JP6359839B2 - ガスタービン圧縮機用のドライアイス清浄化装置 - Google Patents

Description

本明細書で開示される主題は、タービンに関し、より詳細には、ガスタービン圧縮機内の翼形部を清浄化するための装置に関する。

ガスタービンの効率、性能、及び信頼性を高めようとする際に分析される要因の１つは、圧縮機の汚損である。圧縮機汚損は、オイル、粒子状物質、及び有害化学物質などの汚染物によって生じ、これらはタービンに取り込まれる。これらの汚染物質は、適切に除去されない場合には、効率の低下及び腐食を生じることになる。腐食は、ガスタービン故障の主要因の１つである。

現在のところ、ガスタービン圧縮機は、ガスタービンの入口を通って低スピン速度で水及び洗浄剤を噴射させる水洗浄プロセスを用いて清浄化される。このプロセスは、所要の水ノズル圧力によって前方圧縮機段のみを清浄化する。更に、このプロセスは、ブレード（すなわち、翼形部）の露出側（負圧側面）のみを清浄化する。水洗浄法によっては除去されなかったブレード上の重質堆積物に起因して、水洗浄により翼形部表面が効果的に清浄化されないので、広範囲の現場腐食検査では、翼形部表面が腐食しているかどうかを明らかにすることはできない。

米国特許第６８８３５２７号明細書

本発明の態様は、ガスタービン圧縮機内の翼形部を清浄化するための装置を提供する。１つの実施形態において、タービン圧縮機内の１以上の翼形部を清浄化するための装置は、清浄化材料を１以上の翼形部に供給するためのホースと、ホースのノズルを連接させるための連接組立体とを備え、連接組立体が、第１の端部でホースに取り付けられたメインシャフトと、メインシャフトの第１の端部を回転させるための連接トリガとを含む。本装置は更に、連接組立体に取り付けられたボアスコープと、ボアスコープを介して１以上の翼形部を観察するためのボアスコープモニタとを含むことができる。

本開示の第１の態様は、清浄化材料を１以上の翼形部に供給するためのホースと、ホースのノズルを連接させるための連接組立体とを備え、連接組立体が、第１の端部でホースに取り付けられたメインシャフトと、メインシャフトの第１の端部を回転させるための連接トリガとを含む、タービン圧縮機内の１以上の翼形部を清浄化するための装置を提供する。

本開示の第２の態様は、タービン圧縮機内の１以上の翼形部を清浄化するための装置を提供し、該装置は、清浄化材料を１以上の翼形部に供給するためのホースと、ホースのノズルを連接させるための連接組立体とを備え、連接組立体が、第１の端部でホースに取り付けられたメインシャフトと、メインシャフトの第１の端部を回転させるための連接トリガとを含み、本装置が更に、１以上の翼形部を検査するため連接組立体に取り付けられたボアスコープを備える。

本開示の第３の態様は、清浄化材料を１以上の翼形部に供給するためのホースと、ホースのノズルを連接させるための連接組立体とを備え、連接組立体が、ホースの一部を囲み、複数のガイド孔を含むシースと、ガイド孔内に位置付けられ、ホースのノズルに取り付けられた複数のケーブルと、ホースのノズルを連接させるために複数のケーブルを制御するアクチュエータとを含む、タービン圧縮機内の１以上の翼形部を清浄化するための装置を提供する。

本発明のこれら及び他の特徴は、本発明の種々の実施形態を示した添付図面を参照しながら、本発明の種々の態様に関する以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。

従来のガスタービンの断面図。 従来の圧縮機の断面図。 本発明の実施形態に係る１以上の翼形部を清浄化するための装置の側面図。 本発明の実施形態に係る１以上の翼形部を清浄化するための装置の側面図。 本発明の実施形態に係る１以上の翼形部を清浄化するための装置の側面図。 本発明の実施形態に係る連接組立体の断面図。

本発明の図面は縮尺通りではない点に留意されたい。当該図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面では、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。

上記で示したように、本明細書で開示される主題は、タービンに関し、より詳細には、ガスタービン圧縮機内の翼形部を清浄化するための装置に関する。

ガスタービンの効率、性能、及び信頼性を高めようとする際に分析される要因の１つは、圧縮機の汚損である。圧縮機汚損は、オイル、粒子状物質、及び有害化学物質などの汚染物によって生じ、これらはタービンに取り込まれる。これらの汚染物質は、適切に除去されない場合には、効率の低下及び腐食を生じることになる。腐食は、ガスタービン故障の主要因の１つである。

