JP4940204B2 - Gas turbine stationary blade - Google Patents
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Description
本発明は、内部に冷却構造を有すると共にホイールスペース温度監視用の熱電対を設置したガスタービン静翼に係り、熱電対を収納する熱電対保護管の耐久性向上を図ったガスタービン静翼に関するものである。 The present invention relates to a gas turbine stationary blade having a cooling structure therein and a thermocouple for monitoring a wheel space temperature, and more particularly to a gas turbine stationary blade for improving the durability of a thermocouple protective tube for housing a thermocouple. Is.
ガスタービンは、複合サイクル発電所への設置をはじめとして、広く利用されている。ガスタービンは、運転中、高温の燃焼ガスにさらされるため、静翼内部に冷却構造を設けたものが一般的となっている。このようなガスタービン静翼においては、タービン高温部の運転状態が正常であることを確認する監視作業が重要である。 Gas turbines are widely used, including installation in combined cycle power plants. Since a gas turbine is exposed to high-temperature combustion gas during operation, a gas turbine provided with a cooling structure inside is generally used. In such a gas turbine stationary blade, it is important to perform a monitoring operation for confirming that the operation state of the high temperature portion of the turbine is normal.
そこで従来より、ガスタービン静翼に熱電対を取り付け、この熱電対を用いて、高温部であるタービンホイール付近、すなわちホイールスペースの雰囲気温度を計測監視する技術が提案されている(例えば、特許文献1、2)。ここで、図5及び図6を用いて、熱電対を備えたガスタービン静翼の従来例について、具体的に説明する。
Thus, conventionally, a technique has been proposed in which a thermocouple is attached to a gas turbine stationary blade, and the ambient temperature in the vicinity of the turbine wheel, ie, the wheel space, which is a high-temperature part is measured and monitored using this thermocouple (for example,
図5に示すように、ガスタービン静翼1は、内部に冷却空気が流通する中空体であって、内部に冷却空気を保持するマニホールド2が設置されている。これらガスタービン静翼1及びマニホールド2は、コバルト系の耐熱合金材料などから構成されている。
As shown in FIG. 5, the gas turbine
導線を含む熱電対は細いので、外部接触による破損を防止すべく、熱電対保護管3に収納されている。熱電対保護管3はガスタービン静翼1及びマニホールド2を貫通して、感温部(先端部)がガスタービン静翼1内輪に設置されている。このように配置された熱電対を用いることにより、タービン静翼1内輪とタービンホイールとの間にあるホイールスペースの雰囲気温度を、計測監視することが可能であり、タービン高温部の運転状態を把握することができる。
Since the thermocouple including the conducting wire is thin, it is accommodated in the
また、熱電対保護管3の構成材料としては、ガスタービン静翼1などを構成する材料よりも硬度の低いもの、具体的にはSUS304等のステンレス系材料などの使用が主流である。
ところで、上記のガスタービン静翼1において、熱電対保護管3は、タービンケーシング側から静翼1の外輪に保持されており、マニホールド2を貫通してガスタービン静翼1内輪に達するので、必然的に、マニホールド2には熱電対保護管3挿入用の貫通孔4が形成されることになる。このとき、ガスタービン静翼1の冷却性能を維持するために、マニホールド2内部の冷却空気が貫通穴4から漏れないように、熱電対保護管3とマニホールド2の貫通孔4とを溶接等で固定してシールすることが考えられる。
By the way, in the gas turbine
しかし、ガスタービン運転中、マニホールド2及び熱電対保護管3は共に熱変形が大きく、しかも、構成材料が異なるため、熱伸び差が大きい。したがって、熱電対保護管3をマニホールド2の貫通孔4に固定してしまうと、固定部分に過大な応力が発生することになり、好ましくない。
However, during operation of the gas turbine, both the
そこで実際には、図6の拡大図(図5のA部)に示すように、貫通孔4と熱電対保護管3との間にクリアランスを設けておき、両者に対し過度の応力が加わらないような構造となっている。ただし、マニホールド2からの空気漏れは、出来る限り防ぐことが望ましいのは言うまでもない。そのため、貫通孔4内壁面と熱電対保護管3外周面との間隙は、極力小さく設定されている。
Therefore, in practice, as shown in the enlarged view of FIG. 6 (A part of FIG. 5), a clearance is provided between the
ところが、既に述べたように、マニホールド2及び熱電対保護管3は共に熱変形が大きいので、貫通孔4内壁面と熱電対保護管3外周面との間隙が小さいと、ガスタービン運転時の振動によって、両者は互いに接触することは否めない。しかも、熱電対保護管3はいわゆる片持ち支持のため、ガスタービン運転に伴う振動は、端部に近づくほど振幅が大きくなり、熱電対保護管3の外周部が貫通孔4の内壁部と強く擦れ合う。
However, as already described, since both the
このとき、熱電対保護管3の構成材料は、マニホールド2の構成材料よりも硬度が低いので、摩耗によって減肉が生じることになる。したがって、減肉が進行し、熱電対保護管3の残肉厚の厚さ寸法が規定値以下になると、交換が余儀なくされる。その結果、ガスタービン静翼1本体に関しては、運転による損傷がまだ小さく、修理や交換が不要な場合であっても、熱電対保護管3を交換するための修理が必要となり、保守コストの増大を招いていた。
At this time, since the constituent material of the
