JP6685722B2 - タービン翼の補修方法 - Google Patents

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Description

本発明は、冷媒を流通させる内部冷却流路を有するタービン翼の補修方法に関する。
従来、この種のタービン翼の補修方法として、タービン翼の外周面に施された金属被膜からなる金属ボンディングコートや、当該金属ボンディングコートの外側に施されたセラミック被膜からなるセラミックトップコートといったコーティングを化学処理や機械処理により一旦除去し、再び新しいコーティングを施す技術が知られている。例えば、特許文献１には、セラミックトップコートをオートクレーブ等の周知の方法によって除去した後、金属ボンディングコートをストリッピング溶液に浸漬して除去する技術が開示されている。同文献に記載のタービン翼の補修方法では、上記ストリッピング処理の後、グリットブラストによってタービン翼が清浄化され、更に、金属ボンディングコートが残留しているか否かを検査するための加熱着色（ヒートティント）が行われる。このようにしてコーティング（保護層）を除去するための一連の工程が終了すると、タービン翼は、必要に応じた損傷の修理や、コーティングの再被膜処理といった補修工程へと送られる。
特開２００３−１５５９３５号公報
上記グリットブラスト処理は、加熱着色検査（ヒートティント）の前処理として、ストリッピング溶液により翼表面に発生した反応層や金属ボンディングコートの残渣を除去してタービン翼を清浄化することを目的として行われる。しかしながら、このブラスト処理に用いたブラスト粒の一部が、タービン翼の内部冷却流路に入り混み、内部冷却流路内に残留したストリッピング溶液によって内壁面に張り付いてしまうことがある。ブラスト処理や加熱着色検査（ヒートティント）は、タービン翼からコーティング（保護層）を除去する一連の工程の最終処理であるため、ここで発生したブラスト粒が翼内に残留することは、その後のタービン翼の補修作業や補修完了後のタービン翼の移植作業における不具合の原因となるおそれがある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷媒を流通させる内部冷却流路を有するタービン翼の補修工程において、タービン翼から保護層を除去する一連の工程が終了するまでの間に、タービン翼内部からブラスト粒をより良好に除去することを主目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外表面に施された保護層としての第１被膜層と、冷媒を流通させる内部冷却流路とを有するタービン翼の補修方法であって、前記第１被膜層を化学処理により除去する第１被膜層除去工程と、前記第１被膜層除去工程の後に、前記タービン翼を清浄化するためのブラスト処理を行う清浄化工程と、前記清浄化工程の後に、前記タービン翼を水槽に浸漬すると共に該水槽内に超音波を伝導させて該タービン翼を洗浄する超音波洗浄処理と、該超音波洗浄処理の後に前記内部冷却流路内に加圧水を噴射する加圧水洗浄処理と、を少なくとも一回行うブラスト粒洗浄工程と、を有することを特徴とする。
本発明に係るタービン翼の補修方法では、酸洗処理によって第１被膜層を除去する第１被膜層除去工程、および、ブラスト処理によってタービン翼を清浄化する清浄化工程の後に、タービン翼を水槽に浸漬すると共に水槽内に超音波を伝導させてタービン翼を洗浄する超音波洗浄処理と、超音波洗浄処理の後に内部冷却流路内に加圧水を噴射する加圧水洗浄処理とを少なくとも一回行うブラスト粒洗浄工程が実行される。これにより、清浄化工程のブラスト処理に用いられたブラスト粒がタービン翼の内部冷却流路に入り混んで内壁面に張り付いたとしても、超音波洗浄処理によって内部冷却流路の内壁面からブラスト粒を良好に剥離させることができる。そして、加圧水洗浄処理によって、内部冷却流路内に残留したブラスト粒をより確実に除去することができる。従って、本発明によれば、冷媒を流通させる内部冷却流路を有するタービン翼の補修工程において、タービン翼から保護層を除去する一連の工程が終了するまでの間に、タービン翼内部からブラスト粒をより良好に除去することが可能となる。
本発明に係るタービン翼の補修方法は、前記ブラスト粒洗浄工程の後に、前記タービン翼に前記第１被膜層が残留しているか否かを検査するための熱処理を行うヒートティント工程をさらに有してもよい。
