JP7271408B2

JP7271408B2 - タービンロータ

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Publication number: JP7271408B2
Application number: JP2019223315A
Authority: JP
Inventors: 嗣久田島; 貴裕小野; 章吾岩井; 祥史岩崎; 紀和高木
Original assignee: Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2039-12-10
Also published as: JP2021092187A; US11274555B2; US20210172321A1; EP3835545A1; EP3835545B1

Description

本発明の実施形態は、タービンロータに関する。

近年、発電プラントの発電効率の向上させるために、タービン性能の向上が図られている。そして、タービン性能を向上させるために、タービン入口温度は、高温化される傾向にある。

このようにタービン入口温度が高温化される中、タービン構造物を構成する材料を適正温度下で使用する必要がある。そのため、タービンロータ、動翼、静翼などのタービン構造物は、冷却媒体を導入することで冷却されている。

また、発電プラントにおいては、大出力化が進められている。これによって、タービンロータ径（直径）は、大きくなる傾向にある。また、動翼や静翼は、長翼となる傾向にある。

図３は、従来の軸流タービン３００の子午断面を示した図である。図３には、ガスタービンのタービン構造を示している。

図３に示すように、従来の軸流タービン３００は、外部ケーシング３１０と、外部ケーシング３１０の内部に内部ケーシング３１１とを備える。また、内部ケーシング３１１および外部ケーシング３１０を貫通してタービンロータ３４０が設けられている。

内部ケーシング３１１の内周には、外側シュラウド３２０が周方向に亘って設けられ、この外側シュラウド３２０の内側には、内側シュラウド３２１が周方向に亘って設けられている。そして、外側シュラウド３２０と内側シュラウド３２１との間には、周方向に複数の静翼３２２が支持され、静翼翼列を構成している。

ここで、周方向とは、タービンロータの中心軸Ｏを中心とする周方向、すなわち、中心軸Ｏの軸周りである。

内側シュラウド３２１の内側には、内側シュラウド３２１に対向して周方向に亘って遮熱ピース３２５が設けられている。内側シュラウド３２１と遮熱ピース３２５との間には、シール部が構成されている。また、遮熱ピース３２５は、タービンロータ３４０に植設されている。

タービンロータ３４０は、周方向に亘って半径方向外側に突出するタービンディスク３４１を備える。タービンディスク３４１は、タービンロータ３４０の中心軸方向に複数段設けられている。そして、各タービンディスク３４１には、周方向に複数の動翼３５０が植設され、動翼翼列を構成している。なお、タービンロータの中心軸方向を以下において単に軸方向という。

静翼翼列と動翼翼列は、タービンロータ軸方向に交互に設けられている。そして、静翼翼列と、この静翼翼列の直下流の動翼翼列とでタービン段落を構成している。なお、下流とは、作動流体の主流の流れ方向に対する下流を意味する。

図３に示すように、燃焼器（図示しない）で生成された燃焼ガスを初段の静翼３２２に導くトランジションピース３６０は、外部ケーシング３１０および内部ケーシング３１１を貫通して設けられている。

また、従来の軸流タービン３００において、タービンロータ３４０を冷却するために、冷却媒体が導入される。

タービンロータ３４０の中心には、冷却媒体を軸方向に流す中央通路３７０が形成されている。中央通路３７０は、図３に示すように、タービンロータ３４０の中心軸Ｏを中心軸とし、軸方向に延設されている。

また、タービンロータ３４０には、トランジションピース３６０の周囲から冷却媒体供給管３６２を通り内部ケーシング３１１内の空間３６１に供給された冷却媒体を中央通路３７０に導く導入通路３７１が設けられている。導入通路３７１は、半径方向に形成され、中央通路３７０の上流部に連通している。

