JP6204708B2 - Turbine rotor, steam turbine using the same, and method for manufacturing the turbine rotor - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも2個のタービンロータ母材を溶接部にて突き合せ溶接により結合した構成を有するタービンロータ及びこれを用いた蒸気タービン並びに当該タービンロータの製造方法関する。 The present invention relates to a turbine rotor having a configuration in which at least two turbine rotor base materials are joined by butt welding at a welded portion, a steam turbine using the turbine rotor, and a method of manufacturing the turbine rotor.
蒸気タービンのロータは、軸長が長大である。しかも、高圧側ロータには高温クリープ破断強度が要求され、低圧側ロータには引張強度と靭性とが要求されている。このため、一つの部材で蒸気タービンロータを形成した場合、各特性を満足させることができない。 The rotor of the steam turbine has a long axial length. Moreover, the high pressure side rotor is required to have high temperature creep rupture strength, and the low pressure side rotor is required to have tensile strength and toughness. For this reason, when a steam turbine rotor is formed with one member, each characteristic cannot be satisfied.
これを解決するため、従来、高圧側ロータを高温クリープ破断強度に優れた材料で形成し、低圧側ロータを引張強度及び靭性に優れた材料で形成し、これらを溶接によって一体化する技術が適用されている。 In order to solve this problem, conventionally, a technology has been applied in which the high-pressure rotor is formed of a material having excellent high-temperature creep rupture strength, the low-pressure rotor is formed of a material having excellent tensile strength and toughness, and these are integrated by welding. Has been.
タービンロータには、プラントの起動および停止の際に掛かる負荷を低減するため、密閉中空部が設けてある。タービンロータは、溶接する際、まず、タービンロータに開先加工してある突合せ部の底部を溶接する。初層は、開先底部を完全に溶融して、タービンロータ内周まで貫通させる必要がある。一般的な突き合せ溶接において、初層を板の裏面まで貫通させる場合、溶接ビード表面の酸化を抑制するために、溶接する開先底部の裏側から不活性ガスを噴射する。 The turbine rotor is provided with a sealed hollow portion in order to reduce a load applied at the time of starting and stopping the plant. When the turbine rotor is welded, first, the bottom of the butt portion that is grooved in the turbine rotor is welded. In the first layer, it is necessary to completely melt the groove bottom and to penetrate to the inner periphery of the turbine rotor. In general butt welding, when the first layer is penetrated to the back surface of the plate, an inert gas is injected from the back side of the groove bottom portion to be welded in order to suppress oxidation of the surface of the weld bead.
しかしながら、溶接する際にタービンロータを突き合せることにより、タービンロータの密閉中空部は塞がれる。そのため、開先底部の裏側から不活性ガスをタービンロータの密閉中空部に注入することができない。そのため、初層のタービンロータ内周側は過度に酸化し、亀裂進展の起点となる表面荒れが発生する。さらに、タービンロータ内周の溶接ビードも観察できないため、亀裂進展の可能性を判定することもできない。 However, the sealed hollow portion of the turbine rotor is closed by abutting the turbine rotor during welding. Therefore, the inert gas cannot be injected into the sealed hollow portion of the turbine rotor from the back side of the groove bottom portion. For this reason, the inner peripheral side of the turbine rotor in the first layer is excessively oxidized, and surface roughness is generated as a starting point of crack propagation. Furthermore, since the weld bead on the inner periphery of the turbine rotor cannot be observed, the possibility of crack propagation cannot be determined.
特許文献1には、溶接後のタービンロータの品質を低下させることなく内部に不活性ガスを充填するために、溶接用に形成する開先部の底部を貫通するガス導入用穴を形成し、上記の溶接後は、当該穴を溶接によって封止する技術が開示されている。 In Patent Document 1, in order to fill the inside with an inert gas without deteriorating the quality of the turbine rotor after welding, a gas introduction hole that penetrates the bottom of the groove portion formed for welding is formed, After said welding, the technique of sealing the said hole by welding is disclosed.
