WO2013089139A1 - タービン - Google Patents

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WO2013089139A1
WO2013089139A1 PCT/JP2012/082206 JP2012082206W WO2013089139A1 WO 2013089139 A1 WO2013089139 A1 WO 2013089139A1 JP 2012082206 W JP2012082206 W JP 2012082206W WO 2013089139 A1 WO2013089139 A1 WO 2013089139A1
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WO
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blade
seal fin
steam
tip
wall surface
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PCT/JP2012/082206
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English (en)
French (fr)
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祥弘 桑村
松本　和幸
大山　宏治
田中　良典
上原　秀和
幸則 町田
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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Publication date
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Priority to EP12857899.4A priority patent/EP2792852A4/en
Priority to IN923MUN2014 priority patent/IN2014MN00923A/en
Priority to KR1020147013458A priority patent/KR101716010B1/ko
Priority to US14/358,453 priority patent/US10006292B2/en
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    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
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    • F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/122—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
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    • 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
    • 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
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines

Definitions

  • the present invention relates to a turbine used in, for example, a power plant, a chemical plant, a gas plant, a steel mill, a ship, and the like.
  • a turbine used in, for example, a power plant, a chemical plant, a gas plant, a steel mill, a ship, and the like.
  • This steam turbine is roughly classified into an impulse turbine and a reaction turbine depending on the operation method.
  • An impulse turbine is one in which a moving blade rotates only by an impact force received from steam.
  • the stationary blade has a nozzle shape, and the steam that has passed through the stationary blade is injected to the moving blade, and the moving blade rotates only by the impact force received from the steam.
  • the reaction turbine has the same shape as the moving blade, and the moving blade is affected by the impact force received from the steam that has passed through the stationary blade and the reaction force against the expansion of the steam that occurs when passing through the moving blade. Is what rotates.
  • a gap having a predetermined width is formed in the radial direction between the tip portion of the rotor blade and the casing, and also between the tip portion of the stationary blade and the shaft body.
  • a gap having a predetermined width is formed in the direction.
  • a part of the steam flowing in the axial direction of the shaft body leaks to the downstream side through the clearance between the tip portions of the rotor blades and the stationary blades.
  • the steam leaking downstream from the gap between the moving blade and the casing does not give impact force or reaction force to the moving blade, so that the driving blade is rotated regardless of whether it is an impulse turbine or a reaction turbine. Little contribution as power.
  • the steam leaking downstream from the gap between the stationary blade and the shaft body does not change its speed and does not expand even if it exceeds the stationary blade, so regardless of whether it is an impulse turbine or a reaction turbine, It hardly contributes as a driving force for rotating the moving blade on the downstream side. Therefore, in order to improve the performance of the steam turbine, it is important to reduce the amount of steam leakage in the gap between the tip portions of the moving blades and the stationary blades.
  • seal fins are conventionally used as a means for preventing steam from leaking from the gaps at the tips of the rotor blades and stationary blades.
  • this seal fin is used at the tip of a moving blade, it is provided so as to protrude from one of the moving blade and the casing and to form a minute gap between the other.
  • JP 2006-291967 A Japanese Patent Laid-Open No. 02-030903
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the periphery of the tip portion of the rotor blade 80 for a conventional steam turbine.
  • the separation vortex HU reduces the amount of leakage by compressing the steam S leaking downstream through the minute gap 85 between the tip of the seal fin 82 and the casing 84 in the radial direction. Small effect. As a result, in the configuration in which the seal fin 82 protrudes from the moving blade 80, the sealing performance cannot be obtained satisfactorily.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a tip of a fin and a wing body in a turbine in which the seal fin extends from one of the wing body and the structure toward the other. Another object of the present invention is to provide means for reducing the amount of steam leakage in the gap between the structures.
  • a turbine according to the present invention includes a blade and a structure that is provided at a radial front end side of the blade via a gap and that rotates relative to the blade, and in which a fluid flows in the gap.
  • a step portion having a step in the radial direction provided at any one of a radial tip portion of the blade and a portion of the structure facing the radial tip portion, and a radial tip portion of the blade
  • a seal fin that extends from the other part of the structure facing the tip end in the radial direction toward the step part and forms a micro gap between the part and the step in the fluid flow direction.
  • a flow collision surface on which the fluid collides, a convex portion protruding from the flow collision surface toward the upstream side, and the flow collision surface Comprising a facing surface that direction, the.
  • the fluid that has collided with the flow collision surface forms a main vortex in the space between the flow collision surface and the opposing surface and on the blade proximal side from the convex portion. Then, part of the main vortex is peeled off at the convex portion, so that a peeling vortex is generated in the space between the flow collision surface and the opposing surface and on the blade tip side from the convex portion. Furthermore, when a part of the peeling vortex peels off at the corner of the step part, a peeling vortex is generated inside the widened portion formed on the upstream side of the seal fin.
  • the separation vortex generated in the widened portion flows from the seal fin toward the structure at the position of the minute gap formed between the tip of the seal fin and the structure. As a result, this separation vortex exhibits a so-called contraction effect that reduces the amount of fluid leakage in the minute gap.
  • the thermal elongation generated in the blade is larger than the thermal elongation generated in the structure, and further, when the blade is a moving blade, centrifugal elongation occurs. Cutting free-cutting material.
  • the turbine shifts to rated operation, and the thermal expansion of the blades is as large as the thermal expansion of the structure or smaller than the thermal expansion of the structure, so that the seal fin is separated from the free-cutting material.
  • the radial width between the seal fin and the free-cutting material is narrower than the radial width between the seal fin and the step portion when there is no free-cutting material. Thereby, the amount of fluid leakage at the tip of the seal fin can be reduced.
  • step portion is provided in the structure and the seal fin is provided in the blade.
  • the structure body is a casing that houses a shaft body that is rotationally driven, and the blade is a moving blade that is fixed to the shaft body and extends toward the casing.
  • the structure is a shaft body that is rotationally driven, and the blade is a stationary blade that is fixed to a casing that houses the shaft body and extends toward the shaft body.
  • the amount of steam leakage in the gap between the tip of the seal fin and the blade or the structure is reduced.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a steam turbine according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view in which the vicinity of a tip portion of a moving blade in FIG. It is a figure explaining the contraction flow effect of a peeling vortex, Comprising: It is the elements on larger scale which expanded the front-end
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a steam turbine 1 according to the first embodiment.
  • the steam turbine 1 is provided in a hollow casing 10, a regulating valve 20 that adjusts the amount and pressure of steam S (fluid) flowing into the casing 10, and a casing 10 that is rotatably provided.
  • a bearing portion 60 that is rotatably supported around the CL.
  • Casing 10 has an internal space hermetically sealed and a flow path for steam S.
  • This casing 10 has a ring-shaped partition plate outer ring 11 (structure) fixed to its inner wall surface.
  • the shaft body 30 is inserted through the partition plate outer ring 11.
  • a plurality of regulating valves 20 are attached to the inside of the casing 10, and each includes a regulating valve chamber 21 into which steam S flows from a boiler (not shown), a valve body 22, and a valve seat 23.
  • a regulating valve chamber 21 into which steam S flows from a boiler (not shown), a valve body 22, and a valve seat 23.
  • the shaft body 30 includes a shaft main body 31 and a plurality of disks 32 extending radially 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).
  • the annular stationary blade group 40 includes a plurality of stationary blades 41 provided on the inner surface of the casing 10 along the circumferential direction of the shaft body 30.
  • the stationary blade 41 includes a blade main body 42 having a base end portion held by the partition plate outer ring 11 and a ring-shaped hub shroud 43 that connects a radial tip portion of the blade main body 42 in the circumferential direction. Yes.
  • the shaft 30 is inserted through the hub shroud 43 with a gap having a predetermined width in the radial direction.
  • the six annular stator blade groups 40 configured in this way are provided at predetermined intervals in the axial direction of the shaft body 30, and convert the pressure energy of the steam S into velocity energy, and are adjacent to the downstream side. It guides to the moving blade 51 side.
  • the bearing portion 60 includes a journal bearing device 61 that receives the shaft body 30 in the radial direction and a thrust bearing device 62 that receives the shaft body 30 in the axial direction, and supports the shaft body 30 in a rotatable manner.
  • the annular blade group 50 includes a plurality of blades 51 provided along the circumferential direction of the shaft body 30.
  • the blade 51 includes a blade body 511 having a base end fixed to the disk 32, and a ring-shaped tip shroud 512 (not shown in FIG. 1) that connects the radial tip ends of the blade body 511 in the circumferential direction. ).
  • the six annular blade groups 50 configured as described above are provided so as to be adjacent to the downstream side of the six annular stationary blade groups 40. As a result, the annular stator blade group 40 and the annular rotor blade group 50 that are made into one set and one stage are configured in a total of six stages along the axial direction.
  • FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view in which the periphery of the tip portion of the rotor blade 51 in FIG. 1 is enlarged.
  • An annular groove 12 is formed along the circumferential direction on the inner peripheral surface of the partition plate outer ring 11 shown in FIG.
  • the annular groove 12 is formed by an upstream side wall surface 13 (opposing surface), a bottom surface 14, and a downstream side wall surface 15.
  • a stepped step portion 141 is provided at a position facing the chip shroud 512 on the bottom surface 14.
  • the step portion 141 is composed of three steps protruding toward the moving blade 51 toward the downstream side, and includes three axial wall surfaces (inner circumferential surfaces) 141a, 141b, 141c along the axial direction, and along the radial direction. It has three radial wall surfaces 141d, 141e, 141f.
  • the step portion 141 only needs to have at least the axial wall surface 141a and the radial wall surface 141d, and the number of steps is not limited to three and can be arbitrarily changed.
  • the tip 51 of the rotor blade 51 is provided with the ring-shaped tip shroud 512 as described above.
  • the tip shroud 512 has a substantially rectangular cross section, and a steam collision surface 53 (flow collision surface) on which the steam S collides is provided at a position facing the upstream side wall surface 13 of the partition plate outer ring 11.
  • the convex part 54 which protrudes toward an upstream is provided in the radial direction front-end
  • the convex portion 54 has a substantially rectangular shape on the step surface, and is provided at the tip end in the radial direction of the tip shroud 512.
  • the cross-sectional shape of the convex part 54 is not limited to the rectangle of this embodiment, A design change is possible arbitrarily, for example, it can also be made into a triangle and a semicircle.
  • the cross-sectional shape of the tip shroud 512 is not limited to this embodiment, and may be a stepped shape in which the thickness in the radial direction becomes thinner toward the downstream side, for example.
