(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する動翼と、前記動翼を内包するケーシングとを備えた回転機械において、
前記ケーシングの内表面に施工された、合金成分からなる接合用の第１コーティングと、
前記ケーシングの内表面に前記第１コーティングを介して施工された、合金成分もしくはセラミックス成分からなる、前記動翼の先端が接触したときに磨耗する第２コーティングと、
前記ケーシングの内表面に前記第１コーティングを介して施工された、前記第２コーティングより密度の小さく気孔率が大きな合金成分もしくはセラミックス成分からなる、前記動翼の先端が接触したときに磨耗する第４コーティングとを有し、
前記第２コーティングは、前記動翼の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応する領域であって、前記動翼の先端の肉厚が最大値の１００％の位置から前縁側と後縁側の両方に向かう領域の全体にわたって施工され、
前記第４コーティングは、前記動翼の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応しない領域に施工されていることを特徴とする回転機械。
【請求項２】
請求項１記載の回転機械において、
前記第２および第４コーティングの表面に凹凸を形成したことを特徴とする回転機械。
【請求項３】
請求項１記載の回転機械において、
前記第１コーティングと前記第２および第４コーティングとの間に施工された、合金成分もしくはセラミックス成分からなる第３コーティングを更に有することを特徴とする回転機械。
【請求項４】
請求項３記載の回転機械において、
前記第２および第４コーティングの表面に凹凸を形成したことを特徴とする回転機械。
【請求項５】
請求項１記載の回転機械において、
前記第２コーティングおよび前記第４コーティングに、前記動翼の背側形状と平行なスリットと、前記動翼の回転方向と平行なスリットとを形成したことを特徴とする回転機械。
【請求項６】
請求項５記載の回転機械において、
前記第２コーティングおよび前記第４コーティングの表面に凹凸を形成したことを特徴とする回転機械。
【請求項７】
請求項５記載の回転機械において、
前記第１コーティングと前記第２コーティングとの間に施工された、合金成分もしくはセラミックス成分からなる第３コーティングを更に有することを特徴とする回転機械。
【請求項８】
請求項７記載の回転機械において、
前記第２コーティングおよび前記第４コーティングの表面に凹凸を形成したことを特徴とする回転機械。
【請求項９】
回転する動翼と、前記動翼を内包するケーシングとを備えた回転機械において、
前記ケーシングの内表面に施工された、合金成分からなる接合用の第１コーティングと、
前記ケーシングの内表面に前記第１コーティングを介して施工された、合金成分もしくはセラミックス成分からなる、前記動翼の先端が接触したときに磨耗する第２コーティングとを有し、
前記第２コーティングの前記動翼の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応する領域であって、前記動翼の先端の肉厚が最大値の１００％の位置から前縁側と後縁側の両方に向かう領域の全体にわたって前記動翼の背側形状と平行な第１スリットを形成し、前記第２コーティングの前記動翼の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応しない領域に、前記動翼の背側形状と平行で、前記第１スリットの間隔より間隔が短い第２スリットを形成したことを特徴とする回転機械。
【請求項１０】
請求項９記載の回転機械において、
前記第２コーティングの表面に凹凸を形成したことを特徴とする回転機械。
【請求項１１】
請求項９記載の回転機械において、
前記第１コーティングと前記第２コーティングとの間に施工された、合金成分もしくはセラミックス成分からなる第３コーティングを更に有することを特徴とする回転機械。
【請求項１２】
請求項１１記載の回転機械において、
前記第２コーティングの表面に凹凸を形成したことを特徴とする回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの構成要素であるタービン等の回転機械に係わり、特に動翼とこの動翼を内包するケーシングを備え、動翼とケーシング間に燃焼ガスが通過する流路を形成する回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンは、圧縮機、燃焼器、タービンから構成されている。圧縮機は大気から吸い込んだ空気を作動流体として断熱圧縮し、燃焼器は、圧縮機から供給された圧縮空気に燃料を混合し燃焼させることで、高温高圧の燃焼ガスを生成し、タービンは、燃焼器から導入した燃焼ガスの膨張の際に回転動力を発生させる。タービンからの排気は大気中に放出される。タービンにより発生した回転動力から圧縮機を駆動する動力を差し引いた残りの動力が、ガスタービンの発電動力となり発電機を駆動する。
