(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンのタービン翼の耐食皮膜でコーティングした部分にエロージョンが発生した場合のタービン翼の補修方法において、
エロージョン発生部位の耐食皮膜を除去する工程と、
タービン翼の母材のエロージョン発生部位を除去する工程と、
母材の残存部分の母材表面のうち、前記除去したエロージョン発生部位に隣接する縁部とその周辺部分の耐食皮膜を除去する工程と、
タービン翼の母材形状を肉盛溶接により復元する工程と、
前記縁部とその周辺部分が除去された既存の耐食皮膜の新たな耐食皮膜との接合面に前記母材よりも硬質な材質のボンディングコートを製膜する工程と、
前記母材の復元部分に新たな耐食皮膜を溶射して製膜するとともに前記ボンディングコートを介して既存の耐食皮膜と新たな耐食皮膜とを接合する工程と
を有することを特徴とするタービン翼の補修方法。
【請求項２】
請求項１のタービン翼の補修方法において、前記耐食皮膜が、タービン翼背側の蒸気通路部出口側に形成されていることを特徴とするタービン翼の補修方法。
【請求項３】
請求項１のタービン翼の補修方法において、前記耐食皮膜が、Ｃｒ−Ｃ系皮膜、ＷＣ系皮膜、Ｃｒ−Ｃ／ＷＣ複合系皮膜、ホウ化物系皮膜を含むサーメット皮膜であることを特徴とするタービン翼の補修方法。
【請求項４】
請求項３のタービン翼の補修方法において、前記サーメット皮膜は、溶射厚み５０〜５００μｍのコーティング層であることを特徴とするタービン翼の補修方法。
【請求項５】
請求項１のタービン翼の補修方法において、前記ボンディングコートが、前記母材の復元部分の周囲に溶射によって施工されていることを特徴とするタービン翼の補修方法。
【請求項６】
請求項１のタービン翼の補修方法において、前記ボンディングコートが、ＭＣｒＡｌＹ系、Ｎｉ−Ｃｒ系、Ｎｉ−Ａｌ系、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ系の材質であることを特徴とするタービン翼の補修方法。
【請求項７】
請求項１のタービン翼の補修方法において、前記タービン翼が静翼であることを特徴とするタービン翼の補修方法。
【請求項８】
請求項７のタービン翼の補修方法において、前記タービン翼が前記中圧初段の静翼であることを特徴とするタービン翼の補修方法。
【請求項９】
耐食皮膜でコーティングした蒸気タービンのタービン翼において、
エロージョン発生部位の耐食皮膜を除去する工程と、
タービン翼の母材のエロージョン発生部位を除去する工程と、
母材の残存部分の母材表面のうち、前記除去したエロージョン発生部位に隣接する縁部とその周辺部分の耐食皮膜を除去する工程と、
タービン翼の母材形状を肉盛溶接により復元する工程と、
前記縁部とその周辺部分が除去された既存の耐食皮膜の新たな耐食皮膜との接合面に前記母材よりも硬質な材質のボンディングコートを製膜する工程と、
前記母材の復元部分に新たな耐食皮膜を溶射して製膜するとともに前記ボンディングコートを介して既存の耐食皮膜と新たな耐食皮膜とを接合する工程と
を施して形成したことを特徴とする蒸気タービンのタービン翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食皮膜でコーティングした蒸気タービンのタービン翼の補修方法及びタービン翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンの翼、特に中圧初段のノズル翼（静翼）等は、例えば再熱蒸気に同伴する微小固体粒子の衝突等によって表面が侵食されエロージョンが発生し易い。エロージョンの発生した翼は蒸気タービンの性能低下や振動励起等といった様々な不具合の要因になることから、不具合を防止するために交換したり補修して元の形状に復元したりする必要がある。
【０００３】
