JPH05141202A - 蒸気タービンロータ - Google Patents
蒸気タービンロータInfo
- Publication number
- JPH05141202A JPH05141202A JP30365991A JP30365991A JPH05141202A JP H05141202 A JPH05141202 A JP H05141202A JP 30365991 A JP30365991 A JP 30365991A JP 30365991 A JP30365991 A JP 30365991A JP H05141202 A JPH05141202 A JP H05141202A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- journal
- rotor
- cylinder
- coating layer
- stress
- Prior art date
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- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
- F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】オーステナイト鋼からなるロータの軸受で支持
されるジャーナル部を潤滑特性のよい低合金鋼でオーバ
レイ溶接して被覆層を設けたとき生じる残留圧縮応力を
小さくしてロータのジャーナル部の強度低下を防ぐ。 【構成】低合金鋼で被覆された被覆層６を有するジャー
ナル部２の中心部に設けた中空穴７に円筒８又は円柱を
焼嵌めすることにより、被覆層に引張応力を生じさせ、
この引張応力により被覆層の残留圧縮応力を低減する。
されるジャーナル部を潤滑特性のよい低合金鋼でオーバ
レイ溶接して被覆層を設けたとき生じる残留圧縮応力を
小さくしてロータのジャーナル部の強度低下を防ぐ。 【構成】低合金鋼で被覆された被覆層６を有するジャー
ナル部２の中心部に設けた中空穴７に円筒８又は円柱を
焼嵌めすることにより、被覆層に引張応力を生じさせ、
この引張応力により被覆層の残留圧縮応力を低減する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、蒸気タービンのロータ
の軸受で支持されるジャーナル部の構造に関する。
の軸受で支持されるジャーナル部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】蒸気タービンプラントは、その熱効率を
上げるために、より高温の蒸気を利用することが望まし
いが、その温度が６００℃前後から高温の蒸気に曝され
る部材は、高温でのクリープ強度及びスケールの発生を
防止する等の目的からオーステナイト鋼が使用される。
上げるために、より高温の蒸気を利用することが望まし
いが、その温度が６００℃前後から高温の蒸気に曝され
る部材は、高温でのクリープ強度及びスケールの発生を
防止する等の目的からオーステナイト鋼が使用される。
【０００３】したがって高温の蒸気に曝される蒸気ター
ビンのロータにはオーステナイト鋼が使用されるが、軸
受で支持されるロータのジャーナル部の周速と面圧が大
きくなる大型のロータの場合、回転時にロータのジャー
ナル部に生じる焼付防止のため、潤滑特性のよい低合金
鋼でジャーナル部母材の周囲をオーバレイ溶接によって
被覆して被覆層を形成し、その外周を荒仕上加工した
後、応力除去焼鈍し、最後にその外周を最終仕上加工し
てジャーナル部を形成している。
ビンのロータにはオーステナイト鋼が使用されるが、軸
受で支持されるロータのジャーナル部の周速と面圧が大
きくなる大型のロータの場合、回転時にロータのジャー
ナル部に生じる焼付防止のため、潤滑特性のよい低合金
鋼でジャーナル部母材の周囲をオーバレイ溶接によって
被覆して被覆層を形成し、その外周を荒仕上加工した
後、応力除去焼鈍し、最後にその外周を最終仕上加工し
てジャーナル部を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】オーステナイト鋼から
なるタービンのロータのジャーナル部の表面に潤滑特性
のよい低合金鋼をオーバレイ溶接によって被覆するの
