JP4848460B2 - ガスタービン翼の再生方法及びガスタービン翼の再生装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービン翼の再生方法及び再生装置に関する。
従来、タービンノズルセグメントのようなガスタービンエンジンの構成部品は、アルカリ洗浄剤で洗浄した後、酸性洗浄剤で洗浄することによって、補修やコーティングの再生を行っていた。特許文献１には、運転後のタービンノズルセグメントから酸化物を除去するために、水酸化ナトリウムと過マンガン酸ナトリウムとを含むアルカリ溶液でタービンノズルセグメントを洗浄した後、洗浄後のタービンノズルセグメントを６０体積％〜８０体積％の硝酸水溶液で洗浄する方法が開示されている。
高温の燃焼ガスからガスタービン翼の表面を保護するため、ガスタービン翼の表面に、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙ合金（コニクラリー）のコーティングを形成し、その表面にセラミック系耐火物層を形成する。長時間使用したガスタービン翼は、コーティングやセラミック系耐火物層を再生・補修するが、この再生・補修に際して、コーティングを酸洗浄により除去する。
ここで、ガスタービンの運転中にガスタービン翼にひずみが発生することに起因して、ガスタービン翼に残留応力が生ずることがある。この場合、酸洗浄を実行すると、ガスタービン翼に応力腐食割れが生ずるおそれがある。このため、ガスタービン翼の応力腐食割れを防ぐために、熱処理によって酸洗浄前に翼に残留する応力を除去しておく必要がある。
一方、ガスタービンを長時間運転した後には、ガスタービン翼に腐食性の酸化物等のスケールが付着する。ガスタービン翼の内部に形成された冷却媒体通路の内壁には、例えば、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎａ２ＳＯ４、ＺｎＳＯ４、鉄ミョウバンなど（Iron Sulfate Hydroxide（K,Na)Fe3（SO4)2（OH)6）やIron Sulfate Hydrate（（Na,K)2Fe（SO4)2・4H2O）のような化合物ＦｅＳＯ４、ＮｉＯ、Ｃｏ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＳｉＯ２を含むスケールが付着する。これは、ガスタービンの運転において、燃焼に供する空気に含まれる微粒子をフィルターによって取り除くことによって、ガスタービン翼に付着する空気由来のスケールを極力少なくしても、ガスタービンの燃料その他に由来するスケールがガスタービン翼に付着するからである。例えば、ガスタービン翼内部の冷却媒体通路の内壁面にスケールが付着した場合、ガスタービン翼の外表面から前記冷却媒体通路の内壁面へ燃焼による熱が伝えられ、この熱によりスケールが前記冷却媒体通路の内壁面上に固着する。
前記冷却媒体通路の内壁面にスケールが残存した状態でガスタービン翼の残留応力を除去するための熱処理を行うと、ガスタービン翼母材の結晶粒界中に存在する炭化物がガスタービン翼の表面から深い領域にかけて消失するため、ガスタービン翼母材の機械的性質が変化するおそれがある。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ガスタービン翼を補修・再生する際に、ガスタービン翼母材の機械的性質の変化を低減することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガスタービン翼の再生方法は、運転後のガスタービン翼を、強アルカリ性洗浄液に浸漬して洗浄する強アルカリ性洗浄工程と、前記強アルカリ性洗浄液による洗浄後の前記ガスタービン翼を、水により洗浄する水洗工程と、前記水による洗浄後の前記ガスタービン翼を、弱酸性洗浄液に浸漬して洗浄する弱酸性洗浄工程と、前記弱酸性洗浄液による洗浄後の前記ガスタービン翼を、熱処理する熱処理工程と、前記熱処理した前記ガスタービン翼を強酸性洗浄液に浸漬して、前記ガスタービン翼の表面に形成されたコーティングの少なくとも一部を除去するコーティング除去工程と、を含み、前記弱酸性洗浄液は、クエン酸とクエン酸のアンモニウム塩との弱酸性水溶液であることを特徴とする。好ましくは、本発明に係るガスタービン翼の再生方法は、運転後のガスタービン翼を、強アルカリ性洗浄液、好ましくは酸化剤を含む強アルカリ性洗浄液に浸漬して洗浄する強アルカリ性洗浄工程と、前記強アルカリ性洗浄液による洗浄後の前記ガスタービン翼を、水により洗浄する水洗工程と、前記水による洗浄後の前記ガスタービン翼を、弱酸性洗浄液に浸漬して洗浄する弱酸性洗浄工程と、前記弱酸性洗浄液による洗浄後の前記ガスタービン翼を、水により洗浄する弱酸性洗浄後水洗工程と、弱酸性洗浄後水洗工程で水洗後の前記ガスタービン翼を熱処理する熱処理工程と、前記熱処理した前記ガスタービン翼を強酸性洗浄液に浸漬して、前記ガスタービン翼の表面に形成されたコーティングの少なくとも一部を除去するコーティング除去工程と、を含むことを特徴とする。
このガスタービン翼の再生方法では、熱処理前の洗浄によって、ガスタービン翼の内部に形成された冷却媒体通路の内壁面に付着したスケールを除去できるので、ガスタービン翼を補修・再生する際には、このスケールに起因するガスタービン翼母材の機械的性質の変化を低減できる。また、ガスタービン翼に付着したスケールの成分のうち、鉄酸化物を特に良く溶解除去でき、次の熱処理工程で、鉄酸化物が付着したまま熱処理した場合と比較して動翼母材が劣化しにくいという効果が得られる。ここで、強アルカリ性とは、ｐＨ１０以上であることをいう。また、弱酸性とは、ｐＨ３以上からｐＨ７未満の範囲にあることをいう。さらに、強酸性とは、ｐＨ３未満であることをいう。また、強アルカリ性洗浄液には酸化剤が含まれることが好ましい。
本発明の好ましい態様としては、前記ガスタービン翼の再生方法において、前記強アルカリ性洗浄液は、過マンガン酸アルカリ金属塩を含むアルカリ金属水酸化物の水溶液であることが望ましい。これにより、前記強アルカリ性洗浄液が単純な組成となり、濃度管理をしつつ繰り返し使用できるという効果が得られる。
本発明の好ましい態様としては、前記ガスタービン翼の再生方法において、前記アルカリ金属水酸化物の水溶液は、過マンガン酸カリウムを含む水酸化ナトリウムの水溶液であることが望ましい。これにより、前記強アルカリ性洗浄液が単純な組成となり、濃度管理をしつつ繰り返し使用できるという効果が得られる。
本発明の好ましい態様としては、前記ガスタービン翼の再生方法において、前記強アルカリ性洗浄工程では、自然電位が２００mVvsAg/AgCl_sat.KCl以上、すなわち４００mVSHE以上である前記アルカリ金属水酸化物の水溶液を用いることが望ましい。これにより、前記強アルカリ性洗浄液の洗浄力の検査を短時間で簡便にすることができ、前記強アルカリ性洗浄を、洗浄力が基準以上の前記強アルカリ性洗浄液で確実に行うことができるという効果が得られる。
本発明の好ましい態様としては、前記ガスタービン翼の再生方法において、前記強アルカリ性洗浄工程では、前記強アルカリ性洗浄液の温度を、７０℃以上９５℃以下、好ましくは、７２℃以上９５℃以下に保持して前記ガスタービン翼を洗浄することが望ましい。これにより、強アルカリ性洗浄液の水分の激しい蒸発を抑え、かつガスタービン翼を短時間で洗浄できるという効果が得られる。
本発明の好ましい態様としては、前記ガスタービン翼の再生方法において、前記弱酸性洗浄工程で使用する前記弱酸性水溶液は、波長４００ｎｍにおける吸光度が０以上１．５以下、好ましくは０以上１．２以下であることが望ましい。これにより、クエン酸やアンモニウムの濃度を分析して洗浄力の検査をするよりも、短時間で簡便に洗浄力の検査ができ、前記弱酸性洗浄を、洗浄力が基準以上の前記弱酸性洗浄液で確実に行うことができるという効果が得られる。
