JPS6133967B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、群翼構造に関する。特に、流体によ
り作動される動翼を２以上配置して構成した群翼
構造に関する。

この種のものは軸流機械の動翼、例えば蒸気タ
ービン、ガスタービン、軸流圧縮機などの動翼の
構造として用いられている。

従来のこの種のもの、つまり従来のタービンや
軸流圧縮機の動翼で、主として長翼のものは、第
１図に例示するように動翼１の翼長方向中間部に
貫通孔２を設け、更に第２図に示すように連結棒
３を貫通孔２に貫設し、もつて隣接する動翼１を
複数枚に亘つて連結する構成となつている。

このようにして形成された群翼構造は、単独翼
に比して連結部付近での剛性が大きく、動翼相互
の連結効果により振動強度を増加させることがで
きるという利点を有する。しかしながらかかる従
来例では、所謂翼列フラツタという自励振動によ
り、翼が破損するおそれがあるという問題があ
る。

即ち上記構成では、連結部付近特に連結部から
動翼先端にかけては、その翼厚（つまり動翼の厚
み）が動翼根元付近に比べて著しく薄くなつてお
り、連結棒３による連結効果にも拘らず、動翼先
端部付近での翼剛性は依然として低いままになつ
ている。翼剛性が低いということはひずみエネル
ギが小さいことを意味し、従つてこの動翼先端部
付近は動翼根元部付近よりも振動し易い構造にな
つている。このように動翼先端部付近は翼剛性が
低いにも拘らず、ここは動翼根元付近に比べて周
方向速度が大きく、よつて作動流体の動翼に対す
る流入速度が大きくなる。作動流体の流入速度が
大きいと、流れのもつエネルギが大きくなつてい
るわけで、かくの如き流れが翼剛性の低い動翼先
端部付近に作用するということは、かかる動翼先
端部付近は作動流体から大きな影響を受けるとい
うことである。このことは、動翼の振動の問題を
考える上で、重要なことである。即ちこのような
条件下では、流れが一様であつて周期的な外力が
作用しない場合でも、動翼を円周上に配列して構
成される翼列においては、翼列フラツタと呼ばれ
る自励振動が発生して、翼の破損をひき起こすお
それがあるものである。

この翼列フラツタに対する安全性を増すために
は、翼列を構成する個々の翼によつて振動特性に
影響を及ぼす諸因子、例えば翼剛性・翼質量など
を不均一化することが一つの有効な手段であるこ
とは、翼列フラツタの特性上一般に知られてい
る。しかし従来技術では、その構造の故に、かか
る翼列フラツタ阻止のための不均一構造は採用し
得ないものであつた。つまり第２図図示のような
従来の群翼構造では、同一構造を持つ複数枚の動
翼１を均一な連結構造で連結しているため、隣接
する動翼間相互の動きはどの翼間でも一定の関係
を保ち、かかる動翼相互の運動によつて流れのも
つエネルギが動翼に流入し、該エネルギにより自
励振動を起こし易い状態、即ち翼列フラツタに対
する安全性の低い構造とならざるを得ないのであ
る。このように、従来技術は、翼列フラツタによ
る翼破損の発生のおそれを有するものである。

上記事情に鑑みて、本発明の目的は、前記した
翼列フラツタと呼ばれる自励振動に対する安全性
に富み、これによる翼破損の生じない、安全で有
利な群翼構造を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明においては、
動翼長手方向中間部に連結材を貫設してこれによ
り複数枚の翼に亘つて隣接翼相互を連結して群翼
構造を構成し、かつ動翼の内の少なくとも１つの
連結材貫設位置には該連結材貫設用の貫通孔を有
するとともに該動翼の長手方向に対して垂直方向
乃至はその垂直方向にやや傾斜した方向に延び動
翼側面（両側面または一側面）から突出する突起
を設け、更にかかる突起を有さない動翼を少なく
とも１枚は具備させ、これにより動翼と連結材間
の結合条件及び動翼構造に不均一性をもたせつ
つ、２以上の動翼を配置して群翼構造を構成す
る。

また、本発明を具体化するに当つては、強制振
動に対する安全性をも考慮して、突起を有する動
翼を群翼の中心に関して対称位置に配置する構成
をとつて、強制振動において問題となる共振点を
減少させ、もつてそれに対する安全性を高めた態
様にすることができる。

更に、突記を翼前縁から後縁に亘つて形成する
態様を採用することにより、群翼内部の不均一性
を高め、翼列フラツタに対する安全性を一層高め
るようにすることができる。