【０００３】
タービンは、動翼と動翼を内包するケーシングを備え、上記膨張した燃焼ガスは、ケーシングに内包される動翼が回転軸を中心として回転しながら形成される流路を通過するが、この際、動翼とケーシング間の間隙により流体性能は一般に低下する。しかしながら、高速で回転する動翼がケーシングに接触することは、タービンの損傷に繋がる恐れがある。従来、一般的には、ガスタービンの起動／定格／停止の運転を通じて、間隙がゼロとなり動翼がケーシングに接触することがないように、十分な初期間隙を設定する構造を採用している。しかしながら必要以上のマージンを含む間隙を設けることは、上述のように流体性能が低下するという問題が生じる。
【０００４】
この問題を解決するために、動翼のケーシング側の先端、もしくは例えば特許文献１に記載のように、ケーシングの内周面に金属よりも被削性の高いセラミック系の材料を施工し、運転中に両者が接触した際に硬度の小さいセラミック系の材料が被削されることで、間隙をゼロとする構造が採用されている。また、特許文献１では、マイクロクラックを有するセラミックコーティング層と、異なる密度を有するセラミックコーティング層と、合金層とを含むことで、耐腐食性、耐侵食性および耐酸化性に富んだコーティング層を実現している。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１３３００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように特許文献１記載では、ケーシングの内面に金属よりも被削性の高いセラミック系の材料を施工し、運転中に両者が接触した際に硬度の小さいセラミック系の材料が被削されることで間隙をゼロとし、流体性能の低下を抑制している。
【０００７】
しかしながら、特許文献１の構造では、動翼先端の接触時には翼の先端が一様にセラミック層に当るため、摩擦による発熱および翼の先端に作用する反力が過大となることが懸念される。動翼は高速で回転し続けるために、過大な摩擦熱もしくは反力による動翼の先端面の損傷を防止することが望ましい。
【０００８】
本発明の目的は、動翼とケーシング間の間隙を可能な限り小さくし、流体性能を向上させるとともに、動翼の先端がケーシングに接触した際の摩擦による発熱量を低減しかつ動翼への反力を抑制することが可能となる回転機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、回転する動翼と、前記動翼を内包するケーシングとを備えた回転機械において、前記ケーシングの内表面に施工された、合金成分からなる接合用の第１コーティングと、前記ケーシングの内表面に前記第１コーティングを介して施工された、合金成分もしくはセラミックス成分からなる、前記動翼の先端が接触したときに磨耗する第２コーティングと、前記ケーシングの内表面に前記第１コーティングを介して施工された、前記第２コーティングより密度の小さく気孔率が大きな合金成分もしくはセラミックス成分からなる前記動翼の先端が接触したときに磨耗する第４コーティングとを有し、前記第２コーティングは、前記動翼の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応する領域であって、前記動翼の先端の肉厚が最大値の１００％の位置から前縁側と後縁側の両方に向かう領域の全体にわたって施工され、前記第４コーティングは、前記動翼の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応しない領域に施工するものとする。
【００２４】
このようにケーシングの内表面に動翼の先端が接触したときに磨耗する第２コーティングと第４コーティングを施工することにより、動翼とケーシング間の間隙を可能な限り小さくし、流体性能を向上させることができる。
【００２５】
