(57)【要約】【課題】破損が生ずることを十分に抑制可能であって、流体の漏れを効果的に低減可能なラビリンスシール装置等を提供する。【解決手段】実施形態において、複数のパッキンリングセグメントは、鉛直方向に配置される第１パッキンリングセグメントと、第１パッキンリングセグメントの側方に配置される第２パッキンリングセグメントとを含む。第１パッキンリングセグメントおよび第２パッキンリングセグメントは、線膨張係数がパッキンホルダ部よりも小さく、周方向において互いに接触する接触面を有する。第１パッキンリングセグメントは、径方向における幅が第２パッキンリングセグメントよりも狭い。低温状態から高温状態になることにより、第１パッキンリングセグメントがパッキンホルダ部に対して径方向の内側に移動して、第１パッキンリングセグメントと回転体との間に位置する間隙が狭くなる。【選択図】図１Ａ
2017096365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体が回転軸に沿った回転軸方向に流れることによって回転する回転体と、前記回転体の径方向において前記回転体の周囲に配置される静止体との間を密封するラビリンスシール装置であって、
前記静止体に設けられたパッキンホルダ部に前記径方向で移動可能に支持されると共に、前記回転体の周方向に複数が配置されるパッキンリングセグメントと、
前記径方向において前記複数のパッキンリングセグメントのそれぞれを内側へ付勢する複数の弾性体と
を有し、
前記複数のパッキンリングセグメントは、
鉛直方向に配置される第１パッキンリングセグメントと、
前記第１パッキンリングセグメントの側方に配置される第２パッキンリングセグメントと
を含み、
前記第１パッキンリングセグメントおよび前記第２パッキンリングセグメントは、線膨張係数が前記パッキンホルダ部よりも小さく、前記周方向において互いに接触する接触面を有し、
前記第１パッキンリングセグメントは、前記径方向における幅が前記第２パッキンリングセグメントよりも狭く、
前記作動流体が流れることで低温状態から高温状態になることにより、前記第１パッキンリングセグメントが前記パッキンホルダ部に対して前記径方向の内側に移動して、前記第１パッキンリングセグメントと前記回転体との間に位置する間隙が狭くなることを特徴とする、
ラビリンスシール装置。
【請求項２】
前記接触面は、前記径方向に沿っている、
請求項１に記載のラビリンスシール装置。
【請求項３】
前記接触面は、前記径方向に対して傾斜しており、
前記接触面において外周側に位置する一端は、内周側に位置する他端よりも、前記鉛直方向に沿った鉛直線が前記回転体の回転軸を通る鉛直基準線から離れている、
請求項１に記載のラビリンスシール装置。
【請求項４】
前記接触面の一端は、前記径方向に沿ったラジアル線が前記接触面の他端を通るラジアル基準線よりも前記鉛直基準線の側に位置している、
請求項３に記載のラビリンスシール装置。
【請求項５】
前記パッキンリングセグメントは、フェライト系のステンレス鋼、または、マルテンサイト系ののステンレス鋼を用いて形成されており、
前記パッキンホルダ部は、高クロム鋼、または、クロムモリブデン鋼を用いて形成されている、
請求項１から４のいずれかに記載のラビリンスシール装置。
【請求項６】
作動流体が回転軸に沿った回転軸方向に流れることによって回転する回転体と、前記回転体の径方向において前記回転体の周囲に配置される静止体との間を密封するラビリンスシール装置であって、
前記静止体に設けられたパッキンホルダ部に前記径方向で移動可能に支持されると共に、前記回転体の周方向に複数が配置されるパッキンリングセグメントと、
前記径方向において前記複数のパッキンリングセグメントのそれぞれを付勢する複数の弾性体と
を有し、
前記複数のパッキンリングセグメントは、
鉛直方向に配置される第１パッキンリングセグメントと、
前記第１パッキンリングセグメントの側方に配置される第２パッキンリングセグメントと
を含み、
前記複数の弾性体は、
前記第１パッキンリングセグメントを外側へ付勢する第１弾性体と、
前記第２パッキンリングセグメントを内側へ付勢する第２弾性体と
を含み、
前記第１パッキンリングセグメントおよび前記第２パッキンリングセグメントは、線膨張係数が前記パッキンホルダ部よりも大きく、前記周方向において互いに接触する接触面を有し、
前記第１パッキンリングセグメントは、前記径方向における幅が前記第２パッキンリングセグメントよりも狭く、
前記作動流体が流れることで低温状態から高温状態になることにより、前記第１パッキンリングセグメントが前記パッキンホルダ部に対して前記径方向の内側に移動して、前記第１パッキンリングセグメントと前記回転体との間に位置する間隙が狭くなることを特徴とする、
ラビリンスシール装置。
【請求項７】
前記接触面は、前記径方向に対して傾斜しており、
前記接触面において外周側に位置する一端は、内周側に位置する他端よりも、前記鉛直方向に沿った鉛直線が前記回転体の回転軸を通る鉛直基準線の側に位置している、
請求項６に記載のラビリンスシール装置。
【請求項８】
前記パッキンリングセグメントは、オーステナイト系のステンレス鋼を用いて形成されており、
前記パッキンホルダ部は、高クロム鋼、または、クロムモリブデン鋼を用いて形成されている、
請求項６または７に記載のラビリンスシール装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載のラビリンスシール装置
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、ラビリンスシール装置、および、タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンなどのタービンにおいては、タービン効率を向上させる目的で、シール装置が設けられている。シール装置は、蒸気などの作動流体が漏洩する漏洩量を低減し、仕事を行う作動流体の量を増加させることができる。たとえば、ラビリンスシール装置がシール装置として設けられており、特に、作動流体が通る通路において、回転体と、その回転体の周囲に設けられた静止体との間に位置するラジアル間隙を狭くすることで、両者の間をシールしている。
【０００３】
図１５は、関連技術に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。図１５は、第１の水平方向ｘに直交する第２の水平方向ｙと、鉛直方向ｚとによって規定される鉛直面（ｙｚ面）の断面を示している。
【０００４】
図１５では、タービンロータ３（回転体）の回転軸ＡＸに沿った回転軸方向が第１の水平方向ｘであって、ケーシング（図示省略）の内部において蒸気が作動流体として回転軸方向に流れることによってタービンロータ３が回転軸ＡＸを中心にして回転する蒸気タービンの一部について示している。ここでは、蒸気タービンにおいて、静翼を含むノズルダイアフラム（図示省略）がタービンロータ３の周囲に設置された部分であって、そのノズルダイアフラムに設けられたパッキンホルダ部４１Ｈ（静止体）にラビリンスシール装置５が設置された様子を示している。すなわち、ノズルパッキンリングとして機能するパッキンリングを含むラビリンスシール装置５について例示している。
【０００５】
図１５に示すように、ラビリンスシール装置５において、パッキンリングセグメント５０は、タービンロータ３の外周面を囲うように、複数が周方向に配置されている。複数のパッキンリングセグメント５０は、パッキンリングセグメント５０の内周面とタービンロータ３の外周面との間にラジアル間隙が介在するように配置されている。複数のパッキンリングセグメント５０のそれぞれは、互いに同じ形状であって、回転軸ＡＸが直交する鉛直面（ｙｚ面）の断面形状が円弧状である。複数のパッキンリングセグメント５０は、周方向に位置する側面が、タービンロータ３の径方向に沿っている。
【０００６】
たとえば、パッキンリングセグメント５０は、６つであって、６つのパッキンリングセグメント５０がタービンロータ３の周囲に配置されることによってリングを構成している。具体的には、鉛直方向ｚにおいてタービンロータ３を間に挟むように、一対のパッキンリングセグメント５０が配置されている。そして、タービンロータ３の上方に配置されたパッキンリングセグメント５０を、一対のパッキンリングセグメント５０が第２の水平方向ｙにおいて挟むように配置されている。同様に、タービンロータ３の下方に配置されたパッキンリングセグメント５０を、一対のパッキンリングセグメント５０が第２の水平方向ｙにおいて挟むように配置されている。つまり、６つのパッキンリングセグメント５０が水平面（ｘｙ面）を対称面とするように配置されている。
