JP2015025478A - 回転機械のシール構造および回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】
回転機械の作動流体圧力とバネ力を利用して回転機械の運転状態に応じてシールフィン又はシールフィン対向部を半径方向に移動可能にした回転機械のシール構造において、シール片が熱膨張してもシールフィン又はシールフィン対向部の半径方向移動を安定して行わせることが可能であり、且つ、シール片の円周方向端部の隙間から漏れを少なくすることが可能な回転機械のシール構造を提供する。
【解決手段】
周方向に分割されシールフィン又はシールフィン対向部を備えるシール片を、回転機械の作動流体圧力とバネ力を利用して、回転機械の運転状態に応じて半径方向に移動可能にした回転機械のシール構造において、隣接するシール片との間に形成される隙間に、漏れ蒸気流入側に開口部を持ち、漏れ蒸気流入圧により開口部が広がり隣接するシール片間の隙間を塞ぐように弾性変形するシール部材を設置する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、回転機械のシール構造及び回転機械に係り、特に、蒸気タービンなどの回転機械において、漏れ防止のため回転部と静止部の間に設置されるシール構造に関する。

蒸気タービンでは、蒸気を効率よく使用するために、回転部と固定部との間（例えばロータと静翼との間）に設けられるクリアランスからの蒸気の漏れをできるだけ少なくするように、回転部と固定部との間に設けられるシール装置の性能を向上することが要求されている。漏れ低減の要求に対応するため、従来、ロータなどの回転部と静翼などの固定部との間に、シールフィン（ラビリンスシール）を有するラビリンスシール装置を備えることが広く用いられている。

このようなラビリンスシール装置では、例えば特許文献１に記載のように、ラビリンスシールを半径方向に移動可能として、回転体との接触を起こしやすい起動時には、ラビリンスシールを回転体から遠ざけてラビリンスシール先端の隙間を大きくし、定常運転状態ではラビリンスシールを回転体に近づけてラビリンスシール先端の隙間をできるだけ小さくなるようにして、定常運転状態における漏洩損失の防止を図り、かつ起動時におけるラビリンスシール自体の摩耗も防止する技術が提案されている。

特許文献１では、ラビリンスシールを半径方向に移動可能とするため、ラビリンスシールは複数の円弧状シールセグメントで構成されている。そして、これらのシールセグメントは、隣接するシールセグメント間に配置された弾性無孔部材によりラビリンスシールを回転体から遠ざける方向（半径方向外方）に付勢されている。また、シールセグメントの外周面側に加圧室が形成され、加圧室には上流側の蒸気が供給されるように構成されている。起動時には、加圧室に供給される蒸気が高圧となっていないため、弾性無孔部材の力によりラビリンスシールが回転体から間隔を置いた状態に保たれる。定常運転時には、蒸気は起動時と比べ高圧となるため、加圧室内部は高圧状態となり、シールセグメントに加えられる回転体方向への力が弾性無孔部材の付勢力に打ち勝ち、シールセグメントは回転体へ近づく方向に移動し、回転体とラビリンスシールとの間に小さいクリアランスが確立する。

また、特許文献１における、円周方向に隣接するシールセグメント間に配置された弾性無孔部材は、隣接するシールセグメントを円周方向に押し離す力を発生させるのに加えて、円周方向に隣接するシールセグメント間のシールを提供し、それらの間の漏洩を最小限に抑える。

特開２０００−１５４８７７号公報

隣接するシールセグメント（シール片）はそれぞれ半径方向に移動することが可能であるが、シールセグメントが半径方向に移動する時、同時にシールセグメント間の円周方向隙間が変化することとなる。通常はシールフィンすなわちシールセグメントが最も回転体に近づいた時にはシールセグメント間の円周方向隙間を無くし、円周方向隙間からの漏れを防止し、シールセグメントが回転体から遠ざかる時にシールセグメント間の隙間が大きくなるように構成する。これにより、シールセグメントが最も回転体に近づいた定常運転状態時において十分な漏れ防止機能が得られるようになる。

