DE10052176A1 - Dampfturbinenrotor und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Abstract

Ein Dampfturbinenrotor, enthaltend in Kombination einen Hochdruckrotor und/oder Zwischendruckrotor und einen Niederdruckrotor, wobei der Hochdruckrotor und/oder Zwischendruckrotor und der Niederdruckrotor aus Metallmaterialien unterschiedlicher chemischer Zusammensetzungen gebildet und mittels Schweißens miteinander verschweißt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampfturbinenrotor mit einer Verbindungsstruktur zur Anwen­ dung bei einer Dampfturbinenanlage, die in Kombination von einer Hochdruckdampfturbine, einer Zwischendruckdampfturbine und einer Niederdruckdampfturbine mindestens eine um­ fasst. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Dampfturbinenrotors.

Bei einer typischen Dampfturbinenanlage, die mit einer Hochdruckdampfturbine, einer Zwi­ schendruckdampfturbine und einer Niederdruckdampfturbine ausgestattet ist, wird ein Mate­ rial (Metall) eines Dampfturbinenrotors, der in jeder Turbine eingearbeitet ist, in Abhängig­ keit von den verwendeten Dampfbedingungen, zum Beispiel Druck, Temperatur, Flußrate, etc. ausgewählt. Der Dampfturbinenrotor zur Verwendung in der Hochdruckdampfturbine und der Zwischendruckdampfturbine, bei einer Dampftemperatur von 550°C bis 600°C, kann zum Beispiel aus 1% CrMoV-Stahl (ASTM-A470, Klasse 8) oder 12% Cr-Stahl (japanische Patentveröffentlichung SHO 60-54385) hergestellt sein. Der Dampfturbinenrotor zur Ver­ wendung in der Niederdruckdampfturbine, bei einer Dampftemperatur größer oder gleich 400°C, kann zum Beispiel aus NiCrMo-Stahl (ASTM-A471, Klassen 2 bis 7) mit 2,5% oder mehr Ni hergestellt sein.

Bei einer gegenwärtigen Dampfturbinenanlage mit großer Leistung und hohem Wirkungsgrad wird viel Anstrengung darauf verwendet, sogenannte integrierte Hoch-Niederdruck, Hoch- Zwischen-Niederdruck- oder Zwischen-Niederdruckdampfturbinenrotoren zu erhalten, die in einem Stück und unter Verwendung des gleichen Metallmaterials für jede Dampfturbine, also von der Hochdruckdampfturbine bis zur Niederdruckdampfturbine, gefertigt sind.

Ein derartiger einstückiger Dampfturbinenrotor braucht auf seiner Hoch­ druck/Hochtemperaturseite eine ausreichende Hochtemperatur-Zeitstandfestigkeit, und auf seiner Niederdruck/Niedertemperaturseite eine ausreichende Zugfestigkeit, Umformfestigkeit und Zähigkeit. Dies bedeutet, dass eine einzelne rotierende Welle (Rotor) verschiedene me­ chanische Eigenschaften aufweisen muß. In handelsüblichen Maschinen verwendete Metalle sind insbesondere 1% CrMoVNiNb-Stahl (zum Beispiel japanische Patentveröffentlichung SHO 58-13608), 1,7% Ni 2,25% CrMoVWNb-Stahl (zum Beispiel die japanische Patent­ veröffentlichung HEI 7-316721) etc..

Obwohl der oben beschriebene einstückige Dampfturbinenrotor vom ersten Herstellungs­ schritt an integriert gefertigt wird, können zuvor separat gefertigte Hoch-, Zwischen- und Niederdruckdampfturbinenrotoren mittels Bolzen (zum Beispiel japanische Patentveröffentli­ chung SHO 62-189301) oder mittels Schweißen miteinander verbunden werden.

Der Dampfturbinenrotor mit geschweißter Struktur wird in Abhängigkeit von dem Schritt zum Schweißen jedes Dampfturbinenrotors in zwei Typen klassifiziert. Den einen Typ erhält man durch das Schweißen während der Dampfturbinenrotorherstellungsschritte, und den an­ deren durch gegenseitiges Verschweißen nach der Fertigstellung jedes Dampfturbinenrotors.

Zur Herstellung des erstgenannten Typs werden eine Mehrzahl von Blöcken vorgeschmiedet, miteinander verschweißt und dann fertig geschmiedet, was zum Beispiel in der japanischen Patentveröffentlichung SHO 53-147653 offenbart ist.

Zur Herstellung des zuletztgenannten Typs werden Dampfturbinenrotoren, die aus verschie­ denen Metallen unterschiedlicher Komponenten gebildet sind miteinander verschweißt, was zum Beispiel in der japanischen Patentveröffentlichung SHO 57-176305 offenbart ist.

Es ist allgemein üblich, für die Hochdruck-, Zwischendruck- und Niederdruckdampfturbinen­ rotoren eine Scheibenstruktur (bei der die Dampfturbinenrotoren jeweils eine geschnitzelte Scheibenform aufweisen, so dass sie übereinander gelegt werden können) für deren ge­ schweißte Verbindung bereitzustellen. In diesem Fall werden die Dampfturbinenrotoren, die aus dem gleichen Metall gleicher Komponenten und Zusammensetzungen gebildet sind, ver­ schweißt und verbunden, ohne diejenigen zu verschweißen, die aus verschiedenem Metall unterschiedlicher Komponenten und Zusammensetzungen gebildet sind.

Als ein anderes Verbindungsverfahren, das während der Dampfturbinenrotorherstellungs­ schritte wirkungsvoll ist, wird die Verwendung des ESR (Electro Slack Remelting)- Verfahrens [ESU-(Elektroschlacke-Umschmelzverfahren)] vorgeschlagen.

Dieses Verbindungsverfahren kann einige Ansätze umfassen. Sofort nach dem Elektroschlac­ keschmelzen einer handelsüblichen Elektrode kann die andere herkömmliche Elektrode dem Elektroschlackeschmelzen unterzogen werden, wobei die resultierenden zwei Teile zur inte­ grierten Form miteinander verbunden werden (zum Beispiel japanische Patentveröffentli­ chung SHO 53-42446). Eine Mehrzahl von Blöcke unterschiedlicher Komponenten und Zu­ sammensetzungen können miteinander verbunden werden, um als ESR-Elektrode rückge­ schmolzen zu werden (zum Beispiel japanische Patenveröffentlichung SHO 56-14842), oder es können mit Blick auf die Reduzierung der Sumpftiefe im Zentrum hohle Elektroden als ESR-Elektrode verbunden werden (zum Beispiel japanische Patentveröffentlichung HEI 6- 155001).

Somit sind eine Anzahl von Verbindungsmitteln für herkömmliche Dampfturbinenrotoren offenbart und einige von ihnen auch für handelsübliche Maschinen gewählt worden.

Bei gegenwärtigen Dampfturbinenanlagen besteht ein Trend in Richtung reduzierter Größe und Gewicht sowie vereinfachter Struktur. Davon ausgehend richten sich Untersuchungen auf die Hoch-Niederdruck-, Hoch-Zwischen-Niederdruck-, und Zwischen-Niederdruckdampf­ turbinenrotoren.

Herkömmliche Dampfturbinenrotoren sind aus Metallen mit Komponenten und Zusammen­ setzungen gebildet, die gemäß den Dampfbedingungen gewählt sind, wie etwa der Dampf­ temperatur und dem Druck in den individuellen Dampfturbinen, also Hochdruck-, Hoch- Zwischendruck-, Zwischendruck- und Niederdruckdampfturbinen. Die Verwendung dieser Metalle mit Komponenten und Zusammensetzungen für Hoch-Niederdruck-, Hoch-Zwischen- Niederdruck- und Zwischen-Niederdruckdampfturbinen weist folgende Nachteile auf.

• 1. Ein 1% CrMoV-Rotor (Rotor aus 1% CrMoV-Stahl) weist innerhalb des Hochtempe­ raturbereichs von 550°C eine gute Zeitstandfestigkeit auf, obwohl er nicht notwendigerweise eine ausreichende Zugfestigkeit und Zähigkeit innerhalb des Niedertemperaturbereichs auf­ weist und möglicherweise einem Verformungsbruch, einem Sprödbruch, etc. unterzogen wer­ den kann. Für Präventionsmaßnahmen dagegen ist es notwendig, die Spannung zu reduzieren, die am Niederdruckteil des Dampfturbinenrotors auftreten kann. Die Reduzierung der Span­ nung am Niederdruckteil, kann jedoch die Länge der Turbinenblätter beschränken, die bei den Turbinenstufen angeordnet sind, wodurch es folglich schwierig wird, die Leistungsfähigkeit der Antriebsmaschinenanlage zu verbessern.

Trotz seiner hervorragenden Hochtemperatur-Zeitstandfestigkeit ist der Rotor bei höherer Temperatur (ungefähr 600°C) und bei Dampf mit höherem Druck am Turbineneinlaß bezüg­ lich eines verbesserten Wirkungsgrads gegenüber gegenwärtigen Antriebsmaschinenanlagen unbefriedigend.

• 1. Ein 12% Cr-Rotor kann die oben genannten Turbineneinlassdampfbedingungen er­ füllen, und zwar aufgrund seiner gegenüber dem 1% CrMoV-Stahlrotor besseren Eigen­ schaften bezüglich der Hochtemperatur-Zeitstandfestigkeit, jedoch weist er eine unzureichen­ de Zähigkeit auf. Als Gegenmaßnahme hierfür wird auf gleiche Weise wie im Falle des 1% CrMoV-Rotors die Länge der Turbinenblätter, die an den Niederdruckturbinenstufen ange­ ordnet sind, begrenzt.
• 2. Ein NiCrMoV-Stahlrotor ist vorteilhaft bezüglich der Zugfestigkeit und Zähigkeit in­ nerhalb des Niedertemperaturbereichs, jedoch kann er innerhalb dieses Bereichs eine unzurei­ chende Zeitstandfestigkeit aufweisen. Folglich kann seine Verwendung in der Hochdruck­ dampfturbine oder Zwischendruckdampfturbine den Anstieg der Dampftemperatur am Turbi­ neneinlaß aufgrund seiner unzureichenden Festigkeit begrenzen, wodurch es schwierig wird, für Antriebsmaschinenanlagen einen verbesserten Wirkungsgrad zu erzielen.

