(57)【要約】【課題】流体の漏洩量を低減でき、効率の良いターボ機械の軸シール装置を提供すること、および快削材の脱落を防止し、快削材の端部まで摩滅されるようにして信頼性の高い軸シール装置とする。【解決手段】シール取付け部である動翼の基材表面から突出する長短二種類以上の長さを有する複数のシールフィン１ａ，１ｂと、シール取付け部３７と相対するシール取付け部であるケーシング３８に設けられ、シールフィン１ａ，１ｂに対し間隔を介して対向する段付き形状の快削材層３ａ、３ｂとを備えた。【選択図】  図３
2008075510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械の回転体と静止部との間にラビリンスシールを設けて作動流体の漏れを防止する軸シール装置であって、前記ラビリンスシールは、シール取付け部の基材表面から突出する長短二種類以上の長さを有する複数のシールフィンと、前記シール取付け部と相対するシール取付け部に設けられ、前記シールフィンに対し間隔を介して対向する段付き形状の快削材層とを備えたことを特徴とする軸シール装置。
【請求項２】
前記快削材層は、Ｎｉ、ＣｒおよびＡｌから選ばれる１以上の粉末を前記シール取付け部の基材表面へ溶着することにより構成されており、この快削材層は前記シールフィンとの高速接触に対し、前記各基材が非発熱および非摩耗発生状態に維持される請求項１記載の軸シール装置。
【請求項３】
前記基材に設けられた前記快削材層のうち、段付き形状の凸状部分の軸方向側端面が周面側に向って次第に幅狭となる傾斜面とされている請求項１記載の軸シール装置。
【請求項４】
前記快削材層の傾斜面は、当該快削材自体に施された加工により形成されている請求項３記載の軸シール装置。
【請求項５】
前記快削材層の傾斜面は、前記基材に形成された傾斜面に追随する形状とされている請求項３記載の軸シール装置。
【請求項６】
前記基材の凸状部分の傾斜面は、湾曲面とされている請求項５記載の軸シール装置。
【請求項７】
前記基材の凸状部分の表面に傾斜面が形成されるとともに、この傾斜面に対して角部が直角な前記快削材層が形成され、この快削層の側端面が傾斜面とされている請求項３記載の軸シール装置。
【請求項８】
前記基材の凸部に設けられた快削材層の側端部に、中間部分よりも剪断強度が高い快削材層が形成されている請求項１記載の軸シール装置。
【請求項９】
前記快削材層の剪断強度が高い部分は、密度が前記中間部分よりも高い構成とされている請求項８記載の軸シール装置。
【請求項１０】
前記快削材層は、前記基材の各段部に亘って一体に形成されている請求項１記載の軸シール装置。
【請求項１１】
前記快削材層が平坦形状であり、当該快削材層の肉厚が加工により段付き形状とされている請求項１０記載の軸シール装置。
【請求項１２】
前記快削材層の側端部に傾斜面が形成されている請求項１０記載の軸シール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はターボ機械の流体漏れを防止するラビリンスシールを備えた軸シール装置に係り、特にラビリンスシールとして段付きのアブレイダブルシールを適用した軸シール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン等のターボ機械は、作動流体を翼列等に作用させて出力を得る回転機械である。このターボ機械においては、翼列等における作動流体の流体漏れを防止するため、回転体と静止部等のシール取付け部間にラビリンスシールを設け、これにより効率を向上させるようにしている。
【０００３】
図１４は、蒸気タービンの翼列構造を示す断面図である。図１４に示すように、蒸気タービンでは、ロータ３６に複数の動翼３７が組立てられており、ケーシング３８には静翼３９が組込まれている。作動流体４０は動翼３７と静翼３９とで形成される翼列に作用し、出力はロータ３６に伝達される。
【０００４】
