WO2017033226A1 - 蒸気タービン - Google Patents

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WO2017033226A1
WO2017033226A1 PCT/JP2015/073511 JP2015073511W WO2017033226A1 WO 2017033226 A1 WO2017033226 A1 WO 2017033226A1 JP 2015073511 W JP2015073511 W JP 2015073511W WO 2017033226 A1 WO2017033226 A1 WO 2017033226A1
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WO
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blade
platform
rotor
radially
steam turbine
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PCT/JP2015/073511
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English (en)
French (fr)
Inventor
拓郎 香田
Original Assignee
三菱重工コンプレッサ株式会社
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    • F01D5/085—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/15—Load balancing

Definitions

  • This invention relates to a steam turbine.
  • the steam turbine includes a rotor that rotates about an axis and a casing that covers the rotor.
  • the rotor includes a rotor shaft that extends in the axial direction around the axis, and a plurality of moving blade rows that are fixed to the outer periphery of the rotor shaft and arranged in the axial direction.
  • the steam turbine has a stationary blade row that is fixed to the inner periphery of the casing and disposed on the upstream side of each stage of a plurality of stages of moving blade rows.
  • Each of the plurality of moving blades constituting the moving blade row of each stage has the blade roots of the moving blades embedded in the outer peripheral portion of the disk portion extending radially outward from the axial center portion of the rotor shaft.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which a gap is formed between a bottom portion of a blade groove into which a blade root of each rotor blade formed in the disk portion is fitted and a blade root of the rotor blade, and this gap functions as a balance hole. It is disclosed.
  • Some steam turbines have a so-called reaction type in which the heat drop between the upstream and downstream sides of each stage blade row, in other words, the amount of enthalpy change (reaction degree) in each stage blade row is increased.
  • reaction degree the amount of enthalpy change in each stage blade row
  • Such a reaction-type steam turbine can achieve high efficiency, so that the diameter of the disk portion can be reduced.
  • the gap that functions as a balance hole is narrow, the pressure loss when the working fluid passes through the gap from the downstream side to the upstream side of the rotor blade increases. As a result, the substantial flow rate of the working fluid is suppressed, and the effect of reducing the thrust force acting on the rotor shaft by suppressing the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the rotor blade by the balance hole is reduced. End up.
  • This invention provides a steam turbine capable of reducing the thrust force acting on the rotor shaft by suppressing the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the rotor blade.
  • the steam turbine includes a shaft core portion that rotates about an axis, and a disk portion that is fixed to the shaft core portion and extends outward in the radial direction of the shaft core portion.
  • a first surface facing the first direction is formed, and the disk portion is formed with a second surface facing the first surface facing a second direction including a directional component toward the radially outer side, and the shaft core A balance hole portion that is communicated in the axial direction in which the portion extends and is recessed from at least one of the first surface and the second surface is formed.
  • centrifugal force acts on the rotor blades by rotation around the rotor shaft.
  • the first surface of the moving blade facing the first direction including the directional component directed radially inward, and the second surface of the disk portion facing the first surface, the moving blade on which centrifugal force is acting.
  • Support load does not work. Therefore, a balance hole portion having a sufficient opening area can be formed in such a surface by being recessed. Therefore, the pressure difference between the one side and the other side in the axial direction of the disk portion can be suppressed by the balance hole portion.
  • the steam turbine is the steam turbine according to the first aspect, wherein the moving blade is a blade body extending in the radial direction, and a platform provided on the radially inner side of the blade body.
  • a blade root provided inside the platform in the radial direction and fitted into a blade groove formed in the disk portion, the blade root protruding in the circumferential direction and formed in the blade groove.
  • An inner surface of the blade root may be formed as the first surface on the engaging convex portion that engages with the mating concave portion, and an outer surface of the blade groove may be formed as the second surface in the engaging concave portion.
  • the steam turbine is the steam turbine according to the second aspect, wherein the balance hole portion is radially outer than the groove bottom portion formed on the radially inner side of the blade groove. It may be formed.
  • the pressure increases as it approaches the radially outer side where the rotor blades are arranged. Therefore, by forming the balance hole part in the part where the pressure is high, radially outside the bottom part of the blade groove, it is possible to effectively suppress the pressure difference between one side and the other side of the disk part in the axial direction. it can.
  • the moving blade includes a blade body extending in the radial direction, and the diameter of the blade body.
  • a platform provided on the inner side in the direction, and a blade root provided on the inner side in the radial direction of the platform and fitted in a blade groove formed in the disk portion, and the platform has the diameter as the first surface.
  • a platform inner peripheral surface facing inward in the direction is formed, the disk portion is formed as a second surface facing the platform inner peripheral surface, and a rotor outer peripheral surface facing in the radial outer side is formed, and the balance hole portion is The rotor outer peripheral surface may be formed.
  • the balance hole portion can be formed on the outer peripheral surface of the rotor, which is the outermost peripheral portion in the region of the disk portion where the support load of the moving blades on which the centrifugal force is acting does not act. Therefore, the balance hole portion can be formed in the highest pressure portion of the disk portion, and the pressure difference between one side and the other side in the axial direction of the disk portion can be more effectively suppressed.
  • the disk portion is disposed between the blade grooves adjacent to each other in the circumferential direction.
  • a communication hole communicating in the axial direction may be formed.
  • the pressure difference between the one side and the other side in the axial direction of the disk part can be effectively reduced also by the communication hole between the blade grooves adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the balance hole portion that is recessed from at least one of the first surface of the blade and the second surface of the disk portion, the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the blade is reduced. It is possible to reduce the thrust force acting on the rotor shaft.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a steam turbine according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the steam turbine around the rotor blade in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the balance hole portion formed in the rotor blade and the disk portion in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the balance hole portion formed in the rotor blade and the disk portion in the first embodiment of the present invention.
  • the steam turbine 1 of the present embodiment includes a rotor 20 that rotates about an axis Ar and a casing 10 that covers the rotor 20 in a rotatable manner.
  • the direction in which the axis Ar extends is the axial direction Da
  • the first side of the axial direction Da is the upstream side (one side) Dau
  • the second side of the axial direction Da is the downstream side (the other side) ) Dad.
  • a radial direction in a shaft core portion 22 to be described later with reference to the axis Ar is simply a radial direction Dr
  • a side closer to the axis Ar in the radial direction Dr is a radial inner side Dr
  • a radial inner side Dri in the radial direction Dr is The opposite side is the radially outer side Dro.
  • the circumferential direction of the shaft core portion 22 around the axis line Ar is simply referred to as a circumferential direction Dc.
  • the rotor 20 includes a rotor shaft 21 and a moving blade row 31 provided in a plurality of rows at intervals along the axial direction Da of the rotor shaft 21.
  • the rotor shaft 21 has a cylindrical shape centered on the axis Ar, and a plurality of axial core portions 22 extending in the axial direction Da and a plurality of axial core portions 22 extending radially outward from the axial core portion 22 and spaced apart from each other in the axial direction Da.
  • the rotor blade row 31 is attached to the outer periphery of the disk portion 23 which is the outer peripheral portion of the rotor shaft 21.
  • the moving blade row 31 is provided with a plurality of rows at intervals along the axial direction Da of the rotor shaft 21. In the case of the present embodiment, seven moving blade rows 31 are provided. Therefore, in the case of this embodiment, the moving blade row 31 is provided from the first to seventh moving blade rows 31.
  • each blade array 31 has a plurality of blades 32 arranged in the circumferential direction Dc.
  • Each rotor blade 32 includes a blade body 33 extending in the radial direction Dr, a shroud 34 provided on the radially outer side Dro of the blade body 33, and a platform 35 provided on the radially inner side Dri of the blade body 33.
  • a blade root 36 ⁇ / b> A (see FIGS. 3 and 4) provided on the radially inner side Dri of the platform 35.
  • the shroud 34 and the platform 35 form a part of the main steam flow path 15 through which the steam S flows.
  • the steam main flow path 15 extends in the axial direction Da across the plurality of moving blade rows 31 and the stationary blade rows 41.
  • the steam main flow path 15 has an annular shape around the rotor 20.
  • the moving blade 32 has a first surface 100 facing the first direction including a directional component toward the radially inner side Dri.
