(57)【要約】  回転機械及びシール部材において、ケーシング（１１）と、ケーシング（１１）内に回転自在に支持されるロータ（１２）と、ケーシング（１１）の内周部に固定される静翼（１３）と、ロータ（１２）の外周部に固定される動翼（１４）と、ケーシング（１１）の内周部と動翼（１４）の先端部との間に配置されるシール装置（１５）とを備え、ケーシング（１１）の内周部に翼取付溝（３１）を設けると共に、翼取付溝（３１）に隣接してコーキング溝（３２）を設け、静翼（１３）の基端部を翼取付溝（３１）に装着し、コーキング部材（３３）をコーキング溝（３２）及び静翼（１３）の翼根部（１３ａ）に係止することでケーシング（１１）の内周部に静翼（１３）を固定し、シール装置（１５）としてケーシング（１１）の内周部にシールリング（４１）を装着し、シールリング（４１）によりコーキング溝（３２）の少なくとも一部を被覆する。
2020031625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空形状をなすケーシングと、
前記ケーシング内に回転自在に支持されるロータと、
前記ケーシングの内周部に固定される静翼と、
前記ロータの外周部に前記静翼に対して前記ロータの軸方向にずれて固定される動翼と、
前記ケーシングの内周部と前記動翼の先端部との間に配置されるシール装置と、
を備え、
前記ケーシングは、内周部に取付凹部が設けられると共に、前記取付凹部に隣接してコーキング凹部が設けられ、
前記静翼は、基端部が前記取付凹部に装着され、コーキング部材が前記コーキング凹部及び前記静翼の基端部に係止することで前記ケーシングの内周部に固定され、
前記シール装置は、前記ケーシングの内周部に装着されるシール部材を有し、前記シール部材は、前記コーキング凹部の少なくとも一部を被覆する、
ことを特徴とする回転機械。
【請求項２】
前記コーキング凹部は、前記取付凹部より流体の流れ方向の上流側に設けられ、前記シール部材における流体の流れ方向の下流側の端部が前記コーキング凹部を被覆することを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
【請求項３】
前記シール部材における流体の流れ方向の端部と、前記静翼との間に所定隙間が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転機械。
【請求項４】
複数段の前記静翼の間に前記シール部材により前記ロータの軸方向に沿う平坦面が設けられることを特徴とする請求項３に記載の回転機械。
【請求項５】
前記シール部材の平坦面は、前記ケーシングの内周面と段差なく連続されることを特徴とする請求項４に記載の回転機械。
【請求項６】
ケーシングの内周部と動翼の先端部との間に配置されるシール部材であって、
前記ケーシングの内周部に装着される取付部と、
前記取付部の径方向内方に設けられるシール部と、
前記シール部から径方向内方に突出して流体の流れ方向に所定間隔を空けて設けられる複数のフィンと、
を備え、
前記複数のフィンのうちの最上流フィンと最下流フィンとの距離をＤ１とし、前記最下流フィンと前記シール部の下流端との距離をＤ２とすると、
Ｄ１×０．５＜Ｄ２
であることを特徴とするシール部材。
【請求項７】
前記シール部の上流端と前記最上流フィンとの距離をＤ３とすると、
Ｄ３＜Ｄ２
であることを特徴とする請求項６に記載のシール部材。
【請求項８】
前記シール部は、ケーシングの内周部に組付けられた組立状態で、前記動翼の下流端より下流に延びる突出部を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のシール部材。
【請求項９】
前記突出部は、前記組立状態で径方向外方にキャビティが設けられることを特徴とする請求項８に記載のシール部材。
【請求項１０】
前記シール部は、前記突出部より上流だけに前記複数のフィンが設けられることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のシール部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静止側と回転側との間で流体の漏えいを抑制するシール装置が配置される回転機械、シール装置を構成するシール部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、蒸気タービンは、ケーシング内にロータが軸受により回転自在に支持され、ロータに複数段の動翼が固定される一方、ケーシングに複数段の静翼が固定されて構成されている。そして、蒸気がケーシングの供給口から供給され、複数の動翼と静翼を通過することで、各動翼を介してロータが駆動回転し、排出口から外部に排出される。【０００３】
