JP2019157663A - 動翼体、及び回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ロータディスクの回転数に応じて、動翼に発生する振動を適正に抑制したり、振動数及び減衰のばらつきを小さくしたりすることの可能な動翼体、及び回転機械を提供することを目的とする。【解決手段】ロータディスクが回転した際に一対の動翼５１のプラットホーム５２間に形成された隙間Ｈを塞ぎ、ロータディスクの回転数に応じて、一対の動翼５１のプラットホーム５２の対向面５２ｂとの間の接触面積を変化させるとともに、共振が発生する回転数において、一対の動翼５１のプラットホーム５２の対向面５２ｂとの間の接触面積を増加させるダンパ部材４２を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、動翼体、及び回転機械に関する。

回転機械のうちの１つとして、ガスタービンがある。ガスタービンは、圧縮機と、燃焼器と、タービンと、を備える。
圧縮機は、空気取入口から取り込んだ空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気を生成する。燃焼器は、圧縮空気に燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガス（作動流体）を生成する。タービンは、燃焼ガスにより駆動されるとともに、タービンに連結された発電機を駆動させる。

上記圧縮機及びタービンは、動翼体を有する。動翼体は、主軸と一体に回転するロータディスクと、ロータディスクの外周部から放射状に延出するように組み付けられる複数の動翼と、を有する。複数の動翼は、各翼根部がロータディスクの外周部に形成された溝にそれぞれ係合している。

このような構成とされた動翼体では、複数の動翼のプラットホーム間に形成された隙間から燃焼ガスの漏出を抑制する必要があるとともに、回転機械の起動時に通過する共振点において、動翼の振動を減衰させる必要がある。

特許文献１には、周方向に隣接するプラットホーム同士の隙間に装着されたダンパ部材と、プラットホームとダンパ部材との間に介装されてダンパ部材に対する接触角度を調整可能な調整部材と、を備えた動翼体が開示されている。

特開２０１４−１８５６４６号公報

近年、ロータディスクの回転数に応じて、動翼に発生する振動を適正に抑制したり、振動数及び減衰のばらつきを小さくしたりすることが望まれている。

そこで、本発明は、ロータディスクの回転数に応じて、動翼に発生する振動を適正に抑制したり、振動数及び減衰のばらつきを小さくしたりすることの可能な動翼体、及び回転機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る動翼体は、主軸と一体に回転可能なロータディスクと、前記ロータディスクに装着されるとともに、該ロータディスクの外周部から放射状に延びる複数の動翼と、前記ロータディスクの周方向において、互いに隣り合う位置に配置された一対の動翼のプラットホームの対向面と接触するダンパ部材と、を備え、前記ダンパ部材は、前記ロータディスクが回転した際に前記一対の動翼のプラットホーム間に形成された隙間を塞ぎ、前記ロータディスクの回転数に応じて、前記一対の動翼のプラットホームの対向面との接触面積を変化させる。

本発明によれば、一対の動翼のプラットホーム間に形成された隙間を塞ぐダンパ部材を有することで、該隙間を介して、ロータディスク側に燃焼ガスが漏れ流れることを抑制できる。
また、起動時の共振が発生する回転数において、一対の動翼のプラットホームの対向面とダンパ部材との間の面積を増加させることで、大きな摩擦抵抗を発生させることが可能となる。これにより、ロータディスクの回転数（共振が発生する回転数）に応じて、動翼に発生する振動を適正に抑制することができる。

さらに、共振が発生しない回転数において、一対の動翼のプラットホームの対向面とダンパ部材との間の面積を減少させることで、摩擦抵抗を小さくすることが可能となる。これにより、定格運転時では振動数及び減衰のばらつきを小さくすることができる。

また、本発明の一態様に係る動翼体において、前記ダンパ部材は、前記ロータディスクの回転数が第１の回転数のときに、前記一対の動翼のプラットホームの対向面との接触面積を増加させ、前記ロータディスクの回転数が前記第１の回転数とは異なる第２の回転数のときに、前記一対の動翼のプラットホームの対向面との接触面積を減少させてもよい。

このように、ロータディスクの回転数が第１の回転数のときに、一対の動翼のプラットホームの対向面との間の接触面積を増加させるダンパ部材を有することで、第１の回転数のときに共振が発生する場合において、動翼に発生する振動を適正に抑制することができる。

また、第２の回転数のときに、一対の動翼のプラットホームの対向面との接触面積を減少させるダンパ部材を有することで、第２の回転数のときに、一対の動翼のプラットホームの対向面とダンパ部材との間に発生する摩擦抵抗を小さくすることが可能となる。これにより、振動数及び減衰のばらつきを小さくすることができる。

また、本発明の一態様に係る動翼体において、前記一対の動翼の対向面は、該動翼の翼部から前記ロータディスクに向かうにつれて、前記一対の動翼のプラットホーム間に形成される空間を拡径する傾斜面とされており、前記ダンパ部材は、前記一対の動翼の前記対向面に沿う山型形状とされた板状ダンパであるとともに、該ダンパ部材の中心位置から外側に向かうにつれて幅が広くなる複数の傾斜部を有し、前記複数の傾斜部の傾斜角度は、前記ダンパ部材の中心位置から外側に向かうにつれて大きくなってもよい。

このように、一対の動翼の対向面に沿う山型形状とされ、中心位置から外側に向かうにつれて幅が広くなり、かつダンパ部材の中心位置から外側に向かうにつれて傾斜角度が大きくなる複数の傾斜部を有することで、ロータディスクの回転数が低いとき（共振が発生する回転数のとき）に、ダンパ部材の外部を構成し、かつ幅の広い傾斜部と一対の動翼の対向面とを接触させることが可能となる。
これにより、一対の動翼の対向面とダンパ部材との間に大きな摩擦抵抗を発生させることが可能となるので、動翼に発生する振動を適正に抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る動翼体において、前記複数の傾斜部は、前記主軸が延びる方向に配置された複数の接触部をそれぞれ有しており、前記複数の接触部は、前記一対の動翼の対向面と接触する接触面を有してもよい。

