(57)【要約】【課題】  小型化を図ることができるとともに、性能の低下を防止することができる軸流タービンを提供する。【解決手段】  筐体３と、筐体３内に回転可能に支持された回転軸５と、回転軸５に設けられた円板部７と、円板部７の外周側端面に設けられた動翼９と、筐体３から動翼９に向けて高温の作動流体を噴出させ、回転軸５と円板部７と動翼９とを回転させる噴出部１１と、動翼９を通過して温度が低下した作動流体を、作動流体の噴出方向に対して、円板部７における上流側の面２１に導く冷却流路１７と、冷却流路１７を通過した作動流体を、作動流体の噴出方向に対して、円板部７よりも下流側に導く案内流路１９と、が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図１
2007205221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
該筐体内に回転可能に支持された回転軸と、
該回転軸に設けられた円板部と、
該円板部の外周側端面に設けられた動翼と、
前記筐体から該動翼に向けて高温の作動流体を噴出させ、前記回転軸と前記円板部と前記動翼とを回転させる噴出部と、
前記動翼を通過して温度が低下した作動流体を、前記作動流体の噴出方向に対して、前記円板部における上流側の面に導く冷却流路と、
該冷却流路を通過した作動流体を、前記作動流体の噴出方向に対して、前記円板部よりも下流側に導く案内流路と、が設けられていることを特徴とする軸流タービン。
【請求項２】
前記案内流路が前記円板部に設けられた貫通孔であって、前記回転軸の中心軸線と略平行に延びる貫通孔であることを特徴とする請求項１記載の軸流タービン。
【請求項３】
前記案内流路が前記円板部に設けられた貫通孔であって、前記作動流体の噴出方向に向かって、半径方向外周方向に延びる貫通孔であることを特徴とする請求項１記載の軸流タービン。
【請求項４】
前記案内流路が、前記円板部および前記動翼にわたって設けられた貫通孔であって、
前記案内流路の一方の開口端が、前記円板部における前記上流側の面に設けられ、他方の開口端が、前記動翼における半径方向外周側の端面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。
【請求項５】
前記案内流路が、前記筐体に設けられた貫通孔であって、
前記案内流路における一方の開口端が、前記筐体における前記円板部の上記上流側の面と対向する対向面に設けられ、他方の開口端が、前記作動流体の噴出方向に対して、前記筐体における前記円板部よりも下流側の面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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、大出力を発生し、高回転数で運転される軸流タービンの場合、ロータディスク部には回転による遠心力が働き、遠心力による高い応力がロータディスク部に発生する。ロータディスク部の内周側の部分は、ロータディスク部の外周側の部分に作用する遠心力を支えている。そのため、ロータディスク部は半径方向内周側に向かうにつれて、軸方向の幅が大きくなるように設計され、このように設計することにより、ロータディスク部における半径方向の応力分布を均一に近づけている。
一般に、軸流タービンなどの回転機械は、設置スペースの制約からコンパクトに設計されることが求められ、上述のようにロータディスク部における軸方向の幅は小さいほうが好ましい。
【０００３】
上述のように、軸流タービンにおけるロータディスク部をコンパクトに設計する上で、材料の強度が制約条件になる。タービンが高温環境下で作動する場合、材料の降伏応力による制限よりも、ロータディスク部のクリープによる歪みの限度が設計条件としては厳しくなる。なお、クリープとは、ロータディスク部などの構造部材が、高温の作動流体に晒される等により高温になった状態で、上記降伏応力よりも低い応力により塑性変形することをいう。つまり、クリープによるロータディスクの歪みによって、動翼と軸流タービンのケーシングとが接触しないように設計することが求められる。
一般的に、クリープを考慮に入れた設計を行った場合、設計寿命にもよるが、設計許容応力は上記降伏応力よりも大幅に低くなる。そのため、ロータディスク部に発生する応力を下げるため、ロータディスク部における軸方向の幅を大きくせざるを得ず、ロータディスク部の設計上、非常に不利となるという問題があった。
