(57)【要約】【課題】  ガスタービン高温部品の変形修正を、工程を簡略化して低コスト化を図るガスタービン高温部品変形修正方法を提供する。【解決手段】  ガスタービン高温部品の変形修正方法であって、前記ガスタービン高温部品がもつ溶体化熱処理時の熱変形量よりも大きな熱変形量をもつ熱変形部４を備えた変形修正治具３を、この変形修正治具３の熱変形部４の長手方向と前記ガスタービン高温部品の変形修正方向とを一致させて前記ガスタービン高温部品に取り付け、その後、前記変形修正治具３を取り付けた前記ガスタービン高温部品を溶体化熱処理し、前記ガスタービン高温部品の熱変形量と、前記変形修正治具３の熱変形量との差により前記ガスタービン高温部品を塑性変形させて、前記ガスタービン高温部品の変形の修正を行うことを特徴とするガスタービン高温部品変形修正方法。【選択図】図１b
2008297931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン高温部品の変形修正方法であって、
前記ガスタービン高温部品がもつ溶体化熱処理時の熱変形量よりも大きな熱変形量をもつ熱変形部を備えた変形修正治具を、この変形修正治具の熱変形部の長手方向と前記ガスタービン高温部品の変形修正方向とを一致させて前記ガスタービン高温部品に取り付け、
その後、前記変形修正治具を取り付けた前記ガスタービン高温部品を溶体化熱処理し、前記ガスタービン高温部品の熱変形量と、前記変形修正治具の熱変形量との差により前記ガスタービン高温部品を塑性変形させて、前記ガスタービン高温部品の変形の修正を行うことを特徴とするガスタービン高温部品変形修正方法。
【請求項２】
前記変形修正治具は、ガスタービン高温部品の複数の修正方向に対して、一度の溶体化熱処理にて修正することを特徴とする請求項１記載のガスタービン高温部品変形修正方法。
【請求項３】
前記変形修正治具の熱変形部は、前記ガスタービン高温部品の線膨張係数よりも大きい線膨張係数をもつことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスタービン高温部品変形修正方法。
【請求項４】
前記変形修正治具の熱変形部は、前記ガスタービン高温部品の変形修正方向における長さよりも長く、かつ、前記ガスタービン高温部品の線膨張係数よりも小さい線膨張係数をもつことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスタービン高温部品変形修正方法。
【請求項５】
前記変形修正治具の熱変形部は、セラミックスであることを特徴とする請求項４記載のガスタービン高温部品変形修正方法。
【請求項６】
前記ガスタービン高温部品の実質変形修正量は、熱処理時温度下での前記変形修正治具による変形修正量から大気温度と熱処理時温度差における熱変形量を差引いた分であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のガスタービン高温部品変形修正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温の燃焼ガスにさらされるガスタービン高温部品の変形を修正するガスタービン高温部品変形修正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン発電プラントはガスタービンと同軸に設けられた圧縮機の駆動によって圧縮された圧縮空気を燃焼器に案内して燃焼器ライナで燃料と共に燃焼する。燃焼による高温の燃焼ガスはトランジションピースおよび静翼を経て動翼に案内され、この動翼を回
転駆動させてガスタービンの仕事をさせるようになっている。
【０００３】
ガスタービンにおいては燃焼器出口ガス温度が高いほど発電効率が向上することから、ガスタービン入口温度の高温化が推進されているが、ガスタービン高温部品にとっては極めて過酷な環境となっている。
【０００４】
図５は、トランジションピースの構造と、運用による変形状態を示す説明図である。
【０００５】
ガスタービン高温部品、例えば、ガスタービン燃焼器のトランジションピース１は、入口が円筒形状で、出口が逆台形形状となっている。トランジションピース１には外表面から圧縮機（図示せず）の吐出空気による外圧と、内部の燃焼ガスからの内圧が作用する。