  • the first surface 100 of the first embodiment is formed on the blade root 36A.
  • the first direction only needs to include a direction component toward the radially inner side Dri, and may be a direction parallel to the radial direction Dr or a direction inclined with respect to the radial direction Dr.
  • the platform 35 of the rotor blade 32 is provided with a pair of axial fins (seal portions) 35Fa and 35Fb on the upstream side Dau in the axial direction Da.
  • the axial fin 35Fa is formed so as to protrude from the end portion of the platform 35 on the radially outer side Dro to the upstream side Dau.
  • the axial fin 35Fb is formed so as to protrude from the end portion of the platform 35 on the radially inner side Dri to the upstream side Dau.
  • the axial fin 35Fa and the axial fin 35Fb narrow the clearance between the platform 35 and an inner ring 46 (described later) of the stationary blade row 41 disposed on the upstream side Dau of the platform 35. Thereby, the axial fin 35Fa and the axial fin 35Fb suppress the leakage of the steam S from the steam main flow path 15 to the radially inner side Dri.
  • the blade root 36 ⁇ / b> A is formed on the outer peripheral portion of the disk portion 23 in the rotor shaft 21 as will be described later.
  • the blade is fitted in the blade groove 28A.
  • the steam turbine 1 further includes a plurality of stationary blade rows 41 that are fixed to the inner periphery of the casing 10 and spaced apart along the axial direction Da.
  • the number of stationary blade rows 41 is seven, which is the same as the number of moving blade rows 31. Therefore, in the case of this embodiment, the stationary blade row 41 is provided from the first stage to the seventh stage stationary blade row 41.
  • the plurality of stationary blade rows 41 are respectively arranged adjacent to the upstream blade Dau with respect to the moving blade row 31.
  • the stationary blade row 41 includes a plurality of stationary blades 42 arranged in the circumferential direction Dc, and an annular outer ring 43 provided on a radially outer side Dro of the plurality of stationary blades 42. And an annular inner ring 46 provided on the radially inner side Dri of the plurality of stationary blades 42. That is, the plurality of stationary blades 42 are disposed between the outer ring 43 and the inner ring 46.
  • the stationary blade 42 is fixed to the outer ring 43 and the inner ring 46.
  • An annular space between the outer ring 43 and the inner ring 46 forms part of the steam main flow path 15 through which the steam S flows.
  • the outer ring 43 includes a ring main body 44 to which a plurality of stationary blades 42 are fixed, and a ring protrusion 45 protruding from the ring main body 44 to the downstream side Dad.
  • the ring protrusion 45 faces the shroud 34 of the moving blade row 31 adjacent to the downstream side Dad of the stationary blade row 41 with a gap in the radial direction Dr.
  • each blade root 36 ⁇ / b> A of the moving blade 32 extends from the platform inner circumferential surface 35 f facing the radial inner side Dri of the platform 35 to the radial inner side Dri. It is formed to extend.
  • the blade root 36 ⁇ / b> A includes a blade root main body 37 extending from the platform inner peripheral surface 35 f to the radially inner side Dri, and engagement protrusions 38 protruding from the blade root main body 37 toward both sides in the circumferential direction Dc.
  • the engaging projections 38 protrude from the blade root body 37 at a plurality of locations spaced along the radial direction Dr.
  • the engaging convex portion 38 engages with an engaging concave portion 29 formed in a blade groove 28A described later.
  • the engaging projections 38 are formed at three locations spaced along the radial direction Dr.
  • the engaging convex portion 38A, the engaging convex portion 38B, and the engaging convex portion 38C have curved surface shapes that are convex in a direction away from the center of the blade root 36A in the circumferential direction Dc along the circumferential direction Dc. is doing.
  • the engaging convex portion 38A on the platform 35 side the engaging convex portion 38B and the engaging convex portion 38C arranged on the radially inner side Dri are projected dimensions from the blade root body 37 toward the circumferential direction Dc. However, it is formed so as to become gradually smaller. Further, in the blade root body 37, the first trunk portion 39A between the platform 35 and the engaging convex portion 38A, the second trunk portion 39B between the engaging convex portion 38A and the engaging convex portion 38B, and the engaging convex portion 38B. The third trunk portion 39C between the engaging projection 38C and the engaging projection 38C is formed so that the width dimension in the circumferential direction Dc gradually decreases from the platform 35 side toward the radially inner side Dri. Accordingly, the blade root 36A has a so-called Christmas tree shape.
  • the engagement convex portion 38 has a blade root inner side surface 101 as the first surface 100.
  • the blade root inner side surface 101 is a surface formed on the radially inner side Dri in the engagement convex portion 38.
  • the blade root inner surface 101 faces the first direction. That is, the blade root inner side surface 101 of the present embodiment is not only a surface facing the radially inner side Dri but also a radially inner side such as a curved surface that connects between the surfaces facing the circumferential direction Dc of the engaging convex portion 38. It also includes a surface facing a direction including a direction component toward Dri.
  • the engagement convex portion 38 is formed with a blade root outer surface 38f facing a direction including a direction component toward the radially outer side Dro.
  • the blade root outer surface 38f is a surface formed on the radially outer side Dro in the engagement convex portion 38.
  • the disk portion 23 of the rotor shaft 21 has a second surface 200 facing the second direction including a directional component toward the radially outer side Dro.
  • the second surface 200 is opposed to the first surface 100.
  • the second direction only needs to include a directional component toward the radially outer side Drro, and is a direction parallel to the radial direction Dr or a direction inclined with respect to the radial direction Dr, as with the first surface 100. May be.
  • the second direction of the present embodiment is a direction parallel to the first direction and facing a different direction.
  • the disk portion 23 is formed with a blade groove 28A that is recessed from the outer peripheral surface toward the radially inner side Dri.
  • the blade groove 28 ⁇ / b> A is formed to be recessed from the rotor outer peripheral surface 23 f facing the radially outer side Dro formed on the outermost radial direction Dro of the disk portion 23.
  • the rotor outer peripheral surface 23f faces the platform inner peripheral surface 35f.
  • the blade groove 28A is formed to complement the outer peripheral shape of the blade root 36A.
  • the blade groove 28A has engaging recesses 29 that are recessed toward both sides in the circumferential direction Dc at a plurality of locations spaced along the radial direction Dr.
  • the engaging recess 29 is provided on the radially outer side Dro from the bottom (groove bottom) 28b formed on the innermost radial direction Dri of the blade groove 28A.
  • the bottom portion 28b is a surface facing the radially outer side Dro in the blade groove 28A.
  • the engagement recesses 29 are formed at three locations spaced along the radial direction Dr.
  • Each of the engagement recess 29A, the engagement recess 29B, and the engagement recess 29C has a curved surface shape that is recessed in a direction away from the center in the circumferential direction Dc of the blade groove 28A along the circumferential direction Dc.
  • the engagement recess 29 has a blade groove outer surface 201 as the second surface 200.
  • the blade groove outer surface 201 is a surface formed on the radially inner side Dri in the engagement recess 29.
  • the blade groove outer surface 201 faces the second direction. That is, the blade groove outer surface 201 of the present embodiment is not only a surface facing the radially outer side Dro, but also a radially inner side Dri like a curved surface connecting the surface facing the circumferential direction Dc of the engagement recess 29. It also includes a surface facing a direction including a directional component toward.
  • the engaging recess 29 is formed with a blade groove inner side surface 29f facing in a direction including a directional component toward the radially inner side Dri.
  • the blade groove inner side surface 29 f is a surface formed on the radially outer side Dro in the engagement recess 29.
  • each rotor blade 32 pivots about the axis line Ar of the rotor shaft 21 together with the disk portion 23 of the rotor shaft 21.
  • centrifugal force acts on each rotor blade 32.
  • the moving blade 32 tends to be displaced toward the radially outer side Dro by the centrifugal force.
  • the blade root outer surfaces 38f of the engaging convex portions 38A, 38B, and 38C and the blade groove inner side surfaces 29f of the engaging concave portions 29A, 29B, and 29C abut each other. That is, the blade 32 is supported in a state where the blade root outer surface 38f of the blade root 36A and the blade groove inner surface 29f of the blade groove 28A are in contact with each other.
