CN104903547B - 旋转流体机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种旋转流体机械，能够抑制间隙流路上的泄漏流体的周向速度的减少率，由此能够抑制不稳定流体力。汽轮机具有：间隙流路(15)，其在动叶片罩(6)的外周面与外壳(1)的槽部(14)的内周面之间形成；环状的密封翅片(17A～17D)，其设置于间隙流路(15)上的动叶片罩(6)侧，且在转子轴向上分开配置；以及摩擦促进部(详细而言，粗糙面(19A～19E))，其遍及整个周向设置于间隙流路(15)上的动叶片罩(6)侧。

Description

旋转流体机械
技术领域
本发明涉及汽轮机、燃气轮机等的旋转流体机械，尤其涉及具有在旋转部的外周面与静止部的内周面之间形成的间隙流路的旋转流体机械。
背景技术
作为旋转流体机械之一的汽轮机一般具备：外壳；转子，其以能够旋转的方式设置于该外壳内；静叶片列，其设置于外壳的内周侧；以及动叶片列，其设置于转子的外周侧，且相对于静叶片列配置于转子轴向的下游侧。而且，若在主流路内工作流体通过静叶片列(详细而言，静叶片间)，则工作流体的内部能量(换言之，压力能量等)被转换为运动能量(换言之，速度能量)。即，使工作流体增速。之后，若工作流体通过动叶片列(详细而言，动叶片间)，则工作流体的运动能量被转换为转子的旋转能量。即，工作流体作用于动叶片列来使转子旋转。
在汽轮机中，在动叶片列的外周侧设置有环状的动叶片罩，收纳该动叶片罩的环状的槽部形成于外壳的内周侧。在这样的构造中，在动叶片罩的外周面和与此对置的外壳的槽部的内周面之间形成有间隙流路。而且，虽然工作流体的大部分在主流路内流动并通过动叶片列，但是工作流体的一部分(泄漏流体)可能从主流路泄漏到间隙流路而不通过动叶片列，对转子旋转作用未做出贡献。
为了抑制上述那样的泄漏流并提高涡轮效率，而一般在间隙流路设置有迷宫式密封件。迷宫式密封件设置于转子侧或者外壳侧，由在转子轴向上分开配置的多段的密封翅片等构成。迷宫式密封件的密封间隔(详细而言，在密封翅片的前端和与此对置的部分之间形成的间隙缩小部的尺寸)从吸收由于热膨胀、推力负载引起的部件的变形、位移等观点来看，有限制。因此，在间隙流路设置迷宫式密封件的情况下，也产生从主流路向间隙流路的泄漏流，产生由于该泄漏流而引起的不稳定振动。使用图14对引起该不稳定振动的流体力成分进行说明。
图14是示意性地表示在旋转部100的外周面101(相当于上述的动叶片罩的外周面)与静止部102的内周面103(相当于上述的外壳的槽部的内周面)之间形成的间隙流路104的旋转部径向的剖视图。在该图14中，旋转部100向图中箭头A所示的方向旋转。另外，旋转部100由于例如制造上的公差、重力、或者旋转中的振动等原因，相对于静止部102，不位于图中虚线所示的同心位置，而位于图中实线所示的偏心位置。即，旋转部100的中心相对于静止部102的中心仅偏心偏心量e。因此，间隙流路104的宽度尺寸D(换言之，旋转部100的外周面101与静止部102的内周面103之间的径向尺寸)在周向上不均匀。
这里，从主流路流入间隙流路104的泄漏流体例如图15中箭头B所示那样呈螺旋状地流动，该螺旋状的流能够分解成轴向速度成分和周向速度成分。而且，由于该周向速度成分和间隙流路104的宽度尺寸D的偏差，在间隙流路104产生在周向上不均匀的压力分布P(参照图14)。该压力分布P作用于旋转部100的力能够分解成与偏心方向相反的方向(图14中上方向)的力Fx和与偏心方向垂直的方向(图14中右方向)的力Fy(以下，称为不稳定流体力)。而且，不稳定流体力Fy使旋转部100产生离心旋转(振れ回り)，在该不稳定流体力Fy比旋转部100的衰减力大的情况下，旋转部100的不稳定振动产生。
使用了不稳定流体力Fy以及偏心量e的关系式由下述的式(1)表示。该式(1)通过将旋转部100的离心旋转速度设为Ω，假定离心旋转轨道是完全的圆形，并且省略惯性项来获得。k是流体力的弹簧常数。C是衰减系数，C×Ω是与离心旋转相伴的流体力的衰减效果。
Fy/e＝k－C×Ω ···(1)
