JP6917162B2 - 動翼、ロータユニット、及び、回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、動翼、ロータユニット、及び、回転機械に関する。

蒸気タービン、ガスタービン等の回転機械において、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回転軸と、ケーシングの内周部に固定配置された静翼と、この静翼の下流側において回転軸に放射状に設けられた動翼と、を備えたものが知られている。
例えば蒸気タービンの場合、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、動翼内で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）に変換される場合もある。

この種の回転機械では、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ている。また、静翼の先端部と回転軸との間にも、径方向の隙間が形成されている。これらの隙間を蒸気等の作動流体が通過（漏洩）することがある。動翼の先端部とケーシングとの隙間を通過する作動流体は、動翼の回転に寄与しない。また、静翼の先端部と回転軸との隙間を通過する作動流体は、静翼による圧力エネルギーの速度エネルギーへの変換に寄与せず、下流側の動翼に対して回転力をほとんど付与しない。
したがって、回転機械の性能向上のためには、前記の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。

例えば、特許文献１、２には、動翼又は静翼のブレードの先端部に形成され、段差面を有したステップ部と、ケーシングに設けられ、ステップ部に向かって延出し、このステップ部との間に微小隙間を形成するシールフィンと、を備える構成が開示されている。
このような構成においては、ステップ部とシールフィンとの微小隙間を通過した作動流体を段差面に衝突させ、流動抵抗を増大させることで、ステップ部とシールフィンとの微小隙間を通り抜ける漏れ流れを低減する。また、ステップ部の段差面に沿って径方向に流れる流体の主流の一部は、段差面の端縁部において流体の主流から剥離し、剥離渦が生成される。この剥離渦によって、ステップ部とシールフィンとの微小隙間を通り抜けようとする漏れ流れを径方向に縮める縮流効果を発揮することで、微小隙間を通り抜ける漏れ流れを低減する。

特開２０１１−８０４５２号公報 特許第５５１７９１０号公報

しかしながら、上記したような構成において、ステップ部に形成された段差面の端縁部（エッジ）は、製作時の加工誤差、丸め加工や面取加工、長期間の使用による摩耗等によって、剥離渦を安定的に生成できなくなる場合がある。すると、剥離渦による縮流効果が想定よりも減少し、微小隙間を通り抜ける漏れ流れが増えて回転機械の性能が低下する場合がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、微小隙間を通り抜ける漏れ流れを抑え、性能低下を抑えることができる動翼、ロータユニット、及び、回転機械を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の第一の態様では、動翼は、回転機械の回転軸から径方向外側に向かって延びるよう設けられた動翼本体、及び、前記動翼本体の径方向外側に設けられたシュラウドを有する動翼において、前記シュラウドは、前記回転軸の中心軸方向に沿って流れる作動流体の上流側から下流側に向かって段階的に径方向外側に位置するように複数設けられた外周面と、前記上流側に位置する前記外周面の下流側端部と前記下流側に位置する前記外周面の上流側端部とを接続する段差部と、を有し、前記段差部は、径方向外側に向かうに従って前記上流側に向かって延び、前記下流側に位置する前記外周面の前記上流側端部に鋭角をもって接続される鋭角形成面を有し、前記下流側の前記外周面になるほど該外周面の前記上流側に位置する前記外周面に対する径方向への突出高さが小さくなり、複数の前記外周面と前記鋭角形成面との間の前記鋭角の角度が、前記上流側の前記外周面から前記下流側の前記外周面に向かって大きくなる。

このような構成によれば、動翼の段差部は、段差部に対して上流側の外周面とともに、例えばシールフィンとの隙間を通過した作動流体を径方向外側に導き主渦を形成する。また段差部の鋭角形成面によって径方向外側に導かれる作動流体の一部は、鋭角形成面とその下流側に位置する外周面の上流側端部との交差部で、作動流体の主流から剥離して剥離渦を生成する。鋭角形成面は、段差部に対して下流側に位置する外周面の上流側端部に鋭角をもって接続されているので、このような剥離渦を安定的に生成することができる。
複数の外周面を備えるシュラウドにおいて、作動流体の密度は、下流側に向かうほど小さくなる。すると、シュラウドの外周面と、例えばシールフィンとの隙間を通過する作動流体の流速は、上流側よりも下流側の外周面上で大きくなる。そこで、外周面と鋭角形成
面との間の鋭角の角度を、下流側で上流側よりも大きくすることで、鋭角形成面とその下流側に位置する外周面の上流側端部との交差部で作動流体の主流から剥離して生成される剥離渦の直径を小さくすることができる。これによって、複数の外周面において、例えばシールフィンとの隙間を通り抜ける作動流体の漏れ流れに対する、剥離渦による抑制効果の均等化を図ることができる。

本発明の第二の態様では、上記第一の態様において、前記鋭角形成面と前記下流側に位置する前記外周面の前記上流側端部との交差部に、鋭角に尖った鋭角先端部が形成されていてもよい。

このような構成によれば、鋭角形成面と、下流側の外周面の上流側端部との交差部が、鋭角に尖った鋭角先端部であるので、剥離渦を安定的に生成することができる。

本発明の第三の態様では、上記第一又は第二の態様において、前記段差部は、前記鋭角形成面の径方向内側に、前記上流側に位置する前記外周面の前記下流側端部から径方向外側に向かうに従って前記下流側に向かって延びる内周案内面を有していてもよい。

このように構成することで、上流側の外周面とシールフィンとの隙間を通過した作動流体を、内周案内面から径方向外側の鋭角形成面に向かって効率良く案内することができる。

本発明の第四の態様では、動翼は、回転機械の回転軸から径方向外側に向かって延びるよう設けられた動翼本体、及び、前記動翼本体の径方向外側に設けられたシュラウドを有する動翼において、前記シュラウドは、前記回転軸の中心軸方向に沿って流れる作動流体の上流側から下流側に向かって段階的に径方向外側に位置するように複数設けられた外周面と、前記上流側に位置する前記外周面の下流側端部と前記下流側に位置する前記外周面の上流側端部とを接続する段差部と、を有し、前記段差部は、径方向外側に向かうに従って前記上流側に向かって延び、前記下流側に位置する前記外周面の前記上流側端部に鋭角をもって接続される鋭角形成面を有し、複数の前記外周面と前記鋭角形成面との間の前記鋭角の角度が、前記上流側の前記外周面から前記下流側の前記外周面に向かって大きくなる。