【０００７】
パッキンホルダ部４１Ｈは、図１５に示すように、上半パッキンホルダ部４１Ｈａと下半パッキンホルダ部４１Ｈｂとを含み、両者を組み合わせることでリングを構成している。上半パッキンホルダ部４１Ｈａと下半パッキンホルダ部４１Ｈｂとの両者は、パッキンリングセグメント５０を介してタービンロータ３の外周面を囲うように設けられている。ここでは、パッキンホルダ部４１Ｈは、上半パッキンホルダ部４１Ｈａと下半パッキンホルダ部４１Ｈｂとのそれぞれの内部に、３つのパッキンリングセグメント５０が配置されている。
【０００８】
上半パッキンホルダ部４１Ｈａと下半パッキンホルダ部４１Ｈｂとの間には、一対の周り止めＳＴが第２の水平方向ｙにおいてタービンロータ３を挟むように配置されている。周り止めＳＴは、上半パッキンホルダ部４１Ｈａの内部で第２の水平方向ｙに並ぶ一対のパッキンリングセグメント５０と、下半パッキンホルダ部４１Ｈｂの内部で第２の水平方向ｙに並ぶ一対のパッキンリングセグメント５０との間に介在している。
【０００９】
図１６は、関連技術に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。図１６は、第１の水平方向ｘと鉛直方向ｚとによって規定される鉛直面（ｘｚ面）の断面であって、図１５のＡ−Ａ部分を拡大して示している。図１６において、鉛直方向ｚは、タービンロータ３の径方向Ｒｄの一部であり、下側が径方向Ｒｄの内側であって、上側が径方向Ｒｄの外側に相当する。また、図１６において、第１の水平方向ｘは、タービンロータ３（回転体）の回転軸ＡＸに沿った回転軸方向であって、右側が作動流体の流れにおいて上流側（Ｕｓ）であり、左側が下流側（Ｄｓ）である。
【００１０】
図１６に示すように、パッキンリングセグメント５０は、パッキンホルダ部４１Ｈの内周面に嵌合されている。ここでは、パッキンリングセグメント５０は、径方向Ｒｄにおいて移動可能なように、パッキンホルダ部４１Ｈに支持されている。
【００１１】
パッキンホルダ部４１Ｈは、図１６に示すように、溝ＴＲが内周面に形成されている。溝ＴＲ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。そして、パッキンホルダ部４１Ｈの溝ＴＲの内部には、一対のフック部４４１が形成されている。一対のフック部４４１は、凸部であって、溝ＴＲの内部において径方向Ｒｄの内側に位置している。また、一対のフック部４４１は、回転軸方向において隙間を介在して対面している。
【００１２】
パッキンリングセグメント５０は、図１６に示すように、内側部５１と外側部５２（ダブルテール部）とジョイント部５３とを有する。
【００１３】
パッキンリングセグメント５０のうち、内側部５１は、パッキンホルダ部４１Ｈよりも径方向Ｒｄの内側に位置している。内側部５１は、回転軸方向における幅が、一対のフック部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。
【００１４】
パッキンリングセグメント５０のうち、外側部５２は、内側部５１よりも径方向Ｒｄの外側（図１６では上側）に位置している。外側部５２は、パッキンホルダ部４１Ｈの溝ＴＲの内部（ホルダ室）に収容されており、フックとして機能するように構成されている。外側部５２は、回転軸方向における幅が、一対のフック部４４１の間に位置する隙間よりも広く、かつ、内側部５１よりも狭くなるように形成されている。
【００１５】
パッキンリングセグメント５０のうち、ジョイント部５３は、径方向Ｒｄにおいて内側部５１と外側部５２との間に介在しており、内側部５１と外側部５２との間を連結している。ジョイント部５３は、回転軸方向における幅が、内側部５１と外側部５２との両者よりも狭い。ジョイント部５３は、パッキンホルダ部４１Ｈの溝ＴＲの内部において一対のフック部４４１に挟まれている。ここでは、ジョイント部５３は、回転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、それぞれが一対のフック部４４１のそれぞれに対面している。また、ジョイント部５３は、回転軸方向における幅が、一対のフック部４４１の間に位置する隙間よりも狭い。
【００１６】
パッキンリングセグメント５０において内側部５１の内周面には、複数のシールフィン６０が設けられている。複数のシールフィン６０は、回転軸方向に沿って並ぶように配置されている。複数のシールフィン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Ｒｄにおいて内側部５１の内周面から内側に突出している。複数のシールフィン６０は、径方向Ｒｄ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。複数のシールフィン６０は、たとえば、パッキンリングセグメント５０と同じ金属材料を用いて形成されている。
【００１７】
ラビリンスシール装置５は、パッキンリングセグメント５０の他に、弾性体７０を含む。
【００１８】
弾性体７０は、パッキンホルダ部４１Ｈの溝ＴＲの内部（ホルダ室）に収容されている。弾性体７０は、パッキンホルダ部４１Ｈの溝ＴＲの内周面と、パッキンリングセグメント５０の外側部５２の外周面との間に設置されている。
【００１９】
弾性体７０は、径方向Ｒｄにおいてパッキンリングセグメント５０を内側へ付勢している。弾性体７０の作用によって、パッキンリングセグメント５０を構成する外側部５２の内周面が、パッキンホルダ部４１Ｈを構成する一対のフック部４４１の外周面に接触した状態になっている。これにより、タービンロータ３の外周面と、シールフィン６０が設けられたパッキンリングセグメント５０の間に位置するラジアル間隙が、所定値を保持し、流体に対して抵抗が作用する状態になる。その結果、タービンロータ３とパッキンリングセグメント５０との間のラジアル間隙を介して、作動流体が漏洩することを抑制可能である。
【００２０】
この他に、パッキンリングセグメント５０は、上流側Ｕｓに位置する空間（高圧室）の圧力と下流側Ｄｓに位置する空間（低圧室）の圧力との差に応じて、回転軸ＡＸに沿った回転軸方向において下流側Ｄｓへ押し付けられた状態になる。このため、パッキンリングセグメント５０を構成するジョイント部５３において下流側Ｄｓに位置する下流側ジョイント面ＳＪａが、パッキンホルダ部４１Ｈを構成する一対のフック部４４１のうち下流側Ｄｓに位置するフック部４４１に接触した状態になる。その結果、パッキンホルダ部４１Ｈとパッキンリングセグメント５０との間から作動流体が漏洩することを抑制可能である。
【００２１】
このようにして、ラビリンスシール装置５は、回転体と静止体との間を密封している。
【００２２】
なお、上記のラビリンスシール装置５において、パッキンリングセグメント５０は、線膨張係数がパッキンホルダ部４１Ｈと異なる材料で形成されている。このため、蒸気タービンに蒸気が作動流体として供給されて、低温状態から高温状態になったときには、パッキンリングセグメント５０とパッキンホルダ部４１Ｈとの間において、熱伸び差が生ずる。そこで、周方向における熱伸び差によって、周方向で隣接するパッキンリングセグメント５０が接触して突っ張った状態になることを避けるために、周方向で隣接するパッキンリングセグメント５０の側面の間には、低温状態のときに隙間（図示省略）が介在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開２０１２−１０２６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
上記のラビリンスシール装置５は、蒸気タービンに蒸気が作動流体として供給されることで高温な状態になる場合の他に、蒸気が供給されずに低温な状態である場合においても、タービンロータ３とパッキンリングセグメント５０との間のラジアル間隙が狭い状態で保持される。このため、上記のラビリンスシール装置５においては、パッキンリングセグメント５０に形成されたシールフィン６０がタービンロータ３に接触して、シールフィン６０およびタービンロータ３において破損が生ずる場合がある。特に、タービンを起動するとき、および、停止するときのように非定常な過渡状態である場合には、タービンロータ３などの回転体において振動が発生すると共に、作動流体の熱によってケーシング（図示省略）などの静止体において熱変形が生ずる場合があるので、破損が生じやすい。
