JP2013151918A - Vapor turbine and method for manufacturing the same - Google Patents

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光晴 池田
Mamoru Hirota
広田  守
Hiroshi Yamauchi
博史 山内
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the reliability of a vapor turbine by suppressing galvanic corrosion at a contact part of a rotating blade and a rotor in a vapor turbine for thermal power generation.SOLUTION: In a vapor turbine including a rotating blade 11 and a rotor 12, the rotor 12 has a coating layer 22 at a contact part (planting part 13 of the rotating blade 11) with the rotating blade 11, and the coating layer 22 is formed of a material constituting the rotating blade 11.

Description

本発明は、蒸気タービン及びその製造方法に関し、特に火力発電の低圧蒸気タービンに好適なものである。   The present invention relates to a steam turbine and a manufacturing method thereof, and is particularly suitable for a low-pressure steam turbine for thermal power generation.

近年、火力発電においては、環境負荷の低減、及び発電効率の高効率化が益々重要となっている。   In recent years, in thermal power generation, it has become increasingly important to reduce the environmental load and increase the power generation efficiency.

超臨界圧貫流型ボイラの給水処理における環境負荷を低減する有力な方法のひとつとして、従来の揮発性物質処理(All Volatile Treatment:AVT)から発がん性を有するヒドラジンを用いない複合水処理(Combined Water Treatment:CWT)への転換(非特許文献1に記載)が進められている。   As one of the effective methods to reduce the environmental burden in feed water treatment of supercritical pressure once-through boilers, combined water treatment (Carbined Water Treatment (All Combined Volatile Treatment: AVT) without using hydrazine which has carcinogenicity) Conversion to Treatment (CWT) (described in Non-Patent Document 1) is underway.

CWTは、腐食を促進させる酸素を敢えて連続供給することにより、溶出した鉄イオンを2価から溶解度が小さい3価に酸化させ、鋼表面を安定な酸化被膜(ヘマタイト:Fe2O3)で被覆する方法であり、特にボイラ配管内のような流水環境の腐食を抑止するのに有効な方法である。 CWT deliberately supplies oxygen that promotes corrosion to oxidize the eluted iron ions from divalent to trivalent with low solubility, and coat the steel surface with a stable oxide film (hematite: Fe 2 O 3 ) In particular, it is an effective method for suppressing corrosion in a flowing water environment such as in boiler piping.

特許文献1には、蒸気タービンロータのディスク翼植込部とブレード翼根との隙間の防食を熱硬化性樹脂によって行う方法が開示されている。   Patent Document 1 discloses a method in which corrosion prevention of a gap between a disk blade implantation portion of a steam turbine rotor and a blade blade root is performed using a thermosetting resin.

特許文献2には、タービン動翼取付溝の外表面及びタービン動翼の植込部の外表面の少なくとも一方に、電気絶縁性及び耐摩耗性を有する樹脂コーティング層を形成したタービン動翼取付構造が開示されている。   Patent Document 2 discloses a turbine blade attachment structure in which a resin coating layer having electrical insulation and wear resistance is formed on at least one of an outer surface of a turbine blade attachment groove and an outer surface of a turbine blade implantation portion. Is disclosed.

特許文献3には、翼ダブテールと動翼固定ピンが結合している部分におけるホイールの中心側の動翼固定ピン中央部と、ホイールダブテールと動翼固定ピンが結合している部分におけるホイールの外周側の動翼固定ピン中央部に間隙を設けた動翼固定装置が開示されている。   Patent Document 3 discloses that the center of a rotor blade fixing pin at the center of the wheel at the portion where the blade dovetail and the rotor blade fixing pin are coupled, and the outer periphery of the wheel at the portion where the wheel dovetail and the rotor blade fixing pin are coupled. There is disclosed a blade fixing device in which a gap is provided in the central portion of the side blade fixing pin.

特許文献4には、ピンの一部又は全面に、固体潤滑材を含む熱硬化性樹脂からなる潤滑皮膜を形成したタービン動翼とディスクの結合構造が開示されている。   Patent Document 4 discloses a turbine rotor blade-disk coupling structure in which a lubricating film made of a thermosetting resin containing a solid lubricant is formed on a part or the entire surface of a pin.

特開昭61−255201号公報JP-A-61-255201 特開昭63−306206号公報JP-A-63-306206 特開昭61−234206号公報JP 61-234206 A 特開2001−12208号公報JP 2001-12208 A

JIS B 8223:ボイラの給水及びボイラ水の水質JIS B 8223: Boiler feed water and boiler water quality

本発明の目的は、火力発電用の蒸気タービンの動翼とロータとの接続部におけるガルバニック腐食を抑制し、当該蒸気タービンの信頼性を向上することにある。   An object of the present invention is to suppress galvanic corrosion at a connection portion between a rotor blade and a rotor of a steam turbine for thermal power generation, and to improve the reliability of the steam turbine.

