JP2020143661A - 回転機械、及びシールリング - Google Patents

Abstract

【課題】不安定振動がより一層低減された回転機械、及びシールリングを提供する。【解決手段】回転機械は、軸線回りに回転するロータと、ロータの径方向に対向するステータと、ロータとステータとの一方から他方に向かって径方向に突出して軸線方向に間隔をあけて設けられた複数のシールフィン７０と、を備え、ロータとステータとの一方が、一方の内部に中空部として形成された音響空間Ｖと、音響空間Ｖと軸線方向に隣り合うシールフィン７０同士の間の部分とを連通させる連通孔Ｈと、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、回転機械、及びシールリングに関する。

蒸気タービンは、外部から取り入れた流体のエネルギーをロータの回転運動に変換する。具体的には蒸気タービンは、軸線回りに回転するロータと、ロータを外周側から覆うケーシングと、を備えている。ロータの外周面には複数の動翼段（動翼）が設けられ、ケーシングの内周面には複数の静翼段（静翼）が設けられている。これら動翼段と静翼段とは、軸線方向に互い違いになるように配列されている。ケーシング内に導かれた流体は、動翼段と静翼段とに交互に衝突することで上記ロータを回転させる。

ところで、蒸気タービンでは、ロータの円滑な回転を実現するため、ロータの外周面とケーシングの内周面との間にクリアランスが設けられることが一般的である。一例として、動翼の先端部（シュラウド）とケーシングの内周面との間に一定のクリアランスが設けられる。しかしながら、当該クリアランスを流通する蒸気は、動翼や静翼に衝突することなく下流側に流れ去ってしまうことから、ロータの回転駆動に際して何ら寄与するところがない。したがって、このクリアランスにおける蒸気の流通（漏れ）を可能な限り低減するための技術が必要となる。このような技術の一例として、下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に係るシール装置では、ケーシングの内周面に、ロータの外周面に向かって延びる複数のシールフィンが設けられている。

特開平７−１９００５号公報

ここで、上記のようなシール装置を備える蒸気タービンでは、ロータが径方向に変位した際に、ロータの周方向における蒸気の圧力分布に偏りが生じる。具体的には、ロータとケーシングとが相対的に近接した領域では圧力が上昇し、離間した領域では圧力が低下する。これにより、変位方向と直交する方向の励振力（シール励振力）がロータに加わる。その結果、ロータに振れ回り振動を生じてしまう可能性がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、不安定振動がより一層低減された回転機械、及びシールリングを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る回転機械は、軸線回りに回転するロータと、該ロータの径方向に対向するステータと、前記ロータと前記ステータとの一方から他方に向かって径方向に突出して軸線方向に間隔をあけて設けられた複数のシールフィンと、を備え、前記ロータと前記ステータとの一方が、該一方の内部に中空部として形成された音響空間と、該音響空間と軸線方向に隣り合うシールフィン同士の間の部分とを連通させる連通孔と、を有する。

上記構成によれば、ロータとステータのいずれか一方に音響空間と、連通孔とが形成されている。連通孔は、音響空間とシールフィン同士の間の部分とを連通している。即ち、連通孔と音響空間とは、ヘルムホルツ共鳴器を形成している。したがって、シールフィン同士の間で作動流体の圧力変動が生じた場合、当該圧力変動によって音響空間内の空気が共鳴する。このとき、音響空間内での圧縮膨張や、主に連通孔での摩擦によって作動流体のエネルギーが消費される。その結果、作動流体の圧力変動を緩和することができる。

上記回転機械では、前記ステータは、前記軸線を中心とする筒状をなすとともに、内周面に前記複数のシールフィンが設けられたシールリング本体であり、前記音響空間は、前記シールリング本体の内部に形成されていてもよい。

上記構成によれば、ステータとしてのシールリング本体の内部に音響空間が形成されている。即ち、連通孔と音響空間とは、シールリング本体の内部でヘルムホルツ共鳴器を形成している。したがって、シールフィン同士の間の部分で作動流体の圧力変動が生じた場合、当該圧力変動によって音響空間内の空気が共鳴する。このとき、音響空間内での圧縮膨張や、主に連通孔での摩擦によって作動流体のエネルギーが消費される。その結果、作動流体の圧力変動を緩和することができる。

上記回転機械では、前記シールリング本体の内部に、周方向に間隔をあけて複数の前記音響空間が形成されていてもよい。

上記構成によれば、周方向に間隔をあけて複数の音響空間が形成されていることから、圧力変動を周方向に均一に緩和することができる。

上記回転機械では、周方向に隣接する一対の前記音響空間同士の間で容積が異なっていてもよい。

上記構成によれば、周方向に隣接する一対の音響空間同士の間で容積が異なることから、音響空間ごとに異なる振動数の圧力変動を緩和することができる。つまり、より幅広い帯域の圧力変動を緩和することができる。