このように、主軸が延びる方向に配置された複数の接触部が、一対の動翼の対向面と接触する接触面を有することで、複数の傾斜部のうち、ダンパ部材の外部を構成する傾斜部と一対の動翼の対向面とが接触する接触面積と、ダンパ部材の中央部に配置された傾斜部と一対の動翼の対向面とが接触する接触面積と、を異ならせることが可能となる。これにより、一対の動翼の対向面とダンパ部材とが接触した際に発生する摩擦抵抗を調節することができる。

また、本発明の一態様に係る動翼体において、前記一対の動翼のプラットホームのうち、前記ロータディスクの回転数が高いときに前記ダンパ部材と接触する一方の前記プラットホームの接触部分に、前記ダンパ部材を固定させてもよい。

このように、一対の動翼のプラットホームのうち、ロータディスクの回転数が高いときにダンパ部材と接触する一方のプラットホームの接触部分とダンパ部材とを固定させることで、一対の動翼の対向面に対するダンパ部材の姿勢を保つことが可能となる。これにより、一対の動翼の対向面とダンパ部材とを適切な状態で接触させることができる。

また、本発明の一態様に係る動翼体において、前記一対の動翼の対向面は、該一対の動翼の翼部から前記ロータディスクに向かうにつれて、前記一対の動翼のプラットホームに形成される空間を拡径する傾斜面とされており、前記ダンパ部材は、前記一対の動翼の対向面に沿う山型形状とされ、前記ロータディスクの回転数が高いときに前記一対の動翼の対向面と接触する山型部と、前記周方向における前記山型部の両端に設けられ、前記ロータディスクの回転数が低い段階で前記一対の動翼の対向面と接触する端面を含む折れ曲がり部と、を有してもよい。

このように、一対の動翼の対向面に沿う山型形状とされ、ロータディスクの回転数が高いときに一対の動翼の対向面と接触する山型部と、周方向における山型部の両端に設けられ、ロータディスクの回転数が低い段階で一対の動翼の対向面と接触する端面を含む折れ曲がり部と、をダンパ部材が有することで、ロータディスクの回転数が高いときに共振が発生する場合において、一対の動翼の対向面とダンパ部材との接触面積を増加させることが可能となる。
これにより、ロータディスクの回転数が高いときに、一対の動翼の対向面と山型部との間に大きな摩擦抵抗を発生させることが可能となるので、動翼に発生する振動を適正に抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る動翼体において、前記山型部の両端に設けられた前記折れ曲がり部のうち、一方の前記折れ曲がり部の端面と前記プラットホームとを固定させてもよい。

このように、山型部の両端に設けられた折れ曲がり部のうち、一方の折れ曲がり部の端面と対向面とを固定させることで、一対の動翼の対向面に対するダンパ部材の姿勢を保つことが可能となる。これにより、一対の動翼の対向面とダンパ部材とを適切な状態で接触させることができる。

また、本発明の一態様に係る動翼体において、前記一対の動翼の前記対向面のうち、一方の前記対向面に一端が固定され、前記ダンパ部材の姿勢を保つ支持部材を有してもよい。

このように、一対の動翼の対向面のうち、一方の対向面に一端が固定され、ダンパ部材の姿勢を保つ支持部材を有することで、ロータディスクが回転していない状態において、一対の動翼の対向面とダンパ部材とが大きく離れることを抑制できる。
また、ロータディスクが回転していない状態において、ダンパ部材の接触面と一対の動翼の対向面とを対向させることが可能となる。これにより、ロータディスクを回転させた際、一対の動翼の対向面とダンパ部材とを適切な状態で接触させることができる。

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る回転機械は、上記動翼体を有する。

本発明によれば、上記動翼体を有することで、動翼に発生する振動を適正に抑制することができる。

本発明によれば、動翼に発生する振動を適正に抑制したり、振動数及び減衰のばらつきを小さくしたりすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る回転機械の概略構成を模式的に示す断面図である。 図１に示す回転機械を構成する動翼体のＢ_１−Ｂ_２線方向の断面図である。 図１に示す動翼の斜視図である。 図２に示す第１の実施形態のダンパ部材を拡大した断面図である。 図４に示すダンパ部材をＤ視した図である。 図２に示す構造体のうち、領域Ｃで囲まれた部分に対応する断面図であるとともに、ロータディスクが低速で回転しているときの一対の動翼の対向面とダンパ部材との接触状態を模式的に示す図である。 図２に示す構造体のうち、領域Ｃで囲まれた部分に対応する断面図であるとともに、ロータディスクが中速で回転しているときの一対の動翼の対向面とダンパ部材との接触状態を模式的に示す図である。 図２に示す構造体のうち、領域Ｃで囲まれた部分に対応する断面図であるとともに、ロータディスクが高速で回転しているときの一対の動翼の対向面とダンパ部材との接触状態を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る動翼体の主要部を拡大した断面図であるとともに、ロータディスクが低速で回転しているときの一対の動翼の対向面とダンパ部材との接触状態を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る動翼体の主要部を拡大した断面図であるとともに、ロータディスクが低速で回転しているときの一対の動翼の対向面とダンパ部材との接触状態を模式的に示す図である。 第１の実施形態の変形例に係るダンパ部材の平面図である。 図１１に示すダンパ部材のＥ_１−Ｅ_２線方向の断面を示す図であるとともに、低速回転時における一対の動翼の対向面とダンパ部材との接触状態を模式的に示す動翼体の断面図である。 図１１に示すダンパ部材のＦ_１−Ｆ_２線方向の断面を示す図であるとともに、高速回転時における一対の動翼の対向面とダンパ部材との接触状態を模式的に示す動翼体の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る動翼体の主要部を拡大した断面図であるとともに、ロータディスクが低速で回転しているときの一対の動翼の対向面とダンパ部材との接触状態を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る動翼体の主要部を拡大した断面図であるとともに、ロータディスクが高速で回転しているときの一対の動翼の対向面とダンパ部材との接触状態を模式的に示す図である。 図１４に示すダンパ部材を拡大した断面図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１を参照して、第１の実施形態の回転機械１０の概略構成について説明する。図１では、回転機械１０の一例として、ガスタービンを例に挙げて以下の説明を行う。また、図１では、軸線方向Ｄａに対してそれぞれ複数配置されたロータディスク３２，４７を簡略化した状態（互いに隣り合うロータディスク３２同士が分割されていない状態で、かつ互いに隣り合うロータディスク４７同士が分割されていない状態）で図示する。

