專(zhuān)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)明涉及一種焊接異種材料而構(gòu)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)：
大部分的火力發(fā)電設(shè)備的高溫部，使用制造性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良的鐵 素體系耐熱鋼。在該以往的火力發(fā)電設(shè)備的汽輪機(jī)中，由于蒸汽條件
一般是600'C級(jí)以下的蒸汽溫度，因此渦輪轉(zhuǎn)子、動(dòng)翼等主要部件使 用鐵素體系耐熱鋼。
但是近年來(lái)，將環(huán)境保護(hù)作為背景的火力發(fā)電設(shè)備的高效率化被 積極地發(fā)展，并運(yùn)行有利用60(TC左右的高溫蒸汽的汽輪機(jī)。在這種 汽輪機(jī)中，由于存在通過(guò)鐵素體系耐熱鋼的各種特性不能滿足要求特 性的構(gòu)成部件，所以通過(guò)具有更優(yōu)良的高溫特性的耐熱合金或奧氏體 系耐熱鋼形成該構(gòu)成部件。
另一方面，例如在日本特開(kāi)平7-247806號(hào)公報(bào)、日本特開(kāi) 2000-282808號(hào)公報(bào)以及日本專(zhuān)利第3095745號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)有對(duì)于利 用65(TC以上的高溫蒸汽的汽輪機(jī)，極力削減奧氏體系材料的使用而 構(gòu)成汽輪機(jī)發(fā)電設(shè)備的技術(shù)。例如在日本特開(kāi)2000-282808號(hào)公報(bào)中 記載的汽輪機(jī)發(fā)電設(shè)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(fā)電機(jī)連結(jié)在一個(gè)軸上，超高壓渦輪和高 壓渦輪被組裝在相同的外部殼體內(nèi)而使其獨(dú)立。
另外，從地球環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)出發(fā)，為了抑制C02、 SOx、 NOx 的排出量，處于對(duì)更高效率化的需求增加的狀況。為了實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電 設(shè)備中的設(shè)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70(TC級(jí)的汽輪機(jī)的開(kāi)發(fā)。
并且，為了對(duì)應(yīng)于上述的蒸汽溫度的高溫化，例如在日本特開(kāi)
2004-353603號(hào)公報(bào)中公開(kāi)有通過(guò)冷卻蒸汽冷卻渦輪構(gòu)成部件的技術(shù)。 例如，在導(dǎo)入溫度為63(TC以上的蒸汽的汽輪機(jī)開(kāi)發(fā)中，存在較 多尤其關(guān)于渦輪構(gòu)成部件的強(qiáng)度保證而應(yīng)解決的問(wèn)題。以往，在火力 發(fā)電設(shè)備中，對(duì)在汽輪機(jī)使用的渦輪轉(zhuǎn)子、噴嘴、動(dòng)翼、噴嘴室(蒸汽 室)和蒸汽供給管等渦輪構(gòu)成部件，使用改良的耐熱鋼，但當(dāng)再熱蒸汽 溫度成為63(TC以上時(shí)，難以維持較高的渦輪構(gòu)成部件的強(qiáng)度保證。
由此，期望在汽輪機(jī)中實(shí)現(xiàn)如下的新技術(shù)即使將現(xiàn)有的改良的 耐熱鋼直接使用于渦輪構(gòu)成部件，也能維持較高的強(qiáng)度保證。作為該 新技術(shù)之一，通過(guò)冷卻蒸汽冷卻上述渦輪構(gòu)成部件的技術(shù)被期待，但 是，為了通過(guò)冷卻蒸汽冷卻例如渦輪轉(zhuǎn)子和殼體而從與渦輪初級(jí)對(duì)應(yīng) 的部位開(kāi)始適用現(xiàn)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?jī)?nèi)，因此伴隨翼柵性能劣化的渦輪單體的內(nèi) 部效率的降低成為問(wèn)題。
并且，在構(gòu)成高溫部的材料使用作為具有在高溫下的強(qiáng)度優(yōu)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(gòu)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(guò)焊接 等接合雙方的情況下，在焊接部產(chǎn)生的熱應(yīng)力成為問(wèn)題。即，高溫部 使用的Ni基合金或奧氏體鋼的線膨脹系數(shù)比低溫部使用的鐵素體鋼 等的線膨脹系數(shù)大，在焊接部產(chǎn)生較大的伸長(zhǎng)差導(dǎo)致的熱應(yīng)力，焊接 部附近可能斷裂。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種渦輪轉(zhuǎn)子以及汽輪機(jī)，能夠抑制 焊接部的熱應(yīng)力的產(chǎn)生，并能夠通過(guò)高溫蒸汽進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)熱效率 的提高，并具有優(yōu)良的可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，提供一種渦輪轉(zhuǎn)子，貫通設(shè)置在導(dǎo)入了 高溫蒸汽的汽輪機(jī)中，—具有高溫蒸汽通過(guò)的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部；
低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部，由與上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部不同的材料構(gòu)成，