なお、半径方向は、中心軸Ｏを基点とする、中心軸Ｏに垂直な方向である。また、上流とは、作動流体の主流の流れ方向に対する上流を意味する。

また、タービンロータ３４０には、遮熱ピース３２５とタービンロータ３４０との間の空間３６３に、中央通路３７０を流れる冷却媒体を排出する排出通路３７２が設けられている。排出通路３７２は、半径方向に形成され、中央通路３７０に連通している。各タービン段落の空間３６３に冷却媒体を排出できるように、軸方向に複数の排出通路３７２が設けられている。

ここで、冷却媒体供給管３６２から空間３６１に供給された冷却媒体は、導入通路３７１を通り中央通路３７０に導かれる。そして、中央通路３７０を流れる冷却媒体は、排出通路３７２を通り空間３６３に排出される。

特開２０１３－１９２８４号公報

タービンロータ３４０は、高速で回転する構造物であるため、タービンロータ３４０の部位ごとに様々な応力が発生する。そのため、この応力が許容範囲内となるようにタービンロータを設計することが重要である。

図４は、従来のタービンロータ３４０における接線応力（せん断応力）を模式的に示した図である。なお、図４には、中心軸Ｏに垂直な断面における接線応力が示されている。図４において、接線応力の大きさは、矢印の長さで示されている。

図４に示すように、従来のタービンロータ３４０は、中心軸Ｏを中心軸とする中央通路３７０を有する。接線応力は、中央通路３７０の内壁部で最も大きい。接線応力は、半径方向外側に行くに伴い減少する。

前述したように、大きな出力が要求される軸流タービンにおいて、ロータ軸系安定性を確保するためには、タービンロータ径を大きくしてタービンロータの剛性を確保する必要がある。

しかしながら、図４に示された接線応力からもわかるように、中央通路３７０の直径が同じ場合、タービンロータ径を大きくするほど中央通路３７０の内壁部の接線応力は大きくなる。そのため、中心軸Ｏを中心軸とする中央通路３７０を有するタービンロータ３４０では、タービンロータ径の増大によってタービンロータの剛性を確保することができない。これによって、軸流タービンの信頼性が低下する。

本発明が解決しようとする課題は、ロータ軸系安定性およびロータ強度を確保しつつ、冷却媒体による冷却が可能なタービンロータを提供するものである。

実施形態のタービンロータは、ロータ胴部と、周方向に亘って前記ロータ胴部の外周面から半径方向外側に突出するタービンディスクとを備える。このタービンロータは、前記タービンディスクを前記タービンロータの中心軸方向に複数段備え、前記ロータ胴部の、前記タービンロータの中心軸よりも半径方向外側かつ前記ロータ胴部の外周面よりも半径方向内側に、前記タービンロータの中心軸方向に形成され、断面が円形で軸方向に亘って同径の穴で構成され、冷却媒体を流す軸方向通路と、前記軸方向通路に冷却媒体を導入する導入通路と、各前記タービンディスク間に設けられ、前記軸方向通路から前記ロータ胴部の外周面に貫通する貫通孔で構成され、前記軸方向通路から流れ込んだ冷却媒体を排出する排出通路とを備える。そして、タービンロータは、モノブロック型ロータ、または複数のタービンロータ構成部材を接合して形成されたロータで構成される。

実施の形態のタービンロータを備える軸流タービンの子午断面を示した図である。図１のＡ－Ａ断面を示す図である。従来の軸流タービンの子午断面を示した図である。従来のタービンロータにおける接線応力（せん断応力）を模式的に示した図である。

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。

図１は、実施の形態のタービンロータ１０を備える軸流タービン１の子午断面を示した図である。なお、図１には、ガスタービンのタービン構造を示している。

図１に示すように、軸流タービン１は、外部ケーシング３０と、外部ケーシング３０の内部に内部ケーシング３１を備える。また、内部ケーシング３１および外部ケーシング３０を貫通してタービンロータ１０が設けられている。

