JP2001032948A

JP2001032948A - 回転流体機械

Info

Publication number: JP2001032948A
Application number: JP11205746A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Senoo; 茂樹妹尾; Yoshio Kano; 芳雄鹿野; Yoshiaki Yamazaki; 義昭山崎; So Chiyouka; 創潮下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2001-02-06
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: JP3705026B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シール装置性能を向上させた回転流体機械を提
供する。【解決手段】作動流体により回転される回転部と、該回
転部と対向する静止部に所定の間隔で設けられ、前記回
転部に向かって延伸すように形成された複数の突起部と
を有し、所定の間隔で設けられた前記突起部間と対向す
る回転部の外周側先端面に、前記回転部の回転により回
転部と突起部の隙間を漏れてくる流れをかく乱する構造
物を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動作流体として気
体や液体を用いる回転流体機械に係り、特に回転部と静
止部との隙間から流れが漏れることを防止する回転流体
機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】作動流体として気体や液体を用いる機械
では、作動流体を一定の空間内に閉じこめておく必要が
ある。特に、作動流体を利用して回転力として動力を取
り出すことを目的とした蒸気タービンまたはガスタービ
ン等といった流体機械では、回転部と静止部の間に隙間
ができ、その部分から流体が漏れないように流体の密封
機能を持つラビリンスシールと呼ばれる非接触型のシー
ル装置を設けている。この非接触型のシール装置は、複
数の突起部と、突起部間に形成される膨張室から構成さ
れている。

【０００３】また、ラビリンスシールには大きく分けて
直通型と食い違い型とがある。直通型ラビリンスシール
とは上流側から下流側までが通して見えるような構造を
持つシール装置であり、食い違い型ラビリンスシールと
は突起部が重なり合うことで上流側から下流側までが通
して見えないような構造を持つシール装置のことであ
る。食い違い型は直通型に較べ吹き抜けを小さくできる
という利点がある。吹き抜けとは、一つの突起部を通り
抜けた流体が完全に熱エネルギーに散逸せずに膨張室を
通り過ぎて次の膨張室に流れ込む流体の運動エネルギ
ー、すなわち次段への運動エネルギーの持ち越し現象の
ことをいう。この吹き抜けの増加はシール性能を悪化さ
せてしまう。

【０００４】このように吹き抜け量を少なくできる利点
を持つ食い違い型ラビリンスシールであるが、蒸気ター
ビンのように非運転時と定常運転時の間に大きな温度差
がある場合には、静止部の熱膨張量と、回転部の熱膨張
量との差が発生するために、突起部が流れ方向に重なっ
ている部分が接触してしまう可能性があった。このため
従来では、流体機械の安全性のために、吹き抜け量の大
きい直通型ラビリンスシールを使用していた。

【０００５】このような直通型ラビリンスシールを用い
て吹き抜け量を減少させる構造として、例えば米国特許
4,534,701 号にあるように、動翼先端部シュラウドカバ
ーに貫通した穴をあけ、翼間を流れる流れを動翼先端に
設けられたシール構造内に導入するものが提案されてい
る。

【０００６】また、特開平8−200003 号公報には、ター
ビン動翼の先端漏れ流れの量を低減するものとして、タ
ービン動翼の先端に一体形成されたシュラウドの外周側
先端面の周方向に複数の凹部を設けた構成のものが開示
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た米国特許4,534,701 号においては、本来動力を得るた
めに使われる作動流体の一部をシール部に流しているた
めに、有効流量の減少につながっていた。また、貫通穴
の翼側の静圧は翼形状に依存し、必ずしも翼間流路側か
らシール側に流れが流れるとは限らず、場合によっては
シール側から翼間流路側に流れが漏れることもある。こ
の場合、動翼先端部シュラウドカバーに貫通した穴をあ
けたことにより漏れ量は増えてしまい、さらにその漏れ
流れによって翼間流れは乱され、回転流体機械の性能が
低下してしまう。

