JP2021046822A - タービン、および、その製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】静翼の冷却を的確に行うことが容易に実現可能なタービン等を提供する。【解決手段】実施形態のタービンは、タービンロータ２０とタービン車室とタービン段落４０とを備える。タービン車室は、外部車室が内部車室を介してタービンロータ２０を収容している。タービン段落４０は、複数の静翼４１が内部車室の内部に配置された静翼翼列、および、内部車室の内部において複数の動翼４２がタービンロータ２０に配置された動翼翼列を含む。タービンは、ＣＯ２を含む作動媒体が内部車室の内部に導入されることによってタービンロータ２０が回転する共に、ＣＯ２を含む冷却媒体ＣＦが静翼４１に導入されて冷却されるように構成されている。内部車室は、冷却媒体ＣＦが流れる冷却孔Ｈ３１が形成されていると共に、冷却孔Ｈ３１には、冷却媒体ＣＦの流量を調整する流量調整機構５０が設けられている。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、タービン、および、その製造方法に関する。

超臨界ＣＯ_２セミクローズサイクルの火力発電システムは、燃焼器、タービン、排熱回収熱交換器、冷却熱交換器、および、圧縮機を備え、超臨界状態のＣＯ_２が作動媒体として主に用いられる。

具体的には、本サイクルでは、燃焼器において作動媒体が加熱された後に、タービンに導かれる。そして、タービンにおいて作動媒体が膨張し仕事を行うことによりタービンロータを回転させることで、発電機を駆動させる。タービンから排出された作動媒体は、排熱回収熱交換器へ導かれ、燃焼器へ導入する作動媒体との間において熱交換が行われた後に、冷却熱交換器へ導かれる。冷却熱交換器へ導かれた作動媒体は、冷却水との間で熱交換が行われて冷却された後に、圧縮機へ導かれる。圧縮機へ導かれた作動媒体は、加圧された後に、排熱回収熱交換器へ導かれ、上述したように、タービンから排出された作動媒体との間で熱交換が行なわれた後に、燃焼器へ導入される。本サイクルでは、臨界点状態下で圧縮することによって、圧縮動力を削減し、高効率を実現可能である。

本サイクルにおいて、燃焼器は、純酸素を用いて燃料を燃焼させることによって加熱を行う。そして、燃焼によって生じた水蒸気を冷却熱交換器で冷却して液体にすることで分離し回収する。このため、本サイクルでは、ＣＯ_２が循環する。この一方で、燃焼によって生じたＣＯ_２は、圧縮機で圧縮された後、パイプラインやＥＣＲ等に回収されて貯蔵される。したがって、本サイクルでは、ＣＯ_２を大気に放出せずに、分離して貯蔵することが可能である。

本サイクルにおいて、高効率化を実現するためには、燃焼温度および圧力のそれぞれについて、高温化および高圧化のそれぞれが必要である。このため、タービンを構成するタービン車室は、高圧条件に対応するために、二重車室構造が採用されている。また、高効率化のために、タービンは、複数のタービン段落を備える多段式が採用されている。さらに、タービン車室、および、タービン内部部品（動翼、静翼、タービンロータ等など）を冷却するために、冷却媒体が必要である。

特開２０１４−２０３３０号公報

一般的な冷却が行われるガスタービン設備では、タービンと圧縮機とが一体で構成されている。そして、圧縮機の各段落から抽気した冷却空気を冷却媒体としてタービンの各タービン段落に供給することによって冷却が行われている。冷却空気は、タービン車室の内部および外部に設けられた経路を介して、各タービン段落に供給される。特に、後方側に位置するタービン段落を構成する静翼を冷却する場合は、圧縮機およびタービン車室に設けた開口部に配管等を接続することによって冷却が行われる。

この一方で、上述した超臨界ＣＯ_２セミクローズサイクルの火力発電システムでは、タービンと圧縮機とが一体でなく、別体で構成されている。そして、タービンを構成するタービン車室は、高圧条件に対応するために、肉厚が厚い二重車室構造が採用されている。このため、二重車室構造のタービン車室を貫通するように複数のタービン段落のそれぞれに冷却供給構造を設けることは容易でないので、たとえば、一つの開口部を介してＣＯ_２を冷却媒体（冷却ＣＯ_２）として供給する構造が採用されている。冷却媒体は、二重車室構造のタービン車室の内部に設けられた複数のタービン段落の静翼に供給される。

