JP7365164B2 - 高周波焼き入れ装置 - Google Patents
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Description
以下、本開示の第一実施形態に係るタービン翼1、及び高周波焼き入れ装置100について、図1から図6を参照して説明する。
タービン翼1は、一例として蒸気タービンの低圧段動翼として用いられる。図1に示すように、タービン翼1は、翼本体11と、翼根12と、を有している。翼本体11は、翼高さ方向Dhに延びるとともに、当該翼高さ方向Dhから見て翼型の断面形状を有している。具体的には、翼本体11の断面は、後縁ETから前縁ELにかけて延びる紡錘形状をなしている。また、前縁ELと後縁ETの間を接続する両面のうち、一方側の面(腹面Sp)は曲面状に凹んでいる。他方側の面(背面Sn)は曲面状に膨らんでいる。なお、翼本体11の表面には、黒色塗膜Lbが形成されている。黒色塗膜Lbは、黒色の塗料で形成された薄膜である。
高周波焼き入れ装置100は、上記のタービン翼1に対して焼き入れを施すことで硬化処理を行う。図2に示すように、高周波焼き入れ装置100は、架台2と、誘導加熱コイル3と、移動機構4と、回転機構5と、温度検出部6と、アラーム用温度検出部7と、電流供給部8と、制御装置90と、を有している。
誘導加熱コイル3は、架台2上に固定されたタービン翼1の前縁ELに対して、電流供給部8から供給された高周波電流による加熱処理を施すことで焼き入れを行う。図3に示すように、この誘導加熱コイル3は、U字部31と、直線部32と、接続部33と、を有している。U字部31は、前縁EL側の端縁を厚さ方向の両側から挟み込む。U字部31は、背面Sn側から前縁ELを経て腹面Sp側に向かうようにU字状に湾曲している。なお、U字部31は、前縁ELから後縁ETに向かって翼弦長さの1/3の分だけ延びていることが望ましい。
図2に示すように、移動機構4は、上記の誘導加熱コイル3を支持するとともに、翼高さ方向Dhに移動させる。具体的には移動機構4は、翼高さ方向Dhに延びるレール41と、このレール41に沿って移動可能な第一移動部42、及び第一移動部42に支持されている第二移動部43と、を有している。第一移動部42は、レール41から上方に向かって延びている。第一移動部42の翼高さ方向Dhにおける一方側の面には第二移動部43が設けられている。第二移動部43は第一移動部42に沿って上下方向に移動可能とされている。この第二移動部43には、上述の誘導加熱コイル3が支持されている。誘導加熱コイル3は、第二移動部43からタービン翼1に向かって延びている。第一移動部42動かすことによって、タービン翼1に対して誘導加熱コイル3が翼高さ方向Dhに相対移動する。さらに、第二移動部43を動かすことによって、タービン翼1に対して誘導加熱コイル3が上下方向に相対移動する。なお、詳しくは後述するが、移動機構4は制御装置90によってその動作が制御される。
ここで、上述のようにタービン翼1は翼高さ方向Dhの一方側から他方側に向かうに従って3次元的に捻れている。したがって、移動機構4のみでは、誘導加熱コイル3とタービン翼1との相対位置を維持できない可能性がある。そこで、本実施形態に係る高周波焼き入れ装置100には、上記の架台2を回転させる回転機構5が設けられている。回転機構5は、翼高さ方向Dhに延びる回転軸Ax回りに架台2を回転させることが可能である。回転機構5は後述する制御装置90によってその動作が制御される。
次いで、温度検出部6について説明する。温度検出部6は、タービン翼1の誘導加熱コイル3付近の温度を検出する。より詳細には図3に示すように、温度検出部6が温度を検出する位置(検出点P)は、背面SnにおけるU字部31、直線部32、及び接続部33によって囲まれた領域内にある。つまり、温度検出部6は背面Sn上における局所的な温度を検出する。温度検出部6としては、当該検出点Pの温度を非接触で検出することが可能な光ファイバ式放射温度計が好適に用いられる。また、この温度検出部6は、上述の移動機構4(第二移動部43)に対して支持部61を介して支持固定されている。したがって、移動機構4を動かすことによって誘導加熱コイル3とともに温度検出部6がタービン翼1に対して相対移動する。温度検出部6によって検出された温度の値(検出値)は、制御装置90に電気信号として送信される。
アラーム用温度検出部7は、上記の温度検出部6とは別に設けられた他の検出装置である。アラーム用温度検出部7は、温度検出部6が温度を検出する範囲よりも広い範囲の温度分布を検出する。この範囲内には上記の検出点Pが含まれている。アラーム用温度検出部7としても、光ファイバ式放射温度計が好適に用いられる。アラーム用温度検出部7が検出した温度の値(アラーム用検出値)は、制御装置90に電気信号として送信される。
図4に示すように、制御装置90は、CPU91(Central Processing Unit)、ROM92(Read Only Memory)、RAM93(Random Access Memory)、HDD94(Hard Disk Drive)、信号受信モジュール95(I/O:Input/Output)を備えるコンピュータである。信号受信モジュール95は、温度検出部6、及びアラーム用温度検出部7からの電気信号(各検出値)を受信する。信号受信モジュール95は、例えばチャージアンプ等を介して増幅された信号を受信してもよい。
