ガスタービン動翼補修方法およびガスタービン動翼
【課題】補修した後であっても、高い耐久性を持つように補修すること。
【解決手段】ガスタービン動翼補修方法は、ガスタ−ビン動翼に生じた亀裂Ｃを検査する検査工程８２と、ガスタービン動翼のうち亀裂Ｃを含む破損部１０ａ，１０ｂを除去することによって、ガスタービン動翼に当該破損部１０ａ，１０ｂに対応する穴部２０を形成する除去工程８３と、前記破損部１０ａ，１０ｂの形状に対応する形状を持つ接合材１５，１６を準備する準備工程８６と、を備えている。除去工程８３および準備工程８６の後には、前記接合材１５，１６をガスタービン動翼の前記穴部２０に装填する装填工程８７が設けられている。当該装填工程８７の後には、ガスタービン動翼の前記穴部２０に装填された接合材１５，１６を、ガスタービン動翼に接合する接合工程８８が設けられている。
【解決手段】ガスタービン動翼補修方法は、ガスタ−ビン動翼に生じた亀裂Ｃを検査する検査工程８２と、ガスタービン動翼のうち亀裂Ｃを含む破損部１０ａ，１０ｂを除去することによって、ガスタービン動翼に当該破損部１０ａ，１０ｂに対応する穴部２０を形成する除去工程８３と、前記破損部１０ａ，１０ｂの形状に対応する形状を持つ接合材１５，１６を準備する準備工程８６と、を備えている。除去工程８３および準備工程８６の後には、前記接合材１５，１６をガスタービン動翼の前記穴部２０に装填する装填工程８７が設けられている。当該装填工程８７の後には、ガスタービン動翼の前記穴部２０に装填された接合材１５，１６を、ガスタービン動翼に接合する接合工程８８が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリ−プ損傷、疲労損傷などを受けて亀裂が発生したガスタービン動翼を補修するガスタービン動翼補修方法、および、当該ガスタービン動翼補修方法によって補修されたガスタービン動翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタ−ビンを用いた発電プラントでは、ガスタ−ビンと同軸に設けられた圧縮機を駆動することによって、圧縮された圧縮空気を燃焼器に案内して燃焼器ライナで燃料とともに燃焼する。燃焼によって生成される高温の燃焼ガスは、トランジションピ−スおよび静翼を経て、動翼に案内され、この動翼を回転駆動させて、ガスタ−ビンに仕事をさせる。
【０００３】
この種のガスタ−ビンの高温部品である燃焼器ライナ、トランジションピ−ス、静翼および動翼には、Ｎｉ基またはＣｏ基またはＮｉ−Ｆｅ基耐熱超合金が用いられているが、ガスタ−ビンの運転とともに種々の損傷がみられる。
【０００４】
これらの部品には、高温の燃焼ガス雰囲気にあるため材質劣化が生じる。さらに、動翼については、高速回転により遠心応力でクリ−プ損傷が蓄積する。また、ガスタ−ビンの起動時には低温環境域から高温環境域に推移する段階で、他方、ガスタービンの停止時には逆に高温環境域から低温環境域に推移する段階で熱疲労が生じ、疲労損傷が蓄積する。そして、これらの損傷は重畳して蓄積する。
【０００５】
ところで、ガスタ−ビンの高温部品の保守管理は、機器の設計段階で決まるクリ−プあるいは疲労寿命と、実機の運転や立地上の環境により設定される寿命をもとに、同一機種あるいは同一運転形態をとるガスタ−ビンを分類し、分類された各グル−プの先行機の実績を用いて設計寿命を補正し、後続機の保守管理を行っている。近年では、特許文献１に示されたように、ガスタ−ビンの高温部品の劣化、損傷診断を効率的に精度良く予測する保守管理方法がなされつつある。しかしながら、いずれの保守管理方法でも、必要に応じて定検毎に補修を繰返して、管理寿命に到達した後一律に廃却し、非常に高価な新しい部品と交換している。
【０００６】
また、ガスタービン動翼を補修する方法としては、割れ発生部を削除した後、削除した部分に動翼と同質の補助板を当てがうと同時に、その間にろう材を挿入し、ろう付けするとともに、その一部をレーザ溶接する方法も知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−２９３０４９号公報
【特許文献２】特開平０９−１６８９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献２による方法によっても、補修されたガスタービン動翼は、十分な耐久性を達成するには至っていない。
【０００８】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、ガスタービン動翼に、クリ−プ損傷、疲労損傷などを受けて亀裂が発生したとしても、高い耐久性を持つように補修することができるガスタービン動翼補修方法、および、当該ガスタービン動翼補修方法によって補修されたガスタービン動翼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】
【０００９】
本発明によるガスタービン動翼補修方法は、
ガスタ−ビン動翼に生じた亀裂を検査する検査工程と、
ガスタービン動翼のうち亀裂を含む破損部を除去することによって、ガスタービン動翼に当該破損部に対応する穴部を形成する除去工程と、
前記破損部の形状に対応する形状を持つ接合材を準備する準備工程と、
前記接合材をガスタービン動翼の前記穴部に装填する装填工程と、
ガスタービン動翼の前記穴部に装填された接合材を、ガスタービン動翼に接合する接合工程と、
を備えている。
【００１０】
本発明によるガスタービン動翼は、
ガスタービン動翼のうち亀裂を含む破損部を除去することによって、ガスタービン動翼に当該破損部に対応する穴部を形成し、
