蒸気タービン
【課題】冷却する構成部品に確実に冷却蒸気を導入し、構成部品を十分に冷却することができる蒸気タービンを提供する。
【解決手段】実施形態の蒸気タービン１０は、ケーシング２０と、ケーシング２０の内周側に配置された静翼２３と、タービンロータ軸方向に沿う翼溝を周方向に亘って形成してなる翼車を備えるタービンロータ３０と、翼溝に翼根部の一部が植設された動翼４０とを備える。動翼４０は、翼根部の上流側の端面の一部に形成され、翼車の上流側の端面よりも上流側に突出する突出端部を備える。周方向に隣接する動翼４０のそれぞれの突出端部によって形成される、両端および下方が開口した樋状の冷却蒸気誘導部６０に流入した冷却蒸気は、翼車の外周端面と、周方向に隣接する動翼４０のそれぞれの翼根部との間に形成される冷却蒸気流路５０に誘導される。
【解決手段】実施形態の蒸気タービン１０は、ケーシング２０と、ケーシング２０の内周側に配置された静翼２３と、タービンロータ軸方向に沿う翼溝を周方向に亘って形成してなる翼車を備えるタービンロータ３０と、翼溝に翼根部の一部が植設された動翼４０とを備える。動翼４０は、翼根部の上流側の端面の一部に形成され、翼車の上流側の端面よりも上流側に突出する突出端部を備える。周方向に隣接する動翼４０のそれぞれの突出端部によって形成される、両端および下方が開口した樋状の冷却蒸気誘導部６０に流入した冷却蒸気は、翼車の外周端面と、周方向に隣接する動翼４０のそれぞれの翼根部との間に形成される冷却蒸気流路５０に誘導される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンの効率向上の観点から、現在、温度が６００℃程度の主流蒸気を用いた蒸気タービンが実用化されている。蒸気タービンの効率をさらに向上させるため、主流蒸気の温度を７００〜７５０℃程度にすることが検討され、開発が進められている。
【０００３】
このような蒸気タービンにおいては、主流蒸気が高温であるため、構成部品によっては耐熱合金で構成することが必要となる。例えば、翼植込部などの大きな応力が発生する部位では、耐久性の向上のため、耐熱合金で構成されること以外に、効率よく冷却することができる冷却構造を備えることが必要になる。そのため、高温となる構成部品を効率よく冷却するための技術が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２００８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軸方向挿入翼根部形式の動翼を備える、従来の蒸気タービンの冷却構造においては、冷却蒸気は、ダイアフラム内輪とタービンロータとの間、および動翼のシャンク部とこの動翼が植設されたロータディスクの先端との間に形成される溝である冷却蒸気通路を通過して、下流段のタービン段落へ流入する。この際、冷却蒸気の一部は、冷却蒸気通路を通過せずに、主蒸気が流れる蒸気流路に流入する。
【０００６】
例えば、冷却蒸気が流れる流れ場の圧力バランスが変化すると、冷却蒸気通路に流入する冷却蒸気の流量が設定された流量よりも低下し、蒸気流路に流入する冷却蒸気の流量が増加することがある。そのため、動翼やタービンロータを十分に冷却できないとともに、蒸気流路への冷却蒸気の流入量が増加して、タービン効率が低下する。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、冷却する構成部品に確実に冷却蒸気を導入し、構成部品を十分に冷却することができる蒸気タービンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の蒸気タービンは、ケーシングと、前記ケーシングの内周側に、周方向に沿って設けられたダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に支持された複数の静翼と、タービンロータ軸方向に沿う複数の翼溝を周方向に亘って形成してなる翼車を備えるタービンロータと、翼高さ方向に沿って順に翼根部および翼有効部を備え、各前記翼溝に前記翼根部の一部が植設され、前記タービンロータの軸方向に前記静翼と交互に配設された複数の動翼とを備える。前記動翼は、前記翼根部の上流側の端面の少なくとも一部に形成され、前記翼車の上流側の端面よりも上流側に突出する突出端部を備える。
【０００９】
そして、周方向に隣接する前記動翼のそれぞれの前記突出端部によって、両端および下方が開口した樋状の冷却蒸気誘導部を形成する。この冷却蒸気誘導部に流入した冷却蒸気は、前記翼車の外周端面と、周方向に隣接する前記動翼のそれぞれの前記翼根部との間に形成される空隙部からなる冷却蒸気流路に誘導される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態の蒸気タービンの、タービンロータの中心軸を含む断面（子午断面）を示す図である。
【図２】第１の実施の形態の蒸気タービンの動翼の斜視図である。
【図３】第１の実施の形態の蒸気タービンの動翼の側面図である。
【図４】第１の実施の形態の蒸気タービンの動翼が翼溝に植設された状態を示す斜視図である。
【図５】第１の実施の形態の蒸気タービンの動翼が翼溝に植設された状態をタービンロータ軸方向の上流側から見たときの平面図である。
【図６】第１の実施の形態の蒸気タービンの、タービンロータの中心軸を含む断面（子午断面）の一部を拡大した図であり、図５のＡ−Ａ断面に相当する断面を示している。
【図７】第１の実施の形態の蒸気タービンにおいて、隣接する動翼における突出端部の内周端面の位置がそれぞれ異なる動翼が翼溝に植設された状態をタービンロータ軸方向の上流側から見たときの平面図である。
【図８】第２の実施の形態の蒸気タービンの、タービンロータの中心軸を含む断面（子午断面）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の、タービンロータ３０の中心軸を含む断面（子午断面）を示す図である。図２は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の動翼４０の斜視図である。図３は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の動翼４０の側面図である。図４は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の動翼４０が翼溝に植設された状態を示す斜視図である。
【００１３】
また、図５は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の動翼４０が翼溝に植設された状態をタービンロータ軸方向の上流側から見たときの平面図である。図６は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の、タービンロータ３０の中心軸を含む断面（子午断面）の一部を拡大した図であり、図５のＡ−Ａ断面に相当する断面を示している。
【００１４】
なお、以下において、同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。また、以下において、蒸気タービン１０として、中圧タービンを例示して説明するが、高温高圧の蒸気が供給される、高圧タービン、さらには超高圧タービンにも本実施の形態の構成を適用することができる。