Somit ergeben sich viele Einschränkungen bei herkömmlichen integrierten Hoch-Nieder-, Hoch-Zwischen-Nieder- und Zwischen-Niederdruckdampfturbinenrotoren, die aus dem glei­ chen Material (Metallmaterial) wie etwa hitzebeständigem Stahl gebildet sind, wenn man ver­ sucht eine höhere Leistung und einen besseren Wirkungsgrad für die Antriebsmaschinenanla­ ge zu erzielen.

Nichtsdestotrotz verwenden kleine Dampfturbinen mit geringer Leistungsausgabe integrierte Hoch-Nieder-, Hoch-Zwischen-Nieder- und Zwischen-Niederdruckdampfturbinenrotoren, die aus dem gleichen Metall gleicher Komponenten und Zusammensetzungen gebildet sind. Um die Dampfturbineneigenschaften zu verbessern und den Ausgangsbereich zu vergrößern, ist es jedoch notwendig, das Turbinenblatt bei der letzten Turbinenstufe zu verlängern. Eine Ver­ längerung des Turbinenblatts kann jedoch aufgrund von Rotationen eine erhöhte Zentrifugalkraft zur Folge haben, sowie eine extrem große Spannung im Dampfturbinenrotor. Aufgrund dieser erhöhten Spannung braucht der Dampfturbinenrotor eine weiter verbesserte Zugfestig­ keit, Umformfestigkeit und Zähigkeit an der letzten Turbinenstufe und in deren Umgebung.

Aus Sicht der Reduzierung der Kosten und der Zentrifugalkraft kann darüber hinaus das Tur­ binenblatt an der letzten Turbinenstufe statt aus herkömmlichem Stahl aus Titan gefertigt sein. Aufgrund seiner verlängerten Form kann das Titan-Turbinenblatt jedoch nicht zur Re­ duktion der Zentrifugalkraft beitragen. Daher ist der Dampfturbinenrotor immer noch einer großen Spannung ausgesetzt.

Folglich muß eine noch bessere Zugfestigkeit, Umformfestigkeit und Zähigkeit angestrebt werden, genauso wie ein Aufrechterhalten der Zeitstandfestigkeit bei einer hohen Temperatur. Beim Stand der Technik ist jedoch bis jetzt kein integrierter Dampfturbinenrotor realisiert, der aus den gleichen Komponenten und Zusammensetzungen gebildet ist, und der in der Lage ist, die Anforderungen für Dampfturbinen bei Hoch-Niederdruck, Hoch-Zwischen-Niederdruck und Zwischen-Niederdruck zu erfüllen.

Als Ersatz für den integrierten Hoch-Nieder-, Hoch-Zwischen- Niederdruckdampfturbinenrotor, der aus gleichen Komponenten und Zusammensetzungen gefertigt ist, kommt eine Kombination von Dampfturbinenrotoren in Betracht, die aus ver­ schiedenem Metall gefertigt sind. Ein Verbolzen ist hierfür ein Beispiel. Das Verbolzen ist jedoch bezüglich vereinfachter Struktur von Nachteil sowie für die Gewichtsreduzierung der Dampfturbine, da für das Befestigen mittels Bolzen oder Bolz-/Nut-Paaren geflanschte Teile notwendig sind, sowie ein größerer Spalt als der eigentliche Konstruktionswert zwischen Mitteln (Rädern), die den befestigten Teil der Dampfturbine klemmen. Ferner kann das wie­ derholte Starten und Anhalten der Dampfturbine eine Reduzierung der Bolzbefestigungskraft verursachen, also ein sogenanntes Bolz-Nachlaß-Phänomen, was möglicherweise zu Vibra­ tionen des Dampfturbinenrotors führen kann.

Schweißverbindungsmittel kommen ebenso als Mittel zur Verbindung von Dampfturbinen­ rotoren in Betracht, die aus unterschiedlichem Metall hergestellt sind. Im Falle der Schweiß­ verbindungsmittel können im Laufe der Dampfturbinenrotor-Herstellungsschritte technische Schwierigkeiten bezüglich der gleichförmigen Umfangsverteilung chemischer Komponenten und Zusammensetzungen mit hoher Genauigkeit auftreten, wenn die Rotoren radial und axial im folgenden abschließenden Schmiedprozeß erweitert werden. Dies kann möglicherweise eine Verdrehung (Biegung) des Dampfturbinenrotors im folgenden Wärmebehandlungspro­ zeß oder im Betrieb verursachen. Folglich ist bis jetzt eine praktische Anwendung nicht reali­ siert worden.

Im folgenden wird eine Beschreibung von Schweißverbindungsmitteln für unterschiedliche Metalle nach der Fertigstellung des Dampfturbinenrotors gegeben. Wie bereits oben beschrie­ ben, ist bis jetzt verschiedentlich in der Praxis umgesetzt, dass die Rotoren, die jeweils aus gleichen Komponenten und Zusammensetzungen gefertigt sind, wie etwa der Hochdruck­ dampfturbinenrotor, der Zwischendruckdampfturbinenrotor, der Hoch-Zwischen- Niederdruckdampfturbinenrotor und der Niederdruckdampfturbinenrotor, in eine Scheiben­ form geschmiedet werden, und dass diese verschweißt werden (Schweißen von ähnlichem Material), um den Dampfturbinenrotor fertigzustellen. Jedoch erfolgt bis jetzt noch keine praktische Verwendung der Schweißverbindungsmittel für Dampfturbinenrotoren, die aus unterschiedlichen Metallmaterialen verschiedener chemischer Komponenten und Zusammen­ setzungen gebildet sind.

Im Falle der Schweißverbindung von verschiedenem Metall ist es denkbar, dass die Schweiß­ restspannung an der Schweißverbindung dazu tendiert, größer und unregelmäßiger zu werden, und zwar aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaft, wie etwa des Koeffizi­ ent der linearen Expansion oder der thermischen Leitfähigkeit, was dem Unterschied der chemischen Komponenten und Zusammensetzungen des Rotors zuzuschreiben ist. Folglich können Risiken erhöhter Empfindlichkeit bezüglich SCC (Spannungskorrosionsbruch) an der Schweißverbindung auftreten, sowie eine Erhöhung der Spannungskonzentration am Schweiß-Uranami (Uranami)-Bereich. Eine Menge von Dämpfer sind notwendig, und zwar aufgrund der erhöhten Verdrehung des Rotors, die durch das Schweißen verursacht wird, wo­ durch folglich die Rotorherstellungskosten zunehmen und die Anzahl der Schneideschritte erhöht wird, was ebenfalls zu einer Erhöhung der Kosten führt. Aufgrund der thermischen Biegung im Betrieb können ebenfalls Vibrationsprobleme auftreten.

Wegen des Schweißens unterschiedlicher Metalle ist es ebenso vorstellbar, dass eine komple­ xe Restspannungskomponentenverteilung an der Schweißverbindung auftreten kann, was wiederum eine verbesserte Empfindlichkeit bezüglich SCC mit sich bringt.

Davon ausgehend, dass der herkömmliche qualitativ hochwertige Dampfturbinenrotor an je­ dem Bereich, unabhängig von seinen Dimensionen, so gleichförmig wie möglich sein soll, ist es im Falle von Schweißverbindungsmitteln für unterschiedliche Metalle auch vorstellbar, dass die Stärke (Festigkeit) des Niederdruckrotors am Verbindungsbereich nach einer PWHT (Postweld Heat Treatment)-Behandlung verringert wird, da die PWHT-Temperatur einen ge­ eigneten Wert für die zwei miteinander zu verbindenden Dampfturbinenrotoren nicht erreicht.

Es wird davon ausgegangen, dass die oben beschriebenen verschiedenen Faktoren bei Schweißverbindungsmitteln für unterschiedliche Metalle bis jetzt die praktische Verwendung von Dampfturbinenrotoren mit einer Schweißverbindungsstruktur mit unterschiedlichen Me­ tallen behindert haben.

Ein anderes Verbindungsmittel für Rotoren aus unterschiedlichem Metall kann die Verwen­ dung eines ESR (Electro Slack Refining)-Prozesses sein. Dies ist ein Prozeß, um die chemi­ schen Komponenten und Zusammensetzungen axial abzustufen, indem im Schmelz- und Ver­ festigungsschritt eines Dampfturbinenrotors die verschiedenen Metalle miteinander verbun­ den werden, was zu der technischen Schwierigkeit führen kann, den chemischen Komponen­ ten und Zusammensetzungen eine umfangmäßig gleichförmige Verteilung zu geben, weshalb sich die Technik als unpraktikabel erwiesen hat.

Die Erfindung wird vor dem oben genannten Stand der Technik vorgestellt. Demnach ist es Aufgabe der Erfindung, einen Dampfturbinenrotor sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, wobei es möglich ist, Restspannung an Schweißbereichen mit entsprechenden Komponenten und Zusammensetzungen abzubauen, und darüber hinaus das Gewicht zu redu­ zieren, indem ein einstückiger Turbinenrotor gebildet wird, und zwar für eine Hoch- Niederdruckdampfturbine, Hoch-Zwischen-Niederdruckdampfturbine oder Zwischen- Niederdruckdampfturbine, durch gegenseitiges Verbinden von unterschiedlichen Metall­ dampfturbinenrotoren, wobei der Dampfturbinenrotor in der Lage ist, die Empfindlichkeit bezüglich SCC (Spannungskorrosionsbruch) oder Biegeverzerrung der Dampfturbine zu un­ terdrücken, die Festigkeit oder andere Eigenschaften durch ausreichende PWHT (Postweld Heat Treatment)-Behandlung sicherzustellen und mit dem verlängerten Turbinenblatt ausrei­ chend zurechtzukommen, das erforderlich ist, um die Forderung bezüglich der vergrößerten Leistung und des besseren Wirkungsgrads der Dampfturbine zu erfüllen.

Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Dampfturbinenrotor bereitgestellt, der in Kombination von einem Hochdruckrotor, einem Zwischendruckrotor und einem Niederdruckrotor mindestens einen enthält, wobei der jeweils mindestens eine Hochdruckrotor und Zwischendruckrotor und Niederdruckrotor aus Me­ tallmaterialien unterschiedlicher chemischer Zusammensetzungen gebildet ist, die mittels Schweißmittel miteinander verschweißt sind. Der Hochdruckrotor kann aus 1% CrMoV- Stahl gebildet sein. Der Niederdrucktotor kann aus 3 bis 4% NiCrMoV-Stahl und der Zwi­ schendruckrotor kann aus 1% CrMoV-Stahl gebildet sein.

Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ein Dampfturbinenrotor bereitgestellt, der in Kombination von einem Hochdruckrotor, einem Zwischendruckrotor und einem Niederdruckrotor mindestens einen enthält, wobei eine erste Hochdruckturbinenstufe des Hochdruckrotors und eine erste Zwischendruckturbinenstufe des Zwischendruckrotors aus 12% Cr-Stahl gebildet sind, alle anderen Hochdruckturbinenstufen des Hochdruckrotors im Gegensatz zur ersten Hochdruckturbinenstufe aus 1% CrMoV-Stahl gebildet sind, alle anderen Zwischendruckturbinenstufen des Zwischendruckrotors im Gegen­ satz zur ersten Zwischendruckturbinenstufe aus 1% CrMoV-Stahl gebildet sind, und der Nie­ derdruckrotor aus 3 bis 4% NiCrMoV-Stahl gebildet ist, wobei die Rotoren unter Verwen­ dung von Schweißmitteln miteinander verbunden sind. Der 1% CrMoV-Stahl kann 0,8 bis 1,3 Gew.-% Cr, 0,8 bis 1,5 Gew.-% Mo, 0,2 bis 0,3 Gew.-% V und Rückstände von Fe und an­ deren Verunreinigungen enthalten. Der 3 bis 4% NiCrMoV-Stahl kann 2,5 bis 4,5 Gew.-% Ni, 1,5 bis 2,0 Gew.-% Cr, 0,3 bis 0,8 Gew.-% Mo, 0,08 bis 0,2 Gew.-% V und Rückstände von Fe und anderen Verunreinigungen enthalten. Der Rotor aus 12% Cr-Stahl kann entweder ein konvexes Ende bzw. ein konkaves Ende aufweisen. Der Rotor aus 1% CrMoV-Stahl kann das entsprechende andere konvexe Ende bzw. konkave Ende aufweisen, und der Rotor aus 12 % Cr-Stahl kann mit dem Rotor aus 1% CrMoV-Stahl befestigt und unter Verwendung von Schweißmitteln mit diesem verschweißt sein. Das konvexe Ende und das konkave Ende kön­ nen relativ zu einer Mittelachse geneigt sein. Das als Schweißmittel verwendete Schweißme­ tall enthält vorzugsweise 2,7 bis 3,5 Gew.-% Ni, 0,2 bis 0,5 Gew.-% Cr, 0,4 bis 0,9 Gew.-% Mo und Rückstände von Fe und anderen Verunreinigungen. Nach dem Zusammenschweißen des Hochdruckrotors und/oder Zwischendruckrotors und des Niederdruckrotors mittels der Schweißmittel wird ein Turbinenstufenbereich des Hochdruckrotors und/oder des Zwischen­ druckrotors und ein Turbinenstufenbereich des Niederdruckrotors mit Ausnahme einer letzten Turbinenstufe einer Wärmebehandlung unter Verwendung von Wärmebehandlungsmitteln unterzogen. Nach dem Zusammenschweißen des Hochdruckrotors, des Rotors mit 12% Cr- Stahl, des Zwischendruckrotors und des Niederdruckrotors unter Verwendung der Schweiß­ mittel werden ein Turbinenstufenbereich mit Ausnahme einer letzten Turbinenstufe des Hochdruckrotors, der Rotor mit 12% Cr-Stahl, der Zwischendruckrotor und der Niederdruck­ rotor unter Verwendung von Wärmebehandlungsmitteln einer Wärmebehandlung unterzogen.

Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ein Dampfturbinenrotor bereitgestellt, der in Kombination von einem Hochdruckrotor, einem Zwischendruckrotor und einem Niederdruckrotor mindestens einen enthält, wobei der Dampfturbinenrotor einen schmalen Spalt enthält, der an Schlitzpassoberflächen gebildet ist, die sich transversal über eine Mittelbohrung jedes Rotors erstrecken; sowie einen Laserver­ setzungsmesssensor und ein Lasermessgerät, die beim Schweißen des schmalen Spaltes eine Versetzung jedes Rotors detektieren, die von der Schweißhitze her resultiert, sowie eine Ver­ setzung des schmalen Spaltes der Schlitzpassoberflächen, um eine Steuerung zur Erhöhung und Verringerung der Hitze von einem Schweißgerät zur Verfügung zu stellen.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ein Dampfturbinenrotor bereitgestellt, der in Kombination einen Hochdruckrotor und/oder einen Zwischendruckrotor und einen Niederdruckrotor aufweist, wobei der Dampfturbinenrotor einen schmalen Spalt enthält, der an Schlitzpassoberflächen gebildet ist, die sich transversal über eine Mittelbohrung jedes Rotors erstrecken, und verdeckte Unterpulverschweißmittel, die angeordnet sind, um den schmalen Spalt zu schweißen. Der schmale Spalt kann einen Neigungswinkel von 10/100 relativ zu einer Querlinie aufweisen, die eine Mittelachse des Rotors unterteilt. Die Schlitzpassoberflächen können einen in Richtung der Mittelbohrung geformten hohlen Bereich aufweisen.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ein Dampfturbinenrotor bereit gestellt, der in Kombination einen Hochdruckrotor und/oder einen Zwischendruckrotor und einen Niederdruckrotor aufweist, wobei der Dampfturbinenrotor eine in Richtung einer Mittelbohrung an einem Schweißende gebildeten Überlappungs­ schweißverbindung enthält, und zwar nach dem Schweißen der Schlitzpassoberflächen, die sich transversal über die Mittelbohrung jedes Rotors erstrecken.

Zur Lösung des oben genannten Problems wird gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung ein Dampfturbinenrotor bereitgestellt, der in Kombination einen Hochdruckrotor und/oder einen Zwischendruckrotor und einen Niederdruckrotor aufweist, wobei der Dampfturbinen­ rotor einen Restspannungsbereich enthält, der in Richtung einer Mittelbohrung an einem Schweißende gebildet ist, und zwar mittels Verwendung von Strahlmitteln nach dem Schwei­ ßen der Schlitzpassoberflächen, die sich transversal über die Mittelbohrung jedes Rotors er­ strecken.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung ein Dampfturbinenrotor bereitgestellt, der in Kombination einen Hochdruckrotor und/oder einen Zwischendruckrotor und einen Niederdruckrotor aufweist, wobei der Dampfturbinenrotor einen antikorrosionsbeschichteten Teil enthält, der in Richtung der Außenfläche eines Schweißendes gebildet ist, und zwar nach dem Schweißen der Schlitzpassoberflächen, die sich transversal über die Mittelbohrung jedes Rotors erstrecken.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird gemäß eines achten Aspekt der Erfindung ein Dampfturbinenrotor bereitgestellt, der in Kombination einen Hochdruckrotor und/oder einen Zwischendruckrotor und einen Niederdruckrotor aufweist, wobei nach dem Zusammen­ schweißen des Hochdruckrotors und/oder des Zwischendruckrotors und des Niederdruckro­ tors ein Turbinenstufenbereich des Hochdruckrotors und/oder des Zwischendruckrotors und ein Turbinenstufenbereich des Niederdruckrotors mit Ausnahme einer letzten Turbinenstufe einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb einer Anlaßtemperatur jedes Hoch­ druckrotors und Zwischendruckrotors, bei einer Temperatur größer als eine Anlaßtemperatur des Niederdruckrotors und einer Temperatur unterhalb einer Acl-Transformationstemperatur des Niederdruckrotors unterzogen werden.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird gemäß einem neunten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Dampfturbinenrotors bereitgestellt, enthaltend Schritte zum Zusammenschweißen einer ersten Stufe eines Turbinenrotors aus 12% Cr-Stahl zur Verwendung als erste Hochdruckturbinenstufe und als erste Zwischendruckturbinenstufe, eines Hochdruckrotors aus 1% CrMoV-Stahl zur Verwendung für die anderen Turbinenstu­ fen als die erste Hochdruckturbinenstufe, eines Zwischendruckrotors aus 1% CrMoV-Stahl zur Verwendung für andere Turbinenstufen als die erste Zwischendruckturbinenstufe und eines Niederdruckrotors aus 3 bis 4% NiCrMoV-Stahl; und einen anschließenden Schritt, um einen Turbinenstufenbereich der ersten Stufe des Turbinenrotors aus 12% Cr-Stahl, des Hochdruckrotors aus 1% CrMoV-Stahl und des Zwischendruckrotors aus 1% CrMoV-Stahl sowie einen Turbinenstufenbereich mit Ausnahme einer Turbinenendstufe des Niederdruck­ rotors aus 3 bis 4% NiCrMoV-Stahl einer Wärmebehandlung zu unterziehen, und zwar bei einer Temperatur unterhalb einer Anlaßtemperatur sowohl von 12% Cr-Stahl als auch von 1 % CrMoV-Stahl, bei einer Temperatur größer als eine Anlaßtemperatur von 3 bis 4% NiCr- MoV-Stahl und bei einer Temperatur kleiner als eine Acl-Transformationstemperatur des 3 bis 4% NiCrMoV-Stahls. Die Temperatur bei der Wärmebehandlung liegt vorzugsweise in­ nerhalb eines Bereichs von 600 bis 650°C.

Gemäß dem bisher beschriebenen Dampfturbinenrotor und seinem Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung werden bei Umgebungsbedingungen wie hoher Temperatur/hohem Druck und niedriger Temperatur/niedrigem Druck entsprechende Metalle verwendet. Wenn Rotoren aus verschiedenem Metall miteinander verschweißt werden, werden zur Reduzierung des Gewichts entsprechende Maßnahmen getroffen, mit entsprechender Wärmebehandlung nach dem Schweißen, wodurch es möglich ist, eine hervorragende Zeitstandfestigkeit in einer Hochtemperatur-/Hochdruckumgebung sicherzustellen, und gleichzeitig eine hervorragende Raumtemperaturzugfestigkeit und -zähigkeit in der Niedertemperatur/Niederdruckumgebung sicherzustellen, wobei es ebenso möglich wird, die SCC-Empfindlichkeit sowie die Restspan­ nung an der Schweißverbindung soweit wie möglich zu unterdrücken, wodurch folglich eine zufriedenstellende Verwendung eines verlängerten Turbinenblatts gewährleistet ist.

