JP7785560B2

JP7785560B2 - タービン

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Publication number: JP7785560B2
Application number: JP2022021744A
Authority: JP
Inventors: 宗太朗武居
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Aero Engines Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Aero Engines Ltd
Priority date: 2022-02-16
Filing date: 2022-02-16
Publication date: 2025-12-15
Anticipated expiration: 2042-02-16
Also published as: WO2023157344A1; US20250109691A1; JP2023119098A; EP4455449A1

Description

本開示は、タービンに関する。

蒸気タービンやガスタービンなどのタービンは、運転中における翼の振動を抑制するために幾つかの対策案が採用されている。例えば、特許文献１には、複数の翼のそれぞれにシュラウドが設けられており、隣り合うシュラウドは互いに分割されるとともに、ピンがガタを有するように挿入されるピン係合孔を形成する構成が開示されている。

特開２００４－２８５９３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、ピン係合孔にピンが摺接することによって翼の励振を抑制するものであり、ピンの摺接部分が限定的であるため、翼の振動を抑制する減衰効果が小さい。

本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、翼の振動に対して高い減衰効果を得ることができるタービンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係るタービンは、ロータと、前記ロータの周方向に沿って配置される複数のタービン翼と、を備え、前記複数のタービン翼は、第１動翼および前記第１動翼の先端部に設けられる第１シュラウドを含む第１タービン翼と、前記第１動翼に対して前記ロータの周方向の一方側に隣接して配置される第２動翼および前記第２動翼の先端部に設けられる第２シュラウドを含む第２タービン翼と、を含み、前記第１シュラウドの前記周方向の前記一方側の一方側側面の少なくとも一部と、前記第２シュラウドの前記周方向の他方側の他方側側面の少なくとも一部とが、前記周方向において重複する重複領域において、前記一方側側面は前記他方側側面に対して径方向の外側に位置しており、前記第２シュラウドは、前記第１シュラウドより重い。

本開示のタービンによれば、翼の振動に対して高い減衰効果を得ることができる。

幾つかの実施形態に係るタービンを備えるガスタービンの構成例を概略的に示す図である。第１実施形態に係るタービンの構成を概略的に示す図である。第１実施形態に係るタービンの形成方法の一例を説明するための図である。図２に示す第１シュラウドの一方側側面の周辺を拡大した図である。図２に示す第２シュラウドの一方側側面の周辺を拡大した図である。第２実施形態に係る第１シュラウドの一方側側面の周辺を拡大した図である。第３実施形態に係る第１動翼の内部構成と第２動翼の内部構成とを概略的に示す図である。第４実施形態に係るタービンの構成を概略的に示す図である。第４実施形態に係る第４動翼の内部構成と第５動翼の内部構成とを概略的に示す図である。

以下、本開示の実施の形態によるタービンについて、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

（ガスタービン）
図１は、幾つかの実施形態に係るタービン１を備えるガスタービン１００の構成例を概略的に示す図である。図１に例示するように、ガスタービン１００は、圧縮空気Ｇ２を生成するための圧縮機１０２と、圧縮空気Ｇ２及び燃料を用いて燃焼ガスＧ３を発生させるための燃焼器１０４と、燃焼ガスＧ３によって回転駆動されるように構成されたタービン１と、を備える。ガスタービン１００は、例えば、航空機の推進力を得るための航空機用エンジンとして適用されている。尚、ガスタービン１００は、発電などの別の目的のために用いられてもよい。

圧縮機１０２は、圧縮機ロータ１０６と、圧縮機ケーシング１０８と、複数の圧縮機静翼列１１０と、複数の圧縮機動翼列１１２と、を含む。

圧縮機ロータ１０６は、軸線Ｏを中心として回転可能に構成されている。圧縮機ロータ１０６は、棒形状を有しており、軸線Ｏが延在する軸線方向Ｄ１に沿って長手方向を有する。圧縮機ケーシング１０８は、筒形状を有しており、圧縮機ロータ１０６を圧縮機ロータ１０６の径方向の外側から覆っている。

複数の圧縮機静翼列１１０は、軸線方向Ｄ１に沿って互いに間隔を空けて圧縮機ケーシング１０８に固定されている。複数の圧縮機静翼列１１０のそれぞれは、圧縮機ケーシング１０８の内周面に圧縮機ロータ１０６の周方向に沿って互いに間隔を空けて配置された複数の圧縮機静翼１１１を含む。

複数の圧縮機動翼列１１２は、圧縮機静翼列１１０に対して交互に配列されるように、軸線方向Ｄ１に沿って互いに間隔を空けて圧縮機ロータ１０６に植設されている。複数の圧縮機動翼列１１２のそれぞれは、圧縮機ロータ１０６の外周面に圧縮機ロータ１０６の周方向に沿って互いに間隔を空けて配置された複数の圧縮機動翼１１３を含む。

図１に例示する圧縮機１０２は、外部から空気Ｇ１を取り込むための空気取入口１１４が形成されている。圧縮機１０２内に取り込まれた空気Ｇ１は、複数の圧縮機静翼列１１０及び複数の圧縮機動翼列１１２を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気Ｇ２となる。

燃焼器１０４は、燃料と圧縮機１０２で生成された圧縮空気Ｇ２とが供給されるようになっており、燃料と圧縮空気Ｇ２とを混合して燃焼することで、タービン１の作動流体である燃焼ガスＧ３を生成する。図１に例示する形態では、ガスタービン１００は、軸線方向Ｄ１において、圧縮機ケーシング１０８と後述するタービンケーシング６との間に配置される燃焼器ケーシング１１６を含む。燃焼器ケーシング１１６内には、複数の燃焼器１０４が配置されている。

タービン１は、タービンロータ３と、タービンケーシング６と、複数のタービン静翼列８と、複数のタービン動翼列１０と、を含む。

タービンロータ３は、軸線Ｏを中心として回転可能に構成されている。タービンロータ３は、棒形状を有しており、軸線方向Ｄ１に沿って長手方向を有する。図１に例示する形態では、タービンロータ３と圧縮機ロータ１０６とは軸線方向Ｄ１に一体に連結されている。言い換えると、ガスタービン１００は、タービンロータ３と圧縮機ロータ１０６とで構成されるガスタービンロータ１０１を含む。

