KR101557562B1 - 회전 기계의 로터 및 회전 기계 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 회전 기계(T1)의 로터(10)는, 축선(P)이 연장되는 축 방향으로 서로 접합된 복수의 로터 부재(20, 30, 40)를 갖고, 이들 복수의 로터 부재(20, 30, 40) 중 유로(3)의 작동 유체 도입부(3a, 3b)에 있어서의 제 1 로터 부재(30)가 Ni기 합금으로 이루어지며, 축 방향 전체 길이에 걸쳐서 내부가 중공이다.

Description

회전 기계의 로터 및 회전 기계{ROTOR OF ROTATING MACHINE, AND ROTATING MACHINE}
본 발명은 회전 기계의 로터 및 회전 기계에 관한 것이다.
현재, 증기 터빈을 이용한 화력 발전에서는 600℃급 이하의 증기 조건에서 발전을 실행하는 것이 일반적이다. 이 증기 조건에서는, 증기 터빈을 구성하는 터빈 로터, 동익 등의 주요 부재에, 예컨대 12Cr강 등의 고 Cr강(고 크롬강, 페라이트계 내열강)이 이용되는 경우가 많다.
그런데, 최근, CO2 배출량 삭감이나 추가의 열효율 향상의 요청에 부응하기 위해서, 700℃급 이상의 증기 조건에서 발전을 하는 것이 요구되고 있다. 그렇지만, 이러한 증기 조건에서 페라이트계 내열강을 이용하면, 주요 부재의 고온 강도가 부족하게 되어버린다.
그래서, 더욱 높은 고온 강도를 확보하기 위해서, 주요 부재에 Ni기 합금(니켈기 합금)을 이용하게 된다. 그렇지만, 이 Ni기 합금을 이용하면 주요 부재를 대형화하는 것이 어렵고, 또한 비용이 증가해 버리는 결점이 있다.
하기 특허문헌 1에서는, 터빈 로터의 대형화와 비용 억제를 도모하기 위해서, Ni기 합금으로 형성된 제 1 부재와, 고 Cr강으로 형성된 제 2 부재를 용접에 의해 접합하여 터빈 로터를 구성하고 있다. 그리고, 특정의 조성의 Ni기 합금을 이용함으로써, 접합부의 강도를 확보하고자 하고 있다.
국제 공개 제 2009/154243 호
그런데, 일반적으로 Ni기 합금은 열전도율이 낮고 선팽창계수가 큰 성질을 갖고 있다. 이 때문에, 증기 터빈의 기동 시에는, 터빈 로터(Ni기 합금)의 외측이 내측에 비하여 고온이 되어 크게 열팽창하므로, 터빈 로터의 내부에 과대한 응력이 생겨 버린다고 하는 문제가 있다.
또한, 터빈 로터 전체가 서서히 승온하도록 시간을 들여 웜업을 실행하면, 열응력의 발생을 억제할 수 있지만, 증기 터빈의 신속한 기동이 저해된다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로서, 회전 기계의 신속한 기동을 허용하고, 또한, 로터에 생기는 열응력을 억제하는 것을 과제로 한다.
즉, 본 발명에 따른 회전 기계의 로터는, 축선 주위로 연장되는 외주부의 주위가 스테이터에 둘러싸이고, 상기 스테이터와 상기 외주부 사이에 획정된 유로에 작동 유체가 유통하는 회전 기계의 로터로서, 상기 축선이 연장되는 축 방향으로 서로 접합된 복수의 로터 부재를 갖고, 이들 복수의 로터 부재 중 상기 유로의 작동 유체 도입부에 있어서의 제 1 로터 부재가 Ni기 합금으로 이루어지며, 또한, 상기 축 방향 전체 길이에 걸쳐서 내부가 중공이다.
이와 같이 하면, 내부를 중실로 형성한 경우와 비교하여 제 1 로터 부재의 열용량이 작아진다. 이것에 의해, 회전 기계의 신속한 기동을 했을 경우에, 제 1 로터 부재 내부의 외측과 내측에 생기는 온도차가 억제되어 제 1 로터 부재가 전체적으로 승온한다. 이것에 의해, 제 1 로터 부재의 내부에 생기는 열응력을 억제할 수 있다. 따라서, 회전 기계의 신속한 기동을 허용하며, 또한, 로터에 생기는 열응력을 억제할 수 있다.
또한, 상기 복수의 로터 부재는 제 1 로터 부재에 대하여 상기 축 방향으로 인접하는 동시에 고 Cr강으로 이루어지는 제 2 로터 부재를 포함해도 좋다.
이와 같이 하면, 로터 전체를 Ni기 합금으로 형성한 경우에 비하여, 로터의 비용을 억제할 수 있다. 또한, Ni기 합금과 비교하여 뛰어난 성형 용이성을 갖는 고 Cr강으로 로터의 일부를 형성함으로써, 로터의 제조를 용이하게 실행할 수 있다.
또한, 상기 제 1 로터 부재는, 상기 축 방향 중앙부의 두께가 상기 축 방향의 단부의 두께 이상이 되도록, 또한, 상기 축 방향의 중앙부에서 내경의 외경에 대한 비의 값이 1/2 이상이 되도록 형성되어 있어도 좋다.
이와 같이 하면, 제 1 로터 부재의 내부의 외측과 내측에 생기는 온도차를 더욱 억제하여, 제 1 로터 부재의 내부에 생기는 열응력을 더욱 억제할 수 있다. 또한, 제 1 로터 부재에 필요한 강도를 확보할 수 있다.
또한, 상기 작동 유체 도입부가 복수 형성되며, 상기 제 1 로터 부재는 상기 복수의 작동 유체 도입부 중 적어도 2개 이상에서 각각의 내경이 서로 달라도 좋다.
이와 같이 하면, 작동 유체 도입부마다 온도 분포를 조정할 수 있다.
또한, 상기 제 1 로터 부재는 상기 축 방향에 있어서의 복수의 부위에서 각각의 내경이 서로 달라도 좋다.
이와 같이 하면, 상기 축 방향에 있어서의 복수의 부위에서 온도 분포를 조정할 수 있다.
또한, 상기 제 1 로터 부재는 적어도 상기 축 방향의 일부분에서 다른 쪽측으로부터 한쪽측을 향해 점차 내경이 작아지도록 테이퍼 형상으로 구멍이 형성되어 있어도 좋다.
이와 같이 하면, 제 1 로터 부재에 대하여 축 방향으로 온도 조정을 할 수 있다.
또한, 상기 Ni기 합금이 중량%로, C: 0.15% 이하, Si: 1% 이하, Mn: 1% 이하, Cr: 5~15%, Mo, W 및 Re의 1종 또는 2종 이상을 Mo+(W+Re)/2: 17~25%, Al: 0.2~2%, Ti: 0.5~4.5%, Fe: 10% 이하, B: 0.02% 이하 및 Zr: 0.2% 이하의 1종 또는 2종을 함유하고, Al+Ti의 원자%가 2.5~7.0%이며, 잔부 Ni와 불가피한 불순물로 이루어지는 것이어도 좋다.
