(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動翼の振動を低減させる振動低減構造であって、
前記動翼が固定されるディスクに嵌合し前記動翼の摺動面に向かって凸となるように弾性的に湾曲変形されることで、該摺動面に対して相対移動可能に押圧した状態で位置決めされているバネ性のダンパを備える振動低減構造。
【請求項２】
前記ダンパは前記動翼及び前記ディスクの両方に嵌合していることを特徴とする請求項１に記載の振動低減構造。
【請求項３】
前記ディスクは前記ダンパの一部が入り込んで前記ダンパが嵌合する第一の溝を有し、
前記動翼は前記ダンパの他の一部が入り込んで前記ダンパが嵌合する第二の溝を有し、
前記ダンパは、
前記第一の溝に入り込む第一端部と、
前記第二の溝に入り込む第二端部と、
前記第一端部と前記第二端部との間に配され前記動翼の摺動面に対して相対移動可能に押し付けられる押圧板部と、
を有する板状部材である
ことを特徴とする請求項２に記載の振動低減構造。
【請求項４】
前記押圧板部は、前記第一端部が前記第一の溝に嵌合し且つ前記第二端部が前記第二の溝に嵌合しているときに前記摺動面に向かって凸となるように弾性的に湾曲変形された状態となっている
ことを特徴とする請求項３に記載の振動低減構造。
【請求項５】
前記動翼は、前記動翼の外面よりも前記動翼の内部側に窪んだ凹部内に前記第二の溝及び前記摺動面を有し、
前記ディスクは、前記動翼が固定された状態において前記凹部に向けられた状態で前記第一の溝を有し、
前記ダンパは前記凹部内に配されている
ことを特徴とする請求項４に記載の振動低減構造。
【請求項６】
前記ダンパは、
バネ性の金属材料からなる板状部材と、
前記板状部材の外面に設けられた炭化物系耐摩耗コーティングと、
を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の振動低減構造。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の振動低減構造を備えたことを特徴とする動翼列。
【請求項８】
前記振動低減構造が前記ディスクにおける上流側の端面近傍と下流側の端面近傍との両方に設けられている請求項７に記載の動翼列。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の動翼列を備えたことを特徴とする回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動低減構造、動翼列、及び回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンでは、複数の円板（ディスク）が回転軸の軸方向に配置され、これらの円板の外周に、多数の動翼が円周方向に隣接して植え込まれる。軸方向の前後で隣接する動翼間には、動翼の外側を覆うケーシングに設けられた静翼が配置される。これら動翼及び静翼間を高温の燃焼ガスが流れることにより、動翼と共に回転軸が回転駆動され、例えば圧縮機の駆動及び発電機の駆動が行われる。
【０００３】
そして、ガスタービンの回転軸が回転駆動されると、回転軸に設けられた円板が回転駆動される。このとき、円板に設けられた複数の動翼は、回転軸の外側に配設されるケーシングに設けられた複数の静翼間を移動する。これら各翼の上流・下流には圧力場が存在し、その中を翼が通過することで、各翼にガスタービンの前側及び後側へ押す力が働いたり、隣接する翼方向へ押す力が働いたりすることになり、各翼に振動が生じる。そして、ケーシングに配設される静翼の周波数と動翼の固有の振動数（以下、単に固有振動数という）とが一致し共振して各翼の振動が大きくなり、高サイクル疲労（ＨＣＦ）が発生するおそれがあった。
【０００４】
蒸気タービンやガスタービンなどの回転機械の分野において、回転機械の動翼と接して摩擦により動翼の振動を減衰させるダンパを備えた回転機械が知られている。
【０００５】
特許文献１には、ガスタービンに設けられた複数の動翼のうち互いに隣接する動翼の間にダンパが設けられていることによって動翼における振動を抑制することができることが開示されている。具体的には、互いに隣接する動翼のプラットホーム間に配されたダンパピンが特許文献１に記載されている。
