(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体により回転される回転部と、該回転部と対向する静止部に所定の間隔で設けられ、前記回転部に向かって延伸するように形成された複数の突起部とを有し、所定の間隔で設けられた前記突起部間と対向する回転部の外周側先端面に、前記回転部の回転により回転部と突起部の隙間を漏れてくる流れをかく乱する構造物を周方向に離散的に形成し、前記構造物は、その周方向側端面の一端が回転面に対し垂直に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部から回転方向側に向かうに従って切り欠きが浅くなるように形成されたスロープとを有することを特徴とする回転流体機械。
【請求項２】
作動流体により回転される回転部と、該回転部に所定の間隔で設けられ、前記回転部と対向する静止部に向かって延伸するように形成された複数の突起部とを有し、所定の間隔で設けられた前記突起部間と対向する回転部の外周側先端面に、前記回転部の回転により回転部と突起部の隙間を漏れてくる流れをかく乱する構造物を周方向に離散的に形成し、前記構造物は、その周方向側端面の一端が回転面に対し垂直に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部から回転方向側に向かうに従って切り欠きが浅くなるように形成されたスロープとを有することを特徴とする回転流体機械。
【請求項３】
作動流体により駆動される回転部と、該回転部と対向する静止部に所定の間隔で設けられ、前記回転部に向かって延伸するように形成された複数の突起部とを有し、所定の間隔で設けられた前記突起部間と対向する前記回転部の位置には半径方向外向きに突出するステップが形成され、該ステップの回転軸に直行する面、または前記静止部と対向するステップの外周側先端面に、前記回転部の回転により回転部と突起部の隙間を漏れてくる流れをかく乱する構造物を周方向に離散的に形成し、前記構造物は、その周方向側端面の一端が回転面に対し垂直に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部から回転方向側に向かうに従って切り欠きが浅くなるように形成されたスロープとを有することを特徴とする回転流体機械。
【請求項４】
前記構造物は、凹部または凸部であることを特徴とする請求項１，２または３に記載の回転流体機械。
【請求項５】
前記構造物は、前記回転部の外周側先端面にそれぞれの軸方向の位置をずらして周方向に複数設置されたことを特徴とする請求項１，２または３に記載の回転流体機械。
【請求項６】
タービンロータのディスク外周部に備えられるタービン動翼において、該タービン動翼の外周側と対向する静止部には、所定の間隔で前記回転部に向かって延伸するように形成された複数の突起部が形成されたものであって、所定の間隔で設けられた前記突起部間と対向するタービン動翼の外周側先端面に、前記タービン動翼と突起部の隙間を漏れてくる流れをかく乱する構造物を周方向に離散的に形成し、前記構造物は、その周方向側端面の一端が回転面に対し垂直に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部から回転方向側に向かうに従って切り欠きが浅くなるように形成されたスロープとを有することを特徴とするタービン動翼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動作流体として気体や液体を用いる回転流体機械に係り、特に回転部と静止部との隙間から流れが漏れることを防止する回転流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
作動流体として気体や液体を用いる機械では、作動流体を一定の空間内に閉じこめておく必要がある。特に、作動流体を利用して回転力として動力を取り出すことを目的とした蒸気タービンまたはガスタービン等といった流体機械では、回転部と静止部の間に隙間ができ、その部分から流体が漏れないように流体の密封機能を持つラビリンスシールと呼ばれる非接触型のシール装置を設けている。この非接触型のシール装置は、複数の突起部と、突起部間に形成される膨張室から構成されている。
【０００３】