本発明の好ましい態様としては、前記ガスタービン翼の再生方法において、前記弱酸性洗浄工程では、前記弱酸性洗浄液の温度を、８０℃以上９９℃以下、好ましくは８０℃以上９５℃以下、さらに好ましくは９０℃以上９５℃以下に保持して前記ガスタービン翼を洗浄することが望ましい。これによって、弱酸性洗浄液の水分の激しい蒸発を抑え、かつガスタービン翼を短時間で洗浄できるという効果が得られる。
本発明の好ましい態様としては、前記ガスタービン翼の再生方法において、前記強酸性洗浄液は塩酸であることが望ましい。これによって、ガスタービン翼の表面に形成された、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙ合金等の耐酸化コーティングをより確実に除去できる。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガスタービン翼の再生装置は、運転後のガスタービン翼を支持する支持手段と、前記ガスタービン翼を洗浄する、強アルカリ性洗浄液が貯められ、かつ前記強アルカリ性洗浄液を加温する強アルカリ性洗浄液加温手段を備える強アルカリ性洗浄槽と、前記強アルカリ性洗浄槽で洗浄された前記ガスタービン翼を水洗する水洗槽と、前記水洗槽で水洗された前記ガスタービン翼を洗浄する弱酸性洗浄液が貯められ、かつ前記弱酸性洗浄液を加温する弱酸性洗浄液加温手段を備える弱酸性洗浄槽と、加熱手段を備え、前記弱酸性洗浄液で洗浄した後の前記ガスタービン翼を熱処理する熱処理装置と、前記熱処理装置で熱処理された前記ガスタービン翼表面のコーティングの少なくとも一部を除去する強酸性洗浄液が貯められ、かつ前記強酸性洗浄液を加温する強酸性洗浄液加温手段を備えるコーティング除去槽と、を含み、前記弱酸性洗浄液は、クエン酸とクエン酸のアンモニウム塩との弱酸性水溶液であることを特徴とする。好ましくは、本発明に係るガスタービン翼の再生装置は、前記ガスタービン翼を、前記弱酸性洗浄液で洗浄した後、前記熱処理装置で熱処理する前に水洗する弱酸性洗浄後水洗槽をさらに含むことを特徴とする。
このガスタービン翼の再生装置は、熱処理前の洗浄によって、ガスタービン翼の内部に形成された冷却媒体通路の内壁面に付着したスケールを除去できるので、ガスタービン翼を補修・再生する際には、このスケールに起因するガスタービン翼母材の機械的性質の変化を低減できる。なお、強アルカリ性洗浄液には酸化剤が含まれることが好ましい。
本発明の好ましい態様としては、前記ガスタービン翼の再生装置において、前記強アルカリ性洗浄槽は、さらに前記強アルカリ性洗浄液の温度を所定の温度に保持する強アルカリ性洗浄液温度制御手段を備えることが好ましい。これによって、強アルカリ性洗浄液の洗浄条件を一定に維持して、確実にスケールを除去できる。
本発明の好ましい態様としては、前記ガスタービン翼の再生装置において、前記弱酸性洗浄槽は、さらに前記弱酸性洗浄液の温度を所定の温度に保持する弱酸性洗浄液温度制御手段を備えることが好ましい。これによって、弱酸性洗浄液の洗浄条件を一定に維持して、確実にスケールを除去できる。
本発明によれば、ガスタービン翼を補修・再生する際に、ガスタービン翼母材の機械的性質の変化を低減できる。
１ ガスタービン動翼
１Ｂ 冷却媒体通路分岐部
１Ｅ 取付部
１Ｐ 内部冷却媒体通路
１Ｔ 動翼先端
２ 支持手段
２ａ 移動手段
３ 強アルカリ性洗浄槽
１１ 強アルカリ性洗浄後水洗槽
１２ 強アルカリ性洗浄後加圧水洗装置
１３ 強アルカリ性洗浄後超音波水洗浄槽
１６ 弱酸性洗浄槽
２４ 弱酸性洗浄後水洗槽
２５ 弱酸性洗浄後加圧水洗装置
２６ 弱酸性洗浄後超音波水洗浄槽
２９ 熱処理装置
３７ コーティング除去槽
４８ 中和槽
４９ コーティング除去後水洗槽
５０ 湯洗浄槽
１００ ガスタービン翼の再生装置（再生装置）
１Ｂ 冷却媒体通路分岐部
１Ｅ 取付部
１Ｐ 内部冷却媒体通路
１Ｔ 動翼先端
２ 支持手段
２ａ 移動手段
３ 強アルカリ性洗浄槽
１１ 強アルカリ性洗浄後水洗槽
１２ 強アルカリ性洗浄後加圧水洗装置
１３ 強アルカリ性洗浄後超音波水洗浄槽
１６ 弱酸性洗浄槽
２４ 弱酸性洗浄後水洗槽
２５ 弱酸性洗浄後加圧水洗装置
２６ 弱酸性洗浄後超音波水洗浄槽
２９ 熱処理装置
３７ コーティング除去槽
４８ 中和槽
４９ コーティング除去後水洗槽
５０ 湯洗浄槽
１００ ガスタービン翼の再生装置（再生装置）
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）により、本発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
本実施形態は、運転後のガスタービン翼を、強アルカリ性洗浄液、好ましくは酸化剤を含む強アルカリ性洗浄液に浸漬して洗浄し、次に前記ガスタービン翼を水洗し、次に前記ガスタービン翼を弱酸性洗浄液に浸漬して洗浄し、次に前記ガスタービン翼を熱処理する。そして、前記熱処理が終了した後の前記ガスタービン翼を強酸性洗浄液に浸漬して、前記ガスタービン翼の表面に形成されたコーティングを除去する点に特徴がある。まず、本実施形態に係るガスタービン翼の再生装置を説明する。
〔ガスタービン翼の再生装置〕
図１は、ガスタービン動翼の断面を示す模式図である。図２は、本実施形態に係るガスタービン翼の再生装置の概略図である。本実施形態に係るガスタービン翼の再生装置（以下再生装置という）１００による再生対象はガスタービン翼であるが、本実施形態では、図１に示すガスタービン動翼１を再生対象とする。なお、再生装置１００の再生対象はガスタービン動翼１に限定されるものではなく、ガスタービン静翼であってもよく、再生対象とするガスタービン動翼１やガスタービン静翼の段は問わない（以下同様）。
図１は、ガスタービン動翼の断面を示す模式図である。図２は、本実施形態に係るガスタービン翼の再生装置の概略図である。本実施形態に係るガスタービン翼の再生装置（以下再生装置という）１００による再生対象はガスタービン翼であるが、本実施形態では、図１に示すガスタービン動翼１を再生対象とする。なお、再生装置１００の再生対象はガスタービン動翼１に限定されるものではなく、ガスタービン静翼であってもよく、再生対象とするガスタービン動翼１やガスタービン静翼の段は問わない（以下同様）。
再生装置１００は、支持手段２と、移動手段２ａと、湯洗浄槽５０と、強アルカリ性洗浄槽３と、強アルカリ性洗浄後水洗槽１１と、強アルカリ性洗浄後加圧水洗装置１２と、強アルカリ性洗浄後超音波水洗浄槽１３と、弱酸性洗浄槽１６と、弱酸性洗浄後水洗槽２４と、弱酸性洗浄後加圧水洗装置２５と、弱酸性洗浄後超音波水洗浄槽２６と、熱処理装置２９と、コーティング除去槽３７と、中和槽４８と、コーティング除去後水洗槽４９とを含んで構成される。
支持手段２は、ガスタービン動翼１を洗浄するために支持するものであり、ガスタービン動翼１を、その長手方向を鉛直方向と略平行にして、取付部１Ｅ側を下、動翼先端１Ｔ側を上にして支持できるようになっている。ガスタービン動翼１の内部に形成されて、空気や蒸気等の冷却媒体が通過する冷却媒体通路（以下内部冷却媒体通路）１Ｐは、取付部１Ｅや冷却媒体通路分岐部１Ｂよりも狭くなっているため、動翼先端１Ｔ側が上になるように支持することによって、洗浄工程で内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂから剥離した酸化物等の固形物が、内部冷却媒体通路１Ｐを閉塞することを回避できる。
再生装置１００及び本実施形態に係るガスタービン翼の再生方法では、強アルカリ性洗浄液や強酸性洗浄液を用いるので、支持手段２は、洗浄工程で腐食しにくい材料で構成される。支持手段２は、例えば、フッ素樹脂のコーティングが施された金属によって構成されている。支持手段２は、移動手段２ａにより、洗浄液への浸漬、洗浄液からの引き揚げ、及び洗浄槽間の移動がなされる。移動手段２ａとしては、例えば、クレーンやジャッキなどが用いられる。
