(57)【要約】【課題】要求に適った振動特性を得られる静翼及び蒸気タービンを提供する。【解決手段】静翼は、蒸気タービンに用いられる。静翼は、腹側部材と、前縁部及び後縁部のそれぞれにおいて腹側部材と接続され、腹側部材との間に空洞部が設けられる背側部材と、空洞部に配置され、空洞部に面する腹側部材の第１内面及び背側部材の第２内面のいずれか一方の内面に固定される固定部と、他方の内面と接触した状態で相対移動可能な接触部とを有するダンパ部材と、ダンパ部材の少なくとも一部に固定され、ダンパ部材の剛性を調整する付加部材と、を備える。【選択図】図４
2015090142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンに用いられる静翼であって、
腹側部材と、
前縁部及び後縁部のそれぞれにおいて前記腹側部材と接続され、前記腹側部材との間に空洞部が設けられる背側部材と、
前記空洞部に配置され、前記空洞部に面する前記腹側部材の第１内面及び前記背側部材の第２内面のいずれか一方の内面に固定される固定部と、他方の内面と接触した状態で相対移動可能な接触部とを有するダンパ部材と、
前記ダンパ部材の少なくとも一部に固定され、前記ダンパ部材の剛性を調整する付加部材と、を備える静翼。
【請求項２】
前記ダンパ部材は、弾性変形可能であり、前記空洞部に対して外側に向かう力を前記第１内面及び前記第２内面のそれぞれに与える請求項１に記載の静翼。
【請求項３】
前記ダンパ部材は、前記固定部と前記接触部との間に中間部を有し、
前記付加部材は、前記中間部の表面の少なくとも一部に固定される請求項１又は請求項２に記載の静翼。
【請求項４】
前記ダンパ部材は、前記他方の内面と対向する対向面と、前記対向面の反対方向を向く裏面とを有し、
前記付加部材は、前記裏面に固定される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の静翼。
【請求項５】
前記付加部材は、少なくとも、前記蒸気タービンのロータ軸の回転軸に対する放射方向に関して前記ダンパ部材の中央部に固定される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の静翼。
【請求項６】
前記接触部は、前記固定部よりも前記前縁部側及び前記後縁部側のそれぞれに配置される請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の静翼。
【請求項７】
前記他方の内面に接触する前記接触部の面積は、前記一方の内面に固定される前記固定部の面積よりも大きい請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の静翼。
【請求項８】
ロータ軸と、
前記ロータ軸の周方向に配置される請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の静翼と、を備える蒸気タービン。
【請求項９】
蒸気タービンに用いられる静翼の製造方法であって、
前記静翼は、腹側部材と、前記腹側部材との間で空洞部を形成可能な背側部材と、前記静翼の振動を減衰するためのダンパ部材と、を有し、
所期の減衰効果が得られるように前記ダンパ部材を設計する工程と、
前記設計に基づいて、板状部材をプレス加工して前記ダンパ部材を製造する工程と、
前記腹側部材の第１内面及び前記背側部材の第２内面のいずれか一方の内面に前記ダンパ部材の基部を固定し、他方の内面に前記ダンパ部材の端部を接触させた状態で、前縁部及び後縁部のそれぞれにおいて前記腹側部材と前記背側部材とを接続して、前記空洞部に前記ダンパ部材を配置する工程と、
前記静翼の振動試験を行って、前記静翼の振動特性を取得する工程と、
前記振動試験の結果に基づいて、前記ダンパ部材の少なくとも一部に付加部材を付加して、前記ダンパ部材の剛性を調整する工程と、を含む静翼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静翼、蒸気タービン、及び静翼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンの静翼において、軽量化を図るため、内部が空洞である中空静翼が知られている。また、静翼において、性能の向上を図るため、静翼の空洞部（内部空間）と外部空間とを結ぶスリットを設け、静翼の外面に付着した水滴を空洞部に取り込んで除去する技術も知られている。さらに、静翼において、高効率化及び低コスト化を図るため、蒸気タービンのロータの回転軸に対する放射方向に関する静翼の寸法を大きくするとともに、その回転軸と平行な方向に関する静翼の寸法を小さくする高アスペクト比化も進んでいる。
【０００３】