本発明は、動翼と、ロータとを含む蒸気タービンにおいて、ロータと動翼との接続部におけるロータの表面に、動翼を構成する材料で形成された被覆層を設けたことを特徴とする。   The present invention is characterized in that, in a steam turbine including a rotor blade and a rotor, a coating layer formed of a material constituting the rotor blade is provided on a surface of the rotor at a connection portion between the rotor and the rotor blade. .

本発明によれば、発がん性を有するヒドラジンを用いない給水処理における防食が容易となるため、ヒドラジンによる環境負荷を低減するとともに、タービン動翼の長翼化が可能となり、これにより、発電効率を向上することが可能となる。   According to the present invention, corrosion prevention in water supply treatment without using hydrazine having carcinogenicity is facilitated, so that it is possible to reduce the environmental load due to hydrazine and to increase the blade length of the turbine rotor blade. It becomes possible to improve.

低圧蒸気タービンを示す側面図である。It is a side view which shows a low pressure steam turbine. 従来の蒸気タービンの動翼とロータとの接触部を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the contact part of the moving blade of a conventional steam turbine, and a rotor. 図2Aの接触部を示す部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view which shows the contact part of FIG. 2A. 従来技術の例である動翼とロータとの接触部を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the contact part of the moving blade which is an example of a prior art, and a rotor. 図3Aの接触部を示す部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view which shows the contact part of FIG. 3A. 実施例に係る動翼とロータとの接触部を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the contact part of the moving blade and rotor which concern on an Example. 図4Aの接触部を示す部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view which shows the contact part of FIG. 4A. 実施例の製造工程を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the manufacturing process of an Example. 図5Aの具体的な製造工程を示す部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view which shows the specific manufacturing process of FIG. 5A. AVT腐食環境におけるロータ材の腐食量に関して被覆層の有無による影響を測定した実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result which measured the influence by the presence or absence of a coating layer regarding the corrosion amount of the rotor material in an AVT corrosion environment. CWT腐食環境におけるロータ材の腐食量に関して被覆層の有無による影響を測定した実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result which measured the influence by the presence or absence of a coating layer regarding the corrosion amount of the rotor material in a CWT corrosion environment. 溶存酸素濃度に対する動翼材及びロータ材の腐食電位を測定した実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result which measured the corrosion potential of the moving blade material and the rotor material with respect to dissolved oxygen concentration. AVT及びCWTの腐食環境においてロータ材と動翼材との間に発生する腐食電位差に関して被覆層の有無による影響を測定した実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result which measured the influence by the presence or absence of a coating layer regarding the corrosion potential difference which generate | occur | produces between a rotor material and a rotor blade material in the corrosive environment of AVT and CWT.

本発明は、蒸気タービン及びその製造方法に関し、特に、火力発電の低圧蒸気タービンに好適なものである。   The present invention relates to a steam turbine and a method for manufacturing the same, and is particularly suitable for a low-pressure steam turbine for thermal power generation.

以下、本発明の実施形態に係る蒸気タービン及びその製造方法について説明する。   Hereinafter, a steam turbine and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described.

前記蒸気タービンは、動翼と、ロータとを備え、ロータは、動翼との接続部に被覆層を有し、この被覆層は、動翼を構成する材料で形成されている。   The steam turbine includes a moving blade and a rotor, and the rotor has a coating layer at a connection portion with the moving blade, and the coating layer is formed of a material constituting the moving blade.

前記蒸気タービンにおいて、被覆層は、10〜18wt.%以上のCrを含むことが望ましい。   In the steam turbine, the coating layer preferably contains 10 to 18 wt.% Or more of Cr.

前記蒸気タービンにおいて、被覆層は、80wt.%以上のTiを含むことが望ましい。   In the steam turbine, the coating layer preferably contains 80 wt.% Or more of Ti.

前記蒸気タービンの製造方法は、ロータと動翼との接続部におけるロータの表面に、動翼を構成する材料を用いて被覆層を形成する工程を有する。   The manufacturing method of the said steam turbine has the process of forming a coating layer on the surface of the rotor in the connection part of a rotor and a moving blade using the material which comprises a moving blade.

