WO2017221771A1 - ラビリンスシール - Google Patents

Abstract

流体の漏れ量を抑制することができる。高圧側フィン（５１）は、段差部（４０）よりも高圧側（Ｘ１）に設けられる。低圧側フィン（５２）は、段差部（４０）よりも低圧側（Ｘ２）に設けられる。環状溝（７０）は、回転体（２０）の対向方向一方側（Ｙ１）部分に形成される。段差部（４０）は、回転体（２０）のうち段差部（４０）より高圧側（Ｘ１）の部分である高圧側段部（４１）よりも、回転体（２０）のうち段差部（４０）より低圧側（Ｘ２）の部分である低圧側段部（４２）の方が、対向方向他方側（Ｙ２）に配置されるように構成される。環状溝（７０）は、段差部（４０）よりも低圧側（Ｘ２）かつ低圧側フィン（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。

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、２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２つの部材（例えば回転体と静止体）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。特許文献２に記載のラビリンスシールは、段差部と、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している。

日本国特開昭６０－９８１９６号公報 日本国特開２０１２－７２７３６号公報

　図９に従来のラビリンスシールを示す。従来のラビリンスシールでは、フィンの間の空間に渦Ｖａおよび渦Ｖｂが形成されることによって、流体の漏れ量の低減が図られている。しかし、渦Ｖｂの形状は扁平状となっており、渦Ｖｂによる流体のエネルギー損失には限界があり、この点において改善の余地があった。

　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。

　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、第１部材と、前記第１部材に対向する第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に形成される隙間と、を備える。前記隙間は、前記第１部材と前記第２部材とが対向する方向に直交する方向である流れ方向に高圧側から低圧側に流体が流れるように構成される。前記第１部材と前記第２部材とが対向する方向である対向方向において、前記第２部材から前記第１部材に向かう側を対向方向一方側とし、対向方向において、前記第１部材から前記第２部材に向かう側を対向方向他方側とする。ラビリンスシールは、段差部と、高圧側フィンと、低圧側フィンと、環状溝と、を備える。前記段差部は、前記第２部材の対向方向一方側部分に形成される。前記高圧側フィンは、前記段差部よりも高圧側における前記第１部材の対向方向他方側部分から対向方向他方側に延びる。前記低圧側フィンは、前記段差部よりも低圧側における前記第１部材の対向方向他方側部分から対向方向他方側に延びる。前記環状溝は、前記第２部材の対向方向一方側部分に形成される。前記段差部は、前記第２部材のうち前記段差部より高圧側の部分よりも、前記第２部材のうち前記段差部より低圧側の部分の方が、対向方向他方側に配置されるように構成される。前記環状溝は、前記段差部よりも低圧側かつ前記低圧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。

　上記構成により、流体の漏れ量を抑制できる。

回転機械の一部を示す断面図である。 図１に示すラビリンスシールの１つの単位構造を示す断面図である。 図２に示す距離Ｇ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２相当図である。 第３実施形態の図２相当図である。 第４実施形態の図２相当図である。 第５実施形態の図２相当図である。 第６実施形態の図２相当図である。 従来のラビリンスシールを示す断面図である。

（第１実施形態）
　図１～図３を参照して第１実施形態の回転機械１について説明する。

　回転機械１（流体機械、流体回転機械）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、例えば膨張機でもよく、例えば膨張タービンなどでもよい。回転機械１は、遠心式である。回転機械１は、静止体１０（第１部材）と、回転体２０（第２部材）と、隙間２５と、ラビリンスシール３０と、ラビリンスシール１３０と、を備える。静止体１０は、例えばケーシングである。静止体１０は、例えば、ケーシング内に配置され、ケーシングに固定される部材でもよい。

　回転体２０は、静止体１０の内部に配置され、静止体１０に対して回転軸Ａ（中心軸）回りに回転する。回転体２０は、例えばインペラである。回転体２０は、静止体１０に対向する。回転体２０のうち、ラビリンスシール３０およびラビリンスシール１３０が設けられる部分は、静止体１０と対向する。

　隙間２５は、図２に示すように、静止体１０と回転体２０との間に形成され、静止体１０の対向方向他方側Ｙ２（下記）部分と、回転体２０の対向方向一方側Ｙ１（下記）部分との間に形成される。隙間２５を流体が流れることが可能である。流れ方向Ｘの高圧側Ｘ１から、流れ方向Ｘの低圧側Ｘ２に、隙間２５を流体が流れるように、隙間２５が構成される。図１に示すように、流れ方向Ｘは、回転軸Ａに直交する方向、または略直交する方向である。回転機械１が圧縮機の場合、高圧側Ｘ１は、回転軸Ａから遠い側（回転軸Ａを基準とした径方向外側）であり、低圧側Ｘ２は、回転軸Ａに近い側（回転軸Ａを基準とした径方向内側）である。回転機械１が膨張機の場合、高圧側Ｘ１は回転軸Ａに近い側であり、低圧側Ｘ２は回転軸Ａから遠い側である。以下では回転機械１が圧縮機の場合について説明する。静止体１０と回転体２０とが対向する方向を対向方向Ｙとする。対向方向Ｙは、流れ方向Ｘと直交する方向である。対向方向Ｙは、回転軸Ａの方向と等しい（またはほぼ等しい）。図２に示すように、対向方向Ｙにおいて、回転体２０から静止体１０に向かう側を対向方向一方側Ｙ１とし、静止体１０から回転体２０に向かう側を対向方向他方側Ｙ２とする。隙間２５のうち、高圧側フィン５１（下記）と低圧側フィン５２（下記）との間の領域（流れ方向Ｘにおける間）を、空間２５ａとする。