近年では、ダイヤフラムの性能回復及び延命のため、通常、特許文献１等に記載されているようにＣｒ−Ｃ等といった硬質な材料を溶射して翼表面を溶射皮膜でコーティングすることでエロージョン防止策が講じられている。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１７０４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ｃｒ−Ｃ等で翼表面をコーティングしても完全にエロージョンを抑えることはできず使用に伴って侵食が進行し補修の必要が生じる。Ｃｒ−Ｃコーティングを施したタービン翼を補修する場合、Ｃｒ−Ｃ溶射皮膜を完全に除去し皮膜を除去した範囲のタービン翼の母材を全て削り落としてから、溶接肉盛によってタービン翼を元の形状に復元した上で再度Ｃｒ−Ｃを溶射していた。このようにＣｒ−Ｃ溶射皮膜のような耐食コーティングを施したタービン翼は、エロージョンの発生が部分的であっても溶射皮膜を完全に除去しエロージョン発生部位を切削してから元の状態に復元していた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、エロージョンが発生した場合に耐食皮膜の除去範囲を最小限にとどめて部分的に補修することができるタービン翼の補修方法及びタービン翼を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、蒸気タービンのタービン翼の耐食皮膜でコーティングした部分にエロージョンが発生した場合のタービン翼の補修方法において、エロージョン発生部位の耐食皮膜を除去する工程と、タービン翼の母材のエロージョン発生部位を除去する工程と、母材の残存部分の母材表面のうち、前記除去したエロージョン発生部位に隣接する縁部とその周辺部分の耐食皮膜を除去する工程と、タービン翼の母材形状を肉盛溶接により復元する工程と、前記縁部とその周辺部分が除去された既存の耐食皮膜の新たな耐食皮膜との接合面に前記母材よりも硬質な材質のボンディングコートを製膜する工程と、前記母材の復元部分に新たな耐食皮膜を溶射して製膜するとともに前記ボンディングコートを介して既存の耐食皮膜と新たな耐食皮膜とを接合する工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記耐食皮膜が、タービン翼背側の蒸気通路部出口側に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記耐食皮膜が、Ｃｒ−Ｃ系皮膜、ＷＣ系皮膜、Ｃｒ−Ｃ／ＷＣ複合系皮膜、ホウ化物系皮膜を含むサーメット皮膜であることを特徴とする。
【００１０】
（４）上記（３）において、また好ましくは、前記サーメット皮膜は、溶射厚み５０〜５００μｍのコーティング層であることを特徴とする。
【００１１】
（５）上記（１）において、また好ましくは、前記ボンディングコートが、前記母材の復元部分の周囲に溶射によって施工されていることを特徴とする。
【００１２】
（６）上記（１）において、好ましくは、前記ボンディングコートが、ＭＣｒＡｌＹ系、Ｎｉ−Ｃｒ系、Ｎｉ−Ａｌ系、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ系の材質であることを特徴とする。
【００１３】
（７）上記（１）において、さらに好ましくは、前記タービン翼が静翼であることを特徴とする。
【００１４】
（８）上記（７）において、また好ましくは、前記タービン翼が前記中圧初段の静翼であることを特徴とする。
【００１５】
（９）上記目的を達成するために、また本発明は、耐食皮膜でコーティングした蒸気タービンのタービン翼において、エロージョン発生部位の耐食皮膜を除去する工程と、タービン翼の母材のエロージョン発生部位を除去する工程と、母材の残存部分の母材表面のうち、前記除去したエロージョン発生部位に隣接する縁部とその周辺部分の耐食皮膜を除去する工程と、タービン翼の母材形状を肉盛溶接により復元する工程と、前記縁部とその周辺部分が除去された既存の耐食皮膜の新たな耐食皮膜との接合面に前記母材よりも硬質な材質のボンディングコートを製膜する工程と、前記母材の復元部分に新たな耐食皮膜を溶射して製膜するとともに前記ボンディングコートを介して既存の耐食皮膜と新たな耐食皮膜とを接合する工程とを施して形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、エロージョンが発生した場合に耐食コーティングの除去範囲を最小限にとどめて部分的に補修することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の適用対象の一例である蒸気タービンのノズル翼の段落を抽出して表した組立図である。
