JP2013249824A - Method for manufacturing member for steam turbine plant, member for steam turbine plant, governing valve and steam turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、表面に酸化膜を有する蒸気タービン設備用部材の製造方法、蒸気タービン設備用部材、蒸気加減弁、蒸気タービンに関する。 Embodiments described herein relate generally to a method for manufacturing a member for a steam turbine facility having an oxide film on the surface, a member for a steam turbine facility, a steam control valve, and a steam turbine.
近年、蒸気タービンを用いた発電設備(蒸気タービン設備)では、高い発電効率が要求されており、蒸気温度が上昇する傾向にある。蒸気温度が566℃〜630℃の場合、蒸気タービン設備に用いる部材としては、一般的に9〜12%Cr系のステンレス鋼やニッケル基耐熱合金鋼が使用されている。 In recent years, power generation equipment (steam turbine equipment) using a steam turbine is required to have high power generation efficiency, and the steam temperature tends to increase. When the steam temperature is 566 ° C. to 630 ° C., 9 to 12% Cr-based stainless steel or nickel-base heat-resistant alloy steel is generally used as a member used for steam turbine equipment.
蒸気タービン設備の一例として、例えば蒸気加減弁では、蒸気流量を制御するために、弁棒及びブッシュ、スリーブ及び弁体それぞれが摺動する構造になっている。従来、かかる摺動する構造をなす摺動部材は、耐摩耗性を向上させるため窒化処理が施されてきた。 As an example of steam turbine equipment, for example, a steam control valve has a structure in which a valve rod, a bush, a sleeve, and a valve body slide in order to control the steam flow rate. Conventionally, a sliding member having such a sliding structure has been subjected to nitriding treatment in order to improve wear resistance.
しかし、窒化処理では耐酸化性が得られないため、蒸気加減弁が高温蒸気により酸化すると、運転時間の経過とともに生成された酸化スケールによって摺動部材間の間隙が減少してしまう。その結果、定期検査ごとに酸化スケールを除去しなければ、摺動部材が固着してしまうという問題があった。 However, since oxidation resistance cannot be obtained by nitriding treatment, when the steam control valve is oxidized by high-temperature steam, the gap between the sliding members is reduced due to the generated oxide scale as the operation time elapses. As a result, there is a problem that the sliding member is fixed unless the oxide scale is removed for each periodic inspection.
また、蒸気タービン設備の他の例として、例えば主蒸気管や再熱蒸気管では、生成した酸化スケールが成長し剥離してしまうという問題があった。 Further, as another example of the steam turbine equipment, for example, in the main steam pipe and the reheat steam pipe, there is a problem that the generated oxide scale grows and peels off.
このように、従来の蒸気タービン設備用部材の製造方法、蒸気タービン設備用部材、蒸気加減弁、蒸気タービンでは、部材の耐酸化性が十分ではないという問題がある。本発明の実施形態は、かかる課題を解決するためになされたもので、高温環境においても耐酸化性を発揮することのできる蒸気タービン設備用部材の製造方法、蒸気タービン設備用部材、蒸気加減弁、蒸気タービンを提供することを目的としている。 Thus, the conventional method for manufacturing a member for steam turbine equipment, a member for steam turbine equipment, a steam control valve, and a steam turbine have a problem that the oxidation resistance of the member is not sufficient. Embodiments of the present invention have been made to solve such a problem, and a method for manufacturing a member for a steam turbine facility capable of exhibiting oxidation resistance even in a high temperature environment, a member for a steam turbine facility, and a steam control valve It aims to provide a steam turbine.
実施形態の蒸気タービン設備用部材は、第1の金属材料からなり耐熱性を有する金属部材と、前記金属部材の表面から内部に渡って形成され、前記第1の金属材料とは異なる第2の金属材料が拡散した拡散層を具備する。さらに、前記拡散層が形成された前記金属部材の表面に第2の金属材料が堆積した多孔質の堆積層を具備する。そして、前記堆積層の表面に形成され第2の金属材料の酸化物からなる酸化膜を具備することを特徴とする。 The steam turbine equipment member according to the embodiment includes a metal member made of a first metal material and having heat resistance, and a second member different from the first metal material formed from the surface of the metal member to the inside. A diffusion layer in which a metal material is diffused is provided. Furthermore, a porous deposition layer in which a second metal material is deposited on the surface of the metal member on which the diffusion layer is formed is provided. In addition, an oxide film made of an oxide of the second metal material is provided on the surface of the deposited layer.
(第1の実施形態の蒸気タービン設備用部材)
第1の実施形態の蒸気タービン設備用部材において、高温の酸化条件下で長時間使用することのできる耐酸化性は、酸化の初期段階において部材表面に形成された酸化膜が保護性を有し、その後の新たな酸化物の生成を防止することによって発揮される。酸化膜が発揮する保護性は、膜をなす酸化物の種類に応じて異なるが、当該膜が緻密であることが必要である。このような緻密な酸化膜は、大気中の酸素を透過させないばかりでなく、蒸気タービン設備用部材をなす金属成分が酸化膜を通じて溶出することもない。したがって、金属酸化物(酸化スケール)の生成を抑制することができる。第1の実施形態の製造方法では、パルス放電により多孔質な堆積層を形成する。この堆積層は多孔質なだけでなく硬度が高い。さらに、堆積層を所定の条件で加熱することで、堆積層中の電極材料が堆積層の表面だけでなく堆積層中の空孔の表面にも緻密な酸化物を生成する。そのため、緻密で高い硬度を持ち、耐酸化性や保護性、摺動性に優れた構成とすることができる。
(Member for Steam Turbine Equipment of First Embodiment)
In the steam turbine equipment member of the first embodiment, the oxidation resistance that can be used for a long time under high-temperature oxidation conditions is that the oxide film formed on the surface of the member in the initial stage of oxidation has protection. It is exhibited by preventing the subsequent generation of new oxides. The protective property exhibited by the oxide film varies depending on the type of oxide forming the film, but the film needs to be dense. Such a dense oxide film not only does not allow oxygen in the atmosphere to permeate, but also prevents a metal component constituting the steam turbine equipment member from being eluted through the oxide film. Accordingly, generation of metal oxide (oxide scale) can be suppressed. In the manufacturing method of the first embodiment, a porous deposition layer is formed by pulse discharge. This deposited layer is not only porous, but also has a high hardness. Furthermore, by heating the deposited layer under predetermined conditions, the electrode material in the deposited layer generates a dense oxide not only on the surface of the deposited layer but also on the surface of the vacancies in the deposited layer. Therefore, it can have a dense and high hardness and excellent oxidation resistance, protective property, and sliding property.
このように、実施形態の蒸気タービン設備用部材によれば、蒸気タービン設備の運転中に新たな(酸化膜上に)酸化物の生成することが抑制され、より高温、又は長期間での使用が可能となる。また、実施形態のタービン設備用部材は、優れた摺動性を有し、高温下で使用してもこの摺動性を維持することができる。 Thus, according to the steam turbine equipment member of the embodiment, generation of new oxide (on the oxide film) during operation of the steam turbine equipment is suppressed, and use at a higher temperature or for a longer period of time. Is possible. Further, the turbine equipment member of the embodiment has excellent slidability, and can maintain this slidability even when used at high temperatures.
