(57)【要約】【課題】摩耗に対する耐久性を向上させながら効果的な振動減衰効果を得ることができる回転機械を提供する。【解決手段】軸線回りに回転する回転軸と、回転軸の外周側で周方向に配列された複数の動翼であって、回転軸に取り付けられる翼根、該翼根の径方向外側に設けられたプラットフォーム、及び該プラットフォームから径方向外側に延びる翼本体を有する動翼と、互いに隣り合う動翼の間にそれぞれ設けられて、これら隣り合う動翼のプラットフォームの双方に対して表面が当接する複数のダンパピン５０と、を備え、ダンパピン５０は、ダンパピン本体５１と、ダンパピン本体５１の表面を覆うとともにダンパピン本体５１よりも摩擦係数の小さい材料から形成されたコーティング層５２と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転する回転軸と、
前記回転軸の外周側で周方向に配列された複数の動翼であって、前記回転軸に取り付けられる翼根、該翼根の径方向外側に設けられたプラットフォーム、及び該プラットフォームから径方向外側に延びる翼本体を有する動翼と、
互いに隣り合う前記動翼の間にそれぞれ設けられて、これら隣り合う動翼のプラットフォームの双方に対して表面が当接する複数のダンパ部材と、
を備え、
前記ダンパ部材は、
ダンパ部材本体と、
前記ダンパ部材本体の表面を覆うとともに前記ダンパ部材本体よりも摩擦係数の小さい材料から形成されたコーティング層と、を有する回転機械。
【請求項２】
前記ダンパ部材本体は、前記軸線方向に延びており
前記コーティング層は、前記ダンパ部材本体の外周面のうち前記軸線方向の一部の領域のみに形成されている請求項１に記載の回転機械。
【請求項３】
軸線回りに回転する回転軸と、
前記回転軸の外周側で周方向に配列された複数の動翼であって、前記回転軸に取り付けられる翼根、該翼根の径方向外側に設けられたプラットフォーム、及び該プラットフォームから径方向外側に延びる翼本体を有する動翼と、
前記プラットフォームの表面に形成されて、該プラットフォームの表面よりも摩擦係数の小さいコーティング層と、
互いに隣り合う前記動翼の間にそれぞれ設けられて、これら隣り合う動翼のプラットフォーム上の前記コーティング層の双方に対して表面が当接する複数のダンパ部材と、
を備える回転機械。
【請求項４】
前記ダンパ部材本体は、前記軸線方向に延びるピン状をなしており、
前記プラットフォームは、隣り合うプラットフォーム同士で径方向外側に向かうに従って周方向の対向距離が小さくなるダンパ当接面を有し、
前記コーティング層は、前記ダンパ当接面の表面に形成されており、
前記コーティング層の摩擦係数は、周方向に対向する前記コーティング層同士の対向距離が大きくなるに従って大きくなる請求項３に記載の回転機械。
【請求項５】
前記ダンパ部材本体は、前記軸線方向に延びており、
前記プラットフォームは、ダンパ当接面を有し、
前記コーティング層は、前記プラットフォームにおけるダンパ当接面のうち前記軸線方向の一部の領域のみに形成されている請求項３又は４に記載の回転機械。
【請求項６】
軸線回りに回転する回転軸と、
前記回転軸の外周側で周方向に配列された複数の動翼であって、前記回転軸に取り付けられる翼根、該翼根から径方向外側に延びる翼本体、及び該翼本体の径方向外側の端部に設けられたシュラウドを有する動翼と、
を備え、
前記シュラウドは、
隣り合うシュラウド同士で互いに当接することで摩擦ダンパを構成するコンタクト面を有し、
前記コンタクト面は、シュラウドの表面に積層されるとともに該シュラウドの表面よりも摩擦係数の小さいコーティング層によって形成されている回転機械。
【請求項７】
前記コーティング層は、複数層形成されており、
各前記コーティング層は、表面側の前記コーティング層ほど摩擦係数が小さい請求項１から６のいずれか一項に記載の回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンやジェットエンジン等の回転機械では、隣り合うタービン動翼の間のそれぞれにダンパを設けた構成が知られている。ダンパは、回転機械の回転時にタービン動翼に接触する。そして、タービン動翼に励振力が作用して振動が生じた際には、該ダンパとタービン動翼との接触箇所での摩擦力によって当該振動を減衰させる。
例えば特許文献１には、隣り合うタービン動翼のプラットフォームの双方に接触するダンパピンを備えた回転機械が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２１７３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ダンパの減衰力は、タービン動翼との間に作用する摩擦力と、タービン動翼に発生する励振力との関係により定まる。当該励振力を正しく予測し、適切な励振力を付与することができるダンパを設計する必要がある。
一方で、ダンパやタービン動翼は互いに接触することにより時間の経過とともに徐々に摩耗していく。特に予測よりも励振力が大きい場合にはダンパの摩耗が予想以上に進行してし、適切な減衰効果を得ることができない。このような場合にはダンパを新しいものに交換する必要が生じ、メンテナンス頻度が高くなる。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、摩耗に対する耐久性を向上させながら効果的な振動減衰効果を得ることができる回転機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