静翼の外形、静翼の質量、及び蒸気タービンの作動時における静翼周囲の環境（例えば、静翼を通過する蒸気の流速及び流量）などにより、静翼に自励振動（フラッタ）が発生する可能性がある。中空静翼は、空洞部を有しない中実静翼に比べて軽量である。そのため、中実静翼に比べて中空静翼に自励振動が発生する可能性が高くなる。また、ロータの回転軸に対する放射方向に関する静翼の寸法が大きい場合にも、自励振動が発生する可能性が高くなる。特に、低圧最終段になるほど静翼の寸法が大きくなるため、低圧最終段の静翼に自励振動が発生する可能性が高くなる。そのため、例えば特許文献１に開示されているように、中空静翼の空洞部にダンパ部材（摺接部材、板バネ部材）を設けて、その中空静翼に自励振動が発生することを抑制する技術が案出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３３８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている静翼において、自励振動が抑制されるようにダンパ部材が設計されても、製造後の静翼が要求に適った振動特性を得られないと、自励振動を十分に抑制できない可能性がある。また、製造後の静翼が要求に適った振動特性を得られないと、例えば、ダンパ部材を製造し直さなければならず、費用及び労力が増大する。
【０００６】
本発明は、要求に適った振動特性を得られる静翼、蒸気タービン、及び静翼の製造方法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】
【０００７】
本発明に係る静翼は、蒸気タービンに用いられる静翼であって、腹側部材と、前縁部及び後縁部のそれぞれにおいて前記腹側部材と接続され、前記腹側部材との間に空洞部が設けられる背側部材と、前記空洞部に配置され、前記空洞部に面する前記腹側部材の第１内面及び前記背側部材の第２内面のいずれか一方の内面に固定される固定部と、他方の内面と接触した状態で相対移動可能な接触部とを有するダンパ部材と、前記ダンパ部材の少なくとも一部に固定され、前記ダンパ部材の剛性を調整する付加部材と、を備える。
【０００８】
本発明によれば、空洞部にダンパ部材を設けることにより、静翼が弾性変形すると、ダンパ部材の接触部と他方の内面とが接触した状態で相対移動し、接触部と他方の内面との間に摩擦が生じる。その摩擦により静翼の弾性変形が抑制されるので、静翼に自励振動が発生することが抑制される。例えば、その摩擦により、腹側部材と背側部材との間の相対的な位置変動が抑制される。これにより、静翼に自励振動が発生することが抑制される。また、ダンパ部材に付加部材を固定してダンパ部材の剛性を調整することによって、簡易な構成及び手法で、ダンパ部材による振動低減効果を調整することができ、静翼は要求に適った振動特性を得ることができる。したがって、静翼に自励振動が発生することが抑制され、静翼の損傷を防ぐことができる。
【０００９】
本発明に係る静翼において、前記ダンパ部材は、弾性変形可能であり、前記空洞部に対して外側に向かう力を前記第１内面及び前記第２内面のそれぞれに与えてもよい。ダンパ部材が腹側部材及び背側部材のそれぞれを外側に向かって付勢することにより、腹側部材と背側部材の間に相対的な位置変動が発生すると、ダンパ部材は、その付勢力に応じた大きさの動摩擦力を、腹側部材及び背側部材の少なくとも一方との間に発生させることができる。付加部材によりダンパ部材の剛性を調整したり、空洞部に配置した状態（初期状態）におけるダンパ部材の付勢力を調整したりすることで、腹側部材と背側部材との間における位置変動を抑制することができる。
【００１０】
本発明に係る静翼において、前記ダンパ部材は、前記固定部と前記接触部との間に中間部を有し、前記付加部材は、前記中間部の表面の少なくとも一部に固定されてもよい。付加部材をダンパ部材の中間部に固定することにより、ダンパ部材の剛性を効果的に高めることができる。
【００１１】
本発明に係る静翼において、前記ダンパ部材は、前記他方の内面と対向する対向面と、前記対向面の反対方向を向く裏面とを有し、前記付加部材は、前記裏面に固定されてもよい。これにより、ダンパ部材の接触部の対向面と他方の内面との相対移動を妨げることなく、ダンパ部材の剛性を調整することができる。
【００１２】
本発明に係る静翼において、前記付加部材は、少なくとも、前記蒸気タービンのロータ軸の回転軸に対する放射方向に関して前記ダンパ部材の中央部に固定されてもよい。静翼は、放射方向に関して両端部を固定される。その静翼に振動が生じた場合、放射方向に関して静翼の中央部の振幅が大きくなる可能性が高い。そのため、少なくとも、振動の腹となるダンパ部材の中央部に付加部材を固定することによって、静翼の振動を効果的に抑制することができる。
【００１３】
本発明に係る静翼において、前記接触部は、前記固定部よりも前記前縁部側及び前記後縁部側のそれぞれに配置されてもよい。これにより、接触部と他方の内面との接触が安定するとともに、前縁部及び後縁部のどちらかに振動が顕著に発生した場合でも、その振動を効果的に減衰することができる。
【００１４】
本発明に係る静翼において、前記他方の内面に接触する前記接触部の面積は、前記一方の内面に固定される前記固定部の面積よりも大きくてもよい。他方の内面に対する接触部の接触面積が大きいので、ダンパ部材による振動低減効果を高めることができる。
【００１５】
本発明に係る蒸気タービンは、ロータ軸と、前記ロータ軸の周方向に配置される上述の静翼と、を備える。
【００１６】
本発明によれば、自励振動が抑制された静翼を有することにより、蒸気タービンの性能の低下が抑制される。
【００１７】