上記回転機械では、前記シールリング本体の内部に、径方向に間隔をあけて複数の前記音響空間が形成されていてもよい。

上記構成によれば、径方向に間隔をあけて複数の音響空間が形成されていることから、圧力変動をより一層低減することができる。

上記回転機械では、径方向に隣接する一対の前記音響空間同士の間で容積が異なっていてもよい。

上記構成によれば、径方向に隣接する一対の音響空間同士の間で容積が異なることから、音響空間ごとに異なる振動数の圧力変動を緩和することができる。つまり、より幅広い帯域の圧力変動を緩和することができる。

上記回転機械では、前記軸線方向から見て、前記連通孔の一端と他端との周方向における位置が異なっていてもよい。

上記構成によれば、連通孔の一端と他端との周方向における位置が異なることから、連通孔の長さをより長く確保することができる。これにより、ヘルムホルツ共鳴器としての音響空間、及び連通孔の固有振動数を変化させることができる。これにより、より幅広い帯域の圧力変動を緩和することができる。

上記回転機械では、前記連通孔は、前記軸線方向から見て、径方向に対して傾斜する方向に延びていてもよい。

上記構成によれば、連通孔が径方向に対して傾斜する方向に延びていることから、連通孔の長さをより長く確保することができる。これにより、ヘルムホルツ共鳴器としての音響空間、及び連通孔の固有振動数を変化させることができる。これにより、より幅広い帯域の圧力変動を緩和することができる。

上記回転機械では、前記ステータは、前記ロータに対向する面に形成され、径方向外側に凹む収容凹部を有するステータ本体と、少なくとも一部が前記収容凹部に収容され、前記複数のシールフィンを有するシールリングと、を有し、前記収容凹部における前記シールリングよりも径方向外側の空間は前記音響空間とされ、前記シールリングには、該シールリングを貫通するとともに、一端が前記音響空間に連通された前記連通孔が形成されていてもよい。

上記構成によれば、収容凹部におけるシールリングよりも径方向外側の空間が音響空間とされている。この音響空間は、シールリングを貫通する連通孔によってシールフィン同士の間に連通されている。即ち、連通孔と音響空間によってヘルムホルツ共鳴器が形成される。したがって、シールフィン同士の間の部分で作動流体の圧力変動が生じた場合、当該圧力変動によって音響空間内の空気が共鳴する。このとき、音響空間内での圧縮膨張や、主に連通孔での摩擦によって作動流体のエネルギーが消費される。その結果、作動流体の圧力変動を緩和することができる。

上記回転機械では、前記ロータは、前記軸線に沿って延びる回転軸と、該回転軸の外周面上で周方向に配列された複数の動翼と、を有し、前記ステータは、前記回転軸、及び前記動翼を外周側から覆うケーシングを有し、前記シールフィンは、前記ケーシングにおける前記動翼と径方向に対向する面に設けられ、前記音響空間は、前記ケーシングの内部に形成されていてもよい。

上記構成によれば、ケーシングに直接的にシールフィンが設けられている構成において、ケーシングの内部に音響空間が形成されている。したがって、シールフィン同士の間の部分で作動流体の圧力変動が生じた場合、当該圧力変動によって音響空間内の空気が共鳴する。このとき、音響空間内での圧縮膨張や、主に連通孔での摩擦によって作動流体のエネルギーが消費される。その結果、作動流体の圧力変動を緩和することができる。また、上記の構成によれば、シールリングを備えない構成の回転機械であっても、ケーシングに音響空間を形成することにより、不安定振動を効果的に低減することができる。

上記回転機械では、前記ロータは、前記軸線に沿って延びる回転軸と、該回転軸の外周面上で周方向に配列された複数の動翼と、を有し、前記ステータは、前記回転軸、及び前記動翼を外周側から覆うケーシングを有し、前記シールフィンは、前記ケーシングにおける前記動翼と径方向に対向する面に設けられ、前記音響空間は、前記ケーシングの外周側に設けられた箱体であってもよい。

上記構成によれば、ケーシングに直接的にシールフィンが設けられている構成において、ケーシングの外周側に音響空間としての箱体が設けられている。したがって、シールフィン同士の間の部分で作動流体の圧力変動が生じた場合、当該圧力変動によって音響空間内の空気が共鳴する。このとき、音響空間内での圧縮膨張や、主に連通孔での摩擦によって作動流体のエネルギーが消費される。その結果、作動流体の圧力変動を緩和することができる。また、上記の構成によれば、シールリングを備えない構成の回転機械であっても、ケーシングの外周側に音響空間としての箱体を設けることにより、不安定振動を効果的に低減することができる。

本発明の一態様に係るシールリングは、軸線を中心とする筒状のシールリング本体と、前記シールリング本体の内周面に径方向内側に向かって突出して前記軸線方向に間隔をあけて設けられた複数のシールフィンと、前記シールリング本体の内部に中空部として形成された音響空間と、該音響空間と軸線方向に隣り合うシールフィン同士の間の部分とを連通させる連通孔と、を有する。

