KR102045742B1 - 터빈 날개의 보수 방법 - Google Patents
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Abstract
잔류 응력 제거를 위한 열처리를 터빈 동익에 실시하기 전에, 터빈 동익을 수조에 침지하는 동시에 수조 내에 초음파를 전도시켜 터빈 동익을 세정하는 초음파 세정 처리(단계(S22, S25))와, 초음파 세정 처리 후에 내부 냉각 유로 내에 가압수를 분사하는 가압수 세정 처리(단계(S23, S26))를 적어도 1회 실행하는 부착물 세정 공정(스케일 세정 공정)이 실행된다.
Description
본 발명은 냉매를 유통시키는 내부 냉각 유로를 갖는 터빈 날개의 보수 방법에 관한 것이다.
종래, 이러한 종류의 터빈 날개의 보수 방법으로서, 터빈 날개의 외표면에 입혀진 금속 피막으로 이루어지는 본딩 코트막이나, 해당 본딩 코트막의 외측에 입혀진 세라믹 피막으로 이루어지는 차열 탑코트막과 같은 코팅을 화학 처리나 기계 처리에 의해 일단 제거하고, 다시 새로운 코팅을 입히는 기술이 알려져 있다. 예컨대, 특허문헌 1에는, 우선, 코팅의 외표면이나 터빈 날개의 내부에 형성된 냉각 매체 통로의 내벽면에 부착된 부식성 산화물 등의 스케일을 복수의 화학 처리에 의해 제거하고, 터빈 날개의 잔류 응력을 열처리에 의해 제거하고, 코팅을 화학 처리에 의해 제거하는 기술이 개시되어 있다. 코팅 제거 전에 터빈 날개로부터 잔류 응력을 제거하는 것은 코팅 제거의 화학 처리에 있어서 터빈 날개에 응력 부식 균열이 발생하는 것을 방지하기 위해서이다.
터빈 운전시에 터빈 날개의 표면(코팅의 표면)이나 내부 냉각 통로의 내벽면에 부착된 부식성의 스케일은 상술한 열처리 공정에 있어서 고온 부식을 발생시킬 우려가 있다. 이 고온 부식은 터빈의 재운전시에 터빈 날개에 손상을 발생시키는 요인이 될 수 있기 때문에, 터빈 날개에 부착된 부식성 스케일을 열처리 공정 전에 확실히 제거하는 것이 요구된다. 그렇지만, 터빈의 운전 조건에 따라서는, 터빈 날개에 부착된 수용성의 스케일을 제거하면, 충분히 상기 손상의 발생을 회피할 수 있다고 여겨지는 경우가 있다. 이러한 경우에도, 복수 또한 다양한 화학 처리 및 수세 처리에 의해 터빈 날개에 부착된 스케일을 제거하는 수법을 이용하는 것은 보수 공정 전체의 다공정화나 복잡화를 초래하여, 바람직하지 않다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 냉매를 유통시키는 내부 냉각 유로를 갖는 터빈 날개의 보수 공정에 있어서, 터빈 날개에 열처리를 실시하기 전에, 해당 터빈 날개에 부착된 수용성 스케일을 보다 간이한 수법으로 양호하게 제거하는 것을 주 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 냉매를 유통시키는 내부 냉각 유로를 갖는 터빈 날개의 보수 방법으로서, 상기 터빈 날개를 수조에 침지하는 동시에 해당 수조 내에 초음파를 전도시켜 해당 터빈 날개를 세정하는 초음파 세정 처리와, 해당 초음파 세정 처리 후에 상기 내부 냉각 유로 내에 가압수를 분사하는 가압수 세정 처리를 적어도 1회 실행하는 스케일 세정 공정과, 상기 스케일 세정 공정 후에, 상기 터빈 날개에 잔류하는 응력이 제거되도록 열처리를 실행하는 잔류 응력 제거 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 터빈 날개의 보수 방법에서는, 잔류 응력 제거를 위한 열처리를 터빈 날개에 실시하기 전에, 터빈 날개를 수조에 침지하는 동시에 수조 내에 초음파를 전도시켜 터빈 날개를 세정하는 초음파 세정 처리와, 초음파 세정 처리 후에 내부 냉각 유로 내에 가압수를 분사하는 가압수 세정 처리를 적어도 1회 실행하는 스케일 세정 공정이 실행된다. 이로써, 초음파 세정 처리에 의해 터빈 날개의 외주면이나 내부 냉각 유로의 내벽면에 부착된 수용성 스케일을 양호하게 박리시킬 수 있다. 그리고, 가압수 세정 처리에 의해, 내부 냉각 유로 내에 잔류한 수용성 스케일을 보다 확실히 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 냉매를 유통시키는 내부 냉각 유로를 갖는 터빈 날개의 보수 공정에 있어서, 터빈 날개에 열처리를 실시하기 전에, 해당 터빈 날개에 부착된 수용성 스케일을 보다 간이한 수법으로 양호하게 제거하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따른 터빈 날개의 보수 방법에 있어서, 상기 터빈 날개는, 외표면에 입혀진 제 1 피막층과 해당 제 1 피막층의 외측에 입혀진 제 2 피막층으로 구성되는 보호층을 가져도 좋고, 상기 잔류 응력 제거 공정 전에, 상기 제 2 피막층을 블러스트 처리에 의해 제거하는 제 2 피막층 제거 공정을 가져도 좋다. 이에 의해, 제 2 피막층에 부착된 수용성 스케일은, 잔류 응력 제거를 위한 열처리를 터빈 날개에 실시하기 전에, 제 2 피막층을 제거하기 위한 블러스트 처리에 의해 해당 제 2 피막층과 함께 양호하게 제거된다. 한편, 해당 블러스트 처리에서는 제거 불가능한 제 2 피막층 이외의 터빈 날개의 외주면이나 내부 냉각 유로 내에 부착된 수용성 스케일은, 잔류 응력 제거를 위한 열처리를 터빈 날개에 실시하기 전에, 상기 스케일 세정 공정에 의해 양호하게 제거된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 터빈 날개의 보수 방법은 제 2 피막층을 갖는 터빈 날개에의 적용에 바람직하다. 또한, 제 2 피막층 제거 공정과 스케일 세정 공정은, 잔류 응력 제거 공정 전이면, 어느 것이 먼저 실행되어도 좋다.
