JP5574825B2 - シール構造、これを備えたタービン機械およびこれを備えた発電プラント - Google Patents

Description

本発明は、シール構造、これを備えたタービン機械およびこれを備えた発電プラントに関し、特に、封止手段と翼先端のシュラウドとの間から漏れ出る流体に関するものである。

一般に、図５に示すように、タービンの複数の動翼５１の各先端には、タービンケーシング５２と対向するように、動翼シュラウド５３が設けられている。動翼シュラウド５３は、これら動翼５１の回転中に隣り合うそれぞれが接触して環状になる。動翼シュラウド５３と、タービンケーシング５２との間には、タービンケーシング５２から動翼シュラウド５３に向かってシールフィン５４がタービンケーシング５２側に接続されているシール部が設けられている。シールフィン５４は、動翼５１に導かれた主流流体が動翼シュラウド５３とタービンケーシング５２との間から漏れ出る流体（以下、「リークジェット」という。）の漏洩量を減少するために設けられている（例えば、蒸気タービンについての特許文献１および特許文献２）。

特開２００５−２１４０５１号公報 特開２００６−１３８２５９号公報 特開２００６−２９１９６７号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献３に記載の発明では、シール部を漏れ出るリークジェットの流れ方向の下流側には、タービンケーシングの下流側の壁部が存在しており、大気開放となっていないことは明らかである。そのため、図５に示すように、タービンケーシング５２の下流側の壁部５２ａと動翼シュラウド５３とシールフィン５４とによって形成されている空間部５５に導出されたリークジェット（図５において破線で示す。）は、タービンケーシング５２の下流側の壁部５２ａに衝突してその壁部５２ａに沿って径方向内方側に移動し、動翼５１に作用した後の主流流体（図５において実線で示す。）に大きな角度（例えば９０°）をもって合流する。リークジェットが主流流体に合流する際には、主流流体に対するリークジェットの流入角度が大きくなるためリークジェットが主流流体を大きく乱し混合損失（ミキシングロス）が生じてタービン効率が低下するという問題があった。

さらに、タービンケーシング５２の下流側の壁部５２ａにリークジェットが衝突することによって、衝突したリークジェットは、タービンケーシング５２の下流側の壁部５２ａに沿って径方向内方側に移動する。タービンケーシング５２の壁部５２ａに沿って径方向内方側に移動したリークジェットは、主流流体の一部を巻き込んで図５の破線で示すように空間部５５内に渦を生じる。主流流体の一部が空間部５５内に巻き込まれるため、主流流体の流れが大きく乱れて混合損失（ミキシングロス）が発生するという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、シール部から漏れ出た流体による主流流体の流れの乱れを抑制可能なシール構造、これを備えたタービン機械およびこれを備えた発電プラントを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のシール構造、これを備えたタービン機械およびこれを備えた発電プラントは、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るシール構造によれば、主流流体が作用する複数の翼の先端に設けられ、隣り合うそれぞれが接触して筒状となるシュラウドと、該シュラウドに対向して設けられる構造体に接続される封止手段と、前記シュラウドの下流側と、前記封止手段の下流側と、前記構造体の下流側の壁部とによって形成され、前記翼に作用した主流流体に連通する空間部と、を備え、前記構造体が、前記翼および前記シュラウドを内包する形状であり、前記構造体の下流側の前記壁部の端部が、前記シュラウドの下流側に延在するシュラウド用延長線と、該シュラウド用延長線に対して所定の間隙を有して平行に設けられる前記封止手段の下流側に延在する封止手段用延長線とから離反するとともに、前記封止手段用延長線から見て前記シュラウド用延長線とは反対側に位置するように形成されていることを特徴とする。

封止手段とシュラウドとの間から空間部内に漏れ出た流体は、シュラウドの下流側に延在するシュラウド用延長線およびそれに平行する封止手段の下流側に延在する封止手段用延長線に沿って導出される。そのため、封止手段用延長線およびシュラウド用延長線によって挟まれた領域、換言すれば、漏れ出た流体が流れる領域の延在方向に、タービンケーシングや回転軸体などの構造体の下流側の壁部がある場合には、漏れ出た流体が空間部内を通過して構造体の下流側の壁部に衝突する。構造体の壁部に衝突した漏れ出た流体は、構造体の下流側の壁部に沿って構造体とは逆の方向に、すなわち、主流流体側に流れる。空間部は、翼に作用した主流流体に連通するので、壁部に沿って漏れ出た流体が翼に作用した主流流体に対して大きな角度（例えば９０°）をもって合流する。そのため、翼に作用した主流流体の流れが大きく乱れることになる。

また、例えば、図５のように翼が動翼５１であり構造体がタービンケーシング５２の場合には、空間部５５内に漏れ出た流体がタービンケーシング５２の下流側の壁部５２ａに衝突することによって、衝突した漏れ出た流体がタービンケーシング５２の下流側の壁部５２ａに沿って径方向内方側に移動して、図５の破線に示すように時計回りに流れる。そのため、漏れ出た流体の流れ方向は、動翼５１に作用した主流流体の流れ方向と逆向きとなり動翼５１に作用した主流流体を空間部５５内に巻き込むこととなる。したがって、動翼５１に作用した主流流体の流れが大きく乱れることになる。