また、第２コーティングより密度の小さく気孔率が大きな合金成分もしくはセラミックス成分からなる第４コーティングを動翼の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応しない領域に施工することで、動翼の先端が第４コーティングに接触した際に、翼の先端が第２コーティングに一様に当ることなく、翼の剛性が大きい部分のみが第２コーティングに接触し、摩擦による発熱量を低減しかつ動翼への反力を抑制することが可能となる。
【００２６】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記第２および第４コーティングの表面に凹凸を形成する。
【００２７】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記第１コーティングと前記第２コーティングおよび前記第４コーティングとの間に施工された、合金成分もしくはセラミックス成分からなる第３コーティングを更に有する。
【００２８】
（４）上記（３）において、好ましくは、前記第２および第４コーティングの表面に凹凸を形成している。
（５）上記（１）において、好ましくは、前記第２コーティングおよび前記第４コーティングに、前記動翼の背側形状と平行なスリットと、前記動翼の回転方向と平行なスリットとを形成する。
これにより第２コーティングおよび第４コーティングがセグメント化され、動翼の先端が接触した部分の周辺の最小限の範囲のみをはく離させることが可能となる。また、動翼の背側の形状と平行なスリットを経て接触することで、接触時の反力が翼先端の１点のみへ集中することを回避できる。
（６）上記（５）において、好ましくは、前記第２コーティングおよび第４コーティングの表面に凹凸を形成している。
これにより動翼がケーシングに接触した際の接触面積を低減し、摩擦による発熱を抑制できるとともに、反力を低減することができる。
（７）上記（５）において、好ましくは、  前記第１コーティングと前記第２コーティングとの間に施工された、合金成分もしくはセラミックス成分からなる第３コーティングを更に有する。
このように第３コーティングを施工し、その合金成分もしくはセラミックス成分の材質や気孔率等を適宜選択することにより、第１コーティングの摩耗性を確保しつつ、コーティング全体（翼車間隙制御コーティング）の耐腐食性等のその他の必要な機能を確保することができる。
（８）上記（７）において、好ましくは、前記第２コーティングおよび前記第４コーティングの表面に凹凸を形成する。
【００２９】
（９）さらに、上記目的を達成するために、本発明は、回転する動翼と、前記動翼を内包するケーシングとを備えた回転機械において、前記ケーシングの内表面に施工された合金成分からなる接合用の第１コーティングと、前記ケーシングの内表面に前記第１コーティングを介して施工された、合金成分もしくはセラミックス成分からなる、前記動翼の先端が接触したときに磨耗する第２コーティングとを有し、前記第２コーティングの前記動翼の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応する領域であって、前記動翼の先端の肉厚が最大値の１００％の位置から前縁側と後縁側の両方に向かう領域の全体にわたって前記動翼の背側形状と平行な第１スリットを形成し、前記第２コーティングの前記動翼の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応しない領域に、前記動翼の背側形状と平行で、前記第１スリットの間隔より間隔が短い第２スリットを形成するものとする。
【００３０】
このようにケーシングの内表面に動翼の先端が接触したときに磨耗する第２コーティングを施工することにより、動翼とケーシング間の間隙を可能な限り小さくし、流体性能を向上させることができる。
【００３１】
また、第２コーティングの動翼の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応しない領域に、動翼の背側形状と平行で、第１スリットの間隔より間隔が短い第２スリットを形成することで、動翼の先端が第２コーティングに接触した際に、動翼の先端が一様に当ることなく摩擦による発熱量を低減し、かつ翼の剛性が小さい部分へ作用する反力を抑制することが可能となる。
【００３２】
（１０）上記（９）において、好ましくは、前記第２コーティングの表面に凹凸を形成している。
【００３３】
（１１）上記（９）において、好ましくは、前記第１コーティングと前記第２コーティングとの間に施工された、合金成分もしくはセラミックス成分からなる第３コーティングを更に有する。
【００３４】
