JP2013148060A - 蒸気タービン - Google Patents

Abstract

【課題】構成部品と冷却蒸気との熱伝達を促進し、必要な冷却蒸気の流量を確保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、タービンロータ軸方向に沿う植込溝３２が周方向に亘って複数形成されたロータディスク３１を有するタービンロータ３０と、植込溝３２に植設された動翼４０と、動翼４０と交互に配設された静翼５２と、冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給管２５とを備える。植込部４１の内径側端面４２と植込溝３２の底面３２ａとの間に形成された冷却蒸気通路３５と、ロータディスク３１の上流側端面３４の植込溝３２よりも半径方向内周側に周方向に亘って形成され上流側に突出する上流側突条部３６と、上流側端面３４の上流側突条部３６よりも半径方向内周側から植込部４１の内径側端面４２の中央に向かって傾斜し、冷却蒸気通路３５に連通する冷却蒸気通路３７とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービンに関する。

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。

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、動翼の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、軸方向挿入翼根部形式の動翼においては、動翼の植込部の下端面（タービンロータ側の端面）と、動翼を植設する、タービンロータのロータディスクに形成された植込溝の底面との間に形成される隙間を冷却蒸気通路として機能させている。また、タービンロータのロータディスクに、上流側の端面から下流側の端面に水平に貫通する冷却蒸気通路を設けた構造などが採用されている。これらの冷却蒸気通路を介して、冷却蒸気は、一段下流のタービン段落へ導かれる。

特開平１１−２００８０１号公報

しかしながら、従来の冷却構造では、冷却される構成部品と冷却蒸気との熱伝達が十分ではなく、効率よく構成部品を冷却することができなかった。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、主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。

この場合、構成部品と冷却蒸気との十分な熱伝達が得られないため、構成部品の冷却が不十分となる。また、主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。

本発明が解決しようとする課題は、冷却する構成部品と冷却蒸気との熱伝達を促進することができるとともに、構成部品を冷却するために必要な冷却蒸気の流量を確保することができる蒸気タービンを提供するものである。

実施形態の蒸気タービンは、タービンロータ軸方向に沿う植込溝が周方向に亘って複数形成されたロータディスクを有するタービンロータと、各前記植込溝に植込部が植設された複数の動翼と、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に周方向に亘って支持され、タービンロータ軸方向に前記動翼と交互に配設された複数の静翼と、前記タービンロータに沿って流れる冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給管とを備える。

また、蒸気タービンは、前記植込部の内径側端面と前記植込溝の底面との間に形成された第１冷却蒸気通路と、前記ロータディスクの上流側端面の、前記植込溝よりも半径方向内周側に、周方向に亘って形成され、上流側に突出する上流側突条部と、前記ロータディスクの上流側端面の、前記上流側突条部よりも半径方向内周側から、前記植込部の内径側端面の中央に向かって傾斜して形成され、前記第１冷却蒸気通路に連通する第２冷却蒸気通路とを備える。

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子午断面を示す図である。 第１の実施の形態の蒸気タービンの動翼が植込溝に植設された状態を示す斜視図である。 第１の実施の形態の蒸気タービンの動翼が植込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。 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子午断面の一部を拡大した図であり、図３のＡ−Ａ断面に相当する断面を示している。 第１の実施の形態の蒸気タービンが示された図３のＡ−Ａ断面に相当する断面を示す図であり、冷却蒸気通路の入口の他の形状を示している。 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子午断面の一部を拡大した図であり、図３のＡ−Ａ断面に相当する断面を示している。 第２の実施の形態の蒸気タービンにおける、図３のＡ−Ａ断面に相当する断面を示す図であり、冷却蒸気通路の出口の他の形状を示している。

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。

（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、タービンロータの中心軸を含む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の動翼が植込溝３２に植設された状態を示す斜視図である。図３は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の動翼が植込溝３２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４は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の、タービンロータの中心軸を含む子午断面の一部を拡大した図であり、図３のＡ−Ａ断面に相当する断面を示している。

なお、図４では、冷却蒸気の流れを矢印で示している。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、以下の実施の形態において、蒸気タービン１０として、高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、中圧タービン、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。