なお、図６のように翼が静翼６１であり構造体が回転軸体６２の場合には、空間部６５内に漏れ出た流体が回転軸体６２の下流側の壁部６２ａに衝突することによって、衝突した漏れ出た流体の一部が回転軸体６２の下流側の壁部６２ａに沿って径方向外方側に移動して、図６の破線のように反時計回りに流れる。そのため、漏れ出た流体の流れ方向は、静翼６１に作用した主流流体の流れ方向と逆向きとなり静翼６１に作用した主流流体を空間部６５内に巻き込むこととなる。したがって、静翼６１に作用した主流流体の流れが大きく乱れることになる。

そこで、本発明では、空間部を形成する構造体の下流側の壁部の端部が、シュラウドの下流側に延在するシュラウド用延長線およびそれに平行する封止手段の下流側に延在する封止手段用延長線から離反するとともに、封止手段用延長線から見てシュラウド用延長線とは反対側に位置するようにした。これにより、封止手段とシュラウドとの間から漏れ出た流体が構造体の下流側の壁部に衝突することを防止することができる。そのため、翼に作用した主流流体に対して漏れ出た流体を小さな流入角度（例えば、３０°以下）により合流させることができる。したがって、漏れ出た流体が主流流体に合流することによるミキシングロスを低減することができる。

また、漏れ出た流体を構造体の下流側の壁部（壁面）の端部から離反して導出することができるので、封止手段とシュラウドとの間から漏れ出た流体が構造体の下流側の壁部に衝突することを防止することができる。

そのため、図５のように翼が動翼５１であり構造体がタービンケーシング５２の場合には、タービンケーシング５２の下流側の壁部５２ａに漏れ出た流体が衝突することによって、衝突した漏れ出た流体がタービンケーシング５２の下流側の壁部５２ａに沿って径方向内方側に移動して、図５の破線のように時計回りに流れて翼５１に作用した主流流体を空間部５５内に巻き込むことを抑制することができる。すなわち、漏れ出た流体は、図５に示した破線と反対方向である反時計回りに流れる。したがって、翼５１に作用した主流流体の流れが大きく乱れることを防止して、漏れ出た流体が主流流体の流れに合流することによるミキシングロスを低減することができる。

また、図６のように翼が静翼６１であり構造体が回転軸体６２の場合には、回転軸体６２の下流側の壁部６２ａに漏れ出た流体が衝突することによって、衝突した漏れ出た流体の一部が回転軸体６２の下流側の壁部６２ａに沿って、径方向外方側に移動して、図６の破線のように反時計回りに流れて静翼６１に作用した主流流体を空間部６５内に巻き込むことを抑制することができる。すなわち、漏れ出た流体は、図６に示す破線と反対方向である時計回りに流れる。したがって、静翼６１に作用した主流流体の流れが大きく乱れることを防止して、漏れ出た流体が主流流体の流れに合流することによるミキシングロスを低減することができる。

なお、シュラウド用延長線と封止手段用延長線との間の所定の間隙とは、運転中に封止手段とシュラウドとが接触することなく、かつ、シュラウドと封止手段との間から漏れ出る流体の漏洩量を最小限に抑えることが可能な径方向における距離とされる。

さらに、本発明に係るシール構造によれば、前記シュラウドの前記構造体に対向する側の面は、前記翼に作用した主流流体の流れ方向と略平行に設けられることを特徴とする。

翼に作用した主流流体の流れ方向に略平行となるようにシュラウドの構造体に対向する側の面（動翼の場合は外周面、静翼の場合は内周面）を設けることとした。そのため、封止手段とシュラウドとの間から漏れ出た流体を翼に作用した主流流体に対して小さな角度により合流させることができる。したがって、漏れ出た流体が主流流体に合流することによるミキシングロスを低減することができる。

さらに、本発明に係るシール構造によれば、前記シュラウドの前記構造体に対向する側の面は、前記翼に作用する主流流体の流れ方向に沿って次第に前記構造体から離反するように傾斜することを特徴とする。

シュラウドの構造体に対向する側の面は、翼に作用する主流流体の流れ方向に沿って次第に構造体から離反するように傾斜させて設けることとした。これにより、漏れ出た流体を構造体の下流側の壁部（壁面）から離反して導出することができるので、封止手段とシュラウドとの間から漏れ出た流体が構造体の下流側の壁部に衝突することを防止することができる。

そのため、図５のように翼が動翼５１であり構造体がタービンケーシング５２の場合には、タービンケーシング５２の下流側の壁部５２ａに漏れ出た流体が衝突することによって、衝突した漏れ出た流体がタービンケーシング５２の下流側の壁部５２ａに沿って径方向内方側に移動して、図５の破線のように時計回りに流れて動翼５１に作用した主流流体を空間部５５内に巻き込むことを抑制することができる。すなわち、漏れ出た流体は、図５に示した破線と反対方向である反時計回りに流れる。したがって、動翼５１に作用した主流流体の流れが大きく乱れることを防止して、漏れ出た流体が主流流体の流れに合流することによるミキシングロスを低減することができる。

また、例えば、図６のように翼が静翼６１であり構造体が回転軸体６２の場合には、回転軸体６２の下流側の壁部６２ａに漏れ出た流体が衝突することによって、衝突した漏れ出た流体の一部が回転軸体６２の下流側の壁部６２ａに沿って径方向外方側に移動して、図６の破線で示すように反時計回りに流れて静翼６１に作用した主流流体を空間部６５内に巻き込むことを抑制することができる。すなわち、漏れ出た流体は、図６に示す破線と反対方向である時計回りに流れる。したがって、静翼６１に作用した主流流体の流れが大きく乱れることを防止して、漏れ出た流体が主流流体の流れに合流することによるミキシングロスを低減することができる。