以下、タービンロータ３の径方向を単に「径方向Ｄ２」と記載し、タービンロータ３の周方向を単に「周方向Ｄ３」と記載する。径方向Ｄ２は、軸線Ｏと直交している。径方向Ｄ２のうち軸線Ｏに近づく方向を径方向Ｄ２の内側に向かう方向とし、軸線Ｏから離れる方向を径方向Ｄ２の外側に向かう方向とする。

タービンケーシング６は、筒形状を有しており、タービンロータ３を径方向Ｄ２の外側から覆っている。

複数のタービン静翼列８は、軸線方向Ｄ１に沿って互いに間隔を空けてタービンケーシング６に固定されている。複数のタービン静翼列８のそれぞれは、タービンケーシング６の内周面に周方向Ｄ３に沿って互いに間隔を空けて配置された複数のタービン静翼１２を含む。

複数のタービン動翼列１０は、タービン静翼列８に対して交互に配列されるように、軸線方向Ｄ１に沿って互いに間隔を空けてタービンロータ３に植設されている。複数のタービン動翼列１０のそれぞれは、タービンロータ３の外周面に周方向Ｄ３に沿って配置された複数のタービン動翼２を含む。

図１に例示するタービン１は、燃焼器１０４で生成された燃焼ガスＧ３が供給されるようになっており、この燃焼ガスＧ３が複数のタービン静翼列８及び複数のタービン動翼列１０を通過することで、タービンロータ３を回転駆動させる。圧縮機１０２は、タービンロータ３を介してタービン１の回転力が伝達されて、圧縮機１０２内を流通する空気Ｇ１を圧縮する。タービン１は、複数のタービン静翼列８及び複数のタービン動翼列１０を通過した燃焼ガスＧ３（排ガスＧ４）を航空機の推進力として排気する。

不図示であるが、幾つかの実施形態では、ガスタービン１００は、圧縮機１０２内に取り込まれる空気Ｇ１の量を増やすために、軸線方向Ｄ１において圧縮機１０２を挟んでタービン１とは反対側に配置されるファンをさらに備える。このファンは、圧縮機ロータ１０６を介してタービンロータ３に接続されており、タービン１の回転力によって回転駆動する。

以下、本開示に係るタービン１の具体的な構成について説明する。

＜第１実施形態＞
（構成）
図２は、第１実施形態に係るタービン１の構成を概略的に示す図である。図２には、図１のタービン動翼列１０の一部を軸線方向Ｄ１から視た概略図が示されている。

第１実施形態では、図２に例示するように、タービン１は、タービンロータ３に固定されるロータディスク１４を含む。ロータディスク１４は、例えば、タービンロータ３の外周面に形成された穴に嵌め込まれることでタービンロータ３に固定される。幾つかの実施形態では、ロータディスク１４は、ボルトのような締結具によって、タービンロータ３に固定される。

第１実施形態では、図２に例示するように、ロータディスク１４は、タービンロータ３に接続され、タービンロータ３から径方向Ｄ２の外側に延びる径方向延在部１６と、径方向延在部１６の先端部から周方向Ｄ３の両側に延び、板形状を有する周方向延在部１８と、を含む。

複数のタービン動翼２は、第１タービン動翼２Ａ（２）と、第２タービン動翼２Ｂ（２）と、第３タービン動翼２Ｃ（２）と、を含む。

第１タービン動翼２Ａは、第１動翼２０および第１動翼２０の先端部２２に設けられる第１シュラウド２４を含む。第１動翼２０は、周方向延在部１８の外周面に取り付けられ、周方向延在部１８の外周面から径方向Ｄ２の外側に延びる。第１シュラウド２４は、板形状を有しており、第１動翼２０の先端部２２から周方向Ｄ３の両側に延びている。

第１実施形態では、第１シュラウド２４の周方向Ｄ３の一方側の一方側側面２４ａは、径方向Ｄ２の外側の外側端ｅ１が径方向Ｄ２の内側の内側端ｅ２よりも周方向Ｄ３の一方側に位置している。第１シュラウド２４の周方向Ｄ３の他方側の他方側側面２４ｂは、径方向Ｄ２の外側の外側端ｅ３が径方向Ｄ２の内側の内側端ｅ４よりも周方向Ｄ３の他方側に位置している。第１シュラウド２４の一方側側面２４ａ及び他方側側面２４ｂのそれぞれは、径方向Ｄ２におけるロータディスク１４側（内側）に向いている。第１シュラウド２４は、軸線方向Ｄ１視において、対称形状を有している。第１動翼２０の先端部２２は、第１シュラウド２４の周方向Ｄ３の中央部に位置している。

第２タービン動翼２Ｂは、第２動翼４０および第２動翼４０の先端部４２に設けられる第２シュラウド４４を含む。第２動翼４０は、第１動翼２０に対して周方向Ｄ３の一方側に隣接して配置される。周方向Ｄ３において、第１動翼２０と第２動翼４０との間には燃焼ガスＧ３が流通する空間が形成されている。第２動翼４０は、周方向延在部１８の外周面に取り付けられ、この周方向延在部１８の外周面から径方向Ｄ２の外側に延びる。第２シュラウド４４は、板形状を有しており、第２動翼４０の先端部４２から周方向Ｄ３の両側に延びている。

第１実施形態では、第２シュラウド４４の周方向Ｄ３の一方側の一方側側面４４ａは、径方向Ｄ２の外側の外側端ｅ５が径方向Ｄ２の内側の内側端ｅ６よりも周方向Ｄ３の他方側に位置している。第２シュラウド４４の周方向Ｄ３の他方側の他方側側面４４ｂは、径方向Ｄ２の外側の外側端ｅ７が径方向Ｄ２の内側の内側端ｅ８よりも周方向Ｄ３の一方側に位置している。第２シュラウド４４の一方側側面４４ａ及び他方側側面４４ｂのそれぞれは、径方向Ｄ２におけるロータディスク１４側とは反対側（外側）に向いている。第２シュラウド４４は、軸線方向Ｄ１視において、対称形状を有している。第２動翼４０の先端部４２は、第２シュラウド４４の周方向Ｄ３の中央部に位置している。

