JP2007113412A - タービン翼点検装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でかつ使いやすいガスタービン翼点検装置を提供する。
【解決手段】タービンロータ４０を低速で回転可能なターニング装置５０を備えるガスタービン３０のタービン翼３７の健全性を確認するためのガスタービン翼点検装置２０であって、該ガスタービン３０のタービンケーシング３１に設けられたタービン翼検査孔４１、４２、４３から挿入し、該タービン翼３７を観察するタービン翼観察手段７０と、該ターニング装置５０に連結し、該ターニング装置５０を介して、該タービンロータ４０の回転を任意に制御可能なタービンロータ回転制御手段６０と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービン翼の健全性を確認するためのタービン翼点検装置に関し、特にタービンロータを低速で回転可能なターニング装置を備えるタービンのタービン翼点検装置に関する。

周知のようにタービンは、作動流体を膨張させて、その熱エネルギーを機械仕事として取り出す回転機械であって、発電所ではガスタービン、スチームタービンが多く使用されている。

図６は、加圧流動床ボイラを用いた発電プラント１の概略的構成の一部を示す図である。加圧流動床ボイラ２ａ、２ｂは、圧力容器３ａ、３ｂ内に設置されており、炉内は、約１ＭＰａの圧力に保持されている。加圧流動床ボイラ２ａ、２ｂは、火炉内に流動媒体４ａ、４ｂを保有し、流動媒体４ａ、４ｂは、炉底５ａ、５ｂから供給される空気で、流動化される。燃料となる石炭などは、石炭、石灰石、及び水が混合された状態で、燃料供給管路６ａ、６ｂを通じて、火炉の下部の流動媒体４ａ、４ｂ中に供給される。また、加圧流動床ボイラ２は、流動層の層高を調整するために、流動媒体を貯留するＢＭ（ベッドマテリアル）タンク７ａ、７ｂを有する。

加圧流動床ボイラ２は、水管８及び汽水分離器９を有し、石炭を燃焼させた燃焼熱により蒸気を発生させ、蒸気タービン１０、発電機１１を駆動し発電を行う。燃焼ガスは、除塵装置１２ａ、１２ｂを介して燃焼ガス中の石炭灰を除去し、ガスタービン１３に送られ、ガスタービン１３は発電機１４を駆動し発電を行う。ガスタービン１３へは、基本的には石炭灰を除去したガスが供給されるが、石炭の種類などで除塵装置１２ａ、１２ｂの性能も変化し、石炭灰が除塵装置１２ａ、１２ｂをリークする場合もある。このためガスタービン翼には、耐摩耗性のコーティングが施されている。

加圧流動床ボイラ２からの燃焼ガス中に含まれる石炭灰粒子によりガスタービン翼が磨耗すると、回転力を伝えるための翼接触面積が低下し、タービンの性能低下が起こる。このためタービン翼を点検し、翼の磨耗状態を確認する必要がある。このため従来から、ボアスコープ、ファイバースコープやＣＣＤを内蔵した電子内視鏡を、ケーシングに設けられた点検孔からケーシング内に挿入し、タービン翼の点検が行われている。

ガスタービン翼は、多くのタービンブレードから構成されており、タービン翼を少しづつ回転移動させ、タービンブレードを１枚１枚点検する方法が多く用いられている。しかしながら、この方法は、手間がかかることから、タービン翼の点検を自動化する方法がいくつか提案されている。例えば特許文献１には、航空機のジェットエンジンのタービンブレードに生じるクラック等の損傷を検出する技術が開示されている。

この技術は、タービンブレードが配設されているタービンロータを回転させるターニングツールと、このターニングツールの回転を制御するターニングツールコントロールユニットとを備え、内視鏡を予めタービンブレードに対して位置決め固定しておき、ターニングツールをターニングツールコントロールユニットで制御し、タービンロータを回転、停止させタービンブレードを一枚ずつ内視鏡で検査するものである。

また航空機用のジェットエンジンや発電所などで使用されるタービンブレードに発生するクラック等の損傷を検出するタービンブレード検査システムとして、タービンロータを回転させるターニングツールと、タービンブレードに生じた損傷を観察するためにタービンブレードが視界に入るように位置決め固定された電子内視鏡と、この内視鏡に設けた照明光学系を介してタービンブレードを照明する光源装置と、電子内視鏡の内視鏡画像を記録する記録手段とを備え、ターニングツールにて回転する複数のタービンブレードを所望のタイミングで１枚ずつ内視鏡の視界に入るようにシフトさせ、このタービンブレードが内視鏡の視界に入るタイミング毎に撮像される内視鏡画像を順次記録手段に記録する技術が開示されている（例えば特許文献２参照）。
特公昭６２−３５６１４号公報 特開平７−１１３７４９号公報

