JP2023136584A

JP2023136584A - ガスタービンケーシング内の静翼ブロックとシュラウドブロックの取り付け治具及び治具セット

Info

Publication number: JP2023136584A
Application number: JP2022042336A
Authority: JP
Inventors: 尚宏寺山; Naohiro Terayama; 弘一高原; Koichi Takahara
Original assignee: Tokyo Power Technology Ltd
Current assignee: Tokyo Power Technology Ltd
Priority date: 2022-03-17
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2023-09-29
Anticipated expiration: 2042-03-17
Also published as: JP7208428B1

Abstract

【課題】ブロック状の静翼ブロックをシュラウドブロックの側面係合溝部に沿ってケーシングの中に移動させる際に、あらかじめ不具合を点検しておき、不具合があれば補修しておいて、静翼ブロックの組み立てをスムーズに行うことができるようにするための静翼ブロック取付け治具及び治具セットを提供すること。【解決手段】ガスタービンケーシング内に存在する静翼ブロックに設けられた周方向に延在する係合凸部と、シュラウドブロック５に設けられた周方向に延在する側面係合溝部６とを係合して静翼ブロックを組み立てる前に、前記係合凸部の軸方向外幅と側面係合溝部の軸方向内幅がそれぞれ定寸であるかどうかを確認するための静翼ブロック取付け治具セットを作製する。【選択図】図２

Description

本発明は、ガスタービンケーシング内の静翼ブロックの係合凸部とシュラウドブロックの側面係合溝部（静翼ブロック保持溝）とを係合して静翼ブロックを組み立てる前に用いられる静翼ブロック取付け治具及び治具セットに関する。

火力発電所においては、発電機の動力源としてガスタービンが用いられている。ガスタービンは、大きく分けて、圧縮機、燃焼器、タービンに分けることができる。圧縮機は、外部から大量の空気を吸い込んで圧縮する。燃焼器は、圧縮機からの圧縮空気に燃料（軽油、灯油、天然ガスなど）を供給して燃焼させて、高温高圧ガスを発生させる。タービンは、燃焼器からの高温高圧ガスを外部に吐き出す過程で回転動力に変換する。タービンで変換された回転動力は、主に発電機の動力源になり、一部は圧縮機での空気の圧縮の動力源になる。

ガスタービンは、圧縮機、燃焼器、タービンの全体に渡って一体的に構成された回転軸となるロータを有する。ロータは、圧縮機において、周方向に間隔をおいて同じ大きさの動翼が複数固定されており、かつ、軸方向に間隔をおいて異なる大きさの動翼が複数段固定されている。また、ロータは、タービンにおいても、周方向に間隔をおいて同じ大きさの動翼が複数固定されており、かつ、軸方向に間隔をおいて異なる大きさの動翼が複数段固定されている。そのため、ロータは、非常に重い重量となる。

ガスタービンは、圧縮機、燃焼器、タービンの外郭となるケーシングを有する。ケーシングは、ロータを回転可能に支持する。ケーシングは、圧縮機、燃焼器、タービンの各部で軸方向に複数に分割されており、かつ、上下に２分割可能な構成となっている。ケーシングには、タービンの動翼の径方向外側において、わずかな隙間を介して内壁面となるシュラウドブロックという部材が周方向に並んで嵌り合うように組付けられ、シュラウドを構成する。このシュラウドも軸方向に間隔をおいて異なる大きさで複数段固定されている。また、ケーシングには、タービンの軸方向の動翼間に配置される静翼ブロックが周方向に並んで、隣り合うシュラウドブロック間に嵌り合うことによって組付けられ、静翼を構成する。この静翼も軸方向に間隔をおいて異なる大きさで複数段固定されている（例えば、特許文献１参照）。

