WO2017209018A1

WO2017209018A1 - ラビリンスシール

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Publication number: WO2017209018A1
Application number: PCT/JP2017/019810
Authority: WO
Inventors: 俊輔森中
Original assignee: 株式会社神戸製鋼所
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2017-12-07
Also published as: KR102126246B1; US11060615B2; JP2017214984A; KR20180137559A; DE112017002729T5; US20190136863A1; JP6637385B2

Abstract

流体の漏れ量を抑制することができる。ラビリンスシール（３０）は、高圧側（Ｘ１）段差部である径拡大段差部（４１）と、低圧側（Ｘ２）段差部である径縮小段差部（４２）と、低圧側（Ｘ２）段差部である径縮小段差部（４２）よりも低圧側（Ｘ２）に配置される第３フィン（５３）と、環状溝（７０）と、を備える。環状溝（７０）は、高圧側（Ｘ１）段差部である径拡大段差部（４１）よりも低圧側（Ｘ２）かつ第３フィン（５３）よりも高圧側（Ｘ１）の領域の少なくとも一部に配置される。

Description

ラビリンスシール

　本発明は、ラビリンスシールに関する。

　例えば特許文献１（図７参照）に従来のラビリンスシールが開示されている。このラビリンスシールは、回転機械を構成する回転体と静止体との間の隙間から流体が漏れることを抑制するものである。このラビリンスシールは、回転体の外周部に形成された段差部と、静止体の内周部に設けられた複数のフィンと、を備えている。この構成により、フィンの間の空間に渦を発生させ、流体のエネルギー損失を生じさせることで、流体の漏れ量を抑制することが図られている。

日本国特開２０１５－１０８３０１号公報

　上記特許文献の図７には、２つの大きい渦と、２つの小さい渦と、が記載されている。大きい渦に比べ、小さい渦では、流体のエネルギー損失の効果が小さい。そのため、流体の漏れ量を十分に抑制できないおそれがある。

　そこで本発明は、流体の漏れ量を抑制できるラビリンスシールを提供することを目的とする。

　本発明のラビリンスシールは、回転機械に設けられる。前記回転機械は、静止体と、回転体と、隙間と、を備える。前記回転体は、前記静止体よりも径方向内側に設けられ、回転軸回りに回転する。前記隙間は、前記静止体の内周部と前記回転体の外周部との間に形成され、高圧側から低圧側に軸方向に流体が流れるように構成される。ラビリンスシールは、前記回転体の外周部に形成される段差部と、前記静止体の内周部から径方向内側に延びるフィンと、前記回転体の外周部に形成される環状溝と、を備える。前記段差部は、高圧側の径よりも低圧側の径が大きくなるように構成される径拡大段差部と、高圧側の径よりも低圧側の径が小さくなるように構成される径縮小段差部と、を備える。前記径拡大段差部および前記径縮小段差部のうち高圧側に配置される方を高圧側段差部とし、低圧側に配置される方を低圧側段差部とする。前記フィンは、前記高圧側段差部よりも高圧側に配置される第１フィンと、前記高圧側段差部よりも低圧側かつ前記低圧側段差部よりも高圧側に配置される第２フィンと、前記低圧側段差部よりも低圧側に配置される第３フィンと、を備える。前記環状溝は、前記高圧側段差部よりも低圧側かつ前記第３フィンよりも高圧側の領域の少なくとも一部に配置される。

　上記構成により、流体の漏れ量を抑制できる。

第１実施形態の回転機械を示す断面図である。図１に示す回転機械に関する寸法などを示す断面図である。Ｌａ／Ｇａ（図２参照）と漏れ量との関係を示すグラフである。Ｄａ／Ｈａ（図２参照）と漏れ量との関係を示すグラフである。Ｇｂ（Ｇｂ／Ｌｂ）（図２参照）と漏れ量との関係を示すグラフである。第２実施形態の図１相当図である。第３実施形態の図１相当図である。第４実施形態の図１相当図である。第５実施形態の図１相当図である。第６実施形態の図１相当図である。第７実施形態の図１相当図である。第８実施形態の図１相当図である。第９実施形態の図１相当図である。第１０実施形態の図１相当図である。漏れ量の解析が行われた回転機械を示す断面図である。４種類の構造それぞれの漏れ量を示すグラフである。

（第１実施形態）
　図１～図５を参照して、図１に示す第１実施形態の回転機械１について説明する。

　回転機械１は、例えば圧縮機であり、例えばターボ圧縮機などである。回転機械１は、静止体１０と、回転体２０と、ラビリンスシール３０と、を備える。静止体１０は、ケーシング（図示なし）内に配置され、ケーシングに固定される。

　回転体２０は、静止体１０よりも径方向内側Ｙ２に設けられ、静止体１０との間に隙間２５をあけて配置される。回転体２０は、軸受（図示なし）を介してケーシングに回転自在に取り付けられ、静止体１０に対して回転軸回りに回転する。軸方向Ｘ（高圧側Ｘ１、低圧側Ｘ２）、径方向Ｙ（径方向外側Ｙ１、径方向内側Ｙ２）、および周方向（回転体周方向）は、回転体２０の回転軸を基準とする。回転体２０は、高圧側Ｘ１から低圧側Ｘ２の順に、高圧側小径部２１と、大径部２２と、低圧側小径部２３と、を備える。大径部２２は、高圧側小径部２１よりも大径である。低圧側小径部２３は、大径部２２よりも小径である。低圧側小径部２３は、高圧側小径部２１と例えば同径であり、高圧側小径部２１よりも小径でもよく、高圧側小径部２１よりも大径でもよい。

　隙間２５は、静止体１０の内周部（径方向内側Ｙ２部分）と回転体２０の外周部（径方向外側Ｙ１部分）との間に形成される。隙間２５は、高圧側Ｘ１から低圧側Ｘ２に流体が隙間２５を流れるように構成される。隙間２５のうち、第１フィン５１（下記）と第２フィン５２（下記）との間の領域を、径拡大側の空間２５ａとする。隙間２５のうち、第２フィン５２と第３フィン５３（下記）との間の領域を、径縮小側の空間２５ｂとする。

　ラビリンスシール３０は、高圧側Ｘ１から低圧側Ｘ２への、隙間２５での流体の漏れを抑制する。ラビリンスシール３０は、静止体１０と回転体２０とを接触させることなく（非接触で）、流体の漏れ流れの量（以下、漏れ量ともいう）を抑制するための軸封装置である。ラビリンスシール３０は、段差部４０と、フィン５０と、環状溝７０と、を備える。

　段差部４０は、回転体２０の外周部に形成される。段差部４０は、段差部４０よりも高圧側Ｘ１の回転体２０の径と、段差部４０よりも低圧側Ｘ２の回転体２０の径と、が異なるように構成される。段差部４０は、径拡大段差部４１と、径縮小段差部４２と、を備える。

　径拡大段差部４１は、高圧側Ｘ１よりも低圧側Ｘ２で回転体２０の径が大きくなるよう
に構成される。径拡大段差部４１よりも高圧側Ｘ１の回転体２０の径に対して、径拡大段差部４１よりも低圧側Ｘ２の回転体２０の径が大きくなるように、径拡大段差部４１が構成される。径拡大段差部４１は、高圧側小径部２１の低圧側Ｘ２端部と、大径部２２の高圧側Ｘ１端部と、につながれる。

　径縮小段差部４２は、高圧側Ｘ１よりも低圧側Ｘ２で回転体２０の径が小さくなるように構成される。径縮小段差部４２よりも高圧側Ｘ１の回転体２０の径に対して、径縮小段差部４２よりも低圧側Ｘ２の回転体２０の径が小さくなるように、径縮小段差部４２が構成される。径縮小段差部４２は、大径部２２の低圧側Ｘ２端部と、小径部環状溝７２（下記）の高圧側Ｘ１端部と、につながれる。径縮小段差部４２は、低圧側小径部２３の高圧側Ｘ１端部につながれてもよい（図１０参照）。

（高圧側Ｘ１段差部および低圧側Ｘ２段差部）
　径拡大段差部４１および径縮小段差部４２のうち、高圧側Ｘ１に配置される方（本実施形態では径拡大段差部４１）を「高圧側Ｘ１段差部」とし、低圧側Ｘ２に配置される方（本実施形態では径縮小段差部４２）を「低圧側Ｘ２段差部」とする。

　フィン５０は、静止体１０の内周部から径方向内側Ｙ２に延び、回転体２０の外周面の近傍まで延び、隙間２５を仕切る、リング状の部分である。フィン５０は、静止体１０と一体的に設けられる。フィン５０は、静止体１０と別体でもよい。フィン５０は、高圧側Ｘ１から低圧側Ｘ２の順に、第１フィン５１と、第２フィン５２と、第３フィン５３と、を備える。

