WO2017068616A1 - 軸流タービン - Google Patents

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WO2017068616A1
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WO
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outer casing
working fluid
cooling medium
turbine
axial
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智博 手島
田島　嗣久
紀和 高木
章吾 岩井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14—Casings modified therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/34—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid with recycling of part of the working fluid, i.e. semi-closed cycles with combustion products in the closed part of the cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an axial turbine.
  • the working fluid at the inlet of the axial turbine is heated to a high temperature.
  • a casing or piping exposed to this high temperature working fluid And made of a high-strength material such as a Ni-based alloy that can withstand the temperature of the working fluid.
  • Some conventional axial turbines are configured such that, for example, an outer casing covers an exhaust chamber.
  • the entire outer casing needs to be made of a high-strength material.
  • it is difficult to manufacture a large casting such as an outer casing with a high-strength material.
  • even if a large casting can be manufactured with a high-strength material it is difficult to maintain the quality.
  • a double casing structure in which the periphery where the high-temperature working fluid flows is covered with an inner casing, and the periphery of the inner casing is covered with an outer casing.
  • the inner casing is made of a high strength material
  • the outer casing is made of a conventional material such as high Cr steel or low Cr steel.
  • a double pipe structure is adopted for a path for introducing a high-temperature working fluid into the axial turbine and a path for discharging the high-temperature working fluid from the axial turbine.
  • This double pipe structure includes a short pipe made of a high strength material welded to an outer casing, and a sleeve made of a high strength material for connecting the short pipe and the inner casing. The hot working fluid flows between the short tube and the inner casing via the sleeve without contacting the outer casing.
  • the temperature at the joint between the short tube and the outer casing rises due to heat radiation from the sleeve and heat conduction from the short tube.
  • the temperature of the joint becomes higher than a predetermined temperature, the required strength cannot be maintained at the joint.
  • the joint part by dissimilar material welding of high strength materials, such as Ni base alloy, and the conventional material the strength reduction of a welding heat affected zone and the strength fall by the influence of carbon diffusion are remarkable. From these things, it is necessary to maintain the temperature of a junction part below an allowable temperature.
  • the temperature of the working fluid flowing through the sleeve is lower than 630 ° C. Furthermore, the difference between the temperature of the working fluid flowing through the sleeve and the temperature of the cooling fluid is small. Therefore, even if the cooling fluid directly contacts the sleeve, the influence of thermal stress was not a problem.
  • the working fluid introduced into the axial turbine is heated to a high temperature.
  • hot working fluid may be discharged from the axial turbine. Therefore, the difference between the temperature of the cooling fluid and the temperature of the sleeve is increased. This creates a large thermal stress when the cooling fluid is brought into direct contact with the sleeve, as in the joint cooling technique in conventional axial turbines.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an axial turbine capable of reliably cooling a welded joint while suppressing thermal stress generated in the constituent members.
  • An axial turbine includes an outer casing, an inner casing provided inside the outer casing, a turbine rotor penetrating through the inner casing, a moving blade implanted in the turbine rotor, It is supported by a support member provided inside the inner casing, and includes stationary blades alternately arranged with the moving blades in the axial direction of the turbine rotor.
  • the axial flow turbine is welded and joined to the outer casing, the working fluid discharge pipe through which the working fluid discharged from the axial flow turbine flows, and the external casing and the working fluid discharge pipe are provided inside,
  • a tubular sleeve that guides the working fluid discharged from the axial turbine to the working fluid discharge pipe, and provided inside the outer casing and the working fluid discharge pipe and on the outer periphery of the sleeve, and the outer casing and the operation A tubular member covering the inner peripheral side of the welded joint with the fluid discharge pipe, an inlet for introducing a cooling medium into the annular space defined by the outer casing, the working fluid discharge pipe and the tubular member; and the annular space And a discharge port for discharging the cooling medium introduced in.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of an AA cross section of FIG. 4.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a BB cross section of FIG. 3. It is the figure which showed typically the system
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a cooling medium system in the axial turbine 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • Examples of the axial turbine 10 shown in FIG. 1 include a gas turbine and a CO 2 turbine.
  • CO 2 a part of carbon dioxide (CO 2 ) generated by a combustor is pressurized to a supercritical fluid and circulated in a working fluid system.
  • the temperature of the working fluid discharged from these axial turbines 10 exceeds 630 ° C., for example.
  • the axial flow turbine 10 includes an outer casing 20 and an inner casing 30 inside the outer casing 20.
  • the inner casing 30 constitutes, for example, inner casings 30a and 30b that surround a turbine stage including a stationary blade and a moving blade, and a part of an exhaust chamber into which a working fluid that has passed through the last turbine stage flows.
  • An inner casing 30c is provided.
  • the axial flow turbine 10 includes, for example, an introduction pipe 50 that introduces a cooling medium between the inner casing 30 c that becomes high temperature and the outer casing 20.
  • the introduction pipe 50 is connected to the outer casing 20, for example.
  • the introduction pipe 50 is supplied with a cooling medium from a supply source (not shown).
  • the inner casings 30a and 30b do not reach a high temperature because, for example, a cooling medium for cooling the stationary blades flows inside.
  • the cooling medium introduced into the introduction pipe 50 includes, for example, air extracted from a compressor in the case of a gas turbine, and circulates extracted from a system, for example, in the case of a CO 2 turbine. For example, carbon dioxide.
  • extraction is performed in the site
  • the medium extracted from the main system in the axial turbine 10 is supplied to the introduction pipe 50 as a cooling medium.
  • the introduction pipe 50 is provided with a flow rate adjusting valve 54 as shown in FIG.
  • the flow rate adjustment valve 54 adjusts the flow rate of the cooling medium introduced between the outer casing 20 and the inner casing 30 c via the introduction pipe 50.
  • the flow rate adjusting valve 54 adjusts the pressure of the cooling medium introduced between the outer casing 20 and the inner casing 30c.
  • the flow rate adjusting valve 54 adjusts the flow rate of the cooling medium to an optimum flow rate based on the temperature of the outer casing 20 at the time of starting, operating, and stopping the axial flow turbine 10.
  • the flow rate adjustment valve 54 functions as a flow rate adjustment device.
  • the cooling medium introduced from the introduction pipe 50 between the outer casing 20 and the inner casing 30c is discharged through the discharge pipe 55 as shown in FIG.
  • the discharge pipe 55 is connected to the outer casing 20.
  • the outer casing cooling system that mainly cools the outer casing 20 is configured by the introduction pipe 50, the space between the outer casing 20 and the inner casing 30c, the discharge pipe 55, and the like.
  • the axial flow turbine 10 includes a discharge pipe 60 that is welded to the outer casing 20 and through which the working fluid discharged from the axial flow turbine 10 flows.
  • the lower half side of the outer casing 20 on the downstream side has, for example, a pipe-shaped portion 20a extending downward.
  • One or more tube-shaped portions 20a are provided.
  • the discharge pipe 60 is welded and joined to the pipe-shaped portion 20 a of the outer casing 20.
  • FIG. 2 is a plan view of the axial flow turbine 10 according to the first embodiment of the present invention as viewed from the downstream side. In the present embodiment, a configuration including two tubular portions 20a is illustrated. In FIG. 1, one tube-shaped portion 20a appears, and the other tube-shaped portion 20a is not visible.
  • the two tube-shaped portions 20 a are configured to be bifurcated so as to sandwich the lowermost portion of the outer casing 20. And each pipe shape part 20a is extended below.
  • a discharge pipe 60 is welded and joined to these pipe-shaped portions 20a.
  • the discharge pipe 60 functions as a working fluid discharge pipe.
  • the pipe-shaped part 20a of the outer casing 20 is connected to, for example, an introduction pipe 70 that introduces a cooling medium that cools the joint 61 between the pipe-shaped part 20a and the discharge pipe 60 from the inside.
  • an introduction pipe 70 that introduces a cooling medium that cools the joint 61 between the pipe-shaped part 20a and the discharge pipe 60 from the inside.
  • the other pipe-shaped portion 20a is also connected with an introduction pipe 70 branched on the downstream side of a flow rate adjusting valve 74 described later.
  • a medium extracted from the turbine stage of the axial flow turbine 10 is supplied to the introduction pipe 70 as a cooling medium.
  • the extraction from the turbine stage of the axial flow turbine 10 is illustrated here as a supply source for supplying the cooling medium to the introduction pipe 70, the present invention is not limited to this.
  • the cooling medium supplied to the introduction pipe 70 may be a medium whose temperature and pressure are suitable as the cooling medium.
  • the medium extracted from any part of the main system in the axial flow turbine 10 is supplied to the introduction pipe 70 as a cooling medium.
  • the introduction pipe 70 is provided with a flow rate adjusting valve 74 as shown in FIG.
  • the flow rate adjustment valve 74 adjusts the flow rate of the cooling medium introduced to the inside of the joint portion 61 via the introduction pipe 70. In other words, the pressure of the cooling medium introduced into the tube-shaped portion 20a and the discharge pipe 60 is adjusted.
  • the flow rate adjusting valve 74 adjusts the flow rate of the cooling medium to an optimal flow rate based on the temperature of the joint 61 when the axial flow turbine 10 is started, operated, or stopped.
  • the flow rate adjustment valve 74 functions as a flow rate adjustment device.
  • the cooling medium introduced from the introduction pipe 70 into the pipe shape portion 20a and the discharge pipe 60 is discharged through the discharge pipe 75 as shown in FIG.
  • the discharge pipe 75 is connected to the discharge pipe 60, for example.
  • the other discharge pipe 75 is also connected to the other discharge pipe 60.
  • the joint cooling system for cooling the joint 61 is configured by the introduction pipe 70, the space inside the pipe shape portion 20a and the discharge pipe 60, the discharge pipe 75, and the like.
  • the discharge pipe 75 may be connected to the tube shape portion 20 a and the introduction pipe 70 may be connected to the discharge pipe 60. A combination of these connections will be described later.
  • the downstream end of the discharge pipe 55 and the downstream end of the discharge pipe 75 are connected to form one discharge pipe 76.
  • the discharge pipe 76 is provided with a flow rate adjusting valve 77.
  • the flow rate of the cooling medium that cools the joint 61 is mainly adjusted by the flow rate adjustment valve 74, and the flow rate adjustment valve 77 is mainly used to adjust the pressure.
  • the flow rate adjustment valve 77 functions as a flow rate adjustment device.
  • each of the discharge pipe 55 and the discharge pipe 75 is provided with a flow rate adjusting valve.
  • each system can be controlled independently by providing the casing cooling system and the joint cooling system.
  • flow rate adjusting valves 54, 74, and 77 described above are configured by, for example, valve valves. Further, a throttle such as an orifice may be used instead of the flow rate adjusting valves 54, 74, 77.
  • FIG. 3 is a diagram showing a meridional section of the axial turbine 10 of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a view showing a longitudinal section of the tube-shaped portion 20a of the outer casing 20 and the discharge pipe 60 in the axial flow turbine 10 of the first embodiment.
  • the axial turbine 10 includes a double-structure casing that includes an outer casing 20 and an inner casing 30 provided inside the outer casing 20.
  • the inner casing 30 includes, for example, the inner casings 30a and 30b that surround the turbine stage including the stationary blades 42 and the moving blades 40, and the exhaust chamber 80 into which the working fluid that has passed through the final stage turbine stage flows.
  • An inner casing 30c constituting a part is provided.
  • the outer casing 20 is made of a conventional material such as high Cr steel or low Cr steel, for example.
  • the inner casings 30a and 30b are made of, for example, conventional materials such as high Cr steel and low Cr steel because a cooling medium for cooling the stationary blades flows inside.
  • the inner casing 30c that becomes high temperature is made of, for example, a high-strength material.
  • a turbine rotor 41 in which a moving blade 40 is implanted is provided in the inner casing 30, a turbine rotor 41 in which a moving blade 40 is implanted is provided.
  • the turbine rotor 41 is rotatably supported by a rotor bearing (not shown).
  • the stationary blades 42 are arranged on the inner surfaces of the inner casings 30a and 30b so as to alternate with the moving blades 40 in the turbine rotor axial direction.
  • the stationary blade 42 and the moving blade 40 immediately downstream of the stationary blade 42 constitute a turbine stage.
  • annular wall 30d is provided on the outer peripheral surface of the inner casing 30b adjacent to the inner casing 30c so as to protrude radially outward over the circumferential direction.
  • the outer peripheral surface of the annular wall 30d is in contact with the inner periphery of the outer casing 20, for example.
  • a space formed between the inner casing 30 and the outer casing 20 is partitioned by the annular wall 30d. Therefore, the space 32 upstream of the annular wall 30d and the space 31 downstream of the annular wall 30d are not in communication.
  • the space 31 is a space surrounded by the outer casing 20, the inner casing 30c, the inner casing 30b, the annular wall 30d, and the turbine rotor 41.
  • the space 32 is a space surrounded by the outer casing 20, the inner casing 30a, the inner casing 30b, and the annular wall 30d.
  • a seal portion 43 is provided between the turbine rotor 41 and the outer casing 20 and the inner casing 30a in order to prevent leakage of the working fluid to the outside.
  • An exhaust chamber 80 is provided downstream of the final stage turbine stage.
  • the exhaust chamber 80 includes an annular inner casing 30c through which the working fluid that has passed through the turbine stage of the final stage flows, and a tube-shaped portion 82 provided on the lower half side of the inner casing 30c.
  • An annular passage 81 is formed in the annular inner casing 30c.
  • the annular passage 81 is formed around the turbine rotor 41 as shown in FIG.
