JP2014137065A - 冷却穴清浄方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ機械部品の冷却穴を覆うようにおよび／またはその中に堆積した物質を除去する装置および方法を提供する。
【解決手段】コーティングプロセスによって生じたターボ機械１０の冷却回路の冷却穴１２の閉塞部を冷却回路に清浄剤を導入することによって除去することができる。冷却回路は、加圧下で清浄剤給源１２０に接続させることができ、清浄剤による化学的作用に対して閉塞部に力を加えることができる。清浄剤はコーティング材と化学的に反応し、冷却回路およびターボ機械の他の部品の基礎となる材料とは実質的に化学的に反応しない。また中和剤を導入することで、清浄剤の毒性および／または作用を軽減させることができる。
【選択図】図１

Description

本開示は一般に、回転機械またはターボ機械、例えばガスおよび／または蒸気タービン、圧縮機など、ならびに／あるいはタービンおよび／または圧縮機などを含めた機械に関する。より詳細には、本開示は、燃焼器の外装などの部品の冷却穴を覆うようにおよび／またはその中に堆積した物質の除去に関する。

ガスタービンの製造、修理および／または復旧において、一部の部品にコーティングが施工される。例えばターボ機械では、特にガスタービンでは、遮熱コーティング（ＴＢＣ）を施工することで、ＴＢＣが施工される部品の基礎となる材料を熱から保護することができる。ＴＢＣは、セラミック層を含むことができ、この層は様々なセラミック材料を含むことができるが、最も一般的に使用されるのは、今のところイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）である。これに加えて、典型的なＴＢＣは、その部品の基礎となる材料に施工される金属接着層と、金属接着層の上の熱成長酸化物層とを含むことができ、そこにセラミック層が施工される。

このような被覆されたターボ機械部品が冷却穴を含む場合、この冷却穴は、部分的にまたは完全に塞がれる可能性があり、コーティングはまた、冷却穴に通じる通路の内部に堆積部を形成する可能性もある。典型的には、コーティングが望まれない部品の一部は、マスキング剤によって覆われ、コーティングはこの部品に施工され、塗り過ぎた部分は、機械的研削作業によって除去される。マスキング剤はその後、例えば研磨および／または燃焼あるいは他の化学的手段によって除去することができる。

米国特許第７６２２１６０号明細書

本明細書に開示される本発明の実施形態は、清浄剤を含む流体の供給源を有するターボ機械の冷却穴清浄装置の形態を採ることができる。加圧装置は、ターボ機械部品の冷却剤供給源および冷却回路と流体連通するように構成することができ、冷却回路は、各々の冷却穴を備えた少なくとも１つの冷却通路を含む。加圧装置はさらに、供給源から冷却回路に清浄剤を導入するように構成することができる。

本発明の実施形態はまた、ターボ機械の冷却穴清浄方法の形態を採ることもでき、この方法では、ターボ機械部品の冷却回路に清浄剤を導入することができ、冷却回路は、各々の冷却穴を備えた少なくとも１つの冷却通路を含んでいる。冷却回路内の清浄剤は、第１の条件が満たされるまで加圧することができる。

本発明の実施形態はさらに、ターボ機械部品の冷却回路に接続され、これと流体連通するように構成された導管を含むターボ機械の冷却穴清浄装置の形態を採ることもでき、冷却回路は、各々の冷却穴を備えた少なくとも１つの冷却通路を含む。清浄剤の供給源は、この導管と流体連通するように構成することができ、加圧装置は、少なくとも導管および供給源と流体連通するように構成することができる。加えて、加圧装置は、加圧下で供給源から導管に清浄剤を送るように構成することができる。

本発明の他の態様は、各々を使用するおよび／または形成する装置ならびに／あるいは方法を提供しており、これらは本明細書に記載される一部のまたは全ての作用を含むならびに／あるいは実施することができる。本発明の例示の態様は、本明細書に記載される１つまたは複数の問題ならびに／あるいは論じられていない１つまたは複数の他の問題を解決するように設計されている。