  • the blade root inner side surface 101 of the engaging convex portions 38A, 38B, and 38C and the blade groove outer surface 201 of the engaging concave portions 29A, 29B, and 29C are provided.
  • the distance goes away.
  • the gap between the blade root inner surface 101 and the blade groove outer surface 201 is increased.
  • a concave portion 41A that is recessed toward the radially outer side Dro is formed on the blade root inner side surface 101 that faces the radially inner side Dri.
  • a recess 42A that is recessed toward the radially inner side Dri is formed on the blade groove outer surface 201 facing the radially outer side Dro at a position facing the recess 41A. Has been.
  • the balance hole portion 40A that communicates the upstream side Dau and the downstream side Dad of the disk portion 23 is formed by the concave portion 41A and the concave portion 42A.
  • the steam flows from the high pressure side (upstream side Dau) to the low pressure side (downstream side Dad) through the balance hole portion 40A, so that the pressure on the upstream side and the downstream side of the rotor blade row 31 is increased.
  • the thrust is reduced and the thrust force acting on the disk portion 23 is reduced.
  • the platform 35 is formed with axial fins 35Fa and 35Fb to suppress the leakage of steam from the gap between the moving blade row 31 and the stationary blade row 41 toward the radially inner side Dri. Yes. Therefore, the balance hole portion 40A is preferably formed on the radially inner side Dri rather than the axial fins 35Fa and 35Fb.
  • the balance hole portion 40A is preferably formed on the radially inner side Dri with respect to the axial fins 35Fa and 35Fb and on the radially outer side Dro with respect to the bottom portion 28b of the blade groove 28A.
  • the engagement protrusion 38 is preferably provided on the engagement protrusion 38A formed on the outermost radial direction Dro. In this embodiment, it is provided in the engagement convex part 38A and the engagement convex part 38B except the engagement convex part 38C formed in the most radial inner side Dri among the engagement convex parts 38.
  • a communication hole 40 ⁇ / b> C is formed between the blade grooves 28 ⁇ / b> A adjacent to each other in the circumferential direction Dc so as to communicate the upstream side Dau and the downstream side Dad of the disk portion 23.
  • the communication hole 40C is preferably formed on the radially inner side Dri with respect to the axial fins 35Fa and 35Fb of the platform 35 and on the radially outer side Dro with respect to the bottom portion 28b of the blade groove 28A.
  • the communication hole 40 ⁇ / b> C of the present embodiment has a circular shape and penetrates the disk portion 23 in the axial direction Da.
  • the shape of the communication hole 40C is not limited to a circular shape as in the present embodiment, and it is only necessary to penetrate the disk portion 23 in the axial direction Da.
  • the communication hole 40C may have an elliptical shape or may be formed as a slit.
  • centrifugal force acts on the rotor blade 32 by the rotation of the rotor shaft 21 around the axis.
  • the blade root inner side surface 101 of the blade root 36 ⁇ / b> A of the blade 32 and the blade groove outer surface 201 of the blade groove 28 ⁇ / b> A of the disk portion 23 facing the first surface 100 are supported by the blade 32 on which centrifugal force is acting.
  • the load does not work. Therefore, the balance hole portion 40A having a sufficient opening area can be recessed in such a surface. Therefore, the pressure difference between the upstream side Dau and the downstream side Dad in the axial direction Da of the disk portion 23 can be suppressed by the balance hole portion 40A. Thereby, it is possible to reduce the thrust force acting on the rotor 20.
  • the pressure increases as it approaches the radially outer side Dro where the rotor blades 32 are disposed. Therefore, by forming the balance hole portion 40A in a portion where the pressure is higher in the radially outer side Dro than the bottom portion 28b of the blade groove 28A, the pressure between the upstream side Dau and the downstream side Dad in the axial direction Da of the disk portion 23. The difference can be effectively suppressed.
  • the balance hole portion 40A inside the axial fins 35Fa and 35Fb that seal the gap between the moving blade row 31 and the stationary blade row 41 adjacent to each other in the axial direction Da, the axial direction Da of the disk portion 23 is increased.
  • the pressure difference between the upstream side Dau and the downstream side Dad is suppressed, and the axial force Da acting on the rotor 20 is effectively reduced.
  • balance hole portion 40A a recess 41A is formed on the blade root inner side surface 101, and a recess 42A is formed on the blade groove outer side surface 201, respectively.
  • an effective balance hole portion 40A is formed by effectively using the space between the blade root 36A and the disk portion 23. be able to.
  • the space of the disk portion 23 can be used more effectively.
  • the pressure difference between the upstream side Dau and the downstream side Dad in the axial direction Da of the disk portion 23 can be further effectively reduced.
  • the balance hole is formed from the recess 41A formed in the engaging projections 38A, 38B, and 38C of the blade root 36A and the recess 42A formed in the engagement recesses 29A, 29B, and 29C of the blade groove 28A.
  • the portion 40A is formed, the present invention is not limited to this.
  • the concave portions 41A and the concave portions 42A are not limited to being formed in the blade roots 36A and the blade grooves 28A of all the moving blades 32 adjacent to the circumferential direction Dc. It may be formed.
  • the balance hole portion 40A may be formed only in one of the recess portion 41A and the recess portion 42A.
  • the recess 41A and the recess 42A are not limited to being formed to face each other, and may be formed at different positions in the radial direction Dr.
  • the size and shape of the recesses 41A and 42A may be anything.
  • the balance hole part 40B of the second embodiment is formed between the platform 35 and the disk part. Specifically, the balance hole portion 40B is formed on the rotor outer peripheral surface 23f. That is, the balance hole portion 40B is formed only on the rotor outer peripheral surface 23f, and is not formed on the platform inner peripheral surface 35f. Further, the balance hole portion 40B of the second embodiment is not formed in the engagement convex portion 38 or the engagement concave portion 29.
  • the rotor blade 32 of the second embodiment has a platform inner peripheral surface 35 f of the platform 35 formed as a first surface 100 facing a first direction including a directional component toward the radially inner side Dri. Yes.
  • the platform inner peripheral surface 35f faces the first direction.
  • the first direction only needs to include a direction component toward the radially inner side Dri, and may be a direction parallel to the radial direction Dr or a direction inclined with respect to the radial direction Dr.
  • the first direction in the second embodiment is a direction parallel to the radial direction Dr.
  • a rotor outer peripheral surface 23f is formed as the second surface 200 facing the second direction including the direction component toward the radially outer side Dro.
  • the second direction only needs to include a direction component toward the radially outer side Drro, and may be a direction parallel to the radial direction Dr or a direction inclined with respect to the radial direction Dr.
  • the second direction in the second embodiment is a direction parallel to the radial direction Dr.
  • a concave portion 42B that is recessed toward the radially inner side Dri is formed at a position facing the platform inner peripheral surface 35f.
  • the recess 42B forms a balance hole portion 40B that communicates the upstream side Dau and the downstream side Dad of the disc portion 23 between the platform inner peripheral surface 35f of the platform 35 and the disc portion 23.
  • This balance hole portion 40B Through this balance hole portion 40B, steam flows from the high pressure side (upstream Dau) of the disk portion 23 to the low pressure side (downstream Dad). As a result, the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the rotor blade row 31 is suppressed, and the thrust force acting on the disk portion 23 is reduced.
  • the balance hole portion 40B is preferably formed on the radially inner side Dri rather than the axial fins 35Fa and 35Fb.
  • the balance hole portion 40B is the rotor outer peripheral surface 23f of the disk portion 23, that is, the outermost peripheral portion that is the outermost radial direction Dro in the region of the radial inner side Dri than the axial fins 35Fa and 35Fb in the disk portion 23. Is formed.
  • centrifugal force acts on the moving blade 32 by the rotation of the rotor shaft 21 around the axis.
  • the blade root outer surface 38f facing the radially outer side Dro in the engagement convex portions 38A, 38B, and 38C of the blade root 36B and the engagement concave portions 29A, 29B, and 29C of the blade groove 28B face the radially inner side Dri.
  • the moving blade 32 is supported by the blade groove inner surface 29f abutting against each other.
  • the balance hole portion 40B having a sufficient opening area is formed by forming the recess 42B in the rotor outer peripheral surface 23f as the second surface 200 facing the second direction including the direction component toward the radially outer side Dro. be able to.
