JPH07110415B2

JPH07110415B2 - 蒸気タービンロータの製造方法

Info

Publication number: JPH07110415B2
Application number: JP61138428A
Authority: JP
Inventors: グイ・フアーバー; ゴツトフリート・クーネン
Original assignee: ベ−・ベ−・ツエ−・アクチエンゲゼルシヤフト・ブラウン・ボヴエリ・ウント・コンパニイ
Priority date: 1985-06-18
Filing date: 1986-06-16
Publication date: 1995-11-29
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: EP0207259B1; EP0207259B2; US4710103A; EP0207259A1; DE3521664A1; JPS61289973A; DE3660728D1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、少なくとも１つの円板状に形成されたロータ
本体の環状部分に羽根の少なくとも一部分を固定するこ
とにより、ロータ本体及びロータ本体に保持される羽根
を有する蒸気タービンロータを製造する方法に関する。

従来の技術蒸気タービンは一般にロータを有し、このロータは中空
体（円胴形ロータ）として、中実体（一体鍛造ロータ）
としてまたは互いに溶接される個々の円板からなる構造
体（同じ硬度の構造体）として形成される。次いでこれ
らのロータ本体はその外周に複数の羽根を有するが、多
くの場合に羽根は固くしめつけられるかまたはいずれか
の方法でくさびでしめつけられる。種々の部材において
機械的及び熱的要求が異なるために、多くの場合にこれ
らは多種多様の工作材料から形成される。その際、特に
ロータ表面の固定個所は重要な意味を有する。その場所
に応じて高い耐熱性、高い耐食性及び／または耐応力腐
食性が要求される。通常のロータ本体は、前記の幾何学
上の構造とは無関係に、多くの場合に焼入れ処理された
個々の工作材料からなる。このために、一般に低合金銅
ないしは中合金鋼を使用する。その結果運転中にもたら
される機械的、熱的及び化学的負荷に対して、この工作
材料特性の段階的差異は特に半径方向においてきわめて
好ましいものと思われる。

タービンロータを全部または部分的に溶接材から製造す
ることはすでに提案されており、この場合に比較的薄い
ロータ本体に螺旋状の層が肉盛溶接によって施される
（肉盛溶接については西ドイツ国特許第2320186号明細
書参照）。更に肉盛溶接によって製造される被保護表面
も公知である（たとえば欧州特許出願公開第0114893号
明細書参照）。

従来羽根を固定するための溶接技術は衝動タービン羽根
車を製造する場合にのみ使用された。この場合に、各羽
根はそれぞれ直接ロータ本体に溶接される。また当技術
分野ではタービン羽根を溶接材に機械的に固定すること
は避けてきた。それというのもその特性は当該温度での
化学的または機械的な負荷に耐え得なかったからであ
る。上記の肉盛溶接では良好な溶接力を得るため、実際
にほとんど耐熱性でないＣ含有量の低い銅が使用され
た。このことは一層低い温度で高い機械的強度及び凝縮
蒸気内での耐応力腐食が要求されるタービン個所にも該
当する。この場合も溶接技術を使用するための実行手段
は全く示されていない。

発明が解決しようとする課題本発明の課題は、使用される工作材料の特性を個々の個
所の異なる応力に対して確実に最高度に利用することが
でき、新たな製造及びロータの修理に同様に適合する形
式の、蒸気タービンのロータの製造方法を提供すること
であった。

課題を解決するための手段前記課題は、本発明により、ロータ本体の低合金鋼から
なる部分の回転対称の外套面の一部に高合金鋼の少なく
とも１つの層を肉盛溶接することにより環状部分を形成
し、この環状部分の鋼を、環状部分の少なくとも１つの
外側層が次の組成：Ｃ＝0.06〜0.26重量％ Cr＝10〜14重量％ Mo＝２重量％までＶ＝0.45重量％まで Fe＝残分を有するように選択し、羽根を取り付けるために環状部
分の外側層に旋削、フライス及び研削加工により切欠き
部を形成し、かつ羽根を切欠き部にはめこみかつ固くし
めつけることにより解決される。

実施例次に本発明を図面に示された実施例により詳細に説明す
る。

第１図には直径が小さい方の端部に溶接シリンダを有す
る蒸気タービンの高圧ロータが縦断面図で示されてい
る。１は低合金鋼からなるロータ本体である。２はロー
タ本体１の低合金鋼からなる部分の外套面を示す。３は
肉盛溶接によって製造された溶接材からなる中間層であ
る。４は同様に肉盛溶接によって製造された溶接材から
なる外側層であり、これは羽根５を有する。羽根５の組
成はロータ本体および肉盛溶接された環状部分の鋼の材
料とは無関係であり、適当な材料は高合金鋼のほかに特
にチタンベースの合金である。層４は場合によっては他
の合金元素を有する高合金Cr鋼からなる。中間層３は、
その組成がロータ本体１の低合金鋼からなる部分の組成
と外側層４の組成の間にあるように選択する。