또한, 상기 Ni기 합금이 중량%로, C: 0.15% 이하, Si: 1% 이하, Mn: 1% 이하, Cr: 5~20%, Mo: 17~26%이며, Mo+(W+Re)/2: 17~27%, Al: 0.1~2%, Ti: 0.1~2%, Fe: 10% 이하, B: 0.02% 이하 및 Zr: 0.2% 이하, Al+Ti의 원자%가 1~5.5%이며, 잔부 Ni와 불가피한 불순물로 이루어지는 것이어도 좋다.
또한, 상기 Ni기 합금이 중량%로, C: 0.15% 이하, Si: 1% 이하, Mn: 1% 이하, Cr: 5~20%, Mo, W 및 Re의 1종 또는 2종 이상을 Mo+(W+Re)/2: 17~27%, Al: 0.1~2%, Ti: 0.1~2%, Fe: 10% 이하, B: 0.001~0.02% 및 Zr: 0.001~0.2%, Nb+Ta/2: 1.5% 이하, Co: 5% 이하이며, 잔부 Ni와 불가피한 불순물로 이루어지는 것이어도 좋다.
또한, 상기 Ni기 합금이 중량%로, C: 0.15% 이하, Si: 1% 이하, Mn: 1% 이하, Cr: 5~20%, W: 10% 이하이며, Mo, W 및 Re의 1종 또는 2종 이상을 Mo+(W+Re)/2: 5~20%, Al: 0.1~2.5%, Ti: 0.10~0.95%, Fe: 4% 이하, B: 0.001~0.02% 및 Zr: 0.001~0.2%, Nb+Ta/2: 1.5% 이하, Al+Ti+Nb+Ta의 원자%가 2.0~6.5%이며, 잔부 Ni와 불가피한 불순물로 이루어지는 것이어도 좋다.
또한, 상기 Ni기 합금이 중량%로, C: 0.005~0.1%, Cr: 8~15%, W: 5~20%, Mo: 1~7%, Al: 0.5~1.0%, Ti: 1.0~2.5%, 잔부 Ni와 불가피한 불순물로 이루어지는 것이어도 좋다.
또한, 상기 Ni기 합금이 중량%로, C: 0.005~0.15%, Cr: 8~22%, Co: 5~30%, W: 5~20%, Mo: 1~9%, Al: 0.1~2.0%, Ti: 0.3~2.5%, B: 0.015% 이하, Mg: 0.01% 이하, 잔부 Ni와 불가피한 불순물로 이루어지는 것이어도 좋다.
즉, 각각 상기 각 조성으로 이루어지는 Ni기 합금으로 제 1 로터 부재를 형성하면, 고 Cr강으로 형성된 제 2 로터 부재와의 접합부의 강도 확보가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 회전 기계는, 상기 로터와, 상기 로터의 주위를 둘러싸고, 상기 로터와의 사이에 획정된 유로에 작동 유체가 도입되는 스테이터를 갖는다.
이와 같이 하면, 작동 유체가 비교적으로 고온이 되는 조건하에서 Ni기 합금을 이용했다고 해도, 회전 기계의 신속한 기동이 허용되며, 또한, 로터에 생기는 열응력이 억제된다. 이것에 의해, 양호한 운전 성능을 얻을 수 있는 동시에 로터의 파손을 방지할 수 있다. 그리고, 작동 유체를 비교적 고온으로 설정함으로써 CO2 배출량 삭감이나 추가의 열효율 향상의 요청에 충분히 부응할 수 있다.
본 발명에 따른 회전 기계의 로터에 의하면, 회전 기계의 신속한 기동을 허용하고, 또한, 로터에 생기는 열응력을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 회전 기계에 의하면, 양호한 운전 성능을 얻을 수 있는 동시에 로터의 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 고중압 터빈(T1)의 개략 구성 단면도로서, 고중압 터빈(T1)의 축선(P)을 포함하는 자오 단면도,
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 축체(11)의 확대 단면도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 고중압 터빈(T2)에 있어서의 축체(11A)의 확대 단면도,
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 고중압 터빈(T3)에 있어서의 축체(11B)의 확대 단면도,
도 5는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 고중압 터빈(T4)에 있어서의 축체(11C)의 확대 단면도.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.
[제 1 실시형태]
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 고중압 터빈(회전 기계; T1)의 개략 구성 단면도로서, 고중압 터빈(T1)의 축선(P)을 포함하는 자오 단면도이다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 축선(P)의 연장 방향을 「터빈 축 방향(축 방향)」으로, 축선(P)의 둘레 방향을 「터빈 둘레 방향」으로, 축선(P)의 직경 방향을 「터빈 직경 방향」으로 칭한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 고중압 터빈(T1)은 터빈 축 방향의 한쪽측에 고압 터빈(회전 기계; 1A)이, 터빈 축 방향의 다른 쪽측에 중압 터빈(회전 기계; 1B)이 각각 구성되어 있다.
고중압 터빈(T1)은 로터(10)와 스테이터(50)를 갖고 있다.
로터(10)는 회전 가능하게 지지된 축체(11)와, 축체(11)에 복수 구성된 동익렬(12)(12A, 12B)을 갖고 있다.
축체(11)는 스테이터(50)를 터빈 축 방향으로 관통하고 있으며, 터빈 축 방향의 양단을, 스테이터(50)의 외부에 배설된 베어링 장치(91, 92)에 의해 지지되어 있다. 이 축체(11)의 그 이외의 구성에 대해서는 이후에 상술한다.
복수의 동익렬(12)(12A, 12B)은 각각 축체(11)의 외주에 구속된 복수의 동익이 터빈 둘레 방향으로 배열됨으로써 구성되어 있다. 복수의 동익렬(12A)은 고압 터빈(1A)에, 복수의 동익렬(12B)은 중압 터빈(1B)에 각각 배설되어 있다.
스테이터(50)는 외부 차실 케이싱(60)과, 내부 차실 케이싱(70)(70A, 70B)과, 정익렬(52)(52A, 52B)을 갖고 있다.
외부 차실 케이싱(60)은 외부로부터 내부 공간(61)을 구획하는 차실벽(60a)과, 내부 공간(61)을 터빈 축 방향으로 2개로 구획하는 격벽(60b)을 갖고 있다. 격벽(60b)은 내부 공간(61)에 있어서 터빈 축 방향의 대략 중앙에 배설되어 있으며, 내부 공간(61)을, 터빈 축 방향의 한쪽측의 고압 터빈실(61A)과 터빈 축 방향의 다른 쪽측의 중압 터빈실(61B)로 분할하고 있다.
