專利名稱：焊接轉(zhuǎn)子、具有焊接轉(zhuǎn)子的蒸汽輪機及焊接轉(zhuǎn)子制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及蒸汽輪機，并且更具體而言，涉及具有焊接轉(zhuǎn)子軸的蒸汽輪機。
背景技術(shù)：
典型的蒸汽輪機裝置可配備有高壓蒸汽輪機、中壓蒸汽輪機和低壓蒸汽輪機。各個蒸汽輪機由適于經(jīng)受那個特定的渦輪的運行狀況、壓力、溫度、流率等的材料形成。近來，已經(jīng)設(shè)計出針對較大容量和較高效率的蒸汽輪機裝置設(shè)計，其包括在一定壓力和溫度范圍上運行的蒸汽輪機。設(shè)計包括了高壓-低壓一體化蒸汽輪機轉(zhuǎn)子、高壓-中壓-低壓一體化蒸汽輪機轉(zhuǎn)子和中壓-低壓一體化蒸汽輪機轉(zhuǎn)子，它們結(jié)合成一體且對各個蒸汽輪機使用了相同的金屬材料。通常，使用能夠在那個渦輪的最高運行狀況中運行的金屬，從而提高了渦輪的總成本。蒸汽輪機傳統(tǒng)上包括轉(zhuǎn)子和外殼套。轉(zhuǎn)子包括可旋轉(zhuǎn)地安裝的渦輪軸，渦輪軸包括葉片。當(dāng)受加熱和加壓的蒸汽流過外殼套和轉(zhuǎn)子之間的流動空間時，隨著能量從蒸汽傳遞到轉(zhuǎn)子，渦輪軸開始旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子以及具體而言轉(zhuǎn)子軸通常由渦輪的金屬的錠塊形成。因而，形成轉(zhuǎn)子的金屬顯著地增加了渦輪的成本。如果轉(zhuǎn)子由高成本的高溫金屬形成，則甚至更進一步地提高了成本。因此，提供由最少量的高溫材料形成的蒸汽輪機轉(zhuǎn)子將是合乎需要的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本公開的一個示例性實施例，公開了一種轉(zhuǎn)子，其包括具有第一端和第二端的高壓區(qū)段，以及連結(jié)到高壓區(qū)段的第二端上的中壓區(qū)段。高壓區(qū)段包括由高溫材料形成的高溫材料區(qū)段。高壓區(qū)段具有第一端和與其相對的第二端。由第一低溫材料形成的第一低溫材料區(qū)段連結(jié)到高溫材料區(qū)段的第一端上，而由第二低溫材料形成的第二低溫材料區(qū)段連結(jié)到高溫材料的第二端上。根據(jù)本公開的另一個示例性實施例，公開了一種包括轉(zhuǎn)子的蒸汽輪機。轉(zhuǎn)子包括具有第一端和第二端的高壓區(qū)段，以及連結(jié)到高壓區(qū)段的第二端上的中壓區(qū)段。高壓區(qū)段包括由高溫材料形成且具有第一端和與其相對的第二端的高溫材料區(qū)段，以及由第一低溫材料形成的、連結(jié)到高溫材料區(qū)段的第一端上的第一低溫材料區(qū)段，以及由第二低溫材料形成的、連結(jié)到高溫材料區(qū)段的第二端上的第二低溫材料區(qū)段。根據(jù)本公開的另一個示例性實施例，公開了一種制造轉(zhuǎn)子的方法，其包括提供軸高壓區(qū)段，以及將軸中壓區(qū)段連結(jié)到軸高壓區(qū)段上。軸高壓區(qū)段包括第一端和第二端，并且第一低溫材料區(qū)段連結(jié)到高溫材料區(qū)段的第一端上，而第二低溫材料區(qū)段連結(jié)到高溫材料區(qū)段的第二端上。本公開的一個實施例的一個優(yōu)點包括提供較低成本的蒸汽輪機轉(zhuǎn)子。本公開的一個實施例的另一個優(yōu)點包括提供具有減少量的高溫材料的較低成本的蒸汽輪機轉(zhuǎn)子。
本公開的一個實施例的另一個優(yōu)點包括提供較低成本的蒸汽輪機。本公開的一個實施例的另一個優(yōu)點包括提供具有減少量的高溫材料的較低成本的蒸汽輪機。
本公開的一個實施例的另一個優(yōu)點包括提供使用減少量的不可大量獲得的高溫材料的較低成本的蒸汽輪機轉(zhuǎn)子。本公開的一個實施例的另一個優(yōu)點包括提供使用較小的高溫材料錠來進行制造的較低成本的蒸汽輪機轉(zhuǎn)子。根據(jù)結(jié)合附圖得到的優(yōu)選實施例的以下更加詳細的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將是顯而易見的，附圖以實例的方式示出了本發(fā)明的原理。