図１に示すように、蒸気タービン１０は、内部ケーシング２０とその外側に設けられた外部ケーシング２１とから構成される二重構造のケーシングを備えている。内部ケーシング２０内には、タービンロータ３０が貫設されている。

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植込溝３２を周方向に亘って複数形成することで構成される翼車３３を備えている（図２および図３参照）。翼車３３間の植込溝３２には、動翼４０の植込部４１が植設される。この動翼４０は、翼車３３の凹状の植込溝３２に、タービンロータ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。周方向に形成された植込溝３２に植設された複数の動翼４０によって動翼翼列４４を構成する。

植込部４１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の植込溝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から半径方向外側へ抜けることを防止している。

また、翼車３３の下流端には、例えば、植込溝３２側に突出して、動翼４０の植込部４１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、植込溝３２から抜けることはない。

図１および図３に示すように、植込部４１の内径側端面４２と植込溝３２の底面３２ａとの間には、上流側から下流側へ貫通し、冷却蒸気を通過させる、第１冷却蒸気通路として機能する冷却蒸気通路３５が形成されている。冷却蒸気通路３５の流路中心に垂直な通路断面積は、例えば、一定となるように構成される。

ロータディスク３１の上流側端面３４の、植込溝３２よりも半径方向内周側には、上流側に突出する上流側突条部３６が周方向に亘って形成されている。すなわち、上流側突条部３６は、植込溝３２の底面３２ａよりも半径方向内周側の上流側端面３４に、上流側に突出して形成された、例えば環状平板などで構成されている。

また、ロータディスク３１の上流側端面３４の、上流側突条部３６よりも半径方向内周側から、植込部４１の内径側端面４２の中央に向かって傾斜して形成され、冷却蒸気通路３５に連通する、第２冷却蒸気通路として機能する冷却蒸気通路３７が形成されている。なお、冷却蒸気通路３７は、上流側端面３４から傾斜して形成されているため、冷却蒸気通路３７の入口３７ａは、図３に示すように楕円形となる。

この冷却蒸気通路３７を通過した冷却蒸気は、植込部４１の内径側端面４２の中央に衝突するため、熱伝達が向上される。これにより、動翼４０の植込部４１の冷却を促進することができる。

ここで、植込部４１の内径側端面４２の中央とは、例えば、内径側端面４２のタービンロータ軸方向の中心で、かつ内径側端面４２の周方向の中心をいう。なお、内径側端面４２のタービンロータ軸方向の中心を中心とする内径側端面４２のタービンロータ軸方向の長さの１／３程度、かつ内径側端面４２の周方向の中心を中心とする内径側端面４２の周方向の長さの１／３程度の範囲を植込部４１の内径側端面４２の中央としてもよい。

上記したように、上流側突条部３６は、ロータディスク３１の上流側端面３４の、植込溝３２よりも半径方向内周側に、上流側に突出して構成されている。そのため、上流側突条部３６は、ロータディスク３１に沿って半径方向外側に向かって流れる冷却蒸気を堰き止め、冷却蒸気通路３７に導く。

ここで、上流側突条部３６によって堰き止められた冷却蒸気の多くを冷却蒸気通路３７に導入することが好ましい。図５は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０が示された図３のＡ−Ａ断面に相当する断面を示す図であり、冷却蒸気通路３７の入口３７ａの他の形状を示している。なお、図５では、冷却蒸気の流れを矢印で示している。

図５に示すように、冷却蒸気通路３７の入口３７ａにおける通路断面積を、入口３７ａよりも下流側における冷却蒸気通路３７の通路断面積よりも広くなるように構成してもよい。ここでは、入口３７ａの開口を広くして、下流に行くに伴い、徐々に冷却蒸気通路３７の通路断面積を減少し、当初の通路断面積まで減少させている。このように構成することで、冷却蒸気通路３７に多くの冷却蒸気を導入することができる。

