板状构件的修补方法以及板状构件、燃烧器、分割环、燃气轮机

摘要

一种板状构件(3)的修补方法，该板状构件(3)配置为将高压空间与低压空间分隔，且在内部沿着板面设置有冷却通路(7)，其中，所述板状构件(3)的修补方法包括：去除加工工序，去除板状构件(3)的损伤部位，而使冷却通路(7)露出；第一附加加工工序，填埋所述板状构件上的通过所述去除加工工序而被去除了材料的区域(10)，封堵露出的冷却通路并且形成与原本的外形相比无缺损的外形；第一开口形成工序，在从冷却通路的制冷剂流动方向观察时，在封堵冷却通路的位置的上游侧设置使冷却通路与低压空间连通的第一开口(13)；以及第二开口形成工序，在封堵冷却通路的位置的下游侧设置使冷却通路与高压空间连通的第二开口(14)。

说明书

技术领域

本发明涉及板状构件的修补方法、以及板状构件、具备该板状构件的 燃烧器、分割环、以及燃气轮机。

背景技术

燃气轮机的燃烧器具备将高温高压的燃烧气体输送至涡轮的尾筒。

形成该尾筒的主体板具有向内部引导冷却空气的结构，以便防止曝露 于高温的燃烧气体而导致的烧损。具体而言，在主体板上形成有在沿着尾 筒的轴线的方向上延伸的多个冷却空气通路，并且在多个冷却空气通路的 每一个上形成有向主体板的外周侧开口的冷却空气入口与向主体板的内 周侧开口的冷却空气出口。冷却空气从尾筒的外周侧的冷却空气入口进入 冷却空气通路内，从冷却空气出口向尾筒的内周侧排出。

在上述结构的燃气轮机的燃烧器的尾筒中，担心因运转中的热循环疲 劳等而产生线状等的裂缝。作为这样的裂缝的修补方法，公知专利文献1 所记载的修补方法。即，该修补方法的特征在于，在实施了消除裂缝产生 部分并设置焊接用的坡口的坡口形成工序以及通过焊接埋塞坡口的底部 的埋塞工序之后，实施在坡口的开口部安装盖板的加盖工序。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-361523号公报

然而，上述修补方法必需在每次修补时根据作为修补对象的裂缝的形 状相应地制作适当形状的盖板，此外需要使坡口的尺寸与盖板对应，因此， 用于形成坡口的作业变得烦琐。因此，修补作业需要长时间，不仅无法缩 短工期，还存在修补成本增大的问题。

发明内容

发明要解决的课题

本发明是考虑到上述情况而完成的，其目的在于提供能够在确保冷却 空气通路的冷却性能的基础上以短时间及低成本实施的板状构件的修补 方法。

用于解决课题的手段

本发明涉及一种板状构件的修补方法，该板状构件配置为将高压空间 与低压空间隔开，且在内部沿着板面设置有冷却通路，所述板状构件的修 补方法的特征在于，包括：去除加工工序，去除所述板状构件的损伤部位， 而使所述冷却通路露出；第一附加加工工序，填埋所述板状构件上的通过 所述去除加工工序而被去除了材料的区域，封堵露出的所述冷却通路并且 形成与原本的外形相比无缺损的外形；第一开口形成工序，在从所述冷却 通路的制冷剂流动方向观察时，在封堵所述冷却通路的位置的上游侧设置 使所述冷却通路与所述低压空间连通的第一开口；以及第二开口形成工 序，在从所述冷却通路的制冷剂流动方向观察时，在封堵所述冷却通路的 位置的下游侧，设置使所述冷却通路与所述高压空间连通的第二开口。

根据上述结构，能够利用容易的方法修补损伤部位，并且能够使工作 流体分别向冷却通路的相对于损伤部位的上游侧以及下游侧流通。

由此，不会因进行损伤部位的修补而封堵冷却通路，能够防止冷却等 各功能降低。此外，不需要根据作为修补对象的裂缝的形状制作盖板、或 形成与盖板对应的坡口的作业。因此，能够在确保冷却通路的冷却性能的 基础上，以短时间及低成本修补板状构件。

另外，在上述板状构件的修补方法的基础上，优选的是，在所述第一 开口形成工序中，通过形成从所述板状构件的所述高压空间侧的面贯通至 所述低压空间侧的面的贯通孔而设置所述第一开口，所述板状构件的修补 方法包括第二附加加工工序，在该第二附加加工工序中，填埋并封堵所述 贯通孔中的使所述高压空间与所述冷却通路连通的部位。