圖I是根據(jù)本公開的蒸汽輪機的截面2是根據(jù)本發(fā)明的蒸汽輪機轉(zhuǎn)子的一個實施例的局部橫截面圖。圖3是圖I的蒸汽輪機的一部分的局部橫截面圖。圖4是圖I的蒸汽輪機的一部分的另一個局部橫截面圖。圖5是根據(jù)本公開的蒸汽輪機的另一個實施例的圖示。在可能的情況下，將在所有圖中使用相同的參考標號來表示相同部件。部件列表10蒸汽輪機12 外殼12a HP 外殼12b IP 外殼13 轉(zhuǎn)子14旋轉(zhuǎn)軸線16渦輪HP區(qū)段18渦輪IP區(qū)段20 殼體22導(dǎo)向靜葉24 軸25 葉片26主蒸汽流徑28 HP蒸汽入口區(qū)30 HP主蒸汽流徑32 HP 出口區(qū)34 IP蒸汽入口區(qū)36 IP蒸汽流徑38 IP蒸汽出口區(qū)210轉(zhuǎn)子HP區(qū)段212轉(zhuǎn)子IP區(qū)段
220 軸 HP 區(qū)段222 軸 IP 區(qū)段232軸的第一端234軸的第二端236 第一軸承238 第二軸承240 第一 LTM 區(qū)段242 HTM 區(qū)段242A 第一部分242B 第二部分242a 第一端242b 第二端250 第一焊縫262 第二 LTM 區(qū)段264第三軸承266 第二焊縫A 位置 “A”B 位置 “B”500蒸汽輪機512 外殼512a HP外殼部分512b IP外殼部分513 轉(zhuǎn)子514旋轉(zhuǎn)軸線516渦輪HP區(qū)段518渦輪IP區(qū)段522導(dǎo)向靜葉524 軸525 葉片526主蒸汽流徑528HP蒸汽入口區(qū)530HP主蒸汽流徑532HP蒸汽出口區(qū)534IP蒸汽入口區(qū)536IP蒸汽流徑538IP蒸汽出口區(qū)610轉(zhuǎn)子HP區(qū)段612轉(zhuǎn)子IP區(qū)段620 軸 HP 區(qū)段
622 軸 IP 區(qū)段632軸的第一端634軸的第二端636 第一軸承638區(qū)段分隔器640 第一 LTM 區(qū)段642HTM 區(qū)段 642A 第一部分642B 第二部分642a 第一端642b 第二端650 第一焊縫662 第二 LTM 區(qū)段666 第二焊縫664 第二軸承A 位置 “A”B 位置 “B”
具體實施例方式現(xiàn)在將在下文參照附圖來更充分地描述本公開，在附圖中顯示了本公開的一個示例性實施例。但是，此公開可體現(xiàn)為許多不同的形式，而不應(yīng)理解為限于本文闡述的實施例。圖1、3和4示出了根據(jù)本公開的一個實施例的蒸汽輪機10的截面圖。蒸汽輪機10包括外殼12，在外殼12中，渦輪轉(zhuǎn)子13安裝成可繞著旋轉(zhuǎn)軸線14旋轉(zhuǎn)。蒸汽輪機10進一步包括渦輪高壓(HP)區(qū)段16和渦輪中壓(IP)區(qū)段18。蒸汽輪機10在亞臨界運行狀況下運行。在一個實施例中，蒸汽輪機10接收處于低于230巴的壓力的蒸汽。在另一個實施例中，蒸汽輪機10接收處于介于大約100巴至大約230巴之間的壓力的蒸汽。在另一個實施例中，蒸汽輪機10接收處于介于大約125巴至175巴之間的壓力的蒸汽。另外，蒸汽輪機10接收處于介于大約525°C和大約600°C之間的溫度的蒸汽。在另一個實施例中，蒸汽輪機10接收處于介于大約565°C和大約600°C之間的溫度的蒸汽。外殼12包括HP外殼12a和IP外殼12b。在另一個實施例中，外殼12可為單個一體化HP/IP外殼。在這個示例性實施例中，外殼12是雙壁外殼。在另一個實施例中，外殼可為單壁外殼。外殼12包括殼體20和附連到殼體上的多個導(dǎo)向靜葉22。轉(zhuǎn)子13包括軸24和固定到軸24上的多個葉片25。軸24由第一軸承236、第二軸承238和第三軸承264可旋轉(zhuǎn)地支承。在另一個實施例中，可使用各種軸承支承構(gòu)造。主蒸汽流徑26限定在外殼12和轉(zhuǎn)子13之間。主蒸汽流徑26包括位于渦輪HP區(qū)段16中的HP主蒸汽流徑30和位于渦輪IP區(qū)段18中的IP主蒸汽流徑36。如本文所用，用語“主蒸汽流徑”意味著產(chǎn)生動力的蒸汽的一次流徑。將蒸汽提供給主蒸汽流徑26的HP入口區(qū)28。蒸汽在靜葉22和葉片25之間流過主蒸汽流徑26的HP主蒸汽流徑區(qū)段30，在此期間，蒸汽膨脹且冷卻。在蒸汽使轉(zhuǎn)子13繞著軸線14旋轉(zhuǎn)時，蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化成機械式旋轉(zhuǎn)能。在流過HP主蒸汽流徑區(qū)段30之后，蒸汽流出HP蒸汽出口區(qū)32，進入中間過熱器(未顯示)中，在其中，蒸汽被加熱到較高的溫度。蒸汽通過線路(未顯示)而引進到IP蒸汽入口區(qū)34。蒸汽在靜葉22和葉片25之間流過主蒸汽流徑26的IP主蒸汽流徑區(qū)段36，在此期間，蒸汽膨脹且冷卻。在蒸汽使轉(zhuǎn)子13繞著軸線14旋轉(zhuǎn)時，蒸汽的另外的熱能轉(zhuǎn)化成機械式旋轉(zhuǎn)能。在流過IP主蒸汽流徑區(qū)段36之后，蒸汽流出IP蒸汽出口區(qū)38，流出蒸汽輪機10。可在未進行任何更加詳細地示出的其它操作中使用蒸汽。
