(57)【要約】【課題】過渡状態において、シールセグメントの半径方向の移動をスムースにすると共に作動流体の漏洩を防止することができるラビリンスシール装置を提供する。【解決手段】実施の形態によるラビリンスシール装置４０は、ホルダ開口部５４の一部を画定する開口壁面５５を有するシールホルダ５０と、シールホルダ５０に対して半径方向に移動可能なシールセグメント６０と、を備えている。シールセグメント６０は、開口壁面５５に当接可能な当接部６３を有している。シールセグメント６０の内周面にシールフィン７０が設けられ、シールセグメント６０は、主弾性体８０によって内周側に付勢されている。主弾性体８０は、軸方向において当接部６３の軸方向中心位置より低圧室３１ｂの側に配置されている。【選択図】図５
2016084861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流型ターボ機械の圧力容器に回転可能な回転体が貫通し、前記回転体の軸方向に並んで配置される高圧室と低圧室とを隔てるラビリンスシール装置であって、
前記圧力容器に固定されると共に前記高圧室と前記低圧室との間に介在されるシールホルダであって、ホルダ開口部を介して前記回転体の側に開口するホルダ室と、前記ホルダ開口部の一部を画定する開口壁面と、を有するシールホルダと、
前記シールホルダに対して半径方向に移動可能なシールセグメントであって、前記ホルダ室内に収容されて前記シールホルダに保持される被保持部と、前記シールホルダより内周側に設けられたフィン取付部と、前記シールホルダの前記ホルダ開口部を貫通して前記被保持部と前記フィン取付部とを連結し、前記シールホルダの前記開口壁面に当接可能な当接部と、を有するシールセグメントと、
前記シールセグメントの前記フィン取付部の内周面に設けられたシールフィンと、
前記シールセグメントを内周側に付勢する主弾性体と、を備え、
前記回転体の回転軸線を含む断面であって、前記高圧室が前記シールホルダの左側に位置付けられると共に前記低圧室が前記シールホルダの右側に位置付けられる断面で見たときに、前記シールセグメントは、前記高圧室と前記低圧室との差圧によって、前記シールホルダの前記開口壁面から、前記開口壁面の半径方向中心位置であって前記当接部の軸方向中心位置を中心とする時計回りのモーメントを受け、
前記主弾性体は、軸方向において前記当接部の軸方向中心位置より前記低圧室の側に配置され、前記シールセグメントに時計回りのモーメントを付与するように前記シールセグメントを付勢していることを特徴とするラビリンスシール装置。
【請求項２】
前記シールセグメントを内周側に付勢する第２の主弾性体を更に備え、
前記第２の主弾性体は、軸方向において前記当接部の軸方向中心位置より前記高圧室の側に配置され、前記断面で見たときに、前記シールセグメントに前記開口壁面の半径方向中心位置であって前記当接部の軸方向中心位置を中心とする反時計回りのモーメントを付与するように前記シールセグメントを付勢し、
前記第２の主弾性体により付与される反時計回りのモーメントは、前記主弾性体により付与される時計回りのモーメントより小さいことを特徴とする請求項１に記載のラビリンスシール装置。
【請求項３】
前記第２の主弾性体の弾性係数は、前記主弾性体の弾性係数より小さいことを特徴とする請求項２に記載のラビリンスシール装置。
【請求項４】
軸流型ターボ機械の圧力容器に回転可能な回転体が貫通し、前記回転体の軸方向に並んで配置される高圧室と低圧室とを隔てるラビリンスシール装置であって、
前記圧力容器に固定されると共に前記高圧室と前記低圧室との間に介在されるシールホルダであって、ホルダ開口部を介して前記回転体の側に開口するホルダ室と、前記ホルダ開口部の一部を画定する開口壁面と、を有するシールホルダと、
前記シールホルダに対して半径方向に移動可能なシールセグメントであって、前記ホルダ室内に収容されて前記シールホルダに保持される被保持部と、前記シールホルダより内周側に設けられたフィン取付部と、前記シールホルダの前記ホルダ開口部を貫通して前記被保持部と前記フィン取付部とを連結し、前記シールホルダの前記開口壁面に当接可能な当接部と、を有するシールセグメントと、
前記シールセグメントの前記フィン取付部の内周面に設けられたシールフィンと、
前記シールセグメントを内周側に付勢する主弾性体と、
前記シールセグメントを付勢する補助弾性体と、を備え、
前記回転体の回転軸線を含む断面であって、前記高圧室が前記シールホルダの左側に位置付けられると共に前記低圧室が前記シールホルダの右側に位置付けられる断面で見たときに、前記シールセグメントは、前記高圧室と前記低圧室との差圧によって、前記シールホルダの前記開口壁面から、前記開口壁面の半径方向中心位置であって前記当接部の軸方向中心位置を中心とする時計回りのモーメントを受け、
前記補助弾性体は、前記シールセグメントに時計回りのモーメントを付与するように前記シールセグメントを付勢していることを特徴とするラビリンスシール装置。
【請求項５】
前記補助弾性体は、前記シールセグメントを外周側に付勢すると共に、軸方向において、前記当接部の軸方向中心位置より前記高圧室の側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のラビリンスシール装置。
【請求項６】
前記補助弾性体の付勢力は、前記主弾性体の付勢力と、前記シールセグメントの前記フィン取付部が前記高圧室内の流体から受ける内周側への押圧力と、前記フィン取付部が前記低圧室内の流体から受ける内周側への押圧力との合力より小さいことを特徴とする請求項５に記載のラビリンスシール装置。
【請求項７】
前記補助弾性体は、前記シールセグメントを内周側に付勢すると共に、軸方向において、前記当接部の軸方向中心位置より前記低圧室の側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のラビリンスシール装置。
【請求項８】
軸流型ターボ機械の圧力容器に回転可能な回転体が貫通し、前記回転体の軸方向に並んで配置される高圧室と低圧室とを隔てるラビリンスシール装置であって、
前記圧力容器に固定されると共に前記高圧室と前記低圧室との間に介在されるシールホルダであって、ホルダ開口部を介して前記回転体の側に開口するホルダ室と、前記ホルダ開口部の一部を画定する開口壁面と、を有するシールホルダと、
前記シールホルダに対して半径方向に移動可能なシールセグメントであって、前記ホルダ室内に収容されて前記シールホルダに保持される被保持部と、前記シールホルダより内周側に設けられたフィン取付部と、前記シールホルダの前記ホルダ開口部を貫通して前記被保持部と前記フィン取付部とを連結し、前記シールホルダの前記開口壁面に当接可能な当接部と、を有するシールセグメントと、
前記シールセグメントの前記フィン取付部の内周面に設けられたシールフィンと、
前記シールセグメントを内周側に付勢する主弾性体と、を備え、
前記回転体の回転軸線を含む断面であって、前記高圧室が前記シールホルダの左側に位置付けられると共に前記低圧室が前記シールホルダの右側に位置付けられる断面で見たときに、前記シールセグメントは、前記高圧室と前記低圧室との差圧によって、前記シールホルダの前記開口壁面から、前記開口壁面の半径方向中心位置であって前記当接部の軸方向中心位置を中心とする時計回りのモーメントを受け、
前記フィン取付部は、軸方向において前記当接部の軸方向中心位置より前記高圧室の側に設けられた高圧側フィン取付部と、前記当接部の軸方向中心位置より前記低圧室の側に設けられた低圧側フィン取付部と、を含み、
前記低圧側フィン取付部の軸方向長さは、前記高圧側フィン取付部の軸方向長さより長いことを特徴とするラビリンスシール装置。
【請求項９】
前記回転体と、前記高圧室と、前記低圧室と、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の前記ラビリンスシール装置と、を備えたことを特徴とする軸流型ターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、ラビリンスシール装置および軸流型ターボ機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン、ガスタービン、コンプレッサなどの軸流型ターボ機械は、作動流体を密閉する圧力容器（例えば、タービンのケーシング）の内部に設けられた回転体（例えば、タービンロータ）を有している。回転体は、その軸方向に並んで配置された互いに圧力が異なる複数の圧力室を貫通して、圧力容器の外側に延びるように構成されている。回転体が各圧力室を隔てる圧力隔壁（例えばダイアフラム内輪）や圧力容器を貫通する部分には、圧力差による作動流体の漏洩を抑制するために軸シール装置が設けられている。事業用の発電システム、大型の自家発電システム、大型の給水ポンプシステムに利用するターボ機械では、軸シール装置としてラビリンスシール装置を使用することが一般的である。
【０００３】
図１５に、一般的なラビリンスシール装置１１０が示されている。図１５に示すように、軸流型ターボ機械の回転体１００が、高圧室１０１ａと低圧室１０１ｂとを隔てるシールホルダ１２０を貫通している。シールホルダ１２０は圧力容器１０２（図１６参照）に固定されており、このシールホルダ１２０にシールセグメント１３０が保持されている。シールセグメント１３０は、シールホルダ１２０に対して半径方向に移動可能になっている。シールセグメント１３０の内周面に、シールフィン１４０が設けられている。
【０００４】
シールホルダ１２０のホルダ室１２１内に板ばね１５０が設けられており、この板ばね１５０がシールセグメント１３０を内周側に付勢し押圧している。シールセグメント１３０は、図１６に示すように、板ばね１５０と共に、回転体１００の周囲に複数設けられており、周方向に配列されている。これらのシールセグメント１３０がシールホルダ１２０によって保持されている。
【０００５】