  • the pressure difference between the upstream Dau and the downstream Dad in the axial direction Da of the disk portion 23 is formed by forming the balance hole portion 40B in a portion where the pressure is higher outside the bottom portion 28b of the blade groove 28B in the radial direction. Can be effectively suppressed.
  • the balance hole portion 40B can be provided on the outermost radial direction Dro of the disc portion 23. Therefore, the balance is applied to the highest pressure portion of the disc portion 23.
  • the hole portion 40B can be formed, and the pressure difference between the upstream side Dau and the downstream side Dad in the axial direction Da of the disk portion 23 can be more effectively suppressed.
  • the axial direction Da of the disk portion 23 is increased.
  • the pressure difference between the upstream side Dau and the downstream side Dad can be suppressed, and the axial force Da acting on the rotor 20 can be effectively reduced.
  • the disk portion 23 of the stationary blade row 41 has a space between the blade grooves 28 ⁇ / b> B adjacent to each other in the circumferential direction Dc.
  • a communication hole 40 ⁇ / b> C for communicating the upstream side Dau and the downstream side Dad of the disk portion 23 may be provided.
  • the communication hole 40C is preferably formed radially inward Dri from the axial fins 35Fa and 35Fb and radially outward Dro from the bottom 28b of the blade groove 28A, similarly to the balance hole 40B.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design can be changed without departing from the spirit of the present invention.
  • the configuration shown in the first embodiment can be combined with the configuration shown in the second embodiment. That is, the steam turbine 1 can be provided with both the balance hole portion 40A and the balance hole portion 40B.
  • each part of the steam turbine 1 can be changed as appropriate.
  • a thrust hole acting on the rotor shaft is suppressed by providing a balance hole portion that is recessed from at least one of the first surface of the blade and the second surface of the disk portion, thereby suppressing the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the blade.
  • Directional force can be reduced.

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Abstract

この蒸気タービン（１）は、軸線（Ａｒ）を中心として回転する軸芯部（２２）から径方向外側（Ｄｒｏ）に広がるディスク部（２３）とを有するロータ軸（２１）と、軸芯部（２２）の周方向（Ｄｃ）に複数配置される動翼（３２）とを備える。動翼（３２）は、径方向内側（Ｄｒｉ）に向かう方向成分を含む第一方向を向く第一面（１００）が形成されている。ディスク部（２３）は、第一面（１００）と対向する第二面（２００）が形成されている。第一面（１００）及び第二面（２００）の少なくとも一方には、軸方向（Ｄａ）に連通するように窪むバランスホール部（４０Ａ）が形成されている。

Description

蒸気タービン
　この発明は、蒸気タービンに関する。
　蒸気タービンは、軸線を中心として回転するロータと、このロータを覆うケーシングとを備えている。ロータは、軸線を中心として軸方向に延びるロータ軸と、ロータ軸の外周に固定されて軸方向に並ぶ複数段の動翼列と、を有する。蒸気タービンは、ケーシングの内周に固定され、複数段の動翼列の各段の上流側に配置されている静翼列を有する。
　各段の動翼列を構成する複数の動翼のそれぞれは、ロータ軸の軸芯部から径方向外側に広がるディスク部の外周部に、動翼の翼根が埋め込まれている。
　各段の動翼列においては、その上流側と下流側とで、圧力差が生じる。この圧力差により、ロータに対してロータの軸方向（スラスト方向）に大きな力が作用する。このため、ディスク部に、動翼列の上流側と下流側とを連通させるバランスホールを形成することで、動翼列の上流側と下流側との圧力差を抑え、スラスト方向の力を軽減することが行われている。
　特許文献１には、ディスク部に形成した各動翼の翼根を嵌め込む翼溝の底部と、動翼の翼根との間に隙間を形成し、この隙間をバランスホールとして機能させる構成が開示されている。
特開２００１－２００７０２号公報
　蒸気タービンにおいて、各段の動翼列の上流側と下流側との熱落差、言い換えると各段の動翼列におけるエンタルピーの変化量（反動度）を大きくした、いわゆる反動型のものがある。このような反動型の蒸気タービンは、高効率化を図ることができるため、ディスク部を小径化することができる。しかし、ディスク部を小径化した場合、特許文献１に開示されたような構成では、動翼の翼根と翼溝の底部との間に形成できる隙間を大きく確保することが困難となる。
　バランスホールとして機能する隙間が狭ければ、動翼の下流側から上流側に作動流体が隙間を通るときの圧力損失が大きくなる。その結果、作動流体の実質的な流量が抑えられてしまい、バランスホールによって動翼の上流側と下流側との圧力差を抑えてロータ軸に作用するスラスト方向の力を軽減する効果が小さくなってしまう。
　この発明は、動翼の上流側と下流側との間の圧力差を抑え、ロータ軸に作用するスラスト方向の力を軽減することのできる蒸気タービンを提供する。