　第１フィン５１は、径拡大段差部４１よりも高圧側Ｘ１に配置される。第１フィン５１は、高圧側小径部２１と径方向Ｙに対向する位置に配置される。第１フィン５１の先端部（径方向内側Ｙ２端部）の径方向Ｙにおける位置は、大径部２２の外周面の径方向Ｙにおける位置よりも、径方向内側Ｙ２である。第１フィン５１の先端部と回転体２０との間には、径方向Ｙの隙間δ１がある。

　第２フィン５２は、径拡大段差部４１よりも低圧側Ｘ２、かつ、径縮小段差部４２よりも高圧側Ｘ１に配置される。第２フィン５２は、大径部２２と径方向Ｙに対向する位置に配置され、環状溝７０（下記の大径部環状溝７１）と径方向Ｙに対向する位置に配置されてもよい。第２フィン５２の先端部と回転体２０との間には、径方向Ｙの隙間δ２がある。隙間δ２は、径拡大側の空間２５ａからの流体の流出出口である。第２フィン５２は、高圧側Ｘ１の側面である高圧側側面５２ａと、低圧側Ｘ２の側面である低圧側側面５２ｂと、を備える。高圧側側面５２ａおよび低圧側側面５２ｂは、軸方向Ｘに直交する面である。上記「直交」は、略直交を含む（以下同様）。

　第３フィン５３は、径縮小段差部４２よりも低圧側Ｘ２に配置される。第３フィン５３は、低圧側小径部２３と径方向Ｙに対向する位置に配置され、環状溝７０（下記の小径部環状溝７２）と径方向Ｙに対向する位置に配置されてもよい。第３フィン５３の先端部の径方向Ｙにおける位置は、大径部２２の外周面の径方向Ｙにおける位置よりも径方向内側Ｙ２である。第３フィン５３の先端部と回転体２０との間には、径方向Ｙの隙間δ３がある。隙間δ３は、径縮小側の空間２５ｂからの流体の流出出口であり、ラビリンスシール３０からの流体の流出出口である。第３フィン５３は、高圧側Ｘ１の側面である高圧側側面５３ａと、低圧側Ｘ２の側面である低圧側側面５３ｂと、を備える。高圧側側面５３ａおよび低圧側側面５３ｂは、軸方向Ｘに直交する面である。

（大径部側フィンおよび小径部側フィン）
　径拡大段差部４１よりも低圧側Ｘ２のフィン５０のうち、径拡大段差部４１に最も近い
ものを「大径部側フィン」とする。本実施形態では、「大径部側フィン」は、第２フィン５２である。径縮小段差部４２よりも低圧側Ｘ２のフィン５０のうち径縮小段差部４２に最も近いものを「小径部側フィン」とする。本実施形態では、「小径部側フィン」は、第３フィン５３である。

　環状溝７０は、渦Ｖ（渦Ｖ２および渦Ｖ４の少なくともいずれか）を流入させるための溝であり、環状溝７０に囲まれた空間（環状溝７０の内部）に渦Ｖが流入するように構成される。環状溝７０は、回転体２０の外周部に形成される。環状溝７０は、高圧側Ｘ１段差部（径拡大段差部４１）よりも低圧側Ｘ２、かつ、第３フィン５３よりも高圧側Ｘ１の領域の少なくとも一部に配置される。環状溝７０は、大径部環状溝７１と、小径部環状溝７２と、を備える。

　大径部環状溝７１は、渦Ｖ２を流入させるための溝である。大径部環状溝７１は、大径部２２に形成され、大径部２２の径方向外側Ｙ１端部よりも径方向内側Ｙ２に凹む。大径部環状溝７１は、径拡大段差部４１よりも低圧側Ｘ２、かつ、大径部側フィン（第２フィン５２）よりも高圧側Ｘ１の領域の、少なくとも一部に配置される。大径部環状溝７１の一部は、高圧側側面５２ａよりも低圧側Ｘ２に配置されてもよい。

　この大径部環状溝７１は、環状であり、周方向に沿って形成される。周方向から見た断面において、大径部環状溝７１に囲まれた部分（大径部環状溝７１の内部）の形状は、矩形状である。上記「周方向から見た断面」は、回転体２０の回転軸と平行かつ回転軸を含む断面である。図１において、大径部環状溝７１に囲まれた部分の径方向外側Ｙ１端部を二点鎖線で示す。大径部環状溝７１は、高圧側Ｘ１の側面である高圧側側面７１ａと、低圧側Ｘ２の側面である低圧側側面７１ｂと、底面７１ｃと、を備える。高圧側側面７１ａおよび低圧側側面７１ｂは、軸方向Ｘに直交する面である。底面７１ｃは、大径部環状溝７１の径方向内側Ｙ２部分（底部）の面であり、径方向Ｙに直交する面である。

　小径部環状溝７２は、渦Ｖ４を流入させるための溝である。小径部環状溝７２は、低圧側小径部２３に形成され、低圧側小径部２３の径方向外側Ｙ１端部よりも径方向内側Ｙ２に凹む。小径部環状溝７２は、径縮小段差部４２よりも低圧側Ｘ２、かつ、小径部側フィン（第３フィン５３）よりも高圧側Ｘ１の領域の、少なくとも一部に配置される。小径部環状溝７２の一部は、高圧側側面５３ａよりも低圧側Ｘ２に配置されてもよい。

　この小径部環状溝７２は、径縮小段差部４２の位置から低圧側Ｘ２へ形成される。小径部環状溝７２の高圧側Ｘ１端部かつ径方向外側Ｙ１端部の位置は、径縮小段差部４２の径方向内側Ｙ２端部かつ低圧側Ｘ２端部の位置と、同じ位置である。周方向から見た断面において、小径部環状溝７２に囲まれた部分の形状は、大径部環状溝７１に囲まれた部分の形状と同様（またはほぼ同様）であり、矩形状である。図１に示す例では、小径部環状溝７２に囲まれた部分は、大径部環状溝７１に囲まれた部分よりも大きい。大径部環状溝７１と同様に、小径部環状溝７２は、高圧側Ｘ１の側面である高圧側側面７２ａと、低圧側Ｘ２の側面である低圧側側面７２ｂと、底面７２ｃと、を備える。周方向から見た断面において、高圧側側面７２ａおよび径縮小段差部４２は、径方向Ｙに延びる直線状である。

（構造３０ａおよび構造３０ｂ）
　ラビリンスシール３０のうち、径拡大側の空間２５ａを形成している部分を径拡大側の構造３０ａとする。径拡大側の構造３０ａは、２つのフィン５０（第１フィン５１および第２フィン５２）と、径拡大段差部４１と、大径部環状溝７１と、を備える。ラビリンスシール３０のうち、径縮小側の空間２５ｂを形成している部分を径縮小側の構造３０ｂとする。径縮小側の構造３０ｂは、２つのフィン５０（第２フィン５２および第３フィン５３）と、径縮小段差部４２と、小径部環状溝７２と、を備える。

（流体の流れ）
　隙間２５を流れる流体は、次のように流れる。流体は、第１フィン５１よりも高圧側Ｘ１から、隙間δ１を通過し、径拡大側の空間２５ａに流入し、渦Ｖ１を形成する。渦Ｖ１は次のように形成される。流体は、高圧側小径部２１の外周面に沿って低圧側Ｘ２に直進（略直進を含む）し、径拡大段差部４１に当たり（衝突し）、径方向外側Ｙ１に流れる（転向する）。この径方向外側Ｙ１に流れる流体は、静止体１０の内周面に当たり、静止体１０の内周面に沿って高圧側Ｘ１に流れ、第１フィン５１に当たり、第１フィン５１に沿って径方向内側Ｙ２に流れ、高圧側小径部２１に当たり、低圧側Ｘ２に流れる。このように渦Ｖ１が形成される。

　径拡大段差部４１に当たり、径方向外側Ｙ１に流れる流体は、渦Ｖ１と、渦Ｖ１よりも低圧側Ｘ２の渦Ｖ２と、に分岐する。渦Ｖ２は次のように形成される。渦Ｖ１から分岐した流体は、静止体１０の内周面に当たり、静止体１０の内周面に沿って低圧側Ｘ２に流れ、第２フィン５２の高圧側側面５２ａに当たり、高圧側側面５２ａに沿って径方向内側Ｙ２に流れる。高圧側側面５２ａに沿って流れた流体は、大径部環状溝７１内に流入し、大径部環状溝７１の内面に沿って流れ、大径部環状溝７１から径方向外側Ｙ１に流れ、大径部環状溝７１から流出する。このように渦Ｖ２が形成される。