第３タービン動翼２Ｃは、第３動翼６０および第３動翼６０の先端部６２に設けられる第３シュラウド６４を含む。第３動翼６０は、第２動翼４０に対して周方向Ｄ３の一方側に隣接して配置される。周方向Ｄ３において、第２動翼４０と第３動翼６０との間には燃焼ガスＧ３が流通する空間が形成されている。第３動翼６０は、周方向延在部１８の外周面に取り付けられ、この周方向延在部１８の外周面から径方向Ｄ２の外側に延びる。第３シュラウド６４は、板形状を有しており、第３動翼６０の先端部６２から周方向Ｄ３の両側に延びている。

第１実施形態では、第３シュラウド６４の周方向Ｄ３の一方側の一方側側面６４ａは、径方向Ｄ２の外側の外側端ｅ９が径方向Ｄ２の内側の内側端ｅ１０よりも周方向Ｄ３の一方側に位置している。第３シュラウド６４の周方向Ｄ３の他方側の他方側側面６４ｂは、径方向Ｄ２の外側の外側端ｅ１１が径方向Ｄ２の内側の内側端ｅ１２よりも周方向Ｄ３の他方側に位置している。第３シュラウド６４の一方側側面６４ａ及び他方側側面６４ｂのそれぞれは、径方向Ｄ２におけるロータディスク１４側（内側）に向いている。第３シュラウド６４は、軸線方向Ｄ１視において、対称形状を有している。第３動翼６０の先端部６２は、第３シュラウド６４の周方向Ｄ３の中央部に位置している。

第１実施形態では、第１動翼２０、第２動翼４０、及び第３動翼６０のそれぞれは、互いに同一の形状を有するように構成されている。さらに、第１動翼２０、第２動翼４０、及び第３動翼６０のそれぞれは、同一の材料で構成されている。

第１実施形態に係る第１シュラウド２４の一方側側面２４ａ、第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂ、第２シュラウド４４の一方側側面４４ａ及び第３シュラウド６４の他方側側面６４ｂのそれぞれの形成方法の一例について説明する。図３は、第１実施形態に係るタービン１の形成方法の一例を説明するための図である。

第１実施形態では、タービン１は、第１タービン動翼２Ａ、第２タービン動翼２Ｂ、第３タービン動翼２Ｃ、及びロータディスク１４を、例えば鋳造によって一体に構成するブリスク構造を適用している。この場合、図３に例示するように、第１シュラウド２４、第２シュラウド４４、及び第３シュラウド６４は、全体で一部品（一体型シュラウド７０）として一体構成される。

第１シュラウド２４の一方側側面２４ａ及び第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂのそれぞれは、一体型シュラウド７０の第１切断ラインＣ１を切断した第１切断面７２からなる。この切断によって、第１シュラウド２４の一方側側面２４ａと第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂとの間には隙間が形成されてもよいし、第１シュラウド２４の一方側側面２４ａと第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂとは互いに接触している状態であってもよい。

第１切断ラインＣ１は、直線状に延びており、一体型シュラウド７０の第１動翼２０の先端部２２が接続される部分（第１シュラウド２４の中央部）と第２動翼４０の先端部４２が接続される部分（第２シュラウド４４の中央部）との間を通過している。第１切断ラインＣ１は、周方向Ｄ３において、第２シュラウド４４の中央部よりも第１シュラウド２４の中央部に近い。つまり、周方向Ｄ３における第１シュラウド２４の長さは、周方向Ｄ３における第２シュラウド４４の長さより短い。よって、第２シュラウド４４は第１シュラウド２４よりも大きな体積を有し、第１シュラウド２４よりも重い。

第２シュラウド４４の一方側側面４４ａ及び第３シュラウド６４の他方側側面６４ｂのそれぞれは、一体型シュラウド７０の第２切断ラインＣ２を切断した第２切断面７４からなる。この切断によって、第２シュラウド４４の一方側側面４４ａと第３シュラウド６４の他方側側面６４ｂとの間には隙間が形成されてもよいし、第２シュラウド４４の一方側側面４４ａと第３シュラウド６４の他方側側面６４ｂとは互いに接触している状態であってもよい。

第２切断ラインＣ２は、直線状に延びており、一体型シュラウド７０の第２動翼４０の先端部４２が接続される部分（第２シュラウド４４の中央部）と第３動翼６０の先端部６２が接続される部分（第３シュラウド６４の中央部）との間を通過している。第２切断ラインＣ２は、周方向Ｄ３において、第２シュラウド４４の中央部よりも第３シュラウド６４の中央部に近い。つまり、周方向Ｄ３における第３シュラウド６４の長さは、周方向Ｄ３における第２シュラウド４４の長さより短い。よって、第２シュラウド４４は第３シュラウド６４よりも大きな体積を有し、第３シュラウド６４よりも重い。

尚、第１シュラウド２４の他方側側面２４ｂ、及び第３シュラウド６４の一方側側面６４ａは、一体型シュラウド７０の切断によって形成されてもよい。この場合、一体型シュラウド７０は、第１シュラウド２４の他方側側面２４ｂの形成部分よりも周方向Ｄ３の他方側に延び、且つ、第３シュラウド６４の一方側側面６４ａよりも周方向Ｄ３の一方側に延びている。幾つかの実施形態では、第１シュラウド２４の他方側側面２４ｂ、及び第３シュラウド６４の他方側側面６４ｂは、一体型シュラウド７０の作成（鋳造）と同時に形成されてもよい。

