JPH08239727A - Gas turbine and multiple electric power plant - Google Patents

Gas turbine and multiple electric power plant

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JPH08239727A
JPH08239727A JP1149396A JP1149396A JPH08239727A JP H08239727 A JPH08239727 A JP H08239727A JP 1149396 A JP1149396 A JP 1149396A JP 1149396 A JP1149396 A JP 1149396A JP H08239727 A JPH08239727 A JP H08239727A
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blade
turbine
gas
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裕之 土井
Takeshi Yasuda
健 安田
Tetsuo Kashimura
哲夫 樫村
Hiroshi Fukui
寛 福井
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

PURPOSE: To meet a recent demand for the elevation of temp. and to improve reliability by constituting a gas turbine of a material having respectively specified composition and strength characteristic. CONSTITUTION: An Ni-base alloy, having a composition consisting of, by weight ratio, 0.05-0.20% C, 20-25% Co, 15-25% Cr, 1.0-3.0% Al, 1.0-3.0% Ti, 1.0-3.0% Nb, and >=55% Ni, is used for a first-stage gas injection nozzle among the important members of turbine composed of disks of more than three stages, and further, the preheating temp. causing no crack at the time of TIG welding is regulated to <=400 deg.C. The nozzles of the second and subsequent stages are composed of Co-base alloy. Moreover, a blade is composed of an Ni-base cast alloy having a composition consisting of 0.07-0.25% C, <=1% Si, <=1% Mn, 12-20% Cr, 5-15% Co, 0.005-0.03% B, 2-7% Ti, 3-7% Al, <=1.5% Nb, and >=50% Ni and also having γ' and γ'' phases. Further, the disk, in which the blade is to be planted, is composed of a martensitic steel in which fracture strength at 450 deg.C and 10<3> h is regulated to 40kg/mm<2> .

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は新規なNi基合金を
用いたガスタービン及び該ガスタービンと蒸気タービン
とを一体にしたコンバイド複合発電システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine using a novel Ni-based alloy and a combined combined power generation system in which the gas turbine and the steam turbine are integrated.

【0002】[0002]

【従来の技術】産業用ガスタービンノズル(静翼)材と
しては、耐食性,溶接性の点からCo基合金が使用され
ている。しかしながら、近年の効率向上に伴う燃焼温度
(タービン入口温度)の上昇により、Co基合金に代わ
る高温強度,耐熱疲労性の優れた合金が必要である。一
方、ブレード(動翼)に使用されているNi基超合金
は、Co基合金に比べ高温強度及び耐熱疲労性の優れた
合金であるが、溶接が非常に困難であるため補修溶接等
の溶接が必要なノズルに適用することが困難である。
2. Description of the Related Art As an industrial gas turbine nozzle (stating vane) material, a Co-based alloy is used from the viewpoint of corrosion resistance and weldability. However, as the combustion temperature (turbine inlet temperature) rises with the recent improvement in efficiency, an alloy having excellent high-temperature strength and heat fatigue resistance is required to replace the Co-based alloy. On the other hand, Ni-based superalloys used for blades (moving blades) are alloys that are superior in high temperature strength and thermal fatigue resistance to Co-based alloys, but welding is extremely difficult and welding such as repair welding is performed. Is difficult to apply to nozzles that require

【0003】ノズル用Ni基合金としては、特開昭60−
100641号や米国特許第4039330 号を改良した米国特許第
4810467 号が挙げられる。
A Ni-based alloy for nozzles is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-
No. 100641 and U.S. Pat.
4810467 is an example.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は高温強
度を犠牲にして溶接性を改善するものであり、耐用温度
の上昇及び寿命延長の観点から高温強度、特に長時間強
度について配慮されていない。
The above-mentioned prior art is intended to improve the weldability at the expense of high temperature strength, and no consideration is given to high temperature strength, particularly long-term strength, from the viewpoint of increasing service temperature and extending life. .

【0005】本発明の目的は、耐熱疲労性及び高温強
度、特にクリープ破断強度が優れ、かつ溶接が可能なN
i基合金からなるガスタービン用ノズルを用いたガスタ
ービン及び蒸気タービンとの複合発電システムを提供す
ることにある。
The object of the present invention is to obtain N that is excellent in heat fatigue resistance and high temperature strength, especially creep rupture strength, and is weldable.
An object of the present invention is to provide a combined power generation system including a gas turbine and a steam turbine, which uses a gas turbine nozzle made of an i-based alloy.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、コンプレッサ
によって圧縮された空気により燃焼された燃焼ガスをノ
ズルを通して3段以上のディスクに各々植設されたブレ
ードに衝突させて該ブレードを回転させるガスタービン
において、前記ノズルは翼部と該翼部両端に形成された
サイドウォールとを有し、前記回転するブレードの外周
にリング状に配置されており、燃焼ガス入口側の初段が
重量でC0.05〜0.20%,Co20〜25%,Cr
15〜25%,Al1.0〜3.0%,Ti1.0〜3.0
%,Nb1.0〜3.0%,W5〜10%及びNi55%
以上のNiを含むNi基合金、2段目以降が重量でC
0.2〜0.6%,Si2%以下,Mn2%以下,Cr2
5〜35%,Ni5〜15%,W3〜10%,B0.0
03〜0.03%及びCo50%以上を有するCo基合
金よりなることを特徴とするガスタービンにある。
DISCLOSURE OF THE INVENTION According to the present invention, a gas for causing combustion gas combusted by air compressed by a compressor to collide with blades respectively implanted in three or more stages of disks through nozzles to rotate the blades. In the turbine, the nozzle has a blade portion and sidewalls formed at both ends of the blade portion and is arranged in a ring shape on the outer periphery of the rotating blade, and the first stage on the combustion gas inlet side has a weight of C0. 05-0.20%, Co20-25%, Cr
15-25%, Al 1.0-3.0%, Ti 1.0-3.0
%, Nb 1.0-3.0%, W 5-10% and Ni 55%
The above Ni-based alloy containing Ni, the second and subsequent stages are C by weight
0.2-0.6%, Si2% or less, Mn2% or less, Cr2
5 to 35%, Ni 5 to 15%, W3 to 10%, B0.0
A gas turbine is characterized by being made of a Co-based alloy having 03 to 0.03% and Co of 50% or more.

【0007】本発明における前記ブレードが重量で、C
0.07〜0.25%,Si1%以下,Mn1%以下,C
r12〜20%,Co5〜15%,Mo1〜5%,W1
〜5%,B0.005〜0.03%,Ti2〜7%,Al
3〜7%,Nb1.5% 以下,Zr0.01〜0.5%、
更に好ましくはHf0.01〜0.5%,V0.01 〜
0.5%,Ta5%以下,Re5%以下,希土類元素0.
5%以下及び50%以上のNiを有し、γ′相を有する
Ni基鋳造合金によって構成されることが好ましい。
In the present invention, the blade has a weight of C
0.07-0.25%, Si 1% or less, Mn 1% or less, C
r12-20%, Co5-15%, Mo1-5%, W1
~ 5%, B0.005-0.03%, Ti2-7%, Al
3 to 7%, Nb 1.5% or less, Zr 0.01 to 0.5%,
More preferably, Hf 0.01-0.5%, V0.01-
0.5%, Ta 5% or less, Re 5% or less, rare earth element 0.1.
It is preferable that the Ni-based casting alloy has Ni of 5% or less and 50% or more and has a γ'phase.

【0008】前記ブレードの3段目以降の少なくとも翼
部表面にAl又はCr拡散被覆層が設けられることが好
ましい。
[0008] It is preferable that an Al or Cr diffusion coating layer is provided on at least the surface of the blade of the blade after the third stage.

【0009】燃焼ガスにさらされ少なくとも3段の複数
のノズルと、少なくとも3段のディスクに各々植設され
た複数のブレードを備えた前述本発明におけるガスター
ビンにおいて、前記ディスクが450℃,105hクリ
ープ破断強度が40kg/mm2以上であるマルテンサイト
系鋼によって構成されることが好ましい。
In the gas turbine according to the present invention, which is exposed to combustion gas and has a plurality of nozzles in at least three stages, and a plurality of blades implanted in at least three stages of the disc, the disc is 450 ° C., 10 5 It is preferably composed of martensitic steel having a h creep rupture strength of 40 kg / mm 2 or more.

【0010】燃焼ガスにさらされる少なくとも3段のブ
レードと、該ブレード先端部に対向してリング状に配置
されたシュラウドとを備えた前述本発明におけるガスタ
ービンにおいて、前記シュラウドは前記ブレードの1段
目に対向する部分が重量で、C0.05〜0.2%,Si
2%以下,Mn2%以下,Cr17〜27%,Co5%
以下,Mo5〜15%,W5%以下,B0.02% 以
下,Fe10〜30%を有するNi基合金によって構成
され、前記1段目に対向する部分以外が重量で、C0.
3〜0.6%,Si2%以下,Mn2%以下,Cr20
〜27%,Ni20〜30%,Nb0.1〜0.5%及び
Ti0.1〜0.5%を有するFe基合金によって構成さ
れることが好ましい。
In the gas turbine according to the present invention, which comprises at least three stages of blades exposed to combustion gas and a ring-shaped shroud facing the blade tips, the shroud is one stage of the blades. The part facing the eye is the weight, C0.05-0.2%, Si
2% or less, Mn 2% or less, Cr 17-27%, Co 5%
Hereinafter, it is composed of a Ni-based alloy having Mo of 5 to 15%, W of 5% or less, B of 0.02% or less, and Fe of 10 to 30%, and the weight is C0.
3 to 0.6%, Si 2% or less, Mn 2% or less, Cr20
.About.27%, Ni 20-30%, Nb 0.1-0.5% and Ti 0.1-0.5%.

【0011】本発明におけるガスタービン用ノズルは、
Al,Ti等の添加量を低目に調整することによってN
i基合金の基本的な強化因子であるγ′相の析出量を低
目に抑えることにより溶接性を改善したものである。
The gas turbine nozzle according to the present invention comprises:
By adjusting the addition amount of Al, Ti, etc. to be low, N
The weldability is improved by suppressing the precipitation amount of the γ'phase, which is a basic strengthening factor of the i-based alloy, to be low.

【0012】また、高温強度、特に長時間強度を改善す
るために、固溶強化元素としてW,Moの添加量を調整
し、かつ強度に悪影響を及ぼす有害相の析出を防止した
ものである。
Further, in order to improve the high temperature strength, especially the long-term strength, the addition amounts of W and Mo as solid solution strengthening elements are adjusted, and the precipitation of a harmful phase which adversely affects the strength is prevented.

【0013】本発明におけるガスタービン用ノズルは9
00℃,14kg/mm2 での破断強度が300h以上、9
00℃と350℃との耐熱疲労性が600回以上の耐き
裂発生回数を有し、予熱温度400℃以下で溶接可能で
ある特定の組成を有するNi基合金からなるものであ
る。
The gas turbine nozzle according to the present invention has nine nozzles.
Breaking strength at 00 ℃, 14kg / mm 2 is 300h or more, 9
It is made of a Ni-based alloy having a specific composition that has a resistance to thermal fatigue of 00 ° C. and 350 ° C. of 600 times or more and a crack resistance of 600 times or more, and can be welded at a preheating temperature of 400 ° C. or less.

【0014】本発明は、コンプレッサによって圧縮され
た空気により燃焼された燃焼ガスをノズルを通して複数
のディスクに各々植設されたブレードに衝突させて該ブ
レードを回転させる前述のガスタービンにおいて、前記
2段目以降のノズルは翼部と該翼部両端に形成されたサ
イドウォールとを有し、前記回転するブレードの外周に
リング状に配置されており、重量でC0.05〜0.20
%,Co15〜25%,Cr15〜25%,Al1.0
〜3.0%,Ti1.0〜3.0%,Nb1.0 〜3.0%
,W5〜10%及び55%以上のNiを含み、前記
(Al+Ti)量及びW量が図5においてA(Al+T
i2.5% ,W10%),G(Al+Ti5%,W10
%),D(Al+Ti5%,W5%),E(Al+Ti
3.5% ,W5%)及びF(Al+Ti2.5%,W7.
5%)の各点を順次結ぶ線以内にあるNi基合金よりな
ることが好ましい。
The present invention relates to the above-mentioned gas turbine in which the combustion gas combusted by the air compressed by the compressor is caused to collide with the blades respectively implanted in the plurality of disks through the nozzles to rotate the blades. The nozzles after the eyes have wings and sidewalls formed at both ends of the wings, and are arranged in a ring shape on the outer circumference of the rotating blade, and have a weight of C0.05 to 0.20.
%, Co15-25%, Cr15-25%, Al1.0
~ 3.0%, Ti1.0-3.0%, Nb1.0-3.0%
, W 5 to 10% and 55% or more of Ni are contained, and the (Al + Ti) amount and the W amount are A (Al + T) in FIG.
i2.5%, W10%), G (Al + Ti5%, W10
%), D (Al + Ti 5%, W 5%), E (Al + Ti
3.5%, W5%) and F (Al + Ti 2.5%, W7.
(5%) is preferably made of a Ni-based alloy within the line connecting the points in sequence.

【0015】本発明のガスタービンは、前記ノズルが9
00℃,14kg/mm2 での破断時間が300時間以上及
び長さ80mm,幅8mmで1パスのTIG溶接して形成さ
れたビード内に割れが発生しない予熱温度が400℃以
下であるNi基合金が好ましい。
In the gas turbine of the present invention, the nozzle is 9
A Ni-based preheating temperature of 400 ° C or less at which breakage does not occur in a bead formed by 1-pass TIG welding with a breaking time of 300 hours or more at 00 ° C and 14 kg / mm 2 and a length of 80 mm and a width of 8 mm Alloys are preferred.

【0016】本発明のガスタービンは、前記ノズルの翼
部両端のサイドウォール間が70mm以上、燃焼ガス入口
側から出口側までの長さが100mm以上であるNi基合
金が好ましい。
The gas turbine of the present invention is preferably a Ni-based alloy having a distance between the sidewalls at both ends of the blade of the nozzle of 70 mm or more and a length from the combustion gas inlet side to the outlet side of 100 mm or more.