このような蒸気タービンでは、ケーシングと動翼の先端部との間における蒸気の軸方向の漏れ流れを抑制するため、動翼の先端部とケーシングとの間にシール装置が設けられている。このシール装置は、一般的に、ラビリンスシールが適用されている。ラビリンスシールは、動翼の先端部やケーシングの内面に複数のシールフィンが設けられて構成されている。複数のシールフィンとケーシングの内面や動翼の先端部との間に隙間を形成することで圧力損失を発生させ、この圧力損失により軸方向における蒸気の漏れ流れを抑制する。このようなシール装置として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平０４−０９３５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した蒸気タービンにて、シール装置から漏れた蒸気の流れは、動翼や静翼を通過した蒸気の主流と合流する。蒸気の主流は、ロータの軸方向に沿った流れであるが、動翼先端部の蒸気の漏れ流れは、ケーシングの内周部からロータ側に向けて傾斜した流れである。この場合、蒸気の主流に対して蒸気の漏れ流れを滑らかに合流させることで、この合流部での混合損失を小さくして性能の低下を抑制することが重要である。【０００６】
ところで、動翼は、径方向の内側に位置する基端部がロータの外周部に固定される一方、静翼は、径方向の外側に位置する基端部がケーシングの内周部に固定される。この場合、静翼は、基端部がケーシングの内周部に形成された取付溝に嵌入された後、静翼の基端部と取付溝との間に形成されたコーキング溝にコーキング部材が押し込まれてケーシングに固定される。このコーキング溝は、静翼における蒸気の流れ方向の上流側に形成されている。そのため、シール装置から漏れた蒸気の流れは、コーキング溝の影響を受けることで径方向に沿った縦長の渦流となり、蒸気の主流に対して大きな傾斜角度をもって合流する。すると、蒸気の漏れ流れが蒸気の主流に合流するときに互いに干渉しあい、この合流部での混合損失が大きくなって性能の低下を招いてしまう。【０００７】
本発明は上述した課題を解決するものであり、流体の主流に対してシール装置からの流体の漏れ流れを滑らかに合流させることで合流部での混合損失を低減して性能の向上を図る回転機械及びシール部材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】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の回転機械は、中空形状をなすケーシングと、前記ケーシング内に回転自在に支持されるロータと、前記ケーシングの内周部に固定される静翼と、前記ロータの外周部に前記静翼に対して前記ロータの軸方向にずれて固定される動翼と、前記ケーシングの内周部と前記動翼の先端部との間に配置されるシール装置と、を備え、前記ケーシングは、内周部に取付凹部が設けられると共に、前記取付凹部に隣接してコーキング凹部が設けられ、前記静翼は、基端部が前記取付凹部に装着され、コーキング部材が前記コーキング凹部及び前記静翼の基端部に係止することで前記ケーシングの内周部に固定され、前記シール装置は、前記ケーシングの内周部に装着されるシール部材を有し、前記シール部材は、前記コーキング凹部の少なくとも一部を被覆する、ことを特徴とするものである。【０００９】
従って、流体がケーシングの内部に供給されると、流体の主流が静翼と動翼を通過することで動翼が回転する一方、一部の流体がケーシングと動翼の先端部との間に流れ、シール装置が機能して流体の漏れが抑制される。このとき、シール装置から漏れた流体の一部が静翼と動翼を通過した流体の主流に合流する。ここで、ケーシングの内周部に設けられたコーキング凹部がシール部材により被覆されていることから、シール装置から漏れた流体がコーキング凹部の影響を受けて縦長の渦流を形成することはなく、滑らかに流体の主流に合流する。その結果、流体の主流に対してシール装置から漏れた流体を滑らかに合流させることで、合流部での混合損失を低減して性能の向上を図ることができる。【００１０】
本発明の回転機械では、前記コーキング凹部は、前記取付凹部より流体の流れ方向の上流側に設けられ、前記シール部材における流体の流れ方向の下流側の端部が前記コーキング凹部を被覆することを特徴としている。【００１１】
従って、シール部材の端部がコーキング凹部を被覆することから、簡単な構造で適正にコーキング凹部を被覆することができる。【００１２】
本発明の回転機械では、前記シール部材における流体の流れ方向の端部と、前記静翼との間に所定隙間が設けられることを特徴としている。【００１３】
従って、シール部材の端部と静翼との間に所定隙間が設けられることから、熱膨張によりシール部材が周辺部材に干渉することが抑制され、シール部材の変形を抑制することができる。【００１４】
本発明の回転機械では、複数段の前記静翼の間に前記シール部材により前記ロータの軸方向に沿う平坦面が設けられることを特徴としている。【００１５】
従って、シール部材により平坦面が設けられることから、シール装置から漏れる流体を平坦面によりスムースに流すことで、流体の主流に対してこの流体の漏れ流れを滑らかに合流させることができる。【００１６】
