JP7465374B2 - 静翼環、及び回転機械 - Google Patents

Description

本開示は、静翼環、及び回転機械に関する。
本願は、２０２１年２月５日に日本に出願された特願２０２１－０１７２６８号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

特許文献１には、組付けや分解を容易にするために内周側シュラウド及び外周側シュラウドが複数に分割され、周方向に配列した複数枚の翼とともに一つのセグメントに設けられている静翼環が開示されている。

特許第６０８２２８５号公報

ところで、特許文献１に記載された静翼環では、両側がセグメントに拘束されている中央翼に対して片側がフリーとなる端翼はセグメントによる拘束力が弱くなる。そのため、翼の固有振動数に差異が生じる。このため、全ての翼全体としての固有振動数の帯域幅が広くなってしまい、回転機械の運転時に共振を回避することが困難となる。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、固有振動数の帯域幅を狭めることが可能な静翼環、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に、本開示に係る静翼環は、互いに独立して軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、を備え、前記押圧部は、前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記圧力よりも前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記圧力が小さくなる圧力分布を有する。
本開示に係る静翼環は、軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、を備え、前記押圧部は、前記翼群と前記シュラウドセグメントとの間で前記周方向にわたって延びるように設けられて、各前記翼の径方向の端部に接触して前記圧力を付与する板ばねを有し、前記板ばねは、前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の板厚よりも前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の板厚が薄い。
本開示に係る静翼環は、軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、を備え、前記押圧部は、各前記翼に対応するように設けられて、各前記翼を径方向に押圧することで前記圧力を付与する複数のボルトを有し、前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼を押圧する前記ボルトの押圧力よりも、前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記翼を押圧する前記ボルトの押圧力が小さい。
本開示に係る静翼環は、軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、を備え、前記押圧部は、各前記翼に対応して複数が設けられて、前記翼群の各前記翼を径方向に押圧することで前記圧力を付与するアクチュエータと、前記翼群と前記アクチュエータとの間で前記周方向にわたって延びる押し付け板と、を有し、前記押し付け板を介して前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼を押圧する前記アクチュエータの押圧力よりも、前記押し付け板を介して前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記翼を押圧する前記アクチュエータの押圧力が小さい。
また、本開示に係る回転機械は、上記の静翼環を備える。

本開示によれば、固有振動数の帯域幅を狭めることが可能な静翼環、及び回転機械を提供することができる。

本開示の実施形態に係る静翼環を備えたガスタービンの模式的な縦断面図である。 本開示の第一実施形態に係る図１のＩＩ－ＩＩ線方向の断面図である。 図２のＩＩＩａ部及びＩＩＩｃ部を拡大した図、並びにＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ線方向及びＩＩＩｄ－ＩＩＩｄ線方向の断面図である。 本開示の第二実施形態に係る図１のＩＩ－ＩＩ線方向の断面図である。 図４のＶａ－Ｖａ線方向及びＶｂ－Ｖｂ線方向の断面図である。 本開示の第三実施形態に係る図１のＩＩ－ＩＩ線方向の断面図である。 図６のＶＩＩａ－ＶＩＩａ線方向及びＶＩＩｂ－ＶＩＩｂ線方向の断面図である。 本開示の第二実施形態の第一変形例に係る図１のＩＩ－ＩＩ線方向の断面図である。 本開示の第二実施形態の第二変形例に係る図４のＶａ－Ｖａ線方向の断面図である。 本開示の第二実施形態の第三変形例に係る図４のＶａ－Ｖａ線方向の断面図である。 本開示のその他の実施形態に係る押圧部の構成を説明する図である。

（第一実施形態）
（ガスタービン）
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）
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、軸方向Ａに間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼環５が設けられている。各圧縮機動翼環５は、圧縮機ロータ３の外周面上で軸線Ｏの周方向Ｂに間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼を有している。本実施形態では、軸方向Ａは軸線Ｏの延在する方向を意味する。

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、軸方向Ａに間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼環７が設けられている。これらの圧縮機静翼環７は、上記の圧縮機動翼環５に対して、軸方向Ａから見て交互に配列されている。各圧縮機静翼環７は、圧縮機ケーシング４の内周面上で、軸線Ｏの周方向Ｂに間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼を有している。

