JPH10311205A - 軸流タービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸流タービンの動翼先端部と静止部の間隙を
通過する漏洩流体量を減少させ、シール効果の高い動翼
先端部に設置する漏洩防止装置を提供する。 【解決手段】 タービン動翼５１先端部において、この
動翼５１と一体構造のインテグラルカバー５２外周面に
複数の階段状あるいは凹凸状に形成された平坦部５３ま
たは突起フィン５４を有し、その外径寸法を漏洩流体５
６の流れ方向に沿って段差を設け、この平坦部５３ある
いは突起フィン５４に対向する静止部側にシールフィン
５８を配設し、漏洩流体５６の吹抜け現象を低減する手
段が設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸流型タービン等
において動翼先端の回転部とケーシング等の静止部の間
隙からの流体漏洩を防止した軸流タービンに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】一般に、蒸気，ガスタービン等の軸流タ
ービンは、静止しているノズルと回転する動翼から構成
されている。ノズルは、圧力の高い上流から圧力の低い
下流に蒸気等の作動流体を膨張させ、熱エネルギーを速
度エネルギーに変換する。動翼は、この速度エネルギー
により回転し回転エネルギーとなり、その回転エネルギ
ーで発電機等を回し動力として取出す。

【０００３】ところで、前述のように軸流タービンは回
転する動翼先端部とノズル等から成る静止部とは適度な
間隙を設けて近接している。そのため、ノズルから動翼
に流れる蒸気等の作動流体の一部はこの間隙に流れる。
この流れは、タービンを回転させるエネルギーに寄与し
ないため効率の低下を招く。そこで、従来からこの流れ
をできるだけ少なくするために、動翼もしくは静止部に
フィン状のものを設けている。その例として、従来から
蒸気タービンに使用されている動翼先端部の漏洩防止装
置を図１０に示す。

【０００４】タービン段落部１は、ケーシング２で固定
されているノズルダイアフラム４に、流路部を形成する
ノズル５と、ケーシング２の中心にあり回動可能なロー
タ３と同心のホイール６に植設され通路部を形成する動
翼７及び動翼７の先端部にあるテノン８で固定されたシ
ュラウド９と、ノズルダイアフラム４に取付けられたシ
ールフィン１０から構成されている。このようなタービ
ン段落部１において、翼頂部１１を通過する漏洩流体１
４は、シュラウド９とシールフィン１０の間隙１３を流
れる。この漏洩量は、段落部における全流量の１〜３％
程度になり、有効にエネルギー変換が出来ず、タービン
効率が低下して性能に大きな影響を及ぼしている。

【０００５】漏洩量を減少させるためにシュラウド９と
シールフィン１０の間隙１３を減少させる方法がある
が、間隙１３を小さくし過ぎるとシュラウド９とシール
フィン１０で機械的な接触が起りやすくなり、間隙１３
の値には限界がある。

【０００６】このため従来においては、漏洩を防止する
ために図１１から図１４に示す構造が従来提案されてい
る。図１１の例においては、シールフィン１０の歯数を
増加させ流れ方向に連続的に並べ、シール効果を高める
ように構成されている。

【０００７】図１２は、シュラウド９の流入側と流出側
に段差部１５を設け、この段差部１５でシール室２０内
へ流入した漏洩蒸気１４の速度エネルギーを減衰させこ
の漏洩蒸気１４がシ−ル室２０内を吹抜けるのを防止す
る構造である。さらに、シール効果の高い方法として図
１３に示すように、従来のテノン８を廃止しシュラウド
９を動翼７に一体構造にしてインテグラルカバー１７と
し、このカバー１７の中央に凹面溝１８を形成して、上
述した図１２における段差部１５を複数設けることによ
り従来よりシール効果を高めたものもある。

