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    Ein Verfahren zur Reduktion der Spannungsrisskorrosion von Dampfturbinenkomponenten in einer Dampfumgebung beinhaltet den Schritt eines Beschichtens der Metallkomponenten der Dampfturbine mit einem Edelmetall. Das Edelmetall ist vorzugsweise ein Metall der Platingruppe, das aus der Gruppe ausgewählt wird, zu der Platin, Palladium, Osmium, Rhodium, Ruthenium, Iridium und Kombinationen gehören, die mindestens eines der vorausgehenden Metalle der Platingruppe aufweisen. In noch einem Ausführungsbeispiel gehört zu dem Verfahren der Schritt eines Beschichtens der Metallkomponenten mit einem Metall der Platingruppe und ein Einbringen eines Reduktionsmittels in den Dampf, um die Spannungsrisskorrosion zu reduzieren. Ferner ist hier eine Dampfturbine offenbart, die eine Metallkomponente aufweist, mit einer Fläche, die mit einem Metall der Platingruppe beschichtet ist.A method of reducing stress corrosion cracking of steam turbine components in a steam environment includes the step of coating the metal components of the steam turbine with a noble metal. The noble metal is preferably a platinum group metal selected from the group consisting of platinum, palladium, osmium, rhodium, ruthenium, iridium, and combinations having at least one of the preceding platinum group metals. In yet another embodiment, the method includes the step of coating the metal components with a platinum group metal and introducing a reducing agent into the vapor to reduce stress corrosion cracking. Also disclosed herein is a steam turbine having a metal component with a surface coated with a platinum group metal.
    公开号:DE102004028395A1
    申请号:DE102004028395
    申请日:2004-06-14
    公开日:2005-01-05
    发明作者:Peter Louis Andresen；Thomas Martin Angeliu；Francis Peter Ford；Young-Jin Kim
    申请人:General Electric Co；
    IPC主号:B01J23-40
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein Dampfturbinen undinsbesondere Verfahren zur Reduktion der Spannungsrisskorrosionvon Turbinenkomponenten aus Metall, die in der Dampfturbine demWasser, dem Dampf und/oder dem Kondensat ausgesetzt sind.TheThe present invention relates generally to steam turbines andIn particular, methods for reducing stress corrosion crackingof turbine components of metal, in the steam turbine theWater, the steam and / or the condensate are exposed.
    [0002] Dampfturbinenenergiesystemeverwenden ein Medium, beispielsweise Wasser oder eine andere geeignetechemische Substanz, deren Siedepunkte und verborgene Wärmewerteden Betriebstemperaturen des Systems angemessen sind. Das Mediumwird im Allgemeinen in einer gesonderten Wärmequelle, beispielsweise ineinem Dampferzeuger, mittels gebündelterSonnenstrahlung, Verbrennens fossilen Brennstoffs, Kernstrahlungund/oder geothermischer Energie erhitzt. Die Energie wird anschließend vonder Wärmequellezu den Turbinen mittels Hochdruckdampf übertragen, der seinerseitsdie Turbinen antreibt. Der Dampf steht unter Druck und setzt eineTurbine in Drehung, die einen elektromagnetischen Generator antreibt,der elektrischen Strom erzeugt.Steam turbine energy systemsuse a medium, such as water or another suitable onechemical substance, its boiling points and hidden heat valuesappropriate to the operating temperatures of the system. The mediumis generally in a separate heat source, for example ina steam generator, by means of bundledSolar radiation, burning of fossil fuel, nuclear radiationand / or geothermal energy. The energy is subsequently released bythe heat sourcetransferred to the turbines by means of high-pressure steam, in turndrives the turbines. The steam is under pressure and sets oneTurbine in rotation that drives an electromagnetic generator,the electric current is generated.
    [0003] Eine übliche Bauarteines Dampfturbinensystems weist mehrere Turbinen in Form einerHochdruckturbine, einer Mit teldruckturbine und einer Niederdruckturbineauf. Die Turbinen könnenin einem geschlossenen Kreislauf angeordnet sein, der einen Dampferzeugerzum Liefern von Dampf an die Hochdruckturbine und einen Kondenserenthält,der den Abdampf der Niederdruckturbine aufnimmt. Das Wasser ausdem Kondensator wird anschließendan die Wärmequelle,d.h. an den Dampferzeuger, zur Wiederverwendung zurückgegebenund es wird im Allgemeinen vor der Wiederverwendung behandelt, umVerunreinigungen zu entfernen. Die Dampfturbine entzieht dem DampfEnergie und treibt einen elektrischen Generator an, der elektrischeEnergie erzeugt. Alternativ kann Dampf hohen bis mittleren Drucksnach dem Durchlaufen der Turbinen zu einem Dampfverteilersystemmittlerer Temperatur geleitet werden, z.B. zu einen Wärmetauscher,der den Dampf einer gewünschtenindustriellen oder kommerziellen Anwendung zur Verfügung stellt,wie es beispielsweise für Kraft-Wärme-Kopplungsanwendungenerwünschtist.A common designa steam turbine system has several turbines in the form of aHigh-pressure turbine, one with teldruckturbine and a low-pressure turbineon. The turbines canbe arranged in a closed circuit, a steam generatorfor supplying steam to the high pressure turbine and a condensercontainswhich absorbs the exhaust steam of the low-pressure turbine. The water offthe capacitor is subsequentlyto the heat source,i.e. to the steam generator, returned for reuseand it is generally treated before reuseRemove impurities. The steam turbine removes steamPower and power an electric generator, the electric oneEnergy generated. Alternatively, steam can be high to medium pressureafter passing through the turbines to a steam distribution systemmedium temperature, e.g. to a heat exchanger,the steam of a desired oneindustrial or commercial application,as for example for combined heat and power applicationshe wishesis.
    [0004] JedeTurbine enthältim Allgemeinen eine feststehende Trennwand (d.h. Düsen) undeine Vielzahl von Turbinenschaufeln (d.h. Laufschaufeln), die andrehbaren Turbinenrädernangebracht sind. Die Schaufeln sind üblicherweise an den Laufrädern mittelseiner Schwalbenschwanzverbindung befestigt. Schwalbenschwanzbefestigungstechnikenzwischen Turbinenschaufeln und Turbinenrotorlaufrädern vonDampfturbinen sind aus dem Stand der Technik gut bekannt. Es können eineReihe von unterschiedliche Arten von Schwalbenschwänzen verwendetwerden. Beispielsweise wird häufigein fingerförmigerSchwalbenschwanz verwendet, um die Schaufeln und das Rotorlaufradaneinander zu sichern. In jenem Typ eines Schwal benschwanzes istder äußere Umfangdes Rotorlaufrads mit mehreren axial beabstandeten, sich in Umfangsrichtungerstreckenden, abgestuften Nuten versehen, die dazu dienen, komplementäre Finger,die auf sämtlichenSchaufelschwalbenschwänzenausgebildet sind, aufzunehmen, wenn die Schaufeln rund um das Rotorlaufradaneinandergereiht werden. Gewöhnlichsind durch fluchtende Öffnungender Schwalbenschwanzfinger sämtlicherLaufrad- und Schaufelschwalbenschwänze Stifte gesteckt, um dieSchaufeln an dem Laufrad zu sichern. Ein weiterer Typ eines Schwalbenschwanzesist ein Schwalbenschwanz mit tangetialem Eingang. Die Turbinenrad-und Schaufelschwalbenschwänzeweisen eine im Wesentlichen komplementäre Tannenbaumkonfigurationauf. Auf jeden Fall werden die zwischen den Schaufeln und Laufrädern bestehendenSchwalbenschwanzverbindungen in hohem Maße beansprucht und neigen nacheinigen Jahren des Betriebs dazu, endgültig zu verschleißen undzu brechen.eachTurbine containsgenerally a fixed partition (i.e., nozzles) anda plurality of turbine blades (i.e., blades) attached torotatable turbine wheelsare attached. The blades are usually on the wheels by means ofattached to a dovetail joint. Dovetail attachment techniquesbetween turbine blades and turbine rotor wheels ofSteam turbines are well known in the art. It can be aSet of different types of swallowtails usedbecome. For example, it becomes commona finger-shapedDovetail used to the blades and the rotor wheelto secure each other. In that type of swallowtailthe outer circumferencethe rotor impeller with a plurality of axially spaced, in the circumferential directionprovided extending stepped grooves, which serve complementary fingers,on allBucket dovetailsare designed to accommodate when the blades around the rotor wheelstrung together. Usuallyare through aligned openingsthe dovetail finger allImpeller and shovel dovetails pins plugged around theSecure blades on the wheel. Another type of swallowtailis a swallowtail with tangetial entrance. The turbine wheeland scoop swallow tailshave a substantially complementary fir-tree configurationon. In any case, the existing between the blades and wheelsDovetail joints are highly stressed and proneseveral years of operation to finally wear out andto break.
