汽輪機和渦輪轉子的製作方法
2023-05-25 09:58:26 4
專利名稱：汽輪機和渦輪轉子的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽輪機以及一種渦輪轉子，更具體地涉及一種可以使用620℃或更高的高溫蒸汽的汽輪機以及渦輪轉子。
背景技術：
對於火力發電設備中的大多高溫部件來說，一直採用具有較高製造性能和經濟效率的鐵素體耐熱鋼。這種常規的火力發電設備的汽輪機通常處於不高於600℃量級的蒸汽溫度條件下，因此其主要部件例如渦輪轉子和運動葉片由鐵素體耐熱鋼製成。
然而，近年來，從環境保護的角度一直積極促進火力發電設備效率的提高，並且對利用大約600℃高溫蒸汽的汽輪機進行操作。這種汽輪機包括需要具有鐵素體耐熱鋼不具備的特性的部件，因此，這些部件有時由耐高溫性表現更好的耐熱合金或奧氏體耐熱鋼製成。
例如，JP-A 7-247806(KOKAI)、JP-A 2000-282808(KOKAI)、以及日本專利No.3095745中描述了通過採用最少的奧氏體材料製造利用650℃或更高高溫蒸汽的汽輪機而構成汽輪機火力發電設備。例如，在JP-A 2000-282808(KOKAI)描述的汽輪機火力發電設備中，超高壓渦輪、高壓渦輪、中等壓渦輪、低壓渦輪、第二低壓渦輪、以及發電機單軸相連，並且超高壓渦輪與高壓渦輪組裝在同一外殼中並因而與其它渦輪分隔。
此外，從全球環境保護的角度，對能夠更高效率地降低CO2、SOx、以及NOx排放的要求目前一直在提高。提高火力發電設備中的裝置的熱效率最有效的方案之一是提高蒸汽溫度，並且考慮開發在700℃量級的汽輪機。
另外，例如JP-A 2004-353603(KOKAI)描述了一種通過冷卻蒸汽來冷卻汽輪機部件的方法，以對付前述的溫度升高。
在開發上述700℃量級的汽輪機時，目前探尋的是可以確保渦輪部件具有多大強度。在火力發電設備中，通常採用改進的耐熱鋼製成渦輪部件例如包含在汽輪機中的渦輪轉子、噴嘴、運動葉片、噴嘴箱(蒸汽室)、以及蒸汽供給管，但是當再熱蒸汽的溫度變為700℃或更高時，難以保證使渦輪部件的強度保持在高等級。
在這種情況下，需要提供一種即使在採用常規改進耐熱鋼製成汽輪機中的渦輪部件時也可以確保渦輪部件的強度保持在高等級的新技術。實現這一點的一種預期方案是採用用於冷卻上述渦輪部件的冷卻蒸汽。然而，通過冷卻蒸汽冷卻渦輪轉子和外殼而對例如與第一級渦輪相對應並在其之後的部件採用常規材料，所需的冷卻蒸汽量達到總蒸汽量的百分之幾。而且，由於冷卻蒸汽流入通道部分，因此產生的問題是因葉片級聯性能變差而使渦輪本身的內效率變差。
發明內容
為了解決上述問題做出本發明，其目的是通過有限地使用耐腐蝕和耐熱材料製成預定渦輪部件而提供一種能夠由具有熱效率提高的由高溫蒸汽驅動並且經濟效率較高的汽輪機和渦輪轉子。
根據本發明的一方面，提供一種導入620℃或更高的高溫蒸汽的汽輪機，該汽輪機包括渦輪轉子，所述渦輪轉子包括位於從第一級上的噴嘴延伸到蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片的區域中並由耐腐蝕且耐熱材料製成的高溫渦輪轉子組成部件；以及與高溫渦輪轉子組成部件相連並將其夾在中間以及由與高溫渦輪轉子組成部件的材料不同的材料製成的低溫渦輪轉子組成部件。
