JP2017106544A - シール構造及びターボ機械 - Google Patents

Abstract

【課題】高いリーク抑制効果が得られ、ひいてはターボ機械のリーク損失を低減することができる、シール構造及びターボ機械を提供する。
【解決手段】互いに隙間Ｇｄを空けて径方向Ｒに対向し静止状態の第一構造体１０と軸線回りに回転する第二構造体５１との間の隙間Ｇｄから、流体ＳＬがリークすることを抑制する、シール構造であって、第一構造体１０に、第二構造体５１に向かって延在して、その延在方向の先端面と第二構造体５１との間にクリアランスｍをあけて設けられたシールフィン６を備え、シールフィン６における流体ＳＬの流通方向で上流側に向く前面には、その前記延在方向の先端に開口する凹所６２が、周方向に沿って複数並設される。
【選択図】図２

Description

本発明は、相対回転する二つ構造体の相互間からの流体のリークを抑制するシール構造及びそれを使用したターボ機械に関する。

蒸気タービン，ガスタービン及びターボ圧縮機などのターボ機械においては、静止側と回転側との間にできる隙間から蒸気などの作動流体が漏洩（リーク）すると、この作動流体のリークがターボ機械における効率の損失（リーク損失）を引き起こす。このため、ターボ機械では、作動流体のリークを防止するために、ラビリンスシールなどの非接触型のシール構造が用いられている。

このようなターボ機械の非接触型のシール構造に関する技術として特許文献１に開示された技術がある。以下、特許文献１に開示された技術を説明する。その説明では、参考に、特許文献１で使用されている符号を括弧付きで示す。

特許文献１（フロント頁，段落[００２１]及び図１,２など参照）には、「静止体（１１）と回転体（１２）との間をシールするシール装置において、静止体（１１）から回転体（１２）の表面（１２ａ）に向けて突設され先端の尖ったフィン（１３）と、回転体（１２）の表面（１２ａ）に形成された粗面部（１７）とを備えたシール装置」が開示されている。特許文献１によれば、粗面部（１７）によりフィン（１３）の周辺の流れを乱すことで、流体（１４）の圧力損失を増大させて、フィン（１３）と回転体（１２）との間から流体（１４）がリークする量を低減できるとしている。

特開２００８−１９６５２２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたシール装置では、リーク抑制効果ひいてはターボ機械のリーク損失抑制効果が十分とはいえない。これは、回転体（１２）に向かって突設されたフィン（１３）により、流体（１４）を径方向に対して縮流することで、リーク流、すなわちフィン（１３）と回転体（１２）との間を軸方向に進む流体（１４）の流れを弱めてリークを抑制するだけなので、リークを十分に抑制できないためである。

本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、高いリーク抑制効果が得られ、ひいてはターボ機械のリーク損失を低減することができる、シール構造及びターボ機械を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明のシール構造は、互いに隙間を空けて径方向に対向し静止状態の第一構造体と軸線回りに回転する第二構造体との間の前記隙間から、流体がリークすることを抑制する、シール構造であって、前記第一構造体に、前記第二構造体に向かって延在して、その延在方向の先端面と前記第二構造体との間にクリアランスをあけて設けられたシールフィンを備え、前記シールフィンにおける前記流体の流通方向で上流側に向く前面には、その前記延在方向の先端に開口する凹所が、周方向に沿って複数並設されたことを特徴としている。

（２）前記凹所は、前記先端に近くなるにしたがって前記周方向に沿った姿勢となる湾曲形状に形成されることが好ましい。

（３）前記湾曲形状は、前記先端に近くなるにしたがって前記第二構造体の回転方向に沿った姿勢となる形状であることが好ましい。

（４）前記凹所は、前記径方向に対し傾斜して形成されることが好ましい。

（５）前記凹所は、前記先端に向かって、前記第二構造体の回転方向下流側に傾斜することが好ましい。

（６）前記凹所は、前記凹所内を流れる前記流体の流れ方向に垂直となる横断面が、前記先端に近くなるほど小さくなる絞り形状に形成されることが好ましい。

（７）前記凹所の形成されていない箇所における前記シールフィンの前記軸線に沿った厚さ寸法を基準寸法とし、前記凹所における前記軸線に沿った深さ寸法が、前記基準寸法の０．８倍以下に設定され、前記凹所の前記径方向外側の端部における前記径方向と直交する幅方向の寸法が、前記基準寸法の１０倍以下に設定され、前記凹所の前記径方向の高さ寸法が、前記基準寸法の２０倍以下に設定され、前記周方向に隣接する前記凹所の相互間距離が、前記基準寸法の１００倍以下に設定されることが好ましい。