前記蒸気タービンの製造方法において、被覆層は、溶線フレーム溶射、バタリング、肉盛溶接、拡散接合、爆着、圧延クラッド又は静水圧プレスにより形成する。   In the steam turbine manufacturing method, the coating layer is formed by hot-wire flame spraying, buttering, overlay welding, diffusion bonding, explosion welding, rolling cladding, or isostatic pressing.

以下、ロータの植込部が鞍形で構成された低圧蒸気タービンを例として説明する。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、植込部がクリスマスツリー形、フォーク形、T字形などの場合にも適用できる。また、高中圧ロータ又は各給水処理を用いた蒸気タービンにも同様に適用できる。とりわけ、動翼材に12Cr鋼やTi合金を用い、ロータ材に3.5NiCrMoV鋼を用いた蒸気タービンに特に有効である。   Hereinafter, a low-pressure steam turbine in which a rotor implantation part is formed in a bowl shape will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and can also be applied to cases where the planting portion has a Christmas tree shape, a fork shape, a T shape, or the like. Further, the present invention can be similarly applied to a steam turbine using a high / medium pressure rotor or each water supply treatment. It is particularly effective for steam turbines that use 12Cr steel or Ti alloy for the rotor blade material and 3.5NiCrMoV steel for the rotor material.

図1は、低圧蒸気タービンを示す側面図である。   FIG. 1 is a side view showing a low-pressure steam turbine.

本図において、蒸気タービン1は、動翼11及びロータ12で構成されている。動翼11は、植込部13にてロータ12に固定されている。動翼11は、ボイラで発生した蒸気の衝突を受け、その運動エネルギーを吸収し、ロータ12を回転させる。これにより、蒸気のエネルギーは、ロータ12の回転エネルギーに変換される。ここで、植込部13は、動翼11とロータ12との接続部とも呼ぶ。   In this figure, the steam turbine 1 is composed of a moving blade 11 and a rotor 12. The moving blade 11 is fixed to the rotor 12 at the implantation portion 13. The moving blade 11 receives the collision of steam generated in the boiler, absorbs the kinetic energy, and rotates the rotor 12. Thereby, the energy of the steam is converted into the rotational energy of the rotor 12. Here, the implantation part 13 is also called a connection part between the moving blade 11 and the rotor 12.

動翼11は、高温強度と耐食性とを兼ね備えた材料である12Cr鋼で形成されている。また、ロータ12は、常温強度と大型鋳造製造性と疲労強度とを兼ね備えた材料である3.5NiCrMoV鋼で形成されている。   The rotor blade 11 is made of 12Cr steel, which is a material having both high temperature strength and corrosion resistance. The rotor 12 is formed of 3.5NiCrMoV steel, which is a material having both normal temperature strength, large-scale casting manufacturability, and fatigue strength.

植込部13は、鞍形としてある。これにより、遠心力及び振動応力に対する動翼の耐性が向上する。   The implantation part 13 has a bowl shape. This improves the resistance of the rotor blade to centrifugal force and vibration stress.

図2Aは、従来の蒸気タービンの動翼とロータとの接触部を示す模式断面図である。   FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing a contact portion between a rotor blade and a rotor of a conventional steam turbine.

図2Bは、図2Aの接触部を示す拡大断面図である。   2B is an enlarged cross-sectional view showing the contact portion of FIG. 2A.

これらの図においては、動翼11とロータ12とが直接接触している。   In these drawings, the moving blade 11 and the rotor 12 are in direct contact.

ボイラの下流にある蒸気タービンにおいては、動翼11とロータ12とが接触する植込部13の空隙に水が滞留し易い。また、植込部13においては、動翼11とロータ12の一部とが接触しているため、電極電位が貴な動翼11がカソードとなり、電極電位が卑なロータ12がアノードとなる。このため、動翼11とロータ12との間に電位差が生じ、図2Bに示すように腐食電流(e-)が流れることになる。これにより、ロータ12から鉄(Fe)等の金属成分がイオン化して水に溶出し、腐食が進行する。したがって、アノードとなるロータ12の表面には、十分な耐食性を付与しなければならない。 In the steam turbine downstream of the boiler, water tends to stay in the gap of the implantation portion 13 where the moving blade 11 and the rotor 12 are in contact. In the implanted portion 13, the moving blade 11 and a part of the rotor 12 are in contact with each other, so that the moving blade 11 having a noble electrode potential serves as a cathode and the rotor 12 having a low electrode potential serves as an anode. Therefore, a potential difference is generated between the rotor blade 11 and the rotor 12, and a corrosion current (e ) flows as shown in FIG. 2B. Thereby, metal components such as iron (Fe) are ionized from the rotor 12 and eluted into water, and corrosion proceeds. Therefore, sufficient corrosion resistance must be imparted to the surface of the rotor 12 serving as the anode.