Folglich ist der Dampfturbinenrotor und sein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung vollständig für eine Erweiterung der zu verwendenden Dampfbedingungen geeignet, sowie für eine Verlängerung des Turbinenblattes zur Verwendung bei der letzten Turbinenstufe der Niederdruckdampfturbine, wodurch es möglich ist, eine große Leistung und hohen Wirkungs­ grad des Dampftriebwerkes zu realisieren.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen der Grundgedanke und weitere charakteristische Eigenschaften der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die zur Erklärung des ersten Ausführungsbeispiels eines Dampfturbinenrotors und seines Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung verwendet wird;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Dampfturbinenrotors, zum leichteren Verständnis des in Fig. 1 gezeigten Dampfturbinenrotors;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht, die zur Erklärung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Dampfturbinenrotors und seines Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung verwendet wird;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht, die zur Erklärung eines dritten Ausführungsbeispiels des Dampfturbinenrotors und seines Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung verwendet wird;

Fig. 5 eine Grafik der in dem in Fig. 4 gezeigten Dampfturbinenrotor enthaltenen Menge an Cr;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht, die verwendet wird, um ein viertes Ausführungsbeispiel des Dampfturbinenrotors und sein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung zu erklären;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht, die verwendet wird, um eine fünftes Ausführungsbeispiel des Dampfturbinenrotors und sein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung zu erklären;

Fig. 8 eine Teilquerschnittsansicht, die verwendet wird, um ein sechstes Ausführungsbeispiel des Dampfturbinenrotors und sein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung zu erklären;

Fig. 9 eine Teilquerschnittsansicht, die verwendet wird, um ein siebtes Ausführungsbeispiel des Dampfturbinenrotors und sein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung zu erklären;

Fig. 10 eine Teilquerschnittsansicht, die einen der herkömmlichen Rotorverbindung vorange­ henden geschweißten Bereich zeigt;

Fig. 11 eine Teilquerschnittsansicht, die verwendet wird, um ein achtes Ausführungsbeispiel des Dampfturbinenrotors und sein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung zu erklären;

Fig. 12 eine Teilquerschnittsansicht, die verwendet wird, um ein neuntes Ausführungsbeispiel des Dampfturbinenrotors und sein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung zu erklären; und

Fig. 13 eine Teilquerschnittsansicht, die verwendet wird, um ein zehntes Ausführungsbeispiel des Dampfturbinenrotors und sein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung zu erklären.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die bevorzugte Aus­ führungsbeispiele in nicht einschränkender Weise verdeutlichen, ein Dampfturbinenrotor und ein Verfahren zur dessen Herstellung gemäß der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die verwendet wird, um ein erstes Ausführungsbeispiel des Dampfturbinenrotors und sein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung zu erklären. Zum leichteren Verständnis verwendet das erste Ausführungsbeispiel z. B. einen herkömmli­ chen integrierten Hoch-Zwischen-Niederdruckdampfturbinenrotor, wie in Fig. 2 gezeigt, wo­ bei der Dampfturbinenrotor aus einem Metallmaterial aus einer einzigen chemischen Kompo­ nente und Zusammensetzung gefertigt ist, im Gegensatz zu dem zum Beispiel Hoch- Zwischen-Niederdruckdampfturbinenrotor aus Fig. 1, der aus einer Mehrzahl von Metallen unterschiedlicher chemischer Komponenten und Zusammensetzungen gebildet ist.

Mit Ausnahme der verwendeten Materialien sind die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Dampfturbinenrotoren insofern zueinander ähnlich, als ein Rotor 1 in drei Turbinenstufen­ segmente unterteilt ist, um ein Turbinenstufenhochdrucksegment HPS, ein Turbinenstufen­ zwischendrucksegment IPS und ein Turbinenstufenniederdrucksegment LPS zu bilden.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind das Turbinenstufenhochdrucksegment HPS und das Turbinenstufenzwischendrucksegment IPS von Anfang an integriert aus den gleichen chemi­ schen Komponenten und Zusammensetzungen gebildet, wobei das Turbinenstufennieder­ drucksegment LPS separat aus einem anderen Metall gebildet ist. Das Turbinenstufenzwi­ schendrucksegment IPS und das Turbinenstufenniederdrucksegment LPS sind an einem Ver­ bindungspunkt 2 miteinander verschweißt.

Das integriert gebildete Turbinenstufenhochdrucksegment HPS und das Turbinenstufenzwi­ schendrucksegment IPS verwenden 1% CrMoV-Stahl für den Rotor 1. Der Rotor 1 aus 1% CrMoV-Stahl weist chemische Komponenten und Zusammensetzungen auf, aus 0,8 bis 1,3 Gew.-% Cr, 0,8 bis 1,5 Gew.-% Mo, 0,2 bis 0,3 Gew.-% und Rückstände von Fe und anderen Verunreinigungen. Zur thermischen Behandlung wird der Rotar 22 Stunden lang bei 970°C gehalten, mit starkem Wind gekühlt (abgeschreckt) und dann 40 Stunden bei 670°C tempe­ riert (gehärtet).

Andererseits verwendet das separat gebildete Turbinenstufenniederdrucksegment LPS 3,9% NiCrMoV-Stahl für den Rotor 1. Der Rotor 1 mit 3,9% NiCrMoV-Stahl hat chemische Kom­ ponenten und Zusammensetzungen von 2,4 bis 4,5% Gew.-% Ni, 1,5 bis 2,0 Gew.-% Cr, 0,3 bis 0,8 Gew.-% Mo, 0,08 bis 0,2 Gew.-% V und Rückstände von Fe und anderen Verunreini­ gungen. Zur thermischen Behandlung wird der Rotor 33 Stunden lang bei 840°C hitzebehan­ delt, mit Sprühwasser gekühlt (abgeschreckt) und dann bei 590°C 50 Stunden lang temperiert. Beim Verschweißen des integriert gebildeten Turbinenstufenhochdrucksegments HPS und des Turbinenstufenzwischendrucksegments IPS mit dem separat gebildeten Turbinenstufennie­ derdrucksegment LPS am Verbindungspunkt 2 weist das Schweißmetall chemische Kompo­ nenten und Zusammensetzungen auf, mit 2,7 bis 3,5 Gew.-% Ni, 0,2 bis 0,5 Gew.-% Cr, 0,4 bis 0,9 Gew.-% Mo und Rückständen von Fe und anderen Verunreinigungen.

Zur Nachschweiß-Wärmebehandlung nach dem Schweißen am Verbindungspunkt 2 unter Verwendung der chemischen Komponenten und Zusammensetzungen des Rotors 1 und der chemischen Komponenten und Zusammensetzungen des Schweißmetalls, mit dem Schweiß­ bereich als Grenze, erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel ein teilweises Erwärmen des ge­ samten Bereichs des Turbinenstufenhochdrucksegments HPS und des Turbinenstufenzwi­ schendrucksegments IPS sowie des gesamten Bereichs des Turbinenstufenniederdruckseg­ ments LPS mit Ausnahme der letzten Turbinenstufe L-0 mittels Anwendung einer Hochfre­ quenzspule oder eines elektrischen Schmelzofens. Die Wärmebehandlung erfolgt bei 610°C für 40 Stunden und bei 625°C für 40 Stunden. Für Vergleichszwecke erfolgt eine Wärmebe­ handlung bei 580°C für 40 Stunden.

Für eine Vergleichsbetrachtung ist der Rotor 1 für die integrierte Hoch-Zwischen- Niederdruckdampfturbine aus 1% CrMoV-Stahl und 3,9% NiCrMoV-Stahl aus ähnlichen Komponenten und Zusammensetzungen gebildet.

Aus dem integrierten Hoch-Zwischen-Niederdruckdampfturbinenrotor zur Verwendung in diesem Ausführungsbeispiel, sowie aus dem integrierten Hoch-Zwischen- Niederdruckdampfturbinenrotor zur Verwendung als Vergleichsbeispiele sind als Muster Teststücke präpariert worden. In folgender Tabelle 1 sind verschiedene Metalleigenschafts­ daten aufgelistet:

Teststücke und Testbedingungen, wie in Tabelle 1 gezeigt, umfassen Raumtemperatur- Zeitstandfestigkeit (die Zugfestigkeit bei Raumtemperatur), indikative FATT(Fracture Appea­ rance Transition Temperature)-Fähigkeit (Verform-Spröd-Transitionstemperatur, die mittels des Charpy-Tests erhalten wird), SCC (Spannungskorrosionsbruch)-Empfindlichkeit (U- Formbiegetest in Übereinstimmung mit JIS G 0576); das Vorhandensein oder Fehlen von SCC wird mittels Tauchprüfung für 1.000 Stunden in einer 1.000 ppm Natrium-Chlorid- Wasserlösung evaluiert, Zeitstandfestigkeit (100.000 Stunden Zugstärke bei 580°C) und Schweißbereichrestspannung mittels "Center Drill"-Verfahren.

Die zu testenden Anlagen umfassen folgende Turbinenstufen: Die letzte Turbinenstufe des Turbinenstufenniederdrucksegments LPS, gekennzeichnet mit L-0; und die zweit- und dritt­ letzte Turbinenstufe, jeweils gekennzeichnet mit L-1 und L-2, wobei die verbleibenden Tur­ binenstufen der Reihe nach in Richtung der Stromrichtung des Dampfes nummeriert sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel und den Vergleichsbeispielen ist das Turbinenstufenniederdruck­ segment LPS aus sechs Turbinenstufen L-0 bis L-5 zusammengesetzt.