根據本發明的另一方面，提供一種貫穿設置在導入620℃或更高的高溫蒸汽的汽輪機中的渦輪轉子，該渦輪轉子包括位於從第一級上的噴嘴延伸到蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片的區域中並由耐腐蝕且耐熱材料製成的高溫渦輪轉子組成部件；以及與高溫渦輪轉子組成部件相連並將其夾在中間以及由與高溫渦輪轉子組成部件的材料不同的材料製成的低溫渦輪轉子組成部件。
將參照附圖描述本發明，但這些附圖僅僅是示意的目的而決不是要限制本發明。
圖1是表示第一實施方式的再熱汽輪機的上殼體部件的橫截面的視圖。
圖2是表示通過焊接連接的高溫渦輪轉子組成部件與低溫渦輪轉子組成部件之間的接合部分橫截面的一部分的視圖。
圖3是表示通過螺栓連接的高溫渦輪轉子組成部件與低溫渦輪轉子組成部件之間的接合部分橫截面的一部分的視圖。
圖4是表示通過螺栓連接的高溫渦輪轉子組成部件與低溫渦輪轉子組成部件之間的接合部分橫截面的一部分的視圖。
圖5是表示通過螺栓連接的高溫渦輪轉子組成部件與低溫渦輪轉子組成部件之間的接合部分橫截面的一部分的視圖。
圖6是表示第二實施方式的再熱汽輪機的上殼體部件的橫截面的視圖。
圖7是通過焊接連接的高溫渦輪轉子組成部件與低溫渦輪轉子組成部件之間的接合部分橫截面的一部分的視圖，並且還示出了冷卻部件。
圖8是通過螺栓連接的高溫渦輪轉子組成部件與低溫渦輪轉子組成部件之間的接合部分橫截面的一部分的視圖，並且還示出了冷卻部件。
圖9是通過螺栓連接的高溫渦輪轉子組成部件與低溫渦輪轉子組成部件之間的接合部分橫截面的一部分的視圖，並且還示出了冷卻部件。
圖10是通過螺栓連接的高溫渦輪轉子組成部件與低溫渦輪轉子組成部件之間的接合部分橫截面的一部分的視圖，並且還示出了冷卻部件。
具體實施例方式
下文，將參照附圖描述本發明的實施方式。
(第一實施方式)圖1是表示第一實施方式的再熱汽輪機100的上殼體部件的橫截面的視圖。
如圖1所示，再熱汽輪機100包括由內殼體110以及設置在內殼體110外部的外殼體111組成的雙層結構，並且加熱室112形成在內殼體110與外殼體111之間。渦輪轉子113貫穿設置在內殼體110中。此外，噴嘴隔板外環117與內殼體110的內表面相連，並且例如設置九級噴嘴114。此外，運動葉片115插入渦輪轉子113中以與這些噴嘴114相對應。
該渦輪轉子113包括位於從第一級(蒸汽溫度為620℃或更高)上的噴嘴114a延伸到蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片115a的區域內的高溫渦輪轉子組成部件113a；以及與高溫渦輪轉子組成部件113a相連並將其夾在中間的低溫渦輪轉子組成部件113b。高溫渦輪轉子組成部件113a和每個低溫渦輪轉子組成部件113b通過焊接或螺栓連接。它們之間的接合部分的結構將在下文描述。在此，上述內殼體110包括覆蓋高溫渦輪轉子組成部件113a貫穿設置的區域的高溫殼體組成部件110a；以及覆蓋低溫渦輪轉子組成部件113b貫穿設置的區域的低溫殼體組成部件110b。高溫殼體組成部件110a和每個低溫殼體組成部件110b通過焊接或螺栓連接，與上述高溫渦輪轉子組成部件113a和每個低溫渦輪轉子組成部件113b的連接類似。
位於從第一級上的噴嘴114a延伸到蒸汽溫度幾乎變為550℃(嚴格來說，其可以是在550℃附近的溫度)的級上的運動葉片115a的區域內的高溫渦輪轉子組成部件113a和高溫殼體組成部件110a承受作為進口蒸汽溫度的620℃或更高的高溫蒸汽以及達550℃的蒸汽，因此由高溫下的機械強度(例如十萬小時的蠕變斷裂強度)較高並具有耐蒸汽氧化性能的耐腐蝕且耐熱的材料或類似材料製成。至於耐腐蝕且耐熱材料，例如採用Ni基合金，並且其具體示例是由Inco Limited製造的Inco625、Inco617、Inco713等。位於從第一級上的噴嘴114a延伸到蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片115a的區域內的噴嘴114、噴嘴隔板外環117、噴嘴隔板內環118、運動葉片115等也由上述耐腐蝕且耐熱的材料製成。