【0017】本発明におけるガスタービン用ノズルは、
重量でC0.05〜0.20%,Co15〜25%,Cr
15〜25%,Al1.0〜3.0%,Ti1.0〜3.0
%,Nb1.0〜3.0%,W5〜10%と、B0.00
1〜0.03%,Hf1.5%以下,Re2%以下,V2
%以下,Y0.5%以下,Sc0.5%以下及び希土類元
素0.5% 以下の少なくとも1種及び55%以上のNi
を含み、前記(Al+Ti)量及びW量が図5において
A(Al+Ti2.5%,W10%),G(Al+Ti5
%,W10%),C(Al+Ti5%,W7.5% ),
D(Al+Ti5%,W5%),E(Al+Ti3.5
%,W5%)及びF(Al+Ti2.5%,W7.5%
)の各点を順次結ぶ線以内にあることが好ましい。
The gas turbine nozzle according to the present invention comprises:
By weight, C0.05 to 0.20%, Co15 to 25%, Cr
15-25%, Al 1.0-3.0%, Ti 1.0-3.0
%, Nb 1.0 to 3.0%, W 5 to 10%, and B 0.00
1-0.03%, Hf1.5% or less, Re2% or less, V2
% Or less, Y 0.5% or less, Sc 0.5% or less and rare earth element 0.5% or less, and at least 55% Ni.
5, the amount of (Al + Ti) and the amount of W are A (Al + Ti 2.5%, W10%) and G (Al + Ti5 in FIG.
%, W10%), C (Al + Ti5%, W7.5%),
D (Al + Ti 5%, W 5%), E (Al + Ti 3.5
%, W5%) and F (Al + Ti 2.5%, W7.5%)
It is preferable that the points are within a line connecting the points.

【0018】本発明は、高速で流れる燃焼ガスによって
駆動されるガスタービンと、該ガスタービンの排ガスの
エネルギーによって水蒸気を得る排熱回収ボイラと、前
記水蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記ガス
タービン及び蒸気タービンによって駆動される発電機と
を備えた複合発電プラントにおいて、前記ガスタービン
はブレードが3段以上、前記燃焼ガスのタービン入口温
度が1200℃以上,タービン出口の排ガス温度が50
0℃以上であり、前記排熱回収ボイラによって500℃
以上の水蒸気とし、前記蒸気タービンは高低圧一体型ベ
ーナイト組織を有するNi−Cr−Mo低合金鋼よりな
るロータと、該ロータを一体のケーシングでカバーされ
ており、長さが26インチを越えるブレードを有するこ
とを特徴とする複合発電システムにある。
The present invention is directed to a gas turbine driven by combustion gas flowing at a high speed, an exhaust heat recovery boiler for obtaining steam by energy of exhaust gas of the gas turbine, a steam turbine driven by the steam, and the gas turbine. And a generator driven by a steam turbine, the gas turbine has three or more blades, the turbine inlet temperature of the combustion gas is 1200 ° C. or more, and the exhaust gas temperature of the turbine outlet is 50.
0 ℃ or higher, 500 ℃ by the exhaust heat recovery boiler
With the above steam, the steam turbine comprises a rotor made of Ni-Cr-Mo low alloy steel having a high-low pressure integrated bainite structure, and a blade having a rotor that is covered with an integral casing and has a length exceeding 26 inches. In a combined power generation system characterized by having.

【0019】本発明におけるガスタービン用ノズルを構
成するNi基超合金に含有される各元素の役割を次に示
す。
The role of each element contained in the Ni-base superalloy constituting the gas turbine nozzle according to the present invention will be described below.

【0020】Cはマトリックスあるいは粒界に固溶して
強化し、高温引張強さを向上させると共に、有害なσ相
の析出を防止するが、過剰に添加すると、炭化物の粗大
化を助長して高温長時間の強度及び靭性低下を引起こし
たり、溶接性も劣化させる。添加量としては、0.05
〜0.2%の範囲が適正であり、特に0.08〜0.16
%が好ましい。
C is solid-solved in the matrix or grain boundaries to strengthen it, improve the high temperature tensile strength, and prevent the precipitation of harmful σ phase. However, when added in excess, it promotes coarsening of carbides. It causes deterioration of strength and toughness at high temperature for a long time, and also deteriorates weldability. The addition amount is 0.05
The range of up to 0.2% is appropriate, especially 0.08 to 0.16.
% Is preferred.

【0021】Coはマトリックス中に固溶して高温強度
を向上させると共に、耐食性向上に寄与するが、過剰に
添加すると有害な金属間化合物析出を助長し、高温強度
の低下を招く。添加量としては、20〜25%の範囲が
適正である。
Co forms a solid solution in the matrix to improve the high temperature strength and contributes to the improvement of the corrosion resistance. However, if added excessively, it promotes the precipitation of harmful intermetallic compounds and causes the deterioration of the high temperature strength. The proper addition amount is in the range of 20 to 25%.

【0022】Crは耐食性を改善するのであるが、過剰
添加すると有害なσ相析出や炭化物の粗大化を引起こ
し、高温強度を低下させる。添加量としては15〜25
%の範囲が適正であり、特に20〜25%の範囲が好ま
しい。
Cr improves the corrosion resistance, but when added in excess, it causes harmful σ-phase precipitation and coarsening of carbides, which lowers the high temperature strength. Addition amount is 15-25
The range of% is appropriate, and the range of 20 to 25% is particularly preferable.

【0023】Al,TiはNi基合金の強化因子である
γ′相すなわちNi3(Al,Ti)を析出させて高温強
度に寄与するが、過剰に添加すると溶接性を低下する。
添加量としては、Al:1.0〜3.0,Ti:1.5〜
3.0%の範囲は適正であり、特にAl+Ti:3.0〜
5.0%,原子比Ti/Alで0.7〜1.5%の範囲が
好ましい。
Al and Ti contribute to the high temperature strength by precipitating the γ'phase, which is a strengthening factor of the Ni-based alloy, that is, Ni 3 (Al, Ti), but if added excessively, the weldability deteriorates.
As the addition amount, Al: 1.0 to 3.0, Ti: 1.5 to
The range of 3.0% is appropriate, especially Al + Ti: 3.0-
It is preferably 5.0%, and the atomic ratio Ti / Al is preferably in the range of 0.7 to 1.5%.

【0024】Nb,Ta,Hfは強化因子であるγ′相
に固溶され、高温強度を向上するが、過剰に添加する
と、粒界に粗大炭化物を形成し、かえって強度を低下さ
せる。添加量としては、Nb+Ta:1.0〜3.0%,
Hf:0〜1.5% が適正であり、特にNb:0.6〜
1.0%,Ta:0.9〜1.3%が好ましい。
Nb, Ta and Hf form a solid solution in the γ'phase which is a strengthening factor and improve the high temperature strength, but when added in excess, they form coarse carbides at the grain boundaries and rather reduce the strength. The addition amount is Nb + Ta: 1.0 to 3.0%,
Hf: 0 to 1.5% is appropriate, especially Nb: 0.6 to
1.0% and Ta: 0.9-1.3% are preferable.

【0025】Zr,Bは粒界を強化し、高温強度を改善
するが、過剰に添加すると延性,靭性を低下し、長時間
強度を低下させる。添加量としては、Zr:0〜0.0
5%,B0.001〜0.03%が適正である。
Zr and B strengthen the grain boundaries and improve the high temperature strength. However, if added excessively, the ductility and toughness deteriorate and the long-term strength decreases. The addition amount is Zr: 0 to 0.0
5% and B0.001-0.03% are appropriate.

【0026】W,Moはマトリックスに固溶して強化
し、特に長時間強度の改善に効果が大きい。しかしなが
ら、過剰に添加するとσ相等の有害相析出を助長し、か
えって強度を低下させる。添加量としては、W+Mo:
5.0% を超え10%以下の範囲が適正であり、特に
W:6.0〜8.0%が好ましい。
W and Mo form a solid solution in the matrix to strengthen them, and are particularly effective in improving the long-term strength. However, if added excessively, precipitation of a harmful phase such as σ phase is promoted and the strength is rather lowered. The added amount is W + Mo:
The range of more than 5.0% and 10% or less is suitable, and W: 6.0-8.0% is particularly preferable.

【0027】Re及び希土類元素は耐高温腐食性を向上
させるが、ある程度の添加量以上になると効果が飽和
し、かえって延性,靭性の低下を招く。添加量として
は、Re:0〜2.0%,Y,Sc等の希土類元素の内
1種以上:0〜0.5%の範囲が適正である。
Re and rare earth elements improve the high temperature corrosion resistance, but if the addition amount exceeds a certain level, the effect saturates, and rather the ductility and toughness decrease. Appropriate amount of addition is in the range of Re: 0 to 2.0% and one or more of rare earth elements such as Y and Sc: 0 to 0.5%.

【0028】Si,Mnは従来脱酸の効果があるが、真
空鋳造によって製造するので、これらの添加は本質的に
は不要であるが、加えることもでき、過剰の添加は高温
使用中での靭性を低下させるため両元素とも1%以下に
抑える。特に、0.5% 以下、より好ましくは0.01
〜0.1%に押えるのが好ましい。
Si and Mn have conventionally been effective for deoxidation, but since they are produced by vacuum casting, their addition is essentially unnecessary, but they can be added, and an excessive addition may be performed during high temperature use. Both elements are suppressed to 1% or less in order to reduce the toughness. In particular, it is 0.5% or less, more preferably 0.01
It is preferable to suppress the amount to 0.1%.

【0029】本発明に係るガスタービンは以下の構成を
有する。
The gas turbine according to the present invention has the following configuration.

【0030】ディスク,ディスタントピース,タービン
スペーサ,タービンスタッキングボルト,コンプレッサ
スタッキングボルト及びコンプレッサディスクの少なく
とも最終段の1種以上を重量でC0.05〜0.2%,S
i0.5% 以下、Mn1%以下,Cr8〜13%,Ni
3%以下,Mo1.5 〜3%,V0.05〜0.3%,N
b0.02〜0.2%,N0.02〜0.1%及び残部が実
質的にFeからなる全焼戻しマルテンサイト組織を有す
る耐熱鋼によって構成することができる。これらの部品
の全部をこの耐熱鋼によって構成することによってより
高いガス温度にすることができ、熱効率の向上が得られ
る。特にこれらの部品の少なくとも1種は重量で、C
0.05〜0.2%,Si0.5%以下,Mn0.6%以
下,Cr8〜13%,Ni2〜3%,Mo1.5〜3
%,V0.05〜0.3%,Nb0.02〜0.2%,N
0.02〜0.1%及び残部が実質的にFeからなり、
(Mn/Ni)比が0.11 以下、特に0.04〜0.1
0からなり、全焼戻しマルテンサイト組織を有する耐熱
鋼によって構成されるときに高い耐脆化特性が得られ安
全性の高いガスタービンが得られる。
At least one of the last stage of the disc, the distant piece, the turbine spacer, the turbine stacking bolt, the compressor stacking bolt, and the compressor disc is C0.05-0.2%, S by weight.
i 0.5% or less, Mn 1% or less, Cr 8 to 13%, Ni
3% or less, Mo 1.5 to 3%, V 0.05 to 0.3%, N
It can be constituted by a heat-resistant steel having a fully tempered martensite structure in which b is 0.02 to 0.2%, N is 0.02 to 0.1%, and the balance is substantially Fe. By constructing all of these parts with this heat-resistant steel, a higher gas temperature can be obtained, and thermal efficiency can be improved. In particular, at least one of these parts is
0.05-0.2%, Si 0.5% or less, Mn 0.6% or less, Cr 8-13%, Ni 2-3%, Mo 1.5-3
%, V 0.05 to 0.3%, Nb 0.02 to 0.2%, N
0.02 to 0.1% and the balance consisting essentially of Fe,
(Mn / Ni) ratio is 0.11 or less, especially 0.04 to 0.1
When it is made of a heat-resistant steel having a total tempered martensite structure, a gas turbine having high embrittlement resistance and high safety can be obtained.

【0031】尚、これらの部品に使用する材料として4
50℃での105h クリープ破断強度が40kg/mm2
上で、20℃Vノッチシャルピー衝撃値が5kg−m/cm
2以上のマルテンサイト鋼が用いられるが、特に好まし
い組成においては450℃での105hクリープ破断強
度が50kg/mm2 以上及び500で105h加熱後の2
0℃Vノッチシャルピー衝撃値が5kg−m/cm2以上を
有するものである。
As a material used for these parts, 4
Creep rupture strength of 10 5 h at 50 ° C is 40 kg / mm 2 or more, and 20 ° C V-notch Charpy impact value is 5 kg-m / cm.
Two or more martensitic steels are used, but in a particularly preferred composition, the 10 5 h creep rupture strength at 450 ° C. is 50 kg / mm 2 or more and 500 after 10 5 h after heating for 10 5 h.
It has a 0 ° C V-notch Charpy impact value of 5 kg-m / cm 2 or more.

【0032】これらの材料には更に、W1%以下,Co
0.5%以下,Cu0.5%以下,B0.01%以下,T
i0.5%以下,Al0.3%以下,Zr0.1%以下,
Hf0.1%以下,Ca0.01%以下,Mg0.01%
以下,Y0.01%以下,希土類元素0.01% 以下の
少なくとも1種を含むことができる。
These materials further include W1% or less, Co
0.5% or less, Cu 0.5% or less, B 0.01% or less, T
i 0.5% or less, Al 0.3% or less, Zr 0.1% or less,
Hf 0.1% or less, Ca 0.01% or less, Mg 0.01%
Hereinafter, at least one of Y 0.01% or less and rare earth element 0.01% or less can be included.

【0033】コンプレッサディスクの少なくとも最終段
又はその全部を前述の耐熱鋼によって構成することがで
きるが、初段から中心部まではガス温度が低いので、他
の低合金鋼を用いることができ、中心部から最終段まで
を前述の耐熱鋼を用いることができる。ガス上流側の初
段から中心部までの上流側を重量で、C0.15 〜0.
30%,Si0.5%以下,Mn0.6%以下,Cr1〜
2%,Ni2.0〜4.0%,Mo0.5〜1%,V0.0
5〜0.2%及び残部が実質的にFeからなり、室温の
引張強さ80kg/mm2 以上、室温のVノッチシャルピー
衝撃値が20kg−m/cm2 以上のNi−Cr−Mo−V
鋼が用いられ、中心部から少なくとも最終段を除き重量
で、C0.2〜0.4%,Si0.1〜0.5%,Mn0.
5 〜1.5%,Cr0.5〜1.5%,Ni0.5%以
下,Mo1.0〜2.0%,V0.1〜0.3%及び残部が実
質的にFeからなり、室温の引張強さが80kg/mm2
上,伸び率18%以上,絞り率50%以上を有するCr
−Mo−V鋼を用いることができる。
At least the final stage of the compressor disk or all of it can be made of the above-mentioned heat-resistant steel. However, since the gas temperature is low from the first stage to the central portion, other low alloy steel can be used, and the central portion can be used. The heat-resistant steel described above can be used from to the final stage. The upstream side from the first stage on the upstream side of the gas to the central portion is C0.15-0.1 by weight.
30%, Si 0.5% or less, Mn 0.6% or less, Cr1-
2%, Ni 2.0-4.0%, Mo 0.5-1%, V 0.0
Ni-Cr-Mo-V having a tensile strength at room temperature of 80 kg / mm 2 or more and a V-notch Charpy impact value at room temperature of 20 kg-m / cm 2 or more consisting of 5 to 0.2% and the balance substantially Fe.
Steel is used, and C0.2-0.4%, Si0.1-0.5%, Mn.
5 to 1.5%, Cr 0.5 to 1.5%, Ni 0.5% or less, Mo 1.0 to 2.0%, V 0.1 to 0.3% and the balance substantially Fe, and room temperature. Having a tensile strength of 80 kg / mm 2 or more, an elongation rate of 18% or more, and a drawing rate of 50% or more
-Mo-V steel can be used.