　ラビリンスシール３０は、図１に示すように、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、この漏れを抑制することで、回転機械１内での流体の循環を抑制する。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）を抑制する装置である。ラビリンスシール３０は、複数の単位構造３０ａを備える。複数の単位構造３０ａは、互いに同様に構成される。以下では１つの単位構造３０ａについて説明する。ラビリンスシール３０は（複数の単位構造３０ａそれぞれは）、図２に示すように、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の対向方向一方側Ｙ１部分に形成される。段差部４０は、いわば降段構造である。具体的には、段差部４０は、回転体２０のうち段差部４０より高圧側Ｘ１の部分（高圧側段部４１）よりも、回転体２０のうち段差部４０より低圧側Ｘ２の部分（低圧側段部４２）の方が、対向方向他方側Ｙ２に配置されるように構成される。段差部４０は、高圧側段部４１の低圧側Ｘ２端部につながれる。段差部４０は、環状溝７０を介して、低圧側段部４２の高圧側Ｘ１端部につながれる。

　この段差部４０は、回転軸Ａ（図１参照）を中心とした環状（リング状）である。回転軸Ａを含む回転軸Ａと平行な平面での、回転機械１の断面を「回転軸断面」とする。回転軸断面は、対向方向Ｙおよび流れ方向Ｘそれぞれに直交する方向から見た断面である。図１および図２は、回転軸断面における回転機械１を示す図である。図２に示すように、回転軸断面において、段差部４０は、対向方向Ｙに延びる直線状である。すなわち、段差部４０は、回転軸Ａを中心とする環状の円筒状である。回転軸断面において、段差部４０は、対向方向Ｙに対して傾斜する直線状でもよい（図７に示す段差部５４０参照）。この場合、段差部５４０（図７参照）は、回転軸Ａを中心とする環状の曲面状であって、回転軸Ａを中心とする円錐台の外周部の曲面状である。回転軸断面において、段差部４０は、曲線状でもよい（図示なし）。この場合、段差部４０は、回転軸Ａを中心とする環状の曲面状である。上記のような環状である点は、フィン５０および環状溝７０についても同様である。

　高圧側段部４１は、回転体２０の対向方向一方側Ｙ１部分に形成される。回転軸断面において、高圧側段部４１は、流れ方向Ｘに延びる直線状である。すなわち、高圧側段部４１は、回転軸Ａを中心とする環状の平面状である。回転軸断面において、高圧側段部４１は、流れ方向Ｘに対して傾斜する部分（直線または曲線）を有してもよい。この場合、高圧側段部４１は、回転軸Ａを中心とする環状の曲面状（例えば略平面状）である。

　低圧側段部４２は、高圧側段部４１よりも低圧側Ｘ２に配置され、高圧側段部４１よりも対向方向他方側Ｙ２に配置される。低圧側段部４２の形状は、高圧側段部４１の形状と同様である。

　フィン５０は、隙間２５を仕切り、空間２５ａを形成する部分である。フィン５０は、隙間２５を完全には仕切らず、隙間２５を狭めるように配置される。フィン５０は、静止体１０の対向方向他方側Ｙ２部分から対向方向他方側Ｙ２に延び、回転体２０の対向方向一方側Ｙ１部分の近傍まで延びる。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、高圧側フィン５１と、低圧側フィン５２と、を備える。

　高圧側フィン５１は、段差部４０よりも高圧側Ｘ１に設けられる。高圧側フィン５１は、高圧側段部４１と対向方向Ｙに対向する位置に配置される。高圧側フィン５１の先端部（対向方向他方側Ｙ２端部）と、高圧側段部４１の表面（対向方向一方側Ｙ１端面）と、の間には、対向方向Ｙの隙間δ１がある。さらに詳しくは、高圧側フィン５１の先端部の対向方向Ｙにおける位置は、低圧側段部４２の表面（対向方向一方側Ｙ１端面）の対向方向Ｙにおける位置よりも、対向方向一方側Ｙ１である。

