JP6601677B2

JP6601677B2 - シール装置及び回転機械

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Publication number: JP6601677B2
Application number: JP2016027004A
Authority: JP
Inventors: 昂平尾▲崎▼; 秀和上原; 亜積吉田; 豊治西川; 英治小西; 西本　　慎
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2019-11-06
Anticipated expiration: 2036-02-16
Also published as: JP2017145859A; DE112017000843T5; US11319825B2; WO2017142011A1; CN108603603B; DE112017000843B4; CN108603603A; KR102095667B1; US20210222577A1; KR20180100644A

Description

本発明は、シール装置及び回転機械に関する。

蒸気タービン、ガスタービン、軸流圧縮機等の回転機械では、圧力損失の一つとして、動翼の先端とこの先端に近接して対向するステータの内周面との間を、蒸気やガス等の動作流体が漏れて通り抜けてしまうことで生じる損失がある。この損失を低減させてタービン効率を向上させるべく動翼の先端とステータとの間にシール装置を設けている。このようなシール装置としては、例えば、動翼とステータとが接触した場合でも、いずれの部材も損傷させないアブレイダブルシールがある。

特許文献１では、コンプレッサインペラと、アブレイダブルシールと、が設けられたシール装置が開示されている。このシール装置では、アブレイダブルシールがコンプレッサインペラと対向する丸角領域に設けられている。コンプレッサインペラのブレードは、アブレイダブルシールに対して斜め方向に突出して配設されている。

特開２０１１−１５３５７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のシール装置が設けられた回転機械では、運転中に、回転軸の軸線方向への熱伸びや回転軸の径方向への偏心が生じる場合がある。熱伸びや径方向への偏心が生じると、コンプレッサインペラのブレードによってアブレイダブルシールが削られる。このようにアブレイダブルシールが削られるとブレードとアブレイダブルシール間の隙間が大きくなり、シール性が低下してしまう。

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、軸線方向の熱伸び及び径方向への偏心によってシール性が低下してしまうことを抑えることが可能なシール装置及び回転機械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、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様におけるシール装置は、軸線回りに回転するロータの外周面と、該外周面を外周側から覆うステータの内周面との間の隙間をシールするシール装置であって、前記ステータに設けられて、前記ロータに対向する面に凸部と凹部とが軸線方向に交互に形成された快削材を有するシールリングと、前記シールリングの快削材における凸部又は凹部に対応する軸線方向位置で、前記ロータの外周面から径方向外側に突出する複数の径方向フィンと、前記ロータの外周面から、前記シールリングの快削材における前記軸線方向の両端に向かって該両端の外側から斜めに突出する斜め方向フィンと、を備える。

このような構成によれば、ロータの軸線方向への熱伸びや径方向への偏心等により、径方向フィンと快削材との間の隙間が大きくなったとしても、斜め方向フィンと快削材との間の隙間の距離を維持することができる。そのため、動翼の先端面とシールリングの内周面との間のシール性を維持することができる。

本発明の第二の態様におけるシール装置では、第一の態様において、前記シールリングの前記軸線方向の両端に設けられた凸部又は凹部における前記快削材の厚みが、その他の凸部又は凹部における前記快削材の厚みより厚くてもよい。

このような構成によれば、径方向フィンの先端の径方向の位置より径方向外周側に先端を有する斜め方向フィンと、シールリングとが接触することを避けることができる。したがって、斜め方向フィン及びシールリングが破損することを避けることができる。

本発明の第三の態様におけるシール装置では、第一の態様又は第二の態様において、前記快削材の前記斜め方向フィンと対向する面が、前記斜め方向フィンに向かって凸の曲面であってもよい。

このような構成によれば、斜め方向フィンと快削材とが接触した際の接触抵抗を低減することができる。そのため、斜め方向フィンの延在方向から斜め方向フィンが快削材に接触した場合でも、斜め方向フィンが安定的に快削材を削ることができ、シール性が低下することを避けることができる。

本発明の第四の態様におけるシール装置では、第一の態様から第三の態様において、前記斜め方向フィンの先端の前記軸線方向の位置が、前記シールリングと重なっていない構成でもよい。

このような構成によれば、径方向にロータが偏心した場合に、斜め方向フィンの先端がシールリングと接触することを避けることができる。したがって、斜め方向フィン及びシールリングが破損することを避けることができる。

