JP7039355B2

JP7039355B2 - 回転機械

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Publication number: JP7039355B2
Application number: JP2018062691A
Authority: JP
Inventors: 隆一梅原; 晴子白石
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: US10801335B2; US20190301288A1; DE102019001914A1; DE102019001914B4; CN110318827A; CN110318827B; JP2019173653A

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の双方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、回転機械の回転数の昇速時や降速時には、様々な振動モードが発生する。しかしながら、ダンパピンは所定の振動振幅となった際に減衰が得られるように設計されている。そのため、特定の振動モードに対しては、適切に減衰を付与することができるものの、回転数の昇速時や降速時における振幅の小さい又は大きい振動モードに対しては、適切な減衰が得られない場合がある。

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、回転数に応じて適切な減衰を付与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。
即ち、本発明の第一態様に係る回転機械は、軸線回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ダンパピンと、を備え、周方向に隣り合う前記プラットフォームのうち一方の前記プラットフォームは、径方向に延びて前記ダンパピンが当接する第一ダンパ当接面を有し、周方向に隣り合う前記プラットフォームの間で前記第一ダンパ当接面に対して相対移動可能に設けられた第一移動部材であって、前記第一ダンパ当接面に対して周方向に対向し径方向外側に向かうに従って前記第一ダンパ当接面との対向距離が小さくなるとともに前記ダンパピンが当接する第二ダンパ当接面が形成された第一移動部材と、前記第一移動部材を、前記第二ダンパ当接面に当接する前記ダンパピンに向かって付勢する付勢部材と、を有し、前記第一ダンパ当接面と前記第二ダンパ当接面との少なくとも一方が、前記軸線に直交する断面視で延びる方向で摩擦係数が変化している。

上記構成によれば、回転機械の回転数の変化によってダンパピンに作用する遠心力が変化すると、当該ダンパピンから第一ダンパ当接面及び第二ダンパ当接面への押圧力が変化する。この際に第二ダンパ当接面を介して第一移動部材に作用する押圧力と付勢部材から第一移動部材に作用する付勢力とのバランスによって、第一移動部材における第二ダンパ当接面と第一ダンパ当接面との相対位置が変化する。すると、第一ダンパ当接面及び第二ダンパ当接面に対するダンパピンの接触位置が変化する。これによって、ダンパピンによる減衰を回転数に応じて変化させることができる。

上記態様では、前記第一ダンパ当接面と前記第二ダンパ当接面との少なくとも一方が、前記軸線に直交する断面視で延びる方向で摩擦係数が変化してもよい。

これによって、ダンパピンの接触位置の変化に応じて、接触箇所に発生する摩擦力を任意に変化させることができる。これにより、回転数に応じて必要な減衰を付与することができる。

本発明の他の態様に係る回転機械は、軸線回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ダンパピンと、を備え、周方向に隣り合う前記プラットフォームのうち一方の前記プラットフォームは、径方向に延びて前記ダンパピンが当接する第一ダンパ当接面を有し、周方向に隣り合う前記プラットフォームの間で前記第一ダンパ当接面に対して相対移動可能に設けられた第一移動部材であって、前記第一ダンパ当接面に対して周方向に対向し径方向外側に向かうに従って前記第一ダンパ当接面との対向距離が小さくなるとともに前記ダンパピンが当接する第二ダンパ当接面が形成された第一移動部材と、前記第一移動部材を、前記第二ダンパ当接面に当接する前記ダンパピンに向かって付勢する付勢部材と、を有し、前記第一移動部材は、周方向に移動可能に設けられ、前記付勢部材は、周方向に隣り合う前記プラットフォームのうち他方の前記プラットフォームと前記第一移動部材との間に設けられて、前記第一移動部材を周方向一方側に弾性的に付勢するバネ部材である。

ダンパピンからの押圧力とバネ部材からの付勢力とのバランスによって第一移動部材の周方向位置が変化する。これによって、ダンパピンの接触位置が変わるため、減衰を回転数に応じて変化させることができる。

