(57)【要約】【課題】シールフィンとタービンロータとが接触した際に発生する摩擦熱やシールフィンの損傷を抑制するとともに、自励振動の発生を抑制し、シール性能を向上させることができるシール装置および蒸気タービンを提供することを目的とする。【解決手段】シール装置１０は、静翼内輪１２の内周面から突出させて周設された円環状のシールフィン２０と、このシールフィン２０に対向するタービンロータ１１の外周にシールフィン２０と離間させて周設され、シールフィン側が開口し周方向に区分された複数の空隙部３１、４１を有する空隙構造体３２、４２とを備える。【選択図】図１
2009257116.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蒸気タービンにおける対向する前記周面の間からの作動流体の漏洩を防止するシール装置であって、
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と、
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に前記シールフィンと離間させて周設され、周方向に区分された複数の空隙部を有する環状構造物と
を具備することを特徴とするシール装置。
【請求項２】
前記環状構造物は、前記静止構造物および前記回転構造物の他方の周面と同一平面になるように周設されていることを特徴とする請求項１記載のシール装置。
【請求項３】
前記環状構造物は、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するように設けられるとともに、前記環状構造物を構成する最下流側の壁部を残し他の構成を除去して形成される溝構造部を周方向に２個所以上有していることを特徴とする請求項１記載のシール装置。
【請求項４】
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蒸気タービンにおける対向する前記周面の間からの作動流体の漏洩を防止するシール装置であって、
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れ、かつ当該一方の周面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と離間させて周設され、周方向に区分された複数の空隙部を有する第１の環状構造物と、
前記回転構造物および前記静止構造物の他方の周面のうち前記第１の環状構造物が対向する部分と異なる部分から突出させて周設された円環状のシールフィンと、
前記シールフィンに対向する前記一方の周面と同一平面になるように周設され、周方向に区分された複数の空隙部を有する第２の環状構造物と
を具備することを特徴とするシール装置。
【請求項５】
前記第１の環状構造物の突出端部が、上流側から下流側に向かって、対向する前記周面との離間距離を徐々に増加させるように傾斜面を有して構成されていることを特徴とする請求項４記載のシール装置。
【請求項６】
前記第１の環状構造物の突出端部が、上流側から下流側に向かって、対向する前記周面との離間距離を徐々に減少させるように傾斜面を有して構成されていることを特徴とする請求項４記載のシール装置。
【請求項７】
前記第１の環状構造物の突出端部が、上流側から下流側に向かって、対向する前記周面との離間距離を徐々に減少させるように第１の傾斜面を有し、かつ第１の傾斜面よりも下流側に、対向する前記周面との離間距離を徐々に増加させるように第２の傾斜面を有して構成されていることを特徴とする請求項４記載のシール装置。
【請求項８】
前記第１の環状構造物が、前記第１の環状構造物を構成する最下流側の壁部を残し他の構成を除去して形成される溝構造部を周方向に２個所以上有していることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項記載のシール装置。
【請求項９】
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た蒸気タービンであって、
請求項１乃至８のいずれか１項記載のシール装置を備えたことを特徴とする蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合発電プラントや従来型火力発電プラントや原子力発電プラントなどに使用される蒸気タービンのシール装置および蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は、作動流体を翼列等に作用させ出力を得る回転機械である。この回転機器において、回転体と静止部との間の作動流の漏洩を防止することにより、翼列に効率よく作動流体を作用させることが可能である。
【０００３】
