JP2896713B2 - タービンブレードの修理方法 - Google Patents

タービンブレードの修理方法

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JP2896713B2 JP2412970A JP41297090A JP2896713B2 JP 2896713 B2 JP2896713 B2 JP 2896713B2 JP 2412970 A JP2412970 A JP 2412970A JP 41297090 A JP41297090 A JP 41297090A JP 2896713 B2 JP2896713 B2 JP 2896713B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、タービンブレードの修
理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明の修理方法は、レーシングワイヤ
ー、クランピングワイヤー、カバーバンド又は他の部材
によって隣合うブレードが互いに連結されたタービンブ
レードタイプのものを対象とするが、必ずしもこのよう
なもの限定されるものではない。これらのレーシングワ
イヤー、クランピングワイヤー、カバーバンド又は他の
部材は、タービンブレードの少なくとも一部分に孔また
は不連続部分を形成することを必要とするものである。
以下、便宜的に、これらの孔または不連続部分を、不連
続部分という。
【０００３】レーシングワイヤー、クランピングワイヤ
ーの目的は、タービンの作動中において、ブレード間の
過度の相対移動を防止し、如何なる振動をも減衰させる
ことにある。
【０００４】タービンの使用中、ブレードは必然的に摩
耗及び損傷の危険に曝される。特に、蒸気タービンの場
合、ブレードは応力腐食割れとして知られる影響を受け
る。応力腐食割れは、タービンブレード列にレーシング
ワイヤーが存在する殆どの場合において、タービンブレ
ードの低圧側において特に顕著である。
【０００５】損傷したタービンブレードは交換するのが
何年に亘り普通であった。しかし、損傷したブレードに
新しい修理方法を行い、充分な修理を行うことも可能で
ある。その修理方法のいくつかは、ブレードをローター
に取付けたまま行うことになっている。これにより、こ
のような修理を行うのに通常必要な時間をかなり大幅に
短縮することができ、ブレードをローター組立体から取
り外さねければならない際に生じるブレードの損傷を抑
えることができる。
【０００６】ローターにブレードを取付けたまま修理を
行うか否かに拘らず、不連続部分はかなり厄介な問題と
なることが判明した。ブレードの損傷を直すことについ
ては充分な修理を行うことができるようであるが、溶接
作業において必要なかなりの熱がレーシングワイヤーの
ような不連続部分の周りで応力集中を発生させる。この
応力集中は、後になって、ブレードを再使用したとき、
レーシングワイヤーの周りにクラックとして現われる。
【０００７】また、好ましくは修理前に、曲げたり変形
させたりする物理的力をタービンブレードに加えること
が必要な場合がある。若しくは、元の形状に戻すために
ブレードを変形させることがある。又は、元の形状若し
くはそれにできる限り近い形状にする修理の最終段階
が、ブレードの修理工程として含まれることがあり、こ
の場合、元の形状と僅かに異なることがある。
【０００８】ときには、このような歪みを予め与えるた
めにブレードに熱を付加する必要がある。このことは、
ブレードがなかり厚いときには重要である。
【０００９】ブレードの外側先端でのみ修理を行う場合
があり、この場合、プラグを溶接したり溶接金属を充填
したりすることによって、溶接領域近辺のレーシングワ
イヤー孔を埋める必要がある。
【００１０】しかし、上記のように物理的力をブレード
に作用させなければならない場合、そのときには、ブレ
ード全体が前記物理的力によって影響を受け、他のレー
シングワイヤー孔の存在によってこのレーシングワイヤ
ー孔の周りに応力集中が生じる。この場合、レーシング
ワイヤー孔が溶接領域近辺にあるかどうかは不問であ
る。最悪の場合、物理的力を付加することによってレー
シングワイヤー孔に変形が生じ、レーシングワイヤーを
通すことができなくなる。
