JP2015114254A - タービン翼検査方法及びタービン翼検査方法の決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン翼の冷却孔の内面に発生している亀裂等を確実に測定することが可能なタービン翼検査方法及びタービン翼検査方法の決定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】タービン翼検査方法は、可視光を受けることによって蛍光を発する浸透剤をタービン翼の冷却孔の内面に塗布し（ステップＳ１１）、冷却孔内部に可視光照射用のライトガイドファイバーを有するファイバースコープを挿入し（ステップＳ１３）、ファイバースコープによって冷却孔の内面に可視光を照射し（ステップＳ１４）、浸透剤が塗布された冷却孔の内面の像をファイバースコープを介して撮像装置によって取得する（ステップＳ１５）。
【選択図】図２

Description

本発明は、タービン翼に設けられた冷却孔の内面に発生する亀裂等を検査するタービン翼検査方法及びタービン翼検査方法の決定方法に関するものである。

ガスタービンのタービン翼（静翼及び動翼）の製品検査又は保守検査として、翼表面における亀裂の有無が測定されている。亀裂測定方法として、例えば下記の特許文献１及び２が開示されている。

特許文献１では、部品の内部空洞を検査するための渦電流検査に関する技術であって、プローブを内部空洞内に挿入し注目の区域上をスキャンさせることが記載されている。また、特許文献２では、セラミック被覆材の非破壊検査に関する技術であって、光に反応して蛍光を発する浸透探傷液をセラミック被覆材に含浸させ、光を照射し、励起される浸透探傷液の蛍光を検知することによって、亀裂を検査することが開示されている。

特開２００８−２７５６２２号公報 特開２００４−９３３００号公報

ガスタービンのタービン翼の翼表面は測定装置のアクセスが容易であり、従来、亀裂の有無の測定が可能である。他方、タービン翼には、冷却用ガスを噴出するための微細な貫通孔（以下「冷却孔」という。）が多数設けられているが、タービン翼の内側である微細な冷却孔の内部は測定装置によるアクセスがしづらく、亀裂の測定が困難であった。

紫外線の照射によって蛍光を励起させる蛍光浸透探傷（ＰＴ）法は、紫外線を通せるライトガイドファイバーを有するファイバースコープ等を用いる。このファイバースコープの径は数mmであり、タービン翼の冷却孔が例えばφ1ｍｍ程度等の微細な孔の場合、ファイバースコープをタービン翼の冷却孔内に挿入できない。そのため、紫外線の照射によって蛍光を励起させる蛍光ＰＴ法は、冷却孔の内面に発生する亀裂測定方法として適用できない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、タービン翼の冷却孔の内面に発生している亀裂等を確実に測定することが可能なタービン翼検査方法及びタービン翼検査方法の決定方法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、本発明のタービン翼検査方法及びタービン翼検査方法の決定方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るタービン翼検査方法は、可視光を受けることによって蛍光を発する浸透剤をタービン翼の冷却孔の内面に塗布するステップと、前記冷却孔内部に可視光照射用のライトガイドファイバーを有するファイバースコープを挿入するステップと、前記ファイバースコープによって前記冷却孔の内面に可視光を照射するステップと、前記浸透剤が塗布された前記冷却孔の内面の像を前記ファイバースコープを介して撮像装置によって取得するステップとを有する。

この構成によれば、浸透剤が可視光を受けて蛍光を発することから、タービン翼の冷却孔内部に挿入するファイバースコープとして、可視光照射用のライトガイドファイバーを有するものを用いることができる。したがって、紫外光照射用のライトガイドファイバーを有するファイバースコープに比べて細径のファイバースコープを用いることができるため、タービン翼の冷却孔の径が例えばφ1ｍｍ程度等の微細な孔であっても、冷却孔内部にファイバースコープを挿入できる。

浸透剤を冷却孔の内面に塗布した後、タービン翼表面の浸透剤を除去し、ファイバースコープのライトガイドファイバーを介して可視光を冷却孔の内面に照射する。亀裂や傷等によって浸透剤が除去しきれず残留している部分は、浸透剤が蛍光を発することから、冷却孔の内面の画像をファイバースコープによって取得することで、冷却孔の内面に発生している亀裂等を測定できる。