Das Turbinenstufenzwischendrucksegment IPS ist aus fünf Turbinenstufen zusammengesetzt, die von der Dampfeinlassseite aus gesehen der Reihe nach mit I1 bis I5 gekennzeichnet sind. Die Messung der Metalleigenschaften ist auf die zwei Turbinenstufen I4 und I5 begrenzt. Der Grund hierfür liegt darin, dass in diesem Ausführungsbeispiel und den Vergleichsbeispielen die Metalleigenschaften im wesentlichen als gleichförmig angesehen werden, da die Nach­ schweiß-Wärmebehandlung der Hochdruckturbinenstufen und der Zwischendruckturbinenstu­ fen innerhalb des elektrischen Ofens bei konstanter Temperatur erfolgt.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind der 1% CrMoV-Stahlrotor 1 und der 3,9% NiCr- MoV-Stahlrotor 1 zusammengeschweißt und die Nachschweiß-Wärmebehandlungstemperatur ist auf 610°C gesetzt, was gleich einer Zwischentemperatur zwischen der Anlaßtemperatur des 1% CrMoV-Stahlrotors 1 und der des 3,9% NiCrMoV-Stahlrotors 1 ist, und die geringer ist als die Acl-Transformationstemperatur des 3,9% NiCrMoV-Stahlrotors 1. Durch eine Hochfrequenzspule oder ein Teilwärmesystem innerhalb des elektrischen Ofens wird die Nachschweiß-Wärmebehandlung für alle Turbinenstufenbereiche der Turbinenstufenhoch- und -zwischendrucksegmente HPS und IPS sowie für das Turbinenstufenniederdrucksegment mit Ausnahme des letzten Turbinenstufenbereichs L-0 durchgeführt, wobei die Schweißver­ bindungsteile dazwischen liegen. Als Ergebnis tritt innerhalb des Bereichs von der Turbinenstufe L-1 bis zur Turbinenstufe L-3 ein Nachschweiß-Wärmebehandlungstemperaturgradient auf. Es wird eine Abstufung der Zugfestigkeit bei Raumtemperatur und der FATT- Eigenschaften beobachtet. In diesen Bereichen wird die Länge des in den Rotor 1 implantier­ ten des Turbinenblatts kürzer als die Höhe der Turbinenstufe L-0, was eine reduzierte Zentri­ fugalkraft bei Rotationen zur Folge hat, so daß trotz des Rotors 1 mit einer reduzierten Tem­ peraturzugfestigkeit die Festigkeit nicht beeinflusst wird. Stattdessen werden eine reduzierte FATT (verbesserte Zähigkeit) und eine reduzierte SCC (Spannungskorrosionsbruch)-Emp­ findlichkeit aufgrund der resultierenden geringeren Festigkeit sowie ein stabiler Betrieb des Rotors 1 sichergestellt.

Ohne Änderung bezüglich der Zugfestigkeit wird die hohe Zeitstandfestigkeit von 1% CrMoV-Stahl beibehalten, da die Nachschweiß-Wärmebehandlungstemperatur geringer ist als die Anlaßtemperatur von 1% CrMoV-Stahl. Ferner wird die Restspannung an den Schweiß­ teilen bis auf 60 MPa reduziert und ebenfalls der Spannungsabbaueffekt durch Nachschweiß- Wärmebehandlung erhalten.

Verglichen mit diesem Ausführungsbeispiel weisen die Niederdruckturbinenstufen des Ver­ gleichsbeispiels 1 eine geringere Raumtemperaturzugfestigkeit sowie eine geringere Zähigkeit (höheres FATT) auf, was sie für den integrierten Hoch-Zwischen- Niederdruckdampfturbinenrotor ungeeignet macht. Das Vergleichsbeispiel 2 weist Hoch- Zwischendruckturbinenstufen auf mit einer geringeren Zeitstandsfestigkeit sowie die Turbi­ nenstufe L-2 mit einer größeren SCC-Empfindlichkeit, was erneut für den integrierten Hoch- Zwischen-Niederdruckdampfturbinenrotor ungeeignet ist. Bei dem Vergleichsbeispiel 3 ist die Nachschweiß-Wärmebehandlungstemperatur auf einen Wert gesetzt, der unterhalb der Anlaßtemperatur von 3,9% NiCrMoV-Stahl liegt. Die Turbinenstufe L-2 zeigt eine bessere SCC-Empfindlichkeit, wobei die Schweißbereiche immer noch eine extrem hohe Restspan­ nung aufweisen, wodurch eine Verwendung für einen integrierten Hoch-Zwischen- Niederdruckdampfturbinenrotor auf ähnliche Weise ungeeignet ist. Bei dem Vergleichsbei­ spiel 4 ist die Nachschweiß-Wärmebehandlungstemperatur größer als die Anlaßtemperatur von 1% CrMoV-Stahl. Die Hoch-Zwischendruckturbinenstufen zeigen eine geringere Zeit­ standfestigkeit, was wiederum für den integrierten Hoch-Zwischen- Niederdruckdampfturbinenrotor ungeeignet ist.

Somit liefert das erste Ausführungsbeispiel exzellente Eigenschaften für den Rotor 1, um eine integrierte Hoch-Zwischen-Niederdruckdampfturbine zu ermöglichen und einen stabilisierten Betrieb über einen längeren Zeitraum bei noch höherer Festigkeit zu erreichen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Wärmebehandlungstemperatur nach dem Schweißen des 1% CrMoV-Stahlrotors 1 und des 3,9% NiCrMoV-Stahlrotors 1 auf 610°C gesetzt. Al­ ternativ kann sie auch auf 625°C gesetzt werden, um befriedigende Ergebnisse zu erhalten, wie im Beispiel 2 von Tabelle 1 gezeigt.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht, die verwendet wird, um ein zweites Ausführungsbei­ spiel des Dampfturbinenrotors und sein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung zu erklä­ ren. Die gleichen Hauptelemente wie beim ersten Ausführungsbeispiel sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

Dieses Ausführungsbeispiel verwendet als Material für den Rotor 1 drei unterschiedliche Metalle, also 1% CrMoV-Stahl, 12% Cr-Stahl und 3,9% NiCrMoV-Stahl. 1% GrMoV- Stahl wird für einen Hochdruckrotor 1a des Turbinenstufenhochdrucksegments HPS verwen­ det; 12% Cr-Stahl wird für einen Rotor 1b bei einem Dampfeinlassbereich zwischen der er­ sten Hochdruckturbinenstufe des Turbinenstufenhochdrucksegments HPS und der ersten Zwi­ schendruckturbinenstufe des Turbinenstufenzwischendrucksegments IPS verwendet; 1% CrMoV-Stahl wird erneut für einen Zwischendruckrotor 1c verwendet, also für die verblei­ benden Zwischendruckturbinenstufen des Turbinenstufenzwischendrucksegments IPS; und 3,9% NiCrMoV-Stahl wird für einen Niederdruckrotor 1d des Turbinenstufenniederdruck­ segments LPS verwendet. Die Rotoren 1a, 1b, 1c und 1d aus verschiedenen Materialien sind an den Verbindungspunkten 3a, 3b und 3c miteinander verschweißt.

Der Zwischendruckrotor 1b aus 12% Cr-Stahl hat chemische Komponenten und Zusammen­ setzungen mit 1,05 Gew.-% Cr, 1,0 Gew.-% Mo, 0,25 Gew.-% V, 0,07 Gew.-% Nb und Rück­ ständen von Fe und anderen Verunreinigungen die 0,05 Gew.-% N enthalten. Zur thermischen Behandlung wird er 20 Stunden einer Temperatur von 1.050°C ausgesetzt, mit starkem Wind gekühlt (abgeschreckt) und dann für 35 Stunden bei 560°C temperiert. Alle weiteren Schritte sind wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel und werden nicht nochmals beschrieben.

Verschiedene Eigenschaften von Metallen bei dem oben genannten Ausführungsbeispiel sind als Beispiel 3 in der Tabelle 1 aufgelistet, wobei H1 Daten bezüglich des 12% Cr-Stahlrotors 1b kennzeichnet. Der SCC-Empfindlichkeitstest wurde für die Turbinenstufe L-2 durchge­ führt, korrespondierend zu der Dampf-Naß/Trocken-Wechselanordnung. Der Standversuch wurde für die Turbinenstufe I5 durchgeführt, da Verformungen vorallem bei einem hohen Temperaturbereich aufzutreten.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind ein Hochdruckrotor 1a aus 1% CrMoV-Stahl, ein rotor 1b aus 12% Cr-Stahl, ein Zwischendruckrotor 1c aus 1% CrMoV-Stahl und ein Nie­ derdruckrotor 1d aus 3,9% NiCrMoV-Stahl miteinander verschweißt. Hierbei ist der Rotor 1b am Dampfeinlaßbereich zwischen der ersten Hochdruckturbinenstufe des Turbinenstufen­ hochdrucksegments HPS und der ersten Zwischendruckturbinenstufe des Turbinenstufenzwi­ schendrucksegments IPS angeordnet. Die Nachschweiß-Wärmebehandlungstemperatur ist auf 625°C gesetzt, was gleich der Zwischentemperatur zwischen den Anlaßtemperaturen des 1% CrMoV-Stahlhochdruckrotors 1a des Zwischendruckrotors 1c und des 3,9% NiCrMoV- Stahlniederdruckrotors 1d ist, und die unterhalb der Acl-Transformationstemperatur des 3,9 % NiCrMoV-Stahlniederdruckrotors 1d liegt. Durch eine Hochfrequenzspule oder ein Teil­ wärmesystem innerhalb eines elektrischen Ofens wird die Nachschweiß-Wärmebehandlung für alle Turbinenstufenbereiche der Turbinenstufenhoch- und -zwischendrucksegmente HPS und IPS sowie für Stufenbereiche des Turbinenstufenniederdrucksegments, mit Ausnahme der letzten Turbinenstufe, durchgeführt, wobei die Schweißverbindungsteile dazwischen ange­ ordnet sind.

Als Ergebnis tritt innerhalb des Bereichs von der Turbinenstufe L-1 bis zur Turbinenstufe L-3 ein Nachschweiß-Wärmebehandlungstemperaturgradient auf, sowie eine Abstufung der Raumtemperaturzugfestigkeit und der FATT-Eigenschaften. In diesen Bereichen ist die Länge des in den Rotor 1 implantierten Turbinenblatts kürzer als die Höhe der Turbinenstufe L-0, was eine reduzierte Zentrifugalkraft bei Rotationen zur Folge hat, so dass die Festigkeit trotz des Rotors 1 mit der reduzierte Temperaturzugfestigkeit nicht beeinflusst wird. Stattdessen ergeben sich aufgrund der geringeren Festigkeit eine reduzierte FATT (verbesserte Zähigkeit) - und reduzierte SCC (Spannungskorrosionsbruch)-Empfindlichkeit, so dass ein stabiler Be­ trieb des Rotors 1 sichergestellt wird.