【０００６】
特許文献２には、タービンに設けられた複数の動翼のうち互いに隣接する動翼のプラットホームの間又は翼根部の間、若しくは動翼の翼根部とローターホイールとの間、にダンパが設けられていることによってタービンにおける振動を減衰させることができることが開示されている。具体的には、ローターホイールと動翼の根元との間に配された根元ダンパが特許文献２に記載されている。
【０００７】
特許文献３には、ガスタービンの動翼の翼部の先端に形成されたインテグラルシュラウドにダンパが設けられていることによって翼部における振動を抑制することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−１０２６５９号公報
【特許文献２】特開２０１４−１０５７０５号公報
【特許文献３】特開２０１４−１６７２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された技術では、隣り合う動翼のプラットホームの間にダンパが配されているので、ある一つの動翼の振動数はダンパを介して隣接する他の動翼の振動数の影響を受けやすい。
【００１０】
特許文献２に開示された技術では、ローターホイールとともに回転する動翼の位置及びその回転速度に応じて根元ダンパに対するローターホイール及び動翼の押し付け力が変化してしまうので、根元ダンパとローターホイールとの間の摩擦に変動が生じやすい。
【００１１】
特許文献３に開示された技術では、ダンパが翼部の先端に配置されているので、翼部とダンパとを含む動翼全体の振動数に対してダンパが与える影響が大きい。
【００１２】
このように、特許文献１，２，及び３に開示された技術では、ダンパによる摩擦減衰効果を安定して発揮させることが難しい。
【００１３】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、動翼に対するダンパによる摩擦減衰効果を安定して発揮させることできる振動低減構造、動翼列、及び回転機械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】
【００１４】
本発明の一態様は、動翼の振動を低減させる振動低減構造であって、前記動翼が固定されるディスクに嵌合し前記動翼の摺動面に向かって凸となるように弾性的に湾曲変形されることで、該摺動面に対して相対移動可能に押圧した状態で位置決めされているバネ性のダンパを備えることを特徴とする振動低減構造である。
上記態様の振動低減構造によれば、ディスクと動翼との間に発生する振動のエネルギーがダンパによって摩擦熱に変換されることによって振動が減衰する。
【００１５】
前記ダンパは前記動翼及び前記ディスクの両方に嵌合していてもよい。
この場合、動翼とディスクとの両方によってダンパが支持される。
【００１６】
前記ディスクは前記ダンパの一部が入り込んで前記ダンパが嵌合する第一の溝を有し、前記動翼は前記ダンパの他の一部が入り込んで前記ダンパが嵌合する第二の溝を有し、前記ダンパは、前記第一の溝に入り込む第一端部と、前記第二の溝に入り込む第二端部と、前記第一端部と前記第二端部との間に配され前記動翼の摺動面に対して相対移動可能に押し付けられる押圧板部と、を有する板状部材であってもよい。
この場合、ディスク及び動翼に対するダンパの取付け及び取り外しが容易である。
【００１７】
前記押圧板部は、前記第一端部が前記第一の溝に嵌合し且つ前記第二端部が前記第二の溝に嵌合しているときに前記摺動面に向かって凸となるように弾性的に湾曲変形された状態となっていてもよい。
この場合、ディスクと動翼との間に生じた振動によるディスクと動翼との位置ずれがあっても押圧板部が摺動面に押し付けられた状態で維持される。
【００１８】
前記動翼は、前記動翼の外面よりも前記動翼の内部側に窪んだ凹部内に前記第二の溝及び前記摺動面を有し、前記ディスクは、前記動翼が固定された状態において前記凹部に向けられた状態で前記第一の溝を有し、前記ダンパは前記凹部内に配されていてもよい。
この場合、ダンパが凹部内に配されるので、ディスク及び動翼を有して構成される動翼列の外部にダンパが突出しない。
【００２０】
前記ダンパは、バネ性の金属材料からなる板状部材と、前記板状部材の外面に設けられた炭化物系耐摩耗コーティングとを有していてもよい。
