專利名稱：渦輪轉(zhuǎn)子以及汽輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由分割開的渦輪轉(zhuǎn)子的構(gòu)成部分熔敷而成的渦輪轉(zhuǎn) 子，特別涉及各構(gòu)成部分由優(yōu)選的耐熱合金、耐熱鋼形成的渦輪轉(zhuǎn)子 以及具有該渦輪轉(zhuǎn)子的汽輪機(jī)。
背景技術(shù)：
關(guān)于包括汽輪機(jī)在內(nèi)的火力發(fā)電設(shè)備，自石油危機(jī)以來，節(jié)能化 被強(qiáng)力推進(jìn)，而且近年來，從保護(hù)地球環(huán)境的角度考慮，C02的排放 量受到抑制的技術(shù)引人注目。作為它的一個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)備高效率化的需 求得以提高。
為了提高汽輪機(jī)的發(fā)電效率，使蒸氣溫度高溫化是非常有效的，
在近年的汽輪機(jī)火力發(fā)電設(shè)備中，其蒸氣溫度上升到60(TC以上。將 來在世界上可以看到汽輪機(jī)的蒸氣溫度上升到65(TC進(jìn)而上升到700 "C的傾向。
在支撐接受該高溫蒸氣而旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉片的渦輪轉(zhuǎn)子中，由于高溫 蒸氣也在渦輪轉(zhuǎn)子的周圍回流，因而渦輪轉(zhuǎn)子的溫度成為高溫。再者， 在渦輪轉(zhuǎn)子中，由于渦輪轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生高的應(yīng)力。因此，渦輪轉(zhuǎn) 子必須能夠承受高溫和高應(yīng)力。在這樣的渦輪轉(zhuǎn)子中，對(duì)于特別高溫 的部位，往往由Ni基合金構(gòu)成，該Ni基合金即使在高溫下，也具有 高強(qiáng)度。在這樣使用Ni基合金的情況下，由于可能制造的尺寸存在上 限，而且Ni基合金的價(jià)格較高，因此，僅在必須由Ni基合金構(gòu)成的 部位使用Ni基合金，除此以外的部位則優(yōu)選由鋼鐵材料構(gòu)成。
在這種情況下，最近也公開了一種通過組合Ni基合金與鋼鐵材料 而形成渦輪轉(zhuǎn)子的技術(shù)。這里，在采用焊接等方法將Ni基合金與鋼鐵 材料進(jìn)行連接而形成渦輪轉(zhuǎn)子的情況下，為了極力減少使用Ni基合金
的部位的大小，連接的鋼鐵材料也一般選擇能夠承受高溫的種類。具體地說，公開了一種將Ni基合金與12Cr鋼進(jìn)行連接而構(gòu)成汽輪機(jī)渦 輪轉(zhuǎn)子的技術(shù)，其中流入汽輪機(jī)的是675'C 700。C的高溫蒸氣(例如 參照專利文獻(xiàn)1)。另外，還公開了一種將12Cr鋼與CrMoV鋼進(jìn)行連 接而構(gòu)成汽輪機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)2)。如上所述，為了獲得高的發(fā)電效率，主蒸氣和再熱蒸氣的溫度都 有逐漸上升的趨勢。另外，為了實(shí)現(xiàn)蒸氣溫度超過650。C的氣輪機(jī)， 汽輪機(jī)各部位如果使用與以前相同的材料，氣輪機(jī)便不能承受高溫蒸 氣。于是，有效的方法是將耐熱性高的Ni基合金用于氣輪機(jī)的高溫部 位。但是，在上述以前的通過組合Ni基合金與12Cr鋼以形成渦輪轉(zhuǎn) 子的方法中，由于Ni基合金的線膨脹系數(shù)與12Cr鋼的線膨脹系數(shù)之 間具有較大差異，因而存在的問題是在接合部分產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。專利文獻(xiàn)1:特開2004-36469號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:特開2000-64805號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容于是，本發(fā)明是為解決上述的問題而完成的，其目的在于提供一 種渦輪轉(zhuǎn)子以及汽輪機(jī)，其可以降低渦輪轉(zhuǎn)子高溫部和渦輪轉(zhuǎn)子低溫 部的接合部中的熱膨脹差，可以在650'C級(jí)以上的高溫蒸氣下工作。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種渦輪轉(zhuǎn)子， 具有該渦輪轉(zhuǎn)子的汽輪機(jī)可導(dǎo)入65(TC以上的高溫蒸氣，所述渦輪轉(zhuǎn) 子的特征在于所采用的構(gòu)成是分別將根據(jù)蒸氣溫度的不同而劃分為 由Ni基合金構(gòu)成的部分和由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的部位釆用熔敷方 法進(jìn)行連接，所述由Ni基合金構(gòu)成的部分和所述由CrMoV鋼構(gòu)成的 部分的連接部、以及所述由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的蒸氣溫度維持在 58(TC以下。根據(jù)該渦輪轉(zhuǎn)子，所采用的構(gòu)成是根據(jù)蒸氣溫度的不同而劃分為
由Ni基合金構(gòu)成的部分和由CrMoV鋼構(gòu)成的部分，并采用熔敷方法 將各自的部分進(jìn)行連接，因而可以抑制接合部中熱應(yīng)力的發(fā)生。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種渦輪轉(zhuǎn)子，具有該渦輪 轉(zhuǎn)子的汽輪機(jī)可導(dǎo)入65(TC以上的高溫蒸氣，所述渦輪轉(zhuǎn)子的特征在 于:所采用的構(gòu)成是分別將根據(jù)金屬溫度的不同而劃分為由Ni基合金 構(gòu)成的部分和由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的部位采用熔敷方法進(jìn)行連接， 在所述由Ni基合金構(gòu)成的部分和所述由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的連接 部、以及所述由CrMoV鋼構(gòu)成的部分設(shè)置冷卻機(jī)構(gòu)，將曝露在溫度 高于580'C的蒸氣中的所述連接部以及所述由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的 金屬溫度維持在580'C以下。