JPH10121904A - タービン・ロータ、蒸気タービン・ロータ・アセンブリ及び鋼合金製タービン・ロータを補修する方法 - Google Patents
タービン・ロータ、蒸気タービン・ロータ・アセンブリ及び鋼合金製タービン・ロータを補修する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高経費で且つタービン・ロータと適合しない
大がかりな熱処理を必要としないで実施することが可能
なタービン・ロータを補修する方法を提供する。 【解決手段】 タービン・ロータのリムを補修する方法
と、このようなロータを補修するための溶接材料とを提
供する。この方法は一般的に、損傷したリムと、これに
関連したダブテイル領域２０、２４とを、リム部の周辺
に表面１６を形成するように取り外す工程を含んでい
る。次いで、表面１６上に溶接補修領域１８が形成さ
れ、領域１８は機械加工されて、専ら領域１８によっ
て、リム部とそのダブテイル領域とが再生される。その
後、ダブテイル領域によって、リム部に対して、適当に
成形されたブレードを固定する。この方法は具体的に
は、ＮｉＣｒＭｏＶ合金、ＮｉＭｏＶ合金及びＣｒＭｏ
Ｖ合金等の鋼合金のロータの補修用として意図されてお
り、一方、溶接補修は、その機械特性及び熱特性が広い
温度範囲にわたってこの補修方法及び鋼合金と適合する
ようなニッケル基超合金を用いて形成される。
大がかりな熱処理を必要としないで実施することが可能
なタービン・ロータを補修する方法を提供する。 【解決手段】 タービン・ロータのリムを補修する方法
と、このようなロータを補修するための溶接材料とを提
供する。この方法は一般的に、損傷したリムと、これに
関連したダブテイル領域２０、２４とを、リム部の周辺
に表面１６を形成するように取り外す工程を含んでい
る。次いで、表面１６上に溶接補修領域１８が形成さ
れ、領域１８は機械加工されて、専ら領域１８によっ
て、リム部とそのダブテイル領域とが再生される。その
後、ダブテイル領域によって、リム部に対して、適当に
成形されたブレードを固定する。この方法は具体的に
は、ＮｉＣｒＭｏＶ合金、ＮｉＭｏＶ合金及びＣｒＭｏ
Ｖ合金等の鋼合金のロータの補修用として意図されてお
り、一方、溶接補修は、その機械特性及び熱特性が広い
温度範囲にわたってこの補修方法及び鋼合金と適合する
ようなニッケル基超合金を用いて形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、蒸気タービンのロータ
に関する。より具体的には、本発明は、ブレード（バケ
ット）が取り付けられている蒸気タービンのロータを補
修する方法に関するものであって、この方法は、ロータ
の基礎材料と異なる材料を用いてリムを再生する溶接工
程及び機械加工工程を含んでいる。
に関する。より具体的には、本発明は、ブレード（バケ
ット）が取り付けられている蒸気タービンのロータを補
修する方法に関するものであって、この方法は、ロータ
の基礎材料と異なる材料を用いてリムを再生する溶接工
程及び機械加工工程を含んでいる。
【０００２】
【従来の技術】蒸気タービンは一般的には、互いに結合
されている多数のロータを含んでいる。各々のロータ
は、一体形成されたホイールを有しているシャフトを含
んでおり、ホイールは、その外周又はリムに取り付けら
れている多数のブレード（バケット）を備えている。ブ
レードをロータに固定する従来の手法は、ダブテイル形
（ばち形）の断面を有するようにリムを形成し、各々の
ブレードが、リムのダブテイル領域と結合してロータに
固定されるような相補的なダブテイル雌型を形成したル
ート部（根部）を有するようにするものである。
されている多数のロータを含んでいる。各々のロータ
は、一体形成されたホイールを有しているシャフトを含
んでおり、ホイールは、その外周又はリムに取り付けら
れている多数のブレード（バケット）を備えている。ブ
レードをロータに固定する従来の手法は、ダブテイル形
（ばち形）の断面を有するようにリムを形成し、各々の
ブレードが、リムのダブテイル領域と結合してロータに
固定されるような相補的なダブテイル雌型を形成したル
ート部（根部）を有するようにするものである。
【０００３】蒸気タービンのロータは、熱的に厳しい環
境下で高速の回転速度で動作しなければならないので、
ロータの材料は部分的には、クリープ破壊強度に基づい
て選択されている。この理由から、従来技術では、蒸気
タービンの高圧の第１段及び第１段再熱タービン・ロー
タ用のロータ材料として、ＣｒＭｏＶ合金及びマルテン
サイト・ステンレス鋼合金が好まれている一方で、蒸気
タービンの低圧ロータ用としては、ＮｉＣｒＭｏＶ低合
金鋼及びＮｉＭｏＶ低合金鋼が好まれている。これらの
合金で作製されたロータは、実用寿命が長いが、摩耗、
浸蝕、腐食、衝撃、疲労及び／又は過大応力が発生する
可能性があるので、ロータを補修する又は交換すること
