WO2016194677A1 - シール装置および回転機械 - Google Patents

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WO2016194677A1
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movable fin
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祥弘 桑村
大山　宏治
田中　良典
椙下　秀昭
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Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
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    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals

Definitions

  • the present disclosure relates to a sealing device and a rotating machine.
  • the seal gap during operation of the rotary machine is small from the viewpoint of reducing leakage flow.
  • the rotating machine when the rotating machine is started, the rotating machine temporarily becomes a transitional state before reaching the steady state due to the vibration of the rotating shaft of the rotating machine and the difference in elongation between the rotating member and the stationary member. Will experience a state (so-called pinch point) that minimizes. Therefore, if the seal gap during operation of the rotating machine is too small, there is a possibility that contact between the rotating member or the stationary member and the sealing device occurs when the pinch point passes.
  • Patent Document 1 discloses an automatic adjustment seal used for a rotary machine such as a steam turbine.
  • the self-adjusting seal described in Patent Document 1 includes a fixed seal ring and a movable seal ring that can come into contact with each other on a mating surface formed of a horizontal flat surface.
  • the movable seal ring is provided over an angular range of 120 degrees along the outer peripheral surface of the rotor above and below the rotor of the rotary machine, respectively.
  • the fixed seal ring is provided in an angle range of 60 degrees across the outer peripheral surface of the rotor on both the left and right sides of the rotor.
  • the movable seal ring is urged by an elastic body in a direction away from the fixed seal ring.
  • the movable seal ring is pressed toward the fixed seal ring by the fluid, and the seal gap is reduced.
  • Patent Document 1 since the self-adjusting seal described in Patent Document 1 is a large-scale device training that includes a fixed seal ring, a movable seal ring, and an elastic body (biasing member), applicable parts are limited.
  • an object of at least one embodiment of the present invention is to provide a sealing device capable of adjusting a seal gap with a simple device configuration and a rotating machine including the same.
  • a sealing device includes: A sealing device for suppressing a fluid leakage flow through an annular gap between a stationary member and a rotating member of a rotating machine, An annular fixed fin provided in the annular gap; An annular movable fin provided adjacent to the fixed fin in the axial direction within the annular gap, and The movable fin is The coefficient of thermal expansion is larger than that of the fixed fin, It is fixed to the fixed fin in the fixed region on the base end side of the movable fin.
  • the movable fin is fixed to the fixed fin only in the fixed region on the base end side of the movable fin.
  • the movable fin is provided adjacent to the fixed fin in the axial direction in the annular gap between the stationary member and the rotating member, and the proximal end side of the movable fin
  • the fixed region (only the fixed region in the configuration of (2) above) is fixed to the fixed fin.
  • the coefficient of thermal expansion of the movable fin is larger than that of the fixed fin, the amount of thermal elongation on the tip side of the movable fin is larger than the amount of thermal elongation on the tip side of the fixed fin.
  • the clearance H m between the tip of the movable fin and the stationary member or the rotary member of the rotary machine of the sealing device is smaller than when it stops rotating machine, suppress leakage flow of fluid through the clearance H m it can.
  • the movable fin includes a plurality of segments arranged in a circumferential direction, Each of the segments has the fixing region fixed to the fixing fin on the tip side.
  • the movable fin is divided into a plurality of segments in the circumferential direction, the restraining force against thermal expansion deformation of each segment is weakened, and each segment of the movable fin is in operation during the operation of the rotating machine. It can be further reduced clearance H m using thermal elongation. Thus, it is possible to effectively suppress the leakage flow of the fluid through the clearance H m.
  • the fixed region is a partial range in the circumferential range on the base end side of the segment,
  • the segments of each of the movable fins are allowed to extend in the radial and circumferential directions starting from the fixed region.
  • each segment since the fixed area of each segment of the movable fin fixed to the fixed fin is a partial range on the base end side of each segment, each segment starts from the fixed area. Thermal elongation is allowed not only in the radial direction but also in the circumferential direction. Therefore, when each segment is thermally stretched and deformed when the rotary machine is started, the constraint between adjacent segments can be further weakened. Therefore, it can be further reduced clearance H m during the rotation operation of the machine by utilizing the thermal expansion of each segment of the movable fin. Thus, it is possible to effectively suppress the leakage flow of the fluid through the clearance H m.
  • the fixed region is located at the center in the circumferential direction in the circumferential range on the base end side of the segment.
  • each segment of the movable fin is provided at the center in the circumferential direction of each segment, so the areas on both sides of the fixed area of each segment are fixed fins. It is not restrained by. Therefore, at the time of a rotary machine operating can each segment of the movable fin is more freely thermal expansion deformation, it can be further reduced clearance H m. This allows more effectively suppress the leakage flow of the fluid through the clearance H m.
  • a restraining member is further provided that is attached to the fixed fin on the distal end side of the movable fin with respect to the fixed region, and suppresses the floating of each segment of the movable fin from the fixed fin.
  • each segment of the movable fin is not fixed to the fixed fin. For this reason, fluid may enter between the distal end side of the movable fin and the distal end side of the fixed fin, and each segment of the movable fin may be lifted from the fixed fin.
  • the restraining member attached to the fixed fin is provided on the distal end side of the movable fin with respect to the fixed region, the floating of each segment of the movable fin from the fixed fin can be suppressed.
  • the restraining member is A post portion fixed to the fixing fin so as to extend between the adjacent segments; A pressing plate provided at the tip of the column and extending in the circumferential direction from the column so that the segment is at least partially sandwiched between the fixed fin; including.
  • the heat of each segment can be obtained by using a restraining member that includes a column portion fixed to a fixed fin between adjacent segments and a pressing plate portion provided at the tip of the column portion. Lifting from the fixed fins of each segment can be suppressed without substantially affecting the elongation deformation.
  • a circumferential gap is formed between the adjacent segments at least when the rotary machine is stopped.
  • the assembly work of the seal device can be made efficient by adopting a half-structured fixed fin.
  • a pair of semi-annular fixed fins assembled with an integral number of movable fin segments are prepared, and these are attached to a rotating machine, whereby the assembly of the seal device is completed.
  • the tip thickness of the movable fin is smaller than the tip thickness of the fixed fin.
  • the thermal expansion coefficient of the movable fin is larger than the fixed fins, during startup of the rotary machine, transiently, the clearance H m may become excessively narrowed by thermal expansion of the movable fin. For this reason, there is a possibility that the rotating member or stationary member of the rotating machine will come into contact with the tip of the movable fin.
  • the tip thickness of the movable fin is relatively smaller than that of the fixed fin, the rotating member or stationary member of the rotating machine and the tip of the movable fin should contact each other. Even in this case, heat generation and vibration due to contact can be suppressed.
  • the tip thickness of the fixed fin relatively larger than that of the movable fin, the deformation of the tip of the fixed fin due to the pressure difference between the fluid on both sides of the movable fin and the fixed fin in the axial direction is suppressed and fixed. Unintentional displacement of the movable fin due to the deformation of the fin can be suppressed.
  • a clearance formed between the stationary member or the rotary member and the movable fin is H m1
  • a clearance formed between the stationary member or the rotating member and the fixed fin is H f1
  • a clearance formed between the stationary member or the rotating member and the movable fin is H m2
  • H m1 ⁇ H f1 and H m2 ⁇ H f2 are satisfied.
  • the clearance H m1 formed between the stationary member or the rotating member and the movable fin is formed between the stationary member or the rotating member and the fixed fin. Since the clearance Hf1 is equal to or greater than the clearance Hf1 , the possibility of contact between the stationary member or the rotating member and the movable fin can be reduced at a pinch point experienced by the rotating machine during startup. Further, during rated operation of the rotary machine, the clearance H m2 formed between the stationary member or the rotating member and the movable fin is larger than the clearance H f2 formed between the stationary member or the rotating member and the fixed fin. Since it is small, the leakage flow of the fluid through the clearance Hm2 can be suppressed.
  • the movable fin is provided on the high-pressure side when viewed from the fixed fin.
  • a seal ring that fits in a groove formed in the stationary member or the rotating member and further has a plurality of the fixing fins arranged in the axial direction on the distal end side,
  • the movable fin is provided at least on the high-pressure side when viewed from the fixed fin located on the most upstream side of the leakage flow.
  • the movable ring is attached to the high pressure side as viewed from the fixed fin on the most upstream side with respect to the seal ring having the multistage fixed fin.
  • the floating of the movable fin from the fixed fin can be suppressed using the pressure of the fluid. Note that, in a sealing device having a multi-stage fixed fin, if a movable fin is attached to the high-pressure side as viewed from the downstream fixed fin (that is, if a movable fin is attached between adjacent fixed fins), Compactness is required.
  • the length of the movable fin (distance from the proximal end portion to the distal end portion of the movable fin) is not sufficient, it may be difficult to obtain a sufficient amount of thermal expansion of the movable fin. In this case, at the time of a rotary machine operating, there is a possibility that the leakage flow suppressing effect due to the reduction of the clearance H m using thermal elongation deformation of the movable fins becomes limiting.
  • the movable fin located on the high pressure side is pressed against the high pressure side surface of the fixed fin by the fluid, and the tip of the movable fin is deformed.
  • the clearance Hm can be increased in the operation of the rotating machine. It becomes possible to control with. Therefore, it is possible to more appropriately suppress leakage flow through the clearance H m.
  • the fixed fin and the movable fin extend obliquely with respect to the radial direction so that the distal end side is located on the high pressure side with respect to the proximal end side.
  • the length of the movable fin (distance from the base end portion to the tip end portion of the movable fin) can be sufficiently secured, and the thermal expansion of the movable fin during the operation of the rotating machine. modifications can enjoy an excellent effect of suppressing leakage flow by reducing the clearance H m using.
  • a seal ring that fits into a groove formed in one of the stationary member or the rotating member, and that has at least one fixing fin on the tip side;
  • the movable fin is inclined with respect to the radial direction from the proximal end portion of the movable fin located within the axial range of the groove toward the distal end portion of the movable fin located outside the axial range of the groove. It extends to.
  • the seal ring that fits into the groove formed on one of the stationary member or the rotating member is provided, and the movable fin extends from within the axial range of the groove to outside the axial range. It extends diagonally with respect to the radial direction. Therefore, it is possible to sufficiently ensure the (distance to the tip from the base end portion of the movable fins) length of the movable fin, the rotary machine during operation, the clearance H m using thermal elongation deformation of the movable fins An excellent suppression effect of leakage flow due to the reduction can be enjoyed.
  • the movable fin is disposed so that at least the base end portion of the movable fin exists in the groove.
  • the length of the movable fin can be further increased, and the heat of the movable fin can be increased during operation of the rotary machine. You can enjoy an excellent effect of suppressing leakage flow by reducing the clearance H m utilizing elongation deformation.
  • the fixed fin and the movable fin are curved in an axial section of the rotary machine.
  • the length of the movable fin (distance from the proximal end portion to the distal end portion of the movable fin) can be sufficiently secured, and the thermal expansion of the movable fin can be achieved during operation of the rotating machine. modifications can enjoy an excellent effect of suppressing leakage flow by reducing the clearance H m using.
  • the tangential direction in the axial cross section of the surface of the fixed fin on the movable fin side is: An angle formed by the tangential direction with respect to the radial direction on the base end side of the fixed fin is ⁇ f1 , When the angle formed by the tangential direction with respect to the radial direction on the tip side of the fixed fin is ⁇ f2 , Satisfying the relation of ⁇ f1 > ⁇ f2 , The movable fin is curved along the fixed fin.
  • the angle formed by the movable fin tangent direction with respect to the radial direction is smaller on the distal end side than on the proximal end side even for the movable fin curved along the fixed fin. That is, the movable fin is relatively along the radial direction on the distal end side compared to the proximal end side. Therefore, it is possible to increase the ratio of the amount of change in the clearance H m to thermal elongation deformation of the distal end side of the movable fins, when the rotary machine operation, reduce clearance H m using thermal elongation deformation of the movable fins It is possible to enjoy a better suppression effect of the leakage flow due to.
  • a sealing device includes: A sealing device for suppressing fluid leakage through an annular gap between a stationary member and a rotating member of a rotating machine, An annular fixed fin provided in the annular gap; An annular movable fin provided adjacent to the fixed fin in the axial direction within the annular gap, and When the rotary machine is stopped, a clearance formed between the stationary member or the rotary member and the movable fin is H m1 , When the rotating machine is stopped, a clearance formed between the stationary member or the rotating member and the fixed fin is H f1 .
