JPS59115403A - シユラウド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は蒸気タービン等に用いられるシュラウドに関す
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般にタービンのタービン作動流体、例えば蒸気の漏洩
防止のために各種パツキンが用いられている。例えば、
蒸気タービンの羽根先端とケーシングとの隙間等で生じ
るタービンロータ軸線方向に沿った蒸気の漏洩通路から
の漏洩を防止するために用いられるものにシュラウドと
チップフィンがある。

シュラウドは羽根先端に羽根のピッチごと１こ羽根のテ
ノンと称される突起物形状に合った穴をあけたほぼ羽根
幅相当のシュラウドバンドを４〜１０枚の羽根を１組と
してかぶせ、テノン頭部をたたきつぶして固着されてい
る。

このシュラウドは一般に羽根材料と同様の１２Ｃｒ鋼で
作られており羽根先端にほぼ羽根幅相当でタービンロー
タ局方向に設けられ、その外周表面は大きな凹凸がかい
ように形成されている。

このようにシュラウドが設けられていると、羽根先端と
ケーシングとの隙間が小さくなり、蒸気の漏洩が防止さ
れるとともに、回転する羽根の影響で遠心力によって蒸
気が散逸するのが防止され杢 る。九らに、羽根郡としての剛性が増されることなど多
くの効果が兼備されている。

チップフィンはケーシングに一端が固定され、他端が自
由端として゛羽根先端につけられたシュラウドの外周表
面に近接するように設けられている。

とのチップフィンは一般に低温蒸気段落部では５％りん
青銅で作られており、タービンロータ軸方向に複数個設
けられ、羽根先端につけられたシュラウドとケーシング
との隙間に狭部、拡大部を多数形成されている。

このようにチップフィンが設けられていると漏洩する蒸
気が狭部にて絞られ、拡大部にて速度が減殺されること
を緑返し蒸気の漏洩が防止される。

しかし、以上のよう力シュラウドとチップフィンとの隙
間からの蒸気の漏洩防止は、シュラウドとチップフィン
との隙間の縮少、チップフィンの数の増加等を伴なうた
め、前者はラビングという運転上のトラブル、後者はシ
ュラウド幅が羽根先端幅によって決まっているためおの
ずから限界があり、漏洩蒸気量の減少は非常にカ１（か
しい問題があった。

なかでも、運転上のトラブルによるシュラウドとチップ
フィンの接触は、接触時の接触圧力によりたとえば５％
りん青銅からなるチップフィンを加工硬化させ、たとえ
ば１２Ｃｒ鋼からなるシュラウドをその摩擦熱により軟
化させる。このため、硬さを増したチップフィンは、シ
ュラウド表面に鋭利な切欠損傷を与える。

この切欠損傷が深くなり、運転中の迭心力による負荷応
力がこの切欠損傷部の材料強度限界を超えるとシュラウ
ドは破壊飛散する。とのシュラウドの破壊は、その破片
が運転中の羽根に衝突した場合、重大事故とカリ、極端
な場合にはタービンの破壊にまで至る。

〔発明の目的〕

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、運転上の
トラブルにより、チップフィンがシュラウドに接触して
も耐熱合金からなるシュラウドな損傷させない軟かくて
摩耗し易い金属被覆層を具備したシュラウドを提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の蒸気タービン用シュラウドは所定形状の耐熱合
金、たとえば１２Ｃｒ鋼からなるシュラウド外周表面に
設けた金属被覆として溶射等の手段により、例えば５％
りん青銅等からなるチップフィンより軟かく摩耗し易い
例えばＡｌｌ、Ｃｕなど金属被覆層を設けたものである
。

