CN101158289A - 涡轮转子以及汽轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明的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。可以导入650℃以上高温蒸气的汽轮机具有涡轮转子(10)，该涡轮转子(10)所采用的构成是：分别将前部轴(20)、前部低温密封部(21)、前部高温密封部(22)、前部高温动叶部(23)、后部低温动叶部(24)、后部低温密封部(25)以及后部轴(26)的分割部分进行熔敷而使其连接在一起。另外，前部轴(20)、前部低温密封部(21)、后部低温动叶部(24)、后部低温密封部(25)以及后部轴(26)用CrMoV钢形成，前部高温密封部(22)以及前部高温动叶部(23)用Ni基合金形成。

Description

涡轮转子以及汽轮机
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。
根据本发明的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。
附图说明
图1是示意表示本发明第1实施方案的涡轮转子的构成的俯视图。
图2是具有本发明第1实施方案的涡轮转子的超高压汽轮机的上半壳体部的剖视图。
图3是示意表示本发明第2实施方案的涡轮转子的构成的俯视图。
符号说明：
10涡轮转子                   20前部轴
21前部低温密封(packing)部    22前部高温密封部
23前部高温动叶部    24后部低温动叶部
25后部低温密封部    26后部轴
30、31接合部        100超高压汽轮机
110内部壳体         111外部壳体
112主蒸气管         113喷嘴
114动叶             115喷嘴箱
116冷却蒸气
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的一个实施方案。
(第1实施方案)
图1是示意表示本发明第1实施方案的涡轮转子10的构成的俯视图。
如图1所示，涡轮转子10包括：前部轴20，前部低温密封部21，前部高温密封部22，前部高温动叶部23，后部低温动叶部24，后部低温密封部25，以及后部轴26。
前部轴20以及前部低温密封部21是一体构成的。另外，前部高温密封部22以及镶嵌设置有动叶的前部高温动叶部23是一体构成的。再者，后部轴26、后部低温密封部25以及镶嵌设置有动叶的后部低温动叶部24也是一体构成的。另外，前部低温密封部21通过焊接与前部高温密封部22连接而形成接合部30，前部高温动叶部23通过焊接与后部低温动叶部24连接而形成接合部31，它们作为一个整体构成一个涡轮转子10。此外，前部轴20、后部轴26分别受到图中未示出的轴承的支撑，从而使涡轮转子10受到水平支撑。
另外，接合部30以及接合部31所设定的位置被曝露于温度为580℃以下的蒸气中，接合部30以及接合部31的金属温度维持在580℃以下。另外，前部低温密封部21、后部低温动叶部24以及后部低温密封部25所设定的位置也被曝露于温度为580℃以下的蒸气中，前部低温密封部21、后部低温动叶部24以及后部低温密封部25、进而前部轴20以及后部轴26的金属温度维持在580℃以下。在此，之所以将接合部30、接合部31、前部轴20、前部低温密封部21、后部低温动叶部24、后部低温密封部25以及后部轴26的金属温度维持在580℃以下，是因为可以稳定使用构成这些部位的材料的高温极限温度大约为580℃。
下面就构成涡轮转子10的前部轴20、前部低温密封部21、前部高温密封部22、前部高温动叶部23、后部低温动叶部24、后部低温密封部25以及后部轴26的构成材料进行说明。
(1)前部轴20、前部低温密封部21、后部低温动叶部24、后部低温密封部25以及后部轴26的构成材料
前部轴20、前部低温密封部21、后部低温动叶部24、后部低温密封部25以及后部轴26由可以稳定地使用至温度为580℃左右的CrMoV钢形成。形成这些前部轴20、前部低温密封部21、后部低温动叶部24、后部低温密封部25以及后部轴26的CrMoV钢的线膨胀系数优选在580℃下为13.3×10-6～15.3×10-6/℃。之所以优选使用具有该范围的线膨胀系数的CrMoV钢，是为了减少该CrMoV钢的线膨胀系数与后述的前部高温密封部22以及前部高温动叶部23的构成材料的线膨胀系数之差，从而抑制因线膨胀系数之差引起的接合部30、31中热应力的发生。
