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(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】2024-03-29
(45)【発行日】2024-04-08
(54)【発明の名称】タービンロータおよび軸流タービン
(51)【国際特許分類】
F01D 5/08 20060101AFI20240401BHJP
F01D 5/06 20060101ALI20240401BHJP
F01D 25/12 20060101ALI20240401BHJP
F02C 7/16 20060101ALI20240401BHJP
【ＦＩ】
F01D5/08
F01D5/06
F01D25/12 E
F02C7/16 A
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020106969
(22)【出願日】2020-06-22
(65)【公開番号】P2022001751
(43)【公開日】2022-01-06
【審査請求日】2023-02-06
(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】小野 貴裕
(72)【発明者】
【氏名】田島 嗣久
(72)【発明者】
【氏名】岩井 章吾
(72)【発明者】
【氏名】伊東 正雄
【審査官】藤原 弘
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１３２２６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／１４３１０３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許第０８６６８４３７（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特開２００１－３０３９７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－０１４０６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１２１６７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３２０８７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０５０４９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１５５６２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３１７６０２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｄ ５／０８
Ｆ０１Ｄ ５／０６
Ｆ０１Ｄ ２５／１２
Ｆ０２Ｃ ７／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
円柱状のロータ胴部と、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とともに、複数段のタービン段落を構成するために前記ロータ胴部の中心軸方向に設けられた複数段のタービンディスクと、
前記ロータ胴部に形成され、第１の冷却媒体が供給されるとともに、前記タービン段落のうち高圧側となる高圧側タービン段落に前記第１の冷却媒体を排出する第１の冷却通路部と、
前記ロータ胴部に形成され、前記第１の冷却媒体よりも低圧の第２の冷却媒体が供給されるとともに、前記高圧側タービン段落よりも低圧側となる低圧側タービン段落に前記第２の冷却媒体を排出する第２の冷却通路部と
を具備し、
前記第１の冷却通路部は、
タービンロータの中心軸方向に形成され、穴で構成される第１の軸方向通路と、
前記第１の軸方向通路に前記第１の冷却媒体を導入する第１の導入通路と、
前記第１の軸方向通路から前記高圧側タービン段落に前記第１の冷却媒体を排出する第１の排出通路と
を備え、
前記第２の冷却通路部は、
前記タービンロータの中心軸方向に形成され、穴で構成される第２の軸方向通路と、
前記第２の軸方向通路に前記第２の冷却媒体を導入する第２の導入通路と、
前記第２の軸方向通路から前記低圧側タービン段落に前記第２の冷却媒体を排出する第２の排出通路と
を備えることを特徴とするタービンロータ。
【請求項2】
前記第１の軸方向通路は、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形成され、
前記第２の軸方向通路は、
前記タービンロータの中心軸を中心軸として前記タービンロータの中心軸方向に形成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。
【請求項3】
前記第１の軸方向通路は、前記タービンロータの中心軸を中心軸として前記タービンロータの中心軸方向に形成され、
前記第２の軸方向通路は、
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形成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。
【請求項4】
前記第１の軸方向通路および前記第２の軸方向通路は、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形成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。
【請求項5】
前記第２の導入通路は、前記タービンロータとタービンケーシングとの間に備えられるグランドシール部または前記グランドシール部に形成される空間に連通可能に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のタービンロータ。
【請求項6】
ケーシングと、前記ケーシングを貫通するタービンロータと、
前記ケーシングと前記タービンロータとの間に備えられるグランドシール部と
を備える軸流タービンであって、
前記タービンロータが、
円柱状のロータ胴部と、
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とともに、複数段のタービン段落を構成するために前記ロータ胴部の中心軸方向に設けられた複数段のタービンディスクと、
前記ロータ胴部に形成され、第１の冷却媒体が供給されるとともに、前記タービン段落のうち高圧側となる高圧側タービン段落に前記第１の冷却媒体を排出する第１の冷却通路部と、
前記ロータ胴部に形成され、前記第１の冷却媒体よりも低圧の第２の冷却媒体が供給されるとともに、前記高圧側タービン段落よりも低圧側となる低圧側タービン段落に前記第２の冷却媒体を排出する第２の冷却通路部と
を備え、
前記第１の冷却通路部は、
前記タービンロータの中心軸方向に形成され、穴で構成される第１の軸方向通路と、
前記第１の軸方向通路に前記第１の冷却媒体を導入する第１の導入通路と、