本発明の回転機械では、前記シール部材の平坦面は、前記ケーシングの内周面と段差なく連続されることを特徴としている。【００１７】
従って、シール部材の平坦面がケーシングの内周面と段差なく連続されることから、シール装置に入り込む流体やシール装置から漏れる流体を平坦面と内周面によりスムースに流すことで、流体の主流に対してこの流体の漏れ流れを滑らかに合流させることができる。【００１８】
また、シール部材は、ケーシングの内周部と動翼の先端部との間に配置されるシール部材であって、前記ケーシングの内周部に装着される取付部と、前記取付部の径方向内方に設けられるシール部と、前記シール部から径方向内方に突出して流体の流れ方向に所定間隔を空けて設けられる複数のフィンと、を備え、前記複数のフィンのうちの最上流フィンと最下流フィンとの距離をＤ１とし、前記最下流フィンと前記シール部の下流端との距離をＤ２とすると、Ｄ１×０．５＜Ｄ２であることを特徴としている。【００１９】
従って、流体の主流に対してシール部材から漏れた流体を滑らかに合流させることで、合流部での混合損失を低減して性能の向上を図ることができる。【００２０】
本発明のシール部材では、前記シール部の上流端と前記最上流フィンとの距離をＤ３とすると、Ｄ３＜Ｄ２であることを特徴としている。【００２１】
本発明のシール部材では、前記シール部は、ケーシングの内周部に組付けられた組立状態で、前記動翼の下流端より下流に延びる突出部を有することを特徴としている。【００２２】
本発明のシール部材では、前記突出部は、前記組立状態で径方向外方にキャビティが設けられることを特徴としている。【００２３】
本発明のシール部材では、前記シール部は、前記突出部より上流だけに前記複数のフィンが設けられることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の回転機械及びシール部材によれば、流体の主流に対してシール装置からの流体の漏れ流れを滑らかに合流させることで、合流部での混合損失を低減して性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本実施形態の回転機械としての蒸気タービンにおけるシール装置の装着部を表す断面図である。
【図２】図２は、本実施形態の蒸気タービンにおける変形例のシール装置の装着部を表す断面図である。
【図３】図３は、本実施形態の蒸気タービンを表す概略図である。
【図４】図４は、本実施形態のシール部材の構成を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る回転機械の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００２７】
図３は、本実施形態の蒸気タービンを表す概略図である。
【００２８】
本実施形態では、本発明の回転機械として、蒸気タービンを例に挙げて説明する。図３に示すように、蒸気タービン１０は、ケーシング１１と、ロータ１２と、静翼１３と、動翼１４と、シール装置１５とを備えている。
【００２９】
ケーシング１１は、中空形状をなし、内部にロータ１２が水平方向に沿って配置されている。ロータ１２は、ケーシング１１に設けられた軸受２０により軸心Ｏを中心として回転自在に支持される。静翼１３は、ケーシング１１の内周部にロータ１２の軸方向Ａに所定間隔を空けて複数固定される。ロータ１２は、外周部に軸方向Ａに所定間隔を空けて複数のロータディスク２１が固定されており、動翼１４は、各ロータディスク２１の外周部に複数固定される。各静翼１３と各動翼１４は、ロータ１２の径方向Ｒに沿うと共に、ロータ１２の周方向に所定間隔を空けて配置され、ロータ１２の軸方向Ａに沿って交互に配置される。
【００３０】
ケーシング１１は、軸方向Ａの一端部側に蒸気供給口２２が設けられ、蒸気供給口２２は、蒸気通路２３を通して各静翼１３及び各動翼１４が配置される翼列部２４に連通される。この翼列部２４は、排気室２５を通して蒸気排出口２６に連通される。
【００３１】
また、ロータ１２は、軸方向Ａの各端部とケーシング１１との間にシール部材２７が設けられる。各シール部材２７は、各軸受２０よりも内部側、つまり、静翼１３及び動翼１４側に配置される。更に、動翼１４における径方向Ｒの外側に位置する先端部と、ケーシング１１の内周部との間にシール装置１５が設けられる。
【００３２】
そのため、蒸気Ｓが蒸気供給口２２から蒸気通路２３を通して翼列部２４に供給されると、この蒸気Ｓが複数の静翼１３及び複数の動翼１４を通過することで、各動翼１４を介してロータ１２が駆動回転し、このロータ１２に連結された図示しない発電機を駆動する。その後、動翼１４を駆動した蒸気Ｓは、排気室２５を通して蒸気排出口２６から排出される。
【００３３】
ここで、上述した蒸気タービン１０におけるケーシング１１と静翼１３と動翼１４とシール装置１５との関係について詳細に説明する。図１は、本実施形態の回転機械としての蒸気タービンにおけるシール装置の装着部を表す断面図である。
【００３４】