図８は、ターボ機械の一例として従来の蒸気タービン３００の構造の概要を示す図である。図９は、従来の蒸気タービン３００において、回転部材側にシールフィン３２１を備えたラビリンスシール３２０の構成を説明するための断面図である。図１０は、従来の蒸気タービン３００におけるタービンロータが振れ廻っているときのシールフィン３２１間におけるチャンバ内の圧力分布の一例を示す図である。図１１は、従来の蒸気タービン３００における不安定化力とスワール（旋回流）の関係を示した図である。
【０００４】
図８に示すように、蒸気タービン３００では、タービンロータ３０１に動翼３０２が複数植設され、ケーシング３０３には静翼３０４が組み込まれている。作動流体３０５は、動翼３０２と静翼３０４で形成される翼列に作用し、出力をタービンロータ３０１に伝達している。作動流体３０５は、高温・高圧の流体であることが多く、タービンロータ３０１とケーシング３０３の間には翼列に作用しない作動流体が漏れて流れる。この漏洩流体は、動力としてタービンロータ３０１に作用することなく、この漏洩流体の流量が多くなると蒸気タービン３００における効率が低下する。
【０００５】
この漏洩流体の流量を減らすために、タービンロータ３０１とケーシング３０３との間には多数の非接触型のラビリンスシール３２０が設けられている。例えば、ラビリンスシール３２０を構成するシールフィン３２１と動翼３０２の先端面との間隙であるシール間隙３２２を減ずることで、漏洩流体の流量を減らすことができる。
【０００６】
しかしながら、例えば、図９に示すシール間隙３２２を減少させると、蒸気タービン３００の起動時などの非定常状態時に、ケーシング３０３とタービンロータ３０１の熱伸び差でシールフィン３２１がタービンロータ３０１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３２１の損傷を発生させることがある。なお、図８では、シールフィン３２１がケーシング３０３等の静止側に組み込まれた一例を示しているが、図９に示すようなタービンロータ３０１側にシールフィンが組み込まれる構成も広く採用されている。一般に、ケーシング３０３よりもタービンロータ３０１の方が体積が小さく、かつ熱容量が小さいため、蒸気タービン３００の起動時などの温度上昇時には、タービンロータ３０１がケーシング３０３より先にタービンロータ軸方向に伸び（スラスト軸受３０６を起点としたタービンロータ軸方向の伸び）、さらに半径方向にも伸びる。また、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り、タービンロータ３０１とケーシング３０３とに熱伸び差が生じる。
【０００７】
接触時に発生する振動は、シールフィン３２１とタービンロータ３０１の表面とが接触して発熱し、その熱によりタービンロータ３０１が局所的に加熱されてロータ曲がりを生じることが原因となり発生する。また、シールフィン３２１は、一般的にその先端が鋭角に加工されており、接触によりその部分が摩耗し、組立時の間隙が確保できず、蒸気タービン３００の効率が低下する。
【０００８】
そこで、接触しても摩擦熱やシールフィンの損傷を発生し難い構造とすることで効率を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献１−２参照。）。
【０００９】
また、動翼３０２と静翼３０４を流動する作動流体３０５は、タービンロータ周方向に向きを変えながらタービンロータ軸方向へ流動する。この際、周方向（旋回）速度成分に起因して動翼３０２と静翼３０４は、作動流体３０５から外力を受ける。この外力は、周方向に一様であることが望ましいが、実際には図１０に示すような不均一な圧力分布となることが多い。
【００１０】
ここで、蒸気の流れが周方向（旋回）速度成分を有すると、圧力のピークは、タービンロータ３０１の振れ廻り方向に対し、遅れ方向に位置する。この不均一に分布する圧力によるタービンロータ３０１に作用する力は、タービンロータ３０１の振れ廻り方向の力Ｆｘと、この振れ廻り方向の力Ｆｘと直交する方向の力Ｆｙとに分解することができる。このような圧力のピークが発生する場合、タービンロータ３０１は、常に振れ廻り方向にＦｘなる力で押圧されるので、タービンロータ３０１の振れ廻りが助長され、自励振動が発生する原因となる。
【００１１】
図１１に示すように、近年の計算機および流体解析プログラムの進歩発展により、実機条件における旋回流と不安定化力の関係を定量的に把握できるようになった。旋回流が増加すると不安定化力も増加し、所定の閾値を越えるとタービンロータ３０１は動的不安定な状態となって旋回流を伴う自励振動が発生する。この自励振動を抑制するために、ラビリンスシール入口部に案内羽根を備える技術が開示されている（例えば、特許文献３−４参照。）。
【特許文献１】特開２００６−８３８５８号公報
【特許文献２】特開２００６−８３８４６号公報
【特許文献３】特開２００６−１０４９５２号公報
