(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械の静止部材と回転部材との間の環状隙間を介した流体の漏れ流れを抑制するためのシール装置であって、
前記環状隙間に設けられる環状の固定フィンと、
前記環状隙間内において前記固定フィンに対して軸方向に隣接して設けられる環状の可動フィンと、を備え、
前記可動フィンは、
前記固定フィンよりも熱膨張係数が大きく、
前記可動フィンの基端側の固定領域において前記固定フィンに固定されている
ことを特徴とするシール装置。
【請求項２】
前記可動フィンは、該可動フィンの基端側の前記固定領域のみにおいて前記固定フィンに固定されていることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
【請求項３】
前記可動フィンは、周方向に配列される複数のセグメントを含み、
各々の前記セグメントは、前記固定フィンに固定される前記固定領域を先端側に有することを特徴とする請求項１又は２に記載のシール装置。
【請求項４】
前記固定領域は、前記セグメントの基端側の周方向範囲における一部の範囲であり、
前記可動フィンの各々の前記セグメントは、前記固定領域を起点とした径方向および周方向の熱伸びが許容されていることを特徴とする請求項３に記載のシール装置。
【請求項５】
前記固定領域は、前記セグメントの基端側の前記周方向範囲のうち、周方向における中央に位置すること特徴とする請求項４に記載のシール装置。
【請求項６】
前記固定領域よりも前記可動フィンの先端側において前記固定フィンに取り付けられ、前記可動フィンの各々の前記セグメントの前記固定フィンからの浮き上がりを抑制するための拘束部材をさらに備えることを特徴とする請求項３乃至５の何れか一項に記載のシール装置。
【請求項７】
前記拘束部材は、
隣接する前記セグメント間において延在するように前記固定フィンに固定された支柱部と、
前記支柱部の先端に設けられて、前記固定フィンとの間に前記セグメントが少なくとも部分的に挟まれるように、前記支柱部から周方向に延びる押さえ板部と、
を含むことを特徴とする請求項６に記載のシール装置。
【請求項８】
隣接する前記セグメント間には、少なくとも前記回転機械の停止時において、周方向間隙が形成されることを特徴とする請求項３乃至７の何れか一項に記載のシール装置。
【請求項９】
前記可動フィンの前記セグメントは偶数個であることを特徴とする請求項３乃至８の何れか一項に記載のシール装置。
【請求項１０】
前記可動フィンの先端厚さは、前記固定フィンの先端厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のシール装置。
【請求項１１】
前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ１とし、
前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ１とし、
前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ２とし、
前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ２としたとき、
Ｈｍ１≧Ｈｆ１、且つ、Ｈｍ２＜Ｈｆ２を満たすことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載のシール装置。
【請求項１２】
前記可動フィンは、前記固定フィンからみて高圧側に設けられることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載のシール装置。
【請求項１３】
前記静止部材又は前記回転部材に形成された溝に嵌合するとともに、軸方向に並ぶ複数の前記固定フィンを先端側に有するシールリングをさらに備え、
前記可動フィンは、少なくとも、前記漏れ流れの最上流側に位置する前記固定フィンからみて高圧側に設けられることを特徴とする請求項１２に記載のシール装置。
【請求項１４】
前記回転機械の停止時において、前記可動フィンの先端部と前記固定フィンの先端部との間には隙間が形成されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のシール装置。
【請求項１５】
前記固定フィン及び前記可動フィンは、先端側が基端側に対して高圧側に位置するように半径方向に対して斜めに延在していることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載のシール装置。
【請求項１６】
前記静止部材又は前記回転部材の一方に形成された溝に嵌合するとともに、少なくとも一つの前記固定フィンを先端側に有するシールリングをさらに備え、
前記可動フィンは、前記溝の軸方向範囲内に位置する該可動フィンの基端部から、前記溝の軸方向範囲外に位置する該可動フィンの先端部に向かって、半径方向に対して斜めに延在していることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載のシール装置。
【請求項１７】
前記可動フィンは、少なくとも前記可動フィンの前記基端部が前記溝内に存在するように配置されたことを特徴とする請求項１６に記載のシール装置。
【請求項１８】
前記固定フィン及び前記可動フィンは、前記回転機械の軸方向断面内において湾曲していることを特徴とする請求項１乃至１７の何れか一項に記載のシール装置。
【請求項１９】
前記固定フィンの前記可動フィン側の表面の前記軸方向断面内における接線方向は、
前記固定フィンの基端側において前記接線方向が半径方向に対してなす角度をθｆ１とし、
前記固定フィンの先端側において前記接線方向が半径方向に対してなす角度をθｆ２としたとき、
θｆ１＞θｆ２の関係式を満たし、
前記可動フィンは、前記固定フィンに沿って湾曲していることを特徴とする請求項１８に記載のシール装置。
【請求項２０】
回転機械の静止部材と回転部材との間の環状隙間を介した流体の漏れを抑制するためのシール装置であって、
前記環状隙間に設けられる環状の固定フィンと、
前記環状隙間内において前記固定フィンに対して軸方向に隣接して設けられる環状の可動フィンと、を備え、
前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ１とし、
前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ１とし、
前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ２とし、
前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ２としたとき、
Ｈｍ１≧Ｈｆ１、且つ、Ｈｍ２＜Ｈｆ２を満たすことを特徴とするシール装置。
【請求項２１】
静止部材と、
前記静止部材に対して対向して設けられる回転部材と、
前記静止部材と前記回転部材との間の環状隙間に設けられる請求項１乃至２０の何れか一項に記載のシール装置と、を備えることを特徴とする回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、シール装置および回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転機械の静止部材と回転部材との間の環状隙間を介した流体の漏れ流れを抑制するためのシール装置が知られている。
【０００３】
この種のシール装置は、漏れ流れ低減の観点からは、回転機械の運転時におけるシール間隙は小さい方が望ましいとされる。一方、回転機械の起動時には、回転機械は、定常状態に到達前の過渡的状態として、回転機械の回転軸の振動や回転部材と静止部材との伸び差に起因して、一時的にシール間隙が最小となる状態（いわゆるピンチポイント）を経験することになる。よって、回転機械の運転時におけるシール間隙は小さすぎると、ピンチポイント通過時に回転部材又は静止部材とシール装置の接触が生じてしまう可能性がある。