（８）上記の目的を達成するために、本発明のターボ機械は、（１）〜（７）の何れかに記載のシール構造を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、シールフィンの上流側に向く前面には、その延在方向の先端に開口する凹所が、周方向に沿って複数設けられており、この凹所内を流れる流体が絞り効果により加速される結果、流体の静圧が低下する。したがって、流体の流れにおけるシールフィンを通過する向きの速度成分が弱まり、流体のリーク流量を低減できる（高いリーク抑制効果が得られる）。
また、凹所を設けることでシールフィンに薄肉部が形成されるので、薄肉部によるリーク抑制効果も得られる。
そして、このようなリーク抑制効果の高いシールフィンを備えることで、ターボ機械のリーク損失を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの全体構成を示す模式的な縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの要部断面図であり、図１のＩ部の拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係るシールフィンの構成を示す模式的な正面図（上流側から視た図）である。 本発明の一実施形態としてのシールフィンの凹所の構成を説明するための模式図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。 本発明の一実施形態としてのシールフィンの凹所の作用効果を説明するため模式的な正面図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の一実施形態に係るシールフィンの凹所の変形例の構成を示す模式的な正面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態では、本発明のシール構造及びターボ機械を蒸気タービンに適用した例を説明する。
なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができると共に、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
以下の説明では上流，下流と記載した場合は、特段の説明がない限り、蒸気タービン内の蒸気Ｓの流れに対して上流，下流を意味するものとする。すなわち、図１及び図２における左側を上流側、右側を下流側とする。
また、蒸気タービンの軸線ＣＬに向く方向を内周側又は内側とし、その反対側、軸線ＣＬから離れる方向を外周側又は外側として説明する。
また、本発明における周方向とは、後述の回転軸３０の回転方向を正転方向とした場合において、正転方向と逆転方向との両方を含む方向をいう。

［１．蒸気タービンの全体構成］
図１に示すように、本実施形態の蒸気タービン（ターボ機械）１は、ケーシング（第一構造体）１０と、ケーシング１０の内部に回転自在に設けられ、動力を図示しない発電機等の機械に伝達する回転軸３０と、ケーシング１０に設けられた静翼４０と、回転軸３０に設けられた動翼５０と、軸線ＣＬを中心に回転軸３０を回転可能に支持する軸受部７０とを備えて構成されている。静翼４０及び動翼５０は回転軸３０の径方向Ｒに延びるブレードである。
ケーシング１０は静止しているのに対し、動翼５０は軸線ＣＬを中心に回転する。つまり、ケーシング１０と動翼５０（後述のシュラウド５１を含む）とは互いに相対回転する。

蒸気（流体）Ｓは、図示しない蒸気供給源と接続された蒸気供給管２０を介して、ケーシング１０に形成された主流入口２１から導入され、蒸気タービン１の下流側に接続された蒸気排出管２２から排出される。

ケーシング１０は、内部空間が気密に封止されていると共に、蒸気Ｓの流路とされている。このケーシング１０の内壁面には、回転軸３０が挿通されるリング状の仕切板外輪１１が強固に固定されている。
軸受部７０は、ジャーナル軸受装置７１及びスラスト軸受装置７２を備えており、回転軸３０を回転自在に支持している。

静翼４０は、ケーシング１０から内周側に向かって伸び、回転軸３０を囲繞するように放射状に多数配置される環状静翼群を構成しており、それぞれ上述した仕切板外輪１１に保持されている。

これら複数の静翼４０からなる環状静翼群は、回転軸３０の軸方向（以下、単に軸方向と呼ぶ）Ａに間隔を空けて複数形成されており、蒸気Ｓの圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して、下流側に隣接する動翼５０に流入させる。

動翼５０は、回転軸３０の回転軸本体３１の外周部に強固に取り付けられ、各環状静翼群の下流側において、放射状に多数配置されて環状動翼群を構成している。
これら環状静翼群と環状動翼群とは、一組一段とされている。このうち、最終段の動翼群では、回転軸３０の周方向（以下、単に周方向と呼ぶ）に隣接する動翼５０の先端部同士がリング状のシュラウド（第二構造体）５１により連結されている。最終段の動翼群のみなならず他の動翼群、さらには静翼群についてもシュラウド５１により連結するようにしても良い。

