JPH0783002A - 流体機械および流体機械の翼装置 - Google Patents
流体機械および流体機械の翼装置Info
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- JPH0783002A JPH0783002A JP5231184A JP23118493A JPH0783002A JP H0783002 A JPH0783002 A JP H0783002A JP 5231184 A JP5231184 A JP 5231184A JP 23118493 A JP23118493 A JP 23118493A JP H0783002 A JPH0783002 A JP H0783002A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
- F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2200/00—Mathematical features
- F05D2200/20—Special functions
- F05D2200/24—Special functions exponential
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】翼の形状や体格を変えることなく、流体による
励振を受けても共振しない、または共振しても振動応力
が非常に小さく、さらにはフラッタなどの自励振動など
も起こりにくいこの種翼装置およびその流体機械を提供
する。 【構成】一つの翼車に設けられる翼の個数を、素数また
は素数のべき乗でない数に選ぶとともに、この複数個の
翼を互いに１以外の公約数を持たない２つの整数
（Ｎ1，Ｎ2）の積に分け、多段連結部材の内、或る段目
の連結部材においては前記一方側の整数（Ｎ1）個の翼
を連結して翼群となし、かつ他方側段目の連結部材にお
いては前記もう一方側の整数（Ｎ2）個の翼を連結して
翼群とするようになした。
励振を受けても共振しない、または共振しても振動応力
が非常に小さく、さらにはフラッタなどの自励振動など
も起こりにくいこの種翼装置およびその流体機械を提供
する。 【構成】一つの翼車に設けられる翼の個数を、素数また
は素数のべき乗でない数に選ぶとともに、この複数個の
翼を互いに１以外の公約数を持たない２つの整数
（Ｎ1，Ｎ2）の積に分け、多段連結部材の内、或る段目
の連結部材においては前記一方側の整数（Ｎ1）個の翼
を連結して翼群となし、かつ他方側段目の連結部材にお
いては前記もう一方側の整数（Ｎ2）個の翼を連結して
翼群とするようになした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば蒸気タービン、
ガスタービン、圧縮機、ファンなどの流体機械およびそ
の流体機械に採用されている翼装置の改良に係り、特に
翼が互いに連結部材によって連結されている翼装置およ
びこの翼装置を備えた流体機械に関するものである。
ガスタービン、圧縮機、ファンなどの流体機械およびそ
の流体機械に採用されている翼装置の改良に係り、特に
翼が互いに連結部材によって連結されている翼装置およ
びこの翼装置を備えた流体機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来一般に採用されている蒸気タービ
ン、ガスタービン、圧縮機、ファンなどの流体機械の翼
装置は、翼自身の体格や形状を変えないで、剛性や振動
減衰機能を高めるために、翼車の外周部に配列された翼
を、互いに連結部材によって連結する構造が多く採用さ
れている。
ン、ガスタービン、圧縮機、ファンなどの流体機械の翼
装置は、翼自身の体格や形状を変えないで、剛性や振動
減衰機能を高めるために、翼車の外周部に配列された翼
を、互いに連結部材によって連結する構造が多く採用さ
れている。
【０００３】翼の連結構造には種々の種類があり、用途
に応じて選択され採用されているが、軸流タービンに採
用されている翼装置の場合を例にとって示すと図２〜図
７のようなものが挙げられる。
に応じて選択され採用されているが、軸流タービンに採
用されている翼装置の場合を例にとって示すと図２〜図
７のようなものが挙げられる。
【０００４】これら連結構造は、一般に良く知られてお
り、ここではその詳細な説明は省略するが、概略的に
は、翼１の頂部同志をシュラウドあるいはカバー３ａに
て連結するようにしたもの（図２〜図４参照）、翼１の
長手方向中間部をロッド３ｂあるいはタイワイヤ３にて
連結するようにしたもの（図５〜図７参照）に分けられ
る。
り、ここではその詳細な説明は省略するが、概略的に
は、翼１の頂部同志をシュラウドあるいはカバー３ａに
て連結するようにしたもの（図２〜図４参照）、翼１の
長手方向中間部をロッド３ｂあるいはタイワイヤ３にて
連結するようにしたもの（図５〜図７参照）に分けられ
る。
【０００５】この内、タイワイヤ３（図５が該当）の場
合について、このタイワイヤが一つの翼車２の全周に、
どのように配列されるかを模式的に示したのが図８〜図
１０である。
合について、このタイワイヤが一つの翼車２の全周に、
どのように配列されるかを模式的に示したのが図８〜図
１０である。
【０００６】これらの図では、説明を簡単にするため、
全周の翼本数ＭはすべてＭ＝２０本としている。また、
タイワイヤ３は、翼の或る半径位置で一種類（３Ａ）、
別の半径位置でもう一種類（３Ｂ）の合計二種類、すな
わち二段の連結構造からなる場合を示している。
全周の翼本数ＭはすべてＭ＝２０本としている。また、
タイワイヤ３は、翼の或る半径位置で一種類（３Ａ）、
別の半径位置でもう一種類（３Ｂ）の合計二種類、すな
わち二段の連結構造からなる場合を示している。
【０００７】尚、この場合タイワイヤ３の取り付け半径
は必ずしも異なるとは限らず、同一半径で軸方向に位置
がずれて配置される場合もある。このように二種類以上
の連結部材がある構造をここでは多重連結翼構造と呼ぶ
ことにする。
は必ずしも異なるとは限らず、同一半径で軸方向に位置
がずれて配置される場合もある。このように二種類以上
の連結部材がある構造をここでは多重連結翼構造と呼ぶ
ことにする。
【０００８】図８に戻り、この翼連結構造は、４本の翼
１を一群として一、二段のタイワイヤ３Ａ、３Ｂで連結
し、全周で５つの群に形成するようにしたもので、この
ように有限の翼を一群として、それを円周方向に渡って
繰り返し配置した翼構造を、一般には有限群翼あるいは
単に群翼と呼んでいる。
１を一群として一、二段のタイワイヤ３Ａ、３Ｂで連結
し、全周で５つの群に形成するようにしたもので、この
ように有限の翼を一群として、それを円周方向に渡って
繰り返し配置した翼構造を、一般には有限群翼あるいは
単に群翼と呼んでいる。
【０００９】尚、この図の場合には、二重の連結部材が
共に群翼のつづり本数は同じで、群翼と群翼の切れ目す
べてが円周方向の同じ位置にある場合である。
共に群翼のつづり本数は同じで、群翼と群翼の切れ目す
べてが円周方向の同じ位置にある場合である。
【００１０】これに対して図９は、全周のすべての翼１
が一、二段のタイワイヤ３Ａ、３Ｂで切れ目なく連結さ
れている翼装置を示しており、これをここでは全周１リ
ング構造と呼ぶことにする。この図は二重の全周１リン
グ構造を示している。
が一、二段のタイワイヤ３Ａ、３Ｂで切れ目なく連結さ
れている翼装置を示しており、これをここでは全周１リ
ング構造と呼ぶことにする。この図は二重の全周１リン
グ構造を示している。
【００１１】図１０は、図８の群翼構造と図９の全周１
リング構造の両方を合わせ持つもので複合構造ともいう
べきものである。
リング構造の両方を合わせ持つもので複合構造ともいう
べきものである。
【００１２】尚、これら翼装置に関連するものとしては
特開平２−３０９０２号公報が挙げられる。
特開平２−３０９０２号公報が挙げられる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】このように形成された
翼装置は、夫々結合されていることから、機械的には堅
牢なものとなり有効であるが、これを振動モードの点か
ら見てみる。図１１、１２は、その群翼構造に対する固
有振動モードの例を示したもので、特に図１２（ａ）〜
（ｅ）は群翼を平面的に見たときの異なる振動モードを
示している。
翼装置は、夫々結合されていることから、機械的には堅
牢なものとなり有効であるが、これを振動モードの点か
ら見てみる。図１１、１２は、その群翼構造に対する固
有振動モードの例を示したもので、特に図１２（ａ）〜
（ｅ）は群翼を平面的に見たときの異なる振動モードを
示している。
【００１４】すなわち図１１は翼１を斜視図で示し、振
幅Ｌ1の状態を平面的に見たのが図１２（ａ）である。
