JP2002257764A

JP2002257764A - タービン翼の被膜欠陥検査装置およびその方法

Info

Publication number: JP2002257764A
Application number: JP2001055946A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kubo; 貴博久保; Ichiro Furumura; 一朗古村; Taiji Hirasawa; 泰治平澤; Satoshi Nagai; 敏長井; Kazunari Fujiyama; 一成藤山; Junji Ishii; 潤治石井; Takahisa Kondo; 卓久近藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】翼表面に被覆した被膜の欠陥を簡易にして精確
に検出できるタービン翼の被膜欠陥検出装置およびその
方法を提供する。【解決手段】本発明は、タービン軸２に植設したままの
状態のタービン翼１に対し、架台５に回転自在に支持さ
れた回転用テーブル６に載置し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各
軸上を自在に進退移動し、かつ傾動移動が可能な被膜欠
陥検査監視部７と、この被膜欠陥検査監視部７の進退、
傾動移動を制御するコントローラ８と、この被膜欠陥検
査監視部７からの信号に基づいて被膜３の温度分布を画
像化する赤外線映像信号処理部９を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、翼表面に遮熱性に
優れ、かつ耐酸化性に富む被膜を被覆したタービン翼の
被膜欠陥検査装置およびその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の火力発電プラント、例えば、コン
バインドサイクル発電プラントに適用するガスタービン
は、その入口燃焼ガス温度が高温化の一途をたどってお
り、ひところの１１００℃から１３００℃を経て１５０
０℃以上で運転する計画が進められている。

【０００３】このように高温化の一途をたどるガスター
ビンは、タービン翼内に空気や蒸気を流して冷却させる
一方、翼表面に遮熱性に優れ、かつ耐酸化性に富む被膜
層を形成し、タービン翼の強度保証に努めている。

【０００４】タービン翼に形成した被膜層は、駆動ガス
の偏流、温度変化、圧力変化や起動・停止の繰り返し等
の運転環境により経年的に劣化、損傷、剥離などの欠陥
が生じる場合がある。これら欠陥の予知を検査し、評価
することがタービン翼の安定運転にとって極めて重要で
ある。

【０００５】タービン翼の被膜を検査するにはいくつか
の手法がある。その手法の一つとして拡大鏡を用いる目
視検査である。

【０００６】この手法は、被膜が脱落した位置と脱落し
ていない位置との翼表面状態の差を直接目視により観察
し、記録し、またはＣＣＤカメラを用いてビデオに撮影
するものである。

【０００７】また、被膜の厚み方向に発生した亀裂を検
査するには、浸透探傷方法がある。この手法は、浸透液
を翼表面に塗布し、翼表面を布などで拭いた後、現像液
を翼表面に塗布するものである。亀裂が発生している位
置では、翼表面を拭いた後も浸透液が残るので、現像液
と反応し、亀裂が観察できる。この観察結果を目視によ
り記録し、ＣＣＤカメラを用いてビデオに撮影し、亀裂
検査を行う。

【０００８】最近、翼表面からの被膜の剥離を検査する
手法として、赤外線カメラを用いることが提案されてい
る（特開平１１−１６６９１０号公報）。この手法は、
以下に示す原理に基づいている。

【０００９】被膜の翼表面側に剥離が発生すると、剥離
の部分には空気層ができる。このとき、被膜の外側から
加熱器で加熱すると、熱が空間部分に伝わる。しかし、
空気の熱伝達率は、金属材料に較べて低いので、空間部
分への熱の伝達が遅い。つまり、空間部分があると、健
全な部分に較べて被膜表面の温度が高くなる。

【００１０】このように、赤外線カメラを用いた被膜の
剥離検査方法では、温度の高低を検出し、被膜の剥離の
有無を評価していた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来から行われている
タービン翼に被覆した被膜を検査する手法は、簡易、簡
便性の点で優れているものの、それでも、いくつかの問
題点が含まれている。

【００１２】先ず、目視検査では、被膜が翼表面から剥
離しないかぎり検出することができない。被膜が翼表面
から剥離すると、翼の遮熱性、耐酸化性が失われるの
で、タービン翼の安定運転を考えると、被膜の剥離の前
兆を知ることが大切であるが、この点、目視検査では無
理である。