以上のようなガスタービンでは、タービンのオーバーホール（部品清掃、新品交換など）を行うときに、上半分の全てのケーシングを吊り上げて外し、その後、ロータを吊り上げて外した上で、タービンにおける静翼ブロック及びシュラウドブロックを分解していた。まず、シュラウドブロックに設けられた円弧状の側面係合溝部（静翼ブロック保持溝）に沿って静翼ブロックを順次スライドさせてシュラウドブロックの側面係合溝部（静翼ブロック保持溝）の端部から抜き取った後、ケーシングに設けられた円弧状のシュラウドブロック保持溝に沿ってシュラウドブロックをスライドさせてシュラウドブロック保持溝の端部から抜き取りシュラウドブロックをケーシングから取り外していた。また、組立時は、分解時の逆の工程を行っていた。すなわち、ケーシングに設けられた円弧状のシュラウドブロック保持溝の端部からシュラウドブロックを順次嵌入し、スライドさせてシュラウドを複数段組立てた後、対向するシュラウドブロックに設けられた円弧状の側面係合溝部（静翼ブロック保持溝）間に沿って静翼ブロックの両側の係合凸部をそれぞれ順次嵌入し、スライドさせて静翼を組立てていた。

他方、ガスタービンは作動流体として高温燃焼ガスを用いることから、燃焼器や動静翼ブロックなどの高温ガス通路部材は高温酸化や熱応力による損傷を受けやすく、定期的な補修と交換を行いながら運用していくことが不可欠であるとされている。また、ガスタービンの第１段静翼ブロックには、熱疲労により多くの亀裂・変形が生じるほか、局所的に高温酸化による減肉が生じることもある。

特開２０２１－１２０５６０号公報

従来、静翼ブロックの組立時は、シュラウドブロックの側面係合溝部（静翼ブロック保持溝）にブロック状の静翼ブロックの係合凸部を嵌め入れて係合させていたが、数千度となる過酷な条件下で係合凸部の軸方向外幅や側面係合溝部の軸方向内幅が熱変性しても黙視により確認することが難しく、とにかく静翼ブロックを嵌合してみて、静翼ブロックのヘッドをハンマーで叩き無理矢理静翼ブロックの係合凸部をシュラウドブロックの側面係合溝部に嵌入させていたが、多くの場合スムーズにセッティングできず、その都度静翼ブロックをシュラウドブロックから取り外し、超硬バーを用いて研削したり、ハンマー等で修正して再度シュラウドブロックの側面係合溝部に静翼ブロックの係合凸部を嵌め直して係合させていた。そのため、ガスタービンのメンテナンスコスト及び作業時間が増大するといった問題があった。

本発明の課題は、静翼の組立時、静翼ブロックをシュラウドブロックの側面係合溝部に沿ってケーシングの中に移動させる際に、あらかじめ不具合を点検しておき、不具合があれば補修しておいて、静翼ブロックの組み立てをスムーズに行うことができるようにするための静翼ブロック取付け治具及び治具セットを提供することにある。

本発明者らは、ガスタービンケーシング内に存在する、ガスタービンの作動流体としての高温燃焼ガスの通路部材である静翼ブロックに設けられた周方向に延在する係合凸部と、シュラウドブロックに設けられた周方向に延在する側面係合溝部（静翼ブロック保持溝）とを係合して静翼を組み立てる前に、前記係合凸部の軸方向外幅と側面係合溝部の軸方向内幅がそれぞれ定寸であるかどうかをあらかじめ確認するための静翼ブロック取付け治具セットを作製した。前記係合凸部の外幅確認治具は、基板と、係合凸部の外幅に等しい距離、又は外幅より僅かに大きい距離を離間して基板から立設した２本の円柱体とからなる。前記側面係合溝部の内幅確認治具は、基板と、側面係合溝部の内幅に等しい直径、又は内幅よりも僅かに小さい直径の基板から立設した１本の円柱体とからなる。シュラウドブロックの側面係合溝部（静翼ブロック保持溝）に静翼ブロックの係合凸部を組み込むに先立って、係合凸部の軸方向外幅と側面係合溝部の軸方向内幅がそれぞれ定寸であるかどうかを確認することにした。定寸でない膨らんでいる箇所をあらかじめ見つけ、超硬バーを用いて研削したり、ハンマー等で補修する。係合凸部の軸方向外幅と側面係合溝部の軸方向内幅がそれぞれ定寸であるかどうかを確認した後に、シュラウドブロックの側面係合溝部に静翼ブロックの係合凸部を順次係合させスムーズにスライドさせることができることを確認した。

