(57)【要約】【課題】シール入口から流入する作動流体の流量を減少させ、シール性能を向上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】実施形態のラビリンスシール装置は、タービンロータと前記タービンロータに植設された動翼とを含む回転構造物と、静翼と前記静翼の内径端縁に沿って設けられた静翼内輪と前記静翼の外径端縁に沿って設けられた静翼外輪とを含む静止構造物とを備え、前記回転構造物および前記静止構造物のそれぞれの周面が互いに対向した軸流タービンにおける対向する前記周面間からの作動流体の漏洩を抑制する。そして、ラビリンスシール装置は、前記作動流体の流れ方向の上流側における前記回転構造物および前記静止構造物の一方から、前記タービンロータの軸方向に対向する前記静止構造物および前記回転構造物の他方の面側に突出した上流側突出部を具備する。【選択図】図２
2017061897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータと前記タービンロータに植設された動翼とを含む回転構造物と、
静翼と前記静翼の内径端縁に沿って設けられた静翼内輪と前記静翼の外径端縁に沿って設けられた静翼外輪とを含む静止構造物とを備え、
前記回転構造物および前記静止構造物のそれぞれの周面が互いに対向した軸流タービンにおける対向する前記周面間からの作動流体の漏洩を抑制するラビリンスシール装置であって、
前記作動流体の流れ方向の上流側における前記回転構造物および前記静止構造物の一方から、前記タービンロータの軸方向に対向する前記静止構造物および前記回転構造物の他方の面側に突出した上流側突出部を具備することを特徴とするラビリンスシール装置。
【請求項２】
前記作動流体の流れ方向の下流側における前記回転構造物および前記静止構造物の一方から、前記タービンロータの軸方向に対向する前記静止構造物および前記回転構造物の他方の面側に突出した下流側突出部をさらに具備する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】
前記作動流体の流れ方向の下流側における前記回転構造物の端面から、前記静止構造物の前記周面側に突出した突出部をさらに具備する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４】
前記回転構造物および前記静止構造物の一方の周面から突出させて周設された円環状のシールフィンをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のラビリンスシール装置。
【請求項５】
前記シールフィンに対向する前記静止構造物および前記回転構造物の他方の周面から突出させ、前記シールフィンと離間させて周設された環状突起構造物をさらに具備す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】
前記シールフィンを周設した前記回転構造物または前記静止構造物の周面から凹ませて周設された円環状のシールフィン側凹部をさらに具備することを特徴とする請求項４または５に記載のラビリンスシール装置。
【請求項７】
前記シールフィン側凹部は、周方向に沿って複数に区分されていることを特徴とする請求項６に記載のラビリンスシール装置。
【請求項８】
前記環状突起構造物を周設した前記静止構造物または前記回転構造物の周面から凹ませて周設された円環状の突起構造物側凹部をさらに具備することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のラビリンスシール装置。
【請求項９】
前記突起構造物側凹部は、周方向に沿って複数に区分されていることを特徴とする請求項８に記載のラビリンスシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ラビリンスシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン、ガスタービン、水車などの軸流タービンは、作動流体を翼列等に作用させて機械的エネルギを電気的エネルギに変換して出力を得る回転機械である。このような軸流タービンにおいて、回転構造物と回転構造物に対向する静止構造物との間には必然的に隙間が形成される。そして、この隙間を漏洩する作動流体は、エネルギ回収に寄与しない損失となってしまう。そのため、この漏洩する作動流体の流量を極力少なくすれば、軸流タービンの高効率化を達成することが可能となる。
【０００３】
隙間を漏洩する作動流体の流量を減少させるために、軸流タービンには、例えば、回転構造物と静止構造物との間に設けられた複数のシールフィンを具備するラビリンスシール装置が設けられている。ラビリンスシール装置を構成するシールフィンは、回転構造物から静止構造物に向かって突出または静止構造物から回転構造物に向かって突出させて設けられている。このシールフィンの先端は、対向する静止構造物または回転構造物と接触している。
【０００４】
しかしながら、シールフィンと静止構造物または回転構造物とが接触していることから、軸流タービンの起動中に、これらの部材が摩耗して、シールフィンと静止構造物または回転構造物との間に隙間が発生することがある。このような摩耗によって生じる隙間は、経年的に増大する。そのため、これらの部材が摩耗して一旦隙間が大きくなると、漏洩する作動流体の流量が多くなり、軸流タービンの効率が低下することがある。
【０００５】
そこで、シールフィンの先端と静止構造物または回転構造物とを接触させない非接触型のラビリンスシール装置が検討されている。この非接触型のラビリンスシール装置では、シールフィンの先端と静止構造物または回転構造物との間隙であるシール間隙を減少させることで、シール間隙を漏洩する作動流体の流量を減らすことができる。
【０００６】
一般には、静止構造物よりも回転構造物の方が体積は小さく、かつ熱容量が小さい。そのため、軸流タービンの起動時などの温度上昇時には、静止構造物よりも回転構造物の方が先に軸方向に沿って伸び、さらに半径方向にも伸びる。また、回転構造物の半径方向には、遠心力による伸びが加わる。これらの伸びの発生によって、回転構造物と静止構造物とには熱伸び差が生じる。そのため、シール間隙を減少させると、軸流タービンの起動時などの非定常状態時に、静止構造物と回転構造物の熱伸び差でシールフィンが静止構造物または回転構造物に接触する、いわゆるラビリングが生じ、振動やシールフィンの損傷を発生させることがある。
【０００７】
シールフィンの接触によって発生する振動は、シールフィンと静止構造物または回転構造物の表面とが接触して発熱し、その熱により静止構造物または回転構造物が局所的に加熱されて変形を生じることが原因となり発生する。また、シールフィンの先端は、一般的に鋭角に加工されている。そして、接触によりシールフィンの先端部分が摩耗するため、軸流タービン組立時のシール間隙が確保できず、軸流タービンの効率が低下する。
【０００８】
