[發明專利]旋轉機械的轉子及旋轉機械

無效

• 申請號: 201280015162.1
• 申請日: 2012-01-26
• 公開（公告）號: CN103459773A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 西本慎;田中良典;中野隆;川崎憲治;山本隆一
• 申請（專利權）人: 三菱重工業株式會社
• 主分類號: F01D5/06
• 分類號: F01D5/06;C22C19/05;F01D25/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 蘇卉;車文

技術領域

本發明涉及旋轉機械的轉子及旋轉機械。

背景技術

當前，在使用蒸汽渦輪機進行的火力發電時，通常在600℃級以下的蒸汽條件下進行發電。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鋼等高Cr鋼（高鉻鋼、鐵氧體系耐熱鋼）。

然而，近年來，為了應對削減CO₂排出量、進一步提高熱效率的要求，期望在700℃級以上的蒸汽條件下進行發電。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生不足。

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。

在下述專利文獻1中，為了實現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。

專利文獻1：國際公開第2009/154243號

發明內容

然而，通常Ni基合金具有熱傳導率低且線膨脹系數大的性質。因此，在蒸汽渦輪起動時，渦輪轉子（Ni基合金）的外側比內側溫度高而大幅度地熱膨脹，因此具有在渦輪轉子的內部產生過大的應力的問題。

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生，但存在蒸汽渦輪機的迅速起動受到妨礙的問題。

本發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，并抑制在轉子處產生的熱應力。

即，本發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基合金構成且內部在上述軸向全長上是中空的。

這樣一來，與將內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部的外側和內側產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部產生的熱應力。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生的熱應力。

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。

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。

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徑與外徑之比為1/2以上。

這樣一來，能夠進一步抑制在第一轉子部件的內部的外側與內側產生的溫度差，能夠進一步抑制在第一轉子部件的內部產生的熱應力。而且，能夠確保第一轉子部件所需的強度。

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徑互不相同。

這樣一來，能夠按照各工作流體導入部來調整溫度分布。

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徑互不相同。

這樣一來，能夠在上述軸向上的多個部位調整溫度分布。

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徑從一側朝向另一側逐漸減小的方式以錐形形成有孔。

這樣一來，能夠在第一轉子部件中沿著軸向進行溫度調整。

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%，Al為0.2～2%，Ti為0.5～4.5%，Fe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。

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為17～26%，且Mo+（W+Re）/2為17～27%，Al為0.1～2%，Ti為0.1～2%，Fe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。