CN1246579A - 蒸汽涡轮的异材焊接转子 - Google Patents

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Abstract

一种蒸汽涡轮的异材焊接转子,以焊接方式连接异种材料构成的转子,增加焊接部强度,使接合部的检查易于进行。轴承部转子1和高温部转子2以焊接部A,高温部转子2和低温部转子3以B,低温部转子3与轴承部转子4以C分别以焊接方式连接,在焊接部B、C分别形成空间部。在空间部分别设有检查孔。转子1由2·(1/4)CrMoV钢、转子2由12Cr钢、转子3、4由NiCrMoV钢构成,材料费便宜,且用检查孔和空间部使焊接部的检查容易。

Description

蒸气涡轮的异材焊接转子
本发明涉及一种蒸气涡轮的异材焊接转子，以焊接方式连接高温部和低温部使用不同材料的转子，增加连接强度，并使转子内部的缺陷易于检查。
近年来的蒸气涡轮的转子随着蒸气的高温化，使用了高温强度和韧性优良的12％铬钢。这种转子无论暴露于高温蒸气的高温部还是暴露于低温蒸气的低温部均采用了相同12％的铬钢，近年来，由于转子也开始大型化，用同一种材料制作并满足高温部特性和低温部特性已开始困难起来。另外，也有转子部用12％铬钢制作、转子周围的套筒或联轴节等使用低合金钢制作的。
12％铬钢为高价材料，可以充分满足暴露于高温的部分所需的耐热性、蠕变特性等，而低温部可以不使用这种高价材料，它反倒要求韧性，以低温材料就可以充分对应。为了解决这些问题，进行了例如如图7所示的试验，即，以焊接方式连接使用不同材料的转子而构成一根转子。
在图7中，符号31为适用于高温部的12％铬钢的涡轮转子，符号32为适用于低温部的低合金钢构成的涡轮转子，由铬、钼、钒、镍等的合金钢构成。符号33堆焊部，设于涡轮转子31的端部34，由9Cr钢构成。符号35为焊接坡口，形成于要焊接的堆焊部33和涡轮转子32之间，由焊接金属36焊接，构成一根转子。
如前所述，现有蒸气涡轮转子从高温部向低温部延伸，由暴露于高温高压蒸气的部分和暴露于低温低压蒸气的部分构成。现有技术中，该蒸气涡轮转子仅由12％铬钢整体形成，但由于12％铬钢是高价材料，因此，提出了连接由图7所示的不同材料构成的转子形成一根转子的提案。但是，现有的连接不同材料的蒸气涡轮转子因其分割部分导致焊接强度不同，又需要充分地进行焊接后的缺陷检查，而其在结构上没有考虑可充分地进行检查这一点。
因此，本发明的目的在于提供一种蒸气涡轮的异材焊接转子，在连接异种材料构成的蒸气涡轮转子中，尤其对接合部的形状进行了深入研究，采用了增加接合部强度的焊接结构，并且采用了可以充分实施接合部检查的结构。
本发明为了解决上述课题，提供了下述(1)至(3)的方式。
(1)一种蒸气涡轮的异材焊接转子，以焊接方式连接分割为轴承部、高温部、低温部分别由异种材料构成的各转子，其特征在于：所述各转子的接合端面中心部具有圆形凹部，同时，周边部具有和邻接的转子相互连接的圆环状的面，以焊接方式连接，内部形成空间部，设有从转子外表面连通所述空间部的检查孔。
(2)一种蒸气涡轮的异材焊接转子，以焊接方式连接分割为高温部、低温部分别由异种材料构成的各转子，其特征在于：所述各转子的接合端面中心部具有圆形凹部，同时，周边部具有和邻接的转子相互连接的圆环状的面，以焊接方式连接，内部形成空间部，设有从转子外表面连通所述空间部的检查孔。
(3)在所述(1)或(2)方式的基础上的方式，其特征在于：以所述焊接方式连接的圆环状的面的内侧周围在所述空间部内朝向中心由两侧面的周围突设。
本发明的(1)方式的转子分割为两端的轴承部、高温部、低温部，以焊接而构成，而在本发明的(2)方式中，由低温部和高温部，例如两端低温部、中间高温部以焊接构成。这样的蒸气涡轮的异材焊接转子在焊接部的内部具有空间部，空间部设有从转子外表面向内部连通的检查孔，因此，可以从检查孔将例如纤维显示器(fiberscope)等插入空间部，对焊接接合部的周围进行检查。
