JPS5963301A - Geothermal turbine rotor - Google Patents

Geothermal turbine rotor

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Publication number
JPS5963301A
JPS5963301A JP17333182A JP17333182A JPS5963301A JP S5963301 A JPS5963301 A JP S5963301A JP 17333182 A JP17333182 A JP 17333182A JP 17333182 A JP17333182 A JP 17333182A JP S5963301 A JPS5963301 A JP S5963301A
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JP
Japan
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turbine rotor
turbine
geothermal
sprayed
spraying
Prior art date
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Pending
Application number
JP17333182A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Yoshioka
洋明 吉岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS5963301A publication Critical patent/JPS5963301A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/007Preventing corrosion

Abstract

PURPOSE:To improve the resistivity against corrosion caused by sulfide by thermally spraying material which has electrically poor characteristics compared with low alloy steel, namely, the material of a turbine rotor, onto it so as to form a uniform-thickness film on said turbine rotor with ease. CONSTITUTION:Al is flame-sprayed or plasma-sprayed onto the wheel part 24 of a low alloy steel turbine which turns inside a turbine casing 2, forming an Al thermally sprayed film layer 21. Therefore, a film of uniform thickness may be easily formed by the flame spraying or the plasma spraying and the basic material of a rotor may be prevented from corrosion because the Al film layer acts as a sacrificial annode.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明(Jま地熱タービンに使用されるタービンロータ
の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improvements in turbine rotors used in geothermal turbines.

地熱発電プラントは、地下(二存在する高温の水蒸気お
よび熱水を蒸気タービンの熱エネルギー供給源として発
電、するもので、天然のエネルギーの有効活用という点
で開発が続けられている状況にある。、しかしながら、
地熱発電プラントは、腐食性のガスを含む天然蒸気を作
動媒体とするため、天然蒸気と直接接するタービン部品
は、苛酷な腐食環境下C二おかれている。
Geothermal power plants generate electricity using high-temperature steam and hot water that exist underground, using them as thermal energy sources for steam turbines, and are currently being developed to effectively utilize natural energy. ,however,
Since geothermal power plants use natural steam containing corrosive gases as a working medium, turbine parts that are in direct contact with the natural steam are placed in a severe corrosive environment.

因る5二火力発電においては、腐食防止のため、ボイラ
に入れる前の水!PH9,3〜9.5、溶移酸素7pp
b以下、鉄分10ppb以下に抑えられている。これに
対して地熱蒸気は、井戸5二よって差はあるが、15〜
30%程度の硫化水素ガスと残り炭酸〕jスから組成さ
れたカス成分を含有している。また蒸気と共に噴出する
熱水は、PH3〜10.埴素イオン100〜4000p
pm l硫酸イオン10〜110000pp、ナトリウ
ムイオン中カリウムイオン100〜4.OOOppm程
度である。
In thermal power generation, water before entering the boiler to prevent corrosion! PH9.3-9.5, dissolved oxygen 7pp
The iron content is kept below 10ppb. On the other hand, geothermal steam differs depending on the well 52, but 15~
It contains a scum component composed of about 30% hydrogen sulfide gas and the remaining carbon dioxide. In addition, the hot water that spouts out along with the steam has a pH of 3 to 10. Hanion ion 100-4000p
pm l sulfate ion 10-110000pp, potassium ion in sodium ion 100-4. It is about OOppm.

したがって、かかる成分を有する地熱蒸気にさらさi]
、ているタービンロータの材料は、II′J5食が激し
いために長時間の運用に支障をきたしている。
Therefore, exposure to geothermal steam having such components i]
The materials used for the turbine rotor are subject to severe corrosion, which poses a problem for long-term operation.

