DE69525621T3 - Dampfturbinenkraftanlage und Dampfturbine - Google Patents

Dampfturbinenkraftanlage und Dampfturbine Download PDF

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Masao Hitachi-shi Shiga
Ryo Hitachiota-shi Hiraga
Takeshi Hitachi-shi Onoda
Nobuo Hitachi-Shi Shimizu
Norio Hitachiota-shi Yamada
Mitsuo Naka-gun Kuriyama
Kishio Hitachi-shi Hidaka
Shigeyoshi Katsuta-shi Nakamura
Yutaka Hitachi-Shi Fukui
Toshio Bunkyo-Ku Fujita
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine neuartige Dampfturbine mit hohem Wirkungsgrad und hoher Temperatur, und spezieller betrifft sie eine Dampfturbine, bei der eine Hauptdampftemperatur und/oder eine Zwischenüberhitzungsdampftemperatur 620 (°C) oder mehr betragen. Sie betrifft auch ein Dampfturbinenkraftwerk unter Verwendung derartiger Dampfturbinen.
  • 2. BESCHREIBUNG DER EINSCHLÄGIGEN TECHNIK
  • Herkömmliche Dampfturbinen weisen eine Dampftemperatur von maximal 566 (°C) und einen Dampfdruck von 246 (atg) auf.
  • Es ist jedoch erwünscht, die Wirkungsgrade thermischer Kraftwerke angesichts der Gesichtspunkte der Erschöpfung fossiler Kraftstoffe wie Öl und Kohle, der Energieeinsparung und der Verhinderung einer Umweltverschmutzung zu erhöhen. Um die Wirkungsgrade bei der Energieerzeugung zu verbessern, ist es die wirkungsvollste Maßnahme, die Dampftemperaturen der Dampfturbinen zu erhöhen. Hinsichtlich Materialien für derartige Turbinen mit hohem Wirkungsgrad sind ferritischer, niederlegierter Schmiedestahl 1Cr-1Mo-1/4V und Schmiedestahl 11Cr-1Mo-V-Nb-N als Rotormaterialien bekannt, während ferritischer, niederlegierter Gussstahl 1Cr-1Mo-1/4V und Gussstahl 11Cr-1Mo-V-Nb-N als Gehäusematerialien bekannt sind. Unter diesen Materialien sind austenitische Legierungen, wie in der offiziellen Zeitschrift zu japanischen Patentanmeldungen als Offenlegung Nr. 180044/1987 und Nr. 23749/1986 offenbart, sowie martensitischer Stahl, wie in der offiziellen Zeitschrift japanischer Patentanmeldungen als Offenlegungen Nr. 147948/1992, Nr. 290950/1990 und Nr. 371551/1992 offenbart, besonders als Materialien bekannt, deren Hochtemperaturfestigkeit hervorragend ist.
  • Obwohl in den oben genanten Anmeldung Rotormaterialien, Gehäusematerialien usw. offenbart sind, ist Dampfturbinen und thermischen Kraftwerken, bei denen höhere Dampftemperaturen auftreten, wie oben angegeben, keine Berücksichtigung geschenkt.
  • Ferner ist aus der offiziellen Zeitschrift japanischer Patentanmeldungen unter der Offenlegung Nr. 248806/1987 eine Turbine mit überkritischem Dampf bekannt, jedoch ist ein gesamtes Kraftwerksystem in keiner Weise berücksichtigt.
  • Toshio Fujita: „Current progress in 9–12 % Cr ferritic heat resistant steels" Third international Charles Parson Turbine Conference, Materials Engineering in Turbines and Compressors, 25.–28. April 1995, Newcastle upon Tyne, UK, Conference Proceedings, Band 2, Seite 493 bis 516 erwähnt die Notwendigkeit für neue Rotorstähle für Temperaturen von 593 °C bis 650 °C bei fortschrittlichen Kraftwerken. Dieser Stand der Technik offenbart einen Stahl für einen Dampfturbinenrotor, der 11,0 % Cr, 0,11% C, 0,05% Si, 0,50% Mn, 0,5% Ni, 0,15% Mo, 2,6% W, 0,20% V, 0,080% Nb, 0,015% B und 0,025% N enthält, wobei sich die Prozentzahlen auf die Masse beziehen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Dampfturbine, die eine erhöhte Dampftemperatur von 610–660 (°C) aufgrund wärmebeständigem Ferritstahl erlaubt und hohen thermischen Wirkungsgrad zeigt, und ein Dampfturbinen-Kraftwerk unter Verwendung einer solchen Dampfturbine zu schaffen.
  • Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, Dampfturbinen, deren Betriebstemperaturen 610–660 (°C) betragen und deren Grundkonstruktionen im Wesentlichen gleich sind, sowie ein Dampfturbinen-Kraftwerk unter Verwendung derartiger Dampfturbinen zu schaffen.
  • Diese Aufgaben werden von einer Dampfturbinen nach Anspruch 1, einem Dampfturbinenkraftwerk nach Anspruch 16 und einem kohlebefeuerten Dampfturbinenkraftwerk nach Anspruch 18 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht in einer Verbesserung an einem Dampfturbinen-Kraftwerk mit einer Hochdruckturbine und einer Mitteldruckturbine, die miteinander verbunden sind, sowie Niederdruckturbinen, die als Tandem verbunden sind. Die Verbesserung besteht darin, dass sich der Dampfeinlass sowohl der Hochdruck- als auch der Mitteldruckturbinen, der zu beweglichen Blättern einer ersten Stufe in jeder der Hochdruck- und Mitteldruckturbinen führt, auf einer Temperatur von 610–660 (°C) (vorzugsweise 615–640 (°C) und bevorzugter 620–630 (°C)) befindet. Ferner befindet sich der Dampfeinlass jeder der Niederdruckturbinen, der zu beweglichen Blättern einer ersten Stufe in jeder dieser Niederdruckturbinen führt, auf einer Temperatur von 380–475 (°C) (vorzugsweise 400–430 (°C)), und ein Rotorschaft, zumindest diejenigen in der ersten Stufe jeder der bewegliche und der festen Blätter, und ein Gehäuse, wie sie in jeder der Hochdruck- und der Mitteldruckturbinen vorhanden sind und wie sie der Temperatur des Dampfeinlasses jeder dieser Hochdruck- und Mitteldruckturbinen ausgesetzt sind, bestehen aus Martensitstahl hoher Festigkeit, der 8–13 (Gewichts-%) Cr enthält.
  • Ferner besteht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Dampfturbine mit einem Rotorschaft, beweglichen Blättern, die am Rotorschaft angebracht sind, festen Blättern, die einen Dampfzustrom zu den beweglichen Blättern führen, und einem Innengehäuse, das die festen Blätter hält. Der Dampf strömt mit einer Temperatur von 610–660 (°C) und unter einem Druck von mindestens 250 (kg/cm2) (vorzugsweise 246–316 (kg/cm2)) oder 170–200 (kg/cm2) in eine erste Stufe der beweglichen Blätter. Der Rotorschaft und zumindest die erste Stufe der beweglichen Blätter oder der festen Blätter bestehen aus hochfestem Martensitstahl oder vollständig getemperter Martensitstruktur, die bei einer Temperatur entsprechend den jeweiligen Dampftemperaturen (vorzugsweise 610 (°C), 625 (°C), 640 (°C), 650 (°C) und 660 (°C)) eine Zeitstandfestigkeit über 105 Stunden von mindestens 15 (kg/mm2) (vorzugsweise 17 (kg/mm2)) aufweist und die 8–13 (Gewichts-%), vorzugsweise 9,5–13 (Gewichts-%) (bevorzugter 10,5–11,5 (Gewichts-%)) Cr enthält, und das Innengehäuse besteht aus martensitischem Gussstahl, der bei einer Temperatur entsprechend den jeweiligen Dampftemperaturen eine Zeitstandfestigkeit über 105 Stunden von mindestens 10 (kg/mm2 (vorzugsweise 10,5 (kg/mm2)) zeigt und der 8–13, vorzugsweise 8–12 und bevorzugter 8–9,5 (Gewichts-%) Cr enthält. Hierbei kann die erste Stufe der beweglichen Blätter aus einer Legierung auf Ni-Basis bestehen, die bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von mindestens 90 (kg/mm2), vorzugsweise von mindestens 100 (kg/mm2) zeigt.
  • Ferner besteht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Dampfturbine mit einem Rotorschaft, beweglichen Blättern, die an diesem angebracht sind, festen Blättern, die den Dampfzustrom zu den beweglichen Blättern führen, und einem Innengehäuse, das die festen Blättern hält. Bei der Verbesserung bestehen der Rotorschaft und zumindest die erste Stufe der beweglichen Blätter oder der festen Blätter aus einem Martensitstahl hoher Festigkeit, der 0,05–0,20 (%) C, höchstens 0,15 (%) Si, 0,03–1,5 (%) Mn, 9,5–13 (%) Cr, 0,05–1,0 (%) Ni, 0,05–0,35 (%) V, 0,01–0,20 (%) Nb, 0,01–0,06 (%) N, 0,05–0,5 (%) Mo, 1,0–4,0 (%) W, 2–10 (%) Co und 0,0005–0,03 (%) B enthält, und der mindestens 78 (%) Fe aufweist, wobei die Prozentsätze gewichtsbezogen angegeben sind, und das Innengehäuse besteht aus einem hochfesten Martensitstahl, der 0,06–0,16 (%) C, höchstens 0,5 (%) Si, höchstens 1 (%) Mn, 0,2–1,0 (%) Ni, 8–12 (%) Cr, 0,05–0,35 (%) V, 0,01–0,15 (%) Nb, 0,01–0,8 (%) N, höchstens 1 (%) Mo, 1–4 (%) W und 0,0005–0,03 (%) B enthält, und der mindestens 85 (%) Fe aufweist, wobei die Prozentsätze gewichtsbezogen angegeben sind. Die beweglichen Schaufeln, zumindest die erste Stufe derselben, können aus einer Legierung auf Ni-Basis bestehen, die 0,03–0,20 (%) C, höchstens 0,3 (%) Si, höchstens 0,2 (%) Mn, 12–20 (%) Cr, 9–20 (%) Mo, 0,5–1,5 (%) Al, 2–3 (%) Ti, höchstens 5 (%) Fe, 0,003–0,015 (%) B enthält.
  • Ferner besteht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in an einer Hochdruck-Dampfturbine mit einem Rotorschaft, beweglichen Blättern, die an diesem angebracht sind, festen Blättern, die Dampfzustrom zu den beweglichen Blättern führen, und einem Innengehäuse, das die festen Blätter hält, wobei die beweglichen Blätter so angeordnet sind, dass sie mindestens sieben Stufen auf jeder Seite in der Längsrichtung des Rotorschafts aufweisen, mit Ausnahme einer ersten Stufe, die über Doppelströmung verfügt, und wobei der Rotorschaft einen Abstand (L) von mindestens 5.000 (mm) (vorzugsweise 5.200–5.500 (mm)) zwischen den Mitten von Lagern aufweist, in denen er drehbar gelagert ist, und er einen minimalen Durchmesser (D) von mindestens 600 (mm) (vorzugsweise 620–700 (mm)) in seinen den festen Blättern entsprechenden Teilen aufweist, mit einem Verhältnis (L/D) zwischen dem Abstand (L) und dem Durchmesser (D) von 8,0–9,0 (vorzugsweise 8,3–8,7), wobei er aus hochfestem Martensitstahl besteht, der 9–13 (Gewichts-%) Cr enthält.
  • Ferner besteht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Mitteldruck-Dampfturbine mit einem Rotorschaft, beweglichen Blättern, die an diesem angebracht sind, festen Blättern, die den Dampfzustrom zu den beweglichen Blättern führen, und einem Innengehäuse, das die festen Blätter hält, wobei die beweglichen Blätter einen Doppelstromausbau aufweisen, bei dem mindestens sechs Stufen auf jeder Seite in der Längsrichtung des Rotorschafts vorhanden sind, mit wechselseitig symmetrischer Anordnung auf beiden Seiten, und wobei die ersten Stufen des Aufbaus an einen zentralen Teil des Rotorschafts in der Längsrichtung angebaut sind, und wobei der Rotorschaft einen Abstand (L) von mindestens 5.000 (mm), vorzugsweise 5.200 (mm) (bevorzugter 5.300–5.800 (mm)) zwischen den Mitten von Lagern aufweist, in denen er drehbar gelagert ist, und mit einem minimalen Durchmesser (D) von mindestens 600 (mm), vorzugsweise 620 (mm) (bevorzugter 620–680 (mm)) in seinen den festen Blättern entsprechenden Teilen, einem Verhältnis (L/D) zwischen dem Abstand (L) und dem Durchmesser (D) von 8,2–9,2 (vorzugsweise 8,5–9,0), und wobei er aus hochfestem Martensitstahl besteht, der 9–13 (Gewichts %) Cr enthält.
  • Ferner besteht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Niederdruck-Dampfturbine mit einem Rotorschaft, beweglichen Blättern, die an diesem angebracht sind, festen Blättern, die den Dampfzustrom zu den beweglichen Blättern führen, und einem Innengehäuse, das die festen Blätter hält, wobei die beweglichen Blätter Doppelstrom-Aufbau aufweisen, bei dem mindestens acht Stufen auf jeder Seite in der Längsrichtung des Rotorschafts enthalten sind, mit einer wechselseitig symmetrischen Anordnung auf beiden Seiten, und wobei die ersten Stufen der Anordnung an einen zentralen Teil des Rotorschafts in der Längsrichtung angebaut sind, wobei der Rotorschaft einen Abstand (L) von mindestens 7.200 (mm) (vorzugsweise 7.400–7.600 (mm)) zwischen den Mitten von Lagern aufweist, in denen er drehbar gelagert ist, und mit einem minimalen Durchmesser (D) von mindestens 1.150 (mm) (vorzugsweise 1.200–1.350 (mm)) in seinen den festen Blättern entsprechenden Teilen, einem Verhältnis (L/D) zwischen dem Abstand (L) und dem Durchmesser (D) von 5,4–6,3 (vorzugsweise 5,7–6,1), und wobei er aus einem niederlegierten Ni-Cr-Mo-V-Stahl besteht, der 3,25–4,25 (Gewichts-%) Ni enthält, und wobei jedes der beweglichen Blätter in der Endstufe der Anordnung eine Länge von mindestens 40 (Zoll) aufweist und aus einer Legierung auf Ti-Basis besteht.
  • Ferner besteht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Dampfturbinen-Kraftwerk mit einer Hochdruckturbine und einer Mitteldruckturbine, die miteinander verbunden sind, und zwei Niederdruckturbinen, die als Tandem verbunden sind, wobei sich der Dampfeinlass sowohl der Hochdruck- als auch der Niederdruckturbine, der zu beweglichen Blättern der ersten Stufe in sowohl der Hochdruck- als auch der Mitteldruckturbine führt, auf einer Temperatur von 610–660 (°C) befindet, der Dampfeinlass der Niederdruckturbine, der zu beweglichen Blättern einer ersten Stufe in ihr führt, sich auf einer Temperatur von 380–475 (°C) befindet, das bewegliche Blatt der ersten Stufe der Hochdruckturbine und derjenige Teil eines Rotorschafts derselben, an den das bewegliche Blatt der ersten Stufe angebaut ist, auf Metalltemperaturen gehalten werden, die nicht, mindestens, 40 (°C) niedriger als die Temperatur des Dampfeinlasses der Hochdruckturbine liegen, der zum beweglichen Blatt der ersten Stufe führt (vorzugsweise sind die Metalltemperaturen 20–35 (°C) niedriger als die Dampftemperatur), wobei das bewegliche Blatt der ersten Stufe der Mitteldruckturbine und derjenige Teil eines Rotorschafts derselben, an dem die beweglichen Blätter der ersten Stufe angebracht sind, auf Metalltemperaturen gehalten werden, die nicht, mindestens, 75 (°C) niedriger als die Temperatur des Dampfeinlasses der Mitteldruckturbine sind, die zum beweglichen Blatt der ersten Stufe führt (vorzugsweise sind die Metalltemperaturen 50–70 (°C) niedriger als die Dampftemperatur), und wobei der Rotorschaft sowohl der Hochdruck- als auch der Mitteldruckturbine und zumindest die erste Stufe einer der beweglichen Blätter der Hochdruck- und der Mitteldruckturbine aus Martensitstahl bestehen, der 9,5–13 (Gewichts-%) Cr enthält.
  • Ferner besteht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem kohlebefeuerten Kraftwerk mit einem kohlebefeuerten Kessel, Dampfturbinen, die durch durch den Kessel erzeugten Dampf betrieben werden, und einem oder mehreren, vorzugsweise zwei, Generatoren, die durch die Dampfturbinen angetrieben werden und die eine Ausgangsleistung von mindestens 1.000 (mW) erzeugen können, wobei zu den Dampfturbinen eine Hochdruckturbine, eine mit dieser verbundene Mitteldruckturbine und zwei Niederdruckturbinen gehören, wobei sich der Dampfeinlass sowohl der Hochdruck- als auch der Mitteldruckturbine, der zu beweglichen Blättern einer ersten Stufe in der Hochdruck- und der Mitteldruckturbine führt, auf einer Temperatur von 610–660 (°C) befindet, wobei sich der Dampfeinlass der Niederdruckturbine, der zu beweglichen Blättern einer ersten Stufe in derselben führt, auf einer Temperatur von 380–475 (°C) befindet, wobei dafür gesorgt wird, dass Dampf, der durch einen Überhitzer des Kessels auf eine Temperatur erwärmt wird, die mindestens drei (°C) (vorzugsweise 3–10 (°C), bevorzugter 3–7 (°C)) über der Temperatur des Dampfeinlasses der Hochdruckturbine liegt, der zum beweglichen Blatt der ersten Stufe derselben führt, in dieses bewegliche Blatt der ersten Stufe der Hochdruckturbine strömt, wobei der aus der Hochdruckturbine austretende Dampf durch einen Wider- oder Zwischenerwärmer des Kessels auf eine Temperatur erwärmt wird, die mindestens zwei (°C) (vorzugsweise 2–10 (°C), bevorzugter 2–5 (°C)) über der Temperatur des Dampfeinlasses der Mitteldruckturbine (der zum beweglichen Blatt der ersten Stufe derselben führt, liegt, woraufhin dafür gesorgt wird, dass der erhitzte Dampf in das bewegliche Blatt der ersten Stufe der Mitteldruckturbine strömt, und wobei der aus der Mitteldruckturbine austretende Dampf durch einen Abgasvorerwärmer des Kessels auf eine Temperatur erwärmt wird, die mindestens 3 (°C) (vorzugsweise 3–10 (°C), bevorzugter 3–6 (°C)) über der Temperatur des Dampfeinlasses der Niederdruckturbine- liegt, der zum beweglichen Blatt der ersten Stufe derselben führt, woraufhin dafür gesorgt wird, dass der erhitzte Dampf in das bewegliche Blatt der ersten Stufe der Niederdruckturbine strömt.
  • Ferner besteht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der oben genannten Niederdruck-Dampfturbine, wobei sich der Dampfeinlass der Niederdruckturbine, der zu einer ersten Stufe der beweglichen Blätter führt, auf einer Temperatur von 380–475 (°C) (vorzugsweise 400–450 (°C)) befindet, und wobei der Rotorschaft aus einem niedrig legierten Stahl besteht, der 0,2–0,3 (°C), höchstens 0,05 (%) Si, höchstens 0,1 (%) Mn, 3,25–4,25 (%) Ni, 1,25–2,25 (%) Cr, 0,07–0,20 (%) Mo, 0,07–0,2 (%) V und mindestens 92,5 (%) Fe enthält, wobei die Prozentsätze gewichtsbezogen angegeben sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht auch in der oben genannten Hochdruck-Dampfturbine, wobei die beweglichen Blätter in mindestens 7 Stufen (vorzugsweise 9–12 Stufen) angeordnet sind und sie in einem Bereich von einer stromaufwärtigen Seite der Dampfströmung zu einer stromabwärtigen Seite derselben Längen von 35–210 (mm) aufweisen, wobei die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts, an denen die beweglichen Blätter angebracht sind, größer als die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts sind, die den festen Blättern entsprechen; und wobei die Breiten der Anbauteile des Rotorschafts für die beweglichen Blätter in axialer Richtung des Rotorschafts auf der stromabwärtigen Seite schrittweise in mindestens 3 Stufen (vorzugsweise 4–7 Stufen) größer als auf der stromaufwärtigen Seite sind, und wobei die Verhältnisse dieser Breiten zu den Längen der beweglichen Blätter von der stromaufwärtigen zur stromabwärtigen Seite innerhalb des Bereichs von 0,6–1,0 (vorzugsweise 0,65–0,95) abnehmen.
  • Ferner besteht bei der oben genannten Hochdruck-Dampfturbine ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Verbesserung, gemäß der die beweglichen Blätter in mindestens sieben Stufen angeordnet sind und sie im Bereich von einer stromaufwärtigen Seite der Dampfströmung zu einer stromabwärtigen Seite derselben eine Länge von 35–210 (mm) aufweisen, wobei die Verhältnisse zwischen den Längen der beweglichen Blätter jeweils benachbarter Stufen höchstens 1,2 (vorzugsweise 1,10–1,15) betragen und sie allmählich zur stromabwärtigen Seite zunehmen, wobei die Längen der beweglichen Blätter auf der stromabwärtigen Seite größer als auf der stromaufwärtigen Seite sind.
  • Ferner besteht bei der oben genannten Hochdruck-Dampfturbine ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Verbesserung, bei der die beweglichen Blätter in mindestens sieben Stufen angeordnet sind und sie in einem Bereich von einer stromaufwärtigen Seite der Dampfströmung zu einer stromabwärtigen Seite desselben Längen von 35–310 (mm) aufweisen, wobei die Breiten derjenigen Teile des Rotorschafts, die den festen Blättern entsprechen, wobei diese Breiten in der axialen Richtung des Rotorschafts gemessen sind, auf der stromabwärtigen Seite schrittweise, in mindestens 2 Stufen (vorzugsweise 2–4 Stufen) kleiner als auf der stromaufwärtigen Seite sind und wobei die Verhältnisse dieser Breiten zu den Längen der beweglichen Blätter auf der stromabwärtigen Seite im Bereich von 0,65–1,8 (vorzugsweise 0,7–1,7) schrittweise zur stromabwärtigen Seite hin abnehmen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht in der oben genannten Mitteldruck-Dampfturbine, bei der die beweglichen Blätter einen Doppelstrom-Aufbau aufweisen, bei dem mindestens 6 Stufen (vorzugsweise 6–9 Stufen) auf jeder Seite in der Längsrichtung des Rotorschafts vorhanden sind, und zwar mit wechselseitig symmetrischer Anordnung auf beiden Seiten, und wobei sie in einem Bereich von einer stromaufwärtigen Seite der Dampfströmung zu einer stromabwärtigen Seiten desselben Längen von 100–300 (mm) aufweisen, wobei die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts, an dem die beweglichen Blätter angebracht sind, größer als die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts sind, die den festen Blättern entsprechen, und wobei die Breiten der Anbauteile des Rotorschafts für die beweglichen Blätter in der axialen Richtung des Rotorschafts auf der stromabwärtigen Seite schrittweise, in mindestens 2 Stufen (vorzugsweise 3–6 Stufen) größer als auf der stromaufwärtigen Seite sind und die Verhältnisse dieser Breiten zu den Längen der beweglichen Blätter von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite im Bereich von 0,45–0,75 (vorzugsweise 0,5–0,7) abnehmen.