　低圧側フィン５２は、段差部４０よりも低圧側Ｘ２に設けられる。低圧側フィン５２は、低圧側段部４２と対向方向Ｙに対向する位置に配置される。低圧側フィン５２は、環状溝７０と対向方向Ｙに対向する位置に配置されてもよい。低圧側フィン５２の先端部と、低圧側段部４２の表面と、の間には、対向方向Ｙの隙間δ２がある。隙間δ２は、空間２５ａからの流体の流出出口である。低圧側フィン５２の先端部の対向方向Ｙにおける位置は、高圧側段部４１の表面の対向方向Ｙにおける位置よりも、対向方向一方側Ｙ１である。隙間δ２の対向方向Ｙにおける大きさは、隙間δ１の対向方向Ｙにおける大きさと、例えば同じであり、異なってもよい。低圧側フィン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、流れ方向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）。

　環状溝７０は、渦Ｖ２を流入させるための溝である。環状溝７０は、環状溝７０に囲まれた空間（環状溝７０の内部）に渦Ｖ２が流入するように構成される。環状溝７０は、回転体２０の対向方向一方側Ｙ１部分に形成される。環状溝７０は、低圧側段部４２の表面よりも対向方向他方側Ｙ２に凹む。環状溝７０は、段差部４０よりも低圧側Ｘ２、かつ、低圧側フィン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。環状溝７０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。

　この環状溝７０の対向方向一方側Ｙ１端部かつ高圧側Ｘ１端部の、流れ方向Ｘ位置（流れ方向Ｘにおける位置）は、次の［位置ａ１］～［位置ａ２］のいずれかである。［位置ａ１］段差部４０の対向方向他方側Ｙ２端部かつ低圧側Ｘ２端部と同じ位置。［位置ａ２］段差部４０の対向方向他方側Ｙ２端部かつ低圧側Ｘ２端部よりも低圧側Ｘ２（図示なし）。上記［位置ａ１］の場合、環状溝７０は、段差部４０の位置から低圧側Ｘ２に配置される。上記［位置ａ２］の場合、段差部４０の対向方向他方側Ｙ２端部かつ低圧側Ｘ２端部と、環状溝７０の低圧側Ｘ２端部かつ対向方向一方側Ｙ１端部と、の間に、流れ方向Ｘの間隔（低圧側段部４２）が形成される。

　この環状溝７０の対向方向一方側Ｙ１端部かつ低圧側Ｘ２端部の、流れ方向Ｘ位置は、次の［位置ｂ１］～［位置ｂ５］のいずれかである。［位置ｂ１］高圧側側面５２ａの先端（対向方向他方側Ｙ２の端）よりも高圧側Ｘ１。［位置ｂ２］高圧側側面５２ａの先端と同じ（または略同じ）流れ方向Ｘ位置。［位置ｂ３］高圧側側面５２ａの先端よりも低圧側Ｘ２、かつ、低圧側側面５２ｂの先端よりも高圧側Ｘ１。［位置ｂ４］低圧側側面５２ｂの先端と同じ流れ方向Ｘ位置。［位置ｂ５］低圧側側面５２ｂよりも低圧側Ｘ２。

　この環状溝７０は、回転軸Ａ（図１参照）を中心とする環状である。回転軸断面において、環状溝７０に囲まれた部分（環状溝７０の内部）の形状は、矩形状である。図２において、「環状溝７０に囲まれた部分」の対向方向一方側Ｙ１端部を二点鎖線で示す。環状溝７０は、高圧側Ｘ１の側面である高圧側側面７０ａと、低圧側Ｘ２の側面である低圧側側面７０ｂと、底面７０ｃと、を備える。高圧側側面７０ａおよび低圧側側面７０ｂは、流れ方向Ｘに直交する面である。底面７０ｃは、環状溝７０の対向方向他方側Ｙ２部分の面であり、環状溝７０の底部（低圧側段部４２の表面を基準としたときの底部）を構成する面である。底面７０ｃは、対向方向Ｙに直交する面である。

　ラビリンスシール１３０は、図１に示すように、ラビリンスシール３０とほぼ同様に構成される。ラビリンスシール３０に対するラビリンスシール１３０の相違点は次の通りである。図２に示すように、ラビリンスシール３０では、静止体１０にフィン５０が設けられ、回転体２０に段差部４０および環状溝７０が設けられた。一方、ラビリンスシール１３０（図１参照）では、回転体２０にフィン５０が設けられ、静止体１０に段差部４０および環状溝７０が設けられる。

（第１部材および第２部材について）
　「第１部材」は、フィン５０が設けられる部材である。第１部材は、ラビリンスシール３０では静止体１０であり、ラビリンスシール１３０（図１参照）では回転体２０である。「第２部材」は、段差部４０および環状溝７０が設けられる部材である。第２部材は、ラビリンスシール３０では回転体２０であり、ラビリンスシール１３０（図１参照）では静止体１０である。

（流体の流れ）
　流体は、次のように隙間２５を流れる。流体は、高圧側フィン５１よりも高圧側Ｘ１の空間から、隙間δ１を通り、空間２５ａに入り、主流Ｆ１を形成する。主流Ｆ１は、まず、高圧側段部４１の表面に沿って、低圧側Ｘ２に直進（または略直進、以下同様）し、次に、高圧側段部４１の表面から離れても、低圧側Ｘ２に直進する。