  • a clearance formed between the stationary member or the rotating member and the movable fin is H m2
  • H f2 when the clearance formed between the stationary member or the rotating member and the fixed fin is H f2 , H m1 ⁇ H f1 and H m2 ⁇ H f2 are satisfied.
  • the clearance H m1 formed between the stationary member or the rotating member and the movable fin is formed between the stationary member or the rotating member and the fixed fin. Since the clearance Hf1 is equal to or greater than the clearance Hf1 , the possibility of contact between the stationary member or the rotating member and the movable fin can be reduced at a pinch point experienced by the rotating machine during startup. Further, during rated operation of the rotary machine, the clearance H m2 formed between the stationary member or the rotating member and the movable fin is larger than the clearance H f2 formed between the stationary member or the rotating member and the fixed fin fin. Therefore , the fluid leakage flow through the clearance H m2 can be suppressed.
  • a rotating machine includes: A stationary member; A rotating member provided to face the stationary member; The sealing device according to claim 1, which is provided in an annular gap between the stationary member and the rotating member.
  • the sealing device of any configuration of (1) to (20) since the sealing device of any configuration of (1) to (20) is provided, the tip of the movable fin of the sealing device and the stationary member or the rotating member of the rotary machine clearance H m between the person during the rotation operation of the machine is smaller than when it stops rotating machine, it is possible to suppress the leakage flow of fluid through the clearance H m, thus, it is possible to improve the efficiency of the rotating machine.
  • the clearance H m between the stationary member or the rotary member of the rotary machine with the tip of the movable fins seal device as compared with the time of stopping the rotary machine becomes smaller, it is possible to suppress the leakage flow of fluid through the clearance H m.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view (corresponding to a cross section taken along line EE in FIG. 4) showing a configuration example of a restraining member and its peripheral structure.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view (corresponding to a cross section taken along line FF in FIG. 6A) showing a configuration example of the restraining member and its peripheral structure. It is a top view which shows the other structural example of the segment of a movable fin.
  • the sealing device in the sealing device concerning other embodiments, it is a sectional view showing the tip area of a fixed fin and a movable fin at the time of a stop of a rotary machine.
  • the sealing apparatus which concerns on other embodiment, it is sectional drawing which shows the front-end
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a rotary machine (steam turbine) 1 according to an embodiment.
  • a steam turbine 1 includes a stationary member 2 including a casing 21 and a stationary blade 24, a rotating member 3 including a rotor (rotating shaft) 31 and a moving blade 32, and the stationary member 2. And a sealing device 4 provided in an annular gap 5 (see FIG. 2) between the rotary member 3 and the rotary member 3.
  • the casing 21 has an internal space hermetically sealed and forms a steam passage 23 through which steam S (fluid) flows.
  • the casing 21 has a hollow shape and is fixed to a cylindrical portion 21a disposed so as to surround the plurality of stationary blades 24 and the plurality of moving blades 32, and an inner wall surface of the cylindrical portion 21a, and a pair of A plurality of annular portions 21 b provided for each of the stationary blades 24 and the moving blades 32.
  • a steam inlet 22 is provided on one end side of the cylindrical portion 21 a of the casing 21, and a steam outlet 26 is provided on the other end side.
  • An adjustment valve 22 a for opening and closing the steam passage 23 is attached to the steam inlet 22.
  • the rotor 31 is disposed so as to penetrate the inside of the casing 21 and is supported by the bearings 6 and 7 so as to be rotatable about the axis O.
  • a rotor blade 32 is fixed to the outer periphery of the rotor 31 via a rotor disk 33 inside the casing 21.
  • the rotor blades 32 are provided in a plurality of stages at predetermined intervals in the axial direction of the rotor 31 (direction of the axis O).
  • a tip shroud 32 a extending in the circumferential direction is provided on the outer side (tip side) of each rotor blade 32.
  • the tip shroud 32 a is positioned so as to face the annular portion 21 b of the casing 21.
  • a plurality of stages of stationary blades 24 are fixed on the casing 21 side so as to be alternately arranged in the axial direction with respect to the plurality of stages of moving blades 32.
  • a hub shroud 24 a extending in the circumferential direction is provided on the inner diameter side (hub side) of each stationary blade 24.
  • the hub shroud 24 a is positioned so as to face the outer peripheral surface of the rotor 31.
  • a steam passage 23 is formed in the casing 21 in a passage in which the moving blade 32 and the stationary blade 24 are disposed, and the steam passage 23 communicates with the steam inlet 22 and the steam outlet 26.
  • FIGS. 2 is a partial cross-sectional view along the axial direction of the sealing device 4 according to an embodiment, and is an enlarged view of a portion E in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view (partially cross-sectional view) partially showing the fixed fin 40 and the movable fin 60 in one embodiment.
  • FIG. 4 is a plan view (a view in the direction of arrow A in FIG. 2) showing the movable fin 60 in one embodiment.
  • an arrow D indicates the rotation direction of the rotor 31.
  • the sealing device 4 suppresses the leakage flow of the fluid (working fluid) from the high pressure side to the low pressure side via the annular gap 5 between the stationary member 2 and the rotating member 3. It is provided for the purpose.
  • the sealing device 4 is attached to the stationary member 2 (for example, the casing 21) is shown.
  • the sealing device 4 is attached to the inner wall surface of the annular portion 21 b of the casing 21 so as to face the tip shroud 32 a of the rotor blade 32.
  • the sealing device 4 may be attached to the rotating member 3 (for example, the rotor 31).
  • the sealing device 4 includes an annular fixed fin 40 provided in the annular gap 5 and an annular movable fin 60 provided in the annular gap 5 adjacent to the fixed fin 40 in the axial direction. Prepare.
  • the fixed fin 40 is attached to the stationary member 2 in the annular gap 5.
  • the fixing fin 40 may be fixed to the stationary member 2 (in the illustrated example, the annular portion 21b of the casing 21) by welding, bolt fastening, or the like, or fixed by being fitted to the stationary member 2. May be.
  • the fixed fin 40 has a base end portion 41 located on the outer peripheral side (casing 21 side) and a tip end portion 42 located on the inner peripheral side (rotor 31 side). As the entire fixed fin 40, the base end portion 41 and the tip end portion 42 are annular.
  • the movable fin 60 has a larger coefficient of thermal expansion than the fixed fin 40.
  • the movable fin 60 is formed of a material having a larger thermal expansion coefficient than the fixed fin 40.
  • the movable fin 60 has a base end portion 61 located on the outer peripheral side (casing 21 side) and a tip end portion 62 located on the inner peripheral side (rotor 31 side). As the entire movable fin 60, the base end portion 61 and the tip end portion 62 are annular.
  • the movable fin 60 is fixed to the fixed fin 40 only in the fixed region 63 on the base end portion 61 side. In the illustrated example, the movable fin 60 is fastened to the fixed fin 40 by a bolt 64. The structure for fixing the movable fin 60 to the fixed fin 40 will be described later.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing tip regions of the fixed fin 40 and the movable fin 60 when the rotary machine 1 is stopped in the sealing device 4 according to the embodiment.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view showing the tip regions of the fixed fin 40 and the movable fin 60 during the rated operation of the rotary machine 1 in the sealing device 4 according to an embodiment.
  • the fixed fin 40 and the movable fin 60 are not thermally expanded.
  • the tip end portion 42 of the fixed fin 40 and the tip end portion of the movable fin 60 62 substantially coincides with the radial position.
  • FIG. 5B when the sealing device 4 is exposed to a high-temperature fluid during operation of the rotary machine 1, the movable fin 60 starts from the fixed region 63 on the base end portion 61 side in the direction of arrow B in the figure. The tip 62 side is thermally stretched.
  • the coefficient of thermal expansion of the movable fin 60 is larger than that of the fixed fin 40, the amount of thermal expansion on the distal end portion 62 side of the movable fin 60 is larger than the amount of thermal elongation on the distal end portion 42 side of the fixed fin 40. Therefore, the clearance H m between the top portion 62 of the movable fins 60 of the sealing device 4 and the rotating member 3 is smaller than when it stops rotating machine 1 shown in FIG. 5A, the fluid through the clearance H m Leakage flow can be suppressed.
  • the movable fin 60 may be provided on the high-pressure side as seen from the fixed fin 40 as shown in FIG. In the example shown in FIG. 2, the movable fin 60 is disposed in surface contact with the high-pressure side surface of the fixed fin 40. In FIG. 2, since the fluid flows from left to right, the left side of the sealing device 4 is the high pressure side, and the right side is the low pressure side. With this configuration, when the rotary machine 1 is in operation, the movable fin 60 is pressed against the fixed fin 40 side by a high-pressure fluid, and thus the floating of the movable fin 60 from the fixed fin 40 can be suppressed.
  • the fixed fin 40 and the movable fin 60 are arranged such that the distal end portion 42 of the fixed fin 40 and the distal end portion 62 side of the movable fin 60 are the proximal end portions of the fixed fin 40.
  • 41 and the base end portion 61 side of the movable fin 60 may extend obliquely with respect to the radial direction so as to be located on the high pressure side. In the example shown in FIGS.
  • the fixed fin 40 is formed linearly from the base end portion 41 to the tip end portion 42, and the tip end portion 42 of the fixed fin 40 is the base end portion 41. It inclines with respect to the radial direction so as to be located on the higher pressure side.
  • the movable fin 60 is linearly formed from the base end portion 61 to the tip end portion 62, and is arranged in the radial direction so that the tip end portion 62 of the movable fin 60 is located on the high-pressure side from the base end portion 61. It is inclined with respect to it. In this case, the inclination angles of the fixed fin 40 and the movable fin 60 are substantially the same.
  • the length of the movable fin 60 (distance from the base end portion 61 to the distal end portion 62 of the movable fin 60) can be sufficiently ensured, and the thermal expansion of the movable fin 60 during the operation of the rotary machine 1 can be ensured. modifications can enjoy an excellent effect of suppressing leakage flow by reducing the clearance H m using.
  • the fixed fin 40 and the movable fin 60 may extend along the radial direction so as to be orthogonal to the axis O of the rotor 31.
  • a groove 25 is formed in the stationary member 2 to which the fixing fin 40 is attached.
  • the seal device 4 further includes a seal ring 50 that fits into the groove 25 of the stationary member 2 and has at least one fixing fin 40 on the distal end side.
  • the movable fin 60 has a radial direction from a proximal end portion 61 of the movable fin 60 positioned within the axial range of the groove 25 toward a distal end portion 62 of the movable fin 60 positioned outside the axial range of the groove 25. It extends diagonally with respect to.
  • the length of the movable fin 60 (distance from the base end portion 61 to the distal end portion 62 of the movable fin 60) can be sufficiently ensured, and the thermal expansion deformation of the movable fin 60 during the operation of the rotary machine 1 can be ensured. You can enjoy an excellent effect of suppressing leakage flow by reducing the clearance H m using.
  • the movable fin 60 may be arranged such that at least the base end portion 61 of the movable fin 60 exists in the groove 25. According to this configuration, since the base end portion 61 of the movable fin 60 is located in the groove 25, the length of the movable fin 60 (the distance from the base end portion 61 to the tip end portion 62 of the movable fin 60) is further increased. Can be bigger.
  • the seal ring 50 has a plurality of fixed fins 40A, 40B, and 40C arranged in the axial direction on the distal end side, the movable fin 60 is at least from the fixed fin 40A located on the most upstream side of the leakage flow. It is provided on the high pressure side.
  • the seal ring 50 has three fixed fins 40 ⁇ / b> A, 40 ⁇ / b> B, and 40 ⁇ / b> C in order from the upstream side in the fluid flow direction on the tip side.
  • the movable fin 60 is attached to the surface on the high-pressure side of the fixed fin 40A located on the most upstream side in the fluid flow direction by the bolt 34.
  • the number of the fixed fins 40 included in one seal ring 50 is not particularly limited.
  • the movable fin 60 is attached to the high-pressure side of the seal ring 50 having the multi-stage fixed fins 40A, 40B, and 40C as viewed from the most upstream fixed fin 40, so that the multi-stage fixed fin 40A, Also in the sealing device 4 having 40B and 40C, the floating of the movable fin 60 from the fixed fin 40 can be suppressed using the pressure of the fluid.
  • the sealing device 4 having the multi-stage fixed fins 40A, 40B, and 40C if the movable fin 60 is attached to the high-pressure side as viewed from the fixed fin 40C on the downstream side (that is, movable between the adjacent fixed fins 40B and 40C).
