(57)【要約】  【課題】  固定部に設けられた複数の分割シールフィン又は複数の分割シールフィン対向部を通常時には連動・同期して半径方向に移動可能とすると共に、回転部側と固定部側が急激に接触した場合には発生する衝撃力を小さくし、固定部側と回転部側が過大に損傷するのを防止する。  【解決手段】  例えば、ノズルダイヤフラム内輪側３ａ等の固定部に設けられた分割シールフィン対向部であるシール基板３ｃ１の周方向分割面間を周方向に押し開くような力を周方向分割面に付与する板バネ６などの弾性体を、対向する周方向分割面の一方に位置を固定して設置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械の回転部とその周囲に位置する固定部との間に設けられた回転機械のシール構造であって、
前記固定部にはシールフィン又はシールフィン対向部が周方向に分割されて設けられ、
前記分割された各シールフィン又は各シールフィン対向部は前記固定部に半径方向に移動可能に支持され、
前記固定部に設けられた前記シールフィン又は前記シールフィン対向部の周方向分割面間には周方向に押し開くような力を前記周方向分割面に付与する弾性体が設けられ、
前記弾性体は対向する前記周方向分割面の一方に位置を固定して設置されていることを特徴とする回転機械のシール構造。
【請求項２】
請求項１において、前記弾性体は板バネであり、前記周方向分割面間に傾斜して設置されていることを特徴とする回転機械のシール構造。
【請求項３】
請求項１において、前記弾性体は山形の形状を有する板バネであり、前記山形の形状を有する板バネの底部側を前記周方向分割面の一方に位置を固定して設置されていることを特徴とする回転機械のシール構造。
【請求項４】
請求項３において、前記山形の形状を有する板バネが収容される凹部が対向する前記周方向分割面のいずれか一方に設けられていることを特徴とする回転機械のシール構造。
【請求項５】
請求項３において、前記山形の形状を有する板バネの頂部側と接する他方の周方向分割面に凹部が形成されていることを特徴とする回転機械のシール構造。
【請求項６】
請求項１において、前記固定部には前記シールフィンが設けられ、前記回転部には前記シールフィンと対向する位置にシールフィン対向部が設けられていることを特徴とする回転機械のシール構造。
【請求項７】
請求項１において、前記固定部には前記シールフィン対向部が設けられ、前記回転部には前記シールフィン対向部と対向する位置にシールフィンが設けられていることを特徴とする回転機械のシール構造。
【請求項８】
請求項１において、前記固定部には前記シールフィンが設けられ、前記回転部には前記シールフィンと共にスタッガードシール構造を構成するシールフィンが設けられていることを特徴とする回転機械のシール構造。
【請求項９】
請求項1において、前記フィン対向部に快削性材によるスペーサを配したことを特徴とする回転機械のシール構造。
【請求項１０】
請求項1において、前記フィン対向部に通気性材によるスペーサを配したことを特徴とする回転機械のシール構造。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れかに記載の回転機械のシール構造を有する回転機械であって、
前記回転機械は蒸気タービンであり、
前記回転部はロータであり、
前記固定部は前記回転部を内包するケーシングに固定される静翼又は前記静翼と一体の部材であり、
前記回転機械のシール構造は、前記ロータと前記静翼又は前記静翼と一体の先端部との間に設けられていることを特徴とする回転機械。
【請求項１２】
請求項１〜１０の何れかに記載の回転機械のシール構造を有する回転機械であって、
前記回転機械は蒸気タービンであり、
前記回転部はロータに備わる動翼又は前記動翼と一体の部材であり、
前記固定部は前記回転部を内包するケーシング又は前記ケーシングに固定される部材であり、
前記回転機械のシール構造は、前記動翼又は前記動翼と一体の部材の先端と前記ケーシング又は前記ケーシングに固定される部材との間に設けられていることを特徴とする回転機械。
【請求項１３】
請求項１１又は１２において、
前記蒸気タービンの負荷蒸気圧を受けて前記シールフィン又は前記シールフィン対向部を前記回転部側に移動させるように働く受圧部が、前記シールフィン又は前記シールフィン対向部を半径方向に移動可能に支持する固定部に設けられ、
