低圧蒸気タービン最終段ブレードの損傷と処理

1. タービンブレードの作業環境の特徴

蒸気タービンブレードの作業環境は非常に複雑で過酷です。具体的には、高圧、中圧、低圧の3つの部分に分けられます。高圧および中圧のブレードと比較して、低圧蒸気タービンの低圧セクションの最終ブレードの作業条件には、次の特徴があります。低圧セクションの最終段の蒸気圧力は大気圧よりも低く、蒸気の体積流量が大幅に増加し、流れが複雑です。低圧セクションの最終段の蒸気は湿度が高く、蒸気中の水滴がブレードに大きな影響を与えます。蒸気タービンが変動条件下で運転している場合、低圧セクションの最終ブレードの作業状態が最も変化し、強度と振動に重大な影響を及ぼします。低圧セクションの最終ブレードは他のブレードよりも長く、強度条件がより厳しいです。

これらの特性により、低圧蒸気タービンの設計および製造プロセスでは、低圧セクション最終段ブレードの設計をより包括的かつ慎重に検討する必要があります。一般的に、低圧セクション最終段ブレードの設計には、他のブレードの設計よりも高度な解析プログラム、より多くの計算、より複雑な構造設計が必要です。製造はより困難で、たとえば、電気火花と炎による消火、ブレードの高周波消火強化、熱スプレー、レーザークラッディング、局所レーザー表面消火、周辺インレイなどです。それにもかかわらず、最終段ブレードの損傷は依然として時々発生します。

2 低圧部最終段ブレードの損傷形態と原因

低圧セクションの最終段ブレードの損傷にはさまざまな形態と原因がありますが、主なものは、機械的損傷の形態と原因、非機械的損傷の形態と原因です。

機械的損傷と原因：例えば、タービン内に硬い異物が入り込んでブレードを損傷する、タービン内部の固定部品が外れてブレードを損傷する、ローターとシリンダーの位置がずれていたりシリンダーが変形してブレードが蒸気シールに擦れたりする、ブレードシュラウドに溝が摩耗するなど。しかし、損傷のほとんどは最終的なブレードの設計要因以外の原因、つまり機械的損傷によって引き起こされます。このタイプの損傷は、その重大度と運転への影響に応じて、さまざまな対策で対処できます。

非機械的損傷と原因：蒸気品質の悪さによるブレードの腐食による損傷、湿り蒸気中の液体の水の影響による水浸食による損傷。この記事では、主に低圧セクションブレードの2つの非機械的損傷の原因と処理方法について説明します。蒸気品質の悪さによるブレードの腐食による損傷の原因の分析と処理方法について説明します。

原因分析：通常、低圧タービンブレードは耐熱ステンレス鋼で作られています。この材料は、表面に緻密で安定した酸化物保護膜が形成されるため、耐食性が優れています。しかし、蒸気にCO02、SO02、特に塩化物イオンが含まれている場合、ブレード表面の保護膜が腐食され、急速に深く成長してブレードに腐食を引き起こし、ブレードの強度が大幅に低下します。2Cr13ステンレス鋼を例にとると、室温の空気中での曲げ疲労強度は390 N/mm2（ノッチなし試験片、応力サイクル数n = 5x107、以下同じ）であり、清浄な凝縮水中の曲げ疲労強度は依然として275〜315N/mm2です。しかし、NaCl含有量が1％を超える酸化物溶液では、曲げ疲労強度が115〜135 N/mm2に急激に低下します。疲労強度の低下は、耐用年数の短縮を意味します。最終ブレードの機器検査により、低圧最終ブレードの腐食は主に湿り蒸気ゾーンの各段階で発生し、スケール層の下のブレード表面に局部腐食が発生することが多く、それが拡大して亀裂を形成していることが判明しました。運転を継続すると、腐食疲労によりブレードが破損します。破損したブレードを機器で検査および分析したところ、破砕堆積層に塩化物が含まれていました。