図1は、第1の実施形態の蒸気タービン設備用部材の構成の一例を示している。図1に示すように、第1の実施形態の蒸気タービン設備用部材1は、母材たる金属部材10の一方の表面の表層部分に拡散層12が形成されている。また、この実施形態による蒸気タービン設備用部材1は、拡散層12に対応する金属部材10の表面に堆積層25が形成されている。この堆積層25は空孔を有する多孔質層をなしている。
FIG. 1 shows an example of the configuration of a steam turbine equipment member according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, in the steam
拡散層12は、蒸気タービン設備用部材1をなす金属部材10の被処理面表面から内部に向けて、電極材料22が拡散し浸透した改質層である。拡散層12では、電極材料22が金属部材を構成する成分と溶け合い、電極材料22が金属部材10中に拡散浸透し、電極材料22の含有量が金属部材10の表面に向けて厚さ方向に徐々に増加する組成傾斜層の性質を示している。
The
また、堆積層25の表面には酸化膜26が形成されている。酸化膜26は、堆積層25の表面、すなわち、堆積層25内部の空孔内壁面を含む堆積層25の表面に形成されている。酸化膜26は、堆積層25中の電極材料22の一部又は全部の酸化物により構成されている。本実施形態において、金属部材10、拡散層12、堆積層25、酸化膜26は必ずしも明確な境界を有するものでなく、連続した組成としてもよい。酸化膜26を堆積層25の一部としてもよく全部としてもよいことは言うまでもない。
An
第1の実施形態に係る蒸気タービン設備用部材1の製造方法としては、まず、電気絶縁性のある液中又は気中において、金属部材10(第1の金属材料)の被処理面と、金属部材10とは異なる材料からなる電極20とを微小間隙で保持した状態で、当該微小間隙にパルス状の放電を発生させる。この放電のエネルギーにより、電極20をなす電極材料22を金属部材10の表面に溶着させ、堆積させることで、拡散層12及び堆積層を形成する。拡散層12が組成傾斜層の性質を示すのは、パルス状の放電により電極材料22が金属部材10の被処理面に溶着した際、当該溶着部が部分的に高温となるため、電極材料22が金属部材10中に拡散するためである。また、後述するように、電極材料22の組成や物性、パルス放電の条件などを適宜決定することで多孔質の堆積層を形成することができる。その後、金属部材10に形成された堆積層を酸化処理することで堆積層25を得ることができる。
As a manufacturing method of the
(第1の実施形態の製造装置)
次に、図2を参照して、第1の実施形態の蒸気タービン設備用部材の製造方法に用いる製造装置について説明する。
(Production apparatus of the first embodiment)
Next, with reference to FIG. 2, the manufacturing apparatus used for the manufacturing method of the member for steam turbine equipment of 1st Embodiment is demonstrated.
[製造装置の構成]
図2は、第1の実施形態の製造方法に用いる製造装置2の概略を示している。図2に示すように、第1の実施形態の製造装置2では、加工液40を貯留した加工槽30を具備している。加工槽30の加工液40には、接続線が接続された金属部材10が浸漬されている。金属部材10の被処理面近傍には、当該被処理面と対向させた棒状の電極20が配置されている。
[Configuration of manufacturing equipment]
FIG. 2 shows an outline of the
金属部材10及び電極20は、閉回路を形成している。すなわち、金属部材10は、直流電源Eの正極と接続されており、電極20は、電流制限抵抗器R及びスイッチング素子Trを介して直流電源Eの負極と接続されている。加工液40は、例えば電気絶縁性をもつ油である。加工液40は、金属部材10や電極材料22が制御されずに酸化してしまうことを防止する作用をする。制御されず自然酸化することで酸化膜26が不均質となり、保護性に劣るおそれがあるためである。スイッチング素子Trは、直流電源Eの電圧を電極20及び金属部材10の間に印加又は印加を停止する。
The
金属部材10及び電極20の間には、金属部材10及び電極20の間に発生した放電を検出する放電検出部50が接続されている。放電検出部50は、例えば金属部材10及び電極20の間の電位差を監視し、放電により生ずる当該電位差の変動を検出することで放電の発生を検出する。放電検出部50の検出結果は、制御部60に与えられる。制御部60は、放電検出部50が検出した放電発生の有無に基づいてスイッチング素子Trの開閉状態を制御する。
Connected between the
図2に示す例では、スイッチング素子Trは、バイポーラトランジスタ素子により実現している。すなわち、制御部60の制御信号をベース端子で受け、コレクタに接続された直流電源Eの負極及びエミッタに接続された電流制限抵抗器Rの接続をオンオフ制御する。
In the example shown in FIG. 2, the switching element Tr is realized by a bipolar transistor element. That is, the control signal of the
電流制限抵抗器Rは、閉回路を流れる電流値を設定する。この電流値は、金属部材10及び電極20の間で発生する放電の態様を決定するパラメータである。また、制御部60は、スイッチング素子Trの開閉タイミングを制御して、金属部材10及び電極20に印加される電圧波形を所定の形状に制御する。この電圧波形も、金属部材10及び電極20で発生する放電の態様を決定するパラメータである。すなわち、電流制限抵抗器Rの抵抗値と制御部60の制御信号を調節することで、金属部材10及び電極20の放電状態を制御することができる。放電の発生を検出してパルス放電を発生させるので、パルスごとのエネルギーを一定とすることができる本実施形態の製造方法では、均質な拡散層12及び堆積層25を形成することができる。
The current limiting resistor R sets a current value flowing through the closed circuit. This current value is a parameter that determines the mode of discharge generated between the
Si(ケイ素)など比較的抵抗値の高い材料を電極材料22として用いる場合は、放電発生時に電極20に電流が流れて生ずる電圧降下がパルス放電時の金属部材10と電極20の間の電圧に加わるため、放電検出部50が放電の発生を認識できない可能性がある。この場合、電圧印加時間及び停止時間をあらかじめ決定し、周期的に電圧を印加、停止することで、パルス放電を検出せずにパルスごとのエネルギーを制御することができる。
When a material having a relatively high resistance value such as Si (silicon) is used as the
この実施形態の製造方法では、上記したようにパルス放電を用いるため、放電パルス数やパルス放電時間を変更することにより拡散層12及び堆積層25の厚みを容易に調節できる。放電が発生する部分にのみ拡散層12及び堆積層25が形成されるため、所望の部分に局所的に形成することもできる。
Since the manufacturing method of this embodiment uses pulse discharge as described above, the thickness of the
(第1の実施形態の製造方法)
続いて、図2〜3、4A〜4Eを参照して、第1の実施形態の製造方法を詳細に説明する。図2に示す製造装置2において、図4Aに示すように、電極20を金属部材10の被処理面近傍に保持する(ステップ100。以下「S100」のように称する。)。電極20の 保持は、図示しないアームや電極送り機構を用いて実現してもよく、作業員が直接保持しても構わない。
(Manufacturing method of the first embodiment)
Then, the manufacturing method of 1st Embodiment is demonstrated in detail with reference to FIGS. 2-3, 4A-4E. In the
金属部材10と電極20の間の距離は、電圧を印加することによりパルス状の放電を発生し、電極材料22を金属部材の表面から内部へ向けて拡散浸透させるとともに堆積させることのできる距離である。第1の実施形態では、金属部材10と電極20はその間に印加される電圧の大きさに応じた間隔で保持されている。
The distance between the
[パルス状放電]
制御部60は、スイッチング素子Trを制御してオン状態として、金属部材10及び電極20に電圧を印加する。金属部材10及び電極20の距離が接近すると、図4Bに示すように、金属部材10及び電極20の間に放電が発生する(S102)。
[Pulse discharge]
The
このとき、金属部材10及び電極20に供給する電流パルスの電流値やパルス幅(放電持続時間)、放電休止時間(電圧を印加しない時間)をもとに算出した抵抗値及び電圧波形を予め電流制限抵抗器R及び制御部60に設定しておく。放電が発生すると、放電検出部50は、金属部材10及び電極20の間の電圧の低下と低下のタイミングに基づいて放電の発生を検出し、制御部60は、放電発生の検出から所定の時間(パルス幅)後にスイッチング素子Trを制御してオフ状態とする。制御部60は、スイッチング素子Trをオフ状態とした時から所定の時間(休止時間)後に再びスイッチング素子Trをオン状態とする。これらの動作を繰り返し行うことにより、設定した電流波形に応じた放電を連続的に発生させることができる。