本発明に係る静翼の製造方法は、蒸気タービンに用いられる静翼の製造方法であって、  前記静翼は、腹側部材と、前記腹側部材との間で空洞部を形成可能な背側部材と、前記静翼の振動を減衰するためのダンパ部材と、を有し、所期の減衰効果が得られるように前記ダンパ部材を設計する工程と、前記設計に基づいて、板状部材をプレス加工して前記ダンパ部材を製造する工程と、前記腹側部材の第１内面及び前記背側部材の第２内面のいずれか一方の内面に前記ダンパ部材の基部を固定し、他方の内面に前記ダンパ部材の端部を接触させた状態で、前縁部及び後縁部のそれぞれにおいて前記腹側部材と前記背側部材とを接続して、前記空洞部に前記ダンパ部材を配置する工程と、前記静翼の振動試験を行って、前記静翼の振動特性を取得する工程と、前記振動試験の結果に基づいて、前記ダンパ部材の少なくとも一部に付加部材を付加して、前記ダンパ部材の剛性を調整する工程と、を含む。
【００１８】
本発明によれば、自励振動が抑制されるようにダンパ部材を含む静翼を設計して製造し、その製造後の静翼が要求に適った振動特性を得られなくても、振動試験の結果に基づいてダンパ部材に付加部材を付加することで、ダンパ部材を製造し直すことなく、要求に適った振動特性を有する静翼を製造することができる。したがって、費用及び労力を抑制しつつ、要求に適った振動特性を有する静翼を製造することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る静翼によれば、要求に適った振動特性を得られるため、性能の低下が抑制される。また、本発明に係る蒸気タービンによれば、性能の低下が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本実施形態に係る蒸気タービンシステムの一例を示す概略構成図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る蒸気タービンを低圧最終段側から見た外観図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る静翼を背側から見た拡大図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る静翼の一例を示す断面図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る静翼を腹側部から見た図である。
【図６】図６は、本実施形態に係るダンパ部材及び付加部材の一例を示す断面図である。
【図７】図７は、本実施形態に係るダンパ部材及び付加部材の一部を示す斜視図である。
【図８】図８は、本実施形態に係るダンパ部材を対向面及び対向面側から見た図である。
【図９】図９は、本実施形態に係るダンパ部材に配置される付加部材の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る静翼の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下で説明する実施形態における構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【００２２】
本実施形態に係る蒸気タービンシステム１について説明する。図１は、本実施形態に係る蒸気タービンシステム１の一例を示す概略構成図である。蒸気タービンシステム１は、例えば原子力発電プラントで用いられる。蒸気タービンシステム１は、高圧の蒸気を発生する蒸気発生器２と、蒸気発生器２からの高圧の蒸気が直接供給される高圧蒸気タービン３と、蒸気発生器２及び高圧蒸気タービン３からの蒸気の湿分を分離して加熱する湿分分離加熱器４と、湿分分離加熱器４からの低圧の蒸気が供給される低圧蒸気タービン５とを備えている。本実施形態においては、蒸気タービンシステム１のうち、低圧蒸気タービン５について主に説明する。また、以下の説明において、低圧蒸気タービン５を適宜、蒸気タービン５、と称する。
【００２３】
蒸気タービン５は、車室（ケーシング）６と、車室６に設けられ、湿分分離加熱器４からの蒸気が供給される蒸気入口７と、車室６に設けられ、蒸気入口７からの蒸気が流れる蒸気通路８と、蒸気通路８に配置された複数の動翼９と、蒸気通路８に配置された複数の静翼１０と、動翼９と接続されたロータ軸１１とを備えている。静翼１０の少なくとも一部は、車室６に固定される。ロータ軸１１は、車室６の両端部に配置された軸受に回転可能に支持される。ロータ軸１１は、軸（回転軸）ＡＸを中心に回転する。
【００２４】
蒸気タービン５において、湿分分離加熱器４から蒸気入口７に供給された蒸気は、蒸気通路８を流れる。蒸気通路８において、動翼９と静翼１０とは、軸ＡＸと平行な方向Ａに関して交互に配置されている。静翼１０は、蒸気を効率良く動翼９に導く。動翼９は、蒸気のエネルギーに基づいて回転する。ロータ軸１１は、動翼９から得た回転力を外部に出力する。
【００２５】
図２は、蒸気タービン５を低圧最終段１４側から見た外観図である。図３は、静翼１０を背側から見た拡大図である。図１、図２、及び図３に示すように、静翼１０は、軸ＡＸに対する放射方向Ｒに関して内側の端部１０Ａと、外側の端部１０Ｂとを有する。端部１０Ａは、溶接によりシュラウド１２と固定される。端部１０Ｂは、溶接により翼根リング１３と固定される。
【００２６】
一対の動翼９及び静翼１０は、１つの段１４を構成する。蒸気タービン５は、複数の段１４を有する。複数の段１４は、蒸気通路８を上流側から下流側に向かって、放射方向Ｒに関する動翼９及び静翼１０の寸法が大きくなるように配置される。蒸気通路８の最も下流側にある段１４は、低圧最終段１４と呼ばれる。放射方向Ｒに関する低圧最終段１４の静翼１０の寸法は、上流側の段１４の静翼１０の寸法よりも大きい。
