JP2021110291A

JP2021110291A - 動翼、及び軸流回転機械

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Publication number: JP2021110291A
Application number: JP2020002673A
Authority: JP
Inventors: 智広石田; Tomohiro Ishida; 敏史貫野; Toshifumi Kanno; 光黒崎; Hikaru Kurosaki
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2021-08-02
Also published as: DE102020215279A1; CN113107613B; US20210215067A1; CN113107613A; US11313249B2

Abstract

【課題】より軽量で、より高い強度を有する動翼、及びこれを備える軸流回転機械を提供する。【解決手段】動翼は、軸線回りに回転可能なロータ軸に取り付けられる動翼であって、軸線に対する径方向に延び、径方向に直交する断面形状が翼形である翼体と、翼体の径方向外側の端部に設けられたシュラウドと、シュラウドから外周側に突出するシールフィンと、を備え、シールフィンは、周方向に板状に延びるシールフィン本体と、シールフィン本体の板面の少なくとも一方に、シールフィンの厚さが大きくなるように設けられて、周方向中央側に向かうにしたがって径方向の寸法が大きくなる補強部と、を有する。【選択図】図３

Description

本開示は、動翼、及び軸流回転機械に関する。

軸流回転機械の一種であるタービンは、ロータ軸と、このロータ軸の外周面に配列された複数の動翼と、これらロータ軸、及び動翼を外周側から覆う筒状のケーシングと、を備える。このようなタービンに用いられる動翼の具体例として、下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に係る動翼は、ロータ軸に取り付けられる翼根と、翼根から径方向外側に向かって延びる翼体と、翼体の径方向外側の端部に設けられたシュラウドと、シュラウドのさらに径方向外側に突出する板状のシールフィンと、を有する。

翼体は、径方向から見て翼型の断面形状を有している。シュラウドは、翼体に交差する面内に広がる板状をなしている。シールフィンは、シュラウドよりも外周側における流体の漏れを阻止するために設けられている。また、特許文献１に記載された動翼では、ロータ軸の回転に伴う遠心力に起因して発生する荷重を低減するために、シュラウドに肉抜きのためのキャビティが形成されている。

特開２００８−０３８９１０号公報

しかしながら、上記のようにシュラウドを軽量化した場合、当該シュラウド自体の構造強度が損なわれることから、シールフィンに加わる荷重が相対的に増加してしまう。その結果、シールフィンに過度の変形や損傷が生じる虞がある。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、より軽量で、より高い強度を有する動翼、及びこれを備える軸流回転機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る動翼は、軸線回りに回転可能なロータ軸に取り付けられる動翼であって、前記軸線に対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体と、該翼体の径方向外側の端部に設けられたシュラウドと、該シュラウドから外周側に突出するシールフィンと、を備え、前記シールフィンは、周方向に板状に延びるシールフィン本体と、前記シールフィン本体の板面の少なくとも一方に、前記シールフィンの厚さが大きくなるように設けられて、周方向中央側に向かうにしたがって径方向の寸法が大きくなる補強部と、を有する。

本開示によれば、より軽量で、より高い強度を有する動翼、及びこれを備える軸流回転機械を提供することができる。

本開示の第一実施形態に係る軸流回転機械としてのガスタービンの構成を示す模式図である。本開示の第一実施形態に係る動翼の構成を示す斜視図である。本開示の第一実施形態に係るシュラウド及びシールフィンを軸線方向から見た図である。本開示の第一実施形態に係るシュラウド及びシールフィンを径方向外側から見た図である。本開示の第一実施形態の第一変形例に係るシュラウド及びシールフィンを軸線方向から見た図である。本開示の第一実施形態の第二変形例に係るシュラウド及びシールフィンを軸線方向から見た図である。本開示の第一実施形態の第三変形例に係るシュラウド及びシールフィンを径方向外側から見た図である。本開示の第一実施形態の第四変形例に係るシュラウド及びシールフィンを径方向外側から見た図である。本開示の第二実施形態に係るシュラウド及びシールフィンを軸線方向から見た図である。本開示の第二実施形態に係るシュラウド及びシールフィンを周方向から見た図である。本開示の第二実施形態に係るシュラウド及びシールフィンを径方向外側から見た図である。

＜第一実施形態＞
（ガスタービンの構成）
以下、本開示の第一実施形態に係る軸流回転機械としてのガスタービン１０、及び動翼５０について、図１から図４を参照して説明する。なお、以降で説明する構成は、ガスタービン１０だけでなく、蒸気タービンや軸流圧縮機を含む他の軸流回転機械にも好適に適用することが可能である。

図１に示すように、ガスタービン１０は、空気Ａを圧縮する圧縮機２０と、圧縮機２０で圧縮された空気Ａ中で燃料Ｆを燃焼させて燃焼ガスＧを生成する燃焼器３０と、燃焼ガスＧにより駆動するタービン４０と、を備えている。

