(57)【要約】【課題】ロータディスクまたは翼植込み部に設けたバランスホールの形状に改良を加え、バランスホールに案内された漏洩流体を膨張させ、漏洩流体の反動力を得てタービン段落効率を向上させる蒸気タービンおよびそのタービンロータを提供する。【解決手段】本発明に係る蒸気タービンおよびそのタービンロータは、ロータディスク２１にバランスホール２６を備えるとともに、このバランスホール２６は、入口２７から出口２８に向って開口面積を小さくさせ、かつタービンロータ２３の回転方向と逆向きの方向に角度を有する絞り通路にし、この絞り通路を第１絞り通路２９と第２絞り通路３０に区分けし、区分けした第２絞り通路３０の角度を第１の絞り通路２９の角度よりも大きく形成した。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有する絞り通路にし、この絞り通路を第１絞り通路と第２絞り通路に区分けし、区分けした第２絞り通路の角度を前記第１絞り通路の角度よりも大きく形成したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記翼植込み部にバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有する絞り通路にし、この絞り通路を第１絞り通路と第２絞り通路に区分けし、区分けした第２絞り通路の角度を前記第１絞り通路の角度よりも大きく形成したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項３】
両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有する絞り通路に形成したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項４】
両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記翼植込み部にバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有する絞り通路に形成したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項５】
両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記翼植込み部にバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って絞り通路に形成し、この絞り通路を第１絞り通路と第２絞り通路とに区分けし、区分けした前記第１絞り通路を入口から中間位置の折り曲げ絞り部までを前記タービンロータ側から前記タービン動翼に向う翼長方向に傾斜させ、区分けした前記第２絞り通路を前記中間位置の折り曲げ絞り部から出口までを前記タービンロータの回転方向に逆向きの方向に予め決められた角度を有することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項６】
両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って絞り通路に形成し、この絞り通路を第１絞り通路と第２絞り通路とに区分けし、区分けした前記第１絞り通路を入口から中間位置の折り曲げ絞り部までを前記タービンロータ側から前記タービン動翼に向う翼長方向に傾斜させ、区分けした前記第２絞り通路を前記中間位置の折り曲げ絞り部から出口までを前記タービンロータの回転方向に逆向きの方向に予め決められた角度を有することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項７】
請求項６記載のバランスホールを、翼植込み部に設けたことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項８】
両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記翼植込み部にバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有して外側に向って凸状の曲面の絞り通路に形成したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項９】
請求項８記載のバランスホールを、翼植込み部に設けたことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項１０】
両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有して外側に向って凸状の曲面の絞り通路に形成したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項１１】
請求項１０記載のバランスホールを、翼植込み部に設けたことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項１２】
