JP6085096B2 - 燃料ガス圧縮機の動翼取り外し方法 - Google Patents

Description

この発明は、燃料ガス圧縮機の動翼取り外し方法に関するものである。

従来、気体に含まれる腐食性成分によって腐食が生じないように、腐食性成分を含む気体に接触する翼などの部材にポリイミド層による防食コーティングを施した蒸気タービンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２１１６００号公報

ところで、ガスタービンの燃料ガス圧縮機は、図６（ａ）に示すように、回転軸に取り付けられたディスク１２６の翼溝１５８に動翼１２２の翼根１５５が嵌合されて、動翼１２２がディスク１２６に取り付けられており、設計上、翼溝１５８と翼根１５５との間には僅かな隙間ｄが形成されている。そして、上記ガスタービンの燃料ガス圧縮機にあっては、定期検査の際に動翼１２２をディスク１２６から取り外して検査を行っている。

一方、上記ガスタービンで用いる燃料ガスは硫黄分を含有する場合がある。そのため、動翼１２２とディスク１２６とに含まれる鉄と硫黄とが接触することで、図６（ｂ）に示すように硫化鉄を主成分とする腐食生成物の層３００が、動翼１２２およびディスク１２６の互いに対向する面１５６，１６６に形成されてしまう。特に、動翼１２２の翼根１５５とディスク１２６の翼溝１５８との互いに対向する面１５６，１６６に硫化鉄を主成分とする腐食生成物の層３００が形成された場合、翼根１５５と翼溝１５８との間の隙間ｄが埋まって固着してしまう場合がある。そのため、定期検査で動翼１２２をディスク１２６から取り外す際に、上記隙間ｄに潤滑油を浸透させて衝撃を加えるなど、無理矢理ディスク１２６から動翼１２２を取り外していた。さらに、この方法を用いても動翼１２２を取り外すことができない場合には、機械加工を行ってディスク１２６から動翼１２２を取り外していた。そのため、傷つきや変形が生じて動翼１２２への負荷が大きくなってしまうという課題がある。

また、上記定期検査は、その実施間隔の延長が要望されており、仮に実施間隔が延長された場合には、ディスク１２６から動翼１２２を取り外さない期間が長くなるため、動翼１２２とディスク１２６間における固着度がより進行してしまうことが懸念されている。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、動翼の翼根とディスクの翼溝との固着を防止して、取り外し作業にかかる作業者の負担を軽減するとともに、ディスクや動翼にかかる負荷を軽減することができ、さらには、作業時間の短縮によりガスタービン等の稼働率向上を図ることができる燃料ガス圧縮機の動翼取り外し方法を提供するものである。

この発明に係る燃料ガス圧縮機の動翼取り外し方法は、回転軸に設けられたディスクに組みつけられた動翼を、前記ディスクから取り外すガスタービンの動翼取り外し方法において、前記ディスクに形成された翼溝と、該翼溝に嵌合された動翼の翼根との間に充填された、使用温度に対する耐熱性を有した充填材の少なくとも一部を溶解させる溶解工程と、該溶解工程の実施後に、前記翼根を前記翼溝から引き抜く引き抜き工程と、引き抜かれた後の前記翼溝の表面および前記翼根の表面に残存する充填材を除去する除去工程とを備えることを特徴としている。
このように構成することで、溶解工程によって翼溝と翼根との隙間に充填した充填材のみを溶解するとともに、充填材の少なくとも一部を溶解させることができるため、充填材による動翼とディスクとの固着力を弱めて、引き抜き工程でディスクから動翼を円滑に取り外すことができる。さらに、翼根が翼溝から引き抜かれた後に、除去工程によって翼溝の表面および翼根の表面に残存する充填材を除去することで、充填材を容易且つ確実に除去することができる。そして、翼溝と翼根との表面に充填材が残存するのを防止することができるため、再度翼溝に翼根を嵌合する際に、充填材の充填不良が発生するのを防止することができる。