図１５には、定常状態でのシールセグメント１３０の位置が示されている。定常状態では、回転体１００は、半径方向においてほぼ一定の位置に静止しながら回転する。一方、シールセグメント１３０は、上述した板ばね１５０から内周側に付勢されている。このことにより、シールセグメント１３０のうちホルダ室１２１内に配置されたアゴ部１３１が、シールホルダ１２０の基準面１２２に当接し、この当接した状態が維持される。
【０００６】
このため、回転体１００とシールフィン１４０との間に所定の隙間が確保され、回転体１００がシールフィン１４０に接触することが防止される。この場合、シールセグメント１３０は、回転体１００から半径方向の力を受けない。また、回転体１００とシールフィン１４０との間の隙間の流体抵抗によって、当該隙間を通過して高圧室１０１ａから低圧室１０１ｂへ作動流体が漏洩することが抑制される。
【０００７】
また、シールセグメント１３０は、高圧室１０１ａと低圧室１０１ｂとの差圧によって低圧室１０１ｂの側に押圧される。このことにより、シールセグメント１３０の当接部１３２の当接面１３３がシールホルダ１２０のジョイント面１２３に当接し、この当接した状態が維持される。ジョイント面１２３とシールセグメント１３０の当接面１３３は滑らかに機械加工されており、当接時にこれらの面の間を作動流体が通過することを抑制し、ホルダ室１２１を経由して高圧室１０１ａから低圧室１０１ｂに作動流体が漏洩することを抑制している。
【０００８】
軸流型ターボ機械の起動停止時や出力変化時などの過渡状態では、回転体１００の振動状態の変化や圧力容器１０２の熱変形などが原因で、回転体１００が半径方向に移動してシールフィン１４０に接触し、シールセグメント１３０が回転体１００からシールフィン１４０を介して半径方向の力を受ける。この半径方向の力が所定の値より大きい場合、シールセグメント１３０が外周側に移動し、シールホルダ１２０の基準面１２２からシールセグメント１３０のアゴ部１３１が離間する。このことにより、回転体１００とシールフィン１４０との重接触（heavy rubbing）を回避することができ、シールフィン１４０の摩耗や回転体１００の表面損傷を防止することができる。このような過渡状態が図１７に示されている。
【０００９】
一方、近年では、シールセグメントを内周側ではなく外周側に付勢し、定常状態ではシールホルダのホルダ室内に高圧室の作動流体の一部を導くことによりシールセグメントを内周側に押圧するラビリンスシール装置が知られている。このようなラビリンスシール装置の過渡状態では、高圧室と低圧室との差圧が小さいため、シールセグメントは付勢力によって外周側に移動し、回転体とシールフィンとの重接触を回避することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１５４８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１７には、過渡状態においてシールセグメント１３０に作用する力が示されている。これらの力を示す符号と、各部の距離を示す符号の説明を以下に記す。
ＦＳ：シールセグメント１３０が板ばね１５０から受ける付勢力
ＦＨ：シールセグメント１３０のフィン取付部１３４の高圧室１０１ａの側の部分が高圧室１０１ａ内の作動流体から受ける内周側への押圧力
ＦＬ：シールセグメント１３０のフィン取付部１３４の低圧室１０１ｂの側の部分が低圧室１０１ｂ内の作動流体から受ける内周側への押圧力
Ｓ：高圧室１０１ａと低圧室１０１ｂとの差圧によって発生する軸方向の押圧力
Ｗ：シールセグメント１３０がジョイント面１２３から受ける垂直抗力
Ｒ：シールセグメント１３０が、回転体１００との接触時に回転体１００から受ける外周側への力
Ｍ：シールセグメント１３０がジョイント面１２３から受けるモーメント原点を中心とするモーメント
ｃ：ＦＨの作用点とｙ軸との距離
ｄ：ＦＬの作用点とｙ軸との距離
ｅ：Ｓの作用点とｘ軸との距離
【００１２】
ここで、ｘ軸は、シールホルダ１２０のジョイント面１２３の半径方向中心位置を通る回転体１００の軸方向に沿って延びる軸であり、ｙ軸は、シールセグメント１３０の当接部１３２の軸方向中心位置を通る半径方向に沿って延びる軸である。モーメント原点は、これらのｘ軸とｙ軸とが交わる点、すなわち、ジョイント面１２３の半径方向中心位置であって、当接部１３２の軸方向中心位置としている。
【００１３】
ラビリンスシール装置１１０では、過渡状態時に、シールセグメント１３０の当接面１３３がジョイント面１２３に当接した状態で、シールセグメント１３０が半径方向に移動する場合がある。このような過渡状態において、シールセグメント１３０はジョイント面１２３からモーメントを受ける。そのことについて、図１７を用いて説明する。
【００１４】
図１７において、ｘ軸方向の力のつり合い、ｙ軸方向の力のつり合い、およびモーメント原点を中心とするモーメントのつり合いは、以下のようになる。
Ｗ＝Ｓ                          ・・・（１）
ＦＳ＋ＦＨ＋ＦＬ＝Ｒ            ・・・（２）
Ｍ＋ＦＬ×ｄ＝ＦＨ×ｃ＋Ｓ×ｅ  ・・・（３）
【００１５】
（１）式よりシールセグメント１３０がジョイント面１２３から受ける垂直抗力Ｗが求まる。（３）式より、シールセグメント１３０がジョイント面１２３から受けるモーメント原点を中心としたモーメントＭが求まる。一般的なラビリンスシール装置１１０においては、シールセグメント１３０はｙ軸に対して対称的に形成されるため、ｃ＝ｄとなる。また、距離ｅは、図１７では明瞭に示すために誇張して示しているが、通常、シールセグメント１３０の半径方向中心位置がｘ軸上またはその近傍に配置されるため、距離ｅは、距離ｃや距離ｄに比べて十分に小さくなる。よって、（３）式より、モーメントＭは、
Ｍ≒（ＦＨ−ＦＬ）×ｃ          ・・・（４）
となる。このようにして、シールセグメント１３０は、高圧室１０１ａと低圧室１０１ｂとの差圧によってジョイント面１２３から（４）式で示すモーメントＭを受ける。
【００１６】
図１８に、垂直抗力ＷとモーメントＭとにより求められた、シールセグメント１３０がジョイント面１２３から受ける半径方向の圧力分布ｐ（ｙ）が示されている。図１８に示すように、ジョイント面１２３からシールセグメント１３０が受ける圧力には、内周側（図１８の下側）に向うほど圧力が高くなるような勾配が生じている。この圧力勾配は、モーメントＭが大きくなるにつれて大きくなり得る。
【００１７】
このような圧力勾配が大きくなると、ジョイント面１２３の内周側部分に圧力が集中し得る。この場合、シールセグメント１３０の当接面１３３とジョイント面１２３とが点接触に近い状態となり、回転体１００とシールフィン１４０とが重接触するおそれが生じ、シールセグメント１３０の半径方向の移動が拘束され得る。また、シールセグメント１３０の当接面１３３とジョイント面１２３との密着度が低下し、当接面１３３とジョイント面１２３との間に作動流体が通過する隙間が形成され得る。
【００１８】
図１８に示すような比較的大きな圧力勾配は、シールセグメント１３０を内周側に付勢する構成を有する図１５乃至図１７に示すラビリンスシール装置１１０だけでなく、上述したような、シールセグメント１３０を外周側に付勢する構成を有するラビリンスシール装置においても生じ得る。
【００１９】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、過渡状態において、シールセグメントの半径方向の移動をスムースにすると共に作動流体の漏洩を防止することができるラビリンスシール装置および軸流型ターボ機械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】
【００２０】
実施の形態によるラビリンスシール装置は、軸流型ターボ機械の圧力容器に回転可能な回転体が貫通し、回転体の軸方向に並んで配置される高圧室と低圧室とを隔てる。このラビリンスシール装置は、圧力容器に固定されると共に高圧室と低圧室との間に介在されるシールホルダであって、ホルダ開口部を介して回転体の側に開口するホルダ室と、ホルダ開口部の一部を画定する開口壁面と、を有するシールホルダと、シールホルダに対して半径方向に移動可能なシールセグメントと、を備えている。シールセグメントは、ホルダ室内に収容されてシールホルダに保持される被保持部と、シールホルダより内周側に設けられたフィン取付部と、シールホルダのホルダ開口部を貫通して被保持部とフィン取付部とを連結し、シールホルダの開口壁面に当接可能な当接部と、を有している。シールセグメントのフィン取付部の内周面にシールフィンが設けられ、シールセグメントは、主弾性体によって内周側に付勢されている。回転体の回転軸線を含む断面であって、高圧室がシールホルダの左側に位置付けられると共に低圧室がシールホルダの右側に位置付けられる断面で見たときに、シールセグメントは、高圧室と低圧室との差圧によって、シールホルダの開口壁面から、開口壁面の半径方向中心位置であって当接部の軸方向中心位置を中心とする時計回りのモーメントを受ける。主弾性体は、軸方向において当接部の軸方向中心位置より低圧室の側に配置され、シールセグメントに時計回りのモーメントを付与するようにシールセグメントを付勢している。
【００２１】
また、実施の形態によるラビリンスシール装置は、軸流型ターボ機械の圧力容器に回転可能な回転体が貫通し、回転体の軸方向に並んで配置される高圧室と低圧室とを隔てる。このラビリンスシール装置は、圧力容器に固定されると共に高圧室と低圧室との間に介在されるシールホルダであって、ホルダ開口部を介して回転体の側に開口するホルダ室と、ホルダ開口部の一部を画定する開口壁面と、を有するシールホルダと、シールホルダに対して半径方向に移動可能なシールセグメントと、を備えている。シールセグメントは、ホルダ室内に収容されてシールホルダに保持される被保持部と、シールホルダより内周側に設けられたフィン取付部と、シールホルダのホルダ開口部を貫通して被保持部とフィン取付部とを連結し、シールホルダの開口壁面に当接可能な当接部と、を有している。シールセグメントのフィン取付部の内周面にシールフィンが設けられ、シールセグメントは、主弾性体および補助弾性体によって内周側に付勢されている。回転体の回転軸線を含む断面であって、高圧室がシールホルダの左側に位置付けられると共に低圧室がシールホルダの右側に位置付けられる断面で見たときに、シールセグメントは、高圧室と低圧室との差圧によって、シールホルダの開口壁面から、開口壁面の半径方向中心位置であって当接部の軸方向中心位置を中心とする時計回りのモーメントを受ける。補助弾性体は、シールセグメントに時計回りのモーメントを付与するようにシールセグメントを付勢している。
