WO2021220950A1 - シール装置及び回転機械 - Google Patents

シール装置及び回転機械 Download PDF

Info

Publication number
WO2021220950A1
WO2021220950A1 PCT/JP2021/016402 JP2021016402W WO2021220950A1 WO 2021220950 A1 WO2021220950 A1 WO 2021220950A1 JP 2021016402 W JP2021016402 W JP 2021016402W WO 2021220950 A1 WO2021220950 A1 WO 2021220950A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fin
axial direction
outermost
fins
sealing device
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/016402
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
尚登 大村
和幸 松本
祥弘 桑村
英治 小西
健太郎 田中
Original Assignee
三菱パワー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱パワー株式会社 filed Critical 三菱パワー株式会社
Priority to CN202180021208.XA priority Critical patent/CN115280049A/zh
Priority to KR1020227034194A priority patent/KR20220149589A/ko
Priority to DE112021000692.4T priority patent/DE112021000692T5/de
Publication of WO2021220950A1 publication Critical patent/WO2021220950A1/ja
Priority to US17/952,670 priority patent/US11927112B2/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • F16J15/4472—Labyrinth packings with axial path
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/28—Arrangement of seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/307—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the tip of a rotor blade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/30—Arrangement of components
    • F05D2250/31—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved
    • F05D2250/712—Shape curved concave