作動流体４０は、高温かつ高圧の流体であることが多く、ロータ３６とケーシング３８との間には翼列に作用しない作動流体が漏れて流れる。この漏れ流体は動力としてロータ３６に作用するものではないため、漏れ流体が多くなるとターボ機械の効率低下の原因となる。この漏れ流体を極力減少するため、ロータ３６とケーシング３８との間には多数の非接触型のラビリンスシール４１が使用されている。このシール間隙ｃを減ずることで漏れ流体を減らすことができ、ターボ機械の効率向上が可能である。
【０００５】
しかし、シール間隙ｃを狭めると、起動時などの非定常状態時にロータ３６とケーシング３８との熱伸び差により、シールフィン１がロータ３６に接触し、振動問題やシールフィンの損傷を発生させる場合がある。図１４に示したシールフィン１は、ケーシング３８等の静止側に組込まれているが、ロータ３６である可動側に組込まれている場合もある。
【０００６】
ロータ３６とケーシング３８との熱伸び差は、ケーシング３８に比較して一般的にロータ３６の体積が小さく熱容量が小さいため、起動時などの温度上昇時にロータ３６がケーシング３８より先に、スラスト軸受４３を起点として軸方向ｘへ伸び、また半径方向ｙへ伸びるために生じる。なお、半径方向ｙの伸びには、遠心力による伸びも加わる。
【０００７】
シールフィン１とロータ３６との接触時に発生する振動問題は、シールフィン１とロータ３６の表面との接触による発熱、その熱によるロータ３６の局所的な過熱、これによるロータ３６の曲がりの発生等が原因となっている。また、シールフィン１の先端は一般的に鋭角として加工されており、接触により先端部分が摩耗して組立時の間隙が確保できなくなり、これにより効率が低下する場合もある。
【０００８】
そこで、接触しても発熱やシールフィン１の損傷を発生させない快削材（例えばアブレイダブル材）をシールフィン１と対向する箇所に適用するアブレイダブルシールが古くから種々のターボ機械で使用されている。アブレイダブルシールを用いた場合には、通常のラビリンスシールに比べてシール間隙を小さくすることが可能であることから、従来では、アブレイダブルシールを用いた高効率のターボ機械が種々提案されている（例えば、特許文献１、２等参照）。
【特許文献１】特公昭６３−２３４２８号公報
【特許文献２】特開平２−２９８６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来、高温かつ高圧の作動流体を扱うターボ機械の軸シール装置において、ラビリンスシールとして、シール取付け部にその基材表面から突出する長短二種類以上の長さを有する複数のシールフィンを設けるとともに、このシール取付け部と相対するシール取付け部を、シールフィンの先端に対して間隔を介して対向する段付き形状とすることにより、シール性を向上させることが行なわれている。
【００１０】
図１５は、このような段付きシール４４の構成例を示したものである。図１５の例では、シール取付け部であるロータ３６の軸部３６ａおよび動翼３７に、長短二種類の長さを有する複数のシールフィン４４ａが設けられ、これらに相対するシール取付け部であるケーシング３８および静翼３９側には凹凸の段部４５が設けられている。
【００１１】
発明者においては、このような段付きシール４４の段部４５に対して快削材を設置し、上述のアブレイダブルシールを適用すれば、シール間隙ｃを一層減ずることができ、更なる効率向上が図れることに想到した。
【００１２】
ただし、この場合にはアブレイダブルシールに起因する課題がある。この点を図１６により説明する。図１６は、段付きシールに快削材を適用した例を示す構成図である。
【００１３】
図１６において、一方のシール取付け部４６に長歯のシールフィン１ａおよび短歯のシールフィン１ｂが設けられ、これと相対する位置に配置される他方のシール取付け部４７に凹凸の段部４５が設けられ、この段部４５に快削材層３ａ，３ｂが設置されている。
【００１４】