図１に示すように、シール装置１５は、ケーシング１１と動翼１４の先端部との間に設けられる。シール装置１５は、このケーシング１１と動翼１４の先端部との間をロータ１２の軸方向Ａに沿って高圧側Ｈから低圧側Ｌに流れる蒸気（流体）Ｓの流れの漏えいを抑制するものである。ここで、蒸気Ｓは、高圧側Ｈから低圧側Ｌに軸方向Ａに沿う蒸気流れ方向Ａ１に沿って流れる。このとき、蒸気Ｓは、主流が静翼１３及び動翼１４を通過するように流れ、一部がケーシング１１と動翼１４の先端部との間のシール装置１５に流れ、シール装置１５からの漏れる漏れ蒸気Ｓ１が発生する。
【００３５】
静翼１３は、径方向Ｒの外側に位置する基端部がケーシング１１の内周部に固定される一方、動翼１４は、径方向Ｒの内側に位置する基端部がロータ１２の外周部に固定される。即ち、ケーシング１１は、内周部に取付凹部としての翼取付溝３１が径方向Ｒに沿うと共に、周方向に沿って連続して設けられる。また、ケーシング１１は、内周部にコーキング凹部としてのコーキング溝３２が径方向Ｒに沿うと共に、周方向に沿って設けられる。コーキング溝３２は、翼取付溝３１より蒸気流れ方向Ａ１の上流側に翼取付溝３１と隣接した位置で、互いに連通して設けられる。
【００３６】
翼取付溝３１は、ケーシング１１の内周面１１ａから径方向Ｒに所定の深さをもって形成される。コーキング溝３２は、ケーシング１１の内周面１１ａから径方向Ｒに翼取付溝３１より浅い所定の深さをもって形成される。コーキング溝３２は、ケーシング１１の内周面１１ａに開放する第１溝３２ａと、第１溝３２ａに連続する第２溝３２ｂと、第２溝３２ｂに連続する係止溝３２ｃとを有する。第１溝３２ａにおける軸方向Ａの長さより第２溝３２ｂにおける軸方向Ａの長さが短く、第２溝３２ｂから蒸気流れ方向Ａ１の上流側に直角に屈曲して係止溝３２ｃが形成される。
【００３７】
静翼１３は、径方向Ｒの外側に位置する基端部としての翼根部１３ａと、翼根部１３ａから径方向Ｒの内側に延出する静翼本体１３ｂとを有する。また、静翼１３は、翼根部１３ａに係止段付部１３ｃが形成される。コーキング部材３３は、静翼１３を翼取付溝３１に固定するものである。コーキング部材３３は、コーキング溝３２に挿入可能であり、軸方向Ａの長さがコーキング溝３２の第１溝３２ａ及び第２溝３２ｂより短い挿入部３３ａと、挿入部３３ａから蒸気流れ方向Ａ１の上流側に直角に屈曲する係止部３３ｂとを有する。
【００３８】
そのため、静翼１３は、翼根部１３ａがケーシング１１の翼取付溝３１に挿入され、コーキング部材３３は、コーキング溝３２に挿入される。このとき、コーキング部材３３は、先端部が静翼１３の翼根部１３ａにおける係止段付部１３ｃに係止し、係止部３３ｂがコーキング溝３２の係止溝３２ｃに係止する。すると、コーキング部材３３は、係止部３３ｂがコーキング溝３２の係止溝３２ｃに係止することで、抜け落ちることはなく、静翼１３は、係止段付部１３ｃがコーキング部材３３に係止されることで、抜け落ちることはなく、ケーシング１１に固定される。なお、コーキング部材３３は、図示しない押込み治具によりコーキング溝３２に圧入され、このとき、係止部３３ｂが変形しながらコーキング溝３２の係止溝３２ｃに係止する。
【００３９】
動翼１４は、径方向Ｒの内側に位置する基端部としての翼根部（図示略）と、翼根部から径方向Ｒの外側に延出する動翼本体１４ａと、動翼本体１４ａにおける径方向Ｒの外側に位置する先端部としてのシュラウド１４ｂとを有する。動翼１４は、翼根部がロータ１２（図３参照）の外周部に固定され、軸方向Ａに所定間隔を空けて配置される各静翼１３の間に配置される。
【００４０】
シール装置１５は、ケーシング１１の内周部に装着されるシール部材としてのシールリング４１を有し、シールリング４１と動翼１４のシュラウド１４ｂにより構成される。ケーシング１１は、内周部にＴ字形状をなすシール取付溝４２が形成される。シール取付溝４２は、軸方向Ａに沿う第１溝４２ａと、第１溝４２ａをケーシング１１の内周面１１ａに開放する第２溝４２ｂと、軸方向Ａに沿う切欠部４２ｃとを有する。切欠部４２ｃは、軸方向Ａの一端部（蒸気流れ方向Ａ１の下流部）だけが静翼１３側に開口している。このシール取付溝４２は、ケーシング１１の周方向に連続して設けられる。
【００４１】
シールリング４１は、取付部４１ａと、連結部４１ｂと、シール部４１ｃと、複数（本実施形態では、３個）のフィン４１ｄ，４１ｅとを有する。取付部４１ａは、軸方向Ａに沿う形状をなし、連結部４１ｂを介してシール部４１ｃが連結される。シール部４１ｃは、軸方向Ａに沿う形状をなし、両端部がそれぞれ静翼１３に向けて延出される。複数のフィン４１ｄ，４１ｅは、シール部４１ｃから動翼１４側に向けて延出される。シールリング４１は、周方向に沿ったリング形状をなし、取付部４１ａがケーシング１１に設けられたシール取付溝４２の第１溝４２ａに嵌合し、連結部４１ｂが第２溝４２ｂに嵌合し、シール部４１ｃが切欠部４２ｃに嵌合する。３個のフィン４１ｄ，４１ｅは、シール部４１ｃの軸方向Ａに所定間隔を空けて設けられ、先端部が動翼１４のシュラウド１４ｂに対向するように延出する。なお、フィン４１ｄ，４１ｅの数は、上述したものに限定されるものではない。