圧縮機２０は、軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ２１と、圧縮機ロータ２１を覆う圧縮機ケーシング２５と、複数の静翼列２６と、を有する。タービン４０は、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ４１と、タービンロータ４１を覆うタービンケーシング４５と、複数の静翼列４６と、を有する。なお、以下では、軸線Ａｒが延びる方向を軸線方向Ｄａ、この軸線Ａｒを中心とした周方向を単に周方向Ｄｃとし、軸線Ａｒに対して垂直な方向を径方向Ｄｒとする。また、軸線方向Ｄａの一方側を軸線上流側Ｄａｕ、その反対側を軸線下流側Ｄａｄとする。また、径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉ、その反対側を径方向外側Ｄｒｏとする。

圧縮機２０は、タービン４０に対して軸線上流側Ｄａｕに配置されている。圧縮機ロータ２１とタービンロータ４１とは、同一軸線Ａｒ上に位置し、互いに接続されてガスタービンロータ１１を成す。このガスタービンロータ１１には、例えば、発電機ＧＥＮのロータが接続されている。ガスタービン１０は、さらに、圧縮機ケーシング２５とタービンケーシング４５との間に配置されている中間ケーシング１６を備えている。燃焼器３０は、この中間ケーシング１６に取り付けられている。圧縮機ケーシング２５と中間ケーシング１６とタービンケーシング４５とは、互いに接続されてガスタービンケーシング１５を成す。

圧縮機ロータ２１は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸２２と、このロータ軸２２に取り付けられている複数の動翼列２３と、を有する。複数の動翼列２３は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各動翼列２３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼で構成されている。複数の動翼列２３の各軸線下流側Ｄａｄには、複数の静翼列２６のうちいずれか一の静翼列２６が配置されている。各静翼列２６は、圧縮機ケーシング２５の内側に設けられている。各静翼列２６は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼で構成されている。

タービンロータ４１は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸４２と、このロータ軸４２に取り付けられている複数の動翼列４３と、を有する。複数の動翼列４３は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各動翼列４３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼５０で構成されている。複数の動翼列４３の各軸線上流側Ｄａｕには、複数の静翼列４６のうちいずれか一の静翼列４６が配置されている。各静翼列４６は、タービンケーシング４５の内側に設けられている。各静翼列４６は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼で構成されている。

圧縮機２０は、空気Ａを吸込んで、これを圧縮する。圧縮された空気、つまり圧縮空気は、中間ケーシング１６を介して燃焼器３０に流入する。燃焼器３０には、外部から燃料Ｆが供給される。燃焼器３０は、圧縮空気内で燃料Ｆを燃焼させて、燃焼ガスＧを生成する。この燃焼ガスＧは、タービンケーシング４５内に流入し、タービンロータ４１を回転させる。このタービンロータ４１の回転により、発電機ＧＥＮが発電する。

（動翼の構成）
次に、図２から図４を参照して、動翼５０の構成について詳述する。図２に示すように、動翼５０は、翼形と成す翼体５１と、シュラウド６０と、シールフィン８０と、プラットフォーム５８と、翼根５９と、を有する。翼体５１は、径方向Ｄｒに延びている。翼体５１の断面形状は翼形を成す。なお、この断面は、径方向Ｄｒに垂直な翼体５１の断面である。

図２又は図４に示すように、翼体５１は、前縁５２と、後縁５３と、凸状の面である負圧面（背側面）５４と、凹状の面である正圧面（腹側面）５５と、を有する。前縁５２及び後縁５３は、負圧面５４と正圧面５５とのつながり部分に存在する。前縁５２、後縁５３、負圧面５４、及び正圧面５５は、いずれも、径方向Ｄｒの方向成分を有する方向に延びている。前縁５２は、後縁５３に対して軸線上流側Ｄａｕに位置する。

図２に示すように、プラットフォーム５８は、翼体５１の径方向内側Ｄｒｉの端部に設けられている。プラットフォーム５８は、径方向Ｄｒに対して垂直な方向成分を有する面内に広がる板状をなしている。翼根５９は、動翼５０をロータ軸４２に取り付けるための構造である。翼根５９は、プラットフォーム５８の径方向内側Ｄｒｉに設けられている。

シュラウド６０及びシールフィン８０は、翼体５１の径方向外側Ｄｒｏの端部に設けられている。シュラウド６０は、径方向Ｄｒに対して垂直な方向成分を有する面内に広がる板状をなしている。

図４に示すように、シュラウド６０は、周方向Ｄｃの両側に接触面７３を有する。このシュラウド６０における接触面７３は、このシュラウド６０を有する動翼５０に対して周方向Ｄｃで隣接する他の動翼５０のシュラウド６０の接触面７３と対向して接する。なお、ここで言う接触面７３は、シュラウド６０の周方向の各端部における軸線上流側Ｄａｕを臨む面であり、軸線下流側Ｄａｄを臨む面は隣接するシュラウド６０とは接触しない。

