シール装置及びガスタービン
【課題】ロータとステータとの隙間を封止し、かつ、ロータ側部材の損傷を抑制する。
【解決手段】本発明に係るシール装置は、タービン軸を中心に回転するロータＲＴとロータＲＴの周囲を囲うステータＳＴとの隙間を封止するシール装置であって、ステータＳＴからロータＲＴ側に突出するように設けられ、可撓性材料からなるシール部材５０を有し、該シール部材５０は、ロータＲＴ側に向けられると共にタービン軸が延びるタービン軸方向及びタービン軸のタービン周方向に不連続なシール面５２を含むことを特徴とする。
【解決手段】本発明に係るシール装置は、タービン軸を中心に回転するロータＲＴとロータＲＴの周囲を囲うステータＳＴとの隙間を封止するシール装置であって、ステータＳＴからロータＲＴ側に突出するように設けられ、可撓性材料からなるシール部材５０を有し、該シール部材５０は、ロータＲＴ側に向けられると共にタービン軸が延びるタービン軸方向及びタービン軸のタービン周方向に不連続なシール面５２を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール装置及びガスタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、軸線を中心に回転するロータとロータの周囲を囲うステータとを備える回転機械においては、ロータとステータとの間に形成された隙間に作動流体の漏流が流れるのを抑止するために、シール装置を配設している。
【０００３】
例えば、回転機械の一種であるガスタービンにおいては、タービンのステータとロータとの間において静翼列と動翼列とがタービン軸方向に交互に配設された主流流路が設定されているが、動翼列の先端とステータ側部材（翼環）との間に主流流路に連通する隙間が形成される。そのため、下記特許文献１においては、ステータ側部材に金属からなるハニカム部材を配設することで、万一の動翼の接触を許容すると共に、上記隙間を封止して作動流体の漏流が生じるのを抑止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１０６１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術においては、ハニカム部材が金属からなっていることから、ハニカム部材にロータ側の部材（以下「ロータ側部材」という。）が接触した場合にロータ側部材を損傷させる恐れがあるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、ロータとステータとの隙間を封止し、かつ、ロータ側部材の損傷を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係るシール装置は、軸線を中心に回転するロータと前記ロータの周囲を囲うステータとの隙間を封止するシール装置であって、前記ステータから前記ロータ側に突出するように設けられ、可撓性材料からなるシール部材を有し、該シール部材は、前記ロータ側に向けられると共に前記軸線が延びる軸方向及び前記軸線の周方向に不連続なシール面を含むことを特徴とする。
このようにすれば、シール部材が可撓性材料からなっているので、ロータ側部材がシール部材に接触した場合にシール部材が柔軟に変形する。これにより、ロータ側部材の接触による衝撃を吸収する一方、ロータ側部材がシール部材から受ける接触抵抗を緩和することができる。従って、ロータ側部材の損傷を抑制することができる。
さらに、軸方向及び周方向に不連続なシール面がロータ側に向けられているので、ロータ側部材が接触した場合にシール面が削れ易くなる。これにより、ロータ側部材がシール部材から受ける接触抵抗を更に緩和することができるので、ロータ側部材の損傷を更に抑制することができる。
従って、ロータとステータとの隙間を封止し、かつ、ロータ側部材の損傷を抑制することができる。
【０００８】
また、前記シール面は、互いに間隔を空けて複数の切込が形成され、これら複数の切込によって複数の分割シール部に分割されていることが好ましい。
このようにすれば、シール面が複数の切込によって複数の分割シール部に分割されているので、ロータ側部材がシール面に接触した場合に、複数の分割シール部が独立して部分欠損し易くなる。これにより、ロータ側部材がシール部材から受ける接触抵抗を更に緩和することができるので、ロータ側部材の損傷を大幅に抑制することができる。
【０００９】
また、前記シール面は、それぞれ前記分割シール部が前記周方向に複数連続してなる分割シール部列が、前記軸方向に複数並設されていることが好ましい。
このようにすれば、分割シール部が周方向に複数連続してなる分割シール部列が軸方向に複数並設されているので、ロータ側部材がシール面に接触した場合に、各分割シール部が、周方向及び軸方向に独立して変位し易くなる。これにより、分割シール部が更に部分欠損し易くなる。
【００１０】
また、前記シール面には、前記軸方向に隣り合う二つの前記分割シール部列における一方の前記分割シール部と他方の前記分割シール部とが互いに前記周方向の位置をずらして千鳥状に形成されていることが好ましい。
このようにすれば、シール面の分割シール部が千鳥状に形成されているので、周方向に隣接する二つの分割シール部間を流れた作動流体が、これら二つの分割シール部に対して軸方向に隣接する分割シール部に衝突する。これにより、作動流体が切込を流れ難くなるので、切込によってシール面の削れ易さを得る一方で作動流体に対するシール性を保つことができる。
【００１１】
また、前記分割シール部は、前記シール面の垂線方向に見た形状が、互いに交差する二つの対角線の一方を前記軸方向側に向けると共に他方を前記径方向側に向けた菱形であることが好ましい。
このようにすれば、シール面の垂線方向から見て、分割シール部の形状が菱形であるので、分割シール部間の切込が軸方向と周方向とに対して斜めに延在する。これにより、切込における作動流体が軸方向及び周方向に流れ難くなるので、切込によってシール面の削れ易さを得る一方で作動流体に対するシール性を保つことができる。
なお、本明細書における菱形は、正方形を含む意味で用いている。
【００１２】
また、前記分割シール部は、前記シール面の垂線方向に見た形状が矩形であることが好ましい。
このようにすれば、分割シール部のシール面の垂線方向に見た形状が矩形であるので、分割シール部間の切込が軸方向及び周方向に延在することとなる。これにより、切込を容易に形成することができるので、シール部材の生産性を向上させることができる。
【００１３】
また、前記シール面は、互いに間隔を空けて複数の凹部が形成されていることが好ましい。
このようにすれば、シール面に互いに間隔を空けて複数の凹部が形成されているので、ロータ側部材がシール面に接触した場合に、互いに隣接する二つの凹部間の部位が部分欠損し易くなる。これにより、ロータ側部材がシール部材から受ける接触抵抗を更に緩和することができるので、ロータ側部材の損傷を大幅に抑制することができる。
【００１４】
また、前記シール面は、互いに間隔を空けて複数の切込が形成され、前記凹部は、互いに交差する前記切込の交点に相当する位置に形成されていることが好ましい。
このようにすれば、切込と凹部とによってシール面が更に部分欠損し易くなるので、ロータ側部材がシール部材から受ける接触抵抗を大幅に緩和することができる。更に、互いに間隔を空けて形成された複数の切込の交点に相当する位置に凹部が形成されているので、切込を流れた作動流体が凹部に流れ出た際に作動流体の保有エネルギに圧力損失を生じさせることが可能である。これにより、作動流体の保有エネルギを低下させることができるので、切込及び凹部によってシール面の削れ易さを得る一方で作動流体に対するシール性を保つことができる。
【００１５】
また、前記シール部材は、耐熱性を有することが好ましい。
このようにすれば、シール部材が耐熱性を有するので、シール装置を回転装置の高温部に配設することが可能となる。
【００１６】
さらに、本発明に係るガスタービンは、軸線を中心に回転するロータと前記ロータの周囲を囲うステータとを備え、前記ロータと前記ステータとの隙間を封止するシ−ル装置として、上記のうちいずれか一に記載のシール装置を有することを特徴とする。
このようにすれば、ロータとステータとの隙間を封止するシ−ル装置として、上記のうちいずれか一のシール装置を有するので、ガスタービンのロータとステータとの隙間を封止し、かつ、ロータ側部材が接触した場合にロータ側部材の損傷を抑制することができる。よって、高効率な稼働を安定して継続させることができ、高い信頼性を得ることができる。
【００１７】
また、前記シール部材は、耐熱性を有すると共に前記ガスタービンの高温部の前記隙間に設けられていることが好ましい。
