WO2011122092A1 - タービン - Google Patents

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WO2011122092A1
WO2011122092A1 PCT/JP2011/051895 JP2011051895W WO2011122092A1 WO 2011122092 A1 WO2011122092 A1 WO 2011122092A1 JP 2011051895 W JP2011051895 W JP 2011051895W WO 2011122092 A1 WO2011122092 A1 WO 2011122092A1
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WO
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fin
rotation axis
upstream side
axis direction
seal
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PCT/JP2011/051895
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祥弘 桑村
松本　和幸
大山　宏治
田中　良典
朝春 松尾
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三菱重工業株式会社
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Priority to US13/519,403 priority patent/US9388701B2/en
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • F16J15/4472—Labyrinth packings with axial path
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals

Definitions

  • the present invention relates to a turbine used in a power plant, a chemical plant, a gas plant, a steel mill, a ship and the like.
  • a steam turbine including a plurality of blades provided radially on a shaft body is used on the downstream side.
  • the pressure energy of the steam is converted into velocity energy by the stationary blade, and this velocity energy is converted into rotational energy (mechanical energy) by the blade.
  • a reaction turbine among the steam turbines pressure energy is converted into velocity energy even in the moving blades, and velocity energy is converted into rotational energy (mechanical energy) by reaction force from which steam is ejected.
  • a radial gap is formed between the tip of the moving blade and a casing that forms a steam flow path by surrounding the moving blade, and between the tip of the stationary blade and the shaft body.
  • a gap in the radial direction is also formed.
  • the leaked steam that passes through the gap at the tip of the moving blade downstream does not impart a rotational force to the moving blade.
  • the leaked steam passing through the gap at the tip of the stationary blade to the downstream side does not convert the pressure energy into velocity energy by the stationary blade, and therefore hardly gives the rotational force to the downstream moving blade. Therefore, in order to improve the performance of the steam turbine, it is important to reduce the amount of leaked steam that passes through the gap.
  • a step portion whose height gradually increases from the upstream side toward the downstream side in the axial direction is provided at the tip of the moving blade, and a gap is formed between the step portion and the casing.
  • a seal structure provided with seal fins is disclosed. According to such a seal structure, the leakage flow that has passed through the gap between the step portion and the seal fin collides with the step surface forming the edge of the step portion, and the flow resistance increases, thereby reducing the leakage flow rate. Is done.
  • the present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object thereof is to provide a high-performance turbine capable of further reducing the leakage flow rate.
  • the turbine according to the present invention is a turbine provided with a blade and a structure that is provided with a clearance from the tip side of the blade and that rotates relative to the blade around a rotation axis. Further, one of the tip of the blade and the portion corresponding to the tip of the structure has a stepped surface and is on the other side of the tip and the portion of the structure. A projecting step portion is provided, and a seal fin extending toward the step portion is provided on the other of the tip portion and the portion of the structure, and the blade tip portion and the structure body A cavity is formed between the seal fin and the partition facing the seal fin on the upstream side in the rotational axis direction of the structure.
  • the seal fin limits a space between the fin main body part that forms a minute gap between the step part and the upstream side of the minute gap in the rotation axis direction, and the gap between the cavity and the minute gap. And a space restricting portion that forms a small cavity.
  • the fluid that has flowed into the cavity collides with the step surface forming the edge of the step portion, that is, the surface facing the upstream side in the rotation axis direction of the step portion, the direction of the flow changes, and the upstream side
  • the main vortex swirling in a certain direction (first direction) is generated in the cavity.
  • a separation vortex that rotates in a direction opposite to the rotation direction of the main vortex (second direction) is generated.
  • this separation vortex is generated, a contraction effect is generated that reduces the leakage flow that passes through the minute gap between the fin body portion and the step portion.
  • the space limiting portion forms a small cavity between the cavity and the minute gap, the flow of the separation vortex is strengthened in the small cavity whose space is narrower than that of the cavity. Therefore, the contraction effect by the separation vortex is sufficiently enhanced, and the leakage flow rate passing through the minute gap can be further reduced.
  • the space limiting portion has a rotation axis direction wall surface extending from the fin main body portion to the upstream side in the rotation axis direction.
  • the flow of the separation vortex is restricted by the wall surface in the rotation axis direction and the fin main body. Therefore, the flow of the separation vortex is further strengthened, and the contraction effect can be further enhanced.
  • the wall surface in the direction of the rotation axis is recessed in an arc shape in a cross section at a plane including the rotation axis.
  • the peeling vortex flows in an arc shape along the wall surface in the rotation axis direction in the cross section on the plane including the rotation axis. Therefore, the flow direction of the separation vortex can be changed smoothly, and the restriction effect on the separation vortex can be strengthened. Therefore, the flow of the separation vortex is further strengthened, and the contraction effect can be further enhanced.
  • the wall surface in the rotation axis direction is connected to the fin main body portion in an arc shape in a cross section at a plane including the rotation shaft.
  • the peeling vortex flows in an arc shape along the fin main body portion from the wall surface in the rotation axis direction in the cross section on the plane including the rotation axis. Therefore, the separation vortex that flows along the wall surface in the rotation axis direction can smoothly flow along the fin body portion, and the effect of regulating the separation vortex can be strengthened. Therefore, the flow of the separation vortex is further strengthened, and the contraction effect can be further enhanced.
  • the fin main body portion extends obliquely toward the upstream side in the rotational axis direction.
  • the downflow of the separation vortex flows toward the leakage flow that flows downstream in the rotational axis direction. Therefore, in the vicinity of the tip of the fin main body, the rotational axis direction velocity component V X of the flow velocity in the flow in which the leakage flow and the downflow of the separation vortex merge is reduced.
  • the radial velocity component of the flow velocity in the flow described above joins the V R, since contraction effective as separation vortex V X / V R approaches 0 increases, the contraction effect It can be further increased.
  • the space limiting portion is provided with an interval on the upstream side in the rotation axis direction of the fin main body portion, and extends toward the step portion.
  • the wall is a radial wall that forms a gap larger than the minute gap.
  • a separation vortex and a supplemental vortex that is radially adjacent to the separation vortex and swirling in the same direction as the swirling direction of the main vortex are formed in the small cavity. Therefore, the contact flow resistance of the separation vortex is reduced. Therefore, the flow of the separation vortex is strengthened, and the contraction effect can be enhanced.
  • a plurality of the step portions are provided so that the protruding height gradually increases from the upstream side toward the downstream side in the rotation axis direction, and the other of the tip portion and the portion of the structure is At least one seal fin extending to each of the step portions is provided, and the seal fin corresponding to the step portion is a seal fin corresponding to the step portion adjacent to the downstream side in the rotation axis direction. It is desirable that the partition walls face each other. In this case, the effect of contraction due to the separation vortex is obtained for each step part, and the leakage flow rate between the blade and the structure facing the blade can be sufficiently reduced.
  • a plurality of the step portions are provided so that the projecting height gradually increases from the upstream side toward the downstream side in the rotation axis direction, and a portion of the structure corresponding to the tip portion is an annular recess.
  • the partition facing the seal fin corresponding to the step portion located on the most upstream side in the rotational axis direction of the plurality of step portions is an inner side of the concave portion on the upstream side in the rotational axis direction. It is desirable that it be formed by a wall surface. In this case, even in the step portion located on the most upstream side in the rotation axis direction, the effect of contraction due to the separation vortex is obtained, and the leakage flow rate between the blade and the structure facing the blade can be sufficiently reduced. .
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a steam turbine 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the steam turbine 1 is provided in a casing 10, a regulating valve 20 that adjusts the flow rate and pressure of the steam S flowing into the casing 10, and an inward rotation of the casing 10.
  • the casing 10 has an internal space that extends in the direction of the rotation axis and is hermetically sealed.
  • the casing 10 is a flow path for the steam S.
  • a ring-shaped partition plate outer ring 11 through which the shaft body 30 is inserted is firmly fixed to the inner wall surface of the casing 10.
  • the partition plate outer ring 11 is a “structure” in the present invention.
  • the adjustment valve 20 includes an adjustment valve chamber 21 into which steam S flows from a plurality of boilers (not shown), a valve body 22 and a valve seat 23.
  • a steam chamber 24 is formed on the downstream side of the regulating valve 20.
  • the shaft body 30 includes a shaft main body 31 and a plurality of disks 32 extending in the radial direction from the outer periphery of the shaft main body 31.
  • the shaft body 30 transmits rotational energy to a machine such as a generator (not shown).
  • a plurality of the stationary blades 40 are arranged so as to surround the shaft body 30, and are arranged radially about the shaft body 30.
  • the plurality of stationary blades 40 form an annular stationary blade group and are held by the partition plate outer ring 11 described above.
  • the inner side in the radial direction of the stationary blade 40 is connected by a ring-shaped hub shroud 41 through which the shaft body 30 is inserted, and the distal end portion of the stationary blade 40 forms a radial gap with respect to the shaft body 30.
  • Six annular stator blade groups including a plurality of stator blades 40 are formed at intervals in the rotation axis direction. The annular stator blade group converts the pressure energy of the steam S into velocity energy and guides the steam S to the moving blade 50 adjacent to the downstream side.
  • a plurality of rotor blades 50 are firmly attached to the outer peripheral portion of the disk 32 included in the shaft body 30.
  • the plurality of rotor blades 50 are arranged radially about the shaft body 30.
  • the plurality of rotor blades 50 respectively constitute an annular rotor blade group on the downstream side of each annular stator blade group.
  • the moving blade 50 is a “blade” in the present invention.
  • the annular stator blade group and the annular rotor blade group are one set and one stage. Therefore, the steam turbine 1 is configured in six stages.
  • a tip shroud 51 extending in the circumferential direction is provided at the tip of the moving blade 50.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part I in FIG.
  • the tip shroud 51 provided at the tip of the moving blade (blade) 50 is arranged to face the partition plate outer ring (structure) 11 with a gap in the radial direction of the casing 10.
  • the chip shroud 51 includes a step portion 52 (52A to 52C) having a step surface 53 (53A to 53C) and protruding toward the partition plate outer ring 11 side.
  • the chip shroud 51 includes three step units 52 (52A to 52C).
  • the step portion 52 (52A to 52C) has a surface facing the partition plate outer ring 11, and a step adjacent to the surface.
  • the three step portions 52A to 52C have projecting heights from the rotor blade 50 toward the partition plate outer ring 11 as they go from the upstream side to the downstream side in the rotational axis direction of the shaft body 30 (hereinafter referred to as “axial direction”). It arrange
  • the step surface 53 ⁇ / b> A is an end surface on the upstream side in the axial direction of the chip shroud 51.
  • the step portions 52A and 52B are connected via a step surface 53B, and the step portions 52B and 52C are connected via a step surface 53C.
  • the edge portion on the side of the partition plate outer ring 11 on the step surface 53 (53A to 53C) is referred to as the edge portion 55 of the step portion 52 (52A to 52C).
  • annular groove (annular recess) 11 a extending in the circumferential direction of the casing 10 (see FIG. 1) is formed in the partition plate outer ring 11 at a portion corresponding to the chip shroud 51.
  • a tip shroud 51 is accommodated in the annular groove 11a.
  • Three seal fins 15 (15A to 15C) extending radially inward toward the tip shroud 51 are provided on the groove bottom surface 11b of the annular groove 11a of the partition plate outer ring 11.
  • the annular groove 11 a is formed in a step shape so that the downstream side is deeper than the upstream side in the axial direction of each seal fin 15. That is, the groove bottom surface 11b of the annular groove 11a is formed in a stepped shape so as to gradually move away from the moving blade 50 from the upstream side toward the downstream side in the axial direction.
  • the seal fins 15 are provided to extend from the groove bottom surface 11b so as to correspond to the step portions 52 (52A to 52C) on a one-to-one basis. More specifically, the seal fins 15 (15A to 15C) are provided to face a portion on the upstream side in the axial direction of the step portion 52 (52A to 52C) (in the vicinity of the end edge portion 55). Further, the step surface 53 (53A to 53C) is formed slightly upstream from the seal fin 15 (15A to 15C) in the axial direction.
  • Each of the seal fins 15A to 15C has a fin body portion 16 that forms a minute gap H (H1 to H3) in the radial direction between the seal portion 15A and the step portion 52 (52A to 52C), and a shaft of the minute gap H (H1 to H3). And a space restricting portion 17 that restricts the space on the upstream side in the direction.
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view of the seal fin 15 (15A to 15C).
  • the fin main body 16 is formed in a shape with a sharp tip.
  • the fin body portion 16 is closer to the step portion 52 (52A to 52C) than the space limiting portion 17, and a minute gap H (H1 to H3) is formed between the fin body portion 16 and the step portion 52 (52A to 52C).