タービン動翼の根元部に設けられた翼植込み部を介してこのタービン動翼が、その周方向に複数枚植設されるロータディスク部を有するタービンロータにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有する絞り通路にし、この絞り通路を第１絞り通路と第２絞り通路に区分けし、区分けした第２絞り通路の角度を前記第１絞り通路の角度よりも大きく形成したことを特徴とするタービンロータ。
【請求項１３】
タービン動翼の根元部に設けられた翼植込み部を介してこのタービン動翼が、その周方向に複数枚植設されるロータディスク部を有するタービンロータにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有する絞り通路に形成したことを特徴とするタービンロータ。
【請求項１４】
タービン動翼の根元部に設けられた翼植込み部を介してこのタービン動翼が、その周方向に複数枚植設されるロータディスク部を有するタービンロータにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有する絞り通路に形成したことを特徴とするタービンロータ。
【請求項１５】
タービン動翼の根元部に設けられた翼植込み部を介してこのタービン動翼が、その周方向に複数枚植設されるロータディスク部を有するタービンロータにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有して外側に向って凸状の曲面の絞り通路に形成したことを特徴とするタービンロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンノズルにタービン動翼を組み合わせたタービン段落のうち、タービン動翼を植設するロータディスクに設けたバランスホールに改良を加えた蒸気タービンおよびそのタービンロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の蒸気タービンは、競争力強化の一環としてタービン性能の向上が見直されており、その一つにタービン段落がある。
【０００３】
このタービン段落は、図８に示すように、ノズル翼１の両端をダイアフラム内輪２とダイアフラム外輪３とで支持させたタービンノズル４を上流側に配置し、頂部にシュラウド５を備え、翼植込み部６をロータディスク７に植設したタービン動翼８を下流側に配置して組み合わせたもので、タービンノズル４およびタービン動翼８を一つの段落としてタービンロータ９の軸方向に向って複数配置している。なお、タービンノズル４およびタービン動翼８は、ともに、タービンロータ９の周方向に沿って列状に配置されている。
【０００４】
また、ノズル翼１を支持するダイアフラム内輪２およびダイアフラム外輪３のうち、ダイアフラム内輪２は、タービンロータ９との間にラビリンスシール装置１０を備える一方、ダイアフラム外輪３は、タービン動翼８のシュラウド５との間にチップシール装置１１を備えている。
【０００５】
このような構成を備えたタービン段落において、圧力Ｐ１を持ってノズル翼１に流入した作動流体１２は、ここで膨張して圧力Ｐ２に降下し、増速流となってタービン動翼８に噴流し、タービン動翼８で転向する間にタービン動翼８を回転させて回転動力（トルク）を発生させ、圧力Ｐ３に降下する。
【０００６】
この間、一部の作動流体１２は、タービン動翼８の回転中に発生する遠心力の影響を受けてチップシール装置１１側に押圧され、チップシール装置１１でシールされる。
【０００７】
また、他の一部は、ダイアフラム内輪２に沿って流れ、ラビリンスシール装置１０でシールされる。シール中、ラビリンスシール装置１０から漏出した漏洩流体Ａは、ロータディスク７および翼植込み部６の回転中に発生する遠心力の影響を受けタービン動翼８側に向って押圧され、やがて作動流体（主流）１２に合流する。
【０００８】
このように、従来の蒸気タービンでは、静止部分であるダイアフラム内輪２やダイアフラム外輪３と回転部分であるタービンロータ９やロータディスク７との隙間のそれぞれに、シール装置を設け、漏出流体の低減化を図っていた。
【０００９】
しかし、図８に示した従来の蒸気タービンでは、ラビリンスシール装置１０からの漏洩流体Ａが作動流体（主流）１２に合流するとき、作動流体１２の流れに乱れを与え、タービン動翼８の翼効率が低下することが実験等で確認されている。
【００１０】
このような問題を解決する一つの手法として図９〜図１０で示すように、ロータディスク７の軸方向に向ってバランスホール１３ａを設け、ラビリンスシール装置１０からの漏洩流体Ａをバランスホール１３ａに案内し、作動流体１２への合流を少なくさせたものや、図１１および図１２に示すように、翼植込み部６に右肩上りの通路１４ａと軸方向に平行な通路１４ｂとを組み合せたバランスホール１３ｂを設け、ラビリンスシール装置１０からの漏洩流体Ａをバランスホール１３ｂに案内し、作動流体１２への合流を少なくさせたものが提案されている。
【００１１】
