JP2003269106A

JP2003269106A - 蒸気タービン

Info

Publication number: JP2003269106A
Application number: JP2002065047A
Authority: JP
Inventors: Masataka Kikuchi; 地正孝菊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】蒸気温度が６５０℃以上の蒸気タービンであ
るにもかかわらず、高熱応力の発生が抑制されて低サイ
クル疲労損傷の防止することができるとともに、遠心力
によるタービン動翼接合部の応力を大幅に低減し十分な
強度が確保できるようにした蒸気タービンを得ること。【解決手段】タービンに流入する蒸気の温度が６５０
℃以上の蒸気タービンにおいて、且つ低圧タービン部を
除くタービン段落のうちの少なくとも１段落以上の段落
に関する。例えば１２Ｃｒ鋼に代表されるフェライト系
鉄鋼材料からなるタービン動翼の基部を、同様に１２Ｃ
ｒ鋼に代表されるフェライト系鉄鋼材料からなるタービ
ンシャフトと一体で形成されているディスクの外周に直
接溶接接合することによってタービンのロータ部を構成
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンに流入す
る蒸気条件が６５０℃以上の蒸気タービンに係り、特に
そのロータ部に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電プラントの蒸気条件の高温・高
圧化は、その効率向上に寄与する非常に重要かつ基本的
な要因であるが、１９６０年代後半に２４．１ＭＰａ、
５３８／５６６℃の一段再熱の蒸気条件がわが国の事業
用火力タービンの標準的なものとして確立されてから
は、最近に至るまで画期的な進展はみられていなかっ
た。しかし、オイルショック以来、省エネルギー化が強
力に推進され、その後の地球温暖化問題に対する急速な
関心の高まりから火力発電プラントの高効率化が押し進
められている。

【０００３】発電効率を上げるためには蒸気タービンの
蒸気温度を上げるのが最も有効な手段である。従来の蒸
気タービン設備の蒸気条件は、６００℃級以下の蒸気温
度であり、蒸気タービンのタービンシャフト、タービン
動翼等の主要部材にはＣｒＭｏＶ鋼や１２Ｃｒ鋼に代表
されるフェライト系耐熱鋼が用いられている。蒸気温度
６００℃級の蒸気タービンのタービン動翼においては一
部においてＮｉ基合金が適用されることもあった。

【０００４】従来の高効率タービン用のフェライト系耐
熱鋼としては、例えば特公昭６０−３１８９８号公報、
特公昭６０−５４３８５号公報また特開平２−１４９６
４９号公報にみられるような高強度耐熱鋼が知られ、特
にこれらの材料として高温強度のより優れた耐熱鋼とし
ては、特開平８−３６９７号公報や特開平７−３４２０
２号公報にみられるような高強度耐熱鋼が知られてい
る。

【０００５】しかしながら、これらフェライト系耐熱鋼
は６００℃を越えるとその強度が急激に低下する。

【０００６】従来技術においては、タービン動翼をター
ビンシャフトに取り付けるための接合構造として、図１
３に代表されるようなタービン動翼１の動翼基部１ａに
形成されたあり溝１ａ_１とタービンシャフト２に一体的
に設けられたディスク３の外周部のあり溝３ａ_１の嵌合
による方法が用いられている。このあり溝１ａ_１、３ａ
_１にはタービン動翼１の遠心力が作用するので、あり溝
部分には強大な応力が作用している。なおかつ、あり溝
１ａ_１、３ａ_１の嵌合によるタービン動翼１とディスク
３との接合においては、あり溝形状による断面積の減少
に伴う応力の上昇や、あり溝形状の角部の高い応力集中
係数による局所応力の上昇、タービン動翼１とタービン
シャフト２のディスク３のあり溝嵌合部の接触端近傍の
応力の上昇などによって、これらのあり溝部は非常に高
い応力にさらされている。

