タービンロータの超音波洗浄方法
【課題】蒸気タービンやガスタービン本体あるいはガスタービン圧縮機のロータを分解せずに洗浄することにより、ロータの表面に付着した錆スケール、動翼にできた孔食や微小き裂内の錆、腐食性物質を取り除く。
【解決手段】タービンロータ１、３０の超音波洗浄方法において、ロータ植込部２ａに動翼３を植設した状態のタービンロータ１、３０を洗浄槽４Ａ，４Ｂ内で一部または全体を洗浄溶液５に浸け、タービンロータ１、３０を回転駆動モータ１０により連続回転駆動または間欠回転駆動させ、洗浄槽４Ａ、４Ｂ内の超音波振動子装置６に外部に設置した超音波発信器９から電力を供給して超音波振動させ、洗浄溶液にキャビテーションを発生させる。
【解決手段】タービンロータ１、３０の超音波洗浄方法において、ロータ植込部２ａに動翼３を植設した状態のタービンロータ１、３０を洗浄槽４Ａ，４Ｂ内で一部または全体を洗浄溶液５に浸け、タービンロータ１、３０を回転駆動モータ１０により連続回転駆動または間欠回転駆動させ、洗浄槽４Ａ、４Ｂ内の超音波振動子装置６に外部に設置した超音波発信器９から電力を供給して超音波振動させ、洗浄溶液にキャビテーションを発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、タービンロータを分解せずに超音波洗浄を行うことのできるタービンロータの超音波洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラント、原子力発電プラントあるいは地熱発電プラント等の発電プラントにおいては、作動蒸気中に含まれる不純物が蒸気タービンのロータ植込部や動翼あるいはそれらの間の隙間に蓄積して腐食および応力腐食割れを引起す原因になっている。火力発電プラントあるいは原子力発電プラントにおいて、蒸気タービンで膨張仕事を終えた蒸気は復水器に送られ凝縮されて復水にされた後、ボイラに戻される。復水器で蒸気を冷却するのに海水を用いた場合、長期運用によって冷却管に孔が空いたとか冷却管と管板との溶接部にひびが入った場合、海水中の塩素（Ｃｌ）が復水に混入する。復水がボイラを経て作動蒸気となって蒸気タービンに導入されたとき、作動蒸気に含まれる塩素は次第に蒸気タービンロータ植込部や動翼に蓄積して腐食および応力腐食割れを誘発する原因となる。また、地熱発電プラントの場合は、天然蒸気または熱水を蒸発させて得られた蒸気には硫化水素（Ｈ２Ｓ）や塩素（Ｃｌ）が含まれており、このような蒸気を作動蒸気とする場合、火力発電プラントあるいは原子力発電プラントと同様に蒸気タービンロータ植込部や動翼に硫化水素（Ｈ２Ｓ）や塩素（Ｃｌ）が蓄積し、腐食および応力腐食割れを誘発する原因となる。
【０００３】
なお、火力発電プラントは上述したように海水を冷却水として使用する関係上、海岸から近い場所に設置されているため、火力発電プラントに設置されるガスタービンは海塩の粒子を含む多湿の環境下に置かれる場合もある。この場合、ガスタービン本体に圧縮空気を供給するガスタービン圧縮機には長期の運用によって動翼に孔食が発生し、その孔食を起点とした応力腐食割れが発生する恐れがある。
【０００４】
さらに、火力発電プラントでは、ガスタービン本体においても、使用する燃料の成分によっては燃焼器から導入される燃焼ガスの中に硫黄や塩分（ＮａＣｌ，Ｎａ２ＳＯ４）が含まれている場合があり、これらの腐食成分がガスタービンの長期運用によりガスタービン動翼の高温腐食を引き起こし、割れや損傷を加速する恐れがある。
【０００５】
このため、従来では発電プラントの定期検査中に蒸気タービンやガスタービンのタービンケーシングからタービンロータを取り外した後、さらにロータ植込部から動翼を取り外し、分解されたそれぞれの部品にサンドブラストやドライアイスホーニングを行い、部品表面に付着した錆スケールの除去を行なっている。
【０００６】
この方法では、動翼の表面に付着した錆スケールを除去することが可能であるが、動翼に空いた孔食や、微小き裂内部の錆あるいは腐食性物質は取り除くことが難しい。そのうえ、タービンを分解したあと、サンドやドライアイスホーニングの作業を行い、さらに動翼をロータ植込部に装着するという工程が必要なため、洗浄作業完了まで長い工程を必要とする課題がある。
【０００７】
また、最近ではタービンケーシングからタービンロータを取り外した後、タービンケーシングから分解したタービンノズルセグメントや、回転部分から分解した動翼をそれぞれ液槽の洗浄溶液中に浸漬し、超音波洗浄することによって、孔食や微小き裂内部の錆や腐食性物質は取り除くことを可能にした洗浄方法も開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１８６７８６号公報
【特許文献２】特表平１０−５０９０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した超音波洗浄方法の場合も、蒸気タービンやガスタービン本体あるいはガスタービン圧縮機のロータをさらに分解したあと洗浄工程を実施するようにしているので、洗浄作業の完了までに長い時間を必要とし、タービンロータの再組立に要する時間もかなりかかるという欠点がある。
【００１０】
そこで、本発明は、蒸気タービンやガスタービン本体あるいはガスタービン圧縮機のロータを分解せずに洗浄することにより、ロータの表面に付着した錆スケール、動翼にできた孔食や微小き裂内の錆、腐食性物質を取り除くことのできるタービンロータの超音波洗浄方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明のタービンロータの超音波洗浄方法に係る実施形態は、蒸気タービンあるいはガスタービンの回転体であるタービンロータを洗浄槽内の洗浄溶液に浸した状態で超音波振動子装置により洗浄溶液にキャビテーションを発生させて前記タービンロータに蓄積された錆や腐食成分を洗浄するようにしたタービンロータの超音波洗浄方法において、ロータ植込部に動翼を植設した状態のタービンロータを洗浄槽内で一部または全体を洗浄溶液に浸け、前記タービンロータを回転駆動手段により連続回転駆動または間欠回転駆動させ、前記洗浄槽内の前記超音波振動子装置に外部に設置した超音波発信器から電力を供給して超音波振動させて洗浄溶液にキャビテーションを発生させ、前記タービンロータに蓄積された錆や腐食成分を超音波洗浄することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、タービンロータを分解しない状態で超音波洗浄するので、タービンロータの洗浄工程に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１で洗浄対象となる蒸気タービンのタービンロータを示す概略断面図。
【図２】図１に示したタービンロータの一部を拡大して示す図であり、図２（ａ）はタービンロータ１のロータシャフト２、ロータ植込部および動翼３の関係を示す斜視図、図２（ｂ）はロータ植込部および動翼３の関係を示す要部拡大図。
【図３】本発明の実施形態１に係わる蒸気タービンの超音波洗浄を示し、図３（ａ）は超音波洗浄装置の一例を示す概略断面図、図３（ｂ）は超音波洗浄装置の他の例を示す概略断面図。
【図４】ロータシャフトを支持する軸受装置の概念図。
【図５】（ａ）から（ｃ）は各々図２に用いた投込型超音波振動子装置の構成例を示す斜視図。
【図６】本発明の実施形態２に係わる蒸気タービンの超音波洗浄を示す概略断面図。
【図７】本発明の実施形態３に係わる蒸気タービンの超音波洗浄を示す概略断面図。
【図８】本発明の実施形態４における洗浄溶液の攪拌方法の概略を示す概略断面図。
【図９】本発明の実施形態５に係わる蒸気タービンの超音波洗浄を示す概略断面図。
【図１０】本発明の実施形態６に係るガスタービンのタービンロータを示す概略断面図。
【図１１】本発明の実施形態６に係わるガスタービンの超音波洗浄を示し、図１１（ａ）はガスタービン圧縮機のロータを超音波洗浄する例を示す概略断面図、図１１（ｂ）はガスタービン本体のロータを超音波洗浄する例を示す概略断面図。
