(57)【要約】【課題】車室内を区画する環状部材のオーバル変形を抑制すること。【解決手段】蒸気タービンは、第１タービンの動翼及び第１タービンに供給される蒸気よりも圧力が低い蒸気によって駆動される第２タービンの動翼が取り付けられるロータ３と、ロータ３を格納する車室と、ロータ３が貫通する貫通孔６０Ｈを有し、車室の内部の第１タービンと第２タービンとの間に取り付けられる環状部材６０と、ロータ３の径方向外側に向かって環状部材６０の側部６０Ｓから張り出し、かつ第１タービンに供給される蒸気が通過する蒸気通路７０ａを有するフランジ部６５とを含む。蒸気タービンは、蒸気通路７０ａを通過する蒸気の熱を利用してフランジ部６５を加熱する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気によって駆動される第１タービンの動翼及び前記第１タービンに供給される蒸気よりも圧力が低い蒸気によって駆動される第２タービンの動翼が取り付けられるロータと、
前記ロータを格納する車室と、
前記ロータが貫通する貫通孔を有し、前記車室の内部の前記第１タービンと前記第２タービンとの間に取り付けられる環状部材と、
前記ロータの径方向外側に向かって前記環状部材の側部から張り出し、かつ前記第１タービンに供給される蒸気が通過する蒸気通路を有するフランジ部と、
を含む蒸気タービン。
【請求項２】
前記環状部材は、
前記貫通孔の一部となる第１の凹部を有する第１部材と、
前記第１の凹部と組み合わされて前記貫通孔となる第２の凹部を有し、前記第１部材と組み合わされる第２部材と、を含み、
前記フランジ部は、
前記第１部材の前記第２部材と組み合わせられる部分に設けられる第１フランジ部と、
前記第２部材の前記第１部材と組み合わせられる部分に設けられる第２フランジ部と、を含み、
前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との少なくとも一方が、前記蒸気通路を有する、請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項３】
前記環状部材が有する前記貫通孔の貫通方向と平行な軸に対して対称となる位置にそれぞれ前記フランジ部が配置され、それぞれの前記フランジ部においては、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部とのうち前記ロータの回転方向側の方が前記蒸気通路を有している、請求項２に記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との少なくとも一方は、前記貫通孔の内面に開口して蒸気を導入する蒸気導入穴を有する、請求項２又は３に記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記第１フランジ部と前記第２フランジ部とは、前記蒸気通路とは異なる部分を締結する複数の締結部材によって締結される、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気を用いてロータを回転駆動させる蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは、水蒸気が有する熱エネルギーを機械的な仕事に変換することで動力を得る機械である。一般的な蒸気タービンは、熱エネルギーを運動エネルギーに変換するノズル又は静翼と、運動エネルギーを機械的な仕事に変換する動翼とを含む。蒸気タービンは、中圧・高圧タービンを区切る円環構造部に温度分布が生じることで、ロータの径方向と、これに直交する方向とで変形量の違いが発生し、結果として、オーバル変形と呼ばれる断面が楕円形になる変形を生ずることがある。特許文献１には、車室のオーバル変形を防止する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２７１６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、蒸気タービンには、高圧タービンと中圧タービンとを１つの車室内に格納し、ロータが貫通する環状部材によって両方のタービンを区画するものがある。このような蒸気タービンが備える環状部材は、２つの部材を組合せ、それぞれの部材に設けたフランジ部を締結することにより組み立てられる。環状部材は、車室内の高圧タービン側と中圧タービン側とを区画する。環状部材のフランジ部は肉厚であるため、熱容量が他の部分よりも大きい。このため、フランジ部の温度は環状部材の他の部分よりも低くなる。その結果、蒸気タービンの定常運転時において、フランジ部の変形量が環状部材の他の部分よりも小さくなるオーバル変形を起こす。環状部材がオーバル変形を起こすと、環状部材の変形量が大きい部分において環状部材とロータとの隙間が大きくなる結果、タービンの効率が低下する。
