(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ機械のタービン又は圧縮機ホイールとの接触面でのタービン又は圧縮機動翼の高接触応力フレッティング及び磨耗の問題を低減し、隙間腐食耐性及びフレッティング耐性を向上させる。【解決手段】グラファイト系固体薄膜潤滑材料を含むターボ機械用コーティングを、コーティングを動翼ディスクアセンブリ１２とホイールスロット４２の少なくとも一方、好ましくは動翼ディスクアセンブリ１２のダブテール４０に施工する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイト系固体薄膜潤滑材料を含む、ターボ機械用のコーティング。
【請求項２】
当該コーティングが、隙間腐食耐性及びフレッティング耐性の少なくとも一方をもたらす、請求項１記載のターボ機械用のコーティング。
【請求項３】
前記ターボ機械が、スロットを有するホイールと、ダブテールを有するバケットとを少なくとも備えており、当該コーティングが、スロットとダブテールの少なくとも一方に施工される、請求項１記載のターボ機械用のコーティング。
【請求項４】
当該コーティングがダブテールに施工される、請求項３記載のターボ機械用のコーティング。
【請求項５】
前記ターボ機械が超合金材料からなる、請求項３記載のターボ機械用のコーティング。
【請求項６】
当該コーティングが、グラファイト系ドライフィルム潤滑剤をむ、請求項１記載のターボ機械用のコーティング。
【請求項７】
当該コーティングが金属充填樹脂系を含む、請求項１記載のターボ機械用のコーティング。
【請求項８】
当該コーティングが、グラファイトとケイ酸塩バインダー及び高温潤滑添加剤の少なくとも１種類をさらに含む、請求項１記載のターボ機械用のコーティング。
【請求項９】
グラファイト系固体薄膜潤滑材料を含むターボ機械用のコーティングであって、ターボ機械がスロットを有するホイールと、ダブテールを有するバケットとを少なくとも備えており、当該コーティングが、スロットとダブテールの少なくとも一方に施工されており、当該コーティングが、グラファイト系ドライフィルム潤滑剤、金属充填樹脂系、グラファイトとケイ酸塩バインダー、及び高温潤滑添加剤の少なくとも１種を含む、ターボ機械用のコーティング。
【請求項１０】
当該コーティングがダブテールに施工される、請求項９記載のターボ機械用のコーティング。
【請求項１１】
前記ターボ機械が超合金材料からなる、請求項９記載のターボ機械用のコーティング。
【請求項１２】
当該コーティングが、隙間腐食耐性及びフレッティング耐性の少なくとも一方をもたらす、請求項９記載のターボ機械用のコーティング。
【請求項１３】
隙間腐食耐性及びフレッティング耐性の少なくとも一方をもたらすためのターボ機械のコーティング方法であって、当該方法が、
コーティングを準備し、かつ
スロット及びタブテールの少なくとも一方にコーティングを施工する
ことを含んでおり、上記コーティングがグラファイト系固体薄膜潤滑材料を含んでおり、上記ターボ機械が、スロットを有するホイールと、ダブテールを有するバケットとを少なくとも備えており、上記コーティングが、グラファイト系ドライフィルム潤滑剤、金属充填樹脂系、グラファイトとケイ酸塩バインダー、及び高温潤滑添加剤の少なくとも１種を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転ターボ機械の表面処理に関する。具体的には、本発明は、応力を受けるガスタービン部品の表面処理に関するものであり、さらに具体的には、ガスタービン圧縮機動翼部品は圧縮機ホイールとの接触面で応力を受けるが、その接触面の表面処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガスタービン圧縮機動翼部品の構成では、圧縮機ホイールとの接触面で裸つまり無処理の圧縮機動翼が用いられることがある。例えば、圧縮機の圧縮機動翼は、ＣｒＭｏＶホイールなどの圧縮機ホイールと接触又は境界を画していることがある。こうした接触領域は、部品間の接触応力が高い領域である。こうした応力は、例えばフレッティングや磨耗などの弊害を招きかねない。こうした弊害を放置すると、部品の故障、関連ガスタービン装置の停止を招来しかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４５９５３４０号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態では、グラファイト系固体薄膜潤滑材料を含む、ターボ機械用のコーティングを提供する。
【０００５】
本発明の別の実施形態では、グラファイト系固体薄膜潤滑材料を含むターボ機械用のコーティングであって、ターボ機械がスロットを有するホイールと、ダブテールを有するバケットとを少なくとも備えており、上記コーティングが、スロットとダブテールの少なくとも一方に施工されており、上記コーティングが、グラファイト系ドライフィルム潤滑剤、金属充填樹脂系、グラファイトとケイ酸塩バインダー、及び高温潤滑添加剤の少なくとも１種を含む、ターボ機械用のコーティングを提供する。