（１２）上記（１１）において、好ましくは、前記第２コーティングの表面に凹凸を形成している。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、動翼の先端が接触したときに磨耗する第２コーティングを動翼の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応する領域に施工するなどの手段を採用することで、動翼とケーシング間の間隙を可能な限り小さくし、流体性能を向上させることができるとともに、動翼の先端がケーシングに接触した際の摩擦による発熱量を低減しかつ動翼への反力を抑制することができる。
【００３６】
また、第２コーティングをセグメント化することで、動翼の先端が接触した部分の周辺の最小限の範囲のみをはく離させることが可能となる。また、動翼の背側の形状と平行なスリットを経て接触することで、接触時の反力が翼先端の１点のみへ集中することを回避できる。
【００３７】
また、第２コーティングの表面に凹凸を形成することで、動翼がケーシングに接触した際の接触面積を低減し、摩擦による発熱を抑制できるとともに、反力を低減することができる。
【００３８】
さらに、第１コーティングと第２コーティングとの間に第３コーティングを施工し、その合金成分もしくはセラミックス成分の材質や気孔率等を適宜選択することにより、第１コーティングの摩耗性を確保しつつ、コーティング全体（翼車間隙制御コーティング）の耐腐食性等のその他の必要な機能を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の参考例と実施の形態を図面に従い説明する。
【００４０】
〜第１の参考例〜
図１は本発明の第１の参考例に係わる回転機械であるタービンを備えたガスタービンの全体構成を示す構造断面図であり、図２は、動翼の回転軸と直交する平面で切ったタービンの部分断面図である。
【００４１】
ガスタービンは、大きく分けて圧縮機１、燃焼器２およびタービン３（回転機械）から構成されている。圧縮機１は大気から吸い込んだ空気を作動流体として断熱圧縮し、燃焼器２は圧縮機１から供給された圧縮空気に燃料を混合したものを燃焼させることで高温高圧のガスを生成し、タービン３は燃焼器２から導入した燃焼ガスの膨張の際に回転動力を発生させる。タービン３からの排気は大気中に放出される。タービン３により発生した回転動力から圧縮機１を駆動する動力を差し引いた残りの動力が、ガスタービンの発生動力となり発電機を駆動する。
【００４２】
タービン３は、タービンロータ１０の外周に加工された植込み溝へ嵌合される動翼５と、タービンロータ１０および動翼５を内包するケーシング４とを備えている。動翼５は多段に配置されている。
【００４３】
タービン３に導入した膨張する燃焼ガスはケーシング４に内包される動翼５が回転軸を中心として回転しながら形成される流路を通過する。このとき、動翼５とケーシング４間の間隙により流体性能は一般に低下する。しかしながら、高速で回転する動翼５がケーシング４に接触することは、タービン３の破損に繋がる恐れがある。従来は、ガスタービンの起動／定格／停止の運転を通じて、当該間隙がゼロとなって動翼５がケーシング４に接触することが無いように、十分な初期間隙を設定する構造を採用している。しかしながら、必要以上のマージンを含む間隙を設けることにより、性能が低下するのが一般的である。
【００４４】
この問題を解決するために、本参考例では、図２に示すように、ケーシング４の内表面に翼車間隙制御コーティング１９が施工されている。図中、１４は動翼５の回転方向を示す。
【００４５】
図３は翼車間隙制御コーティング１９の詳細を示す図であり、図４は翼車間隙制御コーティング１９を施したケーシング４の一部を取り出して示す斜視図である。
【００４６】
翼車間隙制御コーティング１９は、動翼５を内包するケーシング４の内表面に施工された、合金層からなる接合用の第１コーティング７と、ケーシング４の内表面に第１コーティング７を介して施工された、合金層もしくはセラミックス層からなる、動翼５の先端が接触したときに磨耗する第２コーティング８とから構成され、第２コーティング８は、動翼５の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応する領域に施工されている。このように翼車間制御コーティング１９を構成することで、動翼とケーシング間の間隙を可能な限り小さくし、流体性能を向上させるとともに、図５に示すように動翼５の先端がケーシング４の内周面（翼車間制御コーティング１９）に接触した際に、動翼の先端が一様に当ることなく、動翼の剛性が大きい部分のみが接触することで、摩擦による発熱量および動翼への反力を抑制する。
