JP2006097649A - ガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガスタービン動翼をタービンディスクに組込んだ状態でガスタービン動翼の１本１本のチップシュラウドの高さを計測できるガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置を提供することである。
【解決手段】 ガスタービン動翼２のチップシュラウド３の上部に位置するように天井部１３を配置し、ガスタービン動翼２のエンジェルフィンの外周面に接して天井部１３を支持する脚部１２を設け、エンジェルフィン９の外周面位置を基準としてチップシュラウド９の位置を計測する計測部１４を天井部１３に取り付ける。これにより、タービンディスク１よりガスタービン動翼２を分解することなく、かつ精度良く、ガスタービン動翼２のチップシュラウド９の変形計測をかのうとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスタービン動翼のチップシュラウドの変形量を計測するガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置及び方法に関する。

一般に、発電用ガスタービンは燃焼器で発生した燃焼ガスを直接作動媒体として回転エネルギーに変換しており、ガスタービン動翼は高温ガスに曝されながら高速で回転している。ガスタービン動翼の先端部にはチップシュラウドが設けられ、このガスタービン動翼のチップシュラウドは、ガスタービン動翼の振動増加を低減させるために隣接する翼間のチップシュラウド結合部で接触（以下、結合と呼ぶ）している。

ガスタービン動翼は高温ガスに曝されながら高速で回転していることから、ガスタービン動翼のチップシュラウドも高温に曝されながら大きな遠心力を受けることとなり、長時間の運転によりクリープ変形を生じる。チップシュラウドのクリープ変形により結合が外れると、大きな損傷に至る可能性がある。よって、ガスタービンプラントが停止している期間において、隣接するガスタービン動翼のチップシュラウドの結合寸法が十分確保されていることを確認する必要がある。

通常、隣接するガスタービン動翼のチップシュラウドの結合寸法が十分確保されているか否かの確認方法として次の２つの方法がある。１つはタービンディスクに組込まれたガスタービン動翼の隣接するチップシュラウド間の結合部の段差を計測し、結合寸法を算出する方法である。もう１つはガスタービン動翼をタービンディスクより分解し、専用の計測装置にて１本ずつチップシュラウドの高さを計測し、隣接するガスタービン動翼のチップシュラウドの結合寸法を算出する方法である。

図５は、タービンディスクに組込まれたガスタービン動翼の隣接するチップシュラウド間の結合部の段差を計測し、結合寸法を算出する方法の説明図であり、図６は図５のチップシュラウド近傍の詳細図である。まず、図５に示すように、タービンディスク１を回転させて測定対象のガスタービン動翼２をフロア５の垂直方向に移動させる。そして、フロア５にセットされたダイヤルゲージ４をタービンディスク１に組込まれたガスタービン動翼２のチップシュラウド３に当て、図６に示すように、ガスタービン動翼２の腹側チップシュラウド３ａの値を計測する。その後に、タービンディスク１及びガスタービン動翼２をゆっくり回転させ、ガスタービン動翼２の背側チップシュラウド３ｂの値を計測する。

そして、ガスタービン動翼２の腹側チップシュラウド３ａの値とガスタービン動翼２の背側チップシュラウド３ｂの値との差分が隣接するチップシュラウド３間の結合部の段差であり、事前に計測した腹側チップシュラウド３ａの厚さと結合部の段差との差分が隣接するガスタービン動翼２のチップシュラウド３の結合寸法である。

図７は、ガスタービン動翼をタービンディスクより分解し、専用の計測装置にて１本ずつチップシュラウドの高さを計測し、隣接するガスタービン動翼のチップシュラウドの結合寸法を算出する方法の説明図である。

タービンディスク１より分解したガスタービン動翼２をガスタービン動翼固定治具６に固定し、ガスタービン動翼２の任意の基準位置から腹側チップシュラウド３ａ及び背側チップシュラウド３ｂの高さを専用の計測装置７にて計測する。同様の計測を隣に組込まれていたガスタービン動翼２に対しても行い、隣接するガスタービン動翼２のチップシュラウド３の結合部の段差を計算し、事前に計測した腹側チップシュラウド３ａの厚さから先に計算した段差を差引いて結合寸法を求める。

また、ガスタービン動翼を計測加工治具により水平に固定し、板状ゲージの刳り抜き孔をガスタービン動翼の外周側を挿通させながらスキミゲージを用いてガスタービン動翼との間隙を計測し、ガスタービン動翼の軸方向と直交する断面形状の変形を測定するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３６４３８２号公報（図２）

