タービンロータ
【課題】
本発明の目的は、７００℃級の蒸気条件であっても、クリープ強度に関し信頼性の高いタービンロータが提供することにある。
【解決手段】
タービン段落ロータ部１と軸端ロータ部２とに分割してタービンロータを構成し、タービン段落ロータ部１をＮｉ基合金で、軸端ロータ部２を鋼材でそれぞれ構成し、タービン段落ロータ部１と軸端ロータ部２とをフランジ３とボルト４により接合し、この接合部の両端にグランドシール（高温部グランドシール５，低温部グランドシール６）を設け、それらシール部を冷却管７を介して蒸気や空気により積極的に冷却する。
本発明の目的は、７００℃級の蒸気条件であっても、クリープ強度に関し信頼性の高いタービンロータが提供することにある。
【解決手段】
タービン段落ロータ部１と軸端ロータ部２とに分割してタービンロータを構成し、タービン段落ロータ部１をＮｉ基合金で、軸端ロータ部２を鋼材でそれぞれ構成し、タービン段落ロータ部１と軸端ロータ部２とをフランジ３とボルト４により接合し、この接合部の両端にグランドシール（高温部グランドシール５，低温部グランドシール６）を設け、それらシール部を冷却管７を介して蒸気や空気により積極的に冷却する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンロータに係り、特に、２５ＭＰａ以上の高圧，６５０℃以上高温の雰囲気にさらされる蒸気タービンロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に蒸気タービンは高圧タービン，中圧タービン，低圧タービンと３種に大別される。そのうち、超々臨界圧の高圧タービンでは、ボイラから流入する最も高温高圧である２５ＭＰａ，６００℃程度の蒸気が流入し、その出口はほぼ圧力は半減し、温度は４００℃程度に降下する。よって、タービンロータの素材は４００℃から６００℃の高温クリープに耐えることのできる材料が採用されている。
【０００３】
一方、ガスタービンと蒸気タービンでコンバインドサイクルを形成する場合、蒸気タービンは、例えば、特許文献１に記載されたように高中低圧一体のロータを構成し、各温度構成によって、タービン段落間のロータ部が溶接される構造が採用される。この溶接ロータ構造は、クリープ強度を考慮しなければいけないタービン段落部には高温用のロータ素材、例えば高強度Ｃｒ鋼を用い、クリープ強度を考慮しなくても良い４００℃より低温領域では、比較的安価であるＣｒＭｏＶ鋼などを用いる。このように温度に対応して異種材料を溶接すれば、クリープ強度を考慮しなければならない部分のみ高価な材料を用いればよいので、ロータ全体では安価に構成することが可能になる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６４８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来用いてきた超々臨界圧蒸気条件では、４００℃を超えて６２０℃程度まではフェライト鋼により充分クリープ強度が耐えられるものであったが、７００℃の蒸気条件を利用する先進超々臨界圧蒸気条件で高圧タービンを構成する場合、Ｎｉ基合金を適用しなければならない。Ｎｉ基合金は、フェライト鋼に比べて大型鋼塊製造性に乏しく、高々１０トン程度のロータしか製造することができない。この場合、従来のような溶接ロータの適用も考えられるが、Ｎｉ基合金とフェライト鋼の異種材溶接を施しても、Ｎｉ基合金素材やフェライト鋼素材は、ロータの基本機械特性を維持するため、ハンマーやプレスで鍛造され靭性が高められているのに対し、溶接部は高温熱処理された無垢の状態であるので、靭性に乏しく、著しく強度が低下する恐れがある。そのため、７００℃級先進超々臨界圧蒸気条件のロータを構成するにあたり、異種材溶接ロータでは、信頼性向上に何等かの対策を施す必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、７００℃級の蒸気条件であっても、クリープ強度に関し信頼性の高いタービンロータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明では、タービン段落部にのみＮｉ基合金を施し、その両端は鋼材で構成し、それらをフランジ・ボルトにより接合し、かつフランジ・ボルト接合部の両端にグランドシール（シャフトパッキンによるシール構造）を設け、それらシール部を蒸気や空気により積極的に冷却するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、フランジとボルトにより接合された部分の外周にシール構造を備えることが望ましい。
【０００９】
また、タービン段落部の両端の素材は、ＣｒＭｏＶ鋼を用いるのが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、グランドシールによる冷却機構を応用して、タービンロータの異種材カップリングを実現化するという着想に基づき考案されたものである。この本発明によれば、７００℃級の蒸気条件であっても、クリープ強度に関し信頼性の高いタービンロータを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の構成を、図１を用いて詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施例であるタービンロータを用いたタービンの構成図を示す。図１において、１はタービン段落ロータ部、２は軸端ロータ部、３はフランジ、４はボルト、５は高温部グランドシール、６は低温部グランドシール、７は冷却管、８は冷却蒸気挿入部、９は軸受、１０は内ケーシング、１１は外ケーシング、１２は静翼、１３は動翼、１４は主蒸気管、１５は排気口を示す。
