JP2017106409A - 回転機械の動翼 - Google Patents

Abstract

【課題】長翼化に伴って翼の固有振動数が低下した場合でも、フラッターの発生を抑制することが可能な回転機械の動翼を提供する。【解決手段】ロータ８０に固定される翼根元部２１と、前記翼根元部から翼先端部２２にかけてねじれた翼部２と、前記翼先端部に翼背側及び翼腹側に伸延して設けられたシュラウドカバー３，４とを有し、前記ロータの回転時に前記翼部に発生するねじり戻りによって前記シュラウドカバーを隣接翼同士で接触させて連結する回転機械の動翼１において、前記シュラウドカバーは、前記ロータの全周で少なくとも２つの異なる形状を有する。【選択図】 図６

Description

本発明は、蒸気タービン、ガスタービン、圧縮機等の回転機械に用いられる動翼に関する。

高圧の流体が低圧部に向かって膨張する際に生じる運動エネルギーを、静翼と動翼から構成される段落により回転力に変える機能を持つタービンでは、単位時間当たりに段落を通過する流体の質量（流量）を増加させることにより、段落当たりの出力を増加させたいという要求がある。段落当たりの出力を増加できれば、例えば発電用蒸気タービンなどの多段落タービンにおいて、段落数を変えずに発電量を増加させることが可能となる。

段落を通過する流量を増加させるためには、回転軸方向からみた流路面積（環帯面積）を大きくすることが有効である。軸流タービンの場合は、環帯面積は、翼長×平均直径（＝（翼の外周端直径＋翼の内周端直径）／２）×円周率×２で定義されるため、環帯面積を大きくするためには、翼長又は平均直径を大きくする必要がある。

特開平１１−２２９８０５号公報

しかしながら、環帯面積を大きくするために翼長を大きくすると、翼の固有振動数が低下し、フラッターと呼ばれる自励振動が発生しやすくなる。フラッターは、翼振動により誘起される流体力変動が翼振動自身を促進する（正のフィードバックを持つ）不安定現象であり、この正のフィードバックが構造減衰を上回ると、翼振動の振幅が発散することにより翼が破損する可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、長翼化に伴って固有振動数が低下した場合でも、フラッターの発生を抑制することが可能な回転機械の動翼を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、ロータに固定された翼根元部と、前記翼根元部から翼先端部にかけてねじれた翼部と、前記翼先端部に翼背側及び翼腹側に伸延して設けられたシュラウドカバーとを有し、前記ロータの回転時に前記翼部に発生するねじり戻りによって前記シュラウドカバーを隣接翼同士で接触させて連結する回転機械の動翼において、前記シュラウドカバーは、前記ロータの全周で少なくとも２つの異なる形状を有するものとする。

本発明によれば、フラッターの発生を抑制しつつ動翼の翼長を大きくすることができるため、回転機械の段落当たりの出力を増加させることが可能となる。

回転機械の一例としての軸流タービンが備えるタービン段落部の基本構造を示す子午面断面図である。 動翼の斜視図である。 動翼をタービンロータに取り付けた状態で示す斜視図である。 従来技術に係る動翼のシュラウドカバーを半径方向外周側から見た平面図である。 従来技術に係る動翼のタイボスを半径方向外周側から見た平面図（断面図）である。 本発明の第１の実施例に係る動翼のシュラウドカバーを半径方向外周側から見た平面図である。 動翼の振動モードの一例を示す図である。 動翼の節直径数と空力減衰比との関係を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る動翼のシュラウドカバーを半径方向外周側から見た平面図である。 半径方向外周側から見た二次元平面における動翼の振動軌跡を示す図である。 動翼の節直径数と最低次モードの翼振動角度との関係を示す図である。 動翼の節直径数とシュラウドカバーの構造減衰比との関係を示す図である。 本発明の第３の実施例に係る動翼のシュラウドカバーを半径方向外周側から見た平面図である。 本発明の第４の実施例に係る動翼のタイボスを半径方向外周側から見た平面図（断面図）である。 本発明の第５の実施例に係る動翼のタイボスを半径方向外周側から見た平面図（断面図）である。 本発明の第６の実施例に係る動翼のタイボスを半径方向外周側から見た平面図（断面図）である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

