JP2015163766A - 動翼及び回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】励振力が変動しても、高いロバスト性で振動を減衰できる動翼を提供する。【解決手段】動翼は、回転軸を中心に回転可能な軸部材に接続される。動翼は、軸部材に接続される基端部及び回転軸に対する放射方向に関して基端部の外側に配置される先端部を有する翼部と、翼部の少なくとも一部に設けられ、回転軸の周方向に関して一側に配置された第１動翼の第１接触部材と他側に配置された第２動翼の第２接触部材との間に配置される接触部材と、を備える。軸部材の回転において、接触部材は、第１接触力で第１接触部材と接触する第１接触面と、第１接触力とは異なる第２接触力で第２接触部材と接触する第２接触面と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、動翼及び回転機械に関する。

蒸気タービンは、動翼を有するロータと、ロータの周囲に配置され、静翼を有するステータとを備えている。動翼の振動は疲労破壊をもたらす可能性がある。そのため、動翼が振動した場合、その振動を減衰することが望まれる。動翼の振動を減衰する技術として摩擦ダンパが知られている。摩擦ダンパは、部材の摩擦を利用して動翼の振動を減衰する。動翼の先端に設けられたシュラウドの摩擦を利用して動翼の振動を減衰する技術が特許文献１に開示されている。

特開平１１−０１３４０１号公報

動翼は励振力の作用により振動する。励振力は、例えば、蒸気の流れ、及びロータの回転速度のような不確定要素に起因する。そのため、摩擦ダンパの構造によっては、振動を十分に減衰できない可能性がある。

本発明の態様は、励振力が変動しても、高いロバスト性で振動を減衰できる動翼及び回転機械を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、回転軸を中心に回転可能な軸部材に接続される動翼であって、前記軸部材に接続される基端部及び前記回転軸に対する放射方向に関して前記基端部の外側に配置される先端部を有する翼部と、前記翼部の少なくとも一部に設けられ、前記回転軸の周方向に関して一側に配置された第１動翼の第１接触部材と他側に配置された第２動翼の第２接触部材との間に配置される接触部材と、を備え、前記軸部材の回転において、前記接触部材は、第１接触力で前記第１接触部材と接触する第１接触面と、前記第１接触力とは異なる第２接触力で前記第２接触部材と接触する第２接触面と、を有する動翼を提供する。

本発明の第２の態様は、回転軸を中心に回転可能な軸部材と、前記回転軸の周方向に配置され前記軸部材に接続される複数の動翼と、を有するロータと、前記ロータの周囲に配置され、静翼を有するステータと、前記動翼の翼部のそれぞれに設けられた接触部材と、を備え、前記複数の接触部材は、前記回転軸を囲むように配置され、前記複数の接触部材のうち少なくとも一つの接触部材は、前記軸部材の回転において、前記周方向に関して一側に配置された第１接触部材と第１接触力で接触する第１接触面と、他側に配置された第２接触部材と前記第１接触力とは異なる第２接触力で接触する第２接触面と、を有する回転機械を提供する。

本発明の態様によれば、励振力が変動しても、高いロバスト性で振動を減衰できる。

図１は、第１実施形態に係る回転機械の一例を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る動翼の一例を示す図である。 図３は、回転軸の周方向に隣り合う２つの動翼のシュラウドの一例を模式的に示す図である。 図４は、回転軸の周方向に隣り合う２つの動翼のスタブの一例を模式的に示す図である。 図５は、回転軸の周方向に配置される複数のシュラウドの一例を模式的に示す図である。 図６は、回転軸の周方向に配置される複数のスタブの一例を模式的に示す図である。 図７は、第１実施形態に係る接触部材の一例を示す図である。 図８は、第１実施形態に係るロータの非回転期間における接触部材の一例を示す図である。 図９は、第１実施形態に係るロータの回転期間における接触部材の一例を示す図である。 図１０は、第１実施形態に係る接触部材を有する動翼の振動特性の一例を示す図である。 図１１は、第１実施形態に係る接触部材を有する動翼の振動特性の一例を示す図である。 図１２は、第２実施形態に係る接触部材の一例を示す図である。 図１３は、第３実施形態に係る接触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、本実施形態に係る回転機械１の一例を模式的に示す図である。本実施形態においては、回転機械１が蒸気タービンである例について説明する。

図１に示すように、蒸気タービン１は、回転軸ＡＸを中心に回転可能なロータ２と、ロータ２の周囲に配置されるステータ３とを備えている。ロータ２は、回転軸ＡＸを中心に回転可能な軸部材４と、軸部材４に接続される複数の動翼５とを有する。ステータ３は、ケーシング６と、ケーシング６に設けられた静翼７とを有する。

