JP5498408B2 - Gas turbine rotor assembly - Google Patents

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Description

本発明は、ガスタービンのロータアッセンブリに関し、特に、ガスタービンの構成要素であるロータと動翼との嵌合部の改良に関する。   The present invention relates to a rotor assembly for a gas turbine, and more particularly to an improvement in a fitting portion between a rotor and a rotor blade that are components of the gas turbine.

近年ガスタービン設備においては、夏場の電力需要の増大に対応するために出力の増大化が、また省エネルギーを目的とした高効率化が求められるようになってきた。出力の増大化の手段としては、ガスタービンの環状流路面積、すなわち寸法の増大が図られる。また高効率化の手段としては圧縮機圧力比の上昇、および燃焼温度の向上の傾向がある。これに伴いタービンロータについても使用条件,使用環境が厳しくなっている。   In recent years, in gas turbine facilities, an increase in output has been demanded in order to cope with an increase in power demand in summer, and an increase in efficiency for the purpose of energy saving has been demanded. As a means for increasing the output, the annular flow passage area, that is, the size of the gas turbine is increased. Further, as means for improving the efficiency, there is a tendency to increase the compressor pressure ratio and to improve the combustion temperature. As a result, the operating conditions and operating environment for turbine rotors are becoming stricter.

ガスタービンは、大気から吸い込んだ空気を断熱圧縮する圧縮機、圧縮空気に燃料を混合し燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、燃焼ガスを膨張させ、回転動力を発生するタービンにより、発電機を駆動する。また、タービンには、燃焼ガスで回転するタービンロータを有し、ロータはロータシャフトと、ロータシャフトと一体化されているロータディスクよりなる。また、ロータディスクには、動翼が固定されている。動翼は、ロータディスクに設けられた溝など(動翼植込み部)に固定される。本発明で言うロータアッセンブリとは、ロータシャフト、ロータディスク及びロータディスクに植設された動翼とからなるものである。   A gas turbine is a compressor that adiabatically compresses air sucked from the atmosphere, a combustor that mixes fuel with compressed air and burns it to generate combustion gas, a turbine that expands combustion gas and generates rotational power, Drive. Further, the turbine has a turbine rotor that is rotated by combustion gas, and the rotor includes a rotor shaft and a rotor disk integrated with the rotor shaft. A rotor blade is fixed to the rotor disk. The moving blade is fixed to a groove or the like (moving blade implanting portion) provided in the rotor disk. The rotor assembly referred to in the present invention is composed of a rotor shaft, a rotor disk, and a moving blade implanted in the rotor disk.

高温による腐食を防止するため、特許文献1には、タービンエンジンに腐食を防止するコーティングを設けることが記載されている。また、特許文献2には、腐食疲労に対する抵抗力を危うくすることなく耐摩耗性を与える耐摩耗性コーティングを設けることが記載されている。   In order to prevent corrosion due to high temperature, Patent Document 1 describes that a coating for preventing corrosion is provided on a turbine engine. Patent Document 2 describes providing an abrasion resistant coating that provides abrasion resistance without compromising the resistance to corrosion fatigue.

特許文献3においては、地熱蒸気タービンロータのロータシャフトと翼溝と翼脚を地熱蒸気の腐食性成分に対する防食層で覆った構成が開示されている。腐食防止層の材料としては、燐片状の二硫化モリブデン粉末とエポキシ樹脂の結合材との混合物が開示されている。   In patent document 3, the structure which covered the rotor shaft of the geothermal steam turbine rotor, the blade groove | channel, and the blade leg with the anticorrosion layer with respect to the corrosive component of geothermal steam is disclosed. As a material for the corrosion prevention layer, a mixture of flaky molybdenum disulfide powder and an epoxy resin binder is disclosed.

特許文献4においては、タービン、具体的には蒸気タービンにおいて、ディスクと動翼の接合面に亜鉛層を形成し、亜鉛の電位がディスク材及び動翼材の電位よりも低いことを利用してタービン材の応力腐食割れや腐食披露、孔食などの腐食損傷を防止することが記載されている。   In Patent Document 4, in a turbine, specifically, a steam turbine, a zinc layer is formed on a joint surface between a disk and a rotor blade, and the fact that the potential of zinc is lower than the potential of the disk material and the rotor blade material is utilized. It is described to prevent corrosion damage such as stress corrosion cracking, corrosion exposure and pitting corrosion of turbine materials.