承受低於550℃溫度的蒸汽的低溫渦輪轉子組成部件113b和低溫殼體組成部件110b由與形成高溫渦輪轉子組成部件113a和高溫殼體組成部件110a的上述材料不同的材料製成，並且優選由通常廣泛用作渦輪轉子和殼體材料的鐵素體耐熱鋼或類似材料製成。該鐵素體耐熱鋼的具體示例是新型12Cr鋼、改進的12Cr鋼、12Cr鋼、9Cr鋼、CrMov鋼等，但並不局限於這些。
此外，在渦輪轉子113的噴嘴隔板內環118的側表面上設置噴嘴迷宮119以防蒸汽洩漏。
再熱汽輪機100還具有蒸汽進口管130，其貫穿外殼體111和內殼體110並且其端部與將蒸汽引導到運動葉片側的噴嘴箱116連通並相連。這些蒸汽進口管130和噴嘴箱116承受作為進口蒸汽溫度的620℃或更高的高溫蒸汽，並因此由上述耐腐蝕且耐熱的材料製成。自此，噴嘴箱116可以具有例如在JP-A No.2004-353603(KOKAI)中披露的結構，也就是在噴嘴箱的壁上形成供冷卻蒸汽流過的冷卻蒸汽通道並且間隔設置防護板以覆蓋噴嘴箱壁的內表面部分。這樣可以降低在噴嘴箱的壁上產生的熱應力等，使得可以保持高等級的強度。
下面，參照圖2-5描述高溫渦輪轉子組成部件113a和低溫渦輪轉子組成部件113b之間接合部分的結構。
圖2是表示通過焊接連接的高溫渦輪轉子組成部件113a與低溫渦輪轉子組成部件113b之間的接合部分橫截面的一部分的視圖。此外，圖3-5是各自表示通過螺栓連接的高溫渦輪轉子組成部件113a與低溫渦輪轉子組成部件113b之間的接合部分橫截面的一部分的視圖。
如圖2所示，高溫渦輪轉子組成部件113a和低溫渦輪轉子組成部件113b通過焊接連接在噴嘴114的下遊側，所述噴嘴定位在蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片115a的緊接下遊側，從而形成接合部分120。這樣通過焊接連接高溫渦輪轉子組成部件113a和低溫渦輪轉子組成部件113b，可以將由接合部分120佔用的面積降至最小。
如圖3所示，另一可行的結構是分別在高溫渦輪轉子組成部件113a和低溫渦輪轉子組成部件113b的接合端部形成在渦輪轉子113的徑向上向外突出的凸緣部分121，122，並且兩個凸緣部分121，122利用螺栓123和螺母124進行螺栓連接。通過該螺栓連接的接合部分120位於噴嘴114的上遊側，所述噴嘴定位在蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片115a的緊接下遊側。通過這種螺栓連接，可以防止因形成高溫渦輪轉子組成部件113a和低溫渦輪轉子組成部件113b的材料之間的線性膨脹係數的差異而導致在接合表面上產生熱應力。
此外，如圖4所示，通過螺栓連接的接合部分可以布置成面向噴嘴迷宮119。通過這樣定位的接合部分，與圖3所示的螺栓連接的情形相比可以縮短渦輪轉子113的整個長度。