シールフィン８０は、シュラウド６０の径方向外側Ｄｒｏの端面（シュラウド外周面６０Ａ）に設けられている。図３及び図４に示すように、シールフィン８０は、シュラウド外周面６０Ａから径方向外側に向かって突出するシールフィン本体８１と、このシールフィン本体８１における軸線方向Ｄａを向く一対の面（板面８１Ｐ）にそれぞれ一体に設けられた補強部８２と、を有する。

シールフィン本体８１は、シュラウド外周面６０Ａ上で、周方向Ｄｃに延びるとともに、径方向外側Ｄｒｏに突出する板状をなしている。シールフィン本体８１の周方向Ｄｃ両側の端縁はそれぞれフィン側面８１Ｓとされている。シールフィン本体８１の径方向外側Ｄｒｏの端縁はフィン外周面８１Ａとされている。これらフィン側面８１Ｓとフィン外周面８１Ａは互いに直交している。つまり、シールフィン本体８１は、軸線方向Ｄａから見て略矩形状をなしている。なお、より厳密には、シールフィン本体８１は、周方向Ｄｃに延びる円弧状をなしている。

補強部８２は、シールフィン本体８１における一対の板面８１Ｐの少なくとも一方に設けられている。本実施形態では、図３及び図４に示すように、一対の板面８１Ｐにそれぞれ１つずつ補強部８２が設けられている。補強部８２は、シールフィン本体８１の厚さ（軸線方向Ｄａにおける寸法）が大きくなるように、板面８１Ｐから軸線方向Ｄａに突出している。補強部８２における径方向外側Ｄｒｏの端面（補強部外周面８２Ａ）は、径方向外側Ｄｒｏに凸となる曲面状に湾曲している。これにより、補強部８２の径方向Ｄｒにおける寸法は、当該補強部８２の周方向Ｄｃ中央側に向かうにしたがって大きくなっている。なお、本実施形態では、補強部８２の周方向Ｄｃにおける寸法は、シールフィン本体８１の周方向Ｄｃにおける寸法よりも小さい。

また、補強部外周面８２Ａは、フィン外周面８１Ａよりも径方向内側Ｄｒｉに位置している。つまり、シールフィン本体８１のフィン外周面８１Ａを含む径方向外側Ｄｒｏの部分は、補強部８２を含む径方向内側Ｄｒｉの部分よりも厚さ（軸線方向Ｄａの寸法）が小さくなっている。

補強部８２の径方向内側Ｄｒｉの端縁は、シュラウド外周面６０Ａと一体に接続されている。つまり、この補強部８２は、シールフィン本体８１の板面８１Ｐに対して一体に設けられているとともに、シュラウド外周面６０Ａに対しても一体に設けられている。この場合、補強部８２を、シールフィン本体８１及びシュラウド６０と同一の材料によって形成することが望ましい。一方で、補強部８２のみをシールフィン本体８１及びシュラウド６０とは異なる材料によって形成することも可能である。また、本実施形態では、補強部８２は一例として中実の板状をなしている。しかしながら、補強部８２をトラス構造やラティス構造を含む格子状の中空部材によって形成することも可能である。

図４に示すように、本実施形態では、一対の板面８１Ｐ同士の間で、補強部８２の周方向Ｄｃにおける位置は互いに同一である。より具体的には、補強部８２は、径方向Ｄｒから見て、翼体５１と重複する位置に設けられている。より望ましくは、一対の補強部８２のうち少なくとも一方における径方向Ｄｒの寸法が最も大きい部分（最大寸法部Ｍｘ）が、翼体５１のキャンバーラインＣＬと交差している。図４の例では、軸線方向Ｄａにおける下流側Ｄａｄの補強部８２の最大寸法部ＭｘがキャンバーラインＣＬと交差している。

また、これら補強部８２同士の厚さ（軸線方向Ｄａにおける寸法）は互いに同一である。また、各補強部８２の厚さは、周方向Ｄｃの全域にわたって一定である。なお、ここで言う「同一」や「一定」とは、実質的な同一、又は一定の状態を指すものであり、製造上の誤差や設計上の公差は許容される。

（作用効果）
続いて、本実施形態に係るガスタービン１０の動作、及び動翼５０の挙動について説明する。ガスタービン１０を駆動するに当たっては、まず外部の動力源（電動機等を含む）によってガスタービンロータ１１を回転させる。ガスタービンロータ１１の回転に伴って、圧縮機２０は圧縮空気を生成する。燃焼器３０は、この圧縮空気に燃料Ｆを混合して燃焼させることで高温高圧の燃焼ガスＧを生成する。タービン４０は、この燃焼ガスＧによって回転駆動される。以上のプロセスが連続的に生じることでガスタービン１０が運転される。