本発明の他の態様に係る回転機械は、軸線回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ダンパピンと、を備え、周方向に隣り合う前記プラットフォームのうち一方の前記プラットフォームは、径方向に延びて前記ダンパピンが当接する第一ダンパ当接面を有し、周方向に隣り合う前記プラットフォームの間で前記第一ダンパ当接面に対して相対移動可能に設けられた第一移動部材であって、前記第一ダンパ当接面に対して周方向に対向し径方向外側に向かうに従って前記第一ダンパ当接面との対向距離が小さくなるとともに前記ダンパピンが当接する第二ダンパ当接面が形成された第一移動部材と、前記第一移動部材を、前記第二ダンパ当接面に当接する前記ダンパピンに向かって付勢する付勢部材と、を有し、前記第一移動部材は、径方向に移動可能に設けられ、前記付勢部材は、周方向に隣り合う前記プラットフォームのうち他方の前記のプラットフォームと前記第一移動部材との間に設けられて、前記第一移動部材を径方向内側に弾性的に付勢するバネ部材である。

ダンパピンからの押圧力とバネ部材からの付勢力とのバランスによって第一移動部材の径方向位置が変化する。これによって、ダンパピンの接触位置が変わるため、減衰を回転数に応じて変化させることができる。

本発明の他の態様に係る回転機械は、軸線回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ダンパピンと、を備え、周方向に隣り合う前記プラットフォームのうち一方の前記プラットフォームは、径方向に延びて前記ダンパピンが当接する第一ダンパ当接面を有し、周方向に隣り合う前記プラットフォームの間で前記第一ダンパ当接面に対して相対移動可能に設けられた第一移動部材であって、前記第一ダンパ当接面に対して周方向に対向し径方向外側に向かうに従って前記第一ダンパ当接面との対向距離が小さくなるとともに前記ダンパピンが当接する第二ダンパ当接面が形成された第一移動部材と、前記第一移動部材を、前記第二ダンパ当接面に当接する前記ダンパピンに向かって付勢する付勢部材と、を有し、前記第一移動部材は、周方向に移動可能に設けられているとともに、周方向に隣り合う前記プラットフォームのうち他方の前記プラットフォーム側の端部に形成されて径方向外側に向かうにしがたって周方向他方側に向かって延びる受圧面を有し、前記他方の前記プラットフォームは、前記受圧面に周方向に対向する対向面を有し、前記付勢部材は、前記受圧面及び前記対向面の双方に当接可能とされて、径方向に移動可能とされていてもよい。

付勢部材が径方向に移動可能とされていることで、該付勢部材に遠心力が作用した際には、当該遠心力に応じて付勢部材が第一移動部材の受圧面を押圧する。当該受圧面に付勢部材から作用する押圧力とダンパピンから作用する押圧力のバランスによって第一移動部材の周方向位置が変化する。これによって、上記同様、ダンパピンの接触位置が変わるため、減衰を回転数に応じて変化させることができる。

上記態様では、前記付勢部材は、前記受圧面と摺動可能に当接する第一摺接面と、前記対向面と摺動可能に当接する第二摺接面と、を有する第二移動部材であってもよい。

これにより、第二移動部材は、遠心力に応じて第一移動部材を周方向一方側に押圧する。この第二移動部材からの押圧力とダンパピンによる押圧力とのバランスによって、第一移動部材の周方向位置が変化する。したがって、上記同様、ダンパピンの接触位置が変わるため、減衰を回転数に応じて変化させることができる。

上記態様では、前記付勢部材は、前記軸線方向に一様に延びて、前記軸線に直交する断面形状の輪郭が非回転対象形状とされた付勢ダンパピンであってもよい。

付勢ダンパピンが非回転対象形状とされていることで、遠心力が作用した際に当該付勢ダンパピンと受圧面との接触箇所がランダムに変化する。これによって、付勢ダンパピンから受圧面に作用する押圧力が変化する。そのため、上記同様、第一移動部材の周方向位置の変化によりダンパピンの接触位置が変わるため、減衰を回転数に応じて変化させることができる。

