高中壓渦輪的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請為2012年1月26日提交的、申請?zhí)枮?01280015162. 1、國際申請?zhí)枮镻CT/ JP2012/051643的、發(fā)明名稱為"旋轉機械的轉子及旋轉機械"的申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發(fā)明涉及一種旋轉機械的轉子及旋轉機械，特別涉及一種高中壓渦輪。
【背景技術】
[0003] 當前，在使用蒸汽渦輪機進行的火力發(fā)電時，通常在600°C級以下的蒸汽條件下進 行發(fā)電。在該蒸汽條件下，在構成蒸汽渦輪機的渦輪轉子、動葉片等主要部件中多使用例如 12Cr鋼等尚Cr鋼（尚絡鋼、鐵氧體系耐熱鋼）。
[0004] 然而，近年來，為了應對削減C02排出量、進一步提高熱效率的要求，期望在700°C 級以上的蒸汽條件下進行發(fā)電。然而，當在該蒸汽條件下使用鐵氧體系耐熱鋼時，主要部件 的高溫強度發(fā)生不足。
[0005] 因此，為了確保更高的高溫強度，在主要部件中使用Ni基合金（鎳基合金）。然 而，當使用該Ni基合金時，存在難以使主要部件大型化而且成本增加的缺點。
[0006] 在下述專利文獻1中，為了實現(xiàn)渦輪轉子的大型化和成本抑制，通過焊接將由Ni 基合金形成的第一部件與由高Cr鋼形成的第二部件接合而構成渦輪轉子。并且，通過使用 特定組成的Ni基合金來確保接合部的強度。
[0007] 專利文獻1 :國際公開第2009/154243號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 然而，通常Ni基合金具有熱傳導率低且線膨脹系數(shù)大的性質。因此，在蒸汽渦輪 起動時，渦輪轉子（Ni基合金）的外側比內(nèi)側溫度高而大幅度地熱膨脹，因此具有在渦輪轉 子的內(nèi)部產(chǎn)生過大的應力的問題。
[0009] 而且，當花費時間進行預熱以使渦輪轉子整體逐漸升溫時，雖然能夠抑制熱應力 的產(chǎn)生，但存在蒸汽渦輪機的迅速起動受到妨礙的問題。
[0010] 本發(fā)明考慮到這種情況而作出，目的在于容許旋轉機械的迅速起動，并抑制在轉 子處產(chǎn)生的熱應力。
[0011] 即，本發(fā)明的旋轉機械的轉子中，繞著軸線延伸的外周部的周圍由定子包圍，工作 流體在上述定子與上述外周部之間劃定的流路中流通，具有在上述軸線延伸的軸向上彼此 接合的多個轉子部件，這多個轉子部件中，上述流路的工作流體導入部處的第一轉子部件 由Ni基合金構成且內(nèi)部在上述軸向全長上是中空的。
[0012] 這樣一來，與將內(nèi)部形成為實心的情況相比，第一轉子部件的熱容減小。由此，在 進行旋轉機械的迅速起動時，可抑制在第一轉子部件內(nèi)部的外側和內(nèi)側產(chǎn)生的溫度差而使 第一轉子部件整體性地升溫。由此，能夠抑制在第一轉子部件的內(nèi)部產(chǎn)生的熱應力。因此， 能夠容許旋轉機械的迅速起動，并能夠抑制在轉子處產(chǎn)生的熱應力。
[0013] 而且，可以是，上述多個轉子部件包含第二轉子部件，該第二轉子部件沿著上述軸 向與上述第一轉子部件鄰接且由高Cr鋼構成。
[0014] 這樣一來，與利用Ni基合金形成轉子整體的情況相比，能夠抑制轉子的成本。而 且，利用與Ni基合金相比具有優(yōu)異的易成型性的高Cr鋼來形成轉子的一部分，由此能夠容 易地進行轉子的制造。
[0015] 而且，可以是，上述第一轉子部件形成為，上述軸向中央側的壁厚為上述軸向的端 部的壁厚以上，且在上述軸向的中央部的內(nèi)徑與外徑之比為1/2以上。
[0016]這樣一來，能夠進一步抑制在第一轉子部件的內(nèi)部的外側與內(nèi)側產(chǎn)生的溫度差， 能夠進一步抑制在第一轉子部件的內(nèi)部產(chǎn)生的熱應力。而且，能夠確保第一轉子部件所需 的強度。