Ohne Änderung der Zugfestigkeit wird eine große Zeitstandfestigkeit von 1% CrMoV-Stahl erhalten, da die Nachschweiß-Wärmebehandlungstemperatur niedriger ist als die Anlaßtempe­ ratur von 1% CrMoV-Stahl.

Im Gegensatz dazu, wie bei der Zeitstandfestigkeit von 12% Cr-Stahl, ist die Zugfestigkeit im wesentlichen gleich der eines nachbehandelten (nachgekochten) Rotors, und zwar auf­ grund der Nachschweiß-Wärmebehandlungstemperatur unterhalb der Anlaßtemperatur von 12 % Cr-Stahl. Die Schweißbereichrestspannung liegt bei 55 MPa am Schweißbereich zwischen dem 1% CrMoV-Stahlrotor und dem 3,9% NiCrMoV-Stahlrotor, und bei 60 MPa am Schweißbereich zwischen dem 1% CrMoV-Stahl und dem 12% Cr-Stahl, was einen Span­ nungsabbaueffekt durch die Nachschweißwärmebehandlung zur Folge hat.

Der Rotor 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist in vier Bereiche unterteilt, also in den Hochdruckrotor 1 aus 1% CrMoV-Stahl, den 12% Cr-Stahlrotor 1b am Dampfeinlassbereich zwischen der ersten Hochdruckturbinenstufe und der ersten Zwischendruckturbinenstufe, in den zweiten Zwischendruckrotor aus 1% CrMoV-Stahl und den Niederdruckrotor 1d aus 3,9 % NiCrMoV-Stahl, mit hervorragenden Eigenschaften, wie in Tabelle 1 gezeigt. Ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann folglich der integrierte Hoch-Zwischen- Niederdruckdampfturbinenrotor einen stabilen Betrieb bei weiter höherer Festigkeit erreichen.

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht, die verwendet wird, um ein drittes Ausführungsbeispiel des Dampfturbinenrotors und sein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung zu erklären.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der 1% CrMoV-Stahlrotor 4a gebildet, mit einem konkaven Endbereich (weiblicher Teil) 5, um zu dem 10,5% CrMoVNbN-Stahlrotor 4b mit einem konvexen Endteil (männlicher Teil) 6 zu passen, wenn der integrierte Hoch-Zwischen- Niederdruckdampfturbinenrotor durch Schweißen des Rotors 4a aus 1% CrMoV-Stahl und des Rotors 4b aus 10,5% CrMoVNbN-Stahl (japanische Patentveröffentlichung Nr. SHO 60- 054385), repräsentativ für 12% Cr-Stahl, gebildet wird. Insbesondere ist der konvexe Endteil 6 derart ausgebildet, dass er einen Öffnungswinkel innerhalb eines Bereichs von ϕ = 30° bis 95° relativ zu einer Mittellinie CL der Rotoren 4a und 4b aufweist. Die Spitze des konvexen Endteils 6 ist mit einem Nicht-Kontaktteil 7 versehen, der zum Beispiel als ein quadratischer zu dem konkaven Endteil 5 offener Zwischenraum gebildet ist.

Von dem 1% CrMoV-Stahlrotor 4a zu dem 10,5% CrMoVNbN-Stahlrotor 4b mit den da­ zwischenliegenden Schweißverbindungsteilen 8 erstrecken sich imaginäre Analyseprobelinien X1 bis X5, die parallel zur Mittellinie CL verlaufen und der Reihe nach radial von außen nach innen gebildet sind, um die Cr-Menge zu prüfen.

Ferner sind Prüfstellen Y1 bis Y3 für die Cr-Menge als imaginäre Linien gebildet, die die imaginären Analyseprobelinien X1 bis X5 kreuzen, und die sich von dem 1% CrMoV- Stahlrotor 4a zu dem 10,5% CrMoVNbN-Stahlrotor 4b mit den dazwischenliegenden Schweißverbindungsteilen 8 erstrecken.

Fig. 5 zeigt die Cr-Mengen, die durch die Analyse mittels der Analyseprobelinien X1 bis X5 erhalten werden.

Im allgemeinen wird jede Stahllegierung, die Cr in der Größenordnung von 0,5 bis 2,5 Gew.-% enthält als Stahl mit wenig Cr bezeichnet, und eine Stahllegierung mit 8 bis 13 Gew.-% Cr als Stahl mit viel Cr bezeichnet (typischerweise 9% Cr-Stahl, 12% Cr-Stahl, . . .).

Jedoch ist ein Stahl für Konstruktionszwecke unüblich, der 5 bis 6 Gew.-% Cr enthält, also zwischen dem Stahl mit wenig Cr und dem Stahl mit viel Cr liegt. Dies ist der Tatsache zuzu­ schreiben, dass diese Zwischenmenge an Cr (5 bis 6 Gew.-%) oft die Hochtemperaturzeit­ standsfestigkeit und die Raumtemperaturzeitstandsfestigkeit beeinträchtigen kann.

Folglich kann man an den Schweißverbindungsteilen die Zwischenmenge an Cr (5 bis 6 Gew.-%) erwartet, wenn der 1% CrMoV-Stahlrotor 4a und der 10,5% CrMoVNbN-Stahlrotor 4b miteinander verschweißt werden. Es ist bekannt, dass die Schweißverbindungsteile 8 die Festigkeit entlang der Mittellinie CL verringern, wenn die Schweißverbindungsteile 8 zwi­ schen dem 1% CrMoV-Stahlrotor 4a und dem 10,5% CrMoVNbN-Stahlrotor 4b in verti­ kalen Ebenen bezüglich der Mittellinie CL mit der Zwischenmenge an Cr bereit gestellt wer­ den. Aus diesem Grund ist es bei diesem Beispiel möglich, dass die aus verschiedenem Metall gebildeten Rotoren 4a und 4b jeweils den konkaven Endteil 5 und den konvexen Endteil 6 aufweisen, wenn sie zusammengeschweißt sind, so dass der konkave Endteil 5 und der kon­ vexe Endteil 6 an den Schweißverbindungsteilen 8 innerhalb des Öffnungswinkel von Φ = 30° bis 95° relativ zur Mittellinie liegen.

Aus der graphischen Analyse in Fig. 5 ist zu erkennen, dass die Menge an Cr auf der Analy­ seprobelinie X3 ungefähr 6 Gew.-% beträgt, und zwar bei der Cr-Mengen-Prüfstelle Y2 aus Fig. 4, wo sich die Festigkeit verringert.

Bei den Analyseprobelinien X1, X2 und X4, X5 beträgt die Cr-Menge an der Stelle Y2 je­ weils 1 bis 2 Gew.-% und 8 bis 9 Gew.-%, hier tritt keine Verringerung der Festigkeit auf. Folglich liegt im Falle der Bereitstellung der Rotoren 4a und 4b, mit dem konkaven Endteil 5 und dem konvexen Endteil 6, der Öffnungswinkel Φ innerhalb eines Bereichs von 30° bis 95° relativ zur Mittellinie der konkaven 5 und konvexen 6 Endteile. Obwohl an einer bestimmten Stelle eine Zwischenmenge an Cr auftritt, erhöht oder verringert sich die Cr-Menge ausge­ hend von der Zwischenmenge an Cr an den verbleibenden Stellen, so dass die verringerte Fe­ stigkeit ausreichend kompensiert werden kann. Das gleiche gilt für die anderen Cr-Mengen- Prüfstellen Y1 und Y3.

Wenn die aus unterschiedlichen Metallen gebildeten Rotoren 4a und 4b miteinander ver­ schweißt werden, werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel der konkave Endteil 5 und der konvexe Endteil 6 entlang der Schweißverbindungsteile 8 gebildet, deren Schweißlinie einen Öffnungswinkel Φ aufweist, der innerhalb des Bereichs von 30° bis 95° liegt, so dass, obwohl die Cr-Menge an einer bestimmten Stelle bei einem Zwischenwert liegt, die Menge an Cr an den verbleibenden Stellen sich erhöhen oder verringern kann, um eine Abnahme der Menge an Cr von dem Zwischenwert im Ganzen sicherzustellen. Somit ist es möglich, die geringere Festigkeit an einer bestimmten Stelle durch die verbleibenden Stellen zu kompensieren. Der Rotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist besonders wirksam für die Verwendung im Hochtemperaturteil, wie etwa den Dampfeinlassbereich.

Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht, die verwendet wird, um ein viertes Ausführungsbei­ spiel des Dampfturbinenrotors gemäß der Erfindung zu erklären, der unter Verwendung von Unterpulverschweißen eines schmalen Spalts gebildet ist.

Wenn der Hochdruckrotor 9a und der Niederdruckrotor 9b miteinander verschweißt werden, werden gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel die Rotoren 9a und 9b mit jeweiligen Enden des schmalen Spalts bereitgestellt, auf denen Schmalspalt-Schweißverbindungen 15 mittels Verwendung eines Unterpulverschweißers gebildet werden.

Ein herkömmlicher integrierter Hoch-Niederdruckdampfturbinenrotor 9 benötigt einen Schmelzgutbereich, der eine große Menge umfasst, wenn ein Hochdruckrotor 9a, ein Nieder­ druckrotor 9b, ein letzter Turbinenstufenrotor 9c und ein Radiallager-Rotor (nicht gezeigt) miteinander verschweißt werden. Bei einem derartigen Schmalspalt-Schweißen müssen die Rotoren 9a, 9b, 9c, etc. für umfangsmäßige Änderungen der Schweißbedingungen einer gro­ ßen Wärmezufuhr unterzogen werden, was oft eine axiale Biegung zur Folge hat und den Ar­ beitsaufwand, wie etwa Biegekorrekturarbeit, bei Nachschweiß-Berarbeitungsschritten erhöht.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden die Schweißverbindungen sehr stark verengt, und zwar aufgrund der Bildung der schmalen Spalte, wodurch es möglich ist, jegliche axiale Bie­ gung der Rotoren 9a, 9b, 9c, etc. zu verhindern und die Menge an Korrekturarbeit bei den Nachschweißprozeßschritten zu reduzieren.

Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht, die verwendet wird, um ein fünftes Ausführungsbei­ spiel des Dampfturbinenrotors gemäß der Erfindung zu erklären. Die wesentlichen Elemente sind mit den gleichen Bezugsziffern wie beim ersten Ausführungsbeispiel versehen.

Das fünfte Ausführungsbeispiel ist zum Beispiel auf einen integrierten Hoch-Zwischen- Niederdruckdampfturbinenrotor gerichtet.

