(57)【要約】【課題】動翼の植込み部と圧縮機ロータ植込み溝との間に摩耗、損傷が発生しても、比較的簡素な手段で摩耗、損傷の補修ができるガスタービンプラントおよびガスタービンプラントの補修方法を提供する。【解決手段】本発明に係るガスタービンプラントは、圧縮機１にガスタービン燃焼器２およびガスタービン３を組み合せたガスタービンプラントにおいて、圧縮機１の動翼７の翼植込み部１９を植設する圧縮機ロータ６に形成した圧縮機ロータ植込み溝２０と、この圧縮機ロータ植込み溝２０の摺動面２２と動翼７の翼植込み部１９の摺動面２４とのうち、いずれか少なくとも一方の面に形成するコーティング層２３とを備えた。【選択図】　図２
2004124750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機にガスタービン燃焼器およびガスタービンを組み合せたガスタービンプラントにおいて、前記圧縮機の動翼の翼植込み部を植設する圧縮機ロータに形成した圧縮機ロータ植込み溝と、この圧縮機ロータ植込み溝の摺動面と前記動翼の翼植込み部の摺動面とのうち、いずれか少なくとも一方の面に形成するコーティング層とを備えたことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項２】
圧縮機にガスタービン燃焼器およびガスタービンを組み合せたガスタービンプラントにおいて、前記圧縮機の動翼の翼植込み部を植設する圧縮機ロータに形成した圧縮機ロータ植込み溝と、この圧縮機ロータ植込み溝の摺動面と前記動翼の翼植込み部の摺動面とのうち、いずれか少なくとも一方の面にコーティング層を形成させるコーティング塗布装置とを備えたことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項３】
コーティング塗布装置は、分割した圧縮機ロータを回転させながら支持する回転装置と、前記分割した圧縮機ロータに形成した複数の圧縮機ロータ植込み溝に同時にコーティング材を塗布してコーティング層を形成するコーティング材噴射ノズルと、このコーティング材噴射ノズルをＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に自在に移動させるスライダと、前記圧縮機ロータ植込み溝のコーティング中、落下するコーティング材を集めて回収する回収装置と、前記コーティング材噴射ノズルの位置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする請求項２記載のガスタービンプラント。
【請求項４】
回収装置は、フィルタを備えたホッパと、ホッパに集めたコーティング材を吸引するファンとを備えたことを特徴とする請求項３記載の方プラント。
【請求項５】
圧縮機の動翼の翼植込み部を植設する圧縮機ロータに形成した圧縮機ロータ溝と、この圧縮機ロータ植込み溝の摺動面と前記動翼の翼植込み部の摺動面とのうち、いずれか少なくとも一方の面にコーティング層を形成するガスタービンプラントの補修方法において、前記少なくともいずれかの摺動面にブラスト施工を行い、非施工部分にマスキング施工を行った後、コーティング塗布装置からのコーティング材の塗布を行ってコーティング層を形成することを特徴とするガスタービンプラントの補修方法。
【請求項６】
ブラスト施工は、＃２２０〜＃３２０メッシユの酸化アルミニウム材を用いて行うことを特徴とする請求項５記載のガスタービンプラントの補修方法。
【請求項７】
マスキング施工は、保護ラバーを用いて行うことを特徴とする請求項５記載のガスタービンプラントの補修方法。
【請求項８】
コーティング塗布装置からのコーティング材の塗布は、常温での吹付け塗装であることを特徴とする請求項５記載のガスタービンプラントの補修方法。
【請求項９】
コーティング層は、２０μｍ〜５０μｍの膜厚に形成することを特徴とする請求項５記載のガスタービンプラントの補修方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンプラントおよびガスタービンプラントの補修方法に係り、特に、圧縮機ロータの植込み溝等の摩耗損傷を簡易な手段で補修するガスタービンプラントおよびガスタービンプラントの補修方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の火力発電プラントでは、プラント熱効率の増加、起動時間の短縮化が評価され、コンバインドサイクル発電プラントの実機適用が多くなっている。
