JPS5896104A - タ−ビンノズル - Google Patents
タ−ビンノズルInfo
- Publication number
- JPS5896104A JPS5896104A JP19179681A JP19179681A JPS5896104A JP S5896104 A JPS5896104 A JP S5896104A JP 19179681 A JP19179681 A JP 19179681A JP 19179681 A JP19179681 A JP 19179681A JP S5896104 A JPS5896104 A JP S5896104A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nozzle
- erosion
- nozzle plate
- boride
- solid particles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/288—Protective coatings for blades
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明はタービンノズルに係り、特にホウ化物を被覆し
て固体粒子によるエロージョンを防止しようとすｂター
ビンノズルの改良に関する。
て固体粒子によるエロージョンを防止しようとすｂター
ビンノズルの改良に関する。
〈従来技術〉
従来、タービンノズルのエロージョンは、液体噴流の衝
撃によシ機械的にエロージョンが進行するものや高流速
流体中で発生するキャビティの圧懐作用で疲労的にエロ
ージョンが生じるかど液体の存在による場合と、高流速
流体中に混入した黴細な固体粒子の衝突などにより研摩
作用で生じる場合があゐ。前者の場合のエロージヨン性
の評価は、液体中に発生したキャビティの圧懐時の衝撃
圧を材料表面に繰返し与えるキャビテーション試験で判
宇している。この評価によれば第１図に示すように延性
材料の耐二ローション性は、かたさが高いほど優れてお
）％耐エロージヨン性料としてコバルト基合金が最も優
秀とされている。しかし、後者のような固体粒子による
工ｑ−ジョンはメカニズムが異なるため材料の耐工ｐ−
ジョン性に関する評価は前者の場合と同一視することは
できない。すなわち、謔２図は、コバルト基合金とニッ
ケル・クロム合金をそれぞれ固体粒子を衝突させて得ら
れた結果であるが、この図からも容易に理解されるよう
−に１従来、耐エロージヨン性に優れ−ているとされて
いるコバルト基合金は固体粒子による二ローションに関
してはニッケル・クロム合金よりも劣っている。このよ
うに固体粒子によるエロージョン現象は末だその原理が
解明されておらず、従って材料面の対策も未解決の１１
である。固体粒子によるエロージョンは、タービン部品
などで多く経験されている。第３図は、例えば蒸気ター
ビンの高圧第１段ノズルボックスの概略図を示すもので
あって、蒸気加減弁（３ａ）Ｋ流入した蒸気は、温度５
６６℃、圧力２４６ Ｉｃ９／ｃｄの性状のものであり
１円周上に配置されたノズル翼（３ｂ）を通過する場合
、ノズル翼（３ｂ）の出口速度は５００％前後に達し、
動翼（３ｃ）Ｋ流れる。
撃によシ機械的にエロージョンが進行するものや高流速
流体中で発生するキャビティの圧懐作用で疲労的にエロ
ージョンが生じるかど液体の存在による場合と、高流速
流体中に混入した黴細な固体粒子の衝突などにより研摩
作用で生じる場合があゐ。前者の場合のエロージヨン性
の評価は、液体中に発生したキャビティの圧懐時の衝撃
圧を材料表面に繰返し与えるキャビテーション試験で判
宇している。この評価によれば第１図に示すように延性
材料の耐二ローション性は、かたさが高いほど優れてお
）％耐エロージヨン性料としてコバルト基合金が最も優
秀とされている。しかし、後者のような固体粒子による
工ｑ−ジョンはメカニズムが異なるため材料の耐工ｐ−
ジョン性に関する評価は前者の場合と同一視することは
できない。すなわち、謔２図は、コバルト基合金とニッ