　高圧側側面５２ａに沿って径方向内側Ｙ２に流れた流体は、渦Ｖ２と、隙間δ２に向かう流れである分岐流Ｆ１と、に分岐する。分岐流Ｆ１は、隙間δ２を通過し、低圧側Ｘ２に流れ、径拡大側の空間２５ａの外に流出し（漏れ）、径縮小側の空間２５ｂ内に流入する。

　高圧側側面５２ａに沿って径方向内側Ｙ２に流れた流体が、大径部環状溝７１に流入することで、分岐流Ｆ１の流量が抑制されるので、径拡大側の空間２５ａからの流体の漏れ量が抑制される。また、径拡大側の空間２５ａに形成された渦Ｖ１および渦Ｖ２によって流体間摩擦が発生し、流体のエネルギー損失が生じることによって、径拡大側の空間２５ａからの流体の漏れ量が抑制される。この流体間摩擦には、流体どうしの摩擦、および、流体と壁面との摩擦が含まれる。上記壁面は、流速がゼロの流体とみなせるものである。上記壁面には、例えば大径部環状溝７１の表面などが含まれる。

　分岐流Ｆ１は、径縮小側の空間２５ｂ内に流入し、大径部２２の外周面に沿って低圧側Ｘ２に直進（略直進を含む）し、第３フィン５３に当たり、渦Ｖ３と、渦Ｖ４と、分岐流Ｆ２と、に分岐する。

　渦Ｖ３は次のように形成される。第３フィン５３に向かって低圧側Ｘ２に流れる流体の一部は、第３フィン５３に当たり、径方向外側Ｙ１に転向する。この流体は、第３フィン５３に沿って径方向外側Ｙ１に流れ、静止体１０の内周面に当たり、静止体１０の内周面に沿って高圧側Ｘ１に流れ、第２フィン５２に当たる。第２フィン５２に当たった流体は、第２フィン５２に沿って径方向内側Ｙ２に流れ、大径部２２に当たり、低圧側Ｘ２に流れる。このように渦Ｖ３が形成される。

　第３フィン５３に向かって低圧側Ｘ２に流れる流体の一部は、第３フィン５３に当たり、径方向内側Ｙ２に転向する。この流体（以下「第３フィン５３により径方向内側Ｙ２に転向した流体（Ｖ４、Ｆ２）」とする）は、渦Ｖ４と、分岐流Ｆ２と、に分岐する。渦Ｖ４は次のように形成される。第３フィン５３により径方向内側Ｙ２に転向した流体（Ｖ４、Ｆ２）の一部は、小径部環状溝７２内に流入し、小径部環状溝７２の内面に沿って流れ、小径部環状溝７２から径方向外側Ｙ１に流れ、第３フィン５３に向かって低圧側Ｘ２に流れる。このように渦Ｖ４が形成される。

　分岐流Ｆ２は、次のように流れる。第３フィン５３により径方向内側Ｙ２に転向した流体（Ｖ４、Ｆ２）の一部は、隙間δ３を通過し、低圧側Ｘ２に流れ、径縮小側の空間２５ｂの外に流出する（漏れる）。

　第３フィン５３により径方向内側Ｙ２に転向した流体（Ｖ４、Ｆ２）の一部が、小径部環状溝７２に流入することで、分岐流Ｆ２の流量が抑制されるので、径縮小側の空間２５ｂからの流体の漏れ量が抑制される。また、径縮小側の空間２５ｂに形成された渦Ｖ３および渦Ｖ４によって流体間摩擦が発生し、流体のエネルギー損失が生じることによって、径縮小側の空間２５ｂからの流体の漏れ量が抑制される。

（寸法について）
　径拡大段差部４１よりも低圧側Ｘ２かつ第３フィン５３よりも高圧側Ｘ１の領域の少なくとも一部に環状溝７０があれば、環状溝７０による効果（漏れ量の抑制）が得られる。さらに、下記の条件を満たすことで環状溝７０による効果をより向上させることができる。

（大径部環状溝７１に関する好ましい条件）
　図２に示すように、周方向から見た断面における、軸方向Ｘに関する寸法には、距離Ｌａと、距離Ｇａと、開口幅Ｗａと、厚さＴａと、がある。これらの寸法を次のように定義する。

　距離Ｌａは、径拡大段差部４１と、大径部環状溝７１の径方向外側Ｙ１端部かつ低圧側Ｘ２端部と、の軸方向Ｘにおける距離（最短距離）である。径拡大段差部４１に軸方向Ｘの幅がある場合（例えば径拡大段差部４１が径方向Ｙに対して傾斜する場合など）は、距離Ｌａの高圧側Ｘ１の起点は、径拡大段差部４１の径方向外側Ｙ１端部かつ低圧側Ｘ２端部とする（距離Ｇａについても同様）。本実施形態では、距離Ｌａは、径拡大段差部４１と、低圧側側面７１ｂと、の軸方向Ｘにおける距離である。

　距離Ｇａは、径拡大段差部４１と、第２フィン５２の先端部かつ高圧側Ｘ１端部と、の軸方向Ｘにおける距離（最短距離）である。本実施形態では、距離Ｇａは、径拡大段差部４１と、高圧側側面５２ａと、の軸方向Ｘにおける距離である。

　開口幅Ｗａは、大径部環状溝７１の開口の軸方向Ｘにおける幅である。さらに詳しくは、開口幅Ｗａは、大径部環状溝７１の径方向外側Ｙ１端部での軸方向Ｘにおける幅である。

　厚さＴａは、第２フィン５２の先端部での軸方向Ｘにおける幅である。ここでは、「第２フィン５２の先端部」は、分岐流Ｆ１（図１参照）が直接当たり得る部分である。図６に示す例では、分岐流Ｆ１は低圧側側面５２ｂに直接には当たらないので、低圧側側面５２ｂは「第２フィン５２の先端部」に含まれない。

　図２に示すように、周方向から見た断面における、径方向Ｙに関する寸法には、高さＨａと、深さＤａと、がある。これらの寸法を次のように定義する。

　高さＨａは、径拡大段差部４１の径方向Ｙにおける幅である。さらに詳しくは、高さＨａは、高圧側小径部２１の外周面の低圧側Ｘ２端部と、大径部２２の外周面の高圧側Ｘ１端部と、の径方向Ｙにおける距離である。

　深さＤａは、大径部環状溝７１の径方向Ｙにおける幅である。さらに詳しくは、深さＤ
ａは、大径部環状溝７１の径方向内側Ｙ２端部（例えば底面７１ｃ）と、大径部２２の外周面と、の径方向Ｙにおける距離である。

（開口幅Ｗａに関する好ましい条件）
　開口幅Ｗａを大きくすることで、渦Ｖ２（図１参照）が大径部環状溝７１に流入しやすくなり、また、渦Ｖ２を大きく形成できる。その結果、上記のエネルギー損失をより増加させることができる。例えば、Ｗａ／Ｇａ＞０.２、を満たすことが好ましい。

（距離Ｇａおよび距離Ｌａに関する好ましい条件）
　高圧側側面５２ａの軸方向Ｘ位置に対して、低圧側側面７１ｂの軸方向Ｘ位置が、等しい位置（同一面上）、または、低圧側Ｘ２であることが好ましい（Ｇａ≦Ｌａが好ましい）。Ｇａ≦Ｌａとすることで、図１に示すように、第２フィン５２に沿って径方向内側Ｙ２に流れた渦Ｖ２が、大径部環状溝７１に流入しやすくなり、分岐流Ｆ１の流量を抑制できる。流体が大径部環状溝７１に流入しやすいので、渦Ｖ２の流速をより速くできる結果、上記のエネルギー損失を大きくすることができる。

　高圧側側面５２ａの位置、低圧側側面７１ｂの位置、および、漏れ量について調査した。その結果、図３に示すように、Ｌａ／Ｇａによって漏れ量が変化するという知見を得た。図３の「従来技術」は、図１に示す大径部環状溝７１を備えないラビリンスシールである。なお、図３に示すグラフでは、縦軸の漏れ量の単位を無次元化し、具体的には、従来技術における漏れ量を１とした（図４についても同様）。

　高圧側側面５２ａに対して低圧側側面７１ｂが高圧側Ｘ１に離れすぎると、第２フィン５２に沿って径方向内側Ｙ２に流れた流体が、大径部環状溝７１に流入しにくくなる。その結果、漏れ量抑制の効果は小さくなる。また、高圧側側面５２ａに対して低圧側側面７１ｂが低圧側Ｘ２に離れすぎると、第２フィン５２と回転体２０との隙間δ２が大きくなるので、流体が隙間δ２を通りやすくなり、漏れ量抑制の効果は小さくなる。