前記負荷蒸気圧が低い場合には前記板バネの力により前記シールフィン又は前記フィン対向部と前記回転部側との間の隙間が開き、前記負荷蒸気圧が高い場合には前記板バネの力に対向して前記シールフィン又は前記フィン対向部と前記回転部側との間の隙間が閉じるように構成されてい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】
本発明は、回転機械のシール構造及び回転機械に係り、特に、蒸気タービンなどの回転機械において、漏れ防止のため回転部と静止部の間に設置されるシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンでは、蒸気を効率よく使用するために、例えばロータと静翼など、回転部と固定部との間に設けられるクリアランスからの蒸気の漏れをできるだけ少なくするように、シール性能を向上することが要求される。
【０００３】
漏れ低減の要求に対応するため、従来、ロータなどの回転部と静翼などの固定部との間に、シールフィン（ラビリンスシール）を有するラビリンスシール装置を備えることが広く用いられている。
【０００４】
このようなラビリンスシール装置では、例えば特許文献１に記載のように、ラビリンスシールを半径方向に移動調節可能として、回転体との接触を起こしやすい起動時には、ラビリンスシールを回転体から遠ざけてラビリンスシール先端の隙間を大きくし、定常運転状態ではラビリンスシールを回転体に近づけてラビリンスシール先端の隙間をできるだけ小さくなるようにして、定常運転状態における漏洩損失の防止を図り、かつ起動時におけるラビリンスシール自体の摩耗も防止する技術が提案されている。
【０００５】
また、特許文献１では、ラビリンスシールを複数の円弧状シール片で構成している。そして、各シール片は、一方の端部における凹部に、隣接する他方の端部の凸部を嵌合させるようにして組み合わせられており、これによりラビリンスシールの径の拡大及び縮小が許容され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】実開昭６１−１６１４７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、隣り合うシール片を凹部と凸部を嵌合させて結合することにより複数のシール片が連動及び同期して半径方向に移動可能となっている。これにより安定な動作とシール性能の確保を可能としている。
【０００８】
しかしながら、蒸気タービン起動時においては、ロータ一次共振速度通過や熱膨張など何らかの要因でロータに過大な振動を生じる場合やケーシングの急な熱変形などが生じる場合があり、これらの場合には、ラビリンスシールとロータが急激に接触することがある。この時、シール片はロータから想定外の力で急激に、半径方向外側に押し込まれることになる。
【０００９】
特許文献１に記載のラビリンスシール装置では、複数のシール片は連結しており全体として動くため、質量が大きく慣性が大きいため緩慢にしか動けない。
【００１０】
このため接触したシール片とロータと間に大きな衝撃力が発生し、シール片とロータに過大な損傷が発生する可能性がある。このような過大な損傷を起こすような接触が生じる場合には、シール片先端の隙間が拡大して、蒸気タービン効率が低下するのは勿論のこと、直ちに運転を停止し、補修が完了するまで起動が困難になるような経済的に大きな不利益をもたらすような事態も生じ得る。
【００１１】
特許文献１では、静止体にシールフィンを設けているが、回転体にシールフィンを設け、静止体にシールフィン対向部を設ける場合や、回転体と静止体の双方にシールフィンを設ける場合もあり得る。それの場合においても、静止体に設けられたシールフィン対向部やシールフィンが緩慢にしか動けないので、同様な課題が生じる。
【００１２】
本発明の目的は、静翼などの固定部に設けられたシールフィン又はシールフィン対向部を周方向に分割して、各分割シールフィン又は各分割シールフィン対向部を半径方向に移動可能とした蒸気タービンなどの回転機械のシール構造において、通常時には、複数の分割シールフィン又は複数の分割シールフィン対向部を連動・同期して半径方向に移動可能とすると共に、固定部側と回転部側が急激に接触した場合には、発生する衝撃力を小さくし、固定部側と回転部側が過大に損傷するのを防止することが可能な回転機械のシール構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を解決するため、固定部に設けられた分割シールフィン又は分割シールフィン対向部の周方向分割面間を周方向に押し開くような力を周方向分割面に付与する弾性体を、対向する周方向分割面の一方に位置を固定して設置したことを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、弾性体は板バネとし、板バネを周方向分割面間に傾斜して設置する。