作为该CrMoV钢的具体实例，可以列举出下述(M1)和(M2)的化学组成范围的材料。此外，CrMoV钢并不局限于这些化学组成范围的材料，只要是可以稳定地使用至温度为580℃左右、且为上述线膨胀系数范围的CrMoV钢即可。
(M1)一种钢铁材料，其以重量％计，含有C：0.24～0.34、Si：0.15～0.35、Mn：0.7～1、Cr：0.85～2.5、V：0.2～0.3、Mo：1～1.5，余量为Fe以及不可避免的杂质，在不可避免的杂质中，Ni：0.5以下、P：0.035以下、S：0.035以下。
(M2)一种如特开2005-60826号公报所记载的合金钢，其以重量％计，含有C：0.05～0.15、Si：0.3以下(不包括0)、Mn：0.1～1.5、Ni：1.0以下(不包括0)、Cr：大于等于9.0但小于10、V：0.1～0.3、Mo：0.6～1.0、W：1.5～2.0、Co：1.0～4.0、Nb：0.02～0.08、B：0.001～0.008、N：0.005～0.1、Ti：0.001～0.03，余量为Fe以及不可避免的杂质；通过回火热处理，使M23C6型碳化物主要在晶界以及马氏体板条边界析出，在该马氏体板条内部使M2X型碳氮化物以及MX型碳氮化物析出，M2X型碳氮化物的构成元素中的V与Mo之间存在V＞Mo的关系，该M23C6型碳化物、M2X型碳氮化物以及MX型碳氮化物的析出物合计为2.0～4.0重量％。
另外，作为前部轴20、前部低温密封部21、后部低温动叶部24、后部低温密封部25以及后部轴26的构成材料，例如也可以使用1％CrMoV铸钢等更为廉价的低合金铸钢。
此外，上述(M1)和(M2)中的不可避免的杂质优选尽可能使其残存含有率接近0％。
(2)前部高温密封部22以及前部高温动叶部23的构成材料
前部高温密封部22以及前部高温动叶部23由可以稳定地使用至温度为650℃以上、具体地温度为700℃左右的Ni基合金形成。形成这些前部高温密封部22以及前部高温动叶部23的Ni基合金的线膨胀系数优选在580℃下为11.5×10-6～17×10-6/℃。之所以优选使用具有该范围的线膨胀系数的Ni基合金，是为了减少该Ni基合金的线膨胀系数与前述的构成前部轴20、前部低温密封部21、后部低温动叶部24、后部低温密封部25以及后部轴26的CrMoV钢的线膨胀系数之差，从而抑制因线膨胀系数之差引起的接合部30、31中热应力的发生。
作为该Ni基合金的具体实例，可以列举出下述(M3)～(M7)的化学组成范围的材料。此外，Ni基合金并不局限于这些化学组成范围的材料，只要是可以稳定地使用至温度为650℃以上、具体地温度为700℃左右、且为上述线膨胀系数范围的Ni基合金即可。
(M3)一种Ni基合金，其以重量％计，含有C：0.05～0.15、Si：0.01～1、Mn：0.01～1、Cr：20～24、Mo：8～10、Co：10～15、B：0.0001～0.006、Al：0.8～1.5、Ti：0.1～0.6，余量为Ni以及不可避免的杂质，在不可避免的杂质中，Fe：3以下、、Cu：0.5以下、S：0.015以下。
(M4)一种Ni基合金，其以重量％计，含有C：0.001～0.06、Si：0.01～0.4、Cr：14～18、B：0.0001～0.006、Al：0.1～3、Ti：0.1～2、Ni：39～44，余量为Fe以及不可避免的杂质，在不可避免的杂质中，Mn：0.4以下、Co：1以下、Cu：0.3以下、S：0.015以下。
(M5)一种Ni基合金，其以重量％计，含有C：0.01～0.1、Cr：8～15、Mo：16～20、Al：0.8～1.5、Ti：0.1～1.5、余量为Ni以及不可避免的杂质。
(M6)一种Ni基合金，其以重量％计，含有C：0.01～0.2、Cr：15～25、Mo：8～12、Co：5～15、Al：0.8～1.5、Ti：0.1～2，余量为Ni以及不可避免的杂质。
(M7)一种Ni基合金，其以重量％计，含有C：0.01～0.2、Cr：10～20、Mo：8～12、Al：4～8、Ti：0.1～2、Nb：0.1～3，余量为Ni以及不可避免的杂质。
此外，上述(M3)～(M7)中的不可避免的杂质优选尽可能使其残存含有率接近0％。