しかし、シールセグメントが回転体から遠ざかる時にはシールセグメント間の隙間が開くため、円周方向隙間からの漏れ量が大きくなる。漏れ量が大きくなると円周方向隙間からの漏れ蒸気がシールフィン先端と回転体の間に入り込み、シールフィン先端面の圧力が高まる。シールフィン先端面の圧力は加圧室の内部の圧力と抗する方向に働くため、加圧室の内部が高圧状態になっても、シールセグメントの押し力が小さくなり、シールセグメントの半径方向に移動するタイミングが設定と異なり不安定な動作となる。

特許文献２では、隣接するシールセグメント間に設置する弾性部材を無孔の部材とすることによって、シールセグメントを円周方向に押し離す力を発生させるとともに、シールセグメント間の円周方向隙間からの漏れを防止している。これにより、シールセグメントが回転体から遠ざかりシールセグメント間の円周方向隙間が開く場合においても安定な動作が可能となる。

しかしながら、弾性部材として、特許文献１に記載の弾性無孔部材を用いる場合、通常の板バネやコイルバネと比べ、弾性部材の伸びストロークが小さいため、シールセグメントの移動が小さく制限される。このため、円周方向隙間を大きくすることは難しい。

通常、蒸気タービン起動においては、ロータ、ケーシングなどの熱膨張差による接触を防止するため、比較的低い温度の蒸気を最初に導入し、その後、蒸気温度、圧力を徐々に増加させ、なるべく均一な熱変形が得られるよう配慮されている。しかしながら、徐々に蒸気温度、圧力を増加させても、ロータやシールフィン、シールセグメント（シール片）やケーシングは均一温度には保てず、不均一温度分布を生じ、各部に不均一な熱膨張を生じる。

シールセグメントはケーシングより熱容量が小さいため、ケーシング温度より高温となり易く、ケーシングに対し熱膨張によりシールセグメントの円周方向長さが増加することとなる。この時、円周方向隙間が小さく設定されている場合、シールセグメントおよびシールフィンを回転体に近づけようとしても、シールセグメントの円周方向長さが増加しているため、設定の半径方向位置に達する前にシールセグメントの円周方端部が接触して半径方向の移動を止めることになる。このため、シールフィン先端の隙間を設定の値まで小さくできない。シールフィン先端の隙間が大きいままで固定され、十分な漏れ防止機能が得られず、蒸気タービン効率が低下してしまうことになる。

さらに、シールセグメントは円周方向長さが増加したため、設定した半径方向位置の位置決めフランジに押し付けることができない。このため、接触してリング状となったシールセグメントの集合体は固定されず不安定な状態となる。シールセグメントの集合体が激しく動く場合には加圧室とシールセグメントの間の摺動部が損耗し、損耗がひどくなり摺動部からの漏れが大きくなると、シールセグメントの半径方向に移動する動作が不安定となり、場合によっては動作不能となり得る。

また、各々のシールセグメントが少し異なる別々のタイミングで動作する場合には、先に動作した隣のシールセグメントが熱膨張して円周方向のスペースが狭くなっているため、後に動作するシールセグメントは、隣のシールセグメントが邪魔になり、半径方向に移動できなくなる。シールセグメントが回転体から遠ざかったままで、シールフィン先端の隙間が開いたままの大きい部分が生じるため、十分な漏れ防止機能が得られず、蒸気タービン効率が低下してしまうことになる。

本発明は、回転機械の作動流体圧力とバネ力を利用して回転機械の運転状態に応じてシールフィン又はシールフィン対向部を半径方向に移動可能にした回転機械のシール構造において、シール片（シール基板）が熱膨張してもシールフィン又はシールフィン対向部の半径方向移動を安定して行わせることが可能であり、且つ、シール片の円周方向端部の隙間から漏れを少なくすることが可能な回転機械のシール構造を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するため、周方向に分割されシールフィン又はシールフィン対向部を備えるシール片を、回転機械の作動流体圧力とバネ力を利用して、回転機械の運転状態に応じて半径方向に移動可能にした回転機械のシール構造において、隣接するシール片との間に形成される隙間に、漏れ蒸気流入側に開口部を持ち、漏れ蒸気流入圧により開口部が広がり隣接するシール片間の隙間を塞ぐように弾性変形するシール部材を設置したことを特徴とする。