【００１５】
さらに好ましくは、板バネは山形の形状を有する板バネとし、山形の形状を有する板バネの底部側を周方向分割面の一方に位置を固定して設置する。
【００１６】
また、さらに好ましくは、山形の形状を有する板バネの頂部側と接する他方の周方向分割面に凹部を形成する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、固定部に設けられた複数の分割シールフィン又は分割シールフィン対向部は、通常の場合、弾性体により連結されるので（一方が位置固定により連結され、他方が摩擦力により連結される。）、連動・同期して半径方向に移動することが可能となり、安定な動作と安定したシール性能の確保が可能となる。さらに、固定部側（分割シールフィン又は分割シールフィン対向部）と回転部側（シールフィン対向部又はシールフィン）が急激に接触した場合、弾性体の他方の連結が摩擦力によるものなので、接触により生じた過大な半径方向の接触力に応じてすべりが生じて、分割シールフィン又は分割シールフィン対向部は単独で半径方向に移動可能となり、回転部側と接触した分割シールフィン又は分割シールフィン対向部を速やかに外側に退避させることができ、発生する衝撃力を小さくすることができる。その結果、固定部側（分割シールフィン又は分割シールフィン対向部）と回転部側（シールフィン対向部又はシールフィン）が過大に損傷するのを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る蒸気タービンの構成図である。
【図２】図１におけるＸ部の拡大図である。
【図３−１】図２のロータ軸方向から見たハイロー型のラビリンスシール装置の概略図である。
【図３−２】図３−１におけるＦ３−２部（周方向に分割されたシール基板の一つとその周辺）の拡大概略図である。
【図３−３（ａ）】図３−２におけるＦ３−３部（シール基板の周方向分割端部）の拡大概略図であり、通常時の状態を示す図である。
【図３−３（ｂ）】図３−２におけるＦ３−３部（シール基板の周方向分割端部）の拡大概略図であり、強い衝撃力時の状態を示す図である。
【図４−１】本発明に係る別のラビリンスシール装置の周方向に分割されたシール基板の一つとその周辺を示す概略図であって、シール基板の周方向分割端部に板バネが備わる実施形態を示す図である。
【図４−２（ａ）】図４−１におけるＦ４−２/４−３部（シール基板の周方向分割端部）の一例の拡大概略図であり、通常時の状態を示す図である。
【図４−２（ｂ）】図４−１におけるＦ４−２/４−３部（シール基板の周方向分割端部）の一例の拡大概略図であり、強い衝撃力時の状態を示す図である。
【図４−３（ａ）】図４−１におけるＦ４−２/４−３部（シール基板の周方向分割端部）の他の例の拡大概略図であり、通常時の状態を示す図である。
【図４−３（ｂ）】図４−１におけるＦ４−２/４−３部（シール基板の周方向分割端部）の他の例の拡大概略図であり、強い衝撃力時の状態を示す図である。
【図５】ハイロー型のラビリンスシール装置を示す図であって、シール基板にシールフィンが備わる実施形態を示す図である。
【図６】スタッガード型のラビリンスシール装置を示す図であって、シール基板およびロータにシールフィンが備わる実施形態を示す図である。
【図７】本発明に係る動翼の先端部のシール構造の構成を示す概略図である。
【図８】本発明に係る他のシール構造の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例について、適宜図を用いて詳細に説明する。
【００２０】