외부 차실 케이싱(60)의 차실벽(60a)에는, 고압 터빈(1A)에 있어서, 터빈 축 방향의 다른 쪽측에 형성된 복수의 도입 노즐(63A)과, 터빈 축 방향의 한쪽측에 형성된 배출 노즐(64A)이 형성되어 있다. 또한, 차실벽(60a)에는, 중압 터빈(1B)에 있어서, 터빈 축 방향의 한쪽측에 형성된 복수의 도입 노즐(63B)과, 터빈 축 방향의 다른 쪽측에 형성된 배출 노즐(64B)이 형성되어 있다.
이 외부 차실 케이싱(60)에는 로터(10)가 관통 삽입되어 있으며, 로터(10)[축체(11)]의 양단은 차실벽(60a)의 터빈 축 방향의 양단으로부터 각각 돌출하고 있다.
또한, 차실벽(60a)이 로터(10)의 양단과의 사이에 형성하는 간극은 각각 시일 장치(93A, 93B)에 의해 밀봉되어 있다. 또한, 격벽(60b)이 로터(10)의 중앙측과의 사이에 형성하는 간극은 시일 부재(94A, 94B)에 의해 밀봉되어 있다.
내부 차실 케이싱(70)(70A, 70B)은 양단 개방형의 통 형상 부재이며, 내주부에 정익렬(52)(52A, 52B)을 보지하는 정익 보지환(71)을 포함하고 있다.
내부 차실 케이싱(70A)은 고압 터빈(1A)에 배설되며, 내부 차실 케이싱(70B)은 중압 터빈(1B)에 배설되어 있다. 이들 내부 차실 케이싱(70A, 70B)은 각각 외부 차실 케이싱(60)의 차실벽(60a)의 내벽 및 격벽(60b)에 구속되어 있다. 이들 내부 차실 케이싱(70A, 70B)은 각각 로터(10)에 관통 삽입되어 로터(10)의 외주(10a)의 주위를 둘러싸고 있으며, 로터(10)의 외주(10a)와 정익 보지환(71) 사이에 환상 유로(유로; 3)(3A, 3B)가 터빈 축 방향으로 연장되어 있다.
내부 차실 케이싱(70A)의, 터빈 축 방향의 다른 쪽측에 있어서의 타단 개방부는 격벽(60b)에 맞대어져 폐색되어 있는 동시에 로터(10)와의 사이가 시일 부재(94A)에 의해 밀봉되어 있다.
내부 차실 케이싱(70A)의 타단 개방부측은 시일 부재(94A) 및 축체(11)의 외주와의 사이에, 터빈 둘레 방향으로 연장되는 동시에 환상 유로(3)에 연통한 매니폴드(작동 유체 도입부)(3a)를 획정하고 있다. 이 매니폴드(3a)는 각 도입 노즐(63A)에 삽입되는 동시에 각각 내부 차실 케이싱(70A)에 기밀하게 접속된 연결관(80A)에 연통하고 있으며, 이 연결관(80A)을 거쳐서 보일러(B)로부터 고압 증기(작동 유체)(S1)(약 700℃)가 공급된다. 이 매니폴드(3a)는 환상 유로(3)에 고압 증기(S1)를 도입하는 부분으로서, 고압 터빈(1A)에 공급된 고압 증기(S1)가 로터(10)에 최초로 접하는 부분이다. 즉, 운전시의 고압 터빈(1A)에 있어서는, 로터(10)의 각 부위 중에서 매니폴드(3a)에 노출되는 부위가 가장 고온이 된다.
또한, 내부 차실 케이싱(70A)의 일단 개방부는 터빈 축 방향의 한쪽측을 향해 개방되어 있다.
내부 차실 케이싱(70B)은, 양단 개방부가 각각 터빈 축 방향으로 개방되어 있다. 내부 차실 케이싱(70B)의 터빈 축 방향의 한쪽측에는 내부 차실 케이싱(70)의 외주부로부터 차양 형상으로 연장되는 플랜지부(70a)가 형성되어 있고, 이 플랜지부(70a)가 차실벽(60a)의 내벽에 연결됨으로써, 일단 개방부의 주위에 매니폴드(3b)가 획정되어 있다. 이 매니폴드(3b)에는, 각 도입 노즐(63B)에 삽입된 연결관(80B)을 거쳐서 보일러(B)로부터 중압 증기(작동 유체)(S2)(약 700℃)가 공급된다.
또한, 이 내부 차실 케이싱(70B)에서는, 축체(11)의 터빈 축 방향의 한쪽측이 시일 부재(94B)에 의해 피복되어 있다. 즉, 매니폴드(3b)에 공급된 중압 증기(S2)는 시일 부재(94B)를 따라서 환상 유로(3B)에 도입되게 되며, 로터(10) 중 시일 부재(94B)로부터의 노출부(작동 유체 도입부)(3c)가, 중압 증기(S2)가 최초로 접하는 부분이 된다. 즉, 운전 시의 중압 터빈(1B)에 있어서는, 로터(10)의 각 부위 중에서 시일 부재(94B)로부터 노출부(3c)가 가장 고온이 된다.
복수의 정익렬(52)(52A, 52B)은, 각각, 내부 차실 케이싱(70)(70A, 70B)의 정익 보지환(71)에 구속된 정익이 터빈 둘레 방향으로 배열됨으로써 구성되어 있다.
정익렬(52A)은 고압 터빈(1A)의 환상 유로(3A)에 있어서 터빈 축 방향의 다른 쪽측으로부터 한쪽측을 향하며, 동익렬(12A)과 교대가 되도록 배설되어 있다. 정익렬(52B)은 중압 터빈(1B)의 환상 유로(3B)에 있어서 터빈 축 방향의 한쪽측으로부터 다른 쪽측을 향하며, 동익렬(12B)과 교대가 되도록 배설되어 있다.
도 2는 축체(11)의 확대 단면도이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 축체(11)는, 로터 부재(20, 30, 40)가 터빈 축 방향으로 서로 접합되어 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 로터 부재(20, 30, 40)는 각각의 축선을 축선(P)에 중첩한 상태로 상기의 순번으로 접합됨으로써, 전체적으로 축 형상으로 되어 있다.
로터 부재(제 2 로터 부재)(20)는 상대적으로 소경으로 형성된 소경부(21)와 상대적으로 대경으로 형성된 대경부(22)를 갖고 있다.
대경부(22)는 터빈 축 방향의 한쪽측의 일단부(20a)가 접시 형상으로 패여 있으며, 타단부(20b)가 예컨대 저압 터빈의 로터(RL)의 단부에 접속되어 있다(도 1 참조).
로터 부재(제 2 로터 부재)(40)는 상대적으로 소경으로 형성된 소경부(41)와 상대적으로 대경으로 형성된 대경부(42)를 갖고 있다.
로터 부재(40)는 로터 부재(40)의 터빈 축 방향의 다른 쪽측의 타단부(40b)가 접시 형상으로 패여 있으며, 일단부(40a)가 예컨대 초고압 터빈의 로터(RVH)의 단부에 접속되어 있다(도 1 참조).