複数の外周面を備えるシュラウドにおいて、作動流体の密度は、下流側に向かうほど小さくなる。すると、シュラウドの外周面と、例えばシールフィンとの隙間を通過する作動流体の流速は、上流側よりも下流側の外周面上で大きくなる。そこで、外周面と鋭角形成面との間の鋭角の角度を、下流側で上流側よりも大きくすることで、鋭角形成面とその下流側に位置する外周面の上流側端部との交差部で作動流体の主流から剥離して生成される剥離渦の直径を小さくすることができる。これによって、複数の外周面において、例えばシールフィンとの隙間を通り抜ける作動流体の漏れ流れに対する、剥離渦による抑制効果の均等化を図ることができる。

本発明の第六の態様では、ロータユニットは、前記回転軸と上記第一から第五のいずれかの態様における動翼とを備えている。

本発明の第六の態様によれば、上記動翼を備えることで、鋭角形成面は段差部に対して下流側に位置する外周面の上流側端部に鋭角をもって接続されている。よって、作動流体の主流から剥離する剥離渦を安定的に生成することができる。

本発明の第七の態様では、回転機械は、前記シュラウドの径方向外側に配置され、その径方向内側を作動流体が前記中心軸方向に沿って上流側から下流側に向かって流れるケーシングと、前記中心軸方向に沿って間隔をあけて複数設けられ、それぞれ、前記ケーシングから径方向内側に向かって突出するシールフィンと、上記第五の態様のロータユニットと、を備えている。

本発明の第七の態様によれば、上記ロータユニットを備えることで、鋭角形成面は段差部に対して下流側に位置する外周面の上流側端部に鋭角をもって接続されている。よって、作動流体の主流から剥離する剥離渦を安定的に生成することができる。

本発明の第八の態様では、上記第七の態様において、前記鋭角形成面は、前記上流側に位置する前記外周面に対向する前記シールフィンの先端部よりも、径方向外側に形成されていてもよい。

このような構成によれば、上流側の外周面とシールフィンとの隙間を通過した作動流体が、鋭角形成面に沿って流れ、流れ方向が上流側に転向された結果、上流側の外周面とシールフィンとの隙間側に戻るのを抑えることができる。これにより、作動流体を、下流側の外周面の上流側端部と鋭角形成面との交差部分に向かって効率良く案内することができる。

本発明の第九の態様、及び第十の態様では、上記第七又は八の態様において、前記鋭角形成面は、前記上流側の前記外周面と前記シールフィンとの隙間を通過した作動流体を径方向外側に導くとともに、前記鋭角形成面と前記下流側に位置する前記外周面の前記上流側端部との交差部で、径方向外側に導かれた前記作動流体の一部を前記作動流体の主流から剥離させて剥離渦を生成してもよい。

本発明に係る動翼、ロータユニット、及び、回転機械によれば、微小隙間を通り抜ける漏れ流れを抑え、性能低下を抑えることが可能となる。

本発明の実施形態に係る蒸気タービンを示す概略構成断面図である。 本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンにおける動翼の構成を示す図であり、図１における要部Ｉを示す拡大断面図である。 本発明の第一実施形態の変形例に係る蒸気タービンの動翼の構成を示す拡大断面図である。 本発明の第二実施形態に係る蒸気タービンの動翼の構成を示す拡大断面図である。 本発明の第二実施形態の変形例に係る蒸気タービンの動翼の構成を示す拡大断面図である。 本発明の第三実施形態に係る蒸気タービンの動翼の構成を示す拡大断面図である。 本発明の第四実施形態に係る蒸気タービンの静翼の構成を示す拡大断面図であり、図１における要部Ｊを示す拡大断面図である。 本発明の各実施形態の第一変形例に係る蒸気タービンの静翼の構成を示す拡大断面図である。 本発明の各実施形態の第二変形例に係る蒸気タービンの静翼の構成を示す拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る蒸気タービン（回転機械）を図面に基づき説明する。
（第一実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る蒸気タービンを示す概略構成断面図である。
図１に示すように、蒸気タービン（回転機械）１は、ケーシング１０と、調整弁２０と、回転軸３０と、静翼４０と、動翼５０と、を主たる構成としている。なお、動翼５０は、図示しないディスクを介して回転軸３０に固定されている。この一体構成物を、便宜上、ロータユニットと呼称する。

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、その径方向内側が蒸気（作動流体）Ｓが中心軸方向に沿って上流側から下流側に向かって流れる流路とされている。このケーシング１０の内壁面には、回転軸３０が挿通されたリング状の仕切板外輪１１が強固に固定されている。

調整弁２０は、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は、ケーシング１０の内部に複数個取り付けられている。各調整弁２０は、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とを備えている。調整弁２０は、弁体２２が弁座２３から離れると蒸気流路が開くことによって、蒸気室２４を介して蒸気Ｓをケーシング１０の内部空間に流入させる。

回転軸３０は、軸本体３１と、この軸本体３１の外周から回転軸径方向（以下、単に径方向という）に延出した複数のディスク３２とを備えている。回転軸３０は、軸受部６０によって、その中心軸回りに回転可能に支持されている。軸受部６０は、ジャーナル軸受装置６１およびスラスト軸受装置６２を備えている。
この回転軸３０は、不図示の発電機等の機械に回転エネルギーを伝達する。

静翼４０は、回転軸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いる。
各静翼４０は、静翼本体４２と、ハブシュラウド４１と、を有する。静翼本体４２は、ケーシング１０に固定された仕切板外輪１１から径方向内側に向かって延びるよう設けられている。ハブシュラウド４１は、静翼本体４２の径方向内側に設けられている。ハブシュラウド４１は、リング状をなし、環状静翼群を構成する複数の静翼４０の静翼本体４２を連結する。ハブシュラウド４１の径方向内側でケーシング１０には回転軸３０が挿通され、ハブシュラウド４１は回転軸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、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。

動翼５０は、各環状静翼群の下流側に設けられている。動翼５０は、放射状に多数配置されて環状動翼群を構成している。
各動翼５０は、動翼本体５２と、チップシュラウド（シュラウド）５１Ａと、を有する。動翼本体５２は、回転軸３０が有するディスク３２から径方向外側に向かって延びるよう設けられている。チップシュラウド５１Ａは、動翼本体５２の径方向外側に設けられている。

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５０の先端部となるチップシュラウド５１Ａは、ケーシング１０の径方向において仕切板外輪１１と隙間Ｋを介して対向して配置されている。
チップシュラウド５１Ａは、径方向外側に、シュラウド外周面（外周面）５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃと、段差部５４Ｄ，５４Ｅを有している。

シュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃは、それぞれ、回転軸３０の中心軸に沿って中心軸に平行に延びるよう形成されている。シュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃは、その径方向位置が、上流側のシュラウド外周面５３Ａから下流側のシュラウド外周面５３Ｃに向かって、段階的に径方向外側に位置するよう設けられている。すなわち、これらシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃは、動翼本体５２から径方向外側への突出高さが、回転軸３０の軸方向の上流側（図２における左側）から下流側（図２における右側）に向かうに従って、漸次段階的に高くなるように配設されている。

