JP2010084550A - Steam turbine, turbine rotor, and method for manufacturing the same - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such problems that a ring is susceptible to deformation and ease of welding work is not good because the rings are close to each other, in a steam turbine using a welded type rotor shaft made by welding to fix high-strength Ni-based super alloy rings and a shaft. <P>SOLUTION: A steam turbine rotor includes: a rotor shaft; the rings fitted in the rotor shaft to fix moving blade; and a blade fixed to the rings. The thickness of one ring is reduced, two or more of rings are used for one stage of the moving blade, and the moving blade is fixed to at least two rings through one side welding, so that the steam turbine rotor high in reliability and excellent in ease of work is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、蒸気タービンに関し、特にタービンリングをロータシャフトに溶接して構成されるリング溶接型のタービンロータに関する。   The present invention relates to a steam turbine, and more particularly to a ring welding type turbine rotor configured by welding a turbine ring to a rotor shaft.

埋蔵量が豊富である石炭は安価であり、エネルギーセキュリティーの観点からも重要なエネルギー源の一つである。またそれを利用した石炭火力発電プラントは今後も必要不可欠な発電機器である。しかし、天然ガスや原油を用いたガスタービンと比較すると蒸気タービンの発電端効率は低く、さらなる高効率化が必要である。   Coal with abundant reserves is inexpensive and is an important energy source from the viewpoint of energy security. Coal-fired power plants that use it will continue to be indispensable power generation equipment. However, compared with a gas turbine using natural gas or crude oil, the efficiency of the power generation end of the steam turbine is low, and further higher efficiency is required.

これまでの蒸気タービンの高温部材には１２Ｃｒ鋼など、Ｆｅ基合金の材料が主に用いられてきた。蒸気タービンの高効率化を目指して、欧州を中心に６５０℃級，７００℃級の蒸気タービンの開発が進められ、主蒸気温度の高温化がされている。主蒸気温度が６５０℃以上の蒸気タービンでは、高温強度に優れたＮｉ基超合金を使用する必要がある。   Up to now, high temperature members of steam turbines have mainly been made of Fe-based alloy materials such as 12Cr steel. With the aim of increasing the efficiency of steam turbines, development of 650 ° C class and 700 ° C class steam turbines is progressing mainly in Europe, and the main steam temperature has been increased. In a steam turbine having a main steam temperature of 650 ° C. or higher, it is necessary to use a Ni-base superalloy excellent in high-temperature strength.

Ｎｉ基超合金では、凝固の際の偏析，大型鍛造品の製造、またＦｅ基合金のロータに比べて非常に高価であるなどの問題があり、２０トンを超えるロータ製造では一体型の製造が難しいため、複数のＮｉ基合金の鍛造品を組み合わせた溶接構造のロータが不可欠となる。   Ni-base superalloys have problems such as segregation during solidification, production of large forgings, and extremely high cost compared to Fe-base alloy rotors. Since it is difficult, a rotor having a welded structure in which a plurality of Ni-based alloy forgings is combined is indispensable.

特開２００５−１２１０２３号公報（特許文献１）には、複数の鍛造品を組み合わせた構造のロータとしてリング型溶接ロータが開示されている。これは鋼とＮｉ基合金の異材を溶接し、高温側の部分にＮｉ基合金を用いることで、強度を高めることを特徴としたロータである。   Japanese Patent Laying-Open No. 2005-121023 (Patent Document 1) discloses a ring-type welded rotor as a rotor having a structure in which a plurality of forged products are combined. This is a rotor characterized in that strength is increased by welding dissimilar materials of steel and a Ni-based alloy and using a Ni-based alloy in a portion on the high temperature side.

特開２００７−３３２８６６号公報（特許文献２）では、高温側でＮｉ基合金の動翼とリングを一体型とした動翼一体型リングを、シャフトにはめ込んだロータが開示されている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2007-332866 (Patent Document 2) discloses a rotor in which a moving blade integrated ring in which a moving blade and a ring of an Ni-based alloy are integrated on the high temperature side is fitted into a shaft.

特開２００３−２６９１０６号公報（特許文献３）では、１２Ｃｒ鋼のようなフェライト鋼の翼を全周一群構造とし、ロータのディスクにその構造体に直接溶接する構造のロータが開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2003-269106 (Patent Document 3) discloses a rotor having a structure in which wings of ferritic steel such as 12Cr steel have a whole-group structure and are welded directly to the structure of a rotor disk.