また、ラビリンスシールには大きく分けて直通型と食い違い型とがある。直通型ラビリンスシールとは上流側から下流側までが通して見えるような構造を持つシール装置であり、食い違い型ラビリンスシールとは突起部が重なり合うことで上流側から下流側までが通して見えないような構造を持つシール装置のことである。食い違い型は直通型に較べ吹き抜けを小さくできるという利点がある。吹き抜けとは、一つの突起部を通り抜けた流体が完全に熱エネルギーに散逸せずに膨張室を通り過ぎて次の膨張室に流れ込む流体の運動エネルギー、すなわち次段への運動エネルギーの持ち越し現象のことをいう。この吹き抜けの増加はシール性能を悪化させてしまう。
【０００４】
このように吹き抜け量を少なくできる利点を持つ食い違い型ラビリンスシールであるが、蒸気タービンのように非運転時と定常運転時の間に大きな温度差がある場合には、静止部の熱膨張量と、回転部の熱膨張量との差が発生するために、突起部が流れ方向に重なっている部分が接触してしまう可能性があった。このため従来では、流体機械の安全性のために、吹き抜け量の大きい直通型ラビリンスシールを使用していた。
【０００５】
このような直通型ラビリンスシールを用いて吹き抜け量を減少させる構造として、例えば米国特許4,534,701 号にあるように、動翼先端部シュラウドカバーに貫通した穴をあけ、翼間を流れる流れを動翼先端に設けられたシール構造内に導入するものが提案されている。
【０００６】
また、特開平8−200003 号公報には、タービン動翼の先端漏れ流れの量を低減するものとして、タービン動翼の先端に一体形成されたシュラウドの外周側先端面の周方向に複数の凹部を設けた構成のものが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した米国特許4,534,701 号においては、本来動力を得るために使われる作動流体の一部をシール部に流しているために、有効流量の減少につながっていた。また、貫通穴の翼側の静圧は翼形状に依存し、必ずしも翼間流路側からシール側に流れが流れるとは限らず、場合によってはシール側から翼間流路側に流れが漏れることもある。この場合、動翼先端部シュラウドカバーに貫通した穴をあけたことにより漏れ量は増えてしまい、さらにその漏れ流れによって翼間流れは乱され、回転流体機械の性能が低下してしまう。
【０００８】
また、特開平8−200003 号公報に記載のものは、実質上フィンとシュラウドとの間隔が広がってしまうため、吹き抜け量はかえって増加してしまう可能性があった。
【０００９】
このように従来の直通型ラビリンスシールにおいては、吹き抜け量を減少させることができなかったため、有効で実現性のある構造ではなかった。
【００１０】
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、シール性能を向上させた回転流体機械を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の回転流体機械は、作動流体により回転される回転部と、該回転部と対向する静止部に所定の間隔で設けられ、前記回転部に向かって延伸するように形成された複数の突起部とを有し、所定の間隔で設けられた前記突起部間と対向する回転部の外周側先端面に、前記回転部の回転により回転部と突起部の隙間を漏れてくる流れをかく乱する構造物を周方向に離散的に形成し、前記構造物は、その周方向側端面の一端が回転面に対し垂直に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部から回転方向側に向かうに従って切り欠きが浅くなるように形成されたスロープとを有するものである。
【００１２】
また本発明の回転流体機械は、作動流体により回転される回転部と、該回転部に所定の間隔で設けられ、前記回転部と対向する静止部に向かって延伸するように形成された複数の突起部とを有し、所定の間隔で設けられた前記突起部間と対向する回転部の外周側先端面に、前記回転部の回転により回転部と突起部の隙間を漏れてくる流れをかく乱する構造物を周方向に離散的に形成し、前記構造物は、その周方向側端面の一端が回転面に対し垂直に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部から回転方向側に向かうに従って切り欠きが浅くなるように形成されたスロープとを有するものである。
【００１３】