図１において、Ａは外気（以下、「外気Ａ」という）、Ａｃｏｍは圧縮空気（以下、「圧縮空気Ａｃｏｍ」という）、Ａｒは主軸２０の軸線（以下、「軸線Ａｒ」という）、Ｄａは軸線方向（以下、「軸線方向Ｄａ」という）をそれぞれ示している。
また、図１において、Ｄａｕは軸線方向Ｄａの一方側である軸線方向上流側（以下、「軸線方向上流側Ｄａｕ」という）、Ｄａｄは軸線方向Ｄａの他方側である軸線方向下流側（以下、「軸線方向下流側Ｄａｄ」という）、Ｄｃは主軸２０及びロータディスク４７の周方向（以下、「周方向Ｄｃ」という）をそれぞれ示している。

さらに、図１において、Ｄｒは軸線Ａｒに対する径方向（以下、「径方向Ｄｒ」という）、Ｄｒｏは径方向Ｄｒにおいて軸線Ａｒから遠ざかる側である径方向外側（以下、「径方向外側Ｄｒｏ」という）、Ｄｒｉは径方向Ｄｒにおいて軸線Ａｒに近づく側である径方向内側（以下、「径方向内側Ｄｒｉ」という）をそれぞれ示している。

回転機械１０は、圧縮機１１と、タービン１３と、中間車室１５と、燃焼器１７と、排気室１９と、主軸２０と、を備える。

圧縮機１１は、外気Ａを圧縮して圧縮空気Ａｃｏｍを生成する。圧縮機１１は、圧縮機車室２１と、圧縮機ロータ２３と、を有する。

圧縮機車室２１は、筒状とされており、圧縮機ロータ２３を収容している。圧縮機車室２１の上流側には、圧縮機１１が外部から外気Ａを取り込むための空気取込口２１Ａが設けられている。
圧縮機車室２１の径方向内側Ｄｒｉには、複数の静翼群２５が固定されている。複数の静翼群２５は、軸線方向Ｄａに間隔を空けた状態で配列されている。複数の静翼群２５は、周方向Ｄｃに配列された複数の静翼２９で構成されている。

圧縮機ロータ２３は、軸線Ａｒ方向に延在し、かつ圧縮機車室２１内に収容された主軸２０の外側に配置されている。
圧縮機ロータ２３は、軸線Ａｒを中心として回転する。圧縮機ロータ２３は、複数のロータディスク３２と、複数の動翼列３４と、を有する。
ロータディスク３２は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延在している。ロータディスク３２は、軸線方向Ｄａに間隔を空けた状態で複数配列されている。動翼列３４は、ロータディスク３２の外周部に固定されている。
各動翼列３４は、いずれかの静翼群２５の軸線方向上流側Ｄａｕに配置されている。動翼列３４は、周方向Ｄｃに並んで配置された複数の動翼３６で構成されている。

次に、図１〜図５を参照して、タービン１３について説明する。図１〜図５において、同一構成部分には、同一符号を付す。

タービン１３は、圧縮機１１の軸線方向下流側Ｄａｄに配置されている。タービン１３は、主軸２０の外側に配置された複数の動翼体４０と、タービン車室４１と、静翼群４４と、を有する。

複数の動翼体４０は、軸線方向Ｄａ（図１参照）に対して間隔を空けて配置されている。動翼体４０は、タービンロータ３８を構成するロータディスク４７及び動翼列４９と、ダンパ部材４２と、を有する。
タービンロータ３８は、主軸２０の外側に設けられている。タービンロータ３８は、軸線方向Ｄａに対して間隔を空けて配列された複数のロータディスク４７と、各ロータディスク４７に設けられた動翼列４９と、を有する。タービンロータ３８は、軸線Ａｒを中心として主軸２０と一体に回転する。

ロータディスク４７は、主軸２０の外側に設けられている。ロータディスク４７は、主軸２０と一体に回転可能な構成とされている。

ロータディスク４７の外周部には、複数の嵌合溝４７Ａが形成されている。複数の嵌合溝４７Ａは、周方向Ｄｃに等間隔となるように放射状に形成されている。
複数の嵌合溝４７Ａは、動翼列４９を構成する動翼５１の翼根部５３と嵌合可能な形状とされている。嵌合溝４７Ａは、動翼５１を装着させるための溝である。
ロータディスク４７には、冷却空気が通る冷却空気通路（図示せず）が形成されている。冷却空気通路を通った冷却空気は、動翼５１内に導入されることで、動翼５１の冷却に利用される。

複数の動翼列４９は、各ロータディスク４７の外周部に設けられている。これにより、複数の動翼列４９は、軸線方向Ｄａに配列されている。
動翼列４９は、複数の動翼５１を有する。動翼５１は、翼根部５３と、翼部５４と、プラットホーム５２と、を有する。

翼根部５３は、プラットホーム５２の内側に設けられている。翼根部５３の断面形状は、クリスマスツリー形状とされている（図２参照）。翼根部５３は、ロータディスク４７の板厚方向からロータディスク４７に形成された嵌合溝４７Ａに嵌合されている。これにより、動翼５１は、ロータディスク４７に固定されている。

