JPS60135536A

JPS60135536A - 軸とその製造方法

Info

Publication number: JPS60135536A
Application number: JP58243763A
Authority: JP
Inventors: Junshi Shimomura; 下村　純志
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-12-26
Filing date: 1983-12-26
Publication date: 1985-07-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、軸とその製造方法に係ム特に蒸気タービンの
ロータシャフトのごとく、軸方向に高温と低温、高圧と
低圧等、部分的に異なった条件のもとに使用するに好適
な性質を持った軸と、この軸の製造方法に関する。

〔発明の背景〕

ウラ紙用蒸気タービンのロータシャフトは、通常高圧部
、中圧部および低圧部、または高圧部および低圧部に分
けられ、その間はカップリングで連結されている。そし
て、制圧部、中圧部は、蒸気が高温であるため、ロータ
材料としてはＣｒ−Ｍｏ−Ｖ系鋼、または１２Ｃｒ系鋼
がその高温での機械的性質、特にクリープ破断強度が良
好なため、多く使用されている。また、低圧部のロータ
材料としては低温ではあるが、最終段またはその近傍の
段落で熱効率を上げるため、動翼が長翼となり、大きな
遠心応力が発生するので、その遠心応力に耐えうる低温
での機械的性質が良好なＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼が使用
されるのが通例である。

しかし、近年タービンの容量の増大および高効率化に伴
い、その使用条件は過酷となってきている。そして、従
来の超臨界圧タービンの主蒸気条件、主蒸気温度５６６
　Ｃ，主蒸気圧力２４６　ａｔｇをより一層高温、高圧
化し、主蒸気温度５９３Ｃまたは６４９Ｃ，主蒸気圧力
３１６　ａｉｇにし、数多以上の熱効率の向上を目指す
超々臨界圧タービンにおいて、特に低圧部の入口蒸気温
度の上昇が問題になっている。

低圧ロータに使用されるＮ　ｉ　−Ｃｒ　−Ｍ　ｏ　−
Ｖ鋼は、前述したように、低温の機械的強度は良好であ
るが、４００Ｃ以上の高温では長時間使用により脆化し
、衝撃値が低下する。したがって、超超臨界圧タービン
に使用する場合には熱効率を犠牲にして、低圧段入口温
度を低下させる熱設計を行うかあるいは低圧初段近傍の
段落においてロータクーリングを行う必要が生じる。

また、ガスタービンと組み合わせたコンバインドサイク
ル発電蒸気タービンでは、タービンロータは一軸である
。このタービンでは、通常入口蒸気温度は５００Ｃ前後
であり、ロータ材料として前述の高温長時間脆化の点か
らＣｒ　−Ｍ　ｏ　−Ｖ鋼が使用される。しかし、Ｃｒ
　−Ｍ　ｏ−Ｖ鋼はＮｉ−Ｃｒ　−Ｍ　ｏ　−Ｖ鋼糸に
比べ、低温強度が低いため、最終段翼は通常２６〃翼に
形成されており、この長さ以上の長翼化による熱効率の
向上は望めないのが現状である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記従来技術の欠点をなくし、用途に
応じて軸方向に、化学的に異なる性質を持った良質の軸
を提供するにある。また、本発明の他の目的は前記軸を
簡単な設備で確実に製造し得る軸の製造方法を提供する
にある。

〔発明の概要〕

本発明の１番目の発明は、軸方向に化学成分を異にし、
かつ互いに化学成分の異なる部分の中間部分は両化学成
分が融合された成分に形成されているところに特徴を有
するもので、この構成によシ用途に応じて軸方向に化学
的に異なる性質を持ち、かつ良質の軸を得ることができ
たものである。

また、本発明の２番目の発明は、互いに化学成分の異な
る電極部分を軸方向に接合した電極を使用し、エレクト
ロスラグ再溶解によυ軸方向に前記電極の化学成分に対
応して、化学成分の異なるインゴットを製造し、このイ
ンゴットから軸を製造するところに特徴を有するもので
、この構成により前記軸を簡単な設備で確実に製造する
ことができたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を、図面に基づいて説明する。

第４図は、本発明に係る軸としての蒸気タービン用のロ
ータシャフトを示す。

この図に示すロータシャフト４０は、軸方向の一方の端
部から他方の端部に向かって、高温強度の大きい化学成
分の第１の部分４１と、低温強度の大きい化学成分の第
２の部分４２と、高温強度の大きい化学成分の第３の部
分４３とを有して構成されている。

そして、第１．第２の部分４１．４２の中間部分４４は
、第１．第２の部分４１，４２の両化学成分が融合した
成分に形成され、第２．第３の部分４２．４３の中間部
分４５は、第２．第３の部分４２．４３の両化学成分が
融合した成分に形成されている。

