(57)【要約】【課題】タービン翼について、ロータやケーシングから取り外すことなく、目視にて補修の要否を容易に判断することを可能にする手段を提供する。【解決手段】ロータの径方向に延びる翼本体１１と、翼本体１１の基端部及び先端部の少なくともいずれか一方に設けられたシュラウド１２，１３と、を備えるタービン翼１０において、シュラウド１２，１３における翼本体１１の側の面の外縁１９に沿う間隔を有し、ペイント層によって形成されている補修基準部１８を有するタービン翼１０。【選択図】図２
2014118951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの径方向に延びる翼本体と、
該翼本体の基端部及び先端部の少なくともいずれか一方に設けられたシュラウドと、
を備えるタービン翼において、
前記シュラウドにおける前記翼本体の側の面の外縁に沿う間隔を有し、ペイント層によって形成されている補修基準部を有することを特徴とするタービン翼。
【請求項２】
前記補修基準部は、前記間隔を除き前記面の全体にわたって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のタービン翼。
【請求項３】
前記ペイント層の成分は、特定の波長の光で励起される蛍光塗料であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のタービン翼。
【請求項４】
前記シュラウド及び前記補修基準部の表面にはコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のタービン翼。
【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タービン翼を備えることを特徴とするタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータに固定されて径方向に延びる翼本体と、この翼本体に設けられて相隣接する翼本体同士を接続するシュラウドとを有するタービン翼、及び該タービン翼を有するタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンを構成する静翼や動翼のようなタービン翼は、ガスタービンの運転時に高温の作動流体に曝される。従って、長時間に亘るガスタービンの運転に伴い、タービン翼の中でシュラウドに損傷が生じる場合がある。そして、このシュラウドの損傷が進行すると、シュラウドの焼損または減肉によって補修が不可能となり、タービン翼の廃却及び交換が必要になる。従って、このようなタービン翼の廃却及び交換に伴うコストアップを防止すべく、また、タービン翼を長期間に亘って使用するため、タービン翼について定期的な検査を行い、早期の段階でシュラウドに生じた損傷を補修するようにしている。
【０００３】
ここで、タービン翼の定期的な検査に際しては、まずロータやケーシングからタービン翼を一旦取り外し、シュラウドに生じた損傷の程度を計測する。具体的には、シュラウドは金属等からなる母材の表面に耐熱遮熱コーティングが塗布されたものであるが、この耐熱遮熱コーティングに生じる亀裂の長さを計測する。そして、計測した亀裂の長さを、亀裂の長さと補修や廃却の要否との関係について予め蓄積したデータと比較する。その結果、計測した亀裂の長さが所定の補修基準値を越えているか否かにより、シュラウドについて補修の要否を判断する（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９３０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のタービン翼では、シュラウドを含む著しい損傷によって廃却になるタービン翼が相当数存在し、コストアップにつながるという問題がある。すなわち、従来のタービン翼について補修の要否を判断するためには、ガスタービンの定期的な検査時に、シュラウドの損傷度合いを測定するために、タービン翼をロータやケーシングから一旦取り外す必要がある。しかし、ガスタービンの定期的な検査としては、タービン翼以外の部分の検査を目的としたものもあり、このような検査ではタービン翼はロータやケーシングから取り外されることなく固定されたままである。従って、このような検査においてシュラウドに損傷が発見されても、その損傷について補修の要否を判断することができない。そうすると、その後の定期的な検査においてタービン翼を取り外して検査を行う際には、損傷が進行して補修ができない状態になっており、タービン翼の廃却と交換が必要になる。