본 발명에 따른 터빈 날개의 보수 방법에 있어서, 상기 터빈 날개는 동익이어도 좋고, 상기 내부 냉각 유로는 상기 터빈 날개의 익정(翼頂) 및 익근(翼根)에서 개구되어도 좋고, 상기 가압수 세정 처리는 상기 익정의 개구 및 상기 익근의 개구 중 어느 한쪽으로부터 해당 내부 냉각 유로 내에 가압수를 분사해도 좋다. 그 결과, 내부 냉각 유로 내에 부착된 수용성 스케일을 익정으로부터 익근에 이르기까지 남김없이 양호하게 제거하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따른 터빈 날개의 보수 방법에 있어서, 상기 가압수 세정 처리는, 길이 방향이 연직 방향을 따르도록 상기 터빈 날개를 지지한 상태에서, 상기 익정의 개구 및 상기 익근의 개구 중 연직 방향 상측에 위치하는 한쪽으로부터 가압수를 분사해도 좋다. 그 결과, 내부 냉각 유로 내에 부착된 수용성 스케일을 가압수의 분사에 의해 연직 방향 상측으로부터 하측으로 씻어내어 더욱 양호하게 제거하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따른 터빈 날개의 보수 방법에 있어서, 상기 스케일 세정 공정은, 전회의 상기 가압수 세정 처리에 대하여, 상기 터빈 날개의 연직 방향 상하가 반대가 되도록 지지 방향을 전환한 후에, 차회의 상기 가압수 세정 처리를 실행해도 좋다. 그 결과, 가압수 세정 처리가 복수회 실행되는 경우에 있어서, 내부 냉각 유로 내에 공급되는 가압수의 흐름의 방향을 전환할 수 있기 때문에, 내부 냉각 유로 내에 부착된 수용성 스케일을 극히 양호하게 제거하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따른 터빈 날개의 보수 방법에 있어서, 상기 스케일 세정 공정은, 상기 익정이 연직 방향 상측이 되도록 상기 터빈 날개를 지지한 상태에서 1회째의 상기 가압수 세정 처리를 실행해도 좋다. 이에 의해, 일반적으로 익근측에 비해 유로가 좁아지는 익정측의 내부 냉각 유로 내에, 수용성 스케일이 막히는 것을 보다 양호하게 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 터빈 날개의 보수 방법에 의하면, 냉매를 유통시키는 내부 냉각 유로를 갖는 터빈 날개의 보수 공정에 있어서, 터빈 날개에 열처리를 실시하기 전에, 해당 터빈 날개에 부착된 수용성 스케일을 보다 간이한 수법으로 양호하게 제거하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 터빈 날개의 보수 방법의 대상이 되는 가스 터빈 동익의 일 예를 도시하는 단면도,
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 터빈 날개의 보수 방법으로서의 보호층 제거 공정을 실행하기 위한 보호층 제거 시스템을 도시하는 개략도,
도 3은 보호층 제거 공정의 일 예를 나타내는 흐름도,
도 4는 보호층 제거 공정에 포함되는 부착물 세정 공정의 일 예를 나타내는 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 터빈 날개의 보수 방법으로서의 보호층 제거 공정을 실행하기 위한 보호층 제거 시스템을 도시하는 개략도,
도 3은 보호층 제거 공정의 일 예를 나타내는 흐름도,
도 4는 보호층 제거 공정에 포함되는 부착물 세정 공정의 일 예를 나타내는 흐름도.
이하에, 본 발명에 의한 터빈 날개의 보수 방법의 실시형태를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 터빈 날개의 보수 방법의 대상이 되는 터빈 날개(1)를 도시하는 단면도이다. 터빈 날개(1)는, 주지의 가스 터빈의 전방단(예컨대 1~2단째)에 이용되는 동익이며, 도시하지 않는 터빈 차실 내에 배치된다. 다만, 본 발명에 의한 터빈 날개의 보수 방법의 대상은 터빈 날개(1)에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 발명에 의한 터빈 날개의 보수 방법의 대상은 가스 터빈의 후방단에 장착되는 터빈 동익이어도 좋고, 가스 터빈 정익이어도 좋으며, 또한, 증기 터빈에 이용되는 동익이나 정익이어도 좋다.
터빈 날개(1)는, 도시하는 바와 같이, 프로파일을 형성하는 날개부(2)와, 날개부(2)와 접합되는 플랫폼(3)과, 플랫폼(3)으로부터 날개부(2)와는 반대측으로 연장되는 섕크(4)를 포함한다. 섕크(4)의 플랫폼(3)과는 반대측(도 1의 하측)에는, 도시하지 않지만, 가스 터빈의 로터의 디스크에 장착되는 익근이 형성되어 있다.
