JP7272935B2 - 回転機械用の振動抑制装置及び回転機械 - Google Patents
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Description
回転機械のロータの振動抑制装置であって、
前記ロータの空所内に移動可能に設けられ、磁石を含むダンパピンと、
前記空所の周囲にて前記ロータに設けられる磁力発生部と、
を備え、
前記磁力発生部は、前記空所のうち前記ロータの径方向外側に位置する前記ダンパピンのスティック領域から前記ダンパピンを遠ざける方向の磁力を前記磁石に対して作用させるように構成されている。
ロータと、
上記(1)の構成の回転機械用の振動抑制装置と、
を備える。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
最初に、幾つかの実施形態に係る回転機械用の振動抑制装置が用いられる回転機械の構成について、図1を参照して説明する。図1は、該回転機械を備えた装置の一例としてのガスタービン1の概略構成図である。なお、幾つかの実施形態に係る回転機械用の振動抑制装置が用いられる回転機械は、圧縮機でもよいし、タービンでもよい。
ロータ30は、中心軸AXを中心に回転可能なロータシャフト8と、ロータシャフト8に固定された複数のロータディスク31と、複数のロータディスク31のそれぞれに取り付けられた複数の圧縮機動翼18とを有する。
ロータシャフト8は、圧縮機車室10及び後述するタービン車室22を共に貫通するように設けられている。
ステータ7は、タービン車室(ケーシング)22と、タービン車室22側に固定された複数のタービン静翼26とを有する。
幾つかの実施形態に係る回転機械用の振動抑制装置100は、例えば圧縮機動翼18に取り付けられる。なお、幾つかの実施形態に係る回転機械用の振動抑制装置100は、例えばタービン動翼24に取り付けられていてもよい。以下の説明では、幾つかの実施形態に係る回転機械用の振動抑制装置100が圧縮機動翼18に取り付けられているものとして説明する。また、以下の説明では、圧縮機動翼18のことを単に動翼18とも呼ぶ。
幾つかの実施形態では、後述するように、振動抑制装置100は、ロータ30の空所130内に移動可能に設けられ、磁石41を含むダンパピン40と、空所130の周囲にてロータ30に設けられる磁力発生部150とを備えている。
図2は、動翼18が取り付けられたロータディスク31の一部を模式的に示した図である。なお、図2では、動翼18及びロータディスク31を径方向に沿った断面を表している。
図2に示すように、幾つかの実施形態に係る各々の動翼18は、ロータディスク31の外周面から径方向外側に向かって延在する。より具体的には、各々の動翼18は、ロータディスク31の外周面に設けられた溝311に各々の動翼18の翼根部181が嵌合されることでロータディスク31に取り付けられる。
図3に示すように、動翼18は、翼根部181と、プラットフォーム183と、翼型部185とを含む。
翼根部181は、上述したように、例えば図2に示すロータディスク31の溝311に篏合される。なお、翼根部181は、翼厚さ方向に突出する複数のリブ部181aを有していてもよい。
上記構成のプラットフォーム183には、翼型部185が立設される。
幾つかの実施形態では、振動抑制装置100は、ロータ30の空所130内に移動可能に設けられ、磁石41を含むダンパピン40を備えている。
図2及び図5に示すように、周方向で隣り合う動翼18の間に、動翼18に接触するようにダンパピン40が設けられる。ダンパピン40は、円柱状(ピン状)の部材である。ダンパピン40は、ロータ30が回転しているときに、動翼18の振動を減衰するダンパピンとして機能する。
図6は、幾つかの実施形態に係るダンパピン40の模式的な斜視図である。幾つかの実施形態に係るダンパピン40は、磁石41を含む。幾つかの実施形態に係るダンパピン40に含まれる磁石41は、円柱形状を有する永久磁石であり、円柱の軸方向に沿った一方側がS極41Sであり、他方側がN極41Nである。