なお、ラビリンスシール装置１０からの漏洩流体Ａとタービンノズル４出口側からの作動流体（主流）１２の一部の漏出の漏出流体とが合流し、この合流作動流体をバランスホールに案内する発明として、例えば、特開平９−２４２５０２号公報（特許文献１）や特開２０００−３０３８０２号公報（特許文献２）等数多くの発明が開示されている。
【特許文献１】特開平９−２４２５０２号公報
【特許文献２】特開平２０００−３０３８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述図９〜図１２に示した技術や特許文献１，２で示した技術では、ラビリンスシール装置１０からの漏洩流体Ａやタービンノズル４の出口側からダイアフラム内輪２と翼植込み部６との間に漏出した一部の作動流体（主流）１２をバラスホール１３ａ，１３ｂに案内し、作動流体１２の流れを乱さないことがタービン段落効率を向上させる点で優れているものの、それでも問題点が残されている。
【００１３】
すなわち、図９〜図１２や特許文献１，２に示した作動流体１２等のバランスホール１３ａ，１３ｂへの吸い込みの技術は、図８に示した漏洩流体の作動流体１２への吹き出しの技術に較べてタービン段落効率が向上するものの、それでもバランスホール１３ａ，１３ｂに吸い込まれた作動流体１２および漏洩流体Ａがタービン段落の膨張仕事に何ら寄与しているわけではない。
【００１４】
試算によれば、タービン段落効率を０．１％向上させると、年間のエネルギ消費が石油消費換算で数千万円コストダウンすることが知られている。
【００１５】
したがって、タービン性能向上の一環としてタービン段落効率を飛躍的に向上させるには、バランスホール１３ａ，１３ｂに吸い込まれた作動流体１２および漏洩流体Ａからも膨張仕事を取り出すことが必要とされる。
【００１６】
本発明は、このような背景技術に照してなされたもので、バランスホールの形状に改良を加え、バランスホールに案内された漏洩流体を膨張させて漏洩流体の反動力を得てタービン段落効率をより一層向上させる蒸気タービンおよびそのタービンロータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有する絞り通路にし、この絞り通路を第１絞り通路と第２絞り通路に区分けし、区分けした第２絞り通路の角度を前記第１絞り通路の角度よりも大きく形成したものである。
【００１８】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記翼植込み部にバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有する絞り通路にし、この絞り通路を第１絞り通路と第２絞り通路に区分けし、区分けした第２絞り通路の角度を前記第１絞り通路の角度よりも大きく形成したものである。
【００１９】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有する絞り通路に形成したものである。
【００２０】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記翼植込み部にバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有する絞り通路に形成したものである。
【００２１】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記翼植込み部にバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って絞り通路に形成し、この絞り通路を第１絞り通路と第２絞り通路とに区分けし、区分けした前記第１絞り通路を入口から中間位置の折り曲げ絞り部までを前記タービンロータ側から前記タービン動翼に向う翼長方向に傾斜させ、区分けした前記第２絞り通路を前記中間位置の折り曲げ絞り部から出口までを前記タービンロータの回転方向に逆向きの方向に予め決められた角度を有するものである。
【００２２】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って絞り通路に形成し、この絞り通路を第１絞り通路と第２絞り通路とに区分けし、区分けした前記第１絞り通路を入口から中間位置の折り曲げ絞り部までを前記タービンロータ側から前記タービン動翼に向う翼長方向に傾斜させ、区分けした前記第２絞り通路を前記中間位置の折り曲げ絞り部から出口までを前記タービンロータの回転方向に逆向きの方向に予め決められた角度を有するものである。
【００２３】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、請求項６記載のバランスホールを、翼植込み部に設けたものである。
【００２４】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記翼植込み部にバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有して外側に向って凸状の曲面の絞り通路に形成したものである。
【００２５】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、請求項８記載のバランスホールを、翼植込み部に設けたものである。
