JP2002004802A - 回転翼のシュラウド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転翼の回転速度が高くなるにしたがい、シ
ュラウドの端面同士の接触をより強固にして剛性を大き
くし、これにより固有振動数を上昇させて共振点を運転
回転数範囲で減少させることができる回転翼のシュラウ
ドを提供すること。 【解決手段】 相隣るシュラウド１のうち、一方のシュ
ラウド１が第１の端面３ａとこの第１の端面３ａから屈
曲する第２の端面３ｂを有し、また他方のシュラウド１
が第１の端面３ａに対向する第１の端面４ａと第２の端
面３ｂに対向する第２の端面４ｂを有し、第１の端面３
ａ，４ａ同士のすき間Ｇ１を低速回転で接触する大きさ
とし、また第２の端面３ｂ，４ｂ同士のすき間Ｇ２を高
速回転で接触する大きさとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンなどの回
転翼のシュラウドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】タービンなどの回転翼の外周部には、剛
性を確保しまた減衰特性を改善するなどのためにシュラ
ウドが突設される。回転停止時には、相隣るシュラウド
の端面同士は小さなすき間を有して離間しているが、高
速回転時には回転翼の捩り変形によりこのすき間はなく
なり、相隣るシュラウドの端面同士は互いに接触する。
このように回転翼の捩り変形によりすべてのシュラウド
を一円周上で接触させて一体的に連成することにより、
回転翼の剛性を確保し、減衰特性を改善するようになっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種回転翼は固有振
動数を有しており、キャンベル線図で求められるいくつ
かの共振点で共振を発生する。共振が発生すると動翼に
過大な負荷・応力が発生するなどの悪影響のため、この
種回転翼は運転回転数範囲では共振点が極力減少するよ
うに設計することが望ましい。

【０００４】運転回転数範囲で共振点を減少させるため
には、シュラウドの端面同士をしっかり接触させて全体
の剛性をより大きくする必要がある。またこの場合、回
転数が高くなるほど、剛性をより大きくすることが望ま
しい。

【０００５】そこで本発明は、回転翼の回転速度が高く
なるにしたがい、シュラウドの端面同士の接触を徐々に
強固にして剛性を大きくし、これにより固有振動数を上
昇させて共振点を運転回転数範囲で減少させることがで
きる回転翼のシュラウドを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、回転翼の外周部に突設されるシュラウドにおいて、
相隣るシュラウドの互いに対向する端面を回転速度が上
昇する程接触面積が大きくなる形状としたものである。

【０００７】また請求項２に記載の発明は、好ましく
は、前記相隣るシュラウドのうち、一方のシュラウドが
第１の端面とこの第１の端面から屈曲する第２の端面を
有し、また他方のシュラウドが前記第１の端面に対向す
る第１の端面と前記第２の端面に対向する第２の端面を
有し、前記第１の端面同士のすき間を低速回転で接触す
る形状とし、また前記第２の端面同士のすき間を高速回
転で接触する形状としたものである。

【０００８】上記構成において、回転翼の回転停止時に
は、相隣るシュラウドの端面同士は互いに小さなすき間
を有して離間しているが、中速回転になると回転翼の捩
り変形によりかなりの面積で接触し、更に高速回転にな
ると更に接触面積は大きくなる。このように回転速度が
高くなるにしたがい、接触面積は次第に増大して全体の
剛性も増大する。

【０００９】請求項３に記載の発明は、回転翼の外周部
に突設されるシュラウドにおいて、回転時に互いに接触
するシュラウドの先端部に弾性付与部を形成したもので
ある。

【００１０】上記構成において、回転翼の回転速度が増
大すると、回転翼の捩り変形により相隣るシュラウドの
先端部同士は互いに接触し、また回転速度が低下すると
シュラウドの先端部同士は離間するが、シュラウドの先
端部には弾性付与部を形成しているので、回転速度の変
化にともなってシュラウドの先端部は変形しやすくな
り、したがってシュラウドの端面同士はしっかり接触す
る。請求項4に記載の発明は、回転翼の外周部に突設さ
れるシュラウドにおいて、回転時に互いに接触するシュ
ラウドの先端部にスリット部を形成したものである。上
記構成において、回転翼の回転速度が増大すると、回転
翼の捩り変形により相隣るシュラウドの先端部同士は互
いに接触し、また回転速度が低下するとシュラウドの先
端部同士は離間するが、シュラウドの先端部にはスリッ
ト部を形成しているので、定格回転時にシュラウドの先
端部がしっかり接触して、接触摩擦により回転翼の振動
を減衰する。