先ず、本発明が適用される回転機械の一例である蒸気タービンについて図１を用いて説明する。尚、蒸気タービンは基本的には上下対称の構造であり、図１においては上半分の概略を図示している。図１に示すように、蒸気タービン２は、複数の動翼２ｂが周方向に固定されるロータ２ａと、ロータ２ａ及び動翼２ｂを内包するケーシング２ｄと、ケーシング２ｄにノズルダイヤフラム外輪３ｂを介して設けられる静翼２ｃを備えている。静翼２ｃの内側にはノズルダイヤフラム内輪３ｂが設けられている。動翼２ｂと静翼２ｃは、ロータ２ａの軸方向に対して交互に配置され、タービン段落を形成する。蒸気タービン２においては、ロータ２ａ及び動翼２ｂなどは回転部であり、ケーシング２ｄ，静翼２ｃ，ノズルダイヤフラム内輪３ｂ及びノズルダイヤフラム外輪３ｂなどは固定部である。
【００２１】
ボイラで発生した蒸気Ｓｔはケーシング２ｄに流入すると、静翼２ｃと動翼２ｂの間を交互に通りながら膨張し、ロータ２ａを回転させる。そして、ロータ２ａの最も下流に備わる動翼２ｂ、すなわち最終段の動翼２ｂを通過した蒸気はケーシング２ｄの外部に排気される。
【００２２】
このように構成される蒸気タービン２においては、ケーシング２ｄの内部を流れる蒸気Ｓｔで効率よく動翼２ｂに駆動力を伝えるため、回転部であるロータ２ａ及び動翼２ｂなどと、固定部であるケーシング２ｄ及び静翼２ｃなどの間のシール性能を向上し、回転部と固定部の間に形成されるクリアランスから漏れる蒸気（漏れ蒸気）の量を抑制することが要求される。
【００２３】
例えば、ロータ２ａと静翼２ｃの内側先端に備わるノズルダイヤフラム内輪３ａの間には、ロータ２ａの回転運動を許容するためのクリアランスが設けられている。このクリアランスは静翼２ｃに流入する蒸気Ｓｔの漏れ蒸気の原因ともなる。この漏れ蒸気の量を抑制するため、ノズルダイヤフラム内輪３ａのロータ２ａ近傍には、一般にラビリンスシール装置３ｃなどのシール装置を備え、ロータ２ａと静翼２ｃの間のクリアランスを小さくしてシール性能を向上し、漏れ蒸気の量を抑制している。
【００２４】
このようなシール装置は、蒸気タービン２では、この他に、動翼２ｂの先端とケーシング２ｄとの間や、ロータ２ａとグランド部８との間に設けられており、本発明はこれらのシール装置に適用できる。
【００２５】
ラビリンスシール装置においては、シールフィンとシールフィン対向部の隙間を変えることができない場合、蒸気の漏れを少なくするように隙間を小さく設定すると、シールフィンがシールフィン対向部と容易に接触するようになる。このような接触を生じた場合には摩耗により、シールフィンとシールフィン対向部の隙間が拡大して、漏れ量が増加し、シール性能が低下し、蒸気タービン効率が低下するという問題を生じる。特に蒸気タービン起動初期においては、先に述べたように、激しい接触を生じる要因がある。摩擦発熱によりロータの熱曲がりが生じれば過大な振動を生じる要因となり得る。過大な振動を生じた場合には、シールフィンが破損する場合もある。このためラビリンスシール装置はシールフィンとシールフィン対向部の隙間を変えることができるように構成している。
【００２６】
本実施例では、負荷蒸気圧を受ける受圧部と負荷蒸気圧力に対抗するバネ部（板バネ）を備え、負荷蒸気圧が低い場合には、シールフィンとシールフィン対向部との間の隙間が開き、負荷蒸気圧が高い場合には、シールフィンとシールフィン対向部との間の隙間が閉じるように構成して、接触が生じ易い起動時には、シールフィンとシールフィン対向部を遠ざけて、定常運転状態では、シールフィンとシールフィン対向部を近づけ、起動時におけるシールフィンの摩耗を防止し、定常運転状態における漏れ損失を低減するようにしている。
【００２７】
シールフィンとシールフィン対向部の隙間を変える構成について、図２及び図３−１，図３−２を用いて詳細に説明する。図２はラビリンスシール装置の一例を示す。また、図２においても、図１と同様に上半分の概略を図示している。本実施例では、ハイロー型のラビリンスシール装置を用いている。図３−１はロータ軸方向から見たラビリンスシール装置の概略図であり、図３−２は周方向に分割されたシール基板（シールフィン対向部）の一つとその周辺の拡大概略図を示す。
【００２８】
図２に示すように、ハイロー型のラビリンスシール装置３ｃは、ロータ（回転部）２ａの外周部に複数のシールフィン２ａ１が形成され、ノズルダイヤフラム内輪（固定部）３ａに、複数のハイ部３ｃ３とその間に形成されるロー部３ｃ４を備えたシール基板３ｃ１が半径方向へ移動可能に嵌合されている。そして、シール基板３ｃ１のハイ部３ｃ３とロー部３ｃ４は、シールフィン２a１に対向して配置されている。本実施例では、シール基板３ｃ１がシールフィン対向部であり、固定部にシールフィン対向部が設けられ、回転部にシールフィンが設けられている。シール基板３ｃ−１の外周側にはノズルダイヤフラム内輪３ａとの間には蒸気通路口５より蒸気Ｓｔが導入される空間部（負荷蒸気圧を受ける受圧部）が設けられている。
