JP2015059556A - タービン翼の自動探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン翼の探傷検査を短時間かつ高精度で実施する。
【解決手段】タービンホイール２に植込み部１０を介して結合される複数のタービン翼１の自動探傷装置において、前記複数のタービン翼１に取り付けられる円環状のガイドレール３と、前記ガイドレール３に沿って移動する走行装置４と、前記走行装置の端部に支持され前記植込み部１０の探傷検査を行う探触子５と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば蒸気タービンプラントで用いられるタービン翼の自動探傷装置に関する。

一般の発電用の蒸気タービンプラントではタービン翼（動翼）とタービンロータ（車軸）はタービン翼とタービンホイールに形成された植込み部によって結合されている。図７に示すように、植込み部１０は十分な強度を確保するために、複雑な噛み合わせ形状をしており、これによりタービン翼１をタービンホイール２に強固に固定している。

ところで、高速で回転する植込み部１０が損傷するとタービン翼１が飛散する事故につながることから、運用において健全性を確認する検査を定期的に行う必要がある。現状の蒸気タービンプラントの定期検査時においては、定期点検期間の短縮化のために、タービン翼１をタービンホイール２から抜き取らずに植込み部１０の探傷検査が行われている。

植込み部１０の検査手段として、超音波探触子（ＵＴ）を用いた探傷検査手段が一般的に用いられる。ただし、タービン翼１の形状が複雑なため植込み部１０の検査を実施する際は、手動で探触子を探傷面に密着させて探傷検査を実施している。例えば、特許文献１に提示されている探傷検査装置は、フォーク型の植込み部の平坦面に超音波探触子を設置し、植込み部に対し超音波を送受信することにより探傷検査を実施している。

また、探傷検査を自動で行う手段も提案されており、例えば特許文献２に提示されている探傷検査装置は、タービン翼下部の段差等の障害物との干渉を避けるため、超音波探触子が搭載された磁石クローラ式走行装置を、タービンロータの外周面に沿って走行させることで、タービンホイールの植込み部の自動探傷検査を実施している。

特開２０１２−４７１８４号公報 特開２０００−２２１１７８号公報

上述したように、現状の蒸気タービンプラントでは定期検査時間の短縮化が求められているが、特許文献１に開示の探傷検査手段は、手動で探触子を設置、移動させるため探傷検査に要する時間が長期化するという課題があった。また、特許文献２に開示の磁石クローラ式走行装置を用いた探傷検査手段は、タービンシャフトに走行案内用の凹凸部を形成する必要があり、そのため、タービンシャフトの製造工程が長期化、複雑化するという課題があった。また、クローラ式走行装置に搭載された探触子を検査対象の植込み部に正確に位置決めする手段が設けられておらず、迅速で信頼性の高い探傷検査を実施することが困難であった。

本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、タービン翼、特に、段差等の障害物が存在するタービン翼の植込み部に対し短時間で高精度の探傷検査を実施することができるタービン翼の自動探傷装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るタービン翼の自動探傷装置は、タービンホイールに植込み部を介して結合される複数のタービン翼の自動探傷装置において、前記複数のタービン翼に取り付けられる円環状のガイドレールと、前記ガイドレールに沿って移動する走行装置と、前記走行装置の端部に固定され前記植込み部の探傷検査を行う探触子と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るタービン翼の自動探傷装置は、タービンホイールに植込み部を介して結合される複数のタービン翼の自動探傷装置において、前記タービン翼に隣接して設けられた支柱と、一端に探触子が取り付けられ他端が前記支柱に支持された第２の支持部材と、を有し、前記第２の支持部材は、前記探触子が間欠的に回転している前記植込み部に近接又は接触する位置、あるいは前記植込み部から離反する位置に配置するように移動可能に構成されていることを特徴とする。

また、本発明に係るタービン翼の自動探傷装置は、タービンホイールに植込み部を介して結合される複数のタービン翼の自動探傷装置において、前記タービン翼に隣接して設けられた支柱と、一端に探触子が取り付けられ他端が前記支柱に支持された第３の支持部材と、を有し、前記第３の支持部材は、前記探触子が探傷検査を実施している間、連続的に回転している探傷検査対象の植込み部に当該探触子が追随するように移動可能に構成され、かつ、前記探触子が前記植込み部に近接又は接触する位置、あるいは前記植込み部から離反する位置に配置するように移動可能に構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、タービン翼の探傷検査を短時間かつ高精度で実施することができる。

