JP2001082103A

JP2001082103A - 蒸気タービン用ノズルダイアフラム

Info

Publication number: JP2001082103A
Application number: JP25618099A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Iwai; 井昌彦岩
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2001-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】ノズルダイアフラムの修理に関し、工期短
縮，コスト削減を図った補修性に優れる蒸気タービン用
ノズルダイアフラムを提供することを目的とする。【解決手段】この蒸気タービン用ノズルダイアフラム
は、ノズルダイアフラム内輪１３とノズルダイアフラム
外輪１２と補強リブ１７とを有するノズルダイアフラム
本体２０と、ノズル板１４を有するノズルリング部１８
とが別体構造であり、ノズルダイアフラム本体に対して
ノズルリング部が脱着可能になされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、補修性に優れた蒸
気タービン用ノズルダイアフラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、火力発電プラントや原子力発電
プラント等に用いられる蒸気タービンは、静翼を構成す
るタービンノズルと、これに対向する動翼とからタービ
ン段落を形成している。図3および図4に示すように、ノ
ズルダイアフラム６は、タービンケーシング1内に固定
され、ノズルダイアフラム外輪2とノズルダイアフラム
内輪3との間にノズル板4が配設された構成とされる。ノ
ズル板4は、蒸気の有する熱エネルギーを速度エネルギ
ーに変換し、その後下流側に位置する動翼5に蒸気を整
流噴射している。ノズルダイアフラム6は、その前後に
おける蒸気の圧力差により下流の動翼5側に押圧され
る。このため、ノズルダイアフラム内輪3に大きな押圧
変形力が作用し、この変形力は、各ノズル板4にて支持
される。

【０００３】しかし、タービン段落に作用する蒸気条件
によっては、図5および図6に示すように、ノズル板４の
上流側に厚肉構造の補強リブ7を設け、これによって変
形力を支持する。補強リブの個数は、タービン段落にお
ける強度上の要求により決定されるが、一般的にはノズ
ル板4の枚数の約半分のリブが周方向に等間隔に配設さ
れ、ノズルダイアフラム6、特にノズルダイアフラム内
輪3を補強している。

【０００４】一方、蒸気中には、ボイラの管壁等から剥
離した酸化スケールやスラッジ等の微小固体粒子が含ま
れていることがある。この場合には、その固体粒子の衝
突により、ノズル板4の後縁部，特に背側出口端が侵食
を受ける恐れがある。実際に、固体粒子による侵食は、
主蒸気止め弁，高圧第1段ノズルダイアフラム，再熱ノ
ズルダイアフラムおよび再熱第１段翼等で経験されてい
る。この問題は、特に超々臨界圧機の高圧第１段ノズル
ダイアフラムにおいて顕著であり、運転開始後1〜2年で
ノズル板先端の溶接補修が必要となる場合もある。この
侵食は、固体粒子の衝突角度，衝突速度および粒径等と
材料の耐侵食性とが絡み合った複雑な現象である。近年
の数多くの実験により、セラミックス，サーメット等の
溶射、窒化，硼化，クロマイズ等の拡散浸透処理、ステ
ライト，高Cr-Fe系，WC系材料の硬化肉盛処理等の各種
表面処理がその改善に有効であることが明らかになっ
た。

【０００５】近年、これらの技術をノズル板へ適用する
ことにより、その保守性を格段に向上させることが可能
になったが、一方で、定期点検の補修作業の軽減による
期間短縮要求に対しては不十分な状況にある。ここで
は、各種表面処理を代表して、硼化処理およびセラミッ
クス溶射を施したノズル板の補修性改善について説明す
るが、他のサーメット溶射，窒化処理，ステライト硬化
肉盛等を施したノズル板に対しても、同様に本願の技術
は適用できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】最近、電力業界では、
経年火力プラントの安定運転が重要になるとともに、規
制緩和に伴う定期点検間隔の延長や自主保安が広がる環
境にあり、これまで以上に的確な設備管理に基づく運用
が重要になっている。中でも重要機器である蒸気タービ
ンへのメンテナンス費用削減を含めた合理化への期待は
高く、そのための改良保全技術として、ノズルダイアフ
ラム等への硼化処理，セラミックス溶射の適用が増加し
ている。

【０００７】硼化処理を施したノズル板の場合、固体粒
子の侵食に対する耐侵食性は、従来のそれの約3倍とさ
れているが、溶接補修が事実上不可能であり、侵食を受
けた場合にはノズルリング部ごと交換しているのが現状
である。ノズルリング部の交換には、構造溶接およびそ
の後の応力除去のための焼鈍が必要になるが、これにと
もなってノズルダイアフラム本体の材質劣化も生じるこ
とから、ノズルリング部の交換は数回が限度であり、そ
れ以上の使用に対してはノズルダイアフラム本体の新製
が必要となる。このため、多大な費用が必要になるとい
った課題があった。