［２．シール構造］
［２−１．シール構造の全体構造］
図２に示すように、仕切板外輪１１の軸方向下流側には、仕切板外輪１１の内周部から拡径されケーシング１０の内周面を底面（以下、ケーシング底面ともいう）１３とする円環状の溝（以下、環状溝と呼ぶ）１２が形成されている。環状溝１２には、シュラウド５１が収容され、ケーシング底面１３は、シュラウド５１と隙間Ｇｄを介して径方向Ｒに対向している。

蒸気Ｓのうち大部分の蒸気ＳＭは、動翼５０に流入し、そのエネルギーが回転エネルギーに変換され、この結果、回転軸３０に回転が付与される。その一方、蒸気Ｓのうち一部（例えば、約数％）の蒸気（以下、リーク蒸気と呼ぶ）ＳＬは、動翼５０に流入せずに環状溝１２にリークする。リーク蒸気ＳＬのエネルギーは回転エネルギーに変換されないので、リーク蒸気ＳＬは、蒸気タービン１の効率を低下させるリーク損失を招く。

そこで、ケーシング１０と動翼５０との間の隙間Ｇｄには、本発明の一実施形態としてのシール構造（ステップ型のラビリンスシール）２が設けられている。以下、シール構造２について説明する。
シュラウド５１は、軸方向Ａにおける中央部分が突出してステップ状に形成されたステップ部３を備えている。具体的には、シュラウド５１の径方向Ｒで外周側の面は、ベース面４と、ベース面４よりも径方向Ｒで外周側に突出するステップ面５が形成されたステップ部３とを有している。

ケーシング底面１３には、シュラウド５１に向けて径方向Ｒで内周側にそれぞれ延在する三つのシールフィン６Ａ，６Ｂ，６Ｃが設けられている（図１では省略）。以下、シールフィン６Ａ，６Ｂ，６Ｃを区別しない場合には、シールフィン６と表記する。シールフィン６は、軸線ＣＬ（図１参照）を中心とした環状のものであり、図２に示す横断面形状（周方向に垂直な断面の形状）を全周に亘って一定に有する。

上流のシールフィン６Ａは、ステップ部３よりも上流側のベース面４に向けて突出し、中間のシールフィン６Ｂは、ステップ部３のステップ面５に向けて突出し、下流側のシールフィン６Ｃは、ステップ部３よりも下流側のベース面４に向けて突出している。中間のシールフィン６Ｂは、上流側のシールフィン６Ａ及び下流側のシールフィン６Ｃよりも径方向Ｒの長さが短くなるように形成されている。

これらシールフィン６は、シュラウド５１との間に微小間隙（クリアランス）ｍを径方向Ｒに形成している。これら微小間隙ｍの各寸法は、ケーシング１０や動翼５０の熱伸び量や動翼５０の遠心伸び量等を考慮して、シールフィン６と動翼５０とが接触することがない範囲で設定されている。
隙間Ｇｄには、環状溝１２，シュラウド５１及びシールフィン６によって上流側キャビティ２５と、下流側キャビティ２６とが形成される。シールフィン６の軸線方向の位置は、これらキャビティ２５，２６内に漏洩したリーク蒸気ＳＬの流れの挙動に応じて適宜設定される。

［２−２．シールフィン］
シールフィン６は、シュラウド５１のベース面４やステップ面５と対向する先端の構造に大きな特徴がある。この先端の構造について図３〜図５を参照して説明する。

図３に示すように、シールフィン６は、ケーシング底面１３（図２参照）から径方向Ｒで内側に向かって延在するフィン本体６１と、フィン本体６１の内周縁部６１ａに複数形成された翼形状の凹所６２とを備えて構成される。これらの凹所６２は、フィン本体６１の内周端６１ｂに開口し、周方向に沿って間隔を空けて、フィン本体６１の全周に亘って複数設けられている。換言すると、フィン本体６１の内周縁部６１は、軸方向Ａに関する厚み寸法の大きな厚肉部と、前記厚み寸法の小さな薄肉部とが周方向に交互に並んで形成されている。
なお、図３では、凹所６２を、幅を持たない曲線により模式的に示している。

