CN108843411B - 一种抗氧化的汽轮机高温部件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机的高温部件，尤其是一种抗氧化的汽轮机高温部件，属于汽轮机装置技术领域；该高温部件包括应用于汽轮机组中的高温蒸汽阀门、过桥汽封以及隔板汽封槽，该高温蒸汽阀门、过桥汽封以及隔板汽封槽与高温蒸汽接触的表面设置有一层抗氧化层涂层；本发明的一种抗氧化的汽轮机高温部件解决了目前汽轮机在高温蒸汽的工作环境下出现氧化脱皮的问题，借助抗氧化涂层能够有效的使高温部件不会出现氧化脱皮的现象，从而对于运转中的汽轮机而言，不会出现卡涩以及通流型面受损的问题。

Description

一种抗氧化的汽轮机高温部件

技术领域

本发明涉及汽轮机的高温部件，尤其是一种抗氧化的汽轮机高温部件，属于汽轮机装置技术领域。

背景技术

随着国家提出清洁能源、节能降耗的新要求，汽轮机发电行业对高参数、高效率机组的需求显得更加突出。汽轮机参数的不断提升，迫使材料性能面临更高更严格的要求。而材料的耐高温性能不仅需要具备较好的力学特性，更需具备较强的抗氧化腐蚀性。但是由于材料性能的技术局限性，在长期承受高温蒸汽作用的阀门、汽封体等结构上，氧化腐蚀问题仍然十分突出。

为减小乃至避免因高温氧化而致氧化皮脱落，进而造成阀门卡涩、汽封圈卡涩、通流部件受损等不良影响，因此需要一种对高温部件如汽缸、阀壳、阀芯件、隔板等进行抗氧化涂层的设计方案，从而保障机组的安全稳定运行。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种抗氧化的汽轮机高温部件，以解决汽轮机中金属部件高温氧化以及活动部件卡涩和通流型面受损的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种抗氧化的汽轮机高温部件，包括应用于汽轮机组中的高温蒸汽阀门、过桥汽封以及隔板汽封槽，该高温蒸汽阀门、过桥汽封以及隔板汽封槽与高温蒸汽接触的表面设置有一层抗氧化层涂层。利用抗氧化涂层以解决汽轮机相关高温部件尤其是在比较重要环节的部件能够具备抗氧化能力，从而能够有效的避免出现氧化皮脱落后对部件产生影响。

进一步的，所述高温蒸汽阀门包括具有蒸汽入口以及蒸汽出口的阀壳，该阀壳内设置有阀座以及与阀座匹配的阀碟，该阀碟连接有阀杆，该阀杆通过间隙配合装配于套筒和衬套内，该阀壳顶部设置有阀盖，该阀壳内还设置有密封圈、密封环、止动圈和滤网。

进一步的，所述阀壳、套筒、阀盖以及阀座具有抗氧化层涂层；

该阀壳的蒸汽入口于蒸汽出口的内壁，以及阀壳内腔表面与蒸汽接触部分设置有抗氧化层涂层；

该套筒除与阀碟、衬套配合的内壁以及除与阀壳、密封环配合的外壁设置有抗氧化层涂层；

该阀座连通蒸汽出口，除与阀碟配合的表面设置有抗氧化层涂层；

该阀盖除与套筒配合的表面设置有抗氧化层涂层。

进一步的，所述抗氧化层涂层采用喷涂设置于部件表面。

进一步的，所述过桥汽封包含汽封体中位于高温区的汽封槽结构内表面和汽封体外表面具有抗氧化层涂层。对于高中压合缸机组，过桥汽封通常要长期承受主汽温度或再热温度的高温作用，其表面氧化情况比汽缸内部其它结构表面更严重。尤其对于过桥汽封的汽封槽，其高温氧化产生的大量氧化皮将导致汽封圈结构卡死，使得汽封圈无法退让。在机组运行过程中，尤其在启动阶段，由于转子的振动将导致汽封齿与转子发生碰磨，严重威胁机组的安全稳定运行。

进一步的，该隔板汽封槽除与汽封圈的轴向配合面及径向配合面的表面具有氧化层涂层。同样对于承受高温作用的隔板结构，为避免因氧化皮脱落造成汽封圈卡死进而造成转子碰磨的现象发生。

进一步的，该氧化层涂层采用刷涂设置于部件表面。隔板轴向距离短，采取刷涂的操作空间足够大，且刷涂的均匀性较好。

进一步的，该氧化层涂层的材料为MCrAlY。涂层材料因元素Y的组成，可以较大提高涂层与母材的结合力，且涂层材料可在高达1050℃的温度环境下持续工作。

进一步的，该氧化层涂层厚度为0.15-0.25mm。涂层完成后，不影响高温部件内部结构的工作性能。

一种汽轮机高温部件的抗氧化涂层，该氧化涂层采用MCrAlY制成，该氧化涂层的厚度为0.15-0.25mm。该涂层能够在不影响部件工作性能的情况下与高温部件本身良好结合，且涂层材料可在高达1050℃的温度环境下持续工作。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种抗氧化的汽轮机高温部件解决了目前汽轮机在高温蒸汽的工作环境下出现氧化脱皮的问题，借助抗氧化涂层能够有效的使高温部件不会出现氧化脱皮的现象，从而对于运转中的汽轮机而言，不会出现卡涩以及通流型面受损的问题；