  • the length of the fin body portion 16 in the radial direction is approximately the same as the size (radial direction) of the minute gap H (H1 to H3).
  • the size of the minute gap H determines the contact between the fin main body portion 16 and the step portion 52 in consideration of the thermal elongation amount of the casing 10 and the moving blade 50, the centrifugal elongation amount of the moving blade 50, and the like. It is set to a minimum within a safe range that can be prevented.
  • the minute gaps H1 to H3 are all the same size. However, these may be changed as needed.
  • the space restricting portion 17 is formed to be thicker in the axial direction than the fin main body portion 16 of the seal fin 15 (15A to 15C).
  • the space restricting portion 17 has an inner peripheral wall surface (rotary shaft direction wall surface) 17a extending in the axial direction.
  • the inner peripheral wall surface 17a is formed in a surface facing the step portion 52 (52A to 52C), and is axial in a cross section (hereinafter sometimes referred to as “sectional view”) on a plane including a rotation axis. It is formed in a straight line extending.
  • the inner peripheral wall surface 17a extends from the fin body portion 16 toward the upstream side in the axial direction.
  • the fin main body portion 16 projects from the end portion on the downstream side in the axial direction of the inner peripheral wall surface 17a toward the step portion 52 (52A to 52C).
  • the width of the inner peripheral wall surface 17a in the axial direction is approximately twice the minute gap H (H1 to H3).
  • the length of the fin body portion 16 in the radial direction is substantially the same as the size of the minute gap H (H1 to H3) (the size in the radial direction)
  • the inner peripheral wall surface 17a and the step portion 52 are provided.
  • the distance from (52A to 52C) is approximately twice the minute gap H (H1 to H3).
  • wheel 11 may be formed integrally, and may each be formed separately. Further, when the fin main body 16 and the space restricting portion 17 are separated, the fin main body 16 is attached to the distal end side (step portion 52 side) of the space restricting portion 17 extending from the groove bottom surface 11b. Alternatively, the space restricting portion 17 may be arranged along the fin main body portion 16 extending from the groove bottom surface 11b.
  • the space restricting portion 17 restricts the space upstream in the axial direction of the fin body portion 16 in the radial direction, and forms a small cavity 18 between the step portion 52 (52A to 52C). That is, the small cavities 18 are formed between the inner peripheral wall surface 17a of the space restricting portion 17 and the step portions 52 (52A to 52C).
  • the small cavity 18 is formed in a square shape whose one side is approximately twice the minute gap H (H1 to H3) in the cross section on the plane including the rotation axis.
  • three cavities C are formed between the tip shroud 51 and a portion (annular groove 11 a) corresponding to the tip shroud 51 of the partition plate outer ring 11.
  • the three cavities C (C1 to C3) are provided upstream of the seal fins 15 (15A to 15C) corresponding to the step portions 52 (52A to 52C) and the seal fins 15 (15A to 15C) in the axial direction.
  • Each is formed between opposing partition walls.
  • the partition in the first cavity C1 located on the most upstream side in the axial direction is formed by the inner wall surface 54 on the upstream side in the axial direction of the annular groove 11a. That is, the first cavity C ⁇ b> 1 is formed by the inner wall surface 54, the seal fin 15 ⁇ / b> A corresponding to the first step portion 52 ⁇ / b> A, and the groove bottom surface 11 b of the partition plate outer ring 11.
  • the partition in the second cavity C2 is formed by seal fins 15A corresponding to the step portions 52A. That is, the second cavity C ⁇ b> 2 is formed by the seal fin 15 ⁇ / b> A, the seal fin 15 ⁇ / b> B, the step portion 52 ⁇ / b> A, and the groove bottom surface 11 b of the partition plate outer ring 11.
  • the partition in the third cavity C3 is formed by seal fins 15B corresponding to the step portions 52B. That is, the third cavity C ⁇ b> 3 is formed by the seal fin 15 ⁇ / b> B, the seal fin 15 ⁇ / b> C, the step portion 52 ⁇ / b> B, and the groove bottom surface 11 b of the partition plate outer ring 11.
  • the small cavities 18 are formed between the cavities C (C1 to C3) and the minute gaps H (H1 to H3), respectively.
  • the space restricting portion 17 forms small cavities 18 between the cavities C (C1 to C3) and the minute gaps H (H1 to H3).
  • the bearing portion 60 includes a journal bearing device 61 and a thrust bearing device 62, and supports the shaft body 30 in a rotatable manner. Therefore, the rotor blade 50 and the partition plate outer ring 11 can rotate relatively around the shaft body 30. Similarly, the stationary blade 40 and the shaft body 30 are relatively rotatable.
  • the steam S that has flowed into the internal space of the casing 10 sequentially passes through each stage of the annular stator blade group and the annular rotor blade group.
  • the pressure energy of the steam S is converted into velocity energy by the stationary blade 40.
  • most of the steam S that has passed between the stationary blades 40 flows between the moving blades 50 that constitute the same stage, and the velocity energy of the steam S is converted into rotational energy by the moving blades 50.
  • a rotational force is applied to the shaft body 30 by the rotational energy.
  • a part (for example, several percent) of the steam S that has passed between the stationary blades 40 becomes so-called leaked steam that flows out from between the stationary blades 40 and then flows into the annular groove 11a.
  • the steam S that has flowed into the annular groove 11a first flows into the first cavity C1.
  • the steam S that has flowed into the first cavity C1 collides with the stepped surface 53A of the step portion 52A, the direction of the flow thereof changes, and returns to the upstream side.
  • the main vortex Y1 swirling counterclockwise (first direction) on the paper surface is generated.
  • the steam S is separated from the main vortex Y1 and the main vortex Y1, and the flow direction of the steam S is changed to the radially outer side by the steam S flowing into the small cavity 18, and then again toward the inner peripheral wall surface 17a. Flowing radially outward.
  • a contraction effect is generated that reduces the leakage flow of the steam S passing through the minute gap H1 between the fin main body portion 16 and the step portion 52A of the seal fin 15A. That is, as shown in FIG. 4, when the separation vortex Y2 is generated, a downflow that causes the velocity vector of the leakage flow to be directed radially inward occurs on the upstream side in the axial direction of the minute gap H1.
  • the downflow has an inertial force directed radially inward immediately before the minute gap H1 (a position slightly shifted toward the upstream side in the axial direction), and thus passes through the minute gap H1 downstream in the axial direction.
  • the effect of contracting the leakage flow radially inward occurs. As a result, the amount of leakage of the steam S through the minute gap H1 is reduced.
  • the separation vortex Y2 is formed in a substantially perfect circle.
  • both the width in the axial direction of the inner peripheral wall surface 17a and the interval between the inner peripheral wall surface 17a and the step portion 52A are approximately twice the minute gap H1
  • the diameter of the separation vortex Y2 is smaller than the minute gap. It is approximately twice H1.
  • the diameter of the separation vortex Y2 is approximately twice the minute gap H1 and the outer periphery thereof is in contact with the tip of the fin body portion 16, the position where the radial velocity component in the down flow of the separation vortex Y2 is maximized is the fin body. It substantially coincides with the tip (inner edge) of the portion 16. Accordingly, the downflow passes immediately before the minute gap H1 toward the radially inward side at the maximum speed, and it is considered that the contraction effect on the leakage flow is further increased.
  • the separation vortex Y2 is generated in the small cavity 18 on the upstream side in the axial direction of each of the minute gaps H1 to H3 as shown in FIG.
  • a contraction effect on the leakage flow of the steam S passing through the minute gaps H1 to H3 occurs, and the leakage amount is sequentially reduced.
  • the step surface 53 in which the steam S flowing into the cavity C (C1 to C3) forms the end edge portion 55 of the step portion 52 (52A to 52C).
  • the main vortex Y1 swirling in the first direction is generated by changing the flow direction and returning to the upstream side. Further, at the end edge portion 55 of the step surface 53 (53A to 53C), a part of the flow is separated from the main vortex Y1, so that a separation vortex Y2 swirling in the second direction opposite to the first direction is formed. Arise.
  • the separation vortex Y2 As the separation vortex Y2 is generated, a contraction effect is generated that reduces the leakage flow passing through the minute gap H (H1 to H3) between the fin main body portion 16 and the step portion 52 (52A to 52C). Furthermore, since the small space 18 is formed between the cavity C (C1 to C3) and the minute gap H (H1 to H3) by the space restricting portion 17, the space is narrowed compared to the cavity C (C1 to C3). The flow of the separation vortex Y2 is strengthened in the small cavity 18. Therefore, the contraction effect by the separation vortex Y2 is sufficiently enhanced, and the leakage flow rate passing through the minute gap H (H1 to H3) can be further reduced.
  • the inner peripheral wall surface 17a extending from the fin main body portion 16 to the upstream side in the axial direction is provided, the flow of the separation vortex Y2 is restricted by the inner peripheral wall surface 17a and the fin main body portion 16. Therefore, the flow of the separation vortex Y2 can be further enhanced, the contraction effect can be further enhanced, and the separation vortex Y2 can be stably maintained.
  • the contraction effect by the separation vortex Y2 is obtained for each of the step portions 52 (52A to 52C), the leakage flow rate between the moving blade 50 and the corresponding partition plate outer ring 11 can be sufficiently reduced.
  • the separation vortex Y2 is also generated in the small cavity 18 corresponding to the step portion 52A located on the most upstream side in the axial direction, so that the leakage flow rate between the moving blade 50 and the corresponding partition plate outer ring 11 is reduced. It can be reduced sufficiently.
  • the seal fin 15 ⁇ / b> D has an inner peripheral wall surface 17 a that is smoothly connected to the fin main body portion 16 in a circular arc shape in a sectional view.
  • the connection portion between the inner peripheral wall surface 17a and the fin main body portion 16 is recessed in an arc shape in a cross-sectional view.
  • the connection portion between the inner peripheral wall surface 17a and the fin main body portion 16 is formed by, for example, fillet R processing.
  • the inner peripheral wall surface 17a is connected to the fin main body portion 16 in an arc shape in a sectional view.
  • the separation vortex Y2 flowing along the inner peripheral wall surface 17a can be smoothly flowed along the fin main body portion 16, and the restriction effect on the separation vortex Y2 can be strengthened. Therefore, the flow of the separation vortex Y2 can be further strengthened, the contraction effect can be further enhanced, and the separation vortex Y2 can be stably maintained.
  • the seal fin 15 ⁇ / b> E has an inner peripheral wall surface 17 b that is recessed in an arc shape in a sectional view.
  • the separation vortex Y2 flows in an arc shape in the sectional view along the inner peripheral wall surface 17b. Therefore, the flow direction of the separation vortex Y2 can be changed smoothly, and the restriction effect on the separation vortex Y2 can be strengthened. Therefore, the flow of the separation vortex Y2 can be further strengthened, the contraction effect can be further enhanced, and the separation vortex Y2 can be stably maintained.
  • the seal fin 15 ⁇ / b> F has a fin body portion 16 ⁇ / b> A that extends obliquely toward the upstream side in the axial direction.
  • the fin main body portion 16A extends obliquely toward the upstream side in the axial direction, and therefore, on the upstream side in the axial direction of the minute gap H, the separation vortex Y2 is directed toward the leakage flow flowing downstream in the rotational axis direction. Down flow. Therefore, in the vicinity of the distal end portion of the fin body portion 16A, the axial velocity component V X of the flow velocity V of the flow and leakage flow and down-flow of the separation vortex Y2 is joined is reduced.
  • the seal fin 15H has an inner peripheral wall surface 17d that inclines so as to gradually go inward in the radial direction as it goes from the upstream side in the axial direction to the downstream side.
  • the strong separation vortex Y2 is generated by smoothly guiding the steam S, which is separated from the main vortex Y1 at the edge 55 and flows into the small cavity 18 to the downstream side in the axial direction along the inner peripheral wall surface 17d. Can be generated. That is, since the separation vortex Y2 flowing along the inner peripheral wall surface 17d can smoothly flow along the fin main body portion 16, the strength of the flow of the separation vortex Y2 from the inner peripheral wall surface 17d toward the fin main body portion 16 is increased. Does not decrease. Therefore, a strong separation vortex Y2 can be generated, and the contraction effect can be further enhanced.
  • the inner peripheral wall surface 17d may be formed in an arc shape in a sectional view like the inner peripheral wall surface 17b in FIG.
  • the seal fin 15 ⁇ / b> I has a corner portion 17 e that is an end edge portion on the upstream side in the axial direction of the space limiting portion 17 and is formed in an arc shape in a cross-sectional view.
  • the seal fin 15J has an end face 17f formed on the upstream side in the axial direction of the space restricting portion 17 and inclined so as to gradually go inward in the radial direction as it goes from the upstream side in the axial direction to the downstream side.