【０００５】
本発明は、蒸気タービンにおいて、車室内を区画する環状部材のオーバル変形を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る蒸気タービンは、蒸気によって駆動される第１タービンの動翼及び前記第１タービンに供給される蒸気よりも圧力が低い蒸気によって駆動される第２タービンの動翼が取り付けられるロータと、前記ロータを格納する車室と、前記ロータが貫通する貫通孔を有し、前記車室の内部の前記第１タービンと前記第２タービンとの間に取り付けられる環状部材と、前記ロータの径方向外側に向かって前記環状部材の側部から張り出し、かつ前記第１タービンに供給される蒸気が通過する蒸気通路を有するフランジ部と、を含む。
【０００７】
このような構造により、本発明に係る蒸気タービンは、蒸気通路を通過する蒸気の熱を利用してフランジ部を加熱することができるので、環状部材の周方向における温度分布のばらつきが小さくなる。その結果、車室内を区画する環状部材は、周方向における熱変形のばらつきが抑制されるので、オーバル変形が抑制される。本発明に係る蒸気タービンは、環状部材のオーバル変形が抑制されることで、環状部材とロータとの隙間から漏洩する蒸気の量が減少するので、蒸気タービンの効率の低下を抑制することができる。
【０００８】
前記環状部材は、前記貫通孔の一部となる第１の凹部を有する第１部材と、前記第１の凹部と組み合わされて前記貫通孔となる第２の凹部を有し、前記第１部材と組み合わされる第２部材と、を含み、前記フランジ部は、前記第１部材の前記第２部材と組み合わせられる部分に設けられる第１フランジ部と、前記第２部材の前記第１部材と組み合わせられる部分に設けられる第２フランジ部と、を含み、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との少なくとも一方が、前記蒸気通路を有することが好ましい。このようにすることで、蒸気通路を通過する蒸気の熱を利用して、フランジ部を加熱することができる。
【０００９】
前記環状部材が有する前記貫通孔の貫通方向と平行な軸に対して対称となる位置にそれぞれ前記フランジ部が配置され、それぞれの前記フランジ部においては、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部とのうち前記ロータの回転方向側の方が前記蒸気通路を有していることが好ましい。このようにすることで、蒸気通路を通過する蒸気の熱を利用して、フランジ部を加熱することに加え、供給される蒸気の運動エネルギーを利用してロータの回転を促進することもできる。
【００１０】
前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との少なくとも一方は、前記貫通孔の内面に開口して蒸気を導入する蒸気導入穴を有することが好ましい。このようにすることで、蒸気通路を通過する蒸気の熱に加え、蒸気導入穴に導入された蒸気の熱を利用して、フランジ部をより効果的に加熱することができる。
【００１１】
前記第１フランジ部と前記第２フランジ部とは、前記蒸気通路とは異なる部分を締結する複数の締結部材によって締結されることが好ましい。このようにすることで、締結部材と蒸気通路との干渉を回避することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、蒸気タービンにおいて、車室内を区画する環状部材のオーバル変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施形態１に係る蒸気タービンの概略を示す斜視図である。