また、全周１リング構造では、全周の翼の振動が連成す
るため、図１３に示すような節直径モードと呼ばれる一
連の固有モード群を持つことはよく知られている。尚、
図中点線Ｑは、振動の節線を示している。
幅Ｌ1の状態を平面的に見たのが図１２（ａ）である。
また、全周１リング構造では、全周の翼の振動が連成す
るため、図１３に示すような節直径モードと呼ばれる一
連の固有モード群を持つことはよく知られている。尚、
図中点線Ｑは、振動の節線を示している。
【００１５】群翼構造と全周１リング構造の両方を合わ
せ持つ複合構造（図１０）の固有振動モードについて
は、本発明の作用との関係からここでは説明を省略し後
で改めて説明することにする。
せ持つ複合構造（図１０）の固有振動モードについて
は、本発明の作用との関係からここでは説明を省略し後
で改めて説明することにする。
【００１６】さて、ここでこのような翼構造に励振力が
作用して各固有モードが共振する場合について考えてみ
ると、流体機械の翼に作用する励振力として最も一般的
なものは、流体に起因するものであり、図１４は、その
翼車の全周に渡る流れの不均一がある場合の励振力の成
分を模式的に示したものである。
作用して各固有モードが共振する場合について考えてみ
ると、流体機械の翼に作用する励振力として最も一般的
なものは、流体に起因するものであり、図１４は、その
翼車の全周に渡る流れの不均一がある場合の励振力の成
分を模式的に示したものである。
【００１７】タービンの回転ごとに繰り返される流体力
をフーリエ解析すれば、回転数の整数倍（以下これを励
振次数と呼び記号ｊで表す）の周波数成分を持つ励振力
に別けられることはよく知られている。
をフーリエ解析すれば、回転数の整数倍（以下これを励
振次数と呼び記号ｊで表す）の周波数成分を持つ励振力
に別けられることはよく知られている。
【００１８】このような励振力が作用した時の第１の共
振条件は、翼の固有振動数と回転数の整数倍の励振周波
数とが一致することである。前述した図８の群翼では、
この第１の共振条件さえ満足されればほぼすべての励振
次数に対しても共振することはよく知られている。
振条件は、翼の固有振動数と回転数の整数倍の励振周波
数とが一致することである。前述した図８の群翼では、
この第１の共振条件さえ満足されればほぼすべての励振
次数に対しても共振することはよく知られている。
【００１９】図９に示したような全周１リング構造の翼
の共振条件もよく知られているが、それは、先の第１の
共振条件に加えて第２の共振条件として次式が成り立つ
ことである。すなわち、
の共振条件もよく知られているが、それは、先の第１の
共振条件に加えて第２の共振条件として次式が成り立つ
ことである。すなわち、
【００２０】
【数１】 ｊ±ｋ＝λＭ …………………………（１） ここで、λ：０または正の整数 ｋ：全周１リング構造の翼の固有モードの節直径数（０
≦ｋ≦Ｍ／２） Ｍ：全周の翼本数 ここでは、式（１）の説明は詳しくは行わないが、いず
れにしてもこのような共振条件が満足されれば共振す
る。
≦ｋ≦Ｍ／２） Ｍ：全周の翼本数 ここでは、式（１）の説明は詳しくは行わないが、いず
れにしてもこのような共振条件が満足されれば共振す
る。
【００２１】通常の流体機械では、運転範囲内に振動応
力の高い共振が起きないような設計、または、共振が起
きても問題ないように、強度的に十分余裕を持たせた設
計にすることが行われる。
力の高い共振が起きないような設計、または、共振が起
きても問題ないように、強度的に十分余裕を持たせた設
計にすることが行われる。
【００２２】しかし、広範囲の回転数域に渡って負荷運
転されるような流体機械では、翼のあらゆる固有モード
についての共振を回避した設計は困難である場合も多
く、翼の寸法、形状あるいは材料の変更によって強度的
に十分余裕を持たせた設計をする場合が多い。
転されるような流体機械では、翼のあらゆる固有モード
についての共振を回避した設計は困難である場合も多
く、翼の寸法、形状あるいは材料の変更によって強度的
に十分余裕を持たせた設計をする場合が多い。
【００２３】また、流体機械の翼の自励振動としてフラ
ッタがあるが、これは上述の流体力による強制振動とは
異なり、翼の微小振動に伴い流体からエネルギーが供給
されるもので、上述の第１の共振条件を満足するような
共振回転数以外でも起こりうる振動であり、これらの点
まで考慮して自励振動が起こりにくく、かつ信頼性の高
い流体機械またその翼装置を得ることは難しいことであ
る。
ッタがあるが、これは上述の流体力による強制振動とは
異なり、翼の微小振動に伴い流体からエネルギーが供給
されるもので、上述の第１の共振条件を満足するような
共振回転数以外でも起こりうる振動であり、これらの点
まで考慮して自励振動が起こりにくく、かつ信頼性の高
い流体機械またその翼装置を得ることは難しいことであ
る。
【００２４】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、翼の形状や体格を変えることな
く、流体による励振を受けても共振しない、または共振
しても振動応力が非常に小さく、さらにはフラッタなど
の自励振動なども起こりにくいこの種翼装置を提供する
にある。
目的とするところは、翼の形状や体格を変えることな
く、流体による励振を受けても共振しない、または共振
しても振動応力が非常に小さく、さらにはフラッタなど
の自励振動なども起こりにくいこの種翼装置を提供する
にある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、一つ
の翼車に設けられる翼の個数を、素数または素数のべき
乗でない数に選ぶとともに、この複数個の翼を互いに１
以外の公約数を持たない２つの整数（Ｎ1，Ｎ2）の積に
分け、多段連結部材の内、或る段目の連結部材において
は前記一方側の整数（Ｎ1）個の翼を連結して翼群とな
し、かつ他方側段目の連結部材においては前記もう一方
側の整数（Ｎ2）個の翼を連結して翼群とするようにな
し所期の目的を達成するようにしたものである。
の翼車に設けられる翼の個数を、素数または素数のべき
乗でない数に選ぶとともに、この複数個の翼を互いに１
以外の公約数を持たない２つの整数（Ｎ1，Ｎ2）の積に
分け、多段連結部材の内、或る段目の連結部材において
は前記一方側の整数（Ｎ1）個の翼を連結して翼群とな
し、かつ他方側段目の連結部材においては前記もう一方
側の整数（Ｎ2）個の翼を連結して翼群とするようにな
し所期の目的を達成するようにしたものである。
【００２６】
【作用】次にこのように形成された翼装置の作用につい
て説明するが、その前に、理解を早めるために、先に図
１０に示した複合構造の固有振動モードについて説明す
る。
て説明するが、その前に、理解を早めるために、先に図
１０に示した複合構造の固有振動モードについて説明す
る。
【００２７】この複合構造の翼装置では、一つの連結部
材が全周１リング構造となっていることから、全周の翼
の振動が連成することにより先に図１３に示した全周１
リング構造の固有振動モードと同様に、節直径数０〜Ｍ
／２の節直径モードを持つ。
材が全周１リング構造となっていることから、全周の翼
の振動が連成することにより先に図１３に示した全周１
リング構造の固有振動モードと同様に、節直径数０〜Ｍ
／２の節直径モードを持つ。
【００２８】ただし、もう一方の連結構造が４本の翼を
連結部材で一群としてつづった群翼構造であることか
ら、一つの固有振動モードは全周１リング構造のように
単一の節直径モードだけで成るのではなく、同時にいく
つか節直径モードを合わせ持つことになる。
連結部材で一群としてつづった群翼構造であることか
ら、一つの固有振動モードは全周１リング構造のように
単一の節直径モードだけで成るのではなく、同時にいく
つか節直径モードを合わせ持つことになる。
【００２９】図１０の複合構造の全周に渡る構造の周期
性について見てみると、まず全周１リング構造に注目す
れば翼１本を周期単位として同じ連結構造がが繰り返さ
れており、群翼構造に注目すれば翼４本を周期単位とし
て同じ翼構造が５つ繰り返されており、これらを二重連
結構造全体として見れば、翼４本を周期単位として同じ
翼構造が５つ繰り返されていることがわかる。
性について見てみると、まず全周１リング構造に注目す
れば翼１本を周期単位として同じ連結構造がが繰り返さ
れており、群翼構造に注目すれば翼４本を周期単位とし
て同じ翼構造が５つ繰り返されており、これらを二重連
結構造全体として見れば、翼４本を周期単位として同じ
翼構造が５つ繰り返されていることがわかる。
【００３０】このような複合構造をあらためて複合周期
構造と呼ぶことにするが、ここで、全周に渡る周期構造
の数をｎとする（図１０の例ではｎ＝５）と、全周の翼
