WO2017098960A1 - ステップシール，シール構造，ターボ機械及びステップシールの製造方法 - Google Patents

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step seal
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豊治 西川
祥弘 桑村
大山　宏治
雄久 ▲浜▼田
椙下　秀昭
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三菱日立パワーシステムズ株式会社
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    • F05D2250/314—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation the axes being inclined in relation to each other

Definitions

  • the present invention relates to a step seal, a seal structure, a turbomachine using the step seal, and a method for manufacturing the step seal, which suppress fluid leakage between two structures.
  • a non-contact type seal structure such as a labyrinth seal is used in order to prevent leakage of the working fluid.
  • the labyrinth seal there is a step type having a seal member such as a seal fin extending toward the moving blade on the inner periphery of the casing that forms the outer shell of the turbomachine, and a step-like shroud provided at the tip of the moving blade.
  • a seal member such as a seal fin extending toward the moving blade on the inner periphery of the casing that forms the outer shell of the turbomachine
  • a step-like shroud provided at the tip of the moving blade.
  • the conventional step-type labyrinth seal as disclosed in Patent Document 1 cannot be said to have a sufficient leak suppression effect and, in turn, a turbo machine leak loss suppression effect.
  • This is a shape in which the upstream radial wall that forms the corner of the step seal is a straight shape extending in the radial direction, and the main fluid is actively generated (ie swirled) in the working fluid. It was not enough.
  • the seal fin and the step seal When the height of the step seal cannot be secured due to layout restrictions, or when the shroud is extended in the axial direction (turborotation direction of the turbomachine) due to heat during operation of the turbomachine, the seal fin and the step seal When the distance deviates from the design point, the above shape tends to affect the development of the main vortex, and the main vortex does not develop sufficiently.
  • the present invention has been devised in view of the above-described problems.
  • a step seal, a seal structure which can stably obtain a high leakage suppressing effect and can stably reduce the leakage loss of a turbomachine. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a turbomachine and a step seal.
  • the step seal of the present invention is configured such that the gap between the first structure and the second structure that are opposed to each other in the radial direction with a gap therebetween and that rotates relative to each other about the axis.
  • the protrusion is a sharp protrusion with a sharp tip.
  • the length along the axis of the protrusion is 1.5 times or less of the length of the seal fin, the angle of the protrusion is 75 degrees or less, and the protrusion It is preferable that the inclination angle is set within a range of ⁇ 30 degrees to 150 degrees.
  • the protrusion is convex toward the second structure.
  • the protrusion is convex toward the upstream side.
  • a length dimension along the axis of the protrusion is 0.1 to 0.5 times the length dimension of the seal fin.
  • the seal structure of the present invention is configured such that the gap between the first structure and the second structure that are opposed to each other in the radial direction with a gap therebetween and that rotates relative to each other about the axis.
  • the step seal according to any one of (1) to (6), which is provided in the first structure, and the step difference between the step seal and the seal structure that suppresses fluid leakage
  • a seal fin that extends toward the facing surface of the step seal on the downstream side in the flow direction of the fluid from the surface, and is provided in the second structure with a clearance between the surface and the facing surface. It is characterized by that.
  • the turbomachine of the present invention is characterized by including the seal structure described in (7).
  • the step seal manufacturing method of the present invention provides a gap between the first structure and the second structure that are opposed to each other in the radial direction with a gap therebetween and that rotate relative to each other about the axis.
  • a manufacturing method of a step seal provided in the first structure by opening a clearance in the seal fin provided in the second structure.
  • the thickness from the surface with respect to any one of the first surface and the second surface is set as a part to be cut, and by cutting the part to be cut in a cutting direction that intersects the thickness direction, a surface that intersects the cutting direction is projected in the cutting direction.
  • Forming a protrusion It is characterized by comprising a cutting step.
  • the fluid flow toward the clearance between the step seal and the seal fin is deviated from the clearance by the protrusion provided on the step seal on the upstream side of the seal fin, thereby weakening the fluid toward the clearance.
  • the promotion of the development of separation vortices on the upstream side of the clearance (that is, the promotion of the improvement of the contraction effect) is actively performed.
  • the protrusion can be provided by utilizing the generation of burrs associated with cutting, the protrusion can be provided inexpensively and easily, and an increase in manufacturing cost due to the provision of the protrusion can be suppressed. .
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an overall configuration of a steam turbine according to each embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view of a main part of the steam turbine according to the first embodiment of the present invention, and is an enlarged cross-sectional view of a portion I in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the step seal according to the first embodiment of the present invention (the hatched lines indicating the cross section of the step seal are omitted).
  • 4A and 4B are schematic cross-sectional views for explaining the operation of the step seal according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4A is a diagram related to the step seal according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an overall configuration of a steam turbine according to each embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view of a main part of the steam turbine according to the first embodiment of the present invention, and is an enlarged cross-sectional view
  • FIG. 4B is a diagram relating to a conventional step seal (in FIG. 4A and FIG. 4B, the hatched lines indicating the cross section of the step seal are omitted).
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the setting range of the main dimensions of the step seal according to the first embodiment of the present invention, in which the leakage flow rate suppressing effect E and the length of the sharp protrusion in the axial direction A are illustrated. It is a figure which shows the analysis result of the correlation with the dimension L1 and angle (theta) 1 of a sharp protrusion part.
  • 6A, 6B, and 6C are schematic cross-sectional views for explaining the manufacturing method of the step seal according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 6A shows a cutting step, and FIG.
  • FIG. 6B shows polishing.
  • FIG. 6C is a diagram showing a step
  • FIG. 6C is a diagram showing a completed product state after the polishing step (in FIG. 6A, FIG. 6C and FIG. 6B, the oblique lines showing the cross section of the step seal are omitted).
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the step seal according to the second embodiment of the present invention (the hatched lines indicating the cross-section of the step seal are omitted).
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining the action of the step seal according to the second embodiment of the present invention (the hatched lines indicating the cross section of the step seal are omitted).
  • FIGS. 9A, 9B, and 9C are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a step seal according to the second embodiment of the present invention, in which FIG. 9A shows a cutting step, and FIG. 9B shows polishing.
  • FIGS. 9C and 9C are diagrams showing a completed product state after the polishing step (in FIG. 9A, FIG. 9B and FIG. 9C, the oblique line showing the cross section of the step seal is omitted).
  • 1 to 4B and 6A to 9C is the upstream side, and the right side is the downstream side. Further, the direction toward the axis CL of the steam turbine will be described as the inner peripheral side or the inner side, and the opposite side, the direction away from the axis CL will be described as the outer peripheral side or the outer side.
  • a steam turbine (turbo machine) 1 of the present embodiment is a casing (second structure) 10 and a machine such as a generator (not shown) that is rotatably provided inside the casing 10 and does not show power.
  • a rotating shaft 30 that transmits the rotating shaft 30, a stationary blade 40 provided on the casing 10, a moving blade 50 provided on the rotating shaft 30, and a bearing portion 70 that rotatably supports the rotating shaft 30 about the axis CL. It is prepared for.
  • the stationary blade 40 and the moving blade 50 are blades extending in the radial direction R of the rotating shaft 30. While the casing 10 is stationary, the rotor blade 50 rotates about the axis CL. That is, the casing 10 and the moving blade 50 (including a shroud 51 described later) rotate relative to each other.
  • Steam (fluid) S is introduced from a main inlet 21 formed in the casing 10 via a steam supply pipe 20 connected to a steam supply source (not shown), and is connected to a downstream side of the steam turbine 1. 22 is discharged.
  • the internal space of the casing 10 is hermetically sealed and is a flow path for the steam S.
  • a ring-shaped partition plate outer ring 11 through which the rotation shaft 30 is inserted is firmly fixed to the inner wall surface of the casing 10.
  • the bearing unit 70 includes a journal bearing device 71 and a thrust bearing device 72, and supports the rotary shaft 30 in a freely rotatable manner.
  • the stationary blades 40 extend from the casing 10 toward the inner peripheral side and constitute a group of annular stationary blades arranged radially so as to surround the rotary shaft 30, and are respectively held by the partition plate outer ring 11 described above. ing.
  • a plurality of annular vanes 40 composed of a plurality of vanes 40 are formed at intervals in the axial direction (hereinafter simply referred to as the axial direction) A of the rotary shaft 30, and the pressure energy of the steam S is used as velocity energy.
  • the steam S having the increased velocity energy is converted into the moving blade 50 adjacent to the downstream side.
  • the moving blades 50 are firmly attached to the outer peripheral portion of the rotating shaft main body 31 of the rotating shaft 30, and a large number of the moving blades 50 are radially arranged on the downstream side of each annular stationary blade group to constitute an annular moving blade group.
  • These annular stator blade groups and annular rotor blade groups are grouped into one stage.
  • the tips of the moving blades 50 adjacent in the circumferential direction of the rotating shaft 30 (hereinafter simply referred to as the circumferential direction) are connected by a ring-shaped shroud (first structure) 51.
  • the shroud 51 may be used to connect not only the final stage blade group, but also other blade groups, and even the stationary blade group.
  • leak steam a part of the steam S (for example, about several percent) steam (hereinafter referred to as leak steam) SL does not flow into the rotor blade 50 but leaks into the annular groove 12. Since the energy of the leak steam SL is not converted into rotational energy, the leak steam SL causes a leak loss that reduces the efficiency of the steam turbine 1.
  • a seal structure (step-type labyrinth seal) 2 as the first embodiment of the present invention is provided in the gap Gd between the casing 10 and the moving blade 50.
  • the seal structure 2 will be described.
  • the ring-shaped shroud 51 is disposed at the tip of the moving blade 50 as described above.
  • the shroud 51 has a stepwise cross-sectional shape (cross-sectional shape perpendicular to the circumferential direction) shown in FIG. 2 throughout the circumference, and here, three step seals 5A, 5B, and 5C are provided. I have.
  • step seals 5A, 5B, and 5C are not distinguished from each other, they are referred to as step seals 5.