本発明に係るタービン翼の補修方法において、前記タービン翼は、動翼であってもよく、前記内部冷却流路は、前記タービン翼の翼頂および翼根で開口してもよく、前記加圧水洗浄処理は、前記翼頂の開口および前記翼根の開口の何れか一方から該内部冷却流路内に加圧水を噴射してもよい。この結果、内部冷却流路内に付着したブラスト粒を翼頂から翼根にいたるまで万遍なく良好に除去することが可能となる。
本発明に係るタービン翼の補修方法において、前記加圧水洗浄処理は、長手方向が鉛直方向に沿うように前記タービン翼を支持した状態で、前記翼頂の開口および前記翼根の開口の鉛直方向上側に位置する一方から加圧水を噴射してもよい。この結果、内部冷却流路内に付着したブラスト粒を加圧水の噴射によって鉛直方向上側から下側に洗い落として良好に除去することが可能となる。
本発明に係るタービン翼の補修方法において、前記ブラスト粒洗浄工程は、前回の前記加圧水洗浄処理に対して、前記タービン翼の鉛直方向上下が反対となるように支持方向を切り替えた上で、次回の前記加圧水洗浄処理を行ってもよい。この結果、加圧水洗浄処理が複数回行われる場合において、内部冷却流路内に供給される加圧水の流れの方向を切り替えることができるため、内部冷却流路内に付着したブラスト粒を極めて良好に除去することが可能となる。
本発明に係るタービン翼の補修方法において、前記ブラスト粒洗浄工程は、前記翼頂側が鉛直方向上側になるように前記タービン翼を支持した状態で一回目の前記加圧水洗浄処理を行ってもよい。これにより、一般的に翼根側に比して流路が狭まる翼頂側の内部冷却流路内に、ブラスト粒が目詰まりするのをより良好に抑制することができる。
本発明に係るタービン翼の補修方法において、前記第１被膜層除去工程の前に、前記タービン翼に残留する応力が除去されるように熱処理を行う残留応力除去工程と、前記残留応力除去工程の前に、前記超音波洗浄処理と、該超音波洗浄処理の後に行われる前記加圧水洗浄処理とを少なくとも一回行うスケール洗浄工程と、をさらに有してもよい。
本発明に係るタービン翼の補修方法では、第１被膜層除去工程の前に、タービン翼に残留する応力が除去されるように熱処理を行う残留応力除去工程が実行される。これにより、第１被膜層除去工程においてタービン翼に応力腐食割れが発生するのを良好に抑制することができる。そして、残留応力除去のための熱処理をタービン翼に施す前に、上記超音波洗浄処理と、超音波洗浄処理の後に行われる上記加圧水洗浄処理とを少なくとも一回行うスケール洗浄工程が実行される。これにより、超音波洗浄処理によってタービン翼の外周面や内部冷却流路の内壁面に付着した水溶性スケールを良好に剥離させることができる。そして、加圧水洗浄処理によって、内部冷却流路内に残留した水溶性スケールをより確実に除去することができる。従って、本発明によれば、タービン翼に熱処理を施す前に、当該タービン翼に付着した水溶性スケールをより簡易な手法で良好に除去することが可能となる。
本発明に係るタービン翼の補修方法において、前記タービン翼は、前記第１被膜層の外側に施された第２被膜層を有してもよく、前記残留応力除去工程の前に、前記第２被膜層をブラスト処理により除去する第２被膜層除去工程をさらに有してもよい。これにより、第２被膜層に付着した水溶性スケールは、残留応力除去のための熱処理をタービン翼に施す前に、第２被膜層を除去するためのブラスト処理によって当該第２被膜層と共に良好に除去される。一方、当該ブラスト処理では除去不可能な第２被膜層以外のタービン翼の外周面や内部冷却流路内に付着した水溶性スケールは、残留応力除去のための熱処理をタービン翼に施す前に、上記スケール洗浄工程によって良好に除去される。このように、本発明に係るタービン翼の補修方法は、第２被膜層を有するタービン翼への適用に好適である。なお、第２被膜層除去工程とスケール洗浄工程とは、残留応力除去工程前であれば、いずれが先に実行されてもよい。
本発明にかかるタービン翼の補修方法によれば、冷媒を流通させる内部冷却流路を有するタービン翼の補修工程において、タービン翼から保護層を除去する一連の工程が終了するまでの間に、タービン翼内部からブラスト粒をより良好に除去することが可能となる。
図１は、本発明の実施形態にかかるタービン翼の補修方法の対象となるガスタービン動翼の一例を示す断面図である。 図２は、本発明の実施形態にかかるタービン翼の補修方法としての保護層除去工程を実行するための保護層除去システムを示す概略図である。 図３は、保護層除去工程の一例を示すフローチャートである。 図４は、保護層除去工程に含まれる付着物洗浄工程の一例を示すフローチャートである。