【００２２】
また、実施の形態によるラビリンスシール装置は、軸流型ターボ機械の圧力容器に回転可能な回転体が貫通し、回転体の軸方向に並んで配置される高圧室と低圧室とを隔てる。このラビリンスシール装置は、圧力容器に固定されると共に高圧室と低圧室との間に介在されるシールホルダであって、ホルダ開口部を介して回転体の側に開口するホルダ室と、ホルダ開口部の一部を画定する開口壁面と、を有するシールホルダと、シールホルダに対して半径方向に移動可能なシールセグメントと、を備えている。シールセグメントは、ホルダ室内に収容されてシールホルダに保持される被保持部と、シールホルダより内周側に設けられたフィン取付部と、シールホルダのホルダ開口部を貫通して被保持部とフィン取付部とを連結し、シールホルダの開口壁面に当接可能な当接部と、を有している。シールセグメントのフィン取付部の内周面にシールフィンが設けられ、シールセグメントは、主弾性体によって内周側に付勢されている。回転体の回転軸線を含む断面であって、高圧室がシールホルダの左側に位置付けられると共に低圧室がシールホルダの右側に位置付けられる断面で見たときに、シールセグメントは、高圧室と低圧室との差圧によって、シールホルダの開口壁面から、開口壁面の半径方向中心位置であって当接部の軸方向中心位置を中心とする時計回りのモーメントを受ける。フィン取付部は、軸方向において当接部の軸方向中心位置より高圧室の側に設けられた高圧側フィン取付部と、当接部の軸方向中心位置より低圧室の側に設けられた低圧側フィン取付部と、を含んでいる。低圧側フィン取付部の軸方向長さは、高圧側フィン取付部の軸方向長さより長くなっている。
【００２３】
さらに、実施の形態による軸流型ターボ機械は、回転体と、高圧室と、低圧室と、上述したラビリンスシール装置と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、第１の実施の形態における軸流タービンの一例を示す全体図である。
【図２】図２は、図１の軸流タービンのノズル構造体を拡大して示す断面図である。
【図３】図３は、図１の軸流タービンのグランドシール部を拡大して示す断面図である。
【図４】図４は、図２または図３のラビリンスシール装置の定常状態を示す断面図である。
【図５】図５は、図４のラビリンスシール装置の過渡状態を示す断面図である。
【図６】図６は、図５のジョイント面からシールセグメントが受ける圧力分布を示す図である。
【図７】図７は、第２の実施の形態におけるラビリンスシール装置の過渡状態を示す断面図である。
【図８】図８は、第３の実施の形態におけるラビリンスシール装置の定常状態を示す断面図である。
【図９】図９は、図８のラビリンスシール装置の過渡状態を示す断面図である。
【図１０】図１０は、図８のラビリンスシール装置の変形例の定常状態を示す断面図である。
【図１１】図１１は、図１０のラビリンスシール装置の過渡状態を示す断面図である。
【図１２】図１２は、第４の実施の形態におけるラビリンスシール装置の過渡状態を示す断面図である。
【図１３】図１３は、図１２のラビリンスシール装置の変形例の過渡状態を示す断面図である。
【図１４】図１４は、第５の実施の形態におけるラビリンスシール装置の過渡状態を示す断面図である。
【図１５】図１５は、一般的なラビリンスシール装置の定常状態を示す断面図である。
【図１６】図１６は、図１５のラビリンスシール装置を側方から見た図である。
【図１７】図１７は、図１５のラビリンスシール装置の過渡状態を示す断面図である。
【図１８】図１８は、図１７のジョイント面からシールセグメントが受ける圧力分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１乃至図６を用いて、第１の実施の形態におけるラビリンスシール装置および軸流型ターボ機械について説明する。本実施の形態によるラビリンスシール装置が適用可能な軸流型ターボ機械の具体例としては、蒸気タービン、ガスタービン、コンプレッサなどが挙げられる。そこでまず、本実施の形態によるラビリンスシール装置が適用可能な、蒸気タービンやガスタービン等の軸流タービンについて説明する。
【００２７】
図１に示すように、軸流タービン１は、ケーシング（圧力容器）２と、ケーシング２に対して回転可能に設けられたタービンロータ（回転体）３と、を備えている。このうち、ケーシング２は、内部ケーシング２ａと、内部ケーシング２ａの外側に設けられた外部ケーシング２ｂと、を有しており、二重構造のケーシングとなっている。
【００２８】
外部ケーシング２ｂには、供給管４が連結されており、蒸気や燃焼ガスなどの作動流体が、軸流タービン１に供給されるようになっている。軸流タービン１に供給された作動流体は、ケーシング２内に設けられたインレットスリーブ５ａおよびノズルボックス５ｂによって、後述する複数のタービン段落６のうちの最も上流側のタービン段落６に案内されるようになっている。タービンロータ３には、図示しない発電機が連結されている。
【００２９】
ケーシング２（より詳細には、内部ケーシング２ａ）には、複数のノズル構造体７が支持されている。タービンロータ３には、複数の動翼構造体（回転体）８が支持されている。これらのノズル構造体７と動翼構造体８は、タービンロータ３の軸方向（回転軸線Ｘに沿って延びる方向）に交互に配置されている。そして、一のノズル構造体７と、当該一のノズル構造体７の下流側に隣り合って配置された一の動翼構造体８とにより、一のタービン段落６が構成されている。軸流タービン１は、このようなタービン段落６が、タービンロータ３の軸方向に複数設けられている。このようにして、供給管４を介して供給された作動流体が複数のタービン段落６を通過して、後述する動翼１３に対して仕事を行い、タービンロータ３が回転駆動されるようになっている。
【００３０】
最終段落の動翼１３を通過した作動流体は、排気流路９を通過して軸流タービン１の外部へと排出される。
【００３１】
図２に示すように、ノズル構造体７は、ケーシング２に支持されたダイアフラム外輪１０と、ダイアフラム外輪１０より内周側に設けられたダイアフラム内輪１１と、を有している。ダイアフラム外輪１０とダイアフラム内輪１１との間に、複数のノズル（静翼）１２が設けられている。複数のノズル１２は、周方向に列状に配置されており、互いに隣り合うノズル１２の間の開口を作動流体が通過するようになっている。
【００３２】
動翼構造体８は、複数の動翼１３を有しており、タービンロータ３に設けられたロータディスク３ａに植設されて固定されている。複数の動翼１３は、周方向に配列されている。このような動翼１３が作動流体から仕事を受けることにより、回転エネルギを得て、タービンロータ３が回転するようになっている。動翼１３の外周側端部には、シュラウド１４が設けられている。シュラウド１４は、タービンロータ３の振動を抑制するためのものである。
【００３３】
本実施の形態によるラビリンスシール装置４０は、ダイアフラム内輪１１の内周側端部に、タービンロータ３に対向するように設けることができる。この場合、環状に形成されたラビリンスシール装置４０を、回転体３０としてのタービンロータ３が貫通するようになり、ラビリンスシール装置４０の上流側（図２の左側）に高圧室１５ａが形成され、下流側（図２の右側）に低圧室１５ｂが形成される。そして、ラビリンスシール装置４０は、ダイアフラム内輪１１と共に、これらの高圧室１５ａと低圧室１５ｂとを隔てている。このようにして、高圧室１５ａから低圧室１５ｂに向ってダイアフラム内輪１１とタービンロータ３との間の隙間を通過して作動流体が流れて漏洩することを抑制している。このようなラビリンスシール装置４０は、各ノズル構造体７のダイアフラム内輪１１に設けることができる。
【００３４】
また、図２に示すように、本実施の形態によるラビリンスシール装置４０は、ダイアフラム外輪１０に、動翼構造体８のシュラウド１４に対向するように設けることもできる。この場合、環状に形成されたラビリンスシール装置４０を、回転体３０としてのタービンロータ３および動翼構造体８が貫通するようになり、ラビリンスシール装置４０の上流側に高圧室１６ａが形成され、下流側に低圧室１６ｂが形成される。そして、ラビリンスシール装置４０は、これらの高圧室１６ａと低圧室１６ｂとを隔てている。このようにして、ダイアフラム外輪１０とシュラウド１４との間の隙間を通過して作動流体が流れて漏洩することを抑制している。このようなラビリンスシール装置４０は、各ノズル構造体７のダイアフラム外輪１０に設けることができる。
【００３５】
ところで、図１に示すように、外部ケーシング２ｂのうちタービンロータ３が貫通する部分に、グランドシール部２０が設けられている。グランドシール部２０は、複数のタービン段落の両側に配置されており、外部ケーシング２ｂの外側の雰囲気と内側の雰囲気とを区画している。
【００３６】
本実施の形態によるラビリンスシール装置４０は、このグランドシール部２０を構成することもできる。図３においては、３つのラビリンスシール装置４０が、軸方向に互いに離間して配置されており、互いに隣り合うラビリンスシール装置４０によって、高圧室２１ａおよび低圧室２１ｂが形成されている。ここでは図面を明瞭にするために、一例として、中央に配置されたラビリンスシール装置４０の両側に高圧室２１ａと低圧室２１ｂとが形成され、このラビリンスシール装置４０が、高圧室２１ａと低圧室２１ｂとを隔てている例を示している。高圧室２１ａは、外部ケーシング２ｂの内部側に配置され、低圧室２１ｂは、大気側に配置されている。ラビリンスシール装置４０は、概略的には環状に形成されており、ラビリンスシール装置４０を、回転体３０としてのタービンロータ３が貫通している。