为了使旋转部100的离心旋转稳定并不引起不稳定振动，而需要式(1)的右边为负。但是，由于实际上有轴承等其它的稳定化要素，所以不需要式(1)的右边为负，优选变小。即，优选流体力的弹簧常数k变小，衰减系数C变大。
然而，作为减少上述的不稳定流体力的现有技术，已知有在泄漏流体从主流路流入间隙流路时使泄漏流体的周向速度减少的技术(例如，参照专利文献1)。在专利文献1所述的现有技术中，在间隙流路的上游侧的间隙入口部中的外壳的槽部的侧面例如设置摩擦阻力部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006－104952号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在上述现有技术中，在泄漏流体从主流路流入间隙流路时使泄漏流体的周向速度减少，由此抑制不稳定流体力。但是，本申请发明者们发现了能够根据其它的观点抑制不稳定流体力。以下，进行详述。
从主流路流入间隙流路的泄漏流体具有周向速度成分。而且，如图16所示，流入间隙流路104内的泄漏流体从静止部102的内周面103(静止壁)接受如使周向速度成分B1减少那样的周向剪切力C1。另一方面，从旋转部100的外周面101(旋转壁)接受如使周向速度成分B1增加或者维持那样的周向剪切力C2。而且，在例如来自静止壁的周向剪切力C1与来自旋转壁的周向剪切力C2相等的情况下，随着泄漏流体在间隙流路104内呈螺旋状地流动，泄漏流体的周向速度以逐渐接近旋转部100的旋转速度U的一半值的方式减少(参照后述的图3中的虚线)。本申请发明者们注意到，伴随该泄漏流体的速度的减少，压力梯度(详细而言，压力朝向泄漏流体的速度减少的方向增加的压力梯度)产生，该压力梯度为使不稳定流体力增加的重要因素。而且，发现了如果提高来自旋转壁的周向剪切力C2，则能够抑制泄漏流体的周向速度的减少率，由此，有抑制上述的压力梯度进而抑制不稳定流体力的作用。但是，如果抑制泄漏流体的周向速度的减少率则周向速度本身变大，所以也产生使不稳定流体力增加的作用。因此，仅限于例如间隙流路相对较短的情况等那样，前者的抑制不稳定流体力的作用比后者的使不稳定流体力增加的作用大的情况。
本发明的目的在于，提供能够抑制间隙流路中的泄漏流体的周向速度的减少率，由此能够抑制不稳定流体力的旋转流体机械。
用于解决课题的方案
为了实现上述目的，本发明具有：间隙流路，其在旋转部的外周面与静止部的内周面之间形成；至少三段的环状密封翅片，其设置于上述间隙流路上的上述旋转部侧或者上述静止部侧，且在旋转轴方向上分开配置；以及摩擦促进部，其遍及整个周向设置于上述间隙流路上的上述旋转部侧。
在这样本发明中，在间隙流路上的旋转部侧遍及整个周向设置摩擦促进部，来提高来自旋转部侧的周向剪切力。由此，能够抑制间隙流路上的泄漏流体的周向速度的减少率。其结果，能够抑制伴随泄漏流体的速度的减少而产生的压力梯度，进而能够抑制不稳定流体力。
发明的效果
根据本发明，能够抑制间隙流路上的泄漏流体的周向速度的减少率，由此能够抑制不稳定流体力。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的第一实施方式中的汽轮机的部分构造的转子轴向的剖视图。
图2是图1中II部的局部放大剖视图，表示本发明的第一实施方式中的间隙流路的详细构造。
图3是概略地表示本发明的第一实施方式以及现有技术中的泄漏蒸汽的周向速度的变化的图。
图4是用于对本发明的第一实施方式的效果进行说明的图，表示作为流体解析的结果得到的旋转部侧的表面粗糙度与弹簧常数的关系。
图5是表示本发明的第二实施方式中的间隙流路的详细构造的局部放大剖视图。
图6是表示本发明的第三实施方式中的间隙流路的详细构造的局部放大剖视图。
图7是用于与本发明的第一实施方式以及现有技术相比较来对本发明的第二以及第三实施方式的效果进行说明的图，表示作为流体解析的结果得到的弹簧常数。
图8表示作为分析结果得到的各粗糙面对弹簧常数减少的贡献率。
图9是表示本发明的第四实施方式中的间隙流路的详细构造的局部放大剖视图。
图10是用于对本发明的第四实施方式的效果进行说明的图，表示旋转部侧的表面粗糙度与弹簧常数的关系。
图11是表示本发明的第一变形例中的间隙流路的详细构造的局部放大剖视图。