（燃焼器）
燃焼器９は、圧縮機２と、下流側（図１の右側）へ続くタービン１０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、燃焼ガスはタービン１０内へと導かれる。

（タービン）
タービン１０は、軸線Ｏ回りに回転するロータ１１と、ロータ１１を囲うステータ１２と、を有している。

ロータ１１は、回転軸１１ａと、複数のタービン動翼環２０と、を有している。
回転軸１１ａは、軸線Ｏに沿って延びる柱状をなしている。回転軸１１ａは、上記の圧縮機ロータ３に軸方向Ａに一体に連結されることで、軸線Ｏ回りに回転するガスタービンロータを形成する。

複数のタービン動翼環２０は、回転軸１１ａの外周面に設けられており、軸方向Ａに間隔をあけて配列されている。
各タービン動翼環２０は、複数のタービン動翼を有している。複数のタービン動翼は、ロータ１１の外周面上で、軸線Ｏの周方向Ｂに間隔をあけて配列されている。

ステータ１２は、タービンケーシング１５と、複数の静翼環１３と、を有している。

タービンケーシング１５は、軸線Ｏを中心とする筒状をなしている。
複数の静翼環１３は、タービンケーシング１５の内周側に設けられており、軸方向Ａに間隔をあけて配列されている。これらの静翼環１３は、上記のタービン動翼環２０に対して、軸方向Ａから見て交互に配列されている。
各静翼環１３は、タービンケーシング１５の内周面付近で、軸線Ｏの周方向Ｂに間隔をあけて配列された複数の翼１４ａを有している。

以下、第一実施形態の静翼環１３を図２及び図３を参照して説明する。

（静翼環）
図２は、図１で示す静翼環１３のＩＩ－ＩＩ線方向の断面視である。
静翼環１３は、外周側シュラウド４０と、複数の翼群１４と、複数のシュラウドセグメント４３と、押圧部４４と、を備えている。

外周側シュラウド４０は、軸線Ｏを中心とした環状をなす柱状の構造体である。
翼群１４は、軸線Ｏの周方向Ｂに配列されている複数の翼１４ａを有している。複数の翼１４ａの軸線Ｏの径方向外側端部は外周側シュラウド４０の径方向内側を向く内周面に設けられており、径方向内側端部はシュラウドセグメント４３の径方向外側を向く外周面に設けられている。

本実施形態では、翼群１４は５つの翼１４ａを有しており、２つの端翼４１がシュラウドセグメント４３の周方向Ｂ両端に設けられており、３つの中央翼４２が２つの端翼４１同士の間に挟まれる形でシュラウドセグメント４３の周方向Ｂ中央に設けられている。

シュラウドセグメント４３は、翼群１４の複数の翼１４ａを周方向Ｂに接続するように、これら複数の翼１４ａの径方向内側の端部を接続している。したがって、シュラウドセグメント４３は、各翼１４ａの周方向Ｂの移動を規制している。

シュラウドセグメント４３は、軸線Ｏを中心とした円弧状に形成された軸方向Ａに延びる構造体であり、複数が周方向Ｂに配列され、各シュラウドセグメント４３の端部同士が当接することで、環状の内周側シュラウドが形成される。図２では本実施形態の説明の便宜上、一つのシュラウドセグメント４３と該シュラウドセグメント４３に設けられた一つの翼群１４、及び外周側シュラウド４０の一部を示している。

押圧部４４は、翼群１４とシュラウドセグメント４３との間で周方向Ｂにわたって延びるように設けられている板ばね５０である。

図３（ａ）は、図２で示す端翼４１のＩＩＩａ部の拡大視であり、図３（ｂ）は図２で示す端翼４１のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ線方向の断面視である。また、図３（ｃ）は、図２で示す中央翼４２のＩＩＩｃ部の拡大視であり、図３（ｄ）は、図２で示す中央翼４２のＩＩＩｄ－ＩＩＩｄ線方向の断面視である。

