JP2012154322A - 溶接ロータ、溶接ロータを有する蒸気タービン及び溶接ロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最小量の高温材料から形成される蒸気タービンロータを提供すること。
【解決手段】溶接ロータ、溶接ロータを有する蒸気タービン及び溶接ロータの製造方法が開示される。溶接ロータは、高圧セクションと、中圧セクションとを含む。溶接ロータは、第１及び第２の低温材料セクションに接合される高温材料セクションを有するシャフトを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、全体的に、蒸気タービンに関し、より具体的には溶接ロータシャフトを有する蒸気タービンに関する。

典型的な蒸気タービンプラントは、高圧蒸気タービン、中圧蒸気タービン及び低圧蒸気タービンを備えることができる。各蒸気タービンは、当該特定のタービンにおける作動条件、圧力、温度、流量、その他に耐えるのに適切な材料から形成される。

近年、様々な範囲の圧力及び温度にわたって作動する蒸気タービンを含む、大容量及び高効率を目的とした蒸気タービンプラント設計が計画されている。これらの設計には、一体部品に統合され且つ各蒸気タービンに同じ金属材料を用いた、高圧−低圧統合蒸気タービンロータ、高圧−中圧−低圧統合蒸気タービンロータ及び中圧−低圧統合蒸気タービンロータが含まれる。多くの場合、当該タービンにおいては作動条件の中で最高の条件で実施可能な金属が使用されており、これによりタービンの全体コストが増大する。

従来、蒸気タービンは、ロータ及びケーシングジャケットを含む。ロータは、ブレードを備え、回転可能に取り付けられたタービンシャフトを含む。加熱及び加圧蒸気がケーシングジャケットとロータとの間の流れスペースを通って流れるときには、タービンシャフトが回転し始め、蒸気からロータにエネルギーが伝達されるようになる。ロータ、詳細にはロータシャフトは、多くの場合、タービンの金属バルクの形態である。従って、ロータを形成する金属は、タービンコストの大きな部分を占める。ロータが高コストで且つ高温の金属から形成される場合には、コストは更に増大する。

米国特許第７７７１１６６号明細書

従って、最小量の高温材料から形成される蒸気タービンロータを提供することが望ましいことになる。

本開示の例示的な実施形態によれば、第１及び第２の端部を有する高圧セクションと、高圧セクションの第２の端部に接合される中圧セクションとを含むロータが開示される。高圧セクションは、高温材料から形成される高温材料セクションを含む。高圧セクションは、第１の端部と、その反対側の第２の端部とを有する。第１の低温材料から形成される第１の低温材料セクションは、高温材料セクションの第１の端部に接合され、第２の低温材料から形成される第２の低温材料セクションは、高温材料セクションの第２の端部に接合される。

本開示の別の例示的な実施形態によれば、ロータを含む蒸気タービンが開示される。ロータは、第１の端部及び第２の端部を有する高圧セクションと、高圧セクションの第２の端部に接合される中圧セクションとを含む。高圧セクションは、高温材料から形成され、第１の端部と、その反対側の第２の端部とを有する高温材料セクションと、高温材料セクションの第１の端部に接合される第１の低温材料から形成された第１の低温材料セクションと、高温材料セクションの第２の端部に接合される第２の低温材料から形成された第２の低温材料セクションとを含む。

本開示の別の例示的な実施形態によれば、シャフト高圧セクションを提供する段階と、シャフト中圧セクションをシャフト高圧セクションに接合する段階とを含む、ロータを製造する方法が開示される。シャフト高圧セクションは、第１の端部及び第２の端部を含み、第１の低温材料セクションは、高温材料セクションの第１の端部に接合され、第２の低温材料セクションは、高温材料セクションの第２の端部に接合される。

本開示の一実施形態の利点の１つは、より低コストの蒸気タービンロータを提供することである。

本開示の一実施形態の別の利点は、より少ない量の高温材料を有する低コストの蒸気タービンロータを提供することである。

本開示の一実施形態の別の利点は、低コストの蒸気タービンを提供することである。

本開示の一実施形態の別の利点は、より少ない量の高温材料を有する低コストの蒸気タービンを提供することである。

本開示の一実施形態の別の利点は、大量には利用可能ではない高温材料を少量用いた低コストの蒸気タービンロータを提供することである。

本開示の一実施形態の別の利点は、高温材料の小さなインゴットを製造に用いた低コストの蒸気タービンロータを提供することである。

本発明の他の特徴及び利点は、例証として本発明の原理を示す添付図面を参照しながら、以下の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。

本開示による蒸気タービンの断面図。 本発明による蒸気タービンロータの一実施形態の部分断面図。 図１の蒸気タービンの一部の部分断面図。 図１の蒸気タービンの一部の別の部分断面図。 本開示による蒸気タービンの別の実施形態の図。

可能な限り、図面全体を通じて同じ要素を示すために同じ参照符号が使用される。

本発明の開示は、本開示の例示的な実施形態が図示された添付図面を参照しながら以下でより詳細に説明される。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書で記載される実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。