前記破損部の形状に対応する形状を持つ接合材をガスタービン動翼の前記穴部に装填し、
ガスタービン動翼の前記穴部に装填された接合材を、ガスタービン動翼に接合することによって補修されて得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガスタービン動翼のうち亀裂の入っている破損部を除去し、当該破損部の代わりに新しい接合材を装填して接合するので、補修した後であっても、高い耐久性を持つように補修することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態
以下、本発明に係るガスタービン動翼補修方法および当該ガスタービン動翼補修方法によって補修されたガスタービン動翼の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図４は本発明の実施の形態を示す図である。
【００１３】
まず、使用されたガスタービン動翼１が搬入され、受け入れ検査が行われる（受入検査工程８１）（図２参照）。なお、このガスタービン動翼１は、図１に示すように、プラットフォーム１０と、プラットフォーム１０の一方側（上方側）に設けられた羽根部５と、プラットフォーム１０の他方側（下方側）に設けられた植込部２とを有している。
【００１４】
次に、ガスタービン動翼１に生じた亀裂Ｃを検査する（検査工程８２）（図２参照）。より具体的には、ガスタービン動翼１の表面を、目視または蛍光浸透探傷検査によって検査し、ガスタービン動翼１の表面に亀裂Ｃが生じているかを検査する。
【００１５】
上述の検査工程８２でガスタービン動翼１に亀裂Ｃを発見した場合には、亀裂Ｃを含む破損部１０ａ，１０ｂを除去し、ガスタービン動翼１に当該破損部１０ａ，１０ｂに対応する穴部２０，２１を形成する（除去工程８３）（図２および図３（ａ）（ｂ）参照）。以降、ガスタービン動翼１のプラットフォーム１０に亀裂Ｃが発生した場合を想定して、以下説明する。なお、当然、ガスタービン動翼１のうち補修される部材は、当該プラットフォーム１０に限定されるものではない。
【００１６】
プラットフォーム１０の表面に亀裂Ｃを発見した場合には、当該プラットフォーム１０を、その表面に略垂直な方向に切断して、亀裂Ｃを含む破損部１０ａを除去する（図３（ａ））。このため、ガスタービン動翼１から除去される破損部１０ａは、亀裂Ｃの進展方向と略平行な側壁を有することとなる。また、当然、穴部２０は、プラットフォーム１０の表面に略垂直な方向に形成されることとなる（図３（ｂ））。ところで、本願でいう「亀裂Ｃの進展方向」とは、亀裂Ｃが進展している主たる方向を意味している。
【００１７】
また、プラットフォーム１０をその表面に略垂直な方向に切断する代わりに、プラットフォーム１０をその表面から下方に狭まるようにして傾斜した角度で切断してもよい（図４（ａ）（ｂ））。このとき、ガスタービン動翼１から除去される破損部１０ｂは、亀裂Ｃの進展方向における縦断面において、台形形状となっている。また、穴部２１は、プラットフォーム１０の表面から下方に狭まるようにして傾斜して形成されることとなる（図４（ｂ））。
【００１８】
このように、プラットフォーム１０をその表面から傾斜した角度で切断して破損部１０ｂを切り出す場合には、切り出された破損部１０ｂの斜面が、亀裂Ｃの進展方向における縦断面において、亀裂Ｃの進展方向に対して０°より大きく４５°以下の角度で傾斜していることが好ましい。
【００１９】
ところで、プラットフォーム１０に亀裂Ｃが入っている場合には、経験則上、その表面に垂直な方向に亀裂Ｃが入っていることが多いため、亀裂Ｃの進行方向を検査することなく、表面に垂直に進行しているものと推測して、上述のように、プラットフォーム１０をその表面に略垂直な方向に切断してもよい。しかしながら当然、より正確性を求めるために、Ｘ線を用いて亀裂Ｃの進行方向を検査してもよい。
【００２０】
次に、当該破損部１０ａ，１０ｂの形状に対応する形状を持つ接合材１５，１６を準備する（準備工程８６）（図２参照）。このとき、接合材１５，１６の材料は、ガスタービン動翼１と同じ材料からなることが好ましい。このように、接合材１５，１６の材料として、ガスタービン動翼１と同じ材料を用いることによって、後述の接合工程８８において、接合材１５，１６をガスタービン動翼１により強固に接合することができる。
【００２１】
次に、準備工程８６で準備した接合材１５，１６を、ガスタービン動翼１に形成された穴部２０，２１に装填する（装填工程８７）（図２、図３（ｃ）および図４（ｃ）参照）。その後、ガスタービン動翼１の穴部２０，２１に装填された接合材１５，１６を、ガスタービン動翼１に拡散接合する（接合工程８８）（図２、図３（ｃ）および図４（ｃ）参照）。
【００２２】
このように、ガスタービン動翼１のうち亀裂Ｃの入っている破損部１０ａ，１０ｂを除去し、当該破損部１０ａ，１０ｂの代わりに新しい接合材１５，１６を装填して接合するので、補修した後であっても、高い耐久性を持つガスタービン動翼１を得ることができる。
【００２３】
ところで、プラットフォーム１０をその表面から下方に狭まるようにして傾斜した角度で切断した場合には、接合材１６もその縦断面が台形形状となる（図４（ｃ）参照）。
【００２４】
そして、この接合材１６を穴部２１に装填すると、接合材１６は、自重によってガスタービン動翼１に押し付けられることとなる。このため、接合材１６をガスタービン動翼１により強固に接合することができ、より高い耐久性を持つガスタービン動翼１を得ることができる。
【００２５】
