(57)【要約】【課題】本発明は、元のままの位置でシュラウドの重なり合いを溶接修理する方法に関する。【解決手段】シュラウドカバー（１４）の重なり合いを修理してタービン運転の間における更なる重なり合いを阻止するために、高い硬度の材料からなる第１の溶接ビード（３８）が、重なりを受けるカバーの半径方向内側表面（２８）に沿ってかつ該カバーのＺ形状の端縁の中間端縁（３４）に隣接して施される。より延性のある材料からなる溶接ビード（４０、４２）が、同じ表面に沿って最初の溶接ビードの背後に施されて、高い硬度の最初に施された溶接材料を構造的に支持する。隣のカバーの重なる端縁に隣接する重なりを受けるカバーの半径方向内面に沿って溶接材料を肉盛することにより、重なりを受けるカバーの厚さが、増大し、タービン運転の間におけるシュラウドカバーの重なり合いを阻止する。【選択図】　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンバケットの先端における隣り合うシュラウドカバーの重なり合いを阻止する方法であって、
前記隣り合うシュラウドカバーの１つ（１４ａ）のその端縁に隣接する半径方向の範囲を、該隣り合うシュラウドカバーの別の１つと円周方向に実質的に整合する位置まで拡大する段階、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記１つのシュラウドカバーの前記端縁（３４）に隣接する半径方向に面する表面（２８）の一部分に沿って溶接材料（３８）を施す段階を含むこと特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記タービンからタービンバケットを取り外しまた前記１つのシュラウドカバーを取り外すことなく元のままの位置で、該１つのシュラウドカバーに溶接材料（３８）を施す段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１つのシュラウドカバーの前記端縁（３４）に隣接する半径方向内向きに面する表面（２８）の一部分に沿って溶接材料（３８）を施す段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
重なりを受けるシュラウドカバーのその前記端縁に隣接する半径方向内向きに面する表面（２８）の一部分に沿って、前記別のシュラウドカバーと円周方向に整合させて溶接材料（３８）を施す段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記１つのシュラウドカバーの前記端縁に沿って、互いに斜めになった複数の端縁部分（３０、３２、３４）を形成する段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記タービンからタービンバケットを取り外しまた前記１つのシュラウドカバーを取り外すことなく元のままの位置で、重なりを受けるシュラウドカバーのその前記端縁に隣接する半径方向内向きに面する表面（２８）の一部分に沿って、前記別のシュラウドカバーと円周方向に整合させて溶接材料（３８）を施す段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記端縁に隣接して所定の硬度を有する第１の溶接材料（３８）を施し、該第１の溶接材料の前記端縁から離れた側に該第１の溶接材料よりも低い硬度の第２の溶接材料（４０）を施す段階を含むことを特徴とする、請求項１又は請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記１つのシュラウドカバーの前記端縁に沿って前端縁、後端縁及び中間端縁部分を有するほぼＺ形状構成の複数の端縁部分（３０、３２、３４）を形成する段階と、前記１つのシュラウドカバーの半径方向内向きに面する表面（２８）に沿ってかつ前記中間端縁部分に隣接して前記溶接材料（３８）を施す段階とを含むことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンバケット上でのシュラウド先端の重なり合いを修理する方法に関し、具体的には、元のままの位置でシュラウドの重なり合いを溶接修理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
