(57)【要約】【課題】スケールおよび金属粉などの固体粒子による浸食の発生を抑制してシール性能の高寿命化を実現すると共に、タービン性能の低下を抑制する。【解決手段】実施形態のシール装置は、回転中心軸に沿った軸方向に作動流体が流れることによって回転方向に回転する回転体と、回転中心軸の径方向において回転体の周囲に配置される静止体との間を封止する。シール装置は、フィンを有する。フィンは、回転体の外周面と静止体の内周面とのうち一方の面において径方向に突出するように設けられている。ここでは、フィンは、軸方向に沿って複数が配置されている。そして、静止体の内周面は、複数のフィンのうち軸方向で最も上流側に配置された最上流フィンよりも下流側に位置する部分に、作動流体の一部と共に固体粒子が流れる排出溝が形成されている。【選択図】図２
2019007384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心軸に沿った軸方向に作動流体が流れることによって回転方向に回転する回転体と、前記回転中心軸の径方向において前記回転体の周囲に配置される静止体との間を封止するシール装置であって、
前記回転体の外周面と前記静止体の内周面とのうち一方の面において前記径方向に突出するように設けられたフィン
を有し、
前記フィンは、前記軸方向に沿って複数が配置されており、
前記静止体の内周面は、前記複数のフィンのうち前記軸方向で最も上流側に配置された最上流フィンよりも下流側に位置する部分に、作動流体の一部と共に固体粒子が流れる排出溝が形成されている
シール装置。
【請求項２】
前記回転体は、複数の動翼が回転方向に配置されたロータシャフトを備え、
前記静止体は、静翼内周部と静翼外周部との間に複数の静翼が回転方向に配置されたノズルダイアフラムを備え、
前記複数のフィンは、前記ロータシャフトの外周面と前記静翼内周部の内周面とのうち一方の面に形成されている、
請求項１に記載のシール装置。
【請求項３】
前記回転体の外周面と前記静止体の内周面とのうち他方の面には、前記径方向に突出した凸部と、前記径方向に凹んだ凹部とが前記軸方向に沿って並んでおり、
前記フィンとして、ローフィンと、前記ローフィンよりも前記径方向における高さが高いハイフィンとを含み、
前記ローフィンは、前記一方の面において前記凸部に対向する部分に設けられ、
前記ハイフィンは、前記一方の面において前記凹部に対向する部分に設けられている、
請求項１または２に記載のシール装置。
【請求項４】
前記軸方向は、水平方向に沿っており、
前記排出溝は、少なくとも、鉛直方向において前記回転中心軸の下方に設けられている、
請求項１から３のいずれかに記載のシール装置。
【請求項５】
前記排出溝は、複数であって、当該複数の排出溝は、前記回転方向に間を隔てて配置されている、
請求項１から４のいずれかに記載のシール装置。
【請求項６】
前記排出溝は、前記軸方向および前記回転方向に対して傾斜した傾斜方向に延在しており、前記軸方向の下流側が前記軸方向の上流側よりも前記回転方向の前方側に位置している、
請求項１から５のいずれかに記載のシール装置。
【請求項７】
前記排出溝の内周面は、前記軸方向および前記径方向に対して傾斜しており、前記軸方向の下流側が前記軸方向の上流側よりも前記径方向の外側に位置している、
請求項１から６のいずれかに記載のシール装置。
【請求項８】
前記排出溝の内周面は、前記回転方向および前記径方向に対して傾斜しており、前記回転方向の前方側が前記回転方向の後方側よりも前記径方向の外側に位置している、
請求項１から６のいずれかに記載のシール装置。
【請求項９】
前記排出溝は、前記回転方向の前方側であって前記径方向の内側に庇部
を有する
請求項８に記載のシール装置。
【請求項１０】
前記凸部および前記凹部は、前記静止体の内周面に設けられており、
前記凸部は、
前記排出溝に対して前記回転方向の後方側に位置する凸部一端部と、
前記排出溝に対して前記回転方向の前方側に位置する凸部他端部と
を含み、
前記凸部一端部は、前記軸方向および前記回転方向に対して傾斜した傾斜面を含み、当該傾斜面は、前記軸方向の下流側が前記軸方向の上流側よりも前記回転方向の前方側に位置している、
請求項３に記載のシール装置。
【請求項１１】
前記静止体の内周面において、前記排出溝の表面は、他の部分よりも硬い
請求項１から１０のいずれかに記載のシール装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載のシール装置
を有する、