【００１５】
図１に示すように、蒸気タービン１０は、ケーシング２０を備え、このケーシング２０内に、タービンロータ３０が貫設されている。なお、ケーシング２０は、一重構造のケーシングであっても、内部ケーシングとその外側に設けられた外部ケーシングとから構成される二重構造のケーシングであってもよい。
【００１６】
タービンロータ３０のロータディスク３１には、タービンロータ軸方向に沿う複数の翼溝３２を周方向に亘って形成することで構成される翼車３３を備えている（図４および図５参照）。
【００１７】
翼車３３間の翼溝３２には、動翼４０の翼根部４１が植設される。動翼４０は、例えば、図２〜図５に示すように、翼高さ方向に沿って順に翼根部４１、翼有効部４２およびシュラウド４３を備えている。なお、この動翼４０は、翼車３３の凹状の翼溝３２に、タービンロータ３０の軸方向に挿入される、いわゆる軸方向挿入翼根部形式の動翼である。
【００１８】
翼根部４１は、タービンロータ３０の翼溝３２に挿入される植込部４４と、この植込部４４と翼有効部４２との間に形成されるシャンク部４５とを備えている。
【００１９】
植込部４４は、軸方向挿入翼根部形式の嵌め合い凹凸形状を有し、その凹凸形状は、タービンロータ３０の翼溝３２の形状に対応している。この嵌め合い凹凸形状によって、動翼４０が、タービンロータ３０の半径方向へ抜けることを防止している。
【００２０】
また、翼車３３の下流端には、翼溝３２側に突出して、動翼４０の植込部４４が下流側へ抜けることを防止する突起部（図示しない）が設けられている。そのため、動翼４０に下流側への負荷がかかった場合においても、動翼４０は、翼溝３２から抜けることはない。
【００２１】
図２〜図５に示すように、動翼４０は、翼根部４１の上流側の端面の一部に、動翼４０を植設した際に、翼車３３の上流側の端面３３ａよりも上流側に突出する突出端部４６を備えている。この突出端部４６は、シャンク部４５側の植込部４４の少なくとも一部およびシャンク部４５の少なくとも一部に形成されている。なお、図２〜図５では、シャンク部４５側の植込部４４の一部およびシャンク部４５全体に突出端部４６を備えた一例を示している。
【００２２】
ここで、図５に示すように、動翼４０が翼溝３２に植設された状態では、翼車３３の外周端面３３ｂと、周方向に隣接する動翼４０のそれぞれの翼根部４１とにより、タービンロータ軸方向に貫通する空隙部が形成される。この空隙部は、いわゆるバランス溝であり、冷却蒸気の冷却蒸気流路５０として機能する。
【００２３】
また、周方向に隣接する動翼４０のそれぞれの突出端部４６が接触することにより、タービンロータ軸方向の両端、および下方が開口した樋状の冷却蒸気誘導部６０を構成している。この冷却蒸気誘導部６０は、冷却蒸気流路５０に連通している。
【００２４】
冷却蒸気誘導部６０は、翼車３３の上流側の端面３３ａよりも上流側に突出して構成されるため、例えば、前方からまたは下方から流れてきた冷却蒸気を冷却蒸気流路５０に誘導するための流路を構成する。これにより、冷却蒸気流路５０に、適量の冷却蒸気を流すことができ、動翼４０や翼車３３を的確に冷却することができる。
【００２５】
ここで、図５に示すように、突出端部４６の内周端面４６ａにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ１は、翼車３３の外周端面３３ｂにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ２と同じか、または翼車３３の外周端面３３ｂにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ２よりも半径方向内側となるように構成されることが好ましい。
【００２６】
例えば、図５に示すように、植込部４４の係合段部４７ａ、４７ｂ、４７ｃを３段備える場合、突出端部４６を、係合段部４７ａまで、係合段部４７ｂまで、または係合段部４７ｃまで（すなわち植込部４４の内周端まで）構成してもよい。
【００２７】
一方、突出端部４６の外周端面４６ｂにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ３は、冷却蒸気流路５０の外周端面５０ａにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ４よりも半径方向外側となるように構成される。なお、図２〜図６では、突出端部４６の外周端面４６ｂをシャンク部４５の外周端面とした一例が示されている。
【００２８】
上記した動翼４０の植込部４４は、図４および図５に示すように、各翼溝３２に上流側からタービンロータ軸方向に挿入され、動翼翼列を構成する。この動翼翼列は、タービンロータ３０の軸方向に複数段形成されている。
【００２９】
上記したような、突出端部４６を備える動翼４０は、タービン段落の中でも高温の蒸気に曝される、例えば、上流から第３段までのタービン段落に備えられることが好ましい。突出端部４６を備える動翼４０は、例えば、タービン段落の入口蒸気温度、すなわち静翼２３における入口蒸気温度が、例えば６００〜７５０℃となるタービン段落に形成されることが好ましい。
【００３０】
また、ケーシング２０の内側には、図１および図６に示すように、ダイアフラム外輪２１およびダイアフラム内輪２２が周方向に沿って設けられている。ダイアフラム外輪２１とダイアフラム内輪２２との間には、周方向に複数の静翼２３が支持され、静翼翼列を構成している。この静翼翼列は、タービンロータ３０の軸方向に動翼翼列と交互に複数段配設され、静翼翼列と動翼翼列とからなる複数のタービン段落を形成している。
【００３１】
ダイアフラム内輪２２の内周には、ラビリンスシール２４が設けられ、ダイアフラム内輪２２と、タービンロータ３０との間からの蒸気の漏洩を抑制している。
【００３２】
また、ダイアフラム内輪２２には、図１および図６に示すように、冷却蒸気流路５０に対向する開口を有する、冷却蒸気を噴出する冷却蒸気噴出孔７０が形成されている。冷却蒸気噴出孔７０は、冷却蒸気流路５０に対向する位置に、ダイアフラム内輪２２の周方向に複数形成されている。
【００３３】
この冷却蒸気噴出孔７０に冷却蒸気を導く冷却蒸気導入流路７１は、ダイアフラム内輪２２に支持された静翼２３、この静翼２３を支持するダイアフラム外輪２１、およびケーシング２０を介して形成されている。冷却蒸気導入流路７１は、例えば、配管や貫通孔を組み合わせることなどによって構成される。そして、冷却蒸気導入流路７１には、冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給管（図示しない）が接続されている。
【００３４】
冷却蒸気としては、他の蒸気タービンから抽気された蒸気、他の蒸気タービンから排気された蒸気、ボイラから抽気された蒸気などを使用することができる。蒸気タービン１０が、中圧タービンである場合は、冷却蒸気として、例えば高圧タービンから抽気された蒸気を使用することができる。また、蒸気タービン１０が、高圧タービンである場合は、冷却蒸気として、例えばボイラから抽気された蒸気を使用することができる。
【００３５】