本発明の第五の態様におけるシール装置では、第一の態様から第四の態様において、前記斜め方向フィンの先端の前記径方向の位置が、前記軸線方向の両端に設けられた凸部又は凹部における前記快削材と軸線方向に重なる位置にある構成でもよい。

このような構成によれば、軸線方向にロータが熱伸びした場合でも、斜め方向フィンの先端と快削材とが接触し、動翼の先端面とシールリングの内周面との間のシール性を維持することができる。

本発明の第六の態様におけるシール装置では、第一の態様から第五の態様において、前記斜め方向フィンが複数あり、前記軸線方向に対向しない向きに傾斜する二つの斜め方向フィンの間に、シール部材が配設されていてもよい。

このような構成によれば、斜め方向フィンを導入したことに伴い形成される隣接するシールリング間の軸線方向の隙間においても、動翼の先端面とシールリングの内周面との間のシール性を維持することができる。

本発明の第七の態様における回転機械は、軸線回りに回転するロータと、前記ロータの径方向の外側から覆うステータと、第一の態様から第六の態様のいずれか一つに記載のシール装置とを備える。

このような構成によれば、ロータの外周面とステータの内周面との間の隙間のシール性の低下を抑え、漏れ損失を低減させてタービン効率を高めることができる。

本発明によれば、軸線方向の熱伸び及び径方向への偏心によってシール装置及び回転機械のシール性が低下してしまうことを抑えることができる。

本発明の第一実施形態の回転機械の全体構成を示す模式図である。本発明の第一実施形態のシール装置を示す縦断面図である。本発明の第一実施形態のシール装置の要部拡大図である。本発明の第一実施形態のシール装置において、径方向フィンと斜め方向フィンとが軸線方向に移動した様子を示す要部拡大図である。本発明の第一実施形態のシール装置において、径方向フィンと斜め方向フィンとが径方向に移動した様子を示す要部拡大図である。本発明の第一実施形態のシール装置において、径方向フィンと斜め方向フィンとが軸線方向及び径方向に移動した様子を示す要部拡大図である。本発明の第二実施形態のシール装置の要部拡大図である。本発明の第二実施形態のシール装置の変形例の要部拡大図である。

《第一実施形態》
以下、本発明に係る第一実施形態の回転機械について図１〜図６を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の回転機械は、蒸気タービン１００である。蒸気タービン１００は、蒸気Ｓのエネルギーを回転動力として取り出す外燃機関であって、発電所における発電機等に用いられる。蒸気タービン１００は、ケーシング１０と、ロータ２０と、静翼３０と、軸受部４０と、シール装置５０とを備えている。本明細書では、ケーシング１０と静翼３０を合せたものをステータという。ロータ２０の径方向外側に配設される部材がステータであり、ケーシング１０及び静翼３０はステータの一部である。

ケーシング１０は、内部の空間が気密に封止されているとともに、蒸気Ｓの流路が内部に形成されている。ケーシング１０は、ロータ２０の径方向Ｄｒの外側からロータ２０を覆っている。

ロータ２０は、図１に示すように、ケーシング１０を貫通するように軸線Ｏに沿って延びて軸線Ｏ回りに回転する。ロータ２０は、動翼２１が設けられている。ロータ２０は、動翼２１が設けられた中間部分がケーシング１０の内部に収容されている。ロータ２０は、その両端部が、ケーシング１０の外部に突出している。ロータ２０は、ケーシング１０から外方に突出した両端部が、軸受部４０により回転可能に支持されている。

動翼２１は、ロータ２０の周方向に複数並んで配置されている。複数の動翼２１は、環状をなしてロータ２０の外周面に設けられている。動翼２１は、ロータ２０の軸線方向Ｄａに流れる蒸気Ｓの圧力を受けて軸線Ｏ回りにロータ２０を回転させる。動翼２１は、径方向Ｄｒの外側を向く先端面２１ａが、後述するシール装置５０におけるシールリング５１の径方向Ｄｒの内側を向く内周面と対向している。

静翼３０は、ロータ２０の周方向に沿って並んでケーシング１０の内側を向く面に複数設けられている。静翼３０は、ロータ２０と径方向Ｄｒに間隔を空けて配置されている。静翼３０は、動翼２１と軸線方向Ｄａに間隔を空けて配置されている。

