JPS60169737A - 高温部品および材料劣化調査を要する部品の構造 - Google Patents

高温部品および材料劣化調査を要する部品の構造

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JPS60169737A
JPS60169737A JP2439184A JP2439184A JPS60169737A JP S60169737 A JPS60169737 A JP S60169737A JP 2439184 A JP2439184 A JP 2439184A JP 2439184 A JP2439184 A JP 2439184A JP S60169737 A JPS60169737 A JP S60169737A
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JP
Japan
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hardness
bearing surface
temperature
moving blade
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JP2439184A
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Fumiyuki Hirose
文之 広瀬
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40Investigating hardness or rebound hardness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022Environment of the test
    • G01N2203/0222Temperature
    • G01N2203/0226High temperature; Heating means

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  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、カスタービンの高温部品およびその他材料劣
化調査を必要とする部品を、咳部品を損傷することなく
、正確に検査するに好適な高温部品および材料劣化調査
を要する部品の構造に関する。
〔発明の背景〕
ガスタービンを例にとって述べる。ガスタービンの高温
部品の劣化状況を知る、すなわち余寿命を知るというこ
とは、保守運用上あるいは、信頼性向上の為には、必要
不可欠な要求である。ガスタービンを設計する段階では
、種々の要素を考慮して部品の寿命を決定し、これを満
たすような材料を選定し、形状を決めている訳であるが
、種々の要素に必ずしも部品の使用状況が詳細に織り込
まれてなく部品の寿命において環境、運転方法の違いに
より、同一部品であっても非常に大きな差が生じている
。すなわち、ある物は、予想よりも長く、ある物は、予
想よりも極端に短いといった具合でおる。そこで、通常
は、定期点検において、部品の外観上の問題(クラック
とか欠損、摩耗など)が生じていないかを検査し、補修
を行って再使用して寿命を延ばそうとしているが、ある
許容量を超えているものは寿命が来にと判断し新品と交
換している。すなわち、材料そのものの劣化状況はほと
んど検査されず外観上の検査によって判定される為、部
品によっては、外観が良好であるが、材料が劣化してい
る場合があり、この物が再使用された場合、破壊に至る
場合があり、予想しない事故を招くことが考えられる。
又、外観上の問題が生以それが許容量であった為、補修
して再使用となったとして材料の劣化状況が把握されて
いなければ、材料が劣化していた場合は、その補修は、
化粧的力ものとなシ、事故に至ることが考えられる。こ
の為、現在では、材料の劣化を検査する方法として部品
の硬度測定および部品のミクロ組識を調査することが行
われる。
しかし彦から、後に詳説する如く、硬度測定の場合には
部品に圧痕が生じ、又、ミツ0組識調査では、部品の研
磨により肉厚が薄くなり、再使用が困難となる欠点が有
った。特に、薄肉厚の部品に関しては、致命的の欠点と