なお、冷却蒸気の温度は、冷却する動翼４０やタービンロータ３０などの構成部品に大きな熱応力が発生しない程度の温度に設定されることが好ましい。冷却蒸気の温度としては、冷却蒸気を供給する蒸気タービンの仕様によって変更可能であり、例えば、４００℃程度に設定することができる。
【００３６】
また、冷却蒸気の供給圧力は、冷却蒸気噴出孔７０から噴出される冷却蒸気の圧力が、蒸気流路２５における圧力よりも高くなるように設定される。すなわち、冷却蒸気の供給圧力は、冷却蒸気噴出孔７０から蒸気流路２５に、確実に冷却蒸気を噴出することができる程度に設定される。なお、このような冷却蒸気を導入する冷却蒸気導入機構は、突出端部４６を備える動翼４０が配設されたタービン段落に設けられる。
【００３７】
また、図１に示すように、第１段の動翼４０が備えられる位置よりも外部側（図１では左側）のケーシング２０の内周には、周方向に沿って複数のグランドラビリンスシール２６が設けられている。さらに、この周方向に設けられたグランドラビリンスシール２６の列は、タービンロータ軸方向に沿って複数段設けられ、ケーシング２０とタービンロータ３０との間における、蒸気の外部への漏洩を防止している。
【００３８】
また、蒸気タービン１０には、ケーシング２０を連通するように、蒸気入口管２７が備えられている。外部からの蒸気が、この蒸気入口管２７によって蒸気タービン１０内に導入され、主蒸気として蒸気流路２５に導入される。
【００３９】
次に、上記したような冷却構造を備える蒸気タービン１０の作用について説明する。
【００４０】
図１に示すように、蒸気入口管２７から蒸気タービン１０内に導入された蒸気は、第１段の静翼２３に導かれ、第１段の動翼４０に向けて噴出される。そして、蒸気は、静翼２３と動翼４０を備える蒸気流路２５を流動し、膨張仕事をしながらタービンロータ３０を回転させる。最終段の動翼４０を通過した蒸気は、排気流路（図示しない）を通り蒸気タービン１０の外部へ排気される。
【００４１】
冷却蒸気供給管（図示しない）から冷却蒸気導入流路７１を介して冷却蒸気噴出孔７０に導入された冷却蒸気は、対向する冷却蒸気流路５０に向けて噴出される。噴出された冷却蒸気は、冷却蒸気誘導部６０によって周囲への拡散が抑制され、冷却蒸気流路５０に誘導される。
【００４２】
冷却蒸気流路５０に誘導された冷却蒸気は、動翼４０や翼車３３などを冷却しながら、下流のタービン段落に流入する。下流のタービン段落に流入した冷却蒸気の一部は、ラビリンスシール２４とタービンロータ３０との間を下流側へ流れ、ロータディスク３１の表面に沿って流れる。そして、冷却蒸気誘導部６０によって誘導され、冷却蒸気流路５０に流れ込む。
【００４３】
この際、冷却蒸気誘導部６０が、翼車３３の上流側の端面３３ａよりも上流側に突出、すなわち、ロータディスク３１の上流側の端面よりも上流側に突出しているため、ロータディスク３１の表面に沿って流れる冷却蒸気を冷却蒸気誘導部６０内に導き易い構成となっている。
【００４４】
なお、この下流のタービン段落においても、突出端部４６を備える動翼４０が配置されている場合には、上流のタービン段落から流れ込んだ冷却蒸気以外にも、上記したように、冷却蒸気噴出孔７０から噴出された冷却蒸気が冷却蒸気誘導部６０を介して冷却蒸気流路５０に誘導される。
【００４５】
そして、突出端部４６を備える動翼４０が配置された最下流のタービン段落を通過した後、冷却蒸気は、蒸気流路２５に流れ込む。
【００４６】
このように、タービンロータ３０および動翼４０を冷却蒸気によって冷却することができる。
【００４７】
上記したように、第１の実施の形態の蒸気タービン１０によれば、供給された冷却蒸気の蒸気流路２５への流入を抑制して、冷却する構成部品に確実に冷却蒸気を導入することができる。そのため、冷却する構成部品を的確に効率よく冷却することができる。
【００４８】
なお、第１の実施の形態の蒸気タービン１０における動翼４０の突出端部４６の構成は、上記した構成に限られるものではない。図７は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０において、隣接する動翼４０における突出端部４６の内周端面４６ａの位置がそれぞれ異なる動翼４０が翼溝に植設された状態をタービンロータ軸方向の上流側から見たときの平面図である。
【００４９】
周方向に隣接する動翼４０において、一方の動翼４０と、それに隣接する他方の動翼４０とにおける、突出端部４６の内周端面４６ａにおける周方向幅の中心における半径方向位置を異なるように構成してもよい。
【００５０】
具体的には、図７に示すように、隣接する一方の動翼４０の突出端部４６の内周端面４６ａにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ１は、図５を参照して説明した場合と同様に構成される。すなわち、半径方向位置Ｒ１は、翼車３３の外周端面３３ｂにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ２と同じか、または翼車３３の外周端面３３ｂにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ２よりも半径方向内側となるように構成される。
【００５１】
一方、他方の動翼４０の突出端部４６の内周端面４６ａにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ５は、翼車３３の外周端面３３ｂにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ２と同じか、またはその位置よりも半径方向外側で、かつ冷却蒸気流路５０の外周端面５０ａにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ４と同じか、あるいはその位置よりも半径方向内側となるように構成される。図７では、半径方向位置Ｒ５が、半径方向位置Ｒ２と半径方向位置Ｒ４との間に位置する一例を示している。
【００５２】
このように、動翼４０の突出端部４６の内周端面４６ａにおける周方向幅の中心における半径方向位置が、周方向に交互に異なるように構成することで、周方向の速度成分を有する冷却蒸気をより確実に冷却蒸気誘導部６０に導入して、冷却蒸気流路５０に誘導することができる。これにより、冷却蒸気流路５０に、適量の冷却蒸気を流すことができ、動翼４０や翼車３３を的確に冷却することができる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の蒸気タービン１１においては、冷却蒸気を供給するための冷却蒸気供給構造以外は第１の実施の形態の蒸気タービン１０の構成と同じである。すなわち、第２の実施の形態の蒸気タービン１１においては、第１の実施の形態の蒸気タービン１０が備える、ダイアフラム内輪２２に形成された冷却蒸気噴出孔７０や、静翼２３、ダイアフラム外輪２１およびケーシング２０を介して形成される冷却蒸気導入流路７１は構成されない。ここでは、主に冷却蒸気供給構造の構成について説明する。
【００５４】
図８は、第２の実施の形態の蒸気タービン１１の、タービンロータ３０の中心軸を含む断面（子午断面）を示す図である。
【００５５】
図８に示すように、第１段の動翼４０が備えられる位置よりも外部側（図８では左側）のケーシング２０の内周に備えるグランドラビリンスシール２６間のケーシング２０の内周面に、周方向に亘って凹状の溝部８０が形成されている。この溝部８０よりも外部側（図８では左側）および内部側（図８では右側）には、グランドラビリンスシール２６が備えられ、溝部８０に導入された冷却蒸気が周囲へ漏洩するのを抑制している。