湯洗浄槽５０は、湯洗浄容器５１、加温手段５２、液温検出手段５３、液温制御手段５４を含んで構成される。湯洗浄容器５１には、湯が貯留されており、支持手段２により支持されたガスタービン動翼１が、移動手段２ａによって湯洗浄容器５１の湯の中に沈められる。本実施形態において、湯温は、加温手段５２、液温検出手段５３、液温制御手段５４によって予め設定した一定の温度に保持される。再生装置１００は、湯洗浄槽５０を備えるので、ガスタービンの運転中にガスタービン動翼１に付着したスケールのうち、油分及び水溶性のものをある程度取り除くことができる。その結果、強アルカリ性洗浄液がスケールに浸透しやすくなり、アルカリ性洗浄の効果を上げることができる。
強アルカリ性洗浄槽３は、湯洗浄されたガスタービン動翼１を、強アルカリ性洗浄液、好ましくは酸化剤を含む強アルカリ性洗浄液で洗浄する槽である。再生装置１００は、強アルカリ性洗浄槽３を備えるので、強アルカリ性洗浄液に溶解するスケールの成分が除去され、スケールがガスタービン動翼１から剥離しやすくなる。スケールの剥離及び除去が促進される結果、後述する熱処理装置２９での熱処理において、ガスタービン動翼１の母材（ガスタービン翼母材）における結晶粒界中の炭化物が、ガスタービン動翼１の外表面及び内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂの内壁面から深い領域にかけて消失することを抑制できる。その結果、ガスタービン動翼１の機械的性質の変化（特に高温における機械的性質の変化）を抑制できるという効果が得られる。
さらに、ブラシ等の研磨手段が届かない場所、例えばガスタービン動翼１の冷却媒体通路分岐部１Ｂや内部冷却媒体通路１Ｐでも洗浄できるという効果が得られる。ここで、強アルカリ性洗浄槽３は、強アルカリ性洗浄液を撹拌する撹拌手段を備えることが好ましい。強アルカリ性洗浄槽３が撹拌手段を備えることによって、強アルカリ性洗浄液が撹拌されて濃度が均一となり、ガスタービン動翼１に洗浄ムラが生じることを防ぐという効果が得られる。
再生装置１００の強アルカリ性洗浄槽３は、強アルカリ性洗浄容器４と、気泡導入管９と、送気装置１０と、強アルカリ性洗浄液加温手段６と、強アルカリ性洗浄液温度検出手段８と、強アルカリ性洗浄液温度制御手段７と、強アルカリ性洗浄容器蓋５とを含んで構成される。湯洗浄されたガスタービン動翼１は、支持手段２により支持され、移動手段２ａにより湯洗浄槽５０から強アルカリ性洗浄槽３へ移動されて、強アルカリ性洗浄容器４に貯められた強アルカリ性洗浄液の中に沈められる。その後、強アルカリ性洗浄容器４に強アルカリ性洗浄容器蓋５がされる。強アルカリ性洗浄容器蓋５により、強アルカリ性洗浄液の蒸散を低減できるという効果が得られる。
洗浄中は、送気装置１０より、気体（例えば空気）が強アルカリ性洗浄容器４の底面の直上に配置された気泡導入管９へ送られ、気泡導入管９に設けられた開口部から強アルカリ性洗浄容器４の内部へ導入された気泡が、ガスタービン動翼１に衝突しながら上昇する。強アルカリ性洗浄槽３が、送気装置１０と、気泡導入管９とを備えることによって、強アルカリ性洗浄容器４内の強アルカリ性洗浄液を撹拌し、ガスタービン動翼１の洗浄ムラを抑制するという効果が得られる。また、気泡によって強アルカリ性洗浄液による洗浄を補助するという効果が得られる。また、使用する強アルカリ性洗浄液を減量して洗浄廃液を減らすという効果が得られる。強アルカリ性洗浄液の液温は、強アルカリ性洗浄液加温手段６、強アルカリ性洗浄液温度検出手段８、強アルカリ性洗浄液温度制御手段７により制御される。
強アルカリ性洗浄後水洗槽１１は、強アルカリ性洗浄液で洗浄したガスタービン動翼１を水により洗浄する槽である。強アルカリ性洗浄後水洗槽１１には水が貯められており、この水にガスタービン動翼１を浸漬することにより洗浄が行われる。再生装置１００は強アルカリ性洗浄後水洗槽１１を備えるので、ガスタービン動翼１に付着した強アルカリ性洗浄液を除去できるという効果が得られる。また、スケールが水により急冷されてガスタービン動翼１より除去されやすくなるという効果も得られる。強アルカリ性洗浄後水洗槽１１は、強アルカリ性洗浄後水洗槽１１内の水を撹拌する撹拌手段を備えることが好ましい。これによって、ガスタービン動翼１の表面を水が衝突するので、スケールを効果的に除去できる。
強アルカリ性洗浄後加圧水洗装置１２は、強アルカリ性洗浄後水洗槽１１で洗浄されたガスタービン動翼１を、加圧水流により洗浄する装置である。再生装置１００が強アルカリ性洗浄後加圧水洗装置１２を備えることにより、ガスタービン動翼１に付着した強アルカリ性洗浄液及びスケールの除去が容易になるという効果が得られる。強アルカリ性洗浄後加圧水洗装置１２は、加圧水流ノズル１２ａを含んで構成される。加圧水流ノズル１２ａから加圧した水を噴出させて、内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂの内壁面及びガスタービン動翼１の外表面を洗浄する。なお、強アルカリ性洗浄後水洗槽１１に加圧水流ノズルを設けて、強アルカリ性洗浄後水洗槽１１が強アルカリ性洗浄後加圧水洗装置を兼ねるようにしてもよい。
強アルカリ性洗浄後超音波水洗浄槽１３は、強アルカリ性洗浄後加圧水洗装置１２により洗浄されたガスタービン動翼１を超音波水洗浄する槽である。再生装置１００が強アルカリ性洗浄後超音波水洗浄槽１３を備えることにより、ガスタービン動翼１に付着した強アルカリ性洗浄液及びスケールの除去が容易になるという効果が得られる。強アルカリ性洗浄後超音波水洗浄槽１３は、強アルカリ性洗浄後超音波水洗浄容器１３ａと、発振器１５と、振動子１４とを含んで構成される。強アルカリ性洗浄後超音波水洗浄容器１３ａには水が貯められてガスタービン動翼１が沈められ、発振器１５によって振動子１４を振動させて超音波を発生させることにより、ガスタービン動翼１が洗浄される。なお、発振器１５及び振動子１４を強アルカリ性洗浄後水洗槽１１に接続して、強アルカリ性洗浄後水洗槽１１が強アルカリ性洗浄後超音波水洗浄槽を兼ねるようにしてもよい。
弱酸性洗浄槽１６は、強アルカリ性洗浄後、水洗したガスタービン動翼１を弱酸性洗浄液で洗浄する槽である。再生装置１００が弱酸性洗浄槽１６を備えることにより、ガスタービン動翼１から弱酸性洗浄液に溶解するスケールの成分を除去できる。その結果、後述する熱処理装置２９での熱処理で、ガスタービン翼母材の結晶粒界中の炭化物が、ガスタービン動翼１の外表面及び内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂの内壁面から深い領域にかけて消失することを抑制し、ガスタービン動翼１の機械的性質の変化（特に高温における機械的性質の変化）を抑制できるという効果が得られる。また、ブラシ等の研磨手段が届かない場所、例えばガスタービン動翼１の内部冷却媒体通路１Ｐ等でも洗浄できるという効果も得られる。ここで、弱酸性洗浄槽１６は、弱酸性洗浄液を撹拌する撹拌手段を備えることが好ましい。弱酸性洗浄槽１６が撹拌手段を備えることによって、弱酸性洗浄液が撹拌されて濃度が均一となり、ガスタービン動翼１の洗浄ムラを抑制できる。
弱酸性洗浄槽１６は、弱酸性洗浄容器１７と、気泡導入管２２と、送気装置２３と、弱酸性洗浄液加温手段１９と、弱酸性洗浄液温度検出手段２１と、弱酸性洗浄液温度制御手段２０と、弱酸性洗浄容器蓋１８とを含んで構成される。ガスタービン動翼１は、移動手段２ａにより弱酸性洗浄容器１７に貯められた弱酸性洗浄液の中に沈められる。その後、弱酸性洗浄容器１７に弱酸性洗浄容器蓋１８がされる。弱酸性洗浄容器蓋１８により、弱酸性洗浄液の蒸散を抑制できるという効果が得られる。