即ち、本発明の第一態様に係る回転機械は、軸線回りに回転する回転軸と、前記回転軸の外周側で周方向に配列された複数の動翼であって、前記回転軸に取り付けられる翼根、該翼根の径方向外側に設けられたプラットフォーム、及び該プラットフォームから径方向外側に延びる翼本体を有する動翼と、互いに隣り合う前記動翼の間にそれぞれ設けられて、これら隣り合う動翼のプラットフォームの双方に対して表面が当接する複数のダンパ部材と、を備え、前記ダンパ部材は、ダンパ部材本体と、前記ダンパ部材本体の表面を覆うとともに前記ダンパ部材本体よりも摩擦係数の小さい材料から形成されたコーティング層と、を有する。
【０００７】
通常、ダンパ部材の表面のコーティング層は、予測された励振力に対して適切な減衰を付与できるものが選定される。ここで、励振力が想定より大きい場合には、ダンパ部材とプラットフォームとの間の滑りにより発生する摩擦減衰が励振力に対して小さすぎるため、減衰効果を適切に得ることができない。また、振幅が予想以上に大きいことからコーティング層の摩耗が進行していく。
本態様ではこのようなコーティング層の摩耗が進むと、コーティング層よりも摩擦係数の大きいダンパ部材の表面が露出する。このようなダンパ部材の表面とプラットフォームとの間で摩擦力が発生することで、想定以上の励振力に対して適切な摩擦減衰を与えることができる。これにより、次回のメンテナンス時期まで、ダンパ部材は使用し続けることが可能となる。
【０００８】
上記態様の回転機械では、前記ダンパ部材本体は、前記軸線方向に延びており、前記コーティング層は、前記ダンパ部材本体の外周面のうち前記軸線方向の一部の領域のみに形成されていてもよい。
【０００９】
ここでダンパ部材の振幅は、振動モード形状によって軸線方向に一様でない場合がある。これにより、ダンパ部材における振幅が大きい軸線方向位置での摩耗が大きくなってしまう。本態様では、このように振幅が大きくなる軸線方向位置のみにコーティン層を付与することで、ダンパ部材の摩耗を抑制することができる。
【００１０】
本発明の一の態様に係る回転機械は、軸線回りに回転する回転軸と、前記回転軸の外周側で周方向に配列された複数の動翼であって、前記回転軸に取り付けられる翼根、該翼根の径方向外側に設けられたプラットフォーム、及び該プラットフォームから径方向外側に延びる翼本体を有する動翼と、前記プラットフォームの表面に形成されて、該プラットフォームの表面よりも摩擦係数の小さいコーティング層と、互いに隣り合う前記動翼の間にそれぞれ設けられて、これら隣り合う動翼のプラットフォーム上の前記コーティング層の双方に対して表面が当接する複数のダンパ部材と、を備える。
【００１１】
上記回転機械によれば、励振力が想定より大きい場合には、ダンパ部材とプラットフォーム上のコーティング層との間の滑りにより発生する摩擦により、コーティング層の摩耗が予想以上に進行していく。
このようにコーティング層が摩耗していくと、該コーティング層よりも摩擦係数の大きいプラットフォームの表面が露出する。そして、このようなプラットフォームの表面とダンパ部材との間で摩擦力が発生することで、想定以上の励振力に対して適切な摩擦減衰を与えることができる。これにより、次回のメンテナンス時期まで、プラットフォームは修繕を施すことなく使用し続けることが可能となる。
【００１２】
上記回転機械では、前記ダンパ部材本体は、前記軸線方向に延びるピン状をなしており、前記プラットフォームは、隣り合うプラットフォーム同士で径方向外側に向かうに従って周方向の対向距離が小さくなるダンパ当接面を有し、前記コーティング層は、前記ダンパ当接面の表面に形成されており、前記コーティング層の摩擦係数は、周方向に対向する前記コーティング層同士の対向距離が大きくなるにしたがって大きくなってもよい。
【００１３】
励振力が大きくなると振幅も大きくなるため、ダンパ部材がダンパ当接面の広い範囲に当接するようになる。コーティング層の摩擦係数をコーティング層同士の対向距離に従って大きくなるように設定することで、ダンパ部材とダンパ当接面との間に振動振幅に応じた大きな摩擦力を発生させることができる。これによって、振動振幅を抑制することができる。
【００１４】
上記態様の回転機械では、前記ダンパ部材本体は、前記軸線方向に延びており、前記プラットフォームは、ダンパ当接面を有し、前記コーティング層は、前記プラットフォームの前記ダンパ当接面のうち前記軸線方向の一部の領域のみに形成されていてもよい。
【００１５】
プラットフォームのダンパ当接面における軸線方向の一部のみの摩耗が進行し易い場合には、これに対応してダンパ当接面の軸線方向の一部のみにコーティング層を形成することで、効果的に摩耗を抑制することができる。
【００１６】
本発明の一の態様に係る回転機械は、軸線回りに回転する回転軸と前記回転軸の外周側で周方向に配列された複数の動翼であって、前記回転軸に取り付けられる翼根、該翼根から径方向外側に延びる翼本体、及び該翼本体の径方向外側の端部に設けられたシュラウドを有する動翼と、を備え、前記シュラウドは、隣り合うシュラウド同士で互いに当接することで摩擦ダンパを構成するコンタクト面を有し、前記コンタクト面は、シュラウドの表面に積層されるとともに該シュラウドの表面よりも摩擦係数の小さいコーティング層によって形成されている。
【００１７】
上記回転機械によれば、励振力が想定より大きい場合には、コンタクト面同士の間の滑りにより発生する摩擦により、該コンタクト面をなすコーティング層の摩耗が予想以上に進行していく。