冷却蒸気通路３７を通過した冷却蒸気が衝突する植込部４１の内径側端面４２の周方向に、図４に示すように、溝４３を形成してもよい。冷却蒸気通路３７を通過した冷却蒸気は、植込部４１の内径側端面４２に衝突する際、この溝４３で流れが乱され、熱伝達がさらに向上する。これにより、動翼４０の植込部４１の冷却を促進することができる。

なお、植込部４１の内径側端面４２には、少なくとも１つの溝４３が周方向に形成されていればよい。例えば、植込部４１の内径側端面４２に、周方向に亘る溝４３を、タービンロータ軸方向に複数列形成してもよい。

溝４３の、周方向に垂直な断面の形状は、図４に示すように、四角形に構成されても、この他、例えば、三角形または多角形に構成されてもよい。また、溝以外にも、例えば、植込部４１の内径側端面４２の中央に、複数の棒状の突起を所定の間隔をあけて備えてもよい。すなわち、溝４３の、周方向に垂直な断面の形状は、特に限定されるものではなく、植込部４１の内径側端面４２の中央に衝突した冷却蒸気の流れを乱す構造であればよい。

上記したような、上流側突条部３６、冷却蒸気通路３７を備えるロータディスク３１は、例えば、タービン段落の入口蒸気温度、すなわち静翼翼列５３の入口蒸気温度が、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。なお、図１では、上流から第３段までのタービン段落に、上流側突条部３６、冷却蒸気通路３７を備えるロータディスク３１を備えた一例を示している。

ここで、第３段よりも下流側のタービン段落においても、植込部４１の内径側端面４２と植込溝３２の底面３２ａとの間には、上流側から下流側へ貫通する隙間が形成されるため、冷却蒸気通路３５は形成される。

内部ケーシング２０の内周側には、ダイアフラム外輪５０が周方向に亘って備えられている。このダイアフラム外輪５０の内側には、ダイアフラム内輪５１が周方向に亘って備えられている。ダイアフラム外輪５０とダイアフラム内輪５１との間には、複数の静翼５２（ノズル）が周方向に支持され、静翼翼列５３を構成している。この静翼翼列５３は、各動翼翼列４４の上流側に設けられ、タービンロータ軸方向に、静翼翼列５３と動翼翼列４４とを交互に複数段備えている。そして、静翼翼列５３と動翼翼列４４とによって１つのタービン段落を構成している。

ダイアフラム内輪５１のタービンロータ３０に対向する側には、ラビリンスシール６０が設けられている。これによって、ダイアフラム内輪５１とタービンロータ３０との間から下流側への蒸気の漏洩を抑制している。

また、蒸気タービン１０には、蒸気入口管２３が、外部ケーシング２１および内部ケーシング２０を貫通して設けられ、蒸気入口管２３の端部が、ノズルボックス２４に連通して接続されている。なお、ノズルボックス２４の出口に、第１段（初段）の静翼５２が備えられている。

ノズルボックス２４が備えられる位置よりも外側（タービンロータ３０に沿う方向の外側であり、図１ではノズルボックス２４よりも左側）の内部ケーシング２０および外部ケーシング２１の内周には、タービンロータ軸方向に沿って、複数のグランドラビリンスシール６１が設けられ、内部ケーシング２０および外部ケーシング２１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。

さらに、蒸気タービン１０には、図１に示すように、冷却蒸気供給管２５が、外部ケーシング２１および内部ケーシング２０を貫通して設けられている。なお、冷却蒸気供給管２５は、外部ケーシング２１を貫通して内部ケーシング２０に形成された貫通孔と連通するように、内部ケーシング２０に接続されてもよい。

冷却蒸気供給管２５は、グランドラビリンスシール６１間の内部ケーシング２０の内周面に周方向に亘って形成された溝部２６に連通している。このように、冷却蒸気供給管２５の冷却蒸気の噴出口や溝部２６は、第１段の静翼５２やノズルボックス２４よりも外側（タービンロータ３０に沿う方向の外側であり、図１ではノズルボックス２４よりも左側）に位置している。

冷却蒸気供給管２５から供給された冷却蒸気は、溝部２６に沿って周方向に広がるため、冷却蒸気は、周方向に亘って均等に供給される。なお、冷却蒸気供給管２５は、周方向の複数箇所に設けられてもよい。

