JP2020139477A - 回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ダンパピンの摩耗の進行を抑制することができる回転機械を提供する。【解決手段】プラットフォームは、軸線方向に延びる平面状をなすとともに、隣り合うプラットフォーム同士で互いに周方向に対向して、径方向外側に向かうに従って対向するプラットフォームに近接するように延びるダンパ当接面を有し、ダンパピンは、軸線方向に延びて、回転軸の回転に伴う遠心力の作用により重心が移動する。ダンパピンとダンパ当接面の接触面積を段階的に増加させることができ、摩擦減衰が必要な領域まで、ダンパピンの摩耗を抑制することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、回転機械に関する。

ガスタービンやジェットエンジン等の回転機械では、隣り合うタービン動翼の間のそれぞれにダンパを設けた構成が知られている。ダンパは、回転機械の回転時にタービン動翼に接触する。そして、タービン動翼に励振力が作用して振動が生じた際には、該ダンパとタービン動翼との接触箇所での摩擦力によって当該振動を減衰させる。
例えば特許文献１には、隣り合うタービン動翼のプラットフォームに接触するダンパピンを備えた回転機械が開示されている。

特開２０１６−２１７３４９号公報

ところで、上記ダンパピンには、プラットフォームとの間の摩擦力によって摩耗が生じる。特に、ダンパピンの断面形状が円形の場合には、ダンパピンとプラットフォームとは線接触することになるため、ダンパピンが受ける面圧が大きくなる。そのため、ダンパピン表面の摩耗がより進行し易い。ダンパピンの摩耗が進行すれば、該ダンパピンの減衰特性が変化してしまい、励振力に対して適切なダンパ効果を付与できない場合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、ダンパピンの摩耗の進行を抑制することができる回転機械を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、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回転機械は、軸線周りに回転する回転軸と、前記回転軸の外周側で周方向に配列された複数の動翼であって、前記回転軸に取り付けられる翼根、該翼根の径方向外側に設けられたプラットフォーム、及び該プラットフォームから径方向外側に延びる翼本体を有する動翼と、互いに隣り合う前記動翼の間における前記プラットフォームの径方向内側に設けられたダンパピンと、を備え、前記プラットフォームは、前記軸線方向に延びる平面状をなすとともに、隣り合う前記プラットフォーム同士で互いに周方向に対向して、径方向外側に向かうに従って対向する前記プラットフォームに近接するように延びるダンパ当接面を有し、前記ダンパピンは、前記軸線方向に延びて、前記回転軸の回転に伴う遠心力の作用により重心が移動する。

上記態様の回転機械によれば、ダンパピンに作用する遠心力によって、重心が移動することにより、ダンパピンとダンパ当接面の接触面積を段階的に増加させることができ、摩擦減衰が必要な領域まで、ダンパピンの摩耗を抑制することができる。また、遠心力が大きくなった時、ダンパピンとダンパ当接面の接触面積が大きくなることで、ダンパピンとダンパ当接面の接触が線接触から面接触に変化し、面圧を低下させることができ、ダンパピンの摩耗を抑制することができる。

本発明の第二態様によれば、第一態様に係る回転機械の前記ダンパピンは、板材であり断面が渦巻き状の弾性部材を有し、前記弾性部材は、中心に向かうにつれて板厚が増してもよい。この構成により、重心位置である弾性部材の中心に遠心力が作用する。この時、遠心力の作用に伴い、重心位置である渦巻きの中心が径方向外側に変位することで、弾性部材の変形量が大きくなるため、ダンパピンの外周面とダンパ当接面が面接触するようになり、弾性部材の外周面に作用する面圧を低下させることができる。これにより、ダンパピンの摩耗が早期に進行してしまうことを抑制できる。

また、弾性部材を渦巻き状に形成することで、弾性部材に遠心力が作用した際に、弾性部材の内部で弾性部材同士が接触し、摩擦が発生する。これにより、振動減衰効果が得られるので、弾性部材の外周面に摩耗が生じるのを抑制することができる。

本発明の第三態様によれば、第一態様に係る前記ダンパピンは、板材であり断面が渦巻き状の弾性部材と、前記弾性部材の中心に取り付けられた芯部材と、を有していても良い。この構成により、重心位置である芯部材に遠心力が作用することにより、芯部材が径方向外側に変位するとともに弾性部材が弾性変形して、ダンパ当接面とダンパピンの接触が線接触から面接触となり、弾性部材の外周面に作用する面圧を低下させることができる。これにより、ダンパピンの摩耗が早期に進行してしまうことを抑制できる。

また、弾性部材を渦巻き状に形成することで、ダンパピンの内部で弾性部材同士あるいは芯部材と弾性部材が接触して摩擦が発生する。これにより、振動減衰効果が得られるので、弾性部材の外周面に摩耗が生じることを抑制することができる。

さらに、重心位置である芯部材に遠心力が作用して、芯部材が径方向外側に移動することで、ダンパピンの内部では、接触面積の大きい外周側から接触するようになる。したがって、ダンパピンの内部で生じる摩擦による振動減衰効果を段階的に増やすことができるため、ダンパピンの内部での摩擦による振動減衰が必要となるまで、弾性部材及び芯部材の摩耗を抑制することができる。そのうえ、芯部材の重量を変化させることでダンパピンの特性を変化させることができるため、動翼の振動特性に合わせてダンパピンを構成することが可能である。