が必要である。加えて、ロータ・リムのダブテイル領域
は、高応力と、腐食を非常に招き易い事象又は穏やかな
腐食要素への長時間の曝露のいずれかとの複合に起因し
て、応力腐食割れを起こすことがある。ダブテイル領域
は、リムがより高い応力を受ける結果として、割れを特
に起こし易い。
境下で高速の回転速度で動作しなければならないので、
ロータの材料は部分的には、クリープ破壊強度に基づい
て選択されている。この理由から、従来技術では、蒸気
タービンの高圧の第１段及び第１段再熱タービン・ロー
タ用のロータ材料として、ＣｒＭｏＶ合金及びマルテン
サイト・ステンレス鋼合金が好まれている一方で、蒸気
タービンの低圧ロータ用としては、ＮｉＣｒＭｏＶ低合
金鋼及びＮｉＭｏＶ低合金鋼が好まれている。これらの
合金で作製されたロータは、実用寿命が長いが、摩耗、
浸蝕、腐食、衝撃、疲労及び／又は過大応力が発生する
可能性があるので、ロータを補修する又は交換すること
が必要である。加えて、ロータ・リムのダブテイル領域
は、高応力と、腐食を非常に招き易い事象又は穏やかな
腐食要素への長時間の曝露のいずれかとの複合に起因し
て、応力腐食割れを起こすことがある。ダブテイル領域
は、リムがより高い応力を受ける結果として、割れを特
に起こし易い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来、リムのダブテイ
ル領域の補修は、溶接によって行われており、その際、
リムの損傷部が取り外されて、その位置に鋼溶接が形成
される。多くの場合、補修においては、特にロータの使
用温度が約５００℃（約９５０°Ｆ）を超えるときに、
溶接用合金又は溶接工程の制限によって、いくつかの特
性について譲歩する必要がある。例えば、従来技術にお
いて典型的に用いられているＣｒＭｏ合金等の合金から
形成された溶接部（weldment）は、ロータ用のＣｒＭｏ
Ｖ基合金よりも低い破壊強度を示す。ＣｒＭｏＶ合金を
用いて補修を行うと、室温においては溶接部の強度は向
上するが、より高い温度では、この合金から形成されて
いる溶接部の破壊強度は低下するので、強度が限界に近
付く。鋼の補修材料には、より高い破壊強度を有してい
るという利点があるかもしれないが、破壊強度の向上に
よって、代償として靱性がより低くなる（脆性）。更
に、鋼の補修材料を用いた従来の補修方法は一般的に
は、前加熱、湿度調節及び溶接後応力解放作業という重
要な工程を要求する。
ル領域の補修は、溶接によって行われており、その際、
リムの損傷部が取り外されて、その位置に鋼溶接が形成
される。多くの場合、補修においては、特にロータの使
用温度が約５００℃（約９５０°Ｆ）を超えるときに、
溶接用合金又は溶接工程の制限によって、いくつかの特
性について譲歩する必要がある。例えば、従来技術にお
いて典型的に用いられているＣｒＭｏ合金等の合金から
形成された溶接部（weldment）は、ロータ用のＣｒＭｏ
Ｖ基合金よりも低い破壊強度を示す。ＣｒＭｏＶ合金を
用いて補修を行うと、室温においては溶接部の強度は向
上するが、より高い温度では、この合金から形成されて
いる溶接部の破壊強度は低下するので、強度が限界に近
付く。鋼の補修材料には、より高い破壊強度を有してい
るという利点があるかもしれないが、破壊強度の向上に
よって、代償として靱性がより低くなる（脆性）。更
に、鋼の補修材料を用いた従来の補修方法は一般的に
は、前加熱、湿度調節及び溶接後応力解放作業という重
要な工程を要求する。
【０００５】最後に、ロータの元々の鋼合金の特性と同
様の特性を発現させるために、焼きならしと焼き戻しと
いう全面的な熱処理が一般に要求されるが、これらの熱
処理は、ロータの精密な寸法を変化させるので望ましく
ない。望ましい機械特性及び環境特性を有しているその
他の合金は、ロータの基礎材料と不適合であることがし
ばしばである。例えば、Gaber等の米国特許第４，７１
０，１０３号、並びにClark等の米国特許第４，８９
７，５１９号及び同第４，９５８，４３１号に開示され
たマルテンサイト・クロム・ステンレス鋼は、ＣｒＭｏ
Ｖ基礎材料とは大幅に異なる平均熱膨張係数を示す（例
えば、５４０℃においてＣｒＭｏＶ鋼は約１４．４×１
０-6／℃であるのに対し、１２Ｃｒ鋼は約１１．６×１
０-6／℃である。）。その結果、このような材料を用い
て行われる補修は、熱疲労を起こし易い。
様の特性を発現させるために、焼きならしと焼き戻しと
いう全面的な熱処理が一般に要求されるが、これらの熱
処理は、ロータの精密な寸法を変化させるので望ましく
ない。望ましい機械特性及び環境特性を有しているその
他の合金は、ロータの基礎材料と不適合であることがし
ばしばである。例えば、Gaber等の米国特許第４，７１
０，１０３号、並びにClark等の米国特許第４，８９
７，５１９号及び同第４，９５８，４３１号に開示され
たマルテンサイト・クロム・ステンレス鋼は、ＣｒＭｏ