此外，如圖5所示，可以分別沿高溫渦輪轉子組成部件113a和低溫渦輪轉子組成部件113b的凸緣部分121，122的外周表面設置向與高溫渦輪轉子組成部件113a和低溫轉子組成部件113b接合的接合表面不同側突出並防止螺栓123和螺母124在渦輪轉子113的徑向上露出的突出部分121a，122a。也就是說，螺栓123和螺母124不在渦輪轉子113的軸向上突出，而是封裝在通過突出部分121a，122a、渦輪轉子113和凸緣部分121，122形成的凹部中。通過這樣設置突出部分121a，122a，可以防止螺栓123和螺母124分散。
此外，儘管未示出但可以通過上述的焊接或螺栓連接實現高溫渦輪轉子組成部件113a和低溫渦輪轉子組成部件113b在與第一級上的噴嘴114a相對應的位置形成的接合部分126上的連接。在這種情況下，還可以獲得與通過上述焊接或螺栓連接獲得的相同的操作和效果。
下面，將參照圖1描述再熱汽輪機100。
溫度為620℃或更高的蒸汽經由蒸汽進口管130流入再熱汽輪機100中的噴嘴箱116內，其穿過固定在內殼體110上的噴嘴114與插入在渦輪轉子113上以使渦輪轉子113旋轉的運動葉片115之間的蒸汽通道。此外，已經完成膨脹作業的大部分蒸汽穿過排出通路125以從再熱汽輪機100中排出並穿過例如低溫再熱管流入蒸發器。
順便提及，上述再熱汽輪機100可以包括將已經完成膨脹作業的蒸汽中作為冷卻蒸汽的部分引導到內殼體110與外殼體111之間的區域以冷卻外殼體111和內殼體110的結構。在這種情況下，冷卻蒸汽通過軸封部分127a或排出通路125排出。應該注意到引導冷卻蒸汽的方法並不局限於此，並且例如從再熱汽輪機100中間的級抽出的蒸汽或者從另一汽輪機中抽出的蒸汽可以作為冷卻蒸汽。
如上所述，根據第一實施方式的再熱汽輪機100以及貫穿設置在再熱汽輪機100上的渦輪轉子113，僅在溫度超過由機械強度和耐腐蝕性決定的常規材料(例如鐵素體耐熱鋼)的容許溫度的高溫部分、在渦輪轉子113和內殼體110上採用耐腐蝕且耐熱材料的Ni基合金，使得它們可以利用620℃或更高的高溫蒸汽來驅動，而且能夠保持性能例如預定的熱效率，並且它們還具有較高的成本效率。
(第二實施方式)圖6表示第二實施方式的再熱汽輪機200的上殼體部件的橫截面的視圖。在此，第二實施方式的再熱汽輪機200除了第一實施方式的再熱汽輪機100的結構之外還包括引導冷卻蒸汽的冷卻部件。除了所述冷卻部件之外結構和材料與第一實施方式的再熱汽輪機100相同，因此，相同的附圖標記和符號被用於表示與第一實施方式的再熱汽輪機100相同的組成構件並且僅簡要描述它們或不重複描述它們。
如圖6所示，再熱汽輪機200包括沿渦輪轉子113布置並從與第一級上的噴嘴114a相對應的位置處的接合部分126的附近向與第一級上的運動葉片115相對應的轉輪部件210噴射冷卻蒸汽240的冷卻蒸汽供給管220；以及布置在蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片115a與定位在運動葉片115a的緊接下遊側的噴嘴114之間並向渦輪轉子113噴射冷卻蒸汽240的冷卻蒸汽供給管230。這些冷卻蒸汽供給管220，230作為冷卻部件，並且從這些冷卻蒸汽供給管220，230中噴出的冷卻蒸汽240冷卻渦輪轉子113、接合部分120，126，還有外殼體111、內殼體110等等。
可以使用的冷卻蒸汽240例如是從高壓渦輪、蒸發器等內抽出的蒸汽、從再熱汽輪機200中間的級抽出的蒸汽，或者排到再熱蒸氣機200的排出通路125的蒸汽，並且根據冷卻蒸汽240的設定溫度適當選取其供給源。
下面，將參照圖7-10描述高溫渦輪轉子組成部件113a與低溫渦輪轉子組成部件113b之間的接合部分的結構。