本開示のこれらのおよび他の特徴は、本発明の種々の態様を描く添付の図面と併せて、以下の本発明の種々の態様の詳細な記載からより容易に理解されるであろう。

本明細書に開示される発明の実施形態が利用され得る部品および装置の一例の概略図である。 本明細書に開示される発明の実施形態による清浄される被覆された部品の概略断面図である。 本明細書に開示される発明の実施形態が利用され得る部品および装置の一例の概略図である。 本明細書に開示される発明の実施形態による冷却穴清浄方法の概略フロー図である。

これらの図面は縮尺通りではない場合もあることに留意されたい。図面は本発明の典型的な態様を描くことのみを目的としており、よって本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面中、同様の数字は図面の中で同様の要素を表している。

詳細な記載は、一例として図面を参照して本発明の実施形態を利点および特徴と共に説明している。

本明細書に開示される発明の実施形態は、ターボ機械部品における既存の流体分散システムを上手く利用することで、遮熱コーティング（ＴＢＣ）などその部品にコーティングを施工することによって生じる冷却穴の閉塞部を除去し、冷却通路から堆積部を除去することができる。本明細書で使用されるように「冷却穴」は、ターボ機械部品の冷却回路の任意の開口を含むことができ、そこを通って流体が漏れ出す可能性があり、「冷却通路」は、ライン、導管または冷却回路の一部である他の通路を含むことができる。上記で考察したように、典型的なＴＢＣは、その部品に施工された金属接着層、金属接着層から派生する熱成長酸化物層および酸化物層に施工されたセラミックまたは他の好適な材料を含むことができる。また上記で考察したように、広く使用されるセラミック材料は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を含み得るが、他の材料も過去に使用されており、現在でも使用することができ、かつ現在も使用されており、将来的にも使用される可能性がある。清浄剤の供給源が、堆積部および閉塞部が発生する冷却回路内の冷却流体供給源の代わりをすることができる。清浄剤は、コーティングと化学反応する化合物を含むことができる。例えば、ＹＳＺが採用される場合、清浄剤は、これを利用して金属接着層材料を除去する酸と、これを利用して付加的なＴＢＣ材料を除去することができる塩基とを含むことができる。冷却回路に特に加圧下で清浄剤を導入することによって、清浄剤が化学的および物理的に作用することで、堆積部および閉塞部を除去することができ、特に、例えば噴霧および／または液浸などによって中和剤が導入される場合、マスキング剤の塗布はさらに必要がなくなり、時間、材料およびコストを削減することができる。

図１を参照すると、ターボ機械部品１０は、閉塞するようになる可能性のある少なくとも１つの冷却穴１２を含むことができる。追加として図２を参照すると、冷却穴１２は、ターボ機械部品１０の冷却回路１４の一部であり得る。通常運転中、冷却回路１４は、冷却流体などの流体を供給源１６からターボ機械部品１０の壁２０の内部にある内部通路１８に搬送するように構成することができる。流体供給源１６は、タンクなどとして解釈され得る方法で描かれているが、流体供給源１６は、圧縮機段、あるいはその中にターボ機械部品１０が通常設置される、および／またはそこに対して冷却回路１４が接続され得るターボ機械内の他の流体源へのラインの形態を採る場合もあることを理解されたい。複数の冷却通路２２がさらに、冷却回路１４の一部としての冷却穴１２を介して内部通路１８からターボ機械部品１０の外部へ流体を搬送することができる。しかしながらターボ機械部品１０に施工されたコーティング２４によって、冷却穴１２または多様な穴１２の閉塞部２６が生じ、ならびに冷却通路２２の壁に沿った堆積部２８によって冷却通路２２が狭くなる可能性がある。