特開２００５−１２１０２３号公報JP 2005-121023 A 特開２００７−３３２８６６号公報JP 2007-332866 A 特開２００３−２６９１０６号公報JP 2003-269106 A

鋼よりも高強度のＮｉ基材料のリングを焼き嵌めによってシャフトに取り付ける場合、常時リングに大きな応力がかかるため、亀裂が入った時に一気に進展しやすい。また、このような製造方法は、溶接よりも信頼性が低い。   When a ring made of a Ni base material having a strength higher than that of steel is attached to the shaft by shrink fitting, a large stress is always applied to the ring. Moreover, such a manufacturing method is less reliable than welding.

高強度のＮｉ基材料のリングを溶接によって取り付ける場合、信頼性は焼き嵌めより高い。しかし、例えば高温部の初段動翼など、強度を確保するため、リングのロータシャフトの軸方向の幅を大きくする必要がある。幅の大きいリングの片側からの溶接では、開先を大きくとる必要があり、このために溶接後、大きな残留応力のためにリングが変形する恐れがある。また、両側から溶接する場合、第１段目のリングは溶接可能であるが、２段目以降のリングでは前段のリングと溶接装置が干渉して、２段目以降のリングの溶接が困難である。   When a high strength Ni-based material ring is attached by welding, the reliability is higher than shrink fitting. However, in order to ensure the strength of the first stage rotor blade in the high temperature part, for example, it is necessary to increase the axial width of the rotor shaft of the ring. In welding from one side of a ring having a large width, it is necessary to make a large groove, and for this reason, the ring may be deformed due to a large residual stress after welding. In addition, when welding from both sides, the first stage ring can be welded. However, in the second and subsequent rings, it is difficult to weld the second and subsequent rings because the previous ring and the welding device interfere with each other. is there.

本願発明の課題は、上記のような問題を解決し、信頼性が高く、製造の容易な蒸気タービンロータを提供することにある。また、Ｎｉ基合金リングをシャフトに溶接接合する方法を提供することにある。   The subject of this invention is providing the steam turbine rotor which solves the above problems, is highly reliable, and is easy to manufacture. Another object of the present invention is to provide a method for welding and joining a Ni-based alloy ring to a shaft.

上記課題を達成するための本願発明の特徴は、ロータシャフトと、複数のリングよりなり、１段分の動翼を固定するための翼溝を有する蒸気タービンロータである。蒸気タービンロータに設けられた翼溝には、複数の動翼が取り付けられる。動翼には、翼溝に固定するための翼ルート部を有する。   A feature of the present invention for achieving the above object is a steam turbine rotor which includes a rotor shaft and a plurality of rings and has blade grooves for fixing one stage of moving blades. A plurality of blades are attached to the blade grooves provided in the steam turbine rotor. The moving blade has a blade root portion for fixing to the blade groove.

また、上記技術課題を解決するための本発明の特徴は、１段分の動翼を取り付けるために、２枚以上のリングを使用したことにある。また、２枚以上のリングで１段分の動翼を固定する翼溝を構成し、かつ片側からのみの溶接でリングをロータに取り付けるため、１枚あたりのリングの厚さを５０mm以内としたことにある。本発明は、特に主蒸気温度６５０℃以上の蒸気タービンロータに好適である。   In addition, a feature of the present invention for solving the above technical problem is that two or more rings are used for attaching one stage of moving blades. In addition, since the blade groove that fixes one stage of the moving blade is composed of two or more rings, and the ring is attached to the rotor by welding only from one side, the thickness of each ring is set to 50 mm or less. There is. The present invention is particularly suitable for a steam turbine rotor having a main steam temperature of 650 ° C. or higher.

従来の１段分の動翼を固定するための翼溝を、２枚以上のリングで構成することによって、１枚あたりのリングの厚さが薄くなるために片側からの溶接が可能となる。従って、これまで前段のリングなど、他のリングが干渉して、２段目以降のリングの溶接を困難となっていた課題を解消し、容易に２段目以降のリングの溶接が可能となる。   By forming the blade groove for fixing the conventional one-stage moving blade with two or more rings, the thickness of the ring per sheet becomes thin, so that welding from one side becomes possible. Therefore, the problem that it has been difficult to weld the second and subsequent rings due to interference with other rings such as the previous ring can be solved, and the second and subsequent rings can be easily welded. .

