(57)【要約】【課題】ガスタービン動翼において、き裂などの損傷部の補修を容易とするガスタービン動翼補修方法を提供する。【解決手段】本発明のガスタービン動翼は、翼部４とタービンホイール外周に加工された植込み溝へ嵌合されるファーツリー部５から構成される。また本発明のガスタービン動翼には、外周に凹凸部８を有するシュラウドカバー７が設けられ、凹凸部８が隣接する動翼と互いに嵌合することにより外周側で拘束される。シュラウドカバー７の凹凸部８の凹部６に発生したき裂９の近傍部分をガスタービン動翼高さ方向に沿って上方より円弧状（円形状）１０に除去することで、補修を容易とする。【選択図】  図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスの膨張の際に発生する運動エネルギーを外表面に受けて回転動力へ変換し、外周に回転方向に凹凸部を有するシュラウドカバーが設けられ、前記凹凸部が隣接するガスタービン動翼の凸凹部と互いに嵌合することにより隣接するガスタービン動翼との間で外周側で拘束されるガスタービン動翼において、
前記シュラウドカバーの凹凸部の凹部に発生したき裂部分を含んだ部分をガスタービン動翼高さ方向に、前記シュラウドカバーを円弧状に貫通してシュラウドカバーの一部を上方より除去することを特徴とするガスタービン動翼の補修方法。
【請求項２】
燃焼ガスの膨張の際に発生する運動エネルギーを外表面に受けて回転動力へ変換し、外周に回転方向に凹凸部を有するシュラウドカバーが設けられ、前記凹凸部が隣接するガスタービン動翼の凸凹部と互いに嵌合することにより隣接するガスタービン動翼との間で外周側で拘束されるガスタービン動翼において、
前記シュラウドカバーの凹凸部の凹部の最へこみ部を含んだ部分を予めガスタービン動翼高さ方向に、上方より前記シュラウドカバーを円弧状に貫通してシュラウドカバーの一部を除去することを特徴とするガスタービン動翼の補修方法。
【請求項３】
燃焼ガスの膨張の際に発生する運動エネルギーを外表面に受けて回転動力へ変換し、外周に回転方向に凹凸部を、そしてガスタービン動翼の高さ方向に上方に細長状の突起を有するシュラウドカバーが設けられ、前記凹凸部が隣接するガスタービン動翼の凸凹部と互いに嵌合することにより隣接するガスタービン動翼との間で外周側で拘束されるガスタービン動翼において、
前記シュラウドカバーの凹凸部の凹部に発生したき裂部分を含んだ部分をガスタービン動翼高さ方向に、前記突起に未到達の状態で前記シュラウドカバーを円弧状に貫通してシュラウドカバーの一部を上方より除去することを特徴とするガスタービン動翼の補修方法。
【請求項４】
燃焼ガスの膨張の際に発生する運動エネルギーを外表面に受けて回転動力へ変換し、外周に回転方向に凹凸部を、そしてガスタービン動翼の高さ方向に上方に細長状の突起を有するシュラウドカバーが設けられ、前記凹凸部が隣接するガスタービン動翼の凸凹部と互いに嵌合することにより隣接するガスタービン動翼との間で外周側で拘束されるガスタービン動翼において、
前記シュラウドカバーの凹凸部の凹部の最へこみ部を含んだ部分を予めガスタービン動翼高さ方向に、前記突起に未到達の状態で上方より前記シュラウドカバーを円弧状に貫通してシュラウドカバーの一部を除去することを特徴とするガスタービン動翼の補修方法。
【請求項５】
請求項３または４のガスタービン動翼の補修方法において、隣接するガスタービン動翼と嵌合する凹凸部の凹部に沿って接触面表面に、ガスタービン動翼よりも硬い材質の部材が接合あるいは溶射されているとき、前記円弧状に貫通する孔は該部材に未到達であることを特徴とするガスタービン動翼の補修方法。
【請求項６】