【0034】コンプレッサスタブシャフト及びタービン
スタブシャフトは上述のCr−Mo−V鋼を用いること
ができる。
For the compressor stub shaft and the turbine stub shaft, the above-mentioned Cr-Mo-V steel can be used.

【0035】本発明のコンプレッサディスクは円盤状で
あり、外側部分にスタッキングボルト挿入用の穴が複数
個全周に設けられる。
The compressor disk of the present invention is disk-shaped, and a plurality of holes for inserting stacking bolts are provided on the outer peripheral portion around the entire circumference.

【0036】コンプレッサディスクの一例として、17
段からなる場合には初段から12段目までを前述のNi
−Cr−Mo−V鋼,13段目から16段目をCr−M
o−V鋼及び17段目を前述のマルテンサイト鋼によっ
て構成することができる。
As an example of the compressor disk, 17
If it consists of steps, the first to 12th steps are
-Cr-Mo-V steel, 13th to 16th steps are Cr-M
The o-V steel and the 17th stage can be constituted by the above-mentioned martensitic steel.

【0037】初段及び最終段コンプレッサディスクは初
段のときは初段の次のもの又は最終段の場合はその前の
ものよりもいずれも鋼性を有する構造を有している。ま
た、このディスクは初段より徐々に厚さを小さくして高
速回転による応力を軽減する構造になっている。
The first-stage and last-stage compressor disks each have a structure that is more steel than the next stage of the first stage or the last stage of the last stage when it is the first stage. Further, this disk has a structure in which the thickness is gradually reduced from the initial stage to reduce the stress due to high speed rotation.

【0038】コンプレッサのブレードはC0.07〜0.
15%,Si0.15% 以下,Mn1%以下,Cr10
〜13%又はこれにMo0.5%以下及び、Ni0.5%
以下を含み、残部がFeからなるマルテンサイト鋼によ
って構成されるのが好ましい。
The blades of the compressor are C0.07-0.
15%, Si 0.15% or less, Mn 1% or less, Cr10
~ 13% or less than 0.5% Mo and 0.5% Ni
It is preferably composed of martensitic steel with the balance including Fe, including the following:

【0039】タービンブレードの先端部分と摺動接触し
リング状に形成されるシュラウドの初段部分には重量
で、C0.05〜0.2%,Si2%以下,Mn2%以
下,Cr17〜27%,Co5%以下,Mo5〜15
%,Fe10〜30%,W5%以下,B0.02% 以下
及び残部が実質的にNiからなる鋳造合金が用いられ、
他の部分には重量で、C0.3〜0.6%,Si2%以
下,Mn2%以下,Cr20〜27%,Ni20〜30
%以下,Nb0.1〜0.5%,Ti0.1〜0.5%及び
残部が実質的にFeからなる鋳造合金が用いられる。こ
れらの合金は複数個のブロックによってリング状に構成
されるものである。
The weight of the first stage portion of the shroud which is in sliding contact with the tip portion of the turbine blade and which is formed in a ring shape is C0.05 to 0.2%, Si2% or less, Mn2% or less, Cr17 to 27%, Co5% or less, Mo5-15
%, Fe 10 to 30%, W 5% or less, B 0.02% or less, and the balance is substantially Ni.
Other parts by weight are C 0.3 to 0.6%, Si 2% or less, Mn 2% or less, Cr 20 to 27%, Ni 20 to 30
%, Nb 0.1-0.5%, Ti 0.1-0.5%, and the balance being substantially Fe. These alloys are composed of a plurality of blocks in a ring shape.

【0040】タービンノズルを固定するダイヤフラムに
は初段のタービンノズル部分が重量で、C0.05% 以
下,Si1%以下,Mn2%以下,Cr16〜22%,
Ni8〜15%及び残部が実質的にFeからなり、他の
タービンノズル部分には高C−高Ni系鋼鋳物によって
構成される。
In the diaphragm for fixing the turbine nozzle, the weight of the first stage turbine nozzle portion is C0.05% or less, Si1% or less, Mn2% or less, Cr16 to 22%,
Ni is 8 to 15% and the balance is substantially Fe, and the other turbine nozzle portion is made of high C-high Ni steel casting.

【0041】タービンブレードは重量で、C0.07〜
0.25%,Si1%以下,Mn1%以下,Cr12〜
20%,Co5〜15%,Mo1.0〜5.0%,W1.
0 〜5.0% ,B0.005〜0.03%,Ti2.0〜
7.0%,Al3.0〜7.0%と、Nb1.5% 以下、
Zr0.01〜0.5%,Hf0.01〜0.5%,V0.01
〜0.5% の1種以上と、残部が実質的にNiからな
り、オーステナイト組基地にγ′相及びγ″相が析出し
た鋳造合金が用いられる。
Turbine blades, by weight, range from C0.07
0.25%, Si 1% or less, Mn 1% or less, Cr12-
20%, Co 5-15%, Mo 1.0-5.0%, W 1.
0 to 5.0%, B 0.005 to 0.03%, Ti 2.0 to
7.0%, Al3.0-7.0%, Nb1.5% or less,
Zr 0.01-0.5%, Hf 0.01-0.5%, V0.01
A cast alloy containing at least one of 0.5% and the balance substantially Ni, and having a γ ′ phase and a γ ″ phase precipitated in the austenite matrix is used.

【0042】ガスタービン用ノズルには前述のNi基超
合金が少なくとも初段に設けられ、初段以外には重量
で、C0.20〜0.60%,Si2%以下,Mn2%以
下,Cr25〜35%,Ni5〜15%,W3〜10
%,B0.003〜0.03%及びCo50%以上を有す
るCo基合金からなり、又は更にTi0.1〜0.3%,
Nb0.1〜0.5%及びZr0.1〜0.3%の少なくと
も1種を含み、オーステナイト相基地に共晶炭化物及び
二次炭化物を含む鋳造合金によって構成される。これら
の合金はいずれも溶体処理された後時効処理が施され、
前述の析出物を形成させ、強化される。
The gas turbine nozzle is provided with the above-mentioned Ni-based superalloy at least in the first stage, and in the other parts than the first stage, the weight is C 0.20 to 0.60%, Si 2% or less, Mn 2% or less, Cr 25 to 35%. , Ni 5-15%, W3-10
%, B 0.003 to 0.03% and Co 50% or more of a Co-based alloy, or Ti 0.1 to 0.3%,
It is composed of a cast alloy containing at least one of Nb 0.1 to 0.5% and Zr 0.1 to 0.3% and containing an eutectic carbide and a secondary carbide in an austenite phase matrix. All of these alloys are solution treated and then aged,
It forms and strengthens the aforementioned precipitates.

【0043】また、タービンブレードは高温の燃焼ガス
による腐食を防止するためにAl,Cr又はAl+Cr
拡散コーテングを施すことができる。コーテング層の厚
さは30〜150μmで、ガスに接する翼部に設けるの
が好ましい。
The turbine blade is made of Al, Cr or Al + Cr in order to prevent corrosion due to high temperature combustion gas.
Diffusion coating can be applied. The coating layer has a thickness of 30 to 150 μm, and is preferably provided on the blade portion in contact with the gas.

【0044】燃焼器はタービンの周囲に複数個設けられ
るとともに、外筒と内筒との2重構造からなり、内筒は
重量でC0.05〜2.0%,Si2%以下,Mn2%以
下,Cr20〜25%,Co0.5 〜5%,Mo5〜1
5%,Fe10〜30%,W5%以下,B0.02% 以
下及び残部が実質的にNiからなり、板厚2〜5mmの塑
性加工材を溶接によって構成され、円筒体全周にわたっ
て空気を供給する三ケ月形のルーバ孔が設けられ、全オ
ーステナイト組織を有する溶体化処理材が用いられる。
A plurality of combustors are provided around the turbine and have a double structure of an outer cylinder and an inner cylinder. The inner cylinder has a weight of C0.05-2.0%, Si2% or less, Mn2% or less. , Cr20-25%, Co0.5-5%, Mo5-1
5%, Fe 10-30%, W 5% or less, B 0.02% or less, and the balance consisting essentially of Ni, and is constructed by welding a plastically worked material having a plate thickness of 2 to 5 mm, and supplies air over the entire circumference of the cylindrical body. A crescent-shaped louver hole is provided, and a solution treatment material having a full austenite structure is used.

【0045】本発明における複合発電プラントにおける
蒸気タービンは以下の構成を有する。
The steam turbine in the combined cycle power plant according to the present invention has the following configuration.

【0046】本発明における、一体のロータシャフトに
蒸気の高圧側より低圧側にかけて多段にブレードを植設
したロータと、該ロータを被うケーシングとを備えた蒸
気タービンは、前記ロータシャフトをベーナイト組織を
有するNi−Cr−Mo−V低合金鋼からなり、且つ5
38℃,10万時間クリープ破断強度が11kg/mm2
上とするものである。
According to the present invention, a steam turbine comprising a rotor in which blades are planted in a multi-stage manner from a high pressure side to a low pressure side of steam on an integral rotor shaft, and a casing covering the rotor is provided with a bainite structure for the rotor shaft. Consisting of a Ni-Cr-Mo-V low alloy steel with
The creep rupture strength at 38 ° C for 100,000 hours is 11 kg / mm 2 or more.

【0047】前記ロータシャフトは重量でC0.15〜
0.4%,Si0.1% 以下,Mn0.05〜0.25
%,Ni1.5〜2.5%,Cr0.8〜2.5%,Mo
0.8 〜2.5%及びV0.1〜0.35%を含み、(M
n/Ni)比が0.12以下又は(Si+Mn)/Ni比
が0.18以下であるベーナイト組織を有するNi−C
r−Mo−V低合金鋼からなるものが好ましい。
The rotor shaft has a weight of C 0.15-
0.4%, Si 0.1% or less, Mn 0.05 to 0.25
%, Ni 1.5-2.5%, Cr 0.8-2.5%, Mo
0.8 to 2.5% and V 0.1 to 0.35%, (M
Ni-C having a bainite structure in which the (n / Ni) ratio is 0.12 or less or the (Si + Mn) / Ni ratio is 0.18 or less.
Those made of r-Mo-V low alloy steel are preferred.

【0048】このようにすると、前記蒸気入口温度が5
30℃以上、その出口温度が100℃以下であり、前記
ブレードの少なくとも最終段の長さが30インチ以上で
あり、前記ロータシャフトはその中心部のFATTが前
記蒸気出口温度以下の温度及び538℃,10万時間ク
リープ破断強度が11kg/mm2以上特に、12kg/mm2
上であるベーナイト組織を有するNi−Cr−Mo−V
低合金鋼を用い、ブレードとして26インチを越えるも
のを用いることができる。
In this way, the steam inlet temperature is 5
30 ° C. or more, the outlet temperature thereof is 100 ° C. or less, the length of at least the final stage of the blade is 30 inches or more, and the rotor shaft has a FATT at the center thereof equal to or lower than the steam outlet temperature and 538 ° C. , A Ni-Cr-Mo-V having a bainite structure having a creep rupture strength of 100,000 hours of 11 kg / mm 2 or more, particularly 12 kg / mm 2 or more
It is possible to use a low alloy steel and use a blade having a size exceeding 26 inches.

【0049】前記ブレードは低圧側で特に、30インチ
以上の長さを有し、高圧側のブレードは低圧側のそれよ
りクリープ破断強度が高い高Crマルテンサイト鋼から
なり、低圧側のブレードは高圧側のそれより靭性の高い
高Crマルテンサイト鋼よりなるものを用いる。
Particularly, the blade has a length of 30 inches or more on the low pressure side, the blade on the high pressure side is made of high Cr martensitic steel having higher creep rupture strength than that on the low pressure side, and the blade on the low pressure side is at high pressure. A high Cr martensitic steel having higher toughness than that of the side steel is used.

【0050】前記26インチを越える長さのブレード
は、重量でC0.08〜0.15%,Si0.5%以下,
Mn1.5%以下,Cr10〜13%,Mo1〜2.5%
,V0.2〜0.5%,N0.02〜0.1%を含むマル
テンサイト鋼からなり、前記高圧側ブレードは重量で、
C0.2〜0.3%,Si0.5% 以下,Mn1%以下,
Cr10〜13%,Ni0.5% 以下,Mo0.5〜1.
5%,W0.5〜1.5%,V0.15〜0.35%を含む
マルテンサイト鋼からなり、前記26インチ未満の低圧
側ブレードは重量で、C0.05〜0.15%,Si0.
5% 以下,Mn1%以下、好ましくは0.2〜1.0
%,Cr10〜13%,Ni0.5% 以下、Mo0.5
% 以下及び残部Feであるマルテンサイト鋼からな
る。
The blade having a length exceeding 26 inches has a weight ratio of C 0.08 to 0.15%, Si 0.5% or less,
Mn 1.5% or less, Cr 10-13%, Mo 1-2.5%
, V0.2-0.5%, N0.02-0.1%, and the high-pressure side blade is composed of
C 0.2-0.3%, Si 0.5% or less, Mn 1% or less,
Cr 10-13%, Ni 0.5% or less, Mo 0.5-1.
5%, W0.5-1.5%, V0.15-0.35% of martensitic steel, and the low pressure side blade of less than 26 inches by weight is C0.05-0.15%, Si0. .
5% or less, Mn 1% or less, preferably 0.2 to 1.0
%, Cr 10 to 13%, Ni 0.5% or less, Mo 0.5
% Or less and the balance Fe, which consists of martensitic steel.