圖2示出了轉(zhuǎn)子13的截面圖。轉(zhuǎn)子13包括軸24。如在圖2中可看到的那樣，轉(zhuǎn)子13包括位于渦輪HP區(qū)段16(圖I)中的轉(zhuǎn)子HP區(qū)段210和位于渦輪IP區(qū)段18(圖I)中的轉(zhuǎn)子IP區(qū)段212。軸24包括第一低溫材料(LTM)區(qū)段240、高溫材料區(qū)段242和第二LTM區(qū)段262。對應(yīng)地，軸24包括位于渦輪HP區(qū)段16中的軸HP區(qū)段220和位于渦輪IP區(qū)段18中的軸IP區(qū)段222，軸HP區(qū)段220包括第一 LTM區(qū)段240和HTM區(qū)段242的第一部分242A，軸IP區(qū)段222包括HTM區(qū)段242的第二部分242B和第二 LTM區(qū)段262。軸HP區(qū)段220可通過螺栓接頭、焊縫或其它連結(jié)技術(shù)來在軸24的第一端232處連結(jié)到另一個構(gòu)件(未顯示)上。在另一個實施例中，軸HP區(qū)段可在軸24的第一端232處栓接到發(fā)電機上。軸IP區(qū)段222可通過螺栓接頭、焊縫或其它連結(jié)技術(shù)來在軸24的第二端234處連結(jié)到另一個構(gòu)件(未顯示)上。在另一個實施例中，軸IP區(qū)段可在軸24的第二端234處連結(jié)到低壓區(qū)段上。在一個實施例中，低壓區(qū)段可包括低壓渦輪。軸HP區(qū)段220接收處于低于230巴的壓力的蒸汽。在另一個實施例中，軸HP區(qū)段220可接收處于介于大約100巴至大約230巴之間的壓力的蒸汽。在另一個實施例中，軸HP區(qū)段220可接收處于介于大約125巴至大約175巴之間的壓力的蒸汽。軸HP區(qū)段220接收處于介于大約525°C和大約600°C之間的溫度的蒸汽。在另一個實施例中，軸HP區(qū)段220可接收處于介于大約565°C和大約600°C之間的溫度的蒸汽。如上面論述的那樣，軸HP區(qū)段220包括第一低溫材料(LTM)區(qū)段240和HTM區(qū)段242的第一部分242A。第一 LTM區(qū)段240可稱為HP LTM區(qū)段。軸HP區(qū)段220由第一軸承236 (圖I)和第二軸承238(圖I)可旋轉(zhuǎn)地支承。在一個實施例中，第一軸承236可為軸頸軸承。在一個實施例中，第二軸承238可為推力軸承/軸頸軸承。第一軸承236支承第一 LTM區(qū)段240，而第二軸承238支承HTM區(qū)段242。在另一個實施例中，可使用不同的支承軸承構(gòu)造。第一 LTM區(qū)段240通過第一焊縫250來連結(jié)到HTM區(qū)段242上。在這個示例性實施例中，第一焊縫250沿著HP主蒸汽流徑30 (圖3)定位。在另一個實施例中，第一焊縫250可沿著其中蒸汽溫度低于大約455°C的HP主蒸汽流徑30定位。在另一個實施例中，第一焊縫250可位于HP蒸汽流徑30的外部或不與HP蒸汽流徑30接觸。在一個實施例中，第一焊縫250可位于HP蒸汽流徑30的外部的位置“A”處(圖I和2)，并且不接觸HP蒸汽流徑30，但是接觸密封蒸汽泄漏物。HTM區(qū)段242至少部分地限定HP主蒸汽流徑30 (圖3)。第一 LTM區(qū)段240進一步至少部分地限定HP主蒸汽主流徑30。如上面論述的那樣，在另一個實施例中，可將焊縫250移動到例如位置A，使得第一 LTM區(qū)段240不會至少部分地限定HP主蒸汽流徑30。