図１は、回転機械の一例としての軸流タービンが備えるタービン段落部の基本構造を示す子午面断面図である。図１に示すように、軸流タービンのタービン段落は、作動流体流れ方向上流側（以下単に「上流側」という。）の高圧部Ｐ０と作動流体流れ方向下流側（以下単に「下流側」という。）の低圧部Ｐ１との間に設けられている。タービン段落は、タービンケーシング８４の内周側に固設された外周側ダイアフラム８３と内周側ダイアフラム８２との間に固設された静翼８１と、タービン中心軸９０周りに回転するタービンロータ（以下単に「ロータ」という。）８０に設けられた動翼１とからなる。タービン段落が複数の段落から構成される軸流タービンの場合、この段落構造が作動流体流れ方向に複数回繰り返されて設けられている。各段落において、静翼の下流側に動翼が対向する。

図２は、動翼１の斜視図である。動翼１は、ロータ８０（図１参照）の外周部に固定されるプラットフォーム７と、プラットフォーム７に固定された翼根元部２１から翼先端部２２にかけてねじれた翼部２と、翼先端部２２に設けられ翼背側及び翼腹側にそれぞれ伸延して設けられた背側シュラウドカバー３及び腹側シュラウドカバー４と、翼中間部２３の背側及び腹側にそれぞれ突出して設けられた背側タイボス５及び腹側タイボス６とを有している。シュラウドカバー３，４及びタイボス５，６は、何れも翼部２と一体的に形成されている。また、タイボス５、６は、翼部２の翼長方向のほぼ中央（翼長の１／２）に設けられることが多いが、翼部２のねじり剛性等に応じて翼長方向の中央よりも翼先端側或いは翼根元側に設けられることもある。また、タイボス５，６は、翼部２の前縁（蒸気入口側縁部）と後縁（蒸気入口側縁部）のほぼ中央に設けられることが多い。

図３は、動翼１をロータ８０に取り付けた状態で示す斜視図である。翼部２には、ロータの回転上昇に伴い、翼根元から翼先端に向かって遠心力が作用する。翼部２がねじれているため、遠心力によって翼部２にアンツイスト（ねじり戻り）が発生する。図３中、動翼１ａの翼先端部に作用するアンツイストモーメントの向きを矢印１６で示し、翼回転方向ｙにおいて動翼１ａの背側に隣接する動翼１ｂの翼先端部に作用するアンツイストモーメントの向きを矢印１６ｂで示す。同様に、動翼１ａ，１ｂの翼中間部にそれぞれ作用するアンツイストモーメントの向きを矢印１７ａ，１７ｂで示す。また、ロータ回転時に動翼１ａ，１ｂの翼先端部及び翼中間部に作用するアンツイストモーメント１６，１７によってシュラウドカバー３，４又はタイボス５，６を接触させて隣接翼同士を連結した場合、アンツイストモーメント１６，１７の反作用としてアンツイストモーメント１６，１７と逆向きのねじりモーメントが翼根元部に作用する。このねじりモーメントの向きを各々矢印３０ａ，３０ｂで示す。

図４は、従来技術に係る動翼１のシュラウドカバー３，４を半径方向外周側から見た平面図であり、シュラウドカバー３，４を介して隣接翼同士が連結された状態を示している。図４中、上流から下流に向かう回転軸方向を矢印ｘで示し、動翼１の回転方向（以下「翼回転方向」という。）を矢印ｙで示し、動翼１の回転座標系における流れ方向を矢印４０で示す。

