JPS6313043B2

JPS6313043B2 -

Info

Publication number: JPS6313043B2
Application number: JP56101173A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tsucha; Katsukuni Kuno; Takao Mizoi; Toshimi Tan
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-07-01
Filing date: 1981-07-01
Publication date: 1988-03-23
Also published as: EP0068496B1; JPS585513A; DE3262418D1; EP0068496A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は８〜14％のクロムを含有するクロム合
金鋼製のロータシヤフトに係わり、特にスラスト
カラーを備えた蒸気タービン用ロータシヤフトに
関する。

近年、蒸気タービン用のロータシヤフトには、
高温強度及び靭性の高いクロムを約12％含有した
いわゆる12％Cr合金鋼が用いられるようになつ
てきた。しかし12％Cr鋼は、軸受特性、特に摩
耗特性が悪いために、該ロータシヤフトのジヤー
ナル軸受及びスラスト軸受の軸受部に入り込んだ
ゴミ等の異物によつてこれら軸受の軸受メタルが
焼付き前記軸受が損傷するという恐れがある。

公知例である特開昭55―16744号公報には、ジ
ヤーナル軸受に面した12％Cr鋼製ロータシヤフ
トのジヤーナル部表面に軸受特性の良い金属を溶
融或は肉盛溶接して該金属の溶着部を形成し、こ
れによつて軸受特性を改善する技術が示されてい
る。しかしながら溶射による溶着部はロータシヤ
フト母材との結合力が弱く、また溶着部である溶
射層内に酸化物及び空洞が形成され易い為に抗張
力及び靭性が低くて溶射層がはがれ、ジヤーナル
軸受を破損する恐れがある。

また、肉盛溶接によるものは、溶着部となる肉
盛溶接層に割れが生じるのを防止する為にロータ
シヤフト母材との溶接条件の関係から肉盛溶接す
る金属の種類が限定され、軸受特性の優れた金属
を選定出来ずに軸受特性を犠性にした金属を選ば
なければならないと云う問題がある。しかも上記
した公報には、スラスト軸受用のスラストカラー
を備えたロータシヤフトに関する記載は存在して
いない。

本発明の目的は、軸受特性に優れたスラストカ
ラーを備えた８〜14％のクロム成分を有するクロ
ム合金鋼製のロータシヤフトを提供することにあ
る。

本発明は、マルテンサイト組織を有するクロム
成分を８〜14％含有するクロム合金鋼製ロータに
備えられたスラストカラーの軸受受圧面側に、軸
受特性に優れた低合金鋼製からなり且つ周方向に
分割されたスラストカラー保護部材を設置するこ
とによつて、ロータシヤフトのスラストカラーに
面したスラスト軸受の損傷を回避することを可能
にしたロータシヤフトを実現するものである。

本発明の一実施例であるロータシヤフトを図面
を用いて以下に説明する。

尚、ここではクロム成分を重量で８〜14％含ん
だマルテンサイト組織を有するクロム鋼製の蒸気
タービンロータシヤフトを総称して12％Cr鋼製
ロータと表わしている。

第１図において、多数の動翼８を環状に配列す
ると共にその環状配列を軸方向に離間して多段落
に備えた12％Cr鋼製ロータ１は、そのジヤーナ
ル部がジヤーナル軸受３により軸承されており、
そして該ロータ１のスラスト力を受けるスラスト
軸受５に面する部分にはスラスト軸受５を挟むよ
うに２つのスラストカラー４がロータと一体に設
けられている。また、該クロム鋼製タービンロー
タ１の端部には、ロータと一体に形成されたカツ
プリング６が形成されていて締付用のボルト６が
取付けられている。

この12％クロム鋼製ロータにおいては、ジヤー
ナル軸受３に面したジヤーナル面に軸受特性の良
い低合金鋼製のスリーブ１３を装着し、スラスト
軸受５に面したスラストカラー４の受圧面には同
じく軸受特性の良い低合金鋼製のスラストカラー
保護板９を設けている。