  • the movable fin 60 When the fin 60 is to be attached), the movable fin 60 needs to be made compact. Then, since the length of the movable fin 60 (distance from the base end portion 61 to the distal end portion 62 of the movable fin 60) is not sufficient, it may be difficult to obtain a sufficient amount of thermal expansion of the movable fin 60. In this case, during operation the rotary machine 1, there is a possibility that the leakage flow suppressing effect due to the reduction of the clearance H m using thermal elongation deformation of the movable fins 60 becomes limiting.
  • the fixed fin 40 and the movable fin 60 may be configured as follows. As shown in FIG. 5A, when the rotary machine 1 is stopped, the clearance formed between the rotating member 3 and the movable fin 60 is H m1, and the clearance formed between the rotating member 3 and the fixed fin 40 is set. Is H f1 . Further, as shown in FIG. 5B, the clearance formed between the rotating member 3 and the movable fin 60 is H m2 during the rated operation of the rotary machine 1, and is formed between the rotating member 3 and the fixed fin 40. the clearance, which is the H f2. In this case, the fixed fin 40 and the movable fin 60 are configured to satisfy H m1 ⁇ H f1 and H m2 ⁇ H f2 .
  • the rotary machine 1 when the rotary machine 1 is started, the rotary machine 1 is caused by a vibration of the rotor 31 of the rotary machine 1 or an elongation difference between the rotary member 3 and the stationary member 2 as a transient state before reaching the steady state.
  • a state in which the annular gap 5 is temporarily minimized is experienced.
  • the annular gap 5 is slightly wider than the state of the pinch point. Therefore, if the annular gap 5 during operation of the rotary machine 1 is too small, contact between the rotating member 3 and the sealing device 4 (for example, the front end portion 62 of the movable fin 60) may occur when the pinch point passes.
  • the clearance H m1 formed between the rotating member 3 and the movable fin 60 is between the rotating member 3 and the fixed fin 40. Since the clearance Hf1 or more is formed, it is possible to reduce the possibility of contact between the rotating member 3 and the movable fin 60 at a pinch point that the rotating machine 1 experiences during startup.
  • the clearance H m2 formed between the rotating member 3 and the movable fin 60 is the clearance H m formed between the rotating member 3 and the fixed fin 40. Since it is smaller than f2, the leakage flow of the fluid through the clearance Hm2 can be suppressed.
  • the movable fin 60 includes a plurality of segments 60A to 60H arranged in the circumferential direction.
  • the plurality of segments 60A to 60H may be an even number.
  • the assembly work of the sealing device 4 can be made efficient by employing the half-structured fixed fin 40.
  • a pair of semi-annular fixed fins 40 assembled with an integer number of segments 60A to 60H are prepared and attached to the rotary machine 1 to complete the assembly of the sealing device 4.
  • Each of the segments 60A to 60H has a fixing region 63 that is fixed to the fixing fin 40 on the distal end portion 62 side.
  • the movable fin 60 is fixed to the fixed fin 40 by a single bolt 64 in the fixed region 63.
  • the fixed region 63 is a partial range in the circumferential range on the proximal end 61 side of the segments 60A to 60H, and each segment 60A to 60H of the movable fin 60 has a diameter starting from the fixed region 63. Thermal elongation in the direction (arrow B direction in FIGS. 2 to 4) and the circumferential direction (arrow C direction in FIGS. 3 and 4) may be allowed.
  • the fixed region 63 may be located at the center in the circumferential direction in the circumferential range on the base end portion 61 side of the segments 60A to 60H.
  • the movable fin 60 is divided into the plurality of segments 60A to 60H in the circumferential direction, the restraining force against the thermal expansion and deformation of the segments 60A to 60H is weakened, and each of the segments during the operation of the rotary machine 1 is reduced. It can be further reduced clearance H m by utilizing the thermal expansion of the segments 60A ⁇ 60H. Thus, it is possible to effectively suppress the leakage flow of the fluid through the clearance H m.
  • each segment 60A to 60H of the movable fin 60 fixed to the fixed fin 40 is set as a partial range on the base end portion 61 side of each segment 60A to 60H, so that the fixed region 63 is formed.
  • each segment 60A to 60H is allowed to stretch not only in the radial direction (the direction of arrow B in FIGS. 2 to 4) but also in the circumferential direction (the direction of arrow C in FIGS. 3 and 4). Therefore, when the segments 60A to 60H are thermally stretched and deformed when the rotary machine 1 is started, the constraint between the adjacent segments 60A to 60H can be further weakened.
  • each segment 60A ⁇ 60H of the movable fins 60 can be further reduced clearance H m.
  • the fixing region 63 of each segment 60A to 60H in the center in the circumferential direction of each segment 60A to 60H the regions on both sides in the circumferential direction of the fixing region 63 of each segment 60A to 60H are not constrained by the fixing fin 40.
  • each segment 60A ⁇ 60H of the movable fins 60 during operation rotating machine 1 can can be further freely thermal expansion deformation, can be further reduced clearance H m. This allows more effectively suppress the leakage flow of the fluid through the clearance H m.
  • it further includes a restraining member 80 for suppressing the floating of each segment of the movable fin from the fixed fin.
  • the restraining member 80 is attached to the fixed fin 40 on the distal end portion 62 side of the movable fin 60 with respect to the fixed region 63. As described above, the distal end 62 side of each segment 60A to 60H of the movable fin 60 is not fixed to the fixed fin 40. For this reason, fluid may enter between the front end portion 62 side of the movable fin 60 and the front end portion 42 side of the fixed fin 40, and the segments 60A to 60H of the movable fin 60 may float from the fixed fin 40. .
  • the restraining member 80 attached to the fixed fin 40 on the distal end 62 side of the movable fin 60 with respect to the fixed region 63 the floating of the segments 60A to 60H of the movable fin 60 from the fixed fin 40 can be suppressed.
  • the restraining member 80 includes a support column portion 82 and a pressing plate portion 81.
  • 6A is a cross-sectional view (corresponding to a cross section taken along line EE in FIG. 4) showing a configuration example of the restraining member 80 and its peripheral structure.
  • 6B is a cross-sectional view (corresponding to a cross section taken along line FF in FIG. 6A) showing a configuration example of the restraining member 80 and its peripheral structure.
  • reference numerals shown in FIGS. 2 to 4 are used as appropriate.
  • the post portion 82 is fixed to the fixing fin 40 so as to extend between the adjacent segments 60A to 60H (see FIG. 4).
  • a male screw part is formed in a part attached to the fixed fin 40 in the column part 82
  • a female screw part is formed in a part of the fixed fin 40 corresponding thereto, and these are screwed together to form the column part.
  • 82 may be fixed to the fixing fin 40.
  • the support 82 may be fixed to the fixed fin 40 by welding the support 82 to the fixed fin 40.
  • the holding plate portion 81 is a plate-like member provided at the tip of the column portion 82, and extends in the circumferential direction from the column portion 82 so that the segments 60 ⁇ / b> A to 60 ⁇ / b> H are at least partially sandwiched between the fixing fin 40. It extends.
  • a circumferential gap 65 may be formed at least when the rotary machine 1 is stopped.
  • the circumferential gap 65 is formed by adjacent segments 60A to 60H being spaced apart from each other in the circumferential direction, and extends in the radial direction.
  • the circumferential gap 65 has a constant gap width when the rotating machine 1 is stopped.
  • the constraint between the adjacent segments 60A to 60H can be further weakened. Therefore, during operation the rotary machine 1, utilizing thermal expansion of each segment 60A ⁇ 60H of the movable fins 60 can be further reduced clearance H m.
  • FIG. 7 is a plan view showing another configuration example of the segments 60A to 60H of the movable fin 60.
  • the circumferential gap 65 may not have a constant width in the radial direction.
  • the circumferential gap 65 has a wide portion 66 having a gap width larger than other portions in a part in the radial direction.
  • the wide portion 66 is configured such that the column portion 82 of the restraining member 80 is inserted, and the circumferential gap 65 other than the wide portion 66 is configured to be smaller than the diameter of the column portion 82.
  • the wide portion 66 has a certain length in the radial direction, and the segments 60A to 60H can slide in the radial direction with respect to the support portion 82 by the length in the radial direction of the wide portion 66. It has become.
  • the circumferential gap 65 may have a narrow portion 67 having a narrower gap width on the distal end 62 side of the movable fin 60 than the circumferential gap 65 on the proximal end 61 side.
  • the distal end 62 side of the movable fin 60 is narrower than the proximal end 61 side of the movable fin 60, so that the movable fin 60 is thermally expanded, and the distal end 62 side of each of the movable fin 60 is in the state of thermal expansion.
  • the gap between the segments 60A to 60H becomes narrower, and fluid can be prevented from leaking from the gap between the segments 60A to 60H.
  • each of the segments 60A to 60H of the movable fin 60 has a longer length on the base end portion 61 side than a length on the distal end portion 62 side.
  • the base end portion 61 side has a larger amount of thermal expansion than the front end portion 62 side. Therefore, by making the circumferential gap 65 on the proximal end portion 61 side wider than the circumferential gap 65 on the distal end portion 62 side, thermal expansion on the proximal end portion 61 side of the movable fin 60 can be absorbed.
  • the tip thickness of the movable fin 60 is smaller than the tip thickness of the fixed fin 40.
  • the movable fins 60 have substantially the same thickness in the radial direction.
  • the thickness of the fixed fin 40 gradually decreases from the base end portion 41 side toward the tip end portion 42 side.
  • the thickness of the movable fin 60 is smaller than the thickness of the fixed fin 40.
  • the distal end region of the movable fin 60 may be configured such that the thickness gradually decreases from the proximal end portion 61 side toward the distal end portion 62 side. Also in this case, the thickness of the movable fin 60 is smaller than the thickness of the fixed fin 40 in the tip region.
  • the clearance H m can be excessively narrow due to the thermal expansion of the movable fin 60 during the activation of the rotary machine 1. For this reason, there is a possibility that the rotating member 3 of the rotating machine 1 and the tip end portion 62 of the movable fin 60 come into contact with each other. Therefore, even if the rotating member 3 of the rotating machine 1 and the tip 62 of the movable fin 60 are in contact with each other by reducing the thickness of the tip of the movable fin 60 relative to the fixed fin 40, Heat generation and vibration caused by contact can be suppressed.
  • the tip thickness of the fixed fin 40 relatively larger than that of the movable fin 60, the tip portion 42 of the fixed fin 40 caused by the fluid pressure difference between the axial sides of the movable fin 60 and the fixed fin 40. And the unintended displacement of the movable fin 60 accompanying the deformation of the fixed fin 40 can be suppressed.
  • FIGS. 8A and 8B when the rotary machine 1 is stopped, a gap 90 is formed between the distal end portion 62 of the movable fin 60 and the distal end portion 42 of the fixed fin 40.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view showing tip regions of the fixed fin and the movable fin when the rotary machine is stopped in the sealing device according to another embodiment.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view showing the tip regions of the fixed fin and the movable fin during the rated operation of the rotary machine in the sealing device according to another embodiment.
  • the movable fin 60 has a substantially constant thickness from the base end portion 61 side to the tip end portion 62 side.
  • the fixed fin 40 is at least partially curved so as to protrude to the upstream side (high pressure side) in the fluid flow direction between the base end portion 41 (see FIG. 2) and the tip end portion 42.
  • the fixed fin 40 may have a tapered surface inclined in a direction away from the movable fin 60 on the tip end portion 42 side. In this way, when the rotating machine 1 is stopped, a gap 90 is formed between the tip end portion 62 of the movable fin 60 and the tip end portion 42 of the fixed fin 40.
  • the tip end portion 62 of the movable fin 60 is pressed against the high-pressure side surface of the fixed fin 40 by the movable fin 60 positioned on the high-pressure side (that is, FIG. 8B).
  • the tip end 62 side of the movable fin 60 is deformed.
  • the clearance formed between the rotating member 3 and the movable fin 60 is H m1
  • the clearance formed between the rotating member 3 and the fixed fin 40 is Let H f1 .
  • the clearance formed between the rotating member 3 and the movable fin 60 is H m2
  • the clearance formed between the rotating member 3 and the fixed fin 40 is H f2 .
  • the fixed fin 40 and the movable fin 60 may be configured to satisfy H m1 ⁇ H f1 and H m2 ⁇ H f2 .