  • the step seal 5A has a radial wall surface (step surface) 511a along the radial direction R facing the upstream side and an axial wall surface (opposite) along the axial direction A facing the bottom surface 13 (in other words, the inner wall surface of the casing 10).
  • the radial wall surface 511a is generally annular with a width in the radial direction R
  • the axial wall surface 512a is generally cylindrical with a width in the axial direction A
  • the protrusion 513a is generally wide in the radial direction R. It has an annular shape with
  • the step seals 5B and 5C are configured similarly to the step seal 5A.
  • the step seal 5B has a protruding portion formed between the radial wall surface (step surface) 511b facing the upstream side, the axial wall surface (opposing surface) 512b facing the bottom surface 13, and the wall surfaces 511b and 512b.
  • the step seal 5C includes a radial wall surface (step surface) 511c facing the upstream side, an axial wall surface (opposing surface) 512c facing the bottom surface 13, and the wall surfaces 511c and 512c. And a projecting portion 513c formed on the surface.
  • the radial wall surfaces 511a, 511b, and 511c are not particularly distinguished, the radial wall surfaces 511a, 511b, and 511c are represented as radial wall surfaces 511.
  • the axial wall surfaces 512a, 512b, and 512c are not particularly distinguished, they are represented as axial wall surfaces 512,
  • the protrusions 513a, 513b, and 513c are not particularly distinguished, they are expressed as the protrusions 513.
  • the cross-sectional shape of the shroud 51 is not limited to that of the present embodiment, and can be appropriately changed.
  • the number of step seals 5 provided on the shroud 51 may be one or more, and is limited to three. It is not a thing.
  • annular groove 12 described above is formed on the inner peripheral surface of the partition plate outer ring 11 shown in FIG.
  • the bottom surface 13 of the annular groove 12 is provided with three seal fins 6A, 6B, 6C so as to protrude in the radial direction R, respectively.
  • the seal fin 6A located on the most upstream side in the flow direction of the steam S is provided slightly downstream of the radial wall surface 511a of the step seal 5A of the shroud 51, and the tip thereof and the axial wall surface 512a of the shroud 51. Between the two, a minute gap ma is formed in the radial direction R.
  • the seal fin 6 ⁇ / b> B which is positioned second upstream, is provided slightly downstream of the radial wall surface 511 b of the step seal 5 ⁇ / b> B, and its tip and the axial wall surface 512 b of the shroud 51. Between these, a minute gap mb is formed in the radial direction R.
  • the seal fin 6 ⁇ / b> C located on the most downstream side is provided slightly downstream of the radial wall surface 511 c of the step seal 5 ⁇ / b> C, and the tip and the axial wall surface 512 c of the shroud 51. Also in the middle, a minute gap mc is formed in the radial direction.
  • the lengths of the seal fin 6A, the seal fin 6B, and the seal fin 6C are shortened in this order (the length of the seal fin 6A> the length of the seal fin 6B> the length of the seal fin 6C).
  • seal fins 6A, 6B, and 6C are not distinguished from each other, they are hereinafter referred to as seal fins 6.
  • the minute gaps ma, mb, and mc are not distinguished from each other, they are expressed as the minute gap m hereinafter.
  • the length, shape, installation position, number, and the like of the seal fins 6 are not limited to the present embodiment, and the design can be appropriately changed according to the cross-sectional shape of the shroud 51 and / or the partition plate outer ring 11.
  • the dimension of the minute gap m is within a safe range in which the seal fin 6 and the shroud 51 do not contact each other in consideration of the thermal elongation amount of the casing 10 and the moving blade 50, the centrifugal elongation amount of the moving blade, and the like. Therefore, it is preferable to set the minimum value.
  • the three minute gaps m are all set to the same size, but the minute gaps m may be set to different dimensions by the seal fins 6 as necessary.
  • step seal 5 has a great feature in that the protrusion 513 is provided.
  • the structure of the protrusion 513 will be described with reference to FIGS.
  • the step seal 5 is formed between a step seal body 510 having a radial wall surface 511 and an axial wall surface 512, and the radial wall surface 511 and the axial wall surface 512 of the step seal body 510. And a protruding portion 513.
  • the protrusion tip 516 of the protrusion 513 (where the upstream surface (hereinafter referred to as the front surface) 514 continuous with the radial wall surface 511 intersects with the downstream surface (hereinafter referred to as the back surface) 515) is left as it is (not yet).
  • the protrusion 513 is also referred to as a sharp protrusion 513.
  • the sharp protrusion 513 refers to a protrusion having a sharpened protrusion tip 516 that is relatively sharpened by sharpening compared to an unprocessed case.
  • the sharp protrusion 513 extends to the outer peripheral side along the radial direction R, and the front surface 514 is formed flush with the radial wall surface 511 of the step seal body 510. As indicated by the dotted line, the angle may be inclined with respect to the radial wall surface 511 (may be inclined with respect to the radial direction R).
  • the step seal 5 ′ of the conventional shroud 51 ′ without the sharp protrusion 513 is not shaped to give sufficient pressure loss to the leak steam SL, and the corner portion 516 ′ is rounded. Therefore, the leaked steam SL flows as indicated by the one-dot chain line arrow, and the contraction effect is low.
  • the leak steam SL flows against the outer peripheral side by the radial wall surface 511 ′ of the step seal 5 ′, so that the leak steam near the corner portion 516 ′ of the step seal 5 ′.
  • a peeling vortex is generated by SL.
  • the leaked steam SL flows toward the outer peripheral side, so that the flow toward the minute gap m is weakened, and a certain leak suppressing effect should be obtained by the synergistic effect of the contraction effect of the separation vortex.
  • the corner portion 516 ' is rounded, the leaked steam SL flows along this roundness, so that the leaked steam SL only slightly warps to the outer peripheral side as indicated by the dashed line arrow.
  • the force toward the downstream side flows into the minute gap m without being sufficiently weakened.
  • a space for forming a separation vortex (see the separation vortex SS in FIG. 4A) is not generated between the flow of the leaked steam SL and the facing surface 512 ′, and the separation vortex is not sufficiently developed. If the separation vortex is sufficiently developed, this separation vortex causes a high-speed flow toward the lower side in FIG. 4B on the upstream side of the minute gap m, and a contraction effect is obtained, but the separation vortex is not sufficiently developed.
  • the contraction effect cannot be obtained.
  • the contraction effect is lowered.
  • the leak steam SL flows as indicated by the one-dot chain line arrow, so that the effective height h1 of the flow of the leak steam SL is the conventional shroud.
  • the sharp protrusion 513 of the step seal 5 has a sharp tip 516, it has a leakage suppressing effect due to the rounded corner 516 'like the step seal 5' of the conventional shroud 51 '. There is no loss of eyes.
  • FIG. 5 shows the correlation between the leakage flow suppression effect E, the length dimension L1 of the sharp protrusion 513 in the axial direction A, and the angle (angle formed by the front surface 514 and the rear surface 515) ⁇ 1 of the sharp protrusion 513.
  • the analysis result is shown.
  • the suppression effect E is obtained when the angle ⁇ 1 is 45 degrees [degree], and the length dimension L1 of the sharp protrusion 513 is 0.25 times the length dimension L0 in the axial direction A of the seal fin 6. This shows the amount of leakage reduction with the maximum leakage reduction amount being 100%.
  • FIG. 5 shows the relationship between the length L1 and the effect E of suppressing the leakage flow rate.
  • the length dimension L1 of the sharp protrusion 513 is preferably 1.5 times or less the length dimension L0 in the axial direction A of the seal fin 6 since the suppression effect E of 50% or more is obtained.
  • the dimension L0 is 0.1 to 0.5 times (0.1 ⁇ L0 ⁇ L1 ⁇ 0. 5 ⁇ L0).
  • the angle ⁇ 1 of the sharp protrusion 513 contributes to fixing the peeling point of the leak vapor SL and the traveling direction of the leak vapor SL at the peeling point.
  • the sharp protrusion 513 preferably has a small angle ⁇ 1 and is preferably thin.
  • the angle ⁇ 1 is 75 degrees [degree] or less, the sharp protrusion 513 can sufficiently function as a fixing point for the peeling point and is 45 degrees [degree] or less. The sharpening is improved, and the traveling direction of the leaked steam SL at the peeling point can be controlled with high accuracy. Therefore, the angle ⁇ 1 is preferably 75 degrees [degree] or less ( ⁇ 1 ⁇ 75), more preferably 45 degrees [degree] or less ( ⁇ 1 ⁇ 45).
  • ⁇ 2 is the inclination angle of the sharp protrusion 513, and the angle of intersection between the bisector B that bisects the angle ⁇ 1 of the sharp protrusion 513 and the parallel line P of the axial wall surface 512 (that is, (Intersection angle between the bisector B and the axial wall surface 512).
  • the intersection angle such that the bisector B is below the parallel line P is negative (minus)
  • a crossing angle at which the bisector B is above the parallel line P is positive (plus). Therefore, in the example shown in FIG. 3, the inclination angle ⁇ 2 of the sharp protrusion 513 is positive.
  • the inclination angle ⁇ 2 also contributes to fixing the separation point of the leak vapor SL and the traveling direction of the leak vapor SL at the separation point.
  • the sharp protrusion 513 is too opposite to the leakage steam SL flow, and the flow direction of the leakage steam SL at the protrusion tip 516, that is, the separation point, is very small. Since it becomes too far to the gap m, a strong contracted flow cannot be formed.
  • the angle ⁇ 2 is larger than 150 degrees, the flow direction of the leaked steam SL becomes too much toward the minute gap m, and a strong contracted flow cannot be formed.
  • the range of the angle ⁇ 2 is preferably ⁇ 30 degrees [degree] or more and 150 degrees [degree] or less ( ⁇ 30 ⁇ ⁇ 2 ⁇ 150).