이들 로터 부재(20 및 40)의 재질은, 예컨대 고 Cr강을 이용하고 있으며, 예컨대 단조에 의해 형성되어 있다. 이 고 Cr강으로서는, 예컨대, 하기의 표 1에 나타내는 1-1, 1-2의 조성의 것을 바람직하게 이용할 수 있다. 이들 조성의 고 Cr강은 실온으로부터 700℃까지의 평균 선팽창계수가 대략 11.2×10-6/℃~12.4×10-6/℃로 되어있다.
또한, 표 1 이외의 다른 조성의 고 Cr강을 이용해도 좋은 것은 물론이다.
1-1 1-2
C ≤0.10% 0.08~0.25%
Si ≤0.10% ≤0.10%
Mn 0.05~1.5% ≤0.10%
Ni ≤1.5% 0.05~1.0%
Cr 7~10% 10~12.5%
Mo (하기 참조) 0.6~1.9%
W (하기 참조) 1.0~1.95%
V 0.10~0.30% 0.10~0.35%
Nb 0.02~0.10% 0.02~0.10%
N 0.01~0.07% 0.01~0.08%
Al ≤0.02%
B 0.001~0.01%
Co 2.0~8.0%
Fe Bal. Bal.




그 이외의 조건



 A(1.75%Mo, 0.0%W),
B(1.75%Mo, 0.5%W),
C(1.53%Mo, 0.5%W),
D(1.3%Mo, 1.0%W),
E(2.0%Mo, 1.0%W),
F(2.5%Mo, 0.5%W),
G(2.5%Mo, 0.0%W),
A를 연결하는 직선의 내측(직선을 포함하지 않음)의 양을 함유
또한, 표 1에 있어서의 %는 중량%을 의미한다.
로터 부재(제 1 로터 부재)(30)는 터빈 축 방향의 양단부(접합 단부)(30a, 30b)가 각각 접시 형상으로 패여 있다.
이 로터 부재(30)는 Ni기 합금으로 형성되어 있으며, 비교적 낮은 열전도율과 높은 선팽창계수를 갖고 있다. 이 Ni기 합금으로서는, 예컨대, 하기의 표 2에 나타내는 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, 2-5, 2-6의 조성의 것을 바람직하게 이용할 수 있다. 이들 조성의 Ni기 합금은 실온에서 700℃까지의 평균 선팽창계수가 대략 12.4×10-6/℃~14.5×10-6/℃로 되어 있으며, 다른 조성의 Ni기 합금과 비교하여 낮게 억제되어 있다.
또한, 표 2 이외의 다른 조성의 Ni기 합금을 이용해도 좋은 것은 물론이다.
2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6
C ≤0.15% ≤0.15% ≤0.15% ≤0.15% 0.005~0.1% 0.005~0.15%
Si ≤1% ≤1% ≤1% ≤1%
Mn ≤1% ≤1% ≤1% ≤1%
Cr 5~15% 5~20% 5~20% 5~20% 8~15% 8~22%
Mo (하기 참조) 17~26% (하기 참조) (하기 참조) 1~7% 1~9%
W (하기 참조) (하기 참조) (하기 참조) ≤10% 5~20% 5~20%
Re (하기 참조) (하기 참조) (하기 참조) (하기 참조)
Al 0.2~2% 0.1~2% 0.1~2% 0.1~2.5% 0.5~1.0% 0.1~2.0%
Ti 0.5~4.5% 0.1~2% 0.1~2% 0.10~0.95% 1.0~2.5% 0.3~2.5%
Nb (하기 참조) (하기 참조)
Ta (하기 참조) (하기 참조)
B ≤0.02% ≤0.02% 0.001~0.02% 0.001~0.02% ≤0.015%
Zr ≤0.2% ≤0.2% 0.001~0.2% 0.001~0.2%
Fe ≤10% ≤10% ≤10% ≤4%
Ni Bal. Bal. Bal. Bal. Bal. Bal.
Co ≤5% 5~30%
Mg ≤0.01%




그 이외의 조건



 Mo, W 및 Re의 1종 또는 2종 이상으로 Mo+(W+Re)/2: 17~25%
17≤Mo+(W+Re)/2≤27%
 Mo, W 및 Re의 1종 또는 2종 이상으로 Mo+(W+Re)/2: 17~27% Mo, W 및 Re의 1종 또는 2종 이상으로 Mo+(W+Re)/2: 5~20%
Al+Ti의 원자%가 2.5~7.0% Al+Ti의 원자%가 1~5.5% Nb+Ta/2≤
1.5%		 Nb+Ta/2≤
1.5%
B와 Zr은 어느 하나가 1종 또는 2종을 함유 Al+Ti+Nb+Ta의 원자%가 2.0~6.5%
또한, 표 2에 있어서의 %는, 중량%를 의미한다.
이 로터 부재(30)의 일단부(30a)는 로터 부재(40)의 타단부(40b)에 대하여 맞대어진 상태로 용접에 의해 접합되어 있다. 또한, 로터 부재(30)의 타단부(30b)는 로터 부재(20)의 일단부(20a)와 맞대어진 상태로 용접에 의해 접합되어 있다.
로터 부재(30)의 터빈 축 방향의 양단부(30a, 30b)에 있어서의 접합 개소는 고중압 터빈(T1)의 운전 상태에서 필요한 강도가 확보되는 것을 조건으로 하여, 가능한 한 두께(d)를 작게 설정하는 것이 바람직하다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 이 로터 부재(30)의 내부는 중공으로 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 축선(P) 상에서 터빈 축 방향으로 일정한 내경(D1)으로 형성된 구멍(31)이 연장되어 있으며, 일단부(30a)와 타단부(30b)가 구멍(31)을 거쳐서 연통하고 있다. 즉, 로터 부재(30)는 로터 부재(30)를 중실로 형성한 경우[구멍(31)을 형성하지 않은 경우]와 비교하여 열용량이 작게 되어 있다.
로터 부재(30)의 두께는 터빈 축 방향의 중앙부가 터빈 축 방향의 양단부의 두께(d) 이상이며, 또한, 터빈 축 방향의 중앙부에서 내경(D1)의 외경(D2)에 대한 비의 값이 1/2 이상이 되도록 형성되어 있다.
이어서, 상기 구성으로 이루어지는 고중압 터빈(T1)의 작용에 대해 도면을 이용하여 설명한다.
우선, 고중압 터빈(T1)을 기동하면, 고압 터빈(1A)에 고압 증기(S1)가, 중압 터빈(1B)에 중압 증기(S2)가 각각 유입한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 예컨대, 고압 터빈(1A)에는, 초고압 터빈(도시 생략)을 거친 후에 보일러(B)에서 재가열된 고압 증기(S1)가 연결관(80A)을 거쳐서 매니폴드(3a)에 공급된다. 그리고, 고압 증기(S1)는 로터 부재(30)를 따라서 환상 유로(3A)에 도입되며, 동익렬(12A)과 정익렬(52A)을 순차적으로 흐름으로써 로터(10)에 회전력을 부여한다. 환상 유로(3A)를 지난 고압 증기(S1)는 배출 노즐(64A)를 거쳐서 고압 터빈(1A)으로부터 배출되어 보일러(B)에 이송된다.