夾著上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部而通過(guò)焊接連結(jié)；和冷卻機(jī)構(gòu)，對(duì)上述 高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部與上述低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部的焊接部附近的上述 高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部噴射冷卻蒸汽而進(jìn)行冷卻；從由上述冷卻機(jī)構(gòu)噴 射冷卻蒸汽的上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)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(zhuǎn)子構(gòu)成部的渦輪轉(zhuǎn)子直徑的值為0.3以上。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，提供一種汽輪機(jī)，貫通設(shè)置有渦 輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子具有高溫蒸汽通過(guò)的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部；低 溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部，由與上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部不同的材料構(gòu)成， 夾著上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部而通過(guò)焊接連結(jié)；和冷卻機(jī)構(gòu)，對(duì)上述 高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部與上述低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部的焊接部附近的上述 高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部噴射冷卻蒸汽而進(jìn)行冷卻；在該汽輪機(jī)中，在上 述渦輪轉(zhuǎn)子中，從由上述冷卻機(jī)構(gòu)噴射冷卻蒸汽的上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子 構(gòu)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(zhuǎn)子構(gòu)成 部的渦輪轉(zhuǎn)子直徑的值為0.3以上。


本發(fā)明是參照附圖進(jìn)行記述的，但提供這些附圖只是用于圖解的 目的，不對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限定。
圖1是表示具備本發(fā)明的第1實(shí)施方式的渦輪轉(zhuǎn)子的汽輪機(jī)的上 半殼體部的截面的圖。
圖2是將包含被從冷卻蒸汽供給配管?chē)娚淅鋮s蒸汽的高溫渦輪轉(zhuǎn) 子構(gòu)成部以及焊接部的部分的截面放大的圖。
圖3是表示從由冷卻蒸汽供給配管?chē)娚淅鋮s蒸汽的高溫渦輪轉(zhuǎn)子 構(gòu)成部的位置到焊接部為止的距離L、除以高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部的渦 輪轉(zhuǎn)子直徑D的值(L/D)、與熱應(yīng)力的關(guān)系的圖。
圖4是將包含在噴嘴隔板內(nèi)圈設(shè)置了延伸部件時(shí)的高溫渦輪轉(zhuǎn)子
構(gòu)成部以及焊接部的部分的截面放大的圖。
圖5是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的渦輪轉(zhuǎn)子的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)
成部和低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部的焊接部的截面的圖。
圖6是表示具有用于將冷卻蒸汽的一部分導(dǎo)入空間部的冷卻蒸汽 導(dǎo)入口的渦輪轉(zhuǎn)子的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部、與低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部的 焊接部的截面的圖。
圖7是表示具有用于將冷卻蒸汽的一部分導(dǎo)入空間部的冷卻蒸汽
導(dǎo)入口的渦輪轉(zhuǎn)子的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部、與低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部的 焊接部的截面的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。 (第1的實(shí)施的方式)
圖1是表示具有第1實(shí)施方式的渦輪轉(zhuǎn)子300的汽輪機(jī)100的上 半殼體部的截面的圖。
如圖1所示，汽輪機(jī)100具有由內(nèi)部殼體110以及設(shè)置在其外側(cè) 的外部殼體111構(gòu)成的雙重構(gòu)造的殼體，在內(nèi)部殼體110和外部殼體 111之間形成熱室112。在內(nèi)部殼體110內(nèi)貫穿設(shè)置有渦輪轉(zhuǎn)子300。 并且，在內(nèi)部殼體110的內(nèi)周面上，連接有多級(jí)的噴嘴隔板外圈117， 并設(shè)置有例如9級(jí)的噴嘴114a、 114b…。并且，在渦輪轉(zhuǎn)子300上， 與這些噴嘴114a、 114b…相對(duì)應(yīng)地在輪部210a…上嵌入設(shè)置有動(dòng)翼 115a…。并且，在噴嘴隔板內(nèi)圈118b…的渦輪轉(zhuǎn)子300側(cè)的面上設(shè)置 有噴嘴迷宮式密封件119b…，以抑制蒸汽的泄露。
該渦輪轉(zhuǎn)子300由高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301、以及夾著該高溫渦 輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301而通過(guò)焊接連結(jié)的低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部302構(gòu)成。 高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301被設(shè)置在從與初級(jí)的噴嘴114a(蒸汽溫度 630 75(TC左右)相對(duì)應(yīng)的位置、到與噴嘴迷宮式密封件119e的下游端 部大致對(duì)應(yīng)的位置的區(qū)域中，噴嘴迷宮式密封件119e設(shè)置在位于通過(guò) 的蒸汽溫度成為55(TC以下的動(dòng)翼115e的正上游側(cè)的噴嘴隔板內(nèi)圈 118e上。另一方面，低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部302設(shè)置在蒸汽溫度低于 550'C的區(qū)域中。
