JPH04225865A - 回転型熱処理機械の羽根の被覆方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特許請求の範囲の請求
項１の上位概念による羽根の被覆法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば開放式ガスタービン工程（ｏｆｆ
ｅｎｅ　Ｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｎｐｒｏｚｅｓｓ）の場
合には圧縮装置から吸引された空気は水蒸気も固体不純
物もガス状不純物も含有している。このことは浸蝕、汚
染及び腐蝕によって不利に影響を及ぼす。羽根上に存在
する固着層は部分的に、腐蝕の作用を有する成分、例え
ばＮａＣｌ及びＫＣｌの高い濃度を示す。これらの塩に
よってタービン羽根の高温腐蝕の他に、圧縮装置範囲内
の増大された孔蝕も生じ、かつ羽根の材料の複雑な化学
的な強度低下も生じる。高い空気湿度の場合に圧縮装置
入口範囲内で水蒸気集中が生じ、この水蒸気集中により
前方の羽根列の増大された腐蝕攻撃が説明される。これ
に対して多少弊害を除去するために、回転型熱処理機械
の羽根は多重に保護層が備えられている。この保護層は
蒸気タービン羽根及びガスタービン羽根並びに圧縮装置
の羽根の場合に使用される。 即ち、腐蝕及び酸化攻撃に対する抵抗性並びに浸蝕及び
摩耗（磨滅）に対する抵抗性を高めることが、とりわけ
重要である。一度羽根が表面処理にもかかわらず、その
程度が運転安全性を害する可能性がある損傷を有する場
合には、羽根は取り外される：羽根は新しいものと交換
されるか又は再び状態調整されかつ再度取り付けられる
。この取外し及び取付けには、比較的高い費用及び時間
の浪費が付随している。さらに、羽根の本当の状態は比
較的長い時間の後に、即ち前清浄化後に初めて確認でき
、これによって、羽根の再状態調整をすることができる
か否か、又は既に必要であるかの決定を大分後になって
初めてすることができる。上記方法の欠点は、著しい時
間の損失、装置の比較的高い運転費用、検査の際の比較
的高い費用及び羽根の再状態調整の可能性の問題につい
ての不確実性である。従って、これら欠点に対して解決
策を講じるために方法が求められるということが見過ご
されていた。これに関連して一方法が公知となり、この
方法によれば、分離された装置中で再び状態調整される
ために羽根付き回転子全体が固定子から持ち上げられる
。被覆すべき羽根付き回転子は適当な方法で脱脂されな
ければならず、場合によっては以前に塗布された有機被
覆が完全に除去されなければならない。引き続き、被覆
すべき範囲は酸化アルミニウムを用いた乾燥サンドブラ
ストによって粗面化され、金属表面は活性化される。 被覆すべきではない部分は適当な材料で覆われなければ
ならない。その後に基本層は塗布され、この場合、基本
層はその都度焼き付けられなければならない。このこと
により手順が長引く：焼結工程又は焼付工程は約５５時
間継続し、かつ平均して４回実施されなければならない
。被覆の間の上記焼結工程又は焼付工程は、摂氏約３５
０度での停止時間約１０〜１２時間にわたる熱処理から
なる。その上、各処理工程の実施のために、特殊な幾何
学的形態を有する正に大きな装置が予め備えられなけれ
ばならず、焼付工程の際に回転子の羽根付き部分全体が
オーブンカバー（Ｏｆｅｎａｂｄｅｃｋｕｎｇ）に包含
されていなければならないことのみが考慮される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特許請求の範囲で特徴
付けられている本発明の課題は、所要時間及び出費され
た費用に関して、冒頭に記載された種類の方法の場合に
羽根の再状態調整のための効率の良い方法を提案するこ
とにある。本発明の課題は、被覆の寿命を適当な方法及
び保護層で最長にすることでもある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】課題は、本発明によれば
特許請求の範囲の請求項１記載の方法により解決される
。

【０００５】

【作用】本発明の本質的な利点は、羽根付き回転子が再
状態調整の第１工程のために固定子の回転子用軸受から
持ち上げて外される必要のないことに見られる：清浄化
ないしは保護層除去は機械、即ち圧縮装置の本来の停止
前に、即ち運転の最終段階（「オンライン」）の間に実
施されることができる。これによって、処理すべき羽根
への均一な衝撃が達成され、この場合、従って達成され
た、いずれにせよ存在する保護層の包括的な除去を保証
する上記清浄化工程の効率は、羽根の再状態調整の可能
性についての迅速な決定を可能にする。この決定は、機
械の停止及び固定子の上部の除去の後に既に行なうこと
ができる。相応する分析によって羽根の再状態調整に対
する該羽根の状態について決定される場合、羽根付き回
転子を軸受から持ち上げかつ該回転子をスタンド上に置
くことで十分であり、このスタンド上では複雑化された
構造部材の使用なしで再状態調整のさらなる処理工程を
実施することができる。このことによって運転費用（解
体検査費用）が減少し、これにより上記処理方法の定期
的な実施を妨害するものはない。従って、装置の運転安
全性が高められる。