Definitions

  • the present disclosure relates to sealing devices and rotating machines.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-0793332 filed with the Japan Patent Office on April 28, 2020, and the contents thereof are incorporated herein by reference.
  • Rotating machines such as steam turbines and gas turbines used in power plants are known.
  • This rotating machine has a moving blade supported by a turbine rotor (hereinafter, simply referred to as a rotor) that is rotatable with respect to a casing, and a stationary blade supported by the casing, and is upstream to downstream in the axial direction of the rotor. It is configured to convert the energy of the working fluid flowing into the rotor into the rotational energy of the rotor.
  • a turbine rotor hereinafter, simply referred to as a rotor
  • the working fluid deviating from the main flow path flows in while having the swirling flow component given when it passes through the nozzle.
  • a swirling flow (so-called swirl flow) is generated in the circumferential direction of the rotor.
  • a periodic pressure distribution having a peak in a direction different from the eccentric direction of the rotor is generated in the circumferential direction of the rotor. In some cases, it may cause self-excited vibration of the rotor. Therefore, various structures for suppressing the swirl flow in the seal portion have been devised.
  • the sealing device disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of seal fins arranged in the axial direction on the inner peripheral surface of the casing, and a first seal fin located on one side of the plurality of seal fins in the axial direction. And a second seal fin provided adjacent to the other side in the axial direction of the first seal fin, and a plurality of swirl breakers arranged at intervals in the circumferential direction are provided, and the first seal fin is provided. Is formed with a penetrating portion that penetrates the first seal fin in the axial direction (see Patent Document 1).
  • At least one embodiment of the present disclosure aims to suppress the flow rate of the working fluid passing through the seal portion and suppress the occurrence of self-excited vibration in the rotating machine.
  • the sealing device is Three or more are arranged in the axial direction with a gap between them, and each has arc-shaped fins extending along the circumferential direction.
  • the arc-shaped fins The first fin, which is one of the two outermost fins located on the outermost side in the axial direction, A second fin arranged next to the first fin in the axial direction, At least one third fin arranged on the side opposite to the first fin with the second fin sandwiched in the axial direction. Including The third fin satisfies at least one of the following conditions (a) or (b).
  • the third fin is arranged so as to be inclined with respect to the radial direction so that the tip end portion is located on the first fin side in the axial direction with respect to the base end portion, and the third fin is arranged. Has a larger inclination angle than the first fin or the second fin in the radial direction.
  • the third fin has a larger radial dimension than the first fin or the second fin so as to form a seal gap smaller than the first fin or the second fin.
  • the rotary machine is The sealing device having the configuration of (1) above and Casing and A rotor body that rotates around the axis in the casing, A plurality of rotor blade bodies attached so as to extend radially from the rotor body, A shroud connected to the tip of each of the plurality of rotor blade bodies, With The third fin is located on the axially downstream side of the rotor body with respect to the first fin.
  • expressions such as “same”, “equal”, and “homogeneous” that indicate that things are in the same state not only represent exactly the same state, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the existing state.
  • an expression representing a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also an uneven portion or chamfering within a range in which the same effect can be obtained.
  • the shape including the part and the like shall also be represented.
  • the expressions “equipped”, “equipped”, “equipped”, “included”, or “have” one component are not exclusive expressions that exclude the existence of other components.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a steam turbine as an example of a rotary machine including a sealing device according to some embodiments.
  • the steam turbine plant 10 includes a steam turbine 1 which is an axial rotation machine, and a steam supply pipe 12 which supplies steam S as a working fluid from a steam supply source (not shown) to the steam turbine 1.
  • a steam discharge pipe 13 connected to the downstream side of the steam turbine 1 to discharge steam is provided.
  • the steam turbine 1 includes a casing 2, a rotor main body 11 that rotates around an axis AX in the casing 2, a rotor 3 connected to the rotor main body 11, and a rotor. It includes a bearing portion 4 that rotatably supports the main body 11 around the axis AX. Further, the steam turbine 1 according to some embodiments shown in FIG. 1 includes a sealing device 100 which will be described in detail later.
  • the rotor 3 includes a rotor main body 11 and a turbine blade 30.
  • the turbine rotor blade 30 is a rotor blade row including a plurality of rotor blade main bodies 31 and a shroud (chip shroud) 34, and the plurality of rows are arranged at regular intervals in the axis AX direction.
  • the plurality of rotor blade main bodies 31 are attached so as to extend in the radial direction from the rotor main body 11 that rotates around the axis AX in the casing 2, and are provided at intervals in the circumferential direction of the rotor main body 11.
  • Each of the plurality of rotor blade bodies 31 is a member having an airfoil-shaped cross section when viewed from the radial direction.
  • the shroud 34 is an annular tip shroud that is connected to each tip portion (radial outer end portion) of the plurality of rotor blade bodies 31 and connects each tip portion.
  • the casing 2 is a substantially cylindrical member provided so as to cover the rotor 3 from the outer peripheral side.
  • the casing 2 is provided with a plurality of stationary blade main bodies 21 that are attached so as to extend radially inward toward the rotor main body 11.
  • a plurality of stationary blade main bodies 21 are arranged along the circumferential direction of the inner peripheral surface 25 of the casing 2 and the axis AX direction.
  • a stationary blade ring 23 connected to the tip of each of the plurality of stationary blade main bodies 21 is attached to the plurality of stationary blade main bodies 21.
  • the region where the stationary blade main body 21 and the moving blade main body 31 are arranged forms a main flow path 20 through which steam S, which is a working fluid, flows. Further, a space is formed between the inner peripheral surface 25 of the casing 2 and the tip shroud 34, and this space is referred to as a cavity 50.
  • the inner surface of the casing 2 facing the space inside the casing 2 is referred to as an inner surface 250. Therefore, the inner peripheral surface 25 of the casing 2 is a part of the inner surface 250.
  • FIG. 2A to 2C are views for explaining the sealing device according to some embodiments, and schematically show the vicinity of the tip shroud 34 as viewed from the circumferential direction.
  • 3A to 3C are views for explaining the sealing device according to some embodiments, and schematically show the vicinity of the tip shroud 34 as viewed from the circumferential direction.
  • 4A to 4C are views for explaining the sealing device according to some embodiments, and schematically show the vicinity of the tip shroud 34 as viewed from the circumferential direction.
  • 5A to 5C are views for explaining the sealing device according to some embodiments, and schematically show the vicinity of the tip shroud 34 as viewed from the circumferential direction.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the sealing device according to some embodiments, and schematically shows an enlarged view of the vicinity of the tip shroud 34 and the tip of the fin as viewed from the circumferential direction.
  • the cavity 50 is provided with a sealing device 100 as shown in FIGS. 2A-2C, 3A-3C, 4A-4C, 5A-5C, and 6.
  • the sealing device 100 of the embodiment includes arc-shaped fins (seal fins) 40 in which three or more are arranged in the axial direction with a gap between them, and each of them extends along the circumferential direction. That is, the fins 40 according to some embodiments are seal members provided in a plurality of axial directions in the annular gap (cavity 50) between the rotating member (shroud 34) and the stationary member (casing 2).
  • the fins 40 shown in each figure are arranged in the axial direction with a gap between them, but four or more fins may be used. Further, for convenience of explanation, the fins 40 shown in each figure are also referred to as the first fin 41, the second fin 42, and the third fin 43 in order from the upstream side in the axial direction.
  • the steam turbine 1 since the steam turbine 1 according to some embodiments shown in FIG. 1 includes a sealing device 100 described in detail later, the flow rate of the leaked steam flow SL passing through the sealing portion (sealing device 100) is suppressed and the flow rate is suppressed. The generation of self-excited vibration in the steam turbine 1 can be suppressed.
  • the fins 40 shown in each figure are arranged next to the first fin 41, which is one of the two outermost fins located in the axial direction, and the first fin 41 in the axial direction. It includes a second fin 42 and at least one third fin 43 arranged on the side opposite to the first fin 41 with the second fin 42 interposed therebetween in the axial direction.
  • the third fin 43 may be the other of the two outermost fins located on the outermost side in the axial direction.
  • the third fin 43 may include the outermost fin of the other of the two outermost fins.
  • the fin 40 shown in each figure is a member having a partial arc shape extending in the radial direction from the base end portion 40a toward the tip end portion 40b and extending in the circumferential direction as described above. More specifically, the fin 40 is formed so as to have a shape in which the thickness in the axis AX direction gradually decreases from the base end portion 40a toward the tip end portion 40b.
  • the fins 40 shown in each figure are fins (for example, first fins) protruding from the inner peripheral surface 25 of the casing 2 toward the shroud 34, as shown in FIGS. 2A, 3A, 4A, 5A, and 6, for example.
  • the fins 41 and the third fin 43) and the fins (for example, the second fin 42) protruding from the shroud 34 toward the inner peripheral surface 25 of the casing 2 may be arranged alternately in the axial direction.
  • the fins 40 shown in each figure may be arranged so as to project from the inner peripheral surface 25 of the casing 2 toward the shroud 34, as shown in FIGS. 2B, 3B, 4B, and 5B, for example. good.
  • the fins 40 shown in each figure may be arranged so as to project from the shroud 34 toward the inner peripheral surface 25 of the casing 2, as shown in FIGS. 2C, 3C, 4C, and 5C, for example.
  • the tip 40b of the fin 40 is between the tip 40b and the outer surface 35 of the shroud 34 facing it, or between the inner peripheral surface 25 of the casing 2.
  • a minute gap (seal gap) m is formed.
  • the dimension of the gap m in the radial direction is such that the tip portion 40b of the fin 40 faces the tip portion 40b in consideration of the thermal expansion amount of the casing 2 and the rotor blade body 31, the centrifugal elongation amount of the rotor blade body 31, and the like. It is determined within the range where it does not come into contact with the member on the other side.
  • the region on the upstream side of the first fin 41 is referred to as the first cavity 51 and is defined between the first fin 41 and the second fin 42.
  • the region is referred to as a second cavity 52
  • the region defined between the second fin 42 and the third fin 43 is referred to as a third cavity 53
  • the region downstream of the third fin 43 is referred to as a fourth cavity 54. ..
  • steam S from the steam supply source is supplied to the steam turbine 1 via the steam supply pipe 12.
  • the steam S supplied to the steam turbine 1 reaches the main flow path 20.
  • the steam S that has reached the main flow path 20 flows toward the downstream side while repeating expansion and flow conversion as it flows through the main flow path 20.
  • the rotor blade body 31 has an airfoil cross section, steam S collides with the rotor blade body 31, and steam also enters the interblade flow path formed between the rotor blade bodies 31 adjacent to each other along the circumferential direction.
  • the rotor 3 rotates by receiving a reaction force when the rotor 3 expands. As a result, the energy of the steam S is taken out as the rotational power of the steam turbine 1.
  • the steam S flowing through the main flow path 20 in the above process also flows into the above-mentioned cavity 50. That is, the steam S flowing into the main flow path 20 passes through the stationary blade main body 21 and then is separated into a main steam flow SM and a leaked steam flow SL.
  • the main steam flow SM is introduced into the turbine blade 30 without leaking.
  • the leaked steam flow SL flows into the cavity 50 through between the shroud 34 and the casing 2.
  • the steam S is in a state where the swirl component (circumferential velocity component) is increased after passing through the stationary blade main body 21, and a part of the steam S is separated and flows into the cavity 50 as a leaked steam flow SL. .. Therefore, the leaked steam flow SL also contains a swirl component like the steam S.
  • the flow rate of the leaked steam flow SL passing through the sealing device 100 is suppressed and the generation of self-excited vibration in the steam turbine 1 is suppressed as follows.
  • a detailed description will be given.
  • the third fin 43 has the following condition (a). Alternatively, at least one of (b) may be satisfied.
  • the third fin 43 is arranged so as to be inclined in the radial direction so that the tip portion 40b is located on the first fin 41 side in the axial direction with respect to the base end portion 40a, and is arranged in the radial direction. Therefore, it has an inclination angle ⁇ 3 larger than that of the first fin 41 or the second fin 42.
  • the third fin 43 has a radial dimension Hr larger than that of the first fin 41 or the second fin 42 so as to form a seal gap m smaller than that of the first fin 41 or the second fin 42.
  • the sealing device 100 is arranged so that the third fin 43 is located on the downstream side in the axial direction from the first fin 41. Then, the seal gap m, which is the gap between the respective tip portions 40b of the first fin 41, the second fin 42, and the third fin 43 and the surface of the member that is radially opposed to the respective tip portions 40b. It is assumed that the leaked steam flow SL passes through.
  • FIGS. 2A, 2B, and FIG. As shown in 4A, 4B, 5A, 5B, and 6, the radial flow SLr of the leaked steam flow SL is from the base end portion 40a side to the tip end portion 40b side of the third fin 43 along the side surface 43u.
  • the radial flow SLr flowing along the side surface 43u is relative to the leaked steam flow SL flowing through the seal gap m. It is possible to give more contraction effect that contracts the flow in the radial direction.
  • FIG. 7A is a graph for explaining the above-mentioned contraction effect by the third fin 43 satisfying the above condition (a), and shows the flow coefficient in the seal gap m formed by each fin 40.
  • the data described as an example is the flow coefficient related to the sealing device 100 having the third fin 43 satisfying the above condition (a)
  • the data described as a comparative example is the data described by the third fin 43.
  • This is a flow coefficient related to a sealing device having the same inclination angle ⁇ 3 as the first fin 41 or the second fin 42.
  • the flow coefficient in the seal gap m formed by the third fin 43 can be reduced.
  • the diameter of the tip portion 40b of the third fin 43 and the diameter of the tip portion 40b As described above, in the sealing device 100 shown in FIGS. 2A, 2B, 4A, 4B, 5A, 5B, and 6, the diameter of the tip portion 40b of the third fin 43 and the diameter of the tip portion 40b. It becomes difficult for the working fluid to pass through the seal gap m, which is the gap between the shroud 34, which is the surface of the members facing each other in the direction, and the outer surface 35. Therefore, in the sealing device 100 shown in FIGS. 2A, 2B, 4A, 4B, 5A, 5B, and 6, the third cavity 53, which is the cavity 50 on the upstream side of the third fin 43, and the downstream side of the third cavity 53. The differential pressure from the fourth cavity 54, which is the cavity 50, can be increased.
  • the first fin 41 and the third fin 43 are the outermost fins located on the outermost side in the axial direction
  • the first cavity 51 and the third cavity 51 which are the cavities 50 on the upstream side of the first fin 41, respectively.