ここで、ガスタービンロータ１１（ロータ軸２２）が回転する際、動翼５０には径方向外側Ｄｒｏに向かう遠心力が加わる。この遠心力によって、シュラウド６０には、当該シュラウド６０と翼体５１との境界を起点として径方向外側Ｄｒｏに向かう曲げモーメントが生じる。この応力がシールフィン８０に及ぶと、当該シールフィン８０に過度の変形を生じる虞がある。シールフィン８０に過度の変形が生じると、シュラウド６０よりも径方向外側Ｄｒｏにおけるガスの漏れ量が大きくなり、ガスタービン１０の安定的な運転に支障を来たす虞がある。

しかしながら、上記構成では、シールフィン本体８１に補強部８２が設けられている。補強部８２の径方向Ｄｒの寸法は、周方向Ｄｃ中央側に向かうにしたがって大きくなっている。シールフィン本体８１における周方向Ｄｃ中央部は、翼体５１と交差している。つまり、シールフィン本体８１における翼体５１と重なる部分には、最も大きな曲げモーメントが生じる。上記構成によれば、シールフィン８０における最も曲げモーメントが大きい部分を積極的に補強し、その曲げモーメントの大部分を補強部８２によって受け止めることができる。その結果、シールフィンの変形を抑制することができる。

また、補強部８２の径方向Ｄｒの寸法がシールフィン本体８１の周方向Ｄｃ全域にわたって一定である構成に比べて、補強部８２の肉を減らせることから、動翼５０全体の重量を小さく抑えることもできる。これにより、動翼５０に加わる遠心力が低減され、動翼５０の寿命を延ばすことができる。

さらに、上記構成では、シールフィン８０と翼体５１とが交差する部分に補強部８２の最大寸法部Ｍｘが位置している。これにより、シールフィン８０における最も曲げモーメントが大きい部分を積極的に補強し、その曲げモーメントの大部分を補強部８２によって受け止めることができる。その結果、シールフィン８０の変形をさらに抑制することができる。

加えて、上記構成によれば、補強部８２の径方向外側Ｄｒｏの端面（補強部外周面８２Ａ）が、径方向外側Ｄｒｏに凸となる曲面状をなしている。これにより、補強部８２の周方向Ｄｃにおける両端側の肉を減らすことができる。その結果、補強部８２を設けたことによる動翼５０の重量増加を小さく抑えることができる。また、端面（補強部外周面８２Ａ）が曲面状をなしていることから、例えば当該端面に角部が形成されている場合に比べて、補強部８２における局所的な応力集中を抑制することもできる。

さらに加えて、上記構成によれば、補強部８２の径方向内側Ｄｒｉの端面は、シュラウド６０の径方向外側Ｄｒｏを向く面（シュラウド外周面６０Ａ）と一体に接続されている。言い換えれば、補強部８２とシュラウド６０とが一体に形成されている。これにより、シュラウド６０に加わる遠心力による荷重をより安定的に受け止めることができる。

また、上記構成によれば、補強部８２の周方向Ｄｃの寸法が、シールフィン本体８１の周方向Ｄｃの寸法よりも小さい。これにより、補強部８２の周方向Ｄｃにおける両端側の肉をさらに減らすことができる。その結果、補強部８２を設けたことによる動翼５０の重量増加をさらに小さく抑えることができる。

さらに、上記構成によれば、補強部８２の径方向外側Ｄｒｏの端面（補強部外周面８２Ａ）が、シールフィン本体８１の径方向外側Ｄｒｏの端面（フィン外周面８１Ａ）よりも径方向内側Ｄｒｉに位置している。これにより、シールフィン本体８１における補強部８２よりも径方向外側Ｄｒｏの部分は、他の部分に比べて厚さ寸法が小さくなっている。言い換えれば、当該部分は、薄い切刃として機能する。したがって、例えばシールフィン本体８１の径方向外側にアブレイダブルシール（快削材）を接触させる構成を採る場合、当該快削材に対するシールフィン本体８１の切削性をさらに高めることができる。その結果、シールフィン本体８１に溶融した快削材が付着したり、切削が安定的にできなくなったりする可能性を低減することができる。

以上、本開示の第一実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。

（第一変形例）
例えば、上記第一実施形態では、補強部８２の径方向内側Ｄｒｉの端縁がシュラウド外周面６０Ａと一体に接続されている例について説明した。しかしながら、図５に示すように、補強部８２ｂの径方向内側Ｄｒｉの端面（補強部内周面８２Ｂ）と、シュラウド外周面６０Ａとの間に径方向Ｄｒに広がる隙間が形成されていてもよい。また、同図の例では、補強部内周面８２Ｂは、径方向内側Ｄｒｉに向かって凸となる曲面状をなしている。