特許文献2には、溶接継手部の近傍に奥に段部を有し入口にねじ部を有する検査穴を穿設し、X線源を挿入して放射線透過試験を行い、その検査穴の段部にパッキンを挿入したうえねじ部にプラグを螺入しプラグの周縁にコーキングを施す溶接ローターの溶接継手部検査方法が開示されている。 In Patent Document 2, an inspection hole having a stepped portion at the back and a threaded portion at the entrance is formed in the vicinity of the welded joint portion, and an X-ray source is inserted to perform a radiation transmission test. A method for inspecting a welded joint portion of a welding rotor is disclosed in which a packing is inserted into a portion, a plug is screwed into a screw portion, and caulking is performed on the periphery of the plug.
本発明の目的は、タービンロータを製造する際、バックシールドである不活性ガスの注入、及び、ボアスコープによる溶接ロータの裏波溶接部の検査を容易に行うことにある。 An object of the present invention is to easily inject an inert gas that is a back shield and inspect a welded portion of a welded rotor by a borescope when manufacturing a turbine rotor.
本発明は、少なくとも2個のタービンロータ母材を溶接部にて突き合せ溶接により結合した構成を有するタービンロータにおいて、2個のタービンロータ母材の端部に設けた2つの凹部は、結合した状態で中空部を形成し、タービンロータ母材の1個には、外表面部から中空部まで溶接部に向かって斜めに貫通する孔が設けてあり、孔は、封止してあることを特徴とする。 The present invention provides a turbine rotor having a configuration in which at least two turbine rotor base materials are joined by butt welding at a welded portion, and two recesses provided at the end portions of the two turbine rotor base materials are joined together. A hollow portion is formed in a state, and one of the turbine rotor base material is provided with a hole penetrating obliquely from the outer surface portion to the hollow portion toward the welded portion, and the hole is sealed. Features.
本発明によれば、タービンロータを製造する際、バックシールドである不活性ガスの注入をし、ボアスコープによる溶接ロータの裏波溶接部の検査の時間を短縮することができる。これにより、裏波溶接の信頼性を向上することができる。 According to the present invention, when manufacturing a turbine rotor, an inert gas which is a back shield is injected, and the time required for inspection of the welded portion of the welded rotor of the borescope can be shortened. Thereby, the reliability of back wave welding can be improved.
蒸気タービンは、ボイラー、タービンロータ、動翼、発電機などから構成されている。 A steam turbine is composed of a boiler, a turbine rotor, a moving blade, a generator, and the like.
図1は、蒸気タービンの構成を模式的に示したものである。 FIG. 1 schematically shows the configuration of a steam turbine.
本図に示すタービンロータ51には、これを軸として高圧タービン54、中圧タービン55、低圧タービン56a、56b及び発電機57が取り付けられている。高圧タービン54には、主蒸気配管52が接続されている。高圧タービン54と中圧タービン55との間には、ボイラー再熱器53が設けてある。
The
蒸気は、主蒸気配管52から流入し、高圧タービン54に流れ込む。その後、蒸気は、ボイラー再熱器53にて加熱され、中圧タービン55及び低圧タービン56a、56bに流れ込む。これらの蒸気の力により、タービンロータ51が回転し、タービンロータ51の端部に取り付けられた発電機57において電気エネルギーが発生する。
Steam flows from the
本発明は、高圧タービン54、中圧タービン55及び低圧タービン56a、56b、特に、低圧タービン56a、56bに関するものである。
The present invention relates to the high-
本発明者は、少なくとも2個に分割したタービンロータを突合せ溶接により溶接部を介して接続した密閉中空部を有するタービンロータにおいて、その密閉中空部の形状と応力集中分布との関係を検討した。その結果、ロータ外表面から密閉中空部に向かって貫通する孔(貫通孔)を設け、それを封止する際に、従来例のように、プラグで塞いだ後に必ずしもコーキングを施す必要がないことを明らかにした。例えば、ボルトの埋め込みや、溶接肉盛りによる封止を行えばよい。 The present inventor examined the relationship between the shape of the sealed hollow portion and the stress concentration distribution in the turbine rotor having the sealed hollow portion in which the turbine rotor divided into at least two parts is connected via a welded portion by butt welding. As a result, a hole (through hole) that penetrates from the outer surface of the rotor toward the sealed hollow portion is provided, and when sealing it, it is not always necessary to perform caulking after plugging with a plug as in the conventional example. Was revealed. For example, a bolt may be embedded or sealed by welding.
