JP2017133385A - 回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】静止部と回転部との隙間における流体の流れの旋回成分が抑制され、回転部の振動が抑制される回転機械を提供する。
【解決手段】回転機械は、静止部の一部分と回転部の一部分との隙間を複数の環状領域に区画する複数のシールフィンであって、回転部の一部分又は静止部の一部分とシール隙間を存して対向する内周縁又は外周縁をそれぞれ有する複数のシールフィンと、少なくとも１つの環状領域と静止部の一部分に隣接する隣接空間とを連通する連通路とを備える。連通路は、環状溝部と複数の連通孔とを含む。環状溝部は隣接空間に連なり、ロータ軸の周方向に沿って延在するとともにロータ軸の軸方向に沿って延在する。複数の連通孔は、環状溝部に連なる一端及び少なくとも１つの環状領域に連なる他端をそれぞれ有している。複数の連通孔は、少なくとも１つの環状領域における流体の流れの旋回成分を抑制可能な方向にそれぞれ延在している。
【選択図】 図４

Description

本開示は回転機械に関する。

蒸気タービン、ガスタービン及び圧縮機等の回転機械は、通常、静止部と回転部との間の隙間、例えば、動翼と動翼を囲繞する部材との間の隙間や静翼とロータ軸との間の隙間、における流体の流れを制限可能なシール装置を備えている。
例えば、特許文献１が開示する蒸気タービンのラビリンスシール装置は、ロータ軸を嵌装した静止部材に設けられたラビリンスシール部材と、ラビリンスシール部材の内面に付設された複数のシールフィンとを有し、複数のシールフィンが複数のシールチャンバーを区分して形成する。そして、ラビリンスシール部材の一側部には蒸気を導入する流入路が設けられ、この流入路に連通する流出口が、シールチャンバーの上流側へ蒸気を流出するように設けられている。
これら流入路及び流出口を通じて、シールチャンバーに流入する蒸気によって、ロータに沿って流れる旋回流が乱され、旋回流の運動成分が減少させられる。そしてこの結果として、ロータ軸の振れ回りが抑制され、ロータ軸の振動が抑制される。

特開昭６２−１１８００８号公報

特許文献１が開示するラビリンス装置では、流入路が円形の断面形状を有しており、流入路の流路面積が小さい。このため、流入路及び流出口を通じて、シールチャンバーに流入する蒸気の流量が少なく、ロータ軸に沿って流れる旋回流の運動成分を低減するには限界がある。

このため、特許文献１が開示するラビリンス装置を用いても、ロータ軸に沿って流れる旋回流によって、ロータ軸の振れ回りが生じ、ロータ軸が振動する可能性がある。特に近年、タービンの高出力化の要求に応えるべく作動流体の高圧化が進んでおり、かかる作動流体の高圧化の影響もあって、ロータ軸の振れ回り、ひいてはロータ軸の振動が生じる可能性がある。

上述した事情に鑑み、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、静止部と回転部との隙間における流体の流れの旋回成分が抑制され、回転部の振動が抑制される回転機械を提供することにある。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械は、
ハウジング及び前記ハウジングに固定された静翼を含む静止部と、
ロータ軸及び前記ロータ軸に固定された動翼を含み、前記静止部に対し回転可能な回転部と、
前記静止部の一部分と前記ロータ軸の径方向にて当該静止部の一部分と対向する前記回転部の一部分との隙間に設けられ、前記隙間を前記ロータ軸の軸方向にて複数の環状領域に区画する複数のシールフィンであって、前記回転部の一部分又は前記静止部の一部分とシール隙間を存して対向する内周縁又は外周縁をそれぞれ有する複数のシールフィンと、
前記静止部の一部分に設けられ、前記複数の環状領域のうち少なくとも１つの環状領域と前記ロータ軸の軸方向にて前記静止部の一部分に隣接する隣接空間とを連通する連通路と、
を備え、
前記連通路は、
前記隣接空間に連なる環状溝部であって、前記ロータ軸の周方向に沿って延在するとともに前記ロータ軸の軸方向に沿って延在する環状溝部と、
前記環状溝部に連なる一端、及び、前記少なくとも１つの環状領域に連なる他端をそれぞれ有し且つ前記ロータ軸の周方向に相互に離間して配列された複数の連通孔であって、前記シール隙間を通じて前記少なくとも１つの環状領域に流入した流体の流れの旋回成分を抑制可能な方向にそれぞれ延在する複数の連通孔と、
を含む。