本発明の第四態様によれば、第二態様または第三態様に係る前記弾性部材は、外周側の端部が折り曲げられることにより、前記外周側の端部が前記弾性部材の内周側と接触していてもよい。

この構成により、弾性部材が周方向に変形した際に、外周側の端部と内側の弾性部材との間で摩擦が発生し、振動減衰効果を得ることができ、弾性部材の外周面の摩耗の抑制を促進することができる。また、ダンパピンの中心に遠心力が作用し、ダンパピンが弾性変形して、ダンパ当接面とダンパピンの接触が線接触から面接触へと変わる。これより、動翼とダンパピンの接触面積が増加するため、面圧が低下し、ダンパピンの摩耗を抑制することができる。

さらに、重心位置である芯部材に遠心力が作用して、芯部材が径方向外側に移動することで、ダンパピンの内部では、接触面積の大きい外周側から接触するようになる。したがって、ダンパピンの内部で生じる摩擦による振動減衰効果を段階的に増やすことができるため、ダンパピンの内部での摩擦による振動減衰が必要となるまで、弾性部材及び芯部材の摩耗を抑制することができる。そのうえ、芯部材の重量を変化させることでダンパピンの特性を変化させることができるため、動翼の振動特性に合わせてダンパピンを構成することが可能である。

本発明の第五態様によれば、第二態様または第三態様に係る前記ダンパピンは、前記弾性部材の外周に設けられる中空の円柱部材をさらに有していても良い。この構成により、弾性部材の外周に円柱部材を設けることで、弾性部材の変形量や、ダンパ当接面との接触角の変化によるダンパピンの外周面とダンパ当接面との間の摩擦による振動減衰効果がばらつくことが抑制され、安定した振動減衰性能を発揮することができる。

さらに、弾性部材を渦巻き状に形成することで、ダンパピンの内部で弾性部材同士あるいは芯部材と弾性部材が接触して摩擦が発生する。これにより、振動減衰効果を得ることができる。

さらに、重心位置である芯部材に遠心力が作用して、芯部材が径方向外側に移動することで、ダンパピンの内部では、接触面積の大きい外周側から接触するようになる。したがって、ダンパピンの内部で生じる摩擦による振動減衰効果を段階的に増やすことができるため、ダンパピンの内部での摩擦による振動減衰が必要となるまで、弾性部材及び芯部材の摩耗を抑制することができる。そのうえ、芯部材の重量を変化させることでダンパピンの特性を変化させることができるため、動翼の振動特性に合わせてダンパピンを構成することが可能である。

本発明の第六態様によれば、第五態様に係る前記円柱部材の内部には、複数の前記ダンパピンが配置されていても良い。この構成により、円柱部材に挿入された複数組の弾性部材と芯部材の性能を平均化することができ、振動減衰性能を安定化させることができる。また、弾性部材と芯部材の設計を変えることなく、円柱部材の内部に挿入する弾性部材、芯部材の数を変化させることで、ダンパピンの振動減衰特性を変化させることができる。

また、弾性部材の外周に円柱部材を設けることで、弾性部材の変形量や、ダンパ当接面との接触角の変化によるダンパピンの外周面とダンパ当接面との間の摩擦による振動減衰効果がばらつくことが抑制され、安定した振動減衰性能を発揮することができる。

さらに、弾性部材を渦巻き状に形成することで、ダンパピンの内部で弾性部材同士あるいは芯部材と弾性部材が接触して摩擦が発生する。これにより、振動減衰効果を得ることができる。

さらに、個々の組の重心位置である芯部材に遠心力が作用して、芯部材が径方向外側に移動することで、ダンパピンの内部では、接触面積の大きい外周側から接触するようになる。したがって、ダンパピンの内部で生じる摩擦による振動減衰効果を段階的に増やすことができるため、ダンパピンの内部での摩擦による振動減衰が必要となるまで、弾性部材及び芯部材の摩耗を抑制することができる。そのうえ、挿入する芯部材の重量を調整することで、ダンパピンの振動減衰特性を調整することができる。

本発明の第七態様によれば、回転機械は、軸線周りに回転する回転軸と、前記回転軸の外周側で周方向に配列された複数の動翼であって、前記回転軸に取り付けられる翼根、該翼根の径方向外側に設けられたプラットフォーム、及び該プラットフォームから径方向外側に延びる翼本体を有する動翼と、互いに隣り合う前記動翼の間における前記プラットフォームの径方向内側にそれぞれ設けられた複数のダンパピンと、を備え、前記プラットフォームは、前記軸線方向に延びる平面状をなすとともに、隣り合う前記プラットフォーム同士で互いに周方向に対向して、径方向外側に向かうに従って対向する前記プラットフォームに近接するように延びるダンパ当接面を有し、複数の前記ダンパピンのうち、少なくとも一つの前記ダンパピンとダンパ当接面との当接する角度が、他の前記ダンパピンと異なる。