特に腐食(二関与する大きな因子は酸素であることから
、蒸気と大気が接触する軸封部のラビリンスパツキンお
よびその近傍部が他の部分以上に腐食する傾向が見える
。例えば蒸気人口温贋150℃の地熱蒸気タービンの場
合、1年間の運転でラビリンスパツキンf二1.0〜1
.5yJの腐食l二よる肉厚減少が見られている。こt
Lは軸封部の温度が低いため作動媒体の地熱蒸気が凝縮
結露して溜り、それに大気中の酸素が溶けこんだことに
起因することがわかっている。
In particular, since oxygen is a major factor contributing to corrosion, the labyrinth seal of the shaft seal and its surrounding areas, where steam and the atmosphere come into contact, tend to corrode more than other parts. For example, if the steam temperature is 150°C In the case of a geothermal steam turbine of
.. A decrease in wall thickness due to corrosion of 5yJ is observed. This
It is known that L is caused by the fact that the working medium, geothermal steam, condenses and accumulates due to the low temperature of the shaft seal, and that oxygen from the atmosphere dissolves into the condensation.

紀1図に示す地熱蒸気タービンの軸封部C二おいて、地
熱蒸気はタービンケーシング1に導入されて効率よくタ
ービンロータ2を回転源せる。仕事を終えた蒸気は、タ
ービンケーシングl内から図示しない復水器によって復
水されて地−トf二戻さiする。一方、シール用蒸気は
、グランドシール室3に入り、左右のラビリンスパツキ
ン4Q、4bを流れ、タービンケーシング1内を大気と
シールする。さらにラビリンスパツキン4bを通ったシ
ール用蒸気とラビリンスパツキン4cおよびバランスウ
ェイト5を通った外気とけ、グランドベント室6(二人
り、その後図示しない空気抽出器によすgk引される。
In the shaft sealing portion C2 of the geothermal steam turbine shown in Fig. 1, geothermal steam is introduced into the turbine casing 1 and efficiently turns the turbine rotor 2 into a rotation source. The steam that has completed its work is condensed from within the turbine casing l by a condenser (not shown) and returned to the ground. On the other hand, the sealing steam enters the grand seal chamber 3, flows through the left and right labyrinth packings 4Q and 4b, and seals the inside of the turbine casing 1 from the atmosphere. Furthermore, the sealing steam that has passed through the labyrinth packing 4b and the outside air that has passed through the labyrinth packing 4c and the balance weight 5 are dissolved, and the air is drawn into the grand vent chamber 6 (for two people), and then to an air extractor (not shown).

なお、グランドベント室6は、外気や軸受7がらオイル
シール部8を通して漏れるシール油が逆流しないよう兵
空巣を上げである。このようなφ件下の軸封部およびそ
の近傍では、地熱蒸気と大気中の酸素のため、犬き在腐
食現陪を呈する。そのため従来の地熱タービンの欠点と
して次のような問題がありられる。
In addition, the ground vent chamber 6 is raised so that outside air and seal oil leaking from the bearing 7 through the oil seal portion 8 will not flow back. The shaft seal part and its vicinity under such conditions of φ exhibit severe corrosion due to geothermal steam and oxygen in the atmosphere. Therefore, the following problems exist as drawbacks of conventional geothermal turbines.

(1)  ラビリンスパツキンの腐食が6)kシいため
、クリアランスが増大するので、空気吸引率が」1ρ犬
し、その結果により空気抽出器は火力発箱゛1のそit
と比較し、容h′4−が大形化する。
(1) Because the labyrinth gasket is corroded 6)k, the clearance increases, so the air suction rate increases by 1ρ, and as a result, the air extractor becomes the fire engine
Compared to this, the volume h'4- becomes larger.

(2)  タービンロータと一体加工されているラビリ
ンスパツキンの再加工が必要になる。
(2) The labyrinth seal, which is integrally machined with the turbine rotor, will need to be reworked.

(8)グランドベント室6中に取りつけられているター
ビンロータの振動補正用バランスウェイト5が腐食され
、その結果運転時にタービンロータの振動が増大する。
(8) The vibration correction balance weight 5 of the turbine rotor installed in the ground vent chamber 6 is corroded, and as a result, the vibration of the turbine rotor increases during operation.

