JP2009185814A - 侵食耐久性を有する蒸気タービンバケット - Google Patents

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Abstract

【課題】蒸気タービン用のバケットを形成する方法を提供する。
【解決手段】本方法は、１以上の翼形部上に前縁を形成する段階を含む。前縁は、耐侵食性材料で構成され、かつ翼形部に対して接合される。
【選択図】 図３

Description

本主題発明は、蒸気タービンに関する。より具体的には、本発明は、蒸気タービンの最終段バケットの侵食防止に関する。
蒸気タービンの最終段バケットは、バケットの翼形部、特に翼形部の前縁が湿潤蒸気により侵食される不安定な環境に曝される可能性がある。現在のところ、バケットの耐久性及び耐侵食性を高める１つの方法は、バケット翼形部の前縁に対してコバルト基ステライトなどの耐侵食性材料で形成されたインサートを固定する段階を含む。この方法は、バケット翼形部に合致するようにインサートを精密機械加工する段階と、次に電子ビーム溶接によりバケットに対してインサートを固定する段階とを含む。
この方法では、例えばインサートの合金組成を高めて或いはクロム、モリブデン、タングステン、ニッケル、タンタル及び／又バナジウムなどの高融点金属並びに高融点金属炭化物を付加して耐久性及び耐侵食性をさらに強化するように、インサートの材料組成を容易に調整することが可能でない。さらに、現在利用されている電子ビーム溶接法は、高価でありかつ時間がかかり、また真空環境内で実行しなければならない。真空環境の使用により、最終合金の化学的性質を制御する目的で遮蔽ガスを利用する機会が制限される。加えて、電子ビーム溶接法は、その親合金がチタン基であるバケットに対してステライトインサートを溶接するのには利用することができない。
米国特許第３９３１７８７号明細書 米国特許第４７８７７３６号明細書 米国特許第４８４２６６３号明細書 米国特許第６８６３９９０号明細書
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蒸気タービン用のバケットを形成する方法は、１以上の翼形部上に前縁を形成する段階を含む。前縁は、耐侵食性材料で構成され、かつ翼形部に対して接合される。
本発明としてみなされる主題は、提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の目的、特徴及び利点は、添付図面と共になした以下の詳細な説明から明らかである。
最終段バケットの実施形態の部分斜視図。 図１の最終段バケットの翼形部の実施形態の部分断面図。 図２の翼形部の前縁を形成する１つの方法の詳細図。
詳細な記述では、図面を参照しながら実施例により、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。
図１は、複数の翼形部１２を有する蒸気タービンバケット１０の実施形態を示している。幾つかの実施形態では、図２に示すように、各翼形部１２は、該各翼形部１２の前端部１６に前面１４を含む。前縁１８は、前面１４において、例えば融着によって該前面１４に対して接合された粉末材料の堆積で形成される。この材料は一般的に、コバルト基ステライト合金であり、このコバルト基ステライト合金は、それが耐侵食性でありかつバケット１０の耐久性を高めるので選択される。
１つの実施形態では、材料は堆積され、かつレーザクラッディング法により、融着が行われる。図３に示すように、レーザクラッディング法では、１つ以上のノズル２２からレーザビーム２４に向けて粉末材料２０を射出する。レーザビーム２４は、前面１４の溶融プール２６部分に向かって配向される。粉末材料２０は、レーザビーム２４と相互作用し、溶融プール２６内で融解する。次に、レーザビーム２４を移動させ、従って溶融プール２６を移動させる。これにより、溶融プール２６内の堆積材料が凝固しかつ前面１４に付着することが可能になる。このプロセスを、前面１４上にクラッド層２８が形成されるまで繰り返す。前面１４を覆いかつ所望の前縁１８形状を形成するために、複数のクラッド層２８の蓄積を利用して、各層２８が前の層２８に対して付着するようにする。上述のようなプロセスを繰り返して複数のクラッド層２８を形成することができ、それら複数のクラッド層２８は、互いに付着して、基体の前縁１８上に単一の皮膜層を有するのではなくて実質的に多層の堆積材料厚さを有する前縁形状１８を形成することになる。別の実施形態では、粉末材料は、レーザガス窒化法によって前面１４上に堆積させることができる。
レーザクラッディング法を利用することにより、前面１４上に堆積させる材料は、必要に応じて調整することができる。ステライト合金材料内に様々な合金化元素を付加することにより、材料の組成を必要に応じて強化して、所望の冶金的性質の組合せを得ることができる。そのような付加的な合金化元素には、例えば堆積材料の耐熱性、耐磨耗性及び／又は耐腐食性を強化するような所望の比率で、クロム、モリブデン、タングステン、ニッケル、タンタル及び／又バナジウムなどの高融点金属並びに高融点金属炭化物を含むことができる。上記に列挙した以外の元素もステライト材料に付加することができ、それらも依然として、本発明の技術的範囲内であることを理解されたい。
さらに、堆積材料の組成は、特定の作動環境又は特定のバケット材料に合わせて変更することができる。例えば、コバルトが禁止される原子力発電の湿潤蒸気流のような用途の場合には、コバルトを含まない高い耐侵食性を有する前縁１８を生じるような材料堆積物を形成することができる。さらに、チタン基合金で形成したバケット１０において耐侵食性の前縁１８を所望する場合には、チタンと主成分が一致した材料堆積物を形成することができる。
以上、本発明の実施形態を説明してきたが、現在及び将来において、特許請求の範囲の技術的範囲内に属する様々な改善及び機能強化を行い得ることを理解されたい。特許請求の範囲は、最初に説明した本発明に対する適切な保護を維持していると解釈されたい。
１０ 蒸気タービンバケット
１２ 翼形部
１４ 前面
１６ 前端部
１８ 前縁
２０ 粉末材料
２２ ノズル
２４ レーザビーム
２６ 溶融プール
２８ クラッド層

Claims (13)

  1. 蒸気タービン用のバケットを形成する方法であって、
    １以上の翼形部上に、該翼形部に対して耐侵食性材料を接合することによって前縁を形成する段階、
    を含む方法。
  2. 前記耐侵食性材料が、前記翼形部に対して融着される、請求項１記載の方法。
  3. 前記耐侵食性材料が、レーザクラッディング法によって前記翼形部に対して融着される、請求項１記載の方法。
  4. 前記前縁を形成する段階が、複数の耐侵食性材料層を形成する段階を含む、請求項１記載の方法。
  5. 前記耐侵食性材料が、ステライト合金を含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記耐侵食性材料が、１種以上の高融点金属をさらに含む、請求項５記載の方法。
  7. 前記１種以上の高融点金属が、クロム、モリブデン、タングステン、ニッケル、タンタル及び／又バナジウムを含む、請求項６記載の方法。
  8. 前記前縁が、レーザガス窒化法によって形成される、請求項１記載の方法。
  9. 前記前縁が、実質的にコバルトを含まない、請求項１記載の方法。
  10. バケット基体が、チタン基合金である、請求項１記載の方法。
  11. 前記耐侵食性材料が、チタン基合金と主成分が一致している、請求項１０記載の方法。
  12. 前記バケットが、最終段バケットを含む、請求項１記載の方法。
  13. 前記蒸気タービンが、複数の翼形部を含む、請求項１記載の方法。
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