図４は、図２に示す第１シュラウド２４の一方側側面２４ａの周辺を拡大した図である。図５は、図２に示す第２シュラウド４４の一方側側面４４ａの周辺を拡大した図である。

第１実施形態では、図４に例示するように、第１シュラウド２４の一方側側面２４ａ及び第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂのそれぞれは、全体が平坦面からなる平面形状を有している。

第１シュラウド２４の一方側側面２４ａの一部２４ａ１と、第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂの一部４４ｂ１とが、周方向Ｄ３において互いに重複する領域を第１重複領域Ｒ１とする。図４に例示するように、第１重複領域Ｒ１において、第１シュラウド２４の一方側側面２４ａは第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂに対して径方向Ｄ２の外側に位置している。

第１実施形態では、図５に例示するように、第２シュラウド４４の一方側側面４４ａ及び第３シュラウド６４の他方側側面６４ｂのそれぞれは、全体が平坦面からなる平面形状を有している。

第２シュラウド４４の一方側側面４４ａの一部４４ａ１と、第３シュラウド６４の他方側側面６４ｂの一部６４ｂ１とが、周方向Ｄ３において互いに重複する領域を第２重複領域Ｒ２とする。図５に例示するように、第２重複領域Ｒ２において、第２シュラウド４４の一方側側面４４ａは第３シュラウド６４の他方側側面６４ｂに対して径方向Ｄ２の外側に位置している。

（作用・効果）
第１実施形態に係るタービン１の作用・効果について説明する。第１実施形態によれば、第２シュラウド４４は第１シュラウド２４より重いので、タービン１の運転中において、第２動翼４０に作用する遠心力は、第１動翼２０に作用する遠心力よりも大きい。このため、第２動翼４０は第１動翼２０よりも径方向Ｄ２に沿って長く伸びる。そして、第１重複領域Ｒ１において、第１シュラウド２４の一方側側面２４ａは第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂに対して径方向Ｄ２の外側に位置しているので、第２シュラウド４４の他方側側面の一部４４ｂ１が第１シュラウド２４の一方側側面２４ａの一部２４ａ１に接触する状態、又は押圧する状態となる。よって、第１タービン動翼２Ａ又は第２タービン動翼２Ｂのうちの一方又は両方が振動する際に、第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂの一部４４ｂ１を第１シュラウド２４の一方側側面２４ａの一部２４ａ１に摺動させ、摩擦による高い減衰効果を得ることができる。

第１実施形態によれば、第１シュラウド２４と第２シュラウド４４とは互いに異なる形状を有することになるので、タービン１の運転中における第１タービン動翼２Ａの静的な変形性状と第２タービン動翼２Ｂの静的な変形性状とは互いに異なる。このため、第１タービン動翼２Ａと第２タービン動翼２Ｂとは固有振動数が互いに不均一になり、タービン１に対して、いわゆるミスチューン構造を採用し、タービン１の振動を抑制することができる。

第１実施形態によれば、第２シュラウド４４は第３シュラウド６４より重いので、タービン１の運転中において、第２動翼４０に作用する遠心力は、第３動翼６０に作用する遠心力よりも大きい。このため、第２動翼４０は第３動翼６０よりも径方向Ｄ２に沿って長く伸びる。そして、第２重複領域Ｒ２において、第３シュラウド６４の他方側側面６４ｂは第２シュラウド４４の一方側側面４４ａに対して径方向Ｄ２の外側に位置しているので、第２シュラウド４４の一方側側面４４ａの一部４４ａ１が第３シュラウド６４の他方側側面６４ｂの一部６４ｂ１に接触する状態、又は押圧する状態となる。よって、第２タービン動翼２Ｂ又は第３タービン動翼２Ｃのうちの一方又は両方が振動する際に、第２シュラウド４４の一方側側面４４ａの一部４４ａ１を第３シュラウド６４の他方側側面６４ｂの一部６４ｂ１に摺動させ、摩擦による高い減衰効果を得ることができる。

第１実施形態によれば、一体型シュラウド７０を第１切断ラインＣ１に沿って切断するだけで、第１シュラウド２４の一方側側面２４ａ及び第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂのそれぞれを同時に形成することができる。同様に、一体型シュラウド７０を第２切断ラインＣ２に沿って切断するだけで、第２シュラウド４４の一方側側面４４ａ及び第３シュラウド６４の他方側側面６４ｂのそれぞれを同時に形成することができる。このため、特許文献１に記載のような別部品（ピン）の作成を必要とする場合と比較して、タービン１の加工の手間を削減することができる。さらに、ピン係合孔にピンを摺動させる特許文献１と比較して摺動面積を大きくすることができるので、特許文献１よりも高い減衰効果を得ることができる。

尚、第１実施形態では、複数のタービン動翼２が３枚である場合を例にして説明したが、本開示はこの形態に限定されない。タービン１は、２枚のタービン動翼２、又は４枚以上のタービン動翼２を備えていてもよい。

尚、第１実施形態では、共通のロータディスク１４に第１タービン動翼２Ａ、第２タービン動翼２Ｂ、及び第３タービン動翼２Ｃが取り付けられている場合を例示したが、本開示はこの形態に限定されない。第１タービン動翼２Ａが取り付けられるロータディスク１４と第２タービン動翼２Ｂが取り付けられるロータディスク１４とは互いに別体であってもよい。第２タービン動翼２Ｂが取り付けられるロータディスク１４と第３タービン動翼２Ｃが取り付けられるロータディスク１４とは互いに別体であってもよい。

尚、第１実施形態では、タービン１は、タービン動翼２とロータディスク１４とが一体に構成されるブリスク構造を適用する場合を例にして説明したが、本開示はこの形態に限定されない。タービン動翼２とロータディスク１４とは別体に構成されてもよい。

尚、第１実施形態では、第１シュラウド２４、第２シュラウド４４及び第３シュラウドのそれぞれは、軸線方向Ｄ１視において対称形状を有しているが、本開示はこの形態に限定されない。第１シュラウド２４、第２シュラウド４４及び第３シュラウドの何れか１つは、軸線方向Ｄ１視において非対称形状を有していてもよい。