段差部５４Ｄは、その上流側に位置するシュラウド外周面５３Ａの下流側端部５３ｑと、下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂの上流側端部５３ｐとを接続する。段差部５４Ｅは、その上流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂの下流側端部５３ｑと、下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｃの上流側端部５３ｐとを接続する。

段差部５４Ｄ，５４Ｅは、鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅと、内周案内面５７Ｄ，５７Ｅと、を有している。

鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅは、径方向外側に向かうに従って上流側に向かって延びる断面円弧状の湾曲面からなる。鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅは、下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃの上流側端部５３ｐに鋭角θ１をもって接続される。鋭角θ１はより詳細には上流側端部５３ｐを通る鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅの接線と、シュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃとのなす角である。
これにより、鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅと、その下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃの上流側端部５３ｐとの交差部に、鋭角θ１に尖った鋭角先端部５６Ｂ，５６Ｃが形成されている。

内周案内面５７Ｄ，５７Ｅは、鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅの径方向内側に形成されている。内周案内面５７Ｄ，５７Ｅは、上流側に位置するシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂの下流側端部５３ｑから径方向外側に向かうに従って下流側に向かって延びる断面円弧状の湾曲面からなる。

ここで、鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅと、内周案内面５７Ｄ，５７Ｅとは、同一の曲率半径で連続して形成されている。
また、鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅと内周案内面５７Ｄ，５７Ｅとの接続部と、上流側のシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂとの径方向の間隔Ｌ１，Ｌ２は、上流側のシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂと後述するシールフィン１５Ａ，１５Ｂとの微小隙間Ｈ１，Ｈ２の寸法よりも大きい。これにより、鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅは、上流側に位置するシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂに対向するシールフィン１５Ａ，１５Ｂの先端部よりも、径方向外側に形成されている。

仕切板外輪１１には、チップシュラウド５１Ａに対して径方向で対向する部位に、環状溝１１１が形成されている。環状溝１１１は、チップシュラウド５１Ａの三つのシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃに対応するように、上流側から下流側に向かって、段差により漸次拡径された三つの環状の凹部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃを有している。環状溝１１１は、さらに、最下流側に、三段目の凹部１１１Ｃよりも縮径された四段目の凹部１１１Ｄを有している。

ここで、一段目の凹部１１１Ａと二段目の凹部１１１Ｂとの境界に位置する端縁部（エッジ部）１１２Ａには、シールフィン１５Ａが設けられている。二段目の凹部１１１Ｂと三段目の凹部１１１Ｃとの境界に位置する端縁部１１２Ｂには、シールフィン１５Ｂが設けられている。三段目の凹部１１１Ｃと四段目の凹部１１１Ｄとの境界に位置する端縁部１１２Ｃには、シールフィン１５Ｃが設けられている。これらシールフィン１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、それぞれ、チップシュラウド５１Ａに向けて径方向内側に延出している。この実施形態では、シールフィン１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、シュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃに１：１で対応するように設けられている。これにより、シュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃは、それぞれが複数のシールフィン１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの少なくとも一つに径方向で対向している。

各シールフィン１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、それぞれ対応するシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃとの間に、微小隙間Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を有して径方向で対向している。これら微小隙間Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の径方向の各寸法は、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。
ここで、シールフィン１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃと、シュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃとの微小隙間Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は、全て同じ寸法であってもよいし、必要に応じて、これらを互いに異ならせることが可能であることはいうまでもない。

このような構成のもとに、チップシュラウド５１Ａと仕切板外輪１１との間には、各シュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃと、これらに対応する環状溝１１１の三つの凹部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃとの間にキャビティＣ１〜Ｃ３が形成されている。
より詳しくは、最上流側に形成され、一段目のシュラウド外周面５３Ａに対応する第一のキャビティＣ１は、一段目のシュラウド外周面５３Ａに対応するシールフィン１５Ａと、一段目の凹部１１１Ａの上流側の内壁面１１３Ａとの間で、かつチップシュラウド５１Ａと仕切板外輪１１との間に形成されている。

また、二段目のシュラウド外周面５３Ｂに対応する第二のキャビティＣ２は、二段目のシュラウド外周面５３Ｂに対応するシールフィン１５Ｂと、二段目の凹部１１１Ｂの上流側の内壁面１１３Ｂ、および端縁部１１２Ａに設けられているシールフィン１５Ａとの間で、かつチップシュラウド５１Ａと仕切板外輪１１との間に形成されている。
さらに、三段目のシュラウド外周面５３Ｃに対応する第三のキャビティＣ３は、三段目のシュラウド外周面５３Ｃに対応するシールフィン１５Ｃ、およびこれが設けられている三段目の凹部１１１Ｃの下流側の内壁面１１３Ｃと、三段目の凹部１１１Ｃの上流側の内壁面１１３Ｄ、および端縁部１１２Ｂに設けられているシュラウド外周面５３Ｂとの間で、かつチップシュラウド５１Ａと仕切板外輪１１との間に形成されている。

（蒸気タービンの動作）
次に、蒸気タービン１の動作について説明する。
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。

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る。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間に流入する。蒸気Ｓの速度エネルギーが動翼５０により回転エネルギーに変換されて、回転軸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１１１内に流入する、所謂漏洩蒸気となる。

ここで、環状溝１１１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、チップシュラウド５１Ａの上流側端面５１ｆに衝突し、上流側に戻るようにして、反時計回りに回る主渦Ｙ１を生じる。
その際、上流側端面５１ｆの径方向外側の端部において、主渦Ｙ１（主流）から一部の流れが剥離されることにより、この主渦Ｙ１と反対方向、本例では図２の紙面上にて時計回りに回るように、剥離渦Ｙ２が生じる。

このような剥離渦Ｙ２は、シールフィン１５Ａとシュラウド外周面５３Ａとの間の微小隙間Ｈ１を通り抜ける漏れ流れ（リークジェット）を低減する、縮流効果を発揮する。
すなわち、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側に向けるダウンフローを生じる。このダウンフローは、微小隙間Ｈ１の直前で径方向内側に向う慣性力を保有しているため、微小隙間Ｈ１を通り抜ける流れを、径方向内側に縮める効果（縮流効果）を発揮し、漏洩流量は小さくなる。

続いて、微小隙間Ｈ１を通過した蒸気Ｓは、第二のキャビティＣ２に流入し、段差部５４Ｄに衝突し、上流側に戻るようにして主渦Ｙ１を生じる。さらに、段差部５４Ｄの鋭角形成面５５Ｄと、下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂの上流側端部５３ｐとの交差部において、主渦Ｙ１から一部の流れが剥離されることにより、この主渦Ｙ１と反対方向に回るように、剥離渦Ｙ２が生じる。