【００４７】
すなわち、動翼５とケーシング４とが接触した際は、動翼５の先端が一様に当たることなく、剛性の大きい動翼５の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応する部分が第２コーティング８と接触する一方、剛性が小さい、動翼５の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲以外に対応する部分は第２コーティング８とは接触せず、その部分が欠けることが抑制される。さらに、接触範囲が制限されるので、摩擦による発熱は抑制され、かつ動翼５への反力を抑制することができる。
【００４８】
第１コーティング７の合金層の成分（合金成分）としては、コバルト、ニッケル、クロム、アルミニウム、イットリウムからなる合金の採用が望ましく、コバルトとニッケルは同時に含まれてなくてもよい。第１コーティング７の合金層の厚さとしては０．１〜０．５ｍｍが望ましい。
【００４９】
第２コーティング８がセラミックス層からなる場合、セラミック層の成分（セラミック成分）としては、イットリウムの添加により安定化されたジルコニア、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタニウムの採用が望ましく、もしくはその混合物でもよい。第２コーティング８のセラミック層の厚さとしては０．１〜２．０ｍｍが望ましい。また、第２コーティング８が合金層からなる場合は、その合金層の成分（合金成分）として第１コーティング７の合金層の成分と同じものを採用することができる。ただし、第２コーティング８の合金層は、動翼５の先端が接触したときに磨耗するように第１コーティング７の合金層より気孔率を大きくし、密度が小さいものとする。セラミック層は例えばセラミック材料を溶射することにより形成することができ、溶射の条件を変えることで、気孔率および密度を調整することができる。
【００５０】
第２コーティング８を動翼５の先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応する領域に施工することの適切性について図６及び図７を用いて説明する。図６は、断面矩形の板材の板厚ｈと断面係数Ｚとの関係を示す図であり、図７は、動翼５の板厚ｈと動翼５の根元に作用する曲げ応力σとの関係を示す図である。
【００５１】
図６に示すように、一般に板厚ｈと断面係数Ｚの関係はＺ＝ｂｈ２／６の式で表され（ｂは板材の板幅）、２次曲線となる。
【００５２】
図７の右上側に示すように、翼長Ｌの動翼５の先端がケーシング４に接触した際に荷重Ｆが作用すると仮定すると、動翼５の根元にはＦ×Ｌで求められる曲げモーメントＭが作用する。動翼５の健全性を確保するためには、曲げモーメントＭが作用しても、動翼５に塑性変形が生じないことが求められる。このため動翼５を対象として、有限要素法を用いた解析を行ない、発生応力を許容値以下に抑制できる形状設計を行なうことが望ましいが、設計効率の向上のため、簡便かつ保守的な評価を行なうことが求められることが多い。
【００５３】
簡便なモデル化を目的として、動翼５の最大幅をｂ、最大の板厚をｈとし、動翼５を板幅ｂ、板厚ｈの断面矩形の板材であると仮定すると、断面係数Ｚは、上述したようにｂｈ２÷６にて求められ、根元にはＭ÷Ｚにて求められる曲げ応力σが作用する。一般に、翼の根元に塑性変形が生じないように、この曲げ応力σが降伏応力を安全率で除した値以下となるように、最大の板厚ｈを設計する必要がある。安全率の例としては、1995 ASME Boiler & Pressure Vessel Code SectionVIIIDivision1 Appendix Pにおいて、析出強化型の合金に対して安全率４を提案している。
【００５４】
動翼５の曲げ応力σが降伏応力を安全率４で除した値以下となるように、動翼５の最大の板厚ｈを設計した場合、図７に示すように、動翼５がケーシング４と接触する範囲を板厚が最大値の５０％以上になるように制限することで、動翼５の根元に発生する曲げ応力を降伏応力以下に抑制でき、さらに板厚を必要以上の厚みとしないことで、材料費を抑制することができる。
【００５５】
以上のように本参考例によれば、ケーシング４の内表面に合金層からなる第１コーティング７を施工し、さらに動翼先端の肉厚が最大値の５０％から１００％の範囲に対応するケーシング４の内面の領域に、合金層もしくはセラミック層からなる第２コーティング８を施工したため、動翼とケーシング間の間隙を可能な限り小さくし、流体性能を向上させるとともに、動翼５の先端が外周に接触した際に、動翼５の先端が一様に当ることなく、動翼の剛性が大きい部分のみが接触することで、摩擦による発熱量および動翼への反力を抑制することができる。