  • the annular passage 81 guides the working fluid that has passed through the final turbine stage to the tube-shaped portion 82.
  • the tube-shaped part 82 is provided in two forks so as to sandwich the lowermost part of the annular passage 81, for example.
  • Each tube-shaped portion 82 extends downward along the tube-shaped portion 20 a inside the tube-shaped portion 20 a of the outer casing 20.
  • the exhaust chamber 80 is covered with the outer casing 20.
  • an introduction pipe 50 for introducing a cooling medium is connected between the outer casing 20 and the inner casing 30c. That is, the introduction pipe 50 is connected to the lowermost part of the outer casing 20 between the pipe-shaped parts 20a.
  • the introduction pipe 50 is connected to the outer casing 20 so as to incline from the upstream side to the downstream side, for example, as shown in FIG. Then, the cooling medium is introduced into the space 31 from the introduction pipe 50.
  • This space 31 is a space between the outer casing 20 and the inner casing 30c constituting the above-described outer casing cooling system.
  • the discharge pipe 55 for discharging the cooling medium introduced into the space 31 is connected to a predetermined portion of the outer casing 20, although not shown in FIG. 3.
  • the discharge pipe 55 may be connected to the pipe-shaped portion 20a.
  • one end of a tubular sleeve 83 is connected to the end of the tube-shaped portion 82.
  • the other end of the sleeve 83 extends to the inside of the discharge pipe 60.
  • the other end of the sleeve 83 is connected to the discharge pipe 60.
  • a seal ring 84 is provided between the sleeve 83 and the tube-shaped portion 82 and between the sleeve 83 and the discharge pipe 60.
  • a plurality of seal rings 84 are arranged in the axial direction of the sleeve 83.
  • a tubular member 90 is provided inside the tube-shaped portion 20 a and the discharge tube 60 and on the outer periphery of the sleeve 83.
  • the tubular member 90 is a tubular cylinder extending in the axial direction of the sleeve 83.
  • the tubular member 90 is provided so as to cover the inner peripheral side of the joint portion 61. Further, a predetermined gap is provided between the outer surface 91 of the tubular member 90 and the inner surfaces 21 and 62 of the tube-shaped portion 20 a and the discharge tube 60.
  • one end of the tubular member 90 includes a flange portion 92 that protrudes radially outward in the circumferential direction.
  • the flange portion 92 is supported by, for example, a step portion 22 formed in the tubular shape portion 20a.
  • the flange part 92 is fixed to the step part 22 with fixing members, such as a volt
  • the fixing method of the flange part 92 is not restricted to this.
  • the flange portion 92 may be welded to the step portion 22.
  • the other end of the tubular member 90 is a non-fixed end that is not fixed.
  • the other end of the tubular member 90 is fitted into an annular groove portion 64 formed in the circumferential direction on the step portion 63 of the discharge pipe 60, for example. A slight gap is formed between the other end of the tubular member 90 and the groove portion 64.
  • the materials constituting the tube-shaped portion 20a and the discharge tube 60 are different. Therefore, the gap is formed in consideration of the difference in the linear expansion coefficient of each material. The gap absorbs the difference in thermal elongation between the tubular portion 20a and the discharge pipe 60.
  • the configuration of the non-fixed end of the tubular member 90 is not limited to this.
  • the non-fixed end of the tubular member 90 only needs to have a structure that is not subjected to thermal stress due to a difference in thermal elongation between the tubular portion 20a and the discharge pipe 60.
  • the tubular member 90 may include, for example, a protrusion 93 that protrudes to the outer peripheral side in the circumferential direction.
  • the protrusion 93 is formed on the outer surface 91 of the tubular member 90 over a predetermined length in the axial direction of the sleeve 83.
  • the outer surface of the protrusion part 93 is comprised by the surface parallel to the inner surface 21 of the pipe-shaped part 20a and the inner surface 62 of the discharge pipe 60, for example.
  • the protrusion 93 is preferably formed at a position facing the joint 61, for example.
  • the gap between the outer surface of the protrusion 93 and the inner surface 21 of the tube-shaped portion 20a and the inner surface 62 of the discharge tube 60 is the outer surface 91 of the tubular member 90, the inner surface 21 of the tube-shaped portion 20a, and the inner surface of the discharge tube 60. It becomes narrower than the clearance gap between 62.
  • the protrusion part 93 may be comprised integrally with the tubular member 90, and may be comprised separately from the tubular member 90.
  • the tube-shaped portion 20a is provided with an introduction port 23 for introducing a cooling medium into the annular space 94 defined by the tubular member 90 described above.
  • the introduction port 23 is formed on the flange portion 92 side of the tubular member 90.
  • the introduction port 23 is formed on the flange portion 92 side with respect to the protrusion portion 93.
  • the introduction port 23 may be opened in a direction toward the central axis of the tubular member 90 in the AA cross section shown in FIG.
  • the opening direction of the inlet 23 is not restricted to this.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of the AA cross section of FIG.
  • the introduction port 23 may be opened in a direction different from the direction toward the central axis in a cross section perpendicular to the central axis of the tubular member 90.
  • the flow of the cooling medium introduced into the space 94 from the introduction port 23 is a swirling flow.
  • the swirl flow By forming the swirl flow in this way, the cooling medium can be introduced over the entire circumference in the circumferential direction.
  • One or a plurality of introduction ports 23 are provided.
  • the discharge pipe 60 is provided with a discharge port 65 for discharging the cooling medium introduced into the space 94.
  • the discharge port 65 is formed on the step 63 side of the discharge pipe 60. Further, the discharge port 65 is formed closer to the stepped portion 63 than the protruding portion 93.
  • the introduction port 23 is preferably provided on one end side (flange portion 92 side) which is a fixed end of the tubular member 90, and the discharge port 65 is preferably provided on the other end side which is a non-fixed end.
  • the introduction port 23 is connected to the introduction pipe 70 described with reference to FIG.
  • the discharge port 65 is connected to the discharge pipe 75 described with reference to FIG.
  • the space 95 surrounded by the tube-shaped portion 82, the sleeve 83, the tube-shaped portion 20 a, and the tubular member 90 of the exhaust chamber 80 is introduced between the outer casing 20 and the inner casing 30.
  • the cooling medium flows.
  • the cooling medium in the space 95 does not flow into the space 94 from the fixed end side.
  • the cooling medium in the space 95 flows into the space 94 from the non-fixed end side depending on pressure conditions. Since the cooling medium in the space 95 is obtained by cooling the outer casing 20 and the like, the cooling medium has a higher temperature than the cooling medium flowing in the space 94.
  • the joining portion 61 can be cooled without mixing the high-temperature cooling medium.
  • the cooling medium in the space 95 flows into the cooling medium after cooling the joint 61 on the side from which the cooling medium is discharged (non-fixed end). In this way, by introducing the cooling medium from the fixed end side of the tubular member 90, the joint portion 61 can be reliably cooled.
  • the other end of the tubular member 90 may be a fixed end and one end may be a non-fixed end.
  • the other end of the tubular member 90 is fixed to the step part 63 of the discharge pipe 60, for example. Therefore, the cooling medium in the space 95 does not flow into the space 94 from the other end side of the tubular member 90.
  • the cooling medium in the space 95 flows into the space 94 from one end side of the tubular member 90.
  • the discharge port 65 is preferably provided on one end side (flange portion 92 side) serving as a non-fixed end of the tubular member 90, and the introduction port 23 is provided on the other end side serving as a fixed end.
  • the joint portion 61 can be reliably cooled by including the tubular member 90 and flowing a cooling medium in the space 94. Further, by including the tubular member 90, it is possible to prevent the thermal stress generated when the cooling medium introduced from the introduction port 23 comes into contact with the high-temperature sleeve 83. Furthermore, by providing the tubular member 90, the joining portion 61 can be prevented from being heated by heat radiation from the high-temperature sleeve 83.
  • the tubular member 90 with the protrusion 93, the flow of the cooling medium introduced from the inlet 23 in the protrusion 93 is narrowed, and the cooling medium spreads uniformly in the circumferential direction. Moreover, when flowing through the narrow gaps between the protruding portion 93 and the tube-shaped portion 20a and the inner surfaces 21 and 62 of the discharge pipe 60, the flow rate increases and the heat transfer coefficient increases. Therefore, for example, the joint part 61 can be cooled more efficiently by providing the protrusion part 93 facing the joint part 61.
  • the cooling effect of the joint 61 is improved, for example, the flow rate of the cooling medium introduced into the space 94 can be reduced.
  • the flow rate of the bleed air can be reduced, so that the turbine performance can be improved.
  • the axial turbine 10 includes, for example, a temperature detection device (not shown) that detects the temperature of the joint 61 and the outer casing 20, and a control unit (not shown). And a control part controls the opening degree of each above-mentioned flow regulating valve 54, 74, 77 based on the detection signal from a temperature detection apparatus.
  • the control unit is configured to be able to input / output electric signals to / from the temperature detection device and the flow rate adjusting valves 54, 74, 77.
  • the working fluid (combustion gas) from the combustor flows, for example, through the transition piece 35 and into the first stage turbine stage as shown in FIG.
  • the working fluid flowing into the turbine stage flows through the inner casings 30a and 30b while performing expansion work, and passes through the final stage turbine stage.
  • the working fluid that has passed through the last turbine stage is discharged from the discharge pipe 60 through the annular passage 81, the tube-shaped portion 82, and the sleeve 83.
  • the working fluid discharged from the discharge pipe 60 is introduced into the main system in the axial flow turbine 10, for example.
  • the cooling medium supplied to the introduction pipe 50 from the main system in the axial flow turbine 10 is introduced between the outer casing 20 and the inner casing 30c as shown in FIG. That is, the cooling medium is introduced into the space 31 from the introduction pipe 50.
  • the introduced cooling medium spreads in the space 31. Note that the cooling medium introduced into the space 31 does not flow into the space 32 upstream of the annular wall 30d. Further, the cooling medium introduced into the space 31 also extends into the space 95 shown in FIG.
  • the cooling medium spread in the space 31 mainly cools the outer casing 20. At this time, the cooling medium also cools the inner casing 30c. Further, the cooling medium spreading in the space 95 cools the sleeve 83 and the tubular member 90.
  • the temperature of the cooling medium flowing into the space 95 is higher than the temperature of the cooling medium immediately after being introduced into the axial turbine 10. Is also expensive. Therefore, even if this high-temperature cooling medium contacts the high-temperature sleeve 83, a large thermal stress does not occur.
  • the flow rate of the cooling medium introduced into the space 31 is determined by setting the opening degree of the flow rate adjustment valve 54 based on a detection signal from the temperature detection device that detects the temperature of the outer casing 20 by the control unit. Adjusted.
  • the allowable temperature is set based on, for example, the material constituting the outer casing 20. Specifically, the allowable temperature is set based on, for example, the high temperature strength of the material constituting the outer casing 20.
  • the temperature of the cooling medium introduced into the space 31 is lower than the temperature of the outer casing 20, and the minimum temperature of the cooling medium (hereinafter referred to as the allowable thermal stress temperature) at which the thermal stress generated in the inner casing 30 c falls within the allowable range. That's it.
  • the allowable thermal stress temperature the minimum temperature of the cooling medium at which the thermal stress generated in the inner casing 30 c falls within the allowable range.
  • the pressure of the cooling medium introduced into the space 31 is higher than the pressure of the working fluid flowing through the annular passage 81.
  • the inner casing 30b and the inner casing 30c adjacent thereto are made of different materials.
  • a gap is provided between the inner casing 30b and the inner casing 30c in consideration of the difference in the linear expansion coefficient of each material, for example. This gap can prevent the thermal stress caused by the difference in thermal elongation.
  • the flow of the working fluid into the space 31 can be prevented by setting the pressure of the cooling medium introduced into the space 31 to the above-described pressure. This can prevent the outer casing 20 from being heated by the inflow of the working fluid.
  • the cooling medium supplied to the introduction pipe 70 shown in FIG. 3 is introduced into the space 94 from the introduction port 23 of the pipe-shaped portion 20a shown in FIG.
  • the flow of the cooling medium introduced into the space 94 is evenly spread in the circumferential direction by being throttled at the protrusion 93, for example.
  • the narrow part between the protrusion part 93, the pipe-shaped part 20a, and the inner surfaces 21 and 62 of the discharge pipe 60 flows, and the junction part 61 is cooled.
  • the flow rate of the cooling medium is increased, the heat transfer coefficient is increased, and the cooling of the joint portion 61 is promoted.
  • the flow rate of the cooling medium introduced into the space 94 is adjusted by the control unit setting the opening degree of the flow rate adjustment valve 74 based on a detection signal from a temperature detection device that detects the temperature of the joint 61. .
  • the allowable temperature is set based on, for example, the material that constitutes the joining portion 61. Specifically, the allowable temperature is set based on, for example, the high temperature strength of the joint portion 61.
  • the cooling medium that has passed through the protrusion 93 is discharged from the discharge port 65 to the discharge pipe 75 shown in FIG. Since the tubular member 90 on the discharge port 65 side is a non-fixed end, when the pressure of the cooling medium in the space 95 is higher than the pressure of the cooling medium in the space 94, the cooling medium in the space 95 is Then, it passes through the gap between the other end of the tubular member 90 and the groove 64 and flows into the space 94. Even in this case, the cooling medium in the high-temperature space 95 is discharged from the discharge port 65 together with the cooling medium in the space 94. Therefore, the cooling medium in the space 95 that has flowed in does not hinder the cooling of the joint portion 61 and the like.
