JP2960961B2 - Method for improving wear resistance of main valve for steam turbine - Google Patents
Method for improving wear resistance of main valve for steam turbineInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、火力・原子力タービンの蒸気加減弁や、大
容量火力タービンのインターセプト弁等に代表される蒸
気タービンの主弁の耐摩耗力向上方法に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for improving the wear resistance of a main valve of a steam turbine represented by a steam control valve of a thermal / nuclear turbine, an intercept valve of a large capacity thermal turbine, and the like. .
従来の技術 火力・原子力タービンの主弁では、蒸気の漏洩を防止
するために、主弁に複数個のシールリングが装着された
プラグ弁が使われる。2. Description of the Related Art In a main valve of a thermal / nuclear turbine, a plug valve having a plurality of seal rings mounted on the main valve is used to prevent leakage of steam.
第5図は、従来より用いられている蒸気タービンの一
例を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing an example of a conventionally used steam turbine.
第5図において、1はブッシュであり、2はこのブッ
シュ1に案内されて上下に摺動する弁棒で、外周に螺旋
溝2aが形成されている。この弁棒2の先端2bは円錐状に
形成され、同じく先端が円錐状に形成された保持金3の
円錐面に当接している。この保持金3は、主弁4に螺着
されると共にピン5によって一体に形成されている。In FIG. 5, 1 is a bush, and 2 is a valve stem which is guided by the bush 1 and slides up and down, and has a spiral groove 2a formed on the outer periphery. The tip 2b of the valve stem 2 is formed in a conical shape, and the tip is in contact with a conical surface of a holding metal 3 also formed in a conical shape. The holding metal 3 is screwed to the main valve 4 and is integrally formed by a pin 5.
また、主弁4の下端には弁体6が六角穴付きボルトに
よって取り付けられており、弁棒2が下方に移動して弁
が全閉したとき弁ケーシング7の弁座8に当接する。Further, a valve body 6 is attached to a lower end of the main valve 4 by a hexagon socket head bolt, and abuts against a valve seat 8 of a valve casing 7 when the valve stem 2 moves downward and the valve is fully closed.
さらに、主弁4の上部には複数(図では2個)のシー
ルリング9が取り付けられている。このシールリング9
は、リング自身の弾性でブッシュ13の内面との間に適切
な面圧を保持して主弁4の動きに応じて上下に摺動する
と共に漏洩防止効果を高めている。Further, a plurality of (two in the figure) seal rings 9 are attached to the upper part of the main valve 4. This seal ring 9
With the elasticity of the ring itself, an appropriate surface pressure is maintained between the inner surface of the bush 13 and the ring is slid up and down in accordance with the movement of the main valve 4 and the effect of preventing leakage is enhanced.
また、弁ケーシング7の上部にはボンネット10がボル
ト11によって嵌着され、ボンネット10にはピン12によっ
てブッシュ13が取り付けられ、さらにピン14によってマ
フラー15が取り付けられており、このマフラー15の下端
は弁ケーシング7の溝7aに装着されている。Further, a bonnet 10 is fitted to the upper part of the valve casing 7 by bolts 11, a bush 13 is attached to the bonnet 10 by pins 12, and a muffler 15 is attached by pins 14. The lower end of the muffler 15 It is mounted in the groove 7a of the valve casing 7.
そして、マフラー15には、主弁4が微開時、高速の蒸
気流によって発生する騒音を防止するため、蒸気通路15
aの下部に多数の小口径穴15bが形成されている。主弁4
の穴4aはバランス穴であり、ブッシュ1の溝1aとボンネ
ット10の溝10aは漏洩蒸気の抽出部である。また、弁棒
2の下端部2cは球面状に形成され、主弁4の球面部に当
接している。When the main valve 4 is slightly opened, the muffler 15 has a steam passage 15 for preventing noise generated by a high-speed steam flow.
A number of small-diameter holes 15b are formed in the lower part of a. Main valve 4
The hole 4a is a balance hole, and the groove 1a of the bush 1 and the groove 10a of the bonnet 10 are extraction portions for leaked steam. The lower end 2 c of the valve stem 2 is formed in a spherical shape and is in contact with the spherical portion of the main valve 4.
なお、第5図は弁全開時を示し、矢印は蒸気の流れ方
向を示している。FIG. 5 shows the state when the valve is fully opened, and the arrows show the flow direction of the steam.
