(57)【要約】【課題】  タービン動翼の寿命を定量的に評価するタービン動翼寿命評価方法及びタービン動翼クリープ伸び歪測定装置と、タービン動翼寿命評価方法を適用するのに適したタービン動翼の提供を課題とする。【解決手段】  タービン動翼寿命評価方法として、クリープ伸び歪が、初期長さの０．５％未満である場合には、寿命範囲内であると評価し、初期長さの０．５％以上である場合には、寿命を超えたと評価する方法を採用した。また、タービン動翼クリープ伸び歪測定装置２０として、タービン動翼１０の一端側に取り付けられる第１固定端２１と、他端側に取り付けられる第２固定端２２と、これらの間隔寸法を測定するダイヤルゲージ２４を備えている構成を採用した。また、タービン動翼１０として、初期状態における長手方向寸法が刻印されている構成を採用した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン動翼の寿命を評価する方法であって、
前記タービン動翼の長手方向におけるクリープ伸び歪が、
初期長さの０．５％未満である場合には、寿命範囲内であると評価し、
初期長さの０．５％以上である場合には、寿命を超えたと評価する
ことを特徴とするタービン動翼寿命評価方法。
【請求項２】
タービン動翼のクリープ伸び歪を測定する装置であって、
前記タービン動翼の一端側に取り付けられる第１固定端と、他端側に取り付けられる第２固定端と、これら第１固定端及び第２固定端間の間隔寸法、もしくは所定の基準寸法に対する寸法変化を測定する測定器とを備えている
ことを特徴とするタービン動翼クリープ伸び歪測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置において、
前記測定器は、
前記第１固定端及び前記第２固定端間を連結し、これら第１固定端及び第２固定端間の間隔を狭める方向に付勢する連結部に備えられ、
該連結部の伸び寸法を測定することにより、前記タービン動翼のクリープ伸び歪を測定する
ことを特徴とするタービン動翼クリープ伸び歪測定装置。
【請求項４】
タービンに備えられているタービン動翼であって、
稼働前の初期状態における長手方向寸法が、刻印されていることを特徴とするタービン動翼。
【請求項５】
請求項１に記載のタービン動翼寿命評価方法において、
前記タービン動翼の計測時に温度補正を行うことを特徴とするタービン動翼寿命評価方法。
【請求項６】
請求項２に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置において、
前記タービン動翼の計測時に温度補正を行うことを特徴とするタービン動翼クリープ伸び歪測定装置。
【請求項７】
請求項３に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置において、
前記タービン動翼の計測時に温度補正を行うことを特徴とするタービン動翼クリープ伸び歪測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン動翼寿命評価方法、タービン動翼クリープ伸び歪測定装置、及びタービン動翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとを備えて構成されている（図示略）。このガスタービンによれば、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気が、前記燃焼器に供給され、別途供給されてくる燃料と混合して燃焼される。この燃焼によって発生された燃焼ガスは、前記タービンへと供給され、該タービンに回転駆動力を発生させる。
【０００３】
図６に、前記タービンの内部構造の一例を示す。同図に示すように、タービンの内部には、図示されないロータ側に環状に取り付けられた複数枚のタービン動翼１と、前記ロータ周囲の静止側に設けられた複数枚のタービン静翼２とが、前記ロータの回転軸線方向（同図の紙面左右方向）に交互に配置されており、これらを通過する燃焼ガス流路３が形成されている。このため、前記燃焼器から燃焼ガス流路３内に導入された燃焼ガスは、各タービン動翼１を回して前記ロータに回転力を付与する。この回転力は、前記ロータに接続された発電機（図示省略）を回して発電させる。
【０００４】
なお、このタービン動翼１の余寿命を評価する方法の例としては、下記特許文献１及び特許文献２に開示されているものがある。
【特許文献１】特開平１１−２４８６０５号公報