【０００８】また、図１４に示すように、通常、タービ
ンは、流体が高圧から低圧へ膨張する際に、比容積が増
大する。そのため、それに対応して段落通路内における
ノズルや動翼の高さを高圧部から低圧部に向うに従って
増加させるため、ノズル５や動翼７の先端流路部には傾
斜部５ａ、１７ａを形成した構造を採用している。この
場合、前記の図１１〜図１３に示した従来のシールフィ
ン１６では、構造的に設置が不可能となるため、シュラ
ウド９の流出側に平坦面１９を設け、シールフィン１６
を部分的に設置している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の漏洩
防止手段では、たとえば図１１の場合、シールフィン１
０の数を増加し過ぎたり、間隙１３を大きくするとシー
ルフィン１０先端の絞られた部分では上流からの速度エ
ネルギーが十分減衰せずに、その残留エネルギーのため
シールフィン１０とシュラウド９の間隙１３を吹抜ける
現象が発生してシール効果が低くなる。

【００１０】一方、図１２の場合、段差部１５の設置に
より上記の欠点を解消することができるが、シールフィ
ン１６の数が多いときにはシール室２０の容積が減少す
るため、そこでの速度エネルギーの減衰が少なくなりそ
の効果が低下する。

【００１１】さらに、図１３の場合、タービン（ロータ
３）の熱膨張による軸方向伸びが大きい場合には、凹面
溝１８とシールフィン１６との接触が考えられ、最悪の
場合には、シールフィン１６を設置出来ないことがあ
る。また、図１４の場合、ノズル５および動翼７ともに
傾斜部５ａ、１７ａを有する構造のためシールフィン１
６の数が少なくなり、シール効果が低い。

【００１２】このように、従来の漏洩防止装置は種々の
欠点があり、タービンの効率低下の一因となっている。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたもの
で、シールフィン部の吹抜け現象による流体の漏洩量の
増加を防止するとともに、タービンとケーシングの伸び
差が大きく、翼先端が傾斜したタービン段落においても
適用できる漏洩防止装置とし、それによるタービンの段
落効率を改善した軸流タービンを提供することを目的と
する。

【００１３】

【課題を解決するために手段】この目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係わる軸流タービンは、作動流
体を流出するノズルから成る静止部と回転する動翼とか
ら成る軸流タービンにおいて、動翼の先端部に一体に設
けられたインテグラルカバーの外周面先端部の作動流体
流入側と後端部の流出側に各々平坦部を形成し、その中
間部に突起フィンを複数列形成し、この作動流体流入側
平坦部、突起フィン、作動流体流出側平坦部の各々の外
径寸法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３とし、前記作動流体流入側平
坦部とこれに対向する静止部に設けられたフィン先端部
との半径方向間隙の距離をＣ１とし、前記突起フィン先
端部とこれに対向する静止部に設けられたフィン先端部
との半径方向間隙の距離をＣ２とするとき、次式の条件
を満たすことを特徴とする。

【００１４】

【数９】Ｄ１＜Ｄ３＜Ｄ２ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１ このように、突起フィンの両側に平坦部を設けかつ突起
フィンに対向してシールフィンを設けたことによりシー
ル効果が向上し漏洩流体が減少するとともにタービンの
熱膨張によるロータの軸方向変位に対してもシールフィ
ンが突起フィンに接触することが無くなる。また突起フ
ィンとシールフィンが万が一接触しても、軽微な損傷で
済むため、その間隙をさらに少なくすることができる。

【００１５】この目的を達成するため、本発明の請求項
２に係わる軸流タービンは、作動流体を流出するノズル
から成る静止部と回転する動翼とから成る軸流タービン
において、動翼の先端部に一体に設けられたインテグラ
ルカバーの外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流
出側に各々平坦部を形成し、その中間部に突起フィンを
複数列形成し、この作動流体流入側平坦部、突起フィ
ン、作動流体流出側平坦部の各々の外径寸法をＤ１，Ｄ
２，Ｄ３とし、前記作動流体流入側平坦部とこれに対向
する静止部に設けられたフィン先端部との半径方向間隙
の距離をＣ１とし、前記突起フィン先端部とこれに対向
する静止部に設けられたフィン先端部との半径方向間隙
の距離をＣ２とするとき、次式の条件を満たすことを特
徴とする。

【００１６】

【数１０】Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１ これにより、突起フィンの両側に平坦部を設けかつ突起
フィンに対向してシールフィンを設けたことによりシー
ル効果が向上し漏洩流体が減少するとともにタービンの
熱膨張によるロータの軸方向変位に対してもシールフィ
ンが突起フィンに接触することが無くなる。また突起フ
ィンとシールフィンが万が一接触しても、軽微な損傷で
済むため、その間隙をさらに少なくすることができる。