【００４２】
動翼１４のシュラウド１４ｂは、外周面に凸部１４ｄが設けられる。凸部１４ｄは、シュラウド１４ｂにおける軸方向Ａの中間位置に設けられ。シールリング４１の２個のフィン４１ｄは、先端部と動翼１４のシュラウド１４ｂとの間に微少隙間が設定される。また、シールリング４１のフィン４１ｅの長さは、フィン４１ｄの長さより短く、先端部と動翼１４の凸部１４ｄとの間に微少隙間が設定される。この場合、シールリング４１におけるシール部４１ｃの内面は、軸方向Ａに沿う平坦面４３であり、動翼１４におけるシュラウド１４ｂの外面は、軸方向Ａに沿う平坦面４４である。シールリング４１におけるシール部４１ｃの平坦面４３は、ケーシング１１の内周面１１ａと段差なく連続する。なお、シュラウド１４ｂの凸部１４ｄをなくし、シールリング４１の各フィン４１ｄ，４１ｅの長さを同じにしてもよい。
【００４３】
また、シールリング４１は、コーキング溝３２の少なくとも一部を被覆する。シールリング４１は、シール部４１ｃが複数の静翼１３の間でケーシング１１の切欠部４２ｃに密着して配置されることで、シールリング４１における蒸気Ｓの蒸気流れ方向Ａ１の下流側の端部がコーキング溝３２の第１溝３２ａを外側から被覆する。
【００４４】
この場合、シールリング４１は、軸方向Ａにおける一端部だけが静翼１３の翼根部１３ａと対向し、軸方向Ａにおける一端部と静翼１３の翼根部１３ａとの間に所定隙間Ｇ１が設けられる。また、シールリング４１は、他端部がケーシング１１の切欠部４２ｃの端面と対向し、シールリング４１の他端部と切欠部４２ｃの端面との間に所定隙間Ｇ２が設けられる。この所定隙間Ｇ１，Ｇ２の大きさは、シールリング４１の組付性、シールリング４１や周辺部材の熱膨張量などを考慮して設定される。また、ケーシング１１の内部に蒸気Ｓが供給されると、ケーシング１１、静翼１３、シールリング４１が加熱されて熱膨張する。このとき、所定隙間Ｇ１，Ｇ２がないと、シールリング４１がケーシング１１や静翼１３などに接触して変形し、シール性能が低下するおそれがある。なお、シールリング４１は、コーキング溝３２の少なくとも一部を被覆すればよいが、所定隙間Ｇ１，Ｇ２における軸方向Ａの寸法は、コーキング溝３２の軸方向寸法の３０％以下に設定することが望ましい。具体的には、例えば、０ｍｍより大きく５ｍｍ以下の範囲に設定することが望ましい。
【００４５】
なお、シールリング４１におけるシール部４１ｃの内面を軸方向Ａに沿う平坦面４３としたが、この形状に限定されるものではない。例えば、動翼１４側に突出する凸形状や凸湾曲形状としたり、ケーシング１１側に凹む凹形状や凹湾曲形状としたりしてもよい。また、シールリング４１のシール部４１ｃにおけるコーキング溝３２を被覆した部分の内面形状を、動翼１４（軸心Ｏ）側に傾斜または湾曲させた形状としてもよい。
【００４６】
そのため、蒸気Ｓがケーシング１１の内部に供給されて動翼１４が回転するとき、蒸気は、高圧側Ｈから低圧側Ｌに蒸気流れ方向Ａ１に沿って流れる。このとき、蒸気Ｓは、主流が静翼１３及び動翼１４を通過するように流れ、一部がケーシング１１と動翼１４の先端部との間に設けられたシール装置１５に流れる。このシール装置１５は、蒸気Ｓの漏れを抑制するものの、一部が漏れて漏れ蒸気Ｓ１が発生する。シール装置１５から漏れた漏れ蒸気Ｓ１は、シールリング４１におけるシール部４１ｃの内面（平坦面４３）と静翼１３の翼根部１３ａの前面に案内されて静翼本体１３ｂ側に流れ、蒸気Ｓの主流と合流する。ここで、ケーシング１１の内周部に形成されたコーキング溝３２がシールリング４１のシール部４１ｃに被覆されていることから、漏れ蒸気Ｓ１は、コーキング溝３２の影響を受けて縦長の渦流を形成することはない。その結果、蒸気Ｓの主流に対する漏れ蒸気Ｓ１の合流角度θが小さくなり、漏れ蒸気Ｓ１は、滑らかに蒸気Ｓの主流に合流することとなる。
【００４７】
なお、上述の説明では、複数の静翼１３の間の全ての領域にシールリング４１を設けたが、この構成に限定されるものではない。図２は、本実施形態の蒸気タービンにおける変形例のシール装置の装着部を表す断面図である。
【００４８】
本実施形態の回転機械の変形例において、図２に示すように、シール装置５０は、ケーシング１１の内周部と動翼１４の先端部との間に設けられる。ケーシング１１は、内周部に翼取付溝３１が設けられると共に、コーキング溝３２が設けられる。静翼１３は、翼根部１３ａと静翼本体１３ｂとを有し、翼根部１３ａに係止段付部１３ｃが形成される。コーキング部材３３は、静翼１３を翼取付溝３１に装着するものである。そのため、静翼１３は、翼根部１３ａがケーシング１１の翼取付溝３１に挿入され、コーキング部材３３がコーキング溝３２に挿入されることで、ケーシング１１に固定される。
【００４９】
