(57)【要約】【課題】回転体およびフィン破損防止、振動の抑制等を十分に実現可能なシール装置等を提供する。【解決手段】パッキンリングは、複数のフィンのうち最も下流側に設けられた最下流フィンとジョイント部のうち下流側に位置する下流側ジョイント面とが軸方向において離れた第１の距離Ｄ１、および、複数のフィンのうち最も上流側に設けられた最上流フィンとジョイント部のうち上流側に位置する上流側ジョイント面とが軸方向において離れた第２の距離Ｄ２が、下記式（１）に示す関係を満たす。  Ｄ１＞Ｄ２        ・・・（１）【選択図】図１
2016089801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に沿った軸方向に流れる作動流体によって回転する回転体と、前記回転軸の径方向において前記回転体の周囲に配置されている静止体との間を密封するシール装置であって、
上流側と下流側との圧力差に応じて前記軸方向および前記径方向に移動するように前記静止体に嵌合されているパッキンリング
を有し、
前記静止体は、内周面に溝が形成されていると共に、前記溝の内部に一対の凸部が前記軸方向において間を隔てて対面しており、
前記パッキンリングは、
前記静止体において溝が形成された内周面よりも前記径方向において内側に位置している内側部と、
前記内側部よりも前記径方向において外側に位置しており、前記静止体の溝の内部に収容されている外側部と、
前記内側部と前記外側部との間を連結しており、前記静止体の溝の内部において前記一対の凸部に挟まれているジョイント部と
を含み、
前記パッキンリングは、
前記内側部の内周面に複数のフィンが前記軸方向に沿って設けられており、
前記複数のフィンのうち最も下流側に設けられた最下流フィンと前記ジョイント部のうち下流側に位置する下流側ジョイント面とが前記軸方向において離れた第１の距離Ｄ１、および、前記複数のフィンのうち最も上流側に設けられた最上流フィンと前記ジョイント部のうち上流側に位置する上流側ジョイント面とが前記軸方向において離れた第２の距離Ｄ２が、下記式（１）に示す関係を満たすことを特徴とする、
シール装置。
Ｄ１＞Ｄ２        ・・・（１）
【請求項２】
前記最下流フィンと前記最上流フィンとが前記軸方向において離れた第３の距離Ｄ３、および、前記第１の距離Ｄ１が、下記式（２）に示す関係を満たすように、前記パッキンリングが構成されている、
請求項１に記載のシール装置。
Ｄ１／Ｄ３≧０．４０        ・・・（２）
【請求項３】
下記式（３）に示す関係を更に満たすように、前記パッキンリングが構成されている、
請求項２に記載のシール装置。
Ｄ１／Ｄ３≦０．６０        ・・・（３）
【請求項４】
前記パッキンリングは、前記作動流体が前記軸方向に沿って流れたときに、前記下流側ジョイント面よりも上流側の部分に対して前記径方向の内側へ作用する力と、前記下流側ジョイント面よりも下流側の部分に対して前記径方向の外側に作用する力とが、互いに同じになるように構成されている、
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】
前記静止体は、前記溝の内部と前記溝よりも上流側に位置する空間との間を貫通する貫通孔Ｈが形成されている、
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】
前記静止体において前記溝の内部に設置されており、前記径方向において前記パッキンリングを押し付ける弾性体
を更に有する、
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】
請求項１から６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、タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンは、環境に対する負荷を低減する等の要請によって、タービン効率などの性能を向上することが求められている。タービン効率の向上のために、タービンには、たとえば、シール装置が設置されている。シール装置は、たとえば、パッキンリングを用いて回転体と静止体との間を密封することによって、回転体と静止体との間から蒸気などの作動流体が漏洩することを抑制する。
【０００３】
タービンの起動時および停止時においては、圧力変化および熱変形が大きいために、回転体と静止体との間の隙間が変化する場合がある。このため、シール装置においては、パッキンリングが、タービンロータなどの回転体に大きな力で接触する場合がある。その結果、破損等が生ずる場合がある。