このようにすれば、シール部材が耐熱性を有するので、ガスタービンの高温部の隙間を良好に封止し、かつ、ロータ側部材が接触した場合にロータ側部材の損傷を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るシール装置によれば、ロータとステータとの隙間を封止し、かつ、ロータ側部材の損傷を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明に係るガスタービンによれば、高効率な稼働を安定して継続させることができ、高い信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一実施形態に係るガスタービンＧＴの概略構成を示す半断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るタービンＴの要部拡大断面図であって、図１における要部Ｉの拡大図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係るシール部材５０の斜視図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係るシール部材５０の平面図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係るシール部材５０の使用状態を示すガスタービンＧＴの要部拡大斜視図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係るシール部材５０の要部断面図であって、第一の作用説明図である。
【図７】本発明の第一実施形態に係るシール部材５０の要部断面図であって、第二の作用説明図である。
【図８】本発明の第一実施形態に係るシール部材５０の要部断面図であって、第三の作用説明図である。
【図９】本発明の第二実施形態に係るシール部材６０の斜視図である。
【図１０】本発明の第二実施形態に係るシール部材６０の平面図である。
【図１１】本発明の第三実施形態に係るシール部材７０の平面図である。
【図１２】本発明の第四実施形態に係るシール部材８０の平面図である。
【図１３】本発明の第四実施形態に係るシール部材８０の変形例であるシール部材８０Ａの平面図である。
【図１４】本発明の第五実施形態に係るシール部材９０の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明の第一実施形態に係るガスタービン（回転機械）ＧＴの概略構成を示す半断面図である。図１に示すように、ガスタービンＧＴは、圧縮空気ｃを生成する圧縮機Ｃと、圧縮機Ｃから供給される圧縮空気ｃに燃料を供給して燃焼ガス（作動流体）ｇを生成する複数の燃焼器Ｂと、燃焼器Ｂから供給される燃焼ガスｇにより回転動力を得るタービン（回転機械）Ｔとを備えている。
【００２２】
図２は、タービンＴの要部拡大断面図であって、図１における要部Ｉの拡大図である。
タービンＴは、タービン軸（軸線）Ｐ上に延びるロータＲＴと（図１参照）、ロータＲＴの周囲を囲うステータＳＴとを有している。
以下の説明においては、タービン軸Ｐが延びる方向をタービン軸方向（軸方向）と、タービン軸Ｐの周方向をタービン周方向（周方向）と、ロータＲＴの半径方向をタービン径方向という。
【００２３】
図２に示すように、ロータＲＴは、回転可能に支持されたロータ本体１と、ロータ本体１の外周においてタービン軸方向に間隔を空けて複数（例えば四つ）配設された動翼列２（２Ａ〜２Ｄ）とを有している。
【００２４】
ロータ本体１は、それぞれディスク状に形成された複数個のロータディスク１０（１０Ａ〜１０Ｄ）がタービン軸方向に重ねられることでシャフト状になっている。ロータ本体１の内部には、動翼列２に冷却空気を送るための冷却通路１ａが形成されている。
【００２５】
複数の動翼列２（２Ａ〜２Ｄ）は、それぞれ、複数のタービン動翼２０で構成されている。各タービン動翼２０は、ロータディスク１０Ａ〜１０Ｄの外周にそれぞれ拘束されていると共に、ロータディスク１０Ａ〜１０Ｄからタービン径方向外側に向けて延出している。そして、これら複数のタービン動翼２０が、ロータディスク１０Ａ〜１０Ｄにおいてタービン周方向に互いに間隔を空けて環状に配列されることで、動翼列２Ａ〜２Ｄが構成されている。
【００２６】
各タービン動翼２０の先端（タービン径方向外側）には、タービン径方向に交差するように延びるチップシュラウド２１が形成されている。チップシュラウド２１のタービン軸方向の中央にはタービン径方向外側に向けて突出するフィン２２が形成されている。各動翼列２（２Ａ〜２Ｄ）においては、複数のタービン動翼２０毎にチップシュラウド２１がタービン周方向に連結されている。
なお、図２においては、動翼列２Ａ，２Ｂを構成するタービン動翼２０のチップシュラウド２１の図示を省略している。
【００２７】
図２に示すように、ステータＳＴは、外部から内部空間を区画するケーシング３と、ケーシング３の内周においてタービン軸方向に間隔を空けて複数（例えば四つ）配設された静翼列４とを有している。
【００２８】
ケーシング３は、ケーシング本体３１（図１参照）と、図２に示すように、翼環３２と、遮熱環３３と、分割環３４とを有している。
【００２９】
ケーシング本体３１は、円筒状に形成されており（図１参照）、翼環３２と、遮熱環３３と、分割環３４とを収容している。
【００３０】
翼環３２は、ケーシング本体３１の内周においてタービン軸方向に連続するように複数配設されている。この翼環３２は、内部にロータＲＴを収納可能な円筒空間を画定している。
【００３１】
遮熱環３３は、翼環３２の内周に沿って環状に延びており、タービン周方向に複数に分割されていると共に分割体相互の間に封止部材（不図示）が介装されている。遮熱環３３は、タービン軸方向に互いに間隔を空けて複数配設されており、それぞれ翼環３２の内周に嵌合固定されている。
【００３２】
分割環３４は、翼環３２の内周に沿って環状に延びており、タービン周方向に複数に分割されていると共に分割体相互の間に封止部材（不図示）が介装されている。分割環３４は、動翼列２（２Ａ〜２Ｄ）に対してタービン径方向に対向する位置に複数配設されており、それぞれタービン軸方向に隣り合う二つの遮熱環３３によって支持されている。
この分割環３４の内周面は、タービン動翼２０のチップシュラウド２１に対して隙間ｓを介して対向している。
【００３３】
図２に示すように、複数の静翼列４（４Ａ〜４Ｄ）は、それぞれ、複数のタービン静翼４０で構成されている。各タービン静翼４０は、遮熱環３３によって拘束されており、遮熱環３３からタービン径方向の内側に向けて延出している。そして、これら複数のタービン静翼４０がタービン周方向に互いに間隔を空けて環状に配列されることで、静翼列４（４Ａ〜４Ｄ）が構成されている。
これら静翼列４（４Ａ〜４Ｄ）は、それぞれ、動翼列２（２Ａ〜２Ｄ）と段（組）をなすように各動翼列２の上流側に配列されている。
【００３４】
上記構成からなるタービンＴには、三段目及び四段目の動翼列２（２Ｃ，２Ｄ）と、タービン動翼２０のチップシュラウド２１との隙間ｓを封止するシール部材（シール装置）５０を備えている。これら動翼列２Ｃ，２Ｄと、タービン動翼２０のチップシュラウド２１との間にそれぞれ形成される隙間ｓは、タービンＴにおいて相対的に高温になる部分である。例えば、ガスタービンＧＴの運転中においては、タービンＴの内部の平均温度が４〜５００℃であるのに対して、隙間ｓの温度は約９００℃に達する。
【００３５】
図３は、シール部材５０の斜視図であり、図４は、シール部材５０の平面図である。
シール部材５０は、例えばカーボンナノチューブからなる粘弾性材料で形成されている。この粘弾性材料は、ランダムなネットワーク状の構造となった高純度のカーボンナノチューブの構造体を、スーパーグロース法（化学気相成長法）で合成したものであり、−１９６〜１０００℃程度までゴムのような粘弾性を示す。この粘弾性材料は、例えば、スパッタリングによりシリコン基板上に鉄触媒をつけ、その後アルゴンイオンによる反応性イオンエッチングによって触媒を調製し、この基板上にスーパーグロース法によってカーボンナノチューブを合成し、この合成によって得たカーボンナノチューブの構造体を圧縮して密度を数倍にすることで得ることができる。
【００３６】
シール部材５０の、ロータＲＴ側に向けられるシール面５２は、シール部材の幅方向及び長手方向に不連続になっている。
シール面５２は、図４に示すように、格子状に形成されたスリット（切込）５４（５４Ａ，５４Ｂ）によって複数の分割シール部５３に分割されている。より具体的には、シール面５２には、幅方向の一方から他方に進むに従って長手方向の一方側に向けて延びるスリット５４Ａと、幅方向の一方から他方に進むに従って長手方向の他方側に向けて延びるスリット５４Ｂと、がそれぞれ複数形成されている。そして、複数のスリット５４Ａが長手方向に略等しい間隔を空けて形成されていると共に、スリット５４Ｂが長手方向に略等しい間隔を空けて形成されていることで、分割シール部５３がシール面５２の垂線方向に見て正方形状に区画されている。
なお、図３に示すように、本実施形態においてはスリット５４（５４Ａ，５４Ｂ）の深さを分割シール部５３の一辺の長さと同程度の深さとしているが、適宜変更可能である。
【００３７】
各分割シール部５３は、二つの対角線のうち一方を長手方向に向けていると共に、他方を幅方向に向けている。この分割シール部５３は、図４に示すように、長手方向に複数連続して並ぶことで、互いの角部を突き合わすようにして配列された分割シール部列５５を構成している。
【００３８】
分割シール部列５５は、タービン軸方向に複数並んで形成されており、互いに沿うようにしてタービン周方向に延びている。そして、タービン軸方向に隣り合う二つの分割シール部列５５において、一方の分割シール部５３と他方の分割シール部５３とは、互いに長手方向の位置をずらして千鳥状に並んでいる。
