JP2018150857A - ロータ及びこのロータを備える回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの回転同期振動（共振）を抑制するとともに、回転非同期振動も抑制する。
【解決手段】ロータ１０は、軸線Ａｒを中心として軸線方向に長いロータ軸部１１と、軸線Ａｒに対する周方向Ｄｃに並んでロータ軸部１１に固定されている複数の翼１３と、を備える。複数の翼１３はそれぞれ、周方向Ｄｃに隣り合う翼１３と接する接触部を有する。翼の先端部の重い翼１１３ａと、翼の先端部の軽い翼１１３ｂとが周方向Ｄｃにおいて交互に並んでいる。
【選択図】図６

Description

本発明は、ロータ及びこのロータを備える回転機械に関する。

回転機械の一種である蒸気タービンは、軸線を中心に回転するロータと、このロータを覆うケーシングと、を備えている。ロータは、軸線を中心として軸方向に延びているロータ軸と、このロータ軸に取り付けられている複数の動翼列と、を有する。動翼列は、軸線に対する周方向に並ぶ複数の動翼で構成されている。動翼は、軸線に対する径方向に延びる翼体と、翼体の径方向内側に設けられているプラットフォームと、このプラットフォームの径方向内側に設けられている翼根と、翼体の径方向外側に設けられている外側シュラウドと、を有する。プラットフォームの径方向外側と外側シュラウドの径方向内側との間には、蒸気が流れる。

通常、蒸気タービンにおける一の動翼列を構成する複数の動翼は、略同一形状で形成されている。しかしながら、動翼を同一形状で形成された場合に、蒸気タービンの運転中において、特定の振動数における共振（回転同期振動）が発生してしまう。このような共振は、動翼の固有振動数によって構造上発生してしまう。

このような共振の発生を防ぐために、動翼を異なる形状で形成することが特許文献１に開示されている。例えば、各動翼のシュラウドは、異なる形状で形成されている。このような構成により各動翼の固有振動数を変化させることで、蒸気タービンの共振の発生を防ぐことができた。

米国特許出願公開第２０１４／００７２４３２号明細書

しかしながら、従来技術は、回転同期振動（例えば、共振等）を抑制することができるけれども、回転非同期振動（例えば、ランダム振動、自励振動、強制振動等）を抑制することができないという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、回転同期振動（例えば、共振等）を抑制するとともに、回転非同期振動（例えば、ランダム振動、自励振動、強制振動等）も抑制することが可能なロータ及びこのロータを備える回転機械を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用している。
すなわち、本発明の第一態様に係るロータは、軸線を中心として軸線方向に長いロータ軸部と、前記軸線に対する周方向に並んで前記ロータ軸部に固定されている複数の翼と、を備え、前記複数の翼はそれぞれ、前記周方向に隣り合う翼と接する接触部を有し、前記翼の先端部の重い翼と、前記翼の先端部の軽い翼とが前記周方向において交互に並んでいる。

この構成によれば、前記先端部の重い翼と前記先端部の軽い翼とはその固有振動数が異なっており、前記翼の先端部の重い翼と前記翼の先端部の軽い翼とは前記接触部により互いに接触しながら、前記周方向において交互に並んでいる。そのため、隣り合う翼の振れ幅（振幅）が互いに異なり、先端部の重い翼及び先端部の軽い翼のうちの一方の他方に対する滑り量も各翼において変わる。それによって、隣り合う翼同士の接触部に起因する摩擦減衰が高まるので、回転同期振動（例えば、共振等）を抑制するとともに、回転非同期振動（例えば、ランダム振動、自励振動、強制振動等）も抑制することができる。

本発明の第二態様に係るロータは、前記第一態様のロータにおいて、前記重い翼及び前記軽い翼の先端部にはそれぞれ、シュラウドが形成されており、前記重い翼における前記シュラウドの厚さは、前記軽い翼における前記シュラウドの厚さよりも大きくなっている。

この構成によれば、重い翼及び軽い翼の先端部に形成されたシュラウドの質量を変更することにより、翼の質量を調整することができるので、隣り合う翼同士の接触部に起因する摩擦減衰が容易に高められ、回転同期振動を抑制するとともに、回転非同期振動も抑制することができる。