本発明によれば、シール片が熱膨張してもシールフィン又はシールフィン対向部の半径方向移動を安定して行わせることができ、且つ、シール片の円周方向端部の隙間から漏れを少なくすることができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係る蒸気タービンの構成図である。 図１のＸ部拡大図で、本発明の実施形態を説明する図である。 本発明の実施形態に係るラビリンスシール装置に用いられ、シール片間に設置されるシール部材を説明する図である。 図２Ａのロータ軸方向から見たラビリンスシール装置の概略図であり、シール片がロータから離れた状態を示す図である。 本発明の実施形態に係るラビリンスシール装置においてシール片がロータに近接した状態を説明する図である。 図４のロータ軸方向から見たラビリンスシール装置の概略図であり、シール片がロータに近接した状態を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るラビリンスシール装置の概略図であって、シール片間に設置されるシール部材を保持する溝を設置した実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るラビリンスシール装置の概略図であって、シール片間に設置されるシール部材を複数設置した実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るラビリンスシール装置の概略図であって、シールフィンをシール片のシール基板上へ複数配した実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るラビリンスシール装置の概略図であって、スタッガードタイプのラビリンスシール装置へ本発明を適用した実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るラビリンスシール装置の概略図であって、動翼の先端部のシール構造へ本発明を適用した実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るラビリンスシール装置を示す図であって、シール基板とロータの両方に快削性スペーサを配置したラビリンスシール装置に本発明を適用した実施形態を示す図である。

以下、本発明の実施例について、適宜図を用いて詳細に説明する。

先ず、本発明が適用される回転機械の一例である蒸気タービンについて図１を用いて説明する。尚、蒸気タービンは基本的には上下対称の構造であり、図１においては上半分の概略を図示している。図１に示すように、蒸気タービン２は、複数の動翼２ｂが周方向に固定されるロータ２ａと、ロータ２ａ及び動翼２ｂを内包するケーシング２ｄと、ケーシング２ｄにノズルダイヤフラム外輪３ｂを介して設けられる静翼２ｃを備えている。静翼２ｃの内側にはノズルダイヤフラム内輪３aが設けられている。動翼２ｂと静翼２ｃは、ロータ２ａの軸方向に対して交互に配置され、タービン段落を形成する。蒸気タービン２においては、ロータ２ａ及び動翼２ｂなどは回転部であり、ケーシング２ｄ，静翼２ｃ，ノズルダイヤフラム内輪３a及びノズルダイヤフラム外輪３ｂなどは固定部である。

ボイラで発生した蒸気Ｓｔはケーシング２ｄに流入すると、静翼２ｃと動翼２ｂの間を交互に通りながら膨張し、ロータ２ａを回転させる。そして、ロータ２ａの最も下流に備わる動翼２ｂ、すなわち最終段の動翼２ｂを通過した蒸気はケーシング２ｄの外部に排気される。

このように構成される蒸気タービン２においては、ケーシング２ｄの内部を流れる蒸気Ｓｔで効率よく動翼２ｂに駆動力を伝えるため、回転部であるロータ２ａ及び動翼２ｂなどと、固定部であるケーシング２ｄ及び静翼２ｃなどの間のシール性能を向上し、回転部と固定部の間に形成されるクリアランスから漏れる蒸気（漏れ蒸気）の量を抑制することが要求される。

例えば、ロータ２ａと静翼２ｃの内側先端に備わるノズルダイヤフラム内輪３ａの間には、ロータ２ａの回転運動を許容するためのクリアランスが設けられている。このクリアランスは静翼２ｃに流入する蒸気Ｓｔの漏れ蒸気の原因ともなる。この漏れ蒸気の量を抑制するため、ノズルダイヤフラム内輪３ａのロータ２ａ近傍には、一般にラビリンスシール装置３ｃなどのシール装置を備え、ロータ２ａと静翼２ｃの間のクリアランスを小さくしてシール性能を向上し、漏れ蒸気の量を抑制している。