  • the end surface 17f is provided in contact with the axially upstream side of the inner peripheral wall surface 17a.
  • the main vortex Y1 flows along at least a part of the end face 17f, so that the flow of the main vortex Y1 can be prevented from being weakened.
  • the flow separating from the main vortex Y1 at the edge 55 becomes stronger, so that the flow of the separation vortex Y2 can be strengthened.
  • the seal fin 15 ⁇ / b> K has a space limiting portion 17 ⁇ / b> A that extends from the side surface of the fin main body portion 16 toward the upstream side in the axial direction.
  • the fin body portion 16 is directly connected to the partition plate outer ring 11 and extends from the partition plate outer ring 11 toward the step portion 52.
  • the space restricting portion 17A is a wall body extending along the axial direction.
  • the space between the space restricting portion 17A and the step portion 52 is approximately twice the minute gap H. Since only the fin body portion 16 supports the space limiting portion 17A, the rigidity of the seal fin 15K is low.
  • the seal fin 15 ⁇ / b> L is provided on the upstream side in the axial direction of the fin body portion 16 and the fin body portion 16, and extends toward the step portion 52.
  • a fin-like space restricting portion (radial wall) 17B that forms a gap larger than the minute gap H.
  • a separation vortex Y2 and a supplementary vortex Y3 that is adjacent to the separation vortex Y2 in the radial direction and pivots in the first direction that is the pivot direction of the main vortex Y1 are formed in the small cavity 18.
  • the auxiliary vortex Y3 By forming the auxiliary vortex Y3, the shape of the separation vortex Y2 is adjusted to a substantially perfect circle.
  • the seal fin 15L since there is no inner peripheral wall surface (a wall surface facing the step portion 52) that restricts the flow of the separation vortex Y2, the contact flow resistance of the separation vortex Y2 is reduced. Therefore, the flow of the separation vortex Y2 is strengthened, and the contraction effect can be further enhanced.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the steam turbine 2 and corresponding to FIG. 2 of the first embodiment. Components similar to those in FIGS. 1 to 12 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • simulation is performed based on the knowledge that there is a condition for effectively obtaining the contracted flow effect, and each component of the steam turbine 2 is set according to the obtained condition.
  • the axial distance between the fin body portion 16 and the end edge portion 55 on the upstream side in the axial direction of each step portion 52 corresponding to each fin body portion 16 that is, the fin body portion 16 and the step.
  • the distance L satisfies the following formula (1). 0.7H ⁇ L ................ alone (1)
  • the distance L is the axial width of the small cavity 18.
  • H1 to H3 all have the same size, and therefore H represents H1 to H3 as a representative.
  • FIG. 14 is a graph showing a simulation result.
  • the horizontal axis in FIG. 14 indicates the size (length) of the distance L, and the vertical axis indicates the turbine efficiency change and the leak amount change rate.
  • the magnitude with respect to the turbine efficiency and leak flow rate in a general step fin structure is shown.
  • both the horizontal axis and the vertical axis in FIG. 14 are general equidistant scales.
  • the distance L is preferably set so as to satisfy the following expression (1). 0.7H ⁇ L . .
  • the width of the small cavity 18 (the width in the axial direction) is sufficiently secured, so that the separation vortex Y2 is likely to occur at the end edge portion 55. For this reason, the down flow of the separation vortex Y2 on the upstream side in the axial direction of the fin body portion 16 is sufficiently formed. Therefore, it is possible to sufficiently obtain a contraction effect on the leakage flow due to the downflow. Since the leakage flow rate increases, as shown in FIG. 14, the leak rate change rate is low ( ⁇ side). Further, since the turbine efficiency is improved by reducing the leakage flow rate, the turbine efficiency change is high (+ side).
  • FIG. 15 is a graph showing a simulation result.
  • FIG. 15 shows a comparison result of the turbine efficiency change and the leak rate change rate in the turbine provided with the small cavity 18 in which the distance L is set to 0.7H or more and the turbine not provided. As shown in FIG. 15, the turbine with the small cavity 18 has a smaller leak amount and higher turbine efficiency than the turbine without the small cavity 18.
  • the distance L (L1 to L3) is set so as to satisfy Expression (1). Accordingly, in each small cavity 18, the positional relationship between the step portions 52A to 52C and the corresponding fin main body portion 16 satisfies the expression (1), so that the contraction effect by the separation vortex Y2 is sufficient. As a result, the leakage flow rate is significantly reduced as compared with the prior art. Therefore, in the steam turbine 2 provided with the above-described seal structure, the leakage flow rate is further reduced, and the performance can be further improved.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing the steam turbine 3 and corresponding to FIG. 2 of the first embodiment. Components similar to those in FIGS. 1 to 15 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the third embodiment shown in FIG. 16 differs from the first embodiment in the following points.
  • the step portion 52 (52A to 52C) is formed in the tip shroud 51 provided at the tip of the moving blade 50, and the seal fin 15 (15A to 15A to 15A) is formed on the partition plate outer ring 11 fixed to the casing 10. 15C).
  • the step portion 52 is formed on the partition plate outer ring 11, and the seal fin 15 is provided on the chip shroud 51.
  • two step portions 52 are formed on the groove bottom surface 11 b of the annular groove 11 a formed in the partition plate outer ring (structure) 11.
  • the two step portions 52 are a step portion 52D having a step surface 53D and a step portion 52E having a step surface 53E and provided on the downstream side in the axial direction of the step portion 52D.
  • the step portions 52D and 52E are arranged so that the protruding height toward the rotor blade 50 side gradually increases as it proceeds downstream in the axial direction.
  • the tip shroud 51 provided at the tip of the moving blade (blade) 50 is provided with three seal fins 15 (15M to 15O) extending radially outward toward the groove bottom surface 11b. ing.
  • the seal fin 15M on the most upstream side in the axial direction does not include the space restricting portion 17 but includes only the fin main body portion 16.
  • the seal fin 15M extends toward the groove bottom surface 11b located on the upstream side in the axial direction of the step portion 52D, and forms a minute gap in the radial direction between the seal fin 15M and the groove bottom surface 11b.
  • Each of the seal fins 15N and 15O includes a fin main body portion 16 and a space limiting portion 17.
  • the seal fins 15N and 15O extend corresponding to the step portions 52D and 52E, respectively.
  • Each fin main body portion 16 of the seal fins 15N and 15O has minute gaps H (H4 and H5) formed in the radial direction between the corresponding step portions 52D and 52E. Further, in each of the seal fins 15N and 15O, the space restricting portion 17 restricts the space on the upstream side in the axial direction of the fin body portion 16 in the radial direction and forms the small cavity 18 between the step portions 52D and 52E. is doing.
  • each minute gap H takes into account the thermal elongation amount of the casing 10 and the moving blade 50, the centrifugal elongation amount of the moving blade 50, and the like.
  • 16 and the step portion 52 are set to a minimum within a safe range in which the contact can be prevented.
  • H4 and H5 are set to the same size. However, these may be changed as needed.
  • cavities C (C4, C5) are formed between the tip shroud 51 and a portion (annular groove 11a) corresponding to the tip shroud 51 of the partition plate outer ring 11.
  • the cavities C (C4, C5) include seal fins 15 (15N, 15O) corresponding to the respective step portions 52 (52D, 52E), and the upstream side in the axial direction with respect to these seal fins 15. Formed between the opposing partition walls.
  • the partition wall is formed by seal fins 15M. That is, the first cavity C4 is formed between the seal fin 15M, the seal fin 15N, the tip shroud 51, and the partition plate outer ring 11 (groove bottom surface 11b).
  • the partition is formed by seal fins 15N. That is, the second cavity C5 is formed between the seal fin 15N, the seal fin 15O, the tip shroud 51, and the partition plate outer ring 11 (groove bottom surface 11b).
  • the contraction effect on the leakage flow due to the separation vortex Y2 is obtained. It becomes sufficiently high, and the leakage flow rate is significantly reduced compared to the conventional case. Therefore, in the steam turbine 3 having the above-described seal structure, the leakage flow rate is further reduced, and the performance can be further improved.
  • the leakage flow rate can be reduced by the contraction effect in each small cavity 18. Therefore, the leakage flow rate can be further reduced as a whole.
  • FIG. 17 is an enlarged cross-sectional view illustrating a portion corresponding to the main part J in FIG. 1 of the first embodiment, and corresponds to FIG. 2 of the first embodiment.
  • Components similar to those in FIGS. 1 to 16 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the fourth embodiment shown in FIG. 17 is different from the first embodiment in the following points.
  • the “blade” according to the present invention is used as the moving blade 50, and the step portion 52 (52 A to 52 C) is formed in the tip shroud 51 provided at the tip of the moving blade 50.
  • Such a “structure” is a partition plate outer ring 11, and seal fins 15 (15 A to 15 C) are provided on the partition plate outer ring 11.
  • the “blade” according to the present invention is the stationary blade 40
  • the step portion 52 is formed at the tip of the stationary blade 40
  • the “structure” according to the present invention is the shaft body 30, Seal fins 15 are provided on the shaft body 30.
  • three step portions 52 are formed in the hub shroud 41 extending in the circumferential direction at the tip of the stationary blade 40.
  • the three step portions 52F to 52H are arranged such that the projecting height from the stationary blade 40 toward the shaft body 30 gradually increases from the upstream side in the axial direction of the shaft body 30 toward the downstream side.
  • the step surfaces 53 (53F to 53H) forming the steps of the step portions 52 (52F to 52H) are formed facing the upstream side in the axial direction.
  • annular groove 33 extending in the circumferential direction is formed at a portion corresponding to the hub shroud 41 of the shaft body 30.
  • the annular groove 33 is formed between the disks 32 and 32 of the shaft body 30.
  • a hub shroud 41 is accommodated in the annular groove 33.
  • three seal fins 15 (15P to 15R) extending radially outward toward the hub shroud 41 are provided on the groove bottom surface 33a of the annular groove 33.
  • the annular groove 33 is formed in a step shape so that the downstream side is deeper than the upstream side in the axial direction of each seal fin 15. That is, the groove bottom surface 33 a of the annular groove 33 is formed in a step shape so as to gradually move away from the stationary blade 40 as it goes from the upstream side in the axial direction to the downstream side.
  • Each of the seal fins 15 (15P to 15R) includes a fin body portion 16 and a space limiting portion 17.
  • the cage seal fins 15 (15P to 15R) extend from the groove bottom surface 33a so as to correspond one-to-one to the step portions 52 (52F to 52H). More specifically, the seal fins 15 (15P to 15R) are provided to face a portion on the upstream side in the axial direction of the step portion 52 (52F to 52H) (in the vicinity of the end edge portion 55). Further, the step surface 53 (53F to 53H) of the step portion 52 (52F to 52H) is formed slightly upstream from the seal fin 15 (15P to 15R) in the axial direction.
  • minute gaps H are formed in the radial direction between the fin body portion 16 and the step portions 52 (52F to 52H).
  • the space restricting portion 17 restricts the space on the upstream side in the axial direction of the fin body portion 16 in the radial direction, and forms a small cavity 18 between the step portions 52 (52F to 52H).
  • a cavity C (C6 to C8) is formed between the hub shroud 41 and a portion (annular groove 33) corresponding to the hub shroud 41 of the shaft body 30.
  • the cavities C (C6 to C8) include seal fins 15 corresponding to the respective step portions 52 and partition walls (the inner wall surface 34 or the shaft on the upstream side in the axial direction of the annular groove 33) facing the seal fins 15 on the upstream side in the axial direction. It is formed between other seal fins 15) adjacent to the upstream side in the direction.
  • the small cavities 18 are formed between the cavities C (C6 to C8) and the minute gaps H (H6 to H8), respectively.
  • the contraction effect on the leakage flow due to the separation vortex Y2 is sufficient.
  • the leakage flow rate is significantly reduced as compared with the prior art. Therefore, in the steam turbine 4 having the above-described seal structure, the leakage flow rate is further reduced, and the performance can be further improved.
  • FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view showing a portion corresponding to the main part J in FIG. 1 of the first embodiment, and corresponds to FIG. 17 of the fourth embodiment.
  • the fifth embodiment shown in FIG. 18 differs from the fourth embodiment in the following points.
  • the step portion 52 (52F to 52H) is formed in the hub shroud 41 provided at the tip of the stationary blade (blade) 40, and the seal fin 15 (15P to 15P) is attached to the shaft body (structure) 30. 15R).
  • the step portion 52 (52I, 52J) is formed in the shaft body (structure) 30, and the seal fin 15 (15S to 15U) is provided in the hub shroud 41.
  • a step portion 52I having a step surface 53I and a step surface 53J are provided on the groove bottom surface 33a of the annular groove 33 formed in the shaft body (structure) 30, and the step is performed.