（ａ）は第１の実施形態に係るガイドレールの模式図、（ｂ）は走行装置が装着されたガイドレールの断面図、（ｃ）は（ｂ）の一部拡大図。 第１の実施形態に係る自動探傷装置の模式図。 タービン翼の基部に取り付けられた第１の実施形態に係る自動探傷装置の模式図。 第２の実施形態に係る自動探傷装置の模式図。 第３の実施形態に係る自動探傷装置の模式図。 第４の実施形態に係る自動探傷装置の模式図。 タービン植込み部の模式図。

以下、本発明に係るタービン翼の自動探傷装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、探傷検査の対象がタービン翼（動翼）の植込み部の例について説明するが、これに限定されず、動翼又は静翼自体、タービンホイールの植込み部、あるいはタービン静翼の取付部を探傷検査対象としてもよい。

［第１の実施形態］
第１の実施形態に係るタービン翼の自動探傷装置を図１により説明する。
（構成）
本実施形態に係るタービン翼の自動探傷装置は、図１〜図３に示すように、タービンホイール２の周囲に放射状に配置された複数のタービン翼（動翼）１の基部近傍に取り付けられる円環状のガイドレール３と、ガイドレール３に走行可能に取り付けられた自走式の走行装置４と、走行装置４の端部に設置され走行装置４とともにガイドレール３に沿って走行移動する探触子５と、から構成される。

走行装置４は内部に小型モータ（図示せず）とガイドレール３に沿って走行する駆動輪４ａを有し、探触子５は植え込み部１０に対し超音波を送受信する超音波送受信素子（トランスジューサ）５ａを備えている（図１（ｂ））。

円環状のガイドレール３は複数に分割可能に構成され、ガイドレール３をタービン翼１に取り付ける際は、分割したガイドレール３をタービン翼１に取り付け固定した後、公知の締結具によってガイドレール３の分割面３ｃを接続固定する（図示せず）。

また、ガイドレール３を簡便にタービン翼１に取り付けるために、図２に示すようにガイドレール３の外縁部にタービン翼１と嵌合する複数の位置決め溝３ａを設けてもよい。これにより、図３に示すように、タービン翼１へのガイドレール３の取り付け固定作業を簡便に行うことができるとともに、ガイドレール３を所望の位置に位置決め固定することができる。

さらに、探触子５を各植込み部１０に位置決めするために、図１（ｃ）に示すように、走行装置４に対向するガイドレール３の外周面に複数の位置決め穴３ｂを設け、走行装置４の内面には位置決め穴３ｂに出没可能に嵌合する位置決めピン４ｂを設けている。各位置決め穴３ｂは、ガイドレール３がタービン翼１に取り付け固定される際に、各植込み部１０に対応する位置にくるようにガイドレール３に形成される。

位置決めピン４ｂは、スプリング等の弾性部材により進退可能に構成され、例えば位置決めピン４ｂの先端部を曲面状に形成することで、位置決めピン４ｂに所定の横荷重がかかると位置決め穴３ａから離脱できるように構成される（図示せず）。なお、位置決めピン４ｂをソレノイド等によって進退可能とすることで、位置決め穴３ａから挿脱可能に構成してもよい（図示せず）。
また、走行装置４及び探触子５の電源及び制御部は走行装置４内に搭載してもよいが、外部からケーブルにより電源及び制御信号を供給するようにしてもよい（図示せず）。

（作用）
このように構成された本実施形態において、タービン翼１の植込み部１０の探傷検査を実施する場合は、まず、円環状のガイドレール３をタービン翼１の基部に取り付け固定する。その際、ガイドレールの位置決め溝３ａをタービン翼１に嵌合させ、その後、公知の締結具でタービン翼１に固定することで、ガイドレール３をタービン翼１に簡便に取り付け固定することができる。

次に、走行装置４をガイドレール３に沿って移動させ、位置決めピン４ｂがガイドレール３の位置決め穴３ｂに嵌合する位置で走行装置４を停止させ、探触子５によりその位置に対応する植込み部１０の探傷検査を実施する。
次いで、位置決めピン４ｂを位置決め穴３ｂから離脱させ、次の植込み部１０へ走行装置４を移動させ探傷検査を実施する。これを全ての植込み部１０に対し順次実施する。