以下に、本発明によるタービン翼の補修方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態にかかるタービン翼の補修方法の対象となるタービン翼１を示す断面図である。タービン翼１は、周知のガスタービンの前方段（例えば１〜２段目）に用いられる動翼であり、図示しないタービン車室内に配置される。ただし、本発明によるタービン翼の補修方法の対象は、タービン翼１に限定されるものではない。例えば、本発明によるタービン翼の補修方法の対象は、ガスタービンの後方段に装着されるタービン動翼であってもよく、ガスタービン静翼であってもよく、また、蒸気タービンに用いられる動翼や静翼であってもよい。
タービン翼１は、図示するように、プロファイルを形成する翼部２と、翼部２と接合されるプラットフォーム３と、プラットフォーム３から翼部２とは反対側に延出されるシャンク４とを含む。シャンク４のプラットフォーム３とは反対側（図１の下側）には、図示しないが、ガスタービンのロータのディスクに取り付けられる翼根が形成されている。
タービン翼１の内部には、図示しない翼根から翼部２の先端である翼頂２Ｔまで延びる複数の内部冷却流路５が形成されている。図示するように、複数の内部冷却流路５は、その一部が翼部２の内部で蛇行するように形成されたサーペンタイン流路として構成される。また、複数の内部冷却流路５は、翼根および翼頂２Ｔでそれぞれ開口しており、内部冷却流路５内には、図示しないロータから翼根の開口を介して冷却空気が供給される。内部冷却流路５内に供給された冷却空気は、シャンク４、プラットフォーム３、翼部２の内部を通過した後、翼頂２Ｔの開口や翼部２の前縁，後縁等に形成された複数の流出孔（何れも図示せず）からタービン翼１の外部へと放出される。これにより、高温環境に長時間にわたって晒される前方段のタービン翼１を効果的に冷却することができる。なお、図示しない翼根の開口は、図１の下向きに開口するものであってもよいし、図１の左右どちらかを向いて開口するものであってもよい。
このように構成されたタービン翼１は、翼部２の外周面に被膜されたボンディングコート層（第１被膜層）と、当該ボンディングコート層の外側に被膜されたトップコート層（第２被膜層）とで構成される保護層を有している。ボンディングコート層は、例えばＭＣｒＡｌＹ合金（但し、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、又はこれらの元素の組み合わせ）で形成され、翼部２とトップコート層との密着性を高める金属結合層として機能する。トップコート層は、ジルコニア（ＺｒＯ２）系セラミックス製の被膜であり、遮熱性を有する遮熱コーティング（ＴＢＣ：Thermal Barrier Coating）膜として機能する。これにより、タービン翼１の耐熱性を向上させることができる。
しかしながら、高温環境下に長時間にわたって晒されたタービン翼１の保護層には、劣化が生じることがある。そのため、タービン翼１を一定期間使用した後には、タービン翼１から一度保護層を除去した上で、再び新しい被膜を施すという補修（再生）作業が必要となる。以下、タービン翼１の補修（再生）作業における保護層除去のための一連の工程について、図２〜図４に従って説明していく。
図２は、本発明の実施形態にかかるタービン翼の補修方法としての保護層除去工程を実行するための保護層除去システム１０を示す概略図である。保護層除去システム１０は、トップコート層を除去するためにタービン翼１にブラスト処理を施すブラスト装置１１と、タービン翼１に超音波洗浄処理を施す超音波洗浄装置１２と、タービン翼１に加圧水洗浄を施す加圧水洗浄装置１３と、残留応力を除去するための熱処理をタービン翼１に施す熱処理装置１４と、酸化膜を除去するためのブラスト処理をタービン翼１に施すブラスト装置１５と、ボンディングコート層を除去するための酸洗処理などをタービン翼１に施す洗浄装置１６と、タービン翼１を清浄化するためのブラスト処理を行うブラスト装置１７と、加熱着色検査を行うための熱処理をタービン翼１に施す熱処理装置１８とから構成される。ただし、ブラスト装置１１，１５，１７は、何れかの装置を兼用するものとしてもよい。
図３は、保護層除去工程の一例を示すフローチャートである。保護層除去工程では、まず、ブラスト装置１１を用いてタービン翼１にブラスト処理を施すことにより、外周面に被膜されたトップコート層を除去するトップコート層除去工程（第２被膜層除去工程）を実行する（ステップＳ１１）。本実施形態においては、アルミナ系の投射材を用いてブラスト処理を行う。これにより、セラミックス製の被膜であるトップコート層を良好に除去することができる。なお、ブラスト処理に用いる投射材は、アルミナ系に限られるものではない。