HTM區(qū)段242由單個整體式耐高溫材料區(qū)段或塊形成。HTM區(qū)段242具有第一端242a和第二端242b。在另一個實施例中，HTM區(qū)段242可由連結(jié)在一起的高溫材料的兩個或更多個HTM區(qū)段或塊形成。在一個實施例中，HTM區(qū)段242可由焊接在一起的高溫材料的兩個或更多個HTM區(qū)段或塊形成。 高溫材料可為鍛鋼。在一個實施例中，該高溫材料可為包含一定量的鉻(Cr)、鑰(Mo)、釩(V)和鎳(Ni)的鋼。在一個實施例中，耐高溫材料可為包含介于大約10.0重量百分比(重量％)至大約13.0重量％的量的Cr的高鉻合金鍛鋼。在另一個實施例中，Cr的量可包括在介于大約10. 0重量％和10. 6重量％之間的量中。在一個實施例中，高鉻合金鍛鋼可具有介于0. 5重量％和大約2. 0重量％之間的量的Mo。在另一個實施例中,Mo的量可包括在介于I. 0重量％和I. 2重量％之間的量中。在一個實施例中，高鉻合金鍛鋼可包含介于大約0. I重量％和0. 3重量％之間的量的V。在另一個實施例中，可包含介于大約0. 15重量％和大約0. 25重量％之間的量的V。在一個實施例中，高鉻合金鍛鋼可包含介于大約0. 5重量％至大約I. 0重量％之間的量的Ni。在另一個實施例中，可包含介于大約0. 6重量％和大約0. 8重量％之間的量的Ni。與形成HTM區(qū)段242的高溫材料相比，第一 LTM區(qū)段240由較不耐熱的材料形成。較不耐熱的材料可稱為低溫材料。低溫材料可為鍛制合金鋼。在一個實施例中，低溫材料可為CrMoVNi。在一個實施例中，可包含介于大約0. 5重量％和大約2. 2重量％之間的量的Cr。在另一個實施例中，可包含介于大約0. 5重量％和大約2. 0重量％之間的量的Cr。在另一個實施例中，可包含介于大約0. 9重量％和大約I. 3重量％之間的量的Cr。在一個實施例中，可包含介于大約0. 5重量％和大約2. 0重量％之間的量的Mo。在另一個實施例中，可包含介于大約I. 0重量％和大約I. 5重量％之間的量的Mo。在一個實施例中，可包含介于大約0. I重量％和大約0. 5重量％之間的量的V。在另一個實施例中，可包含介于大約0. 2重量％和大約0. 3重量％之間的量的V。在一個實施例中，可包含介于大約0. 2重量％至大約I. 0重量％之間的量的Ni。在另一個實施例中，可包含介于大約0. 3重量％和大約0. 6重量％之間的量的Ni。在這個實施例中，第一 LTM區(qū)段240由單個整體式低溫材料塊或區(qū)段形成。在另一個實施例中，第一 LTM區(qū)段240可由連結(jié)在一起的兩個或更多個LTM區(qū)段或塊形成。例如該兩個或更多個LTM區(qū)段或塊可以機械的方式或以材料的方式連結(jié)在一起，例如(但不限于)栓接或焊接。軸IP區(qū)段222由第三軸承264 (圖I)可旋轉(zhuǎn)地支承。在一個實施例中，第三軸承264可為軸頸軸承。在另一個實施例中，軸IP區(qū)段222可由一個或多個軸承可旋轉(zhuǎn)地支承。軸IP區(qū)段222接收處于低于大約70巴的壓力的蒸汽。在另一個實施例中，軸IP區(qū)段222可接收處于介于大約20巴至70巴之間的壓力的蒸汽。在又一個實施例中，軸IP區(qū)段222可接收處于介于大約20巴至大約40巴之間的壓力的蒸汽。另外，軸IP區(qū)段222接收處于介于大約525°C和大約600°C之間的溫度的蒸汽。在另一個實施例中，軸IP區(qū)段222可接收處于介于大約565°C和大約600°C之間的溫度的蒸汽。軸IP區(qū)段222包括HTM區(qū)段242的第二部分242B和第二 LTM區(qū)段262。軸HTM區(qū)段242和第二 LTM區(qū)段262由第二焊縫266連結(jié)。第二焊縫266沿著IP蒸汽流徑36定位。在一個實施例中，第二焊縫266可沿著其中蒸汽溫度低于455°C的IP蒸汽流徑36定位。在另一個實施例中，第二焊縫266可位于IP蒸汽流徑36的外部或不與IP蒸汽流徑36接觸。例如，第二焊縫266可位于IP蒸汽流徑36的外部的位置“B”(圖I)處，并且不接觸IP蒸汽流徑36。在另一個實施例中，軸IP區(qū)段222可包括一個或多個HTM區(qū)段。在另一個實施例中，IP區(qū)段222可由單個整體式高溫材料塊或區(qū)段形成。參照圖4，HTM區(qū)段242至少部分地限定IP蒸汽入口區(qū)34和IP主蒸汽流徑36。第二 LTM區(qū)段262進一步至少部分地限定IP主蒸汽流徑36。在另一個實施例中，可將焊縫260移動到例如位置“B”，使得第二 LTM區(qū)段262不會至少部分地限定IP主蒸汽流徑36，或者換句話說，第二 LTM區(qū)段262在IP主蒸汽流徑36的外部，并且不接觸蒸汽的主流徑。與HTM區(qū)段242相比，第二 LTM區(qū)段262由較不耐熱的材料形成。較不耐熱的材料區(qū)段可稱為低溫材料。