ケル・クロム合金をそれぞれ固体粒子を衝突させて得ら
れた結果であるが、この図からも容易に理解されるよう
−に１従来、耐エロージヨン性に優れ−ているとされて
いるコバルト基合金は固体粒子による二ローションに関
してはニッケル・クロム合金よりも劣っている。このよ
うに固体粒子によるエロージョン現象は末だその原理が
解明されておらず、従って材料面の対策も未解決の１１
である。固体粒子によるエロージョンは、タービン部品
などで多く経験されている。第３図は、例えば蒸気ター
ビンの高圧第１段ノズルボックスの概略図を示すもので
あって、蒸気加減弁（３ａ）Ｋ流入した蒸気は、温度５
６６℃、圧力２４６ Ｉｃ９／ｃｄの性状のものであり
１円周上に配置されたノズル翼（３ｂ）を通過する場合
、ノズル翼（３ｂ）の出口速度は５００％前後に達し、
動翼（３ｃ）Ｋ流れる。
この蒸気中に混入してくる固体粒子社、ボイラ過熱器な
どで発生した非常に細かい酸化スケールであり、これが
第４図に示すノズル板（４ｍ）と側壁（４ｂ）で囲まれ
たノズル流路（４Ｃ）を蒸気とほぼ同じ速度で通過する
が、その際、蒸気流速が最も速い蒸気出口端（４ｄ）に
衝突し、この部分を侵食する。この部分の二ローション
を防止するＫは、酸化スケールの侵入を防止することが
根本的対策であるが、スケールが非常に細かく、捕獲す
ることは非常圧困難である。また、ノズル形状の変更や
蒸気流速を遅くすることもエロージョン軽減策であるが
、タービン性能を確保するためには容易に改善はできな
い。このため、材料面からの対策が現実的であると考え
られる。つまり、酸化スケールによるエロージョンに対
して優れた特性を示す材料や表面処理の実用化が要求さ
れる。
どで発生した非常に細かい酸化スケールであり、これが
第４図に示すノズル板（４ｍ）と側壁（４ｂ）で囲まれ
たノズル流路（４Ｃ）を蒸気とほぼ同じ速度で通過する
が、その際、蒸気流速が最も速い蒸気出口端（４ｄ）に
衝突し、この部分を侵食する。この部分の二ローション
を防止するＫは、酸化スケールの侵入を防止することが
根本的対策であるが、スケールが非常に細かく、捕獲す
ることは非常圧困難である。また、ノズル形状の変更や
蒸気流速を遅くすることもエロージョン軽減策であるが
、タービン性能を確保するためには容易に改善はできな
い。このため、材料面からの対策が現実的であると考え
られる。つまり、酸化スケールによるエロージョンに対
して優れた特性を示す材料や表面処理の実用化が要求さ
れる。
〈目的〉
本発明は、上記要望に基すいてなされたものであって、
その目的とするところは、耐エロージ冒ンに優れ九材料
をエロージョンが一番発生し易いノズル後端部に被覆し
、以て実用的に供し得るタービンノズルを提供しようと
するものである。
その目的とするところは、耐エロージ冒ンに優れ九材料
をエロージョンが一番発生し易いノズル後端部に被覆し
、以て実用的に供し得るタービンノズルを提供しようと
するものである。
〈発明の要旨〉
上記目的は、個々に別体に作製したノズル板を互に溶接
結合後、ノズル板の後縁側にホウ・化物な被嶺し、しか
る後、温度６００℃〜１２００℃の範囲内で熱処理する
ととによって、達成される。
結合後、ノズル板の後縁側にホウ・化物な被嶺し、しか
る後、温度６００℃〜１２００℃の範囲内で熱処理する
ととによって、達成される。
〈発明の実施例〉
以下本発明による一実施例を図面を参照して説明する。
第５図は、第１段ノズル構成部の概略図である。
蒸気はノズル板（５ａ）と側壁（５ｂ）で包囲された部
分を通過し、蒸気に方向性を与えるためにノズル板（５
ａ）はわん曲状和なっており、さらに蒸気出口側は薄く
なっている。エロージョンを主に受ける部分は、ノズル
板（５ｍ）の蒸気出口端（５Ｃ）の斜線で示す部分であ
る。
分を通過し、蒸気に方向性を与えるためにノズル板（５
ａ）はわん曲状和なっており、さらに蒸気出口側は薄く
なっている。エロージョンを主に受ける部分は、ノズル
板（５ｍ）の蒸気出口端（５Ｃ）の斜線で示す部分であ
る。
本発明によるタービンノズルは、ノズル構造物を製造す