上述した超臨界ＣＯ_２セミクローズサイクルの火力発電システムでは、タービンに冷却媒体として導入される媒体の圧力は、タービンに作動媒体として導入される媒体の圧力よりも高い。このため、初段のタービン段落より後段に位置するタービン段落の静翼へ供給する冷却媒体の圧力が、高すぎる場合がある。これに対応するために複数の静翼のそれぞれにオリフィスを設けることが考えられるが、この場合には、最適条件を満たすために必要なオリフィス径が極めて小さくなる。その結果、高い加工精度でオリフィスを作製することが困難になると共に、極めて小さいオリフィスの孔が運転時に閉塞する可能性が高まる。したがって、冷却媒体を供給前に減圧する必要がある。また、作動媒体が流れるタービン通路部における圧力と、冷却媒体の圧力との間の圧力差が大きい場合には、静翼の取り付け構造を強固な構造にする必要がある。その結果、機器が大型化する場合がある。

上記のような事情等により、超臨界ＣＯ_２セミクローズサイクルの火力発電システムでは、静翼の冷却を的確に行うことが困難な場合がある。

本発明が解決しようとする課題は、静翼の冷却を的確に行うことが容易に実現可能な、タービン、および、その製造方法を提供することである。

実施形態のタービンは、タービンロータとタービン車室とタービン段落とを備える。タービン車室は、外部車室が内部車室を介してタービンロータを収容している。タービン段落は、複数の静翼が内部車室の内部に配置された静翼翼列、および、内部車室の内部において複数の動翼がタービンロータに配置された動翼翼列を含む。タービンは、ＣＯ_２を含む作動媒体が内部車室の内部に導入されることによってタービンロータが回転すると共に、ＣＯ_２を含む冷却媒体が静翼に導入されて冷却されるように構成されている。内部車室は、冷却媒体が流れる冷却孔が形成されていると共に、冷却孔には、冷却媒体の流量を調整する流量調整機構が設けられている。

図１は、第１実施形態にかかる火力発電システムを模式的に示す図である。 図２は、第１実施形態にかかる火力発電システムにおいて、タービン１２の断面（ｘｚ面）を模式的に示す断面図である。 図３は、第１実施形態にかかる火力発電システムにおいて、タービン１２の一部断面（ｘｚ面）を拡大して示す拡大断面図である。 図４は、第１実施形態にかかる火力発電システムにおいて、タービン１２の断面（ｙｚ面）を示す断面図である。 図５Ａは、第１実施形態の内部車室３１のうち、冷却孔Ｈ３１を含む第１内部車室部３１ａを製造する工程を示す断面図である。 図５Ｂは、第１実施形態の内部車室３１のうち、冷却孔Ｈ３１を含む第１内部車室部３１ａを製造する工程を示す断面図である。 図５Ｃは、第１実施形態の内部車室３１のうち、冷却孔Ｈ３１を含む第１内部車室部３１ａを製造する工程を示す断面図である。 図６は、第１実施形態の変形例にかかる火力発電システムにおいて、タービン１２の一部断面（ｘｚ面）を拡大して示す拡大断面図である。 図７は、第２実施形態にかかる火力発電システムにおいて、タービン１２の一部断面（ｘｚ面）を拡大して示す拡大断面図である。 図８Ａは、第２実施形態において、第１内部車室部３１ａを製造する工程を示す断面図である。 図８Ｂは、第２実施形態において、第１内部車室部３１ａを製造する工程を示す断面図である。 図８Ｃは、第２実施形態において、第１内部車室部３１ａを製造する工程を示す断面図である。 図９は、第３実施形態にかかる火力発電システムにおいて、タービン１２の一部断面（ｘｚ面）を拡大して示す拡大断面図である。 図１０Ａは、第３実施形態において、第１内部車室部３１ａを製造する工程を示す断面図である。 図１０Ｂは、第３実施形態において、第１内部車室部３１ａを製造する工程を示す断面図である。 図１０Ｃは、第３実施形態において、第１内部車室部３１ａを製造する工程を示す断面図である。

＜第１実施形態＞
第１実施形態にかかる火力発電システム１について図１を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態の火力発電システム１は、燃焼器１１、タービン１２、発電機１３、再生熱交換器１４、熱交換器１５、水分離装置１６、および、圧縮機１７を備え、超臨界ＣＯ_２セミクローズサイクルを構成するように各部が設けられている。

燃焼器１１においては、酸素供給系統１１ａから酸素が供給されると共に、燃料系統１１ｂから燃料（メタンなど）が供給される。燃焼器１１では、燃料が酸素と反応して燃焼が生ずる。

タービン１２においては、燃焼器１１の燃焼によって過熱された超臨界の媒体（ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ）が作動媒体として作動媒体供給系統１２ａを介して供給される。タービン１２では、作動媒体が膨張し仕事を行うことによって、タービンロータ（図示省略）が回転する。その作動媒体は、作動媒体排気系統１２ｂを介してタービン１２から排気される。