さらに、密閉中空部に同一内径部を設けることにより、その部分への応力集中は、その他に比べて相対的に低いことが分かった。このことから、孔は、同一内径部に設けることが望ましい。 Furthermore, it was found that by providing the same inner diameter portion in the sealed hollow portion, the stress concentration on the portion is relatively low compared to the others. For this reason, it is desirable to provide the holes in the same inner diameter portion.
本発明者は、これらの課題について本発明を提案し、以下の実施例のように試験などを行った。その結果、上記課題を解消する見通しを得た。 The present inventor has proposed the present invention for these problems, and conducted tests and the like as in the following examples. As a result, the prospect of solving the above-mentioned problem was obtained.
表1は、各実施例における施工条件及び仕様をまとめて示したものである。 Table 1 summarizes the construction conditions and specifications in each example.
以下、具体的な実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, although it demonstrates in detail using a specific Example, this invention is not limited to these Examples.
本実施例においては、3.5%Ni−Cr−Mo−V鋼を用いたが、ロータ材料の組み合わせには制限はない。例えば、Ni基超合金、12%Cr鋼、またはCr−Mo−V鋼との異材、及び同材の組み合わせであっても構わない。 In this example, 3.5% Ni—Cr—Mo—V steel was used, but there are no restrictions on the combination of rotor materials. For example, a different material from Ni-base superalloy, 12% Cr steel, or Cr—Mo—V steel, or a combination of the same materials may be used.
図2Aは、低圧タービン用溶接ロータの全体構造を示す断面図である。 本図において、溶接ロータ100は、少なくとも2個に分割されたタービンロータ母材31a、31bを含む。タービンロータ母材31a、31bは、突き合せ溶接により結合されている。突き合せ溶接を施した部位は、溶接部34である。タービンロータ母材31a、31bの間には、密閉中空部32が設けてある。密閉中空部32は、熱容量及び溶接部の肉厚の低減を目的とするものである。
FIG. 2A is a cross-sectional view showing the overall structure of a welding rotor for a low-pressure turbine. In this figure,
図2Bは、図2Aのタービンロータの溶接部を示す部分拡大断面図である。 2B is a partially enlarged cross-sectional view showing a welded portion of the turbine rotor of FIG. 2A.
本図においては、溶接金属33によって結合された溶接部34の構成が示されている。タービンロータ母材31aには、孔35が設けてある。孔35は、タービンロータ母材31aの外表面部から密閉中空部32まで貫通するものであり、タービンロータ母材31aの中心軸(回転軸)から内壁面までの距離(密閉中空部32の半径)が一様である領域37(同一内径部)に達するように溶接部34の方向に向かって斜めに形成されている。孔35は、タービンロータ母材31aの外表面部近傍にて封止されている(封止部36)。封止部36は、溶接により形成されていることが望ましい。封止部36がネジ部やパッキンを有する構成の場合、運転時等に蒸気が密閉中空部32に漏れ込むおそれがあるからである。
In this figure, the structure of the
孔35は、裏波溶接の際のバックシールド(不活性ガス)注入用、及び裏波形状検査時のボアスコープ投入用である。前者の目的で使用することにより、裏波の酸化抑制と圧力変動の緩和が図れるため、安定して裏波溶接を行うことができる。また、後者の目的で使用することにより、裏波の形成を容易に確認できるため、信頼性の高い溶接ロータを提供できる。
The
孔35は、溶接部34の溶接及びボアスコープによる検査が終了した後、封止部36を設けることにより閉じられる。
The
以上のように、本発明によれば、ボアスコープによる検査が容易であるため、バックシールドを使用できない施工環境下においても、裏波溶接の信頼性を向上することができ、欠陥のない溶接部を有するタービンロータを提供することができる。また、溶接ロータの検査時間を短縮することができる。 As described above, according to the present invention, since the inspection by the borescope is easy, the reliability of the back wave welding can be improved even in a construction environment where the back shield cannot be used, and the welded portion having no defect. Can be provided. Moreover, the inspection time of a welding rotor can be shortened.
図3は、タービンロータの溶接に用いるタングステン−不活性ガス溶接装置の概略を示したものである。 FIG. 3 shows an outline of a tungsten-inert gas welding apparatus used for welding the turbine rotor.
