JP5567077B2

JP5567077B2 - 回転機械

Info

Publication number: JP5567077B2
Application number: JP2012184444A
Authority: JP
Inventors: 祥弘桑村; 浩一石坂; 能幸岡部; 和幸松本; 宏治大山; 秀和上原; 良典田中; 西本　　慎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2032-08-23
Also published as: EP2894299A4; KR20160139053A; US9879786B2; JP2014066134A; US20150184750A1; EP2894299A1; KR102145862B1; EP2894299B1; CN104508253B; WO2014030734A1; CN104508253A; KR20150027225A

Description

この発明は、タービンなどの回転機械に関するものである。

タービンなどの回転機械にあっては、静止側と回転側との間にできる隙間から作動流体が漏洩するのを防止するために、ラビリンスシールなどの非接触型のシール機構が用いられていた。
しかしながら、ラビリンスシールを用いた場合、自励振動や熱変形時等によって、フィン先端が接触しないように構成しなければならないため、更なる作動流体の漏れ量低減を図ることが困難となっている。

特許文献１には、回転側に接触可能ないわゆるリーフ型シールを用いたシール機構が提案されている。このリーフ型シールを用いたシール機構は、回転軸の軸方向に所定の幅寸法を有する平板状の薄板を回転軸の周方向に多層に配置した構造となっている。このリーフ型シールは、その先端部が、停止時に回転側に接触状態になる一方で、回転時に動圧効果によって回転側から僅かに浮上して非接触状態となる。このリーフ型シールの場合、動圧効果によって先端部が回転側から浮上することから、回転時に回転側の自励振動や熱変形等が生じたとしてもシール先端部と回転側との隙間を維持することができるとともに、ラビリンスシールの隙間と比較して十分に小さな隙間とすることが可能となっている。
また、リーフ型シールと類似するシール機構として、その端部が常に回転側に接触するブラシ型のシール機構が知られている。このブラシ型のシール機構の場合、常に回転側に接触しているため、作動流体の漏れ量を低減することが可能となっている。

特開２００５−３０８０３９号公報

ところで、上述したリーフ型シールやブラシ型シールなどのいわゆる接触型のシール機構にあっては、その高圧側と低圧側とに、それぞれ円環板状の側板が取り付けられている。これら側板は、圧力作用方向に支える支持板として装着されているが、例えば静翼やノズルなど、強い旋回流が発生する部材の下流側に設置する際に捲れ上がるなど損傷する場合があることが近年分かってきた。また、リーフやブラシなどのシール本体を強い旋回流が通過する際、この旋回流が軸方向へ転向するため、シール本体への周方向荷重となり、シール本体が周方向に変形して損傷する虞がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、作動流体の漏れ量を低減しつつ、接触型のシール機構の構成部材が損傷するのを防止できる回転機械を提供するものである。

上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係る回転機械は、ロータと、該ロータの外周側に間隙を画成するように前記ロータを覆うステータと、前記間隙に前記ステータから径方向内側に突出するよう配置されて前記ロータに接触可能なシール本体、及び、該シール本体の高圧側を向く面に沿って配置された高圧側板部材を有する接触型シールと、前記間隙における前記接触型シールの高圧側に設けられ、前記間隙を周方向に流れる作動流体の旋回流が前記高圧側板部材に衝突することを阻害する旋回流抑制部と、を備え、前記ロータは、前記接触型シールの高圧側の間隙に、前記旋回流が前記旋回流抑制部に接触するように前記旋回流を導く突起部を備え、前記突起部の径方向の高さ寸法は、前記高圧側板部材と前記ロータとの高圧側の間隙寸法よりも大きく形成され、前記旋回流抑制部は、前記ステータに前記旋回流の向きを変化させる偏向板を備えることを特徴としている。
このように構成することで、例えば、静翼やノズルなどの強い旋回流を発生させる部材の下流側に接触型シールが設けられている場合であっても、接触型シールに作動流体が到達する前に、間隙を周方向に流れる作動流体の旋回流を旋回流抑制部によって阻害して抑制することができるため、接触型シールに衝突する旋回流、又は接触型シールを通過する旋回流を低減することができる。

