特許 7276985 軸流タービン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-10

(45)【発行日】2023-05-18

(54)【発明の名称】軸流タービン

(51)【国際特許分類】

   F01D 9/02 20060101AFI20230511BHJP

   F01D 25/16 20060101ALI20230511BHJP

   F01D 25/24 20060101ALI20230511BHJP

   F02C 7/06 20060101ALI20230511BHJP

【ＦＩ】

F01D9/02 101

F01D25/16 Z

F01D25/24 G

F02C7/06 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019138830

(22)【出願日】2019-07-29

(65)【公開番号】P2021021371

(43)【公開日】2021-02-18

【審査請求日】2022-02-07

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田島 嗣久

(72)【発明者】

【氏名】猪亦 麻子

【審査官】藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】特開平０２－０７８７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０６１２９３３０（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国特許出願公開第１０１２１５９７７（ＣＮ，Ａ）

【文献】実開昭６０－０４１５０１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平１１－３０３６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１３３３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－０３５２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－００７９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０５０１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１８３１８３７（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｄ １／００－１１／２４

Ｆ０１Ｄ ２５／００－２５／３６

Ｆ０２Ｃ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タービンロータの回転軸が水平方向に沿っており、作動媒体が前記回転軸に沿って流れることによって前記タービンロータが回転方向に回転する軸流タービンであって、
前記作動媒体が通過する開口部および前記作動媒体が通過しない閉止部を有する部分送入構造のノズル翼列が設けられているタービン段落
を備え、
前記部分送入構造のノズル翼列において、
前記開口部は、
前記部分送入構造のノズル翼列の上半部分に設けられている第１開口部と、
前記部分送入構造のノズル翼列の下半部分に設けられている第２開口部と
を含み、
前記上半部分において前記第１開口部が設けられた割合と、前記下半部分において前記第２開口部が設けられた割合とが異なっており、
前記閉止部は、
前記第１開口部よりも前記回転方向の前方であって、前記第２開口部よりも前記回転方向の後方に位置しており、前記上半部分と前記下半部分との境界を介して前記回転方向に延在している第１閉止部と、
前記第１開口部よりも前記回転方向の後方であって、前記第２開口部よりも前記回転方向の前方に位置しており、前記上半部分と前記下半部分との境界を介して前記回転方向に延在している第２閉止部と
を含み、
前記第１閉止部および前記第２閉止部は、前記上半部分と前記下半部分との境界で互いが対面する部分を有する、
軸流タービン。

【請求項2】

前記部分送入構造のノズル翼列は、前記タービンロータを回転自在に支持する軸受に加わる面圧が予め定めた範囲になるように、前記上半部分において前記第１開口部が設けられた割合と、前記下半部分において前記第２開口部が設けられた割合とが設定されている、
請求項１に記載の軸流タービン。

【請求項3】

前記部分送入構造のノズル翼列は、前記第１開口部と前記第２開口部との少なくとも一方が複数設けられている、
請求項１または２に記載の軸流タービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、軸流タービンに関する。

【背景技術】

【0002】

関連技術に係る軸流タービン４を構成するタービン段落の要部について、図５を用いて説明する。図５は、鉛直面（ｘｚ面）の一部断面を模式的に示しており、縦方向が鉛直方向ｚであり、横方向が第１水平方向ｘであり、紙面に直交する方向が第２水平方向ｙである。図５は、作動媒体の流れ方向Ｍに関して太い矢印で示しており、左側が上流側Ｕｓであって右側が下流側Ｄｓである。

【0003】

図５に示すように、軸流タービン４において、タービンロータ４３は、ロータ本体部４３１にロータディスク４３２が設けられている。タービンロータ４３において、ロータ本体部４３１は、円柱状の棒状体であって、回転軸ＡＸが第１水平方向ｘに延在しており、軸受（図示省略）に回転自在に支持されている。ロータディスク４３２は、ロータ本体部４３１の外周面において凸状に突き出るように複数設けられている。複数のロータディスク４３２は、回転軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ）において間を隔てて配置されている。そして、ロータディスク４３２の外周面に動翼４６が設けられている。