【０００７】６５０℃以上の蒸気条件の蒸気タービンに
おいては、タービンシャフトまたはタービン動翼がフェ
ライト系鉄鋼材料から形成されている場合、高温による
材料の強度低下が顕著になるので、このような従来のタ
ービン動翼接合構造では強度上の安全性を確保すること
が困難になってくる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】蒸気タービン設備の蒸
気条件が、６５０℃級以上の蒸気温度になった場合に、
タービンシャフト、ディスクおよびタービン動翼をフェ
ライト系鉄鋼材料によって形成し、タービン動翼とディ
スク間の接合方法として従来からの技術であるところの
あり溝の嵌合による接合方法を適用することは、高温に
さらされる部分のあり溝嵌部が強度的に非常に厳しい状
態となって、その実現性に欠けざるを得ないと言える。

【０００９】また、蒸気タービン設備の蒸気条件が、６
５０℃級以上の蒸気温度になった場合には、タービン動
翼を高温高強度のＮｉ基合金としたとしても、タービン
動翼とディスク間の接合方法として従来からの技術であ
るところのあり溝の嵌合による接合方法を適用すること
は、フェライト系鉄鋼材料からなるディスク側のあり溝
形状部分が強度的に厳しいままであり、やはりその実現
性は極めて低い。

【００１０】タービンシャフトは厚肉の構造物でありタ
ービンの起動時や停止時には外表面部と中心部の間に温
度差が生じて大きな熱応力が発生する。フェライト系鉄
鋼材料は熱伝導率が比較的高いのでタービンシャフトに
フェライト系鉄鋼材料を適用する限りにおいては現状の
タービン起動スケジュールに従って運転しても過大な熱
応力が発生することは希である。ところが、蒸気条件の
高温化に対処する目的でタービンシャフトに高温高強度
のＮｉ基合金などに代表されるオーステナイト系金属材
料（具体的な材料としてＳＵＳ３１６等）を適用した場
合、オーステナイト系金属材料は熱伝導率がフェライト
系鉄鋼材料に比べて１／２程度であって小さいために従
来プラントと同等の起動・停止スケジュールを適用する
と、タービンの起動停止時にタービンシャフト外表面と
中心部の間に極めて大きな温度差が発生して極端に過大
な熱応力および熱歪みが発生し、しかもタービン起動停
止の繰り返しによってこの過大な熱歪みが繰り返し負荷
されるので低サイクル疲労損傷を誘発し、タービンシャ
フトに亀裂が発生することによる軸振動の発生やタービ
ンシャフトの損傷等によりタービンの運転に支障をきた
すことになる。タービンシャフトにオーステナイト系金
属材料を適用した際に上述のような問題が生じないよう
にするにはタービンの起動・停止スケジュールを大幅に
遅延伸長させて起動および停止に十分な時間を与えれば
よいことになるが、そのようなゆっくりとした起動・停
止スケジュールは運転コストの問題や運用性の問題など
から商業的に非現実的である。それ故に、タービンシャ
フトにオーステナイト系金属材料を適用することなくフ
ェライト系鉄鋼材料を適用した蒸気条件６５０℃以上の
蒸気タービンを実現することが課題となっている。

【００１１】フェライト系鉄鋼材料で形成されたタービ
ンシャフトの高温部において強度的に厳しい部位はター
ビン動翼接合部のあり溝構造部分、ディスク位置のター
ビンシャフト中心孔表面およびディスク付け根部のター
ビンシャフト表面である。

【００１２】従って、タービン動翼接合部の応力低減、
タービンシャフト中心孔の応力低減が、オーステナイト
系金属材料に比べて６００℃を越えるような高温域では
強度的に劣るが安価で熱伝導性に優れたフェライト系鉄
鋼材料をタービンシャフトに採用するための課題である
と言える。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明は、タービンに流入する蒸気の
温度が６５０℃以上の蒸気タービンにける低圧タービン
部を除くタービン段落のうちの少なくとも１段落以上の
段落において、タービン動翼の基部をタービンシャフト
と一体で形成されているディスクの外周に溶接接合する
ことによってタービンのロータ部を構成したことを特徴
とする。

