JPS60147501A - タ−ビンロ−タ - Google Patents

タ−ビンロ−タ

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JPS60147501A
JPS60147501A JP186584A JP186584A JPS60147501A JP S60147501 A JPS60147501 A JP S60147501A JP 186584 A JP186584 A JP 186584A JP 186584 A JP186584 A JP 186584A JP S60147501 A JPS60147501 A JP S60147501A
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JP
Japan
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rotor
stress
turbine
turbine rotor
chromium steel
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JP186584A
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JPH0472041B2 (ja
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Hajime Toritani
初 鳥谷
Naoaki Shibashita
直昭 柴下
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/007Preventing corrosion

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

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、蒸気タービンの高圧、中圧タービンに1吏用
されるタービンロータに係り、特に、ロータの表層部に
肉盛し、強度を向上するようにしたタービンロータに関
する。
〔発明の背景〕
近年、増大する成力需要を効率よく補うために蒸気ター
ビン完成装置は著しく大容菫化されてハる。ま之これに
ともなって成力膚要の昼夜の差S:補うために、従来ペ
ースロードとして運転されてきた発電装置にもS繁な起
動停止、負荷変化が請求されてきている。
上記の起gjh停止、負荷変化隷伴い、タービンロータ
(以下ロータと称呼する)には薦応力が4−1−1特に
ロータのディスクつけ根には応力集中が発生する。従っ
て、ロータの寿合金向上するためには、砿ロータの強度
、特にディスクっけ根の表面の強度全向上させる必要か
める。又、タービンの長期間直用によりロータが疲労し
た場合、これを適宜再生する手段も要請されていた。し
かしながら、従来技術では1′111i1更、かつ有効
な手段がl<、ロータの信頼性、寿命の低下全層く欠点
があった。
すなわち、第1図は、4フロー型の代表的蒸気タービン
の蒸気流路を示す。ボイラーからの蒸気5はまず高圧段
落1を通り、再びボイラー51で加熱されて中圧段落2
に入る。以陵、クロスオーバ管3を通って低圧段落4を
通過しコンデンサーへ導かれる。
この蒸気タービ/に2いて、起動時、停止時または、負
荷変動時に蒸気温度変化によりタービンロータに熱応力
が発生する。ここで第2図(a)、 (b)にて、その
熱応力発生過程全説明する。
第2図(a)は横軸に時間を表示し、al:!lqI]
にロータ於よびロータまわりの温度を示したものであり
、第2図<b)は、同じく満3袖に時間を表示し、4郵
1にロータに生ずる応カ金示したものである。共に冷機
、起動の場合を示す。
第2図(、l)に示す9口く、タービン起動時にはロー
タの第1段1蒸気温1w6はほぼ室温の状態から丸線の
如く立上る。又、ロータ表向温度7は点線で示す妬く、
第1段1麦蒸気温度6からやや遅れ、同じように立上る
。又ロータ中心孔温度8は、一点′lJ4腺で示す矩く
、ロータ表面温1斐7から更に471゜はぼ同じように
立上る。起動後からタービン停市まで、上記の各温度は
1心間軸に平行に、かつ同一温度に床侍されて経過する
。タービン停止時には、−まず、第1没後蒸気温度6が
ほぼ室温まで下り、次に、ロータ表面温度7、ロータ中
心孔温度8が1順次遅れて同じように下る。
第2図(b)は第2図(a)に示した@度変化に滲って
、ロータ内に生ずる応力を示したもので、ロータ表面応
力】Oは点2腺で示す如く、圧縮応力となシ、ロータ中
心孔応力9は引張応力となるっロータ茂面応力10の内
、ロータのディスクっけ根には応力県中が生じ、マイナ
ス降伏点12t−越す圧縮応力が生ずる。このため、起
動後に2いても残留応力11が残る。又、タービン停止
時には、図示の如くロータ表面応力1oは引・脹応カと
4−シ、ロータ中心孔応力9は圧縮応力となる。
第3図はロータ13の概要を示すもので、高圧段落IV
Cは主蒸気S1が通過し、中圧段落2には通過した主蒸
気SIが再加熱された再熱蒸気S、が通過する。これ等
の蒸気によυ、上記の如く、高圧没落1の高圧f7J段
ディスクっけ根Aおよび中圧段落2の再熱0段ディスク
つけ根Bには上記の如く応力染中した熱応力が生じ、ロ
ータ中心孔14にも上記の熱応力が生ずる。
次に、第4図に示す如く、口〜夕139よびロータ中心
孔14には、点線で示す上記の熱応力15の曲、一点@
線で示す遠心応ノ:116が作用する。従って、その合
成応力17(実線で示す)が作用する。ロータ表面では
、起動停止に半う熱応力15が咲心応力16に比べて非
常に大きく、ロータ表面の寿命蕾胛、汁a−々夷t(E
 rへI力lハギノフヵつけ根に作用する熱応力15に
基く低サイクル疲労を考慮すればよい。又、ロータ中心
孔14では、熱応力15による低サイクル疲労と、遠心
応力16によるクリープ寿命金考痙すnばよい。
上記の寿命管理に関しては、公用文献の存在し例えば、
a prior paker entitles v″
TheOperation of Large Ste
am Turbines t。
Lim1t Cyclie ’phermal Cra
cking” by II P。
Tjmo to G 、 W Aarney (ASM