【０００８】また、特開平8−200003 号公報に記載のも
のは、実質上フィンとシュラウドとの間隔が広がってし
まうため、吹き抜け量はかえって増加してしまう可能性
があった。

【０００９】このように従来の直通型ラビリンスシール
においては、吹き抜け量を減少させることができなかっ
たため、有効で実現性のある構造ではなかった。

【００１０】本発明は、以上の問題に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは、シール性能を向上
させた回転流体機械を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の回転流体機械は、作動流体により回転され
る回転部と、該回転部と対向する静止部に所定の間隔で
設けられ、前記回転部に向かって延伸するように形成さ
れた複数の突起部とを有し、所定の間隔で設けられた前
記突起部間と対向する回転部の外周側先端面に、前記回
転部の回転により回転部と突起部の隙間を漏れてくる流
れをかく乱する構造物を形成したものである。

【００１２】また本発明の回転流体機械は、作動流体に
より回転される回転部と、該回転部に所定の間隔で設け
られ、前記回転部と対向する静止部に向かって延伸する
ように形成された複数の突起部とを有し、所定の間隔で
設けられた前記突起部間と対向する回転部の外周側先端
面に、前記回転部の回転により回転部と突起部の隙間を
漏れてくる流れをかく乱する構造物を形成したものであ
る。

【００１３】また本発明の回転流体機械は、作動流体に
より駆動される回転部と、該回転部と対向する静止部に
所定の間隔で設けられ、前記回転部に向かって延伸する
ように形成された複数の突起部とを有し、所定の間隔で
設けられた前記突起部間と対向する前記回転部の位置に
は半径方向外向きに突出するステップが形成され、該ス
テップの回転軸に直行する面、または前記静止部と対向
するステップの外周側先端面に、前記回転部の回転によ
り回転部と突起部の隙間を漏れてくる流れをかく乱する
構造物を形成したものである。

【００１４】好ましくは、前記構造物は、凹部または凸
部に形成されるものである。

【００１５】また、好ましくは、前記構造物は、その周
方向側端面の一端が回転面に対し垂直に形成された切り
欠き部と、前記切り欠き部から回転方向側に向かうに従
って切り欠きが浅くなるように形成されたスロープとを
有するものである。

【００１６】また、好ましくは、前記構造物は、前記回
転部の外周側先端面にそれぞれの軸方向の位置をずらし
て周方向に複数設置されたものである。

【００１７】また、上記目的を達成するために、本発明
のタービン動翼は、タービンロータのディスク外周部に
備えられるタービン動翼において、該タービン動翼の外
周側と対向する静止部には、所定の間隔で前記回転部に
向かって延伸するように形成された複数の突起部が形成
されたものであって、所定の間隔で設けられた前記突起
部間と対向するタービン動翼の外周側先端面に、前記タ
ービン動翼と突起部の隙間を漏れてくる流れをかく乱す
る構造物を形成したものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、蒸気タービン動翼の先端
部を示した図である。回転部は、図示しないロータに動
翼１６が固定され、先端部に隣合う動翼と連結するため
の構造，シュラウド１５を備えている。また、ロータに
固定された動翼１６は回転軸１８を中心に回転される。
一方、静止部であるケーシング１４からは、内周側に延
伸する４枚のフィン１０，１１，１２，１３が形成さ
れ、ケーシング１４とシュラウド１５の間を流れ１７が
漏れることを抑制している。またシュラウド１５は流れ
に対し最も上流側のフィン１０と、最も下流側のフィン
１３の間で隆起部１５ａを設けてある。このように、回
転流体機械におけるシール構造としてはケーシング１
４，４枚のフィン１０，１１，１２，１３，隆起部１５
ａが形成されたシュラウド１５を備えており、回転軸に
対して対象に構成されている。