図１、３及び４は、本開示の実施形態による蒸気タービン１０の断面図を示す。蒸気タービン１０は、回転軸１４の周りにタービンロータ１３が回転可能に取り付けられるケーシング１２を含む。蒸気タービン１０は更に、タービン高圧（ＨＰ）セクション１６と、タービン中圧（ＩＰ）セクション１８とを含む。蒸気タービン１０は、亜臨界作動条件で稼働する。一実施形態では、蒸気タービン１０は、約２３０ｂａｒ未満の圧力で蒸気を受け取る。別の実施形態では、蒸気タービン１０は、約１００〜約２３０ｂａｒの圧力で蒸気を受け取る。別の実施形態では、蒸気タービン１０は、約１２５〜１７５ｂａｒの圧力で蒸気を受け取る。加えて、蒸気タービン１０は、約５２５〜約６００℃の温度で蒸気を受け取る。別の実施形態では、蒸気タービン１０は、約５６５〜約６００℃の温度で蒸気を受け取る。

ケーシング１２は、ＨＰケーシング１２ａ及びＩＰケーシング１２ｂを含む。別の実施形態では、ケーシング１２は、単一の統合ＨＰ／ＩＰケーシングとすることができる。この例示的な実施形態では、ケーシング１２は二重壁ケーシングである。別の実施形態では、ケーシングは単一壁ケーシングとすることができる。ケーシング１２は、ハウジング２０と、該ハウジングに取り付けられた複数のガイドベーン２２とを含む。ロータ１３は、シャフト２４と、該シャフト２４に固定された複数のブレード２５とを含む。シャフト２４は、第１の軸受２３６、第２の軸受２３８及び第３の軸受２６４によって回転可能に支持される。別の実施形態では、様々な軸受支持構造を用いることができる。

主蒸気流路２６は、ケーシング１２とロータ１３との間に画成される。主蒸気流路２６は、タービンＨＰセクション１６内に位置するＨＰ主蒸気流路３０と、タービンＩＰセクション１８内に位置するＩＰ主蒸気流路３６とを含む。本明細書で使用される用語「主蒸気流路」とは、動力を生成する蒸気の１次流路を意味する。

蒸気は、主蒸気流路２６のＨＰ入口領域２８に提供される。蒸気は、ベーン２２とブレード２５との間の主蒸気流路２６のＨＰ主蒸気流路セクション３０を通って流れ、その間に蒸気が膨張し冷却される。蒸気が軸線１４の周りでロータ１３を回転させると、蒸気の熱エネルギーは機械的な回転エネルギーに変換される。ＨＰ主蒸気流路セクション３０を通って流れた後、蒸気は、ＨＰ蒸気出口域３２から出て中間過熱器（図示せず）に流れ、ここで蒸気が加熱され更に高温になる。蒸気は、ライン（図示せず）を介してＩＰ主蒸気入口領域３４に導入される。蒸気は、ベーン２２とブレード２５との間の主蒸気流路２６のＩＰ主蒸気流路セクション３６を通って流れ、その間に蒸気が膨張し冷却される。蒸気が軸線１４の周りでロータ１３を回転させると、蒸気の追加の熱エネルギーは機械的な回転エネルギーに変換される。ＩＰ主蒸気流路セクション３６を通って流れた後、蒸気は、ＩＰ蒸気出口領域３８から出て蒸気タービン１０の外に流れる。この蒸気は、より詳細には示していないが、他の作動においても用いることができる。

図２は、ロータ１３の断面図を示す。ロータ１３はシャフト２４を含む。図２で分かるように、ロータ１３は、タービンＨＰセクション１６（図１）に位置するロータＨＰセクション２１０と、タービンＩＰセクション１８（図１）に位置するロータＩＰセクション２１２とを含む。シャフト２４は、第１の低温材料（ＬＴＭ）セクション２４０、高温材料セクション２４２及び第２のＬＴＭセクション２６２を含む。これに対応して、シャフト２４は、タービンＨＰセクション１６に位置する、第１のＬＴＭセクション２４０及びＨＴＭセクション２４２の第１の部分２４２ａを含むシャフトＨＰセクション２２０と、タービンＩＰセクション１８に位置する、ＨＴＭセクション２４２の第２の部分２４２ｂ及び第２のＬＴＭセクション２６２を含むシャフトＩＰセクション２２２とを備える。

シャフトＨＰセクション２２０は、ボルト継手、溶接その他の接合技術によりシャフト２４の第１の端部２３２にて別の構成要素（図示せず）に接合することができる。別の実施形態では、シャフトＨＰセクションは、シャフト２４の第１の端部２３２にて発電機にボルト締めすることができる。シャフトＩＰセクション２２２は、ボルト継手、溶接その他の接合技術によりシャフト２４の第２の端部２３４にて別の構成要素（図示せず）に接合することができる。別の実施形態では、シャフトＩＰセクションは、シャフト２４の第２の端部２３４にて別の構成要素（図示せず）に接合することができる。一実施形態では、低圧セクションは低圧タービンを含むことができる。