【００２７】
図２及び図３に示すように、低圧最終段１４において、静翼１０は、軸ＡＸ（ロータ軸１１）の周方向Ｐに所定の間隔で複数配置される。周方向Ｐに配置される複数の静翼１０は、翼群１５と呼ばれる。
【００２８】
次に、本実施形態に係る静翼１０について説明する。図４は、本実施形態に係る静翼１０の一例を示す断面図である。図５は、本実施形態に係る静翼１０を腹側部２３から見た図である。図４は、図５のＡ−Ａ線断面図である。
【００２９】
図４及び図５に示すように、静翼１０は、前縁部２１と、後縁部２２と、腹側部２３と、背側部２４と、空洞部２５と、空洞部２５に配置されたダンパ部材２６と、ダンパ部材２６に接続され、ダンパ部材２６の少なくとも一部に固定される付加部材２７とを備えている。空洞部２５は、静翼１０の内部に設けられた内部空間である。
【００３０】
静翼１０は、腹側部材２８と、少なくとも一部が腹側部材２８と接続される背側部材２９とを備えている。腹側部材２８の一部と背側部材２９の一部とが溶接部３０により接続される。腹側部材２８の一部と背側部材２９の一部とが溶接部３１により接続される。静翼１０の前縁部２１は、溶接部３０を含む。静翼１０の後縁部２２は、溶接部３１を含む。本実施形態においては、前縁部２１及び後縁部２２のそれぞれにおいて、腹側部材２８と背側部材２９とが溶接により接続される。静翼１０の腹側部２３は、腹側部材２８を含む。静翼１０の背側部２４は、背側部材２９を含む。
【００３１】
空洞部２５は、腹側部材２８と背側部材２９との間に設けられる。腹側部材２８は、空洞部（内部空間）２５に面する第１内面２８Ａと、第１内面２８Ａの反対方向を向き、外部空間に面する第１外面２８Ｂとを有する。背側部材２９は、空洞部２５に面する第２内面２９Ａと、第２内面２９Ａの反対方向を向き、外部空間に面する第２外面２９Ｂとを有する。第１外面２８Ｂを、腹面２８Ｂ、と称してもよい。第２外面２９Ｂを、背面２９Ｂ、と称してもよい。
【００３２】
腹側部材２８及び背側部材２９のそれぞれは、湾曲した金属製の板状部材である。腹側部材２８は、第１外面２８Ｂが窪むように湾曲する。背側部材２９は、第２外面２９Ｂが突出するように湾曲する。
【００３３】
図５に示すように、腹側部材２８と背側部材２９は、翼長方向Ｓに長い。本実施形態において、翼長方向Ｓとは、図４に示すような静翼１０の断面と垂直な方向であり、静翼１０の平均反り線（骨格線）Ｃと直交する方向である。本実施形態において、翼長方向Ｓと放射方向Ｒとはほぼ同一である。
【００３４】
静翼１０は、腹側部材２８に形成された前縁側スリット３２Ａ及び後縁側スリット３２Ｂを有する。前縁側スリット３２Ａ及び後縁側スリット３２Ｂのそれぞれは、翼長方向Ｓに複数設けられる。前縁側スリット３２Ａ及び後縁側スリット３２Ｂは、空洞部２５と外部空間とを結ぶように形成される。第１外面（腹面）２８Ｂに付着している水は、例えば図４に矢印Ｗで示すように、蒸気圧力を受けて第１外面２８Ｂを移動し、前縁側スリット３２Ａから空洞部２５に流入する。
【００３５】
空洞部２５に流入した水は、シュラウド１２に向かって流れる。図３に示すように、シュラウド１２には、空洞部２５と連通する開口１６が形成されている。矢印Ｅで示すように、空洞部２５の水は、開口１６から排出される。
【００３６】
次に、ダンパ部材２６及び付加部材２７について説明する。図６は、本実施形態に係るダンパ部材２６及び付加部材２７の一例を示す断面図である。図７は、本実施形態に係るダンパ部材２６及び付加部材２７の一部を示す斜視図である。図４、図６、及び図７において、ダンパ部材２６は、空洞部２５に面する腹側部材２８の第１内面２８Ａに固定される固定部３３と、空洞部２５に面する背側部材２９の第２内面２９Ａと接触した状態でその第２内面２９Ａと相対移動可能な接触部３４及び接触部３５とを有する。また、ダンパ部材２６は、固定部３３と接触部３４との間に配置される中間部３６と、固定部３３と接触部３５との間に配置される中間部３７とを有する。
【００３７】
ダンパ部材２６は、静翼１０の振動（自励振動）の抑制、及び発生した静翼１０の振動の減衰のために設けられる。ダンパ部材２６は、矩形状の板状部材をプレス加工により湾曲させることによって製造される。板状部材の厚みは、規格（例えばＪＩＳ規格）により定められている。固定部３３と中間部３６との間に折曲部３８が設けられる。中間部３６と接触部３４との間に折曲部３９が設けられる。固定部３３と中間部３７との間に折曲部４０が設けられる。中間部３７と接触部３５との間に折曲部４１が設けられる。
【００３８】
ダンパ部材２６は、弾性変形可能である。空洞部２５に配置されたダンパ部材２６は、空洞部２５に対して外側に向かう力を第１内面２８Ａ及び第２内面２９Ａのそれぞれに与えることできる。すなわち、本実施形態において、ダンパ部材２６は、弾性力によって腹側部材２８と背側部材２９を内側から押す付勢部材（弾性部材、板バネ部材）として機能する。
【００３９】
固定部３３は、ダンパ部材２６のベース部（基部）に定められる。接触部３４は、ダンパ部材２６の一端部に定められる。接触部３５は、ダンパ部材２６の他端部に定められる。接触部３４は、固定部３３よりも前縁部２１側に配置される。接触部３５は、固定部３３よりも後縁部２２側に配置される。
