WO2024257664A1 - 回転機械 - Google Patents

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hole
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尚登 大村
広大 岩津
真人 岩▲崎▼
健一 村田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Mitsubishi Power Ltd
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    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • F16J15/4472—Labyrinth packings with axial path

Definitions

  • Seal structures that reduce this seal excitation force include damper seals such as pocket damper seals, hole pattern seals, and honeycomb seals (see, for example, Patent Document 1).
  • damper seals such as pocket damper seals, hole pattern seals, and honeycomb seals (see, for example, Patent Document 1).
  • the seal excitation force can be reduced by the swirl reduction effect of introducing fluid into holes (recesses) provided on the stationary wall surface, and the vibration damping effect (squeeze film effect) that occurs in the narrow part of the gap between the stationary wall surface and the rotor.
  • At least one embodiment of the present disclosure aims to provide a rotating machine capable of achieving high axial stability of the rotor while reducing the risk of contact between the rotor and a stationary wall surface.
  • a rotary machine includes: A rotor; an annular seal body including an inner circumferential surface that is a stationary wall surface facing an outer circumferential surface of the rotor and a plurality of holes formed in the inner circumferential surface; a plurality of stationary fin portions provided on the inner peripheral surface of the rotor at intervals in the axial direction of the rotor; and at least one first rotor fin portion provided on the outer peripheral surface of the rotor.
  • each of the plurality of stationary fin portions extends along a circumferential direction of the rotor and protrudes from the inner peripheral surface toward the outer peripheral surface of the rotor;
  • Each of the at least one first rotor fin portion extends along the circumferential direction and protrudes from the outer circumferential surface of the rotor toward the hole.
  • At least one embodiment of the present disclosure provides a seal system for a rotary machine that can achieve high axial stability of the rotor while reducing the risk of contact between the outer circumferential surface of the rotor and a stationary wall surface, and a rotary machine including the same.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a cross section perpendicular to an axial direction of a rotating machine 2 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a schematic diagram illustrating an example of a cross section along an axial direction of the rotary machine 2 illustrated in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the flow of a swirl in the cross section shown in FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the flow of a swirl in a part of the cross section AA in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the leakage flow rate and the effective damping of axial vibration of the rotor 4 for the embodiment and comparative examples 1 to 4 described with reference to FIGS.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the axial position in the gap g between the outer peripheral surface 4a of the rotor 4 and the inner peripheral surface 12a of the seal main body 12 and the swirl ratio for each of the embodiments and comparative form 1 described using FIGS. 1 to 4.
  • 4 is a schematic diagram illustrating another example of a cross section along the axial direction of the rotating machine 2 according to an embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining the effective cross-sectional area of the leakage flow when the stationary fin portion 18 is not inclined relative to the radial direction.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining the effective cross-sectional area of the leakage flow when the stationary fin portion 18 is inclined toward the axial upstream side as it moves radially inward.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining the effective cross-sectional area of the leakage flow when the stationary fin portion 18 is inclined toward the axial upstream side as it moves radially inward.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the flow of a swirl in the cross section shown in FIG. 7 .
  • FIG. 8 is a diagram showing the leakage flow rate and the effective damping of the axial vibration of the rotor 4 in the embodiment shown in FIG. 7 in comparison with the comparative embodiments 1 to 4.
  • 4 is a schematic diagram illustrating another example of a cross section along the axial direction of the rotating machine 2 according to an embodiment.
  • expressions indicating that things are in an equal state such as “identical,””equal,” and “homogeneous,” not only indicate a state of strict equality, but also indicate a state in which there is a tolerance or a difference to the extent that the same function is obtained.
  • expressions describing shapes such as a rectangular shape or a cylindrical shape do not only refer to rectangular shapes, cylindrical shapes, etc. in the strict geometric sense, but also refer to shapes that include uneven portions, chamfered portions, etc., to the extent that the same effect is obtained.
  • the expressions “comprise,””include,””have,””includes,” or “have” of one element are not exclusive expressions excluding the presence of other elements.
  • the rotary machine 2 may be, for example, a turbine such as a steam turbine or a compressor.
  • the rotary machine 2 includes a rotor 4 and a casing 6 that houses the rotor 4.
  • the casing 6 includes a casing body 8 that houses the rotor 4, and a seal device 10 (seal device for a rotary machine).
  • axial direction means the axial direction of the rotor 4 unless otherwise specified
  • circumferential direction means the circumferential direction of the rotor 4 unless otherwise specified
  • radial direction means the radial direction of the rotor 4 unless otherwise specified.
  • the upstream side in the axial direction means the upstream side of the axial flow of the fluid in the gap g between the rotor 4 and the casing 6 (the gap between the rotor 4 and the inner circumferential surface 12a of the seal body 12 described below), i.e., the high-pressure side in the axial direction in the gap g
  • the downstream side in the axial direction means the downstream side of the axial flow of the fluid in the gap g, i.e., the low-pressure side in the axial direction in the gap g.
  • the seal device 10 includes a seal body portion 12 and a plurality of stationary fin portions 18.
  • the seal body portion 12 is formed in an annular (e.g., cylindrical) shape and is held on the inner surface 8a of the casing body 8.
  • the seal body portion 12 includes an inner peripheral surface 12a, which is a stationary wall surface facing the outer peripheral surface 4a of the rotor 4, and an outer peripheral surface 12b fixed to the inner surface 8a of the casing body 8.
  • a plurality of holes 16 are formed in the inner circumferential surface 12a of the seal body 12.
  • the plurality of holes 16 formed in the inner circumferential surface 12a of the seal body 12 includes a plurality of holes 16 spaced apart in the circumferential direction.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a cross section along the axial direction of the rotary machine 2 shown in FIG. 1.
  • the multiple holes 16 formed in the inner circumferential surface 12a of the seal body 12 include multiple holes 16 arranged at intervals in the axial direction.
  • the shape of a cross section perpendicular to the radial direction of each of the multiple holes 16 formed in the inner circumferential surface 12a of the seal body 12 may be circular. That is, in the exemplary embodiment shown in FIG. 2, each of the multiple holes 16 formed in the inner circumferential surface 12a of the seal body 12 may be a bottomed recess that forms a cylindrical cavity.
  • the seal device 10 includes a plurality of stationary fin portions 18 spaced apart in the axial direction on the inner peripheral surface 12a of the seal body 12.
  • Each of the stationary fin portions 18 extends circumferentially and protrudes radially inward from the inner peripheral surface 12a of the seal body 12 toward the outer peripheral surface 4a of the rotor 4.
  • Each of the stationary fin portions 18 may be formed in an annular shape centered on the rotational axis of the rotor 4.
  • each of the multiple stationary fin portions 18 may be provided at a position between two axially adjacent holes 16 on the inner peripheral surface 12a of the seal body portion 12.
  • the holes 16 and the stationary fin portions 18 are arranged alternately in the axial direction.
  • the tip portion of each of the stationary fin portions 18 may have a tapered shape (a shape in which the thickness decreases toward the radially inward direction), and in that case, the tip end surface 18t of each of the stationary fin portions 18 may include an inclined surface 18t1 that is inclined toward the axially upstream side as it moves toward the radially inward direction in order to suppress an increase in leakage flow through the gap g.
  • the rotary machine 2 includes a plurality of rotor fin portions 20 (a plurality of first rotor fin portions) provided on the outer peripheral surface 4a of the rotor 4.
  • Each of the plurality of rotor fin portions 20 extends along the circumferential direction and protrudes from the outer peripheral surface 4a of the rotor 4 toward the corresponding hole 16.