【００１７】この目的を達成するため、本発明の請求項
３に係わる軸流タービンは、作動流体を流出するノズル
から成る静止部と回転する動翼とから成る軸流タービン
において、動翼の先端部に一体に設けられたインテグラ
ルカバーの外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流
出側の間に複数の平坦部と隣接する平坦部より低く形成
された凹状の溝とを交互に形成し、この作動流体流入側
平坦部、作動流体流入側第２の平坦部、作動流体流出側
第１の平坦部、作動流体流出側平坦部のそれぞれの外形
寸法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４としたときに、次式の条
件を満たすことを特徴とする。

【００１８】

【数１１】Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４ これにより、漏洩流体は各凹状の溝部でその速度エネル
ギが減衰されるためシールフィンとインテグラルカバー
の間隙を通過することがなくなり、シール効果が向上す
る。

【００１９】この目的を達成するため、本発明の請求項
４に係わる軸流タービンは、作動流体を流出するノズル
から成る静止部と回転する動翼とから成る軸流タービン
において、動翼の先端部に一体に設けられたインテグラ
ルカバーの外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流
出側の間に複数の平坦部を階段状に形成し、この作動流
体流入側平坦部、中間平坦部、作動流体流出側平坦部の
各々の外径寸法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３としたときに、次式
の条件を満たすことを特徴とする。

【００２０】

【数１２】Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３ これにより、漏洩流体は階段状の部分でその速度エネル
ギが減衰されるためシールフィンとインテグラルカバー
の間隙を通過することがなくなり、シール効果が向上す
る。

【００２１】この目的を達成するため、本発明の請求項
５に係わる軸流タービンは、前記平坦部の作動流体上流
側の上面端部に上流側に向って軸方向フィンを形成した
ことを特徴とする。

【００２２】これにより、漏洩流体は上流側に傾いたフ
ィンの部分でその速度エネルギーが減衰されるためシー
ルフィンとインテグラルカバーの間隙を通過することが
なくなり、シール効果が向上する。

【００２３】この目的を達成するため、本発明の請求項
６に係わる軸流タービンは、作動流体を流出するノズル
から成る静止部と回転する動翼とから成る軸流タービン
において、動翼の先端部に一体に設けられたインテグラ
ルカバーの外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流
出側の間に複数の平坦部と複数の突設されたフィンを交
互に形成し、この作動流体流入側平坦部、作動流体流入
側突起フィン、中央平坦部、作動流体流出側突起フィ
ン、作動流体流出側平坦部の各々の外径寸法をＤ１，Ｄ
２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５とし、前記作動流体流入側平坦部
とこれに対向する静止部に設けられたフィン先端部との
半径方向間隙の距離をＣ１とし、前記作動流体流出側突
起フィン先端部とこれに対向する静止部に設けられたフ
ィン先端部との半径方向間隙の距離をＣ２とするとき、
次式の条件を満たすことを特徴とする。

【００２４】

【数１３】Ｄ１＜Ｄ２＞Ｄ３＜Ｄ４＞Ｄ５ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１ これにより、漏洩流体は突起フィンの部分でその速度エ
ネルギが減衰され、かつ突起フィンに挟まれた平坦部に
もシールフィンが設置されているためその間隙を通過す
ることがなくなり、シール効果が向上する。さらに平坦
部が突起フィンの両側に設けられているため、タービン
の熱膨張により動翼が軸方向に移動してもシールフィン
とインテグラルカバーが接触することはない。

【００２５】この目的を達成するため、本発明の請求項
７に係わる軸流タービンは、作動流体を流出するノズル
から成る静止部と回転する動翼とから成る軸流タービン
において、動翼の先端部に一体に設けられたインテグラ
ルカバーの外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流
出側の間に複数の平坦部を階段状に形成し、この作動流
体流入側平坦部、中央平坦部、作動流体流出側平坦部の
各々の外径寸法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３としたときに、次式
の条件を満たすことを特徴とする。