この問題を回避するため、ロータディスク部にポンピングホールと呼ばれる貫通孔を設けてロータディスク部を冷却する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−１４５７０７号公報  （第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１においては、ロータディスク部にポンピングホールが形成された蒸気タービンの構成が開示されている。
ポンピングホールは、ロータディスク部に設けられた軸方向に延びる略直線状の貫通孔であって、一方の開口端が半径方向内周側に設けられ、他方の開口端が半径方向外周側に設けられたものである。ロータディスク部が回転すると、ポンピングホール内の流体には遠心力が働く。遠心力が作用する流体は、ポンピングホール内を他方の開口端に向かって移動し、他方の開口端から流出する。一方、一方の開口端からは、外部の流体がポンピングホール内に流入し、他方の開口端に向かって流れる。つまり、ポンピングホールは、一方の開口端から他方の開口端に向かって流体を汲み上げることができる。
【０００５】
蒸気タービンなどのタービンにおいては、動翼に向かって噴出する作動流体の持つ熱エネルギを、動翼で取り出して駆動力に変換している。そのため、動翼の上流側と下流側とを比較すると、下流側の作動流体の温度が低くなっている。
動翼はロータディスク部の半径方向外周側の端面に設けられているため、ロータディスク部は動翼上流側において高温の作動流体と接触し、動翼下流側において低温の作動流体と接触している。
【０００６】
そこで、ポンピングホールの一方の開口端を上記動翼上流側に設け、他方の開口端を上記動翼下流側に設けることにより、ポンピングホール内に温度の低い下流側の作動流体を流すことができる。このように、ポンピングホールを用いて温度の低い下流側の作動流体をくみ上げることにより、温度の低い作動流体を用いて、ロータディスク部の上記動翼上流側の面を冷却することができた。
その結果、ロータディスク部のクリープを抑制することができ、蒸気タービンの小型化を図ることができた。
一般に、ロータディスク部は、ポンピングホールを設けない場合、上記動翼上流側の作動流体温度に基づいて定まるクリープ特性と、上記動翼上流側の作動流体温度に基づいて定まるクリープ特性との、中間的な値を用いて設計されている。このうち、上記動翼上流側の作動流体温度に基づいて定まるクリープ特性が改善されるため、ロータディスク部の小型化を図ることができた。
【０００７】
なお、ポンピングホールは、上記動翼上流側と下流側との圧力差が小さい衝動型タービンに用いることが望ましい。上記圧力差が大きくなるとポンピングホールによる流体の汲み上げが困難になるからである。
【０００８】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の蒸気タービンにおいては、ポンピングホールにより、動翼の上流側に汲み上げられた低温の作動流体が、再度、動翼の翼間流路に流入していた。このように、動翼への作動流体の流れに、ポンピングホールに汲み上げられた流体が流入すると、タービンの性能が低下するという問題があった。特に、動翼の上流側から下流側にかけて静圧落差が小さい衝動型タービンにおいては、性能の低下が大きくなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、小型化を図ることができるとともに、性能の低下を防止することができる軸流タービン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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の軸流タービンは、筐体と、該筐体内に回転可能に支持された回転軸と、該回転軸に設けられた円板部と、該円板部の外周側端面に設けられた動翼と、前記筐体から該動翼に向けて高温の作動流体を噴出させ、前記回転軸と前記円板部と前記動翼とを回転させる噴出部と、前記動翼を通過して温度が低下した作動流体を、前記作動流体の噴出方向に対して、前記円板部における上流側の面に導く冷却流路と、該冷却流路を通過した作動流体を、前記作動流体の噴出方向に対して、前記円板部よりも下流側に導く案内流路と、が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、軸流タービンに冷却流路および案内流路が設けられているため、軸流タービンの小型化を図るとともに、性能低下を防止することができる。
案内流路は、冷却流路を通過した後の低温の作動流体を、円板部よりも下流側に導くため、動翼に冷却流路を通過した低温の作動流体が流入することを防止することができる。そのため、案内流路は、噴出部から噴出された高温の作動流体以外の作動流体が、動翼に流入することによる軸流タービンの性能低下を防止することができる。