　そこで、図３に示すように、０＜Ｌａ／Ｇａ＜１．１＋Ｔａ／Ｇａ、を満たすことが好ましい。この場合、従来技術に比べ、確実に漏れ量を抑制できる。また、０．６＜Ｌａ／Ｇａ＜１．１＋Ｔａ／Ｇａ、を満たすことがさらに好ましい。この場合、漏れ量をより抑制できる。

（高さＨａおよび深さＤａに関する好ましい条件）
　図２に示す高さＨａ、深さＤａ、および漏れ量について調査した。その結果、図４に示すようにＤａ／Ｈａによって漏れ量が変化するという知見を得た。図２に示す深さＤａが小さいと、図１に示す大径部環状溝７１に流入できる渦Ｖ２の流れが少なくなり、分岐流Ｆ１の流量が増えるので、漏れ量が増加する。そこで、図４に示すように、０．６＜Ｄａ／Ｈａ、を満たすことが好ましい。この場合、従来技術に比べ、確実に漏れ量を抑制できる。なお、０＜Ｄａ／Ｈａであれば、従来技術に比べ、漏れ量抑制の効果はある。

（小径部環状溝７２に関する好ましい条件）
　図２に示すように、周方向から見た断面における、軸方向Ｘに関する寸法には、距離Ｇｂと、距離Ｌｂと、開口幅Ｗｂと、がある。これらの寸法を次のように定義する。

　距離Ｇｂは、径縮小段差部４２と、第３フィン５３の先端部かつ高圧側Ｘ１端部と、の軸方向Ｘにおける距離（最短距離）である。径縮小段差部４２に軸方向Ｘの幅がある場合（例えば径縮小段差部４２が径方向Ｙに対して傾斜する場合など）は、距離Ｇｂの高圧側Ｘ１の起点は、径縮小段差部４２の径方向内側Ｙ２端部かつ低圧側Ｘ２端部とする（図９参照）（距離Ｌｂについても同様）。本実施形態では、距離Ｇｂは、径縮小段差部４２と
、高圧側側面５３ａと、の軸方向Ｘにおける距離である。

　距離Ｌｂは、径縮小段差部４２と、小径部環状溝７２の径方向外側Ｙ１端部かつ低圧側Ｘ２端部と、の軸方向Ｘにおける距離（最短距離）である。本実施形態では、距離Ｌｂは、径縮小段差部４２と、低圧側側面７２ｂと、の軸方向Ｘにおける距離である。

　開口幅Ｗｂは、小径部環状溝７２の開口の軸方向Ｘにおける幅である。さらに詳しくは、開口幅Ｗｂは、小径部環状溝７２の径方向外側Ｙ１端部での軸方向Ｘにおける幅である。本実施形態では、開口幅Ｗｂと距離Ｌｂとは等しい。そのため、下記の距離Ｌｂに関する好ましい条件について、距離Ｌｂを開口幅Ｗｂに読み替えることができる。

（距離Ｇｂおよび距離Ｌｂに関する好ましい条件）
　距離Ｇｂおよび距離Ｌｂについて調査した。その結果、図５に示すようにＧｂによって漏れ量が変化するという知見を得た。ここでは、図２に示す小径部環状溝７２の位置を変えずに（距離Ｌｂを変えずに）、距離Ｇｂを様々に変えたときの漏れ量を調査した。また、距離Ｇｂが距離Ｌｂと等しいときの距離Ｇｂを１とした。図５の「従来技術」は、図２に示す小径部環状溝７２を備えないラビリンスシールである。従来技術では、第３フィン５３が径縮小段差部４２に近づくほど、すなわちＧｂが小さくなるほど、漏れ量が小さくなる。図５に示すグラフでは、縦軸の漏れ量の単位を無次元化した。具体的には、従来技術においてＧｂ＝１のときの漏れ量を１とした。ここで、本実施形態については、距離Ｇｂが距離Ｌｂと等しいときの距離Ｇｂを１としたので、図５に示すＧｂと漏れ量との関係は、Ｇｂ／Ｌｂと漏れ量との関係と等しい。よって、本実施形態については、図５に示すグラフの横軸のＧｂを、Ｇｂ／Ｌｂに置き換えることができる。

　距離Ｌｂが距離Ｇｂよりも小さすぎると、すなわち、高圧側側面５３ａに対して低圧側側面７２ｂが高圧側Ｘ１に離れすぎると、次の問題がある。この場合、図１に示す第３フィン５３により径方向内側Ｙ２に転向した流体（Ｖ４、Ｆ２）が、小径部環状溝７２に流入しにくくなり、分岐流Ｆ２の流量が増えるので、漏れ量抑制の効果は小さくなる。また、図２に示す距離Ｌｂが距離Ｇｂよりも大きすぎると、すなわち、高圧側側面５３ａに対して低圧側側面７２ｂが低圧側Ｘ２に離れすぎると、次の問題がある。この場合、図１に示す第３フィン５３の先端部と低圧側小径部２３との間の隙間δ３が大きくなるので、流体が隙間δ３を通りやすくなり、漏れ量抑制の効果は小さくなる。

　そこで、図５に示すように、０．７８＜Ｇｂ／Ｌｂ＜１．２２、を満たすことが好ましい。この場合、従来技術に比べ、確実に漏れ量を抑制できる。また、Ｇｂ／Ｌｂを約１．０とすることがさらに好ましい。すなわち、低圧側側面７２ｂの軸方向Ｘにおける位置と高圧側側面５３ａの軸方向Ｘにおける位置と、を略同位置にすることがさらに好ましい。Ｇｂ／Ｌｂを約１．０とすることで、漏れ量抑制効果を最大にすることができた。

（第１の発明の効果）
　図１に示すラビリンスシール３０による効果は次の通りである。ラビリンスシール３０は、回転機械１に設けられる。回転機械１は、静止体１０と、回転体２０と、隙間２５と、を備える。回転体２０は、静止体１０よりも径方向内側Ｙ２に設けられ、回転軸回りに回転する。隙間２５は、静止体１０の内周部と回転体２０の外周部との間に形成され、高圧側Ｘ１から低圧側Ｘ２に軸方向Ｘに流体が流れるように構成される。ラビリンスシール３０は、回転体２０の外周部に形成される段差部４０と、静止体１０の内周部から径方向内側Ｙ２に延びるフィン５０と、回転体２０の外周部に形成される環状溝７０と、を備える。

　［構成１－１］段差部４０は、径拡大段差部４１と、径縮小段差部４２と、を備える。
径拡大段差部４１は、高圧側Ｘ１（径拡大段差部４１よりも高圧側Ｘ１）の径よりも、低圧側Ｘ２（径拡大段差部４１よりも低圧側Ｘ２）の径が大きくなるように構成される。径縮小段差部４２は、高圧側Ｘ１（径縮小段差部４２よりも高圧側Ｘ１）の径よりも、低圧側Ｘ２（径縮小段差部４２よりも低圧側Ｘ２）の径が小さくなるように構成される。径拡大段差部４１および径縮小段差部４２のうち高圧側Ｘ１に配置される方を高圧側Ｘ１段差部（本実施形態では径拡大段差部４１）とし、低圧側Ｘ２に配置される方を低圧側Ｘ２段差部（本実施形態では径縮小段差部４２）とする。
　［構成１－２］フィン５０は、第１フィン５１と、第２フィン５２と、第３フィン５３と、を備える。第１フィン５１は、高圧側Ｘ１段差部（径拡大段差部４１）よりも高圧側Ｘ１に配置される。第２フィン５２は、高圧側Ｘ１段差部（径拡大段差部４１）よりも低圧側Ｘ２かつ低圧側Ｘ２段差部（径縮小段差部４２）よりも高圧側Ｘ１に配置される。第３フィン５３は、低圧側Ｘ２段差部（径縮小段差部４２）よりも低圧側Ｘ２に配置される。
　［構成１－３］環状溝７０は、高圧側Ｘ１段差部（径拡大段差部４１）よりも低圧側Ｘ２かつ第３フィン５３よりも高圧側Ｘ１の領域の少なくとも一部に配置される。

　ラビリンスシール３０は、主に上記［構成１－１］および［構成１－２］を備える。よって、高圧側Ｘ１段差部（径拡大段差部４１）よりも低圧側Ｘ２かつ第２フィン５２よりも高圧側Ｘ１に渦Ｖ２が生じる。また、低圧側Ｘ２段差部（径縮小段差部４２）よりも低圧側Ｘ２かつ第３フィン５３よりも高圧側Ｘ１に渦Ｖ４が生じる。そこで、ラビリンスシール３０は、上記［構成１－３］を備える。よって、渦Ｖ（渦Ｖ２および渦Ｖ４の少なくともいずれか）が、環状溝７０に流入する。よって、環状溝７０がない場合に比べ、渦Ｖを大きくでき、渦Ｖの流量を多くでき、渦Ｖの流速を速くできる。よって、渦Ｖとその周辺との流体間摩擦を増大させることができるので、流体のエネルギー損失を増大させることができる。その結果、隙間２５での流体の漏れを抑制できる。