At this time, the resistance value and the voltage waveform calculated based on the current value and pulse width (discharge duration) of the current pulse supplied to the
[堆積層形成]
金属部材10及び電極20の間に連続的に放電が発生すると、図4Bに示すように、電極20をなす電極材料22が金属部材10の被処理面に向けて飛び出す。また、図4Cに示すように、放電により金属部材10の被処理面に放出された電極材料22は、金属部材10の被処理面から内部に拡散して拡散層12を形成するとともに、当該被処理面に堆積する。その結果、金属部材10の被処理面には、多孔質の堆積層24が形成される(S104)。
[Deposition layer formation]
When discharge is continuously generated between the
堆積層24は、概ね電極材料22により構成され、電極材料22が極めて緻密に存在する状態となる。金属部材10の被処理面の表層部分(拡散層12)は、金属部材10における電極材料22の組成比が被処理面から金属部材10の内部に向かって被処理面の厚さ方向に徐々に小さくなる組成傾斜層の性質を呈する。
The deposited
ここで、拡散層12の厚さはおおよそ10[μm]とすることが好ましい。拡散層12の厚さがこれより厚すぎると、入熱量が多くなり金属部材が変形、変質したり、その強度が低下したりするおそれがあるためである。拡散層12及び堆積層24は必要に応じて金属部材10表面の全部又は一部に形成することができる。
堆積層24を形成した後、必要に応じて、堆積層24の上表面を工作機械などにより最小限度で加工して、蒸気タービン設備用部材1を所定の形状や寸法とし、蒸気タービン設備用部材1の表面を所望の表面粗さとすることができる(S105)。
Here, the thickness of the
After the
[堆積層の加熱酸化処理]
本実施形態の製造方法では、堆積層24を形成した後、図4Dに示すように加熱手段35によって加熱酸化処理を行う。この加熱酸化処理により、堆積層25の表面及び堆積層25中の空孔の表面に酸化膜26を形成する。かかる処理により緻密化し保護性を向上させた堆積層25を得ることができる。また、蒸気タービン設備用部材1の表層部分を緻密でより高硬度にすることができ、摺動性を向上させることができる。
[Heat oxidation treatment of deposited layer]
In the manufacturing method of this embodiment, after forming the deposited
加熱酸化処理の温度は、金属部材10の焼戻し温度以下である。これは、金属部材10及び堆積層25の強度低下や変質、変形、堆積層25や酸化膜26の結晶粒の粗大化による保護性の低下を抑止するためである。加熱酸化処理の温度は、具体的には金属部材10の焼戻し温度以下で、かつ電極材料22が酸化する温度である600〜650℃程度が好ましい。加熱手段35は、前記した温度を得られる方法であれば限定されない。具体的には、バーナー、電子ビーム、レーザー、アーク電流によるアーク加熱、プラズマ加熱などの加熱方法が挙げられる。また、粒子が衝突する際に発生する熱を利用して加熱する方法(例えば、後述するピーニング処理)や、局所加熱が可能なその他公知の方法を用いることができる。
The temperature of the heat oxidation treatment is equal to or lower than the tempering temperature of the
また、本実施形態の製造方法では、パルス放電により、空孔の極めて小さい多孔質な堆積層25を形成している。堆積層25は、一定の厚みを持って形成されており、また、電極材料22により形成されている、したがって堆積層25自体の硬度が高い。また、堆積層25は多孔質であるため摺動性に優れる。さらに、この堆積層25表面の電極材料22を酸化させることにより、より緻密で、耐酸化性及び摺動性に優れるものとすることができる。さらに、酸化膜26は高い硬度を持つため、摺動性に優れるとともに、摺動による耐摩耗性を向上することができる。ここで、電極材料22がCo基硬質合金(Cr含有量が10〜30重量)の場合、Coそのものが耐酸化性を持つため、酸化膜26への酸化スケール生成をより抑制することができる。酸化スケールの生成が抑制されれば、蒸気タービンを構成する部材の間隙を長期間適正に保つことができるだけでなく、摺動性を向上させることができる。
Moreover, in the manufacturing method of this embodiment, the
このように、本実施形態の製造方法によって、摺動特性に優れ、耐酸化性を有する蒸気タービン設備用部材1を得ることが可能である。
As described above, the manufacturing method of the present embodiment makes it possible to obtain the steam
この実施形態の製造方法では、パルス放電を用いているため、溶接、溶射などの方法と比較して堆積層25を多孔質とすることが容易である。図4Cのように堆積層24を多孔質とすることで、酸化膜26を堆積層25の上面と、堆積層25中の空孔の表面(図4D、図4Eに示す)に形成し、緻密なものとすることができる。堆積層25を多孔質とする要素は、以下の1)〜6)があり、本実施形態の製造方法では、これらの要素を考慮して拡散層12と多孔質な堆積層25を形成することができる。
1)電極材料の構成粒子径
2)電極材料の構成粒子の結合力
3)電極材料、金属部材及び加工液の熱伝導率、熱伝達率
4)放電処理時の電流値
5)放電処理時のパルス時間設定(ON/OFF時間)
6)加工液中の微粒子濃度
In the manufacturing method of this embodiment, since pulse discharge is used, it is easy to make the deposited
1) Constituent particle diameter of electrode material 2) Coupling force of constituent particles of electrode material 3) Thermal conductivity and heat transfer coefficient of electrode material, metal member and machining fluid 4) Current value during discharge process 5) During discharge process Pulse time setting (ON / OFF time)
6) Fine particle concentration in machining fluid
本実施形態の電極20は、第2の金属材料である電極材料22の粉末を圧縮成形する方法などにより構成する。電極材料22の粉末は、放電エネルギーにより電極20から金属部材10に向けて飛び出すとともに溶融しながら堆積する。粉末の表面積は粒径の2乗に比例するのに対し、体積は粒径の3乗に比例することから、このとき、粉末の粒子径が小さいほど単位体積当たりの熱エネルギーを大きくすることができる(要素1)。
The
また、本実施形態のパルス放電処理では、パルス放電を繰り返し発生させ、電極材料22を含む小さな盛り上がり(突起物)を徐々に積層するとともに放電エネルギーで溶着させる。放電時間を長くすることや、放電電流を大きくすることでパルスごとのエネルギーを大きくすることができる。そうすると1回の放電(パルス)で形成される突起物や突起物間の空隙が大きくなる。また、突起物や突起物間の空隙の大きさは、パルスごとのエネルギー、電極材料22の構成粒子径、電極材料22の構成粒子の結合力などに応じて決定される(要素1,2)。
Further, in the pulse discharge treatment of the present embodiment, pulse discharge is repeatedly generated, and small bulges (projections) including the
本実施形態の製造方法では、パルス放電を用い、電極材料22を金属部材10表面に向けて放出させる。放電の熱により電極材料22は溶融して金属部材10表面に溶着するとともに金属部材10表面から内部へ拡散浸透する。金属部材10及び電極材料22の熱伝導率が大きいと、溶融した電極材料22の熱が金属部材10及び堆積層24中に伝導し拡散する。そして、溶融した電極材料22が再凝固し堆積層24を形成する。その上にさらに放電を繰り返すことで電極材料22が堆積する。したがって、金属部材10及び電極材料22の熱伝導率が大きいと金属部材10や電極材料22を構成する粒子間の接触面積が僅かでも熱を拡散させることができ、溶融した電極材料22の凝固が速く起こる。そのため、金属部材10や電極材料22の熱伝導率が大きいと放電によって積層した突起物間の空隙が埋まりきる前に凝固するため、堆積層24を多孔質とすることができる(要素3)。
In the manufacturing method of the present embodiment, the
以上のような電極材料22の熱伝導率、電極材料22を構成する粒子の粒径、パルス放電条件やその他の各要素を考慮して微小な空孔を有する堆積層24を形成することができる。
Considering the thermal conductivity of the
[第1の実施形態の製造方法の作用]
この実施形態の製造方法においては、パルス放電によって、多孔質な堆積層24を形成している。そして、堆積層24の表面(堆積層24中の空孔の表面を含む)の電極材料22を酸化させ、酸化膜26が形成された堆積層25を得ている。堆積層24は、多孔質であるため多くの空孔を有しており、酸化物が空孔の界面にも生成する。堆積層25は極めて緻密で保護性が高く、硬度の高いものとなる。また、生成した酸化物により空孔の空隙が減少し、堆積層24は、より緻密な堆積層25となる。さらに、前述した実施形態の電極材料22を用いるので、この酸化膜26は、緻密で堅く簡単に破壊や侵食されることがなく、保護性を高くすることができる。例えば、酸化膜26として電極材料22のCrを由来とするCr2O3(酸化クロム)を生成すると、保護性に優れるものとなる。これは、Cr2O3は、コランダム型構造をもつため、熱に安定であるからであり、不動態であるため優れた耐酸化性を持つからである。
