タービン
【課題】漏洩流量をより低減化した高性能なタービンを提供する。
【解決手段】ブレード５０と、ブレード５０の先端側に隙間を介してブレード５０に対して相対回転する構造体１１とを備えたタービン１であって、ブレード５０の先端部５１と、構造体１１の先端部５１に対応する部位とのうちの一方には、段差面５３を有して他方側に突出するステップ部５２が設けられ、前記他方には、ステップ部５２に対して延出するシールフィン１５が設けられ、ブレード５０の先端部５１と構造体１１の前記部位との間には、シールフィン１５と該シールフィン１５に対して構造体１１の回転軸方向上流側で対向する隔壁との間にキャビティＣが形成され、シールフィン１５は、ステップ部５２との間に微小隙間Ｈを形成するフィン本体部１６を具備し、微小隙間をＨとし、フィン本体部と、ステップ部の回転軸方向上流側における端縁部との間の距離をＬとすると、０．７Ｈ≦Ｌを満足する。
【解決手段】ブレード５０と、ブレード５０の先端側に隙間を介してブレード５０に対して相対回転する構造体１１とを備えたタービン１であって、ブレード５０の先端部５１と、構造体１１の先端部５１に対応する部位とのうちの一方には、段差面５３を有して他方側に突出するステップ部５２が設けられ、前記他方には、ステップ部５２に対して延出するシールフィン１５が設けられ、ブレード５０の先端部５１と構造体１１の前記部位との間には、シールフィン１５と該シールフィン１５に対して構造体１１の回転軸方向上流側で対向する隔壁との間にキャビティＣが形成され、シールフィン１５は、ステップ部５２との間に微小隙間Ｈを形成するフィン本体部１６を具備し、微小隙間をＨとし、フィン本体部と、ステップ部の回転軸方向上流側における端縁部との間の距離をＬとすると、０．７Ｈ≦Ｌを満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、発電プラント、化学プラント、ガスプラント、製鉄所、船舶等に用いられるタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、蒸気タービンの一種として、ケーシングと、ケーシングの内部に回転自在に設けられた軸体（ロータ）と、ケーシングの内周部に固定配置された複数の静翼と、これら複数の静翼の下流側において軸体に放射状に設けられた複数の動翼とを備えたものがある。このような蒸気タービンのうち衝動タービンの場合は、蒸気の圧力エネルギーを静翼によって速度エネルギーに変換し、この速度エネルギーを動翼によって回転エネルギー（機械エネルギー）に変換している。また、反動タービンの場合は、動翼内でも圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、蒸気が噴出する反動力により回転エネルギー（機械エネルギー）に変換される。
【０００３】
この種の蒸気タービンでは、動翼の先端部と、動翼を囲繞して蒸気の流路を形成するケーシングとの間に径方向の隙間が形成され、また、静翼の先端部と軸体との間にも径方向の隙間が形成されているのが通常である。しかし、動翼先端部の隙間を下流側に通過する漏洩蒸気は、動翼に対して回転力を付与しない。また、静翼先端部の隙間を下流側に通過する漏洩蒸気は、静翼によって圧力エネルギーを速度エネルギーに変換されないため、下流動翼に対して回転力をほとんど付与しない。したがって、蒸気タービンの性能向上のためには、前記隙間を通過する漏洩蒸気の量を低減することが重要となる。
【０００４】
下記特許文献１には、動翼の先端部に、軸方向上流側から下流側に向かって高さが次第に高くなるステップ部が設けられ、ケーシングに、前記ステップ部に対して隙間を有するシールフィンが設けられた構造が提案されている。
このような構成により、シールフィンの隙間を通り抜けた漏れ流れがステップ部の段差面を形成する端縁部に衝突し、流動抵抗を増大させることにより、漏洩流量が低減化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２９１９６７号公報（図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、蒸気タービンの性能向上に対する要望は強く、したがって漏洩流量をさらに低減化することが求められている。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、漏洩流量をより低減化した高性能なタービンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、本発明に係るタービンは、ブレードと、前記ブレードの先端側に隙間を介して設けられるとともに、前記ブレードに対して相対回転する構造体と、を備えたタービンであって、前記ブレードの先端部と、前記構造体の前記先端部に対応する部位とのうちの一方には、段差面を有して他方側に突出するステップ部が設けられ、前記他方には、前記ステップ部に対して延出するシールフィンが設けられ、前記ブレードの先端部側と前記構造体の前記部位との間には、前記シールフィンと該シールフィンに対して前記構造体の回転軸方向上流側で対向する隔壁との間にキャビティが形成され、前記シールフィンは、前記ステップ部との間に微小隙間を形成するフィン本体部を具備し、前記微小隙間をＨとし、
前記フィン本体部と、前記ステップ部の前記回転軸方向上流側における端縁部との間の距離をＬとすると、以下の式（１）を満足することを特徴とする。
０．７Ｈ≦Ｌ …………………（１）
【０００９】
このようにすれば、キャビティ内に流入した流体がステップ部の端縁部を形成する段差面、すなわちステップ部の軸方向上流側に向く面に衝突し、上流側に戻るようにして第一方向に回る主渦を生じる。また、その際、特に前記段差面の端縁部（エッジ）において、前記主渦から一部の流れが剥離することにより、前記第一方向と反対方向に回る剥離渦を生じる。この剥離渦は、シールフィン先端とステップ部との間の微小隙間を通り抜ける漏れ流れを低減する、縮流効果を発揮する。そして、上記式（１）のようにすれば、剥離渦による縮流効果は、端縁部の位置（フィン本体からの距離Ｌ）と微小隙間Ｈの大きさとの関係によって変化するが、後述するシミュレーション結果に基づき、前記式（１）を満足させるようにこれらの関係を規定したことにより、剥離渦による縮流効果を十分に高くし、漏洩流量をより低減化することが可能になる。
【００１０】
また、前記フィン本体部は、少なくとも先端側が前記回転軸方向上流側に向けて斜めに延在していることを特徴とする。
このようにすれば、フィン本体部が少なくとも先端側が回転軸方向上流側に向けて斜めに延在しているので、微小隙間の回転軸方向上流側において漏れ流れに向かうように剥離渦のダウンフローが流れるため、フィン先端での流速の回転軸方向速度成分ＶＸが小さくなる。すなわち、フィン先端での流速の径方向速度成分をＶＲとするとＶＸ／ＶＲが０に近づくほど剥離渦の縮流効果が大きくなるので、縮流効果を高めることが可能となる。
【００１１】
また、前記ステップ部は、前記回転軸方向上流側から下流側に向かって突出高さが次第に高くなるように複数設けられ、前記他方には、前記ステップ部のそれぞれに対して延出する前記シールフィンが少なくとも１つ設けられており、前記ステップ部に対応するシールフィンは、前記回転軸方向下流側に隣接するステップ部に対応するシールフィンに対して対向する前記隔壁となっていることを特徴とする。
このようにすれば、剥離渦による縮流効果が各ステップ部毎に得られ、したがってブレードとこれに対応する構造体との間の漏洩流量が十分に低減化される。
【００１２】
また、前記構造体の、前記先端部に対応する部位は環状の凹部となっており、前記複数のステップ部のうちの、前記回転軸方向最上流側に位置するステップ部に対応するシールフィンに対して対向する前記隔壁は、前記凹部の、前記回転軸方向上流側の内壁面によって形成されていることを特徴とする。
このようにすれば、回転軸方向最上流側に位置するステップ部においても、前記の剥離渦による縮流効果が得られ、したがってブレードとこれに対応する構造体との間の漏洩流量が十分に低減化される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、漏洩流量をより低減化した、高性能なタービンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン１を示す概略構成断面図である。
【図２】図１における要部Ｉを示す拡大断面図である。
【図３】第一実施形態に係るシールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）の要部拡大断面図である。
【図４】第一実施形態に係る蒸気タービン１の作用説明図である。
【図５】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｄの概略構成断面図である。
【図６】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｅの概略構成断面図である。
【図７】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｆの概略構成断面図である。
【図８】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｈの概略構成断面図である。
【図９】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｉの概略構成断面図である。
【図１０】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｊの概略構成断面図である。
【図１１】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｋの概略構成断面図である。
【図１２】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｌの概略構成断面図である。
【図１３】第二実施形態に係る蒸気タービン２を示す概略構成断面図である。
【図１４】第二実施形態に係る蒸気タービン２のシミュレーション結果を示すグラフであり、横軸が距離Ｌの寸法（長さ）を示し、縦軸はタービン効率変化およびリーク量変化率を示している。
【図１５】本発明の第二実施形態に係る蒸気タービン２のシミュレーション結果を示すグラフであり、距離Ｌを０．７Ｈ≦Ｌに設定したモデルのタービン効率変化およびリーク量変化率を示している。
【図１６】本発明の第三実施形態に係る蒸気タービン３を示す概略構成断面図である。
【図１７】本発明の第四実施形態に係る蒸気タービン４を示す概略構成断面図である。
【図１８】本発明の第五実施形態に係る蒸気タービン５を示す概略構成断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン１を示す概略構成断面図である。
蒸気タービン１は、ケーシング１０と、ケーシング１０に流入する蒸気Ｓの量と圧力を調整する調整弁２０と、ケーシング１０の内方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軸体３０と、ケーシング１０に保持された静翼４０と、軸体３０に設けられた動翼５０と、軸体３０を軸回りに回転可能に支持する軸受部６０と、を主たる構成としている。
【００１６】
ケーシング１０は、内部空間が気密に封止されているとともに、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、軸体３０が挿通されたリング状の仕切板外輪１１が強固に固定されている。本実施形態では、この仕切板外輪１１が本発明における「構造体」となっている。
【００１７】
調整弁２０は、ケーシング１０の内部に複数個取り付けられており、それぞれ図示しないボイラから蒸気Ｓが流入する調整弁室２１と、弁体２２と、弁座２３とを備えており、弁体２２が弁座２３から離れると蒸気流路が開いて、蒸気室２４を介して蒸気Ｓがケーシング１０の内部空間に流入するようになっている。
【００１８】
軸体３０は、軸本体３１と、この軸本体３１の外周から径方向に延出した複数のディスク３２とを備えている。この軸体３０は、回転エネルギーを、図示しない発電機等の機械に伝達するようになっている。
【００１９】
静翼４０は、軸体３０を囲繞するように放射状に多数配置されて環状静翼群を構成しており、それぞれ前述した仕切板外輪１１に保持されている。これら静翼４０の径方向における内方側は、軸体３０が挿通されたリング状のハブシュラウド４１で連結され、その先端部が軸体３０に対して径方向の隙間をあけて配設されている。
これら複数の静翼４０からなる環状静翼群は、回転軸方向に間隔をあけて六つ形成されており、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側に案内するようになっている。
【００２０】