前記第１の軸方向通路から前記高圧側タービン段落に前記第１の冷却媒体を排出する第１の排出通路と
を備え、
前記第２の冷却通路部は、
前記タービンロータの中心軸方向に形成され、穴で構成される第２の軸方向通路と、
前記第２の軸方向通路に前記第２の冷却媒体を導入する第２の導入通路と、
前記第２の軸方向通路から前記低圧側タービン段落に前記第２の冷却媒体を排出する第２の排出通路と
を備え、
前記軸流タービンが、
前記ケーシングを貫通し、前記グランドシール部に形成された、前記第２の導入通路に連通する空間に外部から冷却媒体を導入する冷却媒体導入管を備えることを特徴とする軸流タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、タービンロータおよび軸流タービンに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、発電プラントにおけるタービン効率を向上させるために、タービン性能の向上が図られている。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。
【0003】
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。
【0004】
【0005】
図１４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の内側に備えられた内部ケーシング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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。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。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。
【0011】
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。ここでは、軸方向に複数段のタービン段落が設けられている。これによって、内部ケーシング３１１とタービンロータ３４０との間に、作動流体が流れる作動流体流路３１２が軸方向に形成される。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。
【0012】
図１４に示すように、燃焼器（図示しない）から排出された燃焼ガス（作動流体）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。
【0013】
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。
【0014】
タービンロータ３４０の中心には、冷却媒体を軸方向に流す軸方向通路３７０が形成されている。軸方向通路３７０は、図１４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。
【0015】
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軸方向通路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、軸方向通路３７０に連通している。
【0016】
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、軸方向通路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、軸方向通路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。
【0017】
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を通り軸方向通路３７０に導かれる。そして、軸方向通路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。
【0018】
この際、各タービン段落の排出通路３７２から排出される冷却媒体の圧力は、軸方向通路３７０の通路を流れる際の圧力損失を無視すれば、基本的に同じである。すなわち、各タービン段落において、作動流体流路３１２に連通する空間３６３に排出通路３７２から同じ圧力の冷却媒体が噴出される。
【0019】
ここで、タービン効率を向上させるために、タービンから排出された作動流体の一部を燃焼器やタービンに冷却媒体として循環させるガスタービン設備が検討されている。このガスタービン設備では、超臨界の作動流体が燃焼器やタービンに循環する。また、このガスタービン設備のタービンでは、タービン入口における作動流体は、超臨界流体である。
【0020】
超臨界の作動流体が導入されるタービンでは、通常のガスタービンに比べて、圧力比が大きい。なお、圧力比は、タービン入口の作動流体の圧力と、最終のタービン段落の下流の排気室における作動流体の圧力との比である。
【0021】
このような超臨界の作動流体を使用するガスタービン設備においても、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ために、上記した冷却構造を備える軸流タービン３００が備えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0022】
【文献】国際公開第２０１６／１４３１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0023】
上記した冷却構造を備える軸流タービン３００を超臨界の作動流体で運用する場合、空間３６１に供給される冷却媒体の圧力は、タービンに導入される作動流体の圧力よりも高く調整される。すなわち、導入通路３７１を通り軸方向通路３７０に導かれる冷却媒体の圧力は、タービンに導入される作動流体の圧力よりも高い。
【0024】
そして、作動流体の圧力よりも高い圧力の冷却媒体は、各タービン段落において、作動流体流路３１２に連通する空間３６３に排出通路３７２から噴出される。
【0025】
この軸流タービン３００において、作動流体流路３１２を流れる作動流体の圧力と、排出通路３７２から噴出される冷却媒体の圧力との差は、下流段のタービン段落に行くほど大きくなる。そして、軸流タービン３００は高圧力比であるため、下流段のタービン段落における作動流体の圧力は、上流段のタービン段落における作動流体の圧力よりも大きく低下する。
【0026】
そのため、下流段のタービン段落では、排出通路３７２から排出される冷却媒体の圧力と、作動流体流路３１２を流れる作動流体の圧力との差が大きくなるため、排出通路３７２から噴出される冷却媒体の流れがチョーク流となる。
【0027】
これによって、冷却媒体の流れがチョーク流となる下流段のタービン段落では、排出通路３７２から噴出される冷却媒体の流量の調整が困難となる。
【0028】
本発明が解決しようとする課題は、タービンロータを冷却した冷却媒体を適正な圧力で各タービン段落に供給可能なタービンロータおよび軸流タービンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0029】