한편, 예컨대, 중압 터빈(1B)에는, 고압 터빈(1A)로부터 배출된 후에 보일러(B)에서 재가열된 중압 증기(S2)가 연결관(80B)을 거쳐서 매니폴드(3b)에 공급된다.
그리고, 중압 증기(S2)는 매니폴드(3b)로부터 시일 부재(94B)를 따라서 환상 유로(3B)에 도입되며, 환상 유로(3B)에서 동익렬(12B)과 정익렬(52B)을 순차적으로 흐름으로써, 로터(10)에 회전력을 부여한다. 환상 유로(3B)를 지난 중압 증기(S2)는 배출 노즐(64B)을 거쳐서 중압 터빈(1B)으로부터 배출되어 보일러(도시 생략)에 이송된다.
이때, 로터(10)에 있어서의 로터 부재(30)의 내부가 중공으로 형성되어 있는 것에 의해 열용량이 작아지게 되므로, 로터 부재(30)의 내부(보다 정확하게는 두께부)에 있어서 외측과 내측의 온도차가 나기 어렵다.
환언하면, 로터 부재(30)가 중공으로 형성되어 있는 것에 의해, 로터 부재(30)의 외주단으로부터 내주단까지의 열전달 경로의 거리가, 로터 부재(30)를 중실로 형성한 경우에 비해 짧게 되어 있어서, 고압 증기(S1)로부터 로터 부재(30)의 외주단에 전달된 열이 로터 부재(30)의 내주단까지 신속하게 전도(도달)된다. 이 때문에, 로터 부재(30)의 내부에서 터빈 직경 방향의 온도 구배가 완만하게 되어, 로터 부재(30)의 내부의 외측과 내측이 동일한 온도가 된다.
로터 부재(30)의 내부에 있어서 외측과 내측에 생기는 온도차에 비례하여, 로터 부재(30)의 외측과 내측의 열신장의 차이도 근소한 것이 된다. 이 때문에, 로터 부재(30)의 내부에서 생기는 열응력이 큰 폭으로 억제된다.
이와 같은 상태를 계속하면서, 로터 부재(30)는 고중압 터빈(T1)의 운전 상태의 온도까지 전체적으로 승온하게 된다.
그리고, 고중압 터빈(T1)은 기동 상태로부터 정상 상태로 이행한다. 정상 상태로 이행한 후에는, 로터 부재(30)는 전체적으로 일정한 온도가 되어 회전한다.
이상 설명한 바와 같이, 고중압 터빈(T1)에 의하면, Ni기 합금으로 이루어지는 로터 부재(30)가 터빈 축 방향 전체 길이에 걸쳐서 내부가 중공이므로, 내부를 중실로 형성한 경우와 비교하여, 로터 부재(30)의 열용량이 작아진다. 이것에 의해, 고중압 터빈(T1)에 있어서 신속한 기동을 했을 경우에, 로터 부재(30) 내부의 외측과 내측에 생기는 온도차가 억제되어 로터 부재(30)가 전체적으로 승온한다. 이것에 의해, 로터 부재(30)의 내부에 생기는 열응력을 억제할 수 있다. 따라서, 고중압 터빈(T1)의 신속한 기동을 허용하고, 또한, 로터(10)에 생기는 열응력을 억제할 수 있다.
또한, 축체(11)가 로터 부재(30)에 대하여 터빈 축 방향으로 인접하는 동시에 고 Cr강으로 이루어지는 로터 부재(20, 40)를 포함하므로, 축체(11) 전체를 Ni기 합금으로 형성한 경우에 비하여 로터(10)의 비용을 억제할 수 있다. 또한, Ni기 합금과 비교하여 뛰어난 성형 용이성을 갖는 고 Cr강으로 축체(11)의 일부를 형성함으로써, 로터(10)의 제조를 용이하게 실행할 수 있다.
또한, 로터 부재(30)가 표 2의 조성으로 이루어지는 Ni기 합금으로 형성됨으로써, 실온에서 700℃까지의 평균 선팽창계수가 다른 조성의 Ni기 합금과 비교하여 작아진다. 이것에 의해, 다른 조성의 Ni기 합금과 비교하여, 로터 부재(30)에 열신장이 생기기 어려워지므로, 로터 부재(30)의 내부에 생기는 열응력을 더욱 억제할 수 있다.
또한, 로터 부재(20, 40)를 표 1의 조성으로 이루어지는 고 Cr강으로 형성하는 동시에, 로터 부재(30)를 표 2의 조성으로 이루어지는 Ni기 합금으로 형성함으로써, 서로의 선팽창계수의 차이가 작아진다. 이것에 의해, 로터 부재(20, 40)와, 로터 부재(30)의 접합부의 강도 확보가 가능하다.
또한, 로터 부재(30)의 두께는 터빈 축 방향의 중앙부에서 내경(D1)의 외경(D2)에 대한 비의 값이 1/2 이상이 되도록 형성되어 있다. 따라서, 로터 부재(30)의 내부의 외측과 내측에 생기는 온도차를 더욱 억제하여, 로터 부재(30)의 내부에 생기는 열응력을 더욱 억제할 수 있다. 또한, 로터 부재(30)의 두께는 터빈 축 방향의 중앙부가 터빈 축 방향의 양단부의 두께(d) 이상이 되도록 형성되어 있다. 따라서, 로터 부재(30)에 필요한 강도를 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고중압 터빈(T1)은 로터(10)를 구비하므로, 700℃급 이상의 증기 조건에서 Ni기 합금을 이용했다고 해도, 고중압 터빈(T1)의 신속한 기동이 허용되며, 또한, 로터(10)에 생기는 열응력이 억제된다. 이것에 의해, 양호한 운전 성능을 얻을 수 있는 동시에 로터(10)의 파손을 방지할 수 있다. 그리고, 증기(S1, S2)를 비교적 고온(약 700℃)으로 설정함으로써 CO2 배출량 삭감이나 추가의 열효율 향상의 요청에 충분히 부응할 수 있다.
[제 2 실시형태]
이하, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 그 설명에 이용하는 도면에 있어서, 이미 설명을 끝낸 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 중복된 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 고중압 터빈(회전 기계)(T2)에 있어서의 축체(11A)의 확대 단면도이다.
상술한 제 1 실시형태의 축체(11)가 일체적으로 형성된 로터 부재(30)를 갖고 있었던 것에 대하여, 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 고중압 터빈(T2)의 축체(11A)는 로터 부재(30)에 상당하는 위치에 로터 부재(제 1 로터 부재)(32A, 32B)가 배설되어 있다.