【0051】前記30インチ以上のブレードの先端リー
デングエッチ部にはエロージョン防止層が設けられてい
るのが好ましい。具体的な翼の長さとして、33.5″
,40″,46.5″ 等のものを用いることができ
る。
An erosion-preventing layer is preferably provided on the leading-edge etching portion of the 30-inch or larger blade. As a specific wing length, 33.5 "
, 40 ", 46.5" and the like can be used.

【0052】本発明は、一台の発電機を前述の蒸気ター
ビン及びガスタービンによって同時に駆動するコンバイ
ンド発電システムが達成でき、特に前記蒸気タービンは
一体のロータシャフトに蒸気の高圧側より低圧側にかけ
て多段にブレードを植設したロータと、該ロータを被う
ケーシングとを備え、前記蒸気入口温度が530℃以
上、その出口温度が100℃以下であり、前記ケーシン
グは前記ブレードの高圧側から低圧側にかけて一体に構
成され、前記蒸気が一方向に流れるように蒸気入口を前
記ブレードの初段前及びその出口を前記ブレードの最終
段後に設け、前記ブレードは低圧側で30インチ以上の
長さを有したものとすることができる。
The present invention can achieve a combined power generation system in which one generator is simultaneously driven by the above-mentioned steam turbine and gas turbine, and in particular, the steam turbine has a multi-stage structure in which an integral rotor shaft extends from a high pressure side to a low pressure side of steam. A rotor having a blade planted therein, and a casing covering the rotor, the steam inlet temperature is 530 ° C. or higher and the outlet temperature is 100 ° C. or lower, and the casing extends from the high pressure side to the low pressure side of the blade. Integrally configured, a steam inlet is provided before the first stage of the blade and an outlet thereof is provided after the last stage of the blade so that the steam flows in one direction, and the blade has a length of 30 inches or more on the low pressure side. Can be

【0053】本発明における動翼は重量で、C0.05
〜0.15%,Si0.5% 以下,Mn0.2 〜1%,
Cr10〜13%,Ni0.5%以下,Mo0.5%以下
及び残部が実質的にFeである焼戻し全マルテンサイト
鋼からなるものが好ましい。本発明におけるケーシング
は、重量でC0.05〜0.30%,Si0.5% 以下,
Mn1%以下,Cr1〜2%,Mo0.5〜1.5%,V
0.05〜0.2%,Ti0.05% 以下を含むベーナイ
ト組織を有するCr−Mo−V鋳鋼よりなるものが好ま
しい。
The moving blade in the present invention has a weight of C0.05.
~ 0.15%, Si 0.5% or less, Mn 0.2 ~ 1%,
It is preferable to use a tempered all-martensitic steel in which Cr is 10 to 13%, Ni is 0.5% or less, Mo is 0.5% or less, and the balance is substantially Fe. The casing of the present invention has a weight ratio of C0.05 to 0.30% and Si of 0.5% or less,
Mn 1% or less, Cr 1-2%, Mo 0.5-1.5%, V
It is preferably made of a Cr-Mo-V cast steel having a bainite structure containing 0.05 to 0.2% and Ti of 0.05% or less.

【0054】前述に記載の組成を有するCr−Mo−V
鋼は、その鋼塊を特にエレクトロ再溶解又はアーク炉に
て大気中溶解後に真空炭素脱酸した鋼塊を製造し、該鋼
塊を熱間鍛造し、次いでオーステナイト化温度に加熱し
所定の冷却速度で冷却する焼入れを施した後焼戻し処理
を施し、主にベーナイト組織を有するものとするのがよ
い。
Cr-Mo-V having the composition described above.
Steel is produced by vacuum remelting the steel ingot in the atmosphere after electromelting or in an arc furnace and then vacuum carbon deoxidizing the steel ingot, hot forging the steel ingot, and then heating it to an austenitizing temperature and cooling it to a predetermined temperature. It is preferable to perform quenching after cooling at a speed and then to perform tempering to obtain a bainite structure.

【0055】焼入れ温度は900〜1000℃、焼戻し
温度は630〜700℃が好ましい。
The quenching temperature is preferably 900 to 1000 ° C, and the tempering temperature is preferably 630 to 700 ° C.

【0056】本発明に係る蒸気タービンは特に10〜3
0万KW級の中容量火力発電に最も小型で熱効率の向上
の点から好適である。特に、最長翼として長さが33.
5 インチで、全周が90本以上のものとすることがで
きる。
The steam turbine according to the present invention is especially 10 to 3
It is most suitable for medium-capacity thermal power generation of 0,000 KW class and is suitable from the viewpoint of improving thermal efficiency. Especially, the longest wing has a length of 33.
It can be 5 inches and have 90 or more perimeters.

【0057】[0057]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施例1 表1は代表的なガスタービンノズルの供試合金の化学組
成(重量%)を示す。試料は高周波溶解炉で各10kg造
塊し、ロストワックス精密構造後、1170℃×4h加
熱後水冷し、850℃×8h加熱の時効処理を施した。
その後機械加工により試験片を作製した。No.1,2,
12,14,15及び17は比較合金で、No.3〜1
1,13及び16は本発明合金である。
Example 1 Table 1 shows the chemical composition (wt%) of a typical gas turbine nozzle match. Each sample was agglomerated in a high-frequency melting furnace in an amount of 10 kg, subjected to a lost wax precision structure, heated at 1170 ° C. for 4 hours, cooled with water, and subjected to an aging treatment at 850 ° C. for 8 hours.
Then, a test piece was prepared by machining. No. 1, 2,
12, 14, 15 and 17 are comparative alloys, No. 3 to 1
1, 13 and 16 are alloys of the present invention.

【0058】[0058]

【表1】 [Table 1]

【0059】図1は、900℃のクリープ破断強度を示
す。試験片は平行部6mmφ,長さ30mmを用いた。本発
明合金のNo.3〜6は比較合金No.2やNo.12に比べ
長時間側のクリープ破断強度が改善されており、Wある
いはMoの固溶強化あるいはZr,Hf添加(No.6)
の効果が顕著である。一方、Wが低めの比較合金No.1
1は改善効果が小さい。
FIG. 1 shows the creep rupture strength at 900 ° C. The test piece used had a parallel portion of 6 mmφ and a length of 30 mm. The alloys of the present invention Nos. 3 to 6 have improved creep rupture strength on the long time side as compared with the comparative alloys No. 2 and No. 12, and solid solution strengthening of W or Mo or addition of Zr, Hf (No. 6). )
The effect of is remarkable. On the other hand, comparative alloy No. 1 with a lower W
1 has a small improvement effect.

【0060】図2は、予熱温度250℃以下、溶接電流
40〜80A,溶接時間50秒で1パスTIG溶接した
時のAl+Tiと溶接割れ長さの関係を示す。溶接長さ
80mm,幅8mmで溶接した。Al+Tiの高いNo.14
はγ′量が多いことから、溶接冷却時に割れが発生しや
すい。Al+Tiを低めに抑えた合金は溶接割れが小さ
く、溶接条件により健全な溶接が可能である。この溶接
割れの効果から、Al+Tiは5.0% 以下に抑えるこ
とが好ましい。Wを加えることにより強度が高められる
が、溶接性にはほとんど影響が見られない。
FIG. 2 shows the relationship between Al + Ti and the weld crack length when performing 1-pass TIG welding at a preheating temperature of 250 ° C. or less, a welding current of 40 to 80 A, and a welding time of 50 seconds. Welded with a welding length of 80 mm and a width of 8 mm. High Al + Ti No. 14
Has a large amount of γ ′, so cracks easily occur during welding cooling. An alloy in which Al + Ti is suppressed to a low level has small welding cracks, and sound welding is possible depending on the welding conditions. Due to the effect of welding cracks, Al + Ti is preferably suppressed to 5.0% or less. Although the strength is increased by adding W, the weldability is hardly affected.

【0061】図3は、Al+Tiと900℃,14kgf
/mm2のクリープ破断時間の関係を示したものである。
強度はAl+Ti量2.5% 以上ではそれに比例して向
上する。しかしながら、図2で示したように溶接割れを
考慮すると、Al+Ti量は5.0%以上が好ましく、
図3の結果から強度的には2.5%以上の添加が必要で
ある。ただし、図4に示すAl+Ti量とW量の関係を
調整することによりAl+Ti量を2.5% まで低減す
ることが可能である。図に示すように、Al+Ti量の
影響はW量によって全く異なる作用効果を示すことが分
る。W量が7〜9%付近ではAl+Ti量が2.5% 以
上で急激に強度が高められ、3〜5%で最も大きな効果
が得られるが、W量が5.5 〜7%ではAl+Ti量の
効果は5%付近までも強度を向上させている。従って、
W量を適量にすることによりAl+Ti量を高めなくて
も高強度が得られる。
FIG. 3 shows Al + Ti at 900 ° C. and 14 kgf.
It shows the relationship between the creep rupture time of / mm 2 .
The strength increases in proportion to the Al + Ti content of 2.5% or more. However, considering welding cracks as shown in FIG. 2, the amount of Al + Ti is preferably 5.0% or more,
From the results of FIG. 3, it is necessary to add 2.5% or more in terms of strength. However, it is possible to reduce the amount of Al + Ti to 2.5% by adjusting the relationship between the amount of Al + Ti and the amount of W shown in FIG. As shown in the figure, it can be seen that the influence of the amount of Al + Ti has a completely different effect depending on the amount of W. When the W amount is around 7 to 9%, the strength is rapidly increased when the Al + Ti amount is 2.5% or more, and the greatest effect is obtained when the W amount is 3 to 5%, but when the W amount is 5.5 to 7%, the Al + Ti amount is increased. The effect of is improving the strength up to around 5%. Therefore,
High strength can be obtained by increasing the amount of W without increasing the amount of Al + Ti.

【0062】図4は同じくクリープ破断時間とW量との
関係を示す線図である。図に示すようにW量を5.5 〜
10%の範囲とすることによって最も大きな効果が得ら
れることが分る。特に、Al+Ti量を3〜5%とする
ことにより特に顕著であることが分る。特に、W量を6
〜8.5% とするとき最も好ましい。
Similarly, FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the creep rupture time and the W content. As shown in the figure, the amount of W is 5.5-
It can be seen that the maximum effect can be obtained by setting the range to 10%. It can be seen that it is particularly remarkable when the amount of Al + Ti is 3 to 5%. Especially, the W amount is 6
Most preferably, it is set to ~ 8.5%.

【0063】図5は、Al+TiとWの関係と900
℃,12kgf/mm2のクリープ破断時間を( )内に示し
た。斜線部は5<W≦10,2.5≦Al+Ti≦5.
0,−2.5(Al+Ti)+13.75<W≦−2.5
(Al+Ti)+13.75の範囲を示す。斜線部の範
囲にある本発明合金のうち特にNo.3及びNo.4は高い
強度を示し、クリープ破断強度に関してWとAl+Ti
の間に相関性がある。すなわち、これまでの実験結果か
ら、Al+Ti量を低減することによって溶接性を改善
し、強度の低下分をWの添加によって補うことが可能で
あることを示している。
FIG. 5 shows the relationship between Al + Ti and W and 900.
The creep rupture time at 12 ° C and 12 kgf / mm 2 is shown in parentheses. The shaded area is 5 <W ≦ 10, 2.5 ≦ Al + Ti ≦ 5.
0, -2.5 (Al + Ti) + 13.75 <W ≤ -2.5
The range of (Al + Ti) +13.75 is shown. Among the alloys of the present invention in the shaded area, No. 3 and No. 4 show particularly high strength, and W and Al + Ti with respect to creep rupture strength.
There is a correlation between. That is, the experimental results so far show that it is possible to improve weldability by reducing the amount of Al + Ti, and to supplement the decrease in strength by adding W.

【0064】図6は、900℃保持30分→300℃の
加熱冷却熱サイクルを与えた時のき裂発生回数を示す。
耐熱疲労性は比較合金No.17の従来材Co基合金に比
べて大きく改善されている。また、Ni基合金でも比較
合金No.2やNo.13のように高温強度の低い合金に比
べて高い耐熱疲労性を示す。これは、耐熱疲労性が強度
と相関性があり、強化元素であるAl,Ti,Wの添加
量の影響が現われていることを示している。
FIG. 6 shows the number of crack initiations when a heating / cooling heat cycle of 900 ° C. holding 30 minutes → 300 ° C. was applied.
The thermal fatigue resistance is greatly improved compared with the conventional Co-based alloy of Comparative Alloy No. 17. Further, even Ni-based alloys exhibit higher thermal fatigue resistance than comparative alloys No. 2 and No. 13 having low high-temperature strength. This indicates that the thermal fatigue resistance has a correlation with the strength, and the influence of the addition amounts of Al, Ti, and W which are the strengthening elements appears.

【0065】実施例2 実施例1の表1に示すNo.7の合金を用い、図7に示す
ガスタービン用ノズルを製造した。図7に示す形状のワ
ックス模型をメチルエチルケトンにアクリル樹脂を溶解
した液に浸漬し、通風乾燥した後、スラリー(ジルコン
フラワー+コロイダルシリカ+アルコール)に浸漬した
スタック(初層ジルコンサンド,2層以降シャモットサ
ンド)を吹き付け、これを何回か繰返して鋳型を形成し
た。鋳型は脱ろうした後に900℃で焼成した。
Example 2 Using the alloy No. 7 shown in Table 1 of Example 1, a gas turbine nozzle shown in FIG. 7 was manufactured. A wax model having the shape shown in FIG. 7 is dipped in a solution of acrylic resin dissolved in methyl ethyl ketone, dried by ventilation, and then dipped in a slurry (zircon flower + colloidal silica + alcohol) (first layer zircon sand, chamoitte after 2 layers). Sand) was sprayed and this was repeated several times to form a mold. The mold was dewaxed and then fired at 900 ° C.

【0066】次に、この鋳型を真空炉に設けるととも
に、真空溶解によってNo.7の合金組成のものを溶解
し、真空中で鋳型に鋳込んだ。このノズルはサイドウォ
ール間の翼部の幅が約74mm,長さ110mm,最も厚い
部分で25mm,肉厚が3〜4mmで、先端で約0.7mm の
空気通路のスリットが設けられている鋳物である。
Next, this mold was provided in a vacuum furnace, and a No. 7 alloy composition was melted by vacuum melting and cast into a mold in vacuum. This nozzle is a casting with a width of the blade between the sidewalls of about 74 mm, a length of 110 mm, the thickest part of 25 mm, a wall thickness of 3-4 mm, and an air passage slit of about 0.7 mm at the tip. Is.