　この発明に係る第一態様によれば、蒸気タービンは、軸線を中心として回転する軸芯部と、前記軸芯部に固定されて前記軸芯部の径方向外側に広がるディスク部とを有するロータ軸と、前記ディスク部の外周に固定され、前記軸芯部の周方向に複数配置される動翼と、を備え、前記動翼は、前記軸芯部の径方向内側に向かう方向成分を含む第一方向を向く第一面が形成され、前記ディスク部は、前記径方向外側に向かう方向成分を含む第二方向を向いて前記第一面と対向する第二面が形成され、前記軸芯部の延びる軸方向に連通し、前記第一面及び前記第二面の少なくとも一方から窪むバランスホール部が形成されている。
　このような構成によれば、ロータ軸の軸回りの回転により、動翼には遠心力が作用する。この際、径方向内側に向かう方向成分を含む第一方向を向く動翼の第一面と、第一面と対向するディスク部の第二面には、遠心力が作用している動翼の支持荷重が作用しない。そのため、このような面には、十分な開口面積を有したバランスホール部を窪ませて形成することができる。したがって、このバランスホール部により、ディスク部の軸方向の一方側と他方側との圧力差を抑えることができる。
　この発明に係る第二態様によれば、蒸気タービンは、第一態様の蒸気タービンにおいて、前記動翼は、前記径方向に延びる翼体と、前記翼体の前記径方向内側に設けられるプラットフォームと、前記プラットフォームの前記径方向内側に設けられて前記ディスク部に形成された翼溝に嵌め込まれる翼根と、を備え、前記翼根は、前記周方向に突出して前記翼溝に形成された係合凹部に係合する係合凸部に前記第一面として翼根内側面が形成され、前記ディスク部は、前記係合凹部に前記第二面として翼溝外側面が形成されていてもよい。
　これにより、ロータ軸の軸回りの回転によって動翼に遠心力が作用すると、翼根の係合凸部において径方向外側を向く面と、翼溝の係合凹部において径方向内側を向く面とが互いに突き当たることで、動翼が支持される。その際、係合凸部の翼根内側面と、係合凹部の翼溝外側面との間に隙間が形成される。これにより、遠心力が作用している動翼の支持荷重が作用しない翼根内側面または翼溝外側面に、バランスホール部を形成することができる。
　この発明に係る第三態様によれば、蒸気タービンは、第二態様の蒸気タービンにおいて、前記バランスホール部は、前記翼溝の最も前記径方向内側に形成された溝底部よりも前記径方向外側に形成されていてもよい。
　蒸気タービンのディスク部では、動翼が配置されている径方向外側に近づくほど圧力が高くなっている。そこで、バランスホール部を、翼溝の溝底部よりも径方向外側の、圧力が高い部分に形成することで、ディスク部の軸方向の一方側と他方側との圧力差を有効に抑えることができる。
　この発明に係る第四態様によれば、蒸気タービンは、第一から第三態様の何れか一つの蒸気タービンにおいて、前記動翼は、前記径方向に延びる翼体と、前記翼体の前記径方向内側に設けられるプラットフォームと、前記プラットフォームの前記径方向内側に設けられて前記ディスク部に形成された翼溝に嵌め込まれる翼根と、を備え、前記プラットフォームは、前記第一面として、前記径方向内側を向くプラットフォーム内周面が形成され、前記ディスク部は、前記第二面として、前記プラットフォーム内周面と対向し、前記径方向外側を向くロータ外周面が形成され、前記バランスホール部は、前記ロータ外周面に形成されていてもよい。
　これにより、遠心力が作用している動翼の支持荷重が作用しないディスク部の領域の中で最も外周部であるロータ外周面にバランスホール部を形成することができる。そのため、ディスク部の中でも圧力が最も高い部分にバランスホール部を形成することができ、ディスク部の軸方向の一方側と他方側との圧力差をより有効に抑えることができる。
　この発明に係る第五態様によれば、蒸気タービンは、第二から第四態様の何れか一つの蒸気タービンにおいて、前記ディスク部は、前記周方向で互いに隣接する前記翼溝同士の間に前記軸方向に連通する連通孔が形成されていてもよい。
　これにより、バランスホール部に加えて、周方向で互いに隣接する翼溝同士の間の連通孔によっても、ディスク部の軸方向の一方側と他方側との圧力差を有効に低減することができる。
　上述した蒸気タービンによれば、動翼の第一面及びディスク部の第二面の少なくとも一方から窪むバランスホール部を設けることで、動翼の上流側と下流側との間の圧力差を抑え、ロータ軸に作用するスラスト方向の力を軽減することが可能となる。
この発明の第１実施形態における蒸気タービンの断面図である。 この発明の第１実施形態における動翼周りの蒸気タービンの断面図である。 この発明の第１実施形態における動翼及びディスク部に形成したバランスホール部を示す断面図である。 この発明の第１実施形態における動翼及びディスク部に形成したバランスホール部を示す拡大断面図である。 この発明の第２実施形態における動翼及びディスク部に形成したバランスホール部を示す断面図である。
（第１実施形態）
　図１は、この発明の第１実施形態における蒸気タービンの断面図である。図２は、この発明の第１実施形態における動翼周りの蒸気タービンの断面図である。図３は、この発明の第１実施形態における動翼及びディスク部に形成したバランスホール部を示す断面図である。図４は、この発明の第１実施形態における動翼及びディスク部に形成したバランスホール部を示す拡大断面図である。
　図１に示すように、本実施形態の蒸気タービン１は、軸線Ａｒを中心として回転するロータ２０と、ロータ２０を回転可能に覆うケーシング１０と、を有している。
　なお、以下の説明の都合上、軸線Ａｒが延びている方向を軸方向Ｄａ、軸方向Ｄａの第一側を上流側（一方側）Ｄａｕ、軸方向Ｄａの第二側を下流側（他方側）Ｄａｄとする。また、軸線Ａｒを基準とした後述する軸芯部２２における径方向を単に径方向Ｄｒ、この径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉ、この径方向Ｄｒで径方向内側Ｄｒｉとは反対側を径方向外側Ｄｒｏとする。また、軸線Ａｒを中心とした軸芯部２２の周方向を単に周方向Ｄｃとする。
　ロータ２０は、ロータ軸２１と、ロータ軸２１の軸方向Ｄａに沿って間隔をあけて複数列設けられた動翼列３１と、を有している。
　ロータ軸２１は、軸線Ａｒを中心として円柱状を成し、軸方向Ｄａの延びる軸芯部２２と、軸芯部２２から径方向外側Ｄｒｏに広がり軸方向Ｄａに互いに間隔をあけて並ぶ複数のディスク部２３と、を有する。ディスク部２３は、複数の動翼列３１毎に設けられている。
　動翼列３１は、ロータ軸２１の外周部分であるディスク部２３の外周に取り付けられている。動翼列３１は、ロータ軸２１の軸方向Ｄａに沿って間隔をあけて複数列が設けられている。本実施形態の場合、動翼列３１の数は、７つ設けられている。よって、本実施形態の場合、動翼列３１として、第１段から第７段の動翼列３１まで設けられている。
　図１、図２に示すように、各動翼列３１は、周方向Ｄｃに並ぶ複数の動翼３２を有している。各動翼３２は、径方向Ｄｒに延びる翼体３３と、この翼体３３の径方向外側Ｄｒｏに設けられているシュラウド３４と、この翼体３３の径方向内側Ｄｒｉに設けられているプラットフォーム３５と、プラットフォーム３５の径方向内側Ｄｒｉに設けられている翼根３６Ａ（図３、図４参照）と、を有する。この動翼３２においてシュラウド３４とプラットフォーム３５との間は、蒸気Ｓが流れる蒸気主流路１５の一部を成している。蒸気主流路１５は、複数の動翼列３１及び静翼列４１に跨って軸方向Ｄａに延びている。蒸気主流路１５は、ロータ２０の周りで環状をなしている。
　図３、図４に示すように、動翼３２は、径方向内側Ｄｒｉに向かう方向成分を含む第一方向を向く第一面１００が形成されている。第１実施形態の第一面１００は、翼根３６Ａに形成されている。
　なお、第一方向は、径方向内側Ｄｒｉに向かう方向成分を含んでいればよく、径方向Ｄｒと平行な方向や、径方向Ｄｒに対して傾斜した方向であってもよい。
　図２に示すように、動翼３２のプラットフォーム３５には、軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕに一対のアキシャルフィン（シール部）３５Ｆａ及び３５Ｆｂが設けられている。アキシャルフィン３５Ｆａは、プラットフォーム３５の径方向外側Ｄｒｏの端部から、上流側Ｄａｕに突出するよう形成されている。アキシャルフィン３５Ｆｂは、プラットフォーム３５の径方向内側Ｄｒｉの端部から、上流側Ｄａｕに突出するよう形成されている。これらアキシャルフィン３５Ｆａ及びアキシャルフィン３５Ｆｂにより、プラットフォーム３５と、プラットフォーム３５の上流側Ｄａｕに配置された静翼列４１の後述する内側リング４６とのクリアランスを狭めている。これにより、アキシャルフィン３５Ｆａ及びアキシャルフィン３５Ｆｂは、蒸気主流路１５から径方向内側Ｄｒｉへの蒸気Ｓの漏れを抑えている。