すなわち、本発明の静翼ブロック取付け治具セットは、ガスタービンケーシング内の静翼ブロックの係合凸部とシュラウドブロックの側面係合溝部とを係合して静翼を組み立てる前に用いられるという、使用用途が限定された静翼ブロック取付け治具セットであり、このことから本発明は使用用途限定発明ということができる。かかる静翼ブロック取付け治具セットは、前記係合凸部の軸方向外幅確認治具と前記側面係合溝部の軸方向内幅確認治具とからなり、前記軸方向外幅確認治具は、係合凸部の軸方向外幅に等しい距離、又は外幅より僅かに大きい距離を離間して基板から立設した２本の円柱体からなり、前記軸方向内幅確認治具は基板と係合溝部の軸方向内幅に等しい直径、又は内幅よりも僅かに小さい直径の基板から立設した円柱体とからなることを特徴とする。

また本発明の静翼ブロック取付け治具は、上記静翼ブロック取付け治具セットから導かれたもので、ガスタービンケーシング内の静翼ブロックの係合凸部とシュラウドブロックの側面係合溝部とを係合して静翼を組み立てる前に用いられるという、使用用途が限定された静翼ブロック取付け治具であり、このことから本発明は使用用途限定発明ということができる。かかる静翼ブロック取付け治具は、前記係合凸部の軸方向外幅確認、かつ前記側面係合溝部の軸方向内幅確認の治具であり、前記治具は、基板と、係合凸部の軸方向外幅に等しい距離、又は外幅より僅かに大きい距離を離間して基板から立設した２本の円柱体からなり、該２本の円柱体の内少なくとも１本は、前記係合溝部の軸方向内幅に等しい直径、又は内幅よりも僅かに小さい直径であることを特徴とする。

本発明の静翼ブロック取付け治具セットや静翼ブロック取付け治具を用いると、あらかじめ静翼ブロックの係合凸部の横幅と、シュラウドブロックの側面係合溝部の内幅をチェックすることができるので、シュラウドブロックへの静翼ブロックの組立をスムーズに行うことができる。

静翼ブロックの係合凸部とシュラウドブロックの側面係合溝部とが係合している状態を示す概略図である。本発明の静翼ブロック取付け治具セットのうち、シュラウドブロックの側面係合溝部の軸方向内幅確認治具の斜視図（ａ）と、該軸方向内幅確認治具の使用態様を示す図（ｂ）である。本発明の静翼ブロック取付け治具セットのうち、シュラウドブロックの側面係合溝部の軸方向内幅確認治具を用いて、シュラウドブロックの側面係合溝部の軸方向内幅が定寸であるかどうかを確認している様子を示す図である。本発明の静翼ブロック取付け治具セットのうち、静翼ブロックの係合凸部の軸方向外幅確認治具の斜視図（ａ）と、該軸方向外幅確認治具の使用態様を示す図（ｂ）である。本発明の静翼ブロック取付け治具セットのうち、静翼ブロックの係合凸部の軸方向外幅確認治具を用いて、静翼ブロックの係合凸部の軸方向外幅が定寸であるかどうかを確認している様子を示す図である。

本発明の静翼ブロック取付け治具セットとしては、ガスタービンケーシング内のシュラウドブロックに静翼ブロックを取り付けるに先立って使用される治具セット、すなわち、静翼ブロックの上流側係合凸部と、上流側シュラウドブロックの側面係合溝部とを係合するとともに、静翼ブロックの下流側係合凸部と、下流側シュラウドブロックの側面係合溝部とを同時に係合して、上流側シュラウドブロックと下流側シュラウドブロック間に静翼ブロックを挟持させて組み立てる前に用いられる静翼ブロック取付け用の治具セットであって、この静翼ブロック取付け治具セットは、前記係合凸部の軸方向外幅確認治具と前記側面係合溝部の軸方向内幅確認治具とからなり、前記軸方向外幅確認治具は、基板と、係合凸部の軸方向外幅に等しい距離、又は外幅より僅かに大きい距離を離間して基板から立設した２本の円柱体からなり、前記軸方向内幅確認治具は、基板と、係合溝部の軸方向内幅に等しい直径、又は内幅よりも僅かに小さい直径の基板から立設した円柱体とからなることを特徴とする静翼ブロック取付け治具セットであれば特に制限されず、基板の形状は円板でも多角形板でも矩形板であってもよい。