并且，上述內(nèi)部殼體110由覆蓋該高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301所貫 穿設(shè)置的區(qū)域的高溫殼體構(gòu)成部U0a、和覆蓋低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部 302所貫穿設(shè)置的區(qū)域的低溫殼體構(gòu)成部110b構(gòu)成。這些高溫殼體構(gòu) 成部110a和低溫殼體構(gòu)成部110b之間通過(guò)焊接接合或螺栓緊固連結(jié)。
在此，由于高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301以及高溫殼體構(gòu)成部110a， 被暴露在從蒸汽導(dǎo)入溫度為630 75(TC左右的高溫蒸汽到55(TC左右 的蒸汽中，所以由高溫中的機(jī)械強(qiáng)度(例如，IO萬(wàn)小時(shí)的蠕變斷裂強(qiáng)度) 較大、且具有耐水蒸汽氧化特性的耐腐蝕性耐熱材料等構(gòu)成。作為該 耐腐蝕性耐熱材料例如使用Ni基合金，具體地可以舉出例如Inco公 司制的Inco625、 Inco617、 Inco713等。另外，位于被暴露在從蒸汽導(dǎo) 入溫度為630 750'C左右的高溫蒸汽到55(TC左右的蒸汽中的區(qū)域、即 高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301和高溫殼體構(gòu)成部110a之間的區(qū)域的噴嘴 114a…、噴嘴隔板外圈117、噴嘴隔板內(nèi)圈118b…和動(dòng)翼115a…等也 由上述耐腐蝕性耐熱材料構(gòu)成。
另一方面，暴露在比55(TC低的溫度的蒸汽中的低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu) 成部302和低溫殼體構(gòu)成部110b，由與構(gòu)成上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部 301和高溫殼體構(gòu)成部110a的材料不同的材料構(gòu)成，優(yōu)選由一直以來(lái) 作為渦輪轉(zhuǎn)子和殼體的材料被廣泛使用的鐵素體系耐熱鋼等構(gòu)成。作 為該鐵素體系耐熱鋼具體可舉出例如新12Cr鋼、改良12Cr鋼、12Cr 鋼、9Cr鋼或CrMoV鋼等，但不限于此。
而且，在汽輪機(jī)100中，蒸汽流入管130貫通外部殼體111以及 內(nèi)部殼體110地設(shè)置，而且蒸汽流入管130的端部與向動(dòng)翼115a側(cè)導(dǎo) 出蒸汽的噴嘴室116連通連接。由于這些蒸汽流入管130和噴嘴室116 被暴露在蒸汽導(dǎo)入溫度為630 75(TC左右的高溫蒸汽中，所以由上述 耐腐蝕性耐熱材料構(gòu)成。在此，例如日本特開(kāi)2004-353603號(hào)公報(bào)所 公開(kāi)的那樣，噴嘴室116也可以構(gòu)成為，在噴嘴室的壁的內(nèi)部形成冷 卻蒸汽流動(dòng)的冷卻蒸汽通路，并通過(guò)遮蔽板斷續(xù)地覆蓋噴嘴室的壁內(nèi) 側(cè)面。由此，能夠降低噴嘴室的壁上產(chǎn)生的熱應(yīng)力等而維持較高的強(qiáng) 度保證。
并且，如圖1所示，設(shè)置有冷卻蒸汽供給配管220，其沿著渦輪 轉(zhuǎn)子300設(shè)置，并從與初級(jí)的噴嘴114a對(duì)應(yīng)的位置的焊接部126附近 向與初級(jí)的動(dòng)翼115a對(duì)應(yīng)的輪部210a噴出冷卻蒸汽240。并且，具 有冷卻蒸汽供給配管230，其設(shè)置在位于蒸汽溫度成為55CTC以下的級(jí) 的動(dòng)翼115e的正上游側(cè)(l級(jí)上游側(cè))的動(dòng)翼U5d、以及位于該動(dòng)翼 115d的正下游側(cè)的噴嘴114e之間，并向高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301噴 出冷卻蒸汽240。并且，冷卻蒸汽供給配管220、 230也可以在高溫渦 輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的周?chē)砸?guī)定的間隔設(shè)置多個(gè)。
另外，優(yōu)選從冷卻蒸汽供給配管230噴出的冷卻蒸汽240向動(dòng)翼 115d所嵌入設(shè)置的輪部210d的根部或側(cè)面噴出。由此，優(yōu)選冷卻蒸 汽供給配管230的蒸汽噴出口 230a朝向該輪部210d的根底部或側(cè)面 而構(gòu)成。這些冷卻蒸汽供給配管220、 230作為冷卻機(jī)構(gòu)起作用，通過(guò) 從這些冷卻蒸汽供給配管220、230噴出的冷卻蒸汽240，渦輪轉(zhuǎn)子300、 焊接部120、 126等被冷卻。
冷卻蒸汽240優(yōu)選使用溫度為50(TC以下的蒸汽。優(yōu)選使用溫度 為500'C以下的蒸汽是因?yàn)椋軌蚴褂删€膨脹系數(shù)高的Ni基合金和奧 氏體鋼構(gòu)成的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的溫度降低，并降低作用在焊 接部120、 126附近的伸長(zhǎng)差，并有效地抑制熱應(yīng)力的產(chǎn)生。并且，優(yōu) 選所噴出的冷卻蒸汽240的流量為在汽輪機(jī)100內(nèi)流動(dòng)的主流的蒸汽 流量的8%以下。優(yōu)選為主流的蒸汽流量的80%以下是因?yàn)?，?duì)渦輪設(shè) 備效率的影響較小。并且，作為冷卻蒸汽240例如可以使用從高壓渦 輪和鍋爐等抽出的蒸汽、從汽輪機(jī)100的途中級(jí)抽出的蒸汽以及被排 出到汽輪機(jī)100的排氣路125中的蒸汽等，并可根據(jù)設(shè)定的冷卻蒸汽 240的溫度而適當(dāng)?shù)剡x擇其供給源。
下面，參照?qǐng)D2以及圖3，對(duì)從由冷卻蒸汽供給配管230噴射冷 卻蒸汽的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的位置、到焊接部120為止的距離 L、與高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的渦輪轉(zhuǎn)子直徑D的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。
圖2是將包含被從冷卻蒸汽供給配管230噴射冷卻蒸汽的高溫渦 輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301以及焊接部120的部分的截面放大的圖。并且，圖