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、タービン翼について、ロータやケーシングから取り外すことなく、目視にて補修の要否を容易に判断することを可能にする手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明のタービン翼は、ロータの径方向に延びる翼本体と、該翼本体の基端部及び先端部の少なくともいずれか一方に設けられたシュラウドと、を備えるタービン翼において、前記シュラウドにおける前記翼本体の側の面の外縁に沿う間隔を有し、ペイント層によって形成されている補修基準部を有することを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、長時間に亘る運転に伴って、シュラウドにおける翼本体側の面に、その外縁から亀裂が生じ、当該亀裂が外縁に略直交する方向へ延びる場合がある。その場合でも、亀裂が補修基準値に達しているか否かを確認することにより、検査者はタービン翼に補修が必要か否かを目視にて判断することができる。
【０００９】
上記タービン翼において、前記補修基準部は、前記間隔を除き前記面の全体にわたって形成されていることが好ましい。
【００１０】
上記構成によれば、補修基準部が面で構成されていることによって、亀裂が補修基準部の端部を越えて形成された場合に、よりペイント層が露出されるため、補修基準値に到達したか否かの判別がより容易となる。
【００１１】
上記タービン翼において、前記ペイント層の成分は、特定の波長の光で励起される蛍光塗料であることが好ましい。
【００１２】
上記構成によれば、亀裂によってペイント層が露出した際の確認がより容易となる。
【００１３】
上記タービン翼において、前記シュラウド及び前記補修基準部の表面にはコーティング層が形成されていることが好ましい。
【００１４】
上記構成によれば、補修基準部が高温の作動流体に曝されることによって消失する恐れがない。
【００１５】
また、本発明に係るタービン翼は、前記いずれかに記載のタービン翼を備えることを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、長時間に亘る運転に伴って、シュラウドにおける翼本体側の面に、その外縁から亀裂が生じ、当該亀裂が外縁に略直交する方向へ延びる場合がある。その場合でも、亀裂が補修基準部に達しているか否かを確認することにより、検査者はタービン翼に補修が必要か否かを目視にて判断することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、タービン翼についてロータやケーシングから取り外すことなく、目視にて補修の要否を容易に判断することができる
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態に係るタービン静翼を備えたガスタービンを示す全体構成図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るタービン静翼の外観を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る基端側シュラウドについて、図２におけるＡ−Ａ断面を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係るタービン静翼の作用効果の説明図である。
【図５】本発明の第一実施形態をタービン動翼に適用した例を示す概略斜視図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係るタービン静翼の外観を示す概略斜視図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係る基端側シュラウドについて、図６におけるＢ−Ｂ断面を示す概略断面図である。
【図８】複数のシュラウドからなるシュラウドセグメントに補修基準線を適用した例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第一実施形態］
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態では、本発明に係るタービン翼として、ガスタービンのタービン静翼を例に説明する。図１は、第一実施形態に係るタービン静翼１０を備えたガスタービン１を示す全体構成図である。ガスタービン１は、流体の流通方向Ｆに沿って最も上流側の位置に設けられて圧縮空気を生成する圧縮機２と、その下流側に設けられて圧縮空気に燃料を噴射して燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器３と、更にその下流側に設けられて燃焼ガスにより回転駆動されるタービン４と、を備えるものである。
