JP2023113025A - シール部材、ガスタービン、シール部材の交換方法、及びシール部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗を抑制することができるシール部材、ガスタービン、シール部材の交換方法、及びシール部材の製造方法を提供する。【解決手段】ガスタービン用高温部品同士の間に形成される隙間を封止するシール部材であって、Ｃｒを含有する合金を含む母材によって形成された本体部と、前記本体部を外側から覆うように前記本体部と一体に形成された前記母材の酸化物である予酸化層と、を備えるシール部材。【選択図】図３

Description

本開示は、シール部材、ガスタービン、シール部材の交換方法、及びシール部材の製造方法に関する。

例えば特許文献１には、ガスタービンの互いに隣り合う動翼間に設けられて、隣り合う動翼のプラットフォームの双方に当接するダンパ部材（シール部材）が開示されている。ダンパ部材は、プラットフォーム間の隙間を封止するとともに動翼に生じる励振力を減衰させる。ダンパ部材は、ダンパ本体と、このダンパ本体を外側から覆うコーティング層とを有している。

特開２０１９－１７３６５０号公報

ところで、ダンパ部材のコーティング層は、動翼のプラットフォームと摩擦することによって摩耗してしまい、シール部材の寿命が動翼のメンテナンス間隔よりも短くなってしまう場合がある。

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、摩耗を抑制することができるシール部材、ガスタービン、シール部材の交換方法、及びシール部材の製造方法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、本開示に係るシール部材は、ガスタービン用高温部品同士の間に形成される隙間を封止するシール部材であって、Ｃｒを含有する合金を含む母材によって形成された本体部と、前記本体部を外側から覆うように前記本体部と一体に形成された前記母材の酸化物である予酸化層と、を備える。

本開示に係るガスタービンは、軸線回りに回転する回転軸と、前記回転軸の外周側に配置された複数のガスタービン用高温部品と、前記ガスタービン用高温部品同士の間に形成される隙間を封止する上記シール部材と、前記回転軸及び前記複数のガスタービン用高温部品を覆うガスタービンケーシングと、を備える。

本開示に係るシール部材の交換方法は、軸線回りに回転する回転軸と、前記回転軸の外周側に配置された複数のガスタービン用高温部品と、前記ガスタービン用高温部品同士の間に形成される隙間を封止する既存シール部材と、前記回転軸及び前記複数のガスタービン用高温部品を覆うガスタービンケーシングと、を備えるガスタービンの前記既存シール部材を交換するシール部材の交換方法であって、前記ガスタービン用高温部品を前記ガスタービン中から取り除く第一ステップと、前記第一ステップの後に、前記既存シール部材を上記シール部材に入れ替える第二ステップと、前記第二ステップの後に、前記ガスタービン用高温部品を前記ガスタービン中へ戻す第三ステップと、を含む。

また、本開示に係るシール部材の製造方法は、軸線回りに回転する回転軸の外周側に配置された複数のガスタービン用高温部品のうち隣り合う前記ガスタービン用高温部品同士の間に形成される隙間を封止するシール部材の製造方法であって、Ｃｒを含有する合金を含む母材から成る処理前部材を成形する部材成形工程と、前記処理前部材を熱処理することで、前記処理前部材を前記母材によって形成された本体部と、前記本体部を外側から覆うように前記本体部と一体に形成された前記母材の酸化物である予酸化層とに分ける予酸化熱処理工程と、を含む。

本開示によれば、摩耗を抑制することができるシール部材、ガスタービン、シール部材の交換方法、及びシール部材の製造方法を提供することができる。

本開示の実施形態に係るガスタービンの概略構成を示す模式図である。 本開示の実施形態に係る動翼の概略構成を示す図である。 本開示の実施形態に係るシール部材の構成を示す図である。 本開示の実施形態に係る予酸化層の構成を示す図である。 本開示の実施形態に係るシール部材の製造方法を示すフローチャートである。 本開示の実施形態に係るシール部材の交換方法を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施形態に係るガスタービンを図面に基づき説明する。

（ガスタービン）
図１に示すように、ガスタービン１００は、圧縮機１と、中間ケーシング２と、燃焼器３と、タービン４と、を備えている。

（圧縮機）
圧縮機１は、外部から導入された空気を圧縮して所定の圧力まで高めるとともに、圧縮したこの空気を中間ケーシング２へ供給する装置である。圧縮機１は、水平方向に延びる軸線Ａｒを中心として回転可能な圧縮機ロータ１０と、圧縮機ロータ１０を覆う圧縮機ケーシング２０と、を有している。

ここで、軸線Ａｒが延びる方向（図１における左右方向）を「軸線方向Ｄａ」と称し、この軸線Ａｒに対する周方向を単に「周方向Ｄｃ」と称し、軸線Ａｒに対して垂直な方向を「径方向Ｄｒ」と称する。また、軸線方向Ｄａの両側のうち、一方側（図１における左側）を「軸線上流側Ｄａｕ」と称し、その反対側（図１における右側）を「軸線下流側Ｄａｄ」と称する。