上記態様では、前記付勢ダンパピンは、前記軸線に直交する断面形状の輪郭が、外方に凸となるとともに互いに曲率半径の異なる複数の円弧と、これら円弧を結ぶ複数の線分とから形成されていてもよい。

これによって、付勢ダンパピンと受圧面との接触箇所を容易にランダムに変化させることができる。

本発明の回転機械によれば、回転数に応じて適切な減衰を付与することができる。

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。第一実施形態の変形例に係るガスタービンのダンパピンを軸線方向から見た図である。第二実施形態に係るガスタービンのダンパピンを軸線方向から見た図である。第三実施形態に係るガスタービンのダンパピンを軸線方向から見た図である。

＜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３を参照して説明する。

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晒されている。

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。

ここで、図３に示すように、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。

互いに隣り合うプラットフォーム３２のうち、周方向一方側（図３における右側）の一方のプラットフォーム３２のプラットフォーム側面３４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方向に延びる第一凹部３７が形成されている。当該プラットフォーム側面３４は、第一凹部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、当該第一凹部３７の径方向外側の部分が外周側側面３５とされており、第一凹部３７の径方向内側の部分が内周側側面３６とされている。

一方のプラットフォーム３２の第一凹部３７における径方向内側を向く面は、第一ダンパ当接面３８とされている。第一ダンパ当接面３８は、軸線Ｏに平行な平面状をなしている。第一ダンパ当接面３８は、径方向外側に向かうに従って周方向他方側（図３における左側）に向かって傾斜して延びて外周側側面３５に接続されている。

第一ダンパ当接面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第一凹部底面３９の径方向外側の端部に接続されている。第一凹部底面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第一凹部下面４０が形成されている。

互いに隣り合うプラットフォーム３２のうち、周方向他方側の他方のプラットフォーム３２のプラットフォーム側面３４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方向に延びる第二凹部６０が形成されている。当該プラットフォーム側面３４は、第二凹部６０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、当該第二凹部６０の径方向外側の部分が外周側側面３５とされており、第二凹部６０の径方向内側の部分が内周側側面３６とされている。

他方のプラットフォーム３２の第二凹部６０における径方向内側を向く面は、第二凹部上面（ガイド面）６１とされている。第二凹部上面６１は、軸線Ｏに平行な平面状をなしている。第二凹部上面６１は、周方向に延びる平坦状をなしている。即ち、第二凹部上面６１は、軸線Ｏを中心とした仮想円の接線に沿って平面状に延びている。第二凹部上面６１の周方向一方側の端部は、外周側側面３５の径方向内側の端部に接続されている。

第二凹部上面６１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第二凹部底面（対向面）６２の径方向外側の端部に接続されている。第二凹部底面６２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第二凹部下面６３が形成されている。

隣り合うプラットフォーム３２の第一凹部３７及び第二凹部６０によって、これら第一凹部３７及び第二凹部６０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収容空間Ｒ１が区画形成されている。収容空間Ｒ１は、隣り合う全てのプラットフォーム３２同士の間に形成されている。そのため収容空間Ｒ１はタービン動翼３０と同数が形成されている。

＜第一移動部材＞
図３に示すように、収容空間Ｒ１内には第一移動部材７０が設けられている。第一移動部材７０は、他方のプラットフォーム３２の第二凹部６０内に収容されている。第一移動部材７０は、軸線Ｏ方向に一様な外形で延びている。第一移動部材７０は、第二凹部上面６１に摺接可能に配置されて該第二凹部上面６１と平行に周方向に延びる外周面（被ガイド面）７１を有している。外周面７１が第二凹部上面６１に案内されることで、第一移動部材７０は、他方のプラットフォーム３２の第一ダンパ当接面３８に対して周方向に相対移動可能とされている。外周面７１と第二凹部上面６１との少なくとも一方には、摩擦係数を低減するためのコーティングが形成されていてもよい。