【０００６】本発明のもう１つの重要な利点は、高速フ
レーム溶射方法の使用下で、取り付けられた状態で前処
理された羽根に、有利にはＳｉベース及びＡｌベースの
相応する保護層が局所的かつ必要に応じて得られること
に見られ、この場合、この被覆方法を比較的長い時間に
わたる熱処理なしで特別な付加的装置の使用なしで実施
することができる。このことは技術的な被覆手順全体を
簡易化し、その一方で費用は公知方法の場合よりおよそ
半分に減少する。その上、上記の被覆種類の寿命は、上
記のいわゆる完全被覆の代りに現在使用されている層の
場合よりかなり長い。羽根の前処理及び保護層吹付後の
後処理が被覆の寿命にとって著しく重要であるため、直
接の調整方法をそれぞれ確認された必要に応じて適切に
行なうことができる。最も短い時間後により低い再状態
調整費用で高い環境適合性を有する処理を用いて生じる
ものは最も高い品質の羽根であり、この羽根はより長い
時間にわたる装置の運転安全性を保証する。

【０００７】本発明による課題の解決の有利な別の形態
は、特許請求の範囲の別の請求項で特徴付けられている
。

【０００８】次に、図によって本発明の実施例を図示し
かつ詳説する。本発明の直接の理解に必要ではない全て
の要素は省略されている。種々の媒体の流れの方向は矢
印で記載されている。同じ要素は異なる図の中で同じ関
連符号が付けられている。

【０００９】

【実施例】図１は、本質的に圧縮装置部１１ａ、燃焼室
１１ｂ及びタービン部１１ｃからなる常用のガスターボ
群１１を示している。羽根の前処理の際に、羽根がオリ
ジナルの状態で被覆されていなかったか又は被覆されて
いたかが区別されなければならない。この基準にかかわ
らず、１回目の羽根の清浄化は機械、即ち圧縮装置の停
止前に行なう。この清浄化は、被覆された羽根の場合に
は有利に、弱い噴流の粒状物による浸蝕除去を基礎とす
る。自明のことながら、被覆されていない羽根の清浄化
は水性溶剤、例えばトリクロロエチレンのみで行なうこ
とができる。圧縮装置の吸い込み流路中で作用する、中
央に配置された三方噴射ノズル１（これについては図２
も参照のこと）によって、一定の時間にわたって清浄剤
（弱い噴流の粒状物、水溶液等）は圧縮装置への気流中
に噴射導入される。圧縮装置の羽根への均一かつ強い衝
撃１２により、被覆されていない羽根の場合には効率の
よい清浄化処理が生じるかないしは被覆された羽根の場
合には古い保護層の広範囲の除去が生じる。清浄化方法
は必要に応じて数回繰り返される。弱い噴流の粒状物が
摂氏約３００度の温度で燃焼するため、該粒状物につい
ては廃棄物処理に関連する問題は生じない。水溶液の使
用の場合には同様に上記観点が考慮されなければならな
い。噴射には多方向噴射ノズル１が関係し、このノズル
は、混合室３の清浄剤の流れ方向に後接続されていてか
つ量調整に使用されるグローブバルブ２を有する。上記
混合室３中の圧力はマノメーター７によって表示される
。流れを遡って混合室３にタンク４が予め備えられてお
り、このタンクの中には例えば粒状物が貯蔵されており
、この場合、それぞれ篩５及び入口バルブ６は、混合室
３に均質な材料の供給に役立つ。タンク４中の必要な圧
力は、空気供給管１０によって提供され、この場合、減
圧バルブ８及びメインバルブ９は空気導管中で別の補助
手段として接続されている。相応する準備によってター
ビン羽根を同様にして取り扱うことができる。