動翼５０は、軸体３０が有するディスク３２の外周部に強固に取り付けられている。この動翼５０は、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。本実施形態では、この動翼５０が本発明における「ブレード」となっている。
【００２１】
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。すなわち、蒸気タービン１は、六段に構成されている。これら動翼５０の先端部は、周方向に延びたチップシュラウド５１とされている。
【００２２】
図２は、図１における要部Ｉを示す拡大断面図である。
図２に示すように、動翼（ブレード）５０の先端部となるチップシュラウド５１は、ケーシング１０の径方向において仕切板外輪（構造体）１１と間隙を介して対向して配置されている。チップシュラウド５１は、段差面５３（５３Ａ〜５３Ｃ）を有して仕切板外輪１１側に突出する、ステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）を形成したものである。
【００２３】
本実施形態では、チップシュラウド５１は三つのステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）を形成しており、これら三つのステップ部５２Ａ〜５２Ｃは、軸体３０の回転軸方向（以下、軸方向と記す。）上流側から下流側に向かって、動翼５０からの突出高さが次第に高くなるように配設されている。すなわち、ステップ部５２Ａ〜５２Ｃは、段差を形成する段差面５３（５３Ａ〜５３Ｃ）が、軸方向上流側を向いた前向きに形成されている。
【００２４】
仕切板外輪１１には、チップシュラウド５１に対応する部位に環状溝（環状の凹部）１１ａが形成されており、この環状溝１１ａ内にチップシュラウド５１が収容されている。
この仕切板外輪１１の環状溝１１ａにおける溝底面１１ｂには、チップシュラウド５１に向けて径方向内方側に延出する三つのシールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）が設けられており、各シールフィン１５の上流側に比べて下流側が深くなるように段状に形成されている
【００２５】
これらシールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）は、ステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）に１：１で対応してそれぞれ溝底面１１ｂから延出して設けられている。
各シールフィン１５Ａ〜１５Ｃは、ステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）との間に微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）を径方向に形成するフィン本体部１６と、微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）の軸方向上流側の空間を制限する空間制限部１７とをそれぞれ備えている。
【００２６】
図３は、シールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）の要部拡大断面図である。
図３に示すように、フィン本体部１６は、先鋭に形成されており、空間制限部１７よりもステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）に近接してステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）との間に微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）を形成している。フィン本体部１６は、径方向における寸法が微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）の寸法（径方向）と略同程度となっている。この微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）の寸法は、ケーシング１０や動翼５０の熱伸び量、動翼５０の遠心伸び量等を考慮した上で、両者が接触することがない安全な範囲内で、最小のものに設定されている。なお、本実施形態では、Ｈ１〜Ｈ３は全て同じ寸法となっている。ただし、必要に応じて、これらを適宜に変えてもよいのはもちろんである。
【００２７】
図３に示すように、空間制限部１７は、シールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）のフィン本体部１６よりも軸方向に厚く形成されており、回転軸に沿った断面視で直線状となって軸方向に延在する内周壁面（回転軸方向壁面）１７ａを有している。この内周壁面１７ａは、フィン本体部１６から軸方向上流側に向けて、微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）の略二倍程度だけ延在している。
なお、これらフィン本体部１６，空間制限部１７及び仕切板外輪１１は、それぞれ一体に形成してもよいし、別体に形成してもよい。また、フィン本体部１６と空間制限部１７とを別体にした場合には、フィン本体部１６を空間制限部１７の先端側に取り付けてもよいし、空間制限部１７を溝底面１１ｂ側からフィン本体部１６に沿わせてもよい。
【００２８】
このように空間制限部１７は、フィン本体部１６の軸方向上流側の空間を径方向に制限して、フィン本体部１６との間に小キャビティ１８を画定している。図３に示すように、小キャビティ１８は、回転軸に沿った断面において、一辺が微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）の略二倍程度となった方形状に構成されている。
【００２９】
このような構成のもとに、チップシュラウド５１側と仕切板外輪１１との間には、前記環状溝１１ａ内において、各ステップ部５２毎にこれに対応してキャビティＣ（Ｃ１〜Ｃ３）が形成されている。
これらキャビティＣ（Ｃ１〜Ｃ３）は、各ステップ部５２に対応したシールフィン１５と、このシールフィン１５に対して軸方向上流側で対向する隔壁との間に形成されている。
【００３０】
軸方向最上流側に位置する第一のキャビティＣ１では、前記隔壁は、前記環状溝１１ａの、軸方向上流側の内壁面５４によって形成されている。したがって、この内壁面５４と第一段目のステップ部５２Ａに対応するシールフィン１５Ａとの間で、さらにチップシュラウド５１と仕切板外輪１１との間に、第一のキャビティＣ１が形成されている。
【００３１】
また、第二のキャビティＣ２では、前記隔壁は、軸方向上流側に位置するステップ部５２Ａに対応するシールフィン１５Ａによって形成されている。したがって、シールフィン１５Ａとシールフィン１５Ｂとの間で、さらにチップシュラウド５１と仕切板外輪１１との間に、第二のキャビティＣ２が形成されている。
同様に、シールフィン１５Ｂとシールフィン１５Ｃとの間で、さらにチップシュラウド５１と仕切板外輪１１との間に、第三のキャビティＣ３が形成されている。
このような構成により、各キャビティＣ（Ｃ１〜Ｃ３）と微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）との間に、それぞれ小キャビティ１８が形成されている。
【００３２】
図１に戻って、軸受部６０は、ジャーナル軸受装置６１及びスラスト軸受装置６２を備えており、軸体３０を回転可能に支持している。
【００３３】
次に、上記の構成からなる蒸気タービン１の動作について、図１〜図４を用いて説明する。
まず、調整弁２０（図１参照）を開状態とすると、図示しないボイラから蒸気Ｓがケーシング１０の内部空間に流入する。
【００３４】
ケーシング１０の内部空間に流入した蒸気Ｓは、各段における環状静翼群と環状動翼群とを順次通過する。この際には、圧力エネルギーが静翼４０によって速度エネルギーに変換され、静翼４０を経た蒸気Ｓのうちの大部分が同一の段を構成する動翼５０間に流入し、動翼５０により蒸気Ｓの速度エネルギーが回転エネルギーに変換されて、軸体３０に回転が付与される。一方、蒸気Ｓのうちの一部（例えば、数％）は、静翼４０から流出した後、環状溝１１ａ内に流入する、いわゆる、漏洩蒸気となる。
【００３５】
ここで、図４に示すように環状溝１１ａ内に流入した蒸気Ｓは、まず、第一のキャビティＣ１に流入し、ステップ部５２Ａの段差面５３Ａに衝突し、上流側に戻るようにして例えば図２及び図４の紙面上にて反時計回り（第一方向）に回る主渦Ｙ１を生じる。
【００３６】
その際、特にステップ部５２Ａの前記端縁部（エッジ）５５において、前記主渦Ｙ１から一部の流れが剥離することにより、この主渦Ｙ１と反対方向、本例では図２及び図４の紙面上にて時計回りになるように、小キャビティ１８において剥離渦Ｙ２を生じる。
【００３７】
より詳細には、図４に示すように、端縁部５５において、主渦Ｙ１から一部の流れが剥離して小キャビティ１８に蒸気Ｓが流入すると、流入した蒸気Ｓは、内周壁面１７ａに到達した後に内周壁面１７ａに沿って軸方向下流側に流れる。そして、フィン本体部１６により流れ方向をステップ部５２Ａ（５２）側に転向させられた後、フィン本体部１６に沿って径方向内方側に流れる。そして、径方向内方側をステップ部５２Ａに沿って軸方向上流側に向けて流れ、主渦Ｙ１及び小キャビティ１８に流入する蒸気Ｓによって径方向外方側に流れ、再び内周壁面１７ａに沿って軸方向下流側に流れる。
【００３８】
このように、小キャビティ１８において、主渦Ｙ１とは反対周りに剥離渦Ｙ２を生じる。
この際、内周壁面１７ａ（図３参照）によって径方向外方側の空間が制限されているために、径方向外方へと蒸気Ｓの流れが散逸し難くなると共に、内周壁面１７ａに沿って軸方向下流側への流れがガイドされるために、剥離渦Ｙ２の流れが比較的に強くなる。
【００３９】
このような剥離渦Ｙ２は、シールフィン１５Ａとステップ部５２Ａとの間の微小隙間Ｈ１を通り抜ける漏れ流れを低減する、縮流効果を発揮する。
すなわち、図４に示すように、剥離渦Ｙ２が形成されると、この剥離渦Ｙ２には、シールフィン１５Ａの軸方向上流側において、速度ベクトルを径方向内方側に向けるダウンフローを生じる。このダウンフローは、前記微小隙間Ｈ１の直前で径方向内方側に向う慣性力を保有しているため、前記微小隙間Ｈ１を軸方向下流側に通り抜ける漏れ流れに対し、径方向内方側に縮める効果（縮流効果）を発揮し、漏洩量を低減する。
【００４０】
ここで、小キャビティ１８が回転軸に沿った断面において、図２及び図３に示すように、方形状に構成されているために、剥離渦Ｙ２が略真円を形成すると考えられる。
この剥離渦Ｙ２の直径が前記微小隙間Ｈ１の２倍になってその外周がフィン本体部１６の先端に接する場合、この剥離渦Ｙ２のダウンフローにおける径方向内方側に向く速度成分が最大の位置が、シールフィン１５Ａの先端（内端縁）に略一致し、したがってこのダウンフローが前記微小隙間Ｈ１の直前をより良好に通過するため、漏れ流れに対する縮流効果が更に大きくなると考えられる。
【００４１】
このような剥離渦Ｙ２が、上述した作用と同様に、図２に示すように、微小隙間Ｈ２，Ｈ３のそれぞれの軸方向上流側における小キャビティ１８に生じることとなる。これら各剥離渦Ｙ２は、それぞれ微小隙間Ｈ２，Ｈ３を通り抜ける流れに対し、縮流効果を発揮し、漏洩量を低減する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態に係る蒸気タービン１によれば、キャビティＣ（Ｃ１〜Ｃ３）内に流入した蒸気Ｓがステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）の端縁部５５を形成する段差面５３（５３Ａ〜５３Ｃ）に衝突し、上流側に戻るようにして第一方向に回る主渦Ｙ１を生じる。また、その際、特に前記段差面５３（５３Ａ〜５３Ｃ）の端縁部５５において、主渦Ｙ１から一部の流れが剥離することにより、第一方向と反対方向に回る剥離渦Ｙ２を生じる。この剥離渦Ｙ２は、フィン本体部１６とステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）との間の微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）を通り抜ける漏れ流れを低減する、縮流効果を発揮する。そして、空間制限部１７により、キャビティＣ（Ｃ１〜Ｃ３）と微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）との間に小キャビティ１８を形成するので、空間が狭められた小キャビティ１８内で剥離渦Ｙ２の流れが強められ、剥離渦Ｙ２による縮流効果を十分に高くし、漏洩流量をより低減化することが可能になる。
【００４３】
また、回転軸方向上流側に延びる内周壁面１７ａを有するので、内周壁面１７ａとフィン本体部１６とに沿って剥離渦Ｙ２がガイドされる。これにより、剥離渦Ｙ２の流れを強めることができ、縮流効果を高めることができると共に安定的に維持することができる。