图12是表示本发明的第二变形例中的间隙流路的详细构造的局部放大剖视图。
图13是表示本发明的第三变形例中的间隙流路的详细构造的局部放大剖视图。
图14是为了对引起不稳定振动的流体力成分进行说明而示意性地表示间隙流路的旋转部径向的剖视图。
图15是为了对间隙流路内的螺旋状的流进行说明而示意性地表示间隙流路的立体图。
图16是为了对间隙流路内的周向剪切力进行说明而示意性地表示间隙流路的旋转部径向的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对将本发明应用于汽轮机的情况的实施方式进行说明。
图1是示意性地表示本发明的第一实施方式中的汽轮机的部分构造(段落构造)的转子轴向的剖视图。图2是图1中II部的局部放大剖视图，表示间隙流路的详细构造。
在这些图1以及图2中，汽轮机具备大致圆筒形状的外壳1、以及以能够旋转的方式设置于该外壳1内的转子2。在外壳1的内周侧设置有静叶片列3(详细而言，沿周向排列的多个静叶片)，在转子2的外周侧设置有动叶片列4(详细而言，沿周向排列的多个动叶片)。在静叶片列3的内周侧(换言之，多个静叶片的前端侧)设置有环状的静叶片罩5，在动叶片列4的外周侧(换言之，多个动叶片的前端侧)设置有环状的动叶片罩6。
蒸汽(工作流体)的主流路7由形成于外壳1的内周面8与静叶片罩5的外周面9之间(详细而言，静叶片间)的流路、形成于动叶片罩6的内周面10与转子2的外周面11之间(详细而言，动叶片间)的流路等构成。动叶片列4相对于静叶片列3配置于转子轴向下游侧(图1中右侧)，静叶片列3和动叶片列4的组合构成一个段落。此外，在图1中，为了方便，仅示出1段，但一般来说，为了高效地回收蒸汽的内部能量，在转子轴向设置有多段。
而且，例如由锅炉等生成的蒸汽被导入汽轮机的主流路7，流向图1中箭头G1所示的方向。若在主流路7内蒸汽通过静叶片列3，则蒸汽的内部能量(换言之，压力能量等)被转换为运动能量(换言之，速度能量)。即，使蒸汽增速。之后，若蒸汽通过动叶片列4，则蒸汽的运动能量被转换为转子2的旋转能量。即，蒸汽作用于动叶片来使转子2绕中心轴O旋转。
在外壳1的内周侧形成有收纳动叶片罩6的环状的槽部14。因此，在动叶片罩6的外周面和与此对置的外壳1的槽部14的内周面之间形成有间隙流路15。而且，蒸汽的大部分(主流蒸汽)在主流路7流动并通过动叶片列4，但是蒸汽的一部分(泄漏蒸汽)可能如图1中箭头G2所示从主流路7泄漏到间隙流路15而不通过动叶片列4，对转子旋转作用未做出贡献。为了抑制该泄漏流，而在间隙流路15设置迷宫式密封件。
在本实施方式的迷宫式密封件中，在外壳1的槽部14的内周侧形成有两个环状台阶部16A、16B。在动叶片罩6的外周面设置有在转子轴向上分开配置的四段的环状密封翅片17A～17D。此外，密封翅片17A～17D也可以与动叶片罩6一体形成，但也可以单独制作。而且，也可以埋入形成于动叶片罩6的外周侧的槽来固定。
密封翅片17A～17D从动叶片罩6的外周面朝向外壳1的槽部14的内周面延伸。其中，密封翅片17B、17D分别朝向台阶部16A、16B延伸，所以比密封翅片17A、17C短。在密封翅片17A～17D的前端与槽部14的内周面之间分别形成有间隙缩小部，发挥密封功能。
另外，在从上游侧数第一段的密封翅片17A与第二段的密封翅片17B之间形成有密封分割空间18A，在第二段的密封翅片17B与第三段的密封翅片17C之间形成有密封分割空间18B，在第三段的密封翅片17C与第四段的密封翅片17D之间形成有密封分割空间18C，在第四段的密封翅片17D的下游侧形成有密封分割空间18D，在第一段的密封翅片17A的上游侧形成有密封分割空间18E。这些密封分割空间18A～18E构成间隙流路15。