　主流Ｆ１の一部の流れは、渦Ｖ１を形成する。渦Ｖ１は、次のように流れる。主流Ｆ１の一部の流れが、主流Ｆ１から対向方向一方側Ｙ１に分岐し、高圧側側面５２ａにほぼ沿うように対向方向一方側Ｙ１に流れる。この流れが、静止体１０の表面（対向方向他方側Ｙ２の端面）にほぼ沿うように高圧側Ｘ１に流れ、高圧側フィン５１の低圧側Ｘ２の側面にほぼ沿うように対向方向他方側Ｙ２に流れ、主流Ｆ１に合流する。

　主流Ｆ１の一部の流れは、高圧側側面５２ａに衝突し、対向方向他方側Ｙ２に転向する。この流れは、分岐点Ｂで、低圧側側面７０ｂにほぼ沿う分岐流Ｆ３と、隙間δ２に向かう分岐流Ｆ４と、に分岐する。

　分岐流Ｆ３は、環状溝７０内などを流れる渦Ｖ２を形成する。渦Ｖ２は、次のように流れる。分岐流Ｆ３が、低圧側側面７０ｂにほぼ沿うように対向方向他方側Ｙ２側に流れ、底面７０ｃにほぼ沿うように高圧側Ｘ１に流れ、高圧側側面７０ａに沿うように対向方向一方側Ｙ１に流れる。この流れが、主流Ｆ１に合流する、または主流Ｆ１の近傍で低圧側Ｘ２に流れる。回転軸断面における渦Ｖ２の形状は、略円形状である。回転軸断面における渦Ｖ２の形状は、対向方向Ｙの幅よりも流れ方向Ｘの幅が広い扁平な略円形状（略楕円形状）でもよく、流れ方向Ｘの幅よりも対向方向Ｙの幅が広い略円形状でもよい。

　分岐流Ｆ４は、隙間δ２を通過し、低圧側Ｘ２に流れ、空間２５ａよりも低圧側Ｘ２の空間に流出する（漏れる）。

　分岐流Ｆ３が環状溝７０に流入することで、分岐流Ｆ４の流量が抑制されるので、空間２５ａからの流体の漏れ量が抑制される。また、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、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、例えば環状溝７０の表面（高圧側側面７０ａ、底面７０ｃ、および低圧側側面７０ｂ）などが含まれる。

（寸法について）
　段差部４０よりも低圧側Ｘ２かつ低圧側フィン５２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。回転軸断面における、流れ方向Ｘに関する寸法には、距離Ｇと、距離Ｌと、開口幅Ｗと、がある。これらの寸法を次のように定義する。

　距離Ｇは、段差部４０と、低圧側フィン５２の先端部かつ高圧側Ｘ１端部と、の流れ方向Ｘにおける距離（例えば最短距離、以下同様）である。段差部４０に流れ方向Ｘの幅がある場合（例えば図７に示す段差部５４０参照）は、距離Ｇの高圧側Ｘ１の起点は、段差部４０の対向方向他方側Ｙ２端部かつ低圧側Ｘ２端部とする（図７参照）（距離Ｌについても同様）。図２に示すように、本実施形態では、距離Ｇは、段差部４０と、高圧側側面５２ａと、の流れ方向Ｘにおける距離である。

　距離Ｌは、段差部４０と、環状溝７０の対向方向一方側Ｙ１端部かつ低圧側Ｘ２端部と、の流れ方向Ｘにおける距離である。本実施形態では、距離Ｌは、段差部４０と、低圧側側面７０ｂと、の流れ方向Ｘにおける距離である。

　開口幅Ｗは、環状溝７０の開口の流れ方向Ｘにおける幅である。さらに詳しくは、開口幅Ｗは、環状溝７０の対向方向一方側Ｙ１端部での流れ方向Ｘにおける幅である。本実施形態では、開口幅Ｗと距離Ｌとは等しい。そのため、下記の距離Ｌに関する好ましい条件について、「距離Ｌ」を「開口幅Ｗ」に読み替えることができる。

　ＣＦＤ（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｆｌｕｉｄ　ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析により、距離Ｇおよび距離Ｌについて調査した。その結果、図３に示すように距離Ｇ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に示す環状溝７０の位置を変えずに（距離Ｌを変えずに）、距離Ｇを様々に変えたときの漏れ量を調査した。また、距離Ｇが距離Ｌと等しいときの距離Ｇを１とした。図３の「従来技術」は、図２に示す環状溝７０を備えないラビリンスシールである。従来技術では、低圧側フィン５２が段差部４０に近づくほど、すなわち距離Ｇが小さくなるほど、漏れ量が小さくなる。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た。ここで、本実施形態については、距離Ｇが距離Ｌと等しいときの距離Ｇを１としたので、図３に示す距離Ｇと漏れ量との関係は、Ｇ／Ｌ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３に示すグラフの横軸のＧを、Ｇ／Ｌに置き換えることができる。