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、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、高圧タービンや超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。また、高圧タービンおよび超高圧タービンの双方を備える場合には、高圧タービンにおける冷却蒸気として、例えば超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。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。

なお、冷却蒸気の温度は、冷却するタービンロータ３０や動翼４０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く、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る。

冷却蒸気の供給圧力は、グランドラビリンスシール６１とタービンロータ３０との間をタービン段落側に流れ、冷却を行う所定のタービン段落まで流れることが可能な圧力に設定される。また、冷却蒸気が導入されるタービン段落から冷却蒸気の一部は、主蒸気流路７０に噴出されるため、冷却蒸気の供給圧力は、各タービン段落における主蒸気の圧力よりも高い圧力となるように設定されている。

次に、蒸気タービン１０の作用について説明する。

蒸気入口管２３を経て、ノズルボックス２４内に流入した蒸気は、各タービン段落を通過しながら、膨張仕事を行い、タービンロータ３０を回転させる。そして、膨張仕事をした蒸気は、排気通路（図示しない）を通り、蒸気タービン１０の外部へ排気される。

冷却蒸気供給管２５を介して導入された冷却蒸気は、溝部２６に供給され、周方向に広がる。冷却蒸気の一部は、タービンロータ３０を冷却しながら、タービンロータ３０とグランドラビリンスシール６１との間からタービンロータ３０に沿ってタービン段落側へ流れる。

続いて、冷却蒸気は、図４に示すように、ロータディスク３１に沿って半径方向外側に向かって流れ、上流側突条部３６によってその流れの一部が堰き止められ、冷却蒸気通路３７に導かれる。この際、冷却蒸気通路３７に導かれた残りの冷却蒸気の一部は、冷却蒸気通路３５に導入され、その残りは、主蒸気流路７０側に流出する。

冷却蒸気通路３７に導かれた冷却蒸気は、冷却蒸気通路３７を通過し、植込部４１の内径側端面４２の中央に衝突する。ここで、植込部４１の内径側端面４２の中央に溝４３が形成されている場合には、この溝４３によってさらに流れが乱され、植込部４１の内径側端面における熱伝達が促進される。

冷却蒸気通路３５に導かれた冷却蒸気は、冷却蒸気通路３５を流れ、冷却蒸気通路３７に導かれた冷却蒸気とともに下流のタービン段落に導かれる。このように、冷却蒸気通路３５および冷却蒸気通路３７を冷却蒸気が流れることで、タービンロータ３０（ロータディスク３１）や動翼４０の植込部４１が冷却される。

下流のタービン段落に導かれた冷却蒸気は、一部が主蒸気流路７０側に流出し、残りが ラビリンスシール６０とタービンロータ３０との間を下流に向かって流れる。そして、下流のタービン段落において、冷却蒸気通路３５や冷却蒸気通路３７を上記した流れと同様に流れ、タービンロータ３０（ロータディスク３１）や動翼４０の植込部４１を冷却する。

なお、上流側突条部３６、冷却蒸気通路３７を備えるロータディスク３１が備えられたタービン段落よりも下流側のタービン段落では、冷却蒸気の一部が主蒸気流路７０側に流出し、その残りが冷却蒸気通路３５を流れる。

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、冷却蒸気通路３７を通過した冷却蒸気は、植込部４１の内径側端面４２の中央に衝突するため、熱伝達が向上される。これにより、動翼４０の植込部４１の冷却を促進することができる。また、上流側突条部３６を備えることで、冷却に必要な流量の冷却蒸気を冷却蒸気通路３７に導くことができ、タービンロータ３０（ロータディスク３１）や動翼４０の植込部４１の冷却を促進することができる。

（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態の蒸気タービン１１の、タービンロータの中心軸を含む子午断面の一部を拡大した図であり、図３のＡ−Ａ断面に相当する断面を示している。なお、図６では、冷却蒸気の流れを矢印で示している。

第２の実施の形態の蒸気タービン１１においては、ロータディスク３１に形成される冷却蒸気通路の構成以外は第１の実施の形態の蒸気タービン１０の構成と同じである。そのため、ここでは、主に冷却蒸気通路の構成について説明する。

