JPS61201965A - 耐浸食性蒸気弁 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は蒸気タービンの蒸気弁に係シ、特にバイパス弁
付主蒸気止め弁のバイパス流路における浸食を防止する
表面硬化処理に関するものである。

〔発明の背景〕

蒸気タービンの主蒸気止め弁はタービンの緊急事態に蒸
気を遮断させるための一種の保安弁である。又主蒸気止
め弁にはタービン起動時に於けるタービンの熱応力を緩
和させるために僅かな蒸気量を調整流入させるバイパス
弁を内蔵している場合が多い。

このバイパス弁の構造の一例を第３図及び第４図に示す
。ます主弁１の上面及弁キャップ２の下面で扇形状の蒸
気入口３を形成し、弁キャップ２の中央には上下方向に
丸穴４′ｆ、設は弁棒５上端に螺合したディスク６の上
部を前記丸穴４に上下移動可能に嵌合させ、かつディス
ク６に放射線状に形成したバイパス弁７ｔ−取付る腕６
ａ″ｆ、設けている。またバイパス弁７の先端部は蒸気
流をガイドさせる突起７ａが設けである。又バイパス弁
７は主弁１の弁座８に接触し弁全閉時の蒸気流入を遮断
する機構である。本機構に於けるタービン起動時の蒸気
流入について説明する。図示してない駆動機構により弁
棒５が押し上げられ弁棒５の先端とディスク６のネジ嵌
合部のネジ部長ギャップｇが接しディスク６は上方に、
更に弁棒５を押し上げるとディスク６と一体の腕６ａ上
面とバイパス弁７の頭部肩のギャップ″′ｈ″が接し、
バイパス弁７が開き蒸気ａが流下しタービンが起動され
る。

バイパス弁７の開度はタービンの回転（負荷）によシ調
整され、蒸気流入を制御する。

バイパス弁７は微開状態で比較的長時間運転するためバ
イパス弁直後の流速は音速となる。

また蒸気中にはボイラーから飛来する固形微粒子が混入
しておシこの固形微粒子の量が多い場合は蒸気が衝突す
る部分が浸食されることがある。

浸食状況について更に第５図にて説明すると、蒸気ａは
蒸気通路３を通シバイパス弁７と主弁１の弁座８の僅か
な間隙より加速しながら流下する。

この場合蒸気ａはバイパス弁７の先端７ａの突起により
方向転換し蒸気通路穴９を通シ流下する。

この時蒸気中に含まれる固形微粒子によりバイパス弁７
の先端突起７ａの壁面＠に部が浸食されることがある。

又蒸気は鉛直下に流下し弁棒５のガイドを目的とする衛
帯筐１０の傘部″ｎ”部にも浸食が発生することもある
。

本浸食の発生原因は先述の通シボイラーから飛来する固
形微粒子（酸化物）が蒸気中に混入しこれらが主蒸気止
め弁の蒸気通路部に衝突しこれが連続的繰返すことによ
シ浸食が発生するものである。

この浸食防止としてはボイラーからの固形微粒の飛来を
絶無とすれば良いことになるが現状では非常に困難であ
シこの浸食を防止するための対策が切望されている。

〔発明の目的〕

蒸気タービンのバイパス弁付主蒸気止め弁の蒸気通路部
の浸食防止を図シ、主蒸気止め弁の信頼性向上を目的と
する。

〔発明の概要〕

前述の背景で説明した通シ蒸気通路部の浸食は固形微粒
子（酸化物）の連続的衝突によるもので対策としパルプ
材の表面を固形微粒子よシ硬い硬度を持たせることによ
シ浸食を防止出来ると考えた。本表面を硬化する方法は
数多くあるのは周知の通シである。蒸気タービンの場合
は高温であるため以下の条件を満足する必要がある。

第１は使用温度が５３８Ｃ及５６６Ｃと高いため、高温
状態でも硬度が軟化しないこと。第２はボイラーから飛
来する固形微粒子（酸化物）の硬度は常温でＨｖ　＝　
４００〜５００であシ（使用状態では更に硬度は下がる
ものと思われる）表面硬化層硬度が蒸気温度５３８Ｃ及
５６６Ｃに於いて固形微粒子の硬度よシ硬いものでなけ
ればいけない。第３は目的とする耐浸食性に優れている
ことである。