根據(jù)該渦輪轉(zhuǎn)子，由于設(shè)置了冷卻機(jī)構(gòu)，因而可以將在曝露于溫 度高于58(TC的蒸氣中的區(qū)域所配置的、由Ni基合金構(gòu)成的部分和由 CrMoV鋼構(gòu)成的部分的連接部以及由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的金屬溫 度維持在58(TC以下。另外，汽輪機(jī)具有上述的渦輪轉(zhuǎn)子，也可以構(gòu)成能夠?qū)?50°C 以上的高溫蒸氣的汽輪機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的渦輪轉(zhuǎn)子以及汽輪機(jī)，其可以降低渦輪轉(zhuǎn)子高溫部 和渦輪轉(zhuǎn)子低溫部的接合部中的熱膨脹差，可以在65(TC級(jí)以上的高 溫蒸氣下工作。


圖1是示意表示本發(fā)明第1實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子的構(gòu)成的俯視圖。 圖2是具有本發(fā)明第1實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子的超高壓汽輪機(jī)的上 半殼體部的剖視圖。圖3是示意表示本發(fā)明第2實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子的構(gòu)成的俯視圖。 符號(hào)說明10 渦輪轉(zhuǎn)子 20 前部軸21 前部低溫密封(packing)部 22 前部高溫密封部
23 前部高溫動(dòng)葉部25 后部低溫密封部 30、31接合部110 內(nèi)部殼體112 主蒸氣管114 動(dòng)葉116 冷卻蒸氣24 后部低溫動(dòng)葉部26 后部軸100超高壓汽輪機(jī)111外部殼體113噴嘴115噴嘴箱具體實(shí)施方式
下面參照

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。 (第1實(shí)施方案)圖1是示意表示本發(fā)明第1實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子10的構(gòu)成的俯視如圖1所示，渦輪轉(zhuǎn)子10包括前部軸20，前部低溫密封部21， 前部高溫密封部22，前部高溫動(dòng)葉部23，后部低溫動(dòng)葉部24，后部 低溫密封部25，以及后部軸26。前部軸20以及前部低溫密封部21是一體構(gòu)成的。另外，前部高 溫密封部22以及鑲嵌設(shè)置有動(dòng)葉的前部高溫動(dòng)葉部23是一體構(gòu)成的。 再者，后部軸26、后部低溫密封部25以及鑲嵌設(shè)置有動(dòng)葉的后部低 溫動(dòng)葉部24也是一體構(gòu)成的。另外，前部低溫密封部21通過焯接與 前部高溫密封部22連接而形成接合部30，前部高溫動(dòng)葉部23通過焊 接與后部低溫動(dòng)葉部24連接而形成接合部31，它們作為一個(gè)整體構(gòu) 成一個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子IO。此外，前部軸20、后部軸26分別受到圖中未示 出的軸承的支撐，從而使渦輪轉(zhuǎn)子10受到水平支撐。另外，接合部30以及接合部31所設(shè)定的位置被曝露于溫度為580 。C以下的蒸氣中，接合部30以及接合部31的金屬溫度維持在5S(TC 以下。另外，前部低溫密封部21、后部低溫動(dòng)葉部24以及后部低溫 密封部25所設(shè)定的位置也被曝露于溫度為58(TC以下的蒸氣中，前部
低溫密封部21、后部低溫動(dòng)葉部24以及后部低溫密封部25、進(jìn)而前 部軸20以及后部軸26的金屬溫度維持在58(TC以下。在此，之所以 將接合部30、接合部31、前部軸20、前部低溫密封部21、后部低溫 動(dòng)葉部24、后部低溫密封部25以及后部軸26的金屬溫度維持在580 t:以下，是因?yàn)榭梢苑€(wěn)定使用構(gòu)成這些部位的材料的高溫極限溫度大 約為580°C。下面就構(gòu)成渦輪轉(zhuǎn)子10的前部軸20、前部低溫密封部21、前部 高溫密封部22、前部高溫動(dòng)葉部23、后部低溫動(dòng)葉部24、后部低溫 密封部25以及后部軸26的構(gòu)成材料進(jìn)行說明。(1)前部軸20、前部低溫密封部21、后部低溫動(dòng)葉部24、后部 低溫密封部25以及后部軸26的構(gòu)成材料前部軸20、前部低溫密封部21、后部低溫動(dòng)葉部24、后部低溫 密封部25以及后部軸26由可以穩(wěn)定地使用至溫度為58(TC左右的 CrMoV鋼形成。形成這些前部軸20、前部低溫密封部21、后部低溫 動(dòng)葉部24、后部低溫密封部25以及后部軸26的CrMoV鋼的線膨脹 系數(shù)優(yōu)選在580。C下為13.3X10'6 15.3X10，C。之所以優(yōu)選使用具 有該范圍的線膨脹系數(shù)的CrMoV鋼，是為了減少該CrMoV鋼的線膨 脹系數(shù)與后述的前部高溫密封部22以及前部高溫動(dòng)葉部23的構(gòu)成材 料的線膨脹系數(shù)之差，從而抑制因線膨脹系數(shù)之差引起的接合部30、 31中熱應(yīng)力的發(fā)生。作為該CrMoV鋼的具體實(shí)例，可以列舉出下述(Ml)和(M2) 的化學(xué)組成范圍的材料。此外，CrMoV鋼并不局限于這些化學(xué)組成范 圍的材料，只要是可以穩(wěn)定地使用至溫度為58(TC左右、且為上述線 膨脹系數(shù)范圍的CrMoV鋼即可。(Ml) —種鋼鐵材料，其以重量％計(jì)，含有C: 0.24 0.34、 Si: 0,15 0.35、 Mn: 0.7 1、 Cr: 0.85 2.5、 V: 0.2 0.3、 Mo: 1 1.5， 余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，在不可避免的雜質(zhì)中，Ni: 0.5以下、 P: 0.035以下、S: 0.035以下。
(M2) —種如特開2005-60826號(hào)公報(bào)所記載的合金鋼，其以重 量°/。計(jì)，含有C: 0.05 0.15、 Si: 0.3以下(不包括0)、 Mn: 0.