【００４０】
固定部３３は、第１内面２８Ａと対向可能な対向面３３Ａと、対向面３３Ａの反対方向を向く裏面３３Ｂとを有する。対向面３３Ａは、第１内面２８Ａの曲率とほぼ同じ曲率を有する。本実施形態において、対向面３３Ａの少なくとも一部と第１内面２８Ａとが固定される。本実施形態において、対向面３３Ａと第１内面２８Ａとは、溶接部４２を介して固定される。
【００４１】
接触部３４は、第２内面２９Ａと対向可能な対向面３４Ａと、対向面３４Ａの反対方向を向く裏面３４Ｂとを有する。対向面３４Ａは、第２内面２９Ａの曲率とほぼ同じ曲率を有する。対向面３４Ａの少なくとも一部は、第２内面２９Ａと接触する。対向面３４Ａと第２内面２９Ａとは固定されていない。対向面３４Ａと第２内面２９Ａとは、接触した状態で相対移動可能（摺動可能）である。
【００４２】
接触部３５は、第２内面２９Ａと対向可能な対向面３５Ａと、対向面３５Ａの反対方向を向く裏面３５Ｂとを有する。対向面３５Ａは、第２内面２９Ａの曲率とほぼ同じ曲率を有する。対向面３５Ａの少なくとも一部は、第２内面２９Ａと接触する。対向面３５Ａと第２内面２９Ａとは固定されていない。対向面３５Ａと第２内面２９Ａとは、接触した状態で相対移動可能（摺動可能）である。
【００４３】
中間部３６は、対向面３３Ａと裏面３４Ｂとの間に配置される表面３６Ａと、表面３６Ａの反対方向を向く裏面３６Ｂとを有する。
【００４４】
中間部３７は、対向面３３Ａと裏面３５Ｂとの間に配置される表面３７Ａと、表面３７Ａの反対方向を向く裏面３７Ｂとを有する。
【００４５】
第２内面２９Ａに接触する接触部３４の対向面３４Ａの面積は、第１内面２８Ａに固定される固定部３３の対向面３３Ａの面積よりも大きい。第２内面２９Ａに接触する接触部３５の対向面３５Ａの面積は、第１内面２８Ａに固定される固定部３３の対向面３３Ａの面積よりも大きい。
【００４６】
付加部材２７は、ダンパ部材２６の剛性を調整するために、ダンパ部材２６の少なくとも一部に固定される。付加部材２７がダンパ部材２６に固定されることにより、ダンパ部材２６の剛性は高くなる。付加部材２７は、例えば溶接により、ダンパ部材２６に固定される。
【００４７】
付加部材２７は、中間部３６及び中間部３７の少なくとも一方に固定される。本実施形態において、付加部材２７は、中間部３６の表面の少なくとも一部、及び中間部３７の表面の少なくとも一部に固定される。中間部３６の表面は、表面３６Ａ及び裏面３６Ｂの少なくとも一方を含む。中間部３７の表面は、表面３７Ａ及び裏面３７Ｂの少なくとも一方を含む。
【００４８】
本実施形態において、付加部材２７は、表面３６Ａ、裏面３６Ｂ、表面３７Ａ、及び表面３７Ｂのそれぞれに固定される。なお、付加部材２７は、表面３６Ａ及び表面３７Ａに固定され、裏面３６Ｂ及び裏面３７Ｂに固定されなくてもよい。なお、付加部材２７は、中間部３６に固定され、中間部３７に固定されなくてもよいし、中間部３７に固定され、中間部３６に固定されなくてもよい。
【００４９】
本実施形態において、付加部材２７は、接触部３４の裏面３４Ｂ及び接触部３５の裏面３５Ｂに固定される。なお、付加部材２７は、裏面３４Ｂに固定され、裏面３５Ｂに固定されなくてもよいし、裏面３５Ｂに固定され、裏面３４Ｂに固定されなくてもよい。
【００５０】
図８は、ダンパ部材２６を対向面３４Ａ及び対向面３５Ａ側から見た図である。図８に示すように、ダンパ部材２６は、翼長方向Ｓ（放射方向Ｒ）に長い。静翼１０の端部１０Ａは、ダンパ部材２６の端部２６Ａを含み、静翼１０の端部１０Ｂは、ダンパ部材２６の端部２６Ｂを含む。
【００５１】
本実施形態において、付加部材２７は、少なくとも、放射方向Ｒに関してダンパ部材２６の中央部に配置される。図８に示す例では、付加部材２７は、放射方向Ｒに関してダンパ部材２６の中央部、端部２６Ａ、及び端部２６Ｂのそれぞれに配置される。本実施形態において、放射方向Ｒに関する付加部材２７の寸法は、ダンパ部材２６の寸法とほぼ等しい。なお、複数の付加部材２７が、放射方向Ｒに関してダンパ部材２６の中央部、端部２６Ａ、及び端部２６Ｂのそれぞれに配置されてもよい。
【００５２】
図９は、ダンパ部材２６に配置される付加部材２７の一例を示す図である。図９に示すように、付加部材２７は、放射方向Ｒに関してダンパ部材２６の中央部に配置され、端部２６Ａ及び端部２６Ｂには配置されなくてもよい。
【００５３】
次に、本実施形態に係るダンパ部材２６の作用について説明する。空洞部２５を有する静翼（中空静翼）１０は、空洞部を有しない中実静翼に比べて固有振動数が小さい。そのため、蒸気タービン５の作動時における運転条件により、静翼１０に自励振動（フラッタ）が発生し、静翼１０が弾性変形する可能性がある。例えば、腹側部材２８が後縁部２２側に弾性変形するとともに、背側部材２９が前縁部２１側に弾性変形して、腹側部材２８の第１内面２８Ａと背側部材２９の第２内面２９Ａとの間に相対的な位置変動が発生する可能性がある。
【００５４】
本実施形態においては、空洞部２５にダンパ部材２６が配置されており、接触部３４の対向面３４Ａと背側部材２９の第２内面２９Ａとの間、接触部３５の対向面３５Ａと背側部材２９の第２内面２９Ａとの間の少なくとも一方に、腹側部材２８と背側部材２９の相対的な位置変動を抑制する方向に動摩擦力が発生する。この動摩擦力により、腹側部材２８と背側部材２９との間における相対的な位置変動が抑制される。その結果、静翼１０の自励振動が抑制される。