【００２５】
その結果、回転体と静止体との間において作動流体の漏洩が増加するために、タービンの効率が低下する場合がある。また、タービントリップが生ずる場合がある。
【００２６】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、破損が生ずることを十分に抑制可能であって、流体の漏れを効果的に低減可能なラビリンスシール装置、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】
【００２７】
実施形態のラビリンスシール装置は、作動流体が回転軸に沿った回転軸方向に流れることによって回転する回転体と、回転体の径方向において回転体の周囲に配置される静止体との間を密封するように構成されている。ラビリンスシール装置は、複数のパッキンリングセグメントと複数の弾性体とを含む。複数のパッキンリングセグメントは、静止体に設けられたパッキンホルダ部に径方向で移動可能に支持されると共に、回転体の周方向に配置される。複数の弾性体のそれぞれは、径方向において複数のパッキンリングセグメントのそれぞれを内側へ付勢する。ここでは、複数のパッキンリングセグメントは、鉛直方向に配置される第１パッキンリングセグメントと、第１パッキンリングセグメントの側方に配置される第２パッキンリングセグメントとを含む。第１パッキンリングセグメントおよび第２パッキンリングセグメントは、線膨張係数が前記パッキンホルダ部よりも小さく、周方向において互いに接触する接触面を有する。第１パッキンリングセグメントは、径方向における幅が第２パッキンリングセグメントよりも狭い。作動流体が流れることで低温状態から高温状態になることにより、第１パッキンリングセグメントがパッキンホルダ部に対して径方向の内側に移動して、第１パッキンリングセグメントと回転体との間に位置する間隙が狭くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】図１Ａは、第１実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、第１実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。
【図２】図２は、線膨張係数を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第１実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第１実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係るラビリンスシール装置において、第１パッキンリングセグメントと第２パッキンリングセグメントとが周方向で接触する部分について拡大して示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係るラビリンスシール装置において、熱伸び差の発生によって、第１パッキンリングセグメントが鉛直方向において変位する変位量を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第２実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第２実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第２実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第２実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係るラビリンスシール装置において、第１パッキンリングセグメントと第２パッキンリングセグメントとが周方向で接触する部分について拡大して示す図である。
【図９】図９は、第２実施形態に係るラビリンスシール装置において、熱伸び差の発生によって、第１パッキンリングセグメントが鉛直方向において変位する変位量を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第３実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第３実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、線膨張係数を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、第３実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、第３実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。
【図１３】図１３は、第３実施形態に係るラビリンスシール装置において、第１パッキンリングセグメントと第２パッキンリングセグメントとが周方向で接触する部分について拡大して示す図である。
【図１４】図１４は、第２実施形態に係るラビリンスシール装置において、熱伸び差の発生によって、第１パッキンリングセグメントが鉛直方向において変位する変位量を示す図である。
【図１５】図１５は、関連技術に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である
【図１６】図１６は、関連技術に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３０】
＜第１実施形態＞
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃは、第１実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。ここでは、関連技術（図１５、図１６参照）の場合と同様に、ノズルパッキンリングとして機能するパッキンリングを含むラビリンスシール装置５について例示している。図１Ａは、図１５と同じ鉛直面（ｙｚ面）の断面を示している。図１Ｂは、図１６と同じ鉛直面（ｘｚ面）の断面であって、図１ＡのＡ−Ａ部分を拡大して示している。図１Ｃは、図１ＡのＢ−Ｂ部分であって、径方向Ｒｄに沿った面の断面を拡大して示している。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃにおいては、蒸気タービンに蒸気が作動流体として供給されずに、低温な状態である場合を示している。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。
【００３１】
図１Ａに示すように、本実施形態では、ラビリンスシール装置５は、上記の関連技術（図１５参照）の場合と同様に、パッキンリングセグメント５０と弾性体７０とを有する。ここでは、パッキンリングセグメント５０は、タービンロータ３の周方向に６つが配置されている。そして、弾性体７０は、径方向Ｒｄにおいてパッキンリングセグメント５０を内側へ付勢している。
【００３２】
しかし、本実施形態では、パッキンリングセグメント５０は、上記の関連技術の場合と異なり、第１パッキンリングセグメント５０Ａと第２パッキンリングセグメント５０Ｂとの２種類を含む。また、本実施形態は、弾性体７０は、第１弾性体７０Ａと第２弾性体７０Ｂとを含む。この点、および、これに関連する点を除き、本実施形態は、上記の関連技術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部分については、適宜、説明を省略する。
【００３３】
第１パッキンリングセグメント５０Ａは、図１Ａに示すように、２つであって、鉛直方向ｚにおいてタービンロータ３を間に挟むように配置されている。具体的には、パッキンホルダ部４１Ｈを構成する上半パッキンホルダ部４１Ｈａの内部において、タービンロータ３の上方に位置するように、第１パッキンリングセグメント５０Ａが設けられている。これと共に、パッキンホルダ部４１Ｈを構成する下半パッキンホルダ部４１Ｈｂの内部において、タービンロータ３の下方に位置するように、第１パッキンリングセグメント５０Ａが設けられている。