【００１１】熱処理工程は、どのような場合でもブレー
ドに応力を発生させ、それが不連続部分の周りで応力集
中を誘発する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
めに、同出願人は、如何なる溶接作業をも始める前に、
溶接金属でこのような不連続部分を常に充填することを
提案してきた。この一見不必要と思われる工程は、修理
されたブレードの信頼性を大きく改善させる。
【００１３】修理方法がより複雑になり、ローターに取
付けたままタービンブレードを修理するための装置が開
発されるにつれて、ローターにブレードを取付けたまま
先端及び後端の損傷を修理することができても、不連続
部分のあるブレードの位置に溶接装置をアクセスさせる
ことが不可能であったり、不連続部分の充填はできても
修理後に孔を再度開けることが不可能であったりするの
で、溶接金属で不連続部分を充填することは必ずしもす
べての場合において行うことができないことが判明し
た。
【００１４】出願人は不連続部分を充填しない修理方法
は不十分であることと知っているので、そのようなブレ
ードをローターに取付けたまま修理を行い、且つ、修理
後の充分な耐用年数を確保することは不可能と思われ
る。
【００１５】本発明の目的は、上記問題を解決する／又
は最小限に抑える、タービンブレードの新規な改良され
た修理方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、第１
の観点では、不連続部分を有するタイプのタービンブレ
ードを修理する方法であって、該方法は、 （ａ）前記不連続部分と略々同じ断面のプラグを用意
し、 （ｂ）前記プラグが前記不連続部分にきつく嵌合するよ
うに前記プラグを前記不連続部分に押込み又は嵌合さ
せ、 （ｃ）ブレードへの応力付加を含むタービンブレードの
修理工程を行い、 （ｄ）ブレードにかなりの熱エネルギーが付加される少
なくとも一部領域において、ブレードに応力除去のため
の熱処理を行い、 （ｅ）前記不連続部分から前記プラグを除去すること、
からなる方法を要旨とする。
【００１７】ブレードへの応力付加を含む修理工程は、
物理的力の付加及び／又はかなりの熱エネルギーの付加
からなるものでよい。
【００１８】ある場合、ブレードに溶接修理を行うこと
は必要でなく、変形又は曲がったタービンブレードを再
整形する必要な修理工程のみが行われる場合もある。ブ
レードへの応力付加は、主として物理的力によるもので
ある。
【００１９】このような物理的力の作用が必要である場
合、レーシングワイヤー孔のようなブレードの不連続部
分にプラグを差込むことは、このような不連続部分の周
りのさらなる応力集中を防止することを保証する。
【００２０】物理的力の付加後においても、熱処理プロ
セスが必要になることがある。プラグが熱処理中におい
ても不連続部分に残されている場合、充分な応力除去が
できるようにブレードを昇温させなければならない温度
によって、プラグを除去した後にその不連続部分に応力
が発生する。
【００２１】不連続部分の領域がかなりの熱エネルギー
を付加される領域のすぐ近くにないとすれば、ブレード
がかなりの物理的力やその後の熱処理を受けた場合であ
っても、レーシングワイヤー孔のような不連続部分にプ
ラグが存在することは、レーシングワイヤー孔の変形を
効果的に防止し、さらに、応力の進行を抑制することが
意外にも判明した。
【００２２】ある場合、不連続部分が、かなりの熱エネ
ルギーが付加される領域のすぐ近くにないにしても、修
理領域からの熱伝達によって応力集中を受ける不連続部
分周囲の領域にかなり近いことがある。
【００２３】不連続部分に差込まれるプラグは、それら
が充填される不連続部分の厚みより僅かに長くなってい
ることが望ましい。そして、プラグを不連続部分へ押込
み易くするように、その端部は僅かに面取りされている
ことが望ましい。
【００２４】本発明は、第２の観点では、不連続部分を
有するタイプのタービンブレードを修理する方法であっ
て、該方法は、 （ａ）前記不連続部分と略々同じ断面のプラグを用意
し、 （ｂ）前記プラグがきつく嵌合するように前記プラグを
前記不連続部分に押込み又は嵌合させ、 （ｃ）前記不連続部分の領域にヒートシンクを取付け、 （ｄ）ブレードへの応力付加を含むタービンブレードの