【００３９】
図５は、シール部材５０の使用状態を示すガスタービンＧＴの要部拡大斜視図である。
図５に示すように、シール部材５０は、シール面５２の裏面を分割環３４の内周面に密着させた状態でシール面５２の裏面側を分割環３４にボルト止めされている。この状態において、シール部材５０は、幅方向をタービン軸方向に向け、かつ、長手方向をタービン周方向に沿わした姿勢で、シール面５２をタービン径方向の内方（ロータＲＴ）に向けている。そして、シール部材５０のシール面５２は、タービン動翼２０のチップシュラウド２１のフィン２２（図１参照）に対して微小間隙を形成している。
なお、シール部材５０の取付態様は、ボルト止めの他にも、他の締結具による固定や、、嵌め合わせ、貼着等を用いてもよい。
【００４０】
次に、上記構成からなるシール部材５０の動作について図６から図８を用いて説明する。
ガスタービンＧＴの運転中においては、図２に示すように、燃焼ガスｇの主流Ｍが静翼列４（４Ａ〜４Ｄ）と動翼列２（２Ａ〜２Ｄ）とを交互にタービン軸方向に流れる。なお、三段目及び四段目の動翼列２Ｃ，２Ｄと、分割環３４との間における隙間ｓの近傍は、約９００℃になっている。
【００４１】
この際、図６に示すように、燃焼ガスｇの主流Ｍの一部がチップシュラウド２１側に回り込む。
チップシュラウド２１側に回り込んだ燃焼ガスｇの一部は、燃焼ガスｇの主流Ｍの上流側に向けられたシール部材５０の端面５０ａに衝突する。
一方、チップシュラウド２１側に回り込んだ燃焼ガスｇの他の一部は、シール部材５０とタービン動翼２０のチップシュラウド２１との隙間ｓに流入する。ここで、シール部材５０のシール面５２と、タービン動翼２０のフィン２２との間の微小間隙は、燃焼ガスｇに対する流動抵抗が高くなっていることから、燃焼ガスｇが殆ど通過しない。
【００４２】
ところで、図６に示すように、シール部材５０の端面５０ａに衝突した燃焼ガスｇの一部は、シール面５２に形成されたスリット５４に流入する（図３から図５参照）。この燃焼ガスｇは、流入したスリット５４を挟んで対向する二つの分割シール部５３のうち下流側の分割シール部５３に衝突したり、摩擦抵抗を受けたりすることで、燃焼ガスｇの保有エネルギに損失を生じさせる。このため、スリット５４に流入した燃焼ガスｇは、スリット５４を流れる過程で保有エネルギを低下させ、シール部材５０の下流側に到達し難い。
このようにして、シール部材５０は、燃焼ガスｇが下流側に通過するのを阻止する。
【００４３】
また、図７に示すように、タービン動翼２０がタービン径方向の外側に変位すると（図７における矢印Ｙ１方向）、シール部材５０がタービン動翼２０の変位に応じて柔軟に変形する。この際、タービン動翼２０の接触による衝撃がシール部材５０の変形で吸収されることから、タービン動翼２０がシール部材５０から受ける接触抵抗Ｎが緩和されて僅かなものとなる。
【００４４】
また、タービン動翼２０のチップシュラウド２１がシール部材５０のシール面５２に接触すると、チップシュラウド２１に接触した各分割シール部５３が、隣接する他の分割シール部５３からの拘束を受けずにタービン軸方向及びタービン周方向に独立して変位して部分欠損する。このため、タービン動翼２０がシール部材５０から受ける接触抵抗Ｎが更に緩和されて極僅かなものとなる。
【００４５】
そして、図８に示すように、タービン動翼２０がタービン径方向の変位を解消すると（図８における矢印Ｙ２方向）、シール部材５０の変形が次第に弾性復帰し、隙間ｓを再び封止する。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態に係るシール部材５０によれば、シール部材５０が可撓性材料からなっているので、タービン動翼２０がシール部材５０に接触した場合にシール部材５０が柔軟に変形する。これにより、タービン動翼２０の接触による衝撃を吸収する一方、タービン動翼２０がシール部材５０から受ける接触抵抗Ｎを緩和することができる。従って、タービン動翼２０の損傷を抑制することができる。
さらに、タービン軸方向及びタービン周方向に不連続なシール面５２がロータＲＴ側に向けられているので、タービン動翼２０が接触した場合にシール面５２が削れ易くなる。これにより、タービン動翼２０がシール部材５０から受ける接触抵抗Ｎを更に緩和することができるので、タービン動翼２０の損傷を更に抑制することができる。
従って、ロータＲＴとステータＳＴとの隙間ｓを封止し、かつ、タービン動翼２０の損傷を抑制することができる。
【００４７】
また、シール面５２が複数のスリット５４によって複数の分割シール部５３に分割されているので、タービン動翼２０がシール面５２に接触した場合に、複数の分割シール部５３が独立して部分欠損し易くなる。これにより、タービン動翼２０がシール部材５０から受ける接触抵抗Ｎを更に緩和することができるので、タービン動翼２０の損傷を大幅に抑制することができる。
【００４８】
また、分割シール部５３がタービン周方向に複数連続してなる分割シール部列５５がタービン軸方向に複数並設されているので、タービン動翼２０がシール面５２に接触した場合に、各分割シール部５３が、タービン周方向及びタービン軸方向に独立して変位し易くなる。これにより、分割シール部５３が更に部分欠損し易くなる。
【００４９】
また、シール面５２の分割シール部５３が千鳥状に形成されているので、タービン周方向に隣接する二つの分割シール部５３間を流れた燃焼ガスｇが、これら二つの分割シール部５３に対してタービン軸方向に隣接する分割シール部５３に衝突する。これにより、燃焼ガスｇがスリット５４を流れ難くなるので、スリット５４によってシール面５２の削れ易さを得る一方で燃焼ガスｇに対するシール性を保つことができる。
【００５０】
また、シール面５２の垂線方向から見て、分割シール部５３の形状が菱形であるので、分割シール部５３間のスリット５４がタービン軸方向とタービン周方向とに対して斜めに延在する。これにより、スリット５４における燃焼ガスｇがタービン軸方向及びタービン周方向に流れ難くなるので、スリット５４によってシール面５２の削れ易さを得る一方で燃焼ガスｇに対するシール性を保つことができる。
【００５１】
また、シール部材５０が１０００℃程度までの耐熱性を有するので、シール部材５０をガスタービンＧＴの高温部である隙間ｓ（約９００℃）に配設することができる。
【００５２】
また、本実施形態のガスタービンＧＴによれば、シール部材５０を有するので、ロータＲＴとステータＳＴとの隙間ｓを封止し、かつ、タービン動翼２０が接触した場合にタービン動翼２０に損傷が生じる恐れを抑制することができる。よって、高効率な稼働を安定して継続させることができ、高い信頼性を得ることができる。
【００５３】
なお、上述した構成においては、分割シール部５３の二本の対角線を互いに等しい長さの正方形としたが、互いに異なる長さに設定してもよい。
また、上述した構成においては、二本の対角線のうち一方をタービン軸方向に、他方をタービン周方向に向けたが、それぞれタービン軸方向とタービン周方向とに対してずらしてもよい。
なお、上述した高温部はタービンＴの内部の平均温度との関係で相対的に定まるものであるが、概ね６００℃以上を想定している。つまり、６００℃以上の耐熱性を有すれば、上述したカーボンナノチューブ以外の材質で形成したシール部材５０を隙間ｓに用いることが可能である。
【００５４】
〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
【００５５】
図９は、本発明の第二実施形態に係るシール部材６０の斜視図であり、図１０は、シール部材６０の平面図である。
シール部材６０は、上述した第一実施形態に係るシール部材５０とほぼ同様の構成であるが、シール部材５０がシール面５２の垂線方向から見て菱形の分割シール部５３を有していたのに対して、シール部材６０はシール面６２の垂線方向から見て矩形の分割シール部６３を有している点で相違する。
【００５６】
分割シール部６３のシール面６２には、それぞれ長手方向（タービン周方向）に延びる複数のスリット（切込）６４Ａが幅方向（タービン軸方向）に互いに略等しい間隔を空けて形成されており、幅方向（タービン軸方向）に延びるスリット（切込）６４Ｂが長手方向（タービン周方向）に互いに略等しい間隔を空けて形成されている。この構成により、分割シール部６３がシール面６２の垂線方向から見て矩形状に区画されている。そして、分割シール部６３が長手方向（タービン周方向）に連続してなる分割シール部列６５が、幅方向（タービン軸方向）に複数配列されており、分割シール部６３がマトリクス状に並べられている。
【００５７】
このシール部材６０によれば、上述した第一実施形態の主要な効果を得ることができる他、スリット６４（６４Ａ，６４Ｂ）がタービン周方向及びタービン軸方向に延びているので、スリット６４（６４Ａ，６４Ｂ）を容易に形成することができるので、シール部材６０の生産性を向上させることができる。
【００５８】
〔第三実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
【００５９】
図１１は、本発明の第三実施形態に係るシール部材７０の平面図である。
