JP2014081050A

JP2014081050A - 回転機械

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Publication number: JP2014081050A
Application number: JP2012230746A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Matsumoto; 和幸松本; Sachihiro Kuwamura; 祥弘桑村; Koji Oyama; 宏治大山; Yoshinori Tanaka; 良典田中
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2032-10-18
Also published as: EP2894377A1; KR101700055B1; US9896952B2; CN104736906B; JP5936515B2; EP2894377B1; EP2894377A4; CN104736906A; WO2014061736A1; US20150300190A1; KR20150055051A

Abstract

【課題】リーク流量のさらなる低減を図ることが可能な回転機械を提供する。
【解決手段】軸線に沿って流体が流通する蒸気タービン１Ａにおいて、軸線を中心に延びる軸体に設けられた動翼５０のチップシュラウド５１と、チップシュラウド５１に径方向に対向して、軸線回りにチップシュラウド５１に対して相対回転可能に設けられたケーシングに設けられた仕切板外輪１１と、仕切板外輪１１から径方向内側に延出して、チップシュラウド５１との間に微小隙間Ｈを形成するシールフィン１５と、シールフィン１５の下流側に形成されて微小隙間Ｈを通過するリーク流に基づく主渦Ｙ１が生成されるキャビティＣ内にシールフィン１５に対向するように設けられ、主渦Ｙ１に基づく流れを微小隙間Ｈに向かって導く蒸気導入面７０ａと、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、タービン、圧縮機等の回転機械のシール構造に関する。

周知のように、回転機械の一種として、ケーシングと、ケーシングの内部に回転自在に設けられた回転軸と、ケーシングの内周部に固定配置された複数の静翼と、これら複数の静翼の下流側において回転軸に放射状に設けられた複数の動翼とを備えた軸流式のタービンがある。タービンにおいては、流体の圧力エネルギーを回転エネルギーに変換することで動力を得ている。なお、タービンが衝動タービンである場合には、流体の圧力エネルギーを静翼によって速度エネルギーに変換し、この速度エネルギーを動翼によって回転エネルギーに変換している。また、反動タービンである場合には、動翼内でも圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、流体が噴出する反動力により速度エネルギーを回転エネルギーに変換する。

このようなタービンでは、回転体（ロータ）である動翼の先端部と、静止体（ステータ）であるケーシングとの間には径方向に間隙が形成され、また、静止体である静翼の先端部と回転体である回転軸との間にも径方向の間隙が形成されている。このため流体の一部が、動翼先端部とケーシングとの間隙を下流側に向かって漏洩してしまうが、この漏洩流体は、動翼に対して回転力を付与しない。また、静翼の先端部と回転軸との間隙を下流側に通過する漏洩流体は、その圧力エネルギーが静翼によって速度エネルギーに変換されないため、下流側の動翼に対して回転力をほとんど付与しない。したがって、タービンの性能向上のためには、上記間隙を通過する流体の流量（リーク流量）を低減することが重要となる。

ここで、例えば特許文献１では、動翼の先端部に、軸方向上流側から下流側に向かって高さが次第に高くなる複数のステップ部を設け、ケーシングに、各ステップ部に向けて延出する複数のシールフィンを設け、各ステップ部と各シールフィンの先端との間に微小隙間を形成した構造のタービンが提案されている。

このタービンでは、上流側から上記間隙に入り込んだ流体がステップ部の段差面に衝突することで、段差面の上流側に主渦が発生し、また段差面の下流側（前記微小隙間の上流側近傍）に主渦に起因する剥離渦が発生する。そしてこの剥離渦によって、微小隙間を通り抜けるリーク流を縮流することでリーク流量の低減が図られている。