  • each of the rotor fin portions 20 is formed at a position facing the bottom surface 16s of each hole 16, and is provided at a central position Pc of the hole 16 in the axial direction.
  • FIG. 1 the exemplary embodiment shown in FIG.
  • each of the rotor fin portions 20 is provided at a position between two axially adjacent stationary fin portions 18 among the plurality of stationary fin portions 18.
  • the axial thickness t of each of the rotor fin portions 20 is smaller than the axial dimension w of each of the holes 16, and may satisfy, for example, t ⁇ 0.3w.
  • the tip of each of the rotor fins 20 may have a tapered shape (a shape in which the thickness decreases as it moves radially outward), and in this case, the tip end surface 20t of each of the rotor fins 20 may include an inclined surface 20t1 that is inclined toward the axial upstream side as it moves radially outward, in order to suppress an increase in leakage flow from the gap g.
  • the rotating machine 2 described above is provided with multiple stationary fin portions 18 and multiple rotor fin portions 20, so that the contact area between the outer peripheral surface 4a of the rotor 4 and the inner peripheral surface 12a of the seal body portion 12 when the rotor 4 is displaced in a direction perpendicular to the axial direction can be reduced compared to a case where multiple stationary fin portions 18 and multiple rotor fin portions 20 are not provided.
  • This reduces the risk of contact between the rotor 4 and a stationary wall surface, i.e., the risk of thermal bending of the rotor 4 caused by frictional heat between the outer peripheral surface 4a of the rotor 4 and the inner peripheral surface 12a of the seal body portion 12.
  • the swirl (leakage flow) flowing through the gap g between the outer peripheral surface 4a of the rotor 4 and the inner peripheral surface 12a of the seal body 12 is likely to flow along the rotor fin portion 20 into the hole 16 in the inner peripheral surface 12a of the seal body 12.
  • arrow F2 in FIG. 4 a schematic diagram showing a part of the A-A cross section in FIG. 3
  • the swirl turns within the hole 16 and becomes a reverse swirl flowing in the opposite direction to the rotation direction r of the rotor 4, and flows out of the hole 16, thereby reducing the swirl.
  • the excitation force component (component in the direction perpendicular to the axial direction) of the fluid force acting on the outer peripheral surface 4a of the rotor 4 can be reduced, and the damping effect of the axial vibration of the rotor 4 can be improved, thereby achieving high axial stability of the rotor 4.
  • FIG. 5 is a diagram showing the flow rate of leakage flow through the gap g (hereinafter referred to as the "leak flow rate") and the effective damping of the axial vibration of the rotor 4 for the rotary machine 2 according to the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 4, in comparison with comparative forms 1 to 4.
  • comparative form 1 corresponds to a configuration in which the plurality of stationary fin portions 18 and the plurality of rotor fin portions 20 are removed from the rotary machine 2
  • comparative form 2 corresponds to a configuration in which the height of the inner peripheral surface 12a of the seal body portion 12 from the outer peripheral surface 4a of the rotor 4 is lowered compared to comparative form 1
  • comparative form 3 corresponds to a configuration in which the height of the inner peripheral surface 12a of the seal body portion 12 from the outer peripheral surface 4a of the rotor 4 is lowered compared to comparative form 2
  • comparative form 4 corresponds to a configuration in which the height of the inner peripheral surface 12a of the seal body portion 12 from the outer peripheral surface 4a of the rotor 4 is lowered compared to comparative form 3.
  • the height of the inner circumferential surface 12a of the seal body 12 from the outer circumferential surface 4a of the rotor 4 in the above embodiment is the same as the height of the inner circumferential surface 12a of the seal body 12 from the outer circumferential surface 4a of the rotor 4 in comparative embodiment 1.
  • Figure 6 shows the relationship between the axial position in the gap g between the outer circumferential surface 4a of the rotor 4 and the inner circumferential surface 12a of the seal body 12 and the non-dimensional circumferential velocity of the swirl (leakage flow) for each of the above embodiment and comparative embodiment 1.
  • the non-dimensional circumferential velocity is the value obtained by dividing the circumferential velocity at each position by the circumferential velocity at the 0 mm position in the axial direction.
  • the swirl ratio can be reduced in the range where the holes 16 are formed in the axial direction, compared to comparative embodiment 1, and therefore the axial vibration of the rotor 4 can be effectively damped.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing another example of a cross section along the axial direction of a rotating machine 2 according to one embodiment.
  • reference numerals common to the components shown in FIG. 2 indicate the same components as those shown in FIG. 2 unless otherwise specified, and description thereof will be omitted.
  • each of the stationary fin portions 18 may be inclined toward the upstream side in the axial direction as it moves radially inward.
  • each of the rotor fin portions 20 may be inclined toward the upstream side in the axial direction as it moves radially outward.
  • each of the rotor fin portions 20 protrudes toward the upstream wall surface 16a1 of the inner surface 16a of the corresponding hole 16.
  • each of the rotor fin portions 20 may be formed so that the line L intersects with the upstream wall surface 16a1 of the inner surface 16a of the hole 16 corresponding to the rotor fin portion 20.
  • the effect of the contraction caused by each of the stationary fin portion 18 and the rotor fin portion 20 can be enhanced, and the leakage flow rate in the gap g between the outer peripheral surface 4a of the rotor 4 and the inner peripheral surface 12a of the seal body portion 12 can be effectively reduced.
  • the stationary fin portion 18 is not inclined in the radial direction as shown in FIG. 8A, when the stationary fin portion 18 is inclined toward the upstream side in the axial direction as it moves toward the inside in the radial direction as shown in FIG.
  • the flow is bent near the tip of the stationary fin portion 18, and the downward velocity component becomes stronger, so that the backflow area near the tip of the stationary fin portion 18 becomes larger, and the effective cross-sectional area of the leakage flow can be reduced.
  • the leakage flow in the axial direction in the gap g can be redirected by the rotor fin portion 20 and circulated within the hole 16, effectively reducing the leakage flow rate.
  • FIG. 9 is a diagram showing the leakage flow rate and effective damping of the axial vibration of the rotor 4 in the embodiment shown in FIG. 7, in comparison with the embodiment shown in FIG. 2 and the above-mentioned comparative forms 1 to 4.
  • the embodiment shown in FIG. 7 can also achieve large effective damping while significantly reducing the leakage flow rate compared to each of the comparative forms 1 to 4, and can simultaneously reduce the risk of contact between the rotor 4 and the inner circumferential surface 12a of the seal main body 12 and increase the damping effect of the axial vibration of the rotor 4.
  • the effect of reducing the leakage flow rate is even greater.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing another example of a cross section along the axial direction of a rotating machine 2 according to one embodiment.
  • reference numerals common to the components shown in FIG. 2 indicate the same components as those shown in FIG. 2 unless otherwise specified, and description thereof will be omitted.
  • the multiple stationary fin portions 18 formed on the inner peripheral surface 12a of the seal body portion 12 are referred to as stationary fin portions 18a, 18b, 18c, 18d, and 18e, in order from the upstream side in the axial direction
  • the multiple rotor fin portions 20 formed on the outer peripheral surface 4a of the rotor 4 are referred to as rotor fin portions 20a, 20b, 20c, and 20d, in order from the upstream side in the axial direction.
