JP2007321630A - 蒸気タービンロータ及び蒸気タービン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】二種類の異なる材料を接合して一本のタービンロータを形成するとともに、接合されたこのタービンロータはその両端を二個のジャーナル軸受によって支持される蒸気タービン用の接合ロータであり、当該接合ロータの二個のジャーナル軸受の間に蒸気タービンの高圧部と中圧部と低圧部が形成されているボルト締結タイプの高中低圧一体接合ロータにおいて、当該接合ロータのボルト締結による接合位置は高圧第一段落近傍または中圧第一段落近傍の最高温度位置と低圧最終段落ホイールの間の位置であるとともに定格運転状態における蒸気温度が150℃以上400℃以下の位置であって、高温側ロータ部分はCrMoV鋼と称される低合金鋼からなり、低温側ロータ部分はNiCrMoVと称される低合金鋼からなる。
【選択図】図1
Description
図1は、請求項1に記載の発明の一実施の形態を示し、高中低圧一体接合ロータである蒸気タービンロータの縦断面図である。図2は、請求項2に記載の発明の一実施の形態を示し、中低圧一体接合ロータである蒸気タービンロータの縦断面図である。
図3は、請求項3に記載の発明の一実施の形態を示し、高中低圧一体接合ロータである蒸気タービンロータの縦断面図である。図4は、請求項5に記載の発明の一実施の形態を示し、中低圧一体接合ロータである蒸気タービンロータの縦断面図である。
図5は、請求項4に記載の発明の一実施の形態を示し、高中低圧一体接合ロータである蒸気タービンロータの縦断面図である。図6は、請求項6に記載の発明の一実施の形態を示し、中低圧一体接合ロータである蒸気タービンロータの縦断面図である。
図7及び図8は、請求項14に記載の発明の一実施の形態を示し、それぞれ、ボルト締結による高中低圧一体接合ロータである蒸気タービンロータの縦断面図と、溶接接合による高中低圧一体接合ロータである蒸気タービンロータの縦断面図である。図9は、図8に示す実施の形態の他の一例を示す縦断面図である。
図11は、請求項19に記載の発明の一実施の形態として示す蒸気タービンロータの接合部を表わしている部分的な縦断面図である。
図12及び図13は、請求項7に記載の発明の一実施の形態を示し、それぞれ、ボルト締結による高中低圧一体接合ロータである蒸気タービンロータの縦断面図と、溶接接合による高中低圧一体接合ロータである蒸気タービンロータの縦断面図である。
図15は、請求項8に記載の発明の一実施の形態として示す、溶接接合による高中低圧一体接合ロータを有する蒸気タービンの縦断面図である。図16は請求項9に記載の発明の一実施の形態として示す、溶接接合による中低圧一体接合ロータを有する蒸気タービンの縦断面図である。
図17は本発明の実施例の一例として示す蒸気タービンロータの縦断面図を示す摸式図である。図18はこれらの蒸気タービンロータを適用した蒸気タービンを示す摸式図である。図中、タービンロータの中心線上に記載している「*」なる印はジャナル軸受に支承されるロータジャーナル位置であることを示す記号である。
図21は本発明の第9の実施例の一例として示す蒸気タービンロータの縦断面図を示す摸式図である。図22はこれらの蒸気タービンロータを適用した蒸気タービンを示す摸式図である。図中、タービンロータの中心線上に記載している * なる印はジャナル軸受に支承されるロータジャーナル位置であることを示す記号である。
102 カップリングフランジ
103 高圧部
104 中圧部
105 低圧部
106 高圧第一段落
107 中圧第一段落
108 低圧最終段落
109 貫通する中心孔
110 ボルト締結部
121 高温側ロータ部分
122 低温側ロータ部分
126 高圧第一段落ホイール
127 中圧第一段落ホイール
128 低圧最終段落ホイール
151 ボルト
152 ジャーナル軸受
153 ジャーナル軸受
154 ジャーナル軸受
159 高温部の中心孔の直径
169 ジャーナル部の中心孔の直径
330 溶接部内周面