図３（ｂ）及び（ｄ）に示すように、シュラウドセグメント４３は、軸線Ｏの径方向外側を向く外周面に翼１４ａの径方向内側端部を収容可能な凹部４３ａを有している。凹部４３ａは、該凹部４３ａの内周面から軸方向Ａに延びる係合部４３ｂを有している。また、各翼１４ａの径方向内側の端部は、軸方向Ａに延びるフランジ部１４ｂを有している。これにより、凹部４３ａ内でフランジ部１４ｂと、係合部４３ｂとが係合している。

板ばね５０は、翼１４ａの径方向内側を向く内周面に接触して径方向外側に向かう弾性的な圧力（付勢力）を翼１４ａに対して付与している。これにより、フランジ部１４ｂと係合部４３ｂとが係合することで画成される圧力発生領域Ｐでシュラウドセグメント４３に対して翼１４ａが拘束される圧力が発生している。これにより、翼１４ａがシュラウドセグメント４３に対して径方向に動かないように拘束される。
したがって、押圧部４４としての板ばね５０は、翼群１４に対して径方向外側に向かう圧力を付与することで、圧力発生領域Ｐを利用して翼群１４をシュラウドセグメント４３に押し付けている。

シュラウドセグメント４３の周方向Ｂ中央側に設けられている各中央翼４２に対応する板ばね５０の板厚は、シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ両端に設けられている端翼４１に対応する板ばね５０の板厚よりも薄く形成されている。したがって、端翼４１の圧力発生領域Ｐで生じる径方向にかかる圧力は相対的に強くなり、中央翼４２の圧力発生領域Ｐで生じる径方向にかかる圧力は相対的に弱くなる。即ち、押圧部４４としての板ばね５０は、シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ両端の圧力よりもシュラウドセグメント４３における周方向Ｂ中央の圧力が小さくなる圧力分布を有している。

（作用効果）
第一実施形態に係る静翼環１３は、押圧部４４としての板ばね５０が、圧力発生領域Ｐを介して翼群１４がシュラウドセグメント４３に押し付けられるように、該翼群１４に対して径方向外側に向かう圧力を付与している。さらに、圧力発生領域Ｐにおける径方向にかかる圧力は端翼４１では相対的に強く、中央翼４２では相対的に弱い構成である。

これにより、シュラウドセグメント４３による拘束力が比較的弱い端翼４１は固有振動数を上昇させることができ、拘束力が比較的強い中央翼４２は固有振動数を低下させることができる。したがって、各翼１４ａの固有振動数が相互に近づくため、静翼環１３全体としての固有振動数の帯域幅を狭めることができる。これにより、ガスタービン１の運転中の回転数に応じた励振ハーモニックと静翼環１３全体としての固有振動数の帯域幅との交差を回避し易くなる。その結果、静翼環１３全体として共振の発生を抑制することができる。

（第二実施形態）
以下、本開示の第二実施形態の静翼環１３の構成について図４及び図５を参照して説明する。第二実施形態では、静翼環１３が備える押圧部４４の構成以外は第一実施形態と同様の構成をなしている。第一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４は、図１で示すＩＩ－ＩＩ線方向の断面視である。

（静翼環）
押圧部４４は、押し付け板７０と、複数のボルト６０と、を有している。
押し付け板７０は、翼群１４とシュラウドセグメント４３との間で周方向Ｂにわたって延びるように設けられている。
複数のボルト６０は、各翼１４ａに対応するように押し付け板７０よりも径方向内側のシュラウドセグメント４３内部にそれぞれ設けられている。

図５（ａ）は、図４に示す端翼４１のＶａ－Ｖａ線方向の断面視であり、図５（ｂ）は、図４で示す中央翼４２のＶｂ－Ｖｂ線方向の断面視である。

図４及び図５（ａ）、（ｂ）に示すように、押し付け板７０の径方向外側を向く一面７０ａは翼１４ａの径方向内側を向く内周面に当接しており、押し付け板７０の径方向内側を向く他面７０ｂはボルト６０の径方向外側の端部に接触している。

複数のボルト６０は、それぞれ押し付け板７０を径方向外側に向かって押圧することで、押し付け板７０を介して翼群１４に圧力を付与している。これにより、圧力発生領域Ｐでシュラウドセグメント４３に対して翼１４ａが拘束される圧力が発生し、翼１４ａがシュラウドセグメント４３に対して径方向に動かないよう拘束される。