該低溫材料可為如上面參照第一 LTM區(qū)段240所論述的低溫材料。在這個實施例中，第二 LTM區(qū)段262由單個整體式低溫材料區(qū)段或塊形成。在另一個實施例中，第二 LTM區(qū)段262可由連結(jié)在一起的兩個或更多個LTM區(qū)段形成。例如該兩個或更多個LTM區(qū)段可以機械的方式或以材料的方式連結(jié)在一起，例如(但不限于)栓接或焊接。在一個實施例中，第二 LTM區(qū)段262由與第一 LTM區(qū)段240相同的低溫材料形成。在另一個實施例中，第二 LTM區(qū)段240由與第一 LTM區(qū)段240不同的低溫材料形成。圖5示出了根據(jù)本公開的蒸汽輪機500的另一個實施例。如在圖5(其為用于觀察目的的實施例的簡圖)中可看到的那樣，蒸汽輪機500包括外殼512，其中，轉(zhuǎn)子513安裝成可繞著旋轉(zhuǎn)軸線514旋轉(zhuǎn)。蒸汽輪機500包括渦輪高壓(HP)區(qū)段516和渦輪中壓(IP)區(qū)段518。蒸汽輪機500在亞臨界運行狀況下運行。在一個實施例中，蒸汽輪機500接收處于低于230巴的壓力的蒸汽。在另一個實施例中，蒸汽輪機500接收處于介于大約100巴至大約230巴之間的壓力的蒸汽。在另一個實施例中，蒸汽輪機500接收處于介于大約125巴至大約175巴之間的壓力的蒸汽。另外，蒸汽輪機500接收處于介于大約525°C和大約600°C之間的溫度的蒸汽。在另一個實施例中，蒸汽輪機500接收處于介于大約565°C和大約600°C之間的溫度的蒸汽。外殼512包括HP外殼部分512a和IP外殼部分512b。外殼512是單壁一體化HP/IP外殼。外殼512可稱為殼體。在另一個實施例中，外殼512可為兩個或更多個外殼,例如(但不限于)上面論述的兩件式外殼12 (圖I)。外殼512包括固定到其上的多個導(dǎo)向靜葉522。轉(zhuǎn)子513包括軸524和固定到軸524上的多個葉片525。主蒸汽流徑526限定在外殼512和轉(zhuǎn)子513之間。主蒸汽流徑526包括位于渦輪HP區(qū)段516中的HP主蒸汽流徑530和位于渦輪IP區(qū)段518中的IP主蒸汽流徑536。如本文所用，用語“主蒸汽流徑”意味著產(chǎn)生動力的蒸汽的一次流徑。將蒸汽提供給主蒸汽流徑526的HP入口區(qū)528。蒸汽在靜葉522和葉片525之間流過主蒸汽流徑526的HP主蒸汽流徑區(qū)段530，在此期間，蒸汽膨脹且冷卻。在蒸汽使轉(zhuǎn)子513繞著軸線514旋轉(zhuǎn)時，蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化成機械式旋轉(zhuǎn)能。在流過HP主蒸汽流徑區(qū)段 530之后，蒸汽流出HP蒸汽出口區(qū)532，進入中間過熱器(未顯示)中，在其中，蒸汽被加熱到較高的溫度。蒸汽通過線路(未顯示)而引進到IP蒸汽入口區(qū)534。蒸汽在靜葉522和葉片525之間流過主蒸汽流徑526的IP主蒸汽流徑區(qū)段536，在此期間，蒸汽膨脹且冷卻。在蒸汽使轉(zhuǎn)子513繞著軸線514旋轉(zhuǎn)時，蒸汽的另外的熱能轉(zhuǎn)化成機械式旋轉(zhuǎn)能。在流過IP主蒸汽流徑區(qū)段536之后，蒸汽流出IP蒸汽出口區(qū)538，流出蒸汽輪機500。可在未進行任何更加詳細地示出的其它操作中使用該蒸汽。 轉(zhuǎn)子513包括位于渦輪HP區(qū)段516中的轉(zhuǎn)子HP區(qū)段610和位于渦輪IP區(qū)段618中的轉(zhuǎn)子IP區(qū)段612。對應(yīng)地，軸524包括位于轉(zhuǎn)子HP區(qū)段610中的軸HP區(qū)段620和位于轉(zhuǎn)子IP區(qū)段612中的軸IP區(qū)段622。區(qū)段分隔器638是使HP蒸汽入口區(qū)528與IP蒸汽入口區(qū)534分開的固定的密封結(jié)構(gòu)。軸HP區(qū)段620可通過螺栓接頭、焊縫或其它連結(jié)技術(shù)來在軸524的第一端632處連結(jié)到另一個構(gòu)件(未顯示)上。在另一個實施例中，軸HP區(qū)段620可在第一端632處栓接到發(fā)電機上。軸IP區(qū)段622可通過螺栓接頭、焊縫或其它連結(jié)技術(shù)來在軸524的第二端634處連結(jié)到另一個構(gòu)件(未顯示)上。在另一個實施例中，軸IP區(qū)段622可在第二端634處連結(jié)到低壓區(qū)段上，低壓區(qū)段可包括低壓渦輪。