【００５５】
本実施形態において、固定部３３は、腹側部材２８の第１内面２８Ａに沿うように形成されており、第１内面２８Ａに固定される。接触部３４及び接触部３５は、背側部材２９の第２内面２９Ａに沿うように形成されており、第２内面２９Ａと接触した状態で相対移動可能（摺動可能）である。そのため、固定部３３により腹側部材２８とダンパ部材２６との位置決めがされている状態で、接触部３４及び接触部３５と背側部材２９とが摺動する。
【００５６】
本実施形態においては、空洞部２５に配置された状態（初期状態）において、ダンパ部材２６は、撓みにより僅かに弾性変形する。この弾性力により、ダンパ部材２６の固定部３３が腹側部材２８の第１内面２８Ａを内側から押すとともに、接触部３４及び接触部３５のそれぞれが背側部材２９の第２内面２９Ａを内側から押す。すなわち、ダンパ部材２６が空洞部２５に配置されると、腹側部材２８と背側部材２９とのそれぞれが外側に向かって付勢される（押し広げられる）。
【００５７】
静翼１０が弾性変形すると、ダンパ部材２６は、接触部３４の対向面３４Ａ及び接触部３５の対向面３５Ａと背側部材２９の第２内面２９Ａとの間に、付勢力に応じた動摩擦力を生じさせる。この動摩擦力により、腹側部材２８と背側部材２９との間における相対的な位置変動が抑制される。
【００５８】
次に、本実施形態に係る付加部材２７の作用について説明する。ダンパ部材２６は、静翼１０の自励振動が抑制されるように設計される。ダンパ部材２６の振動低減効果（減衰効果）は、ダンパ部材２６の剛性に基づいて変化する。そのため、設計段階において、所期の減衰効果が得られるダンパ部材２６の剛性が決定され、その剛性が得られるようにダンパ部材２６の形状及び板厚が決定される。
【００５９】
例えば、コストの低減及び調達の利便性などを考慮して、ダンパ部材２６を製造するための板状部材として、規格化された厚みを有する板状部材を採用する場合、要求に適った板厚の板状部材を調達することが困難となる可能性がある。一方、規格化された厚みを有する板状部材を採用せずに、例えば、厚肉部材を切削加工して要求に適った板厚の板状部材を製造しようとすると、コストの増大及び工数の増大をもたらす。
【００６０】
また、ダンパ部材２６の設計及び製造段階において、要求に適った板厚の板状部材を調達し、その板状部材をプレス加工してダンパ部材２６を製造したとしても、例えば製造誤差、あるいは接触部３４及び接触部３５と背側部材２９との接触状態により、所期の減衰効果が得られない可能性がある。その結果、例えばダンパ部材２６の設計変更を行ったり、ダンパ部材２６を製造し直したりする必要が生じ、コストの増大及び工数の増大をもたらす。
【００６１】
そこで、本実施形態においては、ダンパ部材２６を製造後、そのダンパ部材２６が所期の減衰効果を得られるように、換言すれば、静翼１０が要求に適った振動特性を得られるように、そのダンパ部材２６に付加部材２７を付加する。上述のように、ダンパ部材２６の減衰効果は、ダンパ部材２６の剛性に基づいて変化する。そこで、ダンパ部材２６を製造後、そのダンパ部材２６が所期の剛性を有するように、そのダンパ部材２６に付加部材２７を付加して、ダンパ部材２６の剛性を調整する。
【００６２】
例えば、ダンパ部材２６が製造され、そのダンパ部材２６が空洞部２５に配置された状態で、静翼１０の振動試験（加振試験）が行われる。振動試験により、静翼１０の振動特性が取得される。静翼１０の振動特性は、静翼１０の振動モード、及び固有振動数を含む。また、振動試験により、ダンパ部材２６の減衰効果も取得される。その振動試験の結果に基づいて、静翼１０が所期の振動特性を得られるように（ダンパ部材２６が所期の減衰効果を発揮するように）、ダンパ部材２６に対して付加する付加部材２７の質量、及び付加する位置が決定される。その決定された質量の付加部材２７が決定されたダンパ部材２６の所定位置に固定されることにより、静翼１０は所期の振動特性を得ることができる。
【００６３】
以下、図１０を参照して、本実施形態に係る静翼１０の製造方法の一例について説明する。図１０は、本実施形態に係る静翼１０の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００６４】
ダンパ部材２６を含む静翼１０の設計が行われる（ステップＳ１）。ダンパ部材２６は、そのダンパ部材２６が所期の減衰効果を得られるように設計される。
【００６５】
ダンパ部材２６の設計が行われた後、その設計に基づいて、板状部材がプレス加工されて、ダンパ部材２６が製造される（ステップＳ２）。板状部材は、規格化された厚みを有する。その規格化された厚みを有する板状部材がプレス加工されることによって、ダンパ部材２６が製造される。また、設計に基づいて、腹側部材２８及び背側部材２９も製造される。
【００６６】
次に、腹側部材２８、背側部材２９、及びダンパ部材２６の組立てが行われる（ステップＳ３）。すなわち、腹側部材２８の第１内面２８Ａにダンパ部材２６の基部（固定部）３３が固定される。ダンパ部材２６の一端部（接触部）３４及び他端部（接触部）３５は、背側部材２９の第２内面２９Ａに接触する。腹側部材２８の第１内面２８Ａにダンパ部材２６の基部３３が固定され、背側部材２９の第２内面２９Ａにダンパ部材２６の一端部３４及び他端部３５が固定された状態で、前縁部及び後縁部のそれぞれにおいて腹側部材２８と背側部材２９とが接続される。これにより、空洞部２５にダンパ部材２６が配置される。
