JPH0123641B2 - - Google Patents
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- JPH0123641B2 JPH0123641B2 JP56203551A JP20355181A JPH0123641B2 JP H0123641 B2 JPH0123641 B2 JP H0123641B2 JP 56203551 A JP56203551 A JP 56203551A JP 20355181 A JP20355181 A JP 20355181A JP H0123641 B2 JPH0123641 B2 JP H0123641B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
- F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
本発明は、温度600〜650℃、圧力300〜350Kg/
cm2の蒸気を使用する蒸気タービンに関する。
蒸気タービンは、従来538℃の主蒸気を使用用
し、Cr−Mo−V鋳鋼(CrMoV鋳鋼)又は2 1/
4Cr−Mo−V鋼(2 1/4CrMoV鋼)によりケー
シング及び主蒸気管を形成していた。しかし、発
電プラントの効率向上化の要請により、主蒸気の
温度が例えば600℃以上の高温高圧発電プラント
が検討されている。そのため、現用材である
CrMoV鋳鋼又は2 1/4CrMoV鋼を高温高圧発電
プラントに使用することは、クリープ強度等にお
いて強度的に困難である。そこで、クリープ強度
及び経済性を考慮してケーシングは、オーステナ
イト系鋼により形成した内部ケーシングとフエラ
イト系鋼である低合金鋼により形成した外部ケー
シングとをもつて構成し、主蒸気管をオーステナ
イト系鋼によつて形成するのが最適と考えられて
いる。従つて、低合金鋼の外部ケーシングとオー
ステナイト系鋼の主蒸気管を溶接接合をする必要
が生ずる。
ところが、オーステナイト系鋼は、一般に低合
金鋼に比べ熱膨張係数が1.5倍ほど高い。そのた
め、低合金鋼の外部ケーシングとオーステナイト
系鋼の主蒸気管とを溶接接合するときは、熱膨張
係数の相違による溶接割れや、含有炭素量の相違
に基づく脱炭、浸炭等の欠陥を生じやすい欠点が
ある。また、低合金鋼の熱的影響部は、靭性回復
のため残留応力除去操作をする必要があり、残留
応力除去操作をすると、オーステナイト系鋼にお
いて炭化物が析出してオーステナイト鋼が550℃
程度の温度において割が生じやすい、いわゆる鋭
敏化する危険がある。
オーステナイト系鋼からなる主蒸気管とフエラ
イト系鋼からなるタービンケーシングを接続する
方法としては、特公昭37−13602号公報に記載さ
れた、気密リングを用いる方法が知られている
が、この方法では、複雑な構造と多数の部品を要
するほかに、リングボルトを固定するため、外部
ケーシングの主蒸気管貫通部が厚肉となり、その
部分の熱応力が高くなるなどの問題があつた。
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するため
になされたもので、温度600〜650℃、圧力300〜
350Kg/cm2の高温高圧の蒸気の使用することがで
きる蒸気タービンを提供することを目的とする。
本発明は、複数の動翼が植設されているロータ
を回転自在に支持し内部ケーシングを内設してい
る外部ケーシングをフエライト系鋼によつて形成
し、前記外部ケーシング内に主蒸気を導く主蒸気
管をオーステナイト系鋼によつて形成し、前記外
部ケーシングと前記主蒸気管とをニツケル基合金
部材を介して溶接接合するとともに、該ニツケル
基合金部材の長さを、該部材の前記外部ケーシン
グとの溶接部の溶接残留応力除去熱処理時の熱影
響が主蒸気管に及ばさない長さとすることにより
前記目的を達成するように構成したものである。
本発明に係る蒸気タービンの好ましい実施例を
添付図面に従つて説明する。
第1図は、本発明に係る蒸気タービンの実施例
の断面図である。図において複数の動翼10を植
設したロータ12は、動翼10間に位置するよう
に複数の静翼14を設けている内部ケーシング1
6を貫通している。そして、内部ケーシング16
は、複数の凸部18が形成されていて、これら複
数の凸部18が内部ケーシングを内設している外
部ケーシング20の凹部に嵌入されて、ボルト等
によつて固定されている。また、外部ケーシング
20は、貫通孔部22においてロータ12の両端
を回転自在に支持しており、図において左下部に
流出口24が形成され、上部には開口26が形成
されている。
なお、外部ケーシング20の開口26には、内
部ケーシング16に設けられているノズルボツク
ス28に連通する開口26より小さな外径を有す
る主蒸気管30が挿入されている。この主蒸気管
30の先端部は、肉部ケーシング16の開口部3
2に嵌入されて、内部ケーシング16に溶接接合
してある。さらに、主蒸気管30は、外部ケーシ
ング20より外部にある部分においてフランジ部
34が形成され、このフランジ部34が中間部材
36を介して外部ケーシング20の開口26周縁
に溶接接合されている。このようにして外部ケー
シング20と主蒸気管30との間には、空間部3
8が形成されて、主蒸気管30からの熱が外部ケ
ーシング20に直接伝達しないようにしてあり、
この空間部38に図示しない冷却管等が配設され
て冷却できるようになつている。
なお、主蒸気は、矢印に示す如く主蒸気管30
内を流下し、ノズルボツクス28を経て内部ケー
シング16内に流入する。その後、動翼10をロ
ータ12と一体的に回転作動させ内部ケーシング
16と外部ケーシング20との間の空間部に入
り、流出口24から流出する。
いま、主蒸気の温度を650℃、圧力を350Kg/cm2
とすると、前記蒸気タービンの運転条件は、主蒸