【００３７】
高圧室には、ＳＳＨ（スチームシールヘッダ）配管２２が連結されており、ＳＳＨ配管２２内の圧力は、高圧室２１ａの圧力が大気より僅かに高い圧力となるように調整されている。このことにより、高圧室２１ａは、低圧室２１ｂより圧力が高くなっている。ＳＳＨ配管２２は、図示しないボイラに連結されており、このボイラから高圧室２１ａに作動流体が供給されるようになっている。
【００３８】
低圧室２１ｂには、ＳＰＥ（スチームパッキンエグゾースト）配管２３が連結されており、ＳＰＥ配管２３内の圧力は、低圧室２１ｂの圧力が常に大気より低い圧力（負圧）になるように調整されている。ＳＰＥ配管２３は、図示しない復水器またはグランドコンデンサに連結されており、ＳＰＥ配管２３に吸い込まれた蒸気は、復水器において凝縮されて水になる。また、ＳＰＥ配管２３に吸い込まれた空気は、真空ポンプやエグゼクターなどによってグランドシール系統の外部に排出される。
【００３９】
このように、本実施の形態によるラビリンスシール装置４０は、軸流タービン１のノズル構造体７や、グランドシール部２０等に用いることができ、いずれの場合においても、ラビリンスシール装置４０が隔てる高圧室から低圧室に作動流体が漏洩することを抑制する。
【００４０】
次に、図４乃至図６を用いて、本実施の形態によるラビリンスシール装置４０について説明する。ここで、ラビリンスシール装置４０は、軸流型ターボ機械としての軸流タービン１の圧力容器（ケーシング）２に回転可能な回転体３０が貫通し、回転体３０の軸方向に並んで配置される高圧室３１ａと低圧室３１ｂとを隔てるためのものである。
【００４１】
図４に示すように、ラビリンスシール装置４０は、圧力容器２に固定されると共に高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの間に介在されたシールホルダ５０と、シールホルダ５０に保持されると共にシールホルダ５０に対して半径方向に移動可能なシールセグメント６０と、シールセグメント６０の内周面に設けられたシールフィン７０と、を備えている。このうちシールホルダ５０は、例えば、軸流型ターボ機械の圧力容器としての内部ケーシング２ａに、ダイアフラム内輪１１（圧力隔壁と言うこともできる）若しくはダイアフラム外輪１０を介して固定される。あるいは、シールホルダ５０は、圧力容器としての外部ケーシング２ｂに直接的に固定される。なお、シールホルダ５０は環状に形成されている。シールセグメント６０は、後述する主弾性体８０と共に、回転体３０の周囲に複数設けられており、周方向に配列されている。これら複数のシールセグメント６０は、シールホルダ５０に保持されている。このようにしてラビリンスシール装置４０は、環状に形成されている（図１６参照）。
【００４２】
シールホルダ５０は、ホルダ本体５１と、ホルダ本体５１の内周側に設けられ、後述するシールセグメント６０のアゴ部６１ａ、６１ｂを保持するホルダ保持部５２ａ、５２ｂと、を有している。ホルダ保持部５２ａ、５２ｂのうち一方の高圧側ホルダ保持部５２ａは、軸方向において後述するシールセグメント６０の当接部６３の軸方向中心位置より高圧室３１ａの側に設けられ、他方の低圧側ホルダ保持部５２ｂは、当該軸方向中心位置より低圧室３１ｂの側に設けられている。
【００４３】
各ホルダ保持部５２ａ、５２ｂは、図４の断面において回転体３０の軸方向に延びており、互いに離間してホルダ本体５１に固定されている。ホルダ本体５１と一対のホルダ保持部５２ａ、５２ｂは、図４の断面で見たときに全体として概略的にＣ字状に形成されており、ホルダ本体５１と一対のホルダ保持部５２ａ、５２ｂとによって、この断面で見たときに矩形状となるホルダ室５３が画定されている。このようにして、ホルダ保持部５２ａ、５２ｂは、シールセグメント６０のアゴ部６１ａ、６１ｂ（後述）とシールセグメント６０のフィン取付部６２ａ、６２ｂ（後述）との間に介在されて、アゴ部６１ａ、６１ｂを保持するように構成されている。より具体的には、高圧側ホルダ保持部５２ａが、高圧側アゴ部６１ａと高圧側フィン取付部６２ａとの間に介在され、低圧側ホルダ保持部５２ｂが、低圧側アゴ部６１ｂと低圧側フィン取付部６２ｂとの間に介在されている。なお、図４および図５は、回転体３０の回転軸線Ｘ（図１参照）を含む断面であって、高圧室３１ａがシールホルダ５０の左側に位置付けられると共に低圧室３１ｂがシールホルダ５０の右側に位置付けられる断面を示している。また、図５は、図面を明瞭にするために、ハッチングは省略している。
【００４４】
一対のホルダ保持部５２ａ、５２ｂの間には、ホルダ室５３より内周側に設けられたホルダ開口部５４が画定されている。ホルダ開口部５４はホルダ室５３に連通し、ホルダ室５３は、ホルダ開口部５４を介して回転体３０の側に開口している。ホルダ室５３の軸方向寸法は、ホルダ開口部５４の軸方向寸法より大きくなっており、後述するシールセグメント６０のアゴ部６１ａ、６１ｂが収容されて、ホルダ保持部５２ａ、５２ｂがアゴ部６１ａ、６１ｂを保持するようになっている。
【００４５】
低圧側ホルダ保持部５２ｂのホルダ開口部５４の側の面に、ジョイント面５５（開口壁面）が設けられている。ジョイント面５５はホルダ開口部５４の一部を画定している。ジョイント面５５には、高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの差圧によってシールセグメント６０の当接面６４（後述）が当接する。
【００４６】
各ホルダ保持部５２ａ、５２ｂのホルダ室５３の側の面に、基準面５６ａ、５６ｂが設けられている。基準面５６ａ、５６ｂには、定常状態においてシールセグメント６０のアゴ部６１ａ、６１ｂが当接するようになっている。
【００４７】
このようなシールホルダ５０は、図２に示すノズル構造体７に用いられる場合には、ダイアフラム内輪１１の内周側端部に固定され、好適にはダイアフラム内輪１１と一体に形成される。あるいは、シールホルダ５０は、ダイアフラム外輪１０に固定されて、好適にはダイアフラム外輪１０と一体に形成される。また、図３に示すグランドシール部２０に用いられる場合には、シールホルダ５０は外部ケーシング２ｂに固定される。
【００４８】
シールセグメント６０は、図４に示すように、シールホルダ５０のホルダ室５３内に収容されてシールホルダ５０のホルダ保持部５２ａ、５２ｂに保持されるアゴ部（被保持部）６１と、シールホルダ５０のホルダ保持部５２ａ、５２ｂより内周側に設けられたフィン取付部６２と、アゴ部６１とフィン取付部６２とを連結する当接部６３と、を有している。このうち当接部６３は、シールホルダ５０のホルダ開口部５４を貫通している。また、当接部６３は、高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの差圧によってシールホルダ５０のジョイント面５５に当接可能な当接面６４を含んでいる。アゴ部６１およびフィン取付部６２は軸方向に延び、当接部６３は半径方向に延びており、シールセグメント６０は、図４の断面で見たときに全体として概略的にＨ字状に形成されている。
【００４９】
アゴ部６１は、高圧側アゴ部６１ａと低圧側アゴ部６１ｂとを含んでいる。このうち高圧側アゴ部６１ａは、軸方向において当接部６３の軸方向中心位置より高圧室３１ａの側に設けられ、他方の低圧側アゴ部６１ｂは、当該軸方向中心位置より低圧室３１ｂの側に設けられている。高圧側アゴ部６１ａは、図５に示すｙ軸から高圧室３１ａの側に延びる部分に相当し、低圧側アゴ部６１ｂは、ｙ軸から低圧室３１ｂの側に延びる部分に相当する。本実施の形態では、高圧側アゴ部６１ａの軸方向長さと、低圧側アゴ部６１ｂの軸方向長さとは、略等しくなっており、高圧側アゴ部６１ａと低圧側アゴ部６１ｂは、ｙ軸に対して対称的に形成されている。
【００５０】
フィン取付部６２は、高圧側フィン取付部６２ａと低圧側フィン取付部６２ｂとを含んでいる。このうち高圧側フィン取付部６２ａは、軸方向において当接部６３の軸方向中心位置より高圧室３１ａの側に設けられ、他方の低圧側フィン取付部６２ｂは、当該軸方向中心位置より低圧室３１ｂの側に設けられている。高圧側フィン取付部６２ａは、ｙ軸から高圧室３１ａの側に延びる部分に相当し、低圧側フィン取付部６２ｂは、ｙ軸から低圧室３１ｂの側に延びる部分に相当する。本実施の形態では、高圧側フィン取付部６２ａの軸方向長さと、低圧側フィン取付部６２ｂの軸方向長さとは、略等しくなっており、高圧側フィン取付部６２ａと低圧側フィン取付部６２ｂは、ｙ軸に対して対称的に形成されている。
【００５１】
シールセグメント６０のフィン取付部６２ａ、６２ｂの内周面には、上述したシールフィン７０が設けられている。すなわち、シールフィン７０は、高圧側フィン取付部６２ａの内周面と低圧側フィン取付部６２ｂの内周面とにそれぞれ設けられている。
【００５２】
シールセグメント６０のアゴ部６１ａ、６１ｂの半径方向厚さは、シールホルダ５０のホルダ室５３の半径方向高さより小さくなっており、アゴ部６１ａ、６１ｂとフィン取付部６２ａ、６２ｂとの間の半径方向距離は、シールホルダ５０のホルダ保持部５２ａ、５２ｂの半径方向厚さより大きくなっている。このことにより、シールセグメント６０は、シールホルダ５０に対して半径方向に移動可能になっている。図４に示す定常状態においては、シールセグメント６０は、後述する主弾性体８０によって内周側に付勢されて、アゴ部６１ａ、６１ｂがシールホルダ５０の基準面５６ａ、５６ｂに当接している。
【００５３】
シールセグメント６０のアゴ部６１ａ、６１ｂの軸方向寸法は、シールホルダ５０のホルダ室５３の軸方向寸法より小さくなっており、シールセグメント６０の当接部６３の軸方向厚さは、シールホルダ５０のホルダ開口部５４の軸方向寸法より小さくなっている。このことにより、シールセグメント６０は、シールホルダ５０に対して軸方向に移動可能になっている。このため、高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの差圧によって、シールセグメント６０は低圧室３１ｂの側に押圧されて、シールセグメント６０の当接面６４がシールホルダ５０のジョイント面５５に当接する。当接面６４とジョイント面５５は、滑らかに機械加工されているため、当接面６４とジョイント面５５との間を作動流体が通過することを抑制し、ホルダ室５３を経由して高圧室３１ａから低圧室３１ｂに作動流体が漏洩することを抑制している。