터빈 날개(1)의 내부에는, 도시하지 않는 익근으로부터 날개부(2)의 선단인 익정(2T)까지 연장되는 복수의 내부 냉각 유로(5)가 형성되어 있다. 도시하는 바와 같이, 복수의 내부 냉각 유로(5)는, 그 일부가 날개부(2)의 내부에서 사행하도록 형성된 서펜타인 유로로서 구성된다. 또한, 복수의 내부 냉각 유로(5)는 익근 및 익정(2T)에서 각각 개구되어 있으며, 내부 냉각 유로(5) 내에는, 도시하지 않는 로터로부터 익근의 개구를 거쳐서 냉각 공기가 공급된다. 내부 냉각 유로(5) 내에 공급된 냉각 공기는 섕크(4), 플랫폼(3), 날개부(2)의 내부를 통과한 후, 익정(2T)의 개구나 날개부(2)의 전연, 후연 등에 형성된 복수의 유출 구멍(어느 것도 도시하지 않음)으로부터 터빈 날개(1)의 외부로 방출된다. 이에 의해, 고온 환경에 장시간에 걸쳐서 노출되는 전방단의 터빈 날개(1)를 효과적으로 냉각할 수 있다. 또한, 도시하지 않는 익근의 개구는 도 1의 하향으로 개구하는 것이어도 좋고, 도 1의 좌우 어느 쪽을 향하여 개구되는 것이어도 좋다.
이와 같이 구성된 터빈 날개(1)는, 날개부(2)의 외주면에 피막된 본딩 코트층(제 1 피막층)과, 해당 본딩 코트층의 외측에 피막된 탑코트층(제 2 피막층)으로 구성되는 보호층을 갖고 있다. 본딩 코트층은, 예컨대 MCrAlY 합금(다만, M은 Co, Ni, 또는 이들 원소의 조합)으로 형성되며, 날개부(2)와 탑코트층의 밀착성을 높이는 금속 결합층으로서 기능한다. 탑코트층은 지르코니아(ZrO2)계 세라믹스제의 피막이며, 차열성을 갖는 차열 코팅(TBC: Thermal Barrier Coating)막으로서 기능한다. 이에 의해, 터빈 날개(1)의 내열성을 향상시킬 수 있다.
그렇지만, 고온 환경하에 장시간에 걸쳐서 노출된 터빈 날개(1)의 보호층에는, 열화가 생기는 경우가 있다. 그 때문에, 터빈 날개(1)를 일정 기간 사용한 후에는, 터빈 날개(1)로부터 한 번 보호층을 제거한 후에, 다시 새로운 피막을 입힌다는 보수(재생) 작업이 필요하다. 이하, 터빈 날개(1)의 보수(재생) 작업에 있어서의 보호층 제거를 위한 일련의 공정에 대하여, 도 2 내지 도 4에 따라서 설명해 나간다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 터빈 날개의 보수 방법으로서의 보호층 제거 공정을 실행하기 위한 보호층 제거 시스템(10)을 나타내는 개략도이다. 보호층 제거 시스템(10)은, 탑코트층을 제거하기 위해서 터빈 날개(1)에 블러스트 처리를 실시하는 블러스트 장치(11)와, 터빈 날개(1)에 초음파 세정 처리를 실시하는 초음파 세정 장치(12)와, 터빈 날개(1)에 가압수 세정을 실시하는 가압수 세정 장치(13)와, 잔류 응력을 제거하기 위한 열처리를 터빈 날개(1)에 실시하는 열처리 장치(14)와, 산화막을 제거하기 위한 블러스트 처리를 터빈 날개(1)에 실시하는 블러스트 장치(15)와, 본딩 코트층을 제거하기 위한 산세 처리 등을 터빈 날개(1)에 실시하는 세정 장치(16)와, 터빈 날개(1)를 청정화하기 위한 블러스트 처리를 실행하는 블러스트 장치(17)와, 가열 착색 검사를 실행하기 위한 열처리를 터빈 날개(1)에 실시하는 열처리 장치(18)로 구성된다. 다만, 블러스트 장치(11, 15, 17)는 어느 하나의 장치를 겸용하는 것으로 해도 좋다.
도 3은 보호층 제거 공정의 일 예를 나타내는 흐름도이다. 보호층 제거 공정에서는, 우선, 블러스트 장치(11)를 이용하여 터빈 날개(1)에 블러스트 처리를 실시하는 것에 의해, 외주면에 피막된 탑코트층을 제거하는 탑코트층 제거 공정(제 2 피막층 제거 공정)을 실행한다(단계(S11)). 본 실시형태에서는, 알루미나계의 투사재를 이용하여 블러스트 처리를 실행한다. 이에 의해, 세라믹스제의 피막인 탑코트층을 양호하게 제거할 수 있다. 또한, 블러스트 처리에 이용하는 투사재는 알루미나계에 한정되는 것은 아니다.