内部ケーシング３１の内周には、外側シュラウド４０が周方向に亘って設けられている。この外側シュラウド４０の内側（半径方向内側）には、内側シュラウド４１が周方向に亘って設けられている。そして、外側シュラウド４０と内側シュラウド４１との間には、周方向に複数の静翼４２が支持され、静翼翼列を構成している。この静翼翼列は、軸方向（タービンロータ１０の中心軸Ｏ方向）に複数段設けられている。

ここで、半径方向内側とは、半径方向における中心軸Ｏに近づく側（中心軸Ｏ側）である。

内側シュラウド４１の内側には、内側シュラウド４１に対向して周方向に亘って遮熱ピース４３が設けられている。遮熱ピース４３は、例えば、タービンロータ１０に植設される。内側シュラウド４１と遮熱ピース４３との間には、シール部４４が構成されている。

タービンロータ１０は、ロータ胴部１１と、タービンディスク１２と、冷却構造部１３とを備える。

ロータ胴部１１は、円柱状の部材で構成されている。ロータ胴部１１の両端は、軸受（図示しない）によって回転可能に支持されている。

タービンディスク１２は、ロータ胴部１１の外周面から周方向に亘って半径方向外側に突出している。この環状の突出体で構成されるタービンディスク１２は、軸方向に複数段設けられている。ここで、半径方向外側とは、半径方向における中心軸Ｏから遠ざかる側である。

各タービンディスク１２の先端部には、周方向に複数の動翼５０が植設され、動翼翼列を構成している。動翼５０の外周は、例えば、シュラウドセグメント５１で包囲されている。シュラウドセグメント５１は、外側シュラウド４０によって支持されている。

なお、静翼翼列と動翼翼列は、軸方向に交互に設けられている。そして、静翼翼列と、この静翼翼列の直下流の動翼翼列とでタービン段落を構成している。

図１に示すように、タービンロータ１０と内部ケーシング３１との間、タービンロータ１０と外部ケーシング３０との間、タービンロータ１０とパッキンヘッド３２との間には、作動流体の外部への漏洩を抑制するグランドシール部３３ａ、３３ｂ、３３ｃを備える。

冷却構造部１３は、冷却媒体によってタービンロータ１０を冷却する構造を備える。この構造については、後に詳しく説明する。

ここで、タービンロータ１０は、例えば、タービンロータ１０全体を一体で構成するモノブロック型ロータでもよい。この場合、タービンロータ１０は、一体型鍛造品となる。

また、タービンロータ１０は、例えば、複数のタービンロータ構成部材を接合して形成された接合ロータであってもよい。接合ロータは、タービンロータ構成部材を軸方向に、例えば、溶接や摩擦圧接などにより接合して構成されている。

ここで、軸流タービン１には、外部ケーシング３０および内部ケーシング３１を貫通してトランジションピース６０が備えられている。トランジションピース６０の下流端は、初段の静翼４２を支持する内側シュラウド４１および外側シュラウド４０の上流端に当接している。そして、トランジションピース６０は、燃焼器（図示しない）で生成された燃焼ガスを初段の静翼４２に導く。

トランジションピース６０が外部ケーシング３０および内部ケーシング３１を貫通する貫通領域において、トランジションピース６０の外周は、冷却媒体を導入する冷却媒体供給管７０で覆われている。すなわち、貫通領域において、トランジションピース６０と、その外周側に設けられた冷却媒体供給管７０とからなる二重管構造を備える。

トランジションピース６０と冷却媒体供給管７０との間の環状の通路を流れる冷却媒体が外部ケーシング３０と内部ケーシング３１との間の空間３４に流れ込まないように、冷却媒体供給管７０の下流端は、内部ケーシング３１に形成された貫通口３５内まで延設されている。なお、貫通口３５は、トランジションピース６０および冷却媒体供給管７０を内部ケーシング３１内に貫通させるための開口である。

冷却媒体供給管７０の出口は、トランジションピース６０が挿入された内部ケーシング３１内の空間３６に連通している。すなわち、冷却媒体供給管７０から導入された冷却媒体は、空間３６に流入する。