修理工程を行い、 （ｅ）ブレードにかなりの熱エネルギーが付加される少
なくとも一部領域において、ブレードに応力除去のため
の熱処理を行い、 （ｆ）前記不連続部分から前記プラグを除去すること、
からなる方法である。
【００２５】ブレードへの応力付加を含む修理工程は、
物理的力の付加及び／又はかなりの熱エネルギーの付加
からなるものでよい。
【００２６】不連続部分の領域にヒートシンクを取付け
ると、物理的力による応力集中を防止することにプラグ
は充分に機能し、ヒートシンクは、不連続部分が領域が
かなりの熱エネルギーによって発生する大きな応力集中
を伴う温度に達することを防止することに寄与すること
が判明した。
【００２７】好ましくは、ヒートシンクは前記プラグに
連結され、冷却流体が通過できる貫通孔をプラグが具え
ていることが好ましいと考えられる。
【００２８】好ましくは、ヒートシンクは、孔を通じて
不連続部分の少なくとも一部分を通じ、さらに不連続部
分近辺で熱上昇を防止するように冷却液体の流れと協働
するようになっている。
【００２９】充分なスペースがある場合、端部がタービ
ンブレードから外側に突出するように、充填される不連
続部分の厚みよりプラグを長く製造し、その領域から循
環器具によって熱を発散させたり、その循環器具にヒー
トシンクを組合せたり冷却流体を流したりすることがで
きる場合は、この循環器具によって領域から熱伝達を行
うこともできる。
【００３０】ある場合、応力除去熱処理プロセス中にお
いてもヒートシンクをその場所に残しておくことが望ま
しい。また、行われる熱処理前、ヒートシンクを除去す
ることが望ましい。
【００３１】不連続部分は断面が円形である必要はな
い。しかし、この場合、プラグはその形状に合致させら
れる。
【００３２】不連続部分がレーシングワイヤー孔である
場合、レーシングワイヤーを除去する必要がなかった
り、除去することが簡単にできない場合がある。このよ
うな場合、ヒートシンクをレーシングワイヤー孔の周囲
の領域に配置することもでき、また、レーシングワイヤ
ー自体と熱伝達できるように固定することもできる。こ
のような場合、レーシングワイヤーは、レーシングワイ
ヤー孔の領域から熱を拡散するように、熱拡散部材とし
て機能する。
【００３３】不連続部分がブレードの主材料と異なる例
えば腐食シールドのような異種金属からなり、その材料
がブレードに溶接されるような場合において、ヒートシ
ンクを使用するときは、このヒートシンクはシールドの
領域に過度の熱が伝達されることを防止する。このよう
なヒートシンクは、熱処理プロセスの作業中その場所に
残され、ブレードが受ける温度が腐食シールドの領域に
影響を及ぼさないことを保証する。
【００３４】ヒートシンクがないと、熱処理中に発生す
る熱によって、ときには溶接金属を溶かすのに充分な温
度になり、少なくとも溶接金属がブレードに腐食シール
ドを確実に固定しえない状態になる。
【００３５】本発明は、以下、添付図面を参照して実施
例により詳細に説明される。
【００３６】
【実施例】まず、図１及び図２において、タービンブレ
ードが符号１０，１１，１２で示されている。各々のタ
ービンブレードは貫通孔１３，１４の形をした不連続部
分を有している。その中を夫々レーシングワイヤー１
５，１６が貫通している。
【００３７】レーシングワイヤー１５，１６を、タービ
ンブレードの夫々の貫通孔１３，１４に隙間をもたせて
通すこともでき、例えば溶接によって各々のタービンブ
レードに接合させることもできる。
【００３８】ワイヤーを貫通孔１３，１４に自由に通じ
させると、タービンの使用中において、このワイヤー
（通常、クランピングワイヤーという。）に、隣合うタ
ービンブレード間で半径方向外側に向う遠心力が作用す
る。この力は、ワイヤーとタービンブレードとの間で圧
力接触を起こさせる。このような圧力接触は、隣合うタ
ービンブレード間の相対移動を阻止するのに必要な力を
生じさせるには充分である。
【００３９】図２は、タービンのローターの例を示して
いる。タービンブレード１０，１１，１２は、ローター
の全体列を形成するかなりの数のブレードのうちの３つ
である。
【００４０】符号１０，１１，１２で示されるようなタ
ービンブレードは、タービンの機能及び作動条件によっ
て、種々の材料から製造される。蒸気タービンのブレー