さらに、間隙に流入した作動流体が突起部によって旋回流抑制部に導かれることで、旋回流が旋回流抑制部を経由せずに接触型シールに接触するのを防止することができる。
また、作動流体の向きを旋回方向とは異なる方向に変化させることができるため、作動流体に含まれる旋回成分を低減することができる。

さらに、この発明に係る回転機械は、上記回転機械において、前記旋回流抑制部は、前記ステータの前記突起部に対向する位置に配置されたハニカムシールを備えていてもよい。
このように構成することで、間隙を流れる作動流体の動圧がハニカムシールによって減衰されるため、作動流体に含まれる旋回流を低減することができる。

さらに、この発明に係る回転機械は、上記回転機械において、前記旋回流抑制部は、前記高圧側板部材の近傍に配置されていてもよい。
このように構成することで、作動流体が高圧側板部材に接触する直前で旋回流抑制部によって旋回流を抑制することができる。

この発明に係る回転機械によれば、作動流体の漏れ量を低減しつつ、接触型のシール機構の構成部材が損傷するのを防止することができる。

この発明の第一参考例における蒸気タービンの構成図である。上記蒸気タービンにおける動翼とケーシングとの間隙を示す概略構成図である。上記蒸気タービンのリーフ型シールの概略構成を示す斜視図である。上記リーフ型シールを径方向外側から見た図である。この発明の実施形態における図２に相当する概略構成図である。この発明の実施形態における図４に相当する図である。この発明の第二参考例における図２に相当する概略構成図である。この発明の第二参考例実施形態における図４に相当する図である。この発明の第三参考例における図２に相当する概略構成図である。この発明の第三参考例における図４に相当する図である。この発明の第四参考例における図２に相当する概略構成図である。この発明の第四参考例における図４に相当する図である。この発明の第四参考例の変形例における図２に相当する図である。この発明の第四参考例の変形例における図４に相当する概略構成図である。この発明の第五参考例における図２に相当する図である。

以下、本発明の第一参考例の回転機械である蒸気タービンについて図面に基づき説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る蒸気タービン１は、ケーシング１０と、ケーシング１０に流入する蒸気（作動流体）Ｓの量と圧力を調整する調整弁２０と、ケーシング１０の内方に回転自在に設けられ、動力を図示しない発電機等の機械に伝達する軸体（ロータ）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、を備えて大略構成されている。

ケーシング１０は、その内部空間を気密に封止するように形成され、蒸気Ｓの流路を画成する本体部１１と、本体部１１の内壁面に強固に固定されたリング状の仕切板外輪１２と、を備えている。

調整弁２０は、ケーシング１０の本体部１１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、蒸気室２４とを備えている。この調整弁２０では、弁体２２が弁座２３から離れることで蒸気流路が開き、これによって、蒸気Ｓが蒸気室２４を介してケーシング１０の内部空間に流入する。

軸体３０は、軸本体３１と、軸本体３１の外周から径方向外側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。
また、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、ケーシング１０の本体部１１内部に挿通された軸体３０を本体部１１の外側において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１２に保持されている。すなわち、静翼４０はそれぞれ仕切板外輪１２から径方向内側に延出している。

静翼４０の延出方向の先端部は、ハブシュラウド４１によって構成されている。このハブシュラウド４１は、同一の環状静翼群をなす複数の静翼４０を連結するようにリング状に形成されている。ハブシュラウド４１には軸体３０が挿通されているが、ハブシュラウド４１は軸体３０との間に径方向の間隙を介して配されている。

複数の静翼４０からなる環状静翼群は、ケーシング１０や軸体３０の回転軸の延びる方向（以下、軸方向と記す）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、軸方向下流側に隣接する動翼５０側に案内する。なお、静翼４０の翼数は、上記六つに限られるものではない。

動翼５０は、軸体３０を構成するディスク３２の外周部に強固に取り付けられ、軸体３０から径方向外側に延出している。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。
前述した環状静翼群と上記環状動翼群とは、一組一段とされている。すなわち、蒸気タービン１は、六段に構成されている。これら動翼５０の先端部は、周方向に延びるチップシュラウド５１となっている。なお、環状静翼群と上記環状動翼群との段数は、上記六段に限られるものではない。

