JP2009079495A - ガスタービン部品の変形修正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充分な変形修正精度を得ると共に、変形修正時に起こり得る欠陥発生を低減すること。
【解決手段】コーン部４と円筒部５から成る変形修正治具３を燃焼器ライナ１の内側の変形部位２に、コーン部４側が接触する方向に設置し、変形修正治具３を燃焼器ライナ１軸方向に移動させると共に燃焼器ライナ１外面を加熱することにより変形修正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスタービン燃焼器のライナあるいはトランジションピースなどの筒状部品の変形を修正するガスタービン部品の変形修正方法に関する。

ガスタービンは燃焼器出口ガス温度が高いほど発電効率が向上することから、ガスタービン入口温度の高温化が推進されているが、高温下に晒されるガスタービン高温部品にとっては極めて過酷な環境となってきている。

ガスタービン燃焼器部品は、高温下での使用によりき裂や摩耗部などが生じた場合、溶接補修を施し、必要に応じて溶接時の熱影響および残留応力除去のための熱処理を実施している。また、変形が生じた場合には正規の形状に変形修正する必要があり、一般的には変形部位を局所的にジャッキ等で加圧する方法が用いられている。

従来のガスタービン燃焼器の修理方法としては、勘合部の摩擦損傷を抑制できる修理方法（例えば、特許文献１参照。）、予め用意されたピクチャーフレーム部分と交換する方法（例えば、特許文献２参照。）、ライナを軸方向へ複数部材に分割し、溶接により各部材を結合することでライナを形成し、損傷が生じた部材のみを交換する方法（例えば、特許文献３参照。）
などがある。
特開平６−２８８５４９号公報 特開２００２−８９８４２公報 特開２００２−２９５２６８公報

従来、ガスタービン燃焼器ライナの補修を行なう場合、図８に示すように、
溶接性の改善および延性の改善のために溶体化熱処理を行なう、
変形修正を行なう、
き裂および摩耗の溶接補修を行なう、
溶接補修部や変形修正部の残留応力の除去および均質化のために再度溶体化熱処理を行なう、
というプロセスになる。

しかしながら、油圧ジャッキなどを用いた変形修正の場合は、プロセスの細かい制御が容易でないため、品質にばらつきを生じ、充分な修正精度を得ることが困難な場合があり、さらに変形修正時において、き裂あるいはコーティングの剥離などの欠陥を引き起こす恐れがあった。

本発明の目的は、充分な変形修正精度を得ると共に、変形修正時に起こり得る欠陥発生を低減し、制御が容易で信頼性の高いガスタービン部品の変形修正方法を得ることにある。

上記目的を達成するために、本発明においては、塑性変形を生じたガスタービン燃焼器のライナあるいはトランジションピースなどの筒状部品に対し、コーン形状と円柱形状から成る変形修正治具を筒状部品の内側の変形部位にコーン側が接触する方向に設置し、変形修正治具または筒状部品自身を筒状部品軸方向に移動させると共に筒状部品外面を加熱することにより変形修正するガスタービン部品の変形修正方法を提供する。

本発明によれば、充分な変形修正精度を得ることができ、変形修正時に起こり得る欠陥発生を低減でき、制御が容易で信頼性の高い修正ができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、第１の実施の形態に係るガスタービン部品の変形修正方法を施すガスタービン部品の断面図である。

ガスタービン燃焼器ライナ１は、継続して使用することにより、起動停止時の過大な熱応力による熱疲労的塑性変形、高メタル温度と高応力によるクリープ変形等が生じる場合がある。この変形が生じると損傷の増加および出力・効率の低下、現地組込み時の組立性への支障などが発生する可能性があることから、一定の点検間隔毎に管理値外の変形が認められた場合には変形修正を実施している。