【００５６】
ケーシング２０には、冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給管８１と連通し、溝部８０に冷却蒸気を導く連通孔８２が形成されている。この連通孔８２は、冷却蒸気導入流路として機能する。なお、連通孔８２は、周方向に亘って溝部８０に冷却蒸気を均等に供給するために、周方向に複数箇所形成されることが好ましい。
【００５７】
ここで、供給される冷却蒸気は、第１の実施の形態で説明した冷却蒸気と同じである。なお、冷却蒸気の供給圧力は、連通孔８２から溝部８０に噴出された冷却蒸気が、グランドラビリンスシール２６とタービンロータ３０との間を通過して第１段の動翼４０側に流出することができる程度に設定される。
【００５８】
次に、冷却蒸気の流れについて、図８を参照して説明する。
【００５９】
連通孔８２から溝部８０に噴出された冷却蒸気は、タービンロータ３０の表面を冷却しながら、グランドラビリンスシール２６とタービンロータ３０との間を通過して第１段の動翼４０側に流出する。第１段の動翼４０側に流出した冷却蒸気は、タービンロータ３０の表面を下流側へのロータディスク３１側へ流れる。
【００６０】
ロータディスク３１に達した冷却蒸気は、ロータディスク３１の表面に沿って流れ、冷却蒸気誘導部６０によって誘導され、冷却蒸気流路５０に流れ込む。
【００６１】
冷却蒸気流路５０に誘導された冷却蒸気は、動翼４０や翼車３３などを冷却しながら、下流のタービン段落に流入する。下流のタービン段落に流入した冷却蒸気の一部は、ラビリンスシール２４とタービンロータ３０との間を下流側へ流れ、ロータディスク３１の表面に沿って流れる。そして、前述したように、冷却蒸気誘導部６０によって誘導され、冷却蒸気流路５０に流れ込む。
【００６２】
冷却蒸気誘導部６０が、翼車３３の上流側の端面３３ａよりも上流側に突出、すなわち、ロータディスク３１の上流側の端面よりも上流側に突出しているため、ロータディスク３１の表面に沿って流れる冷却蒸気を冷却蒸気誘導部６０内に導き易い構成となっている。
【００６３】
そして、突出端部４６を備える動翼４０が配置された最下流のタービン段落を通過した後、冷却蒸気は、蒸気流路２５に流れ込む。
【００６４】
このように、タービンロータ３０および動翼４０を冷却蒸気によって冷却することができる。
【００６５】
上記したように、第２の実施の形態の蒸気タービン１１によれば、供給された冷却蒸気の蒸気流路２５への流入を抑制して、冷却する構成部品に確実に冷却蒸気を導入することができる。そのため、冷却する構成部品を的確に効率よく冷却することができる。
【００６６】
以上説明した実施形態によれば、冷却する構成部品に確実に冷却蒸気を導入し、構成部品を十分に冷却することが可能となる。
【００６７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
１０，１１…蒸気タービン、２０…ケーシング、２１…ダイアフラム外輪、２２…ダイアフラム内輪、２３…静翼、２４…ラビリンスシール、２５…蒸気流路、２６…グランドラビリンスシール、２７…蒸気入口管、３０…タービンロータ、３１…ロータディスク、３２…翼溝、３３…翼車、３３ａ…端面、３３ｂ，５０ａ…外周端面、４０…動翼、４１…翼根部、４２…翼有効部、４３…シュラウド、４４…植込部、４５…シャンク部、４６…突出端部、４６ａ…内周端面、４６ｂ…外周端面、４７ａ，４７ｂ，４７ｃ…係合段部、５０…冷却蒸気流路、６０…冷却蒸気誘導部、７０…冷却蒸気噴出孔、７１…冷却蒸気導入流路、８０…溝部、８１…冷却蒸気供給管、８２…連通孔。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンの効率向上の観点から、現在、温度が６００℃程度の主流蒸気を用いた蒸気タービンが実用化されている。蒸気タービンの効率をさらに向上させるため、主流蒸気の温度を７００〜７５０℃程度にすることが検討され、開発が進められている。
【０００３】
このような蒸気タービンにおいては、主流蒸気が高温であるため、構成部品によっては耐熱合金で構成することが必要となる。例えば、翼植込部などの大きな応力が発生する部位では、耐久性の向上のため、耐熱合金で構成されること以外に、効率よく冷却することができる冷却構造を備えることが必要になる。そのため、高温となる構成部品を効率よく冷却するための技術が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２００８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軸方向挿入翼根部形式の動翼を備える、従来の蒸気タービンの冷却構造においては、冷却蒸気は、ダイアフラム内輪とタービンロータとの間、および動翼のシャンク部とこの動翼が植設されたロータディスクの先端との間に形成される溝である冷却蒸気通路を通過して、下流段のタービン段落へ流入する。この際、冷却蒸気の一部は、冷却蒸気通路を通過せずに、主蒸気が流れる蒸気流路に流入する。
【０００６】
例えば、冷却蒸気が流れる流れ場の圧力バランスが変化すると、冷却蒸気通路に流入する冷却蒸気の流量が設定された流量よりも低下し、蒸気流路に流入する冷却蒸気の流量が増加することがある。そのため、動翼やタービンロータを十分に冷却できないとともに、蒸気流路への冷却蒸気の流入量が増加して、タービン効率が低下する。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、冷却する構成部品に確実に冷却蒸気を導入し、構成部品を十分に冷却することができる蒸気タービンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の蒸気タービンは、ケーシングと、前記ケーシングの内周側に、周方向に沿って設けられたダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に支持された複数の静翼と、タービンロータ軸方向に沿う複数の翼溝を周方向に亘って形成してなる翼車を備えるタービンロータと、翼高さ方向に沿って順に翼根部および翼有効部を備え、各前記翼溝に前記翼根部の一部が植設され、前記タービンロータの軸方向に前記静翼と交互に配設された複数の動翼とを備える。前記動翼は、前記翼根部の上流側の端面の少なくとも一部に形成され、前記翼車の上流側の端面よりも上流側に突出する突出端部を備える。
【０００９】
そして、周方向に隣接する前記動翼のそれぞれの前記突出端部によって、両端および下方が開口した樋状の冷却蒸気誘導部を形成する。この冷却蒸気誘導部に流入した冷却蒸気は、前記翼車の外周端面と、周方向に隣接する前記動翼のそれぞれの前記翼根部との間に形成される空隙部からなる冷却蒸気流路に誘導される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態の蒸気タービンの、タービンロータの中心軸を含む断面（子午断面）を示す図である。
【図２】第１の実施の形態の蒸気タービンの動翼の斜視図である。
【図３】第１の実施の形態の蒸気タービンの動翼の側面図である。