凹所６２は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、周方向に間隔を空けて対面する湾曲状の側壁６２ａ，６２ｂと、これらの側壁６２ａ，６２ｂの各外周縁を繋ぐ外周壁６２ｃと、側壁６２ａ，６２ｂ及び外周壁６２ｃの各下流縁の相互間として規定される底壁６２ｄとに囲まれて形成される。
そして、凹所６２は、フィン本体６１の内周端（延在方向の先端）６１ｂに近くなるにしたがってシュラウド５１の回転方向Ｃに沿った姿勢となる湾曲形状、且つ、前記内周端６１ｂに近くなるにしたがって横断面（前記凹所６２内を流れるリーク蒸気ＳＬの流れに垂直となる断面）が小さくなる絞り形状に形成されている。

一般的に、シールフィンに向かって流れてくるリーク蒸気ＳＬは、シールフィンの先端（内周端、以下、フィン先端ともいう）に近づくにつれて加速し、フィン先端で最高速度に達する。本実施形態のシールフィン６では、このような形状の凹所６２を設けることにより、フィン先端でのリーク蒸気ＳＬの流れを、凹所６２により転向することによってさらに加速して、シールフィン６の上流側の静圧を下げることで、リーク蒸気ＳＬの流量（以下、リーク流量という）ＦＬを減らすようにしている。
凹所６２によってリーク蒸気ＳＬの流れを加速できるのは、凹所６２が絞り形状であることに加えて、凹所６２が湾曲形状なので、この湾曲形状に沿って流れるリーク蒸気ＳＬが、遠心力により凹所６２内において湾曲形状外周側に偏って流れるようになって、結果的に絞られるようになるためである。
なお、図４（ａ）ではフィン本体６１の内周端６１ｂの円弧形状を便宜的に直線形状で示している。

ここで、凹所６２の主な寸法Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４について説明する。
寸法Ｌ１は、凹所６２を規定する側壁６２ａ，６２ｂの軸方向Ａに関する寸法（以下、深さ寸法という）である。
寸法Ｌ２は、凹所６２を規定する外周壁６２ｃの幅方向（径方向Ｒに直交する方向）Ｗに関する寸法（以下、幅寸法という）である。
寸法Ｌ３は、凹所６２の径方向Ｒに関する寸法（以下、高さ寸法という）である。凹所６２の高さ寸法とは、詳細には、図４（ａ）に示す正面図（上流側から視た図）において、交点Ｃ１と交点Ｃ２との径方向Ｒに関する距離をいい、交点Ｃ１は、凹所６２を規定する底壁６２ｄの幅方向Ｗに関する中心線ＣＬＷと外周壁６２ｃとの交点であり、交点Ｃ２は、中心線ＣＬＷとフィン本体６１の内周端６１ｂとの交点である。
寸法Ｌ４は、周方向に隣接する凹所６２の外周端における幅方向Ｗに関する相互間距離（すなわち凹所６２を規定する外周壁６２ｃの幅方向Ｗに関する相互間距離）である。

寸法Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の好ましい範囲が、解析により判明しており、それぞれ、フィン本体６１の厚肉部（凹所６２の形成されていない部分）における軸方向Ａに関する寸法（以下、厚さ寸法という）Ｌ０を基準寸法として規定される。深さ寸法Ｌ１の好ましい範囲は、厚さ寸法Ｌ０の０．８倍以下（Ｌ１≦０．８×Ｌ０）、幅寸法Ｌ２の好ましい範囲は、厚さ寸法Ｌ０の１０倍以下（Ｌ２≦１０×Ｌ０）、高さ寸法Ｌ３の好ましい範囲は、厚さ寸法Ｌ０の２０倍以下（Ｌ３≦２０×Ｌ０）、寸法Ｌ４の好ましい範囲は、厚さ寸法Ｌ０の１００倍以下（Ｌ４≦１００×Ｌ０）である。

これは以下の理由による。
上述したとおり、シールフィン６では、凹所６２を設けることにより、フィン先端でのリーク蒸気ＳＬの流れを、凹所６２により転向することによって加速して、シールフィン６の上流側の静圧を下げることでリーク流量ＦＬを減らすようにしている。
寸法Ｌ１が厚さ寸法Ｌ０の０．８倍よりも大きいと（Ｌ１＞０．８×Ｌ０）、凹所６２の中に軸方向空間に（軸方向Ａに対して）大きな死水域が生じてしまい、凹所６２の中でのリーク蒸気ＳＬの流れの転向が十分になされない。一方、寸法Ｌ１が厚さ寸法Ｌ０の０．８倍以下であると（Ｌ１≦０．８×Ｌ０）、凹所６２の中に大きな死水域が生じず、リーク蒸気ＳＬの流れの転向が凹所６２の中で効果的に行われ、リーク蒸気ＳＬの流れ効果的に加速できる結果、フィン上流の静圧を下げることができる。