351 溶接接合
1031 円筒状金属部品
1034 高温側ロータ部分のボルト接合側の端面
1035 低温側ロータ部分のボルト接合側の端面
1581 高圧タービンケーシング
1582 中低圧タービンケーシング
1590 中間のジャーナル軸受位置のロータ直径
Claims (19)
- 二種類の異なる材料をボルト締結によって接合して一本のタービンロータを形成するとともに、接合されたこのタービンロータはその両端近傍をそれぞれジャーナル軸受によって支持される蒸気タービン用の接合ロータであり、当該接合ロータは少なくともどちらか一方の軸端にカップリングフランジを有するタービンロータであって、当該接合ロータの前記ジャーナル軸受位置の間に蒸気タービンの高圧部と中圧部と低圧部が形成されているボルト締結タイプの高中低圧一体接合ロータまたは高圧部と低圧部が形成されているボルト締結タイプの高低圧一体接合ロータにおいて、前記ジャーナル軸受位置の間におけるボルト締結による接合は一個所のみであって、当該接合ロータのボルト締結による接合位置は高圧第一段落近傍または中圧第一段落近傍の最高温度位置と低圧最終段落ホイールの間の位置であるとともに定格運転状態における蒸気温度が150℃以上400℃以下の位置であって、最高温度が作用する部分を有する材料から成る高温側ロータ部分は重量比で1〜3%のCrを含有しMoとVを含有するCrMoV鋼からなり、高温側ロータ部分は高圧第一段落部分または中圧第一段落部分を有し、低圧最終段落部分を有する低温側ロータ部分は2〜5%のNiを含有しCrとMoとVを含有するNiCrMoV鋼からなり、高温側ロータ部分には貫通する中心孔を形成し、当該中心孔は低温側ロータ部分とのボルト締結端から中圧第一段ホイールまたは高圧第一段ホイールの位置を越えた高温側ロータ部分のジャーナル軸受側にある任意の段落の範囲までの中心孔の直径が高温側ロータ部分のジャーナル軸受位置の中心孔の直径よりも大きいことを特徴とする蒸気タービンロータ。
- 二種類の異なる材料をボルト締結によって接合して一本のタービンロータを形成するとともに、接合されたこのタービンロータは高温側ロータ部分と低温側ロータ部分の材料が異なっている接合ロータであり、低温側ロータ部分の高温側ロータ材料が接合されていない方の軸端部の近傍がジャーナル軸受によって支持されるとともに高温側ロータ部分の低温側ロータ材料が接合されていない方の軸端部にカップリングフランジを有し、当該接合ロータには蒸気タービンの中圧部及び低圧部が形成されているとともに当該接合ロータが一体のタービンケーシングに格納されているようなボルト締結タイプの中低圧一体接合ロータにおいて、当該中低圧一体接合ロータに形成されるタービン段落範囲内においてボルト締結による接合は一個所のみであって、当該接合ロータのボルト締結による接合位置は中圧第一段落近傍の最高温度位置と低圧最終段落ホイールの間の位置であるとともに定格運転状態における蒸気温度が150℃以上400℃以下の位置であって、最高温度が作用する部分を有する材料から成る高温側ロータ部分は重量比で1〜3%のCrを含有しMoとVを含有するCrMoV鋼からなり、高温側ロータ部分は中圧第一段落を有し、低圧最終段落を有する低温側ロータ部分は2〜5%のNiを含有しCrとMoとVを含有するNiCrMoV鋼からなり、高温側ロータ部分には貫通する中心孔を形成し、当該中心孔は低温側ロータ部分とのボルト締結端から中圧第一段ホイールの位置を越えた範囲までの中心孔の直径が高温側ロータ部分の低温側ロータ部分と接合されていない方の軸端部のカップリングフランジの近傍の中心孔の直径よりも大きいことを特徴とする蒸気タービンロータ。