上記発明において、前記浸透剤は、可視光を受けることによって蛍光を発する蛍光剤と、前記タービン翼に発生する亀裂に対する浸透性が高い溶剤、又は、前記タービン翼の表面に対する濡れ性が高い溶剤との混合物であることが望ましい。

この構成によれば、タービン翼に発生する亀裂や傷等に対して蛍光剤が浸透しやすくなることから、亀裂等の発生部分とそれ以外の部分との区別が明確になる。

上記発明において、前記浸透剤の蛍光の励起に適した波長領域以外の波長を低減させるフィルタを介して前記可視光を照射してもよい。

この構成によれば、ファイバースコープによって冷却孔の内面に可視光を照射する際、フィルタを介することによって、浸透剤の蛍光の励起に適した波長領域が特に照射されることから、蛍光部分が明確になり、亀裂等の発生部分とそれ以外の部分とを区別しやすくなる。

本発明に係るタービン翼検査方法の決定方法は、ファイバースコープに設けられるライトガイドファイバーの光透過特性を取得するステップと、取得された前記ライトガイドファイバーの光透過特性に基づいて、可視光領域で透過性が高いライトガイドファイバーを有するファイバースコープを選定するステップと、撮像装置の波長感度特性を取得するステップと、取得された前記撮像装置の波長感度特性に基づいて、可視光領域で感度が高い撮像装置を選定するステップと、可視光を受けることによって発光する蛍光剤の発光特性を取得するステップと、取得された前記蛍光剤の発光特性と、選定された前記ファイバースコープの前記ライトガイドファイバーの光透過特性、及び、選定された前記撮像装置の波長感度特性に基づいて、蛍光剤を選定するステップとを有する。

この構成によれば、浸透剤を冷却孔の内面に塗布した後、ファイバースコープのライトガイドファイバーを介して可視光を冷却孔の内面に照射し、冷却孔の内面の画像をファイバースコープを介して撮像装置によって取得する亀裂等のタービン翼検査方法において、ライトガイドファイバーの光透過特性や撮像装置の波長感度特性に適した蛍光剤が選定されていることから、可視光を照射して浸透剤が蛍光を発したときに、蛍光部分が明確になり、亀裂等の発生部分とそれ以外の部分とを区別しやすくなる。

この発明によれば、タービン翼の冷却孔の内面に発生している亀裂等を確実に測定することができる。

本発明の一実施形態に係るタービン翼検査方法に用いられるファイバースコープ及び撮像装置とタービン翼の冷却孔を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るタービン翼検査方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るタービン翼検査方法の決定方法を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態に係るタービン翼検査方法は、可視光を受けて励起する蛍光剤を含む浸透剤をタービン翼１の冷却孔２の内面に浸透させて、冷却孔２の内面をファイバースコープ３を介して撮像装置４によって観察し、タービン翼１の冷却孔２の内面に生じる可能性がある亀裂又は傷等を検査するものである。

検査対象となるタービン翼１は、ガスタービンに設置される翼であって、静翼及び動翼のいずれも含む。タービン翼１には、冷却用ガスを噴出するための微細な貫通孔（以下「冷却孔２」という。）が多数設けられている。冷却孔２は、図１に示すように、タービン翼１の外面１ｂから内面１ａにわたって貫通している。冷却孔２の径は、例えばφ1ｍｍ程度である。これらの冷却孔２に生じる亀裂の長さは、例えば約0.2mmである。

ファイバースコープ３は、図１に示すように、対物レンズ５と、対物レンズ５を介してタービン翼１内部の像を外部に伝えるイメージガイドファイバー６と、光源部７と、光源部７の光をタービン翼１内部側に導くライトガイドファイバー８と、光照射部９などを備える。本実施形態では、可視光領域で透過性が高い光透過特性を有する可視光照射用のライトガイドファイバー８を備えているものを用いる。したがって、ライトガイドファイバー８の径が紫外光照射用に比べて細径（例えばφ0.7mm）となることから、ファイバースコープ３の径は、タービン翼１の冷却孔２の径（例えばφ1ｍｍ程度）よりも小さい。その結果、外面１ｂ側から冷却孔２内部にファイバースコープ３を挿入できる。