ロータ２は、軸受８を介してケーシング６に回転可能に支持される。ロータ２の少なくとも一部は、ケーシング６の内側に配置される。動翼５は、ロータディスク９を介して軸部材４と接続される。動翼５は、回転軸ＡＸの周方向に複数配置される。また、動翼５は、回転軸ＡＸと平行な方向に複数段配置される。

静翼７は、回転軸ＡＸの周方向に複数配置される。また、静翼７は、回転軸ＡＸと平行な方向に複数段配置される。動翼５は、回転軸ＡＸと平行な方向に関して所定間隔で複数段配置される。静翼７は、回転軸ＡＸと平行な方向に関して動翼５の間に配置されるように複数段配置される。

ケーシング６は、動翼５及び静翼７が配置される蒸気通路１０と、蒸気通路１０に蒸気を供給する蒸気供給口１１と、蒸気通路１０の蒸気を排出する蒸気排出口１２とを有する。蒸気供給口１１から供給された蒸気は、動翼５及び静翼７と接触しながら、蒸気通路１０を流れる。蒸気が動翼５と接触すると、ロータ２が中心軸ＡＸを中心に回転する。ロータ２が回転すると、軸部材４と接続された発電機が駆動される。蒸気通路１０を流れた蒸気は、蒸気排出口１２から排出される。

以下の説明においては、蒸気によりロータ２が回転している期間を適宜、回転期間、と称し、ロータ２が回転していない期間を適宜、非回転期間、と称する。回転期間は、蒸気タービン１が稼働している運転期間を含む。非回転期間は、蒸気タービン１が稼動していない非運転期間を含む。

図２は、本実施形態に係る動翼５の一例を示す斜視図である。図２に示すように、動翼５は、翼部２０を有する。翼部２０は、軸部材４に接続される基端部２１と、回転軸ＡＸに対する放射方向に関して基端部２１の外側に配置される先端部２２と、回転軸ＡＸに対する放射方向に関して基端部２１と先端部２２との間に配置される中間部２３とを有する。動翼５は、翼部２０の基端部２１に配置される翼根３１と、翼部２０の先端部２２に配置されるシュラウド３２と、翼部２０の中間部２３に配置されるスタブ３３とを備えている。翼部２０の基端部２１は、翼根３１を介して軸部材４に接続される。

シュラウド３２は、翼部２０から張り出すように設けられる。スタブ３３は、翼部２０から張り出すように設けられる。複数の動翼５のそれぞれが、シュラウド３２及びスタブ３３を有する。シュラウド３２及びスタブ３３は、ロータ２（軸部材４）の回転期間において、動翼５の振動を減衰する。

図３は、回転軸ＡＸの周方向に隣り合う２つの動翼５のシュラウド３２の一例を模式的に示す図である。図４は、回転軸ＡＸの周方向に隣り合う２つの動翼５のスタブ３３の一例を模式的に示す図である。

ロータ２（軸部材４）が回転すると、複数の動翼５のそれぞれに遠心力が作用する。その遠心力により、動翼５(翼部２０)に形成されている捩れを無くす方向の捩りモーメントが翼部２０に作用する。図３の矢印Ｒ２で示すように、ロータ２が回転すると、翼部２０の先端部２２（シュラウド３２）に捩りモーメントが作用する。図４の矢印Ｒ３で示すように、ロータ２が回転すると、翼部２０の中間部２３（スタブ３３）に捩りモーメントが作用する。捩りモーメントの作用により、複数の翼部２０のそれぞれは、捩り変形する。

図５は、回転軸ＡＸの周方向に配置される複数のシュラウド３２の一例を模式的に示す図である。図６は、回転軸ＡＸの周方向に配置される複数のスタブ３３の一例を模式的に示す図である。複数のシュラウド３２は、回転軸ＡＸを囲むように配置される。複数のスタブ３３は、回転軸ＡＸを囲むように配置される。ロータ２が回転すると、捩りモーメントにより、翼部２０が捩り変形する。図５に示すように、翼部２０が捩り変形すると、回転軸ＡＸの周方向に配置された複数のシュラウド３２が互いに接触する。ロータ２の回転により、複数のシュラウド３２が互いに接触して、回転軸ＡＸを囲む環状構造体を形成する。同様に、図６に示すように、翼部２０が捩り変形すると、回転軸ＡＸの周方向に配置された複数のスタブ３３が互いに接触する。ロータ２の回転により、複数のスタブ３３が互いに接触して、回転軸ＡＸを囲む環状構造体を形成する。