洗浄中は、送気装置２３より、気体、例えば空気が、弱酸性洗浄容器１７の底面の直上に配置された気泡導入管２２へ送られ、気泡導入管２２に設けられた開口部から供給された気泡がガスタービン動翼１に衝突しながら上昇する。弱酸性洗浄槽１６が送気装置２３と気泡導入管２２とを備えることによって、弱酸性洗浄容器１７内の弱酸性洗浄液を撹拌するという効果、及び弱酸性洗浄液による洗浄を補助するという効果が得られ、さらに、ガスタービン動翼１の洗浄に使用する弱酸性洗浄液を減量して洗浄廃液を低減するという効果が得られる。弱酸性洗浄液の液温は、弱酸性洗浄液加温手段１９、弱酸性洗浄液温度検出手段２１、弱酸性洗浄液温度制御手段２０により制御される。
弱酸性洗浄後水洗槽２４は、弱酸性洗浄液で洗浄したガスタービン動翼１を水により洗浄する槽である。弱酸性洗浄後水洗槽２４には水が貯められ、これにガスタービン動翼１を浸漬することにより洗浄が行われる。再生装置１００が弱酸性洗浄後水洗槽２４を備えることにより、ガスタービン動翼１に付着した弱酸性洗浄液を洗浄し、除去するという効果が得られる。弱酸性洗浄後水洗槽２４は、弱酸性洗浄後水洗槽２４内の水を撹拌する撹拌手段を備えることが好ましい。これによって、ガスタービン動翼１の表面に水が衝突するので、弱酸性洗浄液の洗浄効果が向上し、洗浄時間を短縮できる。
弱酸性洗浄後加圧水洗装置２５は、弱酸性洗浄後水洗槽２４で洗浄されたガスタービン動翼１を加圧水流により洗浄する装置である。再生装置１００が弱酸性洗浄後加圧水洗装置２５を備えることにより、ガスタービン動翼１に付着した弱酸性洗浄液及びスケールの除去が容易になるという効果が得られる。弱酸性洗浄後加圧水洗装置２５は、加圧水流ノズル２５ａを含んで構成される。加圧水流ノズル２５ａから、加圧した水を噴出させて、ガスタービン動翼１の冷却媒体通路分岐部１Ｂ等の内壁面及び外表面を洗浄する。なお、弱酸性洗浄後水洗槽２４に加圧水流ノズルを設けて、弱酸性洗浄後水洗槽２４が弱酸性洗浄後加圧水洗装置を兼ねるようにしてもよい。
弱酸性洗浄後超音波水洗浄槽２６は、弱酸性洗浄後加圧水洗装置２５により洗浄されたガスタービン動翼１を超音波水洗浄する槽である。再生装置１００が弱酸性洗浄後超音波水洗浄槽２６を備えることにより、ガスタービン動翼１に付着した弱酸性洗浄液を除去し、スケールの除去が容易になるという効果が得られる。弱酸性洗浄後超音波水洗浄槽２６は、弱酸性洗浄後超音波水洗浄容器２６ａと、発振器２８と、振動子２７とを含んで構成される。弱酸性洗浄後超音波水洗浄容器２６ａには水が貯められてガスタービン動翼１が沈められ、振動子２７が振動して超音波を発生させ、ガスタービン動翼１が洗浄される。なお、発振器２８と振動子２７とを弱酸性洗浄後水洗槽２４に接続して、弱酸性洗浄後水洗槽２４が弱酸性洗浄後超音波水洗浄槽を兼ねるようにしてもよい。
熱処理装置２９は、弱酸性洗浄液で洗浄した後、好ましくは水により洗浄した後のガスタービン動翼１を熱処理する装置である。ガスタービン動翼１は、強アルカリ性洗浄槽３での洗浄、次いで水による洗浄、次いで弱酸性洗浄槽１６での洗浄、次いで好ましくは水による洗浄を終えた後に熱処理される。再生装置１００が熱処理装置２９を備えることにより、ガスタービンの運転後にガスタービン動翼１に残留する応力を除去できるという効果が得られる。これによって、後述する強酸性洗浄液を用いたガスタービン動翼１のコーティング除去において、ガスタービン動翼１が応力腐食割れを起こすことを回避できるという効果が得られる。また、ガスタービン翼母材の組織を回復できるという効果も得られる。
本実施形態において、熱処理装置２９は真空熱処理装置である。熱処理装置２９は、熱処理容器３０と、熱処理容器３０を密閉する熱処理容器蓋３１と、熱処理容器蓋３１又は熱処理容器３０に接続された排気管３２と、排気管３２を介して熱処理容器３０内の空気を排気する排気手段３３と、熱処理容器３０内を加熱する熱処理容器加熱手段３４と、熱処理容器内温度検知手段３５と、熱処理容器内温度制御手段３６とを含んで構成される。熱処理容器３０内にガスタービン動翼１が納められ、熱処理容器蓋３１がされて熱処理容器３０が密閉される。熱処理容器３０内の空気は、熱処理容器３０又は熱処理容器蓋３１に接続された排気管３２を通って、排気手段３３により抜き取られる。
熱処理装置２９が排気手段３３を備えることによって、熱処理中に、ガスタービン翼母材が空気中の成分、例えば酸素と反応することを抑制できる。熱処理容器３０と熱処理容器蓋３１とで囲まれる空間、すなわち熱処理容器３０の内部は、熱処理容器加熱手段３４と、熱処理容器内温度検知手段３５と、熱処理容器内温度制御手段３６とによって、所定の温度に加熱されて、熱処理容器３０内部に納められたガスタービン動翼１が熱処理される。
コーティング除去槽３７は、強酸性洗浄液によって、ガスタービン動翼１の表面のコーティングの少なくとも一部を除去する槽である。再生装置１００がコーティング除去槽３７を備えることにより、ガスタービン動翼１の表面のコーティングの少なくとも一部を除去することができ、その結果、ガスタービン動翼１に対して新たにコーティングを施すことができる。コーティング除去槽３７は、強酸性洗浄液を撹拌する撹拌手段を備えることが好ましい。これによって、強酸性洗浄液が撹拌されて濃度が均一となり、ガスタービン動翼１のコーティング除去ムラを抑制できる。
再生装置１００のコーティング除去槽３７は、コーティング除去容器３８と、気泡導入管４６と、送気装置４７と、強酸性洗浄液加温手段４０と、強酸性洗浄液温検出手段４１と、強酸性洗浄液温制御手段４５と、コーティング除去容器蓋３９とを含んで構成される。熱処理されたガスタービン動翼１は支持手段２により支持され、コーティング除去容器３８に貯められた強酸性洗浄液の中に沈められる。その後、コーティング除去容器３８にコーティング除去容器蓋３９がされる。コーティング除去容器蓋３９により、強酸性洗浄液の蒸散をなるべく少なくできるという効果が得られる。
洗浄中は、送気装置４７より、気体、例えば空気が、コーティング除去容器３８の底面の直上に配置された気泡導入管４６へ送られ、気泡導入管４６に設けられた開口部から導入された気泡が、ガスタービン動翼１に衝突しながら上昇する。コーティング除去槽３７が、送気装置４７と、気泡導入管４６とを備えることによって、コーティング除去容器３８内の強酸性洗浄液を撹拌できる。また、気泡によって、強酸性洗浄液によるコーティングの除去を補助して、コーティングの除去に要する時間を短縮できるという効果も得られる。さらに、使用する強酸性洗浄液を減量して洗浄廃液を低減できるという効果が得られる。強酸性洗浄液の液温は、強酸性洗浄液加温手段４０、強酸性洗浄液温検出手段４１、強酸性洗浄液温制御手段４５により制御される。これによって、強酸性洗浄液による洗浄条件を一定に保ち、確実にコーティングを除去できる。
中和槽４８は、コーティング除去槽３７で、ガスタービン動翼１のコーティングの少なくとも一部が除去された後、ガスタービン動翼１に残留する強酸性洗浄液の酸性成分を中和する槽である。再生装置１００が中和槽４８を備えることにより、ガスタービン動翼１に残留する酸性成分を中和できる。中和槽４８は、槽内の中和液を撹拌する撹拌手段を備えることが好ましい。これによって、ガスタービン動翼１に残留する酸性成分を早期に中和できる。
コーティング除去後水洗槽４９は、中和槽４８において酸性成分が中和されたガスタービン動翼１を水で洗浄する槽である。再生装置１００がコーティング除去後水洗槽４９を備えることにより、中和で生じたガスタービン動翼１に残る塩を除去できる。コーティング除去後水洗槽４９は、槽内の水を撹拌する撹拌手段を備えることが好ましい。これによって、前記塩を早期に、かつ確実に除去できる。次に、本実施形態に係るガスタービン翼の再生方法を説明する。
〔ガスタービン翼の再生方法〕
図３は、本実施形態に係るガスタービン動翼の再生方法の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係るガスタービン翼の再生方法は、ガスタービン翼を再生対象にするが、本実施形態では、図１に示すガスタービン動翼１を再生対象とする。ガスタービン動翼１は、例えば特許第２５５６１９８号に示されるＮｉ基耐熱合金で構成されている。