ファイバースコープ３の光照射部９は、ファイバースコープ３の先端に設けられ、光源部７からライトガイドファイバー８を経て伝わった可視光を対象物である冷却孔２へ照射する。光照射部９には、フィルタ（図示せず。）が設けられてもよい。フィルタは、本実施形態に係るタービン翼検査方法で用いられる浸透剤の蛍光の励起に適した波長領域以外の波長を低減させる。これにより、ファイバースコープ３によって冷却孔２の内面に可視光を照射する際、フィルタを介することによって、浸透剤の蛍光の励起に適した波長領域が特に照射されることから、蛍光部分が明確になり、亀裂等の発生部分とそれ以外の部分とを区別しやすくなる。

浸透剤は、蛍光剤と溶剤の混合物である。蛍光剤は、本実施形態に係るタービン翼検査方法において、可視光を受けて蛍光を発するものが用いられる。発明者らは、シンロイヒ株式会社製の蛍光塗料（顔料）（製品名ＳＸ−１０５（微粉末状））を実際のタービン翼に適用して、亀裂の測定が可能であることを確認した。なお、本発明に適用される蛍光剤は、上記製品に限定されない。

溶剤は、タービン翼１に発生する亀裂に対する浸透性が高いもの、又は、タービン翼１の表面に対する濡れ性が高いものが用いられることが望ましい。これにより、蛍光剤と溶剤の混合物である浸透剤がタービン翼１に発生する亀裂や傷等に対して浸透しやすくなることから、測定時において、亀裂等の発生部分とそれ以外の部分との区別が明確になる。

また、溶剤は、タービン翼１への塗布後、乾燥を経た後、拭き取りをして、タービン翼１表面の残留が少なくなるものが望ましい。例えば、エタノール、イソプロピルアルコール等を溶剤とした浸透剤では、残留物が少ないことが確認された。

撮像装置４は、可視光領域で感度が高い波長感度特性を有するものが用いられる。撮像装置４は、ファイバースコープから伝えられた画像を撮像する。

次に、図２を参照して、タービン翼検査方法の各ステップを順を追って説明する。
まず、検査対象となるタービン翼１の冷却孔２の内面に浸透剤を塗布する（ステップＳ１１）。これにより、冷却孔２の内面に亀裂や傷が生じている場合、亀裂等の内部に浸透剤が浸透する。浸透剤を乾燥させた後、タービン翼１表面に塗布された浸透剤を綿棒やブラシ等を用いて除去する（ステップＳ１２）。このとき、亀裂内部以外の浸透剤が適切に除去されれば、亀裂部分が明確に区別できる。

そして、ファイバースコープ３を外面１ｂ側から冷却孔２内部へ挿入し（ステップＳ１３）、冷却孔２内へライトガイドファイバー８を経て可視光を照射する（ステップＳ１４）。その結果、亀裂部分に残留している蛍光剤が可視光を受けることによって蛍光を発する。

冷却孔２の内面の像をイメージガイドファイバー６を経て外部へ伝送し、撮像装置４が冷却孔２の内面の像を撮像する（ステップＳ１５）。その結果、撮像装置４が冷却孔２の内面の像を取得できる。そして、画像データに基づいて、亀裂や傷の有無等を分析する（ステップＳ１６）。冷却孔２の内面に亀裂があり、亀裂部分に残留している蛍光剤が蛍光を発しているとき、撮像装置４において蛍光部分を認識できる。

以上、本実施形態に係るタービン翼検査方法によれば、浸透剤が可視光を受けて蛍光を発することから、タービン翼１の冷却孔２内部に挿入するファイバースコープ３として、可視光照射用のライトガイドファイバー８を有するものを用いることができる。したがって、紫外光照射用のライトガイドファイバーを有するファイバースコープに比べて細径のファイバースコープ３を用いることができるため、タービン翼１の冷却孔２の径が例えばφ1ｍｍ程度の微細な場合であっても、冷却孔２内部にファイバースコープ３を挿入できる。

浸透剤は、可視光を受けることによって蛍光を発する蛍光剤と、タービン翼１に発生する亀裂に対する浸透性が高い溶剤、又は、タービン翼１の表面に対する濡れ性が高い溶剤との混合物である。そのため、タービン翼１に発生する亀裂や傷等に対して蛍光剤が浸透しやすくなる。