【特許文献２】特開２０００−２４９６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来の評価方法は、複雑であるために適用が難しく、この点から、タービン動翼１の寿命を定量的に評価管理する方法として不満があるものとなっている。このように、タービン動翼１の寿命を定量的に評価管理する方法は確立していないため、突然、クリープ欠損が発生した場合には、ガスタービン全体に大きなダメージをもたらす恐れがある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、タービン動翼の寿命を定量的に評価するタービン動翼寿命評価方法と、このタービン動翼寿命評価方法に用いて好適なタービン動翼クリープ伸び歪測定装置と、タービン動翼寿命評価方法を適用するのに適したタービン動翼の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載のタービン動翼寿命評価方法は、タービン動翼の寿命を評価する方法であって、前記タービン動翼の長手方向におけるクリープ伸び歪が、初期長さの０．５％未満である場合には、寿命範囲内であると評価し、初期長さの０．５％以上である場合には、寿命を超えたと評価することを特徴とする。
上記請求項１に記載のタービン動翼寿命評価方法によれば、一般的なタービン動翼は、クリープ伸び歪が２％を超えた点から急激に強度が低下して破断へと向かうので、この２％よりも十分に低い０．５％のクリープ伸び歪を寿命評価の基準として採用することにより、タービン動翼がクリープ欠損を起こさない寿命設定を、確実に行うことができるようになる。
【０００８】
請求項２に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置は、タービン動翼のクリープ伸び歪を測定する装置であって、前記タービン動翼の一端側に取り付けられる第１固定端と、他端側に取り付けられる第２固定端と、これら第１固定端及び第２固定端間の間隔寸法、もしくは所定の基準寸法に対する寸法変化を測定する測定器とを備えていることを特徴とする。
上記請求項２に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置によれば、タービン動翼の一端側に第１固定端を取り付け、さらに他端側に第２固定端を取り付けた状態で、稼働前の、クリープ伸び歪が生じていない初期状態におけるタービン動翼の長さを予め測定しておく。そして、所定時間運転した後のタービン動翼の長さを同様に測定し、この測定結果と、先の初期状態における測定結果との差を求めることにより、所定時間運転後のクリープ伸び歪を正確に求めることができる。
【０００９】
請求項３に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置は、請求項２に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置において、前記測定器が、前記第１固定端及び前記第２固定端間を連結し、これら第１固定端及び第２固定端間の間隔を狭める方向に付勢する連結部に備えられ、該連結部の伸び寸法を測定することにより、前記タービン動翼のクリープ伸び歪を測定することを特徴とする。
上記請求項３に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置によれば、タービン動翼の一端側に第１固定端を取り付け、さらに他端側に第２固定端を取り付けるだけで、連結部が、これら第１固定端及び第２固定端間の間隔を狭めて最短距離となるように自動的に設定する。
【００１０】
請求項４に記載のタービン動翼は、タービンに備えられているタービン動翼であって、稼働前の初期状態における長手方向寸法が、刻印されていることを特徴とする。
上記請求項４に記載のタービン動翼によれば、多数枚あるタービン動翼のうちの任意のものの長手方向寸法を、図面等の記録を参照するなどの手間を要せずに確認することができる。
【００１１】
請求項５に記載のタービン動翼寿命評価方法は、請求項１に記載のタービン動翼寿命評価方法において、前記タービン動翼の計測時に温度補正を行うことを特徴とする。
請求項６に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置は、請求項２に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置において、該タービン動翼クリープ伸び歪測定装置が、前記タービン動翼の計測時に温度補正を行うことを特徴とする。
請求項７に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置は、請求項３に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置において、該タービン動翼クリープ伸び歪測定装置が、前記タービン動翼の計測時に温度補正を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１に記載のタービン動翼寿命評価方法によれば、タービン動翼の寿命を定量的に評価することができる。これにより、タービン動翼が、突然、クリープ欠損を起こしてガスタービン全体に大きなダメージをもたらすといった問題を、未然に防止することが可能となる。
【００１３】