軸受部４０は、ロータ２０を軸線Ｏ回りに回転可能に支持している。軸受部４０は、ロータ２０の両端部にそれぞれ設けられたジャーナル軸受４１と、ロータ２０の一端側に設けられたスラスト軸受４２と、を備えている。

シール装置５０は、軸線Ｏ回りに回転するロータ２０の外周面と、外周面をロータ２０の径方向Ｄｒの外側から覆うステータの内周面との間の隙間をシールしている。本実施形態のシール装置５０は、動翼２１の先端面２１ａと、シールリング５１の内周面との間の隙間をシールしている。動翼２１の先端面２１ａは、ロータ２０の外周面の一部に対応する。

シール装置５０は、図２及び図３に示すように、快削材５６を有するシールリング５１と、径方向フィン５２と、斜め方向フィン５５とを備えている。つまり、本実施形態のシール装置５０は、アブレイダブルシールの一種である。径方向フィン５２は、長尺の長尺フィン５３と、短尺の短尺フィン５４とからなる。

シールリング５１は、周方向に分割可能なリング状の部材である。シールリング５１は、軸線Ｏ回りに回転するロータ２０の外周面を径方向Ｄｒの外側から覆っている。本実施形態のシールリング５１は、図２に示すように、動翼２１の先端の先端面２１ａを径方向Ｄｒの外側から覆っている。シールリング５１の内周面には、径方向Ｄｒの内側に突出する凸部５１Ａと、径方向Ｄｒの外側に凹む凹部５１Ｂとが軸線Ｏの延びる軸線方向Ｄａに隣接して配置されている。凸部５１Ａ及び凹部５１Ｂは、軸線方向Ｄａに交互に並んで複数配置されている。

シールリング５１の内周面には、快削材５６が設けられている。快削材５６は、シールリング５１の凸部５１Ａ及び凹部５１Ｂを覆うように設けられ、シールリング５１の凸部５１Ａに従った凸部５６Ａと、シールリング５１の凹部５１Ｂに従った凹部５６Ｂと、を有する。快削材５６は、径方向フィン５２及び斜め方向フィン５５よりも被削性に優れた材料がケーシング１０の内周面に溶射されることで、層状をなして形成されている。

快削材５６の厚みは、快削材５６の軸線方向Ｄａの両端に設けられた凸部５６Ａ又は凹部５６Ｂを除き、原則一定となるように形成されている。軸線方向Ｄａの両端に設けられた快削材５６の凸部５６Ａ又は凹部５６Ｂの厚みＤは、その他の凸部５６Ａ及び凹部５６Ｂの厚みｄより厚く形成されている。

快削材５６は、図３に示すように、短尺フィン５４の頂面５４ａと対向する短尺対向面５６ａと、長尺フィン５３の頂面５３ａと対向する長尺対向面５６ｂと、短尺対向面５６ａと長尺対向面５６ｂを繋ぐ傾斜面５６ｃと、シールリング５１の両端に繋がる端面５６ｄを有している。

短尺対向面５６ａは、快削材５６の凸部５６Ａの径方向Ｄｒの内側を向く面である。短尺対向面５６ａは、軸線方向Ｄａに隣接する傾斜面５６ｃの径方向Ｄｒの内側の端部を繋ぐ面である。短尺対向面５６ａは、短尺フィン５４の先端に対して、径方向Ｄｒに微小な隙間を設けた位置に形成されている。

長尺対向面５６ｂは、快削材５６の凹部５６Ｂの径方向Ｄｒの内側を向く面である。長尺対向面５６ｂは、軸線方向Ｄａに隣接する傾斜面５６ｃの径方向Ｄｒの外側の端部を繋ぐ面である。長尺対向面５６ｂは、長尺フィン５３の先端に対して、径方向Ｄｒに微小な隙間を設けた位置に形成されている。