1.5、 Ni: 1.0以下(不包括0)、 Cr:大于等于9.0但小于10、 V: 0.1 0.3、 Mo: 0.6 1.0、 W: 1.5 2.0、 Co: 1.0 4.0、 Nb: 0.02 0.08、 B: 0.001 0.008、 N: 0.005 0.1、 Ti: 0.001 0.03，余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)；通過回火熱處理，使M23C6型碳化物主要在晶界以及馬氏體板條邊界析出，在該馬氏體板條內(nèi)部使M2X型碳氮化物以及MX型碳 氮化物析出，M2X型碳氮化物的構(gòu)成元素中的V與Mo之間存在V〉 Mo的關(guān)系，該M23C6型碳化物、M2X型碳氮化物以及MX型碳氮化 物的析出物合計(jì)為2.0 4.0重量％。另外，作為前部軸20、前部低溫密封部21、后部低溫動(dòng)葉部24、 后部低溫密封部25以及后部軸26的構(gòu)成材料，例如也可以使用 P/oCrMoV鑄鋼等更為廉價(jià)的低合金鑄鋼。此外，上述(Ml)和(M2)中的不可避免的雜質(zhì)優(yōu)選盡可能使 其殘存含有率接近0%。(2)前部高溫密封部22以及前部高溫動(dòng)葉部23的構(gòu)成材料前部高溫密封部22以及前部高溫動(dòng)葉部23由可以穩(wěn)定地使用至 溫度為65(TC以上、具體地溫度為700'C左右的Ni基合金形成。形成 這些前部高溫密封部22以及前部高溫動(dòng)葉部23的Ni基合金的線膨脹 系數(shù)優(yōu)選在580。C下為11.5X10—6 17X10-6/°C。之所以優(yōu)選使用具有 該范圍的線膨脹系數(shù)的Ni基合金，是為了減少該Ni基合金的線膨脹 系數(shù)與前述的構(gòu)成前部軸20、前部低溫密封部21、后部低溫動(dòng)葉部 24、后部低溫密封部25以及后部軸26的CrMoV鋼的線膨脹系數(shù)之 差，從而抑制因線膨脹系數(shù)之差引起的接合部30、31中熱應(yīng)力的發(fā)生。作為該Ni基合金的具體實(shí)例，可以列舉出下述(M3) (M7) 的化學(xué)組成范圍的材料。此外，Ni基合金并不局限于這些化學(xué)組成范 圍的材料，只要是可以穩(wěn)定地使用至溫度為650'C以上、具體地溫度 為70(TC左右、且為上述線膨脹系數(shù)范圍的Ni基合金即可。(M3) —種Ni基合金，其以重量％計(jì)，含有C: 0.05 0.15、 Si: 0.01 1、 Mn: 0.01 1、 Cr: 20 24、 Mo: 8 10、 Co: 10 15、 B: 0扁1 0駕、Al: 0.8 1.5、 Ti: 0.1 0.6，余量為Ni以及不可避免 的雜質(zhì)，在不可避免的雜質(zhì)中，F(xiàn)e: 3以下、、Cu: 0.5以下、S: 0.015以下。(M4) —種Ni基合金，其以重量％計(jì)，含有C: 0.001 0.06、 Sh 0.01 0.4、 Cr: 14 18、 B: 0扁1 0扁、Al: 0.1 3、 Ti: 0.1 2、 Ni: 39 44，余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，在不可避免的雜質(zhì) 中，Mn: 0.4以下、Co: 1以下、Cu: 0.3以下、S: 0.015以下。(M5) —種Ni基合金，其以重量％計(jì)，含有C: 0.01 0.1、 Cr: 8 15、 Mo: 16 20、 Al: 0.8 1.5、 Ti: 0.1 1.5、余量為Ni以及不 可避免的雜質(zhì)。(M6) —種Ni基合金，其以重量％計(jì)，含有C: 0.01 0.2、 Cr: 15 25、 Mo: 8 12、 Co: 5 15、 Al: 0.8 1.5、 Ti: 0.1 2，余量 為Ni以及不可避免的雜質(zhì)。(M7) —種Ni基合金，其以重量％計(jì)，含有C: 0.01 0.2、 Cr: 10 20、 Mo: 8 12、 Al: 4 8、 Ti: 0.1 2、 Nb: 0.1 3，余量為 Ni以及不可避免的雜質(zhì)。此外，上述(M3) (M7)中的不可避免的雜質(zhì)優(yōu)選盡可能使 其殘存含有率接近0%。在此，上述化學(xué)組成范圍內(nèi)的Ni基合金的線膨脹系數(shù)在58(TC下， (M3)為13X10-6 15X10-6/。C，(M4)為15X 1(T6 17X 1(T6/°C， (M5) 為11.5X10-6 13.5X10-6/。C，(M6)為12.6X 1(T6 14.6X 1(T6/°C ， (M7) 為11.6X10—6 13.6X10-6廠C。另外，作為(M3)的化學(xué)組成范圍內(nèi)的 Ni基合金，具體地可以列舉出IN617(Inco公司生產(chǎn))等，作為(M7) 的化學(xué)組成范圍內(nèi)的Ni基合金，具體地可以列舉出IN713C (Iiico公 司生產(chǎn))等。另外，優(yōu)選將58(TC下(汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí))、Ni基合金的線膨脹系數(shù) 與CrMoV鋼的線膨脹系數(shù)之差設(shè)定為2X10—VC以下。