植込部13におけるロータ12の表面の耐食性及び信頼性を向上する従来技術としては、動翼11とロータ12とを電気的に絶縁する手段がある。その一つは、動翼11及びロータ12の表面の少なくとも一方を、電気的絶縁性を有する熱硬化樹脂で被覆するもの(特許文献1及び2に記載)である。   As a conventional technique for improving the corrosion resistance and reliability of the surface of the rotor 12 in the implanted portion 13, there is a means for electrically insulating the rotor blade 11 and the rotor 12. One of them is one in which at least one of the surfaces of the rotor blade 11 and the rotor 12 is covered with a thermosetting resin having electrical insulation (described in Patent Documents 1 and 2).

図3Aは、従来技術の例である動翼とロータとの接触部を示す模式断面図である。また、図3Bは、図3Aの接触部を示す拡大断面図である。   FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing a contact portion between a rotor blade and a rotor, which is an example of the prior art. 3B is an enlarged cross-sectional view showing the contact portion of FIG. 3A.

図3Aにおいて、蒸気タービンは、動翼11及びロータ12で構成されている。そして、動翼11とロータ12との隙間には、熱硬化樹脂21が充填されている。   In FIG. 3A, the steam turbine is composed of a moving blade 11 and a rotor 12. The gap between the rotor blade 11 and the rotor 12 is filled with a thermosetting resin 21.

しかし、図3Bに示すように、蒸気タービンの使用の結果、熱硬化樹脂21が部分的に剥離し、固形異物14(飛散物)が発生しやすい。一般に、熱硬化樹脂21は、弾性率が金属よりも小さい。このため、動翼11とロータ12との間に挟まれた熱硬化樹脂21(樹脂層)は、動翼11による強い遠心力や振動応力を受けて亀裂や破損を生じる。この部分からロータ12の表面に湿気が流入し、局部腐食が発生する可能性がある。よって、植込部13におけるロータ12の表面の被膜は、動翼11の遠心力や振動応力に対しても十分な強度が必要となる。   However, as shown in FIG. 3B, as a result of the use of the steam turbine, the thermosetting resin 21 is partially peeled off, and solid foreign matter 14 (scattered matter) is likely to be generated. In general, the thermosetting resin 21 has an elastic modulus smaller than that of a metal. For this reason, the thermosetting resin 21 (resin layer) sandwiched between the moving blade 11 and the rotor 12 is subjected to strong centrifugal force or vibration stress by the moving blade 11 and is cracked or broken. Moisture may flow into the surface of the rotor 12 from this portion, and local corrosion may occur. Therefore, the coating on the surface of the rotor 12 in the implanted portion 13 needs to have sufficient strength against the centrifugal force and vibration stress of the rotor blade 11.

また、樹脂で絶縁する場合、その工法は、大まかには、(1)熱硬化型樹脂を塗布し、その後、(2)リボンヒータ等の加熱により樹脂を硬化する2つの工程で構成されている。被覆した熱硬化樹脂の密着性を保つためには、熱硬化樹脂を所定の温度で均一に熱処理する必要がある。しかし、タービンの大型化による熱容量の増加や構造の複雑化が進むに従い、熱処理が困難となり、必ずしも好適な手法とは言えなくなっている。   In the case of insulating with resin, the method is roughly composed of two steps: (1) applying a thermosetting resin, and then (2) curing the resin by heating with a ribbon heater or the like. . In order to maintain the adhesion of the coated thermosetting resin, it is necessary to uniformly heat the thermosetting resin at a predetermined temperature. However, as the heat capacity increases and the structure of the turbine increases due to the increase in size of the turbine, heat treatment becomes difficult, and it is not necessarily a suitable method.

もう一つの従来技術として、動翼の一部であるフォークとロータとを複数のピンで固定する結合構造において、その固定ピンをセラミックもしくは固体潤滑材で被覆する手段(特許文献3及び4)がある。   As another conventional technique, in a coupling structure in which a fork and a rotor, which are part of a moving blade, are fixed by a plurality of pins, means for covering the fixing pins with ceramic or solid lubricant (Patent Documents 3 and 4) is there.