【図１２】単位時間における超音波洗浄温度とタービンロータ植込部の単位面積あたりの腐食成分除去率との関係を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るタービンロータの超音波洗浄の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図を通して同一部品には同一符号を付けて重複する説明は適宜省略するものとする。
【００１５】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１に係るタービンロータの超音波洗浄方法について図１乃至図５、図１２を参照して説明する。
【００１６】
（構成）
図１は、超音波洗浄対象のタービンロータを示す概略断面図である。
図１において、１は蒸気タービンの回転体であるロータ（以下、タービンロータと呼称する）であり、周面に所定の間隔をもって複数の環状のロータ植込部２ａを形成したロータシャフト２と、このロータ植込部２ａに植設された動翼３とから構成されている。
【００１７】
図２は図１に示すタービンロータ１の“II”の部分を示す模式図であり、図２（ａ）はロータシャフト２、ロータ植込部２ａおよび動翼３の関係を示す斜視図であり、図２（ｂ）はロータ植込部２ａおよび動翼３の嵌合部を拡大して示す要部拡大図である。
【００１８】
図２（ａ）および（ｂ）から分るように、ロータシャフト２のロータ植込部２ａと動翼３との嵌合部には若干の隙間が存在するので、蒸気タービンを長期間運転すると、この隙間に硫化水素（Ｈ２Ｓ）や塩素（Ｃｌ）等の腐食成分が蓄積し、腐食および応力腐食割れを誘発する原因となる。
【００１９】
図３（ａ）は、タービンロータ１に蓄積された腐食成分を取り除くための超音波洗浄装置の一例を示す概略断面図であり、浅い洗浄槽４Ａ内に動翼３をロータシャフト２のロータ植込部２ａから抜き取らずに装着している状態で、洗浄溶液（例えば、洗浄用の純水）５にタービンロータ１の下半部分だけを浸漬させた状態を示す。一方、図３（ｂ）は、タービンロータ１の超音波洗浄装置の他の例を示すもので、深い洗浄槽４Ｂ内に動翼３をロータシャフト２のロータ植込部２ａから抜き取らずに装着している状態で、タービンロータ１全体を洗浄溶液５に浸漬させた状態を示す。
【００２０】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示す超音波洗浄装置は、洗浄槽４Ａまたは４Ｂに洗浄溶液５を注水する前に、洗浄槽４Ａおよび４Ｂ内の適当な部位に投込型超音波振動子装置６および一対の軸受装置７を設置しておく。超音波振動子装置６は、電気ケーブル８を介して洗浄槽４Ａおよび４Ｂの外部に設置した超音波発信装置９から超音波洗浄に必要な電力が供給されるようになっている。
【００２１】
このように、洗浄槽４Ａ、４Ｂ内に超音波振動子装置６および軸受装置７を設置している状態で、タービンロータ１を吊り降ろし、ロータシャフト２の両端部を一対の軸受装置７に載置してタービンロータ１を回転自在に支持する。図４は図３（ａ）の“IV”の部分を示す模式図であり、ロータシャフト２の端部を軸受装置７に載置し、回転自在に支持する様子を示す。
【００２２】
このように洗浄槽４Ａ、４Ｂ内で軸受装置７により両端部が回転自在に支持されたロータシャフト２は、一端部のフランジ部２Ｆで回転駆動手段としての駆動モータ１０の出力軸１０ｓの端部に設けたフランジ部１０Ｆに結合する。
【００２３】
なお、図３（ａ）の場合は、ロータシャフト２と駆動モータ１０とのフランジ結合部（２Ｆ-１０Ｆ）が洗浄槽４Ａの縁部よりも高い位置にあるため、このフランジ結合部（２Ｆ-１０Ｆ）と駆動モータ１０との間には特に軸シール等を設ける必要はないが、図３（ｂ）の場合は、ロータシャフト２と駆動モータ１０とのフランジ結合部（２Ｆ-１０Ｆ）が洗浄槽４Ｂの縁部よりも低い位置にあるため、予め駆動モータ１０の出力軸１０ｓを洗浄槽４Ｂの側面を貫通させてフランジ部１０Ｆを洗浄槽４Ｂ内部に配置し、そして洗浄槽４Ｂの側面の出力軸１０Ｓ貫通部には液漏れを防ぐために軸シール部４Ｂ−Ｓを設けてある。
【００２４】
上記のように構成された洗浄槽４Ａまたは４Ｂ内の所定位置にタービンロータ１を収めたあと、洗浄溶液５が所定水位になるまで注水する。図３（ａ）の場合は浅い洗浄槽４Ａ内にタービンロータ１の下半部分のロータ植込部２ａおよび動翼３が洗浄溶液５中に浸漬し、図３（ｂ）の場合は深い洗浄槽４Ｂ内にタービンロータ１の全部が洗浄溶液５中に浸漬する。
【００２５】
洗浄溶液５の温度は、洗浄効果を高めるために２０℃以上１００℃未満の範囲、好ましくは３０℃から５０℃の範囲がよい。
【００２６】
図１２は単位時間における超音波洗浄温度とタービンロータ植込部の単位面積あたりの腐食成分除去率との関係を示す図である。
この図１２から分るように、超音波洗浄に適する温度は３０℃から５０℃の範囲内でキャビテーション（空洞現象）が発生しやすい。また、１００℃になるとタービンロータ植込部の単位面積あたりの腐食成分の除去率は６０℃の除去率に比べて顕著に上がることができず、蒸発が激しいため、１００℃未満の超音波洗浄温度が望ましい。
【００２７】
なお、洗浄溶液５に界面活性剤、緩衝剤を含む燐酸系またはアミン系の防錆剤を投入し、防錆剤の濃度を１０ｐｐｍ〜２５ｗｔ％の範囲に調合し、調合後の溶液のｐＨ値を７．０〜１２の範囲に制御すれば、タービンロータ１の超音波洗浄効果を上げることができるとともに、超音波洗浄中のタービンロータ１の腐食を抑制することができる。
【００２８】
次に、図５を参照して図３（ａ）または（ｂ）で採用した投込型超音波振動子装置６の構造例を複数例示す。
図５において、投込型超音波振動子装置６は、１個または複数個の超音波振動子６ａと、この複数個の超音波振動子６ａを収納する金属製防水用密閉容器６ｂとから構成されており、洗浄対象物であるタービンロータ１の洗浄部位の形状にふさわしい形状に形成されている。例えば、図５（ａ）は薄く大きい四角い箱状の金属製防水用密閉容器６ｂ内に超音波振動子６ａを縦横に３個ずつ合計９個並べて投込型超音波振動子装置６を構成した例を示し、図５（ｂ）は円筒状の金属製防水用密閉容器６ｂの内壁に１列あたり３個の超音波振動子６ａを周方向に４列並べて投込型超音波振動子装置６を構成した例を示し、図５（ｃ）は縦長の箱状の金属製防水用密閉容器６ｂの内に５個の超音波振動子６ａを１列に並べて投込型超音波振動子装置６を構成した例を示す。
【００２９】
そして、これらの投込型超音波振動子装置６および超音波発信装置９は、洗浄対象物であるタービンロータ１に腐食成分の蓄積した状態に対応して適切に超音波洗浄ができるように、出力が１００ｗ〜２４００ｗの範囲、発振周波数が１２ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲の性能を有している。
【００３０】
（作用）
以下、本実施形態１によるタービンロータ１の洗浄方法について説明する。
まず、蒸気タービンの図示しないケーシングの上半部を取り外した後、タービンロータ１のロータシャフト２の両端に図示しないワイヤを掛け、天井クレーン等を利用してケーシング下半部からタービンロータ１を吊り上げ、その状態で洗浄作業場まで運ぶ。
【００３１】
洗浄作業場には、図３（ａ）または図３（ｂ）に示すように、底部の適当な部位に投込型超音波振動子装置６および一対の軸受装置７を設置した洗浄槽４Ａ、または駆動モータ１０のフランジ１０Ｆが側面に取り付けられた洗浄槽４Ｂが予め用意されている。
【００３２】
洗浄作業場では、洗浄槽４Ａまたは４Ｂの内部に洗浄溶液５の注水に先立って、天井クレーン等により洗浄槽４Ａ、４Ｂの真上まで運んできたタービンロータ１を徐々に吊り降ろしてロータシャフト２の両端部を軸受装置７上に載置し、ロータシャフト２を回転自在な状態にしてフランジ部２Ｆと駆動モータ出力軸１０Ｓのフランジ１０Ｆとをボルトナット等で結合し、駆動モータ１０によってロータシャフト２が回転可能な状態にする。図３（ａ）の洗浄装置の場合は、タービンロータ１の下半部のみを洗浄溶液５中に浸漬し、図３（ｂ）の洗浄装置の場合は、タービンロータ１の全体が洗浄溶液５中に浸漬する。
【００３３】
この状態で超音波発信装置９を操作して電気ケーブル８を介して投込型超音波振動子装置６に電力を供給すると、金属製防水用密閉容器６ｂ内の超音波振動子６ａの超音波振動により金属製防水用密閉容器６ｂが振動して洗浄溶液５にキャビテーションを発生させる。これにより図２で示すロータシャフト２の植込部２ａや動翼３の表面、あるいは植込部２ａと動翼３との隙間に蓄積した錆スケールや腐食成分等を洗浄溶液５によって超音波洗浄する。