【特許文献４】特開２００７−１２０４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記した従来の技術では、熱伸び差によってシールフィンとタービンロータとが接触した際に発生する摩擦熱やシールフィンの損傷の問題、および周方向（旋回）速度成分を有することによる自励振動の発生の問題の双方を同時に解決できるものでなかった。
【００１３】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、シールフィンとタービンロータとが接触した際に発生する摩擦熱やシールフィンの損傷を抑制するとともに、自励振動の発生を抑制し、シール性能を向上させることができるシール装置および蒸気タービン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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、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蒸気タービンにおける対向する前記周面の間からの作動流体の漏洩を防止するシール装置であって、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と、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に前記シールフィンと離間させて周設され、周方向に区分された複数の空隙部を有する環状構造物とを具備することを特徴とするシール装置が提供される。
【００１５】
また、本発明の一態様によれば、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蒸気タービンにおける対向する前記周面の間からの作動流体の漏洩を防止するシール装置であって、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れ、かつ当該一方の周面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と離間させて周設され、周方向に区分された複数の空隙部を有する第１の環状構造物と、前記回転構造物および前記静止構造物の他方の周面のうち前記第１の環状構造物が対向する部分と異なる部分から突出させて周設された円環状のシールフィンと、前記シールフィンに対向する前記一方の周面と同一平面になるように周設され、周方向に区分された複数の空隙部を有する第２の環状構造物とを具備することを特徴とするシール装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のシール装置および蒸気タービンによれば、シールフィンとタービンロータとが接触した際に発生する摩擦熱やシールフィンの損傷を抑制するとともに、自励振動の発生を抑制し、シール性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態のシール装置１０を備えた蒸気タービンにおけるシール装置の一部の断面を示した図である。図２は、環状構造物３０、４０をシールフィン側から見たときの状態を示す平面図である。
【００１９】
本発明に係る蒸気タービンは、タービンロータ１１とタービンロータ１１に植設された動翼（図示しない）とを含む回転構造物と、静翼（図示しない）と静翼の内径端部に沿って設けられた静翼内輪１２と静翼の外径端部に沿って設けられた静翼外輪（図示しない）とを含む静止構造物とを備える。
【００２０】
図１に示すように、静翼内輪１２の内周面には、円環状のシールフィン２０が、タービンロータ軸方向に所定の間隔をおいて周設されている。なお、図１には、隣り合うシールフィン２０のタービンロータ側への突出長さが異なる、いわゆるＨｉｇｈ−Ｌｏｗタイプのシールフィン構造が示されている。
【００２１】
また、タービンロータ１１の外周には、このシールフィン２０に対向する位置に、シールフィン２０と離間させて環状構造物３０、４０が周設されている。環状構造物３０は、タービンロータ側への突出長さが短いシールフィン２０に対向する位置に周設され、タービンロータ１１の外周面から突出している。一方、環状構造物４０は、タービンロータ側への突出長さが長いシールフィン２０に対向する位置に周設された凹部１３に収容され、溶着されている。また、環状構造物４０は、タービンロータ１１の外周面と同一平面になるようにタービンロータ１１に周設されている。なお、シールフィン２０と環状構造物３０、４０との離間距離は、シールフィン２０とタービンロータ１１におけるタービンロータ半径方向への熱伸び差等を考慮して適宜設定される。また、シール装置１０では、少なくとも、シールフィン２０と環状構造物３０およびシールフィン２０と環状構造物４０からなる１対のシール構造を備える。
【００２２】
シールフィン２０は、中実の円環状の構造を有し、例えば静翼内輪１２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２０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２０の先端部は、鋭角に加工されている。