なお、シュラウドの構造体に対向する側の面が傾斜する角度は、漏れ出た流体が翼に作用した主流流体に合流した際に、翼に作用した主流流体の流れを大きく乱すことのない角度とされる。
なお、翼に作用した主流流体に対して漏れ出た流体を流入させる角度としては、３０°以下が好適である。

さらに、本発明に係るシール構造によれば、前記シュラウドの前記構造体に対向する側の面は、前記翼に作用する主流流体の流れ方向に沿って次第に前記構造体に近づくように傾斜することを特徴とする。

シュラウドの構造体に対向する側の面は、翼に作用する主流流体の流れ方向に沿って次第に構造体に近づくように傾斜するように設けることとした。そのため、封止手段とシュラウドとの間から漏れ出た流体を翼に作用した主流流体に直接合流させず、また、空間部内に翼に作用した主流流体が巻き込まれることを更に抑制することができる。したがって、漏れ出た流体が主流流体に合流することによるミキシングロスを低減することができる。
なお、シュラウドの構造体に対向する側の面の傾斜角度は、漏れ出た流体が翼に作用した主流流体に合流した際に、翼に作用した主流流体の流れを大きく乱すことのない角度とされる。
なお、翼に作用した主流流体に対して漏れ出た流体を流入させる角度としては、３０°以下が好適である。

さらに、本発明に係るタービン機械によれば、上記のいずれかに記載のシール構造を備えることを特徴とする。

封止手段とシュラウドとの間から漏れ出た流体が翼に作用した主流流体に合流する際に生じるミキシングロスの低減が可能なシール構造を備えることとした。そのため、タービン機械のタービン効率の低下を防止することができる。

さらに、本発明に係る発電プラントによれば、上記に記載のタービン機械を備えることを特徴とする。

タービン効率の低下を防止することが可能なタービン機械を設けることとした。そのため、発電プラントの発電効率の低下を防止することができる。

空間部を形成する構造体の下流側の壁部の端部が、シュラウドの下流側に延在するシュラウド用延長線およびそれに平行する封止手段の下流側に延在する封止手段用延長線から離反するとともに、封止手段用延長線から見てシュラウド用延長線とは反対側に位置するようにした。これにより、封止手段とシュラウドとの間から漏れ出た流体が構造体の下流側の壁部に衝突することを防止することができる。そのため、翼に作用した主流流体に対して漏れ出た流体を小さな流入角度（例えば、３０°以下）により合流させることができる。したがって、漏れ出た流体が主流流体に合流することによるミキシングロスを低減することができる。

また、漏れ出た流体を構造体の下流側の壁部（壁面）の端部から離反して導出することができるので、封止手段とシュラウドとの間から漏れ出た流体が構造体の下流側の壁部に衝突することを防止することができる。

そのため、図５のように翼が動翼５１であり構造体がタービンケーシング５２の場合には、タービンケーシング５２の下流側の壁部５２ａに漏れ出た流体が衝突することによって、衝突した漏れ出た流体がタービンケーシング５２の下流側の壁部５２ａに沿って径方向内方側に移動して、図５の破線のように時計回りに流れて動翼５１に作用した主流流体を空間部５５内に巻き込むことを抑制することができる。すなわち、漏れ出た流体は、図５に示した破線と反対方向である反時計回りに流れる。したがって、動翼５１に作用した主流流体の流れが大きく乱れることを防止して、漏れ出た流体が主流流体の流れに合流することによるミキシングロスを低減することができる。

また、図６のように翼が静翼６１であり構造体が回転軸体６２の場合には、回転軸体６２の下流側の壁部６２ａに漏れ出た流体が衝突することによって、衝突した漏れ出た流体の一部が回転軸体６２の下流側の壁部６２ａに沿って径方向外方側に移動して、図６の破線で示すように反時計回りに流れて静翼６１に作用した主流流体を空間部６５内に巻き込むことを抑制することができる。すなわち、漏れ出た流体は、図６に示す破線と反対方向である時計回りに流れる。したがって、静翼６１に作用した主流流体の流れが大きく乱れることを防止して、漏れ出た流体が主流流体の流れに合流することによるミキシングロスを低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る発電プラントにおけるガスタービンのシール構造であり、（Ａ）は、その概略構成図を示し、（Ｂ）は、その部分拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る発電プラントにおけるガスタービンのシール構造であり、（Ａ）は、その概略構成図を示し、（Ｂ）は、その部分拡大図である。 本発明の第３実施形態に係る発電プラントにおけるガスタービンのシール構造であり、（Ａ）は、その概略構成図を示し、（Ｂ）は、その部分拡大図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る発電プラントにおけるガスタービンのシール構造の概略構成図である。 従来の発電プラントにおけるタービン機械の動翼とタービンケーシングとの間のシール構造の概略構成図である。 従来の発電プラントにおけるタービン機械の静翼と回転軸体との間のシール構造の概略構成図である。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る発電プラントにおけるガスタービン（タービン機械）のシール構造であり、（Ａ）は、その概略構成図を示し、（Ｂ）は、その部分拡大図を示している。
発電プラントに設けられているガスタービンは、ガスタービン内に導かれた燃焼ガスである主流ガス（主流流体）の流れを複数の動翼（翼）２へと導く静翼（図示せず）と、静翼を通過した主流ガスが作用する動翼２と、動翼２の先端に設けられて隣り合うそれぞれが接触して筒状となる動翼シュラウド３（３ａ）と、動翼２および動翼シュラウド（シュラウド）３ａを内包しているタービンケーシング（構造体）４とを有している。