【０００４】
そこで、シール間隙の大きさを調節可能なシール装置（自動調整シール）が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、蒸気タービン等の回転機械に用いられる自動調整シールが開示されている。
特許文献１に記載の自動調整シールは、水平の平坦面からなる合わせ面において互いに当接可能な固定シールリングと可動シールリングとを含んでいる。可動シールリングは、回転機械のロータの上方及び下方において、それぞれ、ロータの外周面に沿って１２０度の角度範囲に亘って設けられる。一方、固定シールリングは、ロータの左右両側において、ロータの外周面に亘って６０度の角度範囲に設けられる。可動シールリングは、固定シールリングから遠ざかる方向に弾性体によって付勢されている。回転機械の定格運転時には、可動シールリングは、流体によって固定シールリングに向かって押圧され、シール間隙が減少するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−９７３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の自動調整シールは、固定シールリング、可動シールリングおよび弾性体（付勢部材）を備えた大掛かりな装置講成であるため、適用可能な箇所が限定される。
【０００８】
上述の諸事靖に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、簡素な装置構成にてシール間隙を調節可能なシール装置およびこれを備えた回転機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るシール装置は、
回転機械の静止部材と回転部材との間の環状隙間を介した流体の漏れ流れを抑制するためのシール装置であって、
前記環状隙間に設けられる環状の固定フィンと、
前記環状隙間内において前記固定フィンに対して軸方向に隣接して設けられる環状の可動フィンと、を備え、
前記可動フィンは、
前記固定フィンよりも熱膨張係数が大きく、
前記可動フィンの基端側の固定領域において前記固定フィンに固定されている。
【００１０】
（２）一実施形態では、上記（１）の構成において、
前記可動フィンは、該可動フィンの基端側の前記固定領域のみにおいて前記固定フィンに固定されている。
【００１１】
上記（１）又は（２）の構成では、静止部材と回転部材との間の環状隙間内において固定フィンに対して軸方向に隣接して可動フィンが設けられ、且つ、可動フィンの基端側の固定領域（上記（２）の構成においては固定領域のみ）が固定フィンに固定される。
このため、回転機械の運転時にシール装置が高温の流体に曝されると、可動フィンは基端側の固定領域を起点として先端側が熱伸びする。この際、固定フィンよりも可動フィンの熱膨張係数が大きいため、可動フィンの先端側の熱伸び量は固定フィンの先端側の熱伸び量よりも大きい。よって、シール装置の可動フィンの先端と回転機械の静止部材又は回転部材との間のクリアランスＨｍは、回転機械の停止時に比べて小さくなり、当該クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを抑制できる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記可動フィンは、周方向に配列される複数のセグメントを含み、
各々の前記セグメントは、前記固定フィンに固定される前記固定領域を先端側に有する。
【００１３】
上記（３）の構成によれば、可動フィンが周方向において複数のセグメントに分割されているため、各セグメントの熱伸び変形に対する拘束力が弱まり、回転機械の運転時において可動フィンの各セグメントの熱伸びを利用してクリアランスＨｍをさらに低減できる。これにより、クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを効果的に抑制できる。
【００１４】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記固定領域は、前記セグメントの基端側の周方向範囲における一部の範囲であり、
前記可動フィンの各々の前記セグメントは、前記固定領域を起点とした径方向および周方向の熱伸びが許容されている。
【００１５】
上記（４）の構成によれば、固定フィンに固定される可動フィンの各セグメントの固定領域は、各セグメントの基端側の一部の範囲であるため、当該固定領域を起点として各セグメントは径方向だけでなく周方向にも熱伸びが許容される。よって、回転機械の起動時に各セグメントが熱伸び変形する際、隣接するセグメント間の拘束をより一層弱めることができる。よって、回転機械の運転時において可動フィンの各セグメントの熱伸びを利用してクリアランスＨｍをより一層低減できる。これにより、クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを効果的に抑制できる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記固定領域は、前記セグメントの基端側の前記周方向範囲のうち、周方向における中央に位置する。
【００１７】
上記（５）の構成によれば、各セグメントの固定領域（固定フィンに固定される領域）を各セグメントの周方向における中央に設けたので、各セグメントの前記固定領域の両側における領域は固定フィンに拘束されない。よって、回転機械の運転時において可動フィンの各セグメントがより一層自由に熱伸び変形することができ、クリアランスＨｍをより一層低減できる。これにより、クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れをより効果的に抑制できる。
【００１８】
（６）幾つかの実施形態では、上記（３）乃至（５）の何れかの構成において、
前記固定領域よりも前記可動フィンの先端側において前記固定フィンに取り付けられ、前記可動フィンの各々の前記セグメントの前記固定フィンからの浮き上がりを抑制するための拘束部材をさらに備える。
【００１９】
上述のように、可動フィンの各セグメントの先端側は固定フィンに固定されていない。このため、可動フィンの先端側と固定フィンの先端側との間に流体が浸入し、可動フィンの各セグメントを固定フィンから浮き上がらせてしまう場合がある。
この点、上記（６）の構成によれば、固定領域よりも可動フィンの先端側において固定フィンに取り付けられる拘束部材を設けたので、可動フィンの各セグメントの固定フィンからの浮き上がりを抑制できる。
【００２０】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記拘束部材は、
隣接する前記セグメント間において延在するように前記固定フィンに固定された支柱部と、
前記支柱部の先端に設けられて、前記固定フィンとの間に前記セグメントが少なくとも部分的に挟まれるように、前記支柱部から周方向に延びる押さえ板部と、
を含む。
【００２１】
上記（７）の構成によれば、隣接するセグメント間において固定フィンに固定される支柱部と、支柱部の先端に設けられる押さえ板部と、を含む拘束部材を用いることで、各セグメントの熱伸び変形に実質的に影響を及ぼすことなく、各セグメントの固定フィンから浮き上りを抑制できる。
【００２２】
（８）幾つかの実施形態では、上記（３）乃至（７）の何れかの構成において、
隣接する前記セグメント間には、少なくとも前記回転機械の停止時において、周方向間隙が形成される。