気管30において温度650℃、外部との圧力差350
Kg/cm2、外部ケーシング20において温度534.3
℃、外部との圧力差198Kg/cm2を得る。そこで、
外部ケーシング材としてフエライト系鋼である
CrMoV鋼を使用し、主蒸気管材としてSUS316
オーステナイトステンレス鋼(SUS316)を使用
した場合の代表寸法と運転応力を第1表に示す。
The present invention operates at a temperature of 600 to 650℃ and a pressure of 300 to 350Kg/
Concerning a steam turbine using cm 2 steam. Steam turbines conventionally use main steam at 538°C, and are made of Cr-Mo-V cast steel (CrMoV cast steel) or 2 1/2
The casing and main steam pipe were made of 4Cr-Mo-V steel (2 1/4CrMoV steel). However, in response to demands for improved efficiency of power generation plants, high-temperature, high-pressure power generation plants in which the main steam temperature is, for example, 600° C. or higher are being considered. Therefore, it is a currently used material.
It is difficult to use CrMoV cast steel or 2 1/4 CrMoV steel in high-temperature, high-pressure power generation plants in terms of creep strength and the like. Therefore, in consideration of creep strength and economic efficiency, the casing was constructed with an inner casing made of austenitic steel and an outer casing made of low alloy steel, which is ferritic steel, and the main steam pipe was made of austenitic steel. It is considered optimal to form it by Therefore, it becomes necessary to weld the low alloy steel outer casing and the austenitic steel main steam pipe. However, austenitic steel generally has a thermal expansion coefficient about 1.5 times higher than that of low alloy steel. Therefore, when welding the external casing made of low-alloy steel to the main steam pipe made of austenitic steel, defects such as weld cracking due to differences in thermal expansion coefficients and decarburization and carburization due to differences in carbon content may occur. There are some easy drawbacks. In addition, in the thermally affected zone of low-alloy steel, it is necessary to remove residual stress in order to restore toughness.
There is a risk of so-called sensitization, where cracking is likely to occur at certain temperatures. A known method for connecting the main steam pipe made of austenitic steel and the turbine casing made of ferritic steel is to use an airtight ring as described in Japanese Patent Publication No. 37-13602. In addition to requiring a complex structure and a large number of parts, the main steam pipe penetration part of the outer casing had to be thick to secure the ring bolt, which caused problems such as increased thermal stress in that part. The present invention was made in order to eliminate the drawbacks of the prior art.
