CN1978869B - 涡轮转子和倒三角形涡轮动叶片及使用它的低压汽轮机 - Google Patents

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Abstract

在转子材料比叶片材料的拉伸强度小且其差大的涡轮转子中，通过将叶片侧的强度公差量适当地分配到转子侧的强度公差量来减小转子钩部的剪切应力，实现增加转子钩部的刚度，降低转子颈部最大应力，从而实现根据叶片材料和转子材料的材料强度比而产生的应力平衡的适当化的涡轮转子和涡轮动叶片。本发明的涡轮转子具有使从转子最外周的第i个转子半径方向钩长度(Hri)和从动叶片最外周的第i个叶片半径方向钩长度(Hbi)为Hri＞Hbi的关系。本发明的涡轮动叶片具有使从转子最外周数第i个转子颈部的转子周向颈部宽度(Wri)和从动叶片最内周数的第i个叶片颈部的叶片周向颈部宽度(Wbi)为Wri＞Wbi的关系。

Description

涡轮转子和倒三角形涡轮动叶片及使用它的低压汽轮机
技术领域
本发明涉及与在轴向插入的倒三角型叶片插入部具有嵌合结构的、新型涡轮转子和倒三角型涡轮动叶片及使用其的低压汽轮机与汽轮机发电设备。
背景技术
为实现汽轮机的大容量和高性能，将低压汽轮机的最末级叶片加长是最重要的主题之一。随着该低压汽轮机的最末级叶片的加长，离心应力增加，相应地，增加材料强度虽是通常采用的与之对应的设计，但是，特别地，由于转子材料随着材料强度增加而应力腐蚀裂纹(SCC)敏感性增高，所以不能增加叶片材料的材料强度。因此，随着最末级叶片的加长，可适用的叶片材料和转子材料的材料强度差增大，存在对转子上产生的应力的容许值的公差要求变严的倾向。这种情况下，实现叶片和转子所产生应力的平衡成为技术问题。
作为对于考虑到叶片和转子的材料的不同的涡轮动叶片的现有技术，例如，专利文献1-日本特开昭60-65204号公报中，公开了通过选定叶片和转子的钩部的厚度使其与材料的纵弹性系数成反比例，并考虑叶片钩部和转子钩部的接触面方向的弯曲，从而减少一端接触和去除应力集中的构造。
此外，专利文献2-日本特开平5-86805号公报中公开了在最上方根部的起始部具有上部半径比下部半径长的颈部构造的倒三角型涡轮叶片，专利文献3-日本特开平6-108801号公报及专利文献4-日本特开昭63-306208号公报中公开了具有特定钩部和颈部构造的倒三角型涡轮叶片。
如上所述，通过离心应力随着叶片加长而增加，叶片材料和转子材料的材料强度差增大，存在对可采用的转子上产生的应力的容许值的公差要求变严的倾向。再有，采用倒三角型叶片插入部及嵌合结构的涡轮转子在强度设计上具有剪切应力、拉伸应力、最大应力等多个应注意的评价项目。万一转
子发生破损的情况下，比叶片的破损影响大。
因此，在实现这些应力平衡的同时使其具有适当的形状，并根据叶片材料和转子材料的材料强度比来减小涡轮转子产生的应力是重要的课题。
而且，在专利文献1中，在叶片和转子都使用钢而两者的纵弹性系数差几乎没有的情况下是不能适用的。再有，在专利文献2～4中没有公开对于钩部和颈部的长度的特定构造。
发明内容
本发明的目的是提供一种涡轮转子和倒三角型涡轮动叶片及使用它的低压汽轮机和高中低压一体型汽轮机与汽轮机发电设备，其在转子材料比叶片材料的拉伸强度小且其差大的涡轮转子中，通过将叶片侧的强度公差量适当地分配到转子侧的强度公差量来减小转子的钩部剪切应力，实现增加转子钩部的刚度；通过降低转子颈部的最大应力，从而实现根据叶片材料和转子材料的材料强度比而产生的应力平衡的适当化。
