(57)【要約】【課題】本発明は、タービンロータの強度低下を抑制することができるシール装置用セグメントを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明に係るシール装置用セグメント３１は、タービンロータ１２と、タービンロータ１２を覆う静止体１４との間に設けられたシール装置２８に用いられ、タービンロータ１２と係合する基部３２と、基部３２の静止体１４に対向する面である静止体対向面３７を覆う快削層３４とを備えることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータと、これを覆う静止体との間に設けられたシール装置に用いられ、
前記タービンロータと係合する基部と、
前記基部の前記静止体に対向する面である静止体対向面を覆う快削層と
を備えることを特徴とするシール装置用セグメント。
【請求項２】
請求項１に記載のシール装置用セグメントにおいて、
前記基部は、前記タービンロータに形成された溝部と係合する突出部を備えることを特徴とするシール装置用セグメント。
【請求項３】
請求項１に記載のシール装置用セグメントにおいて、
前記静止体対向面に設けられ、前記静止体に向かって延在するシールフィンを備え、
前記快削層は、前記静止体対向面のうち前記シールフィンを除く部分を覆うことを特徴とするシール装置用セグメント。
【請求項４】
請求項３に記載のシール装置用セグメントにおいて、
前記快削層は、前記シールフィンより硬度が低い第１の快削層と、前記第１の快削層より硬度が低い第２の快削層とを備え、
前記第１の快削層は、前記第２の快削層の径方向外側に積層されていることを特徴とするシール装置用セグメント。
【請求項５】
請求項１に記載のシール装置用セグメントを備えるタービンロータにおいて、
前記シール装置用セグメントは、回転方向に沿って複数設けられていることを特徴とするタービンロータ。
【請求項６】
請求項５に記載のタービンロータと、前記タービンロータを覆い、前記快削層に向かって延在する第２のシールフィンが設けられた静止体とを備えることを特徴とするタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール装置用セグメント並びにそれを備えるタービンロータ及びタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンでは、回転体であるタービンロータとタービンロータを覆う静止体との間に隙間があり、作動流体の一部が隙間を通過し得る。このように、タービンロータの動翼の翼部（プロフィル部）を通らず、タービンロータとこれに対向する静止体との間の隙間を通る流れを本願明細書では漏れ流れと記載する。漏れ流れは、タービンロータと静止体との対向面にシールフィンを設けて抑制される場合がある。
【０００３】
上述の場合、シールフィンの先端とその対向部との間にある微少な隙間（以下、微少隙間）を小さくするほど漏れ流れを抑制することができるが、微少隙間を小さくし過ぎると、熱変形等によりシールフィンが対向面に接触し破損等する可能性がある。これに対し、シールフィンの対向面に切削性に優れたアブレイダブル材（快削性材）からなるアブレイダブル層を有するシール装置を設け、シールフィンの破損等を抑制する構成が提唱されている（特許文献１等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２２２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のように、タービンロータに対しアブレイダブル材を溶射すると、溶射による入熱によりタービンロータの強度が低下する可能性がある。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、タービンロータの強度低下を抑制することができるシール装置用セグメント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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るシール装置用セグメントは、タービンロータと、これを覆う静止体との間に設けられたシール装置に用いられ、前記タービンロータと係合する基部と、前記基部の前記静止体に対向する面である静止体対向面を覆う快削層とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、タービンロータの強度低下を抑制することができるシール装置用セグメントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るシール装置を適用する蒸気タービン発電設備の一構成例の全体構成を表す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るシール装置を適用する低圧タービンの要部の内部構造を表す断面図である。