発電機１３は、タービン１２のタービンロータ（図示省略）に接続されている。このため、タービン１２においてタービンロータが回転することによって、発電機１３が駆動し、発電が行われる。

再生熱交換器１４においては、タービン１２から排気された媒体と、圧縮機１７から排出された媒体との間の熱交換が行われる。再生熱交換器１４は、高温再生熱交換器１４１と低温再生熱交換器１４２とを有する。再生熱交換器１４では、タービン１２から排気された媒体が、高温再生熱交換器１４１と低温再生熱交換器１４２とを順次流れることによって冷却される。これと共に、再生熱交換器１４では、圧縮機１７から排出された媒体が、低温再生熱交換器１４２と高温再生熱交換器１４１とを順次流れることによって加熱される。

熱交換器１５においては、再生熱交換器１４から排出された媒体と、冷却水との間で熱交換が行われる。これにより、再生熱交換器１４から排出された媒体は、冷却され、再生熱交換器１４から排出された媒体に含まれる水蒸気が凝縮される。

水分離装置１６においては、熱交換器１５から排出された媒体が供給される。水分離装置１６では、その供給された媒体から、熱交換器１５での凝縮によって生じた水（液相水）を分離する。その分離した水は、水分離装置１６から水排出系統１６ａを介して外部へ排出される。このため、水分離装置１６では、高純度のＣＯ_２が得られる。

圧縮機１７においては、高純度のＣＯ_２である媒体が水分離装置１６から供給され、その供給された媒体が加圧されて超臨界流体になる。圧縮機１７で加圧された媒体のうち、一部は、ＣＯ_２排出系統１７ａを介して、外部へ排出される。具体的には、燃焼器１１における燃焼で増加したＣＯ_２の量に相当するＣＯ_２が、ＣＯ_２排出系統１７ａを介して排出される。そして、圧縮機１７で加圧された媒体のうち、残部は、上述したように、再生熱交換器１４において低温再生熱交換器１４２と高温再生熱交換器１４１とを順次流れる。

低温再生熱交換器１４２を通過した媒体の一部は、冷却媒体（冷却ＣＯ_２）としてタービン冷却系統１２ｃを介してタービン１２に供給される。低温再生熱交換器１４２を通過した媒体の残部は、燃焼器１１に導かれた後に、上述したように、作動媒体として作動媒体供給系統１２ａを介してタービン１２に供給される。

第１実施形態にかかる火力発電システム１を構成するタービン１２の詳細に関して、図２、図３、および、図４を用いて説明する。図２と図３とのそれぞれは、鉛直方向ｚと第１水平方向ｘとによって規定される鉛直面（ｘｚ面）における断面を示しており、図３は、図２において破線で囲った部分Ａを拡大して示している。図４は、水平面（ｘｙ面）において第１水平方向ｘに直交する第２水平方向ｙと、鉛直方向ｚとによって規定される鉛直面（ｙｚ面）における断面を示しており、図２のＢ−Ｂ部分を示している。

図２、図３、および、図４に示すように、タービン１２は、タービンロータ２０とタービン車室３０とタービン段落４０とを備える。

タービン１２は、図２に示すように、多段式の軸流タービンであって、作動媒体供給系統１２ａ（図１参照）を構成する作動媒体導入管３１１を介して、ＣＯ_２を含む作動媒体Ｆがタービン車室３０の内部に導入され、タービンロータ２０の回転軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ）に並ぶ複数のタービン段落４０において仕事を行う。その後、作動媒体排気系統１２ｂを構成する排気管３１２を介して、作動媒体Ｆが外部へ排出される。

また、タービン１２は、タービン冷却系統１２ｃ（図１参照）を構成する冷却媒体導入管３１３を介して、ＣＯ_２を含む冷却媒体ＣＦがタービン車室３０の内部に導入されることによって、少なくとも、タービン段落４０の静翼４１が冷却されるように構成されている。

本実施形態のタービン１２を構成する各部の詳細に関して順次説明する。

タービンロータ２０は、図２に示すように、回転軸ＡＸが第１水平方向ｘに沿うように、軸受６０に回転可能に支持されている。タービンロータ２０には、複数のロータディスク２１が外周面に設けられている。複数のロータディスク２１は、回転軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ）に並ぶように配列されている。また、タービンロータ２０の外周面には、バランスピストン２２が設けられている。図示を省略しているが、タービンロータ２０は、発電機（図示省略）に連結されている。

タービン車室３０は、図２に示すように、二重車室構造であって、内部車室３１と外部車室３２とを有する。

タービン車室３０において、内部車室３１は、図２に示すように、第１内部車室部３１ａおよび第２内部車室部３１ｂを含み、第１内部車室部３１ａと第２内部車室部３１ｂとが回転軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ）に並ぶように設置されている。