【００１１】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は本発明に
係る実施の形態１におけるシュラウドの正面図、図２は
同シュラウドの接触部分の拡大正面図である。

【００１２】図１において、正面形状が略長片状のシュ
ラウド１は、回転翼である動翼２の外周部に突設されて
いる。シュラウド１は、直線状若しくは略直線状の動翼
２の外周部の両側部に第１の突部３と第２の突部４を突
設して成っている。動翼２が回転すると、シュラウド１
には矢印Ａ方向の捩り力が作用し、同方向に捩れる。

【００１３】図１および図２（ａ）において、第１の突
部３は、動翼２の長手方向と略直交する第１の端面３ａ
と、第１の端面３ａから隣接するシュラウド１側へ緩や
かに屈曲する第２の端面３ｂと、第２の端面３ｂから鋭
角的に屈曲する第３の端面３ｃと、第３の端面３ｃから
シュラウド１の端部へ緩やかに屈曲する第４の端面３ｄ
を有している。

【００１４】第２の突部４は、上記第１の端面３ａに対
向する第１の端面４ａと、これから緩やかに屈曲して上
記第２の端面３ｂに対向する第２の端面４ｂと、第１の
端面４ａから動翼２の他端部へ伸びる第３の端面４ｃを
有している。

【００１５】この回転翼のシュラウド１は上記構造より
成り、次に図２を参照して説明する。図２（ａ）は回転
停止状態を示している。この状態で、第１の端面３ａと
第１の端面４ａは小さなすき間Ｇ１をおいて対向してい
る。また第２の端面３ｂと第２の端面４ｂは、すき間Ｇ
１よりも大きなすき間Ｇ２をおいて対向している。

【００１６】図２（ｂ）は中速回転状態を示している。
この状態で、動翼２の捩り変形のために、第１の端面３
ａと第１の端面４ａが接触している。また第２の端面３
ｂと第２の端面４ｂのすき間はＧ２からＧ２’へ小さく
なっている。また図２（ｃ）は高速回転状態を示してい
る。この状態で動翼２の捩り変形は更に大きくなり、第
１の端面３ａと第１の端面４ａはより強く接触するとと
もに、第２の端面３ｂと第２の端面４ｂも接触してい
る。

【００１７】このように、中速回転から高速回転へ移行
し、これにともなって動翼２の捩り変形が大きくなるこ
とにより、すき間Ｇ１とすき間Ｇ２は次第にせばまって
第１の突部３の端面と第２の突部４の端面の接触面積は
徐々に大きくなる。このように接触面積が大きくなるに
したがい、それだけ第１の突部３と第２の突部４はしっ
かり連成・結合されて剛性が増大し、また固有振動数も
上昇し、また減衰特性も改善される。

【００１８】シュラウドの形状は上記実施の形態に限定
されないのであって、要は、回転速度が上昇する程接触
面積が大きくなるようにして、剛性をより十分に確保す
るようにすればよいものである。

【００１９】（実施の形態２）図３は、本発明に係る実
施の形態２におけるシュラウドの正面図、図４は同シュ
ラウドの接触部分の拡大正面図である。

【００２０】図３において、正面形状が略長片状のシュ
ラウド１１は、回転翼である動翼１２の外周部に突設さ
れている。シュラウド１１は、直線状若しくは略直線状
の動翼１２の先端部の両側部に対称に同形状の突部１３
を突設して成っている。突部１３の先端部１３ａは自由
端部になっており、先端部１３ａの中央にはスリット状
の割り溝１４が形成されている。この割り溝１４によ
り、先端部１３ａには弾性が確保され、また剛性が低下
して変形しやすくなっている。また先端部１３ａを自由
端部にすることによって、若干の首振り自在な弾性が付
与されている。なお上記実施の形態１や実施の形態２の
シュラウド１，１１は、一般に、鋼材などの金属により
形成される。

【００２１】上記構成において、回転翼の回転停止時に
は、図４（ａ）に示すように、相隣るシュラウド１１の
先端部１３ａ同士は小さなすき間Ｇを有して離間してい
るが、回転時には動翼１２の捩り変形により先端部１３
ａ同士は図４（ｂ）に示すように互いに強く押圧して接
触する。