The object of the present invention is to provide a steam turbine that can use high-temperature, high-pressure steam of 350 kg/cm 2 . In the present invention, an outer casing that rotatably supports a rotor on which a plurality of rotor blades are installed and has an inner casing therein is formed of ferrite steel, and main steam is guided into the outer casing. The main steam pipe is formed of austenitic steel, the outer casing and the main steam pipe are welded together via a nickel-based alloy member, and the length of the nickel-based alloy member is set to the outside of the outer casing of the member. The above object is achieved by making the main steam pipe long enough so that the main steam pipe is not affected by heat during heat treatment to remove welding residual stress at the welded part with the casing. A preferred embodiment of a steam turbine according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a steam turbine according to the present invention. In the figure, a rotor 12 in which a plurality of rotor blades 10 are installed is an inner casing 1 in which a plurality of stator blades 14 are provided between the rotor blades 10.
It passes through 6. And the inner casing 16
A plurality of protrusions 18 are formed, and these plurality of protrusions 18 are fitted into the recesses of the outer casing 20 in which the inner casing is installed, and are fixed with bolts or the like. Further, the external casing 20 rotatably supports both ends of the rotor 12 in the through hole portion 22, and has an outlet 24 formed at the lower left in the figure and an opening 26 at the upper portion. Note that a main steam pipe 30 having a smaller outer diameter than the opening 26 that communicates with a nozzle box 28 provided in the inner casing 16 is inserted into the opening 26 of the outer casing 20 . The tip of this main steam pipe 30 is connected to the opening 3 of the meat casing 16.
2 and is welded to the inner casing 16. Furthermore, a flange portion 34 is formed in a portion of the main steam pipe 30 located outside the outer casing 20, and this flange portion 34 is welded to the periphery of the opening 26 of the outer casing 20 via an intermediate member 36. In this way, a space 3 is formed between the outer casing 20 and the main steam pipe 30.
8 is formed to prevent heat from the main steam pipe 30 from being directly transferred to the outer casing 20;
A cooling pipe (not shown) or the like is disposed in this space 38 to enable cooling. Note that the main steam flows through the main steam pipe 30 as shown by the arrow.
It flows down through the nozzle box 28 and into the inner casing 16. Thereafter, the moving blades 10 are rotated integrally with the rotor 12 to enter the space between the inner casing 16 and the outer casing 20, and flow out from the outlet 24. Now, the main steam temperature is 650℃ and the pressure is 350Kg/cm 2
Then, the operating conditions of the steam turbine are a temperature of 650°C in the main steam pipe 30 and a pressure difference of 350°C with the outside.
Kg/cm 2 , temperature 534.3 at outer casing 20
℃ and a pressure difference of 198 Kg/cm 2 with the outside. Therefore,
Ferritic steel is used as the outer casing material
Using CrMoV steel, SUS316 as main steam pipe material
Table 1 shows the typical dimensions and operating stress when austenitic stainless steel (SUS316) is used.
【表】
なお、上記許容応力は、10万時間のクリープ強
度による。
第1表から前記した材料が650℃、350Kg/cm2の
主蒸気を使用する蒸気タービンに適用するのに十
分な強度を有していることがわかる。しかし、前
記したようにCrMoV鋼とSUS316とでは熱膨張
係数が異なり、両者を直接溶接するときは種々の
溶接欠陥を生ずる。そのため、第1図に示したよ
うに、両者を溶接する中間部材36を使用する必
要がある。しかも、この中間部材36は、
CrMoV鋼とSUS316との中間の熱膨張係数を有
し、かつ、上記運転条件において十分な強度を有
していなければならない。そこで、上記条件を満
足する材料としてニツケル基合金(例えばインコ
ネル625系)を採用した。これら各鋼種の化学組
成と0〜650℃における平均熱膨張係数を第2表
に示す。第2表中Bal.はバランス、即ち残部を示
す。[Table] The above allowable stress is based on creep strength over 100,000 hours. It can be seen from Table 1 that the above-mentioned materials have sufficient strength to be applied to a steam turbine using main steam of 350 kg/cm 2 at 650°C. However, as described above, CrMoV steel and SUS316 have different coefficients of thermal expansion, and when the two are directly welded, various welding defects occur. Therefore, as shown in FIG. 1, it is necessary to use an intermediate member 36 that welds the two together. Moreover, this intermediate member 36 is
It must have a coefficient of thermal expansion between that of CrMoV steel and SUS316, and must have sufficient strength under the above operating conditions. Therefore, a nickel-based alloy (for example, Inconel 625 series) was adopted as a material that satisfies the above conditions. Table 2 shows the chemical composition of each of these steel types and the average coefficient of thermal expansion at 0 to 650°C. In Table 2, Bal. indicates the balance, ie, the remainder.