  • the pressure difference from the fourth cavity 54, which is the cavity 50 on the downstream side of the fin 43, that is, the front-rear differential pressure of the sealing device 100 is substantially equal to the pressure difference between the inlet side and the outlet side of the rotor blade body 31.
  • FIG. 7B is a graph for explaining the differential pressure in each fin 40, and shows the expansion ratio before and after the leaked steam flow SL passes through each fin 40.
  • the data described as an example is the expansion ratio of the sealing device 100 having the third fin 43 satisfying the above condition (a)
  • the data described as a comparative example is the data described by the third fin 43.
  • This is an expansion ratio related to a sealing device having the same inclination angle ⁇ 3 as the first fin 41 or the second fin 42.
  • the front-rear differential pressure of the third fin 43 increases, so that the expansion ratio before and after the leaked steam flow SL passes through the third fin 43 becomes large. ..
  • the front-rear differential pressure of the third fin 43 increases, the front-rear differential pressure of the first fin 41 decreases, so that the expansion ratio before and after the leaked steam flow SL passes through the first fin 41 becomes small.
  • the swirling speed of the working fluid in the circumferential direction at the seal portion is higher on the upstream side than on the downstream side.
  • the exciting force due to the working fluid in the cavity on the downstream side of the seal fin can be suppressed. Therefore, by suppressing the front-rear differential pressure of the first fin 41 as described above, the exciting force due to the leaked vapor flow SL in the second cavity 52 can be suppressed, so that the occurrence of the self-excited vibration described above can be suppressed.
  • the front-rear differential pressure of the third fin 43 can be increased, the flow rate of the working fluid passing through the sealing device 100 can be suppressed.
  • FIG. 7C is a graph for explaining the exciting force generated in each cavity 50.
  • the data described as an example is the exciting force related to the sealing device 100 having the third fin 43 satisfying the above condition (a)
  • the data described as a comparative example is the data described by the third fin 43.
  • This is an exciting force related to a sealing device having the same inclination angle ⁇ 3 as the first fin 41 or the second fin 42.
  • the exciting force in the second cavity 52 and the third cavity 53 can be suppressed by satisfying the above condition (a). Further, by satisfying the above condition (a), the exciting force in the second cavity 52 can be suppressed more than the exciting force in the third cavity 53.
  • FIG. 5C consider a case where the radial flow SLr flows from the tip end portion 40b side to the base end portion 40a side of the third fin 43 along the side surface 43u.
  • the radial flow SLr is directed from the tip portion 40b side to the base end portion 40a side of the third fin 43. It becomes easy to flow along the side surface.
  • the leaked steam flow SL flowing from the 2nd fin 42 side toward the 3rd fin 43 side becomes difficult to flow toward the downstream side of the 3rd fin 43, so that the front-rear differential pressure of the 3rd fin 43 is increased. can do.
  • the front-rear differential pressure of the first fin 41 can be suppressed, so that the occurrence of the self-excited vibration described above can be suppressed.
  • the front-rear differential pressure of the third fin 43 can be increased, the flow rate of the leaked steam flow SL passing through the sealing device 100 can be suppressed.
  • the third fin 43 is arranged so as to be located on the downstream side in the axial direction from the first fin 41. And. Then, the seal gap m, which is the gap between the respective tip portions 40b of the first fin 41, the second fin 42, and the third fin 43 and the surface of the member that is radially opposed to the respective tip portions 40b. It is assumed that the leaked steam flow SL passes through.
  • the third fin 43 is configured to satisfy the above condition (b).
  • the front-rear differential pressure of the third fin 43 can be increased as compared with the case where the third fin 43 is not configured to satisfy the above condition (b).
  • the front-rear differential pressure of the first fin 41 can be suppressed, so that the occurrence of the self-excited vibration described above can be suppressed.
  • the front-rear differential pressure of the third fin 43 can be increased, the flow rate of the leaked steam flow SL passing through the sealing device 100 can be suppressed.
  • the third fin 43 When four or more fins 40 according to some embodiments are arranged in the axial direction with a gap between them, at least the fins 40 arranged on the most downstream side in the axial direction are designated as the third fin 43. It is preferable that at least one of the above conditions (a) and (b) is satisfied. That is, the third fin 43 may include the outermost fin of the other of the two outermost fins.
  • the front-rear differential pressure of the first fin 41 is satisfied by satisfying at least one of the above conditions (a) and (b) as the third fin 43 of the fin 40 arranged at least on the most downstream side in the axial direction.
  • the generation of self-excited vibration can be suppressed, and the front-rear differential pressure of the third fin 43 can be increased to suppress the flow rate of the leaked steam flow SL passing through the sealing device 100.
  • the other fins 40 are They may have the same shape. If the fins 40 other than the other outermost fin 40 are configured to satisfy at least one of the above conditions (a) and (b), the flow rate of the leaked steam flow SL can be further suppressed, but self-excited. Vibration is more likely to occur. Therefore, like the sealing device 100 shown in FIGS. 2B, 2C, 4B, 4C, 5B, and 5C, the other fins 40 are the same except for the other outermost fin as the third fin 43. By configuring it to have a shape, it is possible to suppress the occurrence of self-excited vibration.
  • the third fin 43 faces the first fin 41 side in the axial direction on the base end portion 40a side of the third fin 43.
  • the side surface 43u may have a curved concave surface 430.
  • the curved concave surface 430 gently connects the surface on the upstream side in the axial direction with respect to the side surface 43u of the inner peripheral surface 25 of the casing 2 and the side surface 43u of the third fin 43. It is a curved surface, and has a center of curvature O on the upstream side in the axial direction from the side surface 43u.
  • the curved concave surface 430 is a curved surface that gently connects the surface on the upstream side in the axial direction with respect to the side surface 43u of the outer surface 35 of the shroud 34 and the side surface 43u of the third fin 43.
  • the center of curvature O is located upstream of the side surface 43u in the axial direction.
  • the radial flow SLr flows from the tip portion 40b side of the third fin 43 toward the proximal end portion 40a side along the side surface 43u
  • the radial flow SLr is the third fin. It becomes easy to flow along the side surface 43u from the tip end portion 40b side of the 43 toward the base end portion 40a side. Therefore, it becomes difficult for the leaked steam flow SL to flow toward the downstream side of the third fin 43, so that the front-rear differential pressure of the third fin 43 can be increased.
  • the steam turbine 1 has a third fin 43 which is the outermost fin 40 and the outermost fin 40 (third fin 40) of the inner surface 250 of the casing 2.
  • a cavity 50 (fourth cavity 54) defined by an inner surface 250 on the downstream side in the axial direction from 43) is provided.
  • the fourth cavity 54 may have an expansion portion (casing side expansion portion) 541 that is expanded radially outward or axially downstream on the inner surface 250.
  • At least a part of the radial outer surface of the expansion portion 541 is, for example, an inner peripheral surface 25 facing the third cavity 53. It may be defined by an inner peripheral surface 251 located on the outer side in the radial direction. Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, in the steam turbine 1 according to some embodiments, at least a part of the surface on the outer-downstream side in the axial direction of the expansion portion 541 is radially formed by the following annular inner wall surface 253. The outer surface may be defined.
  • the annular inner wall surface 253 is connected to, for example, the inner peripheral surface 25A of the casing 2 defining the main flow path 20 on the downstream side in the axial direction from the rotor blade body 31, and the shaft is on the upstream side in the axial direction of the inner peripheral surface 25A. It faces the upstream side in the axial direction on the downstream side in the axial direction from the inner wall surface 25B which is the inner surface 250 facing the upstream side in the direction.
  • the fourth cavity 54 has the expansion portion 541, the tip portion 40b of the third fin 43 and the surface of the member that is radially opposed to the tip portion 40b (for example, the outer surface 35 of the shroud 34). Since the leaked steam flow SL after passing through the seal gap m, which is the gap between the two, expands as compared with the case where the fourth cavity 54 does not have the expansion portion 541, the front-rear differential pressure of the third fin 43 is increased. be able to.
  • an expansion portion (shroud side expansion portion) 543 may be provided by cutting out a region of the shroud 34 on the downstream side of the third fin 43 from the radial outside. Further, in the steam turbine 1 according to some implementations, the casing side expansion portion 541 and the shroud side expansion portion 543 may be provided.
  • the radius ru is preferably smaller than the radius of curvature ru of the corner portion 421 between the side surface 42u and the tip surface 42t of the second fin 42 facing the first fin 41 side in the axial direction.
  • the radial flow SLr flowing along the side surface 43u can give a larger contraction effect to the leaked steam flow SL flowing through the seal gap m.
  • the front-rear differential pressure of the third fin 43 can be increased.
  • the radius of curvature rd of the corner portion 433 between the side surface 43d and the tip surface 43t of the third fin 43 facing the downstream side in the axial direction is ,
  • the radius of curvature ru of the corner portion 431 may be the same.
  • the radius of curvature rd of the corner portion 423 between the side surface 42d and the tip surface 42t of the second fin 42 facing the downstream side in the axial direction may be the same as the radius of curvature ru of the corner portion 421.
  • the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and includes a modified form of the above-described embodiment and a combination of these embodiments as appropriate.
  • the third fin 43 of the above-described embodiment may be configured to satisfy both the above conditions (a) and (b).
  • a curved concave surface 430 may be provided as shown in FIGS. 4A to 4C.
  • the casing side expansion portion 541 or the shroud side expansion portion 543 as shown in FIGS. 5A to 5C. At least one of them may be provided.
  • the third fin is arranged so as to be inclined with respect to the radial direction so that the tip end portion is located on the first fin side in the axial direction with respect to the base end portion, and the third fin is arranged in the radial direction. On the other hand, it has a larger inclination angle than the first fin or the second fin.
  • the third fin has a larger radial dimension than the first or second fin so as to form a seal gap smaller than the first or second fin.
  • the sealing device 100 having the configuration of (1) above is provided by configuring the third fin 43 so as to satisfy at least one of the above conditions (a) and (b).
  • the steam turbine 1 as an example of the rotating machine provided, it is possible to suppress the flow rate of the leaked steam flow SL, which is the working fluid passing through the seal portion (seal device 100), and to suppress the generation of self-excited vibration in the steam turbine 1. can.
  • the third fin 43 may include the outermost fin 40 of the two outermost fins 40.
  • the front-rear differential pressure of the first fin 41 is satisfied by satisfying at least one of the above conditions (a) and (b) as the third fin 43 of the fin 40 arranged at least on the most downstream side in the axial direction.
  • the generation of self-excited vibration can be suppressed, and the front-rear differential pressure of the third fin 43 can be increased to suppress the flow rate of the leaked steam flow SL passing through the sealing device 100.
  • the arcuate fins 40 may have the same shape except for the other outermost fin 40 as the third fin 43.
  • the first fin 41 in the axial direction may have a curved concave surface 430.
  • the front-rear differential pressure of the third fin 43 can be increased.
  • any of the configurations (1) to (4) above between the side surface 43u and the tip surface 43t of the third fin 43 facing the first fin 41 side in the axial direction.
  • the radius of curvature ru of the corner portion 431 of the above is preferably smaller than the radius of curvature ru of the corner portion 421 between the side surface 42u and the tip surface 42t of the second fin 42 facing the first fin 41 side in the axial direction.
  • the radial flow SLr is the base of the third fin 43 along the side surface 43u.
  • the radial flow SLr flows from the end 40a side to the tip 40b side, the radial flow SLr easily separates from the side surface 43u on the tip 40b side, so that the radial flow SLr flowing along the side surface 43u has a seal gap. It is possible to give more contraction effect to the leaked steam flow SL flowing through m. As a result, the front-rear differential pressure of the third fin 43 can be increased.
  • the steam turbine 1 which is a rotary machine according to at least one embodiment of the present disclosure includes a sealing device 100 having any of the above configurations (1) to (5), a casing 2, and an axis AX in the casing 2.
  • a rotor body 11 that rotates around, a plurality of rotor blade bodies 31 that are attached so as to extend radially from the rotor body 11, and a shroud (chip shroud) 34 that is connected to the tip of each of the plurality of rotor blade bodies 31.
  • the third fin 43 is located on the axially downstream side of the rotor main body 11 with respect to the first fin 41.
  • the sealing device 100 having the configuration of any one of the above (1) to (5) is provided, the flow rate of the leaked steam flow SL passing through the sealing device 100 is suppressed and the steam turbine 1 It is possible to suppress the occurrence of self-excited vibration in.
  • the third fin 43 includes the outermost fin 40 of the two outermost fins 40.
  • the steam turbine 1 which is a rotary machine has the outermost fin 40 (third fin 43) and the inner surface 250 of the inner surface 250 of the casing 2 on the downstream side in the axial direction from the outermost fin 40 (third fin 43).
  • a cavity 50 (fourth cavity 54) defined by is provided.
  • the fourth cavity 54 may have an expansion portion 541 that is expanded radially outward or axially downstream on the inner surface 250.
  • the leaked steam after passing through the seal gap m which is the gap between the tip portion 40b of the third fin 43 and the surface of the member that faces the tip portion 40b in the radial direction. Since the flow SL expands as compared with the case where the fourth cavity 54 does not have the expansion portion 541, the front-rear differential pressure of the third fin 43 can be increased.
  • the arcuate fin 40 may project from the inner peripheral surface 25 of the casing 2 toward the shroud 34.
  • all the arcuate fins 40 of the sealing device 100 are configured to protrude from the inner peripheral surface 25 of the casing 2 toward the shroud 34, so that the casing 2 and the casing 2 are thermally expanded. Even if the relative position in the axial direction with the rotor body 11 changes, there is no possibility that the arc-shaped fins 40 come into contact with each other.
  • the arcuate fin 40 may project from the shroud 34 toward the inner peripheral surface 25 of the casing 2.
  • all the arcuate fins 40 of the sealing device 100 are configured to protrude from the shroud 34 toward the inner peripheral surface 25 of the casing 2, so that the casing 2 and the casing 2 are thermally expanded. Even if the relative position in the axial direction with the rotor body 11 changes, there is no possibility that the arc-shaped fins 40 come into contact with each other.
  • the arcuate fins 40 are a fin 40 projecting from the inner peripheral surface 25 of the casing 2 toward the shroud 34, and the shroud 34. Fins 40 protruding from the casing 2 toward the inner peripheral surface 25 may be alternately arranged in the axial direction.
  • the fins 40 protruding from the inner peripheral surface 25 of the casing 2 toward the shroud 34 and the fins 40 protruding from the shroud 34 toward the inner peripheral surface 25 of the casing 2 are axially oriented. By arranging them alternately, the flow rate of the leaked steam flow SL passing through the sealing device 100 can be further suppressed.