ここで、空間３６へ冷却媒体を供給する構成は、この構成に限られない。すなわち、冷却媒体供給管７０は、トランジションピース６０の周囲に備えられる構成に限られない。冷却媒体供給管７０の構成は、例えば、外部ケーシング３０および内部ケーシング３１を貫通して空間３６へ冷却媒体を供給できる構成であればよい。

次に、タービンロータ１０の冷却構造部１３について詳しく説明する。

図２は、図１のＡ－Ａ断面を示す図である。図２には、タービンロータ１０の中心軸Ｏに垂直な断面が示されている。なお、ここでは、図１および図２を参照して説明する。

図１に示すように、冷却構造部１３は、導入通路１４と、軸方向通路１５と、排出通路１６とを備える。導入通路１４、軸方向通路１５および排出通路１６は連通している。

導入通路１４は、例えば、ロータ胴部１１の外周面１１ａから軸方向通路１５に貫通する貫通孔で構成される。導入通路１４は、例えば、半径方向に形成される。

なお、導入通路１４は、半径方向に対して軸方向に傾斜を有するように形成されてもよい。また、導入通路１４は、半径方向に対して周方向に傾斜を有するように形成されてもよい。

導入通路１４の入口１４ａは、冷却媒体が導入される内部ケーシング３１内の空間３６に開口している。すなわち、空間３６と軸方向通路１５は、導入通路１４を介して連通している。

なお、導入通路１４は、例えば、軸方向に複数備えられてもよい。この場合、空間３６に導入された冷却媒体は、複数の導入通路１４を通り軸方向通路１５に流れる。

軸方向通路１５は、図１および図２に示すように、ロータ胴部１１の、タービンロータ１０の中心軸Ｏよりも半径方向外側かつロータ胴部１１の外周面１１ａよりも半径方向内側に、軸方向に形成されている。すなわち、軸方向通路１５は、中心軸Ｏとロータ胴部１１の外周面１１ａとの間に形成されている。また、軸方向通路１５内には、中心軸Ｏを含まない。軸方向通路１５は、例えば、断面が円形の穴で構成される。

軸方向通路１５は、図１に示すように、タービンロータ１０の中心軸Ｏに平行に形成される。

軸方向通路１５は、例えば、複数備えられる。この場合、同一形状の複数の軸方向通路１５が備えられる。そして、図２に示すように、軸方向通路１５は、中心軸Ｏを中心とする同一円周Ｒ上に均等配置されている。換言すると、図２に示す断面において、各軸方向通路１５の中心軸Ｐは、中心軸Ｏを中心とする同一円周Ｒ上に位置し、かつ各軸方向通路１５の中心軸Ｐ間の周方向の長さは、それぞれ等しい。

このように、複数の軸方向通路１５を同一円周Ｒ上に均等配置することで、タービンロータ１０が回転した際、ロータ軸系安定性を確保することができる。

また、軸方向通路１５は、例えば、冷却媒体が導入される内部ケーシング３１内の空間３６の上流端３６ａに対応する軸方向位置から、最終のタービン段落の出口に対応する軸方向位置に亘って形成される。ここでは、軸方向通路１５は、空間３６の上流端３６ａに対応する軸方向位置から、パッキンヘッド３２に対向する、タービンロータ径が小さくなる下流端１１ｂに貫通するように形成されている。この場合、軸方向通路１５の出口１５ａは、封止部材１７で封止されている。

ここで、例えば、タービンロータ１０を接合ロータで構成する場合、軸方向通路１５は、図１に示すような下流側へ貫通する構成でなくてもよい。この場合、軸方向通路１５は、例えば、タービンロータ構成部材の接合端面側から最終段のタービン段落側へ向かって穿孔することで構成できる。これによって、軸方向通路１５は、下流端１１ｂに貫通することなく形成可能となる。そのため、封止部材１７は不要となる。