【図３】図２の点線で囲んだ領域Ａの拡大図であって、本発明の第１実施形態に係るシール装置の構造を表す概略図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るセグメントのタービンロータへの装着方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るシール装置の構造を表す概略図である。
【図６】ガスタービン発電設備の一構成例の全体構成を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞
（構成）
１．蒸気タービン発電設備
図１は、本実施形態に係るシール装置を適用する蒸気タービン発電設備の一構成例の全体構成を表す概略図である。以下、本実施形態に係るシール装置を蒸気タービン発電設備に適用した場合について説明する。
【００１１】
図１に示すように、蒸気タービン発電設備１００は、蒸気発生源１、高圧タービン３、中圧タービン６、低圧タービン９、復水器１１及び負荷機器１３を備えている。
【００１２】
蒸気発生源（ボイラ）１は、復水器１１から供給された復水を加熱し、高温高圧の蒸気を発生させるものである。ボイラ１で発生した蒸気は、主蒸気管２を介して高圧タービン３に導かれ、高圧タービン３を駆動する。高圧タービン３を駆動して減圧した蒸気は、高圧タービン排気管４を流下してボイラ１に導かれ、再度加熱されて再熱蒸気となる。
【００１３】
ボイラ１で加熱された再熱蒸気は、再熱蒸気管５を介して中圧タービン６に導かれ、中圧タービン６を駆動する。中圧タービン６を駆動して減圧した蒸気は、中圧タービン排気管７を介して低圧タービン９に導かれ、低圧タービン９を駆動する。低圧タービン９を駆動して減圧した蒸気は、ディフューザー１０を流れて復水器１１に導かれる。復水器１１は冷却水配管（不図示）を備えており、復水器１１に導かれた蒸気と冷却水配管内を流れる冷却水とを熱交換させて蒸気を復水する。復水器１１で生成された復水は再びボイラ１に送られる。
【００１４】
高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９は、タービンロータ１２によって同軸上に連結されている。負荷機器（本実施形態では、発電機）１３は、タービンロータ１２に連結されており、高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９の回転動力により発電機１３が駆動され、高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９の回転動力が電力に変換される。
【００１５】
本実施形態では、連結された高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９が発電機１３を駆動する構成を例示したが、高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９がそれぞれ発電機を駆動し個別に電力に変換する構成としても良いし、高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９のうち任意の２つを連結したもので発電機を駆動し電力に変換する構成としても良い。また、高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９を備える構成を例示したが、中圧タービン６を省略し、高圧タービン３及び低圧タービン９を備える構成としても良い。更に、蒸気発生源１としてボイラを備える構成を例示したが、蒸気発生源１としてガスタービンを備える構成、つまり蒸気タービン設備をコンバインドサイクル発電設備としても良い。
【００１６】
２．蒸気タービン
図２は、本実施形態に係るシール装置を適用する低圧タービン９の要部の内部構造を表す断面図である。図２に示すように、低圧タービン９は、タービンロータ１２、及びタービンロータ１２を覆う静止体１４を備えており、静止体１４の作動流体２２の出口側（最下流側）にディフューザー１０が接続している。なお、本明細書では、タービンロータ１２の回転方向、回転軸方向を単に「回転方向」、「回転軸方向」と、タービンロータ１２の径方向内側、径方向外側を単に「径方向内側」、「径方向外側」と言う。