なり、調査した部品を廃棄せねばなら々い不具合が生ず
る。
第1図において、コンプレッサ部1で圧縮された空気2
は、タービンケーシング3内を通シ燃焼器外筒4内へ流
れ、燃焼器内筒5内へ流入する。
ここで燃料ノズル6より噴霧された燃料と混合拡散され
て点火プラグ7によシ点火され燃焼する。
燃焼ガス8は、燃焼器内筒5内を通ってト2ンジション
ビース9内を通ジタービン部10へ流入する。第2図は
、タービン部1oの詳細を示す図である。本図において
、燃焼ガス8は、静翼11a。
bで速度エネルギーに変換され動翼12a、12bに回
転力を与え排ガスとなシ大気へ放出される。
以上述べたように、燃焼器内筒5、ト2ンジションビー
ス9、静翼11a、llb、動翼12a。
12bは、運転中、非常に高温となっていることが判る
。第3図は、動翼12aの立体図である。
通常、動翼の材料劣化検査は、前述した如く硬度とミク
ロ組識を観ることにょシ行うが、第3図の場合は、動翼
12a単体を外し、百枚近くの内の1枚程度を抽出して
、ミツ0組識調査の為、試験片13を切シ出したもので
ある。この場合は、動翼12aは、試験片13を切り出
した為、実機には使用不可であり、新品と交換せねばな
らず、大型ガスタービンともなると翼単価も膨大な額と
なシ相当な損益となシうる為好ましくない。また、試験
片を切シ出さずに組織調査を行うことは、翼の表面を研
磨する必要があシ、翼などのように表面が複雑にわん曲
している場合は、非常に難かしく又、翼の肉厚も薄くな
ることから、問題が多〈実施不可能である。このことか
らミツ0組識調査は、特別な事情のない限シは行われな
い。別の硬度測定については、第4図(a)に示す如く
翼の先端部14及び翼表面部15において行われる。こ
の方法では、部品に硬度計の圧痕17がつき、切欠きと
なってクラックの発生原因となる為、除去する必要があ
る。このことによシ翼を削ることにより形状寸法が変わ
ってしまうことになる。又、翼表面部15では、肉厚が
薄い為、第4図(b)に示す如く圧痕部16aの裏側丙
に凸部16が生じ翼に対して及び測定においても好まし
くないという欠点がある。又、第5図は、燃焼器内筒5
の一部分5aを示した図であるが、動翼12aと同様に
圧痕17がつく不具合が生ずる。
〔発明の目的〕
本発明は、上記欠点等を解決するもので、その目的は、
部品を損傷すること力<、高精度の材料劣化調査が可能
な高温部品および材料劣化検査會要する部品の構造を提
供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、上記目的を達成するために、当該部品と同一
材質で、かつ該部品の肉厚よりも厚い適宜の広さの座面
を上記部品に形成してなる高温部品および材料劣化調査
を要する部品の構造を特徴としたものでおる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
まず、本実施例の概要を説明する。
第8図に示す如く、燃焼器内筒5の最高温部分である内
筒下流部23には、燃焼器内筒5の肉厚(約工篩ないし
2m)の2ないし3倍の肉厚を有する同一材質の座面2
8が形成される。この形成位置は、理論および経験上、
最も苛酷条件が負荷される所に設定される。
使用後、硬度検査をする場合には、この座面2Bを用い
ることにより正確に行われ、生じた圧痕は座面28の肉
厚が厚いため、そのまま放置してもよく、研磨等によっ
て圧痕を除去することもできる。又、ミクロ組識調査は
、座面28を研磨し、顕微鏡によシ行われる。上記の如
く、肉厚が厚いため数回研磨しても部品の肉厚よシ厚く
、数回にわたる材料劣化調査を行なうことができる。
次に、本実施例を更に詳細に説明する。
第6図(a)に示す如く、カスタービンの高温部品の1
つである燃焼器内筒5は、内筒上流部200穴部21に
燃料ノズル6が挿入され、上記した如く、高温の燃焼ガ
ス8が内筒下流部23からトランジションピース9(第
1図に示す)に流出される。第6図において、横軸に内
筒上流部20から内筒下流部23までの長手方向の位置
をとシ、縦軸にその位置における温度をとると、燃焼反
応の相異などによシ内筒下流部23付近が最も高温とな
6.5oocないし900Cに達する。燃焼器内筒5は
、上記高温に耐えるようにNi、Orを主成分とする超
耐熱合金で形成されているが、ガスタービンの起動、停
止時の熱衝撃に耐えるように1mmないし2瓢の薄板円