寸法Ｌ２が厚さ寸法Ｌ０の１０倍以下であると（Ｌ２≦１０×Ｌ０）、凹所６２の中でのリーク蒸気ＳＬの流れの転向が凹所６２の中で効果的に行われ、リーク蒸気ＳＬの流れ効果的に加速できる結果、シールフィン６の上流側の静圧を下げることができる。一方、寸法Ｌ２が厚さ寸法Ｌ０の１０倍を超えると（Ｌ２＞１０×Ｌ０）、凹所６２によってリーク蒸気ＳＬの流れが十分に転向されない。

高さ寸法Ｌ３が厚さ寸法Ｌ０の２０倍以下であると（Ｌ３≦２０×Ｌ０）、凹所６２の中でリーク蒸気ＳＬの流れが急激に転向するようになるので、このリーク蒸気ＳＬの流れが効果的に加速され、シールフィン６の上流側の静圧を下げることができる。
寸法Ｌ４が、厚さ寸法Ｌ０の１００倍以下（Ｌ４≦１００×Ｌ０）であると、凹所６２によって転向されたリーク蒸気ＳＬの流れが、凹所６２を通過しない周囲のリーク蒸気ＳＬに作用し、この周囲のリーク蒸気ＳＬの流れも転向するようなる。このため、転向することによって加速するリーク蒸気ＳＬの流量が多くなり、周方向に対して均一に静圧を下げることができる。

［３．作用・効果］
本発明の一実施形態としてのシール構造２及びシールフィン６の作用・効果を、図２及び図５を参照して説明する。
図２に示すようにリーク蒸気ＳＬは、シールフィン６の存在により径方向Ｒに縮流することによって、シールフィン６とシュラウド５１との微小隙間ｍを通過する（リークする）ことが抑制される。その上、本発明の一実施形態としてのシール構造２及びシールフィン６によれば、さらに、縮流してシールフィン６の内周縁部６１ａまで流れてきたリーク蒸気ＳＬが、図５に示すように、凹所６２の形状（周方向に湾曲した形状）に沿って周方向に流れるようになる。したがって、リーク蒸気ＳＬの流れにおける軸方向Ａへの速度成分（つまり微小隙間ｍへ向かう速度成分）が、周方向の速度成分に変換されるので、リーク蒸気ＳＬの微小隙間ｍを通過しようとする流れが弱まり、微小隙間ｍを通過するリーク蒸気ＳＬの流量ＦＬを抑制することができる（高いリーク抑制効果が得られる）。

また、凹所６２の湾曲形状が、内周縁部６１ａに近くなるにしたがって（つまり凹所６２内におけるリーク蒸気ＳＬの流通方向下流側になるほど）回転軸３０の回転方向Ｃに沿った姿勢となるので、凹所６２から流出したリーク蒸気ＳＬは回転軸３０の回転方向Ｃに向かって流れるようになる。したがって、リーク蒸気ＳＬとシュラウド５１との摩擦が抑制され、ひいては摩擦損失によりタービン効率の低下を抑制することができる。

さらに、凹所６２は、内周端６１ｂに近くなるにしたがって、横断面（図５に一点鎖線の矢印で示すリーク蒸気ＳＬの流れに垂直な断面）が狭くなる絞り形状とされているので、リーク蒸気ＳＬは、凹所６２を通過する過程で加速される結果、その静圧が低下する。これにより、微小隙間ｍを通過するリーク流量ＦＬを一層効果的に抑制することができる（一層高いリーク抑制効果が得られる）。

さらに、凹所６２の主要寸法Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を適宜の範囲に設定することで、より高いリーク抑制効果を得ることができる。

また、このようなリーク抑制効果の高いシールフィン６を使用することで、蒸気タービン１のリーク損失を抑制して高いタービン効率を得ることができる。

シールフィン６の内周縁部６１ａの厚み寸法（軸方向Ａに関する寸法）が薄いほどシール抑制効果が高くなる。厚み寸法が厚いと、縮流したリーク蒸気ＳＬが下流側で広がってシールフィン６の底面に再付着してしまうためである。シールフィン６に内周縁部６１ａに凹所６２を設けることは、内周縁部６１ａに薄肉部を設けることであるから、この点でもリーク抑制効果を高めることができる。