る過和の最初の段階で耐熱鋼を機械加工あるいは精密鋳
造したノズルプロファイルを有するノズル板部品をホウ
化処理し、ノズル板表面に固体粒子によるエロージョン
に対して優れた性質を示す、ホウ化物を拡散させ、その
後、ホウ化処理により低下した材料強度を熱処理により
回復させたものである。
る過和の最初の段階で耐熱鋼を機械加工あるいは精密鋳
造したノズルプロファイルを有するノズル板部品をホウ
化処理し、ノズル板表面に固体粒子によるエロージョン
に対して優れた性質を示す、ホウ化物を拡散させ、その
後、ホウ化処理により低下した材料強度を熱処理により
回復させたものである。
ノズル板表面にホウ化物被覆を施す第１の理由は、ホウ
化物が固体粒子衝突時に粒子がもつ運動エネルギーを吸
収しに＜＜、散乱させる性質を有しているためである。
化物が固体粒子衝突時に粒子がもつ運動エネルギーを吸
収しに＜＜、散乱させる性質を有しているためである。
つマフ、固体粒子によるエロージョン現象は、標的物に
粒子が衝突する際、粒子のもつ運動エネルギーが標的物
置吸収され、切削作用や塑性変形を生じ、これが二ロー
ションとなる。従って、粒子を散乱させることが必要で
あるが、このためＫは粒子のかたさよりも標的物のかた
さを高くすればよい。どの点、ノズル板表面に被覆され
るホウ化物は、常温でＨｖ １４００〜２０００のかた
さを有し、高温においてもタービン内へ侵入してくる酸
化スケール（主成分は酸化＃１）のかたさよりも高い値
を示している。さらに第２の理由は、あるかたさを有す
る拡散層が最低１００μｍは必要である点である。他の
表面処理は通常か丸さ勾配をもっておシ、この目的＃／
ｃ皺当するものはない。さらに第３の理由として、ノズ
ルは最高蒸気温［５６６℃で使用されるためホウ化物以
外の表面処理では長時間使用している関に被覆層の拡散
が進行し、被覆層として必要なかたさが低下し、厚さが
変化していくことが考えられる。この点、ホウ化物は、
この１度の温度範囲であれば拡散がほとんど進行しまい
、また、ノズル材は１２＊＠度のクロムを含有してお抄
、この元素が拡散を遅くすることを考えればホウ化物被
覆が最適である。
粒子が衝突する際、粒子のもつ運動エネルギーが標的物
置吸収され、切削作用や塑性変形を生じ、これが二ロー
ションとなる。従って、粒子を散乱させることが必要で
あるが、このためＫは粒子のかたさよりも標的物のかた
さを高くすればよい。どの点、ノズル板表面に被覆され
るホウ化物は、常温でＨｖ １４００〜２０００のかた
さを有し、高温においてもタービン内へ侵入してくる酸
化スケール（主成分は酸化＃１）のかたさよりも高い値
を示している。さらに第２の理由は、あるかたさを有す
る拡散層が最低１００μｍは必要である点である。他の
表面処理は通常か丸さ勾配をもっておシ、この目的＃／
ｃ皺当するものはない。さらに第３の理由として、ノズ
ルは最高蒸気温［５６６℃で使用されるためホウ化物以
外の表面処理では長時間使用している関に被覆層の拡散
が進行し、被覆層として必要なかたさが低下し、厚さが
変化していくことが考えられる。この点、ホウ化物は、
この１度の温度範囲であれば拡散がほとんど進行しまい
、また、ノズル材は１２＊＠度のクロムを含有してお抄
、この元素が拡散を遅くすることを考えればホウ化物被
覆が最適である。
第６図は、溶接結合時の個々のノズル板を示しているが
、ホウ化物被覆範囲は図示のようにノズル板（５ａ）の
蒸気通路部で、ノズル板（５ａ）の腹側の斜線部分（５
Ｃ）で十分である。もちろん、第７図に示すようにノズ
ル板（５ａ）の全面ＡＫ被被覆てもよい。
、ホウ化物被覆範囲は図示のようにノズル板（５ａ）の
蒸気通路部で、ノズル板（５ａ）の腹側の斜線部分（５
Ｃ）で十分である。もちろん、第７図に示すようにノズ
ル板（５ａ）の全面ＡＫ被被覆てもよい。
従来、ホウ化処理の方法としては溶融電解法が用いられ
てきたが、電流密度の関係からホウ化物層が３０μ程度
しか形成されず、しかもホウ化処理施行に際し、被処理
物の大きさが限定されるため、工業化に適していない、
この点、固体法、塗布法は第５図に示すようにノズル板