【０００６】
したがって圧力が均一に作用する円筒形状に対して、逆台形形状ではクリープ変形が生じやすいが、特に出口側では入口側よりもガス流路面積が絞られているためにメタル温度が上昇し、高温環境下に曝されるためにクリープ変形がさらに顕著となる傾向にある。
【０００７】
よって、トランジションピース１を継続して使用すると、ピクチャーフレーム２の内径が小さくなるクリープ変形が生じ、損傷の増加および出力・効率の低下が発生する可能性がある。
【０００８】
また、現地組込み時の変形により、組立性への支障等が発生する虞がある。
【０００９】
このため、ピクチャーフレーム２に変形が生じた場合には変形修正を実施している。
【００１０】
ガスタービン高温部品は、高温下での使用によりき裂や摩耗部等が生じた場合には、溶接補修を施し、さらに必要に応じて溶接時の熱影響および残留応力除去のための熱処理を実施している。変形が生じた場合には、油圧ジャッキ等を用いた冷間での変形修正が一般的に用いられている。
【００１１】
また、ガスタービン燃焼器のトランジションピースの補修方法として、損傷を受けたピクチャーフレームと、予め用意されたピクチャーフレーム部分とを交換する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
ガスタービン燃焼器のライナーの補修方法としては、ライナーを軸方向へ複数部材に分割し、溶接により各部材を結合することでライナーを形成し、損傷が生じた部分の部材のみを交換する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００２−８９８４２号公報
【特許文献２】特開２００２−２９５２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記従来技術を用いてガスタービン高温部品の補修を行う場合には、
（１）溶接性の改善および延性の改善のためにガスタービン高温部品を高周波誘導電流加熱する溶体化熱処理を行う。
【００１４】
（２）き裂および摩耗の溶接補修を行う。
【００１５】
（３）変形修正を行う。
【００１６】
（４）溶接補修部や変形修正部の残留応力の除去および均質化のために再度溶体化熱処理を行う。
【００１７】
という手順が必要となることから、補修工程が長くなると共にコスト高が生じていた。
【００１８】
また、油圧ジャッキ等を用いた冷間での変形修正の場合は、プロセスの細かい制御が困難であるため、品質にばらつきを生じる場合があり、変形修正時において、き裂あるいは燃焼振動によって摩耗する嵌合部に施されていた耐摩耗コーティングの剥離等の欠陥を引き起こす虞があった。
【００１９】
本発明の目的は、ガスタービン高温部品の変形修正を、工程を簡略化して低コスト化を図ることができるガスタービン高温部品変形修正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、ガスタービン高温部品の変形修正方法であって、前記ガスタービン高温部品がもつ溶体化熱処理時の熱変形量よりも大きな熱変形量をもつ熱変形部を備えた変形修正治具を、この変形修正治具の熱変形部の長手方向と前記ガスタービン高温部品の変形修正方向とを一致させて前記ガスタービン高温部品に取り付け、その後、前記変形修正治具を取り付けた前記ガスタービン高温部品を溶体化熱処理し、前記ガスタービン高温部品の熱変形量と、前記変形修正治具の熱変形量との差により前記ガスタービン高温部品を塑性変形させて、前記ガスタービン高温部品の変形の修正を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、熱処理工程時に変形修正を行うので、ガスタービン高温部品の補修の工程を簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１ａは、第１の実施形態に係るガスタービン高温部品の変形修正方法を、ガスタービン燃焼器のトランジションピースを例にとって示す図、図１ｂは要部の正面図である。
【００２４】