また、請求項２に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置によれば、稼働前のタービン動翼の長さに対する伸びを、このタービン動翼クリープ伸び歪測定装置を用いて測定することにより、クリープ伸び歪を求めることができる。そして、このクリープ伸び歪に基づいて、定量的に寿命を評価または予測することが可能となる。
【００１４】
また、請求項３に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置によれば、連結部が、第１固定端及び第２固定端間の間隔寸法を、最短となるように自動的に設定するので、作業者によってクリープ伸び歪の測定結果にばらつきが生じるのを防止することが可能となる。
【００１５】
また、請求項４に記載のタービン動翼によれば、任意のタービン動翼の長さ寸法を、図面等の記録を参照するなどの手間を要することなく即座に確認することができるので、このタービン動翼の寿命評価を行うべく、クリープ伸び歪を測定する際の手間を、極めて削減することが可能となる。しかも、確認したいタービン動翼そのものに刻印されているので、品番の確認間違いによる作業ミスなどを未然に防止することも可能となっている。
【００１６】
また、請求項５に記載のタービン動翼寿命評価方法によれば、タービン動翼の計測時に温度補正を行うので、さらに高精度な結果が得ることが可能となる。
また、請求項６に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置によれば、タービン動翼の計測時に温度補正を行うので、さらに高精度な結果が得ることが可能となる。
また、請求項７に記載のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置によれば、タービン動翼の計測時に温度補正を行うので、さらに高精度な結果が得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置を用いたタービン動翼寿命評価方法と、その評価対象となるタービン動翼の一実施形態を、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明がこれらに限定解釈されるものでないことは勿論である。
【００１８】
本実施形態のタービン動翼は、図示を省略するが、圧縮機と燃焼器とタービンで構成されるガスタービンにおける、タービンの一部を構成する部品である。すなわち、タービンの内部には、ロータが回転可能に軸支され、このロータの周囲に、複数枚のタービン動翼が固定されている。そして、このタービンは、前記燃焼器で発生させた燃焼ガスをその燃焼ガス流路に導入して膨張させるとともに、各タービン動翼に吹き付けてロータを回転させることで、燃焼ガスの熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生させる。
【００１９】
図１に、本実施形態のタービン動翼１０を示す。このタービン動翼１０は、前記ロータ側に固定される内側シュラウド１０ａと、該内側シュラウド１０ａとの間に前記燃焼ガス流路を形成する外側シュラウド１０ｂと、これら内側シュラウド１０ａ及び外側シュラウド１０ｂ間に形成される翼部１０ｃとを備えて構成されている。なお、符号ＣＬは、タービン動翼１０の幅方向中央位置における中心軸線を示している。
【００２０】
同図に示すように、このタービン動翼１０の内側シュラウド１０ａの側面には、稼働前の初期状態における長手方向寸法Ｌが刻印されている。この長手方向寸法Ｌは、例えば、中心軸線ＣＬの位置における内側シュラウド１０ａの外周面と外側シュラウド１０ｂの内周面との間の直線寸法であり、製造後の、クリープ伸び歪がゼロの状態で測定された寸法が記載されている（例えば同図では、Ｌ＝453.025mmを示す「453.025」が刻印されている。）。
【００２１】
図１及び図２に示す符号２０は、このタービン動翼１０のクリープ伸び歪を測定するタービン動翼クリープ伸び歪測定装置であり、タービン動翼１０の内側シュラウド１０ａ（一端側）に取り付けられる第１固定端２１と、外側シュラウド１０ｂ（他端側）に取り付けられる第２固定端２２と、これら第１固定端２１及び第２固定端２２間を連結し、これら第１固定端２１及び第２固定端２２間の間隔を狭める方向に付勢する連結部２３と、第１固定端２１及び第２固定端２２間における間隔寸法Ｌを測定するダイヤルゲージ２４（測定器）を備えて概略構成されている。
【００２２】
第１固定端２１は、側面視して略Ｌ字形をなす金属部品であり、内側シュラウド１０ａの下流側端部に合致する形状の接合面を有している。
第２固定端２２は、側面視して略Ｌ字形をなす金属部品であり、外側シュラウド１０ｂの下流側端部に合致する形状の接合面を有している。符号２２ａは、調整ボルトであり、第２固定端２２に対して図１の紙面左右方向に位置調整をすることができるようになっている。そして、この調整ボルト２２ａを、必要に応じて位置調整することで、タービン動翼１０の中心軸線ＣＬに対し、タービン動翼クリープ伸び歪測定装置２０の軸線２０ａを平行に合わせることができる。これにより、多様な形状のタービン動翼１０に幅広く対応することが可能となっている。