【図２】図２は、ロータの回転軸を含み、ＸＺ平面に平行な平面による図１の断面図である。
【図３】図３は、ロータの回転軸を含み、ＸＹ平面に平行な平面による図１の断面図である。
【図４】図４は、ロータの回転軸と直交する平面で実施形態１に係る環状部材を図１のＡで示す位置で切ったときの断面図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る環状部材の側面図である。
【図６】図６は、シミュレーションによって求めた、環状部材の熱変形による径方向の変位量を示した図である。
【図７】図７は、図６に示した環状部材の熱変形による変位量の評価位置を示した図である。
【図８−１】図８−１は、実施形態１に係る蒸気タービンの環状部材及び環状部材のロータの回転軸周りにおける位置を説明するための図である。
【図８−２】図８−２は、比較例に係る蒸気タービンの環状部材及び環状部材のロータの回転軸周りにおける位置を説明するための図である。
【図９】図９は、実施形態２に係る蒸気タービンの環状部材及び蒸気通路を含む断面図である。
【図１０】図１０は、実施形態３に係る蒸気タービンの環状部材及び蒸気通路を含む断面図である。
【図１１】図１１は、実施形態４に係る蒸気タービンの環状部材及び蒸気通路を含む断面図である。
【図１２】図１２は、実施形態５に係る蒸気タービンの環状部材及び蒸気通路を含む断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る蒸気タービンの概略を示す斜視図である。図２及び図３は、ロータの回転軸を含み、かつロータの回転軸と平行な平面で実施形態１に係る蒸気タービンを切ったときの断面図である。図４は、ロータの回転軸と直交する平面で実施形態１に係る環状部材を図１のＡで示す位置で切ったときの断面図である。
【００１６】
本実施形態では、ロータ３の回転軸Ｘｒと平行な方向をＸ方向、蒸気タービン２の設置面と直交し、かつ重力が作用する方向とは反対の方向をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向をＹ方向とする。
【００１７】
本実施形態において、蒸気タービン２は、蒸気によって駆動される第１タービンとしての高圧タービン１１ａと、高圧タービン１１ａに供給される蒸気よりも圧力が低い蒸気によって駆動される第２タービンとしての中圧タービン１１ｂとを備えている。高圧タービン１１ａは、蒸気通路７０ａから蒸気が供給されて駆動される。高圧タービン１１ａを駆動した後の蒸気は、図２に示す蒸気通路７０ｂに導かれて、中圧タービン１１ｂに供給されて、これを駆動する。中圧タービン１１ｂを駆動した後の蒸気は、蒸気タービン２の外部に排出されて、例えば、低圧タービンを駆動したりする。
【００１８】
このように、本実施形態では、蒸気タービン２は、高圧タービン１１ａを駆動した後の蒸気で中圧タービン１１ｂを駆動する。このため、中圧タービン１１ｂに供給される蒸気の圧力は、高圧タービン１１ａに供給される蒸気の圧力よりも低くなる。また、中圧タービン１１ｂは、高圧タービン１１ａを駆動した後の蒸気ではなく、他の蒸気発生源からの蒸気で駆動されてもよい。
【００１９】
本実施形態において、蒸気タービン２は、図１に示すように、ロータ３と、車室３０と、フランジ部６５を備える環状部材６０とを含む。車室３０は、ロータ３の回転軸Ｘｒの周囲に設けられた円筒状の構造体であり、内部にロータ３、環状部材６０、高圧タービン翼環４２ａ及び中圧タービン翼環４２ｂを格納する。高圧タービン翼環４２ａと、中圧タービン翼環４２ｂと、環状部材６０とは、車室３０とロータ３との間に配置されている。
【００２０】
図１から図３に示すように、ロータ３には、高圧タービン１１ａの動翼４１ａと、中圧タービン１１ｂの動翼４１ｂとが取り付けられる。高圧タービン１１ａの動翼４１ａの周囲には高圧タービン翼環４２ａが配置され、中圧タービン１１ｂの動翼４１ｂの周囲には中圧タービン翼環４２ｂが配置される。高圧タービン翼環４２ａ及び中圧タービン翼環４２ｂは、いずれも環状の構造体である。高圧タービン翼環４２ａ及び中圧タービン翼環４２ｂは、それぞれ内周面に静翼４０ａ、４０ｂが取り付けられている。高圧タービン翼環４２ａ及び中圧タービン翼環４２ｂは、いずれも車室３０の内壁３０Ｉに支持されている。