このようなシール装置は、蒸気タービン２では、この他に、動翼２ｂの先端とケーシング２ｄとの間や、ロータ２ａとグランド部８０との間に設けられており、本発明はこれらのシール装置に適用できる。

本実施例のラビリンスシール装置は、シールフィンとシールフィン対向部の隙間を変えることができるように構成している。即ち、本実施例では、蒸気圧を受ける受圧部と蒸気圧力に対抗するバネ部を備え、蒸気圧が低い場合には、シールフィンとシールフィン対向部との間の隙間が開き、蒸気圧が高い場合には、シールフィンとシールフィン対向部との間の隙間が閉じるように構成して、接触が生じ易い起動時には、シールフィンとシールフィン対向部を遠ざけて、定常運転状態では、シールフィンとシールフィン対向部を近づけ、起動時におけるシールフィンの摩耗を防止し、定常運転状態における漏れ損失を低減するようにしている。

次に、図２Ａ〜図５を用いて本実施例のラビリンスシール装置を詳細に説明する。図２Ａは図１におけるＸ部拡大図であって、ラビリンスシール装置の一例を示す。なお、図２Ａにおいても、図１と同様に上半分の概略を図示している。図２Ａはハイロー型のラビリンスシール装置であって、本発明の実施形態の一例を示す図である。

図２Ａに示すように、ハイロー型のラビリンスシール装置３ｃは、ロータ（回転部）２ａの外周部に形成された複数のシールフィン２ａ１と、複数のハイ部３ｃ３とその間に形成されるロー部３ｃ４とから構成されるシールフィン対向部が設けられ、ノズルダイヤフラム内輪（固定部）３ａに形成されたホルダ４に半径方向へ移動可能に嵌合されたシール基板（シール片）３ｃ１とにより構成されている。シール基板３ｃ１のハイ部３ｃ３とロー部３ｃ４は、シールフィン２a１に対向して配置されている。本実施例では、シール基板３ｃ１を介して固定部にシールフィン対向部が設けられ、回転部にシールフィンが設けられている。

ホルダ４には、シール基板（シール片）３ｃ−１の外周側（保持体３ｃ２）を収容し、蒸気通路口５より蒸気Ｓｔが導入される空間部（上流側蒸気の蒸気圧を受ける受圧部）が設けられている。ホルダ４に設けられたフランジ４４と保持体３ｃ２の突出部により、シール基板の半径方向の押し込み停止位置が決められる。

図３に図２Ａのロータ軸方向から見た概略図を示す。図３に示すように、円弧状のシール基板３ｃ１は周方向に複数個（本実施例では６個）分割されている。各シール基板３ｃ１の周方向分割面には、図２Ａに示すように、隣接するシール基板を周方向に押し開くような力を付与するバネ（弾性体）６を設置している。バネ６は、一方のシール基板３ｃ１の周方向分割面に固定して設けられており、対向する他方のシール基板３ｃ１の周方向分割面に接するように設けられている。本実施例では周方向分割面にバネ６を１個設けているが、複数設けても良い。また、一つの周方向分割面間に複数のバネを設ける場合、固定側を変えて設けるようにしても良い。また、バネ６は交換可能なように周方向分割面に埋め込まれている。バネ６を適切に選択し、蒸気Ｓｔの圧力に対抗するように設置することにより、蒸気Ｓｔの圧力が低い場合、シールフィン２a１と、シール基板３ｃ１のハイ部３ｃ３，ロー部３ｃ４との間の隙間が開き、蒸気Ｓｔの圧力が高い場合、シールフィン２a１と、ハイ部３ｃ３，ロー部３ｃ４との間の隙間が小さくなり、蒸気Ｓｔの圧力の程度により隙間の開度を調整することが可能となる。

また、図２Ａ及び図３に示すように、シール基板３ｃ１の周方向分割面には、バネ６とは別にシール部材７が設けられている。シール部材７は、漏れ蒸気流入側に開口部を持ち、漏れ蒸気流入圧により開口部が広がり隣接するシール基板（シール片）間の隙間を塞ぐように弾性変形する。