特許文献１及び特許文献２に開示されている技術は、タービンブレードの点検を自動化するものではあるが、内視鏡を固定しているため、タービンブレードを所定の角度でしか撮像することができない。また、ターニングツールを用いて予め定める速度でタービンロータを回転させているため、特定のタービンブレードを詳細に点検したい場合であっても調整が容易ではない。また特許文献１及び特許文献２に開示されている技術は、点検装置が複雑で、コストも決して安価とは言えない。

タービンブレードの点検については、タービンブレードの点検を自動化したいと言う要望の他、１枚のタービンブレードを入念に点検したいとの要望もある。１枚のタービンブレードを入念に点検するためには、タービンブレードを微小区間移動させたり、必要に応じてタービンロータを逆方向に回転させる必要が生じるが、特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、これらに対応するものではない。これらのことから、簡単にタービンブレードを微小区間移動させたり、逆回転させる手段が求められている。またタービンブレードを微小区間移動させたり、逆回転させる手段を、既存のタービンに容易に適用することができればより好ましい。

本発明の目的は、簡単な構成でかつ使いやすいタービン翼点検装置を提供することにある。

本発明は、タービンロータを低速で回転可能なターニング装置を備えるタービンのタービン翼の健全性を確認するためのタービン翼点検装置であって、
該タービンのタービンケーシングに設けられたタービン翼点検孔から挿入し、該タービン翼を観察するタービン翼観察手段と、
該ターニング装置に連結し、該ターニング装置を介して、該タービンロータの回転を任意に制御可能なタービンロータ回転制御手段と、
を含むことを特徴とするタービン翼点検装置である。

また本発明で、前記ターニング装置は、ターニングモータと、該ターニングモータの回転を前記タービンロータに伝達可能な回転伝達手段とを備え、
前記タービンロータ回転制御手段は、該回転伝達手段の一部を構成し該ターニングモータの回転軸と連結するターニングモータ回転軸連結体に連結し、該回転伝達手段を介して前記タービンロータを回転させる圧縮空気駆動のエアモータ、又は電動モータであることを特徴とする請求項１に記載のタービン翼点検装置である。

また本発明で、前記ターニング装置は、ターニングモータと、該ターニングモータの回転を前記タービンロータに伝達可能な回転伝達手段とを備え、
前記タービンロータ回転制御手段は、該ターニングモータの回転を制御可能なインバータであることを特徴とする請求項１に記載のタービン翼点検装置である。

本発明のタービン翼点検装置は、タービンロータを低速で回転可能なターニング装置を備えるタービンのタービン翼の健全性を確認するためのタービン翼点検装置であって、タービンのタービンケーシングに設けられたタービン翼点検孔から挿入し、タービン翼を観察するタービン翼観察手段と、ターニング装置に連結し、ターニング装置を介して、タービンロータの回転を任意に制御可能なタービンロータ回転制御手段と、を含むので、タービンロータの位置の調整を容易に行うことが可能で、容易にタービン翼の点検を行うことができる。またタービン翼点検装置の構成が簡単で取扱が容易である。

また本発明によれば、ターニング装置は、ターニングモータと、ターニングモータの回転をタービンロータに伝達可能な回転伝達手段とを備え、タービンロータ回転制御手段は、回転伝達手段の一部を構成しターニングモータの回転軸と連結するターニングモータ回転軸連結体に連結し、回転伝達手段を介してタービンロータを回転させる圧縮空気駆動のエアモータ、又は電動モータであるので、取扱が容易で簡単にタービンロータの位置の調整を行うことができる。またタービンロータ回転制御手段は、エアモータ、又は電動モータであるので、安価であるとともに、既存のタービンにも容易に適用することができる。

また本発明によれば、ターニング装置は、ターニングモータと、ターニングモータの回転をタービンロータに伝達可能な回転伝達手段とを備え、タービンロータ回転制御手段は、ターニングモータの回転を制御可能なインバータであるので、タービンロータの位置の調整を容易に行うことができる。また構成が簡単で取扱が容易である。

図１は本発明の実施の一形態としてのガスタービンのタービン翼点検装置２０の概略的構成を示す図である。図２は、図１のガスタービンの要部を示す部分断面図である。また図３は、ガスタービンのタービン動翼、タービン静翼部分の拡大図である。本実施形態では、加圧流動床発電プラントのガスタービンを例として説明するけれども、ガスタービンが加圧流動床発電プラントのガスタービンに限定されないことは言うまでもない。