【００３４】
このとき、タービンロータ１は、駆動モータ１０によって回転されながら超音波洗浄されるわけであるが、タービンロータ１の回転方法としては、タービンロータ１をゆっくりした速度で連続的に回転駆動させる方法や、例えば１分〜３００分の所定時間間隔で１°〜９０°ピッチの所定角度だけ間欠回転駆動する方法がある。
【００３５】
そして、タービンロータ１のロータ植込部２ａと動翼３との間の隙間に蓄積した腐食成分の蓄積程度を考慮して、洗浄槽４Ａ、４Ｂの容積等に応じて投込型超音波振動子装置６の出力１００ｗ〜２４００ｗの範囲から、また、発振周波数１２ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲からそれぞれ最適な出力および発信周波数を選定するとともに、タービンロータ１の回転方法も連続回転駆動、間欠回転駆動のいずれかを選択する。
【００３６】
（効果）
以上述べたように、本実施形態１によれば、蒸気タービンの回転子であるタービンロータ１は幾つかの部品に分解しない状態、すなわち、ロータシャフト２のロータ植込部２ａに動翼３が装着されている状態で、タービンロータ１の下半部または全体を洗浄槽４Ａまたは４Ｂ中の３０℃から５０℃の範囲に制御された洗浄溶液５に浸漬し、投込型超音波振動子装置６により洗浄溶液に発生するキャビテーション現象により、タービンロータ植込部２ａや動翼３に付着した腐食成分を洗い落し、更にタービンロータ植込部２ａ、動翼３で発生した孔食やき裂内部の腐食成分を洗い落し、それらの部品の腐食およびき裂（腐食疲労割れと応力腐食割れによるき裂）の進行を抑制することができる。
【００３７】
この結果、従来技術のように、タービンロータ１をロータシャフト２と動翼３とに分解してから洗浄する方法と比べて、タービンロータ１の洗浄工程に要する時間を短縮できるばかりでなく、タービンロータ１の組み立てに要する時間も省くことができる。
【００３８】
また、洗浄溶液５に界面活性剤、緩衝剤を含む燐酸系またはアミン系の防錆剤を投入し、防錆剤の濃度を１０ｐｐｍ〜２５ｗｔ％の範囲に調合し、調合後の溶液のｐＨ値を７．０〜１２の範囲に制御すると、タービンロータ１の超音波洗浄効果を上げることができるとともに、超音波洗浄中のタービンロータ１の腐食を抑制することができる。
【００３９】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２に係るタービンロータの超音波洗浄方法について図６を参照して説明する。
図６は、本発明の実施形態２に係わる蒸気タービンの超音波洗浄における洗浄溶液の脱気方法の概略を示す図である。
【００４０】
本実施形態２は、図２に示した実施形態１に対して、新たに、洗浄槽４Ｂの底部に一つまたは複数の気泡発生器１１を設置したことを特徴とするものであり、その他の部品は図１乃至図５に示す実施形態１と同じである。
【００４１】
すなわち、本実施形態２は図６に示すように、洗浄槽４Ｂの底部に、一つまたは複数の気泡発生器１１を設置し、タービンロータ１を洗浄槽４内の所定の位置まで吊り降ろしロータシャフト２を軸受装置７で載置し、ロータシャフト２と駆動モータ１０とをフランジ部結合した状態で洗浄槽４Ｂ内に洗浄溶液５を注水して超音波洗浄に必要な一定水位に達してから、窒素ガスまたはアルゴンガス等の不活性ガスを貯蔵したガスボンベ１２から、ガスを送る送気管１３を介して、洗浄槽４の底部に設置された気泡発生器１１に窒素ガスまたはアルゴンガス等の不活性ガスを送り込み、気泡発生器１１から無数の微細な窒素ガスまたはアルゴンガス等の不活性ガスの気泡を吹き出して、洗浄溶液５の中に溶け込んでいる溶存酸素を追い出すようにしたものである。
【００４２】
実施形態２によれば、気泡発生器１１から無数の微細な窒素ガスまたアルゴンガス等の不活性ガスの気泡が吹き出されることによって、洗浄溶液５中の溶存酸素を追い出した状態で超音波洗浄を行なうので、実施形態１の効果に加えて、さらに洗浄溶液５に浸漬したタービンロータ１の腐食を抑制することができる。
【００４３】
（実施形態３）
以下、本発明の実施形態３に係るタービンロータの超音波洗浄方法について図７を参照して説明する。
図７は、本発明の実施形態３に係わる蒸気タービンの超音波洗浄における洗浄溶液の温度制御方法の概略を示す図である。
【００４４】
前述した実施形態１では、洗浄溶液５の温度を２０℃以上１００℃未満の範囲、好ましくは３０℃から５０℃の範囲内がよい旨説明したが、本実施形態３では、洗浄溶液５の温度を２０℃以上１００℃未満の範囲、好ましくは３０℃から５０℃の範囲内に制御するために、洗浄槽４Ｂの内部の適当な部位に新たに一つまたは複数の発熱装置１４を設置し、電気ケーブル１５を介して温度制御装置１６によって、洗浄槽４の中の洗浄溶液５の温度を制御しながら、タービンロータ１の超音波洗浄を行うことを特徴とするものであり、その他の部品は実施形態１、２と同じである。
【００４５】
図１２は単位時間における超音波洗浄温度とタービンロータ植込部の単位面積あたりの腐食成分除去率との関係を示す図である。
この図１２から分るように、洗浄溶液５の温度は３０℃から５０℃の範囲内でキャビテーション（空洞現象）が発生しやすいので、この温度範囲が超音波洗浄に適する。また、１００℃になるとタービンロータ植込部の単位面積あたりの腐食成分の除去率は６０℃の除去率に比べて顕著に上がることができず、蒸発が激しいため、１００℃未満の超音波洗浄温度が望ましい。
【００４６】
以上述べたように、本実施形態３によれば、洗浄槽４Ｂの内部の適当な部位に新たに一つまたは複数の発熱装置１４を設置して、電気ケーブル１５を介して温度制御装置１６によって、洗浄槽４の中の洗浄溶液５の温度を２０℃以上１００℃未満の範囲、好ましくは３０℃から５０℃の範囲内の所望の温度範囲に制御した状態で超音波洗浄を行なうようにしたので、実施形態１、２の効果に加えて洗浄溶液５の温度が２０℃〜１００℃の範囲から外れている状態で超音波洗浄する場合に比べ、超音波洗浄に要する時間を短縮することができる。
【００４７】
（実施形態４）
以下、本発明の実施形態４に係るタービンロータの超音波洗浄方法について図８を参照して説明する。
図８は、本発明の実施形態４に係わる蒸気タービンの超音波洗浄における洗浄溶液の攪拌方法の概略を示す図である。
【００４８】
本実施形態４は、図７に示した実施形態３に対して、新たに、洗浄槽４Ｂの内部の適当な上部に一つまたは複数の攪拌装置１７を設置し、洗浄溶液５を攪拌しながらタービンロータ１の超音波洗浄を行うことを特徴とするものであり、その他の部品は図７に示す実施形態３と同じである。
【００４９】
本実施形態４によれば、攪拌装置１７によって洗浄溶液５を攪拌するようにしたので、実施形態３に比べて温度制御装置１６による洗浄槽４内の洗浄溶液５の温度を均一に維持することができ、より一層、超音波洗浄に要する時間を短縮することができる。
【００５０】
本実施形態４では、洗浄槽４Ｂ、投込型超音波振動子装置６および洗浄溶液５を用いてタービンロータ１の超音波洗浄を行うことができる。また、洗浄溶液５の温度、溶存酸素濃度を制御しながら攪拌することによって、実施形態１から３の効果に加えてタービンロータ１の超音波洗浄の時間を短縮することができる。
【００５１】
（実施形態５）
以下、本発明の実施形態５に係るタービンロータの超音波洗浄方法について図９を参照して説明する。
図９は、本発明の実施形態５に係わる蒸気タービンの超音波洗浄における真空中での洗浄方法を示す概略図である。
【００５２】
本実施形態５は、図３に示した実施形態１に対して大きく異なる点は、洗浄槽４Ｂ全体を気密状態に覆うことが可能な気密ハウス１９を新たに設置し、その気密ハウス１９の上部位置に排気管２０を設け、この排気管２０を気密ハウス１９の外部に設置した真空ポンプ２１と連結し、さらに、駆動モータ１０のシャフト１０Ｓが気密ハウス１９の側部を貫通する部分に軸シール１９−Ｓを設けたことを特徴とするものである。その他は図２に示す実施形態１と同じである。
【００５３】