Ｖ基礎材料とは大幅に異なる平均熱膨張係数を示す（例
えば、５４０℃においてＣｒＭｏＶ鋼は約１４．４×１
０-6／℃であるのに対し、１２Ｃｒ鋼は約１１．６×１
０-6／℃である。）。その結果、このような材料を用い
て行われる補修は、熱疲労を起こし易い。
【０００６】従って、蒸気タービンのロータを補修する
方法であって、機械特性、熱特性及び環境特性が、従来
のロータ材料と適合し且つ従来のロータ材料に少なくと
も匹敵し、好ましくは従来のロータ材料よりも優れてい
るような補修材料を用いた比較的複雑でない工程を含ん
でいる方法が必要とされる。
方法であって、機械特性、熱特性及び環境特性が、従来
のロータ材料と適合し且つ従来のロータ材料に少なくと
も匹敵し、好ましくは従来のロータ材料よりも優れてい
るような補修材料を用いた比較的複雑でない工程を含ん
でいる方法が必要とされる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの目的は、
蒸気タービンのロータ、特に、蒸気タービンのロータの
リムのダブテイル領域を補修する改良された方法を提供
することにある。本発明の更なる目的は、蒸気タービン
のロータの補修と適合する溶接手法であって、公知であ
ると共に複雑でない溶接手法を用いることを含んでいる
方法を提供することにある。
蒸気タービンのロータ、特に、蒸気タービンのロータの
リムのダブテイル領域を補修する改良された方法を提供
することにある。本発明の更なる目的は、蒸気タービン
のロータの補修と適合する溶接手法であって、公知であ
ると共に複雑でない溶接手法を用いることを含んでいる
方法を提供することにある。
【０００８】本発明のもう１つの目的は、ロータの基礎
材料の機械特性及び環境特性に匹敵する又はこれらより
も優れた機械特性及び環境特性を示す溶接材料を用いる
方法を提供することにある。本発明の更にもう１つの目
的は、長い実用寿命を有する補修を行うことができるよ
うに、ロータの基礎材料と適合する材料を提供すること
にある。
材料の機械特性及び環境特性に匹敵する又はこれらより
も優れた機械特性及び環境特性を示す溶接材料を用いる
方法を提供することにある。本発明の更にもう１つの目
的は、長い実用寿命を有する補修を行うことができるよ
うに、ロータの基礎材料と適合する材料を提供すること
にある。
【０００９】本発明の好ましい実施例によれば、これら
の及びその他の目的及び利点は以下のようにして達成さ
れる。本発明によれば、鋼合金、一般的にはマルテンサ
イト・ステンレス鋼及びＣｒＭｏＶ鋼で形成された蒸気
タービンのロータのリム部を補修する方法と、このよう
なロータを補修するための溶接材料とが提供される。こ
の方法は、複雑な加工技術又は比較的高経費の加工技術
を要求しないながらも、ロータの基礎材料の機械特性及
び環境特性に匹敵する機械特性及び環境特性を示す再生
されたリムを有している補修されたロータを提供する。
本発明によれば、この方法は、鋼合金のロータの補修の
ためのものであるが、この方法に適切な補修材料は、い
くつかのニッケル基超合金である。
の及びその他の目的及び利点は以下のようにして達成さ
れる。本発明によれば、鋼合金、一般的にはマルテンサ
イト・ステンレス鋼及びＣｒＭｏＶ鋼で形成された蒸気
タービンのロータのリム部を補修する方法と、このよう
なロータを補修するための溶接材料とが提供される。こ
の方法は、複雑な加工技術又は比較的高経費の加工技術
を要求しないながらも、ロータの基礎材料の機械特性及
び環境特性に匹敵する機械特性及び環境特性を示す再生
されたリムを有している補修されたロータを提供する。
本発明によれば、この方法は、鋼合金のロータの補修の
ためのものであるが、この方法に適切な補修材料は、い
くつかのニッケル基超合金である。
【００１０】本発明の方法は一般的には、ロータの損傷
領域、例えばリム部及びこれに関連したダブテイル領域
を、リム部の外周に表面を形成するように取り外す工程
を含んでいる。次いで、外周の表面上にニッケル基超合
金の補修溶接部が形成され、その後、溶接部は機械加工
されて、専らこの溶接部によって、リム部とそのダブテ
イル領域とが再生される。本明細書では、「溶接部」と
いう用語は、ニッケル基超合金溶接材料を指すと共に、
ニッケル基超合金溶接材料でリム部に取り付けられ得る
鍛造環のような任意の更なる物質を指す。この方法の最
後の工程は、ダブテイル領域によって、リム部に対して
適当に成形されたブレードを固定する工程である。
領域、例えばリム部及びこれに関連したダブテイル領域
を、リム部の外周に表面を形成するように取り外す工程
を含んでいる。次いで、外周の表面上にニッケル基超合
金の補修溶接部が形成され、その後、溶接部は機械加工
されて、専らこの溶接部によって、リム部とそのダブテ
イル領域とが再生される。本明細書では、「溶接部」と
いう用語は、ニッケル基超合金溶接材料を指すと共に、
ニッケル基超合金溶接材料でリム部に取り付けられ得る