【００２３】
上記（８）の構成によれば、隣接するセグメント間の拘束をより一層弱めることができる。よって、回転機械の運転時において可動フィンの各セグメントの熱伸びを利用してクリアランスＨｍをより一層低減できる。これにより、クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れをより効果的に抑制できる。
【００２４】
（９）幾つかの実施形態では、上記（３）乃至（８）の何れかの構成において、
前記可動フィンの前記セグメントは偶数個である。
【００２５】
上記（９）の構成によれば、可動フィンのセグメントを偶数個としたので、半割構造の固定フィンの採用によってシール装置の組立作業を効率化できる。この場合、整数個の可動フィンのセグメントを組み付けた半環状の固定フィンを一対準備し、これらを回転機械に取り付けることでシール装置の組み立てが完了する。
【００２６】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、
前記可動フィンの先端厚さは、前記固定フィンの先端厚さよりも小さい。
【００２７】
上述したように、可動フィンの熱膨張率は固定フィンよりも大きいため、回転機械の起動中において、過渡的に、可動フィンの熱伸びによってクリアランスＨｍが過度に狭くなり得る。このため、回転機械の回転部材又は静止部材と可動フィンの先端部とが接触してしまう可能性がある。
この点、上記（１０）の構成によれば、可動フィンの先端厚さを固定フィンに比べて相対的に小さくしたので、回転機械の回転部材又は静止部材と可動フィンの先端部とが万が一接触した場合であっても、接触に起因した発熱や振動を抑制できる。一方、固定フィンの先端厚さを可動フィンに比べて相対的に大きくすることで、可動フィン及び固定フィンの軸方向両側における流体の圧力差に起因した固定フィン先端部の変形を抑制し、固定フィンの変形に伴う可動フィンの意図せぬ変位を抑制できる。
【００２８】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、
前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ１とし、
前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ１とし、
前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ２とし、
前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ２としたとき、
Ｈｍ１≧Ｈｆ１、且つ、Ｈｍ２＜Ｈｆ２を満たす。
【００２９】
上記（１１）の構成によれば、回転機械の停止時において、静止部材又は回転部材と可動フィンとの間に形成されるクリアランスＨｍ１は、静止部材又は回転部材と固定フィンとの間に形成されるクリアランスＨｆ１以上であるため、回転機械が起動中に経験するピンチポイントにおいて静止部材又は回転部材と可動フィンとの接触の可能性を低減できる。
また、回転機械の定格運転時において、静止部材又は回転部材と可動フィンとの間に形成されるクリアランスＨｍ２は、静止部材又は回転部材と固定フィンとの間に形成されるクリアランスＨｆ２よりも小さいため、当該クリアランスＨｍ２を介した流体の漏れ流れを抑制できる。
【００３０】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れかの構成において、
前記可動フィンは、前記固定フィンからみて高圧側に設けられる。
【００３１】
上記（１２）の構成によれば、回転機械の運転時、可動フィンは高圧の流体によって固定フィン側に押し付けられるため、可動フィンの固定フィンからの浮き上がりを抑制できる。
【００３２】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の構成において、
前記静止部材又は前記回転部材に形成された溝に嵌合するとともに、軸方向に並ぶ複数の前記固定フィンを先端側に有するシールリングをさらに備え、
前記可動フィンは、少なくとも、前記漏れ流れの最上流側に位置する前記固定フィンからみて高圧側に設けられる。
【００３３】
上記（１３）の構成によれば、多段の固定フィンを有するシールリングに対して、最上流側の固定フィンからみて高圧側に可動フィンを取り付けることで、多段の固定フィンを有するシール装置においても、流体の圧力を利用して可動フィンの固定フィンからの浮き上がりを抑制することができる。
なお、仮に多段の固定フィンを有するシール装置において、下流側の固定フィンからみて高圧側に可動フィンを取り付けようとすると（すなわち隣接する固定フィン間に可動フィンを取り付けようとすると）、可動フィンのコンパクト化が求められる。そうすると、可動フィンの長さ（可動フィンの基端部から先端部までの距離）が十分でないため可動フィンの熱伸び量を十分に得ることは難しいことがある。この場合、回転機械の運転時において、可動フィンの熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れ抑制効果が限定的になってしまう可能性がある。
【００３４】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１２）又は（１３）の構成において、
前記回転機械の停止時において、前記可動フィンの先端部と前記固定フィンの先端部との間には隙間が形成されている。
【００３５】
上記（１４）の構成によれば、回転機械の運転時において、高圧側に位置する可動フィンが流体によって固定フィンの高圧側の面に押圧され、可動フィンの先端部が変形する。このように、可動フィンの熱伸び変形に加えて、流体による固定フィン側への押し付け力に起因した可動フィンの変形を利用すれば、回転機械の運転時において、クリアランスＨｍをより高い自由度で制御することが可能になる。よって、クリアランスＨｍを介した漏れ流れをより適切に抑制することができる。
【００３６】
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１４）の何れかの構成において、
前記固定フィン及び前記可動フィンは、先端側が基端側に対して高圧側に位置するように半径方向に対して斜めに延在している。
【００３７】
上記（１５）の構成によれば、可動フィンの長さ（可動フィンの基端部から先端部までの距離）を十分に確保することができ、回転機械の運転時において、可動フィンの熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れの優れた抑制効果を享受できる。
【００３８】
（１６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１５）の何れかの構成において、
前記静止部材又は前記回転部材の一方に形成された溝に嵌合するとともに、少なくとも一つの前記固定フィンを先端側に有するシールリングをさらに備え、
前記可動フィンは、前記溝の軸方向範囲内に位置する該可動フィンの基端部から、前記溝の軸方向範囲外に位置する該可動フィンの先端部に向かって、半径方向に対して斜めに延在している。
【００３９】
上記（１６）の構成によれば、静止部材又は回転部材の一方に形成された溝に嵌合するシールリングを備えており、可動フィンは、この溝の軸方向範囲内から軸方向範囲外まで半径方向に対して斜めに延在している。そのため、可動フィンの長さ（可動フィンの基端部から先端部までの距離）を十分に確保することができ、回転機械の運転時において、可動フィンの熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れの優れた抑制効果を享受できる。
【００４０】
