(57)【要約】本発明はガスタービンのシュラウドセグメントの補修方法に関する。本発明に係る補修方法は少なくとも以下のステップを含む。ａ）補修すべきシュラウドセグメントを用意するステップ。ｂ）前記シュラウドセグメントの損耗部分である内周部分を除去し、その際に、損耗部分を除去した前記シュラウドセグメントが所定の内径寸法を持つようにするステップ。ｃ）前記シュラウドセグメントに適用する交換補充部分を製作し、その際に、その交換補充部分が、前記シュラウドセグメントの前記内径寸法に適合する外径寸法を持つようにするステップ。ｄ）前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとを位置合せするステップ。ｅ）前記交換補充部分を前記シュラウドセグメントに接合し、その際に、先ず、減圧下での気密状態での溶接を行って、前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとをそれらの周縁部において互いに結合し、続いて、熱間静水圧加圧法を用いて、前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとをそれらの当接面どうしで互いに拡散接合するステップ。【特許請求の範囲】
【請求項１】
例えば航空機用エンジンなどのガスタービンのシュラウドセグメントの補修方法において、
ａ）補修すべきシュラウドセグメントを用意するステップと、
ｂ）前記シュラウドセグメントの損耗部分である内周部分を除去し、その際に、損耗部分を除去した前記シュラウドセグメントが所定の内径寸法を持つようにするステップと、
ｃ）前記シュラウドセグメントに適用する交換補充部分を製作し、その際に、その交換補充部分が、前記シュラウドセグメントの前記内径寸法に適合する外径寸法を持つようにするステップと、
ｄ）前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとを位置合せするステップと、
ｅ）前記交換補充部分を前記シュラウドセグメントに接合し、その際に、先ず、減圧下での気密状態での溶接を行って、前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとをそれらの周縁部において互いに結合し、続いて、熱間静水圧加圧法を用いて、前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとをそれらの当接面どうしで互いに拡散接合するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記交換補充部分を、鋳造法を用いて製作することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記交換補充部分を、金属粉末射出成形法を用いて製作することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとの位置合せに先立って、前記交換補充部分及び前記シュラウドセグメントの夫々の当接面に活性化処理を施し、好ましくはこの活性化処理をブラスト加工によって行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の方法。
【請求項５】
前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとの位置合せに先立って、前記交換補充部分及び前記シュラウドセグメントの夫々の当接面にニッケル層をコーティングし、好ましくはこのニッケル層の厚さを０．００３ｍｍ〜０．００５ｍｍの範囲内の厚さとすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとの位置合せが完了した後に、それらの接合に先立って、前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとを位置合せした状態でスポット溶接により互いに固定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとの接合を行った後に、補修が施された前記シュラウドセグメントの形状仕上げ加工を行うことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の方法。
【請求項８】
前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとの接合を行った後に、補修が施された前記シュラウドセグメントの内周面に、即ち、前記交換補充部分の内周面に、なじみ層をコーティングすることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の方法。
【請求項９】
前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとの接合を行った後に、補修が施された前記シュラウドセグメントの内周面に、即ち、前記交換補充部分の内周面に、断熱層をコーティングすることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとの接合を行った後に、前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとの間の接合状態の検査を、Ｘ線検査法、超音波検査法、またはサーモグラフィー検査法によって行うことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンのシュラウドセグメントの補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最新のガスタービンは、また特に航空機用エンジンは、信頼性、機器重量、発生出力、経済性、及び耐久性に関する、最も厳しい要求条件を満たさなければならなくなっている。また、ガスタービンが発達するにつれて、使用する材料を適切に選択すること、好適な特性を有する新規な材料を開発すること、それに、新規な製造方法及び補修方法を開発することが、決定的に重要な役割を持つようになってきている。
