０９の内面に接触するように孔１０９に配置される粘弾性部材３０Ｅと、孔１０９の内面との間で粘弾性部材３０Ｅを挟むように孔１０９に配置される支持部材４０Ｅとを有する。孔１０９の内面は、孔１０９を規定する。

本実施形態において、振動減衰部材５０Ｅは、筒状の部材である。粘弾性部材３０Ｅは、孔１０９の内面に接触する外面を有する筒状の部材である。支持部材４０Ｅは、粘弾性部材３０Ｅの内面に接触する筒状の部材である。

支持部材４０Ｅの熱膨張係数は、翼本体１０１Ｅの熱膨張係数よりも大きい。これにより、常温環境において、振動減衰部材５０Ｅの外面（粘弾性部材３０Ｅの外面）と孔１０９の内面との間に間隙が形成される。したがって、常温環境において、孔１０９に振動減衰部材５０Ｅを挿入する作業、及び孔１０９から振動減衰部材５０Ｅを取り出す作業を円滑に行ことができる。また、動翼１００Ｅの作動時において動翼１００Ｅが高温環境に配置されることにより、粘弾性部材３０Ｅが孔１０９の内面と支持部材４０Ｅとに挟まれて、孔１０９の内面と粘弾性部材３０Ｅの外面とが密着する。また、粘弾性部材３０Ｅは、３００度以上２０００度以下のような高温環境で物性が変化しない耐熱性を有する。

支持部材４０Ｅは、内部に孔（空洞部）４１Ｅを有する。本実施形態において、冷却媒体は、孔４１Ｅを通る。

以上説明したように、本実施形態によれば、翼本体１０１Ｅと支持部材４０Ｅとの間に挟まれた粘弾性部材３０Ｅによって、動翼１００Ｅの振動を抑制することができる。したがって、動翼１００Ｅの性能の低下及びガスタービンの性能の低下が抑制される。

なお、本実施形態において、振動減衰部材５０Ｅは、孔１０９の一部に設けられてもよい。例えば、翼本体１０１Ｅの振動試験を行って翼本体１０１Ｅの振動特性を取得した後、動翼１００Ｅが所期の振動特性を得られるように（振動減衰部材５０Ｅが所期の減衰効果を発揮するように）、振動減衰部材５０Ｅの設計及び設置位置が決定されてもよい。その決定された振動減衰部材５０Ｅが翼本体１０１Ｅの所定位置に設置されてもよい。これにより、動翼１００Ｅは所期の振動特性を得ることができる。

なお、上述の実施形態において、振動減衰部材が、ガスタービンの静翼に適用されてもよい。

１ 蒸気タービンシステム
２ 蒸気発生器
３ 高圧蒸気タービン
４ 湿分分離加熱器
５ 低圧蒸気タービン
６ 車室
７ 蒸気入口
８ 蒸気通路
９ 動翼
１０ 静翼
１０Ａ 端部
１０Ｂ 端部
１１ ロータ
１１Ｊ ロータ軸
１２ シュラウド
１３ 翼根リング
１４ 段
１６ 開口
２０ 翼本体
２０Ｓ 外面
２０Ｕ 内面
２１ 前縁部
２２ 後縁部
２３ 腹側部
２５ 内部空間
２６Ａ 前縁側スリット
２６Ｂ 後縁側スリット
２８ 腹側部材
２９ 背側部材
３０ 粘弾性部材
３０Ｓ 外面
３０Ｕ 内面
４０ 支持部材
４０Ｓ 外面
４０Ｕ 内面
４１ 空洞部
５０ 振動減衰部材
１００ 動翼
１０１ 翼本体
１０９ 孔
ＡＸ 軸（回転軸）
Ｃ１ 溶接部
Ｃ２ 溶接部

Claims (6)

1. 内部空間を有する翼本体と、
   前記翼本体の内面に接触するように前記内部空間に配置される粘弾性部材と、
   前記翼本体の前記内面との間で前記粘弾性部材を挟むように前記内部空間に配置される支持部材と、
   を備える翼。
2. 支持部材の熱膨張係数は前記翼本体の熱膨張係数よりも大きい請求項１に記載の翼。
3. 前記粘弾性部材は３００度以上２０００度以下の高温環境で物性が変化しない耐熱性を有する請求項１又は請求項２に記載の翼。
4. 前記粘弾性部材は、繊維の積層体を含む請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の翼。
5. 前記粘弾性部材は、前記翼本体の内面と接触する第１面と、前記第１面の反対方向を向く第２面と、を有し、
   前記支持部材は、前記粘弾性部材の前記第２面と接触する接触面と、内部に設けられた空洞部と、を有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の翼。
6. 動翼を有するロータと、
   前記ロータの周囲に配置される静翼と、を備え、
   前記動翼及び前記静翼の少なくとも一方が請求項１から請求項５のいずれか一項の翼を含むタービン。

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