上記構成によれば、シールリングの内部に音響空間と、連通孔とが形成されている。連通孔は、音響空間とシールフィン同士の間の部分とを連通している。即ち、連通孔と音響空間とは、ヘルムホルツ共鳴器を形成している。したがって、シールフィン同士の間の部分で作動流体の圧力変動が生じた場合、当該圧力変動によって音響空間内の空気が共鳴する。このとき、音響空間内での圧縮膨張や、主に連通孔での摩擦によって作動流体のエネルギーが消費される。その結果、作動流体の圧力変動を緩和することができる。

上記シールリングでは、前記シールリング本体の内部に、周方向に間隔をあけて複数の前記音響空間が形成されていてもよい。

上記構成によれば、周方向に間隔をあけて複数の音響空間が形成されていることから、圧力変動を周方向に均一に緩和することができる。

上記シールリングでは、周方向に隣接する一対の前記音響空間同士の間で容積が異なっていてもよい。

上記構成によれば、周方向に隣接する一対の音響空間同士の間で容積が異なることから、音響空間ごとに異なる振動数の圧力変動を緩和することができる。つまり、より幅広い帯域の圧力変動を緩和することができる。

上記シールリングでは、前記シールリング本体の内部に、径方向に間隔をあけて複数の前記音響空間が形成されていてもよい。

上記構成によれば、径方向に間隔をあけて複数の音響空間が形成されていることから、圧力変動をより一層低減することができる。

上記シールリングでは、径方向に隣接する一対の前記音響空間同士の間で容積が異なっていてもよい。

上記構成によれば、径方向に隣接する一対の音響空間同士の間で容積が異なることから、音響空間ごとに異なる振動数の圧力変動を緩和することができる。つまり、より幅広い帯域の圧力変動を緩和することができる。

上記シールリングでは、軸線方向から見て、前記連通孔の一端と他端との周方向における位置が異なっていてもよい。

上記構成によれば、連通孔の一端と他端との周方向における位置が異なることから、連通孔の長さをより長く確保することができる。これにより、ヘルムホルツ共鳴器としての音響空間、及び連通孔の固有振動数を変化させることができる。これにより、より幅広い帯域の圧力変動を緩和することができる。

上記シールリングでは、前記連通孔は、軸線方向から見て、径方向に対して傾斜する方向に延びていてもよい。

上記構成によれば、連通孔が径方向に対して傾斜する方向に延びていることから、連通孔の長さをより長く確保することができる。これにより、ヘルムホルツ共鳴器としての音響空間、及び連通孔の固有振動数を変化させることができる。これにより、より幅広い帯域の圧力変動を緩和することができる。

本発明によれば、不安定振動がより一層低減された回転機械、及びシールリングを提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン（回転機械）の構成を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大断面図である。 本発明の第一実施形態に係るシールリングの構成を示す断面図である。 図３のＡ−Ａ線における断面図である。 本発明の第一実施形態に係るシールリングの変形例を示す断面図である。 本発明の第二実施形態に係るシールリングの構成を示す断面図である。 本発明の第三実施形態に係るシールリングの構成を示す断面図である。 本発明の第三実施形態に係るシールリングの変形例を示す断面図である。 本発明の第四実施形態に係るシールリングの構成を示す断面図である。 本発明の第五実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大断面図である。 本発明の第六実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大断面図である。 本発明の各実施形態に係る蒸気タービンに共通する変形例を示す要部拡大断面図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。本実施形態に係る蒸気タービン１００は、軸線Ｏ方向に沿って延びる蒸気タービンロータ３（ロータ）と、蒸気タービンロータ３を外周側から覆う蒸気タービンケーシング２（ステータ）と、蒸気タービンロータ３の軸端１１を軸線Ｏ回りに回転可能に支持するジャーナル軸受４Ａ、及びスラスト軸受４Ｂと、を備えている。

蒸気タービンロータ３は、軸線Ｏに沿って延びる回転軸１と、回転軸１の外周面に設けられた複数の動翼３０を有している。動翼３０は、回転軸１の周方向に一定の間隔をもって複数配列されている。軸線Ｏ方向においても、一定の間隔を持って複数の動翼３０の列が配列されている。動翼３０は、動翼本体３１と、動翼シュラウド３４と、を有している。動翼本体３１は、蒸気タービンロータ３の外周面から径方向外側に向かって突出している。動翼本体３１は、径方向から見て翼型の断面を有する。動翼本体３１の先端部（径方向外側の端部）には、動翼シュラウド３４が設けられている。

蒸気タービンケーシング２は、蒸気タービンロータ３を外周側から覆う略筒状をなしている。蒸気タービンケーシング２の軸線Ｏ方向一方側には、蒸気Ｓを取り込む蒸気供給管１２が設けられている。蒸気タービンケーシング２の軸線Ｏ方向他方側には、蒸気Ｓを排出する蒸気排出管１３が設けられている。蒸気は、蒸気タービンケーシング２の内部で、軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かって流れる。以降の説明では、蒸気の流れる方向を単に「流れ方向」と呼ぶ。さらに、蒸気排出管１３から見て蒸気供給管１２が位置する側を流れ方向の上流側と呼び、蒸気供給管１２から見て蒸気排出管１３が位置する側を流れ方向の下流側と呼ぶ。