（１７）幾つかの実施形態では、上記（１６）の構成において、
前記可動フィンは、少なくとも前記可動フィンの前記基端部が前記溝内に存在するように配置される。
【００４１】
上記（１７）の構成によれば、可動フィンの基端部が溝内に位置することから、可動フィンの長さをより一層大きくすることができ、回転機械の運転時において、可動フィンの熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れの優れた抑制効果を享受できる。
【００４２】
（１８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１７）の何れかの構成において、
前記固定フィン及び前記可動フィンは、前記回転機械の軸方向断面内において湾曲している。
【００４３】
上記（１８）の構成によれば、可動フィンの長さ（可動フィンの基端部から先端部までの距離）を十分に確保することができ、回転機械の運転時において、可動フィンの熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れの優れた抑制効果を享受できる。
【００４４】
（１９）幾つかの実施形態では、上記（１８）の構成において、
前記固定フィンの前記可動フィン側の表面の前記軸方向断面内における接線方向は、
前記固定フィンの基端側において前記接線方向が半径方向に対してなす角度をθｆ１とし、
前記固定フィンの先端側において前記接線方向が半径方向に対してなす角度をθｆ２としたとき、
θｆ１＞θｆ２の関係式を満たし、
前記可動フィンは、前記固定フィンに沿って湾曲している。
【００４５】
上記（１９）の構成によれば、固定フィンに沿って湾曲する可動フィンについても、基端側に比べて先端側の方が、可動フィン接線方向が半径方向に対してなす角度が小さくなる。すなわち、可動フィンは、基端側に比べて先端側の方が相対的に半径方向に沿っている。このため、可動フィンの先端側の熱伸び変形量に対するクリアランスＨｍの変化量の比を増大させることができ、回転機械の運転時において、可動フィンの熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れのより優れた抑制効果を享受できる。
【００４６】
（２０）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るシール装置は、
回転機械の静止部材と回転部材との間の環状隙間を介した流体の漏れを抑制するためのシール装置であって、
前記環状隙間に設けられる環状の固定フィンと、
前記環状隙間内において前記固定フィンに対して軸方向に隣接して設けられる環状の可動フィンと、を備え、
前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ１とし、
前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ１とし、
前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ２とし、
前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ２としたとき、
Ｈｍ１≧Ｈｆ１、且つ、Ｈｍ２＜Ｈｆ２を満たす。
【００４７】
上記（２０）の構成によれば、回転機械の運転時において、静止部材又は回転部材と可動フィンとの間に形成されるクリアランスＨｍ１は、静止部材又は回転部材と固定フィンとの間に形成されるクリアランスＨｆ１以上であるため、回転機械が起動中に経験するピンチポイントにおいて静止部材又は回転部材と可動フィンとの接触の可能性を低減できる。
また、回転機械の定格運転時において、静止部材又は回転部材と可動フィンとの間に形成されるクリアランスＨｍ２は、静止部材又は回転部材と固定フィンフィンとの間に形成されるクリアランスＨｆ２よりも小さいため、当該クリアランスＨｍ２を介した流体の漏れ流れを抑制できる。
【００４８】
（２１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る回転機械は、
静止部材と、
前記静止部材に対して対向して設けられる回転部材と、
前記静止部材と前記回転部材との間の環状隙間に設けられる請求項１乃至１９の何れか一項に記載のシール装置と、を備える。
【００４９】
上記（２１）の構成によれば、上記（１）乃至（２０）の何れかの構成のシール装置を備えているので、シール装置の可動フィンの先端と回転機械の静止部材又は回転部材との間のクリアランスＨｍは、回転機械の運転時の方が回転機械の停止時に比べて小さくなり、当該クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを抑制でき、よって、回転機械の効率を向上できる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、回転機械の運転時において、シール装置の可動フィンの先端と回転機械の静止部材又は回転部材との間のクリアランスＨｍが、回転機械の停止時に比べて小さくなるので、当該クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】一実施形態に係る回転機械（蒸気タービン）を概略的に示した図である。
【図２】一実施形態に係るシール装置の軸方向に沿った部分断面図である。
【図３】一実施形態における固定フィン及び可動フィンを部分的に示す斜視図（一部断面）である。
【図４】一実施形態における可動フィンを示す平面図（図２のＡ方向矢視図）である。
【図５Ａ】一実施形態に係るシール装置において、回転機械の停止時における固定フィン及び可動フィンの先端領域を示す断面図である。
【図５Ｂ】一実施形態に係るシール装置において、回転機械の定格運転時における固定フィン及び可動フィンの先端領域を示す断面図である。
【図６Ａ】拘束部材及びその周辺構造の構成例を示す断面図（図４のＥ−Ｅ線断面に対応）である。
【図６Ｂ】拘束部材及びその周辺構造の構成例を示す断面図（図６ＡのＦ−Ｆ線断面に対応）である。
【図７】可動フィンのセグメントの他の構成例を示す平面図である。
【図８Ａ】他の実施形態に係るシール装置において、回転機械の停止時における固定フィン及び可動フィンの先端領域を示す断面図である。
【図８Ｂ】他の実施形態に係るシール装置において、回転機械の定格運転時における固定フィン及び可動フィンの先端領域を示す断面図である。
【図９】さらに他の実施形態に係るシール装置の固定フィン及び可動フィンの先端領域を示す断面図である。
【図１０Ａ】一実施形態に係るシール装置の適用部位を模式的に示した図である。
【図１０Ｂ】他の実施形態に係るシール装置の適用部位を模式的に示した図である。
【図１０Ｃ】さらに他の実施形態に係るシール装置の適用部位を模式的に示した図である。
【図１０Ｄ】さらに他の実施形態に係るシール装置の適用部位を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００５３】
最初に、本実施形態に係る回転機械１の一例として、図１に示す蒸気タービンについて説明する。なお、図１は、一実施形態に係る回転機械（蒸気タービン）１を概略的に示した図である。
【００５４】
図１に示すように、一実施形態に係る蒸気タービン１は、ケーシング２１及び静翼２４を含む静止部材２と、ロータ（回転軸）３１及び動翼３２を含む回転部材３と、静止部材２と回転部材３との間の環状隙間５（図２参照）に設けられるシール装置４と、を備えている。
【００５５】