このようにコーティング層が摩耗していくと、該コーティング層よりも摩擦係数の大きいシュラウドの表面が露出する。そして、このようなシュラウドの表面同士が接触して摩擦ダンパとして機能することで、想定以上の励振力に対して適切な摩擦減衰を与えることができる。これにより、次回のメンテナンス時期まで、シュラウドは修繕を施すことなく使用し続けることが可能となる。
【００１８】
上記態様の回転機械では、前記コーティング層は、複数層形成されており、各前記コーティング層は、表面側の前記コーティング層ほど摩擦係数が小さくてもよい。
【００１９】
これにより想定以上の励振力が生じた場合には、表面から順次コーティング層が摩耗していき、徐々に摩擦係数が大きくなる。そして、励振力に対応した摩擦係数のコーティング層が露出した際に、想定以上の励振力に対して適切な減衰を付与することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の回転機械によれば、摩耗に対する耐久性を向上させながら効果的な振動減衰効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第一実施形態に係るガスタービンの模式的な縦断面図である。
【図２】第一実施形態に係るガスタービンのタービン動翼段を軸線方向から見た模式的な図である。
【図３】図２の要部拡大図であって、第一実施形態に係るガスタービンの互いに隣り合うプラットフォームを軸線方向から見た図である。
【図４】第一実施形態の変形例に係るダンパピンの模式的な側面図である。
【図５】第二実施形態に係るガスタービンの互いに隣り合うプラットフォームを軸線方向から見た図である。
【図６】第三実施形態に係るガスタービンの互いに隣り合うプラットフォームを軸線方向から見た図である。
【図７】第四実施形態に係るガスタービンの互いに隣り合うプラットフォームを軸線方向から見た図である。
【図８】第五実施形態に係るガスタービンの動翼群の斜視図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態に係るガスタービン１について、図１〜図３を参照して説明する。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態に係るガスタービン１は、圧縮空気を生成する圧縮機２と、圧縮空気に燃料を混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器９と、燃焼ガスによって駆動されるタービン１０と、を備えている。
【００２４】
圧縮機２は、軸線Ｏ回りに回転する圧縮機ロータ３と、圧縮機ロータ３を外周側から覆う圧縮機ケーシング４と、を有している。圧縮機ロータ３は、軸線Ｏに沿って延びる柱状をなしている。圧縮機ロータ３の外周面上には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼段５が設けられている。各圧縮機動翼段５は、圧縮機ロータ３の外周面上で軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼６を有している。
【００２５】
圧縮機ケーシング４は、軸線Ｏを中心とする筒状をなしている。圧縮機ケーシング４の内周面には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼段７が設けられている。これらの圧縮機静翼段７は、上記の圧縮機動翼段５に対して、軸線Ｏ方向から見て交互に配列されている。各圧縮機静翼段７は、圧縮機ケーシング４の内周面上で、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼８を有している。
【００２６】
燃焼器９は、上記の圧縮機ケーシング４と、後述するタービンケーシング１２との間に設けられている。圧縮機２で生成された圧縮空気は、燃焼器９内部で燃料と混合されて予混合ガスとなる。燃焼器９内で、この予混合ガスが燃焼することで高温高圧の燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、タービンケーシング１２内に導かれてタービン１０を駆動する。
【００２７】
タービン１０は、軸線Ｏ回りに回転するタービンロータ１１と、タービンロータ１１を外周側から覆うタービンケーシング１２と、を有している。タービンロータ１１は、軸線Ｏに沿って延びる柱状をなしている。タービンロータ１１の外周面上には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼段２０が設けられている。各タービン動翼段２０は、タービンロータ１１の外周面上で、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼３０を有している。このタービンロータ１１は、上記の圧縮機ロータ３に対して軸線Ｏ方向に一体に連結されることで、ガスタービンロータを形成する。
【００２８】