図２Ｂにシール部材７の構成例を示す。図２Ｂに示す構成例ではシール部材７は二つ折りの薄板にて構成され、開口部側から漏れ蒸気が流入した場合には、シール部材７は蒸気圧により開口部の幅が広がる（図面の右側から左側のように変形）。これにより隣接するシール基板の円周方向端面間の隙間を塞ぐことが可能となる。シール部材７は、弾性変形による開口部へのなじみ性と蒸気流入圧により塑性変形しない強度を有する。例えば、ＳＵＳ４０３鋼などのステンレス鋼で形成され、０．１〜０．３ｍｍ程度の厚みを有する。シール部材７はシール基板３ｃ１の周方向分割面にろう付けまたは溶接により固定される。または、シール部材の端部を周方向分割面に形成した溝に嵌入することにより固定しても良い。

次に、図２Ａおよび図３〜図５を用いて、本実施例のラビリンスシール装置の動作を説明する。

図２Ａおよび図３は、蒸気通路口５より導入された蒸気Ｓｔの圧力が低く、可動部３ｃ２およびシール基板３ｃ１がロータ２ａから遠ざかる場合を示している。例えば、蒸気タービンの起動段階の状態である。

バネ６は、シール基板（シール片）３ｃ１を周方向に押し開くような力を付与すべく分割面に設置されている。このため、シール基板３ｃ１は、分割面のバネ６取り付け位置の周方向隙間長さが増えるように、半径方向外向きに力を受ける。そして、半径方向移動可能に構成されたシール基板３ｃ１はロータ２ａ側から遠ざかる方向へ移動する。

蒸気通路口５より導入された蒸気Ｓｔの圧力が低い場合には、蒸気Ｓｔの圧力によるシール基板３ｃ１をロータ２ａ側へ近接させようとする力より、分割面に設置されたバネ６によるシール基板３ｃ１を半径方向外向きに押す力の方が大きく、半径方向移動可能に構成されたシール基板３ｃ１はロータ２ａ側から遠い位置に保持される。

この時、シール基板３ｃ１の周方向分割面は周方向隙間が広がるようになっている。周方向分割面には、バネ６とは別に、漏れ蒸気流入側に開口部を持ち、隙間を塞ぐシール部材７が設置されている。シール部材７は、漏れ蒸気が流入した場合には、蒸気圧により開口部の幅が広がり、シール基板（シール片）３ｃ１の円周方向端面の隙間を塞ぎ、ロータ２ａの軸方向の蒸気漏れを止めることが可能となる。

図４及び図５は、蒸気通路口５より導入された蒸気Ｓｔの圧力が高く、可動部３ｃ２およびシール基板３ｃ１がロータ２ａに最も近づいた場合を示している。例えば、蒸気タービンの定格運転の状態を示す。

図４および図５に示すように、蒸気通路口５より導入された蒸気Ｓｔの圧力が高い場合、蒸気Ｓｔの圧力によるシール基板３ｃ１をロータ２ａ側へ近接させようとする力の方が、分割面に設置されたバネ６によるシール基板３ｃ１を半径方向外向きに押す力よりも大きくなる。そして、半径方向移動可能に構成されたシール基板３ｃ１はロータ側に近接するように移動する。この時、シール基板３ｃ１は、保持体３ｃ２の突出部が位置決めフランジ４４に接触するまでロータ側に近接するように移動する。

図５に示すように、シール基板３ｃ１が規定の位置まで移動した状態においても、シール基板３ｃ１の円周方向端面には微小の隙間が設けられており、熱膨張によりシール基板３ｃ１が円周方向に伸びても接触しないため、半径方向の動作不良の回避が可能となる。さらにシール基板３ｃ１の周方向分割面に、漏れ蒸気流入側に開口部を持ち、隙間を塞ぐ変形材７が設置されているため、変形材７は漏れ蒸気が流入した場合には、変形材７は蒸気圧により開口部の幅が広がり、シール基板３ｃ１の円周方向端面の隙間を塞ぎロータ２ａの軸方向の蒸気漏れを止めることが可能となる。本実施例のシール部材７は、対応可能な隙間が大きいので、熱膨張によるシール基板の半径方向移動が不良とならない隙間を容易に設定することができる。また、シール部材７は、バネ６とは別に設けられており、バネ６による周方向分割面を押す力に比べて小さい弾性力で良いので、バネ６によるシール基板３ｃ１の移動に実質的に影響を与えない。

