(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン内で、軸線を中心として環状の燃焼ガス流路を画定し、前記軸線を基準として環状の環体を構成するガスタービン部品において、
前記燃焼ガス流路側を向くガスパス面と、前記軸線を基準とした周方向で互いに対向する一対の側面と、前記軸線の方向で互いに対向する一対の軸方向端面とが形成されている金属製の中間構造体と、
前記一対の側面のうち、前記軸線を中心として回転する前記ガスタービンのロータの回転方向における上流側にある回転上流側面と前記ガスパス面とから成る回転上流角部と、前記一対の軸方向端面のうち、前記燃焼ガス流路の上流側にある軸上流端面と前記ガスパス面とから成る軸上流角部とのうち、少なくとも一方の角部を残し、前記中間構造体の前記ガスパス面を被覆するセラミックス層と、
少なくとも前記中間構造体と前記セラミックス層の間に設けられ、前記中間構造体に対する前記セラミックス層の熱膨張量差を緩和する金属製のボンドコート層と、
を備え、
前記中間構造体の前記ガスパス面は、前記少なくとも一方の角部に含まれ、前記セラミックス層で被覆されない縁側ガスパス面と、前記縁側ガスパス面を除くガスパス面であって前記セラミックス層で被覆される主ガスパス面と、を有し、
前記ガスタービン部品のガスパス面は、前記中間構造体の前記縁側ガスパス面又は前記中間構造体の前記縁側ガスパス面上の前記ボンドコート層で形成された縁側ガスパス面と、前記中間構造体の前記主ガスパス面上の前記セラミックス層で形成された主ガスパス面と、を有し、
前記ガスタービン部品の前記縁側ガスパス面は、前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面と面一である、又は、前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面よりも前記軸線に対する径方向における前記燃焼ガス流路側に位置する、
ガスタービン部品。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン部品において、
前記セラミックス層は、少なくとも前記回転上流角部を残し、前記中間構造体の前記ガスパス面を被覆し、
前記回転上流角部には、前記燃焼ガス流路側に向かうにつれて前記回転方向における下流側に傾斜する回転上流側テーパ面が形成されている、
ガスタービン部品。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガスタービン部品において、
前記セラミックス層は、少なくとも前記軸上流角部を残し、前記中間構造体の前記ガスパス面を被覆し、
前記軸上流角部には、前記燃焼ガス流路側に向かうにつれて前記軸線の方向で前記燃焼ガス流路の下流側に傾斜する軸上流側テーパ面が形成されている、
ガスタービン部品。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガスタービン部品において、
前記セラミックス層は、前記軸上流角部と前記回転上流角部とを残し、前記ガスパス面を被覆する、
ガスタービン部品。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガスタービン部品において、
前記軸上流角部と前記回転上流角部とのうち、前記少なくとも一方の角部には、前記ボンドコート層が形成されている、
ガスタービン部品。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガスタービン部品において、
前記中間構造体には、前記回転上流角部又は前記軸上流角部から前記燃焼ガス流路内に空気を噴出する冷却空気孔が形成されている、
ガスタービン部品。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のガスタービン部品において、
前記ガスタービンの動翼と前記軸線に対する径方向で対向し、前記環状の燃焼ガス流路における外周側を画定する分割環を成す、
ガスタービン部品。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のガスタービン部品において、
前記環状の燃焼ガス流路における外周側を画定し、前記ガスタービンの静翼における外側シュラウドを成す、
ガスタービン部品。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のガスタービン部品と、
前記ロータと、
を備えるガスタービン。
【請求項１０】
ガスタービン内で、軸線を中心として環状の燃焼ガス流路を画定し、前記軸線を基準として環状の環体を構成する中間構造体において、
金属で形成され、
前記燃焼ガス流路側を向くガスパス面と、前記軸線を基準にした周方向で互いに対向する一対の側面と、前記軸線の方向で互いに対向する一対の軸方向端面とが形成され、
前記ガスパス面は、セラミックス層で被覆されない縁側ガスパス面とセラミックス層で被覆される主ガスパス面とを有し、
前記一対の側面のうち、前記軸線を中心として回転する前記ガスタービンのロータの回転方向における上流側にある回転上流側面と前記ガスパス面とから成る回転上流角部と、前記一対の軸方向端面のうち、前記燃焼ガス流路の上流側にある軸上流端面と前記ガスパス面とから成る軸上流角部とのうち、少なくとも一方の角部に含まれるガスパス面が、前記縁側ガスパス面を成し、残りのガスパス面が前記主ガスパス面を成し、
前記縁側ガスパス面は、前記主ガスパス面よりも、前記軸線に対する径方向における前記燃焼ガス流路側に位置している、
中間構造体。
【請求項１１】
ガスタービン内で、軸線を中心として環状の燃焼ガス流路を画定し、前記軸線を基準として環状の環体を構成するガスタービン部品の製造方法において、
前記軸線に対する径方向で前記燃焼ガス流路側を向くガスパス面と、前記軸線を基準にした周方向で互いに対向する一対の側面と、前記軸線の方向で互いに対向する一対の軸方向端面とが形成されている金属製の中間構造体を製造する中間構造体製造工程と、
前記ガスパス面と、前記一対の側面と前記ガスパス面との角部の表面と、前記一対の軸方向端面と前記ガスパス面との角部の表面と、をセラミックス層で覆う被覆工程と、
少なくとも前記中間構造体と前記セラミックス層の間に設けられ、前記中間構造体に対する前記セラミックス層の熱膨張量差を緩和する金属製のボンドコート層を形成するボンドコート層形成工程と、
前記一対の側面のうち、前記軸線を中心として回転する前記ガスタービンのロータの回転方向における上流側にある回転上流側面と前記ガスパス面とから成る回転上流角部と、前記一対の軸方向端面のうち、前記燃焼ガス流路の上流側にある軸上流端面と前記前記ガスパス面とから成る軸上流角部とのうち、少なくとも一方の角部における前記セラミックス層を除去する部分除去工程と、
を実行し、
前記中間構造体の前記ガスパス面は、前記少なくとも一方の角部に含まれ、前記セラミックス層で被覆されない縁側ガスパス面と、前記縁側ガスパス面を除くガスパス面であって前記セラミックス層で被覆される主ガスパス面と、を有し、
前記ガスタービン部品のガスパス面は、前記中間構造体の前記縁側ガスパス面又は前記中間構造体の前記縁側ガスパス面上の前記ボンドコート層で形成された縁側ガスパス面と、前記中間構造体の前記主ガスパス面上の前記セラミックス層で形成された主ガスパス面と、を有し、
前記部分除去工程の実行により、前記ガスタービン部品の前記縁側ガスパス面を前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面と面一に形成する、又は、前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面を前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面よりも前記軸線に対する径方向で前記燃焼ガス流路側と反対側に位置するよう形成する、
ガスタービン部品の製造方法。
【請求項１２】
ガスタービン内で、軸線を中心として環状の燃焼ガス流路を画定し、前記軸線を基準として環状の環体を構成するガスタービン部品の修理方法において、
前記ガスタービン部品は、
前記燃焼ガス流路側を向くガスパス面と、前記軸線を基準とした周方向で互いに対向する一対の側面と、前記軸線の方向で互いに対向する一対の軸方向端面とが形成されている金属製の中間構造体と、