第２図は直径の大きい方の側に肉盛溶接された外套状部
分を有する蒸気タービンの低圧ロータの略示断面図であ
る。低合金鋼からなるロータ本体１はその外套面の一部
を溶接材からなる削減した外側層４で被覆する（肉盛溶
接）。この場合に第１図の中間層３は存在しない。

実施例１（第１図参照）結合フランジに相対する、低合金鋼からなる高圧蒸気タ
ービン用ロータ本体１の、直径が小さい方の端部に肉盛
溶接（構成溶接）を環状に施した。ロータ本体１は次の
組成を有していた。

Ｃ＝0.23重量％ Si＝0.12重量％ Mn＝0.64重量％ Cr＝1.6重量％ Mo＝1.1重量％Ｖ＝0.28重量％ Fe＝残分焼き入れ処理後ロータ本体１は次の硬度値を示した。

降伏点＝662MPa 抗張力＝810MPa 伸び率＝18.5％衝撃値（ISOV）＝43〜65ジュールロータ本体１の寸法は次の通りである（ロールを介して
測定）。

ロールの長さ＝3500mm ロールの最大直径＝1200mm ロールの最小直径＝800mm ロータ本体１を250℃の温度に予熱した。ロータ本体１
のロールの最小値径側で適当に研削することにより削減
した外套面２に、軸方向の長さ約60mm及び半径方向の厚
さ約8mmの中間層３を肉盛溶接によって３個所施した。
中間層３は次の組成を有していた。

Ｃ＝0.19重量％ Cr＝5.1重量％ Mo＝1.2重量％Ｖ＝0.52重量％ Fe＝残分中間層３を200℃の温度に保ち、これに外側層４を肉盛
溶接により施した。このリング状の層４は軸方向の長さ
約60mm及び半径方向の高さ（厚さ）約50mmを有し、次の
組成を有していた。

Ｃ＝0.19重量％ Cr＝12.1重量％ Mo＝1.2重量％Ｖ＝0.35重量％ Fe＝残分外側層４を肉盛溶接した後で全ロータ本体１を100℃の
温度に冷却し、次いで直ちに680℃で焼戻した。この焼
戻しは溶接応力を考慮して部分的な崩壊を最小にし、ま
た延性が高められた好ましい接合部を得るために行う。
冷却後ロータ本体１（溶接した層４を含めて）に機械的
加工処理によって、羽根５用の慣用の固定切欠き部を設
け、各羽根を順次取り付けた。試験結果は、層４の溶接
材がロータ本体１の基礎工作材料よりも高い耐熱性を有
し、亀裂のない結合が得られたことを示した。

実施例２（第２図参照）低圧蒸気タービンのロータ本体１の、その外套面２の厚
い方の部分に肉盛溶接を施した。ロータ本体は次の組成
を有していた。

Ｃ＝0.25重量％ Si＝0.18重量％ Mn＝0.58重量％ Cr＝1.5重量％ Ni＝2.9重量％ Mo＝0.41重量％この工作材料は臨界量の不純物（CO₂、NaOH等）が存在
する場合に第１凝縮帯域の蒸気中で応力腐食を受けやす
い。

焼き入れ処理後ロータ本体１は次の硬度値を示した。

降伏点＝820MPa 抗張力＝945MPa 伸び率＝17.5％衝撃値（ISOV）＝75〜85ジュールロータ本体１の寸法は次の通りである（ロールを介して
測定）。

ロールの長さ＝4200mm ロールの最大直径＝2600mm ロールの最小直径＝1000mm ロール本体１を300℃の温度に予熱した。ロータ本体１
の、ロールの直径が大きい方の側の、研削により部分的
に削減した外套面２に、外側の段のつけた層４を肉盛溶
接によって施した。層４の個々の段は軸方向の長さ及び
半径方向の厚さをそれぞれ異にし、この場合に長さ及び
寸法は第１凝縮帯域で予想された応力腐食度により決定
した。層４の半径方向の厚さは80〜200mmの間で変動し
た。中間層３（第１図）は設けなかった。外側層４は次
の組成を有していた。

Ｃ＝0.2重量％ Cr＝12.8重量％ Mo＝1.2重量％ Fe＝残分肉盛溶接後、全ロータ本体１（層４を含めて）を120℃
の温度に冷却し、直ちに630℃で焼戻した。以後の処理
工程は例１と同様にして行った。例１の場合に必要とさ
れた中間層３（第１図参照）は一般に省くことができ
る。それというのも機械のこの部分における蒸気温度は
200℃を超えないからである。それにもかかわらず中間
層３を省かない場合は、約４％のCrを含有する鋼が好ま
しい。

