[发明专利]涡轮转子以及汽轮机

说明书

技术领域

本发明涉及由分割开的涡轮转子的构成部分熔敷而成的涡轮转子，特别涉及各构成部分由优选的耐热合金、耐热钢形成的涡轮转子以及具有该涡轮转子的汽轮机。

背景技术

关于包括汽轮机在内的火力发电设备，自石油危机以来，节能化被强力推进，而且近年来，从保护地球环境的角度考虑，CO₂的排放量受到抑制的技术引人注目。作为它的一个环节，设备高效率化的需求得以提高。

为了提高汽轮机的发电效率，使蒸气温度高温化是非常有效的，在近年的汽轮机火力发电设备中，其蒸气温度上升到600℃以上。将来在世界上可以看到汽轮机的蒸气温度上升到650℃进而上升到700℃的倾向。

在支撑接受该高温蒸气而旋转的动叶片的涡轮转子中，由于高温蒸气也在涡轮转子的周围回流，因而涡轮转子的温度成为高温。再者，在涡轮转子中，由于涡轮转子的旋转而产生高的应力。因此，涡轮转子必须能够承受高温和高应力。在这样的涡轮转子中，对于特别高温的部位，往往由Ni基合金构成，该Ni基合金即使在高温下，也具有高强度。在这样使用Ni基合金的情况下，由于可能制造的尺寸存在上限，而且Ni基合金的价格较高，因此，仅在必须由Ni基合金构成的部位使用Ni基合金，除此以外的部位则优选由钢铁材料构成。

在这种情况下，最近也公开了一种通过组合Ni基合金与钢铁材料而形成涡轮转子的技术。这里，在采用焊接等方法将Ni基合金与钢铁材料进行连接而形成涡轮转子的情况下，为了极力减少使用Ni基合金的部位的大小，连接的钢铁材料也一般选择能够承受高温的种类。具体地说，公开了一种将Ni基合金与12Cr钢进行连接而构成汽轮机涡轮转子的技术，其中流入汽轮机的是675℃～700℃的高温蒸气(例如参照专利文献1)。另外，还公开了一种将12Cr钢与CrMoV钢进行连接而构成汽轮机涡轮转子的技术(例如参照专利文献2)。

如上所述，为了获得高的发电效率，主蒸气和再热蒸气的温度都有逐渐上升的趋势。另外，为了实现蒸气温度超过650℃的气轮机，汽轮机各部位如果使用与以前相同的材料，气轮机便不能承受高温蒸气。于是，有效的方法是将耐热性高的Ni基合金用于气轮机的高温部位。

但是，在上述以前的通过组合Ni基合金与12Cr钢以形成涡轮转子的方法中，由于Ni基合金的线膨胀系数与12Cr钢的线膨胀系数之间具有较大差异，因而存在的问题是：在接合部分产生较大的热应力。

专利文献1：特开2004-36469号公报

专利文献2：特开2000-64805号公报

发明内容

于是，本发明是为解决上述的问题而完成的，其目的在于提供一种涡轮转子以及汽轮机，其可以降低涡轮转子高温部和涡轮转子低温部的接合部中的热膨胀差，可以在650℃级以上的高温蒸气下工作。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方案，提供一种涡轮转子，具有该涡轮转子的汽轮机可导入650℃以上的高温蒸气，所述涡轮转子的特征在于：所采用的构成是分别将根据蒸气温度的不同而划分为由Ni基合金构成的部分和由CrMoV钢构成的部分的部位采用熔敷方法进行连接，所述由Ni基合金构成的部分和所述由CrMoV钢构成的部分的连接部、以及所述由CrMoV钢构成的部分的蒸气温度维持在580℃以下。

根据该涡轮转子，所采用的构成是根据蒸气温度的不同而划分为由Ni基合金构成的部分和由CrMoV钢构成的部分，并采用熔敷方法将各自的部分进行连接，因而可以抑制接合部中热应力的发生。

另外，根据本发明的一个方案，提供一种涡轮转子，具有该涡轮转子的汽轮机可导入650℃以上的高温蒸气，所述涡轮转子的特征在于：所采用的构成是分别将根据金属温度的不同而划分为由Ni基合金构成的部分和由CrMoV钢构成的部分的部位采用熔敷方法进行连接，在所述由Ni基合金构成的部分和所述由CrMoV钢构成的部分的连接部、以及所述由CrMoV钢构成的部分设置冷却机构，将曝露在温度高于580℃的蒸气中的所述连接部以及所述由CrMoV钢构成的部分的金属温度维持在580℃以下。

根据该涡轮转子，由于设置了冷却机构，因而可以将在曝露于温度高于580℃的蒸气中的区域所配置的、由Ni基合金构成的部分和由CrMoV钢构成的部分的连接部以及由CrMoV钢构成的部分的金属温度维持在580℃以下。

另外，汽轮机具有上述的涡轮转子，也可以构成能够导入650℃以上的高温蒸气的汽轮机。