実施形態のタービンロータは、円柱状のロータ胴部と、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とともに、複数段のタービン段落を構成するために前記ロータ胴部の中心軸方向に設けられた複数段のタービンディスクとを備える。
【0030】
また、タービンロータは、前記ロータ胴部に形成され、第１の冷却媒体が供給されるとともに、前記タービン段落のうち高圧側となる高圧側タービン段落に前記第１の冷却媒体を排出する第１の冷却通路部と、前記ロータ胴部に形成され、前記第１の冷却媒体よりも低圧の第２の冷却媒体が供給されるとともに、前記高圧側タービン段落よりも低圧側となる低圧側タービン段落に前記第２の冷却媒体を排出する第２の冷却通路部とを具備し、前記第１の冷却通路部は、タービンロータの中心軸方向に形成され、穴で構成される第１の軸方向通路と、前記第１の軸方向通路に前記第１の冷却媒体を導入する第１の導入通路と、前記第１の軸方向通路から前記高圧側タービン段落に前記第１の冷却媒体を排出する第１の排出通路とを備え、前記第２の冷却通路部は、前記タービンロータの中心軸方向に形成され、穴で構成される第２の軸方向通路と、前記第２の軸方向通路に前記第２の冷却媒体を導入する第２の導入通路と、前記第２の軸方向通路から前記低圧側タービン段落に前記第２の冷却媒体を排出する第２の排出通路とを備える。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】第１の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6】第１の実施の形態のタービンロータを備える他の構成の軸流タービンの子午断面を示した図である。
【図7】第２の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14】従来の軸流タービンの子午断面を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
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。
【0033】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態のタービンロータ１０Ａ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、超臨界の作動流体がタービンに導入されるガスタービン構造を示している。
図１は、第１の実施の形態のタービンロータ１０Ａ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、超臨界の作動流体がタービンに導入されるガスタービン構造を示している。
【0034】
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の内側に設けられた内部ケーシング３１とを備える。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１０Ａが設けられている。
【0035】
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１０Ａの中心軸Ｏ方向）に複数段設けられている。
【0036】
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。
【0037】
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１０Ａ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。
【0038】
タービンロータ１０Ａ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。
【0039】
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。なお、ロータ胴部１１の中心軸は、タービンロータ１０Ａの中心軸Ｏと同一である。そのため、ロータ胴部１１の中心軸方向は、軸方向と称しているタービンロータ１０Ａの中心軸方向と同一である。
【0040】
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、複数段のタービン段落を構成するために、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。
【0041】
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。
【0042】
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。複数のタービン段落によって作動流体が流れる作動流体流路５５が形成される。
【0043】
図１に示すように、タービンロータ１０Ａと外部ケーシング３０との間には、グランドシール部３３ａを備える。タービンロータ１０Ａと内部ケーシング３１との間には、グランドシール部３３ｂを備える。タービンロータ１０Ａとパッキンヘッド３２との間には、グランドシール部３３ｃ備える。これらのグランドシール部３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、作動流体や冷却媒体の外部への漏洩を抑制する。
【0044】
グランドシール部３３ｂおよびグランドシール部３３ａは、作動流体や冷却媒体の導入側に備えられ、高圧側グランドシール部として機能する。一方、グランドシール部３３ｃは、排気室７５側に備えられ、低圧側グランドシール部として機能する。
【0045】
また、高圧側グランドシール部において、図１に示すように、グランドシール部３３ｂとグランドシール部３３ａとの間に空間５６が形成される。換言すると、グランドシール部３３ｂを支持する内部ケーシング３１とグランドシール部３３ａを支持する外部ケーシング３０とが軸方向に間隙を有している。
【0046】
そして、その間隙によって、内部ケーシング３１、外部ケーシング３０、タービンロータ１０Ａ、グランドシール部３３ａ、３３ｂによって囲まれる空間５６が形成される。なお、ここでは、空間５６は、高圧側グランドシール部に形成される空間として機能する。
【0047】
タービンロータ１０Ａは、冷却媒体によってタービンロータ１０Ａを冷却する冷却構造部１３を備える。この冷却構造部１３は、高圧冷却通路１３Ａと低圧冷却通路１３Ｂとを備える。この冷却構造部１３の構造については、後に詳しく説明する。
【0048】
ここで、タービンロータ１０Ａは、冷却構造部１３の形成工程等を考慮して、例えば、タービンロータ１０Ａの全体を一体で構成するモノブロック型ロータで構成されることが好ましい。この場合、タービンロータ１０Ａは、一体型鍛造品となる。
【0049】