　図２に示す距離Ｌが距離Ｇよりも小さすぎると、すなわち、フィン５０の高圧側側面５２ａに対して、環状溝７０の低圧側側面７０ｂが高圧側Ｘ１に離れすぎると、次の問題がある。この場合、分岐点Ｂの流体、さらに詳しくは、低圧側フィン５２によって低圧側Ｘ２から対向方向他方側Ｙ２に転向した流体が、環状溝７０に流入しにくくなる。そのため、分岐流Ｆ４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、距離Ｌが距離Ｇよりも大きすぎると、すなわち、高圧側側面５２ａに対して低圧側側面７０ｂが低圧側Ｘ２に離れすぎると、次の問題がある。この場合、低圧側フィン５２の先端部と低圧側段部４２との間の隙間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、０．７８＜Ｇ／Ｌ、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、Ｇ／Ｌを約０．８～１（０．８以上、１以下）とすることがさらに好ましい。低圧側側面７０ｂの流れ方向Ｘにおける位置と高圧側側面５２ａの流れ方向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。Ｇ／Ｌを約０．８～１とすることで、Ｇ／Ｌが０．８未満または１を超える場合に比べ、漏れ量抑制効果を大きくすることができた。Ｇ／Ｌ＜１．１４としてもよい。上記の解析は、回転軸Ａ（図１参照）側が低圧側Ｘ２、回転軸Ａから遠い側が高圧側Ｘ１の場合（回転機械１が圧縮機の場合）について行ったものである。しかし、回転軸Ａ側が高圧側Ｘ１、回転軸Ａから遠い側が低圧側Ｘ２の場合（回転機械１が膨張機の場合）についても、ラビリンスシール３０の構造が同様であれば、同様の結果が得られると考えられる。

（効果１）
　図２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、静止体１０に対向する回転体２０と、隙間２５と、を備える。隙間２５は、静止体１０と回転体２０との間に形成され、流れ方向Ｘに高圧側Ｘ１から低圧側Ｘ２に流体が流れるように構成される。流れ方向Ｘは、静止体１０と回転体２０とが対向する方向に直交する方向である。静止体１０と回転体２０とが対向する方向である対向方向Ｙにおいて、回転体２０から静止体１０に向かう側を対向方向一方側Ｙ１とし、静止体１０から回転体２０に向かう側を対向方向他方側Ｙ２とする。ラビリンスシール３０は、段差部４０と、高圧側フィン５１と、低圧側フィン５２と、環状溝７０と、を備える。段差部４０は、回転体２０の対向方向一方側Ｙ１部分に形成される。高圧側フィン５１は、段差部４０よりも高圧側Ｘ１における静止体１０の対向方向他方側Ｙ２部分から、対向方向他方側Ｙ２に延びる。

　［構成１－１］低圧側フィン５２は、段差部４０よりも低圧側Ｘ２における静止体１０の対向方向他方側Ｙ２部分から対向方向他方側Ｙ２に延びる。
　［構成１－２］環状溝７０は、回転体２０の対向方向一方側Ｙ１部分に形成される。
　［構成１－３］段差部４０は、回転体２０のうち段差部４０より高圧側Ｘ１の部分（高圧側段部４１）よりも、回転体２０のうち段差部４０より低圧側Ｘ２の部分（低圧側段部４２）の方が、対向方向他方側Ｙ２に配置されるように構成される。
　［構成１－４］環状溝７０は、段差部４０よりも低圧側Ｘ２かつ低圧側フィン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。

　ラビリンスシール３０は、主に上記［構成１－１］の低圧側フィン５２および［構成１－３］の段差部４０を備える。よって、段差部４０よりも低圧側Ｘ２かつ低圧側フィン５２よりも高圧側Ｘ１に渦Ｖ２が生じる。そこで、ラビリンスシール３０は、上記［構成１－２］および［構成１－４］の環状溝７０を備える。よって、渦Ｖ２が、環状溝７０に流入する。よって、環状溝７０がない場合（図９参照）に比べ、渦Ｖ２を大きくでき、渦Ｖ２の流量を多くでき、渦Ｖ２の流速を速くできる。よって、渦Ｖ２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。

　ラビリンスシール３０は、主に上記［構成１－１］および［構成１－３］を備える。そのため、主流Ｆ１は、分岐点Ｂで、分岐流Ｆ３と分岐流Ｆ４とに分岐する。ここで、環状溝７０が設けられない場合、分岐点Ｂで対向方向他方側Ｙ２に流れる流れが、低圧側段部４２に当たり、隙間δ２に向かいやすい（分岐流Ｆ４となりやすい）。そこで、ラビリンスシール３０は、上記［構成１－２］および［構成１－４］の環状溝７０を備える。よって、分岐点Ｂで対向方向他方側Ｙ２に流れる流れが、環状溝７０に流入しやすい（分岐流Ｆ３の量を多くしやすい）。よって、分岐点Ｂから隙間δ２に向かう流れ（分岐流Ｆ４）の量を抑制できるので、隙間２５での流体の漏れを抑制できる。