【００４４】
また、剥離渦Ｙ２による縮流効果が各ステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）毎に得られ、したがって動翼５０とこれに対応する仕切板外輪１１との間の漏洩流量が十分に低減化される。
【００４５】
また、軸方向最上流側に位置するステップ部５２Ａにおいても、剥離渦Ｙ２による縮流効果が得られ、したがって動翼５０とこれに対応する仕切板外輪１１との間の漏洩流量が十分に低減化される。
【００４６】
次に、上述した第一実施形態の変形例について、図５から図１２を用いて説明する。
なお、図５から図１２において、図１から図４と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
図５に示すように、シールフィン１５Ｄは、内周壁面１７ａがフィン本体部１６に断面視円弧状に滑らかに接続されている。換言すれば、内周壁面１７ａとフィン本体部１６との間をフィレットＲ加工している。
この変形例によれば、内周壁面１７ａがフィン本体部１６に対して断面視円弧状に接続されているので、内周壁面１７ａからフィン本体部１６に沿って断面視円弧状に剥離渦Ｙ２が流れる。これにより、内周壁面１７ａに沿って流れる剥離渦Ｙ２をスムーズにフィン本体部１６に沿わせることができ、剥離渦Ｙ２のガイド効果を強めることができる。これにより、剥離渦Ｙ２の流れをさらに強めて縮流効果を高めることができると共に安定的に維持することができる。
【００４８】
図６に示すように、シールフィン１５Ｅは、断面視円弧状に窪んだ内周壁面１７ｂを有している。
この変形例によれば、内周壁面１７ｂが断面視円弧状に窪んでいるので、内周壁面１７ｂに沿って断面視円弧状に剥離渦Ｙ２が流れる。これにより、剥離渦Ｙ２の流れ方向をスムーズに転向することができ、剥離渦Ｙ２のガイド効果を強めることができる。従って、剥離渦Ｙ２の流れをさらに強めて縮流効果を高めることができると共に安定的に維持することができる。
【００４９】
図７に示すように、シールフィン１５Ｆは、軸方向上流側に向けて斜めに延在するフィン本体部１６Ａを有している。
この変形例によれば、フィン本体部１６Ａが軸方向上流側に向けて斜めに延在しているので、微小隙間Ｈの軸方向上流側において漏れ流れに向かうようにダウンフローが流れるため、フィン先端での流速の軸方向速度成分ＶＸが小さくなる。すなわち、フィン先端での流速の径方向速度成分ＶＲとするとＶＸ／ＶＲが０に近づくほど剥離渦Ｙ２の縮流効果が大きくなるので、縮流効果を高めることが可能となる。
なお、少なくともフィン本体部１６Ａの先端側の一部が斜めに延在していれば縮流効果を高めることが可能である。
【００５０】
図８に示すように、シールフィン１５Ｈは、軸方向上流側から下流側に進むに従って漸次径方向内方側に向かうように傾斜する内周壁面１７ｄを有している。
この変形例によれば、端縁部５５で主渦Ｙ１から剥離して小キャビティ１８に流入した蒸気Ｓを、内周壁面１７ｄに沿わしてスムーズに軸方向下流側まで導くことにより、強い剥離渦Ｙ２を発生させることができる。
なお、内周壁面１７ｄを内周壁面１７ｂのように断面視円弧状に形成して、傾斜させる構成にしてもよい。
【００５１】
図９に示すように、シールフィン１５Ｉは、空間制限部１７の軸方向上流側の角部１７ｅを円弧状に形成している。
この変形例によれば、端縁部５５で主渦Ｙ１から剥離して小キャビティ１８に蒸気Ｓを流入させた後に、主渦Ｙ１が角部１７ｅで剥離することを防止するために、主渦Ｙ１を弱めず、結果的に剥離渦Ｙ２を強めることができる。
【００５２】
図１０に示すように、シールフィン１５Ｊは、空間制限部１７の軸方向上流側の端面１７ｆを軸方向上流側から下流側に進むに従って漸次径方向内方側に向かうように形成したものである。
この変形例によれば、主渦Ｙ１が端面１７ｆの一部に沿って流れるので、主渦Ｙ１を弱めず、結果的に剥離渦Ｙ２の流れを強めることができる。
【００５３】
図１１に示すように、シールフィン１５Ｋは、空間制限部１７をフィン本体部１６から軸方向上流側に向けて延出させてシールフィン１５Ｋの剛性を比較的に小さくしている。
この変形例によれば、動翼５０が偶発的に径方向外方側に変位したとしてもシールフィン１５Ｋの剛性が比較的に小さくされているために、シールフィン１５Ｋを座屈させて、動翼５０及び仕切板外輪１１が損傷することを抑止することができる。
【００５４】
図１２に示すように、シールフィン１５Ｌは、フィン本体部１６と、このフィン本体部１６の軸方向上流側に間隔を空けた位置において、ステップ部５２に向けて延出すると共に、ステップ部５２との間に微小隙間Ｈよりも大きな隙間を形成するフィン状の空間制限部（径方向壁体）１７Ａとを備えている。
この変形例によれば、空間制限部１７が、フィン本体部１６の軸方向上流側に間隔を空けてステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）に延出するフィン状の空間制限部１７Ａであるので、小キャビティ１８内において、剥離渦Ｙ２と、この剥離渦Ｙ２に径方向に隣接して主渦Ｙ１の第一方向に流れる補渦Ｙ３が形成される。これにより、剥離渦Ｙ２の接触流動抵抗を軽減して剥離渦Ｙ２の流れを強めることができ、縮流効果を高めることができる。
【００５５】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態に係る蒸気タービン２を説明する。
図１３は、蒸気タービン２を示す概略構成断面図であって、図２に対応する図である。
なお、図１〜図１２と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５６】
本実施形態は、上記縮流効果が効果的に得られる条件が存在するとの知見のもとにシミュレーションを行って、得られた条件に従って蒸気タービン２の各構成要素を設定している。
具体的には、図１３に示すように、シールフィン１５と、それに対応する各ステップ部５２の軸方向上流側における端縁部５５との間の軸方向距離、すなわちシールフィン１５と段差面５３の端縁部５５との間の距離をＬ（Ｌ１〜Ｌ３）とすると、この距離Ｌが以下の式（１）を満足して形成されている。
０．７Ｈ≦Ｌ …………………（１）
【００５７】
ただし、上記式（１）は、停止時に満足していても、運転時に満足していなければ意図する効果が得られなくなるため、前記式（１）は、「運転時に満たしている」ことが条件となる。
なお、本実施形態では、Ｈ１〜Ｈ３は全て同じ寸法となっているため、ＨはＨ１〜Ｈ３を代表する数値となっている。
【００５８】
（シミュレーション）
ここで、図１３に示した前記距離Ｌにおける条件と、タービン効率変化及びリーク量変化率との関係について、シミュレーションを行った結果について説明する。
【００５９】
図１４は、シミュレーション結果を示すグラフであり、このグラフ中の横軸は前記Ｌの寸法（長さ）を示し、縦軸はタービン効率変化およびリーク量変化率を示している。なお、タービン効率変化およびリーク量変化率については、一般的なステップフィン構造でのタービン効率、リーク流量に対する大小を示している。また、このグラフでは、横軸、縦軸ともに、一般的な等差目盛りになっている。
【００６０】
図１４に示した結果より、Ｌは以下の式（１）を満足する範囲とするのが好ましいことが分かった。
０．７Ｈ≦Ｌ …………………（１）
【００６１】
すなわち、図１４が示すように、距離Ｌが０．７Ｈ未満（Ｌ＜０．７Ｈ）であると、小キャビティ１８の幅（軸方向）が不十分であるため、端縁部（エッジ）５５で剥離渦Ｙ２が生成され難く、このためシールフィン１５の軸方向上流側のダウンフローが十分でないことが分かった。したがって、ダウンフローによる漏れ流れに対する縮流効果が極めて小さいものとなる。よって、図１４に示したように、リーク量変化率が高く（＋側）、すなわち、漏洩流量が多くなる。よって、タービン効率変化は低く（−側）、すなわち、タービン効率は低下する。
すなわち、上記式（１）を満足すれば、小キャビティ１８の幅（軸方向）が十分に確保されるため、端縁部（エッジ）５５で剥離渦Ｙ２が生成され易く、このためシールフィン１５の軸方向上流側のダウンフローが十分なものとなる。したがって、ダウンフローによる漏れ流れに対する縮流効果を十分に得ることができる。よって、図１４に示したように、リーク量変化率が低く（−側）、すなわち、漏洩流量が少なくなる。よって、タービン効率変化は高く（＋側）、すなわち、タービン効率は増加する。
【００６２】
図１５は、シミュレーション結果を示すグラフであり、距離Ｌを０．７Ｈ以上に設定したモデルのタービン効率変化およびリーク量変化率を示している。
図１５に示した結果より、小キャビティ１８有りのモデルは、小キャビティ１８無しのモデルに比べ、リーク量は小さく、タービン効率は高い。
【００６３】
以上のシミュレーション結果より、本発明では前記Ｌ（Ｌ１〜Ｌ３）を、前記式（１）を満足する範囲にしている。
これにより、前記の各キャビティＣ１〜Ｃ３では、各ステップ部５２Ａ〜５２Ｃとこれに対応するシールフィン１５Ａ〜１５Ｃとの間の位置関係が前記式（１）を満足しているため、剥離渦Ｙ２による縮流効果が十分に高くなり、漏洩流量が従来に比べ格段に低減化する。したがって、このようなシール構造を備えた蒸気タービン２にあっては、漏洩流量がより低減化した、高性能なものとなる。
【００６４】
（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態に係る蒸気タービン３を説明する。
図１６は、蒸気タービン３を示す概略構成断面図であって、第一実施形態の図２に対応する図である。なお、図１〜図１５と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
図１６に示した第三実施形態が第一実施形態と異なるところは、第一実施形態では動翼５０の先端部となるチップシュラウド５１にステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）を形成し、仕切板外輪１１にシールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）を設けたのに対し、第三実施形態では、仕切板外輪１１にステップ部５２を形成し、チップシュラウド５１にシールフィン１５を設けた点である。
【００６６】
すなわち、この第三実施形態では、図１６に示すように、仕切板外輪（構造体）１１に形成された環状溝１１ａの溝底面１１ｂに、二つのステップ部５２、すなわち段差面５３Ｄを有するステップ部５２Ｄと、段差面５３Ｅを有するステップ部５２Ｅとを形成している。一方、動翼（ブレード）５０の先端部となるチップシュラウド５１には、前記溝底面１１ｂに向けて径方向外方側に延出する三つのシールフィン１５（１５Ｍ〜１５Ｏ）が設けられている。
【００６７】
これらシールフィン１５（１５Ｍ〜１５Ｏ）のうち、軸方向上流側のシールフィン１５Ｍは、空間制限部１７が設けられずにフィン本体部１６のみで構成されており、前記ステップ部５２の軸方向上流側に位置する溝底面１１ｂに対応して延出して、溝底面１１ｂとの間に微小隙間を径方向に形成している。
また、シールフィン１５Ｎ，１５Ｏは、フィン本体部１６と空間制限部１７とで構成されており、それぞれ前記ステップ部５２Ｄ，５２Ｅに対応して延出している。これらシールフィン１５Ｎ，１５Ｏは、対応するステップ部５２Ｄ，５２Ｅとの間に微小隙間Ｈ（Ｈ４，Ｈ５）をそれぞれ径方向に形成している。すなわち、シールフィン１５Ｎ，１５Ｏのそれぞれにおいて、空間制限部１７がフィン本体部１６の軸方向上流側の空間を径方向に制限して、フィン本体部１６との間に小キャビティ１８を画定している。
【００６８】
この微小隙間Ｈ（Ｈ４，Ｈ５）の各寸法は、第一実施形態と同様に、ケーシング１０や動翼５０の熱伸び量、動翼５０の遠心伸び量等を考慮した上で、両者が接触することがない安全な範囲内で、最小のものに設定されている。なお、本実施形態でも、Ｈ４とＨ５とは同じ寸法となっている。ただし、必要に応じて、これらを適宜に変えてもよいのはもちろんである。
【００６９】
このような構成のもとに、チップシュラウド５１側と仕切板外輪１１との間には、前記環状溝１１ａ内において、各ステップ部５２毎にこれに対応してキャビティＣ（Ｃ４，Ｃ５）が形成されている。
キャビティＣ（Ｃ４，Ｃ５）は、第一実施形態と同様に、各ステップ部５２に対応したシールフィン１５（１５Ｎ，１５Ｏ）と、これらシールフィン１５に対して軸方向上流側で対向する隔壁との間に形成されている。
【００７０】
軸方向最上流側に位置する、第一のキャビティＣ４では、前記隔壁は、軸方向上流側に位置するシールフィン１５Ｍによって形成されている。したがって、シールフィン１５Ｍとシールフィン１５Ｎとの間で、さらにチップシュラウド５１と仕切板外輪１１との間に、第一のキャビティＣ４が形成されている。