ガスタービン静翼1は、信頼性確保の観点から、高頻度でメンテナンスを実施しており、保守コストは相当に高い。したがって、ガスタービン静翼1の修理や交換に先立ち、熱電対保護管3の交換を行うことは、保守コストの負担をさらに重くすることになり、問題となっていた。
The gas turbine
本発明は、上記の事情に鑑みて提案されたものであり、その目的は、ガスタービン運転時の熱電対保護管に生じる摩耗減肉を抑えることにより、熱電対保護管の運用寿命を延伸し、保守コストの低減化を実現して経済性・信頼性に優れたガスタービン静翼を提供することにある。 The present invention has been proposed in view of the above circumstances, and its purpose is to extend the service life of the thermocouple protection tube by suppressing wear thinning that occurs in the thermocouple protection tube during gas turbine operation. An object of the present invention is to provide a gas turbine stationary blade that realizes reduction in maintenance cost and is excellent in economic efficiency and reliability.
上記の目的を達成するために、本発明は、タービンホイール付近の雰囲気温度を計測するための熱電対が設置されたガスタービン静翼であって、該ガスタービン静翼内部には、内部に冷却媒体を保持するマニホールドと、前記熱電対を収納するための熱電対保護管とが設けられたガスタービン静翼において、前記マニホールドには貫通穴が形成され、前記貫通穴には前記熱電対保護管が挿入され、前記熱電対保護管の外周面における前記貫通穴の内壁面と向かい合う部分には、前記熱電対保護管の半径方向に厚みのある肉厚部が設けられ、前記肉厚部は、その外周面が前記マニホールドの前記貫通穴内壁面に対して所定の間隔を持って設置され、且つ前記熱電対保護管と同一材料または前記マニホールドの構成材料よりも硬度が小さい材料から構成されたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a gas turbine stationary blade provided with a thermocouple for measuring the ambient temperature in the vicinity of the turbine wheel, and the inside of the gas turbine stationary blade is internally cooled. In a gas turbine stationary blade provided with a manifold for holding a medium and a thermocouple protection tube for housing the thermocouple, a through hole is formed in the manifold, and the thermocouple protection tube is formed in the through hole. Is inserted in a portion of the outer peripheral surface of the thermocouple protection tube facing the inner wall surface of the through hole, a thick portion having a thickness in the radial direction of the thermocouple protection tube is provided. Whether the outer peripheral surface of the manifold is installed at a predetermined interval with respect to the inner wall surface of the through hole and is the same material as the thermocouple protective tube or a material whose hardness is smaller than the constituent material of the manifold. It is characterized in that it has been configured.
以上のような構成を有する本発明では、マニホールドの貫通穴内壁面には熱電対保護管の肉厚部が接触するので、ガスタービン運転に伴う熱変形及び振動によって両者が擦れ合ったとしても、摩耗により減肉する部分は、熱電対保護管と同一材料またはマニホールドの構成材料よりも硬度が小さい肉厚部であって、摩耗による減肉が熱電対保護管にまで及ぶことがない。したがって、熱電対保護管の運用寿命が延び、ガスタービン静翼の修理・交換よりも早い段階で、熱電対保護管の修理・交換を行う必要がない。その結果、保守コストの増大を抑制することが可能となる。 In the present invention having the above-described configuration, since the thick portion of the thermocouple protection tube is in contact with the inner wall surface of the through hole of the manifold, even if they are rubbed due to thermal deformation and vibration accompanying gas turbine operation, The thinned portion is a thick portion whose hardness is smaller than that of the same material as the thermocouple protective tube or the constituent material of the manifold, and the thinning due to wear does not reach the thermocouple protective tube. Therefore, the service life of the thermocouple protection tube is extended, and it is not necessary to repair or replace the thermocouple protection tube at an earlier stage than the repair or replacement of the gas turbine stationary blade. As a result, an increase in maintenance cost can be suppressed.