（効果）
本実施形態によれば、複雑な形状を有するタービン翼１に円環状のガイドレール３を取り付け、走行装置４と探触子５をガイドレール３に沿って走行させることで、短時間で効率的にタービン翼１の植込み部１０の探傷検査を実施することができる。

また、走行装置４とガイドレール３にそれぞれ位置決めピン４ｂと位置決め穴３ｂからなる位置決め部材を設けたことにより、探触子５を所望の位置に簡便に位置決めすることができるため、高精度で信頼性の高い探傷検査を実施することができる。
さらに、ガイドレール３にタービン翼１と嵌合する位置決め穴３ｂを設けたことで、ガイドレール３を簡便にタービン翼１に取り付け固定することができる。

（変形例）
本変形例では、図１及び図３の矢線ａで示すように、探触子５を走行装置４に対し移動可能に取り付ける構成としている。探触子５は、例えば、走行装置４の内部に設けられた小型モータにより（図示せず）、植込み部１０に近接又は接触するように、あるいは離反するように移動する。

すなわち、探傷検査中は探触子５を植込み部１０に近接又は接触する位置に配置させることで高精度の探傷検査を実施し、検査終了後は探触子５を植込み部１０から離反させ、次の検査対象の植込み部１０まで円滑に移動させる。これにより、探触子５は、植込み部１０の段差等と干渉することなく円滑に移動することができるとともに、植込み部１０の探傷検査を短時間かつ高精度で実施することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係るタービン翼の自動探傷装置を図４により説明する。
（構成）
上記第１の実施形態では、ガイドレール３をタービン翼１の基部に取り付けた例を説明したが、タービン翼１の基部には種々の部材が密集配置されているため、ガイドレール３の取り付け作業が困難となるケースがある。

そのため、本第２の実施形態では、図４に示すように、ガイドレール３をタービン翼１の中間部又は先端部に取り付ける構成としている。その場合、探触子５は走行装置４に第１の支持部材１１により取り付けられる。また、第１の支持部材は、図４の矢線ｂに示すように、探触子５が植込み部１０に対して接離可能なように、走行装置４側を中心として移動（回動）可能に構成する。この接離操作は例えば走行装置４の内部に設けられた小型モータにより駆動制御される（図示せず）。

（作用）
このように構成された本実施形態において、第１の支持部材は、走行装置４の走行中は探触子５を植込み部１０から離反する位置に移動させ、走行装置４を円滑に走行させる。また、植込み部１０の探傷検査中は、探触子５を植込み部１０に近接又は接触する位置に移動させる。

（効果）
本第２の実施形態によれば、取り付け固定作業が比較的容易なタービン翼１の中間部又は先端部にガイドレール３を取り付け固定するため、取り付け固定作業を簡便に行うことができる。また、接触子５を植込み部１０から接離可能に構成したことで、走行装置４を円滑に移動させることができるとともに、植込み部１０の探傷検査を短時間かつ高精度で実施することができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係るタービン翼の自動探傷装置を図５により説明する。なお、上記実施形態と同一又は類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（構成）
上記実施形態では、タービンを停止させた状態で探傷検査を実施する例を説明したが、本実施形態ではタービンを間欠回転させながら探傷検査を実施する。

本実施形態に係るタービン翼の自動探傷装置は、図５に示すように、タービンロータ７にタービンホイール２が配置された状態で植込み部１０の探傷検査を行う探触子５と、タービン翼１に隣接して設けられた支柱１２と、探触子５を略平行に支柱１２に支持する第２の支持部材１３とから構成される。第２の支持部材１３は、図５の矢線ｃで示すように、探触子５が植え込み部１０に近接又は接触する位置と植え込み部１０から離反する位置に移動可能なように、支柱１２側を中心として移動（回動）可能に構成されている。

（作用）
このように構成された本実施形態において、植込み部１０の探傷検査を実施する際は、タービンロータ７に接続されたタービン翼１の回転を一時的に停止させ、第２の支持部材１３を移動（回動）させることにより探触子５を探傷検査対象の植込み部１０に近接又は接触する位置に移動させる。検査終了後は探触子５を植込み部１０から離反するように移動させる。