この発明に係る燃料ガス圧縮機の動翼取り外し方法によれば、動翼の翼根とディスクの翼溝との固着を防止して、取り外し作業にかかる作業者の負担を軽減するとともに、動翼にかかる負荷を軽減することが可能となる。

本発明の実施形態における燃料ガス圧縮機を備えるガスタービン設備の概略構成を示す半断面図である。 上記燃料ガス圧縮機の動翼およびディスクの斜視図である。 上記動翼の翼根およびディスクの翼溝の断面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は隙間ｄの部分拡大図である。 充填材に酸性溶液を滴下させている状態を示す図３（ａ）に相当する図である。 充填材が溶解された状態の図３（ｂ）に相当する図である。 従来の図３に相当する図であり（ａ）は全体図、（ｂ）は部分拡大図である。

次に、この発明の実施形態における燃料ガス圧縮機について図面を参照して説明する。
図１は、この実施形態における燃料ガス圧縮機を備えるガスタービン設備の概略構成図である。
同図に示すように、ガスタービン設備１０は、ガスタービン１１と、ガスタービン１１へ送る燃焼用の空気を吸気フィルタ１２経由で取り込んで圧縮する空気圧縮機１３と、ガスタービン１１の回転駆動力で発電する発電機１４と、ガスタービン１１から排出されるガスの排熱回収を行う排熱回収ボイラｂとを備えている。また、ガスタービン１１は、タービンを有するタービン本体１５と、タービン本体１５に燃焼ガスを送り込む燃焼器１６とを備えている。タービン本体１５と、空気圧縮機１３と、発電機１４とは、共通のロータ軸１７にて接続されており、ロータ軸１７の端部には、ロータ軸１７の回転を増速する増速ギヤ１８が設けられている。

上記ガスタービン設備１０には、さらに、製鉄所の複数の高炉からＢＦＧ（Blast Furnace Gas）をガスタービン１１に送るＢＦＧガスライン１９が敷設されている。このＢＦＧガスライン１９には、ＢＦＧ中のダストなどを除去する集塵器（Ｅ／Ｐ）２０を介して、燃料ガスを圧縮する燃料ガス圧縮機２１が接続されている。ここで、集塵機２０とＢＦＧガスライン１９との間には、燃料ガスのカロリー調整用の増熱ガスであるＣＯＧ（Coke Oven Gas）が合流可能となっている。このＣＯＧは、同じ製鉄所内の複数のコークス炉から供給され、上記燃料ガスは、主にＢＦＧとＣＯＧとからなる。

燃料ガス圧縮機２１は、いわゆる軸流式の圧縮機であって、上記集塵器２０によりダストなどが除去された燃料ガスを、上記増速ギヤ１８を介して伝達された回転駆動力を用いて圧縮する。燃料ガス圧縮機２１により圧縮された圧縮燃料ガスは、ガスタービン１１の燃焼器１６に供給されて燃焼される。一方で、燃料ガス圧縮機２１によって圧縮された圧縮燃料ガスのうち、余剰分は、ガス冷却器２２によって冷やされた後に、ＢＦＧガスライン１９に戻されることとなる。

次に、軸流圧縮機である燃料ガス圧縮機２１の動翼とディスクとの嵌合構造について図面を参照して説明する。
図２、図３に示すように、動翼２３は、動翼本体５２のディスク２６側の基端部に、翼根５５を備えている。翼根５５は、ディスク２６側の端部に向かうほどその厚さが増加する断面略台状に形成されている。より具体的には、翼根５５は、その厚さ方向両側に、その端部側ほど厚さ方向外側に延びる傾斜面５６と、これら傾斜面５６の端部同士を繋ぐ底面５７とを備えている。

一方、ディスク２６は、その外周部に、ロータ軸１７の略軸方向Ｄに沿って形成された複数の翼溝５８を備えている。これら翼溝５８は、ディスク２６の周方向Ｒに等間隔で形成され、上述した翼根５５よりも僅かに大きい断面形状を有している。即ち、上記傾斜面５６に対向する２つの傾斜面６６と、底面５７に対向する底面６７とを備えている。