根据上述结构，在用于形成开口的工具的进入方向限定为始于高压空 间侧的情况下，也能够应用本发明的修补方法。

另外，在所述板状构件的修补方法的基础上，优选的是，所述板状构 件的修补方法在所述去除加工工序与所述第一附加加工工序之间具有划 线工序，在该划线工序中，在设置所述第一开口的位置与设置所述第二开 口的位置进行划线。

根据上述结构，通过参照预先露出的冷却通路的位置来确定设置开口 的位置，能够容易且可靠地实施第一开口形成工序以及第二开口形成工 序。

本发明涉及一种板状构件，其配置为将高压空间与低压空间分隔，且 在内部沿着板面设置有冷却通路，所述板状构件的特征在于，具有：填充 构件，其被填充至在对所述板状构件实施去除加工直至所述冷却通路露出 时被去除了材料的区域；第一开口，其设置在所述板状构件的所述低压空 间侧，并且在从所述冷却通路中流动的制冷剂的流动方向观察时，在所述 填充构件的上游侧使所述冷却通路与所述低压空间连通；以及第二开口， 其设置在所述板状构件的所述高压空间侧，并且在从所述冷却通路中流动 的制冷剂的流动方向观察时，在所述填充构件的下游侧使所述冷却通路与 所述高压空间连通。

另外，在上述板状构件的基础上，也可以是，所述板状构件在与所述 第一开口对应的位置形成有从所述低压空间贯通至所述高压空间的贯通 孔，所述板状构件具有在比所述贯通孔与所述冷却通路相交的位置靠所述 高压空间侧的位置封堵所述贯通孔的封堵构件。

另外，本发明提供具备上述板状构件的燃气轮机的燃烧器。

另外，优选为，所述燃烧器包括成形为筒状的所述板状构件，所述板 状构件通过将包括在表面形成有槽的至少一张板在内的多张板贴合而构 成，所述高压空间是所述燃气轮机的外壳的内侧且所述燃烧器的外侧的空 间，所述低压空间是所述燃烧器的内侧的空间。

另外，本发明提供具备上述板状构件的分割环。

此外，本发明提供具备上述燃烧器以及分割环中的至少一方的燃气轮 机。

发明效果

根据本发明，能够利用容易的方法修补损伤部位，并且能够使工作流 体分别向冷却通路的相对于损伤部位的上游侧以及下游侧流通。由此，不 会因进行损伤部位的修补而封堵冷却通路，能够防止冷却功能的降低。此 外，不需要根据作为修补对象的裂缝的形状制作盖板，或形成与盖板对应 的坡口的作业。因此，能够在确保冷却通路的冷却性能的基础上，以短时 间及低成本修补板状构件。

附图说明

图1是将本发明的实施方式的燃气轮机的主要部分剖切后的整体侧视 图。

图2是图1的A部放大图。

图3是本发明的实施方式的尾筒的主要部分剖切立体图。

图4是本发明的实施方式的修补方法的流程图。

图5A是尾筒的主体板的从车厢侧观察时的俯视图。

图5B是图5A的D-D剖视图。

图6A是对主体板的修补方法的去除加工工序进行说明的图，且是主 体板的从车厢侧观察时的俯视图。

图6B是图6A的D-D剖视图。

图7A是对主体板的修补方法的划线工序进行说明的图，且是主体板 的从车厢侧观察时的俯视图。

图7B是图7A的D-D剖视图。

图8A是对主体板的修补方法的第一附加加工工序进行说明的图，且 是主体板的从车厢侧观察时的俯视图。

图8B是图8A的D-D剖视图。

图9A是对主体板的修补方法的第一开口形成工序以及第二开口形成 工序进行说明的图，且是主体板的从车厢侧观察时的俯视图。

图9B是图9A的D-D剖视图。

图10A是对主体板的修补方法的第二附加加工工序进行说明的图，且 是主体板的从车厢侧观察时的俯视图。

图10B是图10A的D-D剖视图。

图11是图1的B部放大图。

图12是对裂缝仅产生在主体板的表层的情况下的修理方法进行说明 的图。

图13A是对本发明的另一实施方式的修补方法进行说明的剖视图。

图13B是对本发明的另一实施方式的修补方法进行说明的剖视图。

图13C是对本发明的另一实施方式的修补方法进行说明的剖视图。

图14是本发明的另一实施方式的修补方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式的板状构件的修补方法进行详细 说明。以下，将本实施方式的板状构件的修补方法应用于构成燃气轮机的 尾筒的主体板而进行说明。但是，本发明不限定于此，也能够应用于将高 压空间与低压空间分隔配置，且在内部设置有沿着板面的冷却通路的板状 构件的修补。