さらに、微小隙間Ｈ２を通過した蒸気Ｓは、第三のキャビティＣ３に流入し、段差部５４Ｅに衝突し、さらに、上流側に戻るようにして回る主渦Ｙ１を生じる。段差部５４Ｅの鋭角形成面５５Ｅと、下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｃの上流側端部５３ｐとの交差部において、主渦Ｙ１から一部の流れが剥離されることにより、この主渦Ｙ１と反対方向に回るように、剥離渦Ｙ２が生じる。

第二のキャビティＣ２、第三のキャビティＣ３で生じた剥離渦Ｙ２は、シールフィン１５Ｂ，１５Ｃとシュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃとの間の微小隙間Ｈ２，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。すなわち、剥離渦Ｙ２が形成されると、この剥離渦Ｙ２は、シールフィン１５Ａ先端の軸方向上流側において、速度ベクトルを径方向内側に向けるダウンフローを生じる。このダウンフローは、微小隙間Ｈ２，Ｈ３の直前で径方向内側に向う慣性力を保有しているため、微小隙間Ｈ２，Ｈ３を通り抜ける流れに対し、径方向内側に縮める効果（縮流効果）を発揮し、漏洩流量は小さくなる。

したがって、上述の実施形態によれば、シュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂとシールフィン１５Ａ，１５Ｂとの微小隙間Ｈ１，Ｈ２を通過した蒸気Ｓの一部は、段差部５４Ｄ，５４Ｅに形成された鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅとその下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃの上流側端部５３ｐとの交差部で剥離して剥離渦Ｙ２を生成する。鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅは、段差部５４Ｄ，５４Ｅに対して下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃの上流側端部５３ｐに鋭角θ１をもって接続されるため、剥離渦Ｙ２を安定的に生成することができる。
その結果、微小隙間Ｈ１，Ｈ２を通り抜ける蒸気Ｓの漏れ流れを抑え、蒸気タービン１の性能低下を抑えることが可能となる。

また、鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅと、その下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃの上流側端部５３ｐとの交差部に、鋭角θ１で尖った鋭角先端部５６Ｂ，５６Ｃが形成されているので剥離を促進でき、剥離渦Ｙ２を安定的に生成することができる。

また、鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅは、上流側に位置するシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂに対向するシールフィン１５Ａ，１５Ｂの先端部よりも、径方向外側に形成されている。このような構成によれば、上流側のシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂとシールフィン１５Ａ，１５Ｂとの微小隙間Ｈ１，Ｈ２を通過した蒸気Ｓが、鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅに沿って流れ、上流側に流れ方向が転向された結果、微小隙間Ｈ１，Ｈ２側に戻ってしまうのを抑えることができる。これにより、蒸気Ｓを、下流側のシュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃの上流側端部５３ｐと鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅとの交差部分に向かって効率良く案内することができ、剥離渦Ｙ２の安定的な生成に寄与することができる。

また、段差部５４Ｄ，５４Ｅは、鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅの径方向内側に、上流側に位置するシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂの下流側端部５３ｑから径方向外側に向かうに従って下流側に向かって延びる内周案内面５７Ｄ，５７Ｅを有している。このように構成することで、上流側のシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂとシールフィン１５Ａ，１５Ｂとの微小隙間Ｈ１，Ｈ２を通過した蒸気Ｓを、内周案内面５７Ｄ，５７Ｅから径方向外側の鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅに向かって効率良く案内することができる。

（第一実施形態の変形例）
なお、上記第一実施形態において、動翼５０のチップシュラウド５１Ａは、段差部５４Ｄ，５４Ｅの鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅに対し、径方向内側に、鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅと同一の曲率半径を有した湾曲面からなる内周案内面５７Ｄ，５７Ｅを設けたが、これに限らない。
内周案内面５７Ｄ，５７Ｅは、上流側に位置するシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂの下流側端部５３ｑから径方向外側に向かうに従って下流側に向かって延びるテーパ状の傾斜面としてもよい。

図３は、本発明の第一実施形態の変形例に係る蒸気タービンの動翼の構成を示す拡大断面図である。
この図３に示すように、動翼５０のチップシュラウド（シュラウド）５１Ｂは、段差部５４Ｄ，５４Ｅの鋭角形成面５５Ｄ，５５Ｅに対し、径方向内側に、上流側に位置するシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂの下流側端部５３ｑから、シュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂ（又は回転軸３０の中心軸）に直交して径方向外側に延びる平面状の内周案内面５７Ｆ，５７Ｇを形成するようにしてもよい。

（第二実施形態）
次に、本発明にかかる回転機械の第二実施形態について説明する。以下に説明する第二実施形態においては、第一実施形態と段差部５４Ｈ，５４Ｊの構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

図４は、本発明の第二実施形態に係る蒸気タービンの動翼の構成を示す拡大断面図である。
図４に示すように、この実施形態における蒸気タービン１において、動翼５０の先端部となるチップシュラウド（シュラウド）５１Ｃは、径方向外側に、シュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃと、段差部５４Ｈ，５４Ｊを有している。

段差部５４Ｈは、その上流側に位置するシュラウド外周面５３Ａの下流側端部５３ｑと、下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂの上流側端部５３ｐとを接続する。段差部５４Ｊは、その上流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂの下流側端部５３ｑと、下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｃの上流側端部５３ｐとを接続する。

段差部５４Ｈ，５４Ｊは、鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊと、内周案内面５７Ｈ，５７Ｊと、を有している。

鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊは、径方向外側に向かうに従って上流側に向かって延びる平面状の傾斜面からなる。鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊは、下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃの上流側端部５３ｐに鋭角θ２をもって接続される。これにより、鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊと下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃの上流側端部５３ｐとの交差部に、鋭角θ２に尖った鋭角先端部５６Ｈ，５６Ｊが形成されている。

内周案内面５７Ｈ，５７Ｊは、鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊの径方向内側に形成されている。内周案内面５７Ｈ，５７Ｊは、上流側に位置するシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂの下流側端部５３ｑから径方向外側に向かうに従って下流側に向かって延びる平面状の傾斜面からなる。
ここで、鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊと内周案内面５７Ｈ，５７Ｊとの接続部と、上流側のシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂとの径方向の間隔Ｌ３，Ｌ４は、上流側のシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂと、後述するシールフィン１５Ａ，１５Ｂとの微小隙間Ｈ１，Ｈ２よりも大きい。これにより、鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊは、上流側に位置するシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂに対向するシールフィン１５Ａ，１５Ｂの先端部よりも、径方向外側に形成されている。