この場合、ダンパの耐摩耗性が高い。
【００２１】
本発明の別の態様は、上記態様の振動低減構造を備えたことを特徴とする動翼列である。
前記振動低減構造が前記ディスクにおける上流側の端面近傍と下流側の端面近傍との両方に設けられていてもよい。
【００２２】
本発明のさらに別の態様は、上記態様の動翼列を備えたことを特徴とする回転機械である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、本発明の振動低減構造が設けられた回転機械の運転時における動翼の振動数の変動が少ないので、回転機械の設計時における動翼の振動数の予測精度が高く、この振動数に好適に対応したダンパを容易に設計することができる。このように設計された本発明の振動低減構造、動翼列、及び回転機械は、動翼の振動を安定して減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態のガスタービンを示す半断面図である。
【図２】同ガスタービンの内部構造の一部を示す断面図である。
【図３】同ガスタービンの動翼列の断面図である。
【図４】同ガスタービンの動翼列を拡大して示す断面図である。
【図５】同実施形態の変形例の構成を示す断面図である。
【図６】同実施形態の他の変形例の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る回転機械の一例であるガスタービンの概略構成を示す半断面図である。図２は、ガスタービンの内部構造の一部を示す断面図である。図３はガスタービンの動翼列のうち第一段の動翼列における回転軸に直交する断面図である。図４は、ガスタービンの動翼列を拡大して示す断面図である。
【００２７】
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機２と、複数の燃焼器３と、タービン４と、ロータ７と、排気室９とを備えた回転機械である。以下、ロータ７の軸線方向Ｄにおいて圧縮機２側をガスタービン１の前側とし、排気室９側をガスタービン１の後側とする。
【００２８】
圧縮機２は、空気を取り込む空気取入口２ａを前側に配設した圧縮機ケーシング２ｂと、この圧縮機ケーシング２ｂ内に配設された複数の圧縮機静翼２ｃ及び複数の圧縮機動翼２ｄとを備えている。
圧縮機静翼２ｃは、それぞれ圧縮機ケーシング２ｂの内周面に固定されると共にロータ７側に向けて延設され、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列している。
圧縮機動翼２ｄは、ロータ７の外周面に固定されると共に圧縮機ケーシング２ｂの内周面に向けて延設され、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列している。
これら圧縮機静翼２ｃと圧縮機動翼２ｄとは、軸線方向Ｄに沿って交互になるように多段に配置されている。
圧縮機動翼２ｄがロータ７により回転されることにより、空気取入口２ａから取り込まれた空気は圧縮空気ｃとなる。
【００２９】
燃焼器３は、内部に図示しないバーナを有する内筒３ａと、圧縮機２から供給される圧縮空気ｃを内筒３ａに導く外筒３ｂと、内筒３ａに燃料を供給する図示しない燃料噴射器と、内筒３ａからの燃焼ガスＧ１をタービン４に導く尾筒３ｃとを備えている。
複数の燃焼器３は、タービン４の周方向Ｒに配置されると共に、前端部が圧縮機ケーシング２ｂの後端部に連結された燃焼器ケーシング３ｄの内部に配設されている。複数の燃焼器３は、圧縮機２から供給される圧縮空気ｃに燃料を供給して作動流体である燃焼ガスＧ１を生成する。
【００３０】
図１及び図２に示すように、タービン４は、前端部が燃焼器ケーシング３ｄの後端部に連結されたタービンケーシング５と、タービンケーシング５内に軸方向に交互に四段に配設されたタービン動翼列６（タービン動翼列６Ａ〜６Ｄ）及びタービン静翼列８（タービン静翼列８Ａ〜８Ｄ）とを備えている。
【００３１】
図２から図４までに示すように、各段のタービン動翼列６Ａ〜６Ｄは、ロータ７の一部を構成する複数のディスク（ロータディスク７Ａ〜７Ｄ）と、ロータ７側からタービンケーシング５側に向けて放射状に延設された複数の動翼１０（動翼１０Ａ〜１０Ｄ）と、動翼１０Ａ〜１０Ｄとロータディスク７Ａ〜７Ｄと各々に接するダンパ２０とを有している。