さらに、１段分の動翼を固定するためのリングが細分化されるために、パーツ一つあたりの大きさは小さくなり、加工性，鍛造性が向上する。タービンロータ製造時も、リングの厚さを薄くすることで、溶接に要する入熱を低減でき、溶接後の欠陥検出も容易である。さらにリングの変形も抑制できる。また、Ｎｉ基合金を使用し、タービンロータを作成することができるため、蒸気タービンの高温化，高強度化を図ることが可能である。   Furthermore, since the ring for fixing one stage of moving blades is subdivided, the size per part is reduced, and workability and forgeability are improved. Even when manufacturing the turbine rotor, by reducing the thickness of the ring, the heat input required for welding can be reduced, and defect detection after welding is easy. Furthermore, the deformation of the ring can be suppressed. Moreover, since a turbine rotor can be produced using a Ni-base alloy, it is possible to increase the temperature and strength of the steam turbine.

上記構成によれば、信頼性高く製造の容易な蒸気タービンロータを提供することが可能である。   According to the above configuration, it is possible to provide a steam turbine rotor that is highly reliable and easy to manufacture.

本願発明者らは、ロータシャフトと、前記ロータシャフトにはめ込まれ、動翼を固定するためのリングと、前記リングに固定された動翼とを有する蒸気タービンロータであって、リング１枚当たりの厚さを薄くし、動翼１段当たりに２枚以上のリングを使用し、片側溶接を実施して、前記動翼を少なくとも二つのリングに固定することにより、信頼性が高く、作業性に優れる蒸気タービンロータを提供することを検討した。さらに、上記構成とすることにより、１段分の動翼を複数のリングで固定するため、動翼より係る力を分散することが可能である。   The inventors of the present application are a steam turbine rotor having a rotor shaft, a ring that is fitted to the rotor shaft and that fixes a moving blade, and a moving blade fixed to the ring. By reducing the thickness, using two or more rings per stage of the rotor blade, performing one-sided welding, and fixing the rotor blade to at least two rings, high reliability and workability are achieved. It was investigated to provide an excellent steam turbine rotor. Furthermore, with the above-described configuration, the moving blades for one stage are fixed by a plurality of rings, so that the force can be dispersed from the moving blades.

図１には、本発明による蒸気タービンロータの必要構成部品を示す。タービンロータには、シャフト１と、翼を植えるためのリング２，３を用いる。なお、シャフト，リング及びシャフトとリングを溶接する溶接金属の材料は、使用温度，要求強度に応じて適宜選択できる。シャフト１は、これまでロータ材料として一般的に用いられている材料を使用できる。例えば、１２Ｃｒ鋼がよい。また、図１では、リング材は２枚で組となり、間に翼が固定される。翼を植えるためのリング２，３を、５０mm以下の厚さとすることで、片側からの溶接を可能とすることができる。リングには、予め翼を植えるための翼ルート部と嵌合する溝を切削加工しておいてもよい。リング材はＮｉ基合金が好ましい。これまでの鋼よりも高強度の、析出強化型Ｎｉ基合金である。この析出強化型Ｎｉ基合金としては、例えば、Waspaloy，ＩＮ７１８，ＩＮ６１７，ＦＥＮＩＸ７００，ＵＳＣ１４１といったＮｉ基合金がよい。シャフトとリングの溶接には、溶接金属を用いる。溶接金属としては、Ｎｉ基合金が望ましく、ＩＮ６１７やＩＮ８２が例示される。   FIG. 1 shows the necessary components of a steam turbine rotor according to the present invention. The turbine rotor uses a shaft 1 and rings 2 and 3 for planting blades. In addition, the material of the weld metal which welds a shaft, a ring, and a shaft and a ring can be suitably selected according to use temperature and required intensity | strength. The shaft 1 can use the material generally used until now as a rotor material. For example, 12Cr steel is preferable. In FIG. 1, two ring members are paired, and a wing is fixed therebetween. By setting the rings 2 and 3 for planting the wings to a thickness of 50 mm or less, welding from one side can be made possible. In the ring, a groove to be fitted to a blade root portion for planting a blade may be cut in advance. The ring material is preferably a Ni-based alloy. It is a precipitation-strengthened Ni-base alloy that is stronger than conventional steel. As this precipitation-strengthened Ni-base alloy, for example, Ni-base alloys such as Waspaloy, IN718, IN617, FENIX700, and USC141 are preferable. A weld metal is used for welding the shaft and the ring. The weld metal is preferably a Ni-based alloy, and examples include IN617 and IN82.