（効果２）
　［構成２］環状溝７０は、段差部４０の位置から低圧側Ｘ２に形成される。

　上記［構成２］では、環状溝７０が高圧側Ｘ１に限界まで広く形成される。よって、環状溝７０の容積を大きくできるので、渦Ｖ２を大きくできる。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。

（効果３）
　段差部４０と、環状溝７０の対向方向一方側Ｙ１端部かつ低圧側Ｘ２端部と、の流れ方向Ｘにおける距離をＬとする。段差部４０と、低圧側フィン５２の先端部かつ高圧側Ｘ１端部と、の流れ方向Ｘにおける距離をＧとする。
　［構成３］このとき、０．７８＜Ｇ／Ｌを満たす。

　上記［構成３］により、０．７８≧Ｇ／Ｌ、の場合に比べ、環状溝７０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２実施形態）
　図４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、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、対向方向Ｙに対するフィン５０の傾きである。

　低圧側フィン５２の先端部は、低圧側フィン５２の基端部（対向方向一方側Ｙ１端部）よりも高圧側Ｘ１に配置される。低圧側フィン５２の先端部の低圧側Ｘ２端部は、低圧側フィン５２の基端部の高圧側Ｘ１端部よりも高圧側Ｘ１に配置される。回転軸断面において、低圧側フィン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。回転軸断面において、高圧側側面５２ａは、対向方向Ｙに対して角度α２だけ傾く。なお、回転軸断面において、低圧側フィン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（高圧側フィン５１も同様）。また、低圧側側面５２ｂは、対向方向Ｙに対して傾斜（例えば角度α２）してもよく、対向方向Ｙに対して傾斜しなくてもよい。

　高圧側フィン５１は、低圧側フィン５２と同様に構成される。回転軸断面において、高圧側フィン５１の高圧側Ｘ１の側面は、対向方向Ｙに対して角度α１だけ傾く。角度α１は、角度α２と等しくてもよく、異なってもよい。また、角度α１および角度α２のいずれかが０°であってもよい。以下では、角度α２が０°よりも大きい場合について説明する。

（効果４）
　図４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。
　［構成４］低圧側フィン５２の先端部は、低圧側フィン５２の基端部よりも高圧側Ｘ１に配置される。

　上記［構成４］により、低圧側フィン５２によって低圧側Ｘ２から対向方向他方側Ｙ２に転向した流体（分岐点Ｂの流体）は、対向方向他方側Ｙ２に流れながら、高圧側Ｘ１に流れやすい。よって、低圧側Ｘ２に向かう分岐流Ｆ４の量を抑制でき、かつ、環状溝７０に流入する分岐流Ｆ３の（渦Ｖ２の）量を多くできる。さらに、低圧側フィン５２に向かって低圧側Ｘ２に流れる主流Ｆ１が、低圧側フィン５２に当たり、対向方向一方側Ｙ１に流れやすく（渦Ｖ１を形成しやすく）、対向方向他方側Ｙ２に流れにくい。よって、分岐流Ｆ３および分岐流Ｆ４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５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。相違点は、環状溝７０が弧状部３７０ｄを備える点である。

　弧状部３７０ｄは、環状溝７０の底部に設けられる。回転軸断面における弧状部３７０ｄの断面は、対向方向他方側Ｙ２に突出する弧状である。回転軸断面における弧状部３７０ｄの断面は、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。回転軸断面における弧状部３７０ｄの断面は、楕円弧状（楕円の一部を構成する曲線状）でもよく、半楕円弧状でもよい。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７０ａ（図２参照）および低圧側側面７０ｂ（図２参照）は、弧状部３７０ｄと連続するように設けられる。弧状部３７０ｄが設けられる場合、高圧側側面７０ａおよび低圧側側面７０ｂは、設けられなくてもよい。

（効果５）
　図５に示すラビリンスシール３３０による効果は次の通りである。
　［構成５］対向方向Ｙおよび流れ方向Ｘそれぞれに直交する方向から見た環状溝７０の底部の断面（回転軸断面における断面）は、対向方向他方側Ｙ２に突出する弧状である。

　上記［構成５］により、回転軸断面において環状溝７０の内部が矩形状である場合（図２参照）に比べ、環状溝７０の形状が、渦Ｖ２の流れの形に近い形状となる。よって、環状溝７０の底部に沿って渦Ｖ２が流れるので、環状溝７０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。

（第４実施形態）
　図６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、環状溝７０の形状である。環状溝７０は、低圧側傾斜部４７０ｂ（傾斜部）を備える。