【００１９】このような図１に示すシール構造を、フィ
ン１０，フィン１１とその間の膨張室１０ｂからなる単
位シール構造，フィン１２，フィン１３とその間の膨張
室１２ｂからなる単位シール構造に分解してみると、隆
起部１５ａが形成されているために、上流側から下流側
までフィンとシュラウドの間隙１０ａ，１１ａ，１２
ａ，１３ａが貫通して見えない構成となっている。この
ようなシール構造を、一般に食い違い型ラビリンスシー
ルと呼んでいる。一方、フィン１１，フィン１２とその
間の膨張室１１ｂからなる単位シール構造は、上流側か
ら下流側までフィンとケーシングの間隙が貫通して見え
る構成となっており、この様なシール構造を一般に直通
型ラビリンスシールと呼んでいる。

【００２０】食い違い型ラビリンスシール構造は、フィ
ン１０とシュラウド１５との間隙１０ａを通り抜けた流
れが、フィン１１とシュラウド１５の隆起部１５ａとの
間隙１１ａを通り抜けるためには、シュラウド１５の隆
起部１５ａの存在のため、流れは途中で複数回方向を変
える必要がある。これに対して直通型ラビリンスシール
構造は、一つのフィンにより形成される隙間を通り抜け
た流体の運動エネルギーが、膨張室で完全に熱エネルギ
ーに回復せずに膨張室を通り過ぎて、次のフィンにより
形成される隙間を通り抜ける流体の運動エネルギーのこ
とである吹き抜けが大きい。このため、食い違い型ラビ
リンスシール構造は直通型ラビリンスシール構造に較べ
て吹き抜け量を少なくすることができる。

【００２１】しかし、食い違い型ラビリンスシール構造
においては、蒸気タービンのように非運転時と定常運転
時の間に大きな温度差がある場合には、静止部の熱膨張
量と、回転部の熱膨張量との差のために、突起部が流れ
方向に重なっている部分が接触する虞があった。例え
ば、同じ温度変化に対し、回転部である動翼１６の方が
静止部であるケーシング１４に較べて熱膨張率が大きい
とする。熱膨張による伸びが静止部，回転部共に右方
向、すなわち流れ方向１７に伸びるものとすると、図示
しないロータに設置される動翼１６に固定されているシ
ュラウド１５に形成された隆起部１５ａと、ケーシング
１４に固定されているフィン１３は、静止部と回転部の
熱膨張による伸び差が非運転時の隆起部１５ａの下流側
の端面とフィン１３との距離よりも大きくなったときに
接触してしまう。これに対して、直通型ラビリンス構造
は熱伸び差による接触の可能性はない。そのため、静止
側と回転側の熱伸び差が大きい場合には、流体機械の安
全性のため直通型ラビリンス構造を用いている。したが
って、直通型ラビリンス構造においてはシール性能向上
のためには吹き抜け量を低減する技術が重要である。ま
た、食い違い型ラビリンスシールも吹き抜けはゼロでは
なく、吹き抜け量を低減する技術が重要である。図２
は、直通型ラビリンス構造内の流線の模式図を示す。流
れ方向１７に流入する流れ３１は、静圧Ｐ１の膨張室２
６から静圧Ｐ２の膨張室２２に向かい、フィン３と回転
部１との間の隙間３ａを通って漏れる。その流速はほぼ
静圧比Ｐ１／Ｐ２で決まる。流れ３１は近寄り流れの慣
性のためにフィンの下流でいったん縮まりその下流でほ
ぼ一定の拡がり角θで拡がる。この拡がりによって流れ
の一部は下流側のフィン４に当たり、さらにその一部が
膨張室内で渦３０を形成し、その渦により運動エネルギ
ーは熱エネルギーに変えられる。このように全温度一定
の条件のもとで、フィン前後の圧力差で等エントロピー
膨張し、膨張室内でその速度エネルギーが熱エネルギー
に変換される等圧静温回復する過程が、ラビリンスシー
ル内で起こる現象であり、等エントロピー膨張によって
生じた運動エネルギーがすべて熱エネルギーに散逸され
る場合に漏れ流量が最も少なくなることが理論的にわか
っている。これを理想ラビリンスシールと呼ぶ。

