(57)【要約】【課題】動翼におけるＴｉｐクリアランスを流れるバイパス流れの乱れを抑制し、軸流タービンの性能向上を図ることができる軸流タービンを提供する。【解決手段】ケーシング３の主流流路２内を回転軸線Ｃ回りに回転する動翼４と、ケーシング３における動翼４と対向する位置に、凹状に形成されたキャビティ部１０と、動翼４の端部から、キャビティ部１０に向かって径方向外側に延びるシールフィン１６と、キャビティ部１０の壁面から、キャビティ部１０とシールフィン１６との間隔を狭める方向に突出する仕切り部１３とを備え、シールフィン１６は、径方向外側に向かって、回転軸線Ｃにおける一方の端部または他方の端部に向かって傾斜するリング板状の部材であって、仕切り部１３は、キャビティ部１０における径方向に延びる側壁面１１のうち、シールフィン１６とキャビティ部１０との間隔が広い領域に対向する部分からシールフィン１６に向かって突出している。【選択図】図１
2012002234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの主流流路内を回転軸線回りに回転する動翼と、
前記ケーシングにおける前記動翼と対向する位置に、凹状に形成されたキャビティ部と、
前記動翼の端部から、前記キャビティ部に向かって径方向外側に延びるシールフィンと、
前記キャビティ部の壁面から、前記キャビティ部と前記シールフィンとの間隔を狭める方向に突出する仕切り部と、
が設けられ、
前記シールフィンは、径方向外側に向かって、前記回転軸線における一方の端部または他方の端部に向かって傾斜するリング板状の部材であって、
前記仕切り部は、前記キャビティ部における径方向に延びる側壁面のうち、前記シールフィンと前記キャビティ部との間隔が広い領域に対向する部分から前記シールフィンに向かって突出していることを特徴とする軸流タービン。
【請求項２】
ケーシングの主流流路内を回転軸線回りに回転する動翼と、
前記ケーシングにおける前記動翼と対向する位置に、凹状に形成されたキャビティ部と、
前記動翼の端部から、前記キャビティ部に向かって径方向外側に延びるシールフィンと、
前記キャビティ部の壁面から、前記キャビティ部と前記シールフィンとの間隔を狭める方向に突出する仕切り部と、
が設けられ、
前記シールフィンは、径方向外側に向かって、前記回転軸線における一方の端部または他方の端部に向かって傾斜するリング板状の部材であって、
前記仕切り部は、前記キャビティ部における径方向に延びる側壁面のうち、前記シールフィンと前記キャビティ部との間隔が広い領域と対向する部分から、前記シールフィンが延びる方向に略沿って延びていることを特徴とする軸流タービン。
【請求項３】
前記仕切り部は、前記キャビティ部の内壁から突出して延びる板状の部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の軸流タービン。
【請求項４】
前記仕切り部は、前記キャビティ部の内壁から突出する段差部であることを特徴とする請求項１または２に記載の軸流タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、航空機用エンジンの低圧タービンや、産業用ガスタービンなどの軸流ガスタービンに用いて好適な軸流タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸流タービンにおいて、タービン動翼の先端とケーシングの内周面との間には、タービン動翼とケーシングとの干渉を避けるために隙間（以下、Ｔｉｐクリアランスと表記する。）が設けられている。このＴｉｐクリアランスは、タービン動翼やケーシングにおける熱膨張や、スラスト荷重によるタービン動翼の移動などを、少なくとも吸収できる間隔として設けられている。
【０００３】
しかしながら、上述のようなＴｉｐクリアランスを設けると、Ｔｉｐクリアランスを介してタービン動翼を迂回して下流に向かって流れるパイパス流れが発生し、このバイパス流れにより軸流タービンの性能低下が起きるという問題があった。
そのため、このような性能低下を防止するため、バイパス流れの流量を抑制するさまざまな技術、例えば、ケーシングの内周面に凹状に形成されたキャビティ部と、タービン動翼との間に形成されたＴｉｐクリアランスにパイパス流れを遮る複数のフィンを設ける技術などが提案されている（例えば、特許文献１から７参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０７３７０２号公報