【０００４】
このような問題を解決するために、さまざまなシール装置が提案されている。たとえば、間隙可変型のシール装置であって、タービンの起動時および停止時にパッキンリングを回転体へ押し付ける力をバネによって小さくするものが、提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６６６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４は、タービンの断面図である。図５は、タービンにおいて、タービン段落を拡大して示す断面図である。図４，図５では、回転軸ＡＸに沿った鉛直面に関して、各部を模式的に示している。なお、各図においては、図示の都合等によって各部の寸法比を適宜変更している。
【０００７】
図４に示すように、タービン１は、ケーシング２とタービンロータ３とを有する。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、回転軸ＡＸに沿った軸方向（アキシャル方向，スラスト方向）に複数設けられている。
【０００８】
タービン１においては、蒸気などの作動流体がケーシング２の入口２ａから内部に流入する。そして、作動流体は、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、作動流体は、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、タービンロータ３が回転軸ＡＸを中心にして回転する。そして、作動流体は、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から排出される。
【０００９】
以下より、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。
【００１０】
タービン１のうち、ケーシング２は、図４に示すように、たとえば、二重構造であって、内部ケーシング２１と外部ケーシング２２とを有する。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がタービンロータ３を内部に収容している。
【００１１】
ケーシング２においては、図４に示すように、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、タービンロータ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。
【００１２】
ノズルダイアフラム４は、図４および図５に示すように、ダイアフラム内輪４１と静翼４２とダイアフラム外輪４３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、回転軸ＡＸの径方向（ラジアル方向）においてタービンロータ３の周囲に配置されている。ノズルダイアフラム４は、ダイアフラム内輪４１とダイアフラム外輪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、ダイアフラム内輪４１とダイアフラム外輪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、回転軸ＡＸの径方向に延びる静翼４２の長さ（翼幅）が、作動流体が流れる方向に沿って順次長くなっている。
【００１３】
タービン１のうち、タービンロータ３は、円柱形状の棒状体（シャフト）であって、回転軸ＡＸに沿った軸方向に流れる作動流体によって回転するように構成されている。タービンロータ３は、回転軸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。タービンロータ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、タービンロータ３は、一端部に発電機（図示省略）が連結されており、タービンロータ３の回転により発電機が駆動して、発電が行われる。
【００１４】
タービンロータ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、回転軸ＡＸの径方向において外方に突き出ており、複数が回転軸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、タービンロータ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。
【００１５】