同様に、シールフィン１５Ｎとシールフィン１５Ｏとの間で、さらにチップシュラウド５１と仕切板外輪１１との間に、第三のキャビティＣ５が形成されている。
【００７１】
このようなキャビティＣ（Ｃ４，Ｃ５）において、前記シールフィン１５と、それに対応する各ステップ部５２の軸方向上流側における端縁部５５との間の距離、すなわちシールフィン１５と段差面５３の端縁部５５との間の軸方向距離をＬ（Ｌ４，Ｌ５）とすると、この距離Ｌは、前記の式（１）を満足して形成されている。
このような構成により、各キャビティＣ（Ｃ４，Ｃ５）と微小隙間Ｈ（Ｈ４，Ｈ５）との間には、それぞれ小キャビティ１８が形成されている。
【００７２】
このように形成することで、前記の各キャビティＣ４，Ｃ５では、各ステップ部５２Ｄ，５２Ｅとこれに対応するシールフィン１５Ｎ，１５Ｏとの間の位置関係が前記式（１）を満足しているため、剥離渦Ｙ２による漏れ流れに対する縮流効果が十分に高くなり、漏洩流量が従来に比べ格段に低減化する。したがって、このようなシール構造を備えた蒸気タービン３にあっては、漏洩流量がより低減化した、高性能なものとなる。
【００７３】
また、この蒸気タービン３では、ステップ部を二段形成し、したがってキャビティＣを二つ形成しているので、各キャビティＣで前述した縮流効果により漏洩流量を低減化できるため、全体としてより十分な漏洩流量の低減化を達成することができる。
【００７４】
（第四実施形態）
次に、本発明の第四実施形態に係る蒸気タービン４を説明する。
図１７は、第四実施形態を説明するための図であって、図１における要部Ｊに相当する部分を示す拡大断面図であり、第一実施形態の図２に対応する図である。なお、図１〜図１６と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７５】
図１７に示すように、第四実施形態が第一実施形態と異なるところは、第一実施形態では本発明に係る「ブレード」を動翼５０とし、その先端部となるチップシュラウド５１にステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）を形成するとともに、本発明に係る「構造体」を仕切板外輪１１とし、ここにシールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）を設けたのに対し、第四実施形態では、本発明に係る「ブレード」を静翼４０とし、その先端部にステップ部５２を形成するとともに、本発明に係る「構造体」を軸体３０として、ここにシールフィン１５を設けた点である。
【００７６】
この第四実施形態では、図１７に示すように、静翼４０の先端部において周方向に延びるハブシュラウド４１に三つのステップ部５２（５２Ｆ〜５２Ｈ）が形成されている。
これら三つのステップ部５２Ｆ〜５２Ｈは、軸体３０の軸方向上流側から下流側に向かって、静翼４０からの突出高さが次第に高くなるように配設されており、段差を形成する段差面５３（５３Ｆ〜５３Ｈ）が、軸方向上流側を向いた前向きに形成されている。
【００７７】
軸体３０には、ハブシュラウド４１に対応する部位となる前記ディスク３２，３２間に、環状溝３３が形成されており、この環状溝３３内に、ハブシュラウド４１が収容されている。また、この環状溝３３における溝底面３３ａには、ハブシュラウド４１に向けて径方向外方側に延出する三つのシールフィン１５（１５Ｐ〜１５Ｒ）が設けられており、各シールフィン１５の上流側に比べて下流側が深くなるように段状に形成されている。
【００７８】
これらシールフィン１５（１５Ｐ〜１５Ｒ）は、フィン本体部１６と空間制限部１７とで構成されており、ステップ部５２（５２Ｆ〜５２Ｈ）に１：１となるように溝底面３３ａから延出している。
これらシールフィン１５（１５Ｐ〜１５Ｒ）のそれぞれにおいては、フィン本体部１６がステップ部５２との間に微小隙間Ｈ（Ｈ６〜Ｈ８）を径方向に形成しており、空間制限部１７がフィン本体部１６の軸方向上流側の空間を径方向に制限して、フィン本体部１６との間に小キャビティ１８を画定している。
【００７９】
このような構成のもとに、ハブシュラウド４１と軸体３０との間には、各ステップ部５２毎にこれに対応してキャビティＣ（Ｃ６〜Ｃ８）が形成されている。
キャビティＣ（Ｃ６〜Ｃ８）は、各ステップ部５２に対応したシールフィン１５と、このシールフィン１５に対して軸方向上流側で対向する隔壁（環状溝３３の軸方向上流側の内壁面３４又は上流側に隣接するシールフィン１５）との間に形成されている。
このように、各キャビティＣ（Ｃ６〜Ｃ８）と微小隙間Ｈ（Ｈ６〜Ｈ８）との間には、それぞれ小キャビティ１８が形成されている。
【００８０】
このようなキャビティＣ（Ｃ６〜Ｃ８）において、シールフィン１５と、各ステップ部５２の軸方向上流側におけるエッジ５５との間の距離をＬ（Ｌ６〜Ｌ８）とすると、この距離Ｌのうち少なくとも１つは、前記の式（１）を満足して形成されている。
【００８１】
このように形成することで、各キャビティＣ６〜Ｃ８では、各ステップ部５２Ｆ〜５２Ｈとこれに対応するシールフィン１５Ｐ〜１５Ｒとの間の位置関係が前記式（１）を満足しているため、剥離渦Ｙ２による漏れ流れに対する縮流効果が十分に高くなり、漏洩流量が従来に比べ格段に低減化する。したがって、このようなシール構造を備えた蒸気タービン４にあっては、漏洩流量がより低減化して、高性能なものとなる。
【００８２】
（第五実施形態）
次に、本発明の第五実施形態に係る蒸気タービン５を説明する。
図１８は、第五実施形態を説明するための図であって、図１７に対応する図である。
図１８に示した第五実施形態が第四実施形態と異なるところは、第四実施形態では静翼（ブレード）４０の先端部となるハブシュラウド４１にステップ部５２（５２Ｆ〜５２Ｈ）を形成し、軸体（構造体）３０にシールフィン１５（１５Ｐ〜１５Ｒ）を設けたのに対し、第五実施形態では、軸体（構造体）３０にステップ部５２（５２Ｉ，５２Ｊ）を形成し、ハブシュラウド４１にシールフィン１５（１５Ｓ〜１５Ｕ）を設けた点である。
【００８３】
すなわち、この第五実施形態では、図１８に示すように、軸体（構造体）３０に形成された環状溝３３の溝底面３３ａに、段差面５３Ｉを有するステップ部５２Ｉと、段差面５３Ｊを有するステップ部５２Ｊとを形成している。一方、静翼（ブレード）４０のハブシュラウド４１には、溝底面３３ａに向けて径方向内方側に延出する三つのシールフィン１５（１５Ｓ〜１５Ｕ）が設けられている。
【００８４】
これらシールフィン１５（１５Ｓ〜１５Ｕ）のうち、軸方向上流側のシールフィン１５Ｓは、空間制限部１７が設けられずにフィン本体部１６のみで構成されており、ステップ部５２Ｉ，５２Ｊの軸方向上流側に位置する溝底面３３ａに対応して延出して、溝底面３３ａとの間に微小隙間を径方向に形成している。
また、シールフィン１５Ｔ，１５Ｕは、フィン本体部１６と空間制限部１７とで構成されており、それぞれステップ部５２Ｉ，５２Ｊに対応して延出している。これらシールフィン１５Ｔ，１５Ｕは、対応するステップ部５２Ｉ，５２Ｊとの間に微小隙間Ｈ（Ｈ９，Ｈ１０）をそれぞれ径方向に形成している。すなわち、シールフィン１５Ｔ，１５Ｕのそれぞれにおいて、空間制限部１７がフィン本体部１６の軸方向上流側の空間を径方向に制限して、フィン本体部１６との間に小キャビティ１８を画定している。
【００８５】
このような構成のもとに、ハブシュラウド４１側と軸体３０との間には、環状溝３３内において、各ステップ部５２毎にこれに対応してキャビティＣ（Ｃ９，Ｃ１０）が形成されている。
【００８６】
このようなキャビティＣ（Ｃ９，Ｃ１０）において、シールフィン１５と、それに対応する各ステップ部５２の軸方向上流側におけるエッジ５５との間の軸方向距離をＬ（Ｌ９，Ｌ１０）とすると、この距離Ｌのうち少なくとも１つは、前記の式（１）を満足して形成されている。
このような構成により、各キャビティＣ（Ｃ９，Ｃ１０）と微小隙間Ｈ（Ｈ９，Ｈ１０）との間には、それぞれ小キャビティ１８が形成されている。
【００８７】
このように形成することで、各キャビティＣ９，Ｃ１０では、各ステップ部５２Ｉ，５２Ｊとこれに対応するシールフィン１５Ｔ，１５Ｕとの間の位置関係が前記式（１）を満足しているため、剥離渦Ｙ２による漏れ流れに対する縮流効果が十分に高くなり、漏洩流量が従来に比べ格段に低減化する。したがって、このようなシール構造を備えた蒸気タービン５にあっては、漏洩流量がより低減化した、高性能なものとなる。
【００８８】
なお、前述した実施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り、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、上述した第一〜第三実施形態では、ケーシング１０に設けられた仕切板外輪１１を構造体としたが、このような仕切板外輪１１を設けずに、ケーシング１０自体を直接本発明の構造体として、構成してもよい。すなわち、この構造体は、動翼５０を囲繞するとともに、流体が動翼間を通過するように流路を規定するものであれば、どのような部材であってもよい。
また、上述した第一〜第五実施形態では、一方側のステップ部５２に対応すると共にシールフィン１５が設けられた他方側（例えば、溝底面１１ｂ，３３ａ）を段状に形成したが、これに限られることはなく、前記他方側を略同径に形成しても構わない。
【００８９】
また、上述した第二〜第五実施形態において、第一実施形態の変形例として言及したシールフィン１５Ｄ〜１５Ｌを用いてもよい。
【００９０】
また、前記実施形態では、ステップ部５２を複数設け、これによってキャビティＣも複数形成したが、これらステップ部５２やこれに対応するキャビティＣの数については任意であり、一つであっても、三つ、あるいは四つ以上であってもよい。
また、前記実施形態のように、シールフィン１５とステップ部５２とは必ずしも１：１で対応させる必要はなく、これらの数については任意に設計することができる。
また、前記実施形態では、最終段の動翼５０や静翼４０に本発明を適用したが、他の段の動翼５０や静翼４０に本発明を適用してもよい。
【００９１】
また、前記実施形態では、本発明を復水式の蒸気タービンに適用したが、他の型式の蒸気タービン、例えば、二段抽気タービン、抽気タービン、混気タービン等のタービン型式に本発明を適用することもできる。
さらに、前記実施形態では、本発明を蒸気タービンに適用したが、ガスタービンにも本発明を適用することができ、さらには、回転翼のある全てのものに本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１〜５…蒸気タービン
１０…ケーシング
１１…仕切板外輪（構造体）
１５（１５Ａ〜１５Ｌ，１５Ｎ〜１５Ｒ，１５Ｔ，１５Ｕ）…シールフィン
１６，１６Ａ…フィン本体部
１７，１７Ａ…空間制限部
１７ａ〜１７ｄ…内周壁面
１７ｅ…角部
１７ｆ…端面
１８…小キャビティ
３０…軸体（構造体）
４０…静翼（ブレード）
４１…ハブシュウラド（先端部）
５０…動翼（ブレード）
５１…チップシュラウド（先端部）
５２（５２Ａ〜５２Ｊ）…ステップ部
５５…エッジ（端縁部）
Ｃ（Ｃ１〜Ｃ１０）…キャビティ
Ｈ（Ｈ１〜Ｈ１０）…微小隙間
Ｌ（Ｌ１〜Ｌ１０）…距離
Ｙ１…主渦
Ｙ２…剥離渦
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、発電プラント、化学プラント、ガスプラント、製鉄所、船舶等に用いられるタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、蒸気タービンの一種として、ケーシングと、ケーシングの内部に回転自在に設けられた軸体（ロータ）と、ケーシングの内周部に固定配置された複数の静翼と、これら複数の静翼の下流側において軸体に放射状に設けられた複数の動翼とを備えたものがある。このような蒸気タービンのうち衝動タービンの場合は、蒸気の圧力エネルギーを静翼によって速度エネルギーに変換し、この速度エネルギーを動翼によって回転エネルギー（機械エネルギー）に変換している。また、反動タービンの場合は、動翼内でも圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、蒸気が噴出する反動力により回転エネルギー（機械エネルギー）に変換される。
【０００３】
この種の蒸気タービンでは、動翼の先端部と、動翼を囲繞して蒸気の流路を形成するケーシングとの間に径方向の隙間が形成され、また、静翼の先端部と軸体との間にも径方向の隙間が形成されているのが通常である。しかし、動翼先端部の隙間を下流側に通過する漏洩蒸気は、動翼に対して回転力を付与しない。また、静翼先端部の隙間を下流側に通過する漏洩蒸気は、静翼によって圧力エネルギーを速度エネルギーに変換されないため、下流動翼に対して回転力をほとんど付与しない。したがって、蒸気タービンの性能向上のためには、前記隙間を通過する漏洩蒸気の量を低減することが重要となる。
【０００４】