【００２３】
環状構造物３０、４０は、図２に示すように、シールフィン側が開口し周方向に区分された複数の空隙部３１、４１を有して構成されている。図２に示した環状構造物３０、４０は、具体的にはハニカム構造（蜂の巣状の構造）を有し、中空の六角柱の空隙構造体３２、４２が周設された構成を有している。また、図２には、この複数の空隙構造体３２、４２をタービンロータ周方向に周設してなる列（以下、環状列という）をタービンロータ軸方向に３列備えた環状構造物３０、４０の一例を示しているが、この構成に限られるものではない。環状構造物３０、４０は、この環状列を少なくとも１列備えていればよい。なお、ここでは、空隙構造体３２、４２が中空の六角柱で形成された一例を示しているが、例えば、シールフィン側が開口した、中空の三角柱、中空の円角柱などで構成してもよい。さらに、空隙構造体３２、４２の開口形状は、これらの形状に限らず、四角柱以上の多角形や楕円形で構成されてもよい。
【００２４】
図１に示すＨｉｇｈ−Ｌｏｗタイプのシールフィン構造の場合、シールフィン２０と環状構造物３０、４０との間のシール性能を維持するため、特に、環状構造物３０は、シールフィン２０に対向する位置に常に位置することが好ましい。そこで、環状構造物３０、４０を構成する環状列の数は、例えば、中空の六角柱における対角長の長さや、シールフィン２０とタービンロータ１１におけるタービンロータ軸方向への熱伸び差等を考慮して適宜設定される。
【００２５】
また、図１に示すように、タービンロータ１１の外周面から突出させて設けられる環状構造物３０は、そのタービンロータ側の端部をタービンロータ１１に周設された凹部１４内に挿入し溶着することで固定される。これによって、環状構造物３０を強固に固定することができ、蒸気タービンの運転の信頼性を向上させることができる。
【００２６】
また、環状構造物３０、４０は、タービンロータ１１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ことが好ましい。環状構造物３０、４０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、空隙構造体３２、４２のシールフィン側の端面に、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ等を有するアブレイダブル材料を溶射して被覆層を形成してもよい。これによって、例えば、環状構造物３０、４０がシールフィン２０に接触した場合においても、シールフィン２０の損傷を抑制し、さらに環状構造物３０、４０自体の発熱や摩耗を抑制することができる。
【００２７】
ここでは、ハニカム形状を有する環状構造物３０、４０の一例を示したが、環状構造物３０、４０の形状は、この形状に限られるものではない。次に、環状構造物３０、４０の他の形状について説明する。
【００２８】
図３は、他の形状を有する環状構造物３０、４０をシールフィン側から見たときの状態を示す平面図である。
【００２９】
この環状構造物３０、４０は、図３に示すように、タービンロータ軸方向に波打つ形状を有する円環状の４つの空隙構造体３２、４２をタービンロータ軸方向に重ね合わせて構成されている。この構成によって、タービンロータ周方向に区分された複数の空隙部３１、４１が形成される。このように、タービンロータ軸方向に波打つ形状を有する円環状の空隙構造体３２、４２をタービンロータ軸方向に重ね合わせることで、環状構造物３０、４０を構成してもよい。
【００３０】
なお、上記した環状構造物３０、４０では、図２または図３に示すように、隣接する列の空隙部３１、４１が互い違いに配置された千鳥格子状に位置する一例を示しているがこの構成に限られるものではない。隣接する列の空隙部３１、４１がタービンロータ軸方向に直線上に配置されてもよい。また、ここでは、静翼内輪１２の内周面に円環状のシールフィン２０が周設され、タービンロータ１１の外周に環状構造物３０、４０が周設された一例を示したが、静翼内輪１２の内周に環状構造物３０、４０が周設され、タービンロータ１１の外周面に円環状のシールフィン２０が周設されてもよい。
【００３１】
次に、シール装置１０の作用について説明する。
【００３２】