この構成により、動翼の固有振動数が周方向に不均一となる。これより、動翼を備えた回転機械の起動中や高負荷運転時に起こるフラッタと呼ばれる振動現象に対して、所謂ミスチューン構造とすることができ、タービン動翼の幅広い範囲の励振力に対して振動減衰を効果的に発揮できる。したがって、ダンパピンとダンパ当接面の間の摩擦のみによらずタービン動翼の振動減衰効果を向上させることができるので、ダンパピンの摩耗を抑制することができる。

本発明の第八の態様によれば、第七態様に係る複数の複数の前記ダンパピンの少なくとも一つが、前記周方向に異なる寸法に形成されていても良い。この構成により、異なる寸法のダンパピンが当接する動翼の固有振動数が異なるようになるため、動翼の固有振動数が周方向に不均一となる。これより、動翼を備えた回転機械の起動中や高負荷運転時に起こるフラッタと呼ばれる振動現象に対して、所謂ミスチューン構造とすることができ、動翼の幅広い範囲の励振力に対して振動減衰を効果的に発揮できる。したがって、ダンパピンとダンパ当接面の間の摩擦のみによらず動翼の振動減衰効果を向上させることができるので、ダンパピンの摩耗を抑制することができる。

本発明の第九態様によれば、第七態様または第八態様に係る回転機械の複数の前記ダンパ当接面のうち、少なくとも一つの傾斜角が異なっていても良い。この構成により、異なる傾斜角を有するダンパ当接面にダンパピンが接触すると、動翼の固有振動数が周方向に不均一となる。これより、フラッタと呼ばれる振動現象に対して、所謂ミスチューン構造とすることができ、動翼の幅広い範囲の励振力に対して振動減衰を効果的に発揮できる。したがって、ダンパピンとダンパ当接面の間の摩擦のみによらず動翼の振動減衰効果を向上させることができるので、ダンパピンの摩耗を抑制することができる。

本発明の回転機械によれば、ダンパピンの摩耗の進行を抑制することができる回転機械を提供することができる。

第一実施形態に係るガスタービンの模式的な縦断面図である。 第一実施形態に係るガスタービンの動翼群を軸線方向から見た模式的な図である。 図２の要部拡大図であって、第一実施形態に係るガスタービンの互いに隣り合うプラットフォームを軸線方向から見た図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は異なる遠心力が作用する時の第一実施形態に係るダンパピンの状態を示す図である。 第二実施形態に係るガスタービンの互いに隣り合うプラットフォームを軸線方向からみた図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は異なる遠心力が作用する時の第二実施形態に係るダンパピンの状態を示す図である。 第二実施形態の変形例に係るダンパピンを軸線方向からみた図である。 第三実施形態に係るダンパピンを軸線方向からみた図である。 第四実施形態に係るダンパピンを軸線方向からみた図である。 第五実施形態に係るガスタービンの互いに隣り合うプラットフォームを軸線方向からみた図であって、（ａ），（ｂ）は異なる直径のダンパピンがプラットフォームに当接している状態を示す図である。 第六実施形態に係るガスタービンの互いに隣り合うプラットフォームを軸線方向からみた図であって、（ａ），（ｂ）は異なる傾斜角のダンパ当接面にダンパピンが当接している状態を示す図である。

〈第一実施形態〉
以下、本発明の第一実施形態に係るガスタービン１について、図１〜図４を参照して説明する。図１は、第一実施形態に係るガスタービンの模式的な縦断面図である。図２は、第一実施形態に係るガスタービンの動翼群を軸線方向から見た模式的な図である。図３は、図２の要部拡大図であって、第一実施形態に係るガスタービンの互いに隣り合うプラットフォームを軸線方向から見た図である。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、異なる遠心力が作用する時の第一実施形態に係るダンパピンの状態を示す図である。

図１に示すように、本実施形態に係るガスタービン１は、圧縮空気を生成する圧縮機２と、圧縮空気に燃料を混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器９と、燃焼ガスによって駆動されるタービン１０と、を備えている。

圧縮機２は、軸線Ｏ回りに回転する圧縮機ロータ３と、圧縮機ロータ３を外周側から覆う圧縮機ケーシング４と、を有している。圧縮機ロータ３は、軸線Ｏに沿って延びる柱状をなしている。圧縮機ロータ３の外周面上には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼段５が設けられている。各圧縮機動翼段５は、圧縮機ロータ３の外周面上で軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼６を有している。

圧縮機ケーシング４は、軸線Ｏを中心とする筒状をなしている。圧縮機ケーシング４の内周面には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼段７が設けられている。これらの圧縮機静翼段７は、上記の圧縮機動翼段５に対して、軸線Ｏ方向から見て交互に配列されている。各圧縮機静翼段７は、圧縮機ケーシング４の内周面上で、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼８を有している。

燃焼器９は、上記の圧縮機ケーシング４と、後述するタービンケーシング１２との間に設けられている。圧縮機２で生成された圧縮空気は、燃焼器９内部で燃料と混合されて予混合ガスとなる。燃焼器９内で、この予混合ガスが燃焼することで高温高圧の燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、タービンケーシング１２内に導かれてタービン１０を駆動する。