を溶接などにて連結した後、一度にホウ化処理を施すこ
とができるなど工業的に有利であるばかりでなく、ホウ
化物層も１００μ以上得ることができる。固体法の処理
方法としてはＢ４Ｃ＠ＡｌｘＯｓを主成分とする粉末中
に構造溶接後のノズル板を埋没し、電気炉で加熱する。
てきたが、電流密度の関係からホウ化物層が３０μ程度
しか形成されず、しかもホウ化処理施行に際し、被処理
物の大きさが限定されるため、工業化に適していない、
この点、固体法、塗布法は第５図に示すようにノズル板
を溶接などにて連結した後、一度にホウ化処理を施すこ
とができるなど工業的に有利であるばかりでなく、ホウ
化物層も１００μ以上得ることができる。固体法の処理
方法としてはＢ４Ｃ＠ＡｌｘＯｓを主成分とする粉末中
に構造溶接後のノズル板を埋没し、電気炉で加熱する。
塗布法はＢ４ｃ ＠ＡＡ！ｓＯｓを主成分とする粉末を
水ガラスでねりあわせ、構造溶接後の各ノズル板蒸気通
路部に塗布し、電気炉で加熱する。
水ガラスでねりあわせ、構造溶接後の各ノズル板蒸気通
路部に塗布し、電気炉で加熱する。
処理条件として温度６００〜１２００℃、処理時間３０
分〜５時間で行なう。
分〜５時間で行なう。
ホウ化処理は高温で行なうため母材の材料強度が低下す
る。このため、母材強度回復のための熱処理が必要とな
る。この場合、ホウ化処理完了稜通常の母材の焼入れお
よび焼もどし温度でそれぞれの熱処理をすることができ
るが、ホウ化処理温度範囲でホウ化処理と焼入れあるい
は焼もどしを兼用することができる。つまり、ホウ化処
理温度と熱処理温度を兼用すぺく、処理温度範囲の高温
側で処理した場合、ホウ化処理完了後、この温度で焼入
れする。その後、焼もどしを行なうことＫより、母材強
度は回復する。また、ホウ化処理以前にノズル板の焼入
れのみを行ないその後、ホウ化処理温度範囲の低温側で
ホウ化処理と焼もどしを兼用することもできる。
る。このため、母材強度回復のための熱処理が必要とな
る。この場合、ホウ化処理完了稜通常の母材の焼入れお
よび焼もどし温度でそれぞれの熱処理をすることができ
るが、ホウ化処理温度範囲でホウ化処理と焼入れあるい
は焼もどしを兼用することができる。つまり、ホウ化処
理温度と熱処理温度を兼用すぺく、処理温度範囲の高温
側で処理した場合、ホウ化処理完了後、この温度で焼入
れする。その後、焼もどしを行なうことＫより、母材強
度は回復する。また、ホウ化処理以前にノズル板の焼入
れのみを行ないその後、ホウ化処理温度範囲の低温側で
ホウ化処理と焼もどしを兼用することもできる。
第８図はホウ化物被覆をし、所定の熱処理を行なった試
験片（７ｂ）をエロージョン試験装置ヘセットし、固体
粒子を衝突させて行なった試験結果を示している。比較
のためホウ化物被覆しない同種の耐熱鋼の試験片（７ａ
）の結果を示している。
験片（７ｂ）をエロージョン試験装置ヘセットし、固体
粒子を衝突させて行なった試験結果を示している。比較
のためホウ化物被覆しない同種の耐熱鋼の試験片（７ａ
）の結果を示している。
試験片（７ａ）はホウ化物被覆をしていないものである
が、エロージョンは粒子の速度が速くなると指数関数的
に増加する。一方、試験片（７ｂ）はボウ化物被覆を行
なつ九ものであるが、速度が増加してもほとんど変化は
なく極めてエロージョン量が少なく固体粒子によるエロ
ージョンに対して優秀な特性を示すことが明らかである
。
が、エロージョンは粒子の速度が速くなると指数関数的
に増加する。一方、試験片（７ｂ）はボウ化物被覆を行
なつ九ものであるが、速度が増加してもほとんど変化は
なく極めてエロージョン量が少なく固体粒子によるエロ
ージョンに対して優秀な特性を示すことが明らかである
。
く効果−〉
以上、説明からも明らか表ように、本発明のようなホウ
化物被覆したノズルボックスは高温高流速流体中に混入
した固体粒子によるエロージョンに対して極めて優秀な
特性を示し、エロージョン防止に非常に大きな効果を奏
する。
化物被覆したノズルボックスは高温高流速流体中に混入
した固体粒子によるエロージョンに対して極めて優秀な