E PakerNo、 67−WA/PWR,publ
ishes in 1967 )が上げられるが、ター
ビンの安全運転のためにはロータの寿命管理が必要であ
シ、このためには、ディスクつけ根の応力集中にょる熱
応力を極力j・さくすると、とが必要とされる。しかし
ながら、従来技術に2いては、簡匣、適切な手段がなく
、タービンの信頼性、寿命を低下させる原因となってい
た。又、長時間使用にょシ疲労−下したロータを丹生す
る適切の手段もなく、問題とされていた。
〔発明の目的〕
本登明け、 I−j−ハ木目春ルーΔ斗^嗜ノff1l
l i2J・たものでるり、その目的は、タービンの信
頼性2よび寿命を向上すると共に、簡便の手段にょシ再
生可能となるタービンロータを提供することにある。
〔発明の概要) 本発明は、上記目的を達成するために、ロータの表面を
、該ロータの表面よりも熱膨張係数の低い材料で肉盛形
成したタービンロータを特徴とすると共に、ロータ表面
の応力巣中部に肉盛溶接し、核部を円滑に仕上げた後、
焼鈍処理して形成されるタービンロータを特徴としたも
のである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
まず、本実施例の概要を説明する。
第5図に示す如く、高圧段落1(中圧段落2の場合も同
様であるが、以下省略する)のロータ130表面には表
面輪郭(19a)、(19b)で示す表面部19が形成
され、特に、高圧初段ディスクつけ根(A丸印で示す)
は応力集中を緩和すべく弧状に形成されている。本実施
例では、表面輪郭部(19a)、(1gb)と上記高圧
初段ディスクつけ根の弧状部を図示の斜線の如く、輪郭
20から適宜の厚みだけ肉盛したものから形成せしめ、
肉盛部18a、18b、18cを形成したものである。
肉盛材料としては、ロータ13の母材がOr−Mo−V
JAのμ口き低クロム鋼の場合には、12CrAの如き
高クロム鋼を用いるのが1ましい。12Crjjliは
公知の如く、Or−Mo−■綱に咬べ、熱膨張係数が小
さい材料である。上記肉盛後に、表面を円滑に仕上げる
ことにより、表面強度を向上すること力jできる。又、
ロータ13の表面形状の内、高圧初段ロータディスクつ
け根部は、上記のクロく応力集中しヤすい部分のため、
特に、この部分を肉盛し、円滑形状に仕上げ、かつ焼鈍
処理して応力歪を除去し、強度の高いタービンロータを
形成することができる。
次に、本実施例を詳細に説明する。
まず、理論的根拠を記載する。
一般に、ロータ表面の熱応力δTは下記に示される。
ここで、αはロータ材の熱膨張係数、Eはロータの縦弾
性係数、νはロータのポアソン比、Tsはロータの平均
温度、Tsはロータの表面温度を示す。
上式よりロータ材の熱膨張係数αが小さければ、それだ
けロータ表面の熱応力δテが小さくなる。
12CrJ4は、Cr −M O−V鋼に比べ上記の如
く熱膨張係数αが20%も小さい。しかしながらJi:
zcrsは高クロム鋼で0、ロータ13全体を12Cr
鋼で製作することは、高1曲のものとなり、かつ加工性
も??劣る。従って、所要箇所のみを肉盛形成しのが本
実施例のポイントである。
本実施例では、ロータ表面の熱応力の大きい部分に、上
記の如く肉盛部18a、18b、18cを形成し、肉盛
部18 a、 18 b、 18 cノ表面をロータ1
3の形状に沿って円滑に仕上げたもの− から形成され
る。
肉A部l & a、 18 b、 18 cの囚所、肉
厚等は、タービンの8着、段落の位置、形状等により、
適宜に設定される。
本実施例で、低クロム44 Cr −M o −Vに対
し、120rJ$t−用いたが、勿膚これに限定するも
のでない。父、ロータ13の母材がCr−MO−V鋼以
外の低クロム鋼に対しても、これに見合う低熱影j辰係
数の高クロム鋼が適宜設定される。
次に、併合発明の実施例を1説明する。上記の如く、ロ
ータ13には、旨圧す段ディスクっけ根の如き応力果中
部が存在する。この部分は上記シ〕如く円弧状に形成さ
れているが、段存の形目では不十分の場合に、更に、こ
の部分を肉盛し、円滑な形状に仕上げ、かつ、焼鈍処理
をしたものでるる。
肉盛仕上げと焼鈍による組、v&の平準化、歪除去によ
り、よシ強度を向上することができる。この場合、肉盛
材料はロータ13の母材と同一のものでもよく、上記の
如く、母材よシ熱l彫1辰係数の低いものでもよい。
又、上記肉感は、新規製作するロータ13にの、み適用
するものでなく、使用によシその表ノ一部のiI匠が疲
労劣化したロータ13の再生にも通用される。応力集中
により疲労劣化した場合全公知の手段(磁気探傷、カラ
ーチェック、目視等)により見出し、この部分をスキン
カットした後、上記肉盛を行、りい、円滑に仕上げた後
、焼鈍処理することにより強度の高いロータ13が再生
される。
上記の肉盛技術は、従来よシ一般に採用されているもの
で、%に高度の技術を必要とするものでなく、簡便に実
施することができる。
なi1低熱膨張係故のクロム鋼を用いた上記実施例の場
合には、熱応力を約20%低減でき、寿命を大幅に同上
することができる。
〔発明の効果〕
以上の説明によって明らかの如く、本発明によれば、タ
ービンの信頴注、寿命を大巾に向上し得ると共に、簡便
の手段によりロータを再生し得る効果が上げられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は4フロー型蒸気ターピ/の概要系統図、第2図
(a)は、起動、運転、停止時の蒸気温度、ロータ表面
温度、ロータ中心孔温度の時間的変化を示す線図、第2
図(b)は第2図(a)の温度変化に対応するロータ応
力発生の時間変化を示す線図、第3図は間圧段落および
中圧段落の近傍のロータの断面図、第4図はタービン冷
媒起動時のロータ断面図されるル6力分布図、第5図は
本発明一実施例を示すロータ断面図である。 1・・・高圧段落、2・・・中圧段落、6・・・第1没
後蒸気温度、7・・・ロータ表面温度、8・・・ロータ
中心孔温度、9・・・ロータ中心孔応力、lo・・・ロ
ータ表面心力、11・・・A留応力、12・・・マイナ
ス降伏点、13・・・ロータ、14・・・ロータ中心孔
、15・・・熱応力、16・・・遠心応力、17・・・
合成応力、18a。 18b、18c・・・肉盛部、19・*面部、19a。 19b・・・外面輪郭、20・・・輪郭。 代理人 弁理士 秋本正実 ] 摺?図 時間