タービンケーシング４は、動翼２の先端に設けられている動翼シュラウド３ａの外周を囲んでいる筒形状とされている。タービンケーシング４の内周は、図１（Ａ）に示すように、タービンケーシング４の外周に向かって凹形状に形成されている。タービンケーシング４の内周に設けられている凹形状は、動翼２の上流側の壁面（壁部）４ａと、動翼２の下流側の壁面４ｂと、壁面４ａおよび壁面４ｂを接続しており動翼シュラウド３ａの径方向外方側に対向するように位置している壁面４ｃとによって形成されている。これにより、タービンケーシング４の内周に設けられている凹形状は、タービンケーシング４の外周に向かって窪むこととなる。

タービンケーシング４の内周に設けられている凹形状を形成している壁面４ｃには、シールフィン５の基端が接続されている。シールフィン５は、少なくとも１つ以上のシールフィン、例えば３つを備えている。各シールフィン５ａ、５ｂ、５ｃは、タービンケーシング４の壁面４ｃから動翼シュラウド３ａに向かって径方向内方側に延在している。動翼シュラウド３ａに向かって延在している各シールフィン５ａ、５ｂ、５ｃの先端は、動翼シュラウド３ａのタービンケーシング４に対向する側の面（以下、「外周面」という。）と所定の間隙を有して離反している。なお、シールフィン５は、３つに限られることはなく、１つ、２つ、または、４つ以上でもよい。

これらシールフィン５ａ、５ｂ、５ｃによって、動翼２とタービンケーシング４との間から漏れ出たガス（漏れ出た流体）が、動翼シュラウド３ａとタービンケーシング４との間から動翼２の下流側へと漏洩する漏洩量を低減している。なお、動翼シュラウド３ａの外周面と各シールフィン５ａ、５ｂ、５ｃの先端との径方向における所定の間隙とは、運転中に動翼シュラウド３ａの外周面と各シールフィン５ａ、５ｂ、５ｃとが機械的な接触を生じることのない程度に小さく、かつ、動翼２とタービンケーシング４との間から漏れ出たガス（以下、「リークジェット」という。）の漏洩量を最小限に抑えることが可能な径方向における距離とされている。

動翼２は、図示しない回転軸体の周方向に沿って複数設けられている。これら複数の動翼２により動翼列６が形成されている。動翼列６と、静翼が回転軸体の周方向に沿って複数設けられている静翼列（図示せず）とは、交互に多段に回転軸体の軸方向に設けられている。動翼２には、主流ガスが作用する。これにより、ガスタービンが回転駆動されることとなる。各動翼２に作用した主流ガスは、下流側に設けられている静翼列へと導かれる。

キャビティ（空間部）７は、動翼シュラウド３ａの下流側およびシールフィン５のうち最下流に位置するシールフィン５ｃ（本発明における封止手段）の下流側と、タービンケーシング４の凹形状の下流側の壁面４ｂおよび壁面４ｃとによって形成され、動翼２に作用した主流ガスに連通している。キャビティ７を形成しているタービンケーシング４の壁面４ｂの内周側の角部（端部）４ｄは、図１（Ｂ）に示すように、動翼シュラウド３ａの外周面に沿って延長し、動翼シュラウド３ａの下流側に延在している動翼シュラウド用延長線（シュラウド用延長線）１１、および、それに対して所定の間隙を有して略平行に設けられ最下流に位置するシールフィン５ｃの先端を通って最下流に位置するシールフィン５ｃの下流側に延在しているシールフィン用延長線（封止手段用延長線）１０から離反するとともに、シールフィン用延長線１０から見て動翼シュラウド用延長線１１とは反対側に位置している。

なお、動翼シュラウド用延長線１１とシールフィン用延長線１０との間の所定の間隙とは、運転中にシールフィン５ａ、５ｂ、５ｃと動翼シュラウド３ａとが接触することなく、かつ、動翼シュラウド３ａとシールフィン５ａ、５ｂ、５ｃとの間から漏れ出るリークジェットの漏洩量を最小限に抑えることが可能な径方向における距離とされている。

動翼シュラウド３ａは、各動翼２の先端に設けられている。動翼シュラウド３ａは、隣り合う動翼シュラウド３ａ同士が接触して筒状を形成している。動翼シュラウド３ａの外周面は、図１（Ａ）に示すように、動翼２に作用する主流ガスの流れ方向に沿って段差を有するステップ形状とされている。動翼シュラウド３ａの主流ガスの流れ方向の中央部には、タービンケーシング４側（外周側）に突出している凸部が形成されている。動翼シュラウド３ａの上流側、中央部、下流側の各外周面は、動翼２に作用した後の主流ガスの流れ方向に対して略平行になるように設けられている。このように動翼シュラウド３ａをステップ形状にすることによって、動翼シュラウド３ａとタービンケーシング４との間のシール効果を高めている。
なお、動翼シュラウド３ａの形状は、ステップ形状に限られることはなく、これ以外の形状であっても良い。

次に、主流ガスおよびリークジェットの流れについて説明する。
ガスタービンに導かれた主流ガスは、静翼列から動翼列６へと導かれる。動翼列６に導かれた主流ガスは、各動翼２に作用してガスタービンを駆動する。動翼２に作用した後の主流ガスは、その下流側に設けられている静翼列へと導かれる。