ロータ２の回転期間において、例えば蒸気と動翼５との接触により、動翼５に励振力が作用し、動翼５が振動する可能性がある。シュラウド３２とその隣のシュラウド３２とが接触した状態で相対移動（摩擦）することにより、動翼５の振動が減衰する。スタブ３３とその隣のスタブ３３とが接触した状態で相対移動（摩擦）することにより、動翼５の振動が減衰する。以下の説明においては、シュラウド３２及びスタブ３３を総称して適宜、接触部材３０、と称する。

接触部材３０は、翼部２０から張り出すように、翼部２０の少なくとも一部に設けられる。接触部材３０は、複数の動翼５の翼部２０のそれぞれに設けられる。ロータ２の回転期間において、接触部材３０は、隣の動翼５の接触部材３０と接触する。ロータ２の非回転期間において、接触部材３０は、隣の動翼５の接触部材３０と接触しない。すなわち、ロータ２の回転期間においては、隣り合う接触部材３０は接触し、ロータ２の非回転期間においては、隣り合う接触部材３０の間に間隙が形成される。隣り合う翼部２０は、ロータ２の回転期間及び非回転期間の両方で接触しない。

図７は、本実施形態に係る接触部材３０（シュラウド３２）の一例を示す図である。図７に示すように、接触部材３０は、回転軸ＡＸの周方向に関して一側に設けられた突起部４１及び突起部４２と、回転軸ＡＸの周方向に関して他側に設けられた突起部４６及び突起部４７とを有する。

また、接触部材３０は、回転軸ＡＸの周方向に関して一側に設けられた側面４３、側面４４、及び側面４５と、回転軸ＡＸの周方向に関して他側に設けられた側面４８、側面４９、及び側面５０とを有する。側面４３、側面４４、及び側面４５のそれぞれは、異なる方向を向く。側面４８、側面４９、及び側面５０のそれぞれは、異なる方向を向く。

また、接触部材３０は、突起部４１と突起部４６とを結ぶように配置された側面５１と、突起部４２と突起部４７とを結ぶように配置された側面５２とを有する。

回転軸ＡＸの周方向に複数の接触部材３０が配置された状態で、接触部材３０の側面４３とその隣の接触部材３０の側面４８とが対向し、接触部材３０の側面４４とその隣の接触部材３０の側面４９とが対向し、接触部材３０の側面４５とその隣の接触部材３０の側面５０とが対向するように、複数の接触部材３０が回転軸ＡＸの周方向に配置される。

図８は、ロータ２（軸部材４）の非回転期間における接触部材３０の一例を示す図である。図９は、ロータ２（軸部材４）の回転期間における接触部材３０の一例を示す図である。

図８及び図９に示すように、接触部材３０が回転軸ＡＸの周方向に関して複数配置される。図８及び図９に示す例において、接触部材３０は、接触部材３０１と、接触部材３０１とは形状が異なる接触部材３０２とを含む。接触部材３０１と接触部材３０２とは、回転軸ＡＸの周方向に関して交互に配置される。本実施形態において、接触部材３０１における側面４４と側面５２との距離Ｗｓと、接触部材３０２における側面４４と側面５２との距離Ｗｂとが異なるように、接触部材３０１及び接触部材３０２それぞれの形状が定められている。

回転軸ＡＸの周方向に関して接触部材３０１の一側及び他側のそれぞれに接触部材３０２が配置される。以下の説明においては、便宜上、１つの接触部材３０１を、接触部材３０Ｍ、と称し、回転軸ＡＸの周方向に関して接触部材３０Ｍの一側に配置された接触部材３０２を、接触部材３０Ｌ、と称し、回転軸ＡＸの周方向に関して接触部材３０Ｍの他側に配置された接触部材３０２を、接触部材３０Ｒ，と称する。接触部材３０Ｍは、接触部材３０Ｌと接触部材３０Ｒとの間に配置される。

図８に示すように、ロータ２の非回転において、接触部材３０Ｍと接触部材３０Ｌとは接触せず、接触部材３０Ｍと接触部材３０Ｒとは接触しない。ロータ２の非回転において、接触部材３０Ｍの側面４４と接触部材３０Ｌの側面４９との間隙Ｇｓの寸法と、接触部材３０Ｍの側面４９と接触部材３０Ｒの側面４４との間隙Ｇｂの寸法とは、異なる。本実施形態においては、間隙Ｇｂの寸法は、間隙Ｇｓの寸法よりも大きい。