図６に示すように、蒸気タービン１１におけるロータディスク３１に形成された冷却蒸気通路は、第１の実施の形態のロータディスク３１に形成された冷却蒸気通路３５、３７に、さらに下流側突条部８０および冷却蒸気通路８１を備えている。

下流側突条部８０は、ロータディスク３１の下流側端面８２の、植込溝３２よりも半径方向内周側に、周方向に亘って形成され、下流側に突出している。すなわち、下流側突条部８０は、植込溝３２の底面３２ａよりも半径方向内周側の下流側端面８２に、下流側に突出して形成された、例えば環状平板などで構成されている。

冷却蒸気通路８１は、第３冷却蒸気通路として機能し、ロータディスク３１の下流側端面８２の、下流側突条部８０よりも半径方向内周側から、植込部４１の内径側端面４２の中央に向かって傾斜して形成され、冷却蒸気通路３５に連通している。なお、冷却蒸気通路８１は、下流側端面８２から傾斜して形成されているため、冷却蒸気通路８１の出口８１ａは、楕円形となる。

冷却蒸気通路３５を流れる冷却蒸気の一部が、冷却蒸気通路８１を通り下流側のタービン段落へ流出する。冷却蒸気通路８１を流れることで、下流側のタービン段落において、冷却蒸気は、下流側突条部８０よりも半径方向内側に排出される。そのため、主蒸気流路７０に噴出される冷却蒸気の流量を抑制することができる。

なお、主蒸気流路７０に噴出される冷却蒸気の流量を抑制した場合においても、主蒸気の半径方向内側への流入を抑制するための、主蒸気流路７０に噴出すべき最小限の冷却蒸気の流量は維持されている。

また、ここでは、冷却蒸気通路３５の流路中心に垂直な通路断面積は一定となるように構成されているが、この構成に限られるものではない。例えば、冷却蒸気通路３５の流路中心に垂直な通路断面積が、下流へ行くに伴い小さくなるように構成してもよい。

この場合、冷却蒸気通路３５の通路断面積が一定の場合と比べて、冷却蒸気通路３５を流れる冷却蒸気の流量は少なくなり、冷却蒸気通路８１を流れる冷却蒸気の流量は多くなる。そのため、主蒸気流路７０に噴出される冷却蒸気の流量を抑制し、下流側のタービン段落に導かれる冷却蒸気の流量を増加することができる。この場合においても、上記したように、主蒸気流路７０に噴出すべき最小限の冷却蒸気の流量は維持されている。

ここで、主蒸気流路７０に噴出すべき最小限の冷却蒸気の流量を維持しつつ、冷却蒸気通路３５を流れる冷却蒸気の多くを冷却蒸気通路８１の出口８１ａから排出することが好ましい。図７は、第２の実施の形態の蒸気タービン１１における、図３のＡ−Ａ断面に相当する断面を示す図であり、冷却蒸気通路８１の出口８１ａの他の形状を示している。なお、図７では、冷却蒸気の流れを矢印で示している。

図７に示すように、冷却蒸気通路８１の出口８１ａにおける通路断面積を、出口８１ａよりも上流側における冷却蒸気通路８１の通路断面積よりも広くなるように構成してもよい。ここでは、出口８１ａの開口を広くして、上流に行くに伴い、徐々に冷却蒸気通路８１の通路断面積を減少し、当初の通路断面積まで減少させている。このように構成することで、冷却蒸気通路８１の出口８１ａから多くの冷却蒸気を排出することができる。

ここで、図７では、冷却蒸気通路３７の入口３７ａにおける通路断面積を、入口３７ａよりも下流側における冷却蒸気通路３７の通路断面積よりも広くなるように構成した一例を示している。なお、冷却蒸気通路３７の入口３７ａの構成は、図４に示す通路断面積を広くしていない構成であってもよい。

上記したように構成された蒸気タービン１１において、冷却蒸気供給管２５を介して導入された冷却蒸気は、溝部２６に供給され、周方向に広がる。冷却蒸気の一部は、タービンロータ３０を冷却しながら、タービンロータ３０とグランドラビリンスシール６１との間からタービンロータ３０に沿ってタービン段落側へ流れる。