這樣，之所以 優(yōu)選將Ni基合金的線膨脹系數(shù)與CrMoV鋼的線膨脹系數(shù)之差設(shè)定為 2X1(TV'C以下，是因?yàn)橐蚓€膨脹系數(shù)之差引起的接合部30、 31中熱 應(yīng)力的發(fā)生受到抑制。如前所述，在本發(fā)明的渦輪轉(zhuǎn)子10中，在接合部30以及接合部 31焊接接合的Ni基合金以及CrMoV鋼的線膨脹系數(shù)分別為11.5X 10-6 17X10-6/°C (Ni基合金)和13.3X10-6 15.3X10-6/°C (CrMoV 鋼)。也就是說，通過組合上述線膨脹系數(shù)的Ni基合金和CrMoV鋼， 可以將58(TC下(汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí))、各自的線膨脹系數(shù)之差設(shè)定為2X1(rVc以下。另一方面，在將以前的渦輪轉(zhuǎn)子所使用的通常的12Cr鋼與Ni基 合金進(jìn)行接合的情況下，各自的線膨脹系數(shù)之差大于上述Ni基合金和 CrMoV鋼的線膨脹系數(shù)之差，將產(chǎn)生大的熱應(yīng)力，因而是不優(yōu)選的。如上所述，根據(jù)第1實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子10，渦輪轉(zhuǎn)子10所采 用的構(gòu)成是:將根據(jù)蒸氣溫度和金屬溫度的不同而劃分為由Ni基合金 構(gòu)成的部分和由CrMoV鋼構(gòu)成的部分，并采用熔敷方法將線膨脹系 數(shù)之差較小的各自的部分進(jìn)行連接，因而可以抑制接合部中熱應(yīng)力的 發(fā)生。另外，將由Ni基合金構(gòu)成的部分和由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的 接合部、以及由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的金屬溫度維持在58(TC以下， 因而可以用作能夠?qū)?50。C以上的高溫蒸氣的汽輪機(jī)所具有的渦輪 轉(zhuǎn)子。下面參照?qǐng)D2就具有上述第1實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子10的超高壓汽 輪機(jī)100進(jìn)行說明。此外，這里表示的是超高壓汽輪機(jī)100具有渦輪 轉(zhuǎn)子10的一個(gè)實(shí)例，但即使是高壓汽輪機(jī)和中壓汽輪機(jī)等具有渦輪轉(zhuǎn) 子10，也可以獲得同樣的作用效果。圖2表示具有渦輪轉(zhuǎn)子10的超高壓汽輪機(jī)100的上半殼體部的剖 視圖。如圖2所示，超高壓汽輪機(jī)100具有包括內(nèi)部殼體110及設(shè)置在
其外側(cè)的外部殼體111的雙重構(gòu)造的殼體。另外，在內(nèi)部殼體110內(nèi) 貫穿設(shè)置有渦輪轉(zhuǎn)子IO。另外，在內(nèi)部殼體110的內(nèi)側(cè)面例如配設(shè)有 7級(jí)噴嘴113。在渦輪轉(zhuǎn)子10上，鑲嵌設(shè)置有動(dòng)葉114。再者，在超 高壓汽輪機(jī)100中，貫穿外部殼體111以及內(nèi)部殼體110而設(shè)置有主 蒸氣管112，而且主蒸氣管112的端部被連接為與面向動(dòng)葉114側(cè)而 導(dǎo)出蒸氣的噴嘴箱115連通。另外，在該超高壓汽輪機(jī)100中，設(shè)置有外部殼體冷卻手段，其 將作完膨脹功后的一部分蒸氣作為冷卻蒸氣116，導(dǎo)入內(nèi)部殼體110 與外部殼體111之間而使外部殼體111冷卻。接著，就超高壓汽輪機(jī)100的蒸氣的動(dòng)作進(jìn)行說明。 經(jīng)過主蒸氣管112流入超高壓汽輪機(jī)100內(nèi)的噴嘴箱115內(nèi)的溫 度為65(TC以上、例如為700'C左右的高溫蒸氣，通過固定在內(nèi)部殼體 110上的噴嘴113與鑲嵌設(shè)置在渦輪轉(zhuǎn)子10上的動(dòng)葉114 (前部高溫 動(dòng)葉部23以及后部低溫動(dòng)葉部24)之間的蒸氣通道而使渦輪轉(zhuǎn)子10 旋轉(zhuǎn)。渦輪轉(zhuǎn)子IO受到因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的強(qiáng)大的離心力的影響，向各部 施加很大的力。這里，就渦輪轉(zhuǎn)子10的蒸氣的動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)的說明。 從噴嘴箱115導(dǎo)出的70(TC左右的高溫蒸氣流入前部高溫動(dòng)葉部 23的前側(cè)(圖1中前部高溫動(dòng)葉部23左側(cè)的部分)。此時(shí)，前部高溫 動(dòng)葉部23前側(cè)的金屬溫度達(dá)70(TC左右的溫度。該高溫蒸氣在前部高 溫動(dòng)葉部23作膨脹功，在前部高溫動(dòng)葉部23的最后級(jí)，蒸氣溫度變 為58(TC以下。因此，從前部高溫動(dòng)葉部23的最后級(jí)開始的下游側(cè)的 金屬溫度可以維持在58(TC以下。也就是說，前部高溫動(dòng)葉部23和后 部低溫動(dòng)葉部24的接合部31、后部低溫動(dòng)葉部24、后部低溫密封部 25以及后部軸26的金屬溫度可以維持在580°C以下。接合部31和用 前述化學(xué)組成的CrMoV鋼(Ml、 M2等)形成的后部低溫動(dòng)葉部24、 后部低溫密封部25以及后部軸26在該580'C以下的溫度區(qū)可以確保 充分的強(qiáng)度。另外，形成前部高溫動(dòng)葉部23的Ni基合金和形成后部