リングの溶接は、片側から行う。図２に示すように、第一の工程において、２ａのリングが片側から溶接され、第二の工程として２ｂが、２ａが接合されているのと反対側から片側溶接される。すなわち矢印の溶接方向１０が示すように、全リングが同じ側から溶接される。こうすることで前段のリングが干渉して、溶接が困難になることはない。溶接は、ＴＩＧ溶接で実施する。ＭＩＧ，レーザ溶接，電子ビーム溶接，サブマージアーク溶接であってもよい。   The ring is welded from one side. As shown in FIG. 2, in the first step, the ring of 2a is welded from one side, and as the second step, 2b is welded from one side to the opposite side where 2a is joined. That is, as indicated by the welding direction 10 indicated by the arrow, all the rings are welded from the same side. This prevents the previous ring from interfering and making welding difficult. Welding is performed by TIG welding. MIG, laser welding, electron beam welding, and submerged arc welding may be used.

図３は、翼を植える手段の部分断面図を示す。リングには、翼を溝に入れるために、翼ルート部が入る大きさの切れ目を開けておき、そこから溝を通して、矢印の翼植え方向６が示すように、ロータの円周方向に翼を１本ずつ通して嵌め、１段分の動翼を形成していく。溶接されたリングで作られた溝の形状に対して、翼には適当な形状にルート部が加工されている。   FIG. 3 shows a partial cross-sectional view of the means for planting wings. In the ring, in order to put the wing into the groove, a cut is made in a size that the wing root part enters, and from there, through the groove, the wing is placed in the circumferential direction of the rotor as indicated by the arrow wing planting direction 6. Fit one by one and form one stage of moving blades. In contrast to the shape of the groove made of the welded ring, the root portion of the blade is processed into an appropriate shape.

図４は、図３の翼溝の断面７におけるリング及び翼ルート部の断面図を示す。動翼には、リングに固定するための翼ルート部を有する。図４Ａのように、翼ルート部の先端に翼の溝形状については、最も容易な例としては、図４Ａに示すようなＴルート型の溝・翼溝形状がある。また、図４Ｂに示すダブルＴルート型、図４Ｃに示すモミの木型でもよい。特に、このような複雑な翼ルート部の加工は、翼が大きく、加工しやすいタービンの後段側で使用しやすい。   FIG. 4 shows a cross-sectional view of the ring and blade root at section 7 of the blade groove of FIG. The moving blade has a blade root portion for fixing to the ring. As shown in FIG. 4A, the simplest example of the blade groove shape at the tip of the blade root portion is a T-root groove / blade groove shape as shown in FIG. 4A. Moreover, the double T route type shown in FIG. 4B and the fir tree type shown in FIG. 4C may be used. In particular, machining of such a complex blade root portion is easy to use on the rear stage side of a turbine that has large blades and is easy to machine.

さらに、リングを動翼１段当たり３枚以上入れることによって、図４Ｄに示すようなフォーク型の翼溝を有する翼でもよい。複数本の翼ルート部をそれぞれのリングで形成される翼溝に合わせて固定する。さらに、動翼の翼ルート部とリングの全体を貫通するピンを設け、動翼を固定することも可能である。本発明の複数のディスクを用いた動翼の固定は、特に動翼の大きいタービンの後段側で使用することが有効である。   Furthermore, a blade having a fork-type blade groove as shown in FIG. 4D may be formed by inserting three or more rings per one blade. A plurality of blade root portions are fixed in accordance with blade grooves formed by the respective rings. Further, it is possible to fix the moving blade by providing a pin penetrating the blade root portion of the moving blade and the entire ring. The fixing of the moving blade using the plurality of disks of the present invention is effective particularly when used on the rear stage side of a turbine having a large moving blade.