  • the fixed fin 40 and the movable fin 60 are curved in the axial section of the rotary machine 1. According to this configuration, the length of the movable fin 60 (distance from the proximal end portion 61 to the distal end portion 62 of the movable fin 60) can be sufficiently ensured, and the movable fin 60 can be secured during operation of the rotary machine 1. You can enjoy an excellent effect of suppressing leakage flow by reducing the clearance H m using thermal elongation deformation.
  • the fixed fin 40 and the movable fin 60 may further have the following configuration.
  • An angle tangential T 1 is formed to the radial direction at the base end portion 41 side of the fixed fin 40 and theta f1, an angle tangential T 2 with respect to the radial direction at the distal end 42 of the fixed fin 40 theta Let f2 .
  • the movable fin 60 is curved along the fixed fin 40 so that the tangential direction T in the axial section of the surface of the fixed fin 40 on the movable fin 60 side satisfies the relational expression ⁇ f1 > ⁇ f2. Yes.
  • H m is becomes smaller than when it stops rotating machine 1 can suppress leakage flow of fluid through the clearance H m.
  • the rotating machine 1 includes a stationary member 2, a rotating member 3 provided to face the stationary member 2, and an annular gap 5 between the stationary member 2 and the rotating member 3.
  • the sealing device 4 see FIGS. 1 to 9 provided, the following effects can be obtained. Since the rotating machine 1 includes the sealing device 4 shown in FIGS. 1 to 9, the clearance H m between the tip 62 of the movable fin 60 of the sealing device 4 and the rotating member 3 (or the stationary member 2). the person at the time of driving the rotary machine 1 is smaller than when it stops rotating machine 1, it is possible to suppress the leakage flow of fluid through the clearance H m, thus can improve the efficiency of the rotary machine 1.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.
  • the steam turbine is illustrated as the rotating machine 1 to which the sealing device 4 is applied.
  • the rotating machine 1 to which the sealing device 4 is applied is, for example, a gas turbine or the like.
  • the present invention can also be applied to other rotating machines in which leakage flow between the stationary member 2 and the rotating member 3 is a problem.
  • the casing 21 was illustrated among the stationary members 2 as a site
  • part of the sealing apparatus 4 is not limited to this.
  • it is attached to the hub shroud 24 a of the stationary blade 24 so as to face the outer peripheral surface of the rotor 31.
  • the sealing device 4 is comprised so that the leakage flow of the fluid in the annular clearance 5 between the rotor 31 and the hub shroud 24a may be suppressed.
  • the sealing device 4 may be attached to the rotating member 3 as shown in FIGS. 10C and 10D.
  • the sealing device 4 is attached to the outer peripheral surface of the rotor 31 so as to face the hub shroud 24 a of the stationary blade 24.
  • the sealing device 4 is comprised so that the leakage flow of the fluid in the annular clearance 5 between the rotor 31 and the hub shroud 24a may be suppressed.
  • FIG. 10C the sealing device 4 is attached to the outer peripheral surface of the rotor 31 so as to face the hub shroud 24 a of the stationary blade 24.
  • the sealing device 4 is comprised so that the leakage flow of the fluid in the annular clearance 5 between the rotor 31 and the hub shroud 24a may be suppressed.
  • FIG. 10C the sealing device 4 is attached to the outer peripheral surface of the
  • the sealing device 4 is attached to the tip shroud 32 a of the rotor blade 32 so as to face the inner wall surface of the casing 21. And the sealing device 4 is comprised so that the leakage flow of the fluid in the annular clearance 5 between the chip
  • expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained.
  • a shape including a part or the like is also expressed.
  • the expression “comprising”, “including”, or “having” one constituent element is not an exclusive expression that excludes the presence of the other constituent elements.
  • Rotating machine steam turbine
  • Static member 3
  • Rotating member 4 Sealing device 5
  • Annular gap 21
  • Casing 24
  • Stator blade 25
  • Groove 31
  • Rotor (rotating shaft) 32
  • Rotor blades 40, 40A to 40C
  • Fixed fin 41
  • Base end 42
  • Front end 50
  • Seal ring 60
  • Movable fins 60A to 60H Segment
  • Base end 62
  • End Fixed region 64
  • Bolt 65
  • Circumferential gap 80
  • Holding plate 82
  • Supporting part 90 Clearance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

回転機械の静止部材と回転部材との間の環状隙間を介した流体の漏れ流れを抑制するためのシール装置は、前記環状隙間に設けられる環状の固定フィンと、前記環状隙間内において前記固定フィンに対して軸方向に隣接して設けられる環状の可動フィンと、を備え、前記可動フィンは、前記固定フィンよりも熱膨張係数が大きく、前記可動フィンの基端側の固定領域のみにおいて前記固定フィンに固定されている。

Description

シール装置および回転機械
　本開示は、シール装置および回転機械に関する。
　従来から、回転機械の静止部材と回転部材との間の環状隙間を介した流体の漏れ流れを抑制するためのシール装置が知られている。
　この種のシール装置は、漏れ流れ低減の観点からは、回転機械の運転時におけるシール間隙は小さい方が望ましいとされる。一方、回転機械の起動時には、回転機械は、定常状態に到達前の過渡的状態として、回転機械の回転軸の振動や回転部材と静止部材との伸び差に起因して、一時的にシール間隙が最小となる状態（いわゆるピンチポイント）を経験することになる。よって、回転機械の運転時におけるシール間隙は小さすぎると、ピンチポイント通過時に回転部材又は静止部材とシール装置の接触が生じてしまう可能性がある。
　そこで、シール間隙の大きさを調節可能なシール装置（自動調整シール）が提案されている。
　例えば、特許文献１には、蒸気タービン等の回転機械に用いられる自動調整シールが開示されている。
　特許文献１に記載の自動調整シールは、水平の平坦面からなる合わせ面において互いに当接可能な固定シールリングと可動シールリングとを含んでいる。可動シールリングは、回転機械のロータの上方及び下方において、それぞれ、ロータの外周面に沿って１２０度の角度範囲に亘って設けられる。一方、固定シールリングは、ロータの左右両側において、ロータの外周面に亘って６０度の角度範囲に設けられる。可動シールリングは、固定シールリングから遠ざかる方向に弾性体によって付勢されている。回転機械の定格運転時には、可動シールリングは、流体によって固定シールリングに向かって押圧され、シール間隙が減少するようになっている。
特開２０００－９７３５０号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の自動調整シールは、固定シールリング、可動シールリングおよび弾性体（付勢部材）を備えた大掛かりな装置講成であるため、適用可能な箇所が限定される。
　上述の諸事靖に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、簡素な装置構成にてシール間隙を調節可能なシール装置およびこれを備えた回転機械を提供することである。
（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るシール装置は、
　回転機械の静止部材と回転部材との間の環状隙間を介した流体の漏れ流れを抑制するためのシール装置であって、
　前記環状隙間に設けられる環状の固定フィンと、
　前記環状隙間内において前記固定フィンに対して軸方向に隣接して設けられる環状の可動フィンと、を備え、
　前記可動フィンは、
　　前記固定フィンよりも熱膨張係数が大きく、
　　前記可動フィンの基端側の固定領域において前記固定フィンに固定されている。
（２）一実施形態では、上記（１）の構成において、
　前記可動フィンは、該可動フィンの基端側の前記固定領域のみにおいて前記固定フィンに固定されている。
　上記（１）又は（２）の構成では、静止部材と回転部材との間の環状隙間内において固定フィンに対して軸方向に隣接して可動フィンが設けられ、且つ、可動フィンの基端側の固定領域（上記（２）の構成においては固定領域のみ）が固定フィンに固定される。
　このため、回転機械の運転時にシール装置が高温の流体に曝されると、可動フィンは基端側の固定領域を起点として先端側が熱伸びする。この際、固定フィンよりも可動フィンの熱膨張係数が大きいため、可動フィンの先端側の熱伸び量は固定フィンの先端側の熱伸び量よりも大きい。よって、シール装置の可動フィンの先端と回転機械の静止部材又は回転部材との間のクリアランスＨｍは、回転機械の停止時に比べて小さくなり、当該クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを抑制できる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
　前記可動フィンは、周方向に配列される複数のセグメントを含み、
　各々の前記セグメントは、前記固定フィンに固定される前記固定領域を先端側に有する。
　上記（３）の構成によれば、可動フィンが周方向において複数のセグメントに分割されているため、各セグメントの熱伸び変形に対する拘束力が弱まり、回転機械の運転時において可動フィンの各セグメントの熱伸びを利用してクリアランスＨｍをさらに低減できる。これにより、クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを効果的に抑制できる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
　前記固定領域は、前記セグメントの基端側の周方向範囲における一部の範囲であり、