  • the discharge pipe 55 and the discharge pipe 75 are connected to form a discharge pipe 76.
  • the discharge pipe 76 is provided with a flow rate adjusting valve 77. That is, the pressure of the cooling medium between the outer casing 20 and the inner casing 30 and the pressure of the cooling medium in the space 94 can be made equal. In other words, the pressure of the cooling medium in the space 95 can be made equal to the pressure of the cooling medium in the space 94. As a result, the cooling medium in the space 95 can be prevented from leaking into the space 94. In addition, the cooling medium in the space 94 can be prevented from leaking into the space 95.
  • the downstream end of the discharge pipe 76 is connected to a pipe through which a working fluid having a temperature that does not cause cracking due to thermal stress by the cooling medium introduced from the discharge pipe 76, for example.
  • the downstream end of the discharge pipe 76 is connected to a portion through which a working fluid having a temperature equal to or lower than the temperature of the cooling medium flowing through the discharge pipe 76 flows.
  • the pressure of the cooling medium flowing through the discharge pipe 76 is higher than the pressure of the working fluid flowing through the portion where the cooling medium is introduced. This prevents the working fluid from flowing into the discharge pipe 76.
  • each downstream end has a temperature at which the cooling medium introduced from the discharge pipes 55 and 75 does not cause cracking due to thermal stress. It is connected to the piping through which the working fluid flows.
  • the joining portion 61 can be reliably cooled by including the tubular member 90 and flowing a cooling medium in the space 94. Further, by including the tubular member 90, it is possible to prevent the thermal stress generated when the cooling medium introduced from the introduction port 23 comes into contact with the high-temperature sleeve 83. Furthermore, by providing the tubular member 90, the joining portion 61 can be prevented from being heated by heat radiation from the high-temperature sleeve 83.
  • the temperature of the joint portion 61 can be maintained below the allowable temperature while suppressing the thermal stress of the sleeve 83 and the like.
  • the tubular member 90 By providing the tubular member 90 with the ridge 93, the cooling medium introduced from the introduction port 23 in the ridge 93 can be evenly spread in the circumferential direction. As a result, the joining portion 61 can be cooled without unevenness in the circumferential direction.
  • the protrusion 93 by providing the protrusion 93, the speed of the cooling medium flowing in the narrow gap between the protrusion 93 and the inner surfaces 21 and 62 of the tube-shaped portion 20 a and the discharge pipe 60 is increased, and the joint 61 Cooling can be promoted.
  • the flow rate of the cooling medium introduced into the space 94 can be reduced.
  • the flow rate of the bleed air from the axial turbine 10 can be reduced, and the turbine performance can be improved.
  • each system can be controlled independently by providing the casing cooling system and the joint cooling system.
  • the outer casing 20 can be cooled in addition to the joint portion 61.
  • the configuration of the axial flow turbine 10 of the first embodiment is not limited to the configuration described above.
  • the outer casing 20 includes two tube-shaped portions 20a is shown.
  • each tube shape portion 20 a is connected to each of the two introduction pipes 70 on the downstream side of the flow rate adjustment valve 74.
  • the flow rate adjusting valve 74 is not limited to being provided on the upstream side where the introduction pipe 70 branches.
  • the flow rate adjusting valve 74 may be provided in each of the introduction pipes 70 on the downstream side of the branch point connected to each of the pipe shape portions 20a.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a BB cross section of FIG.
  • the flow of the cooling medium introduced from the introduction pipe 50 is indicated by arrows.
  • a guide member 100 that guides the flow of the cooling medium is disposed inside the outer casing 20 and at a position facing the outlet 50 a of the introduction pipe 50.
  • the guide member 100 includes two side walls 101 and a top plate 102 connected to each of the side walls 101.
  • the side wall 101 and the top plate 102 are constituted by rectangular flat plates, for example. That is, the guide member 100 has a U-shaped cross section as shown in FIG.
  • the top plate 102 faces the outlet 50a of the introduction tube 50 with a predetermined gap.
  • the two side walls 101 are arranged to face each other along the turbine rotor axial direction with a predetermined gap in the circumferential direction. That is, in the guide member 100, the side facing the top plate 102 and the upstream end and the downstream end in the turbine rotor axial direction are opened.
  • the cooling medium flowing out from the outlet 50a of the introduction pipe 50 collides with the top plate 102, and is guided along the top plate 102 and the side wall 101 in the turbine rotor axial direction (arrow direction shown in FIG. 3). Therefore, the cooling medium flowing out from the outlet 50a is not sprayed directly on the inner casing 30c.
  • the flow of the cooling medium after colliding with the top plate 102 is in a direction perpendicular to the paper surface.
  • the cooling medium guided in the axial direction of the turbine rotor flows along the inner surface of the outer casing 20. At this time, a part of the cooling medium flows into the upper half side. For example, the cooling medium that has flowed to the upper half side flows to the lower half side along the inner surface of the outer casing 20 as indicated by the arrows in FIG. 6.
  • the cooling medium can be spread over the entire space 31. Thereby, the outer casing 20 can be cooled uniformly.
  • the shape of the guide member 100 is not limited to the shape described above.
  • the top plate 102 may be formed in a semi-cylindrical shape.
  • the guide member 100 may be configured by a cylindrical body that covers the periphery of the inner casing 30c with a predetermined gap from the outer peripheral surface of the inner casing 30c.
  • This cylindrical body is supported by, for example, a rod-shaped support that protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the inner casing 30c.
  • a plurality of the supports are provided in the circumferential direction.
  • the shape of the guide member 100 may be a structure that can prevent the cooling medium flowing out from the outlet 50a of the introduction pipe 50 from being directly sprayed onto the inner casing 30c.
  • the tube-shaped portion 20a is provided on the lower half side of the outer casing 20
  • the tube-shaped portion 20a may be provided on the upper half side of the outer casing 20.
  • an introduction pipe that introduces the cooling medium from a supply source that is separate from the supply source that supplies the cooling medium to the introduction pipe 50 may be connected to the introduction pipe 50 upstream of the flow rate adjustment valve 54.
  • an introduction pipe that introduces the cooling medium from a supply source that is separate from the supply source that supplies the cooling medium to the introduction pipe 70 may be connected to the introduction pipe 70 upstream of the flow rate adjustment valve 74.
  • the above-described separate supply source is, for example, a supply source of a system different from the system that supplies the cooling medium to the introduction pipe 50 and the introduction pipe 70. Therefore, the separate supply source can supply the cooling medium to the introduction pipe 50 and the introduction pipe 70 even when the operation of the main system in the axial flow turbine 10 stops, for example. That is, the separate supply source functions as an auxiliary supply source.
  • examples of when the axial flow turbine 10 is stopped include a state immediately after the operation of the axial flow turbine 10 is normally stopped, a turbine trip state where the operation of the axial flow turbine 10 is suddenly stopped, and the like. Is done.
  • the cooling medium supplied from a separate supply source is also a medium having a temperature and pressure suitable as a cooling medium, similar to the cooling medium introduced into the introduction pipe 50 and the introduction pipe 70.
  • Examples of the cooling medium supplied from a separate supply source include air in the case of a gas turbine, and carbon dioxide in the case of a CO 2 turbine.
  • the cooling medium supplied from this separate supply source flows into the introduction pipe 50 and the introduction pipe 70 and acts in the same manner as the above-described cooling medium.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing a cooling medium system in the axial turbine 11 according to the second embodiment of the present invention. Note that in the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted or simplified.
  • examples of the axial turbine 10 shown in FIG. 7 include a steam turbine.
  • the external casing cooling system in the axial turbine 11 is the same as the external casing cooling system of the first embodiment except that the exhaust pipe 55 is not provided. Further, the temperature of the working fluid at the inlet of the steam turbine exceeds, for example, 630 ° C.
  • the cooling medium introduced into the introduction pipe 50 includes steam extracted from the system. Extraction is performed at a site where a medium suitable for temperature and pressure is obtained as a cooling medium. Thus, for example, the medium extracted from the main system in the axial turbine 11 is supplied to the introduction pipe 50 as a cooling medium.
  • a part of the cooling medium introduced from the introduction pipe 50 between the outer casing 20 and the inner casing 33 passes through a gap 34 between the inner casings 33 through a passage through which the working fluid in the inner casing 33 flows. leak. Then, the cooling medium that has flowed out into the passage through which the working fluid flows is discharged from the axial turbine 11 together with the working fluid. The remaining portion of the cooling medium is exhausted from, for example, a seal portion between the outer casing 20 and the turbine rotor 41.
  • the working fluid is steam.
  • the outer casing cooling system that mainly cools the outer casing 20 is constituted by the introduction pipe 50, the space between the outer casing 20 and the inner casing 33, and the like.
  • the lower half side of the outer casing 20 on the upstream side has, for example, a pipe-shaped portion 20b extending downward to introduce a working fluid.
  • One or more tube-shaped portions 20b are provided.
  • the pipe-shaped portion 20b of the outer casing 20 is welded to the introduction pipe 110 through which the working fluid introduced into the axial turbine 10 flows.
  • a configuration including two tube-shaped portions 20b is illustrated.
  • the two tube-shaped portions 20b are configured to be bifurcated so as to sandwich the lowermost portion of the outer casing 20, similarly to the tube-shaped portion 20a illustrated in FIG.
  • each pipe-shaped part 20b is extended below.
  • the introduction pipe 110 is welded to each pipe-shaped portion 20b.
  • the introduction pipe 110 functions as a working fluid introduction pipe.
  • the pipe-shaped part 20b of the outer casing 20 is connected to, for example, an introduction pipe 120 that introduces a cooling medium that cools the joint 111 between the pipe-shaped part 20b and the introduction pipe 110 from the inside.
  • an introduction pipe 120 that introduces a cooling medium that cools the joint 111 between the pipe-shaped part 20b and the introduction pipe 110 from the inside.
  • the other pipe-shaped portion 20b is also connected with an introduction pipe 120 branched on the downstream side of a flow rate adjusting valve 124 described later.
  • a medium extracted from the main system in the axial flow turbine 11 is supplied to the introduction pipe 120 as a cooling medium.
  • the cooling medium supplied to the introduction pipe 120 may be any medium having a suitable temperature and pressure as the cooling medium.
  • the introduction pipe 120 is provided with a flow rate adjustment valve 124.
  • the flow rate adjustment valve 124 adjusts the flow rate of the cooling medium introduced into the inside of the joint 111 via the introduction pipe 120. In other words, the pressure of the cooling medium introduced into the tube-shaped portion 20b and the introduction tube 110 is adjusted.
  • the flow rate adjustment valve 124 adjusts the flow rate of the cooling medium to an optimal flow rate based on the temperature of the joint 111 at the time of starting, operating, or stopping the axial flow turbine 11.
  • the flow rate adjustment valve 124 functions as a flow rate adjustment device.
  • the cooling medium introduced from the introduction pipe 120 into the pipe shape portion 20b and the introduction pipe 110 is discharged through the discharge pipe 125 as shown in FIG.
  • the discharge pipe 125 is connected to the introduction pipe 110, for example.
  • a flow rate adjustment valve 126 is provided in the discharge pipe 125.
  • the flow rate of the cooling medium that cools the joint portion 111 is mainly adjusted by the flow rate adjustment valve 124, and the flow rate adjustment valve 126 is mainly used to adjust the pressure.
  • the flow rate adjustment valve 126 functions as a flow rate adjustment device.
  • the joint cooling system that cools the joint 111 is configured by the introduction pipe 120, the pipe-shaped portion 20b, the space inside the introduction pipe 110, the discharge pipe 125, and the like.
  • each system can be controlled independently by providing the casing cooling system and the joint cooling system.
  • flow rate adjusting valves 54, 124, and 126 described above are configured by, for example, valve valves.
  • a throttle such as an orifice may be used in place of the flow rate adjusting valves 54, 124, 126.
  • FIG. 8 is a diagram showing a meridional section of the axial turbine 11 according to the second embodiment.
  • the axial turbine 11 includes a double-structure casing that includes an outer casing 20 and an inner casing 33 provided inside the outer casing 20.
  • a turbine rotor 41 in which a moving blade 40 is implanted is provided in the inner casing 33.
  • the turbine rotor 41 is rotatably supported by a rotor bearing (not shown).
  • the inner casing 33 is divided, for example, in the turbine rotor axial direction.
  • a gap 34 is formed between the inner casing 33 on the upstream side and the downstream side.
  • stationary blades 42 are arranged so as to alternate with the rotor blades 40 in the turbine rotor axial direction.
  • the inner casing 33 surrounds the turbine stage including the stationary blades 42 and the moving blades 40.
  • the inner casing 33 is made of, for example, a high strength material.
  • the outer surface of the inner casing 33 is provided with, for example, an annular wall 33a that protrudes radially outward in the circumferential direction.
  • the outer peripheral surface of the annular wall 33a is in contact with the inner periphery of the outer casing 20, for example.
  • the space formed between the inner casing 30 and the outer casing 20 is partitioned into a space 38 and a space 39 by the annular wall 33a.
  • a communication hole 33b is formed in the annular wall 33a on the upstream side.
  • a plurality of the communication holes 33b are formed in the circumferential direction, for example. In the space between the outer casing 20 and the inner casing 33, the cooling steam flows through the communication hole 33b.
  • a seal portion 43 is provided between the turbine rotor 41 and the outer casing 20 and the inner casing 33 to prevent leakage of the working fluid to the outside.
  • a nozzle box 44 having a stationary blade 42 in the first stage turbine stage is provided in the inner casing 33.