図４において、動翼１ａの腹側シュラウドカバー４ａは、動翼１ｂに向かって伸延した形状を有し、動翼１ｂの背側シュラウドカバー４ｂは、動翼１ａに向かって伸延した形状を有する。そのため、腹側シュラウドカバー４ａ及び背側シュラウドカバー３ｂは、回転軸方向ｘにおいて互いに対向する端面を有する。腹側シュラウドカバー４ａ側の端面は、アンツイストモーメント１６ａにより矢印４１の方向に変位する。一方、背側シュラウドカバー３ｂの端面は、アンツイストモーメント１６ｂにより矢印４２の方向に変位する。これらの端面が当接して接触面１８ａｂを形成することにより、変位４１，４２が互いに拘束され、動翼１ａと動翼１ｂとが連結される。接触面１８ａｂが翼回転方向ｙに対してなす角度θ１は、０°≦θ１＜９０°の範囲にある。また、背側シュラウドカバー３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，…及び腹側シュラウドカバー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，…の形状はロータ８０の全周で均一であるため、隣接翼間の接触面１８ａｂ，１８ｂｃ，１８ｃｄ，…が翼回転方向ｙに対してなす角度θ１，θ２，θ３，…はロータ８０の全周で均一となる。

アンツイストモーメント１６によって隣接翼同士を連結するのに十分な面圧を接触面１８で発生させるためには、翼部２が翼根元部２１から翼先端部２２にかけて大きくねじれている必要があり、翼根元部２１のスタッガ角（翼断面の最上流の点と最下流の点を結ぶ線が回転軸方向ｘに対してなす角度）と翼先端部２２のスタッガ角との差が４５°以上あることが望ましい。

図５は、従来技術に係る動翼１のタイボス５，６を半径方向外周側から見た平面図（断面図）であり、タイボス５，６を介して隣接翼同士が連結された状態を示している。

図５において、動翼１ａの腹側タイボス６ａは、動翼１ｂに向けて突出した形状を有し、動翼１ｂの背側タイボス５ｂは、動翼１ａに向けて突出した形状を有する。そのため、腹側タイボス６ａ及び背側タイボス５ｂは、回転軸方向ｘにおいて互いに対向する端面を有する。アンツイストモーメント１７ａによりこれらの端面が当接して接触面１９ａｂが形成されることにより、動翼１ａと動翼１ｂとが連結される。接触面１９ａｂが翼回転方向ｙに対してなす角度θ１１は、０°≦θ１１＜９０°の範囲にある。また、背側タイボス５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，…及び腹側タイボス６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，…の形状はロータ８０の全周で均一であるため、隣接翼間の接触面１９ａｂ，１９ｂｃ，１９ｃｄ，…が翼回転方向ｙに対してなす角度θ１１，θ１２，θ１３，…はロータ８０の全周で均一となる。

以上のように構成した動翼１によれば、ロータ８０の全周で隣接翼同士を連結することにより、動翼１が全周一翼群としての振動特性を有し、連結しない場合に比べ動翼１の固有振動数は大幅に上昇し、動翼１の振動応答が大きくなる可能性のある低次の一次曲げ振動が消滅する。また、隣接翼同士を接触面１９を介して連結することにより、接触面１９で生じる摩擦により動翼１の振動応答を小さくすることができる。

しかしながら、このような動翼を備えた軸流タービンであっても、長翼化に伴う翼の固有振動数の低下により、フラッターと呼ばれる自励振動が発生しやすくなる。フラッターは、翼振動により誘起される流体力変動が翼振動自身を促進する（正のフィードバックを持つ）不安定現象であり、この正のフィードバックが構造減衰を上回ると、翼振動の振幅が発散することにより翼が破損する可能性がある。

本発明は、隣接翼同士を連結するためのシュラウドカバー３，４又はタイボス５，６の形状等をロータ８０の全周で均一とならないように構成することにより、長翼化に伴って翼の固有振動数が低下した場合でも、フラッターの発生を抑制することが可能な動翼１を実現するものである。

以下、本発明の実施例として、本発明を蒸気タービンの最終段落の動翼に適用した例を説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、蒸気タービンの最終段落以外の動翼やガスタービンなどの圧縮機翼にも適用可能であり、シュラウドカバー３，４又はタイボス５，６のいずれか一方のみを備えた動翼にも適用可能である。また、蒸気や空気といった作動流体の種類によらず効果を発揮するものである。

