JP2013142388A

JP2013142388A - 多材料ロータ、多材料ロータを有する蒸気タービン及び多材料ロータの製造方法

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Publication number: JP2013142388A
Application number: JP2012276304A
Authority: JP
Inventors: Thomas Joseph Farineau; トーマス・ジョセフ・ファリノー; Robin Carl Schwant; ロビン・カール・シュワント
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2013-07-22
Also published as: CN103195491A; US20130177431A1; RU2012158331A; EP2612987A2

Abstract

【課題】多材料ロータ、多材料ロータを有する超臨界蒸気タービン及び多材料ロータの製造方法を提供すること。
【解決手段】ロータは、第１の端部及び第２の端部を有するシャフト高温セクションを含む。シャフト高温セクションが、３種以上の異なる材料から構成される。
【選択図】図１

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、超臨界蒸気に曝される多材料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対する作動条件、圧力、温度、流量、その他に耐えるのに好適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が設計されている。この設計は、各蒸気タービンに同じ材料を用いて、単一構成に一体化された高−低圧、中−低圧及び中−高圧統合蒸気タービンロータが含まれている。多くの場合、当該タービンにおいて最高の作動条件で実施できる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。

蒸気タービンは、従来では、ロータとケーシングジャケットとを含む。ロータは、ブレードを有して回転可能に装着されるタービンシャフトを含む。加熱され加圧された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、エネルギーが蒸気からロータに伝達されるときに、タービンシャフトが回転し始める。ロータ及び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。タービンロータなどの高温材料の構成要素を製造する場合、大型の単一構成の構成要素を形成することは、製造時間が長い高価な構成要素をもたらし、このような製造能力は制限されることが多い。加えて、大型の高温構成要素の鍛造品は、蒸気経路全体として必要とされないことが多く、高価な高温材料の使用が非効率的なものとなる。

従って、より少量の高温材料構成要素から形成され、単一の鍛造品よりも単位ポンド当たり安価な材料を有し、蒸気タービンの種々のセクションに存在する蒸気条件に合わせた材料から形成される単一構成要素のロータ鍛造品及び構成要素セクションにおいて従来技術よりも遙かに製造が容易な蒸気タービンロータを提供することが望ましい。

米国特許第７８５０４２３号明細書

本開示の例示的な実施形態によれば、第１の端部及び第２の端部を有するシャフト高温セクションを含むロータが開示される。シャフト高温セクションは、３種以上の異なる材料から構成される。

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の端部を有するシャフト高温セクションを含む。シャフト高温セクションは、３種以上の異なる材料から構成される。本開示の別の例示的な実施形態によれば、多材料ロータを製造する方法が開示される。本方法は、複数の高圧セクションを提供するステップと、複数の高圧セクションを接合しシャフト高温セクションを形成するステップとを含む。シャフト高温セクションは、３種以上の異なる材料から構成される。

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。

可能な限り、同じ要素を示すために図面全体を通じて同じ参照符号を使用する。次に、本開示の例示的な実施形態を示す添付図面を参照して本開示を以下で詳細に説明する。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。

当該技術分野で公知のものよりも少量の高温材料の鍛造品から形成され、単一鍛造品よりも単位ポンド当たり安価な材料を有する分割型蒸気タービンロータが提供される。加えて、蒸気タービンの種々のセクションに存在する蒸気条件に合わせた材料から形成された構成要素セクションが本開示で提供される。本開示による多材料ロータ構成により、従来の蒸気タービンロータにこれまで存在していたよりも少量の高温材料を使用することが可能となる。多材料構成要素は、曝される材料に対して蒸気条件を調整又は適合させることが可能となり、高価な高温材料を効率的に使用することができる。加えて、鍛造品が少ない程、単一構成要素のロータ鍛造品における当該技術分野で公知のものよりも製造がより容易になる。加えて、鍛造品が少ない程、供給サイクルがより短くなり、より効率的な製造が可能になる。一部の実施形態では、分割型ロータは、保守及び／又は補修のため分解可能な構成要素を含む。加えて、多材料ロータは、複雑な鍛造又は製造技術を必要とすることなくロータ条件に密接に一致するロータの可変又は調整材料組成を可能にする。