[Operation of Manufacturing Method of First Embodiment]
In the manufacturing method of this embodiment, the
なお、電極材料22の量が少ないと、酸化スケールが生成してしまう。これらは、例えば電極材料22や金属部材10に含まれるCrと、Fe、Ni、Coなどにより生成したFeCr2O4、Fe3O4、NiCr2O4、CoCr2O4などである。本実施形態の製造方法では、パルス放電を用いて電極材料22からなる堆積層25を形成し、保護性に優れる酸化膜26を得ることができる。
When the amount of the
本実施形態の堆積層25は、多孔質なために熱伝導率が一般的な固体金属材料より小さい。したがって、加熱酸化処理の際、表面からの熱は母材たる金属部材10へ伝わりにくく、金属部材10への入熱を最小限とすることができる。
Since the deposited
また、加熱によって形成される酸化膜26は、緻密であり優れた摺動性を持つ。また、堆積層25は多孔質であるがゆえに熱エネルギーを吸収して蓄えることができる。そのため、高温でエネルギーを蓄積し、粒子間の拡散接合が促進されて、粒界や空隙が減少する。そうすると、粒子と粒子の結合強度が大きくなる、すなわち、堆積層25及び酸化膜26の硬度や強度を向上させて摺動性を向上させることができる。
The
また、第1の実施形態の製造方法では、パルス状放電により金属部材10の被処理面の表面改質を行っている。すなわち、従来の溶接や溶射、焼結などによるコーティングと比較して、部材に対する入熱を少なくすることができる。したがって、対象部材を殆ど変形させることがない。さらに、この実施形態の製造方法では、拡散層12において、電極材料22の成分が金属部材10表面から内部に浸透して溶け合って接合している。したがって、拡散層12が金属部材10から剥がれることがない。また、溶接を用いておらず、拡散層12に残留応力が発生することがない。拡散層12は傾斜機能材料となり線膨張係数の差が殆ど生じないための熱応力が緩和されている。したがって拡散層12に割れが起きることもない。
既存技術として、プラズマ溶接により、Co基硬質合金(例えば、ステライト(登録商標))を肉盛した肉盛部を形成する方法がある。この実施形態の製造方法は、パルス放電によって堆積層25を既存のプラズマ溶接による肉盛部よりと比較し低硬度とすることができる。したがって、この実施形態の製造方法とプラズマ溶接を用いた製造方法を組合せることで、双方の表面硬度に差異を生じさせることができ、カジリ防止の観点からも望ましい。また本実施形態の製造方法では多孔質の堆積層25の表面に酸化膜26を形成しており、既存のプラズマ溶接による肉盛部にはない、優れた摺動性を持つ蒸気タービン設備用部材1を得ることができる。このように、第1の実施形態の製造方法によれば、緻密で堅く簡単に破壊や侵食されることがない蒸気タービン設備用部材1を製造することができる。
Moreover, in the manufacturing method of 1st Embodiment, the surface modification of the to-be-processed surface of the
As an existing technique, there is a method of forming a built-up portion in which a Co-based hard alloy (for example, Stellite (registered trademark)) is built up by plasma welding. In the manufacturing method of this embodiment, the deposited
なお、上記説明した実施形態の製造方法・製造装置では、スイッチング素子Trとしてトランジスタを用いているが、電圧の印加を制御できる素子であればどのようなものでも構わない。また、上記実施形態では、電流制限抵抗器Rにより電流値の制御を実現しているが、電流値が制御できれば他の方法でもよいことは言うまでない。 In the manufacturing method and manufacturing apparatus of the above-described embodiment, a transistor is used as the switching element Tr. However, any element can be used as long as it can control the application of voltage. Moreover, in the said embodiment, although control of the current value is implement | achieved by the current limiting resistor R, it cannot be overemphasized that another method may be sufficient if a current value can be controlled.
[母材と電極]
ここで、本実施形態における金属部材10及び電極20について説明する。この実施形態における蒸気タービン設備用部材1の金属部材10(第1の金属材料)は、蒸気タービンプラントの高温用材料として一般的に使用される材料からなる。例えば、Cr(クロム)、Mo(モリブデン)、V(バナジウム)、W(タングステン)、Mn(マンガン)、Ti(チタン)、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)のいずれかを含むクロム−モリブデン鋼、クロム−モリブデン−バナジウム鋼、クロム−モリブデン−タングステン−バナジウム鋼、9%クロム鋼、12%クロム鋼、Ni基やCo基の耐熱合金鋼などを用いることができる。
[Base materials and electrodes]
Here, the
また、電極材料22は、Co,Cr,Ni,W,Mo,Fe,Si,Ti,Zr,Cu,Alなど、酸化膜26の形成に適した金属を用いることができる。
The
本実施形態の電極材料22は、堆積層25を多孔質とするために、熱伝導率が大きい金属材料を用いる。具体的に、電極材料22は熱伝導率が90[W/m・K]以上であることが好ましい。熱伝導率が90[W/m・K]以上の材料として、上記した中では、Co,Ni,Cu,Alやこれらの合金などが挙げられる。当該材料を電極材料22とすることで、多孔質な堆積層を得ることが可能となる。また、前記したのと同様の理由により、母材たる金属部材10の熱伝導率も大きいことが望ましい。
The
前記した中で、Coは耐酸化性に優れる。したがって、本実施形態において、電極材料22が保護性に優れるCoを含むことで、金属部材10に由来する酸化スケールの生成を抑制することができる。本実施形態の電極材料22がCo基硬質合金(Cr含有量が10〜30重量%)の場合、高温下においても酸化スケールの生成を抑制することができる。また、Coは鉄鋼材料に比べて硬度も高く,高温下で硬度があまり低下しない。したがって、電極材料22がCoを含むことで、耐酸化性、耐エロージョン性に優れたタービン設備用部材1を得ることができ、特に、摺動部や嵌合部を有する部材に好適である。
Among the above, Co is excellent in oxidation resistance. Therefore, in this embodiment, the production | generation of the oxide scale originating in the
本実施形態の製造方法で用いる電極材料22がCrを含むと、耐酸化性、摺動性に優れたタービン設備用部材1を得ることができる。Cr(クロム)は、酸化により高温下で潤滑性を持つCr2O3を生成するためである。このCr2O3は不動態であり熱に対して安定であることも理由である。このように、電極材料22がCrを含有すれば、緻密で保護性の高い酸化膜26を生成することができる。電極材料22に対するCr含有量は10重量%以上とすることが好ましい。Cr含有量が10重量%以上であるとCr2O3を生成し易やすく、酸化膜26の摩擦係数を小さくできるため摺動性を向上させることができる。
When the
本実施形態の製造方法で用いる電極材料22がNi(ニッケル)を含むと、堆積層25へ延性を与え、パルス放電処理時及び処理後のクラックや欠陥の発生を低減することができる。特に、大面積へのパルス放電処理を施した場合に、耐割れ性を向上することができる。この場合のNi含有量は20重量%未満が好ましい。Ni含有量が20重量%以上であると、酸化膜26表面の摩擦係数が大きく摺動性に劣るおそれがある。また、高温下でCr2O3の生成を阻害するおそれもある。
When the
本実施形態の製造方法で用いる電極材料22がSi(ケイ素)を含むと、高温下にて酸化ケイ素を生成し、Cr2O3との相乗効果で摺動特性が向上する。酸化ケイ素たるSiO2は非晶質である。本実施形態の製造方法では、放電エネルギーにより溶融した電極材料粒子が積層して堆積層25となるため、堆積層25には、粒子と粒子の間、すなわち粒界が存在する。SiO2がこの結晶粒界に生成することで、高温条件下で堆積層25中への酸素透過を防止し、その結果、金属部材10が酸化して酸化スケールを生成することを抑制することができる。Fe及びSiを含む第2の金属材料を用いて、堆積層25のSi含有量を1〜20重量%とすることにより、優れた耐酸化スケール性及び耐エロージョン性を得ることができる。この場合、堆積層25の厚さは5〜10μmが好ましい。さらに、堆積層25は、非晶質の酸化ケイ素を含むことが好ましく、Siの含有量が3〜11重量%、硬度が600〜1100HVであることが好ましい。
When the