  • Ferner besteht bei der oben genannten Mitteldruck-Dampfturbine ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Verbesserung, gemäß der die beweglichen Blätter Doppelstromaufbau aufweisen, bei dem auf jeder Seite in der Längsrichtung des Rotorschafts mindestens sechs Stufen vorhanden sind, und zwar mit wechselseitig symmetrischer Anordnung auf beiden Seiten, und wobei sie im Bereich von der stromaufwärtigen Seite derselben Längen von 100–300 (mm) aufweisen und wobei die Längen jeweils benachbarter beweglicher Blätter auf der stromaufwärtigen Seite größer als auf der stromabwärtigen Seite sind und ihre Verhältnisse höchstens 1,3 (vorzugsweise 1,1–1,2) sind und sie allmählich zur stromabwärtige Seite zunehmen.
  • Ferner besteht bei der oben genannten Mitteldruck-Dampfturbine ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Verbesserung, gemäß der die beweglichen Blätter Doppelstrom-Aufbau aufweisen, bei dem mindestens sechs Stufen auf jeder Seite in der Längsrichtung des Rotorschafts vorhanden sind, und zwar mit wechselseitig symmetrisch Anordnung auf beiden Seiten, und sie in einem Bereich von der stromaufwärtigen Seite der Dampfströmung zur stromabwärtigen Seite derselben Längen von 100–300 (mm) aufweisen und die Breiten derjenigen Teile des Rotorschafts, die den festen Blättern entsprechen, wobei diese Breiten in der axialen Richtung des Rotorschafts gemessen werden, schrittweise, in mindestens 2 Stufen (vorzugsweise 3–6 Stufen) auf der stromabwärtigen Seite kleiner als auf der stromaufwärtigen sind und die Verhältnisse dieser Breiten zu den Längen der beweglichen Blätter auf der stromabwärtigen Seite zur stromabwärtigen schrittweise im Bereich von 0,45–1,60 (vorzugsweise 0,5–1,5) abnehmen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht auch in der oben genannten Niederdruck-Dampfturbine, bei der die beweglichen Blätter Doppelstrom-Aufbau aufweisen, bei dem mindestens 8 Stufen (vorzugsweise 8–10 Stufen) auf jeder Seite in der Längsrichtung des Rotorschafts vorhanden sind, und zwar mit wechselseitig symmetrischer Anordnung auf beiden Seiten, und sie im Bereich von einer stromaufwärtigen Seite der Dampfströmung zur stromabwärtigen Seite derselben Längen von 90–1.300 (mm) aufweisen, wobei die Durchmesser der Teile des Rotorschafts, an denen die beweglichen Blätter angebracht sind, größer als die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts sind, die den festen Blättern entsprechen; und die Breiten der Anbauteile des Rotorschafts für die beweglichen Blätter in der axialen Richtung des Rotorschafts auf der stromabwärtigen Seite schrittweise, mit mindestens drei Stufen (vorzugsweise 4–7 Stufen) größer als auf der stromaufwärtigen Seite sind und die Verhältnisse dieser Breiten zu den Längen der beweglichen Blätter von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite im Bereich von 0,15–1,0 (vorzugsweise 0,15–0,91) abnehmen.
  • Ferner besteht bei der oben genannten Niederdruck-Dampfturbine ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Verbesserung, bei der die beweglichen Blätter einen Doppelstrom-Aufbau aufweisen, bei dem mindestens acht Stufen auf jeder Seite in der Längsrichtung des Rotorschafts vorhanden sind, und zwar mit wechselseitig symmetrischer Anordnung auf beiden Seiten, und sie im Bereich von einer stromaufwärtigen Seite der Dampfströmung zur stromabwärtigen Seite derselben Längen von 90–1.300 (mm) aufweisen; und die Längen der beweglichen Blätter jeweils benachbarter Stufen auf der stromabwärtigen Seite größer als auf der stromaufwärtigen Seite sind und ihre Verhältnisse im Bereich von 1,2–1,7 (vorzugsweise 1,3–1,6) allmählich zur stromabwärtigen Seite hin zunehmen.
  • Ferner besteht bei der oben genannten Niederdruck-Dampfturbine ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Verbesserung, bei der die beweglichen Blätter über einen Doppelstrom-Aufbau verfügen, bei dem auf jeder Seite in der Längsrichtung des Rotorschafts mindestens acht Stufen vorhanden sind, und zwar mit wechselseitig symmetrischer Anordnung auf beiden Seiten, und sie im Bereich von einer stromaufwärtigen Seite der Dampfströmung zur stromabwärtigen Seite derselben Längen von 90–1.300 (mm) aufweisen; und die Breiten derjenigen Teile des Rotorschafts, die den festen Blättern entsprechen, wobei diese Breiten in der axialen Richtung des Rotorschafts gemessen werden, auf der stromabwärtigen Seite schrittweise, mit mindestens drei Stufen (vorzugsweise 4–7 Stufen) größer als auf der stromaufwärtigen Seite sind und die Verhältnisse dieser Breiten zu den Längen jeweils benachbarter beweglicher Blätter auf der stromabwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite hin schrittweise im Bereich von 0,2–1,4 (vorzugsweise 0,25–1,25) abnehmen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht auch in einer Hochdruck-Dampfturbine mit einem Rotorschaft, an diesem angebrachten beweglichen Blättern, festen Blättern, die den Dampfzustrom zu den beweglichen Blättern führen, und einem Innengehäuse, das die festen Blätter hält, wobei die beweglichen Blätter mit mindestens sieben Stufen angeordnet sind; wobei die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts, die den festen Blättern entsprechen, keiner als die Durchmesser derjenigen Teile desselben sind, die den angebrachten beweglichen Blättern entsprechen; wobei die Breiten der den festen Blättern entsprechenden Rotorschaftteile in der axialen Richtung des Rotorschafts auf der stromaufwärtigen Seite der Dampfströmung schrittweise, mit mindestens 2 Stufen (vorzugsweise 2–4 Stufen) größer als auf der stromabwärtigen Seite derselben sind und die Breite zwischen der Endstufe der beweglichen Blätter und der Stufe derselben unmittelbar vor der Endstufe 0,75–0,95 (vorzugsweise 0,8–0,9, bevorzugter 0,84, 0,88) mal größer als die Breite zwischen der zweiten Stufe und der dritten Stufe der beweglichen Blätter ist; und die Breiten der Rotorschaftteile, die den angebrachten beweglichen Blättern entsprechen, in der axialen Richtung des Rotorschafts auf der stromaufwärtigen Seite der Dampfströmung schrittweise, mit mindestens 3 Stufen (vorzugsweise 4–7 Stufen) größer als auf der stromaufwärtigen Seite sind und die axiale Breite der Endstufe der beweglichen Blätter 1–2 (vorzugsweise 1,4–1,7) mal so groß wie die axiale Breite der zweiten Stufe der beweglichen Blätter ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht auch in einer Mitteldruck-Dampfturbine mit einem Rotorschaft, an diesem angebrachten beweglichen Blättern, festen Blättern, die Dampfzustrom zu den beweglichen Blättern führen, und einem Innengehäuse, das die festen Blätter hält, wobei die beweglichen Blätter mit mindestens sechs Stufen angeordnet sind; wobei die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts, die den festen Blättern entsprechen, kleiner als die Durchmesser derjenigen Teile desselben sind, die den angebrachten beweglichen Blättern entsprechen; wobei die Breiten der den festen Blättern entsprechenden Rotorschaftteile in der axialen Richtung des Rotorschafts auf der stromaufwärtigen Seite der Dampfströmung schrittweise, mit mindestens 2 Stufen (vorzugsweise 3–6 Stufen) größer als auf der stromabwärtigen Seite sind und die Breite zwischen der Endstufe der beweglichen Blätter und der Stufe derselben unmittelbar vor der Endstufe 0,55–0,8 (vorzugsweise 0,6–0,7) mal so groß wie die Breite zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe der beweglichen Blätter ist; und die Breiten der den angebrachten beweglichen Blättern entsprechenden Rotorschaftteile in der axialen Richtung des Rotorschafts auf der stromabwärtigen Seite der Dampfströmung schrittweise, mit mindestens 2 Stufen (vorzugsweise 3–6 Stufen) größer als auf der stromaufwärtigen Seite desselben sind und die axiale Breite der Endstufe der beweglichen Blätter 0,8–2 (vorzugsweise 1–1,5) mal so groß wie die axiale Breite der ersten Stufen derselben ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht auch in einer Niederdruck-Dampfturbine mit einem Rotorschaft, an diesem angebrachten beweglichen Blättern, festen Blättern, die einen Dampfzustrom zu den beweglichen Blättern führen, und einem Innengehäuse, das die festen Blätter hält; wobei die beweglichen Blätter Doppelstrom-Aufbau aufweisen, bei dem mindestens 8 Stufen auf jeder Seite in der axialen Richtung des Rotorschafts vorhanden sind, und zwar mit wechselseitig symmetrischer Anordnung auf beiden Seiten; wobei die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts, die den festen Blättern entsprechen, kleiner als die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts sind, die den angebrachten beweglichen Blättern entsprechen; wobei die Breiten der den festen Blättern entsprechenden Rotorschaftteile in der axialen Richtung des Rotorschafts auf der stromaufwärtigen Seite der Dampfströmung schrittweise, mit mindestens 3 Stufen (vorzugsweise 4–7 Stufen) größer als auf der stromabwärtigen Seite derselben sind und die Breite zwischen der Endstufe der beweglichen Blätter und der Stufe derselben unmittelbar vor der Endstufe 1,5–2,5 (vorzugsweise 1,7–2,2) mal so groß wie die Breite zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe der beweglichen Blätter ist; und wobei die Breiten der den angebrachten beweglichen Blätter entsprechenden Rotorschaftteile in der axialen Richtung des Rotorschafts auf der stromabwärtigen Seite der Dampfströmung schrittweise, mit mindestens drei Stufen (vorzugsweise 4–7 Stufen) größer als auf der stromaufwärtigen Seite derselben sind und die axiale Breite der Endstufe der beweglichen Blätter 2–3 (vorzugsweise 2,2–2,7) mal so groß wie die axiale Breite der ersten Stufe der beweglichen Blätter ist.
  • Die oben beschriebenen Konstruktionen der Hochdruck-, der Mitteldruck- und der Niederdruckturbine können für jede der Dienst-Dampftemperaturen, 610–660 (°C), der jeweiligen Turbinen ähnlich gemacht werden.
  • Beim Rotormaterial sollten Legierungsbestandteile vorzugsweise so kontrolliert werden, dass sie 4–8 bezogen auf ein 1 Cr-Äquivalent ausmachen, das durch die unten angegebene Formel berechnet wird, damit hervorragende Hochtemperaturfestigkeit, Zähigkeit bei niedriger Temperatur und hohe Ermüdungsfestigkeit aus der vollständig getemperten Martensitstruktur erzielt werden können.
  • Außerdem sollten in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beim wärmebeständigen Gussstahl, der als Gussmaterial verwendet wird, Legierungskomponenten vorzugsweise so eingestellt werden, dass sie 4–10 in Bezug auf das Cr-Äquivalent ausmachen, das durch die unten angegebene Formel berechnet wird, damit hervorragende Hochtemperaturfestigkeit, Zähigkeit bei niedriger Temperatur und hohe Ermüdungsfestigkeit durch Einstellen in solcher Weise erzielt werden können, dass die Bestandteile zu mindestens 95 (%) eine getemperte Martensitstruktur bilden, anders gesagt, höchstens 5 (%) δ(delta)-Ferrit enthalten. Cr-Äquivalent = Cr + 6Si + 4Mo + 1,5W + 11 V + 5Nb – 40C – 30N – 30B – 2Mn – 4Ni – 2Co
  • Hinsichtlich der wärmebeständigen 12Cr- Stahls sollte dieser, insbesondere wenn er bei Dampf von 621 (°C) oder darüber verwendet wird, in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorzugsweise mit einer Zeitstandfestigkeit über 105 Std. bei 625 °C von mindestens 10 (kgf/mm2) und mit einer bei Raumtemperatur absorbierten Schlagenergie von mindestens 1 (kgf-m) versehen sein.
  • Nun werden die durch die Erfindung spezifizierten Materialien nachfolgend einzeln als (1)–(3) aufgelistet.
    • (1) Es werden die Gründe dafür herausgearbeitet, dass die Bestandteile des wärmebeständigen Ferritstahls, der bei der Erfindung zum Herstellen von Rotoren, Blättern, Düsen und Innengehäuse-Festziehschrauben von Hochdruck- und Mitteldruck-Dampfturbinen sowie als Trennwand der ersten Stufe im Mitteldruckabschnitt verwendet wird, wie folgt beschränkt werden.
  • Der Bestandteil C (Kohlenstoff) ist ein Element, das unabdingbar ist, um für Härtbarkeit beim Abschrecken zu sorgen und dass bei einem Temperungs-Wärmebehandlungsprozess Carbide ausfällen, um die Hochtemperaturfestigkeit zu verbessern. Außerdem ist das Element C mit einem Niveau von mindestens 0,05 (%) erforderlich, um hohe Zugfestigkeit zu erzielen. Wenn jedoch der Gehalt an C 0,20 (%) überschreitet, kommt es dazu, dass der Ferritstahl eine instabile metallografische Struktur einnimmt, und es wird die Langzeit-Zeitstandfestigkeit desselben verdorben, wenn er hohen Temperaturen für eine längere Zeitperiode ausgesetzt wird. Daher ist der C-Gehalt auf innerhalb von 0,05–0,20 (%) eingeschränkt. Er soll wünschenswerterweise innerhalb von 0,08–0,14 (%), speziell bevorzugt innerhalb von 0,09–0,14 (%) liegen.
  • Der Bestandteil Mn (Mangan) wird als Deoxidationsmittel usw. zugesetzt, und der Deoxidationseffekt desselben wird bei einer kleinen Zusatzmenge erzielt. Eine große Zusatzmenge über 1,5 (%) ist ungünstig, da sie die Zeitstandfestigkeit verringert. Insbesondere ist der Bereich von 0,03 – 0,20 (%) oder der Bereich von 0,3–0,7 (%) bevorzugt, und im letzteren Fall ist der Bereich von 0,35 – 0,65 (%) bevorzugter. Wenn der Mn-Gehalt niedriger gemacht wird, wird hohe Festigkeit erzielt. Wenn dagegen der Mn-Gehalt höher gemacht wird, ist die Bearbeitbarkeit des Ferritstahls verbessert.
  • Der Bestandteil Si (Silicium) wird ebenfalls als Deoxidationsmittel zugesetzt, jedoch erübrigt sich Si-Deoxidation, wenn eine Stahlherstelltechnik wie C-Deoxidation im Vakuum oder dergleichen ausgeführt wird. Ein niedriger Si-Gehalt ist wirkungsvoll, um die Erzeugung einer schädlichen δ-Ferritstruktur zu verhindern, und um eine Beeinträchtigung der Zähigkeit des Ferritstahls aufgrund einer Korngrenzensegregation usw. zu verhindern. Demgemäß muss die Zugabe des Bestandteils Si auf 0,15 (%) oder weniger herabgedrückt werden. Der Si-Gehalt des Ferritstahls sollte wünschenswerterweise höchstens 0,07 (%) betragen, und er sollte besonders bevorzugt höchstens 0,05 (%) betragen.
  • Der Bestandteil Ni (Nickel) ist ein Element, das wirkungsvoll ist, um die Zähigkeit zu verbessern und die Erzeugung von δ-Ferrit zu verhindern. Die Zugabe des Elements Ni auf einem Niveau von unter 0,05 (%) ist ungünstig, da dies unzureichende Wirkung zeigt, und Zugabe desselben von über 1,0 (%) ist ebenfalls ungünstig, da eine Beeinträchtigung der Zeitstandfestigkeit auftritt. Insbesondere ist der Bereich von 0,3–0,7 (%) bevorzugt, und der Bereich von 0,4–0,65 (%) ist bevorzugter.
  • Der Bestandteil Cr (Chrom) ist ein Element, das unabdingbar ist, um die Hochtemperaturfestigkeit und die Hochtemperatur- Oxidationsfestigkeit des Ferritstahls zu verbessern. Das Element Cr muss mit mindestens 9 (%) vorhanden sein. Wenn jedoch der Cr-Gehalt 13 (%) überschreitet, wird die schädliche δ-Ferritstruktur erzeugt, was die Hochtemperaturfestigkeit und die Zähigkeit verringert. Daher ist der Cr-Gehalt auf innerhalb von 9–12 (%) eingeschränkt. Insbesondere ist der Bereich von 10–12 (%) bevorzugt, und der Bereich von 10,8–11,8 (%) ist bevorzugter.
  • Die Zugabe des Bestandteils Mo (Molybdän) soll die Hochtemperaturfestigkeit verbessern. Wenn jedoch der Bestandteil W (Wolfram) mit einem Niveau von mehr als 1 (%) vorhanden ist, verringert ein Zusatz von Mo auf einem Niveau von über 0,5 (%) die Zähigkeit und die Ermüdungsfestigkeit des Ferritstahls. Daher ist der Mo-Gehalt auf höchstens 0,5 (%) begrenzt. Insbesondere ist der Bereich von 0,05–0,45 (%) bevorzugt, und der Bereich von 0,1–0,3 (%) ist bevorzugter.
  • Der Bestandteil W (Wolfram) unterdrückt eine Vergröberung von Carbiden aufgrund von Agglomerationen derselben bei hohen Temperaturen, und er wandelt die Matrix des Ferritstahls in eine Feststofflösung um und verstärkt diese Matrix. Daher ist er von Wirkung, um die Langzeitfestigkeit des Ferritstahls bei hohen Temperaturen von mindestens 620 (°C) merklich zu verbessern. Der W-Gehalt des Ferritstahls sollte vorzugsweise 1–1,5 (%) bei 620 (°C), 1,6–2,0 (%) bei 630 (°C), 2,1–2,5 (%) bei 640 (°C), 2,5–3,0 (%) bei 650 (°C) und 3,1–3,5 (%) bei 660 (°C) betragen. Außerdem wird, wenn der W-Gehalt 3,5 (%) überschreitet, δ-Ferrit erzeugt, was die Zähigkeit verringert.
  • Daher ist der W-Gehalt auf innerhalb von 1–3,5 (%) eingeschränkt. Insbesondere ist der Bereich von 2,4–3,0 (%) bevorzugt, und der Bereich von 2,5–2,8 (%) ist bevorzugter.
  • Der Bestandteil V (Vanadium) ist von Wirkung, um die Zeitstandfestigkeit dadurch zu erhöhen, dass Carbonitride dieses Bestandteils V ausgefällt werden. Wenn der V-Gehalt des Ferritstahls weniger als 0,05 (%) beträgt, ist die Wirkung unzureichend. Wenn dagegen der V-Gehalt 0,3 (%) überschreitet, wird δ-Ferrit erzeugt, was die Ermüdungsfestigkeit absenkt. Insbesondere ist der Bereich von 0,10–0,25 (%) bevorzugt, und der Bereich von 0,15–0,25 (%) ist bevorzugter.
  • Der Bestandteil Nb (Niob) ist ein Element, das sehr wirkungsvoll ist, um NbC (Niobcarbid) auszufällen und die Hochtemperaturfestigkeit zu verbessern. Wenn jedoch das Element Nb mit übermäßig großer Menge zugesetzt wird, treten grobe Körner von eutektischem NbC auf, insbesondere in großen Stahlbarren, was zu einer deutlichen Absenkung der Festigkeit und zur Ausfällung von δ-Ferrit führt, was die Ermüdungsfestigkeit absenkt. Daher ist es erforderlich, die Menge des Elements Nb auf 0,20 (%) oder weniger herabzudrücken. Andererseits ist die Wirkung unzureichend, wenn die Nb-Menge weniger als 0,01 (%) beträgt. Insbesondere ist der Bereich von 0,02–0,15 (%) bevorzugt, und der Bereich von 0,04–0,10 (%) ist bevorzugter.
  • Der Bestandteil Co (Kobalt) ist ein wichtiges Element, und er bildet ein Merkrmal, das die Erfindung von bekannten Techniken unterscheidet. Bei der Erfindung ist, dank des Zusatzes des Elements Co, die Hochtemperaturfestigkeit merklich verbessert, und es ist auch die Zähigkeit erhöht. Es wird davon ausgegangen, dass diese Effekte auf der Wechselwirkung zwischen den Elementen Co und W beruhen, und es handelt sich um kennzeichnende Effekte der erfindungsgemäßen Legierung, die das Element W mit einer Menge von mindestens 1 (%) enthält. Um derartige Effekte des Elements Co zu realisieren, wird die Untergrenze der Co-Menge in der erfindungsgemäßen Legierung auf 2,0 (%) eingestellt. Andererseits werden selbst dann, wenn das Element Co im Übermaß zugesetzt wird, keine größeren Wirkungen erzielt, und darüber hinaus nimmt die Duktilität des Ferritstahls ab. Daher wird die Obergrenze der Co-Menge zu 10 (%) vorgegeben. Die Co-Menge sollte wünschenswerterweise aus 2–3 (%) für 620 (°C), 3,5–4,5 (%) für 630 (°C), 5–6 (%) für 640 (°C), 6,5–7,5 (%) für 650 (°C) und 8–9 (%) für 660 (°C) ausgewählt werden. Jedoch kann wirkungsvolle Festigkeit durch Zugabe von mindestens 2 (%) Co für jede Temperatur von höchstens 650 (°C) erzielt werden.
  • Der Bestandteil N (Stickstoff) ist ebenfalls ein wichtiges Element, und es handelt sich um ein Merkmal, das die Erfindung von bekannten Techniken unterscheidet. Das Element N ist von Wirkung, um die Zeitstandfestigkeit zu verbessern und die Erzeugung der 6–Ferritstruktur zu verhindern. Wenn jedoch der N-Gehalt im Ferritstahl weniger als 0,01 (%) beträgt, sind die Wirkungen nicht ausreichend. Wenn dagegen der N-Gehalt 0,05 (%) überschreitet, ist die Zähigkeit verringert und es ist auch die Zeitstandfestigkeit verringert. Insbesondere ist der Bereich von 0,1–0,03 (%) bevorzugt, und der Bereich von 0,01–0,025 (%) ist bevorzugter.