は、熱膨脹率がオーステナイト鋼と低合金鋼との間で大
幅に異なるため、応力除去焼鈍してもオーバレイ溶接し
た低合金鋼の被覆層に過大な残留応力が生じる。
なるタービンのロータのジャーナル部の表面に潤滑特性
のよい低合金鋼をオーバレイ溶接によって被覆するの
は、熱膨脹率がオーステナイト鋼と低合金鋼との間で大
幅に異なるため、応力除去焼鈍してもオーバレイ溶接し
た低合金鋼の被覆層に過大な残留応力が生じる。
【０００５】このようにジャーナル部にオーバレイ溶接
した被覆層に前記のように過大な残留応力があると、ジ
ャーナル部の強度が低下してロータの回転時ジャーナル
部が損傷するという問題がある。
した被覆層に前記のように過大な残留応力があると、ジ
ャーナル部の強度が低下してロータの回転時ジャーナル
部が損傷するという問題がある。
【０００６】本発明の目的は、オーステナイト鋼からな
るロータのジャーナル部を低合金鋼でオーバレイ溶接で
被覆しても残留応力の小さい蒸気タービンロータを提供
することである。
るロータのジャーナル部を低合金鋼でオーバレイ溶接で
被覆しても残留応力の小さい蒸気タービンロータを提供
することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によればオーステナイト鋼からなり、軸受で
支持されるジャーナル部を有する蒸気タービンロータに
おいて、ジャーナル部は、低合金鋼でオーバレイ溶接し
て被覆する被覆層と、ジャーナル部母材の中心部に設け
た中空穴に焼嵌めした円筒又は円柱とを備えるものとす
る。
に、本発明によればオーステナイト鋼からなり、軸受で
支持されるジャーナル部を有する蒸気タービンロータに
おいて、ジャーナル部は、低合金鋼でオーバレイ溶接し
て被覆する被覆層と、ジャーナル部母材の中心部に設け
た中空穴に焼嵌めした円筒又は円柱とを備えるものとす
る。
【０００８】
【作用】オーステナイト鋼からなるロータのジャーナル
部材の周囲を低合金鋼でオーバレイ溶接して被覆した被
覆層にはオーステナイト鋼と低合金鋼との熱膨脹率の差
により圧縮応力が残留応力として残っている。
部材の周囲を低合金鋼でオーバレイ溶接して被覆した被
覆層にはオーステナイト鋼と低合金鋼との熱膨脹率の差
により圧縮応力が残留応力として残っている。
【０００９】一方、ジャーナル部の中心部を中空にした
中空穴に円筒又は円柱を焼嵌めすることにより、ジャー
ナル部の中空穴の内周を押し拡げるので、ジャーナル部
の外周に引張応力が生じる。
中空穴に円筒又は円柱を焼嵌めすることにより、ジャー
ナル部の中空穴の内周を押し拡げるので、ジャーナル部
の外周に引張応力が生じる。
【００１０】したがってこの引張応力は低合金鋼をオー
バレイ溶接により被覆した被覆層に生じた前記残留圧縮
応力の一部を打ち消して残留圧縮応力を小さくし、ジャ
ーナル部の強度の低下を防止できる。
バレイ溶接により被覆した被覆層に生じた前記残留圧縮
応力の一部を打ち消して残留圧縮応力を小さくし、ジャ
ーナル部の強度の低下を防止できる。
【００１１】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。図１は本発明の実施例による蒸気タービンの
ロータの断面図、図２はＡ部の拡大図、図３は図２のＢ
−Ｂ断面図である。図１ないし図３において、ロータ１
はオーステナイト鋼からなり、両側に軸受で支持される
ジャーナル部２を有し、ロータ１の軸端にカップリング
フランジ３が設けられている。ジャーナル部２の母材で
あるオーステナイト鋼からなるジャーナル部母材５の周
囲には従来技術のように低合金鋼で被覆された被覆層６
が設けられている。なお被覆層６が被覆されたジャーナ
ル部はその外周を荒仕上した後、応力除去焼鈍される。
説明する。図１は本発明の実施例による蒸気タービンの
ロータの断面図、図２はＡ部の拡大図、図３は図２のＢ
−Ｂ断面図である。図１ないし図３において、ロータ１
はオーステナイト鋼からなり、両側に軸受で支持される
ジャーナル部２を有し、ロータ１の軸端にカップリング
フランジ３が設けられている。ジャーナル部２の母材で
あるオーステナイト鋼からなるジャーナル部母材５の周
囲には従来技術のように低合金鋼で被覆された被覆層６
が設けられている。なお被覆層６が被覆されたジャーナ
ル部はその外周を荒仕上した後、応力除去焼鈍される。