シャフトＨＰセクション２２０は、２３０ｂａｒ未満の圧力の蒸気を受け取る。別の実施形態では、シャフトＨＰセクション２２０は、約１００〜約２３０ｂａｒの圧力の蒸気を受け取ることができる。別の実施形態では、シャフトＨＰセクション２２０は、約１２５〜約１７５ｂａｒの圧力の蒸気を受け取ることができる。シャフトＨＰセクション２２０は、約５２５〜約６００℃の温度の蒸気を受け取る。別の実施形態では、シャフトＨＰセクション２２０は、約５６５〜約６００℃の温度の蒸気を受け取ることができる。

上記で検討したように、シャフトＨＰセクション２２０は、第１の低温材料（ＬＴＭ）セクション２４０と、ＨＴＭセクション２４２の第１の部分２４２Ａとを含む。第１のＬＴＭセクション２４０は、ＨＰ ＬＴＭセクションと呼ぶことができる。シャフトＨＰセクション２２０は、第１の軸受２３６（図１）及び第２の軸受２３８（図１）によって回転可能に支持される。一実施形態では、第１の軸受２３６は、ジャーナル軸受とすることができる。一実施形態では、第２の軸受２３８はスラスト／ジャーナル軸受とすることができる。第１の軸受２３６は第１のＬＴＭセクション２４０を支持し、第２の軸受２３８はＨＴＭセクション２４２を支持する。別の実施形態では、異なる支持軸受構成を用いることができる。

第１のＬＴＭセクション２４０は、第１の溶接部２５０によりＨＴＭセクション２４２に接合される。この例示的な実施形態では、第１の溶接部２５０は、ＨＰ主蒸気流路３０（図３）に沿って位置付けられる。別の実施形態では、第１の溶接部２５０は、蒸気温度が約４５５℃未満であるＨＰ主蒸気流路３０に沿って位置付けることができる。別の実施形態では、第１の溶接部２５０は、ＨＰ主蒸気流路３０の外部に位置し又はこれと接触していないようにすることができる。一実施形態では、第１の溶接部２５０は、ＨＰ主蒸気流路３０の外部の位置「Ａ」（図１及び２）に位置付けられ、ＨＰ主蒸気流路３０と接触しないが、シール蒸気漏洩部と接触することができる。

ＨＴＭセクション２４２は、ＨＰ主蒸気流路３０（図３）を少なくとも部分的に画成する。第１のＬＴＭセクション２４０は更に、ＨＰ主蒸気主流路３０を少なくとも部分的に画成する。上記で検討するように、別の実施形態では、溶接部２５０は、例えば、位置Ａに移動させ、第１のＬＴＭセクション２４０がＨＰ主蒸気主流路３０を少なくとも部分的に画成しないようにすることができる。

ＨＴＭセクション２４２は、高耐熱性材料の単一の単体構造セクション又はブロックから形成される。ＨＴＭセクション２４２は、第１の端部２４２ａ及び第２の端部２４２ｂを有する。別の実施形態では、ＨＴＭセクション２４２は、共に接合された高温材料の２以上のＨＴＭセクション又はブロックから形成することができる。一実施形態では、ＨＴＭセクション２４２は、共に溶接された高温材料の２以上のＨＴＭセクション又はブロックから形成することができる。

高温材料は鍛造鋼とすることができる。一実施形態では、高温材料は、ある量のクロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む合金とすることができる。一実施形態では、高耐熱性材料は、約１０．０〜約１３．０重量％の量のＣｒを含む、高クロム合金鍛造鋼とすることができる。別の実施形態では、Ｃｒの量は、約１０．０〜１０．６重量％の量で配合し得る。一実施形態では、高クロム合金鍛造鋼は、約０．５〜約２．０重量％の量のＭｏを有することができる。別の実施形態では、Ｍｏの量は、１．０〜１．２重量％の量で配合し得る。一実施形態では、高クロム合金鍛造鋼は、約０．１〜０．３重量％の量のＶを含んでいてもよい。別の実施形態では、Ｖは、約０．１５重量％〜約０．２５重量％の量で配合し得る。一実施形態では、高クロム合金鍛造鋼は、約０．５〜約１．０重量％の量のＮｉを含んでいてもよい。別の実施形態では、Ｎｉは、約０．６〜約０．８重量％の量のＮｉを含んでいてもよい。

第１のＬＴＭセクション２４０は、ＨＴＭセクション２４２を形成する高温材料よりも耐熱性の低い材料から形成される。低耐熱材料は低温材料と呼ぶことができる。低温材料は、鍛造合金鋼とすることができる。一実施形態では、低温材料は、ＣｒＭｏＶＮｉとすることができる。一実施形態では、Ｃｒは、約０．５〜約２．２重量％の量で配合し得る。別の実施形態では、Ｃｒは、約０．５〜約２．０重量％の量で配合し得る。別の実施形態では、Ｃｒは、約０．９〜約１．３重量％の量で配合し得る。一実施形態では、Ｍｏは、約０．５〜約２．０重量％の量で配合し得る。別の実施形態では、Ｍｏは、約１．０〜約１．５重量％の量で配合し得る。一実施形態では、Ｖは、約１．０〜約０．５重量％の量で配合し得る。別の実施形態では、Ｖは、約０．２〜約０．３重量％の量で配合し得る。一実施形態では、Ｎｉは、約０．２〜約１．０重量％の量で配合し得る。別の実施形態では、Ｎｉは、約０．３〜約０．６重量％の量で配合し得る。