本発明は上記の２つの実施例に限定されるものではな
い。肉盛溶接前におけるロータ本体１の予熱処理は、高
圧ロータの場合は有利には200〜300℃で、低圧ロータの
場合は250〜350℃で行うことができる。中間層３に相応
する温度は、有利には150〜350℃または200〜350℃であ
る。溶接後の冷却は約100〜120℃で行う。次の熱処理
（焼戻し）は一般に、有利には600〜750℃の温度範囲で
１〜10時間行うことができる。

外側層４用の溶接材としては原則的に次の組成の鋼を使
用する。

Ｃ＝0.06〜0.26重量％ Cr＝10〜14重量％ Mo＝２重量％までＶ＝0.45重量％まで Fe＝残分層４の有利な組成は次のものである。

Ｃ＝0.17〜0.24重量％ Cr＝12重量％ Mo＝１重量％ Fe＝残分この場合にV0.3％を付加的に有するかまたは有していな
くてよい。

層３に関しては、原則的に次の組成の溶接材を使用する
ことができる。

Ｃ＝0.1〜0.26重量％ Cr＝２〜６重量％ Mo＝２重量％までＶ＝0.65重量％まで Fe＝残分中間層３の有利な組成は次のものである。

Ｃ＝0.15〜0.2重量％ Cr＝４〜６重量％ Mo＝１重量％ Fe＝残分この場合にV0.5％を付加的に有するかまたは有していな
くてよい。

溶接材（ロータの基体に肉盛溶接したロータ本体）に羽
根の一部を固定する新規方法の利点は、その都度生じる
場所的に変動する負荷に対して最適の工作材料を選択で
きることである。これにより高圧羽根車ならびに低圧羽
根車における状態を最高度に考慮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一端に肉盛溶接された環状部分を有する高圧ロ
ータの略示断面図、第２図は直径の大きい方の端部に肉
盛溶接された外套部分を有する低圧ロータの略示断面図
である。１……ロータ本体、２……外套面、３……中間層、４…
…外側層、５……羽根

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの円板状に形成されたロー
タ本体の環状部分に羽根（５）の少なくとも一部分を固
定することにより、ロータ本体及びロータ本体に保持さ
れる羽根（５）を有する蒸気タービンロータを製造する
方法において、ロータ本体（１）の低合金鋼からなる部
分の回転対称の外套面（２）の一部に、高合金鋼の少な
くとも１つの層を肉盛溶接することにより環状部分を形
成し、この環状部分の鋼を、環状部分の少なくとも１つ
の外側層（４）が次の組成：Ｃ＝0.06〜0.26重量％ Cr＝10〜14重量％ Mo＝２重量％まで Fe＝残分を有するように選択し、羽根（５）を取り付けるために
環状部分の外側層（４）に旋削、フライス及び研削加工
により切欠き部を形成し、かつ羽根（５）を切欠き部に
はめこみかつ固くしめつけることを特徴とする、蒸気タ
ービンロータの製造方法。
【請求項２】外側層（４）の鋼が付加的にV0.45重量％
までを有する特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項３】少なくとも環状部分を、羽根（５）を取り
付ける前に600〜750℃の温度範囲で１〜10時間熱処理す
る、特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。
【請求項４】外側層（４）用の肉盛すべき溶接材として
次の組成：Ｃ＝0.17〜0.24重量％ Cr＝12重量％ Mo＝１重量％ Fe＝残分を有する鋼を使用する、特許請求の範囲第１項記載の方
法。
【請求項５】外側層（４）用の肉盛すべき溶接材として
次の組成：Ｃ＝0.17〜0.24重量％ Cr＝12重量％ Mo＝１重量％Ｖ＝0.3重量％ Fe＝残分を有する鋼を使用する、特許請求の範囲第２項記載の方
法。
【請求項６】ロータ本体にまず中間層（３）を設け、そ
の組成が主にロータ本体（１）の低合金部分の組成と外
側層（４）の組成の間にあり、この中間層（３）に外側
層（４）を設ける、特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項７】中間層（３）用の肉盛すべき溶接材として
次の組成：Ｃ＝0.1〜0.26重量％ Cr＝２〜６重量％ Mo＝２重量％まで Fe＝残分を有する鋼を使用する、特許請求の範囲第６項記載の方
法。
【請求項８】中間層（３）の鋼が付加的にV0.65重量％
までを有する特許請求の範囲第７項記載の方法。
【請求項９】中間層（３）用の肉盛すべき溶接材として
次の組成：Ｃ＝0.15〜0.2重量％ Cr＝４〜６重量％ Mo＝１重量％ Fe＝残分を有する鋼を使用する、特許請求の範囲第７項記載の方
法。
【請求項１０】中間層（３）用の肉盛すべき溶接材とし
て次の組成：Ｃ＝0.15〜0.2重量％ Cr＝４〜６重量％ Mo＝１重量％Ｖ＝0.5重量％ Fe＝残分を有する鋼を使用する、特許請求の範囲第８項記載の方
法。