軸HP區(qū)段620接收處于低于230巴的壓力的蒸汽。在另一個實施例中，軸HP區(qū)段620可接收處于介于大約100巴至大約230巴之間的壓力的蒸汽。在另一個實施例中，軸HP區(qū)段620可接收處于介于大約125巴至大約175巴之間的壓力的蒸汽。軸HP區(qū)段620接收處于介于大約525°C和大約600°C之間的溫度的蒸汽。在另一個實施例中，軸HP區(qū)段620可接收處于介于大約565°C和大約600°C之間的溫度的蒸汽。軸HP區(qū)段620包括第一低溫材料(LTM)區(qū)段640和高溫材料(HTM)區(qū)段642的第一部分642A。第一 LTM區(qū)段640可稱為HP LTM區(qū)段。軸HP區(qū)段620由第一軸承636可旋轉(zhuǎn)地支承。在一個實施例中，第一軸承636可為軸頸軸承或組合的推力軸承/軸頸軸承。第一軸承636支承第一 LTM區(qū)段640。在另一個實施例中，可使用不同的支承軸承構(gòu)造。第一 LTM區(qū)段640通過第一焊縫650來連結(jié)到HTM區(qū)段642上。在這個示例性實施例中，第一焊縫650沿著HP主蒸汽流徑530定位。在另一個實施例中，第一焊縫650可沿著其中蒸汽溫度低于455°C的HP主蒸汽流徑530定位。在另一個實施例中，第一焊縫650可位于HP蒸汽流徑530的外部或不與HP蒸汽流徑530接觸。在一個實施例中，第一焊縫650可位于HP蒸汽流徑530的外部的位置“A”處，并且不接觸HP蒸汽流徑530，但是接觸密封蒸汽泄漏物。HTM區(qū)段642至少部分地限定HP主蒸汽流徑530。第一 LTM區(qū)段640進一步至少部分地限定HP主蒸汽主流徑530。如上面論述的那樣，在另一個實施例中，可將第一焊縫650移除到例如位置A，使得第一 LTM區(qū)段640不會至少部分地限定HP主蒸汽流徑530。軸24的HTM區(qū)段642由單個整體式高溫材料區(qū)段或塊形成。HTM區(qū)段642具有第一端642a和第二端642b。在另一個實施例中，HTM區(qū)段642可由通過諸如(但不限于)焊接的材料連結(jié)技術(shù)而連結(jié)在一起的高溫材料的兩個或更多個HTM區(qū)段或塊形成。高溫材料可為鍛鋼。在一個實施例中，高溫材料可為包含一定量的鉻(Cr)、鑰(Mo)、釩(V)和鎳(Ni)的鋼。在一個實施例中，高溫材料可為包含介于大約10.0重量百分比(重量％ )至大約13. 0重量％之間的量的Cr的高鉻合金鍛鋼。在另一個實施例中，Cr的量可包括在介于大約10. 0重量％和大約10. 6重量％之間的量中。在一個實施例中，高鉻合金鍛鋼可具有介于大約0. 5重量％和大約2. 0重量％之間的量的Mo。在另一個實施例中,Mo的量可包括在介于大約I. 0重量％和大約I. 2重量％之間的量中。在一個實施例中，高鉻合金鍛鋼可包含介于大約0. I重量％和大約0.3重量％之間的量的V。在另一個實施例中，可包含介于大約0. 15重量％和大約0. 25重量％之間的量的V。在一個實施例中，高鉻合金鍛鋼可包含介于大約0. 5重量％大約I. 0重量％之間的量的Ni。在另一個實施例中，可包含介于大約0. 6重量％和大約0. 8重量％之間的量的Ni。
與形成HTM區(qū)段642的高溫材料的相比，第一 LTM區(qū)段640由較不耐熱的材料形成。較不耐熱的材料可稱為低溫材料。該低溫材料可為鍛制合金鋼。在一個實施例中，低溫材料可為CrMoVNi。在一個實施例中，可包含介于大約0. 5重量％和大約2. 2重量％之間的量的Cr。在另一個實施例中，可包含介于大約0. 5重量％和大約2. 0重量％之間的量的Cr。在另一個實施例中，可包含介于大約0. 9重量％和大約I. 3重量％之間的量的Cr。在一個實施例中，可包含介于大約0. 5重量％和大約2. 0重量％之間的量的Mo。在另一個實施例中，可包含介于大約I. 0重量％和大約I. 5重量％之間的量的Mo。在一個實施例中，可包含介于大約0. I重量％和大約0. 5重量％之間的量的V。在另一個實施例中，可包含介于大約0. 2重量％和大約0. 3重量％之間的量的V。在一個實施例中，可包含介于大約0. 2重量％至大約I. 0重量％之間的量的Ni。在另一個實施例中，可包含介于大約0. 3重量％和大約0. 6重量％之間的量的Ni。在這個實施例中，第一 LTM區(qū)段640由單個整體式低溫材料塊或區(qū)段形成。在另一個實施例中，第一 LTM區(qū)段640可由連結(jié)在一起的兩個或更多個LTM區(qū)段或塊形成。