【０００８】また、セラミックス溶射も永久的なもので
なく、長時間運転すればセラミックス層が摩耗あるいは
剥離し、その後、母材の侵食が進行する。このため、硼
化処理を施したノズル板と同様、定期的な修理が必要に
なるが、その修理は、一度全ての溶射層を除去し、侵食
部の溶接補修，整形にて原形復旧後、応力除去のための
焼鈍をし、その後、再溶射を施すことにより行われる。
これには、多大な工期が必要であり、そのために、他の
機器の定期点検期間が圧迫されるといった問題があっ
た。

【０００９】そこで、本発明は、従来のノズルダイアフ
ラムの修理に対し、工期短縮，コスト削減を図った補修
性に優れる蒸気タービン用ノズルダイアフラムを提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
ノズルダイアフラム本体と、このノズルダイアフラム本
体と別体に設けられノズルダイアフラム本体に対して脱
着可能に設けられたノズルリング部とを備えたことであ
る。この第１の特徴は、従来の溶接補修、あるいはノズ
ルダイアフラム全体の新製交換によるものではなく、ノ
ズルダイアフラム本体とノズルリング部とを別体構造に
することに着目した上で、ノズルリング部のノズルダイ
アフラム本体からの脱着を可能とし、侵食等により損傷
を受けた箇所のノズルリング部のみの部分交換により、
従来の修理に対する工期短縮，コスト削減を図ったもの
である。

【００１１】本発明の第２の特徴は、ノズルダイアフラ
ム本体は、ノズルダイアフラム外輪と、このノズルダイ
アフラム外輪の内側に設けられたノズルダイアフラム内
輪と、ノズルダイアフラム外輪とノズルダイアフラム内
輪との間に周方向に離間して配設された複数の補強リブ
とを備えたことである。ノズルダイアフラム本体の構造
は、強度面から、必然的にノズルダイアフラム外輪とノ
ズルダイアフラム内輪との間に補強リブを配設したもの
となる。

【００１２】本発明の第３の特徴は、ノズルリング部
は、複数のノズル板を有し、これらノズル板は、補強リ
ブの下流に設置されていることである。

【００１３】本発明の第４の特徴は、ノズルリング部
は、少なくとも一枚以上のノズル板を有する複数のノズ
ルリング分割体を有することである。

【００１４】本発明の第５の特徴は、ノズルリング部
は、ノズルダイアフラム本体に対して、ボルト締め，嵌
合、ボルト締め及び嵌合のいずれかの方法により固定さ
れていることである。従って、本発明におけるノズル板
の修理は、締め付けボルトを緩め、損傷を受けた箇所の
ノズルリング部を取外し、予備品と交換後、再度そのボ
ルトを締め付けることにより行われる。また、ノズルリ
ング部の固定方法は、ノズルダイアフラム本体の材質劣
化を最小限に抑制するために、ボルト締めと嵌合が最も
好ましい。

【００１５】本発明の第６の特徴は、ノズル板は、その
表面に拡散浸透処理が施されていることであり、本発明
の第７の特徴は、ノズル板は、その表面にセラミックス
溶射が施されていることである。ノズル板の侵食対策と
しては、各種の表面処理が一般的であるが、その中で、
特に拡散浸透処理，セラミックス溶射の採用実績が高
い。なお、拡散浸透処理は、主に硬さの観点から、窒
化，硼化，クロマイズ処理が好ましい。さらに好ましく
は、硼化処理である。また、セラミックス溶射層の構成
材料には、酸化物，窒化物，炭化物，硼化物，珪化物お
よびこれらの複合化合物等、種々のセラミックス材料を
使用することが可能であり、これらは使用環境，母材に
対する密着性に応じて選択することが好ましい。また、
溶射法には、炎溶射，爆発溶射，プラズマ溶射，電気ア
ーク溶射等、種々の方法を使用することが可能であり、
これらは設備，溶射材の形状，膜厚等に応じて選択する
ことが好ましい。