上記構成によれば、補強部８２ｂの径方向内側Ｄｒｉの端面（補強部内周面８２Ｂ）が、径方向内側Ｄｒｉに凸となる曲面状をなしている。これにより、補強部８２ｂの周方向Ｄｃにおける両端側の肉を減らすことができる。その結果、補強部８２ｂを設けたことによる動翼の重量増加をさらに小さく抑えることができる。また、端面（補強部内周面８２Ｂ）が曲面状をなしていることから、例えば当該端面に角部が形成されている場合に比べて、補強部８２ｂにおける局所的な応力集中をさらに抑制することもできる。

（第二変形例）
さらに、上記第一実施形態では、周方向Ｄｃにおける補強部８２の寸法が、周方向Ｄｃにおけるシールフィン本体８１の寸法よりも小さい例について説明した。しかしながら、図６に示すように、補強部８２ｃの周方向Ｄｃにおける寸法が、シールフィン本体８１の周方向Ｄｃにおける寸法と同一であってもよい。言い換えれば、この補強部８２ｃは、シールフィン本体８１の板面８１Ｐにおける周方向Ｄｃの全域にわたって延びている。

上記構成によれば、シールフィン本体８１の延在長さ全域にわたって、当該シールフィン本体８１を安定的に補強することができる。これにより、シールフィン８０の過度の変形をさらに抑えることができる。

（第三変形例）
また、上記第一実施形態では、シールフィン本体８１における厚さ方向（つまり、軸線方向Ｄａ）の両側で、一対の補強部８２の周方向Ｄｃにおける位置が互いに同一である例について説明した。しかしながら、図７に示すように、これら一対の補強部８２ｄ同士で、周方向Ｄｃにおける位置が異なっている構成を採ることも可能である。より具体的には、これら補強部８２ｄは、径方向Ｄｒから見て、翼体５１と重複する位置に設けられている。さらに、一対の補強部８２ｄにおける径方向Ｄｒの寸法が最も大きい部分（最大寸法部Ｍｘ）が、いずれも翼体５１のキャンバーラインＣＬと交差している。

上記構成では、シールフィン８０と翼体５１とが交差する部分に一対の補強部８２ｄの最大寸法部Ｍｘがそれぞれ位置している。これにより、シールフィン８０における最も曲げモーメントが大きい部分を積極的に補強し、その曲げモーメントの大部分を補強部８２ｄによって受け止めることができる。その結果、シールフィン８０の変形をさらに抑制することができる。

（第四変形例）
上記第一実施形態では、補強部８２の厚さ（つまり、軸線方向Ｄａにおける寸法）が、周方向Ｄｃの全域にわたって一定である例について説明した。しかしながら、図８に示すように、補強部８２ｅの厚さが、周方向Ｄｃ中央側に向かうにしたがって大きくなるように構成されていてもよい。つまり、補強部８２ｅは、周方向Ｄｃ中央部を頂点として板面８１Ｐから曲面状に突出している。

上記構成では、補強部８２ｅの厚さが周方向Ｄｃ全域にわたって一定である構成に比べて、補強部８２ｅの肉をさらに減らせることから、動翼５０全体の重量をより小さく抑えることができる。これにより、動翼５０に加わる遠心力が低減され、動翼５０の寿命を延ばすことができる。

＜第二実施形態＞
続いて、本開示の第二実施形態について、図９から図１１を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、補強部８２ｆの形状が上記第一実施形態、及びその変形例とは異なっている。

これら図に示すように、補強部８２ｆの径方向外側Ｄｒｏの端面（補強部外周面８２Ａ）は、周方向Ｄｃの成分を含む平面状をなしている。一方で、径方向内側Ｄｒｉの端面（補強部内周面８２Ｂ）は、径方向内側Ｄｒｉに向かって凸となる曲面状をなしている。また、補強部内周面８２Ｂと板面８１Ｐとの間の境界線８２ｓは、径方向内側Ｄｒｉに向かって凸となる曲線状をなしている。つまり、この補強部８２ｆは、径方向内側Ｄｒｉに向かって膨らむ半月状をなしている。

さらに、図１１に示すように、上記第一実施形態の第四変形例と同様に、補強部８２ｆの厚さは、周方向Ｄｃ中央側に向かうにしたがって大きくなっている。言い換えれば、補強部８２ｆは、周方向Ｄｃ中央部を頂点として板面８１Ｐから曲面状に突出している。また、同図に示すように、シールフィン本体８１の厚さ方向両側で、一対の補強部８２ｆの周方向Ｄｃにおける位置は互いに同一である。なお、上記第一実施形態の第三変形例と同様に、シールフィン本体８１の厚さ方向両側で、一対の補強部８２ｆの周方向Ｄｃにおける位置を互いに違える構成を採ることも可能である。つまり、一対の補強部８２ｆにおける径方向Ｄｒの寸法が最も大きい部分（最大寸法部Ｍｘ）が、いずれも翼体５１のキャンバーラインＣＬと交差していてもよい。

