(57)【要約】【課題】特別な電気的な制御無しに液体負荷を切り替えることができ、捩り振動を有効的に制振することができる。【解決手段】捩り振動制振装置は、回転軸に固定されたディスク１１と、ディスク１１の端面に形成された凹部１４に突没可能に収納された可動体１３と、可動体１３を凹部１４外に向けて付勢する付勢部材１６とを備える。可動体１３は、前記回転軸が一方側に回転した際に付勢部材１６の付勢力に抗して凹部１４内に没入するように流体Ｒから圧力を受ける第１受圧面１３ａを有するとともに、前記回転軸が他方側に回転した際に流体Ｒから前記回転軸の接線方向に圧力を受ける第２受圧面１３ｂを有する。凹部１４の側壁には底面から開放端側に向って直線状に延びる複数のガイド１４ａが形成され、可動体１３には、ガイド溝１４ａと係合する係合突起１３ｃが形成されている。【選択図】図５
2014219104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の捩り振動を減衰させる捩り振動制振装置であって、
回転軸に固定されたディスクと、
該ディスク全体を覆い、内部に流体が封入されたケーシングと、
前記ディスクの端面に形成された凹部に突没可能に収納された可動体と、
該可動体を前記凹部外に向けて付勢する付勢部材とを備え、
前記可動体は、前記回転軸が一方側に回転した際に前記付勢部材の付勢力に抗して前記凹部内に没入するように前記流体から圧力を受ける第１受圧面を有するとともに、前記回転軸が他方側に回転した際に前記流体から前記回転軸の接線方向に圧力を受ける第２受圧面を有し、
前記凹部の側壁には底面から開放端側に向って直線状に延びる複数のガイド溝が形成され、前記可動体には、前記ガイド溝と係合する係合突起が形成されていることを特徴とする捩り振動制振装置。
【請求項２】
前記第１受圧面は、前記可動体が前記凹部から突出した状態で、前記回転軸が一方側に回転した時の流体の流れ方向に沿って前記ディスクの端面から徐々に離間する傾斜面を有していることを特徴とする請求項１に記載の捩り振動制振装置。
【請求項３】
前記第２受圧面は、前記可動体が前記凹部から突出した状態で、前記ディスクの端面に直交しまたは前記回転軸が他方側に回転した時の流体の流れ方向に沿って前記ディスクの端面に徐々に近接する１次面を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の捩り振動制振装置。
【請求項４】
前記第２受圧面は、前記１次面における前記可動体の突出側に、前記回転軸が他方側に回転した時の流体の流れ方向に沿って前記１次面より緩やかに傾斜する２次面を有することを特徴とする請求項３に記載の捩り振動制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、同一回転軸上に駆動側回転体と従動側回転体とを備え、駆動側回転体と従動側回転体との間の回転軸に従動側回転体からの負荷に起因して捩り振動が発生した場合にその捩り振動を制振する捩り振動制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、同一回転軸上に配置された駆動側回転体としてのタービンと従動側回転体としての発電機とを備えた装置では、タービンと発電機との間の回転軸に発電機からの負荷に起因して捩り振動が発生することがある。
特許文献１には、このような捩り振動が発生する装置において、逆起電力の直流成分と捩り振動による交流波形成分を制御装置で分離し、この分離した捩り振動による交流波形成分をとり出して位相を１８０°反転、即ち符号を反転させた信圧を電動機へ入力することで捩り振動成分を打ち消すように制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−３２９１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の捩り振動を制御する技術においては、以下に示すような問題が生じていた。
すなわち、２サイクルエンジンのように、往復運動を行うクランク軸やカム軸といった比較的小型な回転軸に対しては有効であるものの、例えば、タービンと発電機との間で発生する捩り振動に対しては不向きであるという問題が生じていた。
より詳細に説明すると、同一回転軸上にタービンと発電機とが設けられ、タービン側で回転トルクを掛けて発電機側で発電を行う場合、発電機側では発電のための負荷が掛かることから、回転軸には回転方向と逆方向への力が作用した状態となっている。ここで、発電機はこの負荷が瞬間的に抜ける場合があり、この負荷が抜けた瞬間に回転軸には捩り振動が発生する。