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、回転軸ＡＸの径方向に延びる動翼３１の高さ（翼幅）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。
【００１６】
図５に示すように、タービン段落においては、タービンロータ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５が設置されている。
【００１７】
図５に示すように、ノズルダイアフラム４においてダイアフラム内輪４１の内周面には、ホルダ４４が設置されている。ホルダ４４は、ダイアフラム内輪４１およびダイアフラム外輪４３と同様に、リング形状である。
【００１８】
シール装置５は、図５に示すように、パッキンリング５０Ａ，５０Ｂを含む。パッキンリング５０Ａ，５０Ｂは、間隙可変型であって、上流側Ｕｓと下流側Ｄｓとの圧力差に応じて、回転軸ＡＸに沿った軸方向、および、回転軸ＡＸの径方向に移動するように、ノズルダイアフラム４などの静止体に嵌合されている。タービン段落においては、２種類のパッキンリング５０Ａ，５０Ｂが設置されている。
【００１９】
２種類のパッキンリング５０Ａ，５０Ｂのうち、一方のパッキンリング５０Ａは、いわゆるノズルパッキンであって、ダイアフラム内輪４１に設置されたホルダ４４の内周面に嵌合され、タービンロータ３の外周面に対面している。そして、他方のパッキンリング５０Ｂは、いわゆるスピルストリップであって、ダイアフラム外輪４３の内周面に嵌合され、シュラウドリング３２の外周面に対面している。
【００２０】
図示を省略しているが、２種類のパッキンリング５０Ａ，５０Ｂのそれぞれは、円弧状のセグメント（図示なし）に分割されており、各セグメント（図示なし）がタービンロータ３の外周面を囲うように配置されている。
【００２１】
図６は、シール装置を拡大して示す断面図である。図６では、２種類のパッキンリング５０Ａ，５０Ｂのうち（図５参照）、ホルダ４４の内周面に嵌合された一方のパッキンリング５０Ａについて模式的に示している。また、図６では、パッキンリング５０Ａが、回転軸ＡＸに沿った軸方向において下流側Ｄｓに押し付けられると共に、回転軸ＡＸの径方向において内側へ押し付けられた状態を示している。
【００２２】
ホルダ４４は、図６に示すように、溝ＴＲが内周面に形成されている。溝ＴＲは、第１の溝ＴＲ１と第２の溝ＴＲ２とを有し、第２の溝ＴＲ２が第１の溝ＴＲ１よりも径方向において外側（図６では上側）に位置している。第１の溝ＴＲ１と第２の溝ＴＲ２との両者は、タービンロータ３の外周面の周りを囲うように、環状に形成されている。第１の溝ＴＲ１は、軸方向における幅が第２の溝ＴＲ２よりも広くなっている。
【００２３】
そして、ホルダ４４の溝ＴＲの内部には、一対の凸部４４１が形成されている。一対の凸部４４１は、第１の溝ＴＲ１の内部において径方向の内側（図６では下側）に位置しており、軸方向において隙間を介在して対面している。
【００２４】
また、ホルダ４４は、貫通孔Ｈが形成されている。貫通孔Ｈは、溝ＴＲの内部と、ホルダ４４よりも上流側Ｕｓに位置する空間との間を貫通している。具体的には、貫通孔Ｈは、ホルダ４４において上流側Ｕｓに位置する面と、第２の溝ＴＲ２において上流側Ｕｓに位置する面との間を貫通するように形成されている。
【００２５】
パッキンリング５０Ａは、図６に示すように、内側部５１Ａと外側部５２Ａとジョイント部５３Ａとを有する。パッキンリング５０Ａは、回転軸ＡＸに沿った軸方向において面対称であって、回転軸ＡＸに対して垂直な対称面が存在する。パッキンリング５０Ａにおいて、内側部５１Ａと外側部５２Ａとジョイント部５３Ａとのそれぞれは、タービンロータ３の外周面の周りを囲うように、環状に形成されている。
【００２６】
パッキンリング５０Ａのうち、内側部５１Ａは、ホルダ４４の内周面よりも径方向の内側（図６では下側）に位置している。内側部５１Ａは、軸方向における幅が、一対の凸部４４１の間に位置する隙間よりも広くなるように形成されている。
【００２７】
パッキンリング５０Ａのうち、外側部５２Ａは、内側部５１Ａよりも径方向の外側（図６では上側）に位置している。外側部５２Ａは、ホルダ４４の溝ＴＲの内部に収容されている。外側部５２Ａは、軸方向における幅が、一対の凸部４４１の間に位置する隙間よりも広く、かつ、内側部５１Ａよりも狭くなるように形成されている。
【００２８】