上記構成（１）によれば、連通路が、ロータ軸の周方向に延在する環状溝部を含んでおり、連通路の流路面積を大きくすることができる。このため、連通路を通じて、より多くの流体を環状領域に供給することができる。この結果として、環状領域における流体の流れの旋回成分が抑制され、シール隙間における流体の流れの旋回成分が抑制され、回転部の振動が抑制される。
なお、動翼や静翼の設計によっては、静翼の内側のシール隙間を流れる流体には、ほとんど旋回成分（周方向速度）が無い場合がある。このような場合であっても、上記構成（１）によれば、流体にロータ軸の回転方向と逆方向の旋回成分を与えることができ、ロータ軸を含む回転部を安定化させることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記少なくとも１つの環状領域は、前記複数の環状領域のうち、前記隣接空間から前記ロータ軸の軸方向にて数えて２番目以降の環状領域である。
連通孔における流体の流れは、ロータ軸の径方向内側に向かっているため、遠心力により流れづらい。その上、隣接空間と当該隣接空間から数えて１番目の環状領域との間の圧力差は、隣接空間と当該隣接空間から数えて２番目以降の環状領域との間の圧力差よりも小さい。このため、連通路が、隣接空間と１番目の環状領域との間を連通している場合、連通路を通じて１番目の環状領域に供給される流体の流量は、連通路が隣接空間と２番目以降の環状領域との間を連通している場合よりも少なくなる。逆に言えば、連通路を通じて２番目以降の環状領域へ流体を供給する方が、連通路を通じて１番目の環状領域へ流体を供給するよりも、流体の供給量が多くなる。
そこで、上記構成（２）では、連通路によって、隣接空間から２番目以降の環状領域に流体を供給することで、流体の供給量を増大している。これにより、２番目以降の環状領域における流体の流れの旋回成分が抑制され、シール隙間における流体の流れの旋回成分が抑制され、回転部の振動が抑制される。

（３）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
前記複数の連通孔は、それぞれ、前記ロータ軸の径方向に対し、前記複数の連通孔を通じて前記少なくとも１つの環状領域に流入する流体の流れ方向が前記ロータ軸の回転方向とは逆方向に近づくように傾斜している。
環状領域における流体の流れの旋回成分の回転方向は、ロータ軸の回転方向と一致している。そこで、上記構成（３）では、連通孔を通じて、ロータ軸の回転方向と逆方向に近い方向で流体を環状領域に流入させている。これにより、連通孔を通じて環状領域に流入した流体の流れ方向が、環状領域における流体の流れの旋回成分の回転方向に対し、逆方向に近くなる。この結果、環状領域における流体の流れの旋回成分が抑制され、シール隙間における流体の流れの旋回成分が抑制され、回転部の振動が抑制される。

（４）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
前記少なくとも１つの環状領域に配置され、前記少なくとも１つの環状領域を、前記ロータ軸の周方向にて複数の扇状領域に区画する複数の隔壁を更に備え、
前記複数の連通孔の他端は、それぞれ、前記複数の扇状領域に連なっている。
上記構成（４）では、隔壁によって環状領域が複数の扇状領域に区画される。ここで、もし連通孔の他端が扇状領域に連なっていなければ、ロータ軸の軸方向に沿って見たとき、扇状領域では、ロータ軸の回転に伴って、ロータ軸の回転方向とは逆方向の旋回流が生成される。しかし、上記構成（４）では、連通孔の他端が扇状領域に連なっており、連通孔を通じて扇状領域に流入した流体の流れによって、ロータ軸の回転に伴う扇状領域内での旋回流の生成を阻害することができる。そして、扇状領域内での旋回流の生成を阻害することで、環状領域を流れる流体の旋回成分が抑制され、シール隙間における流体の流れの旋回成分が抑制され、回転部の振動が抑制される。

（５）幾つかの実施形態では、上記構成（４）において、
前記複数の連通孔の他端は、前記ロータ軸の回転方向にて、前記複数の扇状領域の前方側にそれぞれ連なっている。
上記構成（５）では、連通孔の他端が、ロータ軸の回転方向にて扇状領域の前方側に連なっている。ロータ軸の回転に伴って扇状領域内で生成される旋回流は、扇状領域の前方側ではロータ軸の径方向外側に向かって流れる。これに対し、連通孔を通じて、ロータ軸の径方向内側に向かって流体を扇状領域に流入させることで、ロータ軸の回転に伴う扇状領域内での旋回流の生成を的確に阻害することができる。この結果として、扇状領域を流れる流体の旋回成分が抑制され、シール隙間における流体の流れの旋回成分が抑制され、回転部の振動が抑制される。