【００２９】
図３−１及び図３−２に示すように、円弧状のシール基板（シールフィン対向部）３ｃ１は周方向に複数個（本実施例では６個）分割されている。各シール基板３ｃ１の周方向分割面には、図２および図３−２に示すように、負荷蒸気圧力に対抗するバネ部（弾性体）である板バネ６を設置している。板バネ６は、一方のシール基板３ｃ１の周方向分割面に固定して設けられており、対向する他方のシール基板３ｃ−１の周方向分割面に接するように設けられている。また、板バネ６は、図３−２、図３−３（ａ）及び（ｂ）に示すように、周方向分割面間に傾斜して設置してある。本実施例では周方向分割面に板バネ６を１個設けているが、複数設けても良い。また、一つの周方向分割面間に複数の板バネを設ける場合、固定側を変えて設けるようにしても良い。また、板バネ６は交換可能なように周方向分割面に埋め込まれている。
【００３０】
板バネ６は、シール基板３ｃ１の周方向分割面に、シール基板３ｃ１の周方向分割面間を周方向に押し開くような力を付与する。このため周方向分割面の板バネ６の取り付け位置の周方向長さが増えるように、シール基板３ｃ１は半径方向外向きに力を受ける。従って、半径方向移動可能に構成されたシール基板３ｃ１は板バネ６の力によりロータ２ａ側から遠ざかる方向へ移動する。
【００３１】
蒸気通路口５より導入された蒸気Ｓｔの圧力（負荷蒸気圧）が低い場合には、蒸気Ｓｔの圧力によるシール基板３ｃ１をロータ２ａ側へ近接させようとする力より、周方向分割面間に設置された板バネ６によるシール基板３ｃ１を半径方向外向きに押す力の方が大きく、半径方向移動可能に構成されたシール基板３ｃ１はロータ２ａ側から遠い位置に保持される。
【００３２】
蒸気通路口５より導入された蒸気Ｓｔの圧力（負荷蒸気圧）が高い場合、蒸気Ｓｔの圧力によるシール基板３ｃ１をロータ２ａ側へ近接させようとする力の方が、周方向分割面間に設置された板バネ６によるシール基板３ｃ１を半径方向外向きに押す力よりも大きくなり、半径方向移動可能に構成されたシール基板３ｃ１はロータ側に近接するように移動し、ロータ２ａの外周部に形成された複数のシールフィン２ａ１と対向するシール基板３ｃ１に備えられたハイ部３ｃ３及びロー部３ｃ４との隙間は小さくなる。これにより、蒸気の漏れ量は小さくなり、高い蒸気タービン効率を得ることが可能となる。尚、シールフィン２ａ１とハイ部３ｃ３及びロー部３ｃ４との最小隙間は、ノズルダイヤフラム内輪３ａの空間内に位置するシール基板３ｃ−１の内周側がノズルダイヤフラム内輪３ａの空間を規定する内径側と接することにより規定される。
【００３３】
起動時や定常運転時などの負荷蒸気圧に応じて、板バネ６を適切に選択して設置することにより、蒸気Ｓｔの圧力が低い場合、シールフィン２a１とハイ部３ｃ３及びロー部３ｃ４との間の隙間が開き、蒸気Ｓｔの圧力が高い場合、シールフィン２a１とハイ部３ｃ３及びロー部３ｃ４との間の隙間が小さくなり、蒸気Ｓｔの圧力の程度により隙間の開度を調整することが可能となる。このような構成のシール構造を用いることにより、立上げ初期の比較的低い蒸気圧で隙間を開いて蒸気タービンの安定した起動を可能とし、負荷蒸気圧が高い定常運転時には隙間を小さくして漏れ蒸気の量を最小にでき、高い蒸気タービン効率を得ることが可能となる。
【００３４】
シール基板３ｃ１や受圧部の寸法は、加工精度に依存して微妙に異なるため、起動時のそれぞれの受圧部の圧力による押し力も微妙に異なる。また上流側の蒸気流れに微妙な不安定を生じたりすれば、それぞれの受圧部の圧力も微妙に異なる。このため、これらの要因により一つのシール内で各分割シール基板３ｃ１が別々のタイミングで動作してしまい、全体としての動作タイミングが定まらず、不安定な動作を生じ得る。起動時にシール基板の一つが回転部へ近づき、接触するとシールフィンとシールフィン対向部の隙間が拡大して、結局、漏れ量が増加し、シール性能が低下し、蒸気タービン効率が低下することになる。
【００３５】
本実施例では、固定部に設けられた複数のシール基板（分割シールフィン対向部）は、周方向分割面間に設置された板バネにより連結している。即ち、一方のシール基板の周方向分割面には板バネが固定により連結され、他方のシール基板の周方向分割面については、板バネと周方向分割面との間の摩擦力により連結される。そして、過大な半径方向の力が発生していない通常時には、周方向分割面間に設置された板バネ６を介して、隣り合うシール基板３ｃ１は互いに連結されている。