第一移動部材７０の第二凹部上面６１における周方向他方側の端部には、第二凹部底面６２と周方向に間隔をあけて配置されて該第二凹部底面６２と平行に径方向に延びる背面７２が形成されている。背面７２は、第二凹部６０の第二凹部底面６２と周方向に対向している。第一移動部材７０の背面７２の径方向内側の端部には、外周面７１と平行に周方向に延びるとともに、第二凹部下面６３に径方向に対向する内周側端面７３が形成されている。第一移動部材７０における周方向一方側を向く面には、内周側端面７３の周方向一方側の端部から径方向外側に向かって延びる前面７４が形成されている。前面７４は、背面７２と平行をなすように径方向に延びている。

第一移動部材７０における周方向一方側を向く面のうち、前面７４の径方向外側の端部と外周面７１の周方向一方側の端部との間には、第二ダンパ当接面７５が形成されている。第二ダンパ当接面７５は、軸線Ｏに平行な平面状をなしている。第二ダンパ当接面７５は、径方向外側に向かうに従って周方向一方側に向かって傾斜している。第二ダンパ当接面７５は、第一ダンパ当接面３８と周方向に対向している。これら第一ダンパ当接面３８と第二ダンパ当接面７５との対向距離は、径方向外側に向かうに従って小さくなる。即ち、第一ダンパ当接面３８と第二ダンパ当接面７５とは、これら第一ダンパ当接面３８及び第二ダンパ当接面７５の仮想延長面が、径方向外側で互いに交差するように形成されている。

ここで本実施形態では、第一ダンパ当接面３８及び第二ダンパ当接面７５は、軸線Ｏに直交する断面視で延びる方向で摩擦係数が変化するように構成されている。
第一ダンパ当接面３８は、径方向外側かつ周方向他方側に向かうに従って、摩擦係数が徐々に大きくなるように形成されている。第二ダンパ当接面７５は、径方向外側かつ周方向一方側に向かうに従って摩擦係数が徐々に大きくなるように形成されている。これら摩擦係数は、漸次大きくなる構成であってもよいし、段階的に大きくなる構成であってもよい。

このような第一ダンパ当接面３８と第二ダンパ当接面７５とでの摩擦係数の変化は、形成されるコーティング層の材料・性状を変化させることで実現してもよい。また、第一ダンパ当接面３８と第二ダンパ当接面７５のそれぞれでの表面加工の度合いをこれらが延びる方向で変化させることで実現してもよい。

＜バネ部材＞
他方のプラットフォーム３２の第二凹部６０内のうち第一移動部材７０と第二凹部底面６２との間には、バネ部材８０（付勢部材）が設けられている。バネ部材８０は、径方向に間隔をあけて複数が設けられている。バネ部材８０は、周方向に伸縮可能に設けられている。バネ部材８０は、圧縮状態で配置されていることにより、第一移動部材７０を第二凹部底面６２に対して周方向一方側に弾性的に付勢している。バネ部材８０としては、コイルスプリングや板バネ等、種々の構成を採用することができる。

＜ダンパピン＞
図３に示すように、収容空間Ｒ１内にはダンパピン５０が設けられている。本実施形態では、ダンパピン５０は、収容空間Ｒ１のうち第一ダンパ当接面３８、第一凹部底面３９、第一凹部下面４０、第二凹部下面６３、前面７４及び第二ダンパ当接面７５によって区画される空間内に設けられている。ダンパピン５０は、軸線Ｏ方向に延びるピン状をなしている。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。ダンパピン５０の直径は、互いに隣り合うプラットフォーム３２の側面同士の間隔よりも大きく設定されている。

＜作用効果＞
タービン１０の回転時には、ダンパピン５０に遠心力が作用することにより、ダンパピン５０は第一ダンパ当接面３８及び第二ダンパ当接面７５の双方に接触する。この際、ダンパピン５０と第一ダンパ当接面３８及び第二ダンパ当接面７５との間に摩擦力が発生する。この摩擦力に基づく減衰によって、タービン翼３０の励振力を抑えることができる。