なお、タービンロータ１０Ａ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構成することもできる。この場合、冷却構造部１３の形成工程等を考慮して、冷却構造部１３を備える部分は、一つのタービンロータ構成部材で構成されていることが好ましい。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。
【0050】
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）から排出された燃焼ガス（作動流体）を初段の静翼４２に導く。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
なお、空間３６に流入する冷却媒体の温度は、初段の静翼４２に導入される作動流体の温度に比べて十分に低い。すなわち、空間３６に流入する冷却媒体の温度は、タービンロータ１０Ａなどを冷却するための冷却媒体として機能する温度である。
【0055】
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。
【0056】
なお、上記したように、軸流タービン１は、トランジションピース６０から噴出された作動流体が一方向に流れる一方向流型のタービンである。
【0057】
次に、タービンロータ１０Ａの冷却構造部１３について詳しく説明する。
【0058】
図２は、図１のＡ－Ａ断面を示す図である。図３は、図１のＢ－Ｂ断面を示す図である。なお、図２および図３は、タービンロータ１０Ａの中心軸Ｏに垂直な断面である。ここでは、図１、図２および図３を参照して説明する。
【0059】
冷却構造部１３は、タービンロータ１０Ａにおけるロータ胴部１１に形成されている。また、前述したように、冷却構造部１３は、高圧冷却通路１３Ａと、低圧冷却通路１３Ｂとを備える。
【0060】
まず、高圧冷却通路１３Ａについて説明する。
【0061】
高圧冷却通路１３Ａには、冷却媒体供給管７０から空間３６に導入された超臨界の冷却媒体が導入される。なお、ここでは、空間３６から高圧冷却通路１３Ａに導入される冷却媒体を高圧冷却媒体と呼ぶ。
【0062】
また、高圧冷却通路１３Ａは、複数段のタービン段落のうち高圧側となる高圧側タービン段落に高圧冷却媒体を排出する。なお、高圧冷却通路１３Ａは、第１の冷却通路部として機能する。また、高圧冷却媒体は、第１の冷却媒体として機能する。
【0063】
ここで、高圧冷却通路１３Ａから排出される高圧冷却媒体の圧力は、高圧側タービン段落を流れる作動流体の圧力よりも高い。
【0064】
高圧側タービン段落は、例えば、初段のタービン段落、または初段のタービン段落および初段より下流のいくつかのタービン段落で構成される。高圧側タービン段落は、高圧冷却媒体をタービン段落に噴出した際、高圧冷却媒体がチョーク流とならないタービン段落で構成される。
【0065】
図１に示した一例では、４段で構成されるタービン段落のうち、上流側の２段を高圧側タービン段落としている。なお、高圧側タービン段落の構成はこれに限られない。上記したように、高圧冷却媒体をタービン段落に噴出した際、高圧冷却媒体がチョーク流とならないタービン段落であれば、高圧側タービン段落として構成してもよい。
【0066】
図１に示すように、高圧冷却通路１３Ａは、導入通路８０と、軸方向通路８１と、排出通路８２とを備える。導入通路８０、軸方向通路８１および排出通路８２は、連通している。ここで、導入通路８０は、第１の導入通路として機能し、軸方向通路８１は、第１の軸方向通路として機能し、排出通路８２は、第１の排出通路として機能する。
【0067】
導入通路８０は、例えば、の外周面１１ａから軸方向通路８１に貫通する貫通孔で構成される。導入通路８０は、例えば、半径方向に形成される。
【0068】
なお、導入通路８０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８０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。
【0069】
導入通路８０の入口８０ａは、超臨界の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８１は、導入通路８０を介して連通している。
【0070】
なお、導入通路８０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に導入された超臨界の冷却媒体は、複数の導入通路８０を通り軸方向通路８１に流れる。
【0071】
軸方向通路８１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１０Ａ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８１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８１内には、中心軸Ｏを含まない。軸方向通路８１は、例えば、断面が円形の穴で構成される。
【0072】
軸方向通路８１は、タービンロータ１０Ａの中心軸方向に形成される。軸方向通路８１は、例えば、図１に示すように、タービンロータ１０Ａの中心軸Ｏに平行に形成される。
【0073】
軸方向通路８１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８１が備えられる。そして、図２に示すように、軸方向通路８１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８１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８１の中心軸Ｐ間の周方向の長さは、それぞれ等しい。
【0074】
また、軸方向通路８１は、図１に示すように、例えば、導入通路８０が形成された軸方向位置から、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。
【0075】
ここでは、軸方向通路８１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８１の出口８１ａは、封止部材８３で封止されている。
【0076】
なお、軸方向通路８１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８１は、導入通路８０から高圧冷却媒体が導入され、かつ各排出通路８２に高圧冷却媒体を導ける範囲に形成されていればよい。
【0077】
排出通路８２は、図１に示すように高圧側タービン段落に対応して形成される。ここでは、排出通路８２は、初段のタービン段落および第２段のタービン段落に対応する軸方向位置に形成されている。
【0078】
排出通路８２は、軸方向通路８１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８２は、軸方向通路８１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。
【0079】
ここで、空間４５は、内側シュラウド４１および遮熱ピース４３と、タービンディスク１２との間の隙間を介して作動流体流路５５に連通している。
【0080】