【特許文献２】特開２００３−１３８９０６号公報
【特許文献３】特開２００５−１２７１９８号公報
【特許文献４】特開２００２−３７１８０２号公報
【特許文献５】特開２００５−１４６９７７号公報
【特許文献６】特開２００６−１３８２５９号公報
【特許文献７】特開２００４−０４４４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した複数のフィンを、キャビティ部に設けられたＴｉｐクリアランスに配置するため、キャビティ部が大きくなり、付加的な損失が発生するという問題があった。
【０００６】
具体的には、タービン動翼やタービン静翼が設けられた主流流路からキャビティ部にバイパス流れが流入する際に、バイパス流れの渦が発生することにより、付加的な損失が発生するという問題があった。さらに、キャビティ部から上記主流流路にバイパス流れが流入する際にも、バイパス流れの渦が発生することにより、付加的な損失が発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、動翼におけるＴｉｐクリアランスを流れるバイパス流れの乱れを抑制し、軸流タービンの性能向上を図ることができる軸流タービン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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の軸流タービンは、ケーシングの主流流路内を回転軸線回りに回転する動翼と、前記ケーシングにおける前記動翼と対向する位置に、凹状に形成されたキャビティ部と、前記動翼の端部から、前記キャビティ部に向かって径方向外側に延びるシールフィンと、前記キャビティ部の壁面から、前記キャビティ部と前記シールフィンとの間隔を狭める方向に突出する仕切り部と、が設けられ、前記シールフィンは、径方向外側に向かって、前記回転軸線における一方の端部または他方の端部に向かって傾斜するリング板状の部材であって、前記仕切り部は、前記キャビティ部における径方向に延びる側壁面のうち、前記シールフィンと前記キャビティ部との間隔が広い領域に対向する部分から前記シールフィンに向かって突出していることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、主流流路からキャビティ部に流体が流入し、キャビティ部とシールフィンとの間の空間で渦が発生する場合であっても、仕切り部がキャビティ部から突出しているため、流体の渦状の流れは仕切り部により遮られる。
または、キャビティ部から主流流路に流体が流出する場合であって、キャビティ部とシールフィンとの間の空間で渦が発生する場合であっても、仕切り部がキャビティ部から突出しているため、流体の渦状の流れは仕切り部により遮られる。
そのため、動翼を迂回して流れるバイパス流れ、言い換えると、主流流路からキャビティ部に流入し、動翼に設けられたシールフィンとキャビティ部との間のＴｉｐクリアランスを流れるバイパス流れの乱れを抑制することができ、軸流タービンの性能低下を防止することができる。
【００１０】
さらに、シールフィンが上述のように傾斜を有するリング板状の部材であっても、シールフィンとキャビティ部との間隔が広い領域に向かって、シールフィンと略平行に仕切り部を延ばすことで、動翼を迂回するバイパス流れの流路を絞ることができ、バイパス流れの流量を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明の軸流タービンは、ケーシングの主流流路内を回転軸線回りに回転する動翼と、前記ケーシングにおける前記動翼と対向する位置に、凹状に形成されたキャビティ部と、前記動翼の端部から、前記キャビティ部に向かって径方向外側に延びるシールフィンと、前記キャビティ部の壁面から、前記キャビティ部と前記シールフィンとの間隔を狭める方向に突出する仕切り部と、が設けられ、前記シールフィンは、径方向外側に向かって、前記回転軸線における一方の端部または他方の端部に向かって傾斜するリング板状の部材であって、前記仕切り部は、前記キャビティ部における径方向に延びる側壁面のうち、前記シールフィンと前記キャビティ部との間隔が広い領域と対向する部分から、前記シールフィンが延びる方向に略沿って延びていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、主流流路からキャビティ部に流体が流入し、キャビティ部とシールフィンとの間の空間で渦が発生する場合であっても、仕切り部がキャビティ部から突出しているため、流体の渦状の流れは仕切り部により遮られる。