【0004】

動翼４６は、タービンロータ４３の径方向において内側（図５では下側）に植込部４６１が設けられている。植込部４６１は、ロータディスク４３２の外周面に嵌合されている。そして、動翼４６は、タービンロータ４３の径方向において外側（図５では上側）に、シュラウド４６２が設けられている。動翼４６は、翼有効部であって、タービンロータ４３の回転方向Ｒ（周方向）に複数が配置されており、複数の動翼４６が動翼翼列（動翼構造体）を構成している。

【0005】

タービン段落において、ノズル翼４５（静翼）は、動翼４６の上流側に設けられている。ノズル翼４５は、ノズル内輪４５１とノズル外輪４５２との間の環状空間ＳＰ１に設けられている。ノズル内輪４５１は、タービンロータ４３の径方向においてノズル翼４５の内側に位置している。そして、ノズル内輪４５１の内周面には、シールフィン４５１ｆが設けられている。ノズル外輪４５２は、タービンロータ４３の径方向においてノズル翼４５の外側に位置している。そして、ノズル外輪４５２の内周面において、シュラウド４６２の外周面に対面する部分には、シールフィン４５２ｆが設けられている。ノズル翼４５は、タービンロータ４３の回転方向Ｒに複数が配置されており、複数のノズル翼４５がノズル翼列（静翼構造体）を構成している。

【0006】

図示を省略しているが、軸流タービン４には、上記のように構成されるタービン段落が回転軸ＡＸに沿った軸方向に複数設けられている。軸流タービン４を構成する複数のタービン段落においては、上流側Ｕｓから下流側Ｄｓへ向かうに伴って、翼高さが高くなっている。軸流タービン４では、作動媒体が回転軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ）に流れる。このとき、作動媒体は、回転軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ）に並ぶ複数段のタービン段落のそれぞれにおいて膨張して仕事を行う。これにより、軸流タービン４においては、タービンロータ４３が回転方向Ｒへ回転し、たとえば、タービンロータ４３に連結された発電機（図示省略）が駆動する。

【0007】

図６は、関連技術に係る軸流タービンにおいて、翼高さＨと２次損失ξsecとの関係を示す図である。２次損失ξsecは、通路の壁に沿って流れる境界層の流れ（２次流れ）が、壁面の影響によって渦を巻いた流れになることに起因する損失をいう。

【0008】

図６に示すように、翼高さＨが小さくなるに伴って、２次損失ξsecが大きくなっている。このため、翼高さＨが低いタービン段落では、２次損失ξsecが大きい。その結果、タービンの性能低下の原因になっている。

【0009】

２次損失ξsecを低減するために、翼高さＨが低いタービン段落では、たとえば、部分送入構造のノズル翼列が適用されている。部分送入構造のノズル翼列では、全周送入構造の場合よりも翼高さＨを大きくすることができるので、２次損失ξsecが低減し、軸流タービンの性能を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開平２－７８７０３号公報

【文献】特開昭５８－３５２０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

図７Ａおよび図７Ｂを用いて、関連技術に係る軸流タービンのタービン段落における部分送入構造のノズル翼列に関して説明する。図７Ａおよび図７Ｂにおいては、図示を省略しているが、部分送入構造のノズル翼列においてノズル内輪４５１とノズル外輪４５２との間に介在する環状空間ＳＰ１に関して、回転軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ）を視線としたときの様子を示している（図５参照）。つまり、回転軸ＡＸが直交する鉛直面における断面を示している。また、図７Ａおよび図７Ｂでは、上半部分と下半部分とを区画する補助線を破線で示している。

【0012】

図７Ａおよび図７Ｂに示すように、部分送入構造のノズル翼列において、環状空間ＳＰ１は、真円形状であって、作動媒体が通過する開口部５１と、作動媒体が通過しない閉止部５２とを含む。図示を省略しているが、開口部５１には、ノズル翼４５（図５参照）が設けられている。