本発明の第三態様に係るロータは、前記第一態様のロータにおいて、前記軽い翼の先端部には、少なくとも１つの溝が形成されている。

この構成によれば、先端部の重い翼と先端部の軽い翼とは略同一形状で形成されることができるので、翼の性能を維持しつつ回転同期振動及び回転非同期振動を抑制することができる。

本発明の第四態様に係るロータは、前記第三態様のロータにおいて、前記少なくとも１つの溝には、前記翼の材料の密度より軽い密度を有する充填剤が充填されている。

この構成によれば、先端部の重い翼と先端部の軽い翼とは略同一形状で形成されることができるので、翼の性能を維持しつつ回転同期振動及び回転非同期振動を抑制することができる。

本発明の第五態様に係るロータは、前記第一態様のロータにおいて、前記重い翼の先端部には、少なくとも１つの溝が形成されており、前記少なくとも１つの溝には、前記翼の材料の密度より重い密度を有する充填剤が充填されている。

この構成によれば、先端部の重い翼と先端部の軽い翼とは略同一形状で形成されることができるので、翼の性能を維持しつつ回転同期振動及び回転非同期振動を抑制することができる。

本発明の第六態様に係るロータは、前記第一態様のロータにおいて、前記重い翼の先端部及び前記軽い翼の先端部にはそれぞれ、少なくとも１つの溝が形成されており、前記少なくとも１つの溝には、充填剤が充填されており、前記重い翼の前記少なくとも１つの溝内に充填された充填剤は、前記軽い翼の前記少なくとも１つの溝内に充填された充填剤より重い密度を有する。

この構成によれば、先端部の重い翼と先端部の軽い翼とは略同一形状で形成されることができるので、翼の性能を維持しつつ回転同期振動及び回転非同期振動を抑制することができる。

本発明の第七態様に係るロータは、前記第三態様から前記第六態様のいずれかのロータにおいて、前記軽い翼の先端部及び前記重い翼の先端部にはそれぞれ、前記少なくとも１つの溝を有するシュラウドが形成されている。

この構成によれば、軽い翼及び重い翼の先端部に形成されたシュラウドにより、タービン内の流体の流れを調整しつつ、回転同期振動及び回転非同期振動を抑制することができる。

本発明の第八態様に係るロータは、前記第二態様又は前記第七態様のロータにおいて、前記シュラウドは、前記接触部を有する。

この構成によれば、軽い翼のシュラウドが重い翼のシュラウドと接触するので、回転同期振動及び回転非同期振動を抑制することができる。

本発明の第一態様に係る蒸気タービンは、前記第一態様から前記第八態様のいずれかのロータと、前記ロータの外周側を覆うケーシングと、を備える。

本発明の一態様によれば、回転同期振動を抑制しつつ、回転非同期振動も抑制することができるとの効果を奏する。

本発明に係る第一実施形態における蒸気タービンの模式的な断面図である。 本発明に係る第一実施形態における動翼列の斜視図である。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。 本発明に係る第一実施形態における動翼の概略図である。 本発明に係る第一実施形態における動翼の隣り合うシュラウドを示す図（ａ）及び隣り合うスタブ（ｂ）を示す図である。 本発明の第一実施形態の動翼列を示す図である。 本発明の第二実施形態の動翼列を示す図である。 本発明の第三実施形態の動翼列を示す図である。 本発明の第四実施形態の動翼列を示す図である。

［第一実施形態］
本発明に係る回転機械の第一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。

本実施形態の回転機械は、蒸気タービンである。この蒸気タービンは、図１に示すように、軸線Ａｒを中心として回転する蒸気タービンロータ（以下、単にロータとする）１０と、このロータ１０を回転可能に覆う蒸気タービンケーシング（以下、単にケーシングとする）３０と、を備えている。なお、以下では、軸線Ａｒが延びている方向を軸方向Ｄａ、軸線Ａｒに対する周方向を単に周方向Ｄｃ、軸線Ａｒに対する径方向を単に径方向Ｄｒとする。また、軸方向Ｄａの一方側を上流側、軸方向Ｄａの他方側を下流側とする。

ケーシング３０には、上流側部分にケーシング３０内に蒸気ＳＴを導く蒸気入口３１が形成され、下流側部分にはケーシング３０内を通った蒸気ＳＴを外部に排出する蒸気出口３２が形成されている。