また本発明の回転流体機械は、作動流体により駆動される回転部と、該回転部と対向する静止部に所定の間隔で設けられ、前記回転部に向かって延伸するように形成された複数の突起部とを有し、所定の間隔で設けられた前記突起部間と対向する前記回転部の位置には半径方向外向きに突出するステップが形成され、該ステップの回転軸に直行する面、または前記静止部と対向するステップの外周側先端面に、前記回転部の回転により回転部と突起部の隙間を漏れてくる流れをかく乱する構造物を周方向に離散的に形成し、前記構造物は、その周方向側端面の一端が回転面に対し垂直に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部から回転方向側に向かうに従って切り欠きが浅くなるように形成されたスロープとを有するものである。
【００１４】
好ましくは、前記構造物は、凹部または凸部に形成されるものである。
【００１６】
また、好ましくは、前記構造物は、前記回転部の外周側先端面にそれぞれの軸方向の位置をずらして周方向に複数設置されたものである。
【００１７】
また、上記目的を達成するために、本発明のタービン動翼は、タービンロータのディスク外周部に備えられるタービン動翼において、該タービン動翼の外周側と対向する静止部には、所定の間隔で前記回転部に向かって延伸するように形成された複数の突起部が形成されたものであって、所定の間隔で設けられた前記突起部間と対向するタービン動翼の外周側先端面に、前記タービン動翼と突起部の隙間を漏れてくる流れをかく乱する構造物を周方向に離散的に形成し、前記構造物は、その周方向側端面の一端が回転面に対し垂直に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部から回転方向側に向かうに従って切り欠きが浅くなるように形成されたスロープとを有するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、蒸気タービン動翼の先端部を示した図である。回転部は、図示しないロータに動翼１６が固定され、先端部に隣合う動翼と連結するための構造，シュラウド１５を備えている。また、ロータに固定された動翼１６は回転軸１８を中心に回転される。一方、静止部であるケーシング１４からは、内周側に延伸する４枚のフィン１０，１１，１２，１３が形成され、ケーシング１４とシュラウド１５の間を流れ１７が漏れることを抑制している。またシュラウド１５は流れに対し最も上流側のフィン１０と、最も下流側のフィン１３の間で隆起部１５ａを設けてある。このように、回転流体機械におけるシール構造としてはケーシング１４，４枚のフィン１０，１１，１２，１３，隆起部１５ａが形成されたシュラウド１５を備えており、回転軸に対して対象に構成されている。
【００１９】
このような図１に示すシール構造を、フィン１０，フィン１１とその間の膨張室１０ｂからなる単位シール構造，フィン１２，フィン１３とその間の膨張室１２ｂからなる単位シール構造に分解してみると、隆起部１５ａが形成されているために、上流側から下流側までフィンとシュラウドの間隙１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａが貫通して見えない構成となっている。このようなシール構造を、一般に食い違い型ラビリンスシールと呼んでいる。一方、フィン１１，フィン１２とその間の膨張室１１ｂからなる単位シール構造は、上流側から下流側までフィンとケーシングの間隙が貫通して見える構成となっており、この様なシール構造を一般に直通型ラビリンスシールと呼んでいる。
【００２０】
食い違い型ラビリンスシール構造は、フィン１０とシュラウド１５との間隙１０ａを通り抜けた流れが、フィン１１とシュラウド１５の隆起部１５ａとの間隙１１ａを通り抜けるためには、シュラウド１５の隆起部１５ａの存在のため、流れは途中で複数回方向を変える必要がある。これに対して直通型ラビリンスシール構造は、一つのフィンにより形成される隙間を通り抜けた流体の運動エネルギーが、膨張室で完全に熱エネルギーに回復せずに膨張室を通り過ぎて、次のフィンにより形成される隙間を通り抜ける流体の運動エネルギーのことである吹き抜けが大きい。このため、食い違い型ラビリンスシール構造は直通型ラビリンスシール構造に較べて吹き抜け量を少なくすることができる。
【００２１】