【００２１】
環状部材６０は、図４に示すように環状の部材である。環状部材６０は、図１から図３に示すように、車室３０の内部の高圧タービン１１ａと中圧タービン１１ｂとの間に配置されて、車室３０の内壁３０Ｉに支持される。このような構造により、環状部材６０は、車室３０の内部を高圧タービン１１ａ側と中圧タービン１１ｂ側とに区画する。環状部材６０は、図１から図４に示すように、貫通孔６０Ｈを有している。環状部材６０は、貫通孔６０Ｈをロータ３が貫通している。
【００２２】
図１から図３に示すように、ロータ３の外周部と環状部材６０の内周部とが対向している部分の少なくとも一部には、シール部５０が設けられている。シール部５０は、環状部材６０とロータ３との隙間を通って高圧タービン１１ａから中圧タービン１１ｂへ漏洩する蒸気の量を抑制する。シール部５０は、例えば、ラビリンスシールが用いられる。次に、環状部材６０の構造を、より詳細に説明する。
【００２３】
環状部材６０は、図４に示すように、第１部材６１と第２部材６３とを有する。環状部材６０は、第１部材６１と第２部材６３とを組み合わせて形成される。フランジ部６５は、環状部材６０の側部６０Ｓの一部からロータ３の径方向外側に向かって張り出した部分である。フランジ部６５は、ロータ３の回転軸Ｘｒに対して線対称の位置にそれぞれ配置されている。すなわち、本実施形態において、環状部材６０は、２個のフランジ部６５、６５を有している。
【００２４】
フランジ部６５は、第１部材６１と第２部材６３とが組み合わされて一体化される際に、両者を締結する締結部材としてのボルト９０が取り付けられる部分である。フランジ部６５は、環状部材６０の側部６０Ｓから径方向外側に張り出しているので、環状部材６０の他の部分と比較して、厚み（体積）が大きくなっている。
【００２５】
環状部材６０が有する第１部材６１及び第２部材６３は、ロータ３の回転軸Ｘｒに対応する貫通孔６０Ｈの中心軸を含み、かつこれに平行な平面で環状部材６０が二分割された、アーチ状の部材である。環状部材６０は、図４に示すように、第１部材６１と第２部材６３とが、環状部材６０の分割面に対応するそれぞれの端面６２Ｔ、６４Ｔで組み合わされて一体化されることによって形成される。
【００２６】
第１部材６１は、貫通孔６０Ｈの一部となる第１の凹部６１Ｈと、フランジ部６５の一部となる２個の第１フランジ部６２、６２とを有する。第２部材６３は、貫通孔６０Ｈの一部となる第２の凹部６３Ｈと、フランジ部６５の一部となる２個の第２フランジ部６４、６４とを有する。
【００２７】
２個の第１フランジ部６２、６２は、第１部材６１の側部６２Ｓに設けられ、かつ側部６２Ｓから離れる方向に向かって張り出している。このため、２個の第１フランジ部６２、６２は、ロータ３の回転軸Ｘｒに対応する貫通孔６０Ｈの中心軸を挟んで両側に配置される。
【００２８】
２個の第２フランジ部６４、６４は、第２部材６３の側部６４Ｓに設けられ、かつ側部６４Ｓから離れる方向に向かって張り出している。このため、２個の第２フランジ部６４、６４は、ロータ３の回転軸Ｘｒに対応する貫通孔６０Ｈの中心軸を挟んで両側に配置される。
【００２９】
第１部材６１と第２部材６３とは、第１フランジ部６２と第２フランジ部６４とがボルト９０で締結されることによって一体化される。両者が一体化されることにより、環状部材６０及び貫通孔６０Ｈが形成される。第１フランジ部６２と第２フランジ部６４とがボルト９０によって一体となることにより、環状部材６０のフランジ部６５が形成される。
【００３０】
本実施形態において、フランジ部６５は、蒸気タービン２に蒸気を供給する蒸気通路７０ａを有している。蒸気通路７０ａは、高圧タービン１１ａに供給される蒸気が通過する通路である。次に、フランジ部６５が有する蒸気通路７０ａについて説明する。
【００３１】
図５は、環状部材６０の側面図である。第１部材６１の第１フランジ部６２は、第１溝７２ａを有している。第２部材６３の第２フランジ部６４は、第２溝７４ａを有している。第１溝７２ａと第２溝７４ａとは、いずれも第１部材６１と第２部材６３との外側から内側に向かって延在している。
【００３２】