上述の接合工程８８においては、接合材１５，１６の表面に予めろう材を塗布しておき、当該接合材１５，１６をガスタービン動翼１の穴部２０，２１に接合材１５，１６を装填することによって、ろう材をガスタービン動翼１と接合材１５，１６との間に配置し（ろう材配置工程）、その後、当該ろう材を溶かすことによって、接合材１５，１６をガスタービン動翼１に拡散接合させてもよい。このように、ろう材を用いることによって、ガスタービン動翼１に接合材１５，１６をより強固に接合することができる。
【００２６】
他方、接合材１５，１６の表面に予めろう材とガスタ−ビン動翼１を構成する材料とを含む補修材を塗布しておき、当該接合材１５，１６をガスタービン動翼１の穴部２０，２１に接合材１５，１６を装填することによって、当該補修剤をガスタービン動翼１と接合材１５，１６との間に配置し（補修材配置工程）、その後、ろう材を溶かすことによって、接合材１５，１６をガスタービン動翼１に拡散接合させてもよい。このように、ろう材とガスタ−ビン動翼１を構成する材料とを含む補修材を用いることによって、ガスタービン動翼１に接合材１５，１６をよりさらに強固に接合することができる。
【００２７】
次に、上述のように接合工程８８で接合材１５，１６が接合された補修済みのガスタービン動翼１は、出荷前の検査が実施された（出荷前検査工程８９）後、搬出される（図２参照）。
【００２８】
なお、本実施の形態によれば、上述のようなガスタービン動翼１の補修方法の他に、ガスタービン動翼１のうち亀裂Ｃを含む破損部１０ａ，１０ｂを除去することによって、当該破損部１０ａ，１０ｂに対応する穴部２０，２１を形成し、破損部１０ａ，１０ｂの形状に対応する形状を持つ接合材１５，１６を当該穴部２０，２１に装填し、このようにして穴部２０，２１に装填された接合材１５，１６を、ガスタービン動翼１に接合することによって補修されたガスタービン動翼１を提供することもできる。
【００２９】
（実施例１）
次に、ガスタービン動翼１と同じ材料（表１に組成を示したＮｉ基超合金Ｒｅｎｅ８０（商品名）の一方向凝固材）からなる試験片５０に対して、上述したガスタービン動翼１の補修方法についての実験を行った結果について説明する。なお、本実施例１については、図５に加え、上述の実施の形態で用いた図２乃至図４も用いて説明する。
【表１】
【００３０】
まず、疲労試験機を用いて試験片５０に亀裂Ｃを導入した（図３（ａ）および図４（ａ）参照）。このとき、六つの試験片５０に亀裂Ｃを導入しておいた。
【００３１】
次に、亀裂Ｃを含む破損部５０ａ，５０ｂを除去し、試験片５０に当該破損部５０ａ，５０ｂに対応する穴部２０，２１を形成した（除去工程８３）（図２、図３（ｂ）および図４（ｂ）参照）。このとき、三つの試験片５０（以下、垂直穴部試験片５０とも呼ぶ）を、その表面に略垂直な方向に切断して穴部２０を形成した（図３（ｂ）参照）。また、別の三つの試験片５０（以下、傾斜穴部試験片５０とも呼ぶ）を、その表面から下方に狭まるようにして傾斜した角度（亀裂Ｃの進展方向（上下方向）に対して１５°の角度）で切断して穴部２１を形成した（図４（ｂ）参照）。
【００３２】
次に、予め準備しておいた、破損部５０ａ，５０ｂの形状に対応する形状を持つ接合材１５，１６を、試験片５０に形成された穴部２０，２１に装填した（装填工程８７）（図２、図３（ｃ）および図４（ｃ）参照）。なお、この接合材１５，１６の接合面には、Ｎｉベースのろう材を塗布しておいた。
【００３３】
次に、接合材１５，１６が装填された試験片５０を、真空雰囲気の１２００℃で加熱し、接合材１５，１６を試験片５０に拡散接合させた。
【００３４】
次に、上述のようにして得られた六つの試験片５０に対してクリープ試験を行った。このとき、比較のため、亀裂Ｃの入っていない新しい三つの試験片に対しても同様にクリープ試験を行った。なお、クリープ試験は、９００℃の温度で、３００ＭＰａの応力を加えることによって行った。
【００３５】
図５に示す結果からも分かるように、垂直穴部試験片５０および傾斜穴部試験片５０のいずれも、亀裂Ｃの入っていない新しい三つの試験片と同程度のクリープ破断時間を持ち、十分な強度を有していることが分かった。
【００３６】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。実施例２は、新しい試験片５０を用いる代わりに、実際の発電プラントで設計寿命の半ばまで（２４０００時間）使用したガスタ−ビンの第１段動翼のうち、亀裂Ｃの入った部分を試験片５５として用いたものである。なお、この第１段動翼は、プラットフォーム１０に亀裂Ｃが発生しており、この亀裂Ｃは肉厚方向に貫通していた。また、補修対象となる試験片５５は三つ用意した。
【００３７】
まず、亀裂Ｃを含む破損部５５ａを除去し、動翼に当該破損部５５ａに対応する穴部２１を形成した（除去工程８３）（図２および図６（ａ）（ｂ）参照）。このとき、試験片５５を、その表面から下方に狭まるようにして傾斜した角度（亀裂Ｃの進展方向（上下方向）に対して１５°の角度）で切断して穴部２１を形成した。
【００３８】
次に、予め準備しておいた、破損部５５ａの形状に対応する形状を持つ接合材１６を、試験片５５に形成された穴部２１に装填した（装填工程８７）（図２および図６（ｃ）参照）。なお、この接合材１６の接合面には、Ｎｉベースのろう材を塗布しておいた。
【００３９】
次に、接合材１６が装填された試験片５５を、真空雰囲気の１２００℃で加熱し、接合材１６を試験片５５に拡散接合させた。
【００４０】
次に、上述のようにして得られた三つの試験片５５に対してクリープ試験を行った。このとき、比較のため、新しい動翼を切断して得た三つの試験片に対しても同様にクリープ試験を行った。なお、クリープ試験は、９００℃の温度で、３００ＭＰａの応力を加えることによって行った。