パッキンリング５０Ａのうち、ジョイント部５３Ａは、径方向において内側部５１Ａと外側部５２Ａとの間に介在しており、内側部５１Ａと外側部５２Ａとの間を連結している。ジョイント部５３Ａは、軸方向における幅が、内側部５１Ａと外側部５２Ａとの両者よりも狭い。ジョイント部５３Ａは、ホルダ４４の溝ＴＲの内部において一対の凸部４４１に挟まれている。ここでは、ジョイント部５３Ａは、軸方向において下流側Ｄｓに位置する下流側ジョイント面ＳＪａ（スチームジョイント面）と、上流側Ｕｓに位置する上流側ジョイント面ＳＪｂとを有し、それぞれが一対の凸部４４１のそれぞれに対面している。また、ジョイント部５３Ａは、軸方向における幅が、一対の凸部４４１の間に位置する隙間よりも狭い。
【００２９】
パッキンリング５０Ａにおいて内側部５１Ａの内周面には、複数のフィン６０（ストリップ）が設けられている。複数のフィン６０は、軸方向に沿って並ぶように配置されており、最も下流側Ｄｓに設けられた最下流フィン６０ａと、最も上流側Ｕｓに設けられた最上流フィン６０ｂとを含む。複数のフィン６０は、タービンロータ３の外周面の周りを囲うように環状に形成されており、径方向において内側部５１Ａの内周面から内側に突出している。複数のフィン６０は、径方向において外側から内側へ向かうに伴って幅が狭くなるように形成されている。また、複数のフィン６０は、径方向に突出した長さが、長いものと短いものとを有する。複数のフィン６０は、たとえば、パッキンリング５０Ａと同じ金属材料を用いて形成されている。
【００３０】
図６に示すように、パッキンリング５０Ａは、最下流フィン６０ａの先端と下流側ジョイント面ＳＪａとが軸方向において離れた距離Ｄ１、および、最上流フィン６０ｂの先端と上流側ジョイント面ＳＪｂとが軸方向において離れた距離Ｄ２が、たとえば、同じになるように形成されている（つまり、Ｄ１＝Ｄ２）。
【００３１】
また、パッキンリング５０Ａにおいて、内側部５１Ａは、下流側Ｄｓの一端５１Ａａと下流側ジョイント面ＳＪａとが軸方向において離れた距離Ｄ１ａ、および、上流側Ｕｓの他端５１Ａｂと上流側ジョイント面ＳＪｂとが軸方向において離れた距離Ｄ２ｂが、たとえば、同じになるように形成されている（つまり、Ｄ１ａ＝Ｄ２ｂ）。
【００３２】
上述したように、パッキンリング５０Ａは、上流側Ｕｓと下流側Ｄｓとの圧力差に応じて、回転軸ＡＸに沿った軸方向、および、回転軸ＡＸの径方向に移動するように、ホルダ４４に嵌合されている。
【００３３】
具体的には、作動流体が回転軸ＡＸに沿った軸方向に流れるときには、パッキンリング５０Ａよりも上流側Ｕｓの圧力Ｐ１が、下流側Ｄｓの圧力Ｐ２よりも高い状態になる。ホルダ４４の貫通孔Ｈは、溝ＴＲの内部と、その溝ＴＲよりも上流側Ｕｓに位置する空間との間を連通している。このため、パッキンリング５０Ａは、回転軸ＡＸに沿った軸方向において、上流側Ｕｓから下流側Ｄｓへ向かって押し付けられ、下流側ジョイント面ＳＪａが、一対の凸部４４１のうち下流側Ｄｓに位置する一方の凸部４４１に接近する。この他に、回転軸ＡＸの径方向においてパッキンリング５０Ａの全体を内側へ移動させる力が、パッキンリング５０Ａの全体を外側へ移動させる力よりも大きくなったときには、内側部５１Ａの内周面が、タービンロータ３の外周面（凹凸面）に接近すると共に、外側部５２Ａの内周面が一対の凸部４４１に接近する。
【００３４】
このようにして、シール装置５は、タービンロータ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。
【００３５】
しかしながら、上記のパッキンリング５０Ａは、タービンロータ３の外周面へ押し付けられる力が、回転軸ＡＸに沿った軸方向において均一でない。このため、タービンロータ３などの回転体の破損防止、フィン６０の破損防止、振動の抑制等を十分に実現することが容易でない場合がある。
【００３６】
図７は、パッキンリングの圧力分布を示す図である。図７において、横軸は、回転軸ＡＸに沿った軸方向の位置ｘ（幅方向の位置）を示し、縦軸は、圧力Ｐを示している。また、図７において、実線は、パッキンリング５０Ａの外周面（図６では上面）に対して、回転軸ＡＸの径方向において外側から内側へ加えられる圧力の分布Ｄｐ１を示している。これに対して、破線は、パッキンリング５０Ａの内周面（図６では下面）に対して、回転軸ＡＸの径方向において内側から外側へ加えられる圧力の分布Ｄｐ２を示している。なお、図７に示す横軸のうち、ｘａは内側部５１Ａにおいて下流側に位置する一端５１Ａａの位置であり、ｘｂは内側部５１Ａにおいて上流側に位置する他端５１Ａｂの位置であり、ｘｊは下流側ジョイント面ＳＪａの位置である。
【００３７】