【００５４】
シールセグメント６０は、主弾性体８０によって内周側に付勢されている。図４に示す主弾性体８０は板ばねとなっており、シールホルダ５０のホルダ室５３内に設けられて、シールホルダ５０のホルダ本体５１とシールセグメント６０のアゴ部６１ａ、６１ｂとの間に介在されている。このことにより、主弾性体８０は、静止側のシールホルダ５０に対してアゴ部６１ａ、６１ｂを内周側に付勢し、押圧している。なお、板ばねを用いることにより、組立作業が繁雑になることを抑制し、作業性を向上させている。
【００５５】
本実施の形態においては、主弾性体８０は、軸方向において、シールセグメント６０の当接部６３の軸方向中心位置より低圧室３１ｂの側に配置され、シールセグメント６０に時計回りのモーメント（後述）を付与するようにシールセグメント６０を付勢している。シールセグメント６０がｙ軸に対して略対称の形状を有しており、主弾性体８０は、当接部６３の軸方向中心位置より低圧室３１ｂの側に、すなわちｙ軸より低圧室３１ｂの側に配置されている。そして、主弾性体８０は、シールホルダ５０のホルダ本体５１とシールセグメント６０の低圧側アゴ部６１ｂとの間に介在され、低圧側アゴ部６１ｂを内周側に付勢し、押圧している。なお、ラビリンスシール装置４０がノズル構造体７に用いられている場合には、タービン段落６毎に高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの差圧が異なり、この差圧によってシールセグメント６０が受けるモーメントＭ（後述）も異なり得る。この場合、各タービン段落６において、主弾性体８０の弾性係数は同一としてもよいが、モーメントＭに応じて異なる弾性係数としてもよい。
【００５６】
このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００５７】
まず、図４を用いて、ラビリンスシール装置４０の定常状態について説明する。
【００５８】
定常状態においては、図４に示すように、主弾性体８０の付勢力によって、シールセグメント６０が内周側に付勢され、シールセグメント６０のアゴ部６１ａ、６１ｂが、対応するシールホルダ５０の基準面５６ａ、５６ｂに当接する。また、回転体３０は、半径方向に関してほぼ一定の位置に静止しながら回転する。このことにより、回転体３０とシールフィン７０との間に所定の隙間を維持することができ、回転体３０とシールフィン７０との間の隙間の流体抵抗によって、当該隙間を通過して高圧室３１ａから低圧室３１ｂへ作動流体が漏洩することを抑制することができる。また、回転体３０がシールフィン７０に接触することを防止でき、シールセグメント６０が、回転体３０から半径方向の力を受けることを回避できる。
【００５９】
次に、図５を用いて、ラビリンスシール装置４０の過渡状態について説明する。
【００６０】
軸流タービン１の起動停止時や出力変化時などの過渡状態では、回転体３０の振動状態の変化や圧力容器の熱変形などが原因で、回転体３０が半径方向に移動してシールフィン７０に接触し、シールセグメント６０が回転体３０から半径方向の力を受ける。この半径方向の力が所定の値より大きい場合、シールセグメント６０が外周側に移動し、シールホルダ５０の基準面５６ａ、５６ｂからシールセグメント６０のアゴ部６１ａ、６１ｂが離間する。このことにより、回転体３０とシールフィン７０との重接触を回避することができ、シールフィン７０の摩耗や回転体３０の表面損傷を防止することができる。このような過渡状態が図５に示されている。
【００６１】
図５には、過渡状態においてシールセグメント６０に作用する力が示されている。これらの力を示す符号と、各部の距離を示す符号の説明を以下に記す。
ＦＳ：シールセグメント６０が主弾性体８０から受ける付勢力
ＦＨ：シールセグメント６０の高圧側フィン取付部６２ａが高圧室３１ａ内の作動流体から受ける内周側への押圧力
ＦＬ：シールセグメント６０の低圧側フィン取付部６２ｂが低圧室３１ｂ内の作動流体から受ける内周側への押圧力
Ｓ：高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの差圧によって発生する軸方向の押圧力
Ｗ：シールセグメント６０がジョイント面５５から受ける垂直抗力
Ｒ：シールセグメント６０が、回転体３０との接触時に回転体３０から受ける外周側への力
ｃ：ＦＨの作用点とｙ軸との距離
ｄ：ＦＬの作用点とｙ軸との距離
ｅ：Ｓの作用点とｘ軸との距離
ｆ：ＦＳの作用点とｙ軸との距離
【００６２】
ここで、ｘ軸は、シールホルダ５０のジョイント面５５の半径方向中心位置を通る回転体３０の軸方向に沿って延びる軸であり、ｙ軸は、シールセグメント６０の当接部６３の軸方向中心位置（本実施の形態ではシールセグメント６０の軸方向中心位置）を通る半径方向に沿って延びる軸である。押圧力ＦＨ、ＦＬは、作動流体から受ける圧力を集中荷重に換算した力となっており、その作用点は、圧力を受ける面（外周面）の軸方向中心位置としている。なお、回転体３０とシールフィン７０との間の隙間の圧力は、一般的に低くなっていること。このことにより、高圧側フィン取付部６２ａは、その外周面に受ける高圧室３１ａ内の作動流体の圧力によって内周側に押圧され、低圧側フィン取付部６２ｂは、その外周面に受ける低圧室３１ｂ内の作動流体の圧力によって内周側に押圧される。また、押圧力Ｓは、作動流体から受ける圧力を集中荷重に換算した力となっており、その作用点は、シールセグメントの半径方向中心位置としている。
【００６３】
上述した力Ｒが、力ＦＳ、ＦＨ、ＦＬの合力より大きくなると、シールセグメント６０が外周側に移動する。このことにより、回転体３０とシールフィン７０との重接触が回避され、シールフィン７０の摩耗や回転体３０の表面損傷が防止される。
【００６４】
シールセグメント６０は、図５に示すような力を受けることにより、シールホルダ５０のジョイント面５５からモーメントＭを受ける。より具体的には、図５に示す断面で見たときに、シールセグメント６０は、高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの差圧によってシールホルダ５０のジョイント面５５から所定のモーメント原点を中心とする時計回りのモーメントＭを受ける。本実施の形態においては、モーメント原点は、上述したｘ軸とｙ軸とが交わる点、すなわち、ジョイント面５５の半径方向中心位置であって、シールセグメント６０の当接部６３の軸方向中心位置としている。
【００６５】
ｘ軸方向の力のつり合い、ｙ軸方向の力のつり合い、およびモーメント原点を中心とするモーメントのつり合いは、以下のようになる。
Ｗ＝Ｓ                          ・・・（５）
ＦＳ＋ＦＨ＋ＦＬ＝Ｒ            ・・・（６）
Ｍ＋ＦＬ×ｄ＋ＦＳ×ｆ＝ＦＨ×ｃ＋Ｓ×ｅ  ・・・（７）
【００６６】
（５）式よりシールセグメント６０がジョイント面５５から受ける垂直抗力Ｗが求まる。（７）式より、シールセグメント６０がジョイント面５５から受けるモーメント原点を中心としたモーメントＭが求まる。
【００６７】
本実施の形態のようにシールセグメント６０がｙ軸に対して対称的に形成される場合には、ｃ＝ｄとなる。また、距離ｅは、図５では明瞭に示すために誇張して示しているが、通常、シールセグメント６０の半径方向中心位置がｘ軸上またはその近傍に配置されるため、距離ｅは、距離ｃや距離ｄに比べて十分に小さくなる。よって、（７）式より、モーメントＭは、
Ｍ≒（ＦＨ−ＦＬ）×ｃ−ＦＳ×ｆ  ・・・（８）
となる。このようにして、シールセグメント６０は、高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの差圧によってジョイント面５５から（８）式で示すモーメントＭを受ける。
【００６８】
しかしながら、図１７に示す形態に関する上述した（４）式と比較すると、（８）式で示されるモーメントＭは、ＦＳ×ｆの分だけ小さくなる。すなわち、本実施の形態では、主弾性体８０を当接部６３の軸方向中心位置より低圧室３１ｂの側に配置させることにより、シールセグメント６０に時計回りのモーメントを付与することができ、高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの差圧によってシールセグメント６０がジョイント面５５から受けるモーメントＭを低減することができる。
【００６９】
図６に、上述した垂直抗力ＷとモーメントＭとにより求められた、シールセグメント６０がジョイント面５５から受ける半径方向の圧力分布ｐ（ｙ）が示されている。図６に示すように、ジョイント面５５からシールセグメント６０が受ける圧力には、内周側（図６の下側）に向うほどに高くなるような勾配が生じているが、この圧力勾配は、図１７に示す一般的なラビリンスシール装置４０の圧力勾配に比べて緩やかになっている（図１８参照）。すなわち、主弾性体８０を当接部６３の軸方向中心位置より低圧室３１ｂの側に配置させたことにより、シールセグメント６０がジョイント面５５から受ける圧力の勾配を緩やかにすることができる。
【００７０】
このように本実施の形態によれば、シールセグメント６０を内周側に付勢する主弾性体８０が、軸方向においてシールセグメント６０の当接部６３の軸方向中心位置より低圧室３１ｂの側に配置されている。このことにより、シールセグメント６０に、図５に示す断面で見たときに時計回りのモーメントを付与することができ、シールセグメント６０が、シールホルダ５０のジョイント面５５から受けるモーメントＭを低減することができる。このため、シールセグメント６０がジョイント面５５から受ける圧力の半径方向の勾配を緩やかにすることができ、圧力がジョイント面５５の内周側部分に集中することを抑制できる。この結果、過渡状態において、シールセグメント６０の半径方向の移動をスムースにすることができる。また、圧力が内周側部分に集中することを抑制できるため、過渡状態において、当接面６４とジョイント面５５との間を通過して作動流体が漏洩することを抑制できる。この作動流体の漏洩抑制は、定常状態においても得られる。