本发明提供在转子材料比叶片材料的材料强度小且其差大的情况下，实现了根据叶片材料和转子材料的材料强度比而产生的应力平衡的适当化的涡轮转子和涡轮动叶片。在涡轮转子和动叶片中，在使从转子最外周数第i个的转子半径方向钩长度(Hri)和从动叶片最外周数第i个的叶片半径方向钩长度(Hbi)具有(Hri＞Hbi)(i＝1～n-1)的关系的同时，使从转子最外周数第i个的转子颈部的转子周向颈部宽度(Wri)和从动叶片最内周数第i个的叶片颈部的叶片周向颈部宽度(Wbi)具有(Wri＞Wbi)(i＝1～n)的关系。
此外，本发明理想的是，使转子最内周钩的转子半径方向钩长度(Hrn)比从转子最外周数第j个的转子中间钩的转子半径方向钩长度(Hrj)大(Hrn＞Hrj)(j＝2～n-1)，使从转子最外周第i个的转子钩和叶片钩的上述半径方向钩长度之比β(＝Hri/Hbi)相对于叶片材料拉伸强度和转子材料拉伸强度之比α(叶片材料拉伸强度/转子材料拉伸强度)为(1.0＜β≤1.1α)。
再有，本发明理想的是，转子钩部采用动叶片和转子接触的接触面和位于同一转子钩部的外周侧的非接触面由直线部和其两端的圆弧连接起来的构造，且涡轮转子及动叶片采用使叶片的插入角度相对于转子轴向倾斜的构造。
本发明的特征在于，在具有转子轴、嵌入设置在该转子轴上的动叶片、导引水蒸汽向该动叶片流入的定叶片、保持该定叶片的壳体，上述动叶片相对于上述水蒸汽的流入配置为单侧、左右对称及左右非对称中任一种，至少在单侧有四级以上的低压汽轮机，或者，具有使高温水蒸汽从高压到低压且一体化形成的转子轴、嵌入设置在该转子轴上的动叶片、导引水蒸汽向该动叶片流入的定叶片、保持该定叶片的壳体的高低压一体型汽轮机中，上述转子轴由上述记载的转子构成，且上述动叶片至少最末级由上述记载的动叶片构成。
本发明的特征在于，在具有高压汽轮机和中压汽轮机及低压汽轮机、高中压一体型汽轮机和低压汽轮机及高低压一体型汽轮机中任一种的汽轮机发电设备中，由上述记载的低压汽轮机或高低压一体型汽轮机构成。
根据本发明，可提供在转子材料比叶片材料的拉伸强度小且其差大的涡轮转子中，通过将叶片侧的强度公差量适当地分配到转子侧的强度公差量来减小转子的钩部的剪切应力，实现增加转子钩部的刚度；通过降低转子颈部的最大应力，从而实现根据叶片材料和转子材料的材料强度比而产生的应力平衡的适当化的涡轮转子和倒三角型涡轮动叶片及使用它的低压汽轮机和高中低压一体型汽轮机与汽轮机发电设备。
附图说明
图1是表示本发明的涡轮动叶片和涡轮转子的各钩部及颈部的关系的图，图1(a)是重要局部剖视图，图1(b)是图1(a)的b部放大图，图1(c)是图1(a)的c部放大图。
图2是表示本发明的涡轮动叶片和涡轮转子的各钩部宽度的关系的重要局部剖视图。
图3是表示本发明的涡轮动叶片和涡轮转子的剪切强度比与(β/α)之间的关系的曲线图。
图4是表示本发明的涡轮动叶片和涡轮转子的最大应力比与γ之间的关系的曲线图。
图5是表示本发明的涡轮动叶片和涡轮转子的钩负载分配比例与γ之间的关系的曲线图。
图6是表示本发明的涡轮动叶片和涡轮转子的剪切强度比与(β/α)之间的关系的曲线图。
图7是表示本发明的涡轮动叶片和涡轮转子的各钩部及颈部之间的关系的重要局部剖视图。
图8是本发明的涡轮动叶片的正视图及侧视图。
图9是本发明的低压汽轮机的剖视图。
图10是本发明的高中低压汽轮机的正视图。
具体实施方式
下面，根据具体实施例来说明用于实施本发明的优选方式。
实施例1
图1(a)是本发明的涡轮转子的局部剖视图，图1(b)是图1(a)的b部放大图，图1(c)是图1(a)的c部放大图。本实施例，涉及叶片材料的拉伸强度是965～1325MPa，转子材料的拉伸强度是825～945MPa，叶片材料的拉伸强度相对于转子材料的拉伸强度具有1.2～1.6的关系，且对于从涡轮动叶片1向转子中心方向延伸的倒三角型叶片插入部2而具有嵌合结构的涡轮转子3。