鍛造環のような任意の更なる物質を指す。この方法の最
後の工程は、ダブテイル領域によって、リム部に対して
適当に成形されたブレードを固定する工程である。
【００１１】蒸気タービンのロータのリムの所では、温
度、応力及び蒸気の各条件がタービンの一端から他端ま
で大幅に異なっており、破壊強度、靱性、耐腐食性及び
熱膨張係数についての要件も異なる。本発明によれば、
適切なニッケル基超合金は、約２００℃〜約５４０℃の
温度範囲で、ロータの鋼合金の約１５％以内の熱膨張係
数を有していると共に、室温での極限引張り強度につい
ては、ロータの特定の設計要件を上回って、一般的には
少なくとも約６９０ＭＰａ（約１００ｋｓｉ）を有して
いることを特徴とする。マルテンサイト鋼合金、ＣｒＭ
ｏＶ鋼合金、ＮｉＣｒＭｏＶ鋼合金及びＮｉＭｏＶ鋼合
金のうち、ダブテイル溶接補修用として特に好ましい材
料は、インコネル（Inconel）６２５合金及びインコネ
ル７２５合金であるが、条件によってはインコネル６０
０合金及びインコネル７１８合金が好ましい又は要求さ
れることもあると見越される。
度、応力及び蒸気の各条件がタービンの一端から他端ま
で大幅に異なっており、破壊強度、靱性、耐腐食性及び
熱膨張係数についての要件も異なる。本発明によれば、
適切なニッケル基超合金は、約２００℃〜約５４０℃の
温度範囲で、ロータの鋼合金の約１５％以内の熱膨張係
数を有していると共に、室温での極限引張り強度につい
ては、ロータの特定の設計要件を上回って、一般的には
少なくとも約６９０ＭＰａ（約１００ｋｓｉ）を有して
いることを特徴とする。マルテンサイト鋼合金、ＣｒＭ
ｏＶ鋼合金、ＮｉＣｒＭｏＶ鋼合金及びＮｉＭｏＶ鋼合
金のうち、ダブテイル溶接補修用として特に好ましい材
料は、インコネル（Inconel）６２５合金及びインコネ
ル７２５合金であるが、条件によってはインコネル６０
０合金及びインコネル７１８合金が好ましい又は要求さ
れることもあると見越される。
【００１２】本発明の補修方法では、２つの異種材料が
ロータの複雑な形状を有している領域に存在することに
なり、この領域では、熱的条件、環境条件及び負荷条件
は、一般に室温から５００℃を超える広い温度範囲にわ
たって厳しいのであるが、それにも拘わらず、本方法
は、溶接適性、冶金特性及び熱的特性に関して鋼合金の
ロータと適合する補修を可能にすることが判明した。本
発明によれば、界面領域に溶接補修領域を形成すること
により、適合性を向上させることができ、このとき、タ
イプIIカーバイドの分散が、異種である溶接材料とロー
タ材料との間の溶融線の所に形成された小さなカーバイ
ドの拡散配列として存在している。
ロータの複雑な形状を有している領域に存在することに
なり、この領域では、熱的条件、環境条件及び負荷条件
は、一般に室温から５００℃を超える広い温度範囲にわ
たって厳しいのであるが、それにも拘わらず、本方法
は、溶接適性、冶金特性及び熱的特性に関して鋼合金の
ロータと適合する補修を可能にすることが判明した。本
発明によれば、界面領域に溶接補修領域を形成すること
により、適合性を向上させることができ、このとき、タ
イプIIカーバイドの分散が、異種である溶接材料とロー
タ材料との間の溶融線の所に形成された小さなカーバイ
ドの拡散配列として存在している。
【００１３】本発明によれば、この方法は、蒸気タービ
ンのロータの補修と適合する溶接手法であって、公知で
あると共に比較的複雑でない溶接手法を用いて実施さ
れ、しかも、溶接前加熱及び溶接後応力解放等の高経費
であり且つ蒸気タービンのロータと適合しない大がかり
な熱処理を必要としないで実施されることが可能であ
る。更に、この方法は、ロータの基礎材料の機械特性及
び環境特性に匹敵する又はこれらよりも優れた機械特性
及び環境特性を示す補修溶接であって、一方、長い実用
寿命を有する補修を行うのに十分なだけロータの基礎材
料と適合する補修溶接を可能にする。
ンのロータの補修と適合する溶接手法であって、公知で
あると共に比較的複雑でない溶接手法を用いて実施さ
れ、しかも、溶接前加熱及び溶接後応力解放等の高経費
であり且つ蒸気タービンのロータと適合しない大がかり
な熱処理を必要としないで実施されることが可能であ
る。更に、この方法は、ロータの基礎材料の機械特性及
び環境特性に匹敵する又はこれらよりも優れた機械特性
及び環境特性を示す補修溶接であって、一方、長い実用
寿命を有する補修を行うのに十分なだけロータの基礎材
料と適合する補修溶接を可能にする。
【００１４】本発明のその他の目的及び利点は、以下の
詳細な記載から更によく理解されよう。
詳細な記載から更によく理解されよう。
【００１５】
【実施例】本発明の上述の利点及びその他の利点は、以
下の記載を図面と併せて検討することにより更に明らか
となろう。図１は、本発明に従って補修される形式の蒸
気タービンのロータ・アセンブリ１０の一例を示してい
る。アセンブリ１０は一般的には、ロータ・シャフト１