本実施形態５は、タービンロータ１を洗浄槽４Ｂ内の軸受装置１０に載置し、ロータシャフトと駆動モータのフランジ部を結合したあと、洗浄溶液５を注水する前に、気密ハウス１９の外部に設置した真空ポンプ２１により、気密ハウス１９の内部圧力を所定の圧力まで減圧する。例えば、内部圧力を０．０１ＭＰａ〜０．０９ＭＰａの範囲に制御する。この状態で洗浄溶液５を洗浄槽４Ｂ内に注水し、以後、実施形態１と同様に投込型超音波振動子装置６で発生した超音波エネルギーにより洗浄溶液５にキャビテーションを発生させてタービンロータ１の表面およびロータ植込部２ａ、動翼３の間の隙間に蓄積した腐食成分を除去する。
【００５４】
以上述べたように、本実施形態５は、洗浄溶液５の注水に先立って洗浄槽４内を真空引きすることにより、蒸気タービンロータ１のロータ植込部２ａと動翼３との隙間は真空状態となるので、洗浄槽４Ｂに注入された洗浄溶液５は蒸気タービンロータ１と動翼３との隙間に入り易くなる。この状態で、投込型超音波振動子装置６を超音波振動させることにより、実施形態１に比べてロータ植込部２ａと動翼３との隙間から錆スケールや腐食成分の除去をより一層行うことができる。
【００５５】
（実施形態６）
以下、本発明の実施形態６に係るタービンロータの超音波洗浄方法について説明する。
図１０は本発明の実施形態６に係わるガスタービンの超音波洗浄を示す概略断面図であり、図１１（ａ）はガスタービン圧縮機のロータを超音波洗浄する例を示す図、図１１（ｂ）はガスタービン本体のロータを超音波洗浄する例を示す図である。
【００５６】
本実施形態６が、前述した実施形態１と異なる点は、超音波洗浄対象物であるタービンロータが、前述した実施形態１の場合は蒸気タービンロータであるのに対して、本実施形態６はガスタービンロータに適用した点で異なるが、その他の点は同じである。
【００５７】
図１０に示すように、ガスタービンの回転体であるタービンロータ３０は、ガスタービン圧縮機のロータ３１のフランジ部３１Ｆとガスタービン本体のロータ３２のフランジ部３２Ｆとをボルト等で結合して構成されている。
【００５８】
このガスタービンロータ３０を超音波洗浄する際は、フランジ部３１Ｆおよび３２Ｆの結合状態を解いて、ガスタービン圧縮機のロータ３１と、ガスタービン本体のロータ３２とに分離する。その後、図１１（ａ）、図１１（ｂ）のようにそれぞれのロータ３１、３２を超音波洗浄する。
【００５９】
すなわち、図１１（ａ）は、ガスタービン圧縮機のロータ３１をガスタービン本体のロータ３２から分離したあと、ロータ３１をシャフトと動翼とに分解しないで一体構成の状態で洗浄槽４Ｂ内へ吊り降ろして片持ち型の軸受装置７に載置したあと、駆動モータ１０とフランジによって結合し、ガスタービン圧縮機のロータ３１を駆動モータ１０で回転させながら投込型超音波振動装置６により、ガスタービン圧縮機３１の超音波洗浄を行う。
【００６０】
同様に、図１１（ｂ）は、ガスタービン圧縮機のロータ３１を分離した後、ガスタービン本体のロータ３２をシャフトと動翼とに分解しないで一体構成の状態で洗浄槽４Ｂ内へ吊り降ろして片持ち型の軸受装置７に載置したあと、駆動モータ１０とフランジ結合し、ガスタービン本体のロータ３２を駆動モータ１０で回転させながら投込型超音波振動装置６により、ガスタービン本体のロータ３２の超音波洗浄を行う。
本実施形態６によれば、実施形態１と同様に、洗浄槽４Ｂ内に投込型超音波振動子装置６および洗浄溶液５を入れてガスタービンのロータ３０を超音波洗浄することができる。
【００６１】
このガスタービンロータ３０を超音波洗浄するに際しては、蒸気タービンロータ１の超音波洗浄の場合と同様に、洗浄溶液５に界面活性剤、緩衝剤を含む燐酸系またはアミン系の防錆剤を投入するとか、蒸気タービンロータ１の超音波洗浄の場合と同様に、図６のように気泡発生器１１を新たに設けて洗浄溶液５の中に溶け込んでいる溶存酸素を追い出すようにすることとか、図７のように発熱装置１４を設置したり、図８のように攪拌装置１７を設置したり、図９のように洗浄槽４Ｂ全体を覆うように気密ハウス１９を新たに設置するようにしてもよい。これによって、実施形態１〜５と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形してもよい。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の発明を構成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…蒸気タービンロータ、２…ロータシャフト、２ａ…ロータ植込部、３…動翼、４、４Ａ，４Ｂ…洗浄槽、５…洗浄溶液、６…超音波振動子装置、６ａ…超音波振動子、６ｂ…金属製防水用密閉容器、７…軸受装置、８…電気ケーブル、９…超音波発信装置、１０…駆動モータ、１１…気泡発生器、１２…ガスボンベ、１３…送気管、１４…発熱装置、１５…電気ケーブル、１６…温度制御装置、１７…攪拌装置、１９…気密ハウス、２０…排気管、２１…真空ポンプ、３０…ガスタービンロータ、３１…ガスタービン圧縮機のロータ、３２…ガスタービン本体のロータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、タービンロータを分解せずに超音波洗浄を行うことのできるタービンロータの超音波洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラント、原子力発電プラントあるいは地熱発電プラント等の発電プラントにおいては、作動蒸気中に含まれる不純物が蒸気タービンのロータ植込部や動翼あるいはそれらの間の隙間に蓄積して腐食および応力腐食割れを引起す原因になっている。火力発電プラントあるいは原子力発電プラントにおいて、蒸気タービンで膨張仕事を終えた蒸気は復水器に送られ凝縮されて復水にされた後、ボイラに戻される。復水器で蒸気を冷却するのに海水を用いた場合、長期運用によって冷却管に孔が空いたとか冷却管と管板との溶接部にひびが入った場合、海水中の塩素（Ｃｌ）が復水に混入する。復水がボイラを経て作動蒸気となって蒸気タービンに導入されたとき、作動蒸気に含まれる塩素は次第に蒸気タービンロータ植込部や動翼に蓄積して腐食および応力腐食割れを誘発する原因となる。また、地熱発電プラントの場合は、天然蒸気または熱水を蒸発させて得られた蒸気には硫化水素（Ｈ２Ｓ）や塩素（Ｃｌ）が含まれており、このような蒸気を作動蒸気とする場合、火力発電プラントあるいは原子力発電プラントと同様に蒸気タービンロータ植込部や動翼に硫化水素（Ｈ２Ｓ）や塩素（Ｃｌ）が蓄積し、腐食および応力腐食割れを誘発する原因となる。
【０００３】
なお、火力発電プラントは上述したように海水を冷却水として使用する関係上、海岸から近い場所に設置されているため、火力発電プラントに設置されるガスタービンは海塩の粒子を含む多湿の環境下に置かれる場合もある。この場合、ガスタービン本体に圧縮空気を供給するガスタービン圧縮機には長期の運用によって動翼に孔食が発生し、その孔食を起点とした応力腐食割れが発生する恐れがある。
【０００４】
さらに、火力発電プラントでは、ガスタービン本体においても、使用する燃料の成分によっては燃焼器から導入される燃焼ガスの中に硫黄や塩分（ＮａＣｌ，Ｎａ２ＳＯ４）が含まれている場合があり、これらの腐食成分がガスタービンの長期運用によりガスタービン動翼の高温腐食を引き起こし、割れや損傷を加速する恐れがある。
【０００５】
このため、従来では発電プラントの定期検査中に蒸気タービンやガスタービンのタービンケーシングからタービンロータを取り外した後、さらにロータ植込部から動翼を取り外し、分解されたそれぞれの部品にサンドブラストやドライアイスホーニングを行い、部品表面に付着した錆スケールの除去を行なっている。
【０００６】
この方法では、動翼の表面に付着した錆スケールを除去することが可能であるが、動翼に空いた孔食や、微小き裂内部の錆あるいは腐食性物質は取り除くことが難しい。そのうえ、タービンを分解したあと、サンドやドライアイスホーニングの作業を行い、さらに動翼をロータ植込部に装着するという工程が必要なため、洗浄作業完了まで長い工程を必要とする課題がある。
【０００７】
また、最近ではタービンケーシングからタービンロータを取り外した後、タービンケーシングから分解したタービンノズルセグメントや、回転部分から分解した動翼をそれぞれ液槽の洗浄溶液中に浸漬し、超音波洗浄することによって、孔食や微小き裂内部の錆や腐食性物質は取り除くことを可能にした洗浄方法も開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１８６７８６号公報