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 ロータの表面に、該ロータの母材よシも熱膨張条
    数の小さい材料を肉盛形成してなるタービンロータ。 2 上記材料が、上記ロータの母材が低クロム鋼の場合
    に、高クロム鋼でるることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項に記載のタービンロータ。 3、 ロータの表面の応力集中部に肉盛溶接し、該肉盛
    部を円滑に仕上げfc段、焼鈍処理して形成さ□ れる
    タービンロータ。 4、上記応力集中部が、上記ロータのディスクつけ根で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第3項に記載のタ
    ービンロータ。 5、上記応力集中部が、強度が波力低下した上記ロータ
    の表層部をスキンカットした部分で−あると−2とを特
    徴とする特許請求の範囲第3項に記載のタービンロータ
    。 一17Q、Jbl−Li−J1%−’##1.n−J、
    AbkJmJJx、1lal)’#故の小さい材料から
    なること倉特畝とする特許請求の範囲第3項に記載のタ
    ービンロータ。 7、 上記材料が、上記ロータの母材が低クロム鋼の場
    合に、高クロム鋼であることを特徴とする特許請求の範
    囲第6項に記載のタービンロータ。
JP186584A 1984-01-11 1984-01-11 タ−ビンロ−タ Granted JPS60147501A (ja)

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JPH0472041B2 JPH0472041B2 (ja) 1992-11-17

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0312362A (ja) * 1989-06-12 1991-01-21 Honda Motor Co Ltd ハイブリッドタービンロータ
US5739912A (en) * 1991-04-26 1998-04-14 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Object profile measuring method and apparatus

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JPH0472041B2 (ja) 1992-11-17

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