前記一対の側面のうち、前記軸線を中心として回転する前記ガスタービンのロータの回転方向における上流側にある回転上流側面と前記ガスパス面とから成る回転上流角部と、前記一対の軸方向端面のうち、前記燃焼ガス流路の上流側にある軸上流端面と前記ガスパス面とから成る軸上流角部とのうち、少なくとも一方の角部を残し、前記中間構造体の前記ガスパス面を被覆するセラミックス層と、
少なくとも前記中間構造体と前記セラミックス層の間に設けられ、前記中間構造体に対する前記セラミックス層の熱膨張量差を緩和する金属製のボンドコート層と、
を備え、
前記ガスタービン部品から、前記セラミックス層を除去する第一除去工程と、
前記ガスパス面と、前記一対の側面と前記ガスパス面との角部の表面と、前記一対の軸方向端面と前記ガスパス面との角部の表面と、をセラミックス層で覆う被覆工程と、
前記一対の側面のうち、前記軸線を中心として回転する前記ガスタービンのロータの回転方向における上流側にある回転上流側面と前記ガスパス面とから成る回転上流角部と、前記一対の軸方向端面のうち、前記燃焼ガス流路の上流側にある軸上流端面と前記前記ガスパス面とから成る軸上流角部とのうち、少なくとも一方の角部における前記セラミックス層を除去する第二除去工程と、
を実行し、
前記中間構造体の前記ガスパス面は、前記少なくとも一方の角部に含まれ、前記セラミックス層で被覆されない縁側ガスパス面と、前記縁側ガスパス面を除くガスパス面であって前記セラミックス層で被覆される主ガスパス面と、を有し、
前記ガスタービン部品のガスパス面は、前記中間構造体の前記縁側ガスパス面又は前記中間構造体の前記縁側ガスパス面上の前記ボンドコート層で形成された縁側ガスパス面と、前記中間構造体の前記主ガスパス面上の前記セラミックス層で形成された主ガスパス面と、を有し、
前記第二除去工程の実行により、前記ガスタービン部品の前記縁側ガスパス面を前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面と面一に形成する、又は、前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面を前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面よりも前記軸線に対する径方向で前記燃焼ガス流路側と反対側に位置するよう形成する、
ガスタービン部品の修理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン内で燃焼ガス流路を画定するガスタービン部品、ガスタービン部品の中間構造体、ガスタービン、ガスタービン部品の製造方法、及びガスタービン部品の修理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮空気を生成する圧縮機と、この圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えている。タービンは、軸線を中心として回転するタービンロータと、タービンロータを覆うタービンケーシングと、を有している。タービンロータは、軸線を中心として、軸線が延びる軸方向に延在するロータ軸と、このロータ軸に固定されている複数の動翼列と、を有している。複数の動翼列は、軸方向で互いに離間してロータ軸に固定され、軸線を基準とした周方向に並ぶ複数の動翼を有している。タービンは、さらに、各動翼列の上流側に配置されている静翼列と、軸線を中心として環状を成し、径方向で動翼列と対向する分割環と、を有している。
【０００３】
タービンを構成する部品のうち、動翼、静翼、及び分割環は、いずれも高温の燃焼ガスに曝される高温部品を成す。これらの高温部品は、いずれも高温の燃焼ガスによる損傷を軽減するための冷却手段を有している。例えば、特許文献１では、冷却通路が内部に形成された分割環が開示されている。
【０００４】
また、上記の高温部品は、金属製の母材の表面に遮熱コーティング（Thermal Barrier Coating : TBC）層が施されている。この遮熱コーティング層に関しては、例えば、特許文献２に記載されている。この遮熱コーティング層は、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ等の金属で形成されるボンドコート層と、ＺｒＯ２系のセラミックで形成されるセラミックス層とを有している。ボンドコート層は、母材の表面に形成される。セラミックス層は、このボンドコート層の表面に形成される。ボンドコート層は、セラミックス層の熱膨張量と母材の熱膨張量との差を緩和し、母材とセラミックス層との間の密着性を確保する役目を主として担っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０３１７５３号公報
【特許文献２】特開２００７−２７０２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、燃焼ガスが流れる流路には、燃焼ガスと共に、微細な金属粉等の異物が流れる。この異物が高温部品に衝突すると、この高温部品の表層を形成する遮熱コーティング層中のセラミックス層の一部にエロージョンによる減肉が生じる。すなわち、セラミックス層の一部が剥離する。一旦、セラミックス層の一部が剥離すると、この剥離した箇所からエロージョンによる減肉が進行する。このため、セラミックス層の剥離を抑制する必要がある。
【０００７】
そこで、本発明は、ガスタービン内で燃焼ガス流路を画定するガスタービン部品におけるセラミックス層の剥離を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービン部品は、
ガスタービン内で、軸線を中心として環状の燃焼ガス流路を画定し、前記軸線を基準として環状の環体を構成するガスタービン部品において、前記燃焼ガス流路側を向くガスパス面と、前記軸線を基準とした周方向で互いに対向する一対の側面と、前記軸線の方向で互いに対向する一対の軸方向端面とが形成されている金属製の中間構造体と、前記一対の側面のうち、前記軸線を中心として回転する前記ガスタービンのロータの回転方向における上流側にある回転上流側面と前記ガスパス面とから成る回転上流角部と、前記一対の軸方向端面のうち、前記燃焼ガス流路の上流側にある軸上流端面と前記ガスパス面とから成る軸上流角部とのうち、少なくとも一方の角部を残し、前記中間構造体の前記ガスパス面を被覆するセラミックス層と、少なくとも前記中間構造体と前記セラミックス層の間に設けられ、前記中間構造体に対する前記セラミックス層の熱膨張量差を緩和する金属製のボンドコート層と、を備える。前記中間構造体の前記ガスパス面は、前記少なくとも一方の角部に含まれ、前記セラミックス層で被覆されない縁側ガスパス面と、前記縁側ガスパス面を除くガスパス面であって前記セラミックス層で被覆される主ガスパス面と、を有する。前記ガスタービン部品のガスパス面は、前記中間構造体の前記縁側ガスパス面又は前記中間構造体の前記縁側ガスパス面上の前記ボンドコート層で形成された縁側ガスパス面と、前記中間構造体の前記主ガスパス面上の前記セラミックス層で形成された主ガスパス面と、を有する。前記ガスタービン部品の前記縁側ガスパス面は、前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面と面一である、又は、前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面よりも前記軸線に対する径方向における前記燃焼ガス流路側に位置する。
【０００９】
脆性材料であるセラミックスで形成された部材は、その表面に対する異物等の衝突角度が９０°に近づくに連れて次第にエロージョン速度が高まる。一方、延性材料である金属で形成された部材は、その表面に対する異物等の衝突角度が９０°に近づくに連れて次第にエロージョン速度が低下する。このため、衝突角度が９０°に近い角度では、セラミックス部材よりも金属部材の方が遥にエロージョン速度が低い。
【００１０】
ガスタービン部品では、回転上流側面とガスパス面との回転上流角部や、軸上流端面と前記ガスパス面との軸上流角部には、燃焼ガス等中の異物が９０°に近い衝突角度で衝突する。当該ガスタービン部品では、ガスタービン部品の角部になる中間構造体の角部の表面には、セラミックス層が形成されておらず、金属が露出している。このため、当該ガスタービン部品では、この角部のエロージョンを抑えることができる。さらに、当該ガスタービン部品では、エロージョンによるセラミックス層の剥離を抑えることができる。
【００１１】