  • the position where the convex portion 54 is formed is not limited to the radial front end portion of the steam collision surface 53 of the tip shroud 512, and may be, for example, a radial central portion or a radial base end portion.
  • the convex portion 54 serves as a so-called axial seal fin. May be configured.
  • the first seal fin 55A located on the most upstream side has its base end fixed at a position slightly downstream of the radial wall surface 141d, and its distal end close to the axial wall surface 141a of the step portion 141. The position has been reached. Thereby, a minute gap 56A is formed between the first seal fin 55A and the axial wall surface 141a.
  • the second seal fin 55B located on the second upstream side has its base end fixed at a position slightly downstream of the radial wall surface 141e, and its tip close to the axial wall surface 141b of the step portion 141. The position has been reached. Thereby, a minute gap 56B is formed between the second seal fin 55B and the axial wall surface 141b.
  • the third seal fin 55C located on the most downstream side has a base end portion fixed slightly downstream from the radial wall surface 141f, and a tip portion thereof reached a position close to the axial wall surface 141c of the step portion 141. ing. Thereby, a minute gap 56C is formed between the third seal fin 55C and the axial wall surface 141c. And the length of the seal fin 55 comprised in this way becomes short gradually in order of the 1st seal fin 55A, the 2nd seal fin 55B, and the 3rd seal fin 55C.
  • the length, shape, installation position, number, and the like of the seal fins 55 are not limited to this embodiment, and the design can be appropriately changed according to the cross-sectional shape of the tip shroud 512 and / or the partition plate outer ring 11.
  • the dimensions of the minute gaps 56A, 56B, and 56C are such that the seal fin 55 and the partition plate outer ring 11 are in contact with each other in consideration of the thermal elongation amount of the casing 10 and the moving blade 51, the centrifugal elongation amount of the moving blade, and the like. It is preferable to set the minimum value within a safe range where there is no problem.
  • the three minute gaps 56A, 56B, and 56C are all set to the same size, but if necessary, the minute gaps 56A, 56B, and 56C may be set to different dimensions for each seal fin 55. Good.
  • the first cavity C1 located on the most upstream side is the upstream side wall surface 13 of the partition plate outer ring 11, the bottom surface 14 of the partition plate outer ring 11, the first seal fin 55A, and the steam collision surface of the chip shroud 512. 53.
  • the second cavity C2 located on the second upstream side is formed by the first seal fin 55A, the bottom surface 14 of the partition plate outer ring 11, the second seal fin 55B, and the outer peripheral surface 512a of the chip shroud 512.
  • the third cavity C3 located on the most downstream side is formed by the second seal fin 55B, the bottom surface 14 of the partition plate outer ring 11, the third seal fin 55C, and the outer peripheral surface 512a of the tip shroud 512. .
  • the first cavity C1 has a substantially rectangular shape in a cross section along the axial direction.
  • the first seal fin 55A is fixed at a position slightly downstream of the radial wall surface 141d. Accordingly, a widened portion 57 that is slightly widened in the axial direction is formed in the downstream portion of the first cavity C1 in the axial direction.
  • the second cavity C2 also has a substantially rectangular shape in a cross section along the axial direction.
  • the second seal fin 55B is fixed at a position slightly downstream of the radial wall surface 141e. Therefore, a widened portion 58 that is slightly widened in the axial direction is also formed in the downstream portion of the second cavity C2 in the axial direction.
  • the third cavity C3 also has a substantially rectangular shape in a cross section along the axial direction.
  • the third seal fin 55C is fixed at a position slightly downstream of the radial wall surface 141f. Therefore, a widened portion 59 that is slightly widened in the axial direction is formed also in the axially downstream portion of the third cavity C3.
  • FIG.1 and FIG.2 the effect of the steam turbine 1 which concerns on 1st embodiment is demonstrated using FIG.1 and FIG.2.
  • the regulating valve 20 shown in FIG. 1 When the regulating valve 20 shown in FIG. 1 is opened, the steam S flows into the casing 10 from a boiler (not shown). The steam S is guided to the annular moving blade group 50 by the annular stationary blade group 40 of each stage, and the annular moving blade group 50 starts rotating. Thereby, the energy of the steam S is converted into rotational energy by the annular blade group 50, and this rotational energy is transmitted from the shaft body 30 that rotates integrally with the annular blade group 50 to a generator (not shown) or the like. Is done.
  • a separation vortex HU2 is generated in the widened portion 57 of the first cavity C1.
  • the direction of rotation of the separation vortex HU2 is opposite to that of the separation vortex HU1, that is, counterclockwise in FIG.
  • the separation vortex HU2 exhibits a so-called contraction effect that reduces the leak amount of the steam S in the minute gap 56A between the first seal fin 55A and the partition plate outer ring 11.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the contraction effect of the separation vortex HU2, and is a partially enlarged cross-sectional view in which the periphery of the front end portion of the first seal fin 55A in FIG. 2 is enlarged.
  • the counterclockwise separation vortex HU2 flows from the first seal fin 55A toward the partition plate outer ring 11 at the position of the minute gap 56A. Accordingly, the separation vortex HU2 has a radially outward inertial force.
  • the steam S leaking downstream through the minute gap 56A is pressed to the axial wall surface 141a side by the inertial force of the separation vortex HU2, so that the width in the radial direction as shown by the one-dot chain line in FIG.
  • the separation vortex HU2 has an effect of reducing the leak amount by compressing the steam S in the radial direction, that is, a contraction effect.
  • the effect of the contraction flow increases as the inertial force of the separation vortex HU2 increases, that is, as the flow velocity of the separation vortex HU2 increases.
  • the vapor S leaking from the minute gap 56A flows into the second cavity C2.
  • the steam S collides with the radial wall surface 141e of the partition plate outer ring 11 to form a clockwise main vortex SU2.
  • a counterclockwise peeling vortex HU3 is generated in the widened portion 58 of the third cavity C3.
  • the separation vortex HU3 flows from the second seal fin 55B toward the partition plate outer ring 11 at the position of the minute gap 56B. Accordingly, the separation vortex HU3 also exhibits a contraction effect that reduces the leak amount of the steam S in the minute gap 56B, similarly to the separation vortex HU2.
  • the vapor S leaking from the minute gap 56B flows into the third cavity C3.
  • the steam S collides with the radial wall surface 141f of the partition plate outer ring 11, thereby forming a clockwise main vortex SU3.
  • a counterclockwise peeling vortex HU4 is generated in the widened portion 59 of the third cavity C3.
  • the separation vortex HU4 flows from the third seal fin 55C toward the partition plate outer ring 11 at the position of the minute gap 56C. Accordingly, the separation vortex HU4 also exhibits a contraction effect that reduces the leak amount of the steam S in the minute gap 56C, similarly to the separation vortex HU2.
  • the number of cavities C along the axial direction is not limited to three, and an arbitrary number can be provided.
  • the steam turbine according to the second embodiment differs from the steam turbine 1 according to the first embodiment only in the configuration of the partition plate outer ring 11 fixed to the inner wall surface of the casing 10 shown in FIG. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are used and description thereof is omitted here.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the periphery of the tip of the rotor blade 51 according to the second embodiment.
  • the free cutting material 16 is applied with a uniform thickness so as to cover the bottom surface 14 of the annular groove 12 formed in the partition plate outer ring 11.
  • the free-cutting material 16 is made of a material that has less sliding frictional heat and is more machinable than the seal fin 55. Examples of the free-cutting material 16 include cobalt, nickel, chromium, aluminum, and yttrium materials (CoNiCrAlY materials), nickel, chromium, aluminum materials (NiCrAl materials), nickel, chromium, and iron.
  • Abradable materials made of various known free-cutting materials such as aluminum, boron, and nitrogen-based materials (NiCrFeAlBN-based materials) are used.
  • a honeycomb layer made of metal or ceramic can be used in addition to the abradable material.
  • the free cutting material 16 is applied to the entire bottom surface 14 of the annular groove 12, but it is sufficient that the free cutting material 16 is applied at least at a position facing the three seal fins 55 in the step portion 141. Specifically, if it is applied to the axial wall surface 141a facing the first seal fin 55A, the axial wall surface 141b facing the second seal fin 55B, and the axial wall surface 141c facing the third seal fin 55C. Good. Moreover, the free-cutting material 16 does not need to have a uniform thickness over the entire bottom surface 14, and the thickness may be appropriately changed depending on the position.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams illustrating the operational effects of the steam turbine according to the second embodiment.
  • heat enters the annular blade group 50 at the start-up, and the thermal elongation of the annular blade group 50 due to the heat becomes larger than the thermal elongation of the casing 10.
  • the seal fin 55 may come into contact with the partition plate outer ring 11. Therefore, a sufficiently large radial width W1 (shown in FIG. 5B) is set between the seal fin 55 and the partition plate outer ring 11 so that they do not contact each other even at the time of activation.
  • the thermal elongation generated in the annular blade group 50 becomes larger than the thermal elongation generated in the casing 10, and thus the centrifugal blade group 50 is further centrifuged. Due to the elongation, the free-cutting material 16 is cut by the tip of the seal fin 55 as shown in FIG. 5A. Thereafter, when a predetermined time elapses, the steam turbine 1 shifts to a rated operation. As a result, the thermal expansion of the annular blade group 50 is equal to the thermal expansion of the casing 10 or smaller than the thermal expansion of the casing 10, so that the seal fin 55 has its tip as shown in FIG. 5B.
  • the radial width W2 between the tip end portion of the seal fin 55 and the free-cutting material 16 is very narrow compared to the radial width W1. Thereby, the leak amount of the vapor
  • the steam turbine according to the third embodiment differs from the steam turbine 1 according to the first embodiment in the configuration of the partition plate outer ring 11 and the moving blade 51 shown in FIG. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are used and description thereof is omitted here.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the periphery of the tip of the rotor blade 51 according to the third embodiment.
  • the annular groove 12 is formed in the inner peripheral surface of the partition plate outer ring
  • the annular groove 12 is formed by the upstream side wall surface 13, the bottom surface 14, and the downstream side wall surface 15.
  • a step-like step portion 145 is provided at a position facing the chip shroud 512 on the bottom surface 14.
  • the step portion 145 includes four steps, four axial wall surfaces (inner peripheral surfaces) 145a, 145b, 145c, and 145d along the axial direction, and four radial wall surfaces 145e, 145f, 145g along the radial direction, 145h. And the convex part 70 which protrudes toward an upstream is provided in the radial direction wall surface 145f (flow collision surface) where the vapor
  • the tip shroud 512 disposed at the tip of the rotor blade 51 is different from the first embodiment in that a stepped step portion 71 is formed on the outer peripheral surface 512a. Yes. Since the rest of the configuration of the chip shroud 512 is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted here.