次に、タービン翼１を間欠的に駆動させ、次の植込み部１０が探触子５に対応する位置に到達するとタービン翼１の回転を停止し、上記と同様に探傷検査を実施する。このようにタービン翼１を間欠的に回転させながら、全植込み部１０に対し探傷検査を実施する。

（効果）
本実施形態によれば、タービン翼１を間欠的に回転させることにより、簡便な探傷検査装置で短時間かつ効率的に植込み部１０の探傷検査を実施することができる。
また、探触子５を植込み部１０に対し接離可能に構成したことにより、探触子５は植込み部１０の段差等と干渉することなく移動させることができる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態に係るタービン翼の自動探傷装置を図６により説明する。なお、上記実施形態と同一又は類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（構成）
上記第３の実施形態では、タービン翼１を間欠的に回転させながら探傷検査を実施する例を説明したが、本実施形態ではタービン翼１を連続的に低速回転させながら探傷検査を実施する。

本実施形態に係るタービン翼１の自動探傷装置は、図６に示すように、植込み部１０の探傷検査を行う探触子５と、タービン翼１に隣接して設けられた支柱１２と、探触子５を略水平に支柱１２に支持する第３の支持部材１４と、探触子５の両端部に設けられた一対の第４の支持部材１５ａ、１５ｂと、当該一対の第４の支持部材１５ａ、１５ｂの先端に設けられ探傷検査対象の植込み部１０に隣接する植え込み部１０ａ、１０ｂの表面に密着する例えば電磁石等からなる密着部材１６ａ、１６ｂと、から構成される。なお、吸着部材１６ａ、１６ｂとして、電磁石以外に真空吸引式による密着手段を用いてもよい。

第３の支持部材１４は、探傷検査中に探触子５が探傷検査対象の植込み部１０の回転に追随して移動可能なように、図６の矢線ｅで示すように、支柱１２に対し上下動可能に構成されている。

さらに、第３の支持部材１３は、図６の矢線ｃで示すように、探触子５が植込み部１０に近接又は接触する位置と植込み部１０から離反する位置に移動可能なように、支柱１２側を中心として移動（回動）可能に構成されている。

（作用）
このように構成された本実施形態において、植込み部１０の探傷検査を実施する際は、低速回転している探傷検査対象の植込み部１０に第３の支持部材により探触子５を近接又は接触させ、同時に隣接する植込み部１０ａ、１０ｂに密着部材１６ａ、１６ｂを密着させることで、探触子５を位置決め固定する。その際、植込み部１０は低速で回転しているため、接触子５の位置決め作業、及び密着部材１６ａ、１６ｂの密着作業を手動で容易に行うことができる。

探傷検査中、第３の支持部材１４は、図６の矢線ｄで示すように、タービン翼１及び植込み部１０の回転に追随して支柱１２に対し上下に移動し、また、探触子５及び密着部材１６ａ、１６ｂも、図６の矢線ｅで示すように、タービン翼１の回転に追随して移動する。

探傷検査が終了した後は、手動で密着部材１６ａ、１６ｂを離脱させるとともに、第３の支持部材１４を移動（回動）させることで探触子５を植込み部１０から離反させる。
次の探傷検査を行う植込み部１０は、直前に探傷検査を行った植込み部１０に隣接する植込み部１０ではなく、タービン翼１（植込み部１０）が連続的に回転しているために、直前に探傷検査を行った植込み部１０から数枚離間した植込み部１０となる。

そして、上記作業と同様に、低速回転している次の探傷検査対象の植込み部１０に探触子５を近接又は接触させ、同時に隣接する植込み部１０ａ、１０ｂに密着部材１６ａ、１６ｂを密着させることで探触子５を位置決めし、順次探傷検査を実施する。

このように、本実施形態では、タービン翼１（植込み部１０）を複数回低速回転させている間に離散的に植込み部１０の探傷検査を実施することで、全植込み部１０の探傷検査を実施する。なお、各植込み部１０の探傷検査順序等の管理及び操作制御は本探傷検査装置に付設された制御部により適宜制御される（図示せず）。