【図４】第１の実施の形態の蒸気タービンの動翼が翼溝に植設された状態を示す斜視図である。
【図５】第１の実施の形態の蒸気タービンの動翼が翼溝に植設された状態をタービンロータ軸方向の上流側から見たときの平面図である。
【図６】第１の実施の形態の蒸気タービンの、タービンロータの中心軸を含む断面（子午断面）の一部を拡大した図であり、図５のＡ−Ａ断面に相当する断面を示している。
【図７】第１の実施の形態の蒸気タービンにおいて、隣接する動翼における突出端部の内周端面の位置がそれぞれ異なる動翼が翼溝に植設された状態をタービンロータ軸方向の上流側から見たときの平面図である。
【図８】第２の実施の形態の蒸気タービンの、タービンロータの中心軸を含む断面（子午断面）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の、タービンロータ３０の中心軸を含む断面（子午断面）を示す図である。図２は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の動翼４０の斜視図である。図３は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の動翼４０の側面図である。図４は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の動翼４０が翼溝に植設された状態を示す斜視図である。
【００１３】
また、図５は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の動翼４０が翼溝に植設された状態をタービンロータ軸方向の上流側から見たときの平面図である。図６は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の、タービンロータ３０の中心軸を含む断面（子午断面）の一部を拡大した図であり、図５のＡ−Ａ断面に相当する断面を示している。
【００１４】
なお、以下において、同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。また、以下において、蒸気タービン１０として、中圧タービンを例示して説明するが、高温高圧の蒸気が供給される、高圧タービン、さらには超高圧タービンにも本実施の形態の構成を適用することができる。
【００１５】
図１に示すように、蒸気タービン１０は、ケーシング２０を備え、このケーシング２０内に、タービンロータ３０が貫設されている。なお、ケーシング２０は、一重構造のケーシングであっても、内部ケーシングとその外側に設けられた外部ケーシングとから構成される二重構造のケーシングであってもよい。
【００１６】
タービンロータ３０のロータディスク３１には、タービンロータ軸方向に沿う複数の翼溝３２を周方向に亘って形成することで構成される翼車３３を備えている（図４および図５参照）。
【００１７】
翼車３３間の翼溝３２には、動翼４０の翼根部４１が植設される。動翼４０は、例えば、図２〜図５に示すように、翼高さ方向に沿って順に翼根部４１、翼有効部４２およびシュラウド４３を備えている。なお、この動翼４０は、翼車３３の凹状の翼溝３２に、タービンロータ３０の軸方向に挿入される、いわゆる軸方向挿入翼根部形式の動翼である。
【００１８】
翼根部４１は、タービンロータ３０の翼溝３２に挿入される植込部４４と、この植込部４４と翼有効部４２との間に形成されるシャンク部４５とを備えている。
【００１９】
植込部４４は、軸方向挿入翼根部形式の嵌め合い凹凸形状を有し、その凹凸形状は、タービンロータ３０の翼溝３２の形状に対応している。この嵌め合い凹凸形状によって、動翼４０が、タービンロータ３０の半径方向へ抜けることを防止している。
【００２０】
また、翼車３３の下流端には、翼溝３２側に突出して、動翼４０の植込部４４が下流側へ抜けることを防止する突起部（図示しない）が設けられている。そのため、動翼４０に下流側への負荷がかかった場合においても、動翼４０は、翼溝３２から抜けることはない。
【００２１】
図２〜図５に示すように、動翼４０は、翼根部４１の上流側の端面の一部に、動翼４０を植設した際に、翼車３３の上流側の端面３３ａよりも上流側に突出する突出端部４６を備えている。この突出端部４６は、シャンク部４５側の植込部４４の少なくとも一部およびシャンク部４５の少なくとも一部に形成されている。なお、図２〜図５では、シャンク部４５側の植込部４４の一部およびシャンク部４５全体に突出端部４６を備えた一例を示している。
【００２２】
ここで、図５に示すように、動翼４０が翼溝３２に植設された状態では、翼車３３の外周端面３３ｂと、周方向に隣接する動翼４０のそれぞれの翼根部４１とにより、タービンロータ軸方向に貫通する空隙部が形成される。この空隙部は、いわゆるバランス溝であり、冷却蒸気の冷却蒸気流路５０として機能する。
【００２３】
また、周方向に隣接する動翼４０のそれぞれの突出端部４６が接触することにより、タービンロータ軸方向の両端、および下方が開口した樋状の冷却蒸気誘導部６０を構成している。この冷却蒸気誘導部６０は、冷却蒸気流路５０に連通している。
【００２４】
冷却蒸気誘導部６０は、翼車３３の上流側の端面３３ａよりも上流側に突出して構成されるため、例えば、前方からまたは下方から流れてきた冷却蒸気を冷却蒸気流路５０に誘導するための流路を構成する。これにより、冷却蒸気流路５０に、適量の冷却蒸気を流すことができ、動翼４０や翼車３３を的確に冷却することができる。
【００２５】
ここで、図５に示すように、突出端部４６の内周端面４６ａにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ１は、翼車３３の外周端面３３ｂにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ２と同じか、または翼車３３の外周端面３３ｂにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ２よりも半径方向内側となるように構成されることが好ましい。
【００２６】
例えば、図５に示すように、植込部４４の係合段部４７ａ、４７ｂ、４７ｃを３段備える場合、突出端部４６を、係合段部４７ａまで、係合段部４７ｂまで、または係合段部４７ｃまで（すなわち植込部４４の内周端まで）構成してもよい。
【００２７】
一方、突出端部４６の外周端面４６ｂにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ３は、冷却蒸気流路５０の外周端面５０ａにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ４よりも半径方向外側となるように構成される。なお、図２〜図６では、突出端部４６の外周端面４６ｂをシャンク部４５の外周端面とした一例が示されている。
【００２８】
上記した動翼４０の植込部４４は、図４および図５に示すように、各翼溝３２に上流側からタービンロータ軸方向に挿入され、動翼翼列を構成する。この動翼翼列は、タービンロータ３０の軸方向に複数段形成されている。
【００２９】
上記したような、突出端部４６を備える動翼４０は、タービン段落の中でも高温の蒸気に曝される、例えば、上流から第３段までのタービン段落に備えられることが好ましい。突出端部４６を備える動翼４０は、例えば、タービン段落の入口蒸気温度、すなわち静翼２３における入口蒸気温度が、例えば６００〜７５０℃となるタービン段落に形成されることが好ましい。