図１１は、非接触型であるＨｉｇｈ−Ｌｏｗタイプのラビリンスシール装置９０１を模式的に示す子午断面図である。Ｈｉｇｈ−Ｌｏｗタイプのラビリンスシール装置９０１は、例えば、静止構造物９２１の周面から突出されて設けられたシールフィン９２３と、回転構造物９２０の周面から突出させ、シールフィン９２３と離間させて設けられた環状突起構造物９２４とを具備する。回転構造物９２０と静止構造物９２１との間に形成された隙間を流れる作動流体について、回転構造物９２０に設けられた環状突起構造物９２４の間にあるシール間隙から漏洩した作動流体は、環状突起構造物９２４の側面に衝突して作動流体の渦を形成する。また、環状突起構造物９２４近傍のシール隙間から漏洩した作動流体は、環状突起構造物９２４の間に設けられたシールフィン９２３の側面に衝突して作動流体の渦を形成する。そのため、Ｈｉｇｈ−Ｌｏｗタイプのラビリンスシール装置９０１は、シール入口９０１ａからシール出口９０１ｂに掛けて圧力損失が大きく、様々なタイプのラビリンスシール装置の内、最もシール性能が高いと考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４−９２０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述したような従来のＨｉｇｈーＬｏｗタイプのラビリンスシール装置においても、作動流体は、軸流タービンの主流からシール入口を介して隙間に流入し易い。そのため、シール入口からシール出口に掛けて圧力損失は大きいものの、ラビリンスシールのシール性能が低下することがある。
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、シール入口から流入する作動流体の流量を減少させ、シール性能を向上することができるラビリンスシール装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
実施形態のラビリンスシール装置は、タービンロータと前記タービンロータに植設された動翼とを含む回転構造物と、静翼と前記静翼の内径端縁に沿って設けられた静翼内輪と前記静翼の外径端縁に沿って設けられた静翼外輪とを含む静止構造物とを備え、前記回転構造物および前記静止構造物のそれぞれの周面が互いに対向した軸流タービンにおける対向する前記周面間からの作動流体の漏洩を抑制する。そして、ラビリンスシール装置は、前記作動流体の流れ方向の上流側における前記回転構造物および前記静止構造物の一方から、前記タービンロータの軸方向に対向する前記静止構造物および前記回転構造物の他方の面側に突出した上流側突出部を具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態のラビリンスシール装置を備える軸流タービンを模式的に示す子午断面図である。
【図２】第１の実施の形態のラビリンスシール装置を模式的に示す断面図である。
【図３】第２の実施の形態のラビリンスシール装置を模式的に示す断面図である。
【図４】第３の実施の形態のラビリンスシール装置を模式的に示す断面図である。
【図５】第４の実施の形態のラビリンスシール装置を模式的に示す断面図である。
【図６】第５の実施の形態のラビリンスシール装置を模式的に示す断面図である。
【図７】シールフィン側凹部を具備するラビリンスシール装置を模式的に示す断面図である。
【図８】図７に示すシールフィン側凹部をタービンロータの周方向に区分したラビリンスシール装置をＡＡ線における環状突起構造物側から見た平面図である。
【図９】突起構造物側凹部を具備するラビリンスシール装置を模式的に示す断面図である。
【図１０】図９に示す突起構造物側凹部をタービンロータの周方向に区分したラビリンスシール装置をＢＢ線におけるシールフィン側から見た平面図である。
【図１１】非接触型であるＨｉｇｈ−Ｌｏｗタイプのラビリンスシール装置を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態のラビリンスシール装置１を備える軸流タービン２を模式的に示す子午断面図である。ここでは、図１に示すように、内部ケーシング３とその外側に設けられた不図示の外部ケーシングとから構成される二重構造のケーシングを備える軸流タービン２の一例を示すが、軸流タービン２は、二重構造のケーシングの代わりに、単一構造のケーシングを備えてもよい。また、軸流タービン２の一例として、蒸気タービンについて説明する。
【００１６】
内部ケーシング３内には、タービンロータ４が貫設されている。このタービンロータ４は、ロータ軸受によって回転可能に支持されている。タービンロータ４には、複数の動翼６が周方向に亘って植設されている。複数の動翼６を周方向に備えた動翼翼列１１は、タービンロータ４の軸方向に複数段構成されている。
【００１７】
また、内部ケーシング３の内側には、静翼外輪９が周方向に亘って設置される。この静翼外輪９の内側には、静翼内輪１０が周方向に亘って設置されている。また、静翼外輪９と静翼内輪１０との間には、複数の静翼８が周方向に亘って支持され、静翼翼列７を構成している。
【００１８】
この静翼翼列７は、各動翼翼列１１の上流側に設けられ、タービンロータ４の軸方向に静翼翼列７と動翼翼列１１とが交互に複数段備えられている。そして、静翼翼列７と静翼翼列７の直下流側に位置する動翼翼列１１とで、一つのタービン段落を構成している。
【００１９】
静翼外輪９と静翼内輪１０との間には、環状の通路１２が形成されている。軸流タービン２の作動流体５は、通路１２内を流れている。通路１２内を流れている作動流体５は、軸流タービン２における作動流体５の主流であり、動翼６および静翼８に作用して、その出力をタービンロータ４に伝達している。作動流体５は、一般的には高温・高圧の流体である。
【００２０】
次に、ラビリンスシール装置１の構成について説明する。図２は、第１の実施の形態のラビリンスシール装置１を模式的に示す断面図である。図１および図２に示すように、ラビリンスシール装置１は、タービンロータ４とタービンロータ４の外周面に植設された動翼６とを含む回転構造物２０、および静翼８と静翼８の内径端縁に沿って設けられた静翼内輪１０と静翼８の外径端縁に沿って設けられた静翼外輪９とを含む静止構造物２１を具備する。
【００２１】
さらに、ラビリンスシール装置１は、回転構造物２０の外周面２０ａと静止構造物２１の内周面２１ａとの間を流れる作動流体の流れ方向の上流側における静止構造物２１から、タービンロータ４の軸方向に対向する回転構造物２０の端面側に突出させて周設された上流側突出部２２を具備する。ここでは、図２に示すように、ラビリンスシール装置１のシール入口１ａに設けられた上流側突出部２２は、静翼外輪９の上流側内壁面９ｂから、回転構造物２０の軸方向に対向する動翼６の上流側端面６ｂ側に突出させて周設されている。上流側突出部２２は、図１に示す通路１２からシール入口１ａを介して流入する作動流体におけるタービンロータ４の半径方向の流路断面積を減少させている。
【００２２】
ここで、回転構造物２０の軸方向、半径方向、周方向は、タービンロータの軸方向、半径方向、周方向とそれぞれ同じである。以下では、回転構造物２０の軸方向をタービンロータ４の軸方向という。また、回転構造物２０の半径方向をタービンロータ４の半径方向という。また、回転構造物２０の周方向をタービンロータ４の周方向という。
【００２３】
上流側突出部２２と動翼６の上流側端面６ｂとの間には、上流側突出部２２のシール間隙２２ａが形成される。タービンロータ４の軸方向における上流側突出部２２と動翼６の上流側端面６ｂとの離間距離であるシール間隙２２ａは、上流側突出部２２および回転構造物２０におけるタービンロータ４の軸方向や半径方向への熱伸び差等を考慮して適宜設定される。
【００２４】
図１に示す通路１２から漏洩した作動流体は、動翼６の外周面６ａと静翼外輪９の内周面９ａとの間を流れる。動翼６の外周面６ａと静翼外輪９の内周面９ａとの間を流れる作動流体は、図１および図２に示すようにラビリンスシール装置１のシール入口１ａからシール出口１ｂに向かって流れる。この漏洩した作動流体は、動翼６および静翼８に作用しない作動流体であり、動力としてタービンロータ４に作用することはない。ラビリンスシール装置１は、このように通路１２から回転構造物２０と静止構造物２１との間に流入する作動流体の流量を減少させる機能を有する。なお、回転構造物２０の外周面２０ａと静止構造物２１の内周面２１ａとの間を流れる単位時間当たりの作動流体の流量は、通路１２を流れる単位時間当たりの作動流体の流量に比べて少ない。