【００１７】
静止体１４は、ケーシング１６、外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄ、静翼１８ａ〜１８ｄ及び内側ダイヤフラム１９ａ〜１９ｄを備えている。
【００１８】
ケーシング１６は、低圧タービン９の外周壁を形成する筒状の部材である。ケーシング１６内に、外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄ、静翼１８ａ〜１８ｄ、内側ダイヤフラム１９ａ〜１９ｄ及びタービンロータ１２が収容されている。
【００１９】
外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄは、ケーシング１６の内周面に支持されている。外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄは、回転方向に延在する円筒状の部材である。外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄは、内周面が下流側に向かって径方向外側に広がるように形成されている。外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄのうち、最下流側に設けられた外側ダイヤフラム１７ｄの下流側の端部に、ディフューザー１０の外周壁１０Ａが接続している。なお、本実施形態では、外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄをそれぞれケーシング１６の内周面で支持する構成を例示しているが、外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄを一体的に形成し、ケーシング１６の内周面で支持する構成としても良い。
【００２０】
静翼１８ａ〜１８ｄは、外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄの内周面に回転方向に沿って等間隔に複数設けられている。静翼１８ａ〜１８ｄは、外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄの内周面から径方向内側に向かって延伸して設けられている。
【００２１】
内側ダイヤフラム１９ａ〜１９ｄは、外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄの径方向内側に設けられている。内側ダイヤフラム１９ａ〜１９ｄは、回転方向に延在する円筒状の部材である。内側ダイヤフラム１９ａ〜１９ｄの外周面には、静翼１８ａ〜１８ｄが接続している。つまり、静翼１８ａ〜１８ｄは、外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄと内側ダイヤフラム１９ａ〜１９ｄとの間に固定されている。
【００２２】
外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄ、静翼１８ａ〜１８ｄ及び内側ダイヤフラム１９ａ〜１９ｄは、静止体１４の作動流体２２の入口側から回転軸方向に静翼翼列（静翼リング）を構成している。本実施形態では、外側ダイヤフラム１７ａ、静翼１８ａ及び内側ダイヤフラム１９ａは第１段（初段）の静翼翼列１５ａを、外側ダイヤフラム１７ｂ、静翼１８ｂ及び内側ダイヤフラム１９ｂは第２段の静翼翼列１５ｂを、外側ダイヤフラム１７ｃ、静翼１８ｃ及び内側ダイヤフラム１９ｃは第３段の静翼翼列１５ｃを、外側ダイヤフラム１７ｄ、静翼１８ｄ及び内側ダイヤフラム１９ｄは第４段（最終段）の静翼翼列１５ｄを構成している。
【００２３】
内側ダイヤフラム１９ａ〜１９ｄ及び動翼２１ａ〜２１ｄの根元部（径方向内側の部分）に設けられたプラットフォームと外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄ及び動翼２１ａ〜２１ｄの先端部（径方向外側の部分）に設けられたカバーとの間に形成される環状の空間は、作動流体２２が流れる流路（環状流路）２３を構成している。環状流路２３の内周壁は内側ダイヤフラム１９ａ〜１９ｄの外周面及び動翼２１ａ〜２１ｄのプラットフォームの外周面で形成され、外周壁は外側ダイヤフラム１７ａ〜１７ｄの内周面及びカバーの径方向内側を向いた面で形成されている。