【００３６】
従って、それぞれのシール基板３ｃ１が多少異なる半径方向の力を受けても、その偏差力は板バネ６と周方向分割面との間の摩擦力により抑えられて、図３−３（ａ）に示すように、単独では動けず、それぞれのシール基板３ｃ１は一体として半径方向へ移動することとなる。
【００３７】
このような構成のシール構造を用いることにより、複数のシール基板が連結し、同期して半径方向に移動することを可能とし、安定な動作と安定したシール性能の確保が可能となる。
【００３８】
更に、本実施例では、回転部と固定部の接触により過大な半径方向の力が生じた場合、固定部に設けられたシール基板（分割シールフィン対向部）の一つが単独で半径方向に移動可能としている。即ち、ロータ一次共振速度通過や熱膨張など何らかの要因でロータに過大な振動を生じる場合やケーシングの急な熱変形などが生じる場合がり、これらの場合においてノズルダイヤフラム内輪（固定部）に設けられたシール基板とロータ（回転部）に設けられたシールフィンが急激に接触することがある。この時、シール基板３ｃ１は、ハイ部３ｃ３及びロー部３ｃ４とロータ２ａの外周部に形成されたシールフィン２ａ１との接触を介して大きな衝撃力で急激に半径方向外側に押し込まれる。
【００３９】
本実施例では、一方を固定し他方を接触した板バネ６が周方向分割面間に設けられている。この時の衝撃力は板バネ６と周方向分割面（接触側の周方向分割面）との間の摩擦力よりはるかに大きいので、図３−３（ｂ）に示すように、板バネ６と周方向分割面との間にすべりを生じる。このため、衝撃力を受けたシール基板３ｃ１は単独で半径方向に動くことが可能となる。
【００４０】
これにより、シール基板（シール片）が連結し全体として動くことにより生じる大きな慣性や、シール基板が連結しそれぞれの受圧部内の蒸気を押し戻すことにより生じるシール基板とロータ側のシールフィンとの間の大きな衝撃力の発生を防止できる。これにより、シール基板とロータ側のシールフィンに生ずる過大な損傷を防止でき、最小限の損傷に留めることができる。
【００４１】
本発明の他の実施例を図４−１〜図４−３（ｂ)に示す。本実施例では、上述の実施例と異なり、山形の形状を有する板バネ６を周方向に分割されたシール基板３ｃ１の周方向分割面間に設置してある。
【００４２】
山形の形状を有する板バネは、図４−２（ａ）（ｂ）に示すように、底部側を周方向分割面の一方に位置を固定し、頂部側を周方向分割面の他方に接触させている。
【００４３】
本実施例においても、上述の実施例と同様の効果が得られる。即ち、通常の場合には、図４−２（ａ）に示すように、周方向に分割された複数のシール基板３ｃ１は山形の形状を有する板バネ６により連結されて、連動・同期して一体として半径方向に移動する。また、シール基板（シールフィン対向部）とロータ側のシールフィンが急激に接触する場合には、図４−２（ｂ）に示すように、山形の形状を有する板バネ６の頂部側と周方向分割面との間にすべりを生じるため、発生する衝撃力を最小化し、シールフィン対向部とシールフィンが過大に損傷することを防止できる。
【００４４】
また、本実施例では、山形の形状を有する板バネ６を用いることにより、周方向分割面と板バネ６との接触部において板バネ６の接触部の剛性が高くなり、さらに、板バネ６と接触する周方向分割面の表面凹凸の影響を受けなくなる。このため、隣り合うシール基板３ｃ１のいずれの半径方向への移動もスムーズなものとなり、また、板バネ６を半径方向の内側外側の向きに関係無く設置でき、安定した動作が期待できる。
【００４５】
図４−３（ａ）（ｂ）では、さらに板バネ６と接触する周方向分割面に凹部７を設置してある。図４−３（ａ）は通常時のシール基板の移動の状態を示し、図４−３（ｂ）は過大な力が作用したときのシール基板の移動の状態を示す。本実施例でも同様の効果を得ることができる。さらに、この構成によれば、通常時、即ち、図４−３（ａ）に示すように、シール基板３ｃ１がロータ側に近接するように移動した時に、板バネ６が凹部７に収まるため、板バネ６の厚みが無視できるようになる。このため、隣り合うシール基板３ｃ１の隙間を最小、もしくはゼロとすることができる。これにより、シール基板３ｃ１の分割面からの蒸気漏れを低減することができる。また、凹部７と山形の形状を有する板バネ６とによって位置決めが容易になる。