上記翼根５５と翼溝５８とは、いわゆるダブテール構造であり、翼溝５８に対して翼根５５を軸方向Ｄからスライド挿入することで、ディスク２６に対して動翼２３が嵌合可能とされている。この構造により、圧縮機２のロータ軸１７が回転して動翼２３に比較的大きな遠心力が作用したとしても、翼根５５の傾斜面５６が傾斜面６６に突き当たり、動翼２３の遠心方向への変位が規制されるようになっている。なお、翼根５５と動翼本体５２との間には、周方向Ｒに延出するプラットフォームｐ（図２参照）が形成されている。上述した動翼２３およびディスク２６を形成する材料は、鉄、クロム、コバルトを含む合金や、鉄、クロム、モリブデンを含む合金等が主に用いられている。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、翼根５５の外面と翼溝５８の内面との間には隙間ｄ（最大１００μｍ程度）が形成されている。そして、この隙間ｄには、充填材２００が充填されている。充填材２００は、圧縮機２の使用温度（例えば、４００℃程度）に対して十分な耐熱性を有している。充填材２００としては、上記使用温度に対する耐熱性に加えて、酸性溶液により溶解可能であればよく、例えば、炭酸カルシウム、アルミニウム、亜鉛などを用いることができる。

上記充填材２００を溶解する酸性溶液としては、クエン酸や塩酸などの溶液を用いることができる。特に、上記動翼２３やディスク２６を溶解させることなく、充填材２００のみを選択的に溶解可能であることが望ましく、特に、充填材２００としては弱酸でも溶解する炭酸カルシウム、酸性溶液としてはクエン酸溶液を用いるのが好ましい。

上述した充填材２００は、例えば、炭酸カルシウム、アルミニウム、亜鉛の微粒子をそれぞれ溶媒に混練又は分散により混ぜて隙間ｄに充填してもよい。この場合、翼根５５を翼溝５８に嵌合させた後に流し込んだり、含浸させたりして充填してもよい。また、翼根５５を翼溝５８に嵌合する前に、翼根５５の外面および翼溝５８の内面に、噴霧、はけ塗り等により充填材２００を塗布してから翼根５５を翼溝５８に嵌合させるようにしてもよい。また、上記微粒子を混ぜる溶媒としては、水や有機溶媒などを用いることができる。さらに、有機溶媒としてはアセトンなどを用いることができる。

この実施形態における燃料ガス圧縮機２１は、上記構成を備えており、次に、上述した動翼２３とディスク２６との組み付け方法について説明する。なお、この実施形態においては、翼溝５８に翼根５５を嵌合した後に、隙間ｄに充填材２００を充填する場合を一例にして説明する。
まず、ディスク２６に形成された翼溝５８に動翼２３の翼根５５を嵌合する工程として、翼溝５８に対して翼根５５を軸方向Ｄからスライド嵌合させる。

次いで、充填材２００を充填する工程として、翼溝５８と翼根５５との隙間ｄに、充填材２００を充填する。この際、充填材２００が、ディスク２６の外周面の位置まで満たされるのが好ましい。ここで、硫化鉄を主成分とする腐食生成物が翼溝５８と翼根５５との隙間ｄに僅かに生成されたとしても、翼根５５と翼溝５８との固着は非常に弱いものとなる。そのため、充填材２００は、必ずしも隙間ｄを全て埋め尽くすように充填しなくてもよい。以上で、動翼２３のディスク２６への組み付けが完了する。

次に、上述した動翼２３をディスク２６から取り外す方法について説明する。
まず、図４に示すように、溶解工程として、酸性溶液をディスク２６に形成された翼溝５８と、翼溝５８に嵌合された翼根５５との隙間ｄに充填された充填材２００上に滴下等により接触させる。すると、充填材２００だけが徐々に溶解して、隙間ｄの充填材２００が除去される（図５参照）。その後、充填材２００による翼根５５と翼溝５８との固着力が翼根５５をスムーズに取り外し可能な程度なるまで酸性溶液による充填材２００の溶解を継続する。即ち、充填材２００が全て溶解される必要はなく、翼根５５をスムーズに取り外し可能な程度に充填材２００の少なくとも一部を溶解させればよい。