[0017] 而且，可以是，上述工作流體導入部形成有多個，上述第一轉子部件在多個上述工 作流體導入部中的至少兩個以上上述工作流體導入部處的各個內(nèi)徑互不相同。
[0018]這樣一來，能夠按照各工作流體導入部來調(diào)整溫度分布。
[0019] 而且，可以是，上述第一轉子部件在上述軸向上的多個部位處的各個內(nèi)徑互不相 同。
[0020] 這樣一來，能夠在上述軸向上的多個部位調(diào)整溫度分布。
[0021] 而且，可以是，上述第一轉子部件至少在上述軸向的一部分按照內(nèi)徑從一側朝向 另一側逐漸減小的方式以錐形形成有孔。
[0022] 這樣一來，能夠在第一轉子部件中沿著軸向進行溫度調(diào)整。
[0023] 而且，可以是，對于上述Ni基合金，以重量％計，C為0.15%以下，Si為1%以下， Mn為1%以下，Cr為5~15%，Mo、W及Re中的一種或兩種以上的Mo+(W+Re)/2為17~ 25%，A1為0. 2~2%，Ti為0. 5~4. 5%，F(xiàn)e為10%以下，含有B及Zr中的一種或兩種、 其中B為0. 02%以下、Zr為0. 2%以下，Al+Ti的原子％為2. 5~7. 0%，其余部分由Ni和 不可避免的雜質構成。
[0024] 而且，可以是，對于上述Ni基合金，以重量％計，C為0.15%以下，Si為1%以下， Mn 為 1% 以下，Cr 為 5 ~20%，M〇 為 17 ~26%，且Mo+(W+Re)/2 為 17 ~27%，A1 為 0? 1 ~ 2%，Ti為0. 1~2%，F(xiàn)e為10%以下，B為0. 02%以下及Zr為0. 2%以下，Al+Ti的原子％ 為1~5. 5%，其余部分由Ni和不可避免的雜質構成。
[0025] 而且，可以是，對于上述Ni基合金，以重量％計，C為0. 15%以下，Si為1%以下， Mn為1%以下，Cr為5~20%，Mo、W及Re中的一種或兩種以上的Mo+(W+Re)/2為17~ 27%，A1 為 0? 1 ~2%，Ti 為 0? 1 ~2%，F(xiàn)e 為 10% 以下，B 為 0? 001 ~0? 02%及 Zr 為 0. 001~0. 2%，Nb+Ta/2為1. 5%以下，Co為5%以下，其余部分由Ni和不可避免的雜質構 成。
[0026] 而且，可以是，對于上述Ni基合金，以重量％計，C為0.15%以下，Si為1%以 下，Mn為1%以下，Cr為5~20%，W為10%以下，Mo、W及Re中的一種或兩種以上的 Mo+(W+Re)/2 為 5 ~20%，A1 為 0? 1 ~2. 5%，Ti 為 0? 10 ~0? 95%，F(xiàn)e 為 4% 以下，B 為 0? 001 ~0? 02%及 Zr 為 0? 001 ~0? 2%，Nb+Ta/2 為 1. 5% 以下，Al+Ti+Nb+Ta 的原子％為 2. 0~6. 5%，其余部分由Ni和不可避免的雜質構成。
[0027] 而且，可以是，對于上述Ni基合金，以重量％計，C為0.005~0. 1%，Cr為8~ 15%，W為5~20%，M〇為1~7%，A1為0? 5~1. 0%，Ti為1. 0~2. 5%，其余部分由Ni 和不可避免的雜質構成。
[0028] 而且，可以是，對于上述Ni基合金，以重量％計，C為0.005~0. 15%，Cr為8~ 22%，&)為5~30%，1為5~20%，]?〇為1~9%，六1為0.1~2.0%，11為0.3~2.5%， B為0. 015%以下，Mg為0. 01%以下，其余部分由Ni和不可避免的雜質構成。
[0029] 即，若分別利用由上述各組成所構成的Ni基合金來形成第一轉子部件，則能夠確 保該第一轉子部件與由高Cr鋼形成的第二轉子部件之間的接合部的強度。