排出通路８２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、および初段のタービンディスク１２と第２段のタービンディスク１２との間におけるロータ胴部１１の外周面１１ａに、出口８２ａを有する。
【0081】
例えば、初段のタービン段落においては、排出通路８２の出口８２ａ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。
【0082】
第２段のタービン段落においては、排出通路８２の出口８２ａ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。
【0083】
なお、第２段以降のタービン段落においては、排出通路８２の出口８２ａ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８２の出口８２ａは、下流のタービンディスク１２側に位置してもよい。
【0084】
排出通路８２は、例えば、半径方向に形成される。なお、排出通路８２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８２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。
【0085】
ここで、図２に示すように、排出通路８２は、各軸方向通路８１にそれぞれ形成されている。また、図示していないが、導入通路８０も排出通路８２と同様に、各軸方向通路８１にそれぞれ形成されている。
【0086】
次に、低圧冷却通路１３Ｂについて説明する。
【0087】
低圧冷却通路１３Ｂには、高圧側グランドシール部における空間５６に流入した冷却媒体が導入される。低圧冷却通路１３Ｂには、高圧冷却通路１３Ａに導入される高圧冷却媒体よりも低圧の冷却媒体が導入される。なお、ここでは、低圧冷却通路１３Ｂに導入される、高圧冷却媒体よりも低圧の冷却媒体を低圧冷却媒体と呼ぶ。また、低圧冷却媒体は、第２の冷却媒体として機能する。
【0088】
また、低圧冷却通路１３Ｂは、高圧側タービン段落よりも低圧側の低圧側タービン段落に低圧冷却媒体を排出する。なお、低圧冷却通路１３Ｂは、第２の冷却通路部として機能する。
【0089】
ここで、低圧冷却通路１３Ｂから排出される低圧冷却媒体の圧力は、低圧側タービン段落を流れる作動流体の圧力よりも高い。
【0090】
低圧側タービン段落は、上記した高圧側タービン段落よりも下流側のタービン段落で構成される。図１に示した一例では、４段で構成されるタービン段落のうち、下流側の２段を低圧側タービン段落としている。なお、低圧側タービン段落に流れる作動流体の圧力は、高圧側タービン段落に流れる作動流体の圧力よりも低い。
【0091】
【0092】
なお、図１に示された断面では、排出通路９２は見えない。すなわち、図３に示すように、排出通路９２は、図２に示された排出通路９２に対して中心軸Ｏを中心として周方向にずれた位置に配置されている。これによって、排出通路９２が高圧冷却通路１３Ａの軸方向通路８１に交差することを回避できる。
【0093】
ここで、導入通路９０は、第２の導入通路として機能し、軸方向通路９１は、第２の軸方向通路として機能し、排出通路９２は、第２の排出通路として機能する。
【0094】
導入通路９０は、例えば、ロータ胴部１１の外周面１１ａから軸方向通路９１に貫通する貫通孔で構成される。導入通路９０は、例えば、半径方向に形成される。
【0095】
なお、導入通路９０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９０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。
【0096】
導入通路９０の入口９０ａは、高圧側グランドシール部における空間５６に開口している。すなわち、空間５６と軸方向通路９１は、導入通路９０を介して連通している。
【0097】
ここで、空間５６には、空間３６からグランドシール部３３ｂを通過した超臨界の冷却媒体が流入する。この超臨界の冷却媒体は、グランドシール部３３ｂを通過することで圧力が減少し、低圧冷却媒体となる。なお、空間５６における低圧冷却媒体の圧力は、低圧側タービン段落を流れる作動流体の圧力よりも高い。
【0098】
【0099】
また、軸方向通路９１は、図１に示すように、例えば、導入通路９０が形成された軸方向位置から、少なくとも低圧側タービン段落に対応する軸方向位置に亘って形成される。
【0100】
なお、図１では、軸方向通路９１は、導入通路９０が形成された軸方向位置から低圧側に貫通した一例を示している。この場合、軸方向通路９１の出口は、封止部材（図示しない）で封止されている。また、軸方向通路９１は、導入通路９０から低圧冷却媒体が導入され、かつ各排出通路９２に冷却媒体を導ける範囲に形成されていればよい。
【0101】
【0102】
排出通路９２は、軸方向通路９１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。排出通路９２は、ロータ胴部１１の外周面１１ａに出口９２ａを有する。そして、出口９２ａは、空間４５に開口している。
【0103】
本実施の形態における軸流タービンは、超臨界の作動流体が導入されるタービンである。この軸流タービンが備えられる設備として、タービンから排出された作動流体の一部を燃焼器やタービンに冷却媒体として循環させる超臨界ＣＯ２ガスタービン設備が例示できる。超臨界ＣＯ２ガスタービン設備において循環される冷却媒体は、超臨界の二酸化炭素である。
【0104】
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。
【0105】
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、排出通路８２、９２の出口８２ａ、９２ａは、例えば、シール部を構成する部分のロータ胴部１１の外周面１１ａに位置する。
【0106】
次に、軸流タービン１およびタービンロータ１０Ａ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。
【0107】
まず、軸流タービン１の作用について説明する。
【0108】
燃焼器（図示しない）から排出された燃焼ガス（作動流体）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内に導入された作動流体は、初段の静翼４２に導かれる。そして、作動流体は、初段の静翼４２から初段の動翼５０に向けて噴出される。
【0109】
このようにして、作動流体は、第２段以降の静翼４２および動翼５０を備える作動流体流路５５を流動し、膨張仕事をしながらタービンロータ１０Ａを回転させる。最終段の動翼５０を通過した燃焼ガスは、排気室７５を通り軸流タービン１から排出される。
【0110】
次に、タービンロータ１０Ａの冷却構造部１３の作用について説明する。
【0111】
超臨界の冷却媒体は、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。
【0112】