また、第6図は第5図のVI部を拡大して示す図で、シ
ールリング9の中央部には溝9aが形成されている。FIG. 6 is an enlarged view of a portion VI in FIG. 5. A groove 9a is formed in the center of the seal ring 9.
上記の構成において、主弁4をブッシュ13に沿って円
滑に摺動させ、かつ、全閉時の密封効果を図るために、
主弁4は保持金3の円錐面を介して弁棒2に吊着され、
弁棒2の下端部2cは主弁4と球面で接触している。In the above configuration, in order to smoothly slide the main valve 4 along the bush 13 and to achieve a sealing effect when fully closed,
The main valve 4 is hung on the valve stem 2 via the conical surface of the retainer 3,
The lower end 2c of the valve stem 2 is in contact with the main valve 4 by a spherical surface.
一方、マフラー15の蒸気通路15aを経て流入する蒸気
の流れは必ずしも主弁4の軸心に対して対称ではない。
また、主弁4のリフトにより流れのパターンは複雑に変
化する。これは三次元ポテンシャル流れとしては不連続
流れとなり、流れの中にじょう乱が発生するためによる
もので、その様相はタービンの負荷、即ち主弁4のリフ
トによって変化すると共に同一のリフトでも周期的に変
動する場合がある。この非対称流れは主弁4を揺動させ
ると共に旋回させるトルクを誘起する。On the other hand, the flow of steam flowing through the steam passage 15a of the muffler 15 is not necessarily symmetric with respect to the axis of the main valve 4.
The flow pattern changes in a complicated manner by the lift of the main valve 4. This is because the three-dimensional potential flow becomes a discontinuous flow, and disturbance occurs in the flow. The appearance of the flow varies depending on the load of the turbine, that is, the lift of the main valve 4, and is periodically changed even with the same lift. May fluctuate. This asymmetric flow induces a torque that swings and turns the main valve 4.
発明が解決しようとする課題 以上述べた従来技術は、しかし、次のような問題点が
あった、 すなわち、主弁4が旋回すると、第6図に示すよう
に、シールリング溝4bの上部4cやシールリング9の上部
9bが摩耗して、その部分に段差が発生する場合があっ
た。これは、シールリング9自身の弾性によるブッシュ
13への面圧による抵抗が、蒸気の圧力によりシールリン
グ9の上面に発生するシールリング9とシールリング溝
4bの摺動抵抗より大きいため、シールリング溝4bがシー
ルリング9に対して円周方向に摺動旋回するためによる
ものである。Problems to be Solved by the Invention The above-mentioned prior art has, however, the following problems: when the main valve 4 turns, as shown in FIG. 6, the upper part 4c of the seal ring groove 4b And the upper part of the seal ring 9
9b was worn, and there was a case where a step was generated in that portion. This is due to the elasticity of the seal ring 9 itself.
The seal ring 9 and the seal ring groove are generated on the upper surface of the seal ring 9 by the pressure of steam due to the surface pressure on the seal ring 9.
This is because the seal ring groove 4b is slidably pivoted in the circumferential direction with respect to the seal ring 9 because it is larger than the sliding resistance 4b.
なお、シールリング9の下面とシールリング溝4bとの
間には隙間Sが形成されている。A gap S is formed between the lower surface of the seal ring 9 and the seal ring groove 4b.
前記段差は単に蒸気漏洩の原因となるばかりでなく、
甚だしい時にはスティックして、主弁4の円滑な動きを
阻害する場合があった。そして、この現象は負荷の変化
や発停の頻度が大きいほど熱変形と作動回数が重複して
発生し易くなると言う問題があった。The step not only causes a steam leak, but also
In an extreme case, the stick may stick to prevent the main valve 4 from moving smoothly. Then, this phenomenon has a problem that the greater the frequency of load change and start / stop, the more likely it is that thermal deformation and the number of operations are more likely to occur.
本発明は、このような従来技術の課題を解決するため
になされたもので、シールリングが接する部分のシール
リング溝の硬度を部分的に向上することにより、摩耗に
よる段差形成の防止を図った蒸気タービン用主弁の耐摩
耗力向上方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve such problems of the related art, and has aimed to prevent the formation of a step due to wear by partially improving the hardness of a seal ring groove in a portion where the seal ring contacts. An object of the present invention is to provide a method for improving the wear resistance of a main valve for a steam turbine.