この軟かくて、摩耗し易い金属被覆層を設けるシュラウ
ド外周表面は必要に応じＭ２Ｏ３粒等によりサイドプラ
スト処理を施し、表面な溶射被覆に適した状態とした後
、シュラウド材料より軟かくて摩耗し易い金属を約２間
程度溶射施行する。また、前記シュラウド外周表面に必
要に応じ）Ｊ　、Ｏｓ粒等によりサンドブラスト処理を
施し、表面な溶射被膜に適した状態とした後鍋の粉末９
７〜８５重量％と黒鉛粉末１０〜５０重量％に対して銅
９０〜５０重量％を被着した粉末（以下波調黒鉛粉末と
称す）３〜１５重量％との混合粉末を、溶射するととに
よって、機械的強度にすぐれなじみ性、自己潤滑性そし
て摩耗性にすぐれたシュラウドを得ることができる。な
お使用される粉末の粒度は１００メツシユを通過する粉
末であることが好ましい。粒度が大きいと溶射被膜の密
度が小さく、表面あらさや機械的強度に悪影響を及ぼす
。

本発明に使用される波調黒鉛粉末は黒鉛粉末の個々の粒
子表面に銅が薄く被着されたもので、該銅成分の量は黒
鉛と同重量のもの、あるいは黒鉛３０重量％に対して銅
７０重量％程度のもの力ど種種のグレードのものがある
が、本発明では黒鉛１０〜５０重量％に対して銅９０〜
５０重量％の波調黒鉛粉末を使用する事が好ましい。ま
た波調黒鉛粉末の粒度は、おおむね使用する銅粉末の粒
度と同程度のものであるととが好ましい。

塊状の波調黒鉛粉末は偏平状の波調黒鉛粉末よりも飛散
し離＜、密度の大きい粉末は、小さいものに比較して飛
散し離い。

波調黒鉛粉末の前記銅粉末への配合量の多寡は、溶射被
膜の性状に大きな影響を及ぼす。波調黒鉛粉末の配合］
・が多いと、自己潤滑性の向上には寄与するが被膜の機
械的強度は低下する。被膜の機械的強度の低下は、蒸気
タービン運転時の回転遠心力による被１１Ｇ（のはがれ
、飛散事故を招来するから、これらのバランスを考慮し
て配合量が決定される。

本発明者らの実験によれは、黒鉛１０〜５０重量％に対
して銅９０〜５０重量％の被錐黒鉛粉末を使用して、上
記銅粉末中に３〜１５重量％配合した場合、もつとも好
ましい結果が得られることが分った。

かかる配合比の混合粉末を溶射して得られる溶射被膜の
厚さはおおむね０．１〜８．０ｍｍである。この厚さは
一定である必要はなく、運転上のトラブルにより被拐膜
がチップフィンによって削り取られても、チップフィン
が耐熱鋼からなるシュラウドに接触しない厚さとして任
意に選ぶことが出来る。

溶射層ＩＩ―の耐熱鋼からなるシュラウドとの密着強度
および皺射被膜自体の機械的強度は、他の溶射条件が一
定であれば、溶射層Ｉｌφが薄いほど大きいが、該溶射
被膜を研削もしくは刃物加工によって表面を形成せしめ
る際の仕上げ代や該層１１１．’ｊの摩耗許容者”々ど
主として加工上、適用上の観１点を加味して、上述した
範囲の被膜厚さが採用される。

第１表は、溶射被膜の被膜厚さと密着強度との関係を示
す実験結果である。

第　　１　　表 密着強度の測定は、シュラウド材料として一般に用いら
れる１２　Ｃｒ鋼板上への溶射被膜の表面に接着剤を塗
布してこれに金属ブロックを接着せしめ、１２Ｃｒｔｌ
ＩＡ板を固定して該金属ブロックに引張り力を働かせる
と、溶射被膜には１２Ｃｒ鋼板表面から垂直方向に引剥
される力が加わる。該溶射被膜が１２ＣｒｆｌｉＩ板表
面から引剥されるか、あるいは該溶射層内の破断をとも
なって引剥されたときの引張力をもって密着強度とした
。