【００１３】また、被膜層内に発生した亀裂を検査する
浸透探傷方法では、被膜表面に発生した亀裂を検出でき
ても、被膜の剥離の前兆までを検出することが目視検査
と同様に無理である。

【００１４】一方、赤外線カメラを用いた被膜の欠陥検
査方法では、被膜層内の剥離や複雑な形状のものまで検
査できるものの、タービン翼がタービン軸に植設され、
植設されたタービン軸からタービン翼を取り出すことを
考えると、超重量物であるがゆえに長い時間と多くの人
手等を要する問題がある。

【００１５】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、翼表面に被覆した被膜の欠陥を簡易にして
精確に検出できるタービン翼の被膜欠陥検査装置および
その方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るタービン翼
の被膜欠陥検査装置は、上述の目的を達成するために、
請求項１に記載したように、タービン軸に植設したまま
の状態のタービン翼に対し、架台に回転自在に支持され
た回転用テーブルに載置し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸上
を自在に進退移動し、かつ傾動移動が可能な被膜欠陥検
査監視部と、この被膜欠陥検査監視部の進退、傾動移動
を制御するコントローラと、この被膜欠陥検査監視部か
らの信号に基づいて被膜の温度分布を画像化する赤外線
映像信号処理部とを備えたものである。

【００１７】また、本発明に係るタービン翼の被膜欠陥
検査装置は、請求項２に記載したように、被膜欠陥検査
監視部は、タービン翼に被覆した被膜を加熱する加熱器
と、前記タービン翼との距離を計測する距離計測センサ
と、前記加熱した被膜から発生する赤外線を受波する赤
外線カメラとを備えた装置である。

【００１８】また、本発明に係るタービン翼の被膜欠陥
検査装置は、請求項３に記載したように、タービン軸に
植設したタービン翼は、写影体を備えた装置である。

【００１９】また、本発明に係るタービン翼の被膜欠陥
検査装置は、請求項４に記載したように、写影体は、筒
状に形成し、タービン翼を包囲して設置したものであ
る。

【００２０】また、本発明に係るタービン翼の被膜欠陥
検査装置は、請求項５に記載したように、写影体は、円
形、多角形、コーン状、長円状、おわん状の筒状のう
ち、いずれかを選択したことを特徴とするものである。

【００２１】また、本発明に係るタービン翼の被膜欠陥
検査装置は、請求項６に記載したように、写影体は、平
板状に形成し、タービン翼を挟んで一対にして設置した
ものである。

【００２２】また、本発明に係るタービン翼の被膜欠陥
検査装置は、請求項７に記載したように、写影体は、内
側を鏡面に形成したものである。

【００２３】また、本発明に係るタービン翼の被膜欠陥
検査装置は、請求項８に記載したように、加熱器は、ド
ーナツ状に形成し、そのドーナツ状の内部空間に赤外線
カメラのレンズをはめ込む構成にした装置である。

【００２４】また、本発明に係るタービン翼の被膜欠陥
検査装置は、請求項９に記載したように、加熱器はフラ
ッシュランプを用いた装置である。

【００２５】また、本発明に係るタービン翼の被膜欠陥
検査方法は、請求項１０に記載したように、タービン翼
に植設したままの状態のタービン翼を包囲形成する写影
体を設置し、前記タービン翼に対して被膜欠陥検査部を
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸上を自在に進退移動させるとと
もに傾動移動させてセットし、セットした前記被膜欠陥
検査監視部の加熱器で前記タービン翼に被覆した被膜を
加熱し、加熱後、前記被膜から発生する赤外線を前記写
影体を介して赤外線カメラで受波し、受波した赤外線に
基づいて前記被膜の温度分布を画像化する方法である。

【００２６】また、本発明に係るタービン翼の被膜欠陥
検査方法は、請求項１１に記載したように、タービン翼
に被覆した被膜を加熱して前記被膜の温度分布を画像化
する際、前記タービン翼を植設したタービン軸を回転さ
せながら画像化する方法である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るタービン翼の
被膜欠陥検査装置およびその方法を図面および図面に付
した符号を引用して説明する。