具体的には、ケーシング２１は、内部空間が気密に封止されているとともに、蒸気Ｓ（流体）が流れる蒸気通路２３を形成する。図示される例では、ケーシング２１は、中空形状をなし、複数の静翼２４及び複数の動翼３２を囲むように配置された円筒部２１ａと、円筒部２１ａの内壁面に固定され、一対の静翼２４及び動翼３２ごとにそれぞれ設けられた複数の環状部２１ｂと、を含む。ケーシング２１の円筒部２１ａの一端側には蒸気入口２２が設けられ、他端側には蒸気出口２６が設けられている。蒸気入口２２には、蒸気通路２３を開閉するための調整弁２２ａが取り付けられている。
ロータ３１は、ケーシング２１の内部を貫通するように配置され、軸線Ｏを中心として回転可能に軸受６，７に支持されている。このロータ３１には、ケーシング２１の内部において、外周部にロータディスク３３を介して動翼３２が固定されている。動翼３２は、ロータ３１の軸方向（軸線Ｏの方向）に所定間隔で複数段にわたって設けられている。各々の動翼３２の外形側（チップ側）には、周方向に延在したチップシュラウド３２ａが設けられている。チップシュラウド３２ａは、ケーシング２１の環状部２１ｂに対向するように位置している。一方、ケーシング２１側には、複数段の動翼３２に対して軸方向に交互に配列されるように、複数段の静翼２４が固定されている。各々の静翼２４の内径側（ハブ側）には、周方向に延在したハブシュラウド２４ａが設けられている。ハブシュラウド２４ａは、ロータ３１の外周面に対向するように位置している。
また、ケーシング２１の内部には、動翼３２及び静翼２４が配設される通路に蒸気通路２３が形成されており、この蒸気通路２３が蒸気入口２２及び蒸気出口２６に連通している。
【００５６】
上記構成を有する蒸気タービン１においては、蒸気が蒸気入口２２から蒸気通路２３に供給されると、蒸気通路２３において軸方向に沿って流れる蒸気が動翼３２及び静翼２４を通過することによってロータ３１が回転し、ロータ３１に与えられた回転エネルギーが軸端から取り出されて発電等に利用されるようになっている。
【００５７】
次に、図１乃至図４を参照して、シール装置４について説明する。なお、図２は、一実施形態に係るシール装置４の軸方向に沿った部分断面図であり、図１のＥ部分を拡大した図である。図３は、一実施形態における固定フィン４０及び可動フィン６０を部分的に示す斜視図（一部断面）である。図４は、一実施形態における可動フィン６０を示す平面図（図２のＡ方向矢視図）である。図４において矢印Ｄは、ロータ３１の回転方向を示している。
【００５８】
図１乃至図４に示すように、シール装置４は、静止部材２と回転部材３との間の環状隙間５を介した高圧側から低圧側への流体（作動流体）の漏れ流れを抑制する目的で設けられる。
これらの図では、一例として、静止部材２（例えばケーシング２１）にシール装置４が取り付けられた構成を示している。具体的には、シール装置４は、動翼３２のチップシュラウド３２ａに対向するように、ケーシング２１の環状部２１ｂの内壁面に取り付けられている。なお、後述するように、シール装置４は、回転部材３（例えばロータ３１）に取り付けられてもよい。
【００５９】
一実施形態において、シール装置４は、環状隙間５に設けられる環状の固定フィン４０と、環状隙間５内において固定フィン４０に対して軸方向に隣接して設けられる環状の可動フィン６０と、を備える。
【００６０】
固定フィン４０は、環状隙間５において静止部材２に取り付けられている。例えば、固定フィン４０は、静止部材２（図示される例ではケーシング２１の環状部２１ｂ）に対して溶接又はボルト締結等によって固定されてもよいし、静止部材２に嵌合することによって固定されてもよい。また、固定フィン４０は、外周側（ケーシング２１側）に位置する基端部４１と、内周側（ロータ３１側）に位置する先端部４２とを有している。固定フィン４０全体としては、基端部４１及び先端部４２は環状をなしている。
【００６１】
可動フィン６０は、固定フィン４０よりも熱膨張係数が大きい。例えば、可動フィン６０は、固定フィン４０よりも熱膨張係数が大きい材料で形成される。また、可動フィン６０は、外周側（ケーシング２１側）に位置する基端部６１と、内周側（ロータ３１側）に位置する先端部６２とを有している。可動フィン６０全体としては、基端部６１及び先端部６２は環状をなしている。そして、基端部６１側の固定領域６３のみにおいて、可動フィン６０は固定フィン４０に固定されている。図示される例では可動フィン６０は、固定フィン４０に対してボルト６４によって締結されている。なお、可動フィン６０の固定フィン４０への固定構造については後述する。
【００６２】
ここで、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、可動フィン６０の作用について説明する。
図５Ａは、一実施形態に係るシール装置４において、回転機械１の停止時における固定フィン４０及び可動フィン６０の先端領域を示す断面図である。図５Ｂは、一実施形態に係るシール装置４において、回転機械１の定格運転時における固定フィン４０及び可動フィン６０の先端領域を示す断面図である。
【００６３】
図５Ａに示すように、回転機械１の停止時、固定フィン４０及び可動フィン６０は熱膨張しておらず、例えば図示されるように、固定フィン４０の先端部４２と可動フィン６０の先端部６２とは径方向位置が概ね一致している。
図５Ｂに示すように、回転機械１の運転時、シール装置４が高温の流体に曝されると、可動フィン６０は基端部６１側の固定領域６３を起点として、図中矢印Ｂ方向に先端部６２側が熱伸びする。この際、固定フィン４０よりも可動フィン６０の熱膨張係数が大きいため、可動フィン６０の先端部６２側の熱伸び量は固定フィン４０の先端部４２側の熱伸び量よりも大きくなる。そのため、シール装置４の可動フィン６０の先端部６２と回転部材３との間のクリアランスＨｍは、図５Ａに示す回転機械１の停止時に比べて小さくなり、当該クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを抑制できる。
【００６４】
上記可動フィン６０は、図２に示すように固定フィン４０からみて高圧側に設けられてもよい。図２に示す例では、可動フィン６０は、固定フィン４０の高圧側の面に対して面接触して配置されている。なお、図２において、流体は左から右に向かって流れるので、シール装置４の左側が高圧側となり、右側が低圧側となる。
この構成により、回転機械１の運転時、可動フィン６０は高圧の流体によって固定フィン４０側に押し付けられるため、可動フィン６０の固定フィン４０からの浮き上がりを抑制できる。
【００６５】
上記固定フィン４０及び可動フィン６０は、図２、図３、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、固定フィン４０の先端部４２及び可動フィン６０の先端部６２側が、固定フィン４０の基端部４１及び可動フィン６０の基端部６１側に対して高圧側に位置するように半径方向に対して斜めに延在していてもよい。図２、図３、図５Ａ及び図５Ｂに示す例では、固定フィン４０は、基端部４１から先端部４２にかけて直線状に形成されており、固定フィン４０の先端部４２が基端部４１よりも高圧側に位置するように、半径方向に対して傾斜している。同様に、可動フィン６０は、基端部６１から先端部６２にかけて直線状に形成されており、可動フィン６０の先端部６２が基端部６１よりも高圧側に位置するように、半径方向に対して傾斜している。この場合、固定フィン４０と可動フィン６０の傾斜角度は概ね一致している。
この構成により、可動フィン６０の長さ（可動フィン６０の基端部６１から先端部６２までの距離）を十分に確保することができ、回転機械１の運転時において、可動フィン６０の熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れの優れた抑制効果を享受できる。
なお、図示は省略するが、固定フィン４０及び可動フィン６０は、ロータ３１の軸線Ｏに直交するように、半径方向に沿って延在していてもよい。
【００６６】