圖7是表示通過焊接連接的高溫渦輪轉子組成部件113a與低溫渦輪轉子組成部件113b之間的接合部分橫截面的一部分的視圖，還示出冷卻部件。圖8-10各自表示通過螺栓連接的高溫渦輪轉子組成部件113a與低溫渦輪轉子組成部件113b之間的接合部分橫截面的一部分的視圖，還示出冷卻部件。
如圖7所示，高溫渦輪轉子組成部件113a和低溫渦輪轉子組成部件113b通過焊接連接在噴嘴114的下遊側，所述噴嘴位於蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片115a的緊接下遊側，由此形成接合部分120。此外，冷卻蒸汽供給管230布置在蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片115a與位於運動葉片115a的緊接下遊側的噴嘴114之間，並且其蒸汽噴射口230a指向高溫渦輪轉子組成部件113a，與高溫渦輪轉子組成部件113a間隔預定距離。
通過這樣以焊接方式連接高溫渦輪轉子組成部件113a和低溫渦輪轉子組成部件113b，可以將由接合部分120佔用的面積降至最小。此外，通過向蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片115a與位於運動葉片115a的緊接下遊側的噴嘴114之間的區域供給冷卻蒸汽240，可以冷卻接合部分120以及接合部分120附近的高溫渦輪轉子組成部件113a，使得可以防止在接合部分120上產生熱應力並防止對低溫渦輪轉子組成部件113b一側產生熱傳導。
如圖8所示，另一可行的結構是分別在高溫渦輪轉子組成部件113a和低溫渦輪轉子組成部件113b的接合端部形成在渦輪轉子113的徑向上向外突出的凸緣部分121，122，並且兩個凸緣部分121，122利用螺栓123和螺母124進行螺栓連接。冷卻蒸汽供給管230布置在蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片115a與位於運動葉片115a的緊接下遊側的高溫渦輪轉子組成部件113a的凸緣部分121之間，並且其蒸汽噴射口230a指向高溫渦輪轉子組成部件113a，與高溫渦輪轉子組成部件113a間隔預定距離。此外，通過螺栓連接的接合部分120位於冷卻蒸汽供給管230與位於蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片115a下遊側的噴嘴114之間。
通過這種螺栓連接以及冷卻蒸汽240的供給，可以防止因在形成高溫渦輪轉子組成部件113a與低溫渦輪轉子組成部件113b的材料之間的線性膨脹係數的差異而導致在接合表面上產生熱應力。此外，通過供給冷卻蒸汽，可以防止對低溫渦輪轉子組成部件113b一側的熱傳導。
如圖9所示，另一可行的結構是通過螺栓連接的接合部分布置成面對噴嘴迷宮119，並且冷卻蒸汽供給管230位於蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片115a與位於運動葉片115a的緊接下遊側的高溫渦輪轉子組成部件113a的凸緣部分121之間。通過這樣定位接合部分，與圖8所示的螺栓連接的情形相比可以縮短渦輪轉子13的總體長度。而且，通過供給冷卻蒸汽，可以防止對低溫渦輪轉子組成部件113b一側的熱傳導。