【００２０】
タービン４は、図１に示すように、ロータ５の外周に設けられて内部に燃焼ガス流路が形成されたタービンケーシング４１と、ロータ５の外周面から突出して周方向に所定間隔で設けられた複数のタービン動翼４２と、タービンケーシング４１の内周面から突出して周方向に所定間隔で設けられた複数のタービン静翼１０と、を有している。そして、タービン動翼４２及びタービン静翼１０は、ロータ５の軸線方向に沿って交互に複数段がそれぞれ設けられている。
【００２１】
タービン静翼１０は、燃焼ガスを減速してその圧力を上昇させる役割を果たすものである。ここで、図２は、タービン静翼１０の外観を示す概略斜視図である。タービン静翼１０は、断面流線型を有し図１に示すロータ５の径方向に延びる翼本体１１と、この翼本体１１の先端部に設けられた先端側シュラウド１２と、翼本体１１の基端部に設けられた基端側シュラウド１３とを有している。
【００２２】
（先端側シュラウド）
先端側シュラウド１２は、周方向に複数設けられたタービン静翼１０をその先端部において互いに連結する役割を果たすものである。この先端側シュラウド１２は、図２に示すように、筐体としての本体部１４と、この本体部１４から上方へ突出した配管群１５とを有している。
【００２３】
（配管群）
配管群１５は、タービン静翼１０に冷却ガスＣＡを供給し、またはタービン静翼１０から冷却ガスＣＡを排出する役割を果たすものである。この配管群１５は、図２に示すように、本体部１４の中央部に突出して設けられてタービン静翼１０から冷却ガスＣＡを排出する排出管１５１と、この排出管１５１を挟んだ両側の位置に突出して設けられてタービン静翼１０に冷却ガスＣＡを供給する第一供給管１５２及び第二供給管１５３と、を有している。
【００２４】
排出管１５１は、図２に示すように断面略円形の配管であって、本体部１４を貫通してその一端が上方に開口するとともに、他端が翼本体１１の内部空洞に接続されている（図２では不図示）。これにより、この排出管１５１を介して翼本体１１の内部と外部とが連通した状態になっている。
【００２５】
第一供給管１５２は、図２に示すように断面略円形の配管であって、本体部１４を貫通してその一端が上方に開口するとともに、他端が本体部１４の内部に開口している。これにより、この第一供給管１５２を介して本体部１４の内部と外部とが連通した状態になっている。
【００２６】
第二供給管１５３は、図２に示すように断面略三角形の配管であって、本体部１４を貫通してその一端が本体部１４の表面に開口するとともに、他端が翼本体１１の内部空洞に接続されている（図２では不図示）。これにより、この第二供給管１５３を介して翼本体１１の内部と外部とが連通した状態になっている。
【００２７】
尚、配管群１５を構成する配管の本数やその設置位置は本実施例に限定されず、翼本体１１の内部の構成等に応じて適宜設計変更が可能である。
【００２８】
（基端側シュラウド）
基端側シュラウド１３は、周方向に複数設けられたタービン静翼１０をその基端部において互いに連結する役割を果たすものである。ここで、図３は、図２におけるＡ−Ａ断面を示す概略断面図である。基端側シュラウド１３は、箱型に形成された合金製の母材１６と、平面視で略矩形形状を有する翼本体側面１３ａに塗布された一対の補修基準線１８と、補修基準線１８及び母材１６の表面を覆う遮熱コーティング層１７とを有している。
母材１６は、ＩＮ７３８ＬＣ，ＭａｒＭ２４７ＬＣ，ＭＧＡ１４００等の合金からなるものである。
【００２９】
補修基準線１８は、母材１６の表面に直接塗料が塗布されることにより形成されるペイント層であり、翼本体側面１３ａの長手側の外縁１９から所定間隔Ｇを空けて、外縁１９に略平行してそれぞれ延びている。補修基準線１８の成分は、紫外線（励起光）と反応して励起される蛍光塗料であり、紫外線を照射することによって、発光させることができる。
【００３０】
なお、補修基準線１８と外縁１９との間隔は、翼本体側面１３ａに生じる亀裂の長さと、タービン静翼１０に関する補修や廃却の要否との関係について予め蓄積しておいたデータ（補修基準値）に基づいて決定すればよい。また、補修基準線１８の成分は上述したものに限ることはなく、例えば、可視光と反応して発光する塗料や、母材１６及び遮熱コーティング層１７とは異なる色（黄色など）の塗料としてもよい。