与具有倒三角型叶片插入部的涡轮动叶片1具有嵌合结构的涡轮转子3在叶片侧和转子侧的槽中形成了四个钩部，将叶片侧槽在涡轮的轴向上插入并使叶片和转子的钩互相啮合，形成抵抗叶片的离心力CF的结构。叶片钩和转子钩相对于中心线成对称结构。
在涡轮动叶片1和涡轮转子3的钩部，相互接触的转子钩接触面4和位于同一钩部的转子钩非接触面5具有由转子钩部圆弧7连接的结构。现有形状为从转子最外周的第i个转子钩和从动叶片最外周的第i个叶片钩叠合地形成。
在本实施例中，在涡轮转子中，使从转子最外周的第i个转子钩的转子半径方向钩长度(Hri)相对于从动叶片最外周的第i个叶片钩的叶片半径方向钩长度(Hbi)较大地形成。如图1所示，在从转子最外周的第i个转子钩部中，将钩接触面4和构成颈部的圆弧6内接的接点设为a，将与以a为起点通过叶片插入部的中心的半径向方向线平行的线和同一钩的非接触面5的交 点设为b。此时，将从接点a到接点b的距离定义为转子钩的转子半径方向钩长度(Hri)。另一方面，涡轮动叶片1侧也同样，在从动叶片最外周的第i个叶片钩部中，将钩接触面8和构成颈部的圆弧10内接的接点设为c，将与以c为起点通过叶片插入部的中心的半径向方向线平行的线和同一钩的非接触面9的交点设为d。此时，将从接点c到接点d的距离定义为叶片钩的叶片半径方向钩长度(Hbi)。
因此，作为涡轮动叶片1和涡轮转子3两者的半径方向钩长度的关系，形成了Hri＞Hbi(i＝1～n-1)的关系。因此，在涡轮动叶片1和涡轮转子3的半径方向钩长度在对应的各位置总是具有上述的关系。这样，通过增加转子侧的半径方向钩长度，就可以降低在钩部产生的剪切应力并降低因钩部的刚度增加而在颈部应力集中部产生的最大应力。
而且，转子钩的转子半径方向钩长度(Hri)，最内周相对于从最外周的第j个(j＝2～n-1)的中间的钩较大地形成。即，对于转子最内周的钩，使转子半径方向钩长度(Hrn)为从转子最外周的第j个转子的中间钩的转子半径方向钩长度(Hrj)，并形成了Hrn＞Hrj(j＝2～n-1)的关系。通过做成本形状，可减小负载分配比例大的转子最内周的钩的剪切应力。而且，转子钩的转子半径方向钩长度(Hri)可以做成最外周比任何一个都大。
图2是表示涡轮动叶片和涡轮转子的各颈部的周向颈部宽度的关系的剖视图。如图2所示，将从涡轮转子3的最外周数第i个转子颈部的转子周向颈部宽度(Wri)和从涡轮动叶片1的最内周数与涡轮转子相同的第i个叶片颈部的叶片周向颈部宽度(Wbi)形成为Wri＞Wbi(i＝1～n)的关系。即，互相之间，在从涡轮转子3的最外周和涡轮动叶片1的最内周数的相同位置的各对应位置上，涡轮转子颈部的周向颈部宽度总是比涡轮动叶片的叶片颈部的周向颈部宽度大。例如，涡轮转子颈部的转子周向颈部宽度(Wr1)比涡轮动叶片的叶片周向颈部宽度(Wb1)大，其以后也相同，涡轮转子颈部的周向颈部宽度(Wr4)比涡轮动叶片颈部的叶片周向颈部宽度(Wb4)大。
在本实施例中，转子颈部的转子周向颈部宽度(Wri)从涡轮转子3的最外周顺次增大，而且，叶片颈部的叶片周向颈部宽度(Wbi)从涡轮动叶片1的最内周顺次增大。
下面使用由有限元法(FEM)解析得到的计算结果来说明本发明的效果。进行研究的参数是涡轮动叶片材料和涡轮转子材料的拉伸强度的比α(涡轮叶片材料拉伸强度/涡轮转子材料拉伸强度)、从最外周的第i个叶片钩和转子钩的半径方向钩长度比β(Hri/Hbi)、叶片最外周颈部的周向颈部宽度(Wbn)和转子最内周颈部的周向颈部宽度(Wrn)的比γ(Wbn/Wrn)。
首先，对以下参数进行了计算的结果进行描述，即：将γ固定、作为α使叶片材料和转子材料的材料强度比小的情况(α＝1.1)和大的情况(α＝1.5)、作为β使各钩叠合地形成的β＝1.0和作为本发明结构的β＝1.2、1.4的场合。