従って、その際の直流成分と捩り振動による交流成分とを具体的に制御することは非常に困難であるという問題が生じていた。
さらに、近年のタービンは大型化する傾向に有り、相対的にタービンと発電機とを繋ぐ部分が細くなっているため、その細い部分に捩り振動による負荷が集中し易いことから、単に１８０°反転させた信圧を発電機側に入力するといった制御では捩り振動を有効に打ち消すことができないという問題が生じていた。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、簡素でしかも安価な構成でありながら、回転軸に瞬間的に発生する捩り振動に対して有効的に制振することができる捩り振動制振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る捩り振動制振装置は、回転軸の捩り振動を減衰させる捩り振動制振装置であって、回転軸に固定されたディスクと、該ディスク全体を覆い、内部に流体が封入されたケーシングと、前記ディスクの端面に形成された凹部に突没可能に収納された可動体と、該可動体を前記凹部外に向けて付勢する付勢部材とを備え、前記可動体は、前記回転軸が一方側に回転した際に前記付勢部材の付勢力に抗して前記凹部内に没入するように前記流体から圧力を受ける第１受圧面を有するとともに、前記回転軸が他方側に回転した際に前記流体から前記回転軸の接線方向に圧力を受ける第２受圧面を有し、前記凹部の側壁には底面から開放端側に向って直線状に延びる複数のガイド溝が形成され、前記可動体には、前記ガイド溝と係合する係合突起が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明では、ディスクの回転方向によって流体からの負荷を受けて自動的に状態を切り替えることにより、特別な電気的な制御無しに流体負荷を切り替えることができ、捩り振動を有効的に制振することができる。
【０００８】
また、本発明に係る捩り振動制振装置は、前記第１受圧面は、前記可動体が前記凹部から突出した状態で、前記回転軸が一方側に回転した時の流体の流れ方向に沿って前記ディスクの端面から徐々に離間する傾斜面を有していることを特徴とする請求項１に記載の捩り振動制振装置。
【０００９】
本発明では、ディスクの回転方向が切り替わった際の可動体の凹部外への突出が、第２受圧面によって促進される。また、第２受圧面から凹部内に至る広い範囲で流体負荷を増大することができることから捩り振動の負荷が大きい場合であっても捩り振動の制振を容易に対応することが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る捩り振動制振装置は、前記第２受圧面は、前記可動体が前記凹部から突出した状態で、前記ディスクの端面に直交しまたは前記回転軸が他方側に回転した時の流体の流れ方向に沿って前記ディスクの端面に徐々に近接する１次面を有することを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、第２受圧面の１次面が流体から受ける力は、可動体が付勢部材から受ける付勢力の方向への分力成分を有する。これにより、可動体の凹部外への突出動作が促進される。
【００１２】
また、本発明に係る捩り振動制振装置は、前記第２受圧面は、前記１次面における前記可動体の突出側に、前記回転軸が他方側に回転した時の流体の流れ方向に沿って前記１次面より緩やかに傾斜する２次面を有することを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、１次面より可動体の突出側に設けられた２次面が流体から受ける力も、可動体が付勢部材から受ける付勢力の方向への分力成分を有し、その大きさは１次面が流体より受ける力よりも大きい。従って、可動体の凹部外への突出動作が一層促進される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の捩り振動制振装置によれば、ディスクの回転方向によって可動体の凹部内への没入または凹部外への突出を、流体からの負荷を利用して自動的に切り替えることにより、特別な電気的な制御無しに流体負荷を切り替えることができ、捩り振動を有効的に制振することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による捩り振動制振装置の一例を示し、（Ａ）は本発明の捩り振動制振装置を搭載したタービン発電機プラントを示す模式図、（Ｂ）は捩り振動発生時の負荷変化を示すグラフ図