または、キャビティ部から主流流路に流体が流出する場合であって、キャビティ部とシールフィンとの間の空間で渦が発生する場合であっても、仕切り部がキャビティ部から突出しているため、流体の渦状の流れは仕切り部により遮られる。
そのため、動翼を迂回して流れるバイパス流れ、言い換えると、主流流路からキャビティ部に流入し、動翼に設けられたシールフィンとキャビティ部との間のＴｉｐクリアランスを流れるバイパス流れの乱れを抑制することができ、軸流タービンの性能低下を防止することができる。
【００１３】
さらに、シールフィンが上述のように傾斜を有するリング板状の部材であっても、シールフィンとキャビティ部との間隔が広い領域に向かって仕切り部を突出させることで、動翼を迂回するバイパス流れの流路を絞ることができるため、バイパス流れの流量を抑制することができる。
【００１４】
上記発明においては、前記仕切り部は、前記キャビティ部の内壁から突出して延びる板状の部材であることが望ましい。
【００１５】
本発明によれば、仕切り部を段差状に形成する場合と比較して、仕切り部の重量を軽減することができるため、軸流タービンの重量の増加を防止することが出来る。さらに、仕切り部を構成するのに必要な材料を削減できるため、軸流タービンの製造コスト増加を防止することができる。
【００１６】
上記発明においては、前記仕切り部は、前記キャビティ部の内壁から突出する段差部であることが望ましい。
【００１７】
本発明によれば、仕切り部を板状の部材から構成する場合と比較して、仕切り部の強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の軸流タービンによれば、キャビティ部から突出している仕切り部により、流体の渦状の流れは仕切り部により遮られ、動翼におけるＴｉｐクリアランスを流れるバイパス流れの乱れを抑制し、軸流タービンの性能向上を図るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る軸流タービンの構成を説明する部分断面図である。
【図２】図１の軸流タービンの別の実施形態を説明する部分断面図である。
【図３】図１の軸流タービンのさらに別の実施形態を説明する部分断面図である。
【図４】図１の軸流タービンのさらに別の実施形態を説明する部分断面図である。
【図５】図１の軸流タービンのさらに別の実施形態を説明する部分断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例の実施形態に係る軸流タービンの構成を説明する部分断面図である。
【図７】図６の軸流タービンの別の実施形態を説明する部分断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る軸流タービンの構成を説明する部分断面図である。
【図９】図８の軸流タービンの別の実施形態を説明する部分断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の変形例の実施形態に係る軸流タービンの構成を説明する部分断面図である。
【図１１】図１０の軸流タービンの別の実施形態を説明する部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る軸流タービンついて図１から図５を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る軸流タービンの構成を説明する部分断面図である。
軸流タービン１には、図１に示すように、内部に燃焼ガスなどの高温流体が流れる主流流路２が形成されるケーシング３と、回転軸（図示せず）とともに回転軸線Ｃ回りに回転可能に配置された動翼４と、ケーシング３に取り付けられた静翼５と、が設けられている。
【００２１】