また、径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を「径方向内側Ｄｒｉ」と称し、その反対側を「径方向外側Ｄｒｏ」と称する。本実施形態における周方向Ｄｃは、圧縮機ロータ１０の回転方向Ｒと一致する。以下、圧縮機ロータ１０の回転方向を単に「回転方向Ｒ」と称する。また、圧縮機１に導入されて圧縮機１内部を流通する空気を単に「空気Ａ１」と称し、圧縮機１によって圧縮された後に中間ケーシング２へ導入される空気Ａ１を「圧縮空気Ａ２」と称する。

圧縮機ロータ１０は、圧縮機ロータ軸１１と、圧縮機ロータ軸１１の外周面上に設けられ、軸線方向Ｄａに間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼列１２と、を有している。

圧縮機ロータ軸１１は、軸線方向Ｄａに延びる柱状を成すとともに軸線Ａｒ回りに回転可能な回転軸である。複数の圧縮機動翼列１２は、いずれも圧縮機ロータ軸１１の外周側から設けられることで、この圧縮機ロータ軸１１と一体になっている。各圧縮機動翼列１２は、周方向Ｄｃに間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼を有している。

圧縮機ケーシング２０は、圧縮機１の外殻を成すとともに、圧縮機ロータ１０を外周側から覆っている。圧縮機ケーシング２０は、軸線Ａｒを中心とする筒状を成す圧縮機ケーシング本体２１と、空気Ａ１を圧縮機ケーシング本体２１内部に導入する空気入口部２３と、圧縮機ケーシング本体２１の内周面に設けられるとともに軸線方向Ｄａに間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼列２２と、を有している。

圧縮機ケーシング本体２１は、例えば、地面や架台等に固定された圧縮機支持部（図示省略）によって支持されている。圧縮機ケーシング本体２１は、空気入口部２３から導入された空気Ａ１を内部で圧縮して圧縮空気Ａ２を生成した後、この圧縮空気Ａ２を中間ケーシング２へ供給する。空気入口部２３は、圧縮機ケーシング本体２１の軸線上流側Ｄａｕに設けられている。

複数の圧縮機静翼列２２は、いずれも圧縮機ケーシング本体２１と一体になっている。各圧縮機静翼列２２は、周方向Ｄｃに間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼を有している。圧縮機静翼列２２と圧縮機動翼列１２とは、軸線方向Ｄａで交互に配列されている。圧縮機ケーシング２０内で圧縮された圧縮空気Ａ２は、中間ケーシング２内に導入される。

（中間ケーシング）
中間ケーシング２は、圧縮機１から導入される圧縮空気Ａ２を燃焼器３へ導くための空間を内部に形成する。中間ケーシング２は、圧縮機ケーシング２０に軸線下流側Ｄａｄから接続されている。

（燃焼器）
燃焼器３は、外部から供給される燃料Ｆ及び中間ケーシング２内に導入された圧縮空気Ａ２を利用して高温高圧の燃焼ガスＧを生成するとともに、この燃焼ガスＧをタービン４へ供給する装置である。燃焼器３は、中間ケーシング２に設けられている。

（タービン）
タービン４は、燃焼器３から供給される燃焼ガスＧで駆動される装置である。タービン４は、軸線Ａｒを中心として回転可能なタービンロータ４０と、タービンロータ４０を覆うタービンケーシング４３と、を有している。

タービンロータ４０は、タービンロータ軸４１（回転軸）と、タービンロータ軸４１の外周面上に設けられるとともに、軸線方向Ｄａに間隔をあけて配列された複数のタービン動翼列４２と、を有している。以下、タービンロータ軸４１を単に「ロータ軸４１」と称し、タービン動翼列４２を単に「動翼列４２」と称する。

ロータ軸４１は、軸線方向Ｄａに延びる柱状を成すとともに軸線Ａｒ回りに回転可能な回転軸である。複数の動翼列４２は、いずれもロータ軸４１の外周側から設けられることで、このロータ軸４１と一体になっている。各動翼列４２は、周方向Ｄｃに間隔をあけて配列された複数のタービン動翼５０（動翼）を有している。以下、タービン動翼５０を単に「動翼５０」と称する。本実施形態における動翼５０は、ガスタービン１００に用いられるガスタービン用高温部品である。ガスタービン用高温部品には、例えば、動翼５０やタービン静翼、分割環、及び遮熱環等が挙げられる。本実施形態では、ガスタービン用高温部品として動翼５０を一例に説明する。

タービンケーシング４３は、タービン４の外殻を成すとともに、タービンロータ４０を外周側から覆っている。タービンケーシング４３は、軸線Ａｒを中心とする筒状を成すタービンケーシング本体４４と、タービンケーシング本体４４の内周面に設けられるとともに軸線方向Ｄａに間隔をあけて配列された複数のタービン静翼列４５と、を有している。以下、タービン静翼列４５を単に「静翼列４５」と称する。