而且，作为本实施方式的较大的特征，在整个间隙流路15中，在旋转部侧遍及整个周向设置有旋转摩擦促进部。详细而言，在密封分割空间18A中，在动叶片罩6的外周面、密封翅片17A的下游侧侧面、以及密封翅片17B的上游侧侧面，遍及整个周向形成有粗糙面19A。另外，在密封分割空间18B中，在动叶片罩6的外周面、密封翅片17B的下游侧侧面、以及密封翅片17C的上游侧侧面，遍及整个周向形成有粗糙面19B。另外，在密封分割空间18C中，在动叶片罩6的外周面、密封翅片17C的下游侧侧面、以及密封翅片17D的上游侧侧面，遍及整个周向形成有粗糙面19C。另外，在密封分割空间18D中，在动叶片罩6的外周面以及密封翅片17D的下游侧侧面，遍及整个周向形成有粗糙面19D。另外，在密封分割空间18E中，在动叶片罩6的外周面以及密封翅片17A的上游侧侧面，遍及整个周向形成有粗糙面19E。这些粗糙面19A～19E构成旋转摩擦促进部。
粗糙面19A～19E以比外壳1的槽部14的内周面更粗糙的方式，具体而言，以算术平均表面粗糙度(Ra)为在50～200μm的范围内被设定的规定值的方式，例如通过喷砂加工形成。在喷砂加工中，例如，使粒径被管理为在50～200μm的范围内被设定的规定值的特殊钢制的粒子(投射部件)投射到对象表面并使其碰撞。该特殊钢制的粒子具有与动叶片罩6相同的程度或者其以上的硬度，能够再利用。由此，能够减少投射部件的使用成本。此外，在本实施方式中，密封翅片17A～17D的前端未被加工。是因为该加工较难，且间隙缩小部的尺寸管理较难。另外，是因为密封翅片17A～17D的前端的加工的有无对本发明的效果的影响小。
接下来，使用图3对本实施方式的作用效果进行说明。图3是概略地表示本实施方式以及现有技术中的泄漏蒸汽的周向速度的变化的图。在该图3中，横轴取间隙流路15的轴向位置，纵轴取泄漏蒸汽的周向速度。
如图3所示，从主流路7(详细而言，静叶片列3的下游侧)流入间隙流路15的泄漏蒸汽的周向速度是与动叶片罩6的旋转速度U相同的程度。这里，流入间隙流路15内的泄漏蒸汽从外壳1的槽部14的内周面(静止壁)接受如使周向速度成分减少那样的周向剪切力C1。另一方面，从动叶片罩6的外周面(旋转壁)接受如使周向速度成分增加或者维持那样的周向剪切力C2。而且，在例如来自静止壁的周向剪切力C1与来自旋转壁的周向剪切力C2相等的现有技术(换言之，在旋转部侧不设置旋转摩擦促进部的情况)中，如图3中虚线所示，随着泄漏蒸汽呈螺旋状地在间隙流路15内流动，泄漏蒸汽的周向速度以逐渐接近动叶片罩6的旋转速度U的一半的值的方式减少。而且，伴随该泄漏蒸汽的速度的减少，压力梯度(详细而言，压力朝向泄漏蒸汽的速度减少的方向增加的压力梯度)产生，该压力梯度使不稳定流体力增加。
与此相对，在本实施方式中，在整个间隙流路15上的旋转部侧遍及整个周向设置摩擦促进部(详细而言，粗糙面19A～19E)，来提高来自旋转部侧的周向剪切力C2。由此，如图3中实线所示，能够抑制间隙流路15中的泄漏蒸汽的周向速度的减少率。其结果，能够抑制伴随泄漏蒸汽的速度的减少产生的压力梯度，进而能够抑制不稳定流体力。但是，由于如果抑制泄漏蒸汽的周向速度的减少率则周向速度本身变大，所以也产生使不稳定流体力增加的作用。因此，仅限于例如间隙流路15相对较短情况等那样，前者的抑制不稳定流体力的作用比后者的使不稳定流体力增加的作用大的情况。
此外，因为摩擦促进部遍及整个周向设置，所以与例如部分设置在周向的情况相比，不会在周向产生流的不稳定。从这样的观点来看，也能够抑制不稳定流体力。
接下来，对为了确认本实施方式的效果而本申请发明者们进行的流体解析进行说明。间隙流路模型是与本实施方式的间隙流路15相同的构造。条件为间隙流路入口的压力11.82MPa、温度708K、周向速度190m/s、间隙流路出口的压力10.42MPa、间隙流路的长度55mm、间隙缩小部的尺寸0.8mm。另外，使静止部侧的表面粗糙度(相当于外壳1的槽部14的内周面的表面粗糙度)为零，在0～200μm的范围内变更旋转部侧的表面粗糙度(相当于粗糙面19A～19E的表面粗糙度)。然后，进行使旋转部和静止部偏心的解析，求出上述的式(1)的弹簧常数k。
图4表示作为流体解析的结果得到的旋转部侧的表面粗糙度与弹簧常数的关系。在该图4中，横轴取旋转部侧的表面粗糙度，纵轴取以旋转部侧的表面粗糙度是零的情况(换言之，如现有技术那样未形成粗糙面19A～19E的情况)的弹簧常数为基准(100％)表示的弹簧常数的相对值。