【０００３】
このコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラントに蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合せたもので、ガスタービンプラントから出る排ガス（排熱）を排熱回収ボイラに供給し、ここで排ガスを熱源として蒸気タービンプラントからの給水を過熱して蒸気を発生させ、その蒸気で蒸気タービンプラントを駆動させており、ガスタービンプラントからの排ガスを効果的に利用している点でプラント熱効率がガスタービンプラントの単体運転または蒸気タービンの単体運転に較べて高くなっている。
【０００４】
また、コンバインドサイクル発電プラントは、蒸気タービンプラントの単体起動運転時間に較べガスタービンプラントの単体起動運転時間が著しく短いことも手伝って、全体として起動運転時間が短くなっている。
【０００５】
このように、プラント熱効率の増加、起動運転時間の短縮は、燃料消費に直接影響を与えるだけに、最近の火力発電プラントでは、コンバインドサイクル発電プラントがより多く運転されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように燃料節約に大きく寄与するコンバインドサイクル発電プラントであっても、幾つかの問題点を抱えており、その一つにガスタービンプラントにおける圧縮機ロータの植込み溝の摩耗、損傷がある。
【０００７】
ガスタービンプラントは、圧縮機、ガスタービン燃焼器、ガスタービンを備え、圧縮機で大気から吸い込んだ空気を高圧化し、その高圧空気を燃料とともにガスタービン燃焼器に供給し、ここで燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスをガスタービンで膨張仕事をさせ、その際に発生する動力で発電機を駆動する構成になっている。
【０００８】
このような構成を備えたガスタービンプラントにおいて、圧縮機は、圧縮機ロータに動翼を植設させ、動翼の回転中に空気を高圧化しているが、その際、動翼の回転中に発生する遠心力や振動等の影響を受け、動翼の植込み部を植設する圧縮機ロータの植込み溝との間にすべりが生じ、長年の使用の結果、摩耗、損傷を生じることがあった。
【０００９】
このような現象が生じると、動翼は予め予備としての翼を多く製作しておけば、容易に交換することができても、圧縮機ロータは、コストの面、製作日数の面等から考えてストックして確保しておくことが難しく、交換も容易ではない。
【００１０】
このため、動翼の植込み部と圧縮機ロータの植込み溝との摩耗、損傷に伴う隙間が生じたまま運転していると、その隙間は成長し、やがて許容限界を超えて事故発生の要因となり、やがて運転停止に基づいて圧縮機ロータの新規製作までの間、保守管理的にも、また運転コストの点からも好ましいことではなかった。
【００１１】
本発明は、このような点を考慮してなされたもので、動翼の植込み部と圧縮機ロータ植込み溝との間に摩耗、損傷が発生しても、比較的簡素な手段で摩耗、損傷の補修ができるガスタービンプラントおよびガスタービンプラントの補修方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガスタービンプラントは、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、圧縮機にガスタービン燃焼器およびガスタービンを組み合せたガスタービンプラントにおいて、前記圧縮機の動翼の翼植込み部を植設する圧縮機ロータに形成した圧縮機ロータ植込み溝と、この圧縮機ロータ植込み溝の摺動面と前記動翼の翼植込み部の摺動面とのうち、いずれか少なくとも一方の面に形成するコーティング層とを備えたものである。
【００１３】
また、本発明に係るガスタービンプラントは、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、圧縮機にガスタービン燃焼器およびガスタービンを組み合せたガスタービンプラントにおいて、前記圧縮機の動翼の翼植込み部を植設する圧縮機ロータに形成した圧縮機ロータ植込み溝と、この圧縮機ロータ植込み溝の摺動面と前記動翼の翼植込み部の摺動面とのうち、いずれか少なくとも一方の面にコーティング層を形成させるコーティング塗布装置とを備えたものである。