図７において実線（Ｄｐ１）で示すように、パッキンリング５０Ａの外周面（図６では上面）のうち下流側ジョイント面ＳＪａよりも上流側Ｕｓの部分（図６では左側、図７ではｘｂとｘｊとの間）には、上流側Ｕｓの圧力Ｐ１が加わる。パッキンリング５０Ａの外周面（図６では上面）のうち下流側ジョイント面ＳＪａよりも下流側Ｄｓの部分（図６では右側、図７ではｘｊとｘａとの間）には、上流側Ｕｓの圧力Ｐ１よりも低い下流側Ｄｓの圧力Ｐ２が加わる。これに対して、図７において破線（Ｄｐ２）で示すように、パッキンリング５０Ａの内周面（図６では下面）に加わる圧力は、回転軸ＡＸに沿った軸方向において、上流側Ｕｓの圧力Ｐ１から下流側Ｄｓの圧力Ｐ２へ一定の割合で減少する。
【００３８】
パッキンリング５０Ａは、外周面に作用する圧力（Ｄｐ１）と内周面に作用する圧力（Ｄｐ２）とを合わせた力が、回転軸ＡＸに沿った軸方向において分布する。このため、パッキンリング５０Ａのうち下流側ジョイント面ＳＪａよりも上流側Ｕｓの部分（図７ではｘｂとｘｊとの間）に対しては、径方向において内側へ押しこむ第１の力Ｆ１（Ｄｐ１とＤｐ２）との合力の積分値（三角形の面積に相当）が作用する。そして、パッキンリング５０Ａのうち下流側ジョイント面ＳＪａよりも下流側Ｄｓの部分（図７ではｘｊとｘａとの間）に対しては、径方向において外側へ押し広げる第２の力Ｆ２が作用する。
【００３９】
上記のパッキンリング５０Ａは、図７から判るように、上流側Ｕｓの部分に対して径方向の内側へ押しこむ第１の力Ｆ１は、下流側Ｄｓの部分に対して径方向の外側へ押し広げる第２の力Ｆ２よりも大きい（破線と実線とによって区画される三角形の面積に関して、Ｆ１の方がＦ２よりも大きい）。このように、上記のパッキンリング５０Ａは、径方向に作用する圧力の分布が、回転軸ＡＸに沿った軸方向において一定でない。つまり、パッキンリング５０Ａは、タービンロータ３の外周面に押し付けられる力が軸方向において均一でない。
【００４０】
このため、パッキンリング５０Ａがタービンロータ３に大きな力で接触し、摩擦熱の発生等によって、タービンロータ３が変形して破損する場合がある。また、フィン６０が摩耗によって破損する場合や、振動が発生する場合がある。その結果、シール性能を向上させることが容易でない場合がある。特に、パッキンリング５０Ａの上流側Ｕｓと下流側Ｄｓとの間の圧力差が大きく変動する場合に、この問題が顕在化する場合がある。
【００４１】
上記のパッキンリング５０Ａの他に、他のパッキンリング５０Ｂ（図５参照）等に関しても、同様な課題がある。
【００４２】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、回転体およびフィン破損防止、振動の抑制等を十分に実現可能であって、流体の漏れを効果的に低減可能な、シール装置、および、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】
【００４３】
実施形態のシール装置は、回転軸に沿った軸方向に流れる作動流体によって回転する回転体と、その回転軸の径方向において回転体の周囲に配置されている静止体との間を密封する。実施形態のシール装置は、パッキンリングを有し、パッキンリングは、上流側と下流側との圧力差に応じて軸方向および径方向に移動するように静止体に嵌合されている。静止体は、内周面に溝が形成されていると共に、その溝の内部に一対の凸部が軸方向において間を隔てて対面している。パッキンリングは、内側部と外側部とジョイント部とを有する。内側部は、静止体において溝が形成された内周面よりも径方向において内側に位置している。外側部は、内側部よりも径方向において外側に位置しており、静止体の溝の内部に収容されている。ジョイント部は、内側部と外側部との間を連結しており、静止体の溝の内部において一対の凸部に挟まれている。パッキンリングの内側部の内周面には、複数のフィンが軸方向に沿って設けられている。複数のフィンのうち最も下流側に設けられた最下流フィンとジョイント部のうち下流側に位置する下流側ジョイント面とが軸方向において離れた第１の距離Ｄ１、および、複数のフィンのうち最も上流側に設けられた最上流フィンとジョイント部のうち上流側に位置する上流側ジョイント面とが軸方向において離れた第２の距離Ｄ２が、下記式（１）に示す関係を満たす。
Ｄ１＞Ｄ２        ・・・（１）
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、実施形態のタービンにおいて、シール装置を拡大して示す断面図である。
【図２】図２は、実施形態において、パッキンリングの圧力分布を示す図である。
【図３】図３は、変形例１のシール装置を拡大して示す断面図である。
【図４】図４は、タービンの断面図である。
【図５】図５は、タービンにおいて、タービン段落を拡大して示す断面図である。
【図６】図６は、シール装置を拡大して示す断面図である。