【００４１】
図７に示す結果からも分かるように、補修された試験片５５は、新しい動翼を切断して得られた試験片と同程度のクリープ破断時間を持ち、十分な強度を有していることが分かった。
【００４２】
（実施例３）
次に、本発明の実施例３について説明する。実施例３は、新しい試験片５０を用いる代わりに、実際の発電プラントで設計寿命の期間（４８０００時間）使用し、本来ならば廃却されるガスタ−ビンの第１段動翼のうち亀裂Ｃの入った部分を試験片６０として用いたものである。なお、この動翼は、プラットフォーム１０に亀裂Ｃが発生しており、この亀裂Ｃは肉厚方向に貫通していた。また、補修対象となる試験片６０は三つ用意した。
【００４３】
まず、亀裂Ｃを含む破損部６０ａを除去し、動翼に当該破損部６０ａに対応する穴部２１を形成した（除去工程８３）（図２および図８（ａ）（ｂ）参照）。このとき、試験片６０を、その表面から下方に狭まるようにして傾斜した角度（亀裂Ｃの進展方向（上下方向）に対して１５°の角度）で切断して穴部２１を形成した。
【００４４】
次に、予め準備しておいた、破損部６０ａの形状に対応する形状を持つ接合材１６を、試験片６０に形成された穴部２１に装填した（装填工程８７）（図２および図８（ｃ）参照）。なお、この接合材１６の接合面には、Ｎｉベースのろう材と合金粉末を混合させた補修材を塗布しておいた。
【００４５】
次に、接合材１６が装填された試験片６０を、真空雰囲気の１２００℃で加熱し、接合材１６を試験片６０に拡散接合させた。
【００４６】
次に、上述のようにして得られた三つの試験片６０に対してクリープ試験を行った。このとき、比較のため、新しい動翼を切断して得た三つの試験片に対しても同様にクリープ試験を行った。なお、クリープ試験は、９００℃の温度で、３００ＭＰａの応力を加えることによって行った。
【００４７】
図９に示す結果からも分かるように、補修された試験片６０は、新しい動翼を切断して得られた試験片と同程度のクリープ破断時間を持ち、十分な強度を有していることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態によるガスタービン動翼補修方法によって補修されるガスタービン動翼を示す斜視図。
【図２】本発明の実施の形態によるガスタービン動翼補修方法を示すフロー図。
【図３】本発明の実施の形態および実施例１によるガスタービン動翼補修方法を説明する断面図。
【図４】本発明の実施の形態および実施例１による別のガスタービン動翼補修方法を説明する断面図。
【図５】本発明の実施例１によるクリープ試験の結果を示したグラフ図。
【図６】本発明の実施例２によるガスタービン動翼補修方法を説明する断面図。
【図７】本発明の実施例２によるクリープ試験の結果を示したグラフ図。
【図８】本発明の実施例３によるガスタービン動翼補修方法を説明する断面図。
【図９】本発明の実施例３によるクリープ試験の結果を示したグラフ図。
【符号の説明】
【００４９】
１０ プラットフォーム
１０ａ 破損部
１０ｂ 破損部
１５，１６ 接合材
２０，２１ 穴部
５０ａ，５０ｂ 破損部
８１ 受入検査工程
８２ 検査工程
８３ 除去工程
８６ 準備工程
８７ 装填工程
８８ 接合工程
８９ 出荷前検査工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリ−プ損傷、疲労損傷などを受けて亀裂が発生したガスタービン動翼を補修するガスタービン動翼補修方法、および、当該ガスタービン動翼補修方法によって補修されたガスタービン動翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタ−ビンを用いた発電プラントでは、ガスタ−ビンと同軸に設けられた圧縮機を駆動することによって、圧縮された圧縮空気を燃焼器に案内して燃焼器ライナで燃料とともに燃焼する。燃焼によって生成される高温の燃焼ガスは、トランジションピ−スおよび静翼を経て、動翼に案内され、この動翼を回転駆動させて、ガスタ−ビンに仕事をさせる。
【０００３】
この種のガスタ−ビンの高温部品である燃焼器ライナ、トランジションピ−ス、静翼および動翼には、Ｎｉ基またはＣｏ基またはＮｉ−Ｆｅ基耐熱超合金が用いられているが、ガスタ−ビンの運転とともに種々の損傷がみられる。
【０００４】
これらの部品には、高温の燃焼ガス雰囲気にあるため材質劣化が生じる。さらに、動翼については、高速回転により遠心応力でクリ−プ損傷が蓄積する。また、ガスタ−ビンの起動時には低温環境域から高温環境域に推移する段階で、他方、ガスタービンの停止時には逆に高温環境域から低温環境域に推移する段階で熱疲労が生じ、疲労損傷が蓄積する。そして、これらの損傷は重畳して蓄積する。
【０００５】
ところで、ガスタ−ビンの高温部品の保守管理は、機器の設計段階で決まるクリ−プあるいは疲労寿命と、実機の運転や立地上の環境により設定される寿命をもとに、同一機種あるいは同一運転形態をとるガスタ−ビンを分類し、分類された各グル−プの先行機の実績を用いて設計寿命を補正し、後続機の保守管理を行っている。近年では、特許文献１に示されたように、ガスタ−ビンの高温部品の劣化、損傷診断を効率的に精度良く予測する保守管理方法がなされつつある。しかしながら、いずれの保守管理方法でも、必要に応じて定検毎に補修を繰返して、管理寿命に到達した後一律に廃却し、非常に高価な新しい部品と交換している。
【０００６】
また、ガスタービン動翼を補修する方法としては、割れ発生部を削除した後、削除した部分に動翼と同質の補助板を当てがうと同時に、その間にろう材を挿入し、ろう付けするとともに、その一部をレーザ溶接する方法も知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−２９３０４９号公報