また、動翼２に作用する主流ガスの一部は、動翼２の上流側から動翼シュラウド３ａとタービンケーシング４との間に漏れ出る。動翼シュラウド３ａとタービンケーシング４との間に漏れ出た主流ガスは、動翼シュラウド３ａと最下流のシールフィン５ｃとの間から導出されてリークジェットとなる。

動翼シュラウド３ａと最下流のシールフィン５ｃとの間から導出されたリークジェットは、シールフィン用延長線１０と動翼シュラウド用延長線１１とによって挟まれている領域（以下、「リークジェットが流れる領域」という。）に導出される。ここで、タービンケーシング４の下流側の壁面４ｂの角部４ｄは、動翼シュラウド用延長線１１およびシールフィン用延長線１０から離反するとともに、シールフィン用延長線１０から見て動翼シュラウド用延長線１１とは反対側に位置しているので、リークジェットが流れる領域から導出されたリークジェットは、タービンケーシング４の下流側の壁面４ｂおよびに角部４ｄに衝突することなく主流ガス側へと導出される。

リークジェットが流れる領域から導出されたリークジェットは、各動翼２に作用した後の主流ガスの流れ方向に対して小さな流入角度をもって合流する。この流入角度は、３０°以下がよいとされるが、小さければ小さいほど好ましいため、主流ガスの流れ方向に対して平行に近い角度であれば更によく、平行な場合が最も望ましい。

また、リークジェットをタービンケーシング４の下流側の壁面４ｂおよび角部４ｄから離反して導出させることができるので、最下流に位置するシールフィン５ｃと動翼シュラウド３ａとの間から漏れ出たリークジェットがタービンケーシング４の下流側の壁面４ｂに衝突することを防止することができる。そのため、タービンケーシング４の下流側の壁面４ｂにリークジェットが衝突することによって、衝突したリークジェットがタービンケーシング４の下流側の壁面４ｂに沿って径方向内方側に移動して、図５に示した破線のように時計回りに流れる渦が形成され、その渦と主流ガスが合流する際に、渦と主流ガスが逆方向に流れて、動翼２に作用した主流ガスをキャビティ７内に巻き込むことを抑制することができる。すなわちリークジェットは、図１（Ａ）に示した破線のようにキャビティ７内を反時計回りに流れることとなる。

以上の通り、シール構造、これを備えたタービン機械およびこれを備えた発電プラントによれば、以下の作用効果を奏する。
キャビティ（空間部）７を形成しているタービンケーシング（構造体）４の下流側の壁面（壁部）４ｂの角部（端部）４ｄが、動翼シュラウド（シュラウド）３ａの下流側に延在している動翼シュラウド用延長線（シュラウド用延長線）１１およびそれに平行して最下流に位置するシールフィン（封止手段）５ｃの下流側に延在しているシールフィン用延長線（封止手段用延長線）１０から離反するとともに、シールフィン用延長線１０から見て動翼シュラウド用延長線１１とは反対側に位置するようにした。これにより、最下流に位置するシールフィン５ｃと動翼シュラウド３ａとの間から漏れ出たリークジェット（漏れ出た流体）がタービンケーシング４の下流側の壁面４ｂに衝突することを防止することができる。そのため、動翼（翼）２に作用した主流ガス（主流流体）に対してリークジェットを小さな流入角度により合流させることができる。したがって、リークジェットが主流ガスに合流することによるミキシングロスを低減することができる。

また、リークジェットをタービンケーシング４の下流側の壁面４ｂから離反して導出することができるので、最下流に位置するシールフィン５ｃと動翼シュラウド３ａとの間から漏れ出たリークジェットがタービンケーシング４の下流側の壁面４ｂに衝突することを防止することができる。そのため、タービンケーシング４の下流側の壁面４ｂにリークジェットが衝突することによって、衝突したリークジェットがタービンケーシング４の下流側の壁面４ｂに沿って径方向内方側に移動して、図５に示した破線のように、時計回りに流れる渦が形成され、その渦と主流ガスが合流する際に、渦と主流ガスが逆方向に流れて、動翼２に作用した主流ガスをキャビティ７内に巻き込むことを抑制することができる。すなわちリークジェットは、図１（Ａ）に示した破線のようにキャビティ７内を反時計回りに流れることとなる。したがって、リークジェットが動翼２に作用した主流ガスの流れに合流する際の流れの向きがほぼ同じとなるため、動翼２に作用した主流ガスの流れが大きく乱れることを防止して、リークジェットが主流ガスの流れに合流することによるミキシングロスを低減することができる。

動翼シュラウド３ａのタービンケーシング４に対向する側の面（外周面）は、動翼２に作用した主流ガスの流れ方向に略平行となるように設けることとした。そのため、最下流に位置するシールフィン５ｃと動翼シュラウド３ａとの間から漏れ出たリークジェットを動翼２に作用した主流ガスに対して小さな流入角度により合流させることができる。したがって、リークジェットが主流ガスに合流することによるミキシングロスを低減することができる。

最下流に位置するシールフィン５ｃと動翼シュラウド３ａとの間から漏れ出たリークジェットが動翼２に作用した主流ガスに合流する際に生じるミキシングロスの低減が可能なシール構造を備えることとした。そのため、ガスタービン（タービン機械）のタービン効率の低下を防止することができる。