【００５６】
〜第２の参考例〜
図８は、本発明の第２の参考例に係わるタービンの翼車間隙制御コーティングを示す図である。
【００５７】
動翼５の先端が翼車間隙制御コーティング１９の第２コーティング８に接触した際には、回転方向１４に沿って広範囲にわたって第２コーティング８のはく離を引き起こす恐れがある。そこで本参考例においては、図８に示すように、合金層もしくはセラミック層からなる第２コーティング８に、動翼５の背側の形状と平行なスリット１５と動翼５の回転方向に延びるスリット１６とを形成する。これにより第２コーティング８がセグメント化され、動翼５の先端が接触した部分の周辺の最小限の範囲のみをはく離させることが可能となる。また、動翼５の背側の形状と平行なスリット１５を経て接触することで、接触時の反力が翼先端の１点のみへ集中することを回避できる。
【００５８】
図９は、第２の参考例における翼車間隙制御コーティング１９のスリットの施工方法の一例を示す図である。
【００５９】
図９に示すように、コーティング１９を施工する際には、マスキング用の部材１７を事前にケーシング４の内面に施工しておき（図９（ａ）、第１コーティング７の合金層を介して合金層もしくはセラミック層からなる第２コーティング８を施工した後に、マスキング用の部材１７を除去することで（図９（ｂ）→図９（ｃ））、スリット９（スリット１５，１６に相当）を施工することができる（図９（ｄ））。このときマスキング用の部材１７の断面形状は除去の容易性を考慮して台形とすることが好ましいが、台形に限らず矩形であってもよい。
【００６０】
〜第３の参考例〜
図１０は、本発明の第３の参考例に係わるタービンの翼車間隙制御コーティングを示す図であり、図１１〜図１３は、その変形例を示す図である。図中、図３に示した部分と同等のものには同じ符号を付している。
【００６１】
図１０において、本参考例は、合金層もしくはセラミック層からなる第２コーティング８の表面に凹凸１１を設けたものであり、これにより動翼５とケーシング４が接触した際の接触面積を低減し、発熱を抑制するとともに、反力も低減することができる。ここで凹凸の形状は、図１０から図１２に示すように、三角形状（凹凸１１）、台形状（凹凸１２）、波状（凹凸１３）等の所望の形状とすることができる。
【００６２】
また、合金層もしくはセラミック層からなる第２コーティング８の表面の凹凸は機械加工により施工してもよいし、図１３に示すように、予め機械加工などによりケーシングの表面を凹凸に加工しておき、合金層からなる第１コーティング７を介して、合金層もしくはセラミック層からなる第２コーティング８を施工することにより形成してもよい。
【００６３】
〜第４の参考例〜
図１４は、本発明の第４の参考例に係わるタービンの翼車間隙制御コーティングを示す図であり、図１５は、その変形例を示す図である。図中、図３および図１０に示した部分と同等のものには同じ符号を付している。
【００６４】
図１４において、本参考例は、合金層からなる第１コーティング７と表面の合金層もしくはセラミック層からなる第２コーティング８の間に、第２コーティング８および相互に気孔率や密度などが異なる複数の合金層もしくはセラミック層からなる第３コーティング２０を設けたものである。このように第３コーティング２０を施工し、その合金成分もしくはセラミックス成分の材質や気孔率等を適宜選択することにより、第２コーティング８の摩耗性を確保しつつ、コーティング全体（翼車間隙制御コーティング１９）の耐腐食性等のその他の必要な機能を確保することができる。ここで、図１５に示すように、第３の参考例と同様、表面の合金層もしくはセラミック層の第２コーティング８の表面に凹凸を設けてもよい。
【００６５】
〜第１の実施の形態〜
図１６は、本発明の第１の実施の形態に係わるタービンの翼車間隙制御コーティングを示す図であり、図１７〜図２０は、その変形例を示す図である。図中、図３、図１０および図１４に示した部分と同等のものには同じ符号を付している。
【００６６】