【特許文献２】特開平０９−１６８９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献２による方法によっても、補修されたガスタービン動翼は、十分な耐久性を達成するには至っていない。
【０００８】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、ガスタービン動翼に、クリ−プ損傷、疲労損傷などを受けて亀裂が発生したとしても、高い耐久性を持つように補修することができるガスタービン動翼補修方法、および、当該ガスタービン動翼補修方法によって補修されたガスタービン動翼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】
【０００９】
本発明によるガスタービン動翼補修方法は、
ガスタ−ビン動翼に生じた亀裂を検査する検査工程と、
ガスタービン動翼のうち亀裂を含む破損部を除去することによって、ガスタービン動翼に当該破損部に対応する穴部を形成する除去工程と、
前記破損部の形状に対応する形状を持つ接合材を準備する準備工程と、
前記接合材をガスタービン動翼の前記穴部に装填する装填工程と、
ガスタービン動翼の前記穴部に装填された接合材を、ガスタービン動翼に接合する接合工程と、
を備えている。
【００１０】
本発明によるガスタービン動翼は、
ガスタービン動翼のうち亀裂を含む破損部を除去することによって、ガスタービン動翼に当該破損部に対応する穴部を形成し、
前記破損部の形状に対応する形状を持つ接合材をガスタービン動翼の前記穴部に装填し、
ガスタービン動翼の前記穴部に装填された接合材を、ガスタービン動翼に接合することによって補修されて得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガスタービン動翼のうち亀裂の入っている破損部を除去し、当該破損部の代わりに新しい接合材を装填して接合するので、補修した後であっても、高い耐久性を持つように補修することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態
以下、本発明に係るガスタービン動翼補修方法および当該ガスタービン動翼補修方法によって補修されたガスタービン動翼の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図４は本発明の実施の形態を示す図である。
【００１３】
まず、使用されたガスタービン動翼１が搬入され、受け入れ検査が行われる（受入検査工程８１）（図２参照）。なお、このガスタービン動翼１は、図１に示すように、プラットフォーム１０と、プラットフォーム１０の一方側（上方側）に設けられた羽根部５と、プラットフォーム１０の他方側（下方側）に設けられた植込部２とを有している。
【００１４】
次に、ガスタービン動翼１に生じた亀裂Ｃを検査する（検査工程８２）（図２参照）。より具体的には、ガスタービン動翼１の表面を、目視または蛍光浸透探傷検査によって検査し、ガスタービン動翼１の表面に亀裂Ｃが生じているかを検査する。
【００１５】
上述の検査工程８２でガスタービン動翼１に亀裂Ｃを発見した場合には、亀裂Ｃを含む破損部１０ａ，１０ｂを除去し、ガスタービン動翼１に当該破損部１０ａ，１０ｂに対応する穴部２０，２１を形成する（除去工程８３）（図２および図３（ａ）（ｂ）参照）。以降、ガスタービン動翼１のプラットフォーム１０に亀裂Ｃが発生した場合を想定して、以下説明する。なお、当然、ガスタービン動翼１のうち補修される部材は、当該プラットフォーム１０に限定されるものではない。
【００１６】
プラットフォーム１０の表面に亀裂Ｃを発見した場合には、当該プラットフォーム１０を、その表面に略垂直な方向に切断して、亀裂Ｃを含む破損部１０ａを除去する（図３（ａ））。このため、ガスタービン動翼１から除去される破損部１０ａは、亀裂Ｃの進展方向と略平行な側壁を有することとなる。また、当然、穴部２０は、プラットフォーム１０の表面に略垂直な方向に形成されることとなる（図３（ｂ））。ところで、本願でいう「亀裂Ｃの進展方向」とは、亀裂Ｃが進展している主たる方向を意味している。
【００１７】
また、プラットフォーム１０をその表面に略垂直な方向に切断する代わりに、プラットフォーム１０をその表面から下方に狭まるようにして傾斜した角度で切断してもよい（図４（ａ）（ｂ））。このとき、ガスタービン動翼１から除去される破損部１０ｂは、亀裂Ｃの進展方向における縦断面において、台形形状となっている。また、穴部２１は、プラットフォーム１０の表面から下方に狭まるようにして傾斜して形成されることとなる（図４（ｂ））。
【００１８】
このように、プラットフォーム１０をその表面から傾斜した角度で切断して破損部１０ｂを切り出す場合には、切り出された破損部１０ｂの斜面が、亀裂Ｃの進展方向における縦断面において、亀裂Ｃの進展方向に対して０°より大きく４５°以下の角度で傾斜していることが好ましい。
【００１９】
ところで、プラットフォーム１０に亀裂Ｃが入っている場合には、経験則上、その表面に垂直な方向に亀裂Ｃが入っていることが多いため、亀裂Ｃの進行方向を検査することなく、表面に垂直に進行しているものと推測して、上述のように、プラットフォーム１０をその表面に略垂直な方向に切断してもよい。しかしながら当然、より正確性を求めるために、Ｘ線を用いて亀裂Ｃの進行方向を検査してもよい。
【００２０】