本タービン翼点検装置２０は、ガスタービンのタービン翼を点検するための装置であって、主としてガスタービン３０のタービンロータを低速で回転させるターニング装置５０、ターニング装置５０に連結し、ターニング装置５０を介して、タービンロータの回転を任意に制御可能なタービンロータ回転制御手段６０、タービン翼を観察ためのボアスコープ７０を含み構成されている。

本ガスタービン３０は、図示を省略した加圧流動床ボイラから送られる燃焼ガスを駆動源とし、ガスタービン３０と連結する発電機７５を駆動し発電を行う。ガスタービン３０は、同一の軸７１上に図示を省略した加圧流動床ボイラへ圧縮空気を送る空気圧縮機８０を有し、発電機７５と同様、空気圧縮機８０を駆動する。また空気圧縮機８０には起動モータ９０が接続されている。

また、図２に示すようにガスタービン３０と空気圧縮機８０とは、同軸７１上に配設され、タービンケーシング３１、空気圧縮機ケーシング８１は別々に形成されている。図示を省略した加圧流動床ボイラで発生した燃料ガスは、熱交換器３２、管路３３を経由してタービンケーシング３１に配設されるタービン動翼３４を回転させる。タービン動翼３４を回転させ膨張した燃焼ガスは、ディフューザ３５を経由して外部に排気される。空気圧縮機８０は、吸込みチャンバ８２を経由して大気を吸込み、空気圧縮機ケーシング８１内に配設される空気圧縮機動翼８３で空気を圧縮し、圧縮された空気は、ディフューザ８４、排気チャンバ８５、及び熱交換器３２を経由して図示を省略した加圧流動床ボイラへ圧送される。

図３に示すようにガスタービン３０は、タービン動翼３４とタービン静翼３６とで形成されるタービン翼３７をタービンケーシング３１内に有する。タービンケーシング内３１には、上流側から順に第一段動翼３４ａ、第二段動翼３４ｂ、第三段動翼３４ｃと、第一段静翼３６ａ、第二段静翼３６ｂ、第三段静翼３６ｃと、第一段シュラウド３８ａ、第二段シュラウド３８ｂ、第三段シュラウド３８ｃが配設されている。第一段動翼３４ａ、第二段動翼３４ｂ、第三段動翼３４ｃは、各々第一段ディスク３９ａ、第二段ディスク３９ｂ、第三段ディスク３９ｃの外周に植設されており、タービンディスク３９はタービン軸７１に連結されタービンロータ４０を形成する。

第一段静翼３６ａ、第二段静翼３６ｂ、第三段静翼３６ｃは、タービンケーシング３１に環状に取り付けられている。第一段シュラウド３８ａ、第二段シュラウド３８ｂ、第三段シュラウド３８ｃは、タービン動翼３４とタービンケーシング３１との隙間を調整し、燃焼ガスのリークを減少させるためのもので、タービンケーシング３１に取付けられている。

図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）は、ガスタービン３０のタービンケーシング３１に設けられているボアスコープ点検孔４１、４２、４３の位置を示す図である。図４（ａ）は、第一段シュラウド３８ａ近傍の一部を示す断面図であり、第一段動翼３４ａ近傍のタービンケーシング３１には、上部に４箇所のボアスコープ点検孔４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ）が設けられている。また図４（ｂ）は、第二段シュラウド３８ｂ近傍の一部を示す断面図であり、第二段動翼３４ｂ近傍のタービンケーシング３１には、上部に３箇所のボアスコープ点検孔４２（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）が設けられている。また図４（ｃ）は、第三段シュラウド３８ｃ近傍の一部を示す断面図であり、第三段動翼３４ｃ近傍のタービンケーシング３１には、上部に２箇所のボアスコープ点検孔４３（４３ａ、４３ｂ）が設けられている。

よってこのボアスコープ点検孔４１、４２、４３から、ボアスコープ７０をタービンケーシング３１内に挿入することで、タービンケーシング３１を開放することなくタービン動翼３４、タービン静翼３６の点検を行うことができる。ボアスコープ７０は、タービン翼３７を点検する手段であって、光ファイバースを利用したファイバースコープ、ＣＣＤを利用した電子内視鏡などがある。