図６は、本発明の第１の実施例に係る動翼のシュラウドカバーを半径方向外周側から見た平面図である。

図６において、従来技術（図４参照）との相違点は、シュラウドカバー３，４の上流側端面又は下流側端面の形状がロータ８０の全周で均一でない点である。具体的には、従来技術（図４参照）と比較して、動翼１ｂの背側シュラウドカバー３ｂの下流側端面が下流側に突出した形状をしており、動翼１ｃの背側シュラウドカバー３ｃの下流側端面が上流側に窪んだ形状をしており、動翼１ｄの腹側シュラウドカバー４ｄの上流端側面が上流側に突出した形状をしている。このように、翼部２の形状は変更することなく、シュラウドカバー３，４の形状等をロータ８０の全周で均一とならないように構成することにより、流体性能に影響を与えることなく、翼振動の抑制効果を向上させることが可能となる。以下、シュラウドカバー３，４による振動抑制効果について、図７及び図８を用いて説明する。

図７に、動翼１の振動モードの一例を示す。翼の振動モードは、周方向に節（以下「節直径」という。）を持つ。図７は、４つの節直径を有する振動モードを示している。ここで、ロータ８０の全周に設けられた動翼１の枚数をＮとすると、節直径数は最大でＮ／２となる。振動モードは、ロータ８０の周方向に伝播する。動翼１の翼回転方向ｙに伝播する振動モードを前回りモードと呼び、このときの節直径数を正とする。逆に、動翼１の翼回転方向ｙと逆方向に伝播する振動モードを後回りモードと呼び、このときの節直径数を負とする。

図８に、動翼１の節直径数と空力減衰比との関係を示す。空力減衰比ζａは、フラッターの発生しにくさを示す指標値であり、空力減衰比ζａが負になる節直径数ＮＤの振動モードでは、翼振動により引き起こされる流体力変動が、翼振動振幅を増大させるように作用する。この負の空力減衰比ζａに、振動抑制効果のある構造減衰比（材料減衰比を含む）を加えた合計が負になると、フラッターが発生する。ロータ８０の全周で動翼１の形状が均一である従来技術に係る動翼の場合、図８中破線で示すように、後回りモード（節直径数ＮＤ＜０）の一部で、空力減衰比ζａが負となっている。これに対して、本実施例では、シュラウドカバー３，４の形状がロータ８０の全周で均一でない（シュラウドカバー３，４がロータ８０の全周で少なくとも２つの異なる形状を有する）ため、動翼１がロータ８０の全周で少なくとも２つ異なる固有振動数を有することとなり、振動モードの周方向の伝播が抑制される。これにより、図８中実線で示すように、節直径数ＮＤに対する空力減衰比ζａの変動が小さくなり、すべての節直径数ＮＤに対して空力減衰比ζａが正となる。その結果、長翼化に伴って翼の固有振動数が低下した場合でも、フラッターの発生を抑制することが可能となる。

なお、図６に示す例では、シュラウドカバー３，４の半径方向外周側から見た形状がロータ８０の全周で均一とならないように構成したが、本発明はこれに限定されず、シュラウドカバー３，４の外周側表面又は内周側表面に凹凸を設ける等してシュラウドカバー３，４の半径方向の平均厚さがロータ８０の全周で均一とならないように構成しても良い。また、シュラウドカバー３，４の形状はロータ８０の全周で均一とし、シュラウドカバー３，４の材料密度がロータ８０の全周で均一とならないように構成しても良い。

本発明の第２の実施例に係る動翼１について、従来技術と比較して説明する。図９は、本実施例に係る動翼のシュラウドカバーを半径方向外周側から見た平面図である。

図９において、従来技術（図４参照）との相違点は、隣接翼間（背側シュラウドカバー３と腹側シュラウドカバー４）の接触面１８ａｂ，１８ｂｃ，１８ｃｄ，…が翼回転方向ｙに対してなす角度θ１，θ２，θ３，…が、ロータ８０の全周で均一でない点である。具体的には、動翼１ａ，１ｂ間の接触面１８ａｂの角度θ１が動翼１ｂ，１ｃ間の接触面１８ｂｃの角度θ２よりも大きく、動翼１ｂ，１ｃ間の接触面１８ｂｃの角度θ２が動翼１ｃ，１ｄ間の接触面１８ｃｄの角度θ３よりも大きい。