第１フランジ部６２と第２フランジ部６４とが組み合わされると、第１溝７２ａと第２溝７４ａとが組み合わされる。第１溝７２ａと第２溝７４ａとで囲まれる部分は蒸気通路７０ａとなる。このような構造により、フランジ部６５に蒸気通路７０ａが形成される。蒸気通路７０ａは、環状部材６０の外側と内側とを貫通している。図１、図３及び図５に示すように、第１フランジ部６２と第２フランジ部６４とを締結する複数のボルト９０は、蒸気通路７０ａとは異なる部分を締結する。このような構造により、ボルト９０は、蒸気通路７０ａとの干渉を回避することができる。
【００３３】
同一の材料で作製される環状部材６０は、周方向において、フランジ部６５の厚み（体積）が他の部分よりも大きいため、フランジ部６５の熱容量が他の部分よりも大きい。本実施形態では、熱容量が他の部分よりも大きいフランジ部６５が、蒸気通路７０ａを有している。このような構造により、環状部材６０は、フランジ部６５の蒸気通路７０ａからのみ高圧タービン１１ａに蒸気を供給し、フランジ部６５以外の部分からは高圧タービン１１ａに蒸気を供給しない。
【００３４】
蒸気タービン２は、環状部材６０がフランジ部６５に蒸気通路７０ａを有するため、高圧タービン１１ａに供給される前において最も温度が高い蒸気でフランジ部６５を加熱することができる。また、環状部材６０は、フランジ部６５以外の部分からは蒸気が供給されないので、フランジ部６５以外の部分は、フランジ部６５を加熱することにより温度が低下した蒸気が接触する。このため、環状部材６０は、他の部分よりも熱容量が大きい結果、運転中に他の部分よりも温度が低くなるフランジ部６５の温度低下が抑制されるとともに、他の部分の温度上昇が抑制される。その結果、環状部材６０は、熱容量が他の部分よりも大きいフランジ部６５の温度と、フランジ部６５以外の温度との差が小さくなる。すると、環状部材６０は、フランジ部６５とフランジ部６５以外とで、熱変形の大きさの差も小さくなる。
【００３５】
すなわち、フランジ部６５とフランジ部６５以外との温度差が小さくなると、環状部材６０の周方向における温度のばらつきが低減されるので、環状部材６０は、周方向の各部における熱変形量の差が小さくなる。その結果、環状部材６０は、フランジ部６５以外の変形量がフランジ部６５の変形量よりも大きくなることに起因するオーバル変形が抑制される。
【００３６】
蒸気タービン２の運転中において、環状部材６０のオーバル変形が抑制されると、ロータ３が貫通する環状部材６０の貫通孔６０Ｈは、楕円形への変形が抑制されて円形に近い形状が維持される。すると、環状部材６０は、オーバル変形により楕円形になっていた貫通孔６０Ｈの長径が小さくなるので、オーバル変形による貫通孔６０Ｈとロータ３との隙間の増加が抑制される。その結果、蒸気タービン２は、貫通孔６０Ｈとロータ３との隙間を通して、高圧タービン１１ａ側から中圧タービン１１ｂ側へ漏洩する蒸気の量が低減されるので、効率（熱効率）の低下が抑制される。
【００３７】
高圧タービン１１ａへ蒸気を供給する蒸気通路７０ａの大きさ、形状、数又は位置等は、前述した例には限定されない。
【００３８】
（評価例）
本実施形態の蒸気タービン２が有する環状部材６０の熱変形を、コンピュータを用いたシミュレーションにより評価した。
【００３９】
図６は、シミュレーションによって求めた、環状部材の熱変形による径方向の変位量を示した図である。図７は、図６に示した環状部材の熱変形による変位量の評価位置を示した図である。図８−１は、実施形態１に係る蒸気タービン２の環状部材６０及び環状部材６０のロータ３の回転軸Ｘｒ周りにおける位置を説明するための図である。図８−２は、比較例に係る蒸気タービンの環状部材及び環状部材のロータの回転軸周りにおける位置を説明するための図である。
【００４０】
図６は、実施形態１の環状部材６０及び比較例の環状部材１６０の、定常運転時における径方向の変位量Δｒを示した図である。比較例の環状部材１６０も、実施形態１の環状部材６０と同様に、貫通孔１６０Ｈを有している。変位量Δｒは、熱流動解析から求めた熱伝達率を用いて行った熱伝導解析の結果から求められた温度分布を、熱変形解析に適用して算出された。熱伝導解析及び熱変形解析には、有限要素法（ＦＥＭ：Finite  Element  Method）を用いた。図６の実線Ｃは、実施形態１の環状部材６０の解析結果であり、点線Ｄは、比較例に係る環状部材１６０の解析結果である。図６の縦軸は、図７に示す評価位置Ｐにおける環状部材６０、１６０の径方向の変位量Δｒである。変位量Δｒは、評価位置Ｐを通り、かつ回転軸Ｘｒと直交する貫通孔６０Ｈ、１６０Ｈの断面内における径方向の変位量である。変位量Δｒは、定常運転時における貫通孔６０Ｈ、１６０Ｈの半径ｒ２と、冷間時における貫通孔６０Ｈ、１６０Ｈの半径ｒ１との差である（Δｒ＝ｒ２−ｒ１）。