また、突起を流線形に設けて、突起による流体
抵抗を大幅に減少させるようにもできる。

かつ、突起における貫通孔を突起の先端部にか
けて拡大することにより、連結棒の遠心力によつ
て突起の根元部に生じる曲げモーメントを大幅に
緩和する態様をとることもできる。

以下、本発明の実施の一例について、図面を参
照して説明する。

本発明は、軸流機械において流体により作動さ
れる動翼の構造であつて、２以上の動翼を配置し
て構成した群翼構造であるが、第３図の例示では
群翼の内３枚が示されている。

本発明においては、同図での例示の如く、動翼
１，４にはその長手方向中間部に連結材を貫設
し、これにより複数枚の翼１，４に亘つて隣接翼
間相互を連結している。

図示例では、連結材３として丸棒状の連結棒を
用いており、各動翼１，４に開設した貫通孔７，
６中を貫通している。連結材３の翼１，４への取
付け構造には固定とルースとの２種類があるが、
本列では連結材３がそれより大きめの貫通孔７，
６中を摺動し得るように配設されているルース方
式を採用している。このため、貫通孔７，６は連
結材３が該貫通孔に貫設された時に完全に両者が
密着することを防ぐべく、わずかの隙間ができる
程度の大きさとする。かかるルース方式の構造で
は、動翼１，４の回転に伴い発生する遠心力の作
用により、連結材３によつて各動翼１，４が連結
されて一体化されるのである。これら連結材３
と、動翼１，４に設けられた貫通孔７，６とは、
該貫通孔を設けた動翼上の位置における周方向曲
率を考慮した形状としている（なお、ルース構造
でなく固定構造を用いても、本発明は何ら問題な
く有効に適用し得るものである）。

更に本発明においては、動翼１，４の内の少な
くとも１つ、つまり第３図の例示では動翼４には
該動翼４の両側面１０から突出する突起５を設け
る。この突起５が、前記した貫通孔６を有する構
成とする。かかる突起５は、動翼４の長手方向に
対して垂直方向（乃至は垂直方向に対してやや傾
斜した方向）に延びるように形成する。図示例の
突記３は動翼４の長手方向に略々垂直に形成され
ている。

本発明の群翼構造は、このような突起５付きの
動翼４のほか、かかる突起５を有さない動翼１を
少なくとも１枚は具備させて構成する。このよう
に構成することにより、動翼１，４と連結材３と
の結合条件に不均一性をもたせ、かつ動翼１，４
の構造に不均一性をもたせつつ２以上の動翼を配
置し、もつてこの不均一性を利用して既述の翼列
フラツタ（自励振動）に対する安全性を高めるの
である。

次に、第３図に示した動翼連結部構造を５枚の
動翼に適用して得た、５枚の動翼から成る群翼構
造の一実施例についてその構成を説明し、作用効
果の説明にも及ぶものとする。この例を第４図に
示す。第４図は動翼連結部材付近を作動流体（例
えば水蒸気やガス）の流入方向から見た図であ
る。このような群翼が多数組合わせられて円周を
なすことにより、翼車が構成され、作動流体が動
翼に作用することによつてこの翼車が回転するの
である。

第４図の実施例にあつては、５枚の動翼の内中
心の動翼４には、その動翼長手方向中間部におい
て動翼両側面１０から突出し、かつ動翼４の長手
方向に対して垂直な方向に延びる突起５が設けら
れている。しかし他の動翼１にはこのような突起
は設けられていない。５枚の動翼１，４はそれぞ
れに設けられた貫通孔７，６に貫設された連結材
３によつて連結され、結合条件と動翼構造とに不
均一性を持つた構成で、群翼構造をなしている。

連結材３は上記説明したルース構造であるが、
翼車回転時には、遠心力により連結材３はそれぞ
れの動翼１，４に設けられた貫通孔７，６の上部
に強く押し付けられて５枚の動翼は連結性を増
し、もはや単独翼としてではなく、５枚が一体化
した群翼としての振動特性を示すことになる。

従来例、つまり第２図に示すような同一の動翼
１からのみ成る群翼構造は、その動翼構造は均一
で結合条件も等しく、従つて群翼の振動特性は隣
接翼間相互で一定である。この場合、翼列フラツ
タなる自励振動が起こり易く、これによる破損の
おそれもあるのである。ところがこれに対して第
４図に示す構成では、他の動翼１と異なる突起５
を有する動翼４を備えるので、動翼構造や連結条
件が不均一となり、従つて群翼構造にはその場部
に不均一性が与えられる。このことにより、隣接
翼間相互の振動様式は翼により異なることにな
る。構造の不均一性に由来するかかる振動様式の
翼による相違が、自励振動の発生を妨げ、翼列フ
ラツタへの安全性を高めることができるのであ
る。即ち、振動様式の違い、例えば翼の振幅、モ
ードなどの違いは、作動流体から群翼へのエネル
ギの流入を妨げる方向に働き、この故に翼列フラ
ツタに対する安全性を高め得るわけである。