  • the analysis results shown in FIG. 5 are for the case where the inclination angle ⁇ 2 of the sharp protrusion 513 is 75 degrees.
  • Step seal manufacturing method The manufacturing method of the step seal as the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A, 6B and 6C.
  • the cutting step shown in FIG. The polishing step shown in FIG. 6B is performed, the processing in step 5 is completed as shown in FIG. 6C, and the manufacture of the step seal 5 is completed.
  • a portion 102 to be cut (the portion indicated by a halftone dot in FIG. 6A) provided in the step portion 101 of the raw material (step seal raw material) 100 is cut using the cutting blade 200 of the cutting machine.
  • the step portion 101 includes a step surface 101a and an opposing surface 101b that intersects the step surface 101a.
  • the part to be cut 102 is constant with respect to the thickness direction T (the direction that coincides with the axial direction A when attached to the steam turbine 1) from the step surface (any one of the first surface and the second surface) 101a. (That is, a predetermined thickness ⁇ T from the step surface 101a).
  • the dimensions of the step portion 101 of the raw material 100 are set in consideration of the thickness ⁇ T of the cut portion 102 with respect to the finished product (step seal 5).
  • the cutting blade 200 is propelled as indicated by the broken-line arrow, and is first propelled along the thickness direction T to bite into the boundary between the step surface 101a and the facing surface 103, and then the thickness direction T Proceeding in a direction away from the facing surface 103 along the intersecting cutting direction C (the direction along the radial direction R at the time of attachment to the steam turbine 1), the workpiece 102 is cut.
  • the remaining portion of the portion to be cut 102 becomes small, the remaining portion does not resist the propulsive force of the cutting blade 200 and is bent toward the cutting direction C to become a protruding portion 102 ′ (that is, remains as a burr).
  • 100 becomes the intermediate product 100 '.
  • the cutting process may be performed by electric discharge machining.
  • the surface (hereinafter referred to as an unprocessed surface) 105 opposite to the cutting surface 104 of the protrusion 102 ′ is not processed and is therefore polished by the polishing machine 201.
  • the protrusion 102 ′ is formed as a sharp protrusion 513 having a sharp tip, and the manufacture of the step seal 5 is completed.
  • the angle ⁇ 1 (see FIG. 3) of the sharp protrusion 513 can be adjusted according to the polishing amount and the polishing angle.
  • the inclination angle ⁇ 2 see FIG.
  • a processing step such as bending for adjusting the inclination angle ⁇ 2 of the sharp protrusion 513 may be provided.
  • the flow of the leaked steam SL toward the minute gap m is deflected to the outer peripheral side, thereby weakening the flow of the leaked steam SL toward the minute gap m and the minute gap m.
  • the development of the separation vortex SS on the upstream side ie, the enhancement of the contraction effect
  • the positional relationship between the seal fin 6 and the step seal 5 deviates from the design point. By offsetting this, a high leak suppression effect can be obtained stably.
  • the protrusion 513 is formed as a sharp protrusion with a sharp tip, the leakage suppressing effect due to the round tip of the protrusion 513 can be prevented from being reduced.
  • an inclination is provided at the corner of the step seal 5 by bending, and the leak flow is guided by the inclination like the protrusion 513, or the protrusion 513 provided with the protrusion in advance is manufactured by casting.
  • the protruding portion 513 can be provided by utilizing the generation of burrs that accompany cutting, the protruding portion 513 can be provided at low cost.
  • step seals 5A, 5B, and 5C are replaced with step seals 15 shown in FIG. 7 with respect to the shroud 51 in FIG.
  • the step seal 15 is formed between a step seal body 510 having a radial wall surface 511 and an axial wall surface 512, and the radial wall surface 511 and the axial wall surface 512 of the step seal body 510. And a protruding portion 513A.
  • the protrusion 513A has an upstream surface (hereinafter referred to as a front surface) 514 that is continuous with the radial wall surface 511 of the step seal body 510, and a surface (hereinafter referred to as a back surface) 515 that faces the bottom surface 13 (see FIG. 2) of the casing 10.
  • the protrusion tip 516 that intersects with is processed into a pointed shape without roundness. Therefore, hereinafter, the protrusion 513A is also referred to as a sharp protrusion 513A.
  • the sharp protrusion 513 ⁇ / b> A refers to a protrusion having a sharpened tip that is relatively sharpened by sharpening as compared to an unprocessed case.
  • the sharp protrusion 513 ⁇ / b> A extends upstream along the axial direction A, and its back surface 515 is flush with the axial wall surface 512 of the step seal body 510.
  • the length dimension L1 is preferably not more than 1.5 times the length dimension L0 in the axial direction A of the seal fin 6 (L1 ⁇ 1.5 ⁇ L0), more preferably 0.1 times the dimension L0.
  • the angle ⁇ 1 of the sharp protrusion 513A is preferably 75 degrees or less ( ⁇ 1 ⁇ 75), more preferably 45.
  • the angle of inclination [theta] 2 of the sharp protrusion 513 is preferably -30 [deg.] Or more and 150 [deg.] Or less.
  • leak steam SL is guided to the upstream side (that is, the side opposite to the minute gap m) in addition to receiving a large flow resistance by the sharp protrusion 513A that is convex on the upstream side. Is done.
  • the leaked steam SL has a weaker flow toward the minute gap m than the sharp protrusion 513 that protrudes toward the outer peripheral side of the first embodiment, and moreover deviates more than the first embodiment.
  • the leakage flow rate can be reduced compared to the conventional step seal 5 ′ shown in FIG. 4B.
  • the effective height h2 of the flow of the leak steam SL is lower than the effective height h1 ′ when the conventional step seal 5 ′ is used, and the gap dimension h between the seal fin 6 and the axial wall surface 512 is reduced.
  • the sharp protrusion 513A of the step seal 5A has a sharp shape at the protrusion tip 516, like the sharp protrusion 513 of the first embodiment, so that there is no reduction in the leakage suppressing effect.
  • Step seal manufacturing method A step seal manufacturing method as a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9A, 9B, and 9C.
  • the cutting step shown in FIG. 9A is performed.
  • the polishing step shown in FIG. 9B is performed, and the manufacture of the step seal 15 is completed as shown in FIG. 9C.
  • a part to be cut 152 (a part indicated by a halftone dot in FIG. 9A) provided in the step part 151 of the raw material 150 is cut using the cutting blade 200 of the cutting machine.
  • the step portion 151 includes a step surface 151b and a facing surface 151a that intersects the step surface 151b, and the cut portion 152 includes a facing surface (any one of the first surface and the second surface) 151a, It is set to a certain range (that is, a predetermined thickness ⁇ T1 from the facing surface 151a) with respect to the thickness direction T1 (radial direction R when attached to the steam turbine 1).
  • the size of the step portion 151 of the raw material 150 is set with respect to the thickness ⁇ T1 of the cut portion 152 with respect to the step seal 15 of the finished product.
  • the cutting blade 200 is propelled as indicated by the dashed arrow, and first, propelled toward the opposing surface 151a along the thickness direction T1, and bites into the boundary between the opposing surface 151a and the stepped surface 153,
  • the portion to be cut 152 is cut by propelling in a direction away from the step surface 153 along the cutting direction C1 (axial direction A when attached to the steam turbine 1) intersecting the thickness direction T1.
  • the remaining portion of the portion to be cut 152 becomes small, the remaining portion does not resist the propulsive force of the cutting blade 200 and bends in the cutting direction C side to become a protruding portion 152 ′ (that is, remains as a burr).
  • the cutting process may be performed by electric discharge machining.
  • the surface (hereinafter referred to as an unprocessed surface) 155 opposite to the cutting surface 154 of the protrusion 152 ′ is not processed and is polished by the polishing machine 201.
  • the protrusion 152 ′ is formed as a sharp protrusion 513A having a sharp tip as shown in FIG. 9C, and the manufacture of the step seal 15 is completed.
  • the angle ⁇ 1 (see FIG. 7) of the sharp protrusion 513A can be adjusted according to the polishing amount and the polishing angle.
  • the inclination angle ⁇ 2 see FIG.
  • the sharp protrusion 513A is adjusted by the pressing force applied to the protrusion 152 ′ by the polishing machine 201 when the protrusion 152 ′ is polished by the polishing machine 201 to be the sharp protrusion 513A. can do.
  • a processing step such as bending for adjusting the inclination angle ⁇ 2 of the sharp protrusion 513A may be provided.
  • the manufacturing method of the step seal of the present embodiment is not limited to the method shown in FIGS. 9A to 9C.
  • the unprocessed surface 105 is polished as shown in FIG. 6B, and a polishing machine is used for this polishing.
  • the step seal 15 of the second embodiment shown in FIG. 7 can be manufactured by polishing the protrusion 102 ′ with 201 and pushing down the protrusion 102 ′ so as to be parallel to the facing surface 103.
  • the sharp projection 513 is directed to the outer peripheral side by the sharp projection 513A directed to the upstream side (that is, the side opposite to the minute gap m).
  • the manufacturing method of the step seal as 2nd Embodiment of this invention is performed as mentioned above, the effect similar to the manufacturing method of the step seal of 1st Embodiment is acquired.
  • the shroud 51 is the first structure of the present invention
  • the casing 10 is the second structure of the present invention
  • the step seals 5 and 15 are provided on the shroud 51
  • the casing 10 is provided with seal fins.
  • the casing 10 may be the first structure of the present invention and the shroud 51 may be the second structure of the present invention. That is, the step seals 5 and 15 may be provided on the casing 10 and the seal fins 6 may be attached to the shroud 51.
  • the seal structure of the present invention is applied to the seal structure between the casing 10 and the moving blade 50, but is applied to the seal structure between the rotary shaft main body 31 and the stationary blade 40. You can also.
  • step seals 5A, 5B, 5C of the shroud are provided with sharp projections 513
  • all the step seals 5A, 5B, 5C of the shroud are sharp projections.
  • the portion 513A is provided, the sharp protrusion 513 or the sharp protrusion 513A may be provided on at least one of the step seals 5A, 5B, and 5C.