【００２８】図１は、本発明の第１実施形態を示す概念
図である。本実施形態において、検査対象としてのター
ビン翼１は、タービン軸２の周方向に沿って列状に植設
されている。また、タービン翼１は、翼表面の腹側、背
側の全域に亘って被膜３が被覆されている。なお、本実
施形態は、タービン翼１をタービン軸２に植設したまま
の状態で被膜３の欠陥を検査するものである。

【００２９】また、タービン翼１には写影体４が設けら
れている。この写影体４は、筒状に形成してタービン翼
１を包囲するもので、赤外線を赤外線カメラに向って効
果的に反射させる構成になっている。なお、この写影体
４は、筒状であれば円形、多角形、翼頂部に向って延び
るにしたがって拡開するコーン状、あるいは長円状また
はおわん型形状であってもよい。また、写影体４は、内
側を鏡面にしてもよい。

【００３０】一方、タービン翼１に被覆した被膜３の欠
陥を検査する検査装置は、架台５に回転自在に支持され
た回転用テーブル６に載設し、Ｘ軸上、Ｙ軸上、Ｚ軸上
を自在に移動し、かつ傾動移動が可能な被膜欠陥検査監
視部７と、被膜欠陥検査監視部７の進退、傾動移動を制
御するコントローラ８と、被膜欠陥検査監視部７からの
信号に基づいて被膜３の温度分布を画像化する赤外線映
像信号処理部９とを備える構成になっている。

【００３１】被膜欠陥検査監視部７は、赤外線カメラ１
０、距離計測センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、
加熱器１２を備えている。赤外線カメラ１０は、写影体
４から反射された赤外線を捉え、捉えた赤外線を赤外線
映像信号処理部９に送っている。そして赤外線映像信号
処理部９は、送られてきた赤外線の情報に基づいてター
ビン翼１の被膜３の温度分布を計測して静止画像または
動画像を表示する。

【００３２】また、距離計測センサ１１ａ、１１ｂ、…
１１ｄは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれに向って進退移
動する被膜欠陥検査監視部７に一対ずつ、かつ赤外線カ
メラ１０に隣接した位置に配置し、赤外線カメラ１０と
タービン翼１との距離を測定するようになっている。

【００３３】また、加熱器１２は、ドーナツ状に形成
し、そのドーナツ状の内部空間に赤外線カメラ１０のレ
ンズをはめ込む構成になっている。なお、加熱器１２
は、球形状のものでもよく、また赤外線カメラ１０の監
視方向に向って少なくとも一つ以上あればよい。また、
加熱器１２は、一瞬に、タービン翼１の被膜３を加熱で
きるフラッシュランプタイプが用いられている。このフ
ラッシュランプタイプは、加熱時間が短時間で済むの
で、検査時間が短縮される。また、加熱器１２は、電球
タイプ、キセノンランプのいずれでもよい。

【００３４】また、架台５に回転自在に支持された回転
用テーブル６には、Ｘ軸方向移動レール１３、Ｙ軸方向
移動レール１４、Ｚ軸方向移動レール１５を備えるとと
もに、傾動自在に移動できる傾斜用テーブル１６を備
え、被膜欠陥検査監視部７を自在に、かつ微調整に進退
・傾動させることができるようになっている。

【００３５】一方、コントローラ８は、距離計測センサ
１１ａ、１１ｂ、…１１ｄで計測したタービン翼１と赤
外線カメラ１０との距離の情報に基づいてＸ、Ｙ、Ｚ各
軸の移動レール１３、１４、１５、回転用テーブル６、
傾斜用テーブル１６の移動を制御し、赤外線カメラ１０
の位置と角度とを予め入力しておいた位置に移動させ
る。

【００３６】次に、本実施形態に係る検査手順を説明す
る。

【００３７】本実施形態は、先ず、写影体４でタービン
軸２に植設したタービン翼１を包囲形成した後、架台５
をタービン翼１に接近させてから、被膜３の欠陥を監
視、検査する。