【0013】

図７Ａでは、開口部５１は、円弧状であって、環状空間ＳＰ１において上半部分（破線よりも上方側）に位置する上半側空間部ＳＰ１Ａの一部に設けられている。そして、閉止部５２は、円弧状であって、環状空間ＳＰ１の上半側空間部ＳＰ１Ａのうち開口部５１が設けられた部分以外の部分と、環状空間ＳＰ１において下半部分（破線よりも下方側）に位置する下半側空間部ＳＰ１Ｂの全部に設けられている。この場合、開口部５１が設けられた上半側空間部ＳＰ１Ａでは作動媒体が通過するが、開口部５１が設けられていない下半側空間部ＳＰ１Ｂでは作動媒体が通過しない。その結果、上半側空間部ＳＰ１Ａと下半側空間部ＳＰ１Ｂとの間に圧力差が発生するので、図７Ａに示すように、上半側から下半側へ向かう方向へ力ＦＡが、タービンロータ４３（図５参照）に作用する。

【0014】

図７Ｂでは、図７Ａの場合と異なり、開口部５１は、環状空間ＳＰ１において下半側空間部ＳＰ１Ｂの一部に設けられている。そして、閉止部５２は、環状空間ＳＰ１の下半側空間部ＳＰ１Ｂのうち開口部５１が設けられた部分以外の部分と、環状空間ＳＰ１の上半側空間部ＳＰ１Ａの全部に設けられている。この場合、開口部５１が設けられた下半側空間部ＳＰ１Ｂでは作動媒体が通過するが、開口部５１が設けられていない上半側空間部ＳＰ１Ａでは作動媒体が通過しない。その結果、上半側空間部ＳＰ１Ａと下半側空間部ＳＰ１Ｂとの間に圧力差が発生するので、図７Ｂに示すように、下半側から上半側へ向かう方向へ力ＦＢが、タービンロータ４３（図５参照）に作用する。

【0015】

上記においてタービンロータ４３（図５参照）に作用する力ＦＡ，ＦＢは、大きい。その結果、タービンロータ４３を支持する軸受に加わる面圧を適正範囲内に保持することが容易でなく、軸流タービン４を安定に運転することが困難になる場合がある。

【0016】

したがって、本発明が解決しようとする課題は、部分送入構造のタービン段落を有する軸流タービンにおいてタービンロータを支持する軸受に加わる面圧を容易に適正範囲内に保持可能であって、安定な運転を実行可能な軸流タービンを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0017】

実施形態の軸流タービンは、タービンロータの回転軸が水平方向に沿っており、作動媒体が回転軸に沿って流れることによってタービンロータが回転方向に回転する。実施形態の軸流タービンは、作動媒体が通過する開口部および作動媒体が通過しない閉止部を有する部分送入構造のノズル翼列が設けられているタービン段落を備える。部分送入構造のノズル翼列において、開口部は、部分送入構造のノズル翼列の上半部分に設けられている第１開口部と、部分送入構造のノズル翼列の下半部分に設けられている第２開口部とを含み、上半部分において第１開口部が設けられた割合と、下半部分において第２開口部が設けられた割合とが異なっている。閉止部は、第１開口部よりも前記回転方向の前方であって、第２開口部よりも回転方向の後方に位置しており、上半部分と下半部分との境界を介して回転方向に延在している第１閉止部と、第１開口部よりも回転方向の後方であって、第２開口部よりも回転方向の前方に位置しており、上半部分と下半部分との境界を介して回転方向に延在している第２閉止部とを含み、第１閉止部および第２閉止部は、上半部分と下半部分との境界で互いが対面する部分を有する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、第１実施形態に係る軸流タービンのタービン段落において、部分送入構造のノズル翼列を模式的に示す図である。