特開２０１１−０８０４５２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたステップ部によって生じる主渦に関し、上記微小隙間の下流側近傍において主渦を形成する流体の流通方向は径方向を向いておらず、下流に向かって径方向に対して傾斜した方向となっている。このため、上記微小隙間の下流側近傍には死水領域が形成されることとなる。即ち、この死水領域では、主渦の流体は微小隙間を通過する流体に対して直接的に影響を及ぼすことができず、リーク流の縮流効果が弱くなってしまう。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、リーク流量のさらなる低減を図ることが可能な回転機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る回転機械は、軸線に沿って流体が流通する回転機械において、前記軸線を中心に延びるロータと、前記ロータの径方向に対向して、前記軸線回りに該ロータに対して相対回転可能に設けられたステータと、前記ロータと前記ステータとのうちの一方から他方に延出して、該他方との間に隙間を形成するシールフィンと、前記シールフィンの下流側に形成されて前記隙間を通過するリーク流に基づく渦が生成されるキャビティ内に前記シールフィンに対向するように設けられ、前記渦に基づく流れを前記隙間に向かって導く流体導入面と、を備えることを特徴とする。

このような回転機械によると、キャビティ内のリーク流による渦中における流体をシールフィンと流体導入面との間を通じて上記隙間に導くことで、隙間を通過したリーク流をシールフィンの下流側で、他方に向かって押し付けることができる。従ってリーク流の縮流効果を向上できる。

また、前記流体導入面は、前記一方側から前記他方側に向かうに従って、下流側から上流側に向かうように傾斜して設けられていてもよい。

このように流体導入面が設けられていることで、渦中の流体をより多くシールフィンと流体導入面との間に導くことができる。さらに、シールフィンと流体導入面との間の空間が隙間に向かうに従って狭くなっていくため、隙間に向かって導かれる流れの流速を増大できる。このため、リーク流の縮流効果をさらに向上し、さらなるリーク流量の低減が可能となる。

さらに、前記流体導入面は、前記シールフィンに沿って設けられた仕切り板の上流側を向く表面であり、前記仕切り板における前記一方側には、該仕切り板と前記シールフィンとの間に画成される空間と、前記キャビティにおける前記仕切り板の下流側の空間とを連通する連通部が形成されていてもよい。

このような仕切り板によって、連通部からシールフィンと流体導入面との間の空間に向かって、渦中の流体を確実に導くことができ、リーク流の縮流効果をさらに向上し、さらなるリーク流量の低減が可能となる。

本発明に係る回転機械は、前記ロータと前記ステータとのうちの前記他方において前記シールフィンの下流側となる位置で、前記隙間に対向する位置に設けられて、上流側を向いて前記リーク流を前記キャビティ内における前記一方側に導く段差面をさらに備えていてもよい。

このような段差面にリーク流が衝突することで、キャビティ内に渦を確実に生成でき、この結果、より多くの流体をシールフィンと流体導入面との間に導くことができるため、さらなるリーク流量の低減が可能となる。

本発明の回転機械によると、流体導入面との間に渦中の流体を導くことで、隙間を通過するリーク流をシールフィンの下流側で押し付け、リーク流量のさらなる低減を図ることが可能である。

本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンを示す概略断面図である。本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンを示す図であって、図１における要部Ｉを示す拡大断面図である。また、（ａ）は要部Ｉを示し、（ｂ）は（ａ）の要部Ｊを示す。本発明の第二実施形態に係る蒸気タービンを示す図であって、図１における要部Ｉと同じ位置で、上流側のキャビティ周辺について示す拡大断面図である。本発明の第二実施形態の変形例に係る蒸気タービンを示す図であって、図１における要部Ｉと同じ位置で、上流側のキャビティ周辺について示す拡大断面図である。本発明の第三実施形態に係る蒸気タービンを示す図であって、図１における要部Ｉと同じ位置で、上流側のキャビティ周辺について示す拡大断面図である。本発明の第三実施形態の変形例に係る蒸気タービンを示す図であって、図１における要部Ｉと同じ位置で、上流側のキャビティ周辺について示す拡大断面図である。また（ａ）は第一変形例を示し、（ｂ）は第二変形例を示す。本発明の蒸気タービンにおいて、ステップ部が設けられていない場合を示す図であって、図１における要部Ｉと同じ位置を示す拡大断面図である。