シール部材７０は、上述した第二実施形態に係るシール部材６０とほぼ同様の構成であるが、シール部材６０のシール面６２における分割シール部６３がマトリクス状に並べられていたのに対して、シール部材７０のシール面７２は分割シール部７３が千鳥状に並べられている点でシール部材６０と相違する。
【００６０】
シール部材７０のシール面７２には、二つのスリット６４Ａの間において幅方向（タービン軸方向）に延びるスリット（切込）７４Ｂが長手方向（タービン周方向）に略等しい間隔を空けて形成されている。この構成により、分割シール部７３がシール面７２の垂線方向から見て矩形状に区画されている。そして、分割シール部７３が長手方向（タービン周方向）に連続してなる分割シール部列７５が、幅方向（タービン軸方向）に複数配列されており、幅方向（タービン軸方向）に隣り合う二つの分割シール部列７５における一方の分割シール部７３と他方の分割シール部７３とが互いに長手方向（タービン周方向）の位置をずらして千鳥状に並んでいる。
【００６１】
このシール部材７０によれば、上述した第二実施形態の主要な効果を得ることができる他、シール面７２の分割シール部７３が千鳥状に形成されているので、タービン周方向に隣接する二つの分割シール部７３間を流れた燃焼ガスｇが、これら二つの分割シール部７３にタービン軸方向に隣接する分割シール部７３に衝突する。これにより、燃焼ガスｇがスリット７４を流れ難くなるので、燃焼ガスｇに対するシール性を向上させることができる。
【００６２】
〔第四実施形態〕
以下、本発明の第四実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
【００６３】
図１２は、本発明の第四実施形態に係るシール部材８０の平面図である。
シール部材８０は、上述した第一実施形態に係るシール部材５０とほぼ同様の構成であるが、シール部材５０がシール面５２にスリット５４が形成されていたのに対して、シール部材８０がシール面８２に凹部８６が形成されている点で相違する。
【００６４】
図１２に示すように、凹部８６は、孔断面形状が円形に形成され、千鳥状に複数個形成されている。より具体的には、長手方向（タービン周方向）に間隔を空けて並べられた複数の凹部８６からなる凹部列８７が、幅方向（タービン軸方向）に複数形成されており、互いに隣接する二つの凹部列８７のうち一方の凹部８６が他方の凹部８６に対して、長手方向（タービン周方向）の位置をずらしている。
【００６５】
このシール部材８０によれば、上述した第一実施形態の主要な効果を得ることができる。すなわち、シール面８２に凹部８６が形成されることで、シール面８２がタービン軸方向及びタービン周方向に不連続になっており、互いに隣接する二つの凹部８６間の部位が部分欠損し易くなる。これにより、タービン動翼２０がシール部材８０から受ける接触抵抗Ｎを更に緩和することができるので、タービン動翼２０の損傷を大幅に抑制することができる。
【００６６】
また、シール部材８０によれば、凹部列８７を形成することで、燃焼ガスｇがスリットを経由して下流側に通過することがない。これにより、燃焼ガスｇに対するシール性を保つことができる。
【００６７】
図１３は、本発明の第四実施形態に係るシール部材８０の変形例であるシール部材８０Ａの平面図である。
図１３に示すように、シール部材８０Ａは、互いにタービン軸方向に隣接する凹部８６同士をスリット（切込）８８で繋いでいる。
【００６８】
この構成によれば、凹部８６をスリット８８で繋ぐことによってシール面８２が更に部分欠損し易くなるので、タービン動翼２０がシール部材８０Ａから受ける接触抵抗Ｎを大幅に緩和することができる。
なお、凹部８６は孔断面形状を楕円状、多角形状に形成してもよい。
【００６９】
〔第五実施形態〕
以下、本発明の第五実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
【００７０】
図１４は、本発明の第五実施形態に係るシール部材９０の平面図である。
シール部材９０は、上述した第一実施形態に係るシール部材５０とほぼ同様の構成であるが、互いに交差するスリット５４Ａ，５４Ｂの交点に相当する位置に凹部８６が形成されている点で相違する。
【００７１】
このシール部材９０によれば、上述した第一実施形態の主要な効果を得ることができる他、シール面９２にスリット５４Ａ，５４Ｂと凹部８６とが形成されることで、スリット５４Ａ，５４Ｂの流れる燃焼ガスｇの流量を低下させる。より具体的には、スリット５４Ａ，５４Ｂを流れた燃焼ガスｇが、流路面積が急激に大きくなった凹部８６に流出することで、保有エネルギに圧力損失を生じさせる。これにより、これにより、燃焼ガスｇの保有エネルギを低下させることができるので、スリット５４及び凹部８６によってシール面５２の削れ易さを得る一方で燃焼ガスｇに対するシール性を保つことができる。
【００７２】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述した各実施形態においては、シール部材５０，６０，７０，８０，９０をカーボンナノチューブで形成したが、他の材質、例えば、ゴム、プラスチック等を用いてもよい。
【００７３】
また、上述した各実施形態においては、シール部材５０，６０，７０，８０，９０をタービンＴの高温部の隙間ｓを封止する構成としたが、高温部以外の隙間を封止してもよい。
【００７４】
また、上述した各実施形態においては、ステータＳＴがケーシング本体３１と翼環３２と遮熱環３３と分割環３４とを備える構成としたが、タービン静翼の取付構造等に応じて適宜変更可能である。
【００７５】
また、上述した実施の形態では、シール部材５０，６０，７０，８０，９０をもってシール装置としたが、シール部材を複数設けたり、その他の構成部材を付加したりしてシール装置としてもよい。
【００７６】
また、上述した実施の形態では、タービンＴに本発明を適用したが、他の回転機械（例えば圧縮機Ｃ）に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００７７】
５０…シール部材
５２…シール面
５３…分割シール部
５４（５４Ａ，５４Ｂ）…スリット（切込）
５５…分割シール部列
６０…シール部材
６２…シール面
６３…分割シール部
６４（６４Ａ，６４Ｂ）…スリット（切込）
６５…分割シール部列
７０…シール部材
７２…シール面
７３…分割シール部
７４（７４Ａ，７４Ｂ）…スリット（切込）
７５…分割シール部列
８０…シール部材
８０Ａ…シール部材
８２…シール面
８６…凹部
８７…凹部列
８８…スリット（切込）
９０…シール部材
９２…シール面
Ｃ…圧縮機（回転機械）
Ｐ…タービン軸（軸線）
Ｔ…タービン（回転危機）
ｇ…燃焼ガス（作動流体）
ｓ…隙間
ＧＴ…ガスタービン（回転機械）
ＲＴ…ロータ
ＳＴ…ステータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール装置及びガスタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、軸線を中心に回転するロータとロータの周囲を囲うステータとを備える回転機械においては、ロータとステータとの間に形成された隙間に作動流体の漏流が流れるのを抑止するために、シール装置を配設している。
【０００３】
例えば、回転機械の一種であるガスタービンにおいては、タービンのステータとロータとの間において静翼列と動翼列とがタービン軸方向に交互に配設された主流流路が設定されているが、動翼列の先端とステータ側部材（翼環）との間に主流流路に連通する隙間が形成される。そのため、下記特許文献１においては、ステータ側部材に金属からなるハニカム部材を配設することで、万一の動翼の接触を許容すると共に、上記隙間を封止して作動流体の漏流が生じるのを抑止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１０６１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術においては、ハニカム部材が金属からなっていることから、ハニカム部材にロータ側の部材（以下「ロータ側部材」という。）が接触した場合にロータ側部材を損傷させる恐れがあるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、ロータとステータとの隙間を封止し、かつ、ロータ側部材の損傷を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係るシール装置は、軸線を中心に回転するロータと前記ロータの周囲を囲うステータとの隙間を封止するシール装置であって、前記ステータから前記ロータ側に突出するように設けられ、可撓性材料からなるシール部材を有し、該シール部材は、前記ロータ側に向けられると共に前記軸線が延びる軸方向及び前記軸線の周方向に不連続なシール面を含むことを特徴とする。
このようにすれば、シール部材が可撓性材料からなっているので、ロータ側部材がシール部材に接触した場合にシール部材が柔軟に変形する。これにより、ロータ側部材の接触による衝撃を吸収する一方、ロータ側部材がシール部材から受ける接触抵抗を緩和することができる。従って、ロータ側部材の損傷を抑制することができる。