傾斜面５６ｃは、軸線方向Ｄａを含む方向を向いて長尺フィン５３と向かい合っている。ここで、軸線方向Ｄａを含む方向とは、軸線方向Ｄａの成分を含む方向である。本実施形態の軸線方向Ｄａを含む方向とは、軸線方向Ｄａ及び径方向Ｄｒに対して傾斜下方向である。傾斜面５６ｃは、長尺フィン５３の軸線方向Ｄａを向く面である側面と向かい合う面である。傾斜面５６ｃは、短尺対向面５６ａと長尺対向面５６ｂとを繋ぐ面である。傾斜面５６ｃは、径方向Ｄｒの外側から内側に向かうにしたがって長尺フィン５３の側面から離れるように傾斜している。傾斜面５６ｃは、長尺フィン５３の軸線方向Ｄａの中心位置から離れるように傾斜している。つまり、傾斜面５６ｃは、凹凸形状の凹部分が径方向Ｄｒの内側に向かうにしたがって広がるように傾斜している。したがって、傾斜面５６ｃは、長尺フィン５３を挟んで配置された一組の傾斜面は、異なる方向を向いて傾斜している。

端面５６ｄは、快削材５６の凸部５６Ａ又は凹部５６Ｂからシールリング５１の軸線方向Ｄａの側面５１ｄに繋がる面である。端面５６ｄは、斜め方向フィン５５の先端に対して凸の曲面であり、斜め方向フィン５５が延在する方向に微小な隙間を設けた位置に形成されている。端面５６ｄが斜め方向フィン５５に対して凸の曲面であるため、斜め方向フィン５５は端面５６ｄに対して直交する方向から接触する。

径方向フィン５２は、ロータ２０の外周面から径方向Ｄｒ外側に突出している。径方向フィンは、長尺フィン５３と短尺フィン５４とからなる。

長尺フィン５３は、軸線方向Ｄａの凹部５６Ｂに対応する位置で、ロータ２０の外周面である動翼２１の先端面２１ａから径方向Ｄｒの外側に突出している。長尺フィン５３は、動翼２１の先端面２１ａに沿って周方向に延びているシールフィンである。長尺フィン５３は、径方向Ｄｒの外側を向く面である先端の頂面５３ａが快削材５６に対して隙間を空けるように突出している。長尺フィン５３は、軸線方向Ｄａに離れて複数配置されている。長尺フィン５３は、隣接する短尺フィン５４の間で、一カ所の凹部５６Ｂの位置に対応して一つ配置されている。長尺フィン５３は、軸線方向Ｄａの両側に配置された二つの短尺フィン５４の中間に配置されている。

短尺フィン５４は、軸線方向Ｄａの凸部５６Ａに対応する位置で、ロータ２０の外周面である動翼２１の先端面２１ａから径方向Ｄｒの外側に突出している。短尺フィン５４は、径方向Ｄｒの外側を向く面である先端の頂面５４ａが快削材５６に対して隙間を空けるように突出している。短尺フィン５４は、動翼２１の先端面２１ａに沿って周方向に延びているシールフィンである。短尺フィン５４は、軸線方向Ｄａに離れて複数配置されている。複数の短尺フィン５４は、軸線方向Ｄａに対して等間隔に配置されている。

斜め方向フィン５５は、ロータ２０の外周面から、シールリング５１の快削材５６における軸線方向Ｄａの両端に向かって、外側から斜めに突出している。すなわち、一つのシールリング５１に向かって一対の斜め方向フィン５５が、シールリング５１の軸線方向Ｄａの両端に向かって傾斜して設けられている。斜め方向フィン５５は、斜め方向フィン５５の先端面５５ａが快削材５６に対して隙間を空けるように突出している。

斜め方向フィン５５の先端の径方向Ｄｒの位置は、短尺フィン５４の先端の径方向Ｄｒの位置よりシールリング５１側にある。また斜め方向フィン５５の先端の径方向Ｄｒの位置は、軸線方向Ｄａの両端に設けられた凸部５６Ａ又は凹部５６Ｂにおける快削材５６と軸線方向Ｄａに重なる位置にある。すなわち、斜め方向フィン５５の先端の径方向Ｄｒの位置は、軸線方向Ｄａの両端に設けられた凸部５６Ａ又は凹部５６Ｂにおける快削材５６の動翼２１側の面の径方向Ｄｒの位置よりシールリング５１側にあり、軸線方向Ｄａの両端に設けられた凸部５６Ａ又は凹部５６Ｂにおける快削材５６のシールリング５１側の面の径方向Ｄｒの位置より動翼２１側にある。