ロータ１０は、軸線Ａｒを中心として軸方向Ｄａに延びているロータ軸１１と、軸方向Ｄａに並んでいる複数の動翼列１２と、を有する。複数の動翼列１２は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでロータ軸１１の外周に取り付けられている複数の動翼１３により構成されている。蒸気タービンは、さらに、各動翼列１２の上流側に配置されている静翼列３８を備えている。複数の静翼列３８は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでケーシング３０の内周に取り付けられている複数の静翼３９により構成されている。

動翼１３は、図２に示すように、径方向Ｄｒに延びている翼体１４と、翼体１４の径方向Ｄｒ内側に設けられているプラットフォーム１５と、このプラットフォーム１５の径方向Ｄｒ内側に設けられている翼根１６と、この翼体１４の径方向Ｄｒ外側に設けられている外側シュラウド１７と、を有する。外側シュラウド１７は、動翼１３の径方向外側端部を成す。外側シュラウド１７は、その温度が常温でロータ１０が停止している状態では、周方向Ｄｃで隣り合う動翼１３の外側シュラウド１７と非接触である。また、この外側シュラウド１７は、温度上昇に伴う熱膨張により周方向Ｄｃで隣り合う動翼１３の外側シュラウド１７の一部と接触するよう、その形状及びサイズが定められている。図２に示すように、プラットフォーム１５の径方向Ｄｒ外側と外側シュラウド１７の径方向Ｄｒ内側との間には、蒸気ＳＴが流れる。よって、プラットフォーム１５と外側シュラウド１７とは、蒸気ＳＴが流れる蒸気流路を画定する。

図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。ロータ軸１１には、周方向Ｄｃに並んで配置された複数の動翼１３を備える動翼列１２が設けられている。各動翼１３の翼根１６は、ロータ軸１１に設けられた溝と係合してロータ軸１１に取り付けられている。

また、図４に示すように、動翼１３は、翼体１４の略中央部に設けられたスタブ１８を備えていてもよい。このスタブ１８は、その温度が常温でロータが停止している状態では、周方向Ｄｃで隣り合う動翼１３のスタブ１８と非接触である。また、このスタブ１８は、温度上昇に伴う熱膨張により周方向Ｄｃで隣り合う動翼のスタブ１８と接触するよう、その形状及びサイズが定められている。

図５（ａ）は、温度上昇に伴う熱膨張により周方向Ｄｃで隣り合う動翼の外側シュラウドが互いに接触している状態を示しており、図５（ｂ）は、温度上昇に伴う熱膨張により周方向Ｄｃで隣り合う動翼のスタブが互いに接触している状態を示している。
なお、温度上昇に伴う熱膨張により、隣り合う動翼のプラットフォーム１５が互いに接触していてもよい。

図６は、本発明の第一実施形態の動翼列１１２を示す。
この動翼列１１２において、先端部の重い動翼１１３ａと、先端部の軽い動翼１１３ｂとが、周方向Ｄｃに沿って交互に配置されている。ここで、先端部とは、翼体の径方向の中心より径方向外側の部分である。

先端部の重い動翼１１３ａ及び先端部の軽い動翼１１３ｂはそれぞれ、径方向Ｄｒに延びている翼体１１４と、翼体１１４の径方向Ｄｒ内側に設けられているプラットフォーム１１５と、このプラットフォーム１１５の径方向Ｄｒ内側に設けられている翼根１１６と、この翼体１１４の径方向Ｄｒ外側に設けられている外側シュラウド１１７と、を有する。