【００２６】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、両端をダイアフラムで支持するノズル翼を備えたタービンノズルに、タービンロータのロータディスクに翼植込み部を介して植設したタービン動翼を組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って多数備えた蒸気タービンにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有して外側に向って凸状の曲面の絞り通路に形成したものである。
【００２７】
また、本発明に係るタービンロータは、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、請求項１０記載のバランスホールは、翼植込み部に設けたものである。
【００２８】
また、本発明に係るタービンロータを、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、タービン動翼の根元部に設けられた翼植込み部を介してこのタービン動翼が、その周方向に複数枚植設されるロータディスク部を有するタービンロータにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有する絞り通路にし、この絞り通路を第１絞り通路と第２絞り通路に区分けし、区分けした第２絞り通路の角度を前記第１絞り通路の角度よりも大きく形成したものである。
【００２９】
また、本発明に係るタービンロータは、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、タービン動翼の根元部に設けられた翼植込み部を介してこのタービン動翼が、その周方向に複数枚植設されるロータディスク部を有するタービンロータにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有する絞り通路に形成したものである。
【００３０】
また、本発明に係るタービンロータは、上述の目的を達成するために、請求項１４に記載したように、タービン動翼の根元部に設けられた翼植込み部を介してこのタービン動翼が、その周方向に複数枚植設されるロータディスク部を有するタービンロータにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有する絞り通路に形成したものである。
【００３１】
また、本発明に係るタービンロータは、上述の目的を達成するために、請求項１５に記載したように、タービン動翼の根元部に設けられた翼植込み部を介してこのタービン動翼が、その周方向に複数枚植設されるロータディスク部を有するタービンロータにおいて、前記ロータディスクにバランスホールを備えるとともに、このバランスホールは、入口から出口に向って開口面積を小さくさせ、かつ前記タービンロータの回転方向と逆向きの方向に予め決められた角度を有して外側に向って凸状の曲面の絞り通路に形成したものである。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る蒸気タービンおよびそのタービンロータは、ロータディスクまたは翼植込み部に設けたバランスホールをタービンロータの回転方向と逆向き方向で、かつ傾斜させた絞り通路にし、絞り通路を二つに区分けし、区分けした二つの絞り通路を互いに接続させる折り曲げ絞り部から出口側に向ってより一層タービンロータの回転方向と逆方向に予め決められた角度を有して構成し、合流作動流体の加速と転向とで反動力を発生させ、この反動力をタービンロータに与えて熱回収を図ったので、少ないエネルギでタービンロータを回転させることができ、タービン段落効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る蒸気タービンおよびそのタービンロータの実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００３４】
図１は、本発明に係る蒸気タービンおよびそのタービンロータの第１実施形態を示すもので、複数のタービン段落のうち、一つのタービン段落を抜き出した概念図である。
【００３５】
本実施形態に係る蒸気タービンにおけるタービン段落は、ノズル翼１５の両端とダイアフラム内輪１６とダイアフラム外輪１７とで支持させたタービンノズル１８を上流側に配置し、頂部にシュラウド１９を備え、翼植込み部２０をロータディスク２１に植設したタービン動翼２２を下流側に配置して組み合せた構成になっている。
【００３６】
また、タービン段落を構成するタービンノズル１８とタービン動翼２２は、ともにタービンロータの周方向に沿って環状列に配置されている。
【００３７】
また、ノズル翼１５を支持するダイアフラム内輪１６およびダイアフラム外輪１７のうち、ダイアフラム内輪１６は、タービンロータ２３との間にラビリンスシール装置２４を備える一方、ダイアフラム外輪１７は、タービン動翼２２のシュラウド１９との間にチップシール装置２５を備えている。