  • a step seal provided with the sharp protrusion 513 and a step seal provided with the sharp protrusion 513A may be mixed.
  • the protrusions 513 and 513A are polished by the polishing step to obtain a sharp protrusion having a sharp tip, but the polishing step may be omitted.
  • the intermediate product 100 ′ before polishing shown in FIG. 6B and the intermediate product 150 ′ before polishing shown in FIG. 9B are used as finished products of the shroud having the protrusions 102 ′ and 152 ′. It may be used for a turbo machine. Even if the protrusions 102 ′ and 152 ′ are not sharp protrusions, the leakage steam SL can be guided upstream by the protrusions 102 ′ and 152 ′. Therefore, the effect of suppressing leakage can be obtained by offsetting the influence of roundness.
  • the shape of the sharp protrusion and its processing are not limited to those of the above embodiment.
  • the present invention can also be applied to a seal of a turbo machine other than a steam turbine, such as a gas turbine or a turbo compressor. Furthermore, as long as the seal is between two relatively rotating structures, it can also be applied to a seal other than a turbo machine (for example, a rotary joint).
  • Segment C Cutting direction CL Axis Gd Gap h Size of gap between seal fin 6 and shroud 51 h1, h1 'Effective height of leak steam SL L0 Length of fin main body 61 in axial direction A L1 Axis of sharp projection 513 Length dimension in direction A m, ma, mb, mc Minute gap (clearance) R radial direction S steam (fluid) SL Leak Vapor SS Separation Vortex T, T1 Thickness direction ⁇ T Thickness of cut portion 102 ⁇ T1 Thickness of cut portion 152 ⁇ 1 Angle of sharp projection 513 ⁇ 2 Inclination angle of sharp projection 513

Landscapes

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Abstract

安定して高いリーク抑制効果が得られ、ひいては安定してターボ機械のリーク損失を低減することができる、ステップシール，シール構造，ターボ機械及びステップシールの製造方法を提供する。　互いに隙間（Ｇｄ）を空けて径方向（Ｒ）に対向し軸線回りに相対回転する第一構造体（５１）と第二構造体（１０）との間の隙間（Ｇｄ）から、流体（ＳＬ）がリークすることを抑制し、第二構造体（１０）に設けられたシールフィン（６）にクリアランス（ｍ）をあけて、第一構造体（１０）に設けられるステップシール（５）であって、流体（ＳＬ）の流通方向上流側に向く段差面（５１１）と第二構造体（１０）に向く対向面（５１２）とを有するステップシール本体と、段差面（５１１）と対向面（５１２）との間に形成された突起部（５１３）とを備えて構成される。

Description

ステップシール，シール構造，ターボ機械及びステップシールの製造方法
　本発明は、二つ構造体の相互間からの流体のリークを抑制するステップシール，シール構造、それを使用したターボ機械及びステップシールの製造方法に関する。
　蒸気タービン，ガスタービン及びターボ圧縮機などのターボ機械においては、静止側と回転側との間にできる隙間から蒸気などの作動流体がリークすると、このリークがターボ機械における効率の損失（リーク損失）を引き起こす。このため、ターボ機械では、作動流体のリークを防止するために、ラビリンスシールなどの非接触型のシール構造が用いられている。
　ラビリンスシールとしては、ターボ機械の外郭をなすケーシングの内周に動翼に向かって伸びるシールフィン等のシール部材と、動翼の先端に設けられたステップ状のシュラウドとを有するステップ型のものが知られている（例えば特許文献１）。
　このようなステップ型のラビリンスシールでは、シュラウドのステップ部（ステップシール）の径方向に沿った径方向壁面により作動流体に主渦が発生すると共に、シールフィンの上流側において、ステップ部の角部の作用により主渦から剥離渦（剥離流の渦）が発生する。この剥離渦によって、いわゆる縮流効果が得られ、シールフィンとシュラウドとの微小間隙から作動流体のリーク量を低減させることができる。
特開２０１２－０７２６８９号公報
　しかしながら、特許文献１に開示されたような従来のステップ型のラビリンスシールでは、リーク抑制効果ひいてはターボ機械のリーク損失抑制効果が十分とはいえない。これは、ステップシールの角部を構成する、上流側に向く径方向壁面が、径方向に延在する真っ直ぐな形状であり、作動流体に積極的に主渦を発生させる（すなわち旋回させる）形状としては十分ではなかった。
　レイアウト上の制約から十分なステップシールの高さを確保できない場合や、シュラウドが、ターボ機械の運転時に、熱により軸方向（ターボ機械の回軸方向）に伸びて、シールフィンとステップシールとの距離が設計点からずれてしまう場合には、上記形状では特に主渦の発達に影響が出やすく、主渦が十分に発達しない。
　このため、ステップ部の角部において主渦からの剥離が不十分となり、剥離渦が十分に発達せずに期待通りの縮流効果を得ることができず、ひいては作動流体のリーク抑制効果及びターボ機械のリーク損失抑制効果を十分に得られないことがあった。
　本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、安定して高いリーク抑制効果が得られ、ひいては安定してターボ機械のリーク損失を低減することができる、ステップシール，シール構造，ターボ機械及びステップシールの製造方法を提供することを目的とする。
　（１）上記の目的を達成するために、本発明のステップシールは、互いに隙間を空けて径方向に対向し軸線回りに相対回転する第一構造体と第二構造体との間の前記隙間から、流体がリークすることを抑制するシール構造において、前記第二構造体に設けられたシールフィンにクリアランスをあけて、前記第一構造体に設けられるステップシールであって、前記流体の流通方向上流側に向く段差面と前記第二構造体に向く対向面とを有するステップシール本体と、前記段差面と前記対向面との間に形成された突起部とを備えて構成されたことを特徴としている。
　（２）前記突起部が先端の尖った尖鋭突起部であることが好ましい。
　（３）前記突起部における前記軸線に沿った長さ寸法が、前記シールフィンにおける前記長さ寸法の１．５倍以下であり、前記突起部の角度が７５度以下であり、前記突起部の傾斜角度が、－３０度以上、１５０度以下の範囲内に設定されたことが好ましい。
　（４）前記突起部が、前記第二構造体に向かって凸となることが好ましい。
　（５）前記突起部が、前記上流側に向かって凸となることが好ましい。
　（６）前記突起部における前記軸線に沿った長さ寸法が、前記シールフィンにおける前記長さ寸法の０．１倍以上且つ０．５倍以下であることが好ましい。
　（７）上記の目的を達成するために、本発明のシール構造は、互いに隙間を空けて径方向に対向し軸線回りに相対回転する第一構造体と第二構造体との間の前記隙間から、流体がリークすることを抑制する、シール構造であって、前記第一構造体に設けられた、（１）～（６）の何れかに記載のステップシールと、前記ステップシールの前記段差面よりも前記流体の流通方向下流側で前記ステップシールの前記対向面に向かって延在し、前記対向面との間にクリアランスをあけて前記第二構造体に設けられたシールフィンとを備えたことを特徴としている。
　（８）上記の目的を達成するために、本発明のターボ機械は、（７）に記載のシール構造を備えることを特徴としている。