    [0005] EineRissbildung der vielfältigenKomponenten in Niederdruckturbinen, z.B. an der Schwalbenschwanzverbindung,wird zurückgeführt aufein Phänomen,das üblicherweiseals Spannungsrisskorrosion (SCC) bezeichnet wird. UnterschiedlicheSpannungen innerhalb der Komponenten können SCC beschleunigen, z.B.die in den Hakenhohlkehlbereichen typischer Schwalbenschwanzkonfigurationenauftretende Spannung. Normalerweise können diese Spannungen hingenommenwerden, jedoch könnensich aufgrund verunreinigten Dampfes und des Alters Risse bilden,die, falls diese unentdeckt bleiben, in eine Tiefe wachsen, die einenAusfall der Laufradhaken nach sich zieht. Weiter weist der Dampfan dem Niederdruckende der Turbine, unabhängig davon ob er verunreinigtist oder nicht, nachdem er währenddes Durchlaufens durch die Turbine abgekühlt wurde, eine geringere Temperaturauf. Als Folge hiervon neigt das Wasser aus dem Dampf dazu zu kondensieren,mit dem Ergebnis, dass der Dampf an dem Niederdruckende der Dampfturbineverhältnismäßig starkmit Wasser gesättigtist. Da die Turbinenschaufeln dem Dampf ausgesetzt sind, ist dieEnergieübertragungdurch den Aufprall des nassen Dampfes auf den Turbinenschaufelnvon Natur aus an dem Niederdruckende der Turbine größer alsan dem Hochdruckende, was zu einer höheren Belastung der Turbinenkomponentenführt.Cracking of the various components in low pressure turbines, such as the dovetail joint, is attributed to a phenomenon commonly referred to as stress corrosion cracking (SCC). Different stresses within the components can accelerate SCC, eg, the stress occurring in the hook fillet regions of typical dovetail configurations. Normally, these tensions can be tolerated, but cracks may form due to contaminated vapor and age, which, if undetected, will grow to a depth that causes failure of the impeller hooks. Further, the steam at the low pressure end of the turbine, whether contaminated or not, after being cooled while passing through the turbine, has a lower temperature. As a result, the water from the steam tends to condense, with the result that the steam at the low pressure end of the steam turbine is relatively saturated with water. Since the turbine blades are exposed to the steam, the energy transfer due to the impact of the wet steam on the turbine blades is inherently greater at the low pressure end of the turbine than at the high pressure end, resulting in a higher load on the turbine component leads.
    [0006] Diein der Dampfturbine vorhandene Dampfumgebung beeinflusst die Geschwindigkeitder Spannungsrisskorrosion SCC beträchtlich. In dem hier verwendetenSinne bezeichnet der Begriff "Dampfumgebung" eine Umgebung, inder Wassertröpfchen,Wasserfilme oder kapillare Kondensate vorhanden sind. Der Grundhierfürist, dass an der Spannungsrisskorrosion chemische Faktoren beteiligtsind, so dass diese in gewissen speziellen Temperaturbereichen abhängig vonder Beziehung zwischen den Dampfbestandteilen und den chemischenEigenschaften des Rotorwerkstoffs begünstigt wird. Aufgrund der Masseund der Drehzahl einer Turbine, die gewöhnlich beispielsweise in derGrößenordnungvon 3.600 Umdrehungen pro Minute (U/min) liegt, kann es zu erheblichenSchädenan der Turbine, deren Gehäuseund peripheren Einheiten, sowie zu Verletzungen des Turbinenbedienungspersonalskommen, wenn die Risse in dem Laufradschwalbenschwanz so weit anwachsen,dass eine oder mehrere Schaufeln von dem Rotorlaufrad weggeschleudertwerden können.In extremen Fällenfallen sämtlicheHaken aus und es lösensich Schaufeln von dem Rotor und flie gen von diesem weg. Langjährige Erfahrungmit Schwalbenschwanzverbindungen zwischen Schaufel und Laufrad zeigten,dass im Allgemeinen die Laufradhaken brechen, die Schaufelhakenjedoch standhalten.TheThe steam environment in the steam turbine affects the speedthe stress corrosion cracking SCC considerably. In the one used hereMeaning the term "steam environment" an environment inthe water droplet,Water films or capillary condensates are present. The reasonthereforis that involved in stress corrosion cracking chemical factorsare, so that these in certain special temperature ranges depending onthe relationship between the vapor components and the chemicalCharacteristics of the rotor material is favored. Because of the massand the speed of a turbine, which is usually in the exampleMagnitudeof 3,600 revolutions per minute (rpm), it can be too substantialdamageat the turbine, whose housingand peripheral units, as well as to injuries of the turbine operatorscome when the cracks in the wheel dovetail grow so muchthat one or more blades are thrown away from the rotor impellercan be.In extreme casesall fallHook out and loosen itShovels off the rotor and fly away from it. Years of experienceshowed with dovetail connections between blade and impeller,that in general the wheel hooks break, the bucket hookshowever, withstand.
    [0007] Gegenwärtig wirdfür vielfältige Niederdruckdampfturbinenkomponentengewöhnlich Cr--Mo--Ni--V-Martensitstahlverwendet. HerkömmlicheAnsätzezum Minimieren einer Spannungsrisskorrosion derartiger Metalle beinhaltendas Absenken des elektrochemischen Korrosionspotentials, indem dem Dampfein Reduktionsmittel wie z.B. Hydrazin zugegeben wird. Diese Zusatzstoffeentziehen dem Dampf Sauerstoff, der allgemein als eine der Hauptursachender Spannungsrisskorrosion anzusehen ist. Eine Verringerung desSauerstoffgehalts senkt das sogenannte elektrochemische Korrosionspotential.Das elektrochemische Korrosionspotential ist ein Maß für die thermodynamischeNeigung fürdas Auftreten von Korrosionsphänomenenund stellt einen fundamentalen Parameter zum Bestimmen von Spannungsrisskorrosionsratendar.At present becomesfor a variety of low-pressure steam turbine componentsusually Cr - Mo - Ni - V martensite steeluses. conventionalapproachesto minimize stress corrosion cracking of such metalslowering the electrochemical corrosion potential by adding to the vapora reducing agent, such as e.g. Hydrazine is added. These additivesextract oxygen from the steam, which is generally considered one of the main causesthe stress corrosion cracking is to be considered. A reduction in theOxygen content lowers the so-called electrochemical corrosion potential.The electrochemical corrosion potential is a measure of the thermodynamicTilt forthe occurrence of corrosion phenomenaand provides a fundamental parameter for determining stress corrosion cracking ratesrepresents.
    [0008] Nebendem Einsatz von Zusatzstoffen, kann für unterschiedliche Metallkomponentender Dampfturbine, die am stärkstenanfälliggegen Spannungsrisskorrosion sind, eine Kugelstrahltechnik verwendetwerden, um die Flächezu verdichten, was ebenfalls fürgeeignet gehalten wird, um die Spannungsrisskorrosion zu reduzieren.Andere Verfahren zum Reduzieren der Spannungsrisskorrosion beinhalteneine Änderungder Zusammensetzung des Stahls. Beispielsweise wurden in letzterZeit fürdie Niederdruckdampfturbinenkomponenten Fe-12Cr-Legierungen verwendet, mit dem Zieldie Spannungsrisskor rosion zu reduzieren. Eine Verminderung derBelastung der Komponente durch konstruktive und funktionale Änderungenkann die Spannungsrisskorrosion ebenfalls reduzieren.Nextthe use of additives, can be used for different metal componentsthe steam turbine, the strongestsusceptibleare against stress corrosion cracking, a shot blasting technique usedbe to the areato condense, which is also foris held suitable to reduce the stress corrosion cracking.Other methods of reducing stress corrosion cracking includea changethe composition of the steel. For example, have been in the lasttime forthe low-pressure steam turbine components used Fe-12Cr alloys, with the goalto reduce the stress corrosion cracking. A reduction in theLoad on the component due to structural and functional changescan also reduce stress corrosion cracking.
    [0009] Eswird nach einer weiteren Reduzierung der Spannungsrisskorrosionvon Dampfturbinenkomponenten in Dampfumgebungen gesucht.Itwill after a further reduction of stress corrosion crackingsearched for steam turbine components in steam environments.