が連結部材で連結されるとともに、全周に渡る周期構造
の数がｎであるような複合周期構造の一つの固有振動モ
ードは次の関係式で表される節直径モードを持つ。
構造と呼ぶことにするが、ここで、全周に渡る周期構造
の数をｎとする（図１０の例ではｎ＝５）と、全周の翼
が連結部材で連結されるとともに、全周に渡る周期構造
の数がｎであるような複合周期構造の一つの固有振動モ
ードは次の関係式で表される節直径モードを持つ。
【００３１】
【数２】 ｋ＝εｎ±ｌ ……………………………（２） ここで、 ｌ：整数（０≦ｌ≦ｎ／２） ε：整数（０≦ｌ≦ｍ／２） ｍ：一つの周期構造の構成翼本数 式（２）に関する詳細説明は省略するが、一つの固有モ
ード中に含まれる節直径数ｋの組合せは、ｌを与えた
時、種々のεに対して式（２）を満足するｋの組合せと
して与えられる。
ード中に含まれる節直径数ｋの組合せは、ｌを与えた
時、種々のεに対して式（２）を満足するｋの組合せと
して与えられる。
【００３２】この関係式に基づき、ｎが偶数の場合と奇
数の場合に別けて一つの固有振動モードが持つ節直径モ
ードを模式的に示したものが図１５、１６である。図の
横軸には式（２）のｌが、縦軸には節直径数ｋがとら
れ、ｌとｋの関係を表すジグザグ状の線が示されてい
る。
数の場合に別けて一つの固有振動モードが持つ節直径モ
ードを模式的に示したものが図１５、１６である。図の
横軸には式（２）のｌが、縦軸には節直径数ｋがとら
れ、ｌとｋの関係を表すジグザグ状の線が示されてい
る。
【００３３】この図において、複合周期構造の一つの固
有振動モードがどのような節直径モードの重ね合わせで
成り立っているかは与えられたｌに対するジグザグ状の
線との交点の節直径数で与えられる。
有振動モードがどのような節直径モードの重ね合わせで
成り立っているかは与えられたｌに対するジグザグ状の
線との交点の節直径数で与えられる。
【００３４】図１０に示した複合周期構造を例にとり具
体的に示すと図１７のようになる。すなわち、この例で
はｎ＝５であり、したがってｌは０，１，２の値をと
り、一方ｍ＝４であるのでεも０，１，２をとる。一例
としてｌ＝１を与えた時、ｋの組合せは１，４，６，７
となる。
体的に示すと図１７のようになる。すなわち、この例で
はｎ＝５であり、したがってｌは０，１，２の値をと
り、一方ｍ＝４であるのでεも０，１，２をとる。一例
としてｌ＝１を与えた時、ｋの組合せは１，４，６，７
となる。
【００３５】以上のことから極端な場合を類推するとｎ
＝１の場合すなわち、全周の翼本数Ｍを１周期とするよ
うな翼構造を考えると、式（２）よりｌはｌ＝０のみと
なり、模式図で示すと図１８のようになり、一つの固有
振動モードは０〜Ｍ／２のすべての節直径数の振動モー
ドを含むと考えることができる。
＝１の場合すなわち、全周の翼本数Ｍを１周期とするよ
うな翼構造を考えると、式（２）よりｌはｌ＝０のみと
なり、模式図で示すと図１８のようになり、一つの固有
振動モードは０〜Ｍ／２のすべての節直径数の振動モー
ドを含むと考えることができる。
【００３６】このようなことから本発明の翼連結構造は
全周の翼本数Ｍを１周期とするような翼構造であるの
で、その一つの一つの固有振動モード中には０〜Ｍ／２
のすべての節直径数の振動モードが含まれることにな
り、流体による励振を受けても共振しないか、または、
共振しても振動応力が非常に小さくなるのである。
全周の翼本数Ｍを１周期とするような翼構造であるの
で、その一つの一つの固有振動モード中には０〜Ｍ／２
のすべての節直径数の振動モードが含まれることにな
り、流体による励振を受けても共振しないか、または、
共振しても振動応力が非常に小さくなるのである。
【００３７】次に、このように作用する理由、すなわち
一つの固有振動モード中には０〜Ｍ／２のすべての節直
径数の振動モードが含まれると、流体による励振を受け
ても共振しないか、または、共振しても振動応力が非常
に小さくなるようにできることを以下に説明する。
一つの固有振動モード中には０〜Ｍ／２のすべての節直
径数の振動モードが含まれると、流体による励振を受け
ても共振しないか、または、共振しても振動応力が非常
に小さくなるようにできることを以下に説明する。
【００３８】一般に、翼が流体による励振を受けて共振
する場合は、励振力から翼に加えられるエネルギーと減
衰によって消費されるエネルギーが等しい状態で共振の
平衡状態となる。
する場合は、励振力から翼に加えられるエネルギーと減
衰によって消費されるエネルギーが等しい状態で共振の
平衡状態となる。
【００３９】さて、節直径モードを持つ翼に図１４に示
したようなある励振次数ｊの励振力が作用したとき共振
する条件（励振力から翼にエネルギーが加えられる条
件）は、式（１）からもわかるように、励振次数ｊと一
つの固有振動モード中の節直径数ｋとが一致することで
ある。勿論このことはよく知られている。
したようなある励振次数ｊの励振力が作用したとき共振
する条件（励振力から翼にエネルギーが加えられる条
件）は、式（１）からもわかるように、励振次数ｊと一
つの固有振動モード中の節直径数ｋとが一致することで
ある。勿論このことはよく知られている。
【００４０】逆に、一つの固有振動モード中に種々の節
直径数のモードが含まれていても、励振次数と等しい節
直径数のモード以外には励振力から翼にエネルギーが加
えられない。一方、減衰によって消費されるエネルギー
は翼構造全体の最大運動エネルギーに比例する。
直径数のモードが含まれていても、励振次数と等しい節
直径数のモード以外には励振力から翼にエネルギーが加
えられない。一方、減衰によって消費されるエネルギー
は翼構造全体の最大運動エネルギーに比例する。
【００４１】最大運動エネルギーは、全周に渡る振動モ
ードがいくつかの節直径数のモードの重ね合わせで成り
立っている時、各節直径数のモードごと運動エネルギー
の和で表すことができる。
ードがいくつかの節直径数のモードの重ね合わせで成り
立っている時、各節直径数のモードごと運動エネルギー
の和で表すことができる。
【００４２】従って、一つの固有モードがある励振次数
ｊの励振を受けた時、固有振動モード中励振次数ｊと一
致する節直径数ｋを持つモードのみがエネルギーをもら
うことができ、一方振動減衰によるエネルギー消費は固
有振動モード中のすべての節直径数のモードで行われる
ことから、本発明のように一つの固有振動モード中には
０〜Ｍ／２のすべての節直径数の振動モードが含まれる
ような翼構造では励振によって加えられるエネルギーに
比べ振動減衰により消費されるエネルギーが相対的に非
常に大きくなるため、いわゆる共振が起きないか、たと
え共振しても振動応答が非常に小さくなり、共振による
翼の破損などの問題が生じなくなる。
ｊの励振を受けた時、固有振動モード中励振次数ｊと一
致する節直径数ｋを持つモードのみがエネルギーをもら
うことができ、一方振動減衰によるエネルギー消費は固
有振動モード中のすべての節直径数のモードで行われる
ことから、本発明のように一つの固有振動モード中には
０〜Ｍ／２のすべての節直径数の振動モードが含まれる
ような翼構造では励振によって加えられるエネルギーに
比べ振動減衰により消費されるエネルギーが相対的に非
常に大きくなるため、いわゆる共振が起きないか、たと
え共振しても振動応答が非常に小さくなり、共振による
翼の破損などの問題が生じなくなる。
【００４３】また、同様にフラッタをひきおこすエネル
ギーが流体から翼に供給される場合も、翼の一つのモー
ド中の特定の節直径モードに対してのみ供給されると考
えられることから、これに比べ０〜Ｍ／２のすべての節
直径数の振動モードでの振動減衰によるエネルギー消費
の方が相対的にはるかに大きくなる結果としてフラッタ
も起きにくくなる。
ギーが流体から翼に供給される場合も、翼の一つのモー
ド中の特定の節直径モードに対してのみ供給されると考
えられることから、これに比べ０〜Ｍ／２のすべての節
直径数の振動モードでの振動減衰によるエネルギー消費
の方が相対的にはるかに大きくなる結果としてフラッタ
も起きにくくなる。
【００４４】
【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図３９には流体機械の一つである蒸気ター
ビンの要部が断面で示されている。
に説明する。図３９には流体機械の一つである蒸気ター
ビンの要部が断面で示されている。
【００４５】蒸気タービンは主として、固定子側に配置
されている静翼５０および回転子側に翼車（ディスク）
２を介して配置されている動翼１より形成されている。
静翼５０と動翼１は交互に複数段設けられ、かつ夫々の
翼は周方向に所定の間隔をおいて複数個配置されてい
る。
されている静翼５０および回転子側に翼車（ディスク）
２を介して配置されている動翼１より形成されている。
静翼５０と動翼１は交互に複数段設けられ、かつ夫々の