Abstract

少なくとも一実施形態に係るシール装置は、軸方向に３本以上配列される円弧状のフィンを備える。円弧状のフィンは、軸方向にて最も外側に位置する２本の最外フィンのうちの一方である第１フィンと、軸方向にて第１フィンの隣に配置される第２フィンと、軸方向にて第２フィンを挟んで第１フィンとは反対側に配置される少なくとも一つの第３フィンとを含む。第３フィンは、基端部よりも先端部が軸方向にて第１フィン側に位置するように径方向に対して傾斜して配置され、且つ、径方向に対して、第１フィン又は第２フィンよりも大きい傾斜角を有するとよい。

Description

シール装置及び回転機械
　本開示は、シール装置及び回転機械に関する。
　本願は、２０２０年４月２８日に日本国特許庁に出願された特願２０２０－０７９３３２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　発電プラント等に用いられる蒸気タービンやガスタービン等の回転機械が知られている。この回転機械は、ケーシングに対して回転自在なタービンロータ（以下、単にロータとする）に支持された動翼と、ケーシングに支持された静翼とを有し、ロータの軸線方向の上流から下流へと流れる作動流体のエネルギーをロータの回転エネルギーに変換するように構成されている。
　上記回転機械では、ロータ又は動翼とケーシングとの間をシールするシール部において、主流路から逸れた作動流体がノズルを通過した際に与えられた旋回流成分を有したまま流入することにより、ロータの周方向に旋回流（所謂スワール流）が生ずることが知られている。スワール流により、ロータに偏心が発生した場合にロータの周方向にはロータの偏心方向と異なる方向にピークを有する周期的な圧力分布が生じ、例えば高出力の運転に伴ってスワール流が増加した際にはロータの自励振動の原因になることがある。このため、シール部におけるスワール流を抑制するための構造が種々考案されている。
　例えば、特許文献１に開示されたシール装置は、ケーシングの内周面に軸線方向に配列された複数のシールフィンと、複数のシールフィンのうち、最も軸線方向一方側に位置する第一シールフィンと、第一シールフィンの軸線方向他方側に隣接して設けられた第二シールフィンとを連結し、周方向に間隔をあけて配列された複数のスワールブレーカと、を備え、第一シールフィンには、第一シールフィンを軸線方向に貫通する貫通部が形成されている（特許文献１参照）。
特開２０１７－１５５８５９号公報
　近年、蒸気タービン、ガスタービンなどの回転機械では、タービン効率をより向上することが求められている。そのために、漏れ流量、すなわち主流路から逸れてシール部を通過する作動流体の流量を抑制することが求められる。しかし、漏れ流量を抑制すると、上述した自励振動の励振力が増加するおそれがある。
　本開示の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑みて、シール部を通過する作動流体の流量を抑制するとともに回転機械における自励振動の発生を抑制することを目的とする。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るシール装置は、
　互いの間に隙間を空けて軸方向に３本以上配列され、各々が周方向に沿って延在する円弧状のフィンを備え、
　前記円弧状のフィンは、
　　前記軸方向にて最も外側に位置する２本の最外フィンのうちの一方である第１フィンと、
　　前記軸方向にて前記第１フィンの隣に配置される第２フィンと、
　　前記軸方向にて前記第２フィンを挟んで前記第１フィンとは反対側に配置される少なくとも一つの第３フィンと、
を含み、
　前記第３フィンは、下記条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れか一方を満たす。
（ａ）前記第３フィンは、基端部よりも先端部が前記軸方向にて前記第１フィン側に位置するように前記径方向に対して傾斜して配置され、且つ、前記第３フィンは、前記径方向に対して、前記第１フィン又は前記第２フィンよりも大きい傾斜角を有する。
（ｂ）前記第３フィンは、前記第１フィン又は前記第２フィンよりも小さいシール隙間を形成するように、前記第１フィン又は前記第２フィンよりも大きい径方向寸法を有する。
（２）本開示の少なくとも一実施形態に係る回転機械は、
　上記（１）の構成のシール装置と、
　ケーシングと、
　前記ケーシング内で軸線周りに回転するロータ本体と、
　前記ロータ本体から径方向に延びるように取り付けられる複数の動翼本体と、
　前記複数の動翼本体の各々の先端部に連なるシュラウドと、
を備え、
　前記第３フィンは、前記第１フィンよりも前記ロータ本体の軸方向下流側に位置する。
　本開示の少なくとも一実施形態によれば、シール部を通過する作動流体の流量を抑制するとともに回転機械における自励振動の発生を抑制できる。
幾つかの実施形態に係るシール装置を備える回転機械の一例としての蒸気タービンについて説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図である。 第３フィンによる縮流効果について説明するためのグラフである。 各フィンにおける差圧について説明するためのグラフである。 各キャビティにおいて発生する励振力について説明するためのグラフである。
　以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
（蒸気タービン１の構成について）
　図１は、幾つかの実施形態に係るシール装置を備える回転機械の一例としての蒸気タービンについて説明するための図である。
　図１に示すように、蒸気タービンプラント１０は、軸流回転機械である蒸気タービン１と、作動流体としての蒸気Ｓを蒸気供給源（不図示）から蒸気タービン１に供給する蒸気供給管１２と、蒸気タービン１の下流側に接続されて蒸気を排出する蒸気排出管１３とを備えている。
　図１に示すように、幾つかの実施形態に係る蒸気タービン１は、ケーシング２と、ケーシング２内で軸線ＡＸ周りに回転するロータ本体１１と、ロータ本体１１に接続されるロータ３と、ロータ本体１１を軸線ＡＸ回りに回転可能に支持する軸受部４とを備えている。また、図１に示す幾つかの実施形態に係る蒸気タービン１は、後で詳述するシール装置１００を備えている。
　ロータ３は、ロータ本体１１とタービン動翼３０とを備えている。タービン動翼３０は、複数の動翼本体３１とシュラウド（チップシュラウド）３４とを備える動翼列であり、軸線ＡＸ方向において、一定の間隔を持って複数列が配置される。
　複数の動翼本体３１は、それぞれケーシング２内で軸線ＡＸ周りに回転するロータ本体１１から径方向に延びるように取り付けられ、ロータ本体１１の周方向において間隔をあけて設けられている。複数の動翼本体３１は、それぞれ径方向から見て翼型の断面を有する部材である。
　シュラウド３４は、複数の動翼本体３１の各々の先端部（径方向外側の端部）に連なり各々の先端部を接続する環状のチップシュラウドである。
　ケーシング２は、ロータ３を外周側から覆うように設けられた概略筒状の部材である。ケーシング２には、ロータ本体１１に向かって径方向内側に延在するように取り付けられる複数の静翼本体２１が設けられている。静翼本体２１は、ケーシング２の内周面２５の周方向及び軸線ＡＸ方向に沿って複数配列される。複数の静翼本体２１には、複数の静翼本体２１の各々の先端部に連なる静翼環２３が取り付けられている。
　ケーシング２の内部において、静翼本体２１と動翼本体３１が配列された領域は、作動流体である蒸気Ｓが流通する主流路２０を形成する。
　さらに、ケーシング２の内周面２５とチップシュラウド３４との間には空間が形成されており、この空間をキャビティ５０と称する。なお、以下の説明では、ケーシング２内部の空間に面しているケーシング２の内側の面を内面２５０と称する。したがって、ケーシング２の内周面２５は、内面２５０の一部である。
　図２Ａ乃至図２Ｃは、幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図であり、周方向から見たチップシュラウド３４の近傍を模式的に示している。
　図３Ａ乃至図３Ｃは、幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図であり、周方向から見たチップシュラウド３４の近傍を模式的に示している。
　図４Ａ乃至図４Ｃは、幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図であり、周方向から見たチップシュラウド３４の近傍を模式的に示している。
　図５Ａ乃至図５Ｃは、幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図であり、周方向から見たチップシュラウド３４の近傍を模式的に示している。
　図６は、幾つかの実施形態に係るシール装置について説明するための図であり、周方向から見たチップシュラウド３４の近傍及びフィンの先端部の拡大図を模式的に示している。
　幾つかの実施形態に係るキャビティ５０には、図２Ａ乃至図２Ｃ、図３Ａ乃至図３Ｃ、図４Ａ乃至図４Ｃ、図５Ａ乃至図５Ｃ、及び図６に示すようにシール装置１００が設けられている。実施形態のシール装置１００は、互いの間に隙間を空けて軸方向に３本以上配列され、各々が周方向に沿って延在する円弧状のフィン（シールフィン）４０を備える。すなわち、幾つかの実施形態に係るフィン４０は、回転部材（シュラウド３４）と静止部材（ケーシング２）との間の環状隙間（キャビティ５０）に軸方向に複数設けられたシール部材である。
　説明の便宜上、各図に示したフィン４０は、互いの間に隙間を空けて軸方向に３本配列されているが、４本以上であってもよい。また、説明の便宜上、各図に示したフィン４０について、軸方向上流側から順に第１フィン４１、第２フィン４２、及び第３フィン４３とも称する。
　図１に示す幾つかの実施形態に係る蒸気タービン１は、後で詳述するシール装置１００を備えているので、シール部（シール装置１００）を通過する漏洩蒸気流ＳＬの流量を抑制するとともに蒸気タービン１における自励振動の発生を抑制することができる。
　各図に示したフィン４０は、軸方向にて最も外側に位置する２本の最外フィンのうちの一方である第１フィン４１と、軸方向にて第１フィン４１の隣に配置される第２フィン４２と、軸方向にて第２フィン４２を挟んで第１フィン４１とは反対側に配置される少なくとも一つの第３フィン４３と、を含む。
　なお、第３フィン４３は、軸方向にて最も外側に位置する２本の最外フィンのうちの他方であるとよい。幾つかの実施形態に係るフィン４０が互いの間に隙間を空けて軸方向に４本以上配列されている場合、少なくとも最も軸方向下流側に配置されたフィン４０が第３フィン４３として後述する条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れか一方を満たすとよい。すなわち、第３フィン４３は、２本の最外フィンのうちの他方の最外フィンを含むとよい。
　各図に示したフィン４０は、基端部４０ａから先端部４０ｂに向かって径方向に延在するとともに、上述したように周方向に延在する部分円弧形状を有する部材である。より詳細には、フィン４０は基端部４０ａから先端部４０ｂに向かうに従って次第に軸線ＡＸ方向の厚みが減少する形状を有するように形成されている。
　各図に示したフィン４０は、例えば図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、及び図６に示すように、ケーシング２の内周面２５からシュラウド３４へ向かって突出するフィン（例えば第１フィン４１と第３フィン４３）と、シュラウド３４からケーシング２の内周面２５へ向かって突出するフィン（例えば第２フィン４２）とが軸方向に交互に配置されるようにしてもよい。
　また、各図に示したフィン４０は、例えば図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂ、及び図５Ｂに示すように、ケーシング２の内周面２５からシュラウド３４へ向かって突出するように配置されてもよい。
　各図に示したフィン４０は、例えば図２Ｃ、図３Ｃ、図４Ｃ、及び図５Ｃに示すように、シュラウド３４からケーシング２の内周面２５へ向かって突出するように配置されてもよい。
　各図に示した幾つかの実施形態では、フィン４０の先端部４０ｂは、該先端部４０ｂと対向するシュラウド３４の外表面３５との間、又は、ケーシング２の内周面２５との間で微小な間隙（シール隙間）ｍを形成する。径方向における間隙ｍの寸法は、ケーシング２や動翼本体３１の熱膨張量や、動翼本体３１の遠心伸び量等を考慮して、フィン４０の先端部４０ｂが、該先端部４０ｂと対向する相手側の部材と接触することがない範囲で決定される。
　各図に示した幾つかの実施形態に係るキャビティ５０のうち、第１フィン４１の上流側の領域を第１キャビティ５１と称し、第１フィン４１と第２フィン４２との間に画定される領域を第２キャビティ５２と称し、第２フィン４２と第３フィン４３との間に画定される領域を第３キャビティ５３と称し、第３フィン４３の下流側の領域を第４キャビティ５４と称する。
　幾つかの実施形態に係る蒸気タービンプラント１０では、蒸気供給源からの蒸気Ｓが蒸気供給管１２を介して蒸気タービン１に供給される。