根据该图4所示的流体解析的结果可知，如果使粗糙面19A～19E的表面粗糙度以比外壳1的槽部14的内周面的表面粗糙度更大的方式增加，则弹簧常数降低。详细而言，在使粗糙面19A～19E的表面粗糙度为50μm的情况下，弹簧常数降低5％左右，在进一步使粗糙面19A～19E的表面粗糙度增加而成为100μm的情况下，弹簧常数降低8％左右。并且，在使粗糙面19A～19E的表面粗糙度增加而成为200μm的情况下，弹簧常数降低10％左右。即，能够抑制不稳定流体力。
利用图5对本发明的第二实施方式进行说明。
图5是表示本实施方式中的间隙流路的详细构造的局部放大剖视图。此外，在本实施方式中，与上述第一实施方式同等的部分标注相同的附图标记，适当地省略说明。
在本实施方式中，虽然形成有密封分割空间18A的粗糙面19A，但未形成密封分割空间18B的粗糙面19B、密封分割空间18C的粗糙面19C、密封分割空间18D的粗糙面19D、以及密封分割空间18E的粗糙面19E。
在如以上那样构成的本实施方式中，与上述第一实施方式相同地，能够抑制间隙流路15中的泄漏蒸汽的周向速度的减少率，由此能够抑制不稳定流体力。但是，与第一实施方式相比，其效果变小。另外，与例如密封分割空间18B的粗糙面19B、密封分割空间18C的粗糙面19C、密封分割空间18D的粗糙面19D、或者密封分割空间18E的粗糙面19E被单独地形成的情况相比，其效果变大(详细后述)。
另外，在本实施方式中，因为与第一实施方式相比加工范围变小，所以能够缩短加工时间。
利用图6对本发明的第三实施方式进行说明。
图6是表示本实施方式中的间隙流路的详细构造的局部放大剖视图。此外，在本实施方式中，与上述第一实施方式同等的部分标注相同的附图标记，适当地省略说明。
在本实施方式中，虽然形成有密封分割空间18A的粗糙面19A、密封分割空间18D的粗糙面19D、以及密封分割空间18E的粗糙面19E，但未形成密封分割空间18B的粗糙面19B以及密封分割空间18C的粗糙面19C。
在如以上那样构成的本实施方式中，与上述第一实施方式几乎相同(详细后述)地，能够抑制间隙流路15中的泄漏蒸汽的周向速度的减少率，由此能够抑制不稳定流体力。另外，在本实施方式中，与第一实施方式相比，加工范围变小，所以能够缩短加工时间。
接下来，对为了确认上述第二以及第三实施方式的效果而本申请发明者们进行的流体解析进行说明。间隙流路模型以及条件与在上述第一实施方式中说明的相同。但是，在形成有粗糙面19A～19E中的任意一个的情况下，将该粗糙面的表面粗糙度固定为200μm。然后，进行使旋转部和静止部偏心的解析，求出弹簧常数k。
图7是用于与第一实施方式以及现有技术相比较来对第二以及第三实施方式的效果进行说明的图，表示作为数值结果得到的弹簧常数的相对值。该弹簧常数的相对值是与上述的图4所示的相同地，将如现有技术那样未形成有粗糙面19A～19E的情况下的弹簧常数作为基准(100％)表示的值。
如该图7所示，在第一实施方式(即，在密封分割空间18A～18E形成了粗糙面19A～19E的情况)中，弹簧常数降低10％左右。另外，在第二实施方式(即，仅在密封分割空间18A形成了粗糙面19A的情况)中，虽然与第一实施方式相比效果变小，但弹簧常数降低6％左右。在第三实施方式(仅在密封分割空间18A、18D、18E形成了粗糙面19A、19D、19E的情况)中，与第一实施方式相同地，弹簧常数降低10％左右。
而且，本申请发明者们为了确认各粗糙面对弹簧常数减少的贡献率，还使用与第一～第三实施方式不同的粗糙面形成图案来进行流体解析，并对该结果进行了回归分析。图8是表示作为分析结果得到的各粗糙面对弹簧常数减少的贡献率的图。
如该图8所示，密封分割空间18A的粗糙面19A的贡献率最高是60％左右。另外，密封分割空间18D的粗糙面19D的贡献率是25％左右，密封分割空间18A的粗糙面18A的贡献率是15％左右。与此相对，密封分割空间18B的粗糙面19B以及密封分割空间的粗糙面19C的贡献率几乎是0％(但是，如果间隙流路入口的周向速度变高，则有可能上升)。