ここで、前記ガスタービン部品において、前記セラミックス層は、少なくとも前記回転上流角部を残し、前記中間構造体の前記ガスパス面を被覆し、前記回転上流角部には、前記燃焼ガス流路側に向かうにつれて前記回転方向における下流側に傾斜する回転上流側テーパ面が形成されてもよい。また、前記ガスタービン部品において、前記セラミックス層は、少なくとも前記軸上流角部を残し、前記中間構造体の前記ガスパス面を被覆し、前記軸上流角部には、前記燃焼ガス流路側に向かうにつれて前記軸線の方向で前記燃焼ガス流路の下流側に傾斜する軸上流側テーパ面が形成されてもよい。
【００１２】
当該ガスタービン部品の角部中のテーパ面は、金属の面である。このテーパ面に対して、異物等が９０°に近い衝突角度で衝突する。前述したように、延性材料である金属で形成された部材は、その表面に対する異物等の衝突角度が９０°に近づくに連れて次第にエロージョン速度が低下する。このため、当該ガスタービン部品では、角部のエロージョンを抑えることができる。
【００１３】
また、以上のいずれかの前記ガスタービン部品において、
前記セラミックス層は、前記軸上流角部と前記回転上流角部とを残し、前記ガスパス面を被覆してもよい。
【００１４】
また、以上のいずれかの前記ガスタービン部品において、前記軸上流角部と前記回転上流角部とのうち、前記少なくとも一方の角部には、前記ボンドコート層が形成されてもよい。
【００１５】
ボンドコート層は、中間構造体に対するセラミックス層の熱膨張量差を緩和する金属で形成されている。この金属は、耐酸化性の高い金属である。このため、当該ガスタービン部品では、金属が露出している角部の酸化を抑えることができる。
【００１６】
以上のいずれかの前記ガスタービン部品において、前記中間構造体には、前記回転上流角部又は前記軸上流角部から前記燃焼ガス流路内に空気を噴出する冷却空気孔が形成されてもよい。
【００１７】
当該ガスタービン部品では、冷却空気孔を流れる冷却空気により角部を冷却することができる。しかも、当該ガスタービン部品では、冷却空気孔から噴出する冷却空気により、この部分への異物の衝突を抑えることができ、この部分のエロージョンを抑えることができる。
【００１８】
以上のいずれかの前記ガスタービン部品において、前記ガスタービンの動翼と径方向で対向し、前記環状の燃焼ガス流路における外周側を画定する分割環を成してもよい。
【００１９】
以上のいずれかの前記ガスタービン部品において、前記環状の燃焼ガス流路における外周側を画定し、前記ガスタービンの静翼における外側シュラウドを成してもよい。
【００２０】
前記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービンは、
以上のいずれかの前記ガスタービン部品と、前記ロータと、を備える。
【００２１】
前記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービン部品の中間構造体は、
ガスタービン内で、軸線を中心として環状の燃焼ガス流路を画定し、前記軸線を基準として環状の環体を構成する中間構造体において、金属で形成され、前記燃焼ガス流路側を向くガスパス面と、前記軸線を基準にした周方向で互いに対向する一対の側面と、前記軸線の方向で互いに対向する一対の軸方向端面とが形成され、前記ガスパス面は、セラミックス層で被覆されない縁側ガスパス面とセラミックス層で被覆される主ガスパス面とを有し、前記一対の側面のうち、前記軸線を中心として回転する前記ガスタービンのロータの回転方向における上流側にある回転上流側面と前記ガスパス面とから成る回転上流角部と、前記一対の軸方向端面のうち、前記燃焼ガス流路の上流側にある軸上流端面と前記ガスパス面とから成る軸上流角部とのうち、少なくとも一方の角部に含まれるガスパス面が、前記縁側ガスパス面を成し、残りのガスパス面が前記主ガスパス面を成し、前記縁側ガスパス面は、前記主ガスパス面よりも、前記軸線に対する径方向における前記燃焼ガス流路側に位置している。
【００２２】
前記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービン部品の製造方法は、
ガスタービン内で、軸線を中心として環状の燃焼ガス流路を画定し、前記軸線を基準として環状の環体を構成するガスタービン部品の製造方法において、前記軸線に対する径方向で前記燃焼ガス流路側を向くガスパス面と、前記軸線を基準にした周方向で互いに対向する一対の側面と、前記軸線の方向で互いに対向する一対の軸方向端面とが形成されている金属製の中間構造体を製造する中間構造体製造工程と、前記ガスパス面と、前記一対の側面と前記ガスパス面との角部の表面と、前記一対の軸方向端面と前記ガスパス面との角部の表面と、をセラミックス層で覆う被覆工程と、少なくとも前記中間構造体と前記セラミックス層の間に設けられ、前記中間構造体に対する前記セラミックス層の熱膨張量差を緩和する金属製のボンドコート層を形成するボンドコート層形成工程と、前記一対の側面のうち、前記軸線を中心として回転する前記ガスタービンのロータの回転方向における上流側にある回転上流側面と前記ガスパス面とから成る回転上流角部と、前記一対の軸方向端面のうち、前記燃焼ガス流路の上流側にある軸上流端面と前記前記ガスパス面とから成る軸上流角部とのうち、少なくとも一方の角部における前記セラミックス層を除去する部分除去工程と、を実行する。前記中間構造体の前記ガスパス面は、前記少なくとも一方の角部に含まれ、前記セラミックス層で被覆されない縁側ガスパス面と、前記縁側ガスパス面を除くガスパス面であって前記セラミックス層で被覆される主ガスパス面と、を有する。前記ガスタービン部品のガスパス面は、前記中間構造体の前記縁側ガスパス面又は前記中間構造体の前記縁側ガスパス面上の前記ボンドコート層で形成された縁側ガスパス面と、前記中間構造体の前記主ガスパス面上の前記セラミックス層で形成された主ガスパス面と、を有する。前記部分除去工程の実行により、前記ガスタービン部品の前記縁側ガスパス面を前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面と面一に形成する、又は、前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面を前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面よりも前記軸線に対する径方向で前記燃焼ガス流路側と反対側に位置するよう形成する。
【００２３】
前記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービン部品の修理方法は、
ガスタービン内で、軸線を中心として環状の燃焼ガス流路を画定し、前記軸線を基準として環状の環体を構成するガスタービン部品の修理方法において、前記ガスタービン部品は、前記燃焼ガス流路側を向くガスパス面と、前記軸線を基準とした周方向で互いに対向する一対の側面と、前記軸線の方向で互いに対向する一対の軸方向端面とが形成されている金属製の中間構造体と、前記一対の側面のうち、前記軸線を中心として回転する前記ガスタービンのロータの回転方向における上流側にある回転上流側面と前記ガスパス面とから成る回転上流角部と、前記一対の軸方向端面のうち、前記燃焼ガス流路の上流側にある軸上流端面と前記ガスパス面とから成る軸上流角部とのうち、少なくとも一方の角部を残し、前記中間構造体の前記ガスパス面を被覆するセラミックス層と、少なくとも前記中間構造体と前記セラミックス層の間に設けられ、前記中間構造体に対する前記セラミックス層の熱膨張量差を緩和する金属製のボンドコート層と、を備える。前記修理方法では、前記ガスタービン部品から、前記セラミックス層を除去する第一除去工程と、前記ガスパス面と、前記一対の側面と前記ガスパス面との角部の表面と、前記一対の軸方向端面と前記ガスパス面との角部の表面と、をセラミックス層で覆う被覆工程と、前記一対の側面のうち、前記軸線を中心として回転する前記ガスタービンのロータの回転方向における上流側にある回転上流側面と前記ガスパス面とから成る回転上流角部と、前記一対の軸方向端面のうち、前記燃焼ガス流路の上流側にある軸上流端面と前記前記ガスパス面とから成る軸上流角部とのうち、少なくとも一方の角部における前記セラミックス層を除去する第二除去工程と、を実行する。前記中間構造体の前記ガスパス面は、前記少なくとも一方の角部に含まれ、前記セラミックス層で被覆されない縁側ガスパス面と、前記縁側ガスパス面を除くガスパス面であって前記セラミックス層で被覆される主ガスパス面と、を有する。前記ガスタービン部品のガスパス面は、前記中間構造体の前記縁側ガスパス面又は前記中間構造体の前記縁側ガスパス面上の前記ボンドコート層で形成された縁側ガスパス面と、前記中間構造体の前記主ガスパス面上の前記セラミックス層で形成された主ガスパス面と、を有する。前記第二除去工程の実行により、前記ガスタービン部品の前記縁側ガスパス面を前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面と面一に形成する、又は、前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面を前記ガスタービン部品の前記主ガスパス面よりも前記軸線に対する径方向で前記燃焼ガス流路側と反対側に位置するよう形成する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一態様によれば、ガスタービン部品におけるセラミックス層の剥離を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部切欠全体側面図である。