在此，上述化学组成范围内的Ni基合金的线膨胀系数在580℃下，(M3)为13×10-6～15×10-6/℃，(M4)为15×10-6～17×10-6/℃，(M5)为11.5×10-6～13.5×10-6/℃，(M6)为12.6×10-6～14.6×10-6/℃，(M7)为11.6×10-6～13.6×10-6/℃。另外，作为(M3)的化学组成范围内的Ni基合金，具体地可以列举出IN617(Inco公司生产)等，作为(M7)的化学组成范围内的Ni基合金，具体地可以列举出IN713C(Inco公司生产)等。
另外，优选将580℃下(汽轮机运转时)、Ni基合金的线膨胀系数与CrMoV钢的线膨胀系数之差设定为2×10-6/℃以下。这样，之所以优选将Ni基合金的线膨胀系数与CrMoV钢的线膨胀系数之差设定为2×10-6/℃以下，是因为因线膨胀系数之差引起的接合部30、31中热应力的发生受到抑制。
如前所述，在本发明的涡轮转子10中，在接合部30以及接合部31焊接接合的Ni基合金以及CrMoV钢的线膨胀系数分别为11.5×10-6～17×10-6/℃(Ni基合金)和13.3×10-6～15.3×10-6/℃(CrMoV钢)。也就是说，通过组合上述线膨胀系数的Ni基合金和CrMoV钢，可以将580℃下(汽轮机运转时)、各自的线膨胀系数之差设定为2×10-6/℃以下。
另一方面，在将以前的涡轮转子所使用的通常的12Cr钢与Ni基合金进行接合的情况下，各自的线膨胀系数之差大于上述Ni基合金和CrMoV钢的线膨胀系数之差，将产生大的热应力，因而是不优选的。
如上所述，根据第1实施方案的涡轮转子10，涡轮转子10所采用的构成是：将根据蒸气温度和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，并采用熔敷方法将线膨胀系数之差较小的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，将由Ni基合金构成的部分和由CrMoV钢构成的部分的接合部、以及由CrMoV钢构成的部分的金属温度维持在580℃以下，因而可以用作能够导入650℃以上的高温蒸气的汽轮机所具有的涡轮转子。
下面参照图2就具有上述第1实施方案的涡轮转子10的超高压汽轮机100进行说明。此外，这里表示的是超高压汽轮机100具有涡轮转子10的一个实例，但即使是高压汽轮机和中压汽轮机等具有涡轮转子10，也可以获得同样的作用效果。
图2表示具有涡轮转子10的超高压汽轮机100的上半壳体部的剖视图。
如图2所示，超高压汽轮机100具有包括内部壳体110及设置在其外侧的外部壳体111的双重构造的壳体。另外，在内部壳体110内贯穿设置有涡轮转子10。另外，在内部壳体110的内侧面例如配设有7级喷嘴113。在涡轮转子10上，镶嵌设置有动叶114。再者，在超高压汽轮机100中，贯穿外部壳体111以及内部壳体110而设置有主蒸气管112，而且主蒸气管112的端部被连接为与面向动叶114侧而导出蒸气的喷嘴箱115连通。
另外，在该超高压汽轮机100中，设置有外部壳体冷却手段，其将作完膨胀功后的一部分蒸气作为冷却蒸气116，导入内部壳体110与外部壳体111之间而使外部壳体111冷却。
接着，就超高压汽轮机100的蒸气的动作进行说明。
经过主蒸气管112流入超高压汽轮机100内的喷嘴箱115内的温度为650℃以上、例如为700℃左右的高温蒸气，通过固定在内部壳体110上的喷嘴113与镶嵌设置在涡轮转子10上的动叶114(前部高温动叶部23以及后部低温动叶部24)之间的蒸气通道而使涡轮转子10旋转。涡轮转子10受到因旋转而产生的强大的离心力的影响，向各部施加很大的力。
这里，就涡轮转子10的蒸气的动作进行详细的说明。
从喷嘴箱115导出的700℃左右的高温蒸气流入前部高温动叶部23的前侧(图1中前部高温动叶部23左侧的部分)。此时，前部高温动叶部23前侧的金属温度达700℃左右的温度。该高温蒸气在前部高温动叶部23作膨胀功，在前部高温动叶部23的最后级，蒸气温度变为580℃以下。因此，从前部高温动叶部23的最后级开始的下游侧的金属温度可以维持在580℃以下。也就是说，前部高温动叶部23和后部低温动叶部24的接合部31、后部低温动叶部24、后部低温密封部25以及后部轴26的金属温度可以维持在580℃以下。接合部31和用前述化学组成的CrMoV钢(M1、M2等)形成的后部低温动叶部24、后部低温密封部25以及后部轴26在该580℃以下的温度区可以确保充分的强度。另外，形成前部高温动叶部23的Ni基合金和形成后部低温动叶部24的CrMoV钢在580℃温度下的线膨胀系数之差较小，处于同等程度，因而可以充分减少在接合部31产生的热应力。