さらに、軸方向及び周方向に不連続なシール面がロータ側に向けられているので、ロータ側部材が接触した場合にシール面が削れ易くなる。これにより、ロータ側部材がシール部材から受ける接触抵抗を更に緩和することができるので、ロータ側部材の損傷を更に抑制することができる。
従って、ロータとステータとの隙間を封止し、かつ、ロータ側部材の損傷を抑制することができる。
【０００８】
また、前記シール面は、互いに間隔を空けて複数の切込が形成され、これら複数の切込によって複数の分割シール部に分割されていることが好ましい。
このようにすれば、シール面が複数の切込によって複数の分割シール部に分割されているので、ロータ側部材がシール面に接触した場合に、複数の分割シール部が独立して部分欠損し易くなる。これにより、ロータ側部材がシール部材から受ける接触抵抗を更に緩和することができるので、ロータ側部材の損傷を大幅に抑制することができる。
【０００９】
また、前記シール面は、それぞれ前記分割シール部が前記周方向に複数連続してなる分割シール部列が、前記軸方向に複数並設されていることが好ましい。
このようにすれば、分割シール部が周方向に複数連続してなる分割シール部列が軸方向に複数並設されているので、ロータ側部材がシール面に接触した場合に、各分割シール部が、周方向及び軸方向に独立して変位し易くなる。これにより、分割シール部が更に部分欠損し易くなる。
【００１０】
また、前記シール面には、前記軸方向に隣り合う二つの前記分割シール部列における一方の前記分割シール部と他方の前記分割シール部とが互いに前記周方向の位置をずらして千鳥状に形成されていることが好ましい。
このようにすれば、シール面の分割シール部が千鳥状に形成されているので、周方向に隣接する二つの分割シール部間を流れた作動流体が、これら二つの分割シール部に対して軸方向に隣接する分割シール部に衝突する。これにより、作動流体が切込を流れ難くなるので、切込によってシール面の削れ易さを得る一方で作動流体に対するシール性を保つことができる。
【００１１】
また、前記分割シール部は、前記シール面の垂線方向に見た形状が、互いに交差する二つの対角線の一方を前記軸方向側に向けると共に他方を前記径方向側に向けた菱形であることが好ましい。
このようにすれば、シール面の垂線方向から見て、分割シール部の形状が菱形であるので、分割シール部間の切込が軸方向と周方向とに対して斜めに延在する。これにより、切込における作動流体が軸方向及び周方向に流れ難くなるので、切込によってシール面の削れ易さを得る一方で作動流体に対するシール性を保つことができる。
なお、本明細書における菱形は、正方形を含む意味で用いている。
【００１２】
また、前記分割シール部は、前記シール面の垂線方向に見た形状が矩形であることが好ましい。
このようにすれば、分割シール部のシール面の垂線方向に見た形状が矩形であるので、分割シール部間の切込が軸方向及び周方向に延在することとなる。これにより、切込を容易に形成することができるので、シール部材の生産性を向上させることができる。
【００１３】
また、前記シール面は、互いに間隔を空けて複数の凹部が形成されていることが好ましい。
このようにすれば、シール面に互いに間隔を空けて複数の凹部が形成されているので、ロータ側部材がシール面に接触した場合に、互いに隣接する二つの凹部間の部位が部分欠損し易くなる。これにより、ロータ側部材がシール部材から受ける接触抵抗を更に緩和することができるので、ロータ側部材の損傷を大幅に抑制することができる。
【００１４】
また、前記シール面は、互いに間隔を空けて複数の切込が形成され、前記凹部は、互いに交差する前記切込の交点に相当する位置に形成されていることが好ましい。
このようにすれば、切込と凹部とによってシール面が更に部分欠損し易くなるので、ロータ側部材がシール部材から受ける接触抵抗を大幅に緩和することができる。更に、互いに間隔を空けて形成された複数の切込の交点に相当する位置に凹部が形成されているので、切込を流れた作動流体が凹部に流れ出た際に作動流体の保有エネルギに圧力損失を生じさせることが可能である。これにより、作動流体の保有エネルギを低下させることができるので、切込及び凹部によってシール面の削れ易さを得る一方で作動流体に対するシール性を保つことができる。
【００１５】
また、前記シール部材は、耐熱性を有することが好ましい。
このようにすれば、シール部材が耐熱性を有するので、シール装置を回転装置の高温部に配設することが可能となる。
【００１６】
さらに、本発明に係るガスタービンは、軸線を中心に回転するロータと前記ロータの周囲を囲うステータとを備え、前記ロータと前記ステータとの隙間を封止するシ−ル装置として、上記のうちいずれか一に記載のシール装置を有することを特徴とする。
このようにすれば、ロータとステータとの隙間を封止するシ−ル装置として、上記のうちいずれか一のシール装置を有するので、ガスタービンのロータとステータとの隙間を封止し、かつ、ロータ側部材が接触した場合にロータ側部材の損傷を抑制することができる。よって、高効率な稼働を安定して継続させることができ、高い信頼性を得ることができる。
【００１７】
また、前記シール部材は、耐熱性を有すると共に前記ガスタービンの高温部の前記隙間に設けられていることが好ましい。
このようにすれば、シール部材が耐熱性を有するので、ガスタービンの高温部の隙間を良好に封止し、かつ、ロータ側部材が接触した場合にロータ側部材の損傷を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るシール装置によれば、ロータとステータとの隙間を封止し、かつ、ロータ側部材の損傷を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明に係るガスタービンによれば、高効率な稼働を安定して継続させることができ、高い信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一実施形態に係るガスタービンＧＴの概略構成を示す半断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るタービンＴの要部拡大断面図であって、図１における要部Ｉの拡大図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係るシール部材５０の斜視図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係るシール部材５０の平面図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係るシール部材５０の使用状態を示すガスタービンＧＴの要部拡大斜視図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係るシール部材５０の要部断面図であって、第一の作用説明図である。
【図７】本発明の第一実施形態に係るシール部材５０の要部断面図であって、第二の作用説明図である。
【図８】本発明の第一実施形態に係るシール部材５０の要部断面図であって、第三の作用説明図である。
【図９】本発明の第二実施形態に係るシール部材６０の斜視図である。
【図１０】本発明の第二実施形態に係るシール部材６０の平面図である。
【図１１】本発明の第三実施形態に係るシール部材７０の平面図である。
【図１２】本発明の第四実施形態に係るシール部材８０の平面図である。
【図１３】本発明の第四実施形態に係るシール部材８０の変形例であるシール部材８０Ａの平面図である。
【図１４】本発明の第五実施形態に係るシール部材９０の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明の第一実施形態に係るガスタービン（回転機械）ＧＴの概略構成を示す半断面図である。図１に示すように、ガスタービンＧＴは、圧縮空気ｃを生成する圧縮機Ｃと、圧縮機Ｃから供給される圧縮空気ｃに燃料を供給して燃焼ガス（作動流体）ｇを生成する複数の燃焼器Ｂと、燃焼器Ｂから供給される燃焼ガスｇにより回転動力を得るタービン（回転機械）Ｔとを備えている。
【００２２】
図２は、タービンＴの要部拡大断面図であって、図１における要部Ｉの拡大図である。
タービンＴは、タービン軸（軸線）Ｐ上に延びるロータＲＴと（図１参照）、ロータＲＴの周囲を囲うステータＳＴとを有している。
以下の説明においては、タービン軸Ｐが延びる方向をタービン軸方向（軸方向）と、タービン軸Ｐの周方向をタービン周方向（周方向）と、ロータＲＴの半径方向をタービン径方向という。
【００２３】
図２に示すように、ロータＲＴは、回転可能に支持されたロータ本体１と、ロータ本体１の外周においてタービン軸方向に間隔を空けて複数（例えば四つ）配設された動翼列２（２Ａ〜２Ｄ）とを有している。
【００２４】
ロータ本体１は、それぞれディスク状に形成された複数個のロータディスク１０（１０Ａ〜１０Ｄ）がタービン軸方向に重ねられることでシャフト状になっている。ロータ本体１の内部には、動翼列２に冷却空気を送るための冷却通路１ａが形成されている。
【００２５】
複数の動翼列２（２Ａ〜２Ｄ）は、それぞれ、複数のタービン動翼２０で構成されている。各タービン動翼２０は、ロータディスク１０Ａ〜１０Ｄの外周にそれぞれ拘束されていると共に、ロータディスク１０Ａ〜１０Ｄからタービン径方向外側に向けて延出している。そして、これら複数のタービン動翼２０が、ロータディスク１０Ａ〜１０Ｄにおいてタービン周方向に互いに間隔を空けて環状に配列されることで、動翼列２Ａ〜２Ｄが構成されている。