特許文献5においては、蒸気タービンロータの軸部と円板部の嵌合部分の隙間にシール材を設けたものが開示されている。シール材としては、溶射、溶接、ゴム・油脂が記載され、これを隙間に圧入等によって設けると記載されているが、材料についての具体的な記載はない。   In patent document 5, what provided the sealing material in the clearance gap between the axial part of a steam turbine rotor and the fitting part of a disc part is disclosed. As the sealing material, thermal spraying, welding, rubber / oil and fat are described, and it is described that this is provided in the gap by press fitting or the like, but there is no specific description of the material.

特開2007−169786号公報JP 2007-169786 A 特開2006−329195号公報JP 2006-329195 A 特開2004−204760号公報JP 2004-204760 A 特開2000−204902号公報JP 2000-204902 A 特開平7−42503号公報JP 7-42503 A

しかしながら、従来知られている対策では、ガスタービンにおける高温度,高応力環境下におけるき裂発生の抑制には充分でない。そこで本発明の目的は、高温化/大型化に対応した、信頼性の高いガスタービンのロータアッセンブリを提供することにある。   However, conventionally known countermeasures are not sufficient for suppressing crack generation in a high temperature and high stress environment in a gas turbine. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly reliable gas turbine rotor assembly that can cope with higher temperatures and larger sizes.

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、その特徴は、大気から吸い込んだ空気を断熱圧縮する圧縮機、圧縮空気に燃料を混合し燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、燃焼ガスを膨張させ、回転動力を発生し、発電機を駆動するタービンを有するガスタービンであって、前記タービンは、外周に複数の動翼を嵌合されたロータディスクと、前記ロータディスクと一体化されたロータシャフトを有するタービンロータを有し、前記タービンロータディスクのタービン動翼植込み部は、溶射により形成されたニッケル又はクロム或いは両者の合金からなる多層に積層された溶射層を有し、前記溶射層は、断面積比で25〜33%の酸化物を含むガスタービンのロータアッセンブリにある。ただし上記クロム又はその合金の溶射層は6価クロムを含まない物であることが好ましい。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its features are a compressor that adiabatically compresses air sucked from the atmosphere, a combustor that mixes fuel with compressed air and burns to generate combustion gas, A gas turbine having a turbine that expands combustion gas, generates rotational power, and drives a generator, wherein the turbine is integrated with a rotor disk having a plurality of rotor blades fitted on an outer periphery thereof, and the rotor disk A turbine rotor blade having a rotor shaft formed, and the turbine rotor blade embedded portion of the turbine rotor disk has a thermal spray layer laminated in multiple layers made of nickel or chromium or an alloy of both formed by thermal spraying, The thermal spray layer is in a rotor assembly of a gas turbine that includes 25 to 33% oxide in cross-sectional area ratio. However, it is preferable that the sprayed layer of chromium or an alloy thereof does not contain hexavalent chromium.

本発明によれば、動翼とロータディスクとの嵌合部に形成されたニッケル層又はクロム層により、動翼植込み部の耐酸化性を向上させ、ガスタービン運転時に生じるガスタービンロータの高応力部の酸化を防止し、ロータ材の疲労寿命を延ばし、機器の信頼性向上を図ることができる。   According to the present invention, the nickel layer or the chromium layer formed in the fitting portion between the moving blade and the rotor disk improves the oxidation resistance of the moving blade implantation portion, and the high stress of the gas turbine rotor generated during gas turbine operation. It is possible to prevent the oxidation of the part, extend the fatigue life of the rotor material, and improve the reliability of the equipment.

ガスタービンロータディスクの翼の植込み部の全面へのコーティングを示した概略断面図。The schematic sectional drawing which showed the coating to the whole surface of the implantation part of the wing | blade of a gas turbine rotor disk. Niコーティング膜施工材料の疲労寿命を検証した結果を示す図。The figure which shows the result of having verified the fatigue life of Ni coating film construction material. 本発明の実施例における溶射層のき裂の進展メカニズムを説明する断面図。Sectional drawing explaining the propagation mechanism of the crack of a thermal spray layer in the Example of this invention. 比較例の溶射層におけるき裂の進展メカニズムを説明する断面図。Sectional drawing explaining the propagation mechanism of the crack in the sprayed layer of a comparative example. ガスタービンロータディスクの応力集中部への選択的溶射層を形成した概略断面図。The schematic sectional drawing which formed the selective spraying layer to the stress concentration part of a gas turbine rotor disk. ガスタービンロータディスクの凸部に溶射層を形成した概略断面図。The schematic sectional drawing which formed the thermal spray layer in the convex part of a gas turbine rotor disk. 一般的なガスタービンの構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of a general gas turbine. ガスタービンロータディスクと動翼の嵌合部を示す図。The figure which shows the fitting part of a gas turbine rotor disk and a moving blade.