【００１３】
タービン動翼や静翼で構成されるタービン段落のタービン段落ロータ部１は、７００℃の先進超々臨界圧蒸気条件で用いられる場合には、タービン段落間は６００℃から７００℃の高温で使用されるので、Ｎｉ基合金により製造される。一方、タービン段落ロータ部１の両端は、グランドシール（シャフトパッキン）が設けられており、蒸気漏洩を防ぐとともに、タービン内の高圧・高温蒸気と外気間に位置することから、フィルム冷却効果が作用され、タービン段落間より低温になる。そこで、軸端ロータ部２を鋼材で構成することが可能になり、タービン段落ロータ部１と軸端ロータ部２をフランジ・ボルト結合により連結し、かつ低温部グランドシール６にはさらに冷却蒸気挿入部８から導かれた冷却管７により強制的に冷気が通風されるので、軸端ロータ部２はクリープを確実に回避することが可能になる。尚、冷却管７には冷却蒸気の他に冷却空気を導入しても良い。
【００１４】
また、タービン段落ロータ部１と軸端ロータ部２を連結するフランジ部外周には、グランドシールと同様のシール構造を備えるのが望ましい。また、軸端ロータ部の素材としてＣｒＭｏＶ鋼を用いた場合、９Ｃｒ鋼や１２Ｃｒ鋼に較べて、Ｎｉ基と線膨張係数が近いのでフランジ・ボルト連結構造にガタを生じることは少なくなるともに、軸受の磨耗問題が回避できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例であるタービンロータを適用したタービンの構成図（断面図）。
【符号の説明】
【００１６】
１ タービン段落ロータ部
２ 軸端ロータ部
３ フランジ
４ ボルト
５ 高温部グランドシール
６ 低温部グランドシール
７ 冷却管
８ 冷却蒸気挿入部
９ 軸受
１０ 内ケーシング
１１ 外ケーシング
１２ 静翼
１３ 動翼
１４ 主蒸気管
１５ 排気口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンロータに係り、特に、２５ＭＰａ以上の高圧，６５０℃以上高温の雰囲気にさらされる蒸気タービンロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に蒸気タービンは高圧タービン，中圧タービン，低圧タービンと３種に大別される。そのうち、超々臨界圧の高圧タービンでは、ボイラから流入する最も高温高圧である２５ＭＰａ，６００℃程度の蒸気が流入し、その出口はほぼ圧力は半減し、温度は４００℃程度に降下する。よって、タービンロータの素材は４００℃から６００℃の高温クリープに耐えることのできる材料が採用されている。
【０００３】
一方、ガスタービンと蒸気タービンでコンバインドサイクルを形成する場合、蒸気タービンは、例えば、特許文献１に記載されたように高中低圧一体のロータを構成し、各温度構成によって、タービン段落間のロータ部が溶接される構造が採用される。この溶接ロータ構造は、クリープ強度を考慮しなければいけないタービン段落部には高温用のロータ素材、例えば高強度Ｃｒ鋼を用い、クリープ強度を考慮しなくても良い４００℃より低温領域では、比較的安価であるＣｒＭｏＶ鋼などを用いる。このように温度に対応して異種材料を溶接すれば、クリープ強度を考慮しなければならない部分のみ高価な材料を用いればよいので、ロータ全体では安価に構成することが可能になる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６４８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来用いてきた超々臨界圧蒸気条件では、４００℃を超えて６２０℃程度まではフェライト鋼により充分クリープ強度が耐えられるものであったが、７００℃の蒸気条件を利用する先進超々臨界圧蒸気条件で高圧タービンを構成する場合、Ｎｉ基合金を適用しなければならない。Ｎｉ基合金は、フェライト鋼に比べて大型鋼塊製造性に乏しく、高々１０トン程度のロータしか製造することができない。この場合、従来のような溶接ロータの適用も考えられるが、Ｎｉ基合金とフェライト鋼の異種材溶接を施しても、Ｎｉ基合金素材やフェライト鋼素材は、ロータの基本機械特性を維持するため、ハンマーやプレスで鍛造され靭性が高められているのに対し、溶接部は高温熱処理された無垢の状態であるので、靭性に乏しく、著しく強度が低下する恐れがある。そのため、７００℃級先進超々臨界圧蒸気条件のロータを構成するにあたり、異種材溶接ロータでは、信頼性向上に何等かの対策を施す必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、７００℃級の蒸気条件であっても、クリープ強度に関し信頼性の高いタービンロータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明では、タービン段落部にのみＮｉ基合金を施し、その両端は鋼材で構成し、それらをフランジ・ボルトにより接合し、かつフランジ・ボルト接合部の両端にグランドシール（シャフトパッキンによるシール構造）を設け、それらシール部を蒸気や空気により積極的に冷却するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、フランジとボルトにより接合された部分の外周にシール構造を備えることが望ましい。