（第５の発明の効果）
　径拡大段差部４１よりも低圧側Ｘ２のフィン５０のうち径拡大段差部４１に最も近いものを大径部側フィン（本実施形態では第２フィン５２）とする。
　［構成５］環状溝７０は、大径部環状溝７１を備える。大径部環状溝７１は、径拡大段差部４１よりも低圧側Ｘ２、かつ、大径部側フィン（第２フィン５２）よりも高圧側Ｘ１の領域の少なくとも一部に配置される。

　径拡大段差部４１よりも低圧側Ｘ２、かつ、大径部側フィン（第２フィン５２）よりも高圧側Ｘ１の領域には、渦Ｖ２が形成される。渦Ｖ２から、大径部側フィン（第２フィン５２）と回転体２０との隙間δ２に向かって、分岐流Ｆ１が分岐する。ここで、大径部環状溝７１が設けられない場合、第２フィン５２に沿って径方向内側Ｙ２に流れた流体が、大径部２２に当たるので、渦Ｖ２から分岐流Ｆ１に分岐しやすい。そこで、ラビリンスシール３０は、上記［構成５］を備える。よって、渦Ｖ２が、大径部環状溝７１に流入する。よって、渦Ｖ２から分岐する分岐流Ｆ１の量を抑制できるので、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる。

（第６の発明の効果）
　図２に示すＬａ、Ｇａ、およびＴａを次のように定義する。Ｌａは、径拡大段差部４１と、大径部環状溝７１の径方向外側Ｙ１端部かつ低圧側Ｘ２端部と、の軸方向Ｘにおける距離である。Ｇａは、径拡大段差部４１と、大径部側フィン（第２フィン５２）の先端部かつ高圧側Ｘ１端部と、の軸方向Ｘにおける距離である。Ｔａは、大径部側フィン（第２フィン５２）の先端部での軸方向Ｘの幅である。
　［構成６］このとき、０＜Ｌａ／Ｇａ＜１．１＋Ｔａ／Ｇａ、を満たす。

　上記［構成６］により、１．１＋Ｔａ／Ｇａ≦Ｌａ／Ｇａの場合に比べ、大径部側フィン（第２フィン５２）と回転体２０との隙間δ２（図１参照）を小さくできる。よって、隙間δ２からの流体の漏れをより抑制でき、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる（図３参照）。

（第７の発明の効果）
　［構成７］０．６＜Ｌａ／Ｇａ＜１．１＋Ｔａ／Ｇａ、を満たす。

　上記［構成７］により、Ｌａ／Ｇａ≦０．６の場合に比べ、図１に示す大径部環状溝７１に流入する渦Ｖ２の流量を多くできる。よって、渦Ｖ２における流体のエネルギー損失をより増大させることができるので、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる（図３参照）。

（第８の発明の効果）
　図２に示すように、径拡大段差部４１の径方向Ｙにおける幅をＨａとする。大径部環状溝７１の径方向Ｙにおける幅をＤａとする。
　［構成８］このとき、０．６＜Ｄａ／Ｈａ、を満たす。

　上記［構成８］により、Ｄａ／Ｈａ≦０．６の場合に比べ、図１に示す大径部環状溝７１に流入する渦Ｖ２の流量を多くできる。よって、渦Ｖ２における流体のエネルギー損失をより増大させることができるので、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる。

（第９の発明の効果）
　径縮小段差部４２よりも低圧側Ｘ２のフィン５０のうち径縮小段差部４２に最も近いものを小径部側フィン（本実施形態では第３フィン５３）とする。
　［構成９］環状溝７０は、小径部環状溝７２を備える。小径部環状溝７２は、径縮小段差部４２よりも低圧側Ｘ２、かつ、小径部側フィン（第３フィン５３）よりも高圧側Ｘ１の領域の少なくとも一部に配置される。

　径縮小段差部４２よりも低圧側Ｘ２、かつ、小径部側フィン（第３フィン５３）よりも高圧側Ｘ１の領域には、渦Ｖ４が形成される。渦Ｖ４から、小径部側フィン（第３フィン５３）と回転体２０との隙間δ３に向かって、分岐流Ｆ２が分岐する。ここで、小径部環状溝７２が設けられない場合、第３フィン５３に向かって低圧側Ｘ２に流れた流体が、第３フィン５３に当たり、径方向内側Ｙ２に転向し、低圧側小径部２３に当たるので、渦Ｖ４から分岐流Ｆ２に分岐しやすい。そこで、ラビリンスシール３０は、上記［構成９］を備える。よって、渦Ｖ４が、小径部環状溝７２に流入する。よって、渦Ｖ４から分岐する分岐流Ｆ２の量を抑制できるので、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる。

（第１０の発明の効果）
　［構成１０］小径部環状溝７２は、径縮小段差部４２の位置から低圧側Ｘ２へ形成される。

　上記［構成１０］では、小径部環状溝７２が高圧側Ｘ１に限界まで広く形成される。よって、小径部環状溝７２の容積を大きくできるので、渦Ｖ４を大きくできる。よって、渦Ｖ４における流体のエネルギー損失をより増大させることができるので、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる。

（第１１の発明の効果）
　図２に示すＧｂおよびＬｂを次のように定義する。Ｇｂは、径縮小段差部４２と、小径部側フィン（第３フィン５３）の先端部と、の軸方向Ｘにおける距離である。Ｌｂは、径
縮小段差部４２と、小径部環状溝７２の径方向外側Ｙ１端部かつ低圧側Ｘ２端部と、の軸方向Ｘにおける距離である。
　［構成１１］このとき、０．７８＜Ｇｂ／Ｌｂ＜１．２２、を満たす。

　上記［構成１１］により、Ｇｂ／Ｌｂ≦０．７８の場合に比べ、小径部側フィン（第３フィン５３）と回転体２０との隙間δ３（図１参照）を小さくできる。よって、隙間δ３からの流体の漏れをより抑制できるので、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる（図５参照）。また、１．２２≦Ｇｂ／Ｌｂの場合に比べ、図１に示す小径部環状溝７２に流入する渦Ｖ４の流量を多くできる。よって、渦Ｖ４における流体のエネルギー損失をより増大させることができるので、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる（図５参照）。

（第１２の発明の効果）
　［構成１２］径拡大段差部４１は、高圧側Ｘ１段差部（上記［構成１－１］参照）である。径縮小段差部４２は、低圧側Ｘ２段差部（上記［構成１－１］参照）である。

　上記［構成１２］により、上記「（第１の発明の効果）」と同様の効果が得られる。

（第２実施形態）
　図６を参照して、第２実施形態のラビリンスシール２３０について、第１実施形態との相違点を説明する。なお、第２実施形態のラビリンスシール２３０のうち、第１実施形態との共通点については、第１実施形態と同一の符号を付し、説明を省略した（共通点の説明を省略する点については他の実施形態の説明も同様）。相違点は、径方向Ｙに対するフィン５０の傾きである。

　第２フィン５２の先端部は、第２フィン５２の基端部（径方向外側Ｙ１端部）よりも高圧側Ｘ１に配置される。周方向から見た断面において、第２フィン５２は直線状であり、高圧側側面５２ａは直線状であり、低圧側側面５２ｂは直線状である。周方向から見た断面において、高圧側側面５２ａは、径方向Ｙに対して角度α２だけ傾く。なお、周方向から見た断面において、第２フィン５２は、湾曲形状でもよく、Ｌ字形状などの屈曲形状でもよい（第１フィン５１および第３フィン５３も同様）。

　第１フィン５１および第３フィン５３は、第２フィン５２と同様に構成される。周方向から見た断面において、第１フィン５１の高圧側Ｘ１の側面は、径方向Ｙに対して角度α１だけ傾く。周方向から見た断面において、第３フィン５３の高圧側側面５３ａは、径方向Ｙに対して角度α３だけ傾く。角度α１、角度α２、および角度α３の、すべてが等しくてもよく、一部のみが等しくてもよく、すべてが互いに異なってもよい。また、角度α１、角度α２、および角度α３のいずれかが０°であってもよい。