したがって、この実施例のロータシャフト４０の第１．
第３の部分４１．４３は化学的に高温強度が犬きく、第
２の部分４２は化学的に低温強度が大きい性質を持って
いるので、このロータシャフト４０を、単一の軸方向に
高温、高圧部分と、低温、低圧部分とを必要とする蒸気
タービンにそのまま適用することができる。

さらに、このロータシャフト４０の第１．第２の部分４
１．４２の中間部分４４は、化学的に第１、第２の部分
４１．４２の性質の中間的性質を持っているため、第１
．第２の部分４１．４２の性質が異なることによる熱膨
張率等の急激な変化がなく、また第２．第３の部分４２
．４３の中間部分４５は、化学的に第２．第３の部分４
２．・４３の性質の中間的性質を持っているので、第２
゜第３の部分４３．４３の性質が異なることによる熱膨
張率等の急激な変化をなくすことができる。

次に、第１図ないし第３図は本発明製造方法の一例を示
すものであって、蒸気タービン用のロータシャフトを製
造する場合を示し、第４図に製品としてのロータシャフ
トを示す。

その第１図に示すように、製造すべきロータシヤフトに
必要な化学的性質に対応するエレクトロスラグ再溶解用
の電極１Ｏを作製する。この電極１０Ｖ′ｉ、軸方向の
一方の端部から他方の端部に向かって、高温強度の大き
い化学成分を有する第１の′ｆＭ、極部分１１と、低温
強度の大きい化学成分を有する第２の電極部分１２と、
高温強度の大きい化学成分を有する第３の電極部分１３
とが配列されている。前記第１．第２の電極部分１１．
１２は接合部１４により接合され、前記第２の電極部分
１２は２つの部分１２ａ、１２ｂ’に接合部１５により
接合して形成され、前記第２．第３の電極部分１２．１
３は接合部１６により接合されている。そして、例えば
第１の電極部分１１は高温強度の大きい物質として、Ｃ
ｒ−Ｍｏ−Ｖ系鋼によシ形成され、また第２の電極部分
１２は低温強度の大きい物質として、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ
−Ｖ系鋼により形成され、さらに第３の電極部分１３は
高温強度の大きい物質として、Ｃｒ　−Ｍ　ｏ　−Ｖ系
鋼により形成される。接合部１４，１５．１６に関して
は、例えば接合部１４は第１の電極部分１１と同じ材料
で形成され、接合部１５は第２の電極部分１２と同じ材
料で形成され、接合部１６は第３の電極部分１３と同じ
材料で形成される。あるいは、接合部１４は第１．第２
の電極１１．１２の中間的な成分の材質により、接合部
１６は第２゜第３の電極１２．１３の中間的な成分の材
質により形成されるようにしてもよい。

ついで、前記電極１０を第２図に示すように、エレクト
ロスラグ再溶解装置２０に設置する。

前記エレクトロスラグ再溶解装置２０は、補助電極２１
．２２と、上下方向に移動可能な銅鋳型２３と弁２５を
有する水冷配管２４とを備えている。

前記エレクトロスラグ再溶解装置ｔ２０を使用し、補助
電極２１．２２を介して電極１０に通電すると、電極１
０が銅鋳型２３内の溶融スラグ１７の電気抵抗によって
発熱し、電極１０の先端部から逐次小さな溶滴となって
落下し、沈殿する。この溶滴は、溶融スラグ１７内を落
下する時に精練され、凝固インゴット１９上に融体１８
を形成する。

この融体１８は、銅鋳型２３内の冷却水２６により冷却
されて凝固する。前記融体１８の凝固に応じて銅鋳型２
３を上昇させる。なお、第２図中１９′はさらに、凝固
が進んだインゴットを示す。

前述のエレクトロスラグ溶解により、第３図に示すよう
に、軸方向の一方の端部から他方の端部に向かって、高
温強度の大きい化学成分の第１の部分３１と、低温強度
の大きい化学成分の第２の部分３２と、高温強度の大き
い化学成分の第３の部分３３とを有するロータシャフト
用のインゴット３０を製造する。また、前記エレクトロ
スラグ溶解では、化学成分の異なる溶滴が融体１８内で
攪拌されるため、軸方向に急激な化学成分の変化がなく
、インゴット３０の第１．第２の部分３１゜３２の中間
部分３４は、第１．第２の部分３１゜３２の両化学成分
が融合された成分に形成され、第２＋第３の部分３２．
３３の中間部分３５は、第２．第３の部分３２．３３の
両化学成分が融合された成分に形成される。さらに、電
極１０の再溶解による精練効果によって、各部分に不純
分の（９）少ない良質のインゴット３０を製造することができる。