図９に示すように、ロータ２の回転において、複数の動翼５（翼部２０）のそれぞれが捩り変形する。本実施形態においては、接触部材３０Ｍを有する動翼５、接触部材３０Ｌを有する動翼５、及び接触部材３０Ｒを有する動翼５のそれぞれが捩り変形することによって、接触部材３０Ｍの側面４４と接触部材３０Ｌの側面４９とが接触し、接触部材３０Ｍの側面４９と接触部材３０Ｒの側面４４とが接触する。

本実施形態においては、接触部材３０Ｍの側面４４が、ロータ２の回転において接触部材３０Ｌと接触する第１接触面である。接触部材３０Ｍの側面４９が、ロータ２の回転において接触部材３０Ｒと接触する第２接触面である。

以下の説明においては、接触部材３０Ｍの側面（第１接触面）４４と接触部材３０Ｌの側面４９との接触部を適宜、第１接触部Ｃ１、と称し、接触部材３０Ｍの側面（第２接触面）４９と接触部材３０Ｒの側面４４との接触部を適宜、第２接触部Ｃ２、と称する。

本実施形態においては、ロータ２の回転において、第１接触部Ｃ１における接触力Ｆ１と、第２接触部Ｃ２における接触力Ｆ２とは異なる。第１接触部Ｃ１における接触力Ｆ１とは、ロータ２の回転期間において、接触部材３０Ｍの側面（第１接触面）４４が接触部材３０Ｌと接触したときにその第１接触面４４に作用する力を含み、接触部材３０Ｍの側面４４と接触部材３０Ｌの側面４９とが押し付け合う力（押付荷重）をいう。第２接触部Ｃ２における接触力Ｆ２とは、ロータ２の回転期間において、接触部材３０Ｍの側面（第２接触面）４９が接触部材３０Ｒと接触したときにその第２接触面４９に作用する力を含み、接触部材３０Ｍの側面４９と接触部材３０Ｒの側面４４とが押し付け合う力（押付荷重）をいう。

本実施形態において、第１接触面４４は、接触力Ｆ１で接触部材３０Ｌと接触する。第２接触面４９は、接触力Ｆ１よりも小さい接触力Ｆ２で接触部材３０Ｒと接触する。

図９に示すように、回転軸ＡＸの周方向に関して、接触部材３０１と接触部材３０２とが交互に配置され、接触力Ｆ１で接触する第１接触部Ｃ１と接触力Ｆ２で接触する第２接触部Ｃ２とが交互に配置される。

次に、本実施形態に係る蒸気タービン１の動作の一例について説明する。図８を参照して説明したように、蒸気タービン１の非運転期間（ロータ２の非回転期間）においては、隣り合う接触部材３０は、非接触状態である。ロータ２の非回転において、翼部２０に捩りモーメントは作用しない。ロータ２の非回転状態は、翼部２０に捩りモーメントが作用しない翼部２０の初期状態を含む。

翼部２０の初期状態において、間隙Ｇｂ及び間隙Ｇｓが形成される。接触部材３０Ｍの側面４４と接触部材３０Ｌの側面４９とは間隙Ｇｓを介して対向する。接触部材３０Ｍの側面４９と接触部材３０Ｒの側面４４とは間隙Ｇｂを介して対向する。翼部２０の初期状態において、間隙Ｇｂの寸法は、間隙Ｇｓの寸法よりも大きい。

蒸気タービン１の運転が開始され、ロータ２（軸部材４）が回転すると、複数の動翼５のそれぞれに遠心力が作用する。その遠心力により、翼部２０に形成されている捩れを無くす方向の捩りモーメントが翼部２０に作用する。捩りモーメントは、複数の動翼５のそれぞれに作用する。捩りモーメントが作用された翼部２０は捩り変形する。ロータ２の回転状態は、翼部２０の捩り変形状態を含む。

図９を参照して説明したように、翼部２０の捩り変形により、接触部材３０Ｍの側面４４と接触部材３０Ｌの側面４９とが接触して第１接触部Ｃ１が形成される。また、翼部２０の捩り変形により、接触部材３０Ｍの側面４９と接触部材３０Ｒの側面４４とが接触して第２接触部Ｃ２が形成される。すなわち、翼部２０の初期状態において形成されていた間隙Ｇｓは、翼部２０の捩り変形により、第１接触部Ｃ１に変換される。翼部２０の初期状態において形成されていた間隙Ｇｂは、翼部２０の捩り変形により、第２接触部Ｃ２に変換される。翼部２０の初期状態において、間隙Ｇｓの寸法は、間隙Ｇｂの寸法よりも小さい。したがって、第１接触部Ｃ１の接触力Ｆ１は、第２接触部Ｃ２の接触力Ｆ２よりも大きくなる。