そして、ロータ２ａの外周部に形成された複数のシールフィン２ａ１と、シール基板３ｃ１に備えられたハイ部３ｃ３，ロー部３ｃ４との隙間は小さくなる。すなわち、シール基板３ｃ１は設定の位置までスムーズに移動できるので、シールフィン２ａ１と、シール基板３ｃ１に備えられたハイ部３ｃ３とロー部３ｃ４は設定した隙間となる。これにより、蒸気の漏れ量は小さくなり、高い蒸気タービン効率を得ることが可能となる。

本実施例のシール構造の構成を用いることにより、蒸気タービン立上げ初期の比較的低い蒸気圧で隙間を開いて蒸気タービンの安定した起動を可能とし、負荷蒸気圧が高い定常運転時には隙間を小さくして、漏れ蒸気の量を最小にでき、高い蒸気タービン効率を得ることが可能となる。

また、本実施例のシール構造の構成を用いることにより、回転体との接触を生じ易い起動時には、シールフィンを回転体から遠ざけて、定常運転状態ではシールフィンを回転体に近づけ、起動時におけるシールフィンの摩耗が防止でき、定常運転状態における漏れ損失を最小にでき、高い蒸気タービン効率を得ることが可能となる。

さらに、本実施例によれば、シール片の円周方向端部の隙間を大きくしてシール片の熱膨張による半径方向の動作不良防止を可能とし、且つシール片の円周方向端部の隙間からの漏れを少なくし、安定な動作と安定したシール性能の確保が可能となる。

本発明の他の実施例を説明する。図６は本発明の別の実施形態の例を示すもので、図２Ａ〜図５の実施形態と異なり、シール部材７と、シール部材７を設置する溝９をシール基板３ｃ１上へ配した例である。溝９はシール部材７の一部を格納する場所として機能する。本実施例によれば、上述の実施例の効果に加えて次の効果が得られる。すなわち、シール部材７を設置する溝９を設け、溝の深さを選択することによりシール基板３ｃ１の円周方向端面には微小の隙間を極めて小さい値から大きな値まで広い範囲で調節可能となる。

本実施例では、シール部材７を設置する溝９を、シール部材７を取り付けたシール基板３ｃ１上へ配した例について説明したが、シール部材７の他端と係合する（収容する）溝９をシール部材７と対向するシール基板３ｃ１上の面に配しても良い。

本発明の他の実施例を説明する。図７は本発明の別の実施形態の例を示すもので、隙間を塞ぐシール部材７をシール基板３ｃ１上に複数配した例である。本実施例によれば、上述の図２Ａ〜図５に示した実施例の効果に加えて次の効果が得られる。すなわち、本実施例では、シール基板の周方向分割面にシール部材７が複数設置されているので、ロータ２ａの軸方向の蒸気漏れをより完全に止めることが可能となる。

本発明の他の実施例を説明する。図８は本発明の別の実施形態の例を示すもので、シール基板３ｃ１上へ複数のシールフィン３ｃ５を複数配した例である。本実施例によれば、上述の図２Ａ〜図５に示した実施例と同様の効果が得られる。

上述の実施例では、ハイロータイプのラビリンスシール装置に適用した場合ついて説明したが、それ以外にもスタッガード型のラビリンスシール装置にも同様に適用できる。
３ｃがある。かかるスタッガード型のラビリンスシール装置にも本発明を適用できる。スタッガード型のラビリンスシール装置に本発明を適用した場合について、図９を用いて説明する。