本図において、溶接装置40は、駆動装置43、溶接機構44、トーチ48及び制御装置47を有し、ガスホース152を介してガスボンベ49を接続してある。ガスボンベ49の不活性ガスは、ガスホース151を介してトーチ48に送られるようになっている。不活性ガスとしては、窒素又はアルゴン等が用いられる。駆動装置43と制御装置47との間には、信号を送受信する信号ケーブル45が設けてある。溶接機構44と制御装置47との間には、信号を送受信する信号ケーブル46が設けてある。
In this figure, the
タービンロータ41は、ロータ回転装置150に設置され、タービンロータ41の中心軸の周りに回転可能とすることができる。ロータ回転装置150は、信号ケーブル154を介して制御装置47に接続してあり、タービンロータ41の回転(回転速度及び回転方向)の制御を制御装置47によって行うことができるようになっている。
The
また、タービンロータ41には、アースケーブル153が接続してあり、溶接に際してタービンロータ41の電位が変化することを抑制することができる。
Moreover, the
溶接機構44は、駆動装置43によって移動可能としてあり、トーチ48をタービンロータ41の溶接部に接近させて溶接を行うことができるように構成されている。
The
本図に示す駆動装置43は、タービンロータ41に密着して移動する自立型であるが、この他に、例えば走査アーム等の外力により駆動装置43が移動するようにしたものでもよい。
The
本実施例においては、低入熱の溶接方法としては、入熱量15〜25KJ/cmのタングステン・イナートガス(Tungsten Inert Gas Arc、以下、TIGと略称する。)溶接としたが、レーザ溶接や電子ビーム溶接(EBW)であっても構わない。また、高入熱の溶接方法としては、入熱量20〜30KJ/cmのサブマージアーク溶接(SAW)、被覆アーク(SMAW)溶接、マグ(MAG)溶接であっても構わない。 In this embodiment, the low heat input welding method is tungsten inert gas (Tungsten Inert Gas Arc, hereinafter abbreviated as TIG) welding with a heat input of 15 to 25 KJ / cm, but laser welding or electron beam. It may be welding (EBW). Further, the high heat input welding method may be submerged arc welding (SAW), covering arc (SMAW) welding, or mag (MAG) welding with a heat input of 20 to 30 KJ / cm.
また、本図においては、アークの方向が下向きであるが、横向きであっても構わない。 Moreover, in this figure, although the direction of the arc is downward, it may be horizontal.
図4は、タービンロータ溶接工程のフローの一例を示したものである。 FIG. 4 shows an example of the flow of the turbine rotor welding process.
まず、一方のロータ母材を他方のロータ母材に組み込む(S101)。つぎに、溶接工程の開始を指示する(S102)。溶接における熱応力を緩和するためにロータ母材を予熱する(S103)。この予熱の際に用いる装置は、電気炉、ガスバーナ、高周波誘導加熱機等が挙げられるが、その他の装置でも構わない。 First, one rotor base material is incorporated into the other rotor base material (S101). Next, the start of the welding process is instructed (S102). In order to relieve the thermal stress in welding, the rotor base material is preheated (S103). Examples of the apparatus used for the preheating include an electric furnace, a gas burner, a high frequency induction heater, and the like, but other apparatuses may be used.
そして、図3に示す溶接装置を用いて溶接部の中央部を形成するために、溶接を行う(S105)。溶接部の表層部を形成するために、溶接を行う。(S106)。 And welding is performed in order to form the center part of a welding part using the welding apparatus shown in FIG. 3 (S105). Welding is performed to form the surface layer of the weld. (S106).
その後、溶接部の残留応力を除去するために焼鈍を行う(S108)。この際に用いる装置は、電気炉、ガスバーナ、高周波誘導加熱機等が挙げられるが、その他の装置でも構わない。 Thereafter, annealing is performed to remove residual stress in the welded portion (S108). Examples of the apparatus used at this time include an electric furnace, a gas burner, and a high frequency induction heater, but other apparatuses may be used.
その後、溶接部の溶接欠陥検査を行う(S109)。検査方法としては、浸透探傷試験(PT)、目視検査(VT)、超音波探傷試験(UT)、放射線透過試験(RT)、磁粉探傷試験(MT)などが挙げられるが、その他の方法でも構わない。 Thereafter, a weld defect inspection of the weld is performed (S109). Examples of inspection methods include penetration testing (PT), visual inspection (VT), ultrasonic testing (UT), radiation transmission testing (RT), and magnetic particle testing (MT), but other methods may be used. Absent.