【００２５】
また、静翼外輪９の上流側内壁面９ｂは、タービンロータ４の軸方向に対して垂直下方に延設されているが、動翼６の上流側端面６ｂに徐々に近づく方向に延設されてもよいし、動翼６の上流側端面６ｂから徐々に遠ざかる方向に延設されてもよい。静翼外輪９の上流側内壁面９ｂが動翼６の上流側端面６ｂに徐々に近づく方向に延設されている場合、上流側突出部２２のシール入口１ａへの突出度は、静翼外輪９の上流側内壁面９ｂに比べて大きい。また、動翼６の上流側端面６ｂは、静翼外輪９の上流側内壁面９ｂから徐々に遠ざかる方向に延設されているが、静翼外輪９の上流側内壁面９ｂに徐々に近づく方向に延設されてもよいし、タービンロータ４の軸方向に対して垂直下方に延設されてもよい。
【００２６】
さらに、図２に示すように、上流側突出部２２はタービンロータ４の軸方向に対して平行に突出しているが、図１に示す通路１２からシール入口１ａを介して回転構造物２０と静止構造物２１との間に形成された隙間に流れる作動流体の流入量が抑制されれば、上流側突出部２２の突出方向は特には限定されない。例えば、上流側突出部２２は、静翼外輪９の内周面９ａに徐々に近づく方向に延設されてもよいし、静翼外輪９の内周面９ａから徐々に遠ざかる方向に延設されてもよい。上流側突出部２２の突出長さは、例えば後述するシールフィン２３の突出長さより短い。
【００２７】
上流側突出部２２は、円環状の構造を有し、例えば上流側突出部２２を支持している静翼外輪９を構成する材料と線膨張係数が同程度の材料で構成される。上流側突出部２２を構成する材料として、鋼材やバネ性のある銅合金などが挙げられる。また、上流側突出部２２の先端部の形状は、特には限定されず、例えば、片側を鋭角に加工している、いわゆる片刃状や、両側を鋭角に加工している、いわゆる両刃状が挙げられる。ここでは、図２に示すように、上流側突出部２２の先端部の形状は片刃状であり、先端部のテーパー面は、作動流体の流れ方向の下流側を向いているが、テーパー面が作動流体の流れ方向の上流側を向いていてもよい。
【００２８】
また、ラビリンスシール装置１は、回転構造物２０および静止構造物２１の一方の周面から突出させて周設された複数の円環状のシールフィン２３を具備することが好ましい。ここでは、図２に示すように、シールフィン２３は、静翼外輪９の内周面９ａから動翼６の外周面６ａに突出している。複数のシールフィン２３は、タービンロータ４の軸方向に所定の間隔をおいて周設されている。シールフィン２３は、動翼６の外周面６ａと静翼外輪９の内周面９ａとの間を流れる作動流体の流量を減少させる機能を有する。図２に示すラビリンスシール装置１は、隣り合うシールフィン２３の突出長さが異なる、いわゆるＨｉｇｈ−Ｌｏｗタイプのラビリンスシール装置である。
【００２９】
また、ラビリンスシール装置１は、シールフィン２３に対向する静止構造物２１および回転構造物２０の他方の周面から突出させ、シールフィン２３に対向する位置に、シールフィン２３と離間させて周設された複数の環状突起構造物２４を具備することが好ましい。ここでは、図２に示すように、環状突起構造物２４は、シールフィン２３に対向している動翼６の外周面６ａから突出している。環状突起構造物２４はシールフィン２３の各々に対して設けられておらず、好ましくは、環状突起構造物２４がシールフィン２３に対して一つ置きに設けられる。
【００３０】
図２に示すように、動翼６側への突出長さの短いシールフィン２３は、動翼６に設けられた環状突起構造物２４に対向する位置に周設される。また、動翼６側への突出長さの長いシールフィン２３は、動翼６に設けられた環状突起構造物２４の間の場所（以下、ｌｏｗ部２５という）に対向する位置に周設される。ｌｏｗ部２５は動翼６の外周面６ａであり、ｌｏｗ部２５には環状突起構造物２４が形成されていない。シールフィン２３の先端と動翼６との間には、シールフィン２３のシール間隙２３ａが形成される。タービンロータ４の半径方向におけるシールフィン２３と動翼６との離間距離であるシール間隙２３ａは、シールフィン２３および回転構造物２０におけるタービンロータ４の半径方向への熱伸び差等を考慮して適宜設定される。
【００３１】
シールフィン２３は、円環状の構造を有し、例えばシールフィン２３を支持している静翼外輪９を構成する材料と線膨張係数が同程度の材料で構成される。シールフィン２３を構成する材料として、鋼材やバネ性のある銅合金などが挙げられる。また、シールフィン２３の先端部の形状は、特には限定されず、例えば片刃状や両刃状が挙げられる。ここでは、図２に示すように、シールフィン２３の先端部の形状は片刃状であり、先端部のテーパー面は、作動流体の流れ方向の下流側を向いているが、テーパー面が作動流体の流れ方向の上流側を向いていてもよい。
【００３２】
次に、ラビリンスシール装置１の作用について説明する。図２に示すように、ラビリンスシール装置１において、静翼外輪９の上流側内壁面９ｂに周設された上流側突出部２２と動翼６の上流側端面６ｂとによって、静翼外輪９の上流側内壁面９ｂと動翼６の上流側端面６ｂとの間には狭小なシール間隙２２ａが形成されている。シール間隙２２ａは、ラビリンスシール装置１のシール入口１ａにおいて、作動流体におけるタービンロータ４の半径方向の流路断面積を急激に減少させている。そして、図１に示す通路１２から漏洩した作動流体は、タービンロータ４の半径方向外側に向かって進み、半径方向の流路断面積を減少させているシール間隙２２ａを通る。その結果、シール入口１ａにおいて、通路１２から動翼６の外周面６ａと静翼外輪９の内周面９ａとの間に流入する作動流体の流量を減少させることができる。
【００３３】
ここで、従来のラビリンスシール装置は、上記した上流側突出部２２を具備していないことから、シール間隙２２ａが形成されていない。そのため、従来のラビリンスシール装置では、通路１２から漏洩する作動流体は、半径方向の流路断面積を減少させていないシール入口１ａから流入する。その結果、通路１２から漏洩する作動流体の流量を減少させることができないことがある。そのため、従来のラビリンスシール装置では、軸流タービン２の効率を向上することが困難になる。
【００３４】
また、ラビリンスシール装置１における静翼外輪９の上流側内壁面９ｂが動翼６の上流側端面６ｂに徐々に近づく方向に延設されている場合、上流側突出部２２のシール入口１ａへの突出度は、静翼外輪９の上流側内壁面９ｂの突出度に比べて大きい。そのため、シール間隙２２ａは、静翼外輪９の上流側内壁面９ｂと動翼６の上流側端面６ｂとの間隙に比べて、シール入口１ａにおける半径方向外側に流れる作動流体の流路断面積を急激に減少させる。そのため、上流側突出部２２は、このような傾斜した静翼外輪の上流側内壁面よりも、通路１２から漏洩する作動流体の流量を減少させることができる。
【００３５】
さらに、ラビリンスシール装置１において、動翼６と静翼外輪９の内周面９ａに周設されたシールフィン２３とによって、動翼６の外周面６ａと静翼外輪９の内周面９ａとの間には狭小なシール間隙２３ａが形成されている。シール間隙２３ａは、動翼６の外周面６ａと静翼外輪９の内周面９ａとの間を流れる作動流体の軸方向の流路断面積を急激に減少させている。そして、図１に示す通路１２からシール入口１ａを介して動翼６の外周面６ａと静翼外輪９の内周面９ａとの間に流入した作動流体は、シールフィン２３や環状突起構造物２４に衝突して、複数の渦を形成する。そして、動翼６の外周面６ａと静翼外輪９の内周面９ａとの間において、シール入口１ａからシール出口１ｂに向かって流れる作動流体が大きく蛇行し、圧力損失が増加する。その結果、シール出口１ｂに向かって流れる作動流体の流量が減少され、動翼６の外周面６ａと静翼外輪９の内周面９ａとの間からシール出口１ｂに漏洩する作動流体の流量が減少される。
