(57)【要約】【課題】効率的に酸化スケールを除去するとともに微細化した表面粗さを安定した研磨品質で実現し、もって非破壊検査精度及びタービン性能の向上を達成するタービン部品の酸化スケール除去技術を提供する。【解決手段】酸化スケール除去装置において、送風機が作り出す作動空気に投射材を混入させて噴射し酸化スケールを除去するブロアブラスト方式により１００ｋＰａ以下の作動空気で、投射材を噴射させることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送風機が作り出す作動空気に投射材を混入させて噴射し酸化スケールを除去するブロアブラスト方式により１００ｋＰａ以下の作動空気で、投射材を噴射させることを特徴とする酸化スケール除去装置。
【請求項２】
請求項１に記載の酸化スケール除去装置において、
前記投射材の粒度は＃２４０又はそれよりも細かいことを特徴とする酸化スケール除去装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の酸化スケール除去装置において、
前記投射材の１分間あたりの投射量が３ｋｇ以上であることを特徴とする酸化スケール除去装置。
【請求項４】
送風機が作り出す作動空気に投射材を混入させて噴射し酸化スケールを除去するブロアブラスト方式により１００ｋＰａ以下の作動空気で、投射材を噴射させることを特徴とする酸化スケール除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン部品の表面に生成した酸化スケールの除去技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン部品は、非破壊検査を行う前処理として、定期点検工事毎にブラストを実施している。ブラストとは、コンプレッサが作り出す作動空気に、セラミックス粒子を混入して噴射する研磨処理である（例えば、特許文献１）。
また一方において、既設蒸気タービンの性能を向上させるために、定期点検工事時に蒸気タービン部品の表面粗さを微細化し、蒸気の粘性抵抗を軽減させる対策が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２８５９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蒸気タービンの部品の表面には、運転中の水蒸気酸化により酸化スケールが生成されるため、この酸化スケールを除去して非破壊検査の精度を確保する必要がある。しかし、酸化スケールを除去するためのブラストでは、粒度の大きなセラミックスを用いるため、タービン部品の表面粗さが大きくなり、タービン性能に悪影響を与えることが懸念されている。
【０００５】
このように、粒度の大きなセラミックスの投射材を用いる理由は、コンプレッサにより作動空気を供給する従来のブラスト方法においては、投射材の粒度を細かくすると研磨品質が不安定になる課題があったためである。
しかし、品質安定性を確保するために粒度の大きな投射材を用いると、表面粗さが劣化する上に、スケール除去に時間がかかり作業効率も低下するという別の課題が生じる。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、効率的に酸化スケールを除去するとともに微細化した表面粗さを安定した研磨品質で実現し、もって非破壊検査精度及びタービン性能の向上を達成するタービン部品の酸化スケール除去技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の酸化スケール除去装置は、送風機が作り出す作動空気に投射材を混入させて噴射し酸化スケールを除去するブロアブラスト方式により１００ｋＰａ以下の作動空気で、投射材を噴射させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、効率的に酸化スケールを除去するとともに微細化した表面粗さを安定した研磨品質で実現し、もって非破壊検査精度及びタービン性能の向上を達成するタービン部品の酸化スケール除去技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（Ａ）はコンプレッサーブラスト方式（比較例）による３ｋｇの投射材の噴射に要する時間と投射材の粒度との相関を示すグラフ、（Ｂ）はブロアブラスト方式（実施例）による３ｋｇの投射材の噴射に要する時間と投射材の粒度との相関を示すグラフ。
【図２】投射後の表面粗さと投射材の粒度との相関を示すグラフ。
【図３】コンプレッサーブラスト方式（比較例）において粒度＃１２０の投射材を使用した場合の投射後表面粗さと噴射圧力との相関を示すグラフ。
【図４】ブロアブラスト方式において１分あたりの研掃量と１分あたりの投射量との相関を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
本実施形態の酸化スケール除去装置は、従来のコンプレッサに代えてブロア（送風機）を作動空気源として使用するブロアブラスト方式を採用している。
送風機が作り出す作動空気に投射材を混入させて噴射し酸化スケールを除去するブロアブラスト方式の特徴は、連続的に大風量を供給することができるために、１００ｋＰａ以下の作動空気で、投射材を大量に噴射させることができる点にある。
さらにブロアブラストは、コンプレッサでは必須の構成となるエアタンク、冷却器などの付帯機器が不要で、大幅な省エネと省スペースを可能とする。
【００１１】
図１（Ａ）のグラフ（比較例）は、コンプレッサーブラスト方式による３ｋｇの投射材の噴射に要する時間と投射材の粒度との相関を示している。
なお、以降において、投射材の粒度は、ＪＩＳ Ｒ６００１の規定に従って定義する。
コンプレッサ方式では、投射材の粒度が＃２００（平均粒径６６μｍ）から細かくなるにつれて、噴射時間のバラツキが拡大し、ブラスト処理による研磨品質が不安定化する。
【００１２】
図２のグラフは、投射後の表面粗さと投射材の粒度との相関を示している。なお、以降において、表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１の規定に従って定義する。