また、本実施形態の製造方法で用いる電極材料22がさらにC(炭素)又はN(窒素)を含むと、堆積層25の表面に後述する加熱酸化処理の際に電極材料22(第2の金属材料)の炭化物や窒化物を生成することができる。この炭化物や窒化物は耐熱性を持ち、優れた強度を持つことからより強固な蒸気タービン設備用部材1を得ることができる。電極材料22は、金属、金属化合物又はセラミックを用いることができる。
Further, when the
本実施形態の電極20は、電極材料22(第2の金属材料)の粉末から圧縮成形した成形体又は加熱処理した成形体により構成することができる。電極20の形状は、製造される蒸気タービン設備用部材1の形状や用途、パルス放電処理に用いる装置の態様に応じて決定することができる。例えば、電極20の横断面形状を金属部材10の幅や軸方向の長さに合わせて長方形としたり、金属部材10が円筒形などである場合には、電極20の表面を金属部材10の外周面に沿った円弧状とすることができる。電極20の形状を適宜変更することにより、安定にパルス状の放電を発生させ、拡散層12及び堆積層25を均質に形成することができる。また、金属部材10の所望の部分に拡散層12及び堆積層25を形成することができる。
The
(第1の実施形態の製造装置の変形例)
上記実施形態では、加工槽30に貯留した加工液40中にて放電を発生させているが、これにも限定されない。例えば、加工液ではなく、アルゴンなどの不活性ガス中にて放電させても同様の効果を奏することができる。すなわち、金属部材を無秩序に酸化させてしまうことのない雰囲気中であれば、どのような環境下で処理しても構わない。
(Modification of the manufacturing apparatus of the first embodiment)
In the said embodiment, although discharge is generated in the
具体的には、例えばTIG溶接などと同様に、電極20が取り付けられるトーチと、トーチにガス管路を介してガスを供給するガスボンベとを用意する。ガスボンベから供給される不活性ガスは、ガス管路及びトーチ内に形成されたガス流路を介して電極20の周囲から、金属部材10の被処理面に向けて噴出するように構成する。不活性ガスの拡散を防止するため、トーチの周囲にカバーを設けてもよい。電極20が取り付けられるトーチは、手動又はトーチを支持するとともにトーチを移動させて走査動作を行うための走査アーム、走査アームを駆動するための走査アーム駆動機構などを備える。電極材料は例えばCrなどからなり、電極の形状はトーチに適した棒状又は連続供給を行なうためのワイヤー状とする。
Specifically, for example, as in TIG welding, a torch to which the
かかる構成の製造装置により、パルス放電作業の自由度が増し(作業性が向上し)、たとえば3次元曲面を有する金属部材10に対してもパルス放電処理を行うことができるから、複雑な形状を有する蒸気タービン設備用部材1や加工槽に浸漬することができない大きさの蒸気タービン設備用部材1を製造することが可能になる。
With the manufacturing apparatus having such a configuration, the degree of freedom of the pulse discharge work is increased (workability is improved) and, for example, the pulse discharge process can be performed on the
すなわち、本発明の実施形態は、酸化膜26を生成する酸化材をパルス放電にて蒸気タービン設備用部材1に堆積層25として形成するから、蒸気タービン設備用部材1の材料である金属部材10は特に限定されない。
That is, in the embodiment of the present invention, the oxidizing material that forms the
第1の実施形態によれば、拡散層12内で線膨張係数の差が殆ど生じない。したがって、線膨張係数の相違を考慮する必要がない。そのため、拡散層12を形成できる金属部材10と電極材料22の選定や組合せの自由度を高め蒸気温度や高温強度に応じて決定することができる。
According to the first embodiment, almost no difference in linear expansion coefficient occurs in the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る製造方法について説明する。この実施形態の製造方法は、第1の実施形態の加熱酸化処理における加熱方法を変更したものである。以下の説明において、第1の実施形態と共通する要素については共通する符号を付して示し、重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a manufacturing method according to the second embodiment will be described. The manufacturing method of this embodiment is a modification of the heating method in the heat oxidation treatment of the first embodiment. In the following description, elements that are the same as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
図4Cに示すように、堆積層24を形成した金属部材10を用いて、蒸気タービン設備において高温蒸気にさらされる部品を製造する。その後当該設備を運転することにより、高温蒸気によって堆積層25中の空孔の表面と、堆積層25の上表面の電極材料22を酸化させる(S106)。その結果、堆積層25表面に酸化膜26が形成される。
As shown in FIG. 4C, the
本実施形態の製造方法では、堆積層24を形成した後、そのまま蒸気タービンプラントに適用する。運転中のプラントは極めて高温であることから、運転開始から数時間乃至数十時間で高温蒸気と電極材料22が反応し、非常に短時間で、酸化膜26を形成することができる。
In the manufacturing method of this embodiment, after forming the
このようにして得られた、酸化膜26を形成した堆積層25によって、第1の実施形態の酸化膜26と同様な作用、効果を得ることができる。すなわち、本実施形態においても、摺動特性に優れ、耐酸化性を有する蒸気タービン設備用部材1を提供することが可能である。
The deposited
(第3の実施形態)
第3の実施形態の製造方法は、第1の実施形態の製造方法において酸化膜26を形成した後(図3のステップ106の後)、ピーニング処理を施すものである。以下の説明において、第1の実施形態と共通する要素については共通する符号を付して示し、重複する説明を省略する。
(Third embodiment)
In the manufacturing method of the third embodiment, peening is performed after the
パルス放電処理では金属部材10への入熱は極めて小さいが、パルス放電を繰り返す過程で金属部材10と電極材料22が局所的に溶融と再凝固を繰り返す。そのため、堆積層25の表層部には、再凝固時の収縮に伴う残留引張り応力が生じる。酸化膜26が形成された堆積部25の表層をピーニング処理することで、この残留引張り応力を除去し、さらに摺動性と機械的特性を向上させることができる。
In the pulse discharge process, the heat input to the
ピーニング処理として具体的には、ショットピーニング、レーザーピーニング、WPCなどの方法が挙げられる。これらの方法は、部材表面に金属若しくはセラミックス粒子を噴射し、又はレーザーを照射することにより、部材表面の種々の特性を向上させる表面改質技術の一種である。本実施形態では、ショットピーニング又はWPCにより粒子を堆積層25の表層に衝突させてピーニング処理を行う。
本実施形態の製造方法では、例えば、50m/sec以上の速度又は噴射圧力3kg/cm2で粒子を堆積層25に向けて噴射する。噴射する粒子の硬さは、本実施形態の堆積層25の硬さと同等かそれ以上とする。このような粒子として、金属、シリカビーズ、ガラスビーズ、セラミックスなどを粒子状にした粉末を用いることができる。本実施形態の製造方法におけるピーニング処理では、前記した粒子が堆積層25に連続的に衝突し、その衝撃力によって残留圧縮応力が付与され、その結果残留引張り応力を除去する。また、粒子が衝突する際に堆積層25や堆積層25の表層の酸化膜26の温度が上昇して、ミクロ的に高温となった後急冷される。こうして堆積層25や酸化層26の組成が微細化し、空隙が減少し結晶同士の結合が強くなる。
Specific examples of the peening treatment include shot peening, laser peening, and WPC. These methods are a kind of surface modification technique for improving various characteristics of a member surface by injecting metal or ceramic particles onto the member surface or irradiating a laser. In the present embodiment, peening is performed by causing particles to collide with the surface layer of the
In the manufacturing method of the present embodiment, for example, particles are injected toward the