图3是表示相对于许用应力而使发生应力无量纲化的剪切强度比(剪切强度/许用应力)和(转子半径方向钩长度/叶片半径方向钩长度)半径方向钩长度比β与(涡轮动叶片材料拉伸强度/涡轮转子材料拉伸强度)比α的比率(β/α)之间关系的曲线图。如图3所示，通过在涡轮动叶片材料的拉伸强度比涡轮转子材料的拉伸强度大的情况下的α＝1.1和在涡轮动叶片与涡轮转子中的钩叠合形成了的现有结构的β＝1.0，则成为(β/α＝0.9)，可以实现涡轮叶片的剪切强度比(图3中的点A2)和转子的剪切强度比(图3中的点A1)的平衡。
另一方面，通过在涡轮动叶片材料和涡轮转子材料的拉伸强度比大的情况下(α＝1.5)和在涡轮动叶片与涡轮转子中的钩叠合形成的现有构造的β＝1.0，在(β/α＝0.65)时，涡轮转子的剪切强度比(图3中的点B1)与涡轮动叶片的强度比(图3中的点B2)相比显著提高。A1、A2、B1、B2都是现有结构的剪切强度比值。
但是，在α＝1.5的情况下，通过使涡轮动叶片和涡轮转子的半径方向钩长度形成为(Hri＞Hbi)(i＝1～n-1)的关系的本发明的β＝1.2(β/α＝0.80)及β＝1.4(β/α＝0.95)，则可将涡轮叶片的强度公差进行分配以提高涡轮转子侧的强度(减小剪切强度比)，并可实现涡轮动叶片和涡轮转子的应力平衡。沿B1的线是与涡轮转子相关的线，沿B2的线是与叶片相关的线。
该涡轮动叶片和涡轮转子的强度比平衡在(β/α)为1.13的C点以后逆转，越使(β/α)接近1.13，越可适当地实现涡轮转子和涡轮动叶片的应力平衡。
图4是表示以纵轴上的β＝1.0时的最大应力为基准的最大应力比和横轴的周向颈部宽度比γ(Wbn/Wrn)的关系的曲线图。L1是β＝1.0的最大应力比曲线，L2是β＝1.2的最大应力比曲线，L3是β＝1.4的最大应力比曲线。在任何最大应力中，都可由FEM确认到应力随着β的增加而减小。接着，对适当的周向颈部宽度比γ的区域进行叙述。
图5是表示周向颈部宽度比γ和FEM所进行的钩负载分配比例的关系的曲线图。F1表示最外周钩负载分配比例曲线，F2、F3表示中间钩负载分配比例曲线，F4表示最内周钩负载分配比例曲线。钩负载分配的比例有越增大周向颈部宽度比γ，则F4的转子最内周钩部的负载分配比例越大，F2、F3的转子中间钩部的负载分配比例越小的倾向。而且，如图4所示，周向颈部宽度比γ越大，由于倒三角型叶片插入部扩大，钩的形状较大地形成，所以在减小最大应力的同时，在加工性方面也提高。
但是，在周向颈部宽度比γ过大的情况下，由于产生转子颈部的拉伸应力变得过大的问题，所以优选γ≤1.0。
考虑这两者平衡的区域相当于F4的转子最内周钩部的负载分配比例相对于F2、F3的转子中间钩部的负载分配比例而增大的区域。因此，使转子最内周钩的转子半径方向钩长度(Hrn)相对于从转子最外周的第j个的转子中间钩的转子半径方向钩长度(Hrj)较长地形成，是将负载分配大的钩的半径方向钩长度较长地形成，具有实现钩间的应力适当化的效果。
图6是表示涡轮转子最内周钩的转子半径方向钩长度(Hrn)和从转子最外周的第j个的转子中间钩的转子半径方向钩长度(Hrj)的比η(Hrn/Hrj)＝1.2的情况下的结果的曲线图。在半径方向钩长度的比β＝1.2的条件下，通过采用上述结构，可期待使半径方向钩长度比在涡轮叶片和涡轮转子中适当化的降低强度比的效果从C点到进一步降低约5％的降低强度比的效果(图6中的点D)。
在本实施例中，虽然涡轮叶片的叶片插入部向涡轮转子的插入角度相对于涡轮转子的轴向成直角，但通过具有使涡轮叶片的叶片插入部向涡轮转子的插入角度相对于涡轮转子轴向倾斜而插入的涡轮叶片及涡轮转子的结构，由于可增加倾斜角度θ的余弦的倒数倍的轴向距离，所以对降低钩的剪切截 面及颈的拉伸截面上所产生的应力更具有效果。