この実施形態では、第１のＬＴＭセクション２４０は、低温材料の単一の単体構造ブロック又はセクションから形成される。別の実施形態では、第１のＬＴＭセクション２４０は、共に接合される２以上のＬＴＭセクション又はブロックから形成することができる。２以上のＬＴＭセクション又はブロックは、例えば、限定では内がボルト締め又は溶接など、機械的又は物質的に接合することができる。

シャフトＩＰセクション２２２は、第３の軸受２６４（図１）により回転可能に支持される。一実施形態では、第３の軸受２６４はジャーナル軸受とすることができる。別の実施形態では、シャフトＩＰセクション２２２は、１以上の軸受によって回転可能に支持される。シャフトＩＰセクション２２２は、約７０ｂａｒ未満の圧力で蒸気を受け取る。別の実施形態では、シャフトＩＰセクション２２２は、約２０〜７０ｂａｒの圧力で蒸気を受け取ることができる。更に別の実施形態では、シャフトＩＰセクション２２２は、約２０〜約４０ｂａｒの圧力で蒸気を受け取ることができる。加えて、シャフトＩＰセクション２２２は、約５２５〜約６００℃の温度で蒸気を受け取る。別の実施形態では、シャフトＩＰセクション２２２は、約５６５〜約６００℃の温度で蒸気を受け取ることができる。

シャフトＩＰセクション２２２は、ＨＴＭセクション２４２の第２の部分２４２Ｂと、第２のＬＴＭセクション２６２とを含む。シャフトＩＰ ＨＴＭ及び第２のＬＴＭセクション２４２、２６２は、第２の溶接部２６６によって接合される。第２の溶接部２６６は、ＩＰ蒸気流路３６に沿って位置付けられる。一実施形態では、第２の溶接部２６６は、蒸気温度が４５５℃未満であるＩＰ蒸気流路３６に沿って位置付けることができる。別の実施形態では、第２の溶接部２６６は、ＩＰ蒸気流路３６の外部に位置付けられ、又はＩＰ蒸気流路３６と接触しないようにすることができる。例えば、第２の溶接部２６６は、ＩＰ蒸気流路３６の外部に位置する位置「Ｂ」に位置付けられ、ＩＰ蒸気流路３６と接触しないようにすることができる。別の実施形態では、シャフトＩＰセクション２２２は、１以上のＩＰ ＨＴＭセクションを含んでいてもよい。別の実施形態では、ＩＰセクション２２２は、高温材料の単一の単体構造セクション又はブロックから形成することができる。

図４を参照すると、ＨＴＭセクション２４２は、ＩＰ蒸気入口領域３４と、ＩＰ主蒸気流路３６（図４）とを少なくとも部分的に画成する。第２のＬＴＭセクション２６２は更に、ＩＰ主蒸気流路３６を少なくとも部分的に画成する。別の実施形態では、溶接部２６０は、例えば、位置「Ｂ」に移動させ、第２のＬＴＭセクション２６２がＩＰ主蒸気流路３６を少なくとも部分的に画成しないように、すなわち換言すると、第２のＬＴＭセクション２６２がＩＰ主蒸気流路３６の外部にあり、蒸気の主流路と接触しないようにすることができる。

第２のＬＴＭセクション２６２は、ＩＰ ＨＴＭセクション２４２よりも耐熱性の低い材料から形成される。低耐熱材料は低温材料と呼ぶことができる。低温材料は、第１のＬＴＭセクション２４０に関して上記で検討したような低温材料とすることができる。この実施形態では、第２のＬＴＭセクション２６２は、低温材料の単一の単体構造セクション又はブロックから形成される。別の実施形態では、第２のＬＴＭセクション２６２は、共に接合される２以上のＩＰ ＬＴＭセクションから形成することができる。２以上のＬＴＭセクションは、例えば、限定ではないがボルト締め又は溶接など、機械的又は物質的に接合することができる。一実施形態では、第２のＬＴＭセクション２６２は、第１のＬＴＭセクション２４０と同じ低温材料から形成される。別の実施形態では、第２のＬＴＭセクション２６２は、第１のＬＴＭセクション２４０と異なる低温材料から形成される。