燃焼ガスの膨張の際に発生する運動エネルギーを外表面に受けて回転動力へ変換し、外周に回転方向に凹凸部を、そしてガスタービン動翼の高さ方向に上方に細長状の突起を有するシュラウドカバーが設けられ、前記凹凸部が隣接するガスタービン動翼の凸凹部と互いに嵌合し、凹凸部の凹部に表面に対峙する形でガスタービン動翼よりも硬い材質の部材が接合あるいは溶射されることにより隣接するガスタービン動翼との間で外周側で拘束されるガスタービン動翼において、
前記シュラウドカバーの凹凸部の凹部の最へこみ部を含んだ部分を含んで、ガスタービン動翼高さ方向に、前記突起に、および前記硬い材質の部材に未到達の状態で上方よりシュラウドカバーを円弧状に貫通して外部に開放された貫通孔が設けられていることを特徴とするガスタービン動翼。
【請求項７】
請求項６のガスタービン動翼において、隣接する動翼と嵌合する凹凸部の凹部に沿って接触面表面に、前記硬い材質の部材として板状の部材が接合されているとき、前記円弧状の貫通孔は該板状の部材に未到達であることを特徴とするガスタービン動翼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼ガスの膨張の際に発生する運動エネルギーを回転動力へ変換するガスタービン動翼の補修方法およびこの補修方法によって構成されるガスタービン動翼構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、ガスタービン動翼における耐酸化、耐腐食コーティングに発生する表面のき裂の長さを計測し、このき裂が基材まで達しているか否かを推定するということが記載されている。
【０００３】
特許文献２には、基材にコーティング層を施したガスタービン翼の前記基材に発生したクラックまたは劣化相を除去するガスタービン翼の補修方法において、前記コーティング層を溶融薬品を用いずに除去する第一の工程と、前記基材に発生したクラックまたは劣化相の部位を切削する第二の工程と、を連続的に行うガスタービン翼の補修方法が記載されている。
【０００４】
特許文献３には、補修対象となるガスタービン静翼について、予め亀裂が発生する確率が高い部位を想定して予備品を用意しておき、当該部位に亀裂が発生したとき、前記予備品により当該部位を置換して補修するガスタービン静翼の補修方法が記載されている。
【０００５】
特許文献４には、圧縮機で圧縮された空気に、燃焼器で燃料を加えて燃焼ガスを発生させ、その高温、高速の燃焼ガスによりタービンを回転させ、発電機を駆動するガスタービンにおいて、上記ガスタービンの燃焼ガスを動翼に最適となる角度で送り込むために、燃焼器直後に位置し、タービンの起動停止に伴って生じる温度変動による熱疲労損傷を受けるガスタービン静翼において、構造解析あるいは実機における熱疲労き裂分布データから、高応力が発生し、き裂の成長が予想される部位について、き裂の起点となると予想される点から、き裂の成長経路と推定される領域に、冷却孔を有するガスタービン静翼構造が記載されている。
特許文献５には、き裂深さ評価方法が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２７３９７８号公報
【特許文献２】
特開２００１−３０３９０３号公報
【特許文献３】
特開２００１−２０７８０３号公報
【特許文献４】
特開２０００−１３０１０３号公報
【特許文献５】
特開平９−１９５７９５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年ガスタービン設備においては、夏場の電力需要の増大に対応するために出力の増大化が、また省エネルギーを目的とした高効率化が求められるようになってきた。
出力の増大化の手段としては、ガスタービンの環状流路面積、すなわち寸法の増大化が図られる傾向にある。また高効率化の手段としては圧縮機圧力比の上昇、および燃焼温度の向上が採用される傾向にある。これらはいずれもガスタービン動翼に作用する温度および荷重の増加に直結するために、ガスタービン動翼は今後更に高温、高遠心荷重環境下に曝される事が予想され、必然的に強度の向上および長寿命化が求められている。