しかし、セラミック及び固体潤滑材は、前述の熱硬化樹脂と同様に弾性率及び金属との密着性が低く、高い面圧下で長期間運用すると亀裂が生じ、飛散する可能性がある。飛散したセラミックや固体潤滑材は、下段の動翼と衝突し、動翼表面の侵食を誘引する。また、異物として下流の復水器に流れ込んだ場合、スケールとして付着し、伝熱効率の低減やボイラ及び給水加熱器の差圧上昇の原因となる。これを避けるため、複水器の上流に固形物を除去する濾過器を設置した発電設備もあるものの、保守によるコスト高を伴うため、タービンから発生する飛散物は低減することが望ましい。   However, ceramics and solid lubricants have a low modulus of elasticity and adhesion to metals, similar to the thermosetting resin described above, and may crack and scatter when operated for a long time under high surface pressure. The scattered ceramic and solid lubricant collide with the lower rotor blade and induce erosion of the rotor blade surface. Moreover, when it flows into a downstream condenser as a foreign material, it adheres as a scale and causes a reduction in heat transfer efficiency and an increase in differential pressure between the boiler and the feed water heater. In order to avoid this, although there is a power generation facility in which a filter for removing solids is installed upstream of the double water condenser, it is desirable to reduce the scattered matter generated from the turbine because of the high cost of maintenance.

図4Aは、実施例に係る動翼とロータとの接触部を示す模式断面図である。また、図4Bは、図4Aの接触部を示す拡大断面図である。   FIG. 4A is a schematic cross-sectional view illustrating a contact portion between a rotor blade and a rotor according to an embodiment. 4B is an enlarged cross-sectional view showing the contact portion of FIG. 4A.

これらの図に示すように、植込部13においては、ロータ12の表面のうち動翼11と対向する面もしくは接触する面に動翼材で形成された被覆層22(耐食性被覆層)を設けてある。これにより、動翼11とロータ12との接触面に生ずる電位を同電位とし、ガルバニック腐食を防止することができる。   As shown in these drawings, in the implanted portion 13, a coating layer 22 (corrosion-resistant coating layer) formed of a blade material is provided on the surface of the rotor 12 that faces or contacts the blade 11. It is. As a result, the potential generated on the contact surface between the rotor blade 11 and the rotor 12 can be made the same potential, and galvanic corrosion can be prevented.

被覆層22は、セラミックスや絶縁物ではなく、弾性率が高い金属であり、元々の構造材である動翼材を用いることにより、高圧力下の密着性と信頼性とを兼ね備えたタービンを提供することができる。さらに、耐食性の劣るロータ材で動翼11の表面を被覆するのではなく、不動態被膜の形成に優れた動翼材でロータ12の表面を被覆することにより、すきま腐食に対する耐食性も高めることができる。   The coating layer 22 is not a ceramic or an insulator, but a metal with a high elastic modulus. By using a blade material that is the original structural material, a turbine that combines high pressure adhesion and reliability is provided. can do. In addition, the surface of the rotor blade 11 is not coated with the rotor material having poor corrosion resistance, but the surface of the rotor 12 is coated with the blade material excellent in the formation of a passive film, thereby improving the corrosion resistance against crevice corrosion. it can.

被覆層22は、10〜18wt.%のCrを含むことが望ましい。また、被覆層22は80wt.%以上のTiを含むことが望ましい。   The coating layer 22 preferably contains 10 to 18 wt.% Cr. The covering layer 22 preferably contains 80 wt.% Or more of Ti.

つぎに、耐食性被覆層の形成方法について説明する。   Next, a method for forming the corrosion-resistant coating layer will be described.

図5Aは、実施例の製造工程を示す模式断面図である。また、図5Bは、図5Aの具体的な製造工程を示す部分拡大断面図である。   FIG. 5A is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the example. FIG. 5B is a partially enlarged cross-sectional view showing a specific manufacturing process of FIG. 5A.

動翼と対向するロータ12の表面に動翼材からなる被覆層22を成膜する。図5Aは、成膜の途中を示したものである。   A coating layer 22 made of a moving blade material is formed on the surface of the rotor 12 facing the moving blade. FIG. 5A shows the middle of film formation.

被覆層22の成膜には、大面積の成膜が可能な溶射装置もしくはイオンシース成膜装置を用いることが望ましい。ここでは、被溶射材が変質し難く、アーク溶射に比べてCrの損失が少ない、溶線フレーム溶射を用いた。そして、同じ成膜条件(ガス圧及び成膜パワー)を保ちつつ、溶射ガン31をロータ12の表面に対し一定の速度で通過させることにより形成した。   For forming the coating layer 22, it is desirable to use a thermal spraying apparatus or an ion sheath film forming apparatus capable of forming a large area. Here, hot flame flame spraying was used in which the material to be sprayed is not easily altered and there is little loss of Cr compared to arc spraying. Then, the spray gun 31 was formed to pass through the surface of the rotor 12 at a constant speed while maintaining the same film formation conditions (gas pressure and film formation power).