  • the step portion 71 includes three steps, and has three axial wall surfaces (inner peripheral surfaces) 71a, 71b, 71c along the axial direction, and three radial wall surfaces 71d, 71e, 71f along the radial direction. is doing. And the convex part 72 which protrudes toward an upstream is provided in the radial direction wall surface 71f (flow collision surface) where the vapor
  • three seal fins 73 extending in the radial direction are provided at predetermined intervals in the axial direction.
  • the first seal fin 73A located on the most upstream side has a base end portion which is the outer peripheral surface 512a of the tip shroud 512 and is fixed at a position slightly downstream of the radial wall surface 145e.
  • tip part of 73 A of 1st seal fins has reached the position close to the axial direction wall surface 145a of the partition plate outer ring
  • a minute gap 74A is formed between the first seal fin 73A and the axial wall surface 145a.
  • the second seal fin 73B located on the second upstream side has a base end portion that is the axial wall surface 145b of the partition plate outer ring 11 and is fixed at a position slightly downstream of the radial wall surface 71e. .
  • the tip end of the second seal fin 73B reaches a position close to the axial wall surface 71b of the tip shroud 512. Thereby, a minute gap 74B is formed between the second seal fin 73B and the axial wall surface 71b.
  • the third seal fin 73C located on the most downstream side has a base end portion that is the axial wall surface 71c of the tip shroud 512 and is fixed at a position slightly downstream of the radial wall surface 145h.
  • the tip end of the third seal fin 73C reaches a position close to the axial wall surface 145d of the partition plate outer ring 11. Thereby, a minute gap 74C is formed between the third seal fin 73C and the axial wall surface 145d.
  • seal fins 73 are not limited to the present embodiment, and the design can be appropriately changed according to the cross-sectional shape of the tip shroud 512 and / or the partition plate outer ring 11.
  • the 1st cavity C1 located in the most upstream is the structure similar to 1st embodiment.
  • the fourth cavity C4 located on the second upstream side is formed by the first seal fin 73A, the bottom surface 14 of the partition plate outer ring 11, the second seal fin 73B, and the outer peripheral surface 512a of the chip shroud 512.
  • the fifth cavity C5 located on the most downstream side is formed by the second seal fin 73B, the bottom surface 14 of the partition plate outer ring 11, the third seal fin 73C, and the outer peripheral surface 512a of the tip shroud 512. .
  • the radial wall surface 145f that forms the fourth cavity C4 corresponds to the flow collision surface according to the present invention
  • the downstream side surface of the first seal fin 73A that also forms the fourth cavity C4 is the main surface. This corresponds to the facing surface according to the invention.
  • the radial wall surface 71f that forms the fifth cavity C5 corresponds to the flow collision surface according to the present invention
  • the downstream side surface of the second seal fin 73B that also forms the fifth cavity C5 is the opposing surface according to the present invention. It corresponds to.
  • the effects of the steam turbine 1 according to the third embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment.
  • the main vortex SU1, the separation vortex HU1, and the separation vortex HU2 are placed inside the first cavity C1, as in the first embodiment. Occurs.
  • the separation vortex HU2 exhibits a so-called contraction effect that reduces the leakage amount of the steam S in the minute gap 74A.
  • the separation vortex HU6 flows from the second seal fin 73B toward the tip shroud 512 at the position of the minute gap 74B. Therefore, this separation vortex HU6 also exhibits a contraction effect that reduces the leakage amount of the steam S in the minute gap 74B.
  • the steam S collides with the radial wall surface 71f of the tip shroud 512, thereby forming a counterclockwise main vortex SU5.
  • a clockwise peeling vortex HU7 is generated.
  • a counterclockwise separation vortex HU8 is generated in the widened portion 77 of the fifth cavity C5.
  • the separation vortex HU8 flows from the third seal fin 73C toward the partition plate outer ring 11 at the position of the minute gap 74C. Therefore, this separation vortex HU8 also exhibits a contraction effect that reduces the leakage amount of the steam S in the minute gap 74C.
  • the leakage amount of the steam S is reduced by the contraction effect of the separation vortex HU2, separation vortex HU6, separation vortex HU8 in the first cavity C1, the fourth cavity C4, and the fifth cavity C5, respectively. Can be reduced.
  • steam S can be suppressed further to the minimum from 1st embodiment.
  • the number of cavities C along the axial direction is not limited to three, and an arbitrary number can be provided.
  • the steam turbine according to the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the annular stator blade group 40 shown in FIG. 1 corresponds to the blade according to the present invention and the shaft body 30 corresponds to the structure according to the present invention. Is different. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are used and description thereof is omitted here.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the periphery of the tip portion of the stationary blade 41 according to the fourth embodiment.
  • An annular groove 33 is formed on the outer peripheral surface of the shaft body 30 along the circumferential direction.
  • the annular groove 33 is formed by an upstream side wall surface 34 (opposing surface), a bottom surface 35, and a downstream side wall surface 36.
  • a stepped step portion 351 is provided at a position facing the stationary blade 41 on the bottom surface 35.
  • the step portion 351 includes three steps protruding toward the stationary blade 41 toward the downstream side, and includes three axial wall surfaces (outer peripheral surfaces) 351a, 351b, and 351c along the axial direction, and three along the radial direction.
  • the step portion 351 only needs to have at least an axial wall surface 351a and a radial wall surface 351d, and the number of steps is not limited to three and can be arbitrarily changed.
  • the ring-shaped hub shroud 43 is disposed at the tip of the stationary blade 41 as described above.
  • the hub shroud 43 has a substantially rectangular cross section, and a steam collision surface 44 (flow collision surface) on which the steam S collides is provided at a position facing the upstream side wall surface 34 of the shaft body 30.
  • the convex part 45 which protrudes toward an upstream is provided in the radial direction front-end
  • the convex portion 45 has a substantially rectangular shape on the step surface, and is provided at the distal end portion in the radial direction of the hub shroud 43.
  • the cross-sectional shape of the convex part 45 is not limited to the rectangle of this embodiment, A design change is possible arbitrarily, for example, it can also be made into a triangle and a semicircle.
  • the cross-sectional shape of the hub shroud 43 is not limited to this embodiment, and may be a stepped shape in which the thickness in the radial direction becomes thinner toward the downstream side, for example.
  • the position where the convex portion 45 is formed is not limited to the radial front end portion on the steam collision surface 44 of the hub shroud 43, and may be, for example, a radial central portion or a radial base end portion.
  • the convex portion 45 as a so-called axial seal fin. May be configured.
  • three seal fins 46 are provided on the inner peripheral surface 43 a of the hub shroud 43 so as to protrude in the radial direction at predetermined intervals in the axial direction.
  • the first seal fin 46A located on the most upstream side has its proximal end fixed at a position slightly downstream of the radial wall surface 351d, and its distal end reaches a position close to the axial wall surface 351a. Yes. Thereby, a minute gap 47A is formed between the first seal fin 46A and the axial wall surface 351a.
  • the second seal fin 46B located on the second upstream side has its base end fixed at a position slightly downstream of the radial wall surface 351e, and its tip reaches a position close to the axial wall surface 351b. ing. Thereby, a minute gap 47B is formed between the second seal fin 46B and the axial wall surface 351b.
  • the third seal fin 46C located on the most downstream side has a proximal end portion fixed slightly downstream from the radial wall surface 351f, and a distal end portion reaching a position close to the axial wall surface 351c. Thereby, a minute gap 47C is formed between the third seal fin 46C and the axial wall surface 351c. And the length of the seal fin 46 comprised in this way becomes short gradually in order of 46A of 1st seal fins, 46B of 2nd seal fins, and 46C of 3rd seal fins.
  • seal fins 46 are not limited to the present embodiment, and the design can be appropriately changed according to the cross-sectional shape of the hub shroud 43 and / or the shaft body 30.
  • the three cavities C are formed by the shaft body 30, the three seal fins 46, and the hub shroud 43.
  • the sixth cavity C6 located on the most upstream side includes the upstream side wall surface 34 of the shaft body 30, the bottom surface 35 of the shaft body 30, the first seal fin 46A, and the steam collision surface 44 of the hub shroud 43. Is formed by.
  • the seventh cavity C7 located on the second upstream side is formed by the first seal fin 46A, the bottom surface 35 of the shaft body 30, the second seal fin 46B, and the inner peripheral surface 43a of the hub shroud 43.
  • the eighth cavity C8 located on the most downstream side is formed by the second seal fin 46B, the bottom surface 35 of the shaft body 30, the third seal fin 46C, and the inner peripheral surface 43a of the hub shroud 43. .
  • the sixth cavity C6 has a substantially rectangular shape in a cross section along the axial direction.
  • the first seal fin 46A is fixed at a position slightly downstream of the radial wall surface 351d. Accordingly, a widened portion 48A that is slightly widened in the axial direction is formed at the downstream side in the axial direction of the sixth cavity C6.
  • the seventh cavity C7 also has a substantially rectangular shape in a cross section along the axial direction.
  • the second seal fin 46B is fixed at a position slightly downstream of the radial wall surface 351e. Accordingly, a widened portion 48B that is slightly widened in the axial direction is also formed in the axially downstream portion of the seventh cavity C7.
  • the eighth cavity C8 also has a substantially rectangular shape in a cross section along the axial direction.
  • the third seal fin 46C is fixed at a position slightly downstream of the radial wall surface 351f. Accordingly, a widened portion 48C that is slightly widened in the axial direction is also formed in the axially downstream portion of the eighth cavity C8.
  • FIG. 1 Part of the steam S flowing in the axial direction collides with the steam collision surface 44 of the hub shroud 43.
  • a clockwise main vortex SU6 is generated, for example, in the clockwise direction in FIG.
  • a separation vortex HU9 is generated in a region inside the sixth cavity C6 and on the blade tip side from the convex portion 45.
  • the direction of rotation of the separation vortex HU9 is opposite to that of the main vortex SU6, that is, counterclockwise in FIG.
  • a separation vortex HU10 is generated in the widened portion 48A of the sixth cavity C6.
  • the direction of rotation of the separation vortex HU10 is opposite to that of the separation vortex HU9, that is, clockwise in FIG. 7, and flows from the first seal fin 46A toward the shaft body 30 at the position of the minute gap 47A. Therefore, the separation vortex HU10 exhibits a so-called contraction effect that reduces the amount of leakage of the steam S in the minute gap 47A.