翼部５４は、プラットホーム５２の外側に設けられている。動翼列４９を構成する複数の動翼５１の翼部５４は、径方向外側Ｄｒｏに放射状に延びている。

プラットホーム５２は、翼根部５３と翼部５４とをつなぐ台座である。プラットホーム５２の形状は、湾曲したプレート形状とされている。

動翼列４９を構成する複数の動翼５１が嵌合溝４７Ａにそれぞれ嵌合された状態において、周方向Ｄｃにおいて互いに隣り合う位置に配置された２つの動翼５１（以下、「一対の動翼５１」という）のプラットホーム５２の間には、隙間Ｈが形成されている。
この隙間Ｈを介して、複数のプラットホーム５２の外側を流れる燃焼ガスＧ（図１参照）がロータディスク４７側に漏れ流れるとタービン効率が低下するため好ましくない。

プラットホーム５２は、隙間Ｈを区画する隙間形成面５２ａと、対向面５２ｂと、を有する。隙間形成面５２ａ及び対向面５２ｂは、周方向Ｄｃに配置されている。
対向面５２ｂは、隙間形成面５２ａと翼根部５３との間に配置されている。一対の動翼５１の対向面５２ｂは、動翼５１の翼部５４からロータディスク４７に向かうにつれて、一対の動翼５１のプラットホーム５２間に形成される空間を拡径する傾斜面とされている。

次に、図１、図２、及び図４〜図８を参照して、ダンパ部材４２について説明する。
図４において、Ｔはダンパ部材４２の頂点（以下、「頂点Ｔ」という）、Ｏは対称軸（以下、「対称軸Ｏ」という）、Ｖｐ１は対称軸Ｏを通過し、ダンパ部材４２を２等分する仮想平面（以下、「第１の仮想平面Ｖｐ１」という）をそれぞれ示している。
なお、対称軸Ｏは、ダンパ部材４２の中心位置を結んだ線でもある。

また、図４において、Ｖｐ２は頂点Ｔを通過するとともに、第１の仮想平面Ｖｐ１に対して直交する仮想平面（以下、「第２の仮想平面Ｖｐ２」という）、αは第１の傾斜部５６の接触面５６ａと第２の仮想平面Ｖｐ２とが成す傾斜角度（以下、「傾斜角度α」という）、βは第２の傾斜部５７の接触面５７ａと第２の仮想平面Ｖｐ２とが成す傾斜角度（以下、「傾斜角度β」という）をそれぞれ示している。
さらに、図４において、Ｗ１は第１の傾斜部５６の幅（以下、「幅Ｗ１」という）、Ｗ２は第２の傾斜部５７の幅（以下、「幅Ｗ２」という）をそれぞれ示している。図４において、図２に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。

図５において、図４に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。図６〜図８において、図２及び図４に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。

ダンパ部材４２は、一対の動翼５１の対向面５２ｂとロータディスク４７との間に設けられている。ダンパ部材４２は、対称軸Ｏを挟んで対称形状とされている。ダンパ部材４２は、一対の動翼５１の対向面５２ｂに沿う山型形状とされた板状ダンパである。
ダンパ部材４２は、一対の第１の傾斜部５６と、一対の第２の傾斜部５７と、を有する。つまり、ダンパ部材４２は、複数の傾斜部（第１の実施形態の場合、一対の第１及び第２の傾斜部５６，５７）で構成されている。

一対の第１の傾斜部５６は、対称軸Ｏを挟んで配置されるとともに、一体に構成されている。一対の第１の傾斜部５６は、ダンパ部材４２の中央部を構成している。一対の第１の傾斜部５６は、ロータディスク４７側に位置する隙間Ｈの開放端、及び一対の動翼５１の対向面５２ｂの一部と対向する接触面５６ａを有する。接触面５６ａは、第２の仮想平面Ｖｐ２に対して傾斜角度αで傾斜している。

一対の第１の傾斜部５６は、ロータディスク４７が回転している間、ロータディスク４７側に位置する隙間Ｈの開放端を塞ぐシール部材として機能する。これにより、隙間Ｈを介して、燃焼ガスがロータディスク４７側に漏れ流れることを抑制できる。

接触面５６ａは、ロータディスク４７が中速で回転した際、一対の動翼５１の対向面５２ｂの一部と接触する（図７参照）。
また、接触面５６ａは、ロータディスク４７が高速（第２の回転数の一例）で回転した際、隙間形成面５２ａと対向面５２ｂとの間に形成された角部と接触する（図８参照）。

なお、一対の動翼５１のプラットホーム５２のうち、一方のプラットホーム５２の隙間形成面５２ａと対向面５２ｂとの間に形成された角部と接触面５６ａとを固定させてもよい。つまり、一対の動翼５１のプラットホーム５２のうち、ロータディスク４７の回転数が高いときにダンパ部材４２と接触する一方のプラットホーム５２の接触部分とダンパ部材４２とを固定させてもよい。

このように、一方のプラットホーム５２の隙間形成面５２ａと対向面５２ｂとの間に形成された角部と接触面５６ａとを固定させることで、一対の動翼５１の対向面５２ｂに対するダンパ部材４２の姿勢を保つことが可能となる。
これにより、一対の動翼５１の対向面５２ｂとダンパ部材４２とを適切な状態で接触（具体的には、対向面５２ｂと接触面５６ａまたは接触面５７ａとを接触）させることができる。

一対の第２の傾斜部５７は、一対の第１の傾斜部５６を挟み込むように、一対の第１の傾斜部５６の両側に設けられている。一対の第２の傾斜部５７は、ダンパ部材４２の外部を構成している。一対の第２の傾斜部５７は、一対の第１の傾斜部５６と一体に形成されている。第２の傾斜部５７の幅Ｗ２は、第１の傾斜部５６の幅Ｗ１よりも大きくなるように構成されている。