【００４６】
また、図示していないが、凹部７を板バネ６の固定側に設置しても、シール基板３ｃ１がロータ側に近接するように移動した時に板バネ６が凹部７に収まるため、隣り合うシール基板３ｃ１の隙間を最小、もしくはゼロとすることができるという効果が得られる。
【００４７】
上述の各実施例では、ハイロー型のラビリンスシール装置３ｃにおいてロータ２ａの外周部に複数のシールフィン２ａ１が形成され、シール基板３ｃ１側にシールフィン対向部を形成しているが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４８】
例えば、ハイロー型のラビリンスシール装置には、シール基板にシールフィンを備えるものもある。即ち、図５に示すように、シール基板３ｃ１にシールフィン３ｃ２を備えるラビリンスシール装置があり、これにも本発明を適用できる。
【００４９】
シールフィン３ｃ２が備わったシール基板３ｃ１は、図２と同様に半径方向へ移動可能にノズルダイヤフラム内輪３ａに嵌合されている。ロータ２ａの外周部には、シールフィン３ｃ２に対向するようにハイ部２ａ３とロー部２ａ４（シールフィン対向部）が複数形成されている。尚、図５においても、図１及び２と同様に上半分の概略を図示している。
【００５０】
そして、シール基板３ｃ１の周方向分割面間を周方向に押し開くような力を周方向分割面に付与すべく、周方向分割面に板バネ６が設置されている。板バネの設置の仕方については、上述の実施例と同様である。
【００５１】
本実施例における動作については、基本的に上述の実施例と同じであり、シールフィン側が半径方向に移動する点が上述の実施例と異なる。従って、上述の実施例と同様の効果を得ることができ、上述の実施例の変形例も同様に適用できる。
【００５２】
上述の各実施例では、ハイロー型のラビリンスシール装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ラビリンスシール装置には、例えば、スタッガード型のラビリンスシール装置がある。本発明はスタッガード型のラビリンスシール装置にも適用できる。スタッガード型のラビリンスシール装置に本発明を適用した実施例を図６に示す。
【００５３】
ノズルダイヤフラム内輪３ａには複数のシールフィン３ｃ２を備えたシール基板３ｃ１が半径方向へ移動可能に嵌合されている。シール基板３ｃ１には、所定間隔で溝３ｃ３が設けられ、この溝３ｃ３にシールフィン３ｃ２をコーキングして固定している。また、ロータ２ａにも所定間隔で溝２ａ２が設けられ、この溝２ａ２にシールフィン２ａ１をコーキングして固定している。そして、シールフィン３ｃ２とシールフィン２ａ１が、ロータ２ａの軸方向に交互に重なり合うように配置されている。そして、周方向に複数に分割されたシール基板３ｃ１を周方向に押し開くような力を付与すべく周方向分割面に板バネ６が設けられている。板バネの設置の仕方については、上述の実施例と同様である。
【００５４】
本実施例における動作についても、基本的に上述の実施例と同じであり、上述の実施例と同様の効果を得ることができ、また、上述の実施例の変形例も同様に適用できる。
【００５５】
上述の各実施例では、静翼２ｃとロータ２ａとの間に備わるラビリンスシール装置３ｃに本発明を適用した場合について説明したが、図２に示すように、動翼２ｂの先端や、グランド部８に設けられるラビリンスシール装置にも本発明を適用できる。動翼（回転部）の先端に設けられるラビリンスシール装置に本発明を適用した実施例を図７に示す。
【００５６】
図７に示すように、動翼（回転部）２ｂの先端にシールフィン３ｂ１、対向する側（固定部）に複数分割されたシールフィン対向部（シール基板３ｃ１）を備えている。動翼２ｂの先端には、ノズルダイヤフラム外輪３ｂ（若しくはケーシング２ｄ）とのクリアランスを小さくするためのカバー２ｇが備わり、カバー２ｇにはシールフィン３ｂ１が設置される。そして、ノズルダイヤフラム外輪３ｂには、カバー２ｇのシールフィン３ｂ１に対向するようにハイ部とロー部が形成された半径方向へ移動可能なシール基板３ｃ１が設置される。そして、シール基板３ｃ１を周方向に押し開くような力を付与すべく周方向分割面に板バネ６が設置される。板バネの設置の仕方については、上述の実施例と同様である。図７では、シールフィンをカバー２ｇに設置しているが、シール基板３ｃ１にシールフィンを設け、カバー２ｇにシールフィン対向部を設けても良い。