また本発明の静翼ブロック取付け治具としては、ガスタービンケーシング内のシュラウドブロックに静翼ブロックを取り付けるに先立って使用される治具セット、すなわち、静翼ブロックの上流側係合凸部と、上流側シュラウドブロックの側面係合溝部とを係合するとともに、静翼ブロックの下流側係合凸部と、下流側シュラウドブロックの側面係合溝部とを同時に係合して、上流側シュラウドブロックと下流側シュラウドブロック間に静翼ブロックを挟持させて組み立てる前に用いられる静翼ブロック取付け用の治具であり、基板と、係合凸部の軸方向外幅に等しい距離、又は外幅より僅かに大きい距離を離間して基板から立設した２本の円柱体からなり、該２本の円柱体の内１本又は２本とも、前記係合溝部の軸方向内幅に等しい直径、又は内幅よりも僅かに小さい直径であることを特徴とする静翼ブロック取付け治具であれば特に制限されず、基板の形状は円板でも多角形板でも矩形板であってもよい。

上記外幅より僅かに大きい距離の離間とは、外幅より０．１～０．５ｍｍ大きい距離の離間を意味し、上記内幅よりも僅かに小さい直径とは、内幅より０．１～０．５ｍｍ小さい直径を意味する。

以下、図面を用いて本発明を説明するが、本発明の静翼ブロック取付け治具セットや静翼ブロック取付け治具は図示のものに限定されるものではない。

図１は、静翼ブロック１の係合凸部２とシュラウドブロック５の側面係合溝部６とが係合している状態を示す概略図である。図１に示されるシュラウドブロック５と静翼ブロック１の組立体では、静翼ブロック１の片側の係合凸部２とシュラウドブロック５の側面係合溝部６とが係合している状態が示されている。係合凸部２は静翼ブロック１のシュラウドブロック側の軸方向側面側に設けられ、周方向に（円弧状に）延在し、径方向外側に突設している。この係合凸部２と係合するシュラウドブロック５の側面係合溝部６は、シュラウドブロック５の静翼ブロック側の側面に設けられ、周方向に（円弧状に）延在し、径方向内側に窪んだ溝６が形成されている。シュラウドブロック５の側面係合溝部６と静翼ブロック１の係合凸部２が係合した結果、静翼ブロック１は周方向移動可能、径方向移動不能、かつ、軸方向移動不能に係合することになる。

図２は、本発明の静翼ブロック取付け治具セットのうち、シュラウドブロック５の側面係合溝部６の軸方向内幅確認治具１０の斜視図（ａ）と、該軸方向内幅確認治具１０の使用態様を示す図（ｂ）である。また図３は、本発明の静翼ブロック取付け治具セットのうち、シュラウドブロック５の側面係合溝部６の軸方向内幅確認治具１０を用いて、シュラウドブロック５の側面係合溝部６の軸方向内幅が定寸であるかどうかを確認している様子を示す図である。この内幅確認治具１０は円板状の基板１１と基板１１から立設した１本の円柱体１２からなり、該円柱体１２は係合溝部６の軸方向内幅に等しい直径、又は内幅よりも僅かに小さい直径を有している。

この内幅確認治具１０は、図３に示すように、基板１１を掌握して円柱体１２を係合溝部６に沿って周方向に（円弧状に）スライドさせる。もし、スライドさせることができないときは、溝が定寸よりも狭窄している箇所と判定し、超硬バーを用いて研削するか、ハンマー等を用いて補修して定寸に近づける。

図４は、本発明の静翼ブロック取付け治具セットのうち、静翼ブロック１の係合凸部２の軸方向外幅確認治具２０の斜視図（ａ）と、該軸方向外幅確認治具２０の使用態様を示す図（ｂ）である。図５は、本発明の静翼ブロック取付け治具セットのうち、静翼ブロック１の係合凸部２の軸方向外幅確認治具２０を用いて、静翼ブロック１の係合凸部２の軸方向外幅が定寸であるかどうかを確認している様子を示す図である。この外幅確認治具２０は円板状の基板２１と基板２１から立設した２本の円柱体２２，２２からなり、該２本の円柱体２２，２２は係合凸部２の軸方向外幅に等しい距離、又は外幅より僅かに大きい距離を離間して基板から立設している。