この構成では、ターボ機械の効率向上を目的としてシールフィン１ａ，１ｂと快削材層３ａ，３ｂとの間隙を極力小さくするため、遠心力による膨張分と半径方向の熱伸び差により、シールフィン１ａ，１ｂが快削材層３ａ、３ｂに侵入する。ここで、発熱およびシールフィンの摩耗を生じさせずに快削材層３ａ、３ｂが削られるため、敢えてこの状態を許容できることがアブレイダブルシールの特徴である。
【００１５】
ところが、ターボ機械の起動時などの非定常状態では、上述したように、静止部とロータとの熱伸び差により、シールフィン１ａ，１ｂが快削材層３ａ、３ｂに侵入した状態で快削材を軸方向に接触しながら削り移動する状態が見られる。特に、この現象はターボ機械の組立後の初起動時および負荷上昇時の非定常状態で発生し易い。快削材は本来、合金を疎として基材にボンド層を介して溶射することから空間を多く有する部材であるため、快削性を発揮する反面、脆い性質を有する。
【００１６】
図１７は、この性質による課題を説明するための作用説明図である。図１７において、シールフィン１ｂが段付きシールの凸部快削材層３ｂに侵入した状態で軸方向に移動すると、段付きシールの凸部端部近傍にシールフィンが達した時、快削材の端部９ａが図１７に示すように脱落することが、実験などから確認されている。端部が大きく脱落すると、脱落した快削材９ａが他の部分の快削材に当り、健全な快削材に損傷を与えたり、翼に当って翼を損傷させたりして、ターボ機械の信頼性を著しく低下させる。
【００１７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、流体の漏洩量を低減でき、効率の良いターボ機械の軸シール装置を提供すること、および快削材の脱落を防止し、快削材の端部まで摩滅されるようにして信頼性の高い軸シール装置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】
【００１８】
前記の目的を達成するために、本発明では、ターボ機械の回転体と静止部との間にラビリンスシールを設けて作動流体の漏れを防止する軸シール装置であって、前記ラビリンスシールは、シール取付け部の基材表面から突出する長短二種類以上の長さを有する複数のシールフィンと、前記シール取付け部と相対するシール取付け部に設けられ、前記シールフィンに対し間隔を介して対向する段付き形状の快削材層とを備えたことを特徴とする軸シール装置を提供する。
【００１９】
また、本発明では、前記快削材層は、Ｎｉ、ＣｒおよびＡｌから選ばれる１以上の粉末を前記シール取付け部の基材表面へ溶着することにより構成されており、この快削材層は前記シールフィンとの高速接触に対し、前記各基材が非発熱および非摩耗発生状態に維持される軸シール装置を提供する。
【００２０】
さらに、本発明では、前記基材に設けられた前記快削材層のうち、段付き形状の凸状部分の軸方向側端面が周面側に向って次第に幅狭となる傾斜面とされている軸シール装置を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ラビリンスシールがシール取付け部の基材表面から突出する長短二種類以上の長さを有する複数のシールフィンと、シール取付け部と相対するシール取付け部に設けられ、シールフィンに対し間隔を介して対向する段付き形状の快削材層とを備えることにより、流体の漏洩量を段付きの無いストレートシールよりも低減することができ、ターボ機械の効率を高めることができる。
【００２２】
また、本発明によれば、快削材層は、Ｎｉ、ＣｒおよびＡｌから選ばれる１以上の粉末をシール取付け部の基材表面へ溶着し、この快削材層はシールフィンとの高速接触に対し、各基材が非発熱および非摩耗発生状態に維持される構成とし、また、基材に設けられた快削材層のうち、段付き形状の凸状部分の側端面を表面側に向って次第に幅狭となる傾斜面とすることにより、この傾斜面においてシールフィンと快削材との接触面積が軸方向に移動するとともに減少するようにし、シールフィンが快削材を押す力も減少させ、快削材端部を脱落することなく、端部まで摩滅させることができ、軸シールの信頼性を高めることができるとともに、効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る軸シール装置の実施形態について、図１〜図１３を参照して具体的に説明する。なお、ターボ機械の全体構成については、図１４を参照する。