本実施例では、二つのリングをシャフトに溶接し、翼を固定したタービンロータの実施例を示す。シャフトには、直径５００mmの１２Ｃｒ鋼を使用した。リングには、Ｎｉ基超合金を使用した。リング材の寸法は、内径が５２０mmで、外径が１０００mmとした。リングには溶接用の開先（１０mm）を設けた。リング及び翼には、予め切削加工によって図４Ａで示す溝，翼ルート部を設けた。リングは、幅を５０mmと１００mmの２種類のものを用意した。用意したリングを、ＴＩＧ溶接によってシャフトに溶接した。   In this embodiment, an embodiment of a turbine rotor in which two rings are welded to a shaft and blades are fixed is shown. A 12Cr steel having a diameter of 500 mm was used for the shaft. A Ni-base superalloy was used for the ring. The dimensions of the ring material were an inner diameter of 520 mm and an outer diameter of 1000 mm. The ring was provided with a welding groove (10 mm). The grooves and blade root portions shown in FIG. 4A were previously provided in the ring and blade by cutting. Two types of rings with a width of 50 mm and 100 mm were prepared. The prepared ring was welded to the shaft by TIG welding.

上記方法により動翼１段当たり、２リングを使用し、５０mmのリングを４枚溶接して、動翼を２段分植えつけられるタービンロータサンプルを作成した。１枚目と２枚目のリングの間隙、３枚目と４枚目のリングの間隙は１０mm、２枚目と３枚目のリングの間隙は１００mmとした。シャフトとリングの間の溶接幅は１０mmとした。リングの素材は、表１に記載の合金Ａ，合金Ｂ，合金Ｃ，合金Ｄ及び合金Ｅを用いた。表１に合金Ａ〜ＥのＮｉ基超合金の組成及び時効熱処理後のクリープ特性、７００℃における０.２％耐力を示す。また、溶接金属にはＮｉ基合金Ｃを用いた。   By using the above method, two rings were used per stage of the moving blade, and four 50 mm rings were welded to prepare a turbine rotor sample in which two stages of moving blades could be planted. The gap between the first and second rings was 10 mm, the gap between the third and fourth rings was 10 mm, and the gap between the second and third rings was 100 mm. The welding width between the shaft and the ring was 10 mm. As the ring material, alloy A, alloy B, alloy C, alloy D and alloy E described in Table 1 were used. Table 1 shows the compositions of Ni-base superalloys of alloys A to E, the creep characteristics after aging heat treatment, and the 0.2% proof stress at 700 ° C. Further, Ni-based alloy C was used as the weld metal.

２段目以降も溶接で接合することを考慮して、いずれの幅のリングでも片側からの溶接を実施した。表１のＮｉ基超合金のスペックを満たすように、タービンロータに時効熱処理を施した。   Considering that the second and subsequent stages are joined by welding, welding was performed from one side with any ring width. The turbine rotor was subjected to aging heat treatment so as to satisfy the specifications of the Ni-base superalloy shown in Table 1.

また、比較例として、合金Ａ〜Ｅで１００mmのリングを使用し、動翼１段当たり１リング、計２リングを固定したロータを作成した。リングの間の間隙は１００mmとした。   In addition, as a comparative example, a 100 mm ring was used for alloys A to E, and a rotor with one ring per rotor blade and a total of two rings was prepared. The gap between the rings was 100 mm.

リングとシャフトを溶接した後、応力除去焼鈍のためタービンロータを６５０℃で熱処理した。その結果を表２に示す。１００mm幅のリングを使用した比較例では、いずれのＮｉ基材においても大きく変形、もしくは割れが生じた。５０mmのリングを使用した実施例では、いずれの材料においても比較例の１００mm幅のリングに見られた変形，割れは発生しなかった。   After welding the ring and shaft, the turbine rotor was heat treated at 650 ° C. for stress relief annealing. The results are shown in Table 2. In the comparative example using a ring with a width of 100 mm, any Ni base material was greatly deformed or cracked. In the example using the 50 mm ring, the deformation and cracking observed in the 100 mm wide ring of the comparative example did not occur in any material.