ターニング装置５０は、タービンロータ４０を低速で回転させる装置である。プラントの停止中に、タービンロータ４０を回転させることなく停止状態にさせておくと、タービンケーシング３１内のガス温度が低下するのに伴い、タービンケーシング３１内で上下方向に温度差が生じ、熱膨張差によりタービンロータ４０に曲りが生じる。またタービンロータ４０の自重でタービンロータ４０に曲りが生じる。これらを防止する目的でタービンロータ４０を数〜１０ｒｐｍ程度の低速で回転させる。このようにタービンロータ４０を回転させることは、一般にターニングと呼ばれる。

ターニング装置５０は、主としてターニングモータ５１と、ターニングモータ５１の回転をタービンロータ４０に伝達する回転伝達手段５２とを備える。回転伝達手段５２は、多数の歯車で構成されており、ターニングモータ５１の回転数を多段階にわたり低減させ、回転数を低下させた状態で、タービン軸７１と歯車を介して連結する。このように多くの歯車によりターニングモータ５１の回転数を多段階にわたり低減させるので、ターニングモータ５１の出力する回転トルクが増大する。この結果、比較的出力の小さいターニングモータ５１で、タービンロータ４０を回転させることができる。また回転伝達手段５２には、タービン軸７１とターニングモータ５１との連結を解除するクラッチが設けられている。

タービンロータ回転制御手段６０は、主としてエアモータと、エアモータの回転軸と回転伝達手段５２とを連結する連結体とを含む。このエアモータの回転軸と連結する連結体は、ターニングモータ５１の回転軸５３と連結する回転伝達手段５２の一部を構成するターニングモータ回転軸連結体５４と連結する。これによりエアモータは、ターニングモータ５１に代わりタービンロータ４０を回転させることができる。エアモータは、圧縮空気で駆動し、一般的に起動停止を瞬時に行うことができる。また、正転、逆転の切替え操作も容易で、回転数の範囲も数十〜数百ｒｐｍと幅広い特徴を有する。

通常、ガスタービン３０は、一段のタービン動翼３４であっても、多くのタービンブレード（動翼）から構成されているため、ボアスコープ７０を用いでタービンブレード３４を一枚一枚点検する場合には、タービンロータ４０を微小回転させる必要がある。またタービンブレード３４の点検に際し、必要に応じてタービンロータ４０を時計周り、反時計周りに回転させる必要も生じる。

タービンロータ４０を回転させる手段として、ターニングモータ５１を使用することも可能であるが、タービンロータ４０を数ｒｐｍで回転させるターニングモータ５１を用いて、任意の位置にタービンブレード３４を移動させることは困難である。一段のタービンディスク３９には、約１００枚のタービンブレード３４が植設されており、１のタービンブレードと次ぎのタービンブレードとのタービンディスク３９へ取付け角度は、約４°である。このことを考えれば、ターニングモータ５１を用いて、任意の場所にタービンブレード３４を移動させることは困難であることが理解できる。

本発明のガスタービンのタービン翼点検装置２０は、タービンロータ４０の回転を制御可能なタービンロータ回転制御手段６０を有するので、任意の場所にタービンブレード３４を回転、移動させることができる。図５は、本発明の実施例であって、ターニングモータ５１の回転軸５３が連結する、回転伝達手段５２の一部を構成するターニングモータ回転軸連結体５４にエアモータ６１を連結する方法を説明するための図である。本実施例では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ターニングモータ５１の回転軸５３と連結する、回転伝達手段５２の一部を構成する歯車５４に設けられたターニングモータ５１の回転軸５３を嵌入するためのボス穴５５を利用した。

このボス穴５５に嵌入可能で、エアモータ６１の回転軸６２と歯車５４とを連結可能な連結体６３を用いて、歯車５４とエアモータ６１の回転軸６２を連結した。歯車５４は、チェーン、他の歯車などを介してタービン軸７１と連結するため、エアモータ６１を回転させることで、ターニングモータ５１を回転させることなく、タービンロータ４０を回転させることができる。エアモータ６１は、上述のように、回転方向の切替え、回転数の制御、起動停止操作が容易であり、またエアモータ６１の回転数は、ターニングモータ５１の回転数の数分の一から、数十分の一であり、エアモータ６１を用いることで簡単にタービンブレード３４を任意の位置に回転、移動させることができた。

また本発明は、ターニング装置５０の回転伝達手段５２を利用してタービンロータ４０を回転させるので、比較的小さな出力のエアモータでタービンロータ４０を回転させることができる。また例えば本実施例のように、ターニングモータ５１の回転軸５３と連結する回転伝達手段５２の一部を構成する歯車５４を利用することで、容易に既存のガスタービンにも適用することができる。またエアモータ６１は比較的安価であるので、タービン翼点検装置２０を安価に製造、提供することができる。