【0067】図8は翼部の一部切断された斜視図で、ピ
ンフィン冷却,インピジメント冷却及びフィルム冷却用
の穴が設けられている。先端のスリット部の肉厚は約1
mmである。得られたノズルは前述と同様に溶体化処理を
時効処理が非酸化性雰囲気中で行われる。
FIG. 8 is a perspective view in which a part of the blade is cut, and holes for pin fin cooling, impingement cooling and film cooling are provided. The thickness of the slit at the tip is about 1
mm. The obtained nozzle is subjected to solution treatment and aging treatment in a non-oxidizing atmosphere in the same manner as described above.

【0068】本実施例のノズルは1段に最も適している
が、2段目,3段目にも設けることができるが、2段及
び3段目には後述するCo基合金からなる一つの翼部か
らなるノズルが設けられる。1段ノズルは両端が拘束さ
れるが、2段,3段目は片側拘束である。2段目,3段
目は1段のものより翼部幅が大きくなる。
The nozzle of this embodiment is most suitable for the first stage, but it can be provided for the second and third stages, but the second and third stages are made of a Co-based alloy, which will be described later. A nozzle composed of wings is provided. Both ends of the first-stage nozzle are constrained, but the second and third stages are constrained on one side. The blade width of the second and third stages is larger than that of the first stage.

【0069】インピジメント冷却孔を有するSUS304ステ
ンレス管は本体に全周にわたってTIG溶接され、その
部分より図8に示すように冷却空気が流入され、溶接部
からの空気もれのないようにする。図7に示すように燃
焼ガス出口側の内側にも冷却空気が出る穴が設けられて
いる。
A SUS304 stainless steel tube having impingement cooling holes is TIG-welded all around the body, and cooling air is introduced from that portion as shown in FIG. 8 so that no air leaks from the welded portion. As shown in FIG. 7, a hole through which cooling air flows is also provided inside the combustion gas outlet side.

【0070】1段ノズルはサイドウォール両端で拘束さ
れる構造を有するが、2段目以降はサイドウォール外周
側の片側で拘束される構造を有する。
The first-stage nozzle has a structure in which it is constrained at both ends of the sidewall, but the second-stage and subsequent stages have a structure in which it is constrained at one side on the outer peripheral side of the sidewall.

【0071】本実施例におけるNi基合金からなるノズ
ルはγ相マトリックスにγ′相が析出している。
In the nozzle made of the Ni-based alloy in this example, the γ'phase was precipitated in the γ-phase matrix.

【0072】実施例3 図9は実施例2の本発明のガスタービンノズルを有する
ガスタービンの回転部分の部分断面図である。
Embodiment 3 FIG. 9 is a partial sectional view of a rotating portion of a gas turbine having a gas turbine nozzle of the present invention according to Embodiment 2.

【0073】10はタービンスタブシャフト、3はター
ビンブレード、13はタービンスタッキングボルト、1
8はタービンスペーサ、18はディスタントピース、2
0はノズル、6はコンプレッサディスク、7はコンプレ
ッサブレード、8はコンプレッサスタッキングボルド、
9はコンプレッサスタブシャフト、4はタービンディス
ク、11は穴である。本発明のガスタービンはコンプレ
ッサディスク6が17段あり、又タービンブレード3が
2段のものである。タービンブレード3は3段の場合も
あり、いずれにも本発明の合金がノズル材として適用で
きる。
10 is a turbine stub shaft, 3 is a turbine blade, 13 is a turbine stacking bolt, 1
8 is a turbine spacer, 18 is a distant piece, 2
0 is a nozzle, 6 is a compressor disk, 7 is a compressor blade, 8 is a compressor stacking bolt,
Reference numeral 9 is a compressor stub shaft, 4 is a turbine disk, and 11 is a hole. The gas turbine of the present invention has 17 stages of compressor disks 6 and 2 stages of turbine blades 3. The turbine blade 3 may have three stages, and the alloy of the present invention can be applied to any of them as a nozzle material.

【0074】本実施例におけるガスタービンは、主な形
式がヘビーテューティ形,一軸形,水平分割ケーシン
グ,スタッキング式ロータからなり、圧縮機が17段軸
流形,タービンが3段インパルス形,1,2段空気冷却
による静動翼,燃焼器がバースフロー形,16缶,スロ
ットクール方式を有するものである。
The gas turbine in this embodiment is mainly composed of a heavy tuty type, a single shaft type, a horizontal split casing, a stacking type rotor, a compressor is a 17-stage axial flow type, and a turbine is a 3-stage impulse type. The two-stage air-cooled stationary blades and combustor have a verse-flow type, 16 cans, and a slot cool system.

【0075】表2に示す材料について実物相当の大形鋼
を、エレクトロスラグ再溶解法により溶製し、鍛造・熱
処理を行った。鍛造は850〜1150℃の温度範囲内
で、熱処理は表4に示す条件で行った。表2には試料の
化学組成(重量%)を示す。これら材料の顕微鏡組織
は、No.20〜23が全焼戻しマルテンサイト組織、N
o.24及び25が全焼戻しベーナイト組織であった。N
o.20はディスタントピース及び最終段のコンプレッサ
ディスクに使用し、前者は厚さ60mm×幅500mm×長さ
1000mm、後者は直径1000mm,厚さ180mm,N
o.21はディスクとして直径1000mm×厚さ180mm
に、No.22はスペーサとして外径1000mm×内径400
mm×厚さ100mmに、No.23はタービン,コンプレッ
サのいずれのスタッキングボルトとして直径40mm×長
さ500mm,No.23の鋼を用い同様にディスタントピ
ースとコンプレッサディスクとを結合するボルトも製造
した。No.24及び25はそれぞれタービンスタブシャ
フト及びコンプレッサスタブシャフトとして直径250
mm×長さ300mmに鍛伸した。更に、No.24の合金を
コンプレッサディスク6の13〜16段に使用し、No.
25の鋼をコンプレッサ6の初段から12段まで使用さ
れた。これらはいずれもタービンディスクと同様の大き
さに製造した。試験片は熱処理後、試料の中心部分か
ら、No.23を除き、軸(長手)方向に対して直角方向
に採取した。この例は長手方向に試験片を採取した。
With respect to the materials shown in Table 2, large-sized steels corresponding to actual products were melted by the electroslag remelting method, and forged and heat-treated. Forging was performed in the temperature range of 850 to 1150 ° C., and heat treatment was performed under the conditions shown in Table 4. Table 2 shows the chemical composition (% by weight) of the sample. Regarding the microscopic structure of these materials, No. 20 to 23 are fully tempered martensite structures, N
Nos. 24 and 25 had a fully tempered bainite structure. N
The o.20 is used for the distant piece and the final stage compressor disk. The former is 60 mm thick × 500 mm wide × 1000 mm long, the latter is 1000 mm in diameter, 180 mm thick, N
o.21 is a disk with a diameter of 1000 mm and a thickness of 180 mm
No.22 is a spacer with an outer diameter of 1000 mm and an inner diameter of 400.
mm, thickness 100 mm, No. 23 is 40 mm in diameter, 500 mm in length, and No. 23 steel is used as stacking bolts for both turbine and compressor, and bolts for connecting the distant piece and the compressor disk are also manufactured. . Nos. 24 and 25 have a diameter of 250 as a turbine stub shaft and a compressor stub shaft, respectively.
mm × 300 mm in length. Furthermore, No. 24 alloy is used for 13 to 16 stages of the compressor disk 6, and No. 24 alloy is used.
Twenty-five steels were used from the first stage to the 12th stage of the compressor 6. Each of these was manufactured in the same size as the turbine disk. After heat treatment, the test piece was sampled in the direction perpendicular to the axial (longitudinal) direction except for No. 23 from the center of the sample. In this example, test pieces were taken in the longitudinal direction.

【0076】[0076]

【表2】 [Table 2]

【0077】表3はその室温引張,20℃Vノッチシャ
ルピー衝撃およびクリープ破断試験結果を示すものであ
る。450℃×105h クリープ破断強度は一般に用い
られているラルソン−ミラー法によって求めた。
Table 3 shows the results of the room temperature tensile test, the 20 ° C. V-notch Charpy impact test and the creep rupture test. The creep rupture strength at 450 ° C. × 10 5 h was obtained by the commonly used Larson-Miller method.

【0078】[0078]

【表3】 [Table 3]

【0079】本発明のNo.20〜23(12Cr鋼)を
見ると、450℃,105h クリープ破断強度が51kg
/mm2 以上、20℃Vノッチシャルピー衝撃値が7kg−
m/cm2 以上であり、高温ガスタービン用材料として必
要な強度を十用満足することが確認された。
Looking at Nos. 20 to 23 (12Cr steel) of the present invention, the creep rupture strength at 450 ° C. and 10 5 h is 51 kg.
/ Mm 2 or more, 20 ° C V-notch Charpy impact value is 7kg-
It was confirmed that it was m / cm 2 or more, and the strength required as a material for a high temperature gas turbine was sufficiently satisfied.

【0080】次にスタブシャフトのNo.24及び25
(低合金鋼)は、450℃クリープ破断強度は低いが、
引張強さが86kg/mm2 以上、20℃Vノッチシャルピ
ー衝撃値が7kg−m/cm2 以上であり、スタブシャフト
として必要な強度(引張強さ≧81kg/mm2,20℃V
ノッチシャルピー衝撃値≧5kg−m/cm2)を十分満足
することが確認された。
Next, stub shaft Nos. 24 and 25
(Low alloy steel) has low creep rupture strength at 450 ° C,
Tensile strength is 86kg / mm 2 or more, 20 ° CV Notch Charpy impact value is 7kg-m / cm 2 or more, and the strength required as a stub shaft (tensile strength ≧ 81kg / mm 2 , 20 ° CV
It was confirmed that the notch Charpy impact value ≧ 5 kg-m / cm 2 ) was sufficiently satisfied.

【0081】このような条件におけるディスタントピー
スの温度及び最終段のコンプレッサディスクの温度は最
高450℃となる。前者は25〜30mm及び後者は40
〜70mmの肉厚が好ましい。タービン及びコンプレッサ
ディスクはいずれも中心に貫通孔が設けられる。タービ
ンディスクには貫通孔に圧縮残留応力が形成される。
Under these conditions, the temperature of the distant piece and the temperature of the compressor disk at the final stage are 450 ° C. at maximum. The former is 25 to 30 mm and the latter is 40
A wall thickness of ~ 70 mm is preferred. A through hole is provided at the center of both the turbine and the compressor disk. Compressive residual stress is formed in the through hole of the turbine disk.

【0082】更に、本発明のガスタービンはタービンス
ペーサ4,ディスタントピース5及びコンプレッサディ
スク6の最終段に前述の表4に示す耐熱鋼を用い、他の
部品を前述と同じ鋼を用いて同様に構成した結果、圧縮
比14.7 ,温度350℃以上,圧縮効率86以上,初
段ノズル入口のガス温度が1200℃と可能となり、3
2%以上の熱効率が得られるとともに、前述の如くクリ
ープ破断強度及び加熱脆化後の高い衝撃値が得られ、よ
り信頼性の高いガスタービンが得られるものである。
Further, in the gas turbine of the present invention, the heat-resistant steel shown in Table 4 above is used in the final stage of the turbine spacer 4, the distant piece 5 and the compressor disk 6, and other parts are made of the same steel as above. As a result, the compression ratio is 14.7, the temperature is 350 ° C or higher, the compression efficiency is 86 or higher, and the gas temperature at the inlet of the first stage nozzle is 1200 ° C.
The thermal efficiency of 2% or more is obtained, and as described above, the creep rupture strength and the high impact value after heat embrittlement are obtained, and a more reliable gas turbine can be obtained.

【0083】[0083]

【表4】 [Table 4]

【0084】タービンディスク10は3段有しており、
ガス流の上流側より初段及び2段目には中心孔11が設
けられている。本実施例においてはいずれも表4に示す
耐熱鋼によって構成したものである。更に、本実施例で
はコンプレッサディスク6のガス流の下流側での最終
段、ディスタントピース19,タービンスペーサ18,
タービンスタッキングボルト13及びコンプレッサスタ
ッキングボルト8に表5に示す耐熱鋼を用いたものであ
る。その他のタービンブレード3,タービンノズル1
4,燃焼器15のライナ17,コンプレッサブレード
7,コンプレッサノズル16,ダイヤフラム18及びシ
ュラウド19を表5に示す合金によって構成した。特
に、タービンノズル12及びタービンブレード2は鋳物
によって構成される。
The turbine disk 10 has three stages,
Central holes 11 are provided in the first and second stages from the upstream side of the gas flow. In each of the examples, the heat-resistant steels shown in Table 4 were used. Further, in the present embodiment, the final stage, the distant piece 19, the turbine spacer 18, the downstream side of the gas flow of the compressor disk 6,
The turbine stacking bolt 13 and the compressor stacking bolt 8 are made of heat resistant steel shown in Table 5. Other turbine blades 3, turbine nozzles 1
4, the liner 17, the compressor blade 7, the compressor nozzle 16, the diaphragm 18, and the shroud 19 of the combustor 15 are made of alloys shown in Table 5. In particular, the turbine nozzle 12 and the turbine blade 2 are made of cast metal.

【0085】シュラウドセグメント(1)はガス上流側
の1段目に使用したもので、(2)は2段及び3段目に
使用したものである。
The shroud segment (1) is used in the first stage on the gas upstream side, and (2) is used in the second and third stages.

【0086】[0086]

【表5】 [Table 5]

【0087】ライナー,動翼及び静翼には外表面にY2
3安定化ジルコニア溶射層の遮熱コーテング層が火炎
に接する部分に設けられる。特に、ベース金属とコーテ
ング層との間に重量でA12〜5%,Cr20〜30
%,Y0.1 〜1%を含む残部Ni又はNi+Coから
なる合金層が設けられる。
Y 2 is formed on the outer surface of the liner, the rotor blade and the stator blade.
The thermal barrier coating layer of the O 3 -stabilized zirconia sprayed layer is provided at the portion in contact with the flame. In particular, A12-5% by weight and Cr20-30 by weight between the base metal and the coating layer.
%, Y 0.1 to 1% and the balance Ni or Ni + Co alloy layer is provided.