ステップＳ１１のトップコート層除去工程では、ガスタービンの運転中にタービン翼１のトップコート層の外表面に付着した水溶性スケールをトップコート層と共に除去することができる。しかしながら、複数の内部冷却流路５の内壁面やプラットフォーム３、シャンク４に付着した水溶性スケールは、トップコート層除去工程では除去することができない。そして、この状態で、後述する残留応力除去のための熱処理（ステップＳ１３）をタービン翼１に施すと、水溶性スケールの付着箇所に高温腐食が発生するおそれがある。この高温腐食は、ガスタービンの再運転時にタービン翼１に損傷を発生させる要因となりうるため、特に前方段に用いられて高温に晒される本実施形態のタービン翼１について、高温腐食の発生を防ぐように熱処理前にタービン翼１から水溶性スケールを確実に除去することが求められる。そこで、本実施形態の保護層除去工程では、トップコート層除去工程に続き、超音波洗浄装置１２および加圧水洗浄装置１３を用いて、図４に示す付着物洗浄工程を実行する（ステップＳ１２）。付着物洗浄工程については、後に詳述するが、同工程を実行することにより、タービン翼１に付着した水溶性スケールを良好に除去することができる。
付着物洗浄工程の実行後、熱処理装置１４を用いて残留応力を除去するための熱処理をタービン翼１に施す残留応力除去工程を実行する（ステップＳ１３）。残留応力除去工程では、真空式の熱処理装置１４を用いてタービン翼１に熱処理を施すことによって、タービン翼１から残留応力を除去する。これにより、後述するボンディングコート層除去工程（ステップＳ１５）における酸洗処理でタービン翼１に応力腐食割れが発生するのを良好に抑制することができる。次に、残留応力除去工程の熱処理によってタービン翼１に発生した酸化膜をブラスト装置１５のブラスト処理によって除去する酸化膜除去工程を実行する（ステップＳ１４）。これにより、後述するボンディングコート層除去工程（ステップＳ１５）における酸洗処理の効果を向上させることが可能となる。
続いて、洗浄装置１６を用いてタービン翼１に酸洗処理を施し、翼部２からボンディングコート層を除去するボンディングコート層除去工程（第１被膜層除去工程）を実行する（ステップＳ１５）。ボンディングコート層除去工程では、洗浄装置１６に含まれる強酸性洗浄液（例えば、塩酸など）が満たされた液槽（図示せず）にタービン翼１を浸漬することにより、タービン翼１からボンディングコート層を除去する。なお、酸洗処理後は、洗浄装置１６で水による洗浄処理やアルカリ性洗浄液による中和処理等をタービン翼１に施し、タービン翼１に付着した強酸性洗浄液を除去した上で、次工程へと移行する。
更に、ブラスト装置１７を用いてタービン翼１にブラスト処理を施し、タービン翼１を清浄化する清浄化工程を実行する（ステップＳ１６）。清浄化工程は、ステップＳ１５のボンディングコート層除去工程における酸洗処理によってタービン翼１の外表面に発生した反応層や、当該酸洗処理で除去しきれなかったボンディングコート層の残渣を除去することを目的として行われる。これにより、タービン翼１の外表面を清浄化して、後述する加熱着色検査（ヒートティント）をより適正に行うことが可能となる。
ここで、上記清浄化工程に用いられたブラスト粒の一部がタービン翼１の内部冷却流路５内に入り混み、当該内部冷却流路５内に残留した強酸性洗浄液によって内壁面に張り付いてしまうことがある。そこで、本実施形態の保護層除去工程では、清浄化工程（ステップＳ１６）の実行後、内部冷却流路５内に付着したブラスト粒を除去するために、超音波洗浄装置１２および加圧水洗浄装置１３を用いて、図４に示す付着物洗浄工程を再び実行する（ステップＳ１７）。付着物洗浄工程については、後に詳述するが、同工程を実行することにより、タービン翼１の内部冷却流路５内に付着したブラスト粒を良好に除去することができる。