動翼１４は、翼根部（図示略）と、動翼本体１４ａと、シュラウド１４ｂとを有する。シール装置５０は、ケーシング１１の内周部に装着されるシール部材としてのシールリング５１を有し、シールリング５１と動翼１４のシュラウド１４ｂにより構成される。ケーシング１１は、内周部にＴ字形状をなすシール取付溝５２が形成される。シール取付溝５２は、軸方向Ａに沿う第１溝５２ａと、第１溝５２ａをケーシング１１の内周面１１ａに開放する第２溝５２ｂとを有する。シール取付溝５２は、ケーシング１１の周方向に連続して設けられる。
【００５０】
シールリング５１は、取付部５１ａと、連結部５１ｂと、シール部５１ｃと、複数（本実施形態では、２個）のフィン５１ｄとを有する。取付部５１ａは、軸方向Ａに沿う形状をなし、連結部５１ｂを介してシール部５１ｃが連結される。シール部５１ｃは、軸方向Ａに沿う形状をなし、両端部がそれぞれ静翼１３に向けて延出される。複数のフィン５１ｄは、シール部４１ｃから動翼１４側に向けて延出される。シールリング５１は、周方向に沿ったリング形状をなし、取付部５１ａがケーシング１１に設けられたシール取付溝５２の第１溝５２ａに嵌合し、連結部５１ｂが第２溝５２ｂに嵌合する。シールリング５１は、シール部５１ｃが軸方向Ａに所定間隔を空けて配置された静翼１３の間で、ケーシング１１の内周面１１ａに配置される。２個のフィン５１ｄは、シール部５１ｃの軸方向Ａに所定間隔を空けて設けられ、先端部が動翼１４のシュラウド１４ｂに対向するように延出する。なお、フィン５１ｄの数は、上述したものに限定されるものではない。
【００５１】
動翼１４のシュラウド１４ｂは、外周面にフィン１４ｃが設けられる。フィン１４ｃは、シールリング５１の２個のフィン５１ｄの中間位置に設けられ、先端部がシール部５１ｃに対向するように延出する。シールリング５１の各フィン５１ｄは、先端部と動翼１４のシュラウド１４ｂとの間に微少隙間が設定される。また、動翼１４のフィン１４ｃは、シールリング５１のシール部５１ｃとの間に微少隙間が設定される。この場合、シールリング５１におけるシール部５１ｃの内面は、軸方向Ａに沿う平坦面５３であり、動翼１４におけるシュラウド１４ｂの外面は、軸方向Ａに沿う平坦面５４である。本実施形態のシール装置５０は、ラビリンスシールであって、シールリング５１の各フィン５１ｄとシュラウド１４ｂとの微少隙間と、動翼１４のフィン１４ｃとシール部５１ｃとの微少隙間とにより蒸気Ｓの圧力損失を発生させ、この圧力損失により軸方向Ａにおける蒸気Ｓの漏れ流れを抑制する。
【００５２】
また、シールリング５１は、コーキング溝３２の少なくとも一部を被覆する。シールリング５１は、シール部５１ｃが複数の静翼１３の間でケーシング１１の内周面１１ａに配置されることで、シールリング５１における蒸気Ｓの蒸気流れ方向Ａ１の下流側の端部がコーキング溝３２の第１溝３２ａを外側から被覆する。
【００５３】
この場合、シールリング５１は、軸方向Ａにおける両端部が静翼１３の翼根部１３ａと対向し、シールリング５１の端部と静翼１３の翼根部１３ａとの間に所定隙間Ｇ１，Ｇ２が設けられる。この所定隙間Ｇ１，Ｇ２の大きさは、シールリング５１の組付性、シールリング５１や周辺部材の熱膨張量などを考慮して設定される。
【００５４】
なお、本実施形態の変形例の作用は、本実施形態とほぼ同様であることから、説明は省略する。
【００５５】
ここで、本実施形態のシールリング（シール部材）４１における具体的な構成について説明する。図４は、本実施形態のシール部材の構成を説明するための概略図である。
【００５６】
図４に示すように、シール部材としてのシールリング４１は、ケーシング１１の内周部と動翼１４の先端部との間に配置される。シールリング４１は、ケーシング１１の内周部に装着される取付部４１ａと、取付部４１ａの径方向内方に設けられるシール部４１ｃと、シール部４１ｃから径方向内方に突出して蒸気Ｓの流れ方向に所定間隔を空けて設けられる複数のフィン４１ｄ，４１ｅとを備える。
【００５７】
本実施形態では、フィン４１ｄ，４１ｅは、３個設けられ、シール部４１ｃの上流端（図４の左端）側に設けられる最上流フィン４１ｄ−１と、シール部４１ｃの下流端（図４の右端）側に設けられる最下流フィン４１ｄ２と、最上流フィン４１ｄ−１と最下流フィン４１ｄ−２との間にあるフィン４１ｅと構成される。そして、最上流フィン４１ｄ−１と最下流フィン４１ｄ−２との第１距離をＤ１とし、最下流フィン４１ｄ−２とシール部４１ｃの下流端との第２距離をＤ２とすると、
Ｄ１×０．５＜Ｄ２
に設定される。
【００５８】
また、シール部４１ｃの上流端と最上流フィン４１ｄ−１との第１距離をＤ３とすると、
Ｄ３＜Ｄ２
に設定される。
なお、このＤ１，Ｄ２，Ｄ３は、最上流フィン４１ｄ−１や最下流フィン４１ｄ−２における蒸気Ｓの流れ方向の中心位置からの長さである。
【００５９】
また、シールリング４１のシール部４１ｃがケーシング１１の内周部に組付けられた組立状態で、シール部４１ｃは、動翼１４（シュラウド１４ｂ）の下流端１４ｅより下流に延びる突出部４１ｆを有する。突出部４１ｆは、組立状態で径方向外方にキャビティとしてのコーキング溝３２が設けられる。シール部４１ｃは、突出部４１ｆより上流だけに複数のフィン４１ｄ（４１ｄ−１，４１ｄ−２），４１ｅが設けられる。