先端部の重い動翼１１３ａは、外側シュラウド１１７の径方向Ｄｒの厚さが厚くなるように形成されており、先端部の軽い動翼１１３ｂは、外側シュラウド１１７の径方向Ｄｒの厚さが薄くなるように形成されている。つまり、先端部の重い動翼１１３ａの外側シュラウド１１７の径方向Ｄｒの厚さは、隣り合う先端部の軽い動翼１１３ｂの外側シュラウド１１７の径方向Ｄｒの厚さよりも大きくなっており、先端部の軽い動翼１１３ｂの外側シュラウド１１７の径方向Ｄｒの厚さは、隣り合う先端部の重い動翼１１３ａの外側シュラウド１１７の径方向Ｄｒの厚さよりも小さくなっている。さらに、動翼列１１２の各動翼１１３ａ、１１３ｂの外径、つまり、外側シュラウド１１７の外径は略同一になるように形成される。そのため、翼体１１４の径方向Ｄｒの長さは、先端部の重い動翼１１３ａ及び先端部の軽い動翼１１３ｂにおいて異なっており、先端部の軽い動翼１１３ｂの翼体１１４の径方向Ｄｒの長さは、先端部の軽い動翼１１３ａの翼体１１４の径方向Ｄｒの長さと比べて外側シュラウド１１７の径方向Ｄｒの厚さの差だけ長くなっている。

隣り合う動翼１１３ａ、１１３ｂは、外側シュラウド１１７、及び／又はプラットフォーム１１５で互いに接触している。なお、隣り合う動翼１１３ａ、１１３ｂはそれぞれスタブ１１８を備えてもよく、スタブ１１８で互いに接触していてもよい。

このような構成により、隣り合う動翼１１３ａ、１１３ｂの外側シュラウド１１７の質量が異なるため、隣り合う動翼１１３ａ、１１３ｂの質量も異なっている。それにより、隣り合う先端部の重い動翼１１３ａ及び先端部の軽い動翼１１３ｂの固有振動数が互いに異なっている。そのため、隣り合う先端部の重い動翼１１３ａ及び先端部の軽い動翼１１３ｂの振れ幅（振幅）が互いに異なり、先端部の重い動翼１１３ａ及び先端部の軽い動翼１１３ｂのうちの一方の動翼の他方の動翼に対する滑り量も各動翼１１３ａ、１１３ｂにおいて変わる。それによって、隣り合う動翼１１３ａ、１１３ｂ同士の接触部（例えば、外側シュラウド１１７、プラットフォーム１１５、及び／又はスタブ１１８）に起因する摩擦減衰が高まるので、回転同期振動（例えば、共振等）を抑制するとともに、回転非同期振動（例えば、ランダム振動、自励振動、強制振動等）も抑制することができる。

［第二実施形態］
図７は、径方向Ｄｒ外側から見た場合の、運転中の先端部の重い動翼２１３ｂと先端部の軽い動翼２１３ａとが交互に配置された動翼列２１２を示す。この動翼列２１２において、先端部の重い動翼２１３ｂと、先端部の軽い動翼２１３ａとが周方向Ｄｃに沿って交互に配置されている。先端部の重い動翼２１３ｂ及び先端部の軽い動翼２１３ａの径方向Ｄｒ外側先端部にはそれぞれ、外側シュラウド２１７ａ、２１７ｂが設けられている。先端部の軽い動翼２１３ａの外側シュラウド２１７ａにおける径方向Ｄｒ外側の外周面には、少なくとも１つの溝２２０が形成されている。外周面には、複数の溝２２０が形成されてもよく、溝２２０の形状は円形状又は矩形状であってもよい。

これらの溝２２０により、先端部の軽い動翼２１３ａの質量は、隣り合う先端部の重い動翼２１３ｂよりも軽くなる。つまり、先端部の重い動翼２１３ｂの形状と先端部の軽い動翼２１３ａの形状とは、外側シュラウド２１７ｂ、２１７ａの径方向Ｄｒ外側の外周面に形成された少なくとも１つの溝２２０を除いて、略同一である。なお、先端部の重い動翼２１３ｂ及び先端部の軽い動翼２１３ａはそれぞれ、径方向Ｄｒに延びている翼体と、翼体の径方向Ｄｒ内側に設けられているプラットフォームと、このプラットフォームの径方向Ｄｒ内側に設けられている翼根と、この翼体の径方向Ｄｒ外側に設けられている外側シュラウドと、翼体の略中央部に設けられたスタブと、を有する。

さらに、このような構成において、少なくとも１つの溝２２０には、外側シュラウド２１７ａ、２１７ｂを形成している材料の密度より軽い密度を有する充填剤が充填されてもよい。充填剤の例としては、金属材料又は複合材料などが適用可能である。複合材料の例は、炭素繊維樹脂、エポキシ樹脂、セラミック樹脂等である。なお、温度上昇に伴う熱膨張により、隣り合う動翼２１３ａ、２１３ｂは、外側シュラウド、スタブ、及び／又はプラットフォームで互いに接触している。