【００２４】
［第１実施形態（図１）］
図１は、本発明の第１実施形態による軸シール装置の構成を示す拡大断面図である。本実施形態では、ターボ機械の回転体と静止部との間にラビリンスシールを設けて作動流体の漏れを防止する軸シール装置であって、ラビリンスシールは、シール取付け部である動翼３７の基材表面から突出する長短二種類以上の長さを有する複数のシールフィン１ａ，１ｂと、シール取付け部３７と相対するシール取付け部であるケーシング３８に設けられ、シールフィン１ａ，１ｂに対し間隔を介して対向する段付き形状の快削材層３ａ、３ｂとを備えた軸シール装置５０について説明する。
【００２５】
また、快削材層３ａ、３ｂは、Ｎｉ、ＣｒおよびＡｌから選ばれる１以上の粉末をシール取付け部であるケーシング３８の基材表面への溶着により構成されており、この快削材層３ａ、３ｂはシールフィン１ａ，１ｂとの高速接触に対し、各基材が非発熱および非摩耗発生状態に維持される軸シール装置５０について説明する。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態の軸シール装置５０では、動翼３７に長歯のシールフィン１ａおよび短歯のシールフィン１ｂが軸方向に交互に設けられている。また、これらのシールフィン１ａ，１ｂに相対する位置に配置された動翼３７の凹凸状をなす基材２（２ａ，２ｂ）の表面には、快削材層３ａ、３ｂが形成されている。
【００２７】
基材２の凹状部分（以下、「基材凹部２ａ」という。）の表面側には快削材層３ａが周面４ａのみ露出して形成されている。また、基材２の凸状部分（以下、「基材凸部２ｂ」という。）の表面側には周面４ｂおよび軸方向側端面４ｃが露出して形成されている。
【００２８】
そして、快削材層３ａ、３ｂは、例えばＮｉ、ＣｒおよびＡｌから選ばれる１以上の粉末をシール取付け部であるケーシング３８の基材表面への溶着により構成されている。このような材質の採用により、快削材層３ａ、３ｂはシールフィン１ａ，１ｂとの高速接触に対し、各基材が非発熱および非摩耗発生状態に維持されるようになっている。
【００２９】
このように、長歯のシールフィン１ａおよび短歯のシールフィン１ｂに対し、間隔を介して対向する段付き形状の快削材層３ａ、３ｂを形成しているため、段付きシールを実現することができる。なお、快削材層３ａ、３ｂの外周面４ａ，４ｂはシールフィン１ａ，１ｂとの間隙を均一にするために快削材を施工した後に仕上げる場合もある。
【００３０】
以上の本実施形態によれば、軸シール装置５０が段付きシール構造を有する構成としたことにより、流路の凹凸により流体抵抗が増加し、流体の漏洩量を段付きの無いストレートシールに比べて低減することができ、この軸シール装置５０により効率の良いターボ機械を提供することができる。
【００３１】
また、本実施形態においては、快削材層３ａ、３ｂをＮｉ、ＣｒおよびＡｌから選ばれる１以上の粉末をシール取付け部であるケーシング３８の基材表面への溶着により構成し、快削材層３ａ、３ｂがシールフィン１ａ，１ｂとの高速接触に対し、各基材が非発熱および非摩耗発生状態に維持されるようにしたので、信頼性を向上することができる。
【００３２】
［第２実施形態（図２，図３）］
図２は本発明の第２実施形態による軸シール装置５０の構成を示す拡大断面図であり、図３（ａ），（ｂ）は作用を説明するための拡大断面図である。なお、本実施形態〜第１０実施形態の軸シール装置５０は、基本的に第１実施形態の構成および材質と同一であるため、重複する説明は省略する。本実施形態では、基材に設けられた快削材層３ａ、３ｂのうち、段付き形状の凸状部分の軸方向側端面４ｃが周面４ｂ側に向って次第に幅狭となる傾斜面とされている軸シール装置５０について説明する。