  • stationary fin portion 18b is located downstream in the axial direction from stationary fin portion 18a
  • stationary fin portion 18c is located downstream in the axial direction from stationary fin portion 18b
  • stationary fin portion 18d is located downstream in the axial direction from stationary fin portion 18c
  • stationary fin portion 18e is located downstream in the axial direction from stationary fin portion 18d.
  • rotor fin portion 20a is located between stationary fin portion 18a and stationary fin portion 18b
  • rotor fin portion 20b is located between stationary fin portion 18b and stationary fin portion 18c
  • rotor fin portion 20c is located between stationary fin portion 18c and stationary fin portion 18d
  • rotor fin portion 20d is located between stationary fin portion 18d and stationary fin portion 18e.
  • the multiple holes 16 formed in the inner peripheral surface 12a of the seal body 12 include a hole 161 formed in the range between stationary fin portion 18a and stationary fin portion 18b in the axial direction, and a hole 162 formed in the range between stationary fin portion 18b and stationary fin portion 18cb in the axial direction.
  • the inner peripheral surface 12a of the seal body 12 includes a hole-free region 12a1 where no hole 16 is formed between stationary fin portion 18c and stationary fin portion 18d in the axial direction, and a hole-free region 12a2 where no hole 16 is formed between stationary fin portion 18d and stationary fin portion 18e in the axial direction.
  • rotor fin portion 20a is provided at the center of hole 161 in the axial direction and protrudes toward bottom surface 16s of hole 161.
  • Rotor fin portion 20b is provided at the center of hole 16i in the axial direction and protrudes toward bottom surface 16s of hole 162.
  • Rotor fin portion 20c is provided at the center of hole non-formation region 12a1 in the axial direction and protrudes toward hole non-formation region 12a1.
  • Rotor fin portion 20d is provided at the center of hole non-formation region 12a2 in the axial direction and protrudes toward hole non-formation region 12a2.
  • the distance d1 corresponds to the distance between the bottom surface 16s of the hole 161 and the rotor fin portion 20a
  • the distance d2 corresponds to the distance between the bottom surface 16s of the hole 162 and the rotor fin portion 20b
  • the distance d3 corresponds to the distance between the hole non-forming region 12a1 and the rotor fin portion 20c
  • the distance d4 corresponds to the distance between the hole non-forming region 12a2 and the rotor fin portion 20d.
  • the cross-sectional shape perpendicular to the radial direction of each of the holes 16 is circular, but the cross-sectional shape perpendicular to the radial direction of each of the holes 16 may be rectangular.
  • each of the holes 16 may be a bottomed recess that forms a cavity in the shape of a rectangular prism. This can promote the turning of the flow within the hole 16 and enhance the above-described effect of reducing swirl.
  • casing body 8, the seal body portion 12, and the stationary fin portion 18 do not need to be configured as separate parts, and any combination of these may be integrally configured as a single part.
  • each of the multiple stationary fin portions 18 may be provided so as to straddle the multiple holes 16. In other words, when viewed in the radial direction, each of the multiple stationary fin portions 18 may be provided so as to overlap at least a portion of the multiple holes 16.
  • only one of all the stationary fin portions 18 of the sealing device 10 may be provided at a position between two circumferentially adjacent holes 16 on the inner circumferential surface 12a of the seal body portion 12, or any number of all the stationary fin portions 18 of the sealing device 10 may be provided at a position between two circumferentially adjacent holes 16 on the inner circumferential surface 12a of the seal body portion 12.
  • only one of all the stationary fin portions 18 of the sealing device 10 may be inclined toward the upstream side of the rotation direction r of the rotor 4 as it moves radially inward, or any number of all the stationary fin portions 18 of the sealing device 10 may be inclined toward the upstream side of the rotation direction r of the rotor 4 as it moves radially inward.
  • only one of all rotor fin portions 20 of the rotary machine 2 may be inclined toward the upstream side of the rotation direction r of the rotor 4 as it moves radially outward, and any number of stationary fin portions 18 of all rotor fin portions 20 of the sealing device 10 may be inclined toward the upstream side of the rotation direction r of the rotor 4 as it moves radially outward.
  • each of the multiple stationary fin portions 18 of the sealing device 10 may be inclined toward the upstream side of the rotation direction r of the rotor 4 as it moves radially inward, and each of the multiple rotor fin portions 20 may extend along the radial direction (along a plane perpendicular to the axial direction).Furthermore, each of the multiple stationary fin portions 18 of the sealing device 10 may be inclined toward the upstream side of the rotation direction r of the rotor 4 as it moves radially outward.
  • a rotary machine (e.g., rotary machine 2) according to at least one embodiment of the present disclosure includes: A rotor (e.g., rotor 4); an annular seal body (e.g., seal body 12) including an inner circumferential surface (e.g., inner circumferential surface 12a) which is a stationary wall surface facing an outer circumferential surface (e.g., outer circumferential surface 4a) of the rotor, and a plurality of holes (e.g., a plurality of holes 16) formed on the inner circumferential surface; a plurality of stationary fin portions (e.g., the plurality of stationary fin portions 18) provided on the inner peripheral surface of the rotor at intervals in the axial direction of the rotor; and at least one first rotor fin portion (e.g., the plurality of rotor fin portions 20 or the rotor fin portions 20a, 20b) provided on the outer peripheral surface of the rotor.
  • a rotor e.g., rot
  • each of the plurality of stationary fin portions extends along a circumferential direction of the rotor and protrudes from the inner peripheral surface toward the outer peripheral surface of the rotor;
  • Each of the at least one first rotor fin portion extends along the circumferential direction and protrudes from the outer circumferential surface of the rotor toward the hole.
  • the rotating machine described in (1) above by providing a plurality of stationary fin portions and at least one rotor fin portion, it is possible to reduce the contact area between the outer peripheral surface of the rotor and the stationary wall surface when the rotor is displaced in a direction perpendicular to the axial direction, thereby reducing the risk of contact between the rotor and the stationary wall surface, i.e., the risk of thermal bending of the rotor due to frictional heat between the outer peripheral surface of the rotor and the stationary wall surface.
  • the swirl (leakage flow) flowing in the gap between the outer circumferential surface of the rotor and the inner circumferential surface (stationary wall surface) of the seal body is more likely to flow along the rotor fins into the holes in the inner circumferential surface of the seal body, where the swirl turns inside the holes and becomes a reverse swirl flowing in the opposite direction to the rotational direction of the rotor before exiting the holes, thereby reducing the swirl and reducing the excitation force component (component perpendicular to the axial direction) of the fluid force acting on the outer circumferential surface of the rotor.
  • This improves the damping effect of the rotor's axial vibration and achieves high axial stability of the rotor.
  • each of the plurality of stationary fin portions is less than the dimension of the hole in the axial direction.
  • the rotating machine described in (2) above can achieve high axial stability of the rotor while reducing the risk of contact between the rotor and a stationary wall surface.
  • At least one of the plurality of stationary fin portions is provided at a position between two of the holes adjacent in the axial direction on the inner circumferential surface of the seal body portion.
  • the stationary fin portion can be more firmly fixed to the seal body than in the case where the stationary fin portion is provided across the holes.
  • the first rotor fin portion is provided at a center position of the hole in the axial direction.
  • the rotating machine described in (4) above by providing the first rotor fin portion at the center position of the hole in the axial direction, a robust structure can be achieved that can suppress deterioration of sealing performance, such as a sudden decrease in effective damping or a sudden increase in leakage flow rate, even if an axial thermal expansion difference occurs between the stationary wall surface and the rotor and the axial relative position of the first rotor fin portion with respect to the hole changes.