得到上述的分析结果的理由考虑有，从主流路7流入间隙流路15的泄漏蒸汽的周向速度相对较大、以及密封分割空间18E在其上游侧被开放为相对较大的空间，密封分割空间18D在其下游侧被开放为相对较大的空间。而且，是因为如上述的图3所示，密封分割空间18A中的粗糙面19A的作用，即抑制泄漏蒸汽的周向速度的减少率的作用最大。另外，是因为密封分割空间18E中的粗糙面19E的作用，即抑制漏蒸汽的周向速度的减少率的作用相对较大。另外，是因为虽然在上述的图3中为了方便未表示，但密封分割空间18D中的粗糙面19D的作用、即抑制泄漏蒸汽的周向速度的减少率的作用相对较大。
本申请发明者们进一步尝试研究了第一实施方式和第三实施方式的作用效果。第一实施方式和第三实施方式的弹簧常数的减少效果几乎相同。但是，各粗糙面不仅产生减少由上述的式(1)所示的弹簧常数k的作用，也产生使由上述的式(1)所示的衰减系数C降低的作用。因此，在第三实施方式中，与第一实施方式相比，能够抑制衰减系数C的降低不形成密封分割空间18B的粗糙面19B以及密封分割空间18C的粗糙面19C的量。因此，与第一实施方式相比，上述的式(1)的右边变小，能够提高使旋转部的离心旋转稳定的效果。
利用图9以及图10对本发明的第四实施方式进行说明。
图9是表示本实施方式中的间隙流路的详细构造的局部放大剖视图。
在本实施方式的间隙流路15A的迷宫式密封件中，在动叶片罩6A的外周侧形成有两个环状台阶部20A、20B。在外壳1的槽部14A的内周面设置有在转子轴向上分开配置的四段的环状密封翅片21A～21D。
密封翅片21A～21D从外壳1的槽部14A的内周面朝向动叶片罩6A的外周面延伸。其中，密封翅片21B、21D分别朝向台阶部20A、20B延伸，所以比密封翅片21A、21C短。在密封翅片21A～21D的前端与动叶片罩6A的外周面之间分别形成有间隙缩小部，发挥密封功能。
另外，在从上游侧数第一段的密封翅片21A与第二段的密封翅片21B之间形成有密封分割空间22A，在第二段的密封翅片21B与第三段的密封翅片21C之间形成有密封分割空间22B，在第三段的密封翅片21C与第四段的密封翅片21D之间形成有密封分割空间22C，在第四段的密封翅片21D的下游侧形成有密封分割空间22D，在第一段的密封翅片21A的上游侧形成有密封分割空间22E。这些密封分割空间22A～22E构成间隙流路15A。
而且，作为本实施方式的较大的特征，在整个间隙流路15A中，在旋转部侧遍及整个周向设置有旋转摩擦促进部。详细而言，在密封分割空间22A中，在动叶片罩6A的外周面(详细而言，包括台阶部20A的外周面以及上游侧侧面)遍及整个周向形成有粗糙面23A。另外，在密封分割空间22B中，在动叶片罩6A的外周面(详细而言，包括台阶部20A的外周面以及下游侧侧面)遍及整个周向形成有粗糙面23B。另外，在密封分割空间22C中，在动叶片罩6A的外周面(详细而言，包括台阶部20B的外周面以及上游侧侧面)遍及整个周向形成有粗糙面23C。另外，在密封分割空间22D中，在动叶片罩6A的外周面(详细而言，包括台阶部20B的外周面以及下游侧侧面)遍及整个周向形成有粗糙面23D。另外，在密封分割空间22E中，在动叶片罩6的外周面遍及整个周向形成有粗糙面23E。这些粗糙面23A～23E构成旋转摩擦促进部。
粗糙面23A～23E以比外壳1的槽部14A的内周面更粗糙的方式，具体而言，以算术平均表面粗糙度(Ra)为在50～200μm的范围内被设定的规定值的方式，例如通过喷砂加工形成。
在如以上那样构成的本实施方式中，也能够抑制间隙流路15A上的泄漏蒸汽的周向速度的减少率，由此能够抑制不稳定流体力。
接下来，对为了确认本实施方式的效果而本申请发明者们进行的流体解析进行说明。间隙流路模型是与本实施方式的间隙流路15A相同的构造。条件与上述第一实施方式中说明的相同，为间隙流路入口的压力11.82MPa、温度708K、周向速度190m/s、间隙流路出口的压力10.42MPa、间隙流路的长度55mm、间隙缩小部的尺寸0.8mm。另外，使静止部侧的表面粗糙度(相当于外壳1的槽部14A的内周面以及密封翅片21A～21D的表面粗糙度)为零，在0～200μm的范围内变更旋转部侧的表面粗糙度(相当于粗糙面23A～23E的表面粗糙度)。然后，进行使旋转部和静止部偏心的解析，求出上述的式(1)的弹簧常数k。
图10表示作为流体解析的结果得到的旋转部侧的表面粗糙度与弹簧常数的关系。在该图10中，横轴取旋转部侧的表面粗糙度，纵轴取以旋转部侧的表面粗糙度是零的情况(换言之，如现有技术那样未形成粗糙面23A～23E的情况)下的弹簧常数为基准(100％)表示的弹簧常数的相对值。