変形修正治具３は、コーン部４と円筒部５から成り、円筒部５の外径は変形修正される燃焼器ライナ１の内径に合わせてある。変形修正治具３は、筒状または中実であり、ここでは中実のものを使用している。変形修正治具３は、ニッケルあるいはコバルト基耐熱超合金材よりなる燃焼器ライナ１に対して、変形修正温度環境下で十分な強度を有しており、例えば炭素鋼などにより構成されている。

作業手順は、まず、燃焼器ライナ１の変形部位２に対し、図１のように内面側に変形修正治具３を挿入して設置する。

この状態で燃焼器ライナ１の変形部位２を外面側からバーナ等で加熱しながら、変形修正治具３を図の方向に加重する。このとき燃焼器ライナ１は、加重の方向に対して固定されている。この動作により変形修正治具３は図の加重の方向に移動し、この移動に伴い変形部位２は徐々に変形修正され、円筒部５が変形部位２に到達した段階で正規の形状に修正される。

なお、逆に変形修正治具３を固定して、燃焼器ライナ１を変形修正治具３側に加重しても同様な作用である。

図２は、図１の変形部位２のＡ−Ａ断面における変形修正の状況を示した断面図である。

図２（ａ）は、変形修正前であり、変形部位２にコーン部４が位置している。加重を加えていくと、変形修正治具３は、加重の方向に移動し、この移動に伴い変形部位２は徐々に変形修正される。図２（ｂ）は、変形修正後であり、円筒部５が変形部位２に到達した段階を示しており、正規の形状に修正されている。

図３は、以上の変形修正の関係示した応力−ひずみ線図である。

図中の曲線はそれぞれ変形修正温度が異なる場合であり、曲線ａに対して曲線ｂの方が高温であり、曲線ａは６００℃、曲線ｂは９００℃である。図３から明らかなように、修正ひずみεoを得るために低温側の曲線ａの方がより大きい荷重が必要となる。また、εa、εbは変形修正後に燃焼器ライナ１から変形修正治具３を取り外した状態での残留ひずみを示している。変形修正治具３を取り外すことで弾性ひずみ分εo−εa、εo−εbが除かれるため、塑性ひずみ分だけが最終的な変形修正量となる。したがって、より高温側で変形修正することで塑性ひずみ分が大きくなり変形修正量も修正ひずみεoに近づく。

図４は、第２の実施の形態に係るガスタービン部品の変形修正方法を示すフローチャートである。

第１の実施の形態によっても目標の変形修正量を得られない場合、調整修正を実施する必要がある。この場合には、任意の場所を任意の修正量で調整的に変形修正するため、第１の実施の形態よりも任意に加重調整が可能なジャッキ等を用いる方法が有効である。

この第２の実施の形態では、第２の変形修正として変形修正（２次）４３を第１の実施の形態の工程に追加している。他の工程は、第１の実施の形態と同じである。

通常修理前に溶体化温度で熱処理を実施し（４１）、更に第１の実施の形態で説明した第１の変形修正（変形修正（１次））４２を実施し、変形修正４３を実施した後、き劣部の溶接補修等を実施し（４４）、最終的に変形修正、溶接補修等により残留した応力を除去するために再度溶体化温度で熱処理を実施する（４５）。

図５は、第３の実施の形態に係るガスタービン部品の変形修正方法を示すフローチャートである。

最終的な溶体化熱処理により残留応力が除去されるため、修正された変形が戻ることがある。これを軽減するために、図５に示す第３の実施の形態では、変形修正（１次）４２と変形修正（２次）４３の間で溶体化熱処理５１により残留応力を除去している。

図６は、第４の実施の形態に係るガスタービン部品の変形修正方法を示すフローチャートである。

変形修正治具３の構造は第１の実施の形態と同様であるが、変形修正治具３の材料が筒状部品である燃焼器ライナ１と同一材料、または線膨張係数が同等な材料で構成されている。ここで変形修正治具３の線膨張係数は、燃焼器ライナ１の線膨張係数に対し、０〜−１０％程度が許容される。