（第２の発明の効果）
　図６に示すラビリンスシール２３０による効果は次の通りである。ラビリンスシール２３０は、下記［構成２－１］および［構成２－２］の少なくともいずれかを備える。
　［構成２－１］大径部環状溝７１よりも低圧側Ｘ２のフィン５０のうち大径部環状溝７１に最も近いものを低圧側Ｘ２フィン（本実施形態では第２フィン５２）とする。低圧側Ｘ２フィン（第２フィン５２）の先端部は、低圧側Ｘ２フィン（第２フィン５２）の基端部よりも高圧側Ｘ１に配置される。
　［構成２－２］小径部環状溝７２よりも低圧側Ｘ２のフィン５０のうち小径部環状溝７２に最も近いものを低圧側Ｘ２フィン（本実施形態では第３フィン５３）とする。低圧側Ｘ２フィン（第３フィン５３）の先端部は、低圧側Ｘ２フィン（第３フィン５３）の基端部よりも高圧側Ｘ１に配置される。

　ラビリンスシール３０が上記［構成２－１］を備える場合、次の効果が得られる。渦Ｖ２は、低圧側Ｘ２フィン（第２フィン５２）に沿って径方向内側Ｙ２に流れるとき、高圧側Ｘ１に流れる。よって、低圧側Ｘ２に向かう分岐流Ｆ１の量を抑制でき、かつ、大径部環状溝７１に流入する渦Ｖ２の流量を多くできる。よって、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる。

　ラビリンスシール３０が上記［構成２－２］を備える場合、次の効果が得られる。第３フィン５３により径方向内側Ｙ２に転向した流体（Ｖ４、Ｆ２）は、径方向内側Ｙ２に流れながら、高圧側Ｘ１に流れる。よって、低圧側Ｘ２に向かう分岐流Ｆ２の量を抑制でき、かつ、小径部環状溝７２に流入する渦Ｖ４の流量を多くできる。さらに、第３フィン５３に向かって低圧側Ｘ２に流れる流体が、第３フィン５３に当たったときに、径方向外側Ｙ１に流れやすく（渦Ｖ３を形成しやすく）、径方向内側Ｙ２に流れにくい。よって、分岐流Ｆ２の量を抑制できる。その結果、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる。

（第３実施形態）
　図７を参照して、第３実施形態のラビリンスシール３３０について、第１実施形態との相違点を説明する。第２フィン５２の低圧側側面５２ｂは、径方向Ｙに対して角度β２だけ傾く。第２フィン５２の軸方向Ｘの幅は、径方向内側Ｙ２ほど狭い。第１フィン５１および第３フィン５３は、第２フィン５２と同様に構成される。第１フィン５１の低圧側Ｘ２の側面は、径方向Ｙに対して角度β１だけ傾く。第３フィン５３の低圧側側面５３ｂは、径方向Ｙに対して角度β３だけ傾く。なお、角度β１、角度β２、および角度β３の、すべてが等しくてもよく、一部のみが等しくてもよく、すべてが互いに異なってもよい。

（第４実施形態）
　図８を参照して、第４実施形態のラビリンスシール４３０について、第１実施形態との相違点を説明する。相違点は、大径部環状溝７１が弧状部４７１ｄを備える点、および、小径部環状溝７２が弧状部４７２ｄを備える点である。

　弧状部４７１ｄは、大径部環状溝７１の底部に設けられる。周方向から見た弧状部４７１ｄの断面は、径方向内側Ｙ２に突出する弧状であり、楕円弧状（楕円の一部を構成する曲線状）であり、半楕円弧状である。上記「楕円弧状」には、略楕円弧状（例えば略半楕円弧状）が含まれる。高圧側側面７１ａおよび低圧側側面７１ｂは、弧状部４７１ｄと連続するように設けられる。弧状部４７１ｄが設けられる場合、高圧側側面７１ａおよび低圧側側面７１ｂは、設けられなくてもよい（小径部環状溝７２についても同様）。

　弧状部４７２ｄは、小径部環状溝７２の底部に設けられる。周方向から見た弧状部４７２ｄの断面は、径方向内側Ｙ２に突出する弧状であり、円弧状であり、半円弧状（円弧の中心角が１８０°）である。円弧の中心角は１８０°未満でもよい。上記「円弧状」には、略円弧状（例えば略半円弧状）が含まれる。なお、弧状部４７１ｄおよび弧状部４７２ｄのうち一方のみが設けられてもよい。周方向から見たとき、弧状部４７１ｄの断面が円弧状でもよく、弧状部４７２ｄの断面が楕円弧状でもよい。

（第３の発明の効果）
　図８に示すラビリンスシール４３０による効果は次の通りである。ラビリンスシール４３０は、下記［構成３－１］および［構成３－２］の少なくともいずれかを備える。
　［構成３－１］周方向から見た大径部環状溝７１の底部（弧状部４７１ｄ）の断面は、径方向内側Ｙ２に突出する弧状である。
　［構成３－２］周方向から見た小径部環状溝７２の底部（弧状部４７２ｄ）の断面は、径方向内側Ｙ２に突出する弧状である。

　ラビリンスシール４３０が上記［構成３－１］を備える場合、周方向から見た断面において大径部環状溝７１の内部が矩形状である場合（図１参照）に比べ、大径部環状溝７１の形状が、渦Ｖ２の流れの形に近い形状となる。よって、大径部環状溝７１の底部に沿って渦Ｖ２が流れるので、大径部環状溝７１で渦Ｖ２の流速が低下することを抑制できる。よって、渦Ｖ２におけるエネルギー損失をより増大できるので、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる。これと同様に、ラビリンスシール４３０が上記［構成３－２］を備える場合、小径部環状溝７２の底部に沿って渦Ｖ４が流れ、渦Ｖ４におけるエネルギー損失をより増大できるので、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる。

（第５実施形態）
　図９を参照して、第５実施形態のラビリンスシール５３０について、第１実施形態との相違点を説明する。相違点は、大径部環状溝７１の形状、小径部環状溝７２の形状、および径縮小段差部５４２の形状である。大径部環状溝７１は、高圧側傾斜部５７１ｅ（傾斜部）と、低圧側傾斜部５７１ｆ（傾斜部）と、を備える。小径部環状溝７２は、高圧側傾斜部５７２ｅ（傾斜部）と、低圧側傾斜部５７２ｆ（傾斜部）と、を備える。

　高圧側傾斜部５７１ｅは、大径部環状溝７１の高圧側Ｘ１部分に設けられる。高圧側傾斜部５７１ｅの径方向内側Ｙ２端部は、高圧側傾斜部５７１ｅの径方向外側Ｙ１端部よりも、低圧側Ｘ２（大径部環状溝７１の軸方向Ｘ中心側）に配置される。周方向から見た断面において、高圧側傾斜部５７１ｅは、直線状であり、径方向Ｙに対して角度θａだけ傾く。

　低圧側傾斜部５７１ｆは、大径部環状溝７１の低圧側Ｘ２部分に設けられる。低圧側傾斜部５７１ｆの径方向内側Ｙ２端部は、低圧側傾斜部５７１ｆの径方向外側Ｙ１端部よりも、高圧側Ｘ１（環状溝７０の軸方向Ｘ中心側）に配置される。周方向から見た断面において、低圧側傾斜部５７１ｆは、直線状であり、径方向Ｙに対して角度φａだけ傾く。

　高圧側傾斜部５７２ｅは、大径部環状溝７１の高圧側傾斜部５７１ｅと同様に構成される。周方向から見た断面において、高圧側傾斜部５７２ｅは、径方向Ｙに対して角度θｂだけ傾く。周方向から見た断面において、径縮小段差部５４２は、径方向Ｙに対して高圧側傾斜部５７２ｅと同じ角度θｂだけ傾く。周方向から見た断面において、高圧側傾斜部５７２ｅと径縮小段差部５４２とが直線状である。

　低圧側傾斜部５７２ｆは、大径部環状溝７１の低圧側傾斜部５７１ｆと同様に構成される。周方向から見た断面において、低圧側傾斜部５７２ｆは、径方向Ｙに対して角度φｂだけ傾く。なお、高圧側傾斜部５７１ｅ、低圧側傾斜部５７１ｆ、高圧側傾斜部５７２ｅ、低圧側傾斜部５７２ｆの、すべてが設けられてもよく、一部のみが設けられてもよい。また、径縮小段差部５４２は、径方向Ｙに対して傾かなくてもよい。

（第４の発明の効果）
　図９に示すラビリンスシール５３０による効果は次の通りである。大径部環状溝７１は、大径部環状溝７１の高圧側Ｘ１部分および低圧側Ｘ２部分の少なくともいずれかに設けられる傾斜部（高圧側傾斜部５７１ｅおよび低圧側傾斜部５７１ｆの少なくともいずれか）を備える。ラビリンスシール５３０は、次の［構成４－１］および［構成４－２］の少なくともいずれかを備える。
　［構成４－１］高圧側傾斜部５７１ｅの径方向内側Ｙ２端部は、高圧側傾斜部５７１ｅの径方向外側Ｙ１端部よりも、大径部環状溝７１の軸方向Ｘ中心側（低圧側Ｘ２）に配置される。
　［構成４－２］低圧側傾斜部５７１ｆの径方向内側Ｙ２端部は、低圧側傾斜部５７１ｆの径方向外側Ｙ１端部よりも、大径部環状溝７１の軸方向Ｘ中心側（高圧側Ｘ１）に配置
される。