　蒸気タービン１に供給された蒸気Ｓは、主流路２０に到達する。主流路２０を到達した蒸気Ｓは、主流路２０を流通するにともなって膨張と流れの転向を繰り返しながら、下流側に向かって流通する。動翼本体３１は翼型断面を有するため、動翼本体３１に蒸気Ｓが衝突したり、周方向に沿って隣接する動翼本体３１同士の間に形成される翼間流路の内部でも蒸気が膨張する際の反力を受けたりすることで、ロータ３が回転する。これにより、蒸気Ｓの有するエネルギーは、蒸気タービン１の回転動力として取り出される。
　上述の過程において主流路２０を流通する蒸気Ｓは、前述のキャビティ５０にも流入する。すなわち、主流路２０に流入した蒸気Ｓは静翼本体２１を通過した後、主蒸気流ＳＭと漏洩蒸気流ＳＬとに分かれる。主蒸気流ＳＭは、漏洩せずにタービン動翼３０に導入される。
　漏洩蒸気流ＳＬは、シュラウド３４とケーシング２との間を介してキャビティ５０に流入する。ここで、蒸気Ｓは、静翼本体２１を通過した後にスワール成分（周方向速度成分）が増大した状態になり、この蒸気Ｓの一部が分離して漏洩蒸気流ＳＬとしてキャビティ５０に流入する。したがって、漏洩蒸気流ＳＬも蒸気Ｓと同様にスワール成分を含んでいる。
（蒸気タービン１における自励振動について）
　上述したように、蒸気タービン１のような回転機械では、ロータ又は動翼とケーシングとの間をシールするシール部において、主流路から逸れた作動流体がノズルを通過した際に与えられた旋回流成分を有したまま流入することにより、ロータの周方向に旋回流（所謂スワール流）が生ずることが知られている。スワール流により、ロータに偏心が発生した場合にロータの周方向にはロータの偏心方向と異なる方向にピークを有する周期的な圧力分布が生じ、例えば高出力の運転に伴ってスワール流が増加した際にはロータの自励振動の原因になることがある。このため、シール部におけるスワール流を抑制するための構造が種々考案されている。
　近年、蒸気タービン、ガスタービンなどの回転機械では、タービン効率をより向上することが求められている。そのために、漏れ流量、すなわち主流路から逸れてシール部を通過する作動流体の流量を抑制することが求められる。しかし、漏れ流量を抑制すると、上述した自励振動の励振力が増加するおそれがある。
　そこで、幾つかの実施形態では、次のようにしてシール装置１００を通過する漏洩蒸気流ＳＬの流量を抑制するとともに蒸気タービン１における自励振動の発生を抑制するようにしている。以下、詳細に説明する。
（漏洩蒸気流抑制及び自励振動抑制のための具体的な構成について）
　例えば図２Ａ乃至図２Ｃ、図４Ａ乃至図４Ｃ、図５Ａ乃至図５Ｃ、及び図６に示すように、幾つかの実施形態に係るシール装置１００では、第３フィン４３は、下記条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れか一方を満たすとよい。
（ａ）第３フィン４３は、基端部４０ａよりも先端部４０ｂが軸方向にて第１フィン４１側に位置するように径方向に対して傾斜して配置され、且つ、径方向に対して、第１フィン４１又は第２フィン４２よりも大きい傾斜角θ３を有する。
（ｂ）第３フィン４３は、第１フィン４１又は第２フィン４２よりも小さいシール隙間ｍを形成するように、第１フィン４１又は第２フィン４２よりも大きい径方向寸法Ｈｒを有する。
（上記条件（ａ）を満たす場合について）
　各図に示すように、幾つかの実施形態に係るシール装置１００は、第３フィン４３が第１フィン４１よりも軸方向下流側に位置するように配置されているものとする。そして、第１フィン４１、第２フィン４２、及び第３フィン４３のそれぞれの先端部４０ｂと、該それぞれの先端部４０ｂに対して径方向で対向する部材の表面との間隙であるシール隙間ｍを漏洩蒸気流ＳＬが通過するものとする。
　例えば、第３フィン４３が上記条件（ａ）を満たすように構成されていて、第３フィンの軸方向上流側の側面４３ｕが面している第３キャビティ５３において、図２Ａ、図２Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６に示すように、漏洩蒸気流ＳＬの半径方向流ＳＬｒが該側面４３ｕに沿って第３フィン４３の基端部４０ａ側から先端部４０ｂ側に向かって流れる場合について考える。
　この場合、第３フィン４３が上記条件（ａ）を満たすように構成されていない場合と比べて、該側面４３ｕに沿って流れる半径方向流ＳＬｒが上記シール隙間ｍを流れる漏洩蒸気流ＳＬに対して径方向に流れを収縮させる縮流効果をより多く与えることができる。
　図７Ａは、上記条件（ａ）を満たす第３フィン４３による上記の縮流効果について説明するためのグラフであり、各フィン４０によって形成されるシール隙間ｍにおける流量係数を示している。図７Ａでは、実施例として記載されたデータは、上記条件（ａ）を満たす第３フィン４３を有するシール装置１００に係る流量係数であり、比較例として記載されたデータは、第３フィン４３が第１フィン４１又は第２フィン４２と同じ傾斜角θ３を有するシール装置に係る流量係数である。
　図７Ａに示すように、上記条件（ａ）を満たすことで、第３フィン４３によって形成されるシール隙間ｍにおける流量係数を小さくすることができる。
　このように、図２Ａ、図２Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６に示すシール装置１００では、第３フィン４３の先端部４０ｂと、該先端部４０ｂに対して径方向で対向する部材の表面であるシュラウド３４の外表面３５との間隙であるシール隙間ｍを作動流体が通過し難くなる。
　したがって、図２Ａ、図２Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６に示すシール装置１００では、第３フィン４３の上流側のキャビティ５０である第３キャビティ５３と下流側のキャビティ５０である第４キャビティ５４との差圧を大きくすることができる。
　ここで、第１フィン４１及び第３フィン４３がそれぞれ軸方向にて最も外側に位置する最外フィンであれば、第１フィン４１の上流側のキャビティ５０である第１キャビティ５１と、第３フィン４３の下流側のキャビティ５０である第４キャビティ５４との圧力差、すなわちシール装置１００の前後差圧は、動翼本体３１の入口側と出口側との圧力差に略等しい。そのため、第３キャビティ５３と第４キャビティ５４との差圧、すなわち第３フィン４３の前後差圧が増加すると、第１キャビティ５１と第１フィン４１の下流側のキャビティ５０である第２キャビティ５２との差圧、すなわち第１フィン４１の前後差圧が減少する。
　図７Ｂは、各フィン４０における差圧について説明するためのグラフであり、各フィン４０を漏洩蒸気流ＳＬが通過する前後での膨張比を示している。図７Ｂでは、実施例として記載されたデータは、上記条件（ａ）を満たす第３フィン４３を有するシール装置１００に係る膨張比であり、比較例として記載されたデータは、第３フィン４３が第１フィン４１又は第２フィン４２と同じ傾斜角θ３を有するシール装置に係る膨張比である。
　図７Ｂに示すように、上記条件（ａ）を満たすことで、第３フィン４３の前後差圧が増加するので、第３フィン４３を漏洩蒸気流ＳＬが通過する前後での膨張比が大きくなる。また、第３フィン４３の前後差圧が増加することで第１フィン４１の前後差圧が減少するので、第１フィン４１を漏洩蒸気流ＳＬが通過する前後での膨張比が小さくなる。
　一般的に、シール部（シール装置１００）における作動流体の周方向への旋回速度が大きいほど上述した自励振動が生じ易い。また、一般的に、シール部における作動流体の周方向への旋回速度は上流側の方が下流側よりも大きい。一般的に、シールフィンの前後差圧を抑制することで、該シールフィンの下流側のキャビティ内の作動流体による励振力を抑制できる。
　したがって、上述したようにして第１フィン４１の前後差圧を抑制することで、第２キャビティ５２内の漏洩蒸気流ＳＬによる励振力を抑制できるので、上述した自励振動の発生を抑制できる。
　また、上述したように、第３フィン４３の前後差圧を大きくすることができるので、シール装置１００を通過する作動流体の流量を抑制できる。
　図７Ｃは、各キャビティ５０において発生する励振力について説明するためのグラフである。図７Ｃでは、実施例として記載されたデータは、上記条件（ａ）を満たす第３フィン４３を有するシール装置１００に係る励振力であり、比較例として記載されたデータは、第３フィン４３が第１フィン４１又は第２フィン４２と同じ傾斜角θ３を有するシール装置に係る励振力である。
　図７Ｃに示すように、上記条件（ａ）を満たすことで、第２キャビティ５２及び第３キャビティ５３における励振力を抑制できる。また、上記条件（ａ）を満たすことで第３キャビティ５３における励振力よりも第２キャビティ５２における励振力をより抑制できる。
　例えば、第３フィン４３が上記条件（ａ）を満たすように構成されていて、第３フィン４３の軸方向上流側の側面４３ｕが面している第３キャビティ５３において、図２Ｃ、図４Ｃ、及び図５Ｃに示すように、半径方向流ＳＬｒが該側面４３ｕに沿って第３フィン４３の先端部４０ｂ側から基端部４０ａ側に向かって流れる場合について考える。
　この場合、第３フィン４３が上記条件（ａ）を満たすように構成されていない場合と比べて、該半径方向流ＳＬｒが第３フィン４３の先端部４０ｂ側から基端部４０ａ側に向かって該側面に沿って流れ易くなる。そのため、第２フィン４２側から第３フィン４３側に向かって流れてきた漏洩蒸気流ＳＬが第３フィン４３よりも下流側に向かって流れ難くなるので、第３フィン４３の前後差圧を大きくすることができる。これにより、第１フィン４１の前後差圧を抑制できるので、上述した自励振動の発生を抑制できる。
　また、第３フィン４３の前後差圧を大きくすることができるので、シール装置１００を通過する漏洩蒸気流ＳＬの流量を抑制できる。
（上記条件（ｂ）を満たす場合について）
　上記条件（ａ）について説明したときと同様に、幾つかの実施形態に係るシール装置１００は、第３フィン４３が第１フィン４１よりも軸方向下流側に位置するように配置されているものとする。そして、第１フィン４１、第２フィン４２、及び第３フィン４３のそれぞれの先端部４０ｂと、該それぞれの先端部４０ｂに対して径方向で対向する部材の表面との間隙であるシール隙間ｍを漏洩蒸気流ＳＬが通過するものとする。
　例えば、第３フィン４３が上記条件（ｂ）を満たすように構成されているものとする。
　この場合、第３フィン４３が上記条件（ｂ）を満たすように構成されていない場合と比べて、第３フィン４３の前後差圧を大きくすることができる。これにより、第１フィン４１の前後差圧を抑制できるので、上述した自励振動の発生を抑制できる。
　また、第３フィン４３の前後差圧を大きくすることができるので、シール装置１００を通過する漏洩蒸気流ＳＬの流量を抑制できる。
　なお、幾つかの実施形態に係るフィン４０が互いの間に隙間を空けて軸方向に４本以上配列されている場合、少なくとも最も軸方向下流側に配置されたフィン４０が第３フィン４３として上記条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れか一方を満たすとよい。すなわち、第３フィン４３は、２本の最外フィンのうちの他方の最外フィンを含むとよい。
　少なくとも最も軸方向下流側に配置されたフィン４０が第３フィン４３として上記条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れか一方を満たすことで、上述したように、第１フィン４１の前後差圧を抑制して自励振動の発生を抑制できるとともに、第３フィン４３の前後差圧を大きくして、シール装置１００を通過する漏洩蒸気流ＳＬの流量を抑制できる。
　例えば、図２Ｂ、図２Ｃ、図４Ｂ、図４Ｃ、図５Ｂ、及び図５Ｃに示すシール装置１００のように、第３フィン４３としての上記他方の最外フィンを除き、他のフィン４０は、同一形状を有していてもよい。
　仮に、上記他方の最外フィン以外の他のフィン４０を上記条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れか一方を満たすように構成すると、漏洩蒸気流ＳＬの流量をさらに抑制できるものの、自励振動が発生する可能性が高くなる。したがって、図２Ｂ、図２Ｃ、図４Ｂ、図４Ｃ、図５Ｂ、及び図５Ｃに示すシール装置１００のように、第３フィン４３としての上記他方の最外フィンを除き、他のフィン４０を同一形状を有するように構成することで、自励振動の発生を抑制できる。
（湾曲凹面４３０について）
　図４Ａ乃至図４Ｃに示すように、幾つかの実施形態に係るシール装置１００では、第３フィン４３の基端部４０ａ側において、軸方向にて第１フィン４１側を向く第３フィン４３の側面４３ｕは、湾曲凹面４３０を有するとよい。
　図４Ａ及び図４Ｂに示すシール装置１００では、湾曲凹面４３０は、ケーシング２の内周面２５のうちの側面４３ｕよりも軸方向上流側の面と第３フィン４３の側面４３ｕとをなだらかに接続する曲面であり、側面４３ｕよりも軸方向上流側に曲率中心Ｏを有する。
　図４Ｃに示すシール装置１００では、湾曲凹面４３０は、シュラウド３４の外表面３５のうちの側面４３ｕよりも軸方向上流側の面と第３フィン４３の側面４３ｕとをなだらかに接続する曲面であり、側面４３ｕよりも軸方向上流側に曲率中心Ｏを有する。
　これにより、第３フィン４３の側面４３ｕが面するキャビティ５０（第３キャビティ５３）内の漏洩蒸気流ＳＬの半径方向流ＳＬｒの流れが湾曲凹面４３０に案内されて流れ易くなる。