上述のように、軸線方向Ｄａの両端に設けられた快削材５６の凸部５６Ａ又は凹部５６Ｂの厚みＤは、その他の凸部５６Ａ及び凹部５６Ｂの厚みｄより厚く、ロータ２０に熱伸び及び偏心等が生じても斜め方向フィン５５がシールリング５１と接触しないように設計されている。

斜め方向フィン５５の先端の軸線方向Ｄａの位置は、シールリング５１の軸線方向Ｄａの位置と重ならない位置である。すなわち、シールリング５１の側面５１ｄよりシールリング５１の軸線方向Ｄａ外側に、斜め方向フィン５５の先端が配設されている。そのため、ロータ２０に偏心等により斜め方向フィン５５が径方向Ｄｒに移動しても、斜め方向フィン５５の先端とシールリング５１が接触することを避けることができる。

上記のようなシール装置５０では、動翼２１の先端面２１ａに設けられた複数の径方向フィン５２と一対の斜め方向フィン５５が、シールリング５１の内周面を覆う快削材５６との間に微小な隙間を形成している。そのため、動翼２１の先端面２１ａとシールリング５１の内周面との間の隙間をシールすることができ、この隙間からの軸線方向Ｄａへの漏れを抑えることができる。

また、蒸気タービン１００が運転されると、ロータ２０に熱伸びが生じることによりロータ２０とステータの軸線方向Ｄａの位置関係がずれることや、ロータ２０が偏心することによりロータ２０とステータの径方向Ｄｒの位置関係がずれることがある。いずれの場合においても、本実施形態におけるシール装置５０は、高いシール性を確保することができる。以下、それぞれの場合に分けて具体的に説明する。

まず、図４に示すように、ロータ２０に熱伸びが生じると、径方向フィン５２（長尺フィン５３及び短尺フィン５４）及び斜め方向フィン５５の軸線方向Ｄａの位置が変化する。上記のように、本実施形態のシール装置５０では、斜め方向フィン５５の先端の先端面５５ａの径方向Ｄｒの位置が、凸部５１Ａの径方向Ｄｒを向く面と、快削材５６の短尺対向面５６ａとの間に配置されている。そのため、短尺フィン５４の軸線方向Ｄａの位置が短尺対向面５６ａの軸線方向Ｄａの位置と重ならない位置までずれた場合に、快削材５６と斜め方向フィン５５とが接触する。したがって、短尺フィン５４の軸線方向Ｄａの位置が短尺対向面５６ａに対して大きくずれてしまっても、削られた快削材５６と斜め方向フィン５５とによって、動翼２１の先端面２１ａとシールリング５１との間の隙間が大きくなってしまうことを抑えることができる。これにより、熱伸びによって短尺フィン５４の位置がずれてもシール性が低下してしまうことを抑えることができる。

また、斜め方向フィン５５の先端面５５ａと向かい合う端面５６ｄが、斜め方向フィン５５の先端面５５ａに向かって凸の曲面である。そのため、斜め方向フィン５５が軸線方向Ｄａに移動して端面５６ｄと接触した場合の抵抗を低減することができる。したがって、斜め方向フィン５５が軸線方向Ｄａに移動した場合に、快削材５６を斜め方向フィン５５によって安定して削ることができる。これにより、快削材５６と接触している斜め方向フィン５５によって、斜め方向フィン５５と快削材５６との間の隙間が大きくなってしまうことを安定して抑えることができる。

次に、図５に示すように、ロータ２０が偏心すると、径方向フィン５２（長尺フィン５３及び短尺フィン５４）及び斜め方向フィン５５の径方向Ｄｒの位置が変化する。ロータ２０の偏心は、継続的な回転に伴い徐々に生じる場合と、突発的な事象により突然生じる場合がある。本実施形態のシール装置５０では、斜め方向フィン５５の先端の先端面５５ａの軸線方向Ｄａの位置が、シールリング５１の軸線方向Ｄａと重ならない位置に設けられている。そのため、斜め方向フィン５５の径方向Ｄｒの位置が変化しても、シールリング５１と接触することはない。

