(57)【要約】【課題】  高い熟練度を要さずとも、ろう付けの品質を高めてステライト片の張り替えを精緻に行うことができるステライト片張り替え方法を提供する。【解決手段】  摩耗したステライト片３を除去したタービン翼２の表面に、ろう材を挟んで新たなステライト片３を密着させ、新たなステライト片３を、複数箇所において拘束治具２０を用いてタービン翼２の表面に密着させ、新たなステライト片３を密着させたタービン翼２の表面に直に設置した温度計１４を用いてタービン翼２の温度管理を行いながら、新たなステライト片３を密着させたタービン翼２の表面を、加熱コイル１３を使って加熱し、タービン翼２に新たなステライト片３をろう付けする。【選択図】  図１
2005188481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩耗したステライト片を除去したタービン翼の表面に、ろう材を挟んで新たなステライト片を密着させ、
前記新たなステライト片を、複数箇所において拘束治具を用いて前記タービン翼の表面に密着させ、
前記新たなステライト片を密着させた前記タービン翼の表面に直に設置した温度計を用いて前記タービン翼の温度管理を行いながら、
前記新たなステライト片を密着させた前記タービン翼の表面を、誘導加熱コイルを使って加熱し、前記タービン翼に前記新たなステライト片をろう付けすることを特徴とするタービン翼表面のステライト片張り替え方法。
【請求項２】
タービン翼の表面に、ろう材を挟んでステライト片を密着させるために用いる拘束治具であって、
前記タービン翼の前縁に係止される前フック部と、前記タービン翼の後縁に係止される後フック部と、前記前フック部を回動自在に軸支する中間部と、前記中間部と前記後フック部とを連結し両者を引き寄せる張力を発揮する弾性部材とを備え、
前記前フック部に、前記弾性部材の発揮する張力によって前記ステライト片に押し当てられる押圧部が形成されていることを特徴とする拘束治具。
【請求項３】
ロータに植設されて回転方向の前後に隣り合う２枚のタービン翼間の隙間を一定に保つために用いる隙間管理用治具であって、
前記２枚のタービン翼のうち一方のタービン翼の翼端に設けられたシュラウド部と、他方のタービン翼の翼端に設けられたシュラウド部との隙間に挿入される楔状部と、前記楔状部を一辺としてＶ字形をなすように突き出した基部と、前記基部に前記楔状部に向けて貫通させて形成された雌ネジ孔と、前記雌ネジ孔に螺入されて前記楔状部との間で前記シュラウド部を挟むボルトとを備えることを特徴とする隙間管理用治具。
【請求項４】
タービン翼の表面を加熱するための分岐バーナであって、
少なくとも前記タービン翼の加熱すべき長さを有する主管部と、前記主管部に、その長さ方向に離間して設けられた複数のバーナノズルとを有し、
前記複数のバーナノズルは、相対する前記タービン翼の表面形状に合わせて主管部からの突出量ならびに火炎の噴射方向を変更可能であることを特徴とする分岐バーナ。
【請求項５】
タービン翼の表面に、ろう材を挟んでステライト片を密着させ、前記ステライト片を密着させた前記タービン翼を、このタービン翼に沿って配置した誘導加熱コイルを用いて加熱し、前記タービン翼に前記ステライト片をろう付けするタービン翼表面のステライト片張り付け方法であって、
前記タービン翼の各部の肉厚に比例して、前記誘導加熱コイルの前記各部に近接する部分の発熱量の大きさを設定することを特徴とすることを特徴とするタービン翼表面のステライト片張り付け方法。
【請求項６】
タービン翼の表面に、ろう材を挟んでステライト片を密着させ、前記ステライト片を密着させた前記タービン翼を、このタービン翼を挟むように配置した誘導加熱コイルを用いて加熱し、前記タービン翼に前記ステライト片をろう付けするタービン翼表面のステライト片張り付け方法であって、
前記加熱コイルに挟まれる部分の前記タービン翼の肉厚を、前記誘導加熱コイルの磁場の打ち消し効果の影響を受けない厚さに設定することを特徴とするタービン翼表面のステライト片張り付け方法。
【請求項７】
タービン翼の表面に、ろう材を挟んでステライト片を密着させ、前記ステライト片を密着させた前記タービン翼を、このタービン翼に沿って配置した誘導加熱コイルを用いて加熱し、前記タービン翼に前記ステライト片をろう付けするタービン翼表面のステライト片張り付け方法であって、
粒子化され、ひとつひとつの粒子の表面に、酸化被膜が形成されているろう材を、バインダに混ぜてステライト片の表面に塗布することでろう材の被膜を形成し、前記タービン翼の表面に、前記被膜を挟んで前記ステライト片を密着させることを特徴とするタービン翼表面のステライト片張り付け方法。
【請求項８】
粒子化され、ひとつひとつの粒子の表面に、酸化被膜が形成されていることを特徴とするろう材。
【請求項９】
タービン翼の表面に、ろう材を挟んでステライト片を密着させ、前記ステライト片を密着させた前記タービン翼を、このタービン翼に沿って配置した誘導加熱コイルを用いて加熱し、前記タービン翼に前記ステライト片をろう付けするタービン翼表面のステライト片張り付け方法であって、
前記ステライト片を複数に分割しておき、これら分割体を、互いに隙間を空けずに前記タービン翼の表面に配置することを特徴とするタービン翼表面のステライト片張り付け方法。
【請求項１０】