- 二種類の異なる材料を溶接によって接合して一本のタービンロータを形成するとともに、接合されたこのタービンロータはその両端近傍をそれぞれジャーナル軸受によって支持される蒸気タービン用の接合ロータであり、当該接合ロータは少なくともどちらか一方の軸端にカップリングフランジを有するタービンロータであって、当該接合ロータの前記ジャーナル軸受位置の間に蒸気タービンの高圧部と中圧部と低圧部が形成されている溶接接合タイプの高中低圧一体接合ロータまたは高圧部と低圧部が形成されている溶接接合タイプの高低圧一体接合ロータにおいて、前記ジャーナル軸受位置の間における溶接による接合は一個所のみであって、当該接合ロータの溶接による接合位置は高圧第一段落近傍または中圧第一段段落近傍の最高温度位置と低圧最終段落ホイールの間の位置であるとともに定格運転状態における蒸気温度が150℃以上400℃以下の位置であって、最高温度が作用する部分を有する材料から成る高温側ロータ部分は重量比で1〜3%のCrを含有しMoとVを含有するCrMoV鋼からなり、高温側ロータ部分は高圧第一段落部分または中圧第一段落部分を有し、低圧最終段落部分を有する低温側ロータ部分は2〜5%のNiを含有しCrとMoとVを含有するNiCrMoV鋼からなり、溶接の種類はタングステンイナートガス溶接であって、溶接作業時における溶接部内周面の監視ならびに溶接施工後の溶接部の内周面の検査を実施することが可能なように高温側ロータ部分と低温側ロータ部分の少なくともどちらか一方のタービンロータ部分には貫通する中心孔を設けたことを特徴とする蒸気タービンロータ。
- 二種類の異なる材料を溶接によって接合して一本のタービンロータを形成するとともに、接合されたこのタービンロータはその両端近傍をそれぞれジャーナル軸受によって支持される蒸気タービン用の接合ロータであり、当該接合ロータは少なくともどちらか一方の軸端にカップリングフランジを有するタービンロータであって、当該接合ロータの前記ジャーナル軸受位置の間に蒸気タービンの高圧部と中圧部と低圧部が形成されている溶接接合タイプの高中低圧一体接合ロータまたは高圧部と低圧部が形成されている溶接接合タイプの高低圧一体接合ロータにおいて、前記ジャーナル軸受位置の間における溶接による接合は一個所のみであって、当該接合ロータの溶接による接合位置は高圧第一段落近傍または中圧第一段段落近傍の最高温度位置と低圧最終段落ホイールの間の位置であるとともに定格運転状態における蒸気温度が150℃以上400℃以下の位置であって、最高温度が作用する部分を有する材料から成る高温側ロータ部分は重量比で1〜3%のCrを含有しMoとVを含有するCrMoV鋼からなり、高温側ロータ部分は高圧第一段落部分または中圧第一段落部分を有し、低圧最終段落部分を有する低温側ロータ部分は2〜5%のNiを含有しCrとMoとVを含有するNiCrMoV鋼からなり、高温側ロータ部分には貫通する中心孔を形成し、当該中心孔は低温側ロータ部分との溶接接合位置から中圧第一段落ホイールまたは高圧第一段落ホイールの位置を越えた高温側ロータ部分のジャーナル軸受側にある任意の段落の範囲までの中心孔の直径が高温側ロータ部分のジャーナル軸受位置の中心孔の直径よりも大きいことを特徴とする蒸気タービンロータ。
- 二種類の異なる材料を溶接によって接合して一本のタービンロータを形成するとともに、接合されたこのタービンロータは高温側ロータ部分と低温側ロータ部分の材料が異なっている接合ロータであり、低温側ロータ部分の溶接接合されていない方の軸端部の近傍がジャーナル軸受によって支持されるとともに高温側ロータ部分の溶接接合されていない方の軸端部にカップリングフランジを有し、当該接合ロータには蒸気タービンの中圧部及び低圧部が形成されているとともに当該接合ロータが一体のタービンケーシングに格納されているような溶接接合タイプの中低圧一体接合ロータにおいて、当該中低圧一体接合ロータに形成されるタービン段落範囲内において溶接による接合は一個所のみであって、当該接合ロータの溶接による接合位置は中圧第一段落近傍の最高温度位置と低圧最終段落ホイールの間の位置であるとともに定格運転状態における蒸気温度が150℃以上400℃以下の位置であって、最高温度が作用する部分を有する材料から成る高温側ロータ部分は重量比で1〜3%のCrを含有しMoとVを含有するCrMoV鋼からなり、高温側ロータ部分は中圧第一段落を有し、低圧最終段落を有する低温側ロータ部分は2〜5%のNiを含有しCrとMoとVを含有するNiCrMoV鋼からなり、溶接の種類はタングステンイナートガス溶接であって、溶接作業時における溶接部内周面の監視ならびに溶接施工後の溶接部の内周面の検査を実施することが可能なように高温側ロータ部分と低温側ロータ部分の少なくともどちらか一方のタービンロータ部分には貫通する中心孔を設けたことを特徴とする蒸気タービンロータ。