なお、翼部２０の捩れ変形量は、翼部２０に作用する遠心力に応じて変化する。遠心力が大きいと、捩れ変形量は大きく、遠心力が小さいと、捩れ変形量は小さい。また、翼部２０に作用する遠心力は、ロータ２の回転速度に応じて変化する。ロータ２の回転速度が低いと、遠心力は小さく、ロータ２の回転速度が高いと、遠心力は大きい。したがって、ロータ２の回転速度が低いと、翼部２０の捩れ変形量は小さく、ロータ２の回転速度が高いと、翼部２０の捩れ変形量は大きい。したがって、ロータ２の回転速度が高いと、接触力Ｃ１及び接触力Ｃ２は大きくなる。ロータ２の回転速度が低いと、接触力Ｃ１及び接触力Ｃ２は小さくなる。

蒸気タービン１の運転期間において、例えば蒸気の流れにより、動翼５に励振力が作用する可能性がある。また、ロータ２の回転により、動翼５に励振力が作用する可能性がある。励振力の作用により、動翼５が振動する可能性がある。本実施形態においては、第１接触部Ｃ１及び第２接触部Ｃ２において摩擦が発生することにより、励振力に起因する動翼５の振動が減衰される。

本実施形態において、第１接触部Ｃ１の摩擦とは、接触部材３０Ｍの側面４４と接触部材３０Ｌの側面４９とが接触した状態で相対移動することをいう。第２接触部Ｃ２の摩擦とは、接触部材３０Ｍの側面４９と接触部材３０Ｒの側面４４とが接触した状態で相対移動することをいう。

以下の説明においては、相対移動せずに接触状態の接触部材３０Ｍの側面４４と接触部材３０Ｌの側面４９とが、接触状態を維持したまま相対移動を開始することを適宜、第１接触部Ｃ１の摩擦の開始、と称する。また、相対移動せずに接触状態の接触部材３０Ｍの側面４９と接触部材３０Ｒの側面４４とが、接触状態を維持したまま相対移動を開始することを適宜、第２接触部Ｃ２の摩擦の開始、と称する。摩擦の開始を、滑りの開始、と称してもよい。

本実施形態においては、蒸気タービン１の運転期間において、接触部材３０は、接触力が異なる第１接触部Ｃ１及び第２接触部Ｃ２を形成する。第１接触部Ｃ１の接触力Ｆ１と第２接触部Ｃ２の接触力Ｆ２とが異なるため、動翼５に励振力が作用したとき、第１接触部Ｃ１の摩擦開始時点と第２接触部Ｃ２の摩擦開始時点とは異なる。

例えば、第１接触部Ｃ１及び第２接触部Ｃ２が形成されている状態で、動翼５に第１励振力Ｅ１が作用した場合、まず、小さい接触力Ｆ２の第２接触部Ｃ２において、摩擦（滑り）が開始される。第１励振力Ｅ１が小さい場合、第２接触部Ｃ２は摩擦を開始するものの、第１接触部Ｃ１において摩擦は開始されない。動翼５に第１励振力Ｅ１が作用した場合、第２接触部Ｃ２において発生する摩擦によって、動翼５の振動が減衰される。

第１接触部Ｃ１及び第２接触部Ｃ２が形成されている状態で、動翼５に第１励振力Ｅ１よりも大きい第２励振力Ｅ２が作用した場合、第２接触部Ｃ２において摩擦が発生している状態で、大きい接触力Ｆ１の第１接触部Ｃ１において、摩擦（滑り）が開始される。すなわち、第２励振力Ｅ２が作用した場合、第２接触部Ｃ２における摩擦と並行して、第１接触部Ｃ１において摩擦が発生する。第２接触部Ｃ２における側面４９と側面４４との相対移動（相対移動距離及び相対速度の少なくとも一方を含む）は、第１接触部Ｃ１における側面４４と側面４９との相対移動よりも大きい。動翼５に第２励振力Ｅ２が作用した場合、第１接触部Ｃ１において発生する摩擦及び第２接触部Ｃ２において発生する摩擦によって、動翼５の振動が減衰される。

図１０及び図１１は、本実施形態に係る接触部材３０を有する動翼５の振動特性の一例を示す図である。図１０及び図１１において、本実施形態に係る動翼５の振動特性は、ラインＬａで示す。比較例として、従来構造の動翼５の振動特性をラインＬｊで示す。従来構造の動翼５とは、回転軸ＡＸの周方向に配置された接触部材３０の複数の接触部それぞれの接触力が同一である動翼５をいう。