付着物洗浄工程の実行後には、熱処理装置１８を用いて、タービン翼１に保護層（ボンディングコート層）が残留していないか否かを検査するための加熱着色処理（ヒートティント）をタービン翼１に施し（ステップＳ１８）、保護層（ボンディングコート層）の除去が完了したか否かを判定する（ステップＳ１９）。ステップＳ１９では、加熱後のタービン翼１の外表面の着色状態を目視により検査することで、保護層（ボンディングコート層）の有無が検査される。そして、当該検査において保護層（ボンディングコート層）の除去が完了されていないと判定した場合には、再度ステップＳ１５以降の処理を繰り返す。なお、当該検査において保護層（ボンディングコート層）の除去が完了されていないと判定した場合には、ステップＳ１５以降の処理を繰り返すことに代えて、グラインダー等の研磨工具を用いた保護層（ボンディングコート層）の除去処理を行ってもよい。一方、保護層（ボンディングコート層）の除去が完了されたと判定した場合は、保護層除去工程を終了する。その後、タービン翼１には、必要に応じた損傷の補修作業や保護層の再コーティング作業が施され、補修が完了すると、再びガスタービンへと移植される。
続いて、図４に従って、ステップＳ１２，Ｓ１７で実行される付着物洗浄工程について詳細に説明していく。ただし、以下の説明において、「付着物」とは、ステップＳ１２で実行される付着物洗浄工程においては、ガスタービンの運転中にタービン翼１に付着した水溶性スケールのことを示し、ステップＳ１７で実行される付着物洗浄工程においては、ステップＳ１６の清浄化工程で用いられたブラスト粒のことを示す。
付着物洗浄工程では、まず、長手方向（図１における上下方向）が鉛直方向に沿うようにタービン翼１を支持する（ステップＳ２１）。この際、タービン翼１の翼頂２Ｔ側が鉛直方向上側となるようにする。ただし、「長手方向が鉛直方向に沿うように」とは、長手方向と鉛直方向とが一致する場合のみならず、長手方向が鉛直方向に対して若干の角度を持つ場合、すなわちタービン翼１が若干の角度をもって傾いている場合も含むものとする。
次に、上述のように支持したタービン翼１を超音波洗浄装置１２によって洗浄する超音波洗浄処理を実行する（ステップＳ２２）。本実施形態において、超音波洗浄装置１２は、発信器および振動子が設置された水槽を有する（何れも図示せず）。そして、超音波洗浄処理は、当該発信器および振動子が設置された水槽内にタービン翼１を浸漬し、発信器および振動子によって水槽内に超音波を発生・伝導させることで、タービン翼１の表面に付着した付着物を剥離させる。これにより、複数の内部冷却流路５の内壁面の付着物を良好に剥離させることができる。また、本処理では、タービン翼１の外表面の付着物をも剥離させることが可能である。特に、ステップＳ１２の付着物洗浄工程（スケール洗浄工程）においては、プラットフォーム３やシャンク４といったトップコート層が施されていないタービン翼１の外表面に付着した水溶性スケールを剥離させることができる点で、本処理が有効に作用する。そして、超音波洗浄処理の実行後、水槽から引き揚げられたタービン翼１は、ステップＳ２１で支持されたままの姿勢で次工程へと送られる。このように、長手方向が鉛直方向に沿うようにタービン翼１を支持した状態で超音波洗浄処理を行うことにより、タービン翼１の水槽への浸漬や、水槽からの引き揚げをより容易に行うことが可能となる。
続いて、加圧水洗浄装置１３を用いてタービン翼１の複数の内部冷却流路５内に加圧水を噴射して洗浄する加圧水洗浄処理を実行する（ステップＳ２３）。本実施形態では、長手方向が鉛直方向に沿うと共に翼頂２Ｔ側が鉛直方向上側となるようにタービン翼１を支持した状態で、複数の内部冷却流路５の翼頂２Ｔの開口それぞれに加圧水の噴射ノズルを挿入し、内部冷却流路５内へと直接的に加圧水を噴射する。これにより、超音波洗浄処理によっては剥離させきれなかった付着物を含め、内部冷却流路５内に残留した付着物が翼頂２Ｔから翼根にいたるまで万遍なく加圧水で洗い流され（内壁面から剥ぎ取られ）、翼根の開口を介してタービン翼１（内部冷却流路５）の外部へと排出される。本処理は、特に、本実施形態のタービン翼１のサーペンタイン流路のような複雑な内部冷却流路５を有する翼から付着物を除去するのに好適である。なお、加圧水の噴射ノズルは、必ずしも内部冷却流路５の開口に挿入されなくてもよい（離間した場所から噴射されてもよい）。また、本処理では、内部冷却流路５のみではなく、タービン翼１の外周面に向けても、加圧水を噴射してもよい。
加圧水洗浄処理においては、上述したように、長手方向が鉛直方向に沿うようにタービン翼１を支持した状態で、鉛直方向上側に位置した翼頂２Ｔの開口から内部冷却流路５内に加圧水を噴射する。これにより、内部冷却流路５内の付着物を鉛直方向上側から下側に洗い落として、より良好に除去することができる。また、内部冷却流路５内に付着物が多く残留している１回目（ステップＳ２２，Ｓ２３）の超音波洗浄処理や加圧水洗浄処理は、翼頂２Ｔ側が鉛直方向上側となるようにタービン翼１を支持した状態で実行される。これにより、超音波洗浄処理においてタービン翼１を水槽から引き揚げる際や、加圧水洗浄処理を行う際に、翼根側に比して流路が狭まる翼頂２Ｔ側の内部冷却流路５内で付着物が目詰まりするのを良好に抑制することが可能となる。