　これにより、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第３キャビティ５３において、半径方向流ＳＬｒが該側面４３ｕに沿って第３フィン４３の基端部４０ａ側から先端部４０ｂ側に向かって流れる場合、該側面４３ｕに沿って流れる半径方向流ＳＬｒがシール隙間ｍを流れる漏洩蒸気流ＳＬに対して縮流効果をより多く与えることができる。これにより、第３フィン４３の前後差圧を大きくすることができる。
　また、図４Ｃに示すように、半径方向流ＳＬｒが該側面４３ｕに沿って第３フィン４３の先端部４０ｂ側から基端部４０ａ側に向かって流れる場合、該半径方向流ＳＬｒが第３フィン４３の先端部４０ｂ側から基端部４０ａ側に向かって該側面４３ｕに沿って流れ易くなる。そのため、漏洩蒸気流ＳＬが第３フィン４３よりも下流側に向かって流れ難くなるので、第３フィン４３の前後差圧を大きくすることができる。
（第４キャビティ５４の拡張部５４１について）
　図５Ａ及び図５Ｂに示すように、幾つかの実施形態に係る蒸気タービン１は、最外フィン４０である第３フィン４３と、ケーシング２の内面２５０のうち該最外フィン４０（第３フィン４３）よりも軸方向下流側における内面２５０とで画定されるキャビティ５０（第４キャビティ５４）を備える。そして第４キャビティ５４は、上記内面２５０において径方向外側又は軸方向下流側に拡張された拡張部（ケーシング側拡張部）５４１を有しているとよい。
　図５Ａ及び図５Ｂに示すように、幾つかの実施形態に係る蒸気タービン１では、拡張部５４１の径方向外側の面の少なくとも一部は、例えば、第３キャビティ５３に面した内周面２５よりも径方向外側に位置する内周面２５１によって画定されるようにしてもよい。また、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、幾つかの実施形態に係る蒸気タービン１では、拡張部５４１の軸方向外下流側の面の少なくとも一部は、下記の環状内壁面２５３によって径方向外側の面が画定されるようにしてもよい。なお、環状内壁面２５３は、例えば、動翼本体３１よりも軸方向下流側で主流路２０を画定するケーシング２の内周面２５Ａと接続され、該内周面２５Ａの軸方向上流側で軸方向上流側を向いた内面２５０である内壁面２５Ｂよりも軸方向下流側において、軸方向上流側を向いている。
　第４キャビティ５４が拡張部５４１を有していれば、第３フィン４３の先端部４０ｂと、該先端部４０ｂに対して径方向で対向する部材の表面（例えばシュラウド３４の外表面３５）との間隙であるシール隙間ｍを通過した後の漏洩蒸気流ＳＬが、第４キャビティ５４が拡張部５４１を有していない場合と比べて膨張するので、第３フィン４３の前後差圧を大きくすることができる。
　なお、図５Ｃに示すように、シュラウド３４のうち、第３フィン４３よりも下流側の領域を径方向外側から切り欠くことで拡張部（シュラウド側拡張部）５４３を設けてもよい。また、幾つかの実施に係る蒸気タービン１において、ケーシング側拡張部５４１とシュラウド側拡張部５４３とを設けてもよい。
（第３フィン４３の先端部４０ｂの形状について）
　幾つかの実施形態に係るシール装置１００では、図６に示すように、軸方向にて第１フィン４１側を向く第３フィン４３の側面４３ｕと先端面４３ｔとの間の角部４３１の曲率半径ｒｕは、軸方向にて第１フィン４１側を向く第２フィン４２の側面４２ｕと先端面４２ｔとの間の角部４２１の曲率半径ｒｕより小さいとよい。
　これにより、第３キャビティにおいて、半径方向流ＳＬｒが第３フィン４３の側面４３ｕに沿って第３フィン４３の基端部４０ａ側から先端部４０ｂ側に向かって流れる場合、該半径方向流ＳＬｒが先端部４０ｂ側で該側面４３ｕから剥離し易くなる。したがって、該側面４３ｕに沿って流れる半径方向流ＳＬｒがシール隙間ｍを流れる漏洩蒸気流ＳＬに対して縮流効果をより多く与えることができる。これにより、第３フィン４３の前後差圧を大きくすることができる。
　なお、幾つかの実施形態に係るシール装置１００では、図６に示すように、軸方向下流側を向く第３フィン４３の側面４３ｄと先端面４３ｔとの間の角部４３３の曲率半径ｒｄは、角部４３１の曲率半径ｒｕと同じであってもよい。また、軸方向下流側を向く第２フィン４２の側面４２ｄと先端面４２ｔとの間の角部４２３の曲率半径ｒｄは、角部４２１の曲率半径ｒｕと同じであってもよい。
　本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
　例えば、上述した一実施形態の第３フィン４３は、上記条件（ａ）及び（ｂ）の双方を満たすように構成されていてもよい。
　また、図２Ａ乃至図２Ｃ、図３Ａ乃至図３Ｃ、図５Ａ乃至図５Ｃ、及び図６に示すシール装置１００において、図４Ａ乃至図４Ｃに示すように湾曲凹面４３０を設けてもよい。
　図２Ａ乃至図２Ｃ、図３Ａ乃至図３Ｃ、図４Ａ乃至図４Ｃ、及び図６に示す示す蒸気タービン１において、図５Ａ乃至図５Ｃに示すようにケーシング側拡張部５４１又はシュラウド側拡張部５４３の少なくとも何れか一方を設けてもよい。
　上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るシール装置は、互いの間に隙間を空けて軸方向に３本以上配列され、各々が周方向に沿って延在する円弧状のフィンを備える。
　円弧状のフィンは、軸方向にて最も外側に位置する２本の最外フィンのうちの一方である第１フィンと、軸方向にて第１フィンの隣に配置される第２フィンと、軸方向にて第２フィンを挟んで第１フィンとは反対側に配置される少なくとも一つの第３フィンと、を含む。
　第３フィンは、下記条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れか一方を満たす。
（ａ）第３フィンは、基端部よりも先端部が軸方向にて第１フィン側に位置するように径方向に対して傾斜して配置され、且つ、第３フィンは、径方向に対して、第１フィン又は第２フィンよりも大きい傾斜角を有する。
（ｂ）第３フィンは、第１フィン又は第２フィンよりも小さいシール隙間を形成するように、第１フィン又は第２フィンよりも大きい径方向寸法を有する。
　上記（１）の構成によれば、第３フィン４３を上記条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れか一方を満たすように構成することで、上記（１）の構成を有するシール装置１００を備える回転機械の一例としての蒸気タービン１において、シール部（シール装置１００）を通過する作動流体である漏洩蒸気流ＳＬの流量を抑制するとともに蒸気タービン１における自励振動の発生を抑制することができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、第３フィン４３は、２本の最外フィン４０のうちの他方の最外フィン４０を含むとよい。
　少なくとも最も軸方向下流側に配置されたフィン４０が第３フィン４３として上記条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れか一方を満たすことで、上述したように、第１フィン４１の前後差圧を抑制して自励振動の発生を抑制できるとともに、第３フィン４３の前後差圧を大きくして、シール装置１００を通過する漏洩蒸気流ＳＬの流量を抑制できる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、第３フィン４３としての上記他方の最外フィン４０を除き、円弧状のフィン４０は、同一形状を有するとよい。
　仮に、上記他方の最外フィン以外の他のフィン４０を上記条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れか一方を満たすように構成すると、漏洩蒸気流ＳＬの流量をさらに抑制できるものの、自励振動が発生する可能性が高くなる。したがって、図２Ｂ、図２Ｃ、図４Ｂ、図４Ｃ、図５Ｂ、及び図５Ｃに示すシール装置１００のように、第３フィン４３としての上記他方の最外フィンを除き、他のフィン４０を同一形状を有するように構成することで、自励振動の発生を抑制できる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、第３フィン４３の基端側（基端部４０ａ側）において、軸方向にて第１フィン４１側を向く第３フィン４３の側面４３ｕは、湾曲凹面４３０を有するとよい。
　上記（４）の構成によれば、上述したように、第３フィン４３の前後差圧を大きくすることができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、軸方向にて第１フィン４１側を向く第３フィン４３の側面４３ｕと先端面４３ｔとの間の角部４３１の曲率半径ｒｕは、軸方向にて第１フィン４１側を向く第２フィン４２の側面４２ｕと先端面４２ｔとの間の角部４２１の曲率半径ｒｕより小さいとよい。
　上記（５）の構成によれば、第１フィン４１側を向く第３フィン４３の側面４３ｕが面する第３キャビティ５３において、半径方向流ＳＬｒが該側面４３ｕに沿って第３フィン４３の基端部４０ａ側から先端部４０ｂ側に向かって流れる場合、該半径方向流ＳＬｒが先端部４０ｂ側で該側面４３ｕから剥離し易くなるので、該側面４３ｕに沿って流れる半径方向流ＳＬｒがシール隙間ｍを流れる漏洩蒸気流ＳＬに対して縮流効果をより多く与えることができる。これにより、第３フィン４３の前後差圧を大きくすることができる。
（６）本開示の少なくとも一実施形態に係る回転機械である蒸気タービン１は、上記（１）乃至（５）の何れかの構成のシール装置１００と、ケーシング２と、ケーシング２内で軸線ＡＸ周りに回転するロータ本体１１と、ロータ本体１１から径方向に延びるように取り付けられる複数の動翼本体３１と、複数の動翼本体３１の各々の先端部に連なるシュラウド（チップシュラウド）３４と、を備える。第３フィン４３は、第１フィン４１よりもロータ本体１１の軸方向下流側に位置する。
　上記（６）の構成によれば、上記（１）乃至（５）の何れかの構成のシール装置１００を備えるので、シール装置１００を通過する漏洩蒸気流ＳＬの流量を抑制するとともに蒸気タービン１における自励振動の発生を抑制することができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、第３フィン４３は、２本の最外フィン４０のうちの他方の最外フィン４０を含む。回転機械である蒸気タービン１は、該最外フィン４０（第３フィン４３）と、ケーシング２の内面２５０のうち該最外フィン４０（第３フィン４３）よりも軸方向下流側における内面２５０とで画定されるキャビティ５０（第４キャビティ５４）を備える。第４キャビティ５４は、上記内面２５０において径方向外側又は軸方向下流側に拡張された拡張部５４１を有しているとよい。
　上記（７）の構成によれば、第３フィン４３の先端部４０ｂと、該先端部４０ｂに対して径方向で対向する部材の表面との間隙であるシール隙間ｍを通過した後の漏洩蒸気流ＳＬが、第４キャビティ５４が拡張部５４１を有していない場合と比べて膨張するので、第３フィン４３の前後差圧を大きくすることができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（６）又は（７）の構成において、円弧状のフィン４０は、ケーシング２の内周面２５からシュラウド３４へ向かって突出するようにしてもよい。
　上記（８）の構成によれば、シール装置１００の全ての円弧状のフィン４０がケーシング２の内周面２５からシュラウド３４へ向かって突出するように構成することで、熱膨張によってケーシング２とロータ本体１１との軸方向の相対位置が変化しても、円弧状のフィン４０同士が接触するおそれがない。
（９）幾つかの実施形態では、上記（６）又は（７）の構成において、円弧状のフィン４０は、シュラウド３４からケーシング２の内周面２５へ向かって突出するようにしてもよい。
　上記（９）の構成によれば、シール装置１００の全ての円弧状のフィン４０がシュラウド３４からケーシング２の内周面２５へ向かって突出するように構成することで、熱膨張によってケーシング２とロータ本体１１との軸方向の相対位置が変化しても、円弧状のフィン４０同士が接触するおそれがない。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（６）又は（７）の構成において、円弧状のフィン４０は、ケーシング２の内周面２５からシュラウド３４へ向かって突出するフィン４０と、シュラウド３４からケーシング２の内周面２５へ向かって突出するフィン４０とが軸方向に交互に配置されるようにしてもよい。
　上記（１０）の構成によれば、ケーシング２の内周面２５からシュラウド３４へ向かって突出するフィン４０と、シュラウド３４からケーシング２の内周面２５へ向かって突出するフィン４０とが軸方向に交互に配置することで、シール装置１００を通過する漏洩蒸気流ＳＬの流量を一層抑制できる。
１　蒸気タービン
２　ケーシング
３　ロータ
１１　ロータ本体
２５　内周面
３０　タービン動翼
３１　動翼本体
３４　シュラウド（チップシュラウド）
４０　フィン（シールフィン）
４０ａ　基端部
４０ｂ　先端部
４１　第１フィン
４２　第２フィン
４３　第３フィン
５０　キャビティ
５１　第１キャビティ
５２　第２キャビティ
５３　第３キャビティ
５４　第４キャビティ
１００　シール装置
４３０　湾曲凹面
５４１　拡張部（ケーシング側拡張部）
５４３　拡張部（シュラウド側拡張部）