タービンケーシング本体４４は、例えば、地面や架台等に固定されたタービン支持部（図示省略）によって支持されている。タービンケーシング本体４４は、燃焼器３から導入された燃焼ガスＧを内部で流通させる。燃焼ガスＧは、タービンケーシング本体４４の軸線上流側Ｄａｕから導入される。複数の静翼列４５は、いずれもタービンケーシング本体４４と一体になっている。

各静翼列４５は、周方向Ｄｃに間隔をあけて配列された複数のタービン静翼を有している。静翼列４５と動翼列４２とは、軸線方向Ｄａで交互に配列されている。タービンケーシング本体４４内で仕事を終えた燃焼ガスＧは、タービンケーシング本体４４から軸線下流側Ｄａｄに向かって排出される。

ロータ軸４１の外周側とタービンケーシング本体４４の内周側との間であって、軸方向で静翼列４５及び動翼列４２が配置される環状の空間は、燃焼器３からの燃焼ガスＧが流れる燃焼ガス流路Ｃｇとされている。この燃焼ガス流路Ｃｇは、軸線Ａｒを中心として環状を成しており、軸線方向Ｄａに長い。

本実施形態では、圧縮機ケーシング２０、中間ケーシング２、及びタービンケーシング４３によってガスタービンケーシング１０１が構成されている。また、圧縮機ロータ１０とタービンロータ４０とは、同一軸線上に位置しており、これらが例えば、中間ケーシング２内で互いに接続されることでガスタービンロータ１０２が構成されている。このガスタービンロータ１０２（圧縮機ロータ１０）の軸線上流側Ｄａｕの端部には、例えば、発電機２００が備える出力軸２０１が接続されている。

以下、上記構成を備えるガスタービン１００の概略動作を説明する。圧縮機１は、空気Ａ１を圧縮して圧縮空気Ａ２を生成する。この圧縮空気Ａ２は、中間ケーシング２を介して、燃焼器３内に流入する。燃焼器３には、燃料Ｆが外部から供給される。

燃焼器３内では、圧縮空気Ａ２中で燃料Ｆが燃焼して、高温高圧の燃焼ガスＧが生成される。この燃焼ガスＧは、燃焼器３からタービンケーシング４３内に送られる。タービンロータ４０は、この燃焼ガスＧによって回転する。このタービンロータ４０の回転に伴って、ガスタービンロータ１０２に接続されている発電機２００の出力軸２０１が回転する。この結果、発電機２００が発電する。

（動翼）
以上で説明したガスタービン１００のタービン４における動翼列４２の動翼５０について、図２～図４を参照して説明する。図２に示すように、一の動翼列４２における各動翼５０は、翼体６０と、プラットフォーム７０と、軸取付部８０と、シール部材９０と、を有している。

（翼体）
翼体６０は、断面が翼型を成し、この断面に対して垂直な方向に延びている。動翼５０がロータ軸４１に固定された状態では、翼体６０が延びるこの方向は、径方向Ｄｒに一致する。したがって、動翼５０がロータ軸４１に固定された状態では、翼体６０に対してロータ軸４１の側が径方向内側Ｄｒｉとなる。以下、動翼５０がロータ軸４１に固定された際の、動翼５０が有する各要素（翼体６０、プラットフォーム７０、軸取付部８０、シール部材９０）の構成を説明する。

翼体６０は、径方向Ｄｒに延びて互いに相反する側を向く前縁６０ａ及び後縁６０ｂと、前縁６０ａと後縁６０ｂとを接続するとともに互いに相反する側を向く腹側面６１及び背側面６２と、を有している。前縁６０ａは、動翼５０中、最も軸線上流側Ｄａｕの縁になる。後縁６０ｂは、動翼５０中、最も軸線下流側Ｄａｄの縁になる。腹側面６１は、凹状に湾曲した正圧面である。背側面６２は、腹側面６１が凹んでいる側に向かって凸状に湾曲し、腹側面６１に対して相反する側を向く負圧面である。

（プラットフォーム）
プラットフォーム７０は、翼体６０を支持する台座である。プラットフォーム７０は、翼体６０における径方向内側Ｄｒｉの端部に設けられている。プラットフォーム７０は、翼体６０における径方向内側Ｄｒｉの端部から径方向Ｄｒに対して垂直な方向に広がる板状の部材である。

このプラットフォーム７０には、径方向外側Ｄｒｏを向き、燃焼ガスＧと接触するガスパス面７１が形成されている。ガスパス面７１は、径方向Ｄｒに対して垂直な成分を有する方向に広がる面である。

ここで、腹側面６１中でガスパス面７１と接続される部分、及び背側面６２中でガスパス面７１と接続される部分がフィレット部６７を成している。フィレット部６７の腹側面６１は、翼高さ方向でガスパス面７１に近づくに連れて背側面６２から遠ざかる方向に広がっている。フィレット部６７の背側面６２は、翼高さ方向でガスパス面７１に近づくにつれて腹側面６１から遠ざかる方向に広がっている。

プラットフォーム７０における周方向Ｄｃを向く側面７２は、径方向Ｄｒかつ軸線方向Ｄａに広がっている。周方向Ｄｃで隣り合う動翼５０のプラットフォーム７０の周方向Ｄｃを向く側面７２同士は、回転方向Ｒ（周方向Ｄｃ）に対向している。