欠陥の有無を判別し(S110)、欠陥を検出した場合、さらに、欠陥サイズが機械強度の面から許容可能か否かを判別し(S111)、許容できない場合、溶接部を切除し(S112)、ロータ端面に開先加工を施し(S113)、予熱工程(S103)に戻る。 The presence / absence of a defect is determined (S110). If a defect is detected, it is further determined whether the defect size is acceptable from the viewpoint of mechanical strength (S111). If the defect size is not acceptable, the weld is cut (S112). Then, groove processing is performed on the rotor end face (S113), and the process returns to the preheating step (S103).
欠陥の有無の判別(S110)において欠陥を検出しなかった場合、又は欠陥サイズの判別(S111)において欠陥サイズが許容可能な範囲内である場合は、孔を封止し(S114)、溶接工程を終了する(S115)。 When no defect is detected in the determination of the presence or absence of defects (S110), or when the defect size is within an allowable range in the determination of defect size (S111), the hole is sealed (S114), and the welding process Is finished (S115).
タービンロータの製造方法についてまとめると、次のようになる。 The manufacturing method of the turbine rotor is summarized as follows.
タービンロータの製造は、端部に凹部を有する2個のタービンロータ母材のうち1個に、そのタービンロータ母材の外表面部から凹部までタービンロータ母材の端部に向かって斜めに貫通する孔を設け、2個のタービンロータ母材のそれぞれの端部に設けた凹部を合わせ、2個のタービンロータ母材を突き合せ溶接により結合することにより中空部を形成し、孔を封止することにより行う。ここで、凹部を合わせた後で、一方のタービンロータ母材に孔を設けてもよい。 Turbine rotors are manufactured by passing through one of the two turbine rotor base materials having a recess at the end from the outer surface portion of the turbine rotor base material to the recess, obliquely toward the end of the turbine rotor base material. Holes are formed, hollows are formed by joining the two turbine rotor base materials by butt welding, matching the recesses provided at the ends of the two turbine rotor base materials, and sealing the holes To do. Here, after aligning the recesses, one turbine rotor base material may be provided with holes.
さらに、溶接部をボアスコープにより検査をし、当該検査の後、孔を封止することが望ましい。 Furthermore, it is desirable to inspect the weld with a borescope and seal the hole after the inspection.
突き合せ溶接の際は、孔を介して中空部に不活性ガスを注入することが望ましい。 In butt welding, it is desirable to inject an inert gas into the hollow portion through the hole.
本実施例においては、実施例1と比べて、孔が開いているロータ母材(図2Bのタービンロータ母材31a)のみが異なる。その他については、実施例1と同様であるため、詳細な説明は割愛し、相違点についてのみ説明する。
In the present embodiment, as compared with the first embodiment, only the rotor base material (the turbine
本実施例におけるロータ母材の組み合わせは、Ni基合金とCrMoV鋼である。この場合、Ni基合金は、CrMoV鋼の熱処理条件の制約のために、十分に残留応力を緩和することができない。そのため、孔を残留応力の高い箇所に設けると、き裂進展の危険性が高くなる。したがって、本実施例のように、ロータ母材の組み合わせがCrMoV鋼のようなフェライト系と、Ni基合金である場合、孔は残留応力の低いフェライト系のロータ母材に設ける。 The combination of the rotor base materials in this example is a Ni-based alloy and CrMoV steel. In this case, the Ni-based alloy cannot sufficiently relieve the residual stress due to the restriction of the heat treatment conditions of the CrMoV steel. Therefore, if the hole is provided at a location having a high residual stress, the risk of crack growth increases. Therefore, when the combination of the rotor base materials is a ferrite base material such as CrMoV steel and a Ni-based alloy as in this embodiment, the holes are provided in the ferrite base rotor base material having a low residual stress.
本実施例は、実施例1と比べて、孔の数のみが異なる。その他については、実施例1と同様であるため、詳細な説明は割愛し、相違点についてのみ説明する。 This example differs from Example 1 only in the number of holes. Others are the same as those in the first embodiment, and therefore, detailed description is omitted, and only differences are described.
図5は、ロータの半径方向の断面を示したものである。 FIG. 5 shows a cross section in the radial direction of the rotor.