冷却流路は、動翼を通過して温度が低下した作動流体を、円板部における上流側の面側に導くため、円板部における上流側の面を冷却することができる。円板部を冷却することにより、円板部のクリープを抑制することができる。その結果、円板部を小型化することができ、軸流タービンの小型化を図ることができる。
【００１２】
上記発明においては、前記案内流路が前記円板部に設けられた貫通孔であって、前記回転軸の中心軸線と略平行に延びる貫通孔であることが望ましい。
【００１３】
本発明によれば、案内流路が円板部に設けられた貫通孔であるため、冷却流路を通過した作動流体を、動翼を通過させることなく、円板部よりも下流側に導くことができる。
円板部における、作動流体の噴出方向に対する上流側の面は、噴出部から噴出された高圧の作動流体と接している。一方、円板部における下流側の面は、動翼を通過して圧力が低下した作動流体と接している。円板部における上流側の面と下流側の面とに接する作動流体の圧力差により、案内流路には、上流側から下流側に向かって作動流体が流れる。その中には、冷却流路を通過した作動流体も含まれている。
案内流路は、回転軸の中心軸線と略平行に延びる貫通孔であるため、中心軸線に対して交差する方向に延びる貫通孔を形成する場合と比較して、容易に案内流路を形成することができる。
案内流路は貫通孔であるため、例えば、ドリル等による加工が可能であり、容易に形成することができる。
【００１４】
上記発明においては、前記案内流路が前記円板部に設けられた貫通孔であって、前記作動流体の噴出方向に向かって、半径方向外周方向に延びる貫通孔であることが望ましい。
【００１５】
本発明によれば、案内流路が円板部に設けられた貫通孔であるため、冷却流路を通過した作動流体を、動翼を通過させることなく、円板部よりも下流側に導くことができる。
円板部における、作動流体の噴出方向に対する上流側の面は、噴出部から噴出された高圧の作動流体と接している。一方、円板部における下流側の面は、動翼を通過して圧力が低下した作動流体と接している。円板部における上流側の面と下流側の面とに接する作動流体の圧力差により、案内流路には、上流側から下流側に向かって作動流体が流れる。その中には、冷却流路を通過した作動流体も含まれている。
案内流路は、作動流体の噴出方向に向かって、半径方向外周方向に延びる貫通孔であるため、円板部が回転すると、作動流体を上記噴出方向に向かって汲み上げることができる。円板部が回転すると、案内流路内の作動流体も回転し作動流体に遠心力が作用する。案内流路は、上記噴出方向に向かって半径方向外周方向に傾斜しているため、遠心力が作用した作動流体は上記噴出方向に向かって流れる。そのため、円板部の上流側の面に接する作動流体と、下流側の面に接する作動流体との間の圧力差が小さい場合でも、作動流体を上記噴出方向に汲み上げることができる。
案内流路は貫通孔であるため、例えば、ドリル等による加工が可能であり、容易に形成することができる。
【００１６】
上記発明においては、前記案内流路が、前記円板部および前記動翼にわたって設けられた貫通孔であって、前記案内流路の一方の開口端が、前記円板部における前記上流側の面に設けられ、他方の開口端が、前記動翼における半径方向外周側の端面に設けられていることが望ましい。
【００１７】
本発明によれば、案内流路が円板部および動翼にわたって設けられた貫通孔であるため、冷却流路を通過した作動流体を、動翼を通過させることなく、円板部よりも下流側に導くことができる。
案内流路の一方の開口端が、円板部における上流側の面に設けられ、他方の開口端が動翼における半径方向外周側の端面に設けられているため、円板部が回転すると、案内流路内の作動流体には遠心力が作用する。遠心力が作用した作用流体は半径方向外側に向かって移動し、動翼に設けられた他方の開口端から流出する。一方、他方の開口端からは、冷却流路を通った作動流体が流入する。
案内流路を円板部の外周側端面に設けられた動翼と、円板部とにわたって設けているため、円板部の強度低下を防止することができるとともに、小型化することができる。案内流路を動翼と円板部とにわたって設けるため、案内流路は、必然的に円板部の半径方向外周側に形成される。つまり、案内流路は円板部の半径方向内周側の領域には形成されないため、案内流路を当該領域に形成することによる半径方向内周側の領域における応力上昇を防止できる。そのため、円板部の当該領域における強度低下を防止するとともに、円板部の小型化を図ることができる。
動翼に貫通孔である案内流路が設けられているため、動翼の重量を軽減することができる。動翼の重量が軽減されたことにより、回転軸が回転した際に動翼に働く遠心力が小さくなる。動翼に働く遠心力が小さくなると、それを支える円板部に働く力も小さくなり、円板部の小型化を図ることができる。