様々なタイプのタービン及びタービン段において、段内の隣接するバケットの先端を円周方向に囲むためのシュラウドが用いられる。このほぼ環状のシュラウドは、一連のカバーで形成されており、一般的に各バケットがその先端に個々のカバーを支持している。隣接するバケットのカバーは、タービンの運転速度で互いに効果的に当接し、物理的に相互結合されることなくバケットの周りにほとんど連続した環帯を形成する。典型的なシュラウドカバーは、半径方向に見るとほぼＺ形状構成の円周方向に対向する端縁を有する。従って、各シュラウドカバーの３つの端縁は、正常運転速度では隣接するシュラウドカバーの対応する３つの端縁と整合する。しかしながら、中央面又は端縁だけが互いに接触しており、隣接する面又は端縁は設計された間隙で延びている。
【０００３】
シュラウドカバーの重なり合いが、今まで一部のタービンで発生していた。つまり、シュラウドカバーの１つの端縁が、時として隣接するシュラウドカバーの隣接する端縁に重なることになる。万一この重なり合う状態が発生した場合、バケットは、タービンの正常運転速度で所定の位置に効果的に固定されない。もっと適切に言えば、カバーの１つの端縁が、隣接するカバーの半径方向下方にある端縁を越えて半径方向外向きに突出し、一方、重なるカバーの反対側の端縁は、隣接するカバーの端縁から間隔を生じる。更に、シュラウドの重なり合いを生じたバケットは、運転速度で高サイクル疲労共振を生じる可能性があり、このことがバケット磨耗を招き、破損の可能性を生じる畏れがある。バケット修理及び／又は交換のための通常の運転休止の間に、また現存するシュラウドの重なり合いの修理時に、タービンを分解してバケットを取り外すことは通常のことであるが、このタイプの修理は、予定の運転休止の間のみにおいて通常の磨耗を処理するために行われ、一般的にはシュラウドの重なり合いの問題を処理しない。万一シュラウドの重なり合いが発生した場合には、タービンは運転休止され、バケット及びカバーが取り外され交換されることになるが、タービン外側ケーシングの取り外しを含むタービンを分解し修理を行う作業時間と非稼動中のタービンに関連する余分のコストとが大きなものとなるので、この種の運転休止は、経済的見地から実用的ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、元のままの位置で、低コストでしかもタービンの最小の非稼動時間で達成することができるタービンバケットのシュラウド先端の重なり合いを修理する方法の必要性が生じている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい実施形態によると、元のままの位置でシュラウド先端の重なり合いを修理する方法が提供される。具体的には、シュラウド先端の重なり合いの区域が、特定される。次いでロータを回転させて、シュラウド先端の重なり合いを、タービン段の後方のディフューザシュラウドにより形成された環状空間内で個人作業者がアクセス可能な位置、すなわち好ましくは下死点に位置決めする。次いで、重なり合ったシュラウドカバーは、隣り合うシュラウドカバーの円周方向に整合する端縁が、互いに円周方向に間隔を置いて整合されるように、重なり合いをなくされる。次いで、重なりを受けるシュラウドカバーの半径方向内側表面は、溶接材料を受ける準備がなされる。例えば、重なりを受けるシュラウドカバーのその重なりを受ける端縁区域に隣接する半径方向内側表面は、小型のばり取り工具で研削されて表面酸化物及び他の異物が除去される。次いで、高硬度の材料、例えばステライトが、単一の溶接ビードの形態で、その重なりを受ける端縁に隣接する重なりを受けるシュラウドカバーの半径方向内側表面に施される。溶接ビードは、重なりを受けるシュラウドカバーのＺ形状端縁の中間端縁部分に隣接して施されるのが好ましい。重なりを受けるシュラウドカバーの重なりを受ける端縁に隣接して溶接ビードを付加することにより、溶接材料が、半径方向内向きに肉盛されて、前に重なっていたシュラウドカバーの隣接する端縁と整合する端縁を形成する。
【０００６】