  • the vapor S leaking from the minute gap 47A flows into the seventh cavity C7.
  • the steam S collides with the radial wall surface 351e of the shaft body 30 to form a counterclockwise main vortex SU7.
  • a clockwise peeling vortex HU11 is generated in the widened portion 48B of the seventh cavity C7.
  • the separation vortex HU11 flows from the second seal fin 46B toward the shaft body 30 at the position of the minute gap 47B. Therefore, this separation vortex HU11 also exhibits a contraction effect that reduces the leakage amount of the steam S in the minute gap 47B.
  • the vapor S leaking from the minute gap 47B flows into the eighth cavity C8.
  • the steam S collides with the radial wall surface 351f of the shaft body 30 to form a counterclockwise main vortex SU8.
  • a clockwise peeling vortex HU12 is generated in the widened portion 48C of the eighth cavity C8.
  • the separation vortex HU12 flows from the third seal fin 46C toward the shaft body 30 at the position of the minute gap 47C. Therefore, this separation vortex HU12 also exhibits a contraction effect that reduces the amount of leakage of the steam S in the minute gap 47C.
  • the number of cavities C along the axial direction is not limited to three, and an arbitrary number can be provided.
  • the annular groove 12 and the step portions 141 and 145 are formed in the partition plate outer ring 11.
  • the partition plate outer ring 11 is not an essential component of the present invention, and the annular groove 12 and the step portions 141 and 145 may be formed in the casing 10 without providing the partition plate outer ring 11.
  • the present invention is applied to a condensing steam turbine.
  • the present invention can also be applied to other types of steam turbines such as a two-stage extraction turbine, an extraction turbine, and an air-mixing turbine.
  • this invention was applied to the steam turbine, it can be applied also to a gas turbine, Furthermore, this invention is applicable to all the apparatuses which have a rotary blade.
  • the present invention includes a blade and a structure that is provided on the radial front end side of the blade via a gap and that rotates relative to the blade, and in the turbine in which fluid flows in the gap, the diameter of the blade
  • a step portion having a step in the radial direction, the step portion having a step in the radial direction, the radial tip portion of the blade, and the structure in the structure body.
  • a seal fin that extends from the other part of the portion facing the distal end in the radial direction toward the step part and forms a minute gap with the step part, and upstream of the seal fin in the fluid flow direction.

Landscapes

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Abstract

　本発明に係るタービンは、ブレードと、該ブレードに対して相対回転する構造体とを備え、流体が流通するタービンにおいて、前記ブレードの径方向先端部、及び前記構造体における前記径方向先端部に対向する部位のうち、いずれか一方に設けられたステップ部と、他方から前記ステップ部に向かって延出し、該ステップ部との間に微小間隙を形成するシールフィンと、前記流体の流通方向で前記シールフィンより上流側に設けられ、前記流体が衝突する流れ衝突面と、該流れ衝突面から上流側に向かって突出する凸部と、前記流れ衝突面に対向する対向面と、を備える。

Description

タービン
　本発明は、例えば、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。
　本願は、２０１１年１２月１３日に日本に出願された特願２０１１－２７２３５５号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来から、蒸気タービンの一種として、内部を蒸気が流通するケーシングと、このケーシングの内部に回転自在に設けられた軸体とを有するものが知られている。この蒸気タービンでは、ケーシングの内周面に静翼が固定されるとともに、軸体の外周面に動翼が固定され、静翼と動翼とが軸方向に交互に複数段に亘って設けられる。
　この蒸気タービンは、作動方式の違いによって、衝動タービンと反動タービンとに大別される。衝動タービンとは、蒸気から受ける衝撃力だけによって動翼が回転するものである。この衝動タービンでは、静翼がノズル形状を有し、この静翼を通過した蒸気が動翼に噴射され、蒸気から受ける衝撃力だけによって動翼が回転する。一方、反動タービンは、静翼の形状が動翼と同様であって、この静翼を通過した蒸気から受ける衝撃力と、動翼を通過する際に生じる蒸気の膨張に対する反動力とによって動翼が回転するものである。
　ところで、このような蒸気タービンでは、動翼の先端部とケーシングとの間に、径方向に所定幅の隙間が形成されており、また静翼の先端部と軸体との間にも、径方向に所定幅の隙間が形成されている。そして、軸体の軸線方向に流れる蒸気の一部が、これら動翼や静翼の先端部の隙間を通って下流側へリークする。ここで、動翼とケーシングとの間の隙間から下流側へリークする蒸気は、動翼に対して衝撃力も反動力も付与しないので、衝動タービンか反動タービンかによらず、動翼を回転させる駆動力としてほとんど寄与しない。また、静翼と軸体との間の隙間から下流側へリークする蒸気も、静翼を越えてもその速度が変化せずまた膨張も生じないため、衝動タービンか反動タービンかによらず、下流側の動翼を回転させるための駆動力としてほとんど寄与しない。従って、蒸気タービンの性能向上のためには、動翼や静翼の先端部の隙間における蒸気のリーク量を低減させることが重要となる。
　そこで、動翼や静翼の先端部の隙間から蒸気がリークすることを防止する手段として、シールフィンが従来用いられている。このシールフィンは、例えば動翼の先端部に用いる場合、動翼及びケーシングのいずれか一方から突出し、他方との間に微小な隙間を形成するように設けられる。
　ところで、動翼としては、その先端部を構成するシュラウドの上流側面、すなわち蒸気流が衝突する面に、上流側に向けて突出する凸部を設けたものが従来知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。
　しかし、これら特許文献１及び特許文献２には、シュラウドにこの凸部を設ける意義に関しては記載されていない。
特開２００６－２９１９６７号公報 特開平０２－０３０９０３号公報
　しかし、動翼や静翼の先端部にシールフィンが設けられる従来の蒸気タービンでは、シールフィンが動翼や静翼の側から突出する場合、下流側への蒸気のリークを防止するシール性能が良好に得られないという問題がある。
　図８は、従来の蒸気タービンについて動翼８０の先端部周辺を示す概略断面図である。
　動翼８０を構成するシュラウド８１からシールフィン８２が突出する場合、動翼８０にぶつかった蒸気Ｓは、動翼８０の上流側に形成されたキャビティＣの内部に主渦ＳＵを形成する。そして、この主渦ＳＵがシュラウド８１の角部８３にぶつかってその一部が剥離することにより、剥離渦ＨＵが形成される。しかし、この剥離渦ＨＵは、シールフィン８２の先端部においてケーシング８４からシールフィン８２の側へ向かって流れている。