本実施例に係る動翼１によれば、シュラウドカバー３，４の形状がロータ８０の全周で均一でない（シュラウドカバー３，４がロータ８０の全周で少なくとも２つの異なる形状を有する）ため、第１の実施例と同様に、すべての節直径数ＮＤに対して空力減衰比ζａが正とすることができ、長翼化に伴って翼の固有振動数が低下した場合でも、フラッターの発生を抑制することが可能となる。

また、隣接翼間（背側シュラウドカバー３と腹側シュラウドカバー４）の接触面１８ａｂ，１８ｂｃ，１８ｃｄ，…が翼回転方向ｙに対してなす角度θ１，θ２，θ３，…がロータ８０の全周で均一でない（接触面１８がロータ８０の全周で少なくとも２つの異なる角度を有する）ため、フラッターに限らず、あらゆる翼振動を抑制することができ、フラッター以外の翼振動による翼損傷も防止することが可能となる。以下、接触面１８の摩擦による構造減衰効果について、図１０〜図１２を用いて説明する。

図１０に、半径方向外周側から見た二次元平面における動翼１の振動軌跡を示す。翼の回転軸方向ｘの振動成分と翼回転方向ｙの振動成分との間には一般に位相差があるため、動翼１の振動軌跡は楕円形状になる。この楕円軌跡の長軸方向を翼振動方向ｖと定義し、翼振動方向ｖの翼回転方向ｙに対する角度を翼振動角度βと定義する。

図１１に、節直径数ＮＤと最低次モードの翼振動角度βとの関係を示す。節直径数ＮＤがゼロ付近のときは、翼振動角度βもゼロ付近にある（図１０において、翼振動方向ｖが翼回転周方向ｙとほぼ一致する）。翼振動角度βは、節直径数ＮＤが大きくなるに従い、あるところまで急峻に増加する（図１０において、翼振動方向ｖが回転軸方向ｘに近づく）。節直径数ＮＤがさらに大きくなると、翼振動角度βは緩やかに低下する（図１０において、翼振動方向ｖが翼回転方向ｙ寄りに若干戻る）。

図１２に、節直径数ＮＤとシュラウドカバー３，４の構造減衰比との関係を示す。従来技術（図４参照）又は第１の実施例（図６参照）のように、シュラウドカバー３，４の接触面１８の翼回転方向ｙに対する角度θがロータ８０の全周で均一である場合、翼振動角度βと接触面１９の角度θとの差が小さい節直径数ＮＤの振動モードでは、接触面１８の摩擦効果（構造減衰比ζｓ）が大きくなるが、翼振動角度βと接触面１８の角度θとの差が大きい節直径数ＮＤの振動モードでは、接触面１８の摩擦効果（構造減衰比ζｓ）が小さくなる。そのため、構造減衰比ζｓは、図１２の破線で示すように、節直径数ＮＤに応じて大きく変動する。すなわち、特定の節直径数ＮＤにおいて構造減衰比ζｓが極端に小さくなり、その特定の節直径数ＮＤの振動モードで翼が破損する可能性がある。これに対して、本実施例では、隣接翼間（背側シュラウドカバー３と腹側シュラウドカバー４）の接触面１８ａｂ，１８ｂｃ，１８ｃｄ，…の角度θ１，θ２，θ３，…がロータ８０の全周で均一でない（接触面１８がロータ８０の全周で少なくとも２つの異なる角度を有する）ため、図９の実線で示すように、節直径数ＮＤに対する構造減衰比ζｓの変動が小さくなり、特定の節直径数ＮＤに対して構造減衰比ζｓが極端に小さくなることを防ぐことができる。これにより、フラッターに限らず、あらゆる翼振動を抑制することができ、フラッター以外の翼振動による翼損傷も防止することが可能となる。