以上実施形態では、エアモータ６１をターニングモータ５１の回転軸５３が連結するターニングモータ回転軸連結体である歯車５４に連結する例を示したけれども、エアモータの代りに低回転数の電動モータを使用してもよい。上記の実施形態において、低回転数のエアモータ６１、又は電動モータを直接タービン軸７１に連結し、タービンロータ４０を回転せることも考えられるが、回転伝達手段５２を介していないので、エアモータ、又は電動モータに大きなトルクが要求され、好ましいとは言えない。

また、回転伝達手段５２の中間部に位置する歯車にエアモータ６１、又は電動モータを連結させ、タービンロータ４０を回転させる方法も考えられるが、エアモータ６１、又は電動モータを直接タービン軸７１に連結する方法と同様、エアモータ６１、又は電動モータに大きなトルクが要求され、好ましいとは言えない。また、本発明の実施形態に示したように、回転伝達手段５２の一部を構成しターニングモータ５０の回転軸５３と連結するターニングモータ回転軸連結体５４は、回転伝達手段５２の端部であるため、ターニングモータ回転軸連結体５４にエアモータ又は電動モータを連結することが容易である。

さらに本発明の他の実施形態として、ターニング装置５０のターニングモータ５１にインバータを装着し、ターニングモータの回転数をさらに低速化させてもよい。この方法も、ターニング装置５０の起動停止、回転方向の正転、逆転操作を容易に行うことが可能で、タービンロータ４０を任意の位置に回転、移動させることができる。上記のように本発明のタービン翼点検装置は、タービンロータの回転を任意に制御することが可能なタービンロータ回転制御手段６０に特徴を有する。さらにこのタービンロータ回転制御手段６０は、既存のタービンに容易に取付け使用することができる。また本発明の実施形態では、ガスタービンを例にとり説明したけれども、タービンはガスタービンに限定されるものではなく、ターニング装置を備える蒸気タービンなどにも本発明を適用可能なことは言うまでもない。

本発明の実施の一形態としてのガスタービンのタービン翼点検装置２０の概略的構成を示す図である。 図１のガスタービン３０の要部を示す部分断面図である。 図１のガスタービン３０の動翼、静翼部分の拡大図である。 図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）は、図１のガスタービン３０のタービンケーシング３１に設けられているボアスコープ点検孔４１、４２、４３の位置を示す図である。 本発明の実施例であって、ターニングモータ５１の回転軸５３が連結する、回転伝達手段５２の一部を構成するターニングモータ回転軸連結体５４にエアモータ６１を連結する方法を説明するための図である。 従来から使用されているガスタービンを説明するための図であって、加圧流動床ボイラを用いた発電プラント１の概略的構成の一部を示す図である。

符号の説明

２０ タービン翼点検装置
３０ ガスタービン
３１ タービンケーシング
３４ タービン動翼
３５ タービン静翼
３７ タービン翼
４０ タービンロータ
４１、４２、４３ ボアスコープ点検孔
５０ ターニング装置
５１ ターニングモータ
５２ 回転伝達手段
５３ ターニングモータ回転軸
５４ ターニングモータ回転軸連結体
６０ タービンロータ回転制御手段
６１ エアモータ
７０ ボアスコープ

Claims (3)

1. タービンロータを低速で回転可能なターニング装置を備えるタービンのタービン翼の健全性を確認するためのタービン翼点検装置であって、
   該タービンのタービンケーシングに設けられたタービン翼点検孔から挿入し、該タービン翼を観察するタービン翼観察手段と、
   該ターニング装置に連結し、該ターニング装置を介して、該タービンロータの回転を任意に制御可能なタービンロータ回転制御手段と、
   を含むことを特徴とするタービン翼点検装置。
2. 前記ターニング装置は、ターニングモータと、該ターニングモータの回転を前記タービンロータに伝達可能な回転伝達手段とを備え、
   前記タービンロータ回転制御手段は、該回転伝達手段の一部を構成し該ターニングモータの回転軸と連結するターニングモータ回転軸連結体に連結し、該回転伝達手段を介して前記タービンロータを回転させる圧縮空気駆動のエアモータ、又は電動モータであることを特徴とする請求項１に記載のタービン翼点検装置。
3. 前記ターニング装置は、ターニングモータと、該ターニングモータの回転を前記タービンロータに伝達可能な回転伝達手段とを備え、
   前記タービンロータ回転制御手段は、該ターニングモータの回転を制御可能なインバータであることを特徴とする請求項１に記載のタービン翼点検装置。

Images