被覆層22に加わる応力の均一化及び被覆層22の欠陥の低減を目的として、本実施例においては、膜厚は、面内で均一とし50μm以上とした。溶射線棒32は、動翼材と同じ組成の合金が望ましい。同じ組成の合金を用いる理由は、ロータ12の植込部の外表面と動翼との間の電位差が小さいほど、腐食電流が低減され、ガルバニック腐食の防止に有効なためである。   In the present example, the film thickness was made uniform in the plane and 50 μm or more for the purpose of uniformizing the stress applied to the coating layer 22 and reducing defects in the coating layer 22. The thermal spray rod 32 is preferably an alloy having the same composition as the blade material. The reason why the alloy having the same composition is used is that the smaller the potential difference between the outer surface of the implanted portion of the rotor 12 and the moving blade, the more the corrosion current is reduced, which is effective in preventing galvanic corrosion.

具体的な溶射線棒32としては、動翼材が12Cr鋼であれば12Cr鋼が有効であり、動翼材がTi-6Al-4V(チタン合金)であればTi-6Al-4Vが有効である。このほか、溶射線棒32及び動翼材として用いる共通の材料としては、13Cr鋼及び12Cr-Mo-V鋼が挙げられる。   As a specific spray rod 32, 12Cr steel is effective if the blade material is 12Cr steel, and Ti-6Al-4V is effective if the blade material is Ti-6Al-4V (titanium alloy). is there. In addition, 13Cr steel and 12Cr—Mo—V steel can be cited as common materials used as the spray rod 32 and the blade material.

以上のように成膜した後、溶射表面を自然冷却して成膜面を安定させてから、図4Aに示すようにロータ12の植込部13に動翼11を組込んだ。   After the film formation as described above, the sprayed surface was naturally cooled to stabilize the film formation surface, and then the moving blade 11 was assembled into the implanted portion 13 of the rotor 12 as shown in FIG. 4A.

以上の工程により、ロータ12の植込部13の腐食が抑制され、信頼性の高い蒸気タービンができる。   Through the above steps, corrosion of the implanted portion 13 of the rotor 12 is suppressed, and a highly reliable steam turbine can be obtained.

つぎに、12Cr鋼で構成された動翼材及び3.5NiCrMoV鋼で構成されたロータ材を用いて耐食性試験を行った。その結果を図6及び7に示す。   Next, a corrosion resistance test was performed using a rotor blade material made of 12Cr steel and a rotor material made of 3.5NiCrMoV steel. The results are shown in FIGS.

図6は、AVT腐食環境(pH9.5、溶存酸素濃度7ppb未満)における試験であり、図7は、CWT腐食環境(pH8.5、溶存酸素濃度100ppb)における試験である。   FIG. 6 is a test in an AVT corrosive environment (pH 9.5, dissolved oxygen concentration is less than 7 ppb), and FIG. 7 is a test in a CWT corrosive environment (pH 8.5, dissolved oxygen concentration is 100 ppb).

加速試験とするため、腐食促進化合物の塩化ナトリウムを0.01mol/l添加した水溶液に、動翼材と被覆層を設けたロータ材とを接触させたすきま試験片(実施例)、及び、動翼材と被覆層を設けていないロータ材とを接触させたすきま試験片(比較例)を浸漬し、その浸漬槽を90℃に加熱した後、400時間、800時間保持した。   In order to make an accelerated test, a clearance test piece (Example) in which a blade material and a rotor material provided with a coating layer were brought into contact with an aqueous solution containing 0.01 mol / l of sodium chloride as a corrosion promoting compound, and a blade A gap test piece (comparative example) in which a material and a rotor material not provided with a coating layer were brought into contact was immersed, and the immersion bath was heated to 90 ° C. and then held for 400 hours and 800 hours.

図6及び図7に示すように、いずれの腐食環境においても、腐食量は、比較例よりも実施例の方が低下した。そして、その腐食量は、AVTよりもCWTの加速試験を適用した試験片で大きく低下した。このことから、AVTは勿論のこと、特にCWTの腐食環境下における防食に好適であることがわかる。   As shown in FIGS. 6 and 7, in any corrosive environment, the amount of corrosion was lower in the example than in the comparative example. And the amount of corrosion decreased greatly in the test piece to which the acceleration test of CWT was applied rather than AVT. From this, it can be seen that AVT is suitable for anticorrosion in a corrosive environment as well as CWT.