【００２４】
タービンロータ１２は、ロータディスク２０ａ〜２０ｄ及び動翼２１ａ〜２１ｄを備えている。
【００２５】
ロータディスク２０ａ〜２０ｄは、回転軸方向に並べて配置された円盤状の部材である。ロータディスク２０ａ〜２０ｄは、スペーサ（不図示）と交互に重畳される場合もある。
【００２６】
動翼２１ａ〜２１ｄは、それぞれロータディスク２０ａ〜２０ｄの外周面に回転方向に沿って等間隔に複数設けられている。動翼２１ａ〜２１ｄは、ロータディスク２０ａ〜２０ｄの外周面から径方向外側に向かって延伸して設けられている。動翼２１ａ〜２１ｄは、環状流路２３を流れる作動流体２２により、ロータディスク２０ａ〜２０ｄと共に回転軸Ｒを中心に回転する。
【００２７】
ロータディスク２０ａ〜２０ｄ及び動翼２１ａ〜２１ｄは、静止体１４の作動流体２２の入口側から回転軸方向に動翼翼列を構成している。本実施形態では、ロータディスク２０ａ及び動翼２１ａは第１段（初段）の動翼翼列２５ａを、ロータディスク２０ｂ及び動翼２１ｂは第２段の動翼翼列２５ｂを、ロータディスク２０ｃ及び動翼２１ｃは第３段の動翼翼列２５ｃを、ロータディスク２０ｄ及び動翼２１ｄは第４段（最終段）の動翼翼列２５ｄを構成している。
【００２８】
静翼１８ａ〜１８ｄと動翼２１ａ〜２１ｄは、静止体１４の作動流体２２の入口側（最上流側）から下流側に向かって、静翼１８ａ、動翼２１ａ、静翼１８ｂ、動翼２１ｂ・・・となるように、回転軸方向に交互に設けられており、静翼１８ａ〜１８ｄは、動翼２１ａ〜２１ｄに対して回転軸方向に対向するように配置されている。
【００２９】
静止体１４の作動流体２２の入口側から、回転軸方向に隣接する１組の静翼翼列と動翼翼列は、翼段落を構成している。本実施形態では、初段の静翼翼列１５ａと初段の動翼翼列２５ａは第１の翼段落２４ａを、第２段の静翼翼列１５ｂと第２段の動翼翼列２５ｂは第２の翼段落２４ｂを、第３段の静翼翼列１５ｃと第３段の動翼翼列２５ｃは第３の翼段落２４ｃを、第４段の静翼翼列１５ｄと第４段の動翼翼列２５ｄは第４の翼段落２４ｄを構成している。第４の翼段落２４ｄは、静止体１４の作動流体２２の出口側に配置された最終段であり、ディフューザー１０に最も近い位置に配置されている。第１〜第４の翼段落に配置された動翼２１ａ〜２１ｄの翼長（径方向の長さ）は、下流側に位置するものほど長くなるように形成されており、第４の翼段落２４ｄに配置された動翼（最終段動翼）２１ｄの翼長は、動翼２１ａ〜２１ｃのうち最も長く形成されている。
【００３０】
３．シール装置
図３は、図２の点線で囲んだ領域Ａの拡大図であって、本実施形態に係るシール装置の構造を表す概略図である。図３に示すように、シール装置２８は、タービンロータ１２と内側ダイヤフラム１９ａの間にある隙間に設けられており、作動流体２２（図２を参照）の一部である漏れ流れ２３が隙間を通過することを抑制するものである。シール装置２８は、内側シール装置２９及び外側シール装置３０を備え、これらを径方向に対面させて構成されている。なお、本実施形態では、シール装置２８をタービンロータ１２と内側ダイヤフラム１９ａの間にある隙間に設けた場合を例示するが、タービンロータ１２と他の内側ダイヤフラム１９ｂ〜１９ｄの間にある隙間や動翼先端部に設けたカバーとこれに対向する静止体の間にある隙間など、漏れ流れ２３が流入し得る部分に設ける場合も同様である。
【００３１】
３−１．内側シール装置
内側シール装置２９は、タービンロータ１２の外周部に設けられたシール装置である。内側シール装置２９は、タービンロータ１２の外周部に回転方向に沿って設けられた複数のシール装置用セグメント（セグメント）３１を備えている。本実施形態では、複数のセグメント３１は、回転方向に隣り合うもの同士接触して（繋がって）設けられている。このように構成することで、セグメント３１をタービンロータ１２に組み付けた場合、回転軸方向から見て、内側シール装置２９は、環状（リング状）に形成される。セグメント３１は、基部３２、シールフィン３３及び快削層３４を備えている。
【００３２】
・基部