    [0010] Imfolgenden ist ein Verfahren zur Reduzierung der Spannungsrisskorrosionin einer Flächeeiner für denEinsatz in Dampfturbinen geeigneten Metallkomponente offenbart,mit den Schritten: Erzeugen einer katalytischen Stelle auf der Fläche derMetallkomponente; und Aussetzen der Fläche der Metallkomponente einerDampfumgebung, wobei die Flächekatalytische Stellen aufweist.in theThe following is a method of reducing stress corrosion crackingin a planeone for theUse in steam turbines suitable metal component disclosedby the steps of: creating a catalytic site on the surface of theMetal component; and exposing the surface of the metal component of aSteam environment, the areahaving catalytic sites.
    [0011] Innoch einem Ausführungsbeispielgehörenzu einem Verfahren Reduzierung der Spannungsrisskorrosion in einerFlächeeiner fürden Einsatz in Niederdruckdampfturbinen geeigneten Metallkomponentedie Schritte: Injizieren einer Lösungoder einer Suspension, die Nanopartikel einer Platingruppe, eineLegierung des Metalls der Platingruppe, eine Verbindung des Metallsder Platingruppe oder eine Kombination davon in die Niederdruckdampfumgebungenthält;Ausbilden von katalytischen Stellen in der Niederdruckdampfumgebung;und Reduzieren einer Oxidanzkonzentration in der Niederdruckdampfumgebung.Inyet another embodimentbelongto a process reduction of stress corrosion cracking in oneareaone forthe use in low-pressure steam turbines suitable metal componentthe steps: injecting a solutionor a suspension, the platinum group nanoparticles, aAlloy of the platinum group metal, a compound of metalplatinum group or a combination thereof in the low pressure steam environmentcontains;Forming catalytic sites in the low pressure vapor environment;and reducing an oxidant concentration in the low pressure steam environment.
    [0012] Fernerist hier eine Dampfturbine beschrieben, die Komponenten aufweist,die aus einem Metall gefertigt sind, das eine Fläche aufweist, auf der katalytischeStellen ausgebildet sind, die dazu dienen, eine Konzentration einesOxidanz in einer Dampfumgebung zu reduzieren.FurtherHere is a steam turbine described which has components,which are made of a metal having a surface on the catalyticAre trained to serve a concentration of a personTo reduce oxidant in a steam environment.
    [0013] Dieoben beschrieben und andere Merkmale werden durch die folgende detaillierteBeschreibung und Figuren exemplarisch veranschaulicht.TheDescribed above and other features are detailed by the followingDescription and figures exemplified.
    [0014] 1 veranschaulicht in einerfragmentarischen perspektivischen Ansicht eines Turbinenrotorlaufrads einefingerförmigeSchwalbenschwanzverbindung mit einer Turbinenradschaufel; 1 Figure 12 is a fragmentary perspective view of a turbine rotor impeller illustrating a finger-shaped dovetail connection with a turbine blade;
    [0015] 2 zeigt in einer perspektivischenAnsicht eine Tannenbaumverbindung zum Befestigen eines Dampfturbinenblattsan einer Turbinenradschaufel; 2 shows in a perspective view a Christmas tree connection for attaching a steam turbine blade to a turbine blade;
    [0016] 3 veranschaulicht in einerSeitenansicht eines pressverdichteten Spannungsprüflings relative Maße zum Erfasseneiner Risswachstumsrate; 3 Fig. 9 illustrates relative dimensions for detecting a crack growth rate in a side view of a compression-molded tension specimen;
    [0017] 4 zeigt eine graphischeZusammenfassung von gemessenen Risswachstumsraten als Funktion desKorrosionspotentials fürunbeschichtete und mit Edelmetall beschichtete pressverdichteteSpannungsprüflingeaus NiCrMoV fürzwei Span nungsniveaus, jeweils unter Bedingungen hohen und niedrigenKorrosionspotentials; 4 Figure 4 is a graphical summary of measured crack growth rates as a function of corrosion potential for NiCrMoV uncoated and noble metal coated, NiCrMoV stress test specimens for two stress levels, each under conditions of high and low corrosion potential;
    [0018] 5 veranschaulicht in Diagrammendie zeitliche Abhängigkeitvon gemessenen Risslängenfür unbeschichtetepressverdichtete Spannungsprüflingeaus NiCrMoV bei zwei Spannungsniveaus, jeweils unter Bedingungenhohen und niedrigen Korrosionspotentials; 5 Fig. 3 is a graph showing the time dependence of measured crack lengths for uncoated NiCrMoV compressed compression specimens at two voltage levels, each under conditions of high and low corrosion potential;
    [0019] 6 veranschaulicht grafischgemessenen Risslängenals Funktion der Zeit fürmit Edelmetall beschichtete pressverdichtete Spannungsprüflinge ausNiCrMoV bei zwei Spannungsniveaus, jeweils unter Bedingungen hohenund niedrigen Korrosionspotentials; und 6 Figure 4 illustrates graphically measured crack lengths as a function of time for NiCrMoV precious metal coated, press-compacted voltage probes at two voltage levels, each under conditions of high and low corrosion potential; and
    [0020] 7 veranschaulicht grafischgemessenen Risslängenals Funktion der Zeit fürmit Edelmetall beschichtete pressverdichtete Spannungsprüflinge ausNiCrMoV bei zwei Spannungsniveaus, jeweils unter Bedingungen hohenund niedrigen Korrosionspotentials. 7 Figure 4 illustrates graphically measured crack lengths as a function of time for NiCrMoV precious metal coated, press-compacted voltage probes at two voltage levels, each under conditions of high and low corrosion potential.
    [0021] Eswird nun auf die Figuren der Zeichnungen und insbesondere auf 1 verwiesen, in der einefragmentarische perspektivische Ansicht eines für den Einsatz in einer Dampfturbinegeeigneten exemplarischen Rotors gezeigt ist, wobei die Dampfturbineeine Anzahl von Stufen und jede Stufe ein Rotorlaufrad 10 aufweist, andem eine Vielzahl von Schaufeln 12 befestigt sind. JederRotor 10 weist einen Schwalbenschwanz 14 auf, dermit mehreren sich in Umfangsrichtung erstreckenden, radial nachaußenvorragenden Fingern 16 versehen ist, die zwischen einanderNuten 18 definieren. Die Nuten 18 nehmen komplementär gestalteteSchwalbenschwanzfinger 20 auf, die einen Abschnitt desSchaufelschwalbenschwanzes 22 bilden. Wie zu sehen, sind durchjeden Finger 20 des Schaufelschwalbenschwanzes 22 eineVielzahl axial fluchtender Bohrungen 24 ausgebildet, wobeihier drei veranschaulicht sind, die mit entsprechenden Öffnungen 26 fluchten,wenn der Schaufelschwalbenschwanz 22 an den Schwalbenschwanz 14 desLaufrads 10 angelegt wird. Stifte 28 dienen dazu, dieSchaufeln 12 an dem Laufrad 10 zu sichern. Esist klar, dass die Schaufelschwalbenschwänze aneinander gereiht werden,um eine in Umfangsrichtung angeordnete Reihe von Schaufeln um dasLaufrad herum zu bilden, und sich im Betrieb in dem heißen Strömungspfadder Turbine befinden, z.B. in dem Dampfstrompfad einer Dampfturbine.It will now turn to the figures of the drawings and in particular 1 in which is shown a fragmentary perspective view of an exemplary rotor suitable for use in a steam turbine, wherein the steam turbine is a number of stages and each stage is a rotor impeller 10 has, on which a plurality of blades 12 are attached. Every rotor 10 has a dovetail 14 on, with a plurality of circumferentially extending, radially outwardly projecting fingers 16 is provided, which grooves between each other 18 define. The grooves 18 take complementarily designed dovetail fingers 20 on that a section of the scoop dovetail 22 form. As you can see, are through each finger 20 the shovel swallowtail 22 a plurality of axially aligned holes 24 formed, wherein three are illustrated here, with corresponding openings 26 aligned when the blade dovetail 22 to the dovetail 14 of the impeller 10 is created. pencils 28 serve the blades 12 on the impeller 10 to secure. It is clear that the blade dovetails are lined up to form a circumferentially spaced series of blades around the impeller and are in operation in the hot flowpath of the turbine, eg in the steam flow path of a steam turbine.
    [0022] Fernerist in 1 ein Riss Cin dem Schwalbenschwanz 14 gezeigt, der auf ein Auftreteneines oder mehrerer der oben erwähntenFehlermechanismen, z.B. auf Spannungsrisskorro sion zurückzuführen ist.Da sich der Schwalbenschwanz 14 im Betrieb in dem Bereichhoher Spannung des Laufrads befindet, hat sich herausgestellt, dassein Ausfall in jedem Fall in dem Schwalbenschwanz 14 auftritt,bevor es zu irgend einem Ausfall in den übrigen radial innenliegendenBereichen des Laufrads 10 kommt.Furthermore, in 1 a crack C in the dovetail 14 shown due to occurrence of one or more of the above-mentioned failure mechanisms, for example on Spannungsrisskorro sion. As the dovetail 14 When operating in the high voltage range of the impeller, it has been found that a failure in any case in the dovetail 14 occurs before there is any failure in the remaining radially inner regions of the impeller 10 comes.