低溫動(dòng)葉部24的CrMoV鋼在58(TC溫度下的線膨脹系數(shù)之差較小， 處于同等程度，因而可以充分減少在接合部31產(chǎn)生的熱應(yīng)力。另一方面，從噴嘴箱115導(dǎo)出的70(TC左右的高溫蒸氣流入前部 高溫密封部22，該蒸氣向前部低溫密封部21流動(dòng)。該高溫蒸氣在即 將流入前部低溫密封部21之前，低溫的密封蒸氣混入該70(TC左右的 高溫蒸氣中，使蒸氣溫度達(dá)到58(TC以下。然后，溫度為58(TC以下的 蒸氣流入前部低溫密封部21與前部高溫密封部22的接合部30、以及 前部低溫密封部21。因此，接合部30、前部低溫密封部21以及前部 軸20的金屬溫度可以維持在58(TC以下。接合部30和用前述化學(xué)組 成的CrMoV鋼(Ml、 M2等)形成的前部低溫密封部21以及前部軸 20在該溫度區(qū)可以確保充分的強(qiáng)度。另外，形成前部高溫密封部22 的Ni基合金和形成前部低溫密封部21的CrMoV鋼在580'C溫度下的 線膨脹系數(shù)之差較小，處于同等程度，因而可以充分減少在接合部30 產(chǎn)生的熱應(yīng)力。另外，在前部高溫動(dòng)葉部23以及后部低溫動(dòng)葉部24作完膨脹功 的大部分蒸氣被排放出去，并通過圖中未示出的低溫再熱管流入鍋爐 而進(jìn)行加熱。另一方面，作完膨脹功的一部分蒸氣作為冷卻蒸氣116 而被導(dǎo)入內(nèi)部殼體110與外部殼體111之間，以冷卻外部殼體111。 該冷卻蒸氣116從前部低溫密封部21或作完膨脹功的大部分蒸氣得以 排放出去的排氣通路而排放出去。如上所述，根據(jù)具有第1實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子10的汽輪機(jī)，渦輪 轉(zhuǎn)子10所采用的構(gòu)成是:將根據(jù)蒸氣溫度和金屬溫度的不同而劃分為 由Ni基合金構(gòu)成的部分和由CrMoV鋼構(gòu)成的部分，并采用熔敷方法 將線膨脹系數(shù)之差較小的各自的部分進(jìn)行連接，因而可以抑制接合部 中熱應(yīng)力的發(fā)生。另外，將由Ni基合金構(gòu)成的部分和由CrMoV鋼構(gòu) 成的部分的接合部、以及由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的金屬溫度維持在 58(TC以下，因而能夠?qū)?5(TC以上的高溫蒸氣，可以謀求熱效率的 提高。(第2實(shí)施方案)圖3是示意表示本發(fā)明第2實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子50的構(gòu)成的俯視 圖。此外，對(duì)于與第1實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子10的構(gòu)成相同的構(gòu)成部分 標(biāo)注相同的符號(hào)，在此省略或簡化重復(fù)的說明。在此，第2實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子50的構(gòu)成除了改變第1實(shí)施方案 的渦輪轉(zhuǎn)子10中前部高溫動(dòng)葉部23和后部低溫動(dòng)葉部24的構(gòu)成而設(shè) 置冷卻機(jī)構(gòu)以外，其余與第1實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子10的構(gòu)成相同。如 圖3所示，渦輪轉(zhuǎn)子50包括前部軸20，前部低溫密封部21，前部 高溫密封部22，前部高溫動(dòng)葉部60，后部低溫動(dòng)葉部61，后部低溫 密封部25，后部軸26，以及圖中未示出的冷卻機(jī)構(gòu)。渦輪轉(zhuǎn)子50中的前部高溫動(dòng)葉部60和后部低溫動(dòng)葉部61的接合 部70所形成的位置被曝露在溫度高于58(TC的蒸氣中。此外，前部高 溫動(dòng)葉部60和后部低溫動(dòng)葉部61的接合部70與第1實(shí)施方案同樣， 通過焊接進(jìn)行連接。另外，在曝露在溫度高于58(TC的蒸氣中的接合 部70以及后部低溫動(dòng)葉部61上設(shè)置圖中未示出的冷卻機(jī)構(gòu)，接合部 70以及后部低溫動(dòng)葉部61的金屬溫度可以維持在58(TC以下。冷卻機(jī)構(gòu)的構(gòu)成并沒有什么特別的限制，例如也可以向曝露在溫 度高于58(TC的蒸氣中的接合部70以及后部低溫動(dòng)葉部61的表面， 噴吹溫度低于58(TC的冷卻蒸氣，從而防止接合部70以及后部低溫動(dòng) 葉部61曝露在溫度高于58(TC的蒸氣中。另外，對(duì)于后部低溫動(dòng)葉部 61，也可以使冷卻蒸氣流過后部低溫動(dòng)葉部61內(nèi)部，從而對(duì)后部低溫 動(dòng)葉部61進(jìn)行冷卻。再者，使冷卻蒸氣從后部低溫動(dòng)葉部61內(nèi)部沿 表面噴出，借助于該冷卻蒸氣在后部低溫動(dòng)葉部61的表面形成冷卻蒸 氣膜，在該冷卻蒸氣膜的作用下，也可以防止后部低溫動(dòng)葉部61曝露 在溫度高于58(TC的蒸氣中。此外，前部高溫動(dòng)葉部60可以用與第1實(shí)施方案的前部高溫動(dòng)葉 部23相同的材料構(gòu)成，后部低溫動(dòng)葉部61可以用與第1實(shí)施方案的 后部低溫動(dòng)葉部24相同的材料構(gòu)成。