図５は、本開示による蒸気タービン５００の別の実施形態を示している。見やすくするために本実施形態を簡略的に示した図５で分かるように、蒸気タービン５００は、ロータ５１３が回転軸５１４の周りに回転可能に取り付けられる回転軸５１４の周りにロータ５１３が回転可能に取り付けられるケーシング５１２を含む。蒸気タービン５００は、タービン高圧（ＨＰ）セクション５１６と、タービン中圧（ＩＰ）セクション５１８とを含む。蒸気タービン５００は、亜臨界作動条件で稼働する。一実施形態では、蒸気タービン５００は、２３０ｂａｒ未満の圧力で蒸気を受け取る。別の実施形態では、蒸気タービン５００は、約１００〜約２３０ｂａｒの圧力で蒸気を受け取る。別の実施形態では、蒸気タービン５００は、約１２５〜約１７５ｂａｒの圧力で蒸気を受け取る。加えて、蒸気タービン５００は、約５２５〜約６００℃の温度で蒸気を受け取る。別の実施形態では、蒸気タービン５００は、約５６５〜約６００℃の温度で蒸気を受け取る。

ケーシング５１２は、ＨＰケーシング５１２ａ及びＩＰケーシング５１２ｂを含む。ケーシング５１２は、単一壁の統合ＨＰ／ＩＰケーシングである。ケーシング５１２は、ハウジングと呼ぶことができる。別の実施形態では、ケーシング５１２は、限定ではないが、上記で検討された２部品ケーシング１２（図１）のような２以上のケーシングとすることができる。ケーシング５１２は、これに取り付けられた複数のガイドベーン５２２を含む。

ロータ５１３は、シャフト５２４と、該シャフト５２４に固定された複数のブレード５２５とを含む。主蒸気流路５２６は、ケーシング５１２とロータ５１３との間に画成される。主蒸気流路５２６は、タービンＨＰセクション５１６内に位置するＨＰ主蒸気流路５３０と、タービンＩＰセクション５１８内に位置するＩＰ主蒸気流路５３６とを含む。本明細書で使用される用語「主蒸気流路」とは、動力を生成する蒸気の１次流路を意味する。

蒸気は、主蒸気流路５２６のＨＰ入口領域５２８に提供される。蒸気は、ベーン５２２とブレード５２５との間の主蒸気流路５２６のＨＰ主蒸気流路セクション５３０を通って流れ、その間に蒸気が膨張し冷却される。蒸気が軸線５１４の周りでロータ５１３を回転させると、蒸気の熱エネルギーは機械的な回転エネルギーに変換される。ＨＰ主蒸気流路セクション５３０を通って流れた後、蒸気は、ＨＰ蒸気出口領域５３２から出て中間過熱器（図示せず）に流れ、ここで蒸気が加熱され更に高温になる。蒸気は、ライン（図示せず）を介してＩＰ主蒸気入口領域５３４に導入される。蒸気は、ベーン５２２とブレード５２５との間の主蒸気流路５２６のＩＰ主蒸気流路セクション５３６を通って流れ、その間に蒸気が膨張し冷却される。蒸気が軸線５１４の周りでロータ５１３を回転させると、蒸気の追加の熱エネルギーは機械的な回転エネルギーに変換される。ＩＰ主蒸気流路セクション５３６を通って流れた後、蒸気は、ＩＰ蒸気出口領域５３８から出て蒸気タービン５００の外に流れる。この蒸気は、より詳細には示していないが、他の作動においても用いることができる。

ロータ５１３は、タービンＨＰセクション５１６に位置するロータＨＰセクション６１０と、タービンＩＰセクション６１８に位置するロータＩＰセクション６１２とを含む。これに対応して、シャフト５２４は、ロータＨＰセクション６１０に位置するシャフトＨＰセクション６２０と、ロータＩＰセクション６１２に位置するシャフトＩＰセクション６２２とを含む。セクション分割部６３８は、ＩＰ主蒸気入口領域５３４からＨＰ蒸気入口領域５２８を分離する固定シール構造である。

シャフトＨＰセクション６２０は、ボルト継手、溶接その他の接合技術によりシャフト５２４の第１の端部６３２にて別の構成要素（図示せず）に接合することができる。別の実施形態では、シャフトＨＰセクション６２０は、第１の端部６３２にて発電機にボルト締めすることができる。シャフトＩＰセクション６２２は、ボルト継手、溶接その他の接合技術によりシャフト５２４の第２の端部６３４にて別の構成要素（図示せず）に接合することができる。別の実施形態では、シャフトＩＰセクション６２２は、第２の端部６３４にて低圧タービンを含むことができる低圧セクションに接合することができる。

シャフトＨＰセクション６２０は、２３０ｂａｒ未満の圧力の蒸気を受け取る。別の実施形態では、シャフトＨＰセクション６２０は、約１００〜約２３０ｂａｒの圧力の蒸気を受け取ることができる。別の実施形態では、シャフトＨＰセクション６２０は、約１２５〜約１７５ｂａｒの圧力の蒸気を受け取ることができる。シャフトＨＰセクション６２０は、約５２５〜約６００℃の温度の蒸気を受け取る。別の実施形態では、シャフトＨＰセクション６２０は、約５６５〜約６００℃の温度の蒸気を受け取ることができる。