3是表示從由冷卻蒸汽供給配管230噴射冷卻蒸汽的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu) 成部301的位置到焊接部120為止的距離L、除以高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成 部301的渦輪轉(zhuǎn)子直徑D的值(L/D)、與熱應(yīng)力的關(guān)系的圖。
在此，所謂由冷卻蒸汽供給配管230噴射冷卻蒸汽的高溫渦輪轉(zhuǎn) 子構(gòu)成部301的位置，是指被直接噴射冷卻蒸汽的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成 部301的位置。而且，在從被直接噴射該冷卻蒸汽的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu) 成部301的部位、向冷卻蒸汽流動(dòng)的焊接部120的方向上，高溫渦輪 轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301被冷卻。并且，熱應(yīng)力是焊接部120產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
如圖3所示，從由冷卻蒸汽供給配管230噴射冷卻蒸汽的高溫渦 輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的位置到焊接部120為止的距離L、除以高溫渦輪 轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的渦輪轉(zhuǎn)子直徑D的值(L/D)減小，并且熱應(yīng)力增加。 而且，當(dāng)L/D的值比0.3小時(shí)，熱應(yīng)力超過(guò)限制值。如上所述，為了 將熱應(yīng)力抑制在限制值以下，需要使L/D的值為0.3以下，并將該范 圍作為本發(fā)明的L/D值的范圍。gp，根據(jù)使用的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部 301的渦輪轉(zhuǎn)子直徑，設(shè)定對(duì)高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301噴射冷卻蒸汽 的位置以及焊接部120的位置。
另外，在此，對(duì)從由冷卻蒸汽供給配管230噴射冷卻蒸汽的高溫 渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的位置到焊接部120為止的距離L、除以高溫渦 輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的渦輪轉(zhuǎn)子直徑D的值(L/D)、與熱應(yīng)力的關(guān)系進(jìn)行 了說(shuō)明，但從由冷卻蒸汽供給配管220噴射冷卻蒸汽的高溫渦輪轉(zhuǎn)子 構(gòu)成部301的位置到焊接部126為止的距離、除以高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成 部301的渦輪轉(zhuǎn)子直徑D的值、與熱應(yīng)力的關(guān)系也相同。即，使從由 冷卻蒸汽供給配管220噴射冷卻蒸汽的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的位 置到焊接部1"為止的距離L、除以高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的渦輪 轉(zhuǎn)子直徑D的值(L/D)為0.3以下。在該情況下，也根據(jù)使用的高溫渦 輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的渦輪轉(zhuǎn)子直徑，設(shè)定對(duì)高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301 噴射冷卻蒸汽的位置以及焊接部126的位置。
并且，如圖2所示，優(yōu)選焊接部120形成在與位于蒸汽溫度成為 55(TC以下的級(jí)的動(dòng)翼115e的正上游側(cè)的噴嘴隔板內(nèi)圈118e、或設(shè)置在該噴嘴隔板內(nèi)圈118e上的噴嘴迷宮式密封件119e的下游端部大致在對(duì)應(yīng)的位置上。
接下來(lái)，參照?qǐng)D1對(duì)汽輪機(jī)100的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。 經(jīng)由蒸汽流入管130而流入汽輪機(jī)100內(nèi)的噴嘴室116內(nèi)的溫度 為630 750。C左右的蒸汽，通過(guò)在內(nèi)部殼體110上固定的噴嘴114a… 和在渦輪轉(zhuǎn)子300上嵌入設(shè)置的動(dòng)翼115a之間的蒸汽通路，使渦輪轉(zhuǎn) 子300旋轉(zhuǎn)。并且，做了膨脹功的蒸汽的大部分通過(guò)排氣路125,從 汽輪機(jī)100排出，例如通過(guò)未圖示的低溫再熱管流入鍋爐。
另外，在上述汽輪機(jī)100中，也可以具有如下構(gòu)成將做了膨脹 功的蒸汽的一部分作為冷卻蒸汽，而導(dǎo)入內(nèi)部殼體llO和外部殼體lll 之間，來(lái)冷卻外部殼體111和內(nèi)部殼體110。此時(shí)，冷卻蒸汽從軸封 部127a或排氣路125排出。另外，冷卻蒸汽的導(dǎo)入方法不限于此，例 如還可以將從汽輪機(jī)100的途中級(jí)抽出的蒸汽或從其他的汽輪機(jī)抽出
的蒸汽作為冷卻蒸汽使用。
并且，從冷卻蒸汽供給配管230的蒸汽噴出口 230a噴出、并向高 溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301噴射的冷卻蒸汽240，冷卻動(dòng)翼115d的正下游 側(cè)的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301并且向下游側(cè)流動(dòng)。而且，在高溫渦輪 轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301和噴嘴迷宮式密封件119e之間進(jìn)一步向下游流動(dòng)，并 冷卻焊接部120及其附近。
并且，從冷卻蒸汽供給配管220的蒸汽噴出口 220a噴出的冷卻蒸 汽240，碰撞與初級(jí)的動(dòng)翼115a對(duì)應(yīng)的輪部210a并冷卻輪部210a， 并進(jìn)一步從高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301向低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部302側(cè)流 動(dòng)，由此冷卻高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301、焊接部126及其附近。而且， 冷卻蒸汽240通過(guò)軸封部127b,其一部分在外部殼體111和內(nèi)部殼體 IIO之間流動(dòng)，冷卻各個(gè)的殼體。而且，被導(dǎo)入熱室112并從排氣路 125排出。另一方面，通過(guò)了軸封部127b的剩余冷卻蒸汽240通過(guò)軸 封部127a并被排出。