しかしながら、図５に示したタービンディスク１に組込まれたガスタービン動翼２の隣接するチップシュラウド３間の結合部の段差を計測し結合寸法を算出する方法は、タービンディスク１よりガスタービン動翼２を分解せずに結合寸法を算出することができるが、タービンディスク１に組込まれたガスタービン動翼２は周方向あるいは半径方向に僅かに動くので、隣接するチップシュラウド３間の結合部の段差は計測毎に異なった値を示すことがある。

すなわち、タービンディスク１に組込まれたガスタービン動翼２は、タービンディスク１の翼植込部とガスタービン動翼の植込部とに多少の隙間があり、ガスタービン動翼２は周方向にも半径方向にも僅かに動く。従って、隣接するチップシュラウド３間の結合部の段差を計測する際には、計測対象のガスタービン動翼２がタービンディスク１の真下にくるようにし、ガスタービン動翼２の自重でタービンディスク１の翼植込部にきちんと接触させるようにしなければならない。それでも計測対象のガスタービン動翼２の段差は計測毎に異なった値を示すことがある。

一方、図７に示したガスタービン動翼２をタービンディスク１より分解し、専用の計測装置にて１本ずつチップシュラウドの高さを計測し、隣接するガスタービン動翼のチップシュラウドの結合寸法を算出する方法は、ガスタービン動翼２の植込部を動翼固定治具６に取り付け、専用の計測装置でチップシュラウド３の高さを計測するので計測精度は良いが、計測のためにタービンディスク１よりガスタービン動翼２を取り外し分解しなければならない。また、特許文献１の場合も同様にガスタービン動翼２をタービンディスク１から取り外してチップシュラウド３を計測するので、ガスタービン動翼２の取り外し作業を伴う。

つまり、計測精度を考慮すると、タービンディスク１に組込まれた隣接するガスタービン動翼２のチップシュラウド３の段差を計測するよりも、ガスタービン動翼２の１本１本についてチップシュラウド３の高さを計測する方が良い。しかし、ガスタービン動翼２の１本１本についてチップシュラウド３の高さを計測する方法では、ガスタービン動翼２の植込部を基準にチップシュラウド２の高さを計測しているため、タービンディスク１にガスタービン動翼２が組込まれた状態では計測できず、本来、ガスタービン動翼２をタービンディスク１より抜取る予定がない場合でも、チップシュラウド３の変形計測のためだけにガスタービン動翼２をタービンディスク１より分解する必要があり、大掛かりな作業が発生している。

本発明の目的は、ガスタービン動翼をタービンディスクに組込んだ状態でガスタービン動翼の１本１本のチップシュラウドの高さを計測できるガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置及び方法を提供することである。

本発明に係わるガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置は、ガスタービン動翼のチップシュラウドの上部に位置するように配置される天井部と、前記ガスタービン動翼のエンジェルフィンの外周面に接して設置され前記天井部を支持する脚部と、前記天井部に取り付けられ前記エンジェルフィンの外周面位置を基準として前記チップシュラウドの位置を計測する計測部とを備えたことを特徴とする。

ガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測方法は、本発明のガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置を用いてガスタービン動翼のチップシュラウドの変形量を計測することを特徴とする。

本発明によれば、タービンディスクよりガスタービン動翼を分解することなく、かつ精度良く、ガスタービン動翼のチップシュラウドの変形計測が可能である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置の構成図である。ガスタービン動翼２は、隣接するガスタービン動翼２のチップシュラウド３が互いに結合するようにタービンディスク１の全周にわたり植え込まれている。また、ガスタービン動翼２には燃焼ガスの流れに対して上下流側の２箇所に、ガスタービン動翼２の植込部底面８より同じ位置にエンジェルフィン９が設置されている。エンジェルフィン９はガスタービン動翼２と図示省略のガスタービン静翼との間から高温ガスが漏れ出すのを防ぐものであり、エンジェルフィン９とガスタービン静翼に設置されているプレートにて高温ガスをシールする。

本発明では、ガスタービン動翼２がタービンディスク１に組み込まれた状態で、ガスタービン動翼２のエンジェルフィン９の外周面１０を基準としてチップシュラウド３の高さを計測する。

すなわち、ガスタービン動翼２をタービンディスクに組み込んだ状態で計測の基準がとれるのは、タービンディスク１の外周面、ガスタービン動翼２のプラットフォーム上面２４、エンジェルフィン９の外周面１０のいずれかである。タービンディスク１はガスタービン動翼２の植え込み状態によって多少のガタを有するため、計測精度に問題が生じる。ガスタービン動翼２のプラットフォーム上面２４は鋳肌面であるため、やはりこちらも計測精度に問題がある。