下記特許文献１には、動翼の先端部に、軸方向上流側から下流側に向かって高さが次第に高くなるステップ部が設けられ、ケーシングに、前記ステップ部に対して隙間を有するシールフィンが設けられた構造が提案されている。
このような構成により、シールフィンの隙間を通り抜けた漏れ流れがステップ部の段差面を形成する端縁部に衝突し、流動抵抗を増大させることにより、漏洩流量が低減化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２９１９６７号公報（図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、蒸気タービンの性能向上に対する要望は強く、したがって漏洩流量をさらに低減化することが求められている。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、漏洩流量をより低減化した高性能なタービンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、本発明に係るタービンは、ブレードと、前記ブレードの先端側に隙間を介して設けられるとともに、前記ブレードに対して相対回転する構造体と、を備えたタービンであって、前記ブレードの先端部と、前記構造体の前記先端部に対応する部位とのうちの一方には、段差面を有して他方側に突出するステップ部が設けられ、前記他方には、前記ステップ部に対して延出するシールフィンが設けられ、前記ブレードの先端部側と前記構造体の前記部位との間には、前記シールフィンと該シールフィンに対して前記構造体の回転軸方向上流側で対向する隔壁との間にキャビティが形成され、前記シールフィンは、前記ステップ部との間に微小隙間を形成するフィン本体部を具備し、前記微小隙間をＨとし、
前記フィン本体部と、前記ステップ部の前記回転軸方向上流側における端縁部との間の距離をＬとすると、以下の式（１）を満足することを特徴とする。
０．７Ｈ≦Ｌ …………………（１）
【０００９】
このようにすれば、キャビティ内に流入した流体がステップ部の端縁部を形成する段差面、すなわちステップ部の軸方向上流側に向く面に衝突し、上流側に戻るようにして第一方向に回る主渦を生じる。また、その際、特に前記段差面の端縁部（エッジ）において、前記主渦から一部の流れが剥離することにより、前記第一方向と反対方向に回る剥離渦を生じる。この剥離渦は、シールフィン先端とステップ部との間の微小隙間を通り抜ける漏れ流れを低減する、縮流効果を発揮する。そして、上記式（１）のようにすれば、剥離渦による縮流効果は、端縁部の位置（フィン本体からの距離Ｌ）と微小隙間Ｈの大きさとの関係によって変化するが、後述するシミュレーション結果に基づき、前記式（１）を満足させるようにこれらの関係を規定したことにより、剥離渦による縮流効果を十分に高くし、漏洩流量をより低減化することが可能になる。
【００１０】
また、前記フィン本体部は、少なくとも先端側が前記回転軸方向上流側に向けて斜めに延在していることを特徴とする。
このようにすれば、フィン本体部が少なくとも先端側が回転軸方向上流側に向けて斜めに延在しているので、微小隙間の回転軸方向上流側において漏れ流れに向かうように剥離渦のダウンフローが流れるため、フィン先端での流速の回転軸方向速度成分ＶＸが小さくなる。すなわち、フィン先端での流速の径方向速度成分をＶＲとするとＶＸ／ＶＲが０に近づくほど剥離渦の縮流効果が大きくなるので、縮流効果を高めることが可能となる。
【００１１】
また、前記ステップ部は、前記回転軸方向上流側から下流側に向かって突出高さが次第に高くなるように複数設けられ、前記他方には、前記ステップ部のそれぞれに対して延出する前記シールフィンが少なくとも１つ設けられており、前記ステップ部に対応するシールフィンは、前記回転軸方向下流側に隣接するステップ部に対応するシールフィンに対して対向する前記隔壁となっていることを特徴とする。
このようにすれば、剥離渦による縮流効果が各ステップ部毎に得られ、したがってブレードとこれに対応する構造体との間の漏洩流量が十分に低減化される。
【００１２】
また、前記構造体の、前記先端部に対応する部位は環状の凹部となっており、前記複数のステップ部のうちの、前記回転軸方向最上流側に位置するステップ部に対応するシールフィンに対して対向する前記隔壁は、前記凹部の、前記回転軸方向上流側の内壁面によって形成されていることを特徴とする。
このようにすれば、回転軸方向最上流側に位置するステップ部においても、前記の剥離渦による縮流効果が得られ、したがってブレードとこれに対応する構造体との間の漏洩流量が十分に低減化される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、漏洩流量をより低減化した、高性能なタービンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン１を示す概略構成断面図である。
【図２】図１における要部Ｉを示す拡大断面図である。
【図３】第一実施形態に係るシールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）の要部拡大断面図である。
【図４】第一実施形態に係る蒸気タービン１の作用説明図である。
【図５】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｄの概略構成断面図である。
【図６】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｅの概略構成断面図である。
【図７】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｆの概略構成断面図である。
【図８】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｈの概略構成断面図である。
【図９】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｉの概略構成断面図である。
【図１０】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｊの概略構成断面図である。
【図１１】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｋの概略構成断面図である。
【図１２】第一実施形態の変形例に係るシールフィン１５Ｌの概略構成断面図である。
【図１３】第二実施形態に係る蒸気タービン２を示す概略構成断面図である。
【図１４】第二実施形態に係る蒸気タービン２のシミュレーション結果を示すグラフであり、横軸が距離Ｌの寸法（長さ）を示し、縦軸はタービン効率変化およびリーク量変化率を示している。
【図１５】本発明の第二実施形態に係る蒸気タービン２のシミュレーション結果を示すグラフであり、距離Ｌを０．７Ｈ≦Ｌに設定したモデルのタービン効率変化およびリーク量変化率を示している。
【図１６】本発明の第三実施形態に係る蒸気タービン３を示す概略構成断面図である。
【図１７】本発明の第四実施形態に係る蒸気タービン４を示す概略構成断面図である。
【図１８】本発明の第五実施形態に係る蒸気タービン５を示す概略構成断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン１を示す概略構成断面図である。
蒸気タービン１は、ケーシング１０と、ケーシング１０に流入する蒸気Ｓの量と圧力を調整する調整弁２０と、ケーシング１０の内方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軸体３０と、ケーシング１０に保持された静翼４０と、軸体３０に設けられた動翼５０と、軸体３０を軸回りに回転可能に支持する軸受部６０と、を主たる構成としている。
【００１６】
ケーシング１０は、内部空間が気密に封止されているとともに、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、軸体３０が挿通されたリング状の仕切板外輪１１が強固に固定されている。本実施形態では、この仕切板外輪１１が本発明における「構造体」となっている。
【００１７】
調整弁２０は、ケーシング１０の内部に複数個取り付けられており、それぞれ図示しないボイラから蒸気Ｓが流入する調整弁室２１と、弁体２２と、弁座２３とを備えており、弁体２２が弁座２３から離れると蒸気流路が開いて、蒸気室２４を介して蒸気Ｓがケーシング１０の内部空間に流入するようになっている。
【００１８】
軸体３０は、軸本体３１と、この軸本体３１の外周から径方向に延出した複数のディスク３２とを備えている。この軸体３０は、回転エネルギーを、図示しない発電機等の機械に伝達するようになっている。
【００１９】
静翼４０は、軸体３０を囲繞するように放射状に多数配置されて環状静翼群を構成しており、それぞれ前述した仕切板外輪１１に保持されている。これら静翼４０の径方向における内方側は、軸体３０が挿通されたリング状のハブシュラウド４１で連結され、その先端部が軸体３０に対して径方向の隙間をあけて配設されている。
これら複数の静翼４０からなる環状静翼群は、回転軸方向に間隔をあけて六つ形成されており、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側に案内するようになっている。
【００２０】
動翼５０は、軸体３０が有するディスク３２の外周部に強固に取り付けられている。この動翼５０は、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。本実施形態では、この動翼５０が本発明における「ブレード」となっている。
【００２１】
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。すなわち、蒸気タービン１は、六段に構成されている。これら動翼５０の先端部は、周方向に延びたチップシュラウド５１とされている。
【００２２】
図２は、図１における要部Ｉを示す拡大断面図である。
図２に示すように、動翼（ブレード）５０の先端部となるチップシュラウド５１は、ケーシング１０の径方向において仕切板外輪（構造体）１１と間隙を介して対向して配置されている。チップシュラウド５１は、段差面５３（５３Ａ〜５３Ｃ）を有して仕切板外輪１１側に突出する、ステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）を形成したものである。
【００２３】
本実施形態では、チップシュラウド５１は三つのステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）を形成しており、これら三つのステップ部５２Ａ〜５２Ｃは、軸体３０の回転軸方向（以下、軸方向と記す。）上流側から下流側に向かって、動翼５０からの突出高さが次第に高くなるように配設されている。すなわち、ステップ部５２Ａ〜５２Ｃは、段差を形成する段差面５３（５３Ａ〜５３Ｃ）が、軸方向上流側を向いた前向きに形成されている。
【００２４】
仕切板外輪１１には、チップシュラウド５１に対応する部位に環状溝（環状の凹部）１１ａが形成されており、この環状溝１１ａ内にチップシュラウド５１が収容されている。
この仕切板外輪１１の環状溝１１ａにおける溝底面１１ｂには、チップシュラウド５１に向けて径方向内方側に延出する三つのシールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）が設けられており、各シールフィン１５の上流側に比べて下流側が深くなるように段状に形成されている
【００２５】
これらシールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）は、ステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）に１：１で対応してそれぞれ溝底面１１ｂから延出して設けられている。
各シールフィン１５Ａ〜１５Ｃは、ステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）との間に微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）を径方向に形成するフィン本体部１６と、微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）の軸方向上流側の空間を制限する空間制限部１７とをそれぞれ備えている。
【００２６】
図３は、シールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）の要部拡大断面図である。