タービンケーシング１２は、軸線Ｏを中心とする筒状をなしている。タービンケーシング１２の内周面には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼段１３が設けられている。これらのタービン静翼段１３は、上記のタービン動翼段２０に対して、軸線Ｏ方向から見て交互に配列されている。各タービン静翼段１３は、タービンケーシング１２の内周面上で、軸線ＯＯの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼１４を有している。タービンケーシング１２は、上記の圧縮機ケーシング４に対して軸線Ｏ方向に連結されることで、ガスタービンケーシングを形成する。すなわち、上記のガスタービンロータは、このガスタービンケーシング内で、軸線Ｏ回りに一体に回転可能とされている。
【００２９】
＜タービン動翼＞
次にタービン動翼３０について図２を参照してより詳細に説明する。
タービン動翼３０は、翼根３１、プラットフォーム３２及び翼本体４１を有している。
翼根３１は、タービン動翼３０におけるタービンロータ１１に取り付けられる部分である。タービンロータ１１は、軸線Ｏを中心する円盤状をなすディスク１１ａを軸線Ｏ方向に複数積層させることで構成されている。翼根３１は、当該ディスク１１ａの外周面に形成されたディスク１１ａの凹溝（図示省略）に軸線Ｏ方向からはめ込まれることで、ディスク１１ａに一体に取り付けられている。これによって、ディスク１１ａに対して周方向に間隔をあけるようにタービン動翼３０が放射状に配置されている。
【００３０】
プラットフォーム３２は、翼根３１の径方向外側に一体に設けられている。プラットフォーム３２は、翼根３１の径方向外側の端部から軸線Ｏ方向及び周方向に張り出ている。プラットフォーム３２における径方向外側を向く外周面３３は、タービン１０を通過する燃焼ガスに晒されている。
【００３１】
図３に示すように、プラットフォーム３２における周方向を向く側面３４は、径方向かつ軸線Ｏ方向に延びている。プラットフォーム３２の側面３４は、互いに隣り合うタービン動翼３０のプラットフォーム３２同士で互いに周方向に対向している。
【００３２】
プラットフォーム３２の側面３４には、該側面３４から凹むとともに軸線Ｏ方向に延びる凹部３７が形成されている。隣り合うプラットフォーム３２の凹部３７同士によって、これら凹部３７の形状に従ってプラットフォーム３２を軸線Ｏ方向に貫通するように延びるダンパ収容空間Ｒ１が区画形成されている。ダンパ収容空間Ｒ１は、隣り合う全てのプラットフォーム３２同士の間に形成されている。そのためダンパ収容空間Ｒ１はタービン動翼３０と同数が形成されている。
【００３３】
各プラットフォーム３２の側面３４は、当該凹部３７によって径方向に分割されている。プラットフォーム３２の側面３４のうち、当該凹部３７の径方向外側の部分が外周側側面３５とされており、凹部３７の径方向内側の部分が内周側側面３６とされている。
【００３４】
図２及び図３に示すように、プラットフォーム３２の凹部３７における径方向内側を向く面は、ダンパ当接面３８とされている。ダンパ当接面３８は、軸線Ｏに平行な平面状をなしている。ダンパ当接面３８は、各タービン動翼３０の径方向外側に向かうに従って、周方向外側に向かって傾斜して延びてプラットフォーム３２の外周側側面３５に接続されている。互いに隣り合うプラットフォーム３２のダンパ当接面３８は、互い周方向に対向している。これらダンパ当接面３８は、径方向外側に向かうに従って対向距離が短くなるように傾斜している。
【００３５】
図１に示すように、ダンパ当接面３８における外周側側面３５とは反対側の端部は、軸線Ｏに平行かつ径方向に延びる凹部底面３９の径方向外側の端部に接続されている。凹部底面３９における径方向内側の端部と内周側側面３６の径方向外側の端部との間には、軸線Ｏに平行かつ周方向に延びる凹部下面４０が形成されている。ダンパ収容空間Ｒ１は、互いに隣り合うプラットフォーム３２同士のダンパ当接面３８、凹部底面３９及び凹部下面４０によって区画形成されている。
【００３６】
翼本体４１は、プラットフォーム３２の外周面３３から径方向外側に向かって延びている。即ち、翼本体４１の基端がプラットフォーム３２の径方向外側の端部に対して一体に接続されている。翼本体４１は、該翼本体４１の延在方向に直交する断面形状が翼型をなしている。
【００３７】
＜ダンパピン＞
図２及び図３に示すように、各ダンパ収容空間Ｒ１にはダンパピン５０（ダンパ部材）が収容されている。即ち、ダンパピン５０は、ダンパ収容空間Ｒ１に対応して該ダンパ収容空間Ｒ１と同数が設けられている。ダンパピン５０は、軸線Ｏ方向に延びるピン状をなす部材である。ダンパピン５０は軸線Ｏに直交する断面視が円形をなしており、一様の外径で軸線Ｏ方向に延びている。ダンパピン５０の外径は、隣り合うプラットフォーム３２の外周側側面３５同士の間隔よりも大きく設定されている。各ダンパピン５０の外形は互いに同一とされている。
【００３８】
本実施形態のダンパピン５０は、ダンパピン本体５１（ダンパ部材本体）及びコーティング層５２を有している。  
ダンパピン本体５１は、ダンパピン５０の基部となる部分であって、軸線Ｏ方向に延びるピン状をなしている。ダンパピン本体５１は、軸線Ｏに直交する断面形状がダンパピン５０の断面形状よりも一回り小さい円形をなしている。ダンパピン本体５１は一様な外径で軸線Ｏ方向に延びている。ダンパピン本体５１は、例えば鋼材等の金属によって形成されている。各ダンパピン５０のダンパピン本体５１の外形は互いに同一とされている。
【００３９】