로터 부재(32A, 32B)는 로터 부재(30)와 마찬가지로 Ni기 합금으로 형성되어 있으며, 터빈 축 방향의 양단부(접합 단부)(32a, 32b, 32c, 32d)가 각각 접시 형상으로 패여 있다. 이 로터 부재(32A, 32B)의 각각의 내부는 중공으로 형성되어 있다.
로터 부재(32A)의 일단부(32a)는 로터 부재(40)의 타단부(40b)와 맞대어진 상태로 용접에 의해 접합되어 있다.
로터 부재(32B)의 일단부(32d)는 로터 부재(20)의 일단부(20a)와 맞대어진 상태로 용접에 의해 접합되어 있다.
또한, 로터 부재(32A)의 타단부(32b)와 로터 부재(32B)의 타단부(32c)는 서로 맞대어진 상태로 용접(공재 용접)에 의해 접합되어 있다.
로터 부재(32A)는 축선(P) 상에서 터빈 축 방향으로 일정한 내경(D1)으로 형성된 구멍(31A)이 연장되어 있다. 로터 부재(32B)는 축선(P) 상에서 터빈 축 방향으로 일정한 내경(D3)[≠내경(D1)]으로 형성된 구멍(31B)이 연장되어 있다.
즉, 로터 부재(32A, 32B)는 서로 다른 내경으로 되어 있다.
이 고중압 터빈(T2)에 의하면, 상술한 제 1 실시형태의 주요한 효과를 얻을 수 있는 것 이외에, 도 1에 도시하는 매니폴드(3a) 및 노출부(3c)에서 각각의 내경(D1≠D3)이 서로 다르므로, 매니폴드(3a) 및 노출부(3c)[고압 터빈(1A), 중압 터빈(1B)]에 대해 각각 온도 분포를 조정할 수 있다.
또한, 로터 부재(32A, 32B)를 동일한 내경으로 해도, 상술한 제 1 실시형태의 주요한 효과를 얻는 것이 가능하다.
[제 3 실시형태]
이하, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 그 설명에 이용하는 도면에 있어서, 이미 설명을 끝낸 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 중복된 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 고중압 터빈(회전 기계)(T3)에 있어서의 축체(11B)의 확대 단면도이다.
상술한 제 2 실시형태의 축체(11A)가 구멍(31B)을 포함하는 로터 부재(32B)를 갖고 있던 것에 대하여, 도 4에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 고중압 터빈(T3)의 축체(11B)는 로터 부재(32B)를 대신하여 중실의 로터 부재(33)를 갖고 있다.
로터 부재(33)는 Ni기 합금으로 형성되어 있으며, 일단부(접합 단부)(33a)가 로터 부재(32A)의 타단부(32b)에 맞대어진 상태로, 또한 타단부(33b)가 로터 부재(20)의 일단부(20a)에 맞대어진 상태로 각각 용접에 의해 접합되어 있다.
이 고중압 터빈(T3)에 의하면, 로터 부재(32A)에 대해 상술한 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태의 주요한 효과를 얻을 수 있는 것 이외에, 로터 부재(33)의 내부가 중실로 형성되어 있으므로, 중압 터빈(1B)에 있어서 로터 부재(33)의 강성을 높일 수 있다.
또한, 로터 부재(33)의 내부를 중공으로 하는 동시에[로터 부재(32B)와 마찬가지로], 로터 부재(32A)의 내부를 중실로 형성해도 상관없다.
[제 4 실시형태]
이하, 본 발명의 제 4 실시형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 그 설명에 이용하는 도면에 있어서, 이미 설명을 끝낸 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 중복된 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 고중압 터빈(회전 기계)(T4)에 있어서의 축체(11C)의 확대 단면도이다.
상술한 제 2 실시형태의 축체(11A)가 구멍(31A, 31B)이 각각 일정한 내경(D1, D3)으로 형성된 로터 부재(32A, 32B)를 갖고 있던 것에 대하여, 도 5에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 고중압 터빈(T4)의 축체(11C)는 각각 형성된 구멍(35A, 35B)의 내경이 터빈 축 방향의 각 부위에서 상위한 로터 부재(제 1 로터 부재)(34A, 34B)를 갖고 있다.
로터 부재(34A)의 구멍(35A)은, 예컨대, 터빈 축 방향의 다른 쪽측으로부터 한쪽측을 향해 점차 내경이 작아지도록 테이퍼 형상으로 형성되어 있다.
로터 부재(34B)의 구멍(35B)은, 예컨대, 터빈 축 방향의 한쪽측으로부터 다른 쪽측을 향해 점차 내경이 작아지도록 테이퍼 형상으로 형성되어 있다.
이러한 고중압 터빈(T4)에 의하면, 상술한 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태의 주요한 효과를 얻을 수 있는 것 이외에, 터빈 축 방향의 각 부위에서 로터 부재(34A, 34B)의 내경[구멍(35A, 35B)]이 각각 다르므로, 로터 부재(34A, 34B) [고압 터빈(1A), 중압 터빈(1B)]의 각각에 대해 터빈 축 방향으로 온도 조정을 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 터빈 축 방향의 한쪽측으로부터 다른 쪽측을 향해 점차 내경이 작아지도록 테이퍼 형상으로 구멍(35A)을 형성했지만, 터빈 축 방향의 다른 쪽측으로부터 한쪽측을 향해 점차 내경이 작아지도록 형성해도 좋다. 또한, 구멍(35A)의 일부에 일정한 내경으로 형성된 부분이 있어도 좋다. 또한, 구멍(35A)의 내경이 터빈 축 방향에 있어서 증가된 후에 감소하는 부분이 있어도 좋다. 구멍(35B)에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 본 실시형태와 마찬가지로, 제 1 실시형태 내지 제 3 실시형태의 각 구멍의 내경을 터빈 축 방향으로 변화시켜도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에서 도시한 동작 순서, 혹은 각 구성 부재의 모든 형상이나 조합 등은 일 예이며, 본 발명의 주지로부터 일탈하지 않는 범위에서 설계 요구 등에 근거하여 여러 가지 변경 가능하다.
예컨대, 상술한 실시형태에서는, 로터 부재(20, 30, 40, 32A, 32B, 33, 34A, 34B)의 터빈 축 방향의 단부를 접시 형상으로 형성했지만, 다른 형상으로 터빈 축 방향으로 패인 곳을 형성해도 좋다. 또한, 평 터빈 축 방향으로 패인 곳을 형성하지 않고, 평평한 형상으로 형성해도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 고중압 터빈(T1~T4)에 본 발명을 적용한 경우에 대하여 설명했지만, 다른 압력역의 터빈에 본 발명을 적용해도 좋다. 또한, 터빈 이외의 회전 기계에 본 발명을 적용해도 좋다.
본 발명의 회전 기계의 로터에 의하면, 회전 기계의 신속한 기동을 혀용하고, 또한, 로터에 생기는 열응력을 억제할 수 있다.