さらに近年、電力料金の値下げに対する社会的な要望が強まってきている中で、発電コストの低減が急務となっている。特に燃焼器やタービン動静翼などの高温部品の補修費用は、ガスタービンの補修費用の多くを占めており、定期検査期間および工数の短縮が求められている。
【０００８】
さらに近年、外周に凹凸部を有し、回転時に隣接する翼と嵌合しあうシュラウドカバーを有するガスタービン動翼において、シュラウドカバーにおける嵌合部での摩耗を低減するために接触表面にガスタービン動翼よりも硬い部材を接合する構造、もしくは硬い部材を溶射する構造が採用されつつあるが、本構造を採用することにより、嵌合面から伝達される接触反力が原因となり嵌合面に近接する凹部に応力集中が生じ、凹部にき裂が発生しやすくなる可能性がある。
【０００９】
本発明は、シュラウドカバーの嵌合部に発生しやすい、あるいは発生したき裂の補修を小さな領域の加工で容易に行うようにして補修費用の低減を図ることのできるガスタービン動翼の補修方法および当該補修方法によって補修されたガスタービン動翼の構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するには、外周に回転方向に凹凸部を有するシュラウドが設けられ、凹凸部が隣接するガスタービン動翼と互いに嵌合することにより外周側で拘束されるガスタービン動翼において、シュラウドカバーの凹凸部の凹部に発生したき裂部分近傍のみを除去することで、補修を容易とすることを特徴とするガスタービン動翼の補修方法の採用が効果的である。また、シュラウドカバーの凹凸部の凹部にてき裂が発生することが予測される部分のみを予めタービン動翼高さ方向に沿って上方より円形状（円弧状）に除去するガスタービン動翼構造の採用が効果的であり、本発明はその補修方法および補修されたガスタービン動翼構造を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１にガスタービンの一般的な構造断面図を示す。ガスタービンは大きくわけて圧縮機１、燃焼器２およびタービン３から構成されている。圧縮機１は大気から吸い込んだ空気を作動流体として断熱圧縮し、燃焼器２は圧縮機１から供給された圧縮空気に燃料を混合し燃焼することで高温高圧のガスを生成し、そしてタービン３は燃焼器２から導入した燃焼ガスの膨張の際に回転動力を発生する。タービン３からの排気は大気中に放出される。タービン３にて発生した回転動力から圧縮機１を駆動する動力を差し引いた残りの動力が、ガスタービンの発生動力となり発電機を駆動する。
【００１２】
ガスタービン動翼１１は図２に示すように、翼部４、タービンホイール外周に加工された植込み溝へ嵌合されるファーツリー部５、および外周に回転方向に凹凸部８を有し、回転時に隣接するガスタービン翼のシュラウドカバーの凸凹部と嵌合しあうシュラウドカバー７を有する。
ガスタービン動翼は燃焼ガスの膨張の際に発生する運動エネルギーを外表面４Ａに受けて回転動力へ変換するために外表面は高温となる。
【００１３】
このように過酷な環境にさらされるガスタービン動翼は、熱疲労およびクリープなど最も損傷が発生しやすく、タービンの寿命を律する部品となっている。特に、前述のようにシュラウドカバーにおける嵌合部での摩耗を低減するために接触表面にガスタービン動翼よりも硬い部材を接合あるいは溶射する構造を採用したときに、硬い部材に隣接する部分、すなわち凹部の最へこみ部近傍において、き裂が発生しやすいことが判って来ており、当該き裂はタービンの寿命を律する部分となってきている。
【００１４】