【表】
次に、CrMoV鋼とSUS316とをニツケル基合
金の中間部材を介して溶接接合する実施例を第2
図ないし第3図に基づいて説明する。
第2図は、実施例の溶接接合状態を示す説明図
である。CrMoV鋼により形成された外部ケーシ
ング20とSUS316により形成された主蒸気管3
0との中間には、ニツケル基合金(例えばインコ
ネル625)から成る中間部材36が介在している。
そして、外部ケーシング20の端部、即ち、中間
部材36側は、下部にルート面40を有するV形
開先形状をなすように開先加工してある。また、
中間部材36は、ルート面40に面する側が外部
ケーシング20の脱炭を防ぐために、外部ケーシ
ング20と同一部材であるCrMoV鋼によるバタ
リング42がしてあり、主蒸気管30側は、外部
ケーシング20の端部と同様ルート面44を有す
るV形開先形状をなすように開先加工がしてあ
る。そして、外部ケーシング20と中間部材36
とは、溶接部46によつて溶接接合され、中間部
材36と主蒸気管30とは、溶接部48によつて
溶接接合されている。なお、中間部材36の長さ
は、外部ケーシング20の熱影響部に対する残留
応力除去操作を行つても、主蒸気管30を形成し
ているSUS316に熱的影響を与えない長さを有し
ている。
第3図は、外部ケーシング20と中間部材36
とを溶接する溶接条件の実施例を示す図である。
外部ケーシング20と中間部材36とは、溶接す
べき部分が一様に250℃となるように予熱した後、
溶接を行つた。そして、溶接が終了した後、710
℃において10時間保持し残留応力除去操作を行つ
た。
第4図は、中間部材36と主蒸気管30とを溶
接する溶接条件の実施例の説明図である。本実施
例においては、脆化防止のため多層溶接の各回ご
とに溶接後の温度を室温(RT)ないし170℃に
冷却している。
上記の溶接方法に基づき溶接した各鋼種には、
溶接に基づく高温割れ、脱炭、浸炭などが観察さ
れず、また、主蒸気管を形成しているSUS316の
鋭敏化も生じない。
以上説明したように本発明によれば、フエライ
ト系鋼によつて形成された外部ケーシングとオー
ステナイト系鋼によつて形成された主蒸気管とを
充分な長さのニツケル基合金部材を介し溶接接合
したことにより、簡易な構造で主蒸気管と外部ケ
ーシングの接続部の熱膨張差が解消されて熱応力
が緩和されるとともに、溶接部の炭素の移動およ
び溶接残留応力処理時に発生する主蒸気管への熱
影響による炭化物の粗大化が防止され、かつ主蒸
気管と外部ケーシング接合部の強度と気密性が充
分に確保されるので、蒸気タービンの作動源とし
て温度600〜650℃、圧力350Kg/cm2の高温高圧の
主蒸気を使用することができる。[Table] Next, we will discuss a second example of welding CrMoV steel and SUS316 through an intermediate member made of nickel-based alloy.
This will be explained based on FIGS. 3 to 3. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the welded joint state of the embodiment. External casing 20 made of CrMoV steel and main steam pipe 3 made of SUS316
0, an intermediate member 36 made of a nickel-based alloy (for example, Inconel 625) is interposed.
The end of the outer casing 20, that is, the intermediate member 36 side is beveled to form a V-shaped bevel with a root surface 40 at the bottom. Also,
The intermediate member 36 has a buttering 42 made of CrMoV steel, which is the same material as the outer casing 20, on the side facing the root surface 40 to prevent decarburization of the outer casing 20, and on the side facing the main steam pipe 30, a buttering 42 is made of CrMoV steel, which is the same member as the outer casing 20. The bevel is machined to form a V-shaped bevel shape having a root surface 44 similar to the end portion of. Then, the outer casing 20 and the intermediate member 36
The intermediate member 36 and the main steam pipe 30 are welded together at a welding part 46, and the intermediate member 36 and the main steam pipe 30 are welded together at a welding part 48. The length of the intermediate member 36 is such that even if a residual stress removal operation is performed on the heat-affected zone of the outer casing 20, the SUS316 forming the main steam pipe 30 will not be thermally affected. There is. FIG. 3 shows the outer casing 20 and the intermediate member 36.