  • Der Bestandteil B (Bor) ist von Wirkung, um die Hochtemperaturfestigkeit zu verbessern, und zwar durch die Wirkung verstärkender Korngrenze sowie die Wirkung des Umwandelns von Carbiden M23C6 in Feststofflösungen, um zu verhindern, dass Carbide vom Typ M23C6 aufgrund Agglomerationen derselben grober werden. Es ist wirkungsvoll, den Bestandteil B mit einem Niveau über 0,001 (%) zuzusetzen. Wenn jedoch der B-Gehalt 0,03 (%) überschreitet, sind die Schweißbarkeit und Schmiedbarkeit des Ferritstahls beeinträchtigt. Daher wird der B-Gehalt auf innerhalb von 0,01–0,03 (%) beschränkt. Er wird wünschenswerterweise auf 0,001–0,01 (%) oder 0,01–0,02 (%) eingestellt.
  • Die Zugabe des Bestandteils/der Bestandteile Ta (Tantal), Ti (Titan) oder/und Zr (Zirkonium) ist von Wirkung, um die Zähigkeit zu verbessern. Eine ausreichende Wirkung wird erzielt, wenn höchstens 0,15 (%) Ta, höchstens 0,1 (%) Ti oder/und höchstens 0,1 (%) Zr einzeln oder in Kombination zugesetzt werden. Wenn der Bestandteil Ta mit einem Niveau von 0,1 (%) oder mehr zugesetzt wird, kann eine Zugabe des Bestandteils Nb (Niob) weggelassen werden.
  • Der Rotorschaft und zumindest die erste Stufe der beweglichen oder der festen Blätter bei der Erfindung sollte vorzugsweise für eine Dampftemperatur von 620 – 630 (°C) aus einem Stahl einer vollständig getemperten Martensitstruktur hergestellt sein, die 0,09–0,20 (%) C, höchstens 0,15 (%) Si, 0,05–1,0 (%) Mn, 9,5–12,5 (%) Cr, 0,1–1,0 (%) Ni, 0,05–0,30 (%) V, 0,01–0,06 (%) N, 0,05–0,5 (%) Mo, 2–3,5 (%) W, 2–4,5 (%) Co, 0,001–0,030 (%) B und mindestens 77 (%) Fe (Eisen) enthält. Außerdem sollten sie vorzugsweise für eine Dampftemperatur von 635–660 (°C) aus einem Stahl einer vollständig getemperten Martensitstruktur hergestellt sein, bei der der oben genannte Co-Gehalt durch 5–8 (%) ersetzt ist und die mindestens 78 (%) Fe enthält. Insbesondere wird hohe Festigkeit dann erzielt, wenn der Mn- Gehalt auf 0,03–0,2 (%) verringert wird und der B-Gehalt auf 0,001–0,01 (%) verringert wird, was für beide oben genannte Temperaturen gilt. Der Martensitstahl sollte besonders bevorzugt 0,09–0,20 (%) C, 0,1–0,7 (%) Mn, 0,1–1,0 (%) Ni, 0,10–0,30 (%) V, 0,02–0,05 (%) N, 0,05–0,5 (%) Mo und 2–3,5 (%) W, gemeinsam mit 2–4 (%) Co und 0,001–0,01 (%) B für eine Temperatur von 630 (°C) oder darunter oder 0,5–9,0 (%) Co und 0,01–0,03 (%) B für eine Temperatur von 630–660 (°C) enthalten. Ein den ersteren Prozentsatz von Co enthaltender Martensitstahl kann bei einer Temperatur zwischen 620–650 (°C) verwendet werden.
  • Das durch die oben genannte Formel erhaltene Cr-Äquivalent wird für die Rotorschäfte der Hochdruck- und der Mitteldruck-Dampfturbine auf 4–10,5 eingestellt, wobei hierfür der Bereich von 6,5–9,5 besonders bevorzugt ist. Dasselbe gilt für die anderen Komponenten der oben genannten Dampfturbinen.
  • Hinsichtlich des Rotormaterials der Hochdruck- und der Mitteldruck-Dampfturbine gemäß der Erfindung nehmen die Ermüdungsfestigkeit und die Zähigkeit aufgrund der Koexistenz der δ-Ferritstruktur ab. Daher ist für den wärmebeständigen Ferritstahl die getemperte Martensitstruktur, die homogen ist, günstig. Um eine getemperte Martensitstruktur zu erhalten, muss das durch die oben genannte Formel berechnete Cr-Äquivalent durch Einstellen der Legierungsbestandteile auf höchstens 10 eingestellt werden. Wenn dagegen das Cr-Äquivalent zu klein ist, verringert es die Zeitstandfestigkeit, und demgemäß muss es auf mindestens 4 eingestellt werden. Für das Cr-Äquivalent ist insbesondere der Bereich von 5–8 bevorzugt.
  • Vom Rotorschaft, allen beweglichen Blättern und allen festen Blättern bei der Erfindung sollte vorzugsweise mindestens eines dieser Elemente aus einem Stahl bestehen, der mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt: Gehalt an (B + N) von 0,050 (%) oder weniger, (N/B)-Verhältnis von 1,5 oder mehr (vorzugsweise 1,5–2,0), (B/Co)-Verhältnis von 0,0035 oder mehr (vorzugsweise 0,0035 – 0,08, bevorzugter 0,004– 0,006), (Co/Mo)-Verhältnis von 18 oder weniger (vorzugsweise 8–18, bevorzugter 11–16) und (Co/Nb)-Verhältnis von 30 oder mehr (vorzugsweise 30–70). Stahl, der alle diese Bedingungen erfüllt, ist bevorzugter. Diese Elemente korrelieren auf organische Weise.
  • Ferner werden die Gründe dafür klargestellt, dass die Bestandteile jeder der durch Ausfällung verstärkten Legierungen auf Ni-Basis eingeschränkt werden, die, zumindest, in den ersten Stufen der beweglichen Blätter der Hochdruck- und der Mitteldruck-Turbine bei der Erfindung verwendet werden können.
  • Wenn mindestens 0,03 (%) zugesetzt werden, fällt das Element C (Kohlenstoff) während des Gebrauchs im Zustand einer Feststofflösung oder bei hohen Temperaturen Carbide aus, um dadurch die Streckfestigkeit und die Kriechfestigkeit der Legierung bei hohen Temperaturen zu verbessern. Wenn jedoch der C-Gehalt 0,2 (%) überschreitet, fällen die Carbide während des Gebrauchs bei hohen Temperaturen drastisch aus, um dadurch den Zug-Kontraktion-Prozentsatz der Legierung bei hohen Temperaturen zu verringern. Daher sollte der C-Gehalt vorzugsweise 0,03–0,15 (%) betragen.
  • Das Element Cr (Chrom) muss mit mindestens 12 (%) enthalten sein, um die Streckfestigkeit und die Kriechfestigkeit der Legierung bei hohen Temperaturen zu verbessern und um ferner die Hochtemperatur-Oxidationsfestigkeit und die Sulfurierungs-Korrosionsfestigkeit der Legierung im Feststofflösungszustand dieses Elements Cr in der Legierung weiter zu verbessern. Wenn jedoch der Cr-Gehalt 20 (%) überschreitet, fällt die σ-Phase des Stahls aus, um den Kontraktionsprozentsatz der Legierung bei einem Hochtemperatur-Zugtest derselben zu verringern. Daher beträgt der bevorzugte Bereich des Cr-Gehalts 12–20 (%).
  • Wenn das Element Mo (Molybdän) mit über 9 (%) zugesetzt wird, verbessert es die Streckfestigkeit der Legierung bei hohen Temperaturen sowie auch die Zeitstandfestigkeit derselben im Feststofflösungszustand dieses Elements Mo in der Legierung merklich. Wenn das Element Mo jedoch mit über 20 (%) enthalten ist, beeinträchtigt es im Gegensatz abrupt die Streckfestigkeit bei hohen Temperaturen. Ferner verdirbt es die Kaltbearbeitungseigenschaften der Legierung, und es fällt die σ-Phase aus, um den Kontraktionsprozentsatz der Legierung beim Hochtemperatur-Zugtest derselben zu verringern. Daher beträgt der bevorzugte Bereich des Mo-Gehalts 12–20 (%).
  • Wenn das Element Co (Kobalt) mit höchstens 12 (%) zugesetzt wird, verbessert es die Zeitstandfestigkeit der Legierung bei Raumtemperatur und bei Hochtemperaturen im Feststofflösungszustand des Elements Co in der Legierung merklich. Wenn das Element Co jedoch mit über 12 (%) enthalten ist, beeinträchtigt es abrupt die Hochtemperatur-Duktilität der Legierung, und es fällt die σ-Phase aus, um den Kontraktionsprozentsatz der Legierung bei einem Hochtemperatur-Zugtest derselben zu verringern. Daher beträgt der bevorzugte Bereich des Co-Gehalts 5–12 (%).
  • Wenn das Element Al (Aluminium) mit 0,5–1,5 (%) zugesetzt wird, wandelt es sich in der Legierung in eine Feststofflösung um, und es fällt während des Gebrauchs bei hohen Temperaturen für eine lange Zeitperiode die γ-Hauptphase des Stahls aus, um dadurch die Streckfestigkeit und die Zeitstandfestigkeit der Legierung bei einem Hochtemperatur-Zugtest derselben zu verbessern. Wenn jedoch der Al-Gehalt 1,5 (%) überschreitet, nimmt der Kontralctionsprozentsatz der Legierung beim Hochtemperatur-Zugtest derselben ab. Daher beträgt der bevorzugte Bereich des Al-Bereichs 0,5–1,2 (%).
  • Wenn das Element Ti (Titan) mit 2–3 (%) zugesetzt wird, wandelt es sich in der Legierung in eine Feststofflösung um, und es fällt während des Gebrauchs bei hohen Temperaturen für eine lange Zeitperiode die γ-Hauptphase aus, um dadurch die Streckfestigkeit und die Zeitstandfestigkeit der Legierung bei einem Hochtemperatur-Zugtest derselben zu verbessern. Wenn jedoch der Ti-Gehalt 3 (%) überschreitet, nimmt der Kontraktionsprozentsatz der Legierung bei einem Hochtemperatur-Zugtest derselben ab.
  • Da das Element Fe (Eisen) die Zeitstandfestigkeit der Legierung absenkt, sollte soweit wie möglich vermieden werden, dass es enthalten ist. Selbst wenn das Element Fe als Verunreinigung enthalten ist, sollte es auf höchstens 5 (%) begrenzt werden.
  • Die Elemente Si (Silicium) und Mn (Mangan) werden jeweils mit höchstens 0,3 (%) bzw. höchstens 0,2 (%) als Deoxidationsmittel oder zum Verbessern der Heißbearbeitungseigenschaften der Legierung zugesetzt. Es ist jedoch am bevorzugtesten, keines dieser Elemente Si und Mn zuzusetzen.
  • Das Element B (Bor) segregiert als austenitische Korngrenze des Stahls in sehr kleiner Menge, und es verbessert die Zeitstandfestigkeit und die Hochtemperatur-Duktilität der Legierung. Dieses Element B ist dann von Wirkung, wenn es mit mindestens 0,03 (%) enthalten ist. Jedoch beeinträchtigt es sowohl die heißplastischen Bearbeitungseigenschaften als auch die Hochtemperatur-Duktilität der Legierung, wenn es mit über 0,015 (%) enthalten ist. Daher sollte der B-Gehalt auf 0,003–0,015 (%) eingestellt werden.
  • Das Element Mg (Magnesium) und die Seltenerdelemente segregieren an den austenitischen Korngrenzen der Legierung, und sie verbessern die Zeitstandfestigkeit derselben. Außerdem ist das Element Zr (Zirkonium) ein starkes Element zum Erzeugen eines Carbids. Wenn dieses Element Zr mit sehr kleiner Menge zugesetzt wird, verbessert es aufgrund seiner synergetischen Wirkung mit der Ausbildung anderer Carbide durch die Elemente Ti usw. die Zeitstandfestigkeit der Legierung. Wenn diese Elemente jedoch im Übermaß zugesetzt werden, nimmt die Duktilität der Legierung bei hohen Temperaturen aus solchen Gründen ab, dass die Bindungskräfte an Korngrenzen abnehmen und dass grobe Carbidkörner erzeugt werden. Daher ist es bevorzugt, das Element Mg mit höchstens 0,1 (%), die Seltenerdelemente mit höchstens 0,5 (%) und das Element Zr mit höchstens 0,5 (%) zuzusetzen, und es ist besonders bevorzugt, das Element Mg mit 0,005–0,05 (%), die Seltenerdelemente mit 0,005–0,1 (%) und das Element Zr mit 0,01–0,2 (%) zuzusetzen.
  • Struktur und Glühvorgang
  • Die Legierung in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird einer Behandlung unterzogen, um einen Barren in eine Feststofflösung umzuwandeln, und sie wird danach einer Alterungsbehandlung unterzogen. Die Behandlung für eine Feststofflösung wird dadurch ausgeführt, dass der Barren für 30 (Minuten)–10 (Stunden) auf 1.050–1.200 (°C) gehalten wird und der erwärmte Barren anschließend mit Wasser, Luft oder dergleichen gekühlt wird. Die Kühlung mit Wasser wird dadurch ausgeführt, dass die Legierung auf vorbestimmter Temperatur in einen Wasserkörper geworfen wird. Alternativ wird, wenn die Legierung flach ist, Wasser auf die Oberflächen der auf vorbestimmter Temperatur befindlichen Legierung gesprüht.
  • Die Alterungsbehandlung wird auf solche Weise ausgeführt, dass das der oben genannten Behandlung für eine Feststofflösung unterzogene Material für 4–24 (Stunden) auf 700–870 (°C) erwärmt und dort gehalten wird.
  • Schmelzvorgang
  • Die Legierung in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sollte vorzugsweise in nicht oxidierender Atmosphäre geschmolzen werden. Für die Legierung zu verwendende Rohmaterialien sind reine Metalle. Aus den Standpunkten des Erhöhens der verfügbaren Prozentsätze der Legierungselemente und des Verhinderns einer Streuung der Legierungszusammensetzung heraus sollten daher die Rohmaterialien vorzugsweise im Vakuum erwärmt werden, bis sie zu schmelzen beginnen und tropfen, woraufhin sie durch Einleiten eines nicht oxidierenden Gases geschmolzen werden.
  • Ferner werden die so geschmolzenen Rohmaterialien einem Bogenumschmelzvorgang im Vakuum oder einem Elektroschlacke-Umschmelzvorgang unterzogen. Dann kann die gewünschte Legierung erhalten werden.
  • Jede der Legierungen auf Ni-Basis mit Verstärkung durch Ausfällung sollte eine bevorzugte Zugfestigkeit von 90 (kg/mm2) oder mehr, eine bevorzugtere von 100 (kg/mm2) oder mehr (bei Raumtemperatur) und vorzugsweise eine Zugfestigkeit von 80 (kg/mm2) oder mehr bei 732 (°C) aufweisen. Sie sollte auch einen bevorzugten Dehnungsprozentsatz von 10 (%) oder mehr aufweisen.
  • Hinsichtlich jedes der Rotoren bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Erfindung werden legierungsbildende Rohmaterialien, die in die gewünschte Zusammensetzung einzubringen sind, in einem Elektroofen geschmolzen, die geschmolzenen Materialien werden durch Kohlenstoff-Deoxidation im Vakuum deoxidiert, die deoxidierten Materialien werden in eine Metallform gegossen, und der gegossene Gegenstand wird zu einer Elektrode geschmolzen. Die so hergestellte Elektrode wird einem Elektroschlacke-Umschmelzvorgang unterzogen, und die sich ergebende Schlacke wird in die Form des Rotors geschmiedet und geformt. Das Schmieden muss bei einer Temperatur von 1.150 (°C) oder weniger ausgeführt werden, um Schmiederisse zu verhindern. Nachdem der geschmiedete Stahl geglüht wurde, wird er auf 1.000–1.100 (°C) erwärmt und dann abgeschreckt, und er wird zweimal in der Abfolge eines Temperaturbereichs von 550–650 (°C) und eines Temperaturbereichs von 670–770 (°C) getempert. So kann ein Dampfturbinenrotor hergestellt werden, der in Dampf von 620 (°C) oder mehr verwendbar ist.
  • Hinsichtlich jeder der Komponenten bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Erfindung, zu denen die Blätter, Düsen und Innengehäuse-Festziehschrauben der Hochdruck- und der Mitteldruck-Dampfturbine und die Trennwand in der ersten Stufe des Mitteldruckabschnitts gehören, wird ein Barren auf solche Weise hergestellt, dass die legierungsbildenden Rohmaterialien, die in die gewünschte Zusammensetzung einzubringen sind, durch Vakuumschmelzen geschmolzen werden und die geschmolzenen Materialien im Vakuum in eine Metallform gegossen werden. Der Barren wird auf derselben Temperatur, wie sie oben angegeben ist, auf eine vorbestimmte Form heißgeschmiedet. Nachdem der geschmiedete Barren auf 1.050–1.150 (°C) erwärmt wurde, wird er einer Abkühlung durch Wasser oder einem Abschrecken durch Öl unterzogen. Anschließend wird der sich ergebende Barren in einem Temperaturbereich von 700–800 (°C) getempert, und er wird zur Komponente der gewünschten Form bearbeitet. Das Vakuumschmelzen wird unter Vakuumbedingungexi von 1,33·10–2 bis 13,3 Pa (10–1–10–4 (mmHg)) ausgeführt. Insbesondere kann zwar der wärmebeständige Stahl bei allen Stufen der Blätter und der Düsen im Hochdruckabschnitt und im Mitteldruckabschnitt angewandt werden, jedoch ist er besonders für die ersten Stufen beider Arten von Komponenten erforderlich.
  • Der Dampfturbinen-Rotorschaft aus dem Martensitstahl vom Typ mit 12 Gewichts-% Cr sollte vorzugsweise so aufgebaut sein, dass auf der Oberfläche des Muttermetalls, das jeden Wellenlagerabschnitt des Rotorschafts bildet, Aufbau-Schweißschichten mit guten Lagereigenschaften ausgebildet sind. Genauer gesagt, liegen die Aufbau-Schweißschichten mit einer Anzahl von mindestens 3, vorzugsweise 5–10, unter Verwendung eines Schweißmetalls, das Stahl ist, vor. Der Cr-Gehalt des Stahls als Schweißmetall ist sukzessive von der ersten Schicht bis zu jeder der 2–4 Schicht verringert, wohingegen die Schichten der vierten Schicht und hinter dieser aus einem Stahl mit identischem Cr-Gehalt bestehen. Hierbei wird der Cr-Gehalt des Schweißmetalls zum Abscheiden der ersten Schicht um ungefähr 2–6 (Gewichts-%) kleiner als der des Muttermetalls gemacht, und die Cr-Gehalte der Schweißschichten der vierten Schicht und der Schichten dahinter werden auf 0,5–3 (Gewichts-%), vorzugsweise auf 1–2,5 (Gewichts-%), eingestellt.
  • Bei der Erfindung ist das Aufbauschweißen für eine Verbesserung der Lagerungseigenschaften des Wellenlagerabschnitts hinsichtlich der höchsten Sicherheit günstig, jedoch wird dies aufgrund einer Zunahme des B-Gehalts des Stahls sehr schwierig. Daher wird dann, wenn der B-Gehalt auf 0,02 (%) oder mehr eingestellt wird, um höhere Festigkeit zu erzielen, empfohlen, einen Aufbau zu verwenden, bei dem der Wellenlagerabschnitt durch Schrumpfsitz in eine Buchse aus niedrig legiertem Stahl mit einem Cr-Gehalt von 1–3 (%) eingesetzt wird. Die Materialzusammensetzung der Buchse ist dieselbe wie die der Aufbau-Schweißschichten, was später erläutert wird.
  • Die Aufbau-Schweißschichten liegen vorzugsweise mit einer Anzahl von 5–10 vor. Eine abrupte Abnahme der Cr-Menge in der ersten Schweißschicht verursacht die Entstehung hoher Restzugspannungen oder von Schweißrissen, so dass der Cr-Gehalt des Schweißmetalls der ersten Schweißschicht nicht stark abgesenkt werden kann. Wie bereits angegeben, müssen daher die Cr-Gehalte durch eine vergrößerte Anzahl von Schweißschichten allmählich verringert werden. Ferner müssen die Schweißschichten mit einer Anzahl von fünf oder mehr vorliegen, da der gewünschte Cr-Gehalt und eine gewünschte Dicke für die Oberflächenschicht des Wellenlagerabschnitts aufrecht erhalten werden müssen. Übrigens wird auch dann, wenn die Anzahl der Schweißschichten größer als 10 ist, kein größerer Effekt erzielt. Hinsichtlich eines Konstruktionselements mit großen Abmessungen, wie eines Dampfturbinen-Rotorschafts, darf die Zusammensetzung der Aufbau-Schweißschichten nicht durch das Muttermetall beeinflusst werden, und sie müssen mit der gewünschten Zusammensetzung und der gewünschten Dicke versehen sein. Hier sind drei Schichten mit einer Dicke zum Verhindern des Einflusses des Muttermetalls erforderlich. Außerdem müssen Schichten mit gewünschten Eigenschaften bis auf gewünschte Dicke auf die drei Schichten aufgestapelt werden, und für die gewünschte Dicke sind mindestens zwei Schichten erforderlich. Beispielsweise ist eine Dicke von ungefähr 18 (mm) als gewünschte Dicke für die schließlich fertiggestellten Aufbau-Schweißschichten erforderlich. Um eine derartige Dicke auszubilden, sind selbst dann, wenn eine abzuarbeitende Toleranz für die Endbearbeitung ausgeschlossen wird, mindestens fünf Aufbau-Schweißschichten erforderlich. Die dritte Schicht und die folgenden sollten vorzugsweise hauptsächlich aus der getemperten Martensitstruktur bestehen, aus der die Carbide ausgefällt wurden. Insbesondere sollte die Zusammensetzung der vierten Schweißschicht und der folgenden vorzugsweise gewichtsbezogen folgendes enthalten: 0,01–0,1 (%) C, 0,3–1 (%) Si, 0,3–1,5 (%) Mn, 0,5–3 (%) Cr und 0,1–1,5 (%) Mo, wobei der Rest aus Fe besteht.
