JPS6045731A - ガスタ−ビン高温部材の腐食状況監視方法 - Google Patents

ガスタ−ビン高温部材の腐食状況監視方法

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JPS6045731A
JPS6045731A JP15250383A JP15250383A JPS6045731A JP S6045731 A JPS6045731 A JP S6045731A JP 15250383 A JP15250383 A JP 15250383A JP 15250383 A JP15250383 A JP 15250383A JP S6045731 A JPS6045731 A JP S6045731A
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JP
Japan
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temperature
gas turbine
test piece
corrosion
monitoring
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JP15250383A
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English (en)
Inventor
Ryoichiro Oshima
大島 亮一郎
Mitsuo Chikazaki
充夫 近崎
Tsutomu Gunji
郡司 勉
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • F01D21/00Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/003Arrangements for testing or measuring

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ブレード、ノズルなどのガスタービン高温部
材における高温腐食の発生状況を監視する方法に関する
〔発明の背景〕
ガスタービンにおいては、その入口ガス温度の上昇、使
用燃料の低品質化に伴い、燃焼ガスに直接晒らされるブ
レード、ノズルなどの高温腐食が部材寿命を左右する重
要な因子となっている。高温腐食はNa2804を主成
分とする液相溶融塩がブレード、ノズル表面に付着し、
硫化と酸化によってブレード、ノズルを急速に損傷する
ものである。
Na25o<は燃料中のS、Naあるいは吸入空気中の
NaC1とが、燃焼ガス中で反応して生成するといわれ
ている。舶用ガスタービンあるいは海岸近くに設置され
た陸用ガスタービンでは、吸入空気中のNaC1量が多
くなるために、特に高温腐食によるブレード、ノズルの
寿命低下が著しい。
高温腐食の抑制法として、ブレード、ノズル表面に耐食
コーティングを施す、あるいは燃料処理を行なうなどが
知られている。このうち耐食コーティングとしては、バ
ック法(拡散浸透法)を用いたAAココ−ィング、Pt
−A7コーティング、Cr−A4コーティングなどのA
7系の拡散コーティングが最も一般的で広く用いられて
いる。ただし、拡散コーティングの耐食性は母材すなわ
ちブレード材、ノズル材の耐食性によっても左右される
という欠点があるために、最近では耐食性の良好なMC
rAtY(MはFe、Co、Ni’&ど)合金をプラズ
マ溶射、電子線蒸着、スパッタなどを用いてブレード、
ノズル表面にコーティングするオーバレイ・コーティン
グが注目され、一部実用化されている。
一方、燃料処理については、燃料中のNa含有量を低減
するだめの水洗処理など、あるいはバナジウムアタック
防止のためのMg添加などがよく知られている。通常の
ガスタービン用液体燃料におけるS、Naの含有量はそ
れぞれ0.1〜1チ、約1 ppm (0,0001チ
)程度であシ、高温腐食の原因となるNa2sO4生成
のためにはSが著しく過剰である。従って、Na2SO
4の生成を抑制するためには、燃料中のS含有量を抑制
するよシも、Na含有量を低くおさえるのが有効で、燃
料の水洗処理はこれを目的としたものである。またバナ
ジウムアタックにおけるMg添加は、腐食の原因となる
■205を安定で腐食性の少ない3Mg0・v205に
変化させて腐食の進行を抑制することを目的としたもの
である。
しかし、前述したように近年におけるガスタービン燃料
の低品質化、入口ガス温度の上昇は、ブレード、ノズル
などの高温部材の腐食環境をますます厳しくしておシ、
以上述べたような高温腐食抑制法の他に、高温腐食によ
るブレード、ノズルなどの劣化状況を把握しておくこと
がガスタービンの信頼性向上のためにも必要となってい
る。
従来の監視法では、ガスタービンの運転を停止し、ボア
スコープによシ観察する方法、あるいは分解後直接観察
する方法がとられているが、これらの方法では運転中の
高速回転するブレード、ノズルの観察は不可能である。
しかし、特にガスタービンの排ガスを蒸気タービンに利
用する複合発電プラントでは、ガスタービンはベースロ
ートドして長時間連続運転されることになるため、運転
中においてもブレード、ノズルなどの高温腐食による劣
化状況を検出できる新しい監視法が強く要求されている
一方、特開昭49−135016号「侵食監視装置」に
は、ガスタービン圧縮機のブレード、ノズルにおける損
傷を検出するだめの方法が述べられている。
しかし、燃焼ガスに直接晒されるタービンブレード、ノ
ズルにおける損傷は前述した高温腐食によるもので、吸
入空気が通過する圧縮機ブレード、ノズルの損傷とは損
傷機構が異なるために、この方法をそのままタービンブ
レード、ノズルに適用することができない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、ブレード、ノズルなどの高温部材にお
ける高温腐食の発生状況を、ガスタービンの運転を停止
することなく監視できて、ガスタービンの信頼性の向上
を図れるガスタービン高温部材の腐食状況監視方法を提
供することにある。
〔発明の概要〕
この目的を達成するために、本発明のガスタービン高温
部材の腐食状況監視方法は、ガスタービンの燃料ガス流
路における燃焼ガス温度が600〜900Cにある領域
に、複数個の金属材料またはそれらのコーテイング材か
らなる小形試験片を設置し、該小形試験片の腐食状況あ
るいは特性変化からブレード、ノズルなどのガスタービ
ン高温部材の腐食状況を監視することを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の詳細を図面に従って説明する。