再び図１ならびに図２を参照すると、本明細書で使用される全ての参照番号が、図１および図２の両方に必ずしも示される訳ではないことに留意されたく、これらの実施形態は、清浄剤を冷却回路１４に導入することができる。例えば導管１１０は、冷却回路１４および清浄剤供給源１２０、例えば清浄剤タンクなどに接続させることができる。清浄剤はその後、加圧装置１３０、例えばポンプなどを使用して強制的に冷却回路１４に押しやることができる。加圧された清浄剤が、冷却回路１４に進入する際、それは内部通路１８および冷却通路２２に進入することができる。清浄剤はその後、閉塞部２６に圧力を及ぼすことによって、閉塞部２６に対して化学的および物理的に作用することができる。加えて、清浄剤は、堆積部２８に対して主に化学的に作用するが、清浄剤が堆積部２８を通過する際の侵食によって物理的に作用することも可能である。清浄剤は、穴１２および／または他の開口を通って冷却回路１４から出ることができ、そのような実施形態は、外に出て行く清浄剤を捕らえるための貯水部１４０を含むことができる。貯水部１４０は、排水溝１４２を含むことができ、この排水溝は、捕捉された清浄剤を廃棄および／または再利用するために容器または他の目的地に向けることができる。これらの実施形態では、中和剤が冷却回路１４に導入されることで、冷却回路１４に残ったいずれの清浄剤の毒性および／または好ましくない作用も軽減させることができる。例えば中和剤供給源１２２が、導管１１０および／または加圧装置１３０に接続されることで、中和剤を冷却回路１４に供給することができる。コーティング２４がそれが望まれる領域から偶発的に除去されるのを防ぐために、清浄剤が冷却回路１４に供給される前にコーティングなどのマスキング剤２９（図２）を塗布することで、例えば冷却穴１２を通って冷却回路１４から漏れた清浄剤が、マスキング剤２９によって覆われるコーティング２４と反応することがなくなる。

図３を参照すると、本明細書に開示される発明の実施形態は、コーティング２４が偶発的に除去されるのを阻止するための異なる手法を採用することができ、この手法は、マスキング剤の使用を完全に回避することができる。より具体的には、中和剤供給源１２２をタンク１２４などの中に配置することができ、その中にターボ機械部品１０を沈めることができる。そのように沈められたターボ機械部品１０の場合、清浄剤を冷却回路１４に供給することができ、冷却穴１２を通って漏れ出すいずれの清浄剤も、それが中和剤供給源１２２へと漏れる際に中和される。この実施形態では、ターボ機械部品１０を沈める代わりに、清浄剤が冷却回路１４に供給される際、ターボ機械部品１０に中和剤を噴霧させる、または他の方法で塗布することもできる。例えば図１に見られるように、１つまたは複数の噴霧ヘッド１２６を導管またはライン１２８を介して中和剤供給源１２２に接続させることで、特に冷却回路１４に清浄剤を供給する際に、中和剤をターボ機械部品１０に噴霧させることができる。

実施形態によるターボ機械部品の冷却穴および／または通路を清浄する方法２００の一例が図４に示されている。このような実施形態では、清浄ステップの前にマスキング剤が塗布される（ブロック２０２）ことで、コーティングが望まれる領域のコーティングを保護することができる。清浄ステップは、例えば供給源から導管を介して冷却回路１４へと清浄剤の加圧送り装置（ブロック２１２）を使用するステップによって、清浄剤をターボ機械部品に導入することによって開始することができる（ブロック２１０）。加圧送り装置を使用するステップは、例えば清浄剤供給源および導管に接続されたポンプを稼働するステップを含むことができる。清浄剤は、例えば経過時間など定められた条件が満たされるまで（ブロック２１４）、全ての閉塞部および／または堆積部が除去されるまで、あるいはこれに適したおよび／または望ましいような何らかの他の条件が満たされるまで冷却回路内に維持することができる。実施形態はまた、中和剤の導入ステップ（ブロック２２０）を含むことで、清浄剤の毒性を軽減することが望まれる領域内のコーティングを保護する、ならびに／あるいは冷却回路内に残るおよび／または冷却回路から漏れる清浄剤の毒性および／または作用を軽減することもできる。中和剤は、例えば加圧送り装置（ブロック２２２）を使用して、例えば清浄剤を冷却回路に導入するのに使用されるのと同一の加圧送り装置を使用して中和剤供給源から導入することができる。清浄剤の場合のように、中和剤は、例えば経過時間などの定められた条件が満たされるまで（ブロック２２４）、冷却システムを出て行く流体の化学特性が定められた値に達するまで、ならびに／あるいは望まれるおよび／または適切であり得る別の条件が満たされるまで冷却回路内に維持することができる。中和剤を冷却回路内を通るように送り出す代わりに、実施形態は、例えば中和剤をこの部品に対して噴霧するステップおよび／または中和剤の中にこの部品を浸すステップなどによって中和剤を清浄される部品に付加することができる（ブロック２２６）。加えて実施形態は、清浄剤および／または中和剤を部品から乾燥させるステップおよび／または除去するステップを含むことができる（ブロック２３０）。

