(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を作動流体として圧縮する圧縮機と、圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスの膨張の際に回転動力を発生するタービンと、を備えたガスタービンの補修方法であって、
作動流体を前記タービンへ移行するトランジションピースの出口部に前記タービンの回転軸方向に平行な領域と該平行な領域にその配置間隔が一部広げられるようにされた冷却孔と、出口付近の剛性を確保するようにされた額縁部分とを設け、
前記出口部の補修は、前記冷却孔の配置間隔が一部広げられ部分を切断して前記額縁部分を分離し、予め用意された前記額縁部分を切断された箇所に溶接して交換することを特徴とするガスタービンの補修方法。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービンの補修方法において、前記切断した部分の劣化を評価し、前記出口部の表面温度状態を推定し、前記冷却孔の配置を決定することを特徴とするガスタービンの補修方法。
【請求項３】
請求項１に記載のガスタービンの補修方法において、予め用意された前記額縁部分は切断された前記額縁部分を補修して再利用することを特徴とするガスタービンの補修方法。
【請求項４】
請求項１に記載のガスタービンの補修方法において、切断された前記額縁部分の端面を削ることにより前記トランジションピース全体の長さを調節することを特徴とするガスタービンの補修方法。
【請求項５】
請求項１に記載のガスタービンの補修方法において、前記額縁部分を中継部材を介して切断された箇所に溶接することを特徴とするガスタービンの補修方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの構成要素である燃焼器に係わり、特に燃焼後の作動流体を円筒形状のライナを経てガスタービンの環状流路へ移行させるトランジションピース及びその補修方法に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼器のトランジションピースを補修する方法として、亀裂の補修、ショットピーニング及び溶体化熱処理を組み合わせて残留応力、耐磨耗性の向上を図ることが知られ、例えば特開平６−２８８５４９号公報に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のものは、省エネルギーを目的とした高効率化、燃焼器の出口部での強度向上、長寿命化、補修及び検査工数の短縮などの点で、より一層の改善が必要とされている。
【０００４】
本発明の目的は、燃焼器のトランジションピースの補修交換を容易にしながら、省エネルギ、強度向上、長寿命化、補修及び検査工数の短縮を図ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、空気を作動流体として圧縮する圧縮機と、圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器、燃焼ガスの膨張の際に回転動力を発生するタービン、を備えたガスタービンにおいて、円筒形状のライナと、該ライナから前記作動流体が前記タービンへ移行するトランジションピースと、前記タービンの回転軸方向に平行な領域を有した前記トランジションピースの出口部と、前記平行な領域においてその配置間隔が一部広げられて設けられた冷却孔と、前記出口部の出口付近の剛性を確保するようにされた額縁部分と、を備えたものである。
【０００６】
また、本発明は、空気を作動流体として圧縮する圧縮機と、圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器、燃焼ガスの膨張の際に回転動力を発生するタービン、を備えたガスタービンの補修方法であって、
作動流体を前記タービンへ移行するトランジションピースの出口部に前記タービンの回転軸方向に平行な領域と該平行な領域にその配置間隔が一部広げられるようにされた冷却孔と出口付近の剛性を確保するようにされた額縁部分とを設け、  前記出口部の補修は、前記冷却孔の配置間隔が一部広げられ部分を切断して前記額縁部分を分離し、予め用意された前記額縁部分を切断された箇所に溶接して交換するものである。
【０００７】
さらに、上記のものにおいて、前記切断した部分の劣化を評価し、前記出口部の表面温度状態を推定し、前記冷却孔の配置を決定することが望ましい。
【０００８】
さらに、上記のものにおいて、予め用意された前記額縁部分は切断された前記額縁部分を補修して再利用することが望ましい。
【０００９】
さらに、上記のものにおいて、切断された前記額縁部分の端面を削ることにより前記トランジションピース全体の長さを調節することが望ましい。
【００１０】
さらに、上記のものにおいて、前記額縁部分を中継部材を介して切断された箇所に溶接することが望ましい。
【００１１】
さらに、上記のものにおいて、前記額縁部分は冷却孔の設けられた中継部材を介して溶接されたことが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図２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は大気からガスパス４へ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。
【００１３】
燃焼器は図１に示すように、ライナ５、トランジションピース６とライナ５およびトランジションピース６の外側に位置して、冷却を促進するためのフロースリーブ７からなる。