ガスタービン燃焼器のトランジションピース１は、燃焼ガスの入口部が円筒形状で、出口部のピクチャーフレーム２は逆台形形状となっている。ピクチャーフレーム２の出口部は図示しないタービン内に連通している。トランジションピース１及びピクチャーフレーム２は、ニッケルあるいはコバルト基耐熱超合金によって構成されている。
【００２５】
３は変形修正治具で、棒状の変形バー４と、変形バー４の両端に設けられた板状の受け板５から形成されている。変形修正治具３は、トランジションピース１及びピクチャーフレーム２よりも線膨張係数が大きく、同等以上の強度を持つ合金、例えば高クロム析出強化型ニッケル基耐熱超合金によって構成されている。
【００２６】
ピクチャーフレーム２の内径が小さくなった変形を修正する場合には、ピクチャーフレーム２の内径を大きく伸ばして修正したい方向と、変形バー４の長手方向とを一致させて、変形バー４の両端に設けられた受け板５がピクチャーフレーム２の内表面に当接するように、変形修正治具３をピクチャーフレーム２の内側に取り付ける。変形修正方向が複数方向ある場合には、複数の変形修正治具３をそれぞれの修正方向に一致させて取り付ける。
【００２７】
この状態でピクチャーフレーム２に対して溶体化熱処理を実施すると、変形修正治具３は、溶体化熱処理温度下で、熱変形量分の長さが増加した形状となる。ピクチャーフレーム２は、自身の熱変形量に加えて変形修正治具３の熱変形量により変形バー４が図示矢印で示した変形修正方向６に変形することによって変形修正治具３が移動し、その結果受け板５がピクチャーフレーム２を塑性変形することになる。
【００２８】
熱処理後に、変形修正治具３は取り外される。熱処理後に常温に戻った段階では、ピクチャーフレーム２は熱収縮するが、塑性変形分は変形修正量として残るようにしている。
【００２９】
即ち、図２は、本実施例に係る変形修正時に使用される変形修正治具の設定条件を示す図である。ここで、
Ｌａ１を、変形修正前の変形修正部品（ピクチャーフレーム２）の長さ、
Ｌｂ１を、変形修正前の変形修正治具３の長さ、
Ｌａ２を、熱処理時の変形修正部品（ピクチャーフレーム２）の長さ、
Ｌｂ２を、熱処理時の変形修正治具３の長さ、
Ｌａ３を、変形修正後の変形修正部品（ピクチャーフレーム２）の長さ、
αａを、変形修正部品（ピクチャーフレーム２）の線膨張係数、
αｂを、変形修正治具３の線膨張係数、
Ｔ１を、大気温度、
Ｔ２を、熱処理時の温度、
とすると、熱処理時の温度変化量ΔＴは、
ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１
となる。
【００３０】
熱処理時の変形修正部品（ピクチャーフレーム２）の熱膨張量δＬａ２Ａは、
δＬａ２Ａ＝Ｌａ１×αａ×ΔＴ
熱処理時の変形修正治具３の熱膨張量δＬｂ２Ａは、
δＬｂ２Ａ＝Ｌｂ１×αｂ×ΔＴ
熱処理時の変形修正部品（ピクチャーフレーム２）の塑性変形量δＬａ２Ｂは
δＬａ２Ｂ＝δＬｂ２Ａ−δＬａ２Ａ
熱処理後の変形修正部品（ピクチャーフレーム２）の熱収縮量δＬ３Ａは、
δＬ３Ａ＝Ｌａ２×（１−１／（１+αａ）／ΔＴ）
変形修正部品（ピクチャーフレーム２）の変形修正量δＬａ３は、
δＬａ３＝Ｌａ２／（１+αａ）／ΔＴ
となる。
【００３１】
変形修正部品（ピクチャーフレーム２）の実質変形修正量は、熱処理時温度Ｔ２下での変形修正治具３による変形修正量から大気温度Ｔ１と熱処理時温度Ｔ２の差ΔＴにおける熱変形量を差引いた分である。
【００３２】
これによって、ピクチャーフレーム２は、補修時の溶体化熱処理と同時に変形修正が行われるため、変形修正に伴う欠陥の発生および残留応力等の影響を受けることなく、予め定められた形状へ変形修正することができる。また、変形修正のプロセス制御が容易となり、従来技術による変形修正方法よりも再現性がよく、精度を向上させることができる。
【００３３】
図３は、第２の実施形態に係るガスタービン高温部品の変形修正方法を示す図である。ガスタービン燃焼器のトランジションピース１を例に説明する。
【００３４】
第１及び第２の変形修正治具２３Ａ，２３Ｂは、それぞれ棒状の変形バー２４Ａ、２４Ｂと、この変形バー２４Ａ、２４Ｂにそれぞれ固定された板状の受け板２５Ａ、２５Ｂから形成されている。トランジションピース１の外側には、修正変形方向とは垂直に、板状のベース７Ａ、７Ｂが設けられ、このベース７Ａ、７Ｂには、変形修正治具２３Ａ、２３Ｂ及び、トランジションピース１を支持し且つ位置決めする棒状のサポート８が固定されている。