本図においては、タービンロータ母材231の同一断面に3箇所の孔235が設けてある。
In this figure, three
孔235は、ロータ回転時の振動発生の要因になる。そのため、孔235は、2箇所以上が望ましい。本図においては、3箇所である。また、それらの孔235の配置は、同一断面における周方向(円周方向)の全周の角度を等分していることが望ましい。これにより、振動発生を最小限度に抑制することができる。
The
ただし、孔を加工するための時間と検査の容易さとを考慮すると、孔235は、12箇所以内であることが好ましい。
However, considering the time for processing the hole and the ease of inspection, the
本実施例は、実施例1と比べて、ロータ材料の組み合わせ及び適用部位のみが異なる。その他については、実施例1と同様であるため、詳細な説明は割愛し、相違点についてのみ説明する。 This embodiment differs from the first embodiment only in the combination of rotor materials and the application site. Others are the same as those in the first embodiment, and therefore, detailed description is omitted, and only differences are described.
実施例1においては、3.5%NiCrMoV鋼及び3.5%NiCrMoV鋼ロータからなる低圧タービンロータへ適用していた。 In Example 1, it applied to the low pressure turbine rotor which consists of a 3.5% NiCrMoV steel and a 3.5% NiCrMoV steel rotor.
しかし、ロータ材料と適用部位の組み合わせは、それだけにとどまらず、図6Aに示すようなNi基合金製の高圧タービンロータ母材60と、12%Cr鋼製の中圧タービンロータ母材62からなる中圧タービンロータ、図6Bに示すようなNi基合金製の高圧タービンロータ母材60とCrMoV鋼製の中圧タービンロータ母材62からなる中圧タービンロータ、図6Cに示すようなCrMoV鋼製の低圧タービンロータ61からなる中圧タービンロータに対しても、同様に適用出来る。
However, the combination of the rotor material and the application site is not limited to this, and is a medium comprising a high-pressure turbine
さらに、図7A〜7Dに示すような3.5%NiCrMoV鋼及び3.5%NiCrMoV鋼ロータ材料からなる低圧タービンロータにおいて、溶接する位置と数が異なっても、同様に適用出来る。 Furthermore, in the low pressure turbine rotor made of 3.5% NiCrMoV steel and 3.5% NiCrMoV steel rotor material as shown in FIGS.
本実施例は、実施例1と比べて、孔の角度や位置について限定している点が異なる。その他については、実施例1と同様であるため、詳細な説明は割愛し、相違点についてのみ説明する。 The present embodiment is different from the first embodiment in that the hole angle and position are limited. Others are the same as those in the first embodiment, and therefore, detailed description is omitted, and only differences are described.
ロータに開ける孔の目的の一つは、裏波をボアスコープで検査することである。ゆえに、孔の延長線上は、裏波に近い方が好ましい。よって、孔の延長線は、ロータ密閉中空部内の突起部と干渉せず、かつ、構造強度の観点から軸方向に伸びる同一半径部にあることが望ましい。 One purpose of the hole in the rotor is to inspect the back wave with a borescope. Therefore, it is preferable that the hole is close to the back wave on the extended line of the hole. Therefore, it is desirable that the extension line of the hole be in the same radius portion that does not interfere with the protrusion in the rotor sealing hollow portion and extends in the axial direction from the viewpoint of structural strength.
図8Aは、溶接部及び孔の構成(孔の角度θの上限値θmaxの例)を示す部分断面図である。 Figure 8A is a partial cross-sectional view showing the configuration of the welded portion and the hole (examples of the upper limit theta max angle theta of holes).