【００７１】
また、本実施の形態によれば、主弾性体８０を軸方向において当接部６３の軸方向中心位置より低圧室３１ｂの側に配置することにより、シールセグメント６０がジョイント面５５から受けるモーメントＭを低減することができる。この場合、シールセグメント６０が受けるモーメントＭを低減するために、部品を追加することが不要となる。このことにより、ラビリンスシール装置４０の部品点数の増大を回避でき、構造を簡素化させることができる。
【００７２】
（第２の実施の形態）
次に、図７を用いて、本発明の第２の実施の形態におけるラビリンスシール装置および軸流型ターボ機械について説明する。
【００７３】
図７に示す第２の実施の形態においては、シールセグメントは、第２の主弾性体によって内周側に付勢されている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図７において、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７４】
図７に示すように、シールセグメント６０は、第２の主弾性体９０によって内周側に付勢されている。第２の主弾性体９０は、シールホルダ５０のホルダ室５３内に設けられて、シールホルダ５０のホルダ本体５１とシールセグメント６０の高圧側アゴ部６１ａとの間に介在されている。このことにより、第２の主弾性体９０は、静止側のシールホルダ５０に対してシールセグメント６０の高圧側アゴ部６１ａを内周側に付勢し、押圧している。この場合、第２の主弾性体９０に、板ばねを用いることが可能となり、組立作業が繁雑になることを抑制し、作業性を向上させることができる。
【００７５】
第２の主弾性体９０は、軸方向においてシールセグメント６０の当接部６３の軸方向中心位置（ｙ軸）より高圧室３１ａの側に配置されている。このことにより、第２の主弾性体９０は、シールセグメント６０に、図７に示す断面で見たときに、モーメント原点を中心とする反時計回りのモーメントを付与する。しかしながら、第２の主弾性体９０によりシールセグメント６０に付与される反時計回りのモーメントは、主弾性体８０によりシールセグメント６０に付与される時計回りのモーメントより小さくなっている。
【００７６】
本実施の形態においては、主弾性体８０とｙ軸との距離が、第２の主弾性体９０とｙ軸との距離と等しくなっており、主弾性体８０と第２の主弾性体９０は、ｙ軸に対して対称的に配置されている。そして、第２の主弾性体９０の弾性係数は、主弾性体８０の弾性係数より小さくなっている。この場合、第２の主弾性体９０によりシールセグメント６０に付与される反時計回りのモーメントを、主弾性体８０によりシールセグメント６０に付与される時計回りのモーメントより、より一層確実に小さくすることができる。しかしながら、このことに限られることはなく、第２の主弾性体９０がシールセグメント６０に付与するモーメントが、主弾性体８０がシールセグメント６０に付与するモーメントより小さくなっていれば、主弾性体８０とｙ軸との距離、第２の主弾性体９０とｙ軸との距離、主弾性体８０の弾性係数および第２の主弾性体９０の弾性係数は、それぞれ任意である。
【００７７】
図７には、本実施の形態におけるラビリンスシール装置４０の過渡状態が示されている。この際の力を示す符号と、各部の距離を示す符号のうち、図５とは異なる符号の説明を以下に記す。
ＦＳ１：シールセグメント６０が主弾性体８０から受ける付勢力
ＦＳ２：シールセグメント６０が第２の主弾性体９０から受ける付勢力
ｇ：ＦＳ１またはＦＳ２の作用点とｙ軸との距離
この場合、シールセグメント６０が回転体３０から受ける外周側への力Ｒが、力ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＨ、ＦＬの合力より大きくなると、シールセグメント６０が外周側に移動する。
【００７８】
図７に示す形態におけるｘ軸方向の力のつり合い、ｙ軸方向の力のつり合い、およびモーメント原点を中心とするモーメントのつり合いは、以下のようになる。
Ｗ＝Ｓ                          ・・・（９）
ＦＳ１＋ＦＳ２＋ＦＨ＋ＦＬ＝Ｒ            ・・・（１０）
Ｍ＋ＦＬ×ｄ＋ＦＳ１×ｇ＝ＦＨ×ｃ＋Ｓ×ｅ＋ＦＳ２×ｇ  ・・・（１１）
【００７９】
（１１）式より、モーメントＭは、
Ｍ≒（ＦＨ−ＦＬ）×ｃ−（ＦＳ１−ＦＳ２）×ｇ  ・・・（１２）
となる。このようにして、シールセグメント６０は、高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの差圧によってジョイント面５５から（１２）式で示すモーメントＭを受ける。
【００８０】
しかしながら、図１７に示す形態に関する上述した（４）式と比較すると、（１２）式で示されるモーメントＭは、（ＦＳ１−ＦＳ２）×ｇの分だけ小さくなる。すなわち、本実施の形態では、主弾性体８０を軸方向において当接部６３の軸方向中心位置より低圧室３１ｂの側に配置させると共に、第２の主弾性体９０がシールセグメント６０に付与するモーメントを、主弾性体８０がシールセグメント６０に付与するモーメントより小さくしている。このことにより、シールセグメント６０がジョイント面５５から受けるモーメントＭが増大することを防止できる。
【００８１】
このように本実施の形態によれば、シールセグメント６０を内周側に付勢する主弾性体８０が、軸方向においてシールセグメント６０の当接部６３の軸方向中心位置より低圧室３１ｂの側に配置され、当該軸方向中心位置より高圧室３１ａの側に配置された第２の主弾性体９０がシールセグメント６０に付与するモーメントを、主弾性体８０がシールセグメント６０に付与するモーメントより小さくしている。このことにより、シールセグメント６０に、図７の断面で見たときに時計回りのモーメントを付与することができ、シールセグメント６０が、シールホルダ５０のジョイント面５５から受けるモーメントＭを低減することができる。このため、シールセグメント６０がジョイント面５５から受ける圧力の半径方向の勾配を緩やかにすることができ、圧力がジョイント面５５の内周側部分に集中することを抑制できる。この結果、過渡状態において、シールセグメント６０の半径方向の移動をスムースにすることができる。また、圧力がジョイント面５５の内周側部分に集中することを抑制できるため、過渡状態において、当接面６４とジョイント面５５との間を通過して作動流体が漏洩することを抑制できる。この作動流体の漏洩抑制は、定常状態においても得られる。
【００８２】
また、本実施の形態によれば、シールセグメント６０は、主弾性体８０だけでなく第２の主弾性体９０によっても内周側に付勢される。このことにより、シールセグメント６０を内周側に押圧する力を強めることができ、定常状態では、シールセグメント６０のアゴ部６１ａ、６１ｂをより一層強い押圧力でシールホルダ５０の基準面５６ａ、５６ｂに当接させることができる。このため、回転体３０とシールフィン７０との隙間を所定値に、より一層確実に維持することができる。
【００８３】
なお、上述した本実施の形態においては、第２の主弾性体９０が、ｙ軸より高圧室３１ａの側に配置されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、第２の主弾性体９０は、ｙ軸上に配置されていてもよい。この場合、第２の主弾性体９０は、シールセグメント６０に、モーメント原点を中心とするモーメントを付与することがないため、シールセグメント６０が、シールホルダ５０のジョイント面５５から受けるモーメントＭを低減することができる。また、この場合の第２の主弾性体９０の弾性係数は任意とすることができる。
【００８４】
（第３の実施の形態）
次に、図８および図９を用いて、本発明の第３の実施の形態におけるラビリンスシール装置および軸流型ターボ機械について説明する。
【００８５】
図８および図９に示す第３の実施の形態においては、補助弾性体が、シールセグメントを外周側に付勢し、軸方向において当接部の軸方向中心位置より高圧室の側に配置されている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図８および図９において、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８６】
図８および図９に示すように主弾性体８０は、軸方向においてシールセグメント６０の当接部６３の軸方向中心位置（ｙ軸上）に配置されている。この場合、主弾性体８０は、シールセグメント６０に、モーメント原点を中心とするモーメントを付与しない。しかしながら、主弾性体８０は、後述するモーメントＭを低減することができれば、ｙ軸上に配置されることに限られない。
【００８７】
図９に示すように、シールセグメント６０は、高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの差圧によってシールホルダ５０のジョイント面５５からモーメント原点を中心とする時計回りのモーメントＭを受ける。しかしながら、このモーメントＭを低減するモーメントが、補助弾性体９１によってシールセグメント６０に付与されている。
【００８８】
すなわち、図８および図９に示すように、補助弾性体９１は、シールセグメント６０を外周側に付勢すると共に、軸方向において当接部６３の軸方向中心位置（ｙ軸）より高圧室３１ａの側に配置されている。このようにして、補助弾性体９１は、図９に示す断面で見たときにシールセグメント６０に時計回りのモーメントを付与するようにシールセグメント６０を付勢している。
【００８９】