図２に示すように、動翼５０の先端部をなすチップシュラウド５１は、ケーシング１０の仕切板外輪１２との間に径方向の間隙（以下、単に径方向間隙と称す）Ｋ１を画成するように対向配置されている。仕切板外輪１２は、チップシュラウド５１の外周側にチップシュラウド５１を囲繞するように配置されている。この仕切板外輪１２には、高圧側から低圧側に漏れる蒸気Ｓの漏れ量を低減するために、チップシュラウド５１に対向するように配置されてチップシュラウド５１に接触可能な接触型シールであるリーフ型シール７０が取り付けられている。

図３を併せて参照し、リーフ型シール７０は、軸方向に所定の幅寸法を有する平板状の薄板をチップシュラウド５１の周方向に多層に配置してなるシール本体７１を備えている。シール本体７１は、各薄板が、動翼５０の回転方向でチップシュラウド５１の外周面５２とのなす角度が鋭角となるように仕切板外輪１２に取り付けられている。リーフ型シール７０は、その先端部分が、動翼５０の停止時にチップシュラウド５１の外周面５２に接触状態になる一方で、動翼５０の回転時には、蒸気Ｓの動圧効果によってチップシュラウド５１から僅かに浮上して非接触状態となる。

リーフ型シール７０は、上述した仕切板外輪１２と、この仕切板外輪１２の低圧側に配置される低圧側板部材７２と、同じく高圧側に配置される高圧側板部材７３とによって形成される凹部７４に、シール本体７１の仕切板外輪１２側の基部が没入され、そのチップシュラウド５１側の僅かな先端部分が露出されている。つまり、シール本体７１の高圧側の側面の大部分は、高圧側板部材７３によって覆われる一方で、シール本体７１の低圧側の側面の大部分は、低圧側板部材７２によって覆われている。

ケーシング１０の仕切板外輪１２には、径方向内側に向かって開口する凹部１３が形成され、この凹部１３内に動翼５０のチップシュラウド５１が配置される。凹部１３の軸方向で対向する一対の面１２ａ，１２ｂと、チップシュラウド５１の軸方向を向く一対の面５１ａ，５１ｂとの間には、それぞれ上述した径方向間隙Ｋ１に通じる軸方向間隙Ｋ２が形成されている。ここで、静翼４０から動翼５０へ向かう主流路Ｒに流れる蒸気Ｓは、その一部が動翼５０の高圧側の軸方向間隙Ｋ２によって形成された流路に回り込む。この軸方向間隙Ｋ２に回り込んだ蒸気Ｓは、主に蒸気タービン１の駆動時にシール本体７１とチップシュラウド５１の外周面との間に形成される僅かな隙間を介して、リーフ型シール７０よりも低圧側に移動する。

チップシュラウド５１の外周面５２には、リーフ型シール７０よりも高圧側に、径方向外側に向かって突出するシールフィン（突起部）５３が形成されている。このシールフィン５３は、チップシュラウド５１の周方向に延びる略円環状に形成され、高圧側板部材７３とチップシュラウド５１との隙間寸法よりも径方向の高さ寸法が十分に大きく形成されている。

さらに、仕切板外輪１２の上記シールフィン５３に対向する位置には、シールフィン５３との間に径方向で僅かの隙間を有してシールフィン５３側すなわち径方向内側が開口したハニカムシール（旋回流抑制部）８０が取り付けられている。このハニカムシール８０は、断面略六角形状などの筒体を軸方向および周方向に隙間なく並べたいわゆるハニカム構造を有しており、このハニカムシール８０の開口に接した蒸気Ｓの動圧を減衰させてリーフ型シール７０の高圧側における蒸気Ｓの流れのうち旋回方向（換言すれば周方向）に向かう旋回分（以下、単にスワールと称す）を阻害する機能を有している。ハニカムシール８０は、仕切板外輪１２の凹部１３の底面１２ｃに沿う軸方向において所定幅を有した略円環状に形成されており、このハニカムシール８０の内径側にシールフィン５３が立設されている。