本実施形態では、軸線下流側Ｄａｄに向かって動翼列４２を見た際にロータ軸４１が軸線Ａｒを中心に反時計回りに回転する。以下、回転方向Ｒのうち、時計回りの側を「前方側Ｒａ」と称し、その反対側である反時計回りの側を「後方側Ｒｂ」と称する。本実施形態では、プラットフォーム７０における側面７２のうち、前方側Ｒａを向く側面７２を「前方側側面７３」と称し、後方側Ｒｂを向く側面７２を「後方側側面７４」と称する。

プラットフォーム７０には、前方側側面７３から後方側Ｒｂに向かって凹むとともに軸線方向Ｄａに延びる凹部７５が形成されている。隣り合うプラットフォーム７０のうち、後方側Ｒｂに位置するプラットフォーム７０に形成された凹部７５と、前方側Ｒａに位置するプラットフォーム７０の前方側側面７３とによって軸線方向Ｄａに延びるシール部材収容空間Ｓが区画されている。したがって、各動翼５０に対応するように動翼５０と同数のシール部材収容空間Ｓが、周方向Ｄｃに隣り合う動翼５０間で形成されている。

各プラットフォーム７０の前方側側面７３は、凹部７５によって径方向Ｄｒに分割されている。図３に示すように、本実施形態では、前方側側面７３のうち、凹部７５よりも径方向外側Ｄｒｏの前方側側面７３を「外周側側面７３ａ」と称し、凹部７５よりも径方向内側Ｄｒｉの前方側側面７３を「内周側側面７３ｂ」と称する。

凹部７５の内面は、複数の面によって構成されている。凹部７５は、径方向内側Ｄｒｉを向く上面７５ａと、上面７５ａと対向する下面７５ｂと、これら上面７５ａと下面７５ｂとを接続する接続面７５ｃと、を有している。

上面７５ａは、平面状を成しており、外周側側面７３ａにおける径方向内側Ｄｒｉの端縁に接続されている。本実施形態における上面７５ａは、この外周側側面７３ａとの接続部分から径方向内側Ｄｒｉに向かうに連れて、後方側Ｒｂに向かって傾斜するように広がっている。

下面７５ｂは、上面７５ａとは反対の側を向く平面状を成しており、内周側側面７３ｂにおける径方向外側Ｄｒｏの端縁に接続されている。隣り合うプラットフォーム７０のうち、後方側Ｒｂに位置するプラットフォーム７０における凹部７５の下面７５ｂは、このプラットフォーム７０のガスパス面７１に対して平行な方向に広がっている。接続面７５ｃは、前方側Ｒａを向く平面状を成しており、上面７５ａ及び下面７５ｂにおける後方側Ｒｂの端縁同士を径方向Ｄｒに接続している。

したがって、シール部材収容空間Ｓは、互いに隣り合うプラットフォーム７０のうち、後方側Ｒｂに位置するプラットフォーム７０における凹部７５の上面７５ａ、下面７５ｂ、及び接続面７５ｃ、並びに、前方側Ｒａに位置するプラットフォーム７０における後方側側面７４によって区画されている。

（軸取付部）
図２に示すように、軸取付部８０は、プラットフォーム７０をロータ軸４１に固定する。軸取付部８０は、プラットフォーム７０から径方向内側Ｄｒｉに延びるシャンク８１と、シャンク８１から径方向内側Ｄｒｉに延びる翼根８２と、を有している。翼根８２の断面形状は、クリスマスツリー形状を成している。翼根８２は、ロータ軸４１に形成された翼根溝４１ａに嵌り込む。

（シール部材）
図２及び図３に示すように、シール部材９０は、シール部材収容空間Ｓに収容されている。シール部材９０は、周方向Ｄｃで互いに隣り合う動翼５０におけるプラットフォーム７０間の隙間を封止する円柱状を成す部材である。シール部材９０には、ガスタービン１００運転中に径方向外側Ｄｒｏに向かう遠心力が働く。

この遠心力によって、シール部材収容空間Ｓ内のシール部材９０は、互いに隣り合う動翼５０のプラットフォーム７０のうち、前方側Ｒａに位置するプラットフォーム７０の後方側側面７４、及び前方側Ｒａに位置するプラットフォーム７０における凹部７５の上面７５ａのそれぞれに当接する。図３及び図４に示すように、シール部材９０は、本体部９１と予酸化層９２と、を備えている。

（本体部）
本体部９１は、Ｃｒ（クロム）を含有する合金を含む母材によって形成されている。本体部９１は、軸線方向Ｄａに延びる円柱状を成している。本実施形態における本体部９１を形成する母材は、Ｃｒを含有するＮｉ（ニッケル）基合金である。

（予酸化層）
予酸化層９２は、本体部９１を外側から覆うように本体部９１と一体に形成された上記母材の酸化物である。予酸化層９２の厚さは、２０μｍ以上２００μｍである。図４に示すように、予酸化層９２は、変質層９２０と、内部酸化層９２１と、外部酸化層９２２と、によって構成されている。