【００３０】
また、ケーシング２０の内側には、図１および図６に示すように、ダイアフラム外輪２１およびダイアフラム内輪２２が周方向に沿って設けられている。ダイアフラム外輪２１とダイアフラム内輪２２との間には、周方向に複数の静翼２３が支持され、静翼翼列を構成している。この静翼翼列は、タービンロータ３０の軸方向に動翼翼列と交互に複数段配設され、静翼翼列と動翼翼列とからなる複数のタービン段落を形成している。
【００３１】
ダイアフラム内輪２２の内周には、ラビリンスシール２４が設けられ、ダイアフラム内輪２２と、タービンロータ３０との間からの蒸気の漏洩を抑制している。
【００３２】
また、ダイアフラム内輪２２には、図１および図６に示すように、冷却蒸気流路５０に対向する開口を有する、冷却蒸気を噴出する冷却蒸気噴出孔７０が形成されている。冷却蒸気噴出孔７０は、冷却蒸気流路５０に対向する位置に、ダイアフラム内輪２２の周方向に複数形成されている。
【００３３】
この冷却蒸気噴出孔７０に冷却蒸気を導く冷却蒸気導入流路７１は、ダイアフラム内輪２２に支持された静翼２３、この静翼２３を支持するダイアフラム外輪２１、およびケーシング２０を介して形成されている。冷却蒸気導入流路７１は、例えば、配管や貫通孔を組み合わせることなどによって構成される。そして、冷却蒸気導入流路７１には、冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給管（図示しない）が接続されている。
【００３４】
冷却蒸気としては、他の蒸気タービンから抽気された蒸気、他の蒸気タービンから排気された蒸気、ボイラから抽気された蒸気などを使用することができる。蒸気タービン１０が、中圧タービンである場合は、冷却蒸気として、例えば高圧タービンから抽気された蒸気を使用することができる。また、蒸気タービン１０が、高圧タービンである場合は、冷却蒸気として、例えばボイラから抽気された蒸気を使用することができる。
【００３５】
なお、冷却蒸気の温度は、冷却する動翼４０やタービンロータ３０などの構成部品に大きな熱応力が発生しない程度の温度に設定されることが好ましい。冷却蒸気の温度としては、冷却蒸気を供給する蒸気タービンの仕様によって変更可能であり、例えば、４００℃程度に設定することができる。
【００３６】
また、冷却蒸気の供給圧力は、冷却蒸気噴出孔７０から噴出される冷却蒸気の圧力が、蒸気流路２５における圧力よりも高くなるように設定される。すなわち、冷却蒸気の供給圧力は、冷却蒸気噴出孔７０から蒸気流路２５に、確実に冷却蒸気を噴出することができる程度に設定される。なお、このような冷却蒸気を導入する冷却蒸気導入機構は、突出端部４６を備える動翼４０が配設されたタービン段落に設けられる。
【００３７】
また、図１に示すように、第１段の動翼４０が備えられる位置よりも外部側（図１では左側）のケーシング２０の内周には、周方向に沿って複数のグランドラビリンスシール２６が設けられている。さらに、この周方向に設けられたグランドラビリンスシール２６の列は、タービンロータ軸方向に沿って複数段設けられ、ケーシング２０とタービンロータ３０との間における、蒸気の外部への漏洩を防止している。
【００３８】
また、蒸気タービン１０には、ケーシング２０を連通するように、蒸気入口管２７が備えられている。外部からの蒸気が、この蒸気入口管２７によって蒸気タービン１０内に導入され、主蒸気として蒸気流路２５に導入される。
【００３９】
次に、上記したような冷却構造を備える蒸気タービン１０の作用について説明する。
【００４０】
図１に示すように、蒸気入口管２７から蒸気タービン１０内に導入された蒸気は、第１段の静翼２３に導かれ、第１段の動翼４０に向けて噴出される。そして、蒸気は、静翼２３と動翼４０を備える蒸気流路２５を流動し、膨張仕事をしながらタービンロータ３０を回転させる。最終段の動翼４０を通過した蒸気は、排気流路（図示しない）を通り蒸気タービン１０の外部へ排気される。
【００４１】
冷却蒸気供給管（図示しない）から冷却蒸気導入流路７１を介して冷却蒸気噴出孔７０に導入された冷却蒸気は、対向する冷却蒸気流路５０に向けて噴出される。噴出された冷却蒸気は、冷却蒸気誘導部６０によって周囲への拡散が抑制され、冷却蒸気流路５０に誘導される。
【００４２】
冷却蒸気流路５０に誘導された冷却蒸気は、動翼４０や翼車３３などを冷却しながら、下流のタービン段落に流入する。下流のタービン段落に流入した冷却蒸気の一部は、ラビリンスシール２４とタービンロータ３０との間を下流側へ流れ、ロータディスク３１の表面に沿って流れる。そして、冷却蒸気誘導部６０によって誘導され、冷却蒸気流路５０に流れ込む。
【００４３】
この際、冷却蒸気誘導部６０が、翼車３３の上流側の端面３３ａよりも上流側に突出、すなわち、ロータディスク３１の上流側の端面よりも上流側に突出しているため、ロータディスク３１の表面に沿って流れる冷却蒸気を冷却蒸気誘導部６０内に導き易い構成となっている。
【００４４】
なお、この下流のタービン段落においても、突出端部４６を備える動翼４０が配置されている場合には、上流のタービン段落から流れ込んだ冷却蒸気以外にも、上記したように、冷却蒸気噴出孔７０から噴出された冷却蒸気が冷却蒸気誘導部６０を介して冷却蒸気流路５０に誘導される。
【００４５】
そして、突出端部４６を備える動翼４０が配置された最下流のタービン段落を通過した後、冷却蒸気は、蒸気流路２５に流れ込む。
【００４６】
このように、タービンロータ３０および動翼４０を冷却蒸気によって冷却することができる。
【００４７】
上記したように、第１の実施の形態の蒸気タービン１０によれば、供給された冷却蒸気の蒸気流路２５への流入を抑制して、冷却する構成部品に確実に冷却蒸気を導入することができる。そのため、冷却する構成部品を的確に効率よく冷却することができる。
【００４８】
なお、第１の実施の形態の蒸気タービン１０における動翼４０の突出端部４６の構成は、上記した構成に限られるものではない。図７は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０において、隣接する動翼４０における突出端部４６の内周端面４６ａの位置がそれぞれ異なる動翼４０が翼溝に植設された状態をタービンロータ軸方向の上流側から見たときの平面図である。
【００４９】
周方向に隣接する動翼４０において、一方の動翼４０と、それに隣接する他方の動翼４０とにおける、突出端部４６の内周端面４６ａにおける周方向幅の中心における半径方向位置を異なるように構成してもよい。
【００５０】
具体的には、図７に示すように、隣接する一方の動翼４０の突出端部４６の内周端面４６ａにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ１は、図５を参照して説明した場合と同様に構成される。すなわち、半径方向位置Ｒ１は、翼車３３の外周端面３３ｂにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ２と同じか、または翼車３３の外周端面３３ｂにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ２よりも半径方向内側となるように構成される。