【００３１】
遮熱コーティング層１７は、流路を流れる高温の作動流体から母材１６及び母材１６の表面に塗布されている補修基準線１８を保護する役割を果たすものである。遮熱コーティング層１７は、母材１６の表面を覆って均一の厚みで形成されている。
【００３２】
この遮熱コーティング層１７は、図に詳細は示さないが、母材１６の表面を覆って設けられるボンドコート層と、このボンドコート層の表面を更に覆って設けら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１６とセラミックス層の熱膨張量の差を緩和する役割を果たすものである。このボンドコート層は、例えば、ＭＣｒＡｌＹ（ＭはＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅなど）からなる溶射粉を、母材１６の表面に溶射することにより形成することができる。一方、セラミックス層は、高温の作動流体の熱を遮熱する役割を果たすものである。このセラミックス層は、例えば、ＺｒＯ２系のセラミックス溶射粉を、ボンドコート層の表面に溶射することにより形成することができる。
【００３３】
（作用効果）
次に、本発明の第一実施形態に係るタービン静翼１０の作用効果について説明する。図４は、タービン静翼１０の作用効果の説明図である。ガスタービン１を長時間に亘って運転すると、タービン静翼１０の基端側シュラウド１３が損傷する場合がある。この基端側シュラウド１３に生じる損傷としては、例えば、遮熱コーティング層１７に生じる割れや剥離、または母材１６の酸化および焼損による肉厚の減少が挙げられる。ここで、基端側シュラウド１３にこのような損傷が生じると、それを示す兆候として、翼本体側面１３ａの外縁１９に亀裂２０が発生する。そして、この亀裂２０は、翼本体側面１３ａの外縁１９から中央部に向かって、外縁１９に略直交する方向へ延びていく。
【００３４】
ここで、ガスタービン１について定期的な検査を行う検査者は、タービン静翼１０以外の部分について検査を行う場合がある。このような場合、検査者は、図１に示すタービンケーシング４１の内周面に固定された状態のタービン静翼１０について、紫外線を照射することによって、前述のように基端側シュラウド１３に発生した亀裂２０が補修基準部である補修基準線１８に達しているか否かを目視により確認する。
【００３５】
その結果、図４に示す第一亀裂２０ａや第二亀裂２０ｂのように、亀裂２０の先端が補修基準線１８に到達している場合、検査者は、タービン静翼１０は補修が必要な程度まで損傷が進行していると判断する。即ち、第一亀裂２０ａや第二亀裂２０ｂが補修基準線１８を越えて進行すると、亀裂２０の間から補修基準線１８を構成する塗料が露出し、この塗料に紫外線が照射されることで塗料が発光するため、検査者は、亀裂２０の長さが一定水準を超えたか否かを判断することができる。
この場合、検査者は、タービン静翼１０をタービンケーシング４１から取り外し、基端側シュラウド１３を始めとするタービン静翼１０の各種構成部材について補修を行う。
【００３６】
一方、図４に示す第三亀裂２０ｃのように、亀裂２０の先端が補修基準線１８に未だ到達していない場合、検査者は、タービン静翼１０の損傷は補修が必要な程度ではないと判断する。即ち、塗料の露出がないため検査者が亀裂２０に向けて紫外線を照射しても発光が確認されないため、交換の必要性がないと判断することができる。
この場合、検査者は、タービン静翼１０をタービンケーシング４１から取り外すことなく、本来の検査対象箇所についてのみ検査及び補修作業を行う。
【００３７】
このように、第一実施形態に係るタービン静翼１０によれば、タービンケーシング４１に固定された状態のままで、亀裂２０が補修基準線１８に到達したか否かを目視にて確認するだけの作業により、補修が必要か否かを容易に判断することができる。従って、本来の検査対象がタービン静翼１０以外の部分である定期的な検査において、タービン静翼１０に損傷が生じていることを容易に発見することができる。
【００３８】
これにより、タービン静翼１０を対象とする検査において、基端側シュラウド１３に補修できない程度の損傷が発見される前に、早期の段階で損傷を発見して補修することができる。従って、損傷が大きく廃却処分となる基端側シュラウド１３の数を減少させることができ、これにより材料費節減によるコストダウンを図ることができる。
【００３９】
また、補修基準線１８を形成する上で、基端側シュラウド１３に機械加工を施す必要がないため、補修基準線１８の形成コストを低減することができる。