【００１０】必要に応じて羽根の別の清浄化ないしは保
護層除去が行なわれる。これは、図３及び図４で示され
ているように、振動型浸蝕浴１４を用いて行なわれる。 上記目的のために羽根付き回転子１１ａ及び１１ｂは、
固定子から取り外され、かつスタンド１３ａ及び１３ｂ
上に、羽根の一定部分が浴１４中に浸漬するように置か
れる。振動発生装置１５によって浴１４の各浸蝕成分が
励起されて振動し、これにより羽根上の残留汚染ないし
は残留保護層が除去される。これによって原理的にガス
ターボ群の回転子の全ての羽根の種類を処理することが
できる。

【００１１】最終的な清浄化は図５によれば、工業用ガ
ラス噴射剤１８を用いて実施される。この最終的な清浄
化は、ガラスからなることのできる上記薬剤による浸蝕
除去を基礎とする。羽根の一定部分が特殊なシース（Ｋ
ａｐｓｅｌ）１６で被覆され、噴射導入された薬剤の同
時の吸引１９の際に清浄化は１個もしくは数個の噴射ノ
ズル１７によって行なわれる。

【００１２】別の処理工程を必要に応じて準備すること
ができる： −　　最も要求される箇所のいずれにせよ尚存在してい
る孔蝕の小さな孔の研磨による除去。

【００１３】−　　羽根の亀裂試験。

【００１４】−　　羽根に研磨処理が行なわれた場合の
羽根の質量制御。

【００１５】−　　サンドブラストによる表面の粗面化
。

【００１６】−　　本来の被覆前に、例えば放熱器で羽
根を摂氏約８０度に予熱することが推奨される。

【００１７】図６は、高速フレーム溶射方法を行なうこ
とができる可能性を示している。この目的のために、側
面から出し入れ可能なシース（Ｕｍｈｕｅｌｌｕｎｇ）
１６が予め備えられ、このシースにより、準備される羽
根の数は制限される。噴射ノズル２０を用いて保護層を
羽根上に塗布し、この場合、噴射ノズル２０の制御を手
で行なうことが簡単にできる。吸引１９により、過剰量
の薬剤を直ちに羽根の周囲から除去することができるよ
うになる。

【００１８】吹き付けられた羽根の後処理は通常、次の
処理工程を包含する：−表面粗度を減少させるためにエ
メリークロス及び／又は、例えばガラス玉を用いた噴射
で軽度の一面にわたる研磨が行なわれる。

【００１９】−　　基本層の保護及び表面粗度のさらな
る減少のためにラッカー上塗層（Ｌａｃｋ‐Ｄｅｃｋｓ
ｃｈｉｃｈｔ）をカラースプレーガンで塗布することが
できる。条件は、上記ラッカーが、高くかつ長い焼付温
度を必要としない（オーブンの組立てを必要としない）
ことである。このために、運転中になお比較的低い温度
が優勢である圧縮装置の少なくとも第１列に対して２成
分系ラッカーを使用することができる。

【００２０】このような上塗層の例は、プラスチックを
基礎とするポリウレタン反応ラッカーであってもよい。

【００２１】保護層の品質に関連して、通常の、圧縮装
置用の被覆は著しく頻繁に僅かな浸蝕抵抗性を示すこと
は重大である。このような亜鉛めっき保護層は、保護層
が金属膜‐電解液系の中に存在する場合にのみ効果を有
するため、局所的に浸蝕された層はその保護作用におい
て減少される。

【００２２】この場合に使用される、アルミニウムを基
礎とする保護層は活性の浸蝕保護層であり、この組成は
有利に次の通りである： １．　　Ｓｉ　６〜１５重量％及び、残りがアルミニウ
ムからなる保護層； ２．　　純粋アルミニウムからなる別の保護層３．　　
Ａｌ　８０重量％、Ｓｉ　５〜１５重量％及び、残りが
Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｎｉからなる別の保護層。