最初に施された硬質材料の溶接ビードの端縁は、重なりを受けるシュラウドカバーの端縁に一致するように研削してもとに戻される。また、異なる溶接材料、例えばＩｎｃｏｎｅｌ　６２５からなる付加的な１つ又はそれ以上の溶接ビードが、すぐ隣接するすなわち最初の溶接ビードの背後における半径方向内側シュラウド表面に施されて、最初の溶接ビード材料のための構造的裏当て支持体を形成する。次いで、溶接ビードは、重なりを受けるシュラウドカバーの半径方向内面に沿った表面を整形するように研削される。Ｚ形状ノッチのコーナもまた、応力集中を減少させるために小さい半径に研削される。その結果、重なりを受けるシュラウドカバーの半径方向内側表面に沿った溶接部により加えられた付加的な材料が、シュラウドカバーに、隣接するシュラウドカバーの端縁と整合する更なる半径方向内向きの厚さを与えて、シュラウドの重なり合いを防止する。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態では、タービンバケットの先端における隣り合うシュラウドカバーの重なり合いを阻止する方法が提供され、該方法は、隣り合うシュラウドカバーの１つのその端縁に隣接する半径方向の範囲を、該隣り合うシュラウドカバーの別の１つと円周方向に実質的に整合する位置まで拡大する段階を含む。
【０００８】
本発明の別の好ましい実施形態では、タービンバケットの先端における隣り合うシュラウドカバーの重なり合いを阻止する方法が提供され、該方法は、隣り合うシュラウドカバーの１つの厚さを、半径方向内向きに面する表面の端縁に隣接する該半径方向内向きに面する表面に沿って、隣り合うシュラウドカバーの別の１つと円周方向に実質的に整合させて溶接材料を施すことにより、拡大する段階を含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
ここで図面、特に図１を参照すると、全体を符号１０で示したバケットの環状配列と、該バケットの外側先端を囲むシュラウド１２とが概略的に示されている。図示するように、シュラウド１２は、複数のシュラウドカバー１４を含み、この複数のシュラウドカバー１４は、タービンの運転速度において互いに当接してバケット１０の周りに閉じたシュラウドを効果的に形成する円周方向に整合した端縁を有する。シュラウドカバーの１つの形態では、各カバーの両端縁は、カバーの各側面に沿った３つの端縁が隣接するシュラウドカバーの対応する端縁と円周方向に整合するほぼＺ形状構成に形成される。好ましい実施形態では、１つのシュラウドカバー１４が、各バケット１０に対して設けられるが、個々のカバーは、２つ又はそれ以上の隣り合うバケットの先端に跨っていてもよいことが分かるであろう。
【００１０】
図２には、バケット１０及びシュラウド１２を含むタービンの最終段が示される。高温の燃焼ガスは、タービンの最終段から流出して全体を１６で示す排気ディフューザ組立体中に流入することが分かるであろう。ディフューザ組立体は、それぞれ内側シェル１８及び外側シェル２０を有し、それらシェルは排気ガスが流れ込む環状空間２２を形成する。マンホール２４が、排気ディフューザ組立体１６の底部に隣接して設けられる。マンホール２４は、個人が環状空間２２内にまたタービンの最終段に制限されたアクセスをできるようにし、環状空間２２は最終タービン段の下流側で外側シェル２０上にうつぶせに横たわる個人のための作業空間を提供する。
【００１１】
図３を参照すると、重なり合い隣り合うシュラウドカバー１４ａ及び１４ｂが、下死点において示されている。図示されたシュラウドカバー１４ａの端縁は、隣接するシュラウドカバー１４ｂの対応する端縁に対して重なり合う位置に移動している。この構成では重なりを受けるシュラウドカバー１４ａの対向する端縁は、図示されてはいないが、隣のシュラウドカバーとの間に大きな円周方向の間隙又は空間を形成することが分かるであろう。前述のように、シュラウドカバーの重なり合いは、図示されるように、運転速度で高サイクル疲労共振を生じる可能性があり、磨耗を増大させ破損の可能性がある。その結果、重なりを受けるシュラウドの修理が必要とされ、本発明の好ましい実施形態によると、その修理は、元のままの位置で、すなわちタービンケーシング及び他の部品の取り外しを含むタービンの分解をすることなく達成される。マンホールを開くことにより、個人は、ディフューザ排気組立体１６内部の環状空間中に這って入り込むことによってシュラウドの重なり合う区域にアクセスすることができる。