本発明の実施形態を使用することで、冷却回路内に供給される清浄剤の化学的作用と物理的作用を組み合わせることによって、ターボ機械部品の冷却回路内の閉塞部および／または堆積部をより迅速にかつ効果的に除去することができる。加えて、中和剤の利用は、冷却回路を通るように供給される、噴霧による外部からの付加および／または液浸などによるなどいずれにしても、コーティングが望まれる領域内でコーティングを除去するリスクを軽減させることができ、ならびに清浄剤がターボ機械部品から漏れたとき、その作用／毒性を軽減させることができる。単独のマスキングの塗布は、閉塞部および堆積部の除去が完了するまで使用することができ、これは時間、コストおよび労力を削減することができる。さらに閉塞部が破られるおよび／または除去されたとき、流体が冷却穴を通って外に出始めるため、冷却穴が清浄されたことを判断するのもより簡単になり得る。

この書面による記載は、本発明を開示することを目的とした最適な態様を含む例を利用しており、また任意の装置またはシステムを作製し利用すること、ならびに任意の採用された方法を実行することを含め、当業者が本発明を実施することができるようにするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者が思い付く他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言い回しと相違ない構造上の要素を含む場合、あるいはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言い回しとわずかな相違点を有する等価な構造上の要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されている。

１０ ターボ機械部品
１２ 冷却穴
１４ 冷却回路
１６ 流体供給源
１８ 内部通路
２０ 壁
２２ 冷却通路
２４ コーティング
２６ 閉塞部
２８ 堆積部
２９ マスキング剤
１１０ 導管／ライン
１２０ 清浄剤供給源
１２２ 中和剤供給源
１２４ タンク
１２６ 噴霧ヘッド
１２８ 導管／ライン
１３０ 加圧装置
１４０ 貯水部
１４２ 排水溝
２００ 方法
２０２ マスキング剤を塗布する。
２１０ 清浄剤をターボ機械部品に導入する。
２１２ 加圧送り装置を使用する。
２１４ 定められた条件を満たすまで清浄剤を冷却回路内に維持する。
２２０ 中和剤を導入する。
２２２ 加圧送り装置を使用する。
２２４ 定められた条件を満たすまで中和剤を冷却回路内に維持する。
２２６ 中和剤を部品に付加する。
２３０ 清浄剤／中和剤を部品から乾燥させる／除去する。

Claims (18)