第1プラットフォーム183Aの斜面115Sは、空所130の径方向外側の境界を形成する天井壁117に形成されている。
また、第2プラットフォーム183Bの側面121は、空所130の周方向の境界を形成する側壁123に形成されている。
図5に示した実施形態では、磁力発生部150は、空所130の径方向外側の境界を形成する天井壁117に設けられた天井側磁力発生部151を含む。
図7は、図5に示した天井側磁力発生部151の模式的な斜視図である。図7に示した天井側磁力発生部151は、例えば柱形状を有する永久磁石であり、柱の軸方向に沿った一方側がS極151Sであり、他方側がN極151Nである。図7に示した天井側磁力発生部151は、例えば矩形柱形状を有するが、円柱形状を有していてもよく、三角柱形状を有していてもよく、五角以上の多角柱形状を有していてもよい。
具体的には、図5に示したダンパピン40及び天井側磁力発生部151は、例えば図4に示すように、径方向に沿ってダンパピン40の磁石41のS極41Sと天井側磁力発生部151のS極151Sとが対向し、ダンパピン40の磁石41のN極41Nと天井側磁力発生部151のN極151Nとが対向するように配置されている。そのため、図5に示した天井側磁力発生部151は、径方向内側に向かって天井側磁力発生部151からダンパピン40を遠ざける方向の磁力をダンパピン40の磁石41に対して作用させる。
したがって、図5に示した天井側磁力発生部151は、主として径方向内側に向う反発力をダンパピン40の磁石41に対して発生させる。
ダンパピン40に作用する遠心力CFが天井側磁力発生部151とダンパピン40の磁石41との反発力RFの径方向成分RFrよりも小さい場合、図5の実線で示すように、ダンパピン40は、第1プラットフォーム183Aの斜面115Sから離間する。
天井側磁力発生部151とダンパピン40の磁石41との反発力RFは、天井側磁力発生部151とダンパピン40との距離の二乗に反比例する。したがって、ダンパピン40に作用する遠心力CFが大きくなるにつれて、ダンパピン40と第1プラットフォーム183Aの斜面115Sとの距離は小さくなる。
なお、天井側磁力発生部151とダンパピン40の磁石41との反発力RFは、第2プラットフォーム183Bの側面121に向かう周方向成分RFcを有している。そのため、ダンパピン40は、周方向成分RFcによって第2プラットフォーム183Bの側面121に押圧される。
ダンパピン40に作用する遠心力CFが天井側磁力発生部151とダンパピン40の磁石41との反発力RFの径方向成分RFr以上であれば、ダンパピン40は、遠心力CFから反発力RFの径方向成分RFrを減じた大きさの力で径方向外側に向かって斜面115Sに押し付けられる。なお、斜面115Sは、径方向外側に向かうにつれて側面121に近づくように傾斜しているので、ダンパピン40に作用する遠心力CFが天井側磁力発生部151とダンパピン40の磁石41との反発力RFの径方向成分RFr以上であれば、ダンパピン40は、斜面115S及び側面121に接触する位置に移動する。この位置は、空所130内におけるダンパピン40の位置として、最も径方向外側の位置である。
なお、ダンパピン40は、図5で破線で示した位置、すなわち斜面115S及び側面121に接触する位置においてスティック状態となるおそれがある。以下の説明では、ダンパピン40が斜面115S及び側面121に接触する位置においてダンパピン40が占める領域のことをスティック領域135とも呼ぶ。
より具体的には、図5に示した振動抑制装置100では、天井側磁力発生部151は、径方向内側に向かう成分(径方向成分RFr)を有する反発力RFを磁石41に対して発生させるように構成されている。すなわち、図5に示した振動抑制装置100では、天井側磁力発生部151は、ダンパピン40に作用する遠心力CFを減ずる反発力RFをダンパピン40の磁石41に対して発生させる。これにより、遠心力CFによってダンパピン40を斜面115Sに押し付ける力を減ずることができるので、ダンパピン40がスティック状態となり難くなり、振動減衰効果の低下を抑制できる。