〔第一実施形態〕

以下、本発明の実施形態に係る蒸気タービン１について説明する。
蒸気タービン１は、蒸気Ｓのエネルギーを回転動力として取り出す外燃機関であって、発電所における発電機等に用いられるものである。

図１に示すように、蒸気タービン１は、ケーシング１０と、ケーシング１０に流入する蒸気Ｓの量と圧力を調整する調整弁２０と、ケーシング１０の内側に回転自在に設けられ、図示しない発電機等の機械に動力を伝達する軸体３０と、ケーシング１０に保持された静翼４０と、軸体３０に設けられた動翼５０と、軸体３０を軸回りに回転可能に支持する軸受部６０とを主たる構成としている。

ケーシング１０は、内部空間が気密に封止されているとともに、蒸気Ｓの流路とされている。このケーシング１０の内壁面には、軸体３０が挿通されたリング状の仕切板外輪（ステータ）１１が強固に固定されている。

調整弁２０は、ケーシング１０の内部に複数個取り付けられており、それぞれ図示しないボイラから蒸気Ｓが流入する調整弁室２１と、弁体２２と、弁座２３とを備えており、弁体２２が弁座２３から離れると蒸気流路が開いて、蒸気室２４を介して蒸気Ｓがケーシング１０の内部空間に流入するようになっている。

軸体３０は、軸本体３１と、この軸本体３１の外周から径方向に延出した複数のディスク３２とを備えている。この軸体３０は、回転エネルギーを、図示しない発電機等の機械に伝達するようになっている。

軸受部６０は、ジャーナル軸受装置６１及びスラスト軸受装置６２を備えており、軸体３０を回転可能に支持している。

静翼４０は、軸体３０を囲繞するように放射状に多数配置されて環状静翼群を構成しており、それぞれ前述した仕切板外輪１１に保持されている。これら静翼４０の径方向における内側は、軸体３０が挿通されたリング状のハブシュラウド４１で連結され、その先端部が軸体３０に対して径方向に隙間をあけて配設されている。
これら複数の静翼４０からなる環状静翼群は、軸方向に間隔をあけて六つ形成されており、蒸気Ｓの圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して、下流側に隣接する動翼５０側に案内するようになっている。

動翼５０は、軸体３０が有するディスク３２の外周部に強固に取り付けられている。この動翼５０は、各環状静翼群の下流側において、放射状に多数配置されて環状動翼群を構成している。

これら環状静翼群と環状動翼群とは、一組一段とされている。即ち、蒸気タービン１は、六段に構成されている。このうち、最終段における動翼５０の先端部は、周方向に延びたチップシュラウド（ロータ）５１とされており、このチップシュラウド５１が、ケーシング１０の径方向において仕切板外輪１１と間隙を介して対向して配置されている。そして、チップシュラウド５１は、仕切板外輪１１のチップシュラウド５１に対応する部位に形成された環状溝１１ａ内に収容されている。

ここで、図２に示すように、蒸気タービン１は、チップシュラウド５１に設けられたステップ部５２と、仕切板外輪１１からステップ部５２に向かって延びるシールフィン１５と、シールフィン１５の下流側に対向して設けられた仕切り板７０とを備えている。

ステップ部５２は、最終段の動翼５０の先端部となるチップシュラウド５１に設けられ、段差面５３を有して仕切板外輪１１側に突出している。
本実施形態では、チップシュラウド５１には三つのステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）が設けられており、これら三つのステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）は、軸体３０の軸線Ｏ方向の上流側から下流側に向かって、動翼５０からの突出高さが次第に高くなるように配設されている。即ち、ステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）には、段差を形成する三つの段差面５３（５３Ａ〜５３Ｃ）が、軸方向上流側を向いて形成されている。

ここで、本実施形態では、仕切板外輪１１の環状溝１１ａにおける溝底面１１ｂについても、軸線Ｏ方向において、各ステップ部５２に対応するように、軸線Ｏ方向に向かってステップ形状に形成されている。

シールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）は、仕切板外輪１１の溝底面１１ｂから延出して設けられたもので、それぞれのステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）に１：１で対応して、対応するステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）との間に、微小隙間Ｈを径方向に形成したものである。この微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）の各寸法は、ケーシング１０や動翼５０の熱伸び量、動翼５０の遠心伸び量等を考慮した上で、両者が接触することがない安全な範囲内で、最小のものに設定されている。
ここで、本実施形態では、段差面５３Ｂはシールフィン１５Ａの下流側に、段差面５３Ｃはシールフィン１５Ｂの下流側に位置しており、段差面５３Ａはシールフィン１５Ａの上流側に位置している。そして、段差面５３Ａによって後述するキャビティＣ１内の径方向外側に、段差面５３Ｂによって後述するキャビティＣ２内の径方向外側に、段差面５３Ｃによって後述するキャビティＣ３内の径方向外側に蒸気Ｓが導かれるようになっている。

このような構成のもとに、チップシュラウド５１側と仕切板外輪１１との間には、前記環状溝１１ａ内において、各ステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）に対応してキャビティＣ（Ｃ１〜Ｃ３）が形成されている。
キャビティＣ（Ｃ１〜Ｃ３）は、各ステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）に対応したシールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）と、このシールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）に対して、軸線Ｏ方向の上流側で対向する隔壁との間に形成されている。

より具体的には、軸線Ｏ方向の最上流側に位置する第１段目のステップ部５２Ａに対応する第１のキャビティＣ１では、前記隔壁は、前記環状溝１１ａの、軸方向上流側の内壁面５４によって形成されている。従って、この内壁面５４と第１段目のステップ部５２Ａに対応するシールフィン１５Ａとの間で、さらにチップシュラウド５１側と仕切板外輪１１との間に、第１のキャビティＣ１が形成されている。

また、第２段目のステップ部５２Ｂに対応する第２のキャビティＣ２では、前記隔壁は、軸方向上流側に位置するステップ部５２Ａに対応するシールフィン１５Ａによって形成されている。従って、シールフィン１５Ａとシールフィン１５Ｂとの間で、さらにチップシュラウド５１と仕切板外輪１１との間に、第２のキャビティＣ２が形成されている。
同様に、シールフィン１５Ｂとシールフィン１５Ｃとの間で、さらにチップシュラウド５１と仕切板外輪１１との間に、第３のキャビティＣ３が形成されている。

次に、仕切り板７０について説明する。
仕切り板７０は、各シールフィン１５の下流側で、各シールフィン１５（本実施形態ではシールフィン１５Ａとシールフィン１５Ｂ）に対向するように、そして各シールフィン１５（１５Ａ、１５Ｂ）に平行に、仕切板外輪１１の溝底面１１ｂから径方向内側に延出して設けられた環状をなす部材である。さらに、この仕切り板７０においては、対応するシールフィン１５（１５Ａ、１５Ｂ）との間で蒸気Ｓを導入する蒸気流路ＦＣを画成するとともに、この径方向外側の位置では、各キャビティＣ（Ｃ１、Ｃ２）における仕切り板７０の下流側の空間と蒸気流路ＦＣとを連通する連通部７０ｂが形成されている。

この連通部７０ｂは、軸線Ｏ方向に仕切り板７０を貫通する複数の孔であってもよいし、周方向に互いに間隔をあけて形成されるスリットであってもよく、周方向のいずれかの位置で仕切り板７０を貫通するものであれば形状はどのようなものであってもよい。
また、仕切り板７０は、対向するシールフィン１５にリブ等によって支持されることで、各シールフィン１５の下流側に設けられていてもよく、この場合の連通部７０ｂは、周方向全域に開口して形成されることとなる。

そして、この仕切り板７０における径方向内側の端縁部は、シールフィン１５（１５Ａ、１５Ｂ）よりも径方向外側に位置して、延出寸法がシールフィン１５（１５Ａ、１５Ｂ）よりも小さくなっているが、少なくともシールフィン１５（１５Ａ、１５Ｂ）の延出寸法以下の寸法であることが好ましい。

