JP6713417B2 - ターボ機械のインペラシャフト組立体の腐食を防止するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、ターボ機械のインペラシャフト組立体の腐食を防止するための方法に関する。本発明の方法は、海中、陸上、沖合いのターボ機械の構成要素の腐食を防止するために使用することができることが有利である。以下の開示において、単に説明を容易にするために、特に遠心圧縮機を参照するが、本発明の適用範囲を限定する意図はない。

炭素鋼、低合金鋼、およびステンレス鋼のような材料は、海中、陸上、沖合いの環境で動作する構成要素を構築するときに通常使用される。そのような環境が湿性二酸化炭素（ＣＯ₂）および／または湿性硫化水素（Ｈ₂Ｓ）を含む場合、炭素鋼や低合金鋼は、腐食の損傷により影響を受けることになる。さらに、そのような環境が塩化物を含む場合、ステンレス鋼は、ピッチング腐食の損傷により影響を受けることになる。

ターボ機械のインペラシャフト組立体の腐食を防止するための方法は、公知である。実際、ターボ機械のインペラシャフト組立体は、耐食合金、例えば、ステンレス鋼やニッケル合金で作ることができる。これは、ターボ機械が腐食環境で動作することを目的としているときに、行われる。

上述した先行技術の欠点は、耐食合金が低合金鋼よりもかなり高価であるので、かなりの費用が掛かるということである。

米国特許出願公開第２００５／１１１９８５号明細書

したがって、本発明の第１の態様は、ターボ機械のインペラシャフト組立体の腐食を防止するための方法を対象にしており、インペラシャフト組立体を画定するためにシャフト上にインペラを組み立てるステップを含む。インペラ上の第１の所定の表面およびシャフト上の第２の所定の表面がコーティングされる。組立体は、コーティングするステップの後で、めっき槽の中にそれを挿入することによってめっきされる。有利なことに、これによって、シャフト上にインペラが組み立てられるときに、到達するのが困難となり得る表面にスプレイまたは電気めっきを容易に行うことが可能になる。

そのような方法は、高価な合金に頼ることなく、腐食環境で用いるためのインペラシャフト組立体を構築することを可能にするという利点を有している。実際、これらの部片は、めっき槽の中にそれらを挿入することによりコーティングされる。構成要素は、組み立てられたとき、槽内部でめっき溶液が到達するのが困難な間隙または他の箇所の内側である表面にもコーティングされる。したがって、コーティングとめっきの間で、組立体全体を腐食から守り、したがって、低合金鋼や炭素鋼から作ることができる。

本発明の別の態様では、めっきするステップは、無電解ニッケルめっきによって実施される。有利なことに、上の方法の場合と同じように、めっきが組立体全体に対して実施される場合、組み立て中におけるめっきの劣化が防止される。インペラとシャフトとに対して別々にめっきが実施される場合、そのうちの一方が組み立てステップのために加熱することを必要とするので、そのような劣化が生じることになる。

それ以上の詳細および特定の実施形態については、添付図面を参照することにする。

本発明の実施形態に係るインペラシャフト組立体の概略断面側面図である。 本発明の実施形態に係るインペラシャフト組立体の腐食を防止するための方法のそれぞれのステップの概略図である。

以下の例示的な実施形態の説明は、添付図面を参照する。異なった図面における同じ参照番号は、同じかまたは類似の要素を特定する。以下の詳細な説明は、本発明を限定しない。その代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって画定される。

本明細書全体に渡って、「一実施形態」または「実施形態」を参照することは、実施形態に関連して説明した特定の特色、構造、または特徴が、開示した主題の少なくとも１つの実施形態に含められる、ということを意味する。本明細書全体に渡って様々な箇所の成句「一実施形態では」または「実施形態では」の登場は、必ずしも同じ実施形態を参照することではない。さらに、特定の特色、構造、または特徴は、１つまたは複数の実施形態において、任意の適切なやり方で組み合わせることができる。

したがって、ターボ機械のインペラシャフト組立体の腐食を防止するための方法については、インペラシャフト組立体が番号１で参照されている添付図面を参照することによって説明する。