タービン１０は、軸線Ｏ回りに回転するタービンロータ１１と、タービンロータ１１を外周側から覆うタービンケーシング１２と、を有している。タービンロータ１１は、軸線Ｏに沿って延びる柱状をなしている。タービンロータ１１の外周面上には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼段２０が設けられている。各タービン動翼段２０は、タービンロータ１１の外周面上で、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼３０を有している。このタービンロータ１１は、上記の圧縮機ロータ３に対して軸線Ｏ方向に一体に連結されることで、ガスタービンロータを形成する。

タービンケーシング１２は、軸線Ｏを中心とする筒状をなしている。タービンケーシング１２の内周面には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼段１３が設けられている。これらのタービン静翼段１３は、上記のタービン動翼段２０に対して、軸線Ｏ方向から見て交互に配列されている。各タービン静翼段１３は、タービンケーシング１２の内周面上で、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼１４を有している。タービンケーシング１２は、上記の圧縮機ケーシング４に対して軸線Ｏ方向に連結されることで、ガスタービンケーシングを形成する。即ち、上記のガスタービンロータは、このガスタービンケーシング内で、軸線Ｏ回りに一体に回転可能とされている。

＜タービン動翼＞
次にタービン動翼３０について図２を参照してより詳細に説明する。
タービン動翼３０は、翼根３１、プラットフォーム３２及び翼本体４１を有している。
翼根３１は、タービン動翼３０におけるタービンロータ１１に取り付けられる部分である。タービンロータ１１は、軸線Ｏを中心する円盤状をなすディスク１１ａを軸線Ｏ方向に複数積層させることで構成されている。翼根３１は、当該ディスク１１ａの外周面に形成されたディスク１１ａの凹溝（図示省略）に軸線Ｏ方向からはめ込まれることで、ディスク１１ａに一体に取り付けられている。これによって、ディスク１１ａに対して周方向に間隔をあけるようにタービン動翼３０が放射状に配置されている。

プラットフォーム３２は、翼根３１の径方向外側に一体に設けられている。プラットフォーム３２は、翼根３１の径方向外側の端部から軸線Ｏ方向及び周方向に張り出ている。プラットフォーム３２における径方向外側を向く外周面３３は、タービン１０を通過する燃焼ガスに曝されている。

プラットフォーム３２における周方向を向くプラットフォーム側面３４は、径方向かつ軸線Ｏ方向に延びている。プラットフォーム側面３４は、互いに隣り合うタービン動翼３０のプラットフォーム３２同士で互いに周方向に対向している。

周方向に対向するプラットフォーム側面３４のうち、一方には、該プラットフォーム側面３４から凹むとともに軸線Ｏ方向に延びる凹部３７が形成されている。この凹部３７の形状に従ってプラットフォーム３２を軸線Ｏ方向に貫通するように延びるダンパ収容空間Ｒ１が区画形成されている。ダンパ収容空間Ｒ１は、隣り合うすべてのプラットフォーム側面３４の一方に形成されている。そのため、ダンパ収容空間Ｒ１は、タービン動翼３０と同数が形成されている。

各プラットフォーム側面３４は、凹部３７によって径方向に分割されている。プラットフォーム側面３４のうち、凹部３７の径方向外側の部分が外周側側面３５とされており、凹部３７の径方向内側の部分が内周側側面３６とされている。

図２及び図３に示すように、プラットフォーム３２の凹部３７における径方向内側を向く面は、ダンパ当接面３８とされている。ダンパ当接面３８は、軸線Ｏに平行な平面状をなしている。ダンパ当接面３８は、対向するプラットフォーム側面３４に向かうに従って、径方向外側に向かって傾斜して延びてプラットフォーム３２の外周側側面３５に接続されている。

図２及び図３に示すように、ダンパ当接面３８における外周側側面３５とは反対側の端部は、軸線Ｏに平行かつ径方向に延びる凹部底面３９の径方向外側の端部に接続されている。凹部底面３９における径方向内側の端部と内周側側面３６の径方向外側の端部との間には、軸線Ｏに平行かつ周方向に延びる凹部下面４０が形成されている。ダンパ収容空間Ｒ１は、ダンパ当接面３８、凹部底面３９及び凹部下面４０によって区画形成されている。

翼本体４１は、プラットフォーム３２の外周面３３から径方向外側に向かって延びている。即ち、翼本体４１の基端がプラットフォーム３２の径方向外側の端部に対して一体に接続されている。翼本体４１は、該翼本体４１の延在方向に直交する断面形状が翼型をなしている。

＜ダンパピン＞
図２及び図３に示すように、各ダンパ収容空間Ｒ１にはダンパピン５０が収容されている。即ち、ダンパピン５０は、ダンパ収容空間Ｒ１に対応して該ダンパ収容空間Ｒ１と同数が設けられている。ダンパピン５０は、軸線Ｏ方向に延びる円柱状の弾性部材５１を有している。ダンパピン５０は軸線Ｏに直交する断面形状が軸線Ｏ方向にわたって一様とされている。

弾性部材５１は、板材であるとともに、周方向を軸線として渦巻き状になっているため、断面が渦巻き形状をなしている。これより、弾性部材の径方向内側の端部が渦巻きの中心となる。すなわち、弾性部材５１は、複数回巻かれることにより、断面の外形が円形かつ渦状になるように形成されている。また、弾性部材５１は、渦巻きの中心に向かうほど、厚みが増すように構成されている。