　ラビリンスシール５３０が上記［構成４－１］を備える場合、周方向から見た断面において大径部環状溝７１の内部が矩形状である場合（図１参照）に比べ、大径部環状溝７１の形状が、渦Ｖ２の流れの形に近い形状となる。よって、渦Ｖ２の流れが高圧側傾斜部５７１ｅに沿って流れるので、大径部環状溝７１で渦Ｖ２の流速が低下することを抑制できる。よって、渦Ｖ２におけるエネルギー損失をより増大できるので、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる。これと同様に、ラビリンスシール５３０が上記［構成４－２］を備える場合、渦Ｖ２の流れが低圧側傾斜部５７１ｆに沿って流れ、渦Ｖ２におけるエネルギー損失をより増大できるので、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる。これと同様に、小径部環状溝７２が、高圧側傾斜部５７２ｅおよび低圧側傾斜部５７２ｆの少なくともいずれかを備える場合、次の効果が得られる。渦Ｖ４の流れが高圧側傾斜部５７２ｅまたは低圧側傾斜部５７２ｆに沿って流れ、渦Ｖ４におけるエネルギー損失をより増大できるので、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる。

（第６実施形態）
　図１０を参照して、第６実施形態のラビリンスシール６３０について、第１実施形態との相違点を説明する。ラビリンスシール６３０は、大径部環状溝７１を備えるが、小径部環状溝７２（図１参照）を備えない。そのため、第１実施形態に比べ、渦Ｖ４が小さくなる。ラビリンスシール６３０では、大径部環状溝７１および小径部環状溝７２を備えないラビリンスシールに比べ、隙間２５での流体の漏れを抑制できる（第７実施形態も同様）。

（第７実施形態）
　図１１を参照して、第７実施形態のラビリンスシール７３０について、第１実施形態との相違点を説明する。ラビリンスシール７３０は、小径部環状溝７２を備えるが、大径部環状溝７１（図１参照）を備えない。そのため、第１実施形態に比べ、渦Ｖ２が小さくなる。

（第８実施形態）
　図１２を参照して、第８実施形態のラビリンスシール８３０について、第１実施形態との相違点を説明する。

　図１に示すように、第１実施形態のラビリンスシール３０では、径縮小側の構造３０ｂは、径拡大側の構造３０ａよりも低圧側Ｘ２に配置された。一方、図１２に示すように、第８実施形態のラビリンスシール８３０では、径縮小側の構造３０ｂは、径拡大側の構造３０ａよりも高圧側Ｘ１に配置される。第１実施形態での径拡大側の構造３０ａでの流体の流れと、第８実施形態での径拡大側の構造３０ａでの流体の流れと、は同様である（径縮小側の構造３０ｂでの流体の流れについても同様）。

　以下、第１実施形態の構成要素については図１を参照し、第８実施形態の構成要素については図１２を参照して説明する。上記「高圧側Ｘ１段差部」は、第１実施形態では径拡大段差部４１であったが、第８実施形態では径縮小段差部４２である。上記「低圧側Ｘ２段差部」は、第１実施形態では径縮小段差部４２であったが、第８実施形態では径拡大段差部４１である。上記「大径部側フィン」は、第１実施形態では第２フィン５２であったが、第８実施形態では第３フィン５３である。上記「小径部側フィン」は、第１実施形態では第３フィン５３であったが、第８実施形態では第２フィン５２である。

　第１実施形態では、回転体２０は、高圧側小径部２１と、大径部２２と、低圧側小径部２３と、を備えた。一方、第８実施形態では、回転体２０は、高圧側Ｘ１から低圧側Ｘ２
の順に、高圧側大径部８２１と、小径部８２２と、低圧側大径部８２３と、を備える。小径部８２２は、高圧側大径部８２１よりも小径である。低圧側大径部８２３は、小径部８２２よりも大径である。低圧側大径部８２３は、高圧側大径部８２１と例えば同径であり、高圧側大径部８２１よりも小径でもよく、高圧側大径部８２１よりも大径でもよい。

（第１３の発明の効果）
　図１２に示すラビリンスシール８３０による効果は次の通りである。
　［構成１３］径縮小段差部４２は、高圧側Ｘ１段差部である。径拡大段差部４１は、低圧側Ｘ２段差部である。

　上記［構成１３］により、上記「（第１の発明の効果）」と同様の効果が得られる。

（第９実施形態）
　図１３を参照して、第９実施形態のラビリンスシール９３０について、第１実施形態との相違点を説明する。ラビリンスシール９３０は、径拡大側の構造３０ａを複数備え、径縮小側の構造３０ｂを複数備える。例えば、径拡大側の構造３０ａの数は３であり、径縮小側の構造３０ｂの数は３であり、これらの数は変更されてもよい。径拡大側の構造３０ａの数と、径縮小側の構造３０ｂの数とは、同じ（それぞれ３）であり、相違してもよい。径拡大側の構造３０ａと径縮小側の構造３０ｂとは、軸方向Ｘに並んで配置され、軸方向Ｘに隣接して配置され、軸方向Ｘに交互に配置される。

　なお、ラビリンスシール９３０は、第２実施形態～第７実施形態のように変形されてもよい。また、径拡大側の構造３０ａおよび径縮小側の構造３０ｂのうち、最も高圧側Ｘ１に配置される構造は、図１３に示す例では径拡大側の構造３０ａであるが、径縮小側の構造３０ｂでもよい（第８実施形態と同様）。

（第１４の発明の効果）
　図１３に示すラビリンスシール９３０による効果は次の通りである。
　［構成１４］径拡大段差部４１、径縮小段差部４２、フィン５０、および環状溝７０を備える構造（径拡大側の構造３０ａおよび径縮小側の構造３０ｂ）は、軸方向Ｘに並んで複数配置される。

　上記［構成１４］により、径拡大側の構造３０ａおよび径縮小側の構造３０ｂが１つずつのみ設けられる場合に比べ、隙間２５での流体の漏れをより抑制できる。

（第１０実施形態）
　図１４を参照して、第１０実施形態のラビリンスシール１０３０について、第９実施形態との相違点を説明する。第９実施形態では、径拡大側の構造３０ａと径縮小側の構造３０ｂとが軸方向Ｘに交互に配置された。一方、第１０実施形態では、複数（図１４では３つ）の径拡大側の構造３０ａが、軸方向Ｘに隣接して配置される。また、複数（図１４では３つ）の径縮小側の構造３０ｂが、軸方向Ｘに隣接して配置される。最も低圧側Ｘ２の径拡大側の構造３０ａと、最も高圧側Ｘ１の径縮小側の構造３０ｂとは、軸方向Ｘに隣接して配置される。なお、径拡大側の構造３０ａと径縮小側の構造３０ｂとが、不規則な順で軸方向Ｘに並んで配置されてもよい。

（漏れ量の解析）
　下記の、第１構造、第２構造、第３構造、および、比較例の構造それぞれについて、ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｆｌｕｉｄ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析により漏れ量を求め、漏れ量を比較した。第１構造は、図１５に示すラビリンスシール１１３０を備える構造であり、次のように構成される。第９実施形態（図１３参照）と同様に、径拡大側
の構造３０ａと径縮小側の構造３０ｂとが、軸方向Ｘに交互に３つずつ配置される。フィン５０の形状は、第３実施形態（図７参照）と同様である。環状溝７０の形状は、第１実施形態（図１参照）と同様である。なお、最も高圧側Ｘ１の径拡大側の構造３０ａよりも高圧側Ｘ１に、小径部環状溝７２と同様の溝１１７２と、径縮小段差部４２と同様の段差１１４２と、が設けられる。

　図２に示す距離Ｃａと、距離Ｃｂと、厚さＴｂと、を次のように定義する。距離Ｃａは、第２フィン５２の先端部と回転体２０（大径部２２）との径方向Ｙにおける距離（クリアランス）である。距離Ｃｂは、第３フィン５３の先端部と回転体２０（低圧側小径部２３）との径方向Ｙにおける距離である。漏れ量の解析に用いたモデルでは、距離Ｃｂは、距離Ｃａと等しい（距離ＣｂをＣとする）。厚さＴｂは、第３フィン５３の先端部での軸方向Ｘにおける幅である。