本発明によるガスタービンのロータアッセンブリは、ロータディスクのガスタービンロータ動翼の植込み部など、タービンロータの高応力部に耐酸化コーティングを設けた物である。特に具体的には、外周に複数のガスタービン動翼を嵌合されたNi基合金やFe基合金よりなるガスタービンロータディスクの、動翼の植込み部にニッケル又はクロム或いはそれらの合金からなる溶射層を施工した物である。本発明のタービンのロータアッセンブリは、Ni基もしくはFe基タービンロータディスクのタービン動翼植込み部に上記溶射層を施すことにより製造される。この溶射層は粉末或いはワイヤの溶射法により形成され、多層の積層膜である。   A rotor assembly of a gas turbine according to the present invention is an object in which an oxidation resistant coating is provided on a high stress portion of a turbine rotor, such as an implanted portion of a gas turbine rotor rotor blade of a rotor disk. More specifically, thermal spraying made of nickel, chromium, or an alloy thereof in the implanted portion of the rotor blade of a gas turbine rotor disk made of Ni-base alloy or Fe-base alloy having a plurality of gas turbine rotor blades fitted on the outer periphery. It is the thing which constructed the layer. The turbine rotor assembly of the present invention is manufactured by applying the above-mentioned sprayed layer to the turbine rotor blade implantation portion of the Ni-based or Fe-based turbine rotor disk. This sprayed layer is formed by a powder or wire spraying method, and is a multilayer laminated film.

本発明はガスタービンのロータアッセンブリを対象とするものであり、従って、前記特許文献3〜5に記載したような蒸気タービン用耐食性材料では使用できない。また、特許文献1に記載された熱可塑性アルミニウム粉コーティングよりも本発明で使用される含酸化物ニッケル又はクロム溶射層は耐熱性に優れている。更に、特許文献2に記載したシリコーン(ケイ素有機化合物)とアルミナ粉からなるコーティングで、有機物を含んでいる。従って、熱的に本発明の含酸素溶射膜に比べて劣ることが懸念される。   The present invention is directed to a gas turbine rotor assembly, and therefore cannot be used in the corrosion resistant materials for steam turbines described in Patent Documents 3 to 5. Moreover, the oxide-containing nickel or chromium sprayed layer used in the present invention is superior in heat resistance to the thermoplastic aluminum powder coating described in Patent Document 1. Furthermore, the coating made of silicone (silicon organic compound) and alumina powder described in Patent Document 2 contains an organic substance. Therefore, there is a concern that it is thermally inferior to the oxygen-containing sprayed film of the present invention.

本発明において溶射とは、高速フレーム溶射(HVOF)、フレーム溶射、プラズマ溶射、アーク溶射を含み得るが、成膜速度、コスト、溶射膜の密着性、溶射膜の緻密性の観点からは、プラズマ溶射が最も適している。しかしHVOF溶射も溶射膜自体の性能が優れており、好ましい方法である。   In the present invention, spraying may include high-speed flame spraying (HVOF), flame spraying, plasma spraying, and arc spraying, but from the viewpoint of film deposition rate, cost, adhesion of the sprayed film, and denseness of the sprayed film, Thermal spraying is most suitable. However, HVOF spraying is also a preferable method because the performance of the sprayed film itself is excellent.

本発明における溶射層は、溶射により形成されたニッケル又はクロム或いは両者の合金からなる多層に積層された溶射層であり、当然のことながら有機物、或いは低融点金属などは含まず、従って、高温での耐熱性、耐食性が優れている。   The thermal spray layer in the present invention is a thermal spray layer laminated in a multilayer composed of nickel or chromium formed by thermal spraying or an alloy of both, and naturally does not include organic substances or low-melting point metals, and therefore at a high temperature. Has excellent heat resistance and corrosion resistance.

本明細書においては、溶射法自体はコーティング法としてよく知られている技術であるので、詳細な説明は省略する。   In the present specification, the thermal spraying method itself is a technique well known as a coating method, and thus detailed description thereof is omitted.