また、中央翼４２における押し付け板７０に接触するボルト６０の締め付けトルクは、端翼４１における押し付け板７０に接触するボルト６０の締め付けトルクよりも小さい。したがって、端翼４１の圧力発生領域Ｐで生じる径方向にかかる圧力は相対的に強くなり、中央翼４２の圧力発生領域Ｐで生じる径方向にかかる圧力は相対的に弱くなる。即ち、押圧部４４は、周方向Ｂ両端の翼１４ａを押圧する押圧力よりも周方向Ｂ中央の翼１４ａを押圧する押圧力が小さくなる圧力分布を有している。

（作用効果）
第二実施形態に係る静翼環１３は、押圧部４４としての押し付け板７０及び複数のボルト６０が、該翼群１４に対して径方向外側に向かう圧力を付与しており、各翼１４ａの圧力発生領域Ｐにおける径方向にかかる圧力は端翼４１では相対的に強く、中央翼４２では相対的に弱い構成である。
これにより、第一実施形態の構成と同様の作用効果を得ることができる。さらに、ボルト６０と押し付け板７０といった単純かつ安価な材料を用いる構成で上記作用効果を実現することができる。

（第三実施形態）
以下、本開示の第三実施形態の静翼環１３の構成について図６及び図７を参照して説明する。第三実施形態では、静翼環１３が備える押圧部４４の構成以外は第一実施形態と同様の構成をなしている。第一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６は、図１で示すＩＩ－ＩＩ線方向の断面視である。

（静翼環）
押圧部４４は、押し付け板７０と、複数のアクチュエータ９０と、を有している。
押し付け板７０は、翼群１４とシュラウドセグメント４３との間で周方向Ｂにわたって延びるように設けられている。
複数のアクチュエータ９０は、各翼１４ａに対応するように押し付け板７０とシュラウドセグメント４３との間にそれぞれ設けられている。

図７（ａ）は、図６に示す端翼４１のＶＩＩａ－ＶＩＩａ線方向の断面視であり、図７（ｂ）は、図６で示す中央翼４２のＶＩＩｂ－ＶＩＩｂ線方向の断面視である。

複数のアクチュエータ９０は、それぞれケーブル（不図示）で静翼環１３外部の電源（不図示）と電気的に接続されている。アクチュエータ９０は、電源から入力された電気信号を物理的な運動に変換する機械要素であり、電気信号が入力されることで当該電気信号の電圧の大きさに応じた所定の長さで径方向に伸縮する。電源から出力される電気信号の電圧の大きさはコンピュータ（不図示）によってガスタービン１の外部から好適に制御されている。即ち、コンピュータによって各翼１４ａに対応したアクチュエータ９０の伸縮量が好適に制御されている。アクチュエータ９０には、例えば圧電素子が用いられる。

複数のアクチュエータ９０は、径方向外側に向かって伸縮し、押し付け板７０を押圧することで、押し付け板７０を介して翼群１４に圧力を付与している。これにより、圧力発生領域Ｐでシュラウドセグメント４３に対して翼１４ａが拘束される圧力が発生し、翼１４ａがシュラウドセグメント４３に対して径方向に動かないよう拘束される。

また、中央翼４２における押し付け板７０に接触するアクチュエータ９０の径方向の伸縮量は、端翼４１における押し付け板７０に接触するアクチュエータ９０の径方向の伸縮量よりも小さい。したがって、端翼４１の圧力発生領域Ｐで生じる径方向にかかるアクチュエータ９０の押圧力は相対的に強くなり、中央翼４２の圧力発生領域Ｐで生じる径方向にかかるアクチュエータ９０の押圧力は相対的に弱くなる。これにより、押圧部４４は、周方向Ｂ両端の翼１４ａを押圧する押圧力よりも周方向Ｂ中央の翼１４ａを押圧する押圧力が小さくなる圧力分布を有している。