【図２】本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部断面図である。
【図３】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン部品としての分割環の斜視図である。
【図４】本発明に係る第一実施形態における分割環を径方向内側から見た図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図４におけるＶI−ＶI線断面図である。
【図７】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン部品としての分割環の製造手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン部品としての分割環の修理手順を示すフローチャートである。
【図９】異物等の衝突角度とエロージョン速度との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る第二実施形態におけるガスタービン部品としての外側シュラウドの斜視図である。
【図１１】本発明に係る第二実施形態における外側シュラウドを径方向内側から見た図である。
【図１２】本発明に係る第二実施形態における外側シュラウドの要部断面図である。
【図１３】本発明に係る第一変形例におけるガスタービン部品の要部断面図である。
【図１４】本発明に係る第二変形例におけるガスタービン部品の要部断面図である。
【図１５】本発明に係る第三変形例におけるガスタービン部品の要部断面図である。
【図１６】本発明に係る第四変形例におけるガスタービン部品の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
「ガスタービンの実施形態」
本発明に係るガスタービンの一実施形態について、図１及ぶ図２を参照して説明する。
【００２８】
本実施形態のガスタービンは、図１に示すように、空気を圧縮する圧縮機１０と、圧縮機１０で圧縮された圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器２０と、燃焼ガスにより駆動するタービン３０と、を備えている。
【００２９】
圧縮機１０は、軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ１１と、圧縮機ロータ１１を覆う圧縮機ケーシング１５と、を有する。タービン３０は、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ３１と、タービンロータ３１を覆うタービンケーシング３５と、を有する。燃焼器２０は、タービンケーシング３５に固定されている。
【００３０】
圧縮機ロータ１１とタービンロータ３１とは、同一軸線Ａｒ上に位置して互いに連結されてガスタービンロータ１を成す。また、圧縮機ケーシング１５とタービンケーシング３５とは、互いに連結されてガスタービンケーシング５を成す。なお、以下では、軸線Ａｒが延びている方向を軸方向Ｄａ、この軸方向Ｄａでタービン３０に対して圧縮機１０が存在する側を軸上流側Ｄａｕ、反対側を軸下流側Ｄａｄとする。また、軸線Ａｒを基準とした周方向Ｄｃで、回転するガスタービンロータ１の回転方向における上流側を回転上流側Ｄｃｕ、その反対側を回転下流側Ｄｃｄとする。さらに、軸線Ａｒに対する径方向を単に径方向Ｄｒとする。
【００３１】
図２に示すように、タービンロータ３１は、その軸線Ａｒを中心として軸方向Ｄａに延びるロータ軸３２と、このロータ軸３２に取り付けられている複数の動翼列３３と、を有する。各動翼列３３は、軸方向Ｄａで互いに離間してロータ軸３２に取り付けられている。各動翼列３３は、いずれも周方向Ｄｃで互いに離間した複数の動翼３４で構成されている。動翼３４は、径方向Ｄｒに延びる翼体３４ａと、この翼体３４ａの径方向Ｄｒ内側に設けられているプラットフォーム３４ｂと、を有する。
【００３２】
タービン３０は、さらに、各動翼列３３の軸上流側Ｄａｕに配置されている静翼列４３と、径方向Ｄｒで動翼列３３と対向する複数の分割環５３と、を有する。静翼列４３は、周方向Ｄｃで互いに離間した複数の静翼４４を有している。静翼４４は、径方向Ｄｒに延びる翼体４４ａと、この翼体４４ａの径方向Ｄｒ内側に設けられている内側シュラウド４４ｂと、この翼体４４ａの径方向Ｄｒ外側に設けられている外側シュラウド４４ｃと、を有する。複数の静翼４４の各内側シュラウド４４ｂ及び各外側シュラウド４４ｃは、周方向Ｄｃに並び軸線Ｄａを中心として環状の環体を構成する。また、複数の分割環５３も、周方向Ｄｃに並び軸線Ｄａを中心として環状の環体を構成する。
【００３３】
タービンケーシング３５内には、軸線Ａｒを中心として環状の燃焼ガス流路ＧＰが形成されている。この環状の燃焼ガス流路ＧＰは、外周側が静翼４４の外側シュラウド４４ｃと分割環５３とで画定され、内周側が静翼４４の内側シュラウド４４ｂと動翼３４のプラットフォーム３４ｂで画定される。この燃焼ガス流路ＧＰには、燃焼器２０からの燃焼ガスＧが流れる。動翼３４、静翼４４及び分割環５３は、いずれも、高温の燃焼ガスＧに曝されるガスタービン部品である。
【００３４】
「ガスタービン部品の第一実施形態」
本発明に係るガスタービン部品の第一実施形態について、図３〜図９を参照して説明する。図３に示す本実施形態のガスタービン部品は、前述した分割環である。
【００３５】
図３に示すように、本実施形態の分割環１００は、軸方向Ｄａ及び周方向Ｄｃに広がる流路形成体１０１と、この流路形成体１０１をタービンケーシング３５の内周側に固定するためのフック１０５と、を有する。フック１０５は、流路形成体１０１の径方向Ｄｒ外側に設けられている。
【００３６】
図５及び図６に示すように、分割環１００は、ニッケル基合金等の母材で形成された中間構造体１１０と、中間構造体１１０の表面の一部を覆う金属製のボンドコート層１２０と、ボンドコート層１２０の表面の一部を覆うセラミックス層１３０と、で形成されている。中間構造体１１０の表面の一部を覆うボンドコート層１２０及びセラミックス層１３０は、遮熱コーティング層を形成する。ボンドコート層１２０は、高い耐酸化性を有すると共に、セラミックス層１３０の熱膨張量と中間構造体１１０の熱膨張量との差を緩和し、中間構造体１１０とセラミックス層１３０との間の密着性を確保できる材料で形成されている。このため、ボンドコート層１２０は、例えば、ＭＣｒＡｌＹ合金で形成される。ここで、Ｍは、ＮｉとＣｏとＦｅとのうち、少なくとも一種の金属元素を含む金属である。また、セラミックス層１３０は、例えば、ＺｒＯ２系のセラミックで形成される。なお、図３〜図６で、複数のドットが付されている領域は、セラミックス層１３０が形成された領域である。
【００３７】
中間構造体１１０には、図３及び図４に示すように、径方向Ｄｒで燃焼ガス流路ＧＰ側を向くつまり径方向Ｄｒ内側の向くガスパス面１０２と、周方向Ｄｃで互いに対向する一対の側面１０３と、軸方向Ｄａで互いに対向する一対の軸方向端面１０４と、が形成されている。ボンドコート層１２０は、ガスパス面１０２上に形成されると共に、一対の側面１０３内及び一対の軸方向端面１０４内の径方向Ｄｒにおけるガスパス面１０２側の部分に形成されている。
【００３８】
ここで、中間構造体１１０の一対の側面１０３のうち、回転上流側Ｄｃｕに位置する側面１０３を回転上流側面１０３ｕとし、その反対側を回転下流側面１０３ｄとする。また、中間構造体１１０の一対の軸方向端面１０４のうち、軸上流側Ｄａｕに位置する軸方向端面１０４を軸上流端面１０４ｕとし、その反対側を軸下流端面１０４ｄとする。さらに、ガスパス面１０２と回転上流側面１０３ｕとの角部を回転上流角部１１５ｕ、ガスパス面１０２と回転下流側面１０３ｄとの角部を回転下流角部１１５ｄ、ガスパス面１０２と軸上流端面１０４ｕとの角部を軸上流角部１１６ｕ、ガスパス面１０２と軸下流端面１０４ｄとの角部を軸下流角部１１６ｄとする。