【００５１】
一方、他方の動翼４０の突出端部４６の内周端面４６ａにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ５は、翼車３３の外周端面３３ｂにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ２と同じか、またはその位置よりも半径方向外側で、かつ冷却蒸気流路５０の外周端面５０ａにおける周方向幅の中心における半径方向位置Ｒ４と同じか、あるいはその位置よりも半径方向内側となるように構成される。図７では、半径方向位置Ｒ５が、半径方向位置Ｒ２と半径方向位置Ｒ４との間に位置する一例を示している。
【００５２】
このように、動翼４０の突出端部４６の内周端面４６ａにおける周方向幅の中心における半径方向位置が、周方向に交互に異なるように構成することで、周方向の速度成分を有する冷却蒸気をより確実に冷却蒸気誘導部６０に導入して、冷却蒸気流路５０に誘導することができる。これにより、冷却蒸気流路５０に、適量の冷却蒸気を流すことができ、動翼４０や翼車３３を的確に冷却することができる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の蒸気タービン１１においては、冷却蒸気を供給するための冷却蒸気供給構造以外は第１の実施の形態の蒸気タービン１０の構成と同じである。すなわち、第２の実施の形態の蒸気タービン１１においては、第１の実施の形態の蒸気タービン１０が備える、ダイアフラム内輪２２に形成された冷却蒸気噴出孔７０や、静翼２３、ダイアフラム外輪２１およびケーシング２０を介して形成される冷却蒸気導入流路７１は構成されない。ここでは、主に冷却蒸気供給構造の構成について説明する。
【００５４】
図８は、第２の実施の形態の蒸気タービン１１の、タービンロータ３０の中心軸を含む断面（子午断面）を示す図である。
【００５５】
図８に示すように、第１段の動翼４０が備えられる位置よりも外部側（図８では左側）のケーシング２０の内周に備えるグランドラビリンスシール２６間のケーシング２０の内周面に、周方向に亘って凹状の溝部８０が形成されている。この溝部８０よりも外部側（図８では左側）および内部側（図８では右側）には、グランドラビリンスシール２６が備えられ、溝部８０に導入された冷却蒸気が周囲へ漏洩するのを抑制している。
【００５６】
ケーシング２０には、冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給管８１と連通し、溝部８０に冷却蒸気を導く連通孔８２が形成されている。この連通孔８２は、冷却蒸気導入流路として機能する。なお、連通孔８２は、周方向に亘って溝部８０に冷却蒸気を均等に供給するために、周方向に複数箇所形成されることが好ましい。
【００５７】
ここで、供給される冷却蒸気は、第１の実施の形態で説明した冷却蒸気と同じである。なお、冷却蒸気の供給圧力は、連通孔８２から溝部８０に噴出された冷却蒸気が、グランドラビリンスシール２６とタービンロータ３０との間を通過して第１段の動翼４０側に流出することができる程度に設定される。
【００５８】
次に、冷却蒸気の流れについて、図８を参照して説明する。
【００５９】
連通孔８２から溝部８０に噴出された冷却蒸気は、タービンロータ３０の表面を冷却しながら、グランドラビリンスシール２６とタービンロータ３０との間を通過して第１段の動翼４０側に流出する。第１段の動翼４０側に流出した冷却蒸気は、タービンロータ３０の表面を下流側へのロータディスク３１側へ流れる。
【００６０】
ロータディスク３１に達した冷却蒸気は、ロータディスク３１の表面に沿って流れ、冷却蒸気誘導部６０によって誘導され、冷却蒸気流路５０に流れ込む。
【００６１】
冷却蒸気流路５０に誘導された冷却蒸気は、動翼４０や翼車３３などを冷却しながら、下流のタービン段落に流入する。下流のタービン段落に流入した冷却蒸気の一部は、ラビリンスシール２４とタービンロータ３０との間を下流側へ流れ、ロータディスク３１の表面に沿って流れる。そして、前述したように、冷却蒸気誘導部６０によって誘導され、冷却蒸気流路５０に流れ込む。
【００６２】
冷却蒸気誘導部６０が、翼車３３の上流側の端面３３ａよりも上流側に突出、すなわち、ロータディスク３１の上流側の端面よりも上流側に突出しているため、ロータディスク３１の表面に沿って流れる冷却蒸気を冷却蒸気誘導部６０内に導き易い構成となっている。
【００６３】
そして、突出端部４６を備える動翼４０が配置された最下流のタービン段落を通過した後、冷却蒸気は、蒸気流路２５に流れ込む。
【００６４】
このように、タービンロータ３０および動翼４０を冷却蒸気によって冷却することができる。
【００６５】
上記したように、第２の実施の形態の蒸気タービン１１によれば、供給された冷却蒸気の蒸気流路２５への流入を抑制して、冷却する構成部品に確実に冷却蒸気を導入することができる。そのため、冷却する構成部品を的確に効率よく冷却することができる。
【００６６】
以上説明した実施形態によれば、冷却する構成部品に確実に冷却蒸気を導入し、構成部品を十分に冷却することが可能となる。
【００６７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
１０，１１…蒸気タービン、２０…ケーシング、２１…ダイアフラム外輪、２２…ダイアフラム内輪、２３…静翼、２４…ラビリンスシール、２５…蒸気流路、２６…グランドラビリンスシール、２７…蒸気入口管、３０…タービンロータ、３１…ロータディスク、３２…翼溝、３３…翼車、３３ａ…端面、３３ｂ，５０ａ…外周端面、４０…動翼、４１…翼根部、４２…翼有効部、４３…シュラウド、４４…植込部、４５…シャンク部、４６…突出端部、４６ａ…内周端面、４６ｂ…外周端面、４７ａ，４７ｂ，４７ｃ…係合段部、５０…冷却蒸気流路、６０…冷却蒸気誘導部、７０…冷却蒸気噴出孔、７１…冷却蒸気導入流路、８０…溝部、８１…冷却蒸気供給管、８２…連通孔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
前記ケーシングの内周側に、周方向に沿って設けられたダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に支持された複数の静翼と、
タービンロータ軸方向に沿う複数の翼溝を周方向に亘って形成してなる翼車を備えるタービンロータと、
翼高さ方向に沿って順に翼根部および翼有効部を備え、各前記翼溝に前記翼根部の一部が植設され、前記タービンロータの軸方向に前記静翼と交互に配設された複数の動翼と
を備える蒸気タービンであって、
前記動翼が、
前記翼根部の上流側の端面の少なくとも一部に形成され、前記翼車の上流側の端面よりも上流側に突出する突出端部を備え、
周方向に隣接する前記動翼のそれぞれの前記突出端部によって、両端および下方が開口した樋状の冷却蒸気誘導部を形成し、当該冷却蒸気誘導部に流入した冷却蒸気を、前記翼車の外周端面と、周方向に隣接する前記動翼のそれぞれの前記翼根部とによって形成される空隙部からなる冷却蒸気流路に誘導することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