翼は周方向に所定の間隔をおいて複数個配置されてい
る。
【００４６】そしてボイラ（図示なし）から供給される
高圧蒸気Ｓは、固定子外部から蒸気入口部 に導かれ、
静翼５０を経て動翼１に噴射され回転軸５１を駆動す
る。一般には、図示はしていないがこの回転軸５１の端
部に発電機が結合され、この発電機により発電するよう
に構成されている。
高圧蒸気Ｓは、固定子外部から蒸気入口部 に導かれ、
静翼５０を経て動翼１に噴射され回転軸５１を駆動す
る。一般には、図示はしていないがこの回転軸５１の端
部に発電機が結合され、この発電機により発電するよう
に構成されている。
【００４７】動翼１は、ディスク２の外周に周方向に間
隔をおいて保持されており、また動翼同志連結部材にて
結合されている。図１はその動翼の例を模式的に示した
ものである。
隔をおいて保持されており、また動翼同志連結部材にて
結合されている。図１はその動翼の例を模式的に示した
ものである。
【００４８】ディスク２上には、複数本の翼１が配置さ
れているわけであるが、本発明の場合、この翼の本数
（Ｍ）が大切で、一つのディスク２に設けられる翼１の
本数Ｍは次のように選ばれる。
れているわけであるが、本発明の場合、この翼の本数
（Ｍ）が大切で、一つのディスク２に設けられる翼１の
本数Ｍは次のように選ばれる。
【００４９】すなわち、一つのディスク２に設けられる
翼１の本数Ｍは、素数または素数のべき乗でない数に選
ばれる。そして選ばれた複数本の翼を互いに１以外の公
約数を持たない２つの整数（Ｎ1，Ｎ2）の積に分けるの
である。
翼１の本数Ｍは、素数または素数のべき乗でない数に選
ばれる。そして選ばれた複数本の翼を互いに１以外の公
約数を持たない２つの整数（Ｎ1，Ｎ2）の積に分けるの
である。
【００５０】この例の場合には、２０本の場合が示され
ている。尚、翼本数は２０本に限られるものではなく、
前述の条件を満足する数であればその他の数でも良い
が、ここでは説明を簡単にするため、Ｍ＝２０の場合を
示している。
ている。尚、翼本数は２０本に限られるものではなく、
前述の条件を満足する数であればその他の数でも良い
が、ここでは説明を簡単にするため、Ｍ＝２０の場合を
示している。
【００５１】ディスク２に取り付けられた翼１は、図１
９にも拡大して示されているように、ある半径位置（一
段目、３Ａ）において連結部材であるタイワイヤ３で連
結され、他の半径位置（二段目、３Ｂ）においてもタイ
ワイヤ３で連結されている。
９にも拡大して示されているように、ある半径位置（一
段目、３Ａ）において連結部材であるタイワイヤ３で連
結され、他の半径位置（二段目、３Ｂ）においてもタイ
ワイヤ３で連結されている。
【００５２】本発明では、夫々のタイワイヤ３（３Ａ、
３Ｂ）でつづられる翼本数の関係も大切で、この場合一
段目側のタイワイヤ３でつづられる翼本数は４本で、４
本つづりの群翼構造が全周で５グループ繰り返されてい
る。
３Ｂ）でつづられる翼本数の関係も大切で、この場合一
段目側のタイワイヤ３でつづられる翼本数は４本で、４
本つづりの群翼構造が全周で５グループ繰り返されてい
る。
【００５３】一方、二段目のタイワイヤ３でつづられて
いる翼本数は５本で、５本つづりの群翼構造が全周で４
グループ繰り返されている。勿論一、二段目タイワイヤ
３Ａ、３Ｂでつづられる翼本数はこの逆であっても何等
差し支えない。
いる翼本数は５本で、５本つづりの群翼構造が全周で４
グループ繰り返されている。勿論一、二段目タイワイヤ
３Ａ、３Ｂでつづられる翼本数はこの逆であっても何等
差し支えない。
【００５４】このつづり状態を示したのが図２０で、こ
の図はタイワイヤ３それぞれの取付け半径における翼断
面を全周に渡り展開して示した平面図である。この構成
は見方を変えれば、タイワイヤの一段目３Ａに関しては
翼４本おきに切れ目があり、二段目３Ｂに関しては翼５
本おきに切れ目がある構造となっている。
の図はタイワイヤ３それぞれの取付け半径における翼断
面を全周に渡り展開して示した平面図である。この構成
は見方を変えれば、タイワイヤの一段目３Ａに関しては
翼４本おきに切れ目があり、二段目３Ｂに関しては翼５
本おきに切れ目がある構造となっている。
【００５５】図１に戻り、このように形成された翼装置
を、一、二段両者を含め円周方向に沿って何本の翼ごと
に同じ連結構造が繰り返されているか見ていくと、この
場合、どの翼を起点に見て行ってもよいが、一、二段の
タイワイヤ３Ａ、３Ｂの切れ目が重なっている位置から
時計まわりに最初の翼の番号を（１）と定めると、先に
述べたように、翼番号（２０）を経て再び翼番号（１）
になるまで同じ群翼の連結構造が繰り返されることがな
く、全周の翼を１周期とする翼連結構造となっているこ
とがわかる。
を、一、二段両者を含め円周方向に沿って何本の翼ごと
に同じ連結構造が繰り返されているか見ていくと、この
場合、どの翼を起点に見て行ってもよいが、一、二段の
タイワイヤ３Ａ、３Ｂの切れ目が重なっている位置から
時計まわりに最初の翼の番号を（１）と定めると、先に
述べたように、翼番号（２０）を経て再び翼番号（１）
になるまで同じ群翼の連結構造が繰り返されることがな
く、全周の翼を１周期とする翼連結構造となっているこ
とがわかる。
【００５６】尚、以上の説明ではＭ＝２０の場合につい
て説明してきたが、このＭ＝２０となるような二つの整
数の積は４×５以外には２×１０があるが、２と１０は
公約数として２を持っており、この場合には全周で１０
本の翼を周期として同じ２つの構造が繰り返され、決し
て全周の翼を１周期とする翼構造にはならない。
て説明してきたが、このＭ＝２０となるような二つの整
数の積は４×５以外には２×１０があるが、２と１０は
公約数として２を持っており、この場合には全周で１０
本の翼を周期として同じ２つの構造が繰り返され、決し
て全周の翼を１周期とする翼構造にはならない。
【００５７】尚、参考までに前記二つの整数の積に関連
する翼本数Ｍを挙げると、次表のようになる。
する翼本数Ｍを挙げると、次表のようになる。
【００５８】
【表１】
【００５９】以上のように形成された翼装置、すなわち
全周の翼を１周期とする翼連結構造であると、一つの固
有振動モード中には０〜Ｍ／２のすべての節直径数の振
動モードが含まれ、前述したように振動減衰によるエネ
ルギー消費は固有振動モード中のすべての節直径数のモ
ードで行われることから、この構成では励振によって加
えられるエネルギーに比べ振動減衰により消費されるエ
ネルギーが相対的に非常に大きくなり、共振は起き難く
なり、また共振しても振動応答が非常に小さいのであ
る。
全周の翼を１周期とする翼連結構造であると、一つの固
有振動モード中には０〜Ｍ／２のすべての節直径数の振
動モードが含まれ、前述したように振動減衰によるエネ
ルギー消費は固有振動モード中のすべての節直径数のモ
ードで行われることから、この構成では励振によって加
えられるエネルギーに比べ振動減衰により消費されるエ
ネルギーが相対的に非常に大きくなり、共振は起き難く
なり、また共振しても振動応答が非常に小さいのであ
る。
【００６０】また、同様にフラッタをひきおこすエネル
ギーが流体から翼に供給される場合も、翼の一つのモー
ド中の特定の節直径モードに対してのみ供給されると考
えられることから、これに比べ０〜Ｍ／２のすべての節
直径数の振動モードでの振動減衰によるエネルギー消費
の方が相対的にはるかに大きくなる結果としてフラッタ
も起き難くなる。
ギーが流体から翼に供給される場合も、翼の一つのモー
ド中の特定の節直径モードに対してのみ供給されると考
えられることから、これに比べ０〜Ｍ／２のすべての節
直径数の振動モードでの振動減衰によるエネルギー消費
の方が相対的にはるかに大きくなる結果としてフラッタ
も起き難くなる。
【００６１】なお、以上の説明では、例えば一段目タイ
ワイヤ３Ａでつづられている４本の翼ごとにタイワイヤ
の空間（切れ目）があるように示したが、常にこのよう
に空間がなければならないわけではなく、同じ翼構造が
繰り返されているという観点からは空間がある必要はな
く、他の翼間に比べ切れ目に相当する各部分のタイワイ
ヤのつながりの状態が異なっていさえすればよい。
ワイヤ３Ａでつづられている４本の翼ごとにタイワイヤ
の空間（切れ目）があるように示したが、常にこのよう
に空間がなければならないわけではなく、同じ翼構造が
繰り返されているという観点からは空間がある必要はな
く、他の翼間に比べ切れ目に相当する各部分のタイワイ
ヤのつながりの状態が異なっていさえすればよい。
【００６２】すなわち、例えばこれらの部分でタイワイ
ヤが極端に細くなっていたり、逆に極端に太くなってい
たり、あるいは図２１に示すようにタイワイヤ３の端同
志をスリーブ６でゆるやかにつなぐものであってもよい
ことは勿論である。