基部３２は、タービンロータ１２の外周部に回転方向に沿って形成された溝部３９と係合し、セグメント３１をタービンロータ１２に固定して、タービンロータ１２に快削層３４を設けるためのものである。図３に示すように、溝部３９は、第１の溝部２６及び第２の溝部２７を備えている。第１の溝部２６は、溝部３９の径方向内側の部分を構成する空間である。本実施形態では、第１の溝部２６は、回転軸Ｒを含む平面で切断したタービンロータ１２の切断面（以下、タービンロータ１２の切断面）で見て、逆Ｔ字型（径方向外側に凸形状）に形成されている。第１の溝部２６は、基部３２の係合部３５（後述する）が備える突出部を収容可能な収容部３８を備えている。第２の溝部２７は、溝部３９の径方向外側の部分を構成する空間である。第２の溝部２７は、第１の溝部２６と空間的に連通している。本実施形態では、第２の溝部２７は、タービンロータ１２の切断面で見て、矩形状に形成されている。
【００３３】
基部３２は、係合部３５及び支持部３６を備えている。係合部３５は、基部３２の径方向内側の部分を構成している。本実施形態では、係合部３５は、セグメント３１をタービンロータ１２に設けた場合、タービンロータ１２の切断面で見て、第１の溝部２６に係合可能に逆Ｔ字型に形成されている。具体的に、係合部３５は、回転軸方向に突出した突出部４３を備えている。セグメント３１をタービンロータ１２に設けた場合、タービンロータ１２の切断面で見て、突出部４３が第１の溝部２６の収容部３８に収容され（嵌め込まれ）、突出部４３の径方向外側の面と収容部３８の径方向外側の面が当接することにより、セグメント３１がタービンロータ１２に固定され、径方向への変位が拘束される。
【００３４】
支持部３６は、基部３２の径方向外側の部分を構成している。支持部３６は、タービンロータ１２の切断面で見て、矩形状に形成されている。支持部３６は、セグメント３１をタービンロータ１２に設けた場合、タービンロータ１２の切断面で見て、内側ダイヤフラム１９ａの内周面に対向する面を有している。本明細書では、支持部３６の径方向外側を向いて、内側ダイヤフラム１９ａの内周面に対向する面を、便宜上、静止体対向面３７と記載する。
【００３５】
・シールフィン
シールフィン３３は、静止体対向面３７に設けられ、内側ダイヤフラム１９ａの内周面に向かって延在している。シールフィン３３は、静止体対向面３７に回転軸方向に間隔をあけて複数（本実施形態では６つ）設けられている。本実施形態では、シールフィン３３は、低圧タービン９の起動時には、先端部（径方向外側の端部）が外側シール装置３０の快削層４１（後述する）に対して隙間を有し、運転時に快削層４１に接するように設けられている。
【００３６】
・快削層
快削層３４は、静止体対向面３７を覆うように設けられたスポンジ状の部材である。快削層３４は、内側ダイヤフラム１９ａの内周面に設けられ、静止体対向面３７に向かって延在するシールフィン４０（後述する）の破損等を抑制するものである。本実施形態では、快削層３４は、セグメント３１をタービンロータ１２に設けた場合、タービンロータ１２の切断面で見て、径方向外側の面がタービンロータ１２の外周面と面一になるように設けられている。快削層３４は、例えば、金属粉末とポリエステル粉末を混合して形成される。なお、図３に例示する構成では、快削層３４は、静止体対向面３７のうちシールフィン３３を除く部分を覆うように設けられている。
【００３７】
３−２．外側シール装置
外側シール装置３０は、内側ダイヤフラム１９ａの内周面の静止体対向面３７に対向する面に設けられたシール装置である。本明細書では、内側ダイヤフラム１９ａの内周面の静止体対向面３７に対向する面を、便宜上、セグメント対向面４２と記載する。外側シール装置３０は、シールフィン４０及び快削層４１を備えている。
【００３８】
シールフィン（第２のシールフィン）４０は、セグメント対向面４２に設けられ、セグメント３１の快削層３４に向かって延在している。本実施形態では、第２のシールフィン４０は、シールフィン３３と同様の部材で形成されている。第２のシールフィン４０は、セグメント対向面４２に回転軸方向に間隔をあけて複数（本実施形態では６つ）設けられている。シールフィン３３と第２のシールフィン４０は、漏れ流れ２３の入口側（最上流側）から下流側に向かって、シールフィン３３、第２のシールフィン４０・・・となるように、回転軸方向に交互に設けられており、本実施形態では、シールフィン３３は、第２のシールフィン４０に対して回転軸方向に対向するように配置されている。本実施形態では、第２のシールフィン４０は、低圧タービン９の起動時には、先端部（径方向内側の端部）がセグメント３１の快削層３４に対して隙間を有し、運転時に快削層３４に接するように設けられている。
【００３９】
快削層（第２の快削層）４１は、セグメント対向面４２を覆うように設けられている。第２の快削層４１は、シールフィン３３の破損等を抑制するものである。なお、図３に例示する構成では、第２の快削層４１は、セグメント対向面４２のうち第２のシールフィン４０を除く部分を覆うように設けられている。