現在のところ、ガスタービン圧縮機は、ガスタービンの入口を通って低スピン速度で水及び洗浄剤を噴射させる水洗浄プロセスを用いて清浄化される。このプロセスは、所要の水ノズル圧力によって前方圧縮機段のみを清浄化する。更に、このプロセスは、ブレード（すなわち、翼形部）の露出側（負圧側面）のみを清浄化する。水洗浄法によっては除去されなかったブレード上の重質堆積物に起因して、水洗浄により翼形部表面が効果的に清浄化されないので、広範囲の現場腐食検査では、翼形部表面が腐食しているかどうかを明らかにすることはできない。

従って、翼形部表面を清浄化するのに、ドライアイスブラスト法が利用されている。しかしながら、現在のドライアイスブラスト法は、ガスタービン圧縮機の入口に挿入されるブラインドパイプを使用している。ドライアイスブラスト法を効果的に用いるためには、複数のオペレータ、すなわち、ブラストオペレータ、ボアスコープオペレータ、及びボアスコープ／ブラスタ調整者が必要となる。

ここで図面を参照すると、図１は、本発明の例示的な用途を説明するのに使用される、ガスタービンエンジン１００の断面図を示す。当業者であれば、本発明は、このタイプの利用法に限定されないことは理解されるであろう。上述のように、本発明は、発電及び航空機で使用されるエンジン、蒸気タービンエンジン、及び他のタイプの回転エンジン及び電動機械など、ガスタービンエンジンにおいて用いることができる。一般に、ガスタービンエンジンは、圧縮空気のストリーム中での燃料の燃焼によって生成される高温ガスの加圧流からエネルギーを抽出することで作動する。図１に示すように、ガスタービンエンジン１００は、共通のシャフト又はロータによって下流側のタービンセクション又はタービン１１０に機械的に結合された軸流圧縮機１０６、及び圧縮機１０６とタービン１１０の間に位置する燃焼器１２を有して構成することができる。

図２は、図１のガスタービンエンジン１００で使用できる例示的な多段軸流圧縮機１１８の断面図を示す。図示のように、圧縮機１１８は、複数の段を含むことができる。各段は、圧縮機ロータブレード１２０の列と、その後に続く圧縮機ステータブレード１２２の列とを含むことができる。従って、第１の段は、中心シャフトの周りで回転する圧縮機ロータブレード１２０の列と、その後に続く、作動中は固定状態のままである圧縮機ステータブレード１２２の列とを含むことができる。圧縮機ステータブレード１２２は一般に、互いに円周方向に離間して配置され、回転軸の周りで固定されている。圧縮機ロータブレード１２０は、円周方向に離間されてシャフトに取り付けられ、すなわち、作動中にシャフトが回転すると、圧縮機ロータブレード１２０がシャフトの周りで回転する。当業者であれば理解されるように、圧縮機ロータブレード１２０は、シャフトの周りで回転したときに、圧縮機１１８を通って流れる空気又は流体に運動エネルギーを与えるように構成される。圧縮機１１８は、図２に示される段以外の他の段を有することができる。追加の段は、複数の円周方向に間隔を置いて配置された圧縮機ロータブレード１２０と、その後に続いて、複数の円周方向に間隔を置いて配置された圧縮機ステータブレード１２２とを含むことができる。

本発明の態様は、図１に示すガスタービン圧縮機１０６又は図２に示す圧縮機１１８のようなガスタービン圧縮機の内部の翼形部を清浄化する装置を提供する。図１に示すように、本装置は、入口１０８に挿入することができる。１つの実施形態において、タービン圧縮機内の１以上の翼形部を清浄化する装置は、１以上の翼形部に清浄化材料を供給するためのホースと、ホースのノズルを連接する連接組立体とを含み、連接組立体は、第１の端部でホースに取り付けられたメインシャフトと、メインシャフトの第１の端部を回転させるための連接トリガとを含む。装置は更に、連接組立体に取り付けられたボアスコープと、ボアスコープを介して１以上の翼形部を観察するためのボアスコープモニタとを含むことができる。このようにして、連接ノズルがボアスコープ技術と組み合わされて、その結果、翼形部を清浄化し検査するのに一人のオペレータだけが必要となる。