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、シール装置および蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは、蒸気が作動流体としてケーシングの内部に導入され、その蒸気がケーシングの内部において、複数のタービン段落を順次流れる。タービン段落では、ノズルダイアフラムを構成する静翼で膨張した蒸気が、ロータシャフトに設置された動翼へ流れる。これにより、蒸気タービンでは、ロータシャフトが回転して、発電が行われる。
【０００３】
蒸気タービンにおいては、静止体（ケーシング、静翼など）と回転体（動翼、ロータシャフトなど）との間の間隙から蒸気が漏れることで、漏れ損失が生じる。このため、回転体と静止体との間をシール装置で封止することによって、蒸気が漏れることを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５６３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蒸気タービンに設けられたシール装置の一例について、図２１および図２２を用いて説明する。図２１および図２２においては、ロータシャフト３の外周面とノズルダイアフラム４の内周面とが対面する部分を拡大して示している。ここでは、横軸は、回転中心軸ＡＸに沿った軸方向であって、左側が上流側Ｕｓであり、右側が下流側Ｄｓである。縦軸は、径方向Ｒｄであって、上側が内周側ＩＮであり、下側が外周側ＯＴである。
【０００６】
ロータシャフト３は、回転体であって、複数の動翼（図示省略）が回転方向Ｒｔに配置されている。ノズルダイアフラム４は、径方向Ｒｄにおいてロータシャフト３の周囲に設置される。ノズルダイアフラム４は、静止体であって、静翼内周部４１と静翼外周部（図示省略）との間に複数の静翼４２が回転方向Ｒｔに配置されている。
【０００７】
蒸気タービンにおいては、回転中心軸ＡＸに沿った軸方向に、蒸気が作動流体として流れる。ここでは、ノズルダイアフラム４を構成する静翼４２で膨張した蒸気が、ロータシャフト３に設置された動翼へ流れる。これにより、ロータシャフト３が回転方向Ｒｔに回転する。
【０００８】
ノズルダイアフラム４などの静止体とロータシャフト３などの回転体との間は、蒸気の漏れを抑制するために、フィン６０がシール装置（シール構造）として設けられている。フィン６０は、ノズルダイアフラム４の内周面とロータシャフト３の外周面とのうち一方の面に設けられている。フィン６０は、径方向Ｒｄに突出しており、軸方向ＡＸに沿って複数が配置されている。これと共に、ロータシャフト３の外周面とノズルダイアフラム４の内周面とのうち他方の面には、径方向Ｒｄに突出した凸部７１１と径方向Ｒｄに凹んだ凹部７１２とが軸方向に沿って交互に並んでいる。ここでは、フィン６０として、ローフィン６０１と、ローフィン６０１よりも径方向における高さが高いハイフィン６０２とが交互に配置されている。ローフィン６０１は、一方の面において凸部７１１に対向する部分に設けられている。ハイフィン６０２は、一方の面において凹部７１２（ラビリンス溝）に対向する部分に設けられている。
【０００９】
図２１に示すように、たとえば、ノズルダイアフラム４の内周面にフィン６０が設けられており、ロータシャフト３の外周面に凸部７１１と凹部７１２とが設けられている。ここでは、ノズルダイアフラム４の静翼内周部４１は、内輪本体４１０とパッキンリング４１Ｐとで構成されており、内輪本体４１０の内周面にパッキンリング４１Ｐが設置されている。そして、パッキンリング４１Ｐの内周面に、フィン６０が設けられている。
【００１０】
また、図２２に示すように、ロータシャフト３の外周面にフィン６０が設けられており、ノズルダイアフラム４の内周面に凸部７１１と凹部７１２とが設けられている。ここでは、ノズルダイアフラム４を構成する静翼内周部４１の内周面に凸部７１１と凹部７１２とが設けられている。ロータシャフト３の外周面にフィン６０を設けた場合には、フィン６０の先端がロータシャフト３の外周面から離れた状態である。このため、蒸気タービンの運転中にフィン６０においてラビングが発生した場合に、ロータシャフト３に対する熱影響を低減することができる。
【００１１】
ところで、蒸気タービンに作動流体として導入される蒸気には、ボイラーや配管に由来するスケールが含まれている。スケールの大部分は、蒸気と共に蒸気タービンの蒸気流路を流れ、スケールに起因して静翼および動翼に浸食が生ずる。しかし、スケールの一部は、ノズルダイアフラム４などの静止体とロータシャフト３などの回転体との間に侵入する。その結果、ノズルダイアフラム４などの静止体とロータシャフト３などの回転体との間にシール装置として設けられたフィン６０が浸食されて損傷する場合がある。特に、スケールが多いプラントの場合には、フィン６０が損傷する可能性が高くなる。
【００１２】