このような構成により、動翼列２１２において、溝２２０又は当該溝２２０内に充填された充填剤であって、外側シュラウドの材料より軽い密度を有する充填剤によって、外側シュラウド２１７ａ及び２１７ｂの質量が異なるため、隣り合う動翼２１３ａ、２１３ｂの質量は互いに異なるように形成される。そのため、隣り合う先端部の重い動翼２１３ｂ及び先端部の軽い動翼２１３ａの振れ幅（振幅）が互いに異なり、先端部の重い動翼２１３ｂ及び先端部の軽い動翼２１３ａのうちの一方の動翼の他方の動翼に対する滑り量も各動翼２１３ａ、２１３ｂにおいて変わる。それによって、隣り合う動翼２１３ａ、２１３ｂ同士の接触部（例えば、外側シュラウド、プラットフォーム、及び／又はスタブ）に起因する摩擦減衰が高まるので、回転同期振動（例えば、共振等）を抑制するとともに、回転非同期振動（例えば、ランダム振動、自励振動、強制振動等）も抑制することができる。

また、このような構成により、先端部の重い動翼２１３ｂと先端部の軽い動翼２１３ａとは、外側シュラウド２１７ａの径方向Ｄｒ外側の外周面に形成された少なくとも１つの溝２２０又は当該溝２２０内に充填された充填剤を除いて、略同一形状であるので、動翼２１３ａ、２１３ｂの性能を維持しつつ、回転同期振動及び回転非同期振動を抑制することができる。

［第三実施形態］
また、図７は、径方向Ｄｒ外側から見た場合の、運転中の先端部の重い動翼２１３ａと先端部の軽い動翼２１３ｂとが交互に配置された動翼列２１２を示してもよい。
第二実施形態と第三実施形態との違いは、参照符号２１３ａが示す構成要素が先端部の重い動翼か先端部の軽い動翼かだけである。

この動翼列２１２において、先端部の重い動翼２１３ａと、先端部の軽い動翼２１３ｂとが周方向Ｄｃに沿って交互に配置されている。先端部の軽い動翼２１３ａ及び先端部の重い動翼２１３ｂの径方向Ｄｒ外側先端部にはそれぞれ、外側シュラウド２１７ａ、２１７ｂが設けられている。先端部の重い動翼２１３ａの外側シュラウド２１７ａにおける径方向Ｄｒ外側の外周面には、少なくとも１つの溝２２０が形成されている。外周面には、複数の溝２２０が形成されてもよく、溝２２０の形状は円形状又は矩形状であってよい。

さらに、外側シュラウド２１７ａに形成された少なくとも１つの溝２２０には、外側シュラウド２１７ａ、２１７ｂを形成している材料の密度より重い密度を有する充填剤が充填されている。つまり、先端部の重い動翼２１３ａの形状と先端部の軽い動翼２１３ｂの形状とは、外側シュラウド２１７ａの径方向Ｄｒの外周面に形成された少なくとも１つの溝２２０及び当該溝２２０内に充填された充填剤を除いて、略同一である。

このような構成により、動翼列２１２において、溝２２０及び当該溝２２０内に充填された充填剤であって、外側シュラウドの材料より重い密度を有する充填剤によって、外側シュラウド２１７ａ及び２１７ｂの質量が異なるため、隣り合う動翼２１３ａ、２１３ｂの質量は互いに異なるように形成される。そのため、隣り合う先端部の重い動翼２１３ａ及び先端部の軽い動翼２１３ｂの振れ幅（振幅）が互いに異なり、先端部の重い動翼２１３ａ及び先端部の軽い動翼２１３ｂのうちの一方の動翼の他方の動翼に対する滑り量も各動翼２１３ａ、２１３ｂにおいて変わる。それによって、隣り合う動翼２１３ａ、２１３ｂ同士の接触部（例えば、外側シュラウド、プラットフォーム、及び／又はスタブ）に起因する摩擦減衰が高まるので、回転同期振動（例えば、共振等）を抑制するとともに、回転非同期振動（例えば、ランダム振動、自励振動、強制振動等）も抑制することができる。