【０００９】
また、タービン段落部の両端の素材は、ＣｒＭｏＶ鋼を用いるのが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、グランドシールによる冷却機構を応用して、タービンロータの異種材カップリングを実現化するという着想に基づき考案されたものである。この本発明によれば、７００℃級の蒸気条件であっても、クリープ強度に関し信頼性の高いタービンロータを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の構成を、図１を用いて詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施例であるタービンロータを用いたタービンの構成図を示す。図１において、１はタービン段落ロータ部、２は軸端ロータ部、３はフランジ、４はボルト、５は高温部グランドシール、６は低温部グランドシール、７は冷却管、８は冷却蒸気挿入部、９は軸受、１０は内ケーシング、１１は外ケーシング、１２は静翼、１３は動翼、１４は主蒸気管、１５は排気口を示す。
【００１３】
タービン動翼や静翼で構成されるタービン段落のタービン段落ロータ部１は、７００℃の先進超々臨界圧蒸気条件で用いられる場合には、タービン段落間は６００℃から７００℃の高温で使用されるので、Ｎｉ基合金により製造される。一方、タービン段落ロータ部１の両端は、グランドシール（シャフトパッキン）が設けられており、蒸気漏洩を防ぐとともに、タービン内の高圧・高温蒸気と外気間に位置することから、フィルム冷却効果が作用され、タービン段落間より低温になる。そこで、軸端ロータ部２を鋼材で構成することが可能になり、タービン段落ロータ部１と軸端ロータ部２をフランジ・ボルト結合により連結し、かつ低温部グランドシール６にはさらに冷却蒸気挿入部８から導かれた冷却管７により強制的に冷気が通風されるので、軸端ロータ部２はクリープを確実に回避することが可能になる。尚、冷却管７には冷却蒸気の他に冷却空気を導入しても良い。
【００１４】
また、タービン段落ロータ部１と軸端ロータ部２を連結するフランジ部外周には、グランドシールと同様のシール構造を備えるのが望ましい。また、軸端ロータ部の素材としてＣｒＭｏＶ鋼を用いた場合、９Ｃｒ鋼や１２Ｃｒ鋼に較べて、Ｎｉ基と線膨張係数が近いのでフランジ・ボルト連結構造にガタを生じることは少なくなるともに、軸受の磨耗問題が回避できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例であるタービンロータを適用したタービンの構成図（断面図）。
【符号の説明】
【００１６】
１ タービン段落ロータ部
２ 軸端ロータ部
３ フランジ
４ ボルト
５ 高温部グランドシール
６ 低温部グランドシール
７ 冷却管
８ 冷却蒸気挿入部
９ 軸受
１０ 内ケーシング
１１ 外ケーシング
１２ 静翼
１３ 動翼
１４ 主蒸気管
１５ 排気口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン段落ロータ部と、該タービン段落ロータ部の両端の軸端ロータ部とに分割して構成されたタービンロータであって、
前記タービン段落ロータ部はＮｉ基合金で製造され、
前記軸端ロータ部は鋼材にて製造され、
前記タービン段落ロータ部と前記軸端ロータ部は、フランジとボルトにより接合され、
前記フランジとボルトにより接合された部分の両側には、シール構造が施され、該シール構造には、ロータ部よりも低温な蒸気や空気を挿入する冷却機構が設けられたことを特徴とするタービンロータ。
【請求項２】
請求項１において、
前記フランジとボルトにより接合された部分の外周にはシール構造を備えたことを特徴とするタービンロータ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記軸端ロータ部の素材として、ＣｒＭｏＶ鋼を用いたことを特徴とするタービンロータ。
【請求項１】
タービン段落ロータ部と、該タービン段落ロータ部の両端の軸端ロータ部とに分割して構成されたタービンロータであって、
前記タービン段落ロータ部はＮｉ基合金で製造され、
前記軸端ロータ部は鋼材にて製造され、
前記タービン段落ロータ部と前記軸端ロータ部は、フランジとボルトにより接合され、
前記フランジとボルトにより接合された部分の両側には、シール構造が施され、該シール構造には、ロータ部よりも低温な蒸気や空気を挿入する冷却機構が設けられたことを特徴とするタービンロータ。
【請求項２】
請求項１において、
前記フランジとボルトにより接合された部分の外周にはシール構造を備えたことを特徴とするタービンロータ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記軸端ロータ部の素材として、ＣｒＭｏＶ鋼を用いたことを特徴とするタービンロータ。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−１１２２７５（Ｐ２０１０−１１２２７５Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８６０３３（Ｐ２００８−２８６０３３）
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]