図１０及び図１１において、横軸は、接触部材３０の接触部の接触力を動翼５に作用する励振力で除した値（接触力／励振力）である。図１０及び図１１において、横軸の数値が大きいほど励振力が小さく、横軸の数値が小さいほど励振力が大きい。

図１０において、縦軸は、回転軸ＡＸの周方向に配置される複数の動翼５全体（動翼ユニット）の固有振動数である。励振力が小さい場合、接触部材３０の接触部は摩擦せず、接触部材３０は環状構造体を形成する。環状構造体を含む動翼ユニットの固有振動数は１００Ｈｚ程度である。励振力が大きくなり、接触部が摩擦を開始すると、動翼ユニットの固有振動数は低下し、１０Ｈｚ以下となる。図１１において、縦軸は、接触部材３０の摩擦による減衰率を対数で示す。

上述のように、動翼５に作用する励振力は、例えば、蒸気の流れ、及びロータ２の回転に基づいて発生する。蒸気の流れ、及びロータ２の回転（回転速度）は、機種及び運転条件に応じて変化する。蒸気の流れ、及びロータ２の回転速度のような不確定要素に基づく励振力を正確に予測することは困難である。

そのため、予測困難な励振力に基づいて摩擦ダンパ（本実施形態においては調整部材）を設計及び製造しても、振動を十分に減衰できない可能性がある。

図１１に示すように、従来構造の動翼の場合、ある励振力（接触力／励振力）に対しては高い減衰効果を得られる可能性がある。しかし、予測した励振力が不正確であったり、動翼５に作用する励振力が変動したりすると、所期の減衰効果が得られなくなる。

本実施形態によれば、接触力Ｆ１の第１接触部Ｃ１と、接触力Ｆ１とは異なる接触力Ｆ２の第２接触部Ｃ２とが設けられる。第１励振力Ｅ１が作用するとき、第２接触部Ｃ２において摩擦が発生する。第２励振力Ｅ２が作用するとき、第２接触部Ｃ２及び第１接触部Ｃ１の両方において摩擦が発生する。

すなわち、本実施形態においては、複数の励振力（Ｅ１、Ｅ２）が想定され、いずれの励振力（Ｅ１、Ｅ２）が作用された場合でも、複数の接触部（Ｃ１、Ｃ２）のうち、少なくとも一つの接触部において摩擦が発生するように接触部材３０が形成される。したがって、仮に励振力が正確に予測できなかったり、動翼５に作用する励振力が変動したりしても、高いロバスト性で動翼５の振動を減衰することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、異なる接触力（Ｆ１、Ｆ２）を有する複数の接触部（Ｃ１、Ｃ２）を設けたので、予測した励振力が不正確であったり、動翼５に作用する励振力が変動したりしても、高いロバスト性で動翼５の振動を減衰することができる。したがって、動翼５の疲労破壊が抑制され、蒸気タービン１の性能が低下することが抑制される。

本実施形態においては、ロータ２の非回転状態（翼部２０の初期状態）において、接触部材３０の一側に形成される間隙Ｇｓの寸法と他側に形成される間隙Ｇｂの寸法とが異なるように、接触部材３０の形状が定められる。これにより、ロータ２の回転（翼部２０の捩り変形）を利用して、異なる接触力（Ｆ１、Ｆ２）を有する複数の接触部（Ｃ１、Ｃ２）を簡単に設けることができる。

なお、接触部材３０の一側に形成される間隙Ｇｓの寸法と他側に形成される間隙Ｇｂの寸法とが異なるように、接触部材３０の周囲にスペーサ部材が配置されてもよい。スペーサ部材が接触部材３０の側面の少なくとも一部に固定されることによって、間隙の寸法を調整することができる。

＜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１２は、本実施形態に係る接触部材３０ＭＢの一例を示す図である。図１２に示すように、接触部材３０ＭＢは、回転軸ＡＸの周方向に関して一側に配置された接触部材３０Ｌと接触可能な第１接触面４４Ｂと、回転軸ＡＸの周方向に関して他側に配置された接触部材３０Ｒと接触可能な第２接触面４９Ｂと、を有する。

ロータ２の回転において、接触部材３０ＭＢの第１接触面４４Ｂと、接触部材３０Ｌの側面４９とが接触する。ロータ２の回転において、接触部材３０ＭＢの第２接触面４９Ｂと、接触部材３０Ｒの側面４４とが接触する。