また長尺フィン５３及び短尺フィン５４の径方向Ｄｒの位置が変化すると、長尺フィン５３及び短尺フィン５４と快削材５６とが接触する。そのため、削られた快削材５６と長尺フィン５３及び短尺フィン５４とによって、動翼２１の先端面２１ａとシールリング５１との間の隙間が大きくなってしまうことを抑えることができる。また斜め方向フィン５５の先端面５５ａの径方向の位置が変化しても、斜め方向フィン５５の先端面５５ａと快削材５６との間の隙間の間隔は変化しない。そのため、斜め方向フィン５５と快削材５６との間の隙間が大きくなってしまうこともない。

最後に、図６に示すように、ロータ２０の熱伸びとロータ２０の偏心が共に生じた場合、径方向フィン５２（長尺フィン５３及び短尺フィン５４）及び斜め方向フィン５５の軸線方向Ｄａ及び径方向Ｄｒの位置が変化する。本実施形態のシール装置５０では、シールリング５１の軸線方向Ｄａの両端に設けられた凸部５６Ａ又は凹部５６Ｂにおける快削材５６の厚みＤが、その他の凸部５６Ａ又は凹部５６Ｂにおける快削材５６の厚みｄより厚い。そのため、先端面５５ａの径方向Ｄｒの位置が、短尺フィン５４の頂面５４ａの位置より外周側にある斜め方向フィン５５によって快削材５６が削られても、斜め方向フィン５５とシールリング５１とが接触することを避けることができる。

また長尺フィン５３、短尺フィン５４及び斜め方向フィン５５のそれぞれは、快削材５６を削るため、それぞれの頂面と快削材５６の間の隙間が大きくなることはない。そのため、ロータ２０の熱伸びとロータ２０の偏心が共に生じた場合でも、シール性が低下してしまうことを抑えることができる。

このようなシール構想を用いた蒸気タービン１００によれば、動翼２１の先端面２１ａとステータの内周面との間の隙間のシール性の低下を抑え、漏れ損失を低減させてタービン効率を高めることができる。

《第二実施形態》
次に、図７及び図８を参照して第二実施形態のシール装置について説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態のシール装置は、斜め方向フィンが複数あり、軸線方向に対向しない向きに傾斜する二つの斜め方向フィンの間にシール部材が配設されている点について、第一実施形態と相違する。すなわち、軸線方向に配列する複数のシールリングの間に、シール部材が設けられている点について、第一実施形態と相違する。

シール部材には、蒸気タービン等において蒸気の漏れを防ぐために用いられている公知のものを用いることができる。例えば、シール部材として、シールリングを単独で用いたり、ラビリンスシールを用いたりすることができる。

図７に示すように第二実施形態のシール装置５０Ａにおいて、斜め方向フィン５５の先端面５５ａの径方向の位置を快削材５６に近づけるために、斜め方向フィン５５は動翼２１の先端面２１ａから突出する突出部２１Ａに形成される。突出部２１Ａは、隣接するシールリング５１の間に設けられる。すなわち、突出部２１Ａは、軸線方向Ｄａに対向しない向きに傾斜する二つの斜め方向フィン５５の間に設けられる。そのため、突出部２１Ａの幅分だけ隣接するシールリング５１の間に隙間がある。図７に示す第二実施形態のシール装置５０Ａでは、この隙間にシール部材として単独のシールリング６０が設けられている。単独のシールリング６０の先端面６０ａは、突出部２１Ａの頂面２１Ａａに対向し、突出部２１Ａの頂面２１Ａａと近接する位置に配設されている。

上記のような第二実施形態のシール装置５０Ａによれば、単独のシールリング６０と突出部２１Ａによって、動翼２１の先端面２１ａとステータの内周面との間の隙間のシール性の低下をより抑えることができる。すなわち、このようなシール装置５０Ａを備える蒸気タービンの漏れ損失を低減させ、タービン効率を高めることができる。

また、第二実施形態のシール装置の変形例として、図８に示すように、隣接するシールリング５１の軸線方向Ｄａの間の隙間にラビリンスシール６１を設けてもよい。図８に示すラビリンスシール６１は、動翼２１から外周方向に突出する突出部２１Ａと、突出部２１Ａと対向する支持部６２と、支持部６２から突出部２１Ａに向かって突出するシールフィン６３を有する。突出部２１Ａの頂面には、凸部２１ＡＡと凹部２１ＡＢが形成され、凹凸形状を形成している。シールフィン６３は、突出部２１Ａの凹部２１ＡＢと軸線方向Ｄａ対応する位置に設けられた長尺シールフィン６４と、突出部２１Ａの凸部２１ＡＡと軸線方向Ｄａ対応する位置に設けられた短尺シールフィン６５と、からなる。シールフィン６３の先端の径方向Ｄｒの位置は、突出部２１Ａの頂面２１Ａａと隙間をあけた位置にある。