本発明のガスタービン静翼によれば、マニホールドの貫通穴内壁面に対向する位置に、熱電対保護管と同一材料またはマニホールドの構成材料よりも硬度が小さい材料からなる肉厚部を設けるといった極めて簡単な構成によって、マニホールドとの摩擦による熱電対保護管の摩耗、減肉を防ぐことができ、熱電対保護管の運用寿命を延ばして、保守コストの低減化を図り、経済性・信頼性の向上に寄与することができる。 According to the gas turbine stationary blade of the present invention, a thick portion made of the same material as the thermocouple protection tube or a material whose hardness is smaller than the constituent material of the manifold is provided at a position facing the inner wall surface of the through hole of the manifold. This configuration prevents wear and thinning of the thermocouple protection tube due to friction with the manifold, prolongs the service life of the thermocouple protection tube, reduces maintenance costs, and improves economy and reliability. Can contribute.
(1)第1の実施形態
[構成]
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、図5及び図6に示した従来技術と同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。
(1) First Embodiment [Configuration]
Embodiments according to the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. In addition, about the same member as the prior art shown in FIG.5 and FIG.6, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
まず、図1及び図2を用いて本発明に係る第1の実施形態について述べる。図1は第1の実施形態の要部断面図、図2は図1に示したI−I断面における断面図である。図1及び図2に示すように、熱電対保護管3外周面においてマニホールド2の貫通穴4内壁面と向かい合う部分には、熱電対保護管3の半径方向に厚みのある肉厚部として、外筒部材5が取り付けられている。
First, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of the first embodiment, and FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the outer surface of the
外筒部材5は、熱電対保護管3と同じくSUS304等のステンレス系の材料からなり、この材料はマニホールド2の構成材料よりも硬度が小さい。外筒部材5の厚さ寸法は、定期検査と直近の次回定期検査との間の運転期間に生じる予想摩耗量よりも厚くなるように形成されている。
The outer cylinder member 5 is made of a stainless steel material such as SUS304 like the
さらに、外筒部材5は、熱電対保護管3とは別部材であって、図2に示すように、周方向に2等分割された分割部材5a、5bから構成される。外筒部材5は、熱電対保護管3に対し位置決めがなされた後、熱電対保護管3に溶接等で固定される。このとき、外筒部材5の外周面はマニホールド2の貫通穴4内壁面に対して所定の間隔を持って設置されている。
Furthermore, the outer cylinder member 5 is a separate member from the
[作用効果]
以上のような構成を有する第1の実施形態の作用効果と次の通りである。すなわち、ガスタービン運転に伴う熱変形及び振動により外筒部材5と貫通孔4内壁が接触する場合、外筒部材5は、マニホールド2の構成材料よりも柔らかい材料からなるので、熱電対保護管3の肉厚部である外筒部材5側が摩耗する。したがって、摩擦力が熱電対保護管3の外周面に及ぶことはなく、熱電対保護管3外周面が摩耗によって減肉されることがない。
[Function and effect]
The operational effects of the first embodiment having the above-described configuration are as follows. That is, when the outer cylinder member 5 and the inner wall of the
しかも、外筒部材5の厚さ寸法を定期検査と直近の次回定期検査との間の運転期間に生じる予想摩耗量よりも厚くしてあるので、ガスタービンの定期点検を実施する際、2つの点検の間の運転期間により外筒部材5が減肉される深さよりも、外筒部材5は厚みがあり、熱電対保護管3がマニホールド2の貫通穴4に接触することがない。
Moreover, since the thickness dimension of the outer cylinder member 5 is made thicker than the expected amount of wear that occurs during the operation period between the periodic inspection and the next next periodic inspection, when carrying out the periodic inspection of the gas turbine, The outer cylinder member 5 is thicker than the depth at which the outer cylinder member 5 is thinned by the operation period during the inspection, and the
すなわち、定期点検が適切なタイミングで行われる限り、マニホールド2の貫通穴4と熱電対保護管3とは互いに非接触であり、硬度の大きいマニホールド2により熱電対保護管3が減肉される心配がない。これにより、熱電対保護管3は次回定期点検まで修理しないで継続使用可能となる。
That is, as long as the periodic inspection is performed at an appropriate timing, the through
さらに、減肉される部材は外筒部材5なので、これを交換している限り、基本的に熱電対保護管3には損傷が生じることがない。したがって、熱電対保護管3は、故障以外は交換の必要がなく、熱電対保護管3の運用寿命は長期化する。その結果、保守コストの大幅な低減が実現すると共に、優れた信頼性を確保することが可能である。
Further, since the member to be thinned is the outer cylindrical member 5, as long as it is replaced, the thermocouple
その上、外筒部材5は分割部材5a、5bに2分割可能であるため、熱電対保護管3を静翼1から取り外すこと無く、外筒部材5だけを取り外すことができる。また、新たな外筒部材5を取り付ける時も熱電対保護管3の先端から嵌め込むこと無く、任意の位置から熱電対保護管3に取り付けることができる。このように、外筒部材5は熱電対保護管3に対する着脱作業が極めて容易であり、保守コスト低減に寄与することができる。
In addition, since the outer cylinder member 5 can be divided into two parts, that is, the divided
また、外筒部材5の外周面はマニホールド2の貫通穴4内壁面に対し所定の間隔を持つので、貫通孔4と外筒部材5との間にはクリアランスを設けることができる。したがって、ガスタービン運転中でも外筒部材5及びマニホールド2に対し過度の応力が加わることがなく、高い安全性を獲得することが可能である。
Further, since the outer peripheral surface of the outer cylinder member 5 has a predetermined interval with respect to the inner wall surface of the through
(2)第2の実施形態
[構成]
続いて、図3及び図4を用いて本発明に係る第1の実施形態について説明する。図3は第3の実施形態の要部断面図、図4は図3に示したII−II断面における断面図である。
(2) Second Embodiment [Configuration]
Subsequently, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part of the third embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG.