課題を解決するための手段 上記の課題を解決するために、本発明は、ブッシュと
該ブッシュの内周を複数のシールリングを介して摺動す
る蒸気タービン用主弁において、前記シールリングを収
納するシールリング溝は前記主弁側に形成されると共
に、前記シールリングが内圧を受けて前記シールリング
溝の側面と接する側及び前記シールリング溝に挟まれた
前記ブッシュに対向する部分に、常温状態から560±10
℃に昇温して該温度に40〜50時間保持し、アンモニアガ
ス雰囲気で200℃まで炉冷する、窒化処理を施したもの
である。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention relates to a steam turbine main valve which slides a bush and an inner periphery of the bush via a plurality of seal rings. The seal ring groove is formed on the main valve side, and the seal ring receives internal pressure, and the side facing the side surface of the seal ring groove and the portion opposed to the bush sandwiched between the seal ring grooves have a normal temperature. 560 ± 10 from the state
The temperature was raised to 0 ° C., the temperature was maintained for 40 to 50 hours, and the furnace was cooled to 200 ° C. in an ammonia gas atmosphere, followed by nitriding.
作用 上記の手段によれば、シールリングが接する側のシー
ルリング溝の側面に窒化処理を施しているので、接触部
分の摩耗が減少する。According to the above-mentioned means, since the nitriding treatment is performed on the side surface of the seal ring groove on the side where the seal ring contacts, wear of the contact portion is reduced.
実施例 以下図面を参照して本発明の一実施例について詳細に
説明する。Embodiment Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図(a)は本実施例による主弁4の全体形状を示
す図、第1図(b)は該主弁4に形成されたシールリン
グ溝4bの一部分の拡大図であり、主弁4の材質は12%ク
ロム鋼である。そして、本実施例では、第1図(b)に
示す拡大図の表面の×印を付した(B)、(D)の部分
に窒化処理を施した。FIG. 1A is a view showing the overall shape of the main valve 4 according to the present embodiment, and FIG. 1B is an enlarged view of a part of a seal ring groove 4b formed in the main valve 4, and FIG. Material 4 is 12% chrome steel. In this example, nitriding was performed on the portions (B) and (D) marked with a cross on the surface of the enlarged view shown in FIG. 1 (b).
この窒化処理は、大きく分けて(1)前処理、(2)
窒化処理、(3)検査、の工程により行った。したがっ
て、この工程に従って以下に説明する。This nitriding treatment can be roughly divided into (1) pretreatment and (2)
This was performed by the steps of nitriding and (3) inspection. Therefore, description will be given below according to this step.
(1)前処理 脱脂洗浄…処理品の表面に付着した油分及び錆など
の除去を行う(洗浄剤としてはトリクレンやアルコール
類を使用)。(1) Pretreatment Degreasing and cleaning: Removes oil and rust from the surface of the treated product (trickle or alcohol is used as a cleaning agent).
活性化処理(活性化処理箇所は第1図(b)の×印
を付した部分)…窒化処理を行う表面に水溶性塩化金属
化合物の溶液を塗布する(これは、窒化処理中に処理品
の表面に酸化被膜が発生するのを防止する)。Activation treatment (the activation treatment is indicated by a cross in FIG. 1 (b)). A solution of a water-soluble metal chloride compound is applied to the surface to be subjected to nitriding treatment (this is a treatment product during nitriding treatment). To prevent the formation of an oxide film on the surface of the substrate).
窒化防止…ねじ部,嵌め合い部等の窒化不要部に窒
化防止材(セルナイト液)を塗布する。Prevent nitridation: Apply a nitridation preventive material (cellulite liquid) to unnecessary parts such as screws and fitting parts.
装入…アンモニアガスが処理品全体に均等に流動す
るように炉内に品物を並べる(同時にテストクーポンを
シールリング溝部に装入)。Charge: Arrange the items in the furnace so that the ammonia gas flows evenly throughout the processed product (simultaneously, charge the test coupon into the seal ring groove).
(2)窒化処理 常温状態から560±10℃に昇温し、40〜50時間(装入
量により変動)保持し、炉冷して200℃で取り出す。な
お、この間炉中にアンモニアガスを流入させておく。(2) Nitriding treatment The temperature is raised from normal temperature to 560 ± 10 ° C., maintained for 40 to 50 hours (depending on the charged amount), cooled in the furnace, and taken out at 200 ° C. During this time, ammonia gas is allowed to flow into the furnace.