　（９）上記の目的を達成するために、本発明のステップシールの製造方法は、互いに隙間を空けて径方向に対向し軸線回りに相対回転する第一構造体と第二構造体との間の前記隙間から、流体がリークすることを抑制するシール構造において、前記第二構造体に設けられたシールフィンにクリアランスをあけて、前記第一構造体に設けられるステップシールの製造方法であって、第一の面と、前記第一の面と交差する第二の面とを有するステップシール原材料において、前記第一の面及び前記第二の面の何れか一方の面に対し、表面から厚さ方向に関して一定の範囲を被切削部として設定し、前記被切削部を、前記厚さ方向と交差する切削方向に切削を行うことで、前記切削方向と交差する面に前記切削方向に凸となる突起部を形成する、切削ステップを備えたことを特徴としている。
　（１０）前記突起部を研磨して先端の尖った尖鋭突起部に形成する、研磨ステップを備えることが好ましい。
　本発明によれば、ステップシールとシールフィンとの間のクリアランスに向かう流体の流れを、シールフィンの上流側において、ステップシールに設けた突起部によりクリアランスから逸らすことで、クリアランスに向かう流体の弱体化と、クリアランスの上流側における剥離渦の発達の促進（つまり縮流効果の向上の促進）とを積極的に行うようにしている。これにより、シール構造によるリーク抑制効果、ひいてはターボ機械のリーク損失の低減効果を安定して得ることができる。
　また、切削加工に伴うバリの発生を利用して突起部を設けることができるので、安価且つ容易に突起部を設けることができ、突起部を設けることによる製造コストの上昇を抑制することができる。
図１は、本発明の各実施形態に係る蒸気タービンの全体構成を示す模式的な縦断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る蒸気タービンの要部断面図であり、図１のＩ部の拡大断面図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係るステップシールの構成を示す模式的断面図である（ステップシールの断面を示す斜線は省略している）。 図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の第１実施形態に係るステップシールの作用を説明するための模式的断面図であって、図４Ａは本発明の第１実施形態に係るステップシールに関する図、図４Ｂは従来のステップシールに関する図である（図４Ａ及び図４Ｂ共にステップシールの断面を示す斜線は省略している）。 図５は、本発明の第１実施形態に係るステップシールの主要寸法の設定範囲を説明するための模式図であって、リーク流量の抑制効果Ｅと、尖鋭突起部の軸方向Ａに関する長さ寸法Ｌ１と、尖鋭突起部の角度θ１との相関関係の解析結果を示す図である。 図６Ａ，図６Ｂ及び図６Ｃは、本発明の第１実施形態に係るステップシールの製造方法を説明するための模式的断面図であって、図６Ａは切削ステップを示す図、図６Ｂは研磨ステップを示す図、図６Ｃは研磨ステップ後の製品完成状態を示す図である（図６Ａ，図６Ｃ及び図６Ｂ共にステップシールの断面を示す斜線は省略している）。 図７は、本発明の第２実施形態に係るステップシールの構成を示す模式的断面図である（ステップシールの断面を示す斜線は省略している）。 図８は、本発明の第２実施形態に係るステップシールの作用を説明するための模式的断面図である（ステップシールの断面を示す斜線は省略している）。 図９Ａ，図９Ｂ及び図９Ｃは、本発明の第２実施形態に係るステップシールの製造方法を説明するための模式的断面図であって、図９Ａは切削ステップを示す図、図９Ｂは研磨ステップを示す図、図９Ｃは研磨ステップ後の製品完成状態を示す図である（図９Ａ，図９Ｂ及び図９Ｃ共にステップシールの断面を示す斜線は省略している）。
　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。
　本実施形態では、本発明のステップシール，シール構造，ターボ機械及びシールフィンの製造方法を蒸気タービンに適用した例を説明する。
　なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができると共に、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
　以下の説明では上流，下流と記載した場合は、特段の説明がない限り、蒸気タービン内の蒸気Ｓの流れに対して上流，下流を意味するものとする。すなわち、図１～図４Ｂ，図６Ａ～図９Ｃにおける左側を上流側、右側を下流側とする。
　また、蒸気タービンの軸線ＣＬに向く方向を内周側又は内側とし、その反対側、軸線ＣＬから離れる方向を外周側又は外側として説明する。
［１．第１実施形態］
　［１－１．蒸気タービンの全体構成］
　図１に示すように、本実施形態の蒸気タービン（ターボ機械）１は、ケーシング（第二構造体）１０と、ケーシング１０の内部に回転自在に設けられ、動力を図示しない発電機等の機械に伝達する回転軸３０と、ケーシング１０に設けられた静翼４０と、回転軸３０に設けられた動翼５０と、軸線ＣＬを中心に回転軸３０を回転可能に支持する軸受部７０とを備えて構成されている。静翼４０及び動翼５０は回転軸３０の径方向Ｒに延びるブレードである。
　ケーシング１０は静止しているのに対し、動翼５０は軸線ＣＬを中心に回転する。つまり、ケーシング１０と動翼５０（後述のシュラウド５１を含む）とは互いに相対回転する。
　蒸気（流体）Ｓは、図示しない蒸気供給源と接続された蒸気供給管２０を介して、ケーシング１０に形成された主流入口２１から導入され、蒸気タービン１の下流側に接続された蒸気排出管２２から排出される。
　ケーシング１０の内部空間は、気密に封止されていると共に蒸気Ｓの流路とされている。このケーシング１０の内壁面には、回転軸３０が挿通されるリング状の仕切板外輪１１が強固に固定されている。
　軸受部７０は、ジャーナル軸受装置７１及びスラスト軸受装置７２を備えており、回転軸３０を回転自在に支持している。
　静翼４０は、ケーシング１０から内周側に向かって伸び、回転軸３０を囲繞するように放射状に多数配置される環状静翼群を構成しており、それぞれ上述した仕切板外輪１１に保持されている。
　これら複数の静翼４０からなる環状静翼群は、回転軸３０の軸方向（以下、単に軸方向と呼ぶ）Ａに間隔を空けて複数形成されており、蒸気Ｓの圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して、速度エネルギーの増加した蒸気Ｓを下流側に隣接する動翼５０に流入させる。
　動翼５０は、回転軸３０の回転軸本体３１の外周部に強固に取り付けられ、各環状静翼群の下流側において、放射状に多数配置されて環状動翼群を構成している。
　これら環状静翼群と環状動翼群とは、一組一段とされている。このうち、最終段の動翼群では、回転軸３０の周方向（以下、単に周方向と呼ぶ）に隣接する動翼５０の先端部同士がリング状のシュラウド（第一構造体）５１により連結されている。最終段の動翼群のみなならず他の動翼群、さらには静翼群についてもシュラウド５１により連結するようにしても良い。
　［１－２．シール構造］
　　［１－２－１．シール構造の全体構造］
　図２に示すように、仕切板外輪１１の軸方向下流側には、仕切板外輪１１から拡径されケーシング１０の内周面を底面（以下、ケーシング底面ともいう）１３とする円環状の溝（以下、環状溝と呼ぶ）１２が形成されている。環状溝１２には、シュラウド５１が収容され、ケーシング底面１３は、シュラウド５１と隙間Ｇｄを介して径方向Ｒに対向している。
　蒸気Ｓのうち大部分の蒸気ＳＭは、動翼５０に流入し、そのエネルギーが回転エネルギーに変換され、この結果、回転軸３０に回転が付与される。その一方、蒸気Ｓのうち一部（例えば、約数％）の蒸気（以下、リーク蒸気と呼ぶ）ＳＬは、動翼５０に流入せずに環状溝１２にリークする。リーク蒸気ＳＬのエネルギーは回転エネルギーに変換されないので、リーク蒸気ＳＬは、蒸気タービン１の効率を低下させるリーク損失を招く。
　そこで、ケーシング１０と動翼５０との間の隙間Ｇｄには、本発明の第１実施形態としてのシール構造（ステップ型のラビリンスシール）２が設けられている。以下、シール構造２について説明する。
　図２に示すように、動翼５０の先端部には、前述のとおりリング状のシュラウド５１が配設されている。このシュラウド５１は、図２に示す階段状の横断面形状（周方向に垂直な断面の形状）を全周に亘って一定に有しており、ここでは３つのステップシール５Ａ，５Ｂ，５Ｃを備えている。以下、ステップシール５Ａ，５Ｂ，５Ｃを区別しない場合はステップシール５と表記する。
　ステップシール５Ａは、上流側を向き径方向Ｒに沿った径方向壁面（段差面）５１１ａと、底面１３（換言すればケーシング１０の内壁面）に向き軸方向Ａに沿った軸方向壁面（対向面）５１２ａと、これらの壁面５１１ａ，５１２ａとの間に形成される突起部５１３ａとを備えて構成される。径方向壁面５１１ａは全体的に径方向Ｒに幅を持った円環状、軸方向壁面５１２ａは全体的に軸方向Ａに幅を持った円筒状、突起部５１３ａは全体的に径方向Ｒに幅を持った円環状をなしている。
　ステップシール５Ｂ，５Ｃは、それぞれステップシール５Ａと同様に構成される。つまり、ステップシール５Ｂは、上流側を向く径方向壁面（段差面）５１１ｂと、底面１３に向く軸方向壁面（対向面）５１２ｂと、これらの壁面５１１ｂ，５１２ｂとの間に形成される突起部５１３ｂとを備えて構成され、ステップシール５Ｃは、上流側を向く径方向壁面（段差面）５１１ｃと、底面１３に向く軸方向壁面（対向面）５１２ｃと、これらの壁面５１１ｃ，５１２ｃとの間に形成される突起部５１３ｃとを備えて構成される。
　以下、径方向壁面５１１ａ，５１１ｂ，５１１ｃを特に区別しない場合には、径方向壁面５１１と表記し、軸方向壁面５１２ａ，５１２ｂ，５１２ｃを特に区別しない場合には、軸方向壁面５１２と表記し、突起部５１３ａ，５１３ｂ，５１３ｃを特に区別しない場合には、突起部５１３と表記する。
　なお、シュラウド５１の断面形状は、本実施形態のものに限定されず適宜設計変更が可能であり、シュラウド５１に設けるステップシール５の個数は、１つ以上あれば良く、３個に限定されるものではない。