２を含んでおり、シャフト１２には、多数のホイール１
４が装着されているか又はシャフト１２と一体形成され
ている。各々のホイール１４は、多数のバケット又はブ
レード（図示されていない）を固定するように構成され
ている。蒸気タービンの内部では、一列のホイール１４
が、固定されている各ブレード又は各ノズルの間で複数
の段を形成している。アセンブリ１０を通過する蒸気
は、ホイール１４上で仕事をし、この仕事は、シャフト
１２を介して発電機等の適切な負荷へ伝達される。本発
明によれば、シャフト１２用及びホイール１４用の好ま
しい材料は、マルテンサイト・ステンレス鋼、ＮｉＣｒ
ＭｏＶ合金、ＮｉＭｏＶ合金及びＣｒＭｏＶ合金等の鋼
合金である。特に適切なＣｒＭｏＶ合金の名目（ノミナ
ル）組成は、クロム約１．２０重量％、モリブデン約
１．２５重量％、バナジウム約０．２５重量％及びより
少量のその他の元素である。好ましい鋼合金の室温での
引張り強度は、少なくとも約６９０ＭＰａ（約１００ｋ
ｓｉ）であるが、上述のＣｒＭｏＶ合金の室温での引張
り強度は、約７２５ＭＰＡ（約１０５ｋｓｉ）である。
下の記載を図面と併せて検討することにより更に明らか
となろう。図１は、本発明に従って補修される形式の蒸
気タービンのロータ・アセンブリ１０の一例を示してい
る。アセンブリ１０は一般的には、ロータ・シャフト１
２を含んでおり、シャフト１２には、多数のホイール１
４が装着されているか又はシャフト１２と一体形成され
ている。各々のホイール１４は、多数のバケット又はブ
レード（図示されていない）を固定するように構成され
ている。蒸気タービンの内部では、一列のホイール１４
が、固定されている各ブレード又は各ノズルの間で複数
の段を形成している。アセンブリ１０を通過する蒸気
は、ホイール１４上で仕事をし、この仕事は、シャフト
１２を介して発電機等の適切な負荷へ伝達される。本発
明によれば、シャフト１２用及びホイール１４用の好ま
しい材料は、マルテンサイト・ステンレス鋼、ＮｉＣｒ
ＭｏＶ合金、ＮｉＭｏＶ合金及びＣｒＭｏＶ合金等の鋼
合金である。特に適切なＣｒＭｏＶ合金の名目（ノミナ
ル）組成は、クロム約１．２０重量％、モリブデン約
１．２５重量％、バナジウム約０．２５重量％及びより
少量のその他の元素である。好ましい鋼合金の室温での
引張り強度は、少なくとも約６９０ＭＰａ（約１００ｋ
ｓｉ）であるが、上述のＣｒＭｏＶ合金の室温での引張
り強度は、約７２５ＭＰＡ（約１０５ｋｓｉ）である。
【００１６】図２は、本発明に従って溶接部１８を用い
て補修されたホイール１４のリムの部分断面図である。
図示のように、溶接部１８は、機械加工されてダブテイ
ル２０を再生しており、ブレードのブレード・ルート２
２の所に形成されたダブテイル雌型２４にダブテイル２
０を咬合させることにより、タービン・ブレードがダブ
テイル２０に固定されている。本発明によれば、溶接部
１８として適切な材料は、ホイール１４の材料に匹敵す
る機械特性及び熱的特性を示すニッケル基超合金であ
り、例えば、このニッケル基超合金の極限引張り強度
（ＵＴＳ）は、少なくとも約６９０ＭＰａ（約１００ｋ
ｓｉ）であり、熱膨張係数（ＣＴＥ）は、ホイール１４
用の材料の熱膨張係数の約１５％以内である。前述のＣ
ｒＭｏＶ合金については、溶接部１８の熱膨張係数の好
ましい範囲は、約４３０℃（約８００°Ｆ）において約
１３．７×１０-6／℃〜約１４．２×１０-6／℃であ
る。これらの要件に合致するニッケル基超合金はいくつ
もあるが、特に好ましい合金はインコネル６２５及びイ
ンコネル７２５であり、これらの合金は、以下の近似的
な名目組成（重量％）及び特性を特徴としている。
て補修されたホイール１４のリムの部分断面図である。
図示のように、溶接部１８は、機械加工されてダブテイ
ル２０を再生しており、ブレードのブレード・ルート２
２の所に形成されたダブテイル雌型２４にダブテイル２
０を咬合させることにより、タービン・ブレードがダブ
テイル２０に固定されている。本発明によれば、溶接部
１８として適切な材料は、ホイール１４の材料に匹敵す
る機械特性及び熱的特性を示すニッケル基超合金であ
り、例えば、このニッケル基超合金の極限引張り強度
（ＵＴＳ）は、少なくとも約６９０ＭＰａ（約１００ｋ
ｓｉ）であり、熱膨張係数（ＣＴＥ）は、ホイール１４
用の材料の熱膨張係数の約１５％以内である。前述のＣ
ｒＭｏＶ合金については、溶接部１８の熱膨張係数の好
ましい範囲は、約４３０℃（約８００°Ｆ）において約
１３．７×１０-6／℃〜約１４．２×１０-6／℃であ
る。これらの要件に合致するニッケル基超合金はいくつ
もあるが、特に好ましい合金はインコネル６２５及びイ
ンコネル７２５であり、これらの合金は、以下の近似的
な名目組成（重量％）及び特性を特徴としている。