【００４０】
４．セグメントの製造方法
セグメント３１の製造方法について説明する。なお、セグメント３１の製造方法は、以下の方法に限定されない。
【００４１】
・ステップ１
支持部３６の静止体対向面３７にシールフィン３３を取り付ける。本実施形態では、シールフィン３３を要求寸法（設定値）に対して肉付けした（厚みをもたせた）寸法に形成し、静止体対向面３７に取り付けている。シールフィン３３を要求寸法で形成して静止体対向面３７に設けると、後述するステップ２で、静止体対向面３７に対しアブレイダブル材を溶射した際、シールフィン３３が曲がったり、シールフィン３３の表面が酸化する可能性があるためである。
【００４２】
・ステップ２
支持部３６の静止体対向面３７のうちシールフィン３３を除く面に対し、アブレイダブル材を溶射して快削層３４を形成する。本実施形態では、上述したように、セグメント３１をタービンロータ１２に装着した場合、タービンロータ１２の切断面で見て、快削層３４の径方向外側の面がタービンロータ１２の外周面と面一になる程度の厚みに、快削層３４を形成する。なお、溶射には、ガス溶射等を用いることができる。
【００４３】
・ステップ３
シールフィン３３の肉付け部分を削り、シールフィン３３を要求寸法とする。
【００４４】
５．セグメントの装着方法
セグメント３１のタービンロータ１２への装着方法について説明する。なお、セグメント３１の装着方法は、以下の方法に限定されない。
【００４５】
図４は、本実施形態に係るセグメント３１のタービンロータ１２への装着方法を説明するための図である。図４は、シールフィン３３を省略して示している。以下の説明では、タービンロータ１２の１列の溝部３９に合計でＮ個のセグメント３１を装着する場合を例示する。
【００４６】
初めに、Ｎ個のセグメント３１のうち、Ｎ−２個目までを溝部３９に挿入する。図４に示すように、Ｎ−２個目までのセグメント３１は、図３に示した姿勢（以下、装着姿勢）から時計回りに約９０度回転させた姿勢（以下、挿入姿勢）で溝部３９内に挿入される。セグメント３１を溝部３９内に挿入したら、セグメント３１を反時計回りに回転させて、突出部４３を第２の溝部２７の収容部３８に収容させる（係合させる）。これにより、セグメント３１を装着姿勢でタービンロータ１２に装着することができる。なお、本実施形態では、セグメント３１の挿入姿勢で、セグメント３１の回転軸方向の長さＬ１が、溝部３９の回転軸方向の長さが最も短くなる部分、つまり、第２の溝部２７の入口部分の回転軸方向の長さＬ２より短くなるように、セグメント３１を形成している。そのため、セグメント３１を挿入姿勢で溝部３９に挿入する際、セグメント３１と溝部３９が干渉しないようになっている。
【００４７】
Ｎ−２個目までのセグメント３１をタービンロータ１２に装着したら、Ｎ−１個目のセグメント３１を溝部３９に挿入する。なお、Ｎ−１個目のセグメント３１を溝部３９に挿入する際、隣接するセグメント（１個目のセグメントとＮ−２個目のセグメント）間の回転方向の距離が短い（幅が狭い）ため、Ｎ−１個目のセグメント３１が隣接するセグメントと干渉する可能性がある。本実施形態では、Ｎ−１個目のセグメント３１を装着姿勢で隣接するセグメント間に挿入可能な形状とし、Ｎ−１個目のセグメント３１を隣接するセグメント間に嵌め込んでピン等によりタービンロータ１２に固定している。
【００４８】
Ｎ−１個目までのセグメント３１をタービンロータ１２に装着したら、Ｎ個目（最後）のセグメント３１を溝部３９に挿入する。なお、最後のセグメント３１についても、溝部３９に挿入する際に隣接するセグメント（１個目のセグメントとＮ−１個目のセグメント）と干渉する可能性があるため、Ｎ−１個目のセグメント３１と同様、最後のセグメント３１を装着姿勢で隣接するセグメント間に挿入可能な形状とし、最後のセグメント３１を隣接するセグメント間に嵌め込んでピン等によりタービンロータ１２に固定している。
【００４９】
（効果）
（１）本実施形態では、セグメント３１の静止体対向面３７にアブレイダブル材を溶射して快削層３４を形成し、快削層３４が形成されたセグメント３１をタービンロータ１２に係合可能な基部３２を介してタービンロータ１２に装着している。そのため、タービンロータ１２に対しアブレイダブル材を直接溶射することなく、タービンロータ１２に快削層３４を形成させることができる。従って、タービンロータ１２に快削層３４を形成する際、タービンロータ１２の強度低下を抑制することができる。加えて、上述のセグメント３１をタービンロータ１２に装着することで、快削層３４を静止体１４の内周面に対向するように設けることができるので、静止体１４から快削層３４に向かって延在する第２のシールフィン４０を径方向に長くする（快削層３４により近接させる）ことができ、その分、漏れ流れ２３の隙間の通過をより抑制することができる。