従来、径方向に延在する側面121に向かってダンパピン40が押圧される押圧力は比較的小さかったが、周方向成分RFcによって該押圧力を増やすことができる。これにより、ダンパピン40と側面121との摩擦力を増やすことができるので、振動減衰効果を向上できる。
以下、スティック領域135について、さらに詳しく説明する。
図13は、スティック領域135について説明するための模式的な図であり、凹部113の近傍を拡大した図である。説明の便宜上、図13では、磁力発生部150の記載を省略している。
(a)第1点P1は、ダンパピン40の外周面40aのうちダンパピン40の中心Cよりも径方向外側の半円弧AR1上に位置する点である。
(b)第2点P2は、第1点P1と中心Cを結んだ直線Lによって外周面40aを2分割して得られる2個の半円弧のうち、外周面40a上で最も径方向外側に位置する基準点Prを含む半円弧AR2上に位置する点である。
しかし、幾つかの実施形態では、上述した又は後述する振動抑制装置100を備えているので、ダンパピン40がスティック状態となり難くなり、振動減衰効果の低下を抑制できる。
図8において、縦軸は、ダンパピン40の摩擦による減衰率を対数で示す。
図9に示す実施形態では、天井側磁力発生部151は、スティック領域135(図5参照)から周方向に遠ざかるにつれて径方向内側に向かう成分(径方向成分RFr)が大きくなる反発力RFを磁石41に対して発生させるように構成されている。
そのため、磁石41は、周方向に沿って第1動翼18Aから第2動翼18Bに向かう方向に向かう反発力(周方向成分RFc)を受ける。磁石41が該反発力を受けて移動する先に空所130の周方向の境界を形成する壁部が存在する場合、ダンパピン40は、該反発力によって該壁部に向かって押圧されることとなる。図9に示す実施形態では、磁石41が該反発力を受けて移動する先に空所130の周方向の境界を形成する壁部である側壁123が存在する。そのため、図9に示す実施形態によれば、側面121上でダンパピン40が摺動すると摩擦力が得られるので、該摩擦力によって振動減衰効果が得られる。
図10に示す実施形態では、天井側磁力発生部151は、第1天井側磁力発生部1511と、第2天井側磁力発生部1512とを含む。第1天井側磁力発生部1511は、径方向内側に向かう成分(径方向成分RFr)を有する反発力RFを磁石41に対して発生させる。第2天井側磁力発生部1512は、第1天井側磁力発生1511部よりもスティック領域135から周方向に沿って離れた位置に設けられ、第2天井側磁力発生部1512に向かう成分を有する吸引力AFを磁石41に対して発生させる。
なお、図11に示した天井側磁力発生部151は、図10には表れていないが、径方向に沿って第1天井側磁力発生部1511のN極1511Nとダンパピン40の磁石41のN極41Nとが対向可能となるように配置されている。図11に示した天井側磁力発生部151は、図10には表れていないが、径方向に沿って第2天井側磁力発生部1512のS極1512Sとダンパピン40の磁石41のN極41Nとが対向可能となるように配置されている。
この周方向成分Fc1によって、又は、ロータ30の振動によって周方向に沿って第1天井側磁力発生部1511から離れた位置へダンパピン40が移動して第2天井側磁力発生部1512に近づくと、磁石41に対する第1天井側磁力発生部1511による反発力RF1が弱まり、第2天井側磁力発生部1512による吸引力AF1が強まる。その結果、ダンパピン40は、第2天井側磁力発生部1512の近傍で斜面115Sに接触するとともに、さらに第2天井側磁力発生部1512に近づくように周方向に沿って斜面115S上を摺動する。
また、ダンパピン40は、実線で示すように第2天井側磁力発生部1512に近づくと、磁石41に対する第2天井側磁力発生部1512による吸引力AF2と、第1天井側磁力発生部1511による反発力RF2との合力には、周方向に沿って第2プラットフォーム183Bの側面121から離れる方向を向いた周方向成分Fc2が含まれるようになる。そのため、図10に示した振動抑制装置100によれば、第2天井側磁力発生部1512が設けられていない場合と比べて斜面115S上でダンパピン40が摺動する距離を増やすことができ、斜面115S上での摺動による摩擦力によって振動減衰効果が得られる。