【００１７】 ６２５ ７２５ ニッケル ５８％（最低） ５６％ クロム ２１．５％ ２１％ モリブデン ９．０％ ８．１％ ニオブ ３．６％ ３．６％ 鉄 ２．５％ ９．５％ アルミニウム ０．２％ ０．２％ チタン ０．２％ １．５％ マンガン ０．２％ ０．０８％ ケイ素 ０．２％ ０．０５％ 炭素 ０．０５％ ０．００６％ ＵＴＳ（ＭＰａ） ７６０ １２４８ ４３０℃における ＣＴＥ（×１０-6／℃） １３．７ １３．７ 他の適切であり得るニッケル基超合金には、インコネル
６００及びインコネル７７１８があり、これらの組成
は、当業界で公知である。
６００及びインコネル７７１８があり、これらの組成
は、当業界で公知である。
【００１８】本発明の好ましい補修方法は、図２のホイ
ール１４から、損傷したダブテイル（図示されていな
い）を完全に取り外して、好ましくは、図示のリムを取
り巻いている円筒形の表面である表面１６を形成するこ
とを含んでいる。この表面１６に対して、潜弧溶接（Ｓ
ＡＷ）及びガス・タングステン・アーク溶接（ＧＴＡ
Ｗ）等の適切な溶接手法を用いて、溶接部１８が最初に
形成される。但し、ガス金属アーク溶接及び被覆アーク
溶接等の当業界でそれぞれ公知の他の手法を用いること
ができると見越される。好ましくは、溶接は、表面１６
に直に隣接している溶接部１８の領域２６が、タイプII
カーバイドを分散させた希釈組成物となるような方式で
進行するが、本発明の範囲内にあるすべての用途につい
てタイプIIカーバイドが要求されるわけではないと見越
される。
ール１４から、損傷したダブテイル（図示されていな
い）を完全に取り外して、好ましくは、図示のリムを取
り巻いている円筒形の表面である表面１６を形成するこ
とを含んでいる。この表面１６に対して、潜弧溶接（Ｓ
ＡＷ）及びガス・タングステン・アーク溶接（ＧＴＡ
Ｗ）等の適切な溶接手法を用いて、溶接部１８が最初に
形成される。但し、ガス金属アーク溶接及び被覆アーク
溶接等の当業界でそれぞれ公知の他の手法を用いること
ができると見越される。好ましくは、溶接は、表面１６
に直に隣接している溶接部１８の領域２６が、タイプII
カーバイドを分散させた希釈組成物となるような方式で
進行するが、本発明の範囲内にあるすべての用途につい
てタイプIIカーバイドが要求されるわけではないと見越
される。
【００１９】溶接作業に続いて溶接後熱処理を行って、
溶接部１８に隣接して表面１６の直下に位置しているホ
イール１４内に発現した可能性のあるあらゆる熱影響部
（ＨＡＺ）を焼き戻すことができる。最後に、図２に示
すように、任意の適切な機械加工技術によって溶接部１
８からダブテイル２０が再生される。代替的には、本明
細書で用いている意味での溶接部１８は、ニッケル基超
合金溶接材料によってホイール１４のリムに取り付けら
れる鍛造環のような更なる材料を含むこともできる。機
械加工に続いて、タービン・ブレード２２のダブテイル
雌型２４にダブテイル２０を咬合させることにより、タ
ービン・ブレード２２はホイール１４に固定される。図
示のように、ダブテイル２０は不規則な雄型であり、そ
の形状は、ブレード２２のダブテイル雌型２４と相補的
である。ダブテイル２０及び２４の特定の形状が図示さ
れているが、当業者には、様々な形状が可能であること
がわかるであろう。
溶接部１８に隣接して表面１６の直下に位置しているホ
イール１４内に発現した可能性のあるあらゆる熱影響部
（ＨＡＺ）を焼き戻すことができる。最後に、図２に示
すように、任意の適切な機械加工技術によって溶接部１
８からダブテイル２０が再生される。代替的には、本明
細書で用いている意味での溶接部１８は、ニッケル基超
合金溶接材料によってホイール１４のリムに取り付けら
れる鍛造環のような更なる材料を含むこともできる。機
械加工に続いて、タービン・ブレード２２のダブテイル
雌型２４にダブテイル２０を咬合させることにより、タ
ービン・ブレード２２はホイール１４に固定される。図
示のように、ダブテイル２０は不規則な雄型であり、そ
の形状は、ブレード２２のダブテイル雌型２４と相補的
である。ダブテイル２０及び２４の特定の形状が図示さ
れているが、当業者には、様々な形状が可能であること
がわかるであろう。
【００２０】上述したことを考慮すると、本発明の補修
方法は、熱的条件、環境条件及び負荷条件が室温から５
００℃を超える広い温度範囲にわたって厳しいものであ
るようなホイール１４のリムの所での２つの異種の材料
の冶金結合として成立していることがわかるであろう。
一般的に言うと、異種の材料を用いることによる悪影響
は、いかなる悪影響であれ、ダブテイル２０及び２４の
複雑な形状によって一層増すものと推測されるであろ
う。しかしながら、本発明の方法は、溶接適性、冶金特
性及び熱的特性に関してホイール１４と適合する溶接部
１８を提供することが判明しており、これは、領域２６
がホイール１４の鋼合金と連続して存在していることに
より進展した結果である。更に、結果として得られる補
修溶接部１８及びダブテイル２０は、ホイール１４の鋼
合金材料の機械特性及び環境特性に匹敵する又はこれら