図１６において、本実施の形態は、動翼５を内包するケーシング４の内表面に合金層からなる第１コーティング７を施工し、さらに動翼先端の肉厚の最大値の５０％から１００％の範囲に対応する領域であって、前記動翼の先端の肉厚が最大値の１００％の位置から前縁側と後縁側の両方に向かう領域の全体に対応するケーシング４の内面の領域に、合金層もしくはセラミック層からなる第２コーティング８を施工するとともに、動翼先端の肉厚の最大値の５０％から１００％の範囲以外に対応するケーシング４の内面の領域には第２コーティング８を施工した後、この第２コーティング８上に（すなわち、翼車間隙制御コーティング１９の表面層に）第２コーティング８よりも密度が小さく気孔率の大きな第４コーティング２１を施工したものであり、この第４コーティング２１により動翼５の先端が翼車間隙制御コーティング１９に接触した際に、摩擦による発熱量を低減し、かつ翼の剛性が小さい部分へ作用する反力を抑制することができる。ここで、第４コーティング２１は動翼先端の肉厚の最大値の５０％から１００％の範囲以外に対応するケーシング４の内面の領域で、第１コーティング７上に直接施工してもよい。
【００６７】
また、図１７に示すように、第２の参考例と同様、合金層もしくはセラミック層からなる第２コーティング８および第４コーティング２１に、動翼背側の形状と平行なスリット１５と動翼５の回転方向に延びるスリット１６とを形成する。これにより第２および第４コーティング８，２１がセグメント化され、動翼５の先端が接触した部分の周辺の最小限の範囲のみをはく離させることが可能となる。また、動翼５の背側の形状と平行なスリット１５を経て接触することで、接触時の反力が翼先端の１点のみへ集中することを回避できる。
【００６８】
さらに、図１８に示すように、第３の参考例と同様、合金層もしくはセラミック層からなる第２および第４コーティング８，２１の表面に凹凸１１を設けることで、動翼５とケーシング４が接触した際の接触面積を低減し、発熱を抑制するとともに、反力も低減することができる。ここで凹凸の形状は、図１８に示すように三角形状でもよいし、図１１および図１２に示したように、台形状、波状などその他の形状であってもよい。
【００６９】
また、図１９に示すように、第４の参考例と同様、合金層からなる第１コーティング７と表面の合金層もしくはセラミック層からなる第２および第４コーティング８，２１の間に、気孔率や密度などが異なる一層或いは複数の層からなる第３コーティング２０を設け、はく離強度を制御できるようにしてもよい。ここで図２０に示すように、図１９に示した変形例において、合金層もしくはセラミック層からなる第２および第４コーティング８，２０の表面に凹凸１１を設けてもよい。
【００７０】
また、第１の実施の形態および変形例において、合金層もしくはセラミック層からなる第２および第４コーティング８，２１の表面の凹凸は機械加工により施工してもよいし、図１３に示したように、予め機械加工などによりケーシングの表面を凹凸に加工しておき、合金層からなる第１コーティング７を介して、合金層もしくはセラミック層からなる第２および第４コーティング８，２１を施工することにより形成してもよい。
【００７１】
〜第２の実施の形態〜
図２１および図２２は、本発明の第２の実施の形態に係わるタービンの翼車間隙制御コーティングを示す図であり、図２３〜２５は、その変形例を示す図である。図中、図３、図１０および図１４に示した部分と同等のものには同じ符号を付している。
【００７２】
図２１において、動翼５を内包するケーシング４の内表面に合金層からなる第１コーティング７を施工し、さらに合金層もしくはセラミック層からなる第２コーティング８を施工するとともに、この第２コーティング８に、動翼５の背側の形状と平行なスリット１５と動翼５の回転方向に延びるスリット１６とを形成することで第２コーティング８のセグメント化を図り、さらに図２２に示すように、動翼５の先端の肉厚の最大値の５０％から１００％の範囲以外に対応する第２コーティング８の内面の領域において、動翼５の背側の形状と平行なスリット１５の数を増加させ、スリット１５の間隔を短くする。このように動翼５の先端の肉厚の最大値の５０％から１００％の範囲以外に対応する第２コーティング８の内面の領域でのスリット１５の数を増すことで、動翼５の先端がケーシング４の内周面（翼車間制御コーティング１９）に接触した際に、動翼の先端が一様に当ることなく、摩擦による発熱量を低減し、かつ翼の剛性が小さい部分へ作用する反力を抑制する。
【００７３】
さらに、図２３に示すように、第３の参考例と同様、合金層もしくはセラミック層からなる第２コーティング８の表面に凹凸１１を設けることで、動翼５とケーシング４が接触した際の接触面積を低減し、発熱を抑制するとともに、反力も低減することができる。ここで凹凸の形状は、図２３に示すように三角形状でもよいし、図１１および図１２に示したように、台形状，波状などその他の形状であってもよい。
【００７４】