シール装置１０では、図１に示すように、環状構造物３０、４０とシールフィン２０とによって狭小な間隙が形成されている。この間隙により蒸気タービンの作動流体である蒸気が漏洩することを防止している。また、環状構造物３０、４０は、上記したようなハニカム構造のような区分された複数の空隙部３１、４１を有する構造で構成されているので、例えば、シールフィン２０が環状構造物３０、４０に接触した際において、従来の中実の材料で構成される環状構造物を使用したときよりも接触面積が小さく、接触した部分の環状構造物３０、４０が、速やかに摩耗または変形する。そのため、シール装置１０における損傷を少なく抑えることができる。また、接触によって発生する摩擦熱は、従来の中実の材料で構成される環状構造物を使用したときに比べて大幅に低減する。このように、シールフィン２０が環状構造物３０、４０に接触した際におけるシール装置１０の損傷が少ないため、従来の中実の材料で構成される環状構造物を使用するシール装置のように、接触部が摩耗して間隙間隔が増加することはない。そのため、接触後においても、シールフィン２０と環状構造物３０、４０との離間間隔は増加することなく、シール性能の低下を抑制することができる。さらに、接触後において、シールフィン２０と環状構造物３０、４０との離間間隔が減少することもあり、この場合にはシール性能が向上する。
【００３３】
また、環状構造物３０、４０をシールフィン側が開口した複数の空隙部３１、４１を有する構造とすることで、シール装置１０の入口およびシール装置１０内の作動流体の一部がこの空隙部３１、４１へ流入し、作動流体の旋回方向（周方向）速度成分が打ち消される。これによって、作動流体の旋回方向（周方向）速度成分に起因して発生する旋回流を伴う自励振動を抑止することができる。
【００３４】
なお、ここでは、シール装置１０を静翼内輪１２とタービンロータ１１との間のシール装置として用いた一例を示したが、シール装置１０は、動翼の先端部に固定されたシュラウドとその外周に配置されたケーシングとの間に設けられる、作動流体の漏洩を防止するラビリンスシールの構成に適用することができる。この場合においても、静翼内輪１２とタービンロータ１１との間のシール装置として用いた場合と同様の作用効果が得られる。すなわち本実施の形態については、タービンロータ１１などの回転構造物と、静翼やケーシングといった静止構成物との間の互いに対向する周面の間からの作動流体の漏洩を防止するシール装置として適用可能なものである。したがって、本実施の形態にて例示した静翼内輪１２の内周面およびタービンロータ１１の外周面を、静止構造物および回転構造物の互いに対向する周面のいずれか一方および他方として適用すれば同様な作用効果を得ることが可能である。
【００３５】
上記したように、本発明に係る第１の実施の形態のシール装置１０によれば、シールフィン２０に対向配置される環状構造物３０、４０をハニカム構造のような区分された複数の空隙部３１、４１を有する構造で構成することで、接触した際のシール装置１０の損傷を抑制することができる。これによって、損傷後におけるシール性能の低下を抑制することができる。また、複数の空隙部３１、４１を有する環状構造物３０、４０を用いることで、シール装置１０の入口およびシール装置１０内に流入した作動流体の旋回方向（周方向）速度成分が打ち消し、旋回方向（周方向）速度成分に起因して発生する旋回流を伴う自励振動を抑止することができる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態のシール装置１０を備えた蒸気タービンにおけるシール装置の一部の断面を示した図である。図５および図６は、本発明の第２の実施の形態の他の形状のシール装置１０を備えた蒸気タービンにおけるシール装置の一部の断面を示した図である。なお、第１の実施の形態のシール装置１０と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【００３７】
本発明に係る蒸気タービンは、タービンロータ１１とタービンロータ１１に植設された動翼（図示しない）とを含む回転構造物と、静翼（図示しない）と静翼の内径端部に沿って設けられた静翼内輪１２と静翼の外径端部に沿って設けられた静翼外輪（図示しない）とを含む静止構造物とを備える。
【００３８】
図４に示すように、タービンロータ１１の外周面には、環状構造物５０がタービンロータ半径方向に突出し、突出端縁が静翼内輪１２の内周面と所定の空隙を有するように離間して周設されている。また、環状構造物５０は、その一端部がタービンロータ１１に周設された凹部１４内に挿入され溶着されている。ここで示すシール装置１０は、シールフィンが静翼内輪１２の内周面とタービンロータ１１の外周面に、タービンロータ軸方向に交互に周設される、いわゆるくい違い構造のシール装置である。したがって、タービンロータ１１に設けられた環状構造物５０は、シールフィンとしての機能を備えている。
【００３９】
また、環状構造物５０の間における、静翼内輪１２の内周面には、円環状のシールフィン２０が突出して周設されている。また、タービンロータ１１の外周には、このシールフィン２０に対向する位置に、シールフィン２０と離間させて環状構造物４０が周設されている。この環状構造物４０は、タービンロータ１１の外周面と同一平面になるようにタービンロータ１１に周設された凹部１３に収容され、溶着されている。
【００４０】