【００１８】
上記発明においては、前記案内流路が、前記筐体に設けられた貫通孔であって、
前記案内流路における一方の開口端が、前記筐体における前記円板部の上記上流側の面と対向する対向面に設けられ、他方の開口端が、前記作動流体の噴出方向に対して、前記筐体における前記円板部よりも下流側の面に設けられていることが望ましい。
【００１９】
本発明によれば、案内流路が筐体に設けられているため、冷却流路を通過した作動流体を、動翼を通過させることなく、円板部よりも下流側に導くことができる。
案内流路の一方の開口部が設けられた対向面は、噴出部から噴出した高温の作動流体と接している。一方、他方の開口部が設けられた上記下流側の面は、動翼を通過して圧力が低下した作動流体と接している。そのため、対向面に接する作動流体と、上記下流側の面と接する作動流体との間の差圧により、冷却流路を通過した作動流体は、案内流路に流入して、円板部よりも下流側に導かれる。
案内流路が筐体に設けられているため、円板部に案内流路が形成されている場合と比較して、円板部における応力上昇を抑制することができ、円板部の強度低下を防止することができるとともに、小型化することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の軸流タービンによれば、軸流タービンに冷却流路および案内流路が設けられているため、軸流タービンの小型化を図るとともに、性能低下を防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態にかかる軸流タービンについて図１および図２を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る軸流タービンの構成を説明する部分断面図である。
本実施形態における軸流タービン１は、いわゆる衝動型タービンである。軸流タービン１は、図１に示すように、ケーシング（筐体）３と、ケーシング３内の回転可能に配置された回転軸５と、回転軸５に設けられた円板状のロータディスク（円板部）７と、ロータディスク７の半径方向外周側の円周面に設けられた複数の動翼９とを備えている。
【００２２】
ケーシング３は、内部に回転軸５、ロータディスク７および動翼９が回転する空間が形成された部材である。ケーシング３には、高温の作動流体（例えば蒸気）を動翼９に向けて噴出する噴出部１１が設けられている。
噴出部１１は、作動流体が供給される供給流路１３と、翼列からなるノズル１５とを備えている。ノズル１５は、ケーシング３における動翼９と対向する位置に設けられている。
回転軸５は、ケーシング３内に中心軸線周りに回転可能に支持された、円柱状の部材である。
【００２３】
ロータディスク７は回転軸５に設けられた円板状の部材であり、その外周面には複数の動翼９が配置されている。ロータディスク７は、半径方向内周側に向かうにつれて、上記中心軸線方向の幅寸法が長くなるように形成されている。
ロータディスク７は、図１に示すように、複数の動翼９と、ポンピングホール（冷却流路）１７と、逃がし孔（案内流路）１９とを備えている。
複数の動翼９は、噴出部１１から噴出された高温の作動流体の熱エネルギを、回転軸５の回転駆動力に変換するものである。複数の動翼９は、ロータディスク７の半径方向外周側の円周面に、等間隔に配置されたものである。動翼９としては、公知の物を用いることができ、特に限定されるものではない。
【００２４】
ポンピングホール１７は、図１に示すように、動翼９を通過した作動流体を、ロータディスク７における上流側の面２１に導くものである。ポンピングホール１７は、ロータディスク７に円周上に等間隔に形成された貫通孔であって、逃がし孔１９よりも半径方向外周側に設けられている。ポンピングホール１７における作動流体の流入口２５は、ロータディスク７における下流側の面２３に設けられ、流出口２７は、上流側の面２１に設けられている。流出口２７は、流入口２５よりも半径方向外周側に設けられている。そのため、ポンピングホール１７は、作動流体の噴出方向（図１の左方向）に向かって、半径方向内周側に向かう傾斜した貫通孔となっている。
【００２５】
逃がし孔１９は、図１に示すように、ポンピングホール１７を通過した作動流体を、再び、ロータディスク７よりも下流側に導くものである。逃がし孔１９は、ロータディスク７に円周上に等間隔に形成された貫通孔であって、ポンピングホール１７よりも半径方向内周側に設けられている。逃がし孔１９における作動流体の流入口（他方の開口端）２９は、ロータディスク７における上流側の面２１に設けられ、流出口（一方の開口端）３１は、下流側の面２３に設けられている。逃がし孔１９は、回転軸５の中心軸線と略平行に延びる貫通孔となっている。