　低圧側傾斜部４７０ｂは、環状溝７０の低圧側Ｘ２部分に設けられる。低圧側傾斜部４７０ｂの対向方向他方側Ｙ２端部は、低圧側傾斜部４７０ｂの対向方向一方側Ｙ１端部よりも、高圧側Ｘ１（流れ方向Ｘにおける環状溝７０の中心側）に配置される。回転軸断面において、低圧側傾斜部４７０ｂは、直線状であり、対向方向Ｙに対して角度θ１だけ傾く。なお、回転軸断面において、低圧側傾斜部４７０ｂは、直線状でなくてもよく、曲線状などでもよい。

（効果６ａ）
　図６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。
　［構成６ａ］環状溝７０は、環状溝７０の低圧側Ｘ２部分に設けられる低圧側傾斜部４７０ｂを備える。低圧側傾斜部４７０ｂの対向方向他方側Ｙ２端部は、低圧側傾斜部４７０ｂの対向方向一方側Ｙ１端部よりも、流れ方向Ｘにおける環状溝７０の中心側（高圧側Ｘ１）に配置される。

　上記［構成６ａ］により、回転軸断面において環状溝７０の内部が矩形状である場合（図２参照）に比べ、環状溝７０の形状が、渦Ｖ２の流れの形に近い形状となる。よって、渦Ｖ２の流れが低圧側傾斜部４７０ｂに沿って流れるので、環状溝７０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。

（第５実施形態）
　図７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４実施形態との相違点を説明する。相違点は、段差部５４０および環状溝７０の形状である。環状溝７０は、高圧側傾斜部５７０ａ（傾斜部）を備える。

　高圧側傾斜部５７０ａは、環状溝７０の高圧側Ｘ１部分に設けられる。高圧側傾斜部５７０ａの対向方向他方側Ｙ２端部は、高圧側傾斜部５７０ａの対向方向一方側Ｙ１端部よりも、低圧側Ｘ２（環状溝７０の流れ方向Ｘ中心側）に配置される。回転軸断面において、高圧側傾斜部５７０ａは、直線状であり、対向方向Ｙに対して角度θ２だけ傾く。なお、角度θ２は、角度θ１と等しくてもよく、異なってもよい。また、回転軸断面において、高圧側傾斜部５７０ａは、直線状でなくてもよく、曲線状などでもよい。また、高圧側傾斜部５７０ａおよび低圧側傾斜部４７０ｂのうちいずれか一方のみが設けられてもよい（角度θ１および角度θ２のうち一方が０°でもよい）。

　段差部５４０は、高圧側傾斜部５７０ａと同様に、対向方向Ｙに対して角度θ２だけ傾く。回転軸断面において、段差部５４０と高圧側傾斜部５７０ａとは、直線状に連続する。

（効果６ｂ）
　図７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。
　［構成６ｂ］環状溝７０は、環状溝７０の高圧側Ｘ１部分に設けられる高圧側傾斜部５７０ａを備える。高圧側傾斜部５７０ａの対向方向他方側Ｙ２端部は、高圧側傾斜部５７０ａの対向方向一方側Ｙ１端部よりも、流れ方向Ｘにおける環状溝７０の中心側（低圧側Ｘ２）に配置される。

　上記［構成６ｂ］により、上記「（効果６ａ）」と同様の効果が得られる（但し、低圧側傾斜部４７０ｂを高圧側傾斜部５７０ａに読み替える）。

（第６実施形態）
　図８を参照して、第６実施形態のラビリンスシール６３０について説明する。主に第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、第１実施形態と同様に、複数の単位構造３０ａを備える。複数の単位構造３０ａは、流れ方向Ｘに互いに隣接し、流れ方向Ｘに連続して（並んで）配置される。隣接する２つの単位構造３０ａにおいて、高圧側Ｘ１の単位構造３０ａの低圧側段部４２は、低圧側Ｘ２の単位構造３０ａの高圧側段部４１でもある。複数の単位構造３０ａの高圧側段部４１、段差部４０、および低圧側段部４２は、高圧側Ｘ１から低圧側Ｘ２に、徐々に対向方向他方側Ｙ２に配置される、階段構造を構成する。

　隣接する２つの単位構造３０ａにおいて、高圧側Ｘ１の単位構造３０ａの低圧側フィン５２は、低圧側Ｘ２の単位構造３０ａの高圧側フィン５１でもある。なお、単位構造３０ａの数は、図８および図１のラビリンスシール１３０のように４でもよく、図１のラビリンスシール３０のように５でもよく、３以下でもよく、６以上でもよい。各単位構造３０ａは、第２実施形態～第５実施形態のいずれかのように変形されてもよい。

　図８に示すラビリンスシール６３０による効果は次の通りである。
　［構成６］ラビリンスシール６３０は、流れ方向Ｘに互いに隣接する複数の単位構造３０ａを備える。複数の単位構造３０ａそれぞれは、段差部４０、高圧側フィン５１、低圧側フィン５２、および環状溝７０を備える。