【図７】図７は、パッキンリングの圧力分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４６】
［Ａ］構成
図１は、実施形態のタービンにおいて、シール装置を拡大して示す断面図である。図１では、図６と同様に、パッキンリング５０が回転軸ＡＸに沿った軸方向（図１では横方向）において下流側Ｄｓ（図１では右側）に押し付けられると共に、回転軸ＡＸの径方向（図１では、縦方向、紙面に垂直な方向など）において内側（図１では下側）へ押し付けられた状態を示している。
【００４７】
図１に示すように、本実施形態は、シール装置５を構成するパッキンリング５０、および、そのパッキンリング５０に関連する点を除き、上述した関連技術（図４，図５，図６などを参照）の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の記載と重複する個所については、適宜、説明を省略する。
【００４８】
シール装置５は、関連技術の場合と同様に、タービンロータ３と、ノズルダイアフラム４（図５参照）に設置されたホルダ４４との間を、密封するように構成されている。ここでは、シール装置５は、間隙可変型のパッキンリング５０を有している。パッキンリング５０は、上流側Ｕｓと下流側Ｄｓとの圧力差に応じて、回転軸ＡＸに沿った軸方向、および、回転軸ＡＸの径方向に移動するように、ホルダ４４に嵌合されている。
【００４９】
ホルダ４４は、関連技術の場合と同様に、内周面に溝ＴＲが形成されている。具体的には、溝ＴＲは、第１の溝ＴＲ１と第２の溝ＴＲ２とを有し、第２の溝ＴＲ２が第１の溝ＴＲ１よりも径方向において外側（図１では上側）に位置している。そして、溝ＴＲの内部には、一対の凸部４４１が形成されている。一対の凸部４４１は、第１の溝ＴＲ１の内部において径方向の内側（図１では下側）に位置しており、回転軸ＡＸに沿った軸方向において隙間を介在して対面している。また、ホルダ４４においては、貫通孔Ｈが形成されている。
【００５０】
パッキンリング５０は、関連技術の場合と同様に、内側部５１と外側部５２とジョイント部５３とを有する。内側部５１は、ホルダ４４において溝ＴＲが形成された内周面よりも径方向において内側（図１では下側）に位置している。外側部５２は、内側部５１よりも径方向において外側（図１では上側）に位置しており、ホルダ４４の溝ＴＲの内部に収容されている。ジョイント部５３は、内側部５１と外側部５２との間を連結しており、ホルダ４４の溝ＴＲの内部において、一対の凸部４４１に挟まれている。また、パッキンリング５０において、内側部５１の内周面には、複数のフィン６０が、回転軸ＡＸに沿った軸方向に並んでいる。
【００５１】
しかしながら、本実施形態では、図１に示すように、パッキンリング５０は、関連技術の場合と異なり、回転軸ＡＸに沿った軸方向において、面対称になっていない。
【００５２】
具体的には、パッキンリング５０は、最下流フィン６０ａの先端と下流側ジョイント面ＳＪａとが軸方向において離れた距離Ｄ１（第１の距離）、および、最上流フィン６０ｂの先端と上流側ジョイント面ＳＪｂとが軸方向において離れた距離Ｄ２（第２の距離）が、下記式（１）に示す関係を満たしている。
【００５３】
Ｄ１＞Ｄ２        ・・・（１）
【００５４】
また、パッキンリング５０において、内側部５１は、下流側Ｄｓの一端５１ａと下流側ジョイント面ＳＪａとが軸方向において離れた距離Ｄ１ａ、および、上流側Ｕｓの他端５１ｂと上流側ジョイント面ＳＪｂとが軸方向において離れた距離Ｄ２ｂが、下記式（１ａ）に示す関係を満たしている。
【００５５】
Ｄ１ａ＞Ｄ２ｂ        ・・・（１ａ）
【００５６】
パッキンリング５０は、最下流フィン６０ａの先端と下流側ジョイント面ＳＪａとが軸方向において離れた距離Ｄ１（第１の距離）、および、最下流フィン６０ａの先端と最上流フィン６０ｂの先端とが軸方向において離れた距離Ｄ３（第３の距離）が、下記式（２）と下記式（３）とに示す関係を満たすことが好ましい。
【００５７】
Ｄ１／Ｄ３≧０．４０        ・・・（２）
【００５８】
Ｄ１／Ｄ３≦０．６０        ・・・（３）
【００５９】
たとえば、パッキンリング５０は、図１に示すように、最下流フィン６０ａの先端と下流側ジョイント面ＳＪａとが軸方向において離れた距離Ｄ１（第１の距離）、および、最下流フィン６０ａの先端と最上流フィン６０ｂの先端とが軸方向において離れた距離Ｄ３（第３の距離）が、互いに同じであることが更に好ましい（つまり、Ｄ１／Ｄ３＝０．５）。
【００６０】