ヤが極端に細くなっていたり、逆に極端に太くなってい
たり、あるいは図２１に示すようにタイワイヤ３の端同
志をスリーブ６でゆるやかにつなぐものであってもよい
ことは勿論である。
【００６３】またここで、一、二段のタイワイヤ３Ａ、
３Ｂの切れ目が重なっている部分５について補足すれ
ば、全周の翼は強度上前後の翼と最小限一箇所でつなが
っているほうが強度上有利であるので、一、二段のタイ
ワイヤ３の切れ目が重なっている部分５において少なく
とも一方のタイワイヤに切れ目がないようにしても、全
周の翼を１周期とする翼連結構造となっていることに変
わりはない。
３Ｂの切れ目が重なっている部分５について補足すれ
ば、全周の翼は強度上前後の翼と最小限一箇所でつなが
っているほうが強度上有利であるので、一、二段のタイ
ワイヤ３の切れ目が重なっている部分５において少なく
とも一方のタイワイヤに切れ目がないようにしても、全
周の翼を１周期とする翼連結構造となっていることに変
わりはない。
【００６４】次に、図２２および図２３に基づき本発明
の第二の実施例について説明する。この例では、ディス
クに対する翼の本数の選定や群翼の翼本数などの考え方
は前述のものと同じであるが、連結部材、またその連結
の仕方が異なる場合である。
の第二の実施例について説明する。この例では、ディス
クに対する翼の本数の選定や群翼の翼本数などの考え方
は前述のものと同じであるが、連結部材、またその連結
の仕方が異なる場合である。
【００６５】すなわち翼１は、先端部には翼と一体形に
形成されたカバー７を、中間部にはやはり翼と一体形に
形成されたロッド８を備えており、隣合う翼のカバー７
同志、あるいはロッド８同志が接触状態のもとで連結さ
れるように形成されている。
形成されたカバー７を、中間部にはやはり翼と一体形に
形成されたロッド８を備えており、隣合う翼のカバー７
同志、あるいはロッド８同志が接触状態のもとで連結さ
れるように形成されている。
【００６６】図２４は、この先端部カバー７、中間部ロ
ッド８それぞれの半径位置における翼断面を全周に渡り
展開して示した平面図である。
ッド８それぞれの半径位置における翼断面を全周に渡り
展開して示した平面図である。
【００６７】カバー７同志、あるいはロッド８同志が接
触状態のもとで連結されている翼構造において、翼長が
比較的長く、かつ半径方向に沿ってねじれている翼の場
合、回転中の遠心力により翼のアンツィスト（ねじりも
どり）が生ずることはよく知られている。
触状態のもとで連結されている翼構造において、翼長が
比較的長く、かつ半径方向に沿ってねじれている翼の場
合、回転中の遠心力により翼のアンツィスト（ねじりも
どり）が生ずることはよく知られている。
【００６８】これに関して先端部カバー７、中間部ロッ
ド８部のアンツィスト現象とカバー同志、ロッド同志を
接触させてアンツィストを拘束する様子を、翼の半径方
向外周側から見た平面図で示したものが図２５、２６で
ある。
ド８部のアンツィスト現象とカバー同志、ロッド同志を
接触させてアンツィストを拘束する様子を、翼の半径方
向外周側から見た平面図で示したものが図２５、２６で
ある。
【００６９】図２５において、カバー７とカバーの間の
間隙９はアンツィストが生ずると小さくなり、やがて間
隙９はなくなりカバー７とカバー７は接触を開始し、ア
ンツィストは拘束されることになる。
間隙９はアンツィストが生ずると小さくなり、やがて間
隙９はなくなりカバー７とカバー７は接触を開始し、ア
ンツィストは拘束されることになる。
【００７０】したがって、翼に作用するアンツィストモ
ーメントが同じであれば、あらかじめ間隙９が小さけれ
ば小さいほど、アンツィストを拘束する力は強くなり、
この結果隣接翼間の連結力は強くなる。すなわち、間隙
９の大小により隣接翼間の連結力が変わることになり、
あらかじめタービンの回転前に間隙９がないように設定
しておいた場合は最も強い連結力が作用することにな
る。
ーメントが同じであれば、あらかじめ間隙９が小さけれ
ば小さいほど、アンツィストを拘束する力は強くなり、
この結果隣接翼間の連結力は強くなる。すなわち、間隙
９の大小により隣接翼間の連結力が変わることになり、
あらかじめタービンの回転前に間隙９がないように設定
しておいた場合は最も強い連結力が作用することにな
る。
【００７１】以上のことは、図２６に示した中間部ロッ
ド８の間隙１０と翼の連結力についても同様にあてはま
る。さて、図２３、２４はタービンの回転前の翼の組立
て状態を示しており、カバー部については４本の翼おき
に間隙９を設けておき、他のすべての翼間の間隙は０で
あるようにすなわち零間隙１１をを持つように調整され
ている。
ド８の間隙１０と翼の連結力についても同様にあてはま
る。さて、図２３、２４はタービンの回転前の翼の組立
て状態を示しており、カバー部については４本の翼おき
に間隙９を設けておき、他のすべての翼間の間隙は０で
あるようにすなわち零間隙１１をを持つように調整され
ている。
【００７２】一方、ロッド部については５本の翼おきに
間隙１０を設けておき、他のすべての翼間の間隙は０で
あるようにすなわち零間隙１２を持つように調整されて
いる。タービンの回転上昇に伴い、アンツイストにより
カバー部及びロッド部の零間隙１１，１２に翼の連結力
が作用する。
間隙１０を設けておき、他のすべての翼間の間隙は０で
あるようにすなわち零間隙１２を持つように調整されて
いる。タービンの回転上昇に伴い、アンツイストにより
カバー部及びロッド部の零間隙１１，１２に翼の連結力
が作用する。
【００７３】一方、間隙９，１０はタービンの回転上昇
に伴うアンツイスト角度の増加により狭まり、やがて間
隙は０となり、その時点から翼の連結力が作用する。
に伴うアンツイスト角度の増加により狭まり、やがて間
隙は０となり、その時点から翼の連結力が作用する。
【００７４】以上の説明からわかるように、全周に渡り
カバー７部は４本の翼ごとに周期的に連結力が変化し、
ロッド部は５本の翼ごとに変化することになり、結局、
カバー、ロッドを合わせた連結構造により、全周の翼を
１周期とする翼構造となる。
カバー７部は４本の翼ごとに周期的に連結力が変化し、
ロッド部は５本の翼ごとに変化することになり、結局、
カバー、ロッドを合わせた連結構造により、全周の翼を
１周期とする翼構造となる。
【００７５】アンツイストを利用して隣接翼を連結する
場合の間隙９，１０の選び方は、図２３、２４の例に限
らず、上述したように連結力の周期性が実現できさえす
ればよく、例えば図２７に示すように、カバー７部につ
いては４本の翼おきに零間隙１１を設けておき、他のす
べての翼間は間隙９を持つように調整し、一方、ロッド
部については５本の翼おきに零間隙１２を設けておき、
他のすべての翼間は間隙１０を持つように調整されてい
るものであってもよい。
場合の間隙９，１０の選び方は、図２３、２４の例に限
らず、上述したように連結力の周期性が実現できさえす
ればよく、例えば図２７に示すように、カバー７部につ
いては４本の翼おきに零間隙１１を設けておき、他のす
べての翼間は間隙９を持つように調整し、一方、ロッド
部については５本の翼おきに零間隙１２を設けておき、
他のすべての翼間は間隙１０を持つように調整されてい
るものであってもよい。
【００７６】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。図２８は、その翼装置の要部を示す斜視図であっ
て、全周にわたり比較的短い２０本の翼１がディスク２
に取り付けられた状態を示している。
する。図２８は、その翼装置の要部を示す斜視図であっ
て、全周にわたり比較的短い２０本の翼１がディスク２
に取り付けられた状態を示している。
【００７７】尚、図２９はその場合の一本の翼の状態を
示し、図３０はカバー部を半径方向外周側から見た展開
平面図を示している。
示し、図３０はカバー部を半径方向外周側から見た展開
平面図を示している。
【００７８】翼１の先端部には翼と一体形にカバー１３
が形成されている。カバー１３の外周面にはさらに円周
方向に延びる溝１４が設けられており、カバー１３は前
カバー１５と後カバー１６に分けられている。隣接翼は
互いにカバー１３の円周方向端面どうしの接触の下で連
結されるが、この円周方向端面は前カバー端面１７と後
カバー端面１８とを備えている。
が形成されている。カバー１３の外周面にはさらに円周
方向に延びる溝１４が設けられており、カバー１３は前
カバー１５と後カバー１６に分けられている。隣接翼は
互いにカバー１３の円周方向端面どうしの接触の下で連
結されるが、この円周方向端面は前カバー端面１７と後
カバー端面１８とを備えている。
【００７９】図２８、３０から明らかなように、全周の
翼は前カバーに関しては４本の翼おきに間隙１９が設け
られており、他のすべての翼の前カバーの端面１７は互