第１内部車室部３１ａは、バランスピストン２２、および、複数のタービン段落４０のうち前段側のタービン段落４０を構成するロータディスク２１を囲うように、タービンロータ２０の周囲に設置されている。そして、第１内部車室部３１ａには、冷却室Ｒ３１ａが形成されている。冷却室Ｒ３１ａは、タービンロータ２０の周りを回転方向Ｒに囲うリング状の空間である。

第２内部車室部３１ｂは、複数のタービン段落４０のうち後段側のタービン段落４０を構成するロータディスク２１を囲うように、タービンロータ２０の周囲に設置されている。そして、第２内部車室部３１ｂには、排気室Ｒ３１ｂが形成されている。排気室Ｒ３１ｂは、タービンロータ２０の周りを回転方向Ｒに囲うリング状の空間である。

タービン車室３０において、外部車室３２は、内部車室３１を介して、タービンロータ２０を収容するように構成されている。

また、タービン車室３０においては、内部車室３１の内周面とタービンロータ２０の外周面、および、外部車室３２の内周面とタービンロータ２０の外周面との間との間を密封するために、シール部材３５が設けられている。

タービン段落４０は、図２に示すように、複数の静翼４１で構成された静翼翼列、および、複数の動翼４２で構成された動翼翼列を含む。

静翼翼列を構成する複数の静翼４１は、内部車室３１の内部に設けられている。複数の静翼４１は、内部車室３１の内部においてタービンロータ２０の周りを囲うように、回転方向Ｒに配列されている。動翼翼列を構成する複数の動翼４２は、内部車室３１の内部においてタービンロータ２０の周りを囲うように、回転方向Ｒに配列されている。

タービン段落４０は、静翼翼列と、静翼翼列の下流側において隣接する動翼翼列とによって構成されており、複数が回転軸ＡＸに沿った軸方向に並んでいる。複数のタービン段落４０のうち初段から第３段までのタービン段落４０は、内部車室３１のうち第１内部車室部３１ａの内部に設けられている。そして、複数のタービン段落４０のうち第４段から第５段までのタービン段落４０は、内部車室３１のうち第２内部車室部３１ｂの内部に設けられている。
タービン段落４０においては、静翼４１の内周面とタービンロータ２０の外周面との間および動翼４２の内周面とタービンロータ２０の外周面との間を密封するために、適宜、シールフィン４３が設けられている。

作動媒体導入管３１１は、図２に示すように、タービン車室３０の上方から外部車室３２と内部車室３１とを貫通するように径方向に延在する部分と、タービンロータ２０の周りを回転方向Ｒに囲うリング状の部分とが連結されている。作動媒体導入管３１１において径方向に延在する部分の一部、および、タービンロータ２０の周りを囲う部分は、冷却室Ｒ３１ａの内部に収容されている。作動媒体導入管３１１は、作動媒体Ｆを初段のタービン段落４０に導入するように、初段のタービン段落４０に連通している。

排気管３１２は、図２に示すように、タービン車室３０の下方から外部車室３２と内部車室３１とを貫通するように径方向に延在している。排気管３１２は、最終段のタービン段落４０から排気室Ｒ３１ｂに排気された作動媒体Ｆをタービン車室３０の外部へ排出するように、排気室Ｒ３１ｂに連通している。

冷却媒体導入管３１３は、図２に示すように、タービン車室３０の下方から外部車室３２と内部車室３１とを貫通するように径方向に延在している。冷却媒体導入管３１３は、冷却媒体ＣＦを冷却室Ｒ３１ａに導入するように、冷却室Ｒ３１ａに連通している。

図２および図３に示すように、内部車室３１を構成する第１内部車室部３１ａには、冷却媒体ＣＦが流れる冷却孔Ｈ３１が形成されている。

冷却孔Ｈ３１は、冷却室Ｒ３１ａとタービン段落４０の静翼４１との間を連通するように構成されている。本実施形態では、冷却孔Ｈ３１は、タービンロータ２０の回転軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ）に貫通する第1冷却孔部Ｈ３１１と、タービンロータ２０の径方向において静翼４１と第1冷却孔部Ｈ３１１との間を連通させる第２冷却孔部Ｈ３１２とを含む。冷却孔Ｈ３１のうち、第1冷却孔部Ｈ３１１は、冷却媒体ＣＦが導入される一方の開口とは反対側に位置する他方の開口がプラグ３３で塞がれている。

図２および図３では、冷却孔Ｈ３１が冷却室Ｒ３１ａと第２段のタービン段落４０を構成する静翼４１との間を連通する部分を示している。図２および図３では図示を省略しているが、図４に示すように、第２段のタービン段落４０に連通する冷却孔Ｈ３１＿２が冷却孔Ｈ３１として形成されている他に、初段のタービン段落４０に連通する冷却孔Ｈ３１＿１および第３段のタービン段落４０に連通する冷却孔Ｈ３１＿３が冷却孔Ｈ３１として形成されている。