  • the step part 52J provided in the axial direction downstream of the part 52I is formed.
  • the step portions 52I and 52J are arranged so that the protruding height toward the stationary blade 40 side gradually increases as it proceeds downstream in the axial direction.
  • the hub shroud 41 of the stationary blade (blade) 40 is provided with three seal fins 15 (15S to 15U) extending radially inward toward the groove bottom surface 33a.
  • the seal fin 15S on the most upstream side in the axial direction includes only the fin main body portion 16 without including the space limiting portion 17.
  • the seal fin 15S extends to the groove bottom surface 33a located on the upstream side in the axial direction of the step portion 52I, and forms a minute gap in the radial direction between the seal fin 15S and the groove bottom surface 33a.
  • Each of the seal fins 15T and 15U includes a fin body portion 16 and a space restriction portion 17. Seal fins 15T and 15U extend to step portions 52I and 52J, respectively.
  • Each fin main body portion 16 of the seal fins 15T and 15U has minute gaps H (H9 and H10) formed in the radial direction between the corresponding step portions 52I and 52J.
  • the space restricting portion 17 restricts the space on the upstream side in the axial direction of the fin body portion 16 in the radial direction and forms a small cavity 18 between the step portions 52I and 52J. Yes.
  • cavities C are formed between the hub shroud 41 and a portion (annular groove 33) corresponding to the hub shroud 41 of the shaft body 30.
  • the partition plate outer ring 11 provided in the casing 10 is the “structure” in the present invention, but the casing 10 itself is not provided with the partition plate outer ring 11.
  • the “structure” may be used. That is, the “structure” of the present invention may be any member as long as it surrounds the moving blade 50 and forms a flow path through which fluid passes.
  • the other side (for example, the groove bottom surface 11b, 33a) provided with the seal fin 15 is formed in a step shape corresponding to the step portion 52 on one side.
  • the diameter from the rotating shaft to the other side may be formed to the same diameter.
  • seal fins 15D to 15L described as modifications of the first embodiment may be used.
  • a plurality of cavities C and small cavities 18 are formed (two or three in the above-described embodiment), but the number of cavities C and small cavities 18 is arbitrary and one. There may be four or more.
  • the seal fins 15 and the step portions 52 do not necessarily have to correspond one-to-one, and these numbers can be arbitrarily designed.
  • a plurality of seal fins 15 may be extended with respect to one step part 52.
  • the present invention is applied to the final stage moving blade 50 and the stationary blade 40, but the present invention may be applied to other stages of the moving blade 50 and the stationary blade 40.
  • the present invention is applied to a condensing steam turbine.
  • the present invention is applied to other types of steam turbines, for example, turbine types such as a two-stage extraction turbine, an extraction turbine, and an air-mixing turbine. You may apply.
  • the present invention is applied to a steam turbine, but the present invention may be applied to a gas turbine.

Landscapes

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Abstract

　本発明に係るタービン（１）において、ブレード（５０）の先端部（５１）と、構造体（１１）の先端部（５１）に対応する部位（１１ａ）とのうちの一方には、段差面（５３）を有すると共に先端部（５１）と構造体（１１）の部位（１１ａ）とのうちの他方側に突出するステップ部（５２）が設けられ、先端部（５１）と構造体（１１）の部位（１１ａ）とのうちの他方には、ステップ部（５２）に向けて延出するシールフィン（１５）が設けられ、ブレード（５０）の先端部（５１）と構造体（１１）の部位（１１ａ）との間には、シールフィン（１５）とシールフィン（１５）に対して構造体（１１）の回転軸方向上流側で対向する隔壁（５４，１５）との間にキャビティ（Ｃ）が形成される。また、シールフィン（１５）は、ステップ部（５２）との間に微小隙間（Ｈ）を形成するフィン本体部（１６）と、微小隙間（Ｈ）の回転軸方向上流側の空間を制限し、キャビティ（Ｃ）と微小隙間（Ｈ）との間に小キャビティ（１８）を形成する空間制限部（１７）とを具備する。本発明によれば、漏洩流量がより低減される高性能なタービンを提供することができる。

Description

タービン
　本発明は、発電プラント、化学プラント、ガスプラント、製鉄所、船舶等に用いられるタービンに関する。
　周知のように、ケーシングと、ケーシングの内部に回転可能に設けられた軸体（ロータ）と、ケーシングの内周部に固定され周方向に配置された複数の静翼と、これら複数の静翼の下流側において軸体に放射状に設けられた複数の動翼とを備えた蒸気タービンが用いられている。蒸気タービンのうち衝動タービンの場合は、蒸気の圧力エネルギーが静翼によって速度エネルギーに変換され、この速度エネルギーが動翼によって回転エネルギー（機械エネルギー）に変換される。また、蒸気タービンのうち反動タービンの場合は、動翼内でも圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、蒸気が噴出する反動力により速度エネルギーが回転エネルギー（機械エネルギー）に変換される。
　蒸気タービンでは、動翼の先端部と、動翼を取り囲むことにより蒸気の流路を形成するケーシングとの間に径方向の隙間が形成され、また、静翼の先端部と軸体との間にも径方向の隙間が形成されているのが一般的である。ここで、動翼先端部の隙間を下流側に通過する漏洩蒸気は、動翼に対して回転力を付与しない。また、静翼先端部の隙間を下流側に通過する漏洩蒸気は、静翼によって圧力エネルギーが速度エネルギーに変換されないため、下流側の動翼に対して回転力をほとんど付与しない。したがって、蒸気タービンの性能向上のためには、上記隙間を通過する漏洩蒸気の量を低減することが重要である。
　下記特許文献１には、動翼の先端部に、軸方向上流側から下流側に向かって高さが次第に高くなるステップ部が設けられ、ケーシングに、上記ステップ部との間に隙間を形成するシールフィンが設けられたシール構造が開示されている。
　このようなシール構造によれば、ステップ部とシールフィンとの隙間を通り抜けた漏れ流れがステップ部の端縁部を形成する段差面に衝突し、流動抵抗が増大することにより、漏洩流量が低減される。
特開２００６－２９１９６７号公報
　しかしながら、蒸気タービンの性能向上に対する要望は強く、漏洩流量をさらに低減することが求められている。
　本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、漏洩流量をより低減できる高性能なタービンを提供することを目的としている。
　本発明に係るタービンは、ブレードと、上記ブレードの先端側と隙間を空けて設けられるとともに、上記ブレードに対して回転軸周りで相対的に回転する構造体と、を備えたタービンである。また、上記ブレードの先端部と、上記構造体の上記先端部に対応する部位とのうちの一方には、段差面を有すると共に上記先端部と上記構造体の上記部位とのうちの他方側に突出するステップ部が設けられ、上記先端部と上記構造体の上記部位とのうちの他方には、上記ステップ部に向けて延出するシールフィンが設けられ、上記ブレードの先端部と上記構造体の上記部位との間には、上記シールフィンとこのシールフィンに対して上記構造体の上記回転軸方向上流側で対向する隔壁との間にキャビティが形成される。また、上記シールフィンは、上記ステップ部との間に微小隙間を形成するフィン本体部と、上記微小隙間の上記回転軸方向上流側の空間を制限し、上記キャビティと上記微小隙間との間に小キャビティを形成する空間制限部とを具備する。
　本発明では、キャビティ内に流入した流体がステップ部の端縁部を形成する段差面、すなわちステップ部の回転軸方向上流側に向く面に衝突して、その流れの向きが変化し、上流側に戻ることによって、キャビティ内において一定の方向（第一方向）に旋回する主渦が生じる。また、段差面の端縁部において、主渦から一部の流れが剥離することにより、主渦の旋回方向と反対方向（第二方向）に旋回する剥離渦が生じる。この剥離渦が生じることにより、フィン本体部とステップ部との間の微小隙間を通り抜ける漏れ流れを低減する、縮流効果が生じる。さらに、空間制限部により、キャビティと微小隙間との間に小キャビティが形成されるので、キャビティに比べ空間が狭められた小キャビティ内で剥離渦の流れが強められる。したがって、剥離渦による縮流効果が十分に高められ、上記微小隙間を通り抜ける漏洩流量をより低減できる。
　また、本発明においては、上記空間制限部が、上記フィン本体部から回転軸方向上流側に延びる回転軸方向壁面を有することが望ましい。