蒸気タービンケーシング２の内周面には、複数の静翼２０の列が設けられている。静翼２０は、静翼本体２１と、静翼シュラウド２２と、静翼台座２４と、を有している。静翼本体２１は、静翼台座２４を介して蒸気タービンケーシング２の内周面に接続される羽根状の部材である。さらに、静翼本体２１の先端部（径方向内側の端部）には、静翼シュラウド２２が設けられている。動翼３０と同様に、静翼２０は内周面上で周方向及び軸線Ｏ方向に沿って複数配列される。動翼３０は、隣り合う複数の静翼２０の間の領域に入り込むようにして配置される。つまり、静翼２０、及び動翼３０は、蒸気の流れ方向に交差する方向（軸線Ｏに対する径方向）に延びている。

蒸気Ｓは、上流側の蒸気供給管１２を介して、上述のように構成された蒸気タービンケーシング２の内部に供給される。蒸気タービンケーシング２の内部を通過する中途で、蒸気Ｓは静翼２０と動翼３０に交互に衝突する。静翼２０は蒸気Ｓの流れを整流し、動翼３０は整流された蒸気Ｓが衝突することによって蒸気タービンロータ３に回転力を与える。蒸気タービンロータ３の回転力は、軸端１１から取り出されて外部の機器（発電機等）の駆動に用いられる。蒸気タービンロータ３の回転に伴って、蒸気Ｓは下流側の蒸気排出管１３を通じて後続の装置（復水器等）に向かって排出される。

ジャーナル軸受４Ａは、軸線Ｏに対する径方向への荷重を支持する。ジャーナル軸受４Ａは、蒸気タービンロータ３の両端に１つずつ設けられている。スラスト軸受４Ｂは、軸線Ｏ方向への荷重を支持する。スラスト軸受４Ｂは、蒸気タービンロータ３の上流側の端部にのみ設けられている。

次に、図２を参照して、静翼２０と動翼３０の周囲について詳細に説明する。同図に示すように、蒸気タービンケーシング２は、軸線Ｏを中心とする筒状のケーシング本体２Ａ（ステータ本体）と、シールリング２Ｂと、を有している。ケーシング本体２Ａの内周面には、径方向外側に向かって凹むキャビティ５０が形成されている。上述の動翼シュラウド３４は、このキャビティ５０内に収容されている。

キャビティ５０における径方向外側の面であるキャビティ底面５０Ｂと、動翼シュラウド３４の径方向外側の面であるシュラウド対向面３４Ａとの間には隙間が形成されている。この隙間には、後述するシールリング２Ｂが設けられている。より詳細には、シールリング２Ｂは、キャビティ底面５０Ｂに固定されている。また、動翼シュラウド３４における上流側を向く面であるシュラウド上流面３４Ｓと、キャビティ５０における上流側の面であるキャビティ上流面５０Ｓとの間には隙間が形成されている。なお、動翼本体３１の径方向内側には、当該動翼本体３１を支持するプラットフォーム３５が、回転軸１と一体に設けられている。

ケーシング本体２Ａのうち、軸線Ｏ方向において上述の静翼２０に対応する位置は、静翼台座２４とされている。静翼台座２４における径方向内側を向く面である台座内周面２４Ａには、上述の静翼本体２１の径方向外側の端部が固定されている。静翼本体２１の径方向内側の端部には、上述の静翼シュラウド２２が設けられている。静翼シュラウド２２における径方向内側を向く面である静翼シュラウド内周面２２Ａは、回転軸１の外周面であるロータ対向面３Ａに対して隙間をあけて対向している。この隙間には、後述するシールリング２Ｂが設けられている。より詳細には、シールリング２Ｂは、静翼シュラウド内周面２２Ａに設けられている。

次いで、図３と図４を参照して、シールリング２Ｂの構成について説明する。なお、上述のように、本実施形態に係る蒸気タービン１００では、キャビティ底面５０Ｂ、及び静翼シュラウド内周面２２Ａにそれぞれ設けられている。それぞれのシールリング２Ｂは同一の構成を有している。図３に示すように、シールリング２Ｂは、軸線Ｏを中心とする円環状のシールリング本体６０と、このシールリング本体６０の内周側に設けられた複数のシールフィン７０と、を有している。

シールリング本体６０は、軸線Ｏを中心とする円環状のリング部６１と、リング部６１の径方向外側に設けられた縮小部６２と、縮小部６２のさらに径方向外側に設けられた嵌合部６３と、を有している。リング部６１は周方向から見て矩形の断面形状を有しており、その内部には、音響空間Ｖとしての中空部が形成されている。図４に示すように、この音響空間Ｖは、軸線Ｏ方向から見て、当該軸線Ｏに対する周方向に湾曲している。さらに、本実施形態では、リング部６１の内部に、周方向に間隔をあけて複数の音響空間Ｖ、及びこれに対応する複数の連通孔Ｈが形成されている。なお、本実施形態では、周方向に互いに隣接する一対の音響空間Ｖの容積は互いに同一とされている。