　一方、図２に示す仕切板外輪１１の内周面には、上述の環状溝１２が形成されている。そして、この環状溝１２の底面１３には、３つのシールフィン６Ａ，６Ｂ，６Ｃが、径方向Ｒに突出するようにしてそれぞれ設けられている。
　ここで、蒸気Ｓの流通方向で最も上流側に位置するシールフィン６Ａは、シュラウド５１のステップシール５Ａの径方向壁面５１１ａよりも若干下流側に設けられ、その先端とシュラウド５１の軸方向壁面５１２ａとの間には、微小間隙ｍａが径方向Ｒに形成されている。また、３つのシールフィン６のうち、２番目に上流側に位置するシールフィン６Ｂは、ステップシール５Ｂの径方向壁面５１１ｂよりも若干下流側に設けられ、その先端とシュラウド５１の軸方向壁面５１２ｂとの間にも、微小間隙ｍｂが径方向Ｒに形成されている。更に、３つのシールフィン６のうち、最も下流側に位置するシールフィン６Ｃは、ステップシール５Ｃの径方向壁面５１１ｃよりも若干下流側に設けられ、その先端とシュラウド５１の軸方向壁面５１２ｃとの間にも、微小間隙ｍｃが径方向に形成されている。シールフィン６Ａ，シールフィン６Ｂ，及びシールフィン６Ｃはこの順にその長さが短くなっている（シールフィン６Ａの長さ＞シールフィン６Ｂの長さ＞シールフィン６Ｃの長さ）。
　シールフィン６Ａ，６Ｂ，６Ｃを区別しない場合は、以下、シールフィン６と表記する。また、微小間隙ｍａ，ｍｂ，ｍｃを区別しない場合は、以下、微小間隙ｍと表記する。
　なお、シールフィン６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、シュラウド５１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ｍの寸法は、ケーシング１０や動翼５０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６とシュラウド５１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ｍを全て同じ寸法に設定しているが、必要に応じて、各シールフィン６によって微小間隙ｍを異なる寸法に設定してもよい。
　　［１－２－２．ステップシール］
　上述したようにステップシール５は突起部５１３を備えたことに大きな特徴がある。この突起部５１３の構造について図３及び図４を参照して説明する。
　図３に示すように、ステップシール５は、径方向壁面５１１と軸方向壁面５１２とを有するステップシール本体５１０と、ステップシール本体５１０の径方向壁面５１１と軸方向壁面５１２との間に形成された突起部５１３とを備えて構成されている。
　突起部５１３の突起先端５１６〔径方向壁面５１１に連続する上流側の面（以下、前面という）５１４と、下流側の面（以下、背面という）５１５とが交わる箇所〕には、そのまま（未加工のまま）では丸み（ここで言う「丸み」とは、流体の流れに影響を与えうる一定曲率半径以上の丸み）があるため、尖鋭加工が施されている。そこで、以下、突起部５１３を尖鋭突起部５１３ともいう。換言すれば、尖鋭突起部５１３とは、尖鋭加工により、未加工の場合に比べて相対的に突起先端５１６が尖鋭化された突起部をいう。
　本実施形態では、尖鋭突起部５１３は、径方向Ｒに沿って外周側に延設されており、その前面５１４がステップシール本体５１０の径方向壁面５１１に面一に形成されているが、二点鎖線で示すように、径方向壁面５１１に対して傾斜させてもよい（径方向Ｒに対して傾斜させてもよい）。
　図４Ｂに示すように、尖鋭突起部５１３のない従来のシュラウド５１′のステップシール５′では、そもそもリーク蒸気ＳＬに圧力損失を十分に与えるような形状でない上に、その角部５１６′が丸みを帯びているため、リーク蒸気ＳＬが一点鎖線の矢印で示すように流れ、縮流効果が低い。本来であれば（丸みを帯びていなければ）、リーク蒸気ＳＬが、ステップシール５′の径方向壁面５１１′により外周側に反れて流れるため、ステップシール５′の角部５１６′付近でリーク蒸気ＳＬによる剥離渦が発生する。これにより、リーク蒸気ＳＬが外周側に反れて流れることで微小間隙ｍへ向かう流れが弱まることと、剥離渦の縮流効果との相乗効果により一定のリーク抑制効果が得られるはずである。
　しかし、角部５１６′は丸みを帯びているので、リーク蒸気ＳＬがこの丸みに沿って流れてしまうため、リーク蒸気ＳＬは、一点鎖線の矢印で示すように僅かに外周側に反れるだけで、下流側に向かう力が十分に弱まらないまま微小間隙ｍに流れ込んでしまう。
　さらに、リーク蒸気ＳＬの流れと対向面５１２′との間に、剥離渦〔図４Ａの剥離渦ＳＳ参照〕が形成されるための空間が十分に生成されず、剥離渦が十分に発達しない。剥離渦が十分に発達すれば、この剥離渦によって、微小隙間ｍの上流側において図４Ｂで下側に向かう高速流れが起こされ、縮流効果が得られるが、剥離渦が十分に発達しないため縮流効果が得られない。換言すれば、リーク蒸気ＳＬの流れの有効高さｈ１´が比較的高く、シールフィン６とステップシール５′との隙間寸法ｈに対する有効高さｈ１´の比である縮流効果（＝ｈ１′／ｈ）が十分ではない。
　特に、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したように、ステップシールの高さを確保できない場合や、熱によりシュラウド５１′に軸方向Ａへの伸びが生じて、シールフィン６とステップシール５′との位置関係が最適点である設計点からずれてしまう場合には、縮流効果が低くなる。
　これに対し、図４Ａに本発明の第１実施形態のシュラウド５１においては、リーク蒸気ＳＬが一点鎖線の矢印で示すように流れるため、リーク蒸気ＳＬの流れの有効高さｈ１が、従来のシュラウド５１′を使用した時の有効高さｈ１´よりも低く、シールフィン６とシュラウド５１との隙間寸法ｈに対する有効高さｈ１の比である縮流効果（＝ｈ１／ｈ）が、従来のシュラウド５１′を使用した時の縮流効果（＝ｈ１′／ｈ）よりも向上している〔（ｈ１／ｈ）＜（ｈ１′／ｈ）〕。
　これは、径方向Ｒで外周側に凸となる尖鋭突起部５１３の存在により、リーク蒸気ＳＬに対する流通抵抗が大きくなることに加え、リーク蒸気ＳＬが、図４Ａ中に一点鎖線で示すように積極的に外周側に案内されるので、下流側に向かう力が十分に弱まる上に、剥離渦ＳＳの生成が誘発され、生成した剥離渦ＳＳにより、微小間隙ｍの上流側に、図４Ａにおいて下方向に向かう高速流れが起こされることで縮流効果が得られるためである。つまり、リーク蒸気ＳＬが、大きく迂回してシールフィン６とシュラウド５１との微小間隙ｍに流れ込むようになるため、リーク蒸気ＳＬの流れと対向面５１２との間に、従来よりも広い空間が形成され、この広い空間により剥離渦ＳＳの発達が促進され、発達した剥離渦ＳＳにより高い縮流効果が得られるからである。
　しかも、ステップシール５の尖鋭突起部５１３は、突起先端５１６が尖鋭形状となっているので、従来のシュラウド５１′のステップシール５′ように角部５１６′に丸みがあることによるリーク抑制効果の目減りがない。
　ここで、尖鋭突起部５１３の主な寸法Ｌ１，θ１，θ２の好ましい範囲を、図３及び図５を参照して説明する。
　図５は、リーク流量の抑制効果Ｅと、尖鋭突起部５１３の軸方向Ａに関する長さ寸法Ｌ１と、尖鋭突起部５１３の角度（前面５１４と背面５１５とが成す角度）θ１との相関関係の解析結果を示すものである。抑制効果Ｅとは、角度θ１が４５度[degree]で、尖鋭突起部５１３の長さ寸法Ｌ１が、シールフィン６の軸方向Ａに関する長さ寸法Ｌ０に対して０．２５倍のときに得られる最大のリーク低減量を１００％としてリーク低減量を示すものである。
　尖鋭突起部５１３の長さ寸法Ｌ１は、長すぎると、リーク蒸気ＳＬが尖鋭突起部５１３から剥離する点（剥離点）がシールフィン６よりも上流側に離れすぎるため剥離渦ＳＳが弱くなり（シールフィン６を通過しようとするリーク蒸気ＳＬに対する影響が弱くなり）、長さ寸法Ｌ１とリーク流量の抑制効果Ｅとの関係は図５に示すようになる。
　図５より、尖鋭突起部５１３の長さ寸法Ｌ１は、５０％以上の抑制効果Ｅが得られることから、好ましくは、シールフィン６の軸方向Ａに関する長さ寸法Ｌ０の１．５倍以下（Ｌ１≦１．５×Ｌ０）、８０％以上の抑制効果Ｅが得られることから、より好ましくは寸法Ｌ０の０．１倍以上且つ０．５倍以下（０．１×Ｌ０≦Ｌ１≦０．５×Ｌ０）である。
　また、尖鋭突起部５１３の角度θ１は、リーク蒸気ＳＬの剥離点の固定と、剥離点でのリーク蒸気ＳＬの進行方向に寄与する。角度θ１が大きすぎると、リーク蒸気ＳＬが尖鋭突起部５１３を回り込んでしまって剥離点を固定するため角（突起）としての機能を果たすことができず、リーク蒸気ＳＬが尖鋭突起部５１３に沿って流れてしまい、剥離渦によって生まれる縮流が弱くなる。
　すなわち、尖鋭突起部５１３は、角度θ１が小さく薄いほうが好ましく、角度θ１が７５度[degree]以下だと剥離点の固定点としての機能を十分に果たすことができ、４５度[degree]以下だと尖鋭化が向上して剥離点でのリーク蒸気ＳＬの進行方向を精度よく制御することができる。したがって、角度θ１は、好ましくは７５度[degree]以下（θ１≦７５）、より好ましくは４５度[degree]以下（θ１≦４５）である。
　図３におけるθ２は、尖鋭突起部５１３の傾斜角度であり、尖鋭突起部５１３の角度θ１を二等分する二等分線Ｂと、軸方向壁面５１２の平行線Ｐとの交差角度（つまりは二等分線Ｂと軸方向壁面５１２との交差角度）である。
　ここで、二等分線Ｂと平行線Ｐとの交点よりも左側の交差角に着目した場合、平行線Ｐよりも二等分線Ｂが下方となるような交差角を負（マイナス）、平行線Ｐよりも二等分線Ｂが上方となるような交差角を正（プラス）とする。したがって、図３に示す例では尖鋭突起部５１３の傾斜角度θ２は正である。