〈作用効果〉
タービン１０の回転時には、ダンパピン５０に遠心力が発生し、該ダンパピン５０の外周面はダンパ当接面３８に接触する。ここで、従来技術のように、ダンパピン５０が金属製の円筒ピンである場合、当該ダンパピン５０は、ダンパ当接面３８に対して線接触する。そのため、ダンパピン５０には面圧が大きく作用する結果、ダンパピン５０の摩耗が早期に進んでしまう。

本実施形態では、ダンパピン５０を弾性変形可能な弾性部材５１で構成し、弾性部材５１の中心に向かうほど、厚みが増す構造とすることで、重心位置である弾性部材５１の渦巻きの中心に遠心力が作用する。

この場合、図４（ａ）に示すように、ダンパピン５０に作用する遠心力が小さい時、弾性部材５１は内部で一部が変形し、接触しているものの、外形は元の形状を維持しており、ダンパ当接面３８とダンパピン５０は線接触している。

次に、図４（ｂ）に示すように、ダンパピン５０に作用する遠心力が図４（ａ）の時よりも大きくなると、ダンパピン５０の渦巻きの中心が径方向外側に移動する。この時、弾性部材５１の外形が変形して、ダンパ当接面３８とダンパピン５０の接触が線接触から面接触に変化する。

そして、図４（ｃ）に示すように、ダンパピン５０に作用する遠心力が図４（ｂ）の時よりも大きくなると、ダンパピン５０の渦巻きの中心の変位がさらに大きくなる。そして、これに伴って、ダンパ当接面３８とダンパピン５０の接触面積はさらに大きくなり、面圧がさらに低下する。

これより、ダンパピン５０に遠心力が作用して、板厚の厚い渦巻きの中心が径方向外側に移動するにしたがって、ダンパピン５０とダンパ当接面３８の接触が線接触から面接触に変化し、ダンパピン５０に作用する面圧を低下させることができる。したがって、ダンパピン５０の摩耗が早期に進行してしまうことを抑制できる。

また、弾性部材５１を渦巻き状に形成することで、弾性部材５１に遠心力が作用した際に、弾性部材５１の内部で弾性部材５１同士が接触し、摩擦が発生する。これにより、振動減衰効果が得られるので、弾性部材５１の外周面に摩耗が生じるのを抑制することができる。

さらに、遠心力の作用に伴い、重心位置である渦巻きの中心が径方向外側に段階的に変位することで、弾性部材５１の内部で生じる摩擦減衰が段階的に増加する。これより、弾性部材５１の内部での摩擦減衰が必要な領域まで、弾性部材５１の内部の摩耗を抑制することができる。また、弾性部材５１の厚みが大きい部分は、変形に要する力が大きい。これより、弾性部材５１の内部では、接触面積の大きい外周側から接触させることができるため、振動減衰効果を効率良く得ることができる。そのうえ、ダンパピン５０は、弾性部材５１単体の構成であるため、加工性に優れる利点を有する。

以上、図面を参照しながら、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、ダンパピン５０は、弾性変形が可能であり、また、内部で摩擦が生じるように構成されていれば上記構成に限定されない。

〈第二実施形態〉
次に、図５から図７を参照して本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態では、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図５は、第二実施形態に係るガスタービンの互いに隣り合うプラットフォームを軸線方向からみた図である。図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、異なる遠心力が作用する時の第二実施形態に係るダンパピンの状態を示す図である。図７は、第二実施形態の変形例に係るダンパピンを軸線方向からみた図である。第二実施形態のダンパピン６０は、断面が渦巻き状の弾性部材５２と、弾性部材５２の中心に取り付けられた芯部材である金属芯５４と、を有している。

図４に示すように、弾性部材５２は、厚みが一定に形成されており、弾性部材５２の渦巻きの中心には、軸線Ｏ方向に延びるピン状をなす金属芯５４が取り付けられている。金属芯５４は、ダンパピン６０の中心位置となるように設けられる芯部材であり、断面が円形である。

〈作用効果〉
上記構成によれば、重心位置である金属芯５４に遠心力が作用する。この場合、図６（ａ）に示すように、金属芯に作用する遠心力が小さい時、ダンパピンは元の形状を維持しており、ダンパピン６０とダンパ当接面３８は線接触している。

次に、図６（ｂ）に示すように、ダンパピン６０に作用する遠心力が図６（ａ）の時よりも大きくなると、金属芯５４が径方向外側に移動する。この時、金属芯５４と接続された弾性部材５２が変形して、ダンパピン６０は、ダンパ当接面３８と面接触するようになる。この時、図６（ａ）の場合と比較して、ダンパピン６０に作用する面圧が低下する。

そして、図６（ｃ）に示すように、ダンパピン６０に作用する遠心力がさらに大きくなると、金属芯５４が径方向外側に大きく移動する。これに伴って、弾性部材５２の変形量がさらに大きくなり、ダンパ当接面３８とダンパピン６０の接触面積がさらに増加する。このとき、ダンパピン６０に作用する面圧は図６（ｂ）のときよりもさらに低下する。