上述の実施形態によれば、上記第一実施形態と同様、鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊは、段差部５４Ｄ，５４Ｅに対して下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃの上流側端部５３ｐに鋭角θ２をもって接続されるため、剥離渦Ｙ２を安定的に生成することができる。
その結果、微小隙間Ｈ１，Ｈ２を通り抜ける蒸気Ｓの漏れ流れを抑え、蒸気タービン１の性能低下を抑えることが可能となる。

また、鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊは、上流側に位置するシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂに対向するシールフィン１５Ａ，１５Ｂの先端部よりも、径方向外側に形成されている。このような構成によれば、上流側のシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂとシールフィン１５Ａ，１５Ｂとの微小隙間Ｈ１，Ｈ２を通過した蒸気Ｓが、鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊに沿って流れた結果、微小隙間Ｈ１，Ｈ２側に戻るのを抑えることができる。これにより、蒸気Ｓを、下流側のシュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃの上流側端部５３ｐと鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊとの交差部分に向かって効率良く案内することができ、剥離渦Ｙ２の安定的な生成に寄与することができる。

また、段差部５４Ｄ，５４Ｅは、鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊの径方向内側に、上流側に位置するシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂの下流側端部５３ｑから径方向外側に向かうに従って下流側に向かって延びる内周案内面５７Ｈ，５７Ｊを有している。このように構成することで、上流側のシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂとシールフィン１５Ａ，１５Ｂとの微小隙間Ｈ１，Ｈ２を通過した蒸気Ｓを、内周案内面５７Ｈ，５７Ｊから径方向外側の鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊに向かって効率良く案内することができる。

（第二実施形態の変形例）
なお、上記第二実施形態において、動翼５０のチップシュラウド５１Ａは、段差部５４Ｈ，５４Ｊの鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊに対し、径方向内側に傾斜面からなる内周案内面５７Ｈ，５７Ｊを設けたが、これに限らない。
図５は、本発明の第二実施形態の変形例に係る蒸気タービンの動翼の構成を示す拡大断面図である。
この図５に示すように、動翼５０のチップシュラウド（シュラウド）５１Ｄは、段差部５４Ｈ，５４Ｊの鋭角形成面５５Ｈ，５５Ｊに対し、径方向内側に、上流側に位置するシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂの下流側端部５３ｑから、シュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂ（又は回転軸３０の中心軸）に直交して径方向外側に延びる平面状の内周案内面５７Ｆ，５７Ｇを形成するようにしてもよい。

（第三実施形態）
次に、本発明にかかる回転機械の第三実施形態について説明する。以下に説明する第三実施形態においては、第一、第二実施形態と、チップシュラウド（シュラウド）５１Ｅに設けた段差部５４Ｋ、５４Ｌの構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

図６は、本発明の第三実施形態に係る蒸気タービンの動翼の構成を示す拡大断面図である。
図６に示すように、この実施形態における蒸気タービン１において、動翼５０の先端部となるチップシュラウド５１Ｅは、径方向外側に、シュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃと、段差部５４Ｋ，５４Ｌを有している。

段差部５４Ｋは、その上流側に位置するシュラウド外周面５３Ａの下流側端部５３ｑと、下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂの上流側端部５３ｐとを接続する。段差部５４Ｌは、その上流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂの下流側端部５３ｑと、下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｃの上流側端部５３ｐとを接続する。

段差部５４Ｋ，５４Ｌは、鋭角形成面５５Ｋ，５５Ｌと、内周案内面５７Ｋ，５７Ｌと、を有している。

鋭角形成面５５Ｋ，５５Ｌは、径方向外側に向かうに従って上流側に向かって延びる平面状の傾斜面からなる。鋭角形成面５５Ｋ，５５Ｌは、下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃの上流側端部５３ｐに鋭角θ３、θ４をもって接続される。これにより、鋭角形成面５５Ｋ，５５Ｌと下流側に位置するシュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃの上流側端部５３ｐとの交差部に、鋭角θ３、θ４に尖った鋭角先端部５６Ｋ，５６Ｌが形成されている。

ここで、第二のキャビティＣ２内に位置する段差部５４Ｋと、第三のキャビティＣ３内に位置する段差部５４Ｌとでは、鋭角先端部５６Ｋ、５６Ｌの鋭角θ３，θ４の大きさが互いに異なる。これにより、鋭角先端部５６Ｋから径方向外側に向かって上流側に流出する蒸気Ｓの流れの出口角度θｄ１と、鋭角先端部５６Ｌから径方向外側に向かって上流側に流出する蒸気Ｓの流れＦ２の出口角度θｄ２とは、その大きさが互いに異なる。ここで、出口角度θｄ１、θｄ２は、鋭角形成面５５Ｋ，５５Ｌに沿って流れ、鋭角先端部５６Ｋ、５６Ｌから径方向外側に向かって上流側に流出する蒸気Ｓの流れと、シュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃとの間の角度である。
具体的には、蒸気Ｓの密度は下流側に向かうほど小さくなる。ここで、微小隙間Ｈ１，Ｈ２が同一寸法である場合、下流側に行くほど、微小隙間Ｈ１，Ｈ２を通過する蒸気Ｓ（リークジェット）の流速は大きくなる。すなわち、一段目のシュラウド外周面５３Ａとシールフィン１５Ａとの微小隙間Ｈ１を通過した蒸気Ｓの流速よりも、二段目のシュラウド外周面５３Ｂとシールフィン１５Ｂとの微小隙間Ｈ２を通過した蒸気Ｓの流速の方が大きい。
すると、第三のキャビティＣ３内で段差部５４Ｌに衝突した蒸気Ｓの径方向外側に向かう流れは、第二のキャビティＣ２内で段差部５４Ｋに衝突した蒸気Ｓの径方向外側に向かう流れよりも強くなる。その結果、三段目のシュラウド外周面５３Ｃの径方向外側に形成される剥離渦Ｙ２の直径は、二段目のシュラウド外周面５３Ｂの径方向外側に形成される剥離渦Ｙ２の直径よりも大きくなるおそれがある。
そこで、本実施形態では、二段目の段差部５４Ｋの鋭角先端部５６Ｋから流出する蒸気Ｓの流れの出口角度θｄ１よりも、三段目の段差部５４Ｌの鋭角先端部５６Ｌから流出する蒸気Ｓの流れの出口角度θｄ２を小さくする。これによって、二段目のシュラウド外周面５３Ｂの径方向外側に形成される剥離渦Ｙ２の直径と、三段目のシュラウド外周面５３Ｃの径方向外側に形成される剥離渦Ｙ２の直径とを、同等の大きさとする。このようにして剥離渦Ｙ２による微小隙間Ｈ１，Ｈ２を通り抜ける蒸気Ｓの漏れ流れの抑制効果の均等化を図ることができる。