尚、第１実施形態では、第１シュラウドの一方側側面２４ａの一部２４ａ１と、第２シュラウドの他方側側面４４ｂの一部４４ｂ１とが第１重複領域Ｒ１において互いに重複していたが、本開示はこの形態に限定されない。幾つかの実施形態では、第１シュラウドの一方側側面２４ａの全部と、第２シュラウドの他方側側面４４ｂの全部とが第１重複領域Ｒ１において互いに重複している。幾つかの実施形態では、第１シュラウドの一方側側面２４ａの一部２４ａ１と第２シュラウドの他方側側面４４ｂの全部とが第１重複領域Ｒ１において互いに重複している。

＜第２実施形態＞
本開示の第２実施形態に係るタービン１について説明する。第２実施形態に係るタービン１は、第１シュラウド２４の一方側側面２４ａの形状が第１実施形態に係るタービン１とは異なっている。第２実施形態において、第１実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

（構成）
図６は、第２実施形態に係る第１シュラウド２４の一方側側面２４ａの周辺を拡大した図である。第２実施形態では、図６に例示するように、第１シュラウド２４の一方側側面２４ａは、径方向Ｄ２の内側に面する内向段差面８０を含む。第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂは、径方向Ｄ２の外側に面する外向段差面８２を含む。

第２実施形態では、第１シュラウド２４の一方側側面２４ａは、内向段差面８０と、第１内側面８１と、第１外側面８３と、を含んでいる。第１内側面８１は、第１シュラウド２４の一方側側面２４ａの内側端ｅ２から径方向Ｄ２の外側に向かって延びている。第１外側面８３は、第１シュラウド２４の一方側側面２４ａの外側端ｅ１から径方向Ｄ２の内側に向かって延びている。内向段差面８０は、周方向Ｄ３に沿って延びており、第１内側面８１と第１外側面８３とを接続している。

第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂは、外向段差面８２と、第２内側面８５と、第２外側面８７と、を含んでいる。第２内側面８５は、第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂの内側端ｅ８から径方向Ｄ２の外側に向かって延びている。第２外側面８７は、第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂの外側端ｅ７から径方向Ｄ２の内側に向かって延びている。外向段差面８２は、周方向Ｄ３に沿って延びており、第２内側面８５と第２外側面８７とを接続している。

内向段差面８０及び外向段差面８２のそれぞれは、全体が平坦面からなる平面形状を有している。内向段差面８０及び外向段差面８２は、軸線方向Ｄ１に沿って互いに平行に延びている。内向段差面８０は、第１重複領域Ｒ１に含まれる一方側側面２４ａの一部２４ａ１を含んでいる。外向段差面８２は、第１重複領域Ｒ１に含まれる他方側側面４４ｂの一部４４ｂ１を含んでいる。

（作用・効果）
第２実施形態に係るタービン１の作用・効果について説明する。第２実施形態によれば、第１実施形態と比較して、タービン１の運転中における第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂが第１シュラウド２４の一方側側面２４ａに接触する面積、又は押圧する面積の制御が容易となる。よって、タービン１の振動を意図通りに抑制することができる。

尚、第２実施形態では、第１シュラウド２４の一方側側面２４ａが段差状になっている場合について説明したが、第２シュラウド４４の一方側側面４４ａが段差状になっていてもよい。

＜第３実施形態＞
本開示の第３実施形態に係るタービン１について説明する。第３実施形態に係るタービン１は、第１実施形態に係るタービン１の構成をさらに限定したものである。第３実施形態において、第１実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

（構成）
図７は、第３実施形態に係る第１動翼２０の内部構成と第２動翼４０の内部構成とを概略的に示す図である。

第３実施形態では、図７に例示するように、第１動翼２０の内部には、第１動翼２０を冷却するための第１冷媒Ｆ１が流通する第１冷却流路９０が形成されている。第１冷却流路９０の入口及び出口は、径方向Ｄ２において第１動翼２０の先端部２２とは反対側の第１動翼２０の翼根部２３に形成されている。第２動翼４０の内部には、第２動翼４０を冷却するための第２冷媒Ｆ２が流通する第２冷却流路９２が形成されている。第２冷却流路９２の入口及び出口は、径方向Ｄ２において第１動翼２０の先端部２２とは反対側の第２動翼４０の翼根部４３に形成されている。第２冷媒Ｆ２は、第１冷媒Ｆ１と同じ冷媒である。

第１冷却流路９０を画定する第１冷却面９１は、第２冷却流路９２を画定する第２冷却面９３よりも面積が大きい。第３実施形態では、第１冷却流路９０が第２冷却流路９２より長くなっている。幾つかの実施形態では、第１冷却流路９０は、第２冷却流路９２より流路断面が大きくなっている。

（作用・効果）
第３実施形態に係るタービン１の作用・効果について説明する。第３実施形態によれば、第１冷却面９１は第２冷却面９３よりも面積が大きいので、第２動翼４０に作用する熱膨張は第１動翼２０に作用する熱膨張よりも大きい。つまり、第２動翼４０は、第１動翼２０よりも熱膨張によって径方向Ｄ２に沿って長く延びる。このため、第２動翼４０に作用する遠心力と第１動翼２０に作用する遠心力の大きさの違いだけでなく、第２動翼４０に作用する熱膨張と第１動翼２０に作用する熱膨張の大きさの違いも利用して、タービン１の運転中に第２シュラウド４４の他方側側面４４ｂの一部４４ｂ１を第１シュラウド２４の一方側側面２４ａの一部２４ａ１に摺動させることになる。よって、摩擦によるさらに高い減衰効果を得ることができる。

尚、図７に例示して説明した第３実施形態に係る第１動翼２０及び第２動翼４０の構成は、第２実施形態に係るタービン１に適用されてもよい。

＜第４実施形態＞
（構成）
本開示の第４実施形態に係るタービン１について説明する。図８は、第４実施形態に係るタービン１の構成を概略的に示す図である。図８には、図１のタービン動翼列１０に含まれる２枚のタービン動翼２が図示されている。