【００２３】上記の保護層の化学構造及び同じく上記の
施与方法（高速フレーム溶射方法）により、あまり浸蝕
に敏感ではない「犠牲陽極（Ｏｐｆｅｒａｎｏｄｅｎ）
」層が提供され、この層は基材を活性的に腐蝕から保護
する。高エネルギー被覆方法である該施与方法により、
良好に付着する耐腐蝕性保護層が提供され、この層は保
護層に特異的な後処理なしで基材への、意図される電気
結合を有する。この提案された保護層は、付加的に上塗
層を備えることができる。汚れを退ける上塗層は、例え
ば黒であることができる。このような汚れを退ける上塗
層は、氷検出器を用いた羽根上の氷結のより良好な識別
を可能にする。粒子速度少なくとも３００ｍ／秒で進行
する高速フレーム溶射方法により、被覆と羽根の基材と
の最適のしっかり結合した状態が示される。より厚い保
護層の場合にさえ、被覆が剥離しないことが保証されて
いる。このことは、高い運動エネルギーによって粉末粒
子が跳ね上がる際に、圧縮元応力がそれぞれ予め吹き付
けられた層中で生じるということによって説明すること
ができる。 浸蝕に対する最大にされた抵抗性の原因は、本発明に使
用される層が著しく高い硬度を有することにある。本発
明で提案された方法によって、層の酸化物含量が、空気
中で吹き付けられた保護層の場合より低いという結果が
生じる。このことは層がより純粋であることを表し、従
って層はあまり急速には酸化せず、この場合、酸化はい
ずれにせよ表面にのみ生じる。保護層が著しく緊密であ
ることによって層の多孔率は０．５％以下である。浸蝕
による破壊は実際に除外することができる：ＤＩＮ５０
０２１による塩水噴霧試験の際に、通常市販されている
セラミックアルミニウム層を上記組成による保護層と比
較しかつ上記方法と比較した。この結果は上記内容を完
全に証明した。疲労試験方法の際に同様の比較を実施し
た：羽根の最初の疲労亀裂までの負荷が、上記組成及び
上記方法により被覆された羽根の場合には比較の羽根の
場合より２０％高かったことが示された。このことは、
疲労破壊に対する羽根の安全性を高めることができたこ
とを表す。

【００２４】記載された利点及び、海の近くの設備の圧
縮装置中での運転数千時間後の結果によれば活性保護層
の有効寿命の５０％の改善が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】前処理工程のための装置を備えたターボ装置の
部分的系統図を有する縦断面図である。

【図２】図１の平面ＩＩ‐ＩＩの部分的平面図である。

【図３】洗浄化工程ないしは振動型浸蝕浴中の保護層除
去の側面図である。

【図４】図３の回転子の平面ＩＶ‐ＩＶでの横断面図で
ある。

【図５】噴射ノズルを用いた閉塞清浄化方法を示す図で
ある。

【図６】高速フレーム溶射を用いた羽根の被覆を示す図
である。

【符号の説明】

１　　三方ノズル、　　２　　グローブバルブ、　　３
　　混合室、　　４　　タンク、　　５篩、　　６　　
入口バルブ、　　７　　マノメーター、　　８　　減圧
バルブ、　　９　　メインバルブ、　　１０　　空気供
給管、　　１１　　ガスターボ群、　　１１ａ　　圧縮
装置部、　　１１ｂ　　燃焼室、　　１１ｃ　　タービ
ン部、　　１２　　清浄剤を用いた羽根への衝撃、　　
１３ａ　　スタンド、　　１３ｂ　　スタンド、　　１
４　　浴、　　１５　　振動発生装置、　　１６　　シ
ース、　　１７　　噴射ノズル、　　１８　　噴射剤、
　　１９　　吸引、　　２０　　噴射ノズル

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転型熱処理機械の羽根を被覆する方
   法において、羽根に熱処理機械の運転状態で第１の清浄
   化工程を圧縮装置への空気流に混合された薬剤を用いて
   行ない、羽根に機械の開放後に停止状態で少なくとも次
   の処理工程のための予備処理を行ない、かつ羽根を停止
   状態で、保護層粒子を少なくとも３００ｍ／秒の速度で
   基材表面に吹き付ける高速フレーム溶射方法を用いて保
   護層で被覆することを特徴とする回転型熱処理機械の羽
   根の被覆方法。
2. 【請求項２】　　羽根を保護層施与前の予備処理の際に
   振動式浸蝕浴中で処理する請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】　　羽根に停止状態で保護層施与後に後処
   理を表面粗度の減少及び／又は上塗層の塗布のために行
   なう請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】　　高速フレーム溶射方法を用いて塗布さ
   れる保護層がＳｉ　６〜１５重量％と残りがＡｌとから
   なる請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】　　高速フレーム溶射方法を用いて塗布さ
   れる保護層がＡｌからなる請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】　　高速フレーム溶射方法を用いて塗布さ
   れる保護層がＡｌ　８０重量％、Ｓｉ　５〜１５重量％
   及び、残りがＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｎｉからなる請求項１
   記載の方法。
7. 【請求項７】　　羽根の清浄化のための、空気流に混合
   される薬剤が弱い噴流の粒状物からなる請求項１記載の
   方法。
8. 【請求項８】　　上塗層がプラスチックを基礎とするポ
   リウレタン反応ラッカーからなる請求項３記載の方法。