また、このような構成により、先端部の重い動翼２１３ａと先端部の軽い動翼２１３ｂとは、外側シュラウド２１７ａの径方向Ｄｒ外側の外周面に形成された少なくとも１つの溝２２０又は当該溝２２０内に充填された充填剤を除いて、略同一形状であるので、動翼２１３ａ、２１３ｂの性能を維持しつつ、回転同期振動及び回転非同期振動を抑制することができる。

［第四実施形態］
図８は、径方向Ｄｒ外側から見た場合の、運転中の先端部の重い動翼３１３ａと先端部の軽い動翼３１３ｂとが交互に配置された動翼列３１２を示す。この動翼列３１２において、先端部の重い動翼３１３ａと、先端部の軽い動翼３１３ｂとが周方向Ｄｃに沿って交互に配置されている。先端部の重い動翼３１３ａ及び先端部の軽い動翼３１３ｂの先端部にはそれぞれ、外側シュラウド３１７ａ、３１７ｂが設けられている。

これら外側シュラウド３１７ａ、３１７ｂの径方向Ｄｒ外側の外周面には、少なくとも１つの溝３２０、３２２が形成されている。これらの溝３２０、３２２の形状は各動翼において同一であってもよく、又は異なっていてもよい。

さらに、外側シュラウド３１７ａ、３１７ｂに形成された少なくとも１つの溝３２０、３２２にはそれぞれ、充填剤が充填されている。先端部の重い動翼３１３ａの溝３２０内に充填された充填剤は、先端部の軽い動翼３１３ｂの溝３２２内に充填された充填剤の密度よりも重い密度を有する。先端部の重い動翼３１３ａ及び先端部の軽い動翼３１３ｂの溝３２０、３２２の形状が同一である場合では、つまり、先端部の重い動翼３１３ａ及び先端部の軽い動翼３１３ｂの溝３２０、３２２の全体積が同一である場合では、溝３２０、３２２内に充填される充填剤の量は同一となり、密度が重い充填剤が充填された動翼が先端部の重い動翼３１３ａとなる。また、先端部の重い動翼３１３ａ及び先端部の軽い動翼３１３ｂの溝３２０、３２２の形状が互いに異なる場合では、つまり、先端部の重い動翼３１３ａ及び先端部の軽い動翼３１３ｂの溝の体積が互いに異なる場合では、充填剤が充填される溝の体積を充填剤の密度と乗じたものが大きい方が先端部の重い動翼３１３ａとなる。

なお、先端部の重い動翼３１３ａ及び先端部の軽い動翼３１３ｂはそれぞれ、径方向Ｄｒに延びている翼体と、翼体の径方向Ｄｒ内側に設けられているプラットフォームと、このプラットフォームの径方向Ｄｒ内側に設けられている翼根と、この翼体の径方向Ｄｒ外側に設けられている外側シュラウドと、翼体の略中央部に設けられたスタブと、を有する。

このような構成により、動翼列３１２において、溝３２０、３２２及び当該溝３２０、３２２内に充填された充填剤によって、外側シュラウド３１７ａ及び３１７ｂの質量が異なるため、隣り合う動翼３１３ａ、３１３ｂの質量は互いに異なるように形成される。
そのため、隣り合う先端部の重い動翼３１３ａ及び先端部の軽い動翼３１３ｂの振れ幅（振幅）が互いに異なり、先端部の重い動翼３１３ａ及び先端部の軽い動翼３１３ｂのうちの一方の動翼の他方の動翼に対する滑り量も各動翼３１３ａ、３１３ｂにおいて変わる。それによって、隣り合う動翼３１３ａ、３１３ｂ同士の接触部（例えば、外側シュラウド、プラットフォーム、及び／又はスタブ）に起因する摩擦減衰が高まるので、回転同期振動（例えば、共振等）を抑制するとともに、回転非同期振動（例えば、ランダム振動、自励振動、強制振動等）も抑制することができる。