另一方面，从喷嘴箱115导出的700℃左右的高温蒸气流入前部高温密封部22，该蒸气向前部低温密封部21流动。该高温蒸气在即将流入前部低温密封部21之前，低温的密封蒸气混入该700℃左右的高温蒸气中，使蒸气温度达到580℃以下。然后，温度为580℃以下的蒸气流入前部低温密封部21与前部高温密封部22的接合部30、以及前部低温密封部21。因此，接合部30、前部低温密封部21以及前部轴20的金属温度可以维持在580℃以下。接合部30和用前述化学组成的CrMoV钢(M1、M2等)形成的前部低温密封部21以及前部轴20在该温度区可以确保充分的强度。另外，形成前部高温密封部22的Ni基合金和形成前部低温密封部21的CrMoV钢在580℃温度下的线膨胀系数之差较小，处于同等程度，因而可以充分减少在接合部30产生的热应力。
另外，在前部高温动叶部23以及后部低温动叶部24作完膨胀功的大部分蒸气被排放出去，并通过图中未示出的低温再热管流入锅炉而进行加热。另一方面，作完膨胀功的一部分蒸气作为冷却蒸气116而被导入内部壳体110与外部壳体111之间，以冷却外部壳体111。该冷却蒸气116从前部低温密封部21或作完膨胀功的大部分蒸气得以排放出去的排气通路而排放出去。
如上所述，根据具有第1实施方案的涡轮转子10的汽轮机，涡轮转子10所采用的构成是：将根据蒸气温度和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，并采用熔敷方法将线膨胀系数之差较小的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，将由Ni基合金构成的部分和由CrMoV钢构成的部分的接合部、以及由CrMoV钢构成的部分的金属温度维持在580℃以下，因而能够导入650℃以上的高温蒸气，可以谋求热效率的提高。
(第2实施方案)
图3是示意表示本发明第2实施方案的涡轮转子50的构成的俯视图。此外，对于与第1实施方案的涡轮转子10的构成相同的构成部分标注相同的符号，在此省略或简化重复的说明。
在此，第2实施方案的涡轮转子50的构成除了改变第1实施方案的涡轮转子10中前部高温动叶部23和后部低温动叶部24的构成而设置冷却机构以外，其余与第1实施方案的涡轮转子10的构成相同。如图3所示，涡轮转子50包括：前部轴20，前部低温密封部21，前部高温密封部22，前部高温动叶部60，后部低温动叶部61，后部低温密封部25，后部轴26，以及图中未示出的冷却机构。
涡轮转子50中的前部高温动叶部60和后部低温动叶部61的接合部70所形成的位置被曝露在温度高于580℃的蒸气中。此外，前部高温动叶部60和后部低温动叶部61的接合部70与第1实施方案同样，通过焊接进行连接。另外，在曝露在温度高于580℃的蒸气中的接合部70以及后部低温动叶部61上设置图中未示出的冷却机构，接合部70以及后部低温动叶部61的金属温度可以维持在580℃以下。
冷却机构的构成并没有什么特别的限制，例如也可以向曝露在温度高于580℃的蒸气中的接合部70以及后部低温动叶部61的表面，喷吹温度低于580℃的冷却蒸气，从而防止接合部70以及后部低温动叶部61曝露在温度高于580℃的蒸气中。另外，对于后部低温动叶部61，也可以使冷却蒸气流过后部低温动叶部61内部，从而对后部低温动叶部61进行冷却。再者，使冷却蒸气从后部低温动叶部61内部沿表面喷出，借助于该冷却蒸气在后部低温动叶部61的表面形成冷却蒸气膜，在该冷却蒸气膜的作用下，也可以防止后部低温动叶部61曝露在温度高于580℃的蒸气中。
此外，前部高温动叶部60可以用与第1实施方案的前部高温动叶部23相同的材料构成，后部低温动叶部61可以用与第1实施方案的后部低温动叶部24相同的材料构成。
如上所述，根据第2实施方案的涡轮转子50，由于设置了冷却机构，因而可以在曝露于温度高于580℃的蒸气中的区域，设定接合部70以及后部低温动叶部61。由此，可以减少使用高价Ni基合金的部位，因而可以减少涡轮转子的制造成本。另外，划分为由Ni基合金构成的部分和由CrMoV钢构成的部分而构成涡轮转子50，并采用熔敷方法将线膨胀系数之差较小的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，将由Ni基合金构成的部分和由CrMoV钢构成的部分的接合部、以及由CrMoV钢构成的部分的金属温度维持在580℃以下，因而可以用作能够导入650℃以上的高温蒸气的汽轮机所具有的涡轮转子。