例如該兩個或更多個LTM區(qū)段或塊可以機械的方式或以材料的方式連結(jié)在一起，例如(但不限于)栓接或焊接。軸IP區(qū)段622由第二軸承664可旋轉(zhuǎn)地支承。在一個實施例中，第二軸承664可為軸頸軸承或組合的推力/軸頸軸承。在另一個實施例中，軸IP區(qū)段622可由一個或多個軸承可旋轉(zhuǎn)地支承。軸IP區(qū)段622接收處于低于大約70巴的壓力的蒸汽。在另一個實施例中，軸IP區(qū)段622可接收處于介于大約20巴至70巴之間的壓力的蒸汽。在又一個實施例中，軸IP區(qū)段622可接收處于介于大約20巴至大約40巴的壓力的蒸汽。另外，軸IP區(qū)段622接收處于介于大約525°C和大約600°C之間的溫度的蒸汽。在另一個實施例中，軸IP區(qū)段622可接收處于介于大約565°C和大約600°C之間的溫度的蒸汽。軸IP區(qū)段622包括HTM區(qū)段642的第二部分642B和第二 LTM區(qū)段662。軸HTM區(qū)段642和第二 LTM區(qū)段662由第二焊縫666連結(jié)。第二焊縫666沿著IP蒸汽流徑536定位。在另一個實施例中，第二焊縫666可沿著其中蒸汽溫度低于大約455°C的IP蒸汽流徑536定位。在另一個實施例中，第二焊縫666可位于IP蒸汽流徑536的外部或不與IP蒸汽流徑536接觸。例如，第二焊縫666可位于IP蒸汽流徑536的外部的位置“B”處，并且不接觸IP蒸汽流徑536。在另一個實施例中，軸IP區(qū)段622可包括一個或多個HTM區(qū)段。在另一個實施例中，IP區(qū)段622可為單個整體式高溫材料塊或區(qū)段形成。HTM區(qū)段642至少部分地限定IP蒸汽入口區(qū)534和IP主蒸汽流徑536。IP LTM區(qū)段662進一步至少部分地限定IP主蒸汽流徑536。在另一個實施例中，可將第二焊縫666移動到例如位置“B”，使得IP LTM區(qū)段662不會至少部分地限定IP主蒸汽流徑536，或者換句話說，IP LTM區(qū)段662在IP主蒸汽流徑536的外部，并且不接觸蒸汽的主流徑。與HTM區(qū)段642相比，第二 LTM區(qū)段662由較不耐熱的材料形成。較不耐熱的材料區(qū)段可稱為低溫材料。該低溫材料可為如上面參照第一 LTM區(qū)段640所論述的低溫材料。在這個實施例中，第二 LTM區(qū)段662由單個整體式低溫材料區(qū)段或塊形成。在另一個實施例中，第二 LTM區(qū)段6 62可由連結(jié)在一起的兩個或更多個LTM區(qū)段形成。例如該兩個或更多個LTM區(qū)段可以機械的方式或以材料的方式連結(jié)在一起，例如(但不限于)栓接或焊接。在一個實施例中，第二 LTM區(qū)段662由與第一 LTM區(qū)段640相同的低溫材料形成。在另一個實施例中，第二 LTM區(qū)段640由與第一 LTM區(qū)段640不同的低溫材料形成。可通過下面描述的制造方法的一個實施例來制造軸524。可通過提供高溫材料塊或區(qū)段來制造軸524，高溫材料塊或區(qū)段形成具有第一端642a和第二端642b的HTM區(qū)段642。將由低溫材料塊或區(qū)段形成的第一 LTM區(qū)段640焊接到HTM區(qū)段642的第一端642a上。在另一個實施例中，可通過這樣的方式來制造軸524 :提供一個或多個高溫材料塊或區(qū)段，該一個或多個高溫材料塊或區(qū)段形成具有第一端242a和第二端242b的HTM區(qū)段642 ；以及將由一個或多個低溫材料塊形成的第一 LTM區(qū)段640焊接到HTM區(qū)段642的第一端642a上。進一步通過將第二 LTM區(qū)段662焊接到HTM區(qū)段642的第二端642b上來制造軸524。在另一個實施例中，可通過將形成第二 LTM區(qū)段662的一個或多個低溫材料塊焊接到HTM區(qū)段642的第二端642b上來制造軸524。雖然顯示和描述了本發(fā)明的僅某些特征和實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到許多修改和改變(例如各種元件的大小、尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀和比例、參數(shù)(例如溫度、壓力等)的值、安裝布置、材料的使用、顏色、定向等的變化)，而不會在實質(zhì)上偏離權(quán)利要求中敘述的主題的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點。