【００５０】
（２）本実施形態では、基部３２の係合部３５が備える突出部４３とタービンロータ１２に形成された溝部３９の収容部３８を係合させて、セグメント３１をタービンロータ１２に装着している。そのため、セグメント３１の径方向への変位を拘束することができる。また、セグメント３１の回転方向への変位は、隣接するセグメント３１同士で拘束することができる。よって、タービンロータ１２の回転時にセグメント３１が溝部３９から径方向外側に抜け落ちることを抑制することができる。従って、タービンロータ１２の信頼性をより高めることができる。
【００５１】
（３）低圧タービンのタービンロータ等のように大型な構造物にアブレイダブル材を溶射する場合、従来の一般的な設備で対応することが困難な場合が多く、大規模な設備が必要となり、その分、コストが増加し得る。これに対し、本実施形態では、各セグメント３１に対してアブレイダブル材を溶射すれば良いため、従来の一般的な設備で対応することができ、コストの増加を抑制することができる。
【００５２】
（４）本実施形態では、セグメント３１を回転方向に沿って複数設けているため、あるセグメント３１の快削層３４が経年劣化した場合、全てのセグメント３１を交換することなく、経年劣化した快削層３４に対応するセグメント３１のみ交換すれば良い。このように、セグメント単位で交換することができるため、メンテナンス性を向上させることができる。
【００５３】
また、タービンロータにアブレイダブル材を直接溶射して快削層を形成する構造では、タービンロータの外周面を覆う快削層の何れかの部分がタービンロータの外周面から剥がれた場合、何れかの部分を起点にタービンロータの外周面を覆う全ての快削層が剥がれてしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、セグメント３１が個々に独立していて、快削層３４が回転方向に分割しているから、快削層３４の何れかの部分が剥がれても、その快削層３４に対応するセグメント３１内に留め、何れかの部分を起点に全ての快削層３４がタービンロータ１２から剥がれることを回避することができる。従って、タービンロータ１２のシール性能を確保することができる。
【００５４】
＜第２実施形態＞
（構成）
図５は、本実施形態に係るシール装置の構造を表す概略図である。図５において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５５】
本実施形態に係るシール装置４４は、内側シール装置４５が備えるセグメント４６の快削層４７が第１の快削層４７ａと第２の快削層４７ｂを積層して形成されている点で第１実施形態に係るシール装置２８と異なる。その他の構成は、第１実施形態に係るシール装置２８と同様である。
【００５６】
図５に示すように、第１の快削層４７ａは、快削層４７の径方向外側の部分を構成する層である。第１の快削層４７ａは、セグメント４６をタービンロータ１２に設けた場合、タービンロータ１２の切断面で見て、第２の快削層４７ｂの径方向外側（上側）に積層されている。第１の快削層４７ａは、セグメント４６をタービンロータ１２に設けた場合、タービンロータ１２の切断面で見て、径方向外側の面がタービンロータ１２と内側ダイヤフラム１９ａの間にある隙間に臨むように設けられており、セグメント対向面４２と隙間を挟んで対向している。本実施形態では、第１の快削層４７ａは、例えば、上記第１実施形態の快削層３４に比べて金属粉末に対するポリエステル粉末の分量を少なくすることで、シールフィンより硬度が低く、快削層３４より硬度が高くなるように構成されている。
【００５７】
第２の快削層４７ｂは、快削層４７の径方向内側の部分を構成する層である。第２の快削層４７ｂは、セグメント４６をタービンロータ１２に設けた場合、タービンロータ１２の切断面で見て、径方向外側の面が第１の快削層４７ａの径方向内側の面と接触し、径方向内側の面が支持部３６の静止体対向面３７と接触するように設けられている。本実施形態では、第２の快削層４７ｂは、例えば、金属粉末とポリエステル粉末を上記第１実施形態の快削層３４と同様の分量とし、第１の快削層４７ａより硬度が低く、快削層３４と同様の硬度となるように構成されている。
【００５８】
（効果）