　この場合には、回転軸方向壁面とフィン本体部とによって剥離渦の流れが規制される。したがって、剥離渦の流れがさらに強められ、縮流効果をさらに高めることができる。
　また、本発明においては、上記回転軸方向壁面が、上記回転軸を含む面での断面において円弧状に窪んでいることが望ましい。
　この場合には、回転軸を含む面での断面において、回転軸方向壁面に沿って円弧状に剥離渦が流れる。したがって、剥離渦の流れ方向をスムーズに変化させることができ、剥離渦への規制効果を強めることができる。よって、剥離渦の流れがさらに強められ、縮流効果をさらに高めることができる。
　また、本発明においては、上記回転軸方向壁面が、上記フィン本体部に対して、上記回転軸を含む面での断面において円弧状に接続されていることが望ましい。
　この場合には、回転軸を含む面での断面において、回転軸方向壁面からフィン本体部に沿って円弧状に剥離渦が流れる。したがって、回転軸方向壁面に沿って流れる剥離渦をスムーズにフィン本体部に沿わせて流すことができ、剥離渦への規制効果を強めることができる。よって、剥離渦の流れがさらに強められ、縮流効果をさらに高めることができる。
　また、本発明においては、上記フィン本体部の少なくとも先端側が、上記回転軸方向上流側に向けて斜めに延在していることが望ましい。
　この場合には、上記微小隙間の回転軸方向上流側において、回転軸方向下流側に流れる漏れ流れに向かうように剥離渦のダウンフローが流れる。そのため、フィン本体部の先端部近傍において、漏れ流れと剥離渦のダウンフローとが合流した流れにおける流速の回転軸方向速度成分ＶＸが小さくなる。フィン本体部の先端近傍において、上記合流した流れにおける流速の径方向速度成分をＶＲとすると、ＶＸ／ＶＲが０に近づくほど剥離渦の縮流効果が大きくなるので、縮流効果をさらに高めることができる。
　また、本発明においては、上記空間制限部が、上記フィン本体部の回転軸方向上流側に間隔を空けて設けられ、上記ステップ部に向けて延出すると共に、上記ステップ部との間に上記微小隙間よりも大きな隙間を形成する径方向壁体であることが望ましい。
　この場合には、小キャビティ内において、剥離渦と、この剥離渦に径方向に隣接し主渦の旋回方向と同一の方向に旋回する補渦とが形成される。したがって、剥離渦の接触流動抵抗が軽減される。よって、剥離渦の流れが強められ、縮流効果を高めることができる。
　また、本発明においては、上記微小隙間の大きさをＨとし、上記フィン本体部と、上記ステップ部の上記回転軸方向上流側における端縁部との間の距離をＬとすると、以下の式（１）を満足することが望ましい。
　　０．７Ｈ≦Ｌ　…………………（１）
　この場合には、剥離渦による縮流効果は、端縁部の位置（フィン本体部からの距離Ｌ）と微小隙間Ｈの大きさとの関係によって変化する。後述するシミュレーション結果に基づき、式（１）を満足するようにこれらの関係を設定することにより、剥離渦による縮流効果が十分に高められ、漏洩流量をより低減できる。
　また、上記ステップ部は、上記回転軸方向上流側から下流側に向かって突出高さが次第に高くなるように複数設けられ、上記先端部と上記構造体の上記部位とのうちの他方には、上記ステップ部のそれぞれに対して延出する上記シールフィンが少なくとも１つずつ設けられており、上記ステップ部に対応するシールフィンは、上記回転軸方向下流側に隣り合うステップ部に対応するシールフィンに対して対向する上記隔壁となっていることが望ましい。
　この場合には、剥離渦による縮流効果が各ステップ部毎に得られ、ブレードとこれに対向する構造体との間の漏洩流量を十分に低減できる。
　また、上記ステップ部は、上記回転軸方向上流側から下流側に向かって突出高さが次第に高くなるように複数設けられ、上記構造体の、上記先端部に対応する部位は環状の凹部となっており、上記複数のステップ部のうちの、上記回転軸方向最上流側に位置するステップ部に対応するシールフィンに対して対向する上記隔壁は、上記凹部の、上記回転軸方向上流側の内壁面によって形成されていることが望ましい。
　この場合には、回転軸方向最上流側に位置するステップ部においても、上記の剥離渦による縮流効果が得られ、ブレードとこれに対向する構造体との間の漏洩流量を十分に低減できる。
　本発明によれば、漏洩流量がより低減される高性能なタービン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を示す断面図である。 図１における要部Ｉを拡大した断面図である。 第一実施形態に係るシールフィンの拡大断面図である。 第一実施形態に係る蒸気タービンの作用説明図である。 第一実施形態の変形例に係るシールフィンの断面図である。 第一実施形態の変形例に係るシールフィンの断面図である。 第一実施形態の変形例に係るシールフィンの断面図である。 第一実施形態の変形例に係るシールフィンの断面図である。 第一実施形態の変形例に係るシールフィンの断面図である。 第一実施形態の変形例に係るシールフィンの断面図である。 第一実施形態の変形例に係るシールフィンの断面図である。 第一実施形態の変形例に係るシールフィンの断面図である。 本発明の第二実施形態に係る蒸気タービンを示す断面図である。 第二実施形態に係る蒸気タービンのシミュレーション結果を示すグラフである。 第二実施形態に係る蒸気タービンのシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の第三実施形態に係る蒸気タービンを示す断面図である。 本発明の第四実施形態に係る蒸気タービン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を示す断面図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳しく説明する。
（第一実施形態）
　図１は、本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン１を示す断面図である。
　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Ｓの流量と圧力を調整する調整弁２０と、ケーシング１０の内方に回転可能に設けられ、図示しない発電機等の機械に駆動力（回転エネルギー）を伝達する軸体３０と、ケーシング１０に設けられた静翼４０と、軸体３０に設けられた動翼５０と、軸体３０を回転軸回りに回転可能に支持する軸受部６０と、を主な要素として備えている。
　ケーシング１０は、回転軸方向に延在し気密に封止されている内部空間を有している。ケーシング１０は、蒸気Ｓの流路である。ケーシング１０の内壁面には、軸体３０が挿通されたリング状の仕切板外輪１１が強固に固定されている。本実施形態では、仕切板外輪１１が本発明における「構造体」である。
　調整弁２０は、ケーシング１０の内部に複数設けられている。調整弁２０は、図示しない複数のボイラから蒸気Ｓがそれぞれ流入する調整弁室２１と、弁体２２と、弁座２３とを備えている。調整弁２０の下流側には、蒸気室２４が形成されている。弁体２２が弁座２３から離れると流路が開いて、蒸気室２４を介して蒸気Ｓがケーシング１０の内部空間に流入する。
　軸体３０は、軸本体３１と、軸本体３１の外周から径方向に延出した複数のディスク３２とを備えている。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。
　静翼４０は、軸体３０の周囲を囲んで複数配置され、軸体３０を中心として放射状に配置されている。複数の静翼４０は、環状静翼群を構成しており、上述した仕切板外輪１１にそれぞれ保持されている。静翼４０の径方向における内方側は、軸体３０が挿通されたリング状のハブシュラウド４１で連結されており、静翼４０の先端部が軸体３０に対して径方向の隙間をあけて設けられている。
　複数の静翼４０からなる環状静翼群は、回転軸方向に間隔をあけて六つ形成されている。上記環状静翼群は、蒸気Ｓの圧力エネルギーを速度エネルギーに変換すると共に、下流側に隣り合う動翼５０側に蒸気Ｓを案内する。
　動翼５０は、軸体３０が有するディスク３２の外周部に強固に複数取り付けられている。複数の動翼５０は、軸体３０を中心として放射状に配置されている。複数の動翼５０は、各環状静翼群の下流側において、環状動翼群をそれぞれ構成している。本実施形態では、動翼５０が本発明における「ブレード」である。
　上記環状静翼群と上記環状動翼群とは、一組で一段である。そのため、蒸気タービン１は、六段に構成されている。動翼５０の先端部には、周方向に延びたチップシュラウド５１が設けられている。
　図２は、図１における要部Ｉを拡大した断面図である。
　図２に示すように、動翼（ブレード）５０の先端部に設けられているチップシュラウド５１は、ケーシング１０の径方向において、仕切板外輪（構造体）１１と隙間を空けて対向して配置されている。チップシュラウド５１は、段差面５３（５３Ａ～５３Ｃ）を有して仕切板外輪１１側に突出する、ステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）を備えている。
　本実施形態では、チップシュラウド５１は三つのステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）を備えている。ステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）は、仕切板外輪１１に対向する面と、この面に隣接する段差とを有している。三つのステップ部５２Ａ～５２Ｃは、軸体３０の回転軸方向（以下、「軸方向」と称する。）上流側から下流側に向かうに従い、動翼５０から仕切板外輪１１に向かう突出高さが次第に高くなるように配設されている。すなわち、ステップ部５２Ａ～５２Ｃの段差を形成する段差面５３（５３Ａ～５３Ｃ）が、軸方向上流側を向いて形成されている。なお、段差面５３Ａは、チップシュラウド５１の軸方向上流側の端面である。ステップ部５２Ａと５２Ｂとは、段差面５３Ｂを介して接続されており、ステップ部５２Ｂと５２Ｃとは、段差面５３Ｃを介して接続されている。また、以下、段差面５３（５３Ａ～５３Ｃ）における仕切板外輪１１側の端縁部分を、ステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）の端縁部５５と称する。
　仕切板外輪１１には、チップシュラウド５１に対応する部位に、ケーシング１０（図１参照）の周方向に延びる環状溝（環状の凹部）１１ａが形成されている。環状溝１１ａ内には、チップシュラウド５１が収容されている。
　仕切板外輪１１の環状溝１１ａにおける溝底面１１ｂには、チップシュラウド５１に向けて径方向内方側に延出する三つのシールフィン１５（１５Ａ～１５Ｃ）が設けられている。環状溝１１ａは、各シールフィン１５の軸方向上流側に比べて下流側が深くなるように段状に形成されている。すなわち、環状溝１１ａの溝底面１１ｂは、軸方向上流側から下流側に向かうに従い、動翼５０から次第に離れるように段状に形成されている。
　シールフィン１５（１５Ａ～１５Ｃ）は、ステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）に１対１で対応するようにそれぞれ溝底面１１ｂから延出して設けられている。より詳細には、シールフィン１５（１５Ａ～１５Ｃ）は、ステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）の軸方向上流側の部分（端縁部５５の近傍）に対向して設けられている。また、段差面５３（５３Ａ～５３Ｃ）は、軸方向において、シールフィン１５（１５Ａ～１５Ｃ）よりも僅かに上流側に形成されている。各シールフィン１５Ａ～１５Ｃは、ステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）との間に微小隙間Ｈ（Ｈ１～Ｈ３）を径方向に形成するフィン本体部１６と、微小隙間Ｈ（Ｈ１～Ｈ３）の軸方向上流側の空間を制限する空間制限部１７とをそれぞれ備えている。
　図３は、シールフィン１５（１５Ａ～１５Ｃ）の拡大断面図である。
　図３に示すように、フィン本体部１６は、先端部が尖った形状に形成されている。フィン本体部１６は、空間制限部１７よりもステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）に近接しており、ステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）との間に微小隙間Ｈ（Ｈ１～Ｈ３）を形成している。フィン本体部１６の径方向における長さは、微小隙間Ｈ（Ｈ１～Ｈ３）の大きさ（径方向）と略同程度となっている。微小隙間Ｈ（Ｈ１～Ｈ３）の大きさは、ケーシング１０や動翼５０の熱伸び量、動翼５０の遠心伸び量等を考慮した上で、フィン本体部１６とステップ部５２との接触を防止できる安全な範囲内で、最小に設定されている。なお、本実施形態では、各微小隙間Ｈ１～Ｈ３は全て同じ大きさとなっている。ただし、必要に応じて、これらを適宜に変えてもよい。