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。なお、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。
【0113】
空間３６に導かれた冷却媒体の一部は、入口８０ａから導入通路８０に流入する。なお、導入通路８０に流入した冷却媒体は、高圧冷却媒体として機能する。
【0114】
導入通路８０に流入した高圧冷却媒体は、導入通路８０を通り軸方向通路８１に流入する。軸方向通路８１に導く冷却媒体の流量は、例えば、導入通路８０の口径などによって調整される。
【0115】
軸方向通路８１に導かれた高圧冷却媒体は、軸方向通路８１を軸方向の下流側に向かって流れる。軸方向通路８１を軸方向の下流側に向かって流れる高圧冷却媒体は、高圧タービン段落に対応して形成された各排出通路８２に流れ込む。
【0116】
排出通路８２に流れ込んだ高圧冷却媒体は、排出通路８２を通り出口８２ａから、高圧タービン段落における空間４５に噴出される。なお、各排出通路８２に導く高圧冷却媒体の流量は、例えば、各排出通路８２の口径などによって調整される。
【0117】
ここで、ロータ胴部１１（タービンロータ１０Ａ）は、導入通路８０、軸方向通路８１および排出通路８２に高圧冷却媒体を流すことによって、内部から冷却される。
【0118】
空間４５内に広がった高圧冷却媒体は、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、作動流体流路５５に流入する。作動流体流路５５に流入した高圧冷却媒体は、作動流体とともに作動流体流路５５を流れ、排気室７５に排出される。
【0119】
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に流入する高圧冷却媒体、および作動流体流路５５に流出する高圧冷却媒体によって冷却される。
【0120】
また、空間３６に導かれた冷却媒体の一部は、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、例えば、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。
【0121】
また、空間３６に導かれた冷却媒体の一部は、グランドシール部３３ｂを通り、空間５６へ流入する。なお、空間５６へ流入する冷却媒体の圧力は、空間３６における冷却媒体の圧力よりも低い。
【0122】
空間５６に導かれた冷却媒体の一部は、入口９０ａから導入通路９０に流入する。なお、導入通路９０に流入した冷却媒体は、低圧冷却媒体として機能する。
【0123】
導入通路９０に流入した低圧冷却媒体は、導入通路９０を通り軸方向通路９１に流入する。軸方向通路９１に導く冷却媒体の流量は、例えば、導入通路９０の口径などによって調整される。
【0124】
軸方向通路９１に導かれた低圧冷却媒体は、軸方向通路９１を軸方向の下流側に向かって流れる。軸方向通路９１を軸方向の下流側に向かって流れる低圧冷却媒体は、低圧タービン段落に対応して形成された各排出通路９２に流れ込む。
【0125】
排出通路９２に流れ込んだ低圧冷却媒体は、排出通路９２を通り出口９２ａから、低圧タービン段落における空間４５に噴出される。なお、各排出通路９２に導く低圧冷却媒体の流量は、例えば、各排出通路９２の口径などによって調整される。
【0126】
ここで、ロータ胴部１１（タービンロータ１０Ａ）は、導入通路９０、軸方向通路９１および排出通路９２に低圧冷却媒体を流すことによって、内部から冷却される。
【0127】
空間４５内に広がった低圧冷却媒体は、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、作動流体流路５５に流入する。作動流体流路５５に流入した低圧冷却媒体は、作動流体とともに作動流体流路５５を流れ、排気室７５に排出される。
【0128】
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に流入する低圧冷却媒体、および作動流体流路５５に流出する低圧冷却媒体によって冷却される。
【0129】
排出通路９２から空間４５、すなわち低圧側タービン段落に噴出される低圧冷却媒体の圧力と低圧側タービン段落における作動流体の圧力との差（または圧力比）は、低圧冷却媒体のチョーク流れを生じる差圧（または圧力比）よりも小さい。
【0130】
上記した第１の実施の形態のタービンロータ１０Ａによれば、異なる圧力の冷却媒体が導入される高圧冷却通路１３Ａと低圧冷却通路１３Ｂとを備える。そして、高圧冷却通路１３Ａに導入された高圧冷却媒体は、高圧側タービン段落に導入される。低圧冷却通路１３Ｂに導入された低圧冷却媒体は、低圧側タービン段落に導入される。
【0131】
このように、タービン段落に応じて、高圧の作動流体が流れるタービン段落には、高圧の冷却媒体を導入することができる。また、低圧の作動流体が流れるタービン段落には、低圧の冷却媒体を導入することができる。
【0132】
これによって、高圧力比のタービンにおいても、各タービン段落に適正な圧力で冷却媒体を導入できる。そのため、低圧側タービン段落においても、冷却媒体の流れがチョークすることなく、最適な流量の冷却媒体を各タービン段落に導入できる。
【0133】
また、空間３６内には、高圧である超臨界の冷却媒体が導入される。そのため、グランドシール部３３ｂから漏洩する冷却媒体の流量は増加する。しかしながら、第１の実施の形態のタービンロータ１０Ａでは、グランドシール部３３ｂから漏洩した冷却媒体を低圧冷却通路１３Ｂに導入する冷却媒体として利用することができる。これによって、高圧側のグランドシール部３３ａから外部に漏洩する冷却媒体の流量は減少する。
【0134】
（第１の実施の形態の他の形態）
図４は、第１の実施の形態の他の形態のタービンロータ１０Ａにおける、図１のＡ－Ａ断面に相当する断面を示す図である。図５は、第１の実施の形態の他の形態のタービンロータ１０Ａにおける、図１のＢ－Ｂ断面に相当する断面を示す図である。なお、図４および図５は、タービンロータ１０Ａの中心軸Ｏに垂直な断面である。
図４は、第１の実施の形態の他の形態のタービンロータ１０Ａにおける、図１のＡ－Ａ断面に相当する断面を示す図である。図５は、第１の実施の形態の他の形態のタービンロータ１０Ａにおける、図１のＢ－Ｂ断面に相当する断面を示す図である。なお、図４および図５は、タービンロータ１０Ａの中心軸Ｏに垂直な断面である。
【0135】
この他の形態のタービンロータ１０Ａでは、低圧冷却通路１３Ｂにおける軸方向通路９１の構成の他の一例を示す。
【0136】
図４および図５に示すように、軸方向通路９１を複数の通路で構成してもよい。具体的には、軸方向通路９１は、ロータ胴部１１の、タービンロータ１０Ａ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もよい。すなわち、軸方向通路９１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。
【0137】
ここでは、軸方向通路９１は、高圧冷却通路１３Ａの軸方向通路８１が形成された同一円周Ｒ上に、軸方向通路８１に対して周方向にずらして均等配置されている。また、この場合、軸方向通路８１および軸方向通路９１は、同一円周Ｒ上に均等配置されている。