【００１２】この状態でカップリングフランジ３の端面
からジャーナル部２の中心部に中空穴７を設け、その内
面を精密な所定寸法の円筒穴に仕上加工する。この中空
穴７にはこの穴の内径を基準にして所定の焼嵌め代をつ
けて外周を精密に仕上加工した円筒８を焼嵌めによって
装着する。
からジャーナル部２の中心部に中空穴７を設け、その内
面を精密な所定寸法の円筒穴に仕上加工する。この中空
穴７にはこの穴の内径を基準にして所定の焼嵌め代をつ
けて外周を精密に仕上加工した円筒８を焼嵌めによって
装着する。
【００１３】円筒８の焼嵌めは、ジャーナル部２を加熱
し、円筒８を冷却して中空穴７に装着することにより容
易に施工できる。なお、円筒の材質は炭素鋼又は１２％
Ｃｒマルテンサイト系オーステナイト鋼が使用される。
し、円筒８を冷却して中空穴７に装着することにより容
易に施工できる。なお、円筒の材質は炭素鋼又は１２％
Ｃｒマルテンサイト系オーステナイト鋼が使用される。
【００１４】つぎに上記のようにして被覆層６及び焼嵌
めされた円筒８を有するジャーナル部２を均一に加熱す
ることにより、オーステナイト鋼からなるジャーナル部
母材５と炭素鋼又は１２％Ｃｒマルテンサイト系ステン
レス鋼からなる円筒８との熱膨脹差により、焼嵌め代は
ほぼ零にすることができるので、焼嵌めの歪が不均一に
生じた場合にはこの歪を容易に修正することができ、こ
のため均一な焼嵌めとすることができる。
めされた円筒８を有するジャーナル部２を均一に加熱す
ることにより、オーステナイト鋼からなるジャーナル部
母材５と炭素鋼又は１２％Ｃｒマルテンサイト系ステン
レス鋼からなる円筒８との熱膨脹差により、焼嵌め代は
ほぼ零にすることができるので、焼嵌めの歪が不均一に
生じた場合にはこの歪を容易に修正することができ、こ
のため均一な焼嵌めとすることができる。
【００１５】焼嵌め終了後ジャーナル部２の表面を最終
仕上加工して所要のジャーナル部に仕上げる。
仕上加工して所要のジャーナル部に仕上げる。
【００１６】つぎに、このようにしてジャーナル部母材
５の周囲に被覆層６を有し、ジャーナル部母材５の中空
穴７に円筒８を焼嵌めしてなるジャーナル部２に生じる
応力を計算した結果について説明する。
５の周囲に被覆層６を有し、ジャーナル部母材５の中空
穴７に円筒８を焼嵌めしてなるジャーナル部２に生じる
応力を計算した結果について説明する。
【００１７】図４（ａ）に示すようにオーステナイト鋼
からなるジャーナル部母材５に低合金鋼をオーバレイ溶
接してなる被覆層６を被覆し、応力除去焼鈍して中空穴
７を設けた構造において、図４（ｂ）に示すように被覆
層６には周方向圧縮応力の応力分布１１が、またジャー
ナル部母材５には周方向引張応力の応力分布１２が残留
応力として生じている。この場合被覆層６には４ＭＰａ
程度の周方向残留圧縮応力が生じている。
からなるジャーナル部母材５に低合金鋼をオーバレイ溶
接してなる被覆層６を被覆し、応力除去焼鈍して中空穴
７を設けた構造において、図４（ｂ）に示すように被覆
層６には周方向圧縮応力の応力分布１１が、またジャー
ナル部母材５には周方向引張応力の応力分布１２が残留
応力として生じている。この場合被覆層６には４ＭＰａ
程度の周方向残留圧縮応力が生じている。
【００１８】つぎに、図５（ａ）に示すようにジャーナ
ル部材９を被覆層６とジャーナル部母材５とを合わせた
厚さを厚さとするステンレス鋼からなるものとし、この
ジャーナル部材９に円筒８を焼嵌めした構造において、
図５（ｂ）に示すようにジャーナル部材９には周方向引
張応力の応力分布１３が、また円筒８には周方向圧縮応
力の応力分布１４が生じている。なお、ジャーナル部材
９には外周部で１〜１．５ＭＰａ程度の周方向引張応力
が生じている。
ル部材９を被覆層６とジャーナル部母材５とを合わせた
厚さを厚さとするステンレス鋼からなるものとし、この
ジャーナル部材９に円筒８を焼嵌めした構造において、
図５（ｂ）に示すようにジャーナル部材９には周方向引
張応力の応力分布１３が、また円筒８には周方向圧縮応
力の応力分布１４が生じている。なお、ジャーナル部材
９には外周部で１〜１．５ＭＰａ程度の周方向引張応力
が生じている。
【００１９】図６（ａ）は本発明によるステンレス鋼か
らなるジャーナル部母材５に低合金鋼をオーバレイ溶接
してなる被覆層６を有し、ジャーナル部母材５の中空穴