단계(S11)의 탑코트층 제거 공정에서는, 가스 터빈의 운전 중에 터빈 날개(1)의 탑코트층의 외표면에 부착된 수용성 스케일을 탑코트층과 함께 제거할 수 있다. 그렇지만, 복수의 내부 냉각 유로(5)의 내벽면이나 플랫폼(3), 섕크(4)에 부착된 수용성 스케일은 탑코트층 제거 공정으로는 제거할 수 없다. 그리고, 이 상태에서, 후술하는 잔류 응력 제거를 위한 열처리(단계(S13))를 터빈 날개(1)에 실시하면, 수용성 스케일의 부착 개소에 고온 부식이 발생할 우려가 있다. 이 고온 부식은 가스 터빈의 재운전시에 터빈 날개(1)에 손상을 발생시키는 요인이 될 수 있기 때문에, 특히 전방단에 이용되어 고온에 노출되는 본 실시형태의 터빈 날개(1)에 대하여, 고온 부식의 발생을 방지하기 위해 열처리 전에 터빈 날개(1)로부터 수용성 스케일을 확실히 제거하는 것이 요구된다. 그래서, 본 실시형태의 보호층 제거 공정에서는, 탑코트층 제거 공정에 이어, 초음파 세정 장치(12) 및 가압수 세정 장치(13)를 이용하여, 도 4에 나타내는 부착물 세정 공정을 실행한다(단계(S12)). 부착물 세정 공정에 대해서는 나중에 상술하지만, 동 공정을 실행하는 것에 의해, 터빈 날개(1)에 부착된 수용성 스케일을 양호하게 제거할 수 있다.
부착물 세정 공정의 실행 후, 열처리 장치(14)를 이용하여 잔류 응력을 제거하기 위한 열처리를 터빈 날개(1)에 실시하는 잔류 응력 제거 공정을 실행한다(단계(S13)). 잔류 응력 제거 공정에서는, 진공식의 열처리 장치(14)를 이용하여 터빈 날개(1)에 열처리를 실시하는 것에 의해, 터빈 날개(1)로부터 잔류 응력을 제거한다. 이에 의해, 후술하는 본딩 코트층 제거 공정(단계(S15))에 있어서의 산세 처리에서 터빈 날개(1)에 응력 부식 균열이 발생하는 것을 양호하게 억제할 수 있다. 다음에, 잔류 응력 제거 공정의 열처리에 의해 터빈 날개(1)에 발생한 산화막을 블러스트 장치(15)의 블러스트 처리에 의해 제거하는 산화막 제거 공정을 실행한다(단계(S14)). 이에 의해, 후술하는 본딩 코트층 제거 공정(단계(S15))에 있어서의 산세 처리의 효과를 향상시키는 것이 가능해진다.
이어서, 세정 장치(16)를 이용하여 터빈 날개(1)에 산세 처리를 실시하여, 날개부(2)로부터 본딩 코트층을 제거하는 본딩 코트층 제거 공정(제 1 피막층 제거 공정)을 실행한다(단계(S15)). 본딩 코트층 제거 공정에서는, 세정 장치(16)에 포함되는 강산성 세정액(예컨대, 염산 등)이 채워진 액조(도시하지 않음)에 터빈 날개(1)를 침지하는 것에 의해, 터빈 날개(1)로부터 본딩 코트층을 제거한다. 또한, 산세 처리 후는, 세정 장치(16)에서 물에 의한 세정 처리나 알칼리성 세정액에 의한 중화 처리 등을 터빈 날개(1)에 실시하여, 터빈 날개(1)에 부착된 강산성 세정액을 제거한 후에, 다음 공정으로 이행한다.
또한, 블러스트 장치(17)를 이용해서 터빈 날개(1)에 블러스트 처리를 실시하여, 터빈 날개(1)를 청정화하는 청정화 공정을 실행한다(단계(S16)). 청정화 공정은, 단계(S15)의 본딩 코트층 제거 공정에 있어서의 산세 처리에 의해 터빈 날개(1)의 외표면에 발생한 반응층이나, 해당 산세 처리로 제거할 수 없었던 본딩 코트층의 찌꺼기를 제거하는 것을 목적으로 하여 실행된다. 이에 의해, 터빈 날개(1)의 외표면을 청정화하여, 후술하는 가열 착색 검사(히트 틴트)를 보다 적정하게 실행하는 것이 가능해진다.
여기서, 상기 청정화 공정에 이용된 블러스트 입자의 일부가 터빈 날개(1)의 내부 냉각 유로(5) 내에 혼입되고, 해당 내부 냉각 유로(5) 내에 잔류한 강산성 세정액에 의해 내벽면에 붙어 버리는 경우가 있다. 그래서, 본 실시형태의 보호층 제거 공정에서는, 청정화 공정(단계(S16))의 실행 후, 내부 냉각 유로(5) 내에 부착된 블러스트 입자를 제거하기 위해서, 초음파 세정 장치(12) 및 가압수 세정 장치(13)를 이용하여, 도 4에 나타내는 부착물 세정 공정을 다시 실행한다(단계(S17)). 부착물 세정 공정에 대해서는, 후에 상술하지만, 동 공정을 실행하는 것에 의해, 터빈 날개(1)의 내부 냉각 유로(5) 내에 부착된 블러스트 입자를 양호하게 제거할 수 있다.