　従って、この剥離渦ＨＵは、縮流効果すなわちシールフィン８２の先端とケーシング８４との間の微小間隙８５を通って下流側へリークする蒸気Ｓを径方向に押し縮めることでリーク量を低減させる効果が小さい。これにより、動翼８０からシールフィン８２が突出する構成では、シール性能が良好に得られなかった。
　本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、翼体及び構造体のいずれか一方から他方へ向かってシールフィンが延びるタービンにおいて、シールフィンの先端と翼体または構造体との間の隙間における蒸気のリーク量を低減化する手段を提供することにある。
　（１）本発明に係るタービンは、ブレードと、該ブレードの径方向先端側に隙間を介して設けられるとともに前記ブレードに対して相対回転する構造体とを備え、前記隙間に流体が流通するタービンにおいて、前記ブレードの径方向先端部及び前記構造体における前記径方向先端部に対向する部位のうちいずれか一方に設けられ、径方向への段差を有するステップ部と、前記ブレードの径方向先端部及び前記構造体における前記径方向先端部に対向する部位のうち他方から前記ステップ部に向かって延出し、該ステップ部との間に微小間隙を形成するシールフィンと、前記流体の流通方向で前記シールフィンより上流側に設けられ、前記流体が衝突する流れ衝突面と、該流れ衝突面から上流側に向かって突出する凸部と、前記流れ衝突面に対向する対向面と、を備える。
　このような構成によれば、流れ衝突面に衝突した流体が、流れ衝突面と対向面との間であって凸部よりブレード基端側の空間に、主渦を形成する。そして、凸部にて主渦の一部が剥離することにより、流れ衝突面と対向面との間であって凸部よりブレード先端側の空間に、剥離渦が発生する。更に、ステップ部の角部にて剥離渦の一部が剥離することにより、シールフィンの上流側に形成される拡幅部の内部に、剥離渦が発生する。そして、この拡幅部に生じた剥離渦は、シールフィンの先端と構造体との間に形成される微小間隙の位置において、シールフィンから構造体の側へ向かって流れる。
　これにより、この剥離渦は、微小間隙における流体のリーク量を低減させる、いわゆる縮流効果を発揮する。
（２）前記ステップ部の表面に、前記シールフィンより被削性に優れた快削材が設けられていることが好ましい。
　このような構成によれば、タービンの起動時には、ブレードに生じる熱伸びが構造体に生じる熱伸びより大きくなることにより、更にはブレードが動翼の場合に遠心伸びが生じることにより、シールフィンが快削材を切削する。その後、タービンが定格運転に移行し、ブレードの熱伸びが構造体の熱伸びと同等の大きさ、または、構造体の熱伸びより小さくなることにより、シールフィンは快削材から離れた状態となる。そして、この時、シールフィンと快削材との間の径方向幅は、快削材が無い場合におけるシールフィンとステップ部との間の径方向幅と比較して狭いものである。
　これにより、シールフィンの先端部における流体のリーク量を低減させることができる。
（３）前記ステップ部が前記構造体に設けられ、前記シールフィンが前記ブレードに設けられていることが好ましい。
　このような構成によれば、シールフィンの先端部がブレードから離れた位置となるため、シールフィンの先端部と構造体との摺動による熱が、ブレードに伝わりにくい。
（４）前記構造体が、回転駆動される軸体を収容するケーシングであり、前記ブレードが、前記軸体に固定されて前記ケーシングの側へ延びる動翼であることが好ましい。
　このような構成によれば、動翼の先端部において、シールフィンとケーシングとの間に形成される微小間隙からの流体のリーク量を最小限に抑えることができる。
（５）前記構造体が、回転駆動される軸体であり、前記ブレードが、前記軸体を収容するケーシングに固定されて前記軸体の側へ延びる静翼であることが好ましい。
　このような構成によれば、静翼の先端部において、シールフィンと軸体との間に形成される微小間隙からの流体のリーク量を最小限に抑えることができる。
　本発明に係るタービンによれば、ブレード及び構造体のいずれか一方から他方へ向かってシールフィンが延びるタービンにおいて、シールフィンの先端とブレードまたは構造体との間の隙間における蒸気のリーク量を低減化することができる。
本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンを示す概略断面図である。 図１における動翼の先端部周辺を拡大した部分拡大断面図である。 剥離渦の縮流効果について説明する図であって、図２における第一シールフィンの先端部周辺を拡大した部分拡大断面図である。 第二実施形態に係る動翼の先端部周辺を示す概略断面図である。 第二実施形態に係る蒸気タービンの作用効果を説明する図である。 第二実施形態に係る上記タービンの作用効果を説明する図である。 第三実施形態に係る動翼の先端部周辺を示す概略断面図である。 第四実施形態に係る静翼の先端部周辺を示す概略断面図である。 従来の蒸気タービンについて動翼の先端部周辺を示す概略断面図である。
［第一実施形態］
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの構成について説明する。図１は、第一実施形態に係る蒸気タービン１を示す概略断面図である。
　蒸気タービン１は、中空のケーシング１０と、このケーシング１０の内部に流入する蒸気Ｓ（流体）の量と圧力を調整する調整弁２０と、ケーシング１０の内部に回転自在に設けられ、不図示の発電機等の機械に動力を伝達する軸体３０と、ケーシング１０に保持された環状静翼群４０と、軸体３０に設けられた環状動翼群５０（ブレード）と、軸体３０を軸ＣＬ回りに回転可能に支持する軸受部６０とを備えている。
　ケーシング１０は、内部空間が気密に封止されているとともに、蒸気Ｓの流路とされている。このケーシング１０は、その内壁面に固定されたリング状の仕切板外輪１１（構造体）を有している。そして、この仕切板外輪１１に軸体３０が挿通されている。
　調整弁２０は、ケーシング１０の内部に複数個取り付けられており、それぞれ図示しないボイラから蒸気Ｓが流入する調整弁室２１と、弁体２２と、弁座２３とを備えており、弁体２２が弁座２３から離れると蒸気流路が開いて、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ようになっている。
　軸体３０は、軸本体３１と、この軸本体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。この軸体３０は、回転エネルギーを、図示しない発電機等の機械に伝達するようになっている。
　環状静翼群４０は、軸体３０の周方向に沿って複数の静翼４１がケーシング１０の内側面に設けられてなるものである。この静翼４１は、基端部が前記仕切板外輪１１によって保持された翼本体４２と、この翼本体４２の径方向先端部を周方向に連結するリング状のハブシュラウド４３とを有している。そして、このハブシュラウド４３には、径方向に所定幅の隙間を介するようにして、軸体３０が挿通されている。
　そして、このように構成される６個の環状静翼群４０が、軸体３０の軸方向に所定間隔で設けられており、蒸気Ｓの圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して、下流側に隣接する動翼５１側に案内するようになっている。
　軸受部６０は、軸体３０を径方向に受けるジャーナル軸受装置６１と、軸体３０を軸方向に受けるスラスト軸受装置６２とを有し、軸体３０を回転可能に支持している。
　環状動翼群５０は、軸体３０の周方向に沿って複数の動翼５１が設けられてなるものである。この動翼５１は、基端部が前記ディスク３２に固定された翼本体５１１と、この翼本体５１１の径方向先端部を周方向に連結するリング状のチップシュラウド５１２（図１には不図示）とを有している。そして、このように構成される６個の環状動翼群５０が、６個の環状静翼群４０の下流側に隣接するようにしてそれぞれ設けられている。
　これにより、一組一段とされる環状静翼群４０及び環状動翼群５０が、軸方向に沿って合計六段に亘って構成されている。
　ここで、図２は、図１における動翼５１の先端部周辺を拡大した部分拡大断面図である。
　図２に示す仕切板外輪１１の内周面には、周方向に沿って環状溝１２が形成されている。この環状溝１２は、上流側壁面１３（対向面）と、底面１４と、下流側壁面１５とにより形成されている。そして、底面１４におけるチップシュラウド５１２に対向する位置には、階段状のステップ部１４１が設けられている。このステップ部１４１は、下流側に行くに従って動翼５１の側へ突出する３つの段差からなり、軸方向に沿う３つの軸方向壁面（内周面）１４１ａ,１４１ｂ,１４１ｃと、径方向に沿う３つの径方向壁面１４１ｄ,１４１ｅ,１４１ｆとを有している。
　尚、ステップ部１４１は、少なくとも軸方向壁面１４１ａと径方向壁面１４１ｄを有していれば足り、その段差の数は３段に限定されず任意に変更が可能である。
　一方、図２に示すように、動翼５１の先端部には、前述のようにリング状のチップシュラウド５１２が配設されている。このチップシュラウド５１２は、断面略矩形形状を有し、仕切板外輪１１の上流側壁面１３に対向する位置には、蒸気Ｓが衝突する蒸気衝突面５３（流れ衝突面）が設けられている。そして、この蒸気衝突面５３における径方向先端部には、上流側に向かって突出する凸部５４が設けられている。この凸部５４は、段面略矩形形状を有し、チップシュラウド５１２の径方向先端部に設けられている。
　尚、凸部５４の断面形状は、本実施形態の矩形に限定されず任意に設計変更が可能であって、例えば三角形や半円形にすることもできる。
　また、チップシュラウド５１２の断面形状も本実施形態に限定されず、例えば下流側に行くに従って径方向への厚みが薄くなるような階段形状であってもよい。
　また、凸部５４を形成する位置は、チップシュラウド５１２の蒸気衝突面５３における径方向先端部に限定されず、例えば径方向中央部や径方向基端部であってもよい。
　また、凸部５４の先端を上流側壁面１３に近接した位置まで突出させ、凸部５４と上流側壁面１３との間に微小な隙間を形成することにより、いわゆる軸方向シールフィンとして凸部５４を構成してもよい。
　そして、図２に示すように、チップシュラウド５１２の外周面５１２ａには、軸方向に所定間隔で３つのシールフィン５５が、径方向に突出してそれぞれ設けられている。このうち、最も上流側に位置する第一シールフィン５５Ａは、その基端部が径方向壁面１４１ｄより若干下流側の位置に固定され、その先端部がステップ部１４１の軸方向壁面１４１ａに近接した位置に達している。
　これにより、第一シールフィン５５Ａと軸方向壁面１４１ａとの間には、微小間隙５６Ａが形成されている。
　また、２番目に上流側に位置する第二シールフィン５５Ｂは、その基端部が径方向壁面１４１ｅより若干下流側の位置に固定され、その先端部がステップ部１４１の軸方向壁面１４１ｂに近接した位置に達している。