【００４１】
図６の横軸は、環状部材６０、１６０の周方向の位置、すなわちロータ３の回転軸Ｘｒ周りの位置である。環状部材６０、１６０の周方向の位置は、図８−１及び図８−２に示すように、回転軸Ｘｒを中心とした角度θで示されている。角度θは、Ｚ軸の＋側を基準（０°）とした。環状部材６０、１６０は、いずれもθが９０°及び２７０°の位置にフランジ部６５、１６５を有する。実施形態１の環状部材６０は、図８−１に示すように、θが９０°及び２７０°の位置に蒸気通路７０ａを有する。比較例の環状部材１６０は、図８−２に示すように、θが０°及び１８０°の位置に蒸気通路１７０ａを有する。
【００４２】
図６の解析結果から、実施形態１の環状部材６０は、比較例の環状部材１６０に比べ、周方向における変位量Δｒの差が小さくなった。すなわち、定常運転時における実施形態１の環状部材６０は、比較例の環状部材１６０よりも円に近い形状になったと言える。すなわち、図６の解析結果から、実施形態１の環状部材６０は、比較例の環状部材１６０よりもオーバル変形が抑制されていることが確認できた。なお、この解析結果から、定常運転時における実施形態１の環状部材６０の形状は図８−１の点線Ｍで示すようになり、比較例の環状部材１６０の形状は、図８−２の点線Ｎで示すようになると予測される。
【００４３】
本評価から、環状部材６０を備えた蒸気タービン２は、比較例の環状部材１６０よりも環状部材６０のオーバル変形が抑制された結果、環状部材６０とロータ３との隙間から漏洩する蒸気の量が少なくなったため、効率（熱効率）が高くなったと考えられる。
【００４４】
以上、本実施形態において、蒸気タービン２は、フランジ部６５に、高圧タービン１１ａに供給される蒸気が通過する蒸気通路７０ａを有するので、環状部材６０のオーバル変形が抑制される。その結果、蒸気タービン２は、オーバル変形に起因する貫通孔６０Ｈとロータ３との隙間の増加を抑制できるので、高圧タービン１１ａ側から中圧タービン１１ｂ側への蒸気の漏洩量が低減され、効率低下を抑制することができる。本実施形態の構成は、以下の実施形態においても適宜適用することができる。また、本実施形態の構成を備えるものは、本実施形態と同様の作用及び効果を奏する。
【００４５】
（実施形態２）
図９は、実施形態２に係る蒸気タービンの環状部材６０ｃ及び蒸気通路７０ａを含む断面図である。環状部材６０ｃのフランジ部６５ｃは、第１フランジ部６２ｃと第２フランジ部６４ｃとの少なくとも一方が、蒸気導入穴８０を有する。蒸気導入穴８０は、貫通孔６０Ｈｃの内面６０ＨＩに開口して、自身の内部に蒸気を導入する。実施形態２では、第１フランジ部６２ｃと第２フランジ部６４ｃとの両方がそれぞれ蒸気導入穴８０を有している。蒸気導入穴８０は、フランジ部６５ｃを貫通していない。このようにすることで、蒸気導入穴８０を通って高圧タービン１１ａに供給される蒸気が車室３０と環状部材６０ｃとの間の空間に漏れることを抑制できる。
【００４６】
蒸気導入穴８０には、貫通孔６０Ｈｃから高圧タービン１１ａに供給される蒸気の一部が導入される。このため、蒸気導入穴８０を有する環状部材６０ｃは、蒸気通路７０ａを通過する蒸気の熱に加え、蒸気導入穴８０の内部に導入された蒸気の熱を利用できるため、実施形態１の環状部材６０よりもフランジ部６５ｃを効率的に加熱することができる。すると、フランジ部６５ｃの温度は環状部材６０ｃの他の部分の温度により近くなるので、環状部材６０ｃの周方向における温度分布のばらつきが実施形態１よりも小さくなる。その結果、環状部材６０ｃの周方向各部の熱変形量は、実施形態１よりも均一になるので、環状部材６０ｃのオーバル変形が抑制され、環状部材６０ｃとロータ３ｃとの隙間の増大が抑制される。その結果、環状部材６０ｃを有する蒸気タービンは、環状部材６０ｃとロータ３ｃとの隙間から蒸気が漏洩することによる効率の低下が、実施形態１よりもさらに抑制される。蒸気導入穴８０の数、位置、大きさ及び形状等の少なくとも１つは、適宜変更されてもよい。