いに接触するように組み立てられている。
翼は前カバーに関しては４本の翼おきに間隙１９が設け
られており、他のすべての翼の前カバーの端面１７は互
いに接触するように組み立てられている。
【００８０】一方、後カバーに関しては、５本の翼おき
に間隙２０が設けられており、他のすべての翼の後カバ
ーの端面１８は互いに接触するように組み立てられてい
る。
に間隙２０が設けられており、他のすべての翼の後カバ
ーの端面１８は互いに接触するように組み立てられてい
る。
【００８１】以上により、前カバー、後カバーを合わせ
た連結構造により、全周の翼を１周期とする翼構造とな
る。
た連結構造により、全周の翼を１周期とする翼構造とな
る。
【００８２】なお、以上の説明では前カバー、後カバー
には周期的に間隙１９、２０が設けられている旨説明し
たが、本発明の主旨からは周期的に翼の連結力が変化す
るものであればよく、例えば図３１に示すように、全周
の翼は、前カバーに関しては４本の翼おきに強い連結部
２１を設けておき、他のすべての翼の前カバーの端面１
７は互いに接触するように組み立て、一方、後カバーに
関しては、５本の翼おきに強い連結部２２を設けてお
き、他のすべての翼の後カバーの端面１８は互いに接触
するように組み立てられているものであってもよい。
には周期的に間隙１９、２０が設けられている旨説明し
たが、本発明の主旨からは周期的に翼の連結力が変化す
るものであればよく、例えば図３１に示すように、全周
の翼は、前カバーに関しては４本の翼おきに強い連結部
２１を設けておき、他のすべての翼の前カバーの端面１
７は互いに接触するように組み立て、一方、後カバーに
関しては、５本の翼おきに強い連結部２２を設けてお
き、他のすべての翼の後カバーの端面１８は互いに接触
するように組み立てられているものであってもよい。
【００８３】強い連結部２１、２２を設ける手段として
は種々の方法が考えられるが、一例として、図３２に示
すように互いに対向するカバー端面に略軸方向に延びる
穴２３を設け、この穴に固く嵌合するピン２４を挿入す
る方法であってもよい。
は種々の方法が考えられるが、一例として、図３２に示
すように互いに対向するカバー端面に略軸方向に延びる
穴２３を設け、この穴に固く嵌合するピン２４を挿入す
る方法であってもよい。
【００８４】次に、図３３、３４に基づき本発明の第４
の実施例について説明する。この場合も第３の実施例の
場合と同様に全周にわたり比較的短い２０本の翼１がデ
ィスク２に取り付けられたものの場合である。
の実施例について説明する。この場合も第３の実施例の
場合と同様に全周にわたり比較的短い２０本の翼１がデ
ィスク２に取り付けられたものの場合である。
【００８５】翼１の先端部には、翼と一体形にカバー１
３が形成され、このカバー１３には、カバーの形状を半
径方向から見ると明らからとなるように、前側テーパ面
２５と後側テーパ面２６が設けられている。
３が形成され、このカバー１３には、カバーの形状を半
径方向から見ると明らからとなるように、前側テーパ面
２５と後側テーパ面２６が設けられている。
【００８６】全周の翼は、前側テーパ面２５に関しては
４本の翼おきに間隙２７が設けられており、他のすべて
の翼の前側テーパ面２５は互いに接触するように組み立
てられている。一方、後側テーパ面２６に関しては、５
本の翼おきに間隙２８を設けられており、他のすべての
翼の後側テーパ面２６は互いに接触するように組み立て
られている。
４本の翼おきに間隙２７が設けられており、他のすべて
の翼の前側テーパ面２５は互いに接触するように組み立
てられている。一方、後側テーパ面２６に関しては、５
本の翼おきに間隙２８を設けられており、他のすべての
翼の後側テーパ面２６は互いに接触するように組み立て
られている。
【００８７】以上により、前側テーパ面２５と後側テー
パ面２６を合わせた連結構造により、全周の翼を１周期
とする翼構造となる。
パ面２６を合わせた連結構造により、全周の翼を１周期
とする翼構造となる。
【００８８】なお、この場合にも、前側テーパ面２５と
後側テーパ面２６には周期的に間隙２７、２８が設けら
れる旨説明したが、本発明の主旨からは周期的に翼の連
結力が変化するものであればよく、図３５に示すよう
に、全周の翼は前側テーパ面２５に関しては４本の翼お
きに強い連結部２９を設けておき、他のすべての翼の前
側テーパ面２５は互いに接触するように組み立て、一
方、後側テーパ面２６に関しては、５本の翼おきに強い
連結部３０を設けておき、他のすべての翼の後側テーパ
面２６は互いに接触するように組み立てたものであって
もよい。
後側テーパ面２６には周期的に間隙２７、２８が設けら
れる旨説明したが、本発明の主旨からは周期的に翼の連
結力が変化するものであればよく、図３５に示すよう
に、全周の翼は前側テーパ面２５に関しては４本の翼お
きに強い連結部２９を設けておき、他のすべての翼の前
側テーパ面２５は互いに接触するように組み立て、一
方、後側テーパ面２６に関しては、５本の翼おきに強い
連結部３０を設けておき、他のすべての翼の後側テーパ
面２６は互いに接触するように組み立てたものであって
もよい。
【００８９】強い連結部２９、３０を設ける手段として
は第３の実施例（図３２）の場合と略同様にテーパ面間
に設けた穴にピンを挿入する方法であってもよい。
は第３の実施例（図３２）の場合と略同様にテーパ面間
に設けた穴にピンを挿入する方法であってもよい。
【００９０】次に、本発明の第５の実施例について説明
する。図３６は、本発明の第５の実施例である翼連結構
造をタービンの軸方向から見た正面図であって、第３の
実施例の場合と同様に全周にわたり比較的短い２０本の
翼１がディスク２に取り付けられた状態を示している。
する。図３６は、本発明の第５の実施例である翼連結構
造をタービンの軸方向から見た正面図であって、第３の
実施例の場合と同様に全周にわたり比較的短い２０本の
翼１がディスク２に取り付けられた状態を示している。
【００９１】翼１の先端部は、かしめテノンによって取
り付けられたシュラウド３１によって連結されており、
４本の翼を一群とする群翼が形成され、全周で５グルー
プ繰り返されている。
り付けられたシュラウド３１によって連結されており、
４本の翼を一群とする群翼が形成され、全周で５グルー
プ繰り返されている。
【００９２】一方、翼１の根元部にはプラットホーム３
２が設けられており、隣接翼のプラットホームの対向部
は、５本の翼おきに間隙３３を設けておき、他のすべて
の翼のプラットホームの対向部は互いに接触するように
組み立てられている。
２が設けられており、隣接翼のプラットホームの対向部
は、５本の翼おきに間隙３３を設けておき、他のすべて
の翼のプラットホームの対向部は互いに接触するように
組み立てられている。
【００９３】以上により、シュラウド３１とプラットホ
ーム３２を合わせた連結構造により、全周の翼を１周期
とする翼構造となる。
ーム３２を合わせた連結構造により、全周の翼を１周期
とする翼構造となる。
【００９４】次に、本発明の第６の実施例について説明
する。よく知られているように、翼とディスクの剛性が
比較的近い場合は、翼とディスクは連成振動するが、本
実施例ではそのような場合についても適用できる構造に
ついて説明する。
する。よく知られているように、翼とディスクの剛性が
比較的近い場合は、翼とディスクは連成振動するが、本
実施例ではそのような場合についても適用できる構造に
ついて説明する。
【００９５】図３７は、本発明の第６の実施例である翼
連結構造をタービンの軸方向から見た正面図であって、
前述した第３の実施例の場合と同様に全周に渡り比較的
短い２０本の翼１がディスク２に取り付けられた状態を
示している。
連結構造をタービンの軸方向から見た正面図であって、
前述した第３の実施例の場合と同様に全周に渡り比較的
短い２０本の翼１がディスク２に取り付けられた状態を
示している。
【００９６】翼１の先端部は翼と一体形にカバー３３が
形成され、全周の翼は隣接翼のカバーの対向部に関して
は４本の翼おきに間隙３４を設けておき、他のすべての
翼のカバーの対向部は互いに接触するように組み立てら
れている。
形成され、全周の翼は隣接翼のカバーの対向部に関して
は４本の翼おきに間隙３４を設けておき、他のすべての
翼のカバーの対向部は互いに接触するように組み立てら
れている。
【００９７】一方、翼とディスクは連成振動する場合は
ディスク２は翼構造の一部分として考えることができ、
５本おきの翼の角度に対応して全周で４箇所ディスク厚
さが他の部分と異なる変厚部３５を設ける。
ディスク２は翼構造の一部分として考えることができ、
５本おきの翼の角度に対応して全周で４箇所ディスク厚
さが他の部分と異なる変厚部３５を設ける。
【００９８】これにより、群翼とディスクを合わせた翼