Claims (12)

  1. 　互いの間に隙間を空けて軸方向に３本以上配列され、各々が周方向に沿って延在する円弧状のフィンを備え、
    　前記円弧状のフィンは、
    　　前記軸方向にて最も外側に位置する２本の最外フィンのうちの一方である第１フィンと、
    　　前記軸方向にて前記第１フィンの隣に配置される第２フィンと、
    　　前記軸方向にて前記第２フィンを挟んで前記第１フィンとは反対側に配置される少なくとも一つの第３フィンと、
    を含み、
    　前記第３フィンは、下記条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れか一方を満たすシール装置。
    （ａ）前記第３フィンは、基端部よりも先端部が前記軸方向にて前記第１フィン側に位置するように径方向に対して傾斜して配置され、且つ、前記第３フィンは、前記径方向に対して、前記第１フィン又は前記第２フィンよりも大きい傾斜角を有する。
    （ｂ）前記第３フィンは、前記第１フィン又は前記第２フィンよりも小さいシール隙間を形成するように、前記第１フィン又は前記第２フィンよりも大きい径方向寸法を有する。
  2. 　互いの間に隙間を空けて軸方向に３本以上配列され、各々が周方向に沿って延在する円弧状のフィンを備え、
    　前記円弧状のフィンは、
    　　前記軸方向にて最も外側に位置する２本の最外フィンのうちの一方である第１フィンと、
    　　前記軸方向にて前記第１フィンの隣に配置される第２フィンと、
    　　前記軸方向にて前記第２フィンを挟んで前記第１フィンとは反対側に配置される少なくとも一つの第３フィンと、
    を含み、
    　前記第３フィンは、基端部よりも先端部が前記軸方向にて前記第１フィン側に位置するように径方向に対して傾斜して配置され、且つ、前記第３フィンは、前記径方向に対して、前記第２フィンよりも大きい傾斜角を有する
    シール装置。
  3. 　互いの間に隙間を空けて軸方向に３本以上配列され、各々が周方向に沿って延在する円弧状のフィンを備え、
    　前記円弧状のフィンは、
    　　前記軸方向にて最も外側に位置する２本の最外フィンのうちの一方である第１フィンと、
    　　前記軸方向にて前記第１フィンの隣に配置される第２フィンと、
    　　前記軸方向にて前記第２フィンを挟んで前記第１フィンとは反対側に配置される少なくとも一つの第３フィンと、
    を含み、
    　前記第３フィンは、前記第１フィン又は前記第２フィンよりも小さいシール隙間を形成するように、前記第１フィン又は前記第２フィンよりも大きい径方向寸法を有する
    シール装置。
  4. 　前記第３フィンは、前記２本の最外フィンのうちの他方の最外フィンを含む
    請求項１乃至３の何れか一項に記載のシール装置。
  5. 　前記第３フィンとしての前記他方の最外フィンを除き、前記円弧状のフィンは、同一形状を有する
    請求項４に記載のシール装置。
  6. 　前記第３フィンの基端側において、前記軸方向にて前記第１フィン側を向く前記第３フィンの側面は、湾曲凹面を有する、
    請求項１乃至５の何れか一項に記載のシール装置。
  7. 　前記軸方向にて前記第１フィン側を向く前記第３フィンの側面と先端面との間の角部の曲率半径は、前記軸方向にて前記第１フィン側を向く前記第２フィンの側面と先端面との間の角部の曲率半径より小さい、
    請求項１乃至６の何れか一項に記載のシール装置。
  8. 　請求項１乃至７の何れか一項に記載のシール装置と、
    　ケーシングと、
    　前記ケーシング内で軸線周りに回転するロータ本体と、
    　前記ロータ本体から径方向に延びるように取り付けられる複数の動翼本体と、
    　前記複数の動翼本体の各々の先端部に連なるシュラウドと、
    を備え、
    　前記第３フィンは、前記第１フィンよりも前記ロータ本体の軸方向下流側に位置する
    回転機械。
  9. 　前記第３フィンは、前記２本の最外フィンのうちの他方の最外フィンを含み、
    　該最外フィンと、前記ケーシングの内面のうち該最外フィンよりも軸方向下流側における前記内面とで画定されるキャビティと、
    を備え、
    　前記キャビティは、前記内面が径方向外側又は前記軸方向下流側に拡張された拡張部を有する
    請求項８に記載の回転機械。
  10. 　前記円弧状のフィンは、前記ケーシングの内周面から前記シュラウドへ向かって突出する、
    請求項８又は９に記載の回転機械。
  11. 　前記円弧状のフィンは、前記シュラウドから前記ケーシングの内周面へ向かって突出する、
    請求項８又は９に記載の回転機械。
  12. 　前記円弧状のフィンは、前記ケーシングの内周面から前記シュラウドへ向かって突出するフィンと、前記シュラウドから前記ケーシングの内周面へ向かって突出するフィンとが前記軸方向に交互に配置されている、
    請求項８又は９に記載の回転機械。
PCT/JP2021/016402 2020-04-28 2021-04-23 シール装置及び回転機械 WO2021220950A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180021208.XA CN115280049A (zh) 2020-04-28 2021-04-23 密封装置及旋转机械
KR1020227034194A KR20220149589A (ko) 2020-04-28 2021-04-23 시일 장치 및 회전 기계
DE112021000692.4T DE112021000692T5 (de) 2020-04-28 2021-04-23 Dichtungsvorrichtung und rotationsmaschine
US17/952,670 US11927112B2 (en) 2020-04-28 2022-09-26 Sealing device and rotary machine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020079332A JP6808872B1 (ja) 2020-04-28 2020-04-28 シール装置及び回転機械
JP2020-079332 2020-04-28