また、タービン起動時などのように、過渡的な運転中には、ロータシャフト３及びケーシングが変形するため、フィン６０にラビングが発生する可能性がある。これにより、たとえば、フィン６０が静翼内周部４１に接触する場合がある。その結果、摩耗によって金属粉が発生し、シール装置が損傷する可能性が高くなる。
【００１３】
シール装置において、スケールおよび金属粉などの固体粒子は、回転方向Ｒｔに旋回する。このため、固体粒子は、フィン６０の先端および静翼内周部４１に衝突する。固体粒子の衝突は、矢印ＦＰで示すように、繰り返し起こる。その結果、シール装置において浸食が進展されるため、シール装置のシール性能が低下し、タービン性能の低下が生ずる場合がある。
【００１４】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、スケールおよび金属粉などの固体粒子による浸食の発生を抑制してシール性能の高寿命化を実現すると共に、タービン性能の低下を抑制することができる、シール装置、および、蒸気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】
【００１５】
実施形態のシール装置は、回転中心軸に沿った軸方向に作動流体が流れることによって回転方向に回転する回転体と、回転中心軸の径方向において回転体の周囲に配置される静止体との間を封止する。シール装置は、フィンを有する。フィンは、回転体の外周面と静止体の内周面とのうち一方の面において径方向に突出するように設けられている。ここでは、フィンは、軸方向に沿って複数が配置されている。そして、静止体の内周面は、複数のフィンのうち軸方向で最も上流側に配置された最上流フィンよりも下流側に位置する部分に、作動流体の一部と共に固体粒子が流れる排出溝が形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る蒸気タービンの断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る蒸気タービンにおいて、シール装置を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る蒸気タービンにおいて、シール装置を示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る蒸気タービンにおいて、シール装置を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る蒸気タービンにおいて、シール装置を示す図である。
【図６】図６は、第１実施形態の変形例において、シール装置を示す図である。
【図７】図７は、第１実施形態の変形例において、シール装置を示す図である。
【図８】図８は、第１実施形態の変形例において、シール装置を示す図である。
【図９】図９は、第１実施形態の変形例において、シール装置を示す図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態の変形例において、シール装置を示す図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態に係る蒸気タービンにおいて、シール装置を示す図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態に係る蒸気タービンにおいて、シール装置を示す図である。
【図１３】図１３は、第４実施形態において、シール装置を示す図である。
【図１４】図１４は、第５実施形態において、シール装置を示す図である。
【図１５】図１５は、第５実施形態において、シール装置を示す図である。
【図１６】図１６は、第５実施形態の変形例において、シール装置を示す図である。
【図１７】図１７は、第５実施形態の変形例において、シール装置を示す図である。
【図１８】図１８は、第５実施形態の変形例において、シール装置を示す図である。
【図１９】図１９は、第５実施形態の変形例において、シール装置を示す図である。
【図２０】図２０は、第６実施形態に係る蒸気タービンにおいて、シール装置を示す図である。
【図２１】図２１は、関連技術のシール装置について模式的に示す図である。
【図２２】図２２は、関連技術のシール装置について模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る蒸気タービン１について図１を用いて説明する。図１では、蒸気タービン１について、回転中心軸ＡＸに沿った鉛直な断面を模式的に示している。
【００１８】
図１に示すように、蒸気タービン１は、ケーシング２の内部にロータシャフト３が設けられている。ここでは、蒸気タービン１は、多段式の軸流タービンであって、複数のタービン段落が、ケーシング２の内部において、回転中心軸ＡＸに沿った軸方向に並ぶように設けられている。
【００１９】