なお、シールフィン２０と環状構造物４０との離間距離および静翼内輪１２の内周面と環状構造物５０との離間距離は、シールフィン２０とタービンロータ１１におけるタービンロータ半径方向への熱伸び差等を考慮して適宜設定される。また、シール装置１０では、少なくとも、環状構造物５０、およびシールフィン２０と環状構造物４０からなる１対のシール構造を備える。また、蒸気タービンの作動流体である蒸気の漏洩を効果的に防止するために、シール装置１０における、少なくとも最上流側には環状構造物５０が配置されることが好ましい。また、シール装置１０における、最上流側および最下流側の双方に環状構造物５０が配置される構成としてもよい。
【００４１】
また、環状構造物５０は、図４に示すように、静翼内輪側の突出端部が、上流側から下流側（図４では右側から左側）に向かって、静翼内輪１２の内周面との離間距離を徐々に増加させる傾斜面５１を有している。また、環状構造物５０における他の構造は、第１の実施の形態で説明した環状構造物３０、４０における構造と同様であり、ハニカム構造のような区分された複数の空隙部を有する構造で構成されている。
【００４２】
また、第１の実施の形態における空隙構造体３２、４２と同様に、環状構造物５０の傾斜面５１における静翼内輪側の端面に、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ等を有するアブレイダブル材料を溶射して被覆層を形成してもよい。これによって、例えば、環状構造物５０の突出端縁が静翼内輪１２の内周面に接触した場合においても、静翼内輪１２の損傷を抑制し、さらに環状構造物５０自体の発熱や摩耗を抑制することができる。
【００４３】
また、ここでは、静翼内輪１２の内周面に円環状のシールフィン２０が周設され、タービンロータ１１の外周に環状構造物４０、５０が周設された一例を示したが、静翼内輪１２の内周に環状構造物４０、５０が周設され、タービンロータ１１の外周面に円環状のシールフィン２０が周設されてもよい。
【００４４】
次に、シール装置１０の作用について説明する。
【００４５】
シール装置１０では、図４に示すように、環状構造物５０と静翼内輪１２の内周面、および環状構造物４０とシールフィン２０とによって狭小な間隙が形成されている。この間隙により蒸気タービンの作動流体である蒸気が漏洩することを防止している。また、環状構造物４０は、ハニカム構造のような区分された複数の空隙部４１を有する構造で構成されているので、例えば、シールフィン２０が環状構造物４０に接触した際において、従来の中実の材料で構成される環状構造物を使用したときよりも接触面積が小さく、接触した部分の環状構造物４０が、速やかに摩耗または変形する。そのため、シール装置１０における損傷を少なく抑えることができる。また、接触によって発生する摩擦熱は、従来の中実の材料で構成される環状構造物を使用したときに比べて大幅に低減する。このように、シールフィン２０が環状構造物４０に接触した際におけるシール装置１０の損傷が少ないため、従来の中実の材料で構成される環状構造物を使用するシール装置のように、接触部が摩耗して間隙間隔が増加することはない。そのため、接触後においても、シールフィン２０と環状構造物４０との離間間隔は増加することなく、シール性能の低下を抑制することができる。さらに、接触後において、シールフィン２０と環状構造物４０との離間間隔が減少することもあり、この場合にはシール性能が向上する。
【００４６】
また、環状構造物５０も、ハニカム構造のような区分された複数の空隙部を有する構造で構成されているので、静翼内輪１２の内周面に接触した際において、従来の中実の材料で構成されるシールフィンを使用したときよりも接触面積が小さい。これによって、接触によって発生する摩擦熱は、従来の中実の材料で構成されるシールフィンを使用したときに比べて大幅に低減する。また、環状構造物５０における静翼内輪側の突出端部が、上流側から下流側（図４では右側から左側）に向かって、静翼内輪１２の内周面との離間距離を徐々に増加させる傾斜面５１を有しているので、シール装置１０内への作動流体の流入を抑制でき、シール性能を向上させることができる。
【００４７】
また、環状構造物４０、５０をシールフィン側または静翼内輪側が開口した複数の空隙部を有する構造とすることで、シール装置１０内の作動流体の一部がこの空隙部へ流入し、作動流体の旋回方向（周方向）速度成分が打ち消される。これによって、作動流体の旋回方向（周方向）速度成分に起因して発生する旋回流を伴う自励振動を抑止することができる。
【００４８】
なお、ここでは、シール装置１０を静翼内輪１２とタービンロータ１１との間のシール装置として用いた一例を示したが、シール装置１０は、動翼の先端部に固定されたシュラウドとその外周に配置されたケーシングとの間に設けられる、作動流体の漏洩を防止するラビリンスシールの構成に適用することができる。この場合においても、静翼内輪１２とタービンロータ１１との間のシール装置として用いた場合と同様の作用効果が得られる。
【００４９】