図12に示した実施形態では、磁力発生部150は、空所130の周方向の境界を形成する側壁123に設けられた側壁側磁力発生部155を含む。
図12に示した実施形態では、側壁側磁力発生部155は、例えば図7に示した天井側磁力発生部151と同様の構成を有していてもよい。すなわち、側壁側磁力発生部155は、例えば柱形状を有する永久磁石であり、柱の軸方向に沿った一方側がS極155Sであり、他方側がN極155Nである。図12に示した実施形態では、側壁側磁力発生部155は、例えば矩形柱形状を有するが、円柱形状を有していてもよく、三角柱形状を有していてもよく、五角以上の多角柱形状を有していてもよい。
図12に示した実施形態では、側壁側磁力発生部155は、径方向内側に向かって側壁側磁力発生部155からダンパピン40を遠ざける方向の磁力をダンパピン40の磁石41に対して作用させる。
すなわち、図12に示した実施形態では、側壁側磁力発生部155は、径方向内側に向かう成分(径方向成分RFr3)と、周方向に沿ってスティック領域135から遠ざかる方向に向かう成分(周方向成分RFc3)とを有する反発力RF3を磁石41に対して発生させるように構成されている。
また、図12に示した実施形態では、側壁側磁力発生部155による反発力RF3のうち、径方向内側に向かう成分(径方向成分RFr3)によって、スティック領域135からダンパピン40を遠ざけることができる。これにより、ダンパピン40がスティック状態となり難くなり、振動減衰効果の低下を抑制できる。
また、図12に示した実施形態では、側壁側磁力発生部155による反発力RF3のうち、周方向に沿ってスティック領域135から遠ざかる方向に向かう成分(周方向成分RFc3)によって、ダンパピン40が斜面115S上を摺動し易くなる。そのため、図12に示した実施形態では、斜面115S上でダンパピン40が摺動する距離を増やすことができ、斜面115S上での摺動による摩擦力によって振動減衰効果が得られる。
例えば、上述した幾つかの実施形態では、磁力発生部150には永久磁石が用いられているが、電磁石であってもよい。
2つの側面111、121の双方に凹部113を設けた場合、第1プラットフォーム183Aにおける凹部113と、第2プラットフォーム183Bにおける凹部113とによって空所130が形成されるとよい。そして、この空所130にダンパピン40を配置するとよい。天井側磁力発生部151は、第1プラットフォーム183Aにおける天井壁117と、第2プラットフォーム183Bにおける天井壁117の双方に設けるとよい。
(1)本開示の少なくとも一実施形態に係る回転機械用の振動抑制装置100は、回転機械のロータの振動抑制装置であって、ロータ30の空所130内に移動可能に設けられ、磁石41を含むダンパピン40と、空所130の周囲にてロータ30に設けられる磁力発生部150と、を備える。磁力発生部150は、空所130のうちロータ30の径方向外側に位置するダンパピン40のスティック領域135からダンパピン40を遠ざける方向の磁力を磁石41に対して作用させるように構成されている。
また、上記(7)の構成によれば、側壁側磁力発生部155による反発力RF3のうち、ロータ30の周方向に沿ってスティック領域135から遠ざかる方向に向かう成分(周方向成分RFc3)によって、ダンパピン40が天井壁117の壁面(斜面115S)上を摺動し易くなる。そのため、上記(7)の構成によれば、斜面115S上でダンパピン40が摺動する距離を増やすことができ、斜面115S上での摺動による摩擦力によって振動減衰効果が得られる。
(a)第1点P1は、ダンパピン40の外周面40aのうちダンパピン40の中心Cよりもロータ30の径方向外側の半円弧AR1上に位置する点である。