タービン効率の低下を防止することが可能なガスタービン（タービン機械）を設けることとした。そのため、発電プラントの発電効率の低下を防止することができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態のシール構造、これを備えたタービン機械およびこれを備えた発電プラントは、最下流に位置するシールフィン（封止手段）５ｃと所定の間隙を有して離反する動翼シュラウドの下流側の外周面が動翼に作用する主流ガスの流れ方向に沿って次第にタービンケーシングの内側から離反する点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成および同一の流れについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
図２は、本発明の第２実施形態に係る発電プラントにおけるガスタービンのシール構造であり、（Ａ）は、その概略構成図を示し、（Ｂ）は、その部分拡大図を示している。

動翼シュラウド（シュラウド）３ｂの下流側の外周面（タービンケーシング４に対向している側の面）は、動翼シュラウド３ｂの中央部に設けられている凸部から動翼（翼）２に作用する主流ガス（主流流れ）の流れ方向に沿って次第にタービンケーシング(構造体)４の内側から離反するように傾斜している。なお、動翼シュラウド３ｂの下流側の外周面がタービンケーシング４の内側から次第に離反する割合、即ち、傾斜角度は、リークジェット（漏れ出た流体）が動翼２に作用した後の主流ガスに合流した際に、主流ガスの流れを大きく乱すことのない流入角度とするために、動翼２に作用した主流ガスの流れ方向に対して３０°以下がよいとされている。

最下流に位置するシールフィン５ｃと動翼シュラウド３ｂとの間から導出されたリークジェットは、タービンケーシング４の壁面（壁部）４ｂおよび角部（端部）４ｄに衝突することなく主流ガス側へと導出される。
また、最下流に位置するシールフィン５ｃと動翼シュラウド３ｂとの間から導出されたリークジェットは、各動翼２に作用した後の主流ガスの流れ方向に対して小さな流入角度をもって合流する。

以上の通り、本実施形態に係るシール構造、これを備えたタービン機械およびこれを備えた発電プラントによれば、以下の作用効果を奏する。
動翼シュラウド(シュラウド)３ｂの下流側の外周面（タービンケーシング４に対向している側の面）は、動翼（翼）２に作用する主流ガス（主流流体）の流れ方向に沿って次第にタービンケーシング（構造体）４から離反するように傾斜させて設けることとした。これによりリークジェット（漏れ出た流体）をタービンケーシング４の下流側の壁面（壁部）４ｂから離反して導出することができるので、最下流に位置するシールフィン（封止手段）５ｃと動翼シュラウド３ｂとの間から漏れ出たリークジェットがタービンケーシング４の下流側の壁面４ｂに衝突することを防止することができる。そのため、タービンケーシング４の下流側の壁面４ｂにリークジェットが衝突することによって、衝突したリークジェットがタービンケーシング４の下流側の壁面４ｂに沿って径方向内方側に移動して、図５に示した破線のようにキャビティ７（空間部）内に時計回りの渦を形成して、動翼２に作用した主流ガスをキャビティ７内に巻き込むことを抑制することができる。すなわち、リークジェットは、図２（Ａ）に示した破線のようにキャビティ７内を反時計回りに流れることとなる。したがって、動翼２に作用した主流ガスの流れが大きく乱れることを防止して、リークジェットが主流ガスの流れに合流することによるミキシングロスを低減することができる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態のシール構造、これを備えたタービン機械およびこれを備えた発電プラントは、最下流に位置するシールフィン（封止手段）５ｃと所定の間隙を有して離反する動翼シュラウドの下流側の外周面が動翼に作用する主流ガスの流れ方向に沿って次第にタービンケーシングの内側に近づく点で第１実施形態と相違しその他は同様である。したがって、同一の構成および同一の流れについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
図３は、本発明の第３実施形態に係る発電プラントにおけるガスタービンのシール構造であり、（Ａ）は、その概略構成図を示し、（Ｂ）は、その部分拡大図を示している。

動翼シュラウド（シュラウド）３ｃの下流側の外周面（タービンケーシング４に対向している側の面）は、動翼シュラウド３ｃの中央部に設けられている凸部から動翼（翼）２に作用する主流ガス（主流流れ）の流れ方向に沿って次第にタービンケーシング（構造体）４の内側に近づいて傾斜するように形成されている。なお、動翼シュラウド３ｃの下流側の外周面がタービンケーシング４の内側へと次第に近づく割合、即ち、傾斜角度は、リークジェット（漏れ出た流体）が動翼２に作用した後の主流ガスに合流した際に、主流ガスの流れを大きく乱すことのない流入角度とするために、動翼２に作用した主流ガスの流れ方向に対して３０°以下がよいとされている。

最下流に位置するシールフィン（封止手段）５ｃと動翼シュラウド３ｃとの間から導出されたリークジェットは、タービンケーシング４の壁面（壁部）４ｂおよび角部（端部）４ｄに衝突することなく主流ガス側へと導出される。
また、最下流に位置するシールフィン５ｃと動翼シュラウド３ｃとの間から導出されたリークジェットは、各動翼２に作用した後の主流ガスの流れ方向に対して小さな流入角度をもって合流する。

以上の通り、本実施形態に係るシール構造、これを備えたタービン機械およびこれを備えた発電プラントによれば、以下の作用効果を奏する。
動翼シュラウド(シュラウド)３ｃの下流側の外周面（タービンケーシング４に対向している側の面）は、動翼（翼）２に作用する主流ガス（主流流体）の流れ方向に沿って次第にタービンケーシング（構造体）４に近づくように傾斜するように設けることとした。そのため、最下流に位置するシールフィン（封止手段）５ｃと動翼シュラウド３ｃとの間から漏れ出たリークジェット（漏れ出た流体）を動翼２に作用した主流ガスに直接合流させず、また、キャビティ（空間部）７内に動翼２に作用した主流ガスが巻き込まれることを更に抑制することができる。したがって、リークジェットが主流ガスに合流することによるミキシングロスを低減することができる。