図２、図４に示すように、高圧側の軸方向間隙Ｋ２から流れ込む蒸気Ｓは、シールフィン５３によって径方向外側のハニカムシール８０側に案内されてハニカムシール８０に接触する。ここで、蒸気Ｓには、リーフ型シール７０の延在方向に対して斜め方向を向くスワールを多く含む（図４中、斜め矢印で示す）。このスワールを含む蒸気Ｓは、ハニカムシール８０の内周側の開口に接触するため、その動圧が減衰される。この動圧が減衰された蒸気Ｓは、リーフ型シール７０の高圧側板部材７３に略垂直な流れとなってリーフ型シール７０に接触し、シール本体７１とチップシュラウド５１との僅かな隙間を軸方向に流過する。その後、リーフ型ブラシよりも低圧側の径方向間隙Ｋ１および軸方向間隙Ｋ２を流過して、主流路の蒸気Ｓに合流されることとなる。

したがって、上述した第一参考例の蒸気タービンによれば、強いスワールを発生させる静翼４０の下流側にリーフ型シール７０が設けられている場合であっても、リーフ型シール７０の高圧側板部材７３に蒸気Ｓが到達する前に、径方向間隙Ｋ１を周方向に流れる蒸気Ｓの動圧をハニカムシール８０によって減衰させて、蒸気Ｓに含まれるスワールを阻害することができる。そのため、高圧側板部材７３に衝突するスワールや、シール本体７１を通過するスワールを低減することができ、その結果、接触型のシールであるリーフ型シール７０を用いて蒸気Ｓの漏れ量を低減しつつ、高圧側板部材７３やシール本体７１などリーフ型シール７０の構成部材が損傷するのを防止することができる。

さらに、径方向間隙Ｋ１に流入した蒸気Ｓがシールフィン５３によってハニカムシール８０に導かれることで、スワールがハニカムシール８０を経由せずに高圧側板部材７３に接触するのを防止することができるため、ハニカムシール８０によるスワールの抑制効果を向上することできる。

次に、この発明の実施形態における回転機械である蒸気タービンについて図面に基づき説明する。なお、この実施形態における蒸気タービンは、上述したハニカムシール８０を旋回流減衰用偏向板１８０に置き換えたものであるため、同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

図５、図６に示すように、チップシュラウド５１の外周面５２には、上述した第一参考例と同様に、リーフ型シール７０よりも高圧側に、径方向外側に向かって突出するシールフィン（突起部）５３が形成されている。

仕切板外輪１２のシールフィン５３に対向する位置には、シールフィン５３との間に径方向で僅かの隙間を有して複数の旋回流減衰用偏向板（旋回流抑制部）１８０が取り付けられている。これら旋回流減衰用偏向板１８０は、径方向および軸方向に延びる略矩形板状に形成されており、周方向に所定の間隔で複数配列されている。各旋回流減衰用偏向板１８０は、これら旋回流減衰用偏向板１８０の間を通過する蒸気Ｓの進行方向を、旋回流減衰用偏向板１８０に沿うように変化させることで、リーフ型シール７０の高圧側における蒸気Ｓのスワールを阻害する機能を有している。ここで、上記旋回流減衰用偏向板１８０同士は、蒸気Ｓの進行方向を十分に変更可能な間隔とされていればよい（以下、第二参考例の旋回流減衰用偏向板２８０も同様）。

旋回流減衰用偏向板１８０は、仕切板外輪１２の凹部１３の底面１２ｃに沿う軸方向において所定長さを有しており、旋回流減衰用偏向板１８０の内径側にシールフィン５３が配置される。なお、旋回流減衰用偏向板１８０の角度がリーフ型シール７０の延在方向に対して略垂直な場合を図中に示しているが、旋回流減衰用偏向板１８０の角度は上記角度に限られずスワールを阻害できる角度であればよい（以下、第三実施形態も同様）。

したがって、上述した実施形態の蒸気タービンによれば、蒸気Ｓの向きを旋回方向とは異なる方向に変化させることができるため、第一参考例と同様に、リーフ型シール７０の高圧側板部材７３に蒸気Ｓが到達する前に、径方向間隙Ｋ１を周方向に流れる蒸気Ｓに含まれるスワールを阻害することができる。つまり、高圧側板部材７３に衝突するスワールや、シール本体７１を通過するスワールを低減することができ、その結果、蒸気Ｓの漏れ量を低減しつつ、リーフ型シール７０の高圧側板部材７３が損傷するのを防止することができる。