溶射により形成されたニッケル溶射層又はクロム溶射層は酸化物を含み、特に、酸化物量が断面積比で25〜30%であることが好ましい。また、このようなニッケル層又はクロム層は、少なくともロータディスクの動翼植込み部の凹部のみ又は該動翼植込み部の凹部とロータシャフトとの嵌合部の凹部など、応力の集中する部分に設けられることが好ましい。   The nickel sprayed layer or the chromium sprayed layer formed by thermal spraying contains an oxide, and the oxide amount is particularly preferably 25 to 30% in terms of the cross-sectional area ratio. In addition, such a nickel layer or chromium layer is provided at least in a portion where stress is concentrated, such as only a concave portion of the rotor blade rotor portion of the rotor disk or a concave portion of the rotor blade shaft portion and the rotor shaft fitting portion. It is preferred that

図6にガスタービンの一般的な構造断面図を示す。ガスタービンは大きくわけて圧縮機1,燃焼器2およびタービン3から構成されている。圧縮機1は大気からガスパス4へ吸い込んだ空気を作動流体として断熱圧縮し、燃焼器2は圧縮機1から供給された圧縮空気に燃料を混合し燃焼することで高温高圧のガスを生成し、そしてタービン3は燃焼器2から導入した燃焼ガスの膨張の際に回転動力を発生する。タービン3からの排気は大気中に放出される。タービン3にて発生した回転動力から圧縮機1を駆動する動力を差し引いた残りの動力が、ガスタービンの発生動力となり発電機(図示していない)を駆動する。   FIG. 6 shows a general structural sectional view of a gas turbine. The gas turbine is roughly composed of a compressor 1, a combustor 2 and a turbine 3. The compressor 1 adiabatically compresses air sucked into the gas path 4 from the atmosphere as a working fluid, and the combustor 2 mixes fuel with the compressed air supplied from the compressor 1 and burns to generate high-temperature and high-pressure gas. The turbine 3 generates rotational power when the combustion gas introduced from the combustor 2 is expanded. Exhaust gas from the turbine 3 is released into the atmosphere. The remaining power obtained by subtracting the power for driving the compressor 1 from the rotational power generated in the turbine 3 becomes the power generated by the gas turbine and drives a generator (not shown).

図7にタービンロータディスク5への動翼の植込み構造を示す。ロータディスクの外周に複数の翼溝を設け、合致する形状の植込み部を持つタービン動翼6を嵌合する。タービン運転時にはタービン動翼6に遠心力11が生じるため動翼およびロータディスクの嵌合部には応力集中による高い応力が生じる。そのため嵌合部の形状および構造は低応力となるような構造が検討されている。   FIG. 7 shows a structure for implanting the rotor blades into the turbine rotor disk 5. A plurality of blade grooves are provided on the outer periphery of the rotor disk, and the turbine rotor blade 6 having a matching implant portion is fitted. Since centrifugal force 11 is generated in the turbine rotor blade 6 during turbine operation, high stress due to stress concentration is generated in the joint between the rotor blade and the rotor disk. For this reason, a structure in which the shape and structure of the fitting portion is low stress has been studied.

そこでタービンロータ材料には、優れたクリープ強度を持つ、鉄もしくはNi等の超合金、またはそれらを組み合わせた素材が用いられている。ただし、これらの材料においては、素材の酸化によってき裂進展速度が加速する例が報告されている。特に、図7に示すタービンロータにおける翼植込み部の応力集中部8は高温環境に加えタービン動翼による遠心力が加わる厳しい負荷条件である。その結果、高温,高応力により疲労き裂が進展しやすい。   Therefore, as the turbine rotor material, a superalloy such as iron or Ni having excellent creep strength, or a material combining them is used. However, in these materials, an example in which the crack growth rate is accelerated by oxidation of the material has been reported. In particular, the stress concentration portion 8 of the blade implantation portion in the turbine rotor shown in FIG. 7 is a severe load condition in which the centrifugal force generated by the turbine blade is added to the high temperature environment. As a result, fatigue cracks tend to develop due to high temperature and high stress.