変質層９２０は、本体部９１と一体に形成されて、本体部９１よりもＣｒの含有率が低い層である。内部酸化層９２１は、変質層９２０を外側から覆うように変質層９２０と一体に形成されて、変質層９２０よりもＣｒの含有率が低い層である。

外部酸化層９２２は、内部酸化層９２１を外側から覆うように内部酸化層９２１と一体に形成されて、本体部９１、変質層９２０、及び内部酸化層９２１よりもＣｒの含有率が高い層である。外部酸化層９２２は、上面７５ａ及び後方側側面７４に当接する円筒状を成す外周面９２ａを有している。

これら変質層９２０、内部酸化層９２１、及び外部酸化層９２２は、ＣｒＯ_２（酸化クロム）を含有している。

（シール部材の製造方法）
続いて、本実施形態のシール部材９０の製造方法について図５を参照して説明する。当該製造方法は、部材成形工程Ｓ０と、予酸化熱処理工程Ｓ１と、安定化熱処理工程Ｓ２と、時効熱処理工程Ｓ３と、を含む。

（部材成形工程）
部材成形工程Ｓ０は、Ｃｒを含有する合金を含む母材から成る処理前部材を成形する工程である。部材成形工程Ｓ０では、はじめに、母材を用意する。次に、母材を円柱状に加工することで処理前部材を成形する。

（予酸化熱処理工程）
予酸化熱処理工程Ｓ１は、部材成形工程Ｓ０で成形された処理前部材を熱処理することで、処理前部材を母材によって形成された本体部９１と、本体部９１を外側から覆うように本体部９１と一体に形成された母材の酸化物である予酸化層９２とに分ける工程である。

予酸化熱処理工程Ｓ１では、はじめに、処理前部材を専用の炉内で加熱する。具体的には、処理前部材を１０００℃以上１２００℃以下の温度帯の雰囲気下で２４時間以上７２時間以下の時間保持する。

次いで、空冷により処理前部材の温度を常温まで冷却する。これによって、処理前部材は、本体部９１と予酸化層９２とに分けられる。以下、予酸化熱処理工程Ｓ１で熱処理されて本体部９１と予酸化層９２とに分けられた処理前部材を「第一処理後部材」と称する。

（安定化熱処理工程）
安定化熱処理工程Ｓ２は、第一処理後部材をさらに熱処理する工程である。安定化熱処理工程Ｓ２では、はじめに、第一処理後部材を専用の炉内で加熱する。具体的には、第一処理後部材を８００℃以上９００℃以下の温度帯の雰囲気下で１２時間以上３６時間以下の時間保持する。

次いで、空冷により第一処理後部材の温度を常温まで冷却する。これによって、第一処理後部材における本体部９１及び予酸化層９２が含有する非金属元素の一部がＣｒ以外の金属元素の一部と結合して化合物となる。したがって、第一処理後部材を構成する組織全体が安定し、第一処理後部材の機械的強度が上昇する。以下、安定化熱処理工程Ｓ２で熱処理された第一処理後部材を「第二処理後部材」と称する。

（時効熱処理工程）
時効熱処理工程Ｓ３は、第二処理後部材をさらに熱処理する工程である。時効熱処理工程Ｓ３では、はじめに、第二処理後部材を専用の炉内で加熱する。具体的には、第二処理後部材を６５０℃以上７５０℃以下の温度帯の雰囲気下で１２時間以上３６時間以下の時間保持する。

次いで、空冷により第二処理後部材の温度を常温まで冷却する。これによって、本体部９１が含有するＣｒ以外の金属元素の一部が予酸化層９２側に移動して集中する。したがって、第二処理後部材の機械的強度がより上昇する。

上記一連の工程を経ることで、シール部材９０が製造される。

（シール部材の交換方法）
続いて、本実施形態のシール部材９０の交換方法について図６を参照して説明する。当該交換方法は、第一ステップＳ１０と、第二ステップＳ１１と、第三ステップＳ１２と、を含む。

（第一ステップ）
第一ステップＳ１０は、動翼５０をロータ軸４１から取り外すステップである。

（第二ステップ）
第二ステップＳ１１は、第一ステップＳ１０の後に、既存シール部材を上記シール部材９０に入れ替えるステップである。既存シール部材は、上記シール部材９０とは構成が異なる従来使用されてきたシール部材を意味する。

（第三ステップ）
第三ステップＳ１２は、第二ステップＳ１１の後に、第一ステップＳ１０でロータ軸４１から取り外した動翼５０をロータ軸４１に取り付けるステップである。

上記一連のステップを経ることで、既存シール部材がシール部材９０に交換される。

（作用効果）
タービン４の回転時には、各シール部材９０に対して径方向外側Ｄｒｏに向かう遠心力が作用する。この際、シール部材９０は、図２及び図３に示すように、互いに隣り合う動翼５０のプラットフォーム７０のうち、前方側Ｒａに位置するプラットフォーム７０の後方側側面７４と、後方側Ｒｂに位置するプラットフォーム７０に形成された凹部７５の上面７５ａに当接する。これによって、シール部材９０は、後方側側面７４と外周側側面７３ａとの間に形成された隙間を封止する。