【特許文献２】特表平１０−５０９０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した超音波洗浄方法の場合も、蒸気タービンやガスタービン本体あるいはガスタービン圧縮機のロータをさらに分解したあと洗浄工程を実施するようにしているので、洗浄作業の完了までに長い時間を必要とし、タービンロータの再組立に要する時間もかなりかかるという欠点がある。
【００１０】
そこで、本発明は、蒸気タービンやガスタービン本体あるいはガスタービン圧縮機のロータを分解せずに洗浄することにより、ロータの表面に付着した錆スケール、動翼にできた孔食や微小き裂内の錆、腐食性物質を取り除くことのできるタービンロータの超音波洗浄方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明のタービンロータの超音波洗浄方法に係る実施形態は、蒸気タービンあるいはガスタービンの回転体であるタービンロータを洗浄槽内の洗浄溶液に浸した状態で超音波振動子装置により洗浄溶液にキャビテーションを発生させて前記タービンロータに蓄積された錆や腐食成分を洗浄するようにしたタービンロータの超音波洗浄方法において、ロータ植込部に動翼を植設した状態のタービンロータを洗浄槽内で一部または全体を洗浄溶液に浸け、前記タービンロータを回転駆動手段により連続回転駆動または間欠回転駆動させ、前記洗浄槽内の前記超音波振動子装置に外部に設置した超音波発信器から電力を供給して超音波振動させて洗浄溶液にキャビテーションを発生させ、前記タービンロータに蓄積された錆や腐食成分を超音波洗浄することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、タービンロータを分解しない状態で超音波洗浄するので、タービンロータの洗浄工程に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１で洗浄対象となる蒸気タービンのタービンロータを示す概略断面図。
【図２】図１に示したタービンロータの一部を拡大して示す図であり、図２（ａ）はタービンロータ１のロータシャフト２、ロータ植込部および動翼３の関係を示す斜視図、図２（ｂ）はロータ植込部および動翼３の関係を示す要部拡大図。
【図３】本発明の実施形態１に係わる蒸気タービンの超音波洗浄を示し、図３（ａ）は超音波洗浄装置の一例を示す概略断面図、図３（ｂ）は超音波洗浄装置の他の例を示す概略断面図。
【図４】ロータシャフトを支持する軸受装置の概念図。
【図５】（ａ）から（ｃ）は各々図２に用いた投込型超音波振動子装置の構成例を示す斜視図。
【図６】本発明の実施形態２に係わる蒸気タービンの超音波洗浄を示す概略断面図。
【図７】本発明の実施形態３に係わる蒸気タービンの超音波洗浄を示す概略断面図。
【図８】本発明の実施形態４における洗浄溶液の攪拌方法の概略を示す概略断面図。
【図９】本発明の実施形態５に係わる蒸気タービンの超音波洗浄を示す概略断面図。
【図１０】本発明の実施形態６に係るガスタービンのタービンロータを示す概略断面図。
【図１１】本発明の実施形態６に係わるガスタービンの超音波洗浄を示し、図１１（ａ）はガスタービン圧縮機のロータを超音波洗浄する例を示す概略断面図、図１１（ｂ）はガスタービン本体のロータを超音波洗浄する例を示す概略断面図。
【図１２】単位時間における超音波洗浄温度とタービンロータ植込部の単位面積あたりの腐食成分除去率との関係を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るタービンロータの超音波洗浄の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図を通して同一部品には同一符号を付けて重複する説明は適宜省略するものとする。
【００１５】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１に係るタービンロータの超音波洗浄方法について図１乃至図５、図１２を参照して説明する。
【００１６】
（構成）
図１は、超音波洗浄対象のタービンロータを示す概略断面図である。
図１において、１は蒸気タービンの回転体であるロータ（以下、タービンロータと呼称する）であり、周面に所定の間隔をもって複数の環状のロータ植込部２ａを形成したロータシャフト２と、このロータ植込部２ａに植設された動翼３とから構成されている。
【００１７】
図２は図１に示すタービンロータ１の“II”の部分を示す模式図であり、図２（ａ）はロータシャフト２、ロータ植込部２ａおよび動翼３の関係を示す斜視図であり、図２（ｂ）はロータ植込部２ａおよび動翼３の嵌合部を拡大して示す要部拡大図である。
【００１８】
図２（ａ）および（ｂ）から分るように、ロータシャフト２のロータ植込部２ａと動翼３との嵌合部には若干の隙間が存在するので、蒸気タービンを長期間運転すると、この隙間に硫化水素（Ｈ２Ｓ）や塩素（Ｃｌ）等の腐食成分が蓄積し、腐食および応力腐食割れを誘発する原因となる。
【００１９】
図３（ａ）は、タービンロータ１に蓄積された腐食成分を取り除くための超音波洗浄装置の一例を示す概略断面図であり、浅い洗浄槽４Ａ内に動翼３をロータシャフト２のロータ植込部２ａから抜き取らずに装着している状態で、洗浄溶液（例えば、洗浄用の純水）５にタービンロータ１の下半部分だけを浸漬させた状態を示す。一方、図３（ｂ）は、タービンロータ１の超音波洗浄装置の他の例を示すもので、深い洗浄槽４Ｂ内に動翼３をロータシャフト２のロータ植込部２ａから抜き取らずに装着している状態で、タービンロータ１全体を洗浄溶液５に浸漬させた状態を示す。
【００２０】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示す超音波洗浄装置は、洗浄槽４Ａまたは４Ｂに洗浄溶液５を注水する前に、洗浄槽４Ａおよび４Ｂ内の適当な部位に投込型超音波振動子装置６および一対の軸受装置７を設置しておく。超音波振動子装置６は、電気ケーブル８を介して洗浄槽４Ａおよび４Ｂの外部に設置した超音波発信装置９から超音波洗浄に必要な電力が供給されるようになっている。
【００２１】
このように、洗浄槽４Ａ、４Ｂ内に超音波振動子装置６および軸受装置７を設置している状態で、タービンロータ１を吊り降ろし、ロータシャフト２の両端部を一対の軸受装置７に載置してタービンロータ１を回転自在に支持する。図４は図３（ａ）の“IV”の部分を示す模式図であり、ロータシャフト２の端部を軸受装置７に載置し、回転自在に支持する様子を示す。
【００２２】
このように洗浄槽４Ａ、４Ｂ内で軸受装置７により両端部が回転自在に支持されたロータシャフト２は、一端部のフランジ部２Ｆで回転駆動手段としての駆動モータ１０の出力軸１０ｓの端部に設けたフランジ部１０Ｆに結合する。
【００２３】
なお、図３（ａ）の場合は、ロータシャフト２と駆動モータ１０とのフランジ結合部（２Ｆ-１０Ｆ）が洗浄槽４Ａの縁部よりも高い位置にあるため、このフランジ結合部（２Ｆ-１０Ｆ）と駆動モータ１０との間には特に軸シール等を設ける必要はないが、図３（ｂ）の場合は、ロータシャフト２と駆動モータ１０とのフランジ結合部（２Ｆ-１０Ｆ）が洗浄槽４Ｂの縁部よりも低い位置にあるため、予め駆動モータ１０の出力軸１０ｓを洗浄槽４Ｂの側面を貫通させてフランジ部１０Ｆを洗浄槽４Ｂ内部に配置し、そして洗浄槽４Ｂの側面の出力軸１０Ｓ貫通部には液漏れを防ぐために軸シール部４Ｂ−Ｓを設けてある。
【００２４】
上記のように構成された洗浄槽４Ａまたは４Ｂ内の所定位置にタービンロータ１を収めたあと、洗浄溶液５が所定水位になるまで注水する。図３（ａ）の場合は浅い洗浄槽４Ａ内にタービンロータ１の下半部分のロータ植込部２ａおよび動翼３が洗浄溶液５中に浸漬し、図３（ｂ）の場合は深い洗浄槽４Ｂ内にタービンロータ１の全部が洗浄溶液５中に浸漬する。
【００２５】
洗浄溶液５の温度は、洗浄効果を高めるために２０℃以上１００℃未満の範囲、好ましくは３０℃から５０℃の範囲がよい。
【００２６】
図１２は単位時間における超音波洗浄温度とタービンロータ植込部の単位面積あたりの腐食成分除去率との関係を示す図である。