如上所述，根據(jù)第2實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子50，由于設(shè)置了冷卻機(jī) 構(gòu)，因而可以在曝露于溫度高于58(TC的蒸氣中的區(qū)域，設(shè)定接合部 70以及后部低溫動(dòng)葉部61。由此，可以減少使用高價(jià)Ni基合金的部 位，因而可以減少渦輪轉(zhuǎn)子的制造成本。另外，劃分為由Ni基合金構(gòu) 成的部分和由CrMoV鋼構(gòu)成的部分而構(gòu)成渦輪轉(zhuǎn)子50，并采用熔敷 方法將線膨脹系數(shù)之差較小的各自的部分進(jìn)行連接，因而可以抑制接 合部中熱應(yīng)力的發(fā)生。另外，將由Ni基合金構(gòu)成的部分和由CrMoV 鋼構(gòu)成的部分的接合部、以及由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的金屬溫度維 持在580°C以下，因而可以用作能夠?qū)?50°C以上的高溫蒸氣的汽輪 機(jī)所具有的渦輪轉(zhuǎn)子。下面就具有上述第2實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子50的超高壓汽輪機(jī)100 進(jìn)行說明。此外，具有渦輪轉(zhuǎn)子50的超高壓汽輪機(jī)100的構(gòu)成與具有 圖2所示的第1實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子IO的超高壓汽輪機(jī)100相同，故 而參照?qǐng)D2以及圖3，就超高壓汽輪機(jī)100的蒸氣的動(dòng)作進(jìn)行說明。 另外，這里表示的是超高壓汽輪機(jī)100具有渦輪轉(zhuǎn)子50的一個(gè)實(shí)例， 但即使是高壓汽輪機(jī)和中壓汽輪機(jī)等具有渦輪轉(zhuǎn)子50，也可以獲得同 樣的作用效果。經(jīng)過主蒸氣管112流入超高壓汽輪機(jī)100內(nèi)的噴嘴箱115內(nèi)的溫 度為65(TC以上、例如為70(TC左右的高溫蒸氣，通過固定在內(nèi)部殼體 110上的噴嘴113與鑲嵌設(shè)置在渦輪轉(zhuǎn)子50上的動(dòng)葉114 (前部高溫 動(dòng)葉部60以及后部低溫動(dòng)葉部61)之間的蒸氣通道而使渦輪轉(zhuǎn)子50 旋轉(zhuǎn)。渦輪轉(zhuǎn)子50受到因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的強(qiáng)大的離心力的影響，向各部 施加很大的力。這里，就渦輪轉(zhuǎn)子50的蒸氣的動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)的說明。 從噴嘴箱115導(dǎo)出的70(TC左右的高溫蒸氣流入前部高溫動(dòng)葉部 60的前側(cè)(圖3中前部高溫動(dòng)葉部60左側(cè)的部分)。此時(shí)，前部高溫 動(dòng)葉部60前側(cè)的金屬溫度達(dá)70(TC左右的溫度。該高溫蒸氣在前部高 溫動(dòng)葉部60作膨脹功，但在前部高溫動(dòng)葉部60的(渦輪)級(jí)數(shù)較少，
因而即使在前部高溫動(dòng)葉部60的最后級(jí)，蒸氣溫度也達(dá)580°C以上。 另外，采用冷卻機(jī)構(gòu)使溫度低于58(TC的冷卻蒸氣流過曝露在溫度高 于580'C的蒸氣中的接合部70以及后部低溫動(dòng)葉部61的表面，因而 接合部70以及后部低溫動(dòng)葉部61不會(huì)曝露580。C以上的蒸氣中。因 此，接合部70以及后部低溫動(dòng)葉部61的金屬溫度可以維持在5S0。C 以下。接合部70和用前述化學(xué)組成的CrMoV鋼(Ml、 M2等)形成 的后部低溫動(dòng)葉部61、后部低溫密封部25以及后部軸26在該溫度區(qū) 可以確保充分的強(qiáng)度。另外，形成前部高溫動(dòng)葉部60的Ni基合金和 形成后部低溫動(dòng)葉部61的CrMoV鋼在58(TC溫度下的線膨脹系數(shù)之 差較小，處于同等程度，因而可以充分減少在接合部70產(chǎn)生的熱應(yīng)力。 另一方面，從噴嘴箱115導(dǎo)出的70(TC左右的高溫蒸氣流入前部 高溫密封部22，該蒸氣向前部低溫密封部21流動(dòng)。該高溫蒸氣在即 將流入前部低溫密封部21之前，低溫的密封蒸氣混入該700'C左右的 高溫蒸氣中，使蒸氣溫度達(dá)到58(TC以下。