【００１４】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明において、タービン動翼の基部を動翼植付けリングの
外周に溶接することによってタービン動翼を動翼植付け
リングに接合し、その動翼植付けリングの内周をタービ
ンシャフトと一体で形成されているディスクの外周に溶
接接合することによってタービンのロータ部を構成した
ことを特徴とする。

【００１５】請求項３に係る発明は、請求項１に係る発
明において、精密鋳造、電解加工及び機械加工の少なく
とも１つの方法により全周一群構造のタービン動翼をリ
ング状の一体構造物として形成し、そのリング状の一体
構造物として形成された全周一群構造のタービン動翼の
動翼基部を、タービンシャフトから一体で形成されてい
るディスクの外周に溶接接合することによってタービン
のロータ部を構成したことを特徴とする。

【００１６】請求項４に係る発明は、請求項１ないし３
のいずれかに係る発明において、タービンシャフトから
一体で形成されているディスクの外周の中央部及びター
ビン動翼基部の内周の中央部の少なくとも一方に溝を形
成し、そのタービン動翼基部をそのディスクの外周に溶
接することによって接合し、ディスク及びタービン動翼
基部の少なくとも一方に空間を形成させたことを特徴と
する。

【００１７】請求項５に係る発明は、請求項１ないし４
のいずれかに係る発明において、タービンシャフト及び
タービン動翼の材料が１２Ｃｒ鋼に代表されるフェライ
ト系鉄鋼材料であることを特徴とする。

【００１８】請求項６に係る発明は、請求項１ないし４
のいずれかに係る発明において、タービンシャフトの材
料が１２Ｃｒ鋼に代表されるフェライト系鉄鋼材料であ
り、タービン動翼の材料がＮｉを３５％以上含むＮｉ基
合金であることを特徴とする。

【００１９】請求項７に係る発明は、請求項３に係る発
明において、リング状の一体構造物として形成された全
周一群構造のタービン動翼の動翼基部を別の中間リング
の外周に溶接接合し、その中間リングの内周をタービン
シャフトと一体で形成されているディスクの外周に溶接
接合することによってタービンのロータ部を構成したこ
とを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明における第
１の実施形態の例を示す図であり、図１はタービン動翼
の蒸気出口側から見た図、図２はロータの部分的な縦断
面図である。

【００２１】本実施の形態は、タービンに流入する蒸気
の温度が６５０℃以上の蒸気タービンにおいて、且つ低
圧タービン部を除くタービン段落のうちの少なくとも１
段落以上の段落におけるロータに係るものであって、図
中符号１０はタービンシャフトであり、そのタービンシ
ャフト１０にはディスク１１が一体に形成されている。
そして、そのディスク１１に、動翼１２ａ、動翼基部１
２ｂ、及びシュラウドリング１２ｃからなるタービン動
翼１２が装着されている。上記タービンシャフト１０及
びディスク１１、並びに上記タービン動翼１２はともに
１２Ｃｒ鋼に代表されるフェライト系鉄鋼材料により構
成されており、上記タービン動翼１２の動翼基部１２ｂ
が上記ディスク１１の外周に直接溶接により接合され、
タービンのロータが構成されている。

【００２２】しかして、本実施の形態によれば、蒸気温
度が６５０℃以上の蒸気タービンであるにもかかわらず
タービンシャフト及びタービン動翼の材料をフェライト
系鉄鋼材料としているので高熱応力の発生が抑制されて
低サイクル疲労損傷の防止に効果があり、またタービン
動翼接合部のあり溝構造を廃止してタービン動翼基部を
タービンシャフトのディスクに直接溶接接合する構造に
したので、遠心力によるタービン動翼接合部の応力が大
幅に低減されて十分な強度が確保でき、タービン動翼接
合部のクリープ損傷や疲労損傷を防止できる等の効果を
奏する。