根据本实施例，通过将从转子最外周的第i个转子半径方向钩长度(Hri)和从动叶片最外周的第i个动叶片半径方向钩长度(Hbi)做成Hri＞Hbi，在降低转子的钩部剪切应力，特别是叶片材料和转子材料的拉伸强度差大的涡轮转子中，具有将叶片侧的强度公差量适当分配到转子侧的强度公差量的效果。再有，通过增加转子钩部的刚度，也具有减小颈部最大应力的效果。
再有，通过将转子最内周钩的转子半径方向钩长度(Hrn)做得比从转子最外周的第j个转子中间钩的半径方向钩长度(Hrj)更长，从而具有增加负载分配率高的转子最外周的钩的剪切强度，且实现钩间的应力适当化的效果。
以上，根据本实施例，在转子材料比叶片材料的材料强度小，且其差增大的情况下，可以得到实现了根据叶片材料和转子材料的材料强度比而产生的应力平衡的适当化的涡轮转子及涡轮叶片。
实施例2
图7是本发明的涡轮转子的重要部分放大剖视图。涡轮转子的钩部形状采用图1所示的钩接触面4和非接触面5由直线部24和其两端的圆弧25、26连接的构造。与实施例1的钩接触面4和非接触面5由一个圆弧7连接的钩部相比，由于可将涡轮转子的钩部在周向做得较小，所以在减小叶片颈部的拉伸应力的同时，可期待提高加工性的效果。虽然图7未表示，但理想的是即使在涡轮叶片2中也采用将钩接触面4和非接触面5的对应部分与直线部24和其两端的圆弧25、26同样地连接的结构。
此外，形成从最外周第i个的涡轮动叶片和涡轮转子的各钩部、颈部的圆弧不必是同一圆弧，可由两个不同圆弧或直线部与其两端的不同的两个圆弧的组合来形成。而且，最外周、中间、最内周的钩部也可由上述组合形成。
以上，即使在本实施例中，与实施例1同样，在叶片材料和转子材料的材料强度差增大的情况下，可以得到实现了根据叶片材料和转子材料的材料强度比而产生的应力平衡的适当化的涡轮转子。
实施例3
图8(a)是使用了本发明的低压汽轮机的最末级动叶片的3000rpm用的 叶片部长度48”的长叶片的正视图，图8(b)是其侧视图。如图8所示，插入部是倒三角型，叶片插入部52在两侧具有四级直钩，这些叶片钩及叶片颈具有实施例1或实施例2的结构。具有这些叶片钩及叶片颈的叶片插入部，具有与转子钩及转子颈嵌合的结构。叶片部51在插入部的厚度最大，随着朝向前端部而逐渐变薄。
本实施例的最末级叶片由钢构成，钢的成分以重量计具有：C 0.15～0.40％、Si 0.5％以下、Mn 1.5％以下、Ni 2.0～3.5％、Cr 8～13％、Mo 1.5～4.0％、V 0.05～0.35％及N 0.04～0.15％，或者其中还含有0.02～0.3％的Nb及Ta中至少一种，并具有完全回火的马氏体组织。
为得到最末级的长叶片材料，由电渣重熔法熔制，作为调质热处理，在熔制及锻造后，在1000～100℃(优选1000～1055℃)加热保温后进行淬火以快速冷却到室温(特别优选淬油)，接着，在540～620℃进行一次回火，然后，进行在更高温度的560～590℃加热保温后冷却到室温的二次回火。
本实施例的最末级动叶片根据C量和Nb及Ta的有无及其含量，而由具有20℃的拉伸强度为965～1450MPa，20℃下V型口冲击值为6kg-m/cm2 以上的马氏体钢构成。
在具有高速蒸汽碰撞的叶片部51、向转子轴的叶片插入部52、系紧凸台55及连续盖57，为防止蒸汽中的水滴引起的腐蚀的叶片部引导侧，以电子束焊结合由含有以重量百分比计的C 1.0％、Cr 28.0％、W 4.0％的Co基合金板构成的腐蚀防护部54。
本实施例的最末级动叶片，配置为相邻的叶片部51重叠，且具有连续盖以阻挡水蒸汽的流动，并用与主体材料相同的材料经一体成形加工制作而成。叶片部51的前端做成以与相对插入部52为约75.5度的轴向交叉的方式扭转的构造。
作为本发明的最末级叶片部长度，可构成为如下长度：对于3600rpm为40”以上，优选42”～46”；对于3000rpm为48”以上，优选50”～55”。