本実施形態の製造方法では、ピーニング処理を施すことにより、耐割れ性、耐エロージョン性を向上させることができる。ピーニング処理により、パルス放電処理で発生した表面のマイクロクラックを修復することもできる。したがって、本実施形態の製造方法によれば、高硬度で靭性に優れ、機械的特性に優れた蒸気タービン設備用部材1を得ることができる。また、本実施形態の製造方法によって得られる蒸気タービン設備用部材1は、高硬度で機械的特性に優れるため、特に、摺動部を有する部材に適したものとなる。
なお、この実施形態では図3のS106の後にピーニング処理を行っているが、これには限定されない。図3のS104またはS105の後、すなわち堆積層25を形成した後に行っても同様の効果を奏することができる。
In the manufacturing method of this embodiment, the cracking resistance and the erosion resistance can be improved by performing a peening treatment. By the peening treatment, microcracks on the surface generated by the pulse discharge treatment can be repaired. Therefore, according to the manufacturing method of the present embodiment, the steam
In this embodiment, the peening process is performed after S106 in FIG. 3, but the present invention is not limited to this. The same effect can be obtained even after S104 or S105 in FIG. 3, that is, after the
(第3の実施形態の変形例1)
この変形例は、前記したピーニング処理で用いる粒子をCrやCr化合物としたものである。この変形例では、被処理部に衝突する際に発生する熱による常温拡散現象を利用して被処理部の特性を向上させることができる。粒子の衝突した部分は局所的に非常に高温となり、活性状態となる。その際、衝突した粒子と被処理部表層の組成物が反応し、吸着や結合をする。その結果、粒子を被処理部へ拡散、浸透させることができる。拡散現象には、Fe格子とその内部に固容されることのできるC(炭素)のように、金属部材10を構成する元素と拡散する元素とが固溶体を作る格子拡散(結晶格子内を縫いつつ進行する拡散)のほか、粒界拡散(結晶粒界に沿って進行する拡散)、表面拡散(表面に沿って進行する拡散)がある。
(
In this modification, the particles used in the peening process described above are Cr or Cr compounds. In this modification, it is possible to improve the characteristics of the processed part by utilizing the normal temperature diffusion phenomenon caused by the heat generated when colliding with the processed part. The part where the particles collide becomes extremely hot locally and becomes active. At that time, the collided particles and the composition of the surface layer of the treated part react and adsorb and bond. As a result, the particles can be diffused and penetrated into the portion to be processed. In the diffusion phenomenon, lattice diffusion in which the elements constituting the
この変形例の製造方法では、噴射する粒子をCrやCrの化合物の粒子としてピーニング処理を行う。したがって、常温拡散現象により、被処理部たる堆積層25の表層部にCrやCrの化合物を豊富に存在させることができる。したがってCrが豊富な堆積層25に加熱酸化処理を施すことで、より優れた耐酸化性や保護性を有する酸化膜26を形成することが可能となる。
In the manufacturing method of this modification, peening is performed using particles to be injected as particles of Cr or Cr compounds. Therefore, due to the normal temperature diffusion phenomenon, Cr and Cr compounds can be abundantly present in the surface layer portion of the deposited
(第3の実施形態の変形例2)
この変形例は、第3の実施形態において、多孔質な堆積層25の微小な空孔に、金属、金属化合物、セラミックスの粉末などを注入して介在させたものである。そして、当該介在物を含んだ堆積層25を第1又は第2の実施形態に示すものと同様の手段により加熱酸化処理する。加熱処理により、酸化膜26を形成することができる。このようにして、より優れた耐酸化性や保護性を有する蒸気タービン設備用部材1を形成することが可能となる。
(
In this modification, in the third embodiment, metal, a metal compound, ceramic powder, or the like is injected into a minute hole of the
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態に係る蒸気加減弁について説明する。この実施形態の蒸気加減弁は、第1の実施形態の製造方法により製造した蒸気タービン設備用部材1を用いて構成したものである。以下の説明において、第1の実施形態と共通する要素については共通する符号を付して示し、重複する説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a steam control valve according to a fourth embodiment will be described. The steam control valve of this embodiment is configured by using the steam
高圧タービンの前段に使用される蒸気加減弁3は、図5に示すように、蒸気弁本体200、ブッシュ201、上蓋202、蒸気の出口としての弁座203、弁体204、弁棒205、蒸気の入口である開口207、蒸気の出口である開口208、弁棒205及び弁体204の挿入口である開口209を有する。
As shown in FIG. 5, the
蒸気弁本体200には、蒸気の流入口である開口207と、この開口207から流入した蒸気が流出する出口である弁座203と、この弁座203と対向して設けられた開口209と、中央部に設けられた空間である蒸気室210とが備えられている。
The steam valve
蒸気弁本体200の蒸気室210には弁座203が設けられている。弁座203には、蒸気の出口である開口208が設けられている。この開口208は蒸気弁本体200から蒸気を流出させるものである。
A
蒸気弁本体200では、開口209を通じて蒸気室210内に挿入された弁棒205の軸方向の動きにより弁体204にて弁座203の開口208(出口)を開閉する。
In the steam valve
上蓋202は蒸気弁本体200の開口209の上部に固定されており、蒸気弁本体200の上面を閉塞するものである。上蓋202には上下方向に貫通する貫通口が設けられており、開口209に続いている。また上蓋202の上方には油圧駆動機構206が支持されている。油圧駆動機構206には弁棒205が下方(鉛直方向)に向けて支持(連結)されている。
The
この弁棒205は油圧駆動機構206により上下に往復動作するようになっている。この例の場合、上蓋202の貫通口が弁棒205との摺動面となることから、この部分に、摩擦に強い金属を素材とする円筒状のブッシュ201が挿着されている。
The
このブッシュ201と上蓋202を総称して弁棒支持部という。この弁棒支持部は蒸気弁本体200の開口209の上部に、弁棒205を囲むように設けられている。弁棒支持部は軸方向に動く弁棒205が横ぶれしないように支持(ガイド)するものである。
The
すなわち、蒸気加減弁3は、ボイラからの蒸気を開口207から蒸気室210内に流入Inさせ、油圧駆動機構206が弁棒205の先端の弁体204を引き上げ又は押し付ける動作(往復動作)を行うことにより、弁座203の開口208が開閉し蒸気室210からの蒸気の流出Outを制御するものである。
That is, the
弁体204は弁座203に当接して弁座203の開口を開閉するように設けられている。この弁体204は蒸気弁本体200内部の上蓋202の貫通口に挿入された弁棒205の先端部に設けられている。
The
このような構造の蒸気加減弁3では、油圧駆動機構206により弁棒205が上下方向に駆動されると、弁体204が弁座203と当接又は開離して蒸気の流路が開閉し、高圧タービンへ流れる蒸気量が制御されることで高圧タービンの回転数が制御される。
In the
ボイラから送られる高温蒸気と接する弁本体200、ブッシュ201、弁体204、弁棒205、上蓋202などは、第1の実施形態に係る製造方法により製造され、高温蒸気と接する部分・面に酸化膜26(初期酸化膜)が形成されている。
The