構造全体では、全周の翼を１周期とする翼構造となる。
構造全体では、全周の翼を１周期とする翼構造となる。
【００９９】以上の説明では第１から第６の実施例にお
いて具体的な翼連結構造の組合せは実施例ごとに限定さ
れたものとして示したが、本発明の主旨からはずれない
範囲でそれらの他の組合せ、あるいは図２〜図３に示し
たような翼連結構造の組合せであってもよいことは勿論
である。
いて具体的な翼連結構造の組合せは実施例ごとに限定さ
れたものとして示したが、本発明の主旨からはずれない
範囲でそれらの他の組合せ、あるいは図２〜図３に示し
たような翼連結構造の組合せであってもよいことは勿論
である。
【０１００】また、以上の説明では多重連結構造の例と
して２重連結構造についてのみ説明したが、３重以上の
多重連結構造であっても良く、また３重以上の多重連結
構造に関しては、そのうち少なくとも一組の２重連結構
造部分について上述したの翼連結条件が満足されれば、
良いことは勿論である。
して２重連結構造についてのみ説明したが、３重以上の
多重連結構造であっても良く、また３重以上の多重連結
構造に関しては、そのうち少なくとも一組の２重連結構
造部分について上述したの翼連結条件が満足されれば、
良いことは勿論である。
【０１０１】このことは、改めて図で示すまでもなく、
以上で説明した種々の２重連結構造にもう一重どのよう
な連結構造を加えても必ず全周の翼を１周期とする翼構
造となることから容易に理解できる。
以上で説明した種々の２重連結構造にもう一重どのよう
な連結構造を加えても必ず全周の翼を１周期とする翼構
造となることから容易に理解できる。
【０１０２】さらに、２重連結構造について示した本発
明の説明から類推できるものであるが、３重以上の多重
連結構造に拡張可能な他の例について説明を補足してお
く。
明の説明から類推できるものであるが、３重以上の多重
連結構造に拡張可能な他の例について説明を補足してお
く。
【０１０３】今、翼はｐ重連結構造（ｐ≧３）と成って
いるとし、それぞれの連結構造における翼のつづり本数
（周期構造単位）をＮ1，Ｎ2，…，Ｎpとする。このｍ
重連結構造が全周の翼を１周期とする翼構造となる十分
条件は、全周翼本数ＭがＮ1，Ｎ2，…，Ｎpの積に等し
く、かつ、Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎpが互いに１以外の公約数
を持たないことである。
いるとし、それぞれの連結構造における翼のつづり本数
（周期構造単位）をＮ1，Ｎ2，…，Ｎpとする。このｍ
重連結構造が全周の翼を１周期とする翼構造となる十分
条件は、全周翼本数ＭがＮ1，Ｎ2，…，Ｎpの積に等し
く、かつ、Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎpが互いに１以外の公約数
を持たないことである。
【０１０４】このような翼装置の例を図３８に示す。具
体的な説明は省略するが、この例ではＭ＝３０，ｐ＝３
であり、連結部材ａ３６，ｂ３７，ｃ３８に対応してＮ
1＝２，Ｎ2＝３，Ｎ3＝５となる。
体的な説明は省略するが、この例ではＭ＝３０，ｐ＝３
であり、連結部材ａ３６，ｂ３７，ｃ３８に対応してＮ
1＝２，Ｎ2＝３，Ｎ3＝５となる。
【０１０５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、翼
の形状や体格を変えることなく、流体による励振を受け
ても共振しないか、または、共振しても振動応力が非常
に小さくなり、さらにはフラッタに対する安全性も高い
この種翼装置また流体機械を得ることができ、流体機械
の高信頼性化に貢献することができる。
の形状や体格を変えることなく、流体による励振を受け
ても共振しないか、または、共振しても振動応力が非常
に小さくなり、さらにはフラッタに対する安全性も高い
この種翼装置また流体機械を得ることができ、流体機械
の高信頼性化に貢献することができる。
【図１】本発明の翼装置の一実施例を示す正面図であ
る。
る。
【図２】従来の翼装置の要部を示す斜視図である。
【図３】従来の翼装置の要部を示す斜視図である。
【図４】従来の翼装置の要部を示す斜視図である。
【図５】従来の翼装置の要部を示す斜視図である。
【図６】従来の翼装置の要部を示す断面図である。
【図７】従来の翼装置の要部を示す平面図である。
【図８】従来の翼装置を示す正面図である。
【図９】従来の翼装置を示す正面図である。
【図１０】従来の翼装置を示す正面図である。
【図１１】励振力を受けている翼の状態を示す斜視図で
ある。
ある。
【図１２】励振力を受けている翼の状態を示す平面図で
ある。
ある。
【図１３】回転中の翼に作用する励振力成分を説明する
模式図である。
模式図である。
【図１４】翼の振動モードを説明する模式図である。
【図１５】従来の翼構造の一つの固有振動モード中に含
まれる節直径モード成分を説明する模式図である。
まれる節直径モード成分を説明する模式図である。
【図１６】従来の翼構造の一つの固有振動モード中に含
まれる節直径モード成分を説明する模式図である。
まれる節直径モード成分を説明する模式図である。
【図１７】従来の具体的な翼構造の一つの固有振動モー
ド中に含まれる節直径モード成分を説明する模式図であ
る。
ド中に含まれる節直径モード成分を説明する模式図であ
る。
【図１８】本発明の具体的な翼構造の一つの固有振動モ
ード中に含まれる節直径モード成分を説明する模式図で
ある。
ード中に含まれる節直径モード成分を説明する模式図で
ある。
【図１９】タイワイヤで連結された群翼構造を示す斜視
図である。
図である。
【図２０】本発明の第１の実施例の翼構造の連結部材取
付け翼断面における展開平面図である。
付け翼断面における展開平面図である。
【図２１】タイヤイヤを連結するスリーブを示す縦断側
面図である。
面図である。
【図２２】本発明の第２の実施例を示す翼構造の軸方向
正面図である。
正面図である。
【図２３】翼と一体形に形成されたカバー、ロッドで連
結された翼構造を示す斜視図である。
結された翼構造を示す斜視図である。
【図２４】本発明の第２の実施例の翼構造の連結部材取
付け翼断面における展開平面図である。
付け翼断面における展開平面図である。
【図２５】翼と一体形に形成されたカバー部のアンツィ
ストを説明する平面図である。
ストを説明する平面図である。
【図２６】翼と一体形に形成されたロッド部のアンツィ
ストを説明する平面図である。
ストを説明する平面図である。
【図２７】本発明の第２の実施例の翼構造の連結部材取
付け翼断面における展開平面図である。
付け翼断面における展開平面図である。
【図２８】本発明の第３の実施例を示す翼装置の斜視図
である。
である。
【図２９】本発明の第３の実施例に含まれる一本の翼の
部分の斜視図である。
部分の斜視図である。
【図３０】本発明の第３の実施例の翼構造の半径方向外
周側から見た展開平面図である。
周側から見た展開平面図である。
【図３１】本発明の第３の実施例の翼構造の半径方向外
周側から見た展開平面図である。
周側から見た展開平面図である。
【図３２】本発明の第３の実施例の翼装置の部分の斜視
図である。
図である。
【図３３】本発明の第４の実施例を示す翼構造の斜視図
である。
である。
【図３４】本発明の第４の実施例の翼構造の半径方向外
周側から見た展開平面図である。
周側から見た展開平面図である。
【図３５】本発明の第４の実施例の翼構造の半径方向外
周側から見た展開平面図である。
周側から見た展開平面図である。
【図３６】本発明の第５の実施例を示す翼構造の軸方向
正面図である。
正面図である。
【図３７】本発明の第６の実施例を示す翼構造の軸方向
正面図である。
正面図である。
【図３８】本発明の３重翼連結構造の例を示す翼構造の
軸方向正面図である。
軸方向正面図である。
【図３９】本発明の流体機械の要部を示す縦断側面図で
ある。
ある。
１…翼、２…ディスク、３、…タイヤイヤ、６…スリー
ブ、７…カバー、８…ロッド、９、１０…間隙１１、１
２…零間隙、１３…カバー、１４…溝、１５…前カバ
ー、１６…後カバー、１７…前カバー端面、１８…後カ
バー端面、１９、２０…間隙、２１、２２…強い連結
部、２３…穴、２４…ピン、２５…前側テーパ面、２６
…後側テーパ面、２７、２８…間隙、２９、３０…強い
連結部、３１…シュラウド、３２…プラットホーム。
ブ、７…カバー、８…ロッド、９、１０…間隙１１、１
２…零間隙、１３…カバー、１４…溝、１５…前カバ
ー、１６…後カバー、１７…前カバー端面、１８…後カ
バー端面、１９、２０…間隙、２１、２２…強い連結
部、２３…穴、２４…ピン、２５…前側テーパ面、２６
…後側テーパ面、２７、２８…間隙、２９、３０…強い
連結部、３１…シュラウド、３２…プラットホーム。