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による捩り振動制振装置を示し、（Ａ）はディスク正回転時の捩り振動制振装置の縦断面図、（Ｂ）はディスク逆回転時の捩り振動制振装置の縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による捩り振動制振装置を示し、ディスクの正面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による捩り振動制振装置を示し、（Ａ）はディスク正回転時の可動体の状態を示す要部の説明図、（Ｂ）はディスク逆回転時の可動体の状態を示す要部の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による捩り振動制振装置を示し、（Ａ）はディスク正回転時の可動体の状態を示す要部の説明図、（Ｂ）はディスク逆回転時の可動体の状態を示す要部の説明図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による捩り振動制振装置を示し、（Ａ）はディスク正回転時の可動体の状態を示す要部の説明図、（Ｂ）はディスク逆回転時の可動体の状態を示す要部の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態による捩り振動制振装置について、タービン発電機プラントに適用し、図面に基づいて説明する。尚、以下に示す実施例は本発明の捩り振動制振装置における好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術的範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００１７】
図１（Ａ）に示すように、本発明の捩り振動制振装置１０は、例えば、高圧の蒸気タービン２０と発電機２１とがタービン軸２２及び発電機軸２３を介して同軸上に回転可能に設けられており、図示を略すクラッチ機構等によって蒸気タービン２０の回転力が発電機２１に伝達されるタービン発電機プラント２４に適用されている。
なお、捩り振動制振装置１０は、本実施の形態においては、発電機２１を挟んで両側に延びる発電機軸２３（回転軸）のうち、捩り振動の要因となる負荷が発生し易いタービン２０側の発電機軸２３に捩り振動制振装置１０が設けられているが、その設置位置は限定されるものではない。
【００１８】
発電機２１は、発電のための負荷が掛かっていることからタービン２０の正回転方向とは逆向きの負荷が発生している。そして、このタービン２０の正回転時における発電機２１での逆回転方向の負荷によって、特に発電機軸２３側に捩りが発生している。また、発電機２１は、発電のための負荷が瞬間的に抜ける場合がある。
【００１９】
これにより、図１（Ｂ）に示すように、発電機軸２３には、瞬間的に無負荷状態の状態が存在し、その後、発電による負荷が再び加わる。尚、図１（Ｂ）のグラフ図では、無負荷状態の前後の負荷が同一レベルとなっているが、発電機軸２３にかかる負荷は、厳密には、捩り状態にある発電機軸２３が無負荷によって捩り解消方向、即ち、逆回転方向に回転しようとするため、無負荷状態から再び発電機軸２３に逆向きの力が作用した際にはカウンタ的に負荷が増大することとなり、この負荷増大に起因して発電機軸２３が損傷しやすい状態となってしまう。
【００２０】
そこで、本発明の捩り振動制振装置１０は、この無負荷状態となった後に発電機軸２３に逆回転方向の力が作用した際の回転力を減衰して捩り振動を制振するものである。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図２に示すように、第１の実施の形態に係る捩り振動制振装置（以下、「捩り振動制振装置１０Ａ」という）は、発電機軸２３の中途部に配置され、発電機２１が配置された側（図示左側）の回転軸である発電機軸２３に固定された円板状のディスク１１と、ディスク１１の全体を密閉状に覆いかつ内部に流体Ｒが封入されたケーシング１２と、ディスク１１の端面に設けられた可動体１３と、を備えている。
【００２２】
ディスク１１は、腐食し難くかつ剛性の高い金属等から形成されており、その中心部に発電機軸２３が挿通固定されている。また、ディスク１１の端面には、図３に示すように、複数の凹部１４が周方向に所定間隔で形成されている。
【００２３】
ケーシング１２は、腐食し難くかつ剛性の高い金属等から形成されており、その中心部を発電機軸２３が貫通しており、この貫通部分をシール等で密閉することで内部の密閉性が確保されている。尚、ケーシング１２の内部に封入された流体Ｒとしては、ディクス１１及びケーシング１２の腐食を防止し、且つ、粘性の高い油（例えば、所謂、機械油）が用いられている。