  • the nozzle box 44 includes an annular passage 45 that forms an annular passage between the inner casing 33 and the turbine rotor 41, and a tube-shaped portion 46 provided on the lower half side of the annular passage 45.
  • the tube-shaped part 46 is provided in two forks so as to sandwich the lowermost part of the annular passage 45, for example.
  • the tube-shaped portion 46 extends downward along the tube-shaped portion 20 b inside the tube-shaped portion 20 b of the outer casing 20. These tube-shaped portions 46 guide high-temperature working fluid introduced into the axial turbine 11 to the annular passage 45.
  • the lowermost part of the outer casing 20 is connected with an introduction pipe 50 for introducing a cooling medium between the outer casing 20 and the inner casing 33. That is, the introduction pipe 50 is connected to the lowermost part of the outer casing 20 between the pipe-shaped parts 20a.
  • the introduction pipe 50 is connected to the outer casing 20 so as to incline from the upstream side to the downstream side, for example, as shown in FIG. Then, for example, the cooling medium is introduced from the introduction pipe 50 into the space 38 surrounded by the outer casing 20 and the upstream inner casing 33.
  • An exhaust chamber 130 is provided downstream of the final stage turbine stage.
  • the internal configuration of the tube-shaped portion 20b of the outer casing 20 and the introduction tube 110 are the same as the internal configuration of the tube-shaped portion 20a of the external casing 20 and the discharge pipe 60 in the first embodiment.
  • the tube-shaped portion 20b corresponds to the tube-shaped portion 20a
  • the introduction tube 110 corresponds to the discharge tube 60
  • the tube shape portion 46 corresponds to the tube shape portion 82.
  • One end of a tubular sleeve 83 is connected to the end of the tube-shaped portion 46.
  • the other end of the sleeve 83 extends to the inside of the introduction pipe 110.
  • the other end of the sleeve 83 is connected to the introduction pipe 110.
  • a seal ring 84 is provided between the sleeve 83 and the tube-shaped portion 46 and between the sleeve 83 and the introduction tube 110.
  • a tubular member 90 is provided inside the tube-shaped portion 20 b and the introduction tube 110 and on the outer periphery of the sleeve 83.
  • the tube-shaped portion 20b is provided with an introduction port 23 for introducing a cooling medium into an annular space 94 defined by the tubular member 90.
  • the introduction port 23 is connected to the introduction pipe 120.
  • the introduction pipe 110 is provided with a discharge port 65 for discharging the cooling medium introduced into the space 94.
  • the discharge port 65 is connected to the discharge pipe 125.
  • part which forms the inlet 23 and the discharge port 65 is suitably set by the position of the fixed end of the tubular member 90, and a non-fixed end as demonstrated in 1st Embodiment.
  • the opening direction of the introduction port 23 is also as described in the first embodiment.
  • the joint portion 111 can be reliably cooled by including the tubular member 90 and flowing a cooling medium in the space 94. Further, by including the tubular member 90, it is possible to prevent the thermal stress generated when the cooling medium introduced from the introduction port 23 comes into contact with the high-temperature sleeve 83 or the like. Furthermore, by providing the tubular member 90, it is possible to prevent the joining portion 111 from being heated by heat radiation from the high-temperature sleeve 83.
  • the cooling effect of the joint 111 is improved, for example, the flow rate of the cooling medium introduced into the space 94 can be reduced.
  • the axial turbine 11 includes, for example, a temperature detection device (not shown) that detects the temperature of the joint portion 111 and the outer casing 20, and a control unit (not shown). And a control part controls the opening degree of each above-mentioned flow regulating valve 54,124,126 based on the detection signal from a temperature detection apparatus.
  • the control unit is configured to be able to input and output electrical signals to and from the temperature detection device and each of the flow rate adjustment valves 54, 124, and 126.
  • the high-temperature and high-pressure working fluid (steam) that operates the axial turbine 11 flows into the annular passage 45 through the introduction pipe 110, the sleeve 83, and the tube-shaped portion 46, as shown in FIG.
  • the working fluid flowing into the annular passage 45 spreads in the circumferential direction and is ejected from the first stage stationary blade 42 toward the first stage moving blade 40.
  • the working fluid that has flowed into the turbine stage flows in the inner casing 33 while performing expansion work, and passes through the final stage turbine stage. Then, the working fluid that has passed through the last turbine stage is discharged through the exhaust chamber 130. The working fluid discharged from the exhaust chamber 130 is introduced into another steam turbine, for example.
  • the cooling medium supplied from the main system in the axial turbine 11 to the introduction pipe 50 is introduced into the space 38 as shown in FIG.
  • the cooling medium spread in the space 38 mainly cools the outer casing 20.
  • the cooling medium that has spread into the space 38 is introduced into the space 39 through the communication hole 33b of the annular wall 33a.
  • the cooling medium spreading in the space 39 mainly cools the outer casing 20.
  • the inner casing 33 is also cooled by the cooling medium spreading in the spaces 38 and 39.
  • the pressure of the cooling medium introduced into the space 39 is higher than the pressure of the working fluid flowing in the inner casing 33 at the turbine rotor axial position where the gap 34 is formed. Therefore, a part of the cooling medium introduced into the space 39 flows out into the passage through which the working fluid in the inner casing 33 flows from the gap 34 between the inner casings 33 shown in FIG. And it is discharged
  • the remainder of the cooling medium is discharged from, for example, a seal portion 43 between the outer casing 20 and the turbine rotor 41.
  • the cooling medium supplied to the introduction pipe 120 is the same as the action of the cooling medium supplied from the introduction pipe 70 of the first embodiment to the space 94 (see FIG. 4).
  • the flow rate of the cooling medium introduced into the space 94 from the introduction pipe 120 is set by the control unit based on a detection signal from a temperature detection device that detects the temperature of the joint 111. It is adjusted with. Then, the cooling medium introduced into the space 94 is discharged to the discharge pipe 125 as shown in FIGS.
  • the downstream end of the discharge pipe 125 is connected to a pipe through which a working fluid having a temperature that does not cause cracking due to thermal stress by the cooling medium introduced from the discharge pipe 125, for example.
  • the downstream end of the discharge pipe 125 is connected to a portion through which a working fluid having a temperature equal to or lower than the temperature of the cooling medium flowing through the discharge pipe 125 flows.