  • the shape of a cross section of the hole perpendicular to the radial direction of the rotor is rectangular.
  • At least one of the plurality of stationary fin portions is inclined toward the upstream side in the axial direction as it moves toward the inside in the radial direction of the rotor.
  • the rotary machine described in (7) above can enhance the effect of the contraction flow caused by the stationary fin portion, thereby reducing the amount of leakage flow that flows through the gap between the outer circumferential surface of the rotor and the stationary wall surface.
  • the first rotor fin portion is inclined toward the upstream side in the axial direction as it moves toward the outside in the radial direction of the rotor.
  • the rotary machine described in (8) above can enhance the contraction effect of the first rotor fin portion, thereby reducing the amount of leakage flow that flows through the gap between the outer circumferential surface of the rotor and the stationary wall surface.
  • the contact area between the first rotor fin portion and the seal body portion can be reduced when the rotor is displaced in a direction perpendicular to the axial direction, thereby reducing the risk of contact between the rotor and the stationary wall surface, i.e., the risk of thermal bending of the rotor caused by frictional heat between the outer circumferential surface of the rotor and the stationary wall surface.
  • the plurality of stationary fin portions include a first stationary fin portion (e.g., the above-mentioned stationary fin portion 18a or stationary fin portion 18b), a second stationary fin portion (e.g., the above-mentioned stationary fin portion 18b or stationary fin portion 18c) located downstream in the axial direction from the first stationary fin portion, a third stationary fin portion (e.g., the above-mentioned stationary fin portion 18c or stationary fin portion 18d) located downstream in the axial direction from the second stationary fin portion, and a fourth stationary fin portion (e.g., the above-mentioned stationary fin portion 18d or stationary fin portion 18e) located downstream of the third stationary fin portion,
  • the plurality of holes include holes (e.g., the above-mentioned holes 161 or 162) formed in a range between the first stationary fin portion and the second stationary fin portion in the axial direction,
  • the inner circumferential surface of the seal body includes a hole-
  • Each of the first rotor fin portions is formed so that, in a cross section along the axial direction, a straight line connecting the base end of the first rotor fin portion and the tip of the first rotor fin portion intersects with the upstream wall surface in the axial direction on the inner surface of the hole corresponding to the first rotor fin portion.
  • the axial leakage flow in the gap between the outer peripheral surface of the rotor and the inner peripheral surface of the seal body can be redirected by the first rotor fin portion and circulated within the hole, effectively reducing the flow rate of the leakage flow.

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Abstract

ロータと、ロータの外周面に対向する静止壁面である内周面と、内周面に形成された複数のホールとを含む環状のシール本体部と、ロータの軸方向に間隔を空けて内周面に設けられた複数の静止フィン部と、ロータの外周面に設けられた少なくとも１つの第１ロータフィン部と、を備え、複数の静止フィン部の各々は、ロータの周方向に沿って延在するとともに内周面からロータの外周面に向けて突出し、少なくとも１つの第１ロータフィン部の各々は、周方向に沿って延在するとともにロータの外周面からホールに向けて突出に向けて突出している。

Description

回転機械
　本開示は、回転機械に関する。
　本願は、２０２３年６月１６日に日本国特許庁に出願された特願２０２３－０９９０９９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えばタービン等の回転機械において、低周波振動などの不安定振動が生じる場合がある。回転機械のロータに変位が生じたときに、ロータの外周面と静止壁面との隙間（シール部）を流れるスワール（旋回流）によって該隙間に不均一な圧力分布が発生し、ロータの変位の方向と直交する方向の流体力がロータに作用することにより、ロータの振れ回りを助長するような効果が生じる。この流体力をシール励振力と呼び、シール励振力が発生することでロータの軸安定性（軸系の安定性）が低下する。このため、ロータの軸安定性の観点から、シール励振力の低減は重要である。