さらに、ガスタービンは効率および出力の向上に伴い、タービンホイールの大型化・高温化が進められており、それに伴いガスタービンロータの高応力負荷部において酸化による疲労寿命低下が生じる。ガスタービンロータの翼植込み部の酸化を防止することで耐酸化性を向上させ、疲労強度信頼性を向上したガスタービンのロータアッセンブリを実現できる。   Further, as the efficiency and output of the gas turbine are improved, the turbine wheel is increased in size and temperature, and accordingly, the fatigue life is reduced due to oxidation in the high stress load portion of the gas turbine rotor. By preventing oxidation of the blade implantation portion of the gas turbine rotor, it is possible to improve the oxidation resistance and realize a gas turbine rotor assembly with improved fatigue strength reliability.

高応力負荷部に設けられる耐酸化コーティングは、純ニッケル粉末又は純クロム粉末或いはそれらの合金の粉末を大気プラズマ溶射することで形成される層を使用する。このコーティング層は、酸化物を断面積比で25〜33%含むことが好ましい。なお、溶射材としてのニッケル粉末又はクロム粉末は純金属でなくともよく、それらの合金でもよい。   The oxidation resistant coating provided on the high stress load portion uses a layer formed by air plasma spraying of pure nickel powder, pure chromium powder, or an alloy powder thereof. This coating layer preferably contains 25 to 33% of an oxide in cross-sectional area ratio. Note that the nickel powder or chromium powder as the thermal spraying material may not be a pure metal, but may be an alloy thereof.

溶射層は、1回の溶射で形成するよりも、多層溶射層の方が亀裂に対して抵抗性が高い。そのメカニズムは図3A,図3Bを用いて追って説明する。従って、溶射の回数は、5〜30回、特に10〜20回が好ましい。溶射層の厚さは、合計で0.01〜2mmの範囲が好ましく、特に0.02〜1mmの範囲が好ましい。   The multilayer sprayed layer is more resistant to cracking than the sprayed layer is formed by a single spray. The mechanism will be described later with reference to FIGS. 3A and 3B. Therefore, the number of spraying is preferably 5 to 30 times, particularly 10 to 20 times. The total thickness of the sprayed layer is preferably in the range of 0.01 to 2 mm, and particularly preferably in the range of 0.02 to 1 mm.

以上のように、溶射層を形成することにより、タービンロータの応力集中部で、ロータ基材と空気の接触を遮断し、酸化の抑制により強度低下の防止を行うことが可能である。特に、タービンロータの翼植込み部、および締結ボルト孔などの疲労寿命の長寿命化を図ることが可能であり、これによりタービン全体の信頼性を向上させることが可能である。   As described above, by forming the thermal spray layer, it is possible to prevent contact between the rotor base material and the air at the stress concentration portion of the turbine rotor, and to prevent a decrease in strength by suppressing oxidation. In particular, it is possible to increase the fatigue life of the turbine rotor blade-implanted portion and the fastening bolt hole, thereby improving the reliability of the entire turbine.

図1に、タービンロータディスク5の翼植込み部の全体に耐酸化コーティングとしてNi溶射膜9を施工した例を示す。ニッケル粉を溶射する方法は大気プラズマ溶射法を使用した。このように、全面にコーティングを設けることにより、耐酸化性の向上効果が得られる。   FIG. 1 shows an example in which a Ni sprayed film 9 is applied as an oxidation resistant coating to the entire blade-implanted portion of the turbine rotor disk 5. Atmospheric plasma spraying was used as the method for spraying nickel powder. Thus, by providing a coating on the entire surface, an effect of improving oxidation resistance can be obtained.

もちろん、本発明は減圧式溶射法も採用し得る。減圧式溶射法は非処理物を真空容器に入れて行うのでコストが上昇すると言う問題が有る。   Of course, the present invention can also employ a reduced pressure spraying method. The reduced-pressure spraying method has a problem that the cost increases because the non-processed material is put in a vacuum vessel.

本実施例では、溶射速度を変化させ、二種類のコーティングを施工した。溶射層9は10〜20層重ねて設けた。その結果、図3Aの左側に示すように、溶射時の層ごとの表面に酸化物層10を有するNiコーティング層を得た。このコーティング層の断面を撮影し、ニッケル部分9(白色部)と酸化物部分10(黒色部)とを画像認識処理して酸化物層を観察したところ、一方には断面積比で30%、他方には断面積比で20%の酸化物が含まれていた。このNi基ロータ材を模した試験片に対し、高温環境中で実機相当の発生ひずみを与えた疲労負荷で、破断回数を評価した。   In this example, two types of coatings were applied by changing the spraying speed. The thermal spray layer 9 was provided by overlapping 10 to 20 layers. As a result, as shown on the left side of FIG. 3A, a Ni coating layer having an oxide layer 10 on the surface of each layer during thermal spraying was obtained. The cross section of this coating layer was photographed, and the nickel portion 9 (white portion) and the oxide portion 10 (black portion) were image-recognized and the oxide layer was observed. The other contained 20% oxide in cross-sectional area ratio. The number of ruptures was evaluated on a test piece simulating this Ni-based rotor material with a fatigue load given a generated strain equivalent to the actual machine in a high temperature environment.