更に詳細に説明すると、第２図に示すように本
実施例の12％クロム鋼製タービンロータ１は、デ
イスク状の２つのスラストカラー４を持ち、その
スラストカラー４の間にスラスト軸受５が入るタ
イプのクロム鋼製タービンロータシヤフトであ
る。このスラストカラー４の受圧面側に、軸受特
性の良い低合金鋼製のスラストカラー保護板９を
ボルト１０にて固定する。スラストカラー保護板
９は、第３図に示すように、軸受特性に優れたク
ロム，モリブデン，バナジウム等を主成分とする
低合金鋼で形成されており、しかもデイスク状の
スラストカラー４の受圧面に相当する寸法となる
よう円周方向に２分割して予じめ加工されてい
る。この場合、前記保護板９は、分割して製作す
ることにより環状のスラストカラー受圧面側に固
定することが可能となる。また、この保護板９の
裏面には、これをスラストカラー４にボルト１０
にて固定するため、ねじ穴１１を設けておく。そ
して前記スラストカラー保護板９の取付けの際に
は、スラストカラー４の受圧面側にボルト１０に
て固定された保護板９は、さらにその分割面であ
る接合面１２にてお互いに溶接することにより一
体型の環状のスラストカラー保護板９に形成す
る。この場合、溶液法としては、いかなる溶接法
でもよいが、電子ビーム溶接が最も良い。電子ビ
ーム溶接は、溶接中に溶融金属の脱ガスが行われ
て溶接金属が清浄化され、溶接部の機械的性質が
良い。また、溶接変形が小さいために溶接後の修
正加工量が少なくてすむなどの利点がある。本実
施例においては、電子ビーム溶接を採用してい
る。溶接された円環状のスラストカラー保護板９
は、機械加工により外面を平端に仕上げることに
より、摩擦特性の悪い12％クロム鋼製スラストカ
ラー４の受圧面側を、摩擦特性の良い低合金鋼製
の保護板９により保護されたスラストカラーが実
現出来るものである。よつてスラスト軸受５を損
傷から防止出来る12％クロム鋼製ロータシヤフト
が得られることになる。

前記スラストカラー保護板９に採用される軸受
特性の良い低合金鋼としては、重量でCr：0.2〜
2.25％，Mo：0.2〜１％を含有する全ベーナイト
鋼が好ましい。更に、これにV0.05〜0.5％を含む
全ベーナイト鋼が好ましい。

この理由は、スラストカラー保護板として用い
た低合金鋼はロータ材である12％クロム合金鋼に
較べて熱伝導率が約30％高いため、タービン回転
中の温度上昇が小さく、従つてスラストカラー保
護板９とスラスト軸受５との間の凝縮摩擦を起こ
しにくい利点があるからである。このことは実験
によつても確認した。実験は、12％クロム鋼と、
スラストカラー保護板と同材のクロム，モリブデ
ン，バナジウム低合金鋼製のロータとをそれぞれ
製作し、軸受への給油中に微小な異物を混入させ
ることによつて、各ロータのジヤーナル外面の損
傷状況を調べた。第４図および第５図はそれぞ
れ、12％クロム鋼製ロータおよび低合金鋼製ロー
タにおける異物混入後ある時間回転させた後の、
ジヤーナルの表面粗さを示すもので、明らかに第
５図に示す低合金鋼の方が12％クロム鋼より耐摩
耗性が良いことがわかる。

また、本発明において、12％クロム鋼製ロータ
シヤフトの材料には、重量％で、Ｃ：0.1〜0.3
％，Si：0.6％以下，Mn：0.4〜1.5％，Ni：1.2％
以下，Cr：８〜14％，Mo：0.5〜1.5％，Ｖ：0.05
〜0.3％，Nb：0.02〜0.15％，Ｎ：0.04〜0.1％を
含む全マルテンサイト組織を有する鍛鋼が好まし
い。

次に本発明の他の実施例である12％Cr鋼製タ
ービンロータのスラストカラー部を第６図に示
す。本実施例において第２図に示した実施例と相
違する部分は、スラストカラー４の受圧面側に取
付けられるスラストカラー保護板９の半径方向の
外周端に、軸方向に延びる環状の突出部１５を設
けた部分である。この保護板９は、この突出部１
５の部分でボルト１０にてスラストカラー４に固
定される。このようにすれば、構造上の制約があ
つてスラストカラー保護板９のタービンロータ方
向の板厚を厚く出来ない場合、従つてスラストカ
ラー４の受圧面側に装着した保護板９にねじ穴１
１をあけることができない場合にも該保護板９を
スラストカラー４に取付け可能となり有効であ
る。

また、第７図及び第８図は本発明の他の実施例
である12％Cr鋼製タービンを示すものであり、
第１図及び第２図、第６図に表わしたものと相違
するのは、スラスト軸受５並びにスラストカラー
４のタイプの違いに基づく部分である。即ち、第
７図及び第８図において、スラストカラー４はタ
ービンロータ１に１個だけデイスク状に一体に形
成されており、このタービンロータ方向の両側が
受圧面側となつて、スラスト軸受５はこのスラス
トカラー４を跨ぐように配置されている。従がつ
て前述したものと同じ低合金鋼製のスラストカラ
ー保護板９はその半径方向外周端がタービンロー
タ方向に突出した環状の突出部１５を有しており
第６図に示したものと同じ２分割された形状のも
のが、前記タービンロータのスラストカラー４の
両受圧面側にボルト１０によつて装着され、且つ
保護板９の分割面である接合面は第３図を引用し
て前に説明したと同様に電子ビーム溶接によつて
相互に接合されるものである。本実施例によつて
も、第６図に示したものと同様の効果を奏するこ
とが可能となる。