【００２２】しかし実際には、等エントロピー膨張によ
って生じた運動エネルギーの一部は、膨張室２２内で完
全には熱エネルギーに散逸されず、下流側のフィン４と
回転部１との間の隙間４ａを通り次の膨張室２７へ流れ
込む。この次段への運動エネルギーの持ち越し現象を吹
き抜けおよび、吹き抜けの増加はシール性能悪化につな
がる。また、フィンと回転部の隙間から漏れた流れ３１
の拡がり角θは一般に小さく、６度程度であるといわれ
ている。そのため、フィン間隔Ｌが小さいときには、フ
ィンと回転部の間の隙間から漏れた流れ３１は、下流側
のフィン４にあまり当たらず、その運動エネルギーの大
部分が吹き抜けとなる。すなわち、吹き抜けの観点から
はフィン間隔Ｌは大きい方がよい。

【００２３】一方、漏れ速度を誘起するフィン３，４の
前後の静圧比は、シール構造全体の入口・出口の圧力比
が一定であるとすると、フィン枚数が多いほど小さくな
る。シール構造全体の全長が決まっているとすると、フ
ィン枚数を増加させるとフィン間隔Ｌは減少する。この
ようにフィン枚数，フィン間隔は各フィン前後の静圧比
と吹き抜け効果のトレードオフで決まる。しかし、ここ
でフィン間隔Ｌを変えずに吹き抜けを小さくできること
ができる、すなわち膨張室内で運動エネルギーをより多
く熱エネルギーに散逸できることができれば、フィン枚
数と吹き抜けのトレードオフはより漏れ流量を小さくで
きるため、シール性能をより向上させることができる。
本発明はそのような膨張室内での運動エネルギーの散逸
を促進し、吹き抜けを減少させることによりシール性能
を向上させることを狙ったものである。

【００２４】以下、本発明の実施例について図面を用い
て詳細に説明する。

【００２５】図３は、本発明の一実施例である流体回転
機械の構成図を示す。静止部２にはフィン３，４が回転
部１との間に一定の隙間を持つように設置されている。
一方、回転部１には、対向する静止側２に設けられたフ
ィン３，４の間に相当する部分に、回転部１の図示しな
い回転軸に対して凹部５を周方向に離散的に形成してい
る。なお、回転部１の周方向に設置する凹部５の個数
は、最低１個で十分であるが、最適な個数は漏れ速度と
フィン間隔、および回転部１の回転数から決まる。ここ
で重要なことは、凹部５は周方向に連続的に設置するの
ではなく、離散的に設置する点である。凹部５は吹き抜
け流れをかく乱する速度成分、例えば回転軸に対し半径
方向外向きの速度成分を誘起する構造であれば良い。な
お、図中の１７は流れ方向、７は回転部１の回転方向を
示す。

【００２６】図４は、図３に示す凹部の詳細図である。
本実施例において凹部５は、回転部１の回転方向７側に
スロープ５ａを形成し、回転方向７に対向する側に回転
方向に向かい合う切り欠き５ｂを形成した構成となって
いる。

【００２７】以上のように形成された凹部５は、回転部
１が回転することにより、回転部１と静止部２の間にあ
る流体がスロープ５ａにより凹部５の中に流れ４３とな
って誘導され、切り欠き５ｂに沿って回転部１と静止部
２の間の空間に流れ４４となって戻される。また、切り
欠き５ｂに沿う流れ４４は、回転軸に対し外向き半径方
向成分が形成される。この切り欠き５ｂに沿う流れ４４
の外向き半径方向成分が、回転部１，静止部２，フィン
３，４から構成されるシール構造の吹き抜け速度を減少
させて、その結果、シール性能を向上させるという効果
を奏することができる。