【００３８】
一方、タービン動翼２２の翼植込み部２０を植設し、タービンロータ２３と一体削出しのロータディスク２１には、バランスホール２６が設けられている。
【００３９】
このバランスホール２６は、図２に示すように、入口２７の開口面積を大きくし、ここから中間位置に向ってタービン軸方向に対して角度βｈを有する開口面積を徐々に小さくさせた第１絞り通路２９と、この中間位置から出口２８に向ってロータディスク２１の回転方向と逆向きの方向に、さらに屈曲してより一層開口面積を徐々に小さくさせた第２絞り通路３０とに形成される。つまり、このバラスホール２６は、第１絞り通路２９および第２絞り通路３０ともに、ロータディスク２１の回転方向と逆に向う方向に形成し、中間位置の折り曲げ絞り部３１で第１絞り通路２９と第２絞り通路３０とを接続させる際、第２絞り通路３０のタービン軸方向に対する角度を第１絞り通路２９の軸方向に対する角度に較べて大きくしている。
【００４０】
次に、図１および図２に示した構成に基づいて作用を説明する。
【００４１】
圧力Ｐ１を持ってノズル翼１５に供給された作動流体３２は、ここで膨張して圧力Ｐ２に降下し、増速流となってタービン動翼２２に噴流し、タービン動翼２２で転向する間にタービン動翼２２を回転させて回転動力（トルク）を発生させ、圧力Ｐ３に降下する。
【００４２】
この間、一部の作動流体３２は、ダイアフラム内輪１６に沿って流れ、ラビリンスシール装置２４でシールされる。
【００４３】
シール中、ラビリンスシール装置２４から漏出した漏洩流体Ｂは、タービンノズル１８の出口側から翼植込み部２０に沿って流出した作動流体３２と合流し、バランスホール２６の第１絞り通路２９に案内される。
【００４４】
このとき、圧力Ｐ２を持った合流作動流体３２のバランスホール２６の入口２７における速度三角形は、翼植込み部２０の周速Ｕに対し、絶対速度Ｃ１、相対速度Ｗ１、相対速度Ｗ１の流入角β１として形成される。なお、バランスホール２６の入口２７の幾何学的入口角度βｈは、予めタービン段落の条件蒸気から決められ相対流入角度β１に合わせて設定されている。
【００４５】
このような速度三角形を持つ合流作動流体は、第１通路２９および第２通路３０のそれぞれを流れる間に絞られて増速し、バランスホール２６の出口２８で圧力Ｐ３に降下し、翼植込み部２０の周速Ｕに対し、絶対速度Ｃ２、相対速度Ｗ２、相対速度Ｗ２の流出角β２を持つ速度三角形として形成される。
【００４６】
このように、バランスホール２６の第１絞り通路２９および第２絞り通路３０を流れる間に、合流作動流体は、膨張し、加速し、転向するが、この間、図３に示すように、入口２７の相対速度Ｗ１の周方向成分Ｗ１ｔを、出口２８の相対速度Ｗ２の周方向成分Ｗ２ｔに加速させる。
【００４７】
この運動量の変化分（Ｗ２ｔ−Ｗ１ｔ）は、合流作動流体からタービンロータに力（押圧力）として与えられる。そして、ロータディスク２１には、合流作動流体が加速する方向と逆向きの反動力Ｆが作用する。この反動力Ｆは、ロータディスク２１を介してタービンロータの回転方向に発生し、タービンロータに対して仕事をする。つまり、バランスホール２６内で合流作動流体の加速による力と合流作動流体の転向による力との合力である反動力Ｆがタービンロータの回転方向に与えられる。
【００４８】
このように、本実施形態は、ロータディスク２１に設けたバランスホール２６を、第１絞り通路２９と第２絞り通路３０とに区分けし、区分けした第１絞り通路２９および第２絞り通路３０ともにタービンロータ２３の回転方向と逆向方向に向って、すなわち、タービン軸方向に対して角度をもって構成するとともに、第１絞り通路２９と第２絞り通路３０との接続位置の折り曲げ絞り部３１で、第２絞り通路３０の軸方向に対する角度を第１絞り通路２９の軸方向に対する角度に較べて大きくし、絞り通路による加速と折り曲げ絞りによる転向とで合流作動流体に反動力Ｆを発生させ、この反動力Ｆをタービンロータ２３に与えて熱回収を図ったので、少ないエネルギでタービンロータ２３を回転させることができ、結果としてタービン段落効率を向上させることができる。
【００４９】
なお、本実施形態は、バランスホール２６をロータディスク２１に設けたが、この例に限らず、同一形状の第１絞り通路２９と第２絞り通路３０を備えたバランスホール２６を翼植込み部２０に設けてもよい。
【００５０】
図４は、本発明に係る蒸気タービンおよびそのタービンロータの第２実施形態を示すもので、複数のタービン段落のうち、一つのタービン段落を抜き出した概念図である。
【００５１】
本実施形態に係るタービン段落は、タービンロータに一体削り出しのロータディスク２１にバランスホール２６を設けるとともに、このバランスホール２６の入口２７の開口面積を大きくし、ここから出口２８に向って徐々に絞って開口面積を小さくさせる絞り通路３３にし、この絞り通路３３をタービン軸方向に対して角度βｈを有し、タービンロータの回転方向と逆向きの方向に配置させたものである。
【００５２】