  • Darüber hinaus ist in den Aufbau-Schweißschichten der Cr-Gehalt sukzessive von der ersten Schicht zu irgendeiner der zweiten – vierten Schicht verringert. Beim Ausführen des Aufbauschweißens werden für die jeweiligen Schichten Schweißstäbe verwendet, deren Cr-Gehalte allmählich verringert sind. Dann können die Aufbau-Schweißschichten mit gewünschter Zusammensetzung hergestellt werden, ohne dass das Problem verringerter Duktilität oder von Schweißrissen in der Schweißzone der ersten Schicht entsteht, wie es einer starken Abnahme des Chromgehalts in der Schweißzone der ersten Schicht zuzuschreiben wäre. Auf diese Weise können Aufbau-Schweißschichten hergestellt werden, bei denen die Chromgehalte in der Nähe des Muttermetalls und der Zone der ersten Schicht keine sehr große Differenz zeigen und bei denen die abschließende Schicht gute Lagereigenschaften aufweist, wie oben ausgeführt.
  • Das Schweißmetall, das beim Schweißen der ersten Schicht angewandt wird, weist einen Chromgehalt auf, der um 2–6 (Gewichts-%) niedriger als derjenige des Muttermetalls gemacht ist. Wenn der Cr-Gehalt des Schweißmetalls weniger als 2 (%) desjenigen des Muttermetalls ist, kann der einschlägige Cr- Gehalt der Aufbau-Schweißschicht nicht ausreichend abgesenkt werden und der Effekt ist gering. Wenn dagegen der Wert 6 (%) überschreitet, nimmt der Cr-Gehalt der Aufbau-Schweißschicht plötzlich von dem des Muttermetalls ab, und der Differenz zwischen den Cr-Gehalten führt zu einer großen Differenz zwischen den Wärmeexpansionskoeffizienten der beiden Metalle, so dass es zur Entwicklung hoher Restzugspannungen oder zu Schweißrissen kommt. Übrigens weist, da ein höherer Cr-Gehalt zu einem kleineren Wärmeexpansionskoeffizienten führt, eine Aufbau-Schweißschicht mit niedrigerem Cr-Gehalt einen größeren Wärmeexpansionskoeffizienten als das Muttermetall auf, und sie wird durch den Schweißvorgang mit hoher Restzugspannung erzeugt. Daher erzeugt das Schweißen mit einem Stahl mit noch niedrigerem Cr-Gehalt aufgrund der hohen Restspannung eine harte Schicht, und dies sorgt für die Entwicklung von Schweißrissen. Demgemäß muss der Cr-Gehalt des Schweißmetalls auf, höchstens, 6 (%) kleiner als der des Muttermetalls eingestellt werden. Dank der Verwendung eines derartigen Schweißmetalls wird der Chromgehalt der ersten Schweißschicht um den kleinen Wert von ungefähr 1–3 (%) niedriger als der des Muttermetalls, da sich das Schweißmetall mit dem Muttermetall vermischt. So wird ein günstiger Schweißvorgang erzielt.
  • Die vierte Schicht und die hinter dieser müssen unter Verwendung eines Schweißmetalls hergestellt werden, das aus Stahl mit immer demselben Cr-Gehalt besteht. Beim Aufbauschweißen werden die Aufbau- Schweißschichten bis zur dritten Schicht durch die Zusammensetzung des Muttermetalls beeinflusst. Da jedoch die vierte Aufbau-Schweißschicht und die folgenden nur aus dem verwendeten Schweißmetall ohne diesen Einfluss bestehen, können sie so hergestellt werden, dass sie den Eigenschaften genügen, die für den Wellenlagerabschnitt des Dampfturbinen-Rotorschafts erforderlich sind. Außerdem beträgt, wie oben angegeben, die Dicke der Aufbau-Schweißschichten, wie für ein Konstruktionselement mit großen Abmessungen, das als Dampfturbinen-Rotorschaft arbeitet, ungefähr 18 (mm). Demgemäß werden, um sicher für die legierungsbildenden Bestandteile zu sorgen, wie sie für die abschließende Schicht erforderlich sind, und um für ausreichende Dicke zu sorgen, wie sie im Fall der Bestandteile erforderlich ist, zwei oder mehr Schichten als vierte Schicht und folgende Schichten unter Verwendung von Schweißmetall mit demselben Cr-Gehalt abgeschieden. So kann die abschließende Schicht, die den Eigenschaften genügt, die für den Wellenlagerungsabschnitt erforderlich sind, wie oben angegeben, mit ausreichender Dicke hergestellt werden.
    • (2) Nun werden die Gründe dafür klargestellt, dass die Bestandteile des wärmebeständigen Ferritstahls eingeschränkt werden, der bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Herstellen der folgenden Elemente verwendet wird: Innengehäuse-Steuerventil-Ventilgehäuse, Kombinations-Zwischenerhitzerventil-Ventilgehäuse, Hauptdampf Leitungsrohre, Hauptdampf-Einlassrohre und Zwischenerhitzungsdampf-Einlassrohre der Hochdruck- und der Mitteldruck-Dampfturbine, Düsenkasten der Hochdruckturbine, Zwischenwand der ersten Stufe der Mitteldruckturbine und Hauptdampf-Einlassflansch und Bogen des Hauptdampf-Sperrventil der Hochdruckturbine.
  • Beim Gussmaterial des wärmebeständigen Ferrit-Gussstahls wird insbesondere das Ni/W-Verhältnis auf 0,25–0,75 kontrolliert, um dadurch ein Gussmaterial des wärmebeständigen Gussstahls zu erhalten, das einer Zeitstandfestigkeit über 105 StD. bei 625 °C von mindestens 9 (kgf/mm2) und einer absorbierten Schlagenergie beim Raumtemperatur von mindestens 1 (kgf/m) genügt, wie für die Hochdruck- und Mitteldruck- Innengehäuse, das Hauptdampf-Sperrventil und das Steuerventilgehäuse der Turbine bei einem ultra-überkritischen Druck von mindestens 250 (kgf/cm2) bei 621 (°C) erforderlich.
  • Beim wärmebeständigen Gussstahl, der bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung als Gussmaterial verwendet wird, sollte das Cr-Äquivalent, das in Bezug auf die Legierungsgehalte (Gewichts-%) gemäß der folgenden Formel berechnet wird, vorzugsweise so eingestellt werden, dass es 4–10 wird, um hervorragende Hochtemperaturfestigkeit, hervorragende Niedertemperaturzähigkeit und hohe Ermüdungsfestigkeit zu erzielen: Cr-Äquivalent = Cr + 6Si + 4Mo + 1,5W + 11V + 5Nb – 40C – 30N – 30B – 2Mn – 4Ni – 2Co
  • Da der wärmebeständige 12 Cr-Stahl bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Dampf von 621 (°C) oder mehr verwendet wird, muss er mit einer Zeitstandfestigkeit über 105 Std. bei 625 °C von mindestens 9 (kgf/mm2) und einer absorbierten Schlagenergie bei Raumtemperatur von mindenstens 1 (kgf-m) versehen sein. Ferner sollte dieser Stahl, um noch höhere Zuverlässigkeit zu gewährleisten, vorzugsweise mit einer Zeitstandfestigkeit über 105 Std. bei 625 °C von mindestens 10 (kgf/mm2) und einer absorbierten Schlagenergie bei Raumtemperatur von mindestens 2 (kgf-m) versehen sein.
  • Der Bestandteil C (Kohlenstoff) ist ein Element, das mit einem Niveau von mindestens 0,06 (%) erforderlich ist, um hohe Zugfestigkeit zu erzielen. Wenn jedoch der C-Gehalt 0,16 (%) überschreitet, kommt es dazu, dass der Stahl eine instabile metallografische Struktur einnimmt und seine Langzeit-Zeitstandfestigkeit beeinträchtigt ist, wenn er über eine lange Zeitperiode hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Daher ist der C-Gehalt auf innerhalb von 0,06–0,16 (%) eingeschränkt. Er sollte vorzugsweise innerhalb von 0,09–0,14 (%) liegen.
  • Der Bestandteil N (Stickstoff) ist von Wirkung, um die Zeitstandfestigkeit zu verbessern und die Erzeugung der δ-Ferritstruktur zu verhindern. Wenn jedoch der N-Gehalt des Stahls kleiner als 0,01 (%) ist, sind die Wirkungen nicht ausreichend. Wenn dagegen der N-Gehalt 0,1 (%) überschreitet, werden keine merklichen Effekte erzielt. Darüber hinaus ist die Zähigkeit verringert und es ist auch die Zeitstandfestigkeit verringert. Insbesondere ist der Bereich von 0,02–0,4 (%) bevorzugt.
  • Der Bestandteil Mn (Mangan) wird als Deoxidationsmittel zugesetzt, und sein Effekt wird durch eine kleine Zusatzmenge erzielt. Eine große Zusatzmenge über 1 (%) ist ungünstig, da sie die Zeitstandfestigkeit verringert. Insbesondere ist der Bereich 0,4–0,7 (%) bevorzugt.
  • Der Bestandteil Si (Silicium) wird ebenfalls als Deoxidationsmittel zugesetzt, jedoch erübrigt sich die Si-Deoxidation, wenn die verwendete Stahlherstelltechnik C-Deoxidation im Vakuum oder dergleichen ist. Ein niedrigerer Si-Gehalt ist von Wirkung, um die Erzeugung der schädlichen δ-Ferritstruktur zu verhindern. Demgemäß muss die Zugabe des Bestandteils Si auf 0,5 (%) oder weniger herabgedrückt werden. Der Si-Gehalt des Stahls sollte vorzugsweise 0,1–0,4 (%) betragen.
  • Der Bestandteil V (Vanadium) ist von Wirkung, um die Zeitstandfestigkeit zu erhöhen. Wenn der V-Gehalt des Stahls weniger als 0,05 (%) beträgt, ist die Wirkung unzureichend. Wenn dagegen der V-Gehalt 0,35 (%) überschreitet, wird δ-Ferrit erzeugt, was die Ermüdungsfestigkeit verringert. Insbesondere ist der Bereich von 0,15–0,25 (%) bevorzugt.
  • Der Bestandteil Nb (Niob) ist ein Element, das sehr wirkungsvoll ist, um die Hochtemperaturfestigkeit zu verbessern. Wenn jedoch das Element Nb mit übermäßig großer Menge zugesetzt wird, treten insbesondere in einem großen Stahlbarren grobe Körner von eutektischen NbC (Niobcarbid) auf, was zu einer beträchtlichen Verringerung der Festigkeit und zur Ausfällung von δ-Ferrit, der die Ermüdungsfestigkeit absenkt, führt. Daher ist es erforderlich, die Menge des Elements Nb auf 0,15 (%) oder weniger herabzudrücken. Wenn dagegen die Nb-Menge kleiner als 0,01 (%) ist, ist die Wirkung unzureichend. Insbesondere im Fall eines großen Stahlbarrens ist der Bereich von 0,02–0,1 (%) bevorzugt, und der Bereich von 0,04–0,08 (%) ist bevorzugter.
  • Der Bestandteil Ni (Nickel) ist ein Element, das sehr wirkungsvoll ist, um die Zähigkeit zu verbessern und die Entstehung von δ-Ferrit zu verhindern. Die Zugabe des Elements Ni mit einem Niveau von weniger als 0,2 (%) ist wegen unzureichender Wirkungen ungünstig, und die Zugabe desselben mit einem Niveau von über 1,0 (%) ist wegen einer Beeinträchtigung der Zeitstandfestigkeit ebenfalls ungünstig. Insbesondere ist der Bereich von 0,4–0,8 (%) bevorzugt.
  • Der Bestandteil Cr (Chrom) ist von Wirkung, um die Hochtemperaturfestigkeit und die Hochtemperatur-Oxidationsfestigkeit des 12 Cr-Stahls zu verbessern. Hierbei führt ein Cr- Gehalt über 12 (%) zur Erzeugung der schädlichen δ-Ferritstruktur, und ein Cr-Gehalt unter 8 (%) führt zu unzureichender Oxidationsfestigkeit gegenüber Dampf auf hoher Temperatur und hohem Druck. Außerdem ist die Zugabe des Elements Cr von Wirkung, um die Zeitstandfestigkeit zu verbessern. Jedoch führt die Zugabe von Cr mit übermäßiger Menge zur Entstehung der schädlichen δ-Ferritstruktur und zu einer Verringerung der Zähigkeit. Insbesondere ist der Bereich von 8,0–10 (%) bevorzugt, und der Bereich von 8,5–9,5 (%) ist bevorzugter.
  • Der Bestandteil W (Wolfram) ist von Wirkung, um die Hochtemperatur-Langzeitfestigkeit des 12 Cr-Stahls merklich zu verbessern. Wenn die Menge des Elements W kleiner als 1 (%) ist, ist der Effekt als wärmebeständiger Stahl, der bei 620–660 (°C) verwendet wird, unzureichend. Wenn dagegen die Menge des Elements W 4 (%) überschreitet, ist die Zähigkeit verringert. Der W-Gehalt des Stahls sollte vorzugsweise abhängig von der Temperatur ausgewählt werden, wie 1,0–1,5 (%) bei 620 (°C), 1,6–2,0 (%) bei 630 (°C), 2,1–2,5 (%) bei 640 (°C), 2,6–3,0 (%) bei 650 (°C) und 3,1–3,5 (%) bei 660 (°C). Insbesondere kann ein Stahl, der 1,5 – 1,9 (%) W enthält, bei einer Temperatur von höchstens 650 (°C) verwendet werden.
  • Die Bestandteile W und Ni korrelieren miteinander. Ein 12 Cr-Stahl, dessen Festigkeit und Zähigkeit beide hervorragend sind, kann dann erhalten werden, wenn das Ni/W-Verhältnis auf 0,25–0,75 eingestellt wird.
  • Die Zugabe des Bestandteils Mo (Molybdän) soll dafür sorgen, die Hochtemperaturfestigkeit zu verbessern. Wenn jedoch der Bestandteil W (Wolfram) mit einem Niveau von mehr als 1 (%) enthalten ist, verringert eine Mo-Zugabe über 1,5 (%) die Zähigkeit und die Ermüdungsfestigkeit des Stahls. Daher ist es empfohlen, dass der Mo-Gehalt höchstens 1,5 (%) beträgt. Insbesondere ist der Bereich von 0,4–0,8 (%) bevorzugt, und der Bereich von 0,55–0,70 (%) ist bevorzugter.
  • Die Zugabe des Bestandteils/der Bestandteile Ta (Tantal), Ti (Titan) und/oder Zr (Zirkonium) ist von Wirkung, um die Zähigkeit zu verbessern. Ein ausreichender Effekt wird dann erzielt, wenn höchstens 0,15 (%) Ta, höchstens 0,1 Ti oder/und höchstens 0,1 (%) Zr einzeln oder in Kombination zugesetzt werden. Wenn der Bestandteil Ta mit einem Niveau von 0,1 (%) oder mehr zugesetzt wird, kann die Zugabe des Bestandteils Nb (Niob) unterbleiben.
  • Hinsichtlich des wärmebeständigen Gussstahls, der als Gussmaterial verwendet wird, nehmen die Ermüdungsfestigkeit und die Zähigkeit aufgrund der Koexistenz der δ-Ferritstruktur ab. Daher ist die getemperte Martensitstruktur günstig, die homogen ist. Um die getemperte Martensitstruktur zu erzielen, muss das Cr-Äquivalent, das durch die bereits genannte Formel berechnet wird, durch Kontrollieren der Legierungsbestandteile auf höchstens 10 eingestellt werden. Wenn dagegen das Cr-Äquivalent zu klein ist, verringert es die Zeitstandfestigkeit, und demgemäß muss es auf vier oder mehr eingestellt werden. Insbesondere ist der Bereich von 6–9 für das Cr-Äquivalent bevorzugt.
  • Die Zugabe des Bestandteils B (Bor) verbessert die Hochtemperatur-Zeitstandfestigkeit (bei 620 (°C) oder mehr) des Stahls merklich. Hierbei verschlechtert sich die Schweißbarkeit des Stahls, wenn der B-Gehalt desselben 0,003 (%) überschreitet. Daher wird die Obergrenze des B-Gehalts auf 0,003 (%) vorgegeben. Insbesondere sollte die Obergrenze des B-Gehalts des Gehäuses mit großen Abmessungen vorzugsweise auf 0,0028 (%) eingestellt werden. Ferner ist der Bereich von 0,0005–0,0025 (%) bevorzugt, und der Bereich von 0,001–0,002 (%) ist besonders bevorzugt.
  • Da das Gehäuse den Hochdruckdampf auf Temperaturen von mindestens 620 (°C) umgibt, erfährt es eine hohe Belastung, die seinem Innendruck zuzuschreiben ist. Aus dem Gesichtspunkt einer Verringerung eines Kriechbruchs des Gehäuses ist daher für den Stahl eine Zeitstandfestigkeit über 105 Std. von mindestens 10 (kgf/mm2) erforderlich. Darüber hinaus erfährt das Gehäuse während des Startvorgangs der Turbine eine thermische Belastung im Fall niedriger Metalltemperatur. Aus dem Gesichtspunkt des Verhinderns eines Sprödbruchs des Gehäuses benötigt der Stahl daher eine absorbierte Schlagenergie bei Raumtemperatur von mindestens 1 (kgf-m). Auf der Seite des Dampfs mit höherer Temperatur kann der Stahl dadurch verstärkt werden, dass er höchstens 10 (%) Co (Kobalt) enthält. Insbesondere sollte der Co-Gehalt bevorzugter von 1–2 (%) für 620 (°C), 2,5–3,5 (%) für 630 (°C), 4–5 (%) für 640 (°C), 5,5–6,5 (%) für 650 (°C) und 7–8 (%) für 660 (°C) ausgewählt werden. Jedoch kann sogar Stahl, der kein Co enthält, bei jeder Temperatur verwendet werden.
  • Das Gehäuse in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sollte vorzugsweise aus einem Stahl bestehen, der mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt: (W/MO)-Verhältnis von 2,85 oder mehr (vorzugsweise 2,85–4,50, und bevorzugter 3–4), und (Mo/Cr)-Verhältnis von 0,04–0,08 (vorzugsweise 0,05–0,06). Stahl, der beide Bedingungen erfüllt, ist bevorzugter.
  • Beim Herstellen eines Gehäuses mit wenigen Fehlern ist eine Herstelltechnik hoher Qualität erforderlich, da das Gehäuse ein Konstruktionselement mit großen Abmessungen ist, dessen Barren ein Gewicht von ungefähr 50 (Tonnen) aufweist. Als Gussmaterial in Form des wärmebeständigen Ferrit-Gussstahls kann ein zufriedenstellendes auf solche Weise hergestellt werden, dass legierungsbildende Rohmaterialien, die in die gewünschte Zusammensetzung zu bringen sind, durch einen Elektroofen aufgeschmolzen und dann durch eine Kiespfanne raffiniert werden, und dass die sich ergebenden Rohmaterialien danach in eine Sandform gegossen werden. Ein Gussstahl, in dem Gussdefekte wie Schrumpflöcher in kleiner Anzahl enthalten sind, kann durch ausreichendes Raffinieren und Deoxidieren der Rohmaterialien vor dem Gießen erhalten werden.
  • Nachdem der Gussstahl bei 1.000–1.150 (°C) geglüht wurde, wird er durch Erwärmen auf 1.000–1.100 (°C) normalgeglüht und dann abgeschreckt. Anschließend wird der sich ergebende Stahl zweimal in der Abfolge eines Temperaturbereichs von 550–750 (°C) und eines Temperaturbereichs von 670–770 (°C) getempert. So kann ein Dampfturbinengehäuse hergestellt werden, das bei Dampf von 620 (°C) oder mehr verwendbar ist. Wenn die Glüh- und Normierungstemperatur auf unter 1.100 (°C) eingestellt werden, können Carbonitride nicht ausreichend in eine Feststofflösung umgewandelt werden, und wenn die Temperaturen übermäßig hoch sind, kommt es zur Bildung grober Körner. Außerdem wird durch die zwei Temperungsvorgänge noch vorhandener Austenit vollständig zersetzt, so dass der Stahl in eine homogene getemperte Martensitstruktur gebracht werden kann. Dank des obigen Herstellverfahrens werden eine Zeitstandfestigkeit über 105 Std. bei 625 °C von mindestens 10 (kgf/mm2) und eine absorbierte Schlagenergie bei Raumtemperatur von mindestens 1 (kgf-m) erzielt, und der hergestellte Stahl kann als Stahlturbinengehäuse gefertigt werden, das bei Dampf von 620 (°C) oder mehr verwendbar ist.
  • Das Gussmaterial in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird auf das oben angegebene Cr-Äquivalent eingestellt, und der δ-Ferritgehalt desselben sollte vorzugsweise 5 (%) oder weniger, bevorzugter 0 (%) betragen.
  • Mit Ausnahme des Innengehäuses der Mitteldruck-Dampfturbine, die aus Gussstahl besteht, sollten die oben genannten Komponenten vorzugsweise aus Schmiedestahl bestehen.
  • (3) Andere Punkte
    • (a) Der Rotorschaft der Niederdruck-Dampfturbine sollte vorzugsweise aus einem niederlegiertem Stahl mit vollständig getemperter Bainitstruktur bestehen, die gewichtsbezogen folgendes enthält: 0,2–0,3 (%) C, höchstens 0,1 (%) Si, höchstens 0,2 (%) Mn, 3,2–4,0 (%) Ni, 1,25–2,25 (%) Cr, 0,1–0,6 (%) Mo und 0,05–0,25 (%) V. Der niederlegierte Stahl sollte vorzugsweise durch dasselbe Herstellverfahren wie der Ferritstahl des Hochdruck- und des Mitteldruck-Rotorschafts hergestellt werden, wie oben erläutert. Insbesondere sollte die Herstellung vorzugsweise eine superreine (hochreine) unter Verwendung von Rohmaterialien sein, die höchstens 0,05 (%) Si und höchstens 0,1 (%) Mn enthalten und in denen Verunreinigungen wie P, S, As, Sb und Sn in äußerstem Maß verringert sind, um insgesamt 0,025 (%) oder weniger auszumachen. Es ist günstig, dass jeder der Gehalte von P und S in den Rohmaterialien höchstens 0,010 (%) beträgt, dass jeder der Gehalte an Sn und As höchstens 0,005 (%) beträgt und dass der Sb-Gehalt höchstens 0,001 (%) beträgt.
    • (b) Die Blätter für die Niederdruckturbine mit Ausnahme der beweglichen in der Endstufe sowie der Düsen hierfür sollten vorzugsweise aus einem vollständig getemperten Martensitstahl bestehen, der 0,05–0,2 (%) C, 0,1–0,5 (%) Si, 0,2–1,0 (%) Mn, 10–13 (%) Cr und 0,04–0,2 (%) Mo enthält.