本発明の波調黒鉛粉末を配した銅粉末の溶射被膜の表面
強度は、ビッカース硬さで、約７０〜９０の範囲であり
、波調黒鉛粉末な含−！！、六い当該銅合金粉末の溶射
被膜の硬さく約８５）と同程度である。

つまり本発明の如くチップフィン材料より軟らかく摩耗
しやすい金属は耐熱合金からなるシュラウドの外周裏面
に被覆しであるためタービン運転時のトラブルによりチ
ップフィンがシュラウド表面に接触した場合、容易に摩
耗するが、耐熱合金からなるシュラウドには接触し寿い
だけの間隔が充分保持されている。このため、耐熱合金
からなるシュラウドの褪傷を防止できる。このように、
本発明によればシュラウド外周表面の軟かく摩耗し易い
金属被彷層が、チップフィンと接触しても容易に摩耗す
る金属であるので、シュラウドとチップフィンの隙間を
小さく、極端な場合には接触するまで小さくできる効果
があり、シュラウドとチップフィンの隙間からのタービ
ン作動流体の漏洩を防止することができるため、熱効率
の向上に大きく寄与できる。

〔発明の実施例〕

本発明を蒸気タービンのシュラウドに用いた実施例につ
いて詳細に説明する。

第１図に蒸気タービンの部分断面図を示す。

ケーシング（１）には５％りん青銅からなるチップフィ
ン（６）が接合されており、羽根（２）の回転軸方向に
複数個設けられている。このチップフィン（６）は先端
が細くなるように構成され、この先端が羽根（２）の光
臨のシュラウド（３）に近接配置されている。

また１羽根（２）の先端はＱＣｒ鋼からなるシュラウド
本体（４）と、その上面に５％りん青銅より軟かく、か
つ接触圧力により加工硬化せず、摩擦熱による加熱急流
により焼入れ硬化し々いＡｌあるいはＣｕを溶射した厚
さ約２關の金属被桿層（５）で構成されている。

このように構成されたチップフィン（６）とシュラウド
（３）では何らかの原因でチップフィン（６）がシュラ
ウド（３）に接触した場合でも、金属被覆層（５）が容
易に摩耗するのみであり、１２Ｃｒ鋼からなるシュラウ
ド本体（４）に損傷や破壊飛散による運転トラブルを防
止できる。

また、金属被覆層（５）は軟かく接触圧力による加工硬
化がなく、接触時の摩擦熱による加熱、急冷却による焼
入れ硬化がない金属であるため、チップフィンとシュラ
ウドとの隙間を何らかの原因での接触を考慮して広くと
る必要がなく、隙間を極端に小さくできる。このためチ
ップフィンとシュラウドとの隙間からの漏洩蒸気量を減
少でき、熱効率を向上できる。

ここで本発明に係る軟かい金属被Ｎｉの被覆方法につい
て説明する。

まず、一般的な方法により組立てられた羽根と１２Ｃｒ
鋼から外るシュラウドの外周表面を約１間粒径のＭ２Ｏ
３粒子によりサンドブラスト処理した。そして、そのシ
ュラウド外周表面にＭあるいはＣｕ粉末をプラズマ溶射
装置により第２表の条件で約２Ｂ厚さとなるよう溶射を
施し、ＭあるいはＣｕ被覆層を得た。

第２表に溶射条件と溶射層の硬さの一例を示す。

第　　２　　表 なお、シュラウドを構成する被覆層の厚さは、本発明例
においては約２朋としたが、との厚さは一定である必要
はなく、運転上のトラブルにより被覆層がチップフィン
によって削り取られても、チップフィンが１２Ｃｒ鋼か
らなるシュラウド本体（４）に糧しない厚さであれば、
任意に選ぶことが出来、設計上非常に有効である。