これらの問題に対する従来の対策としては、高コバルト
合金、FA−ニッケルークロム−モリブデン合金、ステ
ンレス鋼の肉盛溶射を施したタービンロータ材を使用す
るか、ヲ)るいIrj−if!l封川のシ用ル流体とし
て不活性のg累ガスによって空気との接触をしゃ断する
ことなどが考えられている。しかし、内盛溶射方法は、
溶射作業に時間が要すること、均一な皮膜の形成が困難
で、溶射後に機械加工が必要なこと、気孔ができるため
封孔処理を行なわなれはならないこと、接着強度が大き
くてm着膜が固いため分解補修時に溶射膜の除去が困娠
であることなどの欠点がある。また窒素ガスl二よる空
気しゃ直方法は、設備および餠素カスの費用の点で経済
的に問題がある。
Conventional solutions to these problems include the use of high-cobalt alloys, FA-nickel-chromium-molybdenum alloys, and stainless steel overlay-sprayed turbine rotor materials; It is being considered that an inert gas can be used as a fluid to cut off contact with air. However, the inner coating thermal spraying method is
Thermal spraying process takes time, it is difficult to form a uniform film and machining is required after spraying, pores are formed and sealing cannot be done, and the adhesive strength is high and the film is hard. Therefore, there are drawbacks such as difficulty in removing the sprayed film during disassembly and repair. Furthermore, the air shutoff method using nitrogen gas has economical problems in terms of the cost of equipment and slag.

本発明の目的附1容易にかつ均一に溶射層JI’Aを形
成することができ、酬硫化腐食性に優れたタービンロー
タを提供するにある。
A first object of the present invention is to provide a turbine rotor in which a thermally sprayed layer JI'A can be easily and uniformly formed and has excellent sulfide corrosion resistance.

本発明は低合金ぐ(1のタービンロータの母材料l二、
その母(2料(二比較して7[j、気的に卑なる材料の
溶射皮膜を形成したことをタービンロータ■二関するも
のである。
The present invention is characterized by a low alloy material (1) base material of the turbine rotor, 2)
This relates to the formation of a thermally sprayed coating of a less noble material on the turbine rotor.

本発明において、溶射層膜の材料としてアルミニウム(
A1)を〃:1らひ、この人りを低合金鋼に火炎溶射あ
るいはプラズマ溶射することにより途成さtl、る。A
1は4−(々の溶射材料の中から、熱蒸気中での#j塁
試験結果によって選定されたものである。
In the present invention, aluminum (
A1) can be achieved by flame spraying or plasma spraying on low alloy steel. A
No. 1 was selected from among the four thermal spray materials based on the results of the #j base test in hot steam.

Af溶溶射膜t:を優れた配硫化麿3食抵抗1−加え、
地〆(蒸気中でイ)低合金鋼に比較し、電気的ζ2卑で
あるという知見が実験に」2って得られた。Ai溶躬層
が犠牲陽極の働きをし、母料の)隅角減肉を防止すると
いう相乗効果を有することがわかった。
Af thermal sprayed film t: Added excellent sulfurization resistance 1-,
It was experimentally found that ζ2 is less electrically grounded (in steam) than low-alloy steel. It was found that the Ai melting layer acts as a sacrificial anode and has a synergistic effect of preventing corner wall thinning (of the base material).

本発明の実施態様は、才ず防食処理を行なう部分をトリ
クレンなとによって脱脂したのち、ショツ、ドプラスト
またはサンドブラストを行ない、表面酸化スケールを除
去するとともに、溶射層の機械的接着性も良くする前処
理を1]°なう。このイ友g二溶射装置によってA1を
溶射するもので、浴射法としてムJ 1lilを用いた
メタライジング、 AJ ’(5)末を用いたザーモス
プレイあるい(d[プラズマ溶射がil」能であり、い
ずれの方法でも同等の効果が期待できる。
In an embodiment of the present invention, after degreasing the area to be treated with anti-corrosion using trichloride, shot, doplast or sandblasting is performed to remove surface oxidation scale and improve the mechanical adhesion of the sprayed layer. Process 1]° now. A1 is thermally sprayed using this Iyu g2 thermal spraying device, and the bath spraying method includes metallizing using MuJ1liil, thermospraying using AJ'(5) powder, or (d[plasma spraying). Both methods can be expected to have the same effect.