本発明の第３の実施例に係る動翼１について、第２の実施例と比較して説明する。図１３は、本実施例に係る動翼のシュラウドカバーを半径方向外周側から見た平面図である。

図１３において、第２の実施例（図９参照）との相違点は、隣接翼間（背側シュラウドカバー３と腹側シュラウドカバー４）の接触面１８ａｂ，１８ｂｃ，１８ｃｄ，…が翼回転方向ｙに対してなす角度θ１，θ２，θ３，…が、ロータ８０の全周で交互に異なる点である。具体的には、動翼１ａ，１ｂ間の接触面１８ａｂの角度θ１は、動翼１ｂ，１ｃ間の接触面１８ｂｃの角度θ２よりも大きく、動翼１ｃ，１ｄ間の接触面１８ｃｄの角度θ３と等しい。

本実施例に係る動翼１によれば、シュラウドカバー３，４の形状がロータ８０の全周で均一でない（シュラウドカバー３，４がロータ８０の全周で少なくとも２つの異なる形状を有する）ため、第１の実施例と同様に、すべての節直径数ＮＤに対して空力減衰比ζａが正とすることができ、長翼化に伴って翼の固有振動数が低下した場合でも、フラッターの発生を抑制することが可能となる。

また、隣接翼間（背側シュラウドカバー３と腹側シュラウドカバー４）の接触面１８ａｂ，１８ｂｃ，１８ｃｄ，…の角度θ１，θ２，θ３，…がロータ８０の全周で均一でないため、第２の実施例と同様に、特定の節直径数ＮＤに対して構造減衰比ζｓが極端に小さくなることを防止できる。これにより、フラッターに限らず、あらゆる翼振動を抑制することができ、フラッター以外の翼振動による翼損傷も防止することが可能となる。

さらに、背側シュラウドカバー３と腹側シュラウドカバー４との接触面１８ａｂ，１８ｂｃ，１８ｃｄ，…が翼回転方向ｙに対してなす角度θ１，θ２，θ３，…が、ロータ８０の全周で交互に異なる構成としたことにより、シュラウドカバー３，４の形状が２通りに限定されるため、動翼１の製作コストを抑えると共に、動翼１のロータ８０への取付性を向上できる。

本発明の第４の実施例に係る動翼について、従来技術と比較して説明する。図１４は、本実施例に係る動翼のタイボスを半径方向外周側から見た平面図（断面図）である。

図１４において、従来技術（図５参照）との相違点は、背側タイボス５又は腹側タイボス６の上流側端面又は下流側端面の形状が、ロータ８０の全周で均一でない点である。具体的には、従来技術（図５参照）と比較して、動翼１ｂの背側タイボス５ｂの下流側端面が上流側に窪んだ形状をしており、動翼１ｃの背側タイボス５ｃの下流側端面が下流側に突出した形状をしており、動翼１ｄの腹側タイボス６ｄの上流側端面が下流側に窪んだ形状をしている。

本実施例に係る動翼１よれば、タイボス５，６の形状がロータ８０の全周で均一でない（タイボス５，６がロータ８０の全周で少なくとも２つの異なる形状を有する）ため、第１〜３の実施例（シュラウドカバー３，４の形状が均一でない場合）と同様に、すべての節直径数ＮＤに対して空力減衰比ζａが正とすることができ、長翼化に伴って翼の固有振動数が低下した場合でも、フラッターの発生を抑制することが可能となる。

なお、図９に示す例では、タイボス５，６の半径方向外周側から見た形状がロータ８０の全周で均一とならないように構成したが、本発明はこれに限定されず、タイボス５，６の外周側表面又は内周側表面に凹凸を設ける等してタイボス５，６の半径方向の平均厚さが均一とならないように構成しても良い。また、タイボス５，６の形状は均一とし、タイボス５，６の材料密度が均一とならないように構成しても良い。