タービン翼の表面に、ろう材を挟んでステライト片を密着させ、前記ステライト片を密着させた前記タービン翼を、このタービン翼に沿って配置した誘導加熱コイルを用いて加熱し、前記タービン翼に前記ステライト片をろう付けするタービン翼表面のステライト片張り付け方法であって、
前記ステライト片のろう付け面に溝を形成しておくことを特徴とするタービン翼表面のステライト片張り付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャビテーションエロージョンによって摩耗したタービン翼表面のステライト片の張り替え方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水滴を含む湿り蒸気中で作動するタービン翼は、一般に、キャビテーションエロージョンを受けることが知られているから、このキャビテーションエロージョンによって摩耗するのを防止するために、タービン翼には、タービンシャフトから半径方向外方に延びるタービン翼の、幅方向における肉厚側の側縁に沿ってステライト片がろう（鑞）付けされている。
このようなタービン翼を長年使用し、ろう付けされたステライト片が摩耗した場合には、摩耗したステライト片を取り除き、新しいステライト片に交換する必要がある。交換作業は、一般的には、修理を要するタービン翼をロータから取り外し、修理工場に運んで修理することになるが、これだと、実際の修理作業以外に、タービン翼の取り外し、現場から修理工場へ、および修理工場から現場への運搬、タービン翼の取り付けという余計な手間が発生し、タービンの休止期間が長期化してしまう。
そのため、タービン翼をロータに取り付けたままでステライト片の交換作業を実施する方法が検討されている（例えば下記の特許文献１）。具体的には、作業者が、摩耗したステライト片をガスバーナで加熱し、ろう材を溶かしてステライト片を翼から剥がし、ステライト片を剥がし取られた翼の表面を研磨して均す。続いてその面に新しいステライト片を載せて裁断し、大きさを整えたステライト片を、翼との間に厚さ０．２ｍｍから０．３ｍｍ程度の銀ろう材のシートを挟んで重ね合わせ、治具を使って定位置に固定し、ステライト片の表面をガスバーナで６５０℃から７００℃に加熱し、ろう付けする。
【特許文献１】特開２００３−７１５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のような段取りで現場にて交換作業を進める場合、タービン翼に温度ムラが生じると、翼が部分的に偏った変形やねじれを生じ、ステライト片が精緻にろう付けされない可能性がある。また、タービン翼を１３Ｃｒ系マルテンサイトステンレス鋼で製作した場合、マルテンサイト変態による永久変形が上記のような温度ムラによる変形と相まって生じ易い。そのため、タービン翼に温度ムラが生じないように均一に加熱しなければならず、作業者に高い熟練度が要求される。
さらに、タービン翼を均一に加熱できても、加熱によって翼が全体的に膨張し、加熱を止めると収縮することは否めないため、ステライト片を固定した治具に緩みが生じる可能性がある。そのため、緩みを考慮した治具の調整が必要となり、作業者に高い熟練度が要求される。
また、ロータには複数のタービン翼が植設されているが、修理作業を実施されるタービン翼は上記のように加熱によって膨張するので、隣り合うタービン翼との干渉を考慮しなければならず、やはり作業者に高い熟練度が要求される。
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、高い熟練度を要さずとも、ろう付けの品質を高めてステライト片の張り替えを精緻に行うことができるステライト片張り替え方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成のタービン翼表面のステライト片張り替え方法、張り替え用治具、およびろう材を採用する。
【０００６】
すなわち本発明の請求項１記載のタービン翼表面のステライト片張り替え方法は、摩耗したステライト片を除去したタービン翼の表面に、ろう材を挟んで新たなステライト片を密着させ、前記新たなステライト片を、複数箇所において拘束治具を用いて前記タービン翼の表面に密着させ、前記新たなステライト片を密着させた前記タービン翼の表面に直に設置した温度計を用いて前記タービン翼の温度管理を行いながら、前記新たなステライト片を密着させた前記タービン翼の表面を、誘導加熱コイルを使って加熱し、前記タービン翼に前記新たなステライト片をろう付けすることを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、タービン翼に温度ムラが生じ難く、翼が部分的に偏った変形やねじれを生じないので、ステライト片を翼の表面に精緻にろう付けすることが可能となる。
【０００８】
請求項２記載の拘束治具は、タービン翼の表面に、ろう材を挟んでステライト片を密着させるために用いる拘束治具であって、
前記タービン翼の前縁に係止される前フック部と、前記タービン翼の後縁に係止される後フック部と、前記前フック部を回動自在に軸支する中間部と、前記中間部と前記後フック部とを連結し両者を引き寄せる張力を発揮する弾性部材とを備え、
前記前フック部に、前記弾性部材の発揮する張力によって前記ステライト片に押し当てられる押圧部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、弾性部材の採用により拘束治具に緩みが生じ難くなり、従来のような緩みを考慮した治具の調整が不要となるので、作業者に高い熟練度を強いることなく、精緻な補修が可能となる。