第４実施形態では、図８に例示するように、タービン１は、タービンロータ３に固定されるロータディスク１４を含む。ロータディスク１４は、例えば、タービンロータ３の外周面に形成された穴に嵌め込まれることでタービンロータ３に固定される。幾つかの実施形態では、ロータディスク１４は、ボルトのような締結具によって、タービンロータ３に固定される。

複数のタービン動翼２は、第４タービン動翼２Ｄ（２）と、第５タービン動翼２Ｅ（２）と、を含む。

第４タービン動翼２Ｄは、第４動翼２００および第４動翼２００の先端部２０２に設けられる第４シュラウド２０４を含む。第４動翼２００は、ロータディスク１４から径方向Ｄ２の外側に延びる。第４シュラウド２０４は、板形状を有しており、第４動翼２００の先端部２０２から周方向Ｄ３の両側に延びている。

第５タービン動翼２Ｅは、第５動翼２１０および第５動翼２１０の先端部２１２に設けられる第５シュラウド２１４を含む。第５動翼２１０は、第４動翼２００に対して周方向Ｄ３の一方側に隣接して配置される。第５動翼２１０は、ロータディスク１４から径方向Ｄ２の外側に延びる。周方向Ｄ３において、第４動翼２００と第５動翼２１０との間には燃焼ガスＧ３が流通する空間が形成されている。第５シュラウド２１４は、板形状を有しており、第５動翼２１０の先端部２１２から周方向Ｄ３の両側に延びている。

第４実施形態では、第４動翼２００、第５動翼２１０のそれぞれは、互いに同一の形状を有するように構成されている。さらに、第４動翼２００、第５動翼２１０のそれぞれは、同一の材料で構成されている。

第４実施形態では、タービン１は、第４タービン動翼２Ｄ、第５タービン動翼２Ｅ、及びロータディスク１４を、互いに別体とする構成を採用している。ロータディスク１４は、嵌合などの機械的な接続方法によって第４タービン動翼２Ｄや第５タービン動翼２Ｅが取り付けられるようになっている。

第４シュラウド２０４の一方側側面２０４ａと、第５シュラウド２１４の他方側側面２１４ｂとが、周方向Ｄ３において互いに重複する領域を第３重複領域Ｒ３とする。図８に例示するように、第３重複領域Ｒ３において、第４シュラウド２０４の一方側側面２０４ａは第５シュラウド２１４の他方側側面２１４ｂに対して径方向Ｄ２の外側に位置している。

図９は、第４実施形態に係る第４動翼２００の内部構成と第５動翼２１０の内部構成とを概略的に示す図である。

第４実施形態では、図９に例示するように、第４動翼２００の内部には、第４動翼２００を冷却するための第４冷媒Ｆ４が流通する第４冷却流路２０６が形成されている。第４冷却流路２０６の入口及び出口は、径方向Ｄ２において第４動翼２００の先端部２０２とは反対側の第４動翼２００の翼根部２０３に形成されている。第５動翼２１０の内部には、第５動翼２１０を冷却するための第５冷媒Ｆ５が流通する第５冷却流路２１６が形成されている。第５冷却流路２１６の入口及び出口は、径方向Ｄ２において第５動翼２１０の先端部２１２とは反対側の第５動翼２１０の翼根部２１３に形成されている。第５冷媒Ｆ５は、第４冷媒Ｆ４と同じ冷媒である。

第４冷却流路２０６を画定する第４冷却面２０７は、第５冷却流路２１６を画定する第５冷却面２１７よりも面積が大きい。第４実施形態では、第４冷却流路２０６が第５冷却流路２１６より長くなっている。幾つかの実施形態では、第４冷却流路２０６は、第５冷却流路２１６より流路断面が大きくなっている。

（作用・効果）
第４実施形態に係るタービン１の作用・効果について説明する。第４実施形態によれば、第４冷却面２０７は第５冷却面２１７よりも面積が大きいので、タービン１の運転中において、第５動翼２１０に作用する熱膨張による第５動翼２１０の伸びは、第４動翼２００に作用する熱膨張による第４動翼２００の伸びよりも大きい。そして、第３重複領域Ｒ３において、第４シュラウド２０４の一方側側面２０４ａは第５シュラウド２１４の他方側側面２１４ｂに対して径方向Ｄ２の外側に位置しているので、第５シュラウド２１４の他方側側面２１４ｂが第４シュラウド２０４の一方側側面２０４ａに接触する状態、又は押圧する状態となる。よって、第４タービン動翼２Ｄ又は第５タービン動翼２Ｅのうちの一方又は両方が振動する際に、第５シュラウド２１４の他方側側面２１４ｂを第４シュラウド２０４の一方側側面２０４ａに摺動させ、摩擦による高い減衰効果を得ることができる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

［１］本開示に係るタービン（１）は、
ロータ（３）と、
前記ロータの周方向（Ｄ３）に沿って配置される複数のタービン翼（２）と、を備え、
前記複数のタービン翼は、第１動翼（２０）および前記第１動翼の先端部（２２）に設けられる第１シュラウド（２４）を含む第１タービン翼（２Ａ）と、前記第１動翼に対して前記ロータの周方向の一方側に隣接して配置される第２動翼（４０）および前記第２動翼の先端部（４２）に設けられる第２シュラウド（４４）を含む第２タービン翼（２Ｂ）と、を含み、
前記第１シュラウドの前記周方向の前記一方側の一方側側面（２４ａ）の少なくとも一部（２４ａ１）と、前記第２シュラウドの前記周方向の他方側の他方側側面（４４ｂ）の少なくとも一部（４４ｂ１）とが、前記周方向において重複する重複領域（Ｒ１）において、前記一方側側面は前記他方側側面に対して径方向（Ｄ２）の外側に位置しており、
前記第２シュラウドは、前記第１シュラウドより重い。