ケーシング３は略円筒状に形成された部材であって、内部に主流流路２や、動翼４や、静翼５が配置されるものである。
ケーシング３における動翼４および静翼５が配置された領域は、図1に示すように、内周面が、上流側から下流側に向かって（図１の左側から右側に向かって）、回転軸線Ｃを中心とする径方向外側に向かって傾斜して形成されている。
【００２２】
さらに、ケーシング３における動翼４と対向する内周面には、回転軸線Ｃを中心とする径方向外側に向かって凹状に形成されたキャビティ部１０が設けられている。言い換えると、キャビティ部１０は、ケーシング３の内周面に形成された円環状の溝部である。
キャビティ部１０に隣接するケーシング３の内周面には、静翼５がキャビティ部１０に沿って、略等間隔に並ぶとともに、径方向内側に向かって延びて配置されている。
【００２３】
なお、ケーシング３における動翼４および静翼５が配置された領域よりも上流側（図１の左側）には、外部の空気を圧縮する圧縮機や、圧縮された空気に燃料を混合させ燃焼を行う燃焼器などが配置されていてもよく、特に限定するものではない。
【００２４】
キャビティ部１０には、径方向外側に向かって、回転軸線Ｃに対して略垂直に延びる一対の側壁面１１と、一対の側壁面１１の間を繋ぐように形成された周壁面１２と、側壁面１１に設けられた仕切り板（仕切り部）１３と、が設けられている。
【００２５】
周壁面１２は、上流側から下流側に向かって、回転軸線Ｃまでの距離つまり半径が離散的に大きくなるステップ状の段が形成されている。周壁面１２における段は、後述する動翼４のシールフィン１６の数に対応して定められている。具体的には、周壁面１２における動翼４と対向する周状の面の数が、シールフィン１６の数と対応して定められている。例えば、上述の周状の面の数が、シールフィン１６の数と同数になるように形成されている。
本実施形態では、周状の面の数およびシールフィン１６の数がともに３つの例に適用して説明するが、この例に限定されるものではない。
【００２６】
仕切り板１３は、動翼４とキャビティ部１０との間の隙間を流れるバイパス流れを抑制するとともに、動翼４とキャビティ部１０との間の空間における渦の発生を抑制するものである。
仕切り板１３は、図１に示すように、上流側の側壁面１１から動翼４に向かって、回転軸線Ｃ方向に沿って延びる略円筒状の板部材である。より具体的には、仕切り板１３は、側壁面１１におけるシールフィン１６の根元、言い換えると、シールフィン１６とシュラウド１５との接合部と対向する領域の近傍から、シールフィン１６に向かって延びるように設けられている。
【００２７】
仕切り板１３における側壁面１１からシールフィン１６への突出量は、仕切り板１３の先端からシールフィン１６や、シュラウド１５などまでの距離が、シールフィン１６の先端から側壁面１１までの距離と略等しくなる程度に設定されている。さらに、仕切り板１３の突出量は、仕切り板１３が主流流路２内にはみ出ない程度に設定されている。
【００２８】
なお、上述のキャビティ部１０や仕切り板１３などを有するケーシング３は、鋳物の一体形成で製造されてもよいし、仕切り板１３など別個に製造し、後で溶接などの方法でケーシング３に取り付けてもよく、特に限定するものではない。
【００２９】
動翼４には、径方向外側の端部つまり翼端に配置されたシュラウド１５と、シュラウド１５における径方向外側の面つまり外周面に配置されたシールフィン１６と、が設けられている。
シュラウド１５は、動翼４の翼端に設けられた周方向に延びる部材である。なお、シュラウド１５の形状としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。
【００３０】
シールフィン１６は、動翼４のシュラウド１５と、キャビティ部１０の周壁面１２との隙間を狭めてＴｉｐクリアランスを形成することにより、Ｔｉｐクリアランスを介して動翼４を迂回して下流に向かって流れるバイパス流れを抑制するものである。
シールフィン１６は、シュラウド１５の外周面から周壁面１２に向かって延びるリング板状の部材であって、複数のシールフィン１６が回転軸線Ｃ方向に沿って間隔を開けて配置されている。より詳細には、シールフィン１６は、シュラウド１５の外周面から径方向外側に向かって、上流側（図１の左側）に傾斜する傾斜面を有する部材である。シールフィン１６の傾斜角としては、主流流路２を流れる流体流れに対して、シールフィン１６の面が略直交するする傾斜角を例示することができる。