ここで、図３及び図４を参照すると、本発明の実施形態による、タービン圧縮機（例えば、図１に示す圧縮機１０６又は図２に示す圧縮機１１８）内の１以上の翼形部（例えば、図２に示すブレード１２０、１２２）を清浄化するための装置１の側面図と上面図がそれぞれ示される。装置１は、１以上の翼形部に清浄化材料を供給するためのホース２を含む。例えば、ホース２は、ドライアイスを提供することができる。しかしながら、ホース２は、当業者には公知のあらゆる清浄化材料を提供できる点は理解される。

装置１はまた、ホース２のノズル６を連接するための連接組立体４を含む。連接組立体４は、第１の端部１０及び第２の端部１２にてホース２に取り付けられたメインシャフト８を含む。連接組立体４はまた、メインシャフト８の第１の端部１０を回転させるための連接トリガ１４を含む。連接トリガ１４は、連接ケーブル１６に取り付けられ、該連接ケーブルは、メインシャフト８の第１の端部１０に取り付けられる。

連接トリガ１４に対して（オペレータにより）加えられる力に応答して、連接ケーブル１６は、メインシャフト８の第１の端部１０に力を作用させて第１の端部１０を回転させる。フレキシブル管体１８は、ノズル６をホース２に取り付け、メインシャフト８の第１の端部１０は、該フレキシブル管体１８に取り付けられる。従って、メインシャフト８の第１の端部１０がフレキシブル管体１８を屈曲させることに応答して、ノズル６が移動することができる。ノズル６が移動すると、メインシャフト８の第１の端部１０は、回転機構２０の周りで回転する。回転機構２０は、メインシャフト８の第１の端部１０を該メインシャフト８の中心部分に取り付けるバネとすることができる。

ノズル６が所望の位置にあるとオペレータにより判定されると、清浄化材料（例えば、ドライアイス）が、清浄化材料トリガ２２を介して１以上の翼形部に提供される。清浄化材料を提供する別のホースに取り付けるために、高圧接続具２３が設けられる。

装置１はまた、清浄化材料を提供する前、提供中、及び／又は提供後に１以上の翼形部を検査及び観察するためのボアスコープ２４を含むことができる。ボアスコープ２４は、装置１に取り付けられる。図４に示す実施形態において、ボアスコープ２４は、連接組立体４のメインシャフト８に取り付けられる。ボアスコープモニタ２６が設けられ、ボアスコープ２４及び装置１に取り付けられ、オペレータがボアスコープ２４を介して１以上の翼形部を観察することができるようになる。

次に図５を参照すると、本開示の実施形態による、タービン圧縮機（例えば、図１の圧縮機１０６又は図２の圧縮機１１８）内の１以上の翼形部（例えば、図２のブレード１２０、１２２）を清浄化するための装置２００の側面図が示される。図６は、図５に示す切断線６−６に沿った連接組立体の断面図を示す。この実施形態において、装置２００は、清浄化材料を１以上の翼形部に供給するためのホース２０８を含む。装置２００はまた、ホース２０８のノズル２０６を連接する連接組立体２０４を含む。

連接組立体２０４は、ホース２０８の一部を囲むシース２１０を含む。すなわち、図５に示すように、シース２１０は、ノズル２０６を囲まない。シース２１０は、複数のガイド孔２１２を含む。図６に示すように、シース２１０は、４つのガイド孔２１２を含む。しかしながら、シース２１０は、あらゆる数のガイド孔２１２を含むことができる。複数のケーブル２１４がガイド孔２１２内に位置付けられ、ノズル２０６に取り付けられる。すなわち、ケーブル２１４の各々は、ノズル２０６のフレキシブル部分２１６に取り付けられる。図５は、２つだけのケーブル２１４が示されているが、より多くのケーブルが存在してもよい点は理解される。例えば、連接組立体２０４は、図５には示していない追加の２つのケーブル２１４を含むことができる。連接組立体２０４はまた、ホース２０８のノズル２０６を連接させるために、複数のケーブル２１４を制御するためのアクチュエータ２１８を含む。複数のケーブル２１４をアクチュエータ２１８に接続するために、ケーブル装着カラー２２０を設けることができる。アクチュエータ２１８は、限定ではないが、ジョイスティック（図示せず）のような、何らかの公知の又は将来開発される作動機構を含むことができる。ノズル２０６が清浄化に適正な位置にあると、オペレータがトリガ２２２を利用して、１以上の翼形部に清浄化材料（例えば、ドライアイス）を提供することができる。