一実施形態では、図２及び図３に示すように、固定フィン４０が取り付けられる静止部材２には溝２５が形成されている。
シール装置４は、静止部材２の溝２５に嵌合するとともに、少なくとも一つの固定フィン４０を先端側に有するシールリング５０をさらに備える。
可動フィン６０は、溝２５の軸方向範囲内に位置する該可動フィン６０の基端部６１から、溝２５の軸方向範囲外に位置する該可動フィン６０の先端部６２に向かって、半径方向に対して斜めに延在している。
これにより、可動フィン６０の長さ（可動フィン６０の基端部６１から先端部６２までの距離）を十分に確保することができ、回転機械１の運転時において、可動フィン６０の熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れの優れた抑制効果を享受できる。
【００６７】
この場合、図２に示すように、可動フィン６０は、少なくとも可動フィン６０の基端部６１が溝２５内に存在するように配置されてもよい。
この構成によれば、可動フィン６０の基端部６１が溝２５内に位置することから、可動フィン６０の長さ（可動フィン６０の基端部６１から先端部６２までの距離）をより一層大きくすることができる。
【００６８】
また、シールリング５０が、軸方向に並ぶ複数の固定フィン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを先端側に有している場合、可動フィン６０は、少なくとも、漏れ流れの最上流側に位置する固定フィン４０Ａからみて高圧側に設けられる。図２に示す例では、シールリング５０は、その先端側に、流体の流れ方向において上流側から順に３つの固定フィン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを有している。これらの固定フィン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃのうち、流体の流れ方向において最上流側に位置する固定フィン４０Ａの高圧側の面に、ボルト３４によって可動フィン６０が取り付けられる。なお、一つのシールリング５０が有する固定フィン４０の枚数は特に限定されるものではない。
【００６９】
この構成によれば、多段の固定フィン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを有するシールリング５０に対して、最上流側の固定フィン４０からみて高圧側に可動フィン６０を取り付けることで、多段の固定フィン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを有するシール装置４においても、流体の圧力を利用して可動フィン６０の固定フィン４０からの浮き上がりを抑制することができる。
なお、仮に多段の固定フィン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを有するシール装置４において、下流側の固定フィン４０Ｃからみて高圧側に可動フィン６０を取り付けようとすると（すなわち隣接する固定フィン４０Ｂ，４０Ｃ間に可動フィン６０を取り付けようとすると）、可動フィン６０のコンパクト化が求められる。そうすると、可動フィン６０の長さ（可動フィン６０の基端部６１から先端部６２までの距離）が十分でないため可動フィン６０の熱伸び量を十分に得ることは難しいことがある。この場合、回転機械１の運転時において、可動フィン６０の熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れ抑制効果が限定的になってしまう可能性がある。
【００７０】
上記構成を備えるシール装置４において、固定フィン４０及び可動フィン６０は以下のように構成されてもよい。
図５Ａに示すように、回転機械１の停止時において、回転部材３と可動フィン６０との間に形成されるクリアランスをＨｍ１とし、回転部材３と固定フィン４０との間に形成されるクリアランスをＨｆ１とする。また、図５Ｂに示すように、回転機械１の定格運転時において、回転部材３と可動フィン６０との間に形成されるクリアランスをＨｍ２とし、回転部材３と固定フィン４０との間に形成されるクリアランスをＨｆ２とする。
この場合、固定フィン４０及び可動フィン６０は、Ｈｍ１≧Ｈｆ１、且つ、Ｈｍ２＜Ｈｆ２を満たすように構成される。
【００７１】
一般的に、回転機械１の起動時には、回転機械１は、定常状態に到達前の過渡的状態として、回転機械１のロータ３１の振動や回転部材３と静止部材２との伸び差に起因して、一時的に環状隙間５が最小となる状態（いわゆるピンチポイント）を経験する。このピンチポイントを通過した後の定格運転時には、ピンチポイントの状態よりも僅かに環状隙間５が広がる。そのため、回転機械１の運転時における環状隙間５は小さすぎると、ピンチポイント通過時に回転部材３とシール装置４（例えば可動フィン６０の先端部６２）の接触が生じてしまう可能性がある．
【００７２】
そこで、上記構成によれば、図５Ａに示す回転機械１の停止時において、回転部材３と可動フィン６０との間に形成されるクリアランスＨｍ１が、回転部材３と固定フィン４０との間に形成されるクリアランスＨｆ１以上であるため、回転機械１が起動中に経験するピンチポイントにおいて回転部材３と可動フィン６０との接触の可能性を低減できる。
また、図５Ｂに示す回転機械１の定格運転時において、回転部材３と可動フィン６０との間に形成されるクリアランスＨｍ２は、回転部材３と固定フィン４０との間に形成されるクリアランスＨｆ２よりも小さいため、当該クリアランスＨｍ２を介した流体の漏れ流れを抑制できる。
【００７３】
図２乃至図４に示すように、一実施形態では、可動フィン６０は、周方向に配列される複数のセグメント６０Ａ〜６０Ｈを含む。
複数のセグメント６０Ａ〜６０Ｈは、偶数個であってもよい。これにより、半割構造の固定フィン４０の採用によってシール装置４の組立作業を効率化できる。この場合、整数個のセグメント６０Ａ〜６０Ｈを組み付けた半環状の固定フィン４０を一対準備し、これらを回転機械１に取り付けることでシール装置４の組み立てが完了する。
【００７４】
各々のセグメント６０Ａ〜６０Ｈは、固定フィン４０に固定される固定領域６３を先端部６２側に有している。図示される例では、可動フィン６０は、固定領域６３において一本のボルト６４によって固定フィン４０に固定されている。
この場合、固定領域６３は、セグメント６０Ａ〜６０Ｈの基端部６１側の周方向範囲における一部の範囲であり、可動フィン６０の各々のセグメント６０Ａ〜６０Ｈは、固定領域６３を起点とした径方向（図２乃至図４の矢印Ｂ方向）および周方向（図３及び図４の矢印Ｃ方向）の熱伸びが許容されていてもよい。
さらにこの場合、固定領域６３は、セグメント６０Ａ〜６０Ｈの基端部６１側の周方向範囲のうち、周方向における中央に位置してもよい。
【００７５】
上記構成によれば、可動フィン６０が周方向において複数のセグメント６０Ａ〜６０Ｈに分割されていることにより、各セグメント６０Ａ〜６０Ｈの熱伸び変形に対する拘束力が弱まり、回転機械１の運転時において各セグメント６０Ａ〜６０Ｈの熱伸びを利用してクリアランスＨｍをさらに低減できる。これにより、クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを効果的に抑制できる。
【００７６】
また、固定フィン４０に固定される可動フィン６０の各セグメント６０Ａ〜６０Ｈの固定領域６３を、各セグメント６０Ａ〜６０Ｈの基端部６１側の一部の範囲とすることにより、当該固定領域６３を起点として各セグメント６０Ａ〜６０Ｈは径方向（図２乃至図４の矢印Ｂ方向）だけでなく周方向（図３及び図４の矢印Ｃ方向）にも熱伸びが許容される。よって、回転機械１の起動時に各セグメント６０Ａ〜６０Ｈが熱伸び変形する際、隣接するセグメント６０Ａ〜６０Ｈ間の拘束をより一層弱めることができる。よって、回転機械１の運転時において可動フィン６０の各セグメント６０Ａ〜６０Ｈの熱伸びを利用してクリアランスＨｍをより一層低減できる。これにより、クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを効果的に抑制できる。