コーティング層５２は、ダンパピン本体５１の外周面を覆う部材である。コーティング層５２はダンパピン本体５１の外周面上に一様な厚さで積層されている。コーティング層５２は、例えばダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）やタングステンカーバイド等の材料から形成されている。コーティング層５２の外周面は、ダンパピン５０の外周面として外部に露出している。各ダンパピン５０のコーティング層５２の外形は互いに同一とされている。
【００４０】
ここで、本実施形態では、コーティング層５２を形成する材料の摩擦係数よりもダンパピン本体５１の表面の摩擦係数の方が大きい。即ち、ダンパピン本体５１を覆うコーティング層５２の材料は、ダンパピン本体５１の表面よりも摩擦係数が小さい。
ダンパピン本体５１は、例えばコーティング層５２を形成する材料よりも摩擦係数の大きい材料によって形成されている。これにより、ダンパピン本体５１の表面の摩擦係数はコーティング層５２の摩擦係数よりも大きい。また、ダンパピン本体５１の表面に例えば機械加工や化学的処理による粗面加工がなされることで、ダンパピン本体５１の摩擦係数がコーティング層５２の摩擦係数よりも大きく設定されていてもよい。
【００４１】
＜作用効果＞
タービン１０の回転時には、各ダンパピン５０に対して径方向外側に向かっての遠心力が作用する。これによってダンパピン５０は、図３に示すように、互いに隣り合うプラットフォーム３２の外周側側面３５同士の隙間を閉塞しつつ、これらプラットフォーム３２のダンパ当接面３８の双方に外周面が当接する。この際、タービン動翼３０に励振力が作用すると、ダンパピン５０がダンパ当接面３８に対して滑ることでこれらダンパピン５０とダンパ当接面３８との間での摩擦が発生する。これにより、当該摩擦力による振動の減衰効果を得ることができる。
【００４２】
通常、ダンパピン５０の表面のコーティング層５２は、予測された励振力に対して適切な減衰を付与できるように設計されている。これによって、効果的に振動を減少させることができる。
ここでタービン１０の励振力は種々の要因によって決定されるため、正確に予測することが難しい。そのため、場合によっては、実際に作用する励振力が予測した励振力を大きく超える場合もある。励振力が想定より大きい場合には、ダンパピン５０とダンパ当接面３８の間の滑りにより発生する摩擦減衰が励振力に対して小さすぎるため、減衰効果を適切に得ることができない。また、振幅が予想以上に大きいことからコーティング層５２の摩耗が想定以上に進行していく。
【００４３】
本実施形態ではこのようなコーティング層５２の摩耗が進むと、コーティング層５２よりも摩擦係数の大きいダンパピン本体５１の表面が露出する。このようなダンパピン本体５１の表面とダンパ当接面３８との間で摩擦力は、摩擦係数の相対的に小さいコーティング層５２とダンパ当接面３８との間の摩擦力よりも大きい。即ち、ダンパピン本体５１の表面が露出すること、予想を超える励振力に対して摩擦減衰を効果的に付与することができる。これにより、減衰効果を発揮しながら、ダンパピン５０の摩耗がさらに進行してしまうことを抑制することができる。したがって、次回のメンテナンス時期まで、ダンパピン５０は使用し続けることが可能となる。即ち、本実施形態によれば、摩耗に対する耐久性を向上させながら効果的な振動減衰効果を得ることができる。
【００４４】
ここでダンパピン５０では、例えばコーティング層５２が複数層形成されていてもよい。この場合、ダンパピン本体５１の表面に材料の異なるコーティング層５２が順次形成された構成となる。また、ダンパピン５０の表面側のコーティング層ほど、摩擦係数の小さい材料から形成されている。例えば、コーティング層５２を二層で形成する場合、内側のコーティング層５２、即ち、ダンパピン本体５１の表面に積層されるコーティング層５２を、摩擦係数の比較的大きいタングステンカーバイドにより形成する。一方、外側の層、即ち、ダンパピン５０の表面を形成する層を、摩擦係数の比較的小さいダイヤモンドライクカーボンにより形成する。
【００４５】
これにより想定以上の励振力が生じた場合には、表面側から順次コーティング層５２が摩耗していき、徐々に摩擦係数が大きくなる。そして、励振力に対応した摩擦係数のコーティング層５２又はダンパピン本体５１の表面が露出した段階で、想定以上の励振力に対して適切な減衰を付与することができる。
【００４６】
また、第一実施形態では、ダンパピン本体５１の軸線Ｏ方向全域にコーティング層５２を形成することでダンパピン５０を構成した例について説明した。しかしながらこれに限定されることはなく、例えば図４に示す変形例のように、ダンパピン本体５１の軸線Ｏ方向の一部の領域にみにコーティング層５２を形成し、該ダンパピン本体５１の軸線Ｏ方向の他の領域ではダンパピン本体５１の外周面を露出させた構成としてもよい。
【００４７】
ここでダンパピン５０の振幅は、振動モード形状によって軸線Ｏ方向に一様でない場合がある。これにより、ダンパピン５０における振幅が大きい軸線Ｏ方向位置での摩耗が大きくなってしまう。上記構成では、このように振幅が大きくなる軸線Ｏ方向位置のみにコーティン層を付与することで、ダンパピン５０の摩耗を抑制することができる。
【００４８】
＜第二実施形態＞
次に本発明の第二実施形態について図５を参照して説明する。第二実施形態では第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態では、ダンパピン５０は、第一実施形態のコーティング層５２を有しておらず、ダンパピン本体５１のみから形成されている。一方で、プラットフォーム３２のダンパ当接面３８に、コーティング層６０Ａ，６０Ｂが複数層形成されている。