本開示の実施形態では、本システム構成は、高温一体成形品として製造できない大型ロータを製造する手段を提供する。別の利点は、本システム構成が低コストの蒸気タービンロータを提供することである。本開示の実施形態の別の利点は、多材料ロータを製造するリードタイムが、ニッケル基超合金などの高温材料の単一構成鍛造品から鍛造されたロータよりも短いので、製造時間が短縮されることである。本開示の実施形態は、ａ）単一鍛造品よりも単位ポンド当たり安価であるか、又はｂ）中間サイズの一体鍛造品に対する調達サイクルの点で時間の節減を提供する同じ材料から作られた一連の小型鍛造品からの高圧、中間圧、又は高圧／中間圧ロータの製造を可能にする。このような構成により安価な製造を提供する。

図１は、本開示の一実施形態による、蒸気タービン１０の断面図を示す。蒸気タービン１０は、タービンロータ１３が回転軸１４の周りに回転可能に装着されるケーシング１２を含む。蒸気タービン１０は、高圧（ＨＰ）セクション１６を含む。

蒸気タービン１０は、超臨界作動条件で運転している。一実施形態では、蒸気タービン１０の高圧セクション１６は、約２２０ｂａｒを上回る圧力の蒸気を受け取る。別の実施形態では、高圧セクション１６は、約２２０ｂａｒと約３４０ｂａｒの間の圧力の蒸気を受け取る。別の実施形態では、高圧セクション１６は、約２２０ｂａｒと約２４０ｂａｒの間の圧力の蒸気を受け取る。加えて、高圧セクション１６は、約５９０℃と約７６０℃の間の温度の蒸気を受け取る。別の実施形態では、高圧セクション１６は、約５９０℃と約６２５℃の間の温度の蒸気を受け取る。

ケーシング１２は、ＨＰケーシング１２ａを含む。ＨＰケーシング１２ａは、別個の構成要素であり、換言すると一体化されていない。この例示的な実施形態では、ＨＰケーシング１２ａは、二重壁ケーシングである。ケーシング１２は、ハウジング２０と、該ハウジング２０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により回転可能に支持される。

主蒸気流路２６は、ケーシング１２とロータ１３との間の蒸気流用の経路として定められる。主蒸気流路２６は、タービンＨＰセクション１６に位置付けられたＨＰ主蒸気流路セクション３０を含む。本明細書で使用される用語「主蒸気流路」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流入領域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する。蒸気の熱エネルギーが機械的回転エネルギーに変換されて、蒸気が軸線１４の周りでロータ１３を回転させる。蒸気は、ＨＰ主蒸気流路セクション３０を通って流れた後、ＨＰ蒸気流出領域３２から出て中間過熱器（図示せず）に流れ、ここで蒸気が高温に加熱される。蒸気の追加の熱エネルギーは機械的回転エネルギーに変換され、蒸気が軸線１４の周りでロータ１３を回転させる。蒸気は、これ以上詳細には示されていない他の作動において使用してもよい。

別の実施形態では、蒸気タービン１０は、同様に構成されたＨＰセクションの下流側に中圧（ＩＰ）セクションを含み、ここで温度範囲は、ＨＰセクションの温度範囲（例えば、約５９０℃〜約７６０℃）と実質的に同一である。例えば、ＩＰセクションの圧力は、約３０ｂａｒから約１００ｂａｒとすることができる。

図１において更に分かるように、ロータ１３は、タービンＨＰセクション１６内に位置付けられるロータＨＰセクション２１０を含む。ロータ１３は、シャフト２４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内に位置付けられるシャフト高温セクション２２０を含む。シャフト高温セクション２２０は、例えば、ボルト継手２３０でＩＰセクション又は他の好適なタービン構成要素などの他の構成要素に接合することができる。別の実施形態では、シャフトＨＰ２２０は、溶接、ボルト締め、又は他の接合技術によって他の構成要素に接合することができる。