在本发明的(3)方式中，由于焊接接合部的在空间部内的周围从两侧面向中心以规定长度突设，故接合面上的拉应力由于内周侧由突设部分散故比外周侧弱，可以防止热应力引起的接合面内侧端部发生的破损。若设形成突设部的曲面的半径为R，接合后的突设部的长度为L，则L/R在2＜L/R＜3的范围中，应力降低效果大。
附图的简要说明如下：
图1为本发明实施例1的蒸气涡轮的异材焊接转子的整体断面图；
图2A、图2B、图2C是图1的焊接部断面图，图2A表示轴承部和高温部的焊接部断面图，图2B表示高温部和低温部的焊接部断面图，图2C表示低温部和轴承部的焊接部断面图；
图3A、图3B为图1的放大图，图3A为图1的X部放大断面图，图3B为图3A的B部放大详细图；
图4为图1的焊接部B的拉应力分布图；
图5是本发明实施例2的蒸气涡轮的异材焊接转子的整体断面图；
图6A、图6B为图5的放大图，图6A为B部的放大图，图6B为图6A的详细图；
图7为现有的接合异种材料的蒸气涡轮转子的局部断面图。
下面参照附图具体说明本发明的实施例。图1为本发明实施例1的蒸气涡轮的异材焊接转子的断面图。图中，符号1为轴承部转子，符号2为高温部转子，符号3为低温部转子，符号4为低温部侧的轴承部转子。轴承部转子1和高温部转子2以焊接部A、高温部转子2和低温部转子3以焊接部B、低温部转子3和轴承部转子4以焊接部C分别焊接接合构成一根蒸气涡轮转子。
轴承部转子1为低温部，由2·(1/4)CrMoV(铬·钼·钒)钢构成，高温部转子2暴露于高温蒸气，为耐热要求最严格的部分，故由耐热性高、强度好的12Cr钢构成。低温部转子3同样为暴露于蒸气的部分，但与高温部转子比为较低压、低温的蒸气，故使用3.5NiCrMoV(镍·铬·钼·钒)钢，轴承部转子4也使用相同的材料。
焊接部B和C为与分别暴露于高温、低温蒸气的转子2和3相关的部分，为安装涡轮的动翼的重要部分，故在这些B、C焊接部，如后所述，设有空间部5、6，构成可以检查焊接部B、C的焊接部周围的结构。另外，焊接部A为低温部的轴承部，可以向中空部10插入纤维显示器等，可进行检查，故不特意采用该空间部这样的结构，但当然也可以根据需要设置这样同样的结构。
图2A、图2B、图2C是图1的焊接部A、B、C各部焊接结构的断面图，图2A表示焊接部A，图2B表示焊接部B，图2C表示焊接部C。在图2A中，高温部转子2由12Cr钢的高耐热材料构成，利用9Cr钢的堆焊部12实施防软化对策。轴承部转子1由2·(1/4)CrMoV钢构成，在轴承部转子1和堆焊部12之间加工坡口13，用焊接金属11进行焊接。
在图2B中，高温部转子2由12Cr钢构成，向空间部5侧的中心部形成有向内突出的凸起部22，和图2A同样设有9Cr钢构成的堆焊部14。低温部转子3由3.5NiCrMoV钢构成，同样设有凸起部23，在其和堆焊部14之间加工有坡口15，用焊接金属16实施焊接。低温部转子3的角部用2·(1/4)CrMo钢17实施焊接，以防止二次加热引起的破裂。
在图2C中，低温部转子3由3.5NiCrMoV钢构成，在空间部6侧同样形成有凸起部24，轴承部转子4由同样的材料构成，也形成凸起部25。在两凸起部24、25的接合部加工坡口18，用焊接金属19实施焊接，且两角部用2·(1/4)CrMo钢20、21实施焊接，以防止二次加热引起的破裂。
图3A、图3B为图1的局部放大断面图，图3A为图1的X部放大，图3B为图3A的B部放大断面图。图中，在各焊接部B、C，在应接合的各转子端部的中央部形成有圆形凹部26、27，由接合部的左右一对凹部26、27形成空间部5、6。空间部5、6分别设有各自从转子表面连通的检查孔7、8。
在图3B中，若比较高温部转子2和低温部转子3，则由12Cr钢构成的高温部转子2热膨胀系数小，低温部转子3会早缩小。因此，检查孔7设在热膨胀系数小、受热影响小的高温部转子2侧，与空间部5连通。检查孔设在与焊接部邻接的位置，并设在转子外周上的一处，也可以根据需要设置多处。