【００２８】また、凹部５の切り欠き５ｂに沿う流れ４
４は、その下流側に流れ方向１７からの漏れ流れにほぼ
平行な回転軸を持つ渦４５を誘起する。この渦４５は、
回転部１の回転に伴い回転部１に対し相対的に移動する
ことで、回転部１に形成された凹部５の逆回転方向側で
は、凹部５とほぼ同等の外向き半径方向成分が誘起され
るため、フィン３，４と回転部１の隙間を通ってきた流
れはかく乱される。このため、回転部１上の凹部５は周
方向に連続して設置する必要はなく、離散的に設置する
ことで本発明の効果を得ることができる。

【００２９】図５は、本実施例による回転流体機械の流
線の模式図である。なお、図示のものは直通型ラビリン
ス構造に図４に示す構造を適用したものである。前述し
たように、回転部１に図４に示す凹部５を形成すること
により、回転軸に対し外向き半径方向成分が形成され、
半径方向外向き速度３５が誘起される。半径方向外向き
速度３５はフィン３前後の静圧比Ｐ１／Ｐ２により生じ
た漏れ流れ３４を半径方向外向きに転向させる。これに
より、漏れ流れ３４は図３の漏れ流れ３１に較べて、よ
り多くの流量が下流側のフィン４に衝突し、より多くの
流量が静止部２，フィン３とフィン４により形成される
膨張室２２内に留まり、渦３３を形成し、流れの運動エ
ネルギーを熱エネルギーに散逸することができる。

【００３０】さらに、本実施例では凹部５を周方向に離
散的に設置しているため、凹部５により誘起される半径
方向外向き速度３５が膨張室２２内の流れに及ぼす影響
も、周方向に分布させることができる。このため膨張室
２２内に生じる渦３３も周方向に分布を持つ、すなわ
ち、三次元的、かつ非定常的な構造を持つ渦となる。一
方、図２に示す凹部５がない膨張室２２内に存在する渦
３０は軸対称トーラス状、すなわち二次元的でかつ定常
的である。三次元的、かつ非定常的な渦３３は、渦３３
自身が誘起する速度のために、よりスケールの小さい多
数の渦に崩壊することで、二次元的、かつ定常的な渦３
０に較べ、はるかに大きな運動エネルギー散逸効果を持
つ。

【００３１】したがって、本実施例によれば、漏れ流れ
３４を半径方向外向きに転向させて、膨張室２２内に大
きな運動エネルギー散逸効果を持つ三次元的、かつ非定
常的な渦３３を発生させることにより、吹き抜け量を大
きく低減することができ、シール性能を向上させること
ができる。さらに、前述した凹部５を回転部１に形成す
ることにより、回転部１の重量を低下させることができ
るため、重量に比例する遠心力が作用する回転部１の信
頼性を向上させることができる。また、本実施例によれ
ばフィン間隔Ｌを変えずに吹き抜けを小さくできるた
め、シール性能をより向上させることができる。

【００３２】図６は、本発明の他の実施例である回転流
体機械の構成図を示す。なお、以下の説明において第１
の実施例と同一の符号については説明を省略する。

【００３３】本実施例では、図示しない静止部２に設け
られたフィン３，４の間の位置の対向する回転部１に凹
部４６が形成されている。また、回転方向７と流れ方向
１７の間の方向に沿ってスロープ４６ａが形成され、回
転方向７に対向する側に回転方向に向かい合う切り欠き
４６ｂが形成された構成となっている。

【００３４】以上のように形成された凹部４６は、回転
部１の回転によって流れ４７として凹部４６に誘導さ
れ、切り欠き４６ｂに沿って回転部１と静止部２の間の
空間に流れ４８となって戻される。なお、凹部４６に入
り込む流れ４７は回転方向７と流れ方向１７の間の方向
を向いている。この流れ４７が凹部４６から流出する流
れ４８は、半径方向外向き速度成分を有する点では第１
の実施例と同等の効果を持つが、流れ４８により誘起さ
れる渦４９は、回転方向７と漏れ流れ方向１７の間の方
向に軸を持つ渦４９となる。さらに、渦４９は回転方向
７に軸を持つ成分と流れ方向１７に軸を持つ成分とに分
けられ、回転方向７に軸を持つ渦成分の速度は、流れ方
向１７に対し逆向きの速度を誘起する。そのため、図５
に示す漏れ流れ３４は渦４９による流れのせき止め効果
も加わって、より効果的に半径方向外向きに転向させる
ことができる。したがって、本実施例によれば吹き抜け
量を減少させることができ、シール性能を向上させるこ
とができる。