【００３１】
なお、シールフィン１６の傾斜角は、上述の傾斜角に限定されるものではなく、その他のさまざまな傾斜角であってもよく、特に限定するものではない。
【００３２】
動翼４とキャビティ部１０との間には、動翼４の回転を可能にするとともに、動翼４とキャビティ部１０との干渉を避けるため、所定の間隔の隙間（クリアランス）が設けられている。クリアランスは、動翼４やケーシング３などの熱膨張による伸縮差を吸収するとともに、スラストによる動翼４の移動量などを吸収できる間隔に設定されている。
【００３３】
次に、上記の構成からなる軸流タービン１における流体の流れについて説明する。
軸流タービン１の主流流路２を流れる流体は、図１に示すように、静翼５および動翼４の間を流れ、動翼４を回転軸線Ｃ回りに回転駆動させながら、上流側から下流側に向かって流れる。
このとき、主流流路２を流れる流体の一部は、動翼４を迂回して、ケーシング３と動翼４との間を流れるバイパス流れとなる。
【００３４】
バイパス流れは、キャビティ部１０とシュラウド１５との間の隙間のうち、上流側の隙間であるキャビティ入口部から、キャビティ部１０の内部に流入する。このとき、キャビティ部１０と動翼４との最小隙間は、仕切り板１３とシールフィン１６またはシュラウド１５との間の隙間、および、仕切り板１３の先端と側壁面１１との間の隙間の少なくとも一方となっている。そのため、仕切り板１３が設けられていない場合と比較して、キャビティ部１０内における流体の流路面積が狭くなり、流体の主流流路２からキャビティ部１０への流入流量は減少する。
【００３５】
さらに、流体がキャビティ部１０に流入する際、側壁面１１からシールフィン１６に向かって突出する仕切り板１３により、渦状の流れが阻害される。
【００３６】
キャビティ部１０に流入した流体は、周壁面１２とシールフィン１６との隙間であるＴｉｐクリアランスを流れた後に、下流側の側壁面１１とシュラウド１５との隙間であるキャビティ出口部から主流流路２に流入する。
【００３７】
上記の構成によれば、主流流路２からキャビティ部１０に流体が流入し、キャビティ部１０とシールフィン１６との間の空間で渦が発生する場合であっても、仕切り板１３がキャビティ部１０の側壁面１１から突出しているため、流体の渦状の流れは仕切り板１３により遮られる。
そのため、動翼４を迂回して流れるバイパス流れ、言い換えると、主流流路２からキャビティ部１０に流入し、動翼４に設けられたシールフィン１６とキャビティ部１０との間のＴｉｐクリアランスを流れるバイパス流れの乱れを抑制することができ、軸流タービン１の性能低下を防止することができる。
【００３８】
仕切り板１３を略円筒状の板部材とすることにより、仕切り板１３を段差状に形成する場合と比較して、仕切り板１３の重量を軽減することができる。そのため、軸流タービン１の重量の増加を防止することができる。さらに、仕切り板１３を構成するのに必要な材料を削減できるため、軸流タービン１の製造コスト増加を防止することができる。
例えば、重量の増加を防止する効果は、軸流タービン１を航空分野に用いた場合に好適な効果である。一方、製造コスト増加を防止する効果は、軸流タービン１を産業分野に用いた場合に好適な効果である。
【００３９】
シールフィン１６が上述のように傾斜を有するリング板状の部材であっても、シールフィン１６とキャビティ部１０との間隔が広い領域に向かって仕切り板１３を突出させることで、動翼４を迂回するバイパス流れの流路を絞ることができるため、バイパス流れの流量を抑制することができる。
【００４０】
図２は、図１の軸流タービンの別の実施形態を説明する部分断面図である。
なお、上述の実施形態のように、仕切り板１３を上流側の側壁面１１に設けてもよいし、図２に示すように、下流側の側壁面１１に設けてもよいし、上流側および下流側の側壁面１１の両者に仕切り板１３を設けてもよく、特に限定するものではない。
【００４１】
下流側の側壁面１１に仕切り板１３を設ける場合には、より具体的には、下流側の側壁面１１におけるシールフィン１６の先端と対向する領域に仕切り板１３が設けられている。仕切り板１３における側壁面１１からの突出量は、仕切り板１３の先端と側壁面１１との間の間隔が、シュラウド１５と側壁面１１との間の間隔と略等しくなるように設定されている。