タービンのロータはまた、ラチェット駆動されて、シュラウドカバーが重なり合っているバケットを下死点に位置決めして、個人がディフューザ組立体の内部でうつ伏せになって横たわる時に重なり合ったシュラウドにアクセスすることを可能にする。重なり合うシュラウドカバーへのアクセスが得られた場合には、次いで重なるシュラウドの厚さが測定される。重なりを受けるバケットカバー１４ａ及び重なるバケットカバー１４ｂそれぞれを支持しているバケットは、次いで、てこ作用を加えて互いに離される。Ｚ形状の固定の中心線における、シュラウドカバーからシュラウドカバーまでの高さの差が測定されて記録される。先に測定された重なりを受けるシュラウドの厚さが、高さの差から差し引かれて記録される。
【００１２】
次いで、重なりを受けるカバー１４ａ及び重なるカバー１４ｂのバケットはそれぞれ、てこ作用を該バケットに加えることによって円周方向に更に分離されて、その分離された位置に保持される。このことにより、重なるシュラウドカバー１４ｂにより重なりを受ける端縁に隣接する重なりを受けるシュラウドカバー１４ａの半径方向内向きに面する表面２８を露出させる。図５に示すように、各シュラウドカバーの端縁は、前端縁部分３０及び後端縁部分３２、並びに該前端縁３０と該後端縁３２との間の中間端縁部分３４を有するＺ形状構成になっている。本発明のこの好ましい実施形態での溶接修理は、中間端縁部分３４に隣接する重なりを受けるシュラウドカバー１４ａの半径方向内側表面２８に沿って行われる。重なりを受けるシュラウドカバー１４ａの半径方向内側表面への溶接材料は、中間端縁部分３４に沿ってのみ施されることが分かるであろう。その上、再び重なり合うのを防止するのに十分な、例えば幅が０．２５インチ、厚さが０．０３０から０．０５０インチの溶接材料のみが、端縁３４に沿って施され、溶接熱の影響を受ける領域内にシュラウドの微視亀裂を生じるほど多くの溶接材料は施されない。
【００１３】
シュラウドカバー１４ａ及び１４ｂが互いに間隔を置いた状態で、中間端縁３４に隣接する重なりを受けるシュラウドカバー１４ａの半径方向内側表面２８は、溶接に備えて研削される。例えば、空気グラインダ及び空気ベルトサンダを用いて、表面酸化物及び他の異物を除去することができる。隣接するカバー端縁と整合する重なりを受けるシュラウドカバー１４ａの端縁２９は、研削されないことに注目されたい。アルゴンでバックアップした空気雰囲気中で、充填材、好ましくはステライトを有する第１の溶接ビード３８が、該溶接ビード３８がシュラウドカバー１４ａの接触端縁を、僅かに、例えば約０．０１０インチだけ越えて突出するように、半径方向内側のシュラウドカバー表面２８に沿って施される。
この最初の溶接ビード３８は、非常に高い硬度を有しており、カバー１４ａの半径方向内側表面２８に沿って中間端縁３４のほぼ全長にわたって延びる。カバー１４ａの半径方向内側表面に沿う溶接ビード３８は、中間端縁３４に隣接しかつ隣り合うカバー間の接触端縁に隣接するシュラウドカバーに厚さを付加して、タービン運転中にシュラウドカバーが重なり合うのを防止することを目的としている。
【００１４】
付加的な１つ又はそれ以上のビード、好ましくは異なる溶接材料、例えばＩｎｃｏｎｅｌ　６２５からなる２つのビード４０及び４２が、図６に示すようにステライト材料で形成された最初の溶接ビードに隣接するカバー１４ａの半径方向内側表面２８に施される。つまり、より延性を有する溶接材料からなる１つ又はそれ以上の付加的な溶接ビード４０及び４２が、最初の溶接ビード３８の背後においてカバー１４ａの半径方向内側表面２８に施される。より延性を有する材料からなる付加的な１つ又はそれ以上の溶接ビード４０及び４２は、構造的要素として役立ち、より高い硬度の最初の溶接ビード２８に対して、該より高い硬度の材料が荷重に耐えることができるように高い裏当て支持強度を与える。また、最初に施されたステライト溶接材料を用いる２つ又は３つのビードが、Ｉｎｃｏｎｅｌ　６２５材料に代わる裏当て支持体として施されてもよい。しかしながら、ステライト材料の第１のビードだけを施すことによって発生する微視亀裂を防止する必要性を考慮すると、Ｉｎｃｏｎｅｌ　６２５を後退防止材料として用いることが好ましい。図６に示すように、溶接ビード３８、４０及び４２の露出された表面は、次いで研削され、サンド処理されて、図７に示すように、整形された表面４４を形成する。その上、最初に施された溶接ビードの端縁は、シュラウドカバー１４ａの端縁と同一平面になるように研削してもとに戻される。このようにして、ステライトのような高度に硬化した材料が、重なりを受けるシュラウドカバー１４ａの半径方向内側表面２８に最初に施され、隣接するシュラウドカバーとの間で半径方向内向きに隆起した接触面を形成して、その後のタービン運転の間におけるシュラウドの重なり合いを防止する。また、溶接材料におけるＺ形状ノッチのコーナに半径を形成して、その位置での応力集中を減少させるのが好ましい。