本図においては、図2Bに示すタービンロータ母材31aに設けられた孔35の角度及びその周辺部の寸法を含めて記載してある。また、本図は、孔35が直線状に設けられた場合を示している。
In this figure, the angle of the
本図において、孔35は、タービンロータ母材31aの外表面部から密閉中空部32まで貫通するものであり、タービンロータ母材31aの中心軸から内壁面までの距離(密閉中空部32の半径)が一様である領域37(同一内径部)に達するように溶接部34の方向に向かって斜めに形成されている。孔35は、タービンロータ母材31aの外表面部近傍にて封止されている(封止部36)。
In this figure, the
タービンロータ母材31aは、密閉中空部32の側に突起部81(「隆起部」又は「稜線部」ともいう。)を有している。溶接金属33は、密閉中空部32の側に内側端部82を有している。
The turbine
なお、本図及び後述の図8Bは断面図であり、密閉中空部32を形成するタービンロータ母材31a、31bの端部はリング状であるため、突起部81等もリング状であるが、以下の説明においては、断面図における二次元的な用語で説明する場合がある。
In addition, this figure and FIG. 8B mentioned later are sectional views, and since the end portions of the turbine
図8Aに示す断面において領域37の範囲は、直線として表される。一方、領域37の範囲外は、タービンロータ母材31aの中心軸方向に曲率を有する形状である。
In the cross section shown in FIG. 8A, the range of the
図8Aにおいて、タービンロータ母材31aの外表面部の接平面と孔35の中心軸とのなす角は、θとしている。孔35の内径(直径)は、dとしている。
In FIG. 8A, the angle between the tangential plane of the outer surface portion of the turbine
溶接部34の中心軸を基準とするタービンロータ母材31aの中心軸方向の距離に関しては、突起部81の稜線(本断面図における角部(頂点))までをL1とし、領域37の突起部81側の端部までをL2とし、孔35のタービンロータ母材31aの外表面部における中心までをLとしている。Lについては、孔の外表面部における中心から溶接部の中央断面までの距離ということもできる。ここで、溶接部の中央断面は、本図における溶接部34の中心軸に対応している。
For the distance between the center axis direction of the
また、領域37(同一内径部)におけるタービンロータ母材31aの肉厚は、tとしている。さらに、タービンロータ母材31aの中心軸を基準として、突起部81の頂点までの距離と領域37までの距離との差(半径の差)をt1としている。
In addition, the thickness of the turbine
本図においては、領域37における孔35の突起部81側は、領域37の突起部81側の端部に一致している。また、孔35の突起部81側の延長線(破線)は、突起部81の頂点に交わっている。
In the drawing, the
以上の定義を三次元的に表現すると、t1は端部の隆起部の稜線と同一内径部との半径の差であり、L1は中央断面から稜線までの距離であり、L2は中央断面から同一内径部の中央断面側までの距離であり、L3は中央断面から同一内径部の中央断面側の反対側までの距離である。 When expressing the definition of the above three-dimensionally, t 1 is the difference of the radius of the ridge and the same inner diameter portion of the raised portion of the end portion, L 1 is the distance from the central plane to the ridge line, L 2 is a central the distance from the cross section to the center section side of the same inner diameter, L 3 is the distance from the central plane to the other side of the center section side of the same inner diameter.
図8Bは、溶接部及び孔の構成(孔の角度θの下限値θminの例)を示す部分断面図である。 FIG. 8B is a partial cross-sectional view showing the configuration of the welded part and the hole (an example of the lower limit value θ min of the hole angle θ).
本図においては、溶接部34の中心軸を基準とするタービンロータ母材31aの中心軸方向の距離に関しては、領域37の突起部81から遠い端部までをL3としている。
In this figure, with respect to the distance in the central axis direction of the
本図においては、領域37における孔35の突起部81から遠い側は、領域37の突起部81側から遠い端部に一致している。また、孔35の突起部81側の延長線(破線)は、突起部81の頂点に交わっている。
In this figure, the side of the
上記の寸法及び角度の定義に従って、孔35の角度θの範囲は、下記式(1)〜(4)のように定義することができる。
According to the definition of the above dimensions and angles, the range of the angle θ of the
θmin≦θ≦θmax …式(1)
Lmin≦L≦Lmax …式(2)
tanθmax=t1/(L2−L1)=t/(Lmin−L2) …式(3)
tanθmin=t1/(L3−L1)=t/(Lmax−L3) …式(4)
ここで、Lminは、図8AのLに対応する値を表したものであり、Lmaxは、図8BのLに対応する値を表したものである。
θ min ≦ θ ≦ θ max (1)
L min ≦ L ≦ L max Formula (2)
tan θ max = t 1 / (L 2 −L 1 ) = t / (L min −L 2 ) (3)
tan θ min = t 1 / (L 3 −L 1 ) = t / (L max −L 3 ) (4)
Here, L min represents a value corresponding to L in FIG. 8A, and L max represents a value corresponding to L in FIG. 8B.