【００３４】
第１パッキンリングセグメント５０Ａは、図１Ａに示すように、タービンロータ３の周方向において第２パッキンリングセグメント５０Ｂに接触する接触面を有する。第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面は、タービンロータ３の径方向に沿っている。また、第１パッキンリングセグメント５０Ａは、径方向における幅が第２パッキンリングセグメント５０Ｂよりも狭くなるように形成されている。
【００３５】
図１Ｂに示すように、第１パッキンリングセグメント５０Ａは、関連技術の場合と同様に、内側部５１Ａと外側部５２Ａとジョイント部５３Ａとを有し、内側部５１Ａの内周面に複数のシールフィン６０が設けられている。第１パッキンリングセグメント５０Ａは、第１弾性体７０Ａによって、径方向Ｒｄにおいて内側へ付勢されている。蒸気タービンに蒸気が作動流体として供給されずに低温な状態である場合、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間には、ラジアル間隙が介在している。
【００３６】
しかし、本実施形態では、関連技術の場合と異なり、第１パッキンリングセグメント５０Ａは、図１Ｂに示すように、低温な状態である場合には、外側部５２Ａの内周面と、パッキンホルダ部４１Ｈを構成する一対のフック部４４１の外周面との間に、隙間（幅Δｒ）が介在している。本実施形態では、図１Ａに示したように、第１パッキンリングセグメント５０Ａは、第１弾性体７０Ａによって、第２パッキンリングセグメント５０Ｂに押し付けられて接触している。このため、上記したように、外側部５２Ａとフック部４４１との間に隙間（幅Δｒ）が介在した状態になる。
【００３７】
パッキンリングセグメント５０において、第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、図１Ａに示すように、４つであって、２つの第１パッキンリングセグメント５０Ａのそれぞれの側方に配置されている。具体的には、上半パッキンホルダ部４１Ｈａの内部において、タービンロータ３の上方に配置された第１パッキンリングセグメント５０Ａを一対の第２パッキンリングセグメント５０Ｂが第２の水平方向ｙにおいて挟むように設けられている。同様に、上半パッキンホルダ部４１Ｈａの内部において、タービンロータ３の下方に配置された第１パッキンリングセグメント５０Ａを、一対の第２パッキンリングセグメント５０Ｂが第２の水平方向ｙにおいて挟むように設けられている。
【００３８】
第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、図１Ａに示すように、タービンロータ３の周方向において第１パッキンリングセグメント５０Ａに接触する接触面を有している。第２パッキンリングセグメント５０Ｂにおいて第１パッキンリングセグメント５０Ａに接触する接触面は、径方向に沿っている。この他に、第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、周方向において他の第２パッキンリングセグメント５０Ｂに接触する接触面を有している。第２パッキンリングセグメント５０Ｂが周方向において他の第２パッキンリングセグメント５０Ｂに接触する接触面も同様に、径方向（ここでは第２の水平方向ｙ）に沿っている。
【００３９】
図１Ｃに示すように、第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、関連技術の場合と同様に、内側部５１Ｂと外側部５２Ｂとジョイント部５３Ｂとを有し、内側部５１Ｂの内周面には、複数のシールフィン６０が設けられている。第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、第１パッキンリングセグメント５０Ａと同様に、第２弾性体７０Ｂによって、径方向Ｒｄにおいて内側へ付勢されている。蒸気タービンに蒸気が作動流体として供給されずに低温な状態である場合、第２パッキンリングセグメント５０Ｂとタービンロータ３との間には、ラジアル間隙が介在している。
【００４０】
しかし、第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、図１Ｃに示すように、第１パッキンリングセグメント５０Ａの場合と異なり、低温な状態である場合に、外側部５２Ｂの内周面と一対のフック部４４１の外周面との間に隙間（図１Ｂ参照）が介在していない。すなわち、第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、関連技術の場合と同様に、第２弾性体７０Ｂの作用によって、外側部５２Ｂの内周面が、一対のフック部４４１の外周面に接触した状態になっている。
【００４１】
第２弾性体７０Ｂは、第２パッキンリングセグメント５０Ｂの外側部５２Ｂの内周面が、一対のフック部４４１の外周面に接触した状態になるように、第１弾性体７０Ａよりも付勢力が大きい。なお、複数の第２弾性体７０Ｂを配置することによって、第２パッキンリングセグメント５０Ｂの外側部５２Ｂの内周面と一対のフック部４４１の外周面とを接触状態にしてもよい。
【００４２】
第１パッキンリングセグメント５０Ａおよび第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、線膨張係数がパッキンホルダ部４１Ｈよりも小さくなるように形成されている。
【００４３】
図２は、線膨張係数を示す図である。図２において、縦軸は線膨張係数Ｅ（×１０−６／℃）を示し、横軸は温度Ｔ（℃）を示している。
【００４４】
第１パッキンリングセグメント５０Ａおよび第２パッキンリングセグメント５０Ｂについては、たとえば、フェライト系のステンレス鋼、または、マルテンサイト系のステンレス鋼を用いて形成する。たとえば、図２に示すように、温度Ｔが４００℃〜６００℃の範囲であるときの線膨張係数Ｅが１０．５×１０−６〜１２．５×１０−６程度であるＳＵＳ４ＸＸ系材料（ＳＵＳ４０３，ＳＵＳ４０５，ＳＵＳ４３０等）を用いて、第１パッキンリングセグメント５０Ａおよび第２パッキンリングセグメント５０Ｂが形成される。
【００４５】
これに対して、パッキンホルダ部４１Ｈについては、たとえば、高クロム鋼、または、クロムモリブデン鋼を用いて形成する。たとえば、図２に示すように、温度Ｔが４００℃〜６００℃の範囲であるときの線膨張係数Ｅが１２．０×１０−６〜１３．５×１０−６程度である、高Ｃｒ材またはＣｒＭｏ鋼を用いて、パッキンホルダ部４１Ｈが形成される。
【００４６】
本実施形態のラビリンスシール装置５の動作について説明する。ここでは、蒸気タービンが低温な状態から、蒸気タービンに蒸気が作動流体として供給されて高温な状態になったときの動作に関して説明する。
【００４７】
図３Ａ、図３Ｂは、第１実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。図３Ａは、図１Ａと同じ鉛直面（ｙｚ面）の断面を示している。図３Ｂは、図１Ｂと同じ鉛直面（ｘｚ面）の断面であって、図３ＡのＡ−Ａ部分を拡大して示している。図３Ａ、図３Ｂにおいては、蒸気タービンに蒸気が作動流体として供給されて高温な状態になった場合を示している。
【００４８】
図３Ａに示すように、第２パッキンリングセグメント５０Ｂとタービンロータ３との間のラジアル間隙の幅は、低温な状態（図１Ａ参照）から高温な状態に変化したときであっても、関連技術の場合と同様に、変動しない。第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、関連技術の場合と同様に、第２弾性体７０Ｂの作用によって、外側部５２Ｂの内周面が一対のフック部４４１の外周面に接触した状態を保持する。このため、低温な状態から高温状態に変化することでパッキンリングセグメント５０とパッキンホルダ部４１Ｈとの間に熱伸び差が生ずる場合であっても、第２パッキンリングセグメント５０Ｂとタービンロータ３との間のラジアル間隙の幅は、一定である。
【００４９】
しかしながら、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間のラジアル間隙の幅は、低温な状態（図１Ａ、図１Ｂ参照）から高温な状態に変化したとき、関連技術の場合と異なり、変動する。