続いて、冷却蒸気は、図６に示すように、ロータディスク３１に沿って半径方向外側に向かって流れ、上流側突条部３６によってその流れの一部が堰き止められ、冷却蒸気通路３７に導かれる。この際、冷却蒸気通路３７に導かれた冷却蒸気の一部は、冷却蒸気通路３５に導入され、その残りは、主蒸気流路７０側に流出する。

冷却蒸気通路３７に導かれた冷却蒸気は、冷却蒸気通路３７を通過し、植込部４１の内径側端面４２の中央に衝突する。ここで、植込部４１の内径側端面４２の中央に溝４３が形成されている場合には、この溝４３によってさらに流れが乱され、植込部４１の内径側端面における熱伝達が促進される。

冷却蒸気通路３５に導かれた冷却蒸気は、冷却蒸気通路３５を流れ、冷却蒸気通路３７に導かれた冷却蒸気と合流する。そして、冷却蒸気通路３５を流れる冷却蒸気の一部は、冷却蒸気通路８１に流出し、出口８１ａから排出され、残りは、冷却蒸気通路３５から排出され、下流側のタービン段落に導かれる。このように、冷却蒸気通路３５、冷却蒸気通路３７および冷却蒸気通路８１を冷却蒸気が流れることで、タービンロータ３０（ロータディスク３１）や動翼４０の植込部４１が冷却される。

下流のタービン段落に導かれた冷却蒸気は、一部が主蒸気流路７０側に流出し、残りが ラビリンスシール６０とタービンロータ３０との間を下流に向かって流れる。そして、下流のタービン段落において、冷却蒸気通路３５、冷却蒸気通路３７および冷却蒸気通路８１を上記した流れと同様に流れ、タービンロータ３０（ロータディスク３１）や動翼４０の植込部４１を冷却する。

なお、上流側突条部３６、冷却蒸気通路３７および冷却蒸気通路８１を備えるロータディスク３１が備えられたタービン段落よりも下流側のタービン段落では、冷却蒸気の一部が主蒸気流路７０側に流出し、その残りが冷却蒸気通路３５を流れる。

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、冷却蒸気通路３７を通過した冷却蒸気は、植込部４１の内径側端面４２の中央に衝突するため、熱伝達が向上される。これにより、動翼４０の植込部４１の冷却を促進することができる。また、上流側突条部３６を備えることで、冷却に必要な流量の冷却蒸気を冷却蒸気通路３７に導くことができ、タービンロータ３０（ロータディスク３１）や動翼４０の植込部４１の冷却を促進することができる。

さらに、冷却蒸気通路８１を備えることで、主蒸気流路７０に噴出すべき最小限の冷却蒸気の流量を維持しつつ、冷却蒸気通路３５を流れる冷却蒸気の多くを冷却蒸気通路８１の出口８１ａから排出することができる。そのため、ラビリンスシール６０とタービンロータ３０との間を下流に向かって流れ、さらに下流側のタービン段落に流れる冷却蒸気の流量を増加することができる。

なお、第２の実施の形態の蒸気タービン１１における、ロータディスク３１に形成された冷却蒸気通路３５の構成は、上記した構成に限られるものではない。例えば、上記した、第２の実施の形態の蒸気タービン１１における冷却蒸気通路３５の上流側の入口および下流側の出口を、例えば、封止部材などによって封止してもよい。この封止部材は、例えば、タービンロータ３０と同じ材料で、冷却蒸気通路３５の形状に合わせて形成された部材で構成される。そして、冷却蒸気通路３５の上流側の入口および下流側の出口を、それぞれ封止部材によって封止する。封止部材は、例えば、上流側または下流側から溶接によってロータディスク３１に固定される。

これにより、ロータディスク３１の内部を通過する冷却蒸気は、冷却蒸気通路３７の入口３７ａから流入し、冷却蒸気通路８１の出口８１ａから排出される。そのため、植込部４１の内径側端面４２の中央に衝突する冷却蒸気の流量が増加し、熱伝達を向上することができる。