    • (c) Sowohl das Innen- als auch das Außengehäuse der Niederdruckturbine sollten vorzugsweise aus einem Kohlenstoff- Gussstahl bestehen, der 0,2–0,3 (%) C, 0,3–0,7 (%) Si und höchstens 1 (%) Mn enthält.
    • (d) Die Gehäuse eines Hauptdampf-Sperrventils und eines Dampfsteuerventils für die Niederdruckturbine sollten vorzugsweise aus einem vollständig getemperten Martensitstahl bestehen, der folgendes enthält: 0,1–0,2 (%) C, 0,1–0,4 (%) Si, 0,2–1,0 (%) Mn, 8,5–10,5 (%) Cr, 0,3–1,0 (%) Mo, 1,0–3,0 (%) W, 0,1–0,3 (%) V, 0,03–0,1 (%) Nb, 0,03–0,08 (%) N und 0,0005–0,003 (%) B.
    • (e) Für das bewegliche Blatt der Endstufe der Niederdruckturbine wird eine Ti-Legierung verwendet. Genauer gesagt, enthält die Ti-Legierung 5–8 (Gewichts-%) Al und 3–6 (Gewichts-%) V für eine Länge des beweglichen Blatts der Endstufe über 40 (Zoll), wobei diese Gehalte mit der Länge zunehmen können. Insbesondere ist für eine Länge von 43 (Zoll) ein hochfestes Material bevorzugt, das 5,5–6,5 (%) Al und 3,5–4,5 (%) V enthält, und für eine Länge von 46 (Zoll) ist ein hochfestes Material bevorzugt, das 4–7 (%) Al, 4–7 (%) V und 1–3 (%) Sn enthält.
    • (f) Die Außengehäuse der Hochdruck- und der Mitteldruck- Dampfturbine sollten vorzugsweise aus Gussstahl mit vollständig getemperter Bainitstruktur bestehen, der 0,05–0,20 (%) C, 0,05–0,5 (%) Si, 0,1–1,0 (%) Mn, 0,1–0,5 (%) Ni, 1–2,5 (%) Cr, 0,5–1,5 (%) Mo und 0,1–0,3 (%) V enthält und der günstigerweise 0,001–0,01 (%) B und/oder höchstens 0,2 (%) Ti enthält.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Konstruktionsansicht einer Hochdruck-Dampfturbine aus erfindungsgemäßem Ferritstahl.
  • 2 ist eine geschnittene Konstruktionsansicht einer Mitteldruck-Dampfturbine aus erfindungsgemäßen Ferritstahl.
  • 3 ist eine geschnittene Konstruktionsansicht einer erfindungsgemäßen Niederdruck-Dampfturbine.
  • 4 ist ein Anordnungsdiagramm eines erfindungsgemäßen kohlebefeuerten Kraftwerks.
  • 5 ist eine Schnittansicht eines Rotorschafts für die erfindungsgemäße Hochdruck-Dampfturbine.
  • 6 ist eine Schnittansicht eines Rotorschafts für die erfindungsgemäße Mitteldruck-Dampfturbine.
  • 7 ist ein Kurvenbild, das Zeitstandfestigkeiten von Rotorschaft- und Blattmaterialien zeigt.
  • 8 ist ein Kurvenbild, das Beziehungen zwischen Zeitperioden der Zeitstandfestigkeit und dem Co-Gehalt von Legierungen zeigt.
  • 9 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen Zeitperioden der Zeitstandfestigkeit und dem B-Gehalt von Legierungen zeigt.
  • 10 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen Zeitperioden der Zeitstandfestigkeit und dem W-Gehalt von Legierungen zeigt.
  • 11 ist ein Kurvenbild, das die Zeitstandfestigkeiten von Gussmaterialien zeigt.
  • 12 ist eine Tabelle (Tabelle 1) zum beispielhaften Darstellen von Spezifikationen eines Kessels, der unter spezifizierten Dampfbedingungen betrieben wird.
  • 13 ist eine Tabelle (Tabelle 2), die Spezifikationen einer Dampfturbine zeigt, die unter spezifizierten Bedingungen betrieben wird.
  • 14 ist eine Tabelle (Tabelle 3) zum Erläutern der Legierungsgehalte von Stahlmaterialien, wie sie bei der Erfindung verwendet werden.
  • 15 ist eine Tabelle (Tabelle 4) zum Erläutern der mechanischen Eigenschaften und der Wärmebehandlungsbedingungen der in der Tabelle 3 aufgelisteten Stahlmaterialien.
  • 16 ist eine Tabelle (Tabelle 5), die die chemischen Bestandteile von Schweißstäben angibt, die beim Aufbauschweißen verwendet wurden.
  • 17 ist eine Tabelle (Tabelle 6), die diejenigen Schweißstäbe in der Tabelle 5 angibt, die in den jeweiligen Schichten des Aufbauschweißens verwendet wurden.
  • 18 ist eine Tabelle (Tabelle 7), die die chemischen Bestandteile von Materialien für bewegliche Blätter gemäß der Erfindung angibt.
  • 19 ist eine Tabelle (Tabelle 8) zum Erläutern der Festigkeit der Materialien des Rotorschafts und der Blätter (in der 7 gemäß der Erfindung).
  • 20 ist eine Tabelle (Tabelle 9), die die Verhältnisse der Prozentsätze der Bestandteile angibt.
  • 21 ist eine Tabelle (Tabelle 10), die die chemischen Bestandteile von Innengehäusematerialien gemäß der Erfindung angibt.
  • 22 ist eine Tabelle (Tabelle 11), die die Testergebnisse der Innengehäusematerialien (in der 21) gemäß der Erfindung angibt.
  • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • (Ausführungsform 1)
  • Aufgrund eines plötzlichen Anstiegs der Ölpreise nach der Ölkrise wurden ein direkt befeuerter Kohlestaubkessel und eine Dampfturbine mit Dampftemperaturen von 600–649 (°C) benötigt, um den Wärmewirkungsgrad auf Grundlage angehobener Dampfbedingungen zu erhöhen. Ein Beispiel für einen Kessel, der unter derartigen Dampfbedingungen betrieben wird, ist in der Tabelle 1 der 12 angegeben.
  • Da mit derartigem Betrieb bei höherer Temperatur Oxidation durch Dampf einhergeht, wird anstelle des herkömmlichen Stahls mit 2,25 % Cr ein Stahl mit 8–10 % Cr verwendet. Außerdem wird, da der maximale Schwefelgehalt und der maximale Chlorgehalt 1 (%) bzw. 0,1 (%) werden, hinsichtlich der Hochtemperaturkorrosion, die dem Direktfeuerungs-Kohlestaubgas zuzuschreiben ist, ein hoher aus austenitischem rostfreiem Stahl, das als Überhitzerrohr wirkt, aus einem Material hergestellt, das 20–25 (%) Cr und 20–35 (%) Ni enthält, Al und Ti mit sehr kleinen Mengen von höchstens 0,5 (%) sowie 0,5–3 (%) Mo enthält und das bevorzugter höchstens 0,5 (%) Nb enthält. Direktfeuerung mit Kohlestaub führt zu einer Verbrennung auf hoher Temperatur. Demgemäß ist es aus dem Gesichtspunkt einer Verringerung von Stickoxiden NOx wünschenswert, einen Brenner zu verwenden, der Flammen mit höherer Temperatur dadurch erzeugt, dass am Innenumfang Luft und am Außenumfang Sekundärluft zugeführt werden, die Verbrennungsflammen auf Grundlage der Primärluft und des Kohlestaubs erzeugen, wobei auch Flammen um die Verbrennungsflammen herum verringert werden.
  • Ein mit Kohlestaub befeuerter Kessel wird größer, wenn sein Leistungsvermögen vergrößert wird. In der Klasse von 1.050 (MW) weist der Kessel eine Breite von 31 (m) und eine Tiefe von 16 (m) und in der Klasse von 1.400 (MW) weist er eine Breite von 34 (m) und eine Tiefe von 18 (m) auf.
  • Die Tabelle 2 in der 13 gibt die Hauptspezifikationen eines Dampfturbinen-Kraftwerks mit einer Ausgangsleistung von 1.050 (MW) und einer Dampftemperatur von 625 (°C) an. Bei dieser Ausführungsform ist ein Abgassystem mit vier Flüssen mit Querverbund verwendet, und ein Blatt in der abschließenden Stufe jeder der Niederdruckturbinen (LPs) ist 43 (Zoll) lang. Eine HP(Hochdruckturbine)-IP(Mitteldruckturbine)-Verbindung verfügt über eine Drehzahl von 3.600 (U/Min.), während die 2 LPs eine Drehzahl von 1.800 (U/Min.) aufweisen. In einem Hochtemperaturabschnitt bestehen Komponenten aus Hauptmaterialien, wie sie in der Tabelle aufgelistet sind. Der Hochdruckabschnitt (HP) erfährt eine Dampftemperatur von 625 (°C) und einen Druck von 250 (kg/cm2). Im Mitteldruckabschnitt (IP) wird der Dampf durch einen Zwischenerhitzer (R/H) auf 625 (°C) erhitzt, und er wird bei einem Druck von 170–180 (kg/cm2) betrieben. Dampf tritt mit einer Temperatur von 450 (°C) in die Niederdruckabschnitte (LPs) ein, und er wird mit einer Temperatur von höchstens 100 (°C) und einem Unterdruck von 722 (mmHg) an einen Kondensator geliefert.
  • Die 1 ist eine geschnittene Konstruktionsansicht der Hochdruck-Dampfturbine. Diese Hochdruck-Dampfturbine ist mit einem Hochdruck-Rotorschaft 23 versehen, an dem bewegliche Hochdruckblätter 16 in einem Hochdruck-Innengehäuse 18 und einem dieses umgebenden Hochdruck-Außengehäuse 19 angebracht sind. Der Dampf auf hoher Temperatur und unter hohem Druck, wie oben angegeben, wird durch den oben erläuterten Kessel erzeugt. Der erzeugte Dampf wird durch ein Hauptdampfrohr und dann durch einen Hauptdampfeinlass 28 geleitet, der aus einem Flansch und einem Bogen 25 besteht, woraufhin er den beweglichen Blättern 16 der ersten Doppelstromstufe von einem Düsenkasten 38 zugeführt wird. Die erste Stufe verfügt über Doppelstrom-Aufbau, und auf einer Seite der Hochdruck- Dampfturbine sind entlang dem Rotorschaft 23 acht andere Stufen angeordnet. Feste Blätter sind jeweils entsprechend den beweglichen Blättern 16 vorhanden. Die beweglichen Blätter 16 sind Schwalbensehwanzblätter mit tangentialem Eintritt vom doppelverzapften Typ, und das Blatt der ersten Stufe ist ungefähr 35 (mm) lang. Die Länge des Rotorschafts 23 zwischen den Mitten der Lager 1 und 2 beträgt ungefähr 5,25 (m), und der Teil dieses Rotorschafts mit kleinstem Durchmesser, der den festen Blättern entspricht, weist einen Durchmesser von ungefähr 620 (mm) auf, so dass das Verhältnis der Länge zum Durchmesser ungefähr 8,5 beträgt.
  • Die Breiten derjenigen Teile des Rotorschafts 23, an denen die beweglichen Blätter 16 angebracht sind, entsprechen im Wesentlichen denen der ersten Stufe und der letzten Stufe, und sie werden zur stromabwärtigen Seite des Dampfs stufenweise gemäß fünf Arten von Stufen kleiner, nämlich einer ersten Stufe, einer zweiten Stufe, einer dritten – fünften Stufe, einer sechsten Stufe und einer siebten – achten Stufe. Die axiale Breite des angebauten Teils der zweiten Stufe ist 0,64 mal so breit wie diejenige des angebauten Teils der Endstufe.
  • Diejenigen Teile des Rotorschafts 23, die den festen Blättern entsprechen, verfügen über kleineren Durchmesser als diejenigen Teile desselben, an die die beweglichen Blätter 16 angebaut sind. Die axialen Breiten der den festen Blättern entsprechenden Teile werden von der Breite zwischen dem beweglichen Blatt der zweiten Stufe und dem beweglichen Blatt der dritten Stufe schrittweise bis zur Breite zwischen dem beweglichen Blatt der Endstufe und dem beweglichen Blatt der vorletzten Stufe kleiner wird, wobei die letztere Breite 0,86 mal so groß wie die erstere ist. Genauer gesagt, werden die axialen Breiten der den festen Blättern entsprechenden Teile in der zweiten – sechsten Stufe und der sechsten–neunten Stufe kleiner.
  • Bei dieser Ausführungsform bestehen die Blätter und Düsen der ersten Stufe aus Materialien, wie sie in der Tabelle 3 der 14, die später erläutert wird, angegeben sind, wohingegen diejenigen aller anderen Stufen aus Stahl mit 12 % Cr bestehen, der kein W, Co oder B enthält. Die Blattteile der beweglichen Blätter 16 bei dieser Ausführungsform sind in der ersten Stufe 35–50 (nun) lang, und sie werden in den jeweiligen Stufen von der zweiten bis zur Endstufe länger. Insbesondere sind die Längen der Blattteile der zweiten – Endstufe abhängig von der Ausgangsleistung der Dampfturbine auf 65–210 (mm) eingestellt. Die Anzahl der Stufen beträgt neun – zwölf. Hierbei nehmen die Längen der Blattteile in den jeweiligen Stufen mit Verhältnissen 1,10– 1,15 bezogen auf die Längen der Blattteile auf der stromabwärtigen Seite, angrenzend an diejenigen auf der stromaufwärtigen Seite, zu, und die Verhältnisse werden auf der stromabwärtigen Seite allmählich größer.
  • Wie oben angegeben, weisen die Teile des Rotorschafts 23, an denen die beweglichen Blätter 16 angebracht sind, größeren Durchmesser als diejenigen Teile desselben auf, die den festen Blättern entsprechen. Diesbezüglich werden die axialen Breiten der Teile mit angebauten beweglichen Blättern einhergehend mit den Längen der Blattteile der beweglichen Blätter 16 größer. Die Verhältnisse der oben genannten axialen Breiten zu den Längen der Blattteile der beweglichen Blätter 16 betragen in der zweiten – Endstufe 0,65–0,95, und sie werden von der zweiten Stufe zur Endstufe schrittweise kleiner.
  • Wie ebenfalls oben angegeben, werden die axialen Breiten derjenigen Teile des Rotorschafts 23, die den festen Blättern entsprechen, von der Breite zwischen der zweiten Stufe und der dritten Stufe zur Breite zwischen der Endstufe und der vorletzten Stufe schrittweise kleiner. Die Verhältnisse der oben genannten axialen Breiten zu den Längen der Blattteile der sich bewegenden Blätter 16 betragen in der zweiten – Endstufe 0,7–1,7, und sie werden vom stromaufwärtigen Blattteil zum stromabwärtigen schrittweise kleiner.
  • Die in der 1 dargestellte Hochdruck-Dampfturbine verfügt ferner über ein Drucklager 5, eine erste Schaftdichtung 10, eine zweite Schaftdichtung 11, einen Hochdruck-Abstandshalter 14, einen vorderen Lagerkasten 16, einen Wellenlagerabschnitt 27, einen Hochdruckdampf-Auslassstutzen 30, einen Zwischenerhitzungsdampfeinlass 32 und einen Drucklager-Abnutzungsunterbrecher 39.
  • Die 2 ist eine Schnittansicht der Mitteldruck-Dampfturbine. Diese Mitteldruck-Dampfturbine dreht gemeinsam mit der Hochdruck-Dampfturbine unter Verwendung von Dampf, der auf solche Weise erhalten wird, dass von der Hochdruck-Dampfturbine ausgelassener Dampf durch einen Zwischenerhitzer (R/H in der 13) erneut auf 625 (°C) erhitzt wird, einen Generator (G in der 13). Hierbei weist die Mitteldruckturbine eine Drehzahl von 3.600 (Umdrehungen/Min.) auf. In ähnlicher Weise wie die Hochdruckturbine verfügt die Mitteldruckturbine über ein Mitteldruck-Innengehäuse 21 und ein- Außengehäuse 22. Sie ist mit festen Blättern versehen, – die beweglichen Mitteldruckblättern 17 gegenüberstehen. Die beweglichen Blätter 17 verfügen über Doppelstrom-Aufbau in sechs Stufen, und sie sind mit im Wesentlichen symmetrischer Anordnung auf beiden Seiten eines Mitteldruck-Rotorschaft 24 in dessen Längsrichtung angeordnet. Der Abstand zwischen den Mitten der Lager 3 und 4, in denen der Rotorschaft 24 drehbar gelagert ist, beträgt ungefähr 5,5 (m). Das bewegliche Blatt der ersten Stufe weist eine Länge von ungefähr 92 (mm) auf, und dasjenige der Endstufe weist eine Länge von ungefähr 235 (mm) auf. Der Schwalbenschwanz des Doppelstrom-Aufbaus liegt mit der Form einer umgekehrten Kastanie vor. Derjenige Teil des Rotorschafts 24, der dem festen Blatt vor dem beweglichen Blatt 17 der Endstufe entspricht, weist einen Durchmesser von ungefähr 630 (mm) auf, und das Verhältnis des Abstands dieses Rotorschafts zwischen den Lagern zum oben genannten Durchmesser beträgt ungefähr 8,7.
  • Die axialen Breiten derjenigen Teile des Rotorschafts 24 der Mitteldruck-Dampfturbine dieser Ausführungsform, an denen die beweglichen Blätter 17 angebracht sind, werden zur stromabwärtigen Seite des Dampfs schrittweise mit drei Arten von Stufen der ersten Stufe, der vierten und fünften Stufe und der Endstufe größer. Die axiale Breite des Anbauteils der Endstufe ist ungefähr 1,4 mal so groß wie diejenige des Anbauteils der ersten Stufe.
  • Außerdem weisen diejenigen Teile des Rotorschafts 24 der Mitteldruck-Dampfturbine, die den festen Blättern entsprechen, einen kleineren Durchmesser als diejenigen Teile desselben auf, an denen die beweglichen Blätter 17 angebracht sind. Die axialen Breiten der den festen Blättern entsprechenden Teile werden zur stromabwärtigen Seite des Dampfs für die vier Stufen bewegter Blätter der ersten Stufe, der zweiten Stufe, der dritten Stufe und der Endstufe schrittweise kleiner, und die axiale Breite der Endstufe ist ungefähr 0,7 mal so groß wie die axiale Breite der ersten Stufe.
  • Bei dieser Ausführungsform bestehen die Blätter und Düsen der ersten Stufe aus den in der Tabelle 3 der 14, die später erläutert wird, angegebenen Materialien, wohingegen diejenigen aller anderen Stufen aus dem Stahl mit 12 % Cr bestehen, der kein W, Co oder B enthält. Die Blattteile der beweglichen Blätter 17 werden bei dieser Ausführungsform in den jeweiligen Stufen von der ersten Stufe zur Endstufe hin länger. Die Längen der Blattteile der ersten – Endstufe werden abhängig von der Ausgangsleistung der Dampfturbine auf 90–350 (mm), vorzugsweise 100–300 (mm) eingestellt. Die Anzahl der Stufen beträgt 6–9. Hierbei nehmen die Längen der Blattteile in den jeweiligen Stufen bezogen auf die Längen der stromabwärtigen Blattteile, angrenzend an die stromaufwärtigen mit Verhältnissen 1,1–1,2 zu.
  • Wie oben angegeben, sind diejenigen Teil des Rotorschafts 24, an denen die beweglichen Blätter 17 angebracht werden, im Durchmesser größer als diejenigen Teile derselben, die den festen Blättern entsprechen. Diesbezüglich werden die axialen Breiten der Anbauteile mit beweglichen Blättern einhergehend mit den Längen der Blattteile der beweglichen Blätter 17 größer. Die Verhältnisse der oben genannten axialen Breiten zu den Längen der Blattteile der beweglichen Blätter 17 sind 0,5–0,7 in der ersten – Endstufe, und sie werden von der ersten zur Endstufe schrittweise kleiner.
  • Wie ebenfalls oben angegeben, werden die axialen Breiten derjenigen Teile des Rotorschafts 24, die den festen Blättern entsprechen, von der Breite zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe zur Breite zwischen der Endstufe und der vorletzten Stufe schrittweise kleiner. Die Verhältnisse der oben genannten axialen Breiten zu den Längen der Blattteile der beweglichen Blätter 17 sind 0,5–1,5, und sie werden vom stromaufwärtigen Blattteil zum stromabwärtigen schrittweise kleiner.
  • Die in der 7 dargestellte Mitteldruck-Dampfturbine verfügt ferner über Schaftdichtungen 12 und 13, einen Mitteldruck-Abstandshalter 15, ein erstes Innengehäuse (dem die zweiten Innengehäuse 21 zugeordnet sind), Zwischenerhitzungsdampf-Einlässe 29, Dampfauslassstutzen 30, Überkreuzungsrohre 31 und einen Warmdampfeinlass 40.
  • Die 3 ist eine Schnittansicht der Niederdruckturbine. Zwei Niederdruckturbinen sind tandemmäßig verbunden, und sie weisen dieselbe Konstruktion auf. Bewegliche Blätter 41 sind als acht Stufen zu beiden Seiten eines Rotorschafts 44 in dessen Längsrichtung vorhanden, und diese beweglichen Blätter zu beiden Seiten liegen in im Wesentlichen einer wechselseitig symmetrischen Anordnung vor. Außerdem sind feste Blätter 42 entsprechend den beweglichen Blättern 41 angeordnet. Das bewegliche Blatt 41 der Endstufe ist 1.092,2 (mm) (43 (Zoll)) lang und es besteht aus einer Legierung auf Ti-Basis. Die beweglichen Blätter 41 aller Stufen sind Schwalbenschwanzblätter mit tangentialem Eintritt vom doppelverzapften Typ. Ein Düsenkasten 45 ist vom Doppelstromtyp. Die Legierung auf Ti-Basis wird einer Alterungshärtung unterzogen, und sie enthält gewichtsbezogen 6 (%) Al und 4 (%) V. Die Rotorschäfte 44 bestehen aus Schmiedestahl mit vollständiger getemperter Bainitstruktur, der aus superreinen Materialien (Materialien hoher Reinheit) hergestellt wurde, mit 3,75 (%) Ni, 1,75 (%) Cr, 0,4 (%) Mo, 0,15 (%) V, 0,25 (%) C, 0,05 (%) Si, 0,10 (%) Mn und Fe als Rest. Alle beweglichen und festen Blätter mit Ausnahme derjenigen der Endstufe bestehen aus dem Stahl mit 12 % Cr, der 0,1 (%) Mo enthält. 0,25 (%) C enthaltender Gussstahl ist als Material des Innen- und des Außengehäuses verwendet. Der Abstand zwischen den Mitten der Lager 43 beträgt bei dieser Ausführungsform 7.500 (mm). Diejenigen Teile des Rotorschafts 44, die den festen Blättern 42 entsprechen, verfügen über einen Durchmesser von ungefähr 1.280 (mm), während diejenigen Teile desselben, an denen die beweglichen Blätter 41 angebracht sind, einen Durchmesser von ungefähr 2.275 (mm) aufweisen. Das Verhältnis des Zwischenlager-Abstands zum kleineren Durchmesser des Rotorschafts 44 beträgt ungefähr 5,9. Bei der Niederdruckturbine dieser Ausführungsform werden die axialen Breiten der Anbauteile des Rotorschafts 44 mit den beweglichen Blättern gemäß fünf Arten von Stufen der ersten – dritten Stufe, der vierten Stufe, der fünften Stufe, der sechsten – siebten Stufe und der achten Stufe allmählich größer. Die Breite der Endstufe ist ungefähr 2,5 mal so groß wie diejenige der ersten Stufe.