【００３８】タービン翼１に架台５が配置されると、コ
ントローラ８は被膜欠陥検査監視部７の位置合わせを指
示する。このとき、コントローラ８は、距離計測センサ
１１ａ、１１ｂ、…１１ｄから得られる赤外線カメラ１
０とタービン翼１との距離の情報を基に、傾斜用テーブ
ル１６、Ｘ軸方向移動レール１３、Ｙ軸方向移動レール
１４、Ｚ軸方向移動レール１５、回転用テーブル６のそ
れぞれおよび被膜欠陥監視部７を駆動調整するととも
に、赤外線カメラ１０の位置あるいは被膜欠陥監視部７
の傾き位置を微調整する。

【００３９】赤外線カメラ１０がタービン翼１に対して
適正位置に設置されると、コントローラ８は、加熱器１
２を作動させてタービン翼１を加熱させながら、赤外線
カメラ１０および赤外線映像信号処理部９を駆動し、タ
ービン翼１の被膜３の温度分布を静止画像または動画動
としてデータを赤外線映像信号処理部９に採取させる。

【００４０】次に、コントローラ８は、被膜３が剥離
し、表面温度の高い部分が出た場合、予め計測した赤外
線カメラ１０に映るタービン翼１の投影面積を基に、被
膜３の剥離の大きさを計算し、その結果を記録し、必要
に応じてプリントアウトする。

【００４１】このように、タービン翼１に被覆した被膜
３の剥離の監視検査が終了すると、タービン翼２を回転
させて次々に隣りのタービン翼１を順次連続的に監視検
査し、被膜３の剥離状態を監視する。

【００４２】このように、本実施形態は、タービン翼２
に植設したタービン翼１に対し、被膜欠陥検査監視部７
をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向移動レール１３、１４、
１５に自在に移動させ、かつ傾動用テーブル１６を介し
て傾動させるとともに、被膜３を加熱させ、その際、反
射する赤外線を検出し、被膜３の剥離を検出監視するの
で、タービン翼１への被膜３の付着状態を簡便にして精
確に検出監視することができ、タービン翼１の被膜安定
付着の下、タービン翼１に安定運転を行わせることがで
きる。

【００４３】図２は、本発明の第２実施形態を示す概念
図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分に
は同一符号を付す。

【００４４】本実施形態は、タービン軸２に植設したタ
ービン翼１を挟んで一対の写影体４を設置したものであ
る。これら一対の写影体４は、平板状に形成し、被膜３
から発生する赤外線を赤外線カメラに向って反射させる
構成になっている。なお、平板状の内側は鏡面にしても
よい。また、他の構成は、第１実施形態の構成と同一な
ので、説明を省略する。

【００４５】次に、本実施形態に係る検査手順を説明す
る。

【００４６】本実施形態は、先ず、タービン軸２に植設
したタービン翼１を挟んで一対の写影体４を設置した
後、架台５をタービン翼１に接近させてから被膜３の欠
陥を監視、検査する。

【００４７】タービン翼１に架台５がセットされると、
コントローラ８は、第１実施形態と同様に、被膜欠陥検
査監視部７の距離計測センサ１１ａ、１１ｂ、…１１ｄ
から得られる赤外線カメラ１０とタービン翼１との距離
の情報に基づいて、傾斜用テーブル１６、Ｘ軸方向移動
レール１３、Ｙ軸方向移動レール１４、Ｚ軸方向移動レ
ール１５、回転用テーブル６のそれぞれおよび被膜欠陥
監視検査部７を駆動調整するとともに、赤外線カメラ１
０の位置あるいは被膜欠陥監視部７の傾き位置を微調整
する。

【００４８】次にコントローラ８は、加熱器１２、赤外
線映像信号処理部９、タービン軸２を同期させて駆動す
る。そして、本実施形態は、加熱器１２でタービン翼１
を加熱させている間に、赤外線映像信号処理部９でター
ビン翼１の被膜３の温度分布を静止画像として採取す
る。

【００４９】データ採取後、本実施形態はタービン軸２
をタービン翼１の１枚分だけを回転させ、隣りのタービ
ン翼１の被膜３の欠陥を次々に連続的に検査監視する。

【００５０】このように、本実施形態は、第１実施形態
と同様に、被膜欠陥検査監視部７をタービン翼１に対し
て自在に移動、傾動させて被膜３を加熱させ、加熱の際
に反射する赤外線により被膜３の剥離を検査、監視する
ので、タービン翼１への被膜３の付着状態を簡便にして
精確に検出監視することができ、タービン翼１の被膜安
定付着の下、タービン翼１に安定運転を行わせることが
できる。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明に係るター
ビン翼の被膜欠陥検査装置およびその方法は、タービン
軸に植設したままの状態のタービン翼に対して被膜欠陥
検査監視部をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各軸方向
に自在に移動させ、かつ自在に傾動させ、加熱した被膜
の反射波としての赤外線の情報から温度分布を画像化す
るので、より精確に被膜の剥離を検出監視することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す概念図。