ここで本実施形態では、タービン１０の回転数の変化によってダンパピン５０に作用する遠心力が変化すると、当該ダンパピン５０から第一ダンパ当接面３８及び第二ダンパ当接面７５への押圧力が変化する。この際、第二ダンパ当接面７５を介して第一移動部材７０に作用する押圧力とバネ部材８０から第一移動部材７０に作用する付勢力とのバランスによって、第一移動部材７０の周方向位置が変化する。

例えば、ダンパピン５０に遠心力が大きく作用する高回転時には、ダンパピン５０の押圧力がバネ部材８０の付勢力に対して相対的に大きくなることにより、移動部材は周方向他方側である他方のプラットフォーム３２側に移動した状態となる。この場合、ダンパピン５０は、第一ダンパ当接面３８及び第二ダンパ当接面７５における径方向外側の部分に当接する。

一方、ダンパピン５０に作用する遠心力が比較的小さい低回転時には、ダンパピン５０の押圧力が小さくなることにより、移動部材はバネ部材８０の付勢力に従って周方向一方である一方のプラットフォーム３２側に移動する。この場合、ダンパピン５０は、上記高回転時と比較して、第一ダンパ当接面３８及び第二ダンパ当接面７５における径方向内側の部分に当接する。

このように本実施形態では、タービン１０の回転数に応じて第一ダンパ当接面３８及び第二ダンパ当接面７５に対するダンパピン５０の接触位置が変化する。即ち、接触態様が変化することで、ダンパピン５０による減衰も変化するため、ダンパピン５０による減衰を回転数に応じて変化させることができる。
また、回転数に応じて接触箇所が変化することで、第一ダンパ当接面３８及び第二ダンパ当接面７５との一部のみの摩耗が進行してしまうことを抑制できる。
さらに、バネ部材８０の付勢力を任意に調整することで、ダンパピン５０と第一ダンパ当接面３８及び第二ダンパ当接面７５との接触位置、接触態様を容易に変化させることができる。

また、本実施形態では第一ダンパ当接面３８及び第二ダンパ当接面７５の摩擦係数が径方向外側に向かうほど大きくなる。そのため、高回転時には、ダンパピン５０と第一ダンパ当接面３８及び第二ダンパ当接面７５との間の摩擦力が大きくなることにより、励振力に対して大きな減衰を与えることができる。これによって、タービン動翼の応答振幅に対して適切な減衰を与えることができる。一方、低回転時には、ダンパピン５０と第一ダンパ当接面３８及び第二ダンパ当接面７５との間の摩擦力が小さくなることにより、励振力に対して比較的小さな減衰を与えることができる。したがって、タービン翼３０の振動応答の安定化を図ることができる。

＜第一実施形態の変形例＞
例えば第一実施形態の変形例として、図４に示す構成を採用してもよい。当該変形例では、第一移動部材７０は、径方向に移動可能とされている。第一移動部材７０の背面（被ガイド面）７２は、第二凹部６０の第二凹部底面（ガイド面）６２によって径方向に案内される。これによって、第一移動部材７０は、第一ダンパ当接面３８に対して相対移動可能とされている。

変形例のバネ部材８０は、他方のプラットフォーム３２の第二凹部６０における第二凹部上面６１と、第一移動部材７０の外周面７１との間に設けられている。バネ部材８０は、周方向に間隔をあけて複数が設けられている。バネ部材８０は、径方向に伸縮可能に設けられている。バネ部材８０は、圧縮状態で配置されていることにより、第一移動部材７０を第二凹部上面６１に対して径方向内側に弾性的に付勢している。