次に、図6を参照して制御装置90による処理の一例について説明する。同図に示すように、この処理は、運転判定ステップS1と、焼き入れステップS2と、温度検出ステップS31と、アラーム用温度検出ステップS32と、第一判定ステップS41と、第二判定ステップS42と、電流調節ステップS51と、アラームステップS52と、を含む。
さらに、温度検出部6は、誘導加熱コイル3付近の温度を非接触で検出するように構成されている。これにより、例えば接触式の装置で温度を検出する場合に比べて、当該温度検出部6自体による検出値への影響を小さく抑えることができる。つまり、検出精度を高めることができる。
また、制御装置90は、温度検出部6による検出値に基づいて、誘導加熱コイル3に供給される高周波電流の大きさを制御する。したがって、誘導加熱コイル3による加熱温度が過度に高くなる可能性を低減することができる。
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、移動機構4によって誘導加熱コイル3及び温度検出部6を翼高さ方向Dhに移動させる構成について説明した。しかしながら、移動機構4によって架台2を翼高さ方向Dhに移動させる構成を採ることも可能である。この場合、装置の構成を簡素化することができる。
各実施形態に記載の高周波焼き入れ装置は、例えば以下のように把握される。
さらに、温度検出部6は、誘導加熱コイル3付近の温度を非接触で検出するように構成されている。これにより、例えば接触式の装置で温度を検出する場合に比べて、当該温度検出部6自体による検出値への影響を小さく抑えることができる。つまり、検出精度を高めることができる。
また、制御装置90は、温度検出部6による検出値に基づいて、誘導加熱コイル3に供給される高周波電流の大きさを制御する。したがって、誘導加熱コイル3による加熱温度が過度に高くなる可能性を低減することができる。
1 タービン翼
11 翼本体
11T 先端
12 翼根
12S セレーション
2 架台
21 架台本体
22 固定部材
3 誘導加熱コイル
31 U字部
32 直線部
33 接続部
4 移動機構
41 レール
42 第一移動部
43 第二移動部
5 回転機構
6 温度検出部
61 支持部
7 アラーム用温度検出部
8 電流供給部
90 制御装置
81 制御部
82 記憶部
83 判定部
84 移動制御部
85 電流制御部
91 CPU
92 ROM
93 RAM
94 HDD
95 I/O
Ax 回転軸
C 鉄芯
Dh 翼高さ方向
EL 前縁
ET 後縁
Lb 黒色塗膜
P 検出点
Sn 背面
Sp 腹面
Claims (7)
- タービン翼の前縁を挟み込むU字部、前記タービン翼を挟んで一対が配置された直線部、及び、前記タービン翼の背側及び腹側でそれぞれ前記U字部と前記直線部とを接続する接続部を有する誘導加熱コイルと、
前記タービン翼の前縁における該誘導加熱コイル付近の温度を非接触で検出する温度検出部と、
前記タービン翼と前記誘導加熱コイルとを、前記タービン翼の翼高さ方向に相対移動させる移動機構と、
前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給する電流供給部と、
前記温度検出部の検出値に基づいて該検出値が予め定めた温度を超えないように、前記電流供給部による前記高周波電流の大きさを制御する電流制御部を有する制御装置と、
を備え、
前記温度検出部とは別に設けられ、前記前縁における前記温度検出部が温度を検出する範囲よりも広い範囲の温度分布を検出するアラーム用温度検出部をさらに備え、
前記電流制御部は、前記アラーム用温度検出部の検出した前記温度分布に、予め定めたアラーム閾値よりも高い値が含まれる場合にアラームを発するように構成されている
高周波焼き入れ装置。 - 前記温度検出部は、前記前縁における前記タービン翼の背側であって、前記U字部と前記直線部とによって囲まれた部分の温度を検出する請求項1に記載の高周波焼き入れ装置。
- 前記タービン翼は前記翼高さ方向の一方側から他方側に向かうに従って該翼高さ方向を中心として周方向に捻れており、
該タービン翼と前記誘導加熱コイルとが前記翼高さ方向に相対移動するに従って該タービン翼を前記翼高さ方向に延びる回転軸回りに回転させることで、前記前縁と前記誘導加熱コイルとの相対距離を維持する回転機構をさらに備える請求項1又は2に記載の高周波焼き入れ装置。 - 前記温度検出部は、光ファイバ式放射温度計である請求項1から3のいずれか一項に記載の高周波焼き入れ装置。
- 前記タービン翼は、少なくとも前記前縁に黒色塗料で形成された黒色塗膜を有し、
前記温度検出部は、該黒色塗膜の表面の温度を検出するように構成されている請求項1から4のいずれか一項に記載の高周波焼き入れ装置。 - 前記直線部は、前記タービン翼の表面に沿って前記U字部と平行に延びている請求項1から5のいずれか一項に記載の高周波焼き入れ装置。
- 前記U字部は、前記タービン翼の翼弦方向における前記前縁から1/3の距離だけ該タービン翼を挟み込むように構成されている請求項1から6のいずれか一項に記載の高周波焼き入れ装置。
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