また、このような構成により、先端部の重い動翼３１３ａと先端部の軽い動翼３１３ｂとは、外側シュラウド３１７ａ、３１７ｂの径方向Ｄｒ外側の外周面に形成された少なくとも１つの溝３２０、３２２又は当該溝３２０、３２２内に充填された充填剤を除いて、略同一形状であるので、動翼３１３ａ、３１３ｂの性能を維持しつつ、回転同期振動及び回転非同期振動を抑制することができる。

［第五実施形態］
図９は、径方向Ｄｒ外側から見た場合の、運転中の先端部の軽い動翼４１３ａと先端部の重い動翼４１３ｂとが交互に配置された動翼列４１２を示す。

この動翼列４１２において、先端部の軽い動翼４１３ａと、先端部の重い動翼４１３ｂとが周方向Ｄｃに沿って交互に配置されている。先端部の軽い動翼４１３ａ及び先端部の重い動翼４１３ｂはそれぞれ、径方向Ｄｒに延びている翼体４１４と、翼体４１４の径方向Ｄｒ内側に設けられているプラットフォーム４１５と、このプラットフォーム４１５の径方向Ｄｒ内側に設けられている翼根４１６と、を有する。

周方向Ｄｃで隣り合う動翼４１３ａ、４１３ｂは、温度上昇に伴う熱膨張により、プラットフォーム４１５において互いに接触するように形成されている。また、前記先端部の軽い動翼４１３ａにおける翼体４１４の径方向Ｄｒ外側の外周面には、少なくとも１つの溝４２０が設けられている。溝４２０は、翼体４１４の径方向Ｄｒ外側の外周面上であればどこに形成されてもよい。さらに、当該溝４２０には、翼体４１４を形成している材料より軽い密度を有する充填剤が充填されていてもよい。

また、図９は、径方向Ｄｒ外側から見た場合の、運転中の先端部の軽い動翼４１３ｂと先端部の重い動翼４１３ａとが交互に配置された動翼列４１２を示してもよい。この動翼列４１２において、先端部の軽い動翼４１３ｂと、先端部の重い動翼４１３ａとが周方向Ｄｃに沿って交互に配置されている。

先端部の軽い動翼４１３ｂ及び先端部の重い動翼４１３ａはそれぞれ、径方向Ｄｒに延びている翼体４１４と、翼体４１４の径方向Ｄｒ内側に設けられているプラットフォーム４１５と、このプラットフォーム４１５の径方向Ｄｒ内側に設けられている翼根４１６と、を有する。また、先端部の重い動翼４１３ａにおける翼体４１４の径方向Ｄｒ外側の外周面には、少なくとも１つの溝４２０が設けられており、当該溝４２０には、翼体４１４を形成している材料より重い密度を有する充填剤が充填されることもできる。このような構成により、先端部の軽い動翼４１３ｂと先端部の重い動翼４１３ａとを実現することができる。

さらに、図９には、少なくとも１つの溝が形成されていない先端部の軽い動翼４１３ｂが示されているが、先端部の軽い動翼４１３ｂの翼体４１４の径方向Ｄｒ外側の外周面には、少なくとも１つの溝が設けられてもよい。先端部の重い動翼４１３ａ及び先端部の軽い動翼４１３ｂの両方に溝が設けられる場合に、これらの溝にはそれぞれ、充填剤が充填されており、先端部の重い動翼４１３ａにおける溝内に充填された充填剤は、先端部の軽い動翼４１３ｂにおける溝内に充填された充填剤の密度より重くなってもよい。

また、先端部の重い動翼４１３ａ及び先端部の軽い動翼４１３ｂの溝の形状が同一である場合では、つまり、先端部の重い動翼４１３ａ及び先端部の軽い動翼４１３ｂの溝の全体積が同一である場合では、溝内に充填される充填剤の量は同一となり、密度が重い充填剤が充填された動翼が先端部の重い動翼４１３ｂとなってもよい。或いは、先端部の重い動翼４１３ａ及び先端部の軽い動翼４１３ｂの溝の形状が互いに異なるである場合では、つまり、先端部の重い動翼４１３ａ及び先端部の軽い動翼４１３ｂの溝の体積が互いに異なる場合では、溝の体積を充填剤の密度と乗じたものが大きいものが先端部の重い動翼４１３ｂとなってもよい。