第１の実施の形態と同様に図１および図２に示す方法で１次の変形修正（４２）が実施される。その後、ライナ１に変形修正治具３が保持された状態で、溶体化温度まで上昇し熱処理を実施する（６１）。熱処理は炉中で実施することで全体が均一な温度することが可能である。また変形修正治具３はライナ１と同一の線膨張係数であるため新たな変形を生むことはない。

前記溶体化熱処理後に変形修正治具３をライナ１から取り外しても、弾性変形分ひずみが無く、かつ残留応力も除去されているため変形修正が戻ることは無い。また、変形修正（２次）が不要となり修理工程が短縮できる。

以上より、前記第１の実施形態に対して、より高精度な変形修正が可能になると共に修理工程の短縮を図ることができる。

図７は、第５の実施の形態に係るガスタービン部品の変形修正方法を示すフローチャートである。

この第５の実施の形態の変形修正治具３の構成は、第１の実施形態の図１と同一である。

第１の実施形態の形態と同様に図１および図２に示す方法で変形修正（１次）４２が実施される。その後、ライナ１に変形修正治具３が保持された状態で加熱を継続する（７１）。なお加熱温度は、ライナ１のクリープ温度領域であり600℃〜900℃程度が妥当である。すなわち、加熱温度はライナ１のクリープ変形温度領域とし、かつ加圧して変形が治具に沿って修正された状態で２次クリープ領域到達時間以上保持する。これにより前記変形修正による塑性変形に加えてクリープ変形を得ることが可能となる。但し、クリープ変形が始まると応力緩和が起きるため一定時間以上保持しても変形は進まない。また、本変形修正の後に溶体化熱処理（７２）を実施することでクリープによる材料劣化は回復可能である。

この第５の実施の形態によれば、変形修正（2次）の調整修正が不要となり、修理工程の短縮ができる。

以上、燃焼器ライナに適用する場合の実施の形態について説明したが、本発明はトランジションピースの変形修正にも適用可能である。上述した実施の形態と同様な変形修正治具の構成を部品の変形修正方向に合わせて組み合わせる事で変形修正できる。

第１の実施の形態に係るガスタービン部品の断面図 第１の実施の形態に係る図１のＡ−Ａ断面における断面図 第１の実施の形態に係る応力−ひずみ線図 第２の実施の形態に係るフローチャート 第３の実施の形態に係るフローチャート 第４の実施の形態に係るフローチャート 第５の実施の形態に係るフローチャート 従来のガスタービン燃焼器ライナの変形修正方法のフローチャート

符号の説明

１…燃焼器ライナ、
２…変形部位、
３…変形修正治具、
４…コーン部、
５…円筒部。

Claims (5)

1. 塑性変形を生じたガスタービン燃焼器のライナあるいはトランジションピースなどの筒状部品に対し、コーン形状と円柱形状から成る変形修正治具を筒状部品の内側の変形部位にコーン側が接触する方向に設置し、変形修正治具または筒状部品自身を筒状部品軸方向に移動させると共に筒状部品外面を加熱することにより変形修正するガスタービン部品の変形修正方法。
2. 前記変形修正を第１の変形修正として、その後に修正部位および変形修正量が任意に選択可能なジャッキ等を用いる方法で部分的に第２の変形修正を加えることを特徴とする請求項１記載のガスタービン部品の変形修正方法。
3. 前記第１と第２の変形修正の間に溶体化熱処理を施すことを特徴とする請求項２記載のガスタービン部品の変形修正方法。
4. 前記変形修正治具は前記筒状部品と同一材料または線膨張係数が前記筒状部品と同等な材料とし、かつ前記変形修正後に変形修正治具を筒状部品に保持した状態で溶体化熱処理を施すことを特徴とする請求項１記載のガスタービン部品の変形修正方法。
5. 前記筒状部品の加熱温度は前記筒状部品のクリープ変形温度領域とし、かつ加圧して変形が治具に沿って修正された状態で２次クリープ領域到達時間以上保持することを特徴とする請求項１記載のガスタービン部品の変形修正方法。

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