  • the pressure of the cooling medium flowing through the discharge pipe 125 is higher than the pressure of the working fluid flowing through the portion where the cooling medium is introduced. This prevents the working fluid from flowing into the discharge pipe 125.
  • the joining portion 111 can be reliably cooled by including the tubular member 90 and flowing a cooling medium in the space 94. Further, by including the tubular member 90, it is possible to prevent the thermal stress generated when the cooling medium introduced from the introduction port 23 comes into contact with the high-temperature sleeve 83. Furthermore, by providing the tubular member 90, it is possible to prevent the joining portion 111 from being heated by heat radiation from the high-temperature sleeve 83.
  • the temperature of the joint portion 111 can be maintained below the allowable temperature while suppressing thermal stress of the sleeve 83 and the like.
  • each system can be controlled independently by providing the casing cooling system and the joint cooling system.
  • the outer casing 20 can be cooled in addition to the joint 111.
  • an introduction pipe that introduces the cooling medium from a supply source that is separate from the supply source that supplies the cooling medium to the introduction pipe 50 may be connected to the introduction pipe 50 upstream of the flow rate adjustment valve 54.
  • an introduction pipe that introduces the cooling medium from a supply source that is separate from the supply source that supplies the cooling medium to the introduction pipe 120 may be connected to the introduction pipe 120 upstream of the flow rate adjustment valve 124.
  • the above-described separate supply source is, for example, a supply source of a system different from the system that supplies the cooling medium to the introduction pipe 50 and the introduction pipe 120. Therefore, the separate supply source can supply the cooling medium to the introduction pipe 50 and the introduction pipe 120 even when the operation of the main system in the axial turbine 11 is stopped, for example. That is, the separate supply source functions as an auxiliary supply source.
  • the cooling medium supplied from a separate supply source is also a medium having a temperature and pressure suitable as a cooling medium, similarly to the cooling medium introduced into the introduction pipe 50 and the introduction pipe 120.
  • the cooling medium supplied from a separate source is steam.
  • the cooling medium supplied from this separate supply source flows into the introduction pipe 50 and the introduction pipe 120 and acts in the same manner as the above-described cooling medium.
  • the welded joint can be reliably cooled while suppressing the thermal stress generated in the constituent members.

Landscapes

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Abstract

実施形態の軸流タービン１０は、外部ケーシング２０と、外部ケーシング２０の内部に備えられた内部ケーシング３０と、外部ケーシング２０に溶接接合され、軸流タービン１０から排出される作動流体が内部を流れる排出管６０と、外部ケーシング２０および排出管６０の内部に設けられ、軸流タービン１０から排出される作動流体を排出管６０に導くスリーブ８３とを備える。さらに、軸流タービン１０は、外部ケーシング２０および排出管６０の内部、かつスリーブ８３の外周に設けられ、外部ケーシング２０と排出管６０との接合部６１の内周側を覆う管状部材９０と、外部ケーシング２０、排出管６０および管状部材９０によって区画された空間９４に冷却媒体を導入する導入口２３と、空間９４に導入された冷却媒体を排出する排出口６５とを備える。

Description

軸流タービン
　本発明の実施形態は、軸流タービンに関する。
　タービン効率向上の観点から、軸流タービンの入口における作動流体の高温化が図られている。例えば、導入される作動流体の温度が６３０℃以上の軸流タービンや、排気される作動流体の温度が６３０℃以上の軸流タービンにおいて、この高温の作動流体に曝されるケーシングや配管などは、作動流体の温度に耐えられるＮｉ基合金などの高強度材料で構成される。
　従来の軸流タービンには、例えば、外部ケーシングが排気室を覆うように構成されたものがある。このような構成では、外部ケーシング全体を高強度材料で構成する必要がある。しかしながら、高強度材料で外部ケーシングのような大型の鋳造品を製造することは困難である。また、高強度材料で大型の鋳造品を製造できたとしても、品質を維持することは困難である。
　そこで、高温の作動流体が流れる周囲を内部ケーシングで覆い、その内部ケーシングの周囲を外部ケーシングで覆う二重ケーシング構造が採用されている。そして、内部ケーシングは、高強度材料で構成され、外部ケーシングは、高Ｃｒ鋼、低Ｃｒ鋼などの従来材で構成されている。
　このような二重ケーシング構造を備える軸流タービンにおいて、高温の作動流体を軸流タービン内へ導入する経路や、軸流タービンから高温の作動流体を排出する経路には、二重管構造が採用されている。この二重管構造は、外部ケーシングに溶接接合された高強度材からなる短管と、この短管と内部ケーシングとを連結する高強度材料からなるスリーブとを備える。高温の作動流体は、外部ケーシングに接触することなく、スリーブを介して、短管と内部ケーシングとの間を流れる。
　短管と外部ケーシングとの接合部は、スリーブからの熱放射や短管からの熱伝導によって、温度が上昇する。接合部の温度が所定の温度よりも高くなると、接合部において必要な強度を維持できなくなる。また、Ｎｉ基合金などの高強度材料と従来材との異材溶接による接合部では、溶接熱影響部の強度低下、および炭素拡散の影響による強度低下が著しい。これらのことから、接合部の温度を許容温度以下に維持する必要がある。
　従来の軸流タービンでは、短管とスリーブとの間に冷却流体を導入して、短管や、短管と外部ケーシングとの溶接による接合部を冷却する技術が検討されている。この従来の軸流タービンでは、スリーブを流れる作動流体の温度は、６３０℃よりも低い。さらに、スリーブを流れる作動流体の温度と冷却流体の温度との差は、小さい。そのため、冷却流体がスリーブに直接接触しても、熱応力の影響は問題とならなかった。
特開平１０－２６６８０６号公報
　前述したように、軸流タービンに導入される作動流体は、高温化されている。一方、高温の作動流体が軸流タービンから排出されることがある。そのため、冷却流体の温度とスリーブの温度との差は、大きくなる。これによって、従来の軸流タービンにおける接合部の冷却技術のように、冷却流体をスリーブに直接接触させると、大きな熱応力が生じる。
　本発明が解決しようとする課題は、構成部材に発生する熱応力を抑制しつつ、溶接接合部を確実に冷却することができる軸流タービンを提供することにある。
　実施形態の軸流タービンは、外部ケーシングと、前記外部ケーシングの内部に備えられた内部ケーシングと、前記内部ケーシングに貫設されたタービンロータと、前記タービンロータに植設された動翼と、前記内部ケーシングの内側に設けられた支持部材に支持され、タービンロータ軸方向に前記動翼と交互に配置された静翼とを備える。
　さらに、軸流タービンは、前記外部ケーシングに溶接接合され、前記軸流タービンから排出される作動流体が内部を流れる作動流体排出管と、前記外部ケーシングおよび前記作動流体排出管の内部に設けられ、前記軸流タービンから排出される作動流体を前記作動流体排出管へ導く管状のスリーブと、前記外部ケーシングおよび前記作動流体排出管の内部、かつ前記スリーブの外周に設けられ、前記外部ケーシングと前記作動流体排出管との溶接接合部の内周側を覆う管状部材と、前記外部ケーシング、前記作動流体排出管および前記管状部材によって区画された環状空間に冷却媒体を導入する導入口と、前記環状空間に導入された冷却媒体を排出する排出口とを備える。
本発明に係る第１の実施の形態の軸流タービンにおける冷却媒体の系統を模式的に示した図である。 本発明に係る第１の実施の形態の軸流タービンを下流側から見たときの平面図である。 第１の実施の形態の軸流タービンの子午断面を示す図である。 第１の実施の形態の軸流タービンにおける、外部ケーシングの管形状部および排出管の縦断面を示す図である。 図４のＡ－Ａ断面の一例を模式的に示す図である。 図３のＢ－Ｂ断面を模式的に示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の軸流タービンにおける冷却媒体の系統を模式的に示した図である。 第２の実施の形態の軸流タービンの子午断面を示す図である。
　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、本発明に係る第１の実施の形態の軸流タービン１０における冷却媒体の系統を模式的に示した図である。なお、図１に示した軸流タービン１０として、例えば、ガスタービンやＣＯ２タービンなどが挙げられる。ＣＯ２タービンでは、燃焼器で生成した二酸化炭素（ＣＯ２）の一部を超臨界流体に昇圧して作動流体の系統に循環させている。これらの軸流タービン１０から排出される作動流体の温度は、例えば、６３０℃を超える。
　図１に示すように、軸流タービン１０は、外部ケーシング２０と、この外部ケーシング２０の内部に内部ケーシング３０を備える。ここで、内部ケーシング３０は、例えば、静翼および動翼を備えるタービン段落を包囲する内部ケーシング３０ａ、３０ｂと、最終段のタービン段落を通過した作動流体が流入する排気室の一部を構成する内部ケーシング３０ｃを備える。
　軸流タービン１０は、例えば、高温となる内部ケーシング３０ｃと、外部ケーシング２０との間に冷却媒体を導入する導入管５０を備える。導入管５０は、例えば、外部ケーシング２０に連結されている。この導入管５０には、供給源（図示しない）から冷却媒体が供給される。なお、内部ケーシング３０ａ、３０ｂは、例えば、静翼を冷却するための冷却媒体が内部を流れるため、高温にはならない。
　導入管５０に導入される冷却媒体としては、ガスタービンの場合には、例えば、圧縮機から抽気された空気などが挙げられ、ＣＯ２タービンの場合には、例えば、系統から抽気された循環する二酸化炭素などが挙げられる。なお、抽気は、冷却媒体として温度および圧力が適した媒体が得られる部位において行われる。このように、導入管５０には、例えば、軸流タービン１０における主系統から抽気された媒体が冷却媒体として供給される。
　また、導入管５０には、図１に示すように、流量調整弁５４が設けられている。流量調整弁５４は、導入管５０を介して、外部ケーシング２０と内部ケーシング３０ｃとの間に導入される冷却媒体の流量を調整する。換言すれば、流量調整弁５４は、外部ケーシング２０と内部ケーシング３０ｃとの間に導入される冷却媒体の圧力を調整している。
　例えば、流量調整弁５４は、軸流タービン１０の起動時、運転時、停止後などに、外部ケーシング２０の温度に基づいて冷却媒体の流量を最適な流量に調整する。なお、流量調整弁５４は、流量調整装置として機能する。
　外部ケーシング２０と内部ケーシング３０ｃとの間に導入管５０から導入された冷却媒体は、図１に示すように、排出管５５を通り排出される。排出管５５は、例えば、外部ケーシング２０に連結される。
　このように、導入管５０、外部ケーシング２０と内部ケーシング３０ｃとの間の空間、排出管５５などによって、主として外部ケーシング２０を冷却する外部ケーシング冷却系統が構成されている。
　また、軸流タービン１０は、外部ケーシング２０に溶接接合され、軸流タービン１０から排出される作動流体が内部を流れる排出管６０を備える。ここで、下流側における外部ケーシング２０の下半側には、作動流体を排出するために、例えば、下方に延設された管形状部２０ａを有する。この管形状部２０ａは、１つまたは複数備えられる。例えば、外部ケーシング２０の管形状部２０ａに、排出管６０が溶接接合される。
　図２は、本発明に係る第１の実施の形態の軸流タービン１０を下流側から見たときの平面図である。本実施の形態では、管形状部２０ａを２つ備えた構成を例示している。なお、図１では、一方の管形状部２０ａが表われ、他方の管形状部２０ａは見えない状態となっている。
　この場合、図２に示すように、２つの管形状部２０ａは、外部ケーシング２０の最下部を挟むように二股に構成されている。そして、各管形状部２０ａが下方に延設されている。これらの管形状部２０ａには、排出管６０が溶接接合される。
　なお、外部ケーシング２０の管形状部２０ａおよび排出管６０の内部の構成は、後述する。排出管６０は、作動流体排出管として機能する。