第1図は現用ガスタービンに広く用いられているブレー
ド用N1基超合金lN−738LCにNa2SO425
%NaCtを1101rt/z”塗布後、500hr犬
気中で加熱した場合の腐食試験結果を示したものである
。高温腐食の進行、即ち腐食に伴う試料の重量変化は、
試験温度に大きく依存し、750Cでピークを示す。
第2図はP、 A、 Bergmanらが行ったNI基
超超合金lNC0713及びco基超合金X−40tD
燃焼ガス腐食試験結果を示したものである。尚、この試
験条件は、試験時間50hr、JP−5燃料(S:約0
.25%)、空燃比3o:1、空気に対し海水を200
ppm添加としている。
高温腐食が進行した段階では、試料表面に非保護性のス
ケールが生成し、これがはく離しゃすいため、腐食の度
合を第1図のように重量減少として表わす他に、第2図
のように試料直径あるいは厚さの減少として表わす方法
もしばしば行なわれる。高温腐食の進行は、合金組成、
金属組織、腐食環境の特性などによって大きく左右され
るため、合金の種類あるいは用いた試験法が異なれば、
一般に試験結果も異なる。しかし、第2図の結果から明
らかなように、燃焼ガス腐食試験においても、第1図の
塗布試験と同様に、腐食挙動が著しい温度依存性を示す
ことに変わりがない。即ち、小形試験片は、燃焼ガス流
路中の任意の位置に設置するのでなく、監視すべきター
ビンブレード、ノズルとほぼ同温度になるような位置に
設置すべきであることが知られる。
第3図はガスタービンにおけるガス温度及びブレード、
ノズルのメタル温度を模式的に示したものである。ガス
温度は1段ノズル入口付近で約1100Cであるが、1
段ブレード、2段、3段のノズル、ブレードを経るに従
ってほぼ直線的に温度が低下し、排気温度は約5300
となる。一方、ノズル、ブレード、特に高温腐食が問題
となる1段、2段のノズル、ブレードの平均メタル温度
はガス温度に比較してかなシ低くたかだか850Cであ
る。これはメタル温度の上昇とともに超合金の高温強度
が低下し、特に回転体であるブレードでは、材質にもよ
るが約850Cを越えると発生する遠心力に耐えられな
くなるために、窒冷などによ多温度上昇が抑制されてい
ることによる。これに対し、腐食状況を検出するために
ガス流路中に挿入される小形試験片は、熱容量が小さく
また冷却が十分でないこともあって温度がほぼガス温度
に等しくなる。即ち、腐食検出用試験片の温度とブレー
ドあるいはノズルのメタル温度とをほぼ同一にするため
には、試験片をタービン初段ブレード、ノズルの後方に
挿入する必要がある。
また、前記小形試験片の材質は、その腐食状況あるいは
特性変化からブレード、ノズルの腐食状況を推定できる
金属材料ならば種類を問わない。
ただし、一般には高温腐食の進行は金属、合金の種類あ
るいは化学組成によって複雑に影響され、それらの相関
性は必ずしも明確でない。
一方、ガスタービンブレード、ノズルにはNi基、Co
基合金あるいはそれらのコーテイング材が使用される。
従って、小形試験片もNi基、Co基合金めるいは監視
されるべきブレード、ノズルと同一の材質とするのが好
ましい。またブレード、ノズルに耐食コーティングが施
されている場合には、小形試験片としてコーテイング材
を用いるのも有効である。
腐食状況の検出は、ケーシングにあけた細孔から燃焼ガ
ス流路中に挿入した小形試験片を適宜数シ出し、肉眼あ
るいは拡大鏡により観察する方法、試験片の先端部を一
部切断して断面組織を観察する方法などによって行うこ
とができるが、腐食にともなう材料の特性変化、たとえ
ば電気抵抗の変化などを連続的に測定することによって
も可能である。高温腐食はNazSOaによる一種の加
速酸化とも考えられるが、超合金を構成する金属元素の
酸化物はNi基、CQ基超超合金比較して電気抵抗が大
きく、また一般に、腐食が進行した段階での酸化スケー
ルはち密でなく空隙を多く含むために、腐食の進行を試
験片の電気抵抗の増加としてとらえることができる。た
とえば、第2図では腐食の進行度合を試料直径の減少で
表示したが、これらの試料の電気抵抗を測定すれば、い
ずれも電流の流れるべき有効断面積が減少しているため
に、試験前の状態に比較して電気抵抗値は増加すること
が明らかである。第4図は第1図と同様の塗布試験を行
ったNi基超超合金lNC0713及びCO基超合金X
−40において、腐食試験による試料断面積の減少と電
気抵抗の増加との関係を示したものである。両者はほぼ
直線関係となシミ気抵抗値の測定によp十分試料の腐食
状況を検出できることが知られる。
尚、電気抵抗を測定する方法では、燃焼ガス流路中に挿
入した小形試験片を取り出すことなく検出が可能である
という利点もある。
第5図は小形試験片を取付けたガスタービン高温部の断
面図を示している。図において、1は初段ノズル、2は
初段ブレード、3は2段ノズル、4は2段ブレード、5
は3段ノズル、6は3段ブレード、7はケーシング、8
はシュラウドを示し、2段ノズル3と2段ブレード4と
の中間におけるケーシング7には小形試験片挿入口が設
けられている。
A点での燃焼ガス温度は、1段ノズル1の平均メタル温
度にはソ等しいため、ここに1段ノズル1と同一材質か
らなる小形試験片9を前記挿入口を介してケーシング7
に取付けることにより、ガスタービンを停止することな
く1段ノズルlの腐食状況を監視することができる。壕
だ小形試験片9は、図示のように燃焼ガス流路中に僅か
に頭を出すのみで十分であシ、ガス流を大きく乱すこと
はない。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、ブレード、ノズ
ルなどの高温部材における高温腐食の発生状況を、ガス
タービンの運転を停止することなく監視でき、これによ
りガスタービンの信頼性ノ向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図はNi基超合金lN−738L、Cの塗布法試験
結果を示すグラフ図、第2図はNi基超超合金lNC0
713及びCO基超合金X−40の燃焼ガス腐食試験結
果を示すグラフ図、第3図はガスタービンにおけるガス
温度及びブレード、ノズルのメタル温度を模式的に示し
たグラフ図、第4図は腐食試験を行ったNi基超超合金
lNC0713及びCO基超合金X−40の試料断面積
の減少と電気抵抗の増加との関係を示すグラフ図、第5
図は小形試験片を取付けたガスタービン高温部の断面図
でおる。 l・・・初段ノズル、2・・・初段ブレード、3・・・
2段ノズル、4・・・2段ブレード、5・・・3段ノズ
ル、6・・・3段ブレード、7・・・ケーシング、9・
・・小形試験片。 代理人 弁理士 秋本正実 不1区 糸瓜(°C) 試験温度(°C) 入口 入口 N口 位置