【００４７】
本実施形態の構成は、以下の実施形態においても適宜適用することができる。また、本実施形態の構成を備えるものは、本実施形態と同様の作用及び効果を奏する。
【００４８】
（実施形態３）
図１０は、実施形態３に係る蒸気タービンの環状部材６０ｄ及び蒸気通路７０ａを含む断面図である。環状部材６０ｄのフランジ部６５ｄは、第１フランジ部６２ｄ及び第２フランジ部６４ｄのうち、第２フランジ部６４ｄが蒸気通路７０ａを有する。実施形態３は、第１フランジ部６２ｄに比べて第２フランジ部６４ｄの熱容量が大きく、第２フランジ部６４ｄの温度が第１フランジ部６２ｄよりも低くなる場合に、第２フランジ部６４ｄを効果的に加熱することができる。すると、フランジ部６５ｄ、特に第２フランジ部６４ｄの温度が環状部材６０ｄの第２フランジ部６４ｄ以外の部分の温度に近づくので、環状部材６０ｄの周方向における温度分布のばらつきが小さくなる。したがって、環状部材６０ｄの周方向各部の熱変形量はより均一になるので、環状部材６０ｄのオーバル変形が抑制され、環状部材６０ｄとロータ３ｄとの隙間の増大が抑制される。結果として、環状部材６０ｄを有する蒸気タービンは、環状部材６０ｄとロータ３ｄとの隙間から蒸気が漏洩することによる効率の低下が抑制される。
【００４９】
また、第２フランジ部６４ｄは、自身の熱容量が大きい場合、前述した蒸気導入穴８０を有していてもよい。このようにすれば、第２フランジ部６４ｄが多くの蒸気によって加熱されるので、第２フランジ部６４ｄの熱容量が大きい場合であっても、第２フランジ部６４ｄの温度低下を効果的に抑制できる。さらに、第２フランジ部６４ｄが蒸気通路７０ａを有し、第１フランジ部６２ｄが前述した蒸気導入穴８０を有していてもよい。
【００５０】
実施形態３は、第２フランジ部６４ｄが蒸気通路７０ａを有するが、第１フランジ部６２ｄが蒸気通路７０ａを有していてもよい。このようにすると、例えば、第２フランジ部６４ｄに比べて第１フランジ部６２ｄの熱容量が大きく、第１フランジ部６２ｄの温度が第２フランジ部６４ｄよりも低くなる場合に、第１フランジ部６２ｄを効果的に加熱することができる。第１フランジ部６２ｄが蒸気通路７０ａを有する場合、第２フランジ部６４ｄが前述した蒸気導入穴８０を有していてもよい。また、第１フランジ部６２ｄは、自身の熱容量が大きい場合、前述した蒸気導入穴８０を有していてもよい。このようにすれば、第１フランジ部６２ｄが多くの蒸気によって加熱されるので、第１フランジ部６２ｄの熱容量が大きい場合であっても、第１フランジ部６２ｄの温度低下を効果的に抑制できる。
【００５１】
本実施形態の構成は、以下の実施形態においても適宜適用することができる。また、本実施形態の構成を備えるものは、本実施形態と同様の作用及び効果を奏する。
【００５２】
（実施形態４）
図１１は、実施形態４に係る蒸気タービンの環状部材６０ｆ及び蒸気通路７０ａを含む断面図である。環状部材６０ｆのフランジ部６５ｆは、第１フランジ部６２ｆ及び第２フランジ部６４ｆの両方が蒸気通路７０ａを有する。このような構造により、フランジ部６５ｆは、実施形態１のフランジ部６５よりも効果的に加熱される。すると、フランジ部６５ｆの温度が環状部材６０ｆの他の部分の温度により近くなるので、環状部材６０ｆの周方向における温度分布のばらつきは、実施形態１よりも小さくなる。したがって、環状部材６０ｆの周方向各部の熱変形量は実施形態１よりも均一になるので、環状部材６０ｆのオーバル変形が抑制され、環状部材６０ｆとロータ３ｆとの隙間の増加が抑制される。その結果、環状部材６０ｆを有する蒸気タービンは、環状部材６０ｆとロータ３ｆとの隙間から蒸気が漏洩することによる効率の低下が、実施形態１よりもさらに抑制される。
【００５３】