1A : 고압 터빈(회전 기계) 1B : 중압 터빈(회전 기계)
3(3A, 3B) : 환상 유로(유로) 3a : 매니폴드(작동 유체 도입부)
3c : 노출부(작동 유체 도입부) 10 : 로터
10a : 외주 20 : 로터 부재(제 2 로터 부재)
30 : 로터 부재(제 1 로터 부재) 30a, 30b : 양단부(접합 단부)
32A, 32B : 로터 부재(제 1 로터 부재)
32a, 32b : 양단부(접합 단부) 32c, 32d : 양단부(접합 단부)
33 : 로터 부재(제 1 로터 부재) 33a : 일단부(접합 단부)
34A : 로터 부재(제 1 로터 부재) 34B : 로터 부재(제 1 로터 부재)
40 : 로터 부재(제 2 로터 부재) 50 : 스테이터
P : 축선 d : 두께
D1, D3 : 내경 D2 : 외경
S1 : 고압 증기(작동 유체) S2 : 중압 증기(작동 유체)
T1, T2, T3, T4 : 고중압 터빈(회전 기계)

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 상이한 재료로 이루어지는 로터 부재를 축 방향으로 접합하여 형성되는 고중압 일체형의 증기 터빈의 로터에 있어서,
    제 1 로터 부재와,
    제 2 로터 부재를 구비하고,
    상기 제 1 로터 부재는, Ni기 합금으로 이루어지고,
    상기 제 1 로터 부재는, 고압 증기 및 중압 증기가 도입되는 부분으로 되고,
    상기 제 1 로터 부재는, 축 방향의 일단측에, 상기 고압 증기가 통과하는 동익을 가짐과 함께, 축 방향의 타단측에, 상기 중압 증기가 통과하는 동익을 갖고,
    상기 제 1 로터 부재는, 축 방향 중앙쪽에, 상기 고압 증기와 상기 중압 증기를 나누는 시일 부분을 갖고,
    상기 제 2 로터 부재는, 상기 Ni기 합금보다 성형 용이성을 갖는 재료로 이루어지고,
    상기 제 2 로터 부재는, 상기 제 1 로터 부재의 축 방향 양측에 각각 접합되고,
    상기 제 2 로터 부재의 한 쪽은, 상기 제 1 로터 부재와의 접합측에, 상기 고압 증기가 통과하는 동익을 가짐과 함께, 상기 접합측과는 반대측에, 외부와의 시일부 및 베어링부를 갖고,
    상기 제 2 로터 부재의 다른 쪽은, 상기 제 1 로터 부재와의 접합측에, 상기 중압 증기가 통과하는 동익을 가짐과 함께, 상기 접합측과는 반대측에, 외부와의 시일부 및 베어링부를 갖고,
    상기 제 1 로터 부재의 상기 일단과, 상기 한 쪽의 제 2 로터 부재의 상기 제 1 로터와의 접합부는, 같은 압력역에 배치되고,
    상기 제 1 로터 부재의 상기 타단과, 상기 다른 쪽의 제 2 로터 부재의 상기 제 1 로터와의 접합부는, 같은 압력역에 배치되고,
    상기 제 1 로터 부재의 상기 일단측의 동익의 단수는, 상기 한 쪽의 제 2 로터 부재의 동익의 단수보다 많고,
    상기 제 1 로터 부재의 상기 타단측의 동익의 단수는, 상기 다른 쪽의 제 2 로터 부재의 동익의 단수보다 많고,
    상기 증기 터빈의 운전 영역이 되는, 실온으로부터 700℃까지의 온도 범위에 있어서, 상기 제 1 로터 부재의 평균 선팽창 계수가 12.4 X 10-6/℃ ~ 14.5 X 10-6/℃의 범위 내이고, 상기 제 2 로터 부재의 평균 선팽창 계수가 11.2 X 10-6/℃ ~ 12.4 X 10-6/℃의 범위 내인 것을 특징으로 하는
    증기 터빈의 로터.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 로터 부재가 내부에 축 방향의 중공부를 갖는 것을 특징으로 하는
    증기 터빈의 로터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 로터 부재의 상기 타단측의 두께를, 상기 제 1 로터 부재의 상기 일단측의 두께보다 두껍게 하는 것을 특징으로 하는
    증기 터빈의 로터.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 로터 부재의 두께를 양단측을 향하여 두껍게 하는 것을 특징으로 하는
    증기 터빈의 로터.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 로터 부재의 중공부를 상기 타단측에만 마련한 것을 특징으로 하는
    증기 터빈의 로터.
  11. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 로터 부재가, 중량%로, C: 0.15% 이하, Si: 1% 이하, Mn: 1% 이하, Cr: 5~15%, Mo, W 및 Re의 1종 또는 2종 이상을 Mo+(W+Re)/2: 17~25%, Al: 0.2~2%, Ti: 0.5~4.5%, Fe: 10% 이하, B: 0.02% 이하 및 Zr: 0.2% 이하의 1종 또는 2종을 함유하고, Al+Ti의 원자%가 2.5~7.0%이며, 잔부 Ni와 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    증기 터빈의 로터.
  12. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 로터 부재가, 중량%로, C: 0.005~0.1%, Cr: 8~15%, W: 5~20%, Mo: 1~7%, Al: 0.5~1.0%, Ti: 1.0~2.5%, 잔부 Ni와 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    증기 터빈의 로터.
  13. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 로터 부재가, 중량%로, C: 0.15% 이하, Si: 1% 이하, Mn: 1% 이하, Cr: 5~15%, Mo, W 및 Re의 1종 또는 2종 이상을 Mo+(W+Re)/2: 17~25%, Al: 0.2~2%, Ti: 0.5~4.5%, Fe: 10% 이하, B: 0.02% 이하 및 Zr: 0.2% 이하의 1종 또는 2종을 함유하고, Al+Ti의 원자%가 2.5~7.0%이며, 잔부 Ni와 불가피한 불순물로 이루어지고,
    상기 제 2 로터 부재가, 중량%로, C: 0.08~0.25%, Si: 0.10% 이하, Mn: 0.10% 이하, Ni: 0.05~1.0%, Cr: 10~12.5%, Mo: 0.6~1.9%, W: 1.0~1.95%, V: 0.10~0.35%, Nb: 0.02~0.10%, N: 0.01~0.08%, B: 0.001~0.01%, Co: 2.0~8.0%, 잔부 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    증기 터빈의 로터.