補助弾性体９１は、シールホルダ５０のホルダ室５３内に設けられて、シールホルダ５０の高圧側ホルダ保持部５２ａとシールセグメント６０の高圧側アゴ部６１ａとの間に介在されている。このことにより、補助弾性体９１は、静止側のシールホルダ５０に対して、シールセグメント６０の高圧側アゴ部６１ａを外周側に付勢し、押圧している。この場合、補助弾性体９１に、板ばねを用いることが可能となり、組立作業が繁雑になることを抑制し、作業性を向上させることができる。なお、補助弾性体９１は、高圧側ホルダ保持部５２ａに設けられた凹部９３と、高圧側アゴ部６１ａに設けられた凹部９４に挿入されていることが好適である。この場合、補助弾性体９１が、軸方向に変位することを抑制できる。
【００９０】
図９には、本実施の形態におけるラビリンスシール装置４０の過渡状態が示されている。この際の力を示す符号と、各部の距離を示す符号のうち、図５とは異なる符号の説明を以下に記す。
ＦＡ：シールセグメント６０が補助弾性体９１から受ける付勢力
ｈ：ＦＡの作用点とｙ軸との距離
【００９１】
以下に示すように、補助弾性体９１の付勢力ＦＡは、力ＦＳ、ＦＨ、ＦＬの合力より小さくなっている。
ＦＳ＋ＦＨ＋ＦＬ＞ＦＡ  ・・・（１３）
このことにより、定常状態においてシールセグメント６０のアゴ部６１ａ、６１ｂをシールホルダ５０の基準面５６ａ、５６ｂに当接させることができ、回転体３０とシールフィン７０との隙間が広がって作動流体が漏洩することを抑制できる。
【００９２】
そして、シールセグメント６０が回転体３０から受ける外周側への力Ｒと力ＦＡの合力が、力ＦＳ、ＦＨ、ＦＬの合力より大きくなると、シールセグメント６０が外周側に移動する。
【００９３】
図９に示す形態におけるｘ軸方向の力のつり合い、ｙ軸方向の力のつり合い、およびモーメント原点を中心とするモーメントのつり合いは、以下のようになる。
Ｗ＝Ｓ                          ・・・（１４）
ＦＳ＋ＦＨ＋ＦＬ＝Ｒ＋ＦＡ            ・・・（１５）
Ｍ＋ＦＬ×ｄ＋ＦＡ×ｈ＝ＦＨ×ｃ＋Ｓ×ｅ  ・・・（１６）
【００９４】
（１６）式より、モーメントＭは、
Ｍ≒（ＦＨ−ＦＬ）×ｃ−ＦＡ×ｈ  ・・・（１７）
となる。このようにして、シールセグメント６０は、高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの差圧によってジョイント面５５から（１７）式で示すモーメントＭを受ける。
【００９５】
しかしながら、図１７に示す形態に関する上述した（４）式と比較すると、（１７）式で示されるモーメントＭは、ＦＡ×ｈの分だけ小さくなる。すなわち、本実施の形態では、シールセグメント６０を外周側に付勢する補助弾性体９１を軸方向において当接部６３の軸方向中心位置より高圧室３１ａの側に配置させることにより、シールセグメント６０に時計回りのモーメントを付与することができ、シールセグメント６０がジョイント面５５から受けるモーメントＭを低減することができる。
【００９６】
このように本実施の形態によれば、シールセグメント６０を外周側に付勢する補助弾性体９１が、軸方向においてシールセグメント６０の当接部６３の軸方向中心位置より高圧室３１ａの側に配置されている。このことにより、シールセグメント６０に、図９に示す断面で見たときに時計回りのモーメントを付与することができ、シールセグメント６０がシールホルダ５０のジョイント面５５から受けるモーメントＭを低減することができる。このため、シールセグメント６０がジョイント面５５から受ける圧力の半径方向の勾配を緩やかにすることができ、圧力がジョイント面５５の内周側部分に集中することを抑制できる。この結果、過渡状態において、シールセグメント６０の半径方向の移動をスムースにすることができる。また、圧力が内周側部分に集中することを抑制できるため、過渡状態において、当接面６４とジョイント面５５との間を通過して作動流体が漏洩することを抑制できる。この作動流体の漏洩抑制は、定常状態においても得られる。
【００９７】
なお、上述した本実施の形態においては、補助弾性体９１が、板ばねとなっており、シールホルダ５０のホルダ室５３内に設けられて、シールセグメント６０の高圧側アゴ部６１ａを外周側に付勢する例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、図１０および図１１に示すように、補助弾性体９１が、コイルばねとなり、ホルダ室５３の外側に設けられて、シールセグメント６０の高圧側フィン取付部６２ａを外周側に付勢するようにしてもよい。この場合、補助弾性体９１は、シールホルダ５０の高圧側ホルダ保持部５２ａとシールセグメント６０の高圧側フィン取付部６２ａとの間に介在される。この補助弾性体９１は、静止側のシールホルダ５０に対して、シールセグメント６０の高圧側フィン取付部６２ａを外周側に付勢して引っ張り、シールセグメント６０に、図１１に示す断面で見たときに時計回りのモーメントを付与することができる。
【００９８】
図１１に示す形態におけるｘ軸方向の力のつり合い、ｙ軸方向の力のつり合い、およびモーメント原点を中心とするモーメントのつり合いは、上述した（１４）式、（１５）式、（１６）式と同様になり、シールセグメント６０は、上述した（１７）式で示すモーメントＭをジョイント面５５から受ける。このため、上述した（１７）式で示されるモーメントＭは、ＦＡ×ｈの分だけ小さくなり、シールセグメント６０がジョイント面５５から受けるモーメントＭを低減することができる。
【００９９】
（第４の実施の形態）
次に、図１２を用いて、本発明の第４の実施の形態におけるラビリンスシール装置および軸流型ターボ機械について説明する。
【０１００】
図１２に示す第４の実施の形態においては、補助弾性体が、シールセグメントを内周側に付勢し、軸方向において当接部の軸方向中心位置より低圧室の側に配置されている点が主に異なり、他の構成は、図８および図９に示す第３の実施の形態と略同一である。なお、図１２において、図８および図９に示す第３の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０１】
図１２に示すように、補助弾性体９２は、シールセグメント６０を内周側に付勢すると共に、軸方向においてシールセグメント６０の当接部６３の軸方向中心位置（ｙ軸）より低圧室３１ｂの側に配置されている。このようにして、補助弾性体９２は、図１２に示す断面で見たときにシールセグメント６０に時計回りのモーメントを付与するようにシールセグメント６０を付勢している。
【０１０２】
補助弾性体９２は、シールホルダ５０のホルダ室５３の外側に設けられて、シールホルダ５０の低圧側ホルダ保持部５２ｂとシールセグメント６０の低圧側フィン取付部６２ｂとの間に介在されている。このことにより、補助弾性体９２は、静止側のシールホルダ５０に対して、シールセグメント６０の低圧側フィン取付部６２ｂを内周側に付勢し、押圧している。この場合、補助弾性体９２に、板ばねを用いることが可能となり、組立作業が繁雑になることを抑制し、作業性を向上させることができる。なお、補助弾性体９２は、低圧側ホルダ保持部５２ｂに設けられた凹部９３と、低圧側フィン取付部６２ｂに設けられた凹部９４に挿入されていることが好適である。この場合、補助弾性体９２が、軸方向に変位することを抑制できる。
【０１０３】
図１２には、本実施の形態におけるラビリンスシール装置４０の過渡状態が示されている。この際の力を示す符号と、各部の距離を示す符号のうち、図９とは異なる符号の説明を以下に記す。
ＦＢ：シールセグメント６０が補助弾性体９２から受ける付勢力
ｉ：ＦＢの作用点とｙ軸との距離
【０１０４】
シールセグメント６０が回転体３０から受ける外周側への力Ｒが、力ＦＳ、ＦＨ、ＦＬ、ＦＢの合力より大きくなると、シールセグメント６０が外周側に移動する。
【０１０５】
図１２に示す形態におけるｘ軸方向の力のつり合い、ｙ軸方向の力のつり合い、およびモーメント原点を中心とするモーメントのつり合いは、以下のようになる。
Ｗ＝Ｓ                          ・・・（１８）
ＦＳ＋ＦＨ＋ＦＬ＋ＦＢ＝Ｒ            ・・・（１９）
Ｍ＋ＦＬ×ｄ＋ＦＢ×ｉ＝ＦＨ×ｃ＋Ｓ×ｅ  ・・・（２０）
【０１０６】
（２０）式より、モーメントＭは、
Ｍ≒（ＦＨ−ＦＬ）×ｃ−ＦＢ×ｉ  ・・・（２１）
となる。このようにして、シールセグメント６０は、高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの差圧によってジョイント面５５から（２１）式で示すモーメントＭを受ける。
【０１０７】
しかしながら、図１７に示す形態に関する上述した（４）式と比較すると、（２１）式で示されるモーメントＭは、ＦＢ×ｉの分だけ小さくなる。すなわち、本実施の形態では、シールセグメント６０を内周側に付勢する補助弾性体９２を軸方向において当接部６３の軸方向中心位置より低圧室３１ｂの側に配置させることにより、シールセグメント６０に時計回りのモーメントを付与することができ、シールセグメント６０がジョイント面５５から受けるモーメントＭを低減することができる。
【０１０８】
このように本実施の形態によれば、シールセグメント６０を内周側に付勢する補助弾性体９２が、軸方向においてシールセグメント６０の当接部６３の軸方向中心位置より低圧室３１ｂの側に配置されている。このことにより、シールセグメント６０に、図１２に示す断面で見たときに時計回りのモーメントを付与することができ、シールセグメント６０がシールホルダ５０のジョイント面５５から受けるモーメントＭを低減することができる。このため、シールセグメント６０がジョイント面５５から受ける圧力の半径方向の勾配を緩やかにすることができ、圧力がジョイント面５５の内周側部分に集中することを抑制できる。この結果、過渡状態において、シールセグメント６０の半径方向の移動をスムースにすることができる。また、圧力が内周側部分に集中することを抑制できるため、過渡状態において、当接面６４とジョイント面５５との間を通過して作動流体が漏洩することを抑制できる。この作動流体の漏洩抑制は、定常状態においても得られる。
【０１０９】