このようにして、仕切り板７０は、対応するシールフィン１５（１５Ａ、１５Ｂ）に対向する上流側を向く表面である蒸気導入面（流体導入面）７０ａに沿って、蒸気流路ＦＣ内で蒸気Ｓを径方向内側に向かって流通させて、上記微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）へ蒸気Ｓを導く。

このような蒸気タービン１においては、まず、調整弁２０（図１参照）を開状態とすると、図示しないボイラから蒸気Ｓがケーシング１０の内部空間に流入する。

ケーシング１０の内部空間に流入した蒸気Ｓは、各段における環状静翼群と環状動翼群とを順次通過する。この際には、圧力エネルギーが静翼４０によって速度エネルギーに変換され、静翼４０を経た蒸気Ｓのうちの大部分が同一の段を構成する動翼５０間に流入し、動翼５０により蒸気Ｓの速度エネルギーが回転エネルギーに変換されて、軸体３０に回転が付与される。一方、蒸気Ｓのうちの一部（例えば、数％）は、静翼４０から流出した後、環状溝１１ａ内に流入する、いわゆる、リーク流となる。

ここで、図２に示すように環状溝１１ａ内に流入した蒸気Ｓは、まず、第１のキャビティＣ１に流入し、ステップ部５２Ａの段差面５３Ａに衝突し、上流側に戻るようにして、図２の紙面上にて反時計回りに回る主渦Ｙ１を生じる。そしてこのように、ステップ部５２Ａを設けたことで確実に主渦Ｙ１を生成可能となる。

そしてこの際、特にステップ部５２Ａの上記端縁部５５において、上記主渦Ｙ１から一部の流れが剥離されることにより、この主渦Ｙ１と反対方向、本例では図２の紙面上にて時計回りに回るように、カウンタ渦Ｙ２を生じる。このカウンタ渦Ｙ２は、シールフィン１５Ａとステップ部５２Ａとの間の微小隙間Ｈ１を通り抜けるリーク流を径方向内側に押し付けて、流量を低減する縮流効果を発揮する。

またシールフィン１５Ｂの上流側においてもシールフィン１５Ａの上流側と同様に、主渦Ｙ１及びカウンタ渦Ｙ２が形成され、リーク流の流量を低減する縮流効果を発揮する。

ここで、主渦Ｙ１を形成する蒸気Ｓの一部は、径方向外側の連通部７０ｂから蒸気流路ＦＣへ導入されて、蒸気導入面７０ａに沿って径方向内側に流通し、上記微小隙間Ｈ（Ｈ１、Ｈ２）に向かって導かれる。従って、主渦Ｙ１における蒸気Ｓの流通方向をシールフィン１５（１５Ａ、１５Ｂ）の下流側で径方向内側に向かう方向に変えることができる。よって、図２（ｂ）の破線に示す流れから実線で示す流れとなるように、微小隙間Ｈ（Ｈ１、Ｈ２）を通過したリーク流を径方向内側に向かって押し付けることができる。換言すると、微小隙間Ｈ（Ｈ１、Ｈ２）のクリアランスを擬似的に小さくすることとなる。

本実施形態の蒸気タービン１によると、仕切り板７０を各シールフィン１５（１５Ａ、１５Ｂ）の下流側に設けたことで、微小隙間Ｈ（Ｈ１、Ｈ２）を通過したリーク流を径方向内側に向かって押し付けて、リーク流の縮流効果をさらに向上できる。

〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態に係る蒸気タービン１００について説明する。
なお、第一実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、仕切り板１０３の形状が第一実施形態とは異なっている。

図３に示すように、仕切り板１０３は、径方向外側から内側に向かうに従って、軸線Ｏの周方向断面が直線状をなして上流側に傾斜して設けられている。換言すると、仕切り板１０３は蒸気流路ＦＣが径方向内側に向かって徐々に軸線Ｏ方向に狭くなっていくように設けられている。