本実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加えて、以下の効果が得られる。
【００５９】
本実施形態では、シールフィンより硬度が低く、快削層３４より硬度が高い第１の快削層４７ａを径方向外側の面がタービンロータ１２と内側ダイヤフラム１９ａの間にある隙間に臨むように設けて快削層４７を形成している。そのため、シールフィンの破損等を抑制しつつ、快削層３４より硬度の高い異物が漏れ流れ２３と共に隙間に流入し快削層４７に衝突した場合でも、異物による快削層４７のエロージョンを抑制することができる。
【００６０】
＜その他＞
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態の構成の一部を削除することも可能である。
【００６１】
上述した各実施形態では、静止体対向面３７にシールフィン３３を設け、セグメント対向面４２に快削層４１を設けた場合を例示した。しかしながら、本発明の本質的効果は、タービンロータの強度低下を抑制することができるシール装置用セグメントを提供することであり、この本質的効果を得る限りにおいては、必ずしも静止体対向面３７にシールフィン３３を設け、セグメント対向面４２に快削層４１を設ける必要はない。
【００６２】
また、上述した各実施形態では、タービンロータ１２に溝部３９を形成し、これにセグメント３１を挿し込む構成を例示した。しかしながら、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいては、必ずしも上述した構成に限定されない。例えば、セグメント３１に窪み部を設け、タービンロータ１２の外周面に径方向外側に突出する突出部を設けて、セグメント３１の窪み部にタービンロータの突出部を挿し込む構成としても良い。
【００６３】
また、上述した各実施形態では、タービンロータ１２の切断面で見て、溝部３９を逆Ｔ字型に形成された第１の溝部２６と矩形状に形成された第２の溝部２７とを備える構成とし、基部３２を逆Ｔ字型に形成された係合部３５と矩形状に形成された支持部３６とを備える構成として、基部３２を溝部３９に係合させる構成を例示した。しかしながら、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいては、必ずしも上述した構成に限定されない。例えば、溝部３９及び基部３２を逆クリスマスツリー型等の他の形状に形成し係合させる構成としても良い。
【００６４】
また、上述した各実施形態では、本発明に係るシール装置を蒸気タービン発電設備に適用した場合を例示した。しかしながら、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいては、必ずしも上述した場合に限定されない。本実施形態に係るシール装置の適用対象は蒸気タービン発電設備に限定されず、例えば、以下に例示するようなガスタービン発電設備に適用することもできる。
【００６５】
図６は、ガスタービン発電設備の一構成例の全体構成を表す概略図である。図６に例示するガスタービン発電設備２００は、圧縮機２０１、燃焼器２０２及びタービン２０３を備えている。圧縮機２０１は、吸気部（不図示）を介して吸い込まれた作動流体（空気）２１１を圧縮して高圧の圧縮空気２１２を生成し、燃焼器２０２に供給する。燃焼器２０２は、圧縮機２０１より得た圧縮空気２１２と燃料２１３を混合して燃焼し、高温の燃焼ガス２１４を発生させてタービン２０３に供給する。タービン２０３は、燃焼器２０２より得た燃焼ガス２１４が膨張することにより駆動される。タービン２０３で得られる動力により圧縮機２０１が駆動されるとともに、残った動力で発電機２０４が駆動され、電力が得られる。タービン２０３を駆動した燃焼ガス２１４は、排ガス２１５としてタービン２０３から排出される。圧縮機２０１、タービン２０３及び発電機２０４は回転軸２０５により相互に連結されている。なお、本発明に係るシール装置は、発電設備以外、例えば、ポンプを負荷機器としてガスタービンに接続する構成にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１２  タービンロータ
１４  静止体
２８  シール装置
３２  基部
３４  快削層
３７  静止体対向面
【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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