さらに、各セグメント６０Ａ〜６０Ｈの固定領域６３を各セグメント６０Ａ〜６０Ｈの周方向における中央に設けることによって、各セグメント６０Ａ〜６０Ｈの固定領域６３の周方向両側における領域は固定フィン４０に拘束されない。よって、回転機械１の運転時において可動フィン６０の各セグメント６０Ａ〜６０Ｈがより一層自由に熱伸び変形することができ、クリアランスＨｍをより一層低減できる。これにより、クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れをより効果的に抑制できる。
【００７７】
一実施形態では、可動フィンの各々のセグメントの固定フィンからの浮き上がりを抑制するための拘束部材８０をさらに備える。拘束部材８０は、固定領域６３よりも可動フィン６０の先端部６２側において固定フィン４０に取り付けられる。
上述したように、可動フィン６０の各セグメント６０Ａ〜６０Ｈの先端部６２側は固定フィン４０に固定されていない。このため、可動フィン６０の先端部６２側と固定フィン４０の先端部４２側との間に流体が浸入し、可動フィン６０の各セグメント６０Ａ〜６０Ｈを固定フィン４０から浮き上がらせてしまう場合がある。
そこで、固定領域６３よりも可動フィン６０の先端部６２側において固定フィン４０に取り付けられる拘束部材８０を設けることにより、可動フィン６０の各セグメント６０Ａ〜６０Ｈの固定フィン４０からの浮き上がりを抑制できる。
【００７８】
具体的には、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、拘束部材８０は、支柱部８２と、押さえ板部８１と、を含む。図６Ａは、拘束部材８０及びその周辺構造の構成例を示す断面図（図４のＥ−Ｅ線断面に対応）である。図６Ｂは、拘束部材８０及びその周辺構造の構成例を示す断面図（図６ＡのＦ−Ｆ線断面に対応）である。なお、以下の説明では、適宜、図２乃至図４に示す符号を用いている。
支柱部８２は、隣接するセグメント６０Ａ〜６０Ｈ（図４参照）間において延在するように固定フィン４０に固定される。例えば、支柱部８２のうち固定フィン４０に取り付けられる部位に雄ねじ部を形成しておき、これに対応する固定フィン４０の部位に雌ねじ部を形成しておき、これらを螺合することによって支柱部８２を固定フィン４０に固定してもよい。あるいは、固定フィン４０に対して支柱部８２を溶接することによって、柱部８２を固定フィン４０に固定してもよい。
押さえ板部８１は、支柱部８２の先端に設けられた板状部材であって、固定フィン４０との間にセグメント６０Ａ〜６０Ｈが少なくとも部分的に挟まれるように、支柱部８２から周方向に延びている。
【００７９】
この構成によれば、隣接するセグメント６０Ａ〜６０Ｈ間において固定フィン４０に固定される支柱部８２と、支柱部８２の先端に設けられる押さえ板部８１と、を含む拘束部材８０を用いることで、各セグメント６０Ａ〜６０Ｈの熱伸び変形に実質的に影響を及ぼすことなく、各セグメント６０Ａ〜６０Ｈの固定フィン４０から浮き上りを抑制できる。
【００８０】
隣接するセグメント６０Ａ〜６０Ｈ間には、少なくとも回転機械１の停止時において、周方向間隙６５が形成されていてもよい。周方向間隙６５は、隣接するセグメント６０Ａ〜６０Ｈが互いに周方向に離間して配置されることによって形成され、径方向に延在している。図４に示す例では、回転機械１の停止時において、周方向間隙６５は一定の間隙幅を有している。
このように、隣接するセグメント６０Ａ〜６０Ｈ間に周方向間隙６５が形成されていることにより、隣接するセグメント６０Ａ〜６０Ｈ間の拘束をより一層弱めることができる。よって、回転機械１の運転時において可動フィン６０の各セグメント６０Ａ〜６０Ｈの熱伸びを利用してクリアランスＨｍをより一層低減できる。
【００８１】
図７は可動フィン６０のセグメント６０Ａ〜６０Ｈの他の構成例を示す平面図である。
他の構成例において、周方向間隙６５は、径方向において一定の幅を有しなくてもよい。すなわち、同図に示す例では、周方向間隙６５は、径方向の一部において間隙幅が他の部位より大きい幅広部６６を有している。幅広部６６は、拘束部材８０の支柱部８２が挿通される構成となっており、幅広部６６以外の周方向間隙６５は、支柱部８２の径よりも小さく構成されている。また、幅広部６６は径方向に一定の長さを有しており、この幅広部６６の径方向の長さだけ、各セグメント６０Ａ〜６０Ｈは支柱部８２に対して径方向にスライド移動可能となっている。
また、周方向間隙６５は、可動フィン６０の先端部６２側において、基端部６１側の周方向間隙６５よりも間隙幅が狭い幅狭部６７を有していてもよい。このように、可動フィン６０の先端部６２側の方が、可動フィン６０の基端部６１側よりも間隙幅を狭くすることによって、可動フィン６０が熱膨張した状態において先端部６２側の各セグメント６０Ａ〜６０Ｈ間の隙間がより狭まり、各セグメント６０Ａ〜６０Ｈ間の隙間から流体が漏れ出ることを阻止できる。また、可動フィン６０の各々のセグメント６０Ａ〜６０Ｈは、基端部６１側の長さの方が先端部６２側の長さよりも長い。そのため、回転機械１の運転時、基端部６１側の方が先端部６２側よりも熱膨張量が大きくなる。そこで、基端部６１側の周方向間隙６５を先端部６２側の周方向間隙６５よりも広くすることによって、可動フィン６０の基端部６１側の熱膨張を吸収できる。
【００８２】
一実施形態では、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、可動フィン６０の先端厚さは、固定フィン４０の先端厚さよりも小さい。
例えば、図示されるように、可動フィン６０は、径方向において略同一の厚さを有している。一方、固定フィン４０は、基端部４１側から先端部４２側に向けて徐々に厚さが薄くなっている。そして、先端領域において、可動フィン６０の厚さは固定フィン４０の厚さよりも小さい。
あるいは、図示しないが、可動フィン６０の先端領域において、基端部６１側から先端部６２側へ向けて徐々に厚さが小さくなるように構成されていてもよい。この場合も、先端領域において、可動フィン６０の厚さは固定フィン４０の厚さよりも小さい。
【００８３】
上述したように、可動フィン６０の熱膨張率は固定フィン４０よりも大きいため、回転機械１の起動中において、過渡的に、可動フィン６０の熱伸びによってクリアランスＨｍが過度に狭くなり得る。このため、回転機械１の回転部材３と可動フィン６０の先端部６２とが接触してしまう可能性がある。
そのため、可動フィン６０の先端厚さを固定フィン４０に比べて相対的に小さくすることによって、回転機械１の回転部材３と可動フィン６０の先端部６２とが万が一接触した場合であっても、接触に起因した発熱や振動を抑制できる。一方、固定フィン４０の先端厚さを可動フィン６０に比べて相対的に大きくすることで、可動フィン６０及び固定フィン４０の軸方向両側における流体の圧力差に起因した固定フィン４０の先端部４２の変形を抑制し、固定フィン４０の変形に伴う可動フィン６０の意図せぬ変位を抑制できる。
【００８４】
他の実施形態では、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、回転機械１の停止時において、可動フィン６０の先端部６２と固定フィン４０の先端部４２との間には隙間９０が形成されている。なお、図８Ａは、他の実施形態に係るシール装置において、回転機械の停止時における固定フィン及び可動フィンの先端領域を示す断面図である。図８Ｂは、他の実施形態に係るシール装置において、回転機械の定格運転時における固定フィン及び可動フィンの先端領域を示す断面図である。