（効果）
本実施形態によれば、タービン翼１を低速回転させながら探傷検査を実施するため、大きな慣性力を有するタービン翼を停止させる必要がなく、これにより蒸気タービンプラントの運転効率を向上させることができる。また、タービン翼１を低速回転させながら探傷検査を実施することで、簡便な探傷検査装置で短時間かつ効率的に探傷検査を実施することができる。さらに、低速回転するタービン翼１（植込み部１０）に探触子５が追随する構成としたため、植込み部１０の探傷検査をより高精度で実施することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、ガイドレール３をタービン翼１の適宜な高さ位置に取り付けることにより、また、第１乃至第３の支持部材１１、１３、１４の長さを調節することで、動翼や静翼自体、又は静翼の取り付け部も探傷検査対象とすることができる。

この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…タービン翼（動翼）、２…タービンホイール、３…ガイドレール、３ａ…位置決め溝、３ｂ…位置決め穴、３ｃ…分割面、４…走行装置、４ａ…駆動輪、４ｂ…位置決めピン、５…探触子、５ａ…トランスジューサ、７…タービンロータ、１０…植込み部、１１…第１の支持部材、１２…支柱、１３…第２の支持部材、１４…第３の支持部材、１５ａ、１５ｂ…第４の支持部材、１６ａ、１６ｂ…密着部材。

Claims (12)

1. タービンホイールに植込み部を介して結合される複数のタービン翼の自動探傷装置において、
   前記複数のタービン翼に取り付けられる円環状のガイドレールと、前記ガイドレールに沿って移動する走行装置と、前記走行装置の端部に固定され前記植込み部の探傷検査を行う探触子と、を有することを特徴とするタービン翼の自動探傷装置。
2. 前記ガイドレールはタービン翼の基部に取り付けられることを特徴とする請求項１記載のタービン翼の自動探傷装置。
3. 前記探触子は、探触子が前記植込み部に近接又は接触する位置、あるいは前記植込み部から離反する位置に配置するように前記走行装置に対して移動可能に構成されていることを特徴とする請求項２記載のタービン翼の自動探傷装置。
4. 前記ガイドレールはタービン翼の中間部又は先端部に取り付けられるとともに、前記探触子は第１の支持部材によって前記走行装置に支持されることを特徴とする請求項１記載のタービン翼の自動探傷装置。
5. 前記第１の支持部材は前記探触子が前記植込み部に近接又は接触する位置、あるいは前記植込み部から離反する位置に配置するように移動可能に構成されていることを特徴とする請求項４記載のタービン翼の自動探傷装置。
6. 前記探触子を前記植込み部に対向させるために前記走行装置とガイドレールに位置決め部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のタービン翼の自動探傷装置。
7. 前記位置決め部材は、走行装置の内周面に進退可能に設けられた位置決めピンと、前記ガイドレールに設けられ当該位置決めピンと嵌合する位置決め穴とからなることを特徴とする請求項６記載のタービン翼の自動探傷装置。
8. 前記ガイドレールにタービン翼と嵌合する複数の位置決め溝を設けたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のタービン翼の自動探傷装置。
9. タービンホイールに植込み部を介して結合される複数のタービン翼の自動探傷装置において、
   前記タービン翼に隣接して設けられた支柱と、一端に探触子が取り付けられ他端が前記支柱に支持された第２の支持部材と、を有し、
   前記第２の支持部材は、前記探触子が間欠的に回転している前記植込み部に近接又は接触する位置、あるいは前記植込み部から離反する位置に配置するように移動可能に構成されていることを特徴とするタービン翼の自動探傷装置。
10. タービンホイールに植込み部を介して結合される複数のタービン翼の自動探傷装置において、
    前記タービン翼に隣接して設けられた支柱と、一端に探触子が取り付けられ他端が前記支柱に支持された第３の支持部材と、を有し、
    前記第３の支持部材は、前記探触子が探傷検査を実施している間、連続的に回転している探傷検査対象の植込み部に当該探触子が追随するように移動可能に構成され、かつ、前記探触子が前記植込み部に近接又は接触する位置、あるいは前記植込み部から離反する位置に配置するように移動可能に構成されていることを特徴とするタービン翼の自動探傷装置。
11. 前記探触子は一対の密着部材を備え、前記探触子が前記植込み部の探傷検査を実施している間、前記一対の密着部材は前記探傷検査対象の植込み部の両隣の植込み部に密着していることを特徴とする請求項１０記載のタービン翼の自動探傷装置。
12. 探傷検査対象が動翼又は静翼であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のタービン翼の自動探傷装置。
    
    

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