上記構成では、補強部８２ｆの厚さは、周方向Ｄｃ中央側に向かうにしたがって大きくなっている。これにより、シールフィン８０における最も曲げモーメントが大きい部分を積極的に補強し、その曲げモーメントの大部分を補強部８２ｆによって受け止めることができる。その結果、シールフィン８０の変形を抑制することができる。また、補強部８２ｆの厚さが周方向Ｄｃ全域にわたって一定である構成に比べて、補強部８２ｆの肉を減らせることから、動翼５０全体の重量を小さく抑えることもできる。これにより、動翼５０に加わる遠心力が低減され、動翼の寿命を延ばすことができる。

さらに、上記構成によれば、補強部８２ｆの厚さは、径方向外側Ｄｒｏに向かうにしたがって大きくなっている。これにより、シールフィン８０における最も曲げモーメントが大きい部分を積極的に補強し、その曲げモーメントの大部分を補強部８２ｆによって受け止めることができる。その結果、シールフィン８０の変形を抑制することができる。また、補強部８２ｆの厚さが径方向Ｄｒ全域にわたって一定である構成に比べて、補強部８２ｆの肉を減らせることから、動翼５０全体の重量を小さく抑えることもできる。これにより、動翼５０に加わる遠心力が低減され、動翼５０の寿命を延ばすことができる。

以上、本開示の第二実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
例えば、上記の各実施形態に共通する変形例として、補強部８２の径方向外側Ｄｒｏの端面（補強部外周面８２Ａ）に、径方向内側Ｄｒｉに向かって凹む部分が少なくとも１つ、又は複数形成されていてもよい。このような凹部は、一例として、動翼５０の空力性能の向上や、構造強度のさらなる向上、又は隣接する他の部材との干渉の回避を目的として適宜設計されるものである。

＜付記＞
各実施形態に記載の動翼５０、及び軸流回転機械（ガスタービン１０）は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る動翼５０は、軸線Ａｒ回りに回転可能なロータ軸２２に取り付けられる動翼５０であって、前記軸線Ａｒに対する径方向Ｄｒに延び、該径方向Ｄｒに直交する断面形状が翼形である翼体５１と、該翼体５１の径方向外側Ｄｒｏの端部に設けられたシュラウド６０と、該シュラウド６０から外周側に突出するシールフィン８０と、を備え、前記シールフィン８０は、周方向に板状に延びるシールフィン本体８１と、前記シールフィン本体８１の板面８１Ｐの少なくとも一方に、前記シールフィン８０の厚さが大きくなるように設けられて、周方向Ｄｃ中央側に向かうにしたがって径方向Ｄｒの寸法が大きくなる補強部８２と、を有する。

ここで、ロータ軸２２が回転する際、動翼５０には径方向外側Ｄｒｏに向かう遠心力が加わる。この遠心力によって、シュラウド６０には、当該シュラウド６０と翼体５１との境界を起点として径方向外側Ｄｒｏに向かう曲げモーメントが生じる。この曲げモーメントがシールフィン８０に及ぶと、当該シールフィン８０に過度の変形を生じる虞がある。しかしながら、上記構成では、シールフィン本体８１に補強部８２が設けられている。補強部８２の径方向の寸法は、周方向Ｄｃ中央側に向かうにしたがって大きくなっている。これにより、シールフィン８０における最も曲げモーメントが大きい部分を積極的に補強し、その応力の大部分を補強部８２によって受け止めることができる。その結果、シールフィン８０の変形を抑制することができる。また、補強部８２の径方向Ｄｒの寸法が周方向Ｄｃ全域にわたって一定である構成に比べて、補強部８２の肉を減らせることから、動翼５０全体の重量を小さく抑えることもできる。これにより、動翼５０に加わる遠心力が低減され、動翼５０の寿命を延ばすことができる。

（２）第２の態様に係る動翼５０では、前記補強部８２における径方向Ｄｒの寸法が最も大きい部分である最大寸法部Ｍｘは、径方向Ｄｒから見て、前記シールフィン８０と前記翼体５１とが交差する部分に位置している。

ここで、径方向Ｄｒから見てシュラウド６０と翼体５１とが重複する部分には、他の部分に比べて相対的に大きな曲げモーメントが生じる。この曲げモーメントがシールフィン８０に及ぶと、当該シールフィン８０に過度の変形を生じる虞がある。しかしながら、上記構成では、シールフィン８０と翼体５１とが交差する部分に補強部８２の最大寸法部Ｍｘが位置している。これにより、シールフィン８０における最も曲げモーメントが大きい部分を積極的に補強し、その応力の大部分を補強部８２によって受け止めることができる。その結果、シールフィン８０の変形をさらに抑制することができる。