图9是本实施例的低压汽轮机的剖视图。低压汽轮机是蒸汽从中央部进入的双流式。动叶片41左右各六级，并形成左右大体对称，与动叶片对应地设有定叶片42。转子轴44的动叶片41的插入部是盘状。
本实施例在具有实施例1或2的涡轮动动叶片的叶片插入部的转子轴44的材料使用低合金钢，低合金钢按重量计含有C 0.2～0.3％以下、Si 0.15％以下、Mn 0.25％以下、Ni 3.25～4.25％、Cr 1.6～2.5％、Mo 0.25～0.6％、V 0.05～0.25％，并经全体回火而具有贝氏体组织。而且，使用尽力减小P、S、As、Sb及Sn等杂质的原料，其总量为0.025％以下，优选0.015％以下的超净化。
本实施例的转子轴，将坯料经真空熔化、真空脱碳熔化及电渣重熔中之一熔化铸造，接着，在850～1150℃加热锻造后，在840℃加热3小时，而后，以100℃/h冷却速度淬火后，再进行575℃下的加热保温的回火。该转子轴，通过尽力降低上述杂质而而具有拉伸强度为825～980MPa，V型口冲击值为10k·m以上、FATT为-20℃以下的高强度和高韧性，作为本实施例的最末级动叶片，叶片部长度48英寸以上，当然可以满足插入设置55英寸动叶片的要求。本转子轴理想的是相对于本实施例的倒三角型不设有中心孔。
最末级以外的动叶片及定叶片皆使用含Mo为1％以下的12％Cr钢。内外部壳体材料使用含C为0.25％的铸钢。
本实施例中，低压汽轮机的最末级动叶片的叶片部长度是48英寸，可以是具有高压汽轮机(HP)-中压汽轮机(IP)及两台低压汽轮机(LP)的交叉双轴式四流排气，HP-LP及IP-LP、HP-IP-LP中任何一种，且皆具有3000rpm/min的转数。
本实施例的汽轮机发电设备，主要由锅炉、HP、IP、LP、凝结器、凝汽泵、低压供水加热器系统、脱气器、升压泵、供水泵、高压供水加热器系统等构成。
以上，在本实施例中，涉及拉伸强度为最末级动叶片材料比转子材料大，叶片材料的拉伸强度相对于转子材料的拉伸强度具有1.2～1.6倍，对从涡轮动叶片41向转子中心方向延伸的倒三角型叶片插入部具有嵌合结构的涡轮转子44。与实施例1或实施例2同样，在叶片材料和转子材料的材料强度差大的情况下，在涡轮转子及动叶片中，在将从转子最外周的第i个转子半径方向钩长度(Hri)和从动叶片最外周数的第i个动叶片半径方向钩长度(Hbi)做成Hri＞Hbi(i＝1～n-1)的关系的同时，通过将从转子最外周数的第i个转子颈部的转子周向颈部宽度(Wri)和从动叶片最内周数的第i个叶片颈 部的叶片周向颈部宽度(Wbi)做成Wri＞Wbi(i＝1～n)的关系，便可得到实现了根据叶片材料和转子材料的材料强度而产生的应力平衡的适当化的涡轮转子及叶片结构。
实施例4
图10表示本发明的再热型高中低压一体型汽轮机的局部剖视图。本高中低压一体型汽轮机的转子轴31在将其最末级动叶片部及最末级动叶片做成与实施例1及2同样的形状的同时，使转子轴31具有以下所示的合金组成，最末级动叶片材料使用了实施例3所示的12％Cr钢。
本实施例的再热型高中低压一体型的嵌入设置在转子轴31上的动叶片具备高压侧六级、中压和低压侧八级，高温高压蒸汽从高压侧入口30向一个方向流动，通过中压和低压侧而从最末级动叶片32排出。本实施例的高低压一体型转子轴31使用后述的Ni-Cr-Mo-V低合金钢的锻钢。转子轴31的动叶片的插入部是盘状，具有内部壳体34、外部壳体35及轴承33。
本实施例的转子轴31由Ni-Cr-Mo-V低合金钢构成，Ni-Cr-Mo-V低合金钢按重量含有C 0.15～0.4％、Si 0.1％以下、Mn 0.05％～0.3％、Ni 1.5～2.5％、Cr 0.8～2.5％、Mo 0.08～2.5％、V 0.1～0.35％。本实施例的转子轴31在将该合金组成的锻钢在950℃加热保温后，边转动轴边通过喷雾水冷却进行淬火以使中心部的冷却速度为100℃/h，而后，进行了在665℃的加热保温的回火。理想的是进行热处理，从而使高压侧的高温强度比低压侧的高温强度高，或者低压侧的韧性比高压侧的韧性高。