しかし、食い違い型ラビリンスシール構造においては、蒸気タービンのように非運転時と定常運転時の間に大きな温度差がある場合には、静止部の熱膨張量と、回転部の熱膨張量との差のために、突起部が流れ方向に重なっている部分が接触する虞があった。例えば、同じ温度変化に対し、回転部である動翼１６の方が静止部であるケーシング１４に較べて熱膨張率が大きいとする。熱膨張による伸びが静止部，回転部共に右方向、すなわち流れ方向１７に伸びるものとすると、図示しないロータに設置される動翼１６に固定されているシュラウド１５に形成された隆起部１５ａと、ケーシング１４に固定されているフィン１３は、静止部と回転部の熱膨張による伸び差が非運転時の隆起部１５ａの下流側の端面とフィン１３との距離よりも大きくなったときに接触してしまう。これに対して、直通型ラビリンス構造は熱伸び差による接触の可能性はない。そのため、静止側と回転側の熱伸び差が大きい場合には、流体機械の安全性のため直通型ラビリンス構造を用いている。したがって、直通型ラビリンス構造においてはシール性能向上のためには吹き抜け量を低減する技術が重要である。また、食い違い型ラビリンスシールも吹き抜けはゼロではなく、吹き抜け量を低減する技術が重要である。図２は、直通型ラビリンス構造内の流線の模式図を示す。流れ方向１７に流入する流れ３１は、静圧Ｐ１の膨張室２６から静圧Ｐ２の膨張室２２に向かい、フィン３と回転部１との間の隙間３ａを通って漏れる。その流速はほぼ静圧比Ｐ１／Ｐ２で決まる。流れ３１は近寄り流れの慣性のためにフィンの下流でいったん縮まりその下流でほぼ一定の拡がり角θで拡がる。この拡がりによって流れの一部は下流側のフィン４に当たり、さらにその一部が膨張室内で渦３０を形成し、その渦により運動エネルギーは熱エネルギーに変えられる。このように全温度一定の条件のもとで、フィン前後の圧力差で等エントロピー膨張し、膨張室内でその速度エネルギーが熱エネルギーに変換される等圧静温回復する過程が、ラビリンスシール内で起こる現象であり、等エントロピー膨張によって生じた運動エネルギーがすべて熱エネルギーに散逸される場合に漏れ流量が最も少なくなることが理論的にわかっている。これを理想ラビリンスシールと呼ぶ。
【００２２】
しかし実際には、等エントロピー膨張によって生じた運動エネルギーの一部は、膨張室２２内で完全には熱エネルギーに散逸されず、下流側のフィン４と回転部１との間の隙間４ａを通り次の膨張室２７へ流れ込む。この次段への運動エネルギーの持ち越し現象を吹き抜けおよび、吹き抜けの増加はシール性能悪化につながる。また、フィンと回転部の隙間から漏れた流れ３１の拡がり角θは一般に小さく、６度程度であるといわれている。そのため、フィン間隔Ｌが小さいときには、フィンと回転部の間の隙間から漏れた流れ３１は、下流側のフィン４にあまり当たらず、その運動エネルギーの大部分が吹き抜けとなる。すなわち、吹き抜けの観点からはフィン間隔Ｌは大きい方がよい。
【００２３】
一方、漏れ速度を誘起するフィン３，４の前後の静圧比は、シール構造全体の入口・出口の圧力比が一定であるとすると、フィン枚数が多いほど小さくなる。シール構造全体の全長が決まっているとすると、フィン枚数を増加させるとフィン間隔Ｌは減少する。このようにフィン枚数，フィン間隔は各フィン前後の静圧比と吹き抜け効果のトレードオフで決まる。しかし、ここでフィン間隔Ｌを変えずに吹き抜けを小さくできることができる、すなわち膨張室内で運動エネルギーをより多く熱エネルギーに散逸できることができれば、フィン枚数と吹き抜けのトレードオフはより漏れ流量を小さくできるため、シール性能をより向上させることができる。本発明はそのような膨張室内での運動エネルギーの散逸を促進し、吹き抜けを減少させることによりシール性能を向上させることを狙ったものである。
【００２４】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【００２５】
図３は、本発明の一実施例である流体回転機械の構成図を示す。静止部２にはフィン３，４が回転部１との間に一定の隙間を持つように設置されている。一方、回転部１には、対向する静止側２に設けられたフィン３，４の間に相当する部分に、回転部１の図示しない回転軸に対して凹部５を周方向に離散的に形成している。なお、回転部１の周方向に設置する凹部５の個数は、最低１個で十分であるが、最適な個数は漏れ速度とフィン間隔、および回転部１の回転数から決まる。ここで重要なことは、凹部５は周方向に連続的に設置するのではなく、離散的に設置する点である。凹部５は吹き抜け流れをかく乱する速度成分、例えば回転軸に対し半径方向外向きの速度成分を誘起する構造であれば良い。なお、図中の１７は流れ方向、７は回転部１の回転方向を示す。