【００２６】
各タービン動翼２０の先端（タービン径方向外側）には、タービン径方向に交差するように延びるチップシュラウド２１が形成されている。チップシュラウド２１のタービン軸方向の中央にはタービン径方向外側に向けて突出するフィン２２が形成されている。各動翼列２（２Ａ〜２Ｄ）においては、複数のタービン動翼２０毎にチップシュラウド２１がタービン周方向に連結されている。
なお、図２においては、動翼列２Ａ，２Ｂを構成するタービン動翼２０のチップシュラウド２１の図示を省略している。
【００２７】
図２に示すように、ステータＳＴは、外部から内部空間を区画するケーシング３と、ケーシング３の内周においてタービン軸方向に間隔を空けて複数（例えば四つ）配設された静翼列４とを有している。
【００２８】
ケーシング３は、ケーシング本体３１（図１参照）と、図２に示すように、翼環３２と、遮熱環３３と、分割環３４とを有している。
【００２９】
ケーシング本体３１は、円筒状に形成されており（図１参照）、翼環３２と、遮熱環３３と、分割環３４とを収容している。
【００３０】
翼環３２は、ケーシング本体３１の内周においてタービン軸方向に連続するように複数配設されている。この翼環３２は、内部にロータＲＴを収納可能な円筒空間を画定している。
【００３１】
遮熱環３３は、翼環３２の内周に沿って環状に延びており、タービン周方向に複数に分割されていると共に分割体相互の間に封止部材（不図示）が介装されている。遮熱環３３は、タービン軸方向に互いに間隔を空けて複数配設されており、それぞれ翼環３２の内周に嵌合固定されている。
【００３２】
分割環３４は、翼環３２の内周に沿って環状に延びており、タービン周方向に複数に分割されていると共に分割体相互の間に封止部材（不図示）が介装されている。分割環３４は、動翼列２（２Ａ〜２Ｄ）に対してタービン径方向に対向する位置に複数配設されており、それぞれタービン軸方向に隣り合う二つの遮熱環３３によって支持されている。
この分割環３４の内周面は、タービン動翼２０のチップシュラウド２１に対して隙間ｓを介して対向している。
【００３３】
図２に示すように、複数の静翼列４（４Ａ〜４Ｄ）は、それぞれ、複数のタービン静翼４０で構成されている。各タービン静翼４０は、遮熱環３３によって拘束されており、遮熱環３３からタービン径方向の内側に向けて延出している。そして、これら複数のタービン静翼４０がタービン周方向に互いに間隔を空けて環状に配列されることで、静翼列４（４Ａ〜４Ｄ）が構成されている。
これら静翼列４（４Ａ〜４Ｄ）は、それぞれ、動翼列２（２Ａ〜２Ｄ）と段（組）をなすように各動翼列２の上流側に配列されている。
【００３４】
上記構成からなるタービンＴには、三段目及び四段目の動翼列２（２Ｃ，２Ｄ）と、タービン動翼２０のチップシュラウド２１との隙間ｓを封止するシール部材（シール装置）５０を備えている。これら動翼列２Ｃ，２Ｄと、タービン動翼２０のチップシュラウド２１との間にそれぞれ形成される隙間ｓは、タービンＴにおいて相対的に高温になる部分である。例えば、ガスタービンＧＴの運転中においては、タービンＴの内部の平均温度が４〜５００℃であるのに対して、隙間ｓの温度は約９００℃に達する。
【００３５】
図３は、シール部材５０の斜視図であり、図４は、シール部材５０の平面図である。
シール部材５０は、例えばカーボンナノチューブからなる粘弾性材料で形成されている。この粘弾性材料は、ランダムなネットワーク状の構造となった高純度のカーボンナノチューブの構造体を、スーパーグロース法（化学気相成長法）で合成したものであり、−１９６〜１０００℃程度までゴムのような粘弾性を示す。この粘弾性材料は、例えば、スパッタリングによりシリコン基板上に鉄触媒をつけ、その後アルゴンイオンによる反応性イオンエッチングによって触媒を調製し、この基板上にスーパーグロース法によってカーボンナノチューブを合成し、この合成によって得たカーボンナノチューブの構造体を圧縮して密度を数倍にすることで得ることができる。
【００３６】
シール部材５０の、ロータＲＴ側に向けられるシール面５２は、シール部材の幅方向及び長手方向に不連続になっている。
シール面５２は、図４に示すように、格子状に形成されたスリット（切込）５４（５４Ａ，５４Ｂ）によって複数の分割シール部５３に分割されている。より具体的には、シール面５２には、幅方向の一方から他方に進むに従って長手方向の一方側に向けて延びるスリット５４Ａと、幅方向の一方から他方に進むに従って長手方向の他方側に向けて延びるスリット５４Ｂと、がそれぞれ複数形成されている。そして、複数のスリット５４Ａが長手方向に略等しい間隔を空けて形成されていると共に、スリット５４Ｂが長手方向に略等しい間隔を空けて形成されていることで、分割シール部５３がシール面５２の垂線方向に見て正方形状に区画されている。
なお、図３に示すように、本実施形態においてはスリット５４（５４Ａ，５４Ｂ）の深さを分割シール部５３の一辺の長さと同程度の深さとしているが、適宜変更可能である。
【００３７】
各分割シール部５３は、二つの対角線のうち一方を長手方向に向けていると共に、他方を幅方向に向けている。この分割シール部５３は、図４に示すように、長手方向に複数連続して並ぶことで、互いの角部を突き合わすようにして配列された分割シール部列５５を構成している。
【００３８】
分割シール部列５５は、タービン軸方向に複数並んで形成されており、互いに沿うようにしてタービン周方向に延びている。そして、タービン軸方向に隣り合う二つの分割シール部列５５において、一方の分割シール部５３と他方の分割シール部５３とは、互いに長手方向の位置をずらして千鳥状に並んでいる。
【００３９】
図５は、シール部材５０の使用状態を示すガスタービンＧＴの要部拡大斜視図である。
図５に示すように、シール部材５０は、シール面５２の裏面を分割環３４の内周面に密着させた状態でシール面５２の裏面側を分割環３４にボルト止めされている。この状態において、シール部材５０は、幅方向をタービン軸方向に向け、かつ、長手方向をタービン周方向に沿わした姿勢で、シール面５２をタービン径方向の内方（ロータＲＴ）に向けている。そして、シール部材５０のシール面５２は、タービン動翼２０のチップシュラウド２１のフィン２２（図１参照）に対して微小間隙を形成している。
なお、シール部材５０の取付態様は、ボルト止めの他にも、他の締結具による固定や、、嵌め合わせ、貼着等を用いてもよい。
【００４０】
次に、上記構成からなるシール部材５０の動作について図６から図８を用いて説明する。
ガスタービンＧＴの運転中においては、図２に示すように、燃焼ガスｇの主流Ｍが静翼列４（４Ａ〜４Ｄ）と動翼列２（２Ａ〜２Ｄ）とを交互にタービン軸方向に流れる。なお、三段目及び四段目の動翼列２Ｃ，２Ｄと、分割環３４との間における隙間ｓの近傍は、約９００℃になっている。
【００４１】
この際、図６に示すように、燃焼ガスｇの主流Ｍの一部がチップシュラウド２１側に回り込む。
チップシュラウド２１側に回り込んだ燃焼ガスｇの一部は、燃焼ガスｇの主流Ｍの上流側に向けられたシール部材５０の端面５０ａに衝突する。
一方、チップシュラウド２１側に回り込んだ燃焼ガスｇの他の一部は、シール部材５０とタービン動翼２０のチップシュラウド２１との隙間ｓに流入する。ここで、シール部材５０のシール面５２と、タービン動翼２０のフィン２２との間の微小間隙は、燃焼ガスｇに対する流動抵抗が高くなっていることから、燃焼ガスｇが殆ど通過しない。
【００４２】
ところで、図６に示すように、シール部材５０の端面５０ａに衝突した燃焼ガスｇの一部は、シール面５２に形成されたスリット５４に流入する（図３から図５参照）。この燃焼ガスｇは、流入したスリット５４を挟んで対向する二つの分割シール部５３のうち下流側の分割シール部５３に衝突したり、摩擦抵抗を受けたりすることで、燃焼ガスｇの保有エネルギに損失を生じさせる。このため、スリット５４に流入した燃焼ガスｇは、スリット５４を流れる過程で保有エネルギを低下させ、シール部材５０の下流側に到達し難い。
このようにして、シール部材５０は、燃焼ガスｇが下流側に通過するのを阻止する。
【００４３】
また、図７に示すように、タービン動翼２０がタービン径方向の外側に変位すると（図７における矢印Ｙ１方向）、シール部材５０がタービン動翼２０の変位に応じて柔軟に変形する。この際、タービン動翼２０の接触による衝撃がシール部材５０の変形で吸収されることから、タービン動翼２０がシール部材５０から受ける接触抵抗Ｎが緩和されて僅かなものとなる。
【００４４】
また、タービン動翼２０のチップシュラウド２１がシール部材５０のシール面５２に接触すると、チップシュラウド２１に接触した各分割シール部５３が、隣接する他の分割シール部５３からの拘束を受けずにタービン軸方向及びタービン周方向に独立して変位して部分欠損する。このため、タービン動翼２０がシール部材５０から受ける接触抵抗Ｎが更に緩和されて極僅かなものとなる。
【００４５】