（３）第３の態様に係る動翼５０では、前記補強部８２の径方向外側Ｄｒｏの端面（補強部外周面８２Ａ）は、径方向外側Ｄｒｏに凸となる曲面状をなしている。

上記構成によれば、補強部８２の径方向外側Ｄｒｏの端面が、径方向外側Ｄｒｏに凸となる曲面状をなしている。これにより、補強部８２の周方向Ｄｃにおける両端側の肉を減らすことができる。その結果、補強部８２を設けたことによる動翼５０の重量増加を小さく抑えることができる。また、端面が曲面状をなしていることから、例えば当該端面に角部が形成されている場合に比べて、補強部８２における局所的な応力集中を抑制することもできる。

（４）第４の態様に係る動翼５０では、前記補強部８２の径方向内側Ｄｒｉの端面は、前記シュラウド６０の径方向外側Ｄｒｏを向く面（シュラウド外周面６０Ａ）と一体に接続されている。

上記構成によれば、補強部８２の径方向内側Ｄｒｉの端面は、シュラウド６０の径方向外側を向く面と一体に接続されている。言い換えれば、補強部８２とシュラウド６０とが一体に形成されている。これにより、シュラウド６０に加わる遠心力による荷重をより安定的に受け止めることができる。

（５）第５の態様に係る動翼５０では、前記補強部８２ｂの径方向内側Ｄｒｉの端面は、前記シュラウド６０の径方向外側Ｄｒｏを向く面と径方向Ｄｒに隙間をあけて対向するとともに、径方向内側Ｄｒｉに凸となる曲面状をなしている。

上記構成によれば、補強部８２ｂの径方向内側Ｄｒｉの端面が、径方向内側Ｄｒｉに凸となる曲面状をなしている。これにより、補強部８２ｂの周方向Ｄｃにおける両端側の肉を減らすことができる。その結果、補強部８２ｂを設けたことによる動翼５０の重量増加を小さく抑えることができる。また、端面が曲面状をなしていることから、例えば当該端面に角部が形成されている場合に比べて、補強部８２ｂにおける局所的な応力集中を抑制することもできる。

（６）第６の態様に係る動翼５０では、前記補強部８２の周方向Ｄｃの寸法は、前記シールフィン本体８１の周方向Ｄｃの寸法よりも小さい。

上記構成によれば、補強部８２の周方向Ｄｃの寸法が、シールフィン本体８１の周方向Ｄｃの寸法よりも小さい。これにより、補強部８２の周方向Ｄｃにおける両端側の肉をさらに減らすことができる。その結果、補強部８２を設けたことによる動翼５０の重量増加をさらに小さく抑えることができる。

（７）第７の態様に係る動翼５０では、前記補強部８２の周方向Ｄｃの寸法は、前記シールフィン本体８１の周方向Ｄｃの寸法と同一である。

上記構成によれば、補強部８２ｃの周方向の寸法が、シールフィン本体８１の周方向Ｄｃの寸法と同一である。これにより、シールフィン本体８１の延在長さ全域にわたって、当該シールフィン本体８１を安定的に補強することができる。その結果、シールフィン８０の過度の変形をさらに抑えることができる。

（８）第８の態様に係る動翼５０では、前記補強部８２の径方向外側Ｄｒｏの端面は、前記シールフィン本体８１の径方向外側Ｄｒｏの端面よりも径方向内側Ｄｒｉに位置している。

上記構成によれば、補強部８２の径方向外側Ｄｒｏの端面が、シールフィン本体８１の径方向外側Ｄｒｏの端面よりも径方向内側Ｄｒｉに位置している。これにより、シールフィン本体８１における補強部８２よりも径方向外側Ｄｒｏの部分は、他の部分に比べて厚さ寸法が小さくなっている。言い換えれば、当該部分は、薄い切刃として機能する。したがって、例えばシールフィン本体８１の径方向外側にアブレイダブルシール（快削材）を接触させる構成を採る場合、当該快削材に対するシールフィン本体８１の切削性をさらに高めることができる。その結果、シールフィン本体８１に溶融した快削材が付着したり、切削が安定的にできなくなったりする可能性を低減することができる。

（９）第９の態様に係る動翼５０では、前記補強部８２ｅの厚さは、周方向Ｄｃ中央側に向かうにしたがって大きくなる。

上記構成では、シールフィン本体８１に補強部８２ｅが設けられている。補強部８２ｅの厚さは、周方向Ｄｃ中央側に向かうにしたがって大きくなっている。これにより、シールフィン８０における最も曲げモーメントが大きい部分を積極的に補強し、その曲げモーメントの大部分を補強部８２ｅによって受け止めることができる。その結果、シールフィン８０の変形を抑制することができる。また、補強部８２ｅの厚さがシールフィン本体８１の周方向Ｄｃ全域にわたって一定である構成に比べて、補強部８２ｅの肉を減らせることから、動翼５０全体の重量を小さく抑えることもできる。これにより、動翼５０に加わる遠心力が低減され、動翼５０の寿命を延ばすことができる。