【0138】
なお、軸方向通路９１の配置構成はこの構成に限られない。例えば、軸方向通路９１は、同一円周Ｒとは異なる、中心軸Ｏを中心とする同一円周上に均等配置されてもよい。
【0139】
このように、低圧冷却通路１３Ｂにおいて複数の軸方向通路９１を備えるタービンロータ１０Ａにおいても、上記した第１の実施の形態のタービンロータ１０Ａの作用効果と同様の作用効果が得られる。
【0140】
また、複数の軸方向通路８１、９１を中心軸Ｏを中心とする任意の同一円周上に均等配置したタービンロータ１０Ａでは、中心軸Ｏを中心軸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。
【0141】
また、複数の軸方向通路８１、９１を中心軸Ｏを中心とする任意の同一円周上に均等配置することで、タービンロータ１０Ａ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。
【0142】
ここで、上記した軸流タービンの構成は、この構成に限られない。図６は、第１の実施の形態のタービンロータ１０Ａを備える他の構成の軸流タービン１の子午断面を示した図である。
【0143】
図６に示すように、軸流タービン１は、外部ケーシング３０を貫通し、高圧側グランドシール部に形成された空間５６に軸流タービン１の外部から冷却媒体を導入する冷却媒体導入管３８を備えてもよい。冷却媒体導入管３８の出口３８ａは、空間５６に開口している。
【0144】
冷却媒体導入管３８に導入される冷却媒体の圧力は、グランドシール部３３ｂを通過して空間５６内に流入する低圧冷却媒体の圧力よりも高く設定される。なお、冷却媒体導入管３８に導入される冷却媒体の圧力は、高圧冷却媒体の圧力よりも低い。
【0145】
冷却媒体導入管３８に導入される冷却媒体として、例えば、軸流タービン１を備える超臨界ＣＯ２ガスタービン設備の系統の一部から抽気された作動流体などが使用できる。また、例えば、軸流タービン１を備える超臨界ＣＯ２ガスタービン設備に併設された異なる超臨界ＣＯ２ガスタービン設備の系統の一部から抽気された作動流体などが使用できる。
【0146】
なお、冷却媒体導入管３８に導入される冷却媒体の供給源は、これらに限られるものではなく、空間５６内に導入される冷却媒体として圧力および温度などの条件が適する供給源であればよい。
【0147】
ここで、空間５６は、導入通路９０に連通しているため、冷却媒体導入管３８から空間５６に導入された冷却媒体は、グランドシール部３３ｂを通過して空間５６内に流入した低圧冷却媒体とともに導入通路９０に流入する。
【0148】
このように冷却媒体導入管３８を介して軸流タービン１の外部から空間５６に冷却媒体を導入することで、導入通路９０に流入する冷却媒体の流量が増える。そのため、排出通路９２から空間４５に噴出される冷却媒体の流量が増加する。これによって、ロータ胴部１１の外周面１１ａやタービンディスク１２などの冷却を促進することができる。
【0149】
ここで、冷却媒体導入管３８には、図示しない流量調整弁が備えられ、例えば、必要に応じて空間５６に冷却媒体を導入することができる。例えば、超臨界ＣＯ２ガスタービン設備の起動時において、作動流体の温度が設定温度よりも上昇することがある。このようなときに、冷却媒体導入管３８を介して空間５６に冷却媒体を導入することができる。
【0150】
（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態のタービンロータ１０Ｂを備える軸流タービン１の子午断面を示した図である。図８は、図７のＣ－Ｃ断面を示す図である。図９は、図７のＤ－Ｄ断面を示す図である。図１０は、図７のＥ－Ｅ断面を示す図である。なお、図８、図９および図１０は、タービンロータ１０Ｂの中心軸Ｏに垂直な断面である。
図７は、第２の実施の形態のタービンロータ１０Ｂを備える軸流タービン１の子午断面を示した図である。図８は、図７のＣ－Ｃ断面を示す図である。図９は、図７のＤ－Ｄ断面を示す図である。図１０は、図７のＥ－Ｅ断面を示す図である。なお、図８、図９および図１０は、タービンロータ１０Ｂの中心軸Ｏに垂直な断面である。
【0151】
なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態のタービンロータ１０Ａおよびタービンロータ１０Ａを備える軸流タービン１と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【0152】
第２の実施の形態のタービンロータ１０Ｂでは、第１の実施の形態のタービンロータ１０Ａにおける高圧冷却通路１３Ａと低圧冷却通路１３Ｂの配置構成を入れ替えている。すなわち、第２の実施の形態のタービンロータ１０Ｂにおいては、冷却構造部１３の構成以外は第１の実施の形態のタービンロータ１０Ａの構成と同じである。そのため、ここでは、主に冷却構造部１３の構成について説明する。
【0153】
冷却構造部１３は、タービンロータ１０Ｂにおけるロータ胴部１１に形成されている。冷却構造部１３は、高圧冷却通路１３Ａと、低圧冷却通路１３Ｂとを備える。
【0154】
まず、高圧冷却通路１３Ａについて説明する。
【0155】
高圧冷却通路１３Ａには、冷却媒体供給管７０から空間３６に導入された高圧冷却媒体が導入される。
【0156】
【0157】
なお、図７に示された断面では、導入通路８０および排出通路８２は見えない。すなわち、図８および図９に示すように、導入通路８０および排出通路８２は、図７に示された導入通路９０および排出通路９２に対して中心軸Ｏを中心として周方向にずれた位置に配置されている。
【0158】
図８に示すように、導入通路８０は、例えば、ロータ胴部１１の外周面１１ａから軸方向通路８１に貫通する貫通孔で構成される。導入通路８０の入口８０ａは、高圧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。なお、導入通路８０の構成は、第１の実施の形態で説明したとおりである。
【0159】
【0160】
また、軸方向通路８１は、図７に示すように、例えば、導入通路８０が形成された軸方向位置から、少なくとも高圧側タービン段落に対応する軸方向位置に亘って形成される。
【0161】
なお、図７では、軸方向通路８１は、導入通路８０が形成された軸方向位置から低圧側に貫通した一例を示している。この場合、軸方向通路８１の出口は、封止部材（図示しない）で封止されている。また、軸方向通路８１は、導入通路８０から高圧冷却媒体が導入され、かつ各排出通路８２に冷却媒体を導ける範囲に形成されていればよい。
【0162】
排出通路８２は、高圧側タービン段落に対応して形成される。ここでは、排出通路８２は、初段のタービン段落および第２段のタービン段落に対応する軸方向位置に形成されている。
【0163】
排出通路８２は、図９に示すように、軸方向通路８１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。排出通路８２は、ロータ胴部１１の外周面１１ａに出口８２ａを有する。排出通路８２は、軸方向通路８１と空間４５とを連通させる。