　上記［構成６］により、単位構造３０ａが１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。

（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５に示すように、弧状部３７０ｄを備える環状溝７０に、図７に示す高圧側傾斜部５７０ａおよび低圧側傾斜部４７０ｂの少なくともいずれかが付加されてもよい。また、図２に示すように高圧側側面７０ａが対向方向Ｙと一致する場合に、図７に示すように段差部５４０が対向方向Ｙに対して傾いてもよい。図７に示すように対向方向Ｙに対して傾く高圧側傾斜部５７０ａが設けられる場合に、対向方向Ｙに対する段差部４０の傾きは、角度θ２と異なってもよく、図２に示すように段差部４０が対向方向Ｙと一致してもよい。

　図４に示す対向方向Ｙに対する高圧側側面５２ａの角度α２と、対向方向Ｙに対する低圧側側面５２ｂの角度と、が異なってもよい。例えば、図２に示すように、高圧側側面５２ａが対向方向Ｙに延びる場合に、図４に示すように、低圧側側面５２ｂが対向方向Ｙに対して傾斜してもよい（図１参照）。

　対向方向Ｙおよび流れ方向Ｘは、回転軸Ａに対して傾いた方向でもよい。対向方向Ｙは、回転軸Ａに直交してもよい。流れ方向Ｘは、回転軸Ａと平行でもよい。

　本出願は、２０１６年６月２２日出願の日本国特許出願（特願２０１６－１２３３２９）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（第１部材または第２部材）
　２０　回転体（第２部材または第１部材）
　２５　隙間
　３０、１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０　ラビリンスシール
　３０ａ　単位構造
　４０、５４０　段差部
　５１　高圧側フィン
　５２　低圧側フィン
　７０　環状溝
　３７０ｄ　弧状部
　４７０ｂ　低圧側傾斜部（傾斜部）
　５７０ａ　高圧側傾斜部（傾斜部）
　Ｘ　流れ方向
　Ｘ１　高圧側
　Ｘ２　低圧側
　Ｙ　対向方向
　Ｙ１　対向方向一方側
　Ｙ２　対向方向他方側
 

Claims (8)

1. 　第１部材と、
   　前記第１部材に対向する第２部材と、
   　前記第１部材と前記第２部材との間に形成され、前記第１部材と前記第２部材とが対向する方向に直交する方向である流れ方向に高圧側から低圧側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、
   　前記第１部材と前記第２部材とが対向する方向である対向方向において、前記第２部材から前記第１部材に向かう側を対向方向一方側とし、
   　対向方向において、前記第１部材から前記第２部材に向かう側を対向方向他方側とし、
   　前記第２部材の対向方向一方側部分に形成される段差部と、
   　前記段差部よりも高圧側における前記第１部材の対向方向他方側部分から対向方向他方側に延びる高圧側フィンと、
   　前記段差部よりも低圧側における前記第１部材の対向方向他方側部分から対向方向他方側に延びる低圧側フィンと、
   　前記第２部材の対向方向一方側部分に形成される環状溝と、
   　を備え、
   　前記段差部は、前記第２部材のうち前記段差部より高圧側の部分よりも、前記第２部材のうち前記段差部より低圧側の部分の方が、対向方向他方側に配置されるように構成され、
   　前記環状溝は、前記段差部よりも低圧側かつ前記低圧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、
   　ラビリンスシール。
2. 　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、前記段差部の位置から低圧側に形成される、
   　ラビリンスシール。
3. 　請求項１に記載のラビリンスシールであって、
   　前記段差部と、前記環状溝の対向方向一方側端部かつ低圧側端部と、の流れ方向における距離をＬ、
   　前記段差部と、前記低圧側フィンの先端部かつ高圧側端部と、の流れ方向における距離をＧ、
   　としたとき、０．７８＜Ｇ／Ｌを満たす、
   　ラビリンスシール。
4. 　請求項２に記載のラビリンスシールであって、
   　前記段差部と、前記環状溝の対向方向一方側端部かつ低圧側端部と、の流れ方向における距離をＬ、
   　前記段差部と、前記低圧側フィンの先端部かつ高圧側端部と、の流れ方向における距離をＧ、
   　としたとき、０．７８＜Ｇ／Ｌを満たす、
   　ラビリンスシール。
5. 　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。
6. 　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、
   　対向方向および流れ方向それぞれに直交する方向から見た前記環状溝の底部の断面は、対向方向他方側に突出する弧状である、
   　ラビリンスシール。
7. 　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、
   　前記傾斜部の対向方向他方側端部は、前記傾斜部の対向方向一方側端部よりも、流れ方向における前記環状溝の中心側に配置される、
   　ラビリンスシール。
8. 　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、
   　流れ方向に互いに隣接する複数の単位構造を備え、
   　複数の前記単位構造それぞれは、前記段差部、前記高圧側フィン、前記低圧側フィン、および前記環状溝を備える、
   　ラビリンスシール。

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