さらに、冷却蒸気が冷却蒸気通路８１の出口８１ａから排出されることで、下流側のタービン段落において、冷却蒸気は、下流側突条部８０よりも半径方向内側に排出される。そのため、ラビリンスシール６０とタービンロータ３０との間を下流に向かって流れ、さらに下流側のタービン段落に流れる冷却蒸気の流量を増加することができる。

なお、この場合、冷却蒸気通路８１の出口８１ａから排出された冷却蒸気の一部は、主蒸気流路７０に噴出する。そして、この主蒸気流路７０に噴出される冷却蒸気においては、主蒸気の半径方向内側への流入を抑制するための、最小限の冷却蒸気の流量は維持されている。

以上説明した実施形態によれば、冷却する構成部品と冷却蒸気との熱伝達を促進することができるとともに、構成部品を冷却するために必要な冷却蒸気の流量を確保することが可能となる。

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。

１０，１１…蒸気タービン、２０…内部ケーシング、２１…外部ケーシング、２３…蒸気入口管、２４…ノズルボックス、２５…冷却蒸気供給管、２６…溝部、３０…タービンロータ、３１…ロータディスク、３２…植込溝、３２ａ…底面、３３…翼車、３４…上流側端面、３５，３７，８１…冷却蒸気通路、３６…上流側突条部、３７ａ…入口、４０…動翼、４１…植込部、４２…内径側端面、４３…溝、４４…動翼翼列、５０…ダイアフラム外輪、５１…ダイアフラム内輪、５２…静翼、５３…静翼翼列、６０…ラビリンスシール、６１…グランドラビリンスシール、７０…主蒸気流路、８０…下流側突条部、８１ａ…出口、８２…下流側端面。

Claims (8)

1. タービンロータ軸方向に沿う植込溝が周方向に亘って複数形成されたロータディスクを有するタービンロータと、
   各前記植込溝に植込部が植設された複数の動翼と、
   ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に周方向に亘って支持され、タービンロータ軸方向に前記動翼と交互に配設された複数の静翼と、
   前記タービンロータに沿って流れる冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給管と
   を備える蒸気タービンであって、
   前記植込部の内径側端面と前記植込溝の底面との間に形成された第１冷却蒸気通路と、
   前記ロータディスクの上流側端面の、前記植込溝よりも半径方向内周側に、周方向に亘って形成され、上流側に突出する上流側突条部と、
   前記ロータディスクの上流側端面の、前記上流側突条部よりも半径方向内周側から、前記植込部の内径側端面の中央に向かって傾斜して形成され、前記第１冷却蒸気通路に連通する第２冷却蒸気通路と
   を備えることを特徴とする蒸気タービン。
2. 前記ロータディスクの下流側端面の、前記植込溝よりも半径方向内周側に、周方向に亘って形成され、下流側に突出する下流側突条部と、
   前記ロータディスクの下流側端面の、前記下流側突条部よりも半径方向内周側から、前記植込部の内径側端面の中央に向かって傾斜して形成され、前記第１冷却蒸気通路に連通する第３冷却蒸気通路と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
3. 前記第１冷却蒸気通路の上流側の開口および下流側の開口が封止されていることを特徴とする請求項２記載の蒸気タービン。
4. 前記第２冷却蒸気通路の入口における通路断面積が、当該入口よりも下流側における前記第２冷却蒸気通路の通路断面積よりも広い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。
5. 前記第３冷却蒸気通路の出口における通路断面積が、当該出口よりも上流側における前記第３冷却蒸気通路の通路断面積よりも広いことを特徴とする請求項２または３記載の蒸気タービン。
6. 前記第１冷却蒸気通路の通路断面積が、下流へ行くに伴い小さくなることを特徴とする請求項２記載の蒸気タービン。
7. 前記第２冷却蒸気通路を通過した冷却蒸気が衝突する前記植込部の内径側端面に、少なくとも１つの溝が周方向に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の蒸気タービン。
8. 前記溝の、周方向に垂直な断面の形状が、三角形、四角形または多角形であることを特徴とする請求項７記載の蒸気タービン。

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