当該変形例では、ダンパピン５０に作用する遠心力によって、当該ダンパピン５０が当当接する第一移動部材７０の径方向位置が変化する。これによって、ダンパピン５０の第一ダンパ当接面３８及び第二ダンパ当接面７５に対する接触位置を変化させることができる。したがって、第一実施形態同様、ダンパピン５０による減衰を回転数に応じて変化させることができる。

＜第二実施形態＞
次に本発明の第二実施形態について図５を参照して説明する。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。

第二実施形態の第一移動部材７０の背面７２は、受圧面７２ａとされている。受圧面７２ａは、径方向外側に向かうに従って周方向他方側に向かって傾斜している。受圧面７２ａは、軸線Ｏに平行な平面状をなしている。
第二実施形態では、付勢部材として第一実施形態のバネ部材８０に代えて、第二移動部材９０が設けられている。第二移動部材９０は、軸線Ｏ方向に一様な外形で延びている。

＜第二移動部材＞
第二移動部材９０は、第二凹部６０内で、第一移動部材７０の受圧面７２ａと第二凹部６０の第二凹部底面６２との間に設けられている。第二移動部材９０における周方向他方側を向く面は、第二凹部底面６２に対して径方向に摺接する第一摺接面９１とされている。第一摺接面９１が第二凹部底面６２によって案内されることで、第二移動部材９０は、他方のプラットフォーム３２に対して径方向に相対移動可能とされている。第一摺接面９１と第二凹部底面６２との少なくとも一方には、これらの摺動を容易するための摩擦係数の小さいコーティング等が形成されていてもよい。

第二移動部材９０における周方向一方側を向く面は、第二摺接面９２とされている。第二摺接面９２は、径方向外側に向かうに従って周方向他方側に延びている。第二摺接面９２は受圧面７２ａと平行をなしており、受圧面７２ａに対して摺接可能とされている。即ち、第二移動部材９０と第一移動部材７０とは、軸線Ｏに直交する断面でこれらの第二摺接面９２及び受圧面７２ａの延びる方向に沿って互いに摺接しながらの相対移動が可能とされている。第二摺接面９２と受圧面７２ａとの少なくとも一方には、上記同様、摩擦係数を低減させるためのコーティング等が形成されていてもよい。

＜作用効果＞
本実施形態では、第二移動部材９０が径方向に移動可能とされていることで、該第二移動部材９０に遠心力が作用した際には、当該遠心力に応じて第二移動部材９０が第一移動部材７０の受圧面７２ａを押圧する。これによって、第二移動部材９０が第一移動部材７０と摺接しながら径方向外側に移動することで、第一移動部材７０は周方向一方側に移動する。
そして、受圧面７２ａに第二移動部材９０から作用する押圧力とダンパピン５０から作用する押圧力のバランスによって第一移動部材７０の周方向位置が変化する。これによって、上記同様、ダンパピン５０の接触位置が変わるため、減衰を回転数に応じて変化させることができる。

＜第三実施形態＞
次に本発明の第三実施形態について図６を参照して説明する。第三実施形態では第一、第二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。

第三実施形態の他方のプラットフォーム３２には、第二凹部６０の第二凹部下面６３から径方向外側に向かって延びるように形成されて、該第二凹部６０の開口の一部を覆う壁部１００が形成されている。壁部１００の径方向外側の端面は、第一移動部材７０の内周側端面７３を周方向に摺動可能に径方向内側から支持する支持面１０２とされている。
第三実施形態の第一移動部材７０の受圧面７２ａは、第二実施形態と同様、径方向外側に向かうに従って周方向他方側に延びるように傾斜している。

＜付勢ダンパピン＞
そして、第二凹部６０内における壁部１００によって区画される該壁部１００の周方向他方側の空間内には、付勢ダンパピン１１０（付勢部材）が収容されている。付勢ダンパピン１１０は軸線Ｏ方向に一様な形状で延びている。付勢ダンパピン１１０は、第二凹部底面６２及び受圧面７２ａの双方に同時に接触可能とされている。付勢ダンパピン１１０の軸線Ｏに直交する断面形状の輪郭は、非回転対称形状をなしている。