　これにより、第二シールフィン５５Ｂと軸方向壁面１４１ｂとの間には、微小間隙５６Ｂが形成されている。
　また、最も下流側に位置する第三シールフィン５５Ｃは、その基端部が径方向壁面１４１ｆより若干下流側に固定され、その先端部がステップ部１４１の軸方向壁面１４１ｃに近接した位置に達している。
　これにより、第三シールフィン５５Ｃと軸方向壁面１４１ｃとの間には、微小間隙５６Ｃが形成されている。
　そして、このように構成されるシールフィン５５は、第一シールフィン５５Ａ、第二シールフィン５５Ｂ、及び第三シールフィン５５Ｃの順にその長さが徐々に短くなっている。
　尚、シールフィン５５の長さや形状や設置位置や個数等は本実施形態に限定されず、チップシュラウド５１２および／または仕切板外輪１１の断面形状等に応じて適宜設計変更が可能である。
　また、微小間隙５６Ａ,５６Ｂ,５６Ｃの寸法は、ケーシング１０や動翼５１の熱伸び量、動翼の遠心伸び量等を考慮した上で、シールフィン５５と仕切板外輪１１とが接触することがない安全な範囲内で、最小の値に設定することが好適である。
　本実施形態では、３つの微小間隙５６Ａ,５６Ｂ,５６Ｃを全て同じ寸法に設定しているが、必要に応じて、シールフィン５５ごとに微小間隙５６Ａ,５６Ｂ,５６Ｃを異なる寸法に設定してもよい。
　そして、このような動翼５１の先端部周辺の構成によれば、図２に示すように、仕切板外輪１１と３つのシールフィン５５とチップシュラウド５１２とによって、３つのキャビティＣが形成されている。
　このうち、最も上流側に位置する第一キャビティＣ１は、仕切板外輪１１の上流側壁面１３と、同じく仕切板外輪１１の底面１４と、第一シールフィン５５Ａと、チップシュラウド５１２の蒸気衝突面５３とによって形成されている。
　また、２番目に上流側に位置する第二キャビティＣ２は、第一シールフィン５５Ａと、仕切板外輪１１の底面１４と、第二シールフィン５５Ｂと、チップシュラウド５１２の外周面５１２ａとによって形成されている。
　また、最も下流側に位置する第三キャビティＣ３は、第二シールフィン５５Ｂと、仕切板外輪１１の底面１４と、第三シールフィン５５Ｃと、チップシュラウド５１２の外周面５１２ａとによって形成されている。
　ここで、図２に示すように、第一キャビティＣ１は、軸方向に沿った断面で略矩形形状を有している。但し、前述のように第一シールフィン５５Ａは、径方向壁面１４１ｄより若干下流側の位置に固定されている。従って、第一キャビティＣ１の軸方向下流部には、軸方向に若干拡幅された拡幅部５７が形成されている。
　また、図２に示すように、第二キャビティＣ２も、軸方向に沿った断面で略矩形形状を有している。但し、前述のように第二シールフィン５５Ｂは、径方向壁面１４１ｅより若干下流側の位置に固定されている。従って、第二キャビティＣ２の軸方向下流部にも、軸方向に若干拡幅された拡幅部５８が形成されている。
　更に、第三キャビティＣ３も、軸方向に沿った断面で略矩形形状を有している。但し、前述のように第三シールフィン５５Ｃは、径方向壁面１４１ｆより若干下流側の位置に固定されている。従って、第三キャビティＣ３の軸方向下流部にも、軸方向に若干拡幅された拡幅部５９が形成されている。
　次に、第一実施形態に係る蒸気タービン１の作用効果について、図１及び図２を用いて説明する。
　図１に示す調整弁２０を開状態にすると、不図示のボイラからケーシング１０の内部に蒸気Ｓが流入する。この蒸気Ｓは、各段の環状静翼群４０によって環状動翼群５０へと案内され、環状動翼群５０が回転を開始する。これにより、環状動翼群５０によって蒸気Ｓのエネルギーが回転エネルギーに変換され、この回転エネルギーが、環状動翼群５０と一体的に回転する軸体３０から不図示の発電機等に対して伝達される。
　この時、環状静翼群４０を通過した蒸気Ｓの一部が、環状動翼群５０の回転駆動に寄与することなく、図２に示す３個のシールフィン５５と仕切板外輪１１との間の微小間隙５６Ａ,５６Ｂ,５６Ｃを通って、下流側へリークする。
　この蒸気Ｓのリークについてより詳細に説明する。
　図２に示すように、環状静翼群４０を通過して軸方向に流れる蒸気Ｓは、その一部がチップシュラウド５１２の蒸気衝突面５３に衝突する。そうすると、第一キャビティＣ１の内部であって凸部５４よりブレード基端側の領域には、例えば図２では反時計回りの主渦ＳＵ１が発生する。
　そして、この主渦ＳＵ１の一部が凸部５４にて剥離することによって、第一キャビティＣ１の内部であって凸部５４よりブレード先端側の領域には、剥離渦ＨＵ１が発生する。この剥離渦ＨＵ１の回転方向は、主渦ＳＵ１と逆回りすなわち図２では時計回りである。
　そして、ステップ部１４１の角部１４２にて剥離渦ＨＵ１の一部が更に剥離することによって、第一キャビティＣ１の拡幅部５７には、剥離渦ＨＵ２が発生する。この剥離渦ＨＵ２の回転方向は、剥離渦ＨＵ１と逆回りすなわち図２では反時計回りである。そして、この剥離渦ＨＵ２は、第一シールフィン５５Ａと仕切板外輪１１との間の微小間隙５６Ａにおける蒸気Ｓのリーク量を低減させる、いわゆる縮流効果を発揮する。
　ここで、図３は、剥離渦ＨＵ２の縮流効果について説明する図であって、図２における第一シールフィン５５Ａの先端部周辺を拡大した部分拡大断面図である。
　反時計回りの剥離渦ＨＵ２は、微小間隙５６Ａの位置で、第一シールフィン５５Ａから仕切板外輪１１の側へ向かって流れている。従って、この剥離渦ＨＵ２は、径方向外向きの慣性力を有している。これにより、微小間隙５６Ａを通って下流側へリークする蒸気Ｓは、剥離渦ＨＵ２の慣性力で軸方向壁面１４１ａ側に押さえ込まれることにより、図３に一点鎖線で示すように径方向への幅が縮められる。
　このように、剥離渦ＨＵ２は、蒸気Ｓを径方向に押し縮めることでそのリーク量を低減させる効果、すなわち縮流効果を有している。また、この縮流効果は、剥離渦ＨＵ２の慣性力が大きいほど、すなわち剥離渦ＨＵ２の流速が速いほど、その効果が大きくなる。
　そして、図２に示すように、微小間隙５６Ａからリークした蒸気Ｓは、第二キャビティＣ２へ流入する。この蒸気Ｓは、仕切板外輪１１の径方向壁面１４１ｅに衝突することにより、時計回りの主渦ＳＵ２を形成する。そして、ステップ部１４１の角部１４３にて主渦ＳＵ２の一部が剥離することによって、第三キャビティＣ３の拡幅部５８において、反時計回りの剥離渦ＨＵ３が発生する。この剥離渦ＨＵ３は、微小間隙５６Ｂの位置で、第二シールフィン５５Ｂから仕切板外輪１１の側へ向かって流れている。
　従って、この剥離渦ＨＵ３も、前記剥離渦ＨＵ２と同様に、微小間隙５６Ｂにおける蒸気Ｓのリーク量を低減させる縮流効果を発揮する。
　更に、微小間隙５６Ｂからリークした蒸気Ｓは、第三キャビティＣ３へ流入する。この蒸気Ｓは、仕切板外輪１１の径方向壁面１４１ｆに衝突することにより、時計回りの主渦ＳＵ３を形成する。そして、ステップ部１４１の角部１４４にて主渦ＳＵ３の一部が剥離することによって、第三キャビティＣ３の拡幅部５９において、反時計回りの剥離渦ＨＵ４が発生する。この剥離渦ＨＵ４は、微小間隙５６Ｃの位置で、第三シールフィン５５Ｃから仕切板外輪１１の側へ向かって流れている。
　従って、この剥離渦ＨＵ４も、前記剥離渦ＨＵ２と同様に、微小間隙５６Ｃにおける蒸気Ｓのリーク量を低減させる縮流効果を発揮する。
　このように、第一キャビティＣ１，第二キャビティＣ２，第三キャビティＣ３において剥離渦ＨＵ２，剥離渦ＨＵ３，剥離渦ＨＵ４の縮流効果によって蒸気Ｓのリーク量をそれぞれ低減させることにより、蒸気Ｓのリーク量を最小限に抑えることができる。尚、軸方向に沿ったキャビティＣの数は３つに限られず、任意の数だけ設けることができる。
［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の構成について説明する。
　第二実施形態に係る蒸気タービンは、第一実施形態の蒸気タービン１と比較すると、図１に示すケーシング１０の内壁面に固定された仕切板外輪１１の構成だけが異なっている。それ以外の構成については第一実施形態と同じであるため、同じ符号を用い、ここでは説明を省略する。
　図４は、第二実施形態に係る動翼５１の先端部周辺を示す概略断面図である。
　本実施形態では、仕切板外輪１１に形成された環状溝１２の底面１４を覆って、快削材１６が均一の厚みで施工されている。この快削材１６は、摺動摩擦熱が少なく、シールフィン５５より被削性に優れた材質で構成されている。
　この快削材１６としては、例えば、コバルト、ニッケル、クロム、アルミニウム、及びイットリウム系の材料（ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ系材料）や、ニッケル、クロム、アルミニウム系の材料（ＮｉＣｒＡｌ系材料）や、ニッケル、クロム、鉄、アルミニウム、ホウ素、及び窒素系の材料（ＮｉＣｒＦｅＡｌＢＮ系材料）等、公知の快削性材料各種からなるアブレイダブル材が用いられる。
　尚、快削材１６としては、上記アブレイダブル材のほか、金属またはセラミック等からなるハニカム層を用いることができる。
　尚、本実施形態では環状溝１２の底面１４の全体に快削材１６を施工したが、快削材１６は、少なくともステップ部１４１における３つのシールフィン５５に対向する位置に施工すれば足りる。
　具体的には、第一シールフィン５５Ａに対向する軸方向壁面１４１ａや、第二シールフィン５５Ｂに対向する軸方向壁面１４１ｂや、及び第三シールフィン５５Ｃに対向する軸方向壁面１４１ｃに施工すればよい。
　また、快削材１６は、底面１４の全体に亘って均一の厚みである必要はなく、位置により厚みを適宜変更しても構わない。
　次に、第二実施形態に係る蒸気タービン１の作用効果について、第一実施形態と異なる点を中心に説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、第二実施形態に係る蒸気タービンの作用効果を説明する図である。
　蒸気タービン１では、その起動時に環状動翼群５０に熱が入り、その熱による環状動翼群５０の熱伸びが、ケーシング１０の熱伸びより大きくなることにより、更には環状動翼群５０に遠心伸びが生じることにより、シールフィン５５が仕切板外輪１１に接触する場合がある。
　従って、シールフィン５５と仕切板外輪１１との間には、起動時にも両者が接触しないような十分な大きさの径方向幅Ｗ１（図５Ｂに示す）が設定される。
　これに対し、本実施形態の構成によれば、蒸気タービン１の起動時には環状動翼群５０に生じる熱伸びがケーシング１０に生じる熱伸びより大きくなることにより、更には環状動翼群５０に遠心伸びが生じることにより、図５Ａに示すように、シールフィン５５の先端部が快削材１６を切削する。その後、所定時間が経過すると、蒸気タービン１は定格運転に移行する。