シャフトＨＰセクション６２０は、第１の低温材料（ＬＴＭ）セクション６４０と、高温材料（ＨＴＭ）セクション６４２の第１の部分６４２Ａとを含む。第１のＬＴＭセクション６４０は、ＨＰ ＬＴＭセクションと呼ぶことができる。シャフトＨＰセクション６２０は、第１の軸受６３６によって回転可能に支持される。一実施形態では、第１の軸受６３６は、ジャーナル軸受又はスラスト／ジャーナル軸受の組み合わせとすることができる。第１の軸受６３６は第１のＬＴＭセクション６４０を支持する。別の実施形態では、異なる支持軸受構成を用いることができる。

第１のＬＴＭセクション６４０は、第１の溶接部６５０によりＨＴＭセクション６４２に接合される。この例示的な実施形態では、第１の溶接部６５０は、ＨＰ主蒸気流路５３０に沿って位置付けられる。別の実施形態では、第１の溶接部６５０は、蒸気温度が約４５５℃未満であるＨＰ主蒸気流路５３０に沿って位置付けることができる。別の実施形態では、第１の溶接部６５０は、ＨＰ主蒸気流路５３０の外部に位置し又はこれと接触していないようにすることができる。一実施形態では、第１の溶接部６５０は、ＨＰ蒸気流路３０の外部の位置「Ａ」（図１及び２）に位置付けられ、ＨＰ蒸気流路３０と接触しないが、シール蒸気漏洩部と接触することができる。

ＨＴＭセクション６４２は、ＨＰ主蒸気流路５３０を少なくとも部分的に画成する。第１のＬＴＭセクション６４０は更に、ＨＰ主蒸気主流路５３０を少なくとも部分的に画成する。上記で検討するように、別の実施形態では、第１の溶接部６５０は、例えば、位置Ａに移動させ、第１のＬＴＭセクション６４０がＨＰ主蒸気主流路３０を少なくとも部分的に画成しないようにすることができる。

シャフト２４のＨＴＭセクション６４２は、高温材料の単一の単体構造セクション又はブロックから形成される。ＨＴＭセクション６４２は、第１の端部６４２ａ及び第２の端部６４２ｂを有する。別の実施形態では、ＨＴＭセクション６４２は、限定ではないが、溶接などの材料接合技術によって共に接合された高温材料の２以上のＨＴＭセクション又はブロックから形成することができる。

高温材料は鍛造鋼とすることができる。一実施形態では、高温材料は、ある量のクロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む合金とすることができる。一実施形態では、高耐熱性材料は、約１０．０〜約１３．０重量％の量のＣｒを含む、高クロム合金鍛造鋼とすることができる。別の実施形態では、Ｃｒの量は、約１０．０〜１０．６重量％の量で配合し得る。一実施形態では、高クロム合金鍛造鋼は、約０．５〜約２．０重量％の量のＭｏを有することができる。別の実施形態では、Ｍｏの量は、１．０〜１．２重量％の量で配合し得る。一実施形態では、高クロム合金鍛造鋼は、約０．１〜０．３重量％の量のＶを含んでいてもよい。別の実施形態では、Ｖは、約０．１５重量％〜約０．２５重量％の量で配合し得る。一実施形態では、高クロム合金鍛造鋼は、約０．５〜約１．０重量％の量のＮｉを含んでいてもよい。別の実施形態では、Ｎｉは、約０．６〜約０．８重量％の量のＮｉを含んでいてもよい。

第１のＬＴＭセクション６４０は、ＨＴＭセクション６４２を形成する高温材料よりも耐熱性の低い材料から形成される。低耐熱材料は低温材料と呼ぶことができる。低温材料は、鍛造合金鋼とすることができる。一実施形態では、低温材料は、ＣｒＭｏＶＮｉとすることができる。一実施形態では、Ｃｒは、約０．５〜約２．２重量％の量で配合し得る。別の実施形態では、Ｃｒは、約０．５〜約２．０重量％の量で配合し得る。別の実施形態では、Ｃｒは、約０．９〜約１．３重量％の量で配合し得る。一実施形態では、Ｍｏは、約０．５〜約２．０重量％の量で配合し得る。別の実施形態では、Ｍｏは、約１．０〜約１．５重量％の量で配合し得る。一実施形態では、Ｖは、約１．０〜約０．５重量％の量で配合し得る。別の実施形態では、Ｖは、約０．２〜約０．３重量％の量で配合し得る。一実施形態では、Ｎｉは、約０．２〜約１．０重量％の量で配合し得る。別の実施形態では、Ｎｉは、約０．３〜約０．６重量％の量で配合し得る。

この実施形態では、第１のＬＴＭセクション６４０は、低温材料の単一の単体構造ブロック又はセクションから形成される。別の実施形態では、第１のＬＴＭセクション６４０は、共に接合される２以上のＬＴＭセクション又はブロックから形成することができる。２以上のＬＴＭセクション又はブロックは、例えば、限定ではないがボルト締め又は溶接など、機械的又は物質的に接合することができる。