蒸気タービン１においては、蒸気が作動流体としてケーシング２の入口２ａから内部に流入する。そして、蒸気は、ケーシング２の内部において、複数のタービン段落を順次流れる。つまり、蒸気は、初段のタービン段落から最終段のタービン段落を順次流れ、それぞれのタービン段落において膨張して仕事を行う。これにより、ケーシング２の内部において、ロータシャフト３が回転中心軸ＡＸを中心にして回転する。そして、蒸気は、最終段のタービン段落を流出した後に、ケーシング２の出口２ｂから外部（復水器など）へ排出される。以下より、蒸気タービン１を構成する各部の詳細について、順次説明する。
【００２０】
蒸気タービン１のうち、ケーシング２は、図１に示すように、たとえば、内部ケーシング２１と外部ケーシング２２とを有する二重構造である。ケーシング２のうち、内部ケーシング２１は、外部ケーシング２２の内部空間に収容されている。そして、内部ケーシング２１がロータシャフト３を内部に収容している。
【００２１】
ケーシング２においては、入口２ａにスリーブ管２３が設置されている。スリーブ管２３は、外部ケーシング２２と内部ケーシング２１とを貫通するように設置されている。また、ケーシング２は、内部ケーシング２１の内部にノズルボックス２４を収容している。ノズルボックス２４は、環状体であって、ロータシャフト３の外周面を囲うように内部ケーシング２１に固定されている。更に、ケーシング２は、ノズルダイアフラム４が内部ケーシング２１の内部に収容されている。
【００２２】
ノズルダイアフラム４は、図１に示すように、静翼内周部４１（ダイアフラム内輪）と静翼４２と静翼外周部４３（ダイアフラム外輪）とを有し、内部ケーシング２１の内部空間に固定されている。ノズルダイアフラム４は、回転中心軸ＡＸの径方向（ラジアル方向）においてロータシャフト３の周囲に配置されている。ノズルダイアフラム４は、静翼内周部４１と静翼外周部４３との間に、複数の静翼４２が設置されている。複数の静翼４２は、静翼内周部４１と静翼外周部４３との間に形成される環状の流路において、回転方向に沿って等間隔に配列されている。ノズルダイアフラム４は、複数のタービン段落に対応して、複数段がケーシング２に設置されている。複数段のノズルダイアフラム４は、回転中心軸ＡＸに沿った軸方向において間を隔てて並ぶように配置されている。複数段のノズルダイアフラム４の間においては、回転中心軸ＡＸの径方向に延びる静翼４２の長さが、作動流体が流れる方向に沿って順次長くなっている。
【００２３】
蒸気タービン１のうち、ロータシャフト３は、円柱形状の棒状体であって、回転中心軸ＡＸに沿った軸方向に蒸気が作動流体として流れることによって回転するように構成されている。ロータシャフト３は、回転中心軸ＡＸが水平方向に延在しており、ケーシング２を貫通している。ロータシャフト３は、ケーシング２の外部において、一端部と他端部とのそれぞれが軸受６に回転可能に支持されている。図示を省略しているが、ロータシャフト３は、一端部に発電機（図示省略）が連結されており、ロータシャフト３の回転により発電機が駆動して、発電が行われる。
【００２４】
ロータシャフト３において、ケーシング２の内部に収容される部分の外周面には、ロータディスク３０が形成されている。ロータディスク３０は、リング形状であって、回転中心軸ＡＸの径方向において外方に突き出ており、複数が回転中心軸ＡＸに沿った軸方向において間を隔てて設けられている。そして、ロータディスク３０の外周面には、動翼３１が固定されている。図示を省略しているが、動翼３１は、ロータシャフト３の回転方向に沿って、複数が等間隔に配列されている。そして、回転方向に配列された複数の動翼３１の先端には、シュラウドリング３２が設置されており、その複数の動翼３１の間をシュラウドリング３２が連結している。
【００２５】
また、回転方向に配列された複数の動翼３１の列は、複数のタービン段落に対応して、複数の段落（列）が設置されており、その複数の段落が、回転中心軸ＡＸに沿った軸方向において間を隔てて並ぶように配置されている。動翼３１は、回転中心軸ＡＸの径方向に延びる動翼３１の高さ（翼長）が、作動流体の流れ方向に沿って、順次、大きくなるように配置されている。
【００２６】
蒸気タービン１においては、ロータシャフト３などの回転体と、ケーシング２に固定されたノズルダイアフラム４などの静止体との間を密封するために、シール装置が設置されている。ここでは、静翼内周部４１の内周面とロータシャフト３の外周面との間を封止するように、シール装置５１が設けられている。これと共に、静翼外周部４３の内周面とシュラウドリング３２の外周面との間を封止するように、シール装置５２が設けられている。
【００２７】
上記のシール装置５２の詳細について、図２から図５を用いて説明する。
【００２８】