（６）幾つかの実施形態では、上記構成（５）において、
前記複数の連通孔は、それぞれ、前記ロータ軸の径方向に沿って延在している。
ロータ軸の回転に伴って扇状領域内で生成される旋回流は、ロータ軸の軸方向に沿って見たとき、ロータ軸の回転方向にて扇状領域の前方側では隔壁に沿ってロータ軸の径方向外側に向かって流れる。そこで、上記構成（６）では、連通孔３６をロータ軸７の径方向に沿って延在させることで、連通孔３６を通じて扇状領域４０に流入する流体の流れの方向を、ロータ軸の径方向内側に向けている。これにより、連通孔を通じて扇状領域に流入する流体の流れが、ロータ軸の回転に伴い扇状領域で発生する旋回流と相互に逆向きに衝突し、ロータ軸の回転に伴う扇状領域内での旋回流の生成を的確に阻害することができる。この結果として、扇状領域を流れる流体の旋回成分が抑制され、シール隙間における流体の流れの旋回成分が抑制され、回転部の振動が抑制される。

（７）幾つかの実施形態では、上記構成（５）において、
前記複数の連通孔は、それぞれ、前記ロータ軸の径方向に対し、前記複数の連通孔を通じて前記複数の扇状領域に流入する前記流体の流れ方向が前記ロータ軸の回転方向に近づくように傾斜している。

ロータ軸の回転に伴って扇状領域内で生成される旋回流は、ロータ軸の軸方向に沿って見たとき、静止部の表面側では、ロータ軸の回転方向とは逆方向に流れる。
そこで、上記構成（７）では、連通孔を通じて扇状領域に流入する流体の流れ方向を、ロータ軸の回転方向に近づけている。これにより、連通孔を通じて扇状領域に流入する流体の流れが、ロータ軸の回転に伴い扇状領域で発生する旋回流と相互に逆向きに衝突し、ロータ軸の回転に伴う扇状領域内での旋回流の生成を的確に阻害することができる。この結果として、扇状領域を流れる流体の旋回成分が抑制され、シール隙間における流体の流れの旋回成分が抑制され、回転部の振動が抑制される。

（８）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（７）の何れか１つにおいて、
前記少なくとも１つの環状領域における、前記ロータ軸の径方向での前記静止部の一部分と前記回転部の一部分との間隔は、他の環状領域における間隔に比べて短い。
上記構成（８）では、連通路を通じて隣接空間と連通している少なくとも１つの環状領域における静止部の一部と回転部の一部の間隔が、他の環状領域における間隔に比べて短い。このため、連通孔の他端が、回転部の一部に近く、連通孔の他端から環状領域に流入した流体が、環状領域を流れる流体の旋回成分に対し、より強く干渉することができる。この結果として、環状領域を流れる流体の旋回成分が抑制され、シール隙間における流体の流れの旋回成分が抑制され、回転部の振動が抑制される。

（９）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（８）の何れか１つにおいて、
前記静止部の一部分及び前記回転部の一部分は、前記静翼の先端部及び当該静翼の先端部と対向する前記ロータ軸の一部分であるか、又は、前記ハウジングの一部分及び当該ハウジングの一部と対向する前記動翼の先端部である。

上記構成（９）では、静止部の一部分及び回転部の一部分が、静翼の先端部及び当該静翼の先端部と対向するロータ軸の一部分である場合には、静翼の先端部と当該静翼の先端部と対向するロータ軸の一部分との隙間を流れる流体の旋回成分が抑制される。この結果として、シール隙間における流体の流れの旋回成分が抑制され、回転部の振動が抑制される。一方、静止部の一部分及び回転部の一部分が、ハウジングの一部分及び当該ハウジングの一部と対向する動翼の先端部である場合には、ハウジングの一部分と当該ハウジングの一部と対向する動翼の先端部との隙間を流れる流体の旋回成分が抑制される。この結果として、シール隙間における流体の流れの旋回成分が抑制され、回転部の振動が抑制される。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、静止部と回転部との隙間における流体の流れの旋回成分が抑制され、回転部の振動が抑制される回転機械が提供される。

本発明の一実施形態に係るタービンの概略的な構成を示す縦断面図である。 図１のタービンの一部を拡大して概略的に示す縦断面図である。 図２中の領域ＩＩＩの拡大図である。 図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿う、タービンの一部の概略的な横断面図である。 シール隙間を流れる流体の旋回成分によるロータ軸の振れ回りを説明するための図である。 他の実施形態に係るタービンの図３に対応する縦断面図である。 他の実施形態に係るタービンの図３に対応する縦断面図である。 他の実施形態に係るタービンの図３に対応する縦断面図である。 図８中のＩＸ−ＩＸ線に沿う、タービンの一部の概略的な横断面図である。 図９中の領域Ｘの拡大図である。 他の実施形態に係るタービンの図１０に対応する横断面図である。 他の実施形態に係るタービンの図３に対応する縦断面図である。 図１中の領域ＸＩＩＩの拡大図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るタービン１Ａの概略的な構成を示す縦断面図である。図２は、タービン１Ａの一部を拡大して概略的に示す縦断面図である。図３は、図２中の領域ＩＩＩの拡大図である。図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿う、タービン１Ａの一部の概略的な横断面図である。図５は、シール隙間を流れる流体の旋回成分によるロータ軸の振れ回りを説明するための図である。図６〜図８は、それぞれ、他の実施形態に係るタービン１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの図３に対応する縦断面図である。図９は、図８中のＩＸ−ＩＸ線に沿う、タービン１Ｄの一部の概略的な断面図である。図１０は、図９中の領域Ｘの拡大図である。図１１は、他の実施形態に係るタービン１Ｅの図１０に対応する横断面図である。図１２は、他の実施形態に係るタービン１Ｆの図３に対応する縦断面図である。図１３は、図１中の領域ＸＩＩＩの拡大図である。
なお、以下の説明では、タービン１Ａ〜１Ｆを一括してタービン１とも称する。