　そうすると、環状動翼群５０の熱伸びが、ケーシング１０の熱伸びと同等の大きさ、または、ケーシング１０の熱伸びより小さくなることにより、図５Ｂに示すように、シールフィン５５はその先端部が快削材１６から離れた状態となる。そしてこの時、シールフィン５５の先端部と快削材１６との間の径方向幅Ｗ２は、径方向幅Ｗ１と比較して非常に狭いものである。
　これにより、シールフィン５５の先端部における蒸気Ｓのリーク量を低減させることができる。
［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の構成について説明する。
　第三実施形態に係る蒸気タービンは、第一実施形態の蒸気タービン１と比較すると、図１に示す仕切板外輪１１及び動翼５１の構成がそれぞれ異なっている。それ以外の構成については第一実施形態と同じであるため、同じ符号を用い、ここでは説明を省略する。
　図６は、第三実施形態に係る動翼５１の先端部周辺を示す概略断面図である。
　本実施形態でも、第一実施形態と同様に、仕切板外輪１１の内周面には周方向に沿って環状溝１２が形成されている。この環状溝１２は、上流側壁面１３と、底面１４と、下流側壁面１５とにより形成されている。そして、底面１４におけるチップシュラウド５１２に対向する位置には、階段状のステップ部１４５が設けられている。
　このステップ部１４５は、４つの段差からなり、軸方向に沿う４つの軸方向壁面（内周面）１４５ａ,１４５ｂ,１４５ｃ,１４５ｄと、径方向に沿う４つの径方向壁面１４５ｅ,１４５ｆ,１４５ｇ,１４５ｈとを有している。そして、蒸気Ｓが衝突する径方向壁面１４５ｆ（流れ衝突面）には、上流側に向かって突出する凸部７０が設けられている。
　一方、図６に示すように、動翼５１の先端部に配設されたチップシュラウド５１２は、その外周面５１２ａに階段状のステップ部７１が形成された点で第一実施形態とは異なっている。
　チップシュラウド５１２について、それ以外の構成は第一実施形態と同じであるため、同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
　このステップ部７１は、３つの段差からなり、軸方向に沿う３つの軸方向壁面（内周面）７１ａ,７１ｂ,７１ｃと、径方向に沿う３つの径方向壁面７１ｄ,７１ｅ,７１ｆとを有している。そして、蒸気Ｓが衝突する径方向壁面７１ｆ（流れ衝突面）には、上流側に向かって突出する凸部７２が設けられている。
　そして、本実施形態では、図６に示すように、径方向に延びる３つのシールフィン７３が、軸方向に所定間隔でそれぞれ設けられる。
　このうち、最も上流側に位置する第一シールフィン７３Ａは、その基端部が、チップシュラウド５１２の外周面５１２ａであって径方向壁面１４５ｅより若干下流側の位置に固定されている。そして、第一シールフィン７３Ａの先端部は、仕切板外輪１１の軸方向壁面１４５ａに近接した位置に達している。
　これにより、第一シールフィン７３Ａと軸方向壁面１４５ａとの間には、微小間隙７４Ａが形成されている。
　また、２番目に上流側に位置する第二シールフィン７３Ｂは、その基端部が、仕切板外輪１１の軸方向壁面１４５ｂであって径方向壁面７１ｅより若干下流側の位置に固定されている。そして、第二シールフィン７３Ｂの先端部は、チップシュラウド５１２の軸方向壁面７１ｂに近接した位置に達している。
　これにより、第二シールフィン７３Ｂと軸方向壁面７１ｂとの間には、微小間隙７４Ｂが形成されている。
　また、最も下流側に位置する第三シールフィン７３Ｃは、その基端部が、チップシュラウド５１２の軸方向壁面７１ｃであって径方向壁面１４５ｈより若干下流側の位置に固定されている。そして、第三シールフィン７３Ｃの先端部は、仕切板外輪１１の軸方向壁面１４５ｄに近接した位置に達している。
　これにより、第三シールフィン７３Ｃと軸方向壁面１４５ｄとの間には、微小間隙７４Ｃが形成されている。
　尚、シールフィン７３の長さや形状や設置位置や個数等は本実施形態に限定されず、チップシュラウド５１２および／または仕切板外輪１１の断面形状等に応じて適宜設計変更が可能である。
　そして、このような動翼５１の先端部周辺の構成によれば、図６に示すように、仕切板外輪１１と３つのシールフィン７３とチップシュラウド５１２とによって、３つのキャビティＣが形成されている。
　このうち、最も上流側に位置する第一キャビティＣ１は、第一実施形態と同様の構成である。
　また、２番目に上流側に位置する第四キャビティＣ４は、第一シールフィン７３Ａと、仕切板外輪１１の底面１４と、第二シールフィン７３Ｂと、チップシュラウド５１２の外周面５１２ａとによって形成されている。
　また、最も下流側に位置する第五キャビティＣ５は、第二シールフィン７３Ｂと、仕切板外輪１１の底面１４と、第三シールフィン７３Ｃと、チップシュラウド５１２の外周面５１２ａとによって形成されている。
　尚、本実施形態では、第四キャビティＣ４を形成する径方向壁面１４５ｆが、本発明に係る流れ衝突面に相当し、同じく第四キャビティＣ４を形成する第一シールフィン７３Ａの下流側面が、本発明に係る対向面に相当する。
　また、第五キャビティＣ５を形成する径方向壁面７１ｆが、本発明に係る流れ衝突面に相当し、同じく第五キャビティＣ５を形成する第二シールフィン７３Ｂの下流側面が、本発明に係る対向面に相当する。
　次に、第三実施形態に係る蒸気タービン１の作用効果について、第一実施形態と異なる点を中心に説明する。
　図６に示すように、軸方向に流れる蒸気Ｓが蒸気衝突面５３に衝突すると、第一実施形態と同様にして、第一キャビティＣ１の内部には主渦ＳＵ１と剥離渦ＨＵ１と剥離渦ＨＵ２とが発生する。そして、剥離渦ＨＵ２は、微小間隙７４Ａにおける蒸気Ｓのリーク量を低減させる、いわゆる縮流効果を発揮する。
　そして、微小間隙７４Ａからリークした蒸気Ｓは、第四キャビティＣ４へ流入する。この蒸気Ｓは、仕切板外輪１１の径方向壁面１４５ｆに衝突することにより、時計回りの主渦ＳＵ４を形成する。そして、凸部７０にて主渦ＳＵ４の一部が剥離することによって、反時計回りの剥離渦ＨＵ５が発生する。更に、チップシュラウド５１２の角部７５にて剥離渦ＨＵ５の一部が剥離することによって、第四キャビティＣ４の拡幅部７６には時計回りの剥離渦ＨＵ６が発生する。
　この剥離渦ＨＵ６は、微小間隙７４Ｂの位置で、第二シールフィン７３Ｂからチップシュラウド５１２の側へ向かって流れている。従って、この剥離渦ＨＵ６も、微小間隙７４Ｂにおける蒸気Ｓのリーク量を低減させる縮流効果を発揮する。
　更に、微小間隙７４Ｂからリークした蒸気Ｓは、第五キャビティＣ５へ流入する。この蒸気Ｓは、チップシュラウド５１２の径方向壁面７１ｆに衝突することにより、反時計回りの主渦ＳＵ５を形成する。そして、チップシュラウド５１２の凸部７２にて主渦ＳＵ５の一部が剥離することによって、時計回りの剥離渦ＨＵ７が発生する。更に、仕切板外輪１１の角部１４６にて剥離渦ＨＵ７の一部が剥離することによって、第五キャビティＣ５の拡幅部７７には反時計回りの剥離渦ＨＵ８が発生する。
　この剥離渦ＨＵ８は、微小間隙７４Ｃの位置で、第三シールフィン７３Ｃから仕切板外輪１１の側へ向かって流れている。従って、この剥離渦ＨＵ８も、微小間隙７４Ｃにおける蒸気Ｓのリーク量を低減させる縮流効果を発揮する。
　このように、第三実施形態によれば、第一キャビティＣ１，第四キャビティＣ４，第五キャビティＣ５において剥離渦ＨＵ２，剥離渦ＨＵ６，剥離渦ＨＵ８の縮流効果によって蒸気Ｓのリーク量をそれぞれ低減させることができる。
　これにより、本実施形態によれば、蒸気Ｓのリーク量を第一実施形態より更に最小限に抑えることができる。尚、軸方向に沿ったキャビティＣの数は３つに限られず、任意の数だけ設けることができる。
［第四実施形態］
　次に、本発明の第四実施形態に係る蒸気タービンの構成について説明する。
　第四実施形態に係る蒸気タービンは、図１に示す環状静翼群４０が本発明に係るブレードに相当するとともに、軸体３０が本発明に係る構造体に相当する点で第一実施形態とは異なっている。それ以外の構成については第一実施形態と同じであるため、同じ符号を用い、ここでは説明を省略する。
　図７は、第四実施形態に係る静翼４１の先端部周辺を示す概略断面図である。
　軸体３０の外周面には、周方向に沿って環状溝３３が形成されている。この環状溝３３は、上流側壁面３４（対向面）と、底面３５と、下流側壁面３６とにより形成されている。そして、底面３５における静翼４１に対向する位置には、階段状のステップ部３５１が設けられている。
　このステップ部３５１は、下流側に行くに従って静翼４１の側へ突出する３つの段差からなり、軸方向に沿う３つの軸方向壁面（外周面）３５１ａ,３５１ｂ,３５１ｃと、径方向に沿う３つの径方向壁面３５１ｄ,３５１ｅ,３５１ｆとを有している。
　尚、ステップ部３５１は、少なくとも軸方向壁面３５１ａと径方向壁面３５１ｄを有していれば足り、その段差の数は３段に限定されず任意に変更が可能である。
　一方、図７に示すように、静翼４１の先端部には、前述のようにリング状のハブシュラウド４３が配設されている。このハブシュラウド４３は、断面略矩形形状を有し、軸体３０の上流側壁面３４に対向する位置には、蒸気Ｓが衝突する蒸気衝突面４４（流れ衝突面）が設けられている。
　そして、この蒸気衝突面４４における径方向先端部には、上流側に向かって突出する凸部４５が設けられている。この凸部４５は、段面略矩形形状を有し、ハブシュラウド４３の径方向先端部に設けられている。
　尚、凸部４５の断面形状は、本実施形態の矩形に限定されず任意に設計変更が可能であって、例えば三角形や半円形にすることもできる。また、ハブシュラウド４３の断面形状も本実施形態に限定されず、例えば下流側に行くに従って径方向への厚みが薄くなるような階段形状であってもよい。
　また、凸部４５を形成する位置は、ハブシュラウド４３の蒸気衝突面４４における径方向先端部に限定されず、例えば径方向中央部や径方向基端部であってもよい。
　また、凸部４５の先端を上流側壁面３４に近接した位置まで突出させ、凸部４５と上流側壁面３４との間に微小な隙間を形成することにより、いわゆる軸方向シールフィンとして凸部４５を構成してもよい。
　そして、図７に示すように、ハブシュラウド４３の内周面４３ａには、軸方向に所定間隔で３つのシールフィン４６が、径方向に突出してそれぞれ設けられている。
　このうち、最も上流側に位置する第一シールフィン４６Ａは、その基端部が径方向壁面３５１ｄより若干下流側の位置に固定され、その先端部が軸方向壁面３５１ａに近接した位置に達している。これにより、第一シールフィン４６Ａと軸方向壁面３５１ａとの間には、微小間隙４７Ａが形成されている。
　また、２番目に上流側に位置する第二シールフィン４６Ｂは、その基端部が径方向壁面３５１ｅより若干下流側の位置に固定され、その先端部が軸方向壁面３５１ｂに近接した位置に達している。これにより、第二シールフィン４６Ｂと軸方向壁面３５１ｂとの間には、微小間隙４７Ｂが形成されている。