【０００６】
本発明のさらに別の実施形態では、隙間腐食耐性及びフレッティング耐性の少なくとも一方をもたらすためのターボ機械のコーティング方法であって、当該方法が、コーティングを準備し、かつスロット及びタブテールの少なくとも一方にコーティングを施工することを含んでおり、上記コーティングがグラファイト系固体薄膜潤滑材料を含んでおり、上記ターボ機械が、スロットを有するホイールと、ダブテールを有するバケットとを少なくとも備えており、上記コーティングが、グラファイト系ドライフィルム潤滑剤、金属充填樹脂系、グラファイトとケイ酸塩バインダー、及び高温潤滑添加剤の少なくとも１種を含む、方法を提供する。
【０００７】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態として具体化し得るバランス調整具を有するタービン又は圧縮機ディスクの一部の斜視図。
【図２】本発明の実施形態として具体化し得る、隣接する段の集成後にバランスウェイトを挿入することのできる２つの隣接する圧縮機段の一部の側面図。
【図３】本発明の実施形態として具体化し得る、隣接する段の集成後にバランスウェイトを挿入することのできる２つの隣接する圧縮機段の一部の別の側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、ターボ機械全般、特にガスタービン又は蒸気タービンのタービンホイール及び圧縮機ホイールに幅広い用途を有するが、以下の説明では、説明の便宜上、ガスタービン又は蒸気タービンの圧縮機段に関する実施形態について説明する。これらの記載は本願発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１０】
圧縮機段は、軸方向シャフトに装着又は一体に形成されるホイール又はディスクを備えるように製造される。雌ダブテールがホイールの表面に機械加工され、圧縮機動翼の雄ダブテール部分が雌ダブテールに嵌め込まれる。
【００１１】
図１に、圧縮機の一部、例えばガスタービンエンジンの圧縮機の一部を示す。圧縮機１０は、入口、第１段動翼ディスクアセンブリ１２、複数のステータ静翼１４とを備えており、第１段動翼ディスクアセンブリ１２は、エンジン又は圧縮機の長手方向中心線１６を中心として、ステータ静翼１４の上流にステータ静翼１４と同軸に配置されている。動翼ディスクアセンブリ１２は、ロータホイール又はロータディスク２０の周方向に離隔して植設された複数のロータ動翼１８を有する。
【００１２】
さらに具体的には、図１及び図２に示すように、動翼１８は、先端２４と根元２６と前縁２８と後縁３０とを有する比較的薄い中実の翼形部２２を有する。動翼１８は、さらに、翼形部根元２６から横方向外側に張り出した略矩形のプラットフォーム３２も有する。プラットフォーム３２は、前縁２８から後縁３０に向かって、先端２４に向けて上向きに比較的急な傾斜をもち、圧縮機１０内の内側空気流の境界を画成する。プラットフォーム３２は、上流側の前端３４と下流側の後端３６とを有しており、後端３６は前端３４よりも大きな半径で配設される。動翼１８は、プラットフォーム３２から翼形部２２と同軸に延在するシャンク３８と、シャンク３８から延在する従来形状の軸方向挿入式ダブテール４０も有する。動翼１８は、タービン動翼に適した任意の材料から形成し得る。例えば、圧縮機動翼は、グラファイト、グラファイト含有材料、その他の炭素繊維材料の１種以上を含んでいてもよい。
【００１３】
また、本発明の実施形態では、ターボ機械の動翼１８は、析出硬化性ニッケル基合金（インコネル７１８）のような超合金又はステンレス鋼などの素材から形成することもできる。
【００１４】
ホイール又はディスク２０は、その外周４４に、動翼ダブテール４０と相補的な形状の複数の軸方向スロット４２が周方向に離隔して設けられており、そこに、ダブテール４０が挿入されて動翼１８が取り付けられる。空気４６が動翼１８及び静翼１４を通過するように導かれ、それらによって圧縮される。
【００１５】
タービンロータ及び動翼ディスクアセンブリ１２が回転する際に、ホイールスロット４２内での部品の運動と併せて圧縮機の動翼ダブテール４０とホイール２０との接触応力が発生する。こうした接触応力は、動翼ディスクアセンブリ１２に高接触応力フレッティング及び磨耗を生じるおそれがある。そこで、本発明の実施形態では、接触面の摩擦係数を低下させそれらの間のフレッティングを低減すべく、コーティングを動翼ディスクアセンブリ１２とスロット４２の少なくとも一方に施工する。
【００１６】
好ましくは、コーティング５０は、スロット４２内の動翼ディスクアセンブリ１２の表面に施工されるが、コーティング５０をホイールスロット４２に設けてもよい。コーティング５０は、動翼ディスクアセンブリ１２及び／又はスロット４２の隣接面の一方又は両方に施工できる。