トランジションピース６は入口が円筒形状で、出口が逆台形形状となる。トランジションピース６には外表面から圧縮機１の吐出空気による外圧と、内部の燃焼ガスからの内圧が作用する。したがって圧力が均等に作用する円筒形状に対して、逆台形形状ではクリープ変形が生じ易いが、特に出口側では入口側よりもガス流路面積が絞られているためにメタル温度が上昇し、高温環境下に曝されるためにクリープ変形がさらに顕著となる傾向にある。このように過酷な環境にさらされる出口部は、嵌合部の磨耗損傷および熱疲労、クリープによる亀裂の発生など、最も損傷が発生しやすくトランジションピースの部品としての寿命を律する部位となっている。
【００１４】
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。
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が採用される傾向にある。これらはいずれも燃焼器に作用する圧力荷重の増加に直結するために、燃焼器は今後更に高圧力荷重下に曝される事が予想され、必然的に出口部での強度の向上および長寿命化が求められる。
【００１５】
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り、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。
【００１６】
さらに、実際の発電所における負荷環境にはばらつきがあるために、初期の冷却設計が必ずしも最適な設計となっていない場合もあり、負荷環境に適切に対応した冷却設計も、トランジションピースの長寿命化には重要である。
【００１７】
図１において、圧縮機１から吐出された作動流体８は、図３に示すようにフロースリーブ７とトランジションピース６間の間隙９に導かれる。間隙９では作動流体８の流速が上昇するために、トランジションピース６の外表面での冷却効果が高められる。
【００１８】
間隙９を経た作動流体８は、燃料を燃焼前に空気と混合させない拡散燃焼タイプでは、一部がライナ５の外表面に設けられた冷却孔１６からライナ５の内部に導かれ、ライナ５の冷却をおこない、残りはライナ５の内部にノズル１０から噴霧される燃料とともに流入し、燃焼に用いられる。
【００１９】
図１に示すように、燃料噴霧ノズル１０はライナ５の入口側に設けられた差込部１８に差し込まれる。燃焼後の作動流体８は、ライナ５からトランジションピース６を経てタービン３の環状流路へ放出される。
【００２０】
ライナ５は出口側に板ばね１２が溶接され、トランジションピース６に差し込まれる。トランジションピース６は、入口側にて板ばね１２を介してライナ５が差し込まれるとともに、フロースリーブ７に内包され、入口側にて入口断面の円周方向の変形のみを拘束される嵌合部にて支持される。またトランジションピース６の出口付近には、剛性を高めるために額縁部１１が設けられる。
【００２１】
フロースリーブ７は入口側においてトランジションピース６と入口断面の円周方向の変形のみを拘束される嵌合部にて支持されるとともに、同様に入口断面の円周方向の変形のみを拘束される嵌合部を介してケーシングに支持される。出口側ではトランジションピース６と一緒にケーシングへ結合されることで位置が定まる。
【００２２】
図３(a)(b)に示すように、リブを有する額縁部１１および冷却用の孔１４が設けられた長さ調節用の中継部材１９よりなる出口部１６に、図１に示すようにガスタービン回転軸方向に平行な領域１３を設け、出口部冷却用の孔１４の配置間隔を一部広げる。これにより、出口部１６の切断加工が容易となる。
【００２３】
図３に示すように、損傷を受けた出口部１６を、図３(b)の冷却孔の配置間隔が一部広げられ部分で切断し、図３(c)に示すように、出口部１６をリブを有する額縁部分１１と板厚一定の領域２１に分割し、額縁部分１１に生じた摩耗損傷およびき裂などを補修し、再利用する。
【００２４】
さらに図３(d)に示すように、あらかじめ用意してあった額縁部１１’と冷却用の孔１４が加工された長さ調節用の中継部材１９’を、図３(e)のように溶接して交換用の出口部１６’を作成し、図３(f)および(g)のように両端をトランジションピース６に溶接する。
【００２５】
以上により、損傷を有していた出口部１６のみを迅速に交換し、切断した出口部１６を別途補修することで、補修交換コストを低減し、トランジションピース及びガスタービン全体の長寿命化を図ることができる。
交換用の出口部１６’をトランジションピース６に溶接する際には、長さ調節用の中継部材１９の端面を削ることにより、トランジションピース全体の長さを調節することが良い。
【００２６】
出口部１６は図４(a)(b)に示すように、額縁部１１及び中継部材１９からなり、出口部１６は、ガスタービン回転軸と平行な領域を有し、かつ図４(c)に示すように冷却孔１４の間隔が一部広がっているので、出口部１６の切断およびその予備品の溶接が容易となる。
【００２７】
また一度交換を行なったトランジションピース６については、図５(a)に示すように、損傷を受けた出口部１６を切断面２０にて図５(b)に示すように切断し、図５(c)に示すように、切断した出口部１６を額縁部１１と板厚一定の領域２１に分割し、額縁部１１に生じた摩耗損傷およびき裂などを補修し、再利用しても良い。
【００２８】
図６(a)(b)に示すように、損傷を受けた出口部１６を切断面２０及びリブを有する額縁部１１と板厚一定の領域２１とに分割するように切断しても良い。この例では、図６(c)(d)に示すように、額縁部１１’と冷却用の孔１４が加工された長さ調節用の中継部材１９’をトランジションピース６に溶接する。
【００２９】
また、一度交換を行なったトランジションピース６については、図７(a)(b)に示すように、出口部１６を切断面２０、額縁部１１、板厚一定の領域２１間にて切断し、額縁部１１に生じた摩耗損傷およびき裂などを補修し、再利用しても良い。
【００３０】