【００３６】
上記したように、第１の実施の形態のラビリンスシール装置１によれば、作動流体の流れ方向の上流側における静止構造物２１から、タービンロータ４の軸方向に対向する回転構造物２０の上流側の端面に突出した上流側突出部２２を具備することによって、通路１２からタービンロータ４の半径方向に流れる作動流体の漏洩を抑制することができる。そのため、シール間隙２２ａから流入する作動流体の流量を減少し、シール性能を向上することができ、さらには、軸流タービンの効率を増加することができる。
【００３７】
また、上流側突出部２２と回転構造物２０とは非接触であることから、上流側突出部２２と回転構造物２０の損傷は生じにくい。そのため、シール性能の向上を長期間維持することができ、高効率で信頼性の高い軸流タービン２を実現することができる。
【００３８】
また、上述では、図２に示すように、１つの上流側突出部２２を具備するラビリンスシール装置１について説明したが、ラビリンスシール装置１は２つ以上の上流側突出部２２を具備してもよい。さらに、５つのシールフィン２３、２つの環状突起構造物２４、および３つのｌｏｗ部２５を具備するラビリンスシール装置１について説明したが、ラビリンスシール装置１に具備されるシールフィン２３、環状突起構造物２４、ｌｏｗ部２５の数は、特には限定されず、例えば、タービンロータ４の軸方向における回転構造物２０や静止構造物２１の長さ、軸流タービン２の起動時などの非定常状態時に生じる回転構造物２０、静止構造物２１、シールフィン２３などの熱伸び差に応じて、適宜選択することができる。
【００３９】
また、上述では、図１に示すように、全てのタービン段落にラビリンスシール装置１を設けた軸流タービン２について説明したが、軸流タービン２は少なくとも一つのタービン段落に設けられたラビリンスシール装置１を備えればよい。
【００４０】
また、上述では、図２に示すように、静翼外輪９の内周面９ａから動翼６の外周面６ａに突出しているシールフィン２３を具備するラビリンスシール装置１について説明したが、ラビリンスシール装置１は、動翼６の外周面６ａから静翼外輪９の内周面９ａに突出しているシールフィンを具備してもよい。
【００４１】
また、上述では、ラビリンスシール装置１を備える軸流タービン２が蒸気タービンである構成について説明したが、軸流タービン２は、作動流体を動翼および静翼に作用させて機械的エネルギを電気的エネルギに変換して出力を得るものであればよく、例えば、ガスタービンなどが挙げられる。軸流タービン２がガスタービンである場合、ラビリンスシール装置は、動翼を含む回転構造物と、シュラウドセグメントを含む静止構造物とを具備する。このシュラウドセグメントは、動翼を外周側から包囲するものである。このとき、ラビリンスシール装置を構成する上流側突出部２２は、動翼の外周面またはシュラウドセグメントの内周面に設けられる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態のラビリンスシール装置１０１を模式的に示す断面図である。第２の実施の形態のラビリンスシール装置１０１において、上流側突出部１２２の構成が異なる以外は、第１の実施の形態のラビリンスシール装置１の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。
【００４３】
ラビリンスシール装置１０１は、回転構造物１２０の外周面１２０ａと静止構造物１２１の内周面１２１ａとの間を流れる作動流体の流れ方向の上流側における回転構造物１２０から、タービンロータ４の軸方向に対向する静止構造物１２１の面側に突出させて周設された上流側突出部１２２を具備する。ここでは、図３に示すように、シール入口１０１ａに設けられた上流側突出部１２２は、動翼１０６の上流側端面１０６ｂ側の内周面から、タービンロータ４の軸方向に対向する静翼外輪１０９の上流側内壁面１０９ｂ側に突出させて周設されている。上流側突出部１２２は、図１に示す通路１２からシール入口１０１ａを介して流入する作動流体におけるタービンロータ４の半径方向の流路断面積を減少させている。
【００４４】
上流側突出部１２２の先端と静翼外輪１０９の上流側内壁面１０９ｂとの間には、上流側突出部１２２のシール間隙１２２ａが形成される。タービンロータ４の軸方向における上流側突出部１２２と静翼外輪１０９の上流側内壁面１０９ｂとの離間距離であるシール間隙１２２ａは、上流側突出部１２２および静止構造物１２１におけるタービンロータ４の軸方向や半径方向への熱伸び差等を考慮して適宜設定される。
【００４５】
また、図３に示すように、上流側突出部１２２は、動翼１０６の上流側端面１０６ｂの延設方向と同じ方向に突出しているが、図１に示す通路１２からシール入口１０１ａを介して回転構造物１２０と静止構造物１２１との間に形成された隙間に流れる作動流体の流入量が抑制されれば、上流側突出部１２２の突出方向は特には限定されない。例えば、上流側突出部１２２は、動翼１０６の上流側端面１０６ｂの延設方向に対して時計回りに回転した方向に延設されてもよいし、動翼１０６の上流側端面１０６ｂの延設方向に対して反時計回りに回転した方向に延設されてもよい。上流側突出部１２２の突出長さは、例えばシールフィン１２３の突出長さより短い。
【００４６】
上流側突出部１２２は、円環状の構造を有し、例えば上流側突出部１２２を支持している動翼１０６を構成する材料と線膨張係数が同程度の材料で構成される。上流側突出部１２２を構成する材料として、鋼材やバネ性のある銅合金などが挙げられる。
【００４７】
次に、ラビリンスシール装置１０１の作用について説明する。図３に示すように、ラビリンスシール装置１０１において、動翼１０６の上流側端面１０６ｂ側の内周面に周設された上流側突出部１２２と静翼外輪１０９の上流側内壁面１０９ｂとによって、動翼１０６の上流側端面１０６ｂと静翼外輪１０９の上流側内壁面１０９ｂとの間には狭小なシール間隙１２２ａが形成されている。シール間隙１２２ａは、シール入口１０１ａにおいて、作動流体におけるタービンロータ４の半径方向の流路断面積を急激に減少させている。そして、図１に示す通路１２から漏洩した作動流体は、タービンロータ４の半径方向外側に向かって進み、半径方向の流路断面積を減少させているシール間隙１２２ａを通る。その結果、シール入口１０１ａにおいて、通路１２から動翼１０６の外周面１０６ａと静翼外輪１０９の内周面１０９ａとの間に流入する作動流体の流量を減少させることができる。
【００４８】
上記したように、第２の実施の形態のラビリンスシール装置１０１によれば、作動流体の流れ方向の上流側における回転構造物１２０から、タービンロータ４の軸方向に対向する静止構造物１２１の上流側の内壁面に突出した上流側突出部１２２を具備することによって、通路１２からタービンロータ４の半径方向に流れる作動流体の漏洩を抑制することができる。そのため、シール間隙１２２ａから流入する作動流体の流量を減少し、シール性能を向上することができ、さらには、軸流タービンの効率を増加することができる。
【００４９】
また、上流側突出部１２２と静止構造物１２１とは非接触であることから、上流側突出部１２２と静止構造物１２１の損傷は生じにくい。そのため、シール性能の向上を長期間維持することができ、高効率で信頼性の高い軸流タービン２を実現することができる。
【００５０】