　このシール励振力を低減するシール構造として、ポケットダンパーシール、ホールパターンシール又はハニカムシール等のダンパーシール（例えば特許文献１参照）があり、ダンパーシールを設けると、静止壁面側に設けられたホール（凹部）に流体を導入することによるスワール低減効果、及び、静止壁面とロータとの隙間の狭くなっている部分で発生する振動減衰効果（スクイーズ膜効果）によりシール励振力を低減することができる。
特開２０１６－１５３６５４号公報
　特許文献１に記載のダンパーシールでは、ロータが変位した際におけるロータと静止壁面との接触面積が大きくなりやすく、ロータと静止壁面との摩擦熱に起因するロータの熱曲がりのリスク（以下、「ロータと静止壁面との接触リスク」と記載する場合がある。）が大きい。一方、ロータと静止壁面との接触リスクを低減するために単純にロータの外周面と静止壁面との隙間を大きくとると、上記のスクイーズ膜効果の働きが弱くなり、シール励振力の低減効果が弱くなる。このため、ロータと静止壁面との接触リスクを低減することと、ロータの高い軸安定性を実現することとを両立することが難しいという課題がある。
　上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、ロータと静止壁面との接触リスクを低減しつつ、ロータの高い軸安定性を実現することが可能な回転機械を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係る回転機械は、
　ロータと、
　前記ロータの外周面に対向する静止壁面である内周面と、前記内周面に形成された複数のホールとを含む環状のシール本体部と、
　前記ロータの軸方向に間隔を空けて前記内周面に設けられた複数の静止フィン部と
　前記ロータの前記外周面に設けられた少なくとも１つの第１ロータフィン部と、
　を備え、
　前記複数の静止フィン部の各々は、前記ロータの周方向に沿って延在するとともに前記内周面から前記ロータの前記外周面に向けて突出し、
　前記少なくとも１つの第１ロータフィン部の各々は、前記周方向に沿って延在するとともに前記ロータの前記外周面から前記ホールに向けて突出している。
　本開示の少なくとも一実施形態によれば、ロータの外周面と静止壁面との接触のリスクを低減しつつロータの高い軸安定性を実現することが可能な回転機械用シールシステム及びこれを備える回転機械が提供される。
一実施形態に係る回転機械２の軸方向に直交する断面の一例を示す概略図である。 図１に示した回転機械２の軸方向に沿った断面の一例を示す概略図である。 図２に示す断面におけるスワールの流れを説明するための概略図である。 図３におけるＡ－Ａ断面の一部におけるスワールの流れを説明するための概略図である。 図１～図４を用いて説明した実施形態と比較形態１～４について、リーク流量とロータ４の軸振動の有効減衰との関係を示す図である。 図１～図４を用いて説明した実施形態と比較形態１の各々について、ロータ４の外周面４ａとシール本体部１２の内周面１２ａとの隙間ｇにおける軸方向の位置とスワール比との関係を示す図である。 一実施形態に係る回転機械２の軸方向に沿った断面の他の一例を示す概略図である。 静止フィン部１８が径方向に対して傾斜していない場合におけるリーク流の有効断面積を説明するための概略断面図である。 静止フィン部１８が径方向における内側に向かうにつれて軸方向の上流側に向かうように傾斜している場合におけるリーク流の有効断面積を説明するための概略断面図である。 図７に示す断面におけるスワールの流れを説明するための概略図である。 図７に示す実施形態におけるリーク流量とロータ４の軸振動の有効減衰とを、上記比較形態１～４と対比して示す図である。 一実施形態に係る回転機械２の軸方向に沿った断面の他の一例を示す概略図である。
　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、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　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。
　図１は、一実施形態に係る回転機械２の軸方向に直交する断面の一例を示す概略図である。回転機械２は、例えば蒸気タービン等のタービン又は圧縮機等であってもよい。
　図１に示すように、回転機械２は、ロータ４と、ロータ４を収容するケーシング６とを含む。ケーシング６は、ロータ４を収容するケーシング本体８と、シール装置１０（回転機械用シール装置）とを備える。
　本明細書では、「軸方向」とは、特記しない限りロータ４の軸方向を意味し、「周方向」とは、特記しない限りロータ４の周方向を意味し、「径方向」とは、特記しない限りロータ４の径方向を意味する。また、軸方向の上流側とはロータ４とケーシング６との隙間ｇ（ロータ４と後述のシール本体部１２の内周面１２ａとの隙間）における流体の軸方向の流れの上流側すなわち隙間ｇにおける軸方向の高圧側を意味し、軸方向の下流側とは隙間ｇにおける流体の軸方向の流れの下流側すなわち隙間ｇにおける軸方向の低圧側を意味する。
　図１に部分的に示すように、シール装置１０は、シール本体部１２及び複数の静止フィン部１８を含む。図示する例示的形態では、シール本体部１２は環状（例えば円筒状）に形成されており、ケーシング本体８の内面８ａに保持されている。シール本体部１２は、ロータ４の外周面４ａに対向する静止壁面である内周面１２ａと、ケーシング本体８の内面８ａに固定された外周面１２ｂとを含む。
　シール本体部１２の内周面１２ａには、複数のホール１６（凹部）が形成されている。図１に示す断面において、シール本体部１２の内周面１２ａに形成された複数のホール１６は、周方向に間隔を空けて配置された複数のホール１６を含む。
　図２は、図１に示した回転機械２の軸方向に沿った断面の一例を示す概略図である。図２に示す断面において、シール本体部１２の内周面１２ａに形成された複数のホール１６は、軸方向に間隔を空けて配置された複数のホール１６を含む。図２に示す例示的形態において、シール本体部１２の内周面１２ａに形成された複数のホール１６の各々における径方向に直交する断面の形状は円形であってもよい。すなわち、図２に示す例示的形態において、シール本体部１２の内周面１２ａに形成された複数のホール１６の各々は、円柱形状の空洞を形成する有底の凹部であってもよい。
　例えば図２に示すように、シール装置１０は、シール本体部１２の内周面１２ａに軸方向に間隔を空けて設けられた複数の静止フィン部１８を含む。複数の静止フィン部１８の各々は、周方向に沿って延在しており、シール本体部１２の内周面１２ａからロータ４の外周面４ａに向けて径方向の内側に突出している。複数の静止フィン部１８の各々は、ロータ４の回転軸線を中心とする環状に形成されていてもよい。
　例えば図２に示すように、複数の静止フィン部１８の各々は、シール本体部１２の内周面１２ａにおける軸方向に隣り合う２つのホール１６の間の位置に設けられていてもよい。図２に示す断面において、ホール１６と静止フィン部１８とは軸方向に交互に配置されている。図２に示すように、ロータ４が変位した際におけるロータ４との接触面積を低減する観点から、静止フィン部１８の各々の先端部は先細形状（径方向内側に向かうにつれて厚さが減少する形状）を有していてもよく、その場合、静止フィン部１８の各々における先端側の端面１８ｔは、隙間ｇの漏れ流れの増大を抑制する観点から径方向の内側に向かうにつれて軸方向の上流側に向かうように傾斜した傾斜面１８ｔ１を含んでいてもよい。
　例えば図２に示すように、回転機械２は、ロータ４の外周面４ａに設けられた複数のロータフィン部２０（複数の第１ロータフィン部）を備える。複数のロータフィン部２０の各々は、周方向に沿って延在するとともにロータ４の外周面４ａから対応するホール１６に向けて突出している。図２に示す断面では、ロータフィン部２０の各々は、ホール１６毎にホール１６の底面１６ｓに対向する位置に形成されており、軸方向におけるホール１６の中央の位置Ｐｃに設けられている。また、図２に示す例示的形態では、ロータフィン部２０の各々は、複数の静止フィン部１８のうち軸方向に隣り合う２つの静止フィン部１８の間の位置に設けられる。ロータフィン部２０の各々における軸方向の厚さｔは、ホール１６の各々における軸方向の寸法ｗよりも小さく、例えばｔ＜０．３ｗを満たしていてもよい。また、ロータ４が変位した際におけるシール本体部１２との接触面積を低減する観点から、ロータフィン部２０の各々の先端部は先細形状（径方向外に向かうにつれて厚さが減少する形状）を有していてもよく、その場合、ロータフィン部２０の各々における先端側の端面２０ｔは、隙間ｇの漏れ流れの増大を抑制する観点から径方向の外側に向かうにつれて軸方向の上流側に向かうように傾斜した傾斜面２０ｔ１を含んでいてもよい。