次に、当該破損部１０ａ，１０ｂの形状に対応する形状を持つ接合材１５，１６を準備する（準備工程８６）（図２参照）。このとき、接合材１５，１６の材料は、ガスタービン動翼１と同じ材料からなることが好ましい。このように、接合材１５，１６の材料として、ガスタービン動翼１と同じ材料を用いることによって、後述の接合工程８８において、接合材１５，１６をガスタービン動翼１により強固に接合することができる。
【００２１】
次に、準備工程８６で準備した接合材１５，１６を、ガスタービン動翼１に形成された穴部２０，２１に装填する（装填工程８７）（図２、図３（ｃ）および図４（ｃ）参照）。その後、ガスタービン動翼１の穴部２０，２１に装填された接合材１５，１６を、ガスタービン動翼１に拡散接合する（接合工程８８）（図２、図３（ｃ）および図４（ｃ）参照）。
【００２２】
このように、ガスタービン動翼１のうち亀裂Ｃの入っている破損部１０ａ，１０ｂを除去し、当該破損部１０ａ，１０ｂの代わりに新しい接合材１５，１６を装填して接合するので、補修した後であっても、高い耐久性を持つガスタービン動翼１を得ることができる。
【００２３】
ところで、プラットフォーム１０をその表面から下方に狭まるようにして傾斜した角度で切断した場合には、接合材１６もその縦断面が台形形状となる（図４（ｃ）参照）。
【００２４】
そして、この接合材１６を穴部２１に装填すると、接合材１６は、自重によってガスタービン動翼１に押し付けられることとなる。このため、接合材１６をガスタービン動翼１により強固に接合することができ、より高い耐久性を持つガスタービン動翼１を得ることができる。
【００２５】
上述の接合工程８８においては、接合材１５，１６の表面に予めろう材を塗布しておき、当該接合材１５，１６をガスタービン動翼１の穴部２０，２１に接合材１５，１６を装填することによって、ろう材をガスタービン動翼１と接合材１５，１６との間に配置し（ろう材配置工程）、その後、当該ろう材を溶かすことによって、接合材１５，１６をガスタービン動翼１に拡散接合させてもよい。このように、ろう材を用いることによって、ガスタービン動翼１に接合材１５，１６をより強固に接合することができる。
【００２６】
他方、接合材１５，１６の表面に予めろう材とガスタ−ビン動翼１を構成する材料とを含む補修材を塗布しておき、当該接合材１５，１６をガスタービン動翼１の穴部２０，２１に接合材１５，１６を装填することによって、当該補修剤をガスタービン動翼１と接合材１５，１６との間に配置し（補修材配置工程）、その後、ろう材を溶かすことによって、接合材１５，１６をガスタービン動翼１に拡散接合させてもよい。このように、ろう材とガスタ−ビン動翼１を構成する材料とを含む補修材を用いることによって、ガスタービン動翼１に接合材１５，１６をよりさらに強固に接合することができる。
【００２７】
次に、上述のように接合工程８８で接合材１５，１６が接合された補修済みのガスタービン動翼１は、出荷前の検査が実施された（出荷前検査工程８９）後、搬出される（図２参照）。
【００２８】
なお、本実施の形態によれば、上述のようなガスタービン動翼１の補修方法の他に、ガスタービン動翼１のうち亀裂Ｃを含む破損部１０ａ，１０ｂを除去することによって、当該破損部１０ａ，１０ｂに対応する穴部２０，２１を形成し、破損部１０ａ，１０ｂの形状に対応する形状を持つ接合材１５，１６を当該穴部２０，２１に装填し、このようにして穴部２０，２１に装填された接合材１５，１６を、ガスタービン動翼１に接合することによって補修されたガスタービン動翼１を提供することもできる。
【００２９】
（実施例１）
次に、ガスタービン動翼１と同じ材料（表１に組成を示したＮｉ基超合金Ｒｅｎｅ８０（商品名）の一方向凝固材）からなる試験片５０に対して、上述したガスタービン動翼１の補修方法についての実験を行った結果について説明する。なお、本実施例１については、図５に加え、上述の実施の形態で用いた図２乃至図４も用いて説明する。
【表１】
【００３０】
まず、疲労試験機を用いて試験片５０に亀裂Ｃを導入した（図３（ａ）および図４（ａ）参照）。このとき、六つの試験片５０に亀裂Ｃを導入しておいた。
【００３１】
次に、亀裂Ｃを含む破損部５０ａ，５０ｂを除去し、試験片５０に当該破損部５０ａ，５０ｂに対応する穴部２０，２１を形成した（除去工程８３）（図２、図３（ｂ）および図４（ｂ）参照）。このとき、三つの試験片５０（以下、垂直穴部試験片５０とも呼ぶ）を、その表面に略垂直な方向に切断して穴部２０を形成した（図３（ｂ）参照）。また、別の三つの試験片５０（以下、傾斜穴部試験片５０とも呼ぶ）を、その表面から下方に狭まるようにして傾斜した角度（亀裂Ｃの進展方向（上下方向）に対して１５°の角度）で切断して穴部２１を形成した（図４（ｂ）参照）。
【００３２】
次に、予め準備しておいた、破損部５０ａ，５０ｂの形状に対応する形状を持つ接合材１５，１６を、試験片５０に形成された穴部２０，２１に装填した（装填工程８７）（図２、図３（ｃ）および図４（ｃ）参照）。なお、この接合材１５，１６の接合面には、Ｎｉベースのろう材を塗布しておいた。
【００３３】
次に、接合材１５，１６が装填された試験片５０を、真空雰囲気の１２００℃で加熱し、接合材１５，１６を試験片５０に拡散接合させた。
【００３４】
次に、上述のようにして得られた六つの試験片５０に対してクリープ試験を行った。このとき、比較のため、亀裂Ｃの入っていない新しい三つの試験片に対しても同様にクリープ試験を行った。なお、クリープ試験は、９００℃の温度で、３００ＭＰａの応力を加えることによって行った。
【００３５】
図５に示す結果からも分かるように、垂直穴部試験片５０および傾斜穴部試験片５０のいずれも、亀裂Ｃの入っていない新しい三つの試験片と同程度のクリープ破断時間を持ち、十分な強度を有していることが分かった。