任何工藝或方法步驟的順序或序列可根據(jù)備選實施例而改變或重新排序。因此，將理解，所附權(quán)利要求意圖覆蓋落在本發(fā)明的真實精神內(nèi)的所有這樣的修改和改變。此外，為了致力于提供示例性實施例的簡潔描述，可能沒有描述實際實現(xiàn)的所有特征(即與目前所構(gòu)想的執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式無關(guān)那些，或與使得聲明的發(fā)明能夠?qū)嵤o關(guān)的那些)。應(yīng)當(dāng)理解，如在任何工程或設(shè)計項目中開發(fā)任何這種實際實現(xiàn)時，可作出許多對實現(xiàn)而言專有的決定。這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗時的，但盡管如此，對具有本公開的益處的普通技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作將是設(shè)計、生產(chǎn)和制造的例行任務(wù)，而不需要過度的實驗。
權(quán)利要求
1.一種亞臨界轉(zhuǎn)子，包括由高溫材料形成的高溫材料區(qū)段；由第一低溫材料形成的第一低溫材料區(qū)段，其附連到所述高溫材料區(qū)段的第一端上；由第二低溫材料形成的第二低溫材料區(qū)段，其連結(jié)到所述高溫材料區(qū)段的第二端上；其中，所述高溫材料區(qū)段暴露于處于小于大約230巴的蒸汽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的亞臨界轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述高溫材料區(qū)段暴露于介于大約100巴和小于大約230巴之間的蒸汽。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的亞臨界轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述高溫材料是高鉻合金鍛鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的亞臨界轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述低溫材料是鍛制合金鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的亞臨界轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述高鉻合金鍛鋼包含大約10. O重量％至大約13. O重量％的Cr ；大約O. 5重量％至大約2. O重量％的Mo ；大約O. I重量％至大約O. 3重量％的V ;以及大約O. 5重量％至大約I. O重量％的Ni。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的亞臨界轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述鍛制合金鋼包含大約O. 5重量％至大約2. 2重量％的Cr ；大約O. 5重量％至大約2. O重量％的Mo ；大約O. I重量％至大約O. 5重量％的V ;以及大約O. 2重量％至大約I. O重量％的Ni。
7.一種包括權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)子的蒸汽輪機。
全文摘要
本發(fā)明涉及焊接轉(zhuǎn)子、具有焊接轉(zhuǎn)子的蒸汽輪機及焊接轉(zhuǎn)子制造方法。公開了一種焊接轉(zhuǎn)子、具有焊接轉(zhuǎn)子的蒸汽輪機和制造焊接轉(zhuǎn)子的方法。焊接轉(zhuǎn)子包括高壓區(qū)段和中壓區(qū)段。焊接轉(zhuǎn)子包括具有連結(jié)到第一低溫材料區(qū)段和第二低溫材料區(qū)段上的高溫材料區(qū)段的軸。
文檔編號F01D5/02GK102619569SQ20121002598
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者M·J·G·費爾南德斯, T·J·法里諾 申請人:通用電氣公司