[发明专利]旋转机械的转子及旋转机械

说明书

技术领域

本发明涉及旋转机械的转子及旋转机械。

背景技术

当前，在使用蒸汽涡轮机进行的火力发电时，通常在600℃级以下的蒸汽条件下进行发电。在该蒸汽条件下，在构成蒸汽涡轮机的涡轮转子、动叶片等主要部件中多使用例如12Cr钢等高Cr钢（高铬钢、铁氧体系耐热钢）。

然而，近年来，为了应对削减CO₂排出量、进一步提高热效率的要求，期望在700℃级以上的蒸汽条件下进行发电。然而，当在该蒸汽条件下使用铁氧体系耐热钢时，主要部件的高温强度发生不足。

因此，为了确保更高的高温强度，在主要部件中使用Ni基合金（镍基合金）。然而，当使用该Ni基合金时，存在难以使主要部件大型化而且成本增加的缺点。

在下述专利文献1中，为了实现涡轮转子的大型化和成本抑制，通过焊接将由Ni基合金形成的第一部件与由高Cr钢形成的第二部件接合而构成涡轮转子。并且，通过使用特定组成的Ni基合金来确保接合部的强度。

专利文献1：国际公开第2009/154243号

发明内容

然而，通常Ni基合金具有热传导率低且线膨胀系数大的性质。因此，在蒸汽涡轮起动时，涡轮转子（Ni基合金）的外侧比内侧温度高而大幅度地热膨胀，因此具有在涡轮转子的内部产生过大的应力的问题。

而且，当花费时间进行预热以使涡轮转子整体逐渐升温时，虽然能够抑制热应力的产生，但存在蒸汽涡轮机的迅速起动受到妨碍的问题。

本发明考虑到这种情况而作出，目的在于容许旋转机械的迅速起动，并抑制在转子处产生的热应力。

即，本发明的旋转机械的转子中，绕着轴线延伸的外周部的周围由定子包围，工作流体在上述定子与上述外周部之间划定的流路中流通，具有在上述轴线延伸的轴向上彼此接合的多个转子部件，这多个转子部件中，上述流路的工作流体导入部处的第一转子部件由Ni基合金构成且内部在上述轴向全长上是中空的。

这样一来，与将内部形成为实心的情况相比，第一转子部件的热容减小。由此，在进行旋转机械的迅速起动时，可抑制在第一转子部件内部的外侧和内侧产生的温度差而使第一转子部件整体性地升温。由此，能够抑制在第一转子部件的内部产生的热应力。因此，能够容许旋转机械的迅速起动，并能够抑制在转子处产生的热应力。

而且，可以是，上述多个转子部件包含第二转子部件，该第二转子部件沿着上述轴向与上述第一转子部件邻接且由高Cr钢构成。

这样一来，与利用Ni基合金形成转子整体的情况相比，能够抑制转子的成本。而且，利用与Ni基合金相比具有优异的易成型性的高Cr钢来形成转子的一部分，由此能够容易地进行转子的制造。

而且，可以是，上述第一转子部件形成为，上述轴向中央侧的壁厚为上述轴向的端部的壁厚以上，且在上述轴向的中央部的内径与外径之比为1/2以上。

这样一来，能够进一步抑制在第一转子部件的内部的外侧与内侧产生的温度差，能够进一步抑制在第一转子部件的内部产生的热应力。而且，能够确保第一转子部件所需的强度。

而且，可以是，上述工作流体导入部形成有多个，上述第一转子部件在多个上述工作流体导入部中的至少两个以上上述工作流体导入部处的各个内径互不相同。

这样一来，能够按照各工作流体导入部来调整温度分布。

而且，可以是，上述第一转子部件在上述轴向上的多个部位处的各个内径互不相同。

这样一来，能够在上述轴向上的多个部位调整温度分布。

而且，可以是，上述第一转子部件至少在上述轴向的一部分按照内径从一侧朝向另一侧逐渐减小的方式以锥形形成有孔。

这样一来，能够在第一转子部件中沿着轴向进行温度调整。

而且，可以是，对于上述Ni基合金，以重量%计，C为0.15%以下，Si为1%以下，Mn为1%以下，Cr为5～15%，Mo、W及Re中的一种或两种以上的Mo+（W+Re）/2为17～25%，Al为0.2～2%，Ti为0.5～4.5%，Fe为10%以下，含有B及Zr中的一种或两种、其中B为0.02%以下、Zr为0.2%以下，Al+Ti的原子%为2.5～7.0%，其余部分由Ni和不可避免的杂质构成。

而且，可以是，对于上述Ni基合金，以重量%计，C为0.15%以下，Si为1%以下，Mn为1%以下，Cr为5～20%，Mo为17～26%，且Mo+（W+Re）/2为17～27%，Al为0.1～2%，Ti为0.1～2%，Fe为10%以下，B为0.02%以下及Zr为0.2%以下，Al+Ti的原子%为1～5.5%，其余部分由Ni和不可避免的杂质构成。