また、図３に示すように、１つの上流側突出部１２２を具備するラビリンスシール装置１０１について説明したが、ラビリンスシール装置１０１は２つ以上の上流側突出部１２２を具備してもよい。
【００５１】
（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態のラビリンスシール装置２０１を模式的に示す断面図である。第３の実施の形態のラビリンスシール装置２０１において、下流側突出部２２６をさらに具備する以外は、第１の実施の形態のラビリンスシール装置１の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。
【００５２】
ラビリンスシール装置２０１は、回転構造物２２０の外周面２２０ａと静止構造物２２１の内周面２２１ａとの間を流れる作動流体の流れ方向の下流側における静止構造物２２１から、タービンロータ４の軸方向に対向する回転構造物２２０の端面側に突出させて周設された下流側突出部２２６を具備する。ここでは、図４に示すように、シール出口２０１ｂに設けられた下流側突出部２２６は、静翼外輪２０９の下流側内壁面２０９ｃから、タービンロータ４の軸方向に対向する動翼２０６の下流側端面２０６ｃ側に突出させて周設されている。下流側突出部２２６は、動翼２０６の外周面２０６ａと静翼外輪２０９の内周面２０９ａとの間からシール出口２０１ｂを介して図１に示す通路１２に流出する作動流体におけるタービンロータ４の半径方向の流路断面積を減少させている。
【００５３】
下流側突出部２２６と動翼２０６の下流側端面２０６ｃとの間には、下流側突出部２２６のシール間隙２２６ａが形成される。タービンロータ４の軸方向における下流側突出部２２６と動翼２０６の下流側端面２０６ｃとの離間距離であるシール間隙２２６ａは、下流側突出部２２６および回転構造物２２０におけるタービンロータ４の軸方向や半径方向への熱伸び差等を考慮して適宜設定される。
【００５４】
動翼２０６の外周面２０６ａと静翼外輪２０９の内周面２０９ａとの間から漏洩した作動流体は、ラビリンスシール装置２０１のシール出口２０１ｂから図１に示す通路１２に流出する。ラビリンスシール装置２０１は、通路１２から回転構造物２２０と静止構造物２２１との間に流入する作動流体の流量を減少させる機能、および回転構造物２２０と静止構造物２２１との間から通路１２に流出する作動流体の流量を減少させる機能を有する。
【００５５】
また、静翼外輪２０９の下流側内壁面２０９ｃは、タービンロータ４の軸方向に対して垂直下方に延設されているが、動翼２０６の下流側端面２０６ｃに徐々に近づく方向に延設されてもよいし、動翼２０６の下流側端面２０６ｃから徐々に遠ざかる方向に延設されてもよい。静翼外輪２０９の下流側内壁面２０９ｃが動翼２０６の下流側端面２０６ｃに徐々に近づく方向に延設されている場合、下流側突出部２２６のシール出口２０１ｂへの突出度は、静翼外輪２０９の下流側内壁面２０９ｃに比べて大きい。また、動翼２０６の下流側端面２０６ｃは、タービンロータ４の軸方向に対して垂直下方に延設されているが、静翼外輪２０９の下流側内壁面２０９ｃに徐々に近づく方向に延設されてもよいし、静翼外輪２０９の下流側内壁面２０９ｃから徐々に遠ざかる方向に延設されてもよい。
【００５６】
また、図４に示すように、下流側突出部２２６はタービンロータ４の軸方向に対して平行に突出しているが、図４に示す回転構造物２２０と静止構造物２２１との間に形成された隙間からシール出口２０１ｂを介して図１に示す通路１２に流れる作動流体の流出量が抑制されれば、下流側突出部２２６の突出方向は特には限定されない。例えば、下流側突出部２２６は、静翼外輪２０９の内周面２０９ａに徐々に近づく方向に延設されてもよいし、静翼外輪２０９の内周面２０９ａから徐々に遠ざかる方向に延設されてもよい。下流側突出部２２６の突出長さは、例えばシールフィン２２３の突出長さより短い。
【００５７】
下流側突出部２２６は、円環状の構造を有し、例えば下流側突出部２２６を支持している静翼外輪２０９を構成する材料と線膨張係数が同程度の材料で構成される。また、下流側突出部２２６の先端部の形状は、片刃状や、両刃状などが挙げられる。ここでは、図４に示すように、下流側突出部２２６の先端部の形状は片刃状であり、先端部のテーパー面は、作動流体の流れ方向の下流側を向いているが、テーパー面が作動流体の流れ方向の上流側を向いていてもよい。
【００５８】
次に、ラビリンスシール装置２０１の作用について説明する。図４に示すように、ラビリンスシール装置２０１において、静翼外輪２０９の下流側内壁面２０９ｃに周設された下流側突出部２２６と動翼２０６の下流側端面２０６ｃとによって、静翼外輪２０９の下流側内壁面２０９ｃと動翼２０６の下流側端面２０６ｃとの間には狭小なシール間隙２２６ａが形成されている。シール間隙２２６ａは、シール出口２０１ｂにおいて、作動流体におけるタービンロータ４の半径方向の流路断面積を急激に減少させている。そして、回転構造物２２０と静止構造物２２１との間から漏洩した作動流体は、タービンロータ４の半径方向内側に向かって進み、半径方向の流路断面積を減少させているシール間隙２２６ａを通る。その結果、シール出口２０１ｂにおいて、回転構造物２２０と静止構造物２２１との間から通路１２に流出する作動流体の流量を減少させることができる。
【００５９】
さらに、図４に示すように、回転構造物２２０の外周面２２０ａと静止構造物２２１の内周面２２１ａとの間の隙間において、回転構造物２２０の下流端には環状突起構造物２２４が設けられている。回転構造物２２０の下流端に位置するシールフィン２２３のシール間隙２２３ａの高さは、環状突起構造物２２４の突出長さ分だけ回転構造物２２０のｌｏｗ部２２５よりも高い。そして、回転構造物２２０のｌｏｗ部２２５よりも高い位置にある下流端のシール間隙２２３ａから漏洩した作動流体は、シール出口２０１ｂにおける静翼外輪２０９の上方側の下流側内壁面２０９ｃに衝突した後、シール出口２０１ｂを下方側に流れる。このとき、下方側に流れる作動流体は、下流側突出部２２６と衝突する。その結果、シール出口２０１ｂから図１に示す通路１２に流出する作動流体の流量を効率よく減少させることができる。ただし、回転構造物２２０の下流端にはｌｏｗ部２２５が設けられてもよい。
【００６０】
ここで、従来のラビリンスシール装置は、上記した下流側突出部２２６を具備していないことから、シール間隙２２６ａが形成されていない。そのため、従来のラビリンスシール装置では、回転構造物２２０と静止構造物２２１との間から漏洩する作動流体は、半径方向の流路断面積を減少させていないシール出口２０１ｂから流出する。その結果、回転構造物２２０と静止構造物２２１との間から漏洩する作動流体の流量を減少させることができないことがある。そのため、従来のラビリンスシール装置では、軸流タービン２の効率を向上することが困難になる。
【００６１】
また、ラビリンスシール装置２０１における静翼外輪２０９の下流側内壁面２０９ｃが動翼２０６の下流側端面２０６ｃに徐々に近づく方向に延設されている場合、下流側突出部２２６のシール出口２０１ｂへの突出度は、静翼外輪２０９の下流側内壁面２０９ｃの突出度に比べて大きい。そのため、シール間隙２２６ａは、静翼外輪２０９の下流側内壁面２０９ｃと動翼２０６の下流側端面２０６ｃとの間隙に比べて、シール出口２０１ｂにおける半径方向内側に流れる作動流体の流路断面積を急激に減少させる。そのため、下流側突出部２２６は、このような傾斜した静翼外輪２０９の下流側内壁面２０９ｃよりも、回転構造物２２０と静止構造物２２１との間から漏洩する作動流体の流量を減少させることができる。
【００６２】