なお、上述した本実施の形態においては、補助弾性体９２が、板ばねとなっており、シールホルダ５０のホルダ室５３の外側に設けられて、シールセグメント６０の低圧側フィン取付部６２ｂを内周側に付勢する例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、図１３に示すように、補助弾性体９２が、コイルばねとなり、ホルダ室５３内に設けられて、シールセグメント６０の低圧側アゴ部６１ｂを内周側に付勢するようにしてもよい。この場合、シールホルダ５０の低圧側ホルダ保持部５２ｂとシールセグメント６０の低圧側アゴ部６１ｂとの間に介在される。この補助弾性体９２は、静止側のシールホルダ５０に対して、シールセグメント６０の低圧側アゴ部６１ｂを内周側に付勢して引っ張り、シールセグメント６０に、図１３に示す断面で見たときに時計回りのモーメントを付与することができる。
【０１１０】
（第５の実施の形態）
次に、図１４を用いて、本発明の第５の実施の形態におけるラビリンスシール装置および軸流型ターボ機械について説明する。
【０１１１】
図１４に示す第７の実施の形態においては、シールセグメントの低圧側フィン取付部の軸方向長さが、高圧側フィン取付部の軸方向長さより長くなっている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１４において、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１１２】
図１４に示すように、主弾性体８０は、軸方向においてシールセグメント６０の当接部６３の軸方向中心位置（ｙ軸上）に配置されている。この場合、主弾性体８０は、シールセグメント６０に、モーメント原点を中心とするモーメントを付与しない。しかしながら、主弾性体８０は、後述するモーメントＭ’を低減することができれば、ｙ軸上に配置されることに限られない。
【０１１３】
シールセグメント６０の低圧側フィン取付部６２ｂの軸方向長さは、高圧側フィン取付部６２ａの軸方向長さより長くなっている。このことにより、低圧側フィン取付部６２ｂが低圧室３１ｂ内の作動流体から圧力を受ける受圧面積が、高圧側フィン取付部６２ａが高圧室３１ａ内の作動流体から圧力を受ける受圧面積より大きくなっている。
【０１１４】
図１４には、本実施の形態におけるラビリンスシール装置４０の過渡状態が示されている。この際の力を示す符号と、各部の距離を示す符号のうち、図５とは異なる符号の説明を以下に記す。
ＦＨ’：シールセグメント６０の高圧側フィン取付部６２ａが高圧室３１ａ内の作動流体から受ける内周側への押圧力
ＦＬ’：シールセグメント６０の低圧側フィン取付部６２ｂが低圧室３１ｂ内の作動流体から受ける内周側への押圧力
ｋＨ：高圧側フィン取付部６２ａの軸方向長さ
ｋＬ：低圧側フィン取付部６２ｂの軸方向長さ
ｃ’：ＦＨ’の作用点とｙ軸との距離
ｄ’：ＦＬ’の作用点とｙ軸との距離
ｊ’：Ｒの作用点とｙ軸との距離
【０１１５】
シールセグメント６０は、このような力を受けることにより、上述したモーメントＭと同様に、シールホルダ５０のジョイント面５５からモーメントＭ’を受ける。より具体的には、図１４に示す断面で見たときに、シールセグメント６０は、高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの差圧によってシールホルダ５０のジョイント面５５からモーメント原点を中心とする時計回りのモーメントを受ける。本実施の形態においても、モーメント原点は、上述したｘ軸とｙ軸とが交わる点としている。
【０１１６】
ｘ軸方向の力のつり合い、ｙ軸方向の力のつり合い、およびモーメント原点を中心とするモーメントのつり合いは、以下のようになる。
Ｗ＝Ｓ                          ・・・（２２）
ＦＳ＋ＦＨ’＋ＦＬ’＝Ｒ            ・・・（２３）
Ｍ’＋ＦＬ’×ｄ’＝ＦＨ’×ｃ’＋Ｓ×ｅ＋Ｒ×ｊ  ・・・（２４）
【０１１７】
距離ｅは、図１４では明瞭に示すために誇張して示しているが、通常、シールセグメント６０の半径方向中心位置がｘ軸上またはその近傍に配置されるため、距離ｅは、距離ｃ’や距離ｄ’に比べて十分に小さくなる。よって、（２４）式より、モーメントＭ’は、
Ｍ’≒ＦＨ’×ｃ’−ＦＬ’×ｄ’＋Ｒ×ｊ  ・・・（２５）
となる。このようにして、シールセグメント６０は、高圧室３１ａと低圧室３１ｂとの差圧と、力Ｒとによってジョイント面５５から（２５）式で示すモーメントＭ’を受ける。
【０１１８】
ここで、図１７に示す形態では、シールセグメント６０がジョイント面５５から受けるモーメントＭは、（４）式を変形して、
Ｍ≒ＦＨ×ｃ−ＦＬ×ｄ          ・・・（２６）
と表せる。（２５）式から（２６）式を差し引くと
Ｍ’−Ｍ＝（ＦＨ’×ｃ’−ＦＨ×ｃ）＋（−ＦＬ’×ｄ’＋ＦＬ×ｄ）＋Ｒ×ｊ  
・・・（２７）
が得られる。
【０１１９】
本実施の形態では、低圧側フィン取付部６２ｂの軸方向長さｋＬを、高圧側フィン取付部６２ａの軸方向長さｋＨより長くしている。このことにより、ｃ’＜ｃ、ｄ’＞ｄとなる。また、距離ｋＬを距離ｋＨより長くすることにより、高圧側フィン取付部６２ａの受圧面積は大きくなり、低圧側フィン取付部６２ｂの受圧面積は小さくなる。このため、ＦＨ’＜ＦＨ、ＦＬ’＞ＦＬとなる。従って、ＦＨ’×ｃ’＜ＦＨ×ｃ、ＦＬ’×ｄ’＞ＦＬ×ｄとなる。
【０１２０】
このことにより、[（ＦＨ’×ｃ’−ＦＨ×ｃ）＋（−ＦＬ’×ｄ’＋ＦＬ×ｄ）]という項は負の値をとることができる。このため、Ｍ’−Ｍは、Ｒ×ｊの値に応じて負の値をとることができ、この場合にはＭ’を（２６）式で示されるＭより小さくすることができる。すなわち、想定される力Ｒの大きさに応じて、距離ｋＨおよび距離ｋＬを調整することにより、モーメントＭ’を小さくすることができる。
【０１２１】
ここで、本実施の形態では、距離ｋＬを距離ｋＨより長くしている。距離ｃ’および距離ｄ’は、距離ｋＬ（または距離ｋＨ）の一次関数として定められる。また、押圧力ＦＨ’および押圧力ＦＬ’は、作動流体の圧力に受圧面積を乗ずることにより得られるため、これらＦＨ’およびＦＬ’も、距離ｋＬの一次関数として定められる。この結果、ＦＨ’×ｃ’およびＦＬ’×ｄ’は、距離ｋＬの二次関数として定められる。
【０１２２】
一方、距離ｊは、距離ｋＬ（または距離ｋＨ）の一次関数として定められ、その結果、Ｒ×ｊは、距離ｋＬの一次関数として定められる。
【０１２３】
このため、（２７）式における[（ＦＨ’×ｃ’−ＦＨ×ｃ）＋（−ＦＬ’×ｄ’＋ＦＬ×ｄ）]という項は、Ｒ×ｊという項より距離ｋＬの影響を強く受けるため、想定される力Ｒの大きさに応じて、距離ｋＨおよび距離ｋＬを調整することにより、モーメントＭ’を小さくすることができる。
【０１２４】
このように本実施の形態によれば、低圧側フィン取付部６２ｂの軸方向長さを、高圧側フィン取付部６２ａの軸方向長さより長くしている。このことにより、低圧側フィン取付部６２ｂが低圧室３１ｂ内の作動流体から受ける圧力を増大させ、高圧側フィン取付部６２ａが高圧室３１ａ内の作動流体から受ける圧力を増大させることができ、シールセグメント６０が、シールホルダ５０のジョイント面５５から受けるモーメントＭ’を低減することができる。このため、シールセグメント６０がジョイント面５５から受ける圧力の半径方向の勾配を緩やかにすることができ、圧力がジョイント面５５の内周側部分に集中することを抑制できる。この結果、過渡状態において、シールセグメント６０の半径方向の移動をスムースにすることができる。また、圧力が内周側部分に集中することを抑制できるため、過渡状態において、当接面６４とジョイント面５５との間を通過して作動流体が漏洩することを抑制できる。この作動流体の漏洩抑制は、定常状態においても得られる。
【０１２５】
また、本実施の形態によれば、シールセグメント６０が受けるモーメントＭ’を低減するために、部品を追加することが不要となる。このことにより、ラビリンスシール装置４０の部品点数の増大を回避でき、構造を簡素化させることができる。
【０１２６】
以上述べた実施の形態によれば、過渡状態において、シールセグメント６０の半径方向の移動をスムースにすると共に作動流体の漏洩を防止することができる。
【０１２７】
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。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【０１２８】
１      軸流タービン
２      ケーシング
３０    回転体
３１ａ  高圧室
３１ｂ  低圧室
４０    ラビリンスシール装置
５０    シールホルダ
５３    ホルダ室
５４    ホルダ開口部
５５    ジョイント面
６０    シールセグメント
６１    アゴ部
６２    フィン取付部
６３    当接部
６４    当接面
７０    シールフィン
８０    主弾性体
９０    第２の主弾性体
９１、９２  補助弾性体
【図１】
2016084861.tif 000003
【図２】
2016084861.tif 000004
【図３】
2016084861.tif 000005
【図４】
2016084861.tif 000006
【図５】
2016084861.tif 000007
【図６】
2016084861.tif 000008
【図７】
2016084861.tif 000009
【図８】
2016084861.tif 000010
【図９】
2016084861.tif 000011
【図１０】
2016084861.tif 000012
【図１１】
2016084861.tif 000013
【図１２】
2016084861.tif 000014
【図１３】
2016084861.tif 000015
【図１４】
2016084861.tif 000016
【図１５】
2016084861.tif 000017
【図１６】
2016084861.tif 000018
【図１７】
2016084861.tif 000019
【図１８】
2016084861.tif 000020