シャフトＩＰセクション６２２は、第２の軸受６６４により回転可能に支持される。一実施形態では、第２の軸受６６４は、ジャーナル軸受又はスラスト／ジャーナル軸受の組み合わせとすることができる。別の実施形態では、シャフトＩＰセクション６２２は、１以上の軸受によって回転可能に支持される。

シャフトＩＰセクション６２２は、約７０ｂａｒ未満の圧力で蒸気を受け取る。別の実施形態では、シャフトＩＰセクション６２２は、約２０〜７０ｂａｒの圧力で蒸気を受け取ることができる。更に別の実施形態では、シャフトＩＰセクション６２２は、約２０〜約４０ｂａｒの圧力で蒸気を受け取ることができる。加えて、シャフトＩＰセクション６２２は、約５２５〜約６００℃の温度で蒸気を受け取る。別の実施形態では、シャフトＩＰセクション６２２は、約５６５〜約６００℃の温度で蒸気を受け取ることができる。

シャフトＩＰセクション６２２は、ＨＴＭセクション６４２の第２の部分６４２Ｂと、第２のＬＴＭセクション６６２とを含む。シャフトＨＴＭ及び第２のＬＴＭセクション６４２、６６２は、第２の溶接部６６６によって接合される。第２の溶接部６６６は、ＩＰ蒸気流路５３６に沿って位置付けられる。一実施形態では、第２の溶接部６６６は、蒸気温度が約４５５℃未満であるＩＰ蒸気流路５３６に沿って位置付けることができる。別の実施形態では、第２の溶接部６６６は、ＩＰ蒸気流路５３６の外部に位置付けられ、又はＩＰ蒸気流路５３６と接触しないようにすることができる。例えば、第２の溶接部６６６は、ＩＰ蒸気流路５３６の外部に位置する位置「Ｂ」に位置付けられ、ＩＰ蒸気流路５３６と接触しないようにすることができる。別の実施形態では、シャフトＩＰセクション６２２は、１以上のＨＴＭセクションを含むことができる。別の実施形態では、ＩＰセクション６２２は、高温材料の単一の単体構造セクション又はブロックから形成することができる。

ＨＴＭセクション６４２は、ＩＰ蒸気入口領域５３４と、ＩＰ主蒸気流路５３６とを少なくとも部分的に画成する。第２のＬＴＭセクション６６２は更に、ＩＰ主蒸気流路５３６を少なくとも部分的に画成する。別の実施形態では、溶接部６６０は、例えば、位置「Ｂ」に移動させ、第２のＬＴＭセクション６６２がＩＰ主蒸気流路５３６を少なくとも部分的に画成しないように、すなわち換言すると、第２のＬＴＭセクション６６２がＩＰ主蒸気流路５３６の外部にあり、蒸気の主流路と接触しないようにすることができる。

第２のＬＴＭセクション６６２は、ＨＴＭセクション６４２よりも耐熱性の低い材料から形成される。低耐熱材料は低温材料と呼ぶことができる。低温材料は、第１のＬＴＭセクション６４０に関して上記で検討したような低温材料とすることができる。この実施形態では、第２のＬＴＭセクション６６２は、低温材料の単一の単体構造セクション又はブロックから形成される。別の実施形態では、第２のＬＴＭセクション６６２は、共に接合される２以上のＬＴＭセクションから形成することができる。２以上のＬＴＭセクションは、例えば、限定ではないがボルト締め又は溶接など、機械的又は物質的に接合することができる。一実施形態では、第２のＬＴＭセクション６６２は、第１のＬＴＭセクション６４０と同じ低温材料から形成される。別の実施形態では、第２のＬＴＭセクション６６２は、第１のＬＴＭセクション６４０と異なる低温材料から形成される。

シャフト５２４は、以下で説明するような製造方法の一実施形態によって製作することができる。シャフト５２４は、第１の端部６４２ａ及び第２の端部６４２ｂを有するＨＴＭセクション６４２を形成する高温材料のブロック又はセクションを提供することにより製作することができる。低温材料のブロック又はセクションから形成される第１のＬＴＭセクション６４０は、ＨＴＭセクション６４２の第１の端部６４２ａに溶接される。別の実施形態では、シャフト５２４は、第１の端部２４２ａ及び第２の端部２４２ｂを有するＨＴＭセクション６４２を形成する高温材料の１以上のブロック又はセクションを提供し、低温材料の１以上のブロックから形成される第１のＬＴＭセクション６４０をＨＴＭセクション６４２の第１の端部６４２ａに溶接することにより製作することができる。シャフト５２４は更に、第２のＬＴＭセクション６６２をＨＴＭセクション６４２の第２の端部６４２ｂに溶接することにより製作される。別の実施形態では、別の実施形態では、シャフト５２４は、第２のＬＴＭセクション６６２を形成する低温材料の１以上のブロックをＨＴＭセクション６４２の第２の端部６４２ｂに溶接することにより製作することができる。