一方、エンジェルフィン９は機械加工面であり、また、ガスタービンの運転においても摩耗や変形等が生じないことから、このエンジェルフィン９の外周面１０を基準にチップシュラウド３の高さ計測を行うのが最も良い。そこで、本発明のチップシュラウド変形計測装置１１は、エンジェルフィン９の外周面１０を基準としてチップシュラウド３の高さを計測する。

チップシュラウド変形計測装置１１は、２本の同じ長さの脚部１２と天井部１３とから門型が形成されており、天井部１３には計測部１４が設置されている。第１の実施の形態では、チップシュラウド変形計測装置１１の２本の脚部１２が、タービンディスク１に植え込まれたガスタービン動翼２の２箇所のエンジェルフィン９の外周面１０にそれぞれ接するように設置される。

これにより、タービンディスク１とガスタービン動翼２との植え込み部にある多少の隙間により、ガスタービン動翼２が周方向あるいは半径方向に動いた場合であっても、ガスタービン動翼２のエンジェルフィン９の外周面１０を基準としたチップシュラウド３の高さを精度良く計測することが可能となる。すなわち、タービンディスク１からガスタービン動翼２を取り外すことなく、チップシュラウド３の高さを精度良く計測することが可能となる。

第１の実施の形態によれば、計測部１４が取り付けられた天井部１３を支持する脚部１２を、ガスタービン動翼２のエンジェルフィン９の外周面１０に接して設置するので、ガスタービン動翼２のエンジェルフィン９の外周面１０を計測の基準とすることができる。従って、タービンディスク１からガスタービン動翼２を取り外すことなく、チップシュラウド３の高さを精度良く計測することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図２は本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、２本の脚部１２をエンジェルフィン９に着脱自在に固定する固定部１５を追加して設けたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

図２において、固定部１５は、連結部１６と把持部１７とから構成され、連結部１６は脚部１２と並んで天井部１３からエンジェルフィン９に向けて配置されている。連結部１６の一方端は天井部１３を貫通し、その一方端部には回転操作部２５が設けられている。回転操作部２５は連結部１６に回転を加えることによって連結部１６を直線運動させ、エンジェルフィン９方向に進退させるものである。また、連結部１６の他方端は脚部１２の先端部を貫通し、その他方端部には把持部１７が取り付けられている。把持部１７はエンジェルフィン９の下部に当接し、この把持部１７と脚部１２の先端部とでエンジェルフィンを両側から把持し、脚部１２をエンジェルフィン９に固定する。

すなわち、天井部１３側の回転操作部２５を回転させることにより、連結部１６をエンジェルフィン９方向に直線的に移動させ、連結部１６の他方端部の把持部１７と脚部１２の先端部とでエンジェルフィンを両側から把持し、脚部１２をエンジェルフィン９に固定する。

第２の実施の形態によれば、固定部１５によりチップシュラウド変形計測装置１１をガスタービン動翼２のエンジェルフィン９に固定できるので、チップシュラウド３の高さを計測する際、タービンディスク１に組み込まれたガスタービン動翼２の向きに関係なく、チップシュラウド変形計測装置１１のガタツキを排除することができる。従って、エンジェルフィン９を基準としたガスタービン動翼２のチップシュラウド３の高さをより精度良く計測することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図３は本発明の第３の実施の形態に係わるガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置の構成図である。この第３の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、ガスタービン動翼のチップシュラウドの上部全域に亘って計測部を移動可能とした可動部を天井部に設けたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

図３に示すように、天井部１３には計測部１４を移動可能とした可動部２６が設けられている。可動部２６は天井部１３の横方向（Ｘ方向）に移動する横方向移動部１８と天井部１３の縦方向（Ｙ方向）に移動する縦方向移動部１９とからなり、横方向移動部１８に計測部１４が搭載され、また、横方向移動部１８は縦方向移動部１９に搭載されている。

横方向移動部１８はガスタービン動翼のチップシュラウド３の上部の横方向を移動し、縦方向移動部１９はチップシュラウド３の上部の縦方向を移動して、チップシュラウド３の上部全域に亘って計測部１４を移動させる。これにより、計測部１４はガスタービン動翼のチップシュラウド３のすべての部位の変形計測が可能となる。