(b)第2点P2は、第1点P1と中心Cを結んだ直線Lによって外周面40aを2分割して得られる2個の半円弧のうち、外周面40a上でロータ30の最も径方向外側に位置する基準点Prを含む半円弧AR2上に位置する点である。
しかし、上記(8)の構成によれば、上記(1)の構成を備えているので、ダンパピン40がスティック状態となり難くなり、振動減衰効果の低下を抑制できる。
2 圧縮機
6 タービン
8 ロータシャフト
18 圧縮機動翼(動翼)
30 ロータ
31 ロータディスク
40 ダンパピン
41 磁石
100 振動抑制装置
111、112 側面
113 凹部
115S 斜面
117 天井壁
130 空所
135 スティック領域
150 磁力発生部
151 天井側磁力発生部
153 磁石
155 側壁側磁力発生部
1511 第1天井側磁力発生部
1512 第2天井側磁力発生部
Claims (9)
- 回転機械のロータの振動抑制装置であって、
前記ロータの空所内に移動可能に設けられ、磁石を含むダンパピンと、
前記空所の周囲にて前記ロータに設けられる磁力発生部と、
を備え、
前記磁力発生部は、前記空所のうち前記ロータの径方向外側に位置する前記ダンパピンのスティック領域から前記ダンパピンを遠ざける方向の磁力を前記磁石に対して作用させるように構成された
回転機械用の振動抑制装置。 - 前記磁力発生部は、前記空所の径方向外側の境界を形成する天井壁に設けられた天井側磁力発生部を含む
請求項1に記載の回転機械用の振動抑制装置。 - 前記天井側磁力発生部は、径方向内側に向かう成分を有する反発力を前記磁石に対して発生させるように構成されている
請求項2に記載の回転機械用の振動抑制装置。 - 前記天井側磁力発生部は、前記スティック領域から前記ロータの周方向に遠ざかるにつれて前記径方向内側に向かう成分が大きくなる反発力を前記磁石に対して発生させるように構成されている
請求項3に記載の回転機械用の振動抑制装置。 - 前記天井側磁力発生部は、
径方向内側に向かう成分を有する反発力を前記磁石に対して発生させる第1天井側磁力発生部と、
前記第1天井側磁力発生部よりも前記スティック領域から前記ロータの周方向に沿って離れた位置に設けられた第2天井側磁力発生部と、
を含み、
前記第2天井側磁力発生部は、前記第2天井側磁力発生部に向かう成分を有する吸引力を前記磁石に対して発生させる
請求項2に記載の回転機械用の振動抑制装置。 - 前記磁力発生部は、前記空所の周方向の境界を形成する側壁に設けられた側壁側磁力発生部を含む
請求項1乃至5の何れか一項に記載の回転機械用の振動抑制装置。 - 前記側壁側磁力発生部は、径方向内側に向かう成分と、前記ロータの周方向に沿って前記スティック領域から遠ざかる方向に向かう成分とを有する反発力を前記磁石に対して発生させるように構成されている
請求項6に記載の回転機械用の振動抑制装置。 - 前記スティック領域は、少なくとも、下記(a)及び(b)の条件をそれぞれ満たす前記ダンパピンの外周面上の第1点および第2点において、前記ダンパピンの前記外周面が前記空所を画定する1以上の壁面と接するように前記ダンパピンを前記空所内において配置したときに前記ダンパピンが占める領域である
請求項1乃至7の何れか一項に記載の回転機械用の振動抑制装置。
(a)前記第1点は、前記ダンパピンの外周面のうち該ダンパピンの中心よりも前記ロータの前記径方向外側の半円弧上に位置する点である。
(b)前記第2点は、前記第1点と前記中心を結んだ直線によって前記外周面を2分割して得られる2個の半円弧のうち、前記外周面上で前記ロータの最も前記径方向外側に位置する基準点を含む半円弧上に位置する点である。 - ロータと、
請求項1乃至8の何れか一項に記載の回転機械用の振動抑制装置と、
を備える
回転機械。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019208176A JP7272935B2 (ja) | 2019-11-18 | 2019-11-18 | 回転機械用の振動抑制装置及び回転機械 |
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