本実施形態においては、ロータ２の回転において、接触部材３０Ｌの側面４９に対する接触部材３０ＭＢの第１接触面４４Ｂの接触面積と、接触部材３０Ｒの側面４４に対する接触部材３０ＭＢの第２接触面４９Ｂの接触面積とが異なる。本実施形態において、第２接触面４９Ｂの接触面積は、第１接触面４４Ｂの接触面積よりも小さい。

本実施形態において、第２接触面４９Ｂの表面粗さは、第１接触面４４Ｂの表面粗さよりも大きい。第２接触面４９Ｂに凹凸部が設けられる。第１接触面４４Ｂと接触する接触部材３０Ｌの側面４９は平坦面である。第２接触面４９Ｂと接触する接触部材３０Ｒの側面４４は平坦面である。

第２接触面４９Ｂの接触面積は、第１接触面４４Ｂの接触面積よりも小さいので、ロータ２の回転により、第１接触面４４Ｂと接触部材３０Ｌの側面４９とが接触し、第２接触面４９Ｂと接触部材３０Ｒの側面４４とが接触した状態において、第２接触面４９Ｂと接触部材３０Ｒの側面４４との接触力（摩擦力）Ｆ２は、第１接触面４４Ｂと接触部材３０Ｌの側面４９との接触力（摩擦力）Ｆ１よりも小さい。したがって、動翼５に第１励振力Ｅ１が作用したとき、第２接触面４９Ｂと接触部材３０Ｒの側面４４との摩擦（滑り）が開始される。動翼５に第２励振力Ｅ２が作用したとき、第２接触面４９Ｂと接触部材３０Ｒの側面４４とに摩擦（滑り）が発生している状態で、第１接触面４４Ｂと接触部材３０Ｌの側面４９との摩擦（滑り）が開始される。

以上説明したように、本実施形態においても、異なる接触力（Ｆ１、Ｆ２）を有する複数の接触部（Ｃ１、Ｃ２）が設けられるため、高いロバスト性で動翼５の振動を減衰することができる。

＜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１３は、本実施形態に係る接触部材３０ＭＣの一例を示す図である。図１３に示すように、接触部材３０ＭＣは、回転軸ＡＸの周方向に関して一側に配置された接触部材３０Ｌと接触可能な第１接触面４４Ｃと、回転軸ＡＸの周方向に関して他側に配置された接触部材３０Ｒと接触可能な第２接触面４９Ｃと、を有する。

ロータ２の回転において、接触部材３０ＭＣの第１接触面４４Ｃと、接触部材３０Ｌの側面４９とが接触する。ロータ２の回転において、接触部材３０ＭＣの第２接触面４９Ｃと、接触部材３０Ｒの側面４４とが接触する。

本実施形態においては、第１接触面４４Ｃの摩擦係数と第２接触面４９Ｃの摩擦係数とが異なる。本実施形態において、第１接触面４４Ｃを形成する材料と、第２接触面４９Ｃを形成する材料とが異なる。本実施形態において、第２接触面４９Ｃの摩擦係数（静止摩擦係数）は、第１接触面４４Ｃの摩擦係数（静止摩擦係数）よりも小さい。

第２接触面４９Ｃの摩擦係数は、第１接触面４４Ｃの摩擦係数よりも小さいので、ロータ２の回転により、第１接触面４４Ｃと接触部材３０Ｌの側面４９とが接触し、第２接触面４９Ｃと接触部材３０Ｒの側面４４とが接触した状態において、第２接触面４９Ｃと接触部材３０Ｒの側面４４との接触力（摩擦力）Ｆ２は、第１接触面４４Ｃと接触部材３０Ｌの側面４９との接触力（摩擦力）Ｆ１よりも小さい。したがって、動翼５に第１励振力Ｅ１が作用したとき、第２接触面４９Ｃと接触部材３０Ｒの側面４４との摩擦（滑り）が開始される。動翼５に第２励振力Ｅ２が作用したとき、第２接触面４９Ｃと接触部材３０Ｒの側面４４とに摩擦（滑り）が発生している状態で、第１接触面４４Ｃと接触部材３０Ｌの側面４９との摩擦（滑り）が開始される。

以上説明したように、本実施形態においても、異なる接触力（Ｆ１、Ｆ２）を有する複数の接触部（Ｃ１、Ｃ２）が設けられるため、高いロバスト性で動翼５の振動を減衰することができる。

なお、上述の第１実施形態から第３実施形態においては、接触部材（３０など）がシュラウド３２である例について主に説明した。接触部材（３０など）がスタブ３３でもよい。スタブ３３において、異なる接触力を有する複数の接触部が設けられることによっても、高いロバスト性で動翼５の振動を減衰することができる。