図１に示したように、タービン１は、例えばコンバインドサイクル発電に適用可能な蒸気タービンであり、発電機３に接続されている。タービン１は、蒸気を利用してトルクを発生させ、発電機３はタービン１が出力したトルクを利用して発電する。

タービン１は、ハウジング（車室）５と、ロータ軸７と、ハウジング５に固定された静翼列と、ロータ軸７に固定された複数の動翼列とを有する。ロータ軸７は、ジャーナル軸受装置９，１０及びスラスト軸受装置１１によって、水平軸の回りで回転可能に支持され、ロータ軸７の少なくとも一部は、例えば筒形状のハウジング５内を延びている。ロータ軸７の一端側に、発電機３が接続されている。

ハウジング５とロータ軸７との間には筒状の内部流路１２が形成され、内部流路１２に複数の静翼列及び動翼列が配置される。各静翼列は、ロータ軸７の周方向に配列された複数の静翼１４からなり、各静翼１４はハウジング５に対して固定されている。各動翼列は、ロータ軸７の周方向に配列された複数の動翼１５からなり、各動翼１５は、ロータ軸７に対して固定されている。各静翼列では、蒸気の流れが加速され、各動翼列では、蒸気のエネルギがロータ軸７の回転エネルギに変換される。

つまり、タービン１は、大別すると、静止部１７と、静止部１７に対し相対回転可能な回転部１９とを有しており、ハウジング５及び静翼１４は静止部１７を構成し、ロータ軸７及び動翼１５は回転部１９を構成している。
なお、タービン１は、高圧タービン２０、中圧タービン２２及び低圧タービン２４を含んでいるが、高圧タービン２０、中圧タービン２２及び低圧タービン２４のいずれも、静止部１７と、静止部１７に対し相対回転可能な回転部１９とを有している。

図２、図３、図６〜図８、図１２及び図１３に示したように、タービン１は、静止部１７の一部分とロータ軸７の径方向にて当該静止部１７の一部分と対向する回転部１９の一部分との間に隙間を有する。そして、タービン１は、隙間毎に、隙間をロータ軸７の軸方向にて複数の環状領域２６に区画する複数のシールフィン２８を有している。更に、タービン１は連通路３０を有している。

シールフィン２８は、環板形状を有しており、ロータ軸７の径方向及び周方向に沿って延在している。シールフィン２８の外周縁が、静止部１７の一部分に連なるように固定され、シールフィン２８の内周縁が、回転部１９の一部分とシール隙間Ｇを存して対向している。なお、シールフィン２８の内周縁が回転部１９の一部分に連なるように固定され、シールフィン２８の外周縁が静止部１７の一部分とシール隙間Ｇを存して対向していてもよい。
なお、シールフィン２８は、ロータ軸７の周方向に並べられた扇形状の薄板によって構成されていてもよい。また、シールフィン２８の固定方法は特に限定されることはなく、シールフィン２８をワイヤや溶接によって静止部１７の一部又は回転部１９の一部に固定してもよく、或いは、シールフィン２８を静止部１７の一部又は回転部１９の一部と一体に形成してもよい。

連通路３０は、静止部１７の一部分に設けられており、自身を通じて、複数の環状領域２６のうち少なくとも１つの環状領域２６とロータ軸７の軸方向にて静止部１７の一部分に隣接する隣接空間３２とを連通させる。

そして、連通路３０は、図２〜図４及び図６〜図１３に示したように、環状溝部３４と、複数の連通孔３６とを含む。
環状溝部３４は、隣接空間３２に向かって開口しており、隣接空間３２に連なっている。つまり、環状溝部３４の開口は、隣接空間３２に面している。環状溝部３４は、ロータ軸７の周方向に沿って延在するとともにロータ軸７の軸方向に沿って延在している。