Bei dem integrierten Hoch-Zwischen-Niederdruckdampfturbinenrotor 22 ist der Rotor 1 in drei Segmente unterteilt, also ein Turbinenstufenhochdrucksegment HPS, ein Turbinenstufen­ zwischendrucksegment IPS und ein Turbinenstufenniederdrucksegment LPS. Der Rotor 1 ist mit einer axial verlängerten Mittelbohrung 18 gebildet, um zum Beispiel eine Segregation zu eliminieren, die am Mittelbereich auftreten kann.

Der herkömmliche integrierte Hoch-Zwischen-Niederdruckdampfturbinenrotor 22 weist eine ausreichende Zeitstandfestigkeit bei hohen Temperaturen auf, und zwar sowohl für das Turbi­ nenstufenhochdrucksegment HPS als auch für das Turbinenstufenzwischendrucksegment IPS, jedoch stellt er keine hohe Sprödbruchfestigkeit für das Turbinenstufenniederdrucksegment LPS sicher. Aus diesem Grund ist der integrierte Hoch-Zwischen- Niederdruckdampfturbinenrotor 22 aus Metallmaterialien mit verbesserten chemischen Kom­ ponenten und Zusammensetzungen hergestellt, enthaltend den Rotor 1, der zwei unterschied­ liche Eigenschaften aufweist, also eine Hochtemperaturzeitstandfestigkeit und Zähigkeit/Zugfestigkeit. Verleiht man einem einzelnen Rotor 1 sowohl Hochtemperaturfestigkeit als auch Zähigkeit, so kann man immer noch nicht verhindern, dass sich seine Länge erhöht. Aus diesem Grund muß bei der Dampfturbine aufgrund der Zentrifugalkraft, die während des Betriebs auftritt, das Gewicht des Rotors 1 reduziert werden, unabhängig von dem weiter verlängerten Rotor 1, und zwar aus Sicht der Festigkeitssicherung, der Unterdrückung von Vibrationen und der Entlastung der Lager.

Unter Berücksichtigung dieser Betrachtungen ist der integrierte Hoch-Zwischen- Niederdruckdampfturbinenrotor 22 gemäß der Erfindung mit einem hohlen Teil 23 ausgebil­ det, der sich transversal über die Mittelbohrung 18 des Rotors 1 erstreckt. Der hohle Teil 23 umfaßt einen ersten Hohlraumbereich 24, der an der Grenze zwischen dem Turbinenstufen­ zwischendrucksegment IPS und dem Turbinenstufenniederdrucksegment LPS gebildet ist, und einen zweiten und dritten Hohlraumbereich 25 und 26, die jeweils an der Einlaß- und Auslassseite des Turbinenstufeniederdrucksegments LPS gebildet sind.

Auf diese Weise kann gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel das Gewicht des Rotors 1 reduziert werden, indem der hohle Teil gebildet wird, der sich transversal über die Mittelboh­ rung 2 erstreckt, wodurch er voll zur Festigkeitssicherung, die aufgrund der Zentrifugalkraft notwendig ist, zur Unterdrückung von Vibrationen und zur Entlastung der Lager beiträgt.

Fig. 8 zeigt eine Teilquerschnittsansicht, die verwendet wird, um ein sechstes Ausführungs­ beispiel des Dampfturbinenrotors gemäß der Erfindung zu erklären.

Bei dem Dampfturbinenrotor gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist die letzte Turbi­ nenstufe LS des Turbinenstufenniederdrucksegments LPS zum Beispiel mit einem hohlen Bereich 23 versehen sowie mit Schlitzpassflächen 27, die sich transversal über die Mittelboh­ rung 18 des Rotors 1 erstrecken, wobei die Schlitzpassflächen 27 mit einem schmalen Spalt 32 gebildet sind, dessen Basis 30 7 mm breit ist. Der Neigungswinkel α des schmalen Spalts in Richtung der äußeren Oberfläche ist auf 10/100 gesetzt.

Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist der Neigungswinkel α auf 10/100 relativ zur Querlinie gesetzt, die die Mittellinie des Rotors 1 unterteilt, so dass bei der Schweißarbeit der Grad der axialen Schrumpfung verringert werden kann, bei reduzierter Schweißbiegung des Rotors 1.

Fig. 9 zeigt eine Teilquerschnittsansicht, die verwendet wird, um ein siebtes Ausführungs­ beispiel des Dampfturbinenrotors gemäß der Erfindung zu erklären.

Bei dem Dampfturbinenrotor gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel ist die letzte Turbinen­ stufe LS des Turbinenstufenniederdrucksegments LPS mit einem Hohlraumbereich 23 und Schlitzpassflächen 27 versehen, die sich transversal über die Mittelbohrung 18 des Rotors 1 erstrecken. Der Dampfturbinenrotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält einen kon­ taktlosen Laserversetzungsmesssensor 31, um die zugeführte Wärmemenge vom Schweißap­ parat 16 zu erhöhen oder zu verringern, wenn im Rotor 1 beim Schweißen der Schlitzpassflä­ chen 27 eine Biegung auftritt sowie eine Lasermesseinrichtung 33, um die Zunahme oder Ab­ nahme an zugeführter Wärmemenge von dem Schweißgerät 16 zu modifizieren, wenn eine Versetzung der Breite W des schmalen Spalts 32 auftritt.

Wenn die Schlitzpassflächen der Hauptelemente zusammengeschweißt werden, verursacht üblicherweise eine hohe Schweißhitze eine Versetzung der Schlitzpassflächen und des Gra­ bens von den jeweils vorbestimmten gesetzten Positionen, mit dem Ergebnis, dass die ge­ schweißte Verbindung (Schweißstoß) nicht am vorgesehenen Platz gehalten werden kann.

Aufgrund dieser Unzulänglichkeit ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Laserversetzungs­ meßsensor 31 bereitgestellt, um die Zunahme oder Abnahme an zugeführter Wärmemenge von einem Schweißgerät 16 zu modifizieren, und zwar in Abhängigkeit von der Versetzung, wenn die externe Oberfläche des Rotors 1 aufgrund der Schweißhitze sich verformt, sowie eine Lasermesseinrichtung 33, um die Zunahme oder Abnahme der zugeführten Wärmemenge von dem Schweißgerät 16 zu modifizieren, und zwar abhängig von der Versetzung, wenn eine Versetzung der Breite W des schmalen Spalts 32 aufgrund der Schweißhitze erfolgt.

Folglich ist es gemäß der Erfindung möglich, die geschweißte Verbindung an der vorgesehe­ nen Stelle zu halten, aufgrund der Bereitstellung des Laserversetzungsmesssensors 31 und der Lasermesseinrichtung 33 zur Modifizierung der zugeführten Wärmemenge von dem Schweißgerät 16, wenn eine mögliche Versetzung an der geschweißten Verbindung 28 und/oder eine Versetzung der Breite W des schmalen Spaltes 32 beim Schweißen der Schlitz­ passflächen 27 jeweils auftritt.

Fig. 11 zeigt eine Teilquerschnittsansicht, die verwendet wird, um ein achtes Ausführungsbei­ spiel des Dampfturbinenrotors gemäß der Erfindung zu erklären.

Beim Verbinden der Schlitzpassoberflächen 27 des Rotors 1 an der Schweißverbindung 28, wie in Fig. 10 gezeigt, wurde in der Vergangenheit aufgrund Uranami eine spitze Kerbe 34 an den Stirnflächen (Endflächen) der Schlitzpassflächen 27 ausgebildet, die mit dem hohlen Teil 23 assoziiert sind, wobei die resultierende Kerbe 34 aufgrund der Spannungskonzentration Störungen verursacht.

Aufgrund dieser Unzulänglichkeit ist, wie in Fig. 11 gezeigt, der Turbinenrotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einem Überlappungsschweißstoß 36 ausgebildet, der mittels eines Laserschweißers 35 gegenüber der durch Uranami verursachten scharfen Kerbe 34 geglättet ist, die an den Stirnlächen der mit dem hohlen Bereich 23 assoziierten Schlitzberührungsflä­ chen 27 auftreten kann.

Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel mittels des Laserschweißers 35 der dekorative Schweißstoß 36 gegenüber der durch Uranami erzeugten Schweißkerbe 34, die an den End­ flächen der Schlitzberührungsflächen 27 auftreten kann, die mit dem hohlen Bereich 23 asso­ ziiert sind, gebildet ist, kann Druckluft mit geschmolzenem feinem Aluminiumpulver mittels eines Sandstrahlers 37, wie in Fig. 12 gezeigt, auf die Kerbe 34 gestrahlt und dann entfernt werden, so dass auf der Oberfläche eine verdichtete Spannung zurückbleiben kann.

Fig. 13 zeigt eine Teilquerschnittsansicht, die verwendet wird, um ein zehntes Ausführungs­ beispiel des Dampfturbinenrotors gemäß der Erfindung zu erklären.

Wenn die Schlitzpassflächen 27 des Rotors 1 an der Schweißverbindung 28 miteinander ver­ bunden werden, wird bei einer herkömmlichen Dampfturbine der Schweißstoß aufgrund sei­ ner Verwendung über einen langen Zeitraum oft Korrosionen unterworfen, falls dieser einem hohen Druck und einer hohen Temperatur ausgesetzt wird.

Aufgrund dieser Unzulänglichkeit ist der Dampfturbinenrotor gemäß dem zehnten Ausfüh­ rungsbeispiel mit einem anti-korrosionsbeschichteten Bereich 38 bereitgestellt, der auf der externen Oberflächenseite der Schweißverbindung 28 der Schlitzpassfläche 27 gebildet ist, und zwar in Fortsetzung zu dem Hohlraumbereich 23, der in dem Rotor 1 gebildet ist, wie in Fig. 13 gezeigt.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann verhindert werden, dass die Schweißverbindung 28 Korrosionen unterzogen wird und es kann durch die Bildung des anti-korrosionsbeschichteten Bereichs 38 auf der Schweißverbindung 28, die an den Schlitzpassflächen 27 des Rotors 1 gebildet ist ein stabiler Betrieb des Rotors 1 sichergestellt werden.

Obwohl im vorangegangenen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung verdeutlicht und im einzelnen beschrieben wurden, ist es offensichtlich, dass der erfinderische Gedanke auch auf andere Weise verkörpert und angewendet werden kann. Somit sind modifizierte Ausführungsformen denkbar, ohne den Schutzbereich zu verlassen.