【００４２】
下流側の側壁面１１に仕切り板１３を設けることにより、キャビティ部１０から主流流路２に流体が流出する場合であって、キャビティ部１０とシールフィン１６との間の空間で渦が発生する場合であっても、仕切り板１３がキャビティ部１０から突出しているため、流体の渦状の流れは仕切り板１３により遮られる。
【００４３】
図３から図５は、図１の軸流タービンのさらに別の実施形態を説明する部分断面図である。
なお、上述の実施形態のように、ケーシング３の内周面が上流側から下流側に向かって、径方向外側に向かって傾斜して傾斜していてもよいし、図３から図５に示すように、回転軸線Ｃと略平行に延びる円筒面として形成されていてもよく、特に限定するものではない。
【００４４】
ここで、図３では、キャビティ部１０の周壁面１２も、回転軸線Ｃに沿って延びる一つの面として構成される実施形態を示している。図４では、周壁面１２がステップ状の段を有する面であって、上流側（図４の左側）の周壁面１２が回転軸線Ｃに近く、下流側（図４の右側）の周壁面１２が回転軸線Ｃから遠い面として構成されている実施形態を示している。図５では、周壁面１２がステップ状の段を有する面であって、上流側（図５の左側）の周壁面１２が回転軸線Ｃから遠く、下流側（図５の右側）の周壁面１２が回転軸線Ｃに近い面として構成されている実施形態を示している。
【００４５】
〔第１の実施形態の変形例〕
次に、本発明の第１の実施形態の変形例について図６および図７を参照して説明する。
本変形例の軸流タービンの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、キャビティ部の周辺構成が異なっている。よって、本変形例においては、図６および図７を用いてキャビティ部の周辺構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
図６は、本変形例の実施形態に係る軸流タービンの構成を説明する部分断面図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
軸流タービン１０１のケーシング３における動翼４と対向する内周面には、図６に示すように、回転軸線Ｃを中心とする径方向外側に向かって凹状に形成されたキャビティ部１１０が設けられている。
キャビティ部１１０には、一対の側壁面１１と、周壁面１２と、側壁面１１に設けられた段差状の仕切り部（段差部）１１３と、が設けられている。
【００４７】
仕切り部１１３は、動翼４とキャビティ部１１０との間の隙間を流れるバイパス流れを抑制するとともに、動翼４とキャビティ部１１０との間の空間における渦の発生を抑制するものである。
【００４８】
仕切り部１１３は、図６に示すように、上流側の側壁面１１から動翼４に向かって、回転軸線Ｃ方向に沿って延びる段差面を有する段差である。仕切り部１１３は、第１の実施形態における仕切り板１３と同様に、側壁面１１におけるシールフィン１６の根元、言い換えると、シールフィン１６とシュラウド１５との接合部と対向する領域の近傍から、シールフィン１６に向かって延びるように設けられている。
【００４９】
仕切り部１１３の径方向外側の面、言い換えると、外周面は、回転軸線Ｃ方向に沿って延びる面として形成され、径方向内側の面つまり内周面は回転軸線Ｃに向かって上流側（図６の左側）に傾く傾斜面として形成されている。
なお、仕切り部１１３の形成方法としては、仕切り部１１３を残すように側壁面１１を切削して形成する方法や、第１の実施形態の仕切り板１３の径方向内側に、溶接などの方法で肉盛して仕切り部１１３の形状を形成する方法などを挙げることができる。
【００５０】
仕切り部１１３における側壁面１１からシールフィン１６への突出量は、仕切り部１１３の先端からシールフィン１６や、シュラウド１５などまでの距離が、シールフィン１６の先端から側壁面１１までの距離と略等しくなる程度に設定されている。
【００５１】
上記の構成からなる軸流タービン１０１における流体の流れは、第１の実施形態に係る軸流タービン１における流体の流れと同様であるので、その説明を省略する。
【００５２】
上記の構成によれば、第１の実施形態の仕切り板１３と比較して、本変形例の仕切り部１１３はその強度を向上させることができ、軸流タービン１０１の強度を向上させることができる。