本発明の特定の特徴及び実施形態のみを図示し説明してきたが、当業者であれば、本発明の概念の新規の教示及び利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正形態及び変形を想起することができる（例えば、様々な要素の種々のサイズ、寸法、構造、形状及び特性、パラメータの値（例えば、温度、圧力、その他）、取り付け構成、使用する材料、色、向き、その他の変形例）。あらゆるプロセス又は方法ステップの順序又は配列は、代替の実施形態に応じて変更され、又は再配列することができる。従って、本発明の真の精神の範囲内にあるこのような変更形態及び変更全ては、添付の請求項によって保護されるものとする点を理解されたい。更に、例示的な実施形態の簡潔な説明を行う目的で、実施形態の全ての特徴点は記載されていない（つまり、本発明を実施する上で現時点の最良形態に無関係なもの、又は請求項に記載の発明の実施可能性に無関係のもの）。何れかの技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実装の開発において、多数の実装時固有の決定を行う必要がある点は理解されたい。このような開発の取り組みは、複雑で時間を要するものであるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、実験を伴わずに、設計、製作及び製造の日常的な業務である。

１０ 蒸気タービン
１２ ケーシング
１２ａ ＨＰケーシング
１２ｂ ＩＰケーシング
１３ ロータ
１４ 回転軸
１６ タービンＨＰセクション
１８ タービンＩＰセクション
２０ ハウジング
２２ ガイドベーン
２４ シャフト
２５ ブレード
２６ 主蒸気流路
２８ ＨＰ蒸気入口領域
３０ ＨＰ主蒸気流路
３２ ＨＰ出口領域
３４ ＩＰ蒸気入口領域
３６ ＩＰ蒸気流路
３８ ＩＰ蒸気出口領域
２１０ ロータＨＰセクション
２１２ ロータＩＰセクション
２２０ シャフトＨＰセクション
２２２ シャフトＩＰセクション
２３２ シャフトの第１の端部
２３４ シャフトの第２の端部
２３６ 第１の軸受
２３８ 第２の軸受
２４０ 第１のＬＴＭセクション
２４２ ＨＴＭセクション
２４２Ａ 第１の部分
２４２Ｂ 第２の部分
２４２ａ 第１の端部
２４２ｂ 第２の端部
２５０ 第１の溶接部
２６２ 第２のＬＴＭセクション
２６４ 第３の軸受
２６６ 第２の溶接部
Ａ 位置「Ａ」
Ｂ 位置「Ｂ」
５００ 蒸気タービン
５１２ ケーシング
５１２ａ ＨＰケーシング部
５１２ｂ ＩＰケーシング部
５１３ ロータ
５１４ 回転軸
５１６ タービンＨＰセクション
５１８ タービンＩＰセクション
５２２ ガイドベーン
５２４ シャフト
５２５ ブレード
５２６ 主蒸気流路
５２８ ＨＰ蒸気入口領域
５３０ ＨＰ主蒸気流路
５３２ ＨＰ出口領域
５３４ ＩＰ蒸気入口領域
５３６ ＩＰ蒸気流路
５３８ ＩＰ蒸気出口領域
６１０ ロータＨＰセクション
６１２ ロータＩＰセクション
６２０ シャフトＨＰセクション
６２２ シャフトＩＰセクション
６３２ シャフトの第１の端部
６３４ シャフトの第２の端部
６３６ 第１の軸受
６３８ 第２の軸受
６４０ 第１のＬＴＭセクション
６４２ ＨＴＭセクション
６４２Ａ 第１の部分
６４２Ｂ 第２の部分
６４２ａ 第１の端部
６４２ｂ 第２の端部
６５０ 第１の溶接部
６６２ 第２のＬＴＭセクション
６６４ 第２の軸受
６６６ 第２の溶接部

Claims (7)

1. 高温材料から形成される高温材料セクションと、
   前記高温材料セクションの第１の端部に取り付けられた第１の低温材料から形成される第１の低温材料セクションと、
   前記高温材料セクションの第２の端部に接合された第２の低温材料から形成される第２の低温材料セクションと
   を備える亜臨界ロータであって、前記高温材料セクションが約２３０ｂａｒ未満の蒸気に曝される、亜臨界ロータ。
2. 前記高温材料セクションが約１００〜約２３０ｂａｒの蒸気に曝される、請求項１記載の亜臨界ロータ。
3. 前記高温材料が高クロム合金鍛造鋼である、請求項１記載の亜臨界ロータ。
4. 前記低温材料が鍛造合金鋼である、請求項１記載の亜臨界ロータ。
5. 前記高クロム合金鍛造鋼が、約１０．０〜約１３．０重量％のＣｒと、約０．５〜約２．０重量％のＭｏと、約０．１〜約０．３重量％のＶと、約０．５〜約１．０重量％のＮｉとを含む、請求項３記載の亜臨界ロータ。
6. 前記鍛造合金鋼が、約０．５〜約２．２重量％のＣｒ、と、約０．５〜約２．０重量％のＭｏと、約０．１〜約０．５重量％のＶと、約０．５〜約１．０重量％のＮｉとを含む、請求項４記載の亜臨界ロータ。
7. 請求項１記載のロータを備える蒸気タービン。

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