図９に示すように、ノズルダイヤフラム内輪側３ａには複数のシールフィン３ｃ５を備えたシール基板３ｃ１が半径方向へ移動可能に嵌合される。シール基板３ｃ１には、所定間隔で溝３ｃ６を設け、この溝３ｃ６にシールフィン３ｃ５をコーキングして固定する。

さらに、ロータ２ａにも所定間隔で溝２ａ２を設け、この溝２ａ２にシールフィン２ａ１をコーキングして固定する。

そして、シールフィン３ｃ５とシールフィン２ａ１が、ロータ２ａの軸方向に交互に重なり合うように配置する。

シール基板３ｃ１がロータ２ａ側に近接するように移動したとき、シールフィン３ｃ５とロータ２ａとの間の隙間は小さくなり、シールフィン２ａ１の先端とシール基板３ｃ１との間の隙間は小さくなり、蒸気の漏れ量は小さくなり、高い蒸気タービン効率を得ることが可能となる。

本実施例によれば、上述の図２Ａ〜図５に示した実施例と同様の効果が得られる。

上述の各実施例では、静翼２ｃのダイヤフラム内輪３ａとロータ２ａとの間に備わるラビリンスシール装置３ｃに本発明を適用した場合について説明したが、図１に示すように、動翼２ｂの先端や、グランド部８０に設けられるラビリンスシール装置にも本発明を適用できる。動翼（回転部）の先端に設けられるラビリンスシール装置に本発明を適用した実施例を図１０に示す。

図１０に示すように、動翼（回転部）２ｂの先端にシールフィン３ｂ１、対向する側（固定部）に複数分割されたシールフィン対向部（シール基板３ｃ１）を備えている。動翼２ｂの先端には、ノズルダイヤフラム外輪３ｂ（若しくはケーシング２ｄ）とのクリアランスを小さくするためのカバー２ｇが備わり、カバー２ｇにはシールフィン３ｂ１が設置される。そして、ノズルダイヤフラム外輪３ｂには、カバー２ｇのシールフィン３ｂ１に対向するようにハイ部とロー部が形成された半径方向へ移動可能なシール基板３ｃ１が設置される。そして、シール基板３ｃ１を周方向に押し開くような力を付与すべく周方向分割面にバネ６が設置される。また、シール基板３ｃ１の周方向分割面間の隙間を塞ぐシール部材７が設けられている。その他は、上述の実施例と同様であり、詳細な説明を省略する。本実施例でも上述の図２Ａ〜図５に示した実施例と同様の効果が得られる。

その他、本発明は、ロータ上にアブレイダブル材などの快削性スペーサを配置するラビリンスシール構造や、シール基板にアブレイダブル材などの快削性スペーサを配置するラビリンスシール構造などに適用可能である。このような快削性スペーサを配置するラビリンスシール構造としては、特開２００２-２２８０１３号公報や特開２００３-６５０７６号公報に記載されている。そして、このような構成ではシールフィン接触時にフィンが保護されるため、シールフィンの損傷が少なくなる。

図１１にシール基板とロータの両方に快削性スペーサを配置したラビリンスシール装置に本発明を適用した実施例を示す。シール基板３ｃ１に形成したシールフィン３ｃ５に対向し、ロータ２ａ上に快削性スペーサ８が配置されている。また、ロータ２ａ上に形成したシールフィン２ａ１に対向し、シール基板３ｃ１に快削性スペーサ８が配置されている。そして、周方向に複数に分割されたシール基板３ｃ１を周方向に押し開くような力を付与すべく周方向分割面にバネ６が設置されている。また、シール基板３ｃ１の周方向分割面間の隙間を塞ぐシール部材７が設けられている。その他は、上述の実施例と同様であり、詳細な説明を省略する。

本実施例でも上述の図２Ａ〜図５に示した実施例と同様の効果が得られる。なお、本実施例は、上述のその他の実施例にも適用することができる。例えば、図１０に示す動翼２ｂの先端などに設けられるラビリンスシール装置におけるシール基板３ｃ１のシールフィンの対向面に快削性スペーサを設置する。