シャフト高温セクション２２０は、ボルト継手、溶接、又は他の接合技術によってシャフト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、シャフト高温セクション２２０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。

シャフト高温セクション２２０は、第１ＨＰセクション２４０、第２ＨＰセクション２４１、第３ＨＰセクション２４２、第４ＨＰセクション２４３及び第５ＨＰセクション２４４を含む。別の実施形態では、シャフト高温セクション２２０は、３つよりも多いＨＰセクション又は５つよりも多いＨＰセクションを含むことができる。シャフト高温セクション２２０は、第１の軸受２３６（図１）及び第２の軸受２３８（図１）により回転可能に支持される。一実施形態では、例えば、第１の軸受２３６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、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。別の実施形態では、異なる支持軸受構成を用いることもできる。第１の軸受２３６は第１ＨＰセクション２４０を支持し、第２の軸受２３８は第５ＨＰセクション２４４を支持する。

第１及び第３ＨＰセクション２４０、２４２は、第１及び第２の溶接部２５０、２５１それぞれによって第２ＨＰセクション２４１に接合される。第３及び第５ＨＰセクション２４２、２４４は、第３及び第４の溶接部２５２、２５３それぞれによって第４ＨＰセクション２４３に接合される。別の実施形態では、第１、第２、第３及び／又は第４の溶接部２５０、２５１、２５２、２５３は、ボルト継手と置き換えることができる。この例示的な実施形態では、第１、第２及び第３溶接部２５０、２５１、２５２は、ＨＰ主蒸気流路セクション３０（図１）に沿って位置付けられ、第４の溶接部２５３は、ＨＰ主蒸気流路セクション３０の外部又は接触せずに位置付けられる。別の実施形態では、第１の溶接部２５０は、ＨＰ主蒸気流路セクション３０の外部又は接触せずに位置付けることができる。一実施形態では、第１の溶接部２５０は、ＨＰ主蒸気流路セクション３０の外部又は接触しない位置「Ａ」（図１）に位置付けることができ、シール蒸気漏出部と接触することができる。

第３ＨＰセクション２４２は、ＨＰ流入領域２８及びＨＰ主蒸気流路セクション３０を少なくとも部分的に定める。第２ＨＰセクション２４１は、ＨＰ主蒸気流路セクション３０を少なくとも部分的に定める。第１ＨＰセクション２４０は更に、ＨＰ主蒸気流路セクション３０及びシール蒸気漏出部を少なくとも部分的に定める。上記で考察するように、別の実施形態では、第１の溶接部２５０は、第１ＨＰセクション２４０がＨＰ主蒸気流路セクション３０を少なくとも部分的に定めるように移動させることができる。第４及び第５ＨＰセクション２４３、２４４は、主蒸気流路２６を少なくとも部分的に定めず、換言すると、第４及び第５ＨＰセクション２４３、２４４は、ＨＰ主蒸気流路セクション３０の外部にあり、主蒸気流路２６と接触しない。

第３ＨＰセクション２４２は、第１の高耐熱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。第１の高耐熱材料は、第１の高温材料と呼ぶことができる。第３ＨＰセクションは、限定ではないが溶接及びボルト締めなどの材料接合技術によって他のＨＰセクション又はブロックに接合することができる。

シャフト高温セクション２２０に対する第１ＨＰセクション２４０、第２ＨＰセクション２４１、第３ＨＰセクション２４２、第４ＨＰセクション２４３及び第５ＨＰセクション２４４の上記の構成は、タービンＨＰセクション１６に関して説明しているが、多材料ロータは、ＩＰセクションロータであってもよく、ここでＩＰセクションロータは、上述のＨＰセクションにおいて開示されたような複数の多材料ロータの構成を有する。