【００１０】
請求項３記載の隙間管理用治具は、ロータに植設されて回転方向の前後に隣り合う２枚のタービン翼間の隙間を一定に保つために用いる隙間管理用治具であって、
前記２枚のタービン翼のうち一方のタービン翼の翼端に設けられたシュラウド部と、他方のタービン翼の翼端に設けられたシュラウド部との隙間に挿入される楔状部と、前記楔状部を一辺としてＶ字形をなすように突き出した基部と、前記基部に前記楔状部に向けて貫通させて形成された雌ネジ孔と、前記雌ネジ孔に螺入されて前記楔状部との間で前記シュラウド部を挟むボルトとを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、隣り合う２枚のタービン翼のシュラウド部間の隙間を一定に保つことにより、隣り合うタービン翼どうしの干渉を防止して精緻な補修を行うことが可能となる。
【００１２】
請求項４記載の分岐バーナは、タービン翼の表面を加熱するための分岐バーナであって、
少なくとも前記タービン翼の加熱すべき長さを有する主管部と、前記主管部に、その長さ方向に離間して設けられた複数のバーナノズルとを有し、
前記複数のバーナノズルは、相対する前記タービン翼の表面形状に合わせて主管部からの突出量ならびに火炎の噴射方向を変更可能であることを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、各バーナノズルの翼表面までの距離、および向きを、翼の表面形状に合わせて適切に設定することにより、タービン翼を温度ムラが生じないように均一に予熱することが可能になり、翼の変形やねじれを防止するとともに、ろう付けの精度を高めることができる。
【００１４】
請求項５記載のタービン翼表面のステライト片張り付け方法は、タービン翼の表面に、ろう材を挟んでステライト片を密着させ、前記ステライト片を密着させた前記タービン翼を、このタービン翼に沿って配置した誘導加熱コイルを用いて加熱し、前記タービン翼に前記ステライト片をろう付けするタービン翼表面のステライト片張り付け方法であって、
前記タービン翼の各部の肉厚に比例して、前記誘導加熱コイルの前記各部に近接する部分の発熱量の大きさを設定することを特徴とすることを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、肉の厚いシュラウド部に、肉厚の薄いタービン翼よりも多くの熱量が供給されるので、シュラウド部において加熱遅れを生じることなく、タービン翼全体を温度ムラが生じないように均一に加熱することができ、結果的に翼の変形やねじれを防止するとともに、ろう付けの精度を高めることができる。
【００１６】
請求項６記載のタービン翼表面のステライト片張り付け方法は、タービン翼の表面に、ろう材を挟んでステライト片を密着させ、前記ステライト片を密着させた前記タービン翼を、このタービン翼を挟むように配置した誘導加熱コイルを用いて加熱し、前記タービン翼に前記ステライト片をろう付けするタービン翼表面のステライト片張り付け方法であって、
前記加熱コイルに挟まれる部分の前記タービン翼の肉厚を、前記誘導加熱コイルの磁場の打ち消し効果の影響を受けない厚さに設定することを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、現地ろう付け時のコイル設定のミスアンバランスによる加熱パターンのずれが少なく、温度精度の向上が期待できる。また、加熱コイル１３の位置決めがし易く作業が効率的に進められる。
【００１８】
請求項７記載のタービン翼表面のステライト片張り付け方法は、タービン翼の表面に、ろう材を挟んでステライト片を密着させ、前記ステライト片を密着させた前記タービン翼を、このタービン翼に沿って配置した誘導加熱コイルを用いて加熱し、前記タービン翼に前記ステライト片をろう付けするタービン翼表面のステライト片張り付け方法であって、
粒子化され、ひとつひとつの粒子の表面に、酸化被膜が形成されているろう材を、バインダに混ぜてステライト片の表面に塗布することでろう材の被膜を形成し、前記タービン翼の表面に、前記被膜を挟んで前記ステライト片を密着させることを特徴とする。
【００１９】
請求項８記載のろう材は、粒子化され、ひとつひとつの粒子の表面に、酸化被膜が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明においては、ステライト片とタービン翼の表面との隙間を一定に保つことが容易になり、ろう付け品質の向上が図れる。
【００２１】
請求項９記載のタービン翼表面のステライト片張り付け方法は、タービン翼の表面に、ろう材を挟んでステライト片を密着させ、前記ステライト片を密着させた前記タービン翼を、このタービン翼に沿って配置した誘導加熱コイルを用いて加熱し、前記タービン翼に前記ステライト片をろう付けするタービン翼表面のステライト片張り付け方法であって、
前記ステライト片を複数に分割しておき、これら分割体を、互いに隙間を空けずに前記タービン翼の表面に配置することを特徴とする。
【００２２】
本発明においては、ろう材に含まれるフラックスが、隣り合って配置された分割体の合わせ目から外部に排出され、ステライト片とタービン翼の表面との間にはろう材のメタル成分のみが残って両者を固着するので、質の高いろう付けが可能となる。