    [0023] 2 veranschaulicht eine allgemeinmit dem Bezugszeichen 30 versehene alternative Schwalbenschwanzverbindung,die üblicherweiseals eine Tannenbaumverbindung bezeichnet wird. Die Tannenbaumkonfigurationermöglichtein Befestigen der Turbinenschaufel an der Turbinenradschaufel.Die Tannenbaumverbindung weist im Allgemeinen mehrere Lastaufnahmeflächen 32 undStege oder ebene Flächen 34 auf. NachlängeremGebrauch besteht die Gefahr, dass sich allmählich Risse C, wie gezeigt,in Bereichen hoher Spannungen bilden. 2 Figure 1 illustrates generally with the reference numeral 30 provided alternative dovetail connection, which is commonly referred to as a Christmas tree connection. The fir-tree configuration allows attachment of the turbine blade to the turbine blade. The Christmas tree connection generally has several load-bearing surfaces 32 and webs or flat surfaces 34 on. After prolonged use, there is a risk that cracks C will gradually form in areas of high stress as shown.
    [0024] Imfolgenden ist ein Verfahren zur Reduktion der Spannungsrisskorrosionvon Dampfturbinenkomponenten offenbart, wie z.B. an dem oben beschriebenenRissbildungsort C des Schwalbenschwanzes, der im Laufe der Zeitdurch Exposition in der in der Dampfturbine erzeugten Dampfumgebungauftreten kann. Das Verfahren beinhaltet ein Beschichten der gegendie Spannungsrisskorrosion am meisten anfälligen Dampfturbinenkomponentenmit einem katalytisch wirksamen Quantum Edelmetall. Es hat sichherausgestellt, dass ein wie im folgenden beschriebenes Beschichtender Dampfturbinenkomponenten mit dem Edelmetall den Sauerstoffanteilin der Dampfumgebung vorteilhafterweise reduziert, was zu einemSenken des Korrosionspotentials unter einen kritischen Wert führt, vondem an genommen wird, dass er maßgebendfür eineauf Spannungskorrosion zurückzuführende Rissbildungist.In the following, a method for reducing the stress corrosion cracking of steam turbine components is disclosed, such as at the above-described cracking site C of the dovetail, which in the Over time, exposure may occur in the steam environment created in the steam turbine. The method involves coating the most susceptible to stress corrosion cracking turbine components with a catalytically effective amount of noble metal. It has been found that coating the steam turbine components with the noble metal as described below advantageously reduces the oxygen content in the steam environment, resulting in a lowering of the corrosion potential below a critical value that is believed to be critical to stress corrosion is attributable to cracking.
    [0025] Invielen Komponenten und an vielen Stellen einer Dampfturbine reichtein einmaliges oder periodisches Anwenden des Edelmetall aus, umeine katalytische Flächezu erzielen und aufrechtzuerhalten. Das Edelmetall katalysiert inVerbindung mit einem Reduktionsmittel die Rekombination von in derDampfumgebung vorhandenem Sauerstoff. Falls bereits ausreichendeMengen von Reduktionsmittel in der Dampfumgebung vorhanden sind,wird lediglich eine Spurenmenge des Edelmetalls auf die problematischenBereiche aufgebracht, womit eine wirtschaftliche und effizienteLösungzur Reduktion der Spannungsrisskorrosion geschaffen ist.Inmany components and in many places a steam turbine enougha single or periodic application of the precious metal toa catalytic surfaceto achieve and maintain. The noble metal catalyzes inCompound with a reducing agent the recombination of in theSteam environment existing oxygen. If already sufficientQuantities of reducing agent are present in the steam environment,only a trace amount of the precious metal is on the problematicApplied areas, bringing an economic and efficientsolutioncreated for the reduction of stress corrosion cracking.
    [0026] Diefür Dampfturbinenrotoreneingesetzten Stählesind im Allgemeinen auf NiCrMoV-Legierungen basierende Martensitstähle, dadiese eine hohe Festigkeit in Kombination mit einer gewissen Korrosionsresistenz aufweisen.Martensitstählesind magnetisch und lassen sich wie Kohlenstoffstähle durchWärmebehandlung vergüten undhärten.Eine Wärmebehandlungvon Martensitstählenbewirkt im Allgemeinen eine Erhöhungder Festigkeit mit einer entsprechenden proportionalen Verringerungder Dehnbarkeit in Verbindung mit einer Steigerung der Härte. Unterder Bedingung einer Vergütung,sinkt zunehmend die Widerstandsfähigkeitgegen Spannungsrisskorrosion und durch Wasserstoff ausgelösten Zerfalloder Rissbildung.Thefor steam turbine rotorsused steelsare generally martensitic steels based on NiCrMoV alloys, sincethese have a high strength in combination with a certain corrosion resistance.martensiticare magnetic and can be passed through like carbon steelsCompensate heat treatment andcure.A heat treatmentof martensite steelsgenerally causes an increasestrength with a corresponding proportional reductionextensibility in conjunction with an increase in hardness. Underthe condition of remuneration,increasingly the resistance decreasesagainst stress corrosion cracking and hydrogen-induced decayor cracking.
    [0027] Vorzugsweisewird bei jenen Komponenten, die für die Rotoren und/oder Schaufelkomponentender Dampfturbine verwendet werden, eine katalytische Schicht auseinem Metall der Platingruppe auf der Metalllegierung abgeschieden.Zu geeigneten Metalllegierungszusammensetzungen zählen Legierungenaus Kohlenstoffstahl, legierter Stahl, rostfreier Stahl, Nickelbasislegierungen,auf Kobalt basierende Legierungen, und dergleichen. Die Edelmetallbeschichtungkatalysiert die stöchiometrischeVerbindung von Reduktionsstoffen, z.B. Wasserstoff, mit oxidativenStoffen, z.B. Sauerstoff, die in dem Dampf, Wasser und/oder Kondensatvorhanden sind. Ein derartiger katalytischer Vorgang an der Oberfläche derLegierung ist in der Lage, das Korrosionspotential der Legierungunterhalb eines kritischen Korrosionspotentials zu senken, bei demdie Spannungsrisskorrosion auf ein Minimum reduziert ist. Als Folgehiervon wird die Wirksamkeit des Hinzufügens von Wasserstoff in dieDampfumgebung zum Absenken des elektrochemischen Potentials vonKomponenten, die aus den Legierung hergestellt und dem injiziertenWasser ausgesetzt sind, um ein Vielfaches erhöht.Preferablyis at those components that for the rotors and / or blade componentsthe steam turbine are used, a catalytic layera platinum group metal deposited on the metal alloy.Suitable metal alloy compositions include alloyscarbon steel, alloy steel, stainless steel, nickel base alloys,cobalt-based alloys, and the like. The precious metal coatingcatalyzes the stoichiometricCompound of reducing agents, e.g. Hydrogen, with oxidativeFabrics, e.g. Oxygen in the steam, water and / or condensateavailable. Such a catalytic process at the surface ofAlloy is capable of reducing the corrosion potential of the alloybelow a critical corrosion potential, in whichstress corrosion cracking is reduced to a minimum. As a resultof these, the effectiveness of adding hydrogen to theSteam environment for lowering the electrochemical potential ofComponents made from the alloy and injectedWater are exposed many times over.