これと共に、パッキンリング５０において、内側部５１は、図１に示すように、下流側Ｄｓの一端５１ａと下流側ジョイント面ＳＪａとが軸方向において離れた距離Ｄ１ａ、および、上流側Ｕｓの他端５１ｂと下流側ジョイント面ＳＪａとが軸方向において離れた距離Ｄ２ａが、互いに同じであることが更に好ましい（つまり、Ｄ１ａ＝Ｄ２ａ）。
【００６１】
［Ｂ］作用・効果
以下より、本実施形態のパッキンリング５０の作用および効果に関して説明する。
【００６２】
上述したように、本実施形態のパッキンリング５０は、関連技術の場合と同様に、上流側Ｕｓと下流側Ｄｓとの圧力差に応じて、回転軸ＡＸに沿った軸方向、および、回転軸ＡＸの径方向に移動するように、ホルダ４４に嵌合されている。
【００６３】
具体的には、作動流体が回転軸ＡＸに沿った軸方向に流れるときには、パッキンリング５０よりも上流側Ｕｓの圧力Ｐ１が、下流側Ｄｓの圧力Ｐ２よりも高い状態になる。ホルダ４４の貫通孔Ｈは、溝ＴＲの内部と、その溝ＴＲよりも上流側Ｕｓに位置する空間との間を連通している。このため、パッキンリング５０は、回転軸ＡＸに沿った軸方向において、上流側Ｕｓから下流側Ｄｓへ向かって押し付けられ、下流側ジョイント面ＳＪａが、一対の凸部４４１のうち下流側Ｄｓに位置する一方の凸部４４１に接近する。この他に、回転軸ＡＸの径方向においてパッキンリング５０の全体を内側へ移動させる力が、パッキンリング５０の全体を外側へ移動させる力よりも大きくなったときには、内側部５１の内周面が、タービンロータ３の外周面（凹凸面）に接近すると共に、外側部５２Ａの内周面が一対の凸部４４１に接近する。このようにして、シール装置５は、タービンロータ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。
【００６４】
図２は、実施形態において、パッキンリングの圧力分布を示す図である。図２では、図７と同様に、横軸は、回転軸ＡＸに沿った軸方向の位置ｘ（幅方向の位置）を示し、縦軸は、圧力Ｐを示している。また、図２においては、図７と同様に、実線は、パッキンリング５０の外周面（図１では上面）に対して、回転軸ＡＸの径方向において外側から内側へ加えられる圧力の分布Ｄｐ１を示している。これに対して、破線は、パッキンリング５０の内周面（図１では下面）に対して、回転軸ＡＸの径方向において内側から外側へ加えられる圧力の分布Ｄｐ２を示している。なお、図２に示す横軸のうち、ｘａは内側部５１Ａにおいて下流側に位置する一端５１ａの位置であり、ｘｂは内側部５１Ａにおいて上流側に位置する他端５１ｂの位置であり、ｘｊは下流側ジョイント面ＳＪａの位置である。
【００６５】
図２において実線（Ｄｐ１）で示すように、パッキンリング５０の外周面（図１では上面）のうち下流側ジョイント面ＳＪａよりも上流側Ｕｓの部分（図１では左側、図２ではｘｂとｘｊとの間）には、上流側Ｕｓの圧力Ｐ１が加わる。パッキンリング５０の外周面（図１では上面）のうち下流側ジョイント面ＳＪａよりも下流側Ｄｓの部分（図１では右側、図２ではｘｊとｘａとの間）には、上流側Ｕｓの圧力Ｐ１よりも低い下流側Ｄｓの圧力Ｐ２が加わる。これに対して、図２において破線（Ｄｐ２）で示すように、パッキンリング５０の内周面（図１では下面）に加わる圧力は、回転軸ＡＸに沿った軸方向において、上流側Ｕｓの圧力Ｐ１から下流側Ｄｓの圧力Ｐ２へ一定の割合で減少する。
【００６６】
パッキンリング５０は、外周面に作用する圧力（Ｄｐ１）と内周面に作用する圧力（Ｄｐ２）とを合わせた力が、回転軸ＡＸに沿った軸方向において分布する。このため、パッキンリング５０のうち下流側ジョイント面ＳＪａよりも上流側Ｕｓの部分（図２ではｘｂとｘｊとの間）に対しては、径方向において内側へ押しこむ第１の力Ｆ１が作用する。そして、パッキンリング５０のうち下流側ジョイント面ＳＪａよりも下流側Ｄｓの部分（図２ではｘｊとｘａとの間）に対しては、径方向において外側へ押し広げる第２の力Ｆ２が作用する。
【００６７】
本実施形態のパッキンリング５０は、図２から判るように、回転軸ＡＸに沿った軸方向に作動流体が流れたときに、下流側ジョイント面ＳＪａよりも上流側Ｕｓの部分に対して径方向の内側へ作用する第１の力Ｆ１と、下流側ジョイント面ＳＪａよりも下流側Ｄｓの部分に対して径方向の外側に作用する第２の力Ｆ２とが、互いに同じである（破線と実線とによって区画される三角形の面積に関して、Ｆ１とＦ２とが同じ）。すなわち、パッキンリング５０において径方向に作用する圧力の分布は、回転軸ＡＸに沿った軸方向において、下流側ジョイント面ＳＪａを基準にして、上流側Ｕｓと下流側Ｄｓとの間においてバランスがとれている。本実施形態では、上流側Ｕｓの圧力Ｐ１と下流側Ｄｓの圧力Ｐ２との差が大きく変動した場合であっても、上記のようにバランスがとれた状態が保持されるので、パッキンリング５０がタービンロータ３に大きな力で接触しにくい。