【００２６】

【数１４】Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３ これにより、漏洩流体はインテグラルカバーとシールフ
ィンとの間隙を通過する間に、何回かシールフィンに当
たるため、その間に速度エネルギが減衰してしまい、そ
の漏洩量は減少しシール効果が向上する。

【００２７】この目的を達成するため、本発明の請求項
８に係わる軸流タービンは、作動流体を流出するノズル
から成る静止部と回転する動翼とから成る軸流タービン
において、動翼の先端部に一体に設けられたインテグラ
ルカバーの外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流
出側に各々平坦部を形成し、その中間部に突起フィンを
複数列形成し、この作動流体流入側平坦部、突起フィ
ン、作動流体流出側平坦部の各々の外形寸法をＤ１，Ｄ
２，Ｄ３とし、前記作動流体流入側平坦部と突起フィン
の外径寸法を前記作動流体の流入側から流出側の順にＤ
１，Ｄ２，Ｄ３とし、前記平坦部とこれに対向する静止
部に設けられたフィン先端部との半径方向間隙の距離を
Ｃ１とし、前記突起フィン先端部とこれに対向する静止
部に設けられたフィン先端部との半径方向間隙の距離を
Ｃ２とするとき、次式の条件を満たすことを特徴とす
る。

【００２８】

【数１５】Ｄ１＝Ｄ３＜Ｄ２ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１ これにより、インテグラルカバーと突起フィンとの間隙
を通過する流体は突起フィンもしくはシールフィンに何
回か当たる間に速度エネルギが減衰してしまい、その間
隙を通過できなくなる。よって、漏洩流体量が減少しシ
ール効果が向上する。さらに、突起フィンの両側に平坦
部が設けられているため、タービンの熱膨張による動翼
の軸方向変位に対しても、シールフィンがインテグラル
カバーに接触することがなくなる。

【００２９】この目的を達成するため、本発明の請求項
９に係わる軸流タービンは、作動流体を流出するノズル
から成る静止部と回転する動翼とから成る軸流タービン
において、動翼の先端部に一体に設けられたインテグラ
ルカバーの外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流
出側の間に平坦部と複数のフィンを交互に複数形成し、
この作動流体流入側平坦部、作動流体流入側フィン、中
央平坦部、作動流体流出側フィン、作動流体流出側平坦
部の各々の外径寸法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５と
し、前記作動流体流入側平坦部とこれに対向する静止部
に設けられたフィン先端部との半径方向間隙の距離をＣ
１とし、前記作動流体流入側突起フィン先端部とこれに
対向する静止部に設けられたフィン先端部との半径方向
間隙の距離をＣ２とするとき、次式の条件を満たすこと
を特徴とする。

【００３０】

【数１６】Ｄ１＝Ｄ５≦Ｄ３＜Ｄ２＝Ｄ４ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１ これにより、漏洩流体はインテグラルカバーとシールフ
ィンとの間隙を通過する間に、何回かシールフィンに当
たるため、その間に速度エネルギが減衰してしまい、漏
洩量は減少しシール効果が向上する。さらに、突起フィ
ンの両側に平坦部が設けられているため、タービンの熱
膨張による動翼の軸方向変位に対しても、シールフィン
がインテグラルカバーに接触することがなくなる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態に係わる軸流タービンを説明する。図１は、第
１の実施形態に係わる軸流タービンの段落通路部の動翼
先端部断面図である。動翼５１の先端には、動翼５１と
一体に形成されたインテグラルカバー５２が設けられて
いる。そして、その外周面には、作動流体の流入側端部
と流出側端部に平坦部５３ａ，５３ｂ、その中間部に複
数の突起フィン５４が形成されている。

【００３２】ここで、平坦部５３ａ、突起フィン５４、
平坦部５３ｂの各々の外径寸法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３と
し、平坦部５３ａとこの平坦部５３ａと対向する位置の
シールフィン５８先端部との半径方向間隙距離をＣ１、
突起フィン５４部とこの突起フィン５４と対向する位置
のシールフィン５８先端部との半径方向間隙距離をＣ２
とすると、下式の条件を満たす構造にする。