　図１５に示すラビリンスシール１１３０に関する、図２に示す距離Ｃを用いた無次元寸法は次の通りである（各寸法については図２参照）。
　Ｇａ＝９Ｃ
　Ｗａ＝９Ｃ
　Ｈａ＝２Ｃ
　Ｔａ＝Ｃ
　Ｌａ＝１０Ｃ
　Ｇｂ＝５Ｃ
　Ｗｂ＝５．５Ｃ
　Ｔｂ＝０．５Ｃ

　第２構造は、図１５に示すラビリンスシール１１３０から、すべての大径部環状溝７１を省略したものである（図１１に示す第７実施形態と同様）。第３構造は、ラビリンスシール１１３０から、すべての小径部環状溝７２、および溝１１７２を省略したものである（図１０に示す第６実施形態を参照）。比較例の構造は、ラビリンスシール１１３０から、すべての大径部環状溝７１、すべての小径部環状溝７２、および溝１１７２を省略したものである。

　漏れ量の比較結果を図１６に示す。第１構造、第２構造、および第３構造では、比較例の構造よりも漏れ量を低減できた。第１構造では、比較例の構造に対し、漏れ量を１５％以上低減できた。

（変形例）
　上記の各実施形態は様々に変形されてもよい。上記実施形態の構成要素の一部が設けられなくてもよい。上記実施形態の構成要素の数が変更されてもよい。互いに異なる実施形態の構成要素どうしが組み合わされてもよい。例えば、図１などに示す大径部環状溝７１の形状と小径部環状溝７２の形状とは、異なってもよい。例えば、図１に示すように、周方向から見た断面における大径部環状溝７１の内部の形状が矩形状の構成と、図８に示すように、小径部環状溝７２が弧状部４７２ｄを備える構成と、が組み合わされてもよい。また、例えば、弧状部４７２ｄを備える小径部環状溝７２に、図９に示す高圧側傾斜部５７２ｅおよび低圧側傾斜部５７２ｆの少なくともいずれかが付加されてもよい。

　本出願は、２０１６年５月３１日出願の日本国特許出願（特願２０１６－１０９１９９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　１　回転機械
　１０　静止体
　２０　回転体
　２５　隙間
　３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０、７３０、８３０、９３０、１０３０、１１３０　ラビリンスシール
　４０　段差部
　４１　径拡大段差部（高圧側段差部、低圧側段差部）
　４２、５４２　径縮小段差部（高圧側段差部、低圧側段差部）
　５０　フィン
　５１　第１フィン
　５２　第２フィン（低圧側フィン、大径部側フィン、小径部側フィン）
　５３　第３フィン（低圧側フィン、大径部側フィン、小径部側フィン）
　７０　環状溝
　７１　大径部環状溝
　７２　小径部環状溝
　４７１ｄ、４７２ｄ　弧状部
　５７１ｅ、５７２ｅ　高圧側傾斜部（傾斜部）
　５７１ｆ、５７２ｆ　低圧側傾斜部（傾斜部）
　Ｘ　軸方向
　Ｘ１　高圧側
　Ｘ２　低圧側
　Ｙ　径方向
　Ｙ１　径方向外側
　Ｙ２　径方向内側

Claims

　静止体と、
　前記静止体よりも径方向内側に設けられ、回転軸回りに回転する回転体と、
　前記静止体の内周部と前記回転体の外周部との間に形成され、高圧側から低圧側に軸方向に流体が流れるように構成される隙間と、
　を備える回転機械に設けられるラビリンスシールであって、
　前記回転体の外周部に形成される段差部と、
　前記静止体の内周部から径方向内側に延びるフィンと、
　前記回転体の外周部に形成される環状溝と、
　を備え、
　前記段差部は、
　高圧側の径よりも低圧側の径が大きくなるように構成される径拡大段差部と、
　高圧側の径よりも低圧側の径が小さくなるように構成される径縮小段差部と、
　を備え、
　前記径拡大段差部および前記径縮小段差部のうち高圧側に配置される方を高圧側段差部とし、低圧側に配置される方を低圧側段差部とし、
　前記フィンは、
　前記高圧側段差部よりも高圧側に配置される第１フィンと、
　前記高圧側段差部よりも低圧側かつ前記低圧側段差部よりも高圧側に配置される第２フィンと、
　前記低圧側段差部よりも低圧側に配置される第３フィンと、
　を備え、
　前記環状溝は、前記高圧側段差部よりも低圧側かつ前記第３フィンよりも高圧側の領域の少なくとも一部に配置される、
　ラビリンスシール。
　請求項１に記載のラビリンスシールであって、
　前記環状溝よりも低圧側の前記フィンのうち前記環状溝に最も近いものを低圧側フィンとしたとき、
　前記低圧側フィンの先端部は、前記低圧側フィンの基端部よりも高圧側に配置される、
　ラビリンスシール。
　請求項１に記載のラビリンスシールであって、
　回転体周方向から見た前記環状溝の底部の断面は、径方向内側に突出する弧状である、
　ラビリンスシール。
　請求項１に記載のラビリンスシールであって、
　前記環状溝は、前記環状溝の高圧側部分および低圧側部分の少なくともいずれかに設けられる傾斜部を備え、
　前記傾斜部の径方向内側端部は、前記傾斜部の径方向外側端部よりも、前記環状溝の軸方向中心側に配置される、
　ラビリンスシール。
　請求項１～４のいずれか１項に記載のラビリンスシールであって、
　前記径拡大段差部よりも低圧側の前記フィンのうち前記径拡大段差部に最も近いものを大径部側フィンとしたとき、
　前記環状溝は、前記径拡大段差部よりも低圧側かつ前記大径部側フィンよりも高圧側の領域の少なくとも一部に配置される大径部環状溝を備える、
　ラビリンスシール。
　請求項５に記載のラビリンスシールであって、
　前記径拡大段差部と、前記大径部環状溝の径方向外側端部かつ低圧側端部と、の軸方向
における距離をＬａ、
　前記径拡大段差部と、前記大径部側フィンの先端部かつ高圧側端部と、の軸方向における距離をＧａ、
　前記大径部側フィンの先端部での軸方向の幅をＴａ、
　としたとき、０＜Ｌａ／Ｇａ＜１．１＋Ｔａ／Ｇａ、を満たす、
　ラビリンスシール。
　請求項６に記載のラビリンスシールであって、
　０．６＜Ｌａ／Ｇａ＜１．１＋Ｔａ／Ｇａ、を満たす、
　ラビリンスシール。
　請求項５に記載のラビリンスシールであって、
　前記径拡大段差部の径方向における幅をＨａ、
　前記大径部環状溝の径方向における幅をＤａ、
　としたとき、０．６＜Ｄａ／Ｈａ、を満たす、
　ラビリンスシール。
　請求項５に記載のラビリンスシールであって、
　前記径縮小段差部よりも低圧側の前記フィンのうち前記径縮小段差部に最も近いものを小径部側フィンとしたとき、
　前記環状溝は、前記径縮小段差部よりも低圧側かつ前記小径部側フィンよりも高圧側の領域の少なくとも一部に配置される小径部環状溝を備える、
　ラビリンスシール。
　請求項９に記載のラビリンスシールであって、
　前記小径部環状溝は、前記径縮小段差部の位置から低圧側へ形成される、
　ラビリンスシール。
　請求項９に記載のラビリンスシールであって、
　前記径縮小段差部と、前記小径部側フィンの先端部と、の軸方向における距離をＧｂ、
　前記径縮小段差部と、前記小径部環状溝の径方向外側端部かつ低圧側端部と、の軸方向における距離をＬｂ、
　としたとき、０．７８＜Ｇｂ／Ｌｂ＜１．２２、を満たす、
　ラビリンスシール。
　請求項１に記載のラビリンスシールであって、
　前記径拡大段差部は、前記高圧側段差部であり、
　前記径縮小段差部は、前記低圧側段差部である、
　ラビリンスシール。
　請求項１に記載のラビリンスシールであって、
　前記径縮小段差部は、前記高圧側段差部であり、
　前記径拡大段差部は、前記低圧側段差部である、
　ラビリンスシール。
　請求項１に記載のラビリンスシールであって、
　前記径拡大段差部、前記径縮小段差部、前記フィン、および前記環状溝を備える構造は、軸方向に並んで複数配置される、
　ラビリンスシール。
　請求項１～４のいずれか１項に記載のラビリンスシールであって、
　前記径縮小段差部よりも低圧側の前記フィンのうち前記径縮小段差部に最も近いものを小径部側フィンとしたとき、
　前記環状溝は、前記径縮小段差部よりも低圧側かつ前記小径部側フィンよりも高圧側の領域の少なくとも一部に配置される小径部環状溝を備える、
　ラビリンスシール。