【００６８】
したがって、本実施形態では、パッキンリング５０によってタービンロータ３が変形して破損することを、効果的に防止することができる。同様に、本実施形態では、パッキンリング５０に形成されたフィン６０の破損を効果的に防止可能であると共に、振動の発生等を効果的に抑制可能である。その結果、本実施形態においては、シール性能を向上させることができる。また、本実施形態では、タービンなどのように回転体を含む回転機器について、信頼性を向上することができる。
【００６９】
［Ｃ］変形例
［Ｃ−１］変形例１
図３は、変形例１のシール装置を拡大して示す断面図である。図３では、図１と同様に、パッキンリング５０が回転軸ＡＸに沿った軸方向（図３では横方向）において下流側Ｄｓ（図３では右側）に押し付けられると共に、回転軸ＡＸの径方向（図３では、縦方向、紙面に垂直な方向など）において内側（図３では下側）へ押し付けられた状態を示している。
【００７０】
図３に示すように、ホルダ４４において溝ＴＲの内部に、弾性体７０を設置してもよい。弾性体７０は、たとえば、板バネである。回転軸ＡＸの径方向において、外側から内側へパッキンリング５０を押し付けるように構成されている。弾性体７０は、板バネの他に、つるまきバネ、皿バネなどの各種バネであってもよい。なお、上記の他に、回転軸ＡＸの径方向において、内側から外側へパッキンリング５０を押し付ける弾性体を設けてもよい。
【００７１】
［Ｃ−２］変形例２
上記の実施形態では、最下流フィン６０ａと下流側ジョイント面ＳＪａとが軸方向において離れた距離Ｄ１、および、最下流フィン６０ａと最上流フィン６０ｂとが軸方向において離れた距離Ｄ３が、互いに同じである場合（つまり、Ｄ１／Ｄ３＝０．５）について説明したが、これに限らない。同様に、内側部５１において下流側Ｄｓの一端５１ａと下流側ジョイント面ＳＪａとが軸方向において離れた距離Ｄ１ａ、および、内側部５１において上流側Ｕｓの他端５１ｂと下流側ジョイント面ＳＪａとが軸方向において離れた距離Ｄ２ａが、互いに同じである場合（つまり、Ｄ１ａ＝Ｄ２ａ）について説明したが、これに限らない。上述したように、式（２），式（３）に示す関係を満たすように各部を構成することが好ましい。これにより、タービンロータ３の破損、フィン６０の破損、振動の発生等を効果的に防止可能であり、シール性能を向上させることができる。
【００７２】
［Ｃ−３］変形例３
本実施形態では、パッキンリング５０は、上流側Ｕｓの圧力と下流側Ｄｓの圧力との差に応じて下流側ジョイント面ＳＪａの位置を軸方向において関連技術から調整している。この他に、下流側ジョイント面ＳＪａの摩擦力などのように、パッキンリング５０に作用する他の力を考慮して、下流側ジョイント面ＳＪａの位置を更に調整してもよい。
【００７３】
［Ｃ−４］変形例４
本実施形態では、パッキンリング５０が、いわゆるノズルパッキンである場合について説明したが、これに限らない。いわゆるスピルストリップとしてパッキンリング５０を使用してもよい。この他に、いわゆるグランドパッキンとしてパッキンリング５０を使用してもよい。すなわち、回転軸ＡＸに沿った軸方向に流れる作動流体によって回転する回転体と、回転軸ＡＸの径方向において回転体の周囲に配置されている静止体との間を密封するために、適宜、パッキンリング５０を使用可能である。
【００７４】
＜その他＞
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】
【００７５】
１…タービン、２…ケーシング、２ａ…入口、２ｂ…出口、３…タービンロータ、４…ノズルダイアフラム、５…シール装置、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…ダイアフラム内輪、４２…静翼、４３…ダイアフラム外輪、４４…ホルダ、５０…パッキンリング、５０Ａ…パッキンリング、５０Ｂ…パッキンリング、５１…内側部、５１Ａ…内側部、５２…外側部、５２Ａ…外側部、５３…ジョイント部、５３Ａ…ジョイント部、６０…フィン、６０ａ…最下流フィン、６０ｂ…最上流フィン、７０…弾性体、４４１…凸部、ＡＸ…回転軸、Ｄｓ…下流側、Ｈ…貫通孔、ＳＪａ…下流側ジョイント面、ＳＪｂ…上流側ジョイント面、ＴＲ…溝、Ｕｓ…上流側
【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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