【００６７】
腹側部材２８、背側部材２９、及びダンパ部材２６の組立てにより静翼１０が製造された後、その静翼１０の振動試験（加振試験）が行われる（ステップＳ４）。振動試験により、静翼１０の振動特性が取得される。また、振動試験により、ダンパ部材２６の減衰効果も取得される。
【００６８】
振動試験の結果に基づいて、静翼１０が所期の振動特性を得られるように（ダンパ部材２６が所期の減衰効果を発揮するように）、ダンパ部材２６に対して付加する付加部材２７の質量、及び付加する位置が決定される。その決定された質量の付加部材２７が決定されたダンパ部材２６の所定位置に付加（固定）される（ステップＳ５）。付加部材２７がダンパ部材２６に付加されることにより、ダンパ部材２６の剛性が調整され、静翼１０は所期の振動特性を得ることができる。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態によれば、静翼１０が空洞部２５を有することにより、静翼１０の軽量化を図ることができる。その空洞部２５にダンパ部材２６を設けることにより、自励振動により静翼１０が弾性変形しても、ダンパ部材２６の接触部３４及び接触部３５と第２内面２９Ａとが接触した状態で相対移動し、接触部３４及び接触部３５と第２内面２９Ａとの間に摩擦が生じ、その摩擦により静翼１０の弾性変形が抑制される。そのため、静翼１０の自励振動が抑制される。例えば、その摩擦により、腹側部材２８と背側部材２９との間の相対的な位置変動が抑制される。これにより、静翼１０の自励振動が抑制される。そして、ダンパ部材２６に付加部材２７が付加されてダンパ部材２６の剛性が調整されることによって、簡易な構成及び手法で、ダンパ部材２６の振動低減効果が調整される。そのため、静翼１０は要求に適った振動特性を得ることができる。したがって、静翼１０の自励振動が抑制され、静翼１０の性能の低下が抑制される。
【００７０】
本実施形態によれば、上述したような、要求に適った板厚の板状部材の調達の困難性等のようなダンパ部材２６の設計及び製造段階の課題、及び製造誤差などにより所期の減衰効果が得られない等のような製造後の課題の両方を、簡易な構成及び手法で解決することができる。
【００７１】
また、本実施形態によれば、規格化された厚みを有する板状部材を使用しても、任意の剛性のダンパ部材２６を容易に取得可能である。本実施形態によれば、自励振動が抑制されるようにダンパ部材２６を含む静翼１０を設計して製造し、その製造後の静翼１０が要求に適った振動特性を得られなくても、振動試験の結果に基づいてダンパ部材２６に付加部材２７を付加することで、ダンパ部材２６を製造し直すことなく、要求に適った振動特性を有する静翼１０を製造することができる。したがって、費用及び労力を抑制しつつ、要求に適った振動特性を有する静翼１０を製造することができる。
【００７２】
また、本実施形態においては、ダンパ部材２６は弾性変形可能であり、空洞部２５の外側に向かう力を第１内面２８Ａ及び第２内面２９Ａのそれぞれに与える。ダンパ部材２６が腹側部材２８及び背側部材２９のそれぞれを外側に向かって付勢することにより、腹側部材２８と背側部材２９の間に相対的な位置変動が発生すると、ダンパ部材２６は、その付勢力に応じた大きさの動摩擦力を腹側部材２８及び背側部材２９の少なくとも一方との間に発生させる。そして、付加部材２７によりダンパ部材２６の剛性を調整したり、空洞部２５に配置した状態（初期状態）におけるダンパ部材２６の付勢力を調整したりすることで、腹側部材２８と背側部材２９との間における位置変動を抑制することができる。
【００７３】
また、本実施形態においては、ダンパ部材２６は、中間部３６及び中間部３７を有し、付加部材２７は、その中間部３６及び中間部３７の少なくとも一方に固定される。これにより、ダンパ部材２６の剛性を効果的に高めることができる。
【００７４】
また、本実施形態によれば、ダンパ部材２６は、第２内面２９Ａと対向する対向面３４Ａ及び対向面３５Ａと、対向面３４Ａ及び対向面３５Ａそれぞれの反対方向を向く裏面３４Ｂ及び裏面３５Ｂとを有し、付加部材２７は、裏面３４Ｂ及び裏面３５Ｂに固定される。これにより、ダンパ部材２６の対向面３４Ａ及び対向面３５Ａと第２内面２９Ａとの相対移動（摺動）を妨げることなく、ダンパ部材２６の剛性を調整することができる。
【００７５】
また、本実施形態によれば、付加部材２７は、少なくとも、放射方向Ｒに関してダンパ部材２６の中央部に固定される。静翼１０は、放射方向Ｒに関して内側の端部１０Ａと外側の端部１０Ｂとを固定される。その静翼１０に振動が生じた場合、放射方向Ｒに関して静翼１０の中央部の振幅が大きくなる可能性が高い。換言すれば、静翼１０は、放射方向Ｒに関して静翼１０の中央部が振動の腹となる振動モードで振動する可能性が高い。そのため、少なくとも、振動の腹となるダンパ部材２６の中央部に付加部材２７を固定することによって、静翼１０の振動を効果的に抑制することができる。
【００７６】