根據(jù)如上所述的第1實(shí)施方式的汽輪機(jī)100以及貫穿設(shè)置于汽輪 機(jī)100的渦輪轉(zhuǎn)子300，通過(guò)對(duì)高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301與低溫渦輪
轉(zhuǎn)子構(gòu)成部302的焊接部120、 126附近的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301 噴射冷卻蒸汽240而進(jìn)行冷卻；由此能夠抑制由于構(gòu)成高溫渦輪轉(zhuǎn)子 構(gòu)成部301和低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部302的材料的線膨脹系數(shù)的差而在 焊接部120、 126的接合面產(chǎn)生的熱應(yīng)力，能夠防止斷裂等。而且，通 過(guò)設(shè)定被噴射冷卻蒸汽的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的位置以及高溫渦 輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的渦輪轉(zhuǎn)子直徑D，以便使從由冷卻蒸汽供給配管 220、 230噴射冷卻蒸汽的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的位置到焊接部 120、 126的距離L、除以高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的渦輪轉(zhuǎn)子直徑D 的值(L/D)為0.3以下，由此能夠有效地抑制在接合面產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
在此，第1實(shí)施方式的汽輪機(jī)IOO不限于上述實(shí)施方式。在此， 對(duì)第1實(shí)施方式的其他的汽輪機(jī)100的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。圖4是將包含 在噴嘴隔板內(nèi)圈118e設(shè)置了延伸部件260時(shí)的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部 301以及焊接部120的部分的截面放大的圖。
如圖4所示，可以在冷卻蒸汽供給配管230所插入的輪部20d和 設(shè)置在該輪部210d的正下游側(cè)的噴嘴隔板內(nèi)圈118e之間，在噴嘴隔 板內(nèi)圈118e上設(shè)置有延伸部件260，該延伸部件260沿著高溫渦輪轉(zhuǎn) 子構(gòu)成部301延伸設(shè)置直到輪部210d附近為止，該延伸部件260形成 有用于使冷卻蒸汽供給配管230貫通的貫通口 261。
具體地，延伸部件260例如由環(huán)狀部件構(gòu)成，該環(huán)狀部件形成有 使冷卻蒸汽供給配管230貫通的貫通口 261，并具有不與輪部210d接 觸程度的寬度。而且，該環(huán)狀部件以高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301為中心 軸地被配置在噴嘴隔板內(nèi)圈118e的規(guī)定位置上。并且，在高溫渦輪轉(zhuǎn) 子構(gòu)成部301的周?chē)O(shè)置有多個(gè)冷卻蒸汽供給配管230的情況下，與 各個(gè)冷卻蒸汽供給配管230的位置相對(duì)應(yīng)地形成有貫通口 261。優(yōu)選 延伸部件260設(shè)置在噴嘴隔板內(nèi)圈118e上，以便使延伸部件260的輪 部210d側(cè)的端部位于離輪部210d的動(dòng)翼115d較近的一側(cè)。
在此，在輪部210d和設(shè)置在該輪部210d的正下游側(cè)的噴嘴隔板 內(nèi)圈118e之間插入冷卻蒸汽供給配管230，由此，輪部210d和噴嘴 隔板內(nèi)圈118e之間的間隙變大。當(dāng)該間隙變大時(shí)，主流蒸汽可能進(jìn)入該間隙。由此，由于一部分的主流蒸汽流入噴嘴迷宮式密封件119e 和高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301之間，所以從實(shí)現(xiàn)冷卻蒸汽240的高溫渦 輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301的冷卻效率提高的觀點(diǎn)出發(fā)不是優(yōu)選的。但是，如 本發(fā)明這樣，通過(guò)設(shè)置延伸部件260，能夠抑制主流蒸汽流入該間隙， 并且能夠防止冷卻蒸汽240向主流蒸汽側(cè)泄露。由此，能夠通過(guò)冷卻 蒸汽240高效地冷卻高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部301。并且，如上所述，通 過(guò)將延伸部件260設(shè)為，延伸部件260的輪部210d側(cè)的端部位于離在 輪部210d上嵌入設(shè)置的動(dòng)翼115d較近的一側(cè)，由此能夠減少輪部 210d和噴嘴隔板內(nèi)圈118e的暴露在高溫的主流蒸汽中的面積。 (第2的實(shí)施的方式)
下面，參照?qǐng)D5對(duì)具有第2實(shí)施方式的渦輪轉(zhuǎn)子400的汽輪機(jī)100 進(jìn)行說(shuō)明。
第2實(shí)施方式的渦輪轉(zhuǎn)子400除了高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401與低 溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部402的接合端部的構(gòu)成與第1實(shí)施方式的渦輪轉(zhuǎn)子 300的構(gòu)成不同以外，其他與第1實(shí)施方式的渦輪轉(zhuǎn)子300相同。因 此，在此，主要對(duì)高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401與低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部402 的接合端部的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。