また、シールフィン５３によってスワールが旋回流減衰用偏向板１８０を経由せずにリーフ型シール７０の高圧側板部材７３に接触するのを防止することができるため、旋回流減衰用偏向板１８０によるスワールの抑制効果を向上することできる。

次に、この発明の第二参考例における回転機械である蒸気タービンについて図面に基づいて説明する。なお、この第二参考例における蒸気タービンは、上述した旋回流減衰用偏向板の配置と、シールフィンの高さを変更したものであるため、同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

図７、図８に示すように、チップシュラウド５１には、リーフ型シール７０よりも高圧側の外周面に、径方向外側に向かって突出するシールフィン（突起部）１５３が形成されている。このシールフィン１５３は、チップシュラウド５１の周方向に延びる略円環状に形成され、その径方向外側の端縁と仕切板外輪１２の凹部１３の底面１２ｃとの間には、僅かな隙間が形成されている。

一方で、仕切板外輪１２の内周面には、リーフ型シール７０とシールフィン１５３との間のリーフ型シール７０近傍に、複数の旋回流減衰用偏向板２８０が取り付けられている。これら旋回流減衰用偏向板２８０は、径方向および軸方向に延びる略矩形板状に形成されており、周方向に所定の間隔で複数配列されている。

各旋回流減衰用偏向板２８０は、上述した実施形態の旋回流減衰用偏向板１８０と同様に、複数の旋回流減衰用偏向板２８０の間を通過する蒸気Ｓの進行方向を旋回流減衰用偏向板２８０に沿うように変化させることで、リーフ型シール７０の高圧側における蒸気Ｓのスワールを阻害する機能を有している。旋回流減衰用偏向板２８０は、仕切板外輪１２の内周面に沿う軸方向において所定長さを有するとともに、径方向においてリーフ型シール７０の高圧側板部材７３の長さ寸法と略同じ長さ寸法を有している。なお、旋回流減衰用偏向板２８０をリーフ型シール７０の高圧側板部材７３の長さ寸法と略同じ長さ寸法にする一例について説明したが、シールフィン１５３の径方向外側の隙間を流過した蒸気Ｓの殆どが旋回流減衰用偏向板２８０の間を通過するようにすればよく、シールフィン１５３と底面１２ｃとの隙間の大きさに応じて旋回流減衰用偏向板の長さ寸法を適宜設定すればよい。

したがって、上述した第二参考例の蒸気タービンによれば、上述した実施形態と同様に、蒸気Ｓの向きを旋回方向とは異なる方向に変化させることができるため、リーフ型シール７０の高圧側板部材７３に蒸気Ｓが到達する前に、径方向間隙Ｋ１を周方向に流れる蒸気Ｓに含まれるスワールを阻害することができる。つまり、高圧側板部材７３に衝突するスワールや、シール本体７１を通過するスワールを低減することができ、その結果、蒸気Ｓの漏れ量を低減しつつ、リーフ型シール７０の高圧側板部材７３が損傷するのを防止することができる。

また、シールフィン１５３によってスワールが旋回流減衰用偏向板２８０を経由せずに高圧側板部材７３に接触するのを防止することができるため、旋回流減衰用偏向板２８０によるスワールの抑制効果を向上することできる。

次に、この発明の第三参考例における回転機械である蒸気タービンについて図面に基づいて説明する。なお、この第三参考例における蒸気タービンは、上記第二参考例のシールフィン１５３を省略したものであるため、同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

図９、図１０に示すように、この参考例の蒸気タービンにおいて、チップシュラウド５１のリーフ型シール７０よりも高圧側の外周面には、径方向間隙Ｋ１の蒸気Ｓの流れを変化させる突起などの構造物は形成されていない。

一方で、仕切板外輪１２の内周面には、リーフ型シール７０よりも高圧側、且つ、リーフ型シール７０近傍に、複数の旋回流減衰用偏向板（旋回流抑制部）３８０が取り付けられている。これら旋回流減衰用偏向板３８０は、上述した第二参考例の旋回流減衰用偏向板２８０と同様に、径方向および軸方向に延びる略矩形板状に形成されており、周方向に所定の間隔で複数配列されている。