　空間制限部１７は、シールフィン１５（１５Ａ～１５Ｃ）のフィン本体部１６よりも軸方向に厚く形成されている。空間制限部１７は、軸方向に延在する内周壁面（回転軸方向壁面）１７ａを有している。内周壁面１７ａは、ステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）に対向する面状に形成されており、回転軸を含む面での断面（以下、「断面視」と称する場合がある）において軸方向に延びる直線状に形成されている。内周壁面１７ａは、フィン本体部１６から軸方向上流側に向けて延在している。換言すれば、内周壁面１７ａの軸方向下流側の端部から、ステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）に向けて、フィン本体部１６が突出している。
　内周壁面１７ａの軸方向での幅は、微小隙間Ｈ（Ｈ１～Ｈ３）の略二倍である。また、フィン本体部１６の径方向における長さが微小隙間Ｈ（Ｈ１～Ｈ３）の大きさ（径方向の大きさ）と略同程度となっているために、内周壁面１７ａとステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）との間隔は、微小隙間Ｈ（Ｈ１～Ｈ３）の略二倍である。
　なお、フィン本体部１６，空間制限部１７及び仕切板外輪１１は、一体に形成してもよいし、それぞれ別体に形成してもよい。また、フィン本体部１６と空間制限部１７とを別体にした場合には、フィン本体部１６を、溝底面１１ｂから延在する空間制限部１７の先端側（ステップ部５２側）に取り付けてもよいし、空間制限部１７を、溝底面１１ｂから延びるフィン本体部１６に沿うように配置してもよい。
　空間制限部１７は、フィン本体部１６の軸方向上流側の空間を径方向に制限して、ステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）との間に小キャビティ１８を形成している。すなわち、空間制限部１７の内周壁面１７ａと、各ステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）との間に、小キャビティ１８がそれぞれ形成されている。小キャビティ１８は、回転軸を含む面での断面において、一辺が微小隙間Ｈ（Ｈ１～Ｈ３）の略二倍である正方形状に形成されている。
　図２に示すように、チップシュラウド５１と、仕切板外輪１１のチップシュラウド５１に対応する部位（環状溝１１ａ）との間には、三つのキャビティＣ（Ｃ１～Ｃ３）が形成されている。
　三つのキャビティＣ（Ｃ１～Ｃ３）は、各ステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）に対応した各シールフィン１５（１５Ａ～１５Ｃ）と、シールフィン１５（１５Ａ～１５Ｃ）に対して軸方向上流側で対向する隔壁との間にそれぞれ形成されている。
　軸方向最上流側に位置する第一のキャビティＣ１における上記隔壁は、環状溝１１ａの、軸方向上流側の内壁面５４によって形成されている。すなわち、内壁面５４と、第一段目のステップ部５２Ａに対応するシールフィン１５Ａと、仕切板外輪１１の溝底面１１ｂとにより、第一のキャビティＣ１が形成されている。
　また、第二のキャビティＣ２における上記隔壁は、ステップ部５２Ａに対応するシールフィン１５Ａによって形成されている。すなわち、シールフィン１５Ａと、シールフィン１５Ｂと、ステップ部５２Ａと、仕切板外輪１１の溝底面１１ｂとにより、第二のキャビティＣ２が形成されている。
　また、第三のキャビティＣ３における上記隔壁は、ステップ部５２Ｂに対応するシールフィン１５Ｂによって形成されている。すなわち、シールフィン１５Ｂと、シールフィン１５Ｃと、ステップ部５２Ｂと、仕切板外輪１１の溝底面１１ｂとにより、第三のキャビティＣ３が形成されている。
　なお、小キャビティ１８は、各キャビティＣ（Ｃ１～Ｃ３）と微小隙間Ｈ（Ｈ１～Ｈ３）との間にそれぞれ形成されている。換言すれば、空間制限部１７は、各キャビティＣ（Ｃ１～Ｃ３）と微小隙間Ｈ（Ｈ１～Ｈ３）との間に、それぞれ小キャビティ１８を形成している。
　図１に示すように、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、軸体３０を回転可能に支持している。そのため、動翼５０と仕切板外輪１１とは軸体３０周りに相対的に回転可能である。同様に、静翼４０と軸体３０とは相対的に回転可能である。
　次に、蒸気タービン１の動作について、図１～図４に基づいて説明する。
　まず、調整弁２０（図１参照）を開状態とすると、図示しないボイラから蒸気Ｓがケーシング１０の内部空間に流入する。
　ケーシング１０の内部空間に流入した蒸気Ｓは、環状静翼群と環状動翼群の各段を順次通過する。まず、蒸気Ｓの圧力エネルギーが静翼４０によって速度エネルギーに変換される。次に、静翼４０間を通過した蒸気Ｓの大部分が同一の段を構成する動翼５０間に流入し、動翼５０により蒸気Ｓの速度エネルギーが回転エネルギーに変換される。上記回転エネルギーにより、軸体３０に回転力が付与される。一方、静翼４０間を通過した蒸気Ｓの一部（例えば、数％）は、静翼４０間から流出した後、環状溝１１ａ内に流入する、いわゆる漏洩蒸気となる。
　図４に示すように、環状溝１１ａ内に流入した蒸気Ｓは、まず、第一のキャビティＣ１に流入する。第一のキャビティＣ１に流入した蒸気Ｓが、ステップ部５２Ａの段差面５３Ａに衝突し、その流れの向きが変化し、上流側に戻ることによって、第一のキャビティＣ１内において図２及び図４の紙面上における反時計回り（第一方向）に旋回する主渦Ｙ１が生じる。
　また、蒸気Ｓの段差面５３Ａへの衝突時に、ステップ部５２Ａの端縁部５５において、主渦Ｙ１から一部の流れが剥離することにより、小キャビティ１８内において剥離渦Ｙ２が生じる。剥離渦Ｙ２は、主渦Ｙ１の旋回方向と反対方向（第二方向）、すなわち図２及び図４の紙面上における時計回りに旋回する。
　より詳細には、図４に示すように、端縁部５５において主渦Ｙ１から一部の流れが剥離して、小キャビティ１８に蒸気Ｓが流入すると、流入した蒸気Ｓは、内周壁面１７ａに到達した後に内周壁面１７ａに沿って軸方向下流側に流れる。次に、フィン本体部１６により蒸気Ｓの流れ方向がステップ部５２Ａ側に変えられた後、蒸気Ｓはフィン本体部１６に沿って径方向内方側に流れる。次に、ステップ部５２Ａにより蒸気Ｓの流れ方向が軸方向上流側に変えられた後、蒸気Ｓは小キャビティ１８の径方向内方側をステップ部５２Ａに沿って軸方向上流側に向けて流れる。次に、蒸気Ｓは、主渦Ｙ１及び主渦Ｙ１から剥離して小キャビティ１８に流入する別の蒸気Ｓによって、その流れ方向が径方向外側に変えられた後、再び内周壁面１７ａに向けて径方向外方側に流れる。
　上述した蒸気Ｓの一連の流動により、小キャビティ１８内において、主渦Ｙ１の旋回方向と反対方向に旋回する剥離渦Ｙ２が生じる。
　内周壁面１７ａ（図３参照）によって径方向外方側の空間が制限されているために、径方向外方へ向かう蒸気Ｓの散逸が制限される。また、内周壁面１７ａによって軸方向下流側への蒸気Ｓの流れが生じるように規制されるために、剥離渦Ｙ２の流れがより強められる。
　剥離渦Ｙ２が生じることにより、シールフィン１５Ａのフィン本体部１６とステップ部５２Ａとの間の微小隙間Ｈ１を通り抜ける蒸気Ｓの漏れ流れを低減する、縮流効果が生じる。
　すなわち、図４に示すように、剥離渦Ｙ２が生じることにより、微小隙間Ｈ１の軸方向上流側において、上記漏れ流れの速度ベクトルを径方向内方側に向けさせるダウンフローが生じる。上記ダウンフローは、微小隙間Ｈ１の直前（軸方向上流側に僅かにずれた位置）で径方向内方側に向う慣性力を有しているため、微小隙間Ｈ１を軸方向下流側に通り抜ける上記漏れ流れを径方向内方側に縮める効果（縮流効果）が生じる。結果として、蒸気Ｓの微小隙間Ｈ１を介した漏洩量が低減する。
　小キャビティ１８が、回転軸を含む面での断面において、図２及び図３に示すように、正方形状に形成されているために、剥離渦Ｙ２が略真円に形成されると考えられる。
　また、内周壁面１７ａの軸方向での幅と、内周壁面１７ａ及びステップ部５２Ａの間隔とのいずれもが、微小隙間Ｈ１の略２倍であることから、剥離渦Ｙ２の直径は微小隙間Ｈ１の略２倍となる。剥離渦Ｙ２の直径が微小隙間Ｈ１の略２倍であり、その外周がフィン本体部１６の先端に接する場合、剥離渦Ｙ２のダウンフローにおける径方向の速度成分が最大になる位置が、フィン本体部１６の先端（内端縁）に略一致する。したがって、上記ダウンフローが微小隙間Ｈ１の直前を径方向内方側に向かって最大の速度で通過するため、漏れ流れに対する縮流効果が更に大きくなると考えられる。
　なお、シールフィン１５Ａに対応する小キャビティ１８内で剥離渦Ｙ２が生じることによって、微小隙間Ｈ１を通過する蒸気Ｓの漏洩量が低減されたとしても、軸方向下流側に流れる僅かな漏れ流れは生じる。そのため、下流側の第二のキャビティＣ２内において別の主渦Ｙ１が生じる。第二のキャビティＣ２内での主渦Ｙ１がステップ部５２Ｂの端縁部５５において剥離することにより、シールフィン１５Ｂに対応する小キャビティ１８内で剥離渦Ｙ２が生じる。同様に、下流側の第三のキャビティＣ３内においてさらに別の主渦Ｙ１が生じ、シールフィン１５Ｃに対応する小キャビティ１８内で剥離渦Ｙ２が生じる。
　すなわち、剥離渦Ｙ２が、図２に示すように、微小隙間Ｈ１～Ｈ３のそれぞれの軸方向上流側における小キャビティ１８に生じる。各剥離渦Ｙ２が生じることにより、微小隙間Ｈ１～Ｈ３をそれぞれ通り抜ける蒸気Ｓの漏れ流れに対する縮流効果が生じ、漏洩量が順次低減される。
　本実施形態に係る蒸気タービン１によれば、キャビティＣ（Ｃ１～Ｃ３）内に流入した蒸気Ｓがステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）の端縁部５５を形成する段差面５３（５３Ａ～５３Ｃ）に衝突し、その流れの向きが変化し、上流側に戻ることによって、第一方向に旋回する主渦Ｙ１が生じる。また、段差面５３（５３Ａ～５３Ｃ）の端縁部５５において、主渦Ｙ１から一部の流れが剥離することにより、第一方向と反対の方向である第二方向に旋回する剥離渦Ｙ２が生じる。剥離渦Ｙ２が生じることにより、フィン本体部１６とステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）との間の微小隙間Ｈ（Ｈ１～Ｈ３）を通り抜ける漏れ流れを低減する、縮流効果が生じる。さらに、空間制限部１７により、キャビティＣ（Ｃ１～Ｃ３）と微小隙間Ｈ（Ｈ１～Ｈ３）との間に小キャビティ１８が形成されるので、キャビティＣ（Ｃ１～Ｃ３）に比べ空間が狭められた小キャビティ１８内で剥離渦Ｙ２の流れが強められる。したがって、剥離渦Ｙ２による縮流効果が十分に高められ、微小隙間Ｈ（Ｈ１～Ｈ３）を通り抜ける漏洩流量をより低減できる。
　また、フィン本体部１６から軸方向上流側に延びる内周壁面１７ａを有するので、内周壁面１７ａとフィン本体部１６とによって剥離渦Ｙ２の流れが規制される。したがって、剥離渦Ｙ２の流れがさらに強められ、縮流効果をさらに高めることができると共に、剥離渦Ｙ２を安定的に維持できる。
　また、剥離渦Ｙ２による縮流効果が各ステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）毎に得られることから、動翼５０とこれに対応する仕切板外輪１１との間の漏洩流量を十分に低減できる。
　また、軸方向最上流側に位置するステップ部５２Ａに対応する小キャビティ１８内おいても剥離渦Ｙ２が生じることにより、動翼５０とこれに対応する仕切板外輪１１との間の漏洩流量を十分に低減できる。
　次に、上述した第一実施形態の変形例について、図５から図１２に基づいて説明する。
　なお、図５から図１２において、図１から図４と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
　図５に示すように、シールフィン１５Ｄは、フィン本体部１６に対して断面視において円弧状に滑らかに接続される内周壁面１７ａを有している。換言すれば、内周壁面１７ａとフィン本体部１６との接続部が、断面視において円弧状に窪んでいる。内周壁面１７ａとフィン本体部１６との接続部は、例えばフィレットＲ加工によって形成されている。
　この変形例では、内周壁面１７ａがフィン本体部１６に対して断面視において円弧状に接続されているので、内周壁面１７ａからフィン本体部１６に沿って断面視において円弧状に剥離渦Ｙ２が流れる。したがって、内周壁面１７ａに沿って流れる剥離渦Ｙ２をスムーズにフィン本体部１６に沿わせて流すことができ、剥離渦Ｙ２への規制効果を強めることができる。よって、剥離渦Ｙ２の流れがさらに強められ、縮流効果をさらに高めることができると共に、剥離渦Ｙ２を安定的に維持できる。
　図６に示すように、シールフィン１５Ｅは、断面視において円弧状に窪んだ内周壁面１７ｂを有している。
　この変形例では、内周壁面１７ｂが断面視において円弧状に窪んでいるので、内周壁面１７ｂに沿って断面視において円弧状に剥離渦Ｙ２が流れる。したがって、剥離渦Ｙ２の流れ方向をスムーズに変化させることができ、剥離渦Ｙ２への規制効果を強めることができる。よって、剥離渦Ｙ２の流れがさらに強められ、縮流効果をさらに高めることができると共に、剥離渦Ｙ２を安定的に維持できる。
　図７に示すように、シールフィン１５Ｆは、軸方向上流側に向けて斜めに延びるフィン本体部１６Ａを有している。