この図１２から分るように、超音波洗浄に適する温度は３０℃から５０℃の範囲内でキャビテーション（空洞現象）が発生しやすい。また、１００℃になるとタービンロータ植込部の単位面積あたりの腐食成分の除去率は６０℃の除去率に比べて顕著に上がることができず、蒸発が激しいため、１００℃未満の超音波洗浄温度が望ましい。
【００２７】
なお、洗浄溶液５に界面活性剤、緩衝剤を含む燐酸系またはアミン系の防錆剤を投入し、防錆剤の濃度を１０ｐｐｍ〜２５ｗｔ％の範囲に調合し、調合後の溶液のｐＨ値を７．０〜１２の範囲に制御すれば、タービンロータ１の超音波洗浄効果を上げることができるとともに、超音波洗浄中のタービンロータ１の腐食を抑制することができる。
【００２８】
次に、図５を参照して図３（ａ）または（ｂ）で採用した投込型超音波振動子装置６の構造例を複数例示す。
図５において、投込型超音波振動子装置６は、１個または複数個の超音波振動子６ａと、この複数個の超音波振動子６ａを収納する金属製防水用密閉容器６ｂとから構成されており、洗浄対象物であるタービンロータ１の洗浄部位の形状にふさわしい形状に形成されている。例えば、図５（ａ）は薄く大きい四角い箱状の金属製防水用密閉容器６ｂ内に超音波振動子６ａを縦横に３個ずつ合計９個並べて投込型超音波振動子装置６を構成した例を示し、図５（ｂ）は円筒状の金属製防水用密閉容器６ｂの内壁に１列あたり３個の超音波振動子６ａを周方向に４列並べて投込型超音波振動子装置６を構成した例を示し、図５（ｃ）は縦長の箱状の金属製防水用密閉容器６ｂの内に５個の超音波振動子６ａを１列に並べて投込型超音波振動子装置６を構成した例を示す。
【００２９】
そして、これらの投込型超音波振動子装置６および超音波発信装置９は、洗浄対象物であるタービンロータ１に腐食成分の蓄積した状態に対応して適切に超音波洗浄ができるように、出力が１００ｗ〜２４００ｗの範囲、発振周波数が１２ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲の性能を有している。
【００３０】
（作用）
以下、本実施形態１によるタービンロータ１の洗浄方法について説明する。
まず、蒸気タービンの図示しないケーシングの上半部を取り外した後、タービンロータ１のロータシャフト２の両端に図示しないワイヤを掛け、天井クレーン等を利用してケーシング下半部からタービンロータ１を吊り上げ、その状態で洗浄作業場まで運ぶ。
【００３１】
洗浄作業場には、図３（ａ）または図３（ｂ）に示すように、底部の適当な部位に投込型超音波振動子装置６および一対の軸受装置７を設置した洗浄槽４Ａ、または駆動モータ１０のフランジ１０Ｆが側面に取り付けられた洗浄槽４Ｂが予め用意されている。
【００３２】
洗浄作業場では、洗浄槽４Ａまたは４Ｂの内部に洗浄溶液５の注水に先立って、天井クレーン等により洗浄槽４Ａ、４Ｂの真上まで運んできたタービンロータ１を徐々に吊り降ろしてロータシャフト２の両端部を軸受装置７上に載置し、ロータシャフト２を回転自在な状態にしてフランジ部２Ｆと駆動モータ出力軸１０Ｓのフランジ１０Ｆとをボルトナット等で結合し、駆動モータ１０によってロータシャフト２が回転可能な状態にする。図３（ａ）の洗浄装置の場合は、タービンロータ１の下半部のみを洗浄溶液５中に浸漬し、図３（ｂ）の洗浄装置の場合は、タービンロータ１の全体が洗浄溶液５中に浸漬する。
【００３３】
この状態で超音波発信装置９を操作して電気ケーブル８を介して投込型超音波振動子装置６に電力を供給すると、金属製防水用密閉容器６ｂ内の超音波振動子６ａの超音波振動により金属製防水用密閉容器６ｂが振動して洗浄溶液５にキャビテーションを発生させる。これにより図２で示すロータシャフト２の植込部２ａや動翼３の表面、あるいは植込部２ａと動翼３との隙間に蓄積した錆スケールや腐食成分等を洗浄溶液５によって超音波洗浄する。
【００３４】
このとき、タービンロータ１は、駆動モータ１０によって回転されながら超音波洗浄されるわけであるが、タービンロータ１の回転方法としては、タービンロータ１をゆっくりした速度で連続的に回転駆動させる方法や、例えば１分〜３００分の所定時間間隔で１°〜９０°ピッチの所定角度だけ間欠回転駆動する方法がある。
【００３５】
そして、タービンロータ１のロータ植込部２ａと動翼３との間の隙間に蓄積した腐食成分の蓄積程度を考慮して、洗浄槽４Ａ、４Ｂの容積等に応じて投込型超音波振動子装置６の出力１００ｗ〜２４００ｗの範囲から、また、発振周波数１２ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲からそれぞれ最適な出力および発信周波数を選定するとともに、タービンロータ１の回転方法も連続回転駆動、間欠回転駆動のいずれかを選択する。
【００３６】
（効果）
以上述べたように、本実施形態１によれば、蒸気タービンの回転子であるタービンロータ１は幾つかの部品に分解しない状態、すなわち、ロータシャフト２のロータ植込部２ａに動翼３が装着されている状態で、タービンロータ１の下半部または全体を洗浄槽４Ａまたは４Ｂ中の３０℃から５０℃の範囲に制御された洗浄溶液５に浸漬し、投込型超音波振動子装置６により洗浄溶液に発生するキャビテーション現象により、タービンロータ植込部２ａや動翼３に付着した腐食成分を洗い落し、更にタービンロータ植込部２ａ、動翼３で発生した孔食やき裂内部の腐食成分を洗い落し、それらの部品の腐食およびき裂（腐食疲労割れと応力腐食割れによるき裂）の進行を抑制することができる。
【００３７】
この結果、従来技術のように、タービンロータ１をロータシャフト２と動翼３とに分解してから洗浄する方法と比べて、タービンロータ１の洗浄工程に要する時間を短縮できるばかりでなく、タービンロータ１の組み立てに要する時間も省くことができる。
【００３８】
また、洗浄溶液５に界面活性剤、緩衝剤を含む燐酸系またはアミン系の防錆剤を投入し、防錆剤の濃度を１０ｐｐｍ〜２５ｗｔ％の範囲に調合し、調合後の溶液のｐＨ値を７．０〜１２の範囲に制御すると、タービンロータ１の超音波洗浄効果を上げることができるとともに、超音波洗浄中のタービンロータ１の腐食を抑制することができる。
【００３９】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２に係るタービンロータの超音波洗浄方法について図６を参照して説明する。
図６は、本発明の実施形態２に係わる蒸気タービンの超音波洗浄における洗浄溶液の脱気方法の概略を示す図である。
【００４０】
本実施形態２は、図２に示した実施形態１に対して、新たに、洗浄槽４Ｂの底部に一つまたは複数の気泡発生器１１を設置したことを特徴とするものであり、その他の部品は図１乃至図５に示す実施形態１と同じである。
【００４１】
すなわち、本実施形態２は図６に示すように、洗浄槽４Ｂの底部に、一つまたは複数の気泡発生器１１を設置し、タービンロータ１を洗浄槽４内の所定の位置まで吊り降ろしロータシャフト２を軸受装置７で載置し、ロータシャフト２と駆動モータ１０とをフランジ部結合した状態で洗浄槽４Ｂ内に洗浄溶液５を注水して超音波洗浄に必要な一定水位に達してから、窒素ガスまたはアルゴンガス等の不活性ガスを貯蔵したガスボンベ１２から、ガスを送る送気管１３を介して、洗浄槽４の底部に設置された気泡発生器１１に窒素ガスまたはアルゴンガス等の不活性ガスを送り込み、気泡発生器１１から無数の微細な窒素ガスまたはアルゴンガス等の不活性ガスの気泡を吹き出して、洗浄溶液５の中に溶け込んでいる溶存酸素を追い出すようにしたものである。
【００４２】
実施形態２によれば、気泡発生器１１から無数の微細な窒素ガスまたアルゴンガス等の不活性ガスの気泡が吹き出されることによって、洗浄溶液５中の溶存酸素を追い出した状態で超音波洗浄を行なうので、実施形態１の効果に加えて、さらに洗浄溶液５に浸漬したタービンロータ１の腐食を抑制することができる。
【００４３】
（実施形態３）
以下、本発明の実施形態３に係るタービンロータの超音波洗浄方法について図７を参照して説明する。
図７は、本発明の実施形態３に係わる蒸気タービンの超音波洗浄における洗浄溶液の温度制御方法の概略を示す図である。
【００４４】