更に、タービン翼１の鉛直方向上下が反対となるように支持方向を切り替えた上で（ステップＳ２４）、超音波洗浄処理および加圧水洗浄処理を再び実行し（ステップＳ２５，Ｓ２６）、最後に、タービン翼１に湯せん、エアブローを施して（ステップＳ２７）、付着物洗浄工程を終了する。このように、超音波洗浄処理および加圧水洗浄処理を２回繰り返すことで、タービン翼１から付着物を更に良好に除去することができる。加えて、本実施形態では、ステップＳ２４でタービン翼１の鉛直方向上下が反対となるように支持方向を切り替えてから、２回目の超音波洗浄処理および加圧水洗浄処理を実行する。すなわち、ステップＳ２３の加圧水洗浄処理では、翼頂２Ｔの開口から内部冷却流路５内へと加圧水を噴射したのに対して、ステップＳ２６の加圧水洗浄処理では、翼根の開口から内部冷却流路５内へと加圧水を噴射する。この結果、１回目と２回目の加圧水洗浄処理の前後で内部冷却流路５内に供給される加圧水の流れの方向を切り替えることができるため、内部冷却流路５内の付着物を極めて良好に除去することが可能となる。
このように、本実施形態の保護層除去工程では、ステップＳ１２にて付着物洗浄工程（スケール洗浄工程）を実行することにより、ステップＳ１３の残留応力除去工程でタービン翼１に熱処理を施す前に、内部冷却流路５内を中心としたトップコート層が施されていない箇所に付着した水溶性スケールを、複雑かつ多様な化学処理および水洗処理を用いることのない、より簡易な手法で良好に除去することができる。また、上述したように、トップコート層が施された箇所に付着した水溶性スケールは、トップコート層除去工程でトップコート層と共に除去されている。従って、残留応力除去のための熱処理において、タービン翼１に高温腐食が発生するのを良好に抑制することが可能となる。
また、本実施形態の保護層除去工程では、ステップＳ１７にて付着物洗浄工程（ブラスト粒洗浄工程）を実行することにより、タービン翼１から保護層を除去する一連の工程が終了するまでの間に、ステップＳ１６の清浄化工程で用いたブラスト粒をタービン翼１の内部冷却流路５内から良好に除去することができる。この結果、保護層除去工程の後に実行されるタービン翼１の補修作業や、補修完了後のタービン翼１の移植作業において、タービン翼１内にブラスト粒が残留していることに起因する不具合の発生を良好に抑制することが可能となる。
以上説明したように、本発明の実施形態にかかるタービン翼の補修方法としての保護層除去工程では、酸洗処理によってボンディングコート層（第１被膜層）を除去するボンディングコート層除去工程（ステップＳ１５）、および、ブラスト処理によってタービン翼１を清浄化する清浄化工程（ステップＳ１６）の後に、タービン翼１を水槽に浸漬すると共に水槽内に超音波を伝導させてタービン翼１を洗浄する超音波洗浄処理（ステップＳ２２，Ｓ２５）と、超音波洗浄処理の後に内部冷却流路内に加圧水を噴射する加圧水洗浄処理（ステップＳ２３，Ｓ２６）と、を少なくとも一回行う付着物洗浄工程（ブラスト粒洗浄工程）が実行され（ステップＳ１７）、その後、ヒートティント工程（ステップＳ１８，Ｓ１９）が実行される。これにより、清浄化工程のブラスト処理に用いられたブラスト粒がタービン翼１の内部冷却流路５に入り混んで内壁面に張り付いたとしても、超音波洗浄処理によって内部冷却流路５の内壁面からブラスト粒を良好に剥離させることができる。そして、加圧水洗浄処理によって、内部冷却流路５内に残留したブラスト粒をより確実に除去することができる。従って、冷媒を流通させる内部冷却流路５を有するタービン翼１の補修工程において、タービン翼１から保護層を除去する一連の工程が終了するまでの間に、タービン翼１の内部からブラスト粒をより良好に除去することが可能となる。ただし、付着物洗浄工程（ステップＳ１７）においては、ステップＳ２４〜Ｓ２６の処理を省略して超音波洗浄処理および加圧水洗浄処理を一回のみ行うものとしてもよいし、超音波洗浄処理および加圧水洗浄処理を３回以上行うものとしてもよい。なお、加圧水洗浄処理は、超音波洗浄処理の実行後に、水槽から水を排出した上で、当該水槽内で行われてもよい。