複数の連通孔３６の一端は、それぞれ、環状溝部３４に連なっている。一方、複数の連通孔３６の他端は、それぞれ、連通路３０によって隣接空間３２と連通する環状領域２６に連なっている。複数の連通孔３６は、ロータ軸７の周方向に相互に離間して配列されている。そして、複数の連通孔３６は、連通路３０によって隣接空間３２と連通する環状領域２６における流体の流れの旋回成分を抑制可能な方向に、それぞれ延在している。

ここで、図５に示したように、シール隙間Ｇの広さがロータ軸７の周方向にて一定ではない場合、当該シール隙間Ｇを通過する蒸気の流れが旋回成分ＳＷを含んでいると、シール隙間Ｇがロータ軸７の周方向にて部分的に狭くなっている領域でロータ軸７に力Ｆ０が作用する。そして、力Ｆ０の分力Ｆ１がロータ軸７に作用することによって、ロータ軸７の振れ回りが発生し、ロータ軸７が振動することがある。

これに対し上記構成によれば、連通路３０が、ロータ軸７の周方向に延在する環状溝部３４を含んでおり、連通路３０の流路面積を大きくすることができる。このため、連通路３０を通じて、より多くの流体を環状領域２６に供給することができる。この結果として、環状領域２６における流体の旋回成分が抑制されて、シール隙間Ｇにおける流体の流れの旋回成分ＳＷが抑制され、回転部１９の振動が抑制される。
なお、動翼１５や静翼１４の設計によっては、静翼１４の内側のシール隙間Ｇを流れる流体には、ほとんど旋回成分（周方向速度）が無い場合がある。このような場合であっても、上記構成によれば、流体にロータ軸７の回転方向Ｒと逆方向の旋回成分を与えることができ、ロータ軸７を含む回転部１９を安定化させることができる。

なお、複数の連通孔３６が、連通路３０によって隣接空間３２と連通する環状領域２６における流体の流れの旋回成分を抑制可能な方向に、それぞれ延在しているとは、複数の連通孔３６を通じて環状領域２６に流入した流体が、シール隙間Ｇを通じて環状領域２６に流入した流体の旋回成分と衝突する等干渉し、当該旋回成分を低減可能であるように、複数の連通孔３６がそれぞれ延在していることを意味する。

幾つかの実施形態では、図６に示したように、連通孔３６の流路面積が、環状領域２６に近づくにつれて徐々に小さくなっている。
上記構成によれば、連通孔３６の流路面積が、環状領域２６に近づくにつれて徐々に小さくなっていることで、連通孔３６を流れる流体の流速を増大することができ、連通孔３６を通じて環状領域２６に流入する流体の流速を増大することができる。この結果として、環状領域２６における流体の流れの旋回成分が抑制されて、シール隙間Ｇにおける流体の流れの旋回成分ＳＷが抑制され、回転部１９の振動が抑制される。

幾つかの実施形態では、図７に示したように、連通路３０を通じて隣接空間３２と連通する少なくとも１つの環状領域２６は、複数の環状領域２６のうち、隣接空間３２からロータ軸７の軸方向にて数えて２番目以降の環状領域２６である。
換言すれば、タービンの場合、連通路３０を通じて隣接空間３２と連通する少なくとも１つの環状領域２６は、複数の環状領域２６のうち、隙間におけるロータ軸７の軸方向での流体の流れ方向にて上流から２番目以降の環状領域２６である。

連通孔３６における流体の流れは、ロータ軸７の径方向内側に向かっているため、遠心力により流れづらい。その上、隣接空間３２と当該隣接空間３２から数えて１番目の環状領域２６との間の圧力差は、隣接空間３２と当該隣接空間３２から数えて２番目以降の環状領域２６との間の圧力差よりも小さい。このため、連通路３０が、図３等に示したように隣接空間３２と１番目の環状領域２６との間を連通している場合、連通路３０を通じて１番目の環状領域２６に供給される流体の流量は、図７に示したように連通路３０が隣接空間３２と２番目以降の環状領域２６との間を連通している場合よりも少なくなる。逆に言えば、連通路３０を通じて２番目以降の環状領域２６へ流体を供給する方が、連通路３０を通じて１番目の環状領域２６へ流体を供給するよりも、流体の供給量が多くなる。

そこで、上記構成では、連通路３０によって、隣接空間３２から２番目以降の環状領域２６に流体を供給することで、流体の供給量を増大している。これにより、３番目以降のシール隙間Ｇにおける流体の流れの旋回成分ＳＷが抑制され、回転部１９の振動が抑制される。