フロントページの続き (72)発明者 池内 和雄 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (11)
- 【請求項１】 一つの翼車外周に複数個の翼が設けら
れ、かつ該複数個の翼が所定数づつの群に分けられると
ともに、分けられた群内の翼が互いに連結部材で連結さ
れ、かつ前記連結部材が複数段に形成されている流体機
械の翼装置において、 前記翼車に設けられる翼の個数を、素数または素数のべ
き乗でない数に選ぶとともに、 前記複数個の翼を互いに１以外の公約数を持たない２つ
の整数（Ｎ1，Ｎ2）の積に分け、一方側段目の連結部材
においては前記一方側の整数（Ｎ1）個の翼を連結して
翼群となし、かつ他方側段目の連結部材においては前記
もう一方側の整数（Ｎ2）個の翼を連結して翼群とする
ようにしたことを特徴とする流体機械の翼装置。 - 【請求項２】 一つの翼車外周に複数個の翼が設けら
れ、かつ該複数個の翼が所定数づつの群に分けられると
ともに、分けられた群内の翼が互いに連結部材で連結さ
れ、かつ前記連結部材が二段に形成されている流体機械
の翼装置において、 前記翼車に設けられる翼の個数を、素数または素数のべ
き乗でない数に選ぶとともに、 前記複数個の翼を互いに１以外の公約数を持たない２つ
の整数Ｎ1，Ｎ2の積で表し、一方側段目の連結部材にお
いては前記整数Ｎ1本の翼を連結して翼群となし、この
翼群構成を全周でＮ2個形成し、 他方側段目の連結部材においては前記整数Ｎ2本の翼を
連結して翼群となし、この翼群構成を全周でＮ1個形成
するようにしたことを特徴とする流体機械の翼装置。 - 【請求項３】 一つの翼車外周に複数個の翼が設けら
れ、かつ該複数個の翼が所定数づつの群に分けられると
ともに、分けられた群内の翼が互いに連結部材で連結さ
れ、かつ前記連結部材が複数段に形成されている流体機
械の翼装置において、 前記翼車に設けられる翼の個数を、素数または素数のべ
き乗でない数に選ぶとともに、 前記複数個の翼を互いに１以外の公約数を持たない前記
連結部材の段数と同一数の整数の積に分け、各段の連結
部材側において夫々前記整数個の翼を連結して翼群とす
るようにしたことを特徴とする流体機械の翼装置。 - 【請求項４】 一つの翼車外周に複数個の翼が設けら
れ、かつ該複数個の翼が所定数づつの群に分けられると
ともに、分けられた群内の翼が互いに連結部材で連結さ
れ、かつ前記連結部材が複数段に形成されている流体機
械の翼装置において、 前記複数段の連結部材の内少なくとも二つの段の連結部
材がつづる翼個数を、翼車に設けられている複数個の翼
を互いに１以外の公約数を持たない２つの整数（Ｎ1，
Ｎ2）の積に分けて、前記一つの段の連結部材において
は、前記一方側の整数（Ｎ1）個となし、かつもう一つ
の段の連結部材においては、もう一方側の整数（Ｎ2）
個としたことを特徴とする流体機械の翼装置。 - 【請求項５】 一つの翼車外周に複数個の翼が設けら
れ、かつ該複数個の翼が所定数づつの群に分けられると
ともに、分けられた群内の翼が互いに連結部材で連結さ
れ、かつ前記連結部材が複数段に形成されている流体機
械の翼装置において、 前記一つの翼車外周に設けられる翼の個数が、互いに１
以外の公約数を持たない２つの整数Ｎ1，Ｎ2の積となる
数に選び、 一つの連結構造において連結部材の連結の強さをＮ1本
の翼ごとに周期的に全周でＮ2周期変化させ、 もう一方の連結構造において連結部材の連結の強さをＮ
2本の翼ごとに周期的に全周でＮ1周期変化させたことを
特徴とする流体機械の翼装置。 - 【請求項６】 前記複数段の連結部材の内、少なくとも
一つの段はタイワイヤにて形成されてなる請求項１、
２、３、４若しくは５記載の流体機械の翼装置。 - 【請求項７】 前記連結部材の隣接間が、連結部材より
柔軟な部材にて結合されてなる請求項１、２、３、４若
しくは５記載の流体機械の翼装置。 - 【請求項８】 前記複数段の連結部材は翼の同一半径位
置で、かつ軸方向にずれた位置に形成されている請求項
１、２、３、４若しくは５記載の流体機械の翼装置。 - 【請求項９】 一つの翼車外周に複数個の翼が設けら
れ、該翼が互いに連結部材で連結され、かつその連結構
造が複数段に形成されている流体機械の翼装置におい
て、 一つの翼車の全周の翼本数Ｍを素数または素数のべき乗
でない数に選び、かつこの翼本数Ｍを互いに１以外の公
約数を持たない２つの整数Ｎ1，Ｎ2の積で表す時、一つ
の連結構造において連結部材の連結の強さをＮ1本の翼
ごとに周期的に変化させ、もう一方の連結構造において
連結部材の連結の強さをＮ2本の翼ごとに周期的に変化
させることにより、連結部材の連結の強さからみた全体
の連結構造が全周の翼を１周期となるように形成したこ
とを特徴とする流体機械の翼装置。 - 【請求項１０】 一つの翼車外周に複数個の翼が設けら
れ、かつ該複数個の翼が所定数づつの群に連結部材で連
結され、かつ前記連結部材が複数段に形成されている翼
装置を備えた流体機械において、 前記翼車に設けられる翼の個数を、素数または素数のべ
き乗でない数に選ぶとともに、 前記複数個の翼を互いに１以外の公約数を持たない２つ
の整数（Ｎ1，Ｎ2）の積に分け、一方側段目の連結部材
においては前記一方側の整数（Ｎ1）個の翼を連結して
翼群となし、かつ他方側段目の連結部材においては前記
もう一方側の整数（Ｎ2）個の翼を連結して翼群とする
ようにしたことを特徴とする流体機械。 - 【請求項１１】 回転軸の長手方向に複数段の翼車を有
し、かつ夫々の翼車外周に複数個の翼が設けられ、該複
数個の翼が所定数づつの群に分けられるとともに、分け
られた群内の翼が互いに連結部材で連結され、かつ前記
連結部材が複数段に形成されている翼装置を備えた流体
機械において、 前記複数段の翼車の内、後流側段に位置する翼車に設け
られる翼の個数を、素数または素数のべき乗でない数に
選ぶとともに、 前記複数個の翼を互いに１以外の公約数を持たない２つ
の整数（Ｎ1，Ｎ2）の積に分け、一方側段目の連結部材
においては前記一方側の整数（Ｎ1）個の翼を連結して
翼群となし、かつ他方側段目の連結部材においては前記
もう一方側の整数（Ｎ2）個の翼を連結して翼群とする
ようにしたことを特徴とする流体機械。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05231184A JP3107266B2 (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 流体機械および流体機械の翼装置 |
| CN94115392A CN1062938C (zh) | 1993-09-17 | 1994-09-16 | 具有叶片装置的流体机械以及用于流体机械的叶片装置 |
| US08/307,463 US5498136A (en) | 1993-09-17 | 1994-09-19 | Fluid machinery having blade apparatus and blade apparatus for fluid machinery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05231184A JP3107266B2 (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 流体機械および流体機械の翼装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0783002A true JPH0783002A (ja) | 1995-03-28 |
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Family
ID=16919647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05231184A Expired - Fee Related JP3107266B2 (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 流体機械および流体機械の翼装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5498136A (ja) |
| JP (1) | JP3107266B2 (ja) |
| CN (1) | CN1062938C (ja) |
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- 1994-09-16 CN CN94115392A patent/CN1062938C/zh not_active Expired - Fee Related
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