リング部６１の内周面（リング部内周面６１Ａ）には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて複数のシールフィン７０が配列されている。各シールフィン７０は、リング部内周面６１Ａから径方向内側に向かって延びている。各シールフィン７０の軸線Ｏ方向における寸法は、径方向外側に向かうに従って次第に減少している。つまり、シールフィン７０は径方向内側に向かってテーパ状の断面形状をなしている。

音響空間Ｖと、一対にシールフィン同士の間の部分（シール空間７０Ｖ）とは、連通孔Ｈによって連通されている。連通孔Ｈは、音響空間Ｖにおける径方向内側の内面から、シール空間７０Ｖに向かって、径方向に延びる孔である。径方向から見て、連通孔Ｈの流路断面積は、音響空間Ｖの断面積よりも小さい。言い換えると、連通孔Ｈを経て音響空間Ｖに向かうに従って、流路断面積は急激に増大する。即ち、連通孔Ｈと音響空間Ｖとによって、シールリング本体６０の内部にヘルムホルツ共鳴器が形成されている。

縮小部６２は、軸線Ｏ方向における寸法が、上述のリング部６１よりも小さい。嵌合部６３は、軸線Ｏ方向における寸法が、このリング部６１よりも大きい。嵌合部６３は、キャビティ底面５０Ｂ、及び静翼シュラウド内周面２２Ａに形成された溝に嵌合する。これにより、シールリング２Ｂがキャビティ底面５０Ｂ、及び静翼シュラウド内周面２２Ａ上で支持固定される。

次に、本実施形態に係る蒸気タービン１００の動作について説明する。蒸気タービン１００を駆動するに当たって、まず上述の蒸気供給管１２を通じて外部の蒸気供給源（ボイラー等）から蒸気タービンケーシング２の内部に高温高圧の蒸気が供給される。蒸気は、蒸気タービンケーシング２の内部で、静翼２０、及び動翼３０に交互に衝突する。静翼２０は蒸気の流れを動翼３０に向かうように整流する。動翼３０は、整流された蒸気の流れによってトルクを得て、蒸気タービンロータ３に回転力を与える。

ここで、蒸気の一部は、静翼２０、及び動翼３０に向かわずに、上述のキャビティ５０や、静翼シュラウド内周面２２Ａとロータ対向面３Ａとの間の空間にも副流として流れ込む。このような副流を低減することを目的として、これらの空間には上述のシールリング２Ｂが設けられている。具体的には、複数のシールフィン７０によって副流が遮られることで、主流として静翼２０、及び動翼３０に向かう流れが増大し、蒸気タービン１００の効率を向上させることができる。

ところで、上記のようなシールリング２Ｂが設けられている場合、蒸気タービンロータ３が径方向に変位した際に、周方向における蒸気の圧力分布に偏りが生じる。具体的には、蒸気タービンロータ３と蒸気タービンケーシング２とが相対的に近接した領域では圧力が上昇し、離間した領域では圧力が低下する。これにより、変位方向と直交する方向の励振力（シール励振力）がロータに加わる。その結果、蒸気タービンロータ３に振れ回り振動を生じてしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、シールリング２Ｂの内部に、上述の音響空間Ｖ、及び連通孔Ｈが形成されている。連通孔Ｈと音響空間Ｖとは、ヘルムホルツ共鳴器を形成している。したがって、シールフィン７０同士の間の部分（シール空間７０Ｖ）で蒸気の圧力変動が生じた場合、当該圧力変動によって音響空間Ｖ内の空気が共鳴する。このとき、音響空間Ｖ内での圧縮膨張や、主に連通孔Ｈでの摩擦によって蒸気のエネルギーが消費される。その結果、蒸気の圧力変動を緩和することができる。これにより、上述のシール励振力による不安定振動を低減することが可能となる。

さらに、上記構成によれば、シールリング２Ｂの内部に、周方向に間隔をあけて複数の音響空間Ｖが形成されていることから、圧力変動を周方向に均一に緩和することができる。これにより、不安定振動をより一層低減することができる。

以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記第一実施形態では、周方向に隣接する一対の音響空間Ｖの容積が互いに同一である例について説明した。しかしながら、音響空間Ｖの構成は上記に限定されず、他の例として図５に示す構成を採ることも可能である。同図の例では、周方向に隣接する一対の音響空間Ｖ同士の容積が互いに異なっている。より具体的には、周方向一方側の音響空間Ｖ（第一音響空間Ｖ１）の容積は、周方向他方側の音響空間Ｖ（第二音響空間Ｖ２）の容積よりも大きい。このような構成によれば、音響空間Ｖごとに異なる振動数の圧力変動を緩和することができる。つまり、より幅広い帯域の圧力変動を緩和することができる。