圖5是表示第2實(shí)施方式的渦輪轉(zhuǎn)子400的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部 401與低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部402的焊接部120的截面的圖。另外，對(duì) 與第1實(shí)施方式的渦輪轉(zhuǎn)子300相同的構(gòu)成部分賦予相同的符號(hào)，而 省略或簡(jiǎn)略重復(fù)的說(shuō)明。
如圖5所示，高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401以及低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部 402的各個(gè)接合端面，具有以渦輪轉(zhuǎn)子軸為中心的圓形狀的凹部430、 431，并且具有在周緣部通過(guò)焊接而相互接合的圓環(huán)狀的面。并且，在 焊接部120的內(nèi)部形成有空間部440。
在高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401以及低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部402形成的 凹部430、 431的深度，優(yōu)選具有達(dá)到與由冷卻蒸汽供給配管230噴射 冷卻蒸汽240的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401的位置相對(duì)應(yīng)的位置為止的 深度。這樣，通過(guò)使凹部430、 434的深度為達(dá)到與被噴射冷卻蒸汽240的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401的位置相對(duì)應(yīng)的位置為止的深度，由 此能夠消減通過(guò)冷卻蒸汽240冷卻的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401的容積。 由此，高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401以及焊接部120被高效率地冷卻，并 能夠抑制由于構(gòu)成高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401和低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部 402的材料的線膨脹系數(shù)的差而在焊接部120的接合面產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
另外，由冷卻蒸汽供給配管220噴射冷卻蒸汽240 —側(cè)的高溫渦 輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401的接合端部、以及焊接在該接合端部的低溫渦輪轉(zhuǎn) 子構(gòu)成部402的接合端部，能夠與上述由冷卻蒸汽供給配管230噴射 冷卻蒸汽240 —側(cè)的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401的接合端部、以及焊接 在該接合端部的低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部402的接合端部的構(gòu)成同樣地構(gòu) 成。而且，高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401以及焊接部126被高效率地冷卻， 并能夠抑制由于構(gòu)成高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401和低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部 402的材料的線膨脹系數(shù)的差而在焊接部126的接合面產(chǎn)生的熱應(yīng)力， 能夠防止斷裂等。
在此，第2實(shí)施方式的渦輪轉(zhuǎn)子400的構(gòu)成不限于上述構(gòu)成。在 此，對(duì)第2實(shí)施方式的其他的渦輪轉(zhuǎn)子400的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。圖6以 及圖7是表示具有用于向空間部440導(dǎo)入冷卻蒸汽240的一部分的冷 卻蒸汽導(dǎo)入口 500的、渦輪轉(zhuǎn)子400的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401和低 溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部402的焊接部120的截面的圖。
如圖6所示，在渦輪轉(zhuǎn)子400中，也可以在高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部 401上形成用于向空間部440導(dǎo)入冷卻蒸汽240的一部分的冷卻蒸汽 導(dǎo)入口 500，而且在焊接部120與蒸汽溫度成為55(TC以下的級(jí)的動(dòng)翼 115e所嵌入設(shè)置的輪部210e之間的低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部402上，形 成用于將導(dǎo)入空間部440的冷卻蒸汽240排出的冷卻蒸汽排出口 510。
并且，如圖7所示，在渦輪轉(zhuǎn)子400中，也可以在高溫渦輪轉(zhuǎn)子 構(gòu)成部401上形成用于將冷卻蒸汽240的一部分導(dǎo)入空間部440的冷 卻蒸汽導(dǎo)入口 500，而且在蒸汽溫度成為55(TC以下的級(jí)的動(dòng)翼115e 所嵌入設(shè)置的輪部210e、與該輪部210e的正下游的噴嘴隔板內(nèi)圈118f 之間的低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部402上，形成用于將導(dǎo)入空間部440的冷
卻蒸汽240排出的冷卻蒸汽排出口 520。
在上述渦輪轉(zhuǎn)子400中；從冷卻蒸汽導(dǎo)入口 500流入空間部440 內(nèi)的冷卻蒸汽240在空間部440內(nèi)循環(huán)，并從內(nèi)部冷卻高溫渦輪轉(zhuǎn)子 構(gòu)成部401、焊接部120以及低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部402。尤其，可得到 成為高溫的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401的冷卻作用。而且，在空間部440 內(nèi)循環(huán)的冷卻蒸汽240從冷卻蒸汽排出口 510、 520被排出到低溫渦輪 轉(zhuǎn)子構(gòu)成部402的外部。