【００２３】また、上記実施の形態においては、タービ
ン動翼をフェライト系鉄鋼材料により構成したものを示
したが、本実施の形態における変形例として、上述のタ
ービン動翼１２の材料をフェライト系鉄鋼材料に代えて
Ｎｉを３５％以上含むＮｉ基合金とすることもできる。
このようにタービン動翼を高温で高強度のＮｉ基合金と
した場合には、蒸気温度が６５０℃以上の蒸気タービン
においても動翼部は十分な強度を有することになるので
曲線形状を多用したことにより流体性能を追求した各種
の３次元アドバンストフローパターン動翼を適用するこ
とが可能となってタービンの性能を向上させることがで
きる。

【００２４】図３及び図４は本発明における第２の実施
の形態を示す図であり、図３はタービン動翼の蒸気出口
側から見た図、図４はロータの部分的な縦断面図であ
る。

【００２５】本実施の形態も、タービンに流入する蒸気
の温度が６５０℃以上の蒸気タービンにおいて、且つ低
圧タービン部を除くタービン段落のうちの少なくとも１
段落以上の段落に関するものであり、タービンシャフト
１０およびタービン動翼１２の材料を１２Ｃｒ鋼に代表
されるフェライト系鉄鋼材料とし、タービン動翼１２の
動翼基部１２ｂをフェライト系鋼からなる動翼植付けリ
ング１３の外周に溶接することによってタービン動翼１
２を動翼植付けリング１３に接合し、その動翼植付けリ
ング１３の内周をタービンシャフト１０と一体で形成さ
れているディスク１１の外周に溶接接合することによっ
てタービンのロータが構成されている。

【００２６】ところで、上記実施の形態におけるタービ
ン動翼１２の材料をフェライト系鉄鋼材料に代えてＮｉ
を３５％以上含むＮｉ基合金とすることもできる。この
場合、動翼植付けリング１３の材料としては、タービン
動翼１２とタービンシャフト１０及びディスク１１の材
料の線膨張率を考慮し、フェライト系鉄鋼材料、Ｎｉ基
合金、Ｃｏ基合金、オーステナイト系鉄鋼材料の中から
適宜選択することができる。好ましくは動翼植付けリン
グ１３の材料はタービン動翼１２とディスク１１を構成
する材料の中間の線膨張率を有する材料を適用する。

【００２７】しかして、本実施の形態によれば、蒸気温
度が６５０℃以上の蒸気タービンであるにもかかわらず
タービンシャフトをフェライト系鉄鋼材料としているの
で高熱応力の発生が抑制されて低サイクル疲労損傷の防
止に効果があり、またタービン動翼接合部のあり溝構造
を廃止してタービン動翼基部をタービンシャフトのディ
スクに直接溶接接合する構造にしたので、遠心力による
タービン動翼接合部の応力が大幅に低減されて十分な強
度が確保できタービン動翼接合部のクリープ損傷や疲労
損傷の防止に効果がある。また、上述の作用・効果に加
えて、タービン動翼基部１２ｂをフェライト系鋼からな
る動翼植付けリング１３の外周に溶接することによって
タービン動翼１２を動翼植付けリング１３に接合したの
で、長大なタービンシャフト１０に直接タービン動翼を
溶接接合する設備上の困難さを克服し、タービン動翼１
２をタービンシャフト１０とは別体の動翼植付けリング
１３に溶接して固定することになるので設備が簡略化で
きる。また、取り付け寸法精度も向上するのでタービン
の性能も向上する。

【００２８】さらに、図５及び図６は本発明における第
３の実施の形態を示す図であり、図５はタービン動翼の
蒸気出口側から見た図、図６はロータの部分的な縦断面
図である。