［第二実施形態］
続いて、本発明の第二実施形態について、図６を参照して説明する。なお、上記の第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図６に示すように、本実施形態に係るシールリング２Ｂでは、リング部６１の内部に、径方向に隣接する複数の音響空間Ｖ´（第一音響空間Ｖ１´，第二音響空間Ｖ２´）が形成されている。第一音響空間Ｖ１´は、第二音響空間Ｖ２´よりも径方向外側に位置している。また、第一音響空間Ｖ１´の容積は、第二音響空間Ｖ２´の容積よりも大きい。第一音響空間Ｖ１´に連通する連通孔Ｈ´（第一連通孔Ｈ１´）と、第二音響空間Ｖ２´に連通する連通孔Ｈ´（第二連通孔Ｈ２´）とは異なる位置に開口している。具体的には、第一連通孔Ｈ１´は、第二連通孔Ｈ２´よりも軸線Ｏ方向一方側（上流側）に開口している。

上記構成によれば、径方向に間隔をあけて複数の音響空間Ｖ´が形成されていることから、圧力変動をより一層低減することができる。さらに、上記構成によれば、径方向に隣接する一対の音響空間Ｖ´同士の間で容積が異なることから、音響空間Ｖ´ごとに異なる振動数の圧力変動を緩和することができる。つまり、より幅広い帯域の圧力変動を緩和することができる。

以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について、図７を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図７に示すように、本実施形態では、連通孔Ｈａにおける一端（外周側開口部８１）と他端（内周側開口部８２）との周方向における位置が異なっている。これにより、軸線Ｏ方向から見て、連通孔Ｈａは径方向に対して傾斜する方向に延びている。

上記構成によれば、連通孔Ｈａが径方向に延びている場合に比べて、連通孔Ｈａの長さをより長く確保することができる。これにより、ヘルムホルツ共鳴器としての音響空間Ｖ、及び連通孔Ｈａの固有振動数を自在に変化させることができる。具体的には、連通孔Ｈａの一端と他端との周方向における位置の違いを変化させる（連通孔Ｈａの径方向に対する傾斜角度を変化させる）ことで、所望の振動数に対応したヘルムホルツ共鳴器を形成することができる。これにより、より幅広い帯域の圧力変動を緩和することができる。

以上、本発明の第三実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、他の例として図８に示す構成を採ることも可能である。同図の例では、連通孔Ｈｂにおける外周側開口部８１´と内周側開口部８２´の周方向における位置に異なるとともに、連通孔Ｈｂが径方向及び周方向に折曲している。このような構成によっても、上記第三実施形態と同様に、連通孔Ｈｂの長さをより長く確保することができる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について、図９を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図９に示すように、本実施形態では、ケーシング本体２Ａの内周面に、シールリング２Ｂを収容する収容凹部Ｒが形成されている。収容凹部Ｒは、軸線Ｏを含む断面視で矩形の断面形状を有している。この収容凹部Ｒには、上述したシールリング本体６０の嵌合部６３が嵌合している。これにより、収容凹部Ｒ内における軸線Ｏ方向を向く一対の面（凹部側面Ｒｓ）が、嵌合部６３における軸線Ｏ方向を向く一対の面（嵌合部側面６３Ｓ）にそれぞれ摺動可能に当接した状態となっている。

さらに、収容凹部Ｒは、キャビティ底面５０Ｂ（又は静翼シュラウド内周面２２Ａ）とくびれ部８０によって連通されている。このくびれ部８０には、シールリング本体６０の縮小部６２が嵌合している。これにより、くびれ部８０における軸線Ｏ方向を向く一対の面（くびれ部側面８０Ｓ）が、縮小部６２における軸線Ｏ方向を向く一対の面（縮小部側面６２Ｓ）にそれぞれ摺動可能に当接した状態となっている。

収容凹部Ｒ内において、嵌合部６３の外周面（嵌合部外周面６３Ａ）と、収容凹部Ｒの外周側の面（凹部底面Ｒｂ）との間には、音響空間Ｖｃとしての空間が形成されている。この音響空間Ｖｃ内には、嵌合部外周面６３Ａと凹部底面Ｒｂとの間を接続する弾性部材Ｋが設けられている。弾性部材Ｋは、シールリング２Ｂを径方向内側に向かって付勢する。弾性部材Ｋとして具体的には、板バネが好適に用いられる。この弾性部材Ｋの弾性力により、シールリング２Ｂは、径方向に変位可能とされている。また、この変位に伴って、リング部６１の外周側の面（リング部外周面６１Ｂ）と、キャビティ底面５０Ｂ（又は、静翼シュラウド内周面２２Ａ）との間の間隔は変化する。

シールリング２Ｂには、当該シールリング２Ｂを径方向に貫通する連通孔Ｈｃが形成されている。連通孔Ｈｃは、上記の音響空間Ｖｃと、シールフィン７０同士の間の空間を連通している。より具体的には、連通孔Ｈｃの一端は、嵌合部外周面６３Ａ上に開口し、他端は、リング部内周面６１Ａ上に開口している。