ドを製造するための代表的な材料はクローム鋼である。
この場合のクロームの含有率は約１２％である。
【００４１】ここで、図３及び図４に示されるように、
タービンブレード１は一対のレーシングワイヤー孔２，
３を有している。腐食やクラック等の損傷が領域４で示
されている。修理の性質上、矢印４で示された外側先端
の領域をブレードから除去し、そこに新しい材料を溶接
することが必要となる。
【００４２】修理領域に非常に近いレーシングワイヤー
孔２は、同出願人によって既に提案されている修理方法
により、溶接金属で充填されることになる。しかし、ロ
ーターからブレードを外すことなく修理を行うことが望
ましい場合、レーシングワイヤー孔３にアクセスするこ
とは非常に難しい。孔に溶接金属を充填することが不可
能であれば、溶接後にその孔を開けることも不可能であ
る。さらに、修理領域４が直ぐ近くにある場合、かなり
の温度上昇があることも予想される。しかし、ブレード
に調整のための物理的力や外部からの変形を施さなけれ
ばならない場合、その領域には応力が発生する。さら
に、応力を除く熱処理は、孔３の周りで望ましくない応
力集中を誘発する。
【００４３】さらに、図４に示されるように、タービン
ブレード１は溶接金属で充填されたレーシングワイヤー
孔２を有していた。或いは、プラグがレーシングワイヤ
ー孔に溶接される場合もある。このようにして、不連続
部分が除去される。
【００４４】プラグ５はレーシングワイヤー孔３に押込
まれたものである。プラグ５はタービンブレードと同じ
金属からなる。又は、他の如何なる好ましい金属でもよ
い。重要なことは、それがレーシングワイヤー孔３に比
較的きつく嵌合しており、後に加えられるブレードへの
力による物理的変形によって応力集中やかなりの変形が
レーシングワイヤー孔３に作用しないようにブレードと
一体部材として機能することである。
【００４５】プラグ５を設けることは、符号２で示され
るように、溶接金属でレーシングワイヤー孔を充填する
方法と同じようには不連続部分をなくすることにはなら
ないことが理解されよう。しかし、レーシングワイヤー
孔３にプラグをきつく嵌合させることによって、この領
域において物理的力をかけることによって生じる応力集
中の恐れは実質的に少なくなる。
【００４６】例えば、レーシングワイヤー孔３が、修理
を行っている最中だけでなく、修理後におけるブレード
の応力除去中において、かなりの熱を受ける場合、レー
シングワイヤー孔の近辺で、レーシングワイヤー孔の周
囲のブレードの領域が応力集中を生じる温度上昇を起こ
さないように、ヒートシンク（熱冷まし器）を設けるこ
とが望ましいことが考えられる。
【００４７】ヒートシンクとプラグとの組合せを用いる
ことについて、以下、図５乃至図１３を参照してより詳
細に説明する。
【００４８】さらに、図５には、タービンブレードの最
も腐食を受けやすい部分が示されている。そこは、ター
ビンブレードの外側端部の先端である。タービンブレー
ドの使用中、タービンブレードのこの部分に蒸気やこれ
に運ばれる粒子が衝突し、タービンのこの部分が、回転
中心から半径方向の最も外側に位置するために最速の直
線速度を有するからである。
【００４９】図６はタービンブレード１０の断面図であ
る。腐食は領域１７においてかなりひどいものである
が、ブレードのレーシングワイヤー孔の近くまで深く到
達するほど大きなものではない。
【００５０】２つのプラグ１８，１９がレーシングワイ
ヤー孔１３，１４に固定または押込まれている。
【００５１】プラグ１８，１９は、これらが貫通するタ
ービンブレードの厚みより長く、レーシングワイヤー孔
１３，１４にきつく嵌合するような大きさである。プラ
グ１８，１９を長くする理由は、図７により詳細に示さ
れるように、冷却流体が流れる一対の箱状部材からなる
ヒートシンク、すなわち、冷却器と協働させるためであ
る。
【００５２】プラグ１８，１９は、夫々の中心を通る貫
通ボアすなわち流路２０，２１を各々具えている。
【００５３】図７は、一対の箱状部材２２，２３からな
るヒートシンクすなわち冷却器の具体例を示している。
箱２２は、流入口２４と、夫々シール２７，２８を具え
た一対の開口２５，２６とを有する。
【００５４】箱２３は、流出口２９と、各々がシールを