本実施形態では、付勢ダンパピン１１０の軸線Ｏに直交する輪郭形状は、非回転対称形状の一例として、外方に凸となるとともに互いに曲率半径の異なる複数の円弧１１１と、これら円弧１１１を結ぶ複数の線分１１２とから形成されている。これによって、付勢ダンパピン１１０の上記輪郭形状は、当該輪郭形状の一部を任意に回転させても、これと重なるような同一形状が出現しない非回転対称形状とされている。

＜作用効果＞
タービン１０の回転時に付勢ダンパピン１１０に遠心力が作用すると、当該付勢ダンパピン１１０が第二凹部底面６２及び受圧面７２ａの双方に接触する。第一移動部材７０の周方向位置は、当該付勢ダンパピン１１０からの押圧力と周方向一方側のダンパピン５０の押圧力とのバランスによって決定される。
ここで本実施形態では、付勢ダンパピン１１０が非回転対象形状とされていることで、遠心力が作用した際に当該付勢ダンパピン１１０と受圧面７２ａとの接触箇所がランダムに変化する。これによって、付勢ダンパピン１１０から受圧面７２ａに作用する押圧力が変化する。そのため、上記同様、第一移動部材７０の周方向位置の変化によりダンパピン５０の接触位置が変わるため、減衰を回転数に応じて変化させることができる。

特に本実施形態では、付勢ダンパピン１１０の軸線Ｏに直交する断面形状の輪郭を互いに異なる円弧１１１及び線分１１２から形成することで、付勢ダンパピン１１０の外周面の輪郭を容易に非回転対称形状とすることができる。これにより付勢ダンパピン１１０の接触箇所を、よりランダムに変化させることができる。また、輪郭の線分１１２の領域は、平面状となるため、受圧面７２ａ及び第二凹部底面６２に面接触することで面圧を低減させることができる。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

実施形態では一対のダンパ当接面３８，７５の双方を径方向に対して傾斜させた構成について説明した。しかしながらこれに限定されることはなく、例えば一対のダンパ当接面３８，７５の一方が実施形態同様に傾斜しているとともに、他方が径方向に沿って延びていてもよい。

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第一凹部
３８第一ダンパ当接面
３９第一凹部底面
４０第一凹部下面
４１翼本体
５０ダンパピン（ダンパ部材）
６０第二凹部
６１第二凹部上面
６２第二凹部底面
６３第二凹部下面
７０第一移動部材
７１外周面（被ガイド面）
７２背面
７２ａ受圧面
７３内周側端面
７４前面
７５第二ダンパ当接面
８０バネ部材（付勢部材）
９０第二移動部材
９１第一摺接面
９２第二摺接面
１００壁部
１０２支持面
１１０付勢ダンパピン
１１１円弧
１１２線分
Ｒ１収容空間
Ｏ軸線