【００４９】
コーティング層６０Ａ，６０Ｂは、互いに隣り合うプラットフォーム３２のダンパ当接面３８の双方の全域にわたって形成されている。本実施形態では、２層のコーティング層６０Ａ，６０Ｂが形成されている。内側のコーティング層６０Ａはダンパ当接面３８上に直接形成された層であって、均一な厚さで形成されている。外側のコーティング層６０Ｂは、内側のコーティング層６０Ａ上にさらに積層された層であって、均一な厚さで形成されている。
【００５０】
本実施形態では、内側のコーティング層６０Ａは、相対的に摩擦係数の大きい材料から形成されている。内側のコーティング層６０Ａは、例えばタングステンカーバイドから形成されている。内側のコーティング層６０Ａの摩擦係数は、ダンパ当接面３８の摩擦係数よりは小さい。
外側のコーティング層６０Ｂは、相対的に摩擦係数の小さい材料から形成されている。外側のコーティング層６０Ｂは、例えばダイヤモンドライクカーボンから形成されている。
【００５１】
＜作用効果＞
第二実施形態によれば、励振力が想定より大きい場合には、ダンパピン５０とプラットフォーム３２のダンパ当接面３８上に積層された外側のコーティング層６０Ｂとの間の滑りにより発生する摩擦により、外側のコーティング層６０Ｂの摩耗が予想以上に進行していく。
このように外側のコーティング層６０Ｂが摩耗していくと、該外側のコーティング層６０Ｂよりも摩擦係数の大きい内側のコーティング層６０Ａが露出する。すると、内側のコーティング層６０Ａの表面とダンパピン５０との間で摩擦力が発生する。付与される励振力に対して当該摩擦力が適している場合、これによって適切な減衰効果を得ることができる。
【００５２】
一方、当該摩擦力が励振力に対して小さい場合には、内側のコーティング層６０Ａの摩耗が進行し、ダンパ当接面３８が露出する。そして、ダンパ当接面３８とダンパピン５０との摩擦力が、励振力に対して適切であれば、当該励振力に抗した摩擦減衰を付与することができる。即ち、想定以上の励振力に対して適切な摩擦減衰を与えることができる。これにより、次回のメンテナンス時期まで、プラットフォーム３２は修繕を施すことなく使用し続けることが可能となる。
【００５３】
なお、ダンパ当接面３８に積層されるコーティング層は一層のみであってもよい。この場合、コーティング層の摩擦係数はダンパ当接面３８の摩擦係数よりも小さく設定される。また、コーティング層は三層以上形成されていてもよい。この場合、表面側のコーティング層ほど、摩擦係数が小さくなるように形成する。
【００５４】
第二実施形態では、ダンパ当接面３８上のコーティング層は、軸線Ｏ方向の一部の領域のみに形成されていてもよい。プラットフォーム３２のダンパ当接面３８における軸線Ｏ方向の一部のみの摩耗が進行し易い場合には、これに対応してダンパ当接面３８の軸線Ｏ方向の一部のみにコーティング層を形成することで、効果的に摩耗を抑制することができる。
【００５５】
なお、第二実施形態では、互いに周方向に対向する一対のダンパ当接面３８のうち、一方のダンパ当接面３８にのみコーティング層が形成されていてもよい。
【００５６】
＜第三実施形態＞
次に本発明の第三実施形態について図６を参照して説明する。第三実施形態では第一、第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第三実施形態では、第二実施形態同様、ダンパ当接面３８上に摩擦係数の異なる二層のコーティング層７０Ａ，７０Ｂが形成されている。これらコーティング層７０Ａ，７０Ｂのうち、少なくとも外側のコーティング層７０Ｂ、即ち、最表面となるコーティング層７０Ｂは、ダンパピン５０の初期接触位置Ｐから離間するに従って摩擦係数が徐々に大きくなるように形成されている。初期接触位置Ｐとは、励振力が作用していない場合に、遠心力によって径方向外側に力を受けたダンパピン５０が接触するコーティング層７０Ａ，７０Ｂ上の位置である。
【００５７】
即ち、本実施形態のダンパ当接面３８上のコーティング層７０Ａ，７０Ｂの摩擦係数は、周方向に対向するコーティング層７０Ａ，７０Ｂ同士の対向距離が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている。
【００５８】
励振力が大きくなるとダンパピン５０の振幅も大きくなるため、ダンパピン５０がダンパ当接面３８の広い範囲に当接するようになる。即ち、ダンパピン５０のコーティング層７０Ａ，７０Ｂに対する接触位置が初期接触位置Ｐから変化する。コーティング層７０Ａ，７０Ｂの摩擦係数をコーティング層７０Ａ，７０Ｂ同士の対向距離に従って大きくなるように設定することで、ダンパピン５０とダンパ当接面３８との間に振動振幅に応じた大きな摩擦力を発生させることができる。即ち、励振力に応じてダンパピン５０が大きく振れた際に、当該ダンパピン５０に対してより大きな摩擦力を生じさせることができる。このように、コーティング層７０Ａ，７０Ｂがダンパピン５０の振幅のストッパとして機能することで当該ダンパピン５０の振動振幅の増大を抑制することができる。
【００５９】
なお、第三実施形態では、互いに周方向に対向する一対のダンパ当接面３８のうち、一方のダンパ当接面３８にのみコーティング層７０Ａ，７０Ｂが形成されていてもよい。
また、コーティング層７０Ａ，７０Ｂは二層構造でなくともよく、一層のみでもよい。また、三層以上形成されていてもよい。
さらに、第一、第二及び第三実施形態では、一対のダンパ当接面３８のうち、一方のみが傾斜し、他方は径方向に沿った構成であってもよい。