この実施形態の蒸気加減弁3によれば、第1の実施形態に係る蒸気タービン設備用部材1を用いて構成したので、緻密で堅い構造とすることができ、破壊や侵食されることを防ぐことができる。また、酸化スケールの生成が防止されるため、蒸気加減弁3の各部材の間隔を小さくできるとともに、間隔を管理することができ、この間隔を長期間適正に保つことができる。特に、ブッシュ201、弁棒205を本実施形態の蒸気タービン設備用部材1とした場合には、間隙からの蒸気漏洩量を減少させて高効率で信頼性の高い弁装置とすることができる。これらの摺動部を有する蒸気加減弁3の部材に第1の実施形態の蒸気タービン設備用部材1を適用すると、酸化スケールの生成により摺動性が低下することがない。また、摺動部を有する部材に、電極材料22としてCrやCrを含む金属を用いた第1の実施形態の蒸気タービン設備用部材1を適用することで、摺動性を向上させることができる。電極材料22としてCo(コバルト)基硬質合金を用いれば、エロージョンが発生しやすい弁棒205とブッシュ201などの摺動面においても、破壊、侵食されることのない本実施形態の蒸気加減弁3を提供することができる。
According to the
さらに、蒸気弁本体200、ブッシュ201、上蓋202、弁座203、弁体204などの嵌合部を有する部材を、Siを多く含んだ電極材料22を用いた本実施形態のタービン設備用部材1により構成すれば、優れた耐エロージョン性を有する蒸気加減弁3を得られる。これら嵌合部周辺は流速が速くエロージョン環境化にある。エロージョンにより、嵌合部の微小な間隙には酸化スケールが生成しやすく、定検時の分解作業を困難なものとする。当該嵌合部を有する部材を、Si含有量1〜20重量%の酸化膜26を形成した第1の実施形態の蒸気タービン設備用部材1により構成することで、耐酸化スケール性及び耐エロージョン性を持つ蒸気タービン部材を得ることができる。
Further, the
なお、この実施形態の蒸気加減弁3は、第1の実施形態の製造方法により製造された蒸気タービン設備用部材1を用いて構成したが、これには限定されない。第2、第3の実施形態の製造方法により製造された蒸気タービン設備用部材1を用いて蒸気加減弁3を構成してもよい。
また、ここでは蒸気加減弁3について説明しているが、第1の実施形態に係る蒸気タービン設備用部材1を用いて、蒸気加減弁3と同様な動作や機能を有する他の蒸気タービン用蒸気弁を構成しても同様の効果を奏することは説明するまでもない。
In addition, although the
Moreover, although the
(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態に係る蒸気タービンについて説明する。この実施形態の蒸気タービンは、第1の実施形態の製造方法により製造した蒸気タービン設備用部材1を用いて蒸気タービンを構成したものである。以下の説明において、第1の実施形態と共通する要素については共通する符号を付して示し、重複する説明を省略する。
(Fifth embodiment)
Next, a steam turbine according to a fifth embodiment will be described. The steam turbine of this embodiment comprises a steam turbine using the
図6に示すように、蒸気タービン4は、内部ケーシング320とその外側に設けられた外部ケーシング321とから構成される二重構造のケーシングを備えている。また、内部ケーシング320内に動翼322が植設されたタービンロータ323が貫設されている。このタービンロータ323は、ロータ軸受324によって回転可能に支持されている。
As shown in FIG. 6, the
内部ケーシング320の内側面には、タービンロータ323の軸方向に動翼322と交互になるように静翼325が配設されている。タービンロータ323と各ケーシングとの間には、作動流体である蒸気の外部への漏洩を防止するために、グランドラビリンス部326a、326b、326c、326dが設けられている。
On the inner side surface of the
図6に示すように、内部ケーシング320の入口部320aには、ノズルボックス327が設けられている。ノズルボックス327は、内部ケーシング320とタービンロータ323との間(すなわち内部ケーシング320の入口部320aの内側部分)に配置され、ノズルボックス327の出口部に第1段の静翼325(第1段のノズル)を備える。ノズルボックス327へ供給された蒸気は、第1段の静翼325を通過して第1段の動翼322へ導かれる。
As shown in FIG. 6, a nozzle box 327 is provided at the
外部ケーシング321の入口部321aと、内部ケーシング320の入口部320aとの間には、それらに連結する、蒸気入口管として機能する入口スリーブ管340が設けられている。この入口スリーブ管340は、主蒸気管328からの蒸気をノズルボックス327内へ導く。
Between the
蒸気タービン4は、膨張仕事をしながら内部ケーシング320内の蒸気通路を流動し、最終段の動翼322を通過した作動流体である蒸気を内部ケーシング320内から蒸気タービン4の外部に導く排気流路329を備えている。
The
この実施形態の蒸気タービン4では、内部ケーシング320、動翼322、タービンロータ323、静翼325、グランドラビリンス部326a,326b,326c,326d、入口スリーブ管340、排気流路329、主蒸気管328など高温蒸気が接する構成部分に第1の実施形態に係る酸化膜26(初期酸化膜)が形成された蒸気タービン設備用部材1を用いている。したがって、耐酸化性に優れ長寿命かつメンテナンス性に優れた蒸気タービンを提供することができる。特に、動翼322、タービンロータ323、静翼325、グランドラビリンス部326a,326b,326c,326dなどの構成部分において高い摺動性を得ることができるから、長寿命の蒸気タービンを提供することができる。
したがって、第1の実施形態のタービン設備用部材1を用いれば、長期間適正に運転でき、メンテナンス性に優れた蒸気タービンを提供することができる。
In the
Therefore, if the
また、エロージョンの発生しやすい動翼322や静翼325を、電極材料としてCo(コバルト)基硬質合金を用いた第1の実施形態に係る蒸気タービン設備用部材1により構成することで、耐エロージョン性に優れ長寿命かつメンテナンス性に優れた蒸気タービンを提供することができる。
また、第1〜第3の実施形態の製造方法によれば、放電が発生する部位にのみ拡散層12及び堆積層25が形成されるため、所望の部分に局所的に形成することができる。したがって、動翼322や静翼325などの、エロージョンの特に発生しやすい部位に限定して酸化膜26を形成することができる。
Further, the
Further, according to the manufacturing methods of the first to third embodiments, since the
動翼322や、高圧蒸気のグランド部となるグランドラビリンス部326を、Siを多く含んだ電極材料22を用いた第1の実施形態のタービン設備用部材1により構成すれば、優れた耐エロージョン性を有する蒸気タービンを得られる。これらの部分では蒸気流速が速く特にエロージョンが発生しやすい。エロージョンにより、微小な間隙に酸化スケールが生成しやすく、定期点検時の分解作業を困難なものとする。当該部材を、Si含有量1〜20重量%の酸化膜26を形成した第1の実施形態に係る蒸気タービン設備用部材1により構成することで、耐酸化スケール性及び耐エロージョン性を持つ蒸気タービンを得ることができる。
If the
なお、この実施形態の蒸気タービンは、第1の実施形態の製造方法により製造された蒸気タービン設備用部材1を用いて構成したが、これには限定されない。第2、3の実施形態の製造方法により製造された蒸気タービン設備用部材1を用いて蒸気タービンを構成してもよい。
また、第1〜第3の実施形態に係る酸化膜26を形成した蒸気タービン設備用部材1は、蒸気タービンに適用した後運転時間が経過しても酸化スケールの生成が防止される。したがって、蒸気タービン設備用部材1の一部として、嵌合部のような狭い溝状の組立構造を有する部材の対向する嵌合面のそれぞれに第1の実施形態に係る酸化膜26を形成することにより、蒸気タービン設備用部材1の嵌合部の間隔を長期間適正に保つことができる。また、酸化スケールよる嵌合部の焼き付き(カジリ)現象を解消することができるため、定期検査ごとの分解作業を容易にし、メンテナンス性を向上させることができる。
In addition, although the steam turbine of this embodiment was comprised using the
In addition, the steam
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…蒸気タービン設備用部材、2…蒸気タービン設備用部材の製造装置、3…蒸気加減弁、4…蒸気タービン、10…金属部材、20…電極、30…加工槽、40…加工液、50…放電検出部、60…制御部、R…電流制限抵抗器、Tr…スイッチング素子、E…直流電源。
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記金属部材の表面から内部に渡って形成され、前記第1の金属材料とは異なる第2の金属材料が拡散した拡散層と、
前記拡散層が形成された前記金属部材の表面に前記第2の金属材料を含む多孔質の堆積層と、
前記堆積層の表面に形成され前記第2の金属材料の酸化物からなる酸化膜と、
を具備したことを特徴とする蒸気タービン設備用部材。 A metal member made of a first metal material and having heat resistance;
A diffusion layer formed from the surface of the metal member to the inside, in which a second metal material different from the first metal material is diffused;
A porous deposition layer containing the second metal material on the surface of the metal member on which the diffusion layer is formed;