【0164】
次に、低圧冷却通路１３Ｂについて説明する。
【0165】
低圧冷却通路１３Ｂには、高圧側グランドシール部における空間５６に流入した低圧冷却媒体が導入される。
【0166】
【0167】
導入通路９０は、例えば、ロータ胴部１１の外周面１１ａから軸方向通路９１に貫通する貫通孔で構成される。導入通路９０の入口９０ａは、高圧側グランドシール部における空間５６に開口している。なお、導入通路９０の構成は、第１の実施の形態で説明したとおりである。
【0168】
軸方向通路９１は、図７および図１０に示すように、ロータ胴部１１の、タービンロータ１０Ｂ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９１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。軸方向通路９１は、例えば、断面が円形の穴で構成される。
【0169】
なお、複数の軸方向通路９１を備える際の周方向の配置構成は、第１の実施の形態における軸方向通路８１の構成と同様である。
【0170】
軸方向通路９１は、例えば、導入通路９０が形成された軸方向位置から、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９１は、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。この場合、軸方向通路９１の出口９１ａは、封止部材９３で封止されている。
【0171】
なお、軸方向通路９１は、導入通路９０から低圧冷却媒体が導入され、かつ各排出通路９２に冷却媒体を導ける範囲に形成されていればよい。
【0172】
【0173】
排出通路９２は、軸方向通路９１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。排出通路９２は、ロータ胴部１１の外周面１１ａに出口９２ａを有する。排出通路９２は、軸方向通路９１と空間４５とを連通させる。
【0174】
そして、空間３６に導かれた冷却媒体の高圧冷却媒体としての作用、および空間５６に導かれた冷却媒体の低圧冷却媒体としての作用は、第１の実施の形態で説明したとおりである。
【0175】
上記した第２の実施の形態のタービンロータ１０Ｂによれば、異なる圧力の冷却媒体が導入される高圧冷却通路１３Ａと低圧冷却通路１３Ｂとを備える。この高圧冷却通路１３Ａと低圧冷却通路１３Ｂとを備えることによる効果は、第１の実施の形態で説明したとおりである。
【0176】
（第２の実施の形態の他の形態）
図１１は、第２の実施の形態の他の形態のタービンロータ１０Ｂにおける、図７のＣ－Ｃ断面に相当する断面を示す図である。図１２は、第２の実施の形態の他の形態のタービンロータ１０Ｂにおける、図７のＤ－Ｄ断面に相当する断面を示す図である。図１３は、第２の実施の形態の他の形態のタービンロータ１０Ｂにおける、図７のＥ－Ｅ断面に相当する断面を示す図である。なお、図１１～図１３は、タービンロータ１０Ｂの中心軸Ｏに垂直な断面である。
図１１は、第２の実施の形態の他の形態のタービンロータ１０Ｂにおける、図７のＣ－Ｃ断面に相当する断面を示す図である。図１２は、第２の実施の形態の他の形態のタービンロータ１０Ｂにおける、図７のＤ－Ｄ断面に相当する断面を示す図である。図１３は、第２の実施の形態の他の形態のタービンロータ１０Ｂにおける、図７のＥ－Ｅ断面に相当する断面を示す図である。なお、図１１～図１３は、タービンロータ１０Ｂの中心軸Ｏに垂直な断面である。
【0177】
この他の形態のタービンロータ１０Ｂでは、高圧冷却通路１３Ａにおける軸方向通路８１の構成の他の一例を示す。
【0178】
図１１、図１２および図１３に示すように、軸方向通路８１を複数の通路で構成してもよい。具体的には、軸方向通路８１は、ロータ胴部１１の、タービンロータ１０Ｂ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もよい。すなわち、軸方向通路８１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。
【0179】
ここでは、軸方向通路８１は、低圧冷却通路１３Ｂの軸方向通路９１が形成された同一円周Ｒ上に、軸方向通路９１に対して周方向にずらして均等配置されている。また、この場合、軸方向通路８１および軸方向通路９１は、同一円周Ｒ上に均等配置されている。
【0180】
なお、軸方向通路８１の配置構成はこの構成に限られない。例えば、軸方向通路８１は、同一円周Ｒとは異なる、中心軸Ｏを中心とする同一円周上に均等配置されてもよい。
【0181】
このように、高圧冷却通路１３Ａにおいて複数の軸方向通路８１を備えるタービンロータ１０Ｂにおいても、上記した第２の実施の形態のタービンロータ１０Ｂの作用効果と同様の作用効果が得られる。
【0182】
また、複数の軸方向通路８１、９１を中心軸Ｏを中心とする任意の同一円周上に均等配置したタービンロータ１０Ｂでは、中心軸Ｏを中心軸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。
【0183】
また、複数の軸方向通路８１、９１を中心軸Ｏを中心とする任意の同一円周上に均等配置することで、タービンロータ１０Ｂ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。
【0184】
ここで、第２の実施の形態のタービンロータ１０Ｂを備えた軸流タービン１においても、図６に示したように、外部ケーシング３０を貫通し、高圧側グランドシール部に形成された空間５６に軸流タービン１の外部から冷却媒体を導入する冷却媒体導入管３８を備えてもよい。なお、この冷却媒体導入管３８を備えることによる作用効果は、前述したとおりである。
【0185】
以上説明した実施形態によれば、タービンロータを冷却した冷却媒体を適正な圧力で各タービン段落に供給することが可能となる。
【0186】
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。
【符号の説明】
【0187】
１…軸流タービン、１０Ａ、１０Ｂ…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、１３Ａ…高圧冷却通路、１３Ｂ…低圧冷却通路、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、５６…空間、３５…貫通口、３６ａ…上流端、３８…冷却媒体導入管、３８ａ、８１ａ、８２ａ、９１ａ、９２ａ…出口、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、４４…シール部、５０…動翼、５１…シュラウドセグメント、５５…作動流体流路、６０…トランジションピース、７０…冷却媒体供給管、７５…排気室、８０、９０…導入通路、８０ａ、９０ａ…入口、８１、９１…軸方向通路、８２、９２…排出通路、８３、９３…封止部材。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】