第９図も本発明の他の実施例のタービンロータ
シヤフトを示すもので、本実施例では、スラスト
カラー４の受圧面側である半径方向外周端の側面
にロータシヤフト方向に沿つた窪み部１４を複数
個等間隔に設け、低合金鋼製のスラストカラー保
護板９の外周端にも該窪み部１４内に嵌合可能な
ような突出部１５ｂを複数個等間隔を設けたもの
であり、スラストカラー保護板９の該突出部１５
ｂを窪み部１４にはめ込んで該突出部１５をボル
ト１０にてスラストカラー４に固着するものであ
る。尚、スラストカラー保護板９の分割面には相
互に溶着されることには変わりがない。

上記構造にすれば、前述した実施例の効果に加
えてスラスト軸受５の半径方向の大きさが制限さ
れる場合にも、スラストカラー４の外周径は大き
くしなくても良いため有効である。第９図に示し
たスラストカラー部の実施例を、第７図に表わし
た様な１つのスラストカラー４の両側に２つの受
圧面をもつスラストカラーへ応用したものが第１
０図である。この場合の利点も第９図の場合と同
様である。

本発明による効果としては、軸受特性の悪い８
〜14％クロム鋼製タービンロータにおいて、その
スラストカラー部に軸受特性のよい低合金鋼によ
る保護板を装着させることによつて軸受特性に優
れたスラストカラーを有する８〜14％クロム鋼製
ロータシヤフトが実現出来ることがあけられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるスラストカラ
ー保護板を備えた12％クロム鋼製タービンロータ
を示す断面図、第２図は第１図に示した低合金鋼
製のスラストカラー保護板をスラストカラー部に
装着した状態を示すロータシヤフトの部分断面
図、第３図は第２図に示したスラストカラー保護
板の詳細構造を表わす斜視図、第４図及び第５図
はそれぞれ12％クロム鋼製ロータシヤフトと低合
金鋼製ロータシヤフトにおけるジヤーナル部表面
の表面粗さの実験結果を示す測定値、第６図は本
発明の他の実施例であるスラストカラー保護板を
スラストカラー部に装着した状態を示すロータシ
ヤフトの部分断面図、第７図及び第８図は本発明
の更に他の実施例である12％クロム鋼製ロータシ
ヤフトを表わすもので、第７図は異なつたタイプ
のスラストカラーにスラストカラー保護板を備え
たタービンロータを示す断面図、第８図は第７図
のスラストカラー部を拡大して示すロータシヤフ
トの部分断面図、第９図及び第１０図はそれぞれ
本発明の更に他の実施例であるスラストカラー保
護板を装着したクロム鋼製ロータシヤフトを表わ
す部分斜視図である。

Claims

【特許請求の範囲】１クロムを８〜14％含有し、デイスク状のスラ
ストカラーを備えたクロム合金鋼製ロータシヤフ
トにおいて、低合金鋼にて形成した周方向に分割されたスラ
ストカラー保護板を、スラスト軸受に面した前記
スラストカラーの受圧面側に固着手段にて取付け
たことを特徴とするクロム合金鋼製ロータシヤフ
ト。２前記分割されたスラストカラー保護板は、そ
の分割面を相互に溶着して固着することを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載のクロム合金鋼
製ロータシヤフト。３前記スラストカラーの半径方向外周端にロー
タシヤフト方向に延びる突出部を設け、この突出
部を固着手段にてスラストカラーに固定すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のクロ
ム合金鋼製ロータシヤフト。４前記スラストカラーの外周部に窪み部を設
け、該窪み部にスラストカラー保護板の突出部を
はめ込むようにしたことを特徴とする特許請求の
範囲第３項に記載のクロム合金鋼製ロータシヤフ
ト。５前記スラストカラー保護板は重量％でCr：
0.2〜2.25％，Mo：0.2〜１％を含むベーナイト鋼
よりなる低合金鋼であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載のクロム合金鋼製ロータシ
ヤフト。６前記スラストカラー保護板は重量％でCr：
0.2〜2.25％，Mo：0.2〜１％，Ｖ：0.05〜0.5％を
含むベーナイト鋼よりなる低合金鋼であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のクロム
合金鋼製ロータシヤフト。７前記ロータシヤフトは重量％でCr：８〜14
％，Co：0.1〜0.3％，Si：0.6％以下，Mn：0.4〜
1.5％，Ni：1.2％以下，Mo：0.5〜1.5％，Ｖ：
0.05〜0.3％，Nb：0.02〜0.15％，Ｎ：0.04〜0.1％
を含有する全マルテンサイト組織を有するクロム
合金鋼であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載のクロム合金鋼製ロータシヤフト。