次いで、引き抜き工程として充填材２００が十分除去されたところで、翼根５５に対して軸方向Ｄの力を加えて、翼根５５を翼溝５８から引き抜く。
翼根５５が翼溝５８から引き抜かれると、翼溝５８の表面および翼根５５の表面には充填材２００が残存しているため、除去工程として、この残存している充填材２００を削り取ったり、酸性溶液を用いたりして全て除去する。以上で、動翼２３のディスク２６からの取り外しが完了する。なお、この翼根５５から充填材２００を除去した動翼２３は、定期点検による検査などに供される。

したがって、上述した実施形態の燃料ガス圧縮機２１によれば、耐熱性を有した充填材２００により、互いに対向する動翼２３の翼根５５の傾斜面５６、底面５７、および、ディスク２６の翼溝５８の傾斜面６６、底面６７が、それぞれ燃料ガスに接触するのを防止することができるため、翼根５５と翼溝５８との隙間ｄに硫化鉄を主成分とする腐食生成物の層が形成されるのを防止することができる。その結果、動翼２３の翼根５５とディスク２６の翼溝５８との固着を防止して、取り外し作業にかかる作業者の負担を軽減するとともに、動翼２３にかかる負荷を軽減することが可能となる。

さらに、ディスク２６に動翼２３を組み付けた後に、翼溝５８と翼根５５との隙間ｄに充填材２００を充填すればよいため、容易に充填材２００を充填することができると共に、燃料ガスが翼溝５８および翼根５５に接触するのを防止することができる。そのため、翼溝５８および翼根５５に硫化物を主成分とする腐食生成物の層が形成されるのを防止することができる。

また、翼溝５８と翼根５５との隙間ｄに充填した充填材２００のみを溶解するとともに、充填材２００の少なくとも一部を溶解させることができるため、充填材２００による動翼２３とディスク２６との固着力を弱めて、ディスク２６から動翼２３を円滑に取り外すことができる。さらに、翼根５５が翼溝５８から引き抜かれた後に、翼溝５８の表面（内面）および翼根５５の表面（外面）に残存する充填材２００を除去することで、充填材２００を容易且つ確実に除去することができる。そして、翼溝５８と翼根５５との表面に充填材２００が残存するのを防止することができるため、再度翼溝５８に翼根５５を嵌合する際に、充填材２００の充填不良が発生するのを防止することができる。

なお、この発明は上述した各実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、翼根５５が断面略台状の場合を一例にして説明したが、動翼２３に遠心力が作用した際に、動翼２３のディスク２６径方向への変位を規制できる形状であれば上記形状に限られるものではない。

また、上述した実施形態においては、動翼２３を一例にして説明したが、動翼２３に限られず、タービン動翼６の翼根（図示せず）とディスクの翼溝（図示せず）との隙間に酸性溶液により選択的に溶解可能な充填材を充填するようにしても良い。

１７ ロータ軸（回転軸）
２３ 動翼
２６ ディスク
５２ 動翼本体（翼本体）
５５ 翼根
５８ 翼溝
２００ 充填材

Claims (1)

1. 回転軸に設けられたディスクに組みつけられた動翼を、前記ディスクから取り外す燃料ガス圧縮機の動翼取り外し方法において、
   前記ディスクに形成された翼溝と、該翼溝に嵌合された動翼の翼根との隙間に充填された、使用温度に対する耐熱性を有した充填材の少なくとも一部を溶解させる溶解工程と、
   該溶解工程の実施後に、前記翼根を前記翼溝から引き抜く引き抜き工程と、
   引き抜かれた後の前記翼溝の表面および前記翼根の表面に残存する充填材を除去する除去工程とを備えることを特徴とする燃料ガス圧縮機の動翼取り外し方法。

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