次に、羽根（２）の先端は１２Ｃｒ鋼からなるシュラウ
ド本体（４）と、その上面に１００メツシユを通過する
銅粉末に第３表に示す波調黒鉛粉末をそれぞれ配合して
得た混合粉末を、約１　ｍｔｎ粒径のＭ、０１粒子によ
りサンドブラスト処理を施したシュラウド表面に下記の
や件でそれぞれ溶射した厚さ約２ｍｍの溶射被膜（５）
の場合を示す。

第　　３　　表 溶射条件 （１）溶射装置　　プラズマ溶射装置 （２）電流　　　　７００人 （３）電圧　　　　３２Ｖ （４）溶射距離　　１００朋 このような溶射条件によって得られた溶射被膜（５）の
硬さは、ビッカース硬さで、第１表、Ｎ１１ｌの溶射被
膜が約８５、Ｎｏ２の溶射被膜が約８０、Ｎｎ３の溶射
被膜が約７０であ１ハ５％りん青銅からなるチップフィ
ン（６）の硬さ約８５より若干下相る値である。

このように構成されたチップフィン（６）とシュラウド
（３）では何らかの原因でチップフィン（６）がシュラ
ウド（３）に接触した場合でも、溶射被膜からなる金属
被覆層（５）が容易に摩耗するか、あるいは波調黒鉛粉
末の添加による自己潤滑効果の向上がチップフィンと溶
射被膜とのすべり抵抗を小さくし溶射被膜に損傷を与え
ない。したがって１２Ｃｒ鋼からなるシュラウド本体（
４）に損傷や破壊飛散による運転トラブルを防止できる
。

なお溶射被膜の密着強度は、周速約３００ｍ／Ｓｅｅの
運転試験によっても溶射被膜の剥れもなく健全な状態で
あることから前述の第１表の実験結果とほぼ同様であり
充分使用に耐えるものである。さらに、溶射被膜から彦
る金属被覆層（５）は前述のようにチップフィン（６）
よりも硬さが低く、接触圧力による加工硬化がなく、接
触時の摩擦熱による加熱、急冷却による焼入れ硬化がな
い金属であるため、チップフィンとシュラウドとの隙間
を何らかの原因での接触を考慮して広くとる必要がなく
隙間を極端に小さくできる。このためチップフィンとシ
ュラウドとの隙間からの漏洩蒸気量を減少でき、熱効率
を向上できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば蒸気タービンの運転
トラブルに伴りうシュラウドとチップフィンの接触によ
るシュラウドの損傷、破壊飛散などの事故を防止するこ
とができるので、タービンの信頼性を向上することがで
きる。

さらに、シュラウドとチップフィンとの隙間を極端に小
さくでき、作動流体の漏洩を防止することができるので
、タービン効率を向上するととができる。したがって大
幅な撚料費の節約等の利点も生じ非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための蒸気タービンの
部分断面図。 ３・・・７ユラウド　　　４・・・シュラウド本体５・
・・金属被覆層　　　６・・・チップフィン代理人　弁
理士　則　近　憲　佑　（他１名）第　　１　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）羽根先端に設けられたシュラウドの外周表面に、対
   向して設けられたチップフィンより軟かく、かつ摩耗し
   易い金属被覆層を具備した事を特徴とするシュラウド ２、特許請求の範囲第１項において、金属被覆層として
   ｋｌ、　Ｃｕの溶射被覆層を用いた事を特徴とするシュ
   ラウド ３）特許請求の範囲第１項において、金属被覆層として
   Ｃｕ粉末と、Ｃｕ被着された黒鉛粉末との混合粉末の溶
   射被覆層を用いた事を特徴とするシュラウド ４）特許請求の範囲第３項において、混合粉末が８５〜
   ９７重量％のＣｕ粉末と、３〜１５重量％のＣｕ被着さ
   れた黒鉛粉末とからなり、かつ前記黒鉛粉末に被着され
   たＣｕは黒鉛に対し５０〜９０重量％であることを特徴
   とするシュラウド