[发明专利]轴元件、用于制造由两种不同材料构成的轴元件的方法以及相应的流体机械

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体机械的、尤其组合式蒸汽轮机的轴元件，所述轴元件具有至少两个借助于焊缝以材料配合的方式彼此拼合的轴子部段，其中在所述轴子部段中存在不同的化学和机械特性。

本发明涉及一种用于制造由两种不同材料构成的轴元件的方法，其中两个由不同材料构成的轴区段借助于焊缝以材料配合的方式彼此拼合成轴元件。

本发明同样涉及一种流体机械，尤其组合式蒸汽轮机，所述流体机械具有环绕轴向轴线的轴元件，所述轴元件具有由不同材料构成的两个轴子部段，所述轴子部段通过焊缝以材料配合的方式彼此连接。

背景技术

这种轴元件承载在流体机械中与轴向旋转轴线同心设置的转子叶片或由其形成的转子叶片环。在此，在这种轴元件上能够依次设置有多个转子叶片排。

这种轴元件能够轴向地延伸穿过流体机械的不同的子区域并且在此承受不同的热学和机械影响。

应借助示例性地包括中压涡轮机部件和在其下游连接的低压涡轮机部件的组合式蒸汽轮机的示例来详细阐述轴元件的构造。

通常，所述轴元件既轴向地延伸穿过组合式蒸汽轮机的中压涡轮机部件、也轴向地延伸穿过低压涡轮机部件。例如，轴元件借助第一轴子部段在中压涡轮机部件中延伸并且借助另一轴子部段在低压涡轮机部件中延伸。

与在组合式蒸汽轮机的低压涡轮机部件的情况下相比，关于穿流组合式蒸汽轮机的做功介质而言，在中压涡轮机部件中存在做功介质的更高的工作压力和更高的工作温度。例如，做功介质在中压涡轮机部件的区域中的工作温度大于400℃。

就此而言，轴元件的第一轴子部段在所述中压涡轮机部件中在如下情况下也更高地热负荷：所述第一轴子部段在该处与做功介质相互作用。

在此，轴元件的在下游连接的低压涡轮机部件中的另一轴子部段虽然受更小热负荷，然而所述另一轴子部段在机械方面更强地负荷。

就此而言值得期望的是，轴元件的不同程度负荷的轴子部段具有相应匹配的材料特性。

有益的是，在中压涡轮机部件中的第一轴子部段由相当耐热的材料构成，而在低压子涡轮机部件中的另一轴子部段应由相当耐冷的材料构成。

特定地针对流体机械、例如具有中压涡轮机部件和连接于此的低压涡轮机部件的这种组合式蒸汽轮机，不能够始终实现关于沿轴向方向至少部分地延伸穿过流体机械且以整体结构方式制成的轴元件方面最佳的特性变化。这基本上在于，在整体结构方式中将期望的材料特性组合，然而由此必须不利地达成妥协，所述妥协阻止流体机械或组合式蒸汽轮机的最佳运行。

因此，这种轴元件借助于适合的焊接方法通常由多个配设有不同特性的轴区段热拼合而成。

这种轴连接焊接是有用的替选方案，以便能够将具有不同的化学组分和不同的机械特性、如尤其“耐热”和“耐冷”的材料彼此热拼合。

然而，在此常常出现如下问题：所述轴区段的不同的材料特性要求借助缓冲焊接实现的特定的焊接构造，借助于所述焊接构造例如能够将轴元件的随后的第一轴子部段的耐热的轴区段与轴元件的随后的另一轴子部段的耐冷的轴区段焊接。在此，将缓冲焊接优选施加到耐热的轴区段的耐高温的材料上。

例如从US 4,962,586中已知借助缓冲焊接的处理方法。

这种方式至今为止也良好地作用于实现具有不同的轴子部段的轴元件，例如组合式蒸汽轮机的轴元件，在所述轴子部段中存在不同的特性。

然而，这种方式也是耗时的进而是高成本的。

为了避免关于这种附加的缓冲焊接的缺点，在WO 2004/051056 A1中公开另一方法，其中通过关于要彼此热接合的轴区段以及匹配的热处理方面进行有针对性的材料选择，能够弃用这种缓冲焊接。

发明内容

本发明的目的是，改进这种轴元件，所述轴元件设为用于在流体机械上使用，以及尤其关于此点在避开缓冲焊接情况下改进已知的制造方法。

本发明的目的由流体机械的、尤其组合式蒸汽轮机的轴元件来实现，所述轴元件具有至少两个借助于焊缝以材料配合的方式彼此拼合的轴子部段，其中在所述轴子部段中存在不同的化学和机械特性，其中焊缝具有1:14至1:2的焊层高度和焊缝宽度比。

本发明尤其涉及一种在陡的侧壁上的狭隙中借助于能量密度来调节的保护气体焊接，所述保护气体焊接在实际的焊接连接部或焊缝中具有有针对性的材料特性影响。

流体机械的轴元件分部段地通常不同程度地受到热学和机械负荷，如在流体机械的压缩机区域或涡轮机区域中不同程度地受到热学和机械负荷。