根据本实施例，室温的拉伸强度为最末级动叶片材料比转子材料大，通过将从转子最外周的第i个转子半径方向钩长度(Hri)和从动叶片最外周的第i个动叶片半径方向钩长度(Hbi)做成Hri＞Hbi(i＝1～n-1)的关系，并将从转子最外周数的第i个转子颈部的转子周向颈部宽度(Wri)和从动叶片最内周数的第i个叶片颈部的叶片周向颈部宽度(Wbi)做成Wri＞Wbi(i＝1～n)的关系，从而具有减小转子的钩部剪切应力，将叶片侧的强度公差量适当分配到转子侧的强度公差量的效果。再有，通过增加转子钩部的刚度，可减小颈部的最大应力。

Claims (19)

1.一种涡轮转子，相对于具有钩数为3以上的叶片钩及叶片颈部的倒三角型涡轮动叶片插入部而具有嵌合结构的转子钩及转子颈部，其特征在于：
从接触上述叶片钩的上述转子钩接触面和与上述转子颈部圆弧的接点的上述转子钩的转子半径方向钩长度Hri比从接触上述转子钩接触面的上述叶片钩接触面和与上述叶片颈部圆弧的接点的上述叶片钩的叶片半径方向钩长度Hbi大，使上述转子颈部在从其最外周数的预定位置处的转子周向颈部宽度Wri比使上述叶片颈部在从其最内周数与上述转子颈部相同数所对应的位置处的叶片周向颈部宽度Wbi大，上述转子材料的拉伸强度比上述动叶片材料的拉伸强度小。
2.一种涡轮转子，相对于具有钩数为3以上的叶片钩及叶片颈部的倒三角型涡轮动叶片插入部而具有嵌合结构的转子钩及转子颈部，其特征在于：
上述转子材料的拉伸强度比上述动叶片材料的拉伸强度小，从接触上述叶片钩的上述转子钩接触面和与上述转子颈部圆弧的接点的上述转子钩的转子半径方向钩长度Hri比从接触上述转子钩接触面的上述叶片钩接触面和与上述叶片颈部圆弧的接点的上述叶片钩的叶片半径方向钩长度Hbi大。
3.一种涡轮转子，相对于具有钩数为3以上的叶片钩及叶片颈部的倒三角型涡轮动叶片插入部而具有嵌合结构的转子钩及转子颈部，其特征在于：
上述转子材料的拉伸强度比上述动叶片材料的拉伸强度小，使上述转子颈部在从其最外周数的预定位置处的转子周向颈部宽度Wri比使上述叶片颈部在从其最内周数的与上述转子颈部相同数所对应的位置处的叶片周向颈部宽度Wbi大。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的涡轮转子，其特征在于：
上述转子钩的最内周的转子半径方向钩长度Hrn和上述转子钩的中间的半径方向钩长度Hrj具有Hrn＞Hrj的关系，其中，j＝2～n-1。
5.根据权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于：
将上述动叶片材料的拉伸强度和上述转子材料的拉伸强度的比α与上述Hri和上述Hbi的比β形成在1.0＜β≤1.1α的范围内。
6.根据权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于：
上述转子钩与上述叶片钩接触的接触面和上述转子钩与上述叶片钩不接触的非接触面由圆弧连接。
7.根据权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于：
上述转子钩与上述叶片钩接触的接触面和上述转子钩与上述叶片钩不接触的非接触面用直线部和该直线部两端的圆弧连接。
8.根据权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于：
上述动叶片插入上述转子的插入角度相对于上述转子的轴向倾斜。