- 二種類の異なる材料を溶接によって接合して一本のタービンロータを形成するとともに、接合されたこのタービンロータは高温側ロータ部分と低温側ロータ部分の材料が異なっている接合ロータであり、低温側ロータ部分の溶接接合されていない方の軸端部の近傍がジャーナル軸受によって支持されるとともに高温側ロータ部分の溶接接合されていない方の軸端部にカップリングフランジを有し、当該接合ロータには蒸気タービンの中圧部及び低圧部が形成されているとともに当該接合ロータが一体のタービンケーシングに格納されているような溶接接合タイプの中低圧一体接合ロータにおいて、当該中低圧一体接合ロータに形成されるタービン段落範囲内において溶接による接合は一個所のみであって、当該接合ロータの溶接による接合位置は中圧第一段落近傍の最高温度位置と低圧最終段落ホイールの間の位置であるとともに定格運転状態における蒸気温度が150℃以上400℃以下の位置であって、最高温度が作用する部分を有する材料から成る高温側ロータ部分は重量比で1〜3%のCrを含有しMoとVを含有するCrMoV鋼からなり、高温側ロータ部分は中圧第一段落を有し、低圧最終段落を有する低温側ロータ部分は2〜5%のNiを含有しCrとMoとVを含有するNiCrMoV鋼からなり、高温側ロータ部分には貫通する中心孔を形成し、当該中心孔は溶接接合部分から中圧第一段落ホイール位置を越えた範囲までの中心孔の直径が高温側ロータ部分のカップリングフランジ近傍の中心孔の直径よりも大きいことを特徴とする蒸気タービンロータ。
- 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の蒸気タービンロータにおいて、高圧第一段落または中圧第一段落のタービンロータの胴部の最大直径をbとしその段落位置の中心孔の直径をaとするときに直径比b/aが、2.2<b/a<6を満足することを特徴とする蒸気タービンロータ。
- 蒸気タービンのロータにおいて、二種類の異なる材料を接合して一本のロータを形成するとともに、接合されたこのロータはその両端近傍をそれぞれジャーナル軸受によって支持されるとともにロータの中間部分がもう一個のジャーナル軸受によって支持される形式の蒸気タービン用の接合ロータであり、接合されたこのロータは少なくともどちらか一方の軸端にカップリングフランジを有するロータであって、当該接合ロータの一方の隣り合うジャーナル軸受の間に一体の高圧タービンケーシングを配置してその内部に蒸気タービンの高圧段落部分を格納し、当該接合ロータの他方の隣り合うジャーナル軸受の間に一体の中低圧タービンケーシングを配置してその内部に蒸気タービンの中圧部分と低圧部分を格納し、当該接合ロータの高圧部分のホイールと中圧部分のホイールとが隣り合っている間の範囲内にボルト締結によるカップリングフランジを設けることなく、当該接合ロータの両端のジャーナル軸受位置の内側の範囲内において接合は一個所のみであって、当該接合ロータの接合位置は中圧第一段落近傍の最高温度位置と低圧最終段落ホイールの間の位置にあることを特徴とする蒸気タービンロータ。
- 請求項8に記載の蒸気タービンロータにおいて、接合の位置が定格運転状態または常用運転状態における蒸気温度が150℃以上400℃以下の位置であって、最高温度が作用する部分を有する材料から成る高温側ロータ部分は重量比で1〜3%のCrを含有しMoとVを含有するCrMoV鋼からなり、高温側ロータ部分は高圧第一段落と中圧第一段落を有し、他方、低圧最終段落を有する低温側ロータ部分は重量比で2〜5%のNiを含有しCrとMoとVを含有するNiCrMoV鋼からなることを特徴とする蒸気タービンロータ。