【図2】図２は、第１実施形態の変形例に係る軸流タービンのタービン段落において、部分送入構造のノズル翼列を模式的に示す図である。

【図3】図３は、第２実施形態に係る軸流タービンのタービン段落において、部分送入構造のノズル翼列を模式的に示す図である。

【図4】図４は、第２実施形態に係る部分送入構造のノズル翼列において、ノズル出口流量ＦＬと回転方向（周方向）における位置との関係を示す図である。

【図5】図５は、関連技術に係る軸流タービンにおいて、タービン段落が設けられた部分の要部を示す図である。

【図6】図６は、関連技術に係る軸流タービンにおいて、翼高さＨと２次損失ξsecとの関係を示す図である。

【図7A】図７Ａは、関連技術に係る軸流タービンのタービン段落において、部分送入構造のノズル翼列を模式的に示す図である。

【図7B】図７Ｂは、関連技術に係る軸流タービンのタービン段落において、部分送入構造のノズル翼列を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る軸流タービンのタービン段落における部分送入構造のノズル翼列に関して、図１を用いて説明する。図１においては、図示を省略しているが、図７Ａおよび図７Ｂと同様に、部分送入構造のノズル翼列においてノズル内輪４５１とノズル外輪４５２との間に介在する環状空間ＳＰ１に関して、回転軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ）を視線としたときの様子を示している（図５参照）。

【0020】

図１に示すように、本実施形態に係る軸流タービンのタービン段落において、部分送入構造のノズル翼列は、開口部５１および閉止部５２の形態が、上記した関連技術の場合（図７Ａおよび図７Ｂを参照）と異なっている。この点、および、これに関連する点を除き、本実施形態は、上記した関連技術の場合と同様であるため、重複する部分に関しては、適宜、説明を省略する。

【0021】

図１に示すように、本実施形態に係る部分送入構造のノズル翼列において、環状空間ＳＰ１は、作動媒体が通過する２つの開口部５１Ａ，５１Ｂと、作動媒体が通過しない２つの閉止部５２Ａ，５２Ｂとを含む。

【0022】

本実施形態では、環状空間ＳＰ１は、鉛直方向において上方に位置する上半部分（破線よりも上方側）と、鉛直方向において下方に位置する下半部分（破線よりも下方側）とのそれぞれに、円弧状の開口部５１Ａ，５１Ｂが設けられている。具体的には、２つの開口部５１Ａ，５１Ｂのうち、一方の開口部５１Ａは、環状空間ＳＰ１において上半部分（破線よりも上方側）に位置する上半側空間部ＳＰ１Ａの一部に設けられている。２つの開口部５１Ａ，５１Ｂのうち、他方の開口部５１Ｂは、環状空間ＳＰ１において下半部分（破線よりも下方側）に位置する下半側空間部ＳＰ１Ｂの一部に設けられている。上半部分に設けられた一方の開口部５１Ａと下半部分に設けられた他方の開口部５１Ｂは、回転軸ＡＸを介して径方向で対面する部分を含むように構成されている。

【0023】

そして、２つの閉止部５２Ａ，５２Ｂは、円弧状であって、環状空間ＳＰ１のうち２つの開口部５１Ａ，５１Ｂが設けられた部分以外の部分に設けられている。ここでは、２つの閉止部５２Ａ，５２Ｂのうち、一方の閉止部５２Ａは、上半部分に設けられた開口部５１Ａよりも回転方向Ｒの前方であって、下半部分に設けられた開口部５１Ｂよりも回転方向Ｒの後方に位置している。２つの閉止部５２Ａ，５２Ｂのうち、他方の閉止部５２Ｂは、上半部分に設けられた開口部５１Ａよりも回転方向Ｒの後方であって、下半部分に設けられた開口部５１Ｂよりも回転方向Ｒの前方に位置している。一方の閉止部５２Ａと他方の閉止部５２Ｂは、回転軸ＡＸを介して径方向で対面する部分を含むように構成されている。

【0024】

本実施形態の環状空間ＳＰ１は、上半部分において開口部５１Ａが設けられた割合と、下半部分において開口部５１Ｂが設けられた割合とが異なっている。図示を省略しているが、タービンロータ４３（図５参照）を回転自在に支持する軸受（図示省略）に加わる面圧が予め定めた範囲になるように、上半部分において開口部５１Ａが設けられた割合と、下半部分において開口部５１Ｂが設けられた割合とが設定されている。たとえば、シミュレーションによって軸受（図示省略）に加わる面圧を算出した結果に基づいて、上半部分において開口部５１Ａが設けられた割合と、下半部分において開口部５１Ｂが設けられた割合との両者を設定することができる。