부착물 세정 공정의 실행 후에는, 열처리 장치(18)를 이용하여, 터빈 날개(1)에 보호층(본딩 코트층)이 잔류되어 있는지의 여부를 검사하기 위한 가열 착색 처리(히트 틴트)를 터빈 날개(1)에 실시하여(단계(S18)), 보호층(본딩 코트층)의 제거가 완료되었는지의 여부를 판정한다(단계(S19)). 단계(S19)에서는, 가열 후의 터빈 날개(1)의 외표면의 착색 상태를 육안으로 검사함으로써, 보호층(본딩 코트층)의 유무가 검사된다. 그리고, 해당 검사에서 보호층(본딩 코트층)의 제거가 완료되어 있지 않다고 판정한 경우에는, 재차 단계(S15) 이후의 처리를 반복한다. 또한, 해당 검사에서 보호층(본딩 코트층)의 제거가 완료되어 있지 않다고 판정한 경우에는, 단계(S15) 이후의 처리를 반복하는 것을 대신하여, 그라인더 등의 연마 공구를 이용한 보호층(본딩 코트층)의 제거 처리를 실행해도 좋다. 한편, 보호층(본딩 코트층)의 제거가 완료되었다고 판정한 경우는 보호층 제거 공정을 종료한다. 그 후, 터빈 날개(1)에는, 필요에 따른 손상의 보수 작업이나 보호층의 재코팅 작업이 실시되고, 보수가 완료되면, 다시 가스 터빈에 이식된다.
이어서, 도 4에 따라서, 단계(S12), 단계(S17)에서 실행되는 부착물 세정 공정에 대해 상세하게 설명해 나간다. 다만, 이하의 설명에 있어서, 「부착물」이란, 단계(S12)에서 실행되는 부착물 세정 공정에서는, 가스 터빈의 운전 중에 터빈 날개(1)에 부착된 수용성 스케일을 나타내고, 단계(S17)에서 실행되는 부착물 세정 공정에서는, 단계(S16)의 청정화 공정에서 이용된 블러스트 입자를 나타낸다.
부착물 세정 공정에서는, 우선, 길이 방향(도 1에 있어서의 상하 방향)이 연직 방향을 따르도록 터빈 날개(1)를 지지한다(단계(S21)). 이때, 터빈 날개(1)의 익정(2T)이 연직 방향 상측이 되도록 한다. 다만, 「길이 방향이 연직 방향을 따르도록」이란, 길이 방향과 연직 방향이 일치하는 경우뿐만 아니라, 길이 방향이 연직 방향에 대해 약간의 각도를 가지는 경우, 즉 터빈 날개(1)가 약간의 각도를 가지고 경사져 있는 경우도 포함하는 것으로 한다.
다음에, 상술한 바와 같이 지지한 터빈 날개(1)를 초음파 세정 장치(12)에 의해 세정하는 초음파 세정 처리를 실행한다(단계(S22)). 본 실시형태에서, 초음파 세정 장치(12)는, 발신기 및 진동자가 설치된 수조를 갖는다(모두 도시하지 않음). 그리고, 초음파 세정 처리는, 해당 발신기 및 진동자가 설치된 수조 내에 터빈 날개(1)를 침지하고, 발신기 및 진동자에 의해 수조 내에 초음파를 발생·전도시킴으로써, 터빈 날개(1)의 표면에 부착된 부착물을 박리시킨다. 이에 의해, 복수의 내부 냉각 유로(5)의 내벽면의 부착물을 양호하게 박리시킬 수 있다. 또한, 본 처리에서는, 터빈 날개(1)의 외표면의 부착물도 박리시키는 것이 가능하다. 특히, 단계(S12)의 부착물 세정 공정(스케일 세정 공정)에서는, 플랫폼(3)이나 섕크(4)와 같은 탑코트층이 입혀져 있지 않은 터빈 날개(1)의 외표면에 부착된 수용성 스케일을 박리시킬 수 있는 점에서, 본 처리가 유효하게 작용한다. 그리고, 초음파 세정 처리의 실행 후, 수조로부터 인양된 터빈 날개(1)는 단계(S21)에서 지지된 채의 자세로 다음 공정으로 이송된다. 이와 같이, 길이 방향이 연직 방향을 따르도록 터빈 날개(1)를 지지한 상태에서 초음파 세정 처리를 실행하는 것에 의해, 터빈 날개(1)의 수조로의 침지나 수조로부터의 인양을 보다 용이하게 실행하는 것이 가능해진다.
이어서, 가압수 세정 장치(13)를 이용해서 터빈 날개(1)의 복수의 내부 냉각 유로(5) 내에 가압수를 분사하여 세정하는 가압수 세정 처리를 실행한다(단계(S23)). 본 실시형태에서는, 길이 방향이 연직 방향을 따르는 동시에 익정(2T)이 연직 방향 상측이 되도록 터빈 날개(1)를 지지한 상태에서, 복수의 내부 냉각 유로(5)의 익정(2T)의 개구 각각에 가압수의 분사 노즐을 삽입하고, 내부 냉각 유로(5) 내로 직접적으로 가압수를 분사한다. 이로써, 초음파 세정 처리에 의해서는 박리시키지 못했던 부착물을 포함하여, 내부 냉각 유로(5) 내에 잔류한 부착물이 익정(2T)으로부터 익근에 이르기까지 남김없이 가압수로 씻겨지고(내벽면으로부터 벗겨내어지고), 익근의 개구를 거쳐서 터빈 날개(1)(내부 냉각 유로(5))의 외부로 배출된다. 본 처리는, 특히, 본 실시형태의 터빈 날개(1)의 서펜타인 유로와 같은 복잡한 내부 냉각 유로(5)를 갖는 날개로부터 부착물을 제거하는데 바람직하다. 또한, 가압수의 분사 노즐은 반드시 내부 냉각 유로(5)의 개구에 삽입되지 않아도 좋다(이격된 장소로부터 분사되어도 좋다). 또한, 본 처리에서는, 내부 냉각 유로(5)만이 아니라, 터빈 날개(1)의 외주면을 향해서도 가압수를 분사해도 좋다.