図３は、図２のシュラウドカバー７の詳細を示す。この図において、翼部４は燃焼ガスの膨張の際に発生する運動エネルギーを外表面４Ａに受けて回転動力へ変換することを行う。翼部４の先端部の外周の外表面７１上には回転方向に凹凸部であって、嵌合部となる部分を備えたシュラウドカバー７が設けられる。シュラウドカバーの外表面７１上には、ガスタービン動翼１１の高さ方向に、ガスタービン車室方向に延在する細長状の突起３１がガス漏洩を防止するために設けられる。シュラウドカバー７は翼部４と一体とされるが、その端部において表面が曲面とされた一定の板状の厚さを有し、シュラウドカバー７の隣接側の一端には、凹部６およびこれらの凹部を挟んで凸部３４、３５が形成してある。従って、凹部６と凸部３４、３５によって１つの凹凸部８が形成される。他の隣接側の一端には、凹凸部８に嵌合するような形状、すなわち凹凸に逆形状した凸凹部が形成される。この場合であっても凸部と凹部とを有し、凹凸部ということができるが、両者は嵌合されることが重要である。
【００１５】
このように、隣接するガスタービン動翼の隣接部にはこれらの凹凸部８に嵌合するように、形状を凸部、凹部とした凸凹部が形成される。嵌合された状態を図４に示す。図４において、ガスタービン動翼１１の両側には隣接して他のガスタービン動翼１１Ａ、１１Ｂが配設される。それぞれのガスタービン動翼１１、１１Ａ、１１Ｂは前述のように、外周に回転方向に隣接するシュラウドカバー７、７Ａ、７Ｂを備える。
【００１６】
シュラウドカバー７は、その一端側において前述のように、凹凸部８を有し、他の一端側において凸凹部８１を有する。従って、凹凸部８には隣接するシュラウドカバー７Ａの凸凹部８１Ａが嵌合し、凸凹部８１には凹凸部８Ｂが嵌合している。凹凸部８、凸凹部８１Ａが嵌合することによって隣接するガスタービン動翼１１は互いに外周側で拘束される。
【００１７】
図５は、１つのガスタービン動翼１１のシュラウドカバー７の平面図を示し、凹凸部８、凸凹部８１についての拡大を示し、凹凸部８、凸凹部８１の凹部６、６１を概略的に示している。以下の図面も同じである。
【００１８】
以上のような構成において、図６に示すように凹凸部８、凸凹部８１の凹部の両側の表面に沿って嵌合部での摩耗を低減するためにガスタービン動翼よりも硬い材質の部材１２、１２１が接合あるいは溶射される。
【００１９】
このように、硬い材質の部材１２、１２１を接合あるいは溶射された場合には特に凹部６の最へこみ部付近であって、両側の硬い材質の対峙する二枚の板の近傍、特に最へこみ部においてき裂９、９１が発生することがある。これは、凹部６から伝達される接触反力が原因となり、凹部６に応力集中が生ずることによる。図７は、硬い材質の部材１２、１２１が接合あるいは溶射されないときにあっても部材１２、１２１がある程ではないが、応力集中によって同様に発生したき裂状態を示す。
【００２０】
図８は、図６に示すように凹部６、６１の最へこみ部にき裂９、９１が発生した場合に、き裂９、９１の近傍を除去して補修を行う状況を示す。また、き裂９、９１が発生していなくても、凹部６、６１の最へこみ部にはき裂９、９１が発生することが予測される場合には、予め図８に示すようにして除去することを行う。
図９は、図７の状態について図８と同様に対応することを示す。
【００２１】
き裂９、９１の除去に際しては、図１０に矢印で示すように、ガスタービン動翼１１の高さ方向に沿うようにシュラウドカバー７の板状部分についてき裂９，９１の近傍部分を含んで、上方から円弧状（円形状）１０に、シュラウドカバー７を貫通し、凹部の裏表面にまで達するようにして削り取る。すなわち、シュラウドカバー７の凹部６、６１の最へこみ部には、シュラウドカバー７の一部が削り取られて外部に開放された形の円弧状の貫通孔１００が形成される。この場合に、貫通孔１００は、突起３１までは到達しない大きさの孔とされる。また、貫通孔１００は、硬い材質の部材１２、１２１が接合あるいは溶射されている場合には、これらの部材１２、１２１までは到達しない大きさの孔とされる。凹部６、６１の最へこみ部から突起３１の高さ中央までの長さをＴとしたときに削り取る円弧状の円形の半径はＴよりも小さい。すなわち円弧状の円形は突起３１まで到達しない。いわば未到達の半径とされる。部材１２、１２１についても同様である。