なお、軸方向通路１５が形成される軸方向の範囲は、これに限られるものではない。軸方向通路１５は、導入通路１４から冷却媒体が導入され、かつ各排出通路１６に冷却媒体を導ける範囲に形成されていればよい。

軸方向通路１５は、トランジションピース６０から導入された高温の燃焼ガスに曝されるタービンロータ１０の部分に対応する軸方向位置に少なくとも形成されることが好ましい。具体的には、軸方向通路１５は、少なくとも、初段のタービン段落に対応する軸方向位置から最終のタービン段落の出口に対応する軸方向位置に亘って形成されることが好ましい。

また、軸方向通路１５は、内部ケーシング３１に設けられたグランドシール部３３ｂに対応する軸方向位置まで延設されてもよい。

排出通路１６は、軸方向通路１５からロータ胴部１１の外周面１１ａに貫通する貫通孔で構成される。具体的には、図１に示すように、排出通路１６は、軸方向通路１５と、遮熱ピース４３と外周面１１ａとの間の空間４５とを連通させる。

排出通路１６は、各タービン段落に応じて軸方向に複数備えられている。換言すると、排出通路１６は、初段のタービンディスク１２の上流側におけるロータ胴部１１の外周面１１ａおよび各タービンディスク１２間におけるロータ胴部１１の外周面１１ａに、出口１６ａを有する。

例えば、初段のタービン段落においては、排出通路１６の出口１６ａは、遮熱ピース４３、外周面１１ａ、初段のタービンディスク１２で囲まれる空間４５に開口している。

第２段以降のタービン段落においては、排出通路１６の出口１６ａは、上流側および下流側のタービンディスク１２、遮熱ピース４３、外周面１１ａで囲まれる空間４５に開口している。

なお、第２段以降のタービン段落においては、排出通路１６の出口１６ａは、上流のタービンディスク１２側に位置する一例を示している。第２段以降のタービン段落においては、排出通路１６の出口１６ａは、下流のタービンディスク１２側に位置してもよい。

排出通路１６は、例えば、半径方向に形成される。なお、排出通路１６は、半径方向に対して軸方向に傾斜を有するように形成されてもよい。また、排出通路１６は、半径方向に対して周方向に傾斜を有するように形成されてもよい。

ここで、導入通路１４および排出通路１６は、各軸方向通路１５にそれぞれ形成されている。

ここで、冷却媒体としては、例えば、ガスタービンの作動流体の一部を温度調整して使用することができる。すなわち、ガスタービンの系統から抽気して所定の温度に調整した作動流体を冷却媒体として使用することができる。

例えば、ガスタービンが超臨界ＣＯ_２タービンの場合、冷却媒体として作動流体のＣＯ_２が利用される。なお、超臨界ＣＯ_２タービンでは、燃焼生成物であるＣＯ_２の一部を超臨界圧で燃焼器に循環する構成を備える。また、一般的なガスタービンの場合、冷却媒体として、例えば、圧縮機から抽気した空気などが利用される。

次に、軸流タービン１およびタービンロータ１０の冷却構造部１３の作用について、図１を参照して説明する。

まず、軸流タービン１の作用について説明する。

燃焼器（図示しない）で生成された燃焼ガスは、トランジションピース６０を通り軸流タービン１内に導入される。軸流タービン１内に導入された燃焼ガスは、初段の静翼４２に導かれる。そして、燃焼ガスは、初段の静翼４２から初段の動翼５０に向けて噴出される。

このようにして、燃焼ガスは、第２段以降の静翼４２および動翼５０を備える燃焼ガス流路８１を流動し、膨張仕事をしながらタービンロータ１０を回転させる。最終段の動翼５０を通過した燃焼ガスは、排気流路８０を通り軸流タービン１から排出される。

次に、タービンロータ１０の冷却構造部１３の作用について説明する。

冷却媒体は、冷却媒体供給管７０を通り、トランジションピース６０が挿入された内部ケーシング３１内の空間３６に導かれる。この際、冷却媒体は、トランジションピース６０と冷却媒体供給管７０との間の環状の通路を通り空間３６に導かれる。この構成を備える場合、トランジションピース６０は、冷却媒体によって冷却される効果が得られる。