そして、図８に示すように、タービン動翼２０がタービン径方向の変位を解消すると（図８における矢印Ｙ２方向）、シール部材５０の変形が次第に弾性復帰し、隙間ｓを再び封止する。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態に係るシール部材５０によれば、シール部材５０が可撓性材料からなっているので、タービン動翼２０がシール部材５０に接触した場合にシール部材５０が柔軟に変形する。これにより、タービン動翼２０の接触による衝撃を吸収する一方、タービン動翼２０がシール部材５０から受ける接触抵抗Ｎを緩和することができる。従って、タービン動翼２０の損傷を抑制することができる。
さらに、タービン軸方向及びタービン周方向に不連続なシール面５２がロータＲＴ側に向けられているので、タービン動翼２０が接触した場合にシール面５２が削れ易くなる。これにより、タービン動翼２０がシール部材５０から受ける接触抵抗Ｎを更に緩和することができるので、タービン動翼２０の損傷を更に抑制することができる。
従って、ロータＲＴとステータＳＴとの隙間ｓを封止し、かつ、タービン動翼２０の損傷を抑制することができる。
【００４７】
また、シール面５２が複数のスリット５４によって複数の分割シール部５３に分割されているので、タービン動翼２０がシール面５２に接触した場合に、複数の分割シール部５３が独立して部分欠損し易くなる。これにより、タービン動翼２０がシール部材５０から受ける接触抵抗Ｎを更に緩和することができるので、タービン動翼２０の損傷を大幅に抑制することができる。
【００４８】
また、分割シール部５３がタービン周方向に複数連続してなる分割シール部列５５がタービン軸方向に複数並設されているので、タービン動翼２０がシール面５２に接触した場合に、各分割シール部５３が、タービン周方向及びタービン軸方向に独立して変位し易くなる。これにより、分割シール部５３が更に部分欠損し易くなる。
【００４９】
また、シール面５２の分割シール部５３が千鳥状に形成されているので、タービン周方向に隣接する二つの分割シール部５３間を流れた燃焼ガスｇが、これら二つの分割シール部５３に対してタービン軸方向に隣接する分割シール部５３に衝突する。これにより、燃焼ガスｇがスリット５４を流れ難くなるので、スリット５４によってシール面５２の削れ易さを得る一方で燃焼ガスｇに対するシール性を保つことができる。
【００５０】
また、シール面５２の垂線方向から見て、分割シール部５３の形状が菱形であるので、分割シール部５３間のスリット５４がタービン軸方向とタービン周方向とに対して斜めに延在する。これにより、スリット５４における燃焼ガスｇがタービン軸方向及びタービン周方向に流れ難くなるので、スリット５４によってシール面５２の削れ易さを得る一方で燃焼ガスｇに対するシール性を保つことができる。
【００５１】
また、シール部材５０が１０００℃程度までの耐熱性を有するので、シール部材５０をガスタービンＧＴの高温部である隙間ｓ（約９００℃）に配設することができる。
【００５２】
また、本実施形態のガスタービンＧＴによれば、シール部材５０を有するので、ロータＲＴとステータＳＴとの隙間ｓを封止し、かつ、タービン動翼２０が接触した場合にタービン動翼２０に損傷が生じる恐れを抑制することができる。よって、高効率な稼働を安定して継続させることができ、高い信頼性を得ることができる。
【００５３】
なお、上述した構成においては、分割シール部５３の二本の対角線を互いに等しい長さの正方形としたが、互いに異なる長さに設定してもよい。
また、上述した構成においては、二本の対角線のうち一方をタービン軸方向に、他方をタービン周方向に向けたが、それぞれタービン軸方向とタービン周方向とに対してずらしてもよい。
なお、上述した高温部はタービンＴの内部の平均温度との関係で相対的に定まるものであるが、概ね６００℃以上を想定している。つまり、６００℃以上の耐熱性を有すれば、上述したカーボンナノチューブ以外の材質で形成したシール部材５０を隙間ｓに用いることが可能である。
【００５４】
〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
【００５５】
図９は、本発明の第二実施形態に係るシール部材６０の斜視図であり、図１０は、シール部材６０の平面図である。
シール部材６０は、上述した第一実施形態に係るシール部材５０とほぼ同様の構成であるが、シール部材５０がシール面５２の垂線方向から見て菱形の分割シール部５３を有していたのに対して、シール部材６０はシール面６２の垂線方向から見て矩形の分割シール部６３を有している点で相違する。
【００５６】
分割シール部６３のシール面６２には、それぞれ長手方向（タービン周方向）に延びる複数のスリット（切込）６４Ａが幅方向（タービン軸方向）に互いに略等しい間隔を空けて形成されており、幅方向（タービン軸方向）に延びるスリット（切込）６４Ｂが長手方向（タービン周方向）に互いに略等しい間隔を空けて形成されている。この構成により、分割シール部６３がシール面６２の垂線方向から見て矩形状に区画されている。そして、分割シール部６３が長手方向（タービン周方向）に連続してなる分割シール部列６５が、幅方向（タービン軸方向）に複数配列されており、分割シール部６３がマトリクス状に並べられている。
【００５７】
このシール部材６０によれば、上述した第一実施形態の主要な効果を得ることができる他、スリット６４（６４Ａ，６４Ｂ）がタービン周方向及びタービン軸方向に延びているので、スリット６４（６４Ａ，６４Ｂ）を容易に形成することができるので、シール部材６０の生産性を向上させることができる。
【００５８】
〔第三実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
【００５９】
図１１は、本発明の第三実施形態に係るシール部材７０の平面図である。
シール部材７０は、上述した第二実施形態に係るシール部材６０とほぼ同様の構成であるが、シール部材６０のシール面６２における分割シール部６３がマトリクス状に並べられていたのに対して、シール部材７０のシール面７２は分割シール部７３が千鳥状に並べられている点でシール部材６０と相違する。
【００６０】
シール部材７０のシール面７２には、二つのスリット６４Ａの間において幅方向（タービン軸方向）に延びるスリット（切込）７４Ｂが長手方向（タービン周方向）に略等しい間隔を空けて形成されている。この構成により、分割シール部７３がシール面７２の垂線方向から見て矩形状に区画されている。そして、分割シール部７３が長手方向（タービン周方向）に連続してなる分割シール部列７５が、幅方向（タービン軸方向）に複数配列されており、幅方向（タービン軸方向）に隣り合う二つの分割シール部列７５における一方の分割シール部７３と他方の分割シール部７３とが互いに長手方向（タービン周方向）の位置をずらして千鳥状に並んでいる。
【００６１】
このシール部材７０によれば、上述した第二実施形態の主要な効果を得ることができる他、シール面７２の分割シール部７３が千鳥状に形成されているので、タービン周方向に隣接する二つの分割シール部７３間を流れた燃焼ガスｇが、これら二つの分割シール部７３にタービン軸方向に隣接する分割シール部７３に衝突する。これにより、燃焼ガスｇがスリット７４を流れ難くなるので、燃焼ガスｇに対するシール性を向上させることができる。
【００６２】
〔第四実施形態〕
以下、本発明の第四実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
【００６３】
図１２は、本発明の第四実施形態に係るシール部材８０の平面図である。
シール部材８０は、上述した第一実施形態に係るシール部材５０とほぼ同様の構成であるが、シール部材５０がシール面５２にスリット５４が形成されていたのに対して、シール部材８０がシール面８２に凹部８６が形成されている点で相違する。
【００６４】
図１２に示すように、凹部８６は、孔断面形状が円形に形成され、千鳥状に複数個形成されている。より具体的には、長手方向（タービン周方向）に間隔を空けて並べられた複数の凹部８６からなる凹部列８７が、幅方向（タービン軸方向）に複数形成されており、互いに隣接する二つの凹部列８７のうち一方の凹部８６が他方の凹部８６に対して、長手方向（タービン周方向）の位置をずらしている。
【００６５】
このシール部材８０によれば、上述した第一実施形態の主要な効果を得ることができる。すなわち、シール面８２に凹部８６が形成されることで、シール面８２がタービン軸方向及びタービン周方向に不連続になっており、互いに隣接する二つの凹部８６間の部位が部分欠損し易くなる。これにより、タービン動翼２０がシール部材８０から受ける接触抵抗Ｎを更に緩和することができるので、タービン動翼２０の損傷を大幅に抑制することができる。
【００６６】
また、シール部材８０によれば、凹部列８７を形成することで、燃焼ガスｇがスリットを経由して下流側に通過することがない。これにより、燃焼ガスｇに対するシール性を保つことができる。
【００６７】
図１３は、本発明の第四実施形態に係るシール部材８０の変形例であるシール部材８０Ａの平面図である。
図１３に示すように、シール部材８０Ａは、互いにタービン軸方向に隣接する凹部８６同士をスリット（切込）８８で繋いでいる。
【００６８】
この構成によれば、凹部８６をスリット８８で繋ぐことによってシール面８２が更に部分欠損し易くなるので、タービン動翼２０がシール部材８０Ａから受ける接触抵抗Ｎを大幅に緩和することができる。
なお、凹部８６は孔断面形状を楕円状、多角形状に形成してもよい。