An oxide film formed on the surface of the deposited layer and made of an oxide of the second metal material;
A member for steam turbine equipment, comprising:
前記堆積層がFeと、1〜20重量%のSiとを含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の蒸気タービン設備用部材。 The oxide film includes at least one of Cr 2 O 3 and SiO 2 ;
The member for steam turbine equipment according to claim 1, wherein the deposited layer contains Fe and 1 to 20 wt% of Si.
前記蒸気室壁面に形成され蒸気を受け入れる入口部と、
前記蒸気室壁面に形成され前記蒸気を排出する出口部と、
前記出口部に形成された弁座と、
前記出口部と対向し前記蒸気室壁面に形成された貫通口と、
前記貫通口を介して前記蒸気室内に挿入された弁棒と、
前記弁棒の端部に配設され、前記弁座と対応して前記弁座を開閉する弁体と、
請求項1乃至7のいずれか1項記載の蒸気タービン設備用部材からなり前記貫通口に配設され前記弁棒と摺接するブッシュと
を具備したことを特徴とする蒸気加減弁。 A steam chamber,
An inlet portion formed on the wall surface of the steam chamber for receiving steam;
An outlet that is formed on the wall surface of the steam chamber and discharges the steam;
A valve seat formed at the outlet,
A through-hole formed in the wall surface of the steam chamber facing the outlet portion;
A valve stem inserted into the steam chamber through the through hole;
A valve body disposed at an end of the valve stem and corresponding to the valve seat for opening and closing the valve seat;
A steam control valve comprising: a steam turbine equipment member according to any one of claims 1 to 7; and a bush disposed in the through hole and in sliding contact with the valve rod.
請求項1乃至7のいずれか1項記載の蒸気タービン設備用部材からなり前記タービンロータ内に植設された動翼と、
請求項1乃至7のいずれか1項記載の蒸気タービン設備用部材からなり前記動翼と交互になるように配設された静翼と、
蒸気を前記動翼及び前記静翼に供給するノズルボックスと
を具備したことを特徴とする蒸気タービン。 A turbine rotor,
A moving blade comprising the steam turbine equipment member according to any one of claims 1 to 7 and implanted in the turbine rotor;
A stationary blade comprising the member for a steam turbine facility according to any one of claims 1 to 7 and arranged alternately with the moving blade,
A steam turbine comprising a nozzle box for supplying steam to the moving blade and the stationary blade.
請求項1乃至7のいずれか1項記載の蒸気タービン設備用部材からなり、前記第1の部材と嵌合する嵌合部を有し、前記嵌合部の嵌合面に前記酸化膜を具備する第2の部材と、
を具備したことを特徴とする蒸気加減弁。 A first member comprising the steam turbine equipment member according to any one of claims 1 to 7, having a fitting portion, and having the oxide film on a fitting surface of the fitting portion;
It consists of the member for steam turbine equipments of any one of Claims 1 thru | or 7, It has a fitting part fitted to a said 1st member, The said oxide film is provided in the fitting surface of the said fitting part. A second member to
A steam control valve characterized by comprising:
請求項1乃至7のいずれか1項記載の蒸気タービン設備用部材からなり、前記第1の部材と嵌合する嵌合部を有し、前記嵌合部の嵌合面に前記酸化膜を具備する第2の部材と、
を具備したことを特徴とする蒸気タービン。 A first member comprising the steam turbine equipment member according to any one of claims 1 to 7, having a fitting portion, and having the oxide film on a fitting surface of the fitting portion;
It consists of the member for steam turbine equipments of any one of Claims 1 thru | or 7, It has a fitting part fitted to a said 1st member, The said oxide film is provided in the fitting surface of the said fitting part. A second member to
A steam turbine comprising:
前記金属部材及び前記電極に電圧を印加して前記間隙に放電を発生させることで、前記金属部材の表面に前記第2の金属材料を有する堆積層を形成するとともに前記金属部材内に前記第2の金属材料が拡散した拡散層を形成し、
前記堆積層の表面に前記第2の金属材料の酸化膜からなる酸化膜を形成することを特徴とする蒸気タービン設備用部材の製造方法。 Holding a metal member made of a first metal material having heat resistance and an electrode made of a second metal material different from the first metal material, with a gap therebetween;
A voltage is applied to the metal member and the electrode to generate a discharge in the gap, thereby forming a deposited layer having the second metal material on the surface of the metal member and the second in the metal member. A diffusion layer in which the metal material is diffused,
A method for manufacturing a member for steam turbine equipment, comprising forming an oxide film made of an oxide film of the second metal material on a surface of the deposited layer.
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---|---|---|---|---|
JP2016075327A (en) * | 2014-10-03 | 2016-05-12 | 株式会社東芝 | Manufacturing method of valve device, and valve device |
JP2016156096A (en) * | 2016-05-24 | 2016-09-01 | イーグル工業株式会社 | Multi-layer material |
JP2017125483A (en) * | 2016-01-15 | 2017-07-20 | 富士電機株式会社 | Method for producing steam turbine blade |
JP2018179244A (en) * | 2017-04-19 | 2018-11-15 | 株式会社本山製作所 | Safety valve, nozzle and disc used for the same |
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- 2012-06-04 JP JP2012127350A patent/JP2013249824A/en active Pending
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