　図３、図４に示すように、動翼列３１を構成する複数の動翼３２のそれぞれにおいて、翼根３６Ａは、後述するように、ロータ軸２１におけるディスク部２３の外周部に形成された翼溝２８Ａに嵌め込まれている。
　図１に示すように、蒸気タービン１は、さらに、ケーシング１０の内周に固定され、軸方向Ｄａに沿って間隔を空けて設けられた複数の静翼列４１を備えている。本実施形態の場合、静翼列４１の数は、動翼列３１の数と同じ７つ設けられている。よって、本実施形態の場合、静翼列４１として、第１段から第７段の静翼列４１まで設けられている。複数の静翼列４１は、それぞれ動翼列３１に対して上流側Ｄａｕに隣接して配置されている。
　図１、図２に示すように、静翼列４１は、周方向Ｄｃに並ぶ複数の静翼４２と、複数の静翼４２の径方向外側Ｄｒｏに設けられている環状の外側リング４３と、複数の静翼４２の径方向内側Ｄｒｉに設けられている環状の内側リング４６と、を有する。すなわち、複数の静翼４２は、外側リング４３と内側リング４６との間に配置されている。静翼４２は、外側リング４３と内側リング４６とに固定されている。外側リング４３と内側リング４６との間の環状の空間は、蒸気Ｓが流れる蒸気主流路１５の一部を成している。外側リング４３は、複数の静翼４２が固定されているリング本体部４４と、このリング本体部４４から下流側Ｄａｄに突出しているリング突出部４５と、を有する。このリング突出部４５は、静翼列４１の下流側Ｄａｄに隣接している動翼列３１のシュラウド３４と径方向Ｄｒに間隔をあけて対向している。
　図３、図４に示すように、本実施形態の蒸気タービン１において、動翼３２のそれぞれの翼根３６Ａは、プラットフォーム３５の径方向内側Ｄｒｉを向くプラットフォーム内周面３５ｆから径方向内側Ｄｒｉに延びるよう形成されている。翼根３６Ａは、プラットフォーム内周面３５ｆから径方向内側Ｄｒｉに延びる翼根本体３７と、翼根本体３７から周方向Ｄｃ両側に向かってそれぞれ突出する係合凸部３８とを有する。係合凸部３８は、径方向Ｄｒに沿って間隔を空けた複数箇所で翼根本体３７から突出している。係合凸部３８は、後述する翼溝２８Ａに形成された係合凹部２９に係合する。この実施形態において、係合凸部３８は、径方向Ｄｒに沿って間隔を空けた３カ所に形成されている。係合凸部３８Ａ、係合凸部３８Ｂ、及び係合凸部３８Ｃは、それぞれ、翼根３６Ａの周方向Ｄｃの中心から周方向Ｄｃに沿って離間する方向に凸となる湾曲面形状を有している。
　ここで、プラットフォーム３５側の係合凸部３８Ａに対し、径方向内側Ｄｒｉに配置された係合凸部３８Ｂ及び係合凸部３８Ｃは、翼根本体３７からの周方向Ｄｃに向かった突出寸法が、漸次小さくなるよう形成されている。また、翼根本体３７におけるプラットフォーム３５と係合凸部３８Ａとの間の第一幹部３９Ａ、係合凸部３８Ａと係合凸部３８Ｂとの間の第二幹部３９Ｂ、及び係合凸部３８Ｂと係合凸部３８Ｃとの間の第三幹部３９Ｃは、プラットフォーム３５側から径方向内側Ｄｒｉに向かって、周方向Ｄｃの幅寸法が漸次小さくなるよう形成されている。これにより、翼根３６Ａは、いわゆるクリスマスツリー状をなしている。
　係合凸部３８は、第一面１００として翼根内側面１０１が形成されている。翼根内側面１０１は、係合凸部３８において、径方向内側Ｄｒｉに形成された面である。翼根内側面１０１は、第一方向を向いている。つまり、本実施形態の翼根内側面１０１は、径方向内側Ｄｒｉを向く面だけでなく、係合凸部３８の周方向Ｄｃを向く面との間を繋ぐ湾曲した面のように径方向内側Ｄｒｉに向かう方向成分を含む方向を向く面も含んでいる。
　係合凸部３８には、径方向外側Ｄｒｏに向かう方向成分を含む方向を向く翼根外側面３８ｆが形成されている。翼根外側面３８ｆは、係合凸部３８において、径方向外側Ｄｒｏに形成された面である。
　ロータ軸２１のディスク部２３は、径方向外側Ｄｒｏに向かう方向成分を含む第二方向を向く第二面２００が形成されている。第二面２００は、第一面１００と対向している。なお、第二方向は、径方向外側Ｄｒｏに向かう方向成分を含んでいればよく、第一面１００と同様に、径方向Ｄｒと平行な方向や、径方向Ｄｒに対して傾斜した方向であってもよい。本実施形態の第二方向は、第一方向と平行で異なる向きを向く方向である。
　ディスク部２３には、外周面から径方向内側Ｄｒｉに向かって窪む翼溝２８Ａが形成されている。翼溝２８Ａは、ディスク部２３の最も径方向外側Ｄｒｏに形成された径方向外側Ｄｒｏを向くロータ外周面２３ｆから窪んで形成されている。ロータ外周面２３ｆは、プラットフォーム内周面３５ｆと対向している。
　翼溝２８Ａは、翼根３６Ａの外周形状を補形するよう形成されている。翼溝２８Ａは、径方向Ｄｒに沿って間隔を空けた複数箇所に、周方向Ｄｃの両側に向かって窪む係合凹部２９を有している。この実施形態において、係合凹部２９は、翼溝２８Ａの最も径方向内側Ｄｒｉに形成された底部（溝底部）２８ｂよりも径方向外側Ｄｒｏに設けられている。底部２８ｂは、翼溝２８Ａにおいて、径方向外側Ｄｒｏを向く面である。係合凹部２９は、径方向Ｄｒに沿って間隔を空けた３カ所に形成されている。係合凹部２９Ａ、係合凹部２９Ｂ、及び係合凹部２９Ｃは、それぞれ、翼溝２８Ａの周方向Ｄｃの中心から周方向Ｄｃに沿って離間する方向に窪む湾曲面形状を有している。
　係合凹部２９は、第二面２００として翼溝外側面２０１が形成されている。翼溝外側面２０１は、係合凹部２９において、径方向内側Ｄｒｉに形成された面である。翼溝外側面２０１は、第二方向を向いている。つまり、本実施形態の翼溝外側面２０１は、径方向外側Ｄｒｏを向く面だけでなく、係合凹部２９の周方向Ｄｃを向く面との間を繋ぐ湾曲した面のように径方向内側Ｄｒｉに向かう方向成分を含む方向を向く面も含んでいる。
　係合凹部２９は、径方向内側Ｄｒｉに向かう方向成分を含む方向を向く翼溝内側面２９ｆが形成されている。翼溝内側面２９ｆは、係合凹部２９において、径方向外側Ｄｒｏに形成された面である。
　ここで、ロータ軸２１が軸線Ａｒ回りに回転すると、ロータ軸２１のディスク部２３とともに、各動翼３２がロータ軸２１の軸線Ａｒを中心として旋回する。これにより、各動翼３２には遠心力が作用する。これにより、遠心力によって径方向外側Ｄｒｏに向かって動翼３２が変位しようとする。その結果、係合凸部３８Ａ、３８Ｂ、及び３８Ｃの各翼根外側面３８ｆと、係合凹部２９Ａ、２９Ｂ、及び２９Ｃの各翼溝内側面２９ｆとが突き当たる。すなわち、翼根３６Ａの各翼根外側面３８ｆと、翼溝２８Ａの各翼溝内側面２９ｆとが接触した状態で、動翼３２が支持される。
　一方、動翼３２に遠心力が生じることで、係合凸部３８Ａ、３８Ｂ、及び３８Ｃの翼根内側面１０１と、係合凹部２９Ａ、２９Ｂ、及び２９Ｃの翼溝外側面２０１との間の距離が離れる。その結果、翼根内側面１０１と翼溝外側面２０１と間の隙間が大きくなる。
　また、係合凸部３８Ａ、３８Ｂ、及び３８Ｃのそれぞれにおいて、径方向内側Ｄｒｉを向く翼根内側面１０１には、径方向外側Ｄｒｏ側に窪む凹部４１Ａが形成されている。また、係合凹部２９Ａ、２９Ｂ、及び２９Ｃのそれぞれにおいて、径方向外側Ｄｒｏを向く翼溝外側面２０１には、凹部４１Ａと対向する位置に、径方向内側Ｄｒｉに向かって窪む凹部４２Ａが形成されている。
　これら凹部４１Ａ及び凹部４２Ａにより、ディスク部２３の上流側Ｄａｕと下流側Ｄａｄとを連通するバランスホール部４０Ａが形成される。このバランスホール部４０Ａを通して、ディスク部２３の圧力が高い側（上流側Ｄａｕ）から圧力が低い側（下流側Ｄａｄ）に蒸気が流れることで、動翼列３１の上流側と下流側との圧力差を抑え、ディスク部２３に作用するスラスト方向の力を低減する。
　図２に示したように、プラットフォーム３５には、アキシャルフィン３５Ｆａ及び３５Ｆｂが形成されて、動翼列３１と静翼列４１との隙間から径方向内側Ｄｒｉに向かって蒸気が漏れるのを抑えている。したがって、バランスホール部４０Ａは、アキシャルフィン３５Ｆａ及び３５Ｆｂよりも径方向内側Ｄｒｉに形成することが好ましい。