【００２３】
連結部２３は、第１固定端２１が一端に固定された第１ロッド３１と、該第１ロッド３１の他端に対して同軸に接続されるとともに、第２固定端２２が端部に固定された第２ロッド３２とを備えて構成されている。
図３に示すように、第１ロッド３１の、第２ロッド３２に対する接続部分には、前記軸線２０ａ方向に深い凹所３１ａが形成されており、この凹所３１ａ内には、一対のリニアブシュ３１ｂ，３１ｃと、カラー３１ｄが収容されている。リニアブシュ３１ｂ，３１ｃは、ともに円筒形状の部品であり、互いに所定間隔をおいて、凹所３１ａ内に固定されている。カラー３１ｄも、円筒形状の部品であり、リニアブシュ３１ｂの下に配置されている。
【００２４】
一方、第２ロッド３２の、第１ロッド３１に対する接続部分には、前記軸線２０ａ方向に深い凹所３２ａが形成されている。この凹所３２ａ内には、第１ロッド３１の接続部分が同軸かつスライド可能に嵌め込まれており、連結部２３の全長が伸縮可能となっている。
さらに、第２ロッド３２の前記接続部分には、前記凹所３１ａ内に挿入されるシャフト３２ｂが固定されている。このシャフト３２ｂは、前記リニアブシュ３１ｂ，３１ｃとカラー３１ｄに挿通されており、前記軸線２０ａ方向における第１ロッド３１に対する第２ロッド３２のスライド動作をスムーズにガイドするようになっている。
【００２５】
シャフト３２ｂの末端は、付勢部材である圧縮バネ３２ｃに挿通されている。この圧縮バネ３２ｃの一端側は、前記カラー３１ｄの下端に当接し、他端側は、シャフト３２ｂの末端に形成されたバネ止め３２ｂ１に当接している。したがって、第１ロッド３１及び第２ロッド３２は、圧縮バネ３２ｃによって互いに接近する方向に付勢されている。
【００２６】
ダイヤルゲージ２４は、図３に示すように、第２ロッド３２側に固定されたダイヤルゲージ本体２４ａと、第１ロッド３１側に固定され、ダイヤルゲージ本体２４ａの針２４ａ１が当接する当接部２４ｂとを備えて構成されている。
ダイヤルゲージ本体２４ａは、第１ロッド３１及び第２ロッド３２間が伸縮する際に、その針２４ａ１が当接部２４ｂに当たって伸縮することで、第１固定端２１及び第２固定端２２間における前記間隔寸法Ｌを正確に測定することができるようになっている。なお、ダイヤルゲージ本体２４ａとしては、絶対値である前記間隔寸法Ｌを求める形式のものの他に、所定の基準寸法（例えば、初期条件における間隔寸法Ｌ）に対する寸法変化（差分）を測定する形式のものを採用しても良い。
【００２７】
以上説明の構成を有するタービン動翼クリープ伸び歪測定装置２０を用いたタービン動翼寿命評価方法について、以下に説明を行う。
まず、初期状態のタービン動翼１０に対し、その内側シュラウド１０ａ側に第１固定端２１を係止させ、第１ロッド３１及び第２ロッド３２間を、圧縮バネ３２ｃの付勢力に対抗して伸展させながら、外側シュラウド１０ｂ側に第２固定端２２を係止させる。すると、圧縮バネ３２ｃが、これら第１固定端２１及び第２固定端２２間の間隔を狭めて最短距離となるように自動的に設定する。すると、ダイヤルゲージ本体２４ａが、自動的に正確な間隔寸法Ｌを指し示す。この初期状態での測定は、一度だけ行えばよく、上述のように、その測定結果をタービン動翼１０に刻印しておくのが好ましい。
【００２８】
所定時間稼働後のタービン動翼１０の寿命評価を行う場合も、上記と同様の測定方法で測定し、この測定結果と、先の初期状態における測定結果との差を求めることにより、所定時間運転後のクリープ伸び歪を正確に求めることができる。
【００２９】
そして、その評価方法としては、得られたクリープ伸び歪が、初期長さの０．５％未満である場合には、寿命範囲内であると評価し、初期長さの０．５％以上である場合には、寿命を超えたと評価する方法を採用するのが好ましい。
一般的なタービン動翼は、クリープ伸び歪が２％を超えた点から急激に強度が低下して破断へと向かうので、この２％よりも低い０．５％のクリープ伸び歪を寿命評価の基準として採用することにより、タービン動翼１０がクリープ欠損を確実に起こさない寿命設定を、確実に行うことができるようになるからである。
また、このような測定を、各稼働時間毎に行うことで、クリープ伸び歪の時間変化を傾向として得ることができるので、この傾向に基づいて、おおよその寿命時間を予測することも可能である。
【００３０】