ついで、前記インゴット３０から鍛造加工により、第４
図に示すように、製品としてのロータシャフト４０を製
造する。

このロータシャフト４０は、前記インゴット３０の化学
成分をそのまま引き継ぎ、軸方向の一方の端部から他方
の端部に向かって、高温強度の大きい化学成分の第１の
部分４１と、低温強度の大きい化学成分の第２の部分４
２と、高温強度の大きい化学成分の第３の部分４３とを
有し、第１１第２の部分４１．４２の中間部分４４は、
第１゜第２の部分４１．４２の両化学成分が融合された
成分に形成され、第２．第３の部分４２．４３の中間部
分４５は、第２．第３の部分４２．４３の両化学成分が
融合された成分に形成されている。

そして、前記製造方法の実施例によれば、電極１０の構
成の外は、エレクトロスラグ両溶解法の原理に基づく溶
接設備と殆ど同じ簡単な設備によシ実施することができ
る。

（１０）次に、第５図は本発明製造方法に用いる電極の他の実施
例を示す。

この実施例の電極５０は、高温強度の大きい化学成分を
壱する第１の部分５１と、低温強度の大きい化学成分を
有する第２の部分５２とを接合部５３により接合して作
製されている。そして、第１の部分５１の接合側の端部
はＶ字形の突起に形成され、第２の部分５２の接合側の
端部はＶ字形の溝に形成されている。

この電極５０を用いてインゴットを製造し、そのインゴ
ットからロータシャフトを製造することにより、ロータ
シャフトの第１の部分と第２の部分との中間部分の化学
的性質をよシ一層緩やかに変化させ得る外は、前記第１
図ないし第４図に示す実施例と同様である。

なお、本発明は蒸気タービン用のロータシャフトに限ら
ず、軸方向に化学的性質の異なる部分を必要とする軸全
般に適用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の１査目の発明によれば、（１１）軸方向に化学成分を異にし、かつ互いに化学成分の異な
る部分の中間部分は両化学成分が融合された成分に形成
されているので、用途に応じて軸方向に、化学的に異な
る性質の部分を有しているため、カップリング等によｐ
接続する必要がなく、蒸気タービ／のロータシャフト等
にそのまま使用し得る効果があり、性質の異なる部分間
の成分が急激に変化しない良質の軸とされているので、
熱膨張率の急激な変化による変形やひずみ等をなくし得
る効果もある。

また、本発明の２番目の発明によれば、互いに化学成分
の異なる電極部分を軸方向に接合した電極を使用し、エ
レクトロスラグ再溶解によシ軸方向に前記電極の化学成
分に対応して、化学成分の異なるインゴットを製造し、
このインゴットから軸を製造するようにしているので、
エレクトロスラグ再溶解法の原理に基づく簡単な溶接設
備を使用して、前記軸全確実に製造し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示す（１２）もので、第１図はエレクトロ再溶解に用いる磁極の側面
図、第２図はエレクトロ再溶解によジインゴツトを製造
する工程の説明図、第３図は軸製造用のインゴットの側
面図、第４図は製品としての軸の側面図、第５図は電極
の他の実施例の側面図である。１０・・・エレクトロスラグ再溶解によりインゴットを
製造するための電極、１１，１２，１３・・・電極の互
いに化学成分の異なる第１．第２．第３の電極部分、１
４．１６・・・第１．第２．第３の電極部分の接合部、
１７・・・溶融スラグ、１８・・・融体、１９・・・凝
固インゴット、２０・・・エレクトロスラグ再溶解装置
、２１．２２・・・補助電極、２３・・・銅鋳型、３０
・・・ロータシャフト製造用のインゴット、３１．３２
．３３・・・インゴットの互いに化学成分の異なる第１
．第２．第３の部分、３４・・・インゴットの第１．第
２の部分の中間部分、３５・・・同じく第２１第３の部
分の中間部分、４０・・・軸としてのロータシャフト、
４１，４２，４３・・・ロータシャフトの互いに化学成
分の異なる第１．第２．第（１３）３の部分、４４・・・ロータシャフトの第１．第２の部
分の中間部分、４５・・・同じく第２．第３の部分の中
間部分、５０・・・”電極、５１．５２・・・電極の互
いに化学成分の異なる第１．第２の電極部分、５３・・
・第１．第２の電極部分の接合部。代理人　弁理士　秋本正実（１４）摺３図宅牟図も５図へ＼、２１９− Ｂ２

Claims

【特許請求の範囲】１、軸方向に化学成分を異にし、かつ互いに化学成分の
異なる部分の中間部分は両化学成分が融合された成分に
形成されていることを特徴とする軸。２　互いに化学成分の異なる電極部分を軸方向に接合し
た電極を使用し、エレクトロスラグ再溶解によｐ軸方向
に前記′Ｉｔ極の化学成分に対応して、化学成分の異な
るインゴットを製造し、このインゴットから軸を製造す
ることを特徴とする軸の製造方法。