上記構成によれば、収容凹部Ｒにおけるシールリング２Ｂよりも径方向外側の空間が音響空間Ｖｃとされている。この音響空間Ｖｃは、シールリング２Ｂを貫通する連通孔Ｈｃによってシールフィン７０同士の間に連通されている。即ち、連通孔Ｈｃと音響空間Ｖｃよってヘルムホルツ共鳴器が形成される。したがって、シールフィン７０同士の間の部分（シール空間７０Ｖ）で蒸気の圧力変動が生じた場合、当該圧力変動によって音響空間Ｖｃ内の空気が共鳴する。このとき、音響空間Ｖｃ内での圧縮膨張や、主に連通孔Ｈｃでの摩擦によって蒸気のエネルギーが消費される。その結果、蒸気の圧力変動を緩和することができる。その結果、不安定振動を低減することができる。

以上、本発明の第四実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。

［第五実施形態］
続いて、本発明の第五実施形態について、図１０を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１０に示すように、本実施形態では、シールフィン７０Ｂが、ケーシング本体２Ａに直接取り付けられている。具体的には、複数（２つ）のシールフィン７０Ｂが、キャビティ５０におけるキャビティ底面５０Ｂから動翼シュラウド３４に向かって突出するように取り付けられている。

さらに、ケーシング本体２Ａの内部には、音響空間Ｖとしての中空部が形成されている。この音響空間Ｖは、軸線Ｏ方向他方側から、蒸気タービンケーシング２の一部であるフタ体Ｌによって密封されている。また、音響空間Ｖは、連通孔Ｈによって、シールフィン７０Ｂ同士の間の部分（シール空間７０Ｖ）と連通されている。

上記構成によれば、ケーシング本体２Ａに直接的にシールフィン７０Ｂが設けられている構成において、ケーシング本体２Ａの内部に音響空間Ｖが形成されている。したがって、シールフィン７０Ｂ同士の間の部分で蒸気の圧力変動が生じた場合、当該圧力変動によって音響空間Ｖ内の空気が共鳴する。このとき、音響空間Ｖ内での圧縮膨張や、主に連通孔での摩擦によって蒸気のエネルギーが消費される。その結果、蒸気の圧力変動を緩和することができる。また、上記の構成によれば、シールリング２Ｂを備えない構成の蒸気タービン１００であっても、ケーシング本体２Ａ内に音響空間Ｖを形成することにより、不安定振動を効果的に低減することができる。

以上、本発明の第五実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。

［第六実施形態］
続いて、本発明の第六実施形態について、図１１を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１１に示すように、本実施形態では、ケーシング本体２Ａの外周面（ケーシング外周面２Ｓ）上に、箱体Ｂが設けられている。この箱体Ｂの内部には、音響空間Ｖとしての中空部が形成されている。さらに、音響空間Ｖは、連通孔Ｈを通じてシールフィン７０Ｂ同士の間の部分（シール空間７０Ｖ）に連通されている。連通孔Ｈは、ケーシング本体２Ａを径方向に貫通している。

上記構成によれば、ケーシング本体２Ａに直接的にシールフィン７０Ｂが設けられている構成において、ケーシング本体２Ａの外周側に音響空間Ｖとしての箱体Ｂが設けられている。したがって、シールフィン７０Ｂ同士の間の部分で蒸気の圧力変動が生じた場合、当該圧力変動によって音響空間Ｖ内の空気が共鳴する。このとき、音響空間Ｖ内での圧縮膨張や、主に連通孔での摩擦によって蒸気のエネルギーが消費される。その結果、蒸気の圧力変動を緩和することができる。また、上記の構成によれば、シールリング２Ｂを備えない構成の蒸気タービン１００であっても、ケーシング本体２Ａの外周側に音響空間Ｖとしての箱体Ｂを設けることにより、不安定振動を効果的に低減することができる。

以上、本発明の第六実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。

［各実施形態に共通の変形例］
上記の各実施形態では、静止体であるステータとしてのケーシング２、及び静翼シュラウド２２にシールリング２Ｂ、又はシールフィン７０Ｂが設けられている例について説明した。しかしながら、図１２に示すように、シールリング２Ｂ、又はシールフィン７０Ｂを、回転体であるロータとしての蒸気タービンロータ３や、動翼シュラウド３４に設けることも可能である。このような構成によっても、上記の各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

１００ 蒸気タービン
１ 回転軸
２ 蒸気タービンケーシング
２Ａ ケーシング本体
２Ｂ シールリング
３ 蒸気タービンロータ
３Ａ ロータ対向面
４Ａ ジャーナル軸受
４Ｂ スラスト軸受
１１ 軸端
１２ 蒸気供給管
１３ 蒸気排出管
２０ 静翼
２１ 静翼本体
２２ 静翼シュラウド
２２Ａ 静翼シュラウド内周面
２４ 静翼台座
２４Ａ 台座内周面
３０ 動翼
３１ 動翼本体
３４ 動翼シュラウド
３４Ａ シュラウド対向面
３４Ｓ シュラウド上流面
３５ プラットフォーム
５０ キャビティ
５０Ｂ キャビティ底面
５０Ｓ キャビティ上流面
６０ シールリング本体
６１ リング部
６１Ａ リング部内周面
６１Ｂ リング部外周面
６２ 縮小部
６２Ｓ 縮小部側面
６３ 嵌合部
６３Ａ 嵌合部外周面
６３Ｓ 嵌合部側面
７０ シールフィン
７０Ｖ シール空間
８０ くびれ部
８０Ｓ くびれ部側面
８１，８１´ 外周側開口部
８２，８２´ 内周側開口部
Ｂ 箱体
Ｈ，Ｈ´，Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ 連通孔
Ｈ１，Ｈ１´ 第一連通孔
Ｈ２，Ｈ２´ 第二連通孔
Ｋ 弾性部材
Ｌ フタ体
Ｏ 軸線
Ｒ 収容凹部
Ｒｂ 凹部底面
Ｒｓ 凹部側面
Ｓ 蒸気
Ｖ，Ｖ´Ｖｃ 音響空間
Ｖ１，Ｖ１´ 第一音響空間
Ｖ２，Ｖ２´ 第二音響空間