　上記回転機械２によれば、複数の静止フィン部１８と複数のロータフィン部２０とを備えているため、複数の静止フィン部１８と複数のロータフィン部２０とを備えていない場合と比較して、ロータ４が軸方向と直交する方向に変位した際のロータ４の外周面４ａとシール本体部１２の内周面１２ａとの接触面積を低減することができる。このため、ロータ４と静止壁面との接触リスクすなわちロータ４の外周面４ａとシール本体部１２の内周面１２ａとの摩擦熱に起因するロータ４の熱曲がりのリスクを低減することができる。
　また、図３の矢印Ｆ１に示すように、ロータ４の外周面４ａとシール本体部１２の内周面１２ａとの隙間ｇを流れるスワール（漏れ流れ）がロータフィン部２０に沿ってシール本体部１２の内周面１２ａのホール１６に流れ込みやすくなる。そして、図４（図３のＡ－Ａ断面の一部を示す概略図）の矢印Ｆ２に示すように、スワールがホール１６内で転向して、ロータ４の回転方向ｒと反対方向に流れる逆スワールとなってホール１６から流出することで、スワールを低減することができる。このため、ロータ４の外周面４ａに作用する流体力の励振力成分（軸方向と直交する方向の成分）を低減することができ、ロータ４の軸振動の減衰効果を高めてロータ４の高い軸安定性を実現することができる。
　図５は、図１～図４を用いて説明した実施形態に係る回転機械２について、隙間ｇを流れる漏れ流れの流量（以下、「リーク流量」と記載する。）とロータ４の軸振動の有効減衰とを、比較形態１～４と対比して示す図である。ここで、比較形態１は、上記回転機械２から複数の静止フィン部１８と複数のロータフィン部２０とを取り除いた構成に相当し、比較形態２は、比較形態１に対して、ロータ４の外周面４ａからのシール本体部１２の内周面１２ａの高さを低くした構成に相当し、比較形態３は、比較形態２に対して、ロータ４の外周面４ａからのシール本体部１２の内周面１２ａの高さを低くした構成に相当し、比較形態４は、比較形態３に対して、ロータ４の外周面４ａからのシール本体部１２の内周面１２ａの高さを低くした構成に相当する。なお、上記実施形態におけるロータ４の外周面４ａからのシール本体部１２の内周面１２ａの高さは、比較形態１におけるロータ４の外周面４ａからのシール本体部１２の内周面１２ａの高さに一致する。
　図５に示すように、比較形態１～４では、ロータ４とシール本体部１２の内周面１２ａとの接触リスクを低減するためにロータ４の外周面４ａからのシール本体部１２の内周面１２ａの高さを高くすると（すなわち比較形態４から比較形態１に向かうと）、リーク流量が増加するとともに軸振動の有効減衰が低下することがわかる。このため、比較形態１～４では、ロータ４とシール本体部１２の内周面１２ａとの接触リスクを低減することと、軸振動の減衰効果を高めることとを両立することが困難であることがわかる。
　これに対し、上記実施形態に係る回転機械２では、ロータ４の外周面４ａからのシール本体部１２の内周面１２ａの高さが比較形態１～４の中で当該高さが最も高い比較形態１と同じであるにも関わらず、比較形態１～４の各々に対してリーク流量を大幅に低減しつつ、大きな有効減衰を実現することができる。したがって、ロータ４とシール本体部１２の内周面１２ａとの接触リスクを低減しつつ、ロータ４の高い軸安定性を実現することができる。
　図６は、上記実施形態と上記比較形態１の各々について、ロータ４の外周面４ａとシール本体部１２の内周面１２ａとの隙間ｇにおける軸方向の位置とスワール（漏れ流れ）の無次元周方向速度との関係を示す図である。ここで無次元周方向速度とは、各位置での周方向速度を軸方向の０ｍｍ位置での周方向速度で除算した値である。
　図６に示すように、上記実施形態によれば、比較形態１と比較して、軸方向におけるホール１６が形成されている範囲においてスワール比を低減することができるため、ロータ４の軸振動を効果的に減衰させることができる。
　図７は、一実施形態に係る回転機械２の軸方向に沿った断面の他の一例を示す概略図である。図７に示す回転機械２において、図２に示した各構成と共通の符号は、特記しない限り図２に示した各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。
　幾つかの実施形態では、例えば図７に示すように、複数の静止フィン部１８の各々は、径方向における内側に向かうにつれて軸方向の上流側に向かうように傾斜していてもよい。また、複数のロータフィン部２０の各々は、径方向における外側に向かうにつれて軸方向の上流側に向かうように傾斜していてもよい。図示する例示的形態では、ロータフィン部２０の各々は、対応するホール１６の内面１６ａにおける上流側の壁面１６ａ１に向けて突出している。具体的には、図７に示すように、軸方向に沿った断面においてロータフィン部２０の基端（図示する例ではロータフィン部２０の基端における軸方向の上流端）とロータフィン部２０の先端とを結ぶ直線をＬとすると、該ロータフィン部２０に対応するホール１６の内面１６ａにおける上流側の壁面１６ａ１と直線Ｌとが交差するように、ロータフィン部２０の各々が形成されていてもよい。
　図７に示す構成によれば、静止フィン部１８及びロータフィン部２０の各々による縮流の効果を高めて、ロータ４の外周面４ａとシール本体部１２の内周面１２ａとの隙間ｇにおけるリーク流量を効果的に低減することができる。例えば図８Ａに示すように静止フィン部１８が径方向に対して傾斜していない場合と比較して、図８Ｂに示すように、静止フィン部１８が径方向における内側に向かうにつれて軸方向の上流側に向かうように傾斜している場合には、静止フィン部１８の先端付近で流れが折れ曲がり、下向きの速度成分が強くなるため、静止フィン部１８の先端付近の逆流域が大きくなり、リーク流の有効断面積を低減することができる。また、図８Ｃの矢印Ｆ３に示すように、軸方向に沿った断面において、隙間ｇにおける軸方向の漏れ流れを、ロータフィン部２０によって転向してホール１６内で周回させてリーク流量を効果的に低減することができる。
　図９は、図７に示す実施形態におけるリーク流量とロータ４の軸振動の有効減衰とを、図２に示す実施形態及び上記比較形態１～４と対比して示す図である。図９に示すように、図７に示す実施形態においても、比較形態１～４の各々と比較してリーク流量を大幅に低減しつつ、大きな有効減衰を実現することができ、ロータ４とシール本体部１２の内周面１２ａとの接触リスクを低減することとロータ４の軸振動の減衰効果を高めることとを両立することができる。また、図２に示す実施形態（図５参照）と比較して、リーク流量を低減する効果がさらに高くなっている。
　図１０は、一実施形態に係る回転機械２の軸方向に沿った断面の他の一例を示す概略図である。図１０に示す回転機械２において、図２に示した各構成と共通の符号は、特記しない限り図２に示した各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。
　図１０に示す断面において、シール本体部１２の内周面１２ａに形成された複数の静止フィン部１８を軸方向の上流側から順に静止フィン部１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅと称し、ロータ４の外周面４ａに形成された複数のロータフィン部２０を軸方向の上流側から順にロータフィン部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと称する。したがって、静止フィン部１８ｂは静止フィン部１８ａより軸方向における下流側に位置し、静止フィン部１８ｃは静止フィン部１８ｂより軸方向における下流側に位置し、静止フィン部１８ｄは静止フィン部１８ｃより軸方向における下流側に位置し、静止フィン部１８ｅは静止フィン部１８ｄより軸方向における下流側に位置する。また、ロータフィン部２０ａは静止フィン部１８ａと静止フィン部１８ｂの間に位置し、ロータフィン部２０ｂは静止フィン部１８ｂと静止フィン部１８ｃの間に位置し、ロータフィン部２０ｃは静止フィン部１８ｃと静止フィン部１８ｄの間に位置し、ロータフィン部２０ｄは静止フィン部１８ｄと静止フィン部１８ｅの間に位置する。
　図１０に示す断面において、シール本体部１２の内周面１２ａに形成された複数のホール１６は、軸方向における静止フィン部１８ａと静止フィン部１８ｂとの間の範囲に形成されたホール１６１と、軸方向における静止フィン部１８ｂと静止フィン部１８ｃｂとの間の範囲に形成されたホール１６２とを含む。また、図１０に示す断面において、シール本体部１２の内周面１２ａは、軸方向における静止フィン部１８ｃと静止フィン部１８ｄとの間にホール１６が形成されていないホール不形成領域１２ａ１を含み、軸方向における静止フィン部１８ｄと静止フィン部１８ｅとの間にホール１６が形成されていないホール不形成領域１２ａ２を含む。