　外部ケーシング２０の管形状部２０ａには、例えば、管形状部２０ａと排出管６０との接合部６１を内側から冷却する冷却媒体を導入する導入管７０が連結されている。なお、図１には示されていないが、他方の管形状部２０ａにも、後述する流量調整弁７４の下流側で分岐した導入管７０が連結されている。この導入管７０には、例えば、軸流タービン１０のタービン段落から抽気された媒体が冷却媒体として供給される。
　なお、ここでは、導入管７０に冷却媒体を供給する供給源として、軸流タービン１０のタービン段落からの抽気を例示しているが、これに限られるものではない。導入管７０に供給される冷却媒体としては、冷却媒体として温度や圧力が適した媒体であればよい。このように、導入管７０には、例えば、軸流タービン１０における主系統のいずれかの部位から抽気された媒体が冷却媒体として供給される。
　導入管７０には、図１に示すように、流量調整弁７４が設けられている。流量調整弁７４は、導入管７０を介して、接合部６１の内部側に導入される冷却媒体の流量を調整する。換言すれば、管形状部２０ａおよび排出管６０の内部に導入される冷却媒体の圧力を調整している。
　例えば、流量調整弁７４は、軸流タービン１０の起動時、運転時、停止後などに、接合部６１の温度に基づいて冷却媒体の流量を最適な流量に調整する。なお、流量調整弁７４は、流量調整装置として機能する。
　管形状部２０ａおよび排出管６０の内部に導入管７０から導入された冷却媒体は、図１に示すように、排出管７５を通り排出される。排出管７５は、例えば、排出管６０に連結される。なお、図２に示すように、他方の排出管７５も、他方の排出管６０に連結される。
　このように、導入管７０、管形状部２０ａおよび排出管６０の内部の空間、排出管７５などによって、接合部６１を冷却する接合部冷却系統が構成されている。
　なお、ここでは、管形状部２０ａに導入管７０を連結し、排出管６０に排出管７５を連結した一例を示したが、これに限られない。例えば、管形状部２０ａに排出管７５を連結し、排出管６０に導入管７０を連結してもよい。なお、これらの連結の組み合わせについては、後述する。
　ここでは、図１に示すように、排出管５５の下流端と、排出管７５の下流端とが連結され、一つの排出管７６を構成している。この排出管７６には、流量調整弁７７が設けられている。この構成にすることで、外部ケーシング２０を冷却する冷却媒体の圧力と、接合部６１を冷却する冷却媒体の圧力とを等しくすることができる。
　接合部６１を冷却する冷却媒体の流量は、主として流量調整弁７４で調整され、流量調整弁７７は、主として圧力を調整するために使用される。なお、流量調整弁７７は、流量調整装置として機能する。
　ここでは、排出管５５の下流端と、排出管７５の下流端とが連結された一例を示したが、この構成に限られるものではない。例えば、排出管５５の下流端と排出管７５の下流端とは連結されず、それぞれの管を維持してもよい。この場合、排出管５５および排出管７５のそれぞれに流量調整弁が備えられる。
　上記したように、ケーシング冷却系統と接合部冷却系統とを備えることで、各系統を独立して制御することができる。
　なお、上記した流量調整弁５４、７４、７７は、例えば、バルブ弁などで構成される。また、流量調整弁５４、７４、７７の代わりにオリフィスなどの絞りを使用してもよい。
　次に、上記した冷却媒体の系統を備える第１の実施の形態の軸流タービン１０の構成について説明する。
　図３は、第１の実施の形態の軸流タービン１０の子午断面を示す図である。図４は、第１の実施の形態の軸流タービン１０における、外部ケーシング２０の管形状部２０ａおよび排出管６０の縦断面を示す図である。
　図３に示すように、軸流タービン１０は、外部ケーシング２０と、この外部ケーシング２０の内部に設けられた内部ケーシング３０とから構成される二重構造のケーシングを備えている。
　前述したように、内部ケーシング３０は、例えば、静翼４２および動翼４０を備えるタービン段落を包囲する内部ケーシング３０ａ、３０ｂと、最終段のタービン段落を通過した作動流体が流入する排気室８０の一部を構成する内部ケーシング３０ｃを備える。
　ここで、外部ケーシング２０は、例えば、高Ｃｒ鋼、低Ｃｒ鋼などの従来材で構成される。内部ケーシング３０ａ、３０ｂは、例えば、静翼を冷却するための冷却媒体が内部を流れるため、例えば、高Ｃｒ鋼、低Ｃｒ鋼などの従来材で構成される。一方、高温となる内部ケーシング３０ｃは、例えば、高強度材料などで構成される。
　内部ケーシング３０内には、動翼４０が植設されたタービンロータ４１が貫設されている。このタービンロータ４１は、ロータ軸受（図示しない）によって回転可能に支持されている。
　内部ケーシング３０ａ、３０ｂの内面には、タービンロータ軸方向に動翼４０と交互になるように静翼４２が配設されている。なお、静翼４２と、この静翼４２の直下流の動翼４０とでタービン段落を構成する。
　内部ケーシング３０ｃに隣接する内部ケーシング３０ｂの外周面には、例えば、周方向に亘って半径方向外側に突出する環状壁３０ｄが設けられている。この環状壁３０ｄの外周面は、例えば、外部ケーシング２０の内周に接している。そして、この環状壁３０ｄによって、内部ケーシング３０と外部ケーシング２０との間に形成される空間は区画されている。そのため、環状壁３０ｄよりも上流側の空間３２と、環状壁３０ｄよりも下流側の空間３１は、連通していない。
　なお、空間３１は、外部ケーシング２０、内部ケーシング３０ｃ、内部ケーシング３０ｂ、環状壁３０ｄおよびタービンロータ４１によって囲まれた空間である。空間３２は、外部ケーシング２０、内部ケーシング３０ａ、内部ケーシング３０ｂおよび環状壁３０ｄによって囲まれた空間である。
　タービンロータ４１と、外部ケーシング２０および内部ケーシング３０ａとの間には、作動流体の外部への漏洩を防止するために、シール部４３が設けられている。
　最終段のタービン段落の下流側には、排気室８０が設けられている。排気室８０は、最終段のタービン段落を通過した作動流体が流れる環状の内部ケーシング３０ｃと、この内部ケーシング３０ｃの下半側に設けられた管形状部８２とを備える。環状の内部ケーシング３０ｃ内には、環状通路８１が形成されている。
　環状通路８１は、図３に示すように、タービンロータ４１の周囲に形成される。環状通路８１は、最終段のタービン段落を通過した作動流体を管形状部８２に導く。
　管形状部８２は、例えば、環状通路８１の最下部を挟むように、二股に設けられている。そして、それぞれの管形状部８２は、外部ケーシング２０の管形状部２０ａの内部に、管形状部２０ａに沿って下方に延設されている。このように、排気室８０は、外部ケーシング２０によって覆われている。
　ここで、図３に示すように、例えば、外部ケーシング２０の最下部には、外部ケーシング２０と内部ケーシング３０ｃとの間に冷却媒体を導入する導入管５０が連結されている。すなわち、導入管５０は、管形状部２０ａ間となる外部ケーシング２０の最下部に連結されている。
　導入管５０は、例えば、図３に示すように、上流側から下流側に傾斜するように、外部ケーシング２０に連結されている。そして、空間３１に、導入管５０から冷却媒体が導入される。この空間３１は、前述した外部ケーシング冷却系統を構成する外部ケーシング２０と内部ケーシング３０ｃとの間の空間である。
　なお、空間３１に導入された冷却媒体を排出する排出管５５は、図３には示していないが、外部ケーシング２０の所定の部位に連結されている。排出管５５は、例えば、管形状部２０ａに連結されてもよい。
　管形状部８２の端部には、図４に示すように、管状のスリーブ８３の一端が連結されている。スリーブ８３の他端は、排出管６０の内部まで延設されている。そして、スリーブ８３の他端は、排出管６０に連結している。
　スリーブ８３と管形状部８２との間、スリーブ８３と排出管６０との間には、シールリング８４が設けられている。シールリング８４は、スリーブ８３の軸方向に複数配置されている。このスリーブ８３を備えることで、スリーブ８３と管形状部８２との間およびスリーブ８３と排出管６０との間からの作動流体の漏洩を防止している。
　管形状部２０ａおよび排出管６０の内部、かつスリーブ８３の外周には、図４に示すように、管状部材９０が設けられている。この管状部材９０は、スリーブ８３の軸方向に延びる管状筒体である。この管状部材９０は、接合部６１の内周側を覆うように設けられている。また、管状部材９０の外面９１と、管形状部２０ａおよび排出管６０の内面２１、６２との間には、所定の隙間を有する。
　管状部材９０の一端は、例えば、図４に示すように、半径方向外側に周方向に亘って突出するフランジ部９２を備える。このフランジ部９２は、例えば、管形状部２０ａに形成された段部２２に支持される。そして、フランジ部９２は、例えば、ボルトなどの固定部材によって、段部２２に固定される。なお、フランジ部９２の固定方法は、これに限られるものではない。例えば、フランジ部９２は、段部２２に溶接接合されてもよい。
　一方、管状部材９０の他端は、固定されていない非固定端である。管状部材９０の他端は、例えば、排出管６０の段部６３に周方向に形成された環状の溝部６４内に嵌め込まれる。なお、管状部材９０の他端と、溝部６４との間には、若干の隙間が形成されている。
　ここで、管形状部２０ａ、排出管６０を構成する材料は異なる。そのため、それぞれの材料の線膨張係数の違いを考慮して、上記隙間を構成している。そして、この隙間によって、管形状部２０ａと排出管６０との熱伸びの差が吸収される。
　なお、管状部材９０の非固定端の構成は、これに限られるものではない。管状部材９０の非固定端は、管形状部２０ａと排出管６０との熱伸びの差によって熱応力を受けない構造であればよい。
　このように管状部材９０を備えることで、スリーブ８３と、管形状部２０ａおよび排出管６０との空間が区画される。そして、管状部材９０の外面９１と、管形状部２０ａおよび排出管６０の内面２１、６２、フランジ部９２の一方の平面９２ａ、段部６３とによって囲まれた環状の空間９４が形成されている。
　また、管状部材９０は、図４に示すように、例えば、周方向に亘って外周側に突出する突条部９３を備えてもよい。この突条部９３は、管状部材９０の外面９１に、スリーブ８３の軸方向に所定の長さに亘って形成される。突条部９３の外面は、例えば、管形状部２０ａの内面２１および排出管６０の内面６２に平行な面で構成される。突条部９３は、図４に示すように、例えば、接合部６１に対向する位置に形成されることが好ましい。
　突条部９３の外面と、管形状部２０ａの内面２１および排出管６０の内面６２との間の隙間は、管状部材９０の外面９１と、管形状部２０ａの内面２１および排出管６０の内面６２との間の隙間よりも狭くなる。なお、突条部９３は、管状部材９０に一体的に構成されてもよいし、管状部材９０と別体で構成されてもよい。
　管形状部２０ａには、上記した管状部材９０で区画された環状の空間９４に冷却媒体を導入する導入口２３が設けられている。導入口２３は、管状部材９０のフランジ部９２側に形成されている。また、導入口２３は、突条部９３よりもフランジ部９２側に形成されている。
　導入口２３は、図４に示すＡ－Ａ断面において、例えば、管状部材９０の中心軸に向かう方向に開口されてもよい。なお、導入口２３の開口方向は、これに限られない。
　ここで、図５は、図４のＡ－Ａ断面の一例を模式的に示す図である。導入口２３は、例えば、図５に示すように、管状部材９０の中心軸に垂直な断面において、中心軸に向かう方向とは異なる方向に向けて開口されてもよい。この場合、導入口２３から空間９４内に導入された冷却媒体の流れは、旋回流となる。このように旋回流を形成することで、冷却媒体を周方向の全周に亘って導入できる。なお、導入口２３は、１つまたは複数設けられる。
　一方、排出管６０には、空間９４に導入された冷却媒体を排出する排出口６５が設けられている。排出口６５は、排出管６０の段部６３側に形成されている。また、排出口６５は、突条部９３よりも段部６３側に形成されている。
　導入口２３は、管状部材９０の固定端となる一端側（フランジ部９２側）に設けられ、排出口６５は、非固定端となる他端側に設けられることが好ましい。導入口２３は、図３を参照して説明した導入管７０に連結される。また、排出口６５は、図３を参照して説明した排出管７５に連結される。
　ここで、図４において、排気室８０の管形状部８２、スリーブ８３、管形状部２０ａ、管状部材９０とで囲まれる空間９５には、外部ケーシング２０と内部ケーシング３０との間に導入された冷却媒体が流動する。
　管状部材９０の固定端側は、シールされているため、空間９５の冷却媒体は、固定端側から空間９４に流入しない。一方、管状部材９０の非固定端側は、シールされていないため、空間９５の冷却媒体は、圧力条件によっては、非固定端側から空間９４に流入する。なお、空間９５の冷却媒体は、外部ケーシング２０などを冷却したものであるため、空間９４を流れる冷却媒体よりも高温となる。
　そこで、管状部材９０の固定端側から冷却媒体を導入することで、高温の冷却媒体が混合することなく、接合部６１を冷却することができる。一方、冷却媒体が排出される側（非固定端）で、接合部６１を冷却した後の冷却媒体に空間９５の冷却媒体が流入しても問題は生じない。このように、管状部材９０の固定端側から冷却媒体を導入することで、接合部６１を確実に冷却することができる。
　ここで、管状部材９０の他端を固定端とし、一端を非固定端としてもよい。この場合、管状部材９０の他端は、例えば、排出管６０の段部６３に固定される。そのため、空間９５の冷却媒体は、管状部材９０の他端側から空間９４に流入しない。一方、空間９５の冷却媒体は、管状部材９０の一端側から空間９４に流入する。この構成の場合、排出口６５は、管状部材９０の非固定端となる一端側（フランジ部９２側）に設けられ、導入口２３は、固定端となる他端側に設けられることが好ましい。
　上記したように、管状部材９０を備え、空間９４に冷却媒体を流すことで、接合部６１を確実に冷却することができる。また、管状部材９０を備えることで、導入口２３から導入される冷却媒体が高温のスリーブ８３に接触することで生じる熱応力を防止することができる。さらに、管状部材９０を備えることで、高温のスリーブ８３からの熱放射によって接合部６１が加熱されることを防止できる。
　また、管状部材９０に突条部９３を備えることで、突条部９３において導入口２３から導入された冷却媒体の流れが絞られ、周方向へ冷却媒体が均等に広がる。また、突条部９３と、管形状部２０ａおよび排出管６０の内面２１、６２との間の狭い隙間を流れる際、流速が上昇して熱伝達率が増加する。そのため、例えば、接合部６１に対向して突条部９３を備えることで、より効率よく接合部６１を冷却することができる。
　また、接合部６１の冷却効果の向上に伴って、例えば、空間９４に導入される冷却媒体の流量を減少させることができる。これによって、軸流タービン１０の抽気を冷却媒体として使用する場合には、抽気の流量を減らせるため、タービン性能を向上させることができる。
　次に、軸流タービン１０の作用および冷却媒体の系統における作用について、図１、図３および図４を参照して説明する。
　ここで、軸流タービン１０は、例えば、接合部６１や外部ケーシング２０の温度を検知する温度検知装置（図示しない）や、制御部（図示しない）を備える。そして、制御部は、温度検知装置からの検知信号に基づいて、上記した各流量調整弁５４、７４、７７の開度を制御する。なお、制御部は、温度検知装置や各流量調整弁５４、７４、７７と電気信号の入出力が可能に構成されている。
　まず、軸流タービン１０の作用について説明する。
　燃焼器（図示しない）からの作動流体（燃焼ガス）は、図３に示すように、例えば、トランジションピース３５を通り、初段のタービン段落に流入する。タービン段落に流入した作動流体は、膨張仕事をしながら内部ケーシング３０ａ、３０ｂ内を流動し、最終段のタービン段落を通過する。
　最終段のタービン段落を通過した作動流体は、環状通路８１、管形状部８２、スリーブ８３を通り、排出管６０から排出される。なお、排出管６０から排出された作動流体は、例えば、軸流タービン１０における主系統に導入される。
　次に、軸流タービン１０の冷却媒体の系統における作用について説明する。
　例えば、軸流タービン１０における主系統から導入管５０に供給された冷却媒体は、図３に示すように、外部ケーシング２０と内部ケーシング３０ｃとの間に導入される。すなわち、導入管５０から空間３１に冷却媒体が導入される。
　そして、導入された冷却媒体は、空間３１に広がる。なお、空間３１に導入された冷却媒体は、環状壁３０ｄよりも上流側の空間３２には流入しない。また、空間３１に導入された冷却媒体は、図４に示す空間９５にも広がる。