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/952,670 Continuation US11927112B2 (en) 2020-04-28 2022-09-26 Sealing device and rotary machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021220950A1 true WO2021220950A1 (ja) 2021-11-04

Family

ID=73992942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/016402 WO2021220950A1 (ja) 2020-04-28 2021-04-23 シール装置及び回転機械

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11927112B2 (ja)
JP (1) JP6808872B1 (ja)
KR (1) KR20220149589A (ja)
CN (1) CN115280049A (ja)
DE (1) DE112021000692T5 (ja)
WO (1) WO2021220950A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1151200A (ja) * 1997-08-06 1999-02-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ラビリンスシール
JP2005180278A (ja) * 2003-12-18 2005-07-07 Toshiba Corp シール装置およびこれを備えた蒸気タービン
EP2415970A2 (en) * 2010-08-03 2012-02-08 Rolls-Royce plc A seal assembly
WO2018155636A1 (ja) * 2017-02-23 2018-08-30 三菱重工業株式会社 軸流回転機械

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08338537A (ja) 1995-06-09 1996-12-24 Toshiba Corp ラビリンスシール
EP1914388A1 (de) 2006-10-20 2008-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Dichtelement zur Abdichtung eines Leckagespalts zwischen einem Rotor und einem Stator einer thermischen Strömungsmaschine.
JP2009047043A (ja) * 2007-08-17 2009-03-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 軸流タービン
JP4668976B2 (ja) * 2007-12-04 2011-04-13 株式会社日立製作所 蒸気タービンのシール構造
JP2010159667A (ja) 2009-01-07 2010-07-22 Toshiba Corp 軸流タービン
US8360712B2 (en) * 2010-01-22 2013-01-29 General Electric Company Method and apparatus for labyrinth seal packing rings
JP5484990B2 (ja) * 2010-03-30 2014-05-07 三菱重工業株式会社 タービン
US20110280715A1 (en) * 2010-05-11 2011-11-17 General Electric Company Curved labyrinth seals
US8434766B2 (en) * 2010-08-18 2013-05-07 General Electric Company Turbine engine seals
JP5643245B2 (ja) 2012-02-27 2014-12-17 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ターボ機械
JP5916458B2 (ja) * 2012-03-23 2016-05-11 三菱日立パワーシステムズ株式会社 タービン
JP6344735B2 (ja) 2014-01-30 2018-06-20 三菱重工業株式会社 シール構造、及び回転機械
JP6296649B2 (ja) * 2014-03-04 2018-03-20 三菱日立パワーシステムズ株式会社 シール構造、及び回転機械
JP6490498B2 (ja) 2015-06-03 2019-03-27 三菱日立パワーシステムズ株式会社 シール装置および回転機械
JP6785041B2 (ja) * 2015-12-10 2020-11-18 三菱パワー株式会社 シール構造及びタービン
JP6726986B2 (ja) 2016-03-02 2020-07-22 三菱日立パワーシステムズ株式会社 シール装置、回転機械
JP2018048565A (ja) 2016-09-20 2018-03-29 株式会社東芝 軸流タービンシール装置
JP6623138B2 (ja) * 2016-10-13 2019-12-18 株式会社神戸製鋼所 ラビリンスシール
JP2020079332A (ja) 2017-03-24 2020-05-28 住友精化株式会社 ゴム用添加剤、ゴム組成物、ゴム用添加剤の製造方法、およびゴム製品
JP6975672B2 (ja) * 2017-09-07 2021-12-01 株式会社神戸製鋼所 ラビリンスシール構造
JP7086595B2 (ja) 2017-12-28 2022-06-20 三菱重工航空エンジン株式会社 航空機用ガスタービン
JP7029317B2 (ja) * 2018-03-09 2022-03-03 三菱重工業株式会社 回転機械
JP7148273B2 (ja) * 2018-05-21 2022-10-05 三菱重工業株式会社 蒸気タービン
JP7370226B2 (ja) * 2019-11-19 2023-10-27 三菱重工業株式会社 蒸気タービン

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1151200A (ja) * 1997-08-06 1999-02-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ラビリンスシール
JP2005180278A (ja) * 2003-12-18 2005-07-07 Toshiba Corp シール装置およびこれを備えた蒸気タービン
EP2415970A2 (en) * 2010-08-03 2012-02-08 Rolls-Royce plc A seal assembly
WO2018155636A1 (ja) * 2017-02-23 2018-08-30 三菱重工業株式会社 軸流回転機械

Also Published As

Publication number Publication date
DE112021000692T5 (de) 2022-11-17
KR20220149589A (ko) 2022-11-08
US20230017440A1 (en) 2023-01-19
CN115280049A (zh) 2022-11-01
US11927112B2 (en) 2024-03-12
JP2021173367A (ja) 2021-11-01
JP6808872B1 (ja) 2021-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6131177B2 (ja) シール構造、及び回転機械
JP6344735B2 (ja) シール構造、及び回転機械
WO2017098960A1 (ja) 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
KR20130114165A (ko) 터빈
CN110242360B (zh) 动叶片侧密封装置、静叶片侧密封装置及旋转机械
WO2018151251A1 (ja) 軸流回転機械、動翼部材
JP2014141912A (ja) 回転機械
JP6684842B2 (ja) タービン動翼及び回転機械
US11136897B2 (en) Seal device and turbomachine
WO2021220950A1 (ja) シール装置及び回転機械
JP2011247307A (ja) ラビリンスシール装置
WO2021039811A1 (ja) スワールブレーカ組立体及び回転機械
EP3748130B1 (en) Axial flow rotary machine
JP2014141955A (ja) 回転機械
JP6662661B2 (ja) シール構造及びターボ機械
JP5956086B2 (ja) 軸流タービン
JP6209787B2 (ja) シール構造及び回転機械
JP6986426B2 (ja) タービン
JP2023084574A (ja) 回転機械
JP2020139464A (ja) 軸流タービン
JP2017133385A (ja) 回転機械

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21797406

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20227034194

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21797406

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1