　傾斜角度θ２も、角度θ１と同様に、リーク蒸気ＳＬの剥離点の固定と、剥離点でのリーク蒸気ＳＬの進行方向に寄与する。傾斜角度θ２が－３０度[degree]よりも小さいと、尖鋭突起部５１３がリーク蒸気ＳＬの流れに対して対抗方向に向きすぎて突起先端５１６すなわち剥離点でのリーク蒸気ＳＬの流れ方向が微小間隙ｍに向かいすぎるようになるため、強い縮流を形成することができない。同様に、角度θ２が１５０度[degree]よりも大きいとリーク蒸気ＳＬの流れ方向が微小間隙ｍに向かいすぎるようになり、強い縮流を形成することができない。
　このため、角度θ２の範囲は、－３０度[degree]以上、１５０度[degree]以下が好ましい（－３０≦θ２≦１５０）。
　なお、図５に示す解析結果は、鋭突起部５１３の傾斜角度θ２が７５度[degree]の場合のものである。
　［１－３．ステップシールの製造方法］
　本発明の第１実施形態としてのステップシールの製造方法を、図６Ａ，図６Ｂ及び図６Ｃを参照して説明すると、本製造方法では、先ず、図６Ａに示す切削ステップが行われ、次いで図６Ｂに示す研磨ステップが行われて、図６Ｃに示すようにステップ５の加工が完了し、ステップシール５の製造が完了する。
　図６Ａに示す切削ステップでは、原材料（ステップシール原材料）１００のステップ部１０１に設けられた被切削部１０２（図６Ａ中、網点で示す部分）を、切削機の切削刃２００を使用して切削する。ステップ部１０１は、段差面１０１ａと、段差面１０１ａと交差する対向面１０１ｂを備える。被切削部１０２は、段差面（第一の面及び第二の面の何れか一方の面）１０１ａから、厚さ方向Ｔ（蒸気タービン１への取り付け時に軸方向Ａと一致する方向）に関して一定の範囲（つまり段差面１０１ａから所定厚み分ΔＴ）に設定されている。異なる言い方をすれば、原材料１００のステップ部１０１は、完成品（ステップシール５）に対して、被切削部１０２の厚みΔＴ分を見込んで寸法が設定されている。
　そして、切削刃２００を、破線の矢印で示すように推進し、先ず、厚さ方向Ｔに沿って推進して段差面１０１ａと対向面１０３との境界に食い込ませた後、厚さ方向Ｔと交差する切削方向Ｃ（蒸気タービン１への取り付け時における径方向Ｒに沿った方向）に沿って対向面１０３から離隔する方向に推進し、被切削部１０２を切削する。切削が進んで被切削部１０２の残部が僅かになると、この残部が、切削刃２００の推進力に抗しきれずに切削方向Ｃ側に折れ曲がり突起部１０２′となり（つまりバリとして残り）、シュラウド原材料１００が中間製品１００′となる。なお、切削加工は放電加工により行うようにしても良い。
　図６Ｂに示す研磨ステップでは、突起部１０２′の切削面１０４とは反対側の面（以下、未加工面という）１０５は加工が施されていないので、研磨機２０１により研磨される。これにより、図６Ｃに示すように、突起部１０２′が先端の尖った尖鋭突起部５１３として形成されて、ステップシール５の製造が完了する。
　尖鋭突起部５１３の角度θ１（図３参照）は、研磨量や研磨角度に応じて調節することができる。尖鋭突起部５１３の傾斜角度θ２（図３参照）は、研磨機２０１により突起部１０２′を研磨して尖鋭突起部５１３とする際に、研磨機２０１により突起部１０２′に掛ける押圧力により調整することができる。研磨ステップとは別に、尖鋭突起部５１３の傾斜角度θ２を調節する曲げ加工などの加工ステップを設けても良い。
　［１－４．効果］
　本発明の第１実施形態としてのステップシール，シール構造，蒸気タービン及びシュラウドの製造方法によれば以下の利点がある。
　ステップシール５に突設された突起部５１３の案内により、微小隙間ｍに向かうリーク蒸気ＳＬの流れを外周側に逸らすことで、微小隙間ｍに向かうリーク蒸気ＳＬの流れの弱体化と微小隙間ｍの上流側における剥離渦ＳＳの発達の促進（つまり縮流効果の向上の促進）を積極的に行うようにしている。これにより、ステップシールの高さを確保できない場合や、熱によりシュラウド５１に軸方向Ａへの伸びが生じて、シールフィン６とステップシール５との位置関係が設計点からずれてしまう場合でも、これを相殺して、高いリーク抑制効果を安定して得ることができる。
　さらに、突起部５１３が、先端の尖った尖鋭突起部として形成されているので、突起部５１３の先端が丸みを帯びることによるリーク抑制効果が目減りを防止することができる。
　さらに、尖鋭突起部５１３の主要寸法である長さ寸法Ｌ１，角度θ１及び傾斜角度θ２を適宜の範囲に設定することで、より高いリーク抑制効果を得ることができる。
　また、このようなリーク抑制効果の高いステップシール５を使用することで、蒸気タービン１のリーク損失を抑制して高いタービン効率を得ることができる。
　また、ステップシール５の角部に折曲加工により傾斜を設けて、この傾斜により突起部５１３のようにリーク流を案内することや、鋳造により予め突起部を備えた突起部５１３を製造することも考えられるが、本発明では、切削加工に伴うバリの発生を利用して突起部５１３を設けることができるので、安価に突起部５１３を設けることができる。
［２．第２実施形態］
　本実施形態は、第１実施形態に対しステップシールの構成が異なるだけなので、ステップシールの構成のみ説明する。
　［２－１．ステップシール］
　本実施形態は、図２におけるシュラウド５１に対し、ステップシール５Ａ，５Ｂ，５Ｃを、それぞれ図７に示すステップシール１５に置き換えて構成される。
　図７に示すように、ステップシール１５は、径方向壁面５１１と軸方向壁面５１２とを有するステップシール本体５１０と、ステップシール本体５１０の径方向壁面５１１と軸方向壁面５１２との間に形成された突起部５１３Ａとを備えて構成されている。
　突起部５１３Ａは、ステップシール本体５１０の径方向壁面５１１に連続する上流側の面（以下、前面という）５１４と、ケーシング１０の底面１３（図２参照）に向く面（以下、背面という）５１５とが交わる突起先端５１６を、丸みの無い先の尖った形状に加工されている。そこで、以下、突起部５１３Ａを尖鋭突起部５１３Ａともいう。換言すれば、尖鋭突起部５１３Ａとは、尖鋭加工により、未加工の場合に比べて相対的に突起先端が尖鋭化された突起部をいう。
　本実施形態では、尖鋭突起部５１３Ａは、軸方向Ａに沿って上流側に延設されており、その背面５１５がステップシール本体５１０の軸方向壁面５１２に面一に形成されている。
　尖鋭突起部５１３Ａの主な寸法Ｌ１，θ１，θ２の好ましい範囲は、第１実施形態と同様である。つまり、長さ寸法Ｌ１は、好ましくは、シールフィン６の軸方向Ａに関する長さ寸法Ｌ０の１．５倍以下（Ｌ１≦１．５×Ｌ０）、より好ましくは上記寸法Ｌ０の０．１倍以上且つ０．５倍以下（０．１×Ｌ０≦Ｌ１≦０．５×Ｌ０）、尖鋭突起部５１３Ａの角度θ１は、好ましくは７５度[degree]以下（θ１≦７５）、より好ましくは４５度[degree]以下（θ１≦４５）、鋭突起部５１３の傾斜角度θ２は、好ましくは－３０度[degree]以上、１５０度[degree]以下である。
　図８に一点鎖線で示すように、リーク蒸気ＳＬは、上流側に凸となる尖鋭突起部５１３Ａにより、大きな流通抵抗を受けることに加え、上流側（すなわち微小隙間ｍとは反対側）に案内される。これにより、リーク蒸気ＳＬは、第１実施形態の外周側に凸となる尖鋭突起部５１３よりも、微小隙間ｍに向かう流れが弱体化され、その上、上記の第１実施形態よりも大きく迂回して微小隙間ｍに流れるようになるのでリーク蒸気ＳＬの流れと対向面５１２との間に一層大きな空間が形成され、この空間により剥離渦ＳＳの発達が促進されて剥離渦ＳＳによる高い縮流効果が得られる。したがって、上記の第１実施形態よりもさらに高いリーク抑制効果が得られる。
　この結果、本発明の第２実施形態のステップシール１５では、第１実施形態のステップシール５と同様に、図４Ｂに示す従来のステップシール５′よりもリーク流量を低減できる。換言すれば、リーク蒸気ＳＬの流れの有効高さｈ２が、従来のステップシール５′を使用した時の有効高さｈ１´よりも低く、シールフィン６と軸方向壁面５１２との隙間寸法ｈに対する有効高さｈ２の比である縮流効果（＝ｈ２／ｈ）が、従来のステップシール５′を使用した時の縮流効果（＝ｈ１′／ｈ）よりも向上している〔（ｈ２／ｈ）＜（ｈ１′／ｈ）〕。
　加えて、ステップシール５Ａの尖鋭突起部５１３Ａは、第１実施形態の尖鋭突起部５１３と同様に、突起先端５１６が尖鋭形状となっているのでリーク抑制効果の目減りがない。
　［２－２．ステップシールの製造方法］
　本発明の第２実施形態としてのステップシールの製造方法を、図９Ａ，図９Ｂ及び図９Ｃを参照して説明すると、本ステップシールの製造方法では、先ず、図９Ａに示す切削ステップが行われ、次いで図９Ｂに示す研磨ステップが行われて、図９Ｃに示すようにステップシール１５の製造が完了する。
　図９Ａに示す切削ステップでは、原材料１５０のステップ部１５１に設けられた被切削部１５２（図９Ａ中、網点で示す部分）を、切削機の切削刃２００を使用して切削する。ステップ部１５１は、段差面１５１ｂと、段差面１５１ｂと交差する対向面１５１ａを備え、被切削部１５２は、対向面（第一の面及び第二の面の何れか一方の面）１５１ａから、厚さ方向Ｔ１（蒸気タービン１への取り付け時における径方向Ｒ）に関して一定の範囲（つまり対向面１５１ａから所定厚み分ΔＴ１）に設定されている。異なる言い方をすれば、原材料１５０のステップ部１５１は、完成品のステップシール１５に対して、被切削部１５２の厚みΔＴ１分を見込んで寸法が設定されている。
　そして、切削刃２００を、破線の矢印で示すように推進し、先ず、厚さ方向Ｔ１に沿って対向面１５１ａに向けて推進し、対向面１５１ａと段差面１５３と境界に食い込ませた後、厚さ方向Ｔ１と交差する切削方向Ｃ１（蒸気タービン１への取り付け時における軸方向Ａ）に沿って段差面１５３から離隔する方向に推進し、被切削部１５２を切削する。切削が進んで被切削部１５２の残部が僅かになると、この残部が、切削刃２００の推進力に抗しきれずに切削方向Ｃ側に折れ曲がり突起部１５２′となり（つまりバリとして残り）、原材料１５０が中間製品１５０′となる。なお、切削加工は放電加工により行うようにしても良い。