実施例1 第1表に示す組成のタービンロータ祠の試1ii、7片
Iを、第1図C二示ずようCニ一部をpC出させてプラ
ズマによってA2溶射を行なってAJ! hV射+tq
 IH’: 2で初覆した。
Example 1 Sample 1ii, 7 pieces I of the turbine rotor shell having the composition shown in Table 1 were thermally sprayed with A2 by plasma with some of the C2 (not shown in Fig. 1) exposed at pC. hV radiation + tq
IH': Overturned for the first time in 2.

第1表 施行は甘ず試料片1をトリクロにて脱脂洗浄したのち、
被溶射面以外の部分をメタルテープにてマスキングし、
アルミナ粉末でブラストを行なう。
For the implementation of Table 1, after degreasing and cleaning sweet sweet sample piece 1 with Trichlor,
Mask the area other than the surface to be thermally sprayed with metal tape,
Blast with alumina powder.

このあとに溶射機を用いて1回に70〜80μmの吹き
付けを7〜8回繰返し、最終厚さが0.5 yとなるよ
うl二した。使用した溶射粉末の組成を第2表に示す。
After this, spraying of 70 to 80 μm at a time was repeated 7 to 8 times using a thermal spraying machine so that the final thickness was 0.5 mm. The composition of the thermal spray powder used is shown in Table 2.

第2表 酊射後の試験片1は、地熱環境中3−約6ケ月間暴露し
て計価を行なった。この環境6、地熱蒸気(全ガスkj
 0.03−0.15%、 H2S it 0.008
−0.17%。
Table 2 Test piece 1 after intoxication was exposed to a geothermal environment for 3 to about 6 months and then measured. This environment 6, geothermal steam (all gas kj
0.03-0.15%, H2S it 0.008
-0.17%.

co2 JM:0.02−0.13%、不活性ガ、z、
 it 0.0002−0.02%)を1瀞水したもの
で、PH5,2、025,9ppm 、 BO2゜16
.5 ppm 、 Has 80’ppm T S−っ
た。そしてこの試験結果を第3表に示している。
co2 JM: 0.02-0.13%, inert gas, z,
0.0002-0.02%), PH5.2, 025.9ppm, BO2゜16
.. 5 ppm, Has 80'ppm T S-. The test results are shown in Table 3.

第3表 上b(、;の第3表の結果から明らかなようにALを溶
射したタービンロータ材はb gFi硫化g<食性が著
しく向−ヒしており、゛また他の溶射拐を0ジ棟したも
のと比較し% Alが憎牲陽椿として働き、試験片lの
露出部(二おける誠肉切、象も見られなかった。
As is clear from the results in Table 3 above, the turbine rotor material thermally sprayed with AL has significantly improved corrosion resistance, and also Compared to the one that had been diluted, %Al acted as a negative oxide, and no visible part of the exposed part of the test piece (2) was observed.

したがって、本発明1−おいては、タービンロータ材に
A1粉木を被覆することにより、地熱環境中というJi
’!+食環境状悪環境状態ても優れた耐食性を有し、チ
た運転中1−一部の噴射層が剥I’lHシてもA4#+
躬被膜層21が犠牲陽極としてイeすき、母@20を保
i;φすることから、従来に比較して一段と寿怜が長く
なり、優れた効果が発揮さ11だ。
Therefore, in the present invention 1-, by coating the turbine rotor material with A1 powder wood, Ji
'! + Excellent corrosion resistance even under adverse food environment conditions, and even if some of the sprayed layer peels off during heavy operation, A4# +
Since the coating layer 21 acts as a sacrificial anode and maintains the mother@20, the lifespan is much longer than in the past, and an excellent effect is exhibited.