一対の第２の傾斜部５７は、対向面５２ｂと対向する接触面５７ａを有する。接触面５７ａは、第２の仮想平面Ｖｐ２に対して傾斜角度βで傾斜している。傾斜角度βは、傾斜角度αよりも大きくなるように設定されている。

このように、傾斜角度αとされた一対の第１の傾斜部５６の外側に、傾斜角度αよりも大きい傾斜角度βで傾斜する一対の第２の傾斜部５７を有することで、ロータディスク４７が低速で回転した際、一対の動翼５１の対向面５２ｂと接触面５６ａとが離れた状態で、一対の動翼５１の対向面５２ｂと接触面５７ａ全体とを接触させることが可能となる（図６参照）。
これにより、ロータディスク４７の回転数が低いとき（第１の回転数の一例）に共振が発生する場合において、動翼５１に発生する振動を適正に抑制することができる。

なお、ロータディスク４７の低速回転時に一対の動翼５１の対向面５２ｂと接触面５７ａ全体とが接触した際の接触面積は、ロータディスク４７の中速回転時において、一対の動翼５１の対向面５２ｂと接触面５６ａの一部とが接触した際の接触面積よりも大きい。
このため、対向面５２ｂと接触面５７ａとの間に発生する摩擦抵抗は、対向面５２ｂと接触面５６ａとの間に発生する摩擦抵抗よりも大きい。

上述したように、ダンパ部材４２は、ロータディスク４７の回転数が低いときに一対の動翼５１のプラットホーム５２の対向面５２ｂとの接触面積を増加させ、ロータディスクの回転数が高くなるにつれて対向面５２ｂとの接触面積を減少させる。

図１を参照するに、タービン車室４１は、筒状とされており、タービンロータ３８を覆っている。タービン車室４１の径方向内側Ｄｒｉには、複数の静翼群４４が固定されている。複数の静翼群４４は、軸線方向Ｄａに間隔を空けた状態で配列されている。各静翼群４４は、周方向Ｄｃに配列された複数の静翼４５で構成されている。

タービン車室４１には、冷却空気が通る冷却空気通路が形成されている。上記冷却空気通路を通った冷却空気は、静翼４５内に導入されて、静翼４５の冷却に利用される。

なお、静翼群４４の構成によっては、中間車室１５内の空気を冷却空気として、車室の冷却空気通路を経ずに、静翼群４４を構成する静翼４５に供給される場合もある。

ロータディスク４７の径方向外側Ｄｒｏとタービン車室４１の径方向内側Ｄｒｉとの間には、環状空間とされた燃焼ガス流路５０が形成されている。燃焼ガス流路５０には、燃焼器１７で生成された高温の燃焼ガスＧが供給される。

中間車室１５は、軸線方向Ｄａにおいて圧縮機車室２１とタービン車室４１との間に配置されている。中間車室１５内には、圧縮機１１により圧縮された外気Ａである圧縮空気Ａｃｏｍが導入される。

燃焼器１７は、中間車室１５に固定されている。燃焼器１７には、燃焼器１７に燃料Ｆを供給する燃料ライン５５が接続されている。燃料ライン５５には、燃料流量を調節する燃料調節弁５９が設けられている。燃焼器１７は、燃料供給源からの燃料Ｆを圧縮空気Ａｃｏｍ中で燃焼させることで、高温の燃焼ガスＧを生成する。

排気室１９は、タービン車室４１の軸線方向下流側Ｄａｄに配置されている。
圧縮機車室２１、中間車室１５、タービン車室４１及び排気室１９は、互いに連結されることで、ガスタービン車室５８を構成している。

第１の実施形態の動翼体４０によれば、ロータディスク４７の回転数が低いときに、一対の動翼５１の対向面５２ｂとの接触面積を増加させるダンパ部材４２を有することで、ロータディスク４７の回転数が低いときに共振が発生する場合において、動翼５１に発生する振動を適正に抑制することができる。

また、ダンパ部材４２がロータディスク４７の回転数が高くなるにつれて、一対の動翼５１の対向面５２ｂとの接触面積を減少させることで、第２の回転数における一対の動翼５１の対向面５２ｂとダンパ部材４２との間に発生する摩擦抵抗を小さくするが可能となる。これにより、振動数及び減衰のばらつきを小さくすることができる。

また、上記構成とされた動翼体４０を有する回転機械１０は、共振が発生する低速回転（第１の回転数の一例）時において、動翼５１に発生する振動を適正に抑制することができる。

なお、第１の実施形態では、一例として、一対の第１及び第２の傾斜部５６，５７（つまり、２種類の傾斜部）を用いてダンパ部材４２を構成した場合を例に挙げて説明したが、例えば、第２の傾斜部５７の外側に、さらに傾斜角度βよりも傾斜した接触面を有する傾斜部を設けてもよい。

つまり、ダンパ部材４２は、ダンパ部材４２の中心位置から外側に向かうにつれて幅が広くなる２種類以上の傾斜部で構成し、かつ複数の傾斜部の傾斜角度が中心位置から外側に向かうにつれて大きくなるように構成してもよい。
このような構成とすることで、ロータディスク４７の回転数がかなり低速なときに共振点が存在する場合でも共振点での接触抵抗を大きくすることが可能となるので、動翼５１に発生する振動を適正に抑制することができる。

次に、図９を参照して、本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る動翼体６０について説明する。図９において、図６に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。

動翼体６０は、支持部材６１を有すること以外は、第１の実施形態で説明した動翼体４０（図６参照）と同様に構成されている。
支持部材６１は、ロータディスク４７が回転していない状態において、ダンパ部材４２を支持する部材である。支持部材６１は、一端６１Ａが一方の対向面５２ｂに固定されている。支持部材６１の他端６１Ｂは、他方の対向面５２ｂに固定されていない。