【００１７】
しかし、動翼ディスクアセンブリ１２又はホイール２０を構成する材料（例えば二相ステンレス鋼を含む材料）にコーティングを施工するのは、これらの部品の幾何形状から難しいことがある。例えば、ある種のコーティングは、かかる材料で隙間腐食の問題を起こすことがある。そこで、本発明の実施形態では、コーティング５０は、グラファイト系固体薄膜潤滑コーティングを含む。さらに、コーティング５０は、動翼ディスクアセンブリ１２とホイールスロット４２の少なくとも一方に施工することのできる１種以上のグラファイト系ドライフィルム潤滑剤又は金属充填樹脂系を含んでいてもよい。これらのコーティング材料は、本発明の実施形態では、摩擦係数を低下させ、動翼ディスクアセンブリ１２とホイールスロット４２の間の磨耗を低減するために用いることができる。
【００１８】
コーティング５０は、本発明の実施形態では、フレッティング耐性及び隙間腐食耐性の少なくとも一方をもたらす。
【００１９】
コーティング５０はグラファイト材料を含んでおり、コーティングがグラファイトグリースを含んでいることも本発明の技術的範囲に属する。さらに、コーティング５０は、本願発明の実施形態では、モリブデングリースを単独で又は他のグラファイト系固体薄膜潤滑コーティングとの組合せで含んでいてもよい。
【００２０】
例えば、本発明の実施形態では、コーティング用の材料としては、特に限定されないが、潤滑剤、ドライ潤滑剤、適当な溶剤に添加した潤滑剤及び結合剤、油溶性スルホン酸界面活性剤／浸潤剤（例えば、ＨＯＨＭＡＮ  ＰＬＡＴＩＮＧ  ＆  ＭＦＧ社のＳｕｒｆＫｏｔｅ（登録商標）ＬＯＢ−１８００−Ｇ）、チタン含有潤滑剤（例えば、Ｔｉｏｄｉｚｅ社のＡｌｕｍａｚｉｔｅ  ＺＤＡ）及びこれらの組合せが挙げられる。一般に、コーティングは潤滑剤を含んでおり、所望の材料特性を与える他の成分との組合せることもできる。例えば、ある例示的なコーティング材料は、グラファイトと共にケイ酸塩バインダー及びその他の高温潤滑剤を含んでいてもよい。動翼の用途、動翼の環境及び関連ターボ機械に応じて、他の添加剤が望ましいこともある。
【００２１】
本発明の実施形態では、コーティング５０は、好ましくは、ホイールスロット４２と接触する動翼１８の圧縮機動翼ダブテール４０に施工される。ただし、コーティング５０は、必要に応じて、ダブテール４０及び／又はスロット４２のいずれの圧力面に施工してもよい。
【００２２】
本発明の実施形態では、コーティング５０は約０．０００５〜約０．００２インチの範囲の膜厚で施工される。コーティング５０は、ダブテール母金属／基材の磨耗、固着、フレッティングを防止することができる厚さに施工すればよい。
【００２３】
本発明の実施形態では、コーティング５０は、適当な塗工法で施工すればよい。塗工法の例としては、塗装、物理気相堆積法、プラズマ励起化学気相堆積法、化学堆積法などの堆積法、エッチング、化学スパッタリングのようなスパッタリング、粉末塗工、大気プラズマ溶射、低温スプレー、電気めっき及びこれらの組合せが挙げられる。
【００２４】
従来のターボ機械では、裸の圧縮機動翼が、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼製のホイールと高い接触応力で押し合って、多くの弊害の中でも、特に過度のフレッティング及び磨耗を招くおそれがあった。こうした過度のフレッティング及び磨耗を、対処せずに放置しておくと、周部品の故障、並びにターボ機械及びガスタービン装置の停止を招くことが判明した。本発明では、動翼ダブテールに設けられたコーティングは、磨耗を低減してターボ機械の部品寿命を延ばすのに効果的である。こうした改良によって、ガスタービン及び／又は圧縮機の信頼性も向上する。また、本発明において、動翼のコーティングは、ターボ機械の手が届き難い領域（例えば動翼を摺動・挿入させるタービンホイールスロットなど）をコーティングすることに比べると、簡単で経済的でしかも信頼性が高い。
【００２５】
本発明の実施形態では、コーティングを設けた動翼は、フレッティングの問題に対する解決策を提供し、隙間腐食は起こらなくなる。本発明のコーティング５０は、ある種のコーティングを設けると隙間腐食の問題を起こす難点のあるＧＴＤ４５０動翼のような、超合金基材に塗工することができる。コーティングを設けた動翼は、ターボ機械の作動の結果、高い接触応力を生じたとしても、設計通り高い接触応力で作動することができる。また、本発明のコーティングで被覆された部品の故障率は、被覆していないものよりも低くなる。
【００２６】
以上、本発明の幾つかの特徴について説明してきたが、当業者には様々な修正及び変更が明らかであろう。したがって、特許請求の範囲は、これらの修正及び変更を本発明の技術的範囲に属するものとして包含する。
【図１】
2011021602.tif 000003
【図２】
2011021602.tif 000004
【図３】
2011021602.tif 000005