これより、金属芯５４に遠心力が作用して、金属芯５４が径方向外側に変位するにしたがって、弾性部材５２の変形量が大きくなる。このとき、ダンパ当接面３８とダンパピン６０の接触が線接触から面接触となり、弾性部材５２の外周面に作用する面圧を低下させることができるので、ダンパピン６０の摩耗が早期に進行してしまうことを抑制できる。

また、弾性部材５２を渦巻き状に形成することで、ダンパピン６０の内部で弾性部材５２同士あるいは金属芯５４と弾性部材５２が接触して摩擦が発生する。これにより、振動減衰効果が得られるので、弾性部材５２の外周面に摩耗が生じることを抑制することができる。

さらに、重心位置である金属芯５４に遠心力が作用して、金属芯５４が径方向外側に移動することで、ダンパピン６０の内部では、接触面積の大きい外周側から接触するようになる。したがって、ダンパピン６０の内部で生じる摩擦による振動減衰効果を段階的に増やすことができるため、ダンパピン６０の内部での摩擦による振動減衰が必要となるまで、弾性部材５２及び金属芯５４の摩耗を抑制することができる。

そのうえ、金属芯５４の重量を変化させることでダンパピン６０の特性を変化させることができるため、タービン動翼３０の振動特性に合わせてダンパピン６０を設計することが可能である。

〈変形例〉
以上、図面を参照しながら本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
例えば、第二実施形態の変形例として、図７に示すように、弾性部材５３の外周側の端部が折り曲げられて、該端部よりも内側の弾性部材５３と接触するように構成しても良い。この場合、上記の作用効果に加えて、弾性部材５３が周方向に変形した際に、外周側の端部と内側の弾性部材５３との間で摩擦が発生し、振動減衰効果を得ることができ、弾性部材５３の外周面の摩耗の抑制を促進することができる。なお、第一実施形態の弾性部材５１についても、変形例と同様に、外周側の端部を折り曲げて内周側の弾性部材５１と接触するように構成することが可能である。この場合、ダンパピンは、変形例と同様の作用効果を奏する。

なお、金属芯５４は、断面が円形でなくともよく、設計に応じて、多角形型等、種々の構成をとり得る。さらに、ダンパピン６０に用いる芯は必ずしも金属製でなくともよく、上記の作用効果を奏する構成であれば、特に制限されない。

〈第三実施形態〉
以下、図８を参照して本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態では、上記の構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図８は、第三実施形態に係るダンパピンを軸線方向からみた図である。図８に示すように、第三実施形態のダンパピン８０は、第二実施形態の構成に加えて、弾性部材５２の外周に中空の円柱部材５８が設けられている。円柱部材５８は、軸線Ｏ方向に延びて円柱形状を成すとともに中空に形成され、円柱部材５８の内部に弾性部材５２と金属芯５４が収容されている。円柱部材５８は、遠心力の作用による変形量が弾性部材５２よりも小さい材料によって形成される。

〈作用効果〉
上記構成によれば、弾性部材５２の外周に円柱部材５８を設けることで、弾性部材５２の変形量や、ダンパ当接面３８との接触角の変化による振動減衰効果のばらつきが抑制され、安定した振動減衰性能を発揮することができる。

さらに、弾性部材５２を渦巻き状に形成することで、ダンパピン８０の内部で弾性部材５２同士あるいは金属芯５４と弾性部材５２が接触して摩擦が発生する。これにより、振動減衰効果を得ることができる。

さらに、重心位置である金属芯５４に遠心力が作用して、金属芯５４が径方向外側に移動することで、ダンパピン８０の内部では、接触面積の大きい外周側から接触するようになる。したがって、ダンパピン８０の内部で生じる摩擦による振動減衰効果を段階的に増やすことができるため、ダンパピン８０の内部での摩擦による振動減衰が必要となるまで、弾性部材５２及び金属芯５４の摩耗を抑制することができる。

そのうえ、金属芯５４の重量を変化させることでダンパピン５０の特性を変化させることができるため、タービン動翼３０の振動特性に合わせてダンパピン５０を設計することが可能である。

以上、図面を参照しながら本発明の第三実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、円柱部材は、第一実施形態の弾性部材と組み合わせることが可能である。この場合、ダンパピンは、本実施形態と同様に、円柱部材の適用により、振動減衰性能のばらつきを抑制することができる。また、弾性部材５２の外周に設けられるのは、必ずしも円柱の部材に限られず、設計に応じて、多角形型の部材を弾性部材５２の外周に設けても良い。

〈第四実施形態〉
次に、図９を参照して、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態では、上記の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。図９は、第四実施形態に係るダンパピンを軸線方向からみた図である。図９に示すように第四実施形態のダンパピン９０は、中空の円柱部材５８の内部に、複数組の弾性部材５２と金属芯５４が収容されている点で、第三実施形態と相違する。円柱部材５８は、弾性部材５２及び金属芯５４が挿入される領域が中空に形成され、そのほかの領域は、中実に形成されている。一例には、円柱部材５８の内部には、３組の円柱部材５８及び金属芯５４が挿入され、これらは、周方向に等間隔に配置される。