【００３６】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。実施例２は、新しい試験片５０を用いる代わりに、実際の発電プラントで設計寿命の半ばまで（２４０００時間）使用したガスタ−ビンの第１段動翼のうち、亀裂Ｃの入った部分を試験片５５として用いたものである。なお、この第１段動翼は、プラットフォーム１０に亀裂Ｃが発生しており、この亀裂Ｃは肉厚方向に貫通していた。また、補修対象となる試験片５５は三つ用意した。
【００３７】
まず、亀裂Ｃを含む破損部５５ａを除去し、動翼に当該破損部５５ａに対応する穴部２１を形成した（除去工程８３）（図２および図６（ａ）（ｂ）参照）。このとき、試験片５５を、その表面から下方に狭まるようにして傾斜した角度（亀裂Ｃの進展方向（上下方向）に対して１５°の角度）で切断して穴部２１を形成した。
【００３８】
次に、予め準備しておいた、破損部５５ａの形状に対応する形状を持つ接合材１６を、試験片５５に形成された穴部２１に装填した（装填工程８７）（図２および図６（ｃ）参照）。なお、この接合材１６の接合面には、Ｎｉベースのろう材を塗布しておいた。
【００３９】
次に、接合材１６が装填された試験片５５を、真空雰囲気の１２００℃で加熱し、接合材１６を試験片５５に拡散接合させた。
【００４０】
次に、上述のようにして得られた三つの試験片５５に対してクリープ試験を行った。このとき、比較のため、新しい動翼を切断して得た三つの試験片に対しても同様にクリープ試験を行った。なお、クリープ試験は、９００℃の温度で、３００ＭＰａの応力を加えることによって行った。
【００４１】
図７に示す結果からも分かるように、補修された試験片５５は、新しい動翼を切断して得られた試験片と同程度のクリープ破断時間を持ち、十分な強度を有していることが分かった。
【００４２】
（実施例３）
次に、本発明の実施例３について説明する。実施例３は、新しい試験片５０を用いる代わりに、実際の発電プラントで設計寿命の期間（４８０００時間）使用し、本来ならば廃却されるガスタ−ビンの第１段動翼のうち亀裂Ｃの入った部分を試験片６０として用いたものである。なお、この動翼は、プラットフォーム１０に亀裂Ｃが発生しており、この亀裂Ｃは肉厚方向に貫通していた。また、補修対象となる試験片６０は三つ用意した。
【００４３】
まず、亀裂Ｃを含む破損部６０ａを除去し、動翼に当該破損部６０ａに対応する穴部２１を形成した（除去工程８３）（図２および図８（ａ）（ｂ）参照）。このとき、試験片６０を、その表面から下方に狭まるようにして傾斜した角度（亀裂Ｃの進展方向（上下方向）に対して１５°の角度）で切断して穴部２１を形成した。
【００４４】
次に、予め準備しておいた、破損部６０ａの形状に対応する形状を持つ接合材１６を、試験片６０に形成された穴部２１に装填した（装填工程８７）（図２および図８（ｃ）参照）。なお、この接合材１６の接合面には、Ｎｉベースのろう材と合金粉末を混合させた補修材を塗布しておいた。
【００４５】
次に、接合材１６が装填された試験片６０を、真空雰囲気の１２００℃で加熱し、接合材１６を試験片６０に拡散接合させた。
【００４６】
次に、上述のようにして得られた三つの試験片６０に対してクリープ試験を行った。このとき、比較のため、新しい動翼を切断して得た三つの試験片に対しても同様にクリープ試験を行った。なお、クリープ試験は、９００℃の温度で、３００ＭＰａの応力を加えることによって行った。
【００４７】
図９に示す結果からも分かるように、補修された試験片６０は、新しい動翼を切断して得られた試験片と同程度のクリープ破断時間を持ち、十分な強度を有していることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態によるガスタービン動翼補修方法によって補修されるガスタービン動翼を示す斜視図。
【図２】本発明の実施の形態によるガスタービン動翼補修方法を示すフロー図。
【図３】本発明の実施の形態および実施例１によるガスタービン動翼補修方法を説明する断面図。
【図４】本発明の実施の形態および実施例１による別のガスタービン動翼補修方法を説明する断面図。
【図５】本発明の実施例１によるクリープ試験の結果を示したグラフ図。
【図６】本発明の実施例２によるガスタービン動翼補修方法を説明する断面図。
【図７】本発明の実施例２によるクリープ試験の結果を示したグラフ図。
【図８】本発明の実施例３によるガスタービン動翼補修方法を説明する断面図。
【図９】本発明の実施例３によるクリープ試験の結果を示したグラフ図。
【符号の説明】
【００４９】
１０ プラットフォーム
１０ａ 破損部
１０ｂ 破損部
１５，１６ 接合材
２０，２１ 穴部
５０ａ，５０ｂ 破損部
８１ 受入検査工程
８２ 検査工程
８３ 除去工程
８６ 準備工程
８７ 装填工程
８８ 接合工程
８９ 出荷前検査工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタ−ビン動翼に生じた亀裂を検査する検査工程と、
ガスタービン動翼のうち亀裂を含む破損部を除去することによって、ガスタービン動翼に当該破損部に対応する穴部を形成する除去工程と、
前記破損部の形状に対応する形状を持つ接合材を準備する準備工程と、
前記接合材をガスタービン動翼の前記穴部に装填する装填工程と、
ガスタービン動翼の前記穴部に装填された接合材を、ガスタービン動翼に接合する接合工程と、
を備えたことを特徴とするガスタービン動翼補修方法。
【請求項２】
ガスタービン動翼の穴部に装填される接合材の材料は、ガスタービン動翼と同じ材料からなることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン動翼補修方法。