図１に示すように、１つの段落には、環状に形成される蒸気通路３０の周方向（タービン回転方向）に複数のノズル翼（静翼）３１が配列されている。各ノズル翼３１の内周側は内スペーサ３２を介して内輪３４に、外周側は外スペーサ３３を介して外輪３５に固定されており、一体的に１つのタービン段落が形成されている。このような構成により、蒸気通路３０を流れる蒸気の熱エネルギーが速度エネルギーに変換させる。なお、図示されていないが、タービン段落ではこうした静翼翼列の後に動翼翼列が設けられ、実際には一対の静翼翼列と動翼翼列によってタービン段落が形成される。
【００１９】
蒸気通路３０には、当該蒸気タービンまでの経路の途中にあるボイラーチューブや主蒸気リード管の内面から剥離した酸化スケール等が蒸気とともに流入し、ノズル翼３１に衝突して（特にタービン翼背側の蒸気通路部出口側が）エロージョンされる（侵食される）段落がある。中でも中圧初段が激しくエロージョンする傾向にあるが、本実施の形態では、こうした侵食され易い段落のノズル翼３１の表面には耐エロージョン対策としてＣｒ−Ｃコーティング（耐食皮膜）が施工されている。本実施の形態では、耐食皮膜としてＣｒ−Ｃコーティングを例に挙げて説明するが、例えばＣｒ−Ｃ系の材質の他、ＷＣ系、Ｃｒ−Ｃ／ＷＣ複合系の材質、ホウ化物系の材質で形成されるサーメット皮膜も適用可能である。各種サーメット皮膜単独でも良いし、複合した皮膜としても良い。このサーメット皮膜は溶射によって形成されるもので、好ましくは溶射厚み５０〜５００μｍのコーティング層である。
【００２０】
Ｃｒ−Ｃコーティングにより耐食性能は向上するが、Ｃｒ−Ｃ等で翼表面をコーティングしても完全にエロージョンを抑えることはできず使用に伴って侵食が進行し補修の必要が生じる。このとき、エロージョンは翼全体に均一に発生する訳ではなく部分的に発生するため、エロージョン箇所を対象とした部分的な補修が望まれる。ところが、Ｃｒ−Ｃコーティングを施したタービン翼を補修する場合、翼全体のＣｒ−Ｃ溶射皮膜を完全に除去しこの皮膜を除去した範囲のタービン翼の母材を全て削り落としてから、溶接肉盛によってタービン翼を元の形状に復元した上で再度Ｃｒ−Ｃを溶射していた。
【００２１】
このように、一般に耐食皮膜を施したタービン翼を補修する場合、エロージョンの発生が部分的であっても翼全体の溶射皮膜を完全に除去しこの皮膜を除去した範囲のタービン翼の母材を全て削り落としてから元の状態に復元していた。
【００２２】
それに対し、本実施の形態は、上述したようなタービン翼にエロージョンが発生した場合、その翼全体の耐食皮膜を除去することなく、耐食皮膜の除去範囲を最小限にとどめて部分的に補修するタービン翼の補修方法とこの補修方法により元通り修復されたタービン翼を提供するものである。
以下に本発明の一実施の形態に係るタービン翼の補修方法とこの補修方法により元通り修復されたタービン翼を図２及び図３を用いて説明する。
【００２３】
図２は本発明の一実施の形態に係るタービン翼の補修方法による補修の各過程におけるタービン動翼の状態を表す斜視図、図３は本発明の一実施の形態に係るタービン翼の補修方法による補修の各過程におけるタービン動翼の断面を表す断面図である。なお、図３の各図は図２（ａ）のＡ−Ａ断面による断面である。
【００２４】
本補修方法の対象となるタービン翼は、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、タービン翼の母材１０の背側表面に母材より硬質の耐食皮膜１１が溶射されて形成されている。この耐食皮膜１１は、例えばＣｒ３Ｃ系サーメット等で形成されたＣｒ−Ｃコーティングである。こうした蒸気タービンのタービン翼のうち耐食皮膜１１でコーティングした部分にエロージョン１２が発生した場合、エロージョン１２を含むエロージョン発生部位１３の耐食皮膜１１を例えばグラインダー等で削り落とす等して除去する（図２（ｂ）参照）。
【００２５】
次に、タービン翼の母材１０のエロージョン発生部位１３を除去し（図３（ｂ）参照）、さらに母材１０を削り落とした部分を肉盛溶接によって復元するにあたり、削り落とした部分（エロージョン発生部位１３）の周囲、具体的には、母材１０の残存部分の母材表面のうち先に削り落とした部分（エロージョン発生部位１３）に隣接する縁部とその周辺部分（縁部とその周辺を併せて縁部１４と記載する）の耐食皮膜１１を除去する（図２（ｃ）及び図３（ｃ）参照）。これは後の肉盛溶接による母材復元の際の熱影響を考慮して実施される工程である。
【００２６】