実施形態の保護層除去工程において、タービン翼１は、動翼であり、内部冷却流路５は、タービン翼１の翼頂２Ｔおよび翼根で開口し、加圧水洗浄処理は、翼頂２Ｔの開口および翼根の開口の何れか一方から内部冷却流路５内に加圧水を噴射する。この結果、内部冷却流路５内に付着したブラスト粒を翼頂２Ｔから翼根にいたるまで万遍なく良好に除去することが可能となる。ただし、本発明の適用は、動翼に限られるものではなく、本発明を静翼に適用する場合には、内部冷却流路に加圧水を供給可能な開口部から加圧水を供給すればよい。
実施形態の保護層除去工程において、加圧水洗浄処理は、長手方向が鉛直方向に沿うようにタービン翼１を支持した状態で、翼頂２Ｔの開口および翼根の開口の鉛直方向上側に位置する一方から加圧水を噴射する。この結果、内部冷却流路５内に付着したブラスト粒を加圧水の噴射によって鉛直方向上側から下側に洗い落として良好に除去することが可能となる。ただし、本実施形態では、長手方向が鉛直方向に沿うようにタービン翼１を支持した状態で、超音波洗浄処理および加圧水洗浄処理を行うものとしたが、長手方向が水平方向に沿うようにタービン翼１を支持した状態で、超音波洗浄処理および加圧水洗浄処理の双方、あるいは、何れか一方を行ってもよい。
実施形態の保護層除去工程において、付着物洗浄工程（ブラスト粒洗浄工程）は、前回の加圧水洗浄処理（ステップＳ２３）に対して、タービン翼１の鉛直方向上下が反対となるように支持方向を切り替えた上で（ステップＳ２４）、次回の加圧水洗浄処理（ステップＳ２６）を行う。この結果、加圧水洗浄処理が複数回行われる場合において、内部冷却流路５内に供給される加圧水の流れの方向を切り替えることができるため、内部冷却流路５内に付着したブラスト粒を極めて良好に除去することが可能となる。ただし、本実施形態では、２回目の超音波洗浄処理（ステップＳ２５）の前にタービン翼１の支持方向を切り替えるものとしたが、ステップＳ２４の処理は、少なくとも１回目の加圧水洗浄処理（ステップＳ２３）と２回目の加圧水洗浄処理（ステップＳ２６）との間に行われればよい。また、超音波洗浄処理および加圧水洗浄処理を複数回行う場合において、ステップＳ２４の処理は、常に省略してもよいし、各加圧水洗浄処理の間で毎回行ってもよいし、任意回でのみ行ってもよい。更に、加圧水洗浄処理を一度行った後、ステップＳ２４の処理、すなわち、タービン翼１の支持方向の切替を行った上で、連続で加圧水洗浄処理を行ってもよい。
実施形態の保護層除去工程において、付着物洗浄工程（ブラスト粒洗浄工程）は、翼頂２Ｔ側が鉛直方向上側になるようにタービン翼１を支持した状態で一回目の加圧水洗浄処理（ステップＳ２３）を行う。これにより、一般的に翼根側に比して流路が狭まる翼頂２Ｔ側の内部冷却流路５内に、ブラスト粒が目詰まりするのをより良好に抑制することができる。ただし、翼根側が鉛直方向上側になるようにタービン翼１を支持した状態で一回目の加圧水洗浄処理（ステップＳ２３）や超音波洗浄処理（ステップＳ２２）を行ってもよい。
実施形態の保護層除去工程では、ボンディングコート層（第１被膜層）除去工程（ステップＳ１５）の前に、タービン翼１に残留する応力が除去されるように熱処理を行う残留応力除去工程（ステップＳ１３）と、残留応力除去工程の前に、超音波洗浄処理（ステップＳ２２，Ｓ２５）と、超音波洗浄処理の後に行われる加圧水洗浄処理（ステップＳ２３，Ｓ２６）とを少なくとも一回行う付着物洗浄工程（スケール洗浄工程）（ステップＳ１２）とをさらに有する。
実施形態の保護層除去工程では、ボンディングコート層除去工程の前に、タービン翼１に残留する応力が除去されるように熱処理を行う残留応力除去工程が実行される（ステップＳ１３）。これにより、ボンディングコート層除去工程においてタービン翼１に応力腐食割れが発生するのを良好に抑制することができる。そして、残留応力除去のための熱処理をタービン翼１に施す前に、上記超音波洗浄処理と、超音波洗浄処理の後に行われる上記加圧水洗浄処理とを少なくとも一回行う付着物洗浄工程（スケール洗浄工程）が実行される（ステップＳ１２）。これにより、超音波洗浄処理によってタービン翼１の外周面や内部冷却流路５の内壁面に付着した水溶性スケールを良好に剥離させることができる。そして、加圧水洗浄処理によって、内部冷却流路５内に残留した水溶性スケールをより確実に除去することができる。従って、タービン翼１に熱処理を施す前に、当該タービン翼１に付着した水溶性スケールをより簡易な手法で良好に除去することが可能となる。ただし、ステップＳ１２の付着物洗浄工程では、化学処理および水洗処理による他の手法を用いてタービン翼１から水溶性スケールを除去してもよい。