【００３２】
ロータディスク７Ａ〜７Ｄは、動翼１０及びダンパ２０が取り付けられる略円柱状若しくは略円筒状の部材である。以下、本実施形態では第１段のロータディスク７Ａについて説明し、第２段〜第４段までロータディスク７Ｂ〜７Ｄの構成について重複する説明を省略する。
ロータディスク７Ａは、動翼１０Ａを取り付けるためのスロット７Ａ１と、ダンパ２０が係止される第一の溝７Ａ２とを外周に有している。
【００３３】
ロータディスク７Ａのスロット７Ａ１は、ロータディスク７Ａの軸線方向Ｄに沿って延びる溝を有していることにより、動翼１０Ａの翼根部１５に倣った内面形状をなしている。ロータディスク７Ａのスロット７Ａ１に動翼１０Ａの翼根部１５が差し込まれることにより、ロータディスク７Ａに動翼１０Ａが固定される。
【００３４】
ロータディスク７Ａの第一の溝７Ａ２は、ロータディスク７Ａの軸線Ｏ方向から見たときのロータディスク７Ａの接線と平行な直線状に延びる溝である。第一の溝７Ａ２はロータディスク７Ａにおける上流側に形成されている。また、第一の溝７Ａ２の位置は、ロータディスク７Ａにおける上流側の端面７Ａａよりもわずかに下流側である。第一の溝７Ａ２は、ダンパ２０の数及び動翼１０Ａの数に対応してロータディスク７Ａに形成されている。
【００３５】
図２に示す第２段から第４段までのロータディスク７Ｂ〜７Ｄにも、第１段のロータディスク７Ａと同様に、動翼１０Ｂ〜１０Ｄに対応して第一の溝７Ｂ２〜７Ｄ２が形成されている。
【００３６】
タービン動翼列６に設けられた複数の動翼１０は、周方向Ｒに環状に等しい間隔をあけて配列され、各段において互いに同形同大をなしている。以下、本実施形態では第１段のタービン動翼列６Ａに設けられた複数の動翼１０Ａの構成について説明し、第２段〜第４段までのタービン動翼列６Ｂ〜６Ｄに設けられた複数の動翼１０Ｂ〜１０Ｄの構成について重複する説明を省略する。
【００３７】
タービン動翼列６Ａの各動翼１０Ａは、翼部１１と、プラットホーム１２と、シャンク１３と、翼根部１５とを有している。翼部１１，プラットホーム１２，シャンク１３，及び翼根部１５は、本実施形態では一体成型されている。
【００３８】
翼部１１は、燃焼ガスＧ１に曝されて動翼１０Ａに回転力を発生させる翼形状をなす。
【００３９】
プラットホーム１２は、翼部１１とシャンク１３との間に位置しており、翼部１１を支持する。
プラットホーム１２には、ロータ７側に向けて開口されダンパ２０が嵌合する第二の溝１２Ａ１が形成されている。
【００４０】
図２及び図４に示すように、シャンク１３は、プラットホーム１２と翼根部１５との間に位置しており、プラットホーム１２と翼根部１５とを連結する。
シャンク１３における上流側の端面１３ａは、プラットホーム１２における上流側の端面１２ａよりも下流側に位置している。このため、翼部１１及びシャンク１３によって、動翼１０Ａにおける上流側から下流側へ向かって窪んだ形状、すなわち動翼１０Ａの内部側へ向かって窪んだ形状をなす凹部１４が構成されている。また、上述したプラットホーム１２の第二の溝１２Ａ１は、凹部１４を構成する面のうち、プラットホーム１２における上流側の端面とシャンク１３における上流側の端面とを繋ぐ面（プラットホーム１２の内側面）に開口されている。
【００４１】
図４に示すように、凹部１４は、動翼１０Ａがロータディスク７Ａに取り付けられた状態において、第一の溝７Ａ２の開口と第二の溝１２Ａ１の開口とを有する空間を規定する。動翼１０Ａがロータディスク７Ａに取り付けられた状態において、第一の溝７Ａ２の開口と第二の溝１２Ａ１の開口とは互いに向かい合っている。さらに、動翼１０Ａがロータディスク７Ａに取り付けられた状態において、第一の溝７Ａ２と第二の溝１２Ａ１とは互いに平行に延びる直線状をなしている。
【００４２】
シャンク１３における上流側の端面１３ａは、ダンパ２０の押圧板部２１の押圧面２１ａと接する摺動面１３ｂとされている。摺動面１３ｂは、ダンパ２０の押圧面２１ａに対して所定の摩擦係数を有して相対的に摺動可能な面であり、本実施形態では平面である。
【００４３】
本実施形態では第一の溝７Ａ２及び第二の溝１２Ａ１がタービン動翼列６Ａにおける上流側に配されているので、ダンパ２０はタービン動翼列６Ａにおける上流側に配されることとなる。