なお、上記第三実施形態では、段差部５４Ｋ，５４Ｌを、上記第二実施形態と同様の傾斜面からなる鋭角形成面５５Ｋ，５５Ｌ、内周案内面５７Ｋ、５７Ｌからなるものとしたが、これに限らない。上記第一実施形態、及びその変形例、上記第二実施形態の変形例で示したような構成に対しても、上記第三実施形態と同様の構成を適用可能である。

（第四実施形態）
次に、本発明にかかる回転機械の第四実施形態について説明する。以下に説明する第三実施形態においては、静翼４０に静翼鋭角形成面４５Ｄ，４５Ｅを有する静翼段差部４４Ｄ，４４Ｅを備えた構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図７は、図１における要部Ｊを示す拡大断面図である。
図７に示すように、蒸気タービン１の静翼４０Ｂは、静翼本体４２と、ハブシュラウド（静翼シュラウド）４１Ｂと、を有する。ハブシュラウド４１Ｂは、静翼本体４２の径方向内側に設けられている。ハブシュラウド４１Ｂは、リング状をなし、環状静翼群を構成する複数の静翼４０Ｂの静翼本体４２を連結する。ハブシュラウド４１Ｂの径方向内側でケーシング１０には回転軸３０が挿通され、回転軸３０に対して径方向の隙間をあけて配設されている。

ハブシュラウド４１Ｂは、径方向内側に、シュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃと、静翼段差部４４Ｄ，４４Ｅを有している。

シュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃは、それぞれ、回転軸３０の中心軸に沿って中心軸に平行に延びるよう形成されている。シュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃは、その径方向位置が、上流側のシュラウド内周面４３Ａから下流側のシュラウド内周面４３Ｃに向かって、段階的に径方向内側に位置するよう設けられている。すなわち、これらシュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃは、静翼本体４２から径方向内側への突出寸法が、回転軸３０の軸方向の上流側（図７における左側）から下流側（図７における右側）に向かうに従って、漸次段階的に大きくなるように配設されている。

静翼段差部４４Ｄは、その上流側に位置するシュラウド内周面４３Ａの下流側端部４３ｑと、下流側に位置するシュラウド内周面４３Ｂの上流側端部４３ｐとを接続する。静翼段差部４４Ｅは、その上流側に位置するシュラウド内周面４３Ｂの下流側端部４３ｑと、下流側に位置するシュラウド内周面４３Ｃの上流側端部４３ｐとを接続する。

静翼段差部４４Ｄ，４４Ｅは、静翼鋭角形成面４５Ｄ，４５Ｅと、静翼内周案内面４７Ｄ，４７Ｅと、を有している。

静翼鋭角形成面４５Ｄ，４５Ｅは、径方向内側に向かうに従って上流側に向かって延びる断面円弧状の湾曲面からなる。静翼鋭角形成面４５Ｄ，４５Ｅは、下流側に位置するシュラウド内周面４３Ｂ，４３Ｃの上流側端部４３ｐに鋭角θ１１をもって接続される。鋭角θ１１はより詳細には上流側端部４３ｐを通る静翼鋭角形成面４５Ｄ，４５Ｅの接線と、シュラウド外周面５３Ｂ，５３Ｃとのなす角である。
これにより、静翼鋭角形成面４５Ｄ，４５Ｅと下流側に位置するシュラウド内周面４３Ｂ，４３Ｃの上流側端部４３ｐとの交差部に、鋭角θ１１で尖った静翼鋭角先端部４６Ｄ，４６Ｅが形成されている。

静翼内周案内面４７Ｄ，４７Ｅは、静翼鋭角形成面４５Ｄ，４５Ｅの径方向外側に形成されている。静翼内周案内面４７Ｄ，４７Ｅは、上流側に位置するシュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂの下流側端部４３ｑから径方向内側に向かうに従って下流側に向かって延びる断面円弧状の湾曲面からなる。
ここで、静翼鋭角形成面４５Ｄ，４５Ｅと静翼内周案内面４７Ｄ，４７Ｅとの接続部と、上流側のシュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂとの径方向の間隔Ｌ１１、Ｌ１２は、上流側のシュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂと後述する静翼シールフィン１６Ａ，１６Ｂとの微小隙間Ｈ１１，Ｈ１２よりも大きい。これにより、静翼鋭角形成面４５Ｄ，４５Ｅは、上流側に位置するシュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂに対向する静翼シールフィン１６Ａ，１６Ｂの先端部よりも、径方向内側に形成されている。

軸本体３１には、ハブシュラウド４１Ｂに対して径方向で対向する部位に、環状溝３１１が形成されている。環状溝３１１は、ハブシュラウド４１Ｂの三つのシュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃに対応するように、上流側から下流側に向かって、段差により漸次縮径された三つの環状の凹部３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃを有している。環状溝３１１は、さらに、最下流側に、三段目の凹部３１１Ｃよりも縮径された四段目の凹部３１１Ｄを有している。

ここで、一段目の凹部３１１Ａと二段目の凹部３１１Ｂとの境界に位置する端縁部（エッジ部）３１２Ａには、静翼シールフィン１６Ａが設けられている。二段目の凹部３１１Ｂと三段目の凹部３１１Ｃとの境界に位置する端縁部３１２Ｂには、静翼シールフィン１６Ｂが設けられている。三段目の凹部３１１Ｃと四段目の凹部３１１Ｄとの境界に位置する端縁部３１２Ｃには、静翼シールフィン１６Ｃが設けられている。これら静翼シールフィン１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃは、それぞれ、ハブシュラウド４１Ｂに向けて径方向外側に延出している。この実施形態において、静翼シールフィン１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃは、シュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃに１：１で対応するように設けられている。これにより、シュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃは、それぞれが複数の静翼シールフィン１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃの少なくとも一つに径方向で対向している。

各静翼シールフィン１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃは、それぞれ対応するシュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃとの間に、微小隙間Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ１３を有して径方向で対向している。これら微小隙間Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ１３の各寸法は、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。
ここで、静翼シールフィン１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃと、シュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃとの微小隙間Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ１３は、全て同じ寸法であってもよいし、必要に応じて、これらを互いに異ならせることが可能であることはいうまでもない。

このような構成のもとに、ハブシュラウド４１Ｂ側と軸本体３１との間には、各シュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃと、これらに対応する環状溝３１１の三つの凹部３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃとの間にキャビティＣ１１〜Ｃ１３が形成されている。

このような構成において、蒸気タービン１の調整弁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。蒸気Ｓのうちの一部（例えば、数％）は、環状溝３１１内に流入する、所謂漏洩蒸気となる。