上記のとおり、２段で翼を固定することにより、翼の溶接が可能となり、高度が高く、加工しにくいＮｉ基合金を使用することができる。また、一つの翼の重量を二箇所で分離して保持することとなるため、翼固定部の劣化が低減される。   As described above, by fixing the blades in two stages, it is possible to weld the blades, and it is possible to use a Ni-based alloy that is high in altitude and difficult to process. Moreover, since the weight of one wing | blade is isolate | separated and hold | maintained at two places, deterioration of a wing | blade fixing | fixed part is reduced.

実施例２では、実施例１のリング厚さを変更したロータシャフトを作成した例について説明する。シャフト材には直径５００mmの１２Ｃｒ鋼を使用した。リング材には、内径が５２０mm（シャフト直径＋開先分）で、外径が１０００mmのＮｉ基の合金Ｄを用意した。溶接金属には合金Ｃを用いた。リングの厚さを５０mm，５５mm，６０mm，６５mm，７０mm，８０mmと変えたリングを用意し、シャフト材に各リングを片側ＴＩＧ溶接した。リング幅を変えたときの溶接結果を表３に示す。５０mmのリングでは、変形や割れは生じなかった。５５mm，６０mmのリングを溶接すると、わずかにリングが変形し、７０mm以上では、割れが生じてしまった。従って、本実施例の合金の組み合わせでロータシャフトを作成する場合には、リング形状は、６０mm以下とすることが好ましい。   In Example 2, an example in which a rotor shaft having a changed ring thickness in Example 1 is created will be described. The shaft material was 12Cr steel having a diameter of 500 mm. As the ring material, an Ni-based alloy D having an inner diameter of 520 mm (shaft diameter + groove portion) and an outer diameter of 1000 mm was prepared. Alloy C was used for the weld metal. Rings with different ring thicknesses of 50 mm, 55 mm, 60 mm, 65 mm, 70 mm, and 80 mm were prepared, and each ring was TIG welded to the shaft material. Table 3 shows the welding results when the ring width is changed. The 50 mm ring did not deform or crack. When 55 mm and 60 mm rings were welded, the rings were slightly deformed, and cracks occurred at 70 mm and above. Therefore, when a rotor shaft is produced with the combination of the alloys of the present embodiment, the ring shape is preferably 60 mm or less.

実施例３では、本発明のリングを溶接したシャフト材を用いて、タービンを構成した例について説明する。シャフト材には直径５００mmの１２Ｃｒ鋼を使用した。リング材には、内径が５２０mm（シャフト直径＋開先分）で、外径が１０００mmのＮｉ基の合金Ｄを用意した。溶接金属には合金Ｃを用いた。リングの厚さは５０mmとして、１段当たりのリング枚数を２枚とした。リングには、予めＴルート型の溝を切削加工により切っておいた。シャフト材にＴＩＧ溶接にて片側溶接で動翼２段分のリングを溶接した。その後、溶接部の熱応力を除去するため、応力除去焼鈍のため、６５０℃で熱処理を実施した。本実施例では、割れや変形は生じなかった。   In Example 3, an example in which a turbine is configured using a shaft material welded with a ring of the present invention will be described. The shaft material was 12Cr steel having a diameter of 500 mm. As the ring material, an Ni-based alloy D having an inner diameter of 520 mm (shaft diameter + groove portion) and an outer diameter of 1000 mm was prepared. Alloy C was used as the weld metal. The ring thickness was 50 mm and the number of rings per stage was two. In the ring, a T root type groove was cut in advance. Rings for two stages of moving blades were welded to the shaft material by TIG welding on one side. Thereafter, heat treatment was performed at 650 ° C. for stress relief annealing in order to remove the thermal stress of the weld. In this example, neither cracking nor deformation occurred.