【００１４】
また、本発明に係るガスタービンプラントは、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、コーティング塗布装置は、分割した圧縮機ロータを回転させながら支持する回転装置と、前記分割した圧縮機ロータに形成した複数の圧縮機ロータ植込み溝に同時にコーティング材を塗布してコーティング層を形成するコーティング材噴射ノズルと、このコーティング材噴射ノズルをＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に自在に移動させるスライダと、前記圧縮機ロータ植込み溝のコーティング中、落下するコーティング材を集めて回収する回収装置と、前記コーティング材噴射ノズルの位置を制御する制御装置とを備えたものである。
【００１５】
また、本発明に係るガスタービンプラントは、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、回収装置は、フィルタを備えたホッパと、ホッパに集めたコーティング材を吸引するファンとを備えたものである。
【００１６】
本発明に係るガスタービンプラントの補修方法は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、圧縮機の動翼の翼植込み部を植設する圧縮機ロータに形成した圧縮機ロータ溝と、この圧縮機ロータ植込み溝の摺動面と前記動翼の翼植込み部の摺動面とのうち、いずれか少なくとも一方の面にコーティング層を形成するガスタービンプラントの補修方法において、前記少なくともいずれかの摺動面にブラスト施工を行い、非施工部分にマスキング施工を行った後、コーティング塗布装置からのコーティング材の塗布を行ってコーティング層を形成する方法である。
【００１７】
また、本発明に係るガスタービンプラントの補修方法は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、ブラスト施工は、＃２２０〜＃３２０メッシユの酸化アルミニウム材を用いて行う方法である。
【００１８】
また、本発明に係るガスタービンプラントの補修方法は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、コーティング塗布装置からのコーティング材の塗布は、常温での吹付け塗装であることを特徴とする方法である。
【００１９】
また、本発明に係るガスタービンプラントの補修方法は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、マスキング施工は、保護ラバーを用いて行う方法である。
【００２０】
また、本発明に係るガスタービンプラントの補修方法は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、コーティング層は、２０μｍ〜５０μｍの膜厚に形成する方法である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスタービンプラントおよびガスタービンプラントの補修方法の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係るガスタービンプラントの補修方法に適用するガスタービンプラントの概念図である。
【００２３】
本実施形態に係るガスタービンプラントの補修方法に適用するガスタービンプラントは、軸長方向に沿って長く伸び、前置側に配置する圧縮機１と、中間部分に配置するガスタービン燃焼器２と、後置側に配置するガスタービン３とを備えた、いわゆる軸流タイプの構成になっている。
【００２４】
圧縮機１は、圧縮機ケーシング４に係合する静翼５に、圧縮機ケーシング４の中央に収容する圧縮機ロータ６に植設する動翼７を組み合せた圧縮機段落８を軸長方向に沿って多段落に配置し、大気から吸い込んだ空気を圧縮して高圧にし、その高圧空気を燃料とともにガスタービン燃焼器２に供給している。
【００２５】
ガスタービン燃焼器２は、燃焼室９の周方向に沿って配置する複数の燃料噴射部１０ａ，１０ｂ，…を備え、各燃料噴射部１０ａ，１０ｂ，…からの燃料に、上述圧縮機１からの高圧空気を加えて、例えば１５００℃以上の超高温の燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスをガスタービン３に供給している。
【００２６】