図４に示すように、本実施形態では、初段のタービン段落４０に対して２つの冷却孔Ｈ３１＿１が形成されている。初段のタービン段落４０に対して形成された２つの冷却孔Ｈ３１＿１は、タービンロータ２０の回転方向Ｒにおいて等しいピッチで並ぶように第１内部車室部３１ａに形成されている、ここでは、２つの冷却孔Ｈ３１＿１は、回転軸ＡＸを介して対向するように設けられている。初段のタービン段落４０に対して形成された２つの冷却孔Ｈ３１＿１と同様に、第２段のタービン段落４０に対しても２つの冷却孔Ｈ３１＿２が形成されており、第３段のタービン段落４０に対しても２つの冷却孔Ｈ３１＿３が形成されている。

本実施形態では、タービン段落４０を構成する複数の静翼４１のそれぞれに対して冷却孔Ｈ３１を形成していない。つまり、一つのタービン段落４０に対して冷却孔Ｈ３１が形成される数が、タービン段落４０を構成する複数の静翼４１の数よりも少なくなるように、冷却孔Ｈ３１が第１内部車室部３１ａに形成されている。

上記の冷却孔Ｈ３１には、図２および図３に示すように、冷却媒体ＣＦの流量を調整するために流量調整機構５０が設けられている。流量調整機構５０は、冷却孔Ｈ３１において冷却媒体ＣＦが冷却室Ｒ３１ａから導入される入口部分に設けられている。この他に、流量調整機構５０は、冷却孔Ｈ３１において冷却媒体ＣＦが静翼４１へ排出される出口部分に設置されている。

図３では図示を省略しているが、図４に示すように、第２段のタービン段落４０に連通する冷却孔Ｈ３１＿２に流量調整機構５０が設置されている他に、初段のタービン段落４０に連通する冷却孔Ｈ３１＿１および第３段のタービン段落４０に連通する冷却孔Ｈ３１＿３においても流量調整機構５０が設置されている。

流量調整機構５０は、たとえば、オリフィスであって、初段から第３段のタービン段落４０のそれぞれに応じて冷却媒体ＣＦの流量が適正量になるように、オリフィスの絞り径が調整されている。

本実施形態では、流量調整機構５０は、冷却孔Ｈ３１から着脱自在に構成されていることが好ましい。たとえば、流量調整機構５０は、外周面に雄ネジ部が形成されたオリフィスであって、冷却孔Ｈ３１において形成された雌ネジ部に、そのオリフィスが捻り込まれることで取り付けられるように構成されていることが好ましい。これにより、流量調整機構５０の交換を容易に実行可能である。

上記のタービン１２における冷却媒体ＣＦの流れに関して説明する。

冷却媒体ＣＦは、まず、図２に示すように、冷却媒体導入管３１３を介して冷却室Ｒ３１ａの内部に導入される。冷却室Ｒ３１ａにおいて、冷却媒体ＣＦは、作動媒体導入管３１１における作動媒体Ｆよりも圧力が高い状態であって、温度が低い状態である。

冷却室Ｒ３１ａに導入された冷却媒体ＣＦは、第１内部車室部３１ａに形成された冷却孔Ｈ３１（Ｈ３１＿１〜Ｈ３１＿３，図４参照）を介して、初段から第３段のタービン段落４０を構成する静翼４１に導入される。

本実施形態では、冷却媒体ＣＦは、冷却孔Ｈ３１の入口部分に設けられた流量調整機構５０を通過して、冷却孔Ｈ３１の内部に供給される。そして、冷却媒体ＣＦは、冷却孔Ｈ３１の出口部分に設けられた流量調整機構５０を通過する。冷却孔Ｈ３１の出口から出た冷却媒体ＣＦは、回転方向Ｒに並ぶ複数の静翼４１の外周側に形成された環状流路Ｈ３２を介して、回転方向Ｒに並ぶ複数の静翼４１のそれぞれに供給される（図４参照）。静翼４１は、中空構造であって、内部に冷却媒体ＣＦが流れる冷却流路が形成されており、その冷却流路を冷却媒体ＣＦが流れることによって、複数の静翼４１のそれぞれが冷却される。静翼４１の冷却で利用された冷却媒体ＣＦは、内部車室３１の内部において作動媒体Ｆが流れる通路に排出され、作動媒体Ｆに混合された状態で、排気室Ｒ３１ｂに排出される。