上記［１］に記載の構成によれば、第２シュラウドは第１シュラウドより重いので、タービンの運転中において、第２動翼に作用する遠心力は、第１動翼に作用する遠心力よりも大きい。このため、第２動翼は第１動翼よりも径方向に沿って長く伸びる。そして、重複領域において、第１シュラウドの一方側側面は第２シュラウドの他方側側面に対して径方向の外側に位置しているので、第２シュラウドの他方側側面の少なくとも一部が第１シュラウドの一方側側面の少なくとも一部に接触する状態、又は押圧する状態となる。よって、第１タービン翼又は第２タービン翼のうちの一方又は両方が振動する際に、第２シュラウドの他方側側面の少なくとも一部を第１シュラウドの一方側側面の少なくとも一部に摺動させ、摩擦による高い減衰効果を得ることができる。

［２］幾つかの実施形態では、上記［１］に記載の構成において、
前記周方向における前記第１シュラウドの長さは、前記周方向における前記第２シュラウドの長さより短い。

上記［２］に記載の構成によれば、第１シュラウドと第２シュラウドとは互いに異なる形状を有することになるので、タービンの運転中における第１タービン翼の静的な変形性状と第２タービン翼の静的な変形性状とは互いに異なる。このため、第１タービン翼と第２タービン翼とは固有振動数が互いに不均一になり、タービンに対して、いわゆるミスチューン構造を採用し、タービンの振動を抑制することができる。

［３］幾つかの実施形態では、上記［１］又は［２］に記載の構成において、
前記一方側側面及び前記他方側側面のそれぞれは、前記第１シュラウドと前記第２シュラウドとが一体構成された一体型シュラウド（７０）を切断した切断面（７２）からなる。

上記［３］に記載の構成によれば、一体型シュラウドを切断するだけで、一方側側面及び他方側側面のそれぞれを同時に形成することができるので、特許文献１に記載のような別部品（ピン）の作成を必要とする場合と比較して、タービンの加工の手間を削減することができる。

［４］幾つかの実施形態では、上記［１］から［３］の何れか１つに記載の構成において、
前記一方側側面及び前記他方側側面のそれぞれは全体が平坦面からなる平面形状を有している。

上記［４］に記載の構成によれば、シンプルな構成で重複領域を形成するとともに、一方側側面を他方側側面に対して径方向の外側に位置させることができる。

［５］幾つかの実施形態では、上記［１］から［３］の何れか１つに記載の構成において、
前記一方側側面は、前記径方向の内側に面する内向段差面（８０）を含み、
前記他方側側面は、前記径方向の外側に面する外向段差面（８２）を含む。

上記［５］に記載の構成によれば、上記［４］に記載の構成と比較して、タービンの運転中における他方側側面が一方側側面に接触する面積、又は押圧する面積の制御が容易となる。

［６］幾つかの実施形態では、上記［１］から［５］の何れか１つに記載の構成において、
前記複数のタービン翼は、前記第２動翼に対して前記ロータの周方向の一方側に隣接して配置される第３動翼（６０）および前記第３動翼の先端部（６２）に設けられる第３シュラウド（６４）を含む第３タービン翼（２Ｃ）をさらに含み、
前記第２シュラウドの前記周方向の前記一方側の一方側側面（４４ａ）の少なくとも一部（４４ａ１）と、前記第３シュラウドの前記周方向の他方側の他方側側面（６４ｂ）の少なくとも一部（６４ｂ１）とが、前記周方向において重複する第２重複領域（Ｒ２）において、前記第３シュラウドの前記周方向の他方側の他方側側面は前記第２シュラウドの前記周方向の前記一方側の一方側側面に対して径方向の外側に位置しており、
前記第２シュラウドは、前記第３シュラウドより重い。

上記［６］に記載の構成によれば、第２シュラウドは第３シュラウドより重いので、タービンの運転中において、第２動翼に作用する遠心力は、第３動翼に作用する遠心力よりも大きい。このため、第２動翼は第３動翼よりも径方向に沿って長く伸びる。そして、第２重複領域において、第３シュラウドの他方側側面は第２シュラウドの一方側側面に対して径方向の外側に位置しているので、第２シュラウドの一方側側面の少なくとも一部が第３シュラウドの他方側側面の少なくとも一部に接触する状態、又は押圧する状態となる。よって、第２タービン翼又は第３タービン翼のうちの一方又は両方が振動する際に、第２シュラウドの一方側側面の少なくとも一部を第３シュラウドの他方側側面の少なくとも一部に摺動させ、摩擦による高い減衰効果を得ることができる。

［７］幾つかの実施形態では、上記［１］から［６］の何れか１つに記載の構成において、
前記第１動翼の内部には、前記第１動翼を冷却するための冷媒（Ｆ１）が流通する第１冷却流路（９０）が形成されており、
前記第２動翼の内部には、前記第２動翼を冷却するための冷媒（Ｆ２）が流通する第２冷却流路（９２）が形成されており、
前記第１冷却流路を画定する第１冷却面（９１）は、前記第２冷却流路を画定する第２冷却面（９３）よりも面積が大きい。

上記［７］に記載の構成によれば、第２動翼に作用する遠心力と第１動翼に作用する遠心力の大きさの違いだけでなく、第２動翼に作用する熱膨張と第１動翼に作用する熱膨張の大きさの違いも利用して、タービンの運転中に第２シュラウドの他方側側面の少なくとも一部を第１シュラウドの一方側側面の少なくとも一部に摺動させる。このため、摩擦によるさらに高い減衰効果を得ることができる。