    [0028] Eszeigte sich, dass es möglichist, eine wirksame katalytische Aktivität auf martensitischen Metalllegierungsflächen zuerzielen, falls das Metallsubstrat derartiger Flächen eine katalytische Schichtaus einem Metall der Platingruppe aufweist. Zu Metallen der Platingruppe,die eine effektive katalytische Aktivität zur Verfügung haben, gehören Platin,Palladium, Ruthenium, Iridium, Osmium, Rhodium und Kombinationendavon, die mindestens eines der erwähnten Metalle der Platingruppeaufweisen. Außerdemreichen verhältnismäßig geringeMengen des Metalls der Platingruppe aus, um eine effektive katalytischeSchicht zu erzeugen, die eine wirksame ka talytische Aktivität an derOberflächedes Metallsubstrats aufweist. Es stellte sich beispielsweise heraus,dass eine Beimengung von wenigstens etwa 0,01 Gewichtsprozent, vorzugsweisewenigstens 0,1 Gewichtsprozent, in eine Legierung eine katalytischeSchicht schafft, die ausreicht, um das Korrosionspotential der beschichtetenDampfturbinenkomponente unterhalb des kritischen Potentials zu senken.Die Beimengung eines Metalls der Platingruppe kann bis zu einemAnteil enthalten sein, der die metallurgischen Eigenschaften, wieStärke,Dehnbarkeit und Festigkeit der Legierung, nicht wesentlich beeinträchtigt.Die Beimengung kann durch Verfahren vorgenommen werden, wie sieaus dem Stand der Technik bekannt sind, beispielsweise durch Hinzufügen in eineSchmelze der Legierung oder durch Oberflächenlegieren.Itit turned out to be possibleis to have an effective catalytic activity on martensitic metal alloy surfacesif the metal substrate of such surfaces is a catalytic layermade of a metal of the platinum group. To metals of the platinum group,that have effective catalytic activity, include platinum,Palladium, ruthenium, iridium, osmium, rhodium and combinationsof which, at least one of the mentioned platinum group metalsexhibit. Furthermoreare relatively smallQuantities of the platinum group metal to an effective catalyticTo produce a layer which has an effective catalytic activity at thesurfaceof the metal substrate. For example, it turned outthat an admixture of at least about 0.01 weight percent, preferablyat least 0.1 weight percent, in an alloy a catalytic oneLayer creates sufficient to the corrosion potential of the coatedLower steam turbine component below the critical potential.The addition of a platinum group metal can reach up to oneContain its share of metallurgical properties, such asStrength,Elasticity and strength of the alloy, not significantly affected.The admixture can be made by procedures such asare known in the art, for example by adding in aMelting of the alloy or by surface alloying.
    [0029] Darüber hinausschafft ein Beschichten mit dem Metall der Platingruppe oder einBeschichten mit einer Legierung, die, wie oben beschrieben, eineBeimengung eines Metalls der Platingruppe enthält, oder ein Volumenlegierenvon Metallen der Platingruppe eine katalytische Schicht und katalytischeAktivitätan der Oberflächedes Metalls. Die katalytische Aktivität ist in der Lage eine Absenkungdes überUnregelmäßigkeiteneiner Beschichtung hinweg bestehenden Korrosionspotentials zu erreichen,indem Oxidanzien auf den exponierten Bereichen reduziert werden.Es wird angenommen, dass Beschichtungsunregelmäßigkeiten, die eine Metalloberfläche bisetwa 100 μmvon der nächstbenachbartenBeschichtung entfernt exponiert lassen, durch die katalytische Schichtgeschütztwerden. Geeignete Beschichtungen können ex situ oder in situ aufden Dampfturbinenkomponenten durch aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannteVerfahren abgeschieden werden, um kontinuierliche oder weitgehenddurchgängigeBeschichtungen auf Metallsubstraten aufzubringen, beispielsweisedurch Plasmaspritzen, Flammspritzen, chemisches Aufdampfen, physikalischeAufdampfverfahren wie Sprühen,Schweißverfahrenwie Metallschutzgasschweißen,stromlose Abscheidung, elektrolytisches Beschichten, und dergleichen.In einem bevorzugten Ausführungsbeispielwird stromlose Abscheidung verwendet, um das Edelmetall zu Beschichten,indem in die Dampfturbine währendderen Betrieb eine edelmetallhaltige Lösung injiziert wird. Der primäre Mechanismusder Abscheidung basiert auf einem Oxidieren von Wasser und einerReduktion des Metallkatalysators auf der Oberfläche der Metallkomponente, z.B.2H2O → 4H+ + O2 + 4e–;und Pt+4 + 4e– → Pt.In addition, coating with the platinum group metal or coating with an alloy containing an addition of a platinum group metal as described above or volume alloying of platinum group metals provides a catalytic layer and catalytic activity on the surface of the metal. The catalytic activity is capable of lowering the corrosion potential across the irregularities of a coating by reducing oxidants on the exposed areas. It is believed that coating irregularities that leave a metal surface exposed to about 100 microns from the nearest adjacent coating are protected by the catalytic layer. Suitable coatings may be deposited ex situ or in situ on the steam turbine components by methods well known in the art; to apply continuous or substantially continuous coatings to metal substrates, for example by plasma spraying, flame spraying, chemical vapor deposition, physical vapor deposition techniques such as spraying, welding processes such as gas metal arc welding, electroless plating, electrolytic plating, and the like. In a preferred embodiment, electroless plating is used to coat the noble metal by injecting a noble metal-containing solution into the steam turbine during its operation. The primary mechanism of deposition is based on oxidizing water and reducing the metal catalyst on the surface of the metal component, eg 2H 2 O → 4H + + O 2 + 4e - ; and Pt + 4 + 4e - → Pt.
    [0030] Dasehr geringe Flächenkonzentrationenausreichen, um die katalytische Schicht zu schaffen und das Korrosionspotentialdes Metalls zu reduzieren, werden die Verarbeitung, die physikalischen,metallurgischen oder mechanischen Eigenschaften der Legierungenund der daraus ausgebildeten Komponenten nicht erheblich beeinflusst.Darüberhinaus bewirken relativ geringe Mengen an Reduktionsstoffen wieWasserstoff ein Absenken des Korrosionspotentials der Metallkomponentenunterhalb des kritischen Potentials, weil der Wirkungsgrad der Verbindungvon Oxidations- und Reduktionsstoffen durch die katalytische Schichtum ein Vielfaches erhöhtwird. Beispielsweise kann die Risswachstumsrate einer Dampfturbinenkomponente,die eine katalytische Schicht aus dem Metall der Platingruppe aufweistund einem Dampf niedriger Temperatur mit einem Sauerstoffgehaltvon 8,2 Teilchen pro Million (ppm) ausgesetzt ist, durch das Hinzufügen von1,26 ppm Wasserstoff zu dem Wasser auf 0,007 Zoll pro Jahr reduziertwerden. Demgegenüberweist die Risswachstumsrate derselben Komponente, die nicht miteiner katalytischen Schicht aus einem Metall der Platingruppe versehen istund Wasser niedriger Temperatur (150°C) mit einem Sauerstoffanteilvon 200 ppb (ppb = Teile pro Milliarde) ausgesetzt wird, eine Risswachstumsratevon 0,35 Zoll pro Jahr auf. Ein Senken der Risswachstumsrate auf 0,003Zoll pro Jahr kann erreicht werden, wenn dem Dampf 95 ppb Wasserstoffhinzugefügtwerden. Allerdings ist diese Menge an Wasserstoff um etwa über 300Prozent größer alsder Anteil an Wasserstoff, der erforderlich ist, um ähnlicheErgebnisse mit einer mit Edelmetall behandelten Komponente zu erreichen.Therevery low surface concentrationssufficient to create the catalytic layer and the corrosion potentialof the metal, the processing, the physical,metallurgical or mechanical properties of the alloysand the components formed therefrom are not significantly affected.About thatIn addition, relatively small amounts of reducing agents such asHydrogen a lowering of the corrosion potential of the metal componentsbelow the critical potential, because the efficiency of the compoundof oxidizing and reducing agents through the catalytic layerincreased many times overbecomes. For example, the crack growth rate of a steam turbine component,which has a catalytic layer of the platinum group metaland a low temperature steam with an oxygen contentof 8.2 particles per million (ppm) is exposed by adding1.26 ppm hydrogen to the water reduced to 0.007 inches per yearbecome. In contrast,indicates the crack growth rate of the same component that does nota catalytic layer of a platinum group metaland low temperature water (150 ° C) with an oxygen contentof 200 ppb (ppb = parts per billion), a crack growth rate0.35 inches per year. A decrease in crack growth rate to 0.003Customs per year can be reached when the steam is 95 ppb hydrogenaddedbecome. However, this amount of hydrogen is around 300+Percent greater thanthe proportion of hydrogen that is required to be similarTo achieve results with a component treated with precious metal.
    [0031] Reduktionsstoffe,die sich mit den oxidativen Stoffen in der Dampfumgebung verbindenlassen, stehen als herkömmlicheaus dem Stand der Technik bekannte Mittel zur Verfügung. Kurzgesagt, es werden Reduktionsstoffe wie Wasserstoff, Ammoniak oderHydrazin in die Wärmequelle(z.B. in den Dampferzeuger), den Dampferzeugerauslass, den Dampfkondenser,in die vielfältigenStufen der Dampfturbine, oder dergleichen injiziert. In den Kreislaufzurückgeführtes Wasserkann geprüftwerden, um die Konzentration von Reduktionsstoffen zu ermitteln.Falls erforderlich, werden zusätzlicheReduktionsstoffe in die Dampfturbine injiziert, um das Korrosionspotentialder Komponenten, die der Dampfumgebung ausgesetzt sind, unterhalbdes kritischen Potentials zu senken.Reducing substanceswhich combine with the oxidants in the steam environmentlet stand, than conventionalknown from the prior art means available. Shortsaid, it will be reducing agents such as hydrogen, ammonia orHydrazine in the heat source(for example to the steam generator), the steam generator outlet, the steam condenser,in the diverseStages of the steam turbine, or the like injected. Into the cyclerecycled watercan be testedto determine the concentration of reducing agents.If necessary, additionalReducing agents injected into the steam turbine to the corrosion potentialthe components that are exposed to the steam environment belowto lower the critical potential.