　図１０に示す断面において、ロータフィン部２０ａは、軸方向においてホール１６１の中央の位置に設けられ、ホール１６１の底面１６ｓに向けて突出している。ロータフィン部２０ｂは、軸方向においてホール１６ｉの中央の位置に設けられ、ホール１６２の底面１６ｓに向けて突出している。ロータフィン部２０ｃは、軸方向においてホール不形成領域１２ａ１の中央の位置に設けられ、ホール不形成領域１２ａ１に向けて突出している。ロータフィン部２０ｄは、軸方向においてホール不形成領域１２ａ２の中央の位置に設けられ、ホール不形成領域１２ａ２に向けて突出している。図１０に示す断面において、シール本体部１２の内周面１２ａとロータフィン部２０ａとの距離をｄ１、シール本体部１２の内周面１２ａとロータフィン部２０ｂとの距離をｄ２、シール本体部１２の内周面１２ａとロータフィン部２０ｃとの距離をｄ３、シール本体部１２の内周面１２ａとロータフィン部２０ｄとの距離をｄ４とすると、ｄ１＝ｄ２、ｄ２＜ｄ３、及び、ｄ３＝ｄ４を満たす。なお、距離ｄ１はホール１６１の底面１６ｓとロータフィン部２０ａとの距離に相当し、距離ｄ２はホール１６２の底面１６ｓとロータフィン部２０ｂとの距離に相当し、距離ｄ３はホール不形成領域１２ａ１とロータフィン部２０ｃとの距離に相当し、距離ｄ４は、ホール不形成領域１２ａ２とロータフィン部２０ｄとの距離に相当する。
　図１０に示す構成によれば、シール本体部１２の内周面１２ａにおける軸方向の全ての静止フィン部１８の間にホール１６を形成する場合と比較して、ホール不形成領域１２ａ１，１２ａ２を設けるとともにホール不形成領域１２ａ１，１２ａ２に向けてそれぞれ突出しているロータフィン部２０ｃ，２０ｄを設けることにより、ロータ４の外周面４ａとシール本体部１２の内周面１２ａとの隙間ｇにおけるリーク流量を低減することができる。また、ホール１６が無い場合と比較して、ロータ４の軸振動の減衰効果を高めてロータ４の高い軸安定性を実現することができる。
　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、上述した幾つかの実施形態では、ホール１６の各々における径方向に直交する断面の形状が円形の場合を例示したが、ホール１６の各々における径方向に直交する断面の形状は四角形であってもよい。すなわち、ホール１６の各々は、四角柱形状の空洞を形成する有底の凹部であってもよい。これにより、ホール１６内での流れの転向を促進し、スワールを低減する上述の効果を高めることができる。
　また、ケーシング本体８、シール本体部１２及び静止フィン部１８は、別部品として構成されている必要はなく、これらの任意の組み合わせが一部品として一体に構成されていてもよい。
　また、複数の静止フィン部１８の各々は、複数のホール１６を跨ぐように設けられていてもよい。すなわち、径方向視において、複数の静止フィン部１８の各々は、複数のホール１６の少なくとも一部とオーバーラップするように設けられていてもよい。
　また、例えばシール装置１０の全ての静止フィン部１８のうちの１つのみがシール本体部１２の内周面１２ａにおける周方向に隣り合う２つのホール１６の間の位置に設けられていてもよく、シール装置１０の全ての静止フィン部１８のうちの任意の数の静止フィン部１８がシール本体部１２の内周面１２ａにおける周方向に隣り合う２つのホール１６の間の位置に設けられていてもよい。
　また、シール装置１０の全ての静止フィン部１８のうち１つのみが径方向の内側に向かうにつれてロータ４の回転方向ｒの上流側に向かうように傾斜していてもよく、シール装置１０の全ての静止フィン部１８のうち任意の数の静止フィン部１８が径方向の内側に向かうにつれてロータ４の回転方向ｒの上流側に向かうように傾斜していてもよい。
　また、回転機械２の全てのロータフィン部２０のうち１つのみが径方向の外側に向かうにつれてロータ４の回転方向ｒの上流側に向かうように傾斜していてもよく、シール装置１０の全てのロータフィン部２０のうち任意の数の静止フィン部１８が径方向の外側に向かうにつれてロータ４の回転方向ｒの上流側に向かうように傾斜していてもよい。
　また、例えばシール装置１０の複数の静止フィン部１８の各々が径方向の内側に向かうにつれてロータ４の回転方向ｒの上流側に向かうように傾斜し、複数のロータフィン部２０の各々が径方向に沿って（軸方向に直交する平面に沿って）延在していてもよい。また、シール装置１０の複数の静止フィン部１８の各々が径方向に沿って（軸方向に直交する平面に沿って）延在し、複数のロータフィン部２０の各々が径方向の外側に向かうにつれてロータ４の回転方向ｒの上流側に向かうように傾斜していてもよい。
　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回転機械（例えば回転機械２）は、
　ロータ（例えばロータ４）と、
　前記ロータの外周面（例えば外周面４ａ）に対向する静止壁面である内周面（例えば内周面１２ａ）と、前記内周面に形成された複数のホール（例えば複数のホール１６）とを含む環状のシール本体部（例えばシール本体部１２）と、
　前記ロータの軸方向に間隔を空けて前記内周面に設けられた複数の静止フィン部（例えば上述の複数の静止フィン部１８）と
　前記ロータの前記外周面に設けられた少なくとも１つの第１ロータフィン部（例えば上述の複数のロータフィン部２０又はロータフィン部２０ａ，２０ｂ）と、
　を備え、
　前記複数の静止フィン部の各々は、前記ロータの周方向に沿って延在するとともに前記内周面から前記ロータの前記外周面に向けて突出し、
　前記少なくとも１つの第１ロータフィン部の各々は、前記周方向に沿って延在するとともに前記ロータの前記外周面から前記ホールに向けて突出している。
　上記（１）に記載の回転機械によれば、複数の静止フィン部と少なくとも１つのロータフィン部とを備えることにより、ロータが軸方向と直交する方向に変位した際のロータの外周面と静止壁面との接触面積を低減することができるため、ロータと静止壁面との接触リスクすなわちロータの外周面と静止壁面との摩擦熱に起因するロータの熱曲がりのリスクを低減することができる。
　また、ロータの外周面とシール本体部の内周面（静止壁面）との隙間を流れるスワール（漏れ流れ）がロータフィン部に沿ってシール本体部の内周面のホールに流れ込みやすくなり、スワールがホール内で転向して、ロータの回転方向と反対方向に流れる逆スワールとなってホールから流出することで、スワールを低減することができ、ロータの外周面に作用する流体力の励振力成分（軸方向と直交する方向の成分）を低減することができる。このため、ロータの軸振動の減衰効果を高めてロータの高い軸安定性を実現することができる。
　（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の回転機械において、
　前記複数の静止フィン部の各々の厚さは、前記軸方向における前記ホールの寸法よりも小さい。
　上記（２）に記載の回転機械によれば、ロータと静止壁面との接触リスクを低減しつつ、ロータの高い軸安定性を実現することができる。
　（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の回転機械において、
　前記複数の静止フィン部の少なくとも１つは、前記シール本体部の前記内周面における前記軸方向に隣り合う２つの前記ホールの間の位置に設けられる。
　上記（３）に記載の回転機械によれば、シール本体部の内周面における軸方向に隣り合う２つのホールの間の位置に軸方向フィン部を設けることにより、ホールを跨ぐように静止フィン部を設ける場合よりも、シール本体部に静止フィン部を強固に固定することができる。
　（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかに記載の回転機械において、
　前記第１ロータフィン部は、前記軸方向において前記ホールの中央の位置に設けられる。
　上記（４）に記載の回転機械によれば、軸方向において前記ホールの中央の位置に第１ロータフィン部を設けることにより、静止壁面とロータとの間に軸方向の熱伸び差が生じてホールに対する第１ロータフィン部の軸方向の相対位置が変化した場合であっても、有効減衰の急減やリーク流量の急増といったシール性能の低下を抑制すること可能なロバストな構造とすることができる。
　（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかに記載の回転機械において、
　前記ホールにおける前記ロータの径方向に直交する断面の形状は円形である。
　上記（５）に記載の回転機械によれば、ホールにおけるロータの径方向に直交する断面の形状を円形にすることにより、ホール内での流れの転向を促進し、上記（１）に記載のスワールを低減する効果を高めることができる。
　（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかに記載の回転機械において、
　前記ホールにおける前記ロータの径方向に直交する断面の形状は四角形である。