　この変形例では、フィン本体部１６Ａが軸方向上流側に向けて斜めに延びているので、微小隙間Ｈの軸方向上流側において、回転軸方向下流側に流れる漏れ流れに向かうように剥離渦Ｙ２のダウンフローが流れる。そのため、フィン本体部１６Ａの先端部近傍において、漏れ流れと剥離渦Ｙ２のダウンフローとが合流した流れにおける流速Ｖの軸方向速度成分ＶＸが小さくなる。フィン本体部１６Ａの先端部近傍において、流速Ｖの径方向速度成分をＶＲとすると、ＶＸ／ＶＲが０に近づくほど剥離渦Ｙ２の縮流効果が大きくなるので、縮流効果をさらに高めることができる。
　なお、フィン本体部１６Ａの少なくとも先端側の一部が、軸方向上流側に向けて斜めに延在していれば、縮流効果を高めることが可能である。
　図８に示すように、シールフィン１５Ｈは、軸方向上流側から下流側に進むに従って漸次径方向内方側に向かうように傾斜する内周壁面１７ｄを有している。
　この変形例では、端縁部５５で主渦Ｙ１から剥離して小キャビティ１８に流入した蒸気Ｓを、内周壁面１７ｄに沿わせてスムーズに軸方向下流側まで導くことにより、強い剥離渦Ｙ２を発生させることができる。すなわち、内周壁面１７ｄに沿って流れる剥離渦Ｙ２が、スムーズにフィン本体部１６に沿って流れることができるため、内周壁面１７ｄからフィン本体部１６に向かう剥離渦Ｙ２の流れの強さが減少しない。したがって、強い剥離渦Ｙ２を発生でき、縮流効果をさらに高めることができる。
　なお、内周壁面１７ｄを図６における内周壁面１７ｂのように、断面視において円弧状に形成してもよい。
　図９に示すように、シールフィン１５Ｉは、空間制限部１７の軸方向上流側の端縁部であり且つ断面視において円弧状に形成された角部１７ｅを有している。
　この変形例では、端縁部５５で主渦Ｙ１から剥離した蒸気Ｓが小キャビティ１８に流入した後に、角部１７ｅで主渦Ｙ１からその一部がさらに剥離することを防止できる。そのため、主渦Ｙ１の流れが弱められず、結果的に端縁部５５で主渦Ｙ１から剥離する流れが強くなる。したがって、剥離渦Ｙ２の流れを強めることができる。
　図１０に示すように、シールフィン１５Ｊは、空間制限部１７の軸方向上流側に形成され且つ軸方向上流側から下流側に進むに従って漸次径方向内方側に向かうように傾斜する端面１７ｆを有している。端面１７ｆは、内周壁面１７ａの軸方向上流側に接して設けられている。
　この変形例では、主渦Ｙ１が端面１７ｆの少なくとも一部に沿って流れるので、主渦Ｙ１の流れが弱められることを防止できる。結果的に端縁部５５で主渦Ｙ１から剥離する流れが強くなるため、剥離渦Ｙ２の流れを強めることができる。
　図１１に示すように、シールフィン１５Ｋは、フィン本体部１６の側面から軸方向上流側に向けて延出する空間制限部１７Ａを有している。フィン本体部１６は、直接に仕切板外輪１１に接続され、仕切板外輪１１からステップ部５２に向かって延びている。空間制限部１７Ａは、軸方向に沿って延びる壁体である。空間制限部１７Ａとステップ部５２との間隔は、微小隙間Ｈの略二倍である。フィン本体部１６のみが空間制限部１７Ａを支持しているため、シールフィン１５Ｋの剛性は低い。
　この変形例では、動翼５０が偶発的に径方向外方側に変位してシールフィン１５Ｋに接触したとしても、シールフィン１５Ｋの剛性が低いために、シールフィン１５Ｋが容易に座屈する。そのため、動翼５０及び仕切板外輪１１が損傷することを抑制できる。
　図１２に示すように、シールフィン１５Ｌは、フィン本体部１６と、フィン本体部１６の軸方向上流側に間隔を空けて設けられ、ステップ部５２に向けて延出すると共に、ステップ部５２との間に微小隙間Ｈよりも大きな隙間を形成するフィン状の空間制限部（径方向壁体）１７Ｂとを備えている。
　この変形例では、小キャビティ１８内において、剥離渦Ｙ２と、剥離渦Ｙ２に径方向に隣接し主渦Ｙ１の旋回方向である第一方向に旋回する補渦Ｙ３とが形成される。補渦Ｙ３が形成されることにより、剥離渦Ｙ２の形状は略真円に整えられる。また、シールフィン１５Ｌにおいては、剥離渦Ｙ２の流れを規制する内周壁面（ステップ部５２に対向する壁面）が存在しないので、剥離渦Ｙ２の接触流動抵抗が軽減される。したがって、剥離渦Ｙ２の流れが強められ、縮流効果をさらに高めることができる。
　（第二実施形態）
　次に、本発明の第二実施形態に係る蒸気タービン２を図１３に基づいて説明する。
　図１３は、蒸気タービン２を示す断面図であって、第一実施形態の図２に対応する図である。　なお、図１～図１２と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
　本実施形態は、上記縮流効果が効果的に得られる条件が存在するとの知見のもとにシミュレーションを行い、得られた条件に従って蒸気タービン２の各構成要素を設定している。
　図１３に示すように、フィン本体部１６と、各フィン本体部１６に対応する各ステップ部５２の軸方向上流側における端縁部５５との間の軸方向距離（すなわちフィン本体部１６と段差面５３との間の軸方向距離）をＬ（Ｌ１～Ｌ３）とすると、距離Ｌが以下の式（１）を満足している。
　　０．７Ｈ≦Ｌ　…………………（１）
　距離Ｌは、小キャビティ１８における軸方向の幅となっている。
　なお、蒸気タービン２の停止時と運転時とにおいて、微小隙間Ｈや距離Ｌの大きさが変化する可能性がある。そのため、縮流効果を効果的に得るためには、式（１）が蒸気タービン２の運転時に満足している必要がある。
　また、本実施形態では、Ｈ１～Ｈ３は全て同じ大きさとなっているため、ＨはＨ１～Ｈ３を代表して表している。
（シミュレーション）
　図１３に示した距離Ｌと、タービン効率変化及びリーク量変化率との関係についてのシミュレーション結果を以下に説明する。
　図１４は、シミュレーション結果を示すグラフである。図１４の横軸は距離Ｌの大きさ（長さ）を示し、縦軸はタービン効率変化およびリーク量変化率を示している。なお、タービン効率変化およびリーク量変化率については、一般的なステップフィン構造でのタービン効率およびリーク流量に対する大小を示している。また、図１４の横軸、縦軸はいずれも、一般的な等差目盛りである。
　図１４に示すように、距離Ｌは以下の式（１）を満足するように設定することが好ましい。
　　０．７Ｈ≦Ｌ　…………………（１）
　すなわち、図１４に示すように、距離Ｌが０．７Ｈ未満（Ｌ＜０．７Ｈ）である場合には、小キャビティ１８の幅（軸方向の幅）が不十分であるため、端縁部５５で剥離渦Ｙ２が生じ難い。このため、フィン本体部１６の軸方向上流側における剥離渦Ｙ２のダウンフローが十分に形成されない。したがって、ダウンフローによる漏れ流れに対する縮流効果が極めて小さくなる。漏洩流量が多くなるため、図１４に示すようにリーク量変化率が高く（＋側）なる。また、漏洩流量が多くなることによりタービン効率は低下するため、図１４に示すようにタービン効率変化は低く（－側）なる。
　一方、式（１）を満足すれば、小キャビティ１８の幅（軸方向の幅）が十分に確保されるため、端縁部５５で剥離渦Ｙ２が生じ易くなる。このため、フィン本体部１６の軸方向上流側における剥離渦Ｙ２のダウンフローが十分に形成される。したがって、ダウンフローによる漏れ流れに対する縮流効果を十分に得ることができる。漏洩流量が多くなるため、図１４に示すように、リーク量変化率が低く（－側）なる。また、漏洩流量が少なくなることによりタービン効率は向上するため、タービン効率変化は高く（＋側）なる。
　図１５は、シミュレーション結果を示すグラフである。図１５は、距離Ｌを０．７Ｈ以上に設定した小キャビティ１８を設けたタービンと、設けないタービンとにおける、タービン効率変化およびリーク量変化率の比較結果を示している。
　図１５に示すように、小キャビティ１８有りのタービンは、小キャビティ１８無しのタービンに比べ、リーク量は小さく、タービン効率は高い。
　以上のシミュレーション結果に基づき、本実施形態では距離Ｌ（Ｌ１～Ｌ３）を、式（１）を満足するように設定している。
　したがって、各小キャビティ１８では、各ステップ部５２Ａ～５２Ｃとこれに対応するフィン本体部１６との間の位置関係が式（１）を満足しているため、剥離渦Ｙ２による縮流効果が十分に高くなり、漏洩流量が従来に比べ格段に低減される。よって、上記シール構造を備えた蒸気タービン２においては、漏洩流量がより低減され、その性能を更に向上できる。
（第三実施形態）
　次に、本発明の第三実施形態に係る蒸気タービン３を図１６に基づいて説明する。
　図１６は、蒸気タービン３を示す断面図であって、第一実施形態の図２に対応する図である。なお、図１～図１５と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
　図１６に示す第三実施形態は、以下の点で第一実施形態と異なる。第一実施形態では、動翼５０の先端部に設けられているチップシュラウド５１にステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）を形成し、ケーシング１０に固定される仕切板外輪１１にシールフィン１５（１５Ａ～１５Ｃ）を設けている。一方、第三実施形態では、仕切板外輪１１にステップ部５２を形成し、チップシュラウド５１にシールフィン１５を設けている。
　第三実施形態では、図１６に示すように、仕切板外輪（構造体）１１に形成された環状溝１１ａの溝底面１１ｂに、二つのステップ部５２が形成されている。二つのステップ部５２は、段差面５３Ｄを有するステップ部５２Ｄと、段差面５３Ｅを有すると共にステップ部５２Ｄの軸方向下流側に設けられるステップ部５２Ｅとである。ステップ部５２Ｄ，５２Ｅは、軸方向下流側に進むに従い、動翼５０側に向かう突出高さが次第に高くなるように配置されている。一方、動翼（ブレード）５０の先端部に設けられているチップシュラウド５１には、溝底面１１ｂに向けて径方向外方側に延出する三つのシールフィン１５（１５Ｍ～１５Ｏ）が設けられている。
　シールフィン１５（１５Ｍ～１５Ｏ）のうち、軸方向最上流側のシールフィン１５Ｍは、空間制限部１７を備えずにフィン本体部１６のみを備えている。シールフィン１５Ｍは、ステップ部５２Ｄの軸方向上流側に位置する溝底面１１ｂに向かって延出して、溝底面１１ｂとの間に微小隙間を径方向に形成している。
　また、シールフィン１５Ｎ，１５Ｏは、いずれもフィン本体部１６と空間制限部１７とを備えている。シールフィン１５Ｎ，１５Ｏは、それぞれステップ部５２Ｄ，５２Ｅに対応して延出している。シールフィン１５Ｎ，１５Ｏの各フィン本体部１６は、対応するステップ部５２Ｄ，５２Ｅとの間に微小隙間Ｈ（Ｈ４，Ｈ５）をそれぞれ径方向に形成している。また、シールフィン１５Ｎ，１５Ｏのそれぞれにおいて、空間制限部１７は、フィン本体部１６の軸方向上流側の空間を径方向に制限して、ステップ部５２Ｄ，５２Ｅとの間に小キャビティ１８を形成している。
　微小隙間Ｈ（Ｈ４，Ｈ５）の各大きさは、第一実施形態と同様に、ケーシング１０や動翼５０の熱伸び量、動翼５０の遠心伸び量等を考慮した上で、フィン本体部１６とステップ部５２（５２Ｄ，５２Ｅ）との接触を防止できる安全な範囲内で、最小に設定されている。なお、Ｈ４とＨ５とは同じ大きさに設定されている。ただし、必要に応じて、これらを適宜に変えてもよい。
　図１６に示すように、チップシュラウド５１と、仕切板外輪１１のチップシュラウド５１に対応する部位（環状溝１１ａ）との間には、キャビティＣ（Ｃ４，Ｃ５）が形成されている。
　キャビティＣ（Ｃ４，Ｃ５）は、第一実施形態と同様に、各ステップ部５２（５２Ｄ，５２Ｅ）に対応したシールフィン１５（１５Ｎ，１５Ｏ）と、これらシールフィン１５に対して軸方向上流側で対向する隔壁との間に形成されている。
　軸方向最上流側に位置する第一のキャビティＣ４では、上記隔壁は、シールフィン１５Ｍによって形成されている。すなわち、シールフィン１５Ｍと、シールフィン１５Ｎと、チップシュラウド５１と、仕切板外輪１１（溝底面１１ｂ）との間に、第一のキャビティＣ４が形成されている。
　また、第二のキャビティＣ５では、上記隔壁は、シールフィン１５Ｎによって形成されている。すなわち、シールフィン１５Ｎと、シールフィン１５Ｏと、チップシュラウド５１と、仕切板外輪１１（溝底面１１ｂ）との間に、第二のキャビティＣ５が形成されている。
　フィン本体部１６と、各フィン本体部１６に対応する各ステップ部５２の軸方向上流側における端縁部５５との間の軸方向距離（すなわちフィン本体部１６と段差面５３との間の軸方向距離）をＬ（Ｌ４，Ｌ５）とすると、距離Ｌは、式（１）を満足している。
　小キャビティ１８は、各キャビティＣ（Ｃ４，Ｃ５）と微小隙間Ｈ（Ｈ４，Ｈ５）との間にそれぞれ形成されている。
　各ステップ部５２Ｄ，５２Ｅとこれらに対応するシールフィン１５Ｎ，１５Ｏのフィン本体部１６との間の位置関係が式（１）を満足しているため、剥離渦Ｙ２による漏れ流れに対する縮流効果が十分に高くなり、漏洩流量が従来に比べ格段に低減される。したがって、上記シール構造を備えた蒸気タービン３においては、漏洩流量がより低減され、その性能をさらに向上できる。
　また、本実施形態の蒸気タービン３では、ステップ部を二段形成することにより小キャビティ１８を二つ形成しているので、各小キャビティ１８での縮流効果により漏洩流量を低減できる。そのため、全体としてさらに漏洩流量を低減できる。
（第四実施形態）
　次に、本発明の第四実施形態に係る蒸気タービン４を図１７に基づいて説明する。
　図１７は、第一実施形態の図１における要部Ｊに相当する部分を示す拡大断面図であり、第一実施形態の図２に対応する図である。