主蒸気止め弁のバイパス弁の材質は１８Ｃｒ−１２Ｎｉ
鋼が使用される例が多く弁ミート部は普通酸化抑制のた
めにステライト材を肉盛している。

又本ステライト材は硬化材としても使用されている。本
発明は従来の材質及ステライト肉盛構造を変えることな
く表面硬化処理をすることで耐浸食性を改善することに
した。

これに先立ち種々の確認試験を行ないパルプ材としての
機能を保ち耐浸食性に優れた硬化法を開発した。

これは現用のパルプ材及ステライト材について試験をし
た結果、以下に示す処理をすることでステライト材にＣ
ｒパンク処理した場合尚初目的を達成出来ることが判っ
た。

表面硬化処理法は数多くあるが例えばバナジュームカー
バイト層（Ｖ−Ｃ）の場合高温に於ける酸化が激しくク
ロームカーバイト層の場合は酸化が僅少であることは一
般的に周知である。従って表面硬化処理法はクロームカ
ーバイト層を形成させる方法とした。

表面処理法はパルプ材及ステライト材にまず浸炭処理を
実施その後クロームパック（以後Ｃｒパンク）と称する
処理を施す。このＣｒパック処理はクローム、アルミナ
及塩化アンモニュームの粉末中に埋没させ所定の高温及
時間を保持し熱処理するものである。本Ｃｒパック処理
によ）パルプ材及ステライト材表面にクロームカーバイ
ト層が約２０μｍ前後の厚みに形成されこのクロームカ
ーバイト層の硬さはＨｖ１５００前後が得られ、蒸気中
に含まれる固形微粒子の硬さくＨｖ＝約５００）よシは
るかに硬いものであった。

次にＣｒパックしたものの高温酸化の結果、Ｃｒパック
処理を施した場合が最も酸化が少なく先述のクロームカ
ーバイトは酸′化され難いことが再確認された。

又耐浸食性の確認を行った結果はパルプ材に直接Ｃｒパ
ック処理を行った場合は効果少でステライト材へＣｒパ
ック処理をした場合のものが最も効果が表われた。従っ
て先述の表面硬化処理条件を満足するのはステライト肉
盛にＣｒパック処理をした場合、高温酸化、高温硬度、
更に耐浸食性に優れていることが判った。

〔発明の実施例〕

表１にパルプ材として使用される１８Ｃｒ。

１２Ｎｉ材及び硬化材として使用されるステライト（÷
６）肉盛材の化学成分を示す。

これらの材料に対しＣｒパック処理を施した場　　　・
合の硬度及耐浸食試験の結果について以下に示す。

第６図はＣｒパンク処理層材の高温硬さ測定結　　　′
果であり、熱処理条件は浸炭処理ｔｌｌｏＯＣＸ３時間
施した後、１１５０Ｃ×２時間のＣｒパンク処理を行っ
たものである。又、ステライト肉盛材のＣｒパック未処
理はステライト肉盛だけでＣｒパンク処理をしてないを
示し、ステライトにＣｒパック処理した場合、硬度が最
も高くパルプ材に直接Ｃｒパンク処理した場合は若干硬
度が低下するが、ステライト材の硬度、）（ｖ　４００
〜５００に較べるといずれの場合もはるかに硬度が高い
（１６〜３倍）ことが判る。尚浸食の原因と考えられる
固形微粒子（酸化物）はＨｖ　４００〜５００でありス
テライト材とほぼ同程度である。

第７図に各種材長表面硬化処理を実施した高温酸化試験
の結果を示す。

材質８８４１の場合無処理場合温度５００Ｃから酸化が
始″＊Ｌ６００Ｃからは急激に増加するしかし木材にＣ
ｒパック処理を施した場合は約９００フ前後まではほと
んど酸化しない。又、例とじ１２０ｒ材を掲載したがこ
の場合は約７０００まで酸化が認められないがこれを越
えると急激に酸七させることが判る。しかしＣｒパンク
処理をしｔ場合９００Ｃ″１で８８４１と同程度である
。又一般に周知の表面酸化法のバナジュームカーバイト
層（Ｖ−Ｃ＞（Ｄ場合は８８４４と同様約５００Ｃから
酸化が始まることが判った。又ステライトの場合はこの
材料は元々酸化し難いと周知であったが今回の結果でも
程んど変化は認められない。