〈作用効果〉
一組の弾性部材５２及び金属芯５４のみを円柱部材５８の内部に挿入する場合、遠心力が重心位置である金属芯５４に作用するため、金属芯５４の運動が円柱部材５８の振動減衰性能に大きな影響を与える。一方で、複数組の弾性部材５２及び金属芯５４を挿入した場合、それぞれの組の重心位置である金属芯５４の運動が、円柱部材５８に与える影響は、一組のみ挿入した場合と比較して小さくなり、平均化される。これより、ダンパピン９０の振動減衰性能を安定化させることができる。

さらに、弾性部材５２と金属芯５４の設計を変えることなく、円柱部材５８の内部に挿入する弾性部材５２と金属芯５４の個数を変化させることにより、ダンパピン９０の振動減衰特性を変化させることができる。

また、弾性部材５２の外周に円柱部材５８を設けることで、弾性部材５２の変形量や、ダンパ当接面３８との接触角の変化によるダンパピン９０の外周面とダンパ当接面３８との間の摩擦による振動減衰効果がばらつくことが抑制され、安定した振動減衰性能を発揮することができる。

さらに、弾性部材５２を渦巻き状に形成することで、ダンパピン９０の内部で弾性部材５２同士あるいは金属芯５４と弾性部材５２が接触して摩擦が発生する。これにより、振動減衰効果を得ることができる。

さらに、個々の組の重心位置である金属芯５４に遠心力が作用して、金属芯５４が径方向外側に移動することで、ダンパピン９０の内部では、接触面積の大きい外周側から接触するようになる。したがって、ダンパピン９０の内部で生じる摩擦による振動減衰効果を段階的に増やすことができるため、ダンパピン９０の内部での摩擦による振動減衰が必要となるまで、弾性部材５２及び金属芯５４の摩耗を抑制することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の第四実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、一組の弾性部材５２と金属芯５４は、必ずしも円柱部材５８の内部で周方向に等間隔に配置されるとは限らず、設計に応じて配置位置を任意に変更することが可能である。また、挿入する金属芯５４の重量を調整することで、ダンパピン９０の振動減衰特性を調整することができる。

〈第五実施形態〉
次に、図１０（ａ），（ｂ）を参照して、本発明の第五実施形態について説明する。第五実施形態では、上記の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。図１０は、第五実施形態に係るガスタービンの互いに隣り合うプラットフォームを軸線方向からみた図であって、（ａ），（ｂ）は異なる直径のダンパピンがプラットフォームに当接している状態を示す図である。

図１０（ａ），（ｂ）に示すように、第五実施形態では、各ダンパ収容空間Ｒ１に収容されたダンパピンのうちの少なくとも一つのダンパピン５０Ａと、該ダンパピン５０Ａを除く他のダンパピン５０Ｂとは互いに異なる構造となっている。ダンパピン５０Ａとダンパピン５０Ｂとは、それぞれ軸線Ｏ方向に延びるピン状の部材であり、同じ外形をなす。一方で、ダンパピン５０Ａとダンパピン５０Ｂとは、互いに異なる寸法に形成されている。詳細には、ダンパピン５０Ａとダンパピン５０Ｂの周方向の寸法が互いに異なるように形成されている。この時、ダンパピン５０Ａとダンパピン５０Ｂは、ダンパ当接面３８と異なる接触角度で当接する。

〈作用効果〉
上記の構成によれば、ダンパピン５０Ａが当接するタービン動翼３０とダンパピン５０Ｂが当接するタービン動翼３０の固有振動数が異なるようになるため、タービン動翼３０の固有振動数が周方向に不均一となる。これより、タービン動翼３０を備えたガスタービン１の起動中や高負荷運転時に起こるフラッタと呼ばれる振動現象に対して、所謂ミスチューン構造とすることができ、タービン動翼３０の幅広い範囲の励振力に対して振動減衰を効果的に発揮できる。したがって、ダンパピンとダンパ当接面３８の間の摩擦のみによらずタービン動翼３０の振動減衰効果を向上させることができるので、ダンパピンの摩耗を抑制することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の第五実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、ダンパピンの外形を異ならせることにより、ダンパピンとダンパ当接面の接触角度を変化させても良い。また、複数のダンパピンのすべてを異なる寸法に形成しても良いし、一部のみ異なる寸法に形成しても良い。

〈第六実施形態〉
次に、図１１を参照して、本発明の第六実施形態について説明する。第六実施形態では、上記の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。図１１は、第六実施形態に係るガスタービンの互いに隣り合うプラットフォームを軸線方向からみた図であって、（ａ），（ｂ）は異なる傾斜角のダンパ当接面にダンパピンが当接している状態を示す図である。

図１１（ａ），（ｂ）に示すように、第六実施形態では、各凹部３７を構成するダンパ当接面３８のうちの少なくとも一つのダンパ当接面３８Ａの傾斜角θ１と、該ダンパ当接面３８Ａを除く他のダンパ当接面３８Ｂの傾斜角θ２とが異なる。詳細には、ダンパ当接面３８Ａと径方向に垂直な軸線のなす角度が、ダンパ当接面３８Ｂと径方向に垂直な軸線のなす角度と異なるように構成されている。この時、ダンパ当接面３８Ａとダンパ当接面３８Ｂとは、異なる接触角度でダンパピン１００と接触する。