Claims (18)

1. 軸線回りに回転するロータと、
   該ロータの径方向に対向するステータと、
   前記ロータと前記ステータとの一方から他方に向かって径方向に突出して軸線方向に間隔をあけて設けられた複数のシールフィンと、
   を備え、
   前記ロータと前記ステータとの一方が、
   該一方の内部に中空部として形成された音響空間と、
   該音響空間と軸線方向に隣り合うシールフィン同士の間の部分とを連通させる連通孔と、
   を有する回転機械。
2. 前記ステータは、前記軸線を中心とする筒状をなすとともに、内周面に前記複数のシールフィンが設けられたシールリング本体であり、
   前記音響空間は、前記シールリング本体の内部に形成されている請求項１に記載の回転機械。
3. 前記シールリング本体の内部に、周方向に間隔をあけて複数の前記音響空間が形成されている請求項２に記載の回転機械。
4. 周方向に隣接する一対の前記音響空間同士の間で容積が異なっている請求項３に記載の回転機械。
5. 前記シールリング本体の内部に、径方向に間隔をあけて複数の前記音響空間が形成されている請求項２から４のいずれか一項に記載の回転機械。
6. 径方向に隣接する一対の前記音響空間同士の間で容積が異なっている請求項５に記載の回転機械。
7. 前記軸線方向から見て、前記連通孔の一端と他端との周方向における位置が異なっている請求項１から６のいずれか一項に記載の回転機械。
8. 前記連通孔は、前記軸線方向から見て、径方向に対して傾斜する方向に延びている請求項１から７のいずれか一項に記載の回転機械。
9. 前記ステータは、
   前記ロータに対向する面に形成され、径方向外側に凹む収容凹部を有するステータ本体と、
   少なくとも一部が前記収容凹部に収容され、前記複数のシールフィンを有するシールリングと、
   を有し、
   前記収容凹部における前記シールリングよりも径方向外側の空間は前記音響空間とされ、
   前記シールリングには、該シールリングを貫通するとともに、一端が前記音響空間に連通された前記連通孔が形成されている請求項１に記載の回転機械。
10. 前記ロータは、
    前記軸線に沿って延びる回転軸と、
    該回転軸の外周面上で周方向に配列された複数の動翼と、
    を有し、
    前記ステータは、
    前記回転軸、及び前記動翼を外周側から覆うケーシングを有し、
    前記シールフィンは、前記ケーシングにおける前記動翼と径方向に対向する面に設けられ、
    前記音響空間は、前記ケーシングの内部に形成されている請求項１に記載の回転機械。
11. 前記ロータは、
    前記軸線に沿って延びる回転軸と、
    該回転軸の外周面上で周方向に配列された複数の動翼と、
    を有し、
    前記ステータは、
    前記回転軸、及び前記動翼を外周側から覆うケーシングを有し、
    前記シールフィンは、前記ケーシングにおける前記動翼と径方向に対向する面に設けられ、
    前記音響空間は、前記ケーシングの外周側に設けられた箱体である請求項１に記載の回転機械。
12. 軸線を中心とする筒状のシールリング本体と、
    前記シールリング本体の内周面に径方向内側に向かって突出して前記軸線方向に間隔をあけて設けられた複数のシールフィンと、
    前記シールリング本体の内部に中空部として形成された音響空間と、
    該音響空間と軸線方向に隣り合うシールフィン同士の間の部分とを連通させる連通孔と、
    を有するシールリング。
13. 前記シールリング本体の内部に、周方向に間隔をあけて複数の前記音響空間が形成されている請求項１２に記載のシールリング。
14. 周方向に隣接する一対の前記音響空間同士の間で容積が異なっている請求項１３に記載のシールリング。
15. 前記シールリング本体の内部に、径方向に間隔をあけて複数の前記音響空間が形成されている請求項１２から１４のいずれか一項に記載のシールリング。
16. 径方向に隣接する一対の前記音響空間同士の間で容積が異なっている請求項１５に記載のシールリング。
17. 軸線方向から見て、前記連通孔の一端と他端との周方向における位置が異なっている請求項１２から１６のいずれか一項に記載のシールリング。
18. 前記連通孔は、軸線方向から見て、径方向に対して傾斜する方向に延びている請求項１２から１７のいずれか一項に記載のシールリング。

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