上記式(1)〜(4)を整理すると、下記式(5)及び(6)を得る。 When the above formulas (1) to (4) are arranged, the following formulas (5) and (6) are obtained.
tan−1{t1/(L3−L1)}≦θ≦tan−1{t1/(L2−L1)} …式(5)
t(L2−L1)/t1+L2≦L≦t(L3−L1)/t1+L3 …式(6)
また、孔35は、一直線でなくてもよい。孔35は、密閉中空部32に接する部位のみが上記式(5)で定義される角度を有するものであればよい。
tan −1 {t 1 / (L 3 −L 1 )} ≦ θ ≦ tan −1 {t 1 / (L 2 −L 1 )} Equation (5)
t (L 2 −L 1 ) / t 1 + L 2 ≦ L ≦ t (L 3 −L 1 ) / t 1 + L 3 Formula (6)
Moreover, the
これらの式を用いて、実際のタービンロータの寸法を元に、密閉中空部の具体的な数値を計算した結果、下記式(7)及び(8)を得た。 Using these equations, specific numerical values of the sealed hollow portion were calculated based on the actual dimensions of the turbine rotor. As a result, the following equations (7) and (8) were obtained.
10≦θ≦80(度) …式(7)
30≦L≦900(mm) …式(8)
以上の構成により、ボアスコープを孔35に挿入して溶接ロータの裏波溶接部(突起部81及び内側端部82)の検査をする際、ボアスコープの先端部が裏波溶接部の近くにそのまま達するため、ボアスコープの先端部を屈曲(変形)させることなく、裏波溶接部の観察をすることができる。
10 ≦ θ ≦ 80 (degrees) (7)
30 ≦ L ≦ 900 (mm) (8)
With the above configuration, when the borescope is inserted into the
31a、31b:タービンロータ母材、32:密閉中空部、33:溶接金属、34:溶接部、35:孔、36:封止部、37:領域、51:タービンロータ、52:主蒸気配管、53:ボイラー再熱器、54:高圧タービン、55:中圧タービン、56a、56b:低圧タービン、57:発電機、81:突起部、82:内側端部、100:溶接ロータ。 31a, 31b: Turbine rotor base material, 32: Sealed hollow part, 33: Weld metal, 34: Welded part, 35: Hole, 36: Sealed part, 37: Area, 51: Turbine rotor, 52: Main steam pipe, 53: Boiler reheater, 54: High pressure turbine, 55: Medium pressure turbine, 56a, 56b: Low pressure turbine, 57: Generator, 81: Projection, 82: Inner end, 100: Welding rotor.
Claims (15)
tan−1{t1/(L3−L1)}≦θ≦tan−1{t1/(L2−L1)} …式(5)
t(L2−L1)/t1+L2≦L≦t(L3−L1)/t1+L3 …式(6)
(式中、t1は前記端部の隆起部の稜線と前記同一内径部との半径の差であり、L1は前記中央断面から前記稜線までの距離であり、L2は前記中央断面から前記同一内径部の前記中央断面側までの距離であり、L3は前記中央断面から前記同一内径部の前記中央断面側の反対側までの距離である。) The angle θ formed between the tangential plane of the outer surface portion and the central axis of the hole, and the range of the distance L from the center of the outer surface portion of the hole to the central cross section of the welded portion are expressed by the following formula (5) and It is represented by (6), The turbine rotor as described in any one of Claims 2-9 characterized by the above-mentioned.
tan −1 {t 1 / (L 3 −L 1 )} ≦ θ ≦ tan −1 {t 1 / (L 2 −L 1 )} Equation (5)
t (L 2 −L 1 ) / t 1 + L 2 ≦ L ≦ t (L 3 −L 1 ) / t 1 + L 3 Formula (6)
(Where t 1 is the difference in radius between the ridge line of the raised portion at the end and the same inner diameter part, L 1 is the distance from the central cross section to the ridge line, and L 2 is from the central cross section. wherein a distance to the center section side of the same inner diameter, L 3 is the distance from the central plane to the other side of the center section side of the same inner diameter portion.)
10≦θ≦80(度) …式(7)
30≦L≦900(mm) …式(8) The turbine rotor according to claim 10, wherein the range of θ and L is expressed by the following formulas (7) and (8).
10 ≦ θ ≦ 80 (degrees) (7)
30 ≦ L ≦ 900 (mm) (8)
とする請求項13又は14に記載のタービンロータの製造方法。 The method for manufacturing a turbine rotor according to claim 13 or 14, wherein an inert gas is injected into the hollow portion through the hole during the butt welding.
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