가압수 세정 처리에서는, 상술한 바와 같이, 길이 방향이 연직 방향을 따르도록 터빈 날개(1)를 지지한 상태에서, 연직 방향 상측에 위치한 익정(2T)의 개구로부터 내부 냉각 유로(5) 내에 가압수를 분사한다. 이에 의해, 내부 냉각 유로(5) 내의 부착물을 연직 방향 상측으로부터 하측으로 씻어내어 보다 양호하게 제거할 수 있다. 또한, 내부 냉각 유로(5) 내에 부착물이 많이 잔류되어 있는 1회째(단계(S22, S23))의 초음파 세정 처리나 가압수 세정 처리는, 익정(2T)이 연직 방향 상측이 되도록 터빈 날개(1)를 지지한 상태에서 실행된다. 이에 의해, 초음파 세정 처리에 있어서 터빈 날개(1)를 수조로부터 인양할 때나, 가압수 세정 처리를 실행할 때에, 익근측에 비해 유로가 좁아지는 익정(2T)측의 내부 냉각 유로(5) 내에서 부착물이 막히는 것을 양호하게 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 터빈 날개(1)의 연직 방향 상하가 반대가 되도록 지지 방향을 전환한 후에(단계(S24)), 초음파 세정 처리 및 가압수 세정 처리를 다시 실행하고(단계 (S25, S26)), 마지막으로, 터빈 날개(1)에 중탕, 에어 블로우를 실시하고(단계 S27), 부착물 세정 공정을 종료한다. 이와 같이, 초음파 세정 처리 및 가압수 세정 처리를 2회 반복함으로써, 터빈 날개(1)로부터 부착물을 더욱 양호하게 제거할 수 있다. 부가하여, 본 실시형태에서는, 단계(S24)에서 터빈 날개(1)의 연직 방향 상하가 반대가 되도록 지지 방향을 전환하고 나서, 2회째의 초음파 세정 처리 및 가압수 세정 처리를 실행한다. 즉, 단계(S23)의 가압수 세정 처리에서는, 익정(2T)의 개구로부터 내부 냉각 유로(5) 내로 가압수를 분사한 것에 반하여, 단계(S26)의 가압수 세정 처리에서는, 익근의 개구로부터 내부 냉각 유로(5) 내로 가압수를 분사한다. 그 결과, 1회째와 2회째의 가압수 세정 처리의 전후에 내부 냉각 유로(5) 내에 공급되는 가압수의 흐름의 방향을 전환할 수 있기 때문에, 내부 냉각 유로(5) 내의 부착물을 극히 양호하게 제거하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 본 실시형태의 보호층 제거 공정에서는, 단계(S12)에서 부착물 세정 공정(스케일 세정 공정)을 실행하는 것에 의해, 단계(S13)의 잔류 응력 제거 공정에서 터빈 날개(1)에 열처리를 실시하기 전에, 내부 냉각 유로(5) 내를 중심으로 한 탑코트층이 입혀져 있지 않은 개소에 부착된 수용성 스케일을, 복잡하고 또한 다양한 화학 처리 및 수세 처리를 이용하는 일이 없는 보다 간이한 수법으로 양호하게 제거할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 탑코트층이 입혀진 개소에 부착된 수용성 스케일은 탑코트층 제거 공정에서 탑코트층과 함께 제거되어 있다. 따라서, 잔류 응력 제거를 위한 열처리에서, 터빈 날개(1)에 고온 부식이 발생하는 것을 양호하게 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태의 보호층 제거 공정에서는, 단계(S17)에서 부착물 세정 공정(블러스트 입자 세정 공정)을 실행하는 것에 의해, 터빈 날개(1)로부터 보호층을 제거하는 일련의 공정이 종료할 때까지, 단계(S16)의 청정화 공정에서 이용한 블러스트 입자를 터빈 날개(1)의 내부 냉각 유로(5) 내로부터 양호하게 제거할 수 있다. 그 결과, 보호층 제거 공정 후에 실행되는 터빈 날개(1)의 보수 작업이나, 보수 완료 후의 터빈 날개(1)의 이식 작업에 있어서, 터빈 날개(1) 내에 블러스트 입자가 잔류하고 있는 것에 기인하는 문제점의 발생을 양호하게 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시형태에서는, 전방단에 이용되는 터빈 날개(1)를 보수의 대상으로 했지만, 예컨대 일반적으로 후방단에 이용되는 내부 냉각 유로가 단순한 구성의 날개를 보수의 대상으로 하는 경우에는, 내부 냉각 유로 내에 블러스트 입자가 남아 있기 어려울 것으로 여겨지기 때문에, 단계(S17)의 부착물 세정 공정의 실행을 생략해도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 터빈 날개의 보수 방법으로서의 보호층 제거 공정에서는, 잔류 응력 제거를 위한 열처리(단계(S13))를 터빈 날개(1)에 실시하기 전에, 터빈 날개(1)를 수조에 침지하는 동시에 수조 내에 초음파를 전도시켜 터빈 날개(1)를 세정하는 초음파 세정 처리(단계(S22, S25))와, 초음파 세정 처리 후에 내부 냉각 유로(5) 내에 가압수를 분사하는 가압수 세정 처리(단계(S23, S26))를 실행하는 부착물 세정 공정(스케일 세정 공정)이 실행된다(단계(S12)). 이에 의해, 초음파 세정 처리에 의해 터빈 날개(1)의 외주면이나 내부 냉각 유로(5)의 내벽면에 부착된 수용성 스케일을 양호하게 박리시킬 수 있다. 그리고, 가압수 세정 처리에 의해, 내부 냉각 유로(5) 내에 잔류한 수용성 스케일을 보다 확실하게 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 냉매를 유통시키는 내부 냉각 유로(5)를 갖는 터빈 날개(1)의 보수 공정에 있어서, 터빈 날개(1)에 열처리를 실시하기 전에, 해당 터빈 날개에 부착된 수용성 스케일을 보다 간이한 수법으로 양호하게 제거하는 것이 가능해진다. 다만, 부착물 세정 공정(단계(S17))에서는, 단계(S24) 내지 단계(S26)의 처리를 생략하고 초음파 세정 처리 및 가압수 세정 처리를 1회만 실행하는 것으로 해도 좋고, 초음파 세정 처리 및 가압수 세정 처리를 3회 이상 실행하는 것으로 해도 좋다. 또한, 가압수 세정 처리는, 초음파 세정 처리의 실행 후에, 수조로부터 물을 배출한 후에, 해당 수조 내에서 실행되어도 좋다.