このような蒸気タービン１００によると、仕切り板１０３が径方向外側で下流側に向かって傾斜していることで、主渦Ｙ１からの蒸気Ｓをより多く蒸気流路ＦＣに導入することができる。さらに、傾斜した仕切り板１０３によって、径方向内側に向かって蒸気流路ＦＣが徐々に狭くなっていくため、蒸気流路ＦＣに導入された蒸気Ｓは、蒸気導入面１０３ａに沿って流通しながら流速を増大していく。

従って、微小隙間Ｈ（Ｈ１、Ｈ２）を通過したリーク流を径方向内側に押し付ける力をさらに増大でき、リーク流の縮流効果を向上し、さらなるリーク流量の低減が可能となる。

ここで、図４に示すように、仕切り板１０３Ａは、軸線Ｏの周方向断面が曲線状をなして設けられていてもよい。即ち、径方向外側から内側に向かうに従って上流側に湾曲して、周方向断面が上流側に膨らむような曲線状となっており、径方向の内側では、シールフィン１５（１５Ａ、１５Ｂ）に略平行となるように設けられている。このような形状によって径方向外側でより多くの蒸気Ｓを主渦Ｙ１から蒸気流路ＦＣに導入できるとともに、径方向内側では蒸気流路ＦＣ内の蒸気Ｓの流通方向を径方向に向かう方向として、蒸気導入面１０３Ａａに沿って蒸気Ｓを流通させることができる。よって、リーク流の縮流効果をさらに高めることができる。

〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態に係る蒸気タービン１１０について説明する。
なお、第一実施形態及び第二実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、蒸気導入面１１０ａを形成する部材が仕切り板７０（１０３、１０３Ａ）に代えて、ブロック状部材１１３である点で第一実施形態及び第二実施形態とは異なっている。

図５に示すように、ブロック状部材１１３は、主渦Ｙ１の内側にちょうど位置するように、環状をなすとともに軸線Ｏ方向にある程度の厚みを有している。また、このブロック状部材１１３の周方向断面は略四角形状をなしている。即ち蒸気導入面１１３ａは、各々のブロック状部材１１３が、対応するシールフィン１５（１５Ａ、１５Ｂ）に対向する表面となっている。また、径方向外側の位置では、各キャビティＣ（Ｃ１、Ｃ２）と蒸気流路ＦＣとを連通する連通部１１３ｂが第一実施形態及び第二実施形態同様に形成されている。

このような蒸気タービン１１０によると、主渦Ｙ１をブロック状部材１１３の表面に沿って流通させることができ、主渦Ｙ１を形成する蒸気Ｓの全てを蒸気流路ＦＣ内へ導くことができる。従って、より多くの蒸気Ｓを微小隙間Ｈ（Ｈ１、Ｈ２）に向かって流通させることができ、微小隙間Ｈ（Ｈ１、Ｈ２）を通過したリーク流の縮流効果をさらに得ることができる。なお、ブロック状部材１１３は、周方向断面が完全な四角形状をなしていてもよいが、図５に示すように角部がＲ形状となって丸みを持った形状であることが好ましい。

なお、本実施形態では、ブロック状部材１１３の周方向断面は四角形状をなしているが、これに限定されず、少なくとも蒸気流路ＦＣを流通する蒸気Ｓが微小隙間Ｈ（Ｈ１、Ｈ２）を通過したリーク流を縮流可能であればよい。
例えば、図６（ａ）に示すように、ブロック状部材１１３Ａにおける蒸気導入面１１３Ａａが径方向外側から内側に向かって上流側に傾斜するように形成されていてもよい。この場合には、第二実施形態で説明したように、リーク流の縮流効果をさらに向上可能である。なお、ブロック状部材１１３Ａは、図６（ａ）に示すように角部がＲ形状となって丸みを持った形状であることが好ましい。
また、図６（ｂ）に示すように、ブロック状部材１１３Ｂにおける蒸気導入面１１３Ｂａ以外の表面が、主渦Ｙ１に沿うように周方向断面で曲線状をなしていてもよい。この場合には、ブロック状部材１１３Ｂが主渦Ｙ１の流れを妨げることがないので、リーク流の縮流効果を向上できる。