【0025】

たとえば、図１では、上半部分に設けられた開口部５１Ａの割合が、下半部分に設けられた開口部５１Ｂの割合よりも大きい。具体的には、上半部分に設けられた開口部５１Ａの断面積Ｓａが、下半部分に設けられた開口部５１Ｂの断面積Ｓｂよりも広くなるように構成されている（Ｓａ＞Ｓｂ）。

【0026】

図１に示すように、上半部分に設けられた開口部５１Ａを作動媒体が通過することによって、上半側から下半側へ向かう方向へ力ＦＡが発生する。また、下半部分に設けられた開口部５１Ｂを作動媒体が通過することによって、下半側から上半側へ向かう方向へ力ＦＢが発生する。このため、本実施形態では、上半側から下半側へ向かう方向へ力ＦＡと、下半側から上半側へ向かう方向へ力ＦＢとを合成した合力が、タービンロータ４３（図５参照）に作用する。上半側から下半側へ向かう方向へ力ＦＡおよび下半側から上半側へ向かう方向へ力ＦＢは、互いに反対方向に作用するので、互いを打ち消し合う。ここでは、上半側から下半側へ向かう方向へ力ＦＡの方が、下半側から上半側へ向かう方向へ力ＦＢよりも大きいので、上半側から下半側へ向かう方向へ合力が、タービンロータ４３に作用する。

【0027】

軸受（図示省略）において鉛直方向の下方に向けて加わる面圧が適正範囲よりも高い場合には、上記のように、上半側から下半側へ向かう方向へ合力が、タービンロータ４３に作用するように、上半部分に設けられた開口部５１Ａの割合と下半部分に設けられた開口部５１Ｂの割合とを調整することで、軸受（図示省略）に加わる面圧を適正範囲にすることができる。

【0028】

以上のように、本実施形態では、部分送入構造のノズル翼列による効果（翼高さＨの増大化による性能の向上）を得ることができると共に、タービンロータ４３に作用する力を容易に調整することができる。その結果、本実施形態では、タービンロータ４３を支持する軸受に加わる面圧が過度に変化せずに適正範囲内に保持されるので、軸流タービン４の運転の安定化を容易に実現することができる。

【0029】

上記の実施形態では、上半部分に設けられた開口部５１Ａの割合が、下半部分に設けられた開口部５１Ｂの割合よりも大きい場合について説明したが、これに限らない。

【0030】

図２を用いて、第１実施形態の変形例を説明する。図２に示すように、部分送入構造のノズル翼列において、環状空間ＳＰ１は、上半部分に設けられた開口部５１Ａの割合が、下半部分に設けられた開口部５１Ｂの割合よりも小さくなるように構成されていてもよい。つまり、上半部分に設けられた開口部５１Ａの断面積Ｓａが、下半部分に設けられた開口部５１Ｂの断面積Ｓｂよりも狭くなるように構成されていてもよい（Ｓａ＜Ｓｂ）。この場合、上半側から下半側へ向かう方向へ力ＦＡの方が、下半側から上半側へ向かう方向へ力ＦＢよりも小さいので、下半側から上半側へ向かう方向へ合力が、タービンロータ４３に作用する。

【0031】

たとえば、軸受（図示省略）において鉛直方向の下方に向けて加わる面圧が、適正範囲よりも低い場合には、上記のように、下半側から上半側へ向かう方向へ合力がタービンロータ４３に作用するように、上半部分に設けられた開口部５１Ａの割合と下半部分に設けられた開口部５１Ｂの割合とを調整することで、軸受（図示省略）に加わる面圧を適正範囲にすることができる。

【0032】

＜第２施形態＞
第２実施形態に係る軸流タービンのタービン段落における部分送入構造のノズル翼列に関して、図３を用いて説明する。図３では、図１と同様に、環状空間ＳＰ１に関して、回転軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ）を視線としたときの様子を示している（図５参照）。