1. 清浄剤を含む流体の供給源と、
   前記清浄剤供給源およびターボ機械部品の冷却回路と流体連通するように構成された第１の加圧装置とを備え、前記冷却回路が、各々の冷却穴を備える少なくとも１つの冷却通路を含み、前記第１の加圧装置が、前記供給源から前記冷却回路に清浄剤を導入するように構成されるターボ機械の冷却穴清浄装置。
2. 前記清浄剤が、前記ターボ機械部品上のコーティングと化学的に反応し、前記ターボ機械部品の基礎となる材料とは実質的に化学的に反応しない化合物を含む、請求項１記載のターボ機械の冷却穴清浄装置。
3. 中和剤の供給源をさらに備え、前記清浄装置がさらに、前記ターボ機械部品に中和剤を導入するように構成されており、前記中和剤が、前記清浄剤と化学的に反応する化合物を含む、請求項１記載のターボ機械の冷却穴清浄装置。
4. 噴霧器ヘッドと、前記中和剤供給源と流体連通し、前記中和剤供給源から前記噴霧器ヘッドに中和剤を送ることで、前記ターボ機械部品に中和剤を付加するように構成された第２の加圧装置とをさらに備える、請求項３記載のターボ機械の冷却穴清浄装置。
5. 前記中和剤供給源の少なくとも一部を保持し、前記ターボ機械部品を受け入れ前記中和剤の中に沈めるように構成されたタンクをさらに備える、請求項３記載のターボ機械の冷却穴清浄装置。
6. 前記冷却回路を出て行く流体を捕捉するように構成された貯水部をさらに備える、請求項１記載のターボ機械の冷却穴清浄装置。
7. ターボ機械部品の冷却回路に清浄剤を導入するステップであって、前記冷却回路が、各々の冷却穴を備える少なくとも１つの冷却通路を有するステップと、
   第１の定められた条件を満たすまで前記冷却回路内で清浄剤を加圧するステップとを含む、ターボ機械の冷却穴を清浄する方法。
8. 第１の加圧装置を清浄剤供給源および前記冷却回路に接続するステップと、前記第１の定められた条件を満たすまで前記第１の加圧装置を作動させるステップとをさらに含む、請求項７記載の方法。
9. 前記ターボ機械部品に中和剤を導入するステップをさらに含み、前記中和剤が、前記清浄剤を実質的に中和させるように前記清浄剤と化学的に反応する化合物を含む、請求項８記載の方法。
10. 前記中和剤を導入するステップが、第２の加圧装置を中和剤供給源、および前記ターボ機械部品に中和剤を噴霧するように構成された噴霧器ヘッドに接続するステップと、第２の定められた条件を満たすまで前記第２の加圧装置を作動させるステップとを含む、請求項９記載の方法。
11. 前記中和剤を導入するステップが、中和剤供給源の少なくとも一部を前記ターボ機械部品を収容するように大きさが決められたタンクの中に配置するステップと、第２の定められた条件を満たすまで前記ターボ機械部品を前記中和剤の中に沈めるステップとを含む、請求項９記載の方法。
12. 前記冷却回路を出て行く流体を捕捉するために前記ターボ機械部品の下に貯水部を配置するステップをさらに含む、請求項７記載の方法。
13. 前記コーティング材料が、遮熱コーティング（ＴＢＣ）を含み、前記清浄剤が、酸または塩基の一方を含み、前記中和剤が、酸または塩基の他方を含む、請求項７記載の方法。
14. 各々の冷却穴を備えた少なくとも１つの冷却通路を含むターボ機械部品の冷却回路に接続し、それと流体連通するように構成された導管と、
    前記導管と流体連通するように構成された清浄剤の供給源と、
    少なくとも前記導管および前記清浄剤の供給源と流体連通するように構成され、加圧下で前記供給源から前記導管に清浄剤を送るようにさらに構成された第１の加圧装置とを含むターボ機械の冷却穴清浄装置。
15. 前記ターボ機械部品に中和剤を導入するために第２の加圧装置と流体連通するように構成された中和剤供給源をさらに備え、前記中和剤が、前記清浄剤と化学的に反応し、前記清浄剤を実質的に中和させるように選択された化合物を含む、請求項１４記載の装置。
16. 中和剤の中に沈めるために前記ターボ機械部品を受け入れるように大きさが決められたタンクをさらに備え、前記中和剤が、前記清浄剤と化学的に反応し、前記清浄剤を実質的に中和させるように選択された化合物を含む、請求項１４記載の装置。
17. 前記清浄剤が、前記ターボ機械部品上のコーティングと化学的に反応し、前記ターボ機械部品の基礎となる材料とは実質的に化学的に反応しない化合物を含む、請求項１４記載の装置。
18. 前記清浄剤が、酸または塩基の一方を含み、前記中和剤が、酸または塩基の他方を含む、請求項１７記載の装置。