JP5316042B2 - Steam turbine rotor - Google Patents
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Description
この発明は、地熱蒸気タービンに適用する蒸気タービンのロータに関し、詳しくはロータディスクの外周縁に沿ってアキシャルエントリー式に固定した動翼の脚部とロータディスクの翼溝との嵌合部に発生する隙間腐食,腐食疲労,応力腐食割れを防ぐ防食構造に係わる。 The present invention relates to a rotor of a steam turbine applied to a geothermal steam turbine, and more specifically, occurs at a fitting portion between a rotor blade leg fixed in an axial entry manner along an outer peripheral edge of the rotor disk and a blade groove of the rotor disk. It relates to a corrosion prevention structure that prevents crevice corrosion, corrosion fatigue, and stress corrosion cracking.
頭記の地熱蒸気タービンでは、周知のように各段のロータディスクの周縁に沿って動翼の翼列が装着されており、特に低圧段落の動翼は高い強度が要求されることからアキシャルエントリー式の固定構造が一般に採用されている。 In the geothermal steam turbine mentioned above, blade rows of rotor blades are installed along the periphery of each stage of the rotor disk as is well known. A fixed structure of the formula is generally adopted.
ここで、アキシャルエントリー式による動翼の基本的な固定構造を図4,図5に示す。各図において、1はロータディスク、2は動翼であり、図5で示すように、動翼2には翼幹2aの根元にクリスマスツリー形状の脚部2bが形成されている。一方、ロータディスク1には、その外周縁に沿って前記脚部2bの形状に対応したクリスマスツリー形状の翼溝1aが軸方向に刻設されている。
Here, the basic fixing structure of the moving blade by the axial entry type is shown in FIGS. In each figure, 1 is a rotor disk and 2 is a moving blade. As shown in FIG. 5, the moving
そして、ロータディスク1に動翼2を装着するには、図5のように動翼2の脚部2bをロータディスク1の翼溝1aへ矢印方向から嵌め込んだ上で固定板(不図示)などを介して固定支持される(図4(a),(b)参照)。なお、このアキシャルエントリー式の動翼固定構造においては、動翼2の装着,取り外しの組立性を考慮して動翼の脚部2bとロータディスク1の翼溝1aとの間に0.3mm程度のはめ合い隙間G-1を設定して隙間ばめ
されている。
In order to attach the
ところで、ロータディスク1に動翼2をアキシャルエントリー式に装着した蒸気タービンのロータでは、前記の嵌め合い隙間G-1がロータディスク1の軸方向、したがって動翼2を通過する蒸気の通流方向(図4に表した矢印P)に沿って形成される。しかも、タービン運転時には、動翼2の蒸気流入側と流出側との間に動翼で発生する動力に対応する圧力差が発生することから、前記の嵌め合い隙間G-1に蒸気またはドレン(蒸気が凝結して液滴化したもの)が侵入するようになる。また、この嵌め合い隙間G-1に侵入した蒸気,ドレンは蒸気タービンが運転を停止した場合には隙間内部に留まり、蒸気もドレン化して隙間内部に留まることになる。
By the way, in the rotor of the steam turbine in which the
そのために、地熱井から噴出する地熱流体を気液分離して得た蒸気(湿り蒸気)をタービンに供給して運転する地熱蒸気タービンでは、蒸気に含まれている硫化水素や塩化物イオンなどの腐食性成分が蒸気と一緒に前記の嵌め合い隙間G-1に侵入する。また、タービンの運転停止時には隙間G-1の中で蒸気が結露し、蒸気に含まれていた前記腐食性成分がドレン化して前記の翼溝1a,脚部2bの表面に付着する。この腐食性液は蒸気タービンが再起動,運転停止を繰り返す度に生成されるので、腐食性液は次第に濃縮されてこの部位に堆積してゆく。その結果、動翼2の固定部(植え込み部位)には隙間腐食や腐食疲労,応力腐食割れなどが発生し、最悪の場合には動翼の破断事故に進展するおそれがある。
For this reason, in geothermal steam turbines that operate by supplying steam (wet steam) obtained by gas-liquid separation of geothermal fluid ejected from geothermal wells to the turbine, hydrogen sulfide, chloride ions, etc. contained in the steam Corrosive components enter the fitting gap G-1 together with the steam. Further, when the turbine is stopped, the steam condenses in the gap G-1, and the corrosive component contained in the steam is drained and adheres to the surfaces of the