図２では、静翼内周部４１の内周面とロータシャフト３の外周面とが対向する部分の断面を拡大して示しており、横方向が回転中心軸ＡＸに沿った軸方向であって、縦方向が回転中心軸ＡＸの径方向Ｒｄである。図３では、回転中心軸ＡＸが直交する断面について示しており、横方向が水平方向ｙであって、縦方向が鉛直方向ｚである。図４では、静翼内周部４１の内周面を示しており、横方向が回転中心軸ＡＸの回転方向Ｒｔであって、縦方向が回転中心軸ＡＸに沿った軸方向である。図５では、静翼内周部４１の断面を拡大して示しており、横方向が回転中心軸ＡＸの回転方向Ｒｔであって、縦方向が回転中心軸ＡＸの径方向Ｒｄである（図５では回転方向Ｒｔを直線で示している）。
【００２９】
シール装置５２は、フィン６０を有しており、フィン６０がロータシャフト３の外周面において突出するように設けられている。フィン６０は、回転中心軸ＡＸの軸方向に沿って複数が配置されている。ここでは、フィン６０として、ローフィン６０１とハイフィン６０２とが設けられている。ローフィン６０１は、径方向Ｒｄにおける高さが低く、ハイフィン６０２は、ローフィン６０１よりも径方向Ｒｄにおける高さが高い。
【００３０】
本実施形態では、静翼内周部４１の内周面には、径方向Ｒｄに突出した凸部７１１と、径方向Ｒｄに凹んだ凹部７１２とが、軸方向に沿って交互に並ぶように設けられている。ローフィン６０１は、ロータシャフト３の外周面において凸部７１１に対向する部分に設けられている。そして、ハイフィン６０２は、ロータシャフト３の外周面において凹部７１２に対向する部分に設けられている。
【００３１】
本実施形態のシール装置５２においては、排出溝８０が静翼内周部４１の内周面に形成されている。排出溝８０は、作動流体である蒸気の一部と共に固体粒子が流れるように構成されている。排出溝８０は、複数のフィン６０のうち軸方向で最も上流側Ｕｓに配置された最上流のフィン６０よりも下流側Ｄｓに位置する部分に形成されている（図２参照）。
【００３２】
排出溝８０は、単数であって、鉛直方向ｚにおいて回転中心軸ＡＸの下方に設けられている（図３参照）。ここでは、静翼内周部４１は、上半側内周部４１１と下半側内周部４１２とを組合せて構成されている。静翼外周部４３は、上半側外周部４３１と下半側外周部４３２とを組合せて構成されている。排出溝８０は、下半側内周部４１２において回転中心軸ＡＸの下方に位置するように設けられている。
【００３３】
排出溝８０は、回転中心軸ＡＸの軸方向に沿うように延在している。排出溝８０は、凸部７１１の一部を切り欠くと共に、凹部７１２の底面７１２Ｓの一部を除くことによって形成されている（図４参照）。つまり、静翼内周部４１の内周面とロータシャフト３の外周面との間の距離は、排出溝８０が形成された部分の距離Ｌ２の方が、排出溝８０が形成された部分以外の部分の距離Ｌ１よりも長い（図２参照）。
【００３４】
排出溝８０の底面は、回転方向Ｒｔに沿っており、排出溝８０において回転方向Ｒｔに並ぶ一対の側面は、径方向Ｒｄに沿うように形成されている（図５参照）。
【００３５】
本実施形態の蒸気タービン１の作用および効果について説明する。本実施形態の蒸気タービン１においては、上記したように、ケーシング２の内部において蒸気が複数のタービン段落を順次流れ、それぞれのタービン段落において膨張して仕事を行う。蒸気には、ボイラーや配管に由来するスケールなどの固体粒子が含まれている。固体粒子の一部は、ノズルダイアフラム４などの静止体とロータシャフト３などの回転体との間に蒸気と共に侵入する（矢印ＦＰを参照）。このため、ノズルダイアフラム４などの静止体とロータシャフト３などの回転体との間を密封するシール装置５２のフィン６０が損傷して、シール性能が低下し、タービン性能の低下が生ずる場合がある。
【００３６】
しかしながら、本実施形態の蒸気タービン１では、ノズルダイアフラム４を構成する静翼内周部４１の内周面に、排出溝８０が形成されている。排出溝８０は、複数のフィン６０のうち軸方向で最も上流側Ｕｓに配置された最上流のフィン６０よりも下流側Ｄｓに位置する部分に形成されている。排出溝８０は、最上流のフィン６０を通過した蒸気の一部と共に、固体粒子が流れる。このように、固体粒子は、ノズルダイアフラム４とロータシャフト３との間に設けられたシール装置５２に滞留せずに、排出溝８０を介してシール装置５２の下流側Ｄｓへ排出される。
【００３７】
したがって、本実施形態においては、固体粒子がフィン６０および静翼内周部４１に衝突する回数が低減するので、浸食の発生が抑制される。その結果、シール性能の低下を抑制することができるので、タービン性能の低下を抑制ることができる。
【００３８】