（作用効果）
第三実施形態に係る静翼環１３は、押圧部４４としてのアクチュエータ９０が、翼群１４に対して径方向外側に向かう圧力を付与しており、各翼１４ａの圧力発生領域Ｐにおける径方向にかかる圧力は端翼４１では相対的に強く、中央翼４２では相対的に弱い構成である。これにより、第一実施形態の構成と同様の作用効果を得ることができる。

また、上記構成によると、アクチュエータ９０に入力される電気信号の電圧はコンピュータによって制御可能である。これにより、ガスタービン１運転中においてもアクチュエータ９０の伸縮量を外部から制御することが可能となり、状況に応じた好適なアクティブ制御を実現することができるため、上記作用効果を高めることができる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は各実施形態の構成に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内での構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本開示は実施形態によって限定されることはなく、請求の範囲によってのみ限定される。

なお、第二実施形態の第一変形例を図８に示す。図８に示すように、押圧部４４のボルト６０は端翼４１にのみ対応してシュラウドセグメント４３内部に設けられ、中央翼４２には設けられない構成であってもよい。つまり、押圧部４４は周方向Ｂ両端の翼１４ａのみを押圧することで翼群１４に対して径方向外側に向かう圧力を付与している。
これにより、各翼１４ａの圧力発生領域Ｐにおける径方向にかかる圧力は端翼４１では相対的に強く、中央翼４２では相対的に弱くなり、第二実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、ボルト６０を設ける箇所が周方向Ｂ両端のみに留まるため、製造における加工が容易となる。
また、ボルト６０は端翼４１にのみ対応して複数個設けてもよい。

また、第二実施形態の第二変形例を図９に示す。図９に示すように、押圧部４４のボルト６０は端翼４１に対応する２個以上の複数がシュラウドセグメント４３内部に設けられ、中央翼４２を押圧するボルト６０の個数は、端翼４１を押圧するボルト６０の個数よりも少ない構成であってもよい。
これにより、各翼１４ａの圧力発生領域Ｐにおける径方向にかかる圧力は端翼４１では相対的に強く、中央翼４２では相対的に弱くなり、第二実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、第二実施形態の第三変形例を図１０に示す。図１０に示すように、押圧部４４は、押し付け板７０とボルト６０との間に押し付けばね８０をさらに有している構成であってもよい。
これにより、弾性的な圧力（付勢力）に変換されたボルト６０の押圧力を翼１４ａに付与することができる。したがって、ガスタービン１運転中にステータ１２に何らかの異常振動が急激に発生した際、シュラウドセグメント４３の押圧部４４からの撃力が翼１４ａに付与されることがない。これにより、圧力発生領域Ｐにより適切な圧力を生じさせることができ、静翼環１３の信頼性を高めることができる。

また、上記実施形態が備える押圧部４４の構成は、それぞれ独立した構成に留まることはなく、適宜組み合わせて静翼環１３の押圧部４４を構成してもよい。

また、上記実施形態の静翼環１３が備える押圧部４４はシュラウドセグメント４３側に配置されているが、外周側シュラウド４０側に押圧部４４を配置してもよい。この際、押圧部４４は径方向内側に向かう圧力を翼群１４に対して付与するものとなり、この場合でもシュラウドセグメント４３側に設けられた上記押圧部４４が有する上記作用効果と同様の作用効果を奏する。
また、外周側シュラウド４０側及びシュラウドセグメント４３側の両方において上記押圧部４４が配置されてもよい。これにより、上記作用効果をさらに高めることができる。

また、押圧部４４は、上記第一実施形態で説明した板ばね５０の構成に限定されることはない。例えば、図１１に示すように、押圧部４４は、翼群１４とシュラウドセグメント４３との間で周方向Ｂにわたって延びるように設けられている板ばね５１であり、当該板ばね５１は、シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ両端に配置された一対の平板部５１ａと、周方向Ｂ両端の平板部５１ａの間に配置された波板部５１ｂと、を有してもよい。以下、押圧部４４が板ばね５１である場合の当該板ばね５１が有する平板部５１ａ及び波板部５１ｂの構成を説明する。

平板部５１ａは、平板状をなしている。平板部５１ａは、軸方向Ａからみて、直線状に延びている。一対の平板部５１ａのうち、周方向Ｂの一方側に配置された平板部５１ａにおける周方向Ｂの一方側の端部は、シュラウドセグメント４３における周方向Ｂの一方側の端部に固定されている。当該平板部５１ａにおける周方向Ｂの他方側の端部は、この一方側の端部よりも径方向外側に位置している。