図３に示すように、フィン本体部１６は、先鋭に形成されており、空間制限部１７よりもステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）に近接してステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）との間に微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）を形成している。フィン本体部１６は、径方向における寸法が微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）の寸法（径方向）と略同程度となっている。この微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）の寸法は、ケーシング１０や動翼５０の熱伸び量、動翼５０の遠心伸び量等を考慮した上で、両者が接触することがない安全な範囲内で、最小のものに設定されている。なお、本実施形態では、Ｈ１〜Ｈ３は全て同じ寸法となっている。ただし、必要に応じて、これらを適宜に変えてもよいのはもちろんである。
【００２７】
図３に示すように、空間制限部１７は、シールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）のフィン本体部１６よりも軸方向に厚く形成されており、回転軸に沿った断面視で直線状となって軸方向に延在する内周壁面（回転軸方向壁面）１７ａを有している。この内周壁面１７ａは、フィン本体部１６から軸方向上流側に向けて、微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）の略二倍程度だけ延在している。
なお、これらフィン本体部１６，空間制限部１７及び仕切板外輪１１は、それぞれ一体に形成してもよいし、別体に形成してもよい。また、フィン本体部１６と空間制限部１７とを別体にした場合には、フィン本体部１６を空間制限部１７の先端側に取り付けてもよいし、空間制限部１７を溝底面１１ｂ側からフィン本体部１６に沿わせてもよい。
【００２８】
このように空間制限部１７は、フィン本体部１６の軸方向上流側の空間を径方向に制限して、フィン本体部１６との間に小キャビティ１８を画定している。図３に示すように、小キャビティ１８は、回転軸に沿った断面において、一辺が微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）の略二倍程度となった方形状に構成されている。
【００２９】
このような構成のもとに、チップシュラウド５１側と仕切板外輪１１との間には、前記環状溝１１ａ内において、各ステップ部５２毎にこれに対応してキャビティＣ（Ｃ１〜Ｃ３）が形成されている。
これらキャビティＣ（Ｃ１〜Ｃ３）は、各ステップ部５２に対応したシールフィン１５と、このシールフィン１５に対して軸方向上流側で対向する隔壁との間に形成されている。
【００３０】
軸方向最上流側に位置する第一のキャビティＣ１では、前記隔壁は、前記環状溝１１ａの、軸方向上流側の内壁面５４によって形成されている。したがって、この内壁面５４と第一段目のステップ部５２Ａに対応するシールフィン１５Ａとの間で、さらにチップシュラウド５１と仕切板外輪１１との間に、第一のキャビティＣ１が形成されている。
【００３１】
また、第二のキャビティＣ２では、前記隔壁は、軸方向上流側に位置するステップ部５２Ａに対応するシールフィン１５Ａによって形成されている。したがって、シールフィン１５Ａとシールフィン１５Ｂとの間で、さらにチップシュラウド５１と仕切板外輪１１との間に、第二のキャビティＣ２が形成されている。
同様に、シールフィン１５Ｂとシールフィン１５Ｃとの間で、さらにチップシュラウド５１と仕切板外輪１１との間に、第三のキャビティＣ３が形成されている。
このような構成により、各キャビティＣ（Ｃ１〜Ｃ３）と微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）との間に、それぞれ小キャビティ１８が形成されている。
【００３２】
図１に戻って、軸受部６０は、ジャーナル軸受装置６１及びスラスト軸受装置６２を備えており、軸体３０を回転可能に支持している。
【００３３】
次に、上記の構成からなる蒸気タービン１の動作について、図１〜図４を用いて説明する。
まず、調整弁２０（図１参照）を開状態とすると、図示しないボイラから蒸気Ｓがケーシング１０の内部空間に流入する。
【００３４】
ケーシング１０の内部空間に流入した蒸気Ｓは、各段における環状静翼群と環状動翼群とを順次通過する。この際には、圧力エネルギーが静翼４０によって速度エネルギーに変換され、静翼４０を経た蒸気Ｓのうちの大部分が同一の段を構成する動翼５０間に流入し、動翼５０により蒸気Ｓの速度エネルギーが回転エネルギーに変換されて、軸体３０に回転が付与される。一方、蒸気Ｓのうちの一部（例えば、数％）は、静翼４０から流出した後、環状溝１１ａ内に流入する、いわゆる、漏洩蒸気となる。
【００３５】
ここで、図４に示すように環状溝１１ａ内に流入した蒸気Ｓは、まず、第一のキャビティＣ１に流入し、ステップ部５２Ａの段差面５３Ａに衝突し、上流側に戻るようにして例えば図２及び図４の紙面上にて反時計回り（第一方向）に回る主渦Ｙ１を生じる。
【００３６】
その際、特にステップ部５２Ａの前記端縁部（エッジ）５５において、前記主渦Ｙ１から一部の流れが剥離することにより、この主渦Ｙ１と反対方向、本例では図２及び図４の紙面上にて時計回りになるように、小キャビティ１８において剥離渦Ｙ２を生じる。
【００３７】
より詳細には、図４に示すように、端縁部５５において、主渦Ｙ１から一部の流れが剥離して小キャビティ１８に蒸気Ｓが流入すると、流入した蒸気Ｓは、内周壁面１７ａに到達した後に内周壁面１７ａに沿って軸方向下流側に流れる。そして、フィン本体部１６により流れ方向をステップ部５２Ａ（５２）側に転向させられた後、フィン本体部１６に沿って径方向内方側に流れる。そして、径方向内方側をステップ部５２Ａに沿って軸方向上流側に向けて流れ、主渦Ｙ１及び小キャビティ１８に流入する蒸気Ｓによって径方向外方側に流れ、再び内周壁面１７ａに沿って軸方向下流側に流れる。
【００３８】
このように、小キャビティ１８において、主渦Ｙ１とは反対周りに剥離渦Ｙ２を生じる。
この際、内周壁面１７ａ（図３参照）によって径方向外方側の空間が制限されているために、径方向外方へと蒸気Ｓの流れが散逸し難くなると共に、内周壁面１７ａに沿って軸方向下流側への流れがガイドされるために、剥離渦Ｙ２の流れが比較的に強くなる。
【００３９】
このような剥離渦Ｙ２は、シールフィン１５Ａとステップ部５２Ａとの間の微小隙間Ｈ１を通り抜ける漏れ流れを低減する、縮流効果を発揮する。
すなわち、図４に示すように、剥離渦Ｙ２が形成されると、この剥離渦Ｙ２には、シールフィン１５Ａの軸方向上流側において、速度ベクトルを径方向内方側に向けるダウンフローを生じる。このダウンフローは、前記微小隙間Ｈ１の直前で径方向内方側に向う慣性力を保有しているため、前記微小隙間Ｈ１を軸方向下流側に通り抜ける漏れ流れに対し、径方向内方側に縮める効果（縮流効果）を発揮し、漏洩量を低減する。
【００４０】
ここで、小キャビティ１８が回転軸に沿った断面において、図２及び図３に示すように、方形状に構成されているために、剥離渦Ｙ２が略真円を形成すると考えられる。
この剥離渦Ｙ２の直径が前記微小隙間Ｈ１の２倍になってその外周がフィン本体部１６の先端に接する場合、この剥離渦Ｙ２のダウンフローにおける径方向内方側に向く速度成分が最大の位置が、シールフィン１５Ａの先端（内端縁）に略一致し、したがってこのダウンフローが前記微小隙間Ｈ１の直前をより良好に通過するため、漏れ流れに対する縮流効果が更に大きくなると考えられる。
【００４１】
このような剥離渦Ｙ２が、上述した作用と同様に、図２に示すように、微小隙間Ｈ２，Ｈ３のそれぞれの軸方向上流側における小キャビティ１８に生じることとなる。これら各剥離渦Ｙ２は、それぞれ微小隙間Ｈ２，Ｈ３を通り抜ける流れに対し、縮流効果を発揮し、漏洩量を低減する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態に係る蒸気タービン１によれば、キャビティＣ（Ｃ１〜Ｃ３）内に流入した蒸気Ｓがステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）の端縁部５５を形成する段差面５３（５３Ａ〜５３Ｃ）に衝突し、上流側に戻るようにして第一方向に回る主渦Ｙ１を生じる。また、その際、特に前記段差面５３（５３Ａ〜５３Ｃ）の端縁部５５において、主渦Ｙ１から一部の流れが剥離することにより、第一方向と反対方向に回る剥離渦Ｙ２を生じる。この剥離渦Ｙ２は、フィン本体部１６とステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）との間の微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）を通り抜ける漏れ流れを低減する、縮流効果を発揮する。そして、空間制限部１７により、キャビティＣ（Ｃ１〜Ｃ３）と微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）との間に小キャビティ１８を形成するので、空間が狭められた小キャビティ１８内で剥離渦Ｙ２の流れが強められ、剥離渦Ｙ２による縮流効果を十分に高くし、漏洩流量をより低減化することが可能になる。
【００４３】
また、回転軸方向上流側に延びる内周壁面１７ａを有するので、内周壁面１７ａとフィン本体部１６とに沿って剥離渦Ｙ２がガイドされる。これにより、剥離渦Ｙ２の流れを強めることができ、縮流効果を高めることができると共に安定的に維持することができる。
【００４４】
また、剥離渦Ｙ２による縮流効果が各ステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）毎に得られ、したがって動翼５０とこれに対応する仕切板外輪１１との間の漏洩流量が十分に低減化される。
【００４５】
また、軸方向最上流側に位置するステップ部５２Ａにおいても、剥離渦Ｙ２による縮流効果が得られ、したがって動翼５０とこれに対応する仕切板外輪１１との間の漏洩流量が十分に低減化される。
【００４６】
次に、上述した第一実施形態の変形例について、図５から図１２を用いて説明する。
なお、図５から図１２において、図１から図４と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
図５に示すように、シールフィン１５Ｄは、内周壁面１７ａがフィン本体部１６に断面視円弧状に滑らかに接続されている。換言すれば、内周壁面１７ａとフィン本体部１６との間をフィレットＲ加工している。
この変形例によれば、内周壁面１７ａがフィン本体部１６に対して断面視円弧状に接続されているので、内周壁面１７ａからフィン本体部１６に沿って断面視円弧状に剥離渦Ｙ２が流れる。これにより、内周壁面１７ａに沿って流れる剥離渦Ｙ２をスムーズにフィン本体部１６に沿わせることができ、剥離渦Ｙ２のガイド効果を強めることができる。これにより、剥離渦Ｙ２の流れをさらに強めて縮流効果を高めることができると共に安定的に維持することができる。
【００４８】
図６に示すように、シールフィン１５Ｅは、断面視円弧状に窪んだ内周壁面１７ｂを有している。
この変形例によれば、内周壁面１７ｂが断面視円弧状に窪んでいるので、内周壁面１７ｂに沿って断面視円弧状に剥離渦Ｙ２が流れる。これにより、剥離渦Ｙ２の流れ方向をスムーズに転向することができ、剥離渦Ｙ２のガイド効果を強めることができる。従って、剥離渦Ｙ２の流れをさらに強めて縮流効果を高めることができると共に安定的に維持することができる。
【００４９】
図７に示すように、シールフィン１５Ｆは、軸方向上流側に向けて斜めに延在するフィン本体部１６Ａを有している。
この変形例によれば、フィン本体部１６Ａが軸方向上流側に向けて斜めに延在しているので、微小隙間Ｈの軸方向上流側において漏れ流れに向かうようにダウンフローが流れるため、フィン先端での流速の軸方向速度成分ＶＸが小さくなる。すなわち、フィン先端での流速の径方向速度成分ＶＲとするとＶＸ／ＶＲが０に近づくほど剥離渦Ｙ２の縮流効果が大きくなるので、縮流効果を高めることが可能となる。
なお、少なくともフィン本体部１６Ａの先端側の一部が斜めに延在していれば縮流効果を高めることが可能である。
【００５０】
図８に示すように、シールフィン１５Ｈは、軸方向上流側から下流側に進むに従って漸次径方向内方側に向かうように傾斜する内周壁面１７ｄを有している。
この変形例によれば、端縁部５５で主渦Ｙ１から剥離して小キャビティ１８に流入した蒸気Ｓを、内周壁面１７ｄに沿わしてスムーズに軸方向下流側まで導くことにより、強い剥離渦Ｙ２を発生させることができる。
なお、内周壁面１７ｄを内周壁面１７ｂのように断面視円弧状に形成して、傾斜させる構成にしてもよい。
【００５１】
図９に示すように、シールフィン１５Ｉは、空間制限部１７の軸方向上流側の角部１７ｅを円弧状に形成している。
この変形例によれば、端縁部５５で主渦Ｙ１から剥離して小キャビティ１８に蒸気Ｓを流入させた後に、主渦Ｙ１が角部１７ｅで剥離することを防止するために、主渦Ｙ１を弱めず、結果的に剥離渦Ｙ２を強めることができる。