　また、ディスク部２３のプラットフォーム３５に対して径方向内側Ｄｒｉの領域においては、ロータ軸２１から径方向外側Ｄｒｏに向かうほど、圧力が高くなる。したがって、バランスホール部４０Ａによる圧力差の抑制効果は、バランスホール部４０Ａが、ディスク部２３の径方向外側Ｄｒｏにあるほど効果的となる。バランスホール部４０Ａは、アキシャルフィン３５Ｆａ及び３５Ｆｂよりも径方向内側Ｄｒｉで、かつ翼溝２８Ａの底部２８ｂよりも径方向外側Ｄｒｏに形成されていることが好ましい。特に、係合凸部３８の中でも最も径方向外側Ｄｒｏに形成されている係合凸部３８Ａに設けられていることが好ましい。本実施形態では、係合凸部３８の中でも最も径方向内側Ｄｒｉに形成されている係合凸部３８Ｃを除く、係合凸部３８Ａ及び係合凸部３８Ｂに設けられている。
　また、ディスク部２３は、周方向Ｄｃで互いに隣接する翼溝２８Ａ同士の間に、ディスク部２３の上流側Ｄａｕと下流側Ｄａｄとを連通する連通孔４０Ｃが形成されている。連通孔４０Ｃは、プラットフォーム３５のアキシャルフィン３５Ｆａ及び３５Ｆｂよりも径方向内側Ｄｒｉで、かつ翼溝２８Ａの底部２８ｂよりも径方向外側Ｄｒｏに形成することが好ましい。本実施形態の連通孔４０Ｃは、円形状をなしてディスク部２３を軸方向Ｄａに貫通している。
　なお、連通孔４０Ｃの形状は本実施形態のように、円形状に限定されるものではなく、ディスク部２３を軸方向Ｄａに貫通していればよい。例えば、連通孔４０Ｃは、楕円形状をなしていてもよく、スリットとして形成されていてもよい。
　以上のように、本実施形態の蒸気タービン１によれば、ロータ軸２１の軸回りの回転により、動翼３２には遠心力が作用する。動翼３２の翼根３６Ａの翼根内側面１０１と、第一面１００と対向するディスク部２３の翼溝２８Ａの翼溝外側面２０１には、遠心力が作用している動翼３２の支持荷重が作用しない。そのため、このような面には、十分な開口面積を有したバランスホール部４０Ａを窪ませて形成することができる。したがって、このバランスホール部４０Ａにより、ディスク部２３の軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕと下流側Ｄａｄとの圧力差を抑えることができる。これにより、ロータ２０に作用するスラスト方向の力を軽減することが可能となる。
　また、ロータ軸２１の軸回りの回転によって動翼３２に遠心力が作用すると、翼根３６Ａの係合凸部３８において径方向外側Ｄｒｏを向く面と、翼溝２８Ａの係合凹部２９において径方向内側Ｄｒｉを向く面とが互いに突き当たることで、動翼３２が支持される。その際、係合凸部３８の翼根内側面１０１と、係合凹部２９の翼溝外側面２０１との間に隙間が形成される。これにより、遠心力が作用している動翼３２の支持荷重が作用しない翼根内側面１０１または翼溝外側面２０１に、バランスホール部４０Ａを形成することができる。
　また、蒸気タービン１のディスク部２３では、動翼３２が配置されている径方向外側Ｄｒｏに近づくほど圧力が高くなっている。そこで、バランスホール部４０Ａを、翼溝２８Ａの底部２８ｂよりも径方向外側Ｄｒｏの、圧力が高い部分に形成することで、ディスク部２３の軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕと下流側Ｄａｄとの圧力差を有効に抑えることができる。
　さらに、バランスホール部４０Ａを、軸方向Ｄａで互いに隣接する動翼列３１と静翼列４１との隙間をシールするアキシャルフィン３５Ｆａ及び３５Ｆｂの内側に設けることで、ディスク部２３の軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕと下流側Ｄａｄとの圧力差を抑え、ロータ２０に作用する軸方向Ｄａのスラスト力を有効に低減する。
　また、バランスホール部４０Ａとして、翼根内側面１０１に凹部４１Ａと、翼溝外側面２０１に凹部４２Ａとがそれぞれ形成されている。これにより、凹部４１Ａと凹部４２Ａのいずれか一方のみが形成されている場合と比べて、翼根３６Ａとディスク部２３とのスペースを有効に利用して、効果的なバランスホール部４０Ａを形成することができる。
　また、周方向Ｄｃで互いに隣接する翼溝２８Ａ同士の間に連通孔４０Ｃをさらに備えることで、ディスク部２３のスペースをさらに有効に利用できる。これにより、バランスホール部４０Ａに加えて、ディスク部２３の軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕと下流側Ｄａｄとの圧力差を、さらに有効に低減することができる。
（第１実施形態の変形例）
　第１実施形態では、翼根３６Ａの係合凸部３８Ａ、３８Ｂ、及び３８Ｃに形成した凹部４１Ａと、翼溝２８Ａの係合凹部２９Ａ、２９Ｂ、及び２９Ｃに形成した凹部４２Ａとから、バランスホール部４０Ａを形成したが、これに限るものではない。
　例えば、凹部４１Ａ及び凹部４２Ａは、周方向Ｄｃに隣接する全ての動翼３２の翼根３６Ａ及び翼溝２８Ａに形成されていることに限定されるものではなく、一部の動翼３２のみに形成されていてもよい。
　また、凹部４１Ａ及び凹部４２Ａを互いに対向させてバランスホール部４０Ａを形成するのではなく、凹部４１Ａ及び凹部４２Ａのいずれか一方のみに形成してバランスホール部４０Ａとしてもよい。
　また、凹部４１Ａ及び凹部４２Ａは、対向して形成されていることに限定されるものではなく、径方向Ｄｒの位置がそれぞれ異なる位置に形成されていてもよい。
　さらに、凹部４１Ａ、４２Ａの大きさ、形状については、いかなるものとしてもよい。
（第２実施形態）
　次に、この発明にかかる蒸気タービンの第２実施形態について説明する。この第２実施形態で示す蒸気タービンは、第１実施形態の蒸気タービンに対して、バランスホール部４０Ｂが異なるのみである。
　第２実施形態のバランスホール部４０Ｂは、プラットフォーム３５とディスク部との間に形成されている。具体的には、バランスホール部４０Ｂは、ロータ外周面２３ｆに形成されている。つまり、バランスホール部４０Ｂは、ロータ外周面２３ｆのみに形成され、プラットフォーム内周面３５ｆには形成されていない。また、第２実施形態のバランスホール部４０Ｂは、係合凸部３８や係合凹部２９には形成されていない。
　図５に示すように、第２実施形態の動翼３２は、径方向内側Ｄｒｉに向かう方向成分を含む第一方向を向く第一面１００として、プラットフォーム３５のプラットフォーム内周面３５ｆが形成されている。プラットフォーム内周面３５ｆは、第一方向を向いている。
　なお、第一方向は、径方向内側Ｄｒｉに向かう方向成分を含んでいればよく、径方向Ｄｒと平行な方向や、径方向Ｄｒに対して傾斜した方向であってもよい。第２実施形態における第一方向は、径方向Ｄｒと並行な方向である。
　第２実施形態のロータ軸２１のディスク部２３は、径方向外側Ｄｒｏに向かう方向成分を含む第二方向を向く第二面２００として、ロータ外周面２３ｆが形成されている。なお、第二方向は、径方向外側Ｄｒｏに向かう方向成分を含んでいればよく、径方向Ｄｒと平行な方向や、径方向Ｄｒに対して傾斜した方向であってもよい。第２実施形態における第二方向は、径方向Ｄｒと並行な方向である。
　ディスク部２３のロータ外周面２３ｆには、プラットフォーム内周面３５ｆと対向する位置に、径方向内側Ｄｒｉに向かって窪む凹部４２Ｂが形成されている。
　この凹部４２Ｂにより、プラットフォーム３５のプラットフォーム内周面３５ｆと、ディスク部２３との間に、ディスク部２３の上流側Ｄａｕと下流側Ｄａｄとを連通するバランスホール部４０Ｂが形成される。このバランスホール部４０Ｂを通して、ディスク部２３の圧力が高い側（上流側Ｄａｕ）から圧力が低い側（下流側Ｄａｄ）に蒸気が流れる。その結果、動翼列３１の上流側と下流側との圧力差が抑えられ、ディスク部２３に作用するスラスト方向の力が低減される。
　また、プラットフォーム３５には、アキシャルフィン３５Ｆａ及び３５Ｆｂが形成されて、動翼列３１と静翼列４１との隙間から径方向内側Ｄｒｉに向かって蒸気が漏れるのを抑えている。したがって、バランスホール部４０Ｂは、アキシャルフィン３５Ｆａ、３５Ｆｂよりも径方向内側Ｄｒｉに形成することが好ましい。