一対の平板部５１ａのうち、周方向Ｂの他方側に配置された平板部５１ａにおける周方向Ｂの他方側の端部は、シュラウドセグメント４３における周方向Ｂの他方側の端部に固定されている。当該平板部５１ａにおける周方向Ｂの一方側の端部は、この他方側の端部よりも径方向外側に位置している。

波板部５１ｂは、周方向Ｂに延びる波板状をなしている。波板部５１ｂは、軸方向Ａからみて、曲線状に延びている。具体的には、波板部５１ｂは、軸方向Ａからみて周方向Ｂに波打っている。波板部５１ｂにおける周方向Ｂ両端は、一対の平板部５１ａの端部にそれぞれ接続されている。したがって、波板部５１ｂは、周方向Ｂ両端の平板部５１ａに挟まれている。

波板部５１ｂの厚さは、平板部５１ａの厚さと同一である。なお、ここでいう厚さが同一とは、実質的に同じ厚さを指すものであって、製造上のわずかな誤差や設計上の公差は許容される。

ここで、平板部５１ａと波板部５１ｂとの接続部分は、翼群１４における翼１４ａよりも径方向内側のシュラウドセグメント４３の領域のうち、中央翼４２よりも周方向Ｂ両端側に位置している。

したがって、シュラウドセグメント４３の周方向Ｂ中央側に設けられている各中央翼４２に対応する板ばね５１は、波板部５１ｂであり、周方向Ｂ両端に設けられている端翼４１に対応する板ばね５１は、平板部５１ａである。この構成によっても、上記第一実施形態で説明した作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

また、上記の実施形態の静翼環１３は、ガスタービン１に用いられる静翼環１３であるが、蒸気タービン等の他の回転機械に用いられてもよい。

［付記］
実施形態に記載の静翼環１３、及び回転機械は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る静翼環１３は、軸線Ｏの周方向Ｂに配列されている複数の翼１４ａを有する翼群１４と、前記翼群１４の複数の前記翼１４ａを前記周方向Ｂに接続するように、これら複数の翼１４ａの径方向の端部を接続し、前記周方向Ｂに延びる円弧状をなすシュラウドセグメント４３と、前記翼群１４が前記シュラウドセグメント４３に押し付けられるように、前記翼群１４に対して径方向に圧力を付与する押圧部４４と、を備え、前記押圧部４４は、前記シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ両端の前記圧力よりも前記シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ中央の前記圧力が小さくなる圧力分布を有する。

これにより、端翼４１の固有振動数を上昇させることができ、中央翼４２で生じる固有振動数を低下させることができる。したがって、各翼１４ａの固有振動数が相互に近づくため、静翼環１３全体としての固有振動数の帯域幅を狭めることができる。

（２）第２の態様に係る静翼環１３は、（１）の静翼環１３であって、前記押圧部４４は、前記翼群１４と前記シュラウドセグメント４３との間で前記周方向Ｂにわたって延びるように設けられて、前記圧力を付与する板ばね５０を有し、前記板ばね５０は、前記シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ両端の板厚よりも前記シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ中央の板厚が薄くてもよい。

これにより、より具現化した方法で翼群１４に対して適切な圧力を付与することができ、中央翼４２の固有振動数を低下させ、端翼４１の固有振動数を上昇させることができる。

（３）第３の態様に係る静翼環１３は、（１）の静翼環１３であって、前記押圧部４４は、前記翼群１４の各前記翼１４ａを径方向に押圧することで前記圧力を付与する複数のボルト６０を有し、前記シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ両端の前記翼１４ａを押圧する前記ボルト６０の押圧力よりも、前記シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ中央の前記翼１４ａを押圧する前記ボルト６０の押圧力が小さくてもよい。

これにより、ボルト６０といった単純かつ安価な構成で翼群１４に圧力を付与することができ、中央翼４２の固有振動数を低下させ、端翼４１の固有振動数を上昇させることができる。