　上記（６）に記載の回転機械によれば、ホールにおけるロータの径方向に直交する断面の形状を四角形にすることにより、ホール内での流れの転向を促進し、上記（１）に記載のスワールを低減する効果を高めることができる。
　（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかに記載の回転機械において、
　前記複数の静止フィン部の少なくとも１つは、前記ロータの径方向における内側に向かうにつれて前記軸方向の上流側に向かうように傾斜している。
　上記（７）に記載の回転機械によれば、静止フィン部による縮流の効果を高めて、ロータの外周面と静止壁面との隙間を流れる漏れ流れの流量を低減することができる。
　（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかに記載の回転機械において、
　前記第１ロータフィン部は、前記ロータの径方向における外側に向かうにつれて前記軸方向の上流側に向かうように傾斜している。
　上記（８）に記載の回転機械によれば、第１ロータフィン部による縮流の効果を高めて、ロータの外周面と静止壁面との隙間を流れる漏れ流れの流量を低減することができる。
　（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかに記載の回転機械において、
　前記第１ロータフィン部の先端部は先細形状を有する、請求項１に記載の回転機械。
　上記（９）に記載の回転機械によれば、ロータが軸方向と直交する方向に変位した際における第１ロータフィン部とシール本体部との接触面積を低減することができるため、ロータと静止壁面との接触リスクすなわちロータの外周面と静止壁面との摩擦熱に起因するロータの熱曲がりのリスクを低減することができる。
　（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかに記載の回転機械において、
　前記複数の静止フィン部は、第１静止フィン部（例えば上述の静止フィン部１８ａ又は静止フィン部１８ｂ）と、前記第１静止フィン部より前記軸方向における下流側に位置する第２静止フィン部（例えば上述の静止フィン部１８ｂ又は静止フィン部１８ｃ）と、前記第２静止フィン部より前記軸方向における下流側に位置する第３静止フィン部（例えば上述の静止フィン部１８ｃ又は静止フィン部１８ｄ）と、前記第３静止フィン部より下流側に位置する第４静止フィン部（例えば上述の静止フィン部１８ｄ又は静止フィン部１８ｅ）とを含み、
　前記複数のホールは、前記軸方向における前記第１静止フィン部と前記第２静止フィン部との間の範囲に形成されたホール（例えば上述のホール１６１又はホール１６２）を含み、
　前記シール本体部の前記内周面は、前記軸方向における前記第３静止フィン部と前記第４静止フィン部との間にホールが形成されていないホール不形成領域（例えば上述のホール不形成領域１２ａ１又はホール不形成領域１２ａ２）を含み、
　前記回転機械は、前記軸方向における前記第３静止フィン部と前記第４静止フィン部との間の位置において前記ロータの前記外周面に設けられた第２ロータフィン部（例えば上述のロータフィン部２０ｃ又はロータフィン部２０ｄ）を含み、
　前記第２ロータフィン部は前記周方向に沿って延在するとともに前記内周面の前記ホール不形成領域に向けて突出している。
　上記（１０）に記載の回転機械によれば、シール本体部の内周面における軸方向の全ての静止フィンの間にホールを形成する場合と比較して、ホール不形成領域を設けるとともにホール不形成領域に向けて突出している第２ロータフィン部を設けることにより、ロータの外周面と静止壁面との隙間を流れる漏れ流れの流量を低減することができる。また、ホールが無い場合が無い場合と比較して、ロータの軸振動の減衰効果を高めてロータの高い軸安定性を実現することができる。
　（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかに記載の回転機械において、
　前記軸方向に沿った断面において、前記第１ロータフィン部の基端と前記第１ロータフィン部の先端とを結ぶ直線と、前記第１ロータフィン部に対応する前記ホールの内面における前記軸方向の上流側の壁面とが交差するように、前記第１ロータフィン部の各々が形成される。
　上記（１１）に記載の回転機械によれば、軸方向に沿った断面において、ロータの外周面とシール本体部の内周面との隙間における軸方向の漏れ流れを、第１ロータフィン部によって転向させてホール内で周回させることができ、漏れ流れの流量を効果的に低減することができる。
２　回転機械
４　ロータ
４ａ　外周面
６　ケーシング
８　ケーシング本体
８ａ　内面
１０　シール装置
１２　シール本体部
１２ａ　内周面
１２ａ１，１２ａ２　ホール不形成領域
１２ｂ　外周面
１６　ホール
１６ａ　内面
１６ａ１　壁面
１６ｓ　底面
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ　静止フィン部
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ　ロータフィン部
Ｌ　直線
Ｐｃ　位置
ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４　距離
ｇ　隙間
ｒ　回転方向
ｗ　寸法

Claims (11)

  1. 　ロータと、
    　前記ロータの外周面に対向する静止壁面である内周面と、前記内周面に形成された複数のホールとを含む環状のシール本体部と、
    　前記ロータの軸方向に間隔を空けて前記内周面に設けられた複数の静止フィン部と
    　前記ロータの前記外周面に設けられた少なくとも１つの第１ロータフィン部と、
    　を備え、
    　前記複数の静止フィン部の各々は、前記ロータの周方向に沿って延在するとともに前記内周面から前記ロータの前記外周面に向けて突出し、
    　前記少なくとも１つの第１ロータフィン部の各々は、前記周方向に沿って延在するとともに前記ロータの前記外周面から前記ホールに向けて突出に向けて突出している、回転機械。
  2. 　前記複数の静止フィン部の各々の厚さは、前記軸方向における前記ホールの寸法よりも小さい、請求項１に記載の回転機械。
  3. 　前記複数の静止フィン部の少なくとも１つは、前記シール本体部の前記内周面における前記軸方向に隣り合う２つの前記ホールの間の位置に設けられた、請求項１に記載の回転機械。
  4. 　前記第１ロータフィン部は、前記軸方向における前記ホールの中央の位置に設けられた、請求項１に記載の回転機械。
  5. 　前記ホールにおける前記ロータの径方向に直交する断面の形状は円形である、請求項１に記載の回転機械。
  6. 　前記ホールにおける前記ロータの径方向に直交する断面の形状は四角形である、請求項１に記載の回転機械。
  7. 　前記複数の静止フィン部の少なくとも１つは、前記ロータの径方向における内側に向かうにつれて前記軸方向の上流側に向かうように傾斜している、請求項１に記載の回転機械。
  8. 　前記第１ロータフィン部は、前記ロータの径方向における外側に向かうにつれて前記軸方向の上流側に向かうように傾斜している、請求項１に記載の回転機械。
  9. 　前記第１ロータフィン部の先端部は先細形状を有する、請求項１に記載の回転機械。
  10. 　前記複数の静止フィン部は、第１静止フィン部と、前記第１静止フィン部より前記軸方向における下流側に位置する第２静止フィン部と、前記第２静止フィン部より前記軸方向における下流側に位置する第３静止フィン部と、前記第３静止フィン部より下流側に位置する第４静止フィン部とを含み、
    　前記複数のホールは、前記軸方向における前記第１静止フィン部と前記第２静止フィン部との間の範囲に形成されたホールを含み、
    　前記シール本体部の前記内周面は、前記軸方向における前記第３静止フィン部と前記第４静止フィン部との間にホールが形成されていないホール不形成領域を含み、
    　前記回転機械は、前記軸方向における前記第３静止フィン部と前記第４静止フィン部との間の位置において前記ロータの前記外周面に設けられた第２ロータフィン部を含み、
    　前記第２ロータフィン部は前記周方向に沿って延在するとともに前記内周面の前記ホール不形成領域に向けて突出している、請求項１に記載の回転機械。
  11. 　前記軸方向に沿った断面において、前記第１ロータフィン部の基端と前記第１ロータフィン部の先端とを結ぶ直線と、前記第１ロータフィン部に対応する前記ホールの内面における前記軸方向の上流側の壁面とが交差するように、前記第１ロータフィン部の各々が形成された、請求項１に記載の回転機械。
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