支持部材６１は、ダンパ部材４２の面４２ａ（接触面５６ａ，５７ａの反対側に配置された面）と対向するように配置されている。
支持部材６１は、ダンパ部材４２の面４２ａと対向するとともに、面４２ａの形状に沿う形状とされた支持面６１ａを有する。

第１の実施形態の第１変形例に係る動翼体６０によれば、上記構成とされた支持部材６１を有することで、ロータディスク４７が回転していない状態において、ダンパ部材４２の接触面５６ａ，５７ａと一対の動翼５１の対向面５２ｂとを対向させることが可能となる。
これにより、共振が発生するロータディスク４７の低速回転時において、一対の動翼５１の対向面５２ｂとダンパ部材４２の接触面５７ａとを適切な状態で接触させて、大きな摩擦抵抗を発生させることで、動翼５１に発生する振動を適正に抑制することができる。
また、共振が発生しない回転数において、一対の動翼５１の対向面５２ｂとダンパ部材４２との間の面積を減少させることで、動翼５１の振動数及び減衰のばらつきを小さくすることができる。

次に、図１０を参照して、本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る動翼体６５について説明する。図１０において、図６に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。

動翼体６５は、支持部材６６を有すること以外は、第１の実施形態で説明した動翼体４０（図４及び図５参照）と同様に構成されている。
支持部材６６は、ロータディスク４７が回転していない状態において、ダンパ部材４２を支持する部材である。支持部材６６は、一端６６Ａが一方の対向面５２ｂに固定されている。支持部材６１の他端６６Ｂは、他方の対向面５２ｂに固定されていない。

支持部材６６は、ダンパ部材４２の面４２ａと対向する支持面６６ａを有する。支持面６６ａは、平面とされている。支持面６６ａは、ロータディスク４７が回転してない状態において、ダンパ部材４２の面４２ａ側を支持する。

第１の実施形態の第２変形例に係る動翼体６５によれば、一対の動翼５１の対向面５２ｂのうち、一方の対向面５２ｂに一端６６Ａが固定され、ダンパ部材４２の姿勢を保つ支持部材６６を有することで、ロータディスク４７が回転していない状態において、一対の動翼５１の対向面５２ｂとダンパ部材４２とが大きく離れることを抑制できる。

また、ロータディスク４７が回転していない状態において、ダンパ部材４２の接触面５６ａ，５７ａと一対の動翼５１の対向面５２ｂとを対向させることが可能となる。
これにより、共振が発生するロータディスク４７の低速回転時において、一対の動翼５１の対向面５２ｂとダンパ部材４２の接触面５７ａとを適切な状態で接触させて、大きな摩擦抵抗を発生させることで、動翼５１に発生する振動を適正に抑制することができる。
また、共振が発生しない回転数において、一対の動翼５１の対向面５２ｂとダンパ部材４２との間の面積を減少させることで、動翼５１の振動数及び減衰のばらつきを小さくすることができる。

次に、図１１〜図１３を参照して、第１の実施形態の第３変形例に係る動翼体７０について説明する。図１２及び図１３において、図４〜図６及び図１１に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。図１２及び図１３では、説明の便宜上、一対の動翼５１の一部を図示する。

第１の実施形態の第３変形例に係る動翼体７０は、第１の実施形態の動翼体４０（図６参照）を構成するダンパ部材４２に替えて、ダンパ部材７１を有すること以外は、動翼体４０と同様に構成されている。

ダンパ部材７１は、ダンパ部材本体７２と、複数の接触部７３，７５と、ダンパ部材本体７２及び複数の接触部７３，７５から構成された一対の第１及び第２の傾斜部７７，７８と、を有する。

ダンパ部材本体７２は、一対の動翼５１の対向面５２ｂに沿う山型形状とされた板状の部材である。ダンパ部材本体７２は、一対の動翼５１の対向面５２ｂと対向する面７２ａと、面７２ａの反対側に配置された面７２ｂと、を有する。
ダンパ部材本体７２は、一対の第１の傾斜部７７の一部を構成する中央部と、該中央部の外側に配置され、一対の第２の傾斜部７８の一部を構成する外部と、を有する。

ダンパ部材本体７２の中央部を構成する面７２ａは、第２の仮想平面Ｖｐ２に対して傾斜角度αで傾斜している。
ダンパ部材本体７２の外部を構成する面７２ａは、第２の仮想平面Ｖｐ２に対して傾斜角度αよりも大きい傾斜角度βで傾斜している。
つまり、ダンパ部材本体７２は、先に説明した第１の実施形態のダンパ部材４２（図４参照）と同様な形状とされている。

複数の接触部７３は、ダンパ部材本体７２の中央部を構成する面７２ａに設けられている。複数の接触部７３は、面７２ａから対向面５２ｂに向かう方向に突出している。
複数の接触部７３は、互いに間隔を空けた状態で軸線方向Ｄａに配置されている。複数の接触部７３は、ダンパ部材本体７２と一体に形成されている。

複数の接触部７３は、ロータディスク４７（図２参照）が中速で回転した際に一対の動翼５１の対向面５２ｂと接触する接触面７３ａを有する。接触面７３ａは、第２の仮想平面Ｖｐ２に対して傾斜角度αで傾斜している。

複数の接触部７５は、ダンパ部材本体７２の外部を構成する面７２ａに設けられている。複数の接触部７５は、間隔を空けた状態で軸線方向Ｄａに配置されている。複数の接触部７５は、ダンパ部材本体７２と一体に形成されている。
複数の接触部７５は、ロータディスク４７（図２参照）が低速で回転した際に一対の動翼５１の対向面５２ｂと接触する接触面７５ａを有する。接触面７５ａは、第２の仮想平面Ｖｐ２に対して傾斜角度αよりも大きい傾斜角度βで傾斜している。