なお、逃がし孔１９の形成位置としては、ロータディスク７における半径方向外周側に近い領域が好ましい。ロータディスク７における半径方向内周側の領域は、ロータディスク７における半径方向外周側の部分および動翼９に働く遠心力によって、応力が発生している。この領域を外して逃がし孔１９を形成することにより、ロータディスク７における半径方向内周側の応力上昇を抑制することができる。その結果、ロータディスク７の強度低下を防止して、ロータディスク７の大型化を防止することができる。
【００２６】
次に、上記の構成からなる軸流タービン１における作動流体の流れについて説明する。
噴出部１１の供給流路１３に供給された高温の作動流体は、図１に示すように、ノズル１５から動翼９に向けて噴出される。ノズル１５から噴出された作動流体の主流は、動翼９の動翼間流路を通過する際に、作動流体の持つ熱エネルギの一部を用いて動翼９を回転駆動させる。動翼９の動翼間流路を通過した作動流体は、熱エネルギの一部を放出するため、温度が低下している。
動翼９において、熱エネルギから変換された回転駆動力は、ロータディスク７を介して回転軸５に伝えられる。回転軸５は、回転駆動力を外部に伝達し、さまざまな仕事を行う。例えば、減速機等を介して接続されたスクリューを水中で回転させ、船舶などに推進力を与えている。
【００２７】
一方、ロータディスク７が回転すると、ロータディスク７に設けられたポンピングホール１７と、ポンピングホール１７内の作動流体も回転する。ポンピングホール１７内の作動流体には回転による遠心力が働き、作動流体は半径方向外周側に移動しようとする。ポンピングホール１７は、上流側の面２１に向かって半径方向外周側に傾斜する貫通孔であるため、半径方向外周側に向かう作動流体は、ポンピングホール１７の傾斜に沿って、上流側の面２１に向かう。上流側の面２１に向かった作動流体は、流出口２７から流出する。
また、流入口２５には、ポンピングホール１７内の作動流体の移動に伴い、動翼９を通過した低温の作動流体がポンピングホール１７内に流入する。そのため、ロータディスク７が回転する限り、低温の作動流体が流入口２５からポンピングホール１７に流入し、流出口２７から流出した低温の作動流体は、ロータディスク７の上流側の面２１を冷却する。
【００２８】
ロータディスク７の上流側の面２１とケーシング３との間の空間には、噴出部１１から噴出された高温の作動流体の一部が満たされている。この高温の作動流体の静圧は、動翼９を通過した低温の作動流体の静圧よりも高い。
そのため、ポンピングホール１７によりロータディスク７の上流側の面２１側に汲み上げられた流体は、上記両静圧の圧力差により、逃がし孔１９の流入口２９に流入し、流出口３１からロータディスク７の下流側の面２３側に流出する。
【００２９】
上記の構成によれば、ロータディスク７にポンピングホール１７および逃がし孔１９が設けられているため、軸流タービン１の小型化を図るとともに、性能低下を防止することができる。
逃がし孔１９は、ポンピングホール１７を通過した後の低温の作動流体を、ロータディスク７よりも下流側に導くため、動翼９にポンピングホール１７を通過した低温の作動流体が流入することを防止することができる。そのため、逃がし孔１９は、噴出部１１から噴出された高温の作動流体以外の作動流体が、動翼９に流入することによる軸流タービン１の性能低下を防止することができる。
ポンピングホール１７は、動翼９を通過して温度が低下した作動流体を、ロータディスク７における上流側の面２１側に導くため、ロータディスク７における上流側の面２１を冷却することができる。ロータディスク７を冷却することにより、ロータディスク７のクリープを抑制することができる。その結果、ロータディスク７を小型化することができ、軸流タービン１の小型化を図ることができる。
逃がし孔１９は直線状に形成された貫通孔であるため、例えば、ドリル等による加工が可能であり、容易に形成することができる。
【００３０】
図２は、図１の軸流タービンの他の実施例の構成を説明する部分断面図である。
なお、上述のように、逃がし孔１９が、回転軸５の中心軸線と略平行に形成されていてもよいし、図２に示すように、逃がし孔１９における流入口２９が、流出口３１よりも半径方向内側に設けられていてもよい。つまり、逃がし孔１９が、作動流体の噴出方向に向かって、半径方向外周側に向かう傾斜した貫通孔となっていてもよい。
このようにすることにより、ロータディスク７が回転すると、作動流体をロータディスク７の下流側の面２３（噴出方向）に向かって汲み上げることができる。つまり、ロータディスクしが回転すると、逃がし孔１９内の作動流体も回転し作動流体に遠心力が作用する。逃がし孔１９は、下流側の面２３に向かって半径方向外周方向に傾斜しているため、遠心力が作用した作動流体は下流側の面２３に向かって流れる。そのため、ロータディスク７の上流側の面２１に接する作動流体と、下流側の面に接する作動流体との間の圧力差が小さい場合でも、作動流体を下流側の面２３に向かって汲み上げることができる。