【００３３】
図２には、シールフィン１ａ，１ｂに対し間隔を介して対向する段付き形状の快削材層３ａ、３ｂ部分のみを示している。この図２に示すように、本実施形態では、基材凸部２ｂに施工された快削材層３ｂの軸方向側端面４ｃの両面に、周面４ｂ側に向って次第に幅狭となる傾斜面５が形成されている。この傾斜面５は快削材層３ｂの周方向全体に亘って形成されている。
【００３４】
図３（ａ）は本実施形態の作用を示し、図３（ｂ）は比較例として従来構成の作用を示している。図３（ａ）に示すように、本実施形態の軸シール装置５０では、快削材層３ｂを施工した軸シール装置５０が、シールフィン１ｂと快削材層３ｂとの接触によるシールフィン１ｂの摩滅と発熱による振動問題を回避できるため、シールフィンと快削材との間隙を従来のラビリンスシールよりも小さくすることが可能である。
【００３５】
これにより、従来の段付きシールよりも効率が比較的に向上できるが、前述したように、ターボ機械の起動時や非定常時にシールフィンは快削材に半径方向の伸び差で侵入し、シールフィンが快削材に侵入したまま軸方向の伸び差により軸方向ｘに移動し、快削材層１ｂの端部近傍にまで達する場合がある。
【００３６】
図３（ｂ）は快削材の端部に傾斜面が形成されていない従来の段付きシール３ｂを示しており、シールフィン１ｂがターボ機械のケーシングとロータの伸び差により快削材層３ｂと接触し、快削材を摩滅させながら軸方向ｘに移動し、快削材層３ｂの端部近傍まで達した場合を表している。
【００３７】
この場合には、シールフィン１ｂと快削材との接触面７に押付力Ｆがシールフィンから快削材に作用する。この押付力Ｆにより、快削材層３ｂの端部に残った残留快削材９の根元部１０には軸方向剪断力τが発生する。押付力Ｆは接触面７の接触高さｈに比例し、剪断力τは押付力Ｆを残留快削材の根元長さＬで除した値に比例するため、下記の式（１）のように表すことができる。ここで、定数はシールフィン１ｂの形状、移動速度、剛性、シールフィン１ｂと快削材との摩耗速度等から決定される値である。
【００３８】
［数１］
剪断力τ＝定数×（接触高さｈ／根元長さＬ）  ……  式（１）
【００３９】
この剪断力τが快削材の剪断強度τｌｉｍｉｔより大きくなった時に、残留快削材９は根元部１０から破断・離脱する。前述したように快削材は脆く剪断強度τｌｉｍｉｔは小さいため、端部はある大きさを持って脱落して、他の部位に当たるためその部位の損傷を引き起こす可能性がある。破断する場合の剪断強度τｌｉｍｉｔは快削材の材料により決定される。
【００４０】
一方、上述した図３（ａ）の本実施形態においては、軸シール装置５０で快削材端面に傾斜５（傾斜角度α）を持たせた場合、シールフィン先端１２が角度βのとき、接触高さｈを用いて残留快削材９ｂの根元長さＬａを表すと、下記の式（２）のように表すことができる。
【００４１】
［数２］
根元長さＬａ＝接触高さｈ×ｃｏｔα＋接触高さｈ×ｔａｎβ  ……  式（２）
【００４２】
したがって、剪断力は式１と式２を用いて式３のように表すことができる。
【００４３】
［数３］
剪断力τ＝定数×接触高さｈ／（接触高さｈ×ｃｏｔα＋接触高さｈ×ｔａｎβ）
……  式（３）
【００４４】
すなわち、式４のように表すことができる。
【００４５】
［数４］
剪断力τ＝定数×１／（ｃｏｔα＋ｔａｎβ）                ……  式（４）
【００４６】
したがって、剪断力τは残留快削材の根元長さＬａに関係なく快削材層３ｂの傾斜αとシールフィン１ｂの先端角度βで決まり、式４で表される剪断力τが快削材の剪断強度τｌｉｍｉｔよりも小さくなるように傾斜角度αを設定することにより、残留快削材９ｂは脱落することはなく、信頼性の高い軸シール装置５０の提供が可能である。
【００４７】