【００６０】
＜第四実施形態＞
次に第四実施形態について図７を参照して説明する。第四実施形態では、第一〜第三実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第四実施形態では、タービン動翼３０のプラットフォーム３２の側面３４に、該側面３４から凹み軸線Ｏ方向に延びる溝部１００が形成されている。そして、隣り合うプラットフォーム３２の溝部１００同士によって、これら溝部１００の形状に従ってプラットフォーム３２を軸線Ｏ方向に貫通するように延びる板バネ収容空間Ｒ２が形成されている。
【００６１】
各プラットフォーム３２の側面３４は、当該溝部１００によって径方向に分割されている。プラットフォーム３２の側面３４のうち、当該溝部１００の径方向外側の部分が外周側側面３５とされており、溝部１００の径方向内側の部分が内周側側面３６とされている。
【００６２】
プラットフォーム３２の溝部１００における径方向内側を向く面は、溝部上面１０１とされている。溝部上面１０１は、外周側側面３５の下端に接続されている。溝部上面１０１における外周側側面３５とは反対側の端部は、軸線Ｏに平行かつ径方向に延びる溝部底面１０２の径方向外側の端部に接続されている。溝部底面１０２における径方向内側の端部と内周側側面３６の径方向外側の端部との間には、軸線Ｏに平行かつ周方向に延びて径方向外側を向く溝部下面１０３が形成されている。板バネ収容空間Ｒ２は、互いに隣り合うプラットフォーム３２同士の溝部上面１０１、溝部底面１０２及び溝部下面１０３によって区画形成されている。
【００６３】
＜板バネダンパ＞
本実施形態では、板バネ収容空間Ｒ２に板バネダンパ１１０（ダンパ部材）が収容されている。板バネダンパ１１０は、軸線Ｏに直交する断面形状が、径方向外側に開口するＣ字状をなしている。板バネダンパ１１０は、一様な断面形状で軸線Ｏ方向に延びている。
【００６４】
板バネダンパ１１０は、断面Ｃ字状の両端側の部分が、溝部１００における溝部上面１０１に面接触している。板バネダンパ１１０の断面Ｃ字状における開口は、一対の外周側側面３５の間に位置している。そして、板バネダンパ１１０は、断面Ｃ字状の両端側よりも内側の部分が、溝部底面１０２、溝部下面１０３に順次当接している。板バネダンパ１１０における一対の溝部下面１０３の間の部分は、これら溝部下面１０３にわたっている。板バネダンパ１１０は、断面Ｃ字状の開口を開く方向に付勢されている。
【００６５】
板バネダンパ１１０は、板バネダンパ本体１１１及びコーティング層１１２を有している。
板バネダンパ本体１１１は、金属から形成されており、板バネダンパ１１０における断面Ｃ字状の内側の部分を構成する。コーティング層１１２は、板バネダンパ１１０における断面Ｃ字状の外側の部分を構成しており、板バネダンパ１１０の外面（断面Ｃ字の外側を向く面）に積層されている。コーティング層１１２が、溝部１００の内面である溝部上面１０１、溝部底面１０２及び溝部下面１０３にそれぞれ当接している。このような板バネダンパ１１０は、各板バネ収容空間Ｒ２に対応して複数が設けられている。
【００６６】
ここで本実施形態では、コーティング層１１２を形成する材料の摩擦係数よりも、当該コーティング層１１２が積層された板バネダンパ本体１１１の外面の摩擦係数の方が大きい。即ち、板バネダンパ本体１１１を覆うコーティング層１１２の材料は、板バネダンパ本体１１１の表面よりも摩擦係数が小さい。
板バネダンパ本体１１１は、例えばコーティング層１１２を形成する材料よりも摩擦係数の大きい材料によって形成されている。これにより、板バネダンパ本体１１１の外面の摩擦係数はコーティング層１１２の摩擦係数よりも大きい。また、板バネダンパ本体１１１の外面に例えば機械加工や化学的処理による粗面加工がなされることで、板バネダンパ本体１１１の摩擦係数がコーティング層１１２の摩擦係数よりも大きく設定されていてよい。
【００６７】
＜作用効果＞
板バネダンパ１１０は、隣り合うプラットフォーム３２の溝部１００の内面を付勢力によって押圧している。タービン１０に励振力が作用すると、板バネダンパ１１０の外面が溝部１００の内面に対して滑ることで、板バネダンパ１１０と溝部１００の内面との間で摩擦力が発生する。これにより、当該摩擦力による振動の減衰効果を得ることができる。
【００６８】
そして、第一実施形態と同様、励振力が想定以上に大きい場合には、コーティング層１１２が摩耗し、板バネダンパ本体１１１の外面が露出する。そして、板バネダンパ本体１１１における摩擦力の大きい外面と溝部１００の内面との間で摩擦力が発生し、摩擦減衰を得ることができる。付与される励振力に対して当該摩擦力が適している場合、これによって適切な減衰効果を得ることができる。これにより、次回のメンテナンス時期まで、板バネダンパ１１０は修繕を施すことなく使用し続けることが可能となる。
【００６９】
本実施形態でも、コーティング層１１２が複数層形成されていてもよい。この場合、外側のコーティング層１１２ほど摩擦力が小さく設定される。
また、板バネダンパ本体１１１における軸線Ｏ方向の一部の領域のみにコーティング層１１２を形成してもよい。
【００７０】
さらに、溝部１００の内面にコーティング層１１２を形成してもよい。この場合、コーティング層１１２の摩擦係数は溝部１００の内面の摩擦係数よりも小さく設定される。これによっても、上記同様の作用効果を奏する。また、溝部１００の内面のコーティング層１１２を複数層から形成してもよい。この場合、表面側のコーティング層１１２ほど摩擦係数が小さくなる。