【００３９】
図５及び図６に示すように、中間構造体１１０のガスパス面１０２は、回転上流角部１１５ｕ及び軸上流角部１１６ｕに含まれる縁側ガスパス面１１２ｂと、この縁側ガスパス面１１２ｂを除くガスパス面１０２である主ガスパス面１１２ａとを有する。縁側ガスパス面１１２ｂは、主ガスパス面１１２ａよりも、燃焼ガス流路ＧＰ側につまり径方向Ｄｒ内側に位置している。より具体的には、本実施形態では、中間構造体１１０の縁側ガスパス面１１２ｂは、主ガスパス面１１２ａからほぼセラミックス層１３０の厚さＴｃ分だけ、径方向Ｄｒ内側に位置している。
【００４０】
ここで、ガスパス面１０２と、このガスパス面１０２に隣接する各面で形成される角部について説明する。
【００４１】
図５に示すように、本実施形態の回転上流角部１１５ｕは、この角部１１５ｕを形成する縁側ガスパス面１１２ｂと、これに隣接する回転上流側面１０３ｕとの交線Ｉを基準に定義される。回転上流角部１１５ｕは、ガスパス面１０２上であって、交線Ｉから所定の距離Ｌｃの位置までの部分と、このガスパス面１０２に隣接する回転上流側面１０３ｕ上であって、同じく交線Ｉから距離Ｌｃの位置までの部分とで形成される部分である。同様に、図６に示すように、本実施形態の軸上流角部１１６ｕは、この角部１１６ｕを形成する縁側ガスパス面１１２ｂと軸上流端面１０４ｕとの交線を基準に定義される。すなわち、本実施形態の軸上流角部１１６ｕは、この交線からガスパス面１０２上の所定の距離の位置までの部分と、この交線から軸上流端面１０４ｕ上の所定の距離の位置までの部分とで形成される部分である。
【００４２】
中間構造体１１０の主ガスパス面１１２ａの全面には、ボンドコート層１２０及びセラミックス層１３０が形成されている。中間構造体１１０の回転上流角部１１５ｕの表面には、図５に示すように、セラミックス層１３０が形成されておらず、ボンドコート層１２０が形成されている。すなわち、回転上流角部１１５ｕに含まれる縁側ガスパス面１１２ｂ及び回転上流側面１０３ｕには、ボンドコート層１２０が露出している。この回転上流角部１１５ｕの表面には、冷却空気孔１１９の開口が形成されている。この冷却空気孔１１９は、径方向Ｄｒ成分を有する方向の延び、分割環１００の径方向Ｄｒ外側に存在する冷却空気を前述の開口から燃焼ガス流路ＧＰ内に噴出する。
【００４３】
また、図６に示すように、中間構造体１１０の軸上流角部１１６ｕの表面にも、セラミックス層１３０が形成されておらず、ボンドコート層１２０が形成されている。すなわち、軸上流角部１１６ｕに含まれる縁側ガスパス面１１２ｂ及び軸上流端面１０４ｕには、ボンドコート層１２０が露出している。一方、中間構造体１１０の軸下流角部１１６ｄの表面及び回転下流角部１１５ｄの表面には、ボンドコート層１２０及びセラミックス層１３０が形成されている。
【００４４】
なお、本実施形態、後述する第二実施形態及び各種変形例では、いずれも中間構造体の軸上流角部及び回転上流角部には、セラミックス層が形成されない。このため、本実施形態、後述する第二実施形態及び各種変形例における中間構造体の軸上流角部及び回転上流角部は、完成品であるガスタービン部品の軸上流角部又は回転上流角部でもある。よって、この軸上流角部又は回転上流角部の表面には、金属製の部材が露出している。
【００４５】
ボンドコート層１２０で表面がセラミックス層１３０で覆われていない部分の厚さＴｂ２は、ボンドコート層１２０で表面がセラミックス層１３０で覆われている部分の厚さＴｂ１より厚くてもよい。
【００４６】
次に、以上で説明した分割環１００の製造手順について、図７に示すフローチャートに従って説明する。
【００４７】
まず、中間構造体１１０を製造する（Ｓ１：中間構造体製造工程）。この中間構造体製造工程（Ｓ１）では、例えば、ニッケル基合金等の母材がほぼ目的の形状になるように鋳造等で成形する。続いて、必要に応じて機械加工して形状を整える。つぎに、ガスパス面１０２にボンドコート層１２０を形成すると共に、一対の側面１０３及び一対の軸方向端面１０４内の径方向Ｄｒにおけるガスパス面１０２側の部分にボンドコート層１２０を形成する（Ｓ２：ボンドコート層形成工程）。ボンドコート層１２０は、前述のＭＣｒＡｌＹ合金等の溶射粉を中間構造体１１０の表面に溶射することで形成される。なお、ボンドコート層１２０は、中間構造体１１０の表面にＭＣｒＡｌＹ合金等を溶接することで形成してもよい。
【００４８】
次に、中間構造体１１０の表面のうち、セラミックス層１３０を形成する部分を含む領域に、前述のＺｒＯ２系等のセラミック溶射粉を溶射する（Ｓ３：被覆工程）。この際、セラミックス層１３０の厚さが目的の厚さよりも若干厚くなるよう、セラミックス溶射粉を溶射する。
【００４９】
次に、被覆工程（Ｓ３）で形成したセラミックス層１３０の表層部分を研削又は研磨等で除去する（Ｓ４：部分除去工程）。被覆工程（Ｓ３）では、中間構造体１１０の表面のうちでセラミックス層１３０を形成すべき面である主ガスパス面１１２ａ上のみならず、セラミックス層１３０を形成しない縁側ガスパス面１１２ｂ上にもセラミックス層１３０が形成される。そこで、ここでは、縁側ガスパス面１１２ｂを成すボンドコート層１２０の表面が露出するまで、被覆工程（Ｓ３）で形成したセラミックス層１３０の表層部分を研削又は研磨する。
【００５０】
以上のように、本実施形態では、被覆工程（Ｓ３）で目的の厚さよりも厚くなるようセラミックス層１３０を形成した後、部分除去工程（Ｓ４）で縁側ガスパス面１１２ｂを成すボンドコート層１２０の表面が露出するまで、被覆工程（Ｓ３）で形成したセラミックス層１３０の表層部分を研削又は研磨する。このため、本実施形態では、主ガスパス面１１２ａ上のセラミックス層１３０の表面と縁側ガスパス面１１２ｂを成すボンドコート層１２０の表面とを容易に面一にすることができる。
【００５１】
次に、分割環１００の修理手順について、図８に示すフローチャートに従って説明する。
【００５２】
まず、修理対象の分割環１００の表面を研削又は研磨し、少なくともセラミックス層１３０を全て除去する（Ｓ１１：第一除去工程）。この第一除去工程（Ｓ１１）では、このセラミックス層１３０の除去に伴いボンドコート層１２０全て又は一部を除去してもよい。
【００５３】
次に、セラミックス層１３０が除去された分割環１００の表面にボンドコート層１２０を追加形成すると共に、その上にセラミックス層１３０を形成する（Ｓ１２：被覆工程）。セラミックス層１３０形成の際には、前述の被覆工程（Ｓ３）と同様、セラミックス層１３０の厚さが目的の厚さよりも若干厚くなるよう、セラミックス溶射粉を溶射する。
【００５４】
次に、被覆工程（Ｓ１２）で形成したセラミックス層１３０の表層部分を研削又は研磨等で除去する（Ｓ１３：第二除去工程）。この第二除去工程（Ｓ１３）では、前述の部分除去工程（Ｓ４）と同様、縁側ガスパス面１１２ｂを成すボンドコート層１２０の表面が露出するまで、被覆工程（Ｓ１２）で形成したセラミックス層１３０の表層部分を研削又は研磨する。従って、主ガスパス面１１２ａ上のセラミックス層１３０の表面と縁側ガスパス面１１２ｂ上のボンドコート層１２０の表面とを容易に面一にすることができる。
【００５５】
次に、以上で説明した分割環１００の作用効果について説明する。
【００５６】
図４に示すように、燃焼ガス流路ＧＰ内で、静翼４４から動翼３４に流れる燃焼ガスＧの流れＧ１は、軸下流側Ｄａｄに向かいつつ回転下流側Ｄｃｄに向かう流れである。このため、燃焼ガスＧ中に金属粉等の異物が含まれている場合、分割環１００の回転上流側Ｄｃｕの部分に対して、この異物が９０°に近い角度で衝突する。
【００５７】
また、分割環１００の軸上流側Ｄａｕに配置されている静翼４４の外側シュラウド４４ｃには、軸下流側Ｄａｄに冷却空気を噴出するものがある。この冷却空気中にも金属粉等の異物が含まれることがある。この場合には、分割環１００の軸上流側Ｄａｕに部分に対して、冷却空気中の異物が９０°に近い角度で衝突する。
【００５８】
また、分割環１００の回転上流側Ｄｃｕに配置されている他の分割環１００には、その回転下流側面１０３ｄから回転下流側Ｄｃｄに冷却空気を噴出するものがある。この冷却空気中にも金属粉等の異物が含まれることがある。この場合には、分割環１００の回転上流側Ｄｃｕに部分に対して、冷却空気中の異物が９０°に近い角度で衝突する。
【００５９】