【図２】本発明の第２実施形態を示す概念図。

【符号の説明】

１タービン翼２タービン軸３被膜４写影体５架台６回転用テーブル７被膜欠陥検査監視部８コントローラ９赤外線映像信号処理部１０赤外線カメラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ距離計測センサ１２加熱器１３Ｘ軸方向移動テーブル１４Ｙ軸方向移動テーブル１５Ｚ軸方向移動テーブル１６傾斜用テーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平澤泰治神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者長井敏神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者藤山一成神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者石井潤治神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者近藤卓久東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内Ｆターム(参考） 2G040 AA06 AB08 BA26 DA06 EA06 2G051 AA88 AB02 AB12 AC15 BA06 CA04 DA08 EA12 2G066 AC16 CA01 CA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タービン軸に植設したままの状態のター
ビン翼に対し、架台に回転自在に支持された回転用テー
ブルに載置し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸上を自在に進退
移動し、かつ傾動移動が可能な被膜欠陥検査監視部と、
この被膜欠陥検査監視部の進退、傾動移動を制御するコ
ントローラと、この被膜欠陥検査監視部からの信号に基
づいて被膜の温度分布を画像化する赤外線映像信号処理
部とを備えたことを特徴とするタービン翼の被膜欠陥検
査装置。
【請求項２】被膜欠陥検査監視部は、タービン翼に被
覆した被膜を加熱する加熱器と、前記タービン翼との距
離を計測する距離計測センサと、前記加熱した被膜から
発生する赤外線を受波する赤外線カメラとを備えたこと
を特徴とする請求項１記載のタービン翼の被膜欠陥検査
装置。
【請求項３】タービン軸に植設したタービン翼は、写
影体を備えたことを特徴とする請求項１記載のタービン
翼の被膜欠陥検査装置。
【請求項４】写影体は、筒状に形成し、タービン翼を
包囲して設置することを特徴とする請求項３記載のター
ビン翼の被膜欠陥検査装置。
【請求項５】写影体は、円形、多角形、コーン状、長
円状、おわん状の筒状のうち、いずれかを選択したこと
を特徴とする請求項３記載のタービン翼の被膜欠陥検査
装置。
【請求項６】写影体は、平板状に形成し、タービン翼
を挟んで一対にして設置することを特徴とする請求項３
記載のタービン翼の被膜欠陥検査装置。
【請求項７】写影体は、内側を鏡面に形成したことを
特徴とする請求項５または６記載のタービン翼の被膜欠
陥検査装置。
【請求項８】加熱器は、ドーナツ状に形成し、そのド
ーナツ状の内部空間に赤外線カメラのレンズをはめ込む
構成にしたことを特徴とする請求項２記載のタービン翼
の被膜欠陥検査装置。
【請求項９】加熱器はフラッシュランプを用いたこと
を特徴とする請求項２記載のタービン翼の被膜欠陥検査
装置。
【請求項１０】タービン翼に植設したままの状態のタ
ービン翼を包囲形成する写影体を設置し、前記タービン
翼に対して被膜欠陥検査監視部をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各
軸上を自在に進退移動させるとともに、傾動移動させて
セットし、セットした前記被膜欠陥検査監視部の加熱器
で前記タービン翼に被覆した被膜を加熱し、加熱後、前
記被膜から発生する赤外線を前記写影体を介して赤外線
カメラで受波し、受波した赤外線に基づいて前記被膜の
温度分布を画像化することを特徴とするタービン翼の被
膜欠陥検査方法。
【請求項１１】タービン翼に被覆した被膜を加熱して
前記被膜の温度分布を画像化する際、前記タービン翼を
植設したタービン軸を回転させながら画像化することを
特徴とする請求項９に記載のタービン翼の被膜欠陥検査
方法。