【0033】

図３に示すように、本実施形態に係る軸流タービンのタービン段落において、部分送入構造のノズル翼列は、開口部５１および閉止部５２の形態が、上記した第１実施形態の場合（図１を参照）と異なっている。この点、および、これに関連する点を除き、本実施形態は、上記した関連技術の場合と同様であるため、重複する部分に関しては、適宜、説明を省略する。

【0034】

図３に示すように、本実施形態に係る部分送入構造のノズル翼列において、環状空間ＳＰ１は、作動媒体が通過する４つの開口部５１Ａ＿１，５１Ａ＿２，５１Ａ＿３，５１Ｂと、作動媒体が通過しない４つの閉止部５２Ａ＿１，５２Ａ＿２，５２Ｂ＿１，５２Ｂ＿２とを含む。

【0035】

本実施形態では、４つの開口部５１Ａ＿１，５１Ａ＿２，５１Ａ＿３，５１Ｂのうち３つの開口部５１Ａ＿１，５１Ａ＿２，５１Ａ＿３が環状空間ＳＰ１において上半部分（破線よりも上方側）に位置する上半側空間部ＳＰ１Ａに設けられている。残りの開口部５１Ｂは、環状空間ＳＰ１において下半部分（破線よりも下方側）に位置する下半側空間部ＳＰ１Ｂに設けられている。

【0036】

そして、４つの閉止部５２Ａ＿１，５２Ａ＿２，５２Ｂ＿１，５２Ｂ＿２のうち、閉止部５２Ａ＿１，５２Ａ＿２，は、上半側空間部ＳＰ１Ａにおいて、３つの開口部５１Ａ＿１，５１Ａ＿２，５１Ａ＿３の間に介在するように設けられている。閉止部５２Ｂ＿１は、上半部分に設けられた開口部５１Ａ＿３よりも回転方向Ｒの前方であって、下半部分に設けられた開口部５１Ｂよりも回転方向Ｒの後方に位置している。閉止部５２Ｂ＿２は、上半部分に設けられた開口部５１Ａ＿１よりも回転方向Ｒの後方であって、下半部分に設けられた開口部５１Ｂよりも回転方向Ｒの前方に位置している。

【0037】

本実施形態の環状空間ＳＰ１は、上半部分において開口部５１Ａ＿１，５１Ａ＿２，５１Ａ＿３が設けられた割合と、下半部分において開口部５１Ｂが設けられた割合とが異なっている。図示を省略しているが、本実施形態においても第１実施形態の場合と同様に、タービンロータ４３（図５参照）を回転自在に支持する軸受（図示省略）に加わる面圧が予め定めた範囲になるように、上半部分において開口部５１Ａ＿１，５１Ａ＿２，５１Ａ＿３が設けられた割合と、下半部分において開口部５１Ｂが設けられた割合とが設定されている。

【0038】

ここでは、図３に示すように、上半部分に設けられた開口部５１Ａ＿１，５１Ａ＿２，５１Ａ＿３の割合が、下半部分に設けられた開口部５１Ｂの割合よりも大きい。具体的には、上半部分に設けられた３つの開口部５１Ａの断面積Ｓａ＿１，Ｓａ＿２，Ｓａ＿３の合計値（Ｓａ＝Ｓａ＿１＋Ｓａ＿２＋Ｓａ＿３）が、下半部分に設けられた開口部５１Ｂの断面積Ｓｂよりも広くなるように構成されている（Ｓａ＿１＋Ｓａ＿２＋Ｓａ＿３＝Ｓａ＞Ｓｂ）。