図３は、本実施形態に係るガスタービン動翼の再生方法の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係るガスタービン翼の再生方法は、ガスタービン翼を再生対象にするが、本実施形態では、図１に示すガスタービン動翼１を再生対象とする。ガスタービン動翼１は、例えば特許第２５５６１９８号に示されるＮｉ基耐熱合金で構成されている。
本実施形態に係るガスタービン動翼の再生方法を実行するにあたって、ガスタービン動翼１を、例えば実運転時間が５０００時間から４００００時間経過した後、タービンディスクから取り外し、図２に示す支持手段２により支持する。このとき、上述したように、ガスタービン動翼１を、その長手方向を鉛直方向と平行にして、タービン軸取付部１Ｅ側を下、動翼先端側を上にして支持することが好ましい。
まず、ステップＳ１において、ガスタービン動翼１を湯に浸漬する（湯洗工程）。湯洗工程（ステップＳ１）を行うことにより、ガスタービンの運転中にガスタービン動翼１に付着したスケールのうち、油分及び水溶性のものがある程度取り除かれる。このため、強アルカリ性洗浄液がスケールに浸透しやすくなって、強アルカリ性洗浄の効果を上げることができる。本実施形態において、湯洗工程での湯温は、例えば５０℃以上８０℃以下、好ましくは６５℃前後である。湯洗工程は、後述する強アルカリ性洗浄工程の前に行うことが好ましい。
本実施形態では、後述する強アルカリ性洗浄工程（ステップＳ４）の前に、ステップＳ２において、強アルカリ性洗浄液の洗浄力が基準以上か否かを検査する（強アルカリ性洗浄液検査工程）。強アルカリ性洗浄液の洗浄力が基準以上であった場合（ステップＳ２、Ｙｅｓ）、強アルカリ性洗浄液をそのまま使用し、基準未満であった場合は（ステップＳ２、Ｎｏ）、ステップＳ３に進み、強アルカリ性洗浄液を基準以上のものに交換する（強アルカリ性洗浄液交換工程）。強アルカリ性洗浄液検査工程（ステップＳ２）及び強アルカリ性洗浄液交換工程（ステップＳ３）を行うことにより、次の強アルカリ性洗浄工程（ステップＳ４）では、洗浄力が基準以上である強アルカリ性洗浄液で確実にガスタービン動翼１を洗浄できるという効果が得られる。ここで、強アルカリ性洗浄液の洗浄力が基準以上か否かを判定する手法については後述する。
湯洗の後、ステップＳ４において、支持手段２により支持されたガスタービン動翼１を、図２に示す強アルカリ性洗浄槽３に貯められた強アルカリ性洗浄液、好ましくは酸化剤を含む強アルカリ性洗浄液に浸漬し、ガスタービン動翼１を強アルカリ性洗浄液で洗浄する（強アルカリ性洗浄工程）。強アルカリ性洗浄工程（ステップＳ４）を行うことにより、強アルカリ性洗浄液に溶解するスケールを除去することができ、後述する熱処理工程（ステップＳ１４）において、ガスタービン翼母材の結晶粒界中の炭化物が、ガスタービン動翼１の外表面及び内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂの内壁面から深い領域にかけて消失することを抑制し、ガスタービン動翼１の機械的性質の変化（特に高温における機械的性質の変化）を抑制できるという効果が得られる。
強アルカリ性洗浄工程（ステップＳ４）では、例えば、気泡、プロペラのような撹拌手段を用いて強アルカリ性洗浄液を撹拌しながら洗浄することが好ましい。撹拌しながら洗浄することにより、ガスタービン動翼１の洗浄ムラを抑制できる。攪拌手段としては、特に、気泡を導入して行うことが好ましい。気泡を導入することによって、強アルカリ性洗浄液による洗浄を補助するという効果が得られる。また、強アルカリ性洗浄液の使用量を減少させることができるので、洗浄廃液を減少させることができるという効果が得られる。気泡は、例えば、図２に示す強アルカリ性洗浄容器４の底面の直上に配置された気泡導入管９によって、強アルカリ性洗浄容器４内の強アルカリ性洗浄液中へ導入できる。
強アルカリ性洗浄工程（ステップＳ４）においては、ガスタービン動翼１を強アルカリ性洗浄液に浸漬してから所定の時間（例えば３０分）が経過する毎に、ガスタービン動翼１を強アルカリ性洗浄液から引き上げ、ガスタービン動翼１の内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂの強アルカリ性洗浄液が排出されたことを確認してから、再度浸漬することが好ましい。これにより、ガスタービン動翼１の内部冷却媒体通路１Ｐ内の強アルカリ性洗浄液を強制的に入れ替えることができるという効果が得られる。
本実施形態において、強アルカリ性洗浄工程（ステップＳ４）では、強アルカリ性洗浄液、好ましくは酸化剤を含む強アルカリ性洗浄液を用いる。強アルカリ性洗浄液を用いることによって、強アルカリ性洗浄液に溶解するスケールの成分を除去できるという効果が得られる。酸化剤を含む強アルカリ性洗浄液を用いることによって、スケールの成分の一部が酸化されて強アルカリ性洗浄液に溶解しやすくなる又はスケールがガスタービン動翼１から剥離しやすくなるという効果が得られる。また、ブラシ等の研磨手段が届かない場所、例えば動翼の内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂあっても洗浄できるという効果が得られる。
強アルカリ性洗浄液としては、Ｃｒ２Ｏ３を酸化溶解するものが好ましい。ガスタービン動翼１に付着するスケールの成分の中でもＣｒ２Ｏ３は動翼に特に強固に付着しているため、Ｃｒ２Ｏ３を酸化溶解する強アルカリ性洗浄液を用いてＣｒ２Ｏ３を酸化溶解させることにより、スケールが強アルカリ性洗浄液にいっそう溶解しやすくなる、又はスケールがガスタービン動翼１から剥離しやすくなる。また、強アルカリ性洗浄液は水溶液であることが好ましい。有機溶剤の溶液ではなく水溶液とすることによって、有機溶剤を大気に放散させずに翼を洗浄できる。
さらに、強アルカリ性洗浄液として、過マンガン酸アルカリ金属塩を含んだアルカリ金属水酸化物の水溶液を用いることが好ましい。これにより、強アルカリ性洗浄液が単純な組成となり、濃度管理をしつつ繰り返し使用できるという効果が得られる。過マンガン酸アルカリ金属塩を含んだアルカリ金属水酸化物の水溶液として、過マンガン酸ナトリウム又は過マンガン酸カリウムを含んだ水酸化ナトリウムの水溶液などが挙げられる。強アルカリ性洗浄液として、過マンガン酸カリウムを含んだ水酸化ナトリウム水溶液を用いることがさらに好ましい。強アルカリ性洗浄液には、酸化剤の他に、適当な添加剤を加えてもよい。
強アルカリ性洗浄液に過マンガン酸アルカリ金属塩を含んだアルカリ金属水酸化物の水溶液を用いる場合、上述した強アルカリ性洗浄液検査工程（ステップＳ２）において、強アルカリ性洗浄液の洗浄力が基準以上か否かは、強アルカリ性洗浄液の自然電位によって判定することが好ましい。スケールの一成分であるＣｒ２Ｏ３は、酸化されてＣｒＯ４ ２−となって強アルカリ性洗浄液に溶解するため、強アルカリ性洗浄液の自然電位がＣｒ２Ｏ３を酸化するような電位であれば、強アルカリ性洗浄液の洗浄力は低下していないといえる。
強アルカリ性洗浄液検査工程（ステップＳ２）においては、強アルカリ性洗浄液の酸化還元電位を測定して行うことで、過マンガン酸アルカリ金属塩及びアルカリ金属水酸化物の濃度を測定して行う場合と比較して、強アルカリ性洗浄液の洗浄力を、短時間で簡便に検査できるという利点が得られる。
ここで、ｐＨ１３からｐＨ１４付近のＫＭｎＯ４の溶液の自然電位は、約２００mVvsAg/AgCl_sat.KClであるため、溶液の自然電位が約２００mVvsAg/AgCl_sat.KCl以上の強アルカリ性洗浄液は、Ｃｒ２Ｏ３を酸化溶解する洗浄力があると判断できる。したがって、本実施形態では、強アルカリ性洗浄工程（ステップＳ４）において、自然電位が約２００mVvsAg/AgCl_sat.KCl以上の強アルカリ性洗浄液を用いる。