具えた一対の開口３０，３１とを有する。ヒートシンク
はブレードの両側の箱に配置される。ブレード１０は点
線で示されており、各々の箱はプラグ１８，１９とシー
ル接触する。流体は、箱２０の流入口２２に入り、プラ
グ１８，１９の貫通孔２０，２１を通じ、流出口２９か
ら出る。
【００５５】従って、プラグ１８，１９は、ブレードへ
物理的力を付加することによって、この領域でのレーシ
ングワイヤー孔の変形及び如何なる応力集中をも防止す
るだけでなく、領域１７の溶接中、レーシングワイヤー
孔１３，１４のまさに周囲の領域でブレードの永久的な
損傷を生じる温度上昇が起らないような流路すなわち連
結手段をなすように機能する。
【００５６】このような方法により、例えば、図８乃至
図１３に簡単に示されるような新しい材料ピース１８が
付けられるような溶接をブレード上においてその先端の
範囲で行う場合でも、レーシングワイヤー孔１３，１４
の周囲のタービンブレード１０の領域は冷却状態に維持
される。
【００５７】材料ピースがブレード１０の先端１７の端
部領域から切断される。そして、硬い材料の新しい部分
１７ａがタービンブレード１０に溶接される。この新し
いピースは、硬化処理された工具鋼すなわちステライト
（Stellite）又はブレード１０の残りの部分が製造され
たものと実質的に同じ材料ピースからなる。そして、ブ
レードへの固定後実質的に硬化処理がなされる。
【００５８】溶接に使用される材料は、ブレードの親材
料と充分な結合を行うことができる溶接材料であり、新
しいピース１７ａとブレード１０の残りの部分との間の
クッション要素を構成するように選択される。
【００５９】他の修理方法が、図１０及び図１１に示さ
れている。同図のタービンブレード５０には、図８及び
図９に示されたものと同じヒートシンク２２，２３が固
定されている。しかし、この場合、修理は、溶接工程に
よって溶融金属を付加することにより行われる。溶接金
属５１がブレードに付けられた後、ブレードを元の形状
に戻すように機械加工が行われる。
【００６０】図１２及び図１３は、かなりの熱エネルギ
ーの付加、すなわち、溶接を含む修理が行われた後のブ
レード１０を示している。ヒートシンクは、ブレードの
熱処理の前に除去される。
【００６１】ヒートシンク２２，２３が熱処理前に除去
された場合、はげしい熱処理をレーシングワイヤー孔１
３，１４近辺で行わないことが重要である。さもなけれ
ば、熱処理は、レーシングワイヤー孔によってできる不
連続部分のために、好ましくない応力を生じさせること
になる。
【００６２】本発明はレーシングワイヤー孔を例示して
説明されているが、図示の形状のヒートシンクは、適用
されるブレードの部分に応じてその他の形状のものも利
用可能であり、本発明の方法に従って使用できることが
理解されよう。
【００６３】前述の説明、添付図面に開示され、特定の
実施態様又は望ましい作用を発揮する文言若しくは意味
で表現された特徴、又は、開示された結果を得るための
方法若しくはプロセスは、これら特徴を分割又は組み合
せて、種々の態様で本発明の実施をするために利用する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーシングワイヤーによって連結されたタービ
ンブレードを半径方向内側から見た断面図である。
【図２】タービンローター全体の斜視図である。
【図３】一対のレーシングワイヤー孔を有し、外側先端
の腐食及び損傷を示したタービンブレードの概略図であ
る。
【図４】一方のレーシングワイヤー孔にプラグが嵌合さ
れ、他方のレーシングワイヤー孔が充填された図３のタ
ービンブレードの斜視図である。
【図５】一般的な腐食のある領域を示したタービンブレ
ードの端部の平面図である。
【図６】図５のタービンブレードのＡ−Ａ線断面図であ
る。
【図７】ヒートシンクの一実施例の断面図である。
【図８】図７のヒートシンクを付けた修理工程途中にあ
るタービンブレードの平面図である。
【図９】図７のヒートシンクを付けた修理工程途中にあ
るタービンブレードの断面図である。
【図１０】次の修理工程のタービンブレードの平面図で
ある。
【図１１】次の修理工程のタービンブレードの断面図で
ある。
【図１２】修理後のタービンブレードの平面図である。
【図１３】修理後のタービンブレードの断面図である。