FIG. 3 is a diagram showing an example of welding conditions for welding.
The outer casing 20 and the intermediate member 36 are preheated to a uniform temperature of 250°C at the part to be welded, and then
I did some welding. And after welding is finished, 710
The sample was held at ℃ for 10 hours to remove residual stress. FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of welding conditions for welding the intermediate member 36 and the main steam pipe 30. In this example, the temperature after welding is cooled to room temperature (RT) to 170° C. each time multilayer welding is performed to prevent embrittlement. For each steel type welded based on the above welding method,
No hot cracking, decarburization, or carburization due to welding was observed, and no sensitization of the SUS316 forming the main steam pipe occurred. As explained above, according to the present invention, the outer casing made of ferritic steel and the main steam pipe made of austenitic steel are welded together via a nickel-base alloy member of sufficient length. As a result, the difference in thermal expansion between the main steam pipe and the external casing is eliminated with a simple structure, and thermal stress is alleviated, and the main steam pipe is also reduced due to the movement of carbon in the weld and the stress generated during welding residual stress. This prevents the coarsening of carbides due to thermal effects on the main steam pipe and the outer casing, and ensures sufficient strength and airtightness of the joint between the main steam pipe and the outer casing. Main steam at high temperature and pressure of cm 2 can be used.
第1図は本発明に係る蒸気タービンの実施例の
断面図、第2図は実施例に係る外部ケーシングと
主蒸気管との溶接接合状態を示す図、第3図は、
外部ケーシングと中間部材とを溶接する溶接条件
の実施例の説明図、第4図は中間部材と主蒸気管
とを溶接する溶接条件の実施例の説明図である。
10……動翼、12……ロータ、16……内部
ケーシング、20……外部ケーシング、30……
主蒸気管、36……中間部材。
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a steam turbine according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a welded joint state of an outer casing and a main steam pipe according to an embodiment, and FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of welding conditions for welding the outer casing and the intermediate member. FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of the welding condition for welding the intermediate member and the main steam pipe. 10... Moving blade, 12... Rotor, 16... Internal casing, 20... External casing, 30...
Main steam pipe, 36... intermediate member.
Claims (1)
タを回転自在に支持しているケーシングと、この
ケーシングに接合した主蒸気管とからなる蒸気タ
ービンにおいて、前記主蒸気管をオーステナイト
系鋼により形成し、前記ケーシングを、静翼を設
けた内部ケーシングとこの内部ケーシングを内設
しているフエライト系鋼により形成された外部ケ
ーシングとにより構成し、前記オーステナイト系
鋼の主蒸気管と前記フエライト系鋼の外部ケーシ
ングとをニツケル基合金部材を介して溶接接合し
たことと、該ニツケル基合金部材の長さは、該部
材の前記外部ケーシングとの溶接部の溶接残留応
力除去熱処理時の熱影響が、主蒸気管に及ばない
長さであることと、を特徴とする蒸気タービン。1. In a steam turbine consisting of a rotor on which a plurality of moving blades are installed, a casing rotatably supporting the rotor, and a main steam pipe connected to the casing, the main steam pipe is made of austenitic steel. and the casing is composed of an inner casing provided with stator vanes and an outer casing made of ferritic steel in which the inner casing is installed, and the main steam pipe of the austenitic steel and the ferritic steel The steel outer casing is welded to the outer casing via a nickel-based alloy member, and the length of the nickel-based alloy member is such that the welded portion of the member with the outer casing is heat-treated to remove welding residual stress. A steam turbine characterized in that the length is not as long as the main steam pipe.
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-
1981
- 1981-12-18 JP JP20355181A patent/JPS58106104A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS58106104A (en) | 1983-06-24 |
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