上記したように、第３の実施の形態のラビリンスシール装置２０１によれば、作動流体の流れ方向の下流側における静止構造物２２１から、タービンロータ４の軸方向に対向する回転構造物２２０の下流側の端面に突出した下流側突出部２２６を具備することによって、タービンロータ４の半径方向に流出する作動流体の漏洩を抑制することができる。そのため、シール間隙２２６ａから流出する作動流体の流量を減少し、シール性能を向上することができ、さらには、軸流タービン２の効率を増加することができる。
【００６３】
また、下流側突出部２２６と回転構造物２２０とは非接触であることから、下流側突出部２２６と回転構造物２２０の損傷は生じにくい。そのため、シール性能の向上を長期間維持することができ、高効率で信頼性の高い軸流タービン２を実現することができる。
【００６４】
また、図４に示すように、１つの下流側突出部２２６を具備するラビリンスシール装置２０１について説明したが、ラビリンスシール装置２０１は２つ以上の下流側突出部２２６を具備してもよい。
【００６５】
（第４の実施の形態）
図５は、第４の実施の形態のラビリンスシール装置３０１を模式的に示す断面図である。第４の実施の形態のラビリンスシール装置３０１において、下流側突出部３２６をさらに具備する以外は、第１の実施の形態のラビリンスシール装置１の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。
【００６６】
ラビリンスシール装置３０１は、回転構造物３２０の外周面３２０ａと静止構造物３２１の内周面３２１ａとの間を流れる作動流体の流れ方向の下流側における回転構造物３２０から、タービンロータ４の軸方向に対向する静止構造物３２１の面側に突出させて周設された下流側突出部３２６を具備する。ここでは、図５に示すように、シール出口３０１ｂに設けられた下流側突出部３２６は、動翼３０６の下流側端面３０６ｃから、タービンロータ４の軸方向に対向する静翼外輪３０９の下流側内壁面３０９ｃ側に突出させて周設されている。下流側突出部３２６は、動翼３０６の外周面３０６ａと静翼外輪３０９の内周面３０９ａとの間からシール出口３０１ｂを介して図１に示す通路１２に流出する作動流体におけるタービンロータ４の半径方向の流路断面積を減少させている。
【００６７】
下流側突出部３２６の先端と静翼外輪３０９の下流側内壁面３０９ｃとの間には、下流側突出部３２６のシール間隙３２６ａが形成される。タービンロータ４の軸方向における下流側突出部３２６と静翼外輪３０９の下流側内壁面３０９ｃとの離間距離であるシール間隙３２６ａは、下流側突出部３２６および静止構造物３２１におけるタービンロータ４の軸方向や半径方向への熱伸び差等を考慮して適宜設定される。
【００６８】
また、図５に示すように、下流側突出部３２６は、静翼外輪３０９の内周面３０９ａと下流側内壁面３０９ｃとが交わる角３０９ｄに向かって突出しているが、回転構造物３２０と静止構造物３２１との間に形成された隙間からシール出口３０１ｂを介して図１に示す通路１２に流れる作動流体の流出量が抑制されれば、下流側突出部３２６の突出方向は特には限定されない。例えば、下流側突出部３２６は、図５に示す下流側突出部３２６の突出方向に対して時計回りに回転した方向に延設されてもよいし、下流側突出部３２６の突出方向に対して反時計回りに回転した方向に延設されてもよい。下流側突出部３２６の突出長さは、例えばシールフィン３２３の突出長さより短い。
【００６９】
下流側突出部３２６は、円環状の構造を有し、例えば下流側突出部３２６を支持している動翼３０６を構成する材料と線膨張係数が同程度の材料で構成される。
【００７０】
次に、ラビリンスシール装置３０１の作用について説明する。図５に示すように、ラビリンスシール装置３０１において、動翼３０６の下流側端面３０６ｃに周設された下流側突出部３２６と静翼外輪３０９の下流側内壁面３０９ｃとによって、動翼３０６の下流側端面３０６ｃと静翼外輪３０９の下流側内壁面３０９ｃとの間には狭小なシール間隙３２６ａが形成されている。シール間隙３２６ａは、シール出口３０１ｂにおいて、作動流体におけるタービンロータ４の半径方向の流路断面積を急激に減少させている。そして、回転構造物３２０と静止構造物３２１との間から漏洩した作動流体は、タービンロータ４の半径方向内側に向かって進み、半径方向の流路断面積を減少させているシール間隙３２６ａを通る。その結果、シール出口３０１ｂにおいて、回転構造物３２０と静止構造物３２１との間から通路１２に流出する作動流体の流量を減少させることができる。
【００７１】
さらに、図５に示すように、回転構造物３２０の外周面３２０ａと静止構造物３２１の内周面３２１ａとの間の隙間において、回転構造物３２０の下流端にはｌｏｗ部３２５が設けられている。そして、下流端のシール間隙３２３ａから漏洩した作動流体は、シール出口３０１ｂに設けられた下流側突出部３２６に衝突した後、シール出口３０１ｂを上方側に流れながら蛇行する。その結果、シール出口３０１ｂから通路１２に流出する作動流体の流量を効率よく減少させることができる。ただし、回転構造物３２０の下流端には環状突起構造物３２４が設けられてもよい。
【００７２】
上記したように、第４の実施の形態のラビリンスシール装置３０１によれば、作動流体の流れ方向の下流側における回転構造物３２０から、タービンロータ４の軸方向に対向する静止構造物３２１の下流側の内壁面に突出した下流側突出部３２６を具備することによって、タービンロータ４の半径方向に流出する作動流体の漏洩を抑制することができる。そのため、シール間隙３２６ａから流出する作動流体の流量を減少し、シール性能を向上することができ、さらには、軸流タービン２の効率を増加することができる。
【００７３】
また、下流側突出部３２６と静止構造物３２１とは非接触であることから、下流側突出部３２６と静止構造物３２１の損傷は生じにくい。そのため、シール性能の向上を長期間維持することができ、高効率で信頼性の高い軸流タービン２を実現することができる。
【００７４】
また、図５に示すように、１つの下流側突出部３２６を具備するラビリンスシール装置３０１について説明したが、ラビリンスシール装置３０１は２つ以上の下流側突出部３２６を具備してもよい。
【００７５】
上述した第１〜第４の実施の形態のラビリンスシール装置は、上流側突出部２２，１２２や下流側突出部２２６，３２６を適宜組み合わせて具備してもよい。このとき、回転構造物の上流端には、環状突起構造物が設けられても、ｌｏｗ部が設けられてもよい。また、回転構造物の下流端には、環状突起構造物が設けられても、ｌｏｗ部が設けられてもよい。
【００７６】
（第５の実施の形態）
図６は、第５の実施の形態のラビリンスシール装置４０１を模式的に示す断面図である。第５の実施の形態のラビリンスシール装置４０１において、静止構造物４２１の構成が異なり、下流側突出部４２６をさらに具備する以外は、第１の実施の形態のラビリンスシール装置１の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。
【００７７】
ラビリンスシール装置４０１は、静翼外輪４０９の内周面４０９ａおよび上流側内壁面４０９ｂを有し、下流側内壁面を有さない静止構造物４２１を具備している。また、ラビリンスシール装置４０１は、回転構造物４２０の外周面４２０ａと静止構造物４２１の内周面４２１ａとの間を流れる作動流体の流れ方向の下流側における回転構造物４２０の端面から、静止構造物４２１の内周面４２１ａ側に突出させて周設された下流側突出部４２６を具備する。ここでは、図６に示すように、シール出口４０１ｂに設けられた下流側突出部４２６は、動翼４０６の下流側端面４０６ｃから、作動流体の流れ方向の下流側に向かって、静翼外輪４０９の内周面４０９ａ側に突出させて周設されている。下流側突出部４２６は、動翼４０６の外周面４０６ａと静翼外輪４０９の内周面４０９ａとの間からシール出口４０１ｂを介して図１に示す通路１２に流出する作動流体における、タービンロータ４の軸方向の流路断面積を減少させている。