前述した実施形態１では、洗浄溶液５の温度を２０℃以上１００℃未満の範囲、好ましくは３０℃から５０℃の範囲内がよい旨説明したが、本実施形態３では、洗浄溶液５の温度を２０℃以上１００℃未満の範囲、好ましくは３０℃から５０℃の範囲内に制御するために、洗浄槽４Ｂの内部の適当な部位に新たに一つまたは複数の発熱装置１４を設置し、電気ケーブル１５を介して温度制御装置１６によって、洗浄槽４の中の洗浄溶液５の温度を制御しながら、タービンロータ１の超音波洗浄を行うことを特徴とするものであり、その他の部品は実施形態１、２と同じである。
【００４５】
図１２は単位時間における超音波洗浄温度とタービンロータ植込部の単位面積あたりの腐食成分除去率との関係を示す図である。
この図１２から分るように、洗浄溶液５の温度は３０℃から５０℃の範囲内でキャビテーション（空洞現象）が発生しやすいので、この温度範囲が超音波洗浄に適する。また、１００℃になるとタービンロータ植込部の単位面積あたりの腐食成分の除去率は６０℃の除去率に比べて顕著に上がることができず、蒸発が激しいため、１００℃未満の超音波洗浄温度が望ましい。
【００４６】
以上述べたように、本実施形態３によれば、洗浄槽４Ｂの内部の適当な部位に新たに一つまたは複数の発熱装置１４を設置して、電気ケーブル１５を介して温度制御装置１６によって、洗浄槽４の中の洗浄溶液５の温度を２０℃以上１００℃未満の範囲、好ましくは３０℃から５０℃の範囲内の所望の温度範囲に制御した状態で超音波洗浄を行なうようにしたので、実施形態１、２の効果に加えて洗浄溶液５の温度が２０℃〜１００℃の範囲から外れている状態で超音波洗浄する場合に比べ、超音波洗浄に要する時間を短縮することができる。
【００４７】
（実施形態４）
以下、本発明の実施形態４に係るタービンロータの超音波洗浄方法について図８を参照して説明する。
図８は、本発明の実施形態４に係わる蒸気タービンの超音波洗浄における洗浄溶液の攪拌方法の概略を示す図である。
【００４８】
本実施形態４は、図７に示した実施形態３に対して、新たに、洗浄槽４Ｂの内部の適当な上部に一つまたは複数の攪拌装置１７を設置し、洗浄溶液５を攪拌しながらタービンロータ１の超音波洗浄を行うことを特徴とするものであり、その他の部品は図７に示す実施形態３と同じである。
【００４９】
本実施形態４によれば、攪拌装置１７によって洗浄溶液５を攪拌するようにしたので、実施形態３に比べて温度制御装置１６による洗浄槽４内の洗浄溶液５の温度を均一に維持することができ、より一層、超音波洗浄に要する時間を短縮することができる。
【００５０】
本実施形態４では、洗浄槽４Ｂ、投込型超音波振動子装置６および洗浄溶液５を用いてタービンロータ１の超音波洗浄を行うことができる。また、洗浄溶液５の温度、溶存酸素濃度を制御しながら攪拌することによって、実施形態１から３の効果に加えてタービンロータ１の超音波洗浄の時間を短縮することができる。
【００５１】
（実施形態５）
以下、本発明の実施形態５に係るタービンロータの超音波洗浄方法について図９を参照して説明する。
図９は、本発明の実施形態５に係わる蒸気タービンの超音波洗浄における真空中での洗浄方法を示す概略図である。
【００５２】
本実施形態５は、図３に示した実施形態１に対して大きく異なる点は、洗浄槽４Ｂ全体を気密状態に覆うことが可能な気密ハウス１９を新たに設置し、その気密ハウス１９の上部位置に排気管２０を設け、この排気管２０を気密ハウス１９の外部に設置した真空ポンプ２１と連結し、さらに、駆動モータ１０のシャフト１０Ｓが気密ハウス１９の側部を貫通する部分に軸シール１９−Ｓを設けたことを特徴とするものである。その他は図２に示す実施形態１と同じである。
【００５３】
本実施形態５は、タービンロータ１を洗浄槽４Ｂ内の軸受装置１０に載置し、ロータシャフトと駆動モータのフランジ部を結合したあと、洗浄溶液５を注水する前に、気密ハウス１９の外部に設置した真空ポンプ２１により、気密ハウス１９の内部圧力を所定の圧力まで減圧する。例えば、内部圧力を０．０１ＭＰａ〜０．０９ＭＰａの範囲に制御する。この状態で洗浄溶液５を洗浄槽４Ｂ内に注水し、以後、実施形態１と同様に投込型超音波振動子装置６で発生した超音波エネルギーにより洗浄溶液５にキャビテーションを発生させてタービンロータ１の表面およびロータ植込部２ａ、動翼３の間の隙間に蓄積した腐食成分を除去する。
【００５４】
以上述べたように、本実施形態５は、洗浄溶液５の注水に先立って洗浄槽４内を真空引きすることにより、蒸気タービンロータ１のロータ植込部２ａと動翼３との隙間は真空状態となるので、洗浄槽４Ｂに注入された洗浄溶液５は蒸気タービンロータ１と動翼３との隙間に入り易くなる。この状態で、投込型超音波振動子装置６を超音波振動させることにより、実施形態１に比べてロータ植込部２ａと動翼３との隙間から錆スケールや腐食成分の除去をより一層行うことができる。
【００５５】
（実施形態６）
以下、本発明の実施形態６に係るタービンロータの超音波洗浄方法について説明する。
図１０は本発明の実施形態６に係わるガスタービンの超音波洗浄を示す概略断面図であり、図１１（ａ）はガスタービン圧縮機のロータを超音波洗浄する例を示す図、図１１（ｂ）はガスタービン本体のロータを超音波洗浄する例を示す図である。
【００５６】
本実施形態６が、前述した実施形態１と異なる点は、超音波洗浄対象物であるタービンロータが、前述した実施形態１の場合は蒸気タービンロータであるのに対して、本実施形態６はガスタービンロータに適用した点で異なるが、その他の点は同じである。
【００５７】
図１０に示すように、ガスタービンの回転体であるタービンロータ３０は、ガスタービン圧縮機のロータ３１のフランジ部３１Ｆとガスタービン本体のロータ３２のフランジ部３２Ｆとをボルト等で結合して構成されている。
【００５８】
このガスタービンロータ３０を超音波洗浄する際は、フランジ部３１Ｆおよび３２Ｆの結合状態を解いて、ガスタービン圧縮機のロータ３１と、ガスタービン本体のロータ３２とに分離する。その後、図１１（ａ）、図１１（ｂ）のようにそれぞれのロータ３１、３２を超音波洗浄する。
【００５９】
すなわち、図１１（ａ）は、ガスタービン圧縮機のロータ３１をガスタービン本体のロータ３２から分離したあと、ロータ３１をシャフトと動翼とに分解しないで一体構成の状態で洗浄槽４Ｂ内へ吊り降ろして片持ち型の軸受装置７に載置したあと、駆動モータ１０とフランジによって結合し、ガスタービン圧縮機のロータ３１を駆動モータ１０で回転させながら投込型超音波振動装置６により、ガスタービン圧縮機３１の超音波洗浄を行う。
【００６０】
同様に、図１１（ｂ）は、ガスタービン圧縮機のロータ３１を分離した後、ガスタービン本体のロータ３２をシャフトと動翼とに分解しないで一体構成の状態で洗浄槽４Ｂ内へ吊り降ろして片持ち型の軸受装置７に載置したあと、駆動モータ１０とフランジ結合し、ガスタービン本体のロータ３２を駆動モータ１０で回転させながら投込型超音波振動装置６により、ガスタービン本体のロータ３２の超音波洗浄を行う。
本実施形態６によれば、実施形態１と同様に、洗浄槽４Ｂ内に投込型超音波振動子装置６および洗浄溶液５を入れてガスタービンのロータ３０を超音波洗浄することができる。
【００６１】
このガスタービンロータ３０を超音波洗浄するに際しては、蒸気タービンロータ１の超音波洗浄の場合と同様に、洗浄溶液５に界面活性剤、緩衝剤を含む燐酸系またはアミン系の防錆剤を投入するとか、蒸気タービンロータ１の超音波洗浄の場合と同様に、図６のように気泡発生器１１を新たに設けて洗浄溶液５の中に溶け込んでいる溶存酸素を追い出すようにすることとか、図７のように発熱装置１４を設置したり、図８のように攪拌装置１７を設置したり、図９のように洗浄槽４Ｂ全体を覆うように気密ハウス１９を新たに設置するようにしてもよい。これによって、実施形態１〜５と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形してもよい。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の発明を構成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…蒸気タービンロータ、２…ロータシャフト、２ａ…ロータ植込部、３…動翼、４、４Ａ，４Ｂ…洗浄槽、５…洗浄溶液、６…超音波振動子装置、６ａ…超音波振動子、６ｂ…金属製防水用密閉容器、７…軸受装置、８…電気ケーブル、９…超音波発信装置、１０…駆動モータ、１１…気泡発生器、１２…ガスボンベ、１３…送気管、１４…発熱装置、１５…電気ケーブル、１６…温度制御装置、１７…攪拌装置、１９…気密ハウス、２０…排気管、２１…真空ポンプ、３０…ガスタービンロータ、３１…ガスタービン圧縮機のロータ、３２…ガスタービン本体のロータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンあるいはガスタービンの回転体であるタービンロータを洗浄槽内の洗浄溶液に浸した状態で超音波振動子装置により洗浄溶液にキャビテーションを発生させて前記タービンロータに蓄積された錆や腐食成分を洗浄するようにしたタービンロータの超音波洗浄方法において、