【0088】以上の構成によって、圧縮比14.7 ,温
度250℃以上,圧縮効率86%以上,初段タービンノ
ズル入口のガス温度1260℃,排気温度530℃が可
能になり、32%以上の熱効率が得られるとともに、タ
ービンディスク,ディスタントピース,スペーサ,コン
プレッサディスクの最終段,スタッキングボルトを前述
の如く高いクリープ破断強度及び加熱脆化の少ない耐熱
鋼が使用されるとともに、タービンブレードにおいても
高温強度が高く、タービンノズルは高温強度及び高温延
性が高く、燃焼器ライナは同様に高温強度及び耐疲労強
度が高い合金が使用されているので、総合的により信頼
性が高くバランスされたガスタービンが得られるもので
ある。
With the above structure, a compression ratio of 14.7, a temperature of 250 ° C. or higher, a compression efficiency of 86% or higher, a gas temperature of the first stage turbine nozzle inlet of 1260 ° C. and an exhaust temperature of 530 ° C. are possible, and a thermal efficiency of 32% or higher is achieved. In addition to being obtained, the turbine disc, the distant piece, the spacer, the final stage of the compressor disc, and the stacking bolt are made of heat-resistant steel with high creep rupture strength and little heat embrittlement as described above. High, the turbine nozzle has high high temperature strength and high ductility, and the combustor liner also uses an alloy with high high temperature strength and fatigue resistance, which results in a more reliable and balanced gas turbine overall. It is a thing.

【0089】使用燃料として、天然ガス,軽油が使用さ
れる。
As the fuel used, natural gas and light oil are used.

【0090】ガスタービンにはインタークーラーがある
ものがほとんどあるが、本発明はインタークーラーのな
い場合ノズルがより高温になるので、それに特に好適で
ある。本実施例でのタービン用ノズルは全周で初段で4
0ケ前後設けられる。
Most gas turbines have an intercooler, but the present invention is particularly suitable for those without an intercooler because the nozzles will be hotter. The turbine nozzle in this embodiment has four stages at the first stage all around.
It is provided around 0.

【0091】実施例4 図10は実施例3のガスタービンを用い、蒸気タービン
と併用した一軸コンバインドサイクル発電システムを示
す概略図である。
Fourth Embodiment FIG. 10 is a schematic diagram showing a single-shaft combined cycle power generation system using the gas turbine of the third embodiment and used together with a steam turbine.

【0092】ガスタービンを利用して発電を行う場合、
近年では液化天然ガス(LNG)を燃料としてガスター
ビンを駆動するとともにガスタービンの排ガスエネルギ
ーを回収して得た水蒸気で蒸気タービンを駆動し、この
蒸気タービンとガスタービンとで発電機を駆動するよう
にした、いわゆる複合発電方式を採用する傾向にある。
この複合発電方式を採用すると、従来の蒸気タービン単
独の場合の熱効率40%に比べ約44%と熱効率を大幅
に向上させることが可能となる。
When generating electricity using a gas turbine,
In recent years, a gas turbine is driven by using liquefied natural gas (LNG) as a fuel, and a steam turbine is driven by steam obtained by recovering exhaust gas energy of the gas turbine, and a generator is driven by the steam turbine and the gas turbine. There is a tendency to adopt the so-called combined power generation method.
When this combined power generation system is adopted, it is possible to significantly improve the thermal efficiency to about 44% as compared with the thermal efficiency of 40% in the case of the conventional steam turbine alone.

【0093】このような複合発電プラントにおいて、最
近ではさらに、液化天然ガス(LNG)専焼から液化石油ガ
ス(LPG)との両用を図ったり、LNG,LPGの混
焼の実現によって、プラント運用の円滑化,経済性の向
上化を図ろうとするものである。
In such a combined cycle power plant, recently, the operation of the plant has been further facilitated by the dual use of the liquefied natural gas (LNG) exclusive combustion and the liquefied petroleum gas (LPG) and the co-firing of LNG and LPG. , It is intended to improve the economic efficiency.

【0094】まず空気は吸気フィルタと吸気サイレンを
通ってガスタービンの空気圧縮機に入り空気圧縮機は、
空気を圧縮し圧縮空気を低NOx燃焼器へ送る。
First, air enters the air compressor of the gas turbine through the intake filter and the intake siren, and the air compressor
Compress air and send compressed air to a low NOx combustor.

【0095】そして、燃焼器では、この圧縮空気の中に
燃料が噴射され燃焼して1200℃以上の高温ガスを作
りこの高温ガスは、タービンで仕事をし動力が発生す
る。
In the combustor, fuel is injected into the compressed air and burned to produce a high temperature gas of 1200 ° C. or higher. This high temperature gas works in the turbine to generate power.

【0096】タービンから排出された500℃以上の排
気は、排気消音装置を通って排熱回収ボイラへ送られ、
ガスタービン排気中の熱エネルギを回収して500℃以
上の高圧水蒸気を発生する。このボイラには乾式アンモ
ニア接触還元による脱硝装置が設けられている。排ガス
は3脚集合型の数百mもある煙突から外部に排出され
る。
Exhaust gas of 500 ° C. or higher discharged from the turbine is sent to the exhaust heat recovery boiler through the exhaust silencer.
The heat energy in the exhaust gas of the gas turbine is recovered to generate high-pressure steam at 500 ° C. or higher. This boiler is provided with a denitration device by dry ammonia catalytic reduction. Exhaust gas is exhausted to the outside from a stack of several tripods with a length of several hundred meters.

【0097】発生した高圧および低圧の蒸気は高低圧一
体ロータからなる蒸気タービンに送られる。蒸気タービ
ンは以後に示される。
The generated high-pressure and low-pressure steam is sent to a steam turbine composed of a high-low pressure integral rotor. Steam turbines are shown below.

【0098】また、蒸気タービンを出た蒸気は、復水器
に流入し、真空脱気されて復水になり、復水は、復水ポ
ンプで昇圧され給水となってボイラへ送られる。そし
て、ガスタービンと蒸気タービンは夫々、発電機をその
両軸端から駆動して、発電が行われる。このような複合
発電を用いられるガスタービン翼の冷却には、冷却媒体
として蒸気タービンで利用される蒸気を用いることもあ
る。一般には翼の冷却媒体としては空気が用いられてい
るが、蒸気は空気と比較して比熱が格段に大きく、また
重量が軽いため冷却効果は大きい。比熱が大きいために
冷却に利用された蒸気を主流ガス中に放出すると主流ガ
スの温度低下がはげしくプラント全体の効率を低下させ
るので蒸気タービン内の比較的低温(例えば約800℃
程度)の蒸気をガスタービン翼の冷却媒体供給口から供
給し、翼本体を冷却,熱交換して比較的高温(例えば約
900℃程度)になって冷却媒体を回収して蒸気タービ
ンに戻すように構成して、主流ガス温度(約1300℃
〜1500℃程度)の低下を防止すると共に蒸気タービ
ンの効率向上、ひいてはプラント全体の効率を向上させ
ることができる。このコンバインド発電システムにより
ガスタービンが約4万KW、蒸気タービンにより6万K
Wのトータルで10万KWの発電を得ることができ、本
実施例における蒸気タービンはコンパクトとなるので、
大型蒸気タービンに比べ同じ発電容量に対し経済的に製
造可能となり、発電量の変動に対して経済的に運転でき
る大きなメリットが得られる。
Further, the steam exiting the steam turbine flows into the condenser, is vacuum deaerated and becomes condensate, and the condensate is boosted by the condensate pump to be supplied to the boiler. Then, the gas turbine and the steam turbine respectively drive a generator from both shaft ends thereof to generate electric power. For cooling a gas turbine blade using such combined power generation, steam used in a steam turbine may be used as a cooling medium. Generally, air is used as a cooling medium for the blades, but steam has a significantly larger specific heat than air and has a large cooling effect because of its light weight. If the steam used for cooling is released into the mainstream gas due to its large specific heat, the temperature of the mainstream gas will drop drastically and the efficiency of the entire plant will be reduced.
Of steam) is supplied from the cooling medium supply port of the gas turbine blade, and the blade body is cooled and heat-exchanged to a relatively high temperature (for example, about 900 ° C.) to recover the cooling medium and return it to the steam turbine. The mainstream gas temperature (about 1300 ℃
˜1500 ° C.) and the efficiency of the steam turbine, and thus the efficiency of the entire plant can be improved. With this combined power generation system, the gas turbine has approximately 40,000 kW, and the steam turbine has 60,000 kW.
Since a total power generation of W of 100,000 kW can be obtained, and the steam turbine in this embodiment is compact,
Compared to a large steam turbine, it can be economically manufactured for the same power generation capacity, and has the great advantage of being able to operate economically with fluctuations in the amount of power generation.

【0099】ガスタービンはコンプレッサによって圧縮
された空気が燃焼器に送られ、燃焼ガス温度1100℃
以上の高い温度に燃焼され、その燃焼ガスをブレードを
植設されたディスクを回転させるものである。
In the gas turbine, the air compressed by the compressor is sent to the combustor, and the combustion gas temperature is 1100 ° C.
The disk is burned at the above high temperature and the combustion gas is used to rotate the disk in which the blade is implanted.

【0100】図11に本発明に係る高低圧一体型蒸気タ
ービンの部分断面図を示す。従来の主蒸気入口部の蒸気
条件は圧力80atg ,温度480℃の高温高圧から排気
部の圧力722mmHg,温度33℃の低温低圧の蒸気を
一本のタービンロータで消費する蒸気タービンに対し、
この高低圧一体型蒸気タービンの主蒸気入口部の蒸気圧
力100atg ,温度536℃に上昇させることによりタ
ービンの単機出力の増加を図ることができる。単機出力
の増加は、最終段動翼の翼長を増大し、蒸気流量を増す
必要がある。例えば、最終段動翼の翼長を26インチか
ら33.5 インチ長翼にすると環帯面積が1.7 倍程度
増える。したがって、従来出力100MWから170M
Wに、さらに40インチまで翼長を長くすれば、単機出
力を2倍以上に増大することができる。
FIG. 11 is a partial cross-sectional view of the high / low pressure integrated steam turbine according to the present invention. Conventional steam conditions for the main steam inlet are: for a steam turbine that consumes a pressure of 80 atg, a high temperature and high pressure of 480 ° C to a low pressure and low pressure of 722 mmHg and a temperature of 33 ° C in the exhaust section with a single turbine rotor,
By increasing the steam pressure at the main steam inlet of this high-low pressure integrated steam turbine to 100 atg and the temperature to 536 ° C., the single-unit output of the turbine can be increased. Increasing the single machine output requires increasing the blade length of the final stage rotor blade and increasing the steam flow rate. For example, if the blade length of the final stage rotor blade is changed from 26 inches to 33.5 inches, the annulus area will increase by about 1.7 times. Therefore, conventional output 100MW to 170M
If the blade length is further increased to 40 inches for W, the single machine output can be more than doubled.

【0101】この33.5インチ以上の長さのロータシ
ャフト材として、0.5%Niを含むCr−Mo−V鋼
を高低圧一体ロータに使用した場合、本ロータ材は、も
ともと高温部域に使用するため、高温強度,クリープ特
性に優れているため、主蒸気入口部の蒸気圧力,温度の
上昇に対しては充分対応することが出来る。低温部域、
特に最終段動翼部のタービンロータ中心孔に、定格回転
状態にて生ずる接線方向応力は、26インチ長翼の場
合、応力比(作用応力/許容応力)で約0.95 であ
り、また33.5インチ長翼の場合では約1.1となり、
使用に耐えない。
When Cr-Mo-V steel containing 0.5% Ni was used for the high-low pressure integral rotor as the rotor shaft material having a length of 33.5 inches or more, the rotor material originally had a high temperature range. Since it has excellent high temperature strength and creep characteristics, it can sufficiently cope with an increase in steam pressure and temperature at the main steam inlet. Low temperature area,
In particular, in the turbine rotor center hole of the final stage rotor blade, the tangential stress generated in the rated rotation state is about 0.95 in terms of stress ratio (working stress / allowable stress) in the case of a 26-inch long blade. In the case of a 0.5-inch long wing, it is about 1.1,
It cannot be used.

【0102】一方、3.5% Ni−Cr−Mo−V鋼を
使用した場合には、本ロータ材は低温域にて靭性を有す
る材料であると共に、Cr−Mo−V鋼よりも低温度域
での抗張力,耐力が14%程度高いことから、33.5
インチ長翼を使用しても、前記する応力比は約0.96
である。また40インチ長翼を使用した場合、前記の応
力比は1.07 となり使用に耐えない。高温度域に於い
ては、クリープ破断応力がCr−Mo−V鋼の0.3 倍
程度であることから高温強度不足となり使用に耐えな
い。
On the other hand, when 3.5% Ni-Cr-Mo-V steel is used, this rotor material is a material having toughness in the low temperature region and at a lower temperature than Cr-Mo-V steel. Since the tensile strength and proof stress in the range are about 14% higher, 33.5
Even if an inch long blade is used, the above stress ratio is about 0.96.
Is. When a 40-inch long blade is used, the above stress ratio is 1.07, which is not usable. In the high temperature range, the creep rupture stress is about 0.3 times that of Cr-Mo-V steel, so the high temperature strength becomes insufficient and it cannot be used.

【0103】この様に高出力化を図るためには、高温度
域ではCr−Mo−V鋼、低温度域ではNi−Cr−M
o−V鋼の優れた特性を兼ね備えたロータ材が必要であ
る。30インチ以上40インチクラスの長翼を使用する
場合、従来のNi−Cr−Mo−V鋼(ASTMA470class
7)では、前記の如く応力比が1.07 となるために、
引張強さ88kg/mm2 以上の材料が必要である。
In order to increase the output in this way, Cr-Mo-V steel is used in the high temperature range and Ni-Cr-M is used in the low temperature range.
There is a need for a rotor material that combines the excellent properties of o-V steel. When using long blades in the 30-inch to 40-inch class, the conventional Ni-Cr-Mo-V steel (ASTMA470class
In 7), since the stress ratio is 1.07 as described above,
A material with a tensile strength of 88 kg / mm 2 or more is required.

【0104】さらに、30インチ以上の長翼を取付ける
高低圧一体型蒸気タービンロータ材としては、高圧側の
高温破壊に対する安定性確保の点から538℃,105
h クリープ破断強度15kg/mm2 以上、低圧側の脱性
破壊に対する安全性確保の点から室温の衝撃吸収エネル
ギ2.5kg−m(3kg−m/cm2)以上の材料が必要であ
る。
Further, as a high / low pressure integrated steam turbine rotor material to which long blades of 30 inches or more are attached, from the viewpoint of ensuring stability against high temperature destruction on the high pressure side, 538 ° C., 10 5
h A material having a creep rupture strength of 15 kg / mm 2 or more and a room temperature impact absorption energy of 2.5 kg-m (3 kg-m / cm 2 ) or more is required from the viewpoint of ensuring safety against destructive fracture on the low pressure side.