このため、仮に、分割環１００の軸上流側Ｄａｕの部分及び回転上流側Ｄｃｕの部分にセラミックス層１３０が形成されていると、これらの部分に衝突する異物により、セラミックス層１３０の一部が剥離する可能性が高まる。一旦、セラミックス層１３０の一部が剥離すると、この剥離した箇所からエロージョンによる減肉が進行する。
【００６０】
そこで、本実施形態では、分割環１００の軸上流側Ｄａｕの部分及び回転上流側Ｄｃｕの部分、より具体的には、分割環１００の中間構造体１１０における軸上流角部１１６ｕの表面、及びこの中間構造体１１０における回転上流角部１１５ｕの表面には、セラミックス層１３０を形成せずに、金属製のボンドコート層１２０を露出させている。
【００６１】
図９に示すように、脆性材料であるセラミックスで形成された部材は、その表面に対する異物等の衝突角度が９０°に近づくに連れて次第にエロージョン速度が高まる。このため、異物の衝突角度が９０°に近い、分割環１００における軸上流角部１１６ｕの表面、及び回転上流角部１１５ｕの表面にセラミックス層１３０が形成されていると、この部分のエロージョン速度が他の部分のエロージョン速度よりも高くなる。一方、延性材料である金属で形成された部材は、その表面に対する異物等の衝突角度が２０°程度の場合、エロージョン速度が高いものの、衝突角度が２０°程度から９０°に近づくに連れて次第にエロージョン速度が低下する。このため、衝突角度が９０°に近い角度では、セラミックス部材よりも金属部材の方が遥にエロージョン速度が低い。
【００６２】
したがって、本実施形態では、前述したように、分割環１００における軸上流角部１１６ｕの表面、及び回転上流角部１１５ｕの表面には、セラミックス層１３０が形成されておらず、金属製のボンドコート層１２０が露出しているので、この部分のエロージョンを抑えることができる。さらに、本実施形態では、エロージョンによるセラミックス層１３０の剥離を抑えることができる。
【００６３】
また、本実施形態では、分割環１００における軸上流角部１１６ｕの表面、及び回転上流角部１１５ｕの表面で露出しているボンドコート層１２０は、耐酸化性の高い金属で形成されているので、この部分における酸化を抑えることができる。しかも、本実施形態では、軸上流角部１１６ｕの表面、及び回転上流角部１１５ｕの表面で露出しているボンドコート層１２０の厚さＴｂ２が、表面上にセラミックス層１３０が形成されているボンドコート層１２０の厚さＴｂ１より厚いため、より耐酸化性を高めることができる。
【００６４】
さらに、本実施形態では、回転上流角部１１５ｕの表面に冷却空気孔１１９の開口が形成され、この開口から冷却空気が噴出するので、セラミックス層１３０が形成されていないこの部分を冷却することができる。なお、本実施形態では、回転上流角部１１５ｕの表面に冷却空気孔１１９の開口が形成されているが、軸上流角部１１６ｕの表面に冷却空気孔の開口が形成されていてもよい。また、本実施形態では、回転上流角部１１５ｕにおける軸方向Ｄａの全体にセラミックス層１３０が形成されておらず、ボンドコート層１２０が露出しているが、回転上流角部１１５ｕにおける軸方向Ｄａの上流側ではボンドコート層１２０を露出させ、下流側ではセラミックス層１３０を形成してもよい。
【００６５】
ここで、図４に示す燃焼ガスの流れＧ１と燃焼ガスの流れＧ２について説明する。動翼３４から静翼４４に流れる燃焼ガスの流れＧ２の周方向Ｄｃ成分の速度は、静翼４４から動翼３４に流れる燃焼ガスＧの流れＧ１の周方向Ｄｃ成分の速度よりも小さい。このため、回転上流角部１１５ｕにおける軸下流側Ｄａｄの領域に対する異物の衝突速度は、この回転上流角部１１５ｕにおける軸上流側Ｄａｕの領域に対する異物の衝突速度よりも小さい。したがって、回転上流角部１１５ｕにおける軸下流側Ｄａｄには、前述したように、セラミックス層１３０を施してもよい。
【００６６】
また、本実施形態では、軸上流角部及び回転上流角部の両角部には、セラミックス層が形成されておらず、延性材料である金属が露出しているが、軸上流角部と回転上流角部とのうち、一方の角部にはセラミックス層が形成され、他方の角部では延性材料である金属が露出してもよい。例えば、軸上流角部にはセラミックス層が形成され、回転上流角部では延性材料である金属が露出してもよい。
【００６７】
「ガスタービン部品の第二実施形態」
本発明に係るガスタービン部品の第二実施形態について、図１０〜図１２を参照して説明する。本実施形態のガスタービン部品は、静翼の外側シュラウドである。
【００６８】
図１０に示すように、本実施形態の外側シュラウド２００は、軸方向Ｄａ及び周方向Ｄｃに広がる流路形成体２０１と、この外側シュラウド２００をタービンケーシング３５の内周側に固定するためのフック２０５と、を有する。フック２０５は、流路形成体２０１の径方向Ｄｒ外側に設けられている。また、静翼の翼体４４ａは、流路形成体２０１の径方向Ｄｒ内側に設けられている。
【００６９】
この外側シュラウド２００も、前述の分割環１００と同様、図１２に示すように、金属で形成されている中間構造体２１０と、中間構造体２１０の表面の一部を覆う金属製のボンドコート層１２０と、中間構造体２１０の表面の一部を覆うセラミックス層１３０と、で形成されている。中間構造体２１０の表面の一部を覆うボンドコート層１２０及びセラミックス層１３０は、遮熱コーティング層を形成する。
【００７０】
中間構造体２１０には、径方向Ｄｒで燃焼ガス流路ＧＰ側を向くつまり径方向Ｄｒ内側の向くガスパス面２０２と、周方向Ｄｃで互いに対向する一対の側面２０３と、軸方向Ｄａで互いに対向する一対の軸方向端面２０４と、が形成されている。ボンドコート層１２０は、ガスパス面２０２上に形成されると共に、一対の側面２０３内及び一対の軸方向端面２０４内の径方向Ｄｒにおけるガスパス面２０２側の部分に形成されている。
【００７１】
ここで、中間構造体２１０の一対の側面２０３のうち、回転上流側Ｄｃｕに位置する側面２０３を回転上流側面２０３ｕとし、その反対側を回転下流側面２０３ｄとする。また、中間構造体２１０の一対の軸方向端面２０４のうち、軸上流側Ｄａｕに位置する軸方向端面２０４を軸上流端面２０４ｕとし、その反対側を軸下流端面２０４ｄとする。さらに、ガスパス面２０２と回転上流側面２０３ｕとの角部を回転上流角部２１５ｕ、ガスパス面２０２と回転下流側面２０３ｄとの角部を回転下流角部２１５ｄ、ガスパス面２０２と軸上流端面２０４ｕとの角部を軸上流角部２１６ｕ、ガスパス面２０２と軸下流端面２０４ｄとの角部を軸下流角部２１６ｄとする。
【００７２】
中間構造体２１０のガスパス面２０２は、軸上流角部２１６ｕ及び回転上流角部２１５ｕに含まれる縁側ガスパス面２１２ｂと、この縁側ガスパス面２１２ｂを除くガスパス面２０２である主ガスパス面２１２ａと、を有する。縁側ガスパス面２１２ｂは、ほぼセラミックス層１３０の厚さＴｃ分だけ、主ガスパス面２１２ａよりも、燃焼ガス流路ＧＰ側につまり径方向Ｄｒ内側に位置している。
【００７３】
中間構造体２１０の主ガスパス面２１２ａの全面には、ボンドコート層１２０及びセラミックス層１３０が形成されている。中間構造体２１０の回転上流角部２１５ｕの表面には、セラミックス層１３０が形成されておらず、ボンドコート層１２０が形成されている。すなわち、回転上流角部２１５ｕに含まれる縁側ガスパス面２１２ｂ及び回転上流側面２０３ｕには、ボンドコート層１２０が露出している。中間構造体２１０の軸上流角部２１６ｕの表面にも、ボンドコート層１２０が露出している。すなわち、軸上流角部２１６ｕに含まれる縁側ガスパス面２１２ｂ及び軸上流端面２０４ｕには、セラミックス層１３０が形成されておらず、ボンドコート層１２０が形成されている。一方、中間構造体２１０の軸下流角部２１６ｄの表面及び回転下流角部２１５ｄの表面には、ボンドコート層１２０及びセラミックス層１３０が形成されている。
【００７４】
なお、本実施形態におけるセラミックス層１３０の厚さ、ボンドコート層１２０の厚さは、第一実施形態と同じである。また、本実施形態における角部の定義も第一実施形態の角部の定義と同じである。
【００７５】
以上で説明した外側シュラウド２００は、前述の分割環１００の製造方法と同様に製造される。また、この外側シュラウド２００は、前述の分割環１００の修理方法と同様に修理される。但し、外側シュラウド２００は、これのみが単独で製造又は修理されるのではなく、翼体及び内側シュラウドと一体で製造又は修理される。
【００７６】
次に、以上で説明した外側シュラウド２００の作用効果について説明する。
【００７７】