ロータ植込部に動翼を植設した状態のタービンロータを洗浄槽内で一部または全体を洗浄溶液に浸け、前記タービンロータを回転駆動手段により連続回転駆動または間欠回転駆動させ、前記洗浄槽内の前記超音波振動子装置に外部に設置した超音波発信器から電力を供給して超音波振動させて洗浄溶液にキャビテーションを発生させ、前記タービンロータに蓄積された錆や腐食成分を超音波洗浄することを特徴とするタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項２】
前記超音波振動子装置は、超音波振動子を金属製の防水用密閉容器内に収容して構成されるとともに、超音波洗浄対象物であるタービンロータの洗浄部位の形状に合わせた形状に構成されたことを特徴とする請求項１項記載のタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項３】
前記超音波振動子装置および前記超音波発信器は、出力が１００ｗ〜２４００ｗ、発振周波数が１２ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの性能を有することを特徴とする請求項１項記載のタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項４】
前記洗浄槽の底部に一つまたは複数の気泡発生器を設置し、当該気泡発生器に送気管を介してガスボンベから不活性ガスを送り込み、前記気泡発生器から吹き出した不活性ガスの気泡によって前記洗浄溶液中の溶存酸素を追い出すこと特徴とする請求項１項記載のタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項５】
前記洗浄槽内に発熱装置を設置するとともに、洗浄槽外に温度制御装置を設置し、前記温度制御装置により前記発熱装置の発熱量を制御して前記洗浄槽内の洗浄溶液の温度を２０℃以上１００℃未満、好ましくは３０℃から５０℃の範囲に制御することを特徴する請求項１記載のタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項６】
前記洗浄槽内に一つまたは複数の攪拌装置を設置して洗浄溶液を攪拌しながらタービンロータを超音波洗浄することを特徴する請求項１記載のタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項７】
洗浄後のタービンロータの腐食を抑制するために、洗浄溶液中に界面活性剤、緩衝剤を含む燐酸系またはアミン系の防錆剤を投入し、防錆剤の濃度を１０ｐｐｍ〜２５ｗｔ％の範囲に調合し、調合後の溶液のｐＨ値を７．０〜１２の範囲に制御することを特徴する請求項１項記載のタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項８】
前記洗浄槽を気密状に覆う気密ハウスを設置し、前記タービンロータを前記洗浄槽内で回転可能な状態に設置して前記回転駆動手段に結合した後、当該気密ハウス内部の圧力を真空ポンプにより所定の負圧、好ましくは０．０１ＭＰａ〜０．０９ＭＰａの範囲に制御し、さらにその後に前記洗浄槽内に洗浄溶液を注水してタービンロータの超音波洗浄を行うことを特徴する請求項１ないし７のいずれか１項記載のタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項１】
蒸気タービンあるいはガスタービンの回転体であるタービンロータを洗浄槽内の洗浄溶液に浸した状態で超音波振動子装置により洗浄溶液にキャビテーションを発生させて前記タービンロータに蓄積された錆や腐食成分を洗浄するようにしたタービンロータの超音波洗浄方法において、
ロータ植込部に動翼を植設した状態のタービンロータを洗浄槽内で一部または全体を洗浄溶液に浸け、前記タービンロータを回転駆動手段により連続回転駆動または間欠回転駆動させ、前記洗浄槽内の前記超音波振動子装置に外部に設置した超音波発信器から電力を供給して超音波振動させて洗浄溶液にキャビテーションを発生させ、前記タービンロータに蓄積された錆や腐食成分を超音波洗浄することを特徴とするタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項２】
前記超音波振動子装置は、超音波振動子を金属製の防水用密閉容器内に収容して構成されるとともに、超音波洗浄対象物であるタービンロータの洗浄部位の形状に合わせた形状に構成されたことを特徴とする請求項１項記載のタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項３】
前記超音波振動子装置および前記超音波発信器は、出力が１００ｗ〜２４００ｗ、発振周波数が１２ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの性能を有することを特徴とする請求項１項記載のタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項４】
前記洗浄槽の底部に一つまたは複数の気泡発生器を設置し、当該気泡発生器に送気管を介してガスボンベから不活性ガスを送り込み、前記気泡発生器から吹き出した不活性ガスの気泡によって前記洗浄溶液中の溶存酸素を追い出すこと特徴とする請求項１項記載のタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項５】
前記洗浄槽内に発熱装置を設置するとともに、洗浄槽外に温度制御装置を設置し、前記温度制御装置により前記発熱装置の発熱量を制御して前記洗浄槽内の洗浄溶液の温度を２０℃以上１００℃未満、好ましくは３０℃から５０℃の範囲に制御することを特徴する請求項１記載のタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項６】
前記洗浄槽内に一つまたは複数の攪拌装置を設置して洗浄溶液を攪拌しながらタービンロータを超音波洗浄することを特徴する請求項１記載のタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項７】
洗浄後のタービンロータの腐食を抑制するために、洗浄溶液中に界面活性剤、緩衝剤を含む燐酸系またはアミン系の防錆剤を投入し、防錆剤の濃度を１０ｐｐｍ〜２５ｗｔ％の範囲に調合し、調合後の溶液のｐＨ値を７．０〜１２の範囲に制御することを特徴する請求項１項記載のタービンロータの超音波洗浄方法。
【請求項８】
前記洗浄槽を気密状に覆う気密ハウスを設置し、前記タービンロータを前記洗浄槽内で回転可能な状態に設置して前記回転駆動手段に結合した後、当該気密ハウス内部の圧力を真空ポンプにより所定の負圧、好ましくは０．０１ＭＰａ〜０．０９ＭＰａの範囲に制御し、さらにその後に前記洗浄槽内に洗浄溶液を注水してタービンロータの超音波洗浄を行うことを特徴する請求項１ないし７のいずれか１項記載のタービンロータの超音波洗浄方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５６３１６（Ｐ２０１３−５６３１６Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７２８７（Ｐ２０１１−１９７２８７）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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