筒構造から形成される。
以上のことから、燃焼器内筒5は内筒下流部23を定期
的に調査し、その劣化度を検査することが必要とされる
第7図(a)は動翼12aの翼部の下端側24から先端
25までを示している。第7図(b)において、縦軸に
下端側24から先端25までの高さ方向の位置をと9、
横軸にその位置における温度をとると、翼部中央よシや
や先端25よシの位置に最高温度の部品がめられ、約8
00C前後の温度となる。動翼12aも燃焼器内筒5と
同様に超耐熱合金で形成されているが、上記高温下の使
用によシ徐々に強度が低下する。従って、その最高温部
を定期的に硬度検査およびミクロ組識調査等をする必要
がある。
本実施例は上記観察を基に、燃焼器内筒5および動翼1
2aの如き高温部品に材料劣化調査のための座面を形成
したものである。
第8図に示す如く、燃焼器内筒5の最も高温となυ得る
部分の内筒下流部23に、肉厚の2ないし3倍程度の材
料劣化調査目的の為のある広さをもった平坦な座面28
が設けられている。この座面28の取付は方法は、燃焼
器内筒5とメタル温度が同一となるようにかつ、運転中
はがれないように、一体構造となシ得るべく溶接等の手
段によシ取付ける。又、その位置は、第9図に示す如く
燃焼ガス8の流れに対し、外側、または、内側、あるい
は、外側、内側の両側に座面28を設ける。
これは、燃焼器内筒50周辺のメタル温度の変化に応じ
最適の状態のものを選択し取シ付けるようにするためで
ある。例えば、燃焼器内筒5には、多数の冷却用ルーバ
26及び空気穴27が設けられているが、ルーバ26の
下流部に座面28を設ける場合は、冷却空気が内筒の内
面を沿って流れる為、座面28’(l−その空気層の厚
さよシ出張らせて冷却の効果がなくなるようにし、座面
28が最も高温に保持されるようにすることが必要とな
る。
第10図は動翼12aの上記最高温度部に座面29を形
成した実施例である。座面29はカスの流れとは無関係
に平坦に形成される。なお動翼12aは精密鋳造品で形
成されるため、座面29も最初の製品鋳込み段階で一体
的に形成される。
勿論、後に溶接しても構わない。
上記の座面29,29はいずれも・対象部品と同一材質
で形成され、その肉厚は、少なくとも数回研磨した後に
対象部品の肉厚と同一のものとなるように上記の如く、
部品肉厚の2ないし3倍に形成される。又、その面積は
、硬度検査およびミクロ組識調査のし得る適宜の寸法に
形成される。又、座面28,29の個数は図示の如く一
箇所に限定しない。
動翼12aの場合には、座面29を形成することにより
翼形状が変化し、性能に影響を与える恐れもあるが、タ
ービンに用いられる動翼12aの数は極めて多数枚であ
り、この内の1ないし数枚の局所に上記座面29會設け
てもほとんど影響なく、詳しくは座理29による翼重量
の増加によるバランス取シにより解消される。
次に、本実施例の作用、効果を説明する。
第11図に示す如く、横軸に使用された時間(寿命に相
当)をとり、縦軸に硬度をとると曲線A(ある幅を有す
る)の如く変化することが知られている。すなわち、使
用後、初期基準値Bよシ硬度上昇が生じた後、ある時間
経過後には斜線に示す如く初期基準値Bを下廻る。この
下廻った状態が材料の劣化に相当する。従って、材料毎
に、本図の如き硬度曲線を予めめておくことによシ、硬
度測定によって劣化状況を知ることができる。
本実施例において、所定時間経過後、燃焼器内筒5およ
び動翼12aを取外し、座面28.29の硬度測定をす
ることによシ、その劣化状況および余寿命等を知ること
ができる。又、座面28゜29は肉厚が厚いため、硬度
測定が正確にできると共に、測定により生じた圧痕は座
面をその分だけ削シ取ることにより除去される。又、厚
肉のため数回除去されても問題ない。
又、材料劣化をより精密に行なうためには、上記の如く
ミクロ組識調査が会費となる。この調査は測定面を研磨
して顕微鏡によって行なう。座面28.29は容易に研
磨し得るので、ミクロ組識調査が可能となる。この場合
にも、厚肉のため、研磨しても問題ない。
以上の如く、上記実施例によシ曲面形状によって構造さ
れたガスタービンの高温部品において、従来非常に困難
とされていたミクロ組識の観察を、簡単に行うことがで
き、又硬度も正確に測定可能で後に残った部品に有害な
圧痕も部品の所定の肉厚を損うことなく除去できるので
、カスタービンの保守・運用における信頼性の向上が期