本実施形態による軸シール装置５０は快削材層３ｂの端部が傾斜しているため、シールフィン１ｂと快削材層３ｂとの接触面積が軸方向に移動するとともに減少し、シールフィン１ｂが快削材を押す力もそれにつれて現象していく。したがって、快削材層３ｂの端部は脱落することなく、端部まで摩滅されることになる。このように、本実施形態により信頼性の高い効率の良い軸シールの提供が可能となる。
【００４８】
［第３実施形態（図４）］
図４は本発明の第３実施形態による軸シール装置５０の構成を示す拡大断面図である。
【００４９】
本実施形態では、快削材層３ｂの傾斜面５が、快削材自体に施された加工により形成されている軸シール装置５０について説明する。すなわち、快削材は通常溶射により基材に溶着して施工される。したがって、溶射方向と同方向に快削材は厚みを持って形成され、通常は基板凸部２ａに施工された快削材層３ｂは、シールフィンの向く方向と同一方向（矢印１３方向）に溶射されるため、図４に細線枠で示すように、縦断面が長方形状をなす凸部として形成される。
【００５０】
これに対し、本実施形態による軸シール装置５０では、快削材端部に傾斜５を持たせる手段として、を快削材溶射後に快削材層３ｂを切削することにより施工する（端部切削部１５）。このような手段により、傾斜面５を形成することができ、この結果として快削材が脱落することなく信頼性の高い軸シール装置５０の提供が可能となる。
【００５１】
［第４実施形態（図５）］
図５は本発明の第４実施形態による軸シール装置５０の構成を示す拡大断面図である。
【００５２】
本実施形態では、快削材層３ｂの傾斜面は、基材凸部２に形成された傾斜面に追随する形状とされている軸シール装置５０について説明する。
【００５３】
図５に示すように、本実施形態では、基材凸部２における軸方向端部の両角部が傾斜面１６として形成されている。この両角部が傾斜面１６として形成された基材凸部２に対して、快削材をシールフィンが向く方向と同一方向（矢印１３方向）に溶射すれば、快削材層１７自体に傾斜面を加工する必要なく、快削材層１７の端部に傾斜面５を形成することができる。
【００５４】
本実施形態によれば、特に加工の必要なく快削材層１７に傾斜面５を形成することができるため、前述したように快削材が脱落することなく、信頼性の高い軸シール装置５０の提供が可能となる。
【００５５】
［第５実施形態（図６）］
図６は本発明の第５実施形態による軸シール装置５０の構成を示す拡大断面図である。
【００５６】
本実施形態では、基材の凸状部分の傾斜面は、湾曲面とされている軸シール装置５０について説明する。
【００５７】
図６に示すように、本実施形態では基材凸部２が予め、例えば断面ドーム状の曲面１８をもつ形状として成形されている。このような構成となっているため、快削材をシールフィンが向く方向と同一方向（矢印１３方向）に向けて溶射すれば、快削材層３ｂは曲面となって形成される。
【００５８】
なお、本実施形態においては、シール間隙を均一にするために、快削材層３ｂの周面の表面部分の快削材２１を切削することにより、平面状に仕上げる。この結果として、快削材層３ｂの端部に湾曲した傾斜面２２が残ることになる。
【００５９】
本実施形態によっても、快削材層３ｂの端部の傾斜面５は、快削材施工後に加工する必要なく、快削材施工時に形成される。
【００６０】
［第６実施形態（図７、図８）］
図７は本発明の第６実施形態による軸シール装置５０の構成を示す拡大断面図である。
【００６１】
本実施形態では、基材の凸状部分の表面に傾斜面２３が形成されるとともに、この傾斜面２３に対して角部が直角な快削材層２ｂが形成され、この快削層２ｂの側端面が傾斜面とされている軸シール装置５０について説明する。
【００６２】
図７に示すように、本実施形態の基材凸部２ｂの周面には予め傾斜面２３が形成されており、この基材凸部２ｂの傾斜面２３に、その傾斜に対して垂直な方向２４に快削材が溶射されている。このような構成によると、快削材層３ｂが基材凸部２ｂの傾斜面２３に対して垂直に施工されるので、角部が直角な快削材層２ｂの軸方向側端面４ｃは当然に傾斜面５となる。
【００６３】