　空間３１に広がった冷却媒体は、主として外部ケーシング２０を冷却する。なお、この際、冷却媒体は、内部ケーシング３０ｃも冷却する。また、空間９５に広がった冷却媒体は、スリーブ８３や管状部材９０を冷却する。
　ここで、空間９５には、例えば、外部ケーシング２０などを冷却した冷却媒体が流入するため、空間９５に流れる冷却媒体の温度は、軸流タービン１０内に導入された直後の冷却媒体の温度よりも高い。そのため、この温度の高い冷却媒体が高温のスリーブ８３に接触しても、大きな熱応力は生じない。
　そして、空間３１に導入され、外部ケーシング２０などを冷却した冷却媒体は、図１に示すように、軸流タービン１０内から排出管５５に排出される。
　ここで、空間３１に導入される冷却媒体の流量は、制御部が、外部ケーシング２０の温度を検知する温度検知装置からの検知信号に基づいて、流量調整弁５４の開度を設定することで調整される。
　例えば、外部ケーシング２０の温度が許容温度を超えた場合には、冷却媒体の流量は、増加される。一方、外部ケーシング２０の温度が許容温度を十分に下回る場合には、冷却媒体の流量は、減少される。許容温度は、例えば、外部ケーシング２０を構成する材料などに基づいて設定される。具体的には、許容温度は、例えば、外部ケーシング２０を構成する材料の高温強度などに基づいて設定される。
　ここで、空間３１に導入される冷却媒体の温度は、外部ケーシング２０の温度よりも低く、内部ケーシング３０ｃに生じる熱応力が許容範囲内となる冷却媒体の最低温度（以下、熱応力許容最低温度という。）以上である。冷却媒体の温度を外部ケーシング２０の温度よりも低くすることで、外部ケーシング２０から熱を奪い、外部ケーシング２０を冷却することができる。冷却媒体の温度を熱応力許容最低温度以上とすることで、冷却媒体が内部ケーシング３０ｃに接触することで生じる熱応力を許容範囲内とすることができる。
　また、空間３１に導入される冷却媒体の圧力は、環状通路８１を流れる作動流体の圧力よりも高い。軸流タービン１０において、例えば、内部ケーシング３０ｂと、これに隣接する内部ケーシング３０ｃとは、それぞれ異なる材料で構成される。このような場合、それぞれの材料の線膨張係数の違いを考慮して、例えば、内部ケーシング３０ｂと内部ケーシング３０ｃとの間に隙間が設けられる。この隙間によって、熱伸び差によって生じる熱応力を防止できる。
　このような構造の軸流タービン１０において、空間３１に導入される冷却媒体の圧力を上記した圧力とすることで、空間３１への作動流体の流入が防止できる。これによって、作動流体の流入によって外部ケーシング２０が加熱されるのを防止できる。
　一方、図３に示す導入管７０に供給された冷却媒体は、図４に示す管形状部２０ａの導入口２３から空間９４に導入される。空間９４に導入した冷却媒体の流れは、例えば、突条部９３において絞られることで周方向へ均等に広がる。そして、突条部９３と、管形状部２０ａおよび排出管６０の内面２１、６２との間の狭い隙間を流れ、接合部６１を冷却する。この際、冷却媒体の流速が上昇して熱伝達率が増加し、接合部６１の冷却が促進される。
　空間９４に導入される冷却媒体の流量は、制御部が、接合部６１の温度を検知する温度検知装置からの検知信号に基づいて、流量調整弁７４の開度を設定することで調整される。
　例えば、接合部６１の温度が許容温度を超えた場合には、冷却媒体の流量は、増加される。一方、接合部６１の温度が許容温度を十分に下回る場合には、冷却媒体の流量は、減少される。許容温度は、例えば、接合部６１を構成する材料などに基づいて設定される。具体的には、許容温度は、例えば、接合部６１の高温強度などに基づいて設定される。
　突条部９３を通過した冷却媒体は、排出口６５から、図３に示す排出管７５に排出される。なお、排出口６５側の管状部材９０は、非固定端であるため、空間９５内の冷却媒体の圧力が空間９４内の冷却媒体の圧力よりも高い場合には、空間９５内の冷却媒体が、管状部材９０の他端と溝部６４との間の隙間を通り、空間９４内に流入する。この場合においても、温度の高い空間９５内の冷却媒体は、空間９４内の冷却媒体とともに排出口６５から排出される。そのため、流入した空間９５内の冷却媒体が、接合部６１などの冷却の妨げになることはない。
　ここで、図１に示すように、排出管５５と排出管７５は、連結して排出管７６を構成する。そして、この排出管７６には、流量調整弁７７が設けられている。すなわち、外部ケーシング２０と内部ケーシング３０との間の冷却媒体の圧力と、空間９４内の冷却媒体の圧力とを等しくすることができる。換言すれば、空間９５内の冷却媒体の圧力と、空間９４内の冷却媒体の圧力とを等しくすることができる。これによって、空間９５内の冷却媒体が、空間９４内に漏洩することを防止できる。また、空間９４内の冷却媒体が、空間９５内に漏洩することを防止できる。
　ここで、排出管７６の下流端は、例えば、排出管７６から導入される冷却媒体によって熱応力による割れなどを生じない温度の作動流体が流れる配管に連結される。排出管７６の下流端は、例えば、排出管７６を流れる冷却媒体の温度と同じ程度の温度、または排出管７６を流れる冷却媒体の温度よりも低い温度の作動流体が流れる部位に連結されている。なお、排出管７６を流れる冷却媒体の圧力は、冷却媒体が導入される部位を流れる作動流体の圧力よりも高い。これによって、作動流体の排出管７６への流入を防止できる。
　なお、排出管５５の下流端と排出管７５の下流端とを連結しない構成においても、それぞれの下流端は、排出管５５、７５から導入される冷却媒体によって熱応力による割れなどを生じない温度の作動流体が流れる配管に連結される。
　上記した第１の実施の形態の軸流タービン１０によれば、管状部材９０を備え、空間９４に冷却媒体を流すことで、接合部６１を確実に冷却することができる。また、管状部材９０を備えることで、導入口２３から導入される冷却媒体が高温のスリーブ８３に接触することで生じる熱応力を防止することができる。さらに、管状部材９０を備えることで、高温のスリーブ８３からの熱放射によって接合部６１が加熱されることを防止できる。
　このように、軸流タービン１０によれば、スリーブ８３などの熱応力を抑制しつつ、接合部６１の温度を許容温度以下に維持することができる。
　管状部材９０に突条部９３を備えることで、突条部９３において導入口２３から導入された冷却媒体を周方向へ均等に広げることができる。これによって、接合部６１を周方向に亘って斑なく冷却することができる。
　また、突条部９３を備えることで、突条部９３と、管形状部２０ａおよび排出管６０の内面２１、６２との間の狭い隙間を流れる冷却媒体の速度を上昇させ、接合部６１の冷却を促進することができる。接合部６１の冷却効果の促進に伴って、例えば、空間９４に導入される冷却媒体の流量を減少させることができる。これによって、例えば、軸流タービン１０からの抽気の流量を削減することができ、タービン性能を向上させることができる。
　また、軸流タービン１０によれば、ケーシング冷却系統と接合部冷却系統とを備えることで、各系統を独立して制御することができる。このように、軸流タービン１０において、接合部６１以外にも、外部ケーシング２０を冷却することができる。
　ここで、第１の実施の形態の軸流タービン１０の構成は、上記した構成に限られるものではない。上記した軸流タービン１０において、外部ケーシング２０が２つの管形状部２０ａを備える一例を示した。この構成において、各管形状部２０ａは、流量調整弁７４の下流側で２つに分かれた導入管７０のそれぞれに連結している。
　ここで、流量調整弁７４は、導入管７０の分岐する上流側に設けられることに限られない。例えば、各管形状部２０ａに連結される分岐点よりも下流側の導入管７０のそれぞれに流量調整弁７４を備えてもよい。
　図６は、図３のＢ－Ｂ断面を模式的に示す図である。なお、図６には、導入管５０から導入された冷却媒体の流れを矢印で示している。
　図３および図６に示すように、外部ケーシング２０の内部で、かつ導入管５０の出口５０ａに対向する位置には、冷却媒体の流れを誘導する誘導部材１００が配置されている。この誘導部材１００は、２つの側壁１０１と、この側壁１０１のそれぞれと接続された天板１０２とを備える。側壁１０１および天板１０２は、例えば、矩形の平板で構成される。すなわち、誘導部材１００は、図６に示すように、断面コ字状の形状を有している。
　天板１０２は、導入管５０の出口５０ａに所定の間隙をおいて対向している。２つの側壁１０１は、図３に示すように、周方向に所定の間隙をおいて、タービンロータ軸方向に沿って対向して配置される。すなわち、誘導部材１００において、天板１０２に対向する側およびタービンロータ軸方向の上流端と下流端は、開口されている。
　導入管５０の出口５０ａから流出した冷却媒体は、天板１０２に衝突し、天板１０２および側壁１０１に沿ってタービンロータ軸方向（図３に示す矢印方向）に誘導される。そのため、出口５０ａから流出した冷却媒体は、直接内部ケーシング３０ｃに吹き付けられない。なお、図６では、天板１０２に衝突した後の冷却媒体の流れは、紙面に垂直な方向となる。
　タービンロータ軸方向に誘導された冷却媒体は、外部ケーシング２０の内面に沿って流れる。この際、冷却媒体の一部は、上半側に流れ込む。そして、例えば、上半側に流れた冷却媒体は、図６の矢印で示すように、外部ケーシング２０の内面に沿って下半側に流れる。
　そして、外部ケーシング２０を冷却した冷却媒体は、例えば、外部ケーシング２０の管形状部２０ａに設けられた排出口から排出管５５に排出される。
　このように誘導部材１００を備えることで、導入管５０の出口５０ａから流出した冷却媒体が、直接内部ケーシング３０ｃに吹き付けられることを防止できる。これによって、内部ケーシング３０ｃに大きな熱応力が生じることを防止できる。
　また、誘導部材１００を備えることで、空間３１の全体に亘って、冷却媒体を行き渡らせることができる。これによって、外部ケーシング２０を均等に冷却できる。
　ここで、誘導部材１００の形状は、上記した形状に限られるものではない。例えば、天板１０２の周方向の中央部が外部に突出するように湾曲させてもよい。換言すると、天板１０２を半円筒状に形成してもよい。
　また、内部ケーシング３０ｃの外周面から所定の隙間をあけて、内部ケーシング３０ｃの周囲を覆う筒体で、誘導部材１００を構成してもよい。この筒体は、例えば、内部ケーシング３０ｃの外周面から半径方向外側に突出した棒状の支持体によって支持される。この支持体は、例えば、周方向に複数設けられる。
　すなわち、誘導部材１００の形状は、導入管５０の出口５０ａから流出した冷却媒体が、直接内部ケーシング３０ｃに吹き付けられることを防止できる構造であればよい。
　また、本実施の形態では、管形状部２０ａを外部ケーシング２０の下半側に備えた一例を示したが、管形状部２０ａは、外部ケーシング２０の上半側に備えられてもよい。
　また、流量調整弁５４よりも上流側の導入管５０に、導入管５０に冷却媒体を供給する供給源とは別体の供給源から冷却媒体を導入する導入管を連結してもよい。さらに、流量調整弁７４よりも上流側の導入管７０に、導入管７０に冷却媒体を供給する供給源とは別体の供給源から冷却媒体を導入する導入管を連結してもよい。
　ここで、上記した別体の供給源とは、例えば、導入管５０や導入管７０に冷却媒体を供給する系統とは別の系統の供給源である。そのため、別体の供給源は、例えば、軸流タービン１０における主系統の動作が停止したときでも、冷却媒体を導入管５０や導入管７０に供給できる。すなわち、別体の供給源は、補助供給源としての機能を有する。
　ここで、軸流タービン１０が停止しているときとしては、例えば、軸流タービン１０の運転を通常に停止した直後の状態や、軸流タービン１０の運転を急停止するタービントリップ状態などが例示される。
　なお、別体の供給源から供給される冷却媒体も、導入管５０や導入管７０に導入される冷却媒体と同様に、冷却媒体として適した温度および圧力の媒体である。別体の供給源から供給される冷却媒体は、ガスタービンの場合には、空気などが挙げられ、ＣＯ２タービンの場合には、二酸化炭素などが挙げられる。
　この別体の供給源から供給された冷却媒体は、導入管５０や導入管７０に流入し、前述した冷却媒体と同様に作用する。
（第２の実施の形態）
　図７は、本発明に係る第２の実施の形態の軸流タービン１１における冷却媒体の系統を模式的に示した図である。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明は、省略または簡略する。
　ここで、図７に示した軸流タービン１０として、例えば、蒸気タービンなどが挙げられる。なお、軸流タービン１１における外部ケーシング冷却系統は、排出管５５を備えない以外は、第１の実施の形態の外部ケーシング冷却系統と同じである。また、蒸気タービンの入口における作動流体の温度は、例えば、６３０℃を超える。
　なお、導入管５０に導入される冷却媒体としては、系統から抽気された蒸気などが挙げられる。抽気は、冷却媒体として温度および圧力が適した媒体が得られる部位において行われる。このように、導入管５０には、例えば、軸流タービン１１における主系統から抽気された媒体が冷却媒体として供給される。
　後に詳しく説明するが、外部ケーシング２０と内部ケーシング３３との間に導入管５０から導入された冷却媒体の一部は、内部ケーシング３３間の隙間３４から内部ケーシング３３内の作動流体が流れる通路に流出する。そして、作動流体が流れる通路に流出した冷却媒体は、作動流体とともに軸流タービン１１から排出される。冷却媒体の残部は、例えば、外部ケーシング２０とタービンロータ４１との間のシール部から排気される。なお、作動流体は、蒸気である。
　このように、導入管５０、外部ケーシング２０と内部ケーシング３３との間の空間などによって、主として外部ケーシング２０を冷却する外部ケーシング冷却系統が構成されている。
　上流側における外部ケーシング２０の下半側には、図７に示すように、作動流体を導入するために、例えば、下方に延設された管形状部２０ｂを有する。この管形状部２０ｂは、１つまたは複数備えられる。そして、外部ケーシング２０の管形状部２０ｂには、軸流タービン１０に導入される作動流体が内部を流れる導入管１１０が溶接接合されている。
　本実施の形態では、管形状部２０ｂを２つ備えた構成を例示している。軸流タービン１１を上流側から見たとき、２つの管形状部２０ｂは、図２に示した管形状部２０ａと同様に、外部ケーシング２０の最下部を挟むように二股に構成されている。そして、各管形状部２０ｂが下方に延設されている。そして、それぞれの管形状部２０ｂには、導入管１１０が溶接接合されている。
　なお、図７では、一方の管形状部２０ｂが表われ、他方の管形状部２０ｂは、見えない状態となっている。導入管１１０は、作動流体導入管として機能する。
　外部ケーシング２０の管形状部２０ｂには、例えば、管形状部２０ｂと導入管１１０との接合部１１１を内側から冷却する冷却媒体を導入する導入管１２０が連結されている。なお、図７には示されていないが、他方の管形状部２０ｂにも、後述する流量調整弁１２４の下流側で分岐した導入管１２０が連結されている。
　この導入管１２０には、例えば、軸流タービン１１における主系統から抽気された媒体が冷却媒体として供給される。なお、導入管１２０に供給される冷却媒体としては、冷却媒体として温度および圧力が適した媒体であればよい。
　また、導入管１２０には、図７に示すように、流量調整弁１２４が設けられている。流量調整弁１２４は、導入管１２０を介して、接合部１１１の内部側に導入される冷却媒体の流量を調整する。換言すれば、管形状部２０ｂおよび導入管１１０の内部に導入される冷却媒体の圧力を調整している。
　例えば、流量調整弁１２４は、軸流タービン１１の起動時、運転時、停止後などに、接合部１１１の温度に基づいて冷却媒体の流量を最適な流量に調整する。なお、流量調整弁１２４は、流量調整装置として機能する。
　管形状部２０ｂおよび導入管１１０の内部に導入管１２０から導入された冷却媒体は、図７に示すように、排出管１２５を通り排出される。排出管１２５は、例えば、導入管１１０に連結される。この排出管１２５には、例えば、流量調整弁１２６が設けられる。
　接合部１１１を冷却する冷却媒体の流量は、主として流量調整弁１２４で調整され、流量調整弁１２６は、主として圧力を調整するために使用される。なお、流量調整弁１２６は、流量調整装置として機能する。
　このように、導入管１２０、管形状部２０ｂおよび導入管１１０の内部の空間、排出管１２５などによって、接合部１１１を冷却する接合部冷却系統が構成されている。
　上記したように、ケーシング冷却系統と接合部冷却系統とを備えることで、各系統を独立して制御することができる。