実施例2 第3図に示す実施例C二おいては、タービンケーシング
22内を回転するタービンロータ23のホイール部24
;二AJ、溶射被膜層21を施こしたものである。
Example 2 In Example C2 shown in FIG. 3, the wheel portion 24 of the turbine rotor 23 rotating inside the turbine casing 22
2AJ, a thermally sprayed coating layer 21 has been applied.

このAL溶射被膜層21を施こしたホイール部24は、
ノズルラビリンス25を通過したドレンによってエロー
ジョンコロ−ジョンが発生し易い個所であるが、これを
被膜層21によって有効に防止するととも5二、腐食に
起因する割れも防止できる。この外にタービンにおける
地熱環境位所にも同様に適用することC二より耐食性を
持たせることができる。
The wheel portion 24 coated with this AL sprayed coating layer 21 is
This is a location where erosion and corrosion are likely to occur due to the drain that has passed through the nozzle labyrinth 25, but this can be effectively prevented by the coating layer 21, and cracking due to corrosion can also be prevented. In addition to this, C2 can also be applied to geothermal environments in turbines to provide better corrosion resistance.

以上のよう(二本発明によれば、タービンの特C二地熱
環境部所にA4溶躬被葎を施こしたことにより、この部
所の耐硫化腐食性が著しく向上し、タービン自体の安全
性と耐久性を維持することができる。
As described above (according to the present invention), by applying the A4 heat-resistant coating to the special C2 geothermal environment part of the turbine, the sulfide corrosion resistance of this part is significantly improved, and the safety of the turbine itself is improved. can maintain strength and durability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はタービンロータの11η(1封部を示す断面図
、第2図に本発明C二よる地熱用タービンロータl二施
こしたA1溶射被葎の試験片を示す斜視図s ’;I”
+ 3図は本発明による地熱タービンロータのホイール
部分を示すiノr面図である。 20・・試駒片刊°材   21・・・A1溶躬+It
膜22・・・タービンケーシング 23・・・タービンロータ 24・・・ホイール25・
・・ノズルラビリンス ト・・タービンケーシング 2・・・タービンロータ 3・・・グランドシール室4
a〜4c・・・ラビリンスパッキン 5・・バランスウェイト 6・・・グランドベント室 (8733)代理人 弁牌士 猪 股 祥 晃 (ほか
1名)第1図
Fig. 1 is a sectional view showing the 11η (1 sealing part) of the turbine rotor, and Fig. 2 is a perspective view showing a test piece of the A1 thermally sprayed sheath of the geothermal turbine rotor according to the present invention C2. ”
+ Figure 3 is an i-r plane view showing a wheel portion of a geothermal turbine rotor according to the present invention. 20... Trial piece piece material 21... A1 welding + It
Membrane 22...Turbine casing 23...Turbine rotor 24...Wheel 25...
... Nozzle labyrinth ... Turbine casing 2 ... Turbine rotor 3 ... Grand seal chamber 4
a~4c...Labyrinth packing 5...Balance weight 6...Grand vent chamber (8733) Agent: Yoshiaki Inomata (1 other person) Figure 1

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)地熱環境のもとで使用される部品に、その部品母
相と比較して電気的特性の卑なる材料の被膜層を形成し
たことを特徴とする地熱用タービンロータ
(1) A geothermal turbine rotor characterized in that a part used in a geothermal environment is coated with a coating layer of a material having less electrical characteristics than the part's matrix.
(2)被膜層は鉄および銅などの不純物の少ない高純度
のアルミニウムを溶射して形成したことを特徴とする特
許請求の範凹第1駒記載の地熱用タービンロータ
(2) A geothermal turbine rotor according to claim 1, wherein the coating layer is formed by thermal spraying high-purity aluminum containing few impurities such as iron and copper.
JP17333182A 1982-10-04 1982-10-04 Geothermal turbine rotor Pending JPS5963301A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6116205A (en) * 1984-07-04 1986-01-24 Toshiba Corp Rotor for geothermal turbine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6116205A (en) * 1984-07-04 1986-01-24 Toshiba Corp Rotor for geothermal turbine

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