根据该图10所示的流体解析的结果可知，如果使粗糙面23A～23E的表面粗糙度以比外壳1的槽部14A的内周面的表面粗糙度变大的方式增加，则弹簧常数降低。详细而言，在使粗糙面23A～23E的表面粗糙度为50μm情况下，弹簧常数降低16％左右，在进一步使粗糙面23A～23E的表面粗糙度增加而成为100μm的情况下，弹簧常数降低22％左右。并且，在使粗糙面23A～23E的表面粗糙度增加而成为200μm的情况下，弹簧常数降低23％左右。即，能够抑制不稳定流体力。
此外，在上述第四实施方式中，以与上述第一实施方式的粗糙面形成图案相同地，在密封分割空间22A～22E形成了粗糙面23A～23E的情况为例进行了说明，但并不局限于此。即，也可以与上述第二实施方式的粗糙面形成图案相同地，仅在密封分割空间22A形成粗糙面23A。另外，也可以与上述第三实施方式的粗糙面形成图案相同地，仅在密封分割空间22A、22D、22E形成粗糙面23A、23D、23E。这些情况都能够得到上述的效果。
另外，在上述第一～第四实施方式中，以旋转摩擦促进部由表面粗糙度在50～200μm的范围内形成的粗糙面构成的情况为例进行了说明，但是并不局限于此，能够在不脱离本发明的主旨以及技术思想的范围内进行各种变形。详细说明这样的变形例。
例如图11所示的第一变形例那样，旋转摩擦促进部也可以由环状的表面凹部构成。在该变形例中，在密封分割空间18A中，在动叶片罩6的外周面形成有六个表面凹部24A。另外，在密封分割空间18B中，在动叶片罩6的外周面形成有六个表面凹部24B。另外，在密封分割空间18C中，在动叶片罩6的外周面形成有六个表面凹部24C。另外，在密封分割空间18D中，在动叶片罩6的外周面形成有四个表面凹部24D。另外，在密封分割空间18E中，在动叶片罩6的外周面形成有三个表面凹部24E。
表面凹部24A～24E以深度为0.1mm以上且为密封翅片的高度尺寸(详细而言，最小的密封翅片17B、17D的高度尺寸)的一半以下的方式，例如通过切削加工形成。通过这些表面凹部24A～24E，能够使动叶片罩6的外周面的表面积增加，来提高周向的剪切力。此外，使表面凹部24A～24E的深度为0.1mm以上的理由是为了埋在流的速度边界层，而不减少提高周向剪切力的效果。
此外，在上述第一变形例中，以与上述第一实施方式的粗糙面形成图案相同地，在密封分割空间18A～18E形成了表面凹部24A～24E的情况为例进行了说明，但并不局限于此。即，也可以与上述第二实施方式的粗糙面形成图案相同地，仅在密封分割空间18A形成表面凹部24A。另外，也可以与上述第三实施方式的粗糙面形成图案相同地，仅在密封分割空间18A、18D、18E形成表面凹部24A、24D、24E。另外，也可以应用于如上述第四实施方式那样在静止部侧设置了密封翅片的构造。这些情况都能够得到上述的效果。
另外，例如图12所示的第二变形例那样，旋转摩擦促进部也可以由环状的表面凸部构成。在该变形例中，在密封分割空间18A中，在动叶片罩6的外周面形成有六个表面凸部25A。另外，在密封分割空间18B中，在动叶片罩6的外周面形成有六个表面凸部25B。另外，在密封分割空间18C中，在动叶片罩6的外周面形成有六个表面凸部25C。另外，在密封分割空间18D中，在动叶片罩6的外周面形成有四个表面凸部25D。另外，在密封分割空间18E中，在动叶片罩6的外周面形成有三个表面凸部25E。
表面凸部25A～25E以高度是0.1mm以上且为密封翅片的高度尺寸(详细而言，最小的密封翅片17B、17D的高度尺寸)的一半以下的方式，例如与动叶片罩6一体地通过削刮形成。换言之，在表面凸部25A～25D的前端与槽部14的内周面之间未分别形成间隙缩小部，不发挥密封功能。通过这些表面凸部25A～25E，能够使动叶片罩6的外周面的表面积增加，提高周向的剪切力。此外，将表面凸部25A～25E的高度设为0.1mm以上的理由是为了埋在流的速度边界层，而不减少提高周向剪切力的效果。