【００６９】
〔第五実施形態〕
以下、本発明の第五実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
【００７０】
図１４は、本発明の第五実施形態に係るシール部材９０の平面図である。
シール部材９０は、上述した第一実施形態に係るシール部材５０とほぼ同様の構成であるが、互いに交差するスリット５４Ａ，５４Ｂの交点に相当する位置に凹部８６が形成されている点で相違する。
【００７１】
このシール部材９０によれば、上述した第一実施形態の主要な効果を得ることができる他、シール面９２にスリット５４Ａ，５４Ｂと凹部８６とが形成されることで、スリット５４Ａ，５４Ｂの流れる燃焼ガスｇの流量を低下させる。より具体的には、スリット５４Ａ，５４Ｂを流れた燃焼ガスｇが、流路面積が急激に大きくなった凹部８６に流出することで、保有エネルギに圧力損失を生じさせる。これにより、これにより、燃焼ガスｇの保有エネルギを低下させることができるので、スリット５４及び凹部８６によってシール面５２の削れ易さを得る一方で燃焼ガスｇに対するシール性を保つことができる。
【００７２】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述した各実施形態においては、シール部材５０，６０，７０，８０，９０をカーボンナノチューブで形成したが、他の材質、例えば、ゴム、プラスチック等を用いてもよい。
【００７３】
また、上述した各実施形態においては、シール部材５０，６０，７０，８０，９０をタービンＴの高温部の隙間ｓを封止する構成としたが、高温部以外の隙間を封止してもよい。
【００７４】
また、上述した各実施形態においては、ステータＳＴがケーシング本体３１と翼環３２と遮熱環３３と分割環３４とを備える構成としたが、タービン静翼の取付構造等に応じて適宜変更可能である。
【００７５】
また、上述した実施の形態では、シール部材５０，６０，７０，８０，９０をもってシール装置としたが、シール部材を複数設けたり、その他の構成部材を付加したりしてシール装置としてもよい。
【００７６】
また、上述した実施の形態では、タービンＴに本発明を適用したが、他の回転機械（例えば圧縮機Ｃ）に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００７７】
５０…シール部材
５２…シール面
５３…分割シール部
５４（５４Ａ，５４Ｂ）…スリット（切込）
５５…分割シール部列
６０…シール部材
６２…シール面
６３…分割シール部
６４（６４Ａ，６４Ｂ）…スリット（切込）
６５…分割シール部列
７０…シール部材
７２…シール面
７３…分割シール部
７４（７４Ａ，７４Ｂ）…スリット（切込）
７５…分割シール部列
８０…シール部材
８０Ａ…シール部材
８２…シール面
８６…凹部
８７…凹部列
８８…スリット（切込）
９０…シール部材
９２…シール面
Ｃ…圧縮機（回転機械）
Ｐ…タービン軸（軸線）
Ｔ…タービン（回転危機）
ｇ…燃焼ガス（作動流体）
ｓ…隙間
ＧＴ…ガスタービン（回転機械）
ＲＴ…ロータ
ＳＴ…ステータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心に回転するロータと前記ロータの周囲を囲うステータとの隙間を封止するシール装置であって、
前記ステータから前記ロータ側に突出するように設けられ、可撓性材料からなるシール部材を有し、
該シール部材は、前記ロータ側に向けられると共に前記軸線が延びる軸方向及び前記軸線の周方向に不連続なシール面を含むことを特徴とするシール装置。
【請求項２】
前記シール面は、互いに間隔を空けて複数の切込が形成され、これら複数の切込によって複数の分割シール部に分割されていることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
【請求項３】
前記シール面は、それぞれ前記分割シール部が前記周方向に複数連続してなる分割シール部列が、前記軸方向に複数並設されていることを特徴とする請求項２に記載のシール装置。
【請求項４】
前記シール面には、前記軸方向に隣り合う二つの前記分割シール部列における一方の前記分割シール部と他方の前記分割シール部とが互いに前記周方向の位置をずらして千鳥状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のシール装置。
【請求項５】
前記分割シール部は、前記シール面の垂線方向に見た形状が、互いに交差する二つの対角線の一方を前記軸方向側に向けると共に他方を前記径方向側に向けた菱形であることを特徴とする請求項２から４のうちいずれか一項に記載のシール装置。
【請求項６】
前記分割シール部は、前記シール面の垂線方向に見た形状が矩形であることを特徴とする請求項２から４のうちいずれか一項に記載のシール装置。
【請求項７】
前記シール面は、互いに間隔を空けて複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載のシール装置。
【請求項８】
前記シール面は、互いに間隔を空けて複数の切込が形成され、
前記凹部は、互いに交差する前記切込の交点に相当する位置に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のシール装置。
【請求項９】
前記シール部材は、耐熱性を有することを特徴とする請求項１から８のうちいずれか一項に記載のシール装置。
【請求項１０】
軸線を中心に回転するロータと前記ロータの周囲を囲うステータとを備え、
前記ロータと前記ステータとの隙間を封止するシ−ル装置として、請求項１から９のうちいずれか一項に記載のシール装置を有することを特徴とするガスタービン。
【請求項１１】
前記シール部材は、耐熱性を有すると共に前記ガスタービンの高温部の前記隙間に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のガスタービン。
【請求項１】
軸線を中心に回転するロータと前記ロータの周囲を囲うステータとの隙間を封止するシール装置であって、
前記ステータから前記ロータ側に突出するように設けられ、可撓性材料からなるシール部材を有し、
該シール部材は、前記ロータ側に向けられると共に前記軸線が延びる軸方向及び前記軸線の周方向に不連続なシール面を含むことを特徴とするシール装置。
【請求項２】
前記シール面は、互いに間隔を空けて複数の切込が形成され、これら複数の切込によって複数の分割シール部に分割されていることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
【請求項３】
前記シール面は、それぞれ前記分割シール部が前記周方向に複数連続してなる分割シール部列が、前記軸方向に複数並設されていることを特徴とする請求項２に記載のシール装置。
【請求項４】
前記シール面には、前記軸方向に隣り合う二つの前記分割シール部列における一方の前記分割シール部と他方の前記分割シール部とが互いに前記周方向の位置をずらして千鳥状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のシール装置。
【請求項５】
前記分割シール部は、前記シール面の垂線方向に見た形状が、互いに交差する二つの対角線の一方を前記軸方向側に向けると共に他方を前記径方向側に向けた菱形であることを特徴とする請求項２から４のうちいずれか一項に記載のシール装置。
【請求項６】
前記分割シール部は、前記シール面の垂線方向に見た形状が矩形であることを特徴とする請求項２から４のうちいずれか一項に記載のシール装置。
【請求項７】
前記シール面は、互いに間隔を空けて複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載のシール装置。
【請求項８】
前記シール面は、互いに間隔を空けて複数の切込が形成され、
前記凹部は、互いに交差する前記切込の交点に相当する位置に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のシール装置。
【請求項９】
前記シール部材は、耐熱性を有することを特徴とする請求項１から８のうちいずれか一項に記載のシール装置。
【請求項１０】
軸線を中心に回転するロータと前記ロータの周囲を囲うステータとを備え、
前記ロータと前記ステータとの隙間を封止するシ−ル装置として、請求項１から９のうちいずれか一項に記載のシール装置を有することを特徴とするガスタービン。
【請求項１１】
前記シール部材は、耐熱性を有すると共に前記ガスタービンの高温部の前記隙間に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のガスタービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２２５４５３（Ｐ２０１２−２２５４５３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４９６７（Ｐ２０１１−９４９６７）
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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