上記第1の実施形態では、熱電対保護管3に外筒部材5を装着し、この外筒部材5がマニホールド2の貫通穴4と擦れ合っていたのに対して、第2の実施形態では、マニホールド2の貫通穴4側に筒状部材6を嵌着し、この筒状部材6の内壁部分と熱電対保護管3の外周部とが擦れ合うように配置した点に特徴がある。
In the first embodiment, the outer cylinder member 5 is mounted on the
このとき、筒状部材6は、熱電対保護管3の減肉量を抑えるために、熱電対保護管3と同一材料または熱電対保護管3の構成材料よりも硬度が小さい材料からなる。また、熱電対保護管3の外周面において、筒状部材6と向かい合う部分には耐摩耗コーティング3aが施されている。
At this time, the
ここで筒状部材6の構成について、より詳しく説明する。すなわち、図3及び図4に示すように、筒状部材6は、マニホールド2の貫通穴4に嵌着された状態で貫通穴4から両端部が突き出る長さ寸法があり、半径方向の厚さ寸法は、定期検査と次の定期検査との間の運転期間に生じる予想摩耗量よりも厚く設けられている。
Here, the configuration of the
また、筒状部材6は周方向に2分割される分割部材6a、6bから構成され、軸方向に挿通孔6cが設けられている。挿通孔6cの内径寸法は熱電対保護管3の外径寸法よりも大きく、ここに所定の間隔を持って熱電対保護管3が挿入される。さらに、挿通孔6cの両端部にはR形状部7が設置されている。
Moreover, the
[作用効果]
以上のような構成を有する第2の実施形態の作用効果は次の通りである。すなわち、ガスタービン運転に伴う熱変形及び振動により、筒状部材6の挿通孔6c内壁面に対し熱電対保護管3の外周面が接触するが、筒状部材6は、熱電対保護管3の構成材料と同一もしくは熱電対保護管3よりも柔らかい材料からなるので、主に筒状部材6側が摩耗する。しかも、熱電対保護管3外周面は、耐摩耗コーティング3aを施しているので、その摩耗量を最小限に抑えることができる。
[Function and effect]
The operational effects of the second embodiment having the above-described configuration are as follows. That is, the outer peripheral surface of the
また、筒状部材6の厚さ寸法は、前記外筒部材5のそれと同じく、定期検査と直近の次回定期検査との間の運転期間に生じる予想摩耗量よりも厚いので、ガスタービンの定期点検を実施する際、2つの点検の間の運転期間により筒状部材6が減肉する深さよりも、筒状部材6の方が厚い。
Further, the thickness dimension of the
したがって、定期点検が適切なタイミングで行われる限り、熱電対保護管3とマニホールド2の貫通穴4とが直接接触することがなく、硬度の大きいマニホールド2によって熱電対保護管3が減肉される心配がない。その結果、上記第1の実施形態と同じく、熱電対保護管3は次回定期点検まで修理しないで継続使用可能となる。これにより、熱電対保護管3の運用寿命の長期化が可能であり、保守コストの低減と信頼性の向上に寄与することができる。
Therefore, as long as the periodic inspection is performed at an appropriate timing, the
さらに、第2の実施形態においては、筒状部材6が減肉されるにせよ、硬いマニホールド2の貫通穴4との接触を原因とするのではなく、マニホールド2よりも柔らかい熱電対保護管3との接触による摩耗なので、減肉は穏やかである。したがって、熱電対保護管3の運用寿命の長期化という効果に加えて、熱電対保護管3の耐久性を高める筒状部材6に関しても、マニホールド2と接触していた前記外筒部材5に比べて、寿命の長期化が可能である。
Furthermore, in the second embodiment, even if the
また、筒状部材6は分割部材6a、6bに2分割可能であり、マニホールド2の貫通穴4から簡単に取り外すことができ、しかも、新たな筒状部材6を取り付ける時も、貫通穴4に嵌め込むだけで済む。したがって、筒状部材6の着脱作業は非常に容易であり、保守コスト低減に寄与することができる。
Further, the
また、筒状部材6の内壁面は熱電対保護管3外周面に対し所定の間隔を持つので、ガスタービン運転中でも筒状部材6及び熱電対保護管3に過度の応力が加わることがなく、高い安全性を獲得することが可能である。さらに、挿通孔6cの両端部にR形状部7を設置したので、熱電対保護管3が筒状部材6のエッジ部分との接触による局所的摩耗減肉を防止することが可能となる。
Moreover, since the inner wall surface of the
(3)他の実施形態
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、各部材の形状や材料は適宜選択可能であり、例えば、筒状部材6の挿通孔6c両端部に設けたR形状部を、面取り部にしてもよく、その設置位置も、挿通孔6c両端部ではなく、ガスタービン静翼1内径側の端部としても構わない。また、外筒部材5もしくは筒状部材6を複数に分割する際の分割数も適宜変更可能である。さらに、熱電対保護管3に対し一体的に肉厚部を形成する実施形態も包含する。
(3) Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the shape and material of each member can be selected as appropriate. For example, it is provided at both ends of the insertion hole 6c of the