上記のリングを固定したロータシャフトを、蒸気タービンに使用した。蒸気タービンは、ロータシャフトと、ロータシャフトに固定された動翼と、動翼と相対する位置に設けられた静翼と、これらを覆うケーシングとを有し、一般に高圧車室，低圧車室から構成され、タービンによっては中圧車室を有するものもある。図５に高・中圧一体型の蒸気タービンの構成図、図６に蒸気タービンの全体図の一例を示す。蒸気は高圧車室を出たあと、再熱され中圧車室へ送られる。その後ダブルフローの低圧タービンへ送られる。この高・中圧車室では蒸気温度は蒸気タービンの中で最も高くなるため、材料は耐熱材料が用いられる。蒸気条件が厳しくなるにつれ、この高・中圧部の材料にとって厳しい環境に置かれることになる。タービン翼についてはそれぞれの温度に応じた材料を使用できるが、ロータ軸については、１本の軸で使われるため、そのような温度域による使い分けができない。これまでの蒸気温度では１２Ｃｒ鋼など、Ｆｅ系の材料が用いられてきたが、主蒸気温度が６５０℃を超えるようなタービンであるとＦｅ系の材料では対応しきれず、Ｎｉ基超合金を用いる必要が出てくる。しかしＮｉ基超合金は、大型鋼塊を作製する際の凝固偏析，大型品の鍛造性，コスト等の理由から、２０トンを超えるロータの製造では、一体型の構造が難しい。本実施例によれば、ロータシャフトの製造が容易であって、信頼性の高い蒸気タービンを提供することが可能となる。   The rotor shaft to which the ring was fixed was used for the steam turbine. A steam turbine has a rotor shaft, a moving blade fixed to the rotor shaft, a stationary blade provided at a position opposite to the moving blade, and a casing covering these, and generally includes a high-pressure casing and a low-pressure casing. Some turbines have medium pressure cabins. FIG. 5 is a configuration diagram of a high / medium pressure integrated steam turbine, and FIG. 6 shows an example of an overall view of the steam turbine. After leaving the high-pressure compartment, the steam is reheated and sent to the medium-pressure compartment. It is then sent to a double flow low pressure turbine. Since the steam temperature is the highest among the steam turbines in the high / medium pressure cabin, a heat resistant material is used. As the steam conditions become more severe, this high and medium pressure material is placed in a harsh environment. The turbine blades can be made of materials corresponding to the respective temperatures. However, the rotor shaft is used by one shaft, and thus cannot be properly used in such a temperature range. Up to now, Fe-based materials such as 12Cr steel have been used at the steam temperature. However, if the turbine has a main steam temperature exceeding 650 ° C., the Fe-based material cannot be used, and a Ni-base superalloy is used. Necessity comes out. However, a Ni-based superalloy is difficult to produce a one-piece structure in the manufacture of a rotor of more than 20 tons due to solidification segregation when producing large steel ingots, forging of large products, cost, and the like. According to this embodiment, it is possible to provide a steam turbine that is easy to manufacture the rotor shaft and has high reliability.

本発明における蒸気タービンロータで使用する部品の模式図を示す。The schematic diagram of the components used with the steam turbine rotor in this invention is shown. 図１に示した部品の組み立てた模式図を示す。The assembled schematic diagram of the components shown in FIG. 1 is shown. 本発明における翼を植える手段の部分図を示す。Fig. 2 shows a partial view of the means for planting wings in the present invention. 本発明におけるリング及び翼ルート部の形状を示す。The shape of the ring and blade | wing root part in this invention is shown. 蒸気タービンの構造例を示す。The structural example of a steam turbine is shown. 蒸気タービンの構造例を示す。The structural example of a steam turbine is shown.

符号の説明Explanation of symbols

１ シャフト
２，３ リング
４ 動翼
５ 翼ルート部
６ 翼植え方向
７ 翼溝の断面図
８ 溶接装置
９ 溶接部
１０ 溶接方向
１１ 高圧車室
１２ 中圧車室
１３ 低圧車室 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shaft 2 and 3 Ring 4 Rotor blade 5 Blade root part 6 Blade planting direction 7 Blade groove sectional view 8 Welding device 9 Welded part 10 Welding direction 11 High-pressure compartment 12 Medium-pressure compartment 13 Low-pressure compartment

Claims (13)