    [0032] DasMetall der Platingruppe wird vorzugsweise in die Dampfturbine alsorganometallische, organische oder anorganische Verbindungen oderin Form von Nanopartikeln eingebracht, die ein oder mehrere Metalle derPlatingruppe mit wenigstens einer Abmessung enthalten, die wenigerals 100 Nanometer (nm) beträgt.Das Metall der Platingruppe kann ferner während einer Verarbeitung durchVerfahren wie Guss- und Pulvermetallurgie in das interessierendeMetall legiert werden. Die Verbindungen können in Wasser löslich odernicht löslichsein (d. h. sie könnenLösungenoder Suspensionen in Wasser und/oder sonstigen Medien beispielsweise Alkoholenund/oder Säurenbilden). Beispiele bevorzugter Verbindungen von Platingruppenmetall,die verwendet werden könnensind Palladiumazetylazetonat, Palladiumnitrat, Palladiumazetat,Platinazetylazetonat, Hexahydroxyplatinsäure, NazPt(OH)6,Pt(NH3)4(NO3)2, Pt(NH3)2(NO3)2, K3Ir(NO2)6, Na3Rh(NO2)6 und K3Rh(NO2)6. Ohnedarauf beschränkenzu wollen, sind als weitere Beispiele zu erwähnen: Platin(IV)-Oxid (Pt(IV)O2), Platin(IV)-Oxidhydrat (Pt(IV)O2.xH2O, mit x gleich1 bis 10), Rhodium(II)-Azetat (Rh(II)ac2),Rhodium(III)-Nitrat (Rh(III)(NO3)3), Rhodium(III)-Oxid (Rh(III)2O3), Rhodium(III)-Oxidhydrat (Rh(III)2O3.xH2O, mit x gleich1 bis 10), Rhodium(III)-Phosphat (Rh(III)PO4)und Rhodium(III)-Sulfat (Rh(III)2(SO4)3).The platinum group metal is preferably incorporated into the steam turbine as organometallic, organic or inorganic compounds or in the form of nanoparticles containing one or more platinum group metals of at least one dimension that is less than 100 nanometers (nm). The platinum group metal may also be alloyed into the metal of interest during processing by methods such as cast and powder metallurgy. The compounds may be soluble or insoluble in water (ie, they may form solutions or suspensions in water and / or other media, for example, alcohols and / or acids). Examples of preferred platinum group metal compounds which can be used are palladium acetylacetonate, palladium nitrate, palladium acetate, platinum acetylacetonate, hexahydroxyplatinic acid, NazPt (OH) 6 , Pt (NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 , Pt (NH 3 ) 2 (NO 3 ) 2 , K 3 Ir (NO 2 ) 6 , Na 3 Rh (NO 2 ) 6 and K 3 Rh (NO 2 ) 6 . Without wishing to be limited to these, examples to be mentioned are platinum (IV) oxide (Pt (IV) O 2 ), platinum (IV) oxide hydrate (Pt (IV) O 2 .xH 2 O, where x is equal to 1 to 10), rhodium (II) acetate (Rh (II) ac 2 ), rhodium (III) nitrate (Rh (III) (NO 3 ) 3 ), rhodium (III) oxide (Rh (III) 2 O 3 ), rhodium (III) oxide hydrate (Rh (III) 2 O 3 .xH 2 O, where x is 1 to 10), rhodium (III) phosphate (Rh (III) PO 4 ) and rhodium (III) Sulfate (Rh (III) 2 (SO 4 ) 3 ).
    [0033] Beispielevon Mischungen der Verbindungen, die verwendet werden können, sindMischungen, die Platin und Iridium, Platin und Rhodium, oder dergleichenenthalten. Der Einsatz derartiger Mischungen führt zu einem Einbau von Edelmetallenauf der oxidierten Komponentenoberfläche beider Edelmetalle. Es stellte sichheraus, dass die Anwesenheit von Iridium oder Rhodium zusammen mitPlatin hohe Langlebigkeit ermöglicht.Es zeigte sich, dass eine Kombination von beispielsweise etwa 40bis etwa 80 ppb Pt und etwa 10 bis etwa 35 ppb Rh gute Haftungseigenschaften über große Zeitspannenermöglicht.Examplesmixtures of the compounds that can be usedMixtures containing platinum and iridium, platinum and rhodium, or the likecontain. The use of such mixtures leads to the incorporation of precious metalson the oxidized component surface of both precious metals. It turnedfound out that the presence of iridium or rhodium along withPlatinum allows high longevity.It turned out that a combination of, for example, about 40up to about 80 ppb Pt and about 10 to about 35 ppb Rh have good adhesion properties over long periods of timeallows.
    [0034] Obwohles offensichtlich ist, dass die herkömmliche Injektion von höheren Konzentrationenvon Wasserstoff in die Dampfumgebung der Dampfturbine geeignet ist,die Spannungsrisskorrosion wirksam zu reduzieren, hat es sich daherferner herausgestellt, dass die Effizienz des Reduktionsstoffs,z.B. Wasserstoffs, in dieser Rolle durch die schleppende Reaktionund Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser beschränkt ist.Was sich nun herausstellte und experimentell durch katalysierteWasserstoff-Wasser-Chemie nachgewiesen werden konnte, ist, dasssich eine Verbesserung in der Kombinationsrate von Wasserstoff und Sauerstoffauf Komponenten, die der Dampfumgebung ausgesetzt sind, mit reduziertenKonzentrationen von Wasserstoff erreichen lässt, indem die katalytischeAktivitätan der Oberflächeder martensitischen Komponente erhöht wird. Die aus dem Metallder Platingruppe ausgebildete katalytische Schicht senkt das Korrosionspotentialder Metallkomponente sogar in Anwesenheit höhere Sauerstoffkonzentrationen,die in der Abwesenheit von Katalysatoren nicht zugelassen werdenkönnen,unterhalb des kritischen Potentials.Thus, while it is apparent that the conventional injection of higher concentrations of hydrogen into the steam environment of the steam turbine is likely to effectively reduce stress corrosion cracking, it has also been found that the efficiency of the reducing agent, eg hydrogen, in this role is due to the sluggish Reaction and connection of hydrogen and oxygen to water is limited. What emerged, experimentally proved by catalyzed hydrogen-water chemistry, is that an improvement in the combined rate of hydrogen and oxygen to components exposed to the steam environment can be achieved with reduced concentrations of hydrogen by the catalytic Activity is increased at the surface of the martensitic component. The catalytic layer formed of the platinum group metal lowers the corrosion potential of the metal component below the critical potential, even in the presence of higher oxygen concentrations that can not be allowed in the absence of catalysts.
    [0035] Dienachfolgenden Beispiele dienen dazu, einige Ausführungsbeispiele der vorliegendenOffenbarung zu veranschauli chen. Diese sollen die Offenbarung jedochin keiner Weise beschränken.TheThe following examples serve to illustrate some embodiments of the present inventionRevelation illustrate. These are the revelation, howeverrestrict in any way.
    [0036] Indiesem Beispiel wurde eine Risswachstumsrate für pressverdichtete Spannungsprüflinge ausmit Edelmetall beschichteten und unbeschichteten NiCrMoV-Martensitstahlmit 0,2% Fließgrenzenvon 120 Ksi und 152 Ksi ermittelt. Über die Dauer des Tests wurdeeine konstante Last von 60 Ksi-in0,5 aufdie pressverdichteten Spannungsprüflinge ausgeübt. DiePrüflingewurden hochreinem Wasser bei einer Temperatur von 150°C ausgesetzt.In dem Wasser wurden Sauerstoffgas oder Sauerstoff- und Wasserstoffgasein speziellen Konzentrationen und zu speziellen Zeiten gelöst, um dasKorrosionspotential zu variieren. Die Abmessungen der pressverdichtetenSpannungsprüflingesind in 3 zu sehen,wobei die Breite (W) des pressverdichteten Spannungsprüflings 1Zoll und die Dicke 0,5 Zoll betrug; ein pressverdichteter Spannungsprüfling mitdiesen Abmessungen wird üblicherweiseals ein 0,5T-Prüflingbezeichnet.In this example, a crack growth rate was determined for noble metal coated and uncoated NiCrMoV martensite steels with 0.2% yield strengths of 120 Ksi and 152 Ksi. Over the duration of the test, a constant load of 60 Ksi-in- 0.5 was applied to the compression-molded tension specimens. The samples were exposed to high purity water at a temperature of 150 ° C. In the water, oxygen gas or oxygen and hydrogen gases were dissolved in specific concentrations and at specific times to vary the corrosion potential. The dimensions of the compacted tension specimens are in 3 see, wherein the width (W) of the compression molded test specimen 1 inch and the thickness was 0.5 inches; a compression molded voltage specimen of these dimensions is commonly referred to as a 0.5T specimen.