【００５０】
図４は、第１実施形態に係るラビリンスシール装置において、第１パッキンリングセグメント５０Ａと第２パッキンリングセグメント５０Ｂとが周方向で接触する部分について拡大して示す図である。図４は、図１Ａおよび図３Ａと同じ鉛直面（ｙｚ面）に関して示している。ここでは、上半パッキンホルダ部４１Ｈａの内部に収容された第１パッキンリングセグメント５０Ａと第２パッキンリングセグメント５０Ｂとに関して示している。
【００５１】
図４において、面ＣＳは、低温な状態のときに、第１パッキンリングセグメント５０Ａの側面と第２パッキンリングセグメント５０Ｂの側面とが周方向で接触する接触面を示している。面Ｓ１は、第１パッキンリングセグメント５０Ａの側面であって、高温な状態になることによって第１パッキンリングセグメント５０Ａとパッキンホルダ部４１Ｈとの間に熱伸び差が生じた状態を示している。面Ｓ２は、第２パッキンリングセグメント５０Ｂの側面であって、高温な状態になることによって第２パッキンリングセグメント５０Ｂとパッキンホルダ部４１Ｈとの間に熱伸び差が生じた状態を示している。
【００５２】
図４に示すように、低温な状態から高温な状態になって熱伸び差が生じたときには、第１パッキンリングセグメント５０Ａの側面は、面ＣＳの位置から面Ｓ１の位置になるように作用する。また、第２パッキンリングセグメント５０Ｂの側面は、面ＣＳの位置から面Ｓ２の位置になるように作用する。第１パッキンリングセグメント５０Ａの側面と第２パッキンリングセグメント５０Ｂの側面との間は、面ＣＳと面Ｓ１との間の距離ΔＸ１と、面ＣＳと面Ｓ２との間の距離ΔＸ２とを加算した距離ΔＸ（ΔＸ＝ΔＸ１＋ΔＸ２）で離れるように作用する。
【００５３】
本実施形態では、第１パッキンリングセグメント５０Ａは、低温な状態である場合（図１Ｂ参照）には、外側部５２Ａとフック部４４１との間に隙間（幅Δｒ）が介在しており、鉛直方向ｚにおいて移動可能である。また、第１弾性体７０Ａが鉛直方向ｚにおいて第１パッキンリングセグメント５０Ａを内側へ付勢している。このため、低温な状態から高温状態に変化することでパッキンリングセグメント５０とパッキンホルダ部４１Ｈとの間に熱伸び差が生じたときには、第１パッキンリングセグメント５０Ａがパッキンホルダ部４１Ｈに対して内側に相対的に移動する。これにより、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間のラジアル間隙は、狭くなる。
【００５４】
図５は、第１実施形態に係るラビリンスシール装置において、熱伸び差の発生によって、第１パッキンリングセグメント５０Ａが鉛直方向ｚにおいて変位する変位量を示す図である。図５において、縦軸は、変位量比（ΔＹ／ΔＸ）を示している。横軸は、第１パッキンリングセグメント５０Ａの側面および第２パッキンリングセグメント５０Ｂの側面が、水平面（ｘｙ面）に対して傾斜した傾斜角度θを示している。第１パッキンリングセグメント５０Ａが鉛直方向ｚにおいて変位する変位量ΔＹは、下記式（１）で示される。このため、変位量比（ΔＹ／ΔＸ）は、下記式（２）で示される。
【００５５】
ΔＹ＝ΔＸ／ｃｏｓθ    ・・・（１）
（ΔＹ／ΔＸ）＝１／ｃｏｓθ    ・・・（２）
【００５６】
本実施形態では、傾斜角度θが６０°である。変位量ΔＹは、上記の熱伸び差ΔＸに対して２倍になる。これから判るように、第１パッキンリングセグメント５０Ａの外側部５２Ａとフック部４４１との間に位置する隙間の幅Δｒは、傾斜角度θおよび熱伸び差ΔＸを考慮して設計する。
【００５７】
なお、角度θが９０°である場合には、第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面が鉛直方向ｚに沿った状態である。このため、第１パッキンリングセグメント５０Ａが第１弾性体７０Ａによって、第２パッキンリングセグメント５０Ｂに押し付けられた状態を保持できない。
【００５８】
以下のように、本実施形態のラビリンスシール装置５において、複数のパッキンリングセグメント５０は、鉛直方向に配置される第１パッキンリングセグメント５０Ａと、第１パッキンリングセグメント５０Ａの側方に配置される第２パッキンリングセグメント５０Ｂとを含む。第１パッキンリングセグメント５０Ａおよび第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、線膨張係数がパッキンホルダ部４１Ｈよりも小さく、周方向において互いに接触する接触面を有する。そして、第１パッキンリングセグメント５０Ａは、径方向における幅が第２パッキンリングセグメント５０Ｂよりも狭い。
【００５９】
このため、本実施形態では、低温状態から高温状態になったときには、第１パッキンリングセグメント５０Ａがパッキンホルダ部４１Ｈに対して径方向の内側に移動する。これにより、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間に位置するラジアル間隙が狭くなる。たとえば、蒸気タービンにおいて定格運転を行う際に、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間に位置するラジアル間隙が狭くなる。その結果、作動流体の漏洩を効果的に抑制可能であるので、タービンの効率を向上可能である。
【００６０】
これに対して、本実施形態では、低温状態であるときには、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間に位置するラジアル間隙が広くなる。たとえば、蒸気タービンを起動するとき、および、停止するときのように非定常な過渡状態である場合には、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間に位置するラジアル間隙が広い。このため、タービンロータ３において振動が発生等した場合であっても、パッキンリングセグメント５０とタービンロータ３との間において接触が生ずることを効果的に防止可能であるので、シールフィン６０等の破損が生ずることを十分に抑制可能である。
【００６１】
本実施形態では、第１パッキンリングセグメント５０Ａと第２パッキンリングセグメント５０Ｂとを合計した数が６つである場合について説明したが、これに限らない。また、第１パッキンリングセグメント５０Ａについて、複数に分割した部材を組み合わせて構成してもよい。
【００６２】
本実施形態では、ラビリンスシール装置５がタービンロータ３とノズルダイアフラム（図示省略）との間に設置され、第１パッキンリングセグメント５０Ａおよび第２パッキンリングセグメント５０Ｂがノズルパッキンリングとして機能する場合について説明した。しかし、これに限らない。ラビリンスシール装置５は、第１パッキンリングセグメント５０Ａおよび第２パッキンリングセグメント５０Ｂがグランドパッキンリングとして機能するように、タービンロータ３において軸受（図示省略）側に位置する部分と、ケーシング（図示省略）などの静止体との間に設置されてもよい。また、ラビリンスシール装置５は、タービンロータ３の周囲に配置された複数の動翼（図示省略）の先端に設けられたシュラウドリングと、ケーシングおよびノズルダイアフラムなどの静止体との間に設置されてもよい。
【００６３】
上記の実施形態では、蒸気タービンにラビリンスシール装置５を設ける場合に関して説明したが、これに限らない。蒸気以外を作動媒体とする軸流型のタービンにおいて、上記と同様に、ラビリンスシール装置５を設けてもよい。
【００６４】
＜第２実施形態＞
図６Ａ、図６Ｂは、第２実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。図６Ａは、図１Ａと同じ鉛直面（ｙｚ面）の断面を示している。図６Ｂは、図１Ｂと同じ鉛直面（ｘｚ面）の断面であって、図６ＡのＡ−Ａ部分を拡大して示している。図６Ａおよび図６Ｂにおいては、図１Ａおよび図１Ｂと同様に、蒸気タービンに蒸気が作動流体として供給されずに、低温な状態である場合を示している。
【００６５】