【０００３】
発生出力を増大させるためには、全ての構成部品及びサブシステムを最適化することが重要である。そして、いわゆる封止システムも、最適化すべきサブシステムのうちの１つである。特に、そのガスタービンが航空機用エンジンである場合には、高圧コンプレッサ部や高圧タービン部において、回転側部材であるタービン翼と固定側部材であるケーシングとの間の最小間隙を確保することが、容易なことではなくなっている。それは、高圧コンプレッサ部並びに高圧タービン部では、発生する温度が高温であることに加えて、発生する温度勾配も大きく、それらのことが間隙の確保を困難にしているからである。また特に、間隙の確保を困難にしている要因として、コンプレッサ部のタービン翼並びに高圧タービン部のタービン翼には、一般的に、低圧タービン部に装備されているようなシュラウドバンドが装備されていないということがある。
【０００４】
このように、コンプレッサ部のタービン翼並びに高圧タービン部のタービン翼には、シュラウドバンドが装備されていない。そのため、回転側部材であるタービン翼の先端、即ち翼端は、固定側部材であるケーシングに対するいわゆる軽接触を生じた際に、そのケーシングに直に摩擦接触をすることになる。このようなタービン翼の翼端の軽接触は、径方向の間隙を調整して最小間隙とする作業に伴う製造誤差によって生じ得るものである。翼端が摩擦接触することによって材料の摩耗が進行し、その結果、ケーシング及びロータの全周において径方向の間隙が拡大してしまうという不都合が発生する。
【０００５】
固定側部材であるケーシングに翼端が軽接触することによって生じる翼端の摩耗をできるだけ抑えるために、ケーシングにいわゆるなじみ層を設けて、タービン翼の翼端によってこのなじみ層が摩耗させられるようにするということが、従来より公知となっている。このなじみ層は、通常、ケーシングのいわゆるシュラウドセグメントに設けられており、より詳しくは、シュラウドセグメントの内径側の、タービン翼の翼端に対向する部分に設けられている。尚、なじみ層を担持する担持構造体として機能しているケーシング側のシュラウドセグメントを、単にシュラウドと呼ぶこともある。
【０００６】
ガスタービンの運転中に、シュラウドセグメント（ないしシュラウド）に次第に摩耗が進行して行く。そのため保守作業の一環として、シュラウドセグメントを交換するか、さもなければシュラウドセグメントに補修を施すことが必要になる。現状では、ガスタービンのシュラウドセグメントを補修するには、ガスタービンの運転中に翼端によって摩耗させられたシュラウドセグメントの内周面に、低圧プラズマ溶射法や高速溶射法などを用いてコーティング層を形成するようにしている。しかしながら、このように低圧プラズマ溶射法や高速溶射法を用いる方法では、シュラウドセグメントの補修を比較的狭い領域でしか行うことができず、そのため、達成可能な強度が小さいことが問題となっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑み成されたものであり、本発明の課題はガスタービンのシュラウドセグメントの新規な補修方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、請求項１に記載したガスタービンのシュラウドセグメントの補修方法によって達成される。本発明に係る補修方法は少なくとも以下のステップを含むものである。ａ）補修すべきシュラウドセグメントを用意するステップ。ｂ）前記シュラウドセグメントの損耗部分である内周部分を除去し、その際に、損耗部分を除去した前記シュラウドセグメントが所定の内径寸法を持つようにするステップ。ｃ）前記シュラウドセグメントに適用する交換補充部分を製作し、その際に、その交換補充部分が、前記シュラウドセグメントの前記内径寸法に適合する外径寸法を持つようにするステップ。ｄ）前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとを位置合せするステップ。ｅ）前記交換補充部分を前記シュラウドセグメントに接合し、その際に、先ず、減圧下での気密状態での溶接を行って、前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとをそれらの周縁部において互いに結合し、続いて、熱間静水圧加圧法を用いて、前記交換補充部分と前記シュラウドセグメントとをそれらの当接面どうしで互いに拡散接合するステップ。
【０００９】
本発明が提供するガスタービンのシュラウドセグメントの補修方法は、これまでに例のない全く新規な補修方法である。シュラウドセグメントの補修のために製作して適用する交換補充部分は、拡散接合によるシュラウドセグメントへの付着強度が大きく、温度変動に対する耐性に優れ、延性の大きなものとすることができる。この交換補充部分の材料として、単結晶材料を用いることもでき、また、シュラウドセグメントの母材と比べて熱膨張率及び熱伝達率の小さな材料を用いることもできる。