【００２９】本実施の形態も、タービンに流入する蒸気
の温度が６５０℃以上の蒸気タービンにおいて、且つ低
圧タービン部を除くタービン段落のうちの少なくとも１
段落以上の段落に関するものであり、タービンシャフト
１０は１２Ｃｒ鋼に代表されるフェライト系鉄鋼材料に
より形成されている。また、１２Ｃｒ鋼に代表されるフ
ェライト系鉄鋼材料からなるリングを、精密鋳造、電解
加工及び機械加工のいずれかの方法もしくは複数の方法
を組合わせて加工することによって、図７に示すよう
に、動翼１４ａ、リング状の動翼基部１４ｂ、及びリン
グ状のシュラウドリング１４ｃが一体となった全周一群
構造のタービン動翼１４を形成し、そのリング状の一体
構造物として形成された全周一群構造のタービン動翼１
４の動翼基部１４ｂをタービンシャフト１０に一体に形
成されているディスク１１の外周に溶接接合することに
よりタービンのロータが形成されている。

【００３０】しかして、本実施の形態によれば、蒸気温
度が６５０℃以上の蒸気タービンであるにもかかわらず
タービンシャフト１０及びディスク１１をフェライト系
鉄鋼材料としているので起動停止における高熱応力の発
生が抑制され低サイクル疲労損傷の防止に効果がある。
またディスク１１とタービン動翼１４の接合部のあり溝
構造を廃止してタービン動翼１４の動翼基部１４ｂをデ
ィスク１１に直接溶接接合する構造にしたので遠心力に
よるタービン動翼接合部の応力が大幅に低減されて十分
な強度が確保できタービン動翼接合部のクリープ損傷や
疲労損傷の防止に効果がある。しかも、その段落のター
ビン動翼を全周一群構造に一体で形成したので構造的に
剛であり流体励振力などの外力の影響を受け難い構造と
なって高サイクル疲労損傷の危険性が大幅に減ずること
ができる。また、個々に分割されたタービン動翼を１枚
ずつタービンシャフトのディスクに溶接により接合する
方法に比べて、全周一群構造の一体構造物としてのター
ビン動翼１４をタービンシャフト１０のディスク１１に
直接溶接接合したほうが寸法的なばらつきを少なくでき
るので動翼内の流れがスムーズになって蒸気通路部の寸
法的なばらつきによるタービンの性能の低下を抑制でき
る。また、溶接に際しての手順も簡単で溶接工数を大き
く低減できる等の効果を奏する。

【００３１】なお、上記の実施の形態におけるタービン
動翼１４の材料をフェライト系鉄鋼材料に代えてＮｉを
３５％以上含むＮｉ基合金とすることもできる。この場
合、タービン動翼１４を高温で高強度のＮｉ基合金とし
たことにより、蒸気温度が６５０℃以上の蒸気タービン
においてもタービン動翼１４の動翼１４ａの部分は十分
な強度を有することになるので曲線形状を多用すること
により流体性能を追求した各種の３次元アドバンストフ
ローパターン動翼を適用することが可能となってタービ
ンの性能を向上させることができる。

【００３２】図８及び図９は、本発明における第４の実
施の形態を示す図であり、図８はタービン動翼を蒸気出
口側から見た図、図９はロータの部分的な縦断面図であ
る。

【００３３】本実施の形態も、タービンに流入する蒸気
の温度が６５０℃以上の蒸気タービンにおいて、且つ低
圧タービン部を除くタービン段落のうちの少なくとも１
段落以上の段落に関するものであり、タービンシャフト
１０は１２Ｃｒ鋼に代表されるフェライト系鉄鋼材料に
より形成されている。また、Ｎｉを３５％以上含むＮｉ
基合金からなるリングを、精密鋳造、電解加工及び機械
加工のいずれかの方法もしくは複数の方法を組合わせて
加工することによって、動翼１５ａ、リング状の動翼基
部１５ｂ、及びリング状のシュラウドリング１５ｃが一
体となった全周一群構造のタービン動翼１５を形成し、
そのリング状の一体構造物として形成された全周一群構
造のタービン動翼１５の動翼基部１５bを別の中間リン
グ１６の外周に溶接接合し、その中間リング１６の内周
をタービンシャフト１０と一体で形成されているディス
ク１１の外周に溶接接合することによってタービンのロ
ータが形成されている。