　なお、図１～図１６と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
　図１７に示す第四実施形態は、以下の点で第一実施形態と異なる。第一実施形態では、本発明に係る「ブレード」を動翼５０とし、動翼５０の先端部に設けられているチップシュラウド５１にステップ部５２（５２Ａ～５２Ｃ）を形成するとともに、本発明に係る「構造体」を仕切板外輪１１とし、仕切板外輪１１にシールフィン１５（１５Ａ～１５Ｃ）を設けている。一方、第四実施形態では、本発明に係る「ブレード」を静翼４０とし、静翼４０の先端部にステップ部５２を形成するとともに、本発明に係る「構造体」を軸体３０とし、軸体３０にシールフィン１５を設けている。
　第四実施形態では、図１７に示すように、静翼４０の先端部において周方向に延びるハブシュラウド４１に、三つのステップ部５２（５２Ｆ～５２Ｈ）が形成されている。
　三つのステップ部５２Ｆ～５２Ｈは、軸体３０の軸方向上流側から下流側に向かうに従い、静翼４０から軸体３０に向かう突出高さが次第に高くなるように配設されている。ステップ部５２（５２Ｆ～５２Ｈ）の段差を形成する段差面５３（５３Ｆ～５３Ｈ）は、軸方向上流側を向いて形成されている。
　軸体３０のハブシュラウド４１に対応する部位には、周方向に延びる環状溝３３が形成されている。環状溝３３は、軸体３０のディスク３２，３２の間に形成されている。環状溝３３内には、ハブシュラウド４１が収容されている。また、環状溝３３における溝底面３３ａには、ハブシュラウド４１に向けて径方向外方側に延出する三つのシールフィン１５（１５Ｐ～１５Ｒ）が設けられている。環状溝３３は、各シールフィン１５の軸方向上流側に比べて下流側が深くなるように段状に形成されている。すなわち、環状溝３３の溝底面３３ａは、軸方向上流側から下流側に向かうに従い、静翼４０から次第に離れるように段状に形成されている。
　シールフィン１５（１５Ｐ～１５Ｒ）は、いずれもフィン本体部１６と空間制限部１７とを備えている。おりシールフィン１５（１５Ｐ～１５Ｒ）は、ステップ部５２（５２Ｆ～５２Ｈ）に１対１で対応するように溝底面３３ａから延出している。より詳細には、シールフィン１５（１５Ｐ～１５Ｒ）は、ステップ部５２（５２Ｆ～５２Ｈ）の軸方向上流側の部分（端縁部５５の近傍）に対向して設けられている。また、ステップ部５２（５２Ｆ～５２Ｈ）の段差面５３（５３Ｆ～５３Ｈ）は、軸方向において、シールフィン１５（１５Ｐ～１５Ｒ）よりも僅かに上流側に形成されている。
　シールフィン１５（１５Ｐ～１５Ｒ）のそれぞれにおいては、フィン本体部１６がステップ部５２（５２Ｆ～５２Ｈ）との間に微小隙間Ｈ（Ｈ６～Ｈ８）を径方向に形成している。また、空間制限部１７は、フィン本体部１６の軸方向上流側の空間を径方向に制限して、ステップ部５２（５２Ｆ～５２Ｈ）との間に小キャビティ１８を形成している。
　図１７に示すように、ハブシュラウド４１と、軸体３０のハブシュラウド４１に対応する部位（環状溝３３）との間には、キャビティＣ（Ｃ６～Ｃ８）が形成されている。
　キャビティＣ（Ｃ６～Ｃ８）は、各ステップ部５２に対応したシールフィン１５と、シールフィン１５に対して軸方向上流側で対向する隔壁（環状溝３３の軸方向上流側の内壁面３４又は軸方向上流側に隣り合う他のシールフィン１５）との間に形成されている。
　小キャビティ１８は、各キャビティＣ（Ｃ６～Ｃ８）と微小隙間Ｈ（Ｈ６～Ｈ８）との間にそれぞれ形成されている。
　フィン本体部１６と、各ステップ部５２の軸方向上流側における端縁部５５との間の軸方向距離をＬ（Ｌ６～Ｌ８）とすると、これらの距離Ｌのうち少なくとも１つは、式（１）を満足している。
　各ステップ部５２Ｆ～５２Ｈのうち少なくとも１つとこれに対応するフィン本体部１６との間の位置関係が式（１）を満足しているため、剥離渦Ｙ２による漏れ流れに対する縮流効果が十分に高くなり、漏洩流量が従来に比べ格段に低減される。したがって、上記シール構造を備えた蒸気タービン４においては、漏洩流量がより低減され、その性能を更に向上できる。
　（第五実施形態）
　次に、本発明の第五実施形態に係る蒸気タービン５を図１８に基づいて説明する。
　図１８は、第一実施形態の図１における要部Ｊに相当する部分を示す拡大断面図であり、第四実施形態の図１７に対応する図である。
　図１８に示す第五実施形態は、以下の点で第四実施形態と異なる。第四実施形態では、静翼（ブレード）４０の先端部に設けられているハブシュラウド４１にステップ部５２（５２Ｆ～５２Ｈ）を形成し、軸体（構造体）３０にシールフィン１５（１５Ｐ～１５Ｒ）を設けている。一方、第五実施形態では、軸体（構造体）３０にステップ部５２（５２Ｉ，５２Ｊ）を形成し、ハブシュラウド４１にシールフィン１５（１５Ｓ～１５Ｕ）を設けている。
　第五実施形態では、図１８に示すように、軸体（構造体）３０に形成された環状溝３３の溝底面３３ａに、段差面５３Ｉを有するステップ部５２Ｉと、段差面５３Ｊを有すると共にステップ部５２Ｉの軸方向下流側に設けられるステップ部５２Ｊとを形成している。ステップ部５２Ｉ，５２Ｊは、軸方向下流側に進むに従い、静翼４０側に向かう突出高さが次第に高くなるように配置されている。一方、静翼（ブレード）４０のハブシュラウド４１には、溝底面３３ａに向けて径方向内方側に延出する三つのシールフィン１５（１５Ｓ～１５Ｕ）が設けられている。
　シールフィン１５（１５Ｓ～１５Ｕ）のうち、軸方向最上流側のシールフィン１５Ｓは、空間制限部１７を備えずにフィン本体部１６のみを備えている。シールフィン１５Ｓは、ステップ部５２Ｉの軸方向上流側に位置する溝底面３３ａに対して延出して、溝底面３３ａとの間に微小隙間を径方向に形成している。
　また、シールフィン１５Ｔ，１５Ｕは、いずれもフィン本体部１６と空間制限部１７とを備えている。シールフィン１５Ｔ，１５Ｕは、それぞれステップ部５２Ｉ，５２Ｊに対して延出している。シールフィン１５Ｔ，１５Ｕの各フィン本体部１６は、対応するステップ部５２Ｉ，５２Ｊとの間に微小隙間Ｈ（Ｈ９，Ｈ１０）をそれぞれ径方向に形成している。シールフィン１５Ｔ，１５Ｕのそれぞれにおいて、空間制限部１７は、フィン本体部１６の軸方向上流側の空間を径方向に制限して、ステップ部５２Ｉ，５２Ｊとの間に小キャビティ１８を形成している。
　図１８に示すように、ハブシュラウド４１と、軸体３０のハブシュラウド４１に対応する部位（環状溝３３）との間には、キャビティＣ（Ｃ９，Ｃ１０）が形成されている。
　フィン本体部１６と、それに対応する各ステップ部５２の軸方向上流側における端縁部５５との間の軸方向距離をＬ（Ｌ９，Ｌ１０）とすると、これらの距離Ｌのうち少なくとも１つは、式（１）を満足している。
　小キャビティ１８は、各キャビティＣ（Ｃ９，Ｃ１０）と微小隙間Ｈ（Ｈ９，Ｈ１０）との間にそれぞれ形成されている。
　各ステップ部５２Ｉ，５２Ｊのうち少なくとも１つと、これに対応するシールフィン１５Ｔ，１５Ｕのフィン本体部１６との間の位置関係が式（１）を満足しているため、剥離渦Ｙ２による漏れ流れに対する縮流効果が十分に高くなり、漏洩流量が従来に比べ格段に低減される。したがって、上記シール構造を備えた蒸気タービン５においては、漏洩流量がより低減され、その性能を更に向上できる。
　なお、上述した実施形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であり、本発明の主旨から逸脱しない範囲において、設計要求等に基づき種々変更可能である。
　例えば、上述した第一～第三実施形態では、ケーシング１０に設けられた仕切板外輪１１が本発明における「構造体」であるが、仕切板外輪１１を設けずに、ケーシング１０自体を本発明の「構造体」としてもよい。すなわち、本発明の「構造体」は、動翼５０を取り囲むとともに、流体が通過する流路を形成するのであれば、どのような部材であってもよい。
　また、上述した第一～第五実施形態では、一方側のステップ部５２に対応すると共にシールフィン１５が設けられた他方側（例えば、溝底面１１ｂ，３３ａ）を段状に形成しているが、回転軸から上記他方側までの径を同一の径に形成してもよい。
　また、上述した第二～第五実施形態において、第一実施形態の変形例として説明したシールフィン１５Ｄ～１５Ｌを用いてもよい。
　また、上述した実施形態では、キャビティＣや小キャビティ１８をそれぞれ複数形成したが（上述した実施形態では、２つ若しくは３つ）、キャビティＣや小キャビティ１８の数は任意であり、一つであっても、あるいは四つ以上であってもよい。
　また、上述した実施形態のように、シールフィン１５とステップ部５２とは必ずしも１対１で対応させる必要はなく、これらの数については任意に設計することができる。例えば、一つのステップ部５２に対して、複数のシールフィン１５を延出させてもよい。
　また、上述した実施形態では、最終段の動翼５０や静翼４０に本発明を適用したが、他の段の動翼５０や静翼４０に本発明を適用してもよい。
　また、上述した実施形態では、本発明を復水式の蒸気タービンに適用したが、他の型式の蒸気タービン、例えば、二段抽気タービン、抽気タービン、混気タービン等のタービン型式に本発明を適用してもよい。
　さらに、上述した実施形態では、本発明を蒸気タービンに適用したが、ガスタービンに本発明を適用してもよい。さらには、回転翼を有する全ての回転構造に本発明を適用してもよい。
　本発明によれば、漏洩流量がより低減される高性能なタービンを提供することができる。
１～５…蒸気タービン
１０…ケーシング
１１…仕切板外輪（構造体）
１５（１５Ａ～１５Ｌ，１５Ｎ～１５Ｒ，１５Ｔ，１５Ｕ）…シールフィン
１６，１６Ａ…フィン本体部
１７，１７Ａ，１７Ｂ…空間制限部
１７ａ～１７ｄ…内周壁面
１７ｅ…角部
１７ｆ…端面
１８…小キャビティ
３０…軸体（構造体）
４０…静翼（ブレード）
４１…ハブシュウラド（先端部）
５０…動翼（ブレード）
５１…チップシュラウド（先端部）
５２（５２Ａ～５２Ｊ）…ステップ部
５５…端縁部
Ｃ（Ｃ１～Ｃ１０）…キャビティ
Ｈ（Ｈ１～Ｈ１０）…微小隙間
Ｌ（Ｌ１～Ｌ１０）…距離
Ｙ１…主渦
Ｙ２…剥離渦

Claims (9)

  1. 　ブレードと、
    　前記ブレードの先端側と隙間を空けて設けられるとともに、前記ブレードに対して回転軸周りで相対的に回転する構造体と、を備えたタービンであって、
    　前記ブレードの先端部と、前記構造体の前記先端部に対応する部位とのうちの一方には、段差面を有すると共に前記先端部と前記構造体の前記部位とのうちの他方側に突出するステップ部が設けられ、
    　前記先端部と前記構造体の前記部位とのうちの他方には、前記ステップ部に向けて延出するシールフィンが設けられ、
    　前記ブレードの先端部と前記構造体の前記部位との間には、前記シールフィンと該シールフィンに対して前記構造体の前記回転軸方向上流側で対向する隔壁との間にキャビティが形成され、
    　前記シールフィンは、
    　前記ステップ部との間に微小隙間を形成するフィン本体部と、
    　前記微小隙間の前記回転軸方向上流側の空間を制限し、前記キャビティと前記微小隙間との間に小キャビティを形成する空間制限部とを具備するタービン。
  2. 　前記空間制限部は、前記フィン本体部から前記回転軸方向上流側に延びる回転軸方向壁面を有する請求項１に記載のタービン。
  3. 　前記回転軸方向壁面は、前記回転軸を含む面での断面において円弧状に窪んでいる請求項２に記載のタービン。
  4. 　前記回転軸方向壁面は、前記フィン本体部に対して、前記回転軸を含む面での断面において円弧状に接続されている請求項２に記載のタービン。
  5. 　前記フィン本体部の少なくとも先端側が、前記回転軸方向上流側に向けて斜めに延在している請求項１に記載のタービン。
  6. 　前記空間制限部は、前記フィン本体部の前記回転軸方向上流側に間隔を空けて設けられ、前記ステップ部に向けて延出すると共に、該ステップ部との間に前記微小隙間よりも大きな隙間を形成する径方向壁体である請求項１に記載のタービン。
  7. 　前記微小隙間の大きさをＨとし、
    　前記フィン本体部と、前記ステップ部の前記回転軸方向上流側における端縁部との間の距離をＬとすると、以下の式（１）を満足する請求項１に記載のタービン。
    　　０．７Ｈ≦Ｌ　…………………（１）
  8. 　前記ステップ部は、前記回転軸方向上流側から下流側に向かって突出高さが次第に高くなるように複数設けられ、
    　前記先端部と前記構造体の前記部位とのうちの他方には、前記ステップ部のそれぞれに対して延出する前記シールフィンが少なくとも１つずつ設けられており、
    　前記ステップ部に対応するシールフィンは、前記回転軸方向下流側に隣り合うステップ部に対応するシールフィンに対して対向する前記隔壁となっている請求項１に記載のタービン。
  9. 　前記ステップ部は、前記回転軸方向上流側から下流側に向かって突出高さが次第に高くなるように複数設けられ、
    　前記構造体の、前記先端部に対応する部位は環状の凹部となっており、
    　前記複数のステップ部のうちの、前記回転軸方向最上流側に位置するステップ部に対応するシールフィンに対して対向する前記隔壁は、前記凹部の、前記回転軸方向上流側の内壁面によって形成されている請求項１に記載のタービン。
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