また、図２４に示すように、第４の参考例と同様、合金層からなる第１コーティング７と表面の合金層もしくはセラミック層からなる第２コーティング８の間に、気孔率や密度などが異なる一層或いは複数の層からなる第３コーティング２０を設け、はく離強度を制御できるようにしてもよい。ここで図２５に示すように、図２４に示した変形例において、合金層もしくはセラミック層からなる第２コーティング８の表面に凹凸１１を設けてもよい。
【００７５】
また、第２の実施の形態および変形例において、合金層もしくはセラミック層からなる第２コーティング８の表面の凹凸は機械加工により施工してもよいし、図１３に示したように、予め機械加工などによりケーシングの表面を凹凸に加工しておき、合金層からなる第１コーティング７を介して、合金層もしくはセラミック層からなる第コーティング８を施工することにより形成してもよい。
【００７６】
また、第２の実施の形態および変形例において、動翼５の背側の形状と平行なスリット１５の幅は動翼５の最小板厚よりも小さくすることが好ましく、これにより動翼５の先端が第２コーティング８に接触する際に、最小板厚の部分へ第２コーティング８のスリット１５部分からの反力が間歇的に作用することなく、常に動翼５の先端が第２コーティング８の表面と接触を保つことで、反力の変動幅を低減し、疲労損傷を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の参考例に係わる回転機械であるタービンを備えたガスタービンの全体構成を示す構造断面図である。
【図２】動翼の回転面と平行な面で切ったタービンの部分断面図である。
【図３】ケーシング内面に施工された翼車間隙制御コーティングの詳細を示す図である。
【図４】翼車間隙制御コーティングを施したケーシングの一部を取り出して示す斜視図である。
【図５】動翼がケーシング内面に施工された翼車間隙制御コーティングに接触した様子を示す図である。
【図６】断面矩形の板材の板厚ｈと断面係数Ｚとの関係を示す図である。
【図７】動翼の肉厚ｈと動翼の根元に作用する曲げ応力σとの関係を示す図である。
【図８】本発明の第２の参考例に係わるタービンの翼車間隙制御コーティングを示す図である。
【図９】第２の参考例における翼車間隙制御コーティングのスリットの施工方法の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第３の参考例に係わるタービンの翼車間隙制御コーティングを示す図である。
【図１１】第３の参考例の変形例を示す図である。
【図１２】第３の参考例の他の変形例を示す図である。
【図１３】第３の参考例のさらに他の変形例を示す図である。
【図１４】本発明の第４の参考例に係わるタービンの翼車間隙制御コーティングを示す図である。
【図１５】第４の参考例の変形例を示す図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態に係わるタービンの翼車間隙制御コーティングを示す図である。
【図１７】第１の実施形態の変形例を示す図である。
【図１８】第１の実施形態の他の変形例を示す図である。
【図１９】第１の実施形態のさらに他の変形例を示す図である。
【図２０】第１の実施形態のさらに他の変形例を示す図である。
【図２１】本発明の第２の実施の形態に係わるタービンの翼車間隙制御コーティングを示す図である。
【図２２】第２の実施の形態に係わるタービンの翼車間隙制御コーティングを示す、図８と同様な図である。
【図２３】第２の実施形態の変形例を示す図である。
【図２４】第２の実施形態の他の変形例を示す図である。
【図２５】第２の実施形態のさらに他の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  圧縮機
２  燃焼器
３  タービン
４  ケーシング
５  動翼
７  第１コーティング
８  第２コーティング
９  スリット
１０  タービンロータ
１１，１２，１３  凹凸
１４  回転方向
１５  動翼背側形状と平行なスリット
１６  動翼の回転方向に延びるスリット
１７  マスキング用部材
１８  燃焼ガスの流れ
１９  翼車間隙制御コーティング
２０  第３コーティング
２１  第４コーティング
【図１】
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【図２】
0004942206.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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