JP2002089842A - ガスタービン及びその補修方法 - Google Patents
ガスタービン及びその補修方法Info
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Abstract
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。 【解決手段】空気を作動流体として圧縮する圧縮機1
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2、燃焼ガスの膨張の際に回転動力を発生す
るタービン3、を備えたガスタービンにおいて、円筒形
状のライナ5と、ライナ5から作動流体がタービン3へ
移行するトランジションピース6と、タービン3の回転
軸方向に平行な領域を有したトランジションピース6の
出口部13と、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14と、出口部13の出口
付近の剛性を確保するようにされた額縁部分11とを備
える。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
6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。
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。
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。
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。
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。
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1
9’をトランジションピース6に溶接する。
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。
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。
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。
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2
1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。
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。
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。
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2
1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。
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。
ース構造を示す断面図。
ース補修方法(手順)を示す図。
ース出口部を示す断面図。
ピース補修方法(手順)を示す図。
ションピース補修方法(手順)を示す図。
ションピース補修方法(手順)を示す図。
面図。
示す図。
を示す断面。
を示す側面図。
ジションピース補修方法(手順)を示す図。
ジションピース補修方法(手順)を示す図。
ジションピース補修方法(手順)を示す図。
ジションピース補修方法(手順)を示す図。
ジションピース補修方法(手順)を示す図。
ジションピース補修方法(手順)を示す図。
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、1
9…中継部材、20…切断面、21…板厚一定領域。
Claims (7)
- 【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、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、を備えたことを特徴とするガスタービン。 - 【請求項2】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
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2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4】請求項2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5】請求項2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6】請求項2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。 - 【請求項7】請求項1に記載のものにおいて、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
ことを特徴とするガスタービン。
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