図１１に示すように、燃焼ガス流路ＧＰ内で、動翼３４から静翼４４に流れる燃焼ガスの流れＧ２は、軸下流側Ｄａｄに向かいつつ周方向Ｄｃに向かう流れである。このため、燃焼ガスＧ中に金属粉等の異物が含まれている場合、外側シュラウド２００の軸上流側Ｄａｕの部分に対して、この異物が９０°に近い角度で衝突する。燃焼ガス流路ＧＰ内で、静翼４４から動翼３４に流れる燃焼ガスの流れＧ１は、軸下流側Ｄａｄに向かいつつ回転下流側Ｄｃｄに向かう流れである。このため、燃焼ガスＧ中に金属粉等の異物が含まれている場合、外側シュラウド２００の回転上流側Ｄｃｕの部分に対して、この異物が９０°に近い角度で衝突する。
【００７８】
また、外側シュラウド２００の軸上流側Ｄａｕの分割環５４には、軸下流側Ｄａｄに冷却空気を噴出するものがある。この冷却空気中にも金属粉等の異物が含まれることがある。この場合には、外側シュラウド２００の軸上流側Ｄａｕに部分に対して、冷却空気中の異物が９０°に近い角度で衝突する。
【００７９】
また、外側シュラウド２００の回転上流側Ｄｃｕに配置されている他の外側シュラウド２００には、その回転下流側面２０３ｄから回転下流側Ｄｃｄに冷却空気を噴出するものがある。この冷却空気中にも金属粉等の異物が含まれることがある。この場合には、外側シュラウド２００の回転上流側Ｄｃｕに部分に対して、冷却空気中の異物が９０°に近い角度で衝突する。
【００８０】
このため、仮に、外側シュラウド２００の軸上流側Ｄａｕの部分及び回転上流側Ｄｃｕの部分にセラミックス層１３０が形成されていると、これらの部分に衝突する異物により、セラミックス層１３０の一部が剥離する可能性が高まる。そこで、本実施形態でも、第一実施形態の分割環１００と同様、外側シュラウド２００の軸上流側Ｄａｕの部分及び回転上流側Ｄｃｕの部分、より具体的には、外側シュラウド２００の中間構造体２１０における軸上流角部２１６ｕの表面、及びこの中間構造体２１０における回転上流角部２１５ｕの表面には、セラミックス層１３０を形成せずに、金属製のボンドコート層１２０を露出させている。
【００８１】
したがって、本実施形態でも、第一実施形態の分割環１００と同様、外側シュラウド２００の中間構造体２１０における軸上流角部２１６ｕ、及びこの中間構造体２１０における回転上流角部２１５ｕのエロージョンを抑えることができる。さらに、本実施形態でも、エロージョンによるセラミックス層１３０の剥離を抑えることができる。
【００８２】
また、本実施形態でも、外側シュラウド２００の中間構造体２１０における軸上流角部２１６ｕの表面、及びこの中間構造体２１０における回転上流角部２１５ｕの表面で露出しているボンドコート層１２０は、耐酸化性の高い金属で形成されているので、この部分における酸化を抑えることができる。
【００８３】
なお、本実施形態では、回転上流角部２１５ｕにおける軸方向Ｄａの全体にセラミックス層１３０が形成されておらず、ボンドコート層１２０が露出しているが、回転上流角部２１５ｕにおける軸方向Ｄａの下流側ではボンドコート層１２０を露出させ、上流側ではセラミックス層１３０を形成してもよい。図１１に示す燃焼ガスの流れＧ２の周方向Ｄｃ成分の速度は、燃焼ガスの流れＧ１の周方向Ｄｃ成分の速度よりも小さい。このため、回転上流角部２１５ｕにおける軸上流側Ｄａｕの領域に対する異物の衝突速度は、この回転上流角部２１５ｕにおける軸上流側Ｄａｕの領域に対する異物の衝突速度よりも小さい。したがって、回転上流角部２１５ｕにおける軸上流側Ｄａｕには、前述したように、セラミックス層１３０を形成してもよい。
【００８４】
なお、本実施形態において、回転上流角部２１５ｕの表面や軸上流角部１１６ｕの表面に冷却空気孔の開口を形成してもよい。また、後述の各変形例においても、回転上流角部の表面や軸上流角部の表面に、冷却空気孔の開口を形成してもよい。
【００８５】
「ガスタービン部品の第一変形例」
以上で説明した第一及び第二実施形態におけるガスタービン部品の第一変形例について、図１３を参照して説明する。なお、以下で説明する各変形例におけるガスタービン部品は、いずれもガスタービンの分割環又は静翼の外側シュラウドである。
【００８６】
本変形例のガスタービン部品３００も、以上の各実施形態と同様、図１３に示すように、金属で形成されている中間構造体１１０ｈと、中間構造体１１０ｈの表面の一部を覆う金属製のボンドコート層１２０ｈと、中間構造体１１０ｈの表面の一部を覆うセラミックス層１３０と、で形成されている。
【００８７】
この中間構造体１１０ｈにも、径方向Ｄｒで燃焼ガス流路ＧＰ側を向くガスパス面１０２と、周方向Ｄｃで互いに対向する一対の側面１０３と、軸方向Ｄａで互いに対向する一対の軸方向端面１０４と、が形成されている。
【００８８】
ガスパス面１０２は、中間構造体１１０ｈの回転上流角部１１５ｕ及び軸上流角部１１６ｕに含まれる縁側ガスパス面１１２ｂと、この縁側ガスパス面１１２ｂを除くガスパス面１０２である主ガスパス面１１２ａと、を有する。縁側ガスパス面１１２ｂは、ほぼセラミックス層１３０の厚さＴｃ分だけ、主ガスパス面１１２ａよりも、燃焼ガス流路ＧＰ側につまり径方向Ｄｒ内側に位置している。
【００８９】
ボンドコート層１２０ｈは、中間構造体１１０ｈの主ガスパス面１１２ａ上と、中間構造体１１０ｈの軸下流角部の表面、中間構造体１１０ｈの回転下流角部の表面に形成されている。ボンドコート層１２０ｈは、中間構造体１１０ｈの軸上流角部１１６ｕの表面、中間構造体１１０ｈの回転上流角部１１５ｕの表面には形成されていない。
【００９０】
セラミックス層１３０は、ボンドコート層１２０ｈの全表面上に形成され、ボンドコート層１２０ｈが形成されていない領域には形成されていない。このため、ボンドコート層１２０ｈが形成されていない中間構造体１１０ｈの軸上流角部１１６ｕの表面、中間構造体１１０ｈの回転上流角部１１５ｕの表面には、セラミックス層１３０は形成されていない。よって、本変形例では、中間構造体１１０ｈの軸上流角部１１６ｕがガスタービン部品３００の軸上流角部を成し、この表面には、金属製の中間構造体１１０ｈが露出している。また、本変形例では、中間構造体１１０ｈの回転上流角部１１５ｕがガスタービン部品３００の回転上流角部を成し、この表面には、金属製の中間構造体１１０ｈが露出している。
【００９１】
従って、本変形例でも、エロージョンによるセラミックス層１３０の剥離を抑えることができる。
【００９２】
「ガスタービン部品の第二変形例」
以上で説明した第一及び第二実施形態におけるガスタービン部品の第二変形例について、図１４を参照して説明する。
【００９３】
以上の各実施形態では、中間構造体１１０の縁側ガスパス面１１２ｂを中間構造体１１０の主ガスパス面１１２ａよりも燃焼ガス流路ＧＰ側に位置させている。すなわち、中間構造体１１０の縁側ガスパス面１１２ｂは、中間構造体１１０の主ガスパス面１１２ａに対して不連続である。
【００９４】
本変形例のガスタービン部品４００では、中間構造体１１０ｉの主ガスパス面１１２ａｉに対して、中間構造体１１０ｉの縁側ガスパス面１１２ｂｉを面一にしている。すなわち、縁側ガスパス面１１２ｂｉは、主ガスパス面１１２ａｉに対して連続である。このため、本変形例では、中間構造体１１０ｉの縁側ガスパス面１１２ｂｉ上のボンドコート層１２０ｉの厚さをほぼセラミックス層１３０の厚さにすることで、ガスタービン部品４００のガスパス面４０２における主ガスパス面４０２ａと縁側ガスパス面４０２ｂとを面一にしている。なお、ガスタービン部品４００の主ガスパス面４０２ａとは、ガスタービン部品４００のガスパス面４０２中で、中間構造体１１０ｉの主ガスパス面１１２ａｉ上のガスパス面である。また、ガスタービン部品４００の縁側ガスパス面４０２ｂとは、ガスタービン部品４００のガスパス面４０２中で、中間構造体１１０ｉの縁側ガスパス面１１２ｂｉ上のガスパス面である。
【００９５】
よって、本変形例では、中間構造体１１０ｉのガスパス面１０２ｉを形成する過程で、主ガスパス面１１２ａｉと縁側ガスパス面１１２ｂｉとを不連続に形成する必要が無く、中間構造体１１０ｉを容易に形成でき、中間構造体１１０ｉの形成コストを抑えることができる。
【００９６】
「ガスタービン部品の第三変形例」
以上で説明した第一及び第二実施形態におけるガスタービン部品の第三変形例について、図１５を参照して説明する。
【００９７】
本変形例のガスタービン部品５００は、中間構造体１１０ｊの軸上流角部１１６ｕ及び回転上流角部１１５ｕにテーパ面１１７，１１８を形成したものである。本変形例の中間構造体１１０ｊの軸上流角部１１６ｕ及び回転上流角部１１５ｕの表面には、以上の各実施形態と同様、ボンドコート層１２０ｊが形成されている。よって、中間構造体１１０ｊの軸上流角部１１６ｕ及び回転上流角部１１５ｕにおけるテーパ面１１７，１１８上に形成されているボンドコート層１２０ｊの表面も、同様に傾斜したテーパ面１１７ｊ，１１８ｊを成す。