【００４４】
図３に示すように、翼根部１５は、ロータディスク７Ａに埋め込まれて、タービン動翼列６Ａの動翼１０Ａを支持している。本実施形態の翼根部１５は、ロータディスク７Ａの軸線Ｏ方向から見たときにおけるロータディスク７Ａの径方向へ動翼１０Ａが移動しないように、ロータディスク７Ａの軸線方向Ｄに沿って延びる溝に差し込まれてロータディスク７Ａに固定される。
【００４５】
図２及び図４に示すように、ダンパ２０は、高さ方向Ｈの中央に位置する押圧板部２１と、この押圧板部２１の高さ方向の両端から延伸する一対の傾斜部２２，２３と、一対の傾斜部２２，２３の一方である第一傾斜部２２から延びて形成された第一端部２４と、一対の傾斜部２２，２３の他方である第二傾斜部２３から延びて形成された第二端部２５とを有している。ダンパ２０は、高さ方向Ｈから見たときに矩形状をなしている。
【００４６】
押圧板部２１は、シャンク１３の摺動面１３ｂに押し付けられる押圧面２１ａを有する。
押圧面２１ａは、シャンク１３の摺動面１３ｂに向かって僅かに凸となる凸形状をなしている。押圧面２１ａは、ロータディスク７Ａの第一の溝７Ａ２の内面及びプラットホーム１２の第二の溝１２Ａ１の内面に支持された状態で摺動面１３ｂに押し付けられている。また、押圧面２１ａと摺動面１３ｂとは、互いに接している状態で相対移動可能である。押圧面２１ａと摺動面１３ｂとが互いに接している状態で押圧面２１ａと摺動面１３ｂとが相対移動すると、押圧面２１ａと摺動面１３ｂとの間の摩擦係数に応じた摩擦熱が発生する。
【００４７】
第一端部２４は、ディスクの第一の溝７Ａ２に入り込む。また、第二端部２５は、プラットホーム１２の第二の溝１２Ａ１に入り込む。第一端部２４及び第二端部２５は、平面視矩形状をなすダンパ２０における矩形の一辺とその対辺を構成しており、互いに平行に延びている。第一端部２４と第二端部２５との間の距離は、第一の溝７Ａ２と第二の溝１２Ａ１との間の距離よりも長い。このため、ダンパ２０が第一の溝７Ａ２及び第二の溝１２Ａ１に嵌合している状態では、ダンパ２０は全体として下流側へ向かって凸となるように、外力がかかっていない無負荷状態と比較して弾性的に湾曲されている。上述した押圧面２１ａの凸形状は、この弾性的な湾曲により維持されている。また、第一端部２４及び第二端部２５よりも押圧板部２１が下流側に位置するような向きでダンパ２０が第一の溝７Ａ２及び第二の溝１２Ａ１に嵌合されることにより、押圧面２１ａは、押圧面２１ａの下流側に位置する摺動面１３ｂに向かって凸となる。
【００４８】
このように、ダンパ２０は、動翼１０Ａのプラットホーム１２及びシャンク１３並びにロータディスク７Ａによって規定された凹部１４内において第一の溝７Ａ２及び第二の溝１２Ａ１に嵌合している。このため、ダンパ２０は、シャンク１３の凹部１４内で、押圧面２１ａが摺動面１３ｂを押圧した状態で位置決めされている。
【００４９】
本実施形態のダンパ２０は、押圧板部２１、一対の傾斜部２２，２３、第一端部２４、及び第二端部２５が金属製の平らな板状部材を高さ方向に沿ってハット形状に折り曲げられて形成され、公知の手法によりバネ性が付与されたものである。なお、バネ性の板材（板バネ）が上記の押圧板部２１、一対の傾斜部２２，２３、第一端部２４、及び第二端部２５を有するように成形されてもよい。
【００５０】
ダンパ２０の材質は、ニッケル合金やセラミックス複合材料（Ceramic Matrix Composites, CMC）等である。たとえばＣＭＣは金属と比較して軽量であり、ガスタービン１の運転時において受ける遠心力が小さいので、動翼１０Ａの振動数に影響を与えにくい。
また、ダンパ２０の外面に耐摩耗コーティングがあってもよい。バネ性の板状部材からなる本実施形態のダンパ２０の外面に耐摩耗コーティングがあると、ダンパ２０が摺動面１３ｂに対して摺動することによる経年劣化が起こりにくい。耐摩耗コーティングの例としては、クロムカーバイド（ＣｒＣ）やタングステンカーバイド（ＷＣ）等の炭素系耐摩耗コーティングが挙げられる。
【００５１】
ダンパ２０がシャンク１３の摺動面１３ｂに押し付けられるようにダンパ２０が第一の溝７Ａ２及び第二の溝１２Ａ１に嵌合された構造が、本実施形態において動翼の振動を低減するための振動低減構造となっている。