図６Ａ，図６Ｂに示すように、本実施形態では、ラビリンスシール装置５は、上記の第１実施形態の場合と同様に、パッキンリングセグメント５０と弾性体７０とを有する。パッキンリングセグメント５０は、第１パッキンリングセグメント５０Ａと第２パッキンリングセグメント５０Ｂとの２種類を含む。また、弾性体７０は、第１弾性体７０Ａと第２弾性体７０Ｂとを含む。第１パッキンリングセグメント５０Ａは、低温な状態である場合には、外側部５２Ａの内周面と、一対のフック部４４１の外周面との間に、隙間（幅Δｒ）が介在している。図示を省略しているが、第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、低温な状態である場合には、外側部５２Ｂの内周面と、一対のフック部４４１の外周面との間に、隙間（幅Δｒ）が介在していない。
【００６６】
しかし、本実施形態は、第１パッキンリングセグメント５０Ａと第２パッキンリングセグメント５０Ｂとのそれぞれは、構成の一部が、第１実施形態の場合と異なる。この点、および、これに関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態と同様である。このため、本実施形態において、上記の記載と重複する部分については、適宜、説明を省略する。
【００６７】
第１パッキンリングセグメント５０Ａは、第１実施形態と同様に、タービンロータ３の周方向において第２パッキンリングセグメント５０Ｂに接触する接触面を有する。第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面は、鉛直方向ｚに沿った鉛直線のうちタービンロータ３の回転軸ＡＸを通る鉛直基準線ＬＺに対して傾斜している。
【００６８】
しかしながら、本実施形態では、第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面は、第１実施形態と異なり、タービンロータ３の径方向に沿っていない。第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面は、径方向に対して傾斜している。
【００６９】
ここでは、第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面は、外周側に位置する一端（外周端）が、内周側に位置する他端（内周端）よりも、鉛直基準線ＬＺから離れた位置になっている。さらに、タービンロータ３の径方向に沿ったラジアル線が接触面の他端（内周端）を通るラジアル基準線ＬＲよりも、第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面の一端（外周端）は、鉛直基準線ＬＺの側に位置している。
【００７０】
換言すると、第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面を外側へ延長した接触面延長線ＬＣは、ラジアル基準線ＬＲに対して傾斜している。つまり、接触面延長線ＬＣがラジアル基準線ＬＲに対して傾斜している傾斜角度αは、０°でない。ここでは、接触面延長線ＬＣは、接触面の他端（内周端）を軸にしてラジアル基準線ＬＲを鉛直基準線ＬＺに近付けるように傾斜させた線に相当する。
【００７１】
第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、タービンロータ３の周方向において第１パッキンリングセグメント５０Ａに接触する接触面を有している。第２パッキンリングセグメント５０Ｂの接触面は、第１パッキンリングセグメント５０Ａの場合と同様に、タービンロータ３の径方向に対して傾斜している。
【００７２】
本実施形態のラビリンスシール装置５の動作について説明する。ここでは、蒸気タービンが低温な状態から、蒸気タービンに蒸気が作動流体として供給されて高温な状態になったときの動作に関して説明する。
【００７３】
図７Ａ、図７Ｂは、第２実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。図７Ａは、図６Ａと同じ鉛直面（ｙｚ面）の断面を示している。図７Ｂは、図６Ｂと同じ鉛直面（ｘｚ面）の断面であって、図７ＡのＡ−Ａ部分を拡大して示している。図７Ａ、図７Ｂにおいては、蒸気タービンに蒸気が作動流体として供給されて高温な状態になった場合を示している。
【００７４】
図７Ａに示すように、第２パッキンリングセグメント５０Ｂとタービンロータ３との間のラジアル間隙の幅は、低温な状態（図６Ａ参照）から高温な状態に変化したときであっても、第１実施形態の場合と同様に、変動しない。
【００７５】
しかしながら、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間のラジアル間隙の幅は、低温な状態（図６Ａ、図６Ｂ参照）から高温な状態に変化したとき、第１実施形態の場合と同様に、変動する。
【００７６】
図８は、第２実施形態に係るラビリンスシール装置において、第１パッキンリングセグメント５０Ａと第２パッキンリングセグメント５０Ｂとが周方向で接触する部分について拡大して示す図である。図８は、図６Ａおよび図７Ａと同じ鉛直面（ｙｚ面）に関して示している。ここでは、上半パッキンホルダ部４１Ｈａの内部に収容された第１パッキンリングセグメント５０Ａと第２パッキンリングセグメント５０Ｂとに関して示している。
【００７７】
図８では、図４と同様に、面ＣＳ、面Ｓ１、および、面Ｓ２を示す他に、面ＣＳｂ、面Ｓ１ｂ、および、面Ｓ２ｂを示している。面ＣＳと面ＣＳｂとのそれぞれは、第１実施形態の場合と第２実施形態とのそれぞれにおいて、低温な状態のときに、第１パッキンリングセグメント５０Ａの側面と第２パッキンリングセグメント５０Ｂの側面とが周方向で接触する接触面を示している。つまり、面ＣＳは、ラジアル基準線ＬＲに相当し、面ＣＳｂは、接触面延長線ＬＣに相当する。面Ｓ１と面Ｓ１ｂとのそれぞれは、第１実施形態の場合と第２実施形態とのそれぞれにおいて、第１パッキンリングセグメント５０Ａの側面であって、高温な状態になることによって第１パッキンリングセグメント５０Ａとパッキンホルダ部４１Ｈとの間に熱伸び差が生じた状態を示している。面Ｓ２と面Ｓ２ｂとのそれぞれは、第１実施形態の場合と第２実施形態とのそれぞれにおいて、第２パッキンリングセグメント５０Ｂの側面であって、高温な状態になることによって第２パッキンリングセグメント５０Ｂとパッキンホルダ部４１Ｈとの間に熱伸び差が生じた状態を示している。
【００７８】
図８に示すように、本実施形態において、低温な状態から高温な状態になって熱伸び差が生じたときには、第１パッキンリングセグメント５０Ａの側面は、面ＣＳｂの位置から面Ｓ１ｂの位置になるように作用する。また、第２パッキンリングセグメント５０Ｂの側面は、面ＣＳｂの位置から面Ｓ２ｂの位置になるように作用する。このため、第１パッキンリングセグメント５０Ａと第２パッキンリングセグメント５０Ｂとの両者は、面Ｓ１ｂと面Ｓ２ｂとの間の距離ΔＸｂを隔てて離れるように作用する。
【００７９】
本実施形態では、第１パッキンリングセグメント５０Ａは、第１実施形態の場合と同様に、低温な状態である場合（図６Ｂ参照）には、外側部５２Ａとフック部４４１との間に隙間（幅Δｒ）が介在しており、鉛直方向ｚにおいて移動可能である。また、第１弾性体７０Ａが鉛直方向ｚにおいて第１パッキンリングセグメント５０Ａを内側へ付勢している。このため、低温な状態から高温状態に変化することでパッキンリングセグメント５０とパッキンホルダ部４１Ｈとの間に熱伸び差が生じたときには、第１パッキンリングセグメント５０Ａがパッキンホルダ部４１Ｈに対して内側に相対的に移動する。これにより、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間のラジアル間隙は、狭くなる。
【００８０】
図９は、第２実施形態に係るラビリンスシール装置において、熱伸び差の発生によって、第１パッキンリングセグメント５０Ａが鉛直方向ｚにおいて変位する変位量を示す図である。図９において、縦軸は、変位量比（ΔＹｂ／ΔＸ）を示している。横軸は、接触面延長線ＬＣがラジアル基準線ＬＲに対して傾斜している傾斜角度αを示している。面Ｓ１ｂと面Ｓ２ｂとの間の距離ΔＸｂは、下記式（１ｂ）で示される。このため、第１パッキンリングセグメント５０Ａが鉛直方向ｚにおいて変位する変位量ΔＹｂは、下記式（２ｂ）で示される。したがって、変位量比（ΔＹｂ／ΔＸ）は、下記式（３ｂ）で示される。式中のθは、ラジアル基準線ＬＲが水平面（ｘｙ面）に対して傾斜した傾斜角度であって、図９では、θが６０°である場合（θ＝６０°）を示している。
【００８１】