第１フランジ部６２ｆと第２フランジ部６４ｆとの少なくとも一方は、前述した蒸気導入穴８０を有していてもよい。例えば、第１フランジ部６２ｆと第２フランジ部６４ｆとのうち、熱容量がより大きい方が、蒸気導入穴８０を備えていてもよい。このようにすれば、蒸気通路７０ａの通路断面積が第１フランジ部６２ｆと第２フランジ部６４ｆとで同一であっても、熱容量の大きい方に、蒸気によってより多くの熱量を与えることができる。すると、第１フランジ部６２ｆと第２フランジ部６４ｆとで熱容量が大きく異なる場合、蒸気通路７０ａの設計を変更せずに両者の温度を同程度にすることができる。その結果、第１フランジ部６２ｆと第２フランジ部６４ｆとで熱容量が大きく異なる場合であっても、フランジ部６５ｆの熱変形量を均一にすることができる。
【００５４】
本実施形態の構成は、以下の実施形態においても適宜適用することができる。また、本実施形態の構成を備えるものは、本実施形態と同様の作用及び効果を奏する。
【００５５】
（実施形態５）
図１２は、実施形態５に係る蒸気タービンの環状部材６０ｇ及び蒸気通路７０ａを含む断面図である。環状部材６０ｇは、環状部材６０ｇが有する貫通孔６０Ｈｇの貫通方向と平行な軸、すなわちロータ３ｇの回転軸Ｘｒｇに対して線対称の位置に、一方のフランジ部６５ｇ１と他方のフランジ部６５ｇ２とが配置される。一方のフランジ部６５ｇ１と他方のフランジ部６５ｇ２とにおいては、第１フランジ部６２ｇと第２フランジ部６４ｇとのうち、ロータ３ｇの回転方向側の方が蒸気通路７０ａを有する。
【００５６】
ロータ３ｇは、図１２に示す矢印Ｒで示す方向に回転する。実施形態５では、一方のフランジ部６５ｇ１においては、ロータ３ｇがＺ軸の＋側に向かう方、すなわち第１フランジ部６２ｇが、他方のフランジ部６５ｇ２においては、ロータ３ｇがＺ軸の−側に向かう方、すなわち第２フランジ部６４ｇがロータ３ｇの回転方向側になる。ロータ３ｇの回転方向が図１２に示す矢印Ｒとは反対方向である場合、一方のフランジ部６５ｇ１においては、第２フランジ部６４ｇが、他方のフランジ部６５ｇ２においては、第１フランジ部６２ｇがロータ３ｇの回転方向側になる。
【００５７】
実施形態５は、第１フランジ部６２ｇと第２フランジ部６４ｇとのうち、ロータ３ｇの回転方向側の方にのみ蒸気通路７０ａを設けることで、ロータ３ｇの回転方向に沿って蒸気が流れる。その結果、実施形態５では、蒸気通路７０ａを通過する蒸気の熱を利用してフランジ部６５ｇ１、６５ｇ２を加熱し、オーバル変形を抑制することに加え、導入される蒸気の圧損を低減でき、効率向上につながる。
【００５８】
本実施形態の構成を備えるものは、本実施形態と同様の作用及び効果を奏する。
【００５９】
以上、実施形態１から実施形態５について説明したが、上述した内容により実施形態１〜５が限定されるものではない。また、上述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、上述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、実施形態１から実施形態５の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００６０】
３、３ｃ、３ｄ、３ｆ、３ｇ  ロータ
３０  車室
６０、１６０  環状部材
６１  第１部材
６３  第２部材
６０Ｈ、１６０Ｈ、６０Ｈｃ、６０Ｈｇ  貫通孔
６５、６５ｃ、６５ｄ、６５ｆ、６５ｇ１、６５ｇ２  フランジ部
６２、６２ｃ、６２ｄ、６２ｆ、６２ｇ  第１フランジ部
６４、６４ｃ、６４ｄ、６４ｆ、６４ｇ  第２フランジ部
７０ａ、７０ｂ  蒸気通路
８０  蒸気導入穴
【図１】
2015010535.tif 000003
【図２】
2015010535.tif 000004
【図３】
2015010535.tif 000005
【図４】
2015010535.tif 000006
【図５】
2015010535.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015010535.tif 000009
【図８−１】
2015010535.tif 000010
【図８−２】
2015010535.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2015010535.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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