【符号の説明】
１ タービンブレード ２，３ レーシングワイヤー孔 ４ 修理領域 ５ プラグ １０，１１，１２ タービンブレード １３，１４ レーシングワイヤー孔 １５，１６ レーシングワイヤー １７ａ 新しい部分 １８，１９ プラグ ２０，２１ 流路 ２２，２３ 箱状部材 ２４ 流入口 ２５，２６ 開口 ２７，２８ シール ２９ 流出口 ３０，３１ 開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル・ジェイムズ・フレイザー イギリス国ワーセスターシャー、ダブリ ュー・アール７・４エヌ・エイ、ブロー トン・ハケット、ホップ・キルンス、ナ ンバー２ (56)参考文献 欧州特許出願公開56328（ＥＰ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23P 6/00 - 6/04 F01D 5/12 F01D 25/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 不連続部分を有するタイプのタービンブ
    レードを修理する方法であって、該方法は、 （ａ）前記不連続部分と略々同じ断面のプラグを用意
    し、 （ｂ）前記プラグが前記不連続部分にきつく嵌合するよ
    うに前記プラグを前記不連続部分に押込み又は嵌合し、 （ｃ）ブレードへの応力付加を含むタービンブレードの
    修理工程を行い、 （ｄ）ブレードにかなりの熱エネルギーが付加される少
    なくとも一部領域において、ブレードに応力除去のため
    の熱処理を行い、 （ｅ）前記不連続部分から前記プラグを除去すること、
    からなる方法。
  2. 【請求項２】 前記ブレードへの応力付加を含む前記修
    理工程は、前記ブレードへの物理的力の付加からなる、
    請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記ブレードへの応力付加を含む前記修
    理工程は、前記ブレードへのかなりの熱エネルギーの付
    加からなる、請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記ブレードへのかなりの熱エネルギー
    の付加は、前記ブレードへの溶接作業からなる、請求項
    ３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記プラグは、前記不連続部分にあると
    き、前記ブレードの表面から突出するように、前記不連
    続部分の厚みより長くなっている、請求項１乃至４のい
    ずれか１つに記載の方法。
  6. 【請求項６】 不連続部分を有するタイプのタービンブ
    レードを修理する方法であって、該方法は、 （ａ）前記不連続部分と略々同じ断面のプラグを用意
    し、 （ｂ）前記プラグがきつく嵌合するように前記プラグを
    前記不連続部分に押込み又は嵌合し、 （ｃ）前記不連続部分の領域にヒートシンクを取付け、 （ｄ）ブレードへの応力付加を含むタービンブレードの
    修理工程を行い、 （ｅ）ブレードにかなりの熱エネルギーが付加される少
    なくとも一部領域において、ブレードに応力除去のため
    の熱処理を行い、 （ｆ）前記不連続部分から前記プラグを除去すること、
    からなる方法。
  7. 【請求項７】 ヒートシンクを前記不連続部分の領域に
    取付けるさらなる工程を含む、請求項１乃至５のいずれ
    か１つに記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記ヒートシンクは前記プラグに接続さ
    れる、請求項６又は７記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記プラグは貫通孔を有し、接続手段は
    前記プラグに冷却流体を通じるようになっている、請求
    項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれか１つに記載
    の方法によって修理されたタービンブレード。
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