一対の第１の傾斜部７７は、ダンパ部材７１の中央部を構成している。一対の第１の傾斜部７７は、ダンパ部材７１の中央部に配置されたダンパ部材本体７２と、複数の接触部７３と、を有した構成とされている。

一対の第２の傾斜部７８は、一対の第１の傾斜部７７の外側に配置されている。一対の第２の傾斜部７８は、ダンパ部材７１の外部を構成している。
一対の第２の傾斜部７８は、ダンパ部材７１の外部を構成するダンパ部材本体７２と、複数の接触部７５と、を有した構成とされている。

第１の実施形態の第３変形例に係る動翼体７０によれば、軸線方向Ｄａに間隔を空けて複数配置された接触部７３を含む一対の第１の傾斜部７７と、軸線方向Ｄａに間隔を空けて複数配置された接触部７５を含み、一対の第１の傾斜部７７の外側に配置された一対の第２の傾斜部７８と、有することで、第１の傾斜部７７と一対の動翼５１の対向面５２ｂとの接触面積と、第２の傾斜部７８と一対の動翼５１の対向面５２ｂとの接触面積と、を異ならせることが可能となる。
これにより、回転数に応じて、一対の動翼５１の対向面５２ｂとダンパ部材７１とが接触した際に発生する摩擦抵抗を調節することができる。

なお、動翼体７０に、先に説明した支持部材６１（図９参照）または支持部材６６（図１０参照）を設けてもよい。

（第２の実施形態）
図１４〜図１６を参照して、本発明の第２の実施形態に係る動翼体８０について説明する。図１４及び図１５において、図６に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。図１４〜図１６において、同一構成部分には、同一符号を付す。

動翼体８０は、第１の実施形態の動翼体４０を構成するダンパ部材４２に替えて、ダンパ部材８１を有すること以外は、動翼体４０と同様に構成される。

ダンパ部材８１は、山型部８２と、折れ曲がり部８３，８４と、を有する。
山型部８２は、一対の動翼５１の対向面５２ｂに沿う山型形状とされている。山型部８２は、ダンパ部材８１の中央部を構成している。山型部８２の中央部は、隙間Ｈと対向している。山型部８２の外部は、対向面５２ｂと対向している。
山型部８２は、ロータディスク４７（図２参照）の回転数が高い（第１の回転数の一例）ときに一対の動翼５１の対向面５２ｂと接触する接触面８２ａを有する。

折れ曲がり部８３，８４は、山型部８２を両側から挟み込むように、ロータディスク４７の周方向に位置する山型部８２の両端に設けられている。折れ曲がり部８３は、ロータディスク４７の回転により、一方の動翼５１の対向面５２ｂと接触する端面８３ａを有する。
折れ曲がり部８４は、ロータディスク４７の回転により、他方の動翼５１の対向面５２ｂと接触する端面８４ａを有する。
端面８３ａ，８４ａは、山型部８２の接触面８２ａよりも対向面５２ｂ側に突出した状態で配置されている。

これにより、端面８３ａ，８４ａは、ロータディスク４７の回転数が低い（第２の回転数の一例）段階で対向面５２ｂと接触する（図１４参照）。そして、ロータディスク４７の回転数が低速から高速に変化する間も対向面５２ｂと接触した状態を維持する（図１５参照）。
端面８３ａ，８４ａの面積は、先に説明した接触面８２ａの面積よりもかなり小さい。このため、端面８３ａ，８４ａと対向面５２ｂとが接触した状態で発生する摩擦抵抗は、接触面８２ａと対向面５２ｂとが接触した状態で発生する摩擦抵抗よりも非常に小さい。

上記構成とされた折れ曲がり部８３，８４は、第２の回転数の一例である低速回転時において、山型部８２の接触面８２ａが対向面５２ｂと接触することを抑制するための接触抑制部材として機能する。
このため、山型部８２の接触面８２ａは、ロータディスク４７が高速で回転（第１の回転数の一例）した際（遠心力が大きくなった際）に、一対の動翼５１の対向面５２ｂと接触し、対向面５２ｂとの間に大きな摩擦抵抗を発生させる（図１５参照）。

つまり、ダンパ部材８１は、ロータディスク４７（図２参照）の回転数が高いときに、一対の動翼５１の対向面５２ｂとの接触面積を増加させ、ロータディスク４７の回転数が低くなるにつれて、一対の動翼５１の対向面５２ｂとの接触面積を減少させる。

このように、ロータディスク４７の回転数が高いときに、一対の動翼５１の対向面５２ｂとの接触面積を増加させるダンパ部材８１を有することで、ロータディスク４７の回転数が高いときに共振が発生する場合において、動翼５１に発生する振動を適正に抑制することができる。

また、ダンパ部材８１がロータディスク４７の回転数が低くなるにつれて（共振が発生する回転数から外れるにつれて）、一対の動翼５１の対向面５２ｂとの接触面積を減少させることで、定格回転数において、一対の動翼５１の対向面５２ｂとダンパ部材８１との間に発生する摩擦抵抗を小さくすることが可能となる。これにより、振動数及び減衰のばらつきを小さくすることができる。

第２の実施形態の動翼体８０によれば、ロータディスク４７の回転数が高いときに一対の動翼５１の対向面５２ｂと接触する山型部８２と、ロータディスク４７の回転数が低い段階で一対の動翼５１の対向面５２ｂと接触する端面８３ａ，８４ａを含む折れ曲がり部８３，８４と、を有することで、ロータディスク４７の回転数が高いときに共振が発生する場合において、一対の動翼５１の対向面５２ｂとダンパ部材８１との接触面積を大きくすることが可能となる。
これにより、ロータディスク４７の回転数が高いときに、一対の動翼５１の対向面５２ｂと山型部８２との間に大きな摩擦抵抗を発生させることが可能となるので、動翼に発生する振動を適正に抑制することができる。
また、定格回転時において、一対の動翼５１の対向面５２ｂとダンパ部材８１との間の面積を減少させて、定格運転時での振動数及び減衰のばらつきを小さくすることができる。