よりも優れた機械特性及び環境特性を示すものである一
方で、長い実用寿命を示すことの可能なダブテイル２０
を提供するのに十分なだけ、好ましい鋼合金と適合す
る。最後に、本発明の重要な利点は、本発明の上述の諸
利益が、蒸気タービン・ロータの補修と適合する溶接手
法であって、公知であると共に比較的複雑でない溶接手
法を用いて達成され、しかも、溶接前加熱及び溶接後応
力解放等の熱処理を必要としないで達成されるというこ
とにある。
方法は、熱的条件、環境条件及び負荷条件が室温から５
００℃を超える広い温度範囲にわたって厳しいものであ
るようなホイール１４のリムの所での２つの異種の材料
の冶金結合として成立していることがわかるであろう。
一般的に言うと、異種の材料を用いることによる悪影響
は、いかなる悪影響であれ、ダブテイル２０及び２４の
複雑な形状によって一層増すものと推測されるであろ
う。しかしながら、本発明の方法は、溶接適性、冶金特
性及び熱的特性に関してホイール１４と適合する溶接部
１８を提供することが判明しており、これは、領域２６
がホイール１４の鋼合金と連続して存在していることに
より進展した結果である。更に、結果として得られる補
修溶接部１８及びダブテイル２０は、ホイール１４の鋼
合金材料の機械特性及び環境特性に匹敵する又はこれら
よりも優れた機械特性及び環境特性を示すものである一
方で、長い実用寿命を示すことの可能なダブテイル２０
を提供するのに十分なだけ、好ましい鋼合金と適合す
る。最後に、本発明の重要な利点は、本発明の上述の諸
利益が、蒸気タービン・ロータの補修と適合する溶接手
法であって、公知であると共に比較的複雑でない溶接手
法を用いて達成され、しかも、溶接前加熱及び溶接後応
力解放等の熱処理を必要としないで達成されるというこ
とにある。
【００２１】好ましい実施例に関して著者等の発明を記
載してきたが、当業者によってその他の形態が採用され
得ることは明らかである。従って、著者等の発明の要旨
は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものとす
る。独占的な所有権及び特許権が請求される本発明の実
施例は、特許請求の範囲として定義されている。
載してきたが、当業者によってその他の形態が採用され
得ることは明らかである。従って、著者等の発明の要旨
は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものとす
る。独占的な所有権及び特許権が請求される本発明の実
施例は、特許請求の範囲として定義されている。
【図１】当業界で公知の形式の蒸気タービンのロータ・
アセンブリの側面図であって、わかり易いように、ロー
タのリムの所にブレードを示していない図である。
アセンブリの側面図であって、わかり易いように、ロー
タのリムの所にブレードを示していない図である。
【図２】本発明によって補修された蒸気タービンのロー
タのリムの詳細断面図である。
タのリムの詳細断面図である。
１０ 蒸気タービンのロータ・アセンブリ １２ シャフト １４ ホイール １６ 表面 １８ 溶接部 ２０ ダブテイル ２２ ブレード・ルート ２４ ダブテイル雌型 ２６ 隣接領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｄ 25/00 Ｆ０１Ｄ 25/00 Ｘ (72)発明者 ジェラルド・リチャード・クローマー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、クリフ トン・パーク、ホィーラー・ドライブ、11 番 (72)発明者 エドワード・ケネス・エリス アメリカ合衆国、メイン州、バンゴー、ボ ックス28、アール・アール・ナンバー３ （番地なし) (72)発明者 ジョン・フランシス・ノラン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ラザ ム、サウス・スパロウブッシュ・ロード、 45番 (72)発明者 ルイス・パトリック・アーボリーノ アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、ホ リストン、ワシントン・ストリート、890 番 (72)発明者 ロバート・エリス・シーレイ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ブロー ダルビン、カユガ・アベニュー、150番 (72)発明者 ジョセフ・ジョン・ペペ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ボール ストン・レイク、レイク・ロード、74番 (72)発明者 ロバート・ジョセフ・クリストフェル アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタディ、アシュモア・アベニュー、831 番 (72)発明者 ジョセフ・ルイス・バンウレン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ラウド ンビレ、フェアビュー・ロード、18番