上記実施形態に係るシール部材９０は、本体部９１を外側から覆う予酸化層９２を備えているため、この予酸化層９２が後方側側面７４と外周側側面７３ａとの間（プラットフォーム７０間）の隙間を封止する。予酸化層９２は本体部９１を形成する母材の酸化物であるため、本体部９１よりも摩擦係数が低い。これにより、予酸化層９２が形成されていない場合と比較して、予酸化層９２が固体潤滑剤として機能するため、シール部材９０とプラットフォーム７０との間に生じる摩擦力が低下する。したがって、シール部材９０の摩耗が抑制することができるため、その結果、シール部材９０の寿命を延ばすことができる。

また、上記実施形態に係るシール部材９０は、円柱状を成しているため、シール部材９０は円筒状を成す外周面９２ａを有する。これにより、この外周面９２ａが後方側側面７４及び凹部７５の上面７５ａに当接する。したがって、シール部材９０が他の形状を成している場合と比較して、シール部材９０とプラットフォーム７０とが接触する面積を低減させることができる。また、円柱状といった簡易な構成のシール部材９０でプラットフォーム７０間の隙間を封止することができる。

また、上記実施形態に係るシール部材９０では、変質層９２０、内部酸化層９２１、及び外部酸化層９２２の三層で構成された予酸化層９２のうち、Ｃｒの含有率が最も高い外部酸化層９２２がプラットフォーム７０間の隙間を封止する。これにより、例えば、予酸化層９２を備えていないシール部材やＣｒの含有率がまばらな層（酸化被膜）等を有するシール部材と比較して、Ｃｒの含有率が最も高い外部酸化層９２２を後方側側面７４及び凹部７５の上面７５ａに当接させることができる。したがって、シール部材９０とプラットフォーム７０との間に生じる摩擦力をより低下させることができる。

［その他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は実施形態の構成に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内での構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。

なお、実施形態では、互いに隣り合う動翼５０のプラットフォーム７０のうち、後方側Ｒｂに位置するプラットフォーム７０に前方側側面７３から後方側Ｒｂに向かって凹む凹部７５が形成されているが、この構成に限定されることはない。凹部７５は、上記の構成に替えて、前方側Ｒａに位置するプラットフォーム７０の後方側側面７４から前方側Ｒａに向かって凹むように形成されてもよい。この際、この凹部７５と、後方側Ｒｂに位置するプラットフォーム７０の前方側側面７３とでシール部材収容空間Ｓが区画されてもよい。また、互いに隣り合うプラットフォーム７０の各前方側側面７３及び後方側側面７４の両方から回転方向Ｒに凹み、互いに隣り合うプラットフォーム７０同士でこれらが組み合わさってシール部材収容空間Ｓが区画されてもよい。

また、実施形態では、母材にＮｉ（ニッケル）基合金が採用されているが、これに限定されることはない。母材には、例えば、Ｃｒを含有するＣｏ（コバルト）基合金等であってもよい。

また、実施形態では、シール部材収容空間Ｓが、隣り合うプラットフォーム７０のうち、後方側Ｒｂに位置するプラットフォーム７０に形成された凹部７５と、前方側Ｒａに位置するプラットフォーム７０の前方側側面７３とによって軸線方向Ｄａに延びている構成を説明したが、この構成に限定されることはない。例えば、凹部７５が軸線方向Ｄａに対して傾斜する方向に延びるようにプラットフォーム７０に形成されることで、この凹部７５と後方側側面７４とによって区画されるシール部材収容空間Ｓが軸線方向Ｄａに対して傾斜する方向に延びていてもよい。

また、シール部材９０の交換方法では、既存シール部材が、上記シール部材９０とは構成が異なる従来使用されてきたシール部材であることを説明したが、これに限定されることはなく、既存シール部材は、上記シール部材９０であってもよい。

また、実施形態では、ガスタービン用高温部品として動翼５０を例示したが、ガスタービン用高温部品は、動翼５０に限定されることはない。ガスタービン用高温部品は、例えば、タービンケーシング４３における静翼列４５のタービン静翼であってもよい。この場合、シール部材９０は、例えば、静翼列４５中で周方向に互いに隣り合うタービン静翼同士の間に形成される隙間を軸線方向Ｄａで封止するシール板であってもよい。

したがって、シール部材９０は、円柱状を成している構成に限定されることはなく、例えば、板状を成していてもよい。この場合であっても、シール部材９０は、Ｃｒを含有する合金を含む母材によって形成された本体部と、この本体部を外側から覆うように本体部９１と一体に形成された母材の酸化物である予酸化層とを備える構成であればよい。

ガスタービン用高温部品は、ガスタービン１００に用いられる部品（ガスタービン１００が備える部品）であればよく、シール部材９０は、ガスタービン用高温部品同士の間に形成される隙間を封止する部材であればよい。