残存したタービン翼の縁部１４の耐食皮膜１１を除去したら、図２（ｄ）及び図３（ｄ）に示すように、タービン翼の母材１０を元の形状に復元する（復元部分に符号１５を付す）。復元部分１５は、母材１０の残存部分に溶接肉盛を施して先に削り落とした部分を復元し、グラインダー等で外形を仕上げて形成する。また、後で溶射する新たな耐食皮膜が形成され易いように、復元部分１５の背側表面には、前処理としてブラスト加工を施し表面を粗面化しておく。但し、新たに耐食皮膜を溶射すべき対象部位以外の部位にブラス加工が施されないように、対象部位の周囲にマスキング（養生）した上で実施する。
【００２７】
母材１０の復元が終了したら、図３（ｅ）に示したように、既存の耐食皮膜１１ａにおける新たな耐食皮膜との接合面（ラップする部分）に新たな耐食皮膜の剥離防止のためのボンディングコート２６を製膜する。ボンディングコート２６は、母材１０よりも硬質で耐食皮膜よりも軟質な材質、例えばＭＣｒＡｌＹを超高速フレーム（ＨＰ／ＨＶＯＦ）溶射により溶射して形成する。
【００２８】
そしてボンディングコート２６の製膜を終えたら、図３（ｆ）に示したように、母材１０の復元部分１５（厳密にはボンディングコート２６から復元部分１５側の部分）に新たな耐食皮膜２７を超高速フレーム（ＨＰ／ＨＶＯＦ）溶射により溶射して製膜するとともに、新たな耐食皮膜２７が剥離しないようにボンディングコート２６を介し既存の耐食皮膜１１ａと新たな耐食皮膜２７とが接合されるようにする。なお本実施の形態において、新たな耐食皮膜２７は既存の耐食皮膜１１ａと同様の材質とするが、耐食皮膜として使用可能な材質であれば異なる材質であっても良い。
【００２９】
本実施の形態では、耐食皮膜部分が部分的に侵食されたタービン翼を上記のように補修することで、既存のものと新たなものとを含めて複数回の製膜によって耐食皮膜を形成し、継ぎ目部分に母材よりも硬質な材質により製膜されたボンディングコートを介在させて既存の耐食皮膜と新たな耐食皮膜とを接合して補修翼を形成する。このようにしてボンディングコートを介在させて既存の耐食皮膜と新たな耐食皮膜の縁部同士を接合することにより、翼全体の耐食皮膜を除去することなく、耐食皮膜の除去範囲を最小限にとどめて部分的に補修することができる。また、新たな耐食皮膜は圧縮応力を内在しているが、比較的軟質な（例えば翼の母材よりも硬質で耐食皮膜よりも軟質な）材質（ＭＣｒＡｌＹ等）をボンディングコートとすることにより、剥離を防止することができる。
【００３０】
なお、以上において、耐食皮膜の材質として、Ｃｒ−Ｃ皮膜を例に挙げて説明したが、他のＣｒ−Ｃ系皮膜を適用することもできるし、ＷＣ系皮膜、Ｃｒ−Ｃ／ＷＣ複合系皮膜、ホウ化物系皮膜等の他のサーメット皮膜を適用することもできる。また、ボンディングコートの材質として、ＭＣｒＡｌＹを例に挙げて説明したが、他のＭＣｒＡｌＹ系の材質を適用することもできるし、Ｎｉ−Ｃｒ系、Ｎｉ−Ａｌ系、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ系の材質を適用することもできる。さらに、図１では本発明の適用対象として蒸気タービンの中圧初段の静翼（ノズル翼）を例に挙げて説明したが、これに限らず、本発明はどの段落のタービン翼にも適用でき、静翼に限らず動翼にも適用できる。これらの場合も同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の適用対象の一例である蒸気タービンのノズル翼の段落を抽出して表した組立図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るタービン翼の補修方法による補修の各過程におけるタービン動翼の状態を表す斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るタービン翼の補修方法による補修の各過程におけるタービン動翼の断面を表す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０    母材
１１    耐食皮膜
１１ａ  耐食皮膜
１２    エロージョン
１３    エロージョン発生部位
１５    復元部分
２６    ボンディングコート
２７    耐食皮膜
３１    ノズル翼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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