これら旋回流減衰用偏向板３８０は、複数の旋回流減衰用偏向板３８０の間を通過する蒸気Ｓの進行方向を旋回流減衰用偏向板３８０に沿うように変化させることで、リーフ型シール７０の高圧側における蒸気Ｓのスワールを阻害する機能を有している。さらに、旋回流減衰用偏向板３８０は、仕切板外輪１２の内周面に沿う軸方向において所定長さを有するとともに、径方向においてリーフ型シール７０の高圧側板部材７３の長さ寸法と略同じ長さ寸法を有している。

したがって、上述した第三参考例の蒸気タービンによれば、径方向においてリーフ型シール７０の高圧側板部材７３の長さ寸法と略同じ長さ寸法を有しているため、旋回流減衰用偏向板３８０の高圧側にシールフィン１５３を配置しなくても、リーフ型シール７０に衝突する蒸気Ｓの殆どが、旋回流減衰用偏向板３８０を経由してから衝突するので、リーフ型シール７０に衝突する蒸気Ｓのスワールを低減して、スワールによる高圧側板部材７３やシール本体７１などリーフ型シール７０の構成部材の損傷を防止できる。

次に、この発明の第四参考例における回転機械である蒸気タービンについて図面に基づいて説明する。なお、この第四参考例における蒸気タービンは、上記各参考例、および、実施形態における旋回流抑制部の構成を変更したものであるため、同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

図１１、図１２に示すように、この参考例の蒸気タービンは、仕切板外輪１２の軸方向両側に配置される面に、深さ方向が上述した軸方向となる旋回流抑制凹部（旋回流抑制部）４８０が形成されている。この旋回流抑制凹部４８０は、周方向に所定幅を有するとともに周方向に所定の間隔で形成されている。これら旋回流抑制凹部４８０は、軸方向間隙Ｋ２の流路面積を部分的且つ急激に拡大するため、軸方向間隙Ｋ２を流れる蒸気Ｓに図１１中矢印で示す渦流を発生させることが可能となっている。

したがって、上述した第四参考例の蒸気タービンによれば、旋回流抑制凹部４８０によって部分的に流路面積を拡大することで、蒸気Ｓに渦流を生じさせることができるため、この渦流によってスワールを打ち消すことができる。その結果、スワールによる高圧側板部材７３やシール本体７１などリーフ型シール７０の構成部材の損傷を防止できる。

ここで、上記第四参考例の変形例として図１３、図１４に示すように、仕切板外輪１２の軸方向両側に配置される面の最も径方向内側の位置に、軸方向間隙Ｋ２の流路面積を部分的に絞り減少させる旋回流抑制凸部５８０を設けるようにしても良い。この場合、軸方向間隙Ｋ２の流路面積を部分的に且つ急激に変化させることができるため、軸方向間隙Ｋ２を流れる蒸気Ｓの動圧が低下してスワールを低減することができる。なお、この変形例における旋回流抑制凸部５８０は、上述した旋回流抑制凹部４８０と併用することで更なるスワールの低減を図ることが可能となる。

次に、この発明の第五参考例における回転機械である蒸気タービンについて図面に基づいて説明する。なお、この第五参考例における蒸気タービンは、上記各参考例、および、実施形態における旋回流抑制部の構成を変更したものであるため、同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

図１５に示すように、この参考例の蒸気タービンは、仕切板外輪１２の径方向内側を向く底面１２ｃにスワールの上流側を向いて開口する吸気口６８１を備えている。この吸気口６８１は、リーフ型シール７０の高圧側においてリーフ型シール７０から軸方向に離れて配置され、仕切板外輪１２内部に形成された膨張室６８２に吸気通路６８３を介して接続されている。つまり、膨張室６８２と軸方向間隙Ｋ２および径方向間隙Ｋ１とは、吸気口６８１および吸気通路６８３を介して連通されている。

さらに仕切板外輪１２の底面１２ｃには、リーフ型シール７０の直近に、径方向内側を向く排気口（図示せず）が形成されている。この排気口は、排気通路６８４を介して膨張室６８２に接続されており、つまり、膨張室６８２と径方向間隙Ｋ１とは、排気口および排気通路６８４を介して連通されている。これら吸気口６８１、吸気通路６８３、膨張室６８２、排気通路６８４、および、排気口によりこの実施形態における一つの旋回流抑制部６８０が形成されている。この旋回流抑制部６８０は、周方向に所定間隔で並んで複数配置されている。