例えば第３ＨＰセクション２４２における第１の高温材料は、ニッケル基超合金である。一実施形態では、高温材料は、残りの部分として、ある量のクロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、コロンビウム（Ｃｂ）及びニッケル（Ｎｉ）を含むニッケル基超合金とすることができる。一実施形態では、高温材料は、１６〜２５重量％のＣｒ、最大１５重量％のＣｏ、４〜１２重量％のＭｏ、最大６重量％のＣｂ、０．３〜４．０重量％のＴｉ、０．０５〜３．０重量％のＡｌ、最大０．０４重量％のＢ、最大１０重量％のＦｅと、残部のＮｉ及び不可避不純物を含むニッケル基超合金とすることができる。

別の実施形態では、高温材料は、１６〜２５重量％のＣｒ、４〜１２重量％のＭｏ、１．０〜６．０重量％のＣｂ、０．３〜４．０重量％のＴｉ、０．０５〜３．０重量％のＡｌ、最大１０重量％のＦｅと、残部のＮｉ及び不可避不純物を含むニッケル基超合金とすることができる。別の実施形態では、ニッケル基超合金は、１８〜２３重量％のＣｒ、６〜９重量％のＭｏ、２．０〜５．０重量％のＣｂ、０．６〜３．０重量％のＴｉ、０．０５〜０．５重量％のＡｌ、２〜７重量％のＦｅと、残部のＮｉ及び不可避不純物を含む。更に別の実施形態では、ニッケル基超合金は、１９〜２２重量％のＣｒ、６．５〜８．０重量％のＭｏ、３．０〜４．５重量％のＣｂ、１．０〜２．０重量％のＴｉ、０．１〜０．３重量％のＡｌ、３．０〜５．５重量％のＦｅと、残部のＮｉ及び不可避不純物を含む。

別の実施形態では、高温材料は、１６〜２４重量％のＣｒ、５〜１５重量％のＣｏ、５〜１２重量％のＭｏ、０．５〜４．０重量％のＴｉ、０．３〜３．０重量％のＡｌ、０．００２〜０．０４重量％のＢと、残部のＮｉ及び不可避不純物を含むニッケル基超合金とすることができる。別の実施形態では、ニッケル基超合金は、１８〜２２重量％のＣｒ、８〜１２重量％のＣｏ、６〜１０重量％のＭｏ、１．０〜３．０重量％のＴｉ、０．８〜２．０重量％のＡｌ、０．００２〜０．０２重量％のＢと、残部のＮｉ及び不可避不純物を含む。更に別の実施形態では、ニッケル基超合金は、１９〜２１重量％のＣｒ、９〜１１重量％のＣｏ、７〜９重量％のＭｏ、１．７〜２．５重量％のＴｉ、１．２〜１．８重量％のＡｌ、０．００２〜０．０１重量％のＢと、残部のＮｉ及び不可避不純物を含む。

一実施形態では、第２及び第４ＨＰセクション２４１及び２４３は、第２の高耐熱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。第２の高耐熱材料は、第２の高温材料と呼ぶことができる。別の実施形態では、ＨＰセクションは、限定ではないが溶接及びボルト締めなどの材料接合技術によって共に接合される高温材料の１以上のＨＰセクション又はブロックから形成することができる。第２及び第４ＨＰセクション２４１及び２４３は、同じＨＴＭ（高温材料）から形成することができる。別の実施形態では、第２及び第４ＨＰセクション２４１及び２４３は、異なるＨＴＭから形成することもできる。

一実施形態では、第２の高温材料は、高クロム合金鋼である。別の実施形態では、第２の高温材料は、ある量のクロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）バナジウム（Ｖ）、マンガン（Ｍｎ）及びコバルト（Ｃｏ）を含む鋼鉄とすることができる。一実施形態では、高温材料は、０．１〜１．２重量％のＭｎ、最大１．５重量％のＮｉ、８．０〜１５．０重量％のＣｒ、最大４．０重量％のＣｏ、０．５〜３．０重量％のＭｏ、０．０５〜１．０重量％のＶ、０．０２〜０．５重量％のＣｂ、０．００５〜０．１５重量％のＮ、最大０．０４重量％のＢ、最大３．０重量％のＷと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む高クロム合金鋼とすることができる。