【００２６】
図４は、図３に示す凹部の詳細図である。本実施例において凹部５は、回転部１の回転方向７側にスロープ５ａを形成し、回転方向７に対向する側に回転方向に向かい合う切り欠き５ｂを形成した構成となっている。
【００２７】
以上のように形成された凹部５は、回転部１が回転することにより、回転部１と静止部２の間にある流体がスロープ５ａにより凹部５の中に流れ４３となって誘導され、切り欠き５ｂに沿って回転部１と静止部２の間の空間に流れ４４となって戻される。また、切り欠き５ｂに沿う流れ４４は、回転軸に対し外向き半径方向成分が形成される。この切り欠き５ｂに沿う流れ４４の外向き半径方向成分が、回転部１，静止部２，フィン３，４から構成されるシール構造の吹き抜け速度を減少させて、その結果、シール性能を向上させるという効果を奏することができる。
【００２８】
また、凹部５の切り欠き５ｂに沿う流れ４４は、その下流側に流れ方向１７からの漏れ流れにほぼ平行な回転軸を持つ渦４５を誘起する。この渦４５は、回転部１の回転に伴い回転部１に対し相対的に移動することで、回転部１に形成された凹部５の逆回転方向側では、凹部５とほぼ同等の外向き半径方向成分が誘起されるため、フィン３，４と回転部１の隙間を通ってきた流れはかく乱される。このため、回転部１上の凹部５は周方向に連続して設置する必要はなく、離散的に設置することで本発明の効果を得ることができる。
【００２９】
図５は、本実施例による回転流体機械の流線の模式図である。なお、図示のものは直通型ラビリンス構造に図４に示す構造を適用したものである。前述したように、回転部１に図４に示す凹部５を形成することにより、回転軸に対し外向き半径方向成分が形成され、半径方向外向き速度３５が誘起される。半径方向外向き速度３５はフィン３前後の静圧比Ｐ１／Ｐ２により生じた漏れ流れ３４を半径方向外向きに転向させる。これにより、漏れ流れ３４は図３の漏れ流れ３１に較べて、より多くの流量が下流側のフィン４に衝突し、より多くの流量が静止部２，フィン３とフィン４により形成される膨張室２２内に留まり、渦３３を形成し、流れの運動エネルギーを熱エネルギーに散逸することができる。
【００３０】
さらに、本実施例では凹部５を周方向に離散的に設置しているため、凹部５により誘起される半径方向外向き速度３５が膨張室２２内の流れに及ぼす影響も、周方向に分布させることができる。このため膨張室２２内に生じる渦３３も周方向に分布を持つ、すなわち、三次元的、かつ非定常的な構造を持つ渦となる。一方、図２に示す凹部５がない膨張室２２内に存在する渦３０は軸対称トーラス状、すなわち二次元的でかつ定常的である。三次元的、かつ非定常的な渦３３は、渦３３自身が誘起する速度のために、よりスケールの小さい多数の渦に崩壊することで、二次元的、かつ定常的な渦３０に較べ、はるかに大きな運動エネルギー散逸効果を持つ。
【００３１】
したがって、本実施例によれば、漏れ流れ３４を半径方向外向きに転向させて、膨張室２２内に大きな運動エネルギー散逸効果を持つ三次元的、かつ非定常的な渦３３を発生させることにより、吹き抜け量を大きく低減することができ、シール性能を向上させることができる。さらに、前述した凹部５を回転部１に形成することにより、回転部１の重量を低下させることができるため、重量に比例する遠心力が作用する回転部１の信頼性を向上させることができる。また、本実施例によればフィン間隔Ｌを変えずに吹き抜けを小さくできるため、シール性能をより向上させることができる。
【００３２】
図６は、本発明の他の実施例である回転流体機械の構成図を示す。なお、以下の説明において第１の実施例と同一の符号については説明を省略する。
【００３３】
本実施例では、図示しない静止部２に設けられたフィン３，４の間の位置の対向する回転部１に凹部４６が形成されている。また、回転方向７と流れ方向１７の間の方向に沿ってスロープ４６ａが形成され、回転方向７に対向する側に回転方向に向かい合う切り欠き４６ｂが形成された構成となっている。
【００３４】