【００３４】なお、ディスク１１の外周に溶接する中間
リング１６の材料としては、タービン動翼１５とタービ
ンシャフト１０およびディスク１１の材料の線膨張率を
考慮し、フェライト系鉄鋼材料、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合
金、オーステナイト系鉄鋼材料の中から適宜選択するこ
とができる。好ましくは中間リング１６の材料はタービ
ン動翼１５とディスク１１を構成する材料の中間の線膨
張率を有するものがよい。

【００３５】しかして、本実施の形態によれば、前記各
実施の形態と同様に、蒸気温度が６５０℃以上の蒸気タ
ービンであるにもかかわらずタービンシャフト１０及び
ディスク１１をフェライト系鉄鋼材料としているので起
動停止における高熱応力の発生が抑制され低サイクル疲
労損傷の防止に効果がある。またディスク１１とタービ
ン動翼１５の接合部のあり溝構造を廃止してタービン動
翼１５の動翼基部１５ｂを中間リング１６を介してディ
スク１１に溶接接合する構造にしたので遠心力によるタ
ービン動翼接合部の応力が大幅に低減されて十分な強度
が確保できタービン動翼接合部のクリープ損傷や疲労損
傷の防止に効果がある。また、中間リングは、タービン
シャフト１０及びディスク１１とタービン動翼１５がそ
れぞれ有する線膨張率の略中間の値を有する材料とした
ので、起動停止時においても溶接接合部に過大な熱応力
が負荷されることはない。さらに、その段落のタービン
動翼を全周一群構造に一体で形成したので構造的に剛で
あり流体励振力などの外力の影響を受け難い構造となっ
て高サイクル疲労損傷の危険性が大幅に減ずることがで
きる。また、個々に分割されたタービン動翼を１枚ずつ
タービンシャフトのディスクに溶接により接合する方法
に比べて、全周一群構造の一体構造物としてのタービン
動翼１５をタービンシャフト１０のディスク１１に溶接
接合したほうが寸法的なばらつきを少なくできるので動
翼内の流れがスムーズになって蒸気通路部の寸法的なば
らつきによるタービンの性能の低下を抑制できる。

【００３６】しかも、タービン動翼１５の材料を高温で
高強度のＮｉ基合金としたことにより、蒸気温度が６５
０℃以上の蒸気タービンにおいてもタービン動翼１５の
動翼１５ａの部分は十分な強度を有することになるので
曲線形状を多用することにより流体性能を追求した各種
の３次元アドバンストフローパターン動翼を適用するこ
とが可能となってタービンの性能を向上させることがで
きる。

【００３７】さらに、本実施の形態においては、ディス
ク１１の外周に溶接する中間リング１６の材料として、
タービン動翼１５とタービンシャフト１０およびディス
ク１１の材料の線膨張率を考慮し、フェライト系鉄鋼材
料、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金、オーステナイト系鉄鋼材
料の中から適宜選択し、好ましくは中間リング１６の材
料としてタービン動翼１０とディスク１１を構成する材
料の中間の線膨張率を有する材料を適用することによ
り、溶接接合部に発生する熱応力を低減できることから
溶接接合部の熱疲労による亀裂の発生を防止することが
でき、安全で信頼性が高いタービンのロータを得ること
ができる。