幾つかの実施形態では、図４に示したように、複数の連通孔３６は、それぞれ、ロータ軸７の径方向に対し、複数の連通孔３６を通じて少なくとも１つの環状領域２６に流入する流体の流れ方向がロータ軸７の回転方向Ｒとは逆方向に近づくように傾斜している。
環状領域２６における流体の流れの旋回成分の回転方向は、ロータ軸７の回転方向Ｒと一致している。そこで、上記構成では、連通孔３６を通じて、ロータ軸７の回転方向Ｒと逆方向に近い方向で流体を環状領域２６に流入させている。これにより、連通孔３６を通じて環状領域２６に流入した流体の流れ方向が、環状領域２６における流体の流れの旋回成分の回転方向に対し、逆方向に近くなる。この結果、環状領域２６における流体の流れの旋回成分が抑制され、シール隙間Ｇにおける流体の流れの旋回成分ＳＷが抑制され、回転部１９の振動が抑制される。

幾つかの実施形態では、図８〜図１１に示したように、タービン１Ｃ，１Ｄは複数の隔壁３８を更に備えている。複数の隔壁３８は、連通路３０を通じて隣接空間３２と連通する少なくとも１つの環状領域２６に配置され、環状領域２６を、ロータ軸７の周方向にて複数の扇状領域４０に区画する。そして、複数の連通孔３６の他端は、それぞれ、複数の扇状領域４０に連なっている。複数の隔壁３８も、シールフィン２８と同様に、外縁が静止部１７の一部に連なり、内縁がシール隙間を存して回転部１９の一部、即ちロータ軸７の一部と対向している。

上記構成では、隔壁３８によって環状領域２６が複数の扇状領域４０に区画される。ここで、もし連通孔３６の他端が扇状領域４０に連なっていなければ、ロータ軸７の軸方向に沿って見たとき、図１０に示したように、扇状領域４０では、ロータ軸７の回転に伴って、ロータ軸７の回転方向Ｒとは逆方向の旋回流Ｓ１が生成される。しかし、上記構成では、連通孔３６の他端が扇状領域４０に連なっており、連通孔３６を通じて扇状領域４０に流入した流体の流れＳ２によって、ロータ軸７の回転に伴う扇状領域４０内での旋回流Ｓ１の生成を阻害することができる。そして、扇状領域４０内での旋回流Ｓ１の生成を阻害することで、扇状領域４０を流れる流体の旋回成分が抑制され、シール隙間Ｇにおける流体の流れの旋回成分ＳＷが抑制され、回転部１９の振動が抑制される。
なお例えば、各隔壁３８は、ロータ軸７の周方向と直交するようにロータ軸７の径方向に沿って延びており、且つ、ロータ軸７の軸方向にて隣り合う２つのシールフィン２８同士の間に渡って延びている。

幾つかの実施形態では、図１０及び図１１に示したように、複数の連通孔３６の他端は、ロータ軸７の回転方向Ｒにて、複数の扇状領域４０の前方側にそれぞれ連なっている。
上記構成では、連通孔３６の他端が、ロータ軸７の回転方向Ｒにて扇状領域４０の前方側に連なっている。ロータ軸７の回転に伴って扇状領域４０内で生成される旋回流Ｓ１は、扇状領域４０の前方側では隔壁３８に沿ってロータ軸７の径方向外側に向かって流れる。これに対し、連通孔３６を通じて、ロータ軸７の径方向内側に向かって流体を扇状領域４０に流入させることで、ロータ軸７の回転に伴う扇状領域４０内での旋回流Ｓ１の生成を的確に阻害することができる。この結果として、扇状領域４０を流れる流体の旋回成分が抑制され、シール隙間Ｇにおける流体の流れの旋回成分ＳＷが抑制され、回転部１９の振動が抑制される。
なお、連通孔３６の他端が、ロータ軸７の回転方向Ｒにて、扇状領域４０の前方側に連なっているとは、連通孔３６の他端が、扇状領域４０を区画する２つの隔壁３８のうち、後方側の隔壁３８よりも前方側の隔壁３８の近くに位置しているということである。

幾つかの実施形態では、図１０に示したように、複数の連通孔３６は、それぞれ、ロータ軸７の径方向に沿って延在している。
ロータ軸７の回転に伴って扇状領域４０内で生成される旋回流Ｓ１は、ロータ軸７の軸方向に沿って見たとき、ロータ軸７の回転方向Ｒにて扇状領域４０の前方側では隔壁３８に沿ってロータ軸７の径方向外側に向かって流れる。そこで、上記構成では、連通孔３６をロータ軸７の径方向に沿って延在させることで、連通孔３６を通じて扇状領域４０に流入する流体の流れＳ２の方向を、ロータ軸７の径方向内側に向けている。これにより、連通孔３６を通じて扇状領域４０に流入する流体の流れＳ２が、ロータ軸７の回転に伴い扇状領域４０で発生する旋回流Ｓ１と相互に逆向きに衝突し、ロータ軸７の回転に伴う扇状領域４０内での旋回流Ｓ１の生成を的確に阻害することができる。この結果として、扇状領域４０を流れる流体の旋回成分が抑制され、シール隙間Ｇにおける流体の流れの旋回成分ＳＷが抑制され、回転部１９の振動が抑制される。
なお、動翼１５や静翼１４の設計によっては、静翼１４の内側のシール隙間Ｇを流れる流体には、ほとんど旋回成分（周方向速度）が無い場合がある。このような場合であっても、上記構成によれば、流体にロータ軸７の回転方向Ｒと逆方向の旋回成分を与えることができ、ロータ軸７を含む回転部１９を安定化させることができる。