【００３１】
なお、上述のように、ポンピングホール１７が、逃がし孔１９よりも半径方向外周側に設けられていてもよいし、逆に、逃がし孔１９が、ポンピングホール１７よりも半径方向外周側に設けられていてもよく、特に限定するものではない。
【００３２】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図３および図４を参照して説明する。
本実施形態の軸流タービンの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、逃がし孔の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図３および図４を用いて逃がし孔周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図３は、本実施形態に係る軸流タービンの構成を説明する部分断面図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略している。
軸流タービン１０１は、図３に示すように、ケーシング３と、ケーシング３内の回転可能に配置された回転軸５と、回転軸５に設けられた円板状のロータディスク（円板部）１０７と、ロータディスク１０７の半径方向外周側の円周面に設けられた複数の動翼１０９とを備えている。
【００３３】
ロータディスク１０７は回転軸５に設けられた円板状の部材であり、その外周面には複数の動翼１０９が配置されている。ロータディスク１０７は、半径方向内周側に向かうにつれて、上記中心軸線方向の幅寸法が長くなるように形成されている。
ロータディスク１０７は、図３に示すように、複数の動翼１０９と、ポンピングホール１７と、逃がし孔（案内流路）１１９とを備えている。
複数の動翼１０９は、噴出部１１から噴出された高温の作動流体の熱エネルギを、回転軸５の回転駆動力に変換するものである。複数の動翼１０９は、ロータディスク７の半径方向外周側の円周面に、等間隔に配置されたものである。動翼１０９としては、公知の物を用いることができ、特に限定されるものではない。
【００３４】
図４は、図３の逃がし孔の構成を説明する斜視図である。
逃がし孔１１９は、図４に示すように、ポンピングホール１７を通過した作動流体を、再び、ロータディスク１０７よりも下流側に導くものである。
逃がし孔１１９は、ロータディスク１０７に形成された第１孔部（案内流路）１１９Ａと、ロータディスク１０７および動翼１０９に形成された第２孔部（案内流路）１１９Ｂとを備えている。第１孔部１１９Ａは、ロータディスク１０７の上流側の面２１から作動流体の噴出方向に向かって、半径方向外周側に向かって傾斜する孔である。第１孔部１１９Ａにおける上流側の面２１に形成された開口端は作動流体が流入する流入口（他方の開口端）１２９である。
第２孔部１１９Ｂは、動翼１０９の外周側端面から半径方向内周側に向かって延びる孔であり、第１孔部１１９Ａと連通している。第２孔部１１９Ｂにおける動翼１０９の外周側端面に形成された開口端は作動流体が流出する流出口（一方の開口端）１３１である。
【００３５】
次に、上記の構成からなる軸流タービン１０１における作動流体の流れについて説明する。
軸流タービン１０１における、噴出部１１から高温の作動流体を噴出させて、動翼１０９、ロータディスク１０７および回転軸５を回転駆動させる作用については、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
また、ポンピングホール１７による作動流体の汲み上げについても、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００３６】
次に、本実施形態の特徴部である逃がし孔１１９における作動流体の流れについて説明する。
逃がし孔１１９内の作動流体は、図３に示すように、ロータディスク１０７の回転とともに回転するため、逃がし孔１１９内の作動流体には遠心力が働き、作動流体は半径方向外周側に移動しようとする。逃がし孔１１９の第１孔部１１９Ａは、下流側の面２３に向かって、半径方向外周側に向かって傾斜する孔であるため、第１孔部１１９Ａ内の作動流体は、第１孔部１１９Ａの傾斜に沿って第２孔部１１９Ｂに向かって流れる。第２孔部１１９Ｂ内の作動流体および第２孔部１１９Ｂに流入した作動流体は、遠心力により半径方向外周側に向かって流れ、流出口１３１から動翼１０９とケーシング３との隙間に流出する。