ここで、環状溝３１１内に流入した蒸気Ｓは、まず、第一のキャビティＣ１１に流入し、ハブシュラウド４１Ｂの上流側端面４１ｆに衝突し、上流側に戻るようにして回る主渦Ｙ１１を生じる。
その際、上流側端面４１ｆの径方向内側の端部において、主渦Ｙ１１から一部の流れが剥離されることにより、この主渦Ｙ１１と反対方向に回るように、剥離渦Ｙ１２が生じる。

このような剥離渦Ｙ１２は、静翼シールフィン１６Ａとシュラウド内周面４３Ａとの間の微小隙間Ｈ１１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、剥離渦Ｙ１２が形成されると、この剥離渦Ｙ１２には、静翼シールフィン１６Ａ先端の軸方向上流側において、速度ベクトルを径方向外側に向けるダウンフロー（アップフローともいう）を生じる。このダウンフローは、微小隙間Ｈ１１の直前で径方向外側に向う慣性力を保有しているため、微小隙間Ｈ１１を通り抜ける流れに対し、径方向外側に縮める効果（縮流効果）を発揮し、漏洩流量は小さくなる。

続いて、微小隙間Ｈ１１を通過した蒸気Ｓは、第二のキャビティＣ１２に流入し、静翼段差部４４Ｄに衝突し、上流側に戻るようにして主渦Ｙ１１を生じる。さらに、静翼段差部４４Ｄの静翼鋭角形成面４５Ｄと、下流側に位置するシュラウド内周面４３Ｂの上流側端部４３ｐとの交差部において、主渦Ｙ１１から一部の流れが剥離されることにより、この主渦Ｙ１１と反対方向に回る剥離渦Ｙ１２が生じる。

さらに、微小隙間Ｈ１２を通過した蒸気Ｓは、第三のキャビティＣ１３に流入し、静翼段差部４４Ｅに衝突し、さらに、上流側に戻るようにして回る主渦Ｙ１１を生じる。静翼段差部４４Ｅの静翼鋭角形成面４５Ｅと、下流側に位置するシュラウド内周面４３Ｃの上流側端部４３ｐとの交差部において、主渦Ｙ１１から一部の流れが剥離されることにより、この主渦Ｙ１１と反対方向に回る剥離渦Ｙ１２が生じる。

第二のキャビティＣ１２、第三のキャビティＣ１３で生じた剥離渦Ｙ１２は、静翼シールフィン１６Ｂ，１６Ｃとシュラウド内周面４３Ｂ，４３Ｃとの間の微小隙間Ｈ１２，Ｈ１３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、剥離渦Ｙ１２が形成されると、この剥離渦Ｙ１２は、静翼シールフィン１６Ｂ，１６Ｃ先端の軸方向上流側において、速度ベクトルを径方向外側に向けるダウンフローを生じる。このダウンフローは、微小隙間Ｈ１２，Ｈ１３の直前で径方向外側に向う慣性力を保有しているため、微小隙間Ｈ１２，Ｈ１３を通り抜ける流れに対し、径方向外側に縮める効果（縮流効果）を発揮し、漏洩流量は小さくなる。

したがって、上述の実施形態によれば、静翼４０のハブシュラウド４１に設けられた静翼段差部４４Ｄ，４４Ｅは、静翼鋭角形成面４５Ｄ，４５Ｅを備えている。静翼鋭角形成面４５Ｄ，４５Ｅは、静翼段差部４４Ｄ，４４Ｅに対して下流側に位置するシュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの上流側端部４３ｐに鋭角をもって接続されるため、剥離を促進でき、剥離渦Ｙ１２を安定的に生成することができる。その結果、微小隙間Ｈ１２，Ｈ１３を通り抜ける漏れ流れを抑え、蒸気タービン１の性能低下を抑えることが可能となる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。即ち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述の実施形態や変形例では、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。

例えば、図８に示すような構成を採用することも可能である。
即ち、第一実施形態と同様に、動翼５０のチップシュラウド５１Ａではシュラウド外周面５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃは、動翼本体５２から径方向外側への突出高さが、回転軸３０の軸方向の上流側（図８における左側）から下流側（図８における右側）に向かうに従って、漸次段階的に高くなるように配設されている。
また、静翼４０Ｂのハブシュラウド４１Ｂではシュラウド内周面４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃは、静翼本体４２から径方向内側への突出寸法が、回転軸３０の軸方向の上流側（図８における左側）から下流側（図８における右側）に向かうに従って、漸次段階的に小さくなるように配設されている。
そして三段目の凹部３１１Ｃは四段目の凹部３１１Ｄよりも径方向内側に位置している。また、一段目の凹部３１１Ａの底面は二段目の凹部３１１Ｂの底面と同じ径方向位置に配置されている。

さらに、図９に示すような構成を採用することも可能である。
即ち、動翼５０のチップシュラウド５１Ｆは、段差部５４Ｍを有している。この段差部５４Ｍによって動翼５０Ｂは、動翼本体５２から径方向外側への突出高さが、回転軸３０の軸方向の上流側（図９における左側）から下流側（図９における右側）に向かうに従って、漸次段階的に低くなるように配設されている。そしてシールフィン１５Ａがチップシュラウド５１Ｆの上流側の端部の位置に設けられている。また、シールフィン１５Ｂが、段差部５４Ｍを形成するとともに下流側を向く案内面５４Ｍａの位置に設けられている。さらに、シールフィン１５Ｃがチップシュラウド５１Ｆの下流側の端部の位置に設けられている。シールフィン１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃはチップシュラウド５１Ｆから径方向外側に突出する。
また仕切板外輪１１が、チップシュラウド５１Ｆに対して径方向で対向する部位に段差部５４Ｄ，５４Ｅを有している。これら段差部５４Ｄ，５４Ｅによって仕切板外輪１１の径方向の位置が、回転軸３０の軸方向の上流側から下流側に向かうに従って、漸次段階的に径方向内側に位置する。

さらに図９では、静翼４０Ｃのハブシュラウド４１Ｃが、静翼段差部４４Ｆを有している。この静翼段差部４４Ｆによって静翼４０Ｃは、静翼本体４２から径方向内側への突出高さが、回転軸３０の軸方向の上流側から下流側に向かうに従って、漸次段階的に低くなるように配設されている。そしてシールフィン１６Ａがハブシュラウド４１Ｃの上流側の端部の位置に設けられている。また、シールフィン１６Ｂが、静翼段差部４４Ｆを形成するとともに下流側を向く案内面４４Ｆａの位置に設けられている。さらに、シールフィン１６Ｃがハブシュラウド４１Ｃの下流側の端部の位置に設けられている。シールフィン１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃはハブシュラウド４１Ｃから径方向内側に突出する。
また軸本体３１は、ハブシュラウド４１Ｃに対して径方向で対向する部位に段差部４４Ｄ，４４Ｅを有している。これら段差部４４Ｄ，４４Ｅによって軸本体３１の外周面の径方向の位置が、回転軸３０の軸方向の上流側から下流側に向かうに従って、漸次段階的に径方向内側に位置する。