然后，溫度為58(TC以下的 蒸氣流入前部低溫密封部21與前部高溫密封部22的接合部30、以及 前部低溫密封部21。因此，接合部30、前部低溫密封部21以及前部 軸20的金屬溫度可以維持在58(TC以下。接合部30和用前述化學(xué)組 成的CrMoV鋼(Ml、 M2等)形成的前部低溫密封部21以及前部軸 20在該溫度區(qū)可以確保充分的強(qiáng)度。另外，形成前部高溫密封部22 的Ni基合金和形成前部低溫密封部21的CrMoV鋼在58(TC溫度下的 線膨脹系數(shù)之差較小，處于同等程度，因而可以充分減少在接合部30 產(chǎn)生的熱應(yīng)力。另外，在前部高溫動(dòng)葉部60以及后部低溫動(dòng)葉部61作完膨脹功 的大部分蒸氣被排放出去，并通過圖中未示出的低溫再熱管流入鍋爐 而進(jìn)行加熱。另一方面，作完膨脹功的一部分蒸氣作為冷卻蒸氣116 而被導(dǎo)入內(nèi)部殼體110與外部殼體111之間，以冷卻外部殼體111。 該冷卻蒸氣116從前部低溫密封部21或作完膨脹功的大部分蒸氣得以 排放出去的排氣通路而排放出去。如上所述，根據(jù)具有第2實(shí)施方案的渦輪轉(zhuǎn)子50的汽輪機(jī)，由于 設(shè)置了冷卻機(jī)構(gòu)，因而可以在曝露于溫度高于58(TC的蒸氣中的區(qū)域， 設(shè)定接合部70以及后部低溫動(dòng)葉部61。由此，可以減少使用高價(jià)Ni 基合金的部位，因而可以減少汽輪機(jī)的制造成本。另外，劃分為由Ni 基合金構(gòu)成的部分和由CrMoV鋼構(gòu)成的部分而構(gòu)成渦輪轉(zhuǎn)子50，并 采用熔敷方法將線膨脹系數(shù)之差較小的各自的部分進(jìn)行連接，因而可 以抑制接合部中熱應(yīng)力的發(fā)生。另外，將由Ni基合金構(gòu)成的部分和由 CrMoV鋼構(gòu)成的部分的接合部、以及由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的金屬 溫度維持在58(TC以下，因而能夠?qū)?50'C以上的高溫蒸氣，可以謀 求熱效率的提高。(實(shí)施例1以及比較例1)在此，采用上述本發(fā)明的渦輪轉(zhuǎn)子所使用的Ni基合金和CiMoV 鋼，熔敷該Ni基合金和CrMoV鋼而構(gòu)成渦輪轉(zhuǎn)子，將其假定為試驗(yàn) 樣品1 (實(shí)施例1)，另外采用以前的異材焊接型渦輪轉(zhuǎn)子所使用的Ni 基合金和12Cr鋼，熔敷該Ni基合金和12Cr鋼而構(gòu)成渦輪轉(zhuǎn)子，將其 假定為試驗(yàn)樣品2 (比較例l)，并計(jì)算了在各自的接合部產(chǎn)生的熱應(yīng) 力。試驗(yàn)樣品1是將直徑為800mm、長度為1000mm的Ni基合金圓 柱體和直徑為800mm、長度為1000mm的CrMoV鋼圓柱體在各自的 斷面進(jìn)行焊接而成的。另外，作為Ni基合金使用IN617 (Inco公司生 產(chǎn))。另外，所使用的Ni基合金和CrMoV鋼在58(TC下的線膨脹系數(shù) 之差為0.3X10—6廠C。試驗(yàn)樣品2是將直徑為800mm、長度為1000mm的Ni基合金圓 柱體和直徑為800mm、長度為1000mm的12Cr鋼圓柱體在各自的斷 面進(jìn)行焊接而成的。另外，作為Ni基合金使用IN617(Inco公司生產(chǎn))， 作為12Cr鋼使用新12Cr鋼。另外，所使用的Ni基合金和12Cr鋼在 58(TC下的線膨脹系數(shù)之差為2.8X 10—6/°C。熱應(yīng)力計(jì)算的結(jié)果，試驗(yàn)樣品1中的熱應(yīng)力為28.8MPa，試驗(yàn)樣
品2中的熱應(yīng)力為269MPa。該結(jié)果清楚地表明試驗(yàn)樣品1的接合 部中的熱應(yīng)力小于試驗(yàn)樣品2的接合部中的熱應(yīng)力。以上通過實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了具體的說明，但本發(fā)明并不僅 僅局限于這些實(shí)施方案，在不脫離其宗旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變更。
權(quán)利要求
1.一種可導(dǎo)入650℃以上的高溫蒸氣的汽輪機(jī)所具有的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于所采用的構(gòu)成是分別將根據(jù)蒸氣溫度的不同而劃分為由Ni基合金構(gòu)成的部分和由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的部位采用熔敷方法進(jìn)行連接；所述由Ni基合金構(gòu)成的部分和所述由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的連接部、以及所述由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的蒸氣溫度維持在580℃以下。