(3)検査 外観…窒化層生成部の色がにぶい灰色になっている
か、変形,傷等がないかを目視にて確認する。(3) Inspection Appearance: Visually check whether the color of the nitride layer generation part is dark gray, and whether there is any deformation, scratch, etc.
表面硬さ…ビッカース硬さHv800(ショア硬さHs8
8)以上であることを確認。Surface hardness: Vickers hardness Hv800 (Shore hardness Hs8
8) Make sure it is above.
窒化確認…同時に装入したテストクーポンを破断
し,表面により0.2mmの位置でHv550(Hs70)以上である
ことを確認。Nitriding confirmation: The test coupon loaded at the same time was broken, and the surface was confirmed to be Hv550 (Hs70) or more at the 0.2 mm position.
次に、下記の表は上記の窒化処理部と不要部のショア
硬度(Hs)を測定した結果を示すもので、この表中
(1),(3),(5),(7)は第2図に示す円周上
の測定箇所を示し、(A)〜(D)は第1図に示す各位
置を示している。Next, the following table shows the results of measurement of the Shore hardness (Hs) of the above-mentioned nitriding part and the unnecessary part, and (1), (3), (5), and (7) in this table FIG. 2 shows measurement points on the circumference shown in FIG. 2, and (A) to (D) show each position shown in FIG.
この表によれば、窒化処理を施した(B),(D)の
部分はショア硬さ(Hs)88〜91、非窒化部はショア硬さ
(Hs)44〜46であり、2倍程度に硬度が向上し、かつ、
ほぼ均一で良好な窒化処理が行われていることを示して
いる。 According to this table, the portions (B) and (D) subjected to the nitriding treatment have a Shore hardness (Hs) of 88 to 91, and the non-nitrided portions have a Shore hardness (Hs) of 44 to 46, which is about twice. The hardness is improved, and
This indicates that a substantially uniform and favorable nitriding treatment is performed.
なお、硬さの測定にはエコーチップ硬度計を用いた。 The hardness was measured using an echo tip hardness meter.
次に、第3図は縦軸にビッカース硬度(Hv)を、横軸
に窒化表面からの深さ(mm)を示すもので、窒化がおよ
そ0.3mmまで確実に到達していることを示している。Next, FIG. 3 shows the Vickers hardness (Hv) on the ordinate and the depth (mm) from the nitriding surface on the abscissa, and shows that the nitridation has reliably reached about 0.3 mm. I have.
上記の窒化処理により、主弁4のシールリング溝4bの
比摩耗量は、1〜8×10-5mm2/kgfから1×10-9mm2/kgf
以下へと減少し、シールリング9の比摩耗量は2〜8×
10-6mm2/kgfから5×10-9〜8×10-8mm2/kgf以下へと著
しく減少した。By the above-mentioned nitriding treatment, the specific wear amount of the seal ring groove 4b of the main valve 4 is 1-8 × 10 -5 mm 2 / kgf to 1 × 10 -9 mm 2 / kgf.
The specific wear amount of the seal ring 9 is 2 to 8 ×
It decreased remarkably from 10 −6 mm 2 / kgf to 5 × 10 −9 to 8 × 10 −8 mm 2 / kgf or less.
なお、窒化処理を行っていないシールリング9側の比
摩耗量も減少したのは、主弁4の摩耗金属粉が大巾に減
少し、摺動時にこの金属粉がシールリング9の研磨剤と
ならなくなったためによるものである。The reason why the specific wear amount of the seal ring 9 not subjected to the nitriding treatment also decreased is that the wear metal powder of the main valve 4 was greatly reduced, and this metal powder was removed by the abrasive of the seal ring 9 during sliding. It is because it became no longer.
また、シールリング溝4bに挟まれたブッシュ13への対
向部(D)を窒化するのは、製品の硬度を測定し、窒化
が確実に行われたことを確認するためである。The reason why the portion (D) facing the bush 13 sandwiched between the seal ring grooves 4b is nitrided is to measure the hardness of the product and confirm that the nitriding has been performed reliably.
最後に、第4図は主弁及びシールリングの窒化前後の
比摩耗量の減少効果を示している。Finally, FIG. 4 shows the effect of reducing the specific wear of the main valve and the seal ring before and after nitriding.
なお、本実施例においてはシールリングを2個として
示したが、シールリングは2個以上であっても良く、さ
らに主弁の形状も図示の例に限るものではない。In this embodiment, the number of the seal rings is two. However, the number of the seal rings may be two or more, and the shape of the main valve is not limited to the illustrated example.