このようなタービン動翼クリープ伸び歪測定装置２０を用いたタービン動翼寿命評価方法によれば、タービン動翼１０の寿命を、定量的に評価することができる。これにより、タービン動翼が、突然、クリープ欠損を起こしてガスタービン全体に大きなダメージをもたらすといった問題を未然に防止することが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態のタービン動翼１０のように、その初期条件における測定結果を刻印しておくことで、次回の測定の際に、図面等の記録を参照するなどの手間を要することなく即座に確認することができる。これにより、このタービン動翼１０の寿命評価を行うべく、クリープ伸び歪を測定する際の手間を、極めて削減することが可能となる。しかも、確認したいタービン動翼１０そのものに刻印されているので、品番の確認間違いによる作業ミスなどを未然に防止することも可能となっている。
【００３２】
次に、前記タービン動翼クリープ伸び歪測定装置２０の変形例について、図４及び図５を参照して説明する。
図４に示す変形例では、タービン動翼１０に対するタービン動翼クリープ伸び歪測定装置２０の固定方法と、ダイヤルゲージ２４の代わりにマイクロメータ４０を備えたこととが、特に異なっている。すなわち、本変形例では、内側シュラウド１０ａの下流側端部の平滑な上面に当接する第１固定端４１と、翼部１０ｃの下流端縁上でかつ、外側シュラウド１０ｂに近い位置に形成されたディンプル１０ｃ１に差し込まれる先細りの第２固定端４２と、これら第１固定端４１及び第２固定端４２間に位置して、翼部１０ｃの下流側端縁に当接する第３固定端４３との三点支持方式となっている。なお、マイクロメータ４０の測定結果は、目盛４０ａで確認できる。
【００３３】
また、図５に示す変形例も、タービン動翼１０に対するタービン動翼クリープ伸び歪測定装置２０の固定方法と、ダイヤルゲージ２４の代わりにマイクロメータ５０を備えたこととが、特に異なっている。すなわち、本変形例では、内側シュラウド１０ａの下流側端部に形成されたディンプル１０ａ１に差し込まれる先細りの第１固定端５１と、翼部１０ｃの下流端縁上でかつ、外側シュラウド１０ｂに近い位置に形成されたディンプル１０ｃ１に差し込まれる先細りの第２固定端５２とで、タービン動翼１０に対して取り付けられる。なお、マイクロメータ５０の測定結果は、目盛５０ａで確認できる。
【００３４】
その他の実施態様として、上記実施形態及び各変形例において、タービン動翼１０の熱伸び量の影響を加味した測定を行う（タービン動翼の計測時に、タービン動翼１０の温度補正を行う）ようにすると、さらに高精度な結果が得ることができるので、より好ましい。
すなわち、クリープ伸び歪みがゼロである第１回目測定時に、タービン動翼１０の壁面温度もあわせて記録しておく（この壁面温度も、前記長手方向寸法Ｌと同様にタービン動翼１０の内側シュラウド１０ａに刻印しておくとより好ましい）。そして、タービン動翼１０の寿命評価を行う際にも、長手方向寸法Ｌに加えてその時の壁面温度を測定する。この時の壁面温度が第１回目の壁面温度と同じであれば補正は必要ないが、温度差がある場合には熱伸び量を考慮した補正を行う。つまり、タービン動翼１０の材料データから、前記温度差によって生じる熱伸び量を算出して求める。そして、この熱伸び量を長手方向寸法Ｌの測定結果から差し引くことで、第１回目測定時と同じ壁面温度条件に合わせることが可能となる。また、この温度補正に関する調節は、計測器に予めインプットされて計測されることで、飛躍的短時間のうちに調整される。
壁面温度は、計測器による計測中ずっとＩＲサーモメータにより検出してモニターすることができるようにするとともに、順次計測器からのデータも記録するようにする。これらは、温度補正調整器と計測器を備えた回路構成とすることができる。
もちろん、第１回目測定時の壁面温度を確認して、毎回同じ壁面温度に合わせてから測定を行うようにしても良い。この場合には、熱伸び量の補正を省略することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のタービン動翼クリープ伸び歪測定装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】同タービン動翼クリープ伸び歪測定装置を示す図であって、図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】同タービン動翼クリープ伸び歪測定装置の要部を示す部分拡大図である。
【図４】同タービン動翼クリープ伸び歪測定装置の変形例を示す正面図である。
【図５】同タービン動翼クリープ伸び歪測定装置の他の変形例を示す正面図である。
【図６】タービン内部構造の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０・・・タービン動翼
２１，４１，５１・・・第１固定端
２２，４２，５２・・・第２固定端
２４・・・ダイヤルゲージ（測定器）
３１・・・連結部
４０，５０・・・マイクロメータ（測定器）
【図１】
2004225692.tif 000003
【図２】
2004225692.tif 000004
【図３】
2004225692.tif 000005
【図４】
2004225692.tif 000006
【図５】
2004225692.tif 000007
【図６】
2004225692.tif 000008