幾つかの実施形態では、図１１に示したように、複数の連通孔３６は、それぞれ、ロータ軸７の径方向に対し、複数の連通孔３６を通じて複数の扇状領域４０に流入する流体の流れＳ２の方向がロータ軸７の回転方向Ｒに近づくように傾斜している。

ロータ軸７の回転に伴って扇状領域４０内で生成される旋回流Ｓ１は、ロータ軸７の軸方向に沿って見たとき、静止部１７の表面側では、ロータ軸７の回転方向Ｒとは逆方向に流れる。
そこで、上記構成では、連通孔３６を通じて扇状領域４０に流入する流体の流れＳ２の方向を、ロータ軸７の回転方向Ｒに近づけている。これにより、連通孔３６を通じて扇状領域４０に流入する流体の流れＳ２が、ロータ軸７の回転に伴い扇状領域４０で発生する旋回流Ｓ１と相互に逆向きに衝突し、ロータ軸７の回転に伴う扇状領域４０内での旋回流Ｓ１の生成を的確に阻害することができる。この結果として、扇状領域４０を流れる流体の旋回成分が抑制され、シール隙間Ｇにおける流体の流れの旋回成分ＳＷが抑制され、回転部１９の振動が抑制される。

幾つかの実施形態では、図１２に示したように、連通路３０を通じて隣接空間３２と隣接する少なくとも１つの環状領域２６における、ロータ軸７の径方向での静止部１７の一部分と回転部１９の一部分との間隔は、他の環状領域２６における間隔に比べて短い。

上記構成では、連通孔３６の他端が、回転部１９の一部に近く、連通孔３６の他端から環状領域２６に流入した流体が、環状領域２６を流れる流体の旋回成分に対し、より強く干渉することができる。この結果として、環状領域２６を流れる流体の旋回成分が抑制され、シール隙間Ｇにおける流体の流れの旋回成分ＳＷが抑制され、回転部１９の振動が抑制される。

幾つかの実施形態では、静止部１７の一部分及び回転部１９の一部分は、図３、図４、及び図６〜図１２に示したように、静翼１４の先端部及び当該静翼１４の先端部と対向するロータ軸７の一部分であるか、又は、図１３に示したように、ハウジング５の一部分及び当該ハウジング５の一部と対向する動翼１５の先端部である。
上記構成では、静止部１７の一部分及び回転部１９の一部分が、静翼１４の先端部及び当該静翼１４の先端部と対向するロータ軸７の一部分である場合には、静翼１４の先端部と当該静翼１４の先端部と対向するロータ軸７の一部分との間の環状領域２６を流れる流体の旋回成分が抑制され、シール隙間Ｇにおける流体の流れの旋回成分ＳＷが抑制され、回転部１９の振動が抑制される。一方、静止部１７の一部分及び回転部１９の一部分が、ハウジング５の一部分及び当該ハウジング５の一部分と対向する動翼１５の先端部である場合には、ハウジング５の一部分と当該ハウジング５の一部分と対向する動翼１５の先端部との間の環状領域２６を流れる流体の旋回成分が抑制され、シール隙間Ｇにおける流体の流れの旋回成分ＳＷが抑制され、回転部１９の振動が抑制される。

なお、静翼１４の先端部は、図３、図４、及び図６〜図１２に示したように、静翼１４の本体に固定された内輪４２であってもよいし、静翼１４に固定されたラビリンスシールの台座であってもよい。そして、動翼１５の先端部は、図１３に示したように、動翼１５の本体と一体に形成されたシュラウド４４であってもよいし、動翼１５に固定されたラビリンスシールの台座であってもよい。また、動翼１５の先端部と対向するハウジング５の一部分は、静翼１４を支持する翼環であってもよいし、図１３に示したように、翼環に固定されたラビリンスシールの台座４６であってもよい。つまり、シールフィン２８が配置される回転部１９の一部分と静止部１７の一部分との間の隙間は、ロータ軸７の径方向にて動翼１５の径方向外側又は静翼１４の径方向内側に存する隙間であればよい。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。