如图1所示，本实施方式的燃气轮机100具备将外部空气压缩而生成 压缩空气的压缩机51、将来自燃料供给源的燃料与压缩空气混合使其燃烧 而生成燃烧气体的多个燃烧器1、以及通过燃烧气体而驱动的涡轮53。

涡轮53具备外壳54、以及在该外壳54内旋转的涡轮转子55。该涡 轮转子55例如与通过该涡轮转子55的旋转而发电的发电机(未图示)连 接。多个燃烧器1以涡轮转子55的旋转轴线S作为中心在周向上彼此以 等间隔固定在外壳54上。

如图2所示，燃烧器1具有收容在车厢57内的内筒58、设置于内筒 58的基端部且具备燃料喷嘴61的燃料供给器59、以及前端部与内筒58 连接的尾筒2。内筒58是形成燃烧室60的内壁面的筒状构件。尾筒2通 过绕轴线T形成为筒状的主体板3而形成外形。

如图3所示，形成尾筒2的主体板3通过对作为两张板的外主体板4 以及内主体板5接合而成的构件进行弯曲加工而形成。在构成主体板3的 两张板中的、形成主体板3的外周侧的外主体板4的内周面上，形成有多 个向外周侧凹陷且在沿着轴线T的方向上延伸的槽条6。在外主体板4的 内周面，接合有构成主体板3的两张板中的另一张板、即内主体板5。形 成于外主体板4的槽条6的开口通过内主体板5被封堵，从而形成冷却空 气通路7。

在主体板3上，在多个冷却空气通路7的每一个上形成有向主体板3 的外周侧即车厢57侧开口的冷却空气入口8、以及向主体板3的内周侧即 燃烧室60侧开口的冷却空气出口9。即，主体板3是沿着板面设置有冷却 空气通路7的板状构件，该冷却空气通路7的一端向车厢57侧开口且另 一端向燃烧室60侧开口。

来自压缩机51的压缩空气F的绝大部分如图2所示那样向燃烧器1 的燃料供给器59内输送，从该燃料供给器59与燃料一起向尾筒2内喷射。 在尾筒2内，燃料燃烧而生成高温的燃烧气体G。该高温的燃烧气体G从 尾筒2向涡轮53内流入，使涡轮转子55旋转。

另外，来自压缩机51的压缩空气F的一部分作为冷却空气，从尾筒2 的外周侧经由该尾筒2的冷却空气入口8、冷却空气通路7、冷却空气出 口9向尾筒2内流入。即，压缩空气F作为冷却空气从作为高压室的车厢 57侧向作为低压室的尾筒2的内侧(燃烧室60侧)流入。此时，从高温 的燃烧气体G向尾筒2赋予的热量经由冷却空气通路7的内表面向冷却空 气传递。由此，防止构成尾筒2的主体板3的温度过度上升。

接下来，对主体板3的修补方法进行说明。图5A～图10A是从车厢 57侧观察主体板3时的俯视图，图5B～图10B是主体板3的剖视图。

本实施方式的修补方法是如图5A以及图5B所示那样在内部形成有冷 却空气通路7的主体板3上形成有贯通的线状的裂缝C的情况下的修补方 法，如图4的流程图所示，依次具有去除加工工序P1、划线工序P2、第 一附加加工工序P3、第一开口形成工序P4、第二开口形成工序P5、以及 第二附加加工工序P6。

如图5A所示，裂缝C以横穿两条冷却空气通路7的方式贯通主体板 3，沿与冷却空气通路7的延伸方向大致正交的方向形成。需要说明的是， 裂缝C的长度、形成的方向不限于此。

在以下说明中，从流通于冷却空气通路7的冷却空气的流动方向的观 点来看，将图5A～图10A、图5B～图10B的左侧称作上游侧，将右侧称 作下游侧。另外，将冷却空气入口8开口的一侧作为车厢57侧，将冷却 空气出口9开口的一侧作为燃烧室60侧。

如图6A以及图6B所示，去除加工工序P1是使用研磨机等沿着产生 于主体板3的裂缝C对裂缝C的周围(裂缝C产生部分)进行去除加工 的工序。通过去除加工工序而形成的长孔10以使研磨机等从尾筒2的外 部即车厢57侧进入并贯通至尾筒2的内部即燃烧室60侧的方式而形成。