図８(a)(b)には出口部１６を構成する額縁部１１の断面図を示し、図より冷却用の孔１４は額縁部１１の周方向全体に設けてもよいし、周方向の一部のみに設けることが冷却を効率的に行なううえで良い。また図８(c)に示すように額縁部１１を周方向に複数分割し、額縁部１１に生じた摩耗損傷およびき裂などを補修するにあたって、分割領域部２２を切り出して、予備品の分割領域部２２’を溶接すれば、作業が容易となり、中継部材１９は板を折り曲げた後に冷却用の孔１４を加工すれば良いので、比較的安価にすることができる。
【００３１】
さらに、実際の発電所における実機の負荷環境にはばらつきがあるために、初期の冷却設計が必ずしも最適な設計となっていない場合もある。しかし、損傷を受けた出口部１６を切り出した時点で、表面の損傷の度合いを評価することにより、図１０に示すようにガスタービン回転軸方向に、また図１１のように周方向に冷却用の孔１４の配置を適正化することで局部的な高温域を抑制することができる。
【００３２】
さらに、図１２(a)に示すように、連続して使用されるトランジションピース６の板厚を、交換、補修が可能である出口部１６よりも、クリープ変形抑制のために厚肉化することが良い。この場合、一度交換を行なったトランジションピース６については、図１３(a)に示すように、損傷を受けた出口部１６を、切断加工が容易となった切断面２０にて図１３(b)に示すように切断し、さらに図１３(c)に示すように、切断した出口部１６をリブを有する額縁部１１と板厚一定の領域２１に分割し、額縁１１に生じた摩耗損傷およびき裂などを補修し、再利用する。
【００３３】
さらに、図１４に示すように、切断面２０にて切断し、図１４(b)(c)に示すように外径出口部１６をリブを有する額縁部１１と板厚一定の領域２１に分割し、額縁部分１１の外径の小さいものを溶接することでも良い。
【００３４】
図１５(c)に示すように、額縁部分１１’と、冷却用の孔１４が加工されたトランジションピース６とを包含する内径を有する中継部材１９’を溶接して交換用の出口部１６’を作成し、図１５(d)に示すように両端をトランジションピース６に溶接することも良い。
【００３５】
さらに、図１６(a)に示すように、切断面２０にて切断し、図１６(b)(c)に示すように切断した出口部１６をリブを有する額縁部１１と板厚一定の領域２１に分割し、内径に段差の付き、両端トランジションピース６および額縁部１１’の外径と等しい内径を有する中継部材１９’を用意し、交換用の出口部１６’を溶接する。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、トランジションピースと出口部の切り離しあるいは切断を容易とし、出口部の補修交換を容易にし、かつ省エネルギ、強度向上、長寿命化、補修及び検査工数の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施の形態のトランジションピース構造を示す断面図。
【図２】従来のガスタービンの構造を示す断面図。
【図３】本発明による一実施の形態のトランジションピース補修方法（手順）を示す図。
【図４】本発明による一実施の形態のトランジションピース出口部を示す断面図。
【図５】本発明による他の実施の形態のトランジションピース補修方法（手順）を示す図。
【図６】本発明によるさらに他の実施の形態のトランジションピース補修方法（手順）を示す図。
【図７】本発明によるさらに他の実施の形態のトランジションピース補修方法（手順）を示す図。
【図８】本発明による一実施の形態の額縁部分を示す断面図。
【図９】本発明による一実施の形態の中継部材の成形を示す図。
【図１０】本発明による一実施の形態の冷却用孔の間隔を示す断面。
【図１１】本発明による一実施の形態の冷却用孔の配置を示す側面図。
【図１２】本発明によるさらに他の実施の形態のトランジションピース補修方法（手順）を示す図。
【図１３】本発明によるさらに他の実施の形態のトランジションピース補修方法（手順）を示す図。
【図１４】本発明によるさらに他の実施の形態のトランジションピース補修方法（手順）を示す図。
【図１５】本発明によるさらに他の実施の形態のトランジションピース補修方法（手順）を示す図。
【図１６】本発明によるさらに他の実施の形態のトランジションピース補修方法（手順）を示す図。
【図１７】本発明によるさらに他の実施の形態のトランジションピース補修方法（手順）を示す図。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…燃焼器、３…タービン、５…ライナ、６…トランジションピース、７…フロースリーブ、８…作動流体、９…間隙、１０…燃料噴霧ノズル、１１…額縁、１３…平行領域、１４…冷却孔、１６…出口部、１９…中継部材、２０…切断面、２１…板厚一定領域。
【図１】
0003846169.tif 000002
【図２】
0003846169.tif 000003
【図３】
0003846169.tif 000004
【図４】
0003846169.tif 000005
【図５】
0003846169.tif 000006
【図６】
0003846169.tif 000007
【図７】
0003846169.tif 000008
【図８】
0003846169.tif 000009
【図９】
0003846169.tif 000010
【図１０】
0003846169.tif 000011
【図１１】
0003846169.tif 000012
【図１２】
0003846169.tif 000013
【図１３】
0003846169.tif 000014
【図１４】
0003846169.tif 000015
【図１５】
0003846169.tif 000016
【図１６】
0003846169.tif 000017
【図１７】
0003846169.tif 000018