ここで、ロータ胴部１１の外周面１１ａは、空間３６に導かれた冷却媒体によって冷却される。また、空間３６に導入される冷却媒体の圧力は、トランジションピース６０から噴出される燃焼ガスの圧力よりも高い。

空間３６に導かれた冷却媒体の一部は、入口１４ａから導入通路１４に流入する。導入通路１４に流入した冷却媒体は、導入通路１４を通り軸方向通路１５に流入する。軸方向通路１５に導く冷却媒体の流量は、例えば、導入通路１４の口径などによって調整される。

軸方向通路１５に導かれた冷却媒体は、軸方向通路１５を軸方向の下流側に向かって流れる。軸方向通路１５を軸方向の下流側に向かって流れる冷却媒体は、各タービン段落に対応して形成された各排出通路１６に流れ込む。

排出通路１６に流れ込んだ冷却媒体は、排出通路１６を通り出口１６ａから、各タービン段落における遮熱ピース４３と外周面１１ａとの間の空間４５に噴出される。

各排出通路１６に導く冷却媒体の流量は、例えば、各排出通路１６の口径などによって調整される。換言すると、各排出通路１６の出口１６ａから空間４５に冷却媒体を噴出する際の噴出圧力は、例えば、各排出通路１６の口径などによって調整される。

なお、排出通路１６から排出される冷却媒体の圧力は、空間４５内の圧力よりも高い圧力となる。

ここで、ロータ胴部１１（タービンロータ１０）は、導入通路１４、軸方向通路１５および排出通路１６に冷却媒体を流すことによって、内部から冷却される。

上流のタービンディスク１２側の空間４５に噴出された冷却媒体は、例えば、遮熱ピース４３を支持する支持部材４３ａの周方向の隙間から上流のタービンディスク１２側にも広がる。そして、冷却媒体は、空間４５全体に広がる。

そして、空間４５全体に広がった冷却媒体は、遮熱ピース４３とタービンディスク１２との隙間および内側シュラウド４１とタービンディスク１２との隙間から、燃焼ガス流路８１に流入する。燃焼ガス流路８１に流入した冷却媒体は、燃焼ガスとともに燃焼ガス流路８１を流れ、排気流路８０に排出される。

ここで、空間４５に面するロータ胴部１１の外周面１１ａ、タービンディスク１２は、空間４５に流入する冷却媒体、および燃焼ガス流路８１に流出する冷却媒体によって冷却される。

一方、空間３６に導かれた冷却媒体の残部は、外側シュラウド４０内やシール部４４に流れる。具体的には、冷却媒体は、内側シュラウド４１と遮熱ピース４３との間のシール部４４を下流側に流れる。また、冷却媒体は、外側シュラウド４０内に導かれて静翼４２の冷却に利用される。

上記した実施の形態のタービンロータ１０によれば、中心軸Ｏとロータ胴部１１の外周面１１ａとの間に軸方向通路１５が形成される。すなわち、軸方向通路１５は、中心軸Ｏよりも外周面１１ａ側に形成される。

そのため、図４に示した接線応力を参照してもわかるように、実施の形態のタービンロータ１０では、中心軸Ｏを中心とする軸方向通路を有するタービンロータよりも、軸方向通路の内壁部生じる接線応力（せん断応力）を小さくすることができる。

これによって、タービンロータ１０の強度を確保しつつ、タービンロータ１０を冷却することができる。

また、中心軸Ｏに垂直なタービンロータ１０の断面において、中心軸Ｏを中心とする同一円周上に複数の軸方向通路１５を均等配置することで、ロータ軸系安定性を確保することができる。

なお、上記した実施の形態では、軸流タービン１として、トランジションピース６０から噴出された燃焼ガスが一方向に流れる一方向流型のタービン構成を例示した。しかしながら、軸流タービン１の構成は、この構成に限られない。