检查孔7上设有塞子9，通常密闭，检查时取下塞子，从该检查孔7将纤维显示器等插入空间部5内，可检查焊接部B的周围。该塞子9若以螺纹等拧在检查孔7入口部，则固定、取下容易。在焊接部C，虽然低温部转子3和轴承部转子4为同一种材料，但检查孔8的位置以焊接部B为准，也设在高温侧。
图4为焊接部B的应力分布图，图中，在高温部转子2、和低温部转子3的接合部的空间部5侧分别形成有凸起部22、23，接合部B由于热膨胀而承受拉应力F，但在焊接部B1近旁应力直线状左右施加，而在焊接部B2近旁由于凸起部22、23分散了拉应力，故比B1部小，可防止B0点的拉应力引起的破裂。若设图中形成凸起部22、23的曲面的半径为R，两凸起部22、23的长度为L，则在2＜L/R＜3的范围内应力降低效果最大。
这样，在本实施例1的异材焊接转子的焊接部，特别是在暴露于高温蒸气的B、C部分中，设置空间部5、6，同时，在空间部5、6侧形成凸起部22和23、24和25，构成减小热膨胀引起的拉应力的形状，并且，设有与空间部5、6连通的检查孔7、8，所以连接由异种材料构成的转子的异材焊接转子的强度增加，且接合部的检查也可容易地进行了。
图5是本发明实施例2的异材焊接转子的断面图。本实施例2与图1所示的实施例1不同的部分在于符号41、42所示的低温部转子的部分，高温部转子2和其内部结构与图1相同。
图中，低温部转子41和高温部转子2以焊接部A、高温部转子2和低温部转子42以焊接部B分别接合构成一根蒸气涡轮转子。低温部转子41和42为低温部，使用CrMoV(铬·钼·钒)钢。焊接部B为与暴露于高温、低温蒸气的高温部转子2和低温部转子42相关的部分，为安装涡轮的动翼的重要部分，故为与实施例1相同的结构。
焊接部A、B与实施例1的图2A、图2B所示的焊接结构相同。虽然省略了图示，但实际是在图2A中，高温部转子2的配对侧由低温部转子41取代了轴承部转子1，在图2B中，以低温部转子42取代了低温部转子3，又，图2C所示的焊接部C不存在。其它结构一样，故省略说明。
图6A、图6B为图5的局部放大断面图，图6A为图5的焊接部B的放大图，图6B为其接合部的详细情况，基本上是和实施例1的图3相同的结构，是图3的焊接部C不存在的结构。图中，在焊接部B形成有凹部26、27，由接合部的左右一对凹部26、27形成空间部5。空间部5设有从转子2的表面连通的检查孔7。
检查孔7与实施例1一样，设在热影响小的高温部转子侧，如图6B所示，设有塞子9，通常密闭，检查时取下塞子，从该检查孔7将纤维显示器等插入空间部5内，可检查焊接部B的周围。该塞子9若以螺纹等拧在检查孔7入口部，则固定、取下容易。与实施例1一样，检查孔7设在与焊接部邻接的位置，并设在转子外周上的至少一处，也可以根据需要设置多处。
根据这样的实施例2的异材焊接转子，与实施例1的转子相比，转子接合部形成A、B两处，不存在图1所示的焊接部C，焊接转子的加工性能比实施例1的好，同时，可以从焊接部B的检查孔7插入纤维显示器等，可以得到与实施例1同样的效果。

Claims (3)

1、一种蒸气涡轮的异材焊接转子，以焊接方式连接分割为轴承部、高温部、低温部分别由异种材料构成的各转子，其特征在于：所述各转子的接合端面中心部具有圆形凹部，同时，周边部具有和邻接的转子相互连接的圆环状的面，以焊接方式连接，内部形成空间部，设有从转子外表面连通所述空间部的检查孔。
2、一种蒸气涡轮的异材焊接转子，以焊接方式连接分割为高温部、低温部分别由异种材料构成的各转子，其特征在于：所述各转子的接合端面中心部具有圆形凹部，同时，周边部具有和邻接的转子相互连接的圆环状的面，以焊接方式连接，内部形成空间部，设有从转子外表面连通所述空间部的检查孔。
3、如权利要求1或2所述的蒸气涡轮的异材焊接转子，其特征在于：以所述焊接方式连接的圆环状的面的内侧周围在所述空间部内朝向中心由两侧面的周围突设。
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