  • Außerdem weisen diejenigen Teile des Rotorschafts 44, die den festen Blättern 42 entsprechen, einen kleinere Durchmesser als diejenigen Teile desselben auf, an denen die beweglichen Blätter 41 angebracht sind. Die axialen Breiten der Teile, die den festen Blättern 42 entsprechen, werden zur stromabwärtigen Seite des Dampfs mit drei Arten der Stufen beweglicher Blätter gemäß der ersten Stufe, der fünften–sechsten Stufe und der siebten Stufe allmählich größer, und die Breite in der Endstufe ist ungefähr 1,9 mal so groß wie die Breite in der ersten Stufe.
  • Die Blattteile der beweglichen Blätter 41 werden bei dieser Ausführungsform in den jeweiligen Stufen von der ersten Stufe zur Endstufe hin länger. Die Längen der Blattteile der ersten – Endstufe werden abhängig von der Ausgangsleistung der Dampfturbine auf 90–1.270 (mm) eingestellt. Die Anzahl der Stufen beträgt acht. Hierbei werden die Längen der Blattteile in den jeweiligen Stufen bezogen auf die Längen der stromabwärtigen Blattteile, benachbart zu den stromaufwärtigen, im Verhältnis 1,3–1,6 größer.
  • Wie oben ausgeführt, sind diejenigen Teile des Rotorschafts 44, an denen die beweglichen Blätter 41 angebracht sind, im Durchmesser größer als diejenigen Teile desselben, die den festen Blättern 42 entsprechen. Diesbezüglich werden die axialen Breiten der Teile mit eingebauten beweglichen Blättern abhängig von den Längen der Blattteile der beweglichen Blätter 41 größer. Die Verhältnisse der oben genannten axialen Breiten zu den Längen der Blattteile der beweglichen Blätter 41 betragen 0,15–0,91 in der ersten – Endstufe, und sie werden von der ersten Stufe zur Endstufe hin schrittweise kleiner.
  • Auch werden die axialen Breiten derjenigen Teile des Rotorschafts 44, die den festen Blättern 42 entsprechen, von der Breite zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe zur Breite zwischen der Endstufe und der vorletzten Stufe schrittweise kleiner. Die Verhältnisse der oben genannten axialen Breiten zu den Längen der Blattteile der beweglichen Blätter 41 betragen 0,25–1,25, und sie werden vom stromaufwärtigen Blattteil zum stromabwärtigen schrittweise kleiner.
  • Abgesehen von dieser Ausführungsform ist es auch möglich, ein Kraftwerk großer Kapazität der Klasse von 1.000 (MW) in ähnlicher Weise zu bauen, bei dem Dampfeinlässe zu einer Hochdruck-Dampfturbine und einer Mitteldruck-Dampfturbine auf einer Temperatur von 610 (°C) liegen, während Dampfeinlässe zu zwei Niederdruck-Dampfturbinen auf einer Temperatur von 385 (°C) liegen.
  • Die 4 ist ein Diagramm, das das typische Kraftwerklayout eines kohlebefeuerten Hochtemperatur- und Hochdruck- Kraftwerks mit Dampfturbinen zeigt.
  • Das Hochtemperatur- und Hochdruckkraftwerk mit Dampfturbinen gemäß dieser Ausführungsform besteht hauptsächlich aus einem kohlebefeuerten Kessel 51, einer Hochdruckturbine 52, einer Mitteldruckturbine, Niederdruckturbinen 54 und 55, Dampfkondensatoren 56, Kondensatpumpen 57, einem Niederdruck-Speisewasser-Heizersystem 58, einem Entlüfter 59, einer Druckpumpe 60, einer Kesselspeisepumpe 61 und einem Hochdruck-Speisewasser-Heizersystem 63. Hierbei tritt vom Kessel 51 erzeugter ultraüberkritischer Dampf in die Hochdruckturbine 52 ein, um Energie zu erzeugen. Danach wird der Abdampf von der Hochdruckturbine 52 durch den Kessel 51 zwischenerhitzt, und der sich ergebende Dampf tritt in die Mitteldruckturbine 53 ein, um erneut Energie zu erzeugen. Abdampf aus der Mitteldruckturbine 53 tritt in die Niederdruckturbinen 54 und 55 ein, um Energie zu erzeugen, und er wird danach durch die Kondensatoren 56 kondensiert. Das sich ergebende Kondensat wird durch die Kondensatpumpen 57 an das Niederdruck-Speisewasser-Heizersystem 58 und den Entlüfter 59 geliefert. Durch den Entlüfter 59 entlüftete Speisewasser wird an die Druckpumpe 60 und die Kesselspeisepumpe 61 an das Hochdruck-Speisewasser-Heizersystem 63 geliefert, in dem das Wasser erwärmt wird und von dem es zum Kessel 51 rückgeführt wird.
  • Hierbei wird das Speisewasser im Kessel 51 dadurch in Dampf auf hoher Temperatur und unter hohem Druck umgewandelt, dass es durch einen Abgasvorerwärmer 64, einen Verdampfer 65 und einen Überhitzer 66 geleitet wird. Indessen tritt das Verbrennungsgas des Kessels 51, das den Dampf erhitzt hat, aus dem Abgasvorerwärmer 64 aus, und es tritt danach in einen Luftheizer 67 zum Beheizen von Luft ein. Bei der dargestellten Anlage wird die Kesselspeisepumpe 61 durch eine Kesselspeisepumpe-Antriebsturbine angetrieben, die durch Dampf betrieben wird, der aus der Mitteldruckturbine 53 entnommen wird.
  • Beim so aufgebauten Hochtemperatur- und Hochdruck-Kraftwerk mit Dampfturbinen ist die Temperatur des Speisewassers, das aus dem Hochdruck-Speisewasser-Heizersystem 63 ausgetreten ist, viel höher als die Speisewassertemperatur beim bekannten thermischen Kraftwerk, und demgemäß wird die Temperatur des Verbrennungsgases, das aus dem im Kessel 51 angeordneten Abgasvorerwärmer 64 austritt, gemäß einer unvermeidlichen Konsequenz viel höher als beim bekannten Kessel. Daher wird Wärme aus dem Abgas des Kessels 51 rückgewonnen, um ein Absenken der Gastemperatur zu verhindern.
  • Die Zahlen 68 in der 4 kennzeichnen Generatoren, die mit der HP-IP-Verbindung bzw. der Tandem-LP-Verbindung verbunden sind.
  • Übrigens ist es abgesehen von dieser Ausführungsform möglich, ein Tandemkraftwerk vom Verbundtyp auf ähnliche Weise aufzubauen, bei dem dieselbe Hochdruckturbine, Mitteldruckturbine und eine oder zwei Niederdruckturbinen, wie oben beschrieben, als Tandem verbunden sind, um einen einzelnen Generator zur Energieerzeugung drehend anzutreiben. Bei einem Generator, dessen Ausgangsleistung in der Klasse von 1.050 (MW) liegt, wie bei dieser Ausführungsform, ist für diesen ein Schaft mit höherer Festigkeit verwendet. Insbesondere sollte der Generatorschaft vorzugsweise aus Stahl mit vollständig getemperter Bainitstruktur bestehen, der 0,15–0,30 (%) C, 0,1–0,3 (%) Si, höchstens 0,5 (%) Mn, 3,25–4,5 (%) Ni, 2,05–3,0 (%) Cr, 0,25–0,60 (%) Mo und 0,05– 0,20 (%) V enthält und der eine Zugfestigkeit bei Raumtemperatur von 93 (kg/mm2) oder mehr, insbesondere von 100 (kg/mm2) oder mehr sowie eine 50-%-FATT (Fracture Appearance Transition Temperature) von 0 (°C) oder niedriger, insbesondere von –20 (°C) oder niedriger aufweist. Der Stahl sollte vorzugsweise dergestalt sein, dass eine Magnetisierungskraft bei 21,2 (kg) höchstens 985 (AT/cm) beträgt, dass die Gesamtmenge enthaltener Verunreinigungen P, S, Sn, Sb und As höchstens 0,025 (%) beträgt und dass das Verhältnis Ni/Cr höchstens 2,0 beträgt.
  • Die 5 und 6 sind Frontansichten, die Beispiele des Hochdruckturbine- bzw. des Mitteldruckturbine-Rotorschafts zeigen. Der beispielhaft dargestellte Hochdruckturbine- Schaft verfügt über eine Konstruktion aus einer mehrstufigen Seite und einer einstufigen Seite, wobei Blätter für insgesamt acht Stufen an beiden Seiten so angebracht sind, dass in Querrichtung Zentrierung auf das Blatt der ersten Stufe der mehrstufigen Seite besteht. Der beispielhaft dargestellte Mitteldruckturbine-Schaft verfügt über eine Konstruktion, bei der mehrstufige Blätter in wechselseitig syrmmetrischer Anordnung so angebracht sind, dass insgesamt sechs Stufen auf jeder Seite existieren, mit einer Begrenzung im Wesentlichen durch den in Querrichtung zentralen Teil dieses Schafts. Obwohl der Rotorschaft für jede Niederdruckturbine nicht speziell beispielhaft dargestellt ist, ist der Rotorschaft sowohl der Hochdruck- als auch der Mitteldruck- und der Niederdruckturbine mit einem Mittelloch versehen, durch das das Vorliegen von Fehlern durch Ultraschalltest, visuellen Tests und Fluoreszenzdurchdringungsuntersuchung untersucht wird. Übrigens kennzeichnen die Zahlen 27 in jeder der 5 und 6 die Wellenlagerteile der entsprechenden Rotorschäfte.
  • Die Tabelle 3 in der 13 gibt die chemischen Bestandteile (Gewichts-%) an, die für die Hauptkomponenten der Hochdruckturbine, der Mitteldruckturbine und der Niederdruckturbinen bei einem Beispiel dieser Ausführungsform verwendet wurden. Bei diesem Beispiel wurden alle Hochtemperaturteile der Hochdruck- und der Mitteldruckturbine aus Stahlmaterialien mit kristalliner Ferritstruktur hergestellt, die einen Wärmeexpansionskoeffizienten von 12 × 10–6 (/°C) aufwiesen, so dass keine Probleme auftraten, die einer Diskrepanz der Wärmeexpansionskoeffizienten zuzuschreiben gewesen wären.
  • Hinsichtlich jedes der Rotoren der Hochdruck- und der Mitteldruckabschnitte wurde eine Elektrode auf solche Weise hergestellt, dass der in der Tabelle 3 angegebene wärmebeständige Gussstahl mit einer Menge von 30 (Tonnen) durch einen Elektroofen geschmolzen wurde, der geschmolzene Stahl Kohlenstoff-Deoxidation im Vakuum unterzogen wurde und dann in eine Metallform gegossen wurde und der geformte Stahl geschmiedet wurde. Ferner wurde die Elektrode einem Elektroschlacke-Umschmelzen unterzogen, um den Gussstahl von seinem oberen bis zu seinem unteren Teil zu schmelzen, und der sich ergebende Stahl wurde zu Rotorform mit einem maximalen Durchmesser von 1.015 (mm) und einer Länge von 5.700 (mm) geschmiedet. Der Schmiedevorgang wurde bei Temperaturen von höchstens 1.150 (°C) ausgeführt, um irgendwelche Schmelzrisse zu verhindern. Außerdem wurde der geschmiedete Stahl, nachdem er geglüht war, auf 1.050 (°C) erwärmt und einem Abschrecken durch Aufsprühen von Wasser unterzogen. Anschließend wurde der sich ergebende Stahl zweimal bei Temperaturen von 570 (°C) und 690 (°C) getempert, und er wurde zur in der 5 oder der 6 dargestellten Form bearbeitet. Bei diesem Beispiel wurde die Seite des oberen Teils des Elektroschlackebarrens als Blattseite der ersten Stufe des Rotorschafts verwendet, und die Seite des unteren Teils wurde als Blattseite der Endstufe verwendet.
  • Hinsichtlich der Blätter und der Düsen des Hochdruckabschnitts und des Mitteldruckabschnitts wurden die ebenfalls in der Tabelle 3 der 14 angegebenen wärmebeständigen Stahlmaterialien durch einen Vakuumbogenofen geschmolzen, und sie wurden zu den Formen von Schaufel- und Düsenrohteilen mit jeweils einer Breite von 115 (mm), einer Höhe von 50 (mm) und einer Länge von 1.000 (mm) geschmiedet und geformt. Der Schmiedevorgang wurde bei Temperaturen von höchstens 1.150 (°C) ausgeführt, um Schmiederisse zu verhindern. Außerdem wurde der geschmiedete Stahl auf 1.050 (°C) erwärmt, einem Abschrecken durch Öl unterzogen und bei 690 (°C) getempert. Anschließend wurde der sich ergebende Stahl zu den vorbestimmten Formen bearbeitet.
  • Hinsichtlich der Innengehäuse des Hochdruckabschnitts und des Mitteldruckabschnitts, des Gehäuses jedes Dampfsperrventils und des Gehäuses jedes Dampfsteuerventils wurden die in der Tabelle 3 angegebenen wärmebeständigen Gussstahlmaterialien mit einem Elektroofen geschmolzen und dann durch eine Gießpfanne raffiniert. Die sich ergebenden Materialien wurden danach in Sandformen gegossen. Ein Gussstahl, der keinerlei Gießdefekte, wie Schrumpflöcher, erlitt, konnte dadurch erhalten werden, dass die Materialien vor dem Eingießen ausreichend raffiniert und deoxidiert wurden. Die Schweißbarkeit jeder der Gussmaterialien wurde in Übereinstimmung mit "JIS Z3158" bewertet. Die Vorheiztemperatur, die Zwischendurchlauftemperatur und die Nachheiz-Starttemperatur wurden auf 200 (°C) eingestellt, und eine Nachheizbehandlung wurde bei 400 (°C) für 30 (Minuten) ausgeführt. In keinem der erfindungsgemäßen Materialien wurden Schweißrisse festgestellt, und die Schweißbarkeit war gut.
  • Die in der 15 dargestellte Tabelle 4 gibt die Wärmebehandlungsbedingungen der in der Tabelle 3 der 14 aufgelisteten ferritischen Stahlmaterialien sowie die mechanischen Eigenschaften der Hauptteile der Hochtemperatur-Dampfturbinen aus diesen Materialien, wie durch Zerschneiden dieser Teile getestet, auf.
  • Aus Ergebnissen der Tests der zentralen Teile der Rotorschäfte wurde klargestellt, dass die für Hochdruck- und Mitteldruck-Turbinenrotoren speziellen Qualitäten (Festigkeit über 104 Std. bei 625 °C ≥ 13 kgf/cm2 und absorbierte Schlagenergie bei 20 °C ≥ 1,5 kg-m) zufriedenstellend erfüllt werden können. So wurde nachgewiesen, dass Dampfturbinenrotoren hergestellt werden können, die in Dampf von 620 (°C) oder mehr verwendbar sind.
  • Außerdem wurde als Ergebnisse der Eigenschaftstests der Blätter klargestellt, dass die für die Blätter der ersten Stufe der Hochdruck- und der Mitteldruckturbine erforderliche spezielle Qualität (Festigkeit über 105 Std. bei 625 °C ≥ 15 kgf/mm2) ausreichend erfüllt werden kann. So wurde nachgewiesen, dass Dampfturbinenblätter hergestellt werden können, die im Dampf von 620 (°C) oder mehr verwendbar sind.
  • Ferner wurde als Ergebnisse der Eigenschaftstest der Gehäuse klargestellt, dass die für die Hochdruck- und Mitteldruck- Turbinengehäuse erforderlichen speziellen Eigenschaften (Festigkeit über 105 bei 625 °C ≥ 10 kgf/mm2 und absorbierte Schlagenergie bei 20 °C ≥ 1 kg-m) zufriedenstellend erfüllt werden kann und dass Schweißmetallmaterialien auf den Gehäusen abgelagert werden können. So wurde nachgewiesen, dass Dampfturbinengehäuse hergestellt werden können, die in Dampf von 620 (Gewichts-%) oder mehr verwendbar sind.
  • 7 ist ein Kurvenbild, das die Beziehungen zwischen der Zeitstandfestigkeit über 105 Std. und der Temperatur für verschiedene Rotorschaftmaterialien zeigt. Es wurde herausgefunden, dass erfindungsgemäße Materialien den Erfordernissen genügen, gemäß denen die Zeitstandfestigkeit über 105 Std. bei 610–640 (°C) einen Wert von 13 kg/mm2 oder mehr hat. Übrigens ist das 12 Cr-Rotormaterial das bekannte Material, das kein B, W oder Co enthält.
  • Bei einem Beispiel dieser Ausführungsform wurden die Lagerungseigenschaften auf solche Weise verbessert, dass niederlegierter Cr-Mo-Stahl auf jedem Wellenlagerungsabschnitt des Rotorschafts durch Aufbauschweißen abgelagert wurde. Das Aufbauschweißen wurde so ausgeführt, wie es unten ausgeführt ist.
  • Beim Aufbauschweißen verwendete Schweißstäbe waren solche mit abgeschirmtem Bogen mit Durchmessern von 4,0 (mm). Die in der 16 dargestellte Tabelle 5 gibt die chemischen Bestandteile (Gewichts-%) der abgeschiedenen Metalle an, die durch Schweißvorgänge mit den Schweißstäben mit abgeschirmtem Bogen hergestellt wurden. Die Bestandteile der abgeschiedenen Metalle waren im Wesentlichen dieselben wie die der entsprechenden Schweißmetalle (die nachfolgend als "Schweißstäbe A–D" bezeichnet werden).
  • Die Bedingungen beim Aufbauschweißen waren ein Schweißstrom von 170 (A), eine Spannung von 24 (V) und eine Rate von 26 (cm/Min.).
  • Auf die Fläche des oben beschriebenen Muttermetalls wurden acht Schichten für das Aufbauschweißen dadurch aufgeschweißt, dass die verwendeten Schweißstäbe A–D für die jeweiligen Schichten so kombiniert wurden, wie es in der Tabelle 6 der 17 aufgelistet ist. Die Dicke jeder Schicht betrug 3–4 (mm), die Gesamtdicke der jede der Proben Nr. 1–3 bildenden acht Schichten betrug ungefähr 28 (mm) und die Oberfläche jeder Probe wurde auf ungefähr 5 (mm) geschliffen.
  • Als Bedingungen zum Ausführen der Schweißvorgänge betrugen eine Vorheiztemperatur, eine Zwischendurchlauftemperatur und eine Spannungsabbau-Temperungs(SR)-Starttemperatur 250–350 (°C), und das SR wurde dadurch ausgeführt, dass die abgelagerten Schichten für 36 (Stunden) auf 630 (°C) gehalten wurden.
  • Alle Proben Nr. 1–3 genügten der Erfindung, und die chemischen Bestandteile der fünften Schicht und der folgenden in jeder Probe waren C oder D, wie in der Tabelle 5 der 16 angegeben.
  • Um die Qualität einer solchen Schweißzone klarzustellen, wurde Aufbauschweißen in ähnlicher Weise an einem flachen Element ausgeführt und das sich ergebende flache Element wurde einem Seitenbiegetest über 160° unterzogen. Während der ganzen Zeit wurden in der Schweißzone keine Risse festgestellt.
  • Wenn ferner die Lager einem Gleittest auf Grundlage der Umdrehungen der Rotorschäfte bei der Erfindung unterzogen wurden, war keines derselben nachteilig beeinflusst. Die Oxidationsbeständigkeiten der Lager waren ebenfalls hervorragend.
  • Abgesehen von dieser Ausführungsform ist es möglich, in ähnlicher Weise ein Kraftwerk vom Tandemtyp aufzubauen, bei dem die Hochdruckturbine, die Mitteldruckturbine und eine oder zwei Niederdruckturbinen als Tandem verbunden sind, um einen einzelnen Generator mit 3.600 (U/Min.) drehend anzutreiben.
  • Die Tabelle 7 in der 18 listet die chemischen Bestandteile der Legierungen auf Ni-Basis mit Verstärkung durch Ausfällung auf, von denen jede bei der ersten – dritten Stufe der beweglichen Blätter in der Hochdruckturbine und der ersten Stufe der beweglichen Blätter in der Mitteldruckturbine angewandt wurde. Jede dieser Legierungen wurde auf solche Weise hergestellt, dass durch Vakuumbogen-Umschmelzen ein Barren hergestellt wurde, gefolgt von Heißschmieden, dass der heißgeschmiedete Barren anschließend für 1–8 (Stunden) auf 1.070–1.200 (°C) entsprechend der Legierungszusammensetzung der einschlägigen Legierung als Behandlung zum Umwandeln des Barrens in eine Feststofflösung erhitzt wurde, gefolgt von einer Kühlung durch Luft, und dass das luftgekühlte Material für 4–24 (Stunden) als Alterungsbehandlung auf 700–870 (°C) erhitzt wurde.
  • (Ausführungsform 2)
  • Jede einer Anzahl von Legierungen mit chemischen Bestandteilen, wie sie in der Tabelle 8 der 19 aufgelistet sind, wurde durch Induktionsschmelzen im Vakuum zu einem Barren von 10 (kg) gegossen, und der Barren wurde zu einem Stab von 30 (mm2) geschmiedet. Die Tabelle 9 der 20 gibt die prozentualen Verhältnisse der Bestandteile an. Hinsichtlich des Rotorschafts einer großen Dampfturbine wurde jede der Legierungen unter Bedingungen von 1.050 (°C) × 5 (Stunden) und 100 (°C/Std.) Abkühlung abgeschreckt und einer Primärtemperung von 570 (°C) × 20 (Stunden) und einer Sekundärtemperung von 690 (°C) × 20 (Stunden) unterzogen, wobei der zentrale Teil des Rotorschafts simuliert wurde. Andererseits wurde, hinsichtlich des Turbinenblatts, jede Legierung unter der Bedingung von 1.100 (°C) × 1 (Stunde) abgeschreckt und unter der Bedingung von 750 (°C) × 1 (Stunde) getempert. Danach wurden Kriechbruchtests derartiger Legierungen unter Bedingungen von 625 (°C) und 30 (kgf/mm2) ausgeführt. Die erzielten Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle 8 der 19 aufgelistet.