ロータシャフトと、前記ロータシャフトにはめ込まれ、動翼を固定するためのリングと、前記リングに固定されたブレードとを有する蒸気タービンロータであって、前記動翼は、少なくとも二つのリングに固定されることを特徴とする蒸気タービンロータ。   A steam turbine rotor having a rotor shaft, a ring fitted to the rotor shaft and fixing a moving blade, and a blade fixed to the ring, wherein the moving blade is fixed to at least two rings A steam turbine rotor. 請求項１に記載された蒸気タービンロータであって、前記リングは前記ロータシャフトの軸方向の片側より溶接されており、かつ、複数のリングが同じ方向より溶接されていることを特徴とする蒸気タービンロータ。   The steam turbine rotor according to claim 1, wherein the ring is welded from one axial side of the rotor shaft, and a plurality of rings are welded from the same direction. Turbine rotor. 請求項１に記載された蒸気タービンロータであって、前記リングの軸方向の厚さは５０mm以下であることを特徴とする蒸気タービンロータ。   2. The steam turbine rotor according to claim 1, wherein an axial thickness of the ring is 50 mm or less. 3. 請求項１に記載された蒸気タービンロータであって、前記少なくとも二つのリングは、互いに接触してロータに固定されていることを特徴とする蒸気タービンロータ。   The steam turbine rotor according to claim 1, wherein the at least two rings are fixed to the rotor in contact with each other. ロータシャフトに対応する内口径を有するリングを、ロータシャフトにはめ込み、前記リングとロータシャフトとを溶接接合し、前記リングに動翼を固定することを特徴とするリング溶接型ロータの製造方法であって、前記動翼は、少なくとも二つのリングに固定されていることを特徴とするリング溶接型ロータの製造方法。   A ring welding type rotor manufacturing method, wherein a ring having an inner diameter corresponding to the rotor shaft is fitted into the rotor shaft, the ring and the rotor shaft are welded to each other, and a moving blade is fixed to the ring. And the said moving blade is being fixed to at least two ring, The manufacturing method of the ring welding type rotor characterized by the above-mentioned. 請求項５に記載されたリング溶接型ロータの製造方法であって、前記リングを片側より、かつ、複数のリングを同じ方向より溶接することを特徴とするリング溶接型ロータの製造方法。   6. The method of manufacturing a ring welded rotor according to claim 5, wherein the ring is welded from one side and a plurality of rings are welded from the same direction. ロータシャフトと、前記ロータシャフトにはめ込まれたリングとよりなるタービンロータと、前記タービンロータを覆うケーシングと、前記リングに固定された動翼と、前記ケーシングの内側に設けられた静翼とよりなる蒸気タービンであって、前記動翼は複数のリングより構成される溝にはめ込まれ、固定されていることを特徴とする蒸気タービン。   A turbine rotor composed of a rotor shaft, a ring fitted into the rotor shaft, a casing covering the turbine rotor, a moving blade fixed to the ring, and a stationary blade provided inside the casing A steam turbine, characterized in that the moving blade is fitted in a groove constituted by a plurality of rings and fixed. 請求項７に記載された蒸気タービンにおいて、前記リングと前記ロータシャフトとが溶接されていることを特徴とする蒸気タービン。   The steam turbine according to claim 7, wherein the ring and the rotor shaft are welded. 請求項７に記載された蒸気タービンにおいて、前記リングは、前記ロータシャフトの軸方向のいずれか一方より溶接されており、かつ、複数のリングが同方向より溶接されていることを特徴とする蒸気タービン。   The steam turbine according to claim 7, wherein the ring is welded from any one of the axial directions of the rotor shaft, and a plurality of rings are welded from the same direction. Turbine. 請求項７に記載された蒸気タービンにおいて、前記リングは、前記ロータシャフトに溶接された内周側の厚さが７０mm以下であることを特徴とする蒸気タービン。   8. The steam turbine according to claim 7, wherein the ring has a thickness of 70 mm or less on an inner peripheral side welded to the rotor shaft. 請求項７に記載された蒸気タービンにおいて、前記リングは、Ｎｉ基合金よりなることを特徴とする蒸気タービン。   The steam turbine according to claim 7, wherein the ring is made of a Ni-based alloy. 前記動翼を固定する複数のリングは、間隙を空けて前記ロータシャフトに溶接されていることを特徴とする蒸気タービン。   A plurality of rings for fixing the moving blades are welded to the rotor shaft with a gap therebetween. 請求項７に記載された蒸気タービンにおいて、前記ロータシャフトが鋼材よりなり、前記リングがＮｉ基合金よりなり、前記ロータシャフトと前記リングとを溶接する溶接金属がＮｉ基合金よりなることを特徴とする蒸気タービン。   The steam turbine according to claim 7, wherein the rotor shaft is made of a steel material, the ring is made of a Ni-based alloy, and a weld metal for welding the rotor shaft and the ring is made of a Ni-based alloy. Steam turbine.

Images