本発明の第５の実施例に係る動翼１について、従来技術と比較して説明する。図１５は、本実施例に係る動翼のタイボスを半径方向外周側から見た平面図（断面図）である。

図１５において、従来技術（図５参照）との相違点は、隣接翼間（背側タイボス５と腹側タイボス６）の接触面１９ａｂ，１９ｂｃ，１９ｃｄ，…が翼回転方向ｙに対してなす角度θ１１，θ１２，θ１３，…が、ロータ８０の全周で均一でない点である。具体的には、動翼１ａと動翼１ｂとの間の接触面１９ａｂの角度θ１１が、動翼１ｂと動翼１ｃとの間の接触面１９ｂｃの角度θ１２よりも小さく、動翼１ｂと動翼１ｃとの間の接触面１９ｂｃの角度θ１２が、接触面１９ｃｄの角度θ１３よりも小さい。

本実施例に係る動翼１によれば、タイボス５，６の形状がロータ８０の全周で均一でない（タイボス５，６がロータ８０の全周で少なくとも２つの異なる形状を有する）ため、第４の実施例と同様に、すべての節直径数ＮＤに対して空力減衰比ζａを正とすることができ、長翼化に伴って翼の固有振動数が低下した場合でも、フラッターの発生を抑制することが可能となる。

また、隣接翼間（背側タイボス５と腹側タイボス６）の接触面１９ａｂ，１９ｂｃ，１９ｃｄ，…が翼回転方向ｙに対してなす角度θ１１，θ１２，θ１３，…がロータ８０の全周で均一でないため、第２の実施例（背側シュラウドカバー３と腹側シュラウドカバー４との接触面１８ａｂ，１８ｂｃ，１８ｃｄ，…の角度θ１，θ２，θ３，…がロータ８０の全周で均一でない場合）と同様に、特定の節直径数ＮＤに対して構造減衰比ζｓが極端に小さくなることを防ぐことができる。これにより、フラッターに限らず、あらゆる翼振動を抑制することができ、フラッター以外の翼振動による翼損傷も防止することが可能となる。

本発明の第６の実施例に係る動翼１について、第５の実施例と比較して説明する。図１６は、本実施例に係る動翼のタイボスを半径方向外周側から見た平面図（断面図）である。

図１６において、第５の例（図１５参照）との相違点は、隣接翼間（背側タイボス５と腹側タイボス６）の接触面１９ａｂ，１９ｂｃ，１９ｃｄ，…が翼回転方向ｙに対してなす角度θ１１，θ１２，θ１３，…が、ロータ８０の全周で交互に異なる点である。具体的には、動翼１ａ，１ｂ間の接触面１９ａｂの角度θ１１が、動翼１ｂ，１ｃ間の接触面１９ｂｃの角度θ１２よりも小さく、動翼１ｃ，１ｄ間の接触面１９ｃｄの角度θ１３と等しい。

本実施例に係る動翼１によれば、タイボス５，６の形状がロータ８０の全周で均一でない（タイボス５，６がロータ８０の全周で少なくとも２つの異なる形状を有する）ため、第５の実施例と同様に、すべての節直径数ＮＤに対して空力減衰比ζａを正とすることができ、長翼化に伴って翼の固有振動数が低下した場合でも、フラッターの発生を抑制することが可能となる。

また、隣接翼間（背側タイボス５と腹側タイボス６）の接触面１９ａｂ，１９ｂｃ，１９ｃｄ，…が翼回転方向ｙに対してなす角度θ１１，θ１２，θ１３，…がロータ８０の全周で均一でない（接触面１９がロータ８０の全周で少なくとも２つの異なる角度を有する）ため、第５の実施例と同様に、特定の節直径数ＮＤに対して構造減衰比ζｓが極端に小さくなることを防ぐことができる。これにより、フラッターに限らず、あらゆる翼振動を抑制することができ、フラッター以外の翼振動による翼損傷も防止することが可能となる。

さらに、背側タイボス５と腹側タイボス６との接触面１９ａｂ，１９ｂｃ，１９ｃｄの角度θ１１，θ１２，θ１３がロータ８０の全周で交互に異なる構成としたことにより、タイボス５，６の形状が２通りに限定されるため、第５の実施例と比較して、動翼１の製作コストを抑えると共に、動翼１のロータ８０への取付性を向上できる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。