突起５は、上記の如き連結棒３による連結条件
を変えるばかりでなく、連結部における動翼４自
体の剛性を増大させ、かつその質量をも増加させ
るので、他の動翼１との差が大きくなり、群翼内
での不均一性が一層増強されることになつて、翼
列フラツタに対する安全性を更に高める作用を示
すものである。

次に、自励振動に対するのみならず、強制振動
に対する安全性をも増大させるべく、突起を備え
た動翼を中心の動翼に対して対称位置に配置した
実施例を示す。

即ち、群翼は複数個円周上に配置されて環状翼
列を構成するものであるが、本発明の如く突起を
備えた動翼を用いて各群用構造に不均一性をもた
せると、翼車の回転数範囲（つまり運転領域）が
広範囲に亘る場合には個々の群翼が異なる不均一
性を有する結果、強制振動で問題となる共振点が
増えることになる。

しかしこのような場合でも、第５図に示すこの
実施例のような構造を採用することにより、強制
振動に対する安全性も高めることができる。

第５図の例は、１つの群翼は５枚の翼から成り
その内３枚が突起５を有する動翼４である場合の
群翼構造で、このような群翼が２個隣接している
状態を示している。この構造の態様は、図に示す
ように、突起５を有する動翼４を中心の動翼（こ
の場合符号４ａで示す動翼４）に関して対称な位
置に配置し、もつて突起５付き動翼４を各群翼の
中心から対称な位置に配列させ、該動翼４の位置
を群翼相互間で等しくしたものである。このよう
にその動翼４を各群翼について中心に関し対称位
置に配置すると、群翼間の振動特性は等しくなり
共振点の数は減少し、従つて強制振動に対する安
全性を高めることができるのである。

この場合でも、それぞれの群翼内では不均一性
を保つているので、翼列フラツタに対する安全性
は維持される。従つてこの態様は、翼列フラツタ
への安全性という本発明の効果を発揮しつつ、強
制振動への安全性も高め得るものということがで
きる。また群翼中心から対称な位置に突起５を有
する動翼４を配置することにより、個々の群翼は
群翼としての振動モードを対称に保ち、よつて
個々の翼による振動モードの大きなずれをぐこと
ができる。従つて、このことによつて、特定の翼
にのみ過大な応力が働くのが防止でき、応力緩和
をはかることができる。

以上は５枚の動翼１，４から成る群翼構造につ
いて述べたが、この態様の群翼構造はこれに限定
されるものではなく、任意枚数の翼から成る群翼
構造に適用し得るものである。

次に、群翼内部の不均一の度合いを高めて、翼
列フラツタに対する安全性の向上を効果的に実現
できる動翼連結部の構造の態様について、その突
起形状、及び流れの影響や突起の強度を考慮した
構造につき、以下説明する。

第６図には、突起を動翼前縁から後縁に亘つて
形成した態様の例を示す（この図は、群翼をその
上部から、つまり第３図で言えば矢印方向から
見た図に対応する平面図である）。この例におい
ては、動翼４から周方向に突出した突起５は、動
翼連結部において動翼４の前縁８から後縁９に亘
つて形成されており、動翼４に沿つた広がりを有
している。このような突起５により、動翼４の連
結棒３によつて連結される付近の剛性は著しく高
められる。この結果、群翼内部にて、突起５のな
い動翼１と突起５の動翼４との間では、その連結
部付近における翼剛性、翼質量に大きな違いが生
じる。従つて群翼内部の不均一性は高められ、翼
列フラツタに対する安全性は一層向上することに
なる。

次に、突起に対する流れの影響に鑑み、流体抵
抗を減少せしめ得る構成の態様について説明す
る。第７図はこのようなものの一例であり、同図
は動翼側面から見た突起付近の側面図である。も
ともと本発明においては、突起５は動翼長手方向
に垂直、またはそれに近い方向で延びるので、流
体抵抗は小さくなつているのであるが、この例の
突起５は、図示の如く、動翼４の前縁８から後縁
９にかけて流線形を成す構造とする。この結果、
突起５による流体抵抗は更に大幅に減少する。よ
つて本発明のように突起５により群翼構造に不均
一性を具備させた構成においても、この態様を採
用すれば突起５の流れに対する抵抗に伴う影響を
最小限にすることができる。

なお、群翼内部の不均一化を達成した各実施例
において、翼型形状そのものや翼間ピツチをすべ
ての動翼において一定にしたままにしておけば、
軸流機械の軸対称流れを損うことはなく、従つて
軸流機械の定常機能も損うことはない。