【００１０】
また、交換補充部分とシュラウドセグメントとの位置合せに先立って、交換補充部分及びシュラウドセグメントの夫々の当接面に、酸化物を用いたブラスト研磨法などのブラスト加工によって活性化処理を施すことが望ましい。
【００１１】
本発明の特に有利な実施の形態においては、交換補充部分とシュラウドセグメントとの位置合せが完了した後に、それらの接合に先立って、それら交換補充部分とシュラウドセグメントとを位置合せした状態でスポット溶接により互いに固定するようにしている。
【００１２】
本発明の特に好適な実施の形態における特徴としては、従属請求項に記載し以下に説明する様々な特徴がある。以下に本発明の具体的な実施の形態について更に詳細に説明するが、ただし、本発明は以下に説明する実施の形態のみに限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、ガスタービンのケーシング側の構成部材であるシュラウドセグメントの補修方法に関するものであり、このシュラウドセグメントは、好ましくは、なじみ層を担持する担持構造体として機能するものである。
【００１４】
シュラウドセグメントの補修は次のようにして行う。先ず、補修すべきシュラウドセグメントを用意し、続いて、そのシュラウドセグメントから損耗部分である内周部分を除去し、その際に、その損耗部分を除去したシュラウドセグメントが所定の内径寸法を持つようにする。このシュラウドセグメントの損耗部分は、例えば、中ぐりによって除去することができる。
【００１５】
尚、シュラウドセグメントから損耗部分を除去するのに先立って、冷却空気の流通孔ないしクラックを閉塞しておくことが望ましいこともあり、そのような場合には、溶接などによってそれらを閉塞した上で、損耗部分の除去を行うようにすればよい。
【００１６】
補修すべきシュラウドセグメントから損耗部分を除去したならば、続いて、そのシュラウドセグメントに適用する交換補充部分を製作し、その際に、その交換補充部分が、損耗部分を除去したシュラウドセグメントの内径寸法に適合する外径寸法を持つようにする。この交換補充部分は、鋳造法を用いて製作することが好ましく、特に好適な鋳造法としては、例えば、精密鋳造法や、金属粉末射出成形法（メタルインジェクションモールド法）などがある。
【００１７】
続いて、損耗部分を除去したシュラウドセグメントと、製作した交換補充部分とを、互いに位置合せする。尚、それら交換補充部分とシュラウドセグメントとの位置合せに先立って、それらを位置合せした状態としたときに互いに当接することになるそれら交換補充部分及びシュラウドセグメントの夫々の当接面に活性化処理を施すことが望ましく、この活性化処理は、ブラスト研磨法などのブラスト加工によって行うことが好ましい。また、それら交換補充部分及びシュラウドセグメントの夫々の当接面にニッケル層をコーティングすることが望ましいこともあり、その場合には、それらの当接面に形成するニッケル層の厚さを０．００３ｍｍ〜０．００５ｍｍの範囲内の厚さとするとよい。
【００１８】
交換補充部分とシュラウドセグメントとを互いに位置合せしたならば、続いて、交換補充部分をシュラウドセグメントに接合する。ただしその際には、交換補充部分とシュラウドセグメントとの位置合せが完了した後に、それらの接合に先立って、それら交換補充部分とシュラウドセグメントとを位置合せした状態でスポット溶接により互いに固定することが好ましい。そして、交換補充部分をシュラウドセグメントに接合するには、先ず、交換補充部分とシュラウドセグメントとを、減圧下での気密状態での溶接を行って互いに結合し、その際の溶接法としては、電子ビーム溶接法やレーザビーム溶接法を用いることが好ましい。また、この気密状態での溶接を行って結合するのは、交換補充部分とシュラウドセグメントとの間の当接部の周縁部とする。この気密状態での溶接が完了したならば、続いて、熱間静水圧加圧法（ＨＩＰ法）を用いて、交換補充部分とシュラウドセグメントとをそれらの当接面どうしで互いに接合する。
【００１９】
こうして接合を完了したならば、続いて、交換補充部分とシュラウドセグメントとの間の接合状態の検査をすることが好ましく、この検査は特に、Ｘ線検査法、超音波検査法、またはサーモグラフィー検査法によって行うとよい。接合を行った後に、また接合状態の検査を行うようにしている場合にはその検査を行った後に、こうして補修が施されたシュラウドセグメントの形状仕上げ加工を行うようにしてもよく、その際には、補修が施されたシュラウドセグメントの内周面に、即ち、交換補充部分の内周面に、なじみ層や断熱層をコーティングすることもできる。
【００２０】
シュラウドセグメントの補修のために製作する交換補充部分の材料は、シュラウドセグメントの材料とは異なったものとすることができる。そのため、交換補充部分の材料を、例えば単結晶材料とすることも可能である。また、交換補充部分の材料を選択するに際しては、シュラウドセグメントへの付着強度が大きく、温度変動に対する耐性に優れ、延性の大きな材料を選択するように考慮を払うのがよい。
【国際調査報告】
2009517576.tif 000002
2009517576.tif 000003
2009517576.tif 000004
2009517576.tif 000005
2009517576.tif 000006
2009517576.tif 000007