実施形態の保護層除去工程において、タービン翼１は、ボンディングコート層の外側に施されたトップコート層（第２被膜層）を有し、残留応力除去工程（ステップＳ１３）の前に、トップコート層をブラスト処理により除去するトップコート層（第２被膜層）除去工程（ステップＳ１１）をさらに有する。これにより、トップコート層に付着した水溶性スケールは、残留応力除去のための熱処理をタービン翼１に施す前に、トップコート層を除去するためのブラスト処理によって当該トップコート層と共に良好に除去される。一方、当該ブラスト処理では除去不可能なトップコート層以外のタービン翼１の外周面や内部冷却流路５内に付着した水溶性スケールは、残留応力除去のための熱処理をタービン翼１に施す前に、上記付着物洗浄工程（スケール洗浄工程）によって良好に除去される。このように、本発明の実施形態にかかるタービン翼の補修方法は、トップコート層を有するタービン翼１への適用に好適である。
ただし、トップコート層除去工程（ステップＳ１１）と付着物洗浄工程（ステップＳ１２）とは、残留応力除去工程（ステップＳ１３）前であれば、いずれが先に実行されてもよい。また、本発明のタービン翼の補修方法は、トップコート層を有さないタービン翼に適用されてもよい。その場合、保護層除去工程からステップＳ１１のトップコート層除去工程が省略されることになるが、ステップＳ１２の付着物洗浄工程では超音波洗浄処理によってタービン翼の外周面をも洗浄することができるため、付着物洗浄工程を実行すれば、翼部を含めて、トップコート層を有さないタービン翼に付着した水溶性スケールを良好に除去することができる。
１ タービン翼
２ 翼部
２Ｔ 翼頂
３ プラットフォーム
４ シャンク
５ 内部冷却流路
１０ 保護層除去システム
１１ ブラスト装置
１２ 超音波洗浄装置
１３ 加圧水洗浄装置
１４ 熱処理装置
１５ ブラスト装置
１６ 洗浄装置
１７ ブラスト装置
１８ 熱処理装置

Claims (5)

  1. 外表面に施された保護層としての第１被膜層と、冷媒を流通させる内部冷却流路とを有するタービン翼の補修方法であって、
    前記第１被膜層を化学処理により除去する第１被膜層除去工程と、
    前記第１被膜層除去工程の後に、前記タービン翼を清浄化するためのブラスト処理を行う清浄化工程と、
    前記清浄化工程の後に、前記タービン翼を水槽に浸漬すると共に該水槽内に超音波を伝導させて該タービン翼を洗浄する超音波洗浄処理と、該超音波洗浄処理の後に前記内部冷却流路内に加圧水を噴射する加圧水洗浄処理と、を複数回連続して行うブラスト粒洗浄工程と、
    前記ブラスト粒洗浄工程の後に、前記タービン翼に前記第１被膜層が残留しているか否かを検査するための熱処理を行うヒートティント工程と、を有し、
    前記内部冷却流路は、前記タービン翼の翼頂および翼根で開口し、
    前記加圧水洗浄処理は、長手方向が鉛直方向に沿うように前記タービン翼を支持した状態で、前記翼頂の開口および前記翼根の開口の鉛直方向上側に位置する一方から加圧水を噴射し、
    前記ブラスト粒洗浄工程は、前回の前記加圧水洗浄処理に対して、前記タービン翼の鉛直方向上下が反対となるように支持方向を切り替えた上で、次回の前記加圧水洗浄処理を行うことを特徴とするタービン翼の補修方法。
  2. 前記タービン翼は、動翼である、
    ことを特徴とする請求項１に記載のタービン翼の補修方法。
  3. 前記ブラスト粒洗浄工程は、前記翼頂が鉛直方向上側になるように前記タービン翼を支持した状態で一回目の前記加圧水洗浄処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のタービン翼の補修方法。
  4. 前記第１被膜層除去工程の前に、前記タービン翼に残留する応力が除去されるように熱処理を行う残留応力除去工程と、
    前記残留応力除去工程の前に、前記超音波洗浄処理と、該超音波洗浄処理の後に行われる前記加圧水洗浄処理とを少なくとも一回行うスケール洗浄工程と、をさらに有することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のタービン翼の補修方法。
  5. 前記タービン翼は、前記第１被膜層の外側に施された第２被膜層を有し、
    前記残留応力除去工程の前に、前記第２被膜層をブラスト処理により除去する第２被膜層除去工程をさらに有することを特徴とする請求項４に記載のタービン翼の補修方法。
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