　前記可動フィンの各々の前記セグメントは、前記固定領域を起点とした径方向および周方向の熱伸びが許容されている。
　上記（４）の構成によれば、固定フィンに固定される可動フィンの各セグメントの固定領域は、各セグメントの基端側の一部の範囲であるため、当該固定領域を起点として各セグメントは径方向だけでなく周方向にも熱伸びが許容される。よって、回転機械の起動時に各セグメントが熱伸び変形する際、隣接するセグメント間の拘束をより一層弱めることができる。よって、回転機械の運転時において可動フィンの各セグメントの熱伸びを利用してクリアランスＨｍをより一層低減できる。これにより、クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを効果的に抑制できる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
　前記固定領域は、前記セグメントの基端側の前記周方向範囲のうち、周方向における中央に位置する。
　上記（５）の構成によれば、各セグメントの固定領域（固定フィンに固定される領域）を各セグメントの周方向における中央に設けたので、各セグメントの前記固定領域の両側における領域は固定フィンに拘束されない。よって、回転機械の運転時において可動フィンの各セグメントがより一層自由に熱伸び変形することができ、クリアランスＨｍをより一層低減できる。これにより、クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れをより効果的に抑制できる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（３）乃至（５）の何れかの構成において、
　前記固定領域よりも前記可動フィンの先端側において前記固定フィンに取り付けられ、前記可動フィンの各々の前記セグメントの前記固定フィンからの浮き上がりを抑制するための拘束部材をさらに備える。
　上述のように、可動フィンの各セグメントの先端側は固定フィンに固定されていない。このため、可動フィンの先端側と固定フィンの先端側との間に流体が浸入し、可動フィンの各セグメントを固定フィンから浮き上がらせてしまう場合がある。
　この点、上記（６）の構成によれば、固定領域よりも可動フィンの先端側において固定フィンに取り付けられる拘束部材を設けたので、可動フィンの各セグメントの固定フィンからの浮き上がりを抑制できる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
　前記拘束部材は、
　　隣接する前記セグメント間において延在するように前記固定フィンに固定された支柱部と、
　　前記支柱部の先端に設けられて、前記固定フィンとの間に前記セグメントが少なくとも部分的に挟まれるように、前記支柱部から周方向に延びる押さえ板部と、
を含む。
　上記（７）の構成によれば、隣接するセグメント間において固定フィンに固定される支柱部と、支柱部の先端に設けられる押さえ板部と、を含む拘束部材を用いることで、各セグメントの熱伸び変形に実質的に影響を及ぼすことなく、各セグメントの固定フィンから浮き上りを抑制できる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（３）乃至（７）の何れかの構成において、
　隣接する前記セグメント間には、少なくとも前記回転機械の停止時において、周方向間隙が形成される。
　上記（８）の構成によれば、隣接するセグメント間の拘束をより一層弱めることができる。よって、回転機械の運転時において可動フィンの各セグメントの熱伸びを利用してクリアランスＨｍをより一層低減できる。これにより、クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れをより効果的に抑制できる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（３）乃至（８）の何れかの構成において、
　前記可動フィンの前記セグメントは偶数個である。
　上記（９）の構成によれば、可動フィンのセグメントを偶数個としたので、半割構造の固定フィンの採用によってシール装置の組立作業を効率化できる。この場合、整数個の可動フィンのセグメントを組み付けた半環状の固定フィンを一対準備し、これらを回転機械に取り付けることでシール装置の組み立てが完了する。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、
　前記可動フィンの先端厚さは、前記固定フィンの先端厚さよりも小さい。
　上述したように、可動フィンの熱膨張率は固定フィンよりも大きいため、回転機械の起動中において、過渡的に、可動フィンの熱伸びによってクリアランスＨｍが過度に狭くなり得る。このため、回転機械の回転部材又は静止部材と可動フィンの先端部とが接触してしまう可能性がある。
　この点、上記（１０）の構成によれば、可動フィンの先端厚さを固定フィンに比べて相対的に小さくしたので、回転機械の回転部材又は静止部材と可動フィンの先端部とが万が一接触した場合であっても、接触に起因した発熱や振動を抑制できる。一方、固定フィンの先端厚さを可動フィンに比べて相対的に大きくすることで、可動フィン及び固定フィンの軸方向両側における流体の圧力差に起因した固定フィン先端部の変形を抑制し、固定フィンの変形に伴う可動フィンの意図せぬ変位を抑制できる。
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、
　前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ１とし、
　前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ１とし、
　前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ２とし、
　前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ２としたとき、
　Ｈｍ１≧Ｈｆ１、且つ、Ｈｍ２＜Ｈｆ２を満たす。
　上記（１１）の構成によれば、回転機械の停止時において、静止部材又は回転部材と可動フィンとの間に形成されるクリアランスＨｍ１は、静止部材又は回転部材と固定フィンとの間に形成されるクリアランスＨｆ１以上であるため、回転機械が起動中に経験するピンチポイントにおいて静止部材又は回転部材と可動フィンとの接触の可能性を低減できる。
　また、回転機械の定格運転時において、静止部材又は回転部材と可動フィンとの間に形成されるクリアランスＨｍ２は、静止部材又は回転部材と固定フィンとの間に形成されるクリアランスＨｆ２よりも小さいため、当該クリアランスＨｍ２を介した流体の漏れ流れを抑制できる。
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れかの構成において、
　前記可動フィンは、前記固定フィンからみて高圧側に設けられる。
　上記（１２）の構成によれば、回転機械の運転時、可動フィンは高圧の流体によって固定フィン側に押し付けられるため、可動フィンの固定フィンからの浮き上がりを抑制できる。
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の構成において、
　前記静止部材又は前記回転部材に形成された溝に嵌合するとともに、軸方向に並ぶ複数の前記固定フィンを先端側に有するシールリングをさらに備え、
　前記可動フィンは、少なくとも、前記漏れ流れの最上流側に位置する前記固定フィンからみて高圧側に設けられる。
　上記（１３）の構成によれば、多段の固定フィンを有するシールリングに対して、最上流側の固定フィンからみて高圧側に可動フィンを取り付けることで、多段の固定フィンを有するシール装置においても、流体の圧力を利用して可動フィンの固定フィンからの浮き上がりを抑制することができる。
　なお、仮に多段の固定フィンを有するシール装置において、下流側の固定フィンからみて高圧側に可動フィンを取り付けようとすると（すなわち隣接する固定フィン間に可動フィンを取り付けようとすると）、可動フィンのコンパクト化が求められる。そうすると、可動フィンの長さ（可動フィンの基端部から先端部までの距離）が十分でないため可動フィンの熱伸び量を十分に得ることは難しいことがある。この場合、回転機械の運転時において、可動フィンの熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れ抑制効果が限定的になってしまう可能性がある。
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１２）又は（１３）の構成において、
　前記回転機械の停止時において、前記可動フィンの先端部と前記固定フィンの先端部との間には隙間が形成されている。
　上記（１４）の構成によれば、回転機械の運転時において、高圧側に位置する可動フィンが流体によって固定フィンの高圧側の面に押圧され、可動フィンの先端部が変形する。このように、可動フィンの熱伸び変形に加えて、流体による固定フィン側への押し付け力に起因した可動フィンの変形を利用すれば、回転機械の運転時において、クリアランスＨｍをより高い自由度で制御することが可能になる。よって、クリアランスＨｍを介した漏れ流れをより適切に抑制することができる。
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１４）の何れかの構成において、
　前記固定フィン及び前記可動フィンは、先端側が基端側に対して高圧側に位置するように半径方向に対して斜めに延在している。
　上記（１５）の構成によれば、可動フィンの長さ（可動フィンの基端部から先端部までの距離）を十分に確保することができ、回転機械の運転時において、可動フィンの熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れの優れた抑制効果を享受できる。
（１６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１５）の何れかの構成において、
　前記静止部材又は前記回転部材の一方に形成された溝に嵌合するとともに、少なくとも一つの前記固定フィンを先端側に有するシールリングをさらに備え、
　前記可動フィンは、前記溝の軸方向範囲内に位置する該可動フィンの基端部から、前記溝の軸方向範囲外に位置する該可動フィンの先端部に向かって、半径方向に対して斜めに延在している。
　上記（１６）の構成によれば、静止部材又は回転部材の一方に形成された溝に嵌合するシールリングを備えており、可動フィンは、この溝の軸方向範囲内から軸方向範囲外まで半径方向に対して斜めに延在している。そのため、可動フィンの長さ（可動フィンの基端部から先端部までの距離）を十分に確保することができ、回転機械の運転時において、可動フィンの熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れの優れた抑制効果を享受できる。
（１７）幾つかの実施形態では、上記（１６）の構成において、
　前記可動フィンは、少なくとも前記可動フィンの前記基端部が前記溝内に存在するように配置される。
　上記（１７）の構成によれば、可動フィンの基端部が溝内に位置することから、可動フィンの長さをより一層大きくすることができ、回転機械の運転時において、可動フィンの熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れの優れた抑制効果を享受できる。
（１８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１７）の何れかの構成において、
　前記固定フィン及び前記可動フィンは、前記回転機械の軸方向断面内において湾曲している。
　上記（１８）の構成によれば、可動フィンの長さ（可動フィンの基端部から先端部までの距離）を十分に確保することができ、回転機械の運転時において、可動フィンの熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れの優れた抑制効果を享受できる。
（１９）幾つかの実施形態では、上記（１８）の構成において、
　前記固定フィンの前記可動フィン側の表面の前記軸方向断面内における接線方向は、
　　前記固定フィンの基端側において前記接線方向が半径方向に対してなす角度をθｆ１とし、
　　前記固定フィンの先端側において前記接線方向が半径方向に対してなす角度をθｆ２としたとき、
　　θｆ１＞θｆ２の関係式を満たし、
　前記可動フィンは、前記固定フィンに沿って湾曲している。
　上記（１９）の構成によれば、固定フィンに沿って湾曲する可動フィンについても、基端側に比べて先端側の方が、可動フィン接線方向が半径方向に対してなす角度が小さくなる。すなわち、可動フィンは、基端側に比べて先端側の方が相対的に半径方向に沿っている。このため、可動フィンの先端側の熱伸び変形量に対するクリアランスＨｍの変化量の比を増大させることができ、回転機械の運転時において、可動フィンの熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れのより優れた抑制効果を享受できる。
（２０）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るシール装置は、
　回転機械の静止部材と回転部材との間の環状隙間を介した流体の漏れを抑制するためのシール装置であって、
　前記環状隙間に設けられる環状の固定フィンと、
　前記環状隙間内において前記固定フィンに対して軸方向に隣接して設けられる環状の可動フィンと、を備え、
　前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ１とし、
　前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ１とし、
　前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ２とし、
　前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ２としたとき、
　Ｈｍ１≧Ｈｆ１、且つ、Ｈｍ２＜Ｈｆ２を満たす。
　上記（２０）の構成によれば、回転機械の運転時において、静止部材又は回転部材と可動フィンとの間に形成されるクリアランスＨｍ１は、静止部材又は回転部材と固定フィンとの間に形成されるクリアランスＨｆ１以上であるため、回転機械が起動中に経験するピンチポイントにおいて静止部材又は回転部材と可動フィンとの接触の可能性を低減できる。
　また、回転機械の定格運転時において、静止部材又は回転部材と可動フィンとの間に形成されるクリアランスＨｍ２は、静止部材又は回転部材と固定フィンフィンとの間に形成されるクリアランスＨｆ２よりも小さいため、当該クリアランスＨｍ２を介した流体の漏れ流れを抑制できる。
（２１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る回転機械は、
　静止部材と、
　前記静止部材に対して対向して設けられる回転部材と、
　前記静止部材と前記回転部材との間の環状隙間に設けられる請求項１乃至１９の何れか一項に記載のシール装置と、を備える。
　上記（２１）の構成によれば、上記（１）乃至（２０）の何れかの構成のシール装置を備えているので、シール装置の可動フィンの先端と回転機械の静止部材又は回転部材との間のクリアランスＨｍは、回転機械の運転時の方が回転機械の停止時に比べて小さくなり、当該クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを抑制でき、よって、回転機械の効率を向上できる。