    [0037] Tabelle1 fasst die Ergebnisse der Risswachstumsraten (in Zoll pro Jahr)für dievielfältigenmit Edelmetallen behandelten bzw. unbehandelten pressverdichtetenPrüflingezusammen. 4 fasst diegewonnenen Daten grafisch zusammen.Table 1 summarizes the results of crack growth rates (in inches per year) for the various precious metal treated and untreated compacted samples. 4 summarizes the data collected graphically.
    [0038] DieErgebnisse zeigen deutlich, dass die mit Edelmetall behandeltenKomponenten den füreine Reduktion der Spannungsrisskorrosion erforderlichen Anteilan Wasserstoff durch eine katalytische Rekombination von Sauerstoffmit Wasserstoff erheblich reduzierten. Die Risswachstumsrate wurdedurch ein katalytisches Verringern des in dem Wasser vorhandenenSauerstoffanteils erheblich reduziert. Unbeschichtete pressverdichteteSpannungsprüflingewaren sehr anfälliggegen Spannungsrisskorrosion oder erforderten höhere Mengen an Reduktionsmittel,um die Risswachstumsrate zu reduzieren.TheResults clearly show that those treated with precious metalComponents fora reduction of stress corrosion cracking required fractionto hydrogen through a catalytic recombination of oxygensignificantly reduced with hydrogen. The crack growth rate wasby catalytically reducing the water present in the waterOxygen content significantly reduced. Uncoated press-compactedSpannungsprüflingewere very vulnerableagainst stress corrosion cracking or required higher amounts of reducing agent,to reduce the crack growth rate.
    [0039] 4 fasst Risswachstumsratenals Funktion des Korrosionspotentials grafisch zusammen. Bei niedrigenKorrosionspotentialen reduzierte ein Beschichten der Metallkomponentemit dem Edelmetallkatalysator die Risswachstumsrate noch weiter,obwohl der Anteil an Oxidanz (Sauerstoff) im Falle der beschichtetenMetallprüflingeim Vergleich zu den unbeschich teten Metallkomponenten erheblichgrößer war.Bei den höheren Korrosionspotentialen(höhereKonzentration von Sauerstoff, kein Reduktionsmittel) zeigte dasMaterial mit der höherenFließgrenze, übereinstimmendmit der Literatur, größere Risswachstumsraten. 4 graphically summarizes crack growth rates as a function of corrosion potential. At low corrosion potentials, coating the metal component with the noble metal catalyst further reduced the rate of crack growth, although the level of oxide (oxygen) in the case of the coated metal specimens was significantly greater compared to the uncoated metal components. At the higher corrosion potentials (higher concentration of oxygen, no reducing agent) the material showed with the higher yield point, consistent with the literature, greater crack growth rates.
    [0040] 5 veranschaulicht grafischdie Veränderungder Risslängeals Funktion der Zeit fürunbeschichtete pressverdichtete Spannungsprüflinge, die unterschiedlichenKonzentrationen von gelöstemSauerstoff (200 ppb) oder gelöstemWasserstoff (95 ppb) ausgesetzt wurden. Die Risswachstumsrate unterBedingungen eines hohen Korrosionspotentials (200 ppb Sauerstoff)betrug fürdie unbeschichteten pressverdichteten Spannungsprüflinge miteiner 0,2% Fließgrenzevon 120 Ksi 0,37 Zoll/Jahr und fürdie pressverdichteten Spannungsprüflinge mit einer 0,2% Fließgrenzevon 152 Ksi 0,35 Zoll/Jahr. Wasserstoff mit der Konzentration von 95ppb war erforderlich, um eine Umgebung mit niedrigem Korrosionspotentialausreichend zu unterstützen, umdie Risswachstumsrate fürdas Material mit einer 0,2% Fließgrenze von 152 Ksi auf 0,006Zoll pro Jahr und fürdie pressverdichtete Spannungsprüflingemit einer 0,2% Fließgrenzevon 120 Ksi auf 0,003 Zoll/Jahr zu reduzieren. 5 Graphically illustrates the change in crack length as a function of time for uncoated, compacted stress specimens exposed to varying concentrations of dissolved oxygen (200 ppb) or dissolved hydrogen (95 ppb). The crack growth rate under conditions of high corrosion potential (200 ppb oxygen) was 0.37 inches / year for the uncoated compression compacts with a 0.2% yield strength of 120 Ksi and for the compacted tension specimens with a 0.2% yield strength of 152 Ksi 0 , 35 inches / year. Hydrogen at the concentration of 95 ppb was required to adequately support a low corrosion potential environment to increase the rate of crack growth for the material with a 0.2% yield point of 152 Ksi to 0.006 inches per year and for the compression-molded tension specimens with a 0, 2% yield value from 120 Ksi to 0.003 in / year.
    [0041] 6 veranschaulicht grafischdie Veränderungder Risslängeals Funktion der Zeit fürmit Edelmetall beschichtete pressverdichtete Spannungsprüflinge,die unterschiedlichen Konzentrationen von gelöstem Sauerstoff (200 ppb) oderSauerstoff und Wasserstoff (zwei Konzentrationsgrade sind gezeigt,nämlich8,4 ppm und 1,26 ppm sowie 95 ppb Wasserstoff und 790 ppb Sauerstoff)ausgesetzt wurden. Fürden Prüflingmit hoher Zugfestigkeit (152 Ksi) ergab die Messung der Risswachstumsrateunter Bedingungen hohen Korrosionspotentials 0,32 Zoll/Jahr. Allerdingsergab die Messung der Risswachstumsrate trotz einer hohen Sauerstoffkonzentration0,002 Zoll pro Jahr, wenn die Umgebung ein Reduktionsmittel enthielt.In diesem Fall betrug die Konzentration von Wasserstoff 95 ppb unddie Konzentration von Sauerstoff 790 ppb, und zeigte damit an, dasseine bedeutende katalytische Aktivität zu einer wesentlichen Senkungdes Korrosionspotentials führt. 6 Figure 4 illustrates graphically the change in crack length as a function of time for noble metal coated compacted voltage samples exhibiting different concentrations of dissolved oxygen (200 ppb) or oxygen and hydrogen (two levels of concentration, namely 8.4 ppm and 1.26 ppm and 95 ppb Hydrogen and 790 ppb of oxygen). For the high tensile test specimen (152 Ksi), the crack growth rate measurement under high corrosion potential conditions was 0.32 inches / year. However, the measurement of crack growth rate, despite high oxygen concentration, was 0.002 inches per year when the environment contained a reducing agent. In this case, the concentration of hydrogen was 95 ppb and the concentration of oxygen was 790 ppb, indicating that significant catalytic activity resulted in a significant reduction in corrosion potential.
    [0042] 7 veranschaulicht grafischdie Veränderungder Risslängeals Funktion der Zeit fürmit Edelmetall beschichtete pressverdichtete Spannungsprüflinge.Das Material mit geringerer Zugfestigkeit zeigte unter Bedingungenhohen Korrosionspotentials (200 ppb Sauerstoff) eine Risswachstumsratevon 0,080 Zoll pro Jahr. Im Gegensatz dazu zeigte der unbeschichtetePrüfling(siehe 4) eine Risswachstumsratevon 0,35 Zoll pro Jahr. Darüberhinaus ist es offensichtlich, dass das Hinzufügen von 1,26 ppm Wasserstoffzu Wasser mit einem Sauerstoffgehalt von 8,4 ppm das Korrosionspotentialsenkt, wie es durch die reduzierte Risswachstumsrate von 0,0069Zoll pro Jahr angezeigt ist. 7 Graphically illustrates the change in crack length as a function of time for noble metal coated compacted stress specimens. The lower tensile material exhibited a crack growth rate of 0.080 inches per year under conditions of high corrosion potential (200 ppb oxygen). In contrast, the uncoated specimen (see 4 ) a crack growth rate of 0.35 inches per year. In addition, it is apparent that the addition of 1.26 ppm hydrogen to water with an oxygen content of 8.4 ppm lowers the corrosion potential as indicated by the reduced crack growth rate of 0.0069 inches per year.