以上のように形成された凹部４６は、回転部１の回転によって流れ４７として凹部４６に誘導され、切り欠き４６ｂに沿って回転部１と静止部２の間の空間に流れ４８となって戻される。なお、凹部４６に入り込む流れ４７は回転方向７と流れ方向１７の間の方向を向いている。この流れ４７が凹部４６から流出する流れ４８は、半径方向外向き速度成分を有する点では第１の実施例と同等の効果を持つが、流れ４８により誘起される渦４９は、回転方向７と漏れ流れ方向１７の間の方向に軸を持つ渦４９となる。さらに、渦４９は回転方向７に軸を持つ成分と流れ方向１７に軸を持つ成分とに分けられ、回転方向７に軸を持つ渦成分の速度は、流れ方向１７に対し逆向きの速度を誘起する。そのため、図５に示す漏れ流れ３４は渦４９による流れのせき止め効果も加わって、より効果的に半径方向外向きに転向させることができる。したがって、本実施例によれば吹き抜け量を減少させることができ、シール性能を向上させることができる。
【００３５】
図７は、本発明の他の実施例である回転流体機械の構造図を示す。本実施例では、図示しない静止部２に設けられたフィン３，４の間に相当する部分に対向する回転部１の面に凸部６を周方向に離散的に設けた構成となっている。凸部６は、回転部１の回転方向７にスロープ６ａが形成され、回転方向７に対応する側には回転方向７に向かい合う切り欠き６ｂが形成された構成となっている。なお、本実施例における凸部の形状は、フィン間の膨張室内に周方向にかく乱を誘起できる突起状の形状であれば良く、円柱，角柱，角錐，半円球といった形状の突起物を使用することが可能である。
【００３６】
凸部６は回転部１が回転することにより、回転部１と静止部２の間にある流体がスロープ６ａにより回転軸に対し外向き半径方向の速度成分が加えられる。また、回転方向７に対して凸部６の反対側には、凸部６により渦５２が誘起され、渦５２により膨張室２２内は３次元的、かつ非定常的な渦３３にブレークダウンさせられる。以上のように、本実施例によれば漏れ流れ３４を半径方向外向きに転向させるため、膨張室２２内に大きな運動エネルギー散逸効果を持つ三次元的、かつ非定常的な渦３３を発生することができる。さらに、本実施例によれば吹き抜け量を大きく低減することができるため、シール性能を向上させることができる。
【００３７】
図８は、本発明の他の実施例である回転流体機械の構成図を示す。本実施例では、前述したシール装置を食い違い型ラビリンスシールに適用したものである。図８に示す通り、回転部１には半径方向に隆起したステップ１ａが形成されており、ステップ１ａの上流側端面１ｂに凹部６０を周方向に離散的に設置されている。この凹部６０は、回転部１の回転方向７にスロープ６０ａを持つように形成され、回転方向７に対応する側に回転方向に向かい合う切り欠き６０ｂを持つように形成されている。
【００３８】
凹部６０は回転部１が回転することにより、回転部１と静止部２の間にある流体がスロープ６０ａにより凹部６０の中に誘導され、その後切り欠き６０ｂに沿って、回転部１と静止部２の間の空間に戻される。切り欠き６０ｂに沿う流れ６３は、フィン３と回転部１との間の隙間を漏れてくる流れ６２と対向する速度成分を有する。漏れ流れと対向する速度成分が、漏れ流れと衝突し、多くの三次元的で非定常な乱流渦６４が発生される。これら乱流渦６４は、漏れ流れが持つ運動エネルギーの大部分を熱エネルギーに変えるため、吹き抜け量は大きく低減され、シール性能を向上させることができる。
【００３９】
図９は、本発明の他の実施例である回転流体機械の構成図を示す。本実施例では、図８に示すステップ１ａの上流側端面１ｂに凹部６０を設置した構成に加えて、回転部１の外周面である円筒面１ｃ，回転部１に形成された半径方向に隆起したステップ１ａの外周面である円筒面の両方、もしくはどちらか一方に凹部７０，凹部７１を設けた構成となっている。これら凹部６０，７０，７１の設置する周方向位置は、膨張室内に生じる渦の三次元化の観点から、それぞれ回転部１の周方向にずらして配置することが好ましい。凹部６０，７０は回転部１が回転することにより、凹部６０に沿った流れ６３及び凹部７０に沿った流れ６５が生じ、漏れ流れ６２と複雑に干渉することにより、多くの３次元的で非定常な乱流渦６６が発生され、半径方向外向き速度が誘起される。同様に凹部７１では凹部７１に沿った流れ６８が生じ、３次元的で非定常な乱流渦６７が発生され、半径方向外向き速度が誘起される。凹部６０，７０，７１によって生じる乱流渦
６６，６７は、漏れ流れが持つ運動エネルギーの大部分を熱エネルギーに変えるとともに、吹き抜け量を大きく低減できるため、さらにシール性能を向上させることができる。
【００４０】