図2に上記の実施例の効果を示す。従来例のコーティングのない部材の評価結果を1とすると、ニッケルコーティングを施工することで、断面積比で30%の酸化物を含む部材では寿命(タービンディスクに見立てた試験片と、その試験片に植設した動翼に見立てた試験片との接合部の破壊に至る時間)が約20%改善された。一方、酸化物の断面積比が20%のニッケルコーティング膜については、逆に寿命が低下する傾向にあることが見出された。   FIG. 2 shows the effect of the above embodiment. Assuming that the evaluation result of a member having no coating in the conventional example is 1, the life of the member containing 30% oxide in the cross-sectional area ratio by applying nickel coating (the test piece considered as a turbine disk and its test piece) About 20% of the time taken for the fracture of the joint with the test piece assumed to be a rotor blade implanted in the plant). On the other hand, it was found that the lifetime of the nickel coating film having an oxide cross-sectional area ratio of 20% tends to decrease.

図3A及び図3Bに基づいて、ぞれぞれの寿命延長メカニズムを説明する。図3Aに示すように、ニッケルコーティング内に酸化物層10を充分に含む場合には、コーティング膜に発生したき裂が基材に到達した場合、き裂は酸化物の積層される方向に進展する。また、コーティング膜と基材との接合が、基材に比べて強固でない。その結果、基材へのき裂の進展などの影響を防止できる。一方、図3Bに示す、酸化物層10の少ないコーティング膜は基材との接合力が高い。また、コーティング膜自体の強度は、基材そのものよりは強度が弱いため、き裂が入りやすくなる。その結果、コーティング膜に発生したき裂がそのまま基材に進展するため、かえって寿命の低下を招くこととなる。本願発明者らの検討の結果、タービンロータを長寿命化させるためには、コーティング膜の25%以上(断面積比)が酸化物である必要があることが分かった。   Based on FIG. 3A and FIG. 3B, the life extension mechanism of each is demonstrated. As shown in FIG. 3A, when the oxide layer 10 is sufficiently included in the nickel coating, when the crack generated in the coating film reaches the substrate, the crack propagates in the direction in which the oxide is laminated. To do. Further, the bonding between the coating film and the substrate is not as strong as the substrate. As a result, it is possible to prevent the influence of crack propagation on the substrate. On the other hand, the coating film with few oxide layers 10 shown in FIG. 3B has high bonding strength with the base material. Further, since the strength of the coating film itself is weaker than that of the base material itself, cracks are likely to occur. As a result, since the crack generated in the coating film propagates to the base material as it is, the life is shortened. As a result of the study by the present inventors, it has been found that 25% or more (cross-sectional area ratio) of the coating film needs to be an oxide in order to extend the life of the turbine rotor.

一方、酸化物が多すぎると、き裂の進展抑制の効果は得られるものの、コーティング膜自体が剥がれやすくなり、耐酸化性が付与できない場合がある。従って、酸化物はコーティング膜の1/3以下(断面積比で33%以下)とすることが好ましい。よって、耐酸化コーティングとしてニッケルを溶射するにあたっては、ニッケルコーティング内に含まれる酸化物が断面積比で25%〜33%の間にあることが望ましい。酸化物量は、溶射の温度,速度,雰囲気,皮膜厚さなどを制御することにより適宜調整が可能である。   On the other hand, if there are too many oxides, the effect of suppressing crack propagation can be obtained, but the coating film itself tends to peel off, and oxidation resistance may not be imparted. Accordingly, it is preferable that the oxide be 1/3 or less of the coating film (the cross-sectional area ratio is 33% or less). Therefore, when thermal spraying nickel as an oxidation resistant coating, it is desirable that the oxide contained in the nickel coating is between 25% and 33% in terms of the cross-sectional area ratio. The amount of oxide can be appropriately adjusted by controlling the spraying temperature, speed, atmosphere, film thickness, and the like.