【００１６】

【発明の実施形態】以下、本発明に係る蒸気タービン用
ノズルダイアフラムの好ましい実施例について添付図面
を参照して説明する。

【００１７】図1および図2は、蒸気タービンのタービン
ケーシング１１内に組み込まれる本発明のノズルダイア
フラム１６示す。ノズルダイアフラム本体２０は、ノズ
ルダイアフラム外輪１２とノズルダイアフラム内輪１３
との間に補強リブ１７が周方向に間隔をおいて配設され
ている。補強リブ１７の下流には、少なくとも一枚以上
のノズル板１４を具備したノズルリング部１８が設置さ
れている。このノズルリング部１８のノズルダイアフラ
ム本体２０への固定方法は、ボルト締めと嵌合との複合
によるものである。ノズル板１４の修理は、締め付けボ
ルト１９を緩め、損傷を受けた箇所のノズルリング部１
８を取外し、予備品と交換後、再度、そのボルト１９を
締め付けることにより行われる。

【００１８】表1は、従来のノズルダイアフラムにおけ
るノズル板の所要修理工期と本実施の形態のノズルダイ
アフラムにおけるノズル板の所要修理工期との一比較例
である。なお、修理したのは中圧初段のノズル板であ
り、表中の修理方法は次の通りである。修理方法A：締
め付けボルトを介した予備品との交換、修理方法B：グ
ラインダー加工→溶接補修→焼鈍→整形→検査、修理方
法C：グラインダー加工→溶接補修→焼鈍(ダイヤフラム
本体含)→整形→検査、修理方法D：溶断→グラインダー
加工→構造溶接→焼鈍(ダイアフラム全体)→整形→検
査、修理方法E：溶射層除去→グラインダー加工→溶接
補修→焼鈍→整形→検査→再溶射→検査、修理方法F：
溶射層除去→グラインダー加工→溶接補修→焼鈍(ダイ
アフラム本体含)→整形→検査→再溶射→検査。

【００１９】この表から、本実施の形態におけるノズル
板の所要修理工期は、従来のそれの約1/5〜1/10であ
り、ノズル板形状に対する原形復旧度も高いことがわか
る。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、ノズルダイアフラム本
体からのノズルリング部の脱着が可能となり、損傷を受
けた箇所のみの部分交換ができる。そのため、従来のノ
ズルダイアフラムの溶接補修，ノズルダイアフラム全体
の新製交換等の修理に対し、工期短縮，コスト削減が図
れ、補修性に優れた蒸気タービン用ノズルダイアフラム
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る蒸気タービン用ノズルダイアフラ
ムの一実施形態を示す部分断面図。

【図２】図１中Ｃ−Ｃ線に沿う断面図。

【図３】従来の蒸気タービン用ノズルダイアフラムの部
分断面図。

【図４】図３中Ａ−Ａ線に沿う断面図。

【図５】補強リブを配設した蒸気タービン用ノズルダイ
アフラムの部分断面図。

【図６】図５中Ｂ−Ｂ線に沿う断面図。

【符号の説明】

１２ノズルダイアフラム外輪１３ノズルダイアフラム内輪１４ノズル板１６ノズルダイアフラム１７補強リブ１８ノズルリング部１９締め付けボルト２０ノズルダイアフラム本体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルダイアフラム本体と、このノズルダイアフラム本体と別体に設けられ、前記ノ
ズルダイアフラム本体に対して脱着可能に設けられたノ
ズルリング部と、を備えたことを特徴とする蒸気タービ
ン用ノズルダイアフラム。
【請求項２】前記ノズルダイアフラム本体は、ノズルダイアフラム外輪と、このノズルダイアフラム外輪の内側に設けられたノズル
ダイアフラム内輪と、前記ノズルダイアフラム外輪と前記ノズルダイアフラム
内輪との間に周方向に離間して配設された複数の補強リ
ブと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の蒸気
タービン用ノズルダイアフラム。
【請求項３】前記ノズルリング部は、複数のノズル板を
有し、これらノズル板は、前記補強リブの下流に設置さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービ
ン用ノズルダイアフラム。
【請求項４】前記ノズルリング部は、少なくとも一枚以
上のノズル板を有する複数のノズルリング分割体を有す
ることを特徴とする請求項３に記載の蒸気タービン用ノ
ズルダイアフラム。
【請求項５】前記ノズルリング部は、前記ノズルダイア
フラム本体に対して、ボルト締め，嵌合、ボルト締め及
び嵌合のいずれかの方法により固定されていることを特
徴とする請求項３又は４記載の蒸気タービン用ノズルダ
イアフラム。
【請求項６】前記ノズル板は、その表面に拡散浸透処理
が施されていることを特徴とする請求項５に記載の蒸気
タービン用ノズルダイアフラム。
【請求項７】前記ノズル板は、その表面にセラミックス
溶射が施されていることを特徴とする請求項５に記載の
蒸気タービン用ノズルダイアフラム。