ΔＸｂ＝ΔＸｃｏｓα    ・・・（１ｂ）
ΔＹｂ＝ΔＸｃｏｓθ／ｃｏｓ（θ＋α）    ・・・（２ｂ）
（ΔＹｂ／ΔＸ）＝ｃｏｓθ／ｃｏｓ（θ＋α）    ・・・（３ｂ）
【００８２】
図９に示すように、傾斜角度αが増加するに伴って、変位量ΔＹｂが増加する。たとえば、傾斜角度αが２０°である場合（α＝２０°）には、傾斜角度αが０°である場合（α＝０°，第１実施形態の場合と同じ）に対して、変位量ΔＹｂは、２．７０倍になる。
【００８３】
なお、本実施形態では、傾斜角度αと傾斜角度θとの両者を合計した角度（α＋θ）は、第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面が水平面（ｘｙ面）に対して傾斜した角度である。このため、両者を合計した角度（α＋θ）は、８０°以下であることが好ましい。両者を合計した角度（α＋θ）が９０°である場合には、第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面が鉛直方向ｚに沿った状態であるので、第１パッキンリングセグメント５０Ａが第１弾性体７０Ａによって第２パッキンリングセグメント５０Ｂに押し付けられた状態を保持できない。
【００８４】
以下のように、本実施形態のラビリンスシール装置５においては、第１実施形態の場合と同様に、低温状態から高温状態になったときには、第１パッキンリングセグメント５０Ａがパッキンホルダ部４１Ｈに対して径方向の内側に移動する。これにより、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間に位置するラジアル間隙が狭くなる。その結果、作動流体の漏洩を効果的に抑制可能であるので、タービンの効率を向上可能である。
【００８５】
また、低温状態であるときには、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間に位置するラジアル間隙が広くなる。このため、タービンロータ３において振動が発生等した場合であっても、パッキンリングセグメント５０とタービンロータ３との間において接触が生ずることを効果的に防止可能であるので、シールフィン６０等の破損が生ずることを十分に抑制可能である。
【００８６】
本実施形態では、第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面の一端（外周端）がラジアル基準線ＬＲよりも鉛直基準線ＬＺの側に位置するように、第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面が径方向に対して傾斜する場合（つまり、α＞０）について説明したが、これに限らない。第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面の一端（外周端）がラジアル基準線ＬＲよりも水平面（ｘｙ面）に近づくように、第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面を径方向に対して傾斜させてもよい（つまり、α＜０でもよい）。
【００８７】
＜第３実施形態＞
図１０Ａ、図１０Ｂは、第３実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。図１０Ａは、図６Ａと同じ鉛直面（ｙｚ面）の断面を示している。図１０Ｂは、図６Ｂと同じ鉛直面（ｘｚ面）の断面であって、図１０ＡのＡ−Ａ部分を拡大して示している。図１０Ａおよび図１０Ｂにおいては、図６Ａおよび図６Ｂと同様に、蒸気タービンに蒸気が作動流体として供給されずに、低温な状態である場合を示している。
【００８８】
図１０Ａ，図１０Ｂに示すように、本実施形態では、ラビリンスシール装置５は、上記の第２実施形態の場合と同様に、パッキンリングセグメント５０と弾性体７０とを有する。パッキンリングセグメント５０は、第１パッキンリングセグメント５０Ａと第２パッキンリングセグメント５０Ｂとの２種類を含む。第１パッキンリングセグメント５０Ａは、低温な状態である場合には、外側部５２Ａの内周面と、一対のフック部４４１の外周面との間に、隙間（幅Δｒ）が介在している。図示を省略しているが、第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、低温な状態である場合には、外側部５２Ｂの内周面と、一対のフック部４４１の外周面との間に、隙間（幅Δｒ）が介在していない。
【００８９】
しかし、本実施形態は、第１パッキンリングセグメント５０Ａと第２パッキンリングセグメント５０Ｂとのそれぞれは、構成の一部が、第２実施形態の場合と異なる。また、本実施形態は、弾性体７０は、第１弾性体７０Ａと第２弾性体７０Ｂとを含む。この点、および、これに関連する点を除き、本実施形態は、第２実施形態と同様である。このため、本実施形態において、上記の記載と重複する部分については、適宜、説明を省略する。
【００９０】
第１パッキンリングセグメント５０Ａは、第２実施形態と同様に、タービンロータ３の周方向において第２パッキンリングセグメント５０Ｂに接触する接触面を有する。第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面は、鉛直方向ｚに対して傾斜している。これと共に、本実施形態では、第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面は、タービンロータ３の径方向に沿っていない。第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面は、径方向に対して傾斜している。
【００９１】
しかしながら、本実施形態においては、第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面は、第２実施形態の場合と異なり、外周側に位置する一端（外周端）が、内周側に位置する他端（内周端）よりも、鉛直基準線ＬＺに近い位置になっている。
【００９２】
第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、タービンロータ３の周方向において第１パッキンリングセグメント５０Ａに接触する接触面を有している。第２パッキンリングセグメント５０Ｂの接触面は、第１パッキンリングセグメント５０Ａの場合と同様に、タービンロータ３の径方向に対して傾斜している。
【００９３】
第１パッキンリングセグメント５０Ａおよび第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、第２実施形態の場合と異なり、線膨張係数がパッキンホルダ部４１Ｈよりも大きくなるように形成されている。
【００９４】
図１１は、線膨張係数を示す図である。図１１において、縦軸は線膨張係数Ｅ（×１０−６／℃）を示し、横軸は温度Ｔ（℃）を示している。
【００９５】
第１パッキンリングセグメント５０Ａおよび第２パッキンリングセグメント５０Ｂについては、たとえば、オーステナイト系のステンレス鋼を用いて形成する。たとえば、図１１に示すように、温度Ｔが４００℃〜６００℃の範囲であるときの線膨張係数Ｅが１７×１０−６〜１８×１０−６程度であるＳＵＳ３ＸＸ系材料（ＳＵＳ３０１，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６等）を用いて、第１パッキンリングセグメント５０Ａおよび第２パッキンリングセグメント５０Ｂが形成される。
【００９６】
これに対して、パッキンホルダ部４１Ｈについては、たとえば、高クロム鋼、または、クロムモリブデン鋼を用いて形成する。たとえば、図１１に示すように、温度Ｔが４００℃〜６００℃の範囲であるときの線膨張係数Ｅが１２．０×１０−６〜１３．５×１０−６程度である、高Ｃｒ材またはＣｒＭｏ鋼を用いて、パッキンホルダ部４１Ｈが形成される。
【００９７】
第１弾性体７０Ａは、図１０Ｂに示すように、パッキンホルダ部４１Ｈの溝ＴＲの内部に収容されている。
【００９８】
ここでは、第１弾性体７０Ａは、第１パッキンリングセグメント５０Ａの外側部５２Ａの内周面と、一対のフック部４４１の外周面との間に位置する隙間（幅Δｒ）に設置されており、第１パッキンリングセグメント５０Ａを外側へ付勢している。つまり、第１弾性体７０Ａは、第１パッキンリングセグメント５０Ａを第２パッキンリングセグメント５０Ｂに押し付けている。第１弾性体７０Ａの作用によって、第１パッキンリングセグメント５０Ａの外側部５２Ａとフック部４４１との間には、隙間（幅Δｒ）が介在した状態になっている。