このような構成により、動翼列４１２において、溝４２０又は当該溝４２０内に充填された充填剤によって、動翼４１３ａ、４１３ｂの質量が異なるため、隣り合う動翼４１３ａ、４１３ｂの質量は互いに異なるように形成される。そのため、隣り合う動翼４１３ａ、４１３ｂの振れ幅（振幅）が互いに異なり、動翼４１３ａ、４１３ｂのうちの一方の動翼の他方の動翼に対する滑り量も各動翼４１３ａ、４１３ｂにおいて変わる。それによって、隣り合う動翼４１３ａ、４１３ｂ同士の接触部（プラットフォーム４１５）に起因する摩擦減衰が高まるので、回転同期振動（例えば、共振等）を抑制するとともに、回転非同期振動（例えば、ランダム振動、自励振動、強制振動等）も抑制することができる。

また、このような構成により、動翼４１３ａ、４１３ｂは、略同一形状であるので、動翼４１３ａ、４１３ｂの性能を維持しつつ、回転同期振動及び回転非同期振動を抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。本発明は、蒸気タービンだけではなく、他の軸流回転機械に適用可能である。

１０ 蒸気タービンロータ（ロータ）
１１ ロータ軸
１２ 動翼列
１３ 動翼
１４ 翼体
１５ プラットフォーム
１６ 翼根
１７ 外側シュラウド
１８ スタブ
３０ 蒸気タービンケーシング（ケーシング）
３１ 蒸気入口
３２ 蒸気出口
３８ 静翼列
３９ 静翼
１１２ 動翼列
１１３ａ、１１３ｂ 動翼
１１４ 翼体
１１５ プラットフォーム
１１６ 翼根
１１７ 外側シュラウド
１１８ スタブ
２１２ 動翼列
２１３ａ、２１３ｂ 動翼
２１７ａ、２１７ｂ 外側シュラウド
２２０ 溝
３１２ 動翼列
３１３ａ、３１３ｂ 動翼
３１７ａ、３１７ｂ 外側シュラウド
３２０ 溝
３２２ 溝
４１２ 動翼列
４１３ａ、４１３ｂ 動翼
４１４ 翼体
４１５ プラットフォーム
４１６ 翼根
４２０ 溝
Ａｒ 軸線
Ｄａ 軸方向
Ｄｃ 周方向
Ｄｒ 径方向
ＳＴ 蒸気

Claims (9)

1. 軸線を中心として軸線方向に長いロータ軸部と、
   前記軸線に対する周方向に並んで前記ロータ軸部に固定されている複数の翼と、
   を備え、
   前記複数の翼はそれぞれ、前記周方向に隣り合う翼と接する接触部を有し、
   前記翼の先端部の重い翼と、前記翼の先端部の軽い翼とが前記周方向において交互に並んでいる、ロータ。
2. 前記重い翼及び前記軽い翼の先端部にはそれぞれ、シュラウドが形成されており、
   前記重い翼における前記シュラウドの厚さは、前記軽い翼における前記シュラウドの厚さよりも大きくなっている、請求項１に記載のロータ。
3. 前記軽い翼の先端部には、少なくとも１つの溝が形成されている、請求項１に記載のロータ。
4. 前記少なくとも１つの溝には、前記翼の材料の密度より軽い密度を有する充填剤が充填されている、請求項３に記載のロータ。
5. 前記重い翼の先端部には、少なくとも１つの溝が形成されており、
   前記少なくとも１つの溝には、前記翼の材料の密度より重い密度を有する充填剤が充填されている、請求項１に記載のロータ。
6. 前記重い翼の先端部及び前記軽い翼の先端部にはそれぞれ、少なくとも１つの溝が形成されており、
   前記少なくとも１つの溝には、充填剤が充填されており、
   前記重い翼の前記少なくとも１つの溝内に充填された充填剤は、前記軽い翼の前記少なくとも１つの溝内に充填された充填剤より重い密度を有する、請求項１に記載のロータ。
7. 前記軽い翼の先端部及び前記重い翼の先端部にはそれぞれ、前記少なくとも１つの溝を有するシュラウドが形成されている、請求項３〜６のいずれか一項に記載のロータ。
8. 前記シュラウドは、前記接触部を有する、請求項２又は７に記載のロータ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のロータと、
   前記ロータの外周側を覆うケーシングと、
   を備える、回転機械。

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