此外，如圖10所示，可以分別沿高溫渦輪轉子組成部件113a和低溫渦輪轉子組成部件113b的凸緣部分121，122的外周邊緣設置向與高溫渦輪轉子組成部件113a和低溫渦輪轉子組成部件113b連接的接合表面不同的一側突出並防止螺栓123和螺母124在渦輪轉子113的徑向上露出的突出部分121a，122a。也就是說，螺栓123和螺母124不在渦輪轉子113的軸向上突出，而是封裝在由突出部分121a，122a、渦輪轉子113以及凸緣部分121，122形成的凹部中。通過這樣設置突出部分121a，122a，可以防止螺栓123與螺母124分散。
此外，如圖6所示，沿渦輪轉子113布置冷卻蒸汽供給管220，並且其蒸汽噴射口220a位於在與第一級上的噴嘴114a相對應的位置處的接合部分126附近並指向與第一級上的運動葉片115相對應的轉輪部件210。冷卻蒸汽240從該蒸汽噴射口220a噴向轉輪部件210。
通過這樣供給冷卻蒸汽240，可以防止從與620℃或更高的高溫蒸汽經過的第一級上的運動葉片115相對應的轉輪部件210經由高溫渦輪轉子組成部件113a向低溫渦輪轉子組成部件113b傳熱。而且，冷卻蒸汽240還冷卻接合部分126及其附近。
順便提及，在此描述了如圖6所示通過焊接連接形成的在與第一級上的噴嘴114a相對應的位置處的接合部分126的結構，但可以通過與上述下遊側的接合部分120相類似的螺栓連接形成接合部分126。在這種情況下，冷卻蒸汽優選供給到通過螺栓連接的接合部分126與對應於第一級上的運動葉片115的轉輪部件210之間的區域。這時，冷卻蒸汽供給管220的蒸汽噴射口220a優選指向與第一級上的運動葉片115相對應的轉輪部件210或高溫渦輪轉子組成部件113a。
在此，將描述冷卻蒸汽240的特性。
首先，將參照圖6描述從冷卻蒸汽供給管220的蒸汽噴射口220a噴出的冷卻蒸汽240。
從冷卻蒸汽供給管220的蒸汽噴射口220a噴出的冷卻蒸汽240與對應於第一級上的運動葉片115的轉輪部件210碰撞以冷卻轉輪部件210，並且進一步與接合部分126形成接觸以冷卻接合部分126及其附近。而後，冷卻蒸汽240穿過軸封部件127b，並且其一部分在外殼體111與內殼體110之間流動以冷卻這兩個殼體。此外，冷卻蒸汽240被導入加熱室112內以穿過排出通路125排出。另一方面，冷卻蒸汽240中已經穿過軸封部件127b的其餘部分穿過軸封部件127a排出。
接著，將參照圖7-10描述從冷卻蒸汽供給管230的蒸汽噴射口230a噴出的冷卻蒸汽240。
在圖7所示的結構中，從冷卻蒸汽供給管230的蒸汽噴射口230a噴出的冷卻蒸汽240與在蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片115a的緊接下遊側的高溫渦輪轉子組成部件113a碰撞並冷卻高溫渦輪轉子組成部件113a。隨後，冷卻蒸汽240在噴嘴迷宮119與高溫渦輪轉子組成部件113a之間向下遊流動以冷卻接合部分120及其附近。
在圖8所示的結構中，從冷卻蒸汽供給管230的蒸汽噴射口230a噴出的冷卻蒸汽240與蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片115a的緊接下遊側的高溫渦輪轉子組成部件113a碰撞並冷卻高溫渦輪轉子組成部件113a，並進一步冷卻作為接合部分120的凸緣部分121，122。隨後，冷卻蒸汽240在噴嘴迷宮119與低溫渦輪轉子組成部件113b之間向下遊流動，同時對它們進行冷卻。
在圖9和圖10所示的結構中，從冷卻蒸汽供給管230的蒸汽噴射口230a噴出的冷卻蒸汽240與蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片115a的緊接下遊側的高溫渦輪轉子組成部件113a碰撞並冷卻高溫渦輪轉子組成部件113a。隨後，冷卻蒸汽240在噴嘴迷宮119與凸緣部分121，122之間向下遊流動以冷卻作為接合部分120的凸緣部分121，122。