　本発明の少なくとも一実施形態によれば、回転機械の運転時において、シール装置の可動フィンの先端と回転機械の静止部材又は回転部材との間のクリアランスＨｍが、回転機械の停止時に比べて小さくなるので、当該クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを抑制できる。
一実施形態に係る回転機械（蒸気タービン）を概略的に示した図である。 一実施形態に係るシール装置の軸方向に沿った部分断面図である。 一実施形態における固定フィン及び可動フィンを部分的に示す斜視図（一部断面）である。 一実施形態における可動フィンを示す平面図（図２のＡ方向矢視図）である。 一実施形態に係るシール装置において、回転機械の停止時における固定フィン及び可動フィンの先端領域を示す断面図である。 一実施形態に係るシール装置において、回転機械の定格運転時における固定フィン及び可動フィンの先端領域を示す断面図である。 拘束部材及びその周辺構造の構成例を示す断面図（図４のＥ－Ｅ線断面に対応）である。 拘束部材及びその周辺構造の構成例を示す断面図（図６ＡのＦ－Ｆ線断面に対応）である。 可動フィンのセグメントの他の構成例を示す平面図である。 他の実施形態に係るシール装置において、回転機械の停止時における固定フィン及び可動フィンの先端領域を示す断面図である。 他の実施形態に係るシール装置において、回転機械の定格運転時における固定フィン及び可動フィンの先端領域を示す断面図である。 さらに他の実施形態に係るシール装置の固定フィン及び可動フィンの先端領域を示す断面図である。 一実施形態に係るシール装置の適用部位を模式的に示した図である。 他の実施形態に係るシール装置の適用部位を模式的に示した図である。 さらに他の実施形態に係るシール装置の適用部位を模式的に示した図である。 さらに他の実施形態に係るシール装置の適用部位を模式的に示した図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　最初に、本実施形態に係る回転機械１の一例として、図１に示す蒸気タービンについて説明する。なお、図１は、一実施形態に係る回転機械（蒸気タービン）１を概略的に示した図である。
　図１に示すように、一実施形態に係る蒸気タービン１は、ケーシング２１及び静翼２４を含む静止部材２と、ロータ（回転軸）３１及び動翼３２を含む回転部材３と、静止部材２と回転部材３との間の環状隙間５（図２参照）に設けられるシール装置４と、を備えている。
　具体的には、ケーシング２１は、内部空間が気密に封止されているとともに、蒸気Ｓ（流体）が流れる蒸気通路２３を形成する。図示される例では、ケーシング２１は、中空形状をなし、複数の静翼２４及び複数の動翼３２を囲むように配置された円筒部２１ａと、円筒部２１ａの内壁面に固定され、一対の静翼２４及び動翼３２ごとにそれぞれ設けられた複数の環状部２１ｂと、を含む。ケーシング２１の円筒部２１ａの一端側には蒸気入口２２が設けられ、他端側には蒸気出口２６が設けられている。蒸気入口２２には、蒸気通路２３を開閉するための調整弁２２ａが取り付けられている。
　ロータ３１は、ケーシング２１の内部を貫通するように配置され、軸線Ｏを中心として回転可能に軸受６，７に支持されている。このロータ３１には、ケーシング２１の内部において、外周部にロータディスク３３を介して動翼３２が固定されている。動翼３２は、ロータ３１の軸方向（軸線Ｏの方向）に所定間隔で複数段にわたって設けられている。各々の動翼３２の外形側（チップ側）には、周方向に延在したチップシュラウド３２ａが設けられている。チップシュラウド３２ａは、ケーシング２１の環状部２１ｂに対向するように位置している。一方、ケーシング２１側には、複数段の動翼３２に対して軸方向に交互に配列されるように、複数段の静翼２４が固定されている。各々の静翼２４の内径側（ハブ側）には、周方向に延在したハブシュラウド２４ａが設けられている。ハブシュラウド２４ａは、ロータ３１の外周面に対向するように位置している。
　また、ケーシング２１の内部には、動翼３２及び静翼２４が配設される通路に蒸気通路２３が形成されており、この蒸気通路２３が蒸気入口２２及び蒸気出口２６に連通している。
　上記構成を有する蒸気タービン１においては、蒸気が蒸気入口２２から蒸気通路２３に供給されると、蒸気通路２３において軸方向に沿って流れる蒸気が動翼３２及び静翼２４を通過することによってロータ３１が回転し、ロータ３１に与えられた回転エネルギーが軸端から取り出されて発電等に利用されるようになっている。
　次に、図１乃至図４を参照して、シール装置４について説明する。なお、図２は、一実施形態に係るシール装置４の軸方向に沿った部分断面図であり、図１のＥ部分を拡大した図である。図３は、一実施形態における固定フィン４０及び可動フィン６０を部分的に示す斜視図（一部断面）である。図４は、一実施形態における可動フィン６０を示す平面図（図２のＡ方向矢視図）である。図４において矢印Ｄは、ロータ３１の回転方向を示している。
　図１乃至図４に示すように、シール装置４は、静止部材２と回転部材３との間の環状隙間５を介した高圧側から低圧側への流体（作動流体）の漏れ流れを抑制する目的で設けられる。
　これらの図では、一例として、静止部材２（例えばケーシング２１）にシール装置４が取り付けられた構成を示している。具体的には、シール装置４は、動翼３２のチップシュラウド３２ａに対向するように、ケーシング２１の環状部２１ｂの内壁面に取り付けられている。なお、後述するように、シール装置４は、回転部材３（例えばロータ３１）に取り付けられてもよい。
　一実施形態において、シール装置４は、環状隙間５に設けられる環状の固定フィン４０と、環状隙間５内において固定フィン４０に対して軸方向に隣接して設けられる環状の可動フィン６０と、を備える。
　固定フィン４０は、環状隙間５において静止部材２に取り付けられている。例えば、固定フィン４０は、静止部材２（図示される例ではケーシング２１の環状部２１ｂ）に対して溶接又はボルト締結等によって固定されてもよいし、静止部材２に嵌合することによって固定されてもよい。また、固定フィン４０は、外周側（ケーシング２１側）に位置する基端部４１と、内周側（ロータ３１側）に位置する先端部４２とを有している。固定フィン４０全体としては、基端部４１及び先端部４２は環状をなしている。
　可動フィン６０は、固定フィン４０よりも熱膨張係数が大きい。例えば、可動フィン６０は、固定フィン４０よりも熱膨張係数が大きい材料で形成される。また、可動フィン６０は、外周側（ケーシング２１側）に位置する基端部６１と、内周側（ロータ３１側）に位置する先端部６２とを有している。可動フィン６０全体としては、基端部６１及び先端部６２は環状をなしている。そして、基端部６１側の固定領域６３のみにおいて、可動フィン６０は固定フィン４０に固定されている。図示される例では可動フィン６０は、固定フィン４０に対してボルト６４によって締結されている。なお、可動フィン６０の固定フィン４０への固定構造については後述する。
　ここで、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、可動フィン６０の作用について説明する。
　図５Ａは、一実施形態に係るシール装置４において、回転機械１の停止時における固定フィン４０及び可動フィン６０の先端領域を示す断面図である。図５Ｂは、一実施形態に係るシール装置４において、回転機械１の定格運転時における固定フィン４０及び可動フィン６０の先端領域を示す断面図である。
　図５Ａに示すように、回転機械１の停止時、固定フィン４０及び可動フィン６０は熱膨張しておらず、例えば図示されるように、固定フィン４０の先端部４２と可動フィン６０の先端部６２とは径方向位置が概ね一致している。
　図５Ｂに示すように、回転機械１の運転時、シール装置４が高温の流体に曝されると、可動フィン６０は基端部６１側の固定領域６３を起点として、図中矢印Ｂ方向に先端部６２側が熱伸びする。この際、固定フィン４０よりも可動フィン６０の熱膨張係数が大きいため、可動フィン６０の先端部６２側の熱伸び量は固定フィン４０の先端部４２側の熱伸び量よりも大きくなる。そのため、シール装置４の可動フィン６０の先端部６２と回転部材３との間のクリアランスＨｍは、図５Ａに示す回転機械１の停止時に比べて小さくなり、当該クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを抑制できる。
　上記可動フィン６０は、図２に示すように固定フィン４０からみて高圧側に設けられてもよい。図２に示す例では、可動フィン６０は、固定フィン４０の高圧側の面に対して面接触して配置されている。なお、図２において、流体は左から右に向かって流れるので、シール装置４の左側が高圧側となり、右側が低圧側となる。
　この構成により、回転機械１の運転時、可動フィン６０は高圧の流体によって固定フィン４０側に押し付けられるため、可動フィン６０の固定フィン４０からの浮き上がりを抑制できる。
　上記固定フィン４０及び可動フィン６０は、図２、図３、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、固定フィン４０の先端部４２及び可動フィン６０の先端部６２側が、固定フィン４０の基端部４１及び可動フィン６０の基端部６１側に対して高圧側に位置するように半径方向に対して斜めに延在していてもよい。図２、図３、図５Ａ及び図５Ｂに示す例では、固定フィン４０は、基端部４１から先端部４２にかけて直線状に形成されており、固定フィン４０の先端部４２が基端部４１よりも高圧側に位置するように、半径方向に対して傾斜している。同様に、可動フィン６０は、基端部６１から先端部６２にかけて直線状に形成されており、可動フィン６０の先端部６２が基端部６１よりも高圧側に位置するように、半径方向に対して傾斜している。この場合、固定フィン４０と可動フィン６０の傾斜角度は概ね一致している。
　この構成により、可動フィン６０の長さ（可動フィン６０の基端部６１から先端部６２までの距離）を十分に確保することができ、回転機械１の運転時において、可動フィン６０の熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れの優れた抑制効果を享受できる。
　なお、図示は省略するが、固定フィン４０及び可動フィン６０は、ロータ３１の軸線Ｏに直交するように、半径方向に沿って延在していてもよい。
　一実施形態では、図２及び図３に示すように、固定フィン４０が取り付けられる静止部材２には溝２５が形成されている。
　シール装置４は、静止部材２の溝２５に嵌合するとともに、少なくとも一つの固定フィン４０を先端側に有するシールリング５０をさらに備える。
　可動フィン６０は、溝２５の軸方向範囲内に位置する該可動フィン６０の基端部６１から、溝２５の軸方向範囲外に位置する該可動フィン６０の先端部６２に向かって、半径方向に対して斜めに延在している。
　これにより、可動フィン６０の長さ（可動フィン６０の基端部６１から先端部６２までの距離）を十分に確保することができ、回転機械１の運転時において、可動フィン６０の熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れの優れた抑制効果を享受できる。
　この場合、図２に示すように、可動フィン６０は、少なくとも可動フィン６０の基端部６１が溝２５内に存在するように配置されてもよい。
　この構成によれば、可動フィン６０の基端部６１が溝２５内に位置することから、可動フィン６０の長さ（可動フィン６０の基端部６１から先端部６２までの距離）をより一層大きくすることができる。
　また、シールリング５０が、軸方向に並ぶ複数の固定フィン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを先端側に有している場合、可動フィン６０は、少なくとも、漏れ流れの最上流側に位置する固定フィン４０Ａからみて高圧側に設けられる。図２に示す例では、シールリング５０は、その先端側に、流体の流れ方向において上流側から順に３つの固定フィン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを有している。これらの固定フィン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃのうち、流体の流れ方向において最上流側に位置する固定フィン４０Ａの高圧側の面に、ボルト３４によって可動フィン６０が取り付けられる。なお、一つのシールリング５０が有する固定フィン４０の枚数は特に限定されるものではない。
　この構成によれば、多段の固定フィン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを有するシールリング５０に対して、最上流側の固定フィン４０からみて高圧側に可動フィン６０を取り付けることで、多段の固定フィン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを有するシール装置４においても、流体の圧力を利用して可動フィン６０の固定フィン４０からの浮き上がりを抑制することができる。
　なお、仮に多段の固定フィン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを有するシール装置４において、下流側の固定フィン４０Ｃからみて高圧側に可動フィン６０を取り付けようとすると（すなわち隣接する固定フィン４０Ｂ，４０Ｃ間に可動フィン６０を取り付けようとすると）、可動フィン６０のコンパクト化が求められる。そうすると、可動フィン６０の長さ（可動フィン６０の基端部６１から先端部６２までの距離）が十分でないため可動フィン６０の熱伸び量を十分に得ることは難しいことがある。この場合、回転機械１の運転時において、可動フィン６０の熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れ抑制効果が限定的になってしまう可能性がある。
　上記構成を備えるシール装置４において、固定フィン４０及び可動フィン６０は以下のように構成されてもよい。
　図５Ａに示すように、回転機械１の停止時において、回転部材３と可動フィン６０との間に形成されるクリアランスをＨｍ１とし、回転部材３と固定フィン４０との間に形成されるクリアランスをＨｆ１とする。また、図５Ｂに示すように、回転機械１の定格運転時において、回転部材３と可動フィン６０との間に形成されるクリアランスをＨｍ２とし、回転部材３と固定フィン４０との間に形成されるクリアランスをＨｆ２とする。
　この場合、固定フィン４０及び可動フィン６０は、Ｈｍ１≧Ｈｆ１、且つ、Ｈｍ２＜Ｈｆ２を満たすように構成される。
　一般的に、回転機械１の起動時には、回転機械１は、定常状態に到達前の過渡的状態として、回転機械１のロータ３１の振動や回転部材３と静止部材２との伸び差に起因して、一時的に環状隙間５が最小となる状態（いわゆるピンチポイント）を経験する。このピンチポイントを通過した後の定格運転時には、ピンチポイントの状態よりも僅かに環状隙間５が広がる。そのため、回転機械１の運転時における環状隙間５は小さすぎると、ピンチポイント通過時に回転部材３とシール装置４（例えば可動フィン６０の先端部６２）の接触が生じてしまう可能性がある．
　そこで、上記構成によれば、図５Ａに示す回転機械１の停止時において、回転部材３と可動フィン６０との間に形成されるクリアランスＨｍ１が、回転部材３と固定フィン４０との間に形成されるクリアランスＨｆ１以上であるため、回転機械１が起動中に経験するピンチポイントにおいて回転部材３と可動フィン６０との接触の可能性を低減できる。
　また、図５Ｂに示す回転機械１の定格運転時において、回転部材３と可動フィン６０との間に形成されるクリアランスＨｍ２は、回転部材３と固定フィン４０との間に形成されるクリアランスＨｆ２よりも小さいため、当該クリアランスＨｍ２を介した流体の漏れ流れを抑制できる。
　図２乃至図４に示すように、一実施形態では、可動フィン６０は、周方向に配列される複数のセグメント６０Ａ～６０Ｈを含む。