Claims

軸線回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ダンパピンと、
を備え、
周方向に隣り合う前記プラットフォームのうち一方の前記プラットフォームは、径方向に延びて前記ダンパピンが当接する第一ダンパ当接面を有し、
周方向に隣り合う前記プラットフォームの間で前記第一ダンパ当接面に対して相対移動可能に設けられた第一移動部材であって、前記第一ダンパ当接面に対して周方向に対向し径方向外側に向かうに従って前記第一ダンパ当接面との対向距離が小さくなるとともに前記ダンパピンが当接する第二ダンパ当接面が形成された第一移動部材と、
前記第一移動部材を、前記第二ダンパ当接面に当接する前記ダンパピンに向かって付勢する付勢部材と、
を有し、
前記第一ダンパ当接面と前記第二ダンパ当接面との少なくとも一方が、前記軸線に直交する断面視で延びる方向で摩擦係数が変化している回転機械。
軸線回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ダンパピンと、
を備え、
周方向に隣り合う前記プラットフォームのうち一方の前記プラットフォームは、径方向に延びて前記ダンパピンが当接する第一ダンパ当接面を有し、
周方向に隣り合う前記プラットフォームの間で前記第一ダンパ当接面に対して相対移動可能に設けられた第一移動部材であって、前記第一ダンパ当接面に対して周方向に対向し径方向外側に向かうに従って前記第一ダンパ当接面との対向距離が小さくなるとともに前記ダンパピンが当接する第二ダンパ当接面が形成された第一移動部材と、
前記第一移動部材を、前記第二ダンパ当接面に当接する前記ダンパピンに向かって付勢する付勢部材と、
を有し、
前記第一移動部材は、周方向に移動可能に設けられ、
前記付勢部材は、周方向に隣り合う前記プラットフォームのうち他方の前記プラットフォームと前記第一移動部材との間に設けられて、前記第一移動部材を周方向一方側に弾性的に付勢するバネ部材である回転機械。
軸線回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ダンパピンと、
を備え、
周方向に隣り合う前記プラットフォームのうち一方の前記プラットフォームは、径方向に延びて前記ダンパピンが当接する第一ダンパ当接面を有し、
周方向に隣り合う前記プラットフォームの間で前記第一ダンパ当接面に対して相対移動可能に設けられた第一移動部材であって、前記第一ダンパ当接面に対して周方向に対向し径方向外側に向かうに従って前記第一ダンパ当接面との対向距離が小さくなるとともに前記ダンパピンが当接する第二ダンパ当接面が形成された第一移動部材と、
前記第一移動部材を、前記第二ダンパ当接面に当接する前記ダンパピンに向かって付勢する付勢部材と、
を有し、
前記第一移動部材は、径方向に移動可能に設けられ、
前記付勢部材は、周方向に隣り合う前記プラットフォームのうち他方の前記プラットフォームと前記第一移動部材との間に設けられて、前記第一移動部材を径方向内側に弾性的に付勢するバネ部材である回転機械。
軸線回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ダンパピンと、
を備え、
周方向に隣り合う前記プラットフォームのうち一方の前記プラットフォームは、径方向に延びて前記ダンパピンが当接する第一ダンパ当接面を有し、
周方向に隣り合う前記プラットフォームの間で前記第一ダンパ当接面に対して相対移動可能に設けられた第一移動部材であって、前記第一ダンパ当接面に対して周方向に対向し径方向外側に向かうに従って前記第一ダンパ当接面との対向距離が小さくなるとともに前記ダンパピンが当接する第二ダンパ当接面が形成された第一移動部材と、
前記第一移動部材を、前記第二ダンパ当接面に当接する前記ダンパピンに向かって付勢する付勢部材と、
を有し、
前記第一移動部材は、周方向に移動可能に設けられているとともに、周方向に隣り合う前記プラットフォームのうち他方の前記プラットフォーム側の端部に形成されて径方向外側に向かうにしがたって周方向他方側に向かって延びる受圧面を有し、
前記他方の前記プラットフォームは、前記受圧面に周方向に対向する対向面を有し、
前記付勢部材は、前記受圧面及び前記対向面の双方に当接可能とされて、径方向に移動可能とされている回転機械。
前記付勢部材は、
前記受圧面と摺動可能に当接する第一摺接面と、前記対向面と摺動可能に当接する第二摺接面と、を有する第二移動部材である請求項４に記載の回転機械。
前記付勢部材は、
前記軸線方向に一様に延びて、前記軸線に直交する断面形状の輪郭が非回転対象形状とされた付勢ダンパピンである請求項４に記載の回転機械。
前記付勢ダンパピンは、
前記軸線に直交する断面形状の輪郭が、外方に凸となるとともに互いに曲率半径の異なる複数の円弧と、これら円弧を結ぶ複数の線分とから形成されている請求項６に記載の回転機械。
前記第一ダンパ当接面と前記第二ダンパ当接面との少なくとも一方が、前記軸線に直交する断面視で延びる方向で摩擦係数が変化している請求項２から７のいずれか一項に記載の回転機械。