軸流タービン１の構成は、トランジションピース６０から左右に燃焼ガスを噴出する対向流型のタービン構成であってもよい。この構成では、燃焼ガスを噴出する一方の軸方向およびこれとは反対の他方の軸方向にタービン段落がそれぞれ備えられている。この構成においても、上記した軸流タービン１と同様の作用効果が得られる。

また、上記した軸流タービン１では、内側シュラウド４１の内側に遮熱ピース４３を備える一例を示したが、この構成に限られない。

例えば、内側シュラウド４１の内側に遮熱ピース４３を備えなくてもよい。この場合、シール部は、内側シュラウド４１とロータ胴部１１の外周面１１ａとの間に備えられる。

そして、初段のタービン段落において、排出通路１６の出口１６ａから冷却媒体を噴出する空間４５は、シール部、外周面１１ａ、内側シュラウド４１、初段のタービンディスク１２で囲まれる。排出通路１６の出口１６ａは、例えば、シール部と初段のタービンディスク１２との間の外周面１１ａに開口する。

第２段以降のタービン段落において、空間４５は、上流側および下流側のタービンディスク１２、外周面１１ａ、内側シュラウド４１で囲まれる。そして、排出通路１６の出口１６ａは、例えば、上流側のタービンディスク１２とシール部との間の外周面１１ａ、または下流側のタービンディスク１２とシール部との間の外周面１１ａに開口する。

以上説明した実施形態によれば、ロータ軸系安定性およびロータ強度を確保しつつ、冷却媒体による冷却を行うことが可能となる。

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。

１…軸流タービン、１０…タービンロータ、１１…ロータ胴部、１１ａ…外周面、１１ｂ…下流端、１２…タービンディスク、１３…冷却構造部、１４…導入通路、１４ａ…入口、１５…軸方向通路、１５ａ、１６ａ…出口、１６…排出通路、１７…封止部材、３０…外部ケーシング、３１…内部ケーシング、３２…パッキンヘッド、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ…グランドシール部、３４、３６、４５…空間、３５…貫通口、４０…外側シュラウド、４１…内側シュラウド、４２…静翼、４３…遮熱ピース、４３ａ…支持部材、４４…シール部、５０…動翼、５１…シュラウドセグメント、６０…トランジションピース、７０…冷却媒体供給管、８０…排気流路、８１…燃焼ガス流路。

Claims

ロータ胴部と、周方向に亘って前記ロータ胴部の外周面から半径方向外側に突出するタービンディスクとを備えるタービンロータであって、
前記タービンディスクを前記タービンロータの中心軸方向に複数段備え、
前記ロータ胴部の、前記タービンロータの中心軸よりも半径方向外側かつ前記ロータ胴部の外周面よりも半径方向内側に、前記タービンロータの中心軸方向に形成され、断面が円形で軸方向に亘って同径の穴で構成され、冷却媒体を流す軸方向通路と、
前記軸方向通路に冷却媒体を導入する導入通路と、
各前記タービンディスク間に設けられ、前記軸方向通路から前記ロータ胴部の外周面に貫通する貫通孔で構成され、前記軸方向通路から流れ込んだ冷却媒体を排出する排出通路と
を備え、
モノブロック型ロータ、または複数のタービンロータ構成部材を接合して形成されたロータで構成されたことを特徴とするタービンロータ。
前記軸方向通路が複数備えられ、
前記タービンロータの中心軸に垂直な断面において、前記軸方向通路は、前記タービンロータの中心軸を中心とする同一円周上に均等配置されていることを特徴とする請求項１記載のタービンロータ。
前記軸方向通路は、前記タービンロータの中心軸に平行に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のタービンロータ。
前記排出通路は、初段の前記タービンディスクの上流側における前記ロータ胴部の外周面、および各前記タービンディスク間における前記ロータ胴部の外周面に、出口を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のタービンロータ。