１…動翼、２…翼部、３…背側シュラウドカバー、４…腹側シュラウドカバー、５…背側タイボス、６…腹側タイボス、７…プラットフォーム、１６，１７…アンツイストモーメント、１８，１９…接触面、２１…翼根元部、２２…翼先端部、２３…翼中間部、３０ａ，３０ｂ…ねじりモーメント、４０…回転座標系における流れ方向、４１，４２…変位、８０…タービンロータ（ロータ）、８１…静翼、８２…内周側ダイアフラム、８３…外周側ダイアフラム、８４…タービンケーシング、９０…タービン中心軸、Ｐ０…高圧部、Ｐ１…低圧部、ｖ…翼振動方向、ｘ…回転軸方向、ｙ…翼回転方向。

Claims (10)

1. ロータの外周部に固定される翼根元部と、前記翼根元部から翼先端部にかけてねじれた翼部と、前記翼先端部に翼背側及び翼腹側に伸延して設けられたシュラウドカバーとを有し、前記ロータの回転時に前記翼部に発生するねじり戻りによって前記シュラウドカバーを隣接翼同士で接触させて連結する回転機械の動翼において、
   前記シュラウドカバーは、前記ロータの全周で少なくとも２つの異なる形状を有することを特徴とする回転機械の動翼。
2. 請求項１に記載の回転機械の動翼において、
   前記シュラウドカバーは、前記ロータの全周で交互に異なる形状を有することを特徴とする回転機械の動翼。
3. 請求項１に記載の回転機械の動翼において、
   前記シュラウドカバーは、前記ロータの回転時に前記ロータの全周で回転方向に対して少なくとも２つの異なる角度の接触面を形成するように構成されたことを特徴とする回転機械の動翼。
4. 請求項３に記載の回転機械の動翼において、
   前記シュラウドカバーは、前記ロータの回転時に前記ロータの全周で翼回転方向に対して交互に異なる角度の接触面を形成するように構成されたことを特徴とする回転機械の動翼。
5. ロータの外周部に固定される翼根元部と、前記翼根元部から翼先端部にかけてねじれた翼部と、前記翼先端部に翼背側及び翼腹側に伸延して設けられたシュラウドカバーとを有し、前記ロータの回転時に前記翼部に発生するねじり戻りによって前記シュラウドカバーを隣接翼同士で接触させて連結する回転機械の動翼において、
   前記シュラウドカバーは、前記ロータの全周で少なくとも２つの異なる材料密度を有することを特徴とする回転機械の動翼。
6. ロータの外周部に固定される翼根元部と、前記翼根元部から翼先端部にかけてねじれた翼部と、前記翼部の翼中間部に翼背側及び翼腹側に突出して設けられたタイボスとを有し、前記ロータの回転時に前記翼部に発生するねじり戻りによって前記タイボスを隣接翼同士で接触させて連結する回転機械の動翼において、
   前記タイボスは、前記ロータの全周で少なくとも２つの異なる形状を有することを特徴とする回転機械の動翼。
7. 請求項６に記載の回転機械の動翼において、
   前記タイボスは、前記ロータの全周で交互に異なる形状を有することを特徴とする回転機械の動翼。
8. 請求項６に記載の回転機械の動翼において、
   前記タイボスは、前記ロータの回転時に前記ロータの全周で翼回転方向に対して少なくとも２つの異なる角度の接触面を形成するように構成されたことを特徴とする回転機械の動翼。
9. 請求項８に記載の回転機械の動翼において、
   前記タイボスは、前記ロータの回転時に前記ロータの全周で翼回転方向に対して交互に異なる角度の接触面を形成するように構成されたことを特徴とする回転機械の動翼。
10. ロータの外周部に固定される翼根元部と、前記翼根元部から翼先端部にかけてねじれた翼部と、前記翼部の翼中間部に翼背側及び翼腹側に突出して設けられたタイボスとを有し、前記ロータの回転時に前記翼部に発生するねじり戻りによって前記タイボスを隣接翼同士で接触させて連結する回転機械の動翼において、
    前記タイボスは、前記ロータの全周で少なくとも２つの異なる材料密度を有することを特徴とする回転機械の動翼。

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