特性を示し、エロージョン防止に非常に大きな効果を奏
する。
第１図はコバルト基合金のキャビテーションエロージョ
ン特性図、第２図はコバルト基合金およびニッケル・ク
ロム合金とそれぞれの固体粒子によるエロージョン特性
比較図、第３図および第４図はノズル構成概略図、第５
図は本発明の実施例を示す図、第６図は第５図のノズル
の一部を取抄出した部分拡大図、第７図は第６図の■−
ｆ＃に沿って切断した図、第８図は本発明によるホウ化
物を被覆したタービンノズルのエロージョン特性図であ
る。 ４ａ、５ａ・・・ノズル板 ４ｂ、５ｂ・・・・ノズル
板側壁（７３１７） 代理人 弁理士 則 近 憲 佑
（ほか１名）第２図 固イ本粒子の２軒［ｌ康 第３図 第４図 第５図
ン特性図、第２図はコバルト基合金およびニッケル・ク
ロム合金とそれぞれの固体粒子によるエロージョン特性
比較図、第３図および第４図はノズル構成概略図、第５
図は本発明の実施例を示す図、第６図は第５図のノズル
の一部を取抄出した部分拡大図、第７図は第６図の■−
ｆ＃に沿って切断した図、第８図は本発明によるホウ化
物を被覆したタービンノズルのエロージョン特性図であ
る。 ４ａ、５ａ・・・ノズル板 ４ｂ、５ｂ・・・・ノズル
板側壁（７３１７） 代理人 弁理士 則 近 憲 佑
（ほか１名）第２図 固イ本粒子の２軒［ｌ康 第３図 第４図 第５図
Claims (1)
- 個々に別体に作製したノズル板を互に溶接結合後、ノズ
ル板の後縁側にホウ化物を被覆し、しかる後、温度６０
０℃〜１２００℃の範囲内で熱処理したことを特徴とす
るタービンノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19179681A JPS5896104A (ja) | 1981-12-01 | 1981-12-01 | タ−ビンノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19179681A JPS5896104A (ja) | 1981-12-01 | 1981-12-01 | タ−ビンノズル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5896104A true JPS5896104A (ja) | 1983-06-08 |
Family
ID=16280675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19179681A Pending JPS5896104A (ja) | 1981-12-01 | 1981-12-01 | タ−ビンノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5896104A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6263102A (ja) * | 1985-09-13 | 1987-03-19 | Toshiba Corp | タ−ビンノズル |
| US5209645A (en) * | 1988-05-06 | 1993-05-11 | Hitachi, Ltd. | Ceramics-coated heat resisting alloy member |
-
1981
- 1981-12-01 JP JP19179681A patent/JPS5896104A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6263102A (ja) * | 1985-09-13 | 1987-03-19 | Toshiba Corp | タ−ビンノズル |
| US5209645A (en) * | 1988-05-06 | 1993-05-11 | Hitachi, Ltd. | Ceramics-coated heat resisting alloy member |
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