這樣，通過(guò)向空間部440內(nèi)導(dǎo)入冷卻蒸汽240的一部分，而從內(nèi) 部冷卻高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401和焊接部120，由此能夠高效地冷卻 高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401和焊接部120，并能夠無(wú)限地減小焊接部120 附近的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401與低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部402的溫度差。 由此，能夠抑制由于構(gòu)成高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401和低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu) 成部402的材料的線膨脹系數(shù)的差而在焊接部120的接合面產(chǎn)生的熱 應(yīng)力，能夠防止斷裂等。
另外，在由冷卻蒸汽供給配管220噴射冷卻蒸汽240 —側(cè)的高溫 渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401以及低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部402中，如上所述，也 可以具有向空間部?jī)?nèi)導(dǎo)入冷卻蒸汽240的一部分的冷卻蒸汽導(dǎo)入口、 以及將在空間部440內(nèi)循環(huán)的冷卻蒸汽240排出的冷卻蒸汽排出口。 即使在該情況下，也與上述情況相同，能夠高效地冷卻高溫渦輪轉(zhuǎn)子 構(gòu)成部401和焊接部126，并能夠無(wú)限地減小焊接部126附近的高溫 渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401與低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部402的溫度差。由此，能 夠抑制由于構(gòu)成高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部401和低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部402 的材料的線膨脹系數(shù)的差而在焊接部126的接合面產(chǎn)生的熱應(yīng)力，能 夠防止斷裂等。
以上，通過(guò)一個(gè)實(shí)施方式具體地說(shuō)明了本發(fā)明，但本發(fā)明僅不限 于實(shí)施方式中的發(fā)明，在不脫離其主旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變更。
權(quán)利要求
1.一種渦輪轉(zhuǎn)子，貫通設(shè)置在導(dǎo)入了高溫蒸汽的汽輪機(jī)中，其特征在于，具有高溫蒸汽通過(guò)的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部；低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部，由與上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部不同的材料構(gòu)成，夾著上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部而通過(guò)焊接連結(jié)；和冷卻機(jī)構(gòu)，對(duì)上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部和上述低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部的焊接部附近的上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部噴射冷卻蒸汽，而進(jìn)行冷卻；從由上述冷卻機(jī)構(gòu)噴射冷卻蒸汽的上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)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(zhuǎn)子構(gòu)成部的渦輪轉(zhuǎn)子直徑的值為0.3以上。
2. 如權(quán)利要求1所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于， 上述冷卻機(jī)構(gòu)具有用于將冷卻蒸汽噴射到上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部的冷卻蒸汽管。
3. 如權(quán)利要求1所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于， 從上述冷卻機(jī)構(gòu)向上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部的第2轉(zhuǎn)子輪部的側(cè)面或根部噴出冷卻蒸汽，上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部位于嵌入設(shè)置有蒸 汽溫度成為550'C以下的動(dòng)翼的第1轉(zhuǎn)子輪部的1級(jí)上游側(cè)。
4. 如權(quán)利要求1所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于， 上述焊接部形成在與上述噴嘴隔板內(nèi)圈或設(shè)置在上述噴嘴隔板內(nèi)圈上的噴嘴迷宮式密封件的下游端部大致對(duì)應(yīng)的位置上。
5. 如權(quán)利要求l-4任一項(xiàng)所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于， 上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部以及上述低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部的各個(gè)接合端面為，在中心具有圓形狀的凹部，并且在周緣部具有通過(guò)焊接相 互接合的圓環(huán)狀的面，并在內(nèi)部形成有空間部。