실시형태의 보호층 제거 공정에 있어서, 터빈 날개(1)는, 외표면에 입혀진 본딩 코트층(제 1 피막층)과 본딩 코트층의 외측에 입혀진 탑코트층(제 2 피막층)으로 구성되는 보호층을 갖고, 잔류 응력 제거 공정(단계(S13))의 전에, 탑코트층을 블러스트 처리에 의해 제거하는 탑코트층(제 2 피막층) 제거 공정(단계(S11))을 갖는다. 이에 의해, 탑코트층에 부착된 수용성 스케일은, 잔류 응력 제거를 위한 열처리(단계(S13))를 터빈 날개(1)에 실시하기 전에, 탑코트층을 제거하기 위한 블러스트 처리(단계(S11))에 의해 해당 탑코트층과 함께 양호하게 제거된다. 한편, 해당 블러스트 처리에서는 제거 불가능한 탑코트층 이외의 터빈 날개(1)의 외주면이나 내부 냉각 유로(5) 내에 부착된 수용성 스케일은, 잔류 응력 제거를 위한 열처리(단계(S13))를 터빈 날개(1)에 실시하기 전에, 상기 부착물 세정 공정(단계(S12))에 의해 양호하게 제거된다. 이와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 터빈 날개의 보수 방법은 탑코트층을 갖는 터빈 날개(1)에의 적용에 바람직하다.
다만, 탑코트층 제거 공정(단계(S11))과 부착물 세정 공정(단계(S12))은, 잔류 응력 제거 공정(단계(S13)) 전이면, 어느 것이 먼저 실행되어도 좋다. 또한, 본 발명의 터빈 날개의 보수 방법은 탑코트층을 갖지 않는 터빈 날개에 적용되어도 좋다. 그 경우, 보호층 제거 공정으로부터 단계(S11)의 탑코트층 제거 공정이 생략되게 되지만, 단계(S12)의 부착물 세정 공정에서는 초음파 세정 처리에 의해 터빈 날개의 외주면도 세정할 수 있기 때문에, 부착물 세정 공정을 실행하면, 날개부를 포함하여, 탑코트층을 갖지 않는 터빈 날개에 부착된 수용성 스케일을 양호하게 제거할 수 있다.
실시형태의 보호층 제거 공정에 있어서, 터빈 날개(1)는 동익이고, 내부 냉각 유로(5)는 터빈 날개(1)의 익정(2T) 및 익근에서 개구되며, 가압수 세정 처리(단계(S23, S26))는 익정(2T)의 개구 및 익근의 개구 중 어느 한쪽으로부터 내부 냉각 유로(5) 내에 가압수를 분사한다. 그 결과, 내부 냉각 유로(5) 내에 부착된 수용성 스케일을 익정(2T)으로부터 익근에 이르기까지 남김없이 양호하게 제거하는 것이 가능해진다. 다만, 본 발명의 적용은 동익에 한정되는 것이 아니며, 본 발명을 정익에 적용하는 경우에는, 내부 냉각 유로에 가압수를 공급 가능한 개구부로부터 가압수를 공급하면 좋다.
실시형태의 보호층 제거 공정에 있어서, 가압수 세정 처리(단계(S23, S26))는, 길이 방향이 연직 방향을 따르도록 터빈 날개(1)를 지지한 상태에서, 익정(2T)의 개구 및 익근의 개구 중 연직 방향 상측에 위치하는 한쪽으로부터 가압수를 분사한다. 그 결과, 내부 냉각 유로(5) 내에 부착된 수용성 스케일을 가압수의 분사에 의해 연직 방향 상측으로부터 하측으로 씻어내어 더욱 양호하게 제거하는 것이 가능해진다. 다만, 본 실시형태에서는, 길이 방향이 연직 방향을 따르도록 터빈 날개(1)를 지지한 상태에서, 초음파 세정 처리 및 가압수 세정 처리를 실행하는 것으로 했지만, 길이 방향이 수평 방향을 따르도록 터빈 날개(1)를 지지한 상태에서, 초음파 세정 처리 및 가압수 세정 처리의 쌍방 또는 어느 일방을 실행해도 좋다.