ガスタービン３は、ガスタービンケーシング１１に係合するガスタービンノズル１２に、ガスタービンケーシング１１の中央に収容するガスタービンロータ１３に植設するガスタービン動翼１４を組み合せたガスタービン段落１５を軸長方向に沿って多段落に配置し、その多段落で上述ガスタービン燃焼器２からの燃焼ガスに膨張仕事をさせ、その際に発生する動力（回転トルク）で発電機（図示せず）を駆動している。
【００２７】
なお、膨張仕事を終えた燃焼ガスのガスタービン排気は、ディフューザ１６を介して排熱回収ボイラ（図示せず）に加熱源の排ガスとして供給している。
【００２８】
一方、圧縮機段落８を構成する動翼７は、図３（ａ）に示すように、翼有効部１７と、翼台１８に一体製作した鳩尾状の翼植込み部１９を備え、この鳩尾状の翼植込み部１９を圧縮機ロータ６に形成した圧縮機ロータ植込み溝２０に嵌合させている。そして、動翼７は、鳩尾状の翼植込み部１９の一本一本を圧縮機ロータ６の周方向に形成した圧縮機ロータ植込み溝２０に嵌合させ、群翼を構成している。
【００２９】
群翼を構成する動翼７は、翼植込み部１９を圧縮機ロータ植込み溝２０に嵌合させる際、製作上の加工公差が許容されているため、組み立てたとき、図３（ｂ）に示すように微少な隙間２１が生じる。
【００３０】
動翼７は、翼植込み部１９と圧縮機ロータ植込み溝２０との隙間２１を持たせたまま運転していると、遠心力等で外側方向に引張られ、圧縮機ロータ植込み溝２０に翼植込み部１９が激しく接触し、また、負荷変動や振動等で繰り返し衝突を起こし、圧縮機ロータ植込み溝２０に摩耗、損傷が発生する。
【００３１】
本実施形態は、このような問題に対処するもので、図２に示す矢印ＡＲの方向に向って翼植込み部１９を挿入する圧縮機ロータ植込み溝２０の摺動面２２にコーティング層２３を塗布し、運転中、翼有効部１７に発生する遠心力Ｆに充分抗するようにするとともに、図３（ａ），（ｂ）に示す隙間２１の翼植込み部１９の摺動面２４にもコーティング層２３を塗布し、運転中、翼有効部１７に発生する遠心力Ｆに充分抗するようにし、摩耗、損傷の発生を防止するものである。そして、コーティング層２３は、２０μｍ〜５０μｍの膜厚になっている。
【００３２】
なお、コーティング層２３は、図４（ａ）に示すように、翼植込み部１９と圧縮機ロータ植込み溝２０との隙間２１のうち、図５で示す、特に接触回数が多くて激しい傾斜状の翼植込み部１９と圧縮機ロータ植込み溝２０とのそれぞれのうち、少なくともいずれか一方の肩部２５ａ，２５ｂ等にコーティング層２３を形成することが望ましい。
【００３３】
また、翼植込み部１９と圧縮機ロータ植込み溝２０とのそれぞれの肩部２５ａ，２５ｂ等にコーティング層２３を塗布するにあたり、まず、接着強度を高めるために、施工部分に＃２２０〜＃３２０メッシュの酸化アルミニウム材からなる粒子でブラスト施工が行われる。
【００３４】
ブラスト施工が終了すると、非施工部分には、図７に示すように、例えば保護ラバー等のマスキング材２６でマスキング施工が行われる。
【００３５】
次に、圧縮機ロータ６の圧縮機ロータ植込み溝２０には、コーティング塗布装置２７がセットされ、コーティング塗布装置２７からコーティング材が塗布される。
【００３６】
コーティング塗布装置２７が行うコーティング材の塗布は、常温での吹付け塗装である。これは、溶射、局部鍍金等のコーティング方法が考えられるが、動翼７の翼植込み部１９に精密加工が行われており、熱を加えることが好ましくないことを考慮したものである。
【００３７】
一方、コーティング装置２７は、位置決めガイド２８、コーティング材噴射ノズル位置決め部２９、コーティング材噴射ノズルホルダ３０、コーティング材噴射ノズル３１を備え、コーティング材噴射ノズル３１からコーティング領域３２にコーティング材を塗布する構成になっている。
【００３８】
この構成を、今少し詳しく説明すると、コーティング装置２７は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、圧縮機ロータ６を分割した輪切り状の圧縮機ロータディスク３３を回転させながら支持し、かつ割出し機能を持つ回転装置４２と、圧縮機ロータディスク３３に形成した圧縮機ロータ植込み溝２０が回転し、真下に位置したとき、コーティング材を噴射させるコーティング材噴射ノズル３１とを備えている。
【００３９】