本実施形態では、冷却孔Ｈ３１には、冷却媒体ＣＦの流量を調整する流量調整機構５０が設けられているので、流量調整機構５０によって冷却媒体ＣＦの流量が適正量になるように調整が可能である。したがって、複数のタービン段落４０のそれぞれにおいて静翼４１を的確に冷却することができる。

本実施形態では、流量調整機構５０であるオリフィスは、複数の静翼４１に対して個別に設置されていない。本実施形態では、一つのタービン段落４０に対して設置された流量調整機構５０の数は、一つのタービン段落４０を構成する複数の静翼４１の数よりも少ない。このため、流量調整機構５０を構成するオリフィスにおいては、最適な冷却流量にするために必要な絞り径（オリフィス径）を著しく小さくする必要がない。その結果、加工において許容される許容範囲を広くすることができ、異物による閉塞が発生することを抑制可能である。また、流量調整機構５０によって冷却媒体ＣＦと作動媒体Ｆとの圧力差が小さくなるように調整可能であるので、静翼４１の取付構造を強固にする必要がなくなり、機器の大型化を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、初段から第３段のタービン段落４０のそれぞれに対して冷却孔Ｈ３１＿１，Ｈ３１＿２，Ｈ３１＿３が２つずつ形成されている。初段のタービン段落４０に対して形成された２つの冷却孔Ｈ３１＿１は、タービンロータ２０の回転方向Ｒにおいて等しいピッチで並ぶように設けられている。第２段のタービン段落４０に対して形成された２つの冷却孔Ｈ３１＿２および、第３段のタービン段落４０に対して形成された２つの冷却孔Ｈ３１＿３も同様に、タービンロータ２０の回転方向Ｒにおいて等しいピッチで並ぶように設けられている。このため、本実施形態では、タービン段落４０において回転方向Ｒに並ぶ複数の静翼４１のそれぞれに対して、より均等に冷却媒体ＣＦを供給することができる。その結果、静翼４１の冷却を、より効率的かつ的確に実行することができる。

上記の内部車室３１のうち冷却孔Ｈ３１を含む第１内部車室部３１ａを製造する工程に関して、図５Ａ、図５Ｂ、および、図５Ｃを用いて説明する。図５Ａ、図５Ｂ、および、図５Ｃにおいては、第１内部車室部３１ａの上半部分を示している。

図５Ａに示すように、まず、第１内部車室部３１ａの形状に対応する鋳物を形成する。

本実施形態では、第１内部車室部３１ａを構成する金属材料の溶融物を鋳型に流し込んだ後に、冷却し固化させることによって、第１内部車室部３１ａの鋳物を形成する。

つぎに、図５Ｂに示すように、第１内部車室部３１ａの鋳物に冷却孔Ｈ３１を形成する。

本実施形態では、第1冷却孔部Ｈ３１１を機械加工によって第１内部車室部３１ａに形成する。回転軸ＡＸに沿った軸方向における長さが第1冷却孔部Ｈ３１１よりも冷却室Ｒ３１ａの方が短い場合には、上記の機械加工で用いる加工機（加工ツール）が冷却室Ｒ３１ａの内部に入らない場合がある（図２参照）。このため、第１内部車室部３１ａにおいて第1冷却孔部Ｈ３１１を形成する部分のうち冷却室Ｒ３１ａが位置する側に対して反対側に位置する側から加工機を用いて機械加工を開始することによって、第1冷却孔部Ｈ３１１の作製を実行する。

そして、第２冷却孔部Ｈ３１２を機械加工によって第１内部車室部３１ａに形成する。ここでは、タービンロータ２０の径方向において内側から外側へ加工することによって、第1冷却孔部Ｈ３１１に連通するように第２冷却孔部Ｈ３１２を形成する（図２参照）。これにより、第1冷却孔部Ｈ３１１と第２冷却孔部Ｈ３１２とによって構成された冷却孔Ｈ３１を形成する。

つぎに、図５Ｃに示すように、第1冷却孔部Ｈ３１１のうち冷却媒体ＣＦが導入される一方の開口とは反対側に位置する他方の開口をプラグ３３で塞ぐ（図３参照）。

このように、本実施形態では、簡便な手法によって、第１内部車室部３１ａに冷却孔Ｈ３１を形成可能である。

上記実施形態の変形例に関して、図６を用いて説明する。図６に示すように、冷却孔Ｈ３１の内面に耐腐食コーティング６０を形成してもよい。ここでは、耐腐食コーティング６１は、第１内部車室部３１ａによりも耐腐食性に優れる材料で形成されている。たとえば、耐腐食コーティング６０の材料は、ニッケルを主成分としたメッキである。