【００５２】
図１及び図２に示す各段のタービン静翼列８（タービン静翼列８Ａ〜８Ｄ）は、周方向Ｒに環状に等しい間隔をあけて各段ごとに構成が互いに異なる複数の静翼が配列されている。各段のタービン静翼列８はそれぞれタービンケーシング５側に固定されると共にロータ７側に向けて放射状に複数延設されている。
【００５３】
図２に示すロータ７は、ガスタービン１の軸線方向Ｄに延び、圧縮機２からタービン４まで一体的に取り付けられている。ロータ７は、一端が圧縮機２の上流側に設けられた軸受部７ａによって軸線Ｏ回りであるタービン４の周方向Ｒに回転可能に支持されると共に、他端がタービン４の下流側に設けられた軸受部７ｂによってタービン４の周方向Ｒに回転可能に支持されている。
ロータ７のうちタービン４の内部に配された領域には、タービン動翼列６を構成するディスク（ロータディスク７Ａ〜７Ｄ）が設けられている。ロータディスク７Ａ〜７Ｄの外周には、タービン動翼列６の各段（タービン動翼列６Ａ〜６Ｄ）を構成する動翼１０（動翼１０Ａ〜１０Ｄ）がそれぞれ固定されている。
【００５４】
排気室９は、タービン４のタービンケーシング５の後端部に、後側に向けて開口して連結されている。排気室９には、タービン静翼列８及びタービン動翼列６を通過した燃焼ガスＧ１の動圧を静圧に変換する排気ディフューザ９ａが備えられている。
【００５５】
本実施形態の振動低減構造、動翼列、及びガスタービンの作用について説明する。
本実施形態のガスタービン１においては、まず、圧縮機２の空気取入口２ａから取り込まれた空気が、多段に配置された圧縮機静翼２ｃ及び圧縮機動翼２ｄを通過して圧縮空気ｃが生成される。次いで、燃焼器３にて、前述したように圧縮空気ｃに燃料を供給して燃焼させることにより燃焼ガスＧ１が生成され、この燃焼ガスＧ１がタービン４に導かれる。そして、この燃焼ガスＧ１がタービン静翼列８及びタービン動翼列６が配列する範囲を燃焼ガス流路として通過することでロータ７が回転駆動される。そして、ロータ７を回転駆動した後の排気ガスは、排気室９の排気ディフューザ９ａで静圧に変換された後、大気に放出される。
【００５６】
ここで、本実施形態のダンパ２０の作用について、第１段の動翼列６Ａに設けられたダンパ２０を例に説明する。
タービン静翼列８及びタービン動翼列６が配列する範囲を燃焼ガス流路として燃焼ガスＧ１が通過するとロータ７が回転駆動されるが、このとき、燃焼ガスＧ１が持つ運動エネルギー及び熱エネルギーにより、ロータディスク７Ａと動翼１０Ａとの間に振動が生じる。ロータディスク７Ａと動翼１０Ａとの間に振動が生じると、ダンパ２０とシャンク１３とが相対移動する。
【００５７】
ダンパ２０は第一の溝７Ａ２及び第二の溝１２Ａ１に嵌合した状態でシャンク１３の摺動面１３ｂに押し付けられているので、ダンパ２０とシャンク１３とが相対移動すると、ダンパ２０及びシャンク１３に摩擦熱が発生する。ダンパ２０及びシャンク１３に発生した摩擦熱は、ダンパ２０とシャンク１３との接触部分、及びダンパ２０と動翼との接触部分を通じて、ディスク及び動翼へと拡散する。また、燃焼ガスＧ１とダンパ２０との温度差によっては、摩擦熱の一部は、ダンパ２０の外面から燃焼ガスＧ１その他の気体へと放熱されることもある。
【００５８】
ダンパ２０及びシャンク１３に発生した摩擦熱は、ロータディスク７Ａと動翼１０Ａとの相対振動における運動エネルギーが熱に変換されたものである。従って、ダンパ２０及びシャンク１３に発生した熱がロータディスク７Ａ及び動翼１０Ａ並びに燃焼ガスＧ１その他の気体へと拡散することにより、ロータディスク７Ａと動翼１０Ａとの間に生じる振動のエネルギーは摩擦熱の分だけ減衰する。すなわち、ダンパ２０がシャンク１３の摺動面１３ｂに接して設けられていることにより、ロータディスク７Ａと動翼１０Ａとの相対振動に対する摩擦減衰が発生する。
【００５９】
本実施形態では、ロータディスク７Ａと動翼１０Ａとに嵌合されたダンパ２０が、ロータディスク７Ａと動翼１０Ａとの相対振動に対して摩擦減衰を発生させる。このため、ロータディスク７Ａと動翼１０Ａとの相対振動の影響は、隣接する動翼同士が振動減衰のための部材を挟み込むような構成と比較して、隣接する他の動翼１０Ａに及びにくい。
【００６０】