【００２４】
可動体１３は、図３及び図４に示すように、断面四角形の柱状の部材であって、その長さは凹部の径方向幅より若干短く形成されている。この可動体１３は、第１受圧面１３ａと、第２受圧面１３ｂと、取付面１３ｃとによって周囲を包囲されている。ここで、第１受圧面１３ａと第２受圧面１３ｂとは互いに鋭角をなしている。また、第２受圧面１３ｂと取付面１３ｃとは互いに鈍角をなしている。また、第１受圧面１３ａと取付面１３ｃとは互いに鋭角をなしている。
【００２５】
また、第２受圧面１３ｂは、図４に示すように、取付面１３ｃと互いに鈍角をなす１次面１３ｄと、第１受圧面１３ａと互いに鋭角をなす２次面１３ｅと、を有している。そして、この１次面１３ｄと２次面１３ｅとが互いに鈍角をなしている。
【００２６】
このように構成される可動体１３は、回動軸１５によって回動可能に支持されている。具体的には、図３に示すように、凹部１４の内部にはディスク１１の径方向に延びるように回動軸１５が設けられ、その両端部が凹部１４の内壁面にそれぞれ固定されている。そして、図４に示すように、可動体１３は、その取付面１３ｃを凹部１４側に向けた状態で、第１受圧面１３ａと取付面１３ｃとによって形成される角部に回動軸１５が挿通されている。これにより、可動体１３は、この回動軸１５を支点として、凹部１４内に没入しまたは凹部１４外に突出するように回動可能となっている。
【００２７】
また、可動体１３は、図４に示すように、付勢部材１６によって凹部１４外へ向かって付勢されている。具体的には、コイルバネである付勢部材１６の一端が凹部１４の底部に固定されるとともに、他端が可動体１３の取付面１３ｃにおける第２受圧面１３ｂ側の位置に固定されている。これにより、図４（Ｂ）に示すように、外力が作用しない状態において、可動体１３は付勢部材１６から受ける付勢力によって回動軸１５を支点として回動することにより、凹部１４外に突出した状態となっている。
【００２８】
そしてこの時、第１受圧面１３ａは、取付面１３ｃ側から第２受圧面１３ｂ側に向かってディスク１１の端面から徐々に離間するように傾斜した状態となっている。またこの時、第２受圧面１３ｂの１次面１３ｄは、取付面１３ｃ側から第１受圧面１３ａ側に向かってディスク１１の端面に徐々に近接するように傾斜した状態となっている。またこの時、第２受圧面１３ｂの２次面１３ｅは、１次面１３ｄ側から第１受圧面１３ａ側に向かってディスクの端面に徐々に近接するようにして、１次面１３ｄより緩やかに傾斜した状態となっている。
【００２９】
上記の構成において、ディスク１１が図４（Ａ）に示す正回転方向Ｓに回転すると、即ち、発電機軸２３が正回転すると、第１受圧面１３ａが流体Ｒから圧力を受ける。これにより、可動体１３は回動軸１５を支点として図４（Ａ）で反時計回りに回動し、第１受圧面１３ａとディスク１１の端面とが略面一となるように、凹部１４内に没入する。従って、ディスク１１は低負荷状態で正回転方向に回転する。
【００３０】
一方、ディスク１１が図４（Ｂ）に示す逆回転方向Ｇに回転すると、第２受圧面１３ｂが流体Ｒから圧力を受ける。これにより、可動体１３は回動軸１５を支点として図４（Ｂ）で時計回りに回動し、第２受圧面１３ｂの略全体で流体Ｒからの圧力を受けるように、凹部１４外へ突出する。
この際、可動体１３の第２受圧面１３ｂが流体Ｒから受ける力は、付勢部材１６から受ける付勢力の方向への分力成分を有している。従って、可動体１３の凹部１４外への突出が促進される。
更に、第２受圧面１３ｂには２次面１３ｅが設けられており、この２次面１３ｅが流体Ｒから受ける力は、１次面１３ｄが流体Ｒから受ける力と比較して、付勢部材１６から受ける付勢力方向への分力成分が大きくなる。これにより、可動体１３の凹部１４外への突出が一層促進される。
【００３１】
このように、本発明では、ディスク１１の回転方向によって流体からの圧力を受けた可動体１３が凹部１４内に没入した状態から凹部１４外に突出した状態へと切り替わるので、特別な電気的制御無しに流体負荷状態を切り替えることができる。
また、ディスク１１の正回転時には第１受圧面１３ａが受ける流体からの圧力によって付勢部材１６の付勢に抗して可動体１３が凹部１４内に埋没することから、流体負荷が少ない状態でディスク１１を回転させることができる。一方、ディスク１１の逆回転時には第２受圧面１３ｂが受ける流体からの圧力に加えて付勢部材１６の付勢によって、可動体１３が凹部１４内から瞬時に突出して流体負荷が大きい状態でディスク１１を回転させることができ、捩り振動を有効的に制振することができる。