- 請求項8又は9に記載の蒸気タービンロータにおいて、高圧部と中圧部との間に設けられたジャーナル軸受位置のロータの直径が、当該ロータの両端近傍に設けられたジャーナル軸受位置のうちの発電機に近い方に設けられたジャーナル軸受位置のロータの直径よりも大きいことを特徴とする蒸気タービンロータ。
- 請求項8ないし10のいずれか1項に記載の蒸気タービンロータにおいて、高温側ロータ部分には貫通する中心孔を形成し、当該中心孔は低温側ロータ部分との接合端から中圧第一段ホイールまたは高圧第一段ホイールの位置を越えた高温側ロータ部分の軸端近傍ジャーナル軸受側にある任意の段落の範囲までの中心孔の直径が高温側ロータ部分の軸端近傍設けられたジャーナル軸受の位置における中心孔の直径よりも大きいことを特徴とする蒸気タービンロータ。
- 請求項1ないし6、請求項8ないし11のいずれか1項に記載の蒸気タービンロータにおいて、低圧最終段落ホイールが存在する位置には中心孔を形成させないことを特徴とする蒸気タービンロータ。
- 前記接合は、溶接によるものであることを特徴とする請求項10ないし13のいずれか1項に記載の蒸気タービンロータ。
- 請求項13に記載の蒸気タービンロータにおいて、少なくとも当該接合ロータの中圧第一段落近傍の最高温度位置と低圧最終段落ホイールの間の範囲内における溶接接合部分の溶接の種類はタングステンイナートガス溶接であって、溶接作業時における溶接部内周面の監視ならびに溶接施工後の溶接部の内周面の検査を実施することが可能なように高温側ロータ部分と低温側ロータ部分の少なくともどちらか一方のロータ部分には貫通する中心孔を設けたことを特徴とする蒸気タービンロータ。
- 前記接合は、ボルトによる締結であることを特徴とする請求項10ないし13のいずれか1項に記載の蒸気タービンロータ。
- 請求項1、2、15のいずれか1項に記載の蒸気タービンロータにおいて、縦弾性係数が高温側ロータ材料及び低温側ロータ材料よりも小さく常温において150GPa以下である金属を概略円筒形状に形成して作成した円筒状金属部品の端面が高温側ロータ部分と低温側ロータ部分との接合面にそれぞれ接触するように配して高温側ロータと低温側ロータをボルト締結により接合したことを特徴とする蒸気タービンロータ。
- 定格運転状態において高圧タービンに供給される主蒸気の圧力及び温度が10MPa以上かつ500℃以上であって、一台の蒸気タービンとしての最大出力が100MW以上である蒸気タービンにおいて、両端部近傍がそれぞれのジャーナル軸受で支持され、その内側の部分が一体のタービンケーシングに格納される形式の蒸気タービンロータとして
請求項1、3、4のいずれか1項に記載の高中低圧一体接合ロータまたは高低圧一体接合ロータを適用したことを特徴とする蒸気タービン。 - 定格運転状態において高圧タービンに供給される主蒸気の圧力及び温度が10MPa以上かつ500℃以上であって、一台の蒸気タービンとしての最大出力が100MW以上である蒸気タービンにおいて、当該蒸気タービンは一体の高圧タービンケーシングと一体の中低圧タービンケーシングとを有し、高圧タービンケーシングには高圧ロータが格納され、中低圧タービンケーシングには
請求項2、5、6のいずれか1項に記載の中低圧一体接合ロータが格納されていることを特徴とする蒸気タービン。 - 定格運転状態において高圧タービンに供給される主蒸気の圧力及び温度が10MPa以上かつ500℃以上であって、一台の蒸気タービンとしての最大出力が100MW以上である蒸気タービンにおいて、当該蒸気タービンは一体の高圧タービンケーシングと一体の中低圧タービンケーシングとを有し、高圧タービンケーシングには高温側ロータ部分の高圧部が格納され、中低圧タービンケーシングには高温側ロータ部分の中圧部と低温側ロータ部分の低圧部が格納され、タービンロータとして高温側ロータ部分と低温側ロータ部分が溶接によって接合されている請求項8ないし12のいずれか1項に記載の接合ロータが適用されていることを特徴とする蒸気タービン。
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