また、タービンロータディスク5の翼植込み部の応力集中部8にのみ耐酸化コーティングのニッケル膜9を施工してもよい。図4は、応力の集中する翼植込み部のディスク側凹部にコーティングを行った例である。このように一部にコーティングを施工する場合には
、応力集中部を中心に、四角形状、又は円/楕円形状にコーティングを行う。複雑な凹凸形状を有する部分では、広範囲の均一な溶射は困難であるため、一部のみにコーティング層を設けると信頼性が向上する。また、動翼植え込み部では、動翼根との寸法公差が限られているため、膜厚さの調整を行いやすく好ましい。
Further, the oxidation resistant coating nickel film 9 may be applied only to the stress concentration part 8 of the blade implantation part of the turbine rotor disk 5. FIG. 4 shows an example in which coating is applied to the disk-side recess of the blade-implanted portion where stress is concentrated. Thus, when coating a part, it coats in a square shape or a circle / oval shape centering on a stress concentration part. In a portion having a complicated uneven shape, it is difficult to spray a wide range uniformly. Therefore, if a coating layer is provided only in a part, the reliability is improved. Moreover, since the dimensional tolerance with a moving blade root is limited in a moving blade implantation part, it is easy to adjust film thickness and is preferable.

なお、本実施例で使用したニッケルの他、Cr又はNiとCrの合金粉末を溶射によりコーティングした場合であっても、上記のニッケル層と同様に高温耐食性,延性のあるコーティング膜を提供可能である。但し、Crを用いると、Niと同様に酸化物層の入ったコーティング膜が得られるため、同様に信頼性の高いタービンが得られると予想される。   In addition to the nickel used in this example, even when Cr or an alloy powder of Ni and Cr is coated by thermal spraying, a coating film having high temperature corrosion resistance and ductility can be provided in the same manner as the above nickel layer. is there. However, when Cr is used, a coating film containing an oxide layer is obtained in the same manner as Ni, and it is expected that a highly reliable turbine will be obtained as well.

次に、タービンロータディスクの一部に実施例1と同様にNi溶射膜を施工した例を示す。図5にタービンロータディスクの断面の一部(図1のA−A′断面図)を示す。タービンロータディスクはB−B′を中心軸として回転させたような環状の形状を有し、それぞれの動翼に応じた溝が設けられている。タービンロータディスクは、タービンロータと中心軸を一致させるため、タービンロータ表面に合致する凸部を有する。凸部根元に耐酸化コーティングとしてニッケル溶射膜13を施工した。   Next, an example in which a Ni spray coating is applied to a part of the turbine rotor disk in the same manner as in Example 1 will be described. FIG. 5 shows a part of the cross section of the turbine rotor disk (cross sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1). The turbine rotor disk has an annular shape rotated around BB ′ as a central axis, and is provided with a groove corresponding to each rotor blade. The turbine rotor disk has a convex portion that matches the surface of the turbine rotor in order to align the central axis with the turbine rotor. A nickel sprayed film 13 was applied as an oxidation resistant coating to the base of the convex portion.

なお、上記の凸部には、図5の紙面上下方向に貫通させたタービンロータとの締結ボルト孔を有する。締結ボルト孔へも、上記の凸部根元部分と同時に、もしくは別々にNiコーティング膜を設けてもよい。   Note that the convex portion has a fastening bolt hole with a turbine rotor penetrating in the vertical direction of the drawing in FIG. A Ni coating film may also be provided on the fastening bolt hole at the same time as or separately from the root portion of the projection.

このようなコーティング膜を施すことで、タービンロータディスクの長寿命化を図ることが可能である。   By applying such a coating film, it is possible to extend the life of the turbine rotor disk.

1 圧縮機
2 燃焼器
3 タービン
4 ガスパス
5 タービンロータディスク
6 タービン動翼
7 タービンロータシャフト
8 応力集中部
9 ニッケル溶射膜
10 酸化物層
11 遠心力
12 タービンロータ
13 ニッケル溶射膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Combustor 3 Turbine 4 Gas path 5 Turbine rotor disk 6 Turbine rotor blade 7 Turbine rotor shaft 8 Stress concentration part 9 Nickel sprayed film 10 Oxide layer 11 Centrifugal force 12 Turbine rotor 13 Nickel sprayed film

Claims (8)