　また、プラットフォーム３５に対して径方向内側Ｄｒｉの領域においては、ロータ軸２１から径方向外側Ｄｒｏに向かうほど、圧力が高くなる。したがって、バランスホール部４０Ｂによる圧力差の抑制効果は、バランスホール部４０Ｂが、径方向外側Ｄｒｏにあるほど効果的となる。本実施形態において、バランスホール部４０Ｂは、ディスク部２３のロータ外周面２３ｆ、すなわち、ディスク部２３におけるアキシャルフィン３５Ｆａ及び３５Ｆｂよりも径方向内側Ｄｒｉの領域における最も径方向外側Ｄｒｏである最外周部に形成されている。
　以上のように、第２実施形態の蒸気タービン１によれば、ロータ軸２１の軸回りの回転により、動翼３２には遠心力が作用する。すると、翼根３６Ｂの係合凸部３８Ａ、３８Ｂ、及び３８Ｃにおいて径方向外側Ｄｒｏを向く翼根外側面３８ｆと、翼溝２８Ｂの係合凹部２９Ａ、２９Ｂ、及び２９Ｃにおいて径方向内側Ｄｒｉを向く翼溝内側面２９ｆとが互いに突き当たることで、動翼３２が支持される。
　一方、動翼３２に遠心力が生じることで、プラットフォーム３５のプラットフォーム内周面３５ｆと、ディスク部２３のロータ外周面２３ｆとの間の距離が離れる。その結果、プラットフォーム内周面３５ｆとロータ外周面２３ｆと間の隙間が大きくなる。その結果、プラットフォーム内周面３５ｆとロータ外周面２３ｆとには、遠心力が作用している動翼３２の支持荷重が作用しない。そのため、径方向外側Ｄｒｏに向かう方向成分を含む第二方向を向く第二面２００としてのロータ外周面２３ｆに凹部４２Ｂを形成することで、十分な開口面積を有したバランスホール部４０Ｂを形成することができる。このバランスホール部４０Ｂにより、ディスク部２３の軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕと下流側Ｄａｄとの圧力差を抑えることができる。これにより、ロータ２０に作用するスラスト方向の力を軽減することが可能となる。
　また、バランスホール部４０Ｂを、翼溝２８Ｂの底部２８ｂよりも径方向外側の、圧力が高い部分に形成することで、ディスク部２３の軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕと下流側Ｄａｄとの圧力差を有効に抑えることができる。特に、ロータ外周面２３ｆから窪む凹部４２Ｂを設けることで、ディスク部２３の最も径方向外側Ｄｒｏにバランスホール部４０Ｂを設けることができる、したがって、ディスク部２３の中でも圧力が最も高い部分にバランスホール部４０Ｂを形成することができ、ディスク部２３の軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕと下流側Ｄａｄとの圧力差をより有効に抑えることができる。
　さらに、バランスホール部４０Ｂを、軸方向Ｄａで互いに隣接する動翼列３１と静翼列４１との隙間をシールするアキシャルフィン３５Ｆａ、３５Ｆｂの内側に設けることで、ディスク部２３の軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕと下流側Ｄａｄとの圧力差を抑え、ロータ２０に作用する軸方向Ｄａのスラスト力を有効に低減することができる。
（第２実施形態の変形例）
　図５に示すように、上記第１実施形態と同様、上記第２実施形態で示した構成に加え、静翼列４１のディスク部２３に、周方向Ｄｃで互いに隣接する翼溝２８Ｂ同士の間に、ディスク部２３の上流側Ｄａｕと下流側Ｄａｄとを連通する連通孔４０Ｃを設けてもよい。連通孔４０Ｃは、バランスホール部４０Ｂと同様、アキシャルフィン３５Ｆａ及び３５Ｆｂよりも径方向内側Ｄｒｉで、かつ翼溝２８Ａの底部２８ｂよりも径方向外側Ｄｒｏに形成することが好ましい。
　このような連通孔４０Ｃをさらに備えることで、ディスク部２３の軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕと下流側Ｄａｄとの圧力差を、さらに有効に低減することができる。
（その他の実施形態）
　なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、設計変更可能である。
　例えば、上記第１実施形態で示した構成と、第２実施形態で示した構成とを組み合わせることも可能である。すなわち、蒸気タービン１に、バランスホール部４０Ａとバランスホール部４０Ｂの双方を備えることもできる。もちろん、第１、第２実施形態の変形例で示した連通孔４０Ｃをさらに備えるようにしてもよい。
　また、蒸気タービン１の各部の構成については、適宜変更することが可能である。
　動翼の第一面及びディスク部の第二面の少なくとも一方から窪むバランスホール部を設けることで、動翼の上流側と下流側との間の圧力差を抑え、ロータ軸に作用するスラスト方向の力を軽減することができる。
１　蒸気タービン
１０　ケーシング
２０　ロータ
２１　ロータ軸
２２　軸芯部
２３　ディスク部
２３ｆ　ロータ外周面
２８Ａ、２８Ｂ　翼溝
２８ｂ　底部（溝底部）
２９、２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃ　係合凹部
２９ｆ　翼溝内側面
２００　第二面
２０１　翼溝外側面
３１　動翼列
３２　動翼
３３　翼体
３４　シュラウド
３５　プラットフォーム
３５Ｆａ、３５Ｆｂ　アキシャルフィン
３５ｆ　プラットフォーム内周面
３６Ａ、３６Ｂ　翼根
３８、３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ　係合凸部
３８ｆ　翼根外側面
３９Ａ　第一幹部
３９Ｂ　第二幹部
３９Ｃ　第三幹部
１００　第一面
１０１　翼根内側面
４０Ａ、４０Ｂ　バランスホール部
４０Ｃ　連通孔
４１　静翼列
４１Ａ　凹部
４２　静翼
４２Ａ、４２Ｂ　凹部
４３　外側リング
４４　リング本体部
４５　リング突出部
４６　内側リング
Ａｒ　軸線
Ｄａ　軸方向
Ｄａｄ　下流側
Ｄａｕ　上流側
Ｄｃ　周方向
Ｄｒ　径方向
Ｄｒｉ　径方向内側
Ｄｒｏ　径方向外側
Ｓ　蒸気

Claims (5)

  1. 　軸線を中心として回転する軸芯部と、前記軸芯部に固定されて前記軸芯部の径方向外側に広がるディスク部とを有するロータ軸と、
    　前記ディスク部の外周に固定され、前記軸芯部の周方向に複数配置される動翼と、を備え、
    　前記動翼は、前記軸芯部の径方向内側に向かう方向成分を含む第一方向を向く第一面が形成され、
    　前記ディスク部は、前記径方向外側に向かう方向成分を含む第二方向を向いて前記第一面と対向する第二面が形成され、
    　前記第一面及び前記第二面の少なくとも一方には、前記軸芯部の延びる軸方向に連通するように窪むバランスホール部が形成されている蒸気タービン。
  2. 　前記動翼は、
    　前記径方向に延びる翼体と、
    　前記翼体の前記径方向内側に設けられるプラットフォームと、
    　前記プラットフォームの前記径方向内側に設けられて前記ディスク部に形成された翼溝に嵌め込まれる翼根と、を備え、
    　前記翼根は、前記周方向に突出して前記翼溝に形成された係合凹部に係合する係合凸部に前記第一面として翼根内側面が形成され、
    　前記ディスク部は、前記係合凹部に前記第二面として翼溝外側面が形成されている請求項１に記載の蒸気タービン。
  3. 　前記バランスホール部は、前記翼溝の最も前記径方向内側に形成された溝底部よりも前記径方向外側に形成されている請求項２に記載の蒸気タービン。
  4. 　前記動翼は、
    　前記径方向に延びる翼体と、
    　前記翼体の前記径方向内側に設けられるプラットフォームと、
    　前記プラットフォームの前記径方向内側に設けられて前記ディスク部に形成された翼溝に嵌め込まれる翼根と、を備え、
    　前記プラットフォームは、前記第一面として、前記径方向内側を向くプラットフォーム内周面が形成され、
    　前記ディスク部は、前記第二面として、前記プラットフォーム内周面と対向し、前記径方向外側を向くロータ外周面が形成され、
    　前記バランスホール部は、前記ロータ外周面に形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
  5. 　前記ディスク部は、前記周方向で互いに隣接する前記翼溝同士の間に前記軸方向に連通する連通孔が形成されている請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
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