  • Aus der Tabelle 8 ist es erkennbar, dass die Legierungen Nr. 1 – Nr. 9 gemäß der Erfindung über eine viel längere Kriechbruch-Lebensdauer als die Vergleichslegierung Nr. 10 verfügen.
  • Übrigens enthält die Vergleichslegierung Nr. 10 abweichend von den erfindungsgemäßen Legierungen kein Co.
  • Die 8 und 9 sind Kurvenbilder, die die Einflüsse des Co- und des B-Gehalts der Legierungen (in der Tabelle 8 der 19 aufgelistet) zeigen, wie sie jeweils hinsichtlich der Zeitstandfestigkeit bestehen.
  • Wie es in der 8 dargestellt ist, wird die Kriechbruch- Zeitperiode einer Legierung mit zunehmendem Co-Gehalt länger. Jedoch ist eine Erhöhung des Co-Gehalts um eine große Menge ungünstig, da die Legierung dazu tendiert, spröde zu werden, wenn sie auf 600–660 (°C) erwärmt wird. Um sowohl die Festigkeit als auch die Zähigkeit der Legierung zu verbessern, sollte daher der Co-Gehalt vorzugsweise 2–5 (%) für 620–630 (Gewichts-%) und 5,5–8 (%) für 630–660 (°C) betragen.
  • Wie es in der 9 dargestellt ist, neigt die Festigkeit der Legierung dazu, mit zunehmendem B-Gehalt abzunehmen. Es ist ersichtlich, dass die Legierung hervorragende Festigkeit zeigt, wenn der B-Gehalt 0,03 (%) oder weniger beträgt. Die Festigkeit nimmt zu, wenn für den Temperaturbereich von 620–630 (°C) der B-Gehalt auf 0,001–0,01 (%) und der Co-Gehalt auf 2–4 (%) eingestellt werden, und wenn für höhere Temperaturen von 630–660 (°C) der B-Gehalt auf 0,01–0,03 (%) und der Co-Gehalt auf 5–7,5 (%) erhöht werden.
  • Es zeigte sich, dass die Legierung bei dieser Ausführungsform bei Temperatur über 600 (°C) durch einen niedrigeren N-Gehalt fester wird. Dies ist auch aus der Tatsache ersichtlich, dass die Probe Nr. 2 in der Tabelle 8 der 19 eine höhere Festigkeit als die Probe Nr. 8 mit höherem N-Gehalt zeigt. Der N-Gehalt der Legierung sollte vorzugsweise 0,01–0,04 (%) betragen. Da der Bestandteil N durch Vakuumschmelzen kaum vorhanden ist, wurde die Mutterlegierung mit dem Element N dotiert.
  • Aus der 7 betreffend die Ausführungsform 1 ist es erkennbar, dass alle erfindungsgemäßen Legierungen, wie sie in der Tabelle 8 aufgelistet sind, hohe Festigkeiten zeigen. Das bei der Ausführungsform 1 angegebene Rotormaterial entspricht der Legierung der Probe Nr. 2 bei dieser Ausführungsform.
  • Wie es in der 9 dargestellt ist, zeigt die Probe Nr. 8 mit niedrigem Mn-Gehalt von 0,09 (%) höhere Festigkeit, gleiche Co-Gehalte vorausgesetzt. Aus dieser Tatsache ist es auch ersichtlich, dass der Mn-Gehalt der Legierung vorzugsweise auf 0,03–0,20 (%) eingestellt werden sollte, um höhere Festigkeit zu erzielen.
  • (Ausführungsform 3)
  • Die in der 21 dargestellte Tabelle 10 gibt chemische Bestandteile (Gewichts-%) an, die die Innegehäusematerialien gemäß der Erfindung betreffen. Wenn der dicke Teil eines großen Gehäuses betrachtet wird, wurde der Barren jeder der aufgelisteten Proben auf solche Weise hergestellt, dass jede Legierung durch einen Hochfrequenz-Induktionsofen mit einer Menge von 200 (kg) geschmolzen wurde und die geschmolzene Legierung in eine Sandform mit einer maximalen Dicke von 200 (mm), einer Breite von 380 (mm) und einer Höhe von 440 (mm) gegossen wurde. Die Proben Nr. 3–7 sind erfindungsgemäße Materialien, wohingegen die Proben Nr. 1 und 2 bekannte Materialien sind. Die Materialien der Proben Nr. 1 und 2 sind Cr-Mo-V-Gussstahl bzw. 11Cr-1Mo-V-Nb-N-Gussstahl, wie sie aktuell in Turbinen verwendet werden. Nachdem die Proben durch Ofenkühlung bei 1.050 (°C) x 8 (Std.) geglüht wurden, wurden sie unter den folgenden Bedingungen wärmebehandelt (normalisiert und getempert), wobei der dicke Teil des Gehäuses einer großen Dampfturbine betrachtet wurde:
    • Probe Nr. 1: Luftkühlung bei 1.50 (°C) × 8 (Std.) Luftkühlung bei 710 (°C) × 7 (Std.) Luftkühlung bei 710 (°C) × 7 (Std.)
    • Proben Nr. 2 – Nr. 7: Luftkühlung bei 1.50 (°C) × 8 (Std.) Luftkühlung bei 710 (°C) × 7 (Std.) Luftkühlung bei 710 (°C) × 7 (Std.)
  • Die Schmelzbarkeit jeder der Proben wurde in Übereinstimmung mit "JIS Z3158" bewertet. Eine Vorheiztemperatur, eine Durchlauftemperatur und eine Nachheiz-Starttemperatur wurden auf 150 (°C) eingestellt, und eine Nachheizbehandlung wurde bei 400 (°C) für 30 (Minuten) ausgeführt.
  • Die in der 21 dargestellte Tabelle 11 gibt die Testergebnisse der in der Tabelle 10 der 21 aufgelisteten Proben Nr. 1–7 betreffend Zugeigenschaften bei Raumtemperatur, der V-Charpy-Kerbschlag-Absorptionsenergie bei 20 (°C), der Zeitstandfestigkeit über 105 Std. bei 650 °C und der Schweißrisse an.
  • Die Zeitstandfestigkeit und die absorbierte Schlagenergie jedes der erfindungsgemäßen Materialien (Proben Nr. 3, 4, 6 und 7), die mit geeigneten Mengen von B, Mo und W dotiert sind, genügen vollständig den speziellen Eigenschaften (Festigkeit über 105 Std. bei 625 °C ≥ 8 kgf/mm2 und absorbierte Schlagenergie bei 20 °C ≥ 1 kg-m), wie sie für ein Hochtemperatur-Hochdruck-Turbinengehäuse erforderlich sind. Insbesondere zeigen die Proben Nr. 3, 6 und 7 hohe Festigkeiten über 9 (kgf/mm2). Darüber hinaus leidet keines der erfindungsgemäßen Materialien (mit Ausnahme der Probe Nr. 3) unter Schweißrissen, und alle verfügen über gute Schweißbarkeit. Als Ergebnis eines Tests betreffend die Beziehung zwischen dem B-Gehalt und Schweißrissen der Legierung erschienen Schweißrisse, wenn der B-Gehalt 0,0035 (%) überschritt. Die Legierung der Probe Nr. 3 wurde dahingehend beurteilt, dass sie etwas Risse aufwies. Hinsichtlich der Einflüsse des Bestandteils Mo auf die mechanischen Eigenschaften wies die Legierung, deren Mo-Gehalt den hohen Wert von 1,18 (%) aufwies, hohe Zeitstandfestigkeit auf, jedoch zeigte sie einen kleinen Wert betreffend die Schlagenergie, und sie konnte der erforderlichen Zähigkeit nicht genügen. Andererseits wies die Legierung, deren Mo-Gehalt 0,11 (%) betrug, hohe Zähigkeit auf, jedoch zeigte sie niedrige Zeitstandfestigkeit, und sie konnte der erforderlichen Festigkeit nicht genügen.
  • Als Ergebnis von Untersuchungen betreffend die Einflüsse des Bestandteils W auf die mechanischen Eigenschaften, wurde, wenn der W-Gehalt 1,1 (%) überschritt, die Zeitstandfestigkeit beachtlich hoch, wobei jedoch die bei Raumtemperatur absorbierte Schlagenergie niedrig wurde, wenn er 2 (%) überschritt. Insbesondere wird das Ni/W-Verhältnis der Legierung auf 0,25 – 0,75 kontrolliert, um dadurch ein Gussmaterial eines wärmebeständigen Gussstahls zu erhalten, das einer Zeitstandfestigkeit über 105 Std. bei 625 °C von mindestens 9 (kgf/mm2) und einer bei Raumtemperatur absorbierten Schlagenergie von mindestens 1 (kgf-m) genügt, wie sie für die Hochdruck- und Zwischendruck-Innengehäuse sowie das Hauptdampf-Sperrventilgehäuse und das Steuerventilgehäuse der Hochtemperatur-Hochdruck-Turbine bei einem Druck von mindestens 250 (kgf/cm2) bei einer Temperatur von 621 (°C) erforderlich sind. Insbesondere werden der W-Gehalt und das Ni/W-Verhältnis auf 1,2–2 (%) bzw. 0,25–0,75 kontrolliert, um dadurch ein hervorragendes Gussmaterial des wärmebeständigen Gussstahls zu erhalten, das einer Zeitstandfestigkeit über 105 Std. bei 625 °C von mindestens 10 (kgf/mm2) und einer bei Raumtemperatur absorbierten Schlagenergie von mindestens 2 (kgf-m) genügt.
  • Die 10 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen dem W-Gehalt und der Zeitstandfestigkeit für die oben erläuterten Legierungen zeigt. Wie es in der Figur angegeben ist, nimmt die Festigkeit merklich zu, wenn der W-Gehalt mindestens 1,0 (%) beträgt, und insbesondere für einen W-Gehalt von mindestens 1,5 (%) wird ein Wert von mindestens 8,0 (kg/mm2) erzielt.
  • Die 11 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Zeitstandfestigkeit über 105 Stunden und der Bruchtemperatur für die oben erläuterten Legierungen zeigt. Die Legierung der Probe Nr. 7 gemäß der Erfindung erfüllt in zufriedenstellender Weise bei Temperaturen von höchstens 640 (°C) die erforderliche Festigkeit.
  • Bei einem Beispiel wurden legierungsbildende Rohmaterialien, die in die gewünschte Zusammensetzung eines erfindungsgemäßen wärmebeständigen Gussstahls zu bringen waren mit einer Menge von 1 (Tonne) durch einen Elektroofen geschmolzen und dann durch eine Gießpfanne raffiniert, und die sich ergebenden Rohmaterialien wurden danach in eine Sandform gegossen. So wurde das Innengehäuse für den Hochdruckabschnitt oder den Mitteldruckabschnitt, wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, erhalten.
  • Nachdem der oben genannte Gussstahl durch Ofenkühlung bei 1.050 (°C) × 8 (Std.) geglüht worden war, wurde er durch Luftstrahl-Abschrecken bei 1.050 (°C) × 8 (Std.) normalisiert und zweimal durch Ofenkühlung bei 730 (°C) × 8 (Std.) getempert. Das Gehäuse, das versuchsweise hergestellt wurde und das eine vollständig getemperte Martensitstruktur aufwies, wurde zerschnitten und untersucht. Im Ergebnis wurde klargestellt, dass das hergestellte Gehäuse die speziellen Eigenschaften (Festigkeit über 105 Std. bei 625 °C ≥ 9 kgf/mm2 und absorbierte Schlagenergie bei 20 °C ≥ 1 kg-m) vollständig erfüllte, wie sie für das Gehäuse der Hochtemperatur-Hochdruck-Turbine bei 250 (atm.) und 625 (°C) erforderlich sind, und dass es Schweißvorgängen unterzogen werden kann.
  • (Ausführungsform 4)
  • Bei dieser Ausführungsform wird die Dampftemperatur einer Hochdruck-Dampfturbine und einer Mitteldruck-Dampfturbine auf 649 (°C) statt auf 625 (°C) wie bei der Ausführungsform 1 eingestellt, und die Konstruktion und die Größe derselben werden durch im Wesentlichen durch dasselbe Design wie bei der Ausführungsform 1 erzielt. Abweichend von der Ausführungsform 1 sind hier die Rotorschäfte, die beweglichen Blätter der ersten Stufe, die festen Blätter der ersten Stufe und die Innengehäuse der Hochdruck- und der Mitteldruck- Dampfturbine, die in direktem Kontakt mit dem Dampf der obigen Temperatur kommen. Bei den Materialien dieser Komponenten, mit Ausnahme der Innengehäuse, sind der B-Gehalt und der Co-Gehalt in den vorigen Materialien, wie sie in der Tabelle 8 der 19 aufgelistet sind, auf 0,01–0,03 (%) bzw. 5–7 (%) erhöht. Ferner ist, hinsichtlich des Materials der Innengehäuse, der W-Gehalt des Materials bei der Ausführungsform 1, wie in der Tabelle 3 der 14 angegeben, auf 2–3 (%) erhöht, und Co ist mit 3 (%) zugesetzt. Auf diese Weise werden die erforderlichen Festigkeiten erfüllt, und das bekannte Design kann mit großem Verdienst verwendet werden. Genauer gesagt, kann bei dieser Ausführungsform das bekannte Designkonzept dahingehend unverändert verwendet werden, dass die gesamten Baumaterialien, die der hohen Temperatur ausgesetzt sind, aus Ferritstahl bestehen. Übrigens sollte, da die beweglichen Blätter der zweiten Stufe und die festen Blätter der Hochdruck- und der Mitteldruck-Dampfturbine Dampfeinlasstemperaturen von ungefähr 610 (°C) ausgesetzt sind, das für die erste Stufe bei der Ausführungsform 1 verwendete Material vorzugsweise für diese Komponenten verwendet werden.
  • Ferner wird die Dampftemperatur der Niederdruck-Dampfturbinen dieser Ausführungsform ungefähr 405 (°C), was etwas höher als ungefähr 380 (°C) bei der Ausführungsform 1 ist. Da jedoch das Material bei der Ausführungsform 1 zufriedenstellend hohe Festigkeit für die Rotorschäfte selbst der Niederdruck-Dampfturbinen hat, wird dasselbe superreine Material (Material hoher Reinheit) verwendet.
  • Noch ferner kann auch, obwohl die Turbinenkonfiguration bei dieser Ausführungsform vom Querverbundtyp ist, der Tandemtyp, bei dem alle Turbinen direkt verbunden sind, bei einer Drehzahl von 3.600 (UpM) realisiert werden.
  • Die insoweit beschriebene Erfindung ergibt die unten angegebenen Effekte.
  • Gemäß der Erfindung ist es möglich, wärmebeständigen Martensit-Gussstahl zu erhalten, dessen Zeitstandfestigkeit und Raumtemperatur-Zähigkeit bei 610–660 (°C) hoch sind. Daher können alle Hauptelemente für Turbinen bei ultraüberkritischen Druck auf individuellen Temperaturen aus wärmebeständigem Ferritstahl hergestellt werden, wobei die Grundkonstruktionen der bekannten Dampfturbinen als solche verwendet werden können und ein thermisches Kraftwerk hoher Zuverlässigkeit gebaut werden kann.
  • Bisher wurde bei derartigen Temperaturen in unvermeidlicher Weise eine austenitische Legierung verwendet. Daher war es, aus dem Gesichtspunkt der Herstelleigenschaften, unmöglich, einen fehlerfreien, großen Rotor herzustellen. Demgegenüber kann mit dem wärmebeständigen, ferritischen Schmiedestahl gemäß der Erfindung ein fehlerfreier, großer Rotor hergestellt werden.
  • Darüber hinaus verwendet eine ganz aus dem erfindungsgemäßen Ferritstahl hergestellte Hochtemperatur-Dampfturbine keine austenitische Legierung, die einen großen Wärmeexpansionskoeffizienten aufweist. Daher verfügt die Dampfturbine über solche Vorteile, dass sie schnell auf einfache Weise gestartet werden kann und weniger empfindlich hinsichtlich Schäden durch thermische Ermüdung ist.

Claims (30)

  1. Dampfturbine mit einem Rotorschaft (23, 24), auf dem Rotorschaft angebrachten beweglichen Blättern (16, 17), feststehenden Blättern, die einen Dampf-Zustrom zu den beweglichen Blättern (16, 17) leiten, und einem die feststehenden Blätter haltenden Innengehäuse (18; 20, 21), wobei der Dampf bei einer Temperatur von 610 bis 660 °C in eine erste Stufe der beweglichen Blätter (16, 17) strömt, Teile der Turbine aus einem wärmebeständigen ferritischen Stahl mit 9 bis 13 Gew. % Cr hergestellt sind, die beweglichen Blätter (16, 17), die feststehenden Blätter und das Innengehäuse (18; 20, 22) aus martensitischem Stahl mit 8 bis 13 Gew. % Cr hergestellt sind, der Rotorschaft (23, 24) aus hochfestem martensitischen Stahl mit voll getemperter martensitischer Struktur hergestellt ist, der eine 105-Stunden-Zeitstandfestigkeit von mindestens 15 kg/mm2 bei einer der genannten Dampftemperatur entsprechenden Temperatur zeigt und der 9 bis 13 Gew. % Cr, 0,05–0,20 % C, maximal 0,15 % Si, 0,03–1,5 % Mn, 0,05–1,0 % Ni, 0,05–0,35 % V, 0,01–0,20 % Nb, 0,01–0,06 % N, 0,05–0,5 % Mo, 1,0–3,5 % W enthält und mindestens 78 % Fe aufweist, wobei die Prozent-Angaben auf das Gewicht bezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der hochfeste martensitische Stahl des Rotorschafts (23, 24) zur Verwendung bei einer Dampftemperatur von 610 bis 630 °C 2–5 % Co und 0,0005–0,01 % B und zur Verwendung bei einer Dampftemperatur von 630 bis 660 °C 5–10 % Co und 0,01–0,03 % B enhält, wobei die Prozent-Angaben auf das Gewicht bezogen sind.
  2. Dampfturbine nach Anspruch 1, wobei das Innengehäuse (18; 20, 21) aus martensitischem Stahl hergestellt ist, der eine 105-Stunden-Zeitstandfestigkeit von mindestens 10 kg/mm2 bei einer der Temperatur des zuströmenden Dampfs entsprechenden Temperatur zeigt.
  3. Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beweglichen Blätter (16, 17) und/oder die feststehenden Blätter mindestens der ersten Stufe aus martensitischem Stahl hergestellt sind, der eine 105-Stunden-Zeitstandfestigkeit von mindestens 15 kg/mm2 bei einer der Temperatur des zuströmenden Dampfs der ersten Stufe entsprechenden Temperatur zeigt oder bei Raumtemperatur eine Gegenspannung von mindestens 90 kg/mm2 zeigt.
  4. Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2, wobei unter den beweglichen Blättern (16, 17) die Blätter der ersten Stufe aus einer auf Nickel beruhenden abgeschiedenen Verstärkungslegierung hergestellt sind, die bei Raumtemperatur eine Gegenspannung von mindestens 100 kg/mm2 zeigt.
  5. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Innengehäuse (18; 20, 21) aus einem hochfesten martensitischen Stahl hergestellt ist, der 0,06–0,16 % C, maximal 0,5 % Si, maximal 1 % Mn, 0,2–1,0 Ni, 8–12 % Cr, 0,05–0,35 % V, 0,01–0,15 % Nb, 0,01–0,1 % N, maximal 1,5 % Mo, 1–4 % W und 0,0005–0,03 % B enthält und mindestens 85 % Fe aufweist, wobei die Prozent-Angaben auf das Gewicht bezogen sind.
  6. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Verwendung in Hochdruck-Anwendungen, wobei die beweglichen Blätter (16) mit Ausnahme einer ersten Doppelstrom-Stufen in mindestens 7 Stufen auf jeder Seite in Längsrichtung des Rotorschafts (23) angeordnet sind und der Rotorschaft (23) zwischen der jeweiligen Mitte von Lagern, in denen er wellengelagert ist, einen Abstand (L) von mindestens 5000 mm und an seinen Teilen, die den feststehenden Blättern entsprechen, einen Minimalduchmesser (D) von mindestens 600 mm aufweist, wobei das Verhältnis (L/D) zwischen dem Abstand (L) und dem Durchmesser (D) 8,0–9.0 beträgt.
  7. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Verwendung in Mitteldruck-Anwendungen, wobei die beweglichen Blätter (17) einen Doppelstrom-Aufbau aufweisen, bei dem auf jeder Seite in Längsrichtung des Rotorschafts (24), in wechselweise symmetrischer Anordnung auf beiden Seiten, 6 Stufen enthalten sind und bei dem die ersten Stufen der Anordnung auf einem Mittelteil des Rotorschafts (24) in Längsrichtung angebracht sind; wobei der Rotorschaft (24) zwischen der jeweiligen Mitte von Lagern, in denen er wellengelagert ist, einen Abstand (L) von mindestens 5000 mm und an seinen Teilen, die den feststehenden Blättern entsprechen, einen Minimalduchmesser (D) von mindestens 600 mm aufweist, wobei das Verhältnis (LID) zwischen dem Abstand (L) und dem Durchmesser (D) 8,2–9.2 beträgt.
  8. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Verwendung in Hochdruck-Anwendungen, wobei die beweglichen Blätter (16) so in mindestens 7 Stufen angeordnet sind, daß die jeweilige Länge der beweglichen Blätter von einer stromaufwärts-Seite des Dampfstroms zu dessen stromabwärts-Seite länger wird, wobei eine erste Stufe der beweglichen Blätter nicht kürzer als 35 mm und eine letzte Stufe der beweglichen Blätter nicht länger als 210 mm ist; wobei die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts (23), auf denen die beweglichen Blätter angebracht sind, größer als die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts (23) sind, die den feststehenden Blättern entsprechen; und wobei in Axialrichtung des Rotorschafts (23) die jeweilige Weite der entsprechenden Stufen der Teile des Rotorschafts zur Anbringung der beweglichen Blätter auf einer stromabwärts-Seite größer als auf einer stromaufwärts-Seite ist und die Verhältnisse dieser Weiten zu den Längen der beweglichen Blätter innerhalb eines Bereichs von 0,6–1,0 auf der stromabwärts-Seite kleiner als auf der stromaufwärts-Seite sind.