なお、第２の実施形態の動翼体８０において、山型部８２に設けられた折れ曲がり部８３，８４のうち、一方の折れ曲がり部８３の端面８３ａと対向面５２ｂとを固定させてもよい。
このように、折れ曲がり部８３の端面８３ａと対向面５２ｂとを固定させることで、一対の動翼５１の対向面５２ｂに対するダンパ部材８１の姿勢を保つことが可能となる。これにより、一対の動翼５１の対向面５２ｂとダンパ部材８１とを適切な状態で接触させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０…回転機械
１１…圧縮機
１３…タービン
１５…中間車室
１７…燃焼器
１９…排気室
２０…主軸
２１…圧縮機車室
２１Ａ…空気取込口
２３…圧縮機ロータ
２５，４４…静翼群
２９，４５…静翼
３２，４７…ロータディスク
３４，４９…動翼列
３６，５１…動翼
３８…タービンロータ
４０，６０，６５，７０，８０…動翼体
４１…タービン車室
４２，７１，８１…ダンパ部材
４２ａ，７２ａ，７２ｂ…面
４７Ａ…嵌合溝
５０…燃焼ガス流路
５２…プラットホーム
５２ａ…隙間形成面
５２ｂ…対向面
５３…翼根部
５４…翼部
５５…燃料ライン
５６，７７…第１の傾斜部
５６ａ，５７ａ，７３ａ，７５ａ，８２ａ…接触面
５７，７８…第２の傾斜部
５９…燃料調節弁
６１，６６…支持部材
６１ａ，６６ａ…支持面
６１Ａ，６６Ａ…一端
６１Ｂ，６６Ｂ…他端
７２…ダンパ部材本体
７３，７５…接触部
８２…山型部
８３，８４…折れ曲がり部
８３ａ，８４ａ…端面
Ａ…外気
Ａｃｏｍ…圧縮空気
Ａｒ…軸線
Ｃ…領域
Ｄａ…軸線方向
Ｄａｕ…軸線方向上流側
Ｄａｄ…軸線方向下流側
Ｄｃ…周方向
Ｄｒ…径方向
Ｄｒｏ…径方向外側
Ｄｒｉ…径方向内側
Ｆ…燃料
Ｇ…燃焼ガス
Ｈ…隙間
Ｏ…対象軸
Ｔ…頂点
Ｖｐ１…第１の仮想平面
Ｖｐ２…第２の仮想平面
Ｗ１，Ｗ２…幅
α，β…傾斜角度

Claims (9)

1. 主軸と一体に回転可能なロータディスクと、
   前記ロータディスクに装着されるとともに、該ロータディスクの外周部から放射状に延びる複数の動翼と、
   前記ロータディスクの周方向において、互いに隣り合う位置に配置された一対の動翼のプラットホームの対向面と接触するダンパ部材と、
   を備え、
   前記ダンパ部材は、前記ロータディスクが回転した際に前記一対の動翼のプラットホーム間に形成された隙間を塞ぎ、前記ロータディスクの回転数に応じて、前記一対の動翼のプラットホームの対向面との接触面積を変化させる動翼体。
2. 前記ダンパ部材は、前記ロータディスクの回転数が第１の回転数のときに、前記一対の動翼のプラットホームの対向面との接触面積を増加させ、前記ロータディスクの回転数が前記第１の回転数とは異なる第２の回転数のときに、前記一対の動翼のプラットホームの対向面との接触面積を減少させる請求項１記載の動翼体。
3. 前記一対の動翼の対向面は、該動翼の翼部から前記ロータディスクに向かうにつれて、前記一対の動翼のプラットホーム間に形成される空間を拡径する傾斜面とされており、
   前記ダンパ部材は、前記一対の動翼の前記対向面に沿う山型形状とされた板状ダンパであるとともに、該ダンパ部材の中心位置から外側に向かうにつれて幅が広くなる複数の傾斜部を有し、
   前記複数の傾斜部の傾斜角度は、前記ダンパ部材の中心位置から外側に向かうにつれて大きくなる請求項２記載の動翼体。
4. 前記複数の傾斜部は、前記主軸が延びる方向に配置された複数の接触部をそれぞれ有しており、
   前記複数の接触部は、前記一対の動翼の対向面と接触する接触面を有する請求項３記載の動翼体。
5. 前記一対の動翼のプラットホームのうち、前記ロータディスクの回転数が高いときに前記ダンパ部材と接触する一方の前記プラットホームの接触部分に、前記ダンパ部材を固定させる請求項１から４のうち、いずれか一項記載の動翼体。
6. 前記一対の動翼の対向面は、該一対の動翼の翼部から前記ロータディスクに向かうにつれて、前記一対の動翼のプラットホームに形成される空間を拡径する傾斜面とされており、
   前記ダンパ部材は、前記一対の動翼の対向面に沿う山型形状とされ、前記ロータディスクの回転数が高いときに前記一対の動翼の対向面と接触する山型部と、
   前記周方向における前記山型部の両端に設けられ、前記ロータディスクの回転数が低い段階で前記一対の動翼の対向面と接触する端面を含む折れ曲がり部と、
   を有する請求項１記載の動翼体。
7. 前記山型部の両端に設けられた前記折れ曲がり部のうち、一方の前記折れ曲がり部の端面と前記プラットホームとを固定させる請求項６記載の動翼体。
8. 前記一対の動翼の前記対向面のうち、一方の前記対向面に一端が固定され、前記ダンパ部材の姿勢を保つ支持部材を有する請求項１から７のうち、いずれか一項記載の動翼体。
9. 請求項１から８のうち、いずれか一項記載の動翼体を有する回転機械。

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