【００５２】
図１０に示すように、シールフィン１５Ｊは、空間制限部１７の軸方向上流側の端面１７ｆを軸方向上流側から下流側に進むに従って漸次径方向内方側に向かうように形成したものである。
この変形例によれば、主渦Ｙ１が端面１７ｆの一部に沿って流れるので、主渦Ｙ１を弱めず、結果的に剥離渦Ｙ２の流れを強めることができる。
【００５３】
図１１に示すように、シールフィン１５Ｋは、空間制限部１７をフィン本体部１６から軸方向上流側に向けて延出させてシールフィン１５Ｋの剛性を比較的に小さくしている。
この変形例によれば、動翼５０が偶発的に径方向外方側に変位したとしてもシールフィン１５Ｋの剛性が比較的に小さくされているために、シールフィン１５Ｋを座屈させて、動翼５０及び仕切板外輪１１が損傷することを抑止することができる。
【００５４】
図１２に示すように、シールフィン１５Ｌは、フィン本体部１６と、このフィン本体部１６の軸方向上流側に間隔を空けた位置において、ステップ部５２に向けて延出すると共に、ステップ部５２との間に微小隙間Ｈよりも大きな隙間を形成するフィン状の空間制限部（径方向壁体）１７Ａとを備えている。
この変形例によれば、空間制限部１７が、フィン本体部１６の軸方向上流側に間隔を空けてステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）に延出するフィン状の空間制限部１７Ａであるので、小キャビティ１８内において、剥離渦Ｙ２と、この剥離渦Ｙ２に径方向に隣接して主渦Ｙ１の第一方向に流れる補渦Ｙ３が形成される。これにより、剥離渦Ｙ２の接触流動抵抗を軽減して剥離渦Ｙ２の流れを強めることができ、縮流効果を高めることができる。
【００５５】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態に係る蒸気タービン２を説明する。
図１３は、蒸気タービン２を示す概略構成断面図であって、図２に対応する図である。
なお、図１〜図１２と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５６】
本実施形態は、上記縮流効果が効果的に得られる条件が存在するとの知見のもとにシミュレーションを行って、得られた条件に従って蒸気タービン２の各構成要素を設定している。
具体的には、図１３に示すように、シールフィン１５と、それに対応する各ステップ部５２の軸方向上流側における端縁部５５との間の軸方向距離、すなわちシールフィン１５と段差面５３の端縁部５５との間の距離をＬ（Ｌ１〜Ｌ３）とすると、この距離Ｌが以下の式（１）を満足して形成されている。
０．７Ｈ≦Ｌ …………………（１）
【００５７】
ただし、上記式（１）は、停止時に満足していても、運転時に満足していなければ意図する効果が得られなくなるため、前記式（１）は、「運転時に満たしている」ことが条件となる。
なお、本実施形態では、Ｈ１〜Ｈ３は全て同じ寸法となっているため、ＨはＨ１〜Ｈ３を代表する数値となっている。
【００５８】
（シミュレーション）
ここで、図１３に示した前記距離Ｌにおける条件と、タービン効率変化及びリーク量変化率との関係について、シミュレーションを行った結果について説明する。
【００５９】
図１４は、シミュレーション結果を示すグラフであり、このグラフ中の横軸は前記Ｌの寸法（長さ）を示し、縦軸はタービン効率変化およびリーク量変化率を示している。なお、タービン効率変化およびリーク量変化率については、一般的なステップフィン構造でのタービン効率、リーク流量に対する大小を示している。また、このグラフでは、横軸、縦軸ともに、一般的な等差目盛りになっている。
【００６０】
図１４に示した結果より、Ｌは以下の式（１）を満足する範囲とするのが好ましいことが分かった。
０．７Ｈ≦Ｌ …………………（１）
【００６１】
すなわち、図１４が示すように、距離Ｌが０．７Ｈ未満（Ｌ＜０．７Ｈ）であると、小キャビティ１８の幅（軸方向）が不十分であるため、端縁部（エッジ）５５で剥離渦Ｙ２が生成され難く、このためシールフィン１５の軸方向上流側のダウンフローが十分でないことが分かった。したがって、ダウンフローによる漏れ流れに対する縮流効果が極めて小さいものとなる。よって、図１４に示したように、リーク量変化率が高く（＋側）、すなわち、漏洩流量が多くなる。よって、タービン効率変化は低く（−側）、すなわち、タービン効率は低下する。
すなわち、上記式（１）を満足すれば、小キャビティ１８の幅（軸方向）が十分に確保されるため、端縁部（エッジ）５５で剥離渦Ｙ２が生成され易く、このためシールフィン１５の軸方向上流側のダウンフローが十分なものとなる。したがって、ダウンフローによる漏れ流れに対する縮流効果を十分に得ることができる。よって、図１４に示したように、リーク量変化率が低く（−側）、すなわち、漏洩流量が少なくなる。よって、タービン効率変化は高く（＋側）、すなわち、タービン効率は増加する。
【００６２】
図１５は、シミュレーション結果を示すグラフであり、距離Ｌを０．７Ｈ以上に設定したモデルのタービン効率変化およびリーク量変化率を示している。
図１５に示した結果より、小キャビティ１８有りのモデルは、小キャビティ１８無しのモデルに比べ、リーク量は小さく、タービン効率は高い。
【００６３】
以上のシミュレーション結果より、本発明では前記Ｌ（Ｌ１〜Ｌ３）を、前記式（１）を満足する範囲にしている。
これにより、前記の各キャビティＣ１〜Ｃ３では、各ステップ部５２Ａ〜５２Ｃとこれに対応するシールフィン１５Ａ〜１５Ｃとの間の位置関係が前記式（１）を満足しているため、剥離渦Ｙ２による縮流効果が十分に高くなり、漏洩流量が従来に比べ格段に低減化する。したがって、このようなシール構造を備えた蒸気タービン２にあっては、漏洩流量がより低減化した、高性能なものとなる。
【００６４】
（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態に係る蒸気タービン３を説明する。
図１６は、蒸気タービン３を示す概略構成断面図であって、第一実施形態の図２に対応する図である。なお、図１〜図１５と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
図１６に示した第三実施形態が第一実施形態と異なるところは、第一実施形態では動翼５０の先端部となるチップシュラウド５１にステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）を形成し、仕切板外輪１１にシールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）を設けたのに対し、第三実施形態では、仕切板外輪１１にステップ部５２を形成し、チップシュラウド５１にシールフィン１５を設けた点である。
【００６６】
すなわち、この第三実施形態では、図１６に示すように、仕切板外輪（構造体）１１に形成された環状溝１１ａの溝底面１１ｂに、二つのステップ部５２、すなわち段差面５３Ｄを有するステップ部５２Ｄと、段差面５３Ｅを有するステップ部５２Ｅとを形成している。一方、動翼（ブレード）５０の先端部となるチップシュラウド５１には、前記溝底面１１ｂに向けて径方向外方側に延出する三つのシールフィン１５（１５Ｍ〜１５Ｏ）が設けられている。
【００６７】
これらシールフィン１５（１５Ｍ〜１５Ｏ）のうち、軸方向上流側のシールフィン１５Ｍは、空間制限部１７が設けられずにフィン本体部１６のみで構成されており、前記ステップ部５２の軸方向上流側に位置する溝底面１１ｂに対応して延出して、溝底面１１ｂとの間に微小隙間を径方向に形成している。
また、シールフィン１５Ｎ，１５Ｏは、フィン本体部１６と空間制限部１７とで構成されており、それぞれ前記ステップ部５２Ｄ，５２Ｅに対応して延出している。これらシールフィン１５Ｎ，１５Ｏは、対応するステップ部５２Ｄ，５２Ｅとの間に微小隙間Ｈ（Ｈ４，Ｈ５）をそれぞれ径方向に形成している。すなわち、シールフィン１５Ｎ，１５Ｏのそれぞれにおいて、空間制限部１７がフィン本体部１６の軸方向上流側の空間を径方向に制限して、フィン本体部１６との間に小キャビティ１８を画定している。
【００６８】
この微小隙間Ｈ（Ｈ４，Ｈ５）の各寸法は、第一実施形態と同様に、ケーシング１０や動翼５０の熱伸び量、動翼５０の遠心伸び量等を考慮した上で、両者が接触することがない安全な範囲内で、最小のものに設定されている。なお、本実施形態でも、Ｈ４とＨ５とは同じ寸法となっている。ただし、必要に応じて、これらを適宜に変えてもよいのはもちろんである。
【００６９】
このような構成のもとに、チップシュラウド５１側と仕切板外輪１１との間には、前記環状溝１１ａ内において、各ステップ部５２毎にこれに対応してキャビティＣ（Ｃ４，Ｃ５）が形成されている。
キャビティＣ（Ｃ４，Ｃ５）は、第一実施形態と同様に、各ステップ部５２に対応したシールフィン１５（１５Ｎ，１５Ｏ）と、これらシールフィン１５に対して軸方向上流側で対向する隔壁との間に形成されている。
【００７０】
軸方向最上流側に位置する、第一のキャビティＣ４では、前記隔壁は、軸方向上流側に位置するシールフィン１５Ｍによって形成されている。したがって、シールフィン１５Ｍとシールフィン１５Ｎとの間で、さらにチップシュラウド５１と仕切板外輪１１との間に、第一のキャビティＣ４が形成されている。
同様に、シールフィン１５Ｎとシールフィン１５Ｏとの間で、さらにチップシュラウド５１と仕切板外輪１１との間に、第三のキャビティＣ５が形成されている。
【００７１】
このようなキャビティＣ（Ｃ４，Ｃ５）において、前記シールフィン１５と、それに対応する各ステップ部５２の軸方向上流側における端縁部５５との間の距離、すなわちシールフィン１５と段差面５３の端縁部５５との間の軸方向距離をＬ（Ｌ４，Ｌ５）とすると、この距離Ｌは、前記の式（１）を満足して形成されている。
このような構成により、各キャビティＣ（Ｃ４，Ｃ５）と微小隙間Ｈ（Ｈ４，Ｈ５）との間には、それぞれ小キャビティ１８が形成されている。
【００７２】
このように形成することで、前記の各キャビティＣ４，Ｃ５では、各ステップ部５２Ｄ，５２Ｅとこれに対応するシールフィン１５Ｎ，１５Ｏとの間の位置関係が前記式（１）を満足しているため、剥離渦Ｙ２による漏れ流れに対する縮流効果が十分に高くなり、漏洩流量が従来に比べ格段に低減化する。したがって、このようなシール構造を備えた蒸気タービン３にあっては、漏洩流量がより低減化した、高性能なものとなる。
【００７３】
また、この蒸気タービン３では、ステップ部を二段形成し、したがってキャビティＣを二つ形成しているので、各キャビティＣで前述した縮流効果により漏洩流量を低減化できるため、全体としてより十分な漏洩流量の低減化を達成することができる。
【００７４】
（第四実施形態）
次に、本発明の第四実施形態に係る蒸気タービン４を説明する。
図１７は、第四実施形態を説明するための図であって、図１における要部Ｊに相当する部分を示す拡大断面図であり、第一実施形態の図２に対応する図である。なお、図１〜図１６と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７５】
図１７に示すように、第四実施形態が第一実施形態と異なるところは、第一実施形態では本発明に係る「ブレード」を動翼５０とし、その先端部となるチップシュラウド５１にステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）を形成するとともに、本発明に係る「構造体」を仕切板外輪１１とし、ここにシールフィン１５（１５Ａ〜１５Ｃ）を設けたのに対し、第四実施形態では、本発明に係る「ブレード」を静翼４０とし、その先端部にステップ部５２を形成するとともに、本発明に係る「構造体」を軸体３０として、ここにシールフィン１５を設けた点である。
【００７６】
この第四実施形態では、図１７に示すように、静翼４０の先端部において周方向に延びるハブシュラウド４１に三つのステップ部５２（５２Ｆ〜５２Ｈ）が形成されている。
これら三つのステップ部５２Ｆ〜５２Ｈは、軸体３０の軸方向上流側から下流側に向かって、静翼４０からの突出高さが次第に高くなるように配設されており、段差を形成する段差面５３（５３Ｆ〜５３Ｈ）が、軸方向上流側を向いた前向きに形成されている。
【００７７】
軸体３０には、ハブシュラウド４１に対応する部位となる前記ディスク３２，３２間に、環状溝３３が形成されており、この環状溝３３内に、ハブシュラウド４１が収容されている。また、この環状溝３３における溝底面３３ａには、ハブシュラウド４１に向けて径方向外方側に延出する三つのシールフィン１５（１５Ｐ〜１５Ｒ）が設けられており、各シールフィン１５の上流側に比べて下流側が深くなるように段状に形成されている。
【００７８】
これらシールフィン１５（１５Ｐ〜１５Ｒ）は、フィン本体部１６と空間制限部１７とで構成されており、ステップ部５２（５２Ｆ〜５２Ｈ）に１：１となるように溝底面３３ａから延出している。
