湿り蒸気運転段階で蒸気タービンブレードが水滴侵食を受ける理由

水滴による浸食は、湿式蒸気運転を行う蒸気タービンのブレード、特に露出した前縁部周辺でよく見られる現象である。

運転中、凝縮した水滴が蒸気経路を通って移動し、回転するブレードに高速で繰り返し衝突します。最初に小さな凹みや表面の粗さが現れることがあります。こうした状態が続くと、これらの部分は拡大し、ブレードの先端形状は徐々に摩耗していきます。

侵食防止シールドを備えたタービンでは、保護ストリップにも同様の摩耗が最終的に目に見えるようになる可能性がある。

湿り蒸気段階で水滴が形成される仕組み

蒸気がタービンを通過する際に膨張するにつれて、蒸気圧と温度は低下する。

低圧状態が続く後半段階では、蒸気の一部が湿潤領域に入り込み、凝縮して液体となる。生成された液滴は、大きさや軌道がそれぞれ異なる状態で蒸気経路を移動する。

ブレードの回転速度によって、回転するブレードと飛来する液滴との間に高い相対速度が生じます。実際の侵食量は、蒸気の状態、液滴の大きさ、ブレードの形状、回転速度、および運転条件によって異なります。

これは、たとえ両方とも湿り蒸気環境で稼働する場合でも、タービンの設計によって侵食パターンが異なる可能性がある理由でもある。

繰り返しの液滴の衝撃がブレードに与えるダメージ

1滴の水滴が及ぼす影響範囲は非常に小さいが、同じ領域が長期間にわたって繰り返し衝突されると、その影響は変化する。

繰り返し衝撃を受けると、局所的な変形と小さな表面の凹みが生じる。凹みの数が増え、重なり合うにつれて、刃の表面は粗くなり、少量の材料が徐々に除去される。

損傷した表面は、後から飛散する液滴に対してより多くの露出した縁や不規則な領域を示すため、浸食がますます目立つようになる。

凝縮水の化学組成も、損傷箇所の外観​​や進行に影響を与える可能性があります。湿った蒸気には、溶存酸素、塩化物、硫酸塩などの成分が含まれており、これらが腐食を促進する表面損傷の原因となります。

したがって、実際のタービン運転においては、機械的な液滴の衝突と湿った蒸気環境が、同じブレード領域で同時に発生する可能性がある。

蒸気タービンブレードにおける典型的な水滴侵食箇所

低圧タービンブレードの先端部、特に湿った蒸気に大きくさらされる後段部では、水滴による浸食が頻繁に見られる。

一般的な表面の特徴としては、局所的な凹み、粗面化、縁の凹み、および元の形状の徐々の喪失などが挙げられる。

損傷パターンは、ブレードの形状や蒸気の流れによって異なる。ブレードによっては狭い侵食帯が見られる場合もあれば、前縁の一部に沿って広がるより広い粗面化領域が発生する場合もある。

これらの地域に設置されたコバルト合金製の侵食防止シールドは、液滴の衝撃に直接さらされます。長期間の使用後、シールド表面にピット（穴）の発生、表面の薄化、または形状の劣化が生じる可能性があります。

タービンブレード保護ストリップにコバルト合金が使用される理由

コバルト合金は、機械的表面損失に対する優れた耐性と耐食性を兼ね備えているため、耐摩耗性および耐侵食性を必要とする用途において長い歴史を持っている。

蒸気タービンブレードの場合、コバルト合金ストリップは、液滴が集中して衝突する領域に沿って露出した保護面を形成する。

コバルト合金6とコバルト合金6Bは、いずれもタービンブレードの保護用途に用いられている。

コバルト合金6は、コバルト・クロム・タングステン合金ファミリーに属し、様々な製造形態で入手可能です。

コバルト合金6Bは、一般的にシート、プレート、バーの形で供給される鍛造コバルト合金です。その鍛造製品は、シートやプレートから製造される薄くて湾曲した侵食防止シールドに特に適しています。

交換部品に使用される合金の名称は、通常、タービン図面、過去の材料に関する資料、または既存の部品仕様書から取得されます。

保護ストリップが摩耗するとどうなるか

タービンブレード保護ストリップ自体が作業面となる。

湿った蒸気による浸食に長時間さらされると、ストリップの先端部にピット、表面粗さ、薄化、または後退が生じる可能性があります。材料の損失量と位置は、局所的な液滴の衝突条件とブレードの形状によって異なります。

タービンのオーバーホール時には、摩耗した保護ストリップは、周囲のブレード領域と併せて検査されることが多い。

交換プロジェクトにおいては、既存のストリップ形状が重要な製造情報となる。同じコバルト合金グレードが指定されていても、タービン段ごとに曲率、厚さ、断面、長さ、エッジ形状が異なる場合がある。

このため、蒸気タービンブレード保護ストリップは、標準的な直線状のコバルト合金ストリップではなく、図面に基づいて高度に特化した部品となる。

特注コバルト合金製蒸気タービンブレード保護ストリップ

SYTOP社は、顧客の図面に基づき、コバルト合金6およびコバルト合金6B製の蒸気タービンブレード保護ストリップの完成品を供給しています。

カスタム製造には、以下のような様々な種類があります。

• 曲率

• ストリップの長さ

• 厚さ

• 断面プロファイル

• エッジ形状

• 表面要件

• 材料仕様

完成部品には、材料証明書および寸法検査報告書を添付することも可能です。プロジェクト文書に明記されている場合は、追加の試験も実施できます。

部品交換プロジェクトの場合、顧客は通常、既存の部品図面、合金の種類、数量、および入手可能な検査記録または材料記録を提供します。

蒸気タービンブレードのストリップに関するご要望をWhatsApp/WeChatまでお送りください。+86 130 0924 9727またはsales@cocralloy.comお見積もりをご希望の場合はご連絡ください。