インペラシャフト組立体１は、シャフト３を含む。シャフトは、実質的に円筒形であり、側部表面３ａを有する。

インペラシャフト組立体１は、シャフト３上に実装されたインペラ２も含む。具体的には、インペラ２は、シャフト３と同軸である。したがって、インペラシャフト組立体１は、中心軸「Ａ」を有し、それがシャフト３とインペラ２のための回転軸を画定する。加えて、インペラ２は、内表面２ａを有し、内表面２ａは、使用時にシャフト３に面する。実際、インペラ２の内表面２ａの大部分は、実際にシャフト３と接触する。インペラ２は、シャフト３に対して外方に面する外表面２ｂも有する。

内表面２ａと外表面２ｂの双方は、化学的腐食性（ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ）の環境で動作する場合に、インペラ２自体への損傷を防止するために処置することができる。それ以上の詳細については、本開示の後の部分において与えられることになる。

追加の詳細に関して、インペラシャフト組立体１は、複数のインペラ２を含む。２つの連続したインペラ２の間において、組立体１は、シャフト３に取り付けられているスリーブ４を含む。図１に示した実施形態によれば、シャフト３の中心軸「Ａ」は、スリーブ４の対称軸とみなすことができる。

したがって、本発明の実施形態は、インペラシャフト組立体１の腐食を防止するための方法に関する。そのような方法は、前記インペラ２上の少なくとも第１の所定の表面５をコーティングするステップを含む。そのような第１の所定の表面は、シャフトに面していた内表面２ａの一部であることが好ましい。さらに好ましくは、インペラ２は、インペラ２自体をシャフト３に可逆的に取り付けるためのキースロット６を含む。したがって、第１の所定の表面５は、キースロット６を画定するインペラ２の内表面２ａの一部である。

第２の所定の表面７も、第１の所定の表面５と同じようにコーティングされる。好ましくは、第２の所定の表面は、シャフト３の側部表面３ａの一部である。さらに好ましくは、第２の所定の表面７は、キーを受け入れるように構成されるキー座８の表面であり、このキーも、インペラ２をシャフト３に取り付けるためにインペラ２のキースロット６の中に挿入される。

本発明の説明した実施形態によれば、第１の所定の表面５と第２の所定の表面７をコーティングするステップは、それらにスプレイまたは電気めっきを行うことにより実施される。本発明の好適実施形態では、第１の所定の表面５と第２の所定の表面７は、コールドスプレイイがスプレイされる。そのようなコールドスプレイは、例えば、ニッケル基合金、コバルト基合金、またはステンレス鋼から作られる固体粉末を含む。

コールドスプレイ処理は、運動効果によって作用し、スプレイを構成している粒子がその運動エネルギーを用いてそれ自体を所定の表面５、７の層の中に埋め込むことができるということを意味している。有利なことに、これにより、所定の表面５、７の不要な熱処理が回避される。

代替的に、所定の表面５、７をコーティングするステップは、サーマルスプレイをそれらにスプレイすることにより実施することができる。このように、スプレイ自体の温度も、所定の表面５、７を処置する。

代替的に、所定の表面５、７をコーティングするステップは、電気めっきにより実施することができる。電気めっきは、例えば、電解クロミウムまたはニッケルを用いて実施することができる。

スリーブ４が組立体１の中に含まれるべき場合、コーティングするステップは、インペラ２上の第３の所定の表面９のコーティングを含むこともある。そのような第３の所定の表面９は、動作の際にスリーブ４に面するインペラ２の表面の一部である。

コーティングするステップは、第４の所定の表面１０のコーティングを含むこともある。そのような第４の所定の表面１０は、シャフト３上にもある。具体的には、第４の所定の表面１０は、インペラ２とスリーブ４とに部分的に重なっているシャフト３の側部表面３ａの一部である。

コーティングするステップは、第５の所定の表面１１をコーティングするステップを含むこともある。そのような第５の所定の表面は、スリーブ４上に、具体的には、インペラ２に面するスリーブ４の表面上に、位置している。換言すると、第３の所定の表面９と第５の所定の表面１１は、相互に面する。第４の所定の表面１０は、第３の所定の表面９と第５の所定の表面１１の間の間隙を橋渡ししている。

第３、第４、および第５の所定の表面９、１０、１１のコーティングは、第１および第２の所定の表面５、７のコーティングと同じように実施される。上述したコーティング方法（コールドスプレイ、サーマルスプレイまたは電気めっき）に関して、それらは特定の目的に適している組み合わせのどれにも適用可能である。換言すると、第１、第２、第３、第４および第５の所定の表面５、７、９、１０、１１のコーティングは、同じ特定のコーティング方法を用いてまたはそれらの任意の組み合わせを用いてすべて実施することができる。