　図９Ｂに示す研磨ステップでは、突起部１５２′の切削面１５４とは反対側の面（以下、未加工面という）１５５は加工が施されていないので、研磨機２０１により研磨される。これにより、突起部１５２′が、図９Ｃに示すように先端の尖った尖鋭突起部５１３Ａとして形成されて、ステップシール１５の製造が完了する。
　尖鋭突起部５１３Ａの角度θ１（図７参照）は、研磨量や研磨角度に応じて調節することができる。尖鋭突起部５１３Ａの傾斜角度θ２（図７参照）は、研磨機２０１により突起部１５２′を研磨して尖鋭突起部５１３Ａとする際に、研磨機２０１により突起部１５２′に掛ける押圧力により調整することができる。もちろん、研磨ステップとは別に、尖鋭突起部５１３Ａの傾斜角度θ２を調節する曲げ加工などの加工ステップを設けても良い。
　本実施形態のステップシールの製造方法は、上記の図９Ａ～図９Ｃに示す方法に限
定されない。例えば、第１実施形態と同様に、図６Ａに示すように段差面１０１ａの切削部１０２を切削した後、図６Ｂに示すように未加工面１０５を研磨し、この研磨の際に、研磨機２０１によって、突起部１０２′に研磨を掛けると共に突起部１０２′を対向面１０３と平行になるように押し倒すことにより、図７に示す本第２実施形態のステップシール１５を製造することもできる。
　［２－３．効果］
　本発明の第２実施形態としてのステップシール，シール構造，蒸気タービンによれば、上流側（すなわち微小隙間ｍとは反対側）に向く尖鋭突起部５１３Ａにより、尖鋭突起部５１３が外周側に向く第１実施形態よりも、リーク蒸気ＳＬに大きな流通抵抗を付与すると共に剥離流を発達させることができるので、第１実施形態よりも高いリーク抑制効果及び高いタービン効率を得ることができる。
　また、本発明の第２実施形態としてのステップシールの製造方法は上述したように行われるので、第１実施形態のステップシールの製造方法と同様の効果が得られる。
［３．その他］
　（１）上記各実施形態では、シュラウド５１を本発明の第一構造体とすると共にケーシング１０を本発明の第二構造体として、シュラウド５１にステップシール５,１５を設け、ケーシング１０にシールフィン６を設けたが、逆に、ケーシング１０を本発明の第一構造体とすると共にシュラウド５１を本発明の第二構造体としてもよい。つまり、ステップシール５,１５をケーシング１０に設け、シールフィン６をシュラウド５１に取り付けてもよい。
　（２）上記各実施形態では、本発明のシール構造を、ケーシング１０と動翼５０との間のシール構造に適用したが、回転軸本体３１と静翼４０との間のシール構造に適用することもできる。
　（３）上記第１実施形態では、シュラウドの全てのステップシール５Ａ，５Ｂ，５Ｃに尖鋭突起部５１３を設け、上記第２実施形態では、シュラウドの全てのステップシール５Ａ，５Ｂ，５Ｃに尖鋭突起部５１３Ａを設けたが、ステップシール５Ａ，５Ｂ，５Ｃの少なくとも１つに尖鋭突起部５１３又は尖鋭突起部５１３Ａを設ければよい。また、一つのシュラウドにおいて、尖鋭突起部５１３を備えたステップシールと、尖鋭突起部５１３Ａを備えたステップシールとを混在させても良い。
　（４）上記各実施形態では、突起部５１３，５１３Ａを研磨ステップにより研磨して先端の尖った尖鋭突起部としたが、研磨ステップを省くこともできる。換言すれば、図６Ｂに示す研磨前の中間製品１００′や図９Ｂに示す研磨前の中間製品１５０′を、突起部１０２′，１５２′を有するシュラウドの完成品として、本発明のシール構造やターボ機械に使用しても良い。突起部１０２′，１５２′を尖鋭突起部としなくとも、突起部１０２′，１５２′によりリーク蒸気ＳＬを上流に案内することができるので、丸みの影響を相殺してリーク抑制効果が得られる。
　（４）尖鋭突起部の形状及びその加工は上記実施形態のものに限定されない。例えば、図７に二点鎖線で示す尖鋭突起部５１３Ｂとしてもよい。
　（５）上記各実施形態では、蒸気タービンに本発明を適用した例を説明したが、本発明は、ガスタービンやターボ圧縮機など、蒸気タービン以外のターボ機械のシールにも適用することができ、さらには、相対的に回転する二つの構造体の間のシールであれば、ターボ機械以外のもの（例えばロータリージョイント）のシールにも適用できるものである。
　１　蒸気タービン（ターボ機械）
　２　シール構造
　５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，１５　ステップシール
　６,６Ａ,６Ｂ，６Ｃ　シールフィン
　１０　ケーシング（第二構造体又は第一構造体）
　１１　仕切板外輪
　１２　環状溝
　１３　底面
　１５　ステップシール
　３０　回転軸
　３１　回転軸本体
　４０　静翼
　５０　動翼
　５１　シュラウド（第一構造体又は第二構造体）
　１００　原材料（ステップシール原材料）
　１００′　中間製品
　１０１　ステップ部
　１０１ａ　段差面（第一の面及び第二の面の何れか一方の面）
　１０１ｂ　対向面
　１０２　被切削部
　１０２′　突起部（バリ）
　１０３　対向面
　１０４　切削面
　１０５　未加工面
　１５０　原材料（ステップシール原材料）
　１５０′　中間製品
　１５１　ステップ部
　１５１ａ　対向面
　１５１ｂ　段差面
　１５２　被切削部
　１５２′　突起部（バリ）
　１５３　段差面
　１５４　切削面
　１５５　未加工面
　２００　切削刃
　２０１　研磨機
　５１０　ステップシール本体
　５１１，５１１ａ，５１１ｂ，５１１ｃ　ステップシール５の径方向壁面（段差面）
　５１２，５１２ａ，５１２ｂ，５１２ｃ　ステップシール５の軸方向壁面（対向面）
　５１３，５１３ａ，５１３ｂ，５１３ｃ　ステップシール５の尖鋭突起部
　５１３Ａ，５１３Ｂ　ステップシール１５の尖鋭突起部
　５１４　尖鋭突起部５１３の前面
　５１５　尖鋭突起部５１３の背面
　５１６　突起先端
　Ａ　軸方向
　Ｂ　角度θ１の二等分線
　Ｃ　切削方向　ＣＬ　軸線
　Ｇｄ　隙間
　ｈ　シールフィン６とシュラウド５１との隙間寸法
　ｈ１，ｈ１′　リーク蒸気ＳＬの有効高さ
　Ｌ０　フィン本体６１の軸方向Ａに関する長さ寸法
　Ｌ１　尖鋭突起部５１３の軸方向Ａに関する長さ寸法
　ｍ，ｍａ，ｍｂ，ｍｃ　微小間隙（クリアランス）
　Ｒ　径方向
　Ｓ　蒸気（流体）
　ＳＬ　リーク蒸気
　ＳＳ　剥離渦
　Ｔ，Ｔ１　厚さ方向
　ΔＴ　被切削部１０２の厚み
　ΔＴ１　被切削部１５２の厚み
　θ１　尖鋭突起部５１３の角度
　θ２　鋭突起部５１３の傾斜角度
 

Claims (10)

  1. 　互いに隙間を空けて径方向に対向し軸線回りに相対回転する第一構造体と第二構造体との間の前記隙間から、流体がリークすることを抑制し、前記第二構造体に設けられたシールフィンにクリアランスをあけて、前記第一構造体に設けられるステップシールであって、
    　前記流体の流通方向上流側に向く段差面と、前記第二構造体に向く対向面とを有するステップシール本体と、
    　前記段差面と前記対向面との間に形成された突起部とを備えて構成された
    ことを特徴とするステップシール。
  2. 　前記突起部が先端の尖った尖鋭突起部である
    ことを特徴とする、請求項１記載のステップシール。
  3. 　前記突起部における前記軸線に沿った長さ寸法が、前記シールフィンにおける前記長さ寸法の１．５倍以下であり、前記突起部の角度が７５度以下であり、前記突起部の傾斜角度が、－３０度以上、１５０度以下の範囲内に設定された
    ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のステップシール。
  4. 　前記突起部が、前記第二構造体に向かって凸となる
    ことを特徴とする、請求項１～３の何れか一項に記載のステップシール。
  5. 　前記突起部が、前記上流側に向かって凸となる
    ことを特徴とする、請求項１～４の何れか一項に記載のステップシール。
  6. 　前記突起部における前記軸線に沿った長さ寸法が、前記シールフィンにおける前記長さ寸法の０．１倍以上且つ０．５倍以下である
    ことを特徴とする、請求項１～５の何れか一項に記載のステップシール。
  7. 　互いに隙間を空けて径方向に対向し軸線回りに相対回転する第一構造体と第二構造体との間の前記隙間から、流体がリークすることを抑制する、シール構造であって、
    　前記第一構造体に設けられた、請求項１～６の何れか一項に記載のステップシールと、
    　前記ステップシールの前記段差面よりも前記流体の流通方向下流側で前記ステップシールの前記対向面に向かって延在し、前記対向面との間にクリアランスをあけて前記第二構造体に設けられたシールフィンとを備えた
    ことを特徴とする、シール構造。
  8. 　請求項７に記載のシール構造を備えたことを特徴とする、ターボ機械。
  9. 　互いに隙間を空けて径方向に対向し軸線回りに相対回転する第一構造体と第二構造体との間の前記隙間から、流体がリークすることを抑制するシール構造において、前記第二構造体に設けられたシールフィンにクリアランスをあけて、前記第一構造体に設けられるステップシールの製造方法であって、
    　第一の面と、前記第一の面と交差する第二の面とを有するステップシール原材料において、前記第一の面及び前記第二の面の何れか一方の面に対し、表面から厚さ方向に関して一定の範囲を被切削部として設定し、前記被切削部を、前記厚さ方向と交差する切削方向に切削を行うことで、前記切削方向と交差する面に前記切削方向に凸となる突起部を形成する、切削ステップを備えた
    ことを特徴とする、ステップシールの製造方法。
  10. 　前記突起部を研磨して先端の尖った尖鋭突起部に形成する、研磨ステップを備えた
    ことを特徴とする、請求項９記載のステップシールの製造方法。
     
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