【0105】このような観点から本発明に係る耐熱鋼は
前述の特性を満足したものが得られ、前述の如く単機出
力で高出力化が図れる。
From such a point of view, the heat-resistant steel according to the present invention can be obtained that satisfies the above-mentioned characteristics, and as described above, high output can be achieved with a single machine output.

【0106】本発明に係る蒸気タービンは高低圧一体型
ロータシャフト23に植設されたブレード24を13段
備えており、蒸気は蒸気コントロールバルブ25を通っ
て蒸気入口21より前述の如く538℃,88atg の高
温高圧で流入する。蒸気は入口21より一方向に流れ、
蒸気温度33℃,722mmHgとなって最終段のブレー
ド24より出口22より排出される。本発明に係る高低
圧一型体ロータシャフト23は538℃蒸気から33℃
の温度までさらされるので、前述した特性のNi−Cr
−Mo−V低合金鋼の鍛鋼が用いられる。ロータシャフ
ト23のブレード24の植込み部はディスク状になって
おり、ロータシャフト23より一体に切削されて製造さ
れる。ディスク部の長さはブレードの長さが短いほど長
くなり、振動を少なくするようになっている。
The steam turbine according to the present invention is provided with 13 stages of blades 24 which are planted on the high and low pressure integrated rotor shaft 23. The steam passes through the steam control valve 25 and flows from the steam inlet 21 to 538 ° C. as described above. It flows in at a high temperature and high pressure of 88 atg. The steam flows in one direction from the inlet 21,
The steam temperature is 33 ° C. and 722 mmHg is reached, and the blade 24 at the final stage is discharged from the outlet 22. The high and low pressure one-piece rotor shaft 23 according to the present invention is 538 ° C steam to 33 ° C
Since it is exposed to the temperature of
Forged steel of -Mo-V low alloy steel is used. The blade 24 of the rotor shaft 23 has a disk-shaped embedded portion, and is manufactured by being integrally cut from the rotor shaft 23. The shorter the length of the blade, the longer the length of the disk portion, so that vibration is reduced.

【0107】[0107]

【表6】 [Table 6]

【0108】本発明に係るロータシャフト23は表6に
示す合金組成の鍛造をエレクトロスラグ再溶解によって
各々製造し、直径1.2m に鍛造し、950℃,10時
間加熱保持した後、中心部で100℃/hとなるように
シャフトを回転しながら水噴霧冷却を行った。次いで6
65℃で40時間加熱保持の焼戻しを行った。このロー
タシャフト中心部より試験片を切り出しクリープ破断試
験,加熱前後(500℃,3000時間加熱後)のVノ
ッチ衝撃試験(試験片の断面積0.8cm2)、引張試験を
行った。
The rotor shaft 23 according to the present invention was produced by forging alloy compositions shown in Table 6 by remelting electroslag, forging it to a diameter of 1.2 m, heating it at 950 ° C. for 10 hours, and then holding it at the center. Water spray cooling was performed while rotating the shaft so as to be 100 ° C./h. Then 6
Tempering was performed by heating at 65 ° C. for 40 hours. A test piece was cut out from the center of the rotor shaft, and a creep rupture test, a V-notch impact test before and after heating (after heating at 500 ° C. for 3000 hours) (cross-sectional area of the test piece 0.8 cm 2 ) and a tensile test were performed.

【0109】本実施例における各部の材料組成は次の通
りである。
The material composition of each part in this example is as follows.

【0110】(1)ブレード 高温高圧側の3段の長さが約40mmで、重量でC0.2
0〜0.30%,Cr10〜13%,Mo0.5〜1.5
%,W0.5〜1.5%,V0.1〜0.3%,Si0.5
% 以下,Mn1%以下及び残部Feからなるマルテン
サイト鋼の鍛鋼で構成した。
(1) Blade The length of the three stages on the high temperature and high pressure side is about 40 mm, and the weight is C0.2.
0 to 0.30%, Cr 10 to 13%, Mo 0.5 to 1.5
%, W0.5-1.5%, V0.1-0.3%, Si0.5
% Mar, 1% Mn or less, and the balance Fe.

【0111】中圧部は低圧側になるに従って徐々に長さ
が大きくなり、重量でC0.05 〜0.15% ,Mn1
%以下,Si0.5%以下,Cr10〜13%,Mo0.
5%以下,Ni0.5% 以下,残部Feからなるマルテ
ンサイト鋼の鍛造で構成した。
The length of the medium-pressure portion gradually increases toward the low-pressure side, and C0.05-0.15% by weight, Mn1
% Or less, Si 0.5% or less, Cr 10 to 13%, Mo 0.5.
It was constructed by forging a martensitic steel consisting of 5% or less, Ni 0.5% or less, and the balance Fe.

【0112】最終段として、長さ33.5 インチでは、
一周で約90本あり、重量でC0.08〜0.15%,Mn
1%以下,Si0.5%以下,Cr10〜13%,Ni
1.5〜3.5% ,Mo1〜2%,V0.2〜0.5%,
N0.02〜0.08%,残部Feからなるマルテンサイ
ト鋼の鍛造によって構成した。また、この最終段にはス
テライト板からなるエロージョン防止のシールド板が溶
接によってその先端で、リーデングエッジ部に設けられ
る。またシールド板以外に部分的な焼入れ処理が施され
る。更に、40インチ以上の長いものにはA15〜7
%,V3〜5%を含むTi翼が用いられる。
As the final stage, with a length of 33.5 inches,
There are about 90 pieces per turn, C0.08 to 0.15% by weight, Mn
1% or less, Si 0.5% or less, Cr 10-13%, Ni
1.5-3.5%, Mo1-2%, V0.2-0.5%,
It was constructed by forging a martensitic steel consisting of N 0.02 to 0.08% and the balance Fe. In addition, a shield plate made of a stellite plate for preventing erosion is provided at the leading end at the leading edge portion by welding at the final stage. In addition to the shield plate, it is partially quenched. In addition, A15 to 7 for 40 inches or longer
%, V3-5% Ti blade is used.

【0113】これらのブレードは各段で4〜5枚をその
先端に設けられた突起テノンのかしめによる同材質から
なるシュラウド板によって固定される。
Four to five blades are fixed in each stage by a shroud plate made of the same material by caulking a projection tenon provided at the tip thereof.

【0114】3000rpm では40インチの長さでも上
述の12%Cr鋼が用いられ、3600rpmでは40インチ
ではTi翼となるが33.5インチまでは12%Cr鋼
が用いられる。
At 3000 rpm, the above-mentioned 12% Cr steel is used even in the length of 40 inches, and at 3600 rpm, the Ti blade is used at 40 inches, but 12% Cr steel is used up to 33.5 inches.

【0115】(2)静翼27には、高圧の3段までは動
翼と同じ組成のマルテンサイト鋼が用いられるが、他に
は前述の中圧部の動翼材と同じものが用いられる。
(2) For the stationary blade 27, martensite steel having the same composition as that of the moving blade is used up to a high pressure of three stages, but otherwise, the same material as the moving blade material for the above-mentioned intermediate pressure portion is used. .

【0116】(3)ケーシング26には、重量でC0.
15〜0.3%,Si0.5% 以下,Mn1%以下,C
r1〜2%,Mo0.5〜1.5%,V0.05〜0.2
%,Ti0.1% 以下のCr−Mo−V鋳鋼が用いられ
る。28は発電機であり、この発電機により10〜20
万KWの発電ができる。本実施例におけるロータシャフ
トの軸受32の間は約520cm、最終段ブレードにおけ
る外径316cmであり、この外径に対する軸間比が1.
65 である。発電容量として10万KWが可能であ
る。この軸受間の長さは発電出力1万KW当り0.52
m である。
(3) The casing 26 has a weight of C0.
15-0.3%, Si 0.5% or less, Mn 1% or less, C
r1-2%, Mo0.5-1.5%, V0.05-0.2
%, Ti 0.1% or less Cr-Mo-V cast steel is used. 28 is a generator and 10-20 by this generator
It can generate 10,000 kW. The distance between the bearings 32 of the rotor shaft in this embodiment is about 520 cm, and the outer diameter of the final stage blade is 316 cm, and the axial ratio to this outer diameter is 1.
65. A power generation capacity of 100,000 kW is possible. The length between these bearings is 0.52 per 10,000 kW of power output.
m.

【0117】また、本実施例において、最終段ブレード
として40インチを用いた場合の外径は365cmとな
り、その外径に対する軸受間比が1.43 となる。これ
により発電出力20万KWが可能であり、1万KW当り
の軸受間距離が0.26m となる。
In this embodiment, the outer diameter is 365 cm when the final stage blade is 40 inches, and the bearing-to-bearing ratio to the outer diameter is 1.43. As a result, a power generation output of 200,000 KW is possible, and the bearing distance per 10,000 KW is 0.26 m.

【0118】これらの最終段ブレードの長さに対するロ
ータシャフトのブレード植込み部の外径との比は33.
5″ブレードでは1.70及び40″ブレードでは1.7
1 である。
The ratio of the outer diameter of the blade-implanted portion of the rotor shaft to the length of these final stage blades is 33.
1.70 for 5 "blade and 1.7 for 40" blade
It is 1.

【0119】本実施例では蒸気温度を566℃としても
適用でき、その圧力を121,169及び224atg の各々の
圧力でも適用できる。
In this embodiment, the steam temperature can be set to 566 ° C. and the pressure can be set to 121, 169 and 224 atg.

【0120】プラントの構成は、ガスタービン,排熱回
収ボイラ,蒸気タービン,発電機各1基からなる1組の
発電システムを6組組み合わせて1系列とした。
The construction of the plant was one series consisting of six sets of one power generation system each consisting of a gas turbine, an exhaust heat recovery boiler, a steam turbine and a generator.

【0121】ガスタービンでは、空気を圧縮してこの中
でLNGを燃焼させ、高温度の燃焼ガスにして、タービ
ンを回し、直結させて発電機を駆動した。
In the gas turbine, air was compressed and LNG was burned therein to generate high temperature combustion gas. The turbine was rotated and directly connected to drive the generator.

【0122】排熱回収ボイラでは、ガスタービンから出
てくる燃焼ガスの熱を有効に回収して、蒸気を発生さ
せ、この蒸気を蒸気タービンに導き、直結されている発
電機を駆動した。
In the exhaust heat recovery boiler, the heat of the combustion gas emitted from the gas turbine is effectively recovered to generate steam, which is then guided to the steam turbine to drive the generator directly connected to it.

【0123】発電出力の割合は、約2/3をガスタービ
ンが、残りの約1/3を蒸気タービンが分担させた。
Regarding the ratio of the power generation output, about 2/3 was shared by the gas turbine, and the remaining about 1/3 was shared by the steam turbine.

【0124】以上の複合発電方式には次のような効果が
得られた。
The above-described combined power generation system has the following effects.

【0125】従来の火力発電に比べ熱効率が2〜3%高
くなります。また、部分負荷でもガスタービンの運転台
数を減らすことにより、運転中の設備を熱効率の高い定
格負荷付近で運転することが出来るため、プラント全体
として高い熱効率が維持出来た。
The thermal efficiency is 2-3% higher than that of conventional thermal power generation. Also, by reducing the number of operating gas turbines even under partial load, the operating equipment can be operated near the rated load with high thermal efficiency, so that high thermal efficiency as a whole plant could be maintained.

【0126】複合発電は、起動停止が短時間で容易なガ
スタービンと小型で単純な蒸気タービンの組み合せで成
立っており、このため、出力調整が容易に出来、需要の
変化に即応した中間負荷火力として最適である。
The combined power generation is composed of a combination of a gas turbine, which can be started and stopped easily in a short time, and a small, simple steam turbine. Therefore, the output can be easily adjusted and the intermediate load that responds quickly to changes in demand. Best for firepower.

【0127】ガスタービンの信頼性は、最近の技術の発
展により飛躍的に増大しており、また、複合発電プラン
トは、中容量機の組み合わせでシステムを構成している
ので、万一故障が発生してもその影響を局部にとどめる
ことが出来、信頼性の高い電源である。
The reliability of the gas turbine has dramatically increased due to the recent technological development. Further, since the combined power generation plant constitutes a system with a combination of medium-capacity machines, a failure should occur. Even so, the effect can be limited to local areas, and it is a highly reliable power source.

【0128】複合発電の蒸気タービンの分担する出力
は、プラント全体の約3分の1と小さいため、温排水量
は同容量の従来汽力に比べ7割程度となる。
Since the output shared by the steam turbine of combined power generation is as small as about one-third of the entire plant, the amount of hot waste water is about 70% of the conventional steam power of the same capacity.

【0129】[0129]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のCo基合金よりもすぐれた耐熱疲労性を有し、従
来のNi基合金よりも長時間強度が高く、溶接性の優れ
たNi基合金が得られ、ガスタービンの高温化に伴い信
頼性が要求されるガスタービンノズル材に好適であり、
ガスタービン及び複合発電プラントにおいて高い信頼性
が得られる。
As described above, according to the present invention,
A Ni-based alloy that has superior heat fatigue resistance to conventional Co-based alloys, higher strength than conventional Ni-based alloys for a long time, and excellent weldability is obtained. Suitable for gas turbine nozzle materials that require
High reliability is obtained in gas turbines and combined cycle power plants.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】900℃のクリープ破断強度、すなわち応力−
破断時間曲線を示す線図。
FIG. 1 Creep rupture strength at 900 ° C., that is, stress-
The figure which shows a breaking time curve.

【図2】Al+Ti量と溶接割れ長さの関係を示す線
図。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the amount of Al + Ti and the weld crack length.

【図3】Al+Ti量と900℃,14kgf/mm2のクリ
ープ破断時間の関係を示す線図。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of Al + Ti and the creep rupture time at 900 ° C. and 14 kgf / mm 2 .

【図4】W量とクリープ破断時間との関係を示す線図。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between W amount and creep rupture time.

【図5】WとAl+Tiの関係と900℃,12kgf/m
m2のクリープ破断時間を示す線図。
FIG. 5: Relation between W and Al + Ti, 900 ° C., 12 kgf / m
A diagram showing the creep rupture time of m 2 .

【図6】900℃保持30分→300℃の加熱冷却サイ
クルを与えた時のき裂発生回数を示す線図。
FIG. 6 is a diagram showing the number of crack occurrences when a heating / cooling cycle of 900 ° C. holding 30 minutes → 300 ° C. is given.