【００３８】図１０は、図２の変形例を示す図であり、
図２に示す蒸気タービンにおいて、ディスク１１の外周
の中央部及び動翼基部１２ｂの少なくとも一方の内周の
中央部に溝１７ａ、１７ｂが形成され、その動翼基部１
２ｂをそのディスク１１の外周に溶接することによって
接合され、ディスク１１及び動翼基部１２ｂの少なくと
も一方に空間が形成されている。

【００３９】また、図１１は図４の変形例であり、ディ
スク１１の外周の中央部及び動翼植付けリング１３の内
周の少なくとも一方の中央部に溝１７ａ、１７ｃを形成
し、その動翼植付けリング１３を上記ディスク１１の外
周に溶接することによって接合し、ディスク１１及び動
翼植付けリング１３の少なくとも一方に空間が形成され
ている。

【００４０】さらに、図１２は図８の変形例であり、デ
ィスク１１と中間リング１６との接合部、及び中間リン
グ１６と動翼基部１５ｂとの接合部にそれぞれ溝１８、
１９が設けられている。

【００４１】しかして、これらの実施の形態によれば、
ディスク１１部分を中空にすることができるので、ディ
スク１１の質量を低減することができ、それ故にタービ
ンシャフト中心孔２０の遠心応力を低減することがで
き、いっそうの高温化に対応できる。

【００４２】なお、代表的なフェライト系鉄鋼材料とし
てはＣｒＭｏ鋼、ＣｒＭｏＶ鋼、１２Ｃｒ鋼などが挙げ
られるが、Ｎｂ、Ｂなどの微量添加物の有無を問わな
い。さらに、前記Ｎｉ基合金の具体的な合金名としてＩ
ｎｃｏｎｅ１７１８、Ｎｉｍｏｎｉｃ８０Ａ（いずれも
登録商標）などが、また前記Ｃｏ基合金としてステライ
ト（登録商標）が挙げられる。また、溶接法としてはタ
ングステンイナートガス溶接、サブマージドアーク溶接
等が挙げられるが、溶接の種類は問わない。さらに、溶
接に際して余熱や後熱を適宜行うことおよび溶接残留ひ
ずみ除去のための熱処理を適宜行う。またその条件は採
用した溶接法、被溶接材の材料の種類により適宜選択す
る。

【００４３】また、本発明はタービンシャフト中心孔の
有無を問わない。タービンシャフト中心孔応力低減の効
果は、タービンシャフト中心孔が無い場合にはタービン
シャフト中心部の応力低減の効果に置き換わる。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、上述のように、蒸気温度が６
５０℃以上の蒸気タービンであるにもかかわらずタービ
ンシャフトをフェライト系鉄鋼材料としているので高熱
応力の発生が抑制されて低サイクル疲労損傷の防止に効
果があり、またタービン動翼接合部のあり溝構造を廃止
してタービン動翼基部をホールに溶接接合する構造にし
たので、遠心力によるタービン動翼接合部の応力が大幅
に低減されて十分な強度が確保できタービン動翼接合部
のクリープ損傷や疲労損傷の防止に効果がある。

【００４５】また、タービン動翼をタービンシャフトと
は別体の動翼植付けリングに溶接して固定した場合に
は、上述の作用・効果に加えて、長大なタービンシャフ
トに直接タービン動翼を溶接接合する設備上の困難さを
克服しタービン動翼の取り付け寸法精度も向上すると共
に、製造設備が簡略化でき、製造コストの低減を可能に
するという効果を生むことができる。

【００４６】また、タービン動翼を全周一群構造に一体
で形成した場合には、タービン動翼は構造的に剛であり
流体励振力などの外力の影響を受け難い構造となって高
サイクル疲労損傷の危険性が大幅に低下するという効果
を発揮できる。

【００４７】また、本発明はディスク部分を中空にする
ことができるので、その質量を低減することができ、そ
れ故にタービンシャフト中心孔の遠心応力を低減するこ
とができ、いっそうの高温化に対応できる。