また、シール部材９０の交換方法は、上記実施形態で説明した方法に限定されることはない。シール部材９０の交換方法における第一ステップＳ１０では、ガスタービン用高温部品をガスタービン１００中から取り除き、第二ステップＳ１１では、既存シール部材をシール部材９０に入れ替え、第三ステップＳ１２では、ガスタービン用高温部品をガスタービン１００中へ戻していればよい。

［付記］
実施形態に記載のシール部材、ガスタービン、シール部材の交換方法、及びシール部材の製造方法は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係るシール部材９０は、ガスタービン用高温部品同士の間に形成される隙間を封止するシール部材９０であって、Ｃｒを含有する合金を含む母材によって形成された本体部９１と、前記本体部９１を外側から覆うように前記本体部９１と一体に形成された前記母材の酸化物である予酸化層９２と、を備える。

これにより、母材の酸化物である予酸化層９２がプラットフォーム７０間の隙間を封止しつつ、本体部９１よりも摩擦係数が低い固体潤滑剤として機能する。したがって、シール部材９０とガスタービン用高温部品との間に生じる摩擦力を低下させることができる。

（２）第２の態様に係るシール部材９０は、（１）のシール部材９０であって、前記本体部９１は、円柱状を成していてもよい。

これにより、他の形状のシール部材９０と比較して、シール部材９０とプラットフォーム７０とが接触する面積を低減させることができる。また、円柱状といった簡易な構成のシール部材９０でガスタービン用高温部品間の隙間を封止することができる。

（３）第３の態様に係るシール部材９０は、（１）または（２）のシール部材９０であって、前記予酸化層９２は、前記本体部９１と一体に形成されて、前記本体部９１よりも前記Ｃｒの含有率が低い変質層９２０と、前記変質層９２０を外側から覆うように前記変質層９２０と一体に形成されて、前記変質層９２０よりも前記Ｃｒの含有率が低い内部酸化層９２１と、前記内部酸化層９２１を外側から覆うように前記内部酸化層９２１と一体に形成されて、前記本体部９１、前記変質層９２０、及び前記内部酸化層９２１よりも前記Ｃｒの含有率が高い外部酸化層９２２と、によって構成されていてもよい。

これにより、例えば、予酸化層９２を備えていないシール部材やＣｒの含有率がまばらな層等を有するシール部材９０と比較して、Ｃｒを最も多く含有する外部酸化層９２２でガスタービン用高温部品間の隙間を封止することができる。したがって、シール部材９０とガスタービン用高温部品との間に生じる摩擦力をより低下させることができる。

（４）第４の態様に係るシール部材９０は、（１）から（３）のいずれかのシール部材９０であって、前記予酸化層９２の厚さは、２０μｍ以上２００μｍ以下であってもよい。

（５）第５の態様に係るガスタービン１００は、軸線Ａｒ回りに回転する回転軸と、前記回転軸の外周側に配置された複数のガスタービン用高温部品と、前記ガスタービン用高温部品同士の間に形成される隙間を封止する（１）から（４）のいずれかのシール部材９０と、前記回転軸及び前記複数のガスタービン用高温部品を覆うガスタービンケーシング１０１と、を備える。

これにより、シール部材９０の摩耗が抑制されたガスタービン１００を提供することができる。

（６）第６の態様に係るシール部材９０の交換方法は、軸線Ａｒ回りに回転する回転軸と、前記回転軸の外周側に配置された複数のガスタービン用高温部品と、前記ガスタービン用高温部品同士の間に形成される隙間を封止する既存シール部材と、前記回転軸及び前記複数のガスタービン用高温部品を覆うガスタービンケーシング１０１と、を備えるガスタービン１００の前記既存シール部材を交換するシール部材９０の交換方法であって、前記ガスタービン用高温部品を前記ガスタービン１００中から取り除く第一ステップＳ１０と、前記第一ステップＳ１０の後に、前記既存シール部材を（１）から（４）のいずれかシール部材９０に入れ替える第二ステップＳ１１と、前記第二ステップＳ１１の後に、前記ガスタービン用高温部品を前記ガスタービン１００中へ戻す第三ステップＳ１２と、を含む。

これにより、既存シール部材を摩耗が抑制されたシール部材９０に交換することができる。

（７）第７の態様に係るシール部材９０の製造方法は、軸線Ａｒ回りに回転する回転軸の外周側に配置された複数のガスタービン用高温部品のうち隣り合う前記ガスタービン用高温部品同士の間に形成される隙間を封止するシール部材９０の製造方法であって、Ｃｒを含有する合金を含む母材から成る処理前部材を成形する部材成形工程Ｓ０と、前記処理前部材を熱処理することで、前記処理前部材を前記母材によって形成された本体部９１と、前記本体部９１を外側から覆うように前記本体部９１と一体に形成された前記母材の酸化物である予酸化層９２とに分ける予酸化熱処理工程Ｓ１と、を含む。