　なお、上記した流量調整弁５４、１２４、１２６は、例えば、バルブ弁などで構成される。また、流量調整弁５４、１２４、１２６の代わりにオリフィスなどの絞りを使用してもよい。
　次に、上記した冷却媒体の系統を備える第２の実施の形態の軸流タービン１１の構成について説明する。
　図８は、第２の実施の形態の軸流タービン１１の子午断面を示す図である。図８に示すように、軸流タービン１１は、外部ケーシング２０と、この外部ケーシング２０の内部に設けられた内部ケーシング３３とから構成される二重構造のケーシングを備えている。また、内部ケーシング３３内に動翼４０が植設されたタービンロータ４１が貫設されている。このタービンロータ４１は、ロータ軸受（図示しない）によって回転可能に支持されている。
　ここで、内部ケーシング３３は、例えば、タービンロータ軸方向に分割されている。そして、上流側と下流側の内部ケーシング３３間には、隙間３４が形成さている。
　内部ケーシング３３の内面には、タービンロータ軸方向に動翼４０と交互になるように静翼４２が配設されている。そして、内部ケーシング３３は、静翼４２および動翼４０を備えるタービン段落を包囲している。この内部ケーシング３３は、例えば、高強度材料などで構成される。
　内部ケーシング３３の外周面には、例えば、周方向に亘って半径方向外側に突出する環状壁３３ａが設けられている。この環状壁３３ａの外周面は、例えば、外部ケーシング２０の内周に接している。そして、この環状壁３３ａによって、内部ケーシング３０と外部ケーシング２０との間に形成される空間は、空間３８と空間３９とに区画されている。
　また、図８に示すように、上流側の環状壁３３ａには、連通孔３３ｂが形成されている。この連通孔３３ｂは、例えば、周方向に複数形成される。外部ケーシング２０と内部ケーシング３３との空間において、連通孔３３ｂを介して冷却蒸気が流動する。
　タービンロータ４１と、外部ケーシング２０および内部ケーシング３３との間には、作動流体の外部への漏洩を防止するために、シール部４３が設けられている。
　内部ケーシング３３内には、初段のタービン段落における静翼４２を備えたノズルボックス４４が設けられている。ノズルボックス４４は、内部ケーシング３３とタービンロータ４１との間に環状の通路を構成する環状通路４５と、この環状通路４５の下半側に設けられた管形状部４６とを備える。
　管形状部４６は、例えば、環状通路４５の最下部を挟むように、二股に設けられている。そして、管形状部４６は、外部ケーシング２０の管形状部２０ｂの内部に、管形状部２０ｂに沿って、下方に延設されている。これらの管形状部４６は、軸流タービン１１に導入された高温の作動流体を環状通路４５に導く。
　例えば、外部ケーシング２０の最下部には、図８に示すように、外部ケーシング２０と内部ケーシング３３との間に冷却媒体を導入する導入管５０が連結されている。すなわち、導入管５０は、管形状部２０ａ間となる外部ケーシング２０の最下部に連結されている。
　導入管５０は、例えば、図８に示すように、上流側から下流側に傾斜するように、外部ケーシング２０に連結されている。そして、例えば、外部ケーシング２０、上流側の内部ケーシング３３によって囲まれた空間３８に、導入管５０から冷却媒体が導入される。
　最終段のタービン段落の下流側には、排気室１３０が設けられている。
　ここで、外部ケーシング２０の管形状部２０ｂおよび導入管１１０の内部の構成は、第１の実施の形態における外部ケーシング２０の管形状部２０ａおよび排出管６０の内部の構成と同じである。
　図４を参照して説明すると、管形状部２０ｂは管形状部２０ａ、導入管１１０は排出管６０に相当する。管形状部４６は、管形状部８２に相当する。管形状部４６の端部には、管状のスリーブ８３の一端が連結されている。スリーブ８３の他端は、導入管１１０の内部まで延設されている。そして、スリーブ８３の他端は、導入管１１０に連結している。
　スリーブ８３と管形状部４６との間、スリーブ８３と導入管１１０との間には、シールリング８４が設けられている。管形状部２０ｂおよび導入管１１０の内部、かつスリーブ８３の外周には、管状部材９０が設けられている。
　管形状部２０ｂには、管状部材９０で区画された環状の空間９４に冷却媒体を導入する導入口２３が設けられている。この導入口２３は、導入管１２０に連結される。一方、導入管１１０には、空間９４に導入された冷却媒体を排出する排出口６５が設けられている。この排出口６５は、排出管１２５に連結される。
　なお、導入口２３および排出口６５を形成する部位は、第１の実施の形態で説明したとおり、管状部材９０の固定端、非固定端の位置によって適宜設定される。導入口２３の開口方向も、第１の実施の形態で説明したとおりである。また、第１の実施の形態と同様に、誘導部材１００を備えてもよい。
　上記したように、管状部材９０を備え、空間９４に冷却媒体を流すことで、接合部１１１を確実に冷却することができる。また、管状部材９０を備えることで、導入口２３から導入される冷却媒体が高温のスリーブ８３などに接触することで生じる熱応力を防止することができる。さらに、管状部材９０を備えることで、高温のスリーブ８３からの熱放射によって接合部１１１が加熱されることを防止できる。
　また、接合部１１１の冷却効果の向上に伴って、例えば、空間９４に導入される冷却媒体の流量を減少させることができる。
　次に、軸流タービン１１の作用および冷却媒体の系統における作用について、図７および図８を参照して説明する。
　ここで、軸流タービン１１は、例えば、接合部１１１や外部ケーシング２０の温度を検知する温度検知装置（図示しない）や、制御部（図示しない）を備える。そして、制御部は、温度検知装置からの検知信号に基づいて、上記した各流量調整弁５４、１２４、１２６の開度を制御する。なお、制御部は、温度検知装置や各流量調整弁５４、１２４、１２６と電気信号の入出力が可能に構成されている。
　まず、軸流タービン１１の作用について説明する。
　軸流タービン１１を作動する高温で高圧の作動流体（蒸気）は、図８に示すように、導入管１１０、スリーブ８３、管形状部４６を通り、環状通路４５に流入する。環状通路４５に流入した作動流体は、周方向に広がるとともに、初段の静翼４２から初段の動翼４０に向けて噴出される。
　タービン段落に流入した作動流体は、膨張仕事をしながら内部ケーシング３３内を流動し、最終段のタービン段落を通過する。そして、最終段のタービン段落を通過した作動流体は、排気室１３０を通り排出される。排気室１３０から排出された作動流体は、例えば、他の蒸気タービンに導入される。
　次に、軸流タービン１１の冷却媒体の系統における作用について説明する。
　なお、ここでは、第１の実施の形態における冷却媒体の系統における作用と異なる作用について主に説明する。
　例えば、軸流タービン１１が作動時において、軸流タービン１１における主系統から導入管５０に供給された冷却媒体は、図８に示すように、空間３８に導入される。空間３８に広がった冷却媒体は、主として外部ケーシング２０を冷却する。また、空間３８に広がった冷却媒体は、環状壁３３ａの連通孔３３ｂを通り、空間３９に導入される。空間３９に広がった冷却媒体は、主として外部ケーシング２０を冷却する。なお、空間３８、３９に広がった冷却媒体によって内部ケーシング３３も冷却される。
　ここで、空間３９に導入された冷却媒体の圧力は、隙間３４が形成されるタービンロータ軸方向位置における内部ケーシング３３内を流れる作動流体の圧力よりも高い。そのため、空間３９に導入された冷却媒体の一部は、図８に示す内部ケーシング３３間の隙間３４から内部ケーシング３３内の作動流体が流れる通路に流出する。そして、作動流体とともに排気室１３０から排出される。
　一方、冷却媒体の残部は、例えば、外部ケーシング２０とタービンロータ４１との間のシール部４３から排出される。
　なお、導入管１２０に供給された冷却媒体は、第１の実施の形態の導入管７０から空間９４に供給された冷却媒体の作用と同様である（図４参照）。導入管１２０から空間９４に導入される冷却媒体の流量は、制御部が、接合部１１１の温度を検知する温度検知装置からの検知信号に基づいて、流量調整弁１２４の開度を設定することで調整される。そして、空間９４に導入された冷却媒体は、図７および図８に示すように、排出管１２５に排出される。
　ここで、排出管１２５の下流端は、例えば、排出管１２５から導入される冷却媒体によって熱応力による割れなどを生じない温度の作動流体が流れる配管に連結される。排出管１２５の下流端は、例えば、排出管１２５を流れる冷却媒体の温度と同じ程度の温度、または排出管１２５を流れる冷却媒体の温度よりも低い温度の作動流体が流れる部位に連結されている。なお、排出管１２５を流れる冷却媒体の圧力は、冷却媒体が導入される部位を流れる作動流体の圧力よりも高い。これによって、作動流体の排出管１２５への流入を防止できる。
　上記した第２の実施の形態の軸流タービン１１によれば、管状部材９０を備え、空間９４に冷却媒体を流すことで、接合部１１１を確実に冷却することができる。また、管状部材９０を備えることで、導入口２３から導入される冷却媒体が高温のスリーブ８３に接触することで生じる熱応力を防止することができる。さらに、管状部材９０を備えることで、高温のスリーブ８３からの熱放射によって接合部１１１が加熱されることを防止できる。
　このように、軸流タービン１１によれば、スリーブ８３などの熱応力を抑制しつつ、接合部１１１の温度を許容温度以下に維持することができる。
　また、軸流タービン１１によれば、ケーシング冷却系統と接合部冷却系統とを備えることで、各系統を独立して制御することができる。このように、軸流タービン１１において、接合部１１１以外にも、外部ケーシング２０の冷却もできる。
　また、流量調整弁５４よりも上流側の導入管５０に、導入管５０に冷却媒体を供給する供給源とは別体の供給源から冷却媒体を導入する導入管を連結してもよい。さらに、流量調整弁１２４よりも上流側の導入管１２０に、導入管１２０に冷却媒体を供給する供給源とは別体の供給源から冷却媒体を導入する導入管を連結してもよい。
　ここで、上記した別体の供給源とは、例えば、導入管５０や導入管１２０に冷却媒体を供給する系統とは別の系統の供給源である。そのため、別体の供給源は、例えば、軸流タービン１１における主系統の動作が停止したときでも、冷却媒体を導入管５０や導入管１２０に供給できる。すなわち、別体の供給源は、補助供給源としての機能を有する。
　なお、別体の供給源から供給される冷却媒体も、導入管５０や導入管１２０に導入される冷却媒体と同様に、冷却媒体として適した温度および圧力の媒体である。別体の供給源から供給される冷却媒体は、蒸気である。
　この別体の供給源から供給された冷却媒体は、導入管５０や導入管１２０に流入し、前述した冷却媒体と同様に作用する。
　以上説明した実施形態によれば、構成部材に発生する熱応力を抑制しつつ、溶接接合部を確実に冷却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…軸流タービン、２０…外部ケーシング、２０ａ、２０ｂ、４６、８２…管形状部、２１、６２…内面、２２、６３…段部、２３…導入口、３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３３…内部ケーシング、３０ｄ、３３ａ…環状壁、３１、３２、３８、３９…空間、３３ｂ…連通孔、３４…隙間、３５…トランジションピース、４０…動翼、４１…タービンロータ、４２…静翼、４３…シール部、４４…ノズルボックス、４５…環状通路、５０、７０、１１０、１２０…導入管、５０ａ…出口、５４、７４、７７、１２４、１２６…流量調整弁、５５、６０、７５、７６、１２５…排出管、６１、１１１…接合部、６４…溝部、６５…排出口、８０、１３０…排気室、８１…環状通路、８３…スリーブ、８４…シールリング、９０…管状部材、９１…外面、９２…フランジ部、９２ａ…平面、９３…突条部、９４、９５…空間、１００…誘導部材、１０１…側壁、１０２…天板。

Claims (10)

  1. 　外部ケーシングと、
    　前記外部ケーシングの内部に備えられた内部ケーシングと、
    　前記内部ケーシングに貫設されたタービンロータと、
    　前記タービンロータに植設された動翼と、
    　前記内部ケーシングの内側に設けられた支持部材に支持され、タービンロータ軸方向に前記動翼と交互に配置された静翼と、
    　前記外部ケーシングに溶接接合され、前記軸流タービンから排出される作動流体が内部を流れる作動流体排出管と、
    　前記外部ケーシングおよび前記作動流体排出管の内部に設けられ、前記軸流タービンから排出される作動流体を前記作動流体排出管へ導く管状のスリーブと、
    　前記外部ケーシングおよび前記作動流体排出管の内部、かつ前記スリーブの外周に設けられ、前記外部ケーシングと前記作動流体排出管との溶接接合部の内周側を覆う管状部材と、
    　前記外部ケーシング、前記作動流体排出管および前記管状部材によって区画された環状空間に冷却媒体を導入する導入口と、
    　前記環状空間に導入された冷却媒体を排出する排出口と
    　を具備することを特徴とする軸流タービン。
  2. 　外部ケーシングと、
    　前記外部ケーシングの内部に備えられた内部ケーシングと、
    　前記内部ケーシングに貫設されたタービンロータと、
    　前記タービンロータに植設された動翼と、
    　前記内部ケーシングの内側に設けられた支持部材に支持され、タービンロータ軸方向に前記動翼と交互に配置された静翼と、
    　前記外部ケーシングに溶接接合され、前記軸流タービンへ導入される作動流体が内部を流れる作動流体導入管と、
    　前記外部ケーシングおよび前記作動流体導入管の内部に設けられ、前記軸流タービンへ導入される作動流体を内部に導く管状のスリーブと、
    　前記外部ケーシングおよび前記作動流体導入管の内部、かつ前記スリーブの外周に設けられ、前記外部ケーシングと前記作動流体導入管との溶接接合部の内周側を覆う管状部材と、
    　前記外部ケーシング、前記作動流体導入管および前記管状部材によって区画された環状空間に冷却媒体を導入する導入口と、
    　前記環状空間に導入された冷却媒体を排出する排出口と
    　を具備することを特徴とする軸流タービン。
  3. 　前記管状部材の一方の端部が、前記外部ケーシングに固定され、
    　前記管状部材の他方の端部が、非固定端であり、
    　前記導入口が、前記外部ケーシングに設けられ、
    　前記排出口が、前記作動流体排出管に設けられていることを特徴とする請求項１記載の軸流タービン。
  4. 　前記管状部材の一方の端部が、非固定端であり、
    　前記管状部材の他方の端部が、前記作動流体排出管に固定され、
    　前記導入口が、前記作動流体排出管に設けられ、
    　前記排出口が、前記外部ケーシングに設けられていることを特徴とする請求項１記載の軸流タービン。
  5. 　前記管状部材の一方の端部が、前記外部ケーシングに固定され、
    　前記管状部材の他方の端部が、非固定端であり、
    　前記導入口が、前記外部ケーシングに設けられ、
    　前記排出口が、前記作動流体導入管に設けられていることを特徴とする請求項２記載の軸流タービン。
  6. 　前記管状部材の一方の端部が、非固定端であり、
    　前記管状部材の他方の端部が、前記作動流体導入管に固定され、
    　前記導入口が、前記作動流体導入管に設けられ、
    　前記排出口が、前記外部ケーシングに設けられていることを特徴とする請求項２記載の軸流タービン。
  7. 　前記管状部材が、周方向に亘って外周側に突出する突条部を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の軸流タービン。
  8. 　前記突条部が、前記溶接接合部に対向する位置に形成されていることを特徴とする請求項７記載の軸流タービン。
  9. 　前記導入口が、前記管状部材の中心軸に垂直な断面において、前記中心軸に向かう方向とは異なる方向に向けて開口されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の軸流タービン。
  10. 　前記排出口に連結された排出管と、
    　前記排出管に設けられ、冷却媒体の流量を調整する流量調整装置と
    　を具備することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の軸流タービン。
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