【００２２】
以上のように、燃焼ガスの膨張の際に発生する運動エネルギーを外表面４Ａに受けて回転動力へ変換し、外周に回転方向に凹凸部８を有するシュラウドカバー７が設けられ、凹凸部８が隣接するガスタービン動翼１１Ａの凸凹部８１Ａと互いに嵌合することにより隣接するガスタービン動翼１１Ａとの間で外周側で拘束されるガスタービン動翼１１において、シュラウドカバー７の凹凸部８の凹部６に発生したき裂９部分を含んだ部分をガスタービン動翼高さ方向に、シュラウドカバー７を円弧状に貫通してシュラウドカバー７の一部を上方より除去するガスタービン動翼の補修方法が構成される。
【００２３】
また、燃焼ガスの膨張の際に発生する運動エネルギーを外表面４Ａに受けて回転動力へ変換し、外周に回転方向に凹凸部８を有するシュラウドカバー７が設けられ、凹凸部８が隣接するガスタービン動翼１１Ａの凸凹部８１Ａと互いに嵌合することにより隣接するガスタービン動翼１１Ａとの間で外周側で拘束されるガスタービン動翼１１において、シュラウドカバー７の凹凸部８の凹部６の最へこみ部を含んだ部分を予めガスタービン動翼高さ方向に、上方よりシュラウドカバー７を円弧状に貫通してシュラウドカバー７の一部を除去するガスタービン動翼の補修方法が構成される。
【００２４】
また、燃焼ガスの膨張の際に発生する運動エネルギーを外表面４Ａに受けて回転動力へ変換し、外周に回転方向に凹凸部８を、そしてガスタービン動翼１１の高さ方向に上方に細長状の突起３１を有するシュラウドカバー７が設けられ、凹凸部８が隣接するガスタービン動翼１１Ａの凸凹部８１Ａと互いに嵌合することにより隣接するガスタービン動翼１１Ａとの間で外周側で拘束されるガスタービン動翼１１において、シュラウドカバー７の凹凸部８の凹部６に発生したき裂９部分を含んだ部分をガスタービン動翼高さ方向に、突起３１に未到達の状態でシュラウドカバー７を円弧状に貫通してシュラウドカバー７の一部を上方より除去するガスタービン動翼の補修方法が構成される。
【００２５】
また、燃焼ガスの膨張の際に発生する運動エネルギーを外表面４Ａに受けて回転動力へ変換し、外周に回転方向に凹凸部８を、そしてガスタービン動翼１１の高さ方向に上方に細長状の突起３１を有するシュラウドカバー７が設けられ、凹凸部８が隣接するガスタービン動翼１１Ａの凸凹部８１と互いに嵌合することにより隣接するガスタービン動翼１１Ａとの間で外周側で拘束されるガスタービン動翼１１において、シュラウドカバー７の凹凸部８の凹部６の最へこみ部を含んだ部分を予めガスタービン動翼高さ方向に、突起３１に未到達の状態で外部に上方よりシュラウドカバー７を円弧状に貫通して、外部に開放された形状でシュラウドカバー７の一部を除去するガスタービン動翼の補修方法が構成される。
【００２６】
更に、隣接するガスタービン動翼１１Ａと嵌合する凹凸部８の凹部６に沿って接触面表面に、ガスタービン動翼よりも硬い材質の部材１２が接合あるいは溶射されているとき、前記円弧状に貫通する孔１００は板状の部材１２に未到達であるガスタービン動翼の補修方法が構成される。
【００２７】
以上のような補修方法によって、シュラウドカバー７の凹凸部８の凹部６の最へこみ部を含んだ部分を含んで、ガスタービン動翼高さ方向に、突起３１に、および硬い材質の部材１２に未到達の状態で上方よりシュラウドカバー７を円弧状に貫通してシュラウドカバー７の一部を除去し、外部に開放された形態で貫通孔１００が設けられているガスタービン動翼が構成される。