【００１５】
次いで、バケットは、てこ作用により離された状態から開放されて、シュラウドカバーとシュラウドカバーとの高さの差、すなわちＺ形状ノッチの中心線における段部の高さが、測定されて記録される。次いで、段部の高さは、隣接するシュラウドの厚さから差し引かれて、「係合度」が求められて記録される。０．０５０インチの係合度が、シュラウドの重なり合いを阻止するのに必要な最小値である。修理を完了して排気ディフューザを出ると、次にタービンは、溶接後熱処理／露出のためにしばらくの間例えば２時間、ベース負荷で運転される。これによってタイミング良く付加的溶接の品質確認検査が可能になる。例えば、溶接品質が低ければ、溶接割れが初めのビードサイクル後に出現するはずである。従って、溶接の健全性は、最初の目視溶接検査後に直ちに確認可能である。付加的溶接の確認段階は、その後のタービン始動後に、例えば溶接亀裂についての赤色染色浸透探傷検査又は蛍光浸透探傷検査を用いて実施されることができる。
【００１６】
シュラウドの重なり合いの問題が、バケットを取り外すことなく、またタービンケーシングの取り外し又は長期間の運転休止をすることなく、元のままの位置で修理されるということが前述の説明から分かるであろう。また、溶接寸法は、シュラウド微視亀裂を防止するのに必要なだけ小さくすべきであり、すなわち、０．０３０インチより小さい亀裂の徴候は許容され、また約０．２５インチの溶接幅は許容されることにも注目されたい。しかしながら、溶接寸法は、再度の重なり合いを阻止するのに十分な大きさすべきであり、好ましくは０．０５０インチの係合を必要とする。また、溶接を用いることと研削することとにより、その円周方向に面する端縁に沿ったシュラウド接触面に衝撃は与えることはない。従って、隣り合うシュラウドカバーの硬度を与えられた円周方向に面する接触端縁は、タービン運転中に互いに接触した状態を保つ。つまり、それらの端縁は、カバーの最初の装置製造時に、例えば施されたステライト材料により最初から硬度を与えられている。
【００１７】
本発明を、現在最も実用的でありかつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきではなく、また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】バケットが取付けられるロータが省略された状態でのタービン段についてのバケットシュラウドカバー及びバケットの概略斜視図。
【図２】最終段バケットのシュラウドの重なり合いを修理するための制限されたアクセスを与えるディフューザ排気シュラウド内の環状空間を示す概略斜視図。
【図３】シュラウドカバーの重なり合いを示す軸方向部分正面図。
【図４】修理されたシュラウドカバーを示す軸方向部分正面図。
【図５】シュラウドカバーの内側表面に沿った完了した溶接修理を示す、隣り合うバケットの半径方向外向きに見た部分断面図。
【図６】修理の中間段階における溶接修理を形成する様々な溶接ビードを示す拡大部分断面図。
【図７】最終仕上がり状態の溶接修理を示す、図６と同様な図。
【符号の説明】
１０　タービンバケット
１２　シュラウド
１４　シュラウドカバー
１６　排気ディフューザ組立体
１８　内側シェル
２０　外側シェル
２２　環状空間
２４　マンホール
【図１】
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【図２】
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【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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