（１０）第１０の態様に係る動翼５０では、前記補強部８２ｆの厚さは、径方向外側Ｄｒｏに向かうにしたがって大きくなる。

上記構成によれば、補強部８２ｆの厚さは、径方向外側Ｄｒｏに向かうにしたがって大きくなっている。これにより、シールフィン８０における最も曲げモーメントが大きい部分を積極的に補強し、その曲げモーメントの大部分を補強部８２ｆによって受け止めることができる。その結果、シールフィン８０の変形を抑制することができる。また、補強部８２ｆの厚さがシールフィン本体８１の径方向Ｄｒ全域にわたって一定である構成に比べて、補強部８２ｆの肉を減らせることから、動翼５０全体の重量を小さく抑えることもできる。これにより、動翼５０に加わる遠心力が低減され、動翼５０の寿命を延ばすことができる。

（１１）第１１の態様に係る軸流回転機械（ガスタービン１０）は、前記ロータ軸２２と、該ロータ軸２２の外周面上に周方向に複数配列された請求項１から１０のいずれか一項に記載の動翼５０と、前記ロータ軸２２、及び複数の前記動翼５０を外周側から覆うケーシング（ガスタービンケーシング１５）と、を備える。

上記構成によれば、より安定的に運転可能な軸流回転機械を提供することができる。

１０：ガスタービン
１１：ガスタービンロータ
１５：ガスタービンケーシング
１６：中間ケーシング
２０：圧縮機
２１：圧縮機ロータ
２２：ロータ軸
２３：動翼列
２５：圧縮機ケーシング
２６：静翼列
３０：燃焼器
４０：タービン
４１：タービンロータ
４２：ロータ軸
４３：動翼列
４５：タービンケーシング
４６：静翼列
５０：動翼
５１：翼体
５２：前縁
５３：後縁
５４：負圧面
５５：正圧面
５８：プラットフォーム
５９：翼根
６０：シュラウド
６０Ａ：シュラウド外周面
７３：接触面
８０：シールフィン
８１：シールフィン本体
８１Ａ：フィン外周面
８１Ｐ：板面
８１Ｓ：フィン側面
８２，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆ：補強部
８２Ａ：補強部外周面
８２Ｂ：補強部内周面
８２ｓ：境界線
Ａ：空気
Ｆ：燃料
Ｇ：燃焼ガス
ＣＬ：キャンバーライン
Ａｒ：軸線
Ｄａ：軸線方向
Ｄａｕ：軸線上流側
Ｄａｄ：軸線下流側
Ｄｃ：周方向
Ｄｒ：径方向
Ｄｒｉ：径方向内側
Ｄｒｏ：径方向外側
Ｍｘ：最大寸法部

Claims

軸線回りに回転可能なロータ軸に取り付けられる動翼であって、
前記軸線に対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体と、
該翼体の径方向外側の端部に設けられたシュラウドと、
該シュラウドから外周側に突出するシールフィンと、
を備え、
前記シールフィンは、
周方向に板状に延びるシールフィン本体と、
前記シールフィン本体の板面の少なくとも一方に、前記シールフィンの厚さが大きくなるように設けられて、周方向中央側に向かうにしたがって径方向の寸法が大きくなる補強部と、
を有する動翼。
前記補強部における径方向の寸法が最も大きい部分である最大寸法部は、径方向から見て、前記シールフィンと前記翼体とが交差する部分に位置している請求項１に記載の動翼。
前記補強部の径方向外側の端面は、径方向外側に凸となる曲面状をなしている請求項１又は２に記載の動翼。
前記補強部の径方向内側の端面は、前記シュラウドの径方向外側を向く面と一体に接続されている請求項１から３のいずれか一項に記載の動翼。
前記補強部の径方向内側の端面は、前記シュラウドの径方向外側を向く面と径方向に隙間をあけて対向するとともに、径方向内側に凸となる曲面状をなしている請求項１から３のいずれか一項に記載の動翼。
前記補強部の周方向の寸法は、前記シールフィン本体の周方向の寸法よりも小さい請求項１から５のいずれか一項に記載の動翼。
前記補強部の周方向の寸法は、前記シールフィン本体の周方向の寸法と同一である請求項１から５のいずれか一項に記載の動翼。
前記補強部の径方向外側の端面は、前記シールフィン本体の径方向外側の端面よりも径方向内側に位置している請求項１から７のいずれか一項に記載の動翼。
前記補強部の厚さは、周方向中央側に向かうにしたがって大きくなる請求項１から８のいずれか一項に記載の動翼。
前記補強部の厚さは、径方向外側に向かうにしたがって大きくなる請求項１から９のいずれか一項に記載の動翼。
前記ロータ軸と、
該ロータ軸の外周面上に周方向に複数配列された請求項１から１０のいずれか一項に記載の動翼と、
前記ロータ軸、及び複数の前記動翼を外周側から覆うケーシングと、
を備える軸流回転機械。