【００２３】
請求項１０記載のタービン翼表面のステライト片張り付け方法は、タービン翼の表面に、ろう材を挟んでステライト片を密着させ、前記ステライト片を密着させた前記タービン翼を、このタービン翼に沿って配置した誘導加熱コイルを用いて加熱し、前記タービン翼に前記ステライト片をろう付けするタービン翼表面のステライト片張り付け方法であって、
前記ステライト片のろう付け面に溝を形成しておくことを特徴とする。
【００２４】
本発明においては、ろう材に含まれるフラックスが溝に流れ込み、ステライト片の溝を除く面がタービン翼の表面に密着し、この部分にろう材のメタル成分のみが残って両者を固着するので、質の高いろう付けが可能となる。また、溝が形成されていることでステライト片が曲げ易く、開先部分に対するステライト片の合わせが非常に簡単になる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、高い熟練度を要さずとも、タービン翼に変形を生じることなく、品質の高いろう付けを実現してステライト片の張り替えを精緻に行うことができる。これにより、タービン翼の変形を防止することでタービン性能のさらなる向上を実現することができる。また、品質の高いろう付けを実現することでタービン翼の高温疲労の抑制、摩耗寿命の長期化を実現することができる。さらに、タービン翼の維持管理を行う間隔が長くなって維持管理作業に懸かるコストの削減が見込める。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の第１の実施形態を図１から図７に示して説明する。
図１には、ロータ１に植設されたタービン翼２の表面にろう付けされたステライト片３を張り替えるための誘導加熱装置１０の構成を示す。この誘導加熱装置１０は、高周波電源装置１１と、高周波電源装置１１の出力電圧および周波数を変換する整合トランス１２と、タービン翼２の表面を加熱するＵ字形の加熱コイル１３と、タービン翼２の表面温度を測定する温度計１４と、加熱コイル１３に冷却空気を導いて加熱コイル１３の過熱を防止する冷却装置１５とを備えている。
高周波電源装置１１には、インバータ電源装置が採用されている。加熱コイル１３は、パイプ状の連結要素をつなぎ合わせることによって所望の大きさ、形状となるように構成されている。温度計１４には、タービン翼２の腹側の表面に直に接着される高温接着式の温度ゲージが採用されており、タービン翼２のスパン方向および翼幅方向に離間して複数設置されている。高周波電源装置１１と整合トランス１２とは電源ケーブル１６を介して接続され、整合トランス１２には、加熱コイル１３が接続されている。高周波電源装置１１と冷却装置１５とは電源ケーブル１７を介して接続され、冷却装置１５と加熱コイル１３とは、高周波電源装置１１、整合トランス１２を中継する送気ホース１８を介して接続されている。
【００２７】
図２には、ステライト片３をタービン翼２に拘束して翼表面の所定の位置に保持するための拘束治具２０を示す。拘束治具２０は、タービン翼２の前縁に係止される前フック部２１と、タービン翼２の後縁に係止される後フック部２２と、前フック部２１を回動自在に軸支する中間部２３と、中間部２３に螺着されたボルト２３ａと後フック部２２に螺着されたボルト２２ａとに両方の端部をそれぞれ掛け止められて前後のフック部２１，２２を引き寄せる張力を発揮するコイルバネ（弾性部材）２４とを備えている。
【００２８】
前フック部２１は、タービン翼２の前縁を乗り越えるように屈曲されて腹側の側面に当接する先端部２１ａと、中間部２３に軸支される基端部２１ｂと、先端部２１ａと基端部２１ｂとの中間に位置し、タービン翼２の表面に配置されたステライト片３に接する腹部（押圧部）２１ｃとを有する。中間部２３には、ボルト２３ａを螺着される雌ネジ孔２３ｂが翼の幅方向に離間して３つ形成されており、いずれかの雌ネジ孔２３ｂにボルト２３ａを螺着されるようになっている。
【００２９】
拘束治具２０は、タービン翼２の前縁に前フック部２１を係止され、後縁に後フック部２２を係止され、コイルバネ２４によって両者間に張力を導入されることでタービン翼２に取り付けられる。こうすると、タービン翼２の腹側の側面に当接する前フック部２１の先端部２１ａが支点となり、基端部２１ｂが後縁側に引っ張られ、腹部２１ｃがタービン翼２の表面に配置されたステライト片３に押圧される。これにより、ステライト片３をタービン翼２に拘束して翼表面の所定の位置に保持することが可能である。
ところで、タービン翼２は、スパン方向の各位置で翼の幅方向の寸法やねじれの形状、断面形状が異なるため、１種類の拘束治具２０だけではステライト片３を均一な力で押圧することが難しい。そこで、長さの異なるコイルバネ２４を数種類用意しておき、ボルト２３ａを螺着すべき雌ネジ孔２３ｂの位置、コイルバネ２４の長さを適宜選択し、タービン翼２に取り付けたいずれの拘束治具２０によっても腹部２１ｃがステライト片３にほぼ同一の力で押圧されるように調整する。
【００３０】
図３には、ロータ１に植設されて回転方向の前後に隣り合う２枚のタービン翼２のシュラウド部４間に挿入されて翼間の隙間を一定に保つ隙間管理用治具３０を示す。隙間管理用治具３０は、回転方向前方に位置するタービン翼２のシュラウド部４の翼後縁側の凹部５と、回転方向後方に位置するタービン翼２のシュラウド部４の翼前縁側の凸部６との間に差し込まれる楔状部３１と、楔状部３１を一辺としてＶ字形をなすように突き出した基部３２と、基部３２の先端に楔状部３１に向けて貫通させて形成された雌ネジ孔３２ａに螺入されるボルト３３とを備えている。