  9. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 8 zur Verwendung in Hochdruck-Anwendungen, wobei die beweglichen Blätter (16) so in mindestens 7 Stufen angeordnet sind, daß die jeweilige Länge der beweglichen Blätter von einer stromaufwärts-Seite des Dampfstroms zu dessen stromabwärts-Seite länger wird, wobei eine erste Stufe der beweglichen Blätter (16) nicht kürzer als 35 mm und eine letzte Stufe der beweglichen Blätter (16) nicht länger als 210 mm ist; wobei die Verhältnisse zwischen den Längen der beweglichen Blätter der jeweils benachbarten Stufen maximal 1,2 betragen und diese Verhältnisse auf der stromabwärts-Seite größer als auf der stromaufwärts-Seite sind.
  10. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 8 oder 9 zur Verwendung in Hochdruck-Anwendungen, wobei die beweglichen Blätter (16) in mindestens 7 Stufen so angeordnet sind, daß die jeweilige Länge der beweglichen Blätter von einer stromaufwärts-Seite des Dampfstroms zu dessen stromabwärts-Seite länger wird, wobei eine erste Stufe der beweglichen Blätter nicht kürzer als 35 mm und eine letzte Stufe der beweglichen Blätter nicht länger als 210 mm ist; wobei die Durchmesser derjenigen Teilen des Rotorschafts (23) die den feststehenden Blättern entsprechen, kleiner als die Durchmesser der Abschnitte zur Anbringung der beweglichen Blätter sind und die in Axialrichtung des Rotorschafts genommene jeweilige Weite derjenigen Teile des Rotorschafts (23), die den feststehenden Blättern entsprechen, auf der stromabwärts-Seite kleiner als auf der stromaufwärts-Seite ist und die Verhältnisse dieser Weiten zu den Längen der stromabwärts-seitigen beweglichen Blätter (16) des entsprechenden Abschnitts innerhalb eines Bereichs von 0,65–1,8 zur stromabwärts-Seite hin abnehmen.
  11. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7 zur Verwendung in Mitteldruck-Anwendungen, wobei die beweglichen Blätter (17) einen Doppelstrom-Aufbau aufweisen, bei dem auf jeder von zwei Seiten in Längsrichtung des Rotorschafts (24), in wechselweise symmetrischer Anordnung auf beiden Seiten, mindestens 6 Stufen enthalten sind und die jeweilige Länge der beweglichen Blätter von einer stromaufwärts-Seite des Dampfstroms zu dessen stromabwärts-Seite länger wird, wobei eine erste Stufe der beweglichen Blätter (17) nicht kürzer als 90 mm und eine letzte Stufe der beweglichen Blätter (17) nicht länger als 350 mm ist; wobei die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts (24), auf denen die beweglichen Blätter (17) angebracht sind, größer als die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts sind, die den feststehenden Blättern entsprechen; und wobei in Axialrichtung des Rotorschafts die jeweilige Weite der Teile des Rotorschafts zur Anbringung der beweglichen Blätter auf der stromabwärts-Seite größer als auf der stromaufwärts-Seite ist und die Verhältnisse dieser Weiten zu den Längen der beweglichen Blätter innerhalb eines Bereichs von 0,45–0,75 von der stromaufwärts-Seite zur stromabwärts-Seite abnehmen.
  12. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7 oder 11 zur Verwendung in Mitteldruck-Anwendungen, wobei die beweglichen Blätter (17) einen Doppelstrom-Aufbau aufweisen, bei dem auf jeder von zwei Seiten in Längsrichtung des Rotorschafts (24), in wechselweise symmetrischer Anordnung auf beiden Seiten, mindestens 6 Stufen enthalten sind und die jeweilige Länge der beweglichen Blätter von einer stromaufwärts-Seite des Dampfstroms zu dessen stromabwärts-Seite länger wird, wobei eine erste Stufe der beweglichen Blätter nicht kürzer als 90 mm und eine letzte Stufe der beweglichen Blätter nicht länger als 350 mm ist; und wobei die Längen der entsprechenderweise benachbarten beweglichen Blätter auf der stromabwärts-Seite größer als auf der stromaufwärts-Seite sind und die Verhältnisse der Längen benachbarter Blätter maximal 1,3 betragen und zur stromabwärts-Seite stetig zunehmen.
  13. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7, 11 oder 12 zur Verwendung in Mitteldruck-Anwendungen, wobei die beweglichen Blätter (17) einen Doppelstrom-Aufbau aufweisen, in dem auf jeder von zwei Seiten in Längsrichtung des Rotorschafts (24), in wechselweise symmetrischer Anordnung auf beiden Seiten, mindestens 6 Stufen vorhanden sind und die jeweilige Länge der beweglichen Blätter (17) von einer stromaufwärts-Seite des Dampfstroms zu dessen stromabwärts-Seite länger wird, wobei eine erste Stufe der beweglichen Blätter nicht kürzer als 90 mm und eine letzte Stufe der beweglichen Blätter nicht länger als 350 mm ist; wobei die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts (24), die den feststehenden Blättern entsprechen, kleiner als die Durchmesser des Abschnitts des Rotorschafts zur Anbringung der beweglichen Blätter sind und die jeweilige in Axialrichtung des Rotorschafts genommene Weite derjenigen Teile des Rotorschafts (24), die den feststehenden Blättern entsprechen, auf der stromabwärts-Seite kleiner als auf der stromaufwärts-Seite ist und die Verhältnisse dieser Weiten zu den Längen der stromabwärts-seitigen beweglichen Blätter des entsprechenden Abschnitts innerhalb eines Bereichs von 0,45–1,60 zur stromabwärts-Seite hin abnehmen.
  14. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 8 bis 10 zur Verwendung in Hochdruck-Anwendungen, wobei die beweglichen Blätter (16) in mindestens 7 Stufen angeordnet sind; wobei die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts (23) die den feststehenden Blättern entsprechen, kleiner als die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts sind, die den angebrachten beweglichen Blättern entsprechen; wobei in Axialrichtung des Rotorschafts die jeweilige Weite der Rotorschaftsteile, die den feststehenden Blättern entsprechen, bei mindestens zwei der Stufen auf einer stromaufwärts-Seite des Dampfstroms schrittweise größer als auf dessen stromabwärts-Seite ist und die Weite zwischen der letzten Stufe der beweglichen Blätter (16) und der der letzten Stufe direkt vorhergehenden Stufe 0,75–0,95 mal so groß wie die Weite zwischen der zweiten Stufe und der dritten Stufe der beweglichen Blätter ist; und wobei in Axialrichtung des Rotorschafts die jeweilige Weite der Rotorschaftsteile, die den angebrachten beweglichen Blättern entsprechen, bei mindestens drei der Stufen auf der stromabwärts-Seite des Dampfstroms schrittweise größer als auf dessen stromaufwärts-Seite ist und die axiale Weite der letzten Stufe der beweglichen Blätter (16) am Abschnitt zur Anbringung der beweglichen Blätter 1 bis 2 mal so groß wie die axiale Weite der zweiten Stufe der beweglichen Blätter (16) bei dem Abschnitt zur Anbringung der beweglichen Blätter ist.
  15. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7, 11 bis 13 zur Verwendung in Mitteldruck-Anwendungen, wobei die beweglichen Blätter (17) in mindestens 6 Stufen angeordnet sind; wobei die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts (24), die den feststehenden Blättern entsprechen, kleiner als die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts sind, die den angebrachten beweglichen Blättern entsprechen; wobei in Axialrichtung des Rotorschafts die jeweilige Weite derjenigen Rotorschaftsteile, die den feststehenden Blättern entsprechen, bei mindestens zwei der Stufen auf einer stromaufwärts-Seite des Dampfstroms größer als auf dessen stromabwärts-Seite ist und die Weite zwischen der letzten Stufe der beweglichen Blätter und der der letzten Stufe direkt vorhergehenden Stufe 0,6–0,8 mal so groß wie die Weite zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe der beweglichen Blätter ist; und wobei in Axialrichtung des Rotorschafts die jeweilige Weite der Rotorschaftsteile, die den angebrachten beweglichen Blättern entsprechen, bei mindestens zwei der Stufen auf der stromabwärts-Seite des Dampfstroms schrittweise größer als auf dessen stromaufwärts-Seite ist und die axiale Weite der letzten Stufe der beweglichen Blätter des Abschnitts zur Anbringung der beweglichen Blätter 0,8–2 mal so groß wie die axiale Weite der ersten Stufe der beweglichen Blätter des Abschnitts zur Anbringung der beweglichen Blätter ist.
  16. Dampfturbinen-Kraftwerk mit einer Hochdruck-Turbine (52), einer Mitteldruck-Turbine (53) und einer Niederdruck-Turbine (54, 55), wobei Dampfeinlässe (28, 29) für jeweils die Hochdruck- und die Mitteldruck-Turbine (52, 53), die jeweils in der Hochdruck- und der Mitteldruck-Turbine (52, 53) zu beweglichen Blättern (16, 17) einer ersten Stufe führen, eine Temperatur von 610–660 °C aufweisen und der Dampfeinlaß der Niederdruck-Turbine (54, 55), der zu beweglichen Blättern (41) einer ersten Stufe in der Niederdruck-Turbine führt, eine Temperatur von 380–475 °C aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruck-Turbine (52) in einem der Ansprüche 1 bis 6, 8 bis 10 oder 14 und die Mitteldruck-Turbine (53) in einem der Ansprüche 1 bis 5, 7, 11 bis 13 oder 15 definiert ist.
  17. Dampfturbinen-Kraftwerk nach Anspruch 16, wobei die beweglichen Blätter (16) der ersten Stufe der Hochdruck-Turbine (52) und derjenige Teil eines Rotorschafts (23) der Hochdruck-Turbine, auf dem die beweglichen Blätter der ersten Stufe angebracht sind, bei Metalltemperaturen gehalten sind, die sich nicht mehr als 40 °C unter einer Temperatur des Dampfeinlasses der Hochdruck-Turbine befinden, der zu den beweglichen Blättern der ersten Stufe führt; und wobei die beweglichen Blätter (17) der ersten Stufe der Mitteldruck-Turbine (53) und der Teil eines Rotorschafts (24) der Mitteldruck-Turbine, auf dem die beweglichen Blätter der ersten Stufe angebracht sind, bei einer Metalltemperatur gehalten sind, die sich nicht mehr als 75 °C unter einer Temperatur des Dampfeinlasses der Mitteldruck-Turbine, der zu den beweglichen Blättern der ersten Stufe führt, befindet.
  18. Kohlebefeuertes Dampfturbinen-Kraftwerk mit einem kohlegefeuerten Kessel (51), Dampfturbinen (52, 53, 54, 55), die von von dem Kessel (51) erzeugtem Dampf angetrieben werden, und einem oder zwei Generatoren (68) die von von den Dampfturbinen angetrieben werden und eine Ausgabe von mindestens 1000 MW erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfturbinen eine Hochdruck-Turbine (52) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 8 bis 10 oder 14, eine Mitteldruck-Turbine (53) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7, 11 bis 13 oder 15, wobei die Mitteldruck-Turbine (53) mit der Hochdruck-Turbine (52) verbunden ist, und zwei Niederdruck-Turbinen (54, 55) enthält, wobei sich der jeweilige Dampfeinlaß (28, 29) der Hochdruck- und der Mitteldruck-Turbine (52, 53), der zu beweglichen Blättern (16, 17) einer ersten Stufe führt, auf einer Temperatur von 610 bis 660 °C befindet und sich der Dampfeinlaß der Niederdruck-Turbine (54, 55), der zu beweglichen Blättern (41) einer ersten Stufe führt, auf einer Temperatur von 380–450 °C befindet und die erste Stufe der beweglichen Blätter (16, 17) der Hochdruck-Turbine (52) und/oder der Mitteldruck-Turbine (53) nach Anspruch 3 oder 4 definiert ist.
  19. Kohlebefeuertes Dampfturbinen-Kraftwerk nach Anspruch 18, wobei der von einem Überhitzer (66) des Kessels (51) auf eine um mindestens 3 °C höhere Temperatur als die Temperatur des Dampfeinlasses (28) der Hochdruck-Turbine (52) erhitzte Dampf in die beweglichen Blätter (16) der ersten Stufe der Hochdruck-Turbine (52) strömen gelassen wird, wobei der die Hochdruck-Turbine (52) verlassende Dampf von einem Wiedererhitzer (66) des Kessels (51) auf eine um mindestens 2 °C höhere Temperatur als die Temperatur des Dampfeinlasses (29) der Mitteldruck-Turbine (53), der zu deren beweglichen Blättern (17) der ersten Stufe führt, erhitzt wird, woraufhin bewirkt wird, daß der erhitzte Dampf in die beweglichen Blätter der ersten Stufe der Mitteldruck-Turbine strömt, und wobei der die Mitteldruck-Turbine verlassende Dampf von einem Abgasvorwärmer (64) des Kessels (51) auf eine um mindestens 3 °C höhere Temperatur als die Temperatur des Dampfeinlasses der Niederdruck-Turbine (54, 55) erhitzt wird, der zu deren beweglichen Blättern der ersten Stufe führt, woraufhin der erhitzte Dampf in die beweglichen Blätter der ersten Stufe der Niederdruck-Turbine strömen gelassen wird.
  20. Kraftwerk nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Niederdruck-Dampfturbine (54, 55) einen Rotorschaft (44), auf dem Rotorschaft angebrachte bewegliche Blätter (41), feststehende Blätter (42), die einen Dampf-Zustrom auf die beweglichen Blätter (41) leiten, und ein die feststehenden Blätter (42) haltendes Innengehäuse aufweist; wobei die beweglichen Blätter (41) einen Doppelstrom-Aufbau aufweisen, bei dem auf jeder Seite in Längsrichtung des Rotorschafts, in wechselweise symmetrische Anordnung auf beiden Seiten, mindestens 8 Stufen enthalten sind, wobei die ersten Stufen der Anordnung in Längsrichtung auf einem Mittelteil des Rotorschafts angebracht sind; wobei der Rotorschaft zwischen der jeweiligen Mitte von Lagern, in denen er wellengelagert ist, einen Abstand (L) von mindestens 7000 mm und einen Minimaldurchmesser (D) an seinen den feststehenden Blätter entsprechenden Teilen von mindestens 1150 mm aufweist, wobei ein Verhältnis (L/D) zwischen dem Abstand (L) und dem Durchmesser (D) 5,4–6,3 beträgt und wobei er aus niederlegiertem Ni-Cr-Mo-V-Stahl mit 1 bis 2,5 Gew. % Cr und 3,0 bis 4,5 Gew. % Ni hergestellt ist; und wobei die beweglichen Blätter der letzten Stufe der Anordnung jeweils eine Länge von mindestens 1016 mm (40 Zoll) aufweisen und aus einer Legierung auf Ti-Basis hergestellt sind.
  21. Kraftwerk nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei die Niederdruck-Dampfturbine (54, 55) einen Rotorschaft (44), auf dem Rotorschaft angebrachte bewegliche Blätter (41), feststehende Blätter (42), die einen Dampf-Zustrom zu den beweglichen Blättern leiten, und ein die feststehenden Blätter haltendes Innengehäuse aufweist; wobei sich der Dampfeinlaß der Niederdruck-Turbine, der zu einem erststufigen der beweglichen Blätter führt, auf einer Temperatur von 380–450 °C befindet; und wobei der Rotorschaft aus niederlegiertem Stahl hergestellt ist, der 0,2–0,3 % C, maximal 0,05 % Si, maximal 0,1 % Mn, 3,0 bis 4,5 % Ni, 1,25–2.25 % Cr, 0,07–0,20 % Mo, 0,07–0,2 % V und mindestens 92,5 % Fe enthält, wobei die Prozentangaben auf das Gewicht bezogen sind.
  22. Kraftwerk nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Niederdruck-Dampfturbine (54, 55) einen Rotorschaft (44), auf dem Rotorschaft angebrachte bewegliche Blätter (41), feststehende Blätter (42), die einen Dampf-Zustrom zu den beweglichen Blättern leiten, und ein die feststehenden Blätter haltendes Innengehäuse aufweist; wobei die beweglichen Blätter einen Doppelstrom-Aufbau aufweisen, bei dem auf jeder von zwei Seiten in Längsrichtung des Rotorschafts, in wechselweise symmetrischer Anordnung auf beiden Seiten, mindestens 8 Stufen enthalten sind und die jeweilige Länge der beweglichen Blätter von einer stromaufwärts-Seite des Dampfstroms zu einer stromabwärts-Seite länger wird, wobei eine erste Stufe der beweglichen Blätter nicht größer als 90 mm und eine letzte Stufe der beweglichen Blätter nicht länger als 1300 mm ist; wobei die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts, auf denen die beweglichen Blätter angebracht sind, größer als die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts sind, die den feststehenden Blättern entsprechen; und wobei in Axialrichtung des Rotorschafts die jeweilige Weite der Teile des Rotorschafts zur Anbringung der beweglichen Blätter auf der stromabwärts-Seite größer als auf der stromaufwärts-Seite ist und die Verhältnisse dieser Weiten zu den Längen der beweglichen Blätter innerhalb eines Bereichs von 0,15–1,0 von der stromaufwärts-Seite zur stromabwärts-Seite hinabnimmt.
  23. Kraftwerk nach einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei die Niederdruck-Dampfturbine (54, 55) einen Rotorschaft (44), auf dem Rotorschaft angebrachte bewegliche Blätter (41), feststehende Blätter (42), die einen Dampf-Zustrom zu den beweglichen Blättern leiten, und ein die feststehenden Blätter haltendes Innengehäuse aufweist; wobei die beweglichen Blätter einen Doppelstrom-Aufbau aufweisen, der auf jeder von zwei Seiten in Längsrichtung des Rotorschafts, in wechselweise symmetrischer Anordnung auf beiden Seiten, mindestens 8 Stufen enthält, wobei die Längen der beweglichen Blätter von einer stromaufwärts-Seite des Dampfstroms zu einer stromabwärts-Seite länger werden, wobei eine erste Stufe der beweglichen Blätter nicht kürzer als 90 mm und eine letzte Stufe der beweglichen Blätter nicht länger als 1300 mm ist; und wobei die Längen der beweglichen Blätter entsprechenderweise benachbarter Stufen auf der stromabwärts-Seite größer als auf der stromaufwärts-Seite sind und ihre Verhältnisse zur stromabwärts-Seite hin innerhalb eines Bereichs von 1,2–1,7 stetig zunehmen.
  24. Kraftwerk nach einem der Ansprüche 16 bis 23, wobei die Niederdruck-Dampfturbine (54, 55) einen Rotorschaft (45), auf dem Rotorschaft angebrachte bewegliche Blätter (41), feststehende Blätter (42), die einen Dampf-Zustrom zu den beweglichen Blättern leiten, und ein die feststehenden Blätter haltendes Innengehäuse aufweist; wobei die beweglichen Blätter einen Doppelstrom-Aufbau aufweisen, der auf jeder von zwei Seiten in Längsrichtung des Rotorschafts, in wechselweise symmetrische Anordnung auf beiden Seiten, mindestens 8 Stufen beinhaltet, wobei die Längen der beweglichen Blätter von einer stromaufwärts-Seite des Dampfstroms zu einer stromabwärts-Seite länger werden, wobei eine erste Stufe der beweglichen Blätter nicht kürzer als 90 mm und eine letzte Stufe der beweglichen Blätter nicht länger als 1300 mm ist; und wobei die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts, die den feststehenden Blättern entsprechen, kleiner als die Durchmesser des Abschnitts des Rotorschafts zur Anbringung der beweglichen Blätter sind und die jeweilige in Axialrichtung des Rotorschafts genommene Weite derjenigen Teile des Rotorschafts, die den feststehenden Blättern entsprechen, auf der stromabwärts-Seite größer als auf der stromaufwärts-Seite ist und die Verhältnisse dieser Weiten zu den Längen entsprechenderweise benachbarter beweglicher Blätter entsprechender Abschnitte auf der stromabwärts-Seite schrittweise innerhalb eines Bereichs von 0,2–1,4 zur stromabwärts-Seite abnehmen.
  25. Kraftwerk nach einem der Ansprüche 16 bis 24, wobei die Niederdruck-Dampfturbine (54, 55) einen Rotorschaft (44), auf dem Rotorschaft angebrachte bewegliche Blätter (41), feststehende Blätter (42), die einen Dampf-Zustrom zu den beweglichen Blättern leiten, und ein die feststehenden Blätter haltendes Innengehäuse aufweist; wobei die beweglichen Blätter einen Doppelstrom-Aufbau aufweisen, der auf jeder von zwei Seiten in Axialrichtung des Rotorschafts, in wechselweise symmetrische Anordnung auf beiden Seiten, mindestens 8 Stufen beinhaltet; wobei die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts, die den feststehenden Blättern entsprechen, keiner als die Durchmesser derjenigen Teile des Rotorschafts sind, die den angebrachten beweglichen Blättern entsprechen; wobei die jeweilige Weite in Axialrichtung des Rotorschafts derjenigen Teile des Rotorschafts, die den feststehenden Blättern entsprechen, bei mindestens drei der Stufen auf einer stromaufwärts-Seite des Dampfstroms schrittweise größer als auf dessen stromabwärts-Seite ist und die Weite zwischen der letzten Stufe der beweglichen Blätter und der der letzten Stufe direkt vorausgehenden Stufe 1,5–2,5 mal so groß wie die Weite zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe der beweglichen Blätter ist; und wobei die jeweilige Weite der Rotorschaftsteile, die den angebrachten beweglichen Blättern entsprechen, bei mindestens drei der Stufen in Axialrichtung des Rotorschafts auf der stromabwärts-Seite des Dampfstroms schrittweise größer als auf dessen stromaufwärts-Seite ist und die Axialweite der letzten Stufe der beweglichen Blätter 2 bis 3 mal so groß wie die Axialweite der ersten Stufe der beweglichen Blätter ist.
  26. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit aufgebrachten Schweißschichten, die aus einem Metall mit besseren Lagereigenschaften als ein Muttermetall des Rotorschafts hergestellt sind und auf der Oberfläche jedes Wellenlagerabschnitts des Rotorschafts ausgebildet sind.
  27. Dampfturbine nach Anspruch 26, wobei mindestens drei aufgebrachte Schweißschichten gebildet sind.
  28. Dampfturbine nach Anspruch 27, wobei 5 bis 10 aufgebrachte Schweißschichten ausgebildet sind.
  29. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei die äußerste Schicht der aufgebrachten Schweißschichten aus einem niederlegierten Stahl mit 0,5 bis 3 Gew. % Cr hergestellt ist.
  30. Dampfturbine nach Anspruch 29, wobei die äußerste Schicht der aufgebrachten Schweißschichten aus einem niederlegierten Stahl mit 0,01 bis 0,15 Gew. % C, 0,3 bis 1 Gew. Si, 0,3 bis 1,5 Gew. % Mn und 0,5 bis 3 Gew. % Cr sowie 0,1 bis 1,5 Gew. % Mo hergestellt ist.
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