これらシールフィン１５（１５Ｐ〜１５Ｒ）のそれぞれにおいては、フィン本体部１６がステップ部５２との間に微小隙間Ｈ（Ｈ６〜Ｈ８）を径方向に形成しており、空間制限部１７がフィン本体部１６の軸方向上流側の空間を径方向に制限して、フィン本体部１６との間に小キャビティ１８を画定している。
【００７９】
このような構成のもとに、ハブシュラウド４１と軸体３０との間には、各ステップ部５２毎にこれに対応してキャビティＣ（Ｃ６〜Ｃ８）が形成されている。
キャビティＣ（Ｃ６〜Ｃ８）は、各ステップ部５２に対応したシールフィン１５と、このシールフィン１５に対して軸方向上流側で対向する隔壁（環状溝３３の軸方向上流側の内壁面３４又は上流側に隣接するシールフィン１５）との間に形成されている。
このように、各キャビティＣ（Ｃ６〜Ｃ８）と微小隙間Ｈ（Ｈ６〜Ｈ８）との間には、それぞれ小キャビティ１８が形成されている。
【００８０】
このようなキャビティＣ（Ｃ６〜Ｃ８）において、シールフィン１５と、各ステップ部５２の軸方向上流側におけるエッジ５５との間の距離をＬ（Ｌ６〜Ｌ８）とすると、この距離Ｌのうち少なくとも１つは、前記の式（１）を満足して形成されている。
【００８１】
このように形成することで、各キャビティＣ６〜Ｃ８では、各ステップ部５２Ｆ〜５２Ｈとこれに対応するシールフィン１５Ｐ〜１５Ｒとの間の位置関係が前記式（１）を満足しているため、剥離渦Ｙ２による漏れ流れに対する縮流効果が十分に高くなり、漏洩流量が従来に比べ格段に低減化する。したがって、このようなシール構造を備えた蒸気タービン４にあっては、漏洩流量がより低減化して、高性能なものとなる。
【００８２】
（第五実施形態）
次に、本発明の第五実施形態に係る蒸気タービン５を説明する。
図１８は、第五実施形態を説明するための図であって、図１７に対応する図である。
図１８に示した第五実施形態が第四実施形態と異なるところは、第四実施形態では静翼（ブレード）４０の先端部となるハブシュラウド４１にステップ部５２（５２Ｆ〜５２Ｈ）を形成し、軸体（構造体）３０にシールフィン１５（１５Ｐ〜１５Ｒ）を設けたのに対し、第五実施形態では、軸体（構造体）３０にステップ部５２（５２Ｉ，５２Ｊ）を形成し、ハブシュラウド４１にシールフィン１５（１５Ｓ〜１５Ｕ）を設けた点である。
【００８３】
すなわち、この第五実施形態では、図１８に示すように、軸体（構造体）３０に形成された環状溝３３の溝底面３３ａに、段差面５３Ｉを有するステップ部５２Ｉと、段差面５３Ｊを有するステップ部５２Ｊとを形成している。一方、静翼（ブレード）４０のハブシュラウド４１には、溝底面３３ａに向けて径方向内方側に延出する三つのシールフィン１５（１５Ｓ〜１５Ｕ）が設けられている。
【００８４】
これらシールフィン１５（１５Ｓ〜１５Ｕ）のうち、軸方向上流側のシールフィン１５Ｓは、空間制限部１７が設けられずにフィン本体部１６のみで構成されており、ステップ部５２Ｉ，５２Ｊの軸方向上流側に位置する溝底面３３ａに対応して延出して、溝底面３３ａとの間に微小隙間を径方向に形成している。
また、シールフィン１５Ｔ，１５Ｕは、フィン本体部１６と空間制限部１７とで構成されており、それぞれステップ部５２Ｉ，５２Ｊに対応して延出している。これらシールフィン１５Ｔ，１５Ｕは、対応するステップ部５２Ｉ，５２Ｊとの間に微小隙間Ｈ（Ｈ９，Ｈ１０）をそれぞれ径方向に形成している。すなわち、シールフィン１５Ｔ，１５Ｕのそれぞれにおいて、空間制限部１７がフィン本体部１６の軸方向上流側の空間を径方向に制限して、フィン本体部１６との間に小キャビティ１８を画定している。
【００８５】
このような構成のもとに、ハブシュラウド４１側と軸体３０との間には、環状溝３３内において、各ステップ部５２毎にこれに対応してキャビティＣ（Ｃ９，Ｃ１０）が形成されている。
【００８６】
このようなキャビティＣ（Ｃ９，Ｃ１０）において、シールフィン１５と、それに対応する各ステップ部５２の軸方向上流側におけるエッジ５５との間の軸方向距離をＬ（Ｌ９，Ｌ１０）とすると、この距離Ｌのうち少なくとも１つは、前記の式（１）を満足して形成されている。
このような構成により、各キャビティＣ（Ｃ９，Ｃ１０）と微小隙間Ｈ（Ｈ９，Ｈ１０）との間には、それぞれ小キャビティ１８が形成されている。
【００８７】
このように形成することで、各キャビティＣ９，Ｃ１０では、各ステップ部５２Ｉ，５２Ｊとこれに対応するシールフィン１５Ｔ，１５Ｕとの間の位置関係が前記式（１）を満足しているため、剥離渦Ｙ２による漏れ流れに対する縮流効果が十分に高くなり、漏洩流量が従来に比べ格段に低減化する。したがって、このようなシール構造を備えた蒸気タービン５にあっては、漏洩流量がより低減化した、高性能なものとなる。
【００８８】
なお、前述した実施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り、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、上述した第一〜第三実施形態では、ケーシング１０に設けられた仕切板外輪１１を構造体としたが、このような仕切板外輪１１を設けずに、ケーシング１０自体を直接本発明の構造体として、構成してもよい。すなわち、この構造体は、動翼５０を囲繞するとともに、流体が動翼間を通過するように流路を規定するものであれば、どのような部材であってもよい。
また、上述した第一〜第五実施形態では、一方側のステップ部５２に対応すると共にシールフィン１５が設けられた他方側（例えば、溝底面１１ｂ，３３ａ）を段状に形成したが、これに限られることはなく、前記他方側を略同径に形成しても構わない。
【００８９】
また、上述した第二〜第五実施形態において、第一実施形態の変形例として言及したシールフィン１５Ｄ〜１５Ｌを用いてもよい。
【００９０】
また、前記実施形態では、ステップ部５２を複数設け、これによってキャビティＣも複数形成したが、これらステップ部５２やこれに対応するキャビティＣの数については任意であり、一つであっても、三つ、あるいは四つ以上であってもよい。
また、前記実施形態のように、シールフィン１５とステップ部５２とは必ずしも１：１で対応させる必要はなく、これらの数については任意に設計することができる。
また、前記実施形態では、最終段の動翼５０や静翼４０に本発明を適用したが、他の段の動翼５０や静翼４０に本発明を適用してもよい。
【００９１】
また、前記実施形態では、本発明を復水式の蒸気タービンに適用したが、他の型式の蒸気タービン、例えば、二段抽気タービン、抽気タービン、混気タービン等のタービン型式に本発明を適用することもできる。
さらに、前記実施形態では、本発明を蒸気タービンに適用したが、ガスタービンにも本発明を適用することができ、さらには、回転翼のある全てのものに本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１〜５…蒸気タービン
１０…ケーシング
１１…仕切板外輪（構造体）
１５（１５Ａ〜１５Ｌ，１５Ｎ〜１５Ｒ，１５Ｔ，１５Ｕ）…シールフィン
１６，１６Ａ…フィン本体部
１７，１７Ａ…空間制限部
１７ａ〜１７ｄ…内周壁面
１７ｅ…角部
１７ｆ…端面
１８…小キャビティ
３０…軸体（構造体）
４０…静翼（ブレード）
４１…ハブシュウラド（先端部）
５０…動翼（ブレード）
５１…チップシュラウド（先端部）
５２（５２Ａ〜５２Ｊ）…ステップ部
５５…エッジ（端縁部）
Ｃ（Ｃ１〜Ｃ１０）…キャビティ
Ｈ（Ｈ１〜Ｈ１０）…微小隙間
Ｌ（Ｌ１〜Ｌ１０）…距離
Ｙ１…主渦
Ｙ２…剥離渦
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレードと、
前記ブレードの先端側に隙間を介して設けられるとともに、前記ブレードに対して相対回転する構造体と、を備えたタービンであって、
前記ブレードの先端部と、前記構造体の前記先端部に対応する部位とのうちの一方には、段差面を有して他方側に突出するステップ部が設けられ、前記他方には、前記ステップ部に対して延出するシールフィンが設けられ、
前記ブレードの先端部側と前記構造体の前記部位との間には、前記シールフィンと該シールフィンに対して前記構造体の回転軸方向上流側で対向する隔壁との間にキャビティが形成され、
前記シールフィンは、前記ステップ部との間に微小隙間を形成するフィン本体部を具備し、
前記微小隙間をＨとし、
前記フィン本体部と、前記ステップ部の前記回転軸方向上流側における端縁部との間の距離をＬとすると、以下の式（１）を満足することを特徴とするタービン。
０．７Ｈ≦Ｌ …………………（１）
【請求項２】
前記フィン本体部は、少なくとも先端側が前記回転軸方向上流側に向けて斜めに延在していることを特徴とする請求項１に記載のタービン。
【請求項３】
前記ステップ部は、前記回転軸方向上流側から下流側に向かって突出高さが次第に高くなるように複数設けられ、前記他方には、前記ステップ部のそれぞれに対して延出する前記シールフィンが少なくとも１つ設けられており、前記ステップ部に対応するシールフィンは、前記回転軸方向下流側に隣接するステップ部に対応するシールフィンに対して対向する前記隔壁となっていることを特徴とする請求項１または２に記載のタービン。
【請求項４】
前記構造体の、前記先端部に対応する部位は環状の凹部となっており、
前記複数のステップ部のうちの、前記回転軸方向最上流側に位置するステップ部に対応するシールフィンに対して対向する前記隔壁は、前記凹部の、前記回転軸方向上流側の内壁面によって形成されていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のタービン。
【請求項１】
ブレードと、
前記ブレードの先端側に隙間を介して設けられるとともに、前記ブレードに対して相対回転する構造体と、を備えたタービンであって、
前記ブレードの先端部と、前記構造体の前記先端部に対応する部位とのうちの一方には、段差面を有して他方側に突出するステップ部が設けられ、前記他方には、前記ステップ部に対して延出するシールフィンが設けられ、
前記ブレードの先端部側と前記構造体の前記部位との間には、前記シールフィンと該シールフィンに対して前記構造体の回転軸方向上流側で対向する隔壁との間にキャビティが形成され、
前記シールフィンは、前記ステップ部との間に微小隙間を形成するフィン本体部を具備し、
前記微小隙間をＨとし、
前記フィン本体部と、前記ステップ部の前記回転軸方向上流側における端縁部との間の距離をＬとすると、以下の式（１）を満足することを特徴とするタービン。
０．７Ｈ≦Ｌ …………………（１）
【請求項２】
前記フィン本体部は、少なくとも先端側が前記回転軸方向上流側に向けて斜めに延在していることを特徴とする請求項１に記載のタービン。
【請求項３】
前記ステップ部は、前記回転軸方向上流側から下流側に向かって突出高さが次第に高くなるように複数設けられ、前記他方には、前記ステップ部のそれぞれに対して延出する前記シールフィンが少なくとも１つ設けられており、前記ステップ部に対応するシールフィンは、前記回転軸方向下流側に隣接するステップ部に対応するシールフィンに対して対向する前記隔壁となっていることを特徴とする請求項１または２に記載のタービン。
【請求項４】
前記構造体の、前記先端部に対応する部位は環状の凹部となっており、
前記複数のステップ部のうちの、前記回転軸方向最上流側に位置するステップ部に対応するシールフィンに対して対向する前記隔壁は、前記凹部の、前記回転軸方向上流側の内壁面によって形成されていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のタービン。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−６８２２７（Ｐ２０１３−６８２２７Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２８６２４４（Ｐ２０１２−２８６２４４）
【出願日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【分割の表示】特願２０１０−７９００６（Ｐ２０１０−７９００６）の分割
【原出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【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２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【分割の表示】特願２０１０−７９００６（Ｐ２０１０−７９００６）の分割
【原出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【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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