【００４８】さらに、タービン動翼を高温で高強度のＮ
ｉ基合金とした場合には、蒸気温度が６５０℃以上の蒸
気タービンにおいてもタービン動翼翼素部分は十分な強
度を有することから曲線形状を多用したことにより流体
性能を追求した各種の３次元アドバンストフローパター
ン動翼を適用してタービンの性能を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１の実施の形態を示す説明
図。

【図２】図１に示す蒸気タービンのロータの部分的な縦
断面図。

【図３】本発明における第２の実施の形態を示す説明
図。

【図４】第２の実施形態の蒸気タービンのロータの部分
的な縦断面図。

【図５】本発明における第３の実施の形態を示す説明
図。

【図６】第３の実施形態の蒸気タービンのロータの部分
的な縦断面図。

【図７】リング状の一体構造物として形成した全周一群
構造のタービン動翼を示す図。

【図８】本発明における第４の実施形態を示す説明図。

【図９】第４の実施形態の蒸気タービンのロータの部分
的な縦断面図。

【図１０】図２の変形例を示す図。

【図１１】図４の変形例を示す図。

【図１２】図９の変形例を示す図。

【図１３】従来技術における蒸気タービンのロータの部
分的な縦断面図。

【符号の説明】

１０タービンシャフト１１ディスク１２、１４、１５タービン動翼１２ａ、１４ａ、１５ａ動翼１２ｂ、１４ｂ、１５ｃ動翼基部１２ｃ、１４ｃ、１５ｃシュラウドリング１３動翼植付けリング１６中間リング１７ａ、１７ｂ溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タービンに流入する蒸気の温度が６５０℃
以上の蒸気タービンにおける低圧タービン部を除くター
ビン段落のうちの少なくとも１段落以上の段落におい
て、タービン動翼の基部をタービンシャフトと一体で形
成されているディスクの外周に溶接接合することによっ
てタービンのロータ部を構成したことを特徴とする蒸気
タービン。
【請求項２】タービン動翼の基部を動翼植付けリングの
外周に溶接することによってタービン動翼を動翼植付け
リングに接合し、その動翼植付けリングの内周をタービ
ンシャフトと一体で形成されているディスクの外周に溶
接接合することによってタービンのロータ部を構成した
ことを特徴とする、請求項１記載の蒸気タービン。
【請求項３】精密鋳造、電解加工及び機械加工の少なく
とも１つの方法により全周一群構造のタービン動翼をリ
ング状の一体構造物として形成し、そのリング状の一体
構造物として形成された全周一群構造のタービン動翼の
動翼基部を、タービンシャフトから一体で形成されてい
るディスクの外周に溶接接合することによってタービン
のロータ部を構成したことを特徴とする、請求項１記載
の蒸気タービン。
【請求項４】タービンシャフトから一体で形成されてい
るディスクの外周の中央部及びタービン動翼基部の内周
の中央部の少なくとも一方に溝を形成し、そのタービン
動翼基部をそのディスクの外周に溶接することによって
接合し、ディスク及びタービン動翼基部の少なくとも一
方に空間を形成させたことを特徴とする、請求項１ない
し３のいずれかに記載の蒸気タービン。
【請求項５】タービンシャフト及びタービン動翼の材料
が１２Ｃｒ鋼に代表されるフェライト系鉄鋼材料である
ことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載
の蒸気タービン。
【請求項６】タービンシャフトの材料が１２Ｃｒ鋼に代
表されるフェライト系鉄鋼材料であり、タービン動翼の
材料がＮｉを３５％以上含むＮｉ基合金であることを特
徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の蒸気タ
ービン。
【請求項７】リング状の一体構造物として形成された全
周一群構造のタービン動翼の動翼基部を別の中間リング
の外周に溶接接合し、その中間リングの内周をタービン
シャフトと一体で形成されているディスクの外周に溶接
接合することによってタービンのロータ部を構成したこ
とを特徴とする、請求項３記載の蒸気タービン