【００３１】
隙間管理用治具３０は、楔状部３１を前後のシュラウド部４の凹部５と凸部６との間に差し込まれ、ボルト３３を基部３２の雌ネジ孔３２ａに螺入されてその先端を回転方向前方に位置するタービン翼２のシュラウド部４に腹側から押圧されることで翼間に固定される。これにより、タービン翼２が加熱されて膨張しても、隣り合う２枚のタービン翼２のシュラウド部４間の隙間を一定に保つことが可能である。
【００３２】
図４には、タービン翼２の表面を温度のムラなく均一に加熱するための分岐バーナ４０を示す。分岐バーナ４０は、タービン翼２の加熱すべき部分の長さに匹敵する主管部４１と、主管部４１に、主管部４１の長さ方向に離間して設けられた複数のバーナノズル４２をと備え、ガスを供給するためのホース４３に接続されている。バーナノズル４２は、相対するタービン翼２の表面形状に合わせて主管部４１からの突出量（長さ）や向き（角度）を変更できるようになっている。
【００３３】
分岐バーナ４０は、摩耗したステライト片の除去作業、および新しいステライト片の張り付け作業の際に、バーナノズル４２を翼のスパン方向に沿わせるようにしてタービン翼２に相対させ、個々のバーナノズル４２について、タービン翼２の表面形状に合わせて主管部４１からの突出量（長さ）や向き（角度）を変更する。これにより、タービン翼２を温度ムラが生じないように均一に加熱することが可能である。
【００３４】
図５には、温度計１４として採用された熱電対式簡易かしめ型の温度ゲージの構造を示す。温度ゲージは、一対の脚部４５と、脚部４５の基端に設けられた温度検出部４６とを備えている。各脚部４５には、温度ゲージをタービン翼２に固定するスポット固定板４７が設けられ、温度検出部４６には、輻射熱の影響をキャンセルするための絶縁部４８が設けられている。
【００３５】
温度ゲージは、図６に示すように、温度検知部４６をタービン翼２の腹側の側面に当接させ、タービン翼２の前縁を跨ぐように配置された温度ゲージ取付治具４９で温度検知部４６をタービン翼２の表面に押し付けられ、スポット固定板４７をタービン翼２の表面にスポット溶接されることでタービン翼２の表面温度を直接的に計測することが可能になる。
【００３６】
以下では、タービン翼２表面のステライト片３を張り替える方法を、摩耗したステライト片の除去作業と、新しいステライト片の張り付け作業に分けて説明する。
［摩耗したステライト片の除去作業］
まず、ロータ１に植設されたタービン翼２の中から、ステライト片の張り替えを実施するタービン翼２を特定し、特定したタービン翼２がほぼ水平方向を向くようにロータ１を回転させ、停止させる。そして、特定したタービン翼２のシュラウド部４と回転方向前方に隣り合うタービン翼２のシュラウド部４との間に、図３の隙間管理用治具３０を取り付ける。また、特定したタービン翼２の腹側の側面の複数箇所に、図５の温度ゲージからなる温度計１４を設置する。
そのうえで、図４の分岐バーナ４０を使ってタービン翼２を温度ムラが生じないように均一に予熱する。さらに、タービン翼２表面の摩耗したステライト片３をガスバーナであぶるようにして６５０℃から７００℃に加熱し、ろう材を溶かして摩耗したステライト片３を剥がす。さらに、開先（ステライト片３を除去された部分）に残ったろう材をガスバーナで加熱して溶かし、除去する。好ましくは、グラインダ等を使って残ったろう材を削りとる。
【００３７】
［新しいステライト片の張り付け作業］
次に、タービン翼２の開先部分に新しいステライト片３を載せて裁断し、大きさを整えたステライト片３を、開先部分との間にろう材のシートを挟んで重ね合わせ、図２の拘束治具２０を使って定位置に固定する。ろう材のシートには、厚さ０．２ｍｍから０．３ｍｍのＢＡｇ３の銀を材料とするシートを使用する。また、拘束治具２０は、タービン翼２のスパン方向にほぼ等間隔に離間して複数取り付けられ、新しいステライト片３をほぼ同一の力で押圧する。さらに、Ｕ字形の加熱コイル１３の平行な２つの脚部の一方をタービン翼２の腹側の側面に、他方をタービン翼２の背側の側面に配置して双方がともにスパン方向とほぼ平行にとなるように固定する。
【００３８】
次に、誘導加熱装置１０を作動させ、高周波電源装置１１から整合トランス１２を介して加熱コイル１３に高周波電流を流す。加熱コイル１３に高周波電流が流れると磁界が発生し、この磁界によりタービン翼２およびステライト片３の中に誘導電流が流れ、この電流によりタービン翼２およびステライト片３が発熱する。タービン翼２およびステライト片３が発熱すると加熱コイル１３の温度も上昇するので、冷却装置１５から加熱コイル１３に冷却空気を導いて加熱コイル１３の過熱を防止する。
【００３９】
高周波電源装置１１は、温度計１４によって計測されるタービン翼２の表面温度が、ある期間の中で所定のパターンに従って変化するように出力を制御する。好ましくは、ＰＩＤ制御によってタービン翼２の表面温度を変化させる。
図７に温度変化のパターンの一例を示す。このパターンでは、タービン翼２の表面温度を、加熱開始から直線的に上昇させて約１０秒後に１００℃に到達させ、その後、約２０秒間にわたって１００℃を維持する。タービン翼２を加熱して表面温度を上昇させていく中で、ある期間、温度を一定に維持することにより、タービン翼２に生じた熱が翼の内部に伝導され、タービン翼２が内部、外部ともに温度のムラなく加熱される。