例えば、回転部１９の一部分と静止部１７の一部分との間の各隙間におけるシールフィン２８の数は４つに限定されることはない。
例えば、本発明を適用するタービンは、コンバインドサイクル発電に適用可能なタービンに限定されることはない。また、本発明を適用するタービンは、蒸気タービンに限定されず、ガスタービンであってもよい。また更に、本発明は、タービン以外の回転機械、例えば圧縮機にも適用可能である。従って、作動流体は蒸気に限定されることはない。
また例えば、連通路３０は、隣接空間３２と２つ以上の環状領域２６との間を連通するように構成されていてもよい。

１，１Ａ〜１Ｆ タービン
３ 発電機
５ ハウジング（車室）
７ ロータ軸
９，１０ ジャーナル軸受装置
１１ スラスト軸受装置
１２ 内部流路
１４ 静翼
１５ 動翼
１７ 静止部
１９ 回転部
２０ 高圧タービン
２２ 中圧タービン
２４ 低圧タービン
２６ 環状領域
２８ シールフィン
３０ 連通路
３２ 隣接空間
３４ 環状溝部
３６ 連通孔
３８ 隔壁
４０ 扇状領域
４２ 内輪
４４ シュラウド
４６ ラビリンスシールの台座

Claims (9)

1. ハウジング及び前記ハウジングに固定された静翼を含む静止部と、
   ロータ軸及び前記ロータ軸に固定された動翼を含み、前記静止部に対し回転可能な回転部と、
   前記静止部の一部分と前記ロータ軸の径方向にて当該静止部の一部分と対向する前記回転部の一部分との隙間に設けられ、前記隙間を前記ロータ軸の軸方向にて複数の環状領域に区画する複数のシールフィンであって、前記回転部の一部分又は前記静止部の一部分とシール隙間を存して対向する内周縁又は外周縁をそれぞれ有する複数のシールフィンと、
   前記静止部の一部分に設けられ、前記複数の環状領域のうち少なくとも１つの環状領域と前記ロータ軸の軸方向にて前記静止部の一部分に隣接する隣接空間とを連通する連通路と、
   を備え、
   前記連通路は、
   前記隣接空間に連なる環状溝部であって、前記ロータ軸の周方向に沿って延在するとともに前記ロータ軸の軸方向に沿って延在する環状溝部と、
   前記環状溝部に連なる一端、及び、前記少なくとも１つの環状領域に連なる他端をそれぞれ有し且つ前記ロータ軸の周方向に相互に離間して配列された複数の連通孔であって、前記少なくとも１つの環状領域における流体の流れの旋回成分を抑制可能な方向にそれぞれ延在する複数の連通孔と、
   を含む
   ことを特徴とする回転機械。
2. 前記少なくとも１つの環状領域は、前記複数の環状領域のうち、前記隣接空間から前記ロータ軸の軸方向にて数えて２番目以降の環状領域である
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
3. 前記複数の連通孔は、それぞれ、前記ロータ軸の径方向に対し、前記複数の連通孔を通じて前記少なくとも１つの環状領域に流入する流体の流れ方向が前記ロータ軸の回転方向とは逆方向に近づくように傾斜している
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転機械。
4. 前記少なくとも１つの環状領域に配置され、前記少なくとも１つの環状領域を、前記ロータ軸の周方向にて複数の扇状領域に区画する複数の隔壁を更に備え、
   前記複数の連通孔の他端は、それぞれ、前記複数の扇状領域に連なっている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転機械。
5. 前記複数の連通孔の他端は、前記ロータ軸の回転方向にて、前記複数の扇状領域の前方側にそれぞれ連なっている
   ことを特徴とする請求項４に記載の回転機械。
6. 前記複数の連通孔は、それぞれ、前記ロータ軸の径方向に沿って延在している
   ことを特徴とする請求項５に記載の回転機械。
7. 前記複数の連通孔は、それぞれ、前記ロータ軸の径方向に対し、前記複数の連通孔を通じて前記複数の扇状領域に流入する前記流体の流れ方向が前記ロータ軸の回転方向に近づくように傾斜している
   ことを特徴とする請求項５に記載の回転機械。
8. 前記少なくとも１つの環状領域における、前記ロータ軸の径方向での前記静止部の一部分と前記回転部の一部分との間隔は、他の環状領域における間隔に比べて短い
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の回転機械。
9. 前記静止部の一部分及び前記回転部の一部分は、前記静翼の先端部及び当該静翼の先端部と対向する前記ロータ軸の一部分であるか、又は、前記ハウジングの一部分及び当該ハウジングの一部と対向する前記動翼の先端部である
   ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の回転機械。

Images