７に円筒８を焼嵌めしてなるジャーナル部の構造を示
し、この構造における応力分布は図６（ｂ）に示され、
図４（ｂ）に示す応力分布と図５（ｂ）に示す応力分布
が重ねられてなる。
らなるジャーナル部母材５に低合金鋼をオーバレイ溶接
してなる被覆層６を有し、ジャーナル部母材５の中空穴
７に円筒８を焼嵌めしてなるジャーナル部の構造を示
し、この構造における応力分布は図６（ｂ）に示され、
図４（ｂ）に示す応力分布と図５（ｂ）に示す応力分布
が重ねられてなる。
【００２０】すなわち、ジャーナル部２において、図６
（ｂ）に示すように被覆層６には周方向圧縮応力の応力
分布１５、またジャーナル部母材５には周方向引張応力
の応力分布１６、さらに円筒８には周方向圧縮応力の応
力分布１７が生じている。この応力分布により被覆層６
の外周部の周方向残留圧縮応力は３ＭＰａ程度に低減し
ている。この程度の残留応力であればロータ回転時ジャ
ーナル部を損傷させない。
（ｂ）に示すように被覆層６には周方向圧縮応力の応力
分布１５、またジャーナル部母材５には周方向引張応力
の応力分布１６、さらに円筒８には周方向圧縮応力の応
力分布１７が生じている。この応力分布により被覆層６
の外周部の周方向残留圧縮応力は３ＭＰａ程度に低減し
ている。この程度の残留応力であればロータ回転時ジャ
ーナル部を損傷させない。
【００２１】なお、円筒８はジャーナル部２の中空穴７
に焼嵌めされているが、ロータの回転時ジャーナル部２
の表面に生じる繰返し曲げ応力のほぼ１／２となるの
で、この繰返し曲げ応力により生じるフレッティングに
よる損傷は発生しない。
に焼嵌めされているが、ロータの回転時ジャーナル部２
の表面に生じる繰返し曲げ応力のほぼ１／２となるの
で、この繰返し曲げ応力により生じるフレッティングに
よる損傷は発生しない。
【００２２】なお、本実施例では中空穴７に円筒８を焼
嵌めしたが、円柱を焼嵌めしても同じ効果が得られる。
嵌めしたが、円柱を焼嵌めしても同じ効果が得られる。
【００２３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によればオーステナイト鋼からなるロータのジャーナル
部を、ジャーナル部母材の周囲に低合金鋼でオーバレイ
溶接してなる被覆層を設け、さらにジャーナル部母材の
中心部に設けられた中空穴に円筒又は円柱を焼嵌めして
形成したことにより、低合金鋼をオーバレイ溶接したた
め被覆層に生じる残留圧縮応力は、円筒又は円柱の中空
穴への焼嵌めにより被覆層に生じる引張応力が加わるた
め、低下するので、ジャーナル部の強度の低下を防ぎ、
ロータ回転時ジャーナル部は損傷しないという効果があ
る。
によればオーステナイト鋼からなるロータのジャーナル
部を、ジャーナル部母材の周囲に低合金鋼でオーバレイ
溶接してなる被覆層を設け、さらにジャーナル部母材の
中心部に設けられた中空穴に円筒又は円柱を焼嵌めして
形成したことにより、低合金鋼をオーバレイ溶接したた
め被覆層に生じる残留圧縮応力は、円筒又は円柱の中空
穴への焼嵌めにより被覆層に生じる引張応力が加わるた
め、低下するので、ジャーナル部の強度の低下を防ぎ、
ロータ回転時ジャーナル部は損傷しないという効果があ
る。
【００２４】またジャーナル部の中空穴に焼嵌めされた
円筒又は円柱に生じるタービン回転時の繰返し曲げ応力
はジャーナル部の外周の１／２程度になるので、フレッ
ティングによる損傷がなくなり、このためジャーナル部
は完全な一体型ソリッドロータとほぼ等価となり、大型
高周速でオーステナイト鋼製の信頼度の高いロータを提
供できる。
円筒又は円柱に生じるタービン回転時の繰返し曲げ応力
はジャーナル部の外周の１／２程度になるので、フレッ
ティングによる損傷がなくなり、このためジャーナル部
は完全な一体型ソリッドロータとほぼ等価となり、大型
高周速でオーステナイト鋼製の信頼度の高いロータを提
供できる。
【図１】本発明の実施例による蒸気タービンロータの断
面図
面図
【図２】図１のＡ部の拡大図
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図
【図４】（ａ）はオーステナイト鋼からなるロータの中
空穴を有するジャーナル部母材に低合金鋼をオーバレイ
溶接してなる被覆層を有するロータの１／４断面図、
（ｂ）は（ａ）のジャーナル部母材と被覆層とに生じる