　また、最も下流側に位置する第三シールフィン４６Ｃは、その基端部が径方向壁面３５１ｆより若干下流側に固定され、その先端部が軸方向壁面３５１ｃに近接した位置に達している。これにより、第三シールフィン４６Ｃと軸方向壁面３５１ｃとの間には、微小間隙４７Ｃが形成されている。
　そして、このように構成されるシールフィン４６は、第一シールフィン４６Ａ、第二シールフィン４６Ｂ、及び第三シールフィン４６Ｃの順にその長さが徐々に短くなっている。
　尚、シールフィン４６の長さや形状や設置位置や個数等は本実施形態に限定されず、ハブシュラウド４３および／または軸体３０の断面形状等に応じて適宜設計変更が可能である。
　そして、このような静翼４１の先端部周辺の構成によれば、図７に示すように、軸体３０と３つのシールフィン４６とハブシュラウド４３とによって、３つのキャビティＣが形成されている。
　このうち、最も上流側に位置する第六キャビティＣ６は、軸体３０の上流側壁面３４と、同じく軸体３０の底面３５と、第一シールフィン４６Ａと、ハブシュラウド４３の蒸気衝突面４４とによって形成されている。
　また、２番目に上流側に位置する第七キャビティＣ７は、第一シールフィン４６Ａと、軸体３０の底面３５と、第二シールフィン４６Ｂと、ハブシュラウド４３の内周面４３ａとによって形成されている。
　また、最も下流側に位置する第八キャビティＣ８は、第二シールフィン４６Ｂと、軸体３０の底面３５と、第三シールフィン４６Ｃと、ハブシュラウド４３の内周面４３ａとによって形成されている。
　ここで、図７に示すように、第六キャビティＣ６は、軸方向に沿った断面で略矩形形状を有している。但し、前述のように第一シールフィン４６Ａは、径方向壁面３５１ｄより若干下流側の位置に固定されている。従って、第六キャビティＣ６の軸方向下流部には、軸方向に若干拡幅された拡幅部４８Ａが形成されている。
　また、図７に示すように、第七キャビティＣ７も、軸方向に沿った断面で略矩形形状を有している。但し、前述のように第二シールフィン４６Ｂは、径方向壁面３５１ｅより若干下流側の位置に固定されている。従って、第七キャビティＣ７の軸方向下流部にも、軸方向に若干拡幅された拡幅部４８Ｂが形成されている。
　更に、第八キャビティＣ８も、軸方向に沿った断面で略矩形形状を有している。但し、前述のように第三シールフィン４６Ｃは、径方向壁面３５１ｆより若干下流側の位置に固定されている。従って、第八キャビティＣ８の軸方向下流部にも、軸方向に若干拡幅された拡幅部４８Ｃが形成されている。
　次に、第四実施形態に係る蒸気タービン１の作用効果について、図７を用いて説明する。
　軸方向に流れる蒸気Ｓは、その一部がハブシュラウド４３の蒸気衝突面４４に衝突する。そうすると、第六キャビティＣ６の内部であって凸部４５よりブレード基端側の領域には、例えば図７では時計回りの主渦ＳＵ６が発生する。そして、この主渦ＳＵ６の一部が凸部４５にて剥離することによって、第六キャビティＣ６の内部であって凸部４５よりブレード先端側の領域には、剥離渦ＨＵ９が発生する。この剥離渦ＨＵ９の回転方向は、主渦ＳＵ６と逆回りすなわち図７では反時計回りである。
　そして、軸体３０の角部４９Ａにて剥離渦ＨＵ９の一部が更に剥離することによって、第六キャビティＣ６の拡幅部４８Ａには、剥離渦ＨＵ１０が発生する。この剥離渦ＨＵ１０の回転方向は、剥離渦ＨＵ９と逆回りすなわち図７では時計回りであり、微小隙間４７Ａの位置で、第一シールフィン４６Ａから軸体３０の側へ向かって流れている。
　従って、この剥離渦ＨＵ１０は、微小間隙４７Ａにおける蒸気Ｓのリーク量を低減させる、いわゆる縮流効果を発揮する。
　そして、微小間隙４７Ａからリークした蒸気Ｓは、第七キャビティＣ７へ流入する。この蒸気Ｓは、軸体３０の径方向壁面３５１ｅに衝突することにより、反時計回りの主渦ＳＵ７を形成する。
　そして、軸体３０の角部４９Ｂにて主渦ＳＵ７の一部が剥離することによって、第七キャビティＣ７の拡幅部４８Ｂにおいて、時計回りの剥離渦ＨＵ１１が発生する。この剥離渦ＨＵ１１は、微小間隙４７Ｂの位置で、第二シールフィン４６Ｂから軸体３０の側へ向かって流れている。
　従って、この剥離渦ＨＵ１１も、微小間隙４７Ｂにおける蒸気Ｓのリーク量を低減させる縮流効果を発揮する。
　更に、微小間隙４７Ｂからリークした蒸気Ｓは、第八キャビティＣ８へ流入する。この蒸気Ｓは、軸体３０の径方向壁面３５１ｆに衝突することにより、反時計回りの主渦ＳＵ８を形成する。
　そして、軸体３０の角部４９Ｃにて主渦ＳＵ８の一部が剥離することによって、第八キャビティＣ８の拡幅部４８Ｃにおいて、時計回りの剥離渦ＨＵ１２が発生する。この剥離渦ＨＵ１２は、微小間隙４７Ｃの位置で、第三シールフィン４６Ｃから軸体３０の側へ向かって流れている。
　従って、この剥離渦ＨＵ１２も、微小間隙４７Ｃにおける蒸気Ｓのリーク量を低減させる縮流効果を発揮する。
　このように、第六キャビティＣ６，第七キャビティＣ７，第八キャビティＣ８において剥離渦ＨＵ１０，剥離渦ＨＵ１１，剥離渦ＨＵ１２の縮流効果によって蒸気Ｓのリーク量をそれぞれ低減させることにより、蒸気Ｓのリーク量を最小限に抑えることができる。
　尚、軸方向に沿ったキャビティＣの数は３つに限られず、任意の数だけ設けることができる。
　尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、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、上記実施形態では、環状溝１２やステップ部１４１,１４５を仕切板外輪１１に形成した。しかし、仕切板外輪１１は本発明に必須の構成ではなく、仕切板外輪１１を設けずに、環状溝１２やステップ部１４１,１４５をケーシング１０に形成してもよい。
　また、上記実施形態では、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、混気タービン等に適用することもできる。
　更に、上記実施形態では、本発明を蒸気タービンに適用したが、ガスタービンにも適用することができ、更には、回転翼を有する全ての機器に本発明を適用することができる。
　本発明は、ブレードと、該ブレードの径方向先端側に隙間を介して設けられるとともに前記ブレードに対して相対回転する構造体とを備え、前記隙間に流体が流通するタービンにおいて、前記ブレードの径方向先端部及び前記構造体における前記径方向先端部に対向する部位のうちいずれか一方に設けられ、径方向への段差を有するステップ部と、前記ブレードの径方向先端部及び前記構造体における前記径方向先端部に対向する部位のうち他方から前記ステップ部に向かって延出し、該ステップ部との間に微小間隙を形成するシールフィンと、前記流体の流通方向で前記シールフィンより上流側に設けられ、前記流体が衝突する流れ衝突面と、該流れ衝突面から上流側に向かって突出する凸部と、前記流れ衝突面に対向する対向面と、を備えるタービンに関する。本発明によれば、ブレード及び構造体のいずれか一方から他方へ向かってシールフィンが延びるタービンにおいて、シールフィンの先端とブレードまたは構造体との間の隙間における蒸気のリーク量を低減化することができる。
１　蒸気タービン
１０　ケーシング
１１　仕切板外輪
１２　環状溝
１３　上流側壁面
１４　底面
１４１　ステップ部
１４１ａ,１４１ｂ,１４１ｃ　軸方向壁面
１４１ｄ,１４１ｅ,１４１ｆ　径方向壁面
１４２～１４４、１４６　角部
１４５　ステップ部
１４５ａ,１４５ｂ,１４５ｃ,１４５ｄ　軸方向壁面
１４５ｅ,１４５ｆ,１４５ｇ,１４５ｈ　径方向壁面
１５　下流側壁面
１６　快削材
２０　調整弁
２１　調整弁室
２２　弁体
２３　弁座
２４　蒸気室
３０　軸体
３１　軸本体
３２　ディスク
３３　環状溝
３４　上流側壁面
３５　底面
３５１　ステップ部
３５１ａ,３５１ｂ,３５１ｃ　軸方向壁面
３５１ｄ,３５１ｅ,３５１ｆ　径方向壁面
３６　下流側壁面
４０　環状静翼群
４１　静翼
４２　翼本体
４３　ハブシュラウド
４３ａ　内周面
４４　蒸気衝突面
４５　凸部
４６　シールフィン
４６Ａ　第一シールフィン
４６Ｂ　第二シールフィン
４６Ｃ　第三シールフィン
４７Ａ～４７Ｃ　微小間隙
４８Ａ～４８Ｃ　拡幅部
４９Ａ～４９Ｃ角部
５０　環状動翼群
５１　動翼
５１１　翼本体
５１２　チップシュラウド
５１２ａ　外周面
５３　蒸気衝突面
５４　凸部
５５　シールフィン
５５Ａ　第一シールフィン
５５Ｂ　第二シールフィン
５５Ｃ　第三シールフィン
５６Ａ～５６Ｃ　微小間隙
５７～５９　拡幅部
６０　軸受部
６１　ジャーナル軸受装置
６２　スラスト軸受装置
７０　凸部
７１　ステップ部
７１ａ,７１ｂ,７１ｃ　軸方向壁面
７１ｄ,７１ｅ,７１ｆ　径方向壁面
７２　凸部
７３　シールフィン
７３Ａ　第一シールフィン
７３Ｂ　第二シールフィン
７３Ｃ　第三シールフィン
７４Ａ～７４Ｃ　微小間隙
７５～７７　角部
Ｃ　キャビティ
Ｃ１　第一キャビティ
Ｃ２　第二キャビティ
Ｃ３　第三キャビティ
Ｃ４　第四キャビティ
Ｃ５　第五キャビティ
Ｃ６　第六キャビティ
Ｃ７　第七キャビティ
Ｃ８　第八キャビティ
ＨＵ１～ＨＵ１２　剥離渦
Ｓ　蒸気
ＳＵ１～ＳＵ８　主渦
Ｗ１　径方向幅
Ｗ２　径方向幅

Claims (5)

  1. 　ブレードと、該ブレードの径方向先端側に隙間を介して設けられるとともに前記ブレードに対して相対回転する構造体とを備え、前記隙間に流体が流通するタービンにおいて、
    　前記ブレードの径方向先端部及び前記構造体における前記径方向先端部に対向する部位のうちいずれか一方に設けられ、径方向への段差を有するステップ部と、
    　前記ブレードの径方向先端部及び前記構造体における前記径方向先端部に対向する部位のうち他方から前記ステップ部に向かって延出し、該ステップ部との間に微小間隙を形成するシールフィンと、
    　前記流体の流通方向で前記シールフィンより上流側に設けられ、前記流体が衝突する流れ衝突面と、
    　該流れ衝突面から上流側に向かって突出する凸部と、
    　前記流れ衝突面に対向する対向面と、
    　を備えるタービン。
  2. 　前記ステップ部の表面に、前記シールフィンより被削性に優れた快削材が設けられている、請求項１に記載のタービン。
  3. 　前記ステップ部が前記構造体に設けられ、
    　前記シールフィンが前記ブレードに設けられている、請求項１又は２に記載のタービン。
  4. 　前記構造体が、回転駆動される軸体を収容するケーシングであり、
    　前記ブレードが、前記軸体に固定されて前記ケーシングの側へ延びる動翼である、請求項１から３のいずれか一項に記載のタービン。
  5. 　前記構造体が、回転駆動される軸体であり、
    　前記ブレードが、前記軸体を収容するケーシングに固定されて前記軸体の側へ延びる静翼である、請求項１から３のいずれか一項に記載のタービン。
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