【００３５】図７は、本発明の他の実施例である回転流
体機械の構造図を示す。本実施例では、図示しない静止
部２に設けられたフィン３，４の間に相当する部分に対
向する回転部１の面に凸部６を周方向に離散的に設けた
構成となっている。凸部６は、回転部１の回転方向７に
スロープ６ａが形成され、回転方向７に対応する側には
回転方向７に向かい合う切り欠き６ｂが形成された構成
となっている。なお、本実施例における凸部の形状は、
フィン間の膨張室内に周方向にかく乱を誘起できる突起
状の形状であれば良く、円柱，角柱，角錐，半円球とい
った形状の突起物を使用することが可能である。

【００３６】凸部６は回転部１が回転することにより、
回転部１と静止部２の間にある流体がスロープ６ａによ
り回転軸に対し外向き半径方向の速度成分が加えられ
る。また、回転方向７に対して凸部６の反対側には、凸
部６により渦５２が誘起され、渦５２により膨張室２２
内は３次元的、かつ非定常的な渦３３にブレークダウン
させられる。以上のように、本実施例によれば漏れ流れ
３４を半径方向外向きに転向させるため、膨張室２２内
に大きな運動エネルギー散逸効果を持つ三次元的、かつ
非定常的な渦３３を発生することができる。さらに、本
実施例によれば吹き抜け量を大きく低減することができ
るため、シール性能を向上させることができる。

【００３７】図８は、本発明の他の実施例である回転流
体機械の構成図を示す。本実施例では、前述したシール
装置を食い違い型ラビリンスシールに適用したものであ
る。図８に示す通り、回転部１には半径方向に隆起した
ステップ１ａが形成されており、ステップ１ａの上流側
端面１ｂに凹部６０を周方向に離散的に設置されてい
る。この凹部６０は、回転部１の回転方向７にスロープ
６０ａを持つように形成され、回転方向７に対応する側
に回転方向に向かい合う切り欠き６０ｂを持つように形
成されている。

【００３８】凹部６０は回転部１が回転することによ
り、回転部１と静止部２の間にある流体がスロープ６０
ａにより凹部６０の中に誘導され、その後切り欠き６０
ｂに沿って、回転部１と静止部２の間の空間に戻され
る。切り欠き６０ｂに沿う流れ６３は、フィン３と回転
部１との間の隙間を漏れてくる流れ６２と対向する速度
成分を有する。漏れ流れと対向する速度成分が、漏れ流
れと衝突し、多くの三次元的で非定常な乱流渦６４が発
生される。これら乱流渦６４は、漏れ流れが持つ運動エ
ネルギーの大部分を熱エネルギーに変えるため、吹き抜
け量は大きく低減され、シール性能を向上させることが
できる。

【００３９】図９は、本発明の他の実施例である回転流
体機械の構成図を示す。本実施例では、図８に示すステ
ップ１ａの上流側端面１ｂに凹部６０を設置した構成に
加えて、回転部１の外周面である円筒面１ｃ，回転部１
に形成された半径方向に隆起したステップ１ａの外周面
である円筒面の両方、もしくはどちらか一方に凹部７
０，凹部７１を設けた構成となっている。これら凹部６
０，７０，７１の設置する周方向位置は、膨張室内に生
じる渦の三次元化の観点から、それぞれ回転部１の周方
向にずらして配置することが好ましい。凹部６０，７０
は回転部１が回転することにより、凹部６０に沿った流
れ６３及び凹部７０に沿った流れ６５が生じ、漏れ流れ
６２と複雑に干渉することにより、多くの３次元的で非
定常な乱流渦６６が発生され、半径方向外向き速度が誘
起される。同様に凹部７１では凹部７１に沿った流れ６
８が生じ、３次元的で非定常な乱流渦６７が発生され、
半径方向外向き速度が誘起される。凹部６０，７０，７
１によって生じる乱流渦６６，６７は、漏れ流れが持つ
運動エネルギーの大部分を熱エネルギーに変えるととも
に、吹き抜け量を大きく低減できるため、さらにシール
性能を向上させることができる。