そこで、前記した動翼固定部の防食対策として、従来ではロータディスク1の翼溝1a,および動翼2の脚部2bにショットピーニングなどを施す方法のほかに、次記のような合成樹脂材の塗装による防食構造が先に提案されている。
(1)ロータディスク1の翼溝1aの内面,および動翼2の脚部2bの表面にそれぞれ樹脂を個別に塗布して防食層を形成した上で、ロータディスク1の翼溝1aに動翼2の脚部2bを嵌合してアキシャルエントリー式に固定し、先記したはめ合い隙間G-1を前記防食層によりシールして脚溝/脚部間の嵌め合い隙間G-1に蒸気が侵入するのを防止する(例えば、特許文献1参照)。
(2)ロータディスク1の蒸気流入側,流出側の端面に閉塞板を配して前記のはめ合い隙間G-1を両側から塞ぎ、該隙間への蒸気の侵入を防止する(例えば、特許文献2参照)。
Therefore, as a countermeasure against corrosion of the moving blade fixing portion described above, conventionally, in addition to a method of performing shot peening or the like on the
(1) A resin is individually applied to the inner surface of the
(2) A closing plate is provided on the steam inflow side and outflow side end faces of the
ところで、前記した従来の防食対策には次記のような問題点がある。すなわち、
(1)特許文献1のように、刷毛塗り,あるいはディスペンサなどによりロータディスクの翼溝,動翼脚部の表面に樹脂を塗布して防食層を塗布形成するには、ロータディスクの1段落当りの装着枚数が30枚程度にも及ぶ動翼の個々について樹脂を均一な厚さに塗布し、さらにその塗布状態を検査するのに多大な時間と労力を要し、特にロータディスクに刻設した翼植え込み溝内の狭隘部の塗布作業には困難を伴う。さらに、樹脂塗膜とタービン構成材の密着性が悪い場合、あるいはタービンの運転に伴って発生する遠心力や熱応力により発生する歪みや、ロータディスクの翼溝と動翼の脚部との摺動などにより樹脂塗膜の密着性が低下したり皮膜が損傷,剥離したりして防食層(樹脂塗膜)とタービン構成材とに隙間が発生すると、蒸気に含まれる先記の腐食性成分が嵌め合い隙間G-1(図4参照)に侵入して隙間腐食を助長することも懸念される。
(2)また、特許文献2のように、ロータディスクの蒸気流入側,流出側の端面に閉塞板を設けてロータディスクの翼溝,動翼脚部の端面を塞ぐようにした防食構造では、ロータディスクの端面に臨む嵌め合い隙間G-1の開口面は塞がれるものの、ロータディスクの外周面側で隣り合う動翼脚部の相互間に生じる軸方向に沿った隙間G-2(図4参照)は前記閉塞板で塞ぐことができず、このためにロータディスクの周面側から嵌め合い隙間G-1に蒸気,ドレンが侵入して高い防食機能を確保することが困難である。なお、特許文献2には閉塞板(動翼固定板)に加えて、ロータディスクの翼溝/動翼の脚部間のはめ合い間隙G-1を樹脂塗膜で充填するシール方法が開示されているが、この方法は前項(1)と同様な手順で行うため、樹脂の塗布作業,およびその検査工程に多大な時間と労力を要する問題がある。
By the way, the conventional anticorrosion measures described above have the following problems. That is,
(1) As in
(2) Also, as in
そのほか、地熱タービンでは、地熱流体の蒸気中に塩化物、硫酸塩、土砂類などの固形物のほか、シリカ(SiO2)、カルサイト(CaCO3)などの析出物が含まれており、長期運転に伴いタービン構成材がエロージョン損傷を生じるほどの環境にある。このためタービンのロータディスク,動翼に対して前記のように施される防食皮膜(樹脂塗膜)についても、エロージョン損傷から保護するために耐摩耗性が要求される。 In addition, in geothermal turbines, solids such as chlorides, sulfates and earth and sand, as well as precipitates such as silica (SiO 2 ) and calcite (CaCO 3 ) are contained in the geothermal fluid steam. The turbine components are in an environment that causes erosion damage during operation. For this reason, the anticorrosion coating (resin coating) applied to the rotor disk and rotor blade of the turbine as described above is also required to have wear resistance in order to protect it from erosion damage.