この外幅確認治具２０は、図５に示すように、基板２１を掌握して円柱体２２，２２で係合凸部２を挟持し、係合凸部２に沿って周方向に（円弧状に）スライドさせる。もし、スライドさせることができないときは、係合凸部２の外幅が定寸よりも拡大している箇所と判定し、超硬バーを用いて研削するか、ハンマー等を用いて補修して定寸に近づける。

次に、本発明の静翼ブロック取付け治具（図示せず）について説明する。この治具は、ガスタービンケーシング内の静翼ブロック１の係合凸部２とシュラウドブロック５の側面係合溝部６とを係合して静翼ブロックを組み立てる前に用いられる。この治具は上記外幅確認治具２０と概ね同じ構造をしているが、円板状の基板と該基板から立設した２本の円柱体からなり、２本の円柱体の内の少なくとも１本は、前記係合溝部６の軸方向内幅に等しい直径、又は内幅よりも僅かに小さい直径であることを特徴とする。

この静翼ブロック取付け治具を用いて、シュラウドブロック５の側面係合溝部６の軸方向内幅が定寸であるかどうかを確認する場合は、静翼ブロック取付け治具の少なくとも１本の円柱体を係合溝部６に沿って周方向に（円弧状に）スライドさせ、もし、スライドさせることができないときは、溝が定寸よりも狭窄している箇所と判定し、超硬バーを用いて研削するか、ハンマー等を用いて補修して定寸に近づける。また、この静翼ブロック取付け治具を用いて、静翼ブロック１の係合凸部２の軸方向外幅が定寸であるかどうかを確認する場合は、２本の円柱体で係合凸部２を挟持し、係合凸部２に沿って周方向に（円弧状に）スライドさせ、もし、スライドさせることができないときは、係合凸部２の外幅が定寸よりも拡大している箇所と判定し、超硬バーを用いて研削するか、ハンマー等を用いて補修して定寸に近づける。

これらの治具は、基板側から円柱体の中心軸方向に雌ネジを切り、そこに棒ネジ（雄ネジ）を螺合していき、基板から突出している雄ネジ部をナットで締め上げることにより作製することができる。これらの治具の材質としては、基板は一般構造用圧延鋼材で、また円柱体は炭素鋼が用いられる。

１静翼ブロック
２静翼ブロックに設けられた円弧状の係合凸部
５シュラウドブロック
６シュラウドブロックに設けられた円弧状の側面係合溝部（静翼ブロック保持溝）
１０シュラウドブロック側面係合溝部の軸方向内幅確認治具
１１軸方向内幅確認治具の基板
１２軸方向内幅確認治具の基板から立設した１本の円柱体
２０静翼ブロックの係合凸部の軸方向外幅確認治具
２１軸方向外幅確認治具の基板
２２軸方向外幅確認治具の基板から立設した２本の円柱体

Claims

ガスタービンケーシング内の静翼ブロックの係合凸部とシュラウドブロックの側面係合溝部とを係合して静翼ブロックを組み立てる前に用いられる静翼ブロック取付け治具セットであって、該静翼ブロック取付け治具セットは、前記係合凸部の軸方向外幅確認治具と前記側面係合溝部の軸方向内幅確認治具とからなり、前記軸方向外幅確認治具は、係合凸部の軸方向外幅に等しい距離、又は外幅より僅かに大きい距離を離間して基板から立設した２本の円柱体からなり、前記軸方向内幅確認治具は基板と係合溝部の軸方向内幅に等しい直径、又は内幅よりも僅かに小さい直径の基板から立設した円柱体とからなることを特徴とする静翼ブロック取付け治具セット。
ガスタービンケーシング内の静翼ブロックの係合凸部とシュラウドブロックの側面係合溝部とを係合して静翼ブロックを組み立てる前に用いられる静翼ブロック取付け治具であって、該静翼ブロック取付け治具は、前記係合凸部の軸方向外幅確認、かつ前記側面係合溝部の軸方向内幅確認の治具であり、前記治具は、基板と、係合凸部の軸方向外幅に等しい距離、又は外幅より僅かに大きい距離を離間して基板から立設した２本の円柱体からなり、該２本の円柱体の内少なくとも１本は、前記係合溝部の軸方向内幅に等しい直径、又は内幅よりも僅かに小さい直径であることを特徴とする静翼ブロック取付け治具。