【００４０】図１０は、本発明の他の実施例である回転
流体機械の構成図である。本実施例では回転部１にフィ
ン９０，９１が設置されたシール構造に適用した例であ
る。本図に示すように、凹部５はフィン９０及びフィン
９１の間に周方向に離散的に設けた構成となっている。
前述したように、回転部１に凹部５を形成したことによ
り半径方向外向き速度が誘起され、フィン９０とフィン
９１との間の膨張室内に渦を形成させるため、運動エネ
ルギー散逸効果を持つ三次元的、かつ非定常的な渦３３
を発生することができる。したがって、本実施例によれ
ば運動エネルギーの大部分を熱エネルギーに変えるた
め、吹き抜け量を大きく低減させ、シール性能を向上さ
せることができる。

【００４１】また、突起部間に形成される膨張室に対応
する回転部に、回転部の回転により、突起部によって形
成される隙間を漏れてくる流れ、もしくは突起部間の膨
張室内に形成される渦のどちらか一方もしくはその両方
をかく乱する速度成分を誘起する構造物を複数，周方向
に離散的に設ける場合には、周方向に軸対称位置に配置
した方が、回転体の不安定な振動を誘起しにくいために
望ましい。

【００４２】また、突起部間に形成される膨張室に対応
する回転部に、回転部の回転により、突起部によって形
成される隙間を漏れてくる流れ、もしくは突起部間の膨
張室内に形成される渦のどちらか一方もしくはその両方
をかく乱する速度成分を誘起する構造物を、複数，周方
向に離散的に設ける場合には、構造物のすべて、もしく
は、一部に異なる形状のものを用いることで、膨張室内
の渦をより多くの三次元的で、より非定常な乱流渦に崩
壊させることが可能となる。三次元的で非定常な乱流渦
は漏れ流れが持つ運動エネルギーの大部分を熱エネルギ
ーに変えるため、吹き抜け量は大きく低減され、シール
性能は向上する。

【００４３】また、突起部間に形成される膨張室に対応
する回転部に、回転部の回転により、突起部によって形
成される隙間を漏れてくる流れ、もしくは突起部間の膨
張室内に形成される渦のどちらか一方もしくはその両方
をかく乱する速度成分を誘起する構造物を、複数，周方
向に離散的に設ける場合には、構造物のすべて、もしく
は、一部の設置軸方向位置、すなわちフィンとの相対位
置を他の構造物に対しずらすことで、膨張室内の渦をよ
り多くの三次元的で、より非定常な乱流渦に崩壊させる
ことが可能となる。三次元的で非定常な乱流渦は、漏れ
流れが持つ運動エネルギーの大部分を熱エネルギーに変
えるため、吹き抜け量は大きく低減され、シール性能は
向上する。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、回転
部と突起部の隙間を漏れてくる流れを半径方向外向きに
転向させることができ、また膨張室内に大きな運動エネ
ルギー散逸効果を持つ三次元的、かつ非定常的な渦を生
じさせているので吹き抜け量を低減することでき、シー
ル性能を向上させた回転流体機械を提供できるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】タービン動翼の先端部を示した図。