投射後の表面粗さは、投射材の粒度の影響を大きく受け、投射材が細かいほど表面粗さが微細化する。
定期点検工事時における実際のタービンの表面粗さはＲｚ１５程度に劣化しているので、ブラストによりこの表面粗さを劣化させないためには、粒度＃２４０（平均粒径５０μｍ相当）以下の微粉を用いる必要がある。
【００１３】
しかし、コンプレッサーブラスト方式（比較例）においては、図１（Ａ）の結果から研磨品質の安定性と作業効率とを確保するために、＃１２０（平均粒径１３２μｍ）、＃２００など粒度の大きな投射材を使用せざるをえない。すると、ブラスト後の表面粗さはＲｚ２０程度となり（図２参照）、タービンのブラスト処理前の表面粗さ（約Ｒｚ１５程度）よりも劣化することとなり、タービン効率の低下が懸念される。
【００１４】
図１（Ｂ）のグラフ（実施例）は、ブロアブラスト方式による３ｋｇの投射材の噴射に要する時間と投射材の粒度との相関を示している。
ブロアブラスト方式では、実験を行った投射材の粒度範囲の全てについて、噴射時間がほぼ一定である。これは、ブロアの連続的な大送風により、研磨材の噴射量が安定し、微粉から粗大粒子まであらゆる研磨材が使用可能であることを示している。
このためにブロアブラスト方式では、粒度＃２４０よりも細かい投射材を安定的に供給することが可能になり、表面粗さを微細化しさらに研磨品質を安定化することができる。
【００１５】
図３のグラフは、コンプレッサーブラスト方式において粒度＃１２０の投射材を使用した場合の投射後の表面粗さと噴射圧力との相関を示している。
このグラフより、噴射圧力が大きいほど、表面粗さが劣化するといえる。コンプレッサーブラスト方式では、前記したとおり研磨品質の安定性を確保するために＃１２０や＃２００などの粒度が大きい投射材を使用している。そして、コンプレッサーブラスト方式の最低作動空気圧は、一般的に４００ｋＰａ程度であるために、ブラスト処理によるタービン部品表面の傷付き、表面粗さの劣化が避けられない。
【００１６】
これに対し、このブロアブラスト方式によれば、１００ｋＰａ以下の作動空気で研磨材の噴射が可能であり、コンプレッサーブラスト方式の場合と比べて噴射圧力を大幅に低下させることができる。このために作動空気の供給源を、コンプレッサではなくブロアとすることにより、ブラスト処理における表面粗さの微細化が実現される。
【００１７】
図４のグラフは、ブロアブラスト方式において１分間あたりの研掃量と１分間あたりの投射量との相関を示している。
コンプレッサーブラスト方式では、前記したとおり研磨品質の安定性を確保するのに＃２００以上の粒度の大きな投射材を使用するため、噴射圧力を抑制して表面粗さの劣化を防止しなくてはならない。このために、コンプレッサーブラスト方式では、１分間あたりの投射量が制限されるために、１分間あたりの研掃量が１．８ｇ程度と少なく、作業効率が悪い。
【００１８】
一方において、ブロアブラスト方式では、噴射圧力をそれほど上げなくとも風量を大きくすることにより１分間あたりの投射量を増加させることができる。このように、ブロアブラスト方式では、表面粗さを劣化させずに単位時間あたりの投射量を増やすことができるために、単位時間あたりの研磨量を大きくすることができ、作業時間が短縮する。
図４のグラフに従えば、ブロアブラスト方式において、１分間あたりの投射量を３ｋｇ以上とすることにより、コンプレッサーブラスト方式よりも作業時間を短縮することができる。
【００１９】
以上の検証結果より、ブロアブラスト方式を採用した酸化スケールの除去技術では、粒度に関係なく投射量が安定するため、粒度の小さい投射材の使用が可能となる。さらに、作動空気の噴射圧力を下げることも可能であるために表面粗さの微細化が促進される。また、単位時間あたりの投射量を増加させることが可能であるために、作業を効率化することができる。
【００２０】
具体的にブロアブラスト方式では、粒度＃２４０又はそれよりも細かい投射材を採用し、作動空気圧を１００ｋＰａ以下に設定して、１分間あたりの投射量を３ｋｇ以上として作業することができる。
これにより、ブロアブラスト方式では、コンプレッサーブラスト方式と比較して、タービン部品の酸化スケールの除去を効率的に実現し、表面粗さを微細化し、研磨品質を安定させることができる。
【実施例】
【００２１】
処理対象となる蒸気タービン静翼は、圧延または鍛造したマルテンサイト系ステンレス鋼の素材から削り出したものである。
そして、この蒸気タービン静翼は、各部品単位で表面研磨処理がなされ、タービンロータに組み込まれる。表面研磨の仕様は、最大高さＲｙ６．３、算術平均高さＲａ１．０程度である。
【００２２】
このタービンを実際に４年間運転させた後の定期点検工事における蒸気タービン静翼の表面状態は、長時間高温環境下におかれたため強固な酸化スケールが付着し、さらに表面粗さは十点平均粗さＲｚ１５程度に劣化している。そして、蒸気タービン静翼のブラストは、非破壊検査のための酸化スケールの除去と、蒸気タービン性能向上のための表面粗さの微細化とを同時に達成させることが求められる。
【００２３】
コンプレッサーブラスト方式（比較例）による処理方法では、粒度の大きな投射材を使用せざるをえないために、酸化スケール除去は容易であるが表面粗さはＲｚ２０程度となり、処理前よりも悪化する。
【００２４】
一方、ブロアブラスト方式（実施例）において、ホワイトアルミナ＃４００（平均粒径４０μｍ）の投射材、噴射圧力４０ｋＰａ、投射距離１００ｍｍ、投射角度６０°、トラバース速度２７００ｍｍ／ｍｉｎの条件で研磨処理をした。
これにより、酸化スケール除去と同時に表面粗さをＲｚ５程度に改善することができ、非破壊検査精度の向上とタービンの性能向上の両立が可能となる。
【００２５】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の酸化スケールの除去装置によれば、表面粗さを微細化し、研磨品質の安定性を向上させ、作業効率に優れるといった特徴を持つことにより、非破壊検査精度及びタービン性能の向上を達成することが可能となる。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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