なお、溝部１００の内面における軸線Ｏ方向の一部領域にのみコーティング層１１２を形成してもよい。
【００７１】
＜第五実施形態＞
次に第五実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。第五実施形態では他の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第五実施形態のタービン動翼３０は、翼本体４１の径方向外側の端部にシュラウド１２０を有している。シュラウド１２０は翼本体４１の先端から軸線Ｏ方向及び周方向に張り出すように設けられている。シュラウド１２０における周方向を向く側面１２１の一部は、タービン１０の回転時に周方向に隣り合うシュラウド１２０同士で当接し合うコンタクト面１３０とされている。
【００７２】
本実施形態では、図１０に示すように、シュラウド１２０の側面１２１の一部にコーティング層１４０が形成されている。そして、当該コーティング層１４０の表面が、隣り合うシュラウド１２０同士で当接し合うコンタクト面１３０とされている。隣り合うシュラウド１２０のコンタクト面１３０同士によって、摩擦ダンパ１５０が構成されている。本実施形態では、各コンタクト面１３０の当接箇所に摩擦ダンパ１５０が構成されており、即ち、複数の摩擦ダンパ１５０が構成されている。
【００７３】
ここで本実施形態では、コーティング層１４０を形成する材料の摩擦係数よりも、当該コーティング層１４０が積層されたシュラウド１２０の側面１２１の摩擦係数の方が大きい。即ち、シュラウド１２０の側面１２１を覆うコーティング層１４０の材料は、シュラウド１２０の側面１２１よりも摩擦係数が小さい。
シュラウド１２０の側面１２１は、例えばコーティング層１４０を形成する材料よりも摩擦係数の大きい材料によって形成されている。これにより、シュラウド１２０の側面１２１の摩擦係数はコーティング層１４０の摩擦係数よりも大きい。また、シュラウド１２０の側面１２１に例えば機械加工や化学的処理による粗面加工がなされることで、シュラウド１２０の側面１２１の摩擦係数がコーティング層の摩擦係数よりも大きく設定されていてよい。
【００７４】
＜作用効果＞
本実施形態では、タービン動翼３０に励振力が作用した際に、各摩擦ダンパ１５０のコンタクト面１３０同士の摩擦力により減衰効果を付与することができる。
励振力が想定よりも大きい場合であっても、コーティング層１４０が摩耗した後に露出するシュラウド１２０の側面１２１による摩擦力によって摩擦減衰を得ることができる。また、シュラウド１２０の側面１２１の摩擦係数はコーティング層１４０よりも大きいため、想定より大きい励振力に対して適切な減衰を付与することができる。
【００７５】
なお、コーティング層１４０を複数層から形成してもよい。この場合、最表面のコーティング層１４０の外面がコンタクト面１３０となる。また、表面側のコーティング層１４０ほど摩擦係数が小さく設定される。
【００７６】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば実施形態では、本発明をガスタービン１のタービン動翼３０に適用した例について説明したが、例えばジェットエンジンの動翼や蒸気タービンの動翼等、他の回転機械の動翼に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１    ガスタービン
２    圧縮機
３    圧縮機ロータ
４    圧縮機ケーシング
５    圧縮機動翼段
６    圧縮機動翼
７    圧縮機静翼段
８    圧縮機静翼
９    燃焼器
１０  タービン
１１  タービンロータ
１１ａ       ディスク
１２  タービンケーシング
１３  タービン静翼段
１４  タービン静翼
２０  タービン動翼段
３０  タービン動翼
３１  翼根
３２  プラットフォーム
３３  外周面
３４  側面
３５  外周側側面
３６  内周側側面
３７  凹部
３８  ダンパ当接面
３９  凹部底面
４０  凹部下面
４１  翼本体
５０  ダンパピン（ダンパ部材）
５１  ダンパピン本体
５２  コーティング層
６０Ａ       コーティング層
６０Ｂ       コーティング層
７０Ａ       コーティング層
７０Ｂ       コーティング層
１０１       溝部上面
１０２       溝部底面
１０３       溝部下面
１１０       板バネダンパ（ダンパ部材）
１１１       板バネダンパ本体
１１２       コーティング層
１２０       シュラウド
１２１       側面
１３０       コンタクト面
１４０       コーティング層
１５０       摩擦ダンパ
Ｒ１  ダンパ収容空間
Ｒ２  板バネ収容空間
Ｏ    軸線
Ｐ    初期接触位置
【図１】
2019173659.tif 000003
【図２】
2019173659.tif 000004
【図３】
2019173659.tif 000005
【図４】
2019173659.tif 000006
【図５】
2019173659.tif 000007
【図６】
2019173659.tif 000008
【図７】
2019173659.tif 000009
【図８】
2019173659.tif 000010
【図９】
2019173659.tif 000011