【００３５】
２本のベース７Ａ、７Ｂにそれぞれ変形バー２４Ａ、２４Ｂを介して取り付けられた変形修正治具２３Ａ、２３Ｂの受け板２５Ａ、２５Ｂが、ピクチャーフレーム２の変形修正面である外輪側および内輪側に接触している。ベース７およびサポート８は、トランジションピース１の材料より線膨張係数が極端に小さい、例えば、約１／５程度である炭化珪素等のセラミックスによって構成されている。
【００３６】
変形修正治具２３Ａ，２３Ｂの熱変形部である変形バー２４Ａ、２４Ｂの材料は、ジルコニア等のセラミックスを用いることが可能である。ジルコニアは溶体化処理温度においても十分な強度を有しているため、変形修正時の荷重に対しても十分耐えられる。
【００３７】
一方、一般的にセラミックスは前記炭化珪素のように線膨張係数は小さいが、ジルコニアはトランジションピース１の線膨張係数に対して約７０％程度である。したがって、変形バー２４の長さを調整することで変形治具２３に適用可能である。
【００３８】
溶体化熱処理を実施するとピクチャーフレーム２自身の熱変形量に加えて、変形修正治具２３Ａ，２３Ｂの変形バー２４Ａ、２４Ｂの熱変形量により変形バー２４Ａ、２４Ｂが図示矢印で示した変形修正方向６に変形する事によって変形修正治具２３Ａ，２３Ｂが移動し、その結果受け板２５Ａ、２５Ｂがピクチャーフレーム２を塑性変形することになる。
【００３９】
ピクチャーフレーム２の線膨張係数に対して変形バー２４Ａ、２４Ｂの線膨張係数が、同程度か、それ以下であっても、変形バー２４Ａ、２４Ｂのベース７からピクチャーフレーム２の変形修正面までの長さが、ピクチャーフレーム２の変形部の長さより長いため、大きな塑性変形量が得られる。
【００４０】
この塑性変形量はピクチャーフレーム２に対する変形バー２４Ａ、２４Ｂの長さと線膨張係数の関係で決定される。熱処理後に変形修正治具２３Ａ，２３Ｂは取り外され、その後、大気温度Ｔ１に戻った段階では、ピクチャーフレーム２は熱収縮するが、塑性変形分は変形修正量として残ることになる。
【００４１】
図４は、本実施の形態に係る変形修正時の変形状態を示す図である。本実施の形態では、第１の実施の形態と、変形修正治具２３Ａ，２３Ｂの大きさが変形修正部品（ピクチャーフレーム２）よりも大きい点で相違するが、その他は同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００４２】
これにより、第１の実施例と同様な効果が得られると共に、本実施の形態では、より大きな変形修正ができる。
【００４３】
なお、これら第１及び第２の実施形態では、燃焼器トランジションピースに適用する場合を説明したが、例えば、燃焼器ライナー、タービン静翼サイドウォール、タービン動翼チップシュラウド等の高温部品の変形修正にも適用可能である。同様の変形修正治具の構成をそれぞれの部品の変形修正方向に合わせて組み合わせることで変形修正できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１ａ】第１の実施の形態に係るガスタービン高温部品の変形修正方法を示す図。
【図１ｂ】図１aの要部の正面図。
【図２】第１の実施形態に係る変形修正時に使用される変形修正治具の設定条件を示す図。
【図３】第２の実施の形態に係るガスタービン高温部品の変形修正を示す図。
【図４】第２の実施形態に係る変形修正時の変形状態を示す変化図。
【図５】従来のガスタービン燃焼器のトランジションピースの構造と運用による変形状態を示す説明図。
【符号の説明】
【００４５】
１…トランジションピース、２…ピクチャーフレーム、３、２３…変形修正治具、
４、２４…変形バー、５、２５…受け板、６…変形修正方向、７…ベース、８…サポート。
【図１ａ】
2008297931.tif 000003
【図１ｂ】
2008297931.tif 000004
【図２】
2008297931.tif 000005
【図３】
2008297931.tif 000006
【図４】
2008297931.tif 000007
【図５】
2008297931.tif 000008