別の実施形態では、第２の高温材料は、０．２〜１．２重量％のＭｎ、９．０〜１３．０重量％のＣｒ、０．５〜３．０重量％のＭｏ、０．０５〜１．０重量％のＶ、０．０２〜０．５重量％のＣｂ、０．０２〜０．１５重量％のＮと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む高クロム合金鋼とすることができる。別の実施形態では、高クロム合金は、０．３〜１．０重量％のＭｎ、１０．０〜１１．５重量％のＣｒ、０．７〜２．０重量％のＭｏ、０．０５〜０．５重量％のＶ、０．０２〜０．３重量％のＣｂ、０．０２〜０．１０重量％のＮと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む。更に別の実施形態では、高クロム合金は、０．４〜０．９重量％のＭｎ、１０．４〜１１．３重量％のＣｒ、０．８〜１．２重量％のＭｏ、０．１〜０．３重量％のＶ、０．０４〜０．１５重量％のＣｂ、０．０３〜０．０９重量％のＮと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む。

別の実施形態では、第２の高温材料は、０．２〜１．２重量％のＭｎ、０．２〜１．５重量％のＮｉ、８．０〜１５．０重量％のＣｒ、０．５〜３．０重量％のＭｏ、０．０５〜１．０重量％のＶ、０．０２〜０．５重量％のＣｂ、０．０２〜０．１５重量％のＮ、０．２〜３．０重量％のＷと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む高クロム合金鋼とすることができる。別の実施形態では、高クロム合金は、０．２〜０．８重量％のＭｎ、０．４〜１．０重量％のＮｉ、９．０〜１２．０重量％のＣｒ、０．７〜１．５重量％のＭｏ、０．０５〜０．５重量％のＶ、０．０２〜０．３重量％のＣｂ、０．０２〜０．１０重量％のＮ、０．５〜２．０重量％のＷと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む。更に別の実施形態では、高クロム合金は、０．３〜０．７重量％のＭｎ、０．５〜０．９重量％のＮｉ、９．９〜１０．７重量％のＣｒ、０．９〜１．３重量％のＭｏ、０．１〜０．３重量％のＶ、０．０３〜０．０８重量％のＣｂ、０．０３〜０．０９重量％のＮ、０．９〜１．２重量％のＷと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む。

別の実施形態では、第２の高温材料は、０．１〜１．２重量％のＭｎ、０．０５〜１．００重量％のＮｉ、７．０〜１１．０重量％のＣｒ、０．５〜４．０重量％のＣｏ、０．５〜３．０重量％のＭｏ、０．１〜１．０重量％のＶ、０．０２〜０．５重量％のＣｂ、０．００５〜０．０６重量％のＮ、０．００２〜０．０４重量％のＢと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む高クロム合金鋼とすることができる。別の実施形態では、高クロム合金は、０．１〜０．８重量％のＭｎ、０．０８〜０．４重量％のＮｉ、８．０〜１０．０重量％のＣｒ、０．８〜２．０重量％のＣｏ、１．０〜２．０重量％のＭｏ、０．１〜０．５重量％のＶ、０．０２〜０．３重量％のＣｂ、０．０１〜０．０４重量％のＮ、０．００５〜０．０２重量％のＢと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む。更に別の実施形態では、高クロム合金は、０．２〜０．５重量％のＭｎ、０．０８〜０．２５重量％のＮｉ、８．９〜９．７重量％のＣｒ、１．１〜１．５重量％のＣｏ、１．３〜１．７重量％のＭｏ、０．１５〜０．３重量％のＶ、０．０４〜０．０７重量％のＣｂ、０．０１４〜０．０３２重量％のＮ、０．００７〜０．０１４重量％のＢと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む。

一実施形態では、第１及び第５ＨＰセクション２４０及び２４４は、低耐熱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。第１及び第５ＨＰセクション２４０及び２４４は、上述の高クロム合金鋼よりも耐熱性の低い材料から形成することができる。低耐熱材料は、低温材料（ＬＴＭ）と呼ぶことができる。別の実施形態では、ＨＰセクションは、限定ではないが溶接及びボルト締めなどの材料接合技術によって共に接合される低温材料の１以上のＨＰセクション又はブロックから形成することができる。第１及び第５ＨＰセクション２４０及び２４４は、同じＬＴＭから形成することができる。別の実施形態では、第１及び第５ＨＰセクション２４０及び２４４は、異なるＬＴＭから形成することもできる。