コーティングするステップの後で、インペラ２は、シャフト３上に組み立てられる。具体的には、インペラ２は、インペラ２のキースロット６の中にキー（図示していない）を挿入することによりシャフト３上にロックされる。キーも、シャフト３のキー座８上に配置される。スリーブ４を使用する場合、それも、２つのインペラ２間にそれをロックすることにより、このステップの中に組み込まれる。上の動作は、シャフト３上に組み込まれるべきであるインペラ２およびスリーブ４の個々のために繰り返される。

本発明の好適実施形態によれば、組立体１は、その後にめっきされる。好ましくは、それは、めっき槽の中に組立体１を挿入することと、所定の時間後にそれを引き出すこととにより、実施される。

好ましくは、めっきするステップは、無電解ニッケルめっきによって実施される。実際、めっきするステップは、第１の析出サブステップを含み、電気めっきによって組立体１の基体上に第１の金属層が析出する。その後、第２の析出ステップが実施され、電解めっきによって第１の層上に少なくともニッケル合金の第２の層がめっきされる。熱処理ステップは、その後において析出ステップ後に実施することができる。熱処理の温度や継続時間は、層の全体厚さや獲得すべき最終の特性による。

随意であるが、めっきするステップは、電気めっきによって第２の層上に第３の金属層が析出する第３の析出ステップを含む場合がある。電気めっきによって第３の層上にニッケル合金の第４の層を析出する第４の析出ステップも、随意に実施することができる。

１ 組立体
２ インペラ
３ シャフト
４ スリーブ
５ 第１の所定の表面
６ キースロット
７ 第２の所定の表面
８ キー座
９ 第３の所定の表面
１０ 第４の所定の表面
１１ 第５の所定の表面
１２ めっき槽

Claims (15)

1. ターボ機械のインペラシャフト組立体の腐食を防止するための方法であって、
   インペラシャフト組立体（１）を画定するためにシャフト（３）上にインペラ（２）を組み立てるステップと、
   めっき槽（１２）の中に前記組立体（１）を挿入することによって前記組立体（１）をめっきするステップと、を含み、
   少なくとも前記インペラ（２）上の第１の所定の表面（５）および前記シャフト（３）上の第２の所定の表面（７）をコーティングするステップをさらに含み、前記コーティングするステップは、前記組み立てるステップの前に実施される、方法。
2. 前記第１の所定の表面（５）は、前記インペラ（２）を前記シャフト（３）に取り付けるための前記インペラ（２）上のキースロット（６）の表面である、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の所定の表面（７）は、前記シャフト（３）上のキー座（８）の前記表面である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記組み立てるステップは、前記インペラ（２）に隣接した前記シャフト（３）上にスリーブ（４）を取り付けるサブステップを含み、前記コーティングするステップは、前記インペラ（２）上の第３の所定の表面（９）および前記シャフト（３）上の第４の所定の表面（１０）をコーティングするステップをさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記第３の所定の表面（９）は、前記スリーブ（４）に面するように設計された前記インペラ（２）の表面の一部である、請求項４に記載の方法。
6. 前記第４の所定の表面（１０）は、前記インペラ（２）と前記スリーブ（４）の間に配置されるように設計された前記シャフト（３）の側部表面（３ａ）の一部である、請求項４に記載の方法。
7. 前記めっきするステップは、無電解ニッケルめっきによって実施される、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記コーティングするステップは、前記所定の表面（５、７、９、１０）にスプレイすることによって実施される、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記コーティングするステップは、コールドスプレイを前記所定の表面（５、７、９、１０）にスプレイすることによって実施される、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. コールドスプレイは、ニッケル基合金のまたはステンレス鋼の粒子を含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記コーティングするステップは、サーマルスプレイを前記所定の表面（５、７、９、１０）にスプレイすることによって実施される、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
12. 前記コーティングするステップは、電気めっきによって実施される、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
13. 前記電気めっきは、電解クロミウムまたはニッケルによって実施される、請求項１２に記載の方法。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の方法によって処置されるインペラシャフト組立体（１）。
15. 請求項１４に記載のインペラシャフト組立体（１）を含むターボ機械。