ここで、図５に示すように、環状構造物５０は、静翼内輪側の突出端部が、上流側から下流側（図５では右側から左側）に向かって、静翼内輪１２の内周面との離間距離を徐々に減少させる傾斜面５５を有して構成されてもよい。この構成を備えることで、特に、シール装置１０の入口およびシール装置１０内へ流入する作動流体の旋回方向（周方向）速度成分を打ち消す作用を促進することができる。これによって、旋回方向（周方向）速度成分に起因して発生する旋回流を伴う自励振動を抑止する機能を向上させることができる。
【００５０】
また、図６に示すように、環状構造物６０は、静翼内輪側の突出端部が、上流側から下流側（図６では右側から左側）に向かって、静翼内輪１２の内周面との離間距離を徐々に減少させる第１の傾斜面５８を有し、かつこの第１の傾斜面５８よりも下流側に、静翼内輪１２の内周面との離間距離を徐々に増加させる第２の傾斜面５９を有して構成されてもよい。この構成を備えることで、シール装置１０の入口およびシール装置１０内へ流入する作動流体の旋回方向（周方向）速度成分を打ち消す作用を促進することができる。これによって、作動流体の旋回方向（周方向）速度成分に起因して発生する旋回流を伴う自励振動を抑止する機能を向上させることができる。さらに、シール装置１０内への作動流体の流入を抑制でき、シール性能を向上させることができる。
【００５１】
上記したように、本発明に係る第２の実施の形態のシール装置１０によれば、シールフィン２０に対向配置される環状構造物４０をハニカム構造のような区分された複数の空隙部４１を有する構造で構成することで、接触した際のシール装置１０の損傷を抑制することができる。また、少なくとも最上流側のシールフィンを環状構造物５０、６０で構成することで、蒸気タービンの作動流体である蒸気の漏洩を効果的に防止することができる。さらに、複数の空隙部を有する環状構造物４０、５０、６０を用いることで、作動流体の旋回方向（周方向）速度成分に起因して発生する旋回流を伴う自励振動を抑止する機能を向上させることができる。
【００５２】
（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態のシール装置１０を構成する環状構造物７０の一部を示す斜視図である。なお、第３の実施の形態のシール装置１０を構成する環状構造物７０は、図１に示した、第１の実施の形態の環状構造物３０に溝構造部７２を設けたものである。なお、第１の実施の形態のシール装置１０と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【００５３】
図７に示すように、第３の実施の形態のシール装置１０を構成する環状構造物７０は、環状構造物７０を構成する最下流側の壁部７１を残し、他の構成を除去して形成される溝構造部７２を有している。すなわち、この溝構造部７２は、環状構造物７０の周方向の所定部分において、最下流側の空隙構造体３２における最も下流側の壁部７１のみを残し、それよりも上流側に位置する空隙構造体３２をすべて取り除くことで形成される。この溝構造部７２は、少なくとも環状構造物７０の周方向に２か所以上設けられ、周方向に均等に配置されることが好ましい。
【００５４】
溝構造部７２は、作動流体の旋回方向（周方向）速度成分を打ち消す作用をさらに向上させるものである。溝構造部７２の形状は、図７に示すように、環状構造物７０の外周側から内周側に向かって徐々に溝間隔（周方向の間隔）が狭くなる、いわゆるＶ字形状に構成されている。また、このＶ字形状の溝構造部７２において、溝構造部７２の溝間隔がタービンロータ下流側へ行くに伴って徐々に狭くなるように構成してもよい。
【００５５】
なお、溝構造部７２の形状は、このＶ字形状に限られるものではなく、作動流体の一部を流入させることができる形状であればよい。溝構造部７２は、例えば、環状構造物７０の外周側から内周側に向かって一定の溝間隔を有する形状で構成されてもよい。
【００５６】
また、溝構造部７２は、上記したように環状構造物７０の周方向の少なくとも２個所に均等に形成されていればよいが、好ましくは静翼内輪１２などの静止構造部材の周方向分割数と同数となるように形成されているとよい。また、シール装置１０において、溝構造部７２は、少なくとも最上流側の環状構造物７０に設けられる。なお、すべての環状構造物７０に溝構造部７２を設けることはより好ましい。
【００５７】
次に、シール装置１０の作用について説明する。
【００５８】
なお、本発明の第３の実施の形態のシール装置１０では、図１に示したシール装置１０の環状構造物３０の代わりに、上記した環状構造物７０が備えられる。ここでは、図１を参照して第３の実施の形態のシール装置１０の作用について説明する。
【００５９】