低温材料は、低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合金鋼とすることができる。一実施形態では、低温材料は、０．０５〜１．５重量％のＭｎ、０．１〜３．０重量％のＮｉ、０．０５〜５．０重量％のＣｒ、０．２〜４．０重量％のＭｏ、０．０５〜１．０重量％のＶ、最大３．０重量％のＷと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む低合金鋼とすることができる。

別の実施形態では、低温材料は、０．３〜１．２重量％のＭｎ、０．１〜１．５重量％のＮｉ、０．５〜３．０重量％のＣｒ、０．４〜３．０重量％のＭｏ、０．０５〜１．０重量％のＶと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む低合金鋼とすることができる。別の実施形態では、低合金鋼は、０．５〜１．０重量％のＭｎ、０．２〜１．０重量％のＮｉ、０．６〜１．８重量％のＣｒ、０．７〜２．０重量％のＭｏ、０．１〜０．５重量％のＶと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む。更に別の実施形態では、低合金鋼は、０．６〜０．９重量％のＭｎ、０．２〜０．７重量％のＮｉ、０．８〜１．４重量％のＣｒ、０．９〜１．６重量％のＭｏ、０．１５〜０．３５重量％のＶと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む。

別の実施形態では、低温材料は、０．２〜１．５重量％のＭｎ、０．２〜１．６重量％のＮｉ、１．０〜３．０重量％のＣｒ、０．２〜２．０重量％のＭｏ、０．０５〜１．０重量％のＶ、０．２〜３．０重量％のＷと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む低合金鋼とすることができる。別の実施形態では、低合金鋼は、０．４〜１．０重量％のＭｎ、０．４〜１．０重量％のＮｉ、１．５〜２．７重量％のＣｒ、０．５〜１．２重量％のＭｏ、０．１〜０．５重量％のＶ、０．４〜１．０重量％のＷと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む。更に別の実施形態では、低合金鋼は、０．５〜０．９重量％のＭｎ、０．６〜０．９重量％のＮｉ、１．８〜２．４重量％のＣｒ、０．７〜１．０重量％のＭｏ、０．２〜０．４重量％のＶ、０．５〜０．８重量％のＷと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む。

別の実施形態では、低温材料は、０．０５〜１．２重量％のＭｎ、０．５〜３．０重量％のＮｉ、０．０５〜５．０重量％のＣｒ、０．５〜４．０重量％のＭｏ、０．０５〜１．０重量％のＶと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む低合金鋼とすることができる。別の実施形態では、低合金鋼は、０．０５〜０．７重量％のＭｎ、１．０〜２．０重量％のＮｉ、１．５〜２．５重量％のＣｒ、１．０〜２．５重量％のＭｏ、０．１〜０．５重量％のＶと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む。更に別の実施形態では、低合金鋼は、０．１〜０．３重量％のＭｎ、１．３〜１．７重量％のＮｉ、１．８〜２．２重量％のＣｒ、１．５〜２．０重量％のＭｏ、０．１５〜０．３５重量％のＶと、残部のＦｅ及び不可避不純物を含む。

シャフト２４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造することができる。シャフト高温セクション２２０は、第１ＨＰセクション２４０を第２ＨＰセクション２４１に接合し、第２ＨＰセクション２４１を第３ＨＰセクション２４２に接合し、第３ＨＰセクション２４２を第４ＨＰセクション２４３に接合し、第４ＨＰセクション２４３を第５ＨＰセクション２４４に接合することによって製造することができる。