これにＣｒパック処理をした場合も同程度であり酸化し
ないことが判る。他方表面硬化法で周知のｖ−０層は酸
化が激しく蒸気弁への適用が出来なハことが判った。従
ってＣｒパンク処理（クロームカーバイト層）はいずれ
の試験結果に於いても、１ｒｔｆｉ食に最も優れている
ことが判った。

第８図はＣｒパック処理材の模擬浸食試験結果を示した
ものである。この場合試験片はパルプ材。

ステライト材共、浸炭処理’ｅｌｌｏｏｔｒＸ３時間怖
し後Ｃｒパック処理を１１５０ＣＸ５時間の処理を施し
たものである。

耐浸食試験は８ｉ０＊粒子の混入した液体ホーニングに
より５．３Ｋｇ／−の圧力で試験片に斜め４５°の角度
で吹き付け、試料の摩耗減量を示したものである。

本図は摩耗減量の値が小さい程耐浸食性に優れているこ
とになる。ここで判る様にパルプ材に直接Ｃｒバンク処
理を行った場合耐浸食の効果が少ない。これは母材の硬
度が比較約款いためＣｒバック層の薄い硬化層が変形す
るためであると推測される。反面、ステライト材にＣｒ
パック処理を施した場合の耐浸食効果は大きいことが判
システライト肉盛のＣｒパック未処理材に較べ約１２％
に低減（約１／８．３）することになる。

以上の確認試験よりステライトの硬化材を肉盛シした表
面にＣｒパック処理を施した場合が最も耐浸食性に優れ
ていることが判る。

以上の試験結果よりステライト材の硬化材を肉盛後浸炭
処理及Ｃｒパック処理を採用したバイパス弁及衛帯筐を
第１図及第２図に示す。

第１図はバイパス弁７の弁ミート部及先端突７ａの表面
に約３．５網のステライト肉盛１１の表面にＣｒパック
処理によりクロームカーバイト層１２ｆ、析出し表面硬
化したものである。

又第２図は衛帯筐１０の蒸気が衝突する傘部にバイパス
弁同様ステライト肉盛１３後表面にＣｒパック処理しク
ロームカーバイト層１４を形成させたものである。

〔発明の効果〕

蒸気弁の浸食はボイラーから飛来する固形微粒子による
ものである。この固形微粒子はボイラーの運転停止等に
よる冷却した後の起動時に多く飛来するものである。最
近の電力事情によりタービン運転パターンが変わって来
て、毎日起動停止及週末停止等によシ固形微粒子の飛来
する頻度が多くなってくるのは必至である。従って益々
蒸気弁の浸食される割合が増える傾向にちる現在本発明
の表面硬化法により浸食を防止することが出来タービン
の信頼性が向上する。

これによシ定期検査期間の延長の話がある現在電力会社
にも太き々メリットがある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の表面硬化法を適用したバイパ
ス弁及衛帯筐、第３図はバイパス弁内蔵の主蒸気止め弁
の断面図で第４図は第３図の断面Ａ−Ａを示す断面図で
ある。第５図は従来の主蒸気止め弁に於ける浸食状況を
示す機構図で、第６図は本発明の硬化法により表面処理
したものの高温硬さの実測値、第７図は各材料及表面硬
化処理機の高温に於ける酸化結果を示したもので、第８
図は本発明の硬化法によ部表面硬化したものの模擬浸食
試験による摩耗減量を測定したものである又、第１表は
試料の化学成分表である。 １・・・主弁、２・・・キャップ、３・・・蒸気入口、
４・・・丸穴、５・・・弁棒、６・・・ディスク、６ａ
・・・ディスク腕、７・・・バイパス弁、８・・・弁座
、９・・・蒸気通路穴、代理Δ　升埋士　小川勝男 易　３　目 ！１４　目 １５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パルプ材の浸食を受ける面に一層目とし数ｍｍの硬
   化材を肉盛し更にこの表面に数１０μｍの炭化クロムを
   主成分とする超硬化層を形成させたことを特徴とする耐
   浸食性蒸気弁。 ２、前記硬化材はステライト材である特許請求の範囲第
   １項記載の耐浸食性蒸気弁。