Claims (4)
- 【請求項１】 鋼合金製の半径方向内側部と、該半径方
向内側部を取り囲んでいる半径方向外側のリム部とを備
えたタービン・ロータであって、前記リム部は、該リム
部にタービン・ブレードを固定する手段を含んでおり、
前記リム部は、溶接部により形成されており、該溶接部
は、前記タービン・ロータの前記内側部に前記リム部を
接合しているニッケル基超合金領域を含んでおり、該ニ
ッケル基超合金は、少なくとも約６９０ＭＰａの室温極
限引張り強度を有しているタービン・ロータ。 - 【請求項２】 ベース部と、周辺リム部とを有している
タービン・ロータであって、前記ベース部は、ＮｉＣｒ
ＭｏＶ合金と、ＮｉＭｏＶ合金と、ＣｒＭｏＶ合金とか
ら成っている群から選択された鋼合金で形成されてお
り、前記リム部は、ダブテイル領域を含んでいる溶接部
により形成されており、該溶接部は、前記タービン・ロ
ータの前記ベース部に前記リム部を接合しているニッケ
ル基超合金を含んでおり、前記ニッケル基超合金は、イ
ンコネル６２５と、インコネル７２５とから成っている
群から選択されている、タービン・ロータと、 前記リム部に固定されたブレードであって、該ブレード
は、前記リム部の前記ダブテイル領域と相補的な形状を
成したルートを有しており、該ルートの前記相補的な形
状は、前記タービン・ロータに前記ブレードを固定する
ように前記ダブテイル領域と係合している、ブレードと
を備えた蒸気タービン・ロータ・アセンブリ。 - 【請求項３】 前記ニッケル基超合金は、前記鋼合金と
連続した界面領域を含んでおり、該界面領域は、タイプ
IIカーバイドの分散により特徴付けられている請求項２
に記載の蒸気タービン・ロータ・アセンブリ。 - 【請求項４】 鋼合金製タービン・ロータを補修する方
法であって、該タービン・ロータは、該ロータの半径方
向外側のリム部に設けられているタービン・ブレードを
固定する一体形成された手段を有しており、 前記リム部の周辺に表面を形成するように、前記リム部
と、前記固定する手段とを取り外す工程と、 前記表面上に、前記リム部と前記固定する手段とを再生
する溶接部を形成する工程とを備えており、前記溶接部
は、前記ロータに該溶接部を接合するニッケル基超合金
を含んでおり、該ニッケル基超合金は、少なくとも約６
９０ＭＰａの室温極限引張り強度を有している鋼合金製
タービン・ロータを補修する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/691,276 US5823745A (en) | 1996-08-01 | 1996-08-01 | Method of repairing a steam turbine rotor |
| US08/691276 | 1996-08-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10121904A true JPH10121904A (ja) | 1998-05-12 |
| JP4039472B2 JP4039472B2 (ja) | 2008-01-30 |
Family
ID=24775880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20367697A Expired - Lifetime JP4039472B2 (ja) | 1996-08-01 | 1997-07-30 | タービン・ロータ、蒸気タービン・ロータ・アセンブリ及び鋼合金製タービン・ロータを補修する方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5823745A (ja) |
| EP (1) | EP0822319B1 (ja) |
| JP (1) | JP4039472B2 (ja) |
| KR (1) | KR100719271B1 (ja) |
| DE (1) | DE69720616T2 (ja) |
| ID (1) | ID17952A (ja) |
Cited By (1)
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- 1997-08-01 DE DE69720616T patent/DE69720616T2/de not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-06-29 US US09/106,498 patent/US6085417A/en not_active Expired - Lifetime
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