快削材の施工後には、シールフィンとの間隙を調整するため、快削材層２５切削線２６より上部を削除すれば、快削材層３ｂの周面にある表面部分の快削材２１を切削することにより、平面状に仕上げることができる。
【００６４】
図８は第６実施形態による軸シール装置５０の変形例を示す拡大断面図である。この変形例では、図８に示すように、基材凸部２の両端に傾斜面２７をもつ窪み２８が形成されている。この、基材凸部２に対し、両端の傾斜面２７の部位に、その傾斜と垂直方向２９ａ、２９ｂに快削材を溶射し、その他の部位にはシール方向と同方向１３に快削材を溶射する。そして、シールフィンとの間隙を調整するため快削材表面２６の加工を施せば、快削材層３ｂの両端部には傾斜面５が形成される。
【００６５】
本実施形態によっても、快削材層３ｂの端部の傾斜面５は快削材施工後に加工する必要なく、快削材施工時に形成される。
【００６６】
［第７実施形態（図９）］
図９は本発明の第７実施形態による軸シール装置５０の構成を示す拡大断面図である。
【００６７】
本実施形態では、基材凸部２ｂに設けられた快削材層３ｂの側端部３０ｂに、中間部分３０ａよりも剪断強度が高い快削材層３ｂが形成されている軸シール装置５０について説明する。また、快削材層３ｂの剪断強度が高い部分は、密度が中間部分よりも高い構成とされている軸シール装置５０について説明する。
【００６８】
すなわち、図９に示した実施形態では、シールフィンと快削材層３ｂとの接触により脱落し易い快削材層３ｂの側端部３０ｂに、剪断強度を高めた快削材を施工したものである。剪断強度を高める一例としては、快削材の密度を中間部分３０ａ等の他の部分より密にしたもので、これは溶射速度、溶射温度を調整することにより可能である。
【００６９】
本実施形態によっても、快削材が脱落することなく、信頼性の高い軸シール装置５０の提供が可能となる。
【００７０】
［第８実施形態（図１０、図１１）］
図１０は、本発明の第８実施形態による軸シール装置５０の構成を示す拡大断面図である。
【００７１】
本実施形態では、快削材層３ｂが、基材の各段部に亘って一体に形成されている軸シール装置５０について説明する。
【００７２】
図１０に示すように、本実施形態では、段付きシールに快削材層３０を施工した軸シール装置５０において、快削材層３ｂを上記の各実施形態に示したような基材凸部２ｂおよび基材凹部２ａに独立させて施工するのではなく、快削材層３ｂを連続的に基材に一体施工させたものである。
【００７３】
また、図１１は本実施形態に対する比較例（従来の構成）を示す拡大断面図である。従来の構成では、基材凸部２ｂに快削材層３ｂを施工する場合において、快削材は空間層を多く有するポーラス状の脆い金属であることから、基材凸部２ｂとの接合性を良くするために、先ず基材凹部２ａの表面にボンド層３２と呼ばれる合金を溶射する。その後快削材を溶射するが、図１１に示すように、高温・高速で溶射するため、端部のボンド層３２は端部で薄く垂れ下がるる特性がある。この部分は、快削材層３ｂの剪断強度が他の部分に比べて極端に弱くなっている。
【００７４】
そして、シールフィン１ｂの侵入が深くボンド層３２に近くなると、シールフィンが軸方向伸び差による移動で快削材端部に達した時、剪断強度の弱くなっているボンド層３２と快削材層３ｂの境界に沿って亀裂３３が進展し、前述の図３に示した残留快削材９よりも大きな快削材９ａが、この亀裂３３から脱落し、タービン羽根等に損傷を与える可能性が大きくなる。
【００７５】
これに対し、図１０に示した本実施形態による軸シール装置５０では、快削材が連続して施工されているため、図１１で示したような剪断強度の弱くなる部位を無くすることが可能であり、大きな快削材の脱落を防止することができ、信頼性の高い高性能の段付きシールを提供することが可能となる。
【００７６】
［第９実施形態（図１２）］
図１２は、本発明の第９実施形態による軸シール装置５０の構成を示す拡大断面図である。
【００７７】
本実施形態では、快削材層２ｂが平坦形状であり、この快削材層２ｂが加工により段付き形状とされている軸シール装置５０について説明する。