如上所述，通過從圖6所示的冷卻蒸汽供給管220的蒸汽噴射口220a噴出的冷卻蒸汽240執行的冷卻方法是一種向接合部分126附近的轉輪部件210局部噴射冷卻蒸汽240並且能夠將冷卻蒸汽240供給量降至最小的方法。因而，在冷卻蒸汽240從轉輪部件210與噴嘴隔板內環118之間的區域流入工作蒸汽通道的情況下下降的葉片級聯性能可以保持在與未得到冷卻蒸汽供給的常規汽輪機相當的等級，並且可以提高渦輪本身的內效率。此外，還可以通過已經穿過軸封部件127b的冷卻蒸汽240冷卻外殼體111、內殼體110等。另外，冷卻蒸汽供給管220的蒸汽噴射口220a指向與第一級上的運動葉片115相對應的轉輪部件210並且能夠以預定速率噴射冷卻蒸汽240，從而導致導熱率提高，使得可以有效地冷卻高溫渦輪轉子組成部件113a。
此外，如上所述，通過從圖7-10所示的冷卻蒸汽供給管230的蒸汽噴射口230a噴出的冷卻蒸汽240執行的冷卻方法是向接合部分120附近的高溫渦輪轉子組成部件113a局部噴射冷卻蒸汽240的方法，並且能夠將冷卻蒸汽240的供給量降至最小。因而，在冷卻蒸汽240從轉輪部件210與噴嘴隔板內環118之間的區域流入工作蒸汽通道的情況下下降的葉片級聯性能可以保持在與未得到冷卻蒸汽供給的常規汽輪機相當的等級，並且可以提高渦輪本身的內效率。此外，冷卻蒸汽供給管230的蒸汽噴射口230a指向高溫渦輪轉子組成部件113a並且能夠以預定速率噴射冷卻蒸汽240，從而導致導熱率提高，使得可以有效地冷卻高溫渦輪轉子組成部件113a。
到此，已經基於實施方式具體描述了本發明，但本發明並不局限於這些實施方式，並且可以在不脫離本發明精神的範圍內得到多種改變。此外，本發明的汽輪機和渦輪轉子適用於導入620℃或更高的高溫蒸汽的汽輪機。
權利要求
1.一種導入620℃或更高的高溫蒸汽的汽輪機，該汽輪機包括渦輪轉子，所述渦輪轉子包括位於從第一級上的噴嘴延伸到蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片的區域中並由耐腐蝕且耐熱材料製成的高溫渦輪轉子組成部件；以及與高溫渦輪轉子組成部件相連並將其夾在中間且由與高溫渦輪轉子組成部件的材料不同的材料製成的低溫渦輪轉子組成部件。
2.根據權利要求1所述的汽輪機，其特徵在於，形成高溫渦輪轉子組成部件的所述耐腐蝕且耐熱材料是Ni基合金，並且形成低溫渦輪轉子組成部件的材料是鐵素體耐熱鋼。
3.根據權利要求1所述的汽輪機，其特徵在於，所述高溫渦輪轉子組成部件和低溫渦輪轉子組成部件通過焊接或螺栓連接。
4.根據權利要求3所述的汽輪機，其特徵在於，在高溫渦輪轉子組成部件和每個低溫渦輪轉子組成部件通過螺栓連接的情況下，在高溫渦輪轉子組成部件和低溫渦輪轉子組成部件的接合端部形成的以在渦輪轉子的徑向上向外突出的凸緣部分被螺栓連接。
5.根據權利要求4所述的汽輪機，其特徵在於，沿著在高溫渦輪轉子組成部件和低溫渦輪轉子組成部件的接合端部形成的凸緣部分的外周邊緣，形成有向不同於高溫渦輪轉子組成部件和低溫渦輪轉子組成部件之間的接合表面的一側突出並防止螺栓連接元件在徑向上露出的突出部分。