【図7】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視図。FIG. 7 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図8】図7の翼部の斜視図。8 is a perspective view of the wing portion of FIG. 7. FIG.

【図9】本発明に係るガスタービンの断面図。FIG. 9 is a sectional view of a gas turbine according to the present invention.

【図10】複合発電システムを示す構成図。FIG. 10 is a configuration diagram showing a combined power generation system.

【図11】高低圧一体型ロータシャフトを有する蒸気タ
ービンの断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a steam turbine having a high-low pressure integrated rotor shaft.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3…ガスタービン用ブレード、4…ガスタービン用ディ
スク、20…ガスタービン用ノズル、23…高低圧一体
ロータシャフト。
3 ... Blade for gas turbine, 4 ... Disk for gas turbine, 20 ... Nozzle for gas turbine, 23 ... High and low pressure integrated rotor shaft.

フロントページの続き (72)発明者 福井 寛 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内Front page continuation (72) Inventor Hiroshi Fukui 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】コンプレッサによって圧縮された空気によ
り燃焼された燃焼ガスをノズルを通して3段以上のディ
スクに各々植設されたブレードに衝突させて該ブレード
を回転させるガスタービンにおいて、前記ノズルは翼部
と該翼部両端に形成されたサイドウォールとを有し、前
記回転するブレードの外周にリング状に配置されてお
り、燃焼ガス入口側の初段が重量でC0.05〜0.20
%,Co20〜25%,Cr15〜25%,Al1.0
〜3.0%,Ti1.0〜3.0%,Nb1.0〜3.0%,
W5〜10%及びNi55%以上のNi基合金よりな
り、2段目以降が重量でC0.2〜0.6%,Si2%以
下,Mn2%以下,Cr25〜35%,Ni5〜15
%,W3〜10%,B0.003〜0.03%及びCo5
0%以上を有するCo基合金よりなることを特徴とする
ガスタービン。
1. A gas turbine in which combustion gas combusted by air compressed by a compressor is collided through blades with blades respectively implanted in three or more stages of disks to rotate the blades, the nozzles have blades. And sidewalls formed at both ends of the blade, which are arranged in a ring shape on the outer circumference of the rotating blade, and the initial stage on the combustion gas inlet side has a weight of C0.05 to 0.20.
%, Co 20-25%, Cr 15-25%, Al 1.0
~ 3.0%, Ti 1.0-3.0%, Nb 1.0-3.0%,
It is composed of a Ni-based alloy containing 5 to 10% W and 55% or more Ni, and the second and subsequent stages are C0.2 to 0.6% by weight, Si 2% or less, Mn 2% or less, Cr 25 to 35%, Ni 5 to 15
%, W3 to 10%, B0.003 to 0.03% and Co5
A gas turbine comprising a Co-based alloy having 0% or more.
【請求項2】燃焼ガスにさらされ、少なくとも3段の複
数のノズルと、ローターに植設された少なくとも3段の
複数のブレードを備えた請求項1に記載のガスタービン
において、前記ブレードが重量で、C0.07〜0.25
%,Si1%以下,Mn1%以下,Cr12〜20%,
Co5〜15%,Mo1〜5%,W1〜5%,B0.0
05〜0.03%,Ti2〜7%,Al3〜7%,Nb
1.5% 以下,Zr0.01〜0.5%及び50%以上の
Niを有し、γ′相及びγ″相を有するNi基鋳造合金
によって構成されることを特徴とするガスタービン。
2. The gas turbine according to claim 1, wherein the gas turbine is provided with a plurality of nozzles of at least three stages exposed to combustion gas and a plurality of blades of at least three stages implanted in a rotor. So, C 0.07 to 0.25
%, Si 1% or less, Mn 1% or less, Cr 12 to 20%,
Co5-15%, Mo1-5%, W1-5%, B0.0
05-0.03%, Ti2-7%, Al3-7%, Nb
A gas turbine characterized by having a Ni content of 1.5% or less, Zr 0.01 to 0.5% and 50% or more, and being composed of a Ni-base cast alloy having a γ'phase and a γ "phase.
【請求項3】燃焼ガスにさらされ少なくとも3段の複数
のノズルと、少なくとも3段のディスクに各々植設され
た複数のブレードを備えた請求項1及び2に記載のガス
タービンにおいて、前記ディスクが450℃,105
クリープ破断強度が40kg/mm2 以上であるマルテンサ
イト系鋼によって構成されることを特徴とするガスター
ビン。
3. The gas turbine according to claim 1, further comprising a plurality of nozzles exposed to combustion gas in at least three stages, and a plurality of blades respectively implanted in the discs in at least three stages. 450 ° C, 10 5 h
A gas turbine characterized by comprising martensitic steel having a creep rupture strength of 40 kg / mm 2 or more.
【請求項4】燃焼ガスにさらされる少なくとも3段のブ
レードと、該ブレード先端部に対向してリング状に配置
されたシュラウドとを備えた請求項1〜3のいずれかに
記載のガスタービンにおいて、前記シュラウドは前記ブ
レードの1段目に対向する部分が重量で、C0.05〜
0.2%,Si2%以下,Mn2%以下,Cr17〜2
7%,Co5%以下,Mo5〜15%,W5%以下,B
0.02% 以下,Fe10〜30%を有するNi基合金
によって構成され、前記1段目に対向する部分以外が重
量で、C0.3〜0.6%,Si2%以下,Mn2%以
下,Cr20〜27%,Ni20〜30%,Nb0.1
〜0.5%及びTi0.1〜0.5%を有するFe基合金
によって構成されることを特徴とするガスタービン。
4. The gas turbine according to claim 1, further comprising at least three stages of blades exposed to the combustion gas, and a shroud arranged in a ring shape so as to face the blade tips. In the shroud, the weight of the portion facing the first stage of the blade is C0.05-
0.2%, Si 2% or less, Mn 2% or less, Cr 17 to 2
7%, Co 5% or less, Mo 5-15%, W 5% or less, B
It is composed of a Ni-based alloy having 0.02% or less and Fe10 to 30%, and the weight is C0.3 to 0.6%, Si2% or less, Mn2% or less, Cr20 except for the portion facing the first stage. ~ 27%, Ni20 ~ 30%, Nb0.1
Gas turbine, characterized in that it is constituted by an Fe-based alloy with 0.5% Ti and 0.1-0.5% Ti.
【請求項5】前記ブレードの3段目以降の少なくとも翼
部表面にAl又はCr拡散被覆層が設けられている請求
項1に記載のガスタービン。
5. The gas turbine according to claim 1, wherein an Al or Cr diffusion coating layer is provided on at least the blade surface of the blade after the third stage.
【請求項6】コンプレッサによって圧縮された空気によ
り燃焼された燃焼ガスをノズルを通して複数のディスク
に各々植設されたブレードに衝突させて該ブレードを回
転させる請求項1〜6のいずれかに記載のガスタービン
において、前記ノズルは翼部と該翼部両端に形成された
サイドウォールとを有し、前記回転するブレードの外周
にリング状に配置されており、重量でC0.05〜0.2
0%,Co15〜25%,Cr15〜25%,Al1.
0〜3.0%,Ti1.0〜3.0%,Nb1.0〜3.0
% ,W5〜10%及び55%以上のNiよりなり、前
記(Al+Ti)量及びW量が図5においてA(Al+
Ti2.5% ,W10%),G(Al+Ti5%,W1
0%),D(Al+Ti5%,W5%),E(Al+T
i3.5%,W5%)及びF(Al+Ti2.5%,W
7.5%)の各点を順次結ぶ線以内にあるNi基超合金
よりなることを特徴とするガスタービン。
6. A combustion gas combusted by air compressed by a compressor is collided through a nozzle with a blade implanted in each of a plurality of disks to rotate the blade. In the gas turbine, the nozzle has a blade portion and sidewalls formed at both ends of the blade portion, and is arranged in a ring shape on the outer circumference of the rotating blade, and has a weight of C0.05 to 0.2.
0%, Co15-25%, Cr15-25%, Al1.
0-3.0%, Ti 1.0-3.0%, Nb 1.0-3.0
%, W 5 to 10% and 55% or more of Ni, and the (Al + Ti) amount and the W amount are A (Al +
Ti2.5%, W10%), G (Al + Ti5%, W1
0%), D (Al + Ti 5%, W 5%), E (Al + T
i3.5%, W5%) and F (Al + Ti2.5%, W
(7.5%) is a gas turbine characterized by being made of a Ni-base superalloy within the line that sequentially connects the points.
【請求項7】コンプレッサによって圧縮された空気によ
り燃焼された燃焼ガスをノズルを通して複数のディスク
に各々植設されたブレードに衝突させて該ブレードを回
転させる請求項1〜6のいずれかに記載のガスタービン
において、前記ノズルは翼部と該翼部両端に形成された
サイドウォールとを有し、前記回転するブレードの外周
にリング状に配置されており、900℃,14kg/mm2
での破断時間が300時間以上及び長さ80mm,幅8mm
で1パスのTIG溶接して形成されたビード内に割れが
発生しない予熱温度が400℃以下であるNi基合金よ
りなることを特徴とするガスタービン。
7. A combustion gas combusted by air compressed by a compressor is collided through a nozzle with blades respectively implanted in a plurality of disks to rotate the blades. In the gas turbine, the nozzle has a blade portion and sidewalls formed at both ends of the blade portion, and is arranged in a ring shape on the outer periphery of the rotating blade, and is 900 ° C., 14 kg / mm 2
Break time at 300 hours or more, length 80mm, width 8mm
A gas turbine made of a Ni-based alloy having a preheating temperature of 400 ° C. or lower in which a bead formed by 1-pass TIG welding does not crack.
【請求項8】コンプレッサによって圧縮された空気によ
り燃焼された燃焼ガスをノズルを通して複数のディスク
に各々植設されたブレードに衝突させて該ブレードを回
転させる請求項1〜7のいずれかに記載のガスタービン
において、前記ノズルは翼部と該翼部両端に形成された
サイドウォールとを有し、前記回転するブレードの外周
にリング状に配置されており、前記翼部は両端のサイド
ウォール間が70mm以上、燃焼ガス入口側から出口側ま
での長さが100mm以上であるNi基超合金よりなるこ
とを特徴とするガスタービン。
8. A combustion gas combusted by air compressed by a compressor is caused to collide with blades respectively implanted in a plurality of disks through a nozzle to rotate the blades. In the gas turbine, the nozzle has a blade portion and sidewalls formed at both ends of the blade portion, and is arranged in a ring shape on the outer periphery of the rotating blade, and the blade portion has a space between the sidewalls at both ends. A gas turbine, which is made of a Ni-base superalloy having a length of 70 mm or more and a combustion gas inlet side to an outlet side of 100 mm or more.
【請求項9】コンプレッサによって圧縮された空気によ
り燃焼された燃焼ガスをノズルを通して複数のディスク
に各々植設されたブレードに衝突させて該ブレードを回
転させる請求項1〜6のいずれかに記載のガスタービン
において、前記ノズルは翼部と該翼部両端に形成された
サイドウォールとを有し、前記回転するブレードの外周
にリング状に配置されており、重量でC0.05〜0.2
0%,Co15〜25%,Cr15〜25%,Al1.
0〜3.0%,Ti1.0〜3.0%,Nb1.0〜3.0
%,W5〜10%と、B0.001〜0.03%,Hf
1.5%以下,Re2%以下,V2%以下,Y0.5%以
下,Sc0.5%以下及び希土類元素0.5%以下の少な
くとも1種とを含有し、残部が実質的にNiよりなり、
前記(Al+Ti)量及びW量が図5においてA(Al
+Ti2.5% ,W10%),G(Al+Ti5%,W
10%),D(Al+Ti5%,W5%),E(Al+
Ti3.5% ,W5%)及びF(Al+Ti2.5%,
W7.5%)の各点を順次結ぶ線以内にあることを特徴
とするガスタービン。
9. The method according to claim 1, wherein the combustion gas combusted by the air compressed by the compressor is caused to collide with the blades implanted in the plurality of disks through the nozzle to rotate the blades. In the gas turbine, the nozzle has a blade portion and sidewalls formed at both ends of the blade portion, and is arranged in a ring shape on the outer circumference of the rotating blade, and has a weight of C0.05 to 0.2.
0%, Co15-25%, Cr15-25%, Al1.
0-3.0%, Ti 1.0-3.0%, Nb 1.0-3.0
%, W5-10%, B0.001-0.03%, Hf
1.5% or less, Re2% or less, V2% or less, Y0.5% or less, Sc0.5% or less and at least one kind of rare earth element 0.5% or less, and the balance is substantially Ni. ,
In FIG. 5, the amount of (Al + Ti) and W are A (Al
+ Ti 2.5%, W 10%), G (Al + Ti 5%, W
10%), D (Al + Ti 5%, W 5%), E (Al +
Ti3.5%, W5%) and F (Al + Ti2.5%,
(W 7.5%) A gas turbine characterized by being within a line that sequentially connects the points.
【請求項10】高速で流れる燃焼ガスによって駆動され
るガスタービンと、該ガスタービンの排ガスのエネルギ
ーによって水蒸気を得る排熱回収ボイラと、前記水蒸気
によって駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービン
及び蒸気タービンによって駆動される発電機とを備えた
複合発電プラントにおいて、前記ガスタービンはブレー
ドが3段以上、前記燃焼ガスのタービン入口温度が12
00℃以上、タービン出口の排ガス温度が500℃以上
であり、前記排熱回収ボイラによって500℃以上の水
蒸気とし、前記蒸気タービンは高低圧一体型ベーナイト
組織を有するNi−Cr−Mo低合金鋼よりなるロータ
と、該ロータを一体のケーシングでカバーされており、
長さが26インチを越えるブレードを有することを特徴
とする複合発電システム。
10. A gas turbine driven by combustion gas flowing at high speed, an exhaust heat recovery boiler for obtaining steam by energy of exhaust gas of the gas turbine, a steam turbine driven by the steam, the gas turbine and steam. In a combined power generation plant including a generator driven by a turbine, the gas turbine has three or more blades and the combustion gas has a turbine inlet temperature of 12 or more.
The temperature of the exhaust gas at the turbine outlet is 00 ° C or higher, the temperature of the exhaust gas at the turbine outlet is 500 ° C or higher, and the exhaust heat recovery boiler converts the steam into steam of 500 ° C or higher. And a rotor, which is covered with an integral casing,
A combined power generation system having a blade having a length exceeding 26 inches.
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