［４．その他］
（１）シールフィン６に設けた凹所６２の形状は上記実施形態のものに限定されない。例えば、図３に示すシールフィン６において、凹所６２に替えて、図６（ａ），（ｂ）に示す凹所６２Ａ，６２Ｂを使用しても良い。なお、図６（ａ），（ｂ）ではフィン本体６１の内周端６１ｂの円弧形状を便宜的の直線形状で示している。

図６（ａ）に示す凹所６２Ａは、フィン本体６１の内周端６１ｂに向かって、回転軸３１（図１参照）の回転方向Ｃで下流側に傾斜して形成され、上記実施形態の凹所６２（図４（ａ），（ｂ）参照）とは異なり、その凹所６２Ａを画成する両側壁６２ａ′，６２ｂ′がストレート形状となっている。
このような構成でも、凹所６２Ａにより案内されて、リーク蒸気ＳＬ１，ＳＬ２の流れの軸方向Ａに向かう速度成分が、周方向への速度成分に変換されるので、リーク蒸気ＳＬの微小隙間ｍを通過しようとする軸方向Ａへの流れが弱まり、高いリーク抑制効果が得られる。

また、凹所６２Ａは、凹所６２とは異なり絞り形状ではないが、リーク蒸気ＳＬは静翼４０（図１及び図２参照）を通過する際に、動翼５０（図２参照）を回転方向Ｃに回転駆動する方向に旋回力が付与される。このため、リーク蒸気ＳＬ１，ＳＬ２は、図６（ａ）中に一点鎖線の矢印で示すように、遠心力により凹所６２Ａ内において旋回方向外周側に偏って流れるようになるので、結果的に絞られるようになる。したがって、リーク蒸気ＳＬ1，ＳＬ２が加速して静圧が低下し、上記実施形態の凹所６２と同様に絞りによりリーク抑制効果も得られる。

さらに、凹所６２Ａは、フィン本体６１の内周端６１ｂに近づくほど、回転軸３１（図１参照）の回転方向Ｃで下流側になる傾斜姿勢に形成されているので、凹所６２Ａから流出したリーク蒸気ＳＬ１，ＳＬ２の流れは回転方向Ｃに向かう速度成分を有しているので、シュラウド５１（図２参照）との摩擦を抑制することができる。

図６（ｂ）に示す凹所６２Ｂは、凹所６２Ｂを画成する両側壁６２ａ″，６２ｂ″が径方向Ｒに沿った形状とされ、全体的に径方向Ｒに沿ったストレート形状に形成されている。
このような構成でも、図６（ａ）に示す凹所６２Ａと同様に、動翼により旋回力を付与されたリーク蒸気ＳＬ１，ＳＬ２は、旋回方向外周側に偏って流れるようになるので、結果的に絞られるようになってリーク抑制効果が得られる。

また、図６（ａ），（ｂ）に示す構成においても、凹所６２Ａ，６２Ｂを設けることで、シールフィン６の内周縁部６１ａに薄肉部を設けることができるので、薄肉部によるリーク抑制効果が得られる

さらに、動翼により旋回力を付与されたリーク蒸気、すなわち周方向への速度成分を有するリーク蒸気が、周方向に対して交差する側壁６２ａ′, ６２ａ″, ６２ｂ′, ６２ｂに衝突することでリーク蒸気の流れを弱体化させるので、この点でも リーク抑制効果が得られる。

なお、凹所６２Ａ，６２Ｂを絞り形状としても良いし、凹所６２Ａを図６（ａ）とは逆向きの傾斜姿勢（内周端６１ｂに向かって回転方向Ｃで上流側になる傾斜姿勢）に形成しても良い

（２）上記実施形態では、本発明のシール構造を、ケーシング１０と動翼５０との間のシール構造に適用したが、回転軸本体３１と静翼４０との間のシール構造に適用することもできる。