また、第１孔部１１９Ａの流入口１２９には、第１孔部１１９Ａおよび第２孔部１１９Ｂ内の作動流体の移動に伴い、ポンピングホール１７を通過した低温の作動流体が流入する。そのため、ロータディスク１０７が回転する限り、ポンピングホール１７を通過した低温の作動流体が流入口１２９から逃がし孔１１９に流入し、流出口１３１から流出して動翼１０９とケーシング３との間を下流側に向かって流れる。
【００３７】
上記の構成によれば、逃がし孔１１９がロータディスク１０７および動翼１０９にわたって設けられた貫通孔であるため、ポンピングホール１７を通過した低温の作動流体を、動翼１０９を通過させることなく、ロータディスク１０７よりも下流側に導くことができる。
逃がし孔１１９の流入口１２９が、ロータディスク１０７における上流側の面２１に設けられ、流出口１３１が動翼１０９における半径方向外周側の端面に設けられているため、ロータディスク１０７が回転すると、逃がし孔１１９内の作動流体には遠心力が作用する。遠心力が作用した作用流体は半径方向外側に向かって移動し、動翼１０９に設けられた流出口１３１から流出する。一方、流入口１２９からは、ポンピングホール１７を通った作動流体が流入する。
【００３８】
逃がし孔１１９をロータディスク１０７の外周側端面に設けられた動翼１０９と、ロータディスク１０７とにわたって設けているため、ロータディスク１０７の強度低下を防止することができるとともに、小型化することができる。逃がし孔１１９を動翼１０９とロータディスク１０７とにわたって設けるため、逃がし孔１１９は、必然的にロータディスク１０７の半径方向外周側に形成される。つまり、逃がし孔１１９はロータディスク１０７の半径方向内周側の領域には形成されないため、逃がし孔１１９を当該領域に形成することによる半径方向内周側の領域における応力上昇を防止できる。そのため、ロータディスク１０７の当該領域における強度低下を防止するとともに、ロータディスク１０７の小型化を図ることができる。
【００３９】
動翼１０９に貫通孔である逃がし孔１１９の第２孔部１１９Ｂが設けられているため、動翼１０９の重量を軽減することができる。動翼１０９の重量が軽減されたことにより、回転軸５が回転した際に動翼１０９に働く遠心力が小さくなる。動翼１０９に働く遠心力が小さくなると、それを支えるロータディスク１０７に働く力も小さくなり、ロータディスク１０７の小型化を図ることができる。
【００４０】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図５および図６を参照して説明する。
本実施形態の軸流タービンの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、逃がし孔の配置位置が異なっている。よって、本実施形態においては、図５および図６を用いて逃がし孔の配置位置周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図５は、本実施形態に係る軸流タービンの構成を説明する部分断面図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略している。
軸流タービン２０１は、図５に示すように、ケーシング（筐体）２０３と、ケーシング２０３内の回転可能に配置された回転軸５と、回転軸５に設けられた円板状のロータディスク（円板部）２０７と、ロータディスク２０７の半径方向外周側の円周面に設けられた複数の動翼９とを備えている。
【００４１】
ケーシング２０３は、内部に回転軸５、ロータディスク２０７および動翼９が回転する空間が形成された部材である。ケーシング２０３には、高温の作動流体（例えば蒸気）を動翼９に向けて噴出する噴出部１１と、逃がし孔（案内流路）２１９とが設けられている。
噴出部１１は、作動流体が供給される供給流路１３と、翼列からなるノズル１５とを備えている。ノズル１５は、ケーシング２０３における動翼９と対向する位置に設けられている。
【００４２】
逃がし孔２１９は、図５に示すように、ポンピングホール１７を通過した作動流体を、再び、ロータディスク２０７よりも下流側に導くものである。
逃がし孔２１９は、ケーシング２０３に形成された貫通孔である。逃がし孔２１９における作動流体の流入口（他方の開口端）２２９は、ケーシング２０３における、ロータディスク２０７の上流側の面２１と対向する対向面２０３Ａに設けられ、流出口（一方の開口端）２３１は、ケーシング２０３におけるロータディスク２０７より下流側の面２０３Ｂに設けられている。逃がし孔２１９は、ノズル１５の翼内を通るように配置されている。
【００４３】
ロータディスク２０７は回転軸５に設けられた円板状の部材であり、その外周面には複数の動翼９が配置されている。ロータディスク２０７は、半径方向内周側に向かうにつれて、上記中心軸線方向の幅寸法が長くなるように形成されている。