また、コーティング装置２７は、コーティング材噴射ノズル３１がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれの方向へも自在に移動できるＸ軸方向スライダ３４、Ｙ軸方向スライダ３５、Ｚ軸方向スライダ３６を備えるとともに、圧縮機ロータ植込み溝２０にコーティング材をコーティング中、落下するコーティング材を集めて回収する回収装置４３を備えている。この回収装置４３は、コーティング材を集めるフィルタ３７を備えるホッパ３８と、集めたコーティング材をダクト３９を介して吸引するファン４０とを備え、落下するコーティング材を回収し、大気汚染防止を図っている。
【００４０】
また、コーティング装置２７は、圧縮機ロータ植込み溝２０，２０の複数個に同時にコーティング材を噴射するコーティング材噴射ノズル３１を備えるとともに、コーティング材噴射ノズル３１を安定位置に位置制御する制御装置４１を備えている。
【００４１】
このように、本実施形態は、動翼７の翼植込み部１９と圧縮機ロータ６の圧縮機ロータ植込み溝２０とのそれぞれのうち、少なくともいずれか一方の肩部２５ａ，２５ｂ等に耐摩耗性に富んだコーティング材を塗布してコーティング層２３を形成して強度を強化したので、運転中に発生する遠心力等にも充分抗して摩耗、損傷の発生を防止することができ、安定した運転を長く行うことができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係るガスタービンプラントおよびガスタービンの補修方法は、動翼の翼植込み部と圧縮機ロータの圧縮機ロータ植込み溝のそれぞれに耐摩耗性に優れたコーティング層を形成するとともに、コーティング層の形成の際、ブラスト加工を行い、次に非施工部分にマスキング施工を行った後、コーティング装置で圧縮機ロータ植込み溝等にコーティング材をコーティングし、圧縮機ロータ植込み溝等の強度を強化したので、運転中に発生する遠心力や振動等に対して充分に抗して圧縮機ロータ植込み溝等の摩耗、損傷を防止することができ、圧縮機に安定した運転を長く行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用されるガスタービンプラントの一部切欠全体概念図。
【図２】本発明に係るガスタービンプラントにおける動翼を圧縮機ロータに挿入する動作を示す概念図。
【図３】従来のガスタービンプラントにおける動翼と圧縮機ロータとの嵌合から発生する摩耗、損傷を説明する概念図で、（ａ）は動翼と圧縮機ロータとの嵌合を示す概念図、（ｂ）は（ａ）のＸ部における部分拡大図。
【図４】従来のガスタービンプラントにおける動翼と圧縮機ロータとの間に隙間が形成されていることを示す概念図。
【図５】本発明に係るガスタービンプラントにおける動翼と圧縮機ロータとの間の隙間にコーティング層を形成したことを示す概念図。
【図６】本発明に係るガスタービンプラントに適用するコーティング塗布装置を示す概念図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視方向から見た正面図。
【図７】本発明に係るガスタービンプラントに適用するコーティング塗布装置を圧縮機ロータ植込み溝に組み込んだ概念図。
【符号の説明】
１　圧縮機
２　ガスタービン燃焼器
３　ガスタービン
４　圧縮機ケーシング
５　静翼
６　圧縮機ロータ
７　動翼
８　圧縮機段落
９　燃焼室
１０ａ，１０ｂ　燃料噴射部
１１　ガスタービンケーシング
１２　ガスタービンノズル
１３　ガスタービンロータ
１４　ガスタービン動翼
１５　ガスタービン段落
１６　ディフューザ
１７　翼有効部
１８　翼台
１９　翼植込み部
２０　圧縮機ロータ植込み溝
２１　隙間
２２　摺動面
２３　コーティング層
２４　摺動面
２５ａ，２５ｂ　肩部
２６　マスキング材
２７　コーティング塗布装置
２８　位置決めガイド
２９　コーティング材噴射ノズル位置決め部
３０　コーティング材噴射ノズルホルダ
３１　コーティング材噴射ノズル
３２　コーティング領域
３３　圧縮機ロータディスク
３４　Ｘ軸方向スライダ
３５　Ｙ軸方向スライダ
３６　Ｚ軸方向スライダ
３７　フィルタ
３８　ホッパ
３９　ダクト
４０　ファン
４１　制御装置
４２　回転装置
４３　回収装置
【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】
2004124750.tif 000008
【図７】
2004124750.tif 000009