この他に、上記の実施形態では、初段から第３段のタービン段落４０のそれぞれに対して冷却孔Ｈ３１（Ｈ３１＿１，Ｈ３１＿２，Ｈ３１＿３）が２つずつ形成されている場合に関して説明したが、これに限らない。一つのタービン段落４０に対して３つ以上の冷却孔Ｈ３１を形成してもよい。また、初段から第３段のタービン段落４０よりも後段のタービン段落４０に冷却媒体ＣＦを供給するように、冷却孔Ｈ３１を形成してもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態にかかる火力発電システムを構成するタービン１２に関して、図７を用いて説明する。図７は、図３と同様に、鉛直面（ｘｚ面）における断面を拡大して示している。

図７に示すように、本実施形態では、冷却孔Ｈ３１の形態が上記の第１実施形態の場合（図３参照）と異なる。この点および関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様である。このため、重複する内容に関しては、適宜、説明を省略する。

冷却孔Ｈ３１は、図７に示すように、第1冷却孔部Ｈ３１１と第２冷却孔部Ｈ３１２とを備え、冷却室Ｒ３１ａとタービン段落４０の静翼４１との間を連通するように構成されている。本実施形態では、第1冷却孔部Ｈ３１１は、タービンロータ２０の回転軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ）に延在しているが、第１実施形態の場合と異なり、軸方向（ｘ）に貫通しておらず、プラグ３３（図３参照）で塞がれていない。第２冷却孔部Ｈ３１２は、タービンロータ２０の径方向において静翼４１と第1冷却孔部Ｈ３１１との間を連通させるように構成されている。

上記の冷却孔Ｈ３１を含む第１内部車室部３１ａを製造する工程に関して、図８Ａ、図８Ｂ、および、図８Ｃを用いて説明する。図８Ａ、図８Ｂ、および、図８Ｃにおいては、第１内部車室部３１ａの上半部分を示している。

図８Ａに示すように、まず、第１内部車室部３１ａの鋳型７０（砂型）に冷却孔Ｈ３１の形状で形成されたセラミックスコア７１を設置する。

そして、セラミックスコア７１を設置した鋳型７０を用いて鋳込みを実施することによって、図８Ｂに示すように、セラミックスコア７１を有する第１内部車室部３１ａの鋳物を形成する。

つぎに、図８Ｃに示すように、第１内部車室部３１ａの鋳物からセラミックスコア７１を除去する。ここでは、アルカリ性溶液を用いてセラミックスコア７１を溶解することによって、第１内部車室部３１ａに冷却孔Ｈ３１が形成する。

このように、本実施形態では、簡便な手法によって、第1冷却孔部Ｈ３１１と第２冷却孔部Ｈ３１２とを備える冷却孔Ｈ３１を第１内部車室部３１ａに形成可能である。なお、セラミックスコア７１およびアルカリ性溶液の材料の一例は、下記である。
・セラミックスコア７１の材料例：ケイ素酸化物を主成分としたアルミナやジルコニアの酸化物を添加した混合物
・アルカリ性溶液の材料例：水酸化ナトリウム水溶液

＜第３実施形態＞
第３実施形態にかかる火力発電システムを構成するタービン１２に関して、図９を用いて説明する。図９は、図７と同様に、鉛直面（ｘｚ面）における断面を拡大して示している。

図９に示すように、本実施形態では、冷却孔Ｈ３１の形態が上記の第２実施形態の場合（図７参照）と異なる。この点および関連する点を除き、本実施形態は、第２実施形態の場合と同様である。このため、重複する内容に関しては、適宜、説明を省略する。

冷却孔Ｈ３１は、図９に示すように、第1冷却孔部Ｈ３１１と第２冷却孔部Ｈ３１２とを備え、冷却室Ｒ３１ａとタービン段落４０の静翼４１との間を連通するように構成されている。本実施形態では、第２実施形態の場合と異なり、配管８０の管路が冷却孔Ｈ３１として設けられている。

上記の冷却孔Ｈ３１を含む第１内部車室部３１ａを製造する工程に関して、図１０Ａ、図１０Ｂ、および、図１０Ｃを用いて説明する。図１０Ａ、図１０Ｂ、および、図１０Ｃにおいては、第１内部車室部３１ａの上半部分を示している。

図１０Ａに示すように、まず、第１内部車室部３１ａの鋳型７０（砂型）に、管路が冷却孔Ｈ３１を構成する配管８０を設置する。

そして、配管８０を設置した鋳型７０を用いて鋳込みを実施することによって、図１０Ｂに示すように、配管８０を有する第１内部車室部３１ａの鋳物を形成する。

つぎに、図１０Ｃに示すように、第１内部車室部３１ａの鋳物が含む配管８０のうち不要な部分を切断して除去する。

このように、本実施形態では、簡便な手法によって、第1冷却孔部Ｈ３１１と第２冷却孔部Ｈ３１２とを備える冷却孔Ｈ３１を第１内部車室部３１ａに形成可能である。なお、配管８０は、耐腐食性が高い材料で形成されていることが好ましい。これにより、配管８０の内部において腐食物が発生しにくいので、中空構造の静翼４１の内部に腐食物などの異物が混入することを抑制可能であって、冷却不良が発生することを防止可能である。配管８０の材料の一例は、下記である。
・配管８０の材料例：オーステナイト系ステンレス鋼