なお、上述した第１〜第３実施形態では、タービン機械としてガスタービンを用いて説明したが、蒸気タービンなど他のタービン機械であっても良い。
また、上述した第１〜第３実施形態では、翼を動翼２とし、構造体をタービンケーシング４として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、翼を静翼とし、構造体を回転軸体としても良い。

図４には、前述した第１実施形態の変形例として、翼を静翼とし構造体を回転軸体とした場合の概略構成図が示されている。
回転軸体（構造体）２０は、前述した静翼列（図示せず）および動翼列６（図１参照）を通過する主流ガス（主流流体）の流れ方向に延在している棒状形状とされている。回転軸体２０の外周は、回転軸体２０の中心軸方向に向かって凹形状になるように形成されている。回転軸体２０の外周に設けられている凹形状は、静翼（翼）２２の上流側の壁面（壁部）２０ａと、静翼２２の下流側の壁面２０ｂと、壁面２０ａおよび壁面２０ｂを接続しており静翼シュラウド（シュラウド）２３の径方向内方側に対向するように位置している壁面２０ｃとによって形成されている。これにより、回転軸体２０の外周に設けられている凹形状は、回転軸体２０の中心軸方向に向って窪むこととなる。

回転軸体２０の外周に設けられている凹形状を形成している壁面２０ｃには、シールフィン２５の基端が接続されている。シールフィン２５は、少なくとも１つ以上のシールフィン２５、例えば３つを備えている。各シールフィン２５ａ、２５ｂ、２５ｃは、回転軸体２０の壁面２０ｃから静翼シュラウド２３に向かって径方向外方側に延在している。静翼シュラウド２３に向かって延在している各シールフィン２５ａ、２５ｂ、２５ｃの先端は、静翼シュラウド２３の回転軸体２０に対向する側の面（以下、「内周面」という。）と所定の間隙を有して離反している。なお、シールフィン２５は、３つに限られることはなく、１つ、２つ、または、４つ以上でもよい。

これらシールフィン２５ａ、２５ｂ、２５ｃによって、静翼２２と回転軸体２０との間から漏れ出たガス（漏れ出た流体）が、静翼シュラウド２３と回転軸体２０との間から静翼２２の下流側へと漏洩する漏洩量を低減している。なお、静翼シュラウド２３の内周面と各シールフィン２５ａ、２５ｂ、２５ｃの先端との径方向における所定の間隙とは、運転中に静翼２２と回転軸体２０との間から漏れ出たガス（以下、「リークジェット」という。）の漏洩量を最小限に抑えることが可能な径方向における距離とされている。

静翼２２は、その先端に静翼シュラウド２３を有している。静翼シュラウド２３は、隣り合う静翼シュラウド２３同士が接触して筒状を形成している。静翼シュラウド２３の内周面は、静翼２２に作用した主流ガスの流れ方向に対して略平行とされている。

キャビティ（空間部）２７は、静翼シュラウド２３の下流側およびシールフィン２５のうち最下流に位置するシールフィン（封止手段）２５ｃの下流側と、回転軸体２０の凹形状の下流側の壁面２０ｂおよび壁面２０ｃとによって形成され、静翼２２に作用した主流ガスに連通している。キャビティ２７を形成している回転軸体２０の壁面２０ｂの外周側の角部（端部）２０ｄは、静翼シュラウド２３の内周面に沿って延長し、静翼シュラウド２３の下流側に延在している静翼シュラウド用延長線（シュラウド用延長線）３１、および、それに対して所定の間隙を有して略平行に設けられている最下流に位置するシールフィン２５ｃの先端を通って最下流に位置するシールフィン２５ｃの下流側に延在しているシールフィン用延長線（封止手段用延長線）３０から離反するとともに、シールフィン用延長線３０からみて静翼シュラウド用延長線３１とは反対側に位置している。

なお、静翼シュラウド用延長線３１とシールフィン用延長線３０との間の所定の間隙とは、静翼シュラウド３１と最下流に位置するシールフィン２５との間から漏れ出るリークジェットの漏洩量を最小限に抑えることが可能な径方向における距離とされている。

次に、主流ガスおよびリークジェットの流れについて説明する。
各静翼２２に導かれた主流ガスの一部は、静翼２２の上流側から静翼シュラウド２３と回転軸体２０との間に漏れ出る。静翼シュラウド２３と回転軸体２０との間に漏れ出た主流ガスは、静翼シュラウド２３と最下流に位置するシールフィン２５ｃとの間から導出されてリークジェットとなる。

静翼シュラウド２３と最下流に位置するシールフィン２５ｃとの間から導出されたリークジェットは、シールフィン用延長線３０と静翼シュラウド用延長線３１とによって挟まれている領域に導出される。ここで、回転軸体２０の下流側の壁面２０ｂの角部２０ｄは、静翼シュラウド用延長線３１およびシールフィン用延長線３０から離反するとともに、シールフィン用延長線３０から見て静翼シュラウド用延長線３１とは反対側に位置しているので、シールフィン用延長線３０と静翼シュラウド用延長線３１との間から導出されたリークジェットは、回転軸体２０の下流側の壁面２０ｂおよびに角部２０ｄに衝突することなく主流ガス側へと導出される。