1…ガスタービン静翼
2…マニホールド
3…熱電対保護管
4…貫通孔
5…外筒部材
5a、5b、6a、6b…分割部材
6…筒状部材
6c…挿通孔
7・・・R形状部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記マニホールドには貫通穴が形成され、
前記貫通穴には前記熱電対保護管が挿入され、
前記熱電対保護管の外周面における前記貫通穴の内壁面と向かい合う部分には、前記熱電対保護管の半径方向に厚みのある肉厚部が設けられ、
前記肉厚部は、その外周面が前記マニホールドの前記貫通穴内壁面に対して所定の間隔を持って設置され、且つ前記熱電対保護管と同一材料または前記マニホールドの構成材料よりも硬度が小さい材料から構成されたことを特徴とするガスタービン静翼。 A gas turbine stationary blade in which a thermocouple for measuring an ambient temperature in the vicinity of the turbine wheel is installed, and a manifold for holding a cooling medium therein and the thermocouple are accommodated in the gas turbine stationary blade. In the gas turbine stationary blade provided with a thermocouple protection tube for
A through hole is formed in the manifold,
The thermocouple protective tube is inserted into the through hole,
In the portion facing the inner wall surface of the through hole on the outer peripheral surface of the thermocouple protection tube, a thick portion having a thickness in the radial direction of the thermocouple protection tube is provided,
The thick portion has an outer peripheral surface set at a predetermined interval with respect to the inner wall surface of the through hole of the manifold, and a material having the same hardness as the thermocouple protection tube or a material having a hardness smaller than that of the manifold. A gas turbine stationary blade comprising:
前記マニホールドには貫通穴が形成され、
前記貫通穴には該貫通穴より両端部が突き出るようにして筒状部材が嵌着され、
前記筒状部材には前記熱電対保護管の外径より大きい内径を有する挿通孔が形成され、
前記挿通孔には前記熱電対保護管が挿入され、
前記筒状部材は、前記熱電対保護管と同一材料または前記熱電対保護管の構成材料よりも硬度が小さい材料から構成されたことを特徴とするガスタービン静翼。 A gas turbine stationary blade in which a thermocouple for measuring an ambient temperature in the vicinity of the turbine wheel is installed, and a manifold for holding a cooling medium therein and the thermocouple are accommodated in the gas turbine stationary blade. In the gas turbine stationary blade provided with a thermocouple protection tube for
A through hole is formed in the manifold,
A cylindrical member is fitted to the through hole so that both ends protrude from the through hole,
The tubular member is formed with an insertion hole having an inner diameter larger than the outer diameter of the thermocouple protection tube,
The thermocouple protective tube is inserted into the insertion hole,
The gas turbine stationary blade according to claim 1, wherein the cylindrical member is made of the same material as the thermocouple protection tube or a material having a hardness lower than that of the constituent material of the thermocouple protection tube.
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