2. —種可導(dǎo)入650'C以上的高溫蒸氣的汽輪機(jī)所具有的渦輪轉(zhuǎn) 子，其特征在于所采用的構(gòu)成是分別將根據(jù)金屬溫度的不同而劃分為由Ni基合 金構(gòu)成的部分和由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的部位采用熔敷方法進(jìn)行連 接；在所述由Ni基合金構(gòu)成的部分和所述由CrMoV鋼構(gòu)成的部分的 連接部、以及所述由CrMoV鋼構(gòu)成的部分設(shè)置冷卻機(jī)構(gòu)，將曝露在 溫度高于58(TC的蒸氣中的所述連接部以及所述由CrMoV鋼構(gòu)成的部 分的金屬溫度維持在580'C以下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于所述Ni 基合金的線膨脹系數(shù)與所述CrMoV鋼的線膨脹系數(shù)之差在熔敷部使 用時(shí)的溫度下為2X 10勺'C以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于 所述Ni基合金以重量。/。計(jì)，含有C: 0.05 0.15、 Si: 0.01 1、 Mn: 0.01 1、 Cr: 20 24、 Mo: 8 10、 Co: 10 15、 B: 0,0001 0.006、 Al: 0.8 1.5、 Ti: 0.1 0.6，余量為Ni以及不可避免的雜質(zhì)，在不可 避免的雜質(zhì)中，F(xiàn)e: 3以下、Cu: 0.5以下、S: 0.015以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于 所述Ni基合金以重量。/o計(jì)，含有C: 0.001 0.06、 Si: 0.01 0.4、 Cr: 14 18、 B: 0細(xì)1 0細(xì)、Ah 0.1 3、 Ti: 0.1 2、 Ni: 39 44， 余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，在不可避免的雜質(zhì)中，Mn: 0.4以下、 Co: 1以下、Cu: 0.3以下、S: 0.015以下。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于所述Ni基合金以重量y。計(jì)，含有C: 0.01 0.1、 Cr: 8 15、 Mo: 16 20、 Al: 0.8 1.5、 Ti: 0.1 1.5、余量為Ni以及不可避免的雜質(zhì)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于所述Ni基合金以重量o/o計(jì)，含有C: 0.01 0.2、 Cr: 15 25、 Mo: 8 12、 Co: 5 15、 Al: 0.8 1.5、 Ti: 0.1 2，余量為Ni以及不可避免 的雜質(zhì)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于所述Ni基合金以重量。/。計(jì)，含有C: 0.01 0.2、 Cr: 10 20、 Mo: 8 12、 Al: 4 8、 Ti: 0.1 2、 Nb: 0.1 3，余量為Ni以及不可避免的 雜質(zhì)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 8的任一項(xiàng)所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于 所述CrMoV鋼以重量％計(jì)，含有C: 0.24 0.34、 Si: 0.15 0.35、 Mn: 0.7 1、 Cr: 0.85 2.5、 V: 0.2 0.3、 Mo: 1 1.5，余量為Fe 以及不可避免的雜質(zhì)，在不可避免的雜質(zhì)中，Ni: 0.5以下、P: 0.035 以下、S: 0.035以下。
10. —種可導(dǎo)入65(TC以上的高溫蒸氣的汽輪機(jī)，其特征在于 具有權(quán)利要求1 9的任一項(xiàng)所述的渦輪轉(zhuǎn)子。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種渦輪轉(zhuǎn)子以及汽輪機(jī)，其可以降低渦輪轉(zhuǎn)子高溫部和渦輪轉(zhuǎn)子低溫部的接合部中的熱膨脹差，可以在650℃級(jí)以上的高溫蒸氣下工作?？梢詫?dǎo)入650℃以上高溫蒸氣的汽輪機(jī)具有渦輪轉(zhuǎn)子(10)，該渦輪轉(zhuǎn)子(10)所采用的構(gòu)成是分別將前部軸(20)、前部低溫密封部(21)、前部高溫密封部(22)、前部高溫動(dòng)葉部(23)、后部低溫動(dòng)葉部(24)、后部低溫密封部(25)以及后部軸(26)的分割部分進(jìn)行熔敷而使其連接在一起。另外，前部軸(20)、前部低溫密封部(21)、后部低溫動(dòng)葉部(24)、后部低溫密封部(25)以及后部軸(26)用CrMoV鋼形成，前部高溫密封部(22)以及前部高溫動(dòng)葉部(23)用Ni基合金形成。
文檔編號(hào)F01D5/02GK101158289SQ20071010815
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月4日
發(fā)明者久保貴博, 福田雅文 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