【００７８】
図１２に仮想線も含めて示すように、本実施形態の軸シール装置５０では、予め基材凹部２ａに快削材層３ｂがほぼ一様な厚さに施工される。その後に、快削材層３ｂの凹部となる部分を切削して、仮想線で示した切削部３５を除去することにより、段付きシールを形成したものである。
【００７９】
本実施形態によっても快削材層３ｂが連続して施工されているため、図１１で示したような剪断強度が弱くなる部位を無くすることが可能である。
【００８０】
これにより、大きな快削材の脱落を防止することができ、信頼性が高い高性能の段付きシールを提供することが可能となる。
【００８１】
［第１０実施形態（図１３）］
図１３は、本発明の第１０実施形態による軸シール装置５０の構成を示す拡大断面図である。
【００８２】
本実施形態では、第９実施形態で示した快削材層３ｂの側端部に、傾斜面５が形成されている軸シール装置５０について説明する。
【００８３】
図１３に示すように、本実施形態においても、仮想線で示したように、基材凹部２ａに快削材層３ｂをほぼ一様な厚さで施工した後、快削材層３ｂの凹部となる端部に傾斜面５を有する形状で切除し、切削部３５ａを除去することにより、段付きシールを形成したものである。
【００８４】
この構成によって、快削材層３ｂが連続して施工されており、かつ端部に傾斜を有しているため、前述した各実施形態と同様に、快削材の脱落を防止することができ、信頼性が高い高性能の段付きシールを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１実施形態による軸シール装置を示す構成図。
【図２】本発明の第２実施形態による軸シール装置を示す構成図。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の快削材端部のシールフィンとの接触状況を示す説明図。
【図４】本発明の第３実施形態による軸シール装置を示す構成図。
【図５】本発明の第４実施形態による軸シール装置を示す構成図。
【図６】本発明の第５実施形態による軸シール装置を示す構成図。
【図７】本発明の第５実施形態による快削材の溶射方向と快削材の形成を示す図。
【図８】本発明の第６実施形態による軸シール装置を示す構成図。
【図９】本発明の第７実施形態による軸シール装置を示す構成図。
【図１０】本発明の第８実施形態による軸シール装置を示す構成図。
【図１１】図１０に示した快削材端部の拡大図。
【図１２】本発明の第９実施形態による軸シール装置を示す構成図。
【図１３】本発明の第１０実施形態による軸シール装置を示す構成図。
【図１４】蒸気タービンの翼列部を示す断面図。
【図１５】段付きシール適用箇所構造図。
【図１６】箇所図段付きシールへのアブレイダブルシール適用図。
【図１７】アブレイダブルシールの端部脱落の様子を示す図。
【符号の説明】
【００８６】
１，１ａ，１ｂ  シールフィン
２  基材凸部
２ａ  基材凹部
２ｂ  基材凸部
３ｂ  快削材層
４  快削材表面
５  傾斜
７  接触面
９  残留快削材
１０  残留快削材根元
１２  シールフィン先端
１３  溶射方向（シールフィン方向）
１５  切削部
１６  傾斜
１８  曲面
２０  切削線
２１  切削部
２３  傾斜
２４  溶射方向（傾斜面垂直）
２５  快削材
２６  切削線
２７  傾斜
２８  窪み
２９  溶射方向（傾斜面垂直）
３０  快削材（高剪断強度）
３２  ボンド層
３３  亀裂
３４  基材
３５，３５ａ  切削部
３６  ロータ
３７  動翼
３８  ケーシング
３９  静翼
４０  作動流体
４１  ラビリンスシール
４３  スラスト軸受
４４  段付きシール
５０  軸シール装置
【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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