また快削性スペーサの代わりに通気性スペーサを用いることが可能である。通気性スペーサを用いたシール装置としては、例えば、特開２００９-１３８５６６号公報や特開２０１０-２６１３５１号公報に記載されている。このような構成では、シールフィン接触時に生じる発熱が冷却されるため、熱変形やロータの熱曲がりによる振動の発生が抑制できる。このような構成に本発明を適用することにより同様な効果を得ることができる。

また、上述の各実施例では、回転機械としては蒸気タービンを例にして説明したが、ガスタービンなどにも同様に適用することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。

２…蒸気タービン、２ａ…ロータ（回転部）、２ａ１，３ｃ５…シールフィン、２ｂ…動翼（回転部）、２ｃ…静翼（固定部）、２ｄ…ケーシング（固定部）、２ｇ…カバー、３ａ…ノズルダイヤフラム内輪、３ｂ…ノズルダイヤフラム外輪、３ｃ…ラビリンスシール装置、３ｃ１…シール基板（シール片）、４…ホルダ、４４…位置決めフランジ、Ｓｔ…蒸気、５…蒸気通路口、６…バネ、７…シール部材、８…快削性スペーサ（通気性を有する快削性スペーサ）、９…溝、８０…グランド部。

Claims (8)

1. 回転機械の回転部とその周囲に位置する固定部との間に設けられた回転機械のシール構造であって、
   周方向に分割されて設けられ、シールフィン又はシールフィン対向部が設けられたシール基板と、
   前記シール基板のそれぞれを前記固定部に対して半径方向に移動可能に支持し、回転機械の作動流体を内部に導入し、作動流体圧力により前記シール基板を前記回転部側へ動作させるホルダと、
   前記分割されたシール基板に対して半径方向外向きの力を付与する弾性体と、
   前記シール基板の周方向分割面に固定さられたシール部材であって、漏れ蒸気流入側に開口部を持ち、漏れ蒸気流入圧により前記開口部が広がり、隣接する前記シール基板間に形成される隙間を塞ぐように弾性変形するシール部材を有することを特徴とする回転機械のシール構造。
2. 請求項１において、
   前記分割されたシール基板に対して半径方向外向きの力を付与する弾性体は、前記シール基板の周方向分割面に設けられたバネであることを特徴とする回転機械のシール構造。
3. 請求項２に記載の回転機械のシール構造において、
   前記シール基板は、前記シール基板が前記回転部に最も近接した位置で、前記シール基板の周方向分割面に隙間が設定されるように構成されていることを特徴とする回転機械のシール構造。
4. 請求項３に記載の回転機械のシール構造において、
   前記シール基板の周方向分割面に、前記シール部材が固定される溝を設けたことを特徴とする回転機械のシール構造。
5. 請求項３に記載の回転機械のシール構造において、
   前記シール部材が固定された前記シール基板の周方向分割面と対向する、前記隣接するシール基板の周方向分割面に、前記シール部材の他端を収容する溝を設けたことを特徴とする回転機械のシール構造。
6. 請求項１に記載の回転機械のシール構造において、
   前記シール部材を、前記シール基板の周方向分割面に複数設置したことを特徴とする回転機械のシール構造。
7. 請求項１〜６の何れかに記載の回転機械のシール構造を有する回転機械であって、
   前記回転機械は蒸気タービンであり、
   前記回転部はロータであり、
   前記固定部は前記回転部を内包するケーシングに固定される静翼又は前記静翼と一体の部材であり、
   前記回転機械のシール構造は、前記ロータと前記静翼又は前記静翼と一体の先端部との間に設けられていることを特徴とする回転機械。
8. 請求項１〜６の何れかに記載の回転機械のシール構造を有する回転機械であって、
   前記回転機械は蒸気タービンであり、
   前記回転部はロータに備わる動翼又は前記動翼と一体の部材であり、
   前記固定部は前記回転部を内包するケーシング又は前記ケーシングに固定される部材であり、
   前記回転機械のシール構造は、前記動翼又は前記動翼と一体の部材の先端と前記ケーシング又は前記ケーシングに固定される部材との間に設けられていることを特徴とする回転機械。

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