これにより、摩耗が抑制されたシール部材９０を製造することができる。

１…圧縮機 ２…中間ケーシング ３…燃焼器 ４…タービン １０…圧縮機ロータ １１…圧縮機ロータ軸 １２…圧縮機動翼列 ２０…圧縮機ケーシング ２１…圧縮機ケーシング本体 ２２…圧縮機静翼列 ２３…空気入口部 ４０…タービンロータ ４１…ロータ軸 ４１ａ…翼根溝 ４２…動翼列 ４３…タービンケーシング ４４…タービンケーシング本体 ４５…タービン静翼列 ５０…動翼 ６０…翼体 ６０ａ…前縁 ６０ｂ…後縁 ６１…腹側面 ６２…背側面 ６７…フィレット部 ７０…プラットフォーム ７１…ガスパス面 ７２…側面 ７３…前方側側面 ７３ａ…外周側側面 ７３ｂ…内周側側面 ７４…後方側側面 ７５…凹部 ７５ａ…上面 ７５ｂ…下面 ７５ｃ…接続面 ８０…軸取付部 ８１…シャンク ８２…翼根 ９０…シール部材 ９１…本体部 ９２…予酸化層 ９２ａ…外周面 １００…ガスタービン １０１…ガスタービンケーシング １０２…ガスタービンロータ ２００…発電機 ２０１…出力軸 ９２０…変質層 ９２１…内部酸化層 ９２２…外部酸化層 Ａ１…空気 Ａ２…圧縮空気 Ａｒ…軸線 Ｃｇ…燃焼ガス流路 Ｄａ…軸線方向 Ｄａｄ…軸線下流側 Ｄａｕ…軸線上流側 Ｄｃ…周方向 Ｄｒ…径方向 Ｄｒｉ…径方向内側 Ｄｒｏ…径方向外側 Ｆ…燃料 Ｇ…燃焼ガス Ｒ…回転方向 Ｒａ…前方側 Ｒｂ…後方側 Ｓ…シール部材収容空間 Ｓ０…部材成形工程 Ｓ１…予酸化熱処理工程 Ｓ２…安定化熱処理工程 Ｓ３…時効熱処理工程 Ｓ１０…第一ステップ Ｓ１１…第二ステップ Ｓ１２…第三ステップ

Claims (7)

1. ガスタービン用高温部品同士の間に形成される隙間を封止するシール部材であって、
   Ｃｒを含有する合金を含む母材によって形成された本体部と、
   前記本体部を外側から覆うように前記本体部と一体に形成された前記母材の酸化物である予酸化層と、
   を備えるシール部材。
2. 前記本体部は、円柱状を成している請求項１に記載のシール部材。
3. 前記予酸化層は、
   前記本体部と一体に形成されて、前記本体部よりも前記Ｃｒの含有率が低い変質層と、
   前記変質層を外側から覆うように前記変質層と一体に形成されて、前記変質層よりも前記Ｃｒの含有率が低い内部酸化層と、
   前記内部酸化層を外側から覆うように前記内部酸化層と一体に形成されて、前記本体部、前記変質層、及び前記内部酸化層よりも前記Ｃｒの含有率が高い外部酸化層と、
   によって構成されている請求項１または２に記載のシール部材。
4. 前記予酸化層の厚さは、２０μｍ以上２００μｍ以下である請求項１から３のいずれか一項に記載のシール部材。
5. 軸線回りに回転する回転軸と、
   前記回転軸の外周側に配置された複数のガスタービン用高温部品と、
   前記ガスタービン用高温部品同士の間に形成される隙間を封止する請求項１から４のいずれか一項に記載のシール部材と、
   前記回転軸及び前記複数のガスタービン用高温部品を覆うガスタービンケーシングと、
   を備えるガスタービン。
6. 軸線回りに回転する回転軸と、前記回転軸の外周側に配置された複数のガスタービン用高温部品と、前記ガスタービン用高温部品同士の間に形成される隙間を封止する既存シール部材と、前記回転軸及び前記複数のガスタービン用高温部品を覆うガスタービンケーシングと、を備えるガスタービンの前記既存シール部材を交換するシール部材の交換方法であって、
   前記ガスタービン用高温部品を前記ガスタービン中から取り除く第一ステップと、
   前記第一ステップの後に、前記既存シール部材を請求項１から４のいずれか一項に記載のシール部材に入れ替える第二ステップと、
   前記第二ステップの後に、前記ガスタービン用高温部品を前記ガスタービン中へ戻す第三ステップと、
   を含むシール部材の交換方法。
7. 軸線回りに回転する回転軸の外周側に配置された複数のガスタービン用高温部品のうち隣り合う前記ガスタービン用高温部品同士の間に形成される隙間を封止するシール部材の製造方法であって、
   Ｃｒを含有する合金を含む母材から成る処理前部材を成形する部材成形工程と、
   前記処理前部材を熱処理することで、前記処理前部材を前記母材によって形成された本体部と、前記本体部を外側から覆うように前記本体部と一体に形成された前記母材の酸化物である予酸化層とに分ける予酸化熱処理工程と、
   を含むシール部材の製造方法。

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