下面就具有上述第2实施方案的涡轮转子50的超高压汽轮机100进行说明。此外，具有涡轮转子50的超高压汽轮机100的构成与具有图2所示的第1实施方案的涡轮转子10的超高压汽轮机100相同，故而参照图2以及图3，就超高压汽轮机100的蒸气的动作进行说明。另外，这里表示的是超高压汽轮机100具有涡轮转子50的一个实例，但即使是高压汽轮机和中压汽轮机等具有涡轮转子50，也可以获得同样的作用效果。
经过主蒸气管112流入超高压汽轮机100内的喷嘴箱115内的温度为650℃以上、例如为700℃左右的高温蒸气，通过固定在内部壳体110上的喷嘴113与镶嵌设置在涡轮转子50上的动叶114(前部高温动叶部60以及后部低温动叶部61)之间的蒸气通道而使涡轮转子50旋转。涡轮转子50受到因旋转而产生的强大的离心力的影响，向各部施加很大的力。
这里，就涡轮转子50的蒸气的动作进行详细的说明。
从喷嘴箱115导出的700℃左右的高温蒸气流入前部高温动叶部60的前侧(图3中前部高温动叶部60左侧的部分)。此时，前部高温动叶部60前侧的金属温度达700℃左右的温度。该高温蒸气在前部高温动叶部60作膨胀功，但在前部高温动叶部60的(涡轮)级数较少，因而即使在前部高温动叶部60的最后级，蒸气温度也达580℃以上。另外，采用冷却机构使温度低于580℃的冷却蒸气流过曝露在温度高于580℃的蒸气中的接合部70以及后部低温动叶部61的表面，因而接合部70以及后部低温动叶部61不会曝露580℃以上的蒸气中。因此，接合部70以及后部低温动叶部61的金属温度可以维持在580℃以下。接合部70和用前述化学组成的CrMoV钢(M1、M2等)形成的后部低温动叶部61、后部低温密封部25以及后部轴26在该温度区可以确保充分的强度。另外，形成前部高温动叶部60的Ni基合金和形成后部低温动叶部61的CrMoV钢在580℃温度下的线膨胀系数之差较小，处于同等程度，因而可以充分减少在接合部70产生的热应力。
另一方面，从喷嘴箱115导出的700℃左右的高温蒸气流入前部高温密封部22，该蒸气向前部低温密封部21流动。该高温蒸气在即将流入前部低温密封部21之前，低温的密封蒸气混入该700℃左右的高温蒸气中，使蒸气温度达到580℃以下。然后，温度为580℃以下的蒸气流入前部低温密封部21与前部高温密封部22的接合部30、以及前部低温密封部21。因此，接合部30、前部低温密封部21以及前部轴20的金属温度可以维持在580℃以下。接合部30和用前述化学组成的CrMoV钢(M1、M2等)形成的前部低温密封部21以及前部轴20在该温度区可以确保充分的强度。另外，形成前部高温密封部22的Ni基合金和形成前部低温密封部21的CrMoV钢在580℃温度下的线膨胀系数之差较小，处于同等程度，因而可以充分减少在接合部30产生的热应力。
另外，在前部高温动叶部60以及后部低温动叶部61作完膨胀功的大部分蒸气被排放出去，并通过图中未示出的低温再热管流入锅炉而进行加热。另一方面，作完膨胀功的一部分蒸气作为冷却蒸气116而被导入内部壳体110与外部壳体111之间，以冷却外部壳体111。该冷却蒸气116从前部低温密封部21或作完膨胀功的大部分蒸气得以排放出去的排气通路而排放出去。
如上所述，根据具有第2实施方案的涡轮转子50的汽轮机，由于设置了冷却机构，因而可以在曝露于温度高于580℃的蒸气中的区域，设定接合部70以及后部低温动叶部61。由此，可以减少使用高价Ni基合金的部位，因而可以减少汽轮机的制造成本。另外，划分为由Ni基合金构成的部分和由CrMoV钢构成的部分而构成涡轮转子50，并采用熔敷方法将线膨胀系数之差较小的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，将由Ni基合金构成的部分和由CrMoV钢构成的部分的接合部、以及由CrMoV钢构成的部分的金属温度维持在580℃以下，因而能够导入650℃以上的高温蒸气，可以谋求热效率的提高。
(实施例1以及比较例1)