なお、第２段〜第４段の動翼列６Ｂ〜６Ｄにも同様にダンパ２０が設けられているので、第２段〜第４段の動翼列６Ｂ〜６Ｄの各動翼１０Ｂ〜１０Ｄに対してもダンパ２０が同様の作用を生じさせて各ロータディスク７Ｂ〜７Ｄと各動翼１０Ｂ〜１０Ｄとの相対振動が減衰する。
【００６１】
以上に説明したように、本実施形態の振動低減構造（ダンパ２０）、動翼列（タービン動翼列６）、及び回転機械（ガスタービン１）によれば、振動低減構造を構成するダンパ２０が設けられたガスタービン１の運転時における動翼１０の振動数の変動は、ダンパ２０による摩擦減衰の作用により低減されている。
【００６２】
本実施形態のダンパ２０を備える設計とすると、ガスタービン１の設計時における動翼１０の振動数の予測精度が高く、この振動数に好適に対応した摩擦減衰効果を得るダンパ２０を容易に設計することができる。このように設計された本実施形態のガスタービン１は、動翼１０の振動を安定して減衰させることができる。その結果、本実施形態のガスタービン１を備えたプラントを安定的に稼働させることができる。
【００６３】
また、本実施形態ではダンパ２０のバネ性を用いてダンパ２０の押圧面２１ａをシャンク１３の摺動面１３ｂに押し付けるようになっており、さらに、押圧面２１ａが摺動面１３ｂに押し付けられる方向は上流側から下流側に向けられている。本実施形態では、押圧面２１ａが摺動面１３ｂに押し付けられる方向が、軸線方向Ｄに沿っているので、動翼１０及びロータ７の回転動作による遠心力の影響を受けず押圧面２１ａを摺動面１３ｂに略一定の力で押し付けることができる。
また、本実施形態では、押圧面２１ａが摺動面１３ｂに押し付けられる方向が、軸線方向Ｄに沿っているので、動翼１０及びロータ７の回転数に変動があっても、動翼１０及びロータ７の回転数の変動による加速度の変化の影響を受けず押圧面２１ａを摺動面１３ｂに略一定の力で押し付けることができる。
また、本実施形態では、押圧面２１ａが摺動面１３ｂに押し付けられる方向が、軸線方向Ｄに沿っているので、ロータ７に対して動翼１０の上下関係が変動しても、この上下関係の変動の影響を受けず押圧面２１ａを摺動面１３ｂに略一定の力で押し付けることができる。
【００６４】
また、例えば上述の特許文献３に開示されたように動翼の翼部の先端などロータから離れた位置に摩擦減衰部材を配置して隣接する動翼と摩擦減衰部材との接触を振動低減に利用する場合、動翼の根元よりも動翼の先端の方が振動による移動量が大きいので、動翼と摩擦減衰部材との接触状態の変動が本実施形態よりも大きくなってしまう。これに対して本実施形態では動翼１０Ａ〜１０Ｄにおける翼部１１の根元よりもロータ７に近い位置でダンパ２０が摩擦減衰を発生させるので、ロータディスク７Ａ〜７Ｄに対する動翼１０Ａ〜１０Ｄの相対移動量が小さく、ダンパ２０の接触状態の変動が小さい。
【００６５】
また、動翼の翼部の先端に摩擦減衰部材を配置すると、摩擦減衰部材の重量及び摩擦減衰部材と他の翼部との接触状態に応じて動翼自体の振動数が変動する可能性がある。本実施形態では翼部１１の根元よりもさらにロータ７に近い位置にダンパ２０が配されているので、動翼１０の振動数の変動が少ない。
【００６６】
また、本実施形態では、第一の溝７Ａ２及び第二の溝１２Ａ１に対してダンパ２０を嵌合させるはめ込み作業によってダンパ２０を取り付けることができる。このため、あらかじめ凹部１４及びその内部の第一の溝７Ａ２，第二の溝１２Ａ１、及び摺動面１３ｂを形成しておくことで、ガスタービン１の製造時、ガスタービン１の改築時、その他ガスタービン１のメンテナンス時などに、あるモードの動翼１０の振動に対して摩擦減衰効果を高める最適化として本実施形態のダンパ２０を取り付けて使用又は取り外しすることが容易である。
【００６７】
また、ダンパ２０がプラットホーム１２よりもロータ７の軸線Ｏに近い位置にあり、ロータディスク７Ａの最外周面よりも内側に位置している。このため、ダンパ２０に燃焼ガスＧ１が直接吹き付けられることがなく、ダンパ２０の温度が上がりにくい。その結果、熱によるダンパ２０の経年劣化を遅らせてダンパ２０の耐久性を高め、好適な摩擦減衰性能を長期に維持することができる。
【００６８】