［８］本開示に係るタービンは、
ロータ（３）と、
前記ロータの周方向（Ｄ３）に沿って配置される複数のタービン翼（２）と、を備え、
前記複数のタービン翼は、第１動翼（２００）および前記第１動翼の先端部（２０２）に設けられる第１シュラウド（２０４）を含む第１タービン翼（２Ｄ）と、前記第１動翼に対して前記ロータの周方向の一方側に隣接して配置される第２動翼（２１０）および前記第２動翼の先端部（２１２）に設けられる第２シュラウド（２１４）を含む第２タービン翼（２Ｅ）と、を含み、
前記第１シュラウドの前記周方向の前記一方側の一方側側面（２０４ａ）の少なくとも一部と、前記第２シュラウドの前記周方向の他方側の他方側側面（２１４ｂ）の少なくとも一部とが、前記周方向において重複する重複領域（Ｒ３）において、前記一方側側面は前記他方側側面に対して径方向（Ｄ２）の外側に位置しており、
前記第１動翼の内部には、前記第１動翼を冷却するための冷媒（Ｆ４）が流通する第１冷却流路（２０６）が形成されており、
前記第２動翼の内部には、前記第２動翼を冷却するための冷媒（Ｆ５）が流通する第２冷却流路（２１６）が形成されており、
前記第１冷却流路を画定する第１冷却面（２０７）は、前記第２冷却流路を画定する第２冷却面（２１７）よりも面積が大きい。

上記［８］に記載の構成によれば、第１冷却面は第２冷却面よりも面積が大きいので、タービンの運転中において、第２動翼に作用する熱膨張による第２動翼の伸びは、第１動翼に作用する熱膨張による第１動翼の伸びよりも大きい。そして、重複領域において、第１シュラウドの一方側側面は第２シュラウドの他方側側面に対して径方向の外側に位置しているので、第２シュラウドの他方側側面の少なくとも一部が第１シュラウドの一方側側面の少なくとも一部に接触する状態、又は押圧する状態となる。よって、第１タービン翼又は第２タービン翼のうちの一方又は両方が振動する際に、第２シュラウドの他方側側面の少なくとも一部を第１シュラウドの一方側側面の少なくとも一部に摺動させ、摩擦による高い減衰効果を得ることができる。

１タービン
２タービン動翼
２Ａ第１タービン動翼
２Ｂ第２タービン動翼
２Ｃ第３タービン動翼
２Ｄ第４タービン動翼
２Ｅ第５タービン動翼
３タービンロータ
１４ロータディスク
２０第１動翼
２２第１動翼の先端部
２４第１シュラウド
２４ａ第１シュラウドの一方側側面
２４ａ１第１シュラウドの一方側側面の一部
４０第２動翼
４２第２動翼の先端部
４４第２シュラウド
４４ａ第２シュラウドの一方側側面
４４ａ１第２シュラウドの一方側側面の一部
４４ｂ第２シュラウドの他方側側面
４４ｂ１第２シュラウドの他方側側面の一部
６０第３動翼
６２第３動翼の先端部
６４第３シュラウド
６４ｂ第３シュラウドの他方側側面
６４ｂ１第３シュラウドの他方側側面の一部
７０一体型シュラウド
７２第１切断面
７４第２切断面
８０内向段差面
８２外向段差面
９０第１冷却流路
９１第１冷却面
９２第２冷却流路
９３第２冷却面
２００第４動翼
２０２第４動翼の先端部
２０４第４シュラウド
２０４ａ第４シュラウドの一方側側面
２０６第４冷却流路
２０７第４冷却面
２１０第５動翼
２１２第５動翼の先端部
２１４第５シュラウド
２１４ｂ第５シュラウドの他方側側面
２１６第５冷却流路
２１７第５冷却面
Ｃ１第１切断ライン
Ｃ２第２切断ライン
Ｄ１軸線方向
Ｄ２径方向
Ｄ３周方向
Ｆ１第１冷媒
Ｆ２第２冷媒
Ｆ４第４冷媒
Ｆ５第５冷媒
Ｏ軸線
Ｒ１第１重複領域
Ｒ２第２重複領域
Ｒ３第３重複領域

Claims

ロータと、
前記ロータの周方向に沿って配置される複数のタービン翼と、を備え、
前記複数のタービン翼は、第１動翼および前記第１動翼の先端部に設けられる第１シュラウドを含む第１タービン翼と、前記第１動翼に対して前記ロータの周方向の一方側に隣接して配置される第２動翼および前記第２動翼の先端部に設けられる第２シュラウドを含む第２タービン翼と、を含み、
前記第１シュラウドの前記周方向の前記一方側の一方側側面の少なくとも一部と、前記第２シュラウドの前記周方向の他方側の他方側側面の少なくとも一部とが、前記周方向において重複する重複領域において、前記一方側側面は前記他方側側面に対して径方向の外側に位置しており、
前記第２シュラウドは、前記第１シュラウドより重く、
前記第１動翼の内部には、前記第１動翼を冷却するための冷媒が流通する第１冷却流路が形成されており、
前記第２動翼の内部には、前記第２動翼を冷却するための冷媒が流通する第２冷却流路が形成されており、
前記第１冷却流路を画定する第１冷却面は、前記第２冷却流路を画定する第２冷却面よりも面積が大きく、これにより前記第２動翼に作用する熱膨張が前記第１動翼に作用する熱膨張よりも大きくなるように構成された、
タービン。
前記周方向における前記第１シュラウドの長さは、前記周方向における前記第２シュラウドの長さより短い、
請求項１に記載のタービン。
前記一方側側面及び前記他方側側面のそれぞれは全体が平坦面からなる平面形状を有している、
請求項１又は２に記載のタービン。
前記一方側側面は、前記径方向の内側に面する内向段差面を含み、
前記他方側側面は、前記径方向の外側に面する外向段差面を含む、
請求項１又は２に記載のタービン。
前記複数のタービン翼は、前記第２動翼に対して前記ロータの周方向の一方側に隣接して配置される第３動翼および前記第３動翼の先端部に設けられる第３シュラウドを含む第３タービン翼をさらに含み、
前記第２シュラウドの前記周方向の前記一方側の一方側側面の少なくとも一部と、前記第３シュラウドの前記周方向の他方側の他方側側面の少なくとも一部とが、前記周方向において重複する第２重複領域において、前記第３シュラウドの前記周方向の他方側の他方側側面は前記第２シュラウドの前記周方向の前記一方側の一方側側面に対して径方向の外側に位置しており、
前記第２シュラウドは、前記第３シュラウドより重い、
請求項１から４の何れか一項に記載のタービン。