図１０は、本発明の他の実施例である回転流体機械の構成図である。本実施例では回転部１にフィン９０，９１が設置されたシール構造に適用した例である。本図に示すように、凹部５はフィン９０及びフィン９１の間に周方向に離散的に設けた構成となっている。前述したように、回転部１に凹部５を形成したことにより半径方向外向き速度が誘起され、フィン９０とフィン９１との間の膨張室内に渦を形成させるため、運動エネルギー散逸効果を持つ三次元的、かつ非定常的な渦３３を発生することができる。したがって、本実施例によれば運動エネルギーの大部分を熱エネルギーに変えるため、吹き抜け量を大きく低減させ、シール性能を向上させることができる。
【００４１】
また、突起部間に形成される膨張室に対応する回転部に、回転部の回転により、突起部によって形成される隙間を漏れてくる流れ、もしくは突起部間の膨張室内に形成される渦のどちらか一方もしくはその両方をかく乱する速度成分を誘起する構造物を複数，周方向に離散的に設ける場合には、周方向に軸対称位置に配置した方が、回転体の不安定な振動を誘起しにくいために望ましい。
【００４２】
また、突起部間に形成される膨張室に対応する回転部に、回転部の回転により、突起部によって形成される隙間を漏れてくる流れ、もしくは突起部間の膨張室内に形成される渦のどちらか一方もしくはその両方をかく乱する速度成分を誘起する構造物を、複数，周方向に離散的に設ける場合には、構造物のすべて、もしくは、一部に異なる形状のものを用いることで、膨張室内の渦をより多くの三次元的で、より非定常な乱流渦に崩壊させることが可能となる。三次元的で非定常な乱流渦は漏れ流れが持つ運動エネルギーの大部分を熱エネルギーに変えるため、吹き抜け量は大きく低減され、シール性能は向上する。
【００４３】
また、突起部間に形成される膨張室に対応する回転部に、回転部の回転により、突起部によって形成される隙間を漏れてくる流れ、もしくは突起部間の膨張室内に形成される渦のどちらか一方もしくはその両方をかく乱する速度成分を誘起する構造物を、複数，周方向に離散的に設ける場合には、構造物のすべて、もしくは、一部の設置軸方向位置、すなわちフィンとの相対位置を他の構造物に対しずらすことで、膨張室内の渦をより多くの三次元的で、より非定常な乱流渦に崩壊させることが可能となる。三次元的で非定常な乱流渦は、漏れ流れが持つ運動エネルギーの大部分を熱エネルギーに変えるため、吹き抜け量は大きく低減され、シール性能は向上する。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、回転部と突起部の隙間を漏れてくる流れを半径方向外向きに転向させることができ、また膨張室内に大きな運動エネルギー散逸効果を持つ三次元的、かつ非定常的な渦を生じさせているので吹き抜け量を低減することでき、シール性能を向上させた回転流体機械を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】タービン動翼の先端部を示した図。
【図２】直通型ラビリンス構造内の流線の模式図。
【図３】本発明の一実施例である流体回転機械の構成図。
【図４】図３に示す凹部の詳細図。
【図５】本実施例による回転流体機械の流線の模式図。
【図６】本発明の他の実施例である回転流体機械の構成図。
【図７】本発明の他の実施例である回転流体機械の構成図。
【図８】本発明の他の実施例である回転流体機械の構成図。
【図９】本発明の他の実施例である回転流体機械の構成図。
【図１０】本発明の他の実施例である回転流体機械の構成図。
【符号の説明】
１…回転部、１ａ…ステップ、１ｂ…上流側端面、２…静止部、３，４，８，９，１０，１１，１２，１３，９０，９１…フィン、３ａ，４ａ,１０ａ,１１ａ，１２ａ，１３ａ…間隙、５，６０…凹部、５ａ，６ａ…スロープ、５ｂ，６ｂ，６０ｂ…切り欠き、６…凸部、７…回転方向、１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７…膨張室、１４…ケーシング、１５…シュラウド、１５ａ…隆起部、１６…動翼、１７…流れ方向、１８…回転軸、２８，２９，３０，３２，３３，４５，５２…渦、３１，３４…漏れ流れ、３５…半径方向外向き速度、４３，４４，６３…流れ、６０ａ…スロープ、６４…乱流渦。
【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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