在此，采用上述本发明的涡轮转子所使用的Ni基合金和CrMoV钢，熔敷该Ni基合金和CrMoV钢而构成涡轮转子，将其假定为试验样品1(实施例1)，另外采用以前的异材焊接型涡轮转子所使用的Ni基合金和12Cr钢，熔敷该Ni基合金和12Cr钢而构成涡轮转子，将其假定为试验样品2(比较例1)，并计算了在各自的接合部产生的热应力。
试验样品1是将直径为800mm、长度为1000mm的Ni基合金圆柱体和直径为800mm、长度为1000mm的CrMoV钢圆柱体在各自的断面进行焊接而成的。另外，作为Ni基合金使用IN617(Inco公司生产)。另外，所使用的Ni基合金和CrMoV钢在580℃下的线膨胀系数之差为0.3×10-6/℃。
试验样品2是将直径为800mm、长度为1000mm的Ni基合金圆柱体和直径为800mm、长度为1000mm的12Cr钢圆柱体在各自的断面进行焊接而成的。另外，作为Ni基合金使用IN617(Inco公司生产)，作为12Cr钢使用新12Cr钢。另外，所使用的Ni基合金和12Cr钢在580℃下的线膨胀系数之差为2.8×10-6/℃。
热应力计算的结果，试验样品1中的热应力为28.8MPa，试验样品2中的热应力为269MPa。该结果清楚地表明：试验样品1的接合部中的热应力小于试验样品2的接合部中的热应力。
以上通过实施方案对本发明进行了具体的说明，但本发明并不仅仅局限于这些实施方案，在不脱离其宗旨的范围内可以进行各种变更。

Claims (10)

1.一种可导入650℃以上的高温蒸气的汽轮机所具有的涡轮转子，其特征在于：
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。
2.一种可导入650℃以上的高温蒸气的汽轮机所具有的涡轮转子，其特征在于：
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。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮转子，其特征在于：所述Ni基合金的线膨胀系数与所述CrMoV钢的线膨胀系数之差在熔敷部使用时的温度下为2×10-6/℃以下。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的涡轮转子，其特征在于：所述Ni基合金以重量％计，含有C：0.05～0.15、Si：0.01～1、Mn：0.01～1、Cr：20～24、Mo：8～10、Co：10～15、B：0.0001～0.006、Al：0.8～1.5、Ti：0.1～0.6，余量为Ni以及不可避免的杂质，在不可避免的杂质中，Fe：3以下、Cu：0.5以下、S：0.015以下。
5.根据权利要求1～3的任一项所述的涡轮转子，其特征在于：所述Ni基合金以重量％计，含有C：0.001～0.06、Si：0.01～0.4、Cr：14～18、B：0.0001～0.006、Al：0.1～3、Ti：0.1～2、Ni：39～44，余量为Fe以及不可避免的杂质，在不可避免的杂质中，Mn：0.4以下、Co：1以下、Cu：0.3以下、S：0.015以下。
6.根据权利要求1～3的任一项所述的涡轮转子，其特征在于：所述Ni基合金以重量％计，含有C：0.01～0.1、Cr：8～15、Mo：16～20、Al：0.8～1.5、Ti：0.1～1.5、余量为Ni以及不可避免的杂质。
7.根据权利要求1～3的任一项所述的涡轮转子，其特征在于：所述Ni基合金以重量％计，含有C：0.01～0.2、Cr：15～25、Mo：8～12、Co：5～15、Al：0.8～1.5、Ti：0.1～2，余量为Ni以及不可避免的杂质。
8.根据权利要求1～3的任一项所述的涡轮转子，其特征在于：所述Ni基合金以重量％计，含有C：0.01～0.2、Cr：10～20、Mo：8～12、Al：4～8、Ti：0.1～2、Nb：0.1～3，余量为Ni以及不可避免的杂质。
9.根据权利要求1～8的任一项所述的涡轮转子，其特征在于：所述CrMoV钢以重量％计，含有C：0.24～0.34、Si：0.15～0.35、Mn：0.7～1、Cr：0.85～2.5、V：0.2～0.3、Mo：1～1.5，余量为Fe以及不可避免的杂质，在不可避免的杂质中，Ni：0.5以下、P：0.035以下、S：0.035以下。
10.一种可导入650℃以上的高温蒸气的汽轮机，其特征在于：具有权利要求1～9的任一项所述的涡轮转子。
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