上述した強アルカリ性洗浄液検査工程（ステップＳ２）では、強アルカリ性洗浄液の自然電位が約２００mVvsAg/AgCl_sat.KCl以上である場合に洗浄力が基準以上であると判定される（ステップＳ２、Ｙｅｓ）。また、強アルカリ性洗浄液の自然電位が約２００mVvsAg/AgCl_sat.KCl未満である場合に洗浄力が基準未満であると判定される（ステップＳ２、Ｎｏ）。これによって、本実施形態の強アルカリ性洗浄工程（ステップＳ４）では、Ｃｒ２Ｏ３を酸化溶解する洗浄力を有する強アルカリ性洗浄液を常時用いて、確実にＣｒ２Ｏ３を酸化溶解させることができる。Ｃｒ２Ｏ３は酸化力の高い過マンガン酸によって酸化溶解が促進される。洗浄条件下における過マンガン酸(MnO4 2-:７価)と二酸化マンガン(MnO2:４価)の平衡電位は約２００mVvsAg/AgCl_sat.KClであることから、自然電位が２００mVvsAg/AgCl_sat.KCl以上の場合、過マンガン酸によるＣｒ２Ｏ３の酸化溶解作用が十分発揮されると予想される。
強アルカリ性洗浄工程（ステップＳ４）は、強アルカリ性洗浄液を７０℃以上９５℃以下、好ましくは７２℃以上９５℃以下に保持して行うことが好ましい。強アルカリ性洗浄液を９５℃以下に保持することで、強アルカリ性洗浄液の水分の過度な蒸発を抑制できる。強アルカリ性洗浄液が７０℃未満では、Ｃｒ２Ｏ３の酸化溶解に要する時間は、強アルカリ性洗浄液を７０℃以上としたときより２０％多く必要となる。したがって、強アルカリ性洗浄液を７０℃以上に保持することで、ガスタービン動翼１に付着したスケールを短時間で洗浄できるという効果が得られる。強アルカリ性洗浄液を７２℃以上に保持することで、７０℃以上に保持するときよりもさらにスケールを短時間で洗浄できるという効果が得られる。
特に、強アルカリ性洗浄液は、７０℃以上８０℃以下、好ましくは７２℃以上７８℃以下に保持して使用することが好ましい。８０℃より高温に保持すると、強アルカリ性洗浄液の劣化が促進されやすくなって洗浄力の低下が早くなる。このため、強アルカリ性洗浄液の温度を８０℃以下、好ましくは７８℃以下に保持することで、８０℃より高温に保持したときと比較して強アルカリ性洗浄液の寿命が長くなる。強アルカリ性洗浄液の液温を、７８℃以下に保持すると、７８℃より高温に保持したときと比較してさらに強アルカリ性洗浄液の寿命が長くなる。その結果、強アルカリ性洗浄液を繰り返し使用できるという利点がある。これによって、強アルカリ性洗浄液の廃液を低減できる。
強アルカリ性洗浄工程（ステップＳ４）は、例えば、強アルカリ性洗浄液として、ＮａＯＨ濃度が１０重量％から３５重量％であり、ＫＭｎＯ４濃度が３重量％である水溶液を用い、洗浄液の温度を７２℃以上７８℃以下に保持し、浸漬時間が１時間という条件で行うことができる。この条件では、洗浄前における強アルカリ性洗浄液の自然電位は、３６４．４mVvsAg/AgCl_sat.KClであり、試験片の洗浄に１０回使用した後の強アルカリ性洗浄液の酸化還元電位は、２９７．８mVvsAg/AgCl_sat.KClであり、いずれも２００mVvsAg/AgCl_sat.KCl以上である。この条件で洗浄を行うと、１０回洗浄を繰り返した後であっても、強アルカリ性洗浄液が十分な洗浄力を維持できるという結果が得られた。
本実施形態では、強アルカリ性洗浄工程（ステップＳ４）の後、ステップＳ５でガスタービン動翼１を水で洗浄する（水洗工程）。水洗工程（ステップＳ５）を行うことによって、上述したように、ガスタービン動翼１が急冷されてスケールがガスタービン動翼１から剥離しやすくなり、また、ガスタービン動翼１に残留する強アルカリ性洗浄液を除去できるという効果が得られる。水洗工程（ステップＳ５）は、水を洗浄液として使う工程であり、本実施形態においては、ガスタービン動翼１を水に浸漬する。また、水洗工程（ステップＳ５）は、加圧水流による洗浄や、水を媒体にした超音波洗浄であってもよい。
水に浸漬する場合、浸漬の途中でガスタービン動翼１を水から引き上げ、ガスタービン動翼１の内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂ内の水が排出されてから、再び水に浸漬するという操作を数回繰り返すことが好ましい。これにより、内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂ内の水を強制的に入れ替えることができる。また、水洗工程（ステップＳ５）は、撹拌手段によって水を撹拌しながら行うことが好ましい。
水洗工程（ステップＳ５）の後、ステップＳ６で、ガスタービン動翼１の外表面及び内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂの内壁面を加圧水流で洗浄（加圧水流洗浄工程）し、次にステップＳ７で、水を貯めた超音波洗浄槽で超音波水洗浄を行う（超音波水洗浄工程）ことが好ましい。加圧水流洗浄工程及び超音波水洗浄工程を行うことにより、より多くの水溶性のスケール成分や、強アルカリ性洗浄工程で剥離したスケール、あるいは強アルカリ性洗浄液を除去できる。
ここで、本実施形態では、後述するステップＳ１０の弱酸性洗浄工程の前に、ステップＳ８において、弱酸性洗浄液の洗浄力が基準以上か否かを検査する（弱酸性洗浄液検査工程）。弱酸性洗浄液の洗浄力が基準以上であった場合（ステップＳ８、Ｙｅｓ）、弱酸性洗浄液をそのまま使用し、弱酸性洗浄液の洗浄力が基準未満であった場合は（ステップＳ８、Ｎｏ）、弱酸性洗浄液を基準以上のものに交換する（ステップＳ９、弱酸性洗浄液交換工程）。弱酸性洗浄液検査工程及び弱酸性洗浄液交換工程を行うことにより、後述するガスタービン動翼１の弱酸性洗浄工程（ステップＳ１０）においては、洗浄力が基準以上の弱酸性洗浄液で確実にガスタービン動翼１を洗浄できる。弱酸性洗浄液の洗浄力が基準以上か否かを判定する手法については後述する。
ステップＳ１０において、ガスタービン動翼１を弱酸性洗浄槽１６に貯められた弱酸性洗浄液に浸漬する（弱酸性洗浄工程）。弱酸性洗浄工程を行うことによって、弱酸性洗浄液に溶解するスケールを除去することができ、次で述べるステップＳ１４の熱処理工程において、ガスタービン翼母材の結晶粒界中の炭化物が、ガスタービン動翼１の外表面及び内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂの内壁面から深い領域にかけて消失することを抑制し、ガスタービン動翼１の機械的性質の変化、特に高温における機械的性質の変化を抑制できる。
弱酸性洗浄工程（ステップＳ１０）では、例えば、気泡、プロペラ等の撹拌手段によって、弱酸性洗浄液を撹拌しながらガスタービン動翼１を洗浄することが好ましい。弱酸性洗浄液を撹拌しながら洗浄することにより、ガスタービン動翼１に生ずる洗浄ムラを抑制できる。弱酸性洗浄液の撹拌は、特に、弱酸性洗浄液に気泡を導入して行うことが好ましい。気泡を導入することによって、簡易に弱酸性洗浄液を撹拌できるとともに、強アルカリ性洗浄液による洗浄を補助するという効果も得られる。また、弱酸性洗浄液の使用量を減少させることができ、したがって、洗浄廃液を減少させることができるという効果が得られる。気泡は、例えば、図２に示す弱酸性洗浄容器１７の底面の直上に配置された気泡導入管２２によって、弱酸性洗浄容器１７内の弱酸性洗浄液中へ導入できる。
弱酸性洗浄液に浸漬したガスタービン動翼１は、浸漬してから所定の時間（例えば３０分から１時間）が経過する毎に、いったん弱酸性洗浄液から引き上げ、ガスタービン動翼１の内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂ内の弱酸性洗浄液が排出されたことを確認してから、再度弱酸性洗浄液に浸漬することが好ましい。これにより、ガスタービン動翼１の内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂ内の弱酸性洗浄液を強制的に入れ替えることができるという効果が得られる。