大気から吸い込んだ空気を断熱圧縮する圧縮機、圧縮空気に燃料を混合し燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、燃焼ガスを膨張させ、回転動力を発生し、発電機を駆動するタービンを有するガスタービンであって、前記タービンは、外周に複数の動翼を嵌合されたロータディスクと、前記ロータディスクと一体化されたロータシャフトとを有するロータアッセンブリを有するタービンロータを有し、
前記タービンロータディスクのタービン動翼植込み部は、溶射により形成されたニッケル又はクロム或いは両者の合金層からなる多層の溶射層を有し、前記溶射層は、断面積比で25〜33%の酸化物を含むことを特徴とするガスタービンのロータアッセンブリ。
A compressor that adiabatically compresses air sucked from the atmosphere, a combustor that mixes fuel with compressed air and burns it to generate combustion gas, a turbine that expands the combustion gas, generates rotational power, and drives a generator A gas turbine, the turbine having a rotor rotor having a rotor assembly having a rotor disk fitted with a plurality of rotor blades on an outer periphery and a rotor shaft integrated with the rotor disk;
The turbine rotor blade embedded portion of the turbine rotor disk has a multilayer sprayed layer formed of nickel or chromium formed by thermal spraying or an alloy layer of both, and the thermal sprayed layer has an oxidation ratio of 25 to 33% in cross-sectional area ratio. A rotor assembly for a gas turbine, comprising: an object.
請求項1に記載されたガスタービンのロータアッセンブリにおいて、前記溶射された溶射層の厚さは0.02〜1mmであることを特徴とするガスタービンのロータアッセンブリ。 2. The gas turbine rotor assembly according to claim 1, wherein a thickness of the sprayed sprayed layer is 0.02 to 1 mm. 請求項1に記載されたガスタービンのロータアッセンブリにおいて、前記溶射層は、タービンロータディスクの動翼植込み部の動翼と接する部分のうち、少なくとも一部の凹部に設けられていることを特徴とするガスタービンのロータアッセンブリ。 2. The gas turbine rotor assembly according to claim 1, wherein the sprayed layer is provided in at least a part of a concave portion of a portion of the turbine rotor disk that contacts the moving blade of the moving blade implantation portion. Gas turbine rotor assembly. 請求項1に記載されたガスタービンのロータアッセンブリにおいて、前記溶射層は、更にタービンロータディスクに設けられたロータシャフトと接する凸部の付け根に設けられていることを特徴とするガスタービンのロータアッセンブリ。 2. The gas turbine rotor assembly according to claim 1, wherein the sprayed layer is further provided at the base of a convex portion in contact with the rotor shaft provided on the turbine rotor disk. . ロータシャフトと、前記ロータシャフトに固定されるロータディスクと、前記ロータディスクに固定される動翼とを有するタービンロータアッセンブリであって、
前記ロータディスクの動翼植込み部の少なくとも一部に、溶射により形成されたニッケルからなる多層の溶射層を有し、前記溶射層は、断面積比で25〜33%の酸化物を含むことを特徴とするタービンのロータアッセンブリ。
A rotor assembly of a turbine having a rotor shaft, a rotor disk fixed to the rotor shaft, and a moving blade fixed to the rotor disk,
It has a multilayer sprayed layer made of nickel formed by thermal spraying on at least a part of the rotor blade implantation portion of the rotor disk, and the thermal sprayed layer contains an oxide having a cross-sectional area ratio of 25 to 33%. rotor assembly features and to filter turbine.
請求項5に記載されたタービンのロータアッセンブリであって、
前記ニッケル溶射層は、前記ロータディスクの動翼植込み部の凹部に設けられていることを特徴とするタービンのロータアッセンブリ。
A turbine rotor assembly as claimed in claim 5, comprising:
The rotor assembly of a turbine, wherein the nickel sprayed layer is provided in a concave portion of a rotor blade implantation portion of the rotor disk.
請求項5に記載されたタービンのロータアッセンブリにおいて、前記溶射層は、更にタービンロータディスクに設けられたロータシャフトと接する凸部の付け根に設けられていることを特徴とするタービンのロータアッセンブリ。 In the turbine rotor assembly according to claim 5, wherein the thermal sprayed layer further features and to filter turbine rotor assemblies that are disposed at the base of the convex portion in contact with the rotor shaft provided in a turbine rotor disk . 請求項5に記載されたタービンのロータアッセンブリにおいて、前記溶射層の厚さは0.02〜1mmであることを特徴とするタービンのロータアッセンブリ。 In the turbine rotor assembly according to claim 5, rotor assembly features and to filter turbine a thickness of the sprayed layer is 0.02~1Mm.
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