発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、シールリングが
接する側のシールリング溝の側面に窒化処理を施したの
で、シールリングやその装着溝の摩耗によるスティック
現象がなくなり、主弁の信頼性の向上と保守費低減に顕
著な効果を奏する。Effect of the Invention As described above, according to the present invention, since the nitriding treatment is performed on the side surface of the seal ring groove on the side where the seal ring contacts, the stick phenomenon due to wear of the seal ring and its mounting groove is eliminated, and the main valve This has a remarkable effect on improving reliability and reducing maintenance costs.
第1図(a)は本発明の一実施例による主弁の全体形状
を示す図、第1図(b)は該主弁に形成したシールリン
グ溝の一部分の拡大図、第2図は窒化処理部と不要部の
ショア硬度の測定における円周上の測定箇所を示す図、
第3図はビッカース硬度と窒化表面からの深さとの関係
を示す図、第4図は主弁及びシールリングの窒化前後の
比摩耗量の減少効果を示す図、第5図は従来より用いら
れている蒸気タービンの一例を示す断面図、第6図は第
5図のVI部を拡大して示す図である。 1……ブッシュ、2……弁棒、3……保持金、4……主
弁、4a……バランス穴、4b……シールリング溝,5……ピ
ン、6……弁体、7……ケーシング、8……弁座、9…
…シールリング、10……ボンネット、11……ボルト、12
……ピン、13……ブッシュ、14……ピン、15……マフラ
ー。FIG. 1 (a) is a view showing the overall shape of a main valve according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 (b) is an enlarged view of a part of a seal ring groove formed in the main valve, and FIG. The figure showing the measurement points on the circumference in the measurement of the Shore hardness of the processing part and the unnecessary part,
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between Vickers hardness and the depth from the nitriding surface, FIG. 4 is a diagram showing the effect of reducing the specific wear of the main valve and the seal ring before and after nitriding, and FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the steam turbine shown in FIG. 1 ... bush, 2 ... valve stem, 3 ... holding metal, 4 ... main valve, 4a ... balance hole, 4b ... seal ring groove, 5 ... pin, 6 ... valve body, 7 ... Casing, 8 ... Valve seat, 9 ...
... Seal ring, 10 ... Bonnet, 11 ... Bolt, 12
... pins, 13 ... bush, 14 ... pins, 15 ... muffler.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 利也 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 吉川 卓夫 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 藤原 昌晴 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (56)参考文献 特開 平2−86945(JP,A) 実開 昭61−3904(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01D 17/00 - 17/26 F02F 3/00 - 5/00 F16K 3/00 - 3/36 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Toshiya Nishimura 2-1-1 Shinama, Arai-machi, Takasago City, Hyogo Prefecture Inside the Takasago Works, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. No. 1 Inside the Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Takasago Works (72) Inventor Masaharu Fujiwara 2-1-1, Araimachi Shinhama, Takasago City, Hyogo Prefecture Inside the Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Takasago Research Laboratory (56) References JP 2-86945 (JP, A) Fully open sho 61-3904 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) F01D 17/00-17/26 F02F 3/00-5/00 F16K 3/00- 3/36
Claims (1)
ルリングを介して摺動する蒸気タービン用主弁におい
て、前記シールリングを収納するシールリング溝は前記
主弁側に形成されると共に、前記シールリングが内圧を
受けて前記シールリング溝の側面と接する側及び前記シ
ールリング溝に挟まれた前記ブッシュに対向する部分
に、常温状態から560±10℃に昇温して該温度に40〜50
時間保持し、アンモニアガス雰囲気で200℃まで炉冷す
る、窒化処理を施すことを特徴とする蒸気タービン用主
弁の耐摩耗力向上方法。1. A steam turbine main valve sliding on a bush and an inner periphery of the bush via a plurality of seal rings, wherein a seal ring groove for accommodating the seal ring is formed on the main valve side. On the side where the seal ring receives the internal pressure and contacts the side surface of the seal ring groove and the portion facing the bush sandwiched between the seal ring grooves, the temperature is raised from normal temperature to 560 ± 10 ° C. ~ 50
A method for improving the abrasion resistance of a main valve for a steam turbine, wherein the nitriding treatment is performed by holding for a time and cooling the furnace to 200 ° C. in an ammonia gas atmosphere.
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