また、浸透剤の蛍光の励起に適した波長領域以外の波長を低減させるフィルタを介して可視光を照射する。ファイバースコープ３によって冷却孔２の内面に可視光を照射する際、フィルタを介することによって、浸透剤の蛍光の励起に適した波長領域が特に照射されることから、蛍光部分が明確になる。
以上より、亀裂等の発生部分とそれ以外の部分とを区別しやすくなり、亀裂判別（解析）時のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

次に、図３を参照して、タービン翼検査方法の決定方法について説明する。
候補となる複数のファイバースコープ３について、ライトガイドファイバー８の光透過特性を取得する（ステップＳ２１）。そして、取得されたライトガイドファイバー８の光透過特性に基づいて、可視光領域で透過性が高いライトガイドファイバー８を有するファイバースコープ３を選定する（ステップＳ２２）。

一方、候補となる複数の撮像装置４について、波長感度特性を取得する（ステップＳ２３）。そして、撮像装置４の波長感度特性に基づいて、可視光領域で感度が高い撮像装置４を選定する（ステップＳ２４）。

また、蛍光剤についても、可視光を受けることによって発光する蛍光剤の複数の候補について、発光特性を取得する（ステップＳ２５）。そして、取得された蛍光剤の発光特性と、選定されたファイバースコープ３のライトガイドファイバー８の光透過特性、及び、選定された撮像装置４の波長感度特性に基づいて、蛍光剤を選定する（ステップＳ２６）。具体的には、ライトガイドファイバー８の透過性が高い波長領域であって、撮像装置３の感度特性が高い波長領域において、良く発光する蛍光剤を選定するとよい。

上述した決定方法で決定されたタービン翼検査方法を実施することによって、ライトガイドファイバー８の光透過特性や撮像装置４の波長感度特性に適した蛍光剤が選定されていることから、可視光を照射して浸透剤が蛍光を発したときに、蛍光部分が明確になり、亀裂等の発生部分とそれ以外の部分とを区別しやすくなる。
また、紫外光を扱う必要が無く、可視光領域で測定が可能となることから、測定者等に対する安全性や作業性を向上させることができる。

１ タービン翼
２ 冷却孔
３ ファイバースコープ
４ 撮像装置
５ 対物レンズ
６ イメージガイドファイバー
７ 光源部
８ ライトガイドファイバー
９ 光照射部

Claims (4)

1. 可視光を受けることによって蛍光を発する浸透剤をタービン翼の冷却孔の内面に塗布するステップと、
   前記冷却孔内部に可視光照射用のライトガイドファイバーを有するファイバースコープを挿入するステップと、
   前記ファイバースコープによって前記冷却孔の内面に可視光を照射するステップと、
   前記浸透剤が塗布された前記冷却孔の内面の像を前記ファイバースコープを介して撮像装置によって取得するステップと、
   を有するタービン翼検査方法。
2. 前記浸透剤は、可視光を受けることによって蛍光を発する蛍光剤と、前記タービン翼に発生する亀裂に対する浸透性が高い溶剤、又は、前記タービン翼の表面に対する濡れ性が高い溶剤との混合物である請求項１に記載のタービン翼検査方法。
3. 前記浸透剤の蛍光の励起に適した波長領域以外の波長を低減させるフィルタを介して前記可視光を照射する請求項１又は２に記載のタービン翼検査方法。
4. ファイバースコープに設けられるライトガイドファイバーの光透過特性を取得するステップと、
   取得された前記ライトガイドファイバーの光透過特性に基づいて、可視光領域で透過性が高いライトガイドファイバーを有するファイバースコープを選定するステップと、
   撮像装置の波長感度特性を取得するステップと、
   取得された前記撮像装置の波長感度特性に基づいて、可視光領域で感度が高い撮像装置を選定するステップと、
   可視光を受けることによって発光する蛍光剤の発光特性を取得するステップと、
   取得された前記蛍光剤の発光特性と、選定された前記ファイバースコープの前記ライトガイドファイバーの光透過特性、及び、選定された前記撮像装置の波長感度特性に基づいて、蛍光剤を選定するステップと、
   を有するタービン翼検査方法の決定方法。
   

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