連接組立体２０４は、清浄化中に１以上の翼形部を観察し、また、翼形部の欠陥を観察するためのボアスコープ２２４及びボアスコープモニタ２２６（図３に示すボアスコープ２４及びボアスコープモニタ２６と同様の）を含むことができる。このようにして、１以上の翼形部の清浄化及び検査の両方を行うために一人のオペレータだけが必要とされる。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

１ 装置
２ ホース
４ 連接組立体
６ ノズル
８ メインシャフト
１０ 第１の端部
１２ 第２の端部
１４ 連接トリガ
１６ 連接ケーブル
１８ フレキシブル管体
２０ 回転機構
２２ 清浄化材料トリガ
２３ 高圧接続具
２４ ボアスコープ
２６ ボアスコープモニタ
１００ ガスタービンエンジン
１０６ 軸流圧縮機
１１０ タービン
１１２ 燃焼器
１１８ 多段軸流圧縮機
１２０ 圧縮機ロータブレード
１２２ 圧縮機ステータブレード
２００ 装置
２０４ 連接組立体
２０６ ノズル
２０８ ホース
２１０ シース
２１２ ガイド孔
２１４ ケーブル
２１６ フレキシブル部分
２１８ アクチュエータ
２２０ ケーブル装着カラー
２２２ トリガ
２２４ ボアスコープ
２２６ ボアスコープモニタ

Claims (9)

1. タービン圧縮機内の１以上の翼形部を清浄化するための装置であって、
   清浄化材料を１以上の翼形部に供給するためのホースと、
   前記ホースのノズルを連接させるための連接組立体であって、第１の端部で前記ホースに取り付けられたメインシャフトと、前記メインシャフトの第１の端部を回転させるための連接トリガと、バネであって前記メインシャフトの第１の端部が該バネの周りで回転するバネとを含む連接組立体と、
   前記ホースに前記ノズルを取り付けるフレキシブル管体であって、前記メインシャフトの第１の端部が該フレキシブル管体に取り付けられるフレキシブル管体と、
   前記連接組立体のメインシャフトに取り付けられたボアスコープと
   を備える装置。
2. 前記メインシャフトの第１の端部に取り付けられた連接ケーブルを更に備え、前記連接ケーブルが、前記連接トリガに作用する力に応答して、前記メインシャフトの第１の端部を回転させる、請求項１記載の装置。
3. 前記清浄化材料を前記ホースのノズルに供給するための清浄化材料トリガを更に備える、請求項１又は請求項２記載の装置。
4. 前記ボアスコープを介して前記１以上の翼形部を観察するためのボアスコープモニタを更に備える、請求項１乃至３のいずれか１項記載の装置。
5. 前記清浄化材料がドライアイスを含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の装置。
6. タービン圧縮機内の１以上の翼形部を清浄化するための装置であって、
   清浄化材料を１以上の翼形部に供給するためのホースと、
   前記ホースのノズルを連接させるための連接組立体であって、第１の端部で前記ホースに取り付けられたメインシャフトと、前記メインシャフトの第１の端部を回転させるための連接トリガと、バネであって前記メインシャフトの第１の端部が該バネの周りで回転するバネとを含む連接組立体と、
   前記１以上の翼形部を検査するため前記連接組立体に取り付けられたボアスコープと、
   前記ホースに前記ノズルを取り付けるフレキシブル管体であって、前記メインシャフトの第１の端部が該フレキシブル管体に取り付けられるフレキシブル管体と
   を備える装置。
7. 前記メインシャフトの第１の端部に取り付けられた連接ケーブルを更に備え、前記連接ケーブルが、前記連接トリガに作用する力に応答して、前記メインシャフトの第１の端部を回転させる、請求項６記載の装置。
8. 前記清浄化材料を前記ホースのノズルに供給するための清浄化材料トリガを更に備える、請求項６又は請求項７記載の装置。
9. 前記ボアスコープを介して前記１以上の翼形部を観察するためのボアスコープモニタを更に備える、請求項６乃至請求項８のいずれか１項記載の装置。