【００６０】
このように本実施形態の回転機械にあっては、中空形状をなすケーシング１１と、ケーシング１１内に回転自在に支持されるロータ１２と、ケーシング１１の内周部に固定される静翼１３と、ロータ１２の外周部に静翼１３に対してロータ１２の軸方向Ａにずれて固定される動翼１４と、ケーシング１１の内周部と動翼１４の先端部との間に配置されるシール装置１５，５０とを備え、ケーシング１１の内周部に翼取付溝３１を設けると共に、翼取付溝３１に隣接してコーキング溝３２を設け、静翼１３の基端部を翼取付溝３１に装着し、コーキング部材３３をコーキング溝３２及び静翼１３の翼根部１３ａに係止することでケーシング１１の内周部に静翼１３を固定し、シール装置１５，５０としてケーシング１１の内周部にシールリング４１，５１を装着し、シールリング４１，５１によりコーキング溝３２の少なくとも一部を被覆する。
【００６１】
従って、シール装置１５，５０から漏れた漏れ蒸気Ｓ１は、静翼１３と動翼１４を通過した蒸気Ｓの主流に合流するとき、コーキング溝３２がシールリング４１，５１により被覆されていることから、漏れ蒸気Ｓ１がコーキング溝３２の影響を受けて縦長の渦流を形成することはなく、滑らかに蒸気Ｓの主流に合流する。その結果、蒸気Ｓの主流に対してシール装置１５，５０からの漏れ蒸気Ｓ１を滑らかに合流させることで、この合流部での混合損失を低減して翼列効率が改善され、蒸気タービン１０の性能の向上を図ることができる。
【００６２】
本実施形態の回転機械では、コーキング溝３２を翼取付溝３１より蒸気流れ方向Ａ１の上流側に設け、シールリング４１，５１における蒸気流れ方向Ａ１の下流側の端部によりコーキング溝３２を被覆する。従って、簡単な構造でシールリング４１，５１により適正にコーキング溝３２を被覆することができる。
【００６３】
本実施形態の回転機械では、シールリング４１，５１における蒸気流れ方向Ａ１の端部と静翼１３との間に所定隙間Ｇ１を設ける。従って、ケーシングや静翼１３やシールリング４１，５１が熱膨張しても、所定隙間Ｇ１によりシールリング４１，５１が他の部材に干渉することが抑制され、シールリング４１，５１の変形を抑制することができる。
【００６４】
本実施形態の回転機械では、シールリング４１，５１によりロータ１２の軸方向Ａに沿う平坦面４３，５３を設けている。従って、シール装置１５，５０から漏れる漏れ蒸気Ｓ１を平坦面４３，５３によりスムースに流すことで、蒸気Ｓの主流に対してこの漏れ蒸気Ｓ１を滑らかに合流させることができる。
【００６５】
本実施形態の回転機械では、シールリング４１の平坦面４３がケーシング１１の内周面１１ａと段差なく連続される。従って、シール装置１５に入り込む蒸気Ｓやシール装置５０から漏れる漏れ蒸気Ｓ１を平坦面５３と内周面１１ａによりスムースに流すことで、蒸気Ｓの主流に対してこの漏れ蒸気Ｓ１を滑らかに合流させることができる。
【００６６】
なお、上述した実施形態では、シール装置をラビリンスシールとしたが、別の非接触式シールでもよい。
【００６７】
また、上述した実施形態では、本発明の回転機械を蒸気タービン１０に適用したが、蒸気タービンに限らず、圧縮機や排気タービンなど、作動時に内部の圧力が外部の圧力より高くなる回転機械に適用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０  蒸気タービン（回転機械）
１１  ケーシング
１１ａ  内周面
１２  ロータ
１３  静翼
１３ａ  翼根部
１３ｂ  静翼本体
１３ｃ  係止段付部
１４  動翼
１４ａ  動翼本体
１４ｂ  シュラウド
１４ｃ  フィン
１４ｄ  凸部
１４ｅ  下流端
１５，５０  シール装置
２０  軸受
２１  ロータディスク
２２  蒸気供給口
２３  蒸気通路
２４  翼列部
２５  排気室
２６  蒸気排出口
２７  シール部材
３１  翼取付溝（取付凹部）
３２  コーキング溝（コーキング凹部）
３２ａ  第１溝
３２ｂ  第２溝
３２ｃ  係止溝
３３  コーキング部材
３３ａ  挿入部
３３ｂ  係止部
４１，５１  シールリング（シール部材）
４１ａ，５１ａ  取付部
４１ｂ，５１ｂ  連結部
４１ｃ，５１ｃ  シール部
４１ｄ，５１ｄ  フィン
４１ｄ−１  最上流フィン
４１ｄ−２  最下流フィン
４１ｆ  突出部
４２  シール取付溝
４２ａ，５２ａ  第１溝
４２ｂ，５２ｂ  第２溝
４２ｃ  切欠部
４３，４４，５３，５４  平坦面
Ａ  軸方向
Ａ１  蒸気流れ方向
Ｒ  径方向
Ｇ１，Ｇ２  所定隙間
Ｓ  蒸気（流体）
Ｓ１  漏れ蒸気
Ｄ１  第１距離
Ｄ２  第２距離
Ｄ３  第３距離
【図１】
2020031625.tif 000003
【図２】
2020031625.tif 000004
【図３】
2020031625.tif 000005
【図４】