特に、本実施形態では、複数のフィン６０のうち軸方向で最も上流側Ｕｓに配置された最上流のフィン６０よりも下流側Ｄｓに位置する部分に排出溝８０が形成されている。つまり、排出溝８０の上流側Ｕｓには、少なくとも最上流のフィン６０が設けられており、最上流のフィン６０が固体粒子の通過を妨げている。このため、より効果的に、シール性能の低下を抑制することが可能であって、タービン性能の低下を効果的に防止することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、排出溝８０は、鉛直方向において回転中心軸ＡＸの下方に設けられている。固体粒子は、重力の影響によって、回転中心軸ＡＸの上方よりも下方に集まるので、回転中心軸ＡＸの下方に形成された排出溝８０を介して、効果的にシール装置５２の下流側Ｄｓへ排出される。
【００４０】
上記した第１実施形態のシール装置５２について図６から図１０を用いて変形例を説明する。図６から図１０では、図２と同様な部分を示している。
【００４１】
上記した第１実施形態では、複数のフィン６０のうち最も上流側Ｕｓに位置する最上流のフィン６０は、ローフィン６０１である場合について説明したが（図２参照）、これに限らない。図６に示すように、最も上流側Ｕｓに位置する最上流のフィン６０は、ローフィン６０１でなく、ハイフィン６０２であってもよい。この場合には、最上流のハイフィン６０２よりも下流側Ｄｓに排出溝８０が形成される。
【００４２】
上記した第１実施形態では、排出溝８０は、凸部７１１の一部を切り欠くと共に、凹部７１２の底面７１２Ｓの一部を除くことによって形成されているが（図４参照）、これに限らない。図７および図８に示すように、凹部７１２の底面７１２Ｓの一部を除去せずに、凸部７１１の一部を切り欠くことによって形成してもよい。つまり、静翼内周部４１の内周面とロータシャフト３の外周面との間は、排出溝８０が形成された部分の距離Ｌ２と、排出溝８０が形成された部分以外の部分の距離Ｌ１とが同じであってもよい。
【００４３】
上記した第１実施形態では、フィン６０がロータシャフト３の外周面に設けられ、静翼内周部４１の内周面に凸部７１１と凹部７１２とが設けられた場合について説明したが、これに限らない。図９に示すように、フィン６０が静翼内周部４１の内周面に設けられ、ロータシャフト３の外周面に凸部７１１と凹部７１２とが設けられていてもよい。この場合には、フィン６０が設けられた静翼内周部４１の内周面に排出溝８０が形成される。
【００４４】
上記では静翼内周部４１の内周面にフィン６０が直接設けられている場合について説明したが（図９参照）、これに限らない。静翼内周部４１は、内輪本体４１０の内周面にパッキンリング４１Ｐが保持されており、そのパッキンリング４１Ｐの内周面にフィン６０が設けられていてもよい。この場合には、フィン６０が設けられているパッキンリング４１Ｐの内周面に排出溝８０が形成される。
【００４５】
排出溝８０は、焼入れなどの表面硬化処理が施されることによって、静翼内周部４１において排出溝８０の表面が他の部分よりも硬いことが好ましい。これにより、排出溝８０の表面が固体粒子の衝突で浸食されにくくなる。その結果、蒸気の漏洩量が増大することを抑止することができる。
【００４６】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る蒸気タービンを構成するシール装置５２の詳細について、図１１を用いて説明する。図１１では、図３と同様な部分について示している。
【００４７】
本実施形態では、図１１に示すように、排出溝８０は、単数でなく、複数である。複数の排出溝８０は、回転方向Ｒｔに間を隔てて配置されている。この点および関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様である。
【００４８】
図１１に示すように、たとえば、４つの排出溝８０が回転方向Ｒｔにおいて約９０°のピッチ角度で設置されている。具体的には、一対の排出溝８０が鉛直方向ｚにおいて回転中心軸ＡＸを介して対向するように、上半側内周部４１１と下半側内周部４１２とのそれぞれに設けられている。これと共に、一対の排出溝８０が水平方向ｙにほぼ沿った方向において回転中心軸ＡＸを介して対向するように、上半側内周部４１１と下半側内周部４１２とのそれぞれに設けられている。つまり、上半側内周部４１１においては、鉛直方向ｚの最上部に排出溝８０が形成されている他に、回転方向Ｒｔにおいて後方側に位置する端部に排出溝８０が更に形成されている。また、下半側内周部４１２においては、鉛直方向ｚの最下部に排出溝８０が形成されている他に、回転方向Ｒｔにおいて後方側に位置する端部に排出溝８０が更に形成されている。
【００４９】
スケールなどの固体粒子は、シール装置５２において回転方向Ｒｔに旋回する。このため、固体粒子は、回転方向Ｒｔに間を隔てて配置された複数の排出溝８０を介して、シール装置５２から排出されやすい。