ロータディスク２０７は、図５に示すように、複数の動翼９と、ポンピングホール１７とを備えている。
【００４４】
次に、上記の構成からなる軸流タービン２０１における作動流体の流れについて説明する。
軸流タービン２０１における、噴出部１１から高温の作動流体を噴出させて、動翼９、ロータディスク２０７および回転軸５を回転駆動させる作用については、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
また、ポンピングホール１７による作動流体の汲み上げについても、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００４５】
次に、本実施形態の特徴部である逃がし孔２１９における作動流体の流れについて説明する。
ロータディスク２０７における上流側の面２１とケーシング２０３における対向面２０３Ａとの間の空間には、噴出部１１から噴出された高温の作動流体の一部が満たされている。この高温の作動流体の静圧は、動翼９を通過した低温の作動流体の静圧（動翼９の下流側における作動流体の静圧）よりも高い。
そのため、ポンピングホール１７によりロータディスク７の上流側の面２１側に汲み上げられた流体は、上記両静圧の圧力差により、逃がし孔２１９の流入口２２９に流入し、流出口２３１からロータディスク２０７の下流側の面側に流出する。
【００４６】
本発明によれば、逃がし孔２１９がケーシング２０３に設けられているため、ポンピングホール１７を通過した作動流体を、動翼９を通過させることなく、ロータディスク２０７よりも下流側に導くことができる。
逃がし孔２１９の流入口２２９が設けられた対向面２０３Ａは、噴出部１１から噴出した高温の作動流体と接している。一方、流出口２３１が設けられたケーシング２０３における下流側の面２０３Ｂは、動翼９を通過して静圧が低下した作動流体と接している。そのため、対向面２０３Ａに接する作動流体と、下流側の面２０３Ｂと接する作動流体との間の差圧により、ポンピングホール１７を通過した作動流体は、逃がし孔２１９に流入して、ロータディスク２０７よりも下流側に導かれる。
【００４７】
逃がし孔２１９がケーシング２０３に設けられているため、ロータディスク２０７に逃がし孔２１９が形成されている場合と比較して、逃がし孔２１９における応力上昇を抑制することができ、逃がし孔２１９の強度低下を防止することができるとともに、小型化することができる。
【００４８】
図６は、図５の軸流タービンの他の実施例の構成を説明する部分断面図である。
なお、上述のように、軸流タービン２０１の噴出部１１が、翼列からなるノズル１５を備えた翼列ノズルであってもよいし、図６に示すように、穿孔ノズル１１Ａであってもよく、特に限定するものではない。この構成の場合、逃がし孔２１９は、穿孔ノズルを迂回して配置される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る軸流タービンの構成を説明する部分断面図である。
【図２】図１の軸流タービンの他の実施例の構成を説明する部分断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る軸流タービンの構成を説明する部分断面図である。
【図４】図３の逃がし孔の構成を説明する斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る軸流タービンの構成を説明する部分断面図である。
【図６】図５の軸流タービンの他の実施例の構成を説明する部分断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１，１０１，２０１  軸流タービン
３，２０３  ケーシング（筐体）
５  回転軸
７，１０７，２０７  ロータディスク（円板部）
９，１０９  動翼
１１  噴出部
１７  ポンピングホール（冷却流路）
１９，１１９，２１９  逃がし孔（案内流路）
２１  上流側の面
２９，１２９，２２９  流入口（他方の開口端）
３１，１３１，２３１  流出口（一方の開口端）
１１９Ａ  第１孔部（案内流路）
１１９Ｂ  第２孔部（案内流路）
２０３Ａ  対向面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007205221.tif 000006
【図５】
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【図６】
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