2020031625.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和3年1月29日(2021.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
図１に示すように、シール装置１５は、ケーシング１１と動翼１４の先端部との間に設けられる。シール装置１５は、このケーシング１１と動翼１４の先端部との間をロータ１２の軸方向Ａに沿って高圧側Ｈから低圧側Ｌに流れる蒸気（流体）Ｓの流れの漏えいを抑制するものである。ここで、蒸気Ｓは、高圧側Ｈから低圧側Ｌに軸方向Ａに沿う蒸気流れ方向Ａ１に沿って流れる。このとき、蒸気Ｓは、主流が静翼１３及び動翼１４を通過するように流れ、一部がケーシング１１と動翼１４の先端部との間のシール装置１５に流れ、シール装置１５から漏れる漏れ蒸気Ｓ１が発生する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
動翼１４のシュラウド１４ｂは、外周面に凸部１４ｄが設けられる。凸部１４ｄは、シュラウド１４ｂにおける軸方向Ａの中間位置に設けられる。シールリング４１の２個のフィン４１ｄは、先端部と動翼１４のシュラウド１４ｂとの間に微少隙間が設定される。また、シールリング４１のフィン４１ｅの長さは、フィン４１ｄの長さより短く、先端部と動翼１４の凸部１４ｄとの間に微少隙間が設定される。この場合、シールリング４１におけるシール部４１ｃの内面は、軸方向Ａに沿う平坦面４３であり、動翼１４におけるシュラウド１４ｂの外面は、軸方向Ａに沿う平坦面４４である。シールリング４１におけるシール部４１ｃの平坦面４３は、ケーシング１１の内周面１１ａと段差なく連続する。なお、シュラウド１４ｂの凸部１４ｄをなくし、シールリング４１の各フィン４１ｄ，４１ｅの長さを同じにしてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
シールリング５１は、取付部５１ａと、連結部５１ｂと、シール部５１ｃと、複数（本実施形態では、２個）のフィン５１ｄとを有する。取付部５１ａは、軸方向Ａに沿う形状をなし、連結部５１ｂを介してシール部５１ｃが連結される。シール部５１ｃは、軸方向Ａに沿う形状をなし、両端部がそれぞれ静翼１３に向けて延出される。複数のフィン５１ｄは、シール部５１ｃから動翼１４側に向けて延出される。シールリング５１は、周方向に沿ったリング形状をなし、取付部５１ａがケーシング１１に設けられたシール取付溝５２の第１溝５２ａに嵌合し、連結部５１ｂが第２溝５２ｂに嵌合する。シールリング５１は、シール部５１ｃが軸方向Ａに所定間隔を空けて配置された静翼１３の間で、ケーシング１１の内周面１１ａに配置される。２個のフィン５１ｄは、シール部５１ｃの軸方向Ａに所定間隔を空けて設けられ、先端部が動翼１４のシュラウド１４ｂに対向するように延出する。なお、フィン５１ｄの数は、上述したものに限定されるものではない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
本実施形態では、フィン４１ｄ，４１ｅは、３個設けられ、シール部４１ｃの上流端（図４の左端）側に設けられる最上流フィン４１ｄ−１と、シール部４１ｃの下流端（図４の右端）側に設けられる最下流フィン４１ｄ−２と、最上流フィン４１ｄ−１と最下流フィン４１ｄ−２との間にあるフィン４１ｅと構成される。そして、最上流フィン４１ｄ−１と最下流フィン４１ｄ−２との第１距離をＤ１とし、最下流フィン４１ｄ−２とシール部４１ｃの下流端との第２距離をＤ２とすると、
Ｄ１×０．５＜Ｄ２
に設定される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
また、シール部４１ｃの上流端と最上流フィン４１ｄ−１との第３距離をＤ３とすると、
Ｄ３＜Ｄ２
に設定される。
なお、このＤ１，Ｄ２，Ｄ３は、最上流フィン４１ｄ−１や最下流フィン４１ｄ−２における蒸気Ｓの流れ方向の中心位置からの長さである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
本実施形態の回転機械では、シールリング４１の平坦面４３がケーシング１１の内周面１１ａと段差なく連続される。従って、シール装置１５に入り込む蒸気Ｓやシール装置１５から漏れる漏れ蒸気Ｓ１を平坦面４３と内周面１１ａによりスムースに流すことで、蒸気Ｓの主流に対してこの漏れ蒸気Ｓ１を滑らかに合流させることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2020031625.tif 000007
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2020031625.tif 000008
【国際調査報告】
2020031625.tif 000009
2020031625.tif 000010
2020031625.tif 000011
2020031625.tif 000012