続いて、タービン翼２の表面温度を再び直線的に上昇させて約１０秒後に約４００℃に到達させ、その後、約１０秒間にわたって４００℃を維持する。続いて、タービン翼２の表面温度をみたび直線的に上昇させて約１０秒後に約７００℃に到達させ、その後、約１分間にわたって７００℃を維持する。これにより、タービン翼２の表面とステライト片３との間に介在させたろう材のシートが十分に熔解し、タービン翼２の表面とステライト片３との間を熔解したろう材でぬらすことができる。
続いて、タービン翼２の表面温度を直線的に下降させて約１０秒後に約６００℃に到達させ、その後、約１０秒間にわたって６００℃を維持する。続いて、タービン翼２の表面温度を再び直線的に下降させて約１０秒後に約１００℃に到達させ、その後、約３０秒間にわたって１００℃を維持し、加熱を終了する。タービン翼２の表面温度を下降させていく中で、ある期間、温度を一定に維持することにより、タービン翼２から熱の散逸が起こり、タービン翼２が内部、外部ともに温度のムラなく温度を低下させる。
【００４０】
加熱が終了したら、タービン翼２に取り付けられた加熱コイル１３、温度計１４を取り外して張り替え作業を終了する。張り替え作業の終了後、超音波探傷検査法等を用いて空洞欠陥、溶接不良、ブローホール等の欠陥の有無を検査する。
【００４１】
上記のようにしてタービン翼２表面のステライト片３の張り替えを行うと、次のような効果が期待できる。
まず、拘束治具２０により、ステライト片３をタービン翼２に拘束して翼表面の所定の位置に保持することができる。タービン翼２は、スパン方向の各位置で翼の幅方向の寸法やねじれの形状、断面形状が異なるため、１種類の拘束治具２０だけではステライト片３を均一な力で押圧することが難しいが、拘束治具２０は、コイルバネ２４の長さや取り付け方を適宜選択することにより、タービン翼２に取り付けたいずれの拘束治具２０によってもステライト片３にほぼ同一の押圧力を作用させることができる。また、コイルバネ２４の採用により拘束治具２０に緩みが生じ難くなり、従来のような緩みを考慮した治具の調整が不要となるので、作業者に高い熟練度を強いることなく、精緻な補修が可能となる。
【００４２】
隙間管理用治具３０により、タービン翼２が加熱されて膨張しても、隣り合う２枚のタービン翼２のシュラウド部４間の隙間を一定に保つことができる。特定のタービン翼２を加熱すると、加熱されない前後のタービン翼２との間で干渉が起こる場合がある。特に干渉が起こり易いのは、距離が近く隣接しているシュラウド部４またなスタブ部であるので、隙間管理用治具３０により、隣り合う２枚のタービン翼２のシュラウド部４間の隙間を一定に保つことにより、隣り合うタービン翼２どうしの干渉を防止して精緻な補修を行うことが可能となる。
【００４３】
分岐バーナ４０や高周波電流を利用した加熱コイル１３により、タービン翼２全体を温度ムラが生じないように均一に加熱することができる。タービン翼２に温度ムラが生じると、翼が部分的に偏った変形やねじれを生じ、ステライト片が精緻にろう付けされない可能性があるが、分岐バーナ４０により、事前にタービン翼２を温度ムラが生じないように均一に予熱することにより、翼の変形やねじれを防止するとともに、ろう付けの精度を高めることができる。
【００４４】
温度計１４として採用された熱電対式簡易かしめ型の温度ゲージにより、計測精度および応答性の大幅な向上が図れる。
【００４５】
高周波電源装置１１により、タービン翼２の表面温度がある期間の中で所定のパターンに従って変化するように出力を制御することにより、作業者に高い熟練度を強いることなく、かつ短時間のうちに精緻な補修が可能となる。また、タービン翼２に生じる熱応力が低く抑えられるので、熱応力によって翼に発生する熱変形、および冷却後に翼に残る歪み等を少なくすることができ、タービン翼２の性能低下を防止することができる。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施形態を図８から図１０に示して説明する。なお、上記第１の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
図８には、タービン翼２の翼端側から設置される加熱コイル１３の形態を示す。翼端には、翼の部分よりかなり肉の厚いシュラウド部４が設けられているから、この肉厚のシュラウド部４を他の部分と同じくほぼ均一な温度に加熱するには、シュラウド部４の周囲に他より多い熱量を供給する必要がある。そこで、本実施形態では、肉厚の薄いタービン翼２の側面に近接して配置される加熱コイル１３の先端部分１３ａよりも、肉厚のシュラウド部４に近接して配置される加熱コイル１３の基端部分１３ｂの抵抗が大きくなっている。具体的には、加熱コイル１３の基端部分１３ｂの断面積を小さく、先端部分１３ａの断面積を大きくして、加熱コイル１３全体としての発熱量は変化させずに、加熱コイル１３の基端部分１３ｂからの発熱量を多く、先端部分１３ａからの発熱量を少なくする。これにより、シュラウド部４には、肉厚の薄いタービン翼２よりも多くの熱量が供給されるので、肉厚のシュラウド部４において加熱遅れを生じることなく、タービン翼２全体を温度ムラが生じないように均一に加熱することができ、結果的に翼の変形やねじれを防止するとともに、ろう付けの精度を高めることができる。