（３）上記実施形態では、シュラウド５１にステップ型を使用したが、シュラウド５１を、ステップのない直通型としても良い。

（４）上記実施形態では、シールフィン６Ａ，６Ｂ，６Ｃの全てについて凹所６２を設けたが、シールフィン６Ａ，６Ｂ，６Ｃの少なくとも１つに凹所６２を設ければ良い。
また、シールフィン６Ａ，６Ｂ，６Ｃ毎に異なる形状の凹所を設けても良い。例えば、シールフィン６Ａに凹所６２を設け、シールフィン６Ｂに凹所６２Ａを設け、シールフィン６Ｃに凹所６２Ｂを設けても良い。
或いは、単一のシールフィン６に異なる形状の凹所６２，６２Ａ，６２Ｂを混在して設けても良い。

（５）上記実施形態では、蒸気タービンに本発明を適用した例を説明したが、本発明は、ガスタービンやターボ圧縮機など、蒸気タービン以外のターボ機械のシールにも適用することができ、さらには、相対的に回転する二つの構造体の間のシールであれば、ターボ機械以外のもの（例えばロータリージョイント）のシールにも適用できるものである。

１ 蒸気タービン（ターボ機械）
２ シール構造
３ ステップ部
４ ベース面
５ ステップ面
６,６Ａ,６Ｂ，６Ｃ シールフィン
１０ ケーシング（第一構造体）
１２ 環状溝
１３ 底面
２５，２６ キャビティ
３０ 回転軸
３１ 回転軸本体
４０ 静翼
５０ 動翼
５１ シュラウド（第二構造体）
６１ フィン本体
６１ａ フィン本体６１の内周縁部
６１ｂ フィン本体６１の内周端
６２，６２Ａ，６２Ｂ 凹所
６２ａ，６２ａ′，６２ｂ，６２ｂ′ 凹所を画成する側壁
６２ｃ 凹所６２を画成する外周壁
６２ｄ 凹所６２を画成する底壁
Ａ 軸方向
Ｃ 回転軸３０の回転方向
ＣＬ 軸線
Ｇｄ 隙間
Ｌ０ フィン本体６１の厚さ寸法
Ｌ１ 凹所６２の深さ寸法
Ｌ２ 凹所６２の幅寸法
Ｌ３ 凹所６２の高さ寸法
Ｌ４ 隣接する凹所６２の相互間距離
ｍ 微小間隙（クリアランス）
Ｒ 径方向
Ｓ 蒸気（流体）
ＳＬ リーク蒸気
Ｔ 厚さ方向
Ｗ 幅方向

Claims (8)

1. 互いに隙間を空けて径方向に対向し静止状態の第一構造体と軸線回りに回転する第二構造体との間の前記隙間から、流体がリークすることを抑制する、シール構造であって、
   前記第一構造体に、前記第二構造体に向かって延在して、その延在方向の先端面と前記第二構造体との間にクリアランスをあけて設けられたシールフィンを備え、
   前記シールフィンにおける前記流体の流通方向で上流側に向く前面には、その前記延在方向の先端に開口する凹所が、周方向に沿って複数並設された
   ことを特徴とするシール構造。
2. 前記凹所は、前記先端に近くなるにしたがって前記周方向に沿った姿勢となる湾曲形状に形成された
   ことを特徴とする、請求項１記載のシール構造。
3. 前記湾曲形状は、前記先端に近くなるにしたがって前記第二構造体の回転方向に沿った姿勢となる形状である
   ことを特徴とする、請求項２記載のシール構造。
4. 前記凹所は、前記径方向に対し傾斜して形成された
   ことを特徴とする、請求項１記載のシール構造。
5. 前記凹所は、前記先端に向かって、前記第二構造体の回転方向下流側に傾斜した
   ことを特徴とする、請求項４記載のシール構造。
6. 前記凹所は、前記凹所内を流れる前記流体の流れ方向に垂直となる横断面が、前記先端に近くなるほど小さくなる絞り形状に形成された
   ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載のシール構造。
7. 前記凹所の形成されていない箇所における前記シールフィンの前記軸線に沿った厚さ寸法を基準寸法とし、
   前記凹所における前記軸線に沿った深さ寸法が、前記基準寸法の０．８倍以下に設定され、
   前記凹所の前記径方向外側の端部における前記径方向と直交する幅方向の寸法が、前記基準寸法の１０倍以下に設定され、
   前記凹所の前記径方向の高さ寸法が、前記基準寸法の２０倍以下に設定され、
   前記周方向に隣接する前記凹所の相互間距離が、前記基準寸法の１００倍以下に設定された
   ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載のシール構造。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載のシール構造を備えたことを特徴とする、ターボ機械。

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