【００２２】このようにして、シュラウド１１の先端部
１３ａ同士は接触と離間を繰り返すが、先端部１３ａに
は割り溝１４により弾性が付与されているので、回転速
度の変化に応じて先端部１３ａは変形しやすい。したが
って回転速度が速くなるにしたがい、先端部１３ａは十
分に変形して先端部１３ａ同士は互いに弾性的にぴった
り接合して接触し、強固な一体状態と十分な剛性を維持
する。

【００２３】（実施の形態３）図５は、本発明に係る実
施の形態３におけるシュラウドの接触部分の拡大正面図
である。

【００２４】本形態３では、弾性付与部として突部１３
の先端部１３ａに小孔１５を形成している。他の構成は
実施の形態２と同じである。したがってこの実施の形態
３も、実施の形態２と同様の作用効果が得られる。また
実施の形態２，３などに示す割り溝や小孔などの弾性付
与部は、実施の形態１の第１の突部３や第２の突部４の
先端部に形成してもよいものであり、このようにすれば
第１の突部３と第２の突部４の接触性や連成・結合性は
更に良くなる。

【００２５】（実施の形態4）図６は、本発明に係る実
施の形態４におけるシュラウドの接触部分の拡大正面図
である。本形態４では、スリット部として突部１３の先
端部１３ａに溝幅が数10μ〜約100μのスリット１６を
刻設している。他の構成は実施の形態３と同じである。
したがってこの実施の形態４も、実施の形態３と同様の
作用効果が得られる。また実施の形態４に示すスリット
１６は、実施の形態１の第１の突部３や第２の突部４の
先端部に形成してもよいものであり、このようにすれば
第１の突部３と第２の突部４の接触性や連成・結合性は
更に良くなる。

【発明の効果】以上説明したように請求項１および２に
記載の発明によれば、回転速度が上昇する程接触面積は
大きくなるので、剛性はより十分に確保され、減衰特性
を向上できる。

【００２６】また請求項３，４に記載の発明によれば、
シュラウドの先端部は回転速度に応じて変形しやすくな
っているので、先端部同士を強固に一体化させて十分な
剛性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施の形態１におけるシュラウド
の正面図

【図２】本発明に係る実施の形態１におけるシュラウド
の接触部分の拡大正面図

【図３】本発明に係る実施の形態２におけるシュラウド
の正面図

【図４】本発明に係る実施の形態２におけるシュラウド
の接触部分の拡大正面図

【図５】本発明に係る実施の形態３におけるシュラウド
の接触部分の拡大正面図

【図６】本発明に係る実施の形態４におけるシュラウド
の接触部分の拡大正面図

【符号の説明】

１，１１ シュラウド ２，１２ 動翼（回転翼） ３ 第１の突部 ３ａ，４ａ 第１の端面 ３ｂ，４ｂ 第２の端面 ４ 第２の突部 １３ 突部 １４ 割り溝（弾性付与部） １５ 小孔（弾性付与部） １６ スリット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転翼の外周部に突設されるシュラウド
   において、相隣るシュラウドの互いに対向する端面を回
   転速度が上昇する程接触面積が大きくなる形状としたこ
   とを特徴とする回転翼のシュラウド。
2. 【請求項２】 前記相隣るシュラウドのうち、一方のシ
   ュラウドが第１の端面とこの第１の端面から屈曲する第
   ２の端面を有し、また他方のシュラウドが前記第１の端
   面に対向する第１の端面と前記第２の端面に対向する第
   ２の端面を有し、前記第１の端面同士のすき間を低速回
   転で接触する形状とし、また前記第２の端面同士のすき
   間を高速回転で接触する形状としたことを特徴とする請
   求項１記載の回転翼のシュラウド。
3. 【請求項３】 回転翼の外周部に突設されるシュラウド
   において、回転時に互いに接触するシュラウドの先端部
   に弾性付与部を形成したことを特徴とする回転翼のシュ
   ラウド。
4. 【請求項4】 回転翼の外周部に突設されるシュラウド
   において、回転時に互いに接触するシュラウドの先端部
   にスリット部を形成したことを特徴とする回転翼のシュ
   ラウド。