  14. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 로터 부재가, 중량%로, C: 0.005~0.1%, Cr: 8~15%, W: 5~20%, Mo: 1~7%, Al: 0.5~1.0%, Ti: 1.0~2.5%, 잔부 Ni와 불가피한 불순물로 이루어지고,
    상기 제 2 로터 부재가, 중량%로, C: 0.08~0.25%, Si: 0.10% 이하, Mn: 0.10% 이하, Ni: 0.05~1.0%, Cr: 10~12.5%, Mo: 0.6~1.9%, W: 1.0~1.95%, V: 0.10~0.35%, Nb: 0.02~0.10%, N: 0.01~0.08%, B: 0.001~0.01%, Co: 2.0~8.0%, 잔부 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    증기 터빈의 로터.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012207594A (ja) 2011-03-30 2012-10-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 回転機械のロータ及び回転機械
CN105112727B (zh) * 2015-09-23 2017-05-03 中国科学院上海应用物理研究所 一种耐熔盐腐蚀镍基变形高温合金及其制备方法
US10577962B2 (en) * 2016-09-07 2020-03-03 General Electric Company Turbomachine temperature control system
JP6614503B2 (ja) * 2016-10-21 2019-12-04 三菱重工業株式会社 蒸気タービン及び蒸気タービンの制御方法
GB2565063B (en) 2017-07-28 2020-05-27 Oxmet Tech Limited A nickel-based alloy

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007321630A (ja) * 2006-05-31 2007-12-13 Toshiba Corp 蒸気タービンロータ及び蒸気タービン
JP2009191301A (ja) 2008-02-13 2009-08-27 Japan Steel Works Ltd:The 偏析性に優れたＮｉ基超合金
WO2009154243A1 (ja) * 2008-06-18 2009-12-23 三菱重工業株式会社 回転機器のロータ及びその製造方法

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2192598A5 (ko) * 1972-07-13 1974-02-08 Alsthom Cgee
JPH05240001A (ja) 1992-02-27 1993-09-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 再熱蒸気タービン
DE4239710A1 (de) * 1992-11-26 1994-06-01 Abb Patent Gmbh Läufer einer Turbine
JPH0777004A (ja) 1993-09-07 1995-03-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 蒸気タービンの組立ロータ
US5411365A (en) * 1993-12-03 1995-05-02 General Electric Company High pressure/intermediate pressure section divider for an opposed flow steam turbine
JPH08121102A (ja) * 1994-10-24 1996-05-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 急速起動蒸気タービン用ロータ
JP2837110B2 (ja) 1995-04-18 1998-12-14 三菱重工業株式会社 急速起動用蒸気タービンロータ
JP3618412B2 (ja) 1995-08-10 2005-02-09 株式会社東芝 蒸気タービンロータ
CN1291133C (zh) * 1996-02-16 2006-12-20 株式会社日立制作所 蒸汽涡轮机发电设备、蒸汽涡轮机叶片及该叶片的制造方法
JP4523677B2 (ja) 1997-09-22 2010-08-11 三菱重工業株式会社 高中圧一体型タービンにおける一体形ノズル室
JP4015282B2 (ja) * 1998-06-04 2007-11-28 三菱重工業株式会社 高中圧蒸気タービンのフレキシブルインレット管
JP3999402B2 (ja) 1998-06-09 2007-10-31 三菱重工業株式会社 蒸気タービンの異材溶接ロータ
JP2000282808A (ja) * 1999-03-26 2000-10-10 Toshiba Corp 蒸気タービン設備
JP4146033B2 (ja) 1999-06-15 2008-09-03 三菱重工業株式会社 蒸気タービンの蒸気入出口圧損低減構造
US6499946B1 (en) * 1999-10-21 2002-12-31 Kabushiki Kaisha Toshiba Steam turbine rotor and manufacturing method thereof
JP3956602B2 (ja) 2000-10-13 2007-08-08 株式会社日立製作所 蒸気タービン用ロータシャフトの製造法
JP2003013161A (ja) * 2001-06-28 2003-01-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd オーステナイト系低熱膨張Ｎｉ基超合金およびその製造方法
JP2003120209A (ja) * 2001-10-10 2003-04-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd スピンドルボルトのシール構造およびガスタービン
DE10348424A1 (de) * 2003-10-14 2005-05-19 Alstom Technology Ltd Geschweisster Rotor für eine thermische Maschine sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors
EP1780376A1 (de) * 2005-10-31 2007-05-02 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbine
EP1800787B1 (de) * 2005-12-20 2009-12-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen zwei metallischen Wellenstücken einer Welle, insbesondere einer Dampfturbinenwelle
US20070189894A1 (en) * 2006-02-15 2007-08-16 Thamboo Samuel V Methods and apparatus for turbine engine rotors
RU2322589C1 (ru) * 2006-10-02 2008-04-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова" (ОАО "НПО ЦКТИ") Цилиндр паровой турбины
JP4908137B2 (ja) * 2006-10-04 2012-04-04 株式会社東芝 タービンロータおよび蒸気タービン
CH700176B1 (de) * 2007-03-02 2010-07-15 Alstom Technology Ltd Rotor für einen Generator.
US20090060735A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 General Electric Company Turbine rotor apparatus and system
JP2009084684A (ja) * 2007-09-14 2009-04-23 Toshiba Corp 蒸気タービンのタービンロータ用のＮｉ基合金および蒸気タービンのタービンロータ
DE102008043605B4 (de) * 2007-11-16 2015-05-07 Alstom Technology Ltd. Verfahren zur Herstellung eines Turbinengehäuses
JP4995317B2 (ja) * 2008-08-11 2012-08-08 三菱重工業株式会社 低圧タービン用ロータ
EP2172299B1 (en) * 2008-09-09 2013-10-16 Hitachi, Ltd. Welded rotor for turbine and method for manufacturing the same
JP4288304B1 (ja) * 2008-10-08 2009-07-01 三菱重工業株式会社 タービンロータ及びタービンロータの製造方法
CH699716A1 (de) * 2008-10-13 2010-04-15 Alstom Technology Ltd Bauteil für eine hochtemperaturdampfturbine sowie hochtemperaturdampfturbine.
EP2345792B1 (en) * 2008-11-04 2019-05-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing a steam turbine rotor
JP5127749B2 (ja) * 2009-03-18 2013-01-23 株式会社東芝 蒸気タービンのタービンロータ用Ｎｉ基合金およびそれを用いた蒸気タービンのタービンロータ
US8523519B2 (en) * 2009-09-24 2013-09-03 General Energy Company Steam turbine rotor and alloy therefor
US8944761B2 (en) * 2011-01-21 2015-02-03 General Electric Company Welded rotor, a steam turbine having a welded rotor and a method for producing a welded rotor
JP2012207594A (ja) 2011-03-30 2012-10-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 回転機械のロータ及び回転機械

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007321630A (ja) * 2006-05-31 2007-12-13 Toshiba Corp 蒸気タービンロータ及び蒸気タービン
JP2009191301A (ja) 2008-02-13 2009-08-27 Japan Steel Works Ltd:The 偏析性に優れたＮｉ基超合金
WO2009154243A1 (ja) * 2008-06-18 2009-12-23 三菱重工業株式会社 回転機器のロータ及びその製造方法

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Publication number Publication date
KR20130122665A (ko) 2013-11-07
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