6. 如權(quán)利要求5所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于， 在上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部設(shè)置有用于將上述冷卻蒸汽的一部分導(dǎo)入上述空間部的冷卻蒸汽導(dǎo)入口，且在上述低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部設(shè) 置有用于將導(dǎo)入上述空間部的冷卻蒸汽排出的冷卻蒸汽排出口。
7. —種汽輪機(jī)，貫通設(shè)置有渦輪轉(zhuǎn)子，并導(dǎo)入了高溫蒸汽，其特 征在于，上述渦輪轉(zhuǎn)子，具有 高溫蒸汽通過(guò)的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部；低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部，由與上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部不同的材料 構(gòu)成，夾著上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部而通過(guò)焊接連結(jié)；和冷卻機(jī)構(gòu)，對(duì)上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部和上述低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成 部的焊接部附近的上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部噴射冷卻蒸汽，而進(jìn)行冷 卻；從由上述冷卻機(jī)構(gòu)噴射冷卻蒸汽的上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)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(zhuǎn)子構(gòu)成部的渦輪轉(zhuǎn) 子直徑的值為0.3以上。
8. 如權(quán)利要求7所述的汽輪機(jī)，其特征在于，上述冷卻機(jī)構(gòu)具有用于將冷卻蒸汽噴射到上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成 部的冷卻蒸汽管。
9. 如權(quán)利要求7所述的汽輪機(jī)，其特征在于，從上述冷卻機(jī)構(gòu)向上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部的第2轉(zhuǎn)子輪部的側(cè) 面或根部噴出冷卻蒸汽，上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部位于嵌入設(shè)置有蒸 汽溫度成為55(TC以下的動(dòng)翼的第1轉(zhuǎn)子輪部的1級(jí)上游側(cè)。
10. 如權(quán)利要求7所述的汽輪機(jī)，其特征在于， 上述焊接部形成在與上述噴嘴隔板內(nèi)圈或設(shè)置在上述噴嘴隔板內(nèi)圈上的噴嘴迷宮式密封件的下游端部大致對(duì)應(yīng)的位置上。
11. 如權(quán)利要求7 10任一項(xiàng)所述的汽輪機(jī)，其特征在于， 上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部以及上述低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部的各個(gè)接合端面為，在中心具有圓形狀的凹部，并且在周緣部具有通過(guò)焊接相 互接合的圓環(huán)狀的面，并在內(nèi)部形成有空間部。
12. 如權(quán)利要求11所述的汽輪機(jī)，其特征在于，在上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部設(shè)置有用于將上述冷卻蒸汽的一部分導(dǎo)入上述空間部的冷卻蒸汽導(dǎo)入口，且在上述低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部設(shè)置有用于將導(dǎo)入上述空間部的冷卻蒸汽排出的冷卻蒸汽排出口。
13.如權(quán)利要求9所述的汽輪機(jī)，其特征在于，在上述冷卻蒸汽管所插入的上述第2轉(zhuǎn)子輪部、和設(shè)置在上述第 2轉(zhuǎn)子輪部的正下游側(cè)的噴嘴隔板內(nèi)圈之間，在上述噴嘴隔板內(nèi)圈上設(shè)置有延伸部件，該延伸部件沿著上述高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部延伸設(shè)置到上述第2轉(zhuǎn)子輪部附近，且形成有用于使上述冷卻蒸汽管貫通的貫通口。
全文摘要
一種渦輪轉(zhuǎn)子(300)，冷卻蒸汽(240)對(duì)以下部分進(jìn)行冷卻高溫蒸汽通過(guò)的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部(301)；低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部(302)，由與高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部(301)不同的材料構(gòu)成，夾著高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部(301)而通過(guò)焊接連結(jié)；通過(guò)冷卻蒸汽對(duì)高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部(301)和低溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部(302)的焊接部(120)附近的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部(301)進(jìn)行冷卻。其構(gòu)成為，從被噴射冷卻蒸汽(240)的高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部(301)的位置到焊接部(120)為止的距離、除以高溫渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成部(301)的渦輪轉(zhuǎn)子直徑的值為0.3以上。
文檔編號(hào)F01D9/02GK101205817SQ20071030097
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者山下勝也, 犬飼隆夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