【図２】直通型ラビリンス構造内の流線の模式図。

【図３】本発明の一実施例である流体回転機械の構成
図。

【図４】図３に示す凹部の詳細図。

【図５】本実施例による回転流体機械の流線の模式図。

【図６】本発明の他の実施例である回転流体機械の構成
図。

【図７】本発明の他の実施例である回転流体機械の構成
図。

【図８】本発明の他の実施例である回転流体機械の構成
図。

【図９】本発明の他の実施例である回転流体機械の構成
図。

【図１０】本発明の他の実施例である回転流体機械の構
成図。

【符号の説明】

１…回転部、１ａ…ステップ、１ｂ…上流側端面、２…
静止部、３，４，８，９，１０，１１，１２，１３，９
０，９１…フィン、３ａ，４ａ,１０ａ,１１ａ，１２
ａ，１３ａ…間隙、５，６０…凹部、５ａ，６ａ…スロ
ープ、５ｂ，６ｂ，６０ｂ…切り欠き、６…凸部、７…
回転方向、１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１９，２０，２
１，２２，２３，２４，２５，２６，２７…膨張室、１
４…ケーシング、１５…シュラウド、１５ａ…隆起部、
１６…動翼、１７…流れ方向、１８…回転軸、２８，２
９，３０，３２，３３，４５，５２…渦、３１，３４…
漏れ流れ、３５…半径方向外向き速度、４３，４４，６
３…流れ、６０ａ…スロープ、６４…乱流渦。

フロントページの続き (72)発明者山崎義昭茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者潮下創茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内Ｆターム(参考） 3G002 HA04 HA10 3J042 AA03 BA01 CA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作動流体により回転される回転部と、該回
転部と対向する静止部に所定の間隔で設けられ、前記回
転部に向かって延伸するように形成された複数の突起部
とを有し、所定の間隔で設けられた前記突起部間と対向
する回転部の外周側先端面に、前記回転部の回転により
回転部と突起部の隙間を漏れてくる流れをかく乱する構
造物を形成したことを特徴とする回転流体機械。
【請求項２】作動流体により回転される回転部と、該回
転部に所定の間隔で設けられ、前記回転部と対向する静
止部に向かって延伸するように形成された複数の突起部
とを有し、所定の間隔で設けられた前記突起部間と対向
する回転部の外周側先端面に、前記回転部の回転により
回転部と突起部の隙間を漏れてくる流れをかく乱する構
造物を形成したことを特徴とする回転流体機械。
【請求項３】作動流体により駆動される回転部と、該回
転部と対向する静止部に所定の間隔で設けられ、前記回
転部に向かって延伸するように形成された複数の突起部
とを有し、所定の間隔で設けられた前記突起部間と対向
する前記回転部の位置には半径方向外向きに突出するス
テップが形成され、該ステップの回転軸に直行する面、
または前記静止部と対向するステップの外周側先端面
に、前記回転部の回転により回転部と突起部の隙間を漏
れてくる流れをかく乱する構造物を形成したことを特徴
とする回転流体機械。
【請求項４】前記構造物は、凹部または凸部であること
を特徴とする請求項１，２または３に記載の回転流体機
械。
【請求項５】前記構造物は、その周方向側端面の一端が
回転面に対し垂直に形成された切り欠き部と、前記切り
欠き部から回転方向側に向かうに従って切り欠きが浅く
なるように形成されたスロープとを有することを特徴と
する請求項１，２または３に記載の回転流体機械。
【請求項６】前記構造物は、前記回転部の外周側先端面
にそれぞれの軸方向の位置をずらして周方向に複数設置
されたことを特徴とする請求項１，２または３に記載の
回転流体機械。
【請求項７】タービンロータのディスク外周部に備えら
れるタービン動翼において、該タービン動翼の外周側と
対向する静止部には、所定の間隔で前記回転部に向かっ
て延伸するように形成された複数の突起部が形成された
ものであって、所定の間隔で設けられた前記突起部間と
対向するタービン動翼の外周側先端面に、前記タービン
動翼と突起部の隙間を漏れてくる流れをかく乱する構造
物を形成したことを特徴とするタービン動翼。