この発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的はロータディスクの周縁に動翼の翼列をアキシャルエントリー式に装着した蒸気タービンを対象に、簡易な構造,施工法で信頼性の高い防食機能が確保できるように改良したタービンロータの防食構造を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and its object is to provide a simple structure and construction method for a steam turbine in which a blade row of moving blades is attached to the periphery of a rotor disk in an axial entry manner. An object of the present invention is to provide an improved anti-corrosion structure for a turbine rotor so as to ensure a high anti-corrosion function.
上記目的を達成するために、この発明によれば、ロータディスクの外周縁に動翼の翼列を固定した蒸気タービンのロータであり、ロータディスクの外周縁に沿って軸方向に刻設した翼植え込み用の翼溝に動翼の脚部を嵌合してアキシャルエントリー式に固定したものにおいて
(1)動翼の翼列をロータディスクに装着した組立状態で、ロータディスクの蒸気流入側,流出側端面に臨む前記翼溝/脚部間の隙間の開口面、および隣り合う動翼の脚部相互間に臨む隙間の開口面を覆って、前記動翼の翼列をロータディスクに装着した組立体の蒸気流入側,流出側端面、および外周面に気体遮蔽性の樹脂を塗布して防食皮膜を被覆形成するものとする(請求項1)。
(2)前項(1)の構成において、防食皮膜の上に耐磨耗性成分を含有する皮膜をコーティングする(請求項2)。
(3)前項(1)の防食皮膜を、気体遮蔽性の樹脂に耐磨耗性成分を分散させた複合樹脂塗膜で形成する(請求項3)。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a rotor of a steam turbine in which a blade row of a moving blade is fixed to the outer peripheral edge of the rotor disk, and the blade engraved in the axial direction along the outer peripheral edge of the rotor disk. (1) In the assembled state where the blade row of the rotor blade is mounted on the rotor disk, the rotor disk steam inflow side, outflow Covering the opening surface of the gap between the blade grooves / legs facing the side end surface and the opening surface of the gap facing between the legs of adjacent blades, the blade row of the blades mounted on the rotor disk A three-dimensional steam inflow side, outflow side end surface, and outer peripheral surface are coated with a gas shielding resin to form an anticorrosion coating (Claim 1).
(2) In the structure of the preceding item (1), a film containing an abrasion-resistant component is coated on the anticorrosive film (Claim 2).
(3) The anticorrosion film of the above item (1) is formed of a composite resin coating film in which an abrasion-resistant component is dispersed in a gas-shielding resin (claim 3).
上記したこの発明の防食構造によれば、動翼をロータディスクに固定したロータ組立状態で動翼固定部の外面周域に気体遮蔽性の樹脂を塗布して防食皮膜を被覆形成することにより、ロータディスクの翼溝/動翼脚部間の嵌め合い隙間、およびロータディスクの外周面上に並ぶ動翼相互間の隙間の開口面を外側からシールして前記隙間に蒸気が侵入するのを防ぐことができる。 According to the above-described anticorrosion structure of the present invention, by applying a gas shielding resin to the outer peripheral area of the rotor blade fixing portion in the rotor assembly state in which the rotor blade is fixed to the rotor disk, The fitting gap between the rotor disk blade groove / blade blade leg and the opening surface of the gap between the rotor blades arranged on the outer peripheral surface of the rotor disk are sealed from the outside to prevent vapor from entering the gap. be able to.