このような構成を採っても、本実施形態では、入口２７の相対速度Ｗ１の周方向成分Ｗ１ｔと出口２８の相対速度Ｗ２の周方向成分Ｗ２ｔとの間に運動量の変化分（Ｗ２ｔ−Ｗ１ｔ）が出、この運動量の変化分（Ｗ２ｔ−Ｗ１ｔ）が反動力Ｆとしてタービンロータの回転方向に与えられ、タービンロータに対して仕事をする。
【００５３】
このように、本実施形態は、ロータディスク２１に設けたバランスホール２６を入口２７の開口面積を大きくし、ここから出口２８に向って徐々に絞って開口積を少なくさせる絞り通路３３にし、この絞り通路３３をタービンロータの回転方向と逆向き方向に配置し、合流作動流体に反動力を発生させ、この反動力をタービンロータに与えて熱回収を図ったので、少ないエネルギでタービンロータを回転させることができ、結果としてタービン段落を向上させることができる。
【００５４】
なお、本実施形態は、バランスホール２６をロータディスク２１に設けたが、この例に限らず、同一形状の絞り通路３３を備えたバランスホール２６を翼植え込み部２０に設けてもよい。
【００５５】
また、本実施形態は、バランスホール２６を絞り通路３３にし、この絞り通路３３をタービンロータ２３の回転方向と逆向きの方向に配置して反動力Ｆを発生させたが、図５および図６に示すように、バランスホール２６を、入口２７から出口２８に向って徐々に絞った絞り通路３３にし、絞り通路３３を第１絞り通路３４と第２絞り通路３５に区分けし、区分けした第１絞り通路３４の入口２７から中間部分の折り曲げ絞り部３６に向って翼長方向対して右肩上りの傾斜を形成するとともに、第２絞り通路３５を中間部分の折り曲げ絞り部３６から出口２８に向ってタービンロータ２３の回転方向と逆向きの方向に配置して反動力を発生させてもよく、また、図７に示すように、バランスホール２６を、入口２７から出口２８に向って徐々に絞った絞り通路３３にし、絞り通路３３が入口２８から出口２９に向う際、タービンロータの回転方向と逆向きの位置に配置するとともに、絞り通路３３を外側に向って凸状の曲面に形成して反動力を発生させてもよい。なお、図５〜図７に示したバランスホール２６は、ロータディスク２３に設けてもよく、翼植込み部２０に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る蒸気タービンおよびそのタービンロータの第１実施形態を示すもので、複数のタービン段落のうち、一つのタービン段落を抜き出した概念図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向から見た平面図。
【図３】図２に示したバランスホールを流れる合流作動流体の入口、出口における速度三角形と合流作動流体からタービンロータに与えられる反動力を示す図。
【図４】本発明に係る蒸気タービンおよびそのタービンロータの第２実施形態を示すもので、バランスホールを流れる合流作動流体の入口、出口における速度三角形と合流作動流体からタービンロータに与えられる反動力を示す図。
【図５】本発明に係る蒸気タービンおよびそのタービンロータの第３実施形態を示すもので、複数のタービン段落のうち、一つのタービン段落を抜き出した概念図。
【図６】図５のＢ−Ｂ矢視方向から見た平面図。
【図７】本発明に係る蒸気タービンおよびそのタービンロータの第４実施形態を示すもので、バランスホールを流れる合流作動流体の入口、出口における速度三角形と合流作動流体からタービンロータに与えられる反動力を示す図。
【図８】従来の蒸気タービンおよびそのタービンロータにおいて、複数のタービン段落のうち、一つのタービン段落を抜き出した概念図。
【図９】従来の他の蒸気タービンおよびそのタービンロータにおいて、複数のタービン段落のうち、一つのタービン段落を抜き出した概念図。
【図１０】図９のＣ−Ｃ矢視方向から見た平面図。
【図１１】従来のさらに他の蒸気タービンおよびそのタービンロータにおいて、複数のタービン段落のうち、一つのタービン段落を抜き出した概念図。
【図１２】図１１のＤ−Ｄ矢視方向から見た平面図。
【符号の説明】
【００５７】
１  ノズル翼
２  ダイアフラム内輪
３  ダイアフラム外輪
４  タービンノズル
５  シュラウド
６  翼植込み部
７  ロータディスク
８  タービン動翼
９  タービンロータ
１０  ラビリンスシール装置
１１  チップシール装置
１２  作動流体
１３ａ，１３ｂ  バランスホール
１４ａ，１４ｂ  通路
１５  ノズル翼
１６  ダイアフラム内輪
１７  ダイアフラム外輪
１８  タービンノズル
１９  シュラウド
２０  翼植込み部
２１  ロータディスク
２２  タービン動翼
２３  タービンロータ
２４  ラビリンスシール装置
２５  チップシール装置
２６  バランスホール
２７  入口
２８  出口
２９  第１絞り通路
３０  第２絞り通路
３１  折り曲げ絞り部
３２  作動流体
３３  絞り通路
３４  第１絞り通路
３５  第２絞り通路
３６  折り曲げ絞り部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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