弱酸性洗浄工程（ステップＳ１０）で使用する弱酸性洗浄液は、水溶液であることが好ましい。このように、弱酸性洗浄液を有機溶剤の溶液ではなく水溶液とすることによって、有機溶剤を大気に放散させずにガスタービン動翼１を洗浄できるという効果が得られる。弱酸性洗浄液として、有機又は無機の酸の水溶液が挙げられ、例えば、クエン酸とクエン酸塩との適切な濃度の水溶液や、酢酸、蟻酸、スルファミン酸の水溶液等が挙げられる。このように、本実施形態で用いる弱酸性洗浄液は、複数の種類の酸を混合した溶液であってもよく、また、適当な種々の塩を含んでいても良い。
弱酸性洗浄液で洗浄することにより、ガスタービン動翼に付着したスケールの成分のうち、強アルカリ性洗浄液及び水による洗浄では除去できないが、弱酸性洗浄液には溶解する成分を除去できる。また、ブラシ等の研磨手段が届かない場所、例えばガスタービン動翼１の内部冷却媒体通路１Ｐ等であっても、弱酸性洗浄液には溶解する成分を除去できるという効果が得られる。
ここで、弱酸性洗浄液としては、クエン酸とクエン酸のアンモニウム塩との水溶液が好ましい。これにより、スケールの成分のうち、鉄酸化物を特に良く溶解除去でき、次の熱処理工程で、鉄酸化物が付着したまま熱処理した場合と比較してガスタービン翼母材が劣化しにくいという効果が得られる。また、弱酸性洗浄液には、酸以外にも適当な添加剤を加えることができる。
弱酸性洗浄液としてクエン酸とクエン酸のアンモニウム塩との水溶液を使用する場合、上述した弱酸性洗浄液検査工程（ステップＳ８）では、弱酸性洗浄液の、波長３９０ｎｍから４１０ｎｍにおける吸光度、好ましくは、波長４００ｎｍの吸光度を測定することによって酸性洗浄液の洗浄力を検査することが好ましい。これにより、クエン酸やアンモニウム塩の濃度を分析して弱酸性洗浄液の洗浄力を判定する方法よりも、短時間かつ簡便に弱酸性洗浄液の洗浄力の検査ができる。
図４は、弱酸性洗浄液による洗浄の前後における弱酸性洗浄液の吸光度の一例を示す説明図である。図４に示す例では、弱酸性洗浄液としてクエン酸５重量％とクエン酸（ＩＩ）アンモニウム５重量％との水溶液を用いる。そして図４には、洗浄に使用する前における弱酸性洗浄液の吸光度曲線ＡＣ１と、試験片を１０回洗浄した後における弱酸性洗浄液の吸光度曲線ＡＣ２と、を示している。
波長４００ｎｍにおいて、使用前における水溶液の吸光度は０に近いのに対し、１０回洗浄後における水溶液の吸光度は１．０以上から１．５以下の範囲にある。このように、クエン酸とクエン酸のアンモニウム塩との水溶液を弱酸性洗浄液として用いる場合、弱酸性洗浄液の４００ｎｍの吸光度を、弱酸性洗浄液の洗浄力の指標にすることができる。波長４００ｎｍにおける吸光度が１．５より大きいクエン酸とクエン酸のアンモニウム塩との水溶液を用いる場合には、浸漬時間を長くしなければならず、浸漬時間を長くすることによりタービン翼のマトリックスの粒界などが酸で腐食されるおそれがある。酸による腐食のおそれがあるために、波長４００ｎｍにおける吸光度が１．５以下であるクエン酸とクエン酸のアンモニウム塩との水溶液を用いることが好ましいことを実験により見出した。洗浄処理の実際の管理のためには、クエン酸とクエン酸のアンモニウム塩との水溶液の、波長４００ｎｍにおける吸光度が１．２以下であることがさらに好ましい。
本実施形態では、弱酸性洗浄工程（ステップＳ１０）において、波長４００ｎｍの吸光度が０以上１．５以下好ましくは０以上１．２以下である弱酸性洗浄液を洗浄に用いる。これにより、弱酸性洗浄工程（ステップＳ１０）においては、洗浄力が基準以上の弱酸性洗浄液を用いることができるので、ガスタービン動翼１を確実に洗浄できる。
ここで、ステップＳ８においては、弱酸性洗浄液の波長４００ｎｍの吸光度が０以上１．５以下好ましくは０以上１．２以下である場合に、弱酸性洗浄液の洗浄力が基準以上であると判定する（ステップＳ８、Ｙｅｓ）。一方、ステップＳ８においては、弱酸性洗浄液の波長４００ｎｍの吸光度が１．５好ましくは１．２よりも大きい場合に、弱酸性洗浄液の洗浄力は基準未満であると判定する（ステップＳ８、Ｎｏ）。
弱酸性洗浄工程（ステップＳ１０）は、弱酸性洗浄液を７５℃以上９５℃以下、望ましくは８０℃以上９５℃以下、さらに望ましくは９０℃以上９５℃以下に保持して行うことが好ましい。弱酸性洗浄液を９５℃以下に保持することで、弱酸性洗浄液の水分が過度に蒸発することを抑制できる。また、弱酸性洗浄液を９０℃以上に保持すると、ガスタービン動翼１に付着するスケールの成分のうち、弱酸性洗浄液に溶解する成分の溶解速度は、弱酸性洗浄液が９０℃未満である場合よりも速くなるため、より短時間でガスタービン動翼１を洗浄できるという効果が得られる。
本実施形態において、弱酸性洗浄工程（ステップＳ１０）は、例えば、弱酸性洗浄液として、クエン酸が５重量％、クエン酸（ＩＩ）アンモニウムが５重量％の水溶液を用い、弱酸性洗浄液の温度を９０℃以上９５℃以下に保持し、浸漬時間が１時間から５時間という条件で行うことができる。なお、弱酸性洗浄液は、強アルカリ性洗浄液と比較して高温劣化の程度が小さいので、弱酸性洗浄液の温度が９０℃以上９５℃以下であれば、弱酸性洗浄液を繰り返し使用できるという利点がある。これによって、弱酸性洗浄液の廃液を低減できる。
弱酸性洗浄工程（ステップＳ１０）の後、ステップＳ１１で、ガスタービン動翼１を水洗する（弱酸性洗浄後水洗工程）ことが好ましい。弱酸性洗浄後水洗工程（ステップＳ１１）を行うことによって、弱酸性洗浄液及び水溶性のスケール成分を洗い流すことができる。
水洗は、ガスタービン動翼１を水に浸漬することによって行うことができる。水に浸漬する場合、浸漬途中でガスタービン動翼１を水から引き上げ、ガスタービン動翼１の内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂ内の水が排出されてから、再び水に浸漬するという操作を数回繰り返してもよい。この操作により、ガスタービン動翼１の内部冷却媒体通路１Ｐや冷却媒体通路分岐部１Ｂ内の水を強制的に入れ替えることができる。また、弱酸性洗浄後水洗工程（ステップＳ１１）は、撹拌手段により水を撹拌しながら行うことが好ましい。
弱酸性洗浄後水洗工程（ステップＳ１１）の後、ステップＳ１２で、ガスタービン動翼１の外壁面及び内壁面を加圧水流で洗浄し（弱酸性洗浄後加圧水流洗浄工程）、次に、ステップＳ１３で、水を貯めた超音波洗浄槽で超音波水洗浄を行う（弱酸性洗浄後超音波水洗浄工程）ことが好ましい。これにより、より多くの水溶性のスケール成分及び弱酸性洗浄液を除去できる。
弱酸性洗浄後超音波水洗浄工程（ステップＳ１３）でガスタービン動翼１を洗浄した後、ステップＳ１４で、ガスタービン動翼１を熱処理する（熱処理工程）。この熱処理は、ガスタービン翼母材に析出するγ’層の一部が溶解する温度に所定の時間保持した後、徐冷する処理である。これにより、ガスタービン動翼１に残留する応力を除去できるので、ステップＳ１５でガスタービン動翼１の表面のコーティングを除去する際に用いる強酸性洗浄液によるガスタービン動翼１の応力腐食割れの発生を減少できる。また、ステップＳ１４の熱処理によって、ガスタービン翼母材の組織が回復する。
ステップＳ１４の熱処理は、真空熱処理であることが好ましい。これにより、空気中の酸素が高温下でガスタービン翼母材と反応することを抑制できる。ステップＳ１４の熱処理は、例えば、１０００℃以上１２００℃以下、０．０５ｔｏｒｒ以上０．７ｔｏｒｒ以下（０．０５×１３３．３２２Ｐａ以上０．７×１３３．３２２Ｐａ以下）、１．０時間以上１０時間以下の条件で行うことができる。