【００７８】
また、図６に示すように、下流側突出部４２６は、動翼４０６の下流側端面４０６ｃから下流側に向かいながら静翼外輪４０９の内周面４０９ａ側に突出しているが、回転構造物４２０と静止構造物４２１との間に形成された隙間からシール出口４０１ｂを介して図１に示す通路１２に流れる作動流体の流出量が抑制されれば、下流側突出部４２６の突出方向は特には限定されない。例えば、下流側突出部４２６は、図６に示す下流側突出部４２６の突出方向に対して時計回りに回転した方向に延設されてもよいし、下流側突出部４２６の突出方向に対して反時計回りに回転した方向に延設されてもよい。
【００７９】
次に、ラビリンスシール装置４０１の作用について説明する。図６に示すように、ラビリンスシール装置４０１において、動翼４０６の下流側端面４０６ｃに周設された下流側突出部４２６と静翼外輪４０９の内周面４０９ａとの間には、狭小なシール間隙４６２ａが形成されている。シール間隙４２６ａは、シール出口４０１ｂにおいて、作動流体におけるタービンロータ４の軸方向の流路断面積を急激に減少させている。そして、回転構造物４２０と静止構造物４２１との間から漏洩した作動流体は、タービンロータ４の軸方向に向かって進み、軸方向の流路断面積を減少させているシール間隙４２６ａを通る。その結果、シール出口４０１ｂにおいて、回転構造物４２０と静止構造物４２１との間から通路１２に流出する作動流体の流量を減少させることができる。
【００８０】
上記したように、第５の実施の形態のラビリンスシール装置４０１によれば、作動流体の流れ方向の下流側における回転構造物４２０の下流側端面４２０ｂから、静止構造物４２１の内周面４２１ａ側に突出した下流側突出部４２６を具備することによって、タービンロータ４の軸方向に流出する作動流体の漏洩を抑制することができる。そのため、シール間隙４２６ａから流出する作動流体の流量を減少し、シール性能を向上することができ、さらには、軸流タービン２の効率を増加することができる。
【００８１】
また、下流側突出部４２６と静止構造物４２１とは非接触であることから、下流側突出部４２６と静止構造物４２１の損傷は生じにくい。そのため、シール性能の向上を長期間維持することができ、高効率で信頼性の高い軸流タービン２を実現することができる。
【００８２】
また、図６に示すように、１つの下流側突出部４２６を具備するラビリンスシール装置４０１について説明したが、ラビリンスシール装置４０１は２つ以上の下流側突出部４２６を具備してもよい。
【００８３】
また、ラビリンスシール装置４０１は、上流側突出部１２２をさらに具備してもよいし、上流側突出部４２２に代えて上流側突出部１２２を具備してもよい。また、ラビリンスシール装置４０１における回転構造物４２０の上流端には、環状突起構造物４２４が設けられても、ｌｏｗ部４２５が設けられてもよい。また、ラビリンスシール装置４０１における回転構造物４２０の下流端には、環状突起構造物４２４が設けられても、ｌｏｗ部４２５が設けられてもよい。
【００８４】
図７は、シールフィン側凹部５２７を具備するラビリンスシール装置５０１を模式的に示す断面図である。ここでは、ラビリンスシール装置５０１の一例として、第１の実施の形態のラビリンスシール装置１にシールフィン側凹部５２７を設けた構成を示しているが、上述した様々なタイプの実施の形態のラビリンスシール装置などにシールフィン側凹部５２７を設けてもよい。
【００８５】
ラビリンスシール装置５０１は、シールフィン５２３を周設している静止構造物５２１の内周面５２１ａから凹ませて周設された円環状のシールフィン側凹部５２７を具備する。なお、ラビリンスシール装置５０１が回転構造物５２０に周設されたシールフィンを具備している場合、ラビリンスシール装置５０１は、シールフィンを周設した回転構造物５２０の外周面５２０ａから凹ませて周設された円環状のシールフィン側凹部を具備する。
【００８６】
シールフィン側凹部５２７は、微小な溝であり、シールフィン５２３を周設していない静止構造物５２１の内周面５２１ａに設けられている。ここでは、図７に示すように、複数のシールフィン側凹部５２７がタービンロータ４の軸方向に沿って均一に区分されているが、複数のシールフィン側凹部５２７は不均一に区分されてもよい。さらに、ラビリンスシール装置５０１は、複数のシールフィン側凹部５２７を具備しているが、少なくとも１つのシールフィン側凹部５２７を具備していればよい。シールフィン側凹部５２７の数は、例えば、タービンロータ４の軸方向における回転構造物５２０、静止構造物５２１、シールフィン５２３の長さ、シールフィン側凹部５２７の大きさなどに応じて、適宜選択することができる。
【００８７】
また、ここでは、図７に示すように、シールフィン側凹部５２７の断面は矩形状であるが、シールフィン側凹部５２７の断面形状は矩形状に限定されない。また、シールフィン側凹部５２７の深さは、シールフィン側凹部５２７の幅の長さ程度である。
【００８８】
図７に示すラビリンスシール装置５０１によれば、回転構造物５２０の外周面５２０ａと静止構造物５２１の内周面５２１ａとの間を流れる作動流体の一部は、シールフィン側凹部５２７に流入して、小さな渦を形成する。そして、回転構造物５２０と静止構造物５２１との間において、シール入口５０１ａからシール出口５０１ｂに向かって流れる作動流体が蛇行し、圧力損失が増加する。その結果、シール出口５０１ｂに向かって流れる作動流体の流量が減少され、回転構造物５２０と静止構造物５２１との間からシール出口５０１ｂに漏洩する作動流体の流量が減少される。そのため、シール性能を向上することができ、軸流タービン２の効率を増加することができる。
【００８９】
図８は、図７に示すシールフィン側凹部５２７をタービンロータ４の周方向に区分したラビリンスシール装置をＡＡ線における環状突起構造物５２４側から見た平面図である。静止構造物５２１に周設されたシールフィン側凹部５２７は、タービンロータ４の周方向に沿って複数に区分されている。
【００９０】
ここでは、図８に示すように、シールフィン側凹部５２７がタービンロータ４の周方向に沿って均一に区分されているが、シールフィン側凹部５２７は不均一に区分されてもよい。シールフィン側凹部５２７の区分間隔は、例えば、タービンロータ４の軸方向における回転構造物５２０、静止構造物５２１、シールフィン５２３の長さ、シールフィン側凹部５２７の大きさなどに応じて、適宜選択することができる。また、図８に示すように、シールフィン側凹部５２７をタービンロータ４の周方向に区分して形成された複数の空隙部５２８は、ハニカム構造（正六角形）であることが好ましいが、空隙部５２８の形状は、ハニカム構造に限定されない。
【００９１】
図８に示す空隙部５２８を具備するラビリンスシール装置によれば、回転構造物５２０と静止構造物５２１との間を流れる作動流体の一部は、シールフィン側凹部５２７の空隙部５２８に流入して、多数の小さな渦を形成する。そして、シール入口５０１ａからシール出口５０１ｂに向かって流れる作動流体が蛇行し、圧力損失が増加する。その結果、シール出口５０１ｂに漏洩する作動流体の流量が減少される。そのため、シール性能を向上することができ、軸流タービン２の効率を増加することができる。
【００９２】