【００９９】
第２弾性体７０Ｂは、第１実施形態の場合（図１Ｃ）と同様に、パッキンホルダ部４１Ｈの溝ＴＲの内部に収容されている。
【０１００】
ここでは、第２弾性体７０Ｂは、パッキンホルダ部４１Ｈの溝ＴＲの内周面と、第２パッキンリングセグメント５０Ｂの外側部５２Ｂの外周面との間に設置されており、第２パッキンリングセグメント５０Ｂを内側へ付勢している。つまり、第２弾性体７０Ｂは、第２パッキンリングセグメント５０Ｂを第１パッキンリングセグメント５０Ａに押し付けている。第２弾性体７０Ｂによって、第２パッキンリングセグメント５０Ｂの外側部５２Ｂの内周面と、一対のフック部４４１の外周面との間には、隙間が介在せずに、両者の間が接触した状態になっている。
【０１０１】
本実施形態のラビリンスシール装置５の動作について説明する。ここでは、蒸気タービンが低温な状態から、蒸気タービンに蒸気が作動流体として供給されて高温な状態になったときの動作に関して説明する。
【０１０２】
図１２Ａ、図１２Ｂは、第３実施形態に係るラビリンスシール装置の要部を模式的に示す図である。図１２Ａは、図１０Ａと同じ鉛直面（ｙｚ面）の断面を示している。図１２Ｂは、図１０Ｂと同じ鉛直面（ｘｚ面）の断面であって、図１２ＡのＡ−Ａ部分を拡大して示している。図１２Ａ、図１２Ｂにおいては、蒸気タービンに蒸気が作動流体として供給されて高温な状態になった場合を示している。
【０１０３】
図１２Ａに示すように、第２パッキンリングセグメント５０Ｂとタービンロータ３との間のラジアル間隙の幅は、低温な状態（図１０Ａ参照）から高温な状態に変化したときであっても、第２実施形態の場合と同様に、変動しない。
【０１０４】
しかしながら、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間のラジアル間隙の幅は、低温な状態（図１０Ａ、図１０Ｂ参照）から高温な状態に変化したとき、第２実施形態の場合と同様に、変動する。
【０１０５】
図１３は、第３実施形態に係るラビリンスシール装置において、第１パッキンリングセグメント５０Ａと第２パッキンリングセグメント５０Ｂとが周方向で接触する部分について拡大して示す図である。図１３は、図１０Ａおよび図１２Ａと同じ鉛直面（ｙｚ面）に関して示している。図１３では、図８と同様に、面ＣＳ、面Ｓ１、および、面Ｓ２を示している。ここでは、上半パッキンホルダ部４１Ｈａの内部に収容された第１パッキンリングセグメント５０Ａと第２パッキンリングセグメント５０Ｂとに関して示している。
【０１０６】
上述したように、第１パッキンリングセグメント５０Ａおよび第２パッキンリングセグメント５０Ｂは、線膨張係数がパッキンホルダ部４１Ｈよりも大きい。このため、本実施形態では、図１３に示すように、低温な状態から高温な状態になって熱伸び差が生じたときには、第１パッキンリングセグメント５０Ａの側面は、面ＣＳの位置から面Ｓ１の位置になるように作用する。また、第２パッキンリングセグメント５０Ｂの側面は、面ＣＳの位置から面Ｓ２の位置になるように作用する。第１パッキンリングセグメント５０Ａと第２パッキンリングセグメント５０Ｂとの間は、面ＣＳと面Ｓ１との間の距離ΔＸ１と、面ＣＳと面Ｓ２との間の距離ΔＸ２とを加算した距離ΔＸ（ΔＸ＝ΔＸ１＋ΔＸ２）で重複するように作用する。
【０１０７】
本実施形態では、第１パッキンリングセグメント５０Ａは、低温な状態である場合（図６Ｂ参照）には、外側部５２Ａとフック部４４１との間に隙間（幅Δｒ）が介在しており、鉛直方向ｚにおいて移動可能である。また、弾性体７０が鉛直方向ｚにおいて第１パッキンリングセグメント５０Ａを外側へ付勢して第２パッキンリングセグメント５０Ｂに押し付けている。このため、低温な状態から高温状態に変化することでパッキンリングセグメント５０とパッキンホルダ部４１Ｈとの間に熱伸び差が生じたときには、第１パッキンリングセグメント５０Ａがパッキンホルダ部４１Ｈに対して内側に相対的に移動する。これにより、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間のラジアル間隙は、狭くなる。
【０１０８】
図１４は、第２実施形態に係るラビリンスシール装置において、熱伸び差の発生によって、第１パッキンリングセグメント５０Ａが鉛直方向ｚにおいて変位する変位量を示す図である。図１４において、縦軸は、変位量比（ΔＹ／ΔＸ）を示している。横軸は、第１パッキンリングセグメント５０Ａの側面および第２パッキンリングセグメント５０Ｂの側面が、鉛直面（ｘｚ面）に対して傾斜した傾斜角度βを示している。第１パッキンリングセグメント５０Ａが鉛直方向ｚにおいて変位する変位量ΔＹは、下記式（１ｃ）で示される。このため、変位量比（ΔＹ／ΔＸ）は、下記式（２ｃ）で示される。
【０１０９】
ΔＹ＝ΔＸ／ｓｉｎβ    ・・・（１ｃ）
（ΔＹ／ΔＸ）＝１／ｓｉｎβ    ・・・（２ｃ）
【０１１０】
図１４に示すように、傾斜角度βが減少するに伴って、変位量ΔＹが増加する。たとえば、傾斜角度βが１０°である場合（β＝１０°）には、変位量ΔＹは、ΔＸの５．７６倍になる。このため、たとえば、ΔＸが１ｍｍの場合には、変位量ΔＹは、０．５ｍｍ以上になり、ラジアル間隙を十分に狭くすることができる
【０１１１】
なお、傾斜角度βが０°である場合には、第１パッキンリングセグメント５０Ａの接触面が鉛直方向ｚに沿った状態であるので、第１パッキンリングセグメント５０Ａが弾性体７０によって第２パッキンリングセグメント５０Ｂに押し付けられた状態を保持できない。また、傾斜角度βが小さくなるに伴って接触面における摩擦力が大きくなるので、第１パッキンリングセグメント５０Ａの移動が不安定になる。このため、傾斜角度βは、たとえば、１０°以上であることが好ましい。
【０１１２】
この他に、傾斜角度βが大きくなるに伴って、第１パッキンリングセグメント５０Ａおよび第２パッキンリングセグメント５０Ｂの側面は、鋭角な端部を備えることになる。このため、傾斜角度βは、製造上の観点等から、たとえば、３０°以下であることが好ましい。
【０１１３】
以下のように、本実施形態のラビリンスシール装置５においては、第２実施形態の場合と同様に、低温状態から高温状態になったときには、第１パッキンリングセグメント５０Ａがパッキンホルダ部４１Ｈに対して径方向の内側に移動する。これにより、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間に位置するラジアル間隙が狭くなる。その結果、作動流体の漏洩を効果的に抑制可能であるので、タービンの効率を向上可能である。
【０１１４】
また、低温状態であるときには、第１パッキンリングセグメント５０Ａとタービンロータ３との間に位置するラジアル間隙が広くなる。このため、タービンロータ３において振動が発生等した場合であっても、パッキンリングセグメント５０とタービンロータ３との間において接触が生ずることを効果的に防止可能であるので、シールフィン６０等の破損が生ずることを十分に抑制可能である。
【０１１５】
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】
【０１１６】
３…タービンロータ、５…ラビリンスシール装置、４１Ｈ…パッキンホルダ部、４１Ｈａ…上半パッキンホルダ部、４１Ｈｂ…下半パッキンホルダ部、５０…パッキンリングセグメント、５０Ａ…第１パッキンリングセグメント、５０Ｂ…第２パッキンリングセグメント、５１…内側部、５１Ａ…内側部、５１Ｂ…内側部、５２…外側部、５２Ａ…外側部、５２Ｂ…外側部、５３…ジョイント部、５３Ａ…ジョイント部、５３Ｂ…ジョイント部、６０…シールフィン、７０…弾性体、７０Ａ…第１弾性体、７０Ｂ…第２弾性体、４４１…フック部、ＡＸ…回転軸、Ｄｓ…下流側、ＬＣ…接触面延長線、ＬＲ…ラジアル基準線、ＬＺ…鉛直基準線、Ｒｄ…径方向、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１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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