次に、強度的な事項について、若干の説明を加
える。第８図は、連結状態を表わす動翼連結部付
近の長手方向断面図、つまり第３図で言えばその
―線断面図に対応するものであり、破線で翼
車静止時の状態を示し、実線にて翼車回転時の状
態を示してある。この図に示すように、連結棒３
は翼車の回転時に遠心力を受け貫通孔６上面に押
付けられ、その結果突起５の動翼４への付け根部
分に最大曲げモーメントが発生する。しかし、本
発明を企具体化するに当つては、突起５の回転方
向長さ（幅）ｌを適宜に設定することにより、そ
の長さｌ程度では強度上問題とならないように設
定することが可能である。

また第９図に示すように、突起５における貫通
孔６の先端部付近を、連結棒３が遠心力を受けて
変形する形状（第８図参照）を考慮し、双方の開
口付近において拡大部６′を有する形状にするこ
ともできる。このような構成により、連結棒３の
遠心力によつて突起５の根元部（付け根部）に生
じら曲げモーメントを大幅に緩和することができ
る。

以上、一実施例として、動翼の両側面から突出
し、翼の長手方向に対して略垂直方向に延びる突
起を有する群翼構造について述べたが、本発明を
具体化するに当つては、その他数々の変形が可能
なものである。例えば、突起は群翼内において翼
構造を不均一にするものであるから、突起を動翼
片側面にだけ設けることができる。その他変形例
として、動翼前縁から後縁にかけての突起の長さ
を任意に変えたり、貫通孔を２個以上設けて複数
の連結棒で群翼を構成するなどの構造をとること
が勿論可能である。

上記詳述したように、本発明における群翼構造
は、動翼の内少なくとも１つはその連結材貫通位
置に該連結材貫通用の貫通孔を有するとともに動
翼長手方向に対して垂直方向（乃至は垂直方向に
やや傾斜した方向）に延びる動翼側面から突出す
る突記を設け、更にかかる突起を有さない動翼を
少なくとも１枚は具備させて、これにより動翼と
連結材間の結合条件及び動翼構造に不均一性をも
たせたので、翼列フラツタに対して高い安全性を
呈するという効果があり、従来より安全性が格段
に向上するという利点を有するものである。

なお、図示実施例はその他にも数々の効果利点
を有するものではあるが、当然のことながら本発
明はかかる実施例にのみ限定されるものではな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な動翼を示すもので、翼車組立
前の動翼の正面図である。第２図は従来の群翼構
造を説明するための概略図である。第３図は本発
明の一構造例を示す概略斜視図、第４図は該構造
例を適用した一実施例の正面図、第５図は同じく
別の実施例の正面図、第６図は群翼の一例をその
上部から見た図で第３図の方向矢視図に相当す
る平面図、第７図は同じく突起付近を動翼側面か
ら見た側面図、第８図は同じく連結状態を表わす
動翼連結部付近の長手方向断面図であつて第３図
―線断面に対応する図、第９図は同じく連結
棒貫設前の動翼長手方向断面図である。 １…（突起を有さない）動翼、３…連結棒、４
…（突起を有する）動翼、５…突起、６…（突起
を有する動翼における）貫通孔、７…（突起を有
さない動翼における）貫通孔、８…（翼）前縁、
９…（翼）後縁、１０…動翼側面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体により作動される軸流回転機械の動翼の
   長手方向中間部に連結材を貫設し、これにより複
   数枚の翼に亘つて隣接翼相互を連結して成る群翼
   構造において、前記動翼の内の少なくとも１つの
   前記連結材貫設位置には該連結材貫設用の貫通孔
   を有するとともに該動翼の長手方向に対して垂直
   方向乃至は該垂直方向にやや傾斜した方向で且つ
   翼幅方向に延び動翼翼面から突出する突出部を設
   け、更にかかる突出部を有さない動翼を少なくと
   も１枚は具備させ、これにより動翼と連結材間の
   結合条件及び動翼構造に不均一性をもたせつつ２
   つ以上の動翼を配置して構成したことを特徴とす
   る群翼構造。 ２ 前記突出部を有する動翼が、群翼の中心に関
   して対称位置に配置されて成ることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の群翼構造。 ３ 前記突出部が翼前縁から後縁に亘つて形成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項に記載の群翼構造。 ４ 前記突出部が流線形であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
   載の群翼構造。 ５ 前記突出部における連結材を貫設させる貫通
   孔の径が、突出部の先端部にかけて拡大されて成
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   ４項のいずれかに記載の群翼構造。