　複数のセグメント６０Ａ～６０Ｈは、偶数個であってもよい。これにより、半割構造の固定フィン４０の採用によってシール装置４の組立作業を効率化できる。この場合、整数個のセグメント６０Ａ～６０Ｈを組み付けた半環状の固定フィン４０を一対準備し、これらを回転機械１に取り付けることでシール装置４の組み立てが完了する。
　各々のセグメント６０Ａ～６０Ｈは、固定フィン４０に固定される固定領域６３を先端部６２側に有している。図示される例では、可動フィン６０は、固定領域６３において一本のボルト６４によって固定フィン４０に固定されている。
　この場合、固定領域６３は、セグメント６０Ａ～６０Ｈの基端部６１側の周方向範囲における一部の範囲であり、可動フィン６０の各々のセグメント６０Ａ～６０Ｈは、固定領域６３を起点とした径方向（図２乃至図４の矢印Ｂ方向）および周方向（図３及び図４の矢印Ｃ方向）の熱伸びが許容されていてもよい。
　さらにこの場合、固定領域６３は、セグメント６０Ａ～６０Ｈの基端部６１側の周方向範囲のうち、周方向における中央に位置してもよい。
　上記構成によれば、可動フィン６０が周方向において複数のセグメント６０Ａ～６０Ｈに分割されていることにより、各セグメント６０Ａ～６０Ｈの熱伸び変形に対する拘束力が弱まり、回転機械１の運転時において各セグメント６０Ａ～６０Ｈの熱伸びを利用してクリアランスＨｍをさらに低減できる。これにより、クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを効果的に抑制できる。
　また、固定フィン４０に固定される可動フィン６０の各セグメント６０Ａ～６０Ｈの固定領域６３を、各セグメント６０Ａ～６０Ｈの基端部６１側の一部の範囲とすることにより、当該固定領域６３を起点として各セグメント６０Ａ～６０Ｈは径方向（図２乃至図４の矢印Ｂ方向）だけでなく周方向（図３及び図４の矢印Ｃ方向）にも熱伸びが許容される。よって、回転機械１の起動時に各セグメント６０Ａ～６０Ｈが熱伸び変形する際、隣接するセグメント６０Ａ～６０Ｈ間の拘束をより一層弱めることができる。よって、回転機械１の運転時において可動フィン６０の各セグメント６０Ａ～６０Ｈの熱伸びを利用してクリアランスＨｍをより一層低減できる。これにより、クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを効果的に抑制できる。
　さらに、各セグメント６０Ａ～６０Ｈの固定領域６３を各セグメント６０Ａ～６０Ｈの周方向における中央に設けることによって、各セグメント６０Ａ～６０Ｈの固定領域６３の周方向両側における領域は固定フィン４０に拘束されない。よって、回転機械１の運転時において可動フィン６０の各セグメント６０Ａ～６０Ｈがより一層自由に熱伸び変形することができ、クリアランスＨｍをより一層低減できる。これにより、クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れをより効果的に抑制できる。
　一実施形態では、可動フィンの各々のセグメントの固定フィンからの浮き上がりを抑制するための拘束部材８０をさらに備える。拘束部材８０は、固定領域６３よりも可動フィン６０の先端部６２側において固定フィン４０に取り付けられる。
　上述したように、可動フィン６０の各セグメント６０Ａ～６０Ｈの先端部６２側は固定フィン４０に固定されていない。このため、可動フィン６０の先端部６２側と固定フィン４０の先端部４２側との間に流体が浸入し、可動フィン６０の各セグメント６０Ａ～６０Ｈを固定フィン４０から浮き上がらせてしまう場合がある。
　そこで、固定領域６３よりも可動フィン６０の先端部６２側において固定フィン４０に取り付けられる拘束部材８０を設けることにより、可動フィン６０の各セグメント６０Ａ～６０Ｈの固定フィン４０からの浮き上がりを抑制できる。
　具体的には、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、拘束部材８０は、支柱部８２と、押さえ板部８１と、を含む。図６Ａは、拘束部材８０及びその周辺構造の構成例を示す断面図（図４のＥ－Ｅ線断面に対応）である。図６Ｂは、拘束部材８０及びその周辺構造の構成例を示す断面図（図６ＡのＦ－Ｆ線断面に対応）である。なお、以下の説明では、適宜、図２乃至図４に示す符号を用いている。
　支柱部８２は、隣接するセグメント６０Ａ～６０Ｈ（図４参照）間において延在するように固定フィン４０に固定される。例えば、支柱部８２のうち固定フィン４０に取り付けられる部位に雄ねじ部を形成しておき、これに対応する固定フィン４０の部位に雌ねじ部を形成しておき、これらを螺合することによって支柱部８２を固定フィン４０に固定してもよい。あるいは、固定フィン４０に対して支柱部８２を溶接することによって、支柱部８２を固定フィン４０に固定してもよい。
　押さえ板部８１は、支柱部８２の先端に設けられた板状部材であって、固定フィン４０との間にセグメント６０Ａ～６０Ｈが少なくとも部分的に挟まれるように、支柱部８２から周方向に延びている。
　この構成によれば、隣接するセグメント６０Ａ～６０Ｈ間において固定フィン４０に固定される支柱部８２と、支柱部８２の先端に設けられる押さえ板部８１と、を含む拘束部材８０を用いることで、各セグメント６０Ａ～６０Ｈの熱伸び変形に実質的に影響を及ぼすことなく、各セグメント６０Ａ～６０Ｈの固定フィン４０から浮き上りを抑制できる。
　隣接するセグメント６０Ａ～６０Ｈ間には、少なくとも回転機械１の停止時において、周方向間隙６５が形成されていてもよい。周方向間隙６５は、隣接するセグメント６０Ａ～６０Ｈが互いに周方向に離間して配置されることによって形成され、径方向に延在している。図４に示す例では、回転機械１の停止時において、周方向間隙６５は一定の間隙幅を有している。
　このように、隣接するセグメント６０Ａ～６０Ｈ間に周方向間隙６５が形成されていることにより、隣接するセグメント６０Ａ～６０Ｈ間の拘束をより一層弱めることができる。よって、回転機械１の運転時において可動フィン６０の各セグメント６０Ａ～６０Ｈの熱伸びを利用してクリアランスＨｍをより一層低減できる。
　図７は可動フィン６０のセグメント６０Ａ～６０Ｈの他の構成例を示す平面図である。
　他の構成例において、周方向間隙６５は、径方向において一定の幅を有しなくてもよい。すなわち、同図に示す例では、周方向間隙６５は、径方向の一部において間隙幅が他の部位より大きい幅広部６６を有している。幅広部６６は、拘束部材８０の支柱部８２が挿通される構成となっており、幅広部６６以外の周方向間隙６５は、支柱部８２の径よりも小さく構成されている。また、幅広部６６は径方向に一定の長さを有しており、この幅広部６６の径方向の長さだけ、各セグメント６０Ａ～６０Ｈは支柱部８２に対して径方向にスライド移動可能となっている。
　また、周方向間隙６５は、可動フィン６０の先端部６２側において、基端部６１側の周方向間隙６５よりも間隙幅が狭い幅狭部６７を有していてもよい。このように、可動フィン６０の先端部６２側の方が、可動フィン６０の基端部６１側よりも間隙幅を狭くすることによって、可動フィン６０が熱膨張した状態において先端部６２側の各セグメント６０Ａ～６０Ｈ間の隙間がより狭まり、各セグメント６０Ａ～６０Ｈ間の隙間から流体が漏れ出ることを阻止できる。また、可動フィン６０の各々のセグメント６０Ａ～６０Ｈは、基端部６１側の長さの方が先端部６２側の長さよりも長い。そのため、回転機械１の運転時、基端部６１側の方が先端部６２側よりも熱膨張量が大きくなる。そこで、基端部６１側の周方向間隙６５を先端部６２側の周方向間隙６５よりも広くすることによって、可動フィン６０の基端部６１側の熱膨張を吸収できる。
　一実施形態では、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、可動フィン６０の先端厚さは、固定フィン４０の先端厚さよりも小さい。
　例えば、図示されるように、可動フィン６０は、径方向において略同一の厚さを有している。一方、固定フィン４０は、基端部４１側から先端部４２側に向けて徐々に厚さが薄くなっている。そして、先端領域において、可動フィン６０の厚さは固定フィン４０の厚さよりも小さい。
　あるいは、図示しないが、可動フィン６０の先端領域において、基端部６１側から先端部６２側へ向けて徐々に厚さが小さくなるように構成されていてもよい。この場合も、先端領域において、可動フィン６０の厚さは固定フィン４０の厚さよりも小さい。
　上述したように、可動フィン６０の熱膨張率は固定フィン４０よりも大きいため、回転機械１の起動中において、過渡的に、可動フィン６０の熱伸びによってクリアランスＨｍが過度に狭くなり得る。このため、回転機械１の回転部材３と可動フィン６０の先端部６２とが接触してしまう可能性がある。
　そのため、可動フィン６０の先端厚さを固定フィン４０に比べて相対的に小さくすることによって、回転機械１の回転部材３と可動フィン６０の先端部６２とが万が一接触した場合であっても、接触に起因した発熱や振動を抑制できる。一方、固定フィン４０の先端厚さを可動フィン６０に比べて相対的に大きくすることで、可動フィン６０及び固定フィン４０の軸方向両側における流体の圧力差に起因した固定フィン４０の先端部４２の変形を抑制し、固定フィン４０の変形に伴う可動フィン６０の意図せぬ変位を抑制できる。
　他の実施形態では、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、回転機械１の停止時において、可動フィン６０の先端部６２と固定フィン４０の先端部４２との間には隙間９０が形成されている。なお、図８Ａは、他の実施形態に係るシール装置において、回転機械の停止時における固定フィン及び可動フィンの先端領域を示す断面図である。図８Ｂは、他の実施形態に係るシール装置において、回転機械の定格運転時における固定フィン及び可動フィンの先端領域を示す断面図である。
　図８Ａに示すように、回転機械１の停止時において、例えば可動フィン６０は、基端部６１側から先端部６２側まで概ね一定の厚さを有している。一方、固定フィン４０は、基端部４１（図２参照）と先端部４２との間において、流体の流れ方向上流側（高圧側）へ突出するように少なくとも一部が湾曲している。あるいは、固定フィン４０は、先端部４２側に、可動フィン６０から離れる方向に傾斜したテーパ面を有していてもよい。このようにして、回転機械１の停止時において、可動フィン６０の先端部６２と固定フィン４０の先端部４２との間に隙間９０が形成される。
　図８Ｂに示すように、回転機械１の定格運転時において、可動フィン６０の先端部６２は、高圧側に位置する可動フィン６０が流体によって固定フィン４０の高圧側の面に押圧され（すなわち図中矢印Ｇ方向に押圧される）、可動フィン６０の先端部６２側が変形する。このように、可動フィン６０の熱伸び変形に加えて、流体による固定フィン４０側への押し付け力に起因した可動フィン６０の変形を利用すれば、回転機械１の運転時において、クリアランスＨｍをより高い自由度で制御することが可能になる。よって、クリアランスＨｍを介した漏れ流れをより適切に抑制することができる。
　なお、図８Ａに示す回転機械１の停止時において、回転部材３と可動フィン６０との間に形成されるクリアランスをＨｍ１とし、回転部材３と固定フィン４０との間に形成されるクリアランスをＨｆ１とする。また、図８Ｂに示す回転機械１の定格運転時において、回転部材３と可動フィン６０との間に形成されるクリアランスをＨｍ２とし、回転部材３と固定フィン４０との間に形成されるクリアランスをＨｆ２とする。
　この場合、固定フィン４０及び可動フィン６０は、Ｈｍ１≧Ｈｆ１、且つ、Ｈｍ２＜Ｈｆ２を満たすように構成されてもよい。
　さらに他の実施形態では、図９に示すように、固定フィン４０及び可動フィン６０は、回転機械１の軸方向断面内において湾曲している。
　この構成によれば、可動フィン６０の長さ（可動フィン６０の基端部６１から先端部６２までの距離）を十分に確保することができ、回転機械１の運転時において、可動フィン６０の熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れの優れた抑制効果を享受できる。
　この場合、固定フィン４０及び可動フィン６０は以下の構成をさらに有していてもよい。
　固定フィン４０の基端部４１側において接線方向Ｔ１が半径方向に対してなす角度をθｆ１とし、固定フィン４０の先端部４２側において接線方向Ｔ２が半径方向に対してなす角度をθｆ２とする。このとき、固定フィン４０の可動フィン６０側の表面の軸方向断面内における接線方向Ｔが、θｆ１＞θｆ２の関係式を満たすように、可動フィン６０は固定フィン４０に沿って湾曲している。
　この構成によれば、固定フィン４０に沿って湾曲する可動フィン６０についても、基端部６１側に比べて先端部６２側の方が、可動フィン６０の接線方向Ｔ２が半径方向に対してなす角度θｆ２が小さくなる。すなわち、可動フィン６０は、基端部６１側に比べて先端部６２側の方が相対的に半径方向に沿っている。このため、可動フィン６０の先端部６２側の熱伸び変形量に対するクリアランスＨｍの変化量の比を増大させることができ、回転機械１の運転時において、可動フィン６０の熱伸び変形を利用したクリアランスＨｍの低減による漏れ流れのより優れた抑制効果を享受できる。
　上述したように、本発明の実施形態によれば、回転機械１の運転時において、シール装置４の可動フィン６０の先端部６２と回転機械１の静止部材２又は回転部材３との間のクリアランスＨｍが、回転機械１の停止時に比べて小さくなるので、当該クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを抑制できる。
　また、図１に示すように、回転機械１が、静止部材２と、静止部材２に対して対向して設けられる回転部材３と、静止部材２と回転部材３との間の環状隙間５に設けられる上記シール装置４（図１乃至図９参照）と、を備える構成とすることによって、次の効果が得られる。
　この回転機械１は、図１乃至図９に示すシール装置４を備えているので、シール装置４の可動フィン６０の先端部６２と回転部材３（又は静止部材２）との間のクリアランスＨｍは、回転機械１の運転時の方が回転機械１の停止時に比べて小さくなり、当該クリアランスＨｍを介した流体の漏れ流れを抑制でき、よって回転機械１の効率を向上できる。
　本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
　例えば、上述した実施形態では、図１に示すように、上記シール装置４が適用される回転機械１として蒸気タービンを例示したが、シール装置４が適用される回転機械１は、例えばガスタービン等のように、静止部材２と回転部材３との間における漏れ流れが課題となる他の回転機械にも適用可能である。
　また、上述した実施形態では、図１に示すように、上記シール装置４が取り付けられる部位として、静止部材２のうちケーシング２１を例示した。すなわち、一実施形態では図１０Ａに示すように、シール装置４は、動翼３２のチップシュラウド３２ａに対向するように、ケーシング２１の内壁面に取り付けられる。そして、シール装置４は、チップシュラウド３２ａとケーシング２１との間の環状隙間５における流体の漏れ流れを抑制するようになっている。但し、シール装置４の適用部位はこれに限定されるものではない。
　他の実施形態では、図１０Ｂに示すように、ロータ３１の外周面に対向するように、静翼２４のハブシュラウド２４ａに取り付けられる。そして、シール装置４は、ロータ３１とハブシュラウド２４ａとの間の環状隙間５における流体の漏れ流れを抑制するように構成される。