ステップＳ１４の熱処理工程が終了したら、ステップＳ１５において、熱処理後のガスタービン動翼１を、図２に示すコーティング除去槽３７に貯められた強酸性洗浄液に浸漬して、ガスタービン動翼１のコーティングの少なくとも一部を除去する（コーティング除去工程）。強酸性洗浄液でガスタービン動翼１を洗浄することにより、ガスタービン動翼１のコーティング（例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙ合金系コーティング）の少なくとも一部を除去できるという効果が得られる。
また、コーティング除去工程（ステップＳ１５）は、例えば、気泡、プロペラ等の撹拌手段によって、強酸性洗浄液を撹拌しながら行うことが好ましい。撹拌しながらコーティングを除去することにより、ガスタービン動翼１のコーティング除去ムラを抑制できる。撹拌手段は、特に、強酸性洗浄液に気泡を導入する手法を用いることが好ましい。気泡を導入することによって、強酸性洗浄液によるコーティング除去を補助するという効果が得られる。また、強酸性洗浄液の使用量を減少させることができ、したがって、洗浄廃液を減少させることもできる。気泡は、例えば、図２に示すコーティング除去容器３８の底面の直上に配置された気泡導入管４６によって、コーティング除去容器３８内の強酸性洗浄液中へ導入できる。
強酸性洗浄液としては、ガスタービン動翼１のコーティングの種類に応じた強酸性水溶液を用いることができるが、本実施形態では塩酸を用いる。また、強酸性洗浄液には、適当な添加剤を加えてもよい。本実施形態において、コーティング除去工程（ステップＳ１５）は、例えば、強酸性洗浄液として、濃塩酸を１０容量％以上４０容量％以下として調製した塩酸を用いて、強酸性洗浄液温度を５０℃以上８０℃以下、好ましくは６５℃以上７０℃以下に保持し、浸漬温度が１時間以上１０時間以下、好ましくは５時間という条件で行うことができる。
ステップＳ１５において、ガスタービン動翼１を強酸性洗浄液で洗浄した後、ステップＳ１６において、ガスタービン動翼１に残留する強酸性洗浄液を、適当なアルカリ水溶液、例えば５重量％のＮａ２ＣＯ３水溶液で中和する（中和工程）。そして、ステップＳ１７において、ガスタービン動翼１を水で洗浄する（コーティング除去後水洗工程）。中和工程及びコーティング除去後水洗工程を行うことにより、酸性成分がガスタービン動翼１に残留することを回避できるという効果が得られる。
中和工程及びコーティング除去後水洗工程では、アルカリ水溶液又は水を、撹拌手段により撹拌しながら行うことが好ましい。コーティング除去後水洗工程（ステップＳ１７）の次に、ステップＳ１８において、ガスタービン動翼１の湯洗浄を行う（コーティング除去後湯洗工程）。コーティング除去後湯洗工程（ステップＳ１８）を行うことにより、ガスタービン動翼１を早期に乾燥できるという効果が得られる。コーティング除去後湯洗工程（ステップＳ１８）は、例えば、５０℃以上８０℃以下、好ましくは６５℃の湯を用い、これにガスタービン動翼１を漬浸する。
以上、本実施形態では、運転後のガスタービン翼を、強アルカリ性洗浄液、好ましくは酸化剤を含む強アルカリ性洗浄液に浸漬して洗浄し、次に前記ガスタービン翼を水洗し、次に前記ガスタービン翼を弱酸性洗浄液に浸漬して洗浄し、次に前記ガスタービン翼を熱処理する。そして、この熱処理が終了した後の前記ガスタービン翼を強酸性洗浄液に浸漬して、前記ガスタービン翼の表面に形成されたコーティングを除去する。これによって、熱処理の前にガスタービン翼の外表面や、内部冷却流路等の内壁面に付着したスケールが除去できる。その結果、ガスタービン翼母材の結晶粒界中の炭化物が、ガスタービン動翼の外表面及び内部冷却媒体通路等の内壁面から深い領域にかけて消失することを抑制し、ガスタービン動翼の機械的性質の変化、特に高温における機械的性質の変化を抑制できる。また、強アルカリ性洗浄液や弱酸性洗浄液の適切な温度条件を見出したので、これらを繰り返し使用できる。
以上のように、本発明に係るガスタービン翼の再生方法及び再生装置は、ガスタービン翼の再生に有用であり、特に、ガスタービン翼母材の機械的性質の変化を低減することに適している。
Claims (11)
- 運転後のガスタービン翼を、強アルカリ性洗浄液に浸漬して洗浄する強アルカリ性洗浄工程と、
前記強アルカリ性洗浄液による洗浄後の前記ガスタービン翼を、水により洗浄する水洗工程と、
前記水による洗浄後の前記ガスタービン翼を、弱酸性洗浄液に浸漬して洗浄する弱酸性洗浄工程と、
前記弱酸性洗浄液による洗浄後の前記ガスタービン翼を、熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理した前記ガスタービン翼を強酸性洗浄液に浸漬して、前記ガスタービン翼の表面に形成されたコーティングの少なくとも一部を除去するコーティング除去工程と、
を含み、
前記弱酸性洗浄液は、クエン酸とクエン酸のアンモニウム塩との弱酸性水溶液であることを特徴とするガスタービン翼の再生方法。 - 前記強アルカリ性洗浄液は、過マンガン酸アルカリ金属塩を含むアルカリ金属水酸化物の水溶液であることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン翼の再生方法。
- 前記アルカリ金属水酸化物の水溶液は、過マンガン酸カリウムを含む水酸化ナトリウムの水溶液であることを特徴とする請求項２に記載のガスタービン翼の再生方法。
- 前記強アルカリ性洗浄工程では、自然電位が２００mVvsAg/AgCl_sat.KCl以上である前記アルカリ金属水酸化物の水溶液を用いることを特徴とする請求項２に記載のガスタービン翼の再生方法。
- 前記強アルカリ性洗浄工程では、前記強アルカリ性洗浄液の温度を、７０℃以上９５℃以下に保持して前記ガスタービン翼を洗浄することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスタービン翼の再生方法。
- 前記弱酸性洗浄工程で使用する前記弱酸性水溶液は、波長４００ｎｍにおける吸光度が０以上１．５以下であることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン翼の再生方法。
- 前記弱酸性洗浄工程では、前記弱酸性洗浄液の温度を、８０℃以上９５℃以下に保持して前記ガスタービン翼を洗浄することを特徴とする請求項１又は６に記載のガスタービン翼の再生方法。
- 前記強酸性洗浄液は塩酸であることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン翼の再生方法。
- 運転後のガスタービン翼を支持する支持手段と、
前記ガスタービン翼を洗浄する、酸化剤を含む強アルカリ性洗浄液が貯められ、かつ前記強アルカリ性洗浄液を加温する強アルカリ性洗浄液加温手段を備える強アルカリ性洗浄槽と、
前記強アルカリ性洗浄槽で洗浄された前記ガスタービン翼を水洗する水洗槽と、
前記水洗槽で水洗された前記ガスタービン翼を洗浄する弱酸性洗浄液が貯められ、かつ前記弱酸性洗浄液を加温する弱酸性洗浄液加温手段を備える弱酸性洗浄槽と、
加熱手段を備え、前記弱酸性洗浄液で洗浄した後の前記ガスタービン翼を熱処理する熱処理装置と、
前記熱処理装置で熱処理された前記ガスタービン翼表面のコーティングの少なくとも一部を除去する強酸性洗浄液が貯められ、かつ前記強酸性洗浄液を加温する強酸性洗浄液加温手段を備えるコーティング除去槽と、
を含み、
前記弱酸性洗浄液は、クエン酸とクエン酸のアンモニウム塩との弱酸性水溶液であることを特徴とするガスタービン翼の再生装置。 - 前記強アルカリ性洗浄槽は、さらに前記強アルカリ性洗浄液の温度を所定の温度に保持する強アルカリ性洗浄液温度制御手段を備えることを特徴とする請求項９に記載のガスタービン翼の再生装置。
- 前記弱酸性洗浄槽は、さらに前記弱酸性洗浄液の温度を所定の温度に保持する弱酸性洗浄液温度制御手段を備えることを特徴とする請求項９又は１０に記載のガスタービン翼の再生装置。
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