2、采用MCrAlY作为涂层的基材，并且控制该涂层的厚度，由于部件运作过程中对精度要求较高，出于材料自身特性的设计，利用合理的厚度设计能够有效的满足汽轮机运行的顺畅同时解决高温部件氧化的问题。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明高温蒸汽阀门结构示意图；

图2是本发明过桥汽封的结构示意图；

图3是本发明隔板汽封槽的结构示意图。

图中标记：1-阀壳，2-套筒，3-阀座，4-密封圈，5-密封环，6-止动圈，7-阀盖，8-衬套，9-阀杆，10-阀碟，11-滤网。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例

一种抗氧化的汽轮机高温部件，如图1 至图3所示，包括应用于汽轮机组中的高温蒸汽阀门、过桥汽封以及隔板汽封槽，该高温蒸汽阀门、过桥汽封以及隔板汽封槽与高温蒸汽接触的表面设置有一层抗氧化层涂层。作为更加具体的，视图中，粗实线为具有氧化层涂层的区域。

本实施例中，采用抗氧化层涂层的设计主要是为了解决的问题是：目前的汽轮机组中，由于材料性能的技术局限性，在长期承受高温蒸汽作用的阀门、汽封体等结构上，氧化腐蚀问题仍然十分突出。

基于上述具体实施方式的设计原则上，为了实现更加具体的结构，在其中一具体实施方式中，高温蒸汽阀门包括具有蒸汽入口以及蒸汽出口的阀壳1，该阀壳1内设置有阀座3以及与阀座匹配的阀碟10，该阀碟10连接有阀杆9，该阀杆9通过间隙配合装配于套筒2和衬套8内，该阀壳1顶部设置有阀盖（7），该阀壳1内还设置有密封圈4、密封环5、止动圈6和滤网11。

作为更加具体的设计，为了实现更好的抗氧化能效，以及避免高温蒸汽阀门出现卡涩的情况，在另一具体实施方式中，所述阀壳1、套筒2、阀盖7以及阀座3具有抗氧化层涂层；

该阀壳1的蒸汽入口于蒸汽出口的内壁，以及阀壳1内腔表面与蒸汽接触部分设置有抗氧化层涂层；

该套筒2除与阀碟10、衬套8配合的内壁以及除与阀壳1、密封环5配合的外壁设置有抗氧化层涂层（内壁涂层可以有效避免套筒内部氧化导致的阀杆9与阀碟10、阀杆9与衬套的间隙堵塞情况）；

该阀座3连通蒸汽出口，除与阀碟10配合的表面设置有抗氧化层涂层（该处涂层可以减小因氧化颗粒窜入阀壳1型腔、阀杆9与阀碟10配合间隙区造成间隙堵塞、阀杆9卡死的风险）；

该阀盖7除与套筒配合的表面设置有抗氧化层涂层（阀盖7在高温下也会发生氧化现象，由于套筒2抽汽口的存在，氧化皮可以通过抽汽孔口进而导致阀杆9与衬套8的卡涩）。

作为更加具体的，上述方式中，该阀壳1的蒸汽入口于蒸汽出口的内壁，以及阀壳1内腔表面与蒸汽接触部分设置有抗氧化层涂层。而该阀壳1内腔表面与蒸汽接触部分为除了与套筒2、阀座3、密封圈4、密封环5以及止动环6配合位置的型线腔室。如图1所示，即为阀壳内部的腔体。在设计阀门时除须设计合理的间隙以确保以上相对运动构件得以顺畅滑动运作时，还需考虑材料在高温下氧化皮脱落堵塞间隙从而造成阀杆9卡涩问题以及因氧化皮引致的阀碟10与套筒2的卡涩问题。

基于上述具体实施方式的设计原则上，在另一具体实施方式中，抗氧化层涂层采用喷涂设置于部件表面。由于高温蒸汽阀门的空间有限，以及出于工艺的操作可实现并且保证效果的情况下而才用该工艺。

在汽封系统中，相关部件也容易出现氧化的问题，在改善这个问题的基础上，在其中一具体实施方式中，过桥汽封包含汽封体中位于高温区的汽封槽结构内表面和汽封体外表面具有抗氧化层涂层。结构图如图2所示，以图为例，上侧面和两侧面为汽封体外表面，下部侧面为高温区的汽封槽结构内表面。作为更加具体的，具有氧化层涂层的汽封槽结构表面不含与汽封圈的轴向配合面及径向配合面。而在此工艺中，出于工艺性能的考虑，采用喷涂和刷涂相结合的方式：汽封体外表面采用刷涂形式，操作简单易行；汽封槽内表面采用喷涂形式。