如图7A以及图7B所示，划线工序P2是在设置后述的第一冷却孔13 与第二冷却孔14的位置设置成为基准的记号的工序。记号包括与第一冷 却孔13对应的第一记号11、以及与第二冷却孔14对应的第二记号12， 第一记号11标记在形成有裂缝C的位置的上游侧，第二记号12标记在下 游侧。

具体而言，以在通过去除加工工序形成的长孔10的内周面露出的冷 却空气通路7的位置作为基准，使用划线针等将在与长孔10的内周面相 距规定距离的位置、且是相当于冷却空气通路7的正上方的位置标记第一 记号11以及第二记号12。第一记号11在相当于露出的各冷却空气通路7 的正上方的位置分别标记一处，相同地，第二记号12在相当于露出的各 冷却空气通路7的正上方的位置分别标记一处。即，在两条冷却空气通路 7暴露于长孔10的内周面的情况下，标记两个第一记号11以及两个第二 记号12。在图7A中，两个第一记号11(第二记号12)以与长孔10平行 的方式标记，但各第一记号11(第二记号12)距离长孔10的距离也可以 不同。

如图8A以及图8B所示，第一附加加工工序P3是封堵因长孔10而露 出的冷却空气通路7、并且填埋长孔10即通过去除加工而去除了材料的空 间的工序。

具体而言，通过基于焊接的焊接金属16来填埋长孔10。由此，尾筒 2的主体板3形成与原本的外形相比不存在缺损的外形。作为在该第一附 加加工工序P3中使用的焊接方法，例如能够应用TIG焊接、MIG焊接、 等离子体焊接、二氧化碳气体电弧焊、MAG焊接等，但不限定于此。

此时，优选消除附加于长孔10的焊接金属16中的、从主体板3的两 面突出的部分，将主体板3的两面精加工为同一平面。在该工序中，作为 消除焊接金属16的突出部分的机构，采用研磨机等通常的切削、研磨机 构。

如图9A以及图9B所示，第一开口形成工序P4以及第二开口形成工 序P5是形成第一冷却孔13以及第二冷却孔14的工序。

第一开口形成工序P4是在标记于主体板3的第一记号11的位置，且 是冷却空气通路7的正上方，使用电钻工具等形成从车厢57侧贯通至燃 烧室60侧的贯通孔即第一冷却孔13的工序。第一冷却孔13的直径既可 以与冷却空气通路7的宽度大致相同，也可以比冷却空气通路7的宽度大 很多，以便降低作业的烦琐度。

第二开口形成工序P5是在标记于主体板3的第二记号12的位置，且 是冷却空气通路7的正上方，从车厢57侧形成使车厢57与冷却空气通路 7连通的第二冷却孔14的工序。即，第二冷却孔14与第一冷却孔13不同， 未设为贯通孔。第二冷却孔14的直径既可以与冷却空气通路7的宽度大 致相同，也可以比冷却空气通路7的宽度大很多。

如图10A以及图10B所示，第二附加加工工序P6是封堵第一冷却孔 13的一部分的工序。具体而言，利用基于焊接的焊接金属17填埋第一冷 却孔13中的使车厢57与冷却空气通路7连通的连通部分13a。

此时，优选消除附加于使车厢57与冷却空气通路7连通的连通部分 13a上的焊接金属17中的、从主体板3的车厢57侧的面突出的部分，将 主体板3的车厢57侧的面精加工为同一平面。在该工序中，作为消除焊 接金属17的突出部分的机构，采用研磨机等普通的切削、研磨机构。

通过以上工序，尾筒2的主体板3成为如下的板状构件，其具有：作 为连通空间的长孔10，其横穿冷却空气通路7；作为填充构件的焊接金属 16，其填充于该长孔10，封堵向长孔10的内周面开口的冷却空气通路7 的开口；第一冷却孔13，其使比焊接金属16靠上游侧的冷却空气通路7 与燃烧室60侧连通；第二冷却孔14，其使比焊接金属16靠下游侧的冷却 空气通路7与车厢57侧连通。

另外，在该板状构件的使第一冷却孔13的车厢57与冷却空气通路7 连通的连通部分13a，填充有作为封堵构件的焊接金属17。

根据上述实施方式的主体板的修补方法，能够使工作流体分别向冷却 空气通路7的相对于裂缝C的上游侧以及下游侧流通。由此，不会因进行 裂缝C的修补而封堵冷却空气通路7，能够防止冷却等各功能降低。此外， 不需要根据作为修补对象的裂缝的形状来制作盖板、或形成与盖板对应的 坡口的作业。因此，能够在确保冷却空气通路的冷却性能的基础上，以短 时间及低成本修补板状构件。