（４）第４の態様に係る静翼環１３は、（１）の静翼環１３であって、前記押圧部４４は、前記シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ両端の前記翼１４ａのみを押圧することで前記圧力を付与する複数のボルト６０を有していてもよい。

これにより、ボルト６０といった単純かつ安価な構成で翼群１４に圧力を付与することができ、中央翼４２の固有振動数を低下させ、端翼４１の固有振動数を上昇させることができる。また、ボルト６０を設ける箇所が周方向Ｂ両端のみに留まるため、製造における加工が容易となる。

（５）第５の態様に係る静翼環１３は、（１）の静翼環１３であって、前記押圧部４４は、前記翼群１４の各前記翼１４ａを径方向に押圧することで前記圧力を付与する複数のボルト６０を有し、前記シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ両端の前記翼１４ａを押圧する前記ボルト６０の個数よりも、前記シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ中央の前記翼１４ａを押圧する前記ボルト６０の個数が少なくてもよい。

これにより、ボルト６０といった単純かつ安価な構成で翼群１４に圧力を付与することができ、中央翼４２の固有振動数を低下させ、端翼４１の固有振動数を上昇させることができる。

（６）第６の態様に係る静翼環１３は、（３）から（５）のいずれかの静翼環１３であって、前記押圧部４４は、前記翼群１４と前記押圧部４４との間で前記周方向Ｂにわたって延びる押し付け板７０をさらに有し、前記ボルト６０は前記押し付け板７０を介して前記翼１４ａを押圧してもよい。

これにより、翼群１４を押し付け板７０で面的に押圧するため、翼群１４に対してより効果的な圧力を付与できる。

（７）第７の態様に係る静翼環１３は、（６）の静翼環１３であって、前記押圧部４４は、前記押し付け板７０と前記ボルト６０との間に設けられた押し付けばね８０をさらに有していてもよい。

これにより、押し付けばね８０が介在することで、弾性的な圧力でより適切に翼群１４を押圧することができる。

（８）第８の態様に係る静翼環１３は、（１）の静翼環１３であって、前記押圧部４４は、前記翼群１４の各前記翼１４ａを径方向に押圧することで前記圧力を付与する複数のアクチュエータ９０と、前記翼群１４と前記アクチュエータ９０との間で前記周方向Ｂにわたって延びる押し付け板７０と、を有し、前記押し付け板７０を介して前記シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ両端の前記翼１４ａを押圧する前記アクチュエータ９０の押圧力よりも、前記押し付け板７０を介して前記シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ中央の前記翼１４ａを押圧する前記アクチュエータ９０の押圧力が小さくてもよい。

これにより、ガスタービン１運転中においてもアクチュエータ９０の伸縮量を制御することが可能となり、状況に応じた好適なアクティブ制御を実現することができる。

（９）第９の態様に係る静翼環１３は、（１）の静翼環１３であって、前記押圧部４４は、前記翼群１４と前記シュラウドセグメント４３との間で前記周方向Ｂにわたって延びるように設けられて、前記圧力を付与する板ばね５１を有し、前記板ばね５１は、前記シュラウドセグメント４３における周方向Ｂ両端に配置された平板部５１ａと、前記周方向Ｂ両端の前記平板部５１ａの間に配置された波板部５１ｂと、を有してもよい。

これにより、より具現化した方法で翼群１４に対して適切な圧力を付与することができ、中央翼４２の固有振動数を低下させ、端翼４１の固有振動数を上昇させることができる。

（１０）第１０の態様に係る回転機械は、（１）から（９）のいずれかの静翼環１３を備える。

これにより、静翼環１３における固有振動数の帯域幅が狭まった回転機械を提供することができる。

本開示によれば、固有振動数の帯域幅を狭めることが可能な静翼環、及び回転機械を提供することができる。

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…圧縮機動翼環 ７…圧縮機静翼環 ９…燃焼器 １０…タービン １１…ロータ １１ａ…回転軸 １２…ステータ １３…静翼環 １４…翼群 １４ａ…翼 １４ｂ…フランジ部 １５…タービンケーシング ２０…タービン動翼環 ４０…外周側シュラウド ４１…端翼 ４２…中央翼 ４３…シュラウドセグメント ４３ａ…凹部 ４３ｂ…係合部 ４４…押圧部 ５０，５１…板ばね ５１ａ…平板部 ５１ｂ…波板部 ６０…ボルト ７０…押し付け板 ７０ａ…一面 ７０ｂ…他面 ８０…押し付けばね ９０…アクチュエータ Ｏ…軸線 Ａ…軸方向 Ｂ…周方向 Ｐ…圧力発生領域