【００５３】
図７は、図６の軸流タービンの別の実施形態を説明する部分断面図である。
なお、上述の実施形態のように、仕切り部１１３を上流側の側壁面１１に設けてもよいし、図７に示すように、下流側の側壁面１１に設けてもよいし、上流側および下流側の側壁面１１の両者に仕切り部１１３を設けてもよく、特に限定するものではない。
【００５４】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図８および図９を参照して説明する。
本実施形態の軸流タービンの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、キャビティ部の周辺構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図８および図９を用いてキャビティ部の周辺構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図８は、本実施形態に係る軸流タービンの構成を説明する部分断面図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
軸流タービン２０１のケーシング３における動翼４と対向する内周面には、図８に示すように、回転軸線Ｃを中心とする径方向外側に向かって凹状に形成されたキャビティ部２１０が設けられている。
キャビティ部２１０には、一対の側壁面１１と、周壁面１２と、側壁面１１に設けられた段差状の仕切り板（仕切り部）２１３と、が設けられている。
【００５６】
仕切り板２１３は、動翼４とキャビティ部２１０との間の隙間を流れるバイパス流れを抑制するとともに、動翼４とキャビティ部２１０との間の空間における渦の発生を抑制するものである。
【００５７】
仕切り板２１３は、図８に示すように、上流側の側壁面１１から動翼４に向かって、径方向内側つまり回転軸線Ｃに向かって傾斜するリング板状の板部材である。より具体的には、仕切り板２１３は、シールフィン１６と略平行に延びるリング板状の板部材であって、仕切り板２１３とシールフィン１６との間隔は、上流側のシュラウド１５と側壁面１１との間隔と略等しくなるように設定されている。
仕切り板２１３はキャビティ部２１０内に収まるように、つまり、仕切り板２１３の先端言い換えると内周側の端部は、キャビティ部２１０内に収まるように構成されている。
【００５８】
次に、上記の構成からなる軸流タービン２０１における流体の流れについて説明する。
なお、主流流路２における流体の流れについては、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略し、ここではバイパス流れについて説明する。
【００５９】
バイパス流れは、キャビティ部２１０とシュラウド１５との間の上流側の隙間であるキャビティ入口部から、キャビティ部２１０の内部に流入する。このとき、キャビティ部１０と動翼４との最小隙間は、仕切り板２１３とシールフィン１６またはシュラウド１５との間の隙間と同等の隙間になっている。そのため、仕切り板１３が設けられていない場合と比較して、キャビティ部１０内における流体の流路面積が狭くなり、流体の主流流路２からキャビティ部１０への流入流量は減少する。
【００６０】
さらに、キャビティ部２１０内の流路面積が狭くなっているため、流体が渦状に流れにくくなり、キャビティ部２１０内での渦の発生が抑制される。
【００６１】
キャビティ部２１０に流入した流体は、周壁面１２とシールフィン１６との隙間であるＴｉｐクリアランスを流れた後に、下流側の側壁面１１とシュラウド１５との隙間であるキャビティ出口部から主流流路２に流入する。
【００６２】
上記の構成によれば、シールフィン１６が上述のように傾斜を有するリング板状の部材であっても、シールフィン１６とキャビティ部２１０との間隔が広い領域に向かって、シールフィン１６と略平行に仕切り部を延ばすことで、動翼４を迂回するバイパス流れの流路を絞ることができ、バイパス流れの流量を抑制することができる。
【００６３】
図９は、図８の軸流タービンの別の実施形態を説明する部分断面図である。
なお、上述の実施形態のように、仕切り板２１３を上流側の側壁面１１に設けてもよいし、図９に示すように、下流側の周壁面１２に設けてもよいし、上流側の側壁面１１および下流側の周壁面１２の両者に仕切り板２１３を設けてもよく、特に限定するものではない。