【００８５】
図８Ａに示すように、回転機械１の停止時において、例えば可動フィン６０は、基端部６１側から先端部６２側まで概ね一定の厚さを有している。一方、固定フィン４０は、基端部４１（図２参照）と先端部４２との間において、流体の流れ方向上流側（高圧側）へ突出するように少なくとも一部が湾曲している。あるいは、固定フィン４０は、先端部４２側に、可動フィン６０から離れる方向に傾斜したテーパ面を有していてもよい。このようにして、回転機械１の停止時において、可動フィン６０の先端部６２と固定フィン４０の先端部４２との間に隙間９０が形成される。
【００８６】
図８Ｂに示すように、回転機械１の定格運転時において、可動フィン６０の先端部６２は、高圧側に位置する可動フィン６０が流体によって固定フィン４０の高圧側の面に押圧され（すなわち図中矢印Ｇ方向に押圧される）、可動フィン６０の先端部６２側が変形する。このように、可動フィン６０の熱伸び変形に加えて、流体による固定フィン４０側への押し付け力に起因した可動フィン６０の変形を利用すれば、回転機械１の運転時において、クリアランスＨｍをより高い自由度で制御することが可能になる。よって、クリアランスＨｍを介した漏れ流れをより適切に抑制することができる。
【００８７】
なお、図８Ａに示す回転機械１の停止時において、回転部材３と可動フィン６０との間に形成されるクリアランスをＨｍ１とし、回転部材３と固定フィン４０との間に形成されるクリアランスをＨｆ１とする。また、図８Ｂに示す回転機械１の定格運転時において、回転部材３と可動フィン６０との間に形成されるクリアランスをＨｍ２とし、回転部材３と固定フィン４０との間に形成されるクリアランスをＨｆ２とする。
この場合、固定フィン４０及び可動フィン６０は、Ｈｍ１≧Ｈｆ１、且つ、Ｈｍ２＜Ｈｆ２を満たすように構成されてもよい。
【００８８】
さらに他の実施形態では、図９に示すように、固定フィン４０及び可動フィン６０は、回転機械１の軸方向断面内において湾曲している。
この構成によれば、可動フィン６０の長さ（可動フィン６０の基端部６１から先端部６２までの距離）を十分に確保することができ、回転機械１の運転時において、可動フィン６０の熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れの優れた抑制効果を享受できる。
【００８９】
この場合、固定フィン４０及び可動フィン６０は以下の構成をさらに有していてもよい。
固定フィン４０の基端部４１側において接線方向Ｔ１が半径方向に対してなす角度をθｆ１とし、固定フィン４０の先端部４２側において接線方向Ｔ２が半径方向に対してなす角度をθｆ２とする。このとき、固定フィン４０の可動フィン６０側の表面の軸方向断面内における接線方向Ｔが、θｆ１＞θｆ２の関係式を満たすように、可動フィン６０は固定フィン４０に沿って湾曲している。
【００９０】
この構成によれば、固定フィン４０に沿って湾曲する可動フィン６０についても、基端部６１側に比べて先端部６２側の方が、可動フィン６０の接線方向Ｔ２が半径方向に対してなす角度θｆ２が小さくなる。すなわち、可動フィン６０は、基端部６１側に比べて先端部６２側の方が相対的に半径方向に沿っている。このため、可動フィン６０の先端部６２側の熱伸び変形量に対するクリアランスＨｍの変化量の比を増大させることができ、回転機械１の運転時において、可動フィン６０の熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れのより優れた抑制効果を享受できる。
【００９１】
上述したように、本発明の実施形態によれば、回転機械１の運転時において、シール装置４の可動フィン６０の先端部６２と回転機械１の静止部材２又は回転部材３との間のクリアランスＨｍが、回転機械１の停止時に比べて小さくなるので、当該クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを抑制できる。
【００９２】
また、図１に示すように、回転機械１が、静止部材２と、静止部材２に対して対向して設けられる回転部材３と、静止部材２と回転部材３との間の環状隙間５に設けられる上記シール装置４（図１乃至図９参照）と、を備える構成とすることによって、次の効果が得られる。
この回転機械１は、図１乃至図９に示すシール装置４を備えているので、シール装置４の可動フィン６０の先端部６２と回転部材３（又は静止部材２）との間のクリアランスＨｍは、回転機械１の運転時の方が回転機械１の停止時に比べて小さくなり、当該クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを抑制でき、よって回転機械１の効率を向上できる。
【００９３】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した実施形態では、図１に示すように、上記シール装置４が適用される回転機械１として蒸気タービンを例示したが、シール装置４が適用される回転機械１は、例えばガスタービン等のように、静止部材２と回転部材３との間における漏れ流れが課題となる他の回転機械にも適用可能である。
【００９４】
また、上述した実施形態では、図１に示すように、上記シール装置４が取り付けられる部位として、静止部材２のうちケーシング２１を例示した。すなわち、一実施形態では図１０Ａに示すように、シール装置４は、動翼３２のチップシュラウド３２ａに対向するように、ケーシング２１の内壁面に取り付けられる。そして、シール装置４は、チップシュラウド３２ａとケーシング２１との間の環状隙間５における流体の漏れ流れを抑制するようになっている。但し、シール装置４の適用部位はこれに限定されるものではない。
他の実施形態では、図１０Ｂに示すように、ロータ３１の外周面に対向するように、静翼２４のハブシュラウド２４ａに取り付けられる。そして、シール装置４は、ロータ３１とハブシュラウド２４ａとの間の環状隙間５における流体の漏れ流れを抑制するように構成される。
さらに他の実施形態では、図１０Ｃ及び図１０Ｄに示すように、シール装置４は回転部材３に取り付けられてもよい。図１０Ｃに示す例では、シール装置４は、静翼２４のハブシュラウド２４ａに対向するように、ロータ３１の外周面に取り付けられる。そして、シール装置４は、ロータ３１とハブシュラウド２４ａとの間の環状隙間５における流体の漏れ流れを抑制するように構成される。図１０Ｄに示す例では、シール装置４は、ケーシング２１の内壁面に対向するように、動翼３２のチップシュラウド３２ａに取り付けられる。そして、シール装置４は、チップシュラウド３２ａとケーシング２１との間の環状隙間５における流体の漏れ流れを抑制するように構成される。
【００９５】
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００９６】
１      回転機械（蒸気タービン）
２      静止部材
３      回転部材
４      シール装置
５      環状隙間
２１    ケーシング
２４    静翼
２５    溝
３１    ロータ（回転軸）
３２    動翼
４０，４０Ａ〜４０Ｃ    固定フィン
４１    基端部
４２    先端部
５０    シールリング
６０    可動フィン
６０Ａ〜６０Ｈ    セグメント
６１    基端部
６２    先端部
６３    固定領域
６４    ボルト
６５    周方向間隙
８０    拘束部材
８１    押さえ板部
８２    支柱部
９０    隙間
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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