【００４７】
図９には、本実施形態の変形例を示す。本変形例では、肉厚の薄いタービン翼２の側面に近接して配置される加熱コイル１３とは別に、シュラウド部４に近接して棒状の加熱コイル５０が配置され、別個に設けられた整流トランス５１に接続されている。整流トランス１２，５１は高周波電源装置１１に並列に接続されている。具体的には、翼の部分より肉の厚いシュラウド部４を、加熱コイル１３とともに、別個に設けた棒状の加熱コイル５０で加熱する。これにより、シュラウド部４には、肉厚の薄いタービン翼２よりも多くの熱量が供給されるので、肉厚のシュラウド部４において加熱遅れを生じることなく、タービン翼２全体を温度ムラが生じないように均一に加熱することができ、結果的に翼の変形やねじれを防止するとともに、ろう付けの精度を高めることができる。
【００４８】
図１０には、本実施形態のもうひとつの変形例を示す。本変形例では、肉厚のシュラウド部４に近接して配置される加熱コイル１３の基端部分１３ｂが、シュラウド部４の周囲を蛇行または周回するように変形されている。具体的には、翼の部分より肉の厚いシュラウド部４を、シュラウド部４の周囲を蛇行または周回するように配置された加熱コイル１３の基端部分１３ｂで加熱する。これにより、シュラウド部４には、肉厚の薄いタービン翼２よりも多くの熱量が供給されるので、肉厚のシュラウド部４において加熱遅れを生じることなく、タービン翼２全体を温度ムラが生じないように均一に加熱することができ、結果的に翼の変形やねじれを防止するとともに、ろう付けの精度を高めることができる。
【００４９】
次に、本発明の第３の実施形態を図１１から図１２に示して説明する。なお、上記の各実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
図１１には、タービン翼２の翼端側から設置される加熱コイル１３の形態を示す。タービン翼２の端部には、翼の部分よりかなり肉の厚いシュラウド部４が設けられているが、シュラウド部４は、肉の薄い翼の部分よりも磁場の打ち消し効果が少ないため、肉厚が変化する部品を加熱した場合に目標温度への到達時間が一定でなく、制御が難しいことが知られている。そこで本実施形態では、磁場の打ち消し効果の少ないシュラウド部４を加熱し、その熱で肉の薄い翼の部分を予熱させる時間（３秒から５秒）を見込み、翼全体を場所によらず一定の時間で一定の温度にまで加熱するように加熱位置の厚みＷ（下記の２δ）を設定し、そこに加熱コイル１３を配置するように加熱コイル１３の形を整える。具体的には、例えば３秒で７００℃まで加熱できる深さをδとすると、タービン翼２の両側に加熱コイル１３を配置して磁場の打ち消し効果の影響を受けずに３秒で７００℃まで加熱するには、加熱コイル１３に挟まれたタービン翼２の肉の厚さは２δ以上であることが望ましい。そこで、タービン翼２の形状を考慮し、図１２に示すように、翼のどの部分でも、加熱コイル１３に挟まれる部分の肉の厚さが２δ以上となるように、加熱コイル１３の形を整える。なお、シュラウド部４には、誘導加熱をする必要のない箇所もあるので、その部分には絶縁板５２を貼付して加熱コイル１３による加熱が起こらないようにする。これにより、現地ろう付け時のコイル設定のミスアンバランスによる加熱パターンのずれが少なく、温度精度の向上が期待できる。また、加熱コイル１３の位置決めがし易く作業が効率的に進められる。
【００５０】
次に、本発明の第４の実施形態を図１３に示して説明する。なお、上記の各実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
ろう材にシート状のものを使用する場合、タービン翼２の開先部分とステライト片３との間にろう材シートを挟み、周縁を折り曲げ加工して裁断するが、ろう材シートが弾性をもつために折り曲げた部分でスプリングバックが起こり、開先部分とステライト片３との間に隙間が生じやすい。そこで、本実施形態では、ろう材にシート状ではなく粉末状のものを採用し、ステライト片３にスクリーン印刷によるプレコートを施して固定する。具体的には、ナノサイズまたはサブミクロンサイズのろう材の粒子に、ＳｉＯ２等の比重の軽い物質を蒸着させて被膜を形成したものを使用する。ＳｉＯ２被膜の形成は、大気中でろう付けを行う際、ブローホール発生の原因となるろう材の酸化を防止するうえで必要不可欠である。このＳｉＯ２被膜を形成した粒子７０の微粉末を、図１３に示すように、水溶性アルコールバインダ７１に混ぜてステライト片３にプレコートすると、ろう材シートを使用する場合に問題となっていたスプリングバックに起因する開先部分とステライト片３との間の隙間の発生を防止することができる。
【００５１】
ろう材の微粉末をSiO2で気相蒸着させ数μm以下のナノカプセリングを行い。それをプレコートしたステライト片３をタービン翼２の開先部分に載せて固定し、加熱すると、ろう材が溶融してＳｉＯ２成分とメタル成分とに分離し、比重の軽いＳｉＯ２成分はフラックスと一緒になってスラグを形成し、ステライト片３とタービン翼２の表面との隙間から外部に排出されるが、メタル成分はステライト片３とタービン翼２の表面との間で固着して質の高いろう付けが可能となる。これにより、ステライト片３とタービン翼２の表面との隙間を一定に保つことが容易になり、ろう付け品質の向上が図れる。また、ろう材シートを裁断する手間がなくなるので、作業性の改善が図れる。
【００５２】