また、上述の実施形態では、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、上述の実施形態では、本発明を蒸気タービン１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。

１ 蒸気タービン（回転機械）
１０ ケーシング
１１ 仕切板外輪
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ シールフィン
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ 静翼シールフィン
２０ 調整弁
２１ 調整弁室
２２ 弁体
２３ 弁座
２４ 蒸気室
３０ 回転軸
３１ 軸本体
３２ ディスク
４０、４０Ｂ、４０Ｃ 静翼
４１、４１Ｂ、４１Ｃ ハブシュラウド（静翼シュラウド）
４１ｆ 上流側端面
４２ 静翼本体
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ シュラウド内周面
４３ｐ 上流側端部
４３ｑ 下流側端部
４４Ｄ、４４Ｅ、４４Ｆ 静翼段差部
４４Ｆａ 案内面
４５Ｄ、４５Ｅ 静翼鋭角形成面
４６ 静翼鋭角先端部
４７Ｄ、４７Ｅ 静翼内周案内面
５０、５０Ｂ 動翼
５１Ａ〜５１Ｆ チップシュラウド（シュラウド）
５１ｆ 上流側端面
５２ 動翼本体
５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ シュラウド外周面（外周面）
５３ｐ 上流側端部
５３ｑ 下流側端部
５４Ｄ、５４Ｅ、５４Ｈ、５４Ｊ、５４Ｋ、５４Ｌ、５４Ｍ 段差部
５４Ｍａ 案内面
５５Ｄ、５５Ｅ、５５Ｈ、５５Ｊ、５５Ｋ、５５Ｌ 鋭角形成面
５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｈ、５６Ｊ、５６Ｋ、５６Ｌ 鋭角先端部
５７Ｄ、５７Ｅ、５７Ｆ、５７Ｇ、５７Ｈ、５７Ｊ、５７Ｋ、５７Ｌ 内周案内面
６０ 軸受部
６１ ジャーナル軸受装置
６２ スラスト軸受装置
１１１ 環状溝
１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１１Ｄ 凹部
１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ 端縁部
１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄ 内壁面
３１１ 環状溝
３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃ、３１１Ｄ 凹部
３１２Ｂ、３１２Ｃ 端縁部
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３ キャビティ
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ１３ 微小隙間
Ｋ 隙間
Ｓ 蒸気
Ｙ１、Ｙ１１ 主渦
Ｙ１２、Ｙ２ 剥離渦
θ１、θ２、θ３、θ４、θ１１ 鋭角
θｄ１、θｄ２ 出口角度

Claims (9)

1. 回転機械の回転軸から径方向外側に向かって延びるよう設けられた動翼本体、及び、前記動翼本体の径方向外側に設けられたシュラウドを有する動翼において、
   前記シュラウドは、
   前記回転軸の中心軸方向に沿って流れる作動流体の上流側から下流側に向かって段階的に径方向外側に位置するように複数設けられた外周面と、
   前記上流側に位置する前記外周面の下流側端部と前記下流側に位置する前記外周面の上流側端部とを接続する段差部と、を有し、
   前記段差部は、径方向外側に向かうに従って前記上流側に向かって延び、前記下流側に位置する前記外周面の前記上流側端部に鋭角をもって接続される鋭角形成面を有し、
   前記下流側の前記外周面になるほど該外周面の前記上流側に位置する前記外周面に対する径方向への突出高さが小さくなり、
   複数の前記外周面と前記鋭角形成面との間の前記鋭角の角度が、前記上流側の前記外周面から前記下流側の前記外周面に向かって大きくなる動翼。
2. 前記鋭角形成面と前記下流側に位置する前記外周面の前記上流側端部との交差部に、鋭角に尖った鋭角先端部が形成されている請求項１に記載の動翼。
3. 前記段差部は、前記鋭角形成面の径方向内側に、前記上流側に位置する前記外周面の前記下流側端部から径方向外側に向かうに従って前記下流側に向かって延びる内周案内面を有している請求項１又は２に記載の動翼。
4. 回転機械の回転軸から径方向外側に向かって延びるよう設けられた動翼本体、及び、前記動翼本体の径方向外側に設けられたシュラウドを有する動翼において、
   前記シュラウドは、
   前記回転軸の中心軸方向に沿って流れる作動流体の上流側から下流側に向かって段階的に径方向外側に位置するように複数設けられた外周面と、
   前記上流側に位置する前記外周面の下流側端部と前記下流側に位置する前記外周面の上流側端部とを接続する段差部と、を有し、
   前記段差部は、径方向外側に向かうに従って前記上流側に向かって延び、前記下流側に位置する前記外周面の前記上流側端部に鋭角をもって接続される鋭角形成面を有し、
   複数の前記外周面と前記鋭角形成面との間の前記鋭角の角度が、前記上流側の前記外周面から前記下流側の前記外周面に向かって大きくなる動翼。
5. 前記回転軸と、請求項１から４の何れか一項に記載の動翼を備えているロータユニット。
6. 前記シュラウドの径方向外側に配置され、その径方向内側を作動流体が前記中心軸方向に沿って上流側から下流側に向かって流れるケーシングと、
   前記中心軸方向に沿って間隔をあけて複数設けられ、それぞれ、前記ケーシングから径方向内側に向かって突出するシールフィンと、
   請求項５に記載のロータユニットと、
   を備えている回転機械。
7. 前記鋭角形成面は、前記上流側に位置する前記外周面に対向する前記シールフィンの先端部よりも、径方向外側に形成されている請求項６に記載の回転機械。
8. 前記鋭角形成面は、前記上流側の前記外周面と前記シールフィンとの隙間を通過した作動流体を径方向外側に導くとともに、前記鋭角形成面と前記下流側に位置する前記外周面の前記上流側端部との交差部で、径方向外側に導かれた前記作動流体の一部を前記作動流体の主流から剥離させて剥離渦を生成する請求項６又は７に記載の回転機械。
9. 前記鋭角形成面は、前記上流側の前記外周面と前記シールフィンとの隙間を通過した作動流体を径方向外側に導くとともに、前記鋭角形成面と前記下流側に位置する前記外周面の前記上流側端部との交差部で、径方向外側に導かれた前記作動流体の一部を前記作動流体の主流から剥離させて剥離渦を生成する請求項７に記載の回転機械。

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