【0039】

図３に示すように、上半部分に設けられた開口部５１Ａ＿１，５１Ａ＿２，５１Ａ＿３を作動媒体が通過することによって、上半側から下半側へ向かう方向へ力ＦＡ１，ＦＡ２，ＦＡ３が発生する。また、下半部分に設けられた開口部５１Ｂを作動媒体が通過することによって、下半側から上半側へ向かう方向へ力ＦＢが発生する。このため、本実施形態では、上半側から下半側へ向かう方向へ力ＦＡ１，ＦＡ２，ＦＡ３と、下半側から上半側へ向かう方向へ力ＦＢとを合成した合力が、タービンロータ４３（図５参照）に作用する。上半側から下半側へ向かう方向へ力ＦＡ１，ＦＡ２，ＦＡ３および下半側から上半側へ向かう方向へ力ＦＢは、互いに反対方向に作用する成分を含むので、互いを打ち消し合う。ここでは、上半側から下半側へ向かう方向へ力ＦＡ１，ＦＡ２，ＦＡ３の合力の方が、下半側から上半側へ向かう方向へ力ＦＢよりも大きいので、上半側から下半側へ向かう方向へ合力が、タービンロータ４３に作用する。

【0040】

以上のように、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、部分送入構造のノズル翼列による効果（翼高さＨの増大化による性能の向上）を得ることができると共に、タービンロータ４３に作用する力を容易に調整することができる。その結果、本実施形態では、タービンロータ４３を支持する軸受に加わる面圧が過度に変化せずに適正範囲内に保持されるので、軸流タービン４の運転の安定化を容易に実現することができる。

【0041】

本実施形態の部分送入構造のノズル翼列における、ノズル出口流量ＦＬと回転方向（周方向）における位置（角度θ）との関係について、図４を用いて説明する。図４において、回転方向（周方向）における位置（角度θ）は、上半部と下半部との境界の一方を基準（θ＝０°）としている（図３参照）。図４においては、第２実施形態の場合（図３参照）の関係を実線で示し、第１実施形態の場合（図１参照）の関係を破線で示している。

【0042】

図４に示すように、第２実施形態の場合（実線）における開口部５１Ａ＿１，５１Ａ＿２，５１Ａ＿３，５１Ｂの流量変化は、第１実施形態の場合（破線）における開口部５１Ａ，５１Ｂ（図１）の流量変化よりも、小さい。このため、本実施形態においては、第１実施形態の場合よりも、動翼に作用する力の変動振幅が小さくなり、動翼の破損を防止する効果を奏することができる。

【0043】

上記の本実施形態では、部分送入構造のノズル翼列の上半部分に、複数の開口部５１Ａ＿１，５１Ａ＿２，５１Ａ＿３，５１Ｂが設けられている場合について説明したが、これに限らない。図示を省略しているが、部分送入構造のノズル翼列の下半部分に、複数の開口部を設けてもよい。すなわち、部分送入構造のノズル翼列は、上半部分と下半部分との少なくとも一方に開口部が複数設けられていてもよい。

【0044】

＜その他＞
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同様に、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ものである。

【0045】

たとえば、上記の実施形態に係る軸流タービンに供給される作動媒体は、特に問わない。蒸気、燃焼ガス、超臨界ＣＯ_２ガスなどの種々の作動媒体が供給される軸流タービンにおいて、上記実施形態のような部分送入構造のノズル翼列を構成することによって、上述した優れた効果を奏することができる。

【0046】

また、初段から最終段までの複数のタービン段落のうち、上記実施形態に示した部分送入構造のノズル翼列を適用するタービン段落は、特に問わない。必要とする特性等に応じて、適宜、適用可能である。

【符号の説明】

【0047】

４…軸流タービン、４３…タービンロータ、４５…ノズル翼、４６…動翼、５１，５１Ａ，５１Ａ＿１，５１Ａ＿２，５１Ａ＿３，５１Ｂ…開口部、５２，５２Ａ，５２Ａ＿１，５２Ａ＿２，５２Ｂ＿１，５２Ｂ＿２，５２Ｂ…閉止部、４３１…ロータ本体部、４３２…ロータディスク、４５１…ノズル内輪、４５１ｆ…シールフィン、４５２…ノズル外輪、４５２ｆ…シールフィン、４６１…植込部、４６２…シュラウド、ＡＸ…回転軸、Ｄｓ…下流側、Ｍ…流れ方向、Ｒ…回転方向、ＳＰ１…環状空間、ＳＰ１Ａ…上半側空間部、ＳＰ１Ｂ…下半側空間部、Ｕｓ…上流側

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】