待できる。
又、硬度、ミクロ組識等の材料の劣化調査が同一部品で
かつ同一の場所で毎回行える為、部品の寿命予測等の精
度の向上が図れる。
上記実施例はガスタービンの燃焼器内筒5および動翼1
2aについて説明したが、勿論、これ以外の高温部品に
対しても同様に適用される。又、カスタービンの高温部
品に限らず、その他の高温部品および製品の損傷を嫌う
他の材料劣化調査を要する部品に対しても同様に適用さ
れる。
〔発明の効果〕
以上の説明によって明らかな如く、本発明によれば、部
品を損傷することなく、高精度の材料劣化調査ができる
効果が上げられる。
【図面の簡単な説明】
第1図はガスタービンの燃焼器まわりの構造をす斜視図
、第4図(a)はタービン翼の先端部の従来の硬度検査
を説明する斜視図、第4図(b)は第4図(a)のIV
−IV線断面図、第5図は従来の硬度検査のための燃焼
器内筒の一部分の斜視図、第6図(a)は燃焼器内筒の
斜視図、第6図(b)は燃焼器内筒の硬度分布を示す線
図、第7図(alは動翼の翼部を示す平面図、第7図(
b)は動翼の温度分布を示す線図、第8図は本発明一実
施例の斜視図、第9図は第8図における座面の取付状態
を説明する部分断面図、第10図は本発明の他の実施例
の斜視図、第11図は材料の硬度と寿命との関係を示す
線図である。 1・・・コンプレッサ部、2・・・空気、3・・・ター
ビンケーシング、4・・・燃焼器外筒、5・・・燃焼器
内筒、5a・・・燃焼器内筒の一部分、6・・・燃料ノ
ズル、7・・・点火プラグ、8・・・燃焼ガス、9・・
・トランジションピース、10・・・タービン部、ll
a、llb・・・静翼、12a、12b・・・動翼、1
3・・・試験片、14・・・先端部、15・・・翼表面
部、16・・・凸部、16a・・・圧痕部、17・・・
圧痕、2o・・・内筒上流部、21・・・穴部、23・
・・内筒下流部、24・・・下端側、25・・・先端、
26・・・ルーバ、27・・・空気穴、28゜29・・
・座面。 代理人 弁理士 秋本正実 千1図 率2図 も3図 噌4−図 (a) 7」 (b) 第5図 光6図 (α) (b) 長今(右向の4有蚤■ も9図 C(J−1 (b) 遍恵 − 光8図 噌q図 8 π

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、高温部品および材料劣化調査を要する部品の一部分
    に、該部品と同一材質で、かつ該部品の肉厚よりも厚い
    適宜の広さの座面を形成したことを特徴とする高温部品
    シよび材料劣化調査を要する部品の構造。 2、上記部品の一部分が、上記高温部品の最高温度部分
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
    高温部品および材料劣化調査を要する部品の構造。 3、上記座面の肉厚が、材料検査のために該座面を少な
    くとも数回研磨した後に、上記部品の肉厚と同一寸法に
    なるように形成されるものであることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項に記載の高温部品および材料劣化調査
    を要する部品の構造。
JP2439184A 1984-02-14 1984-02-14 高温部品および材料劣化調査を要する部品の構造 Pending JPS60169737A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1111366A3 (de) * 1999-12-23 2004-01-07 ALSTOM (Switzerland) Ltd Verfahren zur Überwachung des Kriechsverhaltens rotierender Komponenten einer Verdichter- oder Turbinenstufe

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57197440A (en) * 1981-05-29 1982-12-03 Hitachi Ltd Life foreseeing method for actual component

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