　さらに他の実施形態では、図１０Ｃ及び図１０Ｄに示すように、シール装置４は回転部材３に取り付けられてもよい。図１０Ｃに示す例では、シール装置４は、静翼２４のハブシュラウド２４ａに対向するように、ロータ３１の外周面に取り付けられる。そして、シール装置４は、ロータ３１とハブシュラウド２４ａとの間の環状隙間５における流体の漏れ流れを抑制するように構成される。図１０Ｄに示す例では、シール装置４は、ケーシング２１の内壁面に対向するように、動翼３２のチップシュラウド３２ａに取り付けられる。そして、シール装置４は、チップシュラウド３２ａとケーシング２１との間の環状隙間５における流体の漏れ流れを抑制するように構成される。
　例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
１　　　回転機械（蒸気タービン）
２　　　静止部材
３　　　回転部材
４　　　シール装置
５　　　環状隙間
２１　　ケーシング
２４　　静翼
２５　　溝
３１　　ロータ（回転軸）
３２　　動翼
４０，４０Ａ～４０Ｃ　　固定フィン
４１　　基端部
４２　　先端部
５０　　シールリング
６０　　可動フィン
６０Ａ～６０Ｈ　　セグメント
６１　　基端部
６２　　先端部
６３　　固定領域
６４　　ボルト
６５　　周方向間隙
８０　　拘束部材
８１　　押さえ板部
８２　　支柱部
９０　　隙間
 
 

Claims (21)

  1. 　回転機械の静止部材と回転部材との間の環状隙間を介した流体の漏れ流れを抑制するためのシール装置であって、
    　前記環状隙間に設けられる環状の固定フィンと、
    　前記環状隙間内において前記固定フィンに対して軸方向に隣接して設けられる環状の可動フィンと、を備え、
    　前記可動フィンは、
    　　前記固定フィンよりも熱膨張係数が大きく、
    　　前記可動フィンの基端側の固定領域において前記固定フィンに固定されている
    ことを特徴とするシール装置。
  2. 　前記可動フィンは、該可動フィンの基端側の前記固定領域のみにおいて前記固定フィンに固定されていることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
  3. 　前記可動フィンは、周方向に配列される複数のセグメントを含み、
    　各々の前記セグメントは、前記固定フィンに固定される前記固定領域を先端側に有することを特徴とする請求項１又は２に記載のシール装置。
  4. 　前記固定領域は、前記セグメントの基端側の周方向範囲における一部の範囲であり、
    　前記可動フィンの各々の前記セグメントは、前記固定領域を起点とした径方向および周方向の熱伸びが許容されていることを特徴とする請求項３に記載のシール装置。
  5. 　前記固定領域は、前記セグメントの基端側の前記周方向範囲のうち、周方向における中央に位置すること特徴とする請求項４に記載のシール装置。
  6. 　前記固定領域よりも前記可動フィンの先端側において前記固定フィンに取り付けられ、前記可動フィンの各々の前記セグメントの前記固定フィンからの浮き上がりを抑制するための拘束部材をさらに備えることを特徴とする請求項３乃至５の何れか一項に記載のシール装置。
  7. 　前記拘束部材は、
    　　隣接する前記セグメント間において延在するように前記固定フィンに固定された支柱部と、
    　　前記支柱部の先端に設けられて、前記固定フィンとの間に前記セグメントが少なくとも部分的に挟まれるように、前記支柱部から周方向に延びる押さえ板部と、
    を含むことを特徴とする請求項６に記載のシール装置。
  8. 　隣接する前記セグメント間には、少なくとも前記回転機械の停止時において、周方向間隙が形成されることを特徴とする請求項３乃至７の何れか一項に記載のシール装置。
  9. 　前記可動フィンの前記セグメントは偶数個であることを特徴とする請求項３乃至８の何れか一項に記載のシール装置。
  10. 　前記可動フィンの先端厚さは、前記固定フィンの先端厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のシール装置。
  11. 　前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ１とし、
    　前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ１とし、
    　前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ２とし、
    　前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ２としたとき、
    　Ｈｍ１≧Ｈｆ１、且つ、Ｈｍ２＜Ｈｆ２を満たすことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載のシール装置。
  12. 　前記可動フィンは、前記固定フィンからみて高圧側に設けられることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載のシール装置。
  13. 　前記静止部材又は前記回転部材に形成された溝に嵌合するとともに、軸方向に並ぶ複数の前記固定フィンを先端側に有するシールリングをさらに備え、
    　前記可動フィンは、少なくとも、前記漏れ流れの最上流側に位置する前記固定フィンからみて高圧側に設けられることを特徴とする請求項１２に記載のシール装置。
  14. 　前記回転機械の停止時において、前記可動フィンの先端部と前記固定フィンの先端部との間には隙間が形成されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のシール装置。
  15. 　前記固定フィン及び前記可動フィンは、先端側が基端側に対して高圧側に位置するように半径方向に対して斜めに延在していることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載のシール装置。
  16. 　前記静止部材又は前記回転部材の一方に形成された溝に嵌合するとともに、少なくとも一つの前記固定フィンを先端側に有するシールリングをさらに備え、
    　前記可動フィンは、前記溝の軸方向範囲内に位置する該可動フィンの基端部から、前記溝の軸方向範囲外に位置する該可動フィンの先端部に向かって、半径方向に対して斜めに延在していることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載のシール装置。
  17. 　前記可動フィンは、少なくとも前記可動フィンの前記基端部が前記溝内に存在するように配置されたことを特徴とする請求項１６に記載のシール装置。
  18. 　前記固定フィン及び前記可動フィンは、前記回転機械の軸方向断面内において湾曲していることを特徴とする請求項１乃至１７の何れか一項に記載のシール装置。
  19. 　前記固定フィンの前記可動フィン側の表面の前記軸方向断面内における接線方向は、
    　　前記固定フィンの基端側において前記接線方向が半径方向に対してなす角度をθｆ１とし、
    　　前記固定フィンの先端側において前記接線方向が半径方向に対してなす角度をθｆ２としたとき、
    　　θｆ１＞θｆ２の関係式を満たし、
    　前記可動フィンは、前記固定フィンに沿って湾曲していることを特徴とする請求項１８に記載のシール装置。
  20. 　回転機械の静止部材と回転部材との間の環状隙間を介した流体の漏れを抑制するためのシール装置であって、
    　前記環状隙間に設けられる環状の固定フィンと、
    　前記環状隙間内において前記固定フィンに対して軸方向に隣接して設けられる環状の可動フィンと、を備え、
    　前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ１とし、
    　前記回転機械の停止時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ１とし、
    　前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記可動フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｍ２とし、
    　前記回転機械の定格運転時において、前記静止部材又は前記回転部材と前記固定フィンとの間に形成されるクリアランスをＨｆ２としたとき、
    　Ｈｍ１≧Ｈｆ１、且つ、Ｈｍ２＜Ｈｆ２を満たすことを特徴とするシール装置。
  21. 　静止部材と、
    　前記静止部材に対して対向して設けられる回転部材と、
    　前記静止部材と前記回転部材との間の環状隙間に設けられる請求項１乃至２０の何れか一項に記載のシール装置と、を備えることを特徴とする回転機械。
     
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6785041B2 (ja) * 2015-12-10 2020-11-18 三菱パワー株式会社 シール構造及びタービン
DE202017103401U1 (de) * 2017-06-06 2018-09-07 Borgwarner Inc. Verdichter für eine Aufladevorrichtung
JP7281991B2 (ja) * 2019-07-23 2023-05-26 三菱重工業株式会社 シール部材及び回転機械
US11555410B2 (en) * 2020-02-17 2023-01-17 Pratt & Whitney Canada Corp. Labyrinth seal with variable seal clearance
JP6808872B1 (ja) * 2020-04-28 2021-01-06 三菱パワー株式会社 シール装置及び回転機械
CN117280144A (zh) * 2022-02-18 2023-12-22 三菱重工业株式会社 密封装置及旋转机械以及密封装置的安装方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6021502U (ja) * 1983-07-22 1985-02-14 株式会社日立製作所 動翼先端部のシ−ル装置
JPH0175664U (ja) * 1987-11-09 1989-05-23
JP2009085256A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Hitachi Ltd 回転流体機械のシール装置

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1857961A (en) * 1927-12-15 1932-05-10 Westinghouse Electric & Mfg Co Bi-metal packing
JPS6021502A (ja) 1983-07-15 1985-02-02 東芝プラント建設株式会社 高圧用水抵抗器
JPS6475664A (en) 1987-09-18 1989-03-22 Agency Ind Science Techn Formation of x-ray transmitting film
CN2191280Y (zh) 1994-05-20 1995-03-08 哈尔滨汽轮机厂 汽轮机、燃气轮机的刷子式汽封
JPH11257014A (ja) 1998-03-06 1999-09-21 Toshiba Corp 軸流タービンの作動流体漏洩防止装置
US6065754A (en) * 1998-04-15 2000-05-23 General Electric Co. Uniform clearance, temperature responsive, variable packing ring
JP3358993B2 (ja) 1998-09-21 2002-12-24 三菱重工業株式会社 ターボ回転機械の自動調整シール
US20100007093A1 (en) * 2001-02-23 2010-01-14 Grondahl Clayton M Seal Assembly and Rotary Machine Containing Such Seal
US7578509B2 (en) * 2001-02-23 2009-08-25 Cmg Tech, Llc Seal assembly and rotary machine containing such seal
GB2409245B (en) 2003-12-19 2006-06-28 Rolls Royce Plc A seal arrangement in a machine
GB2413602B (en) * 2004-04-26 2008-02-13 Alstom Technology Ltd Process for producing leaves for a leaf seal
JP2006266454A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Matsumura Koki Kk リング及びシール構造
FR2914707B1 (fr) 2007-04-05 2009-10-30 Snecma Propulsion Solide Sa Procede d'assemblage avec recouvrement de deux pieces ayant des coefficients de dilatation differents et assemblage ainsi obtenu
JP5347295B2 (ja) 2008-03-26 2013-11-20 Ｊｆｅスチール株式会社 亜鉛系めっき鋼板およびその製造方法
JP2010217218A (ja) 2009-03-13 2010-09-30 Panasonic Corp 定着ベルト及びそれを備えた定着装置
US8596973B2 (en) * 2009-12-07 2013-12-03 Cmg Tech, Llc Leaf seal assembly including polymer member and rotary machine containing such seal assembly
US8434999B2 (en) * 2010-03-25 2013-05-07 General Electric Company Bimetallic spline seal
US8777563B2 (en) 2011-01-31 2014-07-15 General Electric Company Axial brush seal
US8858166B2 (en) * 2011-09-07 2014-10-14 General Electric Company Rotary machine seal assembly with butt gap seal elements
US9145788B2 (en) 2012-01-24 2015-09-29 General Electric Company Retrofittable interstage angled seal
JP2014042142A (ja) 2012-08-22 2014-03-06 Yamaha Corp アンテナユニット
CN203835467U (zh) 2014-05-21 2014-09-17 南京博沃科技发展有限公司 可收放叶片式汽封

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6021502U (ja) * 1983-07-22 1985-02-14 株式会社日立製作所 動翼先端部のシ−ル装置
JPH0175664U (ja) * 1987-11-09 1989-05-23
JP2009085256A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Hitachi Ltd 回転流体機械のシール装置

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