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、図７に示すように、最終段の動翼５０の先端部となるチップシュラウド５１には、ステップ部５２は必ずしも設けられていなくともよい。このような場合であっても、主渦Ｙ１は蒸気Ｓの粘性によって生成されるものであるため、蒸気導入面７０ａ（１０３ａ、１０３Ａａ、１１３Ａａ、１１３Ｂａ）によるリーク流の縮流効果を得ることが可能である。なお、図７では仕切板外輪１１の環状溝１１ａにおける溝底面１１ｂについてもステップ状に形成されていないが、第一実施形態から第三実施形態と同様にステップ状であってもよい。

さらに、上述の実施形態では、動翼５０と仕切板外輪１１との間におけるリーク流の流量低減について説明したが、例えば静翼４０と軸体３０との間においても同様の手法を適用できる。また、実施形態では動翼５０の先端部となるチップシュラウド５１にステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）を形成し、仕切板外輪１１にシールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）を設けたが、例えば逆に、仕切板外輪１１にステップ部５２を形成し、チップシュラウド５１にシールフィン１５を設けてもよい。

また、上述の実施形態では、回転機械の一例として蒸気タービン１（１００、１１０）について説明したが、ガスタービンや圧縮機等の回転機械であってもよく、軸体３０に設けられるシール構造に適用することも可能である。

１…蒸気タービン（回転機械）１０…ケーシング１１…仕切板外輪（ステータ）１１ａ…環状溝１１ｂ…溝底面２０…調整弁２１…調整弁室２２…弁体２３…弁座３０…軸体３１…軸本体３２…ディスク４０…静翼４１…ハブシュラウド５０…動翼５１…チップシュラウド（ロータ）５２…ステップ部５３…段差面５４…内壁面５５…端縁部６０…軸受部６１…ジャーナル軸受装置６２…スラスト軸受装置７０…仕切り板７０ａ…蒸気導入面（流体導入面）７０ｂ…連通部ＦＣ…蒸気流路（空間）Ｓ…蒸気Ｏ…軸線Ｙ１…主渦Ｙ２…カウンタ渦Ｈ…微小隙間Ｃ…キャビティ１００…蒸気タービン１０３…仕切り板１０３ａ…蒸気導入面１０３Ａ…仕切り板１１０…蒸気タービン１１３…ブロック状部材１１３ａ…蒸気導入面（流体導入面）１１３ｂ…連通部１１３Ａ…ブロック状部材１１３Ａａ…蒸気導入面（流体導入面）１１３Ｂ…ブロック状部材１１３Ｂａ…蒸気導入面（流体導入面）

Claims

軸線に沿って流体が流通する回転機械において、
前記軸線を中心に延びるロータと、
前記ロータの径方向に対向して、前記軸線回りに該ロータに対して相対回転可能に設けられたステータと、
前記ロータと前記ステータとのうちの一方から他方に延出して、該他方との間に隙間を形成するシールフィンと、
前記シールフィンの下流側に形成されて前記隙間を通過するリーク流に基づく渦が生成されるキャビティ内に前記シールフィンに対向するように設けられ、前記渦に基づく流れを前記隙間に向かって導く流体導入面と、
を備えることを特徴とする回転機械。
前記流体導入面は、前記一方側から前記他方側に向かうに従って、下流側から上流側に向かうように傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
前記流体導入面は、前記シールフィンに沿って設けられた仕切り板の上流側を向く表面であり、
前記仕切り板における前記一方側には、該仕切り板と前記シールフィンとの間に画成される空間と、前記キャビティにおける前記仕切り板の下流側の空間とを連通する連通部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転機械。
前記ロータと前記ステータとのうちの前記他方において前記シールフィンの下流側となる位置で、前記隙間に対向する位置に設けられて、上流側を向いて前記リーク流を前記キャビティ内における前記一方側に導く段差面をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転機械。