図９は、突起構造物側凹部６２９を具備するラビリンスシール装置６０１を模式的に示す断面図である。ここでは、ラビリンスシール装置６０１の一例として、第１の実施の形態のラビリンスシール装置１に突起構造物側凹部６２９を設けた構成を示しているが、上述した様々なタイプの実施の形態のラビリンスシール装置などに突起構造物側凹部６２９を設けてもよい。
【００９３】
ラビリンスシール装置６０１は、環状突起構造物６２４を周設している回転構造物６２０の外周面６２０ａから凹ませて周設された円環状の突起構造物側凹部６２９を具備する。なお、ラビリンスシール装置６０１が静止構造物６２１に周設された環状突起構造物を具備している場合、ラビリンスシール装置６０１は、環状突起構造物を周設した静止構造物６２１の内周面６２１ａから凹ませて周設された円環状の突起構造物側凹部を具備する。
【００９４】
突起構造物側凹部６２９は、微小な溝であり、シール間隙６２３ａを構成する回転構造物６２０の外周面６２０ａの部分以外の回転構造物６２０の外周面６２０ａに設けられている。シール間隙６２３ａを構成する回転構造物６２０の外周面６２０ａの部分とは、シールフィン６２３に対向している外周面６２０ａの部分である。ここでは、図９に示すように、複数の突起構造物側凹部６２９がタービンロータ４の軸方向に沿って均一に区分されているが、複数の突起構造物側凹部６２９は不均一に区分されてもよい。さらに、ラビリンスシール装置６０１は、複数の突起構造物側凹部６２９を具備しているが、少なくとも１つの突起構造物側凹部６２９を具備していればよい。突起構造物側凹部６２９の数は、例えば、タービンロータ４の軸方向における回転構造物６２０、静止構造物６２１、シールフィン６２３の長さ、突起構造物側凹部６２９の大きさなどに応じて、適宜選択することができる。
【００９５】
また、ここでは、図９に示すように、突起構造物側凹部６２９の断面は矩形状であるが、突起構造物側凹部６２９の断面形状は矩形状に限定されない。また、突起構造物側凹部６２９の深さは、突起構造物側凹部６２９の幅の長さ程度である。
【００９６】
図９に示すラビリンスシール装置６０１によれば、回転構造物６２０の外周面６２０ａと静止構造物６２１の内周面６２１ａとの間を流れる作動流体の一部は、突起構造物側凹部６２９に流入して、小さな渦を形成する。そして、回転構造物６２０と静止構造物６２１との間において、シール入口６０１ａからシール出口６０１ｂに向かって流れる作動流体が蛇行し、圧力損失が増加する。その結果、シール出口６０１ｂに向かって流れる作動流体の流量が減少され、回転構造物６２０と静止構造物６２１との間からシール出口６０１ｂに漏洩する作動流体の流量が減少される。そのため、シール性能を向上することができ、軸流タービン２の効率を増加することができる。
【００９７】
図１０は、図９に示す突起構造物側凹部６２９をタービンロータ４の周方向に区分したラビリンスシール装置をＢＢ線におけるシールフィン６２３側から見た平面図である。回転構造物６２０に周設された突起構造物側凹部６２９は、タービンロータ４の周方向に沿って複数に区分されている。
【００９８】
ここでは、図１０に示すように、突起構造物側凹部６２９がタービンロータ４の周方向に沿って均一に区分されているが、突起構造物側凹部６２９は不均一に区分されてもよい。突起構造物側凹部６２９の区分間隔は、例えば、タービンロータ４の軸方向における回転構造物６２０、静止構造物６２１、シールフィン６２３の長さ、突起構造物側凹部６２９の大きさなどに応じて、適宜選択することができる。また、図１０に示すように、突起構造物側凹部６２９をタービンロータ４の周方向に区分して形成された複数の空隙部６２８は、ハニカム構造（正六角形）であることが好ましいが、空隙部６２８の形状は、ハニカム構造に限定されない。
【００９９】
図１０に示す空隙部６２８を具備するラビリンスシール装置によれば、回転構造物６２０と静止構造物６２１との間を流れる作動流体の一部は、突起構造物側凹部６２９の空隙部６２８に流入して、多数の小さな渦を形成する。そして、シール入口６０１ａからシール出口６０１ｂに向かって流れる作動流体が蛇行し、圧力損失が増加する。その結果、シール出口６０１ｂに漏洩する作動流体の流量が減少される。そのため、シール性能を向上することができ、軸流タービン２の効率を増加することができる。
【０１００】
以上説明した実施の形態によれば、ラビリンスシール装置のシール入口から流入する作動流体およびラビリンスシール装置のシール出口から流出する作動流体の流量を減少させ、シール性能を向上することができる。
【０１０１】
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】
【０１０２】
１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，９０１…ラビリンスシール装置、１ａ，１０１ａ，２０１ａ，３０１ａ，４０１ａ，５０１ａ，６０１ａ，９０１ａ…シール入口、１ｂ，１０１ｂ，２０１ｂ、３０１ｂ，４０１ｂ，５０１ｂ，６０１ｂ，９０１ｂ…シール出口、２…軸流タービン、３…内部ケーシング、４…タービンロータ、５…作動流体、６，１０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６…動翼、６ａ，１０６ａ，２０６ａ，３０６ａ，４０６ａ，５０６ａ，６０６ａ…外周面、６ｂ，１０６ｂ，２０６ｂ，３０６ｂ，４０６ｂ，５０６ｂ，６０６ｂ…上流側端面、２０６ｃ，３０６ｃ，４０６ｃ…下流側端面、７…静翼翼列、８…静翼、９，１０９，２０９，３０９，４０９，５０９，６０９…静翼外輪、９ａ，１０９ａ，２０９ａ，３０９ａ，４０９ａ，５０９ａ，６０９ａ…内周面、９ｂ，１０９ｂ，２０９ｂ，３０９ｂ，４０９ｂ，５０９ｂ，６０９ｂ…上流側内壁面、２０９ｃ，３０９ｃ…下流側内壁面、３０９ｄ…角、１０…静翼内輪、１１…動翼翼列、１２…通路、２０，１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０，９２０…回転構造物、２０ａ，１２０ａ，２２０ａ，３２０ａ，４２０ａ，５２０ａ，６２０ａ…外周面、４２０ｂ…下流側端面、２１，１２１，２２１，３２１，４２１，５２１，６２１，９２１…静止構造物、２１ａ，１２１ａ，２２１ａ，３２１ａ，４２１ａ，５２１ａ，６２１ａ…内周面、２２，１２２，２２２，３２２，４２２，５２２，６２２…上流側突出部、２２ａ，１２２ａ，２２２ａ，３２２ａ，４２２ａ，５２２ａ，６２２ａ…シール間隙、２３，１２３，２２３，３２３，４２３，５２３，６２３，９２３…シールフィン、２３ａ，１２３ａ，２２３ａ，３２３ａ，４２３ａ，５２３ａ，６２３ａ…シール間隙、２４，１２４，２２４，３２４，４２４，５２４，６２４，９２４…環状突起構造物、２５，１２５，２２５，３２５，４２５，５２５，６２５…ｌｏｗ部、２２６，３２６，４２６…下流側突出部、２２６ａ，３２６ａ，４２６ａ…シール間隙、５２７…シールフィン側凹部，５２８，６２８…空隙部、６２９…突起構造物側凹部。
【図１】
2017061897.tif 000003
【図２】
2017061897.tif 000004
【図３】
2017061897.tif 000005
【図４】
2017061897.tif 000006
【図５】
2017061897.tif 000007
【図６】
2017061897.tif 000008
【図７】
2017061897.tif 000009
【図８】
2017061897.tif 000010
【図９】
2017061897.tif 000011
【図１０】
2017061897.tif 000012
【図１１】
2017061897.tif 000013