Claims (13)

1. 互いに独立して軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、
   前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、
   前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、
   を備え、
   前記押圧部は、
   前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記圧力よりも前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記圧力が小さくなる圧力分布を有する静翼環。
2. 前記押圧部は、前記翼群と前記シュラウドセグメントとの間で前記周方向にわたって延びるように設けられて、前記圧力を付与する板ばねを有し、
   前記板ばねは、前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の板厚よりも前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の板厚が薄い請求項１に記載の静翼環。
3. 軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、
   前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、
   前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、
   を備え、
   前記押圧部は、
   前記翼群と前記シュラウドセグメントとの間で前記周方向にわたって延びるように設けられて、各前記翼の径方向の端部に接触して前記圧力を付与する板ばねを有し、
   前記板ばねは、前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の板厚よりも前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の板厚が薄い静翼環。
4. 前記押圧部は、
   前記翼群の各前記翼を径方向に押圧することで前記圧力を付与する複数のボルトを有し、
   前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼を押圧する前記ボルトの押圧力よりも、前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記翼を押圧する前記ボルトの押圧力が小さい請求項１に記載の静翼環。
5. 軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、
   前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、
   前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、
   を備え、
   前記押圧部は、
   各前記翼に対応するように設けられて、各前記翼を径方向に押圧することで前記圧力を付与する複数のボルトを有し、
   前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼を押圧する前記ボルトの押圧力よりも、前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記翼を押圧する前記ボルトの押圧力が小さい静翼環。
6. 前記押圧部は、前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼のみを押圧することで前記圧力を付与する複数のボルトを有する請求項１に記載の静翼環。
7. 前記押圧部は、
   前記翼群の各前記翼を径方向に押圧することで前記圧力を付与する複数のボルトを有し、
   前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼を押圧する前記ボルトの個数よりも、前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記翼を押圧する前記ボルトの個数が少ない請求項１に記載の静翼環。
8. 前記押圧部は、前記翼群と前記押圧部との間で前記周方向にわたって延びる押し付け板をさらに有し、
   前記ボルトは前記押し付け板を介して前記翼を押圧する請求項５から７のいずれか一項に記載の静翼環。
9. 前記押圧部は、前記押し付け板と前記ボルトとの間に設けられた押し付けばねをさらに有する請求項８に記載の静翼環。
10. 前記押圧部は、
    前記翼群の各前記翼を径方向に押圧することで前記圧力を付与する複数のアクチュエータと、
    前記翼群と前記アクチュエータとの間で前記周方向にわたって延びる押し付け板と、
    を有し、
    前記押し付け板を介して前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼を押圧する前記アクチュエータの押圧力よりも、前記押し付け板を介して前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記翼を押圧する前記アクチュエータの押圧力が小さい請求項１に記載の静翼環。
11. 軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、
    前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、
    前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、
    を備え、
    前記押圧部は、
    各前記翼に対応して複数が設けられて、前記翼群の各前記翼を径方向に押圧することで前記圧力を付与するアクチュエータと、
    前記翼群と前記アクチュエータとの間で前記周方向にわたって延びる押し付け板と、
    を有し、
    前記押し付け板を介して前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼を押圧する前記アクチュエータの押圧力よりも、前記押し付け板を介して前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記翼を押圧する前記アクチュエータの押圧力が小さい静翼環。
12. 前記押圧部は、前記翼群と前記シュラウドセグメントとの間で前記周方向にわたって延びるように設けられて、前記圧力を付与する板ばねを有し、
    前記板ばねは、
    前記シュラウドセグメントにおける周方向両端に配置された平板部と、
    前記周方向両端の前記平板部の間に配置された波板部と、
    を有する請求項１に記載の静翼環。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の静翼環を備える回転機械。

Images