上述具体实施方式的设计中，对于高中压合缸机组，过桥汽封通常要长期承受主汽温度或再热温度的高温作用，其表面氧化情况比汽缸内部其它结构表面更严重。尤其对于过桥汽封的汽封槽，其高温氧化产生的大量氧化皮将导致汽封圈结构卡死，使得汽封圈无法退让。在机组运行过程中，尤其在启动阶段，由于转子的振动将导致汽封齿与转子发生碰磨，严重威胁机组的安全稳定运行，从而采取了过桥汽封增加抗氧化涂层的设计。

基于上述具体实施方式的设计原则上，该隔板汽封槽除与汽封圈的轴向配合面及径向配合面的表面具有氧化层涂层。同样对于承受高温作用的隔板结构，为避免因氧化皮脱落造成汽封圈卡死进而造成转子碰磨的现象发生，在位于隔板内环的汽封槽表面设计涂层是很有必要的。出于对隔板汽封槽涂层的设计，如图3所示，在另一具体实施方式中，该氧化层涂层采用刷涂设置于部件表面。

基于上述具体实施方式的设计原则上，为了更好的实现该抗氧化层的性能，在另一具体实施方式中，该氧化层涂层的材料为MCrAlY。同时，为了保证保证该涂层不影响各个部件的正常运转甚至需要更好的性能，在另一具体实施方式中。该氧化层涂层厚度为0.15-0.25mm。作为优选的方案，可采用0.18mm、0.2mm、0.22mm。其中，MCrAlY（M为Ni、Co或Ni+Co，Cr是铬，Al是铝，Y是钇）。在实际应用中，使用该厚度的设计是出于该汽轮机部件的运行的考虑，另外，该涂层具有耐1050℃的性能，因此，该材料结合该涂层厚度才能有效的避免氧化腐蚀、卡涩以及通流部件受损的问题。因此，该耐高温部件的工作环境不高于1050℃。

实施例2

一种汽轮机高温部件的抗氧化涂层，该氧化涂层采用MCrAlY制成，该氧化涂层的厚度为0.15-0.25mm。

综上所述，本发明的一种抗氧化的汽轮机高温部件解决了目前汽轮机在高温蒸汽的工作环境下出现氧化脱皮的问题，借助抗氧化涂层能够有效的使高温部件不会出现氧化脱皮的现象，从而对于运转中的汽轮机而言，不会出现卡涩以及通流型面受损的问题。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种抗氧化的汽轮机高温部件，其特征在于：包括应用于汽轮机组中的高温蒸汽阀门、过桥汽封以及隔板汽封槽，该高温蒸汽阀门、过桥汽封以及隔板汽封槽与高温蒸汽接触的表面设置有一层抗氧化层涂层，所述过桥汽封的汽封体中位于高温区的汽封槽结构内表面和汽封体外表面具有抗氧化层涂层，该隔板汽封槽除与汽封圈的轴向配合面及径向配合面的表面具有氧化层涂层；

该氧化层涂层的材料为MCrAlY，该氧化层涂层厚度为0.15-0.25mm；

其中，MCrAlY：M为Ni、Co或Ni+Co，Cr是铬，Al是铝，Y是钇。

2.如权利要求1所述的一种抗氧化的汽轮机高温部件，其特征在于：所述高温蒸汽阀门包括具有蒸汽入口以及蒸汽出口的阀壳（1），该阀壳（1）内设置有阀座（3）以及与阀座匹配的阀碟（10），该阀碟（10）连接有阀杆（9），该阀杆（9）通过间隙配合装配于套筒（2）和衬套（8）内，该阀壳（1）顶部设置有阀盖（7），该阀壳（1）内还设置有密封圈（4）、密封环（5）、止动圈（6）和滤网（11）。

3.如权利要求2所述的一种抗氧化的汽轮机高温部件，其特征在于：所述阀壳（1）、套筒（2）、阀盖（7）以及阀座（3）具有抗氧化层涂层；

该阀壳（1）的蒸汽入口于蒸汽出口的内壁，以及阀壳（1）内腔表面与蒸汽接触部分设置有抗氧化层涂层；

该套筒（2）除与阀碟（10）、衬套（8）配合的内壁以及除与阀壳（1）、密封环（5）配合的外壁设置有抗氧化层涂层；

该阀座（3）连通蒸汽出口，除与阀碟（10）配合的表面设置有抗氧化层涂层；

该阀盖（7）除与套筒配合的表面设置有抗氧化层涂层。

4.如权利要求3所述的一种抗氧化的汽轮机高温部件，其特征在于：所述抗氧化层涂层采用喷涂设置于部件表面。

5.如权利要求1所述的一种抗氧化的汽轮机高温部件，其特征在于：该隔板汽封槽除与汽封圈的轴向配合面及径向配合面的表面具有氧化层涂层，该氧化层涂层采用刷涂设置于部件表面。

Images