[發明專利]渦輪轉子以及汽輪機

有效

• 申請號: 200710300974.1
• 申請日: 2007-12-14
• 公開（公告）號: CN101205817A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發明（設計）人: 山下勝也;犬飼隆夫
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: F01D9/02
• 分類號: F01D9/02;F01D25/12;F01D25/24
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 胡建新

技術領域

本發明涉及一種焊接異種材料而構成的渦輪轉子以及具有該渦輪轉子的汽輪機。

背景技術

大部分的火力發電設備的高溫部，使用制造性和經濟性優良的鐵素體系耐熱鋼。在該以往的火力發電設備的汽輪機中，由于蒸汽條件一般是600℃級以下的蒸汽溫度，因此渦輪轉子、動翼等主要部件使用鐵素體系耐熱鋼。

但是近年來，將環境保護作為背景的火力發電設備的高效率化被積極地發展，并運行有利用600℃左右的高溫蒸汽的汽輪機。在這種汽輪機中，由于存在通過鐵素體系耐熱鋼的各種特性不能滿足要求特性的構成部件，所以通過具有更優良的高溫特性的耐熱合金或奧氏體系耐熱鋼形成該構成部件。

另一方面，例如在日本特開平7-247806號公報、日本特開2000-282808號公報以及日本專利第3095745號公報中，公開有對于利用650℃以上的高溫蒸汽的汽輪機，極力削減奧氏體系材料的使用而構成汽輪機發電設備的技術。例如在日本特開2000-282808號公報中記載的汽輪機發電設備為，將超高壓渦輪、高壓渦輪、中壓渦輪、低壓渦輪、第2低壓渦輪以及發電機連結在一個軸上，超高壓渦輪和高壓渦輪被組裝在相同的外部殼體內而使其獨立。

另外，從地球環境保護的觀點出發，為了抑制CO₂、SOx、NOx的排出量，處于對更高效率化的需求增加的狀況。為了實現火力發電設備中的設備熱效率的高效率化，提高蒸汽溫度為最有效的手段之一，而正在研究700℃級的汽輪機的開發。

并且，為了對應于上述的蒸汽溫度的高溫化，例如在日本特開2004-353603號公報中公開有通過冷卻蒸汽冷卻渦輪構成部件的技術。

例如，在導入溫度為630℃以上的蒸汽的汽輪機開發中，存在較多尤其關于渦輪構成部件的強度保證而應解決的問題。以往，在火力發電設備中，對在汽輪機使用的渦輪轉子、噴嘴、動翼、噴嘴室(蒸汽室)和蒸汽供給管等渦輪構成部件，使用改良的耐熱鋼，但當再熱蒸汽溫度成為630℃以上時，難以維持較高的渦輪構成部件的強度保證。

由此，期望在汽輪機中實現如下的新技術：即使將現有的改良的耐熱鋼直接使用于渦輪構成部件，也能維持較高的強度保證。作為該新技術之一，通過冷卻蒸汽冷卻上述渦輪構成部件的技術被期待，但是，為了通過冷卻蒸汽冷卻例如渦輪轉子和殼體而從與渦輪初級對應的部位開始適用現有材料，需要主流百分之幾的冷卻蒸汽量。并且，由于冷卻蒸汽流入通路部內，因此伴隨翼柵性能劣化的渦輪單體的內部效率的降低成為問題。

并且，在構成高溫部的材料使用作為具有在高溫下的強度優良且耐水蒸汽氧化特性的材料的Inco625、Inco617以及Inco713(Inco公司制)等Ni基合金或SUS310等奧氏體鋼，構成低溫部的材料使用鐵素體鋼、新12Cr鋼、改良12Cr鋼、12Cr鋼或CrMoV鋼，并通過焊接等接合雙方的情況下，在焊接部產生的熱應力成為問題。即，高溫部使用的Ni基合金或奧氏體鋼的線膨脹系數比低溫部使用的鐵素體鋼等的線膨脹系數大，在焊接部產生較大的伸長差導致的熱應力，焊接部附近可能斷裂。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種渦輪轉子以及汽輪機，能夠抑制焊接部的熱應力的產生，并能夠通過高溫蒸汽進行驅動而實現熱效率的提高，并具有優良的可靠性。

根據本發明的一個方式，提供一種渦輪轉子，貫通設置在導入了高溫蒸汽的汽輪機中，具有：高溫蒸汽通過的高溫渦輪轉子構成部；低溫渦輪轉子構成部，由與上述高溫渦輪轉子構成部不同的材料構成，夾著上述高溫渦輪轉子構成部而通過焊接連結；和冷卻機構，對上述高溫渦輪轉子構成部與上述低溫渦輪轉子構成部的焊接部附近的上述高溫渦輪轉子構成部噴射冷卻蒸汽而進行冷卻；從由上述冷卻機構噴射冷卻蒸汽的上述高溫渦輪轉子構成部的位置到上述焊接部為止的距離、除以上述高溫渦輪轉子構成部的渦輪轉子直徑的值為0.3以上。

另外，根據本發明的一個方式，提供一種汽輪機，貫通設置有渦輪轉子，該渦輪轉子具有：高溫蒸汽通過的高溫渦輪轉子構成部；低溫渦輪轉子構成部，由與上述高溫渦輪轉子構成部不同的材料構成，夾著上述高溫渦輪轉子構成部而通過焊接連結；和冷卻機構，對上述高溫渦輪轉子構成部與上述低溫渦輪轉子構成部的焊接部附近的上述高溫渦輪轉子構成部噴射冷卻蒸汽而進行冷卻；在該汽輪機中，在上述渦輪轉子中，從由上述冷卻機構噴射冷卻蒸汽的上述高溫渦輪轉子構成部的位置到上述焊接部為止的距離、除以上述高溫渦輪轉子構成部的渦輪轉子直徑的值為0.3以上。

附圖說明