なお、上述の各実施形態において、接触力Ｆ１の第１接触部Ｃ１と、接触力Ｆ２の第２接触部Ｃ２とは、回転軸ＡＸの周方向に関して交互に配置されなくてもよい。例えば、第１接触部Ｃ１の隣に第１接触部Ｃ１が配置されてもよい。換言すれば、１つの接触部材３０のうち、回転軸ＡＸの周方向に関して一側の接触部の接触力と、他側の接触部の接触力とが同じでもよい。回転軸ＡＸの周方向に配置される複数の接触部材３０のうち、少なくとも一つの接触部材３０の第１接触部Ｃ１の接触力と第２接触部Ｃ２の接触力とが異なればよい。

なお、回転軸ＡＸの周方向に複数の接触部が設けられる場合、それら接触部の接触力は、２つの値（Ｆ１、Ｆ２）に限られず、３つ以上の任意の値だけ定められてもよい。例えば、回転軸ＡＸの周方向に、接触力Ｆ１の第１接触部と、接触力Ｆ１とは異なる接触力Ｆ２の第２接触部と、接触力Ｆ１及び接触力Ｆ２とは異なる接触力Ｆ３の第３接触部とが設けられてもよい。

なお、上述の実施形態においては、動翼５が蒸気タービン１に適用されることとした。上述の実施形態に係る動翼５は、ガスタービン及び圧縮機のような回転機械に適用されてもよい。

１ 回転機械
２ ロータ
３ ステータ
４ 軸部材
５ 動翼
６ ケーシング
７ 静翼
８ 軸受
９ ロータディスク
１０ 蒸気通路
１１ 蒸気供給口
１２ 蒸気排出口
２０ 翼部
２１ 基端部
２２ 先端部
２３ 中間部
３０ 接触部材
３０Ｌ 接触部材
３０Ｍ 接触部材
３０Ｒ 接触部材
３１ 翼根
３２ シュラウド
３３ スタブ
４１ 突起部
４２ 突起部
４３ 側面
４４ 側面
４５ 側面
４６ 突起部
４７ 突起部
４８ 側面
４９ 側面
５０ 側面
５１ 側面
５２ 側面
３０１ 接触部材
３０２ 接触部材
ＡＸ 回転軸
Ｃ１ 第１接触部
Ｃ２ 第２接触部
Ｆ１ 接触力
Ｆ２ 接触力
Ｇｂ 間隙
Ｇｓ 間隙

Claims (7)

1. 回転軸を中心に回転可能な軸部材に接続される動翼であって、
   前記軸部材に接続される基端部及び前記回転軸に対する放射方向に関して前記基端部の外側に配置される先端部を有する翼部と、
   前記翼部の少なくとも一部に設けられ、前記回転軸の周方向に関して一側に配置された第１動翼の第１接触部材と他側に配置された第２動翼の第２接触部材との間に配置される接触部材と、を備え、
   前記軸部材の回転において、前記接触部材は、第１接触力で前記第１接触部材と接触する第１接触面と、前記第１接触力とは異なる第２接触力で前記第２接触部材と接触する第２接触面と、を有する動翼。
2. 前記軸部材の非回転において、前記第１接触部材と前記第１接触面との間隙の寸法と前記第２接触部材と前記第２接触面との間隙の寸法とが異なる請求項１に記載の動翼。
3. 前記軸部材の回転において、前記第１接触面の接触面積と前記第２接触面の接触面積とが異なる請求項１に記載の動翼。
4. 前記第１接触面の表面粗さと前記第２接触面の表面粗さとが異なる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の動翼
5. 前記第１接触面の摩擦係数と前記第２接触面の摩擦係数とが異なる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の動翼。
6. 前記接触部材は、前記先端部に配置されるシュラウド、及び前記先端部と前記基端部との間に配置されるスタブの一方又は両方を含む請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の動翼。
7. 回転軸を中心に回転可能な軸部材と、前記回転軸の周方向に配置され前記軸部材に接続される複数の動翼と、を有するロータと、
   前記ロータの周囲に配置され、静翼を有するステータと、
   前記動翼の翼部のそれぞれに設けられた接触部材と、を備え、
   前記複数の接触部材は、前記回転軸を囲むように配置され、
   前記複数の接触部材のうち少なくとも一つの接触部材は、前記軸部材の回転において、前記周方向に関して一側に配置された第１接触部材と第１接触力で接触する第１接触面と、他側に配置された第２接触部材と前記第１接触力とは異なる第２接触力で接触する第２接触面と、を有する回転機械。

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