【００５７】
本実施例における動作についても、基本的に上述の実施例と同じであり、上述の実施例と同様の効果を得ることができ、また、上述の実施例の変形例も同様に適用できる。
【００５８】
その他、本発明は、ロータ上にアブレイダブル材などの快削性スペーサを配置するラビリンスシール構造や、シール基板にアブレイダブル材などの快削性スペーサを配置するラビリンスシール構造などに適用可能である。このような快削性スペーサを配置するラビリンスシール構造としては、特開２００２-２２８０１３号公報や特開２００３-６５０７６号公報に記載されている。そして、このような構成ではシールフィン接触時にフィンが保護されるため、シールフィンの損傷が少なくなる。
【００５９】
図８にシール基板とロータの両方に快削性スペーサを配置したラビリンスシール装置に本発明を適用した実施例を示す。シール基板３ｃ１に形成したシールフィン３ｃ２に対向し、ロータ２ａ上に快削性スペーサ４が配置されている。また、ロータ２ａ上に形成したシールフィン２ａ１に対向し、シール基板３ｃ１に快削性スペーサ４が配置されている。そして、周方向に複数に分割されたシール基板３ｃ１を周方向に押し開くような力を付与すべく周方向分割面に板バネ６が設置されている。板バネの設置の仕方については、上述の実施例と同様である。
【００６０】
本実施例における動作についても、基本的に上述の実施例と同じであり、上述の実施例と同様の効果を得ることができ、また、上述の実施例の変形例も同様に適用できる。
【００６１】
なお、図２〜図７に示すいずれの構成においても、シールフィンの対向面に快削性スペーサ４を設置することが可能である。例えば、図７に示す動翼２ｂの先端などに設けられるラビリンスシール装置におけるシール基板３ｃ１のシールフィンの対向面に快削性スペーサを設置する。
【００６２】
また快削性スペーサの代わりに通気性スペーサを用いることが可能である。通気性スペーサを用いたシール装置としては、例えば、特開２００９-１３８５６６号公報や特開２０１０-２６１３５１号公報に記載されている。このような構成では、シールフィン接触時に生じる発熱が冷却されるため、熱変形やロータの熱曲がりによる振動の発生が抑制できる。このような構成に本発明を適用することにより同様な効果を得ることができる。
【００６３】
上述の実施例では、回転機械としては蒸気タービンを例にして説明したが、ガスタービンなどにも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
２…蒸気タービン、２ａ…ロータ（回転部）、２ａ１，３ｃ２…シールフィン、２ｂ…動翼（回転部）、２ｃ…静翼（固定部）、２ｄ…ケーシング（固定部）、２ｇ…カバー、３ａ…ノズルダイヤフラム内輪、３ｂ…ノズルダイヤフラム外輪、３ｃ…ラビリンスシール装置、３ｃ１…シール基板、４…快削性スペーサ（通気性を有する快削性スペーサ）、Ｓｔ…蒸気、５…蒸気通路口、６…板バネ、７…凹部、８…グランド部。
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３（ａ）】
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【図３−３（ｂ）】
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【図４−１】
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【図４−２（ａ）】
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【図４−２（ｂ）】
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【図４−３（ａ）】
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【図４−３（ｂ）】
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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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