Claims (22)

1. Dampfturbinenrotor, enthaltend in Kombination einen Hochdruckrotor und/oder Zwi­ schendruckrotor und einen Niederdruckrotor, wobei der Hochdruckrotor und/oder Zwischen­ druckrotor und der Niederdruckrotor aus Metallmaterialien unterschiedlicher chemischer Zu­ sammensetzungen gebildet und durch Schweißen miteinander verschweißt sind.

2. Dampfturbinenrotor nach Anspruch 1, wobei der Hochdruckrotor aus 1% CrMoV-Stahl gebildet ist.

3. Dampfturbinenrotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Niederdruckrotor aus 3 bis 4% NiCrMoV-Stahl gebildet ist.

4. Dampfturbinenrotor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Zwischendruck­ rotor aus 1% CrMoV-Stahl gebildet ist.

5. Dampfturbinenrotor vom kombinierten Typ, enthaltend in Kombination einen Hoch­ druckrotor und/oder Zwischendruckrotor und einen Niederdruckrotor, wobei eine erste Hoch­ druckturbinenstufe des Hochdruckrotors und eine erste Zwischendruckturbinenstufe des Zwi­ schendruckrotors aus 12% Cr-Stahl hergestellt sind; alle anderen Hochdruckturbinenstufen des Hochdruckrotors außer der ersten Stufe der Hochdruckturbine aus 1% CrMoV-Stahl ge­ bildet sind; alle anderen Zwischendruckturbinenstufen des Zwischendruckrotors außer der ersten Stufe der Zwischendruckturbine aus 1% CrMoV-Stahl gebildet sind; und wobei der Niederdruckrotor aus 3 bis 4% NiCrMoV-Stahl gebildet ist, und die Rotoren unter Verwen­ dung von Schweißmitteln miteinander verbunden sind.

6. Dampfturbinenrotor nach Anspruch 2, 4 oder 5, wobei der 1% CrMoV-Stahl 0,8 bis 1,3 Gew.-% Cr, 0,8 bis 1,5 Gew.-% Mo, 0,2 bis 0,3 Gew.-% V und Rückstände von Fe und anderen Verunreinigungen enthält.

7. Dampfturbinenrotor nach Anspruch 3 oder 5, wobei der 3 bis 4% NiCrMoV-Stahl 2, 5 bis 4,5 Gew.-% Ni, 1,5 bis 2,0 Gew.-% Cr, 0,3 bis 0,8 Gew.-% Mo, 0,08 bis 0,2 Gew.-% V ent­ hält und Rückstände von Fe und anderen Verunreinigungen.

8. Dampfturbinenrotor nach Anspruch 5, wobei der Rotor mit 12% Cr-Stahl derart geformt ist, dass er entweder ein konvexes Ende oder ein konkaves Ende aufweist, der Rotor mit 1% CrMoV-Stahl derart geformt ist, dass er das entsprechende andere konvexe Ende bzw. konka­ ve Ende aufzuweisen, und der Rotor mit 12% Cr-Stahl an den Rotor mit 1% CrMoV-Stahl passt und unter Verwendung der Schweißmittel mit diesem verschweißt wird.

9. Dampfturbinenrotor nach Anspruch 8, wobei das konvexe und das konkave Ende relativ zu einer Mittelachse geneigt sind.

10. Dampfturbinenrotor nach Anspruch 1, 6 oder 8, wobei die Schweißmittel ein Schweiß­ metall sind, das 2,7 bis 3,5 Gew.-% Ni, 0,2 bis 0,5 Gew.-% Cr, 0,4 bis 0,9 Gew.-% Mo und Rückstände von Fe und anderen Verunreinigungen enthält.

11. Dampfturbinenrotor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Hochdruckro­ tor und/oder Zwischendruckrotor und der Niederdruckrotor durch die Schweißmittel mitein­ ander verschweißt sind, und ein Turbinenstufenbereich des Hochdruckrotors und/oder des Zwischendruckrotors und ein Turbinenstufenbereich des Niederdruckrotors mit Ausnahme der letzten Turbinenstufe, anschließend einer Wärmebehandlung unter Verwendung von Wärmebehandlungsmitteln unterzogen werden.

12. Dampfturbinenrotor nach Anspruch 5, wobei der Hochdruckrotor mit 12% Cr-Stahl, der Zwischendruckrotor und der Niederdruckrotor unter Verwendung der Schweißmittel mitein­ ander verschweißt werden, ein Turbinenstufenbereich, mit Ausnahme einer letzten Turbinen­ stufe des Hochdruckrotors mit 12% Cr-Stahl, der Zwischendruckrotor und der Niederdruck­ rotor anschließend einer Wärmebehandlung unter Verwendung der Wärmebehandlungsmittel unterzogen werden.

13. Dampfturbinenrotor enthaltend in Kombination einen Hochdruckrotor und/oder Zwi­ schendruckrotor und einen Niederdruckrotor, mit:
einem schmalen Spalt, der an Schlitzpassflächen gebildet ist, die sich transversal über eine Mittelbohrung jedes Rotors erstrecken; und
einem Laserversetzungsmesssensor und einer Lasermesseinrichtung, die beim Schweißen des schmalen Spalts eine Versetzung jedes Rotors detektieren, die aufgrund der Schweißhitze auftritt, sowie eine Versetzung des schmalen Spalts der Schlitzpassflächen; und die eine Steuerung der Zunahme oder der Abnahme der von einem Schweißapparat zugeführten Wär­ memenge bereitstellen.

14. Dampfturbinenrotor enthaltend in Kombination einen Hochdruckrotor und/oder Zwi­ schendruckrotor und einen Niederdruckrotor mit:
einem schmalen Spalt, der an Schlitzpassflächen gebildet ist, die sich transversal über eine Mittelbohrung jedes Rotors erstrecken; und
Unterpulverschweißmitteln, die angeordnet sind, um den schmalen Spalt zu schweißen.

15. Dampfturbinenrotor nach Anspruch 13 oder 14, wobei der schmale Spalt einen Nei­ gungswinkel von 10/100 relativ zu einer Querlinie aufweist, die eine Mittelachse des Rotors unterteilt.

16. Dampfturbinenrotor nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Schlitzpassflächen einen Hohlraumbereich aufweisen, der in Richtung der Mittelbohrung ausgebildet ist.

17. Dampfturbinenrotor enthaltend in Kombination einen Hochdruckrotor und/oder Zwi­ schendruckrotor und einen Niederdruckrotor, wobei nach dem Schweißen der Schlitzpassflä­ chen, die sich transversal über die Mittelbohrung jedes Rotors erstrecken, eine Überlappungs­ schweißverbindung in Richtung einer Mittelbohrung bei einem Schweißnahtende gebildet wird.

18. Dampfturbinenrotor enthaltend in Kombination einen Hochdruckrotor und/oder Zwi­ schendruckrotor und einen Niederdruckrotor, wobei unter Verwendung von Strahlmitteln nach dem Schweißen der Schlitzpassflächen, die sich transversal über die Mittelbohrung jedes Rotors erstrecken, ein Restspannungsbereich in Richtung einer Mittelbohrung an einem Schweißnahtende gebildet ist.

19. Dampfturbinenrotor enthaltend in Kombination einen Hochdruckrotor und/oder Zwi­ schendruckrotor und einen Niederdruckrotor, wobei ein anti-korrosionsbeschichteter Bereich in Richtung der externen Oberfläche eines Schweißnahtendes gebildet ist, nach dem Schwei­ ßen der Schlitzpassflächen, die sich transversal über die Mittelbohrung jedes Rotors erstrec­ ken.

20. Dampfturbinenrotor enthaltend in Kombination einen Hochdruckrotor und/oder Zwi­ schendruckrotor und einen Niederdruckrotor, wobei der eine Hochdruckrotor und/oder Zwi­ schendruckrotor und der Niederdruckrotor miteinander verschweißt sind, und ein Turbinen­ stufenbereich des Hochdruckrotors und/oder Zwischendruckrotors und ein Turbinenstufenbe­ reich des Niederdruckrotors mit Ausnahme einer letzten Turbinenstufe danach einer Wärme­ behandlung unterzogen werden, bei einer Temperatur unterhalb einer Anlaßtemperatur so­ wohl des Hochdruckrotors als auch des Zwischendruckrotors, einer Temperatur größer als die Anlaßtemperatur des Niederdruckrotors und bei einer Temperatur kleiner als eine Acl- Transformationstemperatur des Niederdruckrotors.

21. Verfahren zur Herstellung eines Dampfturbinenrotors enthaltend folgende Schritte:
Zusammenschweißen einer ersten Stufe eines Turbinenrotors mit 12% Cr-Stahl zur Verwen­ dung als erste Hochdruckturbinenstufe und erste Zwischendruckturbinenstufe, eines Hoch­ druckrotors aus 1% CrMoV-Stahl zur Verwendung für die andere Turbinenstufen als die er­ ste Hochdruckturbinenstufe, eines Zwischendruckrotor aus 1% CrMoV-Stahl zur Verwen­ dung für die anderen Turbinenstufen als die erste Zwischendruckturbinenstufe, und eines Niederdruckrotor aus 3 bis 4% NiCrMoV-Stahl; und anschließender
Unterziehung eines Turbinenstufenbereichs der ersten Stufe des Turbinenrotors aus 12% Cr- Stahl, des Hochdruckrotors aus 1% CrMoV-Stahl und des Zwischendruckrotors aus 1% CrMoV-Stahl sowie eines Turbinenstufenbereichs mit Ausnahme einer Turbinenendstufe des Niederdruckrotors aus 3 bis 4% NiCrMoV-Stahl einer Wärmebehandlung bei einer Tempe­ ratur unterhalb einer Anlaßtemperatur jeweils des 12% Cr-Stahls und des 1% CrMoV-Stahls, einer Temperatur größer als einer Anlaßtemperatur des 3 bis 4% NiCrMoV-Stahls und einer Temperatur unterhalb einer Acl-Transformationstemperatur des 3 bis 4% NiCrMoV-Stahls.

22. Verfahren zur Herstellung eines Dampfturbinenrotors nach Anspruch 21, wobei die Temperatur für die Wärmebehandlung innerhalb eines Bereichs von 600 bis 650°C liegt.