前記突出端部の内周端面における周方向幅の中心における半径方向位置が、前記翼車の外周端面における周方向幅の中心における半径方向位置と同じか、またはその位置よりも半径方向内側にあることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
【請求項３】
周方向に隣接する前記動翼のうち、一方の前記動翼の前記突出端部の内周端面における周方向幅の中心における半径方向位置が、
前記翼車の外周端面における周方向幅の中心における半径方向位置と同じか、またはその位置よりも半径方向内側にあり、
他方の前記動翼の前記突出端部の内周端面における周方向幅の中心における半径方向位置が、
前記翼車の外周端面における周方向幅の中心における半径方向位置と同じか、
またはその位置よりも半径方向外側で、かつ前記冷却蒸気流路の外周端面における周方向幅の中心における半径方向位置と同じか、あるいはその位置よりも半径方向内側にあることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記突出端部の外周端面における周方向幅の中心における半径方向位置が、前記冷却蒸気流路の外周端面における周方向幅の中心における半径方向位置よりも半径方向外側となることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記冷却蒸気流路が、タービンロータ軸方向に貫通していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の蒸気タービン。
【請求項６】
前記動翼の上流側に配置されている前記ダイアフラム内輪に、前記冷却蒸気流路に対向する開口を有し、冷却蒸気を噴出する冷却蒸気噴出孔が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の蒸気タービン。
【請求項７】
前記冷却蒸気噴出孔に冷却蒸気を導く冷却蒸気導入流路が、前記ダイアフラム内輪に支持された前記静翼、当該静翼を支持する前記ダイアフラム外輪、および前記ケーシングを介して形成されていることを特徴とする請求項６記載の蒸気タービン。
【請求項８】
最も上流段の前記動翼よりも外部側の前記タービンロータの表面に冷却蒸気を導入する冷却蒸気導入流路を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の蒸気タービン。
【請求項９】
最も上流段の前記動翼よりも外部側の前記タービンロータに面する、前記ケーシングの内壁に、周方向に沿ってかつタービンロータ軸方向に複数段、蒸気の漏洩を防止するシール部材を備え、
タービンロータ軸方向における前記シール部材間の前記ケーシングの内壁に、前記冷却蒸気導入流路の出口開口を備えることを特徴とする請求項８記載の蒸気タービン。
【請求項１】
ケーシングと、
前記ケーシングの内周側に、周方向に沿って設けられたダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に支持された複数の静翼と、
タービンロータ軸方向に沿う複数の翼溝を周方向に亘って形成してなる翼車を備えるタービンロータと、
翼高さ方向に沿って順に翼根部および翼有効部を備え、各前記翼溝に前記翼根部の一部が植設され、前記タービンロータの軸方向に前記静翼と交互に配設された複数の動翼と
を備える蒸気タービンであって、
前記動翼が、
前記翼根部の上流側の端面の少なくとも一部に形成され、前記翼車の上流側の端面よりも上流側に突出する突出端部を備え、
周方向に隣接する前記動翼のそれぞれの前記突出端部によって、両端および下方が開口した樋状の冷却蒸気誘導部を形成し、当該冷却蒸気誘導部に流入した冷却蒸気を、前記翼車の外周端面と、周方向に隣接する前記動翼のそれぞれの前記翼根部とによって形成される空隙部からなる冷却蒸気流路に誘導することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
前記突出端部の内周端面における周方向幅の中心における半径方向位置が、前記翼車の外周端面における周方向幅の中心における半径方向位置と同じか、またはその位置よりも半径方向内側にあることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
【請求項３】
周方向に隣接する前記動翼のうち、一方の前記動翼の前記突出端部の内周端面における周方向幅の中心における半径方向位置が、
前記翼車の外周端面における周方向幅の中心における半径方向位置と同じか、またはその位置よりも半径方向内側にあり、
他方の前記動翼の前記突出端部の内周端面における周方向幅の中心における半径方向位置が、
前記翼車の外周端面における周方向幅の中心における半径方向位置と同じか、
またはその位置よりも半径方向外側で、かつ前記冷却蒸気流路の外周端面における周方向幅の中心における半径方向位置と同じか、あるいはその位置よりも半径方向内側にあることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記突出端部の外周端面における周方向幅の中心における半径方向位置が、前記冷却蒸気流路の外周端面における周方向幅の中心における半径方向位置よりも半径方向外側となることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記冷却蒸気流路が、タービンロータ軸方向に貫通していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の蒸気タービン。
【請求項６】
前記動翼の上流側に配置されている前記ダイアフラム内輪に、前記冷却蒸気流路に対向する開口を有し、冷却蒸気を噴出する冷却蒸気噴出孔が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の蒸気タービン。
【請求項７】
前記冷却蒸気噴出孔に冷却蒸気を導く冷却蒸気導入流路が、前記ダイアフラム内輪に支持された前記静翼、当該静翼を支持する前記ダイアフラム外輪、および前記ケーシングを介して形成されていることを特徴とする請求項６記載の蒸気タービン。
【請求項８】
最も上流段の前記動翼よりも外部側の前記タービンロータの表面に冷却蒸気を導入する冷却蒸気導入流路を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の蒸気タービン。
【請求項９】
最も上流段の前記動翼よりも外部側の前記タービンロータに面する、前記ケーシングの内壁に、周方向に沿ってかつタービンロータ軸方向に複数段、蒸気の漏洩を防止するシール部材を備え、
タービンロータ軸方向における前記シール部材間の前記ケーシングの内壁に、前記冷却蒸気導入流路の出口開口を備えることを特徴とする請求項８記載の蒸気タービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１９２８５（Ｐ２０１３−１９２８５Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５１６７０（Ｐ２０１１−１５１６７０）
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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