ここで、実施例の場合に、特にCWTの腐食環境下で腐食を抑制することができた理由を説明する。   Here, in the case of the example, the reason why the corrosion can be suppressed particularly in the corrosive environment of CWT will be described.

腐食とは、ある環境に曝された金属が環境中の水や酸素等と反応して、金属表面が減肉する現象である。動翼の植込部に生じるすきまで発生する腐食形態としては、主に(1)ガルバニック腐食と(2)すきま腐食がある。このうち、(1)ガルバニック腐食は、前述のとおり、異種金属が接触することにより発生する電極電位差が駆動力となり、それらの異種金属のうち電極電位が卑な金属が選択的に腐食される。一方、(2)すきま腐食は、すきまの内外における溶存酸素やイオンの濃度差による起電力が駆動力となり、外部から浸入したアニオン(特にCl-)がすきま部分の表面に形成された酸化被膜を破壊することにより発生する。 Corrosion is a phenomenon in which metal exposed to a certain environment reacts with water, oxygen, etc. in the environment and the metal surface is thinned. Corrosion forms that occur up to the crevice occurring in the rotor blade implant are mainly (1) galvanic corrosion and (2) crevice corrosion. Among these, (1) galvanic corrosion, as described above, the electrode potential difference generated by the contact of different metals becomes a driving force, and the metal having a lower electrode potential is selectively corroded among these different metals. On the other hand, (2) crevice corrosion, the electromotive force becomes the driving force by the density difference between the dissolved oxygen and ions in and out of the gap, the anion having entered from the outside (in particular Cl -) the oxide layer is formed on the surface of the gap section Generated by destruction.

したがって、動翼の植込部のように異なる金属表面で構成されたすきまにおける腐食を抑制するためには、(1)接触する金属同士の電極電位差を0Vに近づけ、さらに、不動態被膜を破壊されにくくするために(2)Cr量を高めた金属で全面を被覆する構造がよい。   Therefore, in order to suppress corrosion in gaps composed of different metal surfaces such as moving blade implants, (1) the electrode potential difference between the contacting metals approaches 0V, and the passive film is destroyed. (2) A structure in which the entire surface is covered with a metal with an increased amount of Cr is preferable in order to make it difficult to be done.

AVT及びCWTにおけるロータ材のガルバニック腐食感受性を見積るため、前述の腐食促進化合物である塩化ナトリウムを0.01mol/l添加した水溶液を用いた腐食環境において、動翼材及びロータ材のそれぞれの腐食電位について溶存酸素濃度依存性を評価した。その結果を図8に示す。水溶液の温度は90℃、pHは8.5である。   In order to estimate the galvanic corrosion susceptibility of rotor materials in AVT and CWT, the corrosion potentials of the blade material and rotor material in a corrosive environment using an aqueous solution containing 0.01 mol / l of the above-mentioned corrosion promoting compound sodium chloride The dissolved oxygen concentration dependence was evaluated. The result is shown in FIG. The temperature of the aqueous solution is 90 ° C. and the pH is 8.5.

ここでは、動翼材もしくはロータ材の試験片を単体で上記の塩化ナトリウムを含む水溶液に浸漬し、溶存酸素の依存性を評価するために窒素ガスを注入することにより脱気し、一度、水溶液中の溶存酸素を約0ppbまで抑えた。その後、溶存酸素濃度を15ppb/hourの速度で上げながら、120ppbまでの腐食電位を測定した。   Here, the test piece of the rotor blade material or rotor material is immersed in an aqueous solution containing the above sodium chloride alone, and degassed by injecting nitrogen gas to evaluate the dependency of dissolved oxygen. The dissolved oxygen inside was suppressed to about 0 ppb. Thereafter, the corrosion potential up to 120 ppb was measured while increasing the dissolved oxygen concentration at a rate of 15 ppb / hour.

図8に示すように、動翼材及びロータ材の腐食電位差は、溶存酸素が0ppb付近では小さいが、溶存酸素が高まるに従ってそれぞれの腐食電位が貴となり、20ppb〜40ppbの範囲で腐食電位差が急激に高くなる。   As shown in FIG. 8, the corrosion potential difference between the rotor blade material and the rotor material is small when the dissolved oxygen is around 0 ppb, but as the dissolved oxygen increases, each corrosion potential becomes noble, and the corrosion potential difference suddenly increases in the range of 20 ppb to 40 ppb. To be high.