次に、本発明の第５の実施形態を図１４から図１６に示して説明する。なお、上記の各実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
図１４には、タービン翼２の表面に配置されるステライト片３を示す。本実施形態のステライト片３は、タービン翼２のスパン方向に複数に分割され、あたかも翼の表面に貼り付けられたタイルのような形態をなしている。ステライト片３の分割体３ａは、スパン方向の幅が５０ｍｍ程度で、図１５に示すように、隣り合うものどうしの分割面が斜め、または段状に形成されている。このようにステライト片３を複数のタイル状に形成し、開先部分に１枚ずつ嵌め合わせ、ボタン型の拘束治具（図示略）で定位置に固定することで、開先部分に対するステライト片３の合わせが、一体もののステライト片３と比較して非常に簡単になる。さらに特筆すべき点は、ろう材に含まれるフラックスが、ステライト片３の分割体３ａの合わせ目から外部に排出され、ステライト片３とタービン翼２の表面との間にはろう材のメタル成分のみが残って両者を固着するので、質の高いろう付けが可能となる。
なお、ステライト片３の分割体３ａの分割面を斜め、または段状に形成したのは、分割体３ａどうしの接合面積を増して強度を高めるためであり、十分な強度が確保できるのであれば、単純に直角をなすように裁断してあっても構わない。
【００５３】
図１６には、本実施形態の変形例を示す。本実施形態のステライト片３には、タービン翼２の表面に密着してろう付けされる面に、翼の幅方向に延びる溝３ｂが、スパン方向に離間して複数形成されている。溝３ｂの間隔は５０ｍｍ程度で、溝３ｂ自体の幅は１ｍｍから２ｍｍ、深さは１ｍｍ程度である。このようにステライト片３に溝３ｂを形成し、溝３ｂを形成した面をタービン翼２の表面に密着させてろう付けすると、ろう材に含まれるフラックスが、ステライト片３の溝３ｂに流れ込み、ステライト片３の溝３ｂを除く面がタービン翼２の表面に密着し、この部分にろう材のメタル成分のみが残って両者を固着するので、質の高いろう付けが可能となる。また、溝３ｂが形成されていることでステライト片３が曲げ易く、開先部分に対するステライト片３の合わせが非常に簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図であって、誘導加熱装置の全体構成を示す図である。
【図２】拘束治具の構造を示す図であって、（ａ）は翼の幅が広い部分を拘束した状態、（ｂ）は翼の幅が狭い部分を拘束状態を示す図である。
【図３】隙間管理用軸の構造を示す図であって、シュラウド部の隙間に挿入され固定された状態を示す図である。
【図４】分岐バーナの構造を示す図である。
【図５】温度ゲージの構造を示す図である。
【図６】温度ゲージをタービン翼に取り付けた状態を示す図である。
【図７】誘導加熱装置によって実施される加熱パターンを示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態を示す図であって、シュラウド部を他の部分から遅れることなく加熱するための加熱コイルの形状を示す図である。
【図９】第２の実施形態の変形例を示す図であって、シュラウド部を他の部分から遅れることなく加熱するための加熱コイルの構造を示す図である。
【図１０】第２の実施形態のもうひとつの変形例を示す図であって、シュラウド部を他の部分から遅れることなく加熱するための加熱コイルの構造を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態を示す図であって、翼全体を均一に加熱するための加熱コイルの配置を示す図である。
【図１２】タービン翼とその両側に配置される加熱コイルとの位置関係を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態を示す図であって、ステライト片にプレコートされた粒子状のろう材を示す図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態を示す図であって、タービン翼の表面に貼り付けられたステライト片を示す図である。
【図１５】ステライト片を貼り付けられたタービン翼の断面図であって、（ａ）はステライト片の分割面が傾斜しているもの、（ｂ）は分割面が段状になっているものを示す図である。
【図１６】第５の実施形態の変形例を示す断面図であって、ステライト片のろう付け面に溝が形成されているものを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１      ロータ
２      タービン翼
３      ステライト片
１０    誘導加熱装置
１３    加熱コイル
１４    温度計
２０    拘束治具
３０    隙間管理用治具
４０    分岐バーナ
【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】
2005188481.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005188481.tif 000009
【図８】
2005188481.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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