【請求項３】
ガスタービン動翼から除去される破損部は、亀裂の進展方向と略平行な側壁を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン動翼補修方法。
【請求項４】
ガスタービン動翼から除去される破損部は、亀裂の進展方向における縦断面が台形形状からなることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン動翼補修方法。
【請求項５】
前記破損部は、亀裂の進展方向における縦断面において、その斜面が亀裂の進展方向に対して０°より大きく４５°以下の角度で傾斜していることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン動翼補修方法。
【請求項６】
接合工程は、前記穴部に装填された接合材をガスタービン動翼に拡散接合することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン動翼補修方法。
【請求項７】
接合工程は、ろう材を、ガスタービン動翼と穴部に装填された接合材との間に配置するろう材配置工程を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン動翼補修方法。
【請求項８】
接合工程は、ろう材とガスタ−ビン動翼を構成する材料とを含む補修材を、ガスタービン動翼と穴部に装填された接合材との間に配置する補修材配置工程を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン動翼補修方法。
【請求項９】
ガスタービン動翼のうち亀裂を含む破損部を除去することによって、ガスタービン動翼に当該破損部に対応する穴部を形成し、
前記破損部の形状に対応する形状を持つ接合材をガスタービン動翼の前記穴部に装填し、
ガスタービン動翼の前記穴部に装填された接合材を、ガスタービン動翼に接合することによって補修されたガスタービン動翼。
【請求項１】
ガスタ−ビン動翼に生じた亀裂を検査する検査工程と、
ガスタービン動翼のうち亀裂を含む破損部を除去することによって、ガスタービン動翼に当該破損部に対応する穴部を形成する除去工程と、
前記破損部の形状に対応する形状を持つ接合材を準備する準備工程と、
前記接合材をガスタービン動翼の前記穴部に装填する装填工程と、
ガスタービン動翼の前記穴部に装填された接合材を、ガスタービン動翼に接合する接合工程と、
を備えたことを特徴とするガスタービン動翼補修方法。
【請求項２】
ガスタービン動翼の穴部に装填される接合材の材料は、ガスタービン動翼と同じ材料からなることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン動翼補修方法。
【請求項３】
ガスタービン動翼から除去される破損部は、亀裂の進展方向と略平行な側壁を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン動翼補修方法。
【請求項４】
ガスタービン動翼から除去される破損部は、亀裂の進展方向における縦断面が台形形状からなることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン動翼補修方法。
【請求項５】
前記破損部は、亀裂の進展方向における縦断面において、その斜面が亀裂の進展方向に対して０°より大きく４５°以下の角度で傾斜していることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン動翼補修方法。
【請求項６】
接合工程は、前記穴部に装填された接合材をガスタービン動翼に拡散接合することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン動翼補修方法。
【請求項７】
接合工程は、ろう材を、ガスタービン動翼と穴部に装填された接合材との間に配置するろう材配置工程を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン動翼補修方法。
【請求項８】
接合工程は、ろう材とガスタ−ビン動翼を構成する材料とを含む補修材を、ガスタービン動翼と穴部に装填された接合材との間に配置する補修材配置工程を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン動翼補修方法。
【請求項９】
ガスタービン動翼のうち亀裂を含む破損部を除去することによって、ガスタービン動翼に当該破損部に対応する穴部を形成し、
前記破損部の形状に対応する形状を持つ接合材をガスタービン動翼の前記穴部に装填し、
ガスタービン動翼の前記穴部に装填された接合材を、ガスタービン動翼に接合することによって補修されたガスタービン動翼。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−６８４００（Ｐ２００９−６８４００Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３６９７５（Ｐ２００７−２３６９７５）
【出願日】平成１９年９月１２日（２００７．９．１２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１２日（２００７．９．１２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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