此外，在上述第二变形例中，以与上述第一实施方式的粗糙面形成图案相同地，在密封分割空间18A～18E形成了凸部25A～25E的情况为例进行了说明，但并不局限于此。即，也可以与上述第二实施方式的粗糙面形成图案相同地，仅在密封分割空间18A形成凸部25A。另外，也可以与上述第三实施方式的粗糙面形成图案相同地，仅在密封分割空间18A、18D、18E形成凸部25A、25D、25E。另外，也可以应用于如上述第四实施方式那样在静止部侧设置了密封翅片的构造。这些情况都能够得到上述的效果。
另外，例如，也可以组合上述第一实施方式、上述第一变形例、以及上述第二变形例中的任意一个。并且，也可以代替第一实施方式的粗糙面形成图案，而作为上述第二实施方式的粗糙面形成图案。另外，也可以作为上述第三实施方式的粗糙面形成图案(作为具体例之一，参照图13所示的第三变形例)。这些情况也能够得到上述的效果。
另外，在上述实施方式以及变形例的迷宫式密封件中，以在旋转部侧以及静止部侧中的一方设置两个环状台阶部，在旋转部侧以及静止部侧中的另一方设置四段的环状密封翅片的情况为例进行了说明，但是并不局限于此，能够在不脱离本发明的主旨以及技术思想的范围内进行各种变形。即，也可以设置至少三段的环状密封翅片即可，变更密封翅片的数量以及配置。另外，既可以变更台阶部的数量以及配置，也可以设置台阶部。
此外，在以上，作为本发明的应用对象，以作为轴流涡轮之一的汽轮机为例进行了说明，但是并不局限于此，也可以用于燃气轮机等。另外，也可以应用于其他的旋转流体机械。这些情况也能够得到上述相同的效果。
符号说明
1—外壳，2—转子，3—静叶片列，4—动叶片列，5—静叶片罩，6、6A—动叶片罩，14、14A—槽部，15、15A—间隙流路，17A～17E—密封翅片，18A～18E—密封分割空间，19A～19E—粗糙面，21A～21E—密封翅片，22A～22E—密封分割空间，23A～23E—粗糙面，24A～24E—表面凹部，25A～25E—表面凸部。

Claims (6)

1.一种旋转流体机械，其特征在于，具有：
间隙流路，其在旋转部的外周面与静止部的内周面之间形成；
至少三段的环状密封翅片，其设置于上述间隙流路上的上述旋转部侧或者上述静止部侧，且在旋转轴方向上分开配置；以及
摩擦促进部，其遍及整个周向设置于上述间隙流路上的上述旋转部侧，
上述间隙流路具有：第一密封分割空间，其形成于最上游侧的初段的密封翅片与中段的密封翅片之间；第二密封分割空间，其形成于上述中段的密封翅片与最下游侧的最终段的密封翅片之间；第三密封分割空间，其形成于上述最终段的密封翅片的下游侧；以及第四密封分割空间，其形成于上述初段的密封翅片的上游侧，
上述摩擦促进部遍及整个周向设置于上述第一密封分割空间中的上述旋转部侧，不设置在上述第二密封分割空间。
2.根据权利要求1所述的旋转流体机械，其特征在于，
上述摩擦促进部遍及整个周向设置在上述第三密封分割空间以及上述第四密封分割空间中的上述旋转部侧。
3.根据权利要求1所述的旋转流体机械，其特征在于，
上述摩擦促进部由表面粗糙度在50～200μm的范围内形成的粗糙面构成。
4.根据权利要求1所述的旋转流体机械，其特征在于，
上述摩擦促进部由在上述旋转部的外周面形成的环状的表面凹部构成，上述表面凹部深度为0.1mm以上且为上述密封翅片的高度尺寸的一半以下，并且，在被上述密封翅片间隔开的每个空间为三个以上。
5.根据权利要求1所述的旋转流体机械，其特征在于，
上述摩擦促进部由在上述旋转部的外周面形成的环状的表面凸部构成，上述表面凸部高度为0.1mm以上且为上述密封翅片的高度尺寸的一半以下，并且，在被上述密封翅片间隔开的每个空间为三个以上。
6.根据权利要求1所述的旋转流体机械，其特征在于，具有：
外壳；
转子，其以能够旋转的方式设置于上述外壳内；
静叶片列，其设置于上述外壳的内周侧；
动叶片列，其设置于上述转子的外周侧，且相对于上述静叶片列配置于旋转轴方向的下游侧；
环状的动叶片罩，其设置于上述动叶片列的外周侧；以及
环状的槽部，其形成于上述外壳的内周侧，且收纳上述动叶片罩，
上述间隙流路在上述动叶片罩的外周面与上述外壳的上述槽部的内周面之间形成。
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