なお、本実施形態のガスタービン１には、隣接する動翼１０間に配される他の公知の摩擦減衰部材がさらに設けられてもよい。本実施形態のダンパ２０と上記の摩擦減衰部材とを併用することにより、摩擦減衰による動翼の振動低減効果をさらに高めることができる。
【００６９】
（変形例１）
上記実施形態の変形例について説明する。図５は、本変形例の構成を示す断面図である。
本変形例では、上記実施形態の第一の溝７Ａ２及び第二の溝１２Ａ１に加えて、上記実施形態の第一の溝７Ａ２及び第二の溝１２Ａ１と同様の構成の一対の溝７Ａ３，１２Ａ２（図５参照）がタービン動翼列６Ａにおける下流側にさらに形成されている。一対の溝７Ａ３，１２Ａ２は、ロータディスク７Ａにおける下流側の端面７Ａｂ近傍に配されている。
図示しないが、本変形例における一対の溝７Ａ３，１２Ａ２と同様の溝がタービン動翼列６Ｂ〜６Ｄにも設けられている。
【００７０】
本変形例では、ロータディスク７Ａにおける上流側の端面７Ａａの近傍と下流側の端面７Ａｂとの両方に上記実施形態のダンパ２０による振動低減構造を設けることができる。
ロータディスク７Ａにおける下流側に配されるダンパ２０は、上記実施形態に開示されたダンパ２０における押圧面２１ａが上流側に向かって凸となるように取り付けられることで、シャンク１３における下流側の端面１３ｃに押圧面２１ａが押し付けられる。
【００７１】
このような構成であっても上記実施形態と同様の効果を奏する。また、本変形例では、所望の振動減衰特性を得るために、タービン動翼列６Ａ〜６Ｄの各々における上流側と下流側との両方にダンパ２０を設ける、タービン動翼列６Ａ〜６Ｄの各々における上流側と下流側とのいずれか一方のみにダンパ２０を設ける、及びダンパ２０を設けないという複数の選択肢から所望の１パターンを選択して振動抑制構造を構成することができる。
【００７２】
（変形例２）
上記実施形態の他の変形例について説明する。図６は、本変形例の構成を示す断面図である。
上記実施形態では、シャンク１３における上流側の端面１３ａがダンパ２０に対する摺動面１３ｂとされている例が開示されているが、摺動面１３ｂは、シャンク１３における上流側の端面１３ａにおいて、図６に示すように上流側にさらに突出した突起の端面であってもよい。本変形例の摺動面１３ｂがたとえば第一の溝７Ａ２と第二の溝１２Ａ１とを結ぶ線上にある場合、上記実施形態に開示された曲げ構造を有するダンパ２０に代えて、曲げ構造のないバネ性の平板からなるダンパ２０Ａが採用されてよい。
【００７３】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
たとえば、上記実施形態ではロータディスクに形成された第一の溝及び動翼のプラットホームに形成された第二の溝にダンパが嵌合する例が開示されているが、ロータディスクにダンパの一部が固定され動翼の一部に対してダンパが摺動可能である構成や、動翼にダンパの一部が固定されロータディスクの一部に対してダンパが摺動可能である構成等とされてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１  ガスタービン
２  圧縮機
２ａ  空気取入口
２ｂ  圧縮機ケーシング
２ｃ  圧縮機静翼
２ｄ  圧縮機動翼
３  燃焼器
３ａ  内筒
３ｂ  外筒
３ｃ  尾筒
３ｄ  燃焼器ケーシング
４  タービン
５  タービンケーシング
６（６Ａ〜６Ｄ）  タービン動翼列
７  ロータ
７ａ  軸受部
７ｂ  軸受部
７Ａ〜７Ｄ  ロータディスク
７Ａ１  スロット
７Ａ２，７Ｂ２，７Ｃ２，７Ｄ２  第一の溝
８（８Ａ〜８Ｄ）  タービン静翼列
９  排気室
９ａ  排気ディフューザ
１０（１０Ａ〜１０Ｄ）  動翼
１１  翼部
１２  プラットホーム
１２Ａ１  第二の溝
１３  シャンク
１３ｂ  摺動面
１４  凹部
１５  翼根部
２０，２０Ａ  ダンパ
２１  押圧板部
２１ａ  押圧面
２２  第一傾斜部
２３  第二傾斜部
２４  第一端部
２５  第二端部
【図１】
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【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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