【００２８】
図６に示すように、ガスタービン動翼１１の外周には凹凸部８を有するシュラウドカバー７が設けられ、凹凸部８が隣接するガスタービン動翼と互いに嵌合することにより外周側で拘束され、また嵌合部での摩耗を低減するために接触表面にガスタービン動翼よりも硬い材質の部材１２を設けているときに、図８に示すようにシュラウドカバー７の凹凸部８の凹部６に発生したき裂９の近傍部分を、すなわち凹部の最へこみ部を含んで円弧状１０に除去することで、補修を容易とし、図１１に示すように延命化を図ることができるガスタービン動翼を提供する事が可能となる。またガスタービン動翼では、シュラウドカバー７の凹凸部８の凹部６に予めき裂が発生することが予測される場合には、その部分の近傍を円弧状１０に除去することで、ガスタービン動翼１１の延命化を図ることができるガスタービン動翼の補修方法を提供することが可能となる。尚、円形状カッターとしては種々のものが知られている。
ここで硬い部材を接合する代わりに溶射した構造を用いても良いことは前述した。
【００２９】
図１１において、起動停止したときに、上述のようにしてき裂９，９１を除去すると、継続使用の曲線Ａから検査時発見き裂長さ曲線Ｂに移行し、限界き裂長さに対してガスタービン動翼１１の延命化を図ることができる。この場合に、上述した補修方法は、図１０に示すようにガスタービン動翼１１の高さ方向に沿うように上方から円弧状１０に削ってシュラウドカバー７に貫通孔１００を設けることを行えば済み、他方向から削るよりも削除を容易に行うことができ、簡単にき裂９、９１を除去することができる。き裂を予測した場合にも同様の補修を行う。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、ガスタービン動翼は、翼部４とタービンホイール外周に加工された植込み溝へ嵌合されるファーツリー部５、隣接するガスタービン動翼と互いに嵌合することにより外周側で拘束される凹凸部８を有するシュラウドカバー７から構成され、シュラウド凹凸部８の凹部６に発生したき裂９、９１の近傍部分を円弧状１０にタービン動翼高さ方向に沿って上方より除去することで、補修交換を容易とすることを特徴とするガスタービン動翼補修方法およびこの補修に伴ってのガスタービン動翼構造の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンの一般的な構造断面図。
【図２】ガスタービンの動翼の構造図。
【図３】図２の一部詳細構造図。
【図４】ガスタービン動翼が隣接する同士で嵌合する様子を示す図。
【図５】ガスタービン動翼外周のシュラウドを示す図。
【図６】シュラウド接触面にガスタービン動翼よりも硬い物質を接合したときにき裂が発生する様子を示す図。
【図７】シュラウド凹部にき裂が生じた様子を示す図。
【図８】接触面に動翼よりも硬い材質の部材を接合したシュラウドの凹部のき裂近傍部を除去する様子を示す図。
【図９】シュラウド凹部のき裂近傍部を除去する様子を示す図。
【図１０】き裂を除去する方法を示す図。
【図１１】本発明の適用による延命化効果を示す図。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…燃焼器、３…タービン、４…翼部、５…ファーツリー部、６…凹部、７…シュラウドカバー、８…凹凸部、９…き裂、１０…円弧状（円形状、き裂近傍部分）、１１…タービン動翼、１２…ガスタービン動翼より硬い材質の部材（板状の部材）。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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