したがって、塩化ナトリウムを含んだ腐食環境においては、溶存酸素によりロータ材のガルバニック腐食感受性が高まることがわかる。図6のAVTより図7のCWTにおけるロータ材の腐食量が高いのは、ガルバニック腐食が進行したためと推定できる。   Therefore, it can be seen that in a corrosive environment containing sodium chloride, dissolved oxygen increases the sensitivity of the rotor material to galvanic corrosion. It can be estimated that the corrosion amount of the rotor material in the CWT in FIG. 7 is higher than the AVT in FIG. 6 because the galvanic corrosion has progressed.

図9は、AVT及びCWTの腐食環境においてロータ材と動翼材との間に発生する腐食電位差に関して被覆層の有無による影響を測定した実験結果を示すグラフである。   FIG. 9 is a graph showing experimental results obtained by measuring the influence of the presence or absence of a coating layer on the corrosion potential difference generated between the rotor material and the blade material in the corrosive environment of AVT and CWT.

本図に示すように、ロータ材に被覆層を設けた場合の腐食電位差は、AVT及びCWTにおいて共に減少した。この効果は、特にCWTで顕著である。   As shown in this figure, the difference in corrosion potential when the coating layer was provided on the rotor material decreased in both AVT and CWT. This effect is particularly noticeable with CWT.

以上の腐食量及び腐食電位差の測定結果から、植込部におけるロータの腐食を抑制した蒸気タービンを提供できることが実証された。   From the above measurement results of the corrosion amount and the corrosion potential difference, it was proved that a steam turbine capable of suppressing the corrosion of the rotor in the implanted portion can be provided.

本実施例においては、12Cr鋼で構成された動翼及び3.5NiCrMoV鋼で構成されたロータを用いたが、本発明は、これに限定されるものではなく、低合金鋼、Ti合金等を用いた動翼及びロータにも適用可能である。   In this example, a rotor blade made of 12Cr steel and a rotor made of 3.5NiCrMoV steel were used, but the present invention is not limited to this, and low alloy steel, Ti alloy, etc. are used. It can also be applied to existing rotor blades and rotors.

また、被覆層の形成方法も、本実施例で用いた溶線フレーム溶射に限定されるものではなく、バタリング、肉盛溶接、拡散接合、爆着、圧延クラッド、静水圧プレスなどが適用可能である。   Further, the method for forming the coating layer is not limited to the hot wire flame spraying used in the present embodiment, but can be applied to buttering, overlay welding, diffusion bonding, explosion welding, rolling cladding, isostatic pressing, and the like. .

1:蒸気タービン、11:動翼、12:ロータ、13:植込部、14:固形異物、21:熱硬化樹脂、22:被覆層、31:溶射ガン、32:溶射線棒。   1: Steam turbine, 11: Rotor blade, 12: Rotor, 13: Implanted part, 14: Solid foreign substance, 21: Thermosetting resin, 22: Coating layer, 31: Thermal spray gun, 32: Thermal spray rod.

Claims (5)

動翼と、ロータとを含む蒸気タービンであって、前記ロータは、前記動翼との接続部に被覆層を有し、この被覆層は、前記動翼を構成する材料で形成されていることを特徴とする蒸気タービン。   A steam turbine including a moving blade and a rotor, wherein the rotor has a coating layer at a connection portion with the moving blade, and the coating layer is formed of a material constituting the moving blade. A steam turbine characterized by 前記被覆層は、10〜18wt.%以上のCrを含むことを特徴とする請求項1記載の蒸気タービン。   The steam turbine according to claim 1, wherein the coating layer contains 10 to 18 wt.% Or more of Cr. 前記被覆層は、80wt.%以上のTiを含むことを特徴とする請求項1記載の蒸気タービン。   The steam turbine according to claim 1, wherein the coating layer contains 80 wt.% Or more of Ti. 動翼と、ロータとを含む蒸気タービンの製造方法であって、前記ロータと前記動翼との接続部における前記ロータの表面に、前記動翼を構成する材料を用いて被覆層を形成する工程を有することを特徴とする蒸気タービンの製造方法。   A method of manufacturing a steam turbine including a moving blade and a rotor, wherein a coating layer is formed on a surface of the rotor at a connection portion between the rotor and the moving blade using a material constituting the moving blade. A method for manufacturing a steam turbine, comprising: 前記被覆層は、溶線フレーム溶射、バタリング、肉盛溶接、拡散接合、爆着、圧延クラッド又は静水圧プレスにより形成することを特徴とする請求項4記載の蒸気タービンの製造方法。   The steam turbine manufacturing method according to claim 4, wherein the coating layer is formed by hot wire flame spraying, buttering, overlay welding, diffusion bonding, explosion welding, rolling cladding, or isostatic pressing.
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