また、補修基準線１８は段差などによって形成されないため、シュラウド上を流れる
作動流体の流れを阻害することがない。
【００４０】
（変形例）
尚、本実施形態では、基端側シュラウド１３を例に説明したが、これに代えて或いはこれと共に、図２に示す先端側シュラウド１２の翼本体側面１２ａに補修基準線１８を形成してもよい。また、本実施形態ではガスタービン１を構成するタービン静翼１０を例に説明したが、図１に示すタービン動翼４２に適用することも可能である。図５は、本実施形態をタービン動翼４２に適用した例を示す概略斜視図である。タービン動翼４２は、断面流線型を有し図１に示すロータ５の径方向に延びる翼本体４２１と、この翼本体４２１の基端部に設けられた基端側シュラウド４２２（一般的には「プラットホーム」と呼ばれる）とを有している。そして、基端側シュラウド４２２の翼本体側面４２２ａには、翼本体４２１を挟んだ両側の位置に、一対の補修基準線４２３がそれぞれ形成されている。
【００４１】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係るタービン翼の構成について説明する。
なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図６及び図７に示すように、本実施形態に係るタービン翼１０は、補修基準部が、間隔Ｇの範囲を除く一面に塗布された塗料により補修基準面１８Ｂを形成していることを特徴としている。即ち、補修基準面１８Ｂは、シュラウドの外縁から補修基準分の距離があり、基端側シュラウドの翼本体側面１３ａの外形と相似形とされている。
【００４２】
第二実施形態に係るタービン翼１０によれば、第一実施形態に係るタービン翼１０の効果に加え、補修基準部が面で構成されていることによって、亀裂２０が第一実施形態の補修基準線１８に相当する補修基準面１８Ｂの端部を越えて形成された場合に、より塗料が露出されるため、補修基準値に到達したか否かの判別がより容易となる。
【００４３】
なお、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。例えば、本実施形態では、本発明に係るタービン翼をガスタービンに適用する場合について説明したが、これに代えて蒸気タービンに適用することも可能である。
【００４４】
また、上述した実施形態において、遮熱コーティング層１７を形成することは必ずしも必要ではなく、亀裂２０が発生していない場合においても補修基準線１８、又は補修基準面１８Ｂを目視できる構成としてもよい。
また、補修基準線１８は、翼本体側面１２ａ，１３ａ，４２２ａの長手側の外縁１９から所定間隔をあけた位置のみに限定されることはなく、翼本体側面１２ａ，１３ａ，４２２ａの四辺いずれか一つ以上の外縁から所定間隔をあけた位置に設ければよい。
【００４５】
さらに、上述した各実施形態においては、補修基準部を独立したシュラウドに適用する例を示したが、これに限らず、図８に示すような複数のシュラウドをボルトなどの締結手段により結合したシュラウドセグメントに対して適用することも可能である。シュラウドセグメントに適用する場合、補修基準部は、対象面である二つの翼本体側面１３ａをあわせた面の外縁を基準に形成すればよい。
【符号の説明】
【００４６】
１  ガスタービン
２  圧縮機
３  燃焼器
４  タービン
５  ロータ
１０  タービン静翼
１１  翼本体
１２  先端側シュラウド
１２ａ  翼本体側面
１３  基端側シュラウド
１３ａ  翼本体側面
１４  本体部
１５  配管群
１５１  排出管
１５２  第一供給管
１５３  第二供給管
１６  母材
１７  遮熱コーティング層
１８  補修基準線（補修基準部）
１８Ｂ  補修基準面（補修基準部）
１９  外縁
２０  亀裂
２０ａ  第一亀裂
２０ｂ  第二亀裂
２０ｃ  第三亀裂
４１  タービンケーシング
４２  タービン動翼
４２１  翼本体
４２２  基端側シュラウド
４２２ａ  翼本体側面
４２３  補修基準線
ＣＡ  冷却ガス
Ｆ  流通方向
【図１】
2014118951.tif 000003
【図２】
2014118951.tif 000004
【図３】
2014118951.tif 000005
【図４】
2014118951.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014118951.tif 000008
【図７】
2014118951.tif 000009
【図８】
2014118951.tif 000010