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ガスタービンの燃焼ガス流路における燃焼ガス温度
    が600〜900Cである領域に、複数個の金属材料ま
    たはそれらのコーテイング材からなる小形試験片を設置
    し、該小形試験片の腐食状況あるいは特性変化からブレ
    ード、ノズルなどのガスタービン高温部材の腐食状況を
    監視することを特徴とするガスタービン高温部材の腐食
    状況監視方法。 2、特許請求の範囲第1項において、燃焼ガス温度が監
    視されるべきブレードまたはノズルの平均メタル温度と
    はソ同一となる領域に、小形試験片を設置することを特
    徴とするガスタービン高温部材の腐食状況監視方法。 3、%許請求の範囲第1項または第2項において、小形
    試験片の電気抵抗変化からガスタービン高温部材の腐食
    状況を監視することを特徴とするガスタービン高温部材
    の腐食状況監視方法。 4、特許請求の範囲第1項または第2項または第3項に
    おいて、小形試験片として、Ni基、C0基合金または
    それらのコーテイング材からなる試験片を用いているこ
    とを特徴とするガスタービン高温部材の腐食状況監視方
    法。 5、特許請求の範囲第1項または第2項または第3項に
    おいて、小形試験片として、ブレード材、ノズル材と同
    じ材料まだはそれらのコーテイング材からなる試験片を
    用いていることを特徴とするガスタービン高温部材の腐
    食状況監視方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5297940A (en) * 1992-12-28 1994-03-29 Ingersoll-Dresser Pump Company Sealless pump corrosion detector
EP3511527A3 (en) * 2018-01-10 2019-08-14 Rolls-Royce plc A test specimen for a gas turbine engine
KR20190116684A (ko) * 2018-04-05 2019-10-15 두산중공업 주식회사 터빈의 온도 추정 시스템

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