シール装置１０では、環状構造物４０、７０とシールフィン２０とによって狭小な間隙が形成されている。この間隙により蒸気タービンの作動流体である蒸気が漏洩することを防止している。また、環状構造物４０、７０は、上記したようなハニカム構造のような区分された複数の空隙部４１、３１を有する構造で構成されているので、例えば、シールフィン２０が環状構造物４０、７０に接触した際において、従来の中実の材料で構成される環状構造物を使用したときよりも接触面積が小さく、接触した部分の環状構造物４０、７０が、速やかに摩耗または変形する。そのため、シール装置１０における損傷を少なく抑えることができる。また、接触によって発生する摩擦熱は、従来の中実の材料で構成される環状構造物を使用したときに比べて大幅に低減する。このように、シールフィン２０が環状構造物４０、７０に接触した際におけるシール装置１０の損傷が少ないため、従来の中実の材料で構成される環状構造物を使用するシール装置のように、接触部が摩耗して間隙間隔が増加することはない。そのため、接触後においても、シールフィン２０と環状構造物４０、７０との離間間隔は増加することなく、シール性能の低下を抑制することができる。さらに、接触後において、シールフィン２０と環状構造物４０、７０との離間間隔が減少することもあり、この場合にはシール性能が向上する。
【００６０】
また、環状構造物４０、７０をシールフィン側が開口した複数の空隙部４１、３１を有する構造とすることで、シール装置１０の入口およびシール装置１０内の作動流体の一部がこの空隙部４１、３１へ流入し、作動流体の旋回方向（周方向）速度成分が打ち消される。さらに、環状構造物７０に設けられた溝構造部７２にシール装置１０の入口およびシール装置１０内の作動流体の一部が流入し、作動流体の旋回方向（周方向）速度成分が打ち消される。なお、溝構造部７２には、環状構造物７０を構成する最下流側の壁部７１が残存しているため、溝構造部７２に流入した作動流体は、下流側へ直接流れることなく、溝構造部７２において作動流体の旋回方向（周方向）速度成分が打ち消される。これらの作動流体の旋回方向（周方向）速度成分を打ち消す作用によって、旋回方向（周方向）速度成分に起因して発生する旋回流を伴う自励振動を抑止することができる。
【００６１】
なお、ここでは、図１に示した、第１の実施の形態の環状構造物３０に溝構造部７２を設けた一例を示したが、上記した第２の実施の形態の環状構造物５０、６０に溝構造部７２を設けてもよい。第２の実施の形態の環状構造物５０、６０に溝構造部７２を設けた場合においても、上記した第１の実施の形態の環状構造物３０に溝構造部７２を設けた場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００６２】
上記したように、本発明に係る第３の実施の形態のシール装置１０によれば、溝構造部７２を有する環状構造物７０を設けることで、第１の実施の形態のシール装置１０における効果に加えて、シール装置１０の入口およびシール装置１０内の作動流体の旋回方向（周方向）速度成分を打ち消す効果をより促進することができる。これによって、旋回方向（周方向）速度成分に起因して発生する旋回流を伴う自励振動を抑止することができる。
【００６３】
以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施の形態のシール装置を備えた蒸気タービンにおけるシール装置の一部の断面を示した図。
【図２】環状構造物をシールフィン側から見たときの状態を示す平面図。
【図３】他の形状を有する環状構造物をシールフィン側から見たときの状態を示す平面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態のシール装置を備えた蒸気タービンにおけるシール装置の一部の断面を示した図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の他の形状のシール装置を備えた蒸気タービンにおけるシール装置の一部の断面を示した図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の他の形状のシール装置を備えた蒸気タービンにおけるシール装置の一部の断面を示した図。
【図７】本発明の第３の実施の形態のシール装置を構成する環状構造物の一部を示す斜視図。
【図８】ターボ機械の一例として従来の蒸気タービンの構造の概要を示す図。
【図９】従来の蒸気タービンにおいて、回転部材側にシールフィンを備えたラビリンスシールの構成を説明するための断面図。
【図１０】従来の蒸気タービンにおけるタービンロータが振れ廻っているときのシールフィン間におけるチャンバ内の圧力分布の一例を示す図。
【図１１】従来の蒸気タービンにおける不安定化力とスワール（旋回流）の関係を示した図。
【符号の説明】
【００６５】
１０…シール装置、１１…タービンロータ、１２…静翼内輪、１３，１４…凹部、２０…シールフィン、３０，４０…環状構造物、３１，４１…空隙部、３２…空隙構造体。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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