另外，在用于形成开口的工具的进入方向限定为始于车厢57侧的情 况下，也能够利用上述实施方式的修补方法。

另外，通过参照预先露出的冷却空气通路7的位置来确定设置第一冷 却孔13以及第二冷却孔14的位置，能够容易且可靠地实施第一开口形成 工序P4以及第二开口形成工序P5。

另外，上述实施方式的板状构件的修补方法还能够应用于燃气轮机 100的分割环。

如图11所示，分割环21在动翼22的外周侧即径向外侧分割设置有多 个。在分割环21的径向外侧隔着阻热环(耐热部)23设置有翼环24。在 翼环24上形成有朝向分割环21开口的流路25，在该流路25内，从设置 在燃气轮机100的外部的空气供给源(未图示)供给的空气、或者从压缩 机51抽出的空气作为冷却介质沿着箭头26的方向流动。

另外，在阻热环23上安装有冲击板27。冲击板27配置在翼环24与 分割环21之间，具备用于使从流路25向其外周面(径向外侧的圆周面) 排出的空气通过的多个冷却孔28。

并且，分割环21的冷却空气通路29设置为，从分割环21的外周面 的轴向上游侧(图11中的左侧)在分割环21的内部与轴向大致平行地延 伸并贯通至下游侧的端面。(图11中仅示出一条，但冷却空气通路29在 与纸面垂直的方向上成列状地配置有多个。)

在上述分割环21产生裂缝的情况下，也同样能够应用本发明的修补 方法。在这种情况下，本发明的板状构件是分割环21中的包括冷却空气 通路29的部分。

需要说明的是，本发明的技术范围不限定于上述实施方式，能够在不 脱离本发明的主旨的范围内施加各种变更。

例如，在去除产生于主体板3的裂缝C的周围的去除加工工序P1中 形成的长孔不限于贯通孔。例如，如图12A所示，在裂缝C仅形成于主 体板3的外主体板4侧的情况下，如图12B所示，长孔10B仅形成在外主 体板4侧，不需要贯通主体板3的两面。由此，如图12C所示，由于焊接 金属16B不向主体板3的内周侧泄漏，因此第一附加加工工序P3的作业 变容易。

另外，冷却空气入口8与冷却空气出口9不必一定分别向车厢57侧 与燃烧室60侧开口。例如，如图13A、图13B以及图13C所示，可以形 成为冷却空气从板状构件(主体板3)的端面3a、3b流入或者流出的结构， 应当根据使用板状构件(主体板3)的位置适当地进行设计。

另外，也可以在去除加工工序P1之前、即去除裂缝C之前，形成第 一冷却孔13以及第二冷却孔14。在这种情况下，需要使用伦琴射线、超 声波等能够在不破坏板状构件的情况下推断冷却空气通路的位置的诊断 装置。

另外，也可以在进行去除加工工序P1之后省略划线工序P2而进行第 一开口形成工序P4，之后进行第一附加加工工序P3、第二开口形成工序 P5、第二附加加工工序P6。在这种情况下，在第一开口形成工序P4中， 一边目视观察因去除加工工序P1而露出的冷却空气通路7一边进行定位。

另外，特别是在将本发明的修补技术应用于分割环的情况等能够从板 状构件的两面进入的情况下，如图14的流程图所示，也可以在第一开口 形成工序P4’中不形成贯通孔而设置到达冷却空气通路7的位置的孔，省 略第二附加加工工序P6。通过这样进行修补，能够进一步减少作业的麻烦。

工业利用性

本发明能够应用于配置为将高压空间与低压空间隔开且内部沿着板 面设置有冷却通路的板状构件的修补，特别是燃气轮机、燃气轮机的燃烧 器、分割环的板状构件的修补。

附图标记说明

1：燃烧器

2：尾筒

3：主体板(板状构件)

7：冷却空气通路(冷却通路)

10：长孔(区域)

11：第一记号(划线)

12：第二记号(划线)

13：第一开口(第一冷却孔)

13a：连通部分(第一开口)

14：第二开口(第二冷却孔)

16：焊接金属(填充构件)

17：焊接金属(封堵构件)

21：分割环

57：车厢(高压空间)

60：燃烧室(低压空间)

100：燃气轮机

C：裂缝(损伤部位)