실시형태의 보호층 제거 공정에 있어서, 부착물 세정 공정(스케일 세정 공정)은, 전회(前回)의 가압수 세정 처리(단계(S23))에 대하여, 터빈 날개(1)의 연직 방향 상하가 반대가 되도록 지지 방향을 전환한 후에(단계(S24)), 차회의 가압수 세정 처리(단계(S26))를 실행한다. 그 결과, 가압수 세정 처리가 복수회 실행되는 경우에, 내부 냉각 유로(5) 내에 공급되는 가압수의 흐름의 방향을 전환할 수 있기 때문에, 내부 냉각 유로(5) 내에 부착된 수용성 스케일을 극히 양호하게 제거하는 것이 가능해진다. 다만, 본 실시형태에서는, 2회째의 초음파 세정 처리(단계(S25)) 전에 터빈 날개(1)의 지지 방향을 전환하는 것으로 했지만, 단계(S24)의 처리는 적어도 1회째의 가압수 세정 처리(단계(S23))와 2회째의 가압수 세정 처리(단계(S26)) 사이에 실행되면 좋다. 또한, 초음파 세정 처리 및 가압수 세정 처리를 복수회 실행하는 경우에 있어서, 단계(S24)의 처리는 항상 생략해도 좋고, 각 가압수 세정 처리의 사이에서 매회 실행해도 좋으며, 임의의 횟수로만 실행해도 좋다. 또한, 가압수 세정 처리를 한 번 실행한 후, 단계(S24)의 처리, 즉, 터빈 날개(1)의 지지 방향의 전환을 실행한 후에, 연속으로 가압수 세정 처리를 실행해도 좋다.
실시형태의 보호층 제거 공정에 있어서, 부착물 세정 공정(스케일 세정 공정)은, 익정(2T)이 연직 방향 상측이 되도록 터빈 날개(1)를 지지한 상태에서 1회째의 가압수 세정 처리(단계(S23))를 실행한다. 이에 의해, 일반적으로 익근측에 비해 유로가 좁아지는 익정(2T)측의 내부 냉각 유로(5) 내에, 수용성 스케일이 막히는 것을 보다 양호하게 억제할 수 있다. 다만, 익근측이 연직 방향 상측이 되도록 터빈 날개(1)를 지지한 상태에서 1회째의 가압수 세정 처리(단계(S23))나 초음파 세정 처리(단계(S22))를 실행해도 좋다.
1: 터빈 날개 2: 날개부
2T: 익정 3: 플랫폼
4: 섕크 5: 내부 냉각 유로
10: 보호층 제거 시스템 11: 블러스트 장치
12: 초음파 세정 장치 13: 가압수 세정 장치
14: 열처리 장치 15: 블러스트 장치
16: 세정 장치 17: 블러스트 장치
18: 열처리 장치
2T: 익정 3: 플랫폼
4: 섕크 5: 내부 냉각 유로
10: 보호층 제거 시스템 11: 블러스트 장치
12: 초음파 세정 장치 13: 가압수 세정 장치
14: 열처리 장치 15: 블러스트 장치
16: 세정 장치 17: 블러스트 장치
18: 열처리 장치
Claims (6)
- 냉매를 유통시키는 내부 냉각 유로를 갖는 터빈 날개의 보수 방법에 있어서,
상기 터빈 날개를 수조에 침지하는 동시에 상기 수조 내에 초음파를 전도시켜 상기 터빈 날개를 세정하는 초음파 세정 처리와, 상기 초음파 세정 처리 후에 상기 내부 냉각 유로 내에 가압수를 분사하는 가압수 세정 처리를 복수회 연속해서 실행하는 스케일 세정 공정과,
상기 스케일 세정 공정 후에, 상기 터빈 날개에 잔류하는 응력이 제거되도록 열처리를 실행하는 잔류 응력 제거 공정을 포함하고,
상기 터빈 날개는, 외표면에 입혀진 제 1 피막층과 상기 제 1 피막층의 외측에 입혀진 제 2 피막층으로 구성되는 보호층을 갖고,
상기 잔류 응력 제거 공정 전에, 상기 제 2 피막층을 블러스트 처리에 의해 제거하는 제 2 피막층 제거 공정을 갖고,
상기 내부 냉각 유로는 상기 터빈 날개의 익정 및 익근에서 개구되며,
상기 가압수 세정 처리는, 길이 방향이 연직 방향을 따르도록 상기 터빈 날개를 지지한 상태에서, 상기 익정의 개구 및 상기 익근의 개구 중 연직 방향 상측에 위치하는 한쪽으로부터 가압수를 분사하고,
상기 스케일 세정 공정은, 전회의 상기 가압수 세정 처리에 대하여, 상기 터빈 날개의 연직 방향 상하가 반대가 되도록 지지 방향을 전환한 후에, 차회의 상기 가압수 세정 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는
터빈 날개의 보수 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 터빈 날개는 동익인 것을 특징으로 하는
터빈 날개의 보수 방법. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 스케일 세정 공정은, 상기 익정이 연직 방향 상측이 되도록 상기 터빈 날개를 지지한 상태에서 1회째의 상기 가압수 세정 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는
터빈 날개의 보수 방법.
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