これにより、従来の防食構造(特許文献1)のように動翼をロータディスクに装着する以前の組立前の状態で、あらかじめロータディスクの翼溝内面,および動翼の脚部外面に樹脂材を個別に塗布,塗布面を検査する手間の掛かる労力を省き、簡便,かつ低コストな施工で動翼の固定部に対して信頼性の高い防食機能を確保できる。 As a result, in the state before assembly before attaching the rotor blade to the rotor disk as in the conventional anticorrosion structure (Patent Document 1), the resin material is previously applied to the inner surface of the rotor groove and the outer surface of the leg of the rotor blade. It saves labor and labor to inspect the coating and coating surface individually, and can secure a highly reliable anticorrosion function for the fixed part of the rotor blade by simple and low-cost construction.
また、前記防食皮膜の上に耐磨耗性成分を含有する皮膜をコーティングする、あるいは防食皮膜を気体遮蔽性の樹脂に耐磨耗性成分を分散させた複合樹脂の塗膜で形成することにより、各種固形物,析出物が混入した蒸気流による防食皮膜のエロージョン損傷を防ぐことができて耐久性,信頼性のより一層の向上が図れる。 Also, by coating the anticorrosion film with a film containing an abrasion resistant component, or forming the anticorrosion film with a coating film of a composite resin in which the abrasion resistant component is dispersed in a gas shielding resin. Further, the erosion damage of the anticorrosion film due to the vapor flow mixed with various solids and precipitates can be prevented, and the durability and reliability can be further improved.
以下、この発明による蒸気タービンのロータの実施の形態を図1〜図3に示す実施例に基づいて説明する。なお、図1,図2,図3はそれぞれ実施例1,実施例2,実施例3に係わるロータの防食構造を表す図であり、各図において図4に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a steam turbine rotor according to the present invention will be described below based on the embodiments shown in FIGS. 1, 2, and 3 are diagrams showing the anticorrosion structure of the rotor according to Example 1, Example 2, and Example 3, respectively, and members corresponding to those in FIG. The description is omitted.
まず、この発明の請求項1に係わる実施例を図1(a),(b)で説明する。この実施例においては、ロータディスク1の翼溝1aに動翼2の脚部2bをアキシャルエントリー式に装着したロータの組立状態で、ロータディスク1の蒸気流入側,流出側端面に開口する嵌め合い隙間G-1、および隣り合う動翼2の相互間で脚部2bの周面に開口する隙間G-2の開口端面を覆って動翼2の固定部周域の外表面に気体遮断性の樹脂を塗布して防食皮膜5を被覆形成している。なお、5aはロータディスク1の蒸気流入側,流出側端面に塗布した樹脂塗膜、5bは隣り合って並ぶ動翼脚部2bの周面に塗布した樹脂塗膜であり、樹脂塗膜5aは図4における嵌め合い隙間G-1の開口端面をシールし、樹脂塗膜5bは隙間G-2の開口端面をシールする。これにより、簡易な施工とコストで特許文献1に開示されている防食構造と同等な防食機能を確保することができる。
First, an embodiment according to
ここで、前記の防食皮膜5は気体遮断性のほかに、タービンの運転温度に相応した耐熱性も要求されることから、防食皮膜5に用いる樹脂としては耐熱性に加えて水蒸気,酸素などの気体に対する透過性の低いポリイミド樹脂が好適である。また、この樹脂を動翼2の固定部周域に塗布するには、ロータ1の翼溝1aに動翼2の脚部2bを嵌合してアキシャルエントリー式に装着した状態で、まず樹脂の塗布面を溶剤にて脱脂した上で、刷毛塗り法などにより前記のポリイミド樹脂を塗布した後、赤外線加熱などにより樹脂塗布面を予備乾燥(温度150℃)し、さらに300℃程度の高温で本加熱してポリイミド樹脂をイミド化して防食皮膜5を形成する。なお、樹脂塗膜の膜厚は特に制約はないが、塗装コストと防食機能とのバランスから膜厚が100μm程度となるように希釈剤にて調整して塗布するのがよい。