    [0043] Dievorliegende Beschreibung weist einen vorteilhaften Weg, die Spannungsrisskorrosionzu reduzieren, indem die Lösungschemiedurch eine Verringerung des Sauerstoffgehalts modifiziert wird.Das Beschichten mit katalytischem Edelmetall katalysiert die Rekombinationvon Sauerstoff mit einem Reduktionsmittel. Falls bereits ausreichendReduktionsmittel in dem System vorhanden ist, erfordert die vorliegendeOffenbarung lediglich ein Abscheiden einer Spurenmenge des Edelmetallsauf die problematischen Bereiche.Thepresent description shows an advantageous way, the stress corrosion crackingreduce by adding the solution chemistryis modified by a reduction of the oxygen content.Catalytic noble metal coating catalyzes recombinationof oxygen with a reducing agent. If already sufficientReducing agent is present in the system requires the presentDisclosure merely depositing a trace amount of the noble metalon the problematic areas.
    [0044] EinVerfahren zur Reduktion der Spannungsrisskorrosion von Dampfturbinenkomponentenin einer Dampfumgebung beinhaltet den Schritt eines Beschichtensder Metallkomponenten der Dampfturbine mit einem Edelmetall. DasEdelmetall ist vorzugsweise ein Metall der Platingruppe, das ausder Gruppe ausgewählt wird,zu der Platin, Palladium, Osmium, Rhodium, Ruthenium, Iridium undKombinationen gehören,die mindestens eines der vorausgehenden Metalle der Platingruppeaufweisen. In noch einem Ausführungsbeispiel gehört zu demVerfahren der Schritt eines Beschichtens der Metallkomponenten miteinem Metall der Platingruppe und ein Einbringen eines Reduktionsmittelsin den Dampf, um die Spannungsrisskorrosion zu reduzieren. Fernerist hier eine Dampfturbine offenbart, die eine Metallkomponenteaufweist, mit einer Fläche,die mit einem Metall der Platingruppe beschichtet ist.OneMethod for reducing the stress corrosion cracking of steam turbine componentsin a steam environment involves the step of coatingthe metal components of the steam turbine with a precious metal. ThePrecious metal is preferably a platinum group metal that is derived fromthe group is selected,to the platinum, palladium, osmium, rhodium, ruthenium, iridium andBelong to combinations,the at least one of the preceding metals of the platinum groupexhibit. In yet another embodiment belongs to theMethod of the step of coating the metal components witha platinum group metal and an introduction of a reducing agentinto the steam to reduce stress corrosion cracking. FurtherHere is a steam turbine disclosed, which is a metal componenthaving, with an area,coated with a platinum group metal.
    [0045] Während dieOffenbarung anhand eines Ausführungsbeispielsbeschrieben wurde, ist es dem Fachmann klar, dass an deren Elementenvielfältige Änderungenvorgenommen werden könnenund die Beispiele durch äquivalenteAusführungensubstituiert werden können,ohne vom dem Gegenstand der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinauskönnenviele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation oderein spezielles Material an die Ausführungen der Offenbarung anzupassen,ohne von dem hauptsächlichenSchutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Offenbarung soll dahernicht auf die spe zielle Ausführungsformbeschränktsein, die als der beste in Betracht kommende Weg zum Ausführen dieserOffenbarung offenbart ist, sondern soll sämtliche Ausführungsbeispieleeinbeziehen, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.While theRevelation based on an embodimentIt is clear to the person skilled in the art that the elements of which have been describedvarious changescan be madeand the examples by equivalentversionscan be substituted,without departing from the subject matter of the disclosure. FurthermorecanMany modifications are made to a specific situation orto adapt a special material to the embodiments of the disclosure,without of the main oneDiverge range of the invention. The revelation should thereforenot on the spe cial embodimentlimitedwhich is considered the best way to do thisRevelation is disclosed, but is intended to all embodimentswhich fall within the scope of the appended claims.
    1010 Rotorlaufradrotor wheel 1212 Schaufelnshovel 1414 Schwalbenschwanzdovetail 1616 Fingerfinger 1818 Nutengroove 2020 Komplementär ausgebildeteSchwalbenschwanzfingerComplementarily traineddovetail finger 2222 Schaufelschwalbenschwanzblade dovetail 2424 Bohrungendrilling 2626 Öffnungenopenings 2828 Stiftepencils 3030 TannenbaumschwalbenschwanzTannenbaum dovetail 3232 LastaufnahmeflächenLoad bearing surfaces 3434 Stegeoder ebene FlächenStegeor flat surfaces CC RissCrack
    权利要求:
    Claims (10)
    [1]
    Verfahren zur Reduktion der Spannungsrisskorrosionin einer Flächeeiner Metallkomponente, die geeignet ist für den Einsatz in Dampfturbinen,mit den Schritten: Erzeugen einer katalytischen Stelle aufder Flächeder Metallkomponente; und Exponieren der Fläche der Metallkomponente ineiner Dampfumgebung, wobei die Fläche katalytische Stellen aufweist.Method for reducing stress corrosion crackingin a planea metal component suitable for use in steam turbines,with the steps:Create a catalytic site onthe areathe metal component; andExposing the surface of the metal component ina steam environment, the area having catalytic sites.
    [2]
    Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt:Hinzufügeneines Reduktionsmittels in die Dampfumgebung.The method of claim 1, further comprising the step:Adda reducing agent in the steam environment.
    [3]
    Verfahren nach Anspruch 1, wobei die katalytischeStelle aus einem Metall der Platingruppe gebildet wird.The method of claim 1, wherein the catalyticBody is made of a platinum group metal.
    [4]
    Verfahren nach Anspruch 3, wobei zu dem Metall derPlatingruppe Platin, Palladium, Ruthenium, Iridium, Osmium, Rhodiumoder Kombinationen gehören,die mindestens eines der vorausgehenden Metalle aufweisen.The method of claim 3, wherein to the metal ofPlatinum group, palladium, ruthenium, iridium, osmium, rhodiumor combinations,having at least one of the preceding metals.
    [5]
    Verfahren gemäß einemder vorhergehenden Ansprüche,wobei das Exponieren der Flächeder Metallkomponente in der Dampfumgebung eine Konzentration einesOxidanz in der Dampfumgebung reduziert.Method according to oneof the preceding claims,the exposure of the areathe metal component in the steam environment, a concentration of aOxidant reduced in the steam environment.
    [6]
    Verfahren gemäß einemder vorhergehenden Ansprüche,wobei die Dampfumgebung eine Temperatur aufweist, die geringer istals eine überkritischeTemperatur von Wasser.Method according to oneof the preceding claims,wherein the steam environment has a temperature that is loweras a supercriticalTemperature of water.
    [7]
    Verfahren gemäß einemder vorhergehenden Ansprüche,wobei die katalytische Stelle durch ein Verfahren gebildet wird,das Plasmaspritzen, Flammspritzen, chemisches Aufdampfen, physikalischeAufdampfverfahren, Schweißen,stromloses Abscheiden oder elektrolytisches Beschichten verwendet.Method according to oneof the preceding claims,wherein the catalytic site is formed by a process,plasma spraying, flame spraying, chemical vapor deposition, physicalVapor deposition, welding,electroless plating or electrolytic plating.
    [8]
    Dampfturbine mit: Komponenten, die aus einemMetall ausgebildet sind, das eine Fläche aufweist, die mit katalytischenStellen versehen ist, die dazu dienen, eine Konzentration einesOxidanz in einer Dampfumgebung zu reduzieren.Steam turbine with:Components made of oneMetal are formed, which has a surface with catalyticProvision is made for a concentration of a bodyTo reduce oxidant in a steam environment.
    [9]
    Dampfturbine nach Anspruch 7, bei der die katalytischenStellen ein Metall der Platingruppe enthalten, das aus der Gruppeausgewähltwird, zu der Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Osmium, Rutheniumund Kombinationen gehören,die mindestens eines der vorausgehenden Metalle aufweisen.Steam turbine according to claim 7, wherein the catalyticMake a platinum group metal that is from the groupselectedbecomes, to the platinum, palladium, rhodium, iridium, osmium, rutheniumand combinations belong,having at least one of the preceding metals.
    [10]
    Dampfturbine nach Anspruch 7 oder 8, bei der dieDampfumgebung eine Temperatur aufweist, die geringer als etwa 150°C ist.Steam turbine according to claim 7 or 8, wherein theSteam environment has a temperature that is less than about 150 ° C.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20040258192A1|2004-12-23|
    JP2005009491A|2005-01-13|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2007-08-30| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2009-11-19| 8131| Rejection|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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