＜その他＞
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。

１…火力発電システム、１１…燃焼器、１１ａ…酸素供給系統、１１ｂ…燃料系統、１２…タービン、１２ａ…作動媒体供給系統、１２ｂ…作動媒体排気系統、１２ｃ…タービン冷却系統、１３…発電機、１４…再生熱交換器、１５…熱交換器、１６…水分離装置、１６ａ…水排出系統、１７…圧縮機、１７ａ…ＣＯ_２排出系統、２０…タービンロータ、２１…ロータディスク、２２…バランスピストン、３０… タービン車室、３１…内部車室、３１ａ…第１内部車室部、３１ｂ…第２内部車室部、３２…外部車室、３３…プラグ、３５…シール部材、４０…タービン段落、４１…静翼、４２…動翼、４３…シールフィン、５０…流量調整機構、６０…軸受、６１…耐腐食コーティング、７０…鋳型、７１…セラミックスコア、８０…配管、１４１…高温再生熱交換器、１４２…低温再生熱交換器、３１１…作動媒体導入管、３１２…排気管、３１３…冷却媒体導入管、ＡＸ…回転軸、ＣＦ…冷却媒体、Ｆ…作動媒体、Ｈ３１…冷却孔、Ｈ３１＿１…冷却孔、Ｈ３１＿２…冷却孔、Ｈ３１＿３… 冷却孔、Ｈ３１１…第１冷却孔部、Ｈ３１２…第２冷却孔部、Ｒ…回転方向、Ｒ３１ａ…冷却室、Ｒ３１ｂ…排気室

Claims (6)

1. タービンロータと、
   外部車室が内部車室を介して前記タービンロータを収容しているタービン車室と、
   複数の静翼が前記内部車室の内部に配置された静翼翼列、および、前記内部車室の内部において複数の動翼が前記タービンロータに配置された動翼翼列を含むタービン段落と
   を備え、ＣＯ_２を含む作動媒体が前記内部車室の内部に導入されることによって前記タービンロータが回転する共に、ＣＯ_２を含む冷却媒体が前記静翼に導入されて冷却されるように構成されているタービンであって、
   前記内部車室は、前記冷却媒体が流れる冷却孔が形成されていると共に、前記冷却孔には、前記冷却媒体の流量を調整する流量調整機構が設けられている、
   タービン。
2. 前記タービン段落は、複数であって、前記タービンロータの回転軸に沿った軸方向に前記複数のタービン段落が設けられており、
   前記冷却孔は、前記複数のタービン段落のそれぞれに対して複数が形成されており、
   前記複数のタービン段落のそれぞれに対して形成された前記複数の冷却孔は、前記タービンロータの回転方向において等しいピッチで並ぶように前記内部車室に形成されている、
   請求項１に記載のタービン。
3. 前記複数の冷却孔の内面に耐腐食コーティングが形成されている、
   請求項１または２に記載のタービン。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のタービンを構成する内部車室の製造方法であって、
   前記タービンロータの回転軸に沿った軸方向に貫通する第1冷却孔部を機械加工によって前記内部車室に形成し、前記タービンロータの径方向において前記静翼と前記第1冷却孔部との間を連通させる第２冷却孔部を機械加工によって前記内部車室に形成した後に、前記第1冷却孔部のうち前記冷却媒体が導入される一方の開口とは反対側に位置する他方の開口をプラグで塞ぐことによって、前記冷却孔を前記内部車室に形成する工程
   を有する、
   内部車室の製造方法。
5. 請求項１から３のいずれかに記載のタービンを構成する内部車室の製造方法であって、
   前記内部車室の鋳型に前記冷却孔の形状で形成されたセラミックスコアを設置した状態で鋳込みを実施した後に、アルカリ性溶液を用いて前記セラミックスコアを溶解することによって、前記冷却孔を前記内部車室に形成する工程
   を有する、
   内部車室の製造方法。
6. 請求項１から３のいずれかに記載のタービンを構成する内部車室の製造方法であって、
   前記内部車室の鋳型に配管を設置した状態で鋳込みを実施することによって、前記配管の管路を前記冷却孔として前記内部車室に形成する工程
   を有する、
   内部車室の製造方法。

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