成果報告書詳細
管理番号20130000000109
タイトル平成23年度?平成24年度成果報告書 省エネルギー革新技術開発事業 実用化開発 高効率ガスタービン用アドバンスド遮熱コーティング実用化研究開発
公開日2013/3/28
報告書年度2011 - 2012
委託先名株式会社 日立製作所
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約Cool Earthエネルギー革新技術開発ロードマップでの高効率天然ガス火力発電を達成する為、ガスタービンの高温化に対応した、現用の耐熱温度850度級の遮熱コーティングに替わる耐熱温度950度級のアドバンスド遮熱コーティング(A-TBC)の実用化検討を実機試験により行った。本実用化研究開発においては次の(1)?(3)の各項目で研究開発を行った。(1)単結晶翼へのA-TBCの施工技術と膜厚及びバリヤ層成分の検査方法。(2)実機動翼回転場での高温、遠心力に対する動的信頼性評価(実機試験)。(3)レアメタル、レアアースのリユースとなる寿命劣化したTBC単結晶翼の再コーティング技術開発。
 本研究開発の結果、以下の成果が得られ、目標を達成できた。(1)めっき電極形状を最適化し、動翼へのNi/Ni-Re多層めっき膜の均一成膜技術を開発し、成膜後の膜厚及び成分について、蛍光X線を用いた拡散バリヤ層成分(Re)、多層めっき膜の膜厚の非破壊検査を確立した。(2)初段単結晶動翼を精密鋳造で作製し、拡散バリヤ型A-TBC施工の量産化技術を確立。実機試験用の初段単結晶動翼を商用運転中の中容量ガスタービン(弊社H-25型、五井コーストエナジー(株)五井発電所)に搭載し実機試験を実施。ボアスコープ点検により剥離等の問題が無く、信頼性を確認した。(3)再コーティング技術の開発に先立ち、高温長時間でバリヤ層の分解挙動、組成変化を調査し、バリヤ層変質メカニズムを明らかにした。長時間暴露により変質したバリヤ層の除去プロセスと加熱試験による表面の健全性判定が可能であることを確認し、再コーティングプロセスの見通しを得た。
英文要約In order to achieve high efficient LNG power plant raised by “Cool Earth project”, operating temperature of gas turbines have became higher and higher these years. To against high temperature, 950 deg C class advanced thermal barrier coating (A-TBC) for single crystal (SC) alloys which will replace 850 deg C class conventional TBC had developed. In this project, aiming to put the A-TBC into practical application, verification test on SC first stage turbine blade equipped with A-TBC were carried out.
Followings are research subjects in this project. (1) Development of coating process of A-TBC on SC turbine blade and non-destructive inspection method to examine barrier thickness and composition. (2) Verification test on A-TBC turbine blades under high temperature and centrifugal stress condition by using H-25 gas turbine. (3) Development of re-coating process of A-TBC enables a reuse of rare metal.
In this project, the subjects mentioned above were achieved successfully. Results of this project are summarized as follows. (1) Targeted uniform thick multi layer Ni/Ni-Re plating was successfully formed on the first stage turbine. Non-destructive inspection method to examine barrier thickness and composition by using X-ray fluorescence was developed. (2) SC alloy turbine blades were made by precision casting and mass production trial A-TBC had been done successfully by employing developed A-TBC coating process. Verification test on A-TBC were carried out in H-25 gas turbine during commercial operation at Goi Coast Energy power plant. After prolonged operation, appearance of A-TBC turbine blades were assessed by bore scope inspection. The result showed that no indication of damage such as spallation of A-TBC and durability of A-TBC was confirmed. (3) Prior to develop re-coating process, degradation mechanisms of diffusion barrier were clarified in terms of structure and composition changes accompanied by long term exposure at high temperature. Removal process of aged diffusion barrier and heating test procedure which inspect cleanness of turbine blade surface after coating removal was developed. Above mentioned developed processes provide the perspective on re-coating of A-TBC.
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