【００３２】
次に、本発明の捩り振動制振装置による他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図５に示すように、第２の実施の形態による捩り振動制振装置（捩り振動制振装置１０Ｂ）は、第１の実施の形態で示した軸１５を廃止し、可動体１３を凹部１４からディスク１１の端面に略直交する方向へ突没させる構成となっている。
【００３４】
具体的には、凹部１４の側壁には底面から開放端側に向って直線状に延びる複数のガイド溝１４ａが形成されており、可動体１３には、このガイド溝１４ａと係合する係合突起１３ｃが形成されている。
これにより、ディスク１１が正回転方向Ｓに回転すると、即ち、発電機軸２３が正回転すると、図５（Ａ）に示すように、第１受圧面１３ａが流体からの圧力を受け、可動体１３が凹部１４に没入する。従って、ディスク１１は低負荷状態で正回転方向に回転する。
【００３５】
一方、ディスク１１が逆回転方向Ｇに回転すると、図５（Ｂ）に示すように、第２受圧面１３ｂが流体からの圧力を受け、第２受圧面１３ｂの略全体で流体負荷を受けるように、可動体１３が凹部１４外に突出する。この際、第１受圧面１３ａでの流体負荷が軽減されて付勢部材１６の付勢が勝ることから、可動体１３が凹部１４から突出する状態変化が促進される。従って、ディスク１１は高負荷状態で逆回転方向に回転する。
【００３６】
尚、ガイド溝１４ａの長さや形状並びに付勢部材１５の付勢位置（及び付勢力）を調整することにより、可動体１３の頂点側の変位量と第２受圧面１３ｂ側の変位量とを調整することができ、この第２の実施の形態においても、第１の実施の形態の図４（Ａ）で示したように、第１受圧面１３ａがディスク１１の端面と略面一な状態とすることが可能となる。
【００３７】
（第３の実施の形態）
図６に示すように、第３の実施の形態による捩り振動制振装置（捩り振動制振装置１０Ｃ）は、上記第１，第２の実施の形態で示した凹部１４を廃止したものである。
【００３８】
具体的には、ディスク３１は単なる平板状の円板である。また、ディスク３１の端面には、一対の脚部３２を介して平板状の可動体３３が回動可能に設けられている。
【００３９】
可動体３３は、ディスク１１の正回転方向Ｓと順方向となる一端側で軸３４を介して脚部３２に回動可能に支持されている。
これにより、可動体３３は、本実施の形態では、図６（Ａ）に示すように、ディスク３１が正方向に回転しているときに流体Ｒからの負荷を受け難くいディスク３１の一面と略平行な第１の状態と、図６（Ｂ）に示すように、ディスク３１が逆方向に回転しているときに流体Ｒからの負荷によって第１の状態のときよりも流体Ｒからの負荷を受け易い起立した第２の状態と、に自動的に切り替わる構成が採用されている。
尚、可動体３３の第２の状態は、ディスク３１の正回転方向と順方向側の端部をディスク３１の一面に当接させることで一面とでなす起立角度を設定することが可能となる。
【００４０】
このような構成によれば、ディスク３１の正逆回転時における可動体３３の流体負荷の状態変化を、より簡素で安価な構成で実現することが可能となる。
【００４１】
以上、本発明による捩り振動制振装置１０の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態では、一つのタービン２１を配置したタービン発電機プラント２４を開示したが、大型の発電システムでは、多くの場合、２つ以上の蒸気タービンを直列又は並列に配置して発電機を駆動させ、電力を生成することが多いことから、複数の蒸気タービン（高圧・低圧等）を連結して、発電機を駆動させるタイプへの適用も可能である。
また、タービン発電機プラント２４以外の捩り振動が発生する回転軸全般に適用することができることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  捩り振動制振装置
１１  ディスク
１２  ケーシング
１３  可動体
１３ａ  第１受圧面
１３ｂ  第２受圧面
１３ｃ  取付面
１３ｄ  １次面
１３ｅ  ２次面
１４  凹部
１５  回転軸
１６  付勢部材
２３  発電機軸（回転軸）
【図１】
2014219104.tif 000003
【図２】
2014219104.tif 000004
【図３】
2014219104.tif 000005
【図４】
2014219104.tif 000006
【図５】
2014219104.tif 000007
【図６】
2014219104.tif 000008