6.根據權利要求1所述的汽輪機，其特徵在於，在高溫渦輪轉子組成部件和低溫渦輪轉子組成部件被連接的各接合部分中，上遊側的接合部分形成在與第一級上的噴嘴相對應的位置，並且下遊側的接合部分形成在某個噴嘴上遊側的位置、面對與該噴嘴相對應的迷宮部件的位置、或者在噴嘴的下遊側的位置，該噴嘴定位於蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片的緊接下遊側。
7.根據權利要求1所述的汽輪機，其特徵在於，在汽輪機與噴嘴隔板相連的殼體中，覆蓋高溫渦輪轉子組成部件貫穿設置的區域的組成部分由耐腐蝕且耐熱材料製成。
8.根據權利要求1所述的汽輪機，其特徵在於，還包括冷卻部件，其通過冷卻蒸汽對高溫渦輪轉子組成部件和低溫渦輪轉子組成部件彼此相連的各接合部分進行冷卻。
9.根據權利要求8所述的汽輪機，其特徵在於，對高溫渦輪轉子組成部件和低溫渦輪轉子組成部件彼此相連的各接合部分中的下遊側的接合部分進行冷卻的冷卻部件向位於蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片的緊接下遊側的噴嘴的上遊側供給冷卻蒸汽。
10.一種貫穿設置在導入620℃或更高的高溫蒸汽的汽輪機中的渦輪轉子，該渦輪轉子包括位於從汽輪機第一級上的噴嘴延伸到蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片的區域中並由耐腐蝕且耐熱材料製成的高溫渦輪轉子組成部件；以及與高溫渦輪轉子組成部件相連並將其夾在中間且由與高溫渦輪轉子組成部件的材料不同的材料製成的低溫渦輪轉子組成部件。
11.根據權利要求10所述的渦輪轉子，其特徵在於，形成高溫渦輪轉子組成部件的所述耐腐蝕且耐熱材料是Ni基合金，並且形成低溫渦輪轉子組成部件的材料是鐵素體耐熱鋼。
12.根據權利要求10所述的渦輪轉子，其特徵在於，所述高溫渦輪轉子組成部件和低溫渦輪轉子組成部件通過焊接或螺栓連接。
13.根據權利要求12所述的渦輪轉子，其特徵在於，在高溫渦輪轉子組成部件和每個低溫渦輪轉子組成部件通過螺栓連接的情況下，在高溫渦輪轉子組成部件和低溫渦輪轉子組成部件的接合端部形成的以在渦輪轉子的徑向上向外突出的凸緣部分被螺栓連接。
14.根據權利要求13所述的渦輪轉子，其特徵在於，沿著在高溫渦輪轉子組成部件和低溫渦輪轉子組成部件的接合端部形成的凸緣部分的外周邊緣，形成有向不同於高溫渦輪轉子組成部件和低溫渦輪轉子組成部件之間的接合表面的一側突出並防止螺栓連接元件在徑向上露出的突出部分。
15.根據權利要求10所述的渦輪轉子，其特徵在於，在高溫渦輪轉子組成部件和低溫渦輪轉子組成部件被連接的各接合部分中，上遊側的接合部分形成在與汽輪機第一級上的噴嘴相對應的位置，並且下遊側的接合部分形成在某個噴嘴上遊側的位置、面對與該噴嘴相對應的迷宮部件的位置、或者該噴嘴的下遊側的位置，該噴嘴定位於蒸汽溫度變為550℃的級上的運動葉片的緊接下遊側。
全文摘要
一種可導入620℃或更高的高溫蒸汽的再熱汽輪機(100)，並且再熱汽輪機(100)的渦輪轉子(113)包括位於從第一級上的噴嘴(114a)延伸到溫度變為550℃的級上的運動葉片(115a)的區域中並由耐腐蝕且耐熱材料製成的高溫渦輪轉子組成部件(113a)；以及與高溫渦輪轉子組成部件相連(113a)並將其夾在中間且由與高溫渦輪轉子組成部件(113a)的材料不同的材料製成的低溫渦輪轉子組成部件(113b)。
文檔編號F01D5/28GK101063414SQ200710101829
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月25日 優先權日2006年4月26日
發明者山下勝也 申請人:株式會社東芝