【００５０】
したがって、本実施形態においては、固体粒子がフィン６０および静翼内周部４１に衝突する回数が低減するので、浸食の発生が抑制される。その結果、シール性能の低下を抑制することができるので、タービン性能の低下を抑制することができる。
【００５１】
＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る蒸気タービンを構成するシール装置５２の詳細について、図１２を用いて説明する。図１２では、図４と同様な部分について示している。
【００５２】
図１２に示すように、本実施形態では、排出溝８０は、回転中心軸ＡＸの軸方向に沿うように延在していない。ここでは、排出溝８０は、回転中心軸ＡＸの軸方向および回転方向Ｒｔに対して傾斜した傾斜方向に延在している。排出溝８０は、回転中心軸ＡＸの軸方向において下流側Ｄｓ（図１２では下側）に位置する一端部が、上流側Ｕｓ（上側）に位置する他端部よりも回転方向Ｒｔの前方側Ｆｗ（左側）に位置するように傾斜している。すなわち、排出溝８０の延在方向が回転中心軸ＡＸの軸方向に対して傾斜する角度αは、第１実施形態の場合がゼロであるのに対して（α＝０°）、本実施形態ではゼロでない（α≠０°）。
【００５３】
スケールなどの固体粒子は、回転中心軸ＡＸの軸方向に沿って移動するときに、回転方向Ｒｔに旋回する。このため、シール装置５２においては、固体粒子は、回転中心軸ＡＸの軸方向および回転方向Ｒｔに対して傾斜した傾斜方向に進行する。すなわち、固体粒子が進行する進行方向が回転中心軸ＡＸの軸方向に対して傾斜する角度βは、ゼロでない（β≠０°）。したがって、排出溝８０の延在方向が回転中心軸ＡＸの軸方向に対して傾斜する角度αがゼロである場合（α＝０°）には、固体粒子は、排出溝８０を経由して排出されずに、排出溝８０から凹部７１２に戻って旋回する場合が増加する。
【００５４】
しかしながら、本実施形態では、上記したように、排出溝８０の延在方向が回転中心軸ＡＸの軸方向に対して傾斜する角度αは、ゼロでない（α≠０°）。このため、本実施形態では、固体粒子が凹部７１２に戻らずに排出溝８０を経由して排出される確率を高めることができる。したがって、本実施形態では、固体粒子がシール装置５２の内部に滞留する時間が短くなるので、固体粒子がフィン６０および静翼内周部４１に衝突する回数が低減し、浸食の発生が抑制される。その結果、本実施形態では、シール性能の低下を更に抑制することができるので、タービン性能の低下をより効果的に抑制することができる。
【００５５】
蒸気タービンにおいて、固体粒子が進行する進行方向が回転中心軸ＡＸの軸方向に対して傾斜する角度βは、通常、３０°を超えると共に、６０°よりも小さい（３０°＜β＜６０°）。角度αが角度β以上である場合には、固体粒子の排出効率が高い。このため、角度αは、角度β以上であることが好ましい。したがって、角度αは、角度βと同様に、３０°を超えると共に６０°よりも小さいことが好ましい（３０°＜α＜６０°）。
【００５６】
＜第４実施形態＞
第４実施形態のシール装置５２について、図１３を用いて説明する。図１３は、図２と同様な部分を示している。
【００５７】
図１３に示すように、本実施形態では、排出溝８０の内周面は、第１実施形態の場合と異なり、回転中心軸ＡＸの軸方向に対して平行でない。
【００５８】
排出溝８０の内周面は、回転中心軸ＡＸの軸方向および径方向Ｒｄに対して傾斜している。ここでは、排出溝８０の内周面は、回転中心軸ＡＸの軸方向において、下流側Ｄｓ（図１３では右側）が上流側Ｕｓ（左側）よりも径方向Ｒｄの外側ＯＴ（下側）に位置している。つまり、排出溝８０の内周面とロータシャフト３の外周面との間のギャップは、上流側Ｕｓから下流側Ｄｓへ向かうに伴って一定の割合で広くなっている。
【００５９】
スケールなどの固体粒子は、ロータシャフト３が回転するときには、径方向Ｒｄの内側ＩＮから外側ＯＴ（下側）へ向かうように遠心力が作用するので、固体粒子は、排出溝８０の内周面に押し付けられるように上流側Ｕｓから下流側Ｄｓへ移動する。本実施形態では、上記したように、排出溝８０の内周面とロータシャフト３の外周面との間のギャップは、上流側Ｕｓから下流側Ｄｓへ向かうに伴って一定の割合で広くなっている。このため、本実施形態においては、固体粒子は、排出溝８０を介して、シール装置５２から排出されやすい。
【００６０】
したがって、本実施形態においては、浸食の発生を効果的に抑制することができる。その結果、本実施形態では、タービン性能の低下を更に抑制することができる。
【００６１】
＜第５実施形態＞
第５実施形態のシール装置５２について、図１４および図１５を用いて説明する。図１４は、図４と同様な部分を示している。これに対して、図１５は、図５と同様な部分を示している。
【００６２】