【００９８】
軸上流角部１１６ｕのテーパ面１１８は、径方向Ｄｒで燃焼ガス流路ＧＰ側に向かうに連れて次第に軸下流側Ｄａｄに向かう。このテーパ面１１８の軸方向Ｄａの幅Ｗｔ及び径方向Ｄｒの幅Ｗｔは、以下の通りである。
０．５Ｔｃ≦Ｗｔ＜Ｌｃ
なお、Ｔｃはセラミックス層１３０の厚さであり、Ｌｃは第一実施形態で定義した角部幅である。また、テーパ面１１８の幅の基点は、角部を形成する二つの面のそれぞれの延長面の交線Ｉである。また、テーパ面１１８の軸方向Ｄａの幅Ｗｔと径方向Ｄｒの幅Ｗｔとは、上記式を満たす値であれば、互いに異なる値であってもよい。
【００９９】
また、回転上流角部１１５ｕのテーパ面１１７は、径方向Ｄｒで燃焼ガス流路ＧＰ側に向かうに連れて次第に回転下流側Ｄｃｄに向かう。このテーパ面１１７の周方向Ｄｃの幅Ｗｔ及び径方向Ｄｒの幅Ｗｔは、上記式で示す値と同じである。
【０１００】
図９を用いて前述したように、延性材料である金属で形成された部材は、その表面に対する異物等の衝突角度が２０°程度から９０°に近づくに連れて次第にエロージョン速度が低下する。本変形例では、以上で説明したように、金属製の中間構造体１１０ｊの軸上流角部１１６ｕ及び回転上流角部１１５ｕにテーパ面１１７ｊ，１１８ｊが形成されている。異物は、金属製のテーパ面１１７ｊ，１１８ｊに対して９０°に近い衝突角度で衝突する。このため、本変形例では、ガスタービン部品５００の軸上流角部及び回転上流角部におけるエロージョンを抑えることができる。
【０１０１】
なお、本変形例は、第一及び第二実施形態のガスタービン部品に適用した例であるが、他の変形例に適用してもよい。
【０１０２】
「ガスタービン部品の第四変形例」
以上で説明した第一及び第二実施形態におけるガスタービン部品の第四変形例について、図１６を参照して説明する。
【０１０３】
以上の各実施形態では、ガスタービン部品の縁側ガスパス面とガスタービン部品の主ガスパス面とが面一である。なお、ガスタービン部品の縁側ガスパス面及びガスタービン部品の主ガスパス面の定義は、いずれも、ガスタービン部品の第二変形例で説明した定義と同じである。本変形例のガスタービン部品６００は、このガスタービン部品６００の縁側ガスパス面６０２ｂを、ガスタービン部品６００の主ガスパス面６０２ａよりも径方向Ｄｒにおける燃焼ガス流路ＧＰ側に位置させたものである。本変形例の中間構造体１１０ｋの軸上流角部１１６ｕ及び回転上流角部１１５ｕの表面には、以上の各実施形態と同様、ボンドコート層１２０ｋが形成され、このボンドコート層１２０ｋが露出している。
【０１０４】
軸上流側Ｄａｕ又は回転上流側Ｄｃｕからの異物は、ガスタービン部品６００の縁側ガスパス面６０２ｂの存在より、ガスタービン部品６００の主ガスパス面６０２ａ上で縁側ガスパス面６０２ｂ寄りの部分にはほとんど衝突しない。このため、本変形例では、セラミックス層１３０の縁側ガスパス面６０２ｂ寄りの部分のエロージョンを抑えることができる。
【０１０５】
ところで、分割環のガスパス面と、この分割環に径方向Ｄｒで対向する動翼の径方向Ｄｒ外側端との径方向Ｄｒの間隔であるチップクリアランスは、ガスタービンの性能に影響を与える寸法であるため、極めて厳格に管理されている。
【０１０６】
ここで、本変形例のガスタービン部品６００が分割環であり、この分割環における回転上流角部１１５ｕの縁側ガスパス面６０２ｂを、主ガスパス面６０２ａよりも径方向Ｄｒにおける燃焼ガス流路ＧＰ側に位置させた場合について考察する。
【０１０７】
上記の場合、分割環における回転上流角部１１５ｕの縁側ガスパス面６０２ｂと動翼の径方向Ｄｒ外側端との径方向Ｄｒの間隔は、主ガスパス面６０２ａと動翼の径方向Ｄｒ外側端との径方向Ｄｒの間隔よりも狭くなる。この場合、縁側ガスパス面６０２ｂと動翼の径方向Ｄｒ外側端との径方向Ｄｒの間隔を前述のチップクリアランスとして扱うと、主ガスパス面６０２ａと動翼の径方向Ｄｒ外側端との径方向Ｄｒの間隔がこのチップクリアランスより広いため、ガスタービンの性能が低下する。逆に、主ガスパス面６０２ａと動翼の径方向Ｄｒ外側端との径方向Ｄｒの間隔を前述のチップクリアランスとして扱うと、縁側ガスパス面６０２ｂと動翼の径方向Ｄｒ外側端との径方向Ｄｒの間隔がこのチップクリアランスより狭いため、動翼が縁側ガスパス面６０２ｂに接触するおそれがある。
【０１０８】
そこで、本変形例のガスタービン部品６００が分割環である場合には、分割環の縁側ガスパス面６０２ｂのうち、動翼の径方向Ｄｒ端部と対向しない領域の縁側ガスパス面６０２ｂのみを、主ガスパス面６０２ａよりも径方向Ｄｒにおける燃焼ガス流路ＧＰ側に位置させることが好ましい。この観点から、分割環の軸上流角部１１６ｕを含む縁側ガスパス面６０２ｂは、主ガスパス面６０２ａよりも径方向Ｄｒにおける燃焼ガス流路ＧＰ側に位置させてもよい。また、分割環の回転上流角部１１５ｕを含む縁側ガスパス面６０２ｂに関しては、動翼の径方向Ｄｒ端部と対向しない軸上流側Ｄａｕ及び軸下流側Ｄａｄの部分のみ、主ガスパス面６０２ａよりも径方向Ｄｒにおける燃焼ガス流路ＧＰ側に位置させてもよい。
【０１０９】
なお、本変形例は、第一及び第二実施形態のガスタービン部品に適用した例であるが、他の変形例に適用してもよい。
【０１１０】
「ガスタービン部品のその他の変形例」
【０１１１】
以上で説明した各実施形態及び各変形例のガスタービン部品では、軸上流角部及び回転上流角部の両角部にはセラミックス層が形成されておらず、延性材料である金属が露出している。しかしながら、軸上流角部と回転上流角部とのうち、一方の角部にはセラミックス層が形成され、他方の角部では延性材料である金属が露出してもよい。例えば、軸上流角部にはセラミックス層が形成され、回転上流角部では延性材料である金属が露出してもよい。また、回転上流角部にはセラミックス層が形成され、軸上流角部では延性材料である金属が露出してもよい。
【０１１２】
以上で説明した各実施形態及び各変形例のガスタービン部品は、いずれも、環状の燃焼ガス流路ＧＰの外周側を画定するガスタービン部品、つまり静翼の外側シュラウド及び分割環に本発明を適用した例である。しかしながら、環状の燃焼ガス流路ＧＰの内周側を画定するガスタービン部品、つまり静翼の内側シュラウド及び動翼のプラットフォームに本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１：ガスタービンロータ、５:ガスタービンケーシング、１０：圧縮機、１１：圧縮機ロータ、１５：圧縮機ケーシング、２０：燃焼器、３０：タービン、３１：タービンロータ、３２：ロータ軸、３４：動翼、３４ａ：翼体、３４ｂ：プラットフォーム、３５：タービンケーシング、４４：静翼、４４ａ：翼体、４４ｂ：内側シュラウド、４４ｃ，２００：外側シュラウド、５３，１００：分割環、１１０，１１０ｈ、１１０ｉ，１１０ｊ，１１０ｋ，２１０：中間構造体、１０２，２０２，４０２，６０２：ガスパス面、１１２ａ，２１２ａ，４０２ａ，６０２ａ：主ガスパス面、１１２ｂ，２１２ｂ，４０２ｂ，６０２ｂ：縁側ガスパス面、１０３，２０３：側面、１０３ｕ，２０３ｕ：回転上流側面、１０３ｄ，２０３ｄ：回転下流側面、１０４，２０４：軸方向端面、１０４ｕ，２０４ｕ：軸上流端面、１０４ｄ，２０４ｄ：軸下流端面、１１５ｕ，２１５ｕ：回転上流角部、１１５ｄ，２１５ｄ：回転下流角部、１１６ｕ，２１６ｕ：軸上流角部、１１６ｄ，２１６ｄ：軸下流角部、１１７，１１７ｊ，１１８，１１８ｊ：テーパ面、１２０，１２０ｈ，１２０ｉ，１２０ｊ，１２０ｋ：ボンドコート層、１３０：セラミックス層、３００，４００，５００，６００：ガスタービン部品
【図１】
0006459050.tif 000002
【図２】
0006459050.tif 000003
【図３】
0006459050.tif 000004
【図４】
0006459050.tif 000005
【図５】
0006459050.tif 000006
【図６】
0006459050.tif 000007
【図７】
0006459050.tif 000008
【図８】
0006459050.tif 000009
【図９】
0006459050.tif 000010
【図１０】
0006459050.tif 000011
【図１１】
0006459050.tif 000012
【図１２】
0006459050.tif 000013
【図１３】
0006459050.tif 000014
【図１４】
0006459050.tif 000015
【図１５】
0006459050.tif 000016
【図１６】
0006459050.tif 000017