Here, in addition to the gas barrier property, the
次にこの発明の請求項2に係わる実施例を図2(a),(b)に示す。この実施例は先記の実施例1で動翼2の固定部周域に被覆形成した防食皮膜5をエロージョン損傷から保護するようにしたものであり、図示のように防食皮膜5の上に耐磨耗性皮膜6をコーティングしている。なお、6aはロータディスク2の蒸気流入側,流出側の端面に塗布した皮膜、6bは隣り合う動翼2の相互間で脚部2bの外周面に塗布した皮膜であり、この耐磨耗性皮膜6は例えばアルミ粉末を含有したセラミック結合体からなる塗料をスプレー塗装した上で、赤外線加熱(350℃程度)により焼き付けして耐磨耗性皮膜6(コーティング層)を形成する。
Next, an embodiment according to
これにより、蒸気中に塩化物、硫酸塩、土砂類などの固形物のほか、シリカ,カルサイトなどの析出物が含まれる地熱蒸気タービンにおいても、動翼2の固定部周域に施された防食皮膜5(図1参照)を、エロージョン損傷から安全に保護することができて信頼性の向上,長寿命化が図れる。
As a result, even in geothermal steam turbines in which solids such as chlorides, sulfates, earth and sand, as well as precipitates such as silica and calcite are contained in the steam, they are applied to the periphery of the fixed part of the
図3(a),(b)はこの発明の請求項3に係わる実施例を示すものである。この実施例では、先記の実施例1で述べた防食皮膜の樹脂材として、気体遮蔽性と耐磨耗性の両方の機能を合わせ持つ複合樹脂を用い、この複合樹脂を動翼2の固定部周域、すなわちロータディスク1の蒸気流入側,流出側の端面、および隣り合う動翼2の相互間で脚部2bの外周面にそれぞれ塗布(塗膜7a,7b)して複合樹脂塗膜(防食皮膜)7を形成する。なお、この複合樹脂としては、例えばポリアミドイミドにグラファイトの粉末を分散させた塗料が挙げられる。
3A and 3B show an embodiment according to
この実施例によれば、動翼2の固定部周域の表面に前記の複合樹脂を1層被覆形成するだけの簡易な施工で、先記実施例2と同等な耐磨耗性の高い気体遮蔽性の防食皮膜7を形成してエロージョン損傷からも安全に保護することができる。
According to this embodiment, the gas having a high wear resistance equivalent to that of the above-mentioned
1 ロータディスク
1a 翼溝
2 動翼
2a 翼幹
2b 脚部
3 ロータディスクの蒸気流入側端面
4 ロータディスクの蒸気流出側端面
5 防食皮膜(気体遮蔽性の樹脂塗膜)
6 耐磨耗性皮膜(コーティング層)
7 複合樹脂塗膜(防食皮膜)
DESCRIPTION OF
6 Abrasion-resistant film (coating layer)
7 Composite resin coating (corrosion protection coating)
Claims (3)
動翼の翼列をロータディスクに装着した組立状態で、ロータディスクの蒸気流入側,流出側端面に臨む前記翼溝/脚部間の隙間、および隣り合う動翼の脚部相互間に臨む隙間の開口面を覆って、前記動翼の翼列をロータディスクに装着した組立体の蒸気流入側,流出側端面、および外周面に気体遮蔽性の樹脂を塗布して防食皮膜を被覆形成したことを特徴とする蒸気タービンのロータ。 This is a steam turbine rotor with a rotor blade cascade mounted on the outer periphery of the rotor disk, and the legs of the rotor blade are fitted into the blade groove for blade implantation engraved in the axial direction along the outer periphery of the rotor disk. In what is fixed to the axial entry type,
The gap between the blade grooves / legs facing the steam inflow side and outflow side end faces of the rotor disk and the gaps between the adjacent rotor blade legs when the blade row of the rotor blades is mounted on the rotor disk. An anti-corrosion coating was formed by coating a gas shielding resin on the steam inflow side, outflow side end face, and outer peripheral surface of the assembly in which the blade row of the rotor blade was mounted on the rotor disk. A rotor of a steam turbine characterized by the above.
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