上記のような第二実施形態のシール装置５０Ａによれば、シールフィン６３と突出部２１Ａによって、動翼２１の先端面２１ａとステータの内周面との間の隙間のシール性の低下をより抑えることができる。また突出部２１Ａの凸部２１ＡＡ及び凹部２１ＡＢと、シールフィン６３を構成する長尺シールフィン６４及び短尺シールフィン６５によって、蒸気の流路の断面形状が蛇行した櫛歯形状となっているため、より蒸気の漏れを防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

シール装置５０は、蒸気タービン１００に限定されるものではない。シール装置５０は、例えば、ガスタービンや圧縮機等の回転機械に適用することができる。

また、本実施形態では、快削材５６が、長尺フィン５３の側面から離れるように傾斜した傾斜面５６ｃを有していたがこれに限定されるものではない。例えば、短尺対向面５６ａと長尺対向面５６ｂとを繋ぐ面が傾斜しておらず、動翼２１の先端面２１ａに対して垂直な面であってもよい。

また、本実施形態では、快削材５６の凸部５５Ａ及び凹部５６Ｂはシールリング５１の凸部５１Ａ及び凹部５１Ｂを反映して設けられているが、シールリング５１の内周面を平坦面として、その平坦面上に溶射により快削材５６の凸部５６Ａ及び凹部５６Ｂを設けてもよい。

１００…蒸気タービンＤａ…軸線方向Ｄｒ…径方向Ｓ…蒸気Ｏ…軸線１０…ケーシング２０…ロータ２１…動翼２１ａ…先端面２１Ａ…突出部３０…静翼４０…軸受部４１…ジャーナル軸受４２…スラスト軸受５０，５０Ａ，５０Ｂ…シール装置５１…シールリング５１Ａ，５６Ａ，２１ＡＡ…凸部５１Ｂ，５６Ｂ，２１ＡＢ…凹部５１ｄ…側面５２…径方向フィン５３…長尺フィン５４…短尺フィン５５…斜め方向フィン５６…快削材５６ａ…短尺対向面５６ｂ…長尺対向面５６ｃ…傾斜面５６ｄ…端面６０…単独のシールリング６１…ラビリンスシール６２…支持部６３…シールフィン６４…長尺シールフィン６５…短尺シールフィン

Claims

軸線回りに回転するロータの外周面と、該外周面を外周側から覆うステータの内周面との間の隙間をシールするシール装置であって、
前記ステータに設けられて、前記ロータに対向する面に凸部と凹部とが軸線方向に交互に形成された快削材を有するシールリングと、
前記シールリングの快削材における凸部又は凹部に対応する軸線方向位置で、前記ロータの外周面から径方向外側に突出する複数の径方向フィンと、
前記ロータの外周面から、前記シールリングの快削材における前記軸線方向の両端に向かって該両端の外側から斜めに突出する斜め方向フィンと、
を備えるシール装置。
前記シールリングの前記軸線方向の両端に設けられた凸部又は凹部における前記快削材の厚みが、その他の凸部又は凹部における前記快削材の厚みより厚い請求項１に記載のシール装置。
前記快削材の前記斜め方向フィンと対向する面が、前記斜め方向フィンに向かって凸の曲面である請求項１又は請求項２のいずれかに記載のシール装置。
前記斜め方向フィンの先端の前記軸線方向の位置が、前記シールリングと重なっていない請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシール装置。
前記斜め方向フィンの先端の前記径方向の位置が、前記軸線方向の両端に設けられた凸部又は凹部における前記快削材と軸線方向に重なる位置にある請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシール装置。
前記斜め方向フィンが複数あり、
前記軸線方向に対向しない向きに傾斜する二つの前記斜め方向フィンの間に、シール部材が配設されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のシール装置。
軸線回りに回転するロータと、
前記ロータの径方向の外側から覆うステータと、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のシール装置と、を備える回転機械。