【００６４】
下流側の周壁面１２に仕切り板２１３を設ける場合には、より具体的には、下流側の周壁面１２から仕切り板２１３が、シールフィン１６と略平行に延びるように設けられている。仕切り板２１３とシールフィン１６との間隔は、例えば、下流側のシュラウド１５と側壁面１１との間隔と略同等になるように設定されている。
【００６５】
下流側の周壁面１２に仕切り板２１３を設けることにより、キャビティ部２１０から主流流路２に流体が流出する場合であって、キャビティ部２１０とシールフィン１６との間の空間で渦が発生する場合であっても、仕切り板２１３がキャビティ部２１０から突出しているため、流体の渦状の流れは仕切り板２１３により遮られる。
【００６６】
〔第２の実施形態の変形例〕
次に、本発明の第２の実施形態の変形例について図１０および図１１を参照して説明する。
本変形例の軸流タービンの基本構成は、第２の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、キャビティ部の周辺構成が異なっている。よって、本変形例においては、図１０および図１１を用いてキャビティ部の周辺構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
図１０は、本変形例の実施形態に係る軸流タービンの構成を説明する部分断面図である。
なお、第２の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
軸流タービン３０１のケーシング３における動翼４と対向する内周面には、図１１に示すように、回転軸線Ｃを中心とする径方向外側に向かって凹状に形成されたキャビティ部３１０が設けられている。
キャビティ部３１０には、一対の側壁面１１と、周壁面１２と、側壁面１１に設けられた段差状の仕切り部（段差部）３１３と、が設けられている。
【００６８】
仕切り部３１３は、動翼４とキャビティ部３１０との間の隙間を流れるバイパス流れを抑制するとともに、動翼４とキャビティ部３１０との間の空間における渦の発生を抑制するものである。
【００６９】
仕切り部３１３は、図６に示すように、上流側の側壁面１１から径方向内側つまり回転軸線Ｃに向かって、シールフィン１６と略平行に延びる段差面を有する段差である。仕切り部３１３は、側壁面１１におけるシールフィン１６と対向する領域に設けられている。
【００７０】
なお、仕切り部３１３の形成方法としては、仕切り部３１３を残すように側壁面１１を切削して形成する方法や、第２の実施形態の仕切り板２１３の径方向内側に、溶接などの方法で肉盛して仕切り部３１３の形状を形成する方法などを挙げることができる。
【００７１】
上記の構成からなる軸流タービン３０１における流体の流れは、第２の実施形態に係る軸流タービン２０１における流体の流れと同様であるので、その説明を省略する。
【００７２】
上記の構成によれば、第２の実施形態の仕切り板２１３と比較して、本変形例の仕切り部３１３はその強度を向上させることができ、軸流タービン３０１の強度を向上させることができる。
【００７３】
図１１は、図１０の軸流タービンの別の実施形態を説明する部分断面図である。
なお、上述の実施形態のように、仕切り部３１３を上流側の側壁面１１に設けてもよいし、図１１に示すように、下流側の周壁面１２に設けてもよいし、上流側の側壁面１１および下流側の周壁面１２の両者に仕切り部３１３を設けてもよく、特に限定するものではない。
【符号の説明】
【００７４】
１，１０１，２０１，３０１  軸流タービン
２  主流流路
３  ケーシング
４  動翼
１０，１１０，２１０，３１０  キャビティ部
１１  側壁面
１２  周壁面
１３，２１３  仕切り板（仕切り部）
１６  シールフィン
１１３，３１３  仕切り部（段差部）
Ｃ  回転軸線
【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】
2012002234.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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