本実施形態では、図１４および図１５に示すように、排出溝８０の内周面は、回転方向Ｒｔおよび径方向Ｒｄに対して傾斜した部分を含む。排出溝８０の内周面のうち回転方向Ｒｔおよび径方向Ｒｄに対して傾斜した部分は、回転方向Ｒｔの前方側Ｆｗが回転方向Ｒｔの後方側Ｂｗよりも径方向Ｒｄの外側ＯＴに位置している。つまり、排出溝８０の内周面のうち上記傾斜部分と、ロータシャフト３の外周面（ここでは図示省略）との間のギャップは、回転方向Ｒｔにおいて前方側Ｆｗから後方側Ｂｗへ向かうに伴って一定の割合で広くなっている。
【００６３】
上記したように、スケールなどの固体粒子は、ロータシャフト３が回転するときには、径方向Ｒｄの内側ＩＮから外側ＯＴ（下側）へ向かうように遠心力が作用するので、このため、本実施形態においては、固体粒子は、排出溝８０を介して、シール装置５２から排出されやすい。
【００６４】
したがって、本実施形態においては、浸食の発生を効果的に抑制することができる。その結果、本実施形態では、タービン性能の低下を更に抑制することができる。
【００６５】
第５実施形態の変形例について、図１６、図１７、図１８、および、図１９を用いて説明する。図１６は、図１４と同様な部分を示しており、図１７は、図１６の場合において、図１５と同様な部分を示している。図１８は、図１４と同様な部分を示しており、図１９は、図１８の場合において、図１５と同様な部分を示している。
【００６６】
本変形例では、各図に示すように、排出溝８０は、回転方向Ｒｔの前方側Ｆｗであって径方向Ｒｄの内側ＩＮに庇部８１が設けられている。庇部８１は、排出溝８０において径方向Ｒｄの内側ＩＮに位置する部分で回転方向Ｒｔの後方側Ｂｗに突き出ている。
【００６７】
このため、本変形例では、スケールなどの固体粒子は、排出溝８０において庇部８１で覆われた部分を流れるので、排出溝８０の内周面とロータシャフト３の外周面との間に侵入しにくい。したがって、固体粒子は、排出溝８０を介して、シール装置５２から排出されやすい。
【００６８】
なお、排出溝８０において回転方向Ｒｔの前方側Ｆｗに位置する面は、図１７に示すように、傾斜した面である場合の他に、図１９に示すように、湾曲した面を含むように構成されていてもよい。
【００６９】
＜第６実施形態＞
第６実施形態に係る蒸気タービンを構成するシール装置５２の詳細について、図２０を用いて説明する。図２０では、図４と同様な部分について示している。
【００７０】
図２０に示すように、凸部７１１は、排出溝８０に対して回転方向Ｒｔの後方側Ｂｗに位置する凸部一端部７１１Ｂと、排出溝８０に対して回転方向Ｒｔの前方側Ｆｗに位置する凸部他端部７１１Ｆとを含む。凸部他端部７１１Ｆは、回転方向Ｒｔに沿った面を含む。これに対して、凸部一端部７１１Ｂは、軸方向および回転方向Ｒｔに対して傾斜した傾斜面を含む。この傾斜面は、軸方向の下流側Ｄｓが軸方向の上流側Ｕｓよりも回転方向Ｒｔの前方側Ｆｗに位置している。すなわち、凸部７１１の切り欠き部分において回転方向Ｒｔにおける幅は、下流側Ｄｓの方が上流側Ｕｓよりも広く、下流側Ｄｓから上流側Ｕｓに向かうに伴って狭くなっている。
【００７１】
このため、本実施形態では、スケールなどの固体粒子は、凸部７１１の切り欠き部分を介して排出溝８０に導かれる。したがって、固体粒子は、排出溝８０を介して、シール装置５２から排出されやすい。
【００７２】
なお、傾斜面が軸方向に沿った面に対して傾斜する角度γは、第３実施形態に示した角度αの場合と同様に、角度β以上であることが好ましい（γ≧β）。このため、角度γは、角度αと同様に、３０°を超えると共に６０°よりも小さいことが好ましい（３０°＜α＜６０°）。
【００７３】
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】
【００７４】
１…蒸気タービン、２…ケーシング、２ａ…入口、２ｂ…出口、３…ロータシャフト、４…ノズルダイアフラム、６…軸受、２１…内部ケーシング、２２…外部ケーシング、２３…スリーブ管、２４…ノズルボックス、３０…ロータディスク、３１…動翼、３２…シュラウドリング、４１…静翼内周部、４２…静翼、４３…静翼外周部、５１…シール装置、５２…シール装置、６０…フィン、８０…排出溝、８１…庇部、４１０…内輪本体、４１Ｐ…パッキンリング、４１１…上半側内周部、４１２…下半側内周部、４３１…上半側外周部、４３２…下半側外周部、６０１…ローフィン、６０２…ハイフィン、７１１…凸部、７１１Ｂ…凸部一端部、７１１Ｆ…凸部他端部、７１２…凹部、７１２Ｓ…底面
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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