また、本実施形態によれば、ダンパ部材２６は、固定部３３よりも前縁部２１側に配置された接触部３４と、後縁部２２側に配置された接触部３５とを有する。これにより、ダンパ部材２６と第２内面２９Ａとの接触が安定する。また、前縁部２１及び後縁部２２のどちらかに振動が顕著に発生した場合でも、その振動を効果的に減衰することができる。
【００７７】
また、本実施形態によれば、第２内面２９Ａに接触する接触部３４の対向面３４Ａの面積は、第１内面２８Ａに固定される固定部３３の対向面３３Ａの面積よりも大きい。同様に、第２内面２９Ａに接触する接触部３５の対向面３５Ａの面積は、第１内面２８Ａに固定される固定部３３の対向面３３Ａの面積よりも大きい。第２内面２９Ａに接触する接触部３４及び接触部３５の接触面積が大きいので、ダンパ部材２６による振動低減効果を高めることができる。
【００７８】
また、本実施形態によれば、静翼１０の空洞部（内部空間）２５と外部空間とを結ぶ前縁側スリット３２Ａ及び後縁側スリット３２Ｂが設けられている。これにより、静翼１０の第１外面２８Ｂに付着した水滴を空洞部２５に取り込んで除去することができる。そのため、静翼１０の性能の向上を図ることができる。
【００７９】
なお、上述した実施形態においては、固定部３３が第１内面２８Ａに固定され、接触部３４及び接触部３５が第２内面２９Ａと接触した状態でその第２内面２９Ａと相対移動可能であることとした。固定部３３が第２内面２９Ａに固定され、接触部３４及び接触部３５が第１内面２８Ａと接触した状態でその第１内面２８Ａと相対移動可能でもよい。
【００８０】
なお、本実施形態において、付加部材２７は、板状部材であることとした。付加部材２７は、棒状部材でもよい。また、付加部材２７が、中間部３６の裏面３６Ｂと中間部３７の裏面３７Ｂとの間に架け渡されるように配置されてもよい。その裏面３６Ｂと裏面３７Ｂとの間において、それら裏面３６Ｂ及び裏面３７Ｂのそれぞれに固定される付加部材２７は、翼長方向Ｓに複数配置されてもよい。
【００８１】
なお、上述の実施形態においては、ダンパ部材２６のベース部（基部）が腹側部材２８及び背側部材２９の少なくとも一方に固定される固定部３３であることとした。すなわち、上述の実施形態においては、ダンパ部材２６の一部が腹側部材２８及び背側部材２９の少なくとも一方に固定されることとした。ダンパ部材２６と腹側部材２８及び背側部材２９とは固定されなくてもよい。例えば、上述の実施形態において、接触部（一端部）３４及び接触部（他端部）３５のみならず、ダンパ部材２６のベース部も、第１内面２８Ａ及び第２内面２９Ａの少なくとも一方と接触した状態で相対移動可能な接触部（摺動部）でもよい。
【００８２】
なお、上述の実施形態において、ダンパ部材２６の構造は任意である。例えば、ダンパ部材２６が、特開２００８−１３３８２５号公報に開示されているような、断面が波形状を呈する板バネ部材でもよいし、断面が略Ｃ次形状を呈する板バネ部材でもよいし、板状バネ部材の端部が板厚方向に複数枚の板状に分割された分割構造又はスリット構造でもよいし、断面がコの字形状を呈する板バネ部材でもよい。それら板バネ部材に付加部材２７が付加されることによって、静翼１０は要求に適った振動特性を得ることができる。
【００８３】
また、例えば特公平０７−０９２００２号公報に開示されているような、中空内部を有する支柱（翼）に、上述の実施形態で説明したダンパ部材２６及び付加部材２７の少なくとも一方が適用されてもよい。例えば、その中空内部に配置された内部支柱補強材に付加部材２７が付加されてもよいし、その中空内部にダンパ部材２６が配置されてもよいし、そのダンパ部材２６に付加部材２７が付加されてもよい。
【００８４】
あるいは、例えば特開２０１０−２０３４３５号公報に開示されているような、キャビティと、そのキャビティに配置されたリブ及び減衰部材とを有する翼に、上述の実施形態で説明したダンパ部材２６及び付加部材２７の少なくとも一方が適用されてもよい。例えば、そのリブに付加部材２７が付加されてもよいし、キャビティにダンパ部材２６が配置されてもよいし、そのダンパ部材２６に付加部材２７が付加されてもよい。
【００８５】
また、特開２００９−０６８４９３号公報に開示されているようなファンブレード、及び米国特許第５２８４０１１号明細書に開示されているような翼に、上述の実施形態で説明したダンパ部材２６及び付加部材２７の少なくとも一方が適用されてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１  蒸気タービンシステム
５  蒸気タービン
１０  静翼
１１  ロータ軸
２１  前縁部
２２  後縁部
２３  腹側部
２４  背側部
２５  空洞部
２６  ダンパ部材
２７  付加部材
２８  腹側部材
２８Ａ  第１内面
２９  背側部材
２９Ａ  第２内面
３３  固定部
３３Ａ  対向面
３４  接触部
３４Ａ  対向面
３４Ｂ  裏面
３５  接触部
３５Ａ  対向面
３５Ｂ  裏面
３６  中間部
３７  中間部
【図１】
2015090142.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015090142.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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