以上の説明では、図２に示した第２の実施の形態に対して、可動部２６を設けた場合について説明したが、図１に示した第１の実施の形態に対して、可動部を設けるようにしてもよい。

第３の実施の形態によれば、可動部２６により計測部１４をチップシュラウド３の上部全域に亘って移動させることができるので、タービンディスク１からガスタービン動翼２を取り外すことなく、ガスタービン動翼２のチップシュラウド３の任意の位置の高さを精度良く計測することができる。

次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。図４は本発明の第４の実施の形態に係わるガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置の構成図である。この第４の実施の形態は、図１に示した第１実施の形態または図２に示した第２実施の形態におけるチップシュラウド変形計測装置１１に、取付高さ及び取付角度を調節でき移動可能な支持台部２０を設けたものである。

支持台部２０は、任意の方向に向けられる固定台２１と、高さ調整が可能な支持脚２２と、支持脚２２の先端部に設けられ床面を自在に移動可能な移動機構部２３とから構成されている。支持台部２０の固定台２１はチップシュラウド変形計測装置１１に取り付けられ、チップシュラウド変形計測装置１１の傾き位置に応じてチップシュラウド変形計測装置１１を支持できるようになっている。

すなわち、タービンディスク１は円筒状のガスタービン軸に対応して形成されており、ガスタービン動翼２はガスタービン軸の円周方向に複数個、例えば９２本が配列されており、ガスタービン軸の回転によりガスタービン動翼２はガスタービン軸を中心として回転移動する。ガスタービン動翼２が真下ではなく回転移動した状態であっても支持台部２０により、そのガスタービン動翼２の位置にチップシュラウド変形計測装置１１の本体を支持する。

第４の実施の形態によれば、チップシュラウド変形計測装置１１の脚部１２に取付高さ及び取付角度を調節でき移動可能な支持台部２０を設けたので、ガスタービン動翼２が任意の位置及び向きにおいても、チップシュラウド変形計測装置１１のガスタービン動翼２への取り付け及び取り外しを容易にできる。

本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置の構成図。 本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置の構成図。 本発明の第３の実施の形態に係わるガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置の構成図。 本発明の第４の実施の形態に係わるガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置の構成図。 タービンディスクよりガスタービン動翼を分解せずにチップシュラウドの結合寸法を計測する従来手法の説明図。 タービンディスクよりガスタービン動翼を分解せずにチップシュラウドの結合寸法を計測する従来手法の計測部位の詳細図。 タービンディスクよりガスタービン動翼を分解しチップシュラウドの結合寸法を計測する従来手法の説明図。

符号の説明

１…タービンディスク、２…ガスタービン動翼、３…チップシュラウド、３ａ…腹側チップシュラウド、３ｂ…背側チップシュラウド、４…ダイヤルゲージ、５…フロア、６…ガスタービン動翼固定治具、７…専用の計測装置、８…ガスタービン動翼の植込部底面、９…エンジェルフィン、１０…エンジェルフィン外周面、１１…チップシュラウド変形計測装置、１２…脚部、１３…天井部、１４…計測部、１５…固定部、１６…連結部、１７…把持部、１８…横方向移動部、１９…縦方向移動部、２０…支持台部、２１…固定台、２２…支持脚、２３…移動機構部、２４…プラットフォーム上面、２５…回転操作部、２６…可動部

Claims (4)

1. ガスタービン動翼のチップシュラウドの上部に位置するように配置される天井部と、前記ガスタービン動翼のエンジェルフィンの外周面に接して設置され前記天井部を支持する脚部と、前記天井部に取り付けられ前記エンジェルフィンの外周面位置を基準として前記チップシュラウドの位置を計測する計測部とを備えたことを特徴とするガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置。
2. ガスタービン動翼のチップシュラウドの上部に位置するように配置される天井部と、前記ガスタービン動翼のエンジェルフィンの外周面に接して設置され前記天井部を支持する脚部と、前記脚部を前記エンジェルフィンに着脱自在に固定する固定部と、前記天井部に取り付けられ前記エンジェルフィンの外周面位置を基準として前記チップシュラウドの位置を計測する計測部とを備えたことを特徴とするガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置。
3. 前記天井部に設けられ、前記ガスタービン動翼のチップシュラウドの上部全域に亘って前記計測部を移動可能とした可動部を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一記載のガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測装置を用いてガスタービン動翼のチップシュラウドの変形量を計測することを特徴とするガスタービン動翼のチップシュラウド変形計測方法。
   
   

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