〈作用効果〉
上記の構成によれば、ダンパピン１００が接触すると、ダンパ当接面３８Ａを有するタービン動翼３０とダンパ当接面３８Ｂを有するタービン動翼３０とで、固有振動数が異なるようになるため、タービン動翼３０の固有振動数が周方向に不均一となる。これより、フラッタと呼ばれる振動現象に対して、所謂ミスチューン構造とすることができ、タービン動翼３０の幅広い範囲の励振力に対して振動減衰を効果的に発揮できる。したがって、ダンパピンとダンパ当接面の間の摩擦のみによらずタービン動翼３０の振動減衰効果を向上させることができるので、ダンパピンの摩耗を抑制することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の第五実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、全てのダンパ当接面の傾斜角を異なる角度に形成しても良いし、一部のダンパ当接面の傾斜角を異なる角度に形成しても良い。

〈その他の実施形態〉
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して説明したが、具体的な構成は、これら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。例えば、実施形態では、本発明をガスタービン１のタービン動翼３０に適用した例について説明したが、例えばジェットエンジンの動翼や蒸気タービンの動翼等、他の回転機械の動翼に本発明を適用してもよい。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 圧縮機ロータ
４ 圧縮機ケーシング
５ 圧縮機動翼段
６ 圧縮機動翼
７ 圧縮機静翼段
８ 圧縮機静翼
９ 燃焼器
１０ タービン
１１ タービンロータ
１１ａ ディスク
１２ タービンケーシング
１３ タービン静翼段
１４ タービン静翼
２０ タービン動翼段
３０ タービン動翼
３１ 翼根
３２ プラットフォーム
３３ 外周面
３４ プラットフォーム側面
３５ 外周側側面
３６ 内周側側面
３７ 凹部
３８ ダンパ当接面
３９ 凹部底面
４０ 凹部下面
４１ 翼本体
５０，６０，７０，８０，９０，１００，５０Ａ，５０Ｂ ダンパピン
５１，５２，５３ 弾性部材
５４ 金属芯
５８ 円柱部材
Ｒ１ ダンパ収容空間
θ１，θ２ 傾斜角
Ｏ 軸線

Claims (9)

1. 軸線周りに回転する回転軸と、
   前記回転軸の外周側で周方向に配列された複数の動翼であって、前記回転軸に取り付けられる翼根、該翼根の径方向外側に設けられたプラットフォーム、及び該プラットフォームから径方向外側に延びる翼本体を有する動翼と、
   互いに隣り合う前記動翼の間における前記プラットフォームの径方向内側に設けられたダンパピンと、
   を備え、
   前記プラットフォームは、
   前記軸線方向に延びる平面状をなすとともに、隣り合う前記プラットフォーム同士で互いに周方向に対向して、径方向外側に向かうに従って対向する前記プラットフォームに近接するように延びるダンパ当接面を有し、
   前記ダンパピンは、
   前記軸線方向に延びて、前記回転軸の回転に伴う遠心力の作用により重心が移動する、回転機械。
2. 前記ダンパピンは、板材であり断面が渦巻き状の弾性部材を有し、
   前記弾性部材は、中心に向かうにつれて板厚が増す、請求項１に記載の回転機械。
3. 前記ダンパピンは、板材であり断面が渦巻き状の弾性部材と、
   前記弾性部材の中心に取り付けられた芯部材と、を有する、請求項１に記載の回転機械。
4. 前記弾性部材は、外周側の端部が折り曲げられることにより、
   前記外周側の端部が前記弾性部材の内周側と接触している、請求項２または請求項３に記載の回転機械。
5. 前記ダンパピンは、
   前記弾性部材の外周に設けられる中空の円柱部材をさらに有する、請求項２または請求項３に記載の回転機械。
6. 前記円柱部材の内部には、複数の前記ダンパピンが配置されている、請求項５に記載の回転機械。
7. 軸線周りに回転する回転軸と、
   前記回転軸の外周側で周方向に配列された複数の動翼であって、前記回転軸に取り付けられる翼根、該翼根の径方向外側に設けられたプラットフォーム、及び該プラットフォームから径方向外側に延びる翼本体を有する動翼と、
   互いに隣り合う前記動翼の間における前記プラットフォームの径方向内側にそれぞれ設けられた複数のダンパピンと、
   を備え、
   前記プラットフォームは、
   前記軸線方向に延びる平面状をなすとともに、隣り合う前記プラットフォーム同士で互いに周方向に対向して、径方向外側に向かうに従って対向する前記プラットフォームに近接するように延びるダンパ当接面を有し、
   複数の前記ダンパピンのうち、少なくとも一つの前記ダンパピンとダンパ当接面との当接する角度が、他の前記ダンパピンと異なる、回転機械。
8. 複数の前記ダンパピンの少なくとも一つが、前記周方向に異なる寸法に形成される、請求項７に記載の回転機械。
9. 複数の前記ダンパ当接面のうち、少なくとも一つの傾斜角が異なる、請求項７又は請求項８に記載の回転機械。

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