残留応力の分布を示す応力分布図
空穴を有するジャーナル部母材に低合金鋼をオーバレイ
溶接してなる被覆層を有するロータの１／４断面図、
（ｂ）は（ａ）のジャーナル部母材と被覆層とに生じる
残留応力の分布を示す応力分布図
【図５】（ａ）は図４のジャーナル部と被覆層とを合わ
せた厚さをすべてオーステナイト鋼にしたジャーナル部
材の中空穴に円筒を焼嵌めしてなるロータの１／４断面
図、（ｂ）はジャーナル部材と円筒とに生じる周方向応
力の分布を示す応力分布図
せた厚さをすべてオーステナイト鋼にしたジャーナル部
材の中空穴に円筒を焼嵌めしてなるロータの１／４断面
図、（ｂ）はジャーナル部材と円筒とに生じる周方向応
力の分布を示す応力分布図
【図６】（ａ）はオーステナイト鋼のジャーナル部母材
に低合金鋼をオーバレイ溶接して被覆し、ジャーナル部
の中空穴に円筒を焼嵌めしてなるロータの１／４断面
図、（ｂ）は被覆層とジャーナル部母材と円筒とに生じ
る周方向応力の分布を示す応力分布図
に低合金鋼をオーバレイ溶接して被覆し、ジャーナル部
の中空穴に円筒を焼嵌めしてなるロータの１／４断面
図、（ｂ）は被覆層とジャーナル部母材と円筒とに生じ
る周方向応力の分布を示す応力分布図
１ ロータ ２ ジャーナル部 ５ ジャーナル部母材 ６ 被覆層 ７ 中空穴 ８ 円筒
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成３年１２月２０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
Claims (1)
- 【請求項１】オーステナイト鋼からなり、軸受で支持さ
れるジャーナル部を有する蒸気タービンロータにおい
て、ジャーナル部は、ジャーナル部母材の周囲を低合金
鋼でオーバレイ溶接して被覆する被覆層と、ジャーナル
部母材の中心部に設けた中空穴に焼嵌めした円筒又は円
柱とを備えたことを特徴とする蒸気タービンロータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30365991A JPH05141202A (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | 蒸気タービンロータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30365991A JPH05141202A (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | 蒸気タービンロータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05141202A true JPH05141202A (ja) | 1993-06-08 |
Family
ID=17923682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30365991A Pending JPH05141202A (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | 蒸気タービンロータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05141202A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011069307A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Hitachi Ltd | 蒸気タービンロータ、それを用いた蒸気タービン |
-
1991
- 1991-11-20 JP JP30365991A patent/JPH05141202A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011069307A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Hitachi Ltd | 蒸気タービンロータ、それを用いた蒸気タービン |
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