9.一种倒三角型涡轮动叶片，具有相对于具有转子钩及转子颈部的涡轮转子而具有嵌合结构的钩数为3以上的叶片钩及叶片颈部，其特征在于：
从接触上述转子钩的上述叶片钩接触面和与上述叶片颈部上形成的圆弧的接点的上述叶片钩的叶片半径方向钩长度Hbi比在接触上述叶片钩接触面的位置处从上述转子钩接触面和与在上述转子颈部上形成的圆弧的接点的上述转子钩的转子半径方向钩长度Hri小，使上述叶片颈部在从其最内周数的预定位置处的叶片周向颈部宽度Wbi比使上述转子颈部在从其最外周数的与上述叶片颈部相同数所对应的位置处的转子周向颈部宽度Wri小，上述转子材料的拉伸强度比上述动叶片材料的拉伸强度小。
10.一种倒三角型涡轮动叶片，具有相对于具有转子钩及转子颈部的涡轮转子而具有嵌合结构的钩数为3以上的叶片钩及叶片颈部，其特征在于：
上述动叶片材料的拉伸强度比上述转子材料的拉伸强度大，从接触上述转子钩的上述叶片钩接触面和与上述叶片颈部上形成的圆弧的接点的上述叶片钩的叶片半径方向钩长度Hbi比在接触上述叶片钩接触面的位置处从上述转子钩接触面和与在上述转子颈部上形成的圆弧的接点的上述转子钩的转子半径方向钩长度Hri小。
11.一种倒三角型涡轮动叶片，具有相对于具有转子钩及转子颈部的涡轮转子而具有嵌合结构的钩数为3以上的叶片钩及叶片颈部，其特征在于：
上述动叶片材料的拉伸强度比上述转子材料的拉伸强度大，使上述叶片颈部在从其最内周数的预定位置处的叶片周向颈部宽度Wbi比使上述转子颈部在从其最外周数的与上述叶片颈部相同数所对应的位置处的转子周向颈部宽度Wri小。
12.根据权利要求9所述的倒三角型涡轮动叶片，其特征在于：
上述叶片钩的最外周的上述叶片半径方向钩长度Hbl和上述叶片钩的内周的上述叶片半径方向钩长度Hbj具有Hbl＞Hbj的关系，其中j＝2～n。
13.根据权利要求9所述的倒三角型涡轮动叶片，其特征在于：
使上述动叶片材料的拉伸强度和上述转子材料的拉伸强度的比α与上述Hri和上述Hbi的比β形成在1.0＜β≤1.1α的范围内。
14.根据权利要求9所述的倒三角型涡轮动叶片，其特征在于：
上述叶片钩与上述转子钩接触的接触面和上述叶片钩与上述转子钩不接触的非接触面由圆弧连接。
15.根据权利要求9所述的倒三角型涡轮动叶片，其特征在于：
上述叶片钩与上述转子钩接触的接触面和上述叶片钩与上述转子钩不接触的非接触面用直线部和直线部两端的圆弧连接。
16.根据权利要求9所述的倒三角型涡轮动叶片，其特征在于：
具有叶片部和连接该叶片部的叶片插入部，该叶片插入部向上述转子的插入角度相对于上述转子轴方向倾斜。
17.一种低压汽轮机，其特征在于：
具有：转子轴、插入设置于该转子轴上的动叶片、导引水蒸汽向该动叶片流入的定叶片及保持该定叶片的壳体，上述动叶片相对于上述水蒸汽的流入设置成位于单侧、左右对称及左右不对称中任何一种，在单侧至少四级以上，上述转子轴由权利要求1～8中任一项所述的转子构成，以及上述动叶片至少最末级由权利要求9～16中任一项所述的动叶片构成。
18.一种高低压一体型汽轮机，其特征在于：
具有：使高温水蒸汽从高压流向低压的一体形成的转子轴、插入设置于该转子轴上的动叶片、导引水蒸汽向该动叶片流入的定叶片及保持该定叶片的壳体，上述转子轴由权利要求1～8中任一项所述的转子构成，以及上述动叶片由权利要求9～16中任一项所述的动叶片构成。
19.一种汽轮机发电设备，具有高压汽轮机和中压汽轮机和低压汽轮机、高中低压一体型汽轮机和低压汽轮机及高低压一体型汽轮机中的任何一种，其特征在于：
上述低压汽轮机由权利要求17中所述的低压汽轮机构成，上述高低压一体型汽轮机由权利要求18所述的高低压一体型汽轮机构成。
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