例えば、スワールを含む蒸気Ｓが高圧側の軸方向間隙Ｋ２に流入した場合、軸方向間隙Ｋ２から径方向間隙Ｋ１に流れる途中で、スワールが吸気口６８１から膨張室６８２内にその動圧を利用して回収される。膨張室６８２内に回収された蒸気Ｓは、動圧が低下されて、その静圧によって排気通路６８４から排気口を介して、順次径方向内側に向かう流れとなってリーフ型シール７０の直近で噴射されることとなる。

したがって、上述した第五参考例の蒸気タービンによれば、蒸気Ｓに含まれるスワール分を回収して膨張室６８２に貯めた後に、回収した蒸気Ｓの静圧を利用してリーフ型シール７０の高圧側近傍に噴射させることができるため、スワールを旋回方向とは異なる径方向内側に向かう流れに変更することができる。また、径方向内側に向かって噴射される蒸気Ｓによって、リーフ型シール７０の高圧側に径方向内側に向かって流れるいわゆるエアカーテンが形成されるため、旋回流抑制部６８０によって回収できなかったスワールがリーフ型シール７０に高圧側から衝突するのを防止することができる。その結果、スワールによる高圧側板部材７３やシール本体７１などリーフ型シール７０の構成部材の損傷を防止することができる。

なお、この発明は上述した実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上述した実施形態においては、回転機械として蒸気タービンを一例に説明したが、蒸気タービンに限られるものではなく、静止体であるステータと回転体であるロータとの間に設けられ高圧と低圧との間をシールするリーフ型シール７０に対してスワールが衝突するような回転機械であれば、例えば、ガスタービンや圧縮機などの回転機械に適用しても良い。

また、上述した実施形態においては、接触型のシールとしてリーフ型シール７０を一例に説明したが、リーフ型シール７０に限られず、例えば、常時ロータ側に接触するブラシシールを採用した回転機械に本発明を適用しても良い。この場合、ブラシシールを保持するホルダの高圧側の壁面やシール本体であるブラシ等の構成部材の損傷を抑制することができる。
また、上記実施形態においては、作動流体として蒸気Ｓを用いる場合について説明したが、スワールが発生し得る作動流体であれば蒸気Ｓに限られるものではない。
さらに、強いスワールが発生する箇所として静翼４０の下流側を一例に説明したが、ノズルの下流側などであってもよい。

５０動翼（ロータ）
１０ケーシング（ステータ）
７１シール本体
７３高圧側板部材
７０リーフ型シール（接触型シール）
８０ハニカムシール（旋回流抑制部）
５３，１５３シールフィン（突起部）
１８０，２８０，３８０旋回流減衰用偏向板（旋回流抑制部）
４８０旋回流抑制凹部（凹部、旋回流抑制部）
５８０旋回流抑制凸部（凸部、旋回流抑制部）
６８０旋回流抑制部
Ｓ蒸気（作動流体）

Claims

ロータと、
該ロータの外周側に間隙を画成するように前記ロータを覆うステータと、
前記間隙に前記ステータから径方向内側に突出するよう配置されて前記ロータに接触可能なシール本体、及び、該シール本体の高圧側を向く面に沿って配置された高圧側板部材を有する接触型シールと、
前記間隙における前記接触型シールの高圧側に設けられ、前記間隙を周方向に流れる作動流体の旋回流が前記高圧側板部材に衝突することを阻害する旋回流抑制部と、
を備え、
前記ロータは、前記接触型シールの高圧側の間隙に、前記旋回流が前記旋回流抑制部に接触するように前記旋回流を導く突起部を備え、前記突起部の径方向の高さ寸法は、前記高圧側板部材と前記ロータとの高圧側の間隙寸法よりも大きく形成され、
前記旋回流抑制部は、前記ステータに前記旋回流の向きを変化させる偏向板を備えることを特徴とする回転機械。
前記旋回流抑制部は、前記ステータの前記突起部に対向する位置に配置されたハニカムシールを備える請求項１に記載の回転機械。
前記旋回流抑制部は、前記高圧側板部材の近傍に配置されている請求項１又は２に記載の回転機械。