シールフィン用延長線３０と静翼シュラウド用延長線３１との間から導出されたリークジェットは、各静翼２２に作用した後の主流ガスの流れ方向に対して小さな流入角度をもって合流する。この流入角度は、３０°以下がよいとされるが、小さければ小さいほど好ましいため、主流ガスの流れ方向に対して平行に近い角度であれば更によく、平行な場合が最も望ましい。

また、リークジェットを回転軸体２０の下流側の壁面２０ｂおよび角部（端部）２０ｄから離反して導出させることができるので、最下流に位置するシールフィン２５ｃと静翼シュラウド２３との間から漏れ出たリークジェットが回転軸体２０の下流側の壁面２０ｂに衝突することを防止することができる。そのため、回転軸体２０の下流側の壁面２０ｂにリークジェットが衝突することによって、衝突したリークジェットが回転軸体２０の下流側の壁面２０ｂに沿って径方向外方側に移動して、図６に示す破線のように反時計回りに流れる渦が形成され、その渦と主流ガスが合流する際に、渦と主流ガスが逆方向に流れて、静翼２２に作用した主流ガスをキャビティ２７内に巻き込むことを抑制することができる。すなわちリークジェットは、図４に示した破線のようにキャビティ２７内を時計回りに流れることとなる。
そのため、静翼２２に作用した主流ガスの流れを大きく乱すことなくリークジェットを合流させることができ、リークジェットが主流ガスの流れに合流することによるミキシングロスを低減することができる。

なお、静翼シュラウド２３の内周面は、本変形例で示した形状以外の形状であっても良く、図２に示した動翼シュラウド３ｂや図３に示した動翼シュラウド３ｃの下流側の外周面のように傾斜していてもよい。
すなわち、最下流に位置するシールフィン２５ｃと所定の間隙を有して離反している静翼シュラウド２３の下流側の内周面とは、静翼２２に作用する主流ガスの流れ方向に沿って次第に回転軸体２０から離反するように傾斜するものであったり、静翼２２に作用する主流ガスの流れ方向に沿って次第に回転軸体２０に近づくように傾斜するものであってもよい。
このように、静翼シュラウド２３の下流側の内周面を傾斜させた場合、これらの傾斜角度は、リークジェットが静翼２２に作用した後の主流ガスに合流した際に、主流ガスの流れを大きく乱すことのない流入角度とするために、静翼２２に作用した主流ガスの流れ方向に対して３０°以下がよいとされている。

２ 動翼（翼）
３（３ａ，３ｂ，３ｃ） 動翼シュラウド （シュラウド）
４ タービンケーシング（構造体）
４ｂ 壁面（壁部）
４ｄ 角部（端部）
５ｃ 最下流に位置するシールフィン（封止手段）
７ キャビティ（空間部）
１０ シールフィン用延長線（封止手段用延長線）
１１ 動翼シュラウド用延長線（シュラウド用延長線）

Claims (7)

1. 主流流体が作用する複数の静翼の先端に設けられ、隣り合うそれぞれが接触して筒状となるシュラウドと、
   該シュラウドに対向して設けられる回転軸体に接続される封止手段と、
   前記シュラウドの下流側と、前記封止手段の下流側と、前記回転軸体の下流側の壁部とによって形成され、前記静翼に作用した主流流体に連通する空間部と、を備え、
   前記回転軸体が、前記静翼および前記シュラウドを内包する形状であり、
   前記回転軸体の下流側の前記壁部の端部が、前記シュラウドの下流側に延在するシュラウド用延長線と、該シュラウド用延長線に対して所定の間隙を有して平行に設けられる前記封止手段の下流側に延在する封止手段用延長線とから離反するとともに、前記封止手段用延長線から見て前記シュラウド用延長線とは反対側に位置するように形成されているシール構造。
2. 前記シュラウドの前記回転軸体に対向する側の面は、前記静翼に作用した主流流体の流れ方向と平行に設けられる請求項１に記載のシール構造。
3. 前記シュラウドの前記回転軸体に対向する側の面は、前記静翼に作用する主流流体の流れ方向に沿って次第に前記回転軸体から離反するように傾斜する請求項１または請求項２に記載のシール構造。
4. 前記シュラウドの前記回転軸体に対向する側の面は、前記静翼に作用する主流流体の流れ方向に沿って次第に前記回転軸体に近づくように傾斜する請求項１または請求項２に記載のシール構造。
5. 主流流体が作用する複数の翼の先端に設けられ、隣り合うそれぞれが接触して筒状となるシュラウドと、
   該シュラウドに対向して設けられる構造体に接続される封止手段と、
   前記シュラウドの下流側と、前記封止手段の下流側と、前記構造体の下流側の壁部とによって形成され、前記翼に作用した主流流体に連通する空間部と、を備え、
   前記構造体が、前記翼および前記シュラウドを内包する形状であり、
   前記構造体の下流側の前記壁部の端部が、前記シュラウドの下流側に延在するシュラウド用延長線と、該シュラウド用延長線に対して所定の間隙を有して平行に設けられる前記封止手段の下流側に延在する封止手段用延長線とから離反するとともに、前記封止手段用延長線から見て前記シュラウド用延長線とは反対側に位置するように形成され、
   前記シュラウドの前記構造体に対向する側の面は、前記翼に作用する主流流体の流れ方向に沿って次第に前記構造体に近づくように傾斜するシール構造。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のシール構造を備えるタービン機械。
7. 請求項６に記載のタービン機械を備える発電プラント。

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