本発明の特定の特徴及び実施形態のみを本明細書で例示し説明してきたが、当業者であれば、請求項に記載した主題の新規の教示及び利点から実質的に逸脱することなく、多くの変更形態及び変形が想起されるであろう（例えば、サイズ、大きさ、構造、種々の要素の形状及び比率、パラメータ値（例えば、温度、圧力等）、取り付け構造、使用材料、色、又は方向等の変形例）。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、過度な実験ではなく、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
１３タービンロータ
１４回転軸
１２ケーシング
１６高圧（ＨＰ）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
２８ＨＰ流入領域
３０ＨＰ主蒸気流路セクション
３２ＨＰ蒸気流出領域
２３６第１の軸受
２３８第２の軸受
２６４第３の軸受

Claims

第１の端部及び第２の端部を有するシャフト高温セクションを備えた多材料ロータであって、前記シャフト高温セクションが、３種以上の異なる材料から構成される、多材料ロータ。
前記シャフト高温セクションが、
第１高圧セクションと、
前記第１高圧セクションに接合された第２高圧セクションと、
前記第２高圧セクションに接合された第３高圧セクションと、
前記第３高圧セクションに接合された第４高圧セクションと、
前記第４高圧セクションに接合された第５高圧セクションと
を含む、請求項１記載の多材料ロータ。
前記第１、第２、第３、第４及び第５高圧セクションのうちの少なくとも１つが、ニッケル基超合金から形成される、請求項２記載の多材料ロータ。
前記第１、第２、第３、第４及び第５高圧セクションのうちの少なくとも１つが、高クロム合金鋼から形成される、請求項３記載の多材料ロータ。
少なくとも前記第１及び第５高圧セクションが低合金鋼から形成され、前記第２及び第４高圧セクションが高クロム合金鋼から形成され、前記第３高圧セクションがニッケル基超合金から形成されている、請求項４記載の多材料ロータ。
前記ロータが中圧ロータである、請求項１記載の多材料ロータ。
前記中圧ロータが複数のロータセクションから構成される、請求項６記載の多材料ロータ。
前記中圧ロータが、３種以上の異なる材料から構成される、請求項７記載の多材料ロータ。
多材料ロータを含む蒸気タービンであって、該多材料ロータが、第１の端部及び第２の端部を有するシャフト高温セクションを備え、前記シャフト高温セクションが３種以上の異なる材料から構成される、蒸気タービン。
前記シャフト高温セクションが、
第１高圧セクションと、
前記第１高圧セクションに接合された第２高圧セクションと、
前記第２高圧セクションに接合された第３高圧セクションと、
前記第３高圧セクションに接合された第４高圧セクションと、
前記第４高圧セクションに接合された第５高圧セクションと
を含む、請求項９記載の蒸気タービン。
前記第１、第２、第３、第４及び第５高圧セクションのうちの少なくとも１つが、ニッケル基超合金から形成される、請求項１０記載の蒸気タービン。
前記第１、第２、第３、第４及び第５高圧セクションのうちの少なくとも１つが、高クロム合金鋼から形成される、請求項１０記載の蒸気タービン。
少なくとも前記第１及び第５高圧セクションが低合金鋼から形成され、前記第２及び第４高圧セクションが高クロム合金鋼から形成され、前記第３高圧セクションがニッケル基超合金から形成されている、請求項１２記載の蒸気タービン。
前記多材料ロータが、中圧セクションロータである、請求項９記載の蒸気タービン。
前記中圧セクションロータが、前記第２の端部に取り付けられる、請求項９記載の蒸気タービン。
前記中圧セクションロータが、３種以上の異なる材料から構成される、請求項１５記載の蒸気タービン。
多材料ロータを作る方法であって、
複数の高圧セクションを提供するステップと、
前記複数の高圧セクションを接合しシャフト高温セクションを形成するステップと
を含み、前記シャフト高温セクションが３種以上の異なる材料から構成されている、方法。
前記３種以上の異なる材料が、ニッケル基超合金、高クロム合金鋼及び低合金鋼を含む、請求項１７記載の方法。
前記多材料ロータが中圧ロータである、請求項１７記載の方法。
前記シャフト高温セクションに中圧セクションロータを取り付けるステップを更に含む、請求項１７記載の方法。