[0030] 而且，本發(fā)明的旋轉機械具有：上述轉子；及定子，包圍上述轉子的周圍，且向該 定子與上述轉子之間劃定的流路導入工作流體。
[0031] 這樣一來，即使在工作流體的溫度變得比較高的條件下使用了 Ni基合金，也容許 旋轉機械的迅速起動，并抑制在轉子處產(chǎn)生的熱應力。由此，能夠獲得良好的運轉性能并能 夠防止轉子的破損。并且，通過將工作流體的溫度設定得比較高，能夠充分應對削減〇) 2排 出量、進一步提高熱效率的要求。
[0032] 發(fā)明效果
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的旋轉機械的轉子，能夠容許旋轉機械的迅速起動，并抑制在轉子處 產(chǎn)生的熱應力。
[0034] 而且，根據(jù)本發(fā)明的旋轉機械，能夠獲得良好的運轉性能并能夠防止轉子的破損。
【附圖說明】
[0035] 圖1是本發(fā)明的第一實施方式的高中壓渦輪T1的概略結構剖面圖，是高中壓渦輪 T1的包含軸線P的子午剖面圖。
[0036] 圖2是本發(fā)明的實施方式的軸體11的放大剖面圖。
[0037] 圖3是本發(fā)明的第二實施方式的高中壓渦輪T2的軸體11A的放大剖面圖。
[0038] 圖4是本發(fā)明的第三實施方式的高中壓渦輪T3的軸體11B的放大剖面圖。
[0039] 圖5是本發(fā)明的第四實施方式的高中壓渦輪T4的軸體11C的放大剖面圖。
【具體實施方式】
[0040] 以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式。
[0041](第一實施方式）
[0042] 圖1是本發(fā)明的第一實施方式的高中壓渦輪（旋轉機械）T1的概略結構剖面圖， 是高中壓渦輪T1的包括軸線P的子午剖面圖。另外，在以下的說明中，將軸線P的延伸方 向稱為"渦輪軸向（軸向）"、將軸線P的周向稱為"渦輪周向"、將軸線P的徑向稱為"渦輪 徑向"。
[0043] 如圖1所示，高中壓渦輪T1在渦輪軸向的一側構成高壓渦輪（旋轉機械）1A，在渦 輪軸向的另一側構成中壓渦輪（旋轉機械）1B。
[0044] 高中壓渦輪T1具有轉子10和定子50。
[0045] 轉子10具有被支承為能夠旋轉的軸體11和在軸體11構成多個的動葉片列 12(12A、12B)。
[0046] 軸體11沿著渦輪軸向貫通定子50,通過在定子50的外部配設的軸承裝置91、92 來支承渦輪軸向的兩端。關于該軸體11的其他結構，在后面詳述。
[0047] 多個動葉片列12(12A、12B)分別通過將限制在軸體11外周的多個動葉片沿著渦 輪周向排列而構成。多個動葉片列12A配設于高壓渦輪1A，多個動葉片列12B配設于中壓 渦輪1B。
[0048] 定子50具有外部機室殼體60、內(nèi)部機室殼體70(70A、70B)及靜葉片列52(52A、 52B) 〇
[0049] 外部機室殼體60具有從外部劃分內(nèi)部空間61的機室壁60a和將內(nèi)部空間61沿 著渦輪軸向分隔成兩部分的隔壁60b。隔壁60b在內(nèi)部空間61中配設于渦輪軸向的大致中 央，將內(nèi)部空間61分隔成渦輪軸向的一側的高壓渦輪室61A和渦輪軸向的另一側的中壓渦 輪室61B。
[0050] 在外部機室殼體60的機室壁60a上，在高壓渦輪1A中形成有形成于渦輪軸向的 另一側的多個導入嘴63A和形成于渦輪軸向的一側的排出嘴64A。而且，在機室壁60a上， 在中壓渦輪1B中形成有形成于渦輪軸向的一側的多個導入嘴63B和形成于渦輪軸向的另 一側的排出嘴64B。
[0051] 向該外部機室殼體60插通轉子10,轉子10 (軸體11)的兩端分別從機室壁60a的 渦輪軸向的兩端突出。
[0052] 另外，形成于機室壁60a與轉子10的兩端之間的間隙分別由密封裝置93A、93B密 封。而且，形成于隔壁60b與轉子10的中央側之間的間隙由密封部件94A、94B密封。
[0053] 內(nèi)部機室殼體7