【００３３】

【数１７】Ｄ１＜Ｄ３＜Ｄ２ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１ 本実施形態では、翼先端のインテグラルカバー５２の外
周面の平坦部５３ａと突起フィン５４の外径寸法が異な
っていることから、ノズル５５から流体５７が流出後、
動翼５１の先端部を通過する漏洩流体５６が、流入側に
ある平坦部５３ａを流れ、下流の突起フィン５４側面に
衝突する（図中矢印ａ）。また、流出側まで到達した漏
洩流体も同様にシールフィン５８に衝突する（図中矢印
ｂ）。その結果、流入側の平坦部５３ａから突起フィン
５４を通過して流出側平坦部５３ｂまで漏洩流体が吹抜
ける現象が解消され、流動抵抗が増大するため、よりシ
ール効果を向上させることができる。

【００３４】更に、中央部のシールフィン５８を、イン
テグラルカバー５２から突起した突起フィン５４に対向
して配設したことで、従来の連続したフィンよりシール
効果が高くなる。また、タービン回転中に何らかの異常
現象によってシールフィン５８と突起フィン５４が接触
した場合でも、その接触部が点接触になるため従来のシ
ールフィンより損傷が少なくなり、半径方向の間隙をさ
らに小さくすることが可能となり、さらなる漏洩量の低
減が期待できる。

【００３５】一方、突起フィン５４とシールフィン５８
からなるインテグラルカバー５２の中央部の漏洩防止手
段を改善したことにより、この中央部の長さＷ１を従来
より短かくすることができ、その分、平坦部５３ａの長
さＷ２および平坦部５３ｂの長さＷ３を延長することが
できる。よって、タービン軸とケーシング２の熱膨張に
よる伸縮量の違いを、この長さＷ２およびＷ３で吸収で
きるようになるため、シールフィン５８と突起フィン５
４側面との接触が避けられる。すなわち、タービンの熱
膨張による軸方向の伸縮量とケーシング２の伸縮量との
差が大きい段落部に適用可能になる。

【００３６】このように構成されているため、動翼先端
部からの漏洩量を大幅に減少することができ、タービン
の段落効率に大きな改善効果を得ることができる。次
に、図２を参照して、第２の実施形態に係わる軸流ター
ビンを説明する。

【００３７】図２は、第２の実施形態に係わる軸流ター
ビンの段落通路部の動翼先端部断面図である。動翼６１
の先端には、動翼６１と一体にインテグラルカバー６２
が設けられている。そして、その外周面には、流入側端
部と流出側端部にそれぞれ平坦部６３ａ，６３ｂを、平
坦部６３ａ，６３ｂにはさまれた中央部には突起フィン
６４が形成されている。この平坦部６３ａ、突起フィン
６４、平坦部６３ｂのの各々の外径寸法をＤ１，Ｄ２，
Ｄ３とし、平坦部６３ａとこの平坦部６３ａと対向する
位置のシールフィン６８先端部との半径方向間隙距離を
Ｃ１、突起フィン６４部とこの突起フィン６４と対向す
る位置のシールフィン６８先端部との半径方向間隙距離
をＣ２とすると、下式の条件を満たす構造にする。

【００３８】

【数１８】Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１ 本実施形態では、翼先端のインテグラルカバー６２外周
面の平坦部６３ａと６３ｂと突起フィン６４の外径寸法
が異なっていることから、前記の第１の実施形態と同様
にノズル５５から流体６７が流出後、動翼先端部を通過
する漏洩流体６６が、流入側にある平坦部６３ａを流
れ、その下流にある突起フィン６４の側面に衝突する
（図中矢印ｃ）。また、流出側まで到達した漏洩流体も
同様に流出側端部に設けられた平坦部６３の側面に衝突
する（図中矢印ｄ）。

【００３９】その結果、流入側の平坦部６３ａから突起
フィン６４を通過して流出側平坦部６３ｂまで漏洩流体
が吹抜ける現象が解消され、流動抵抗が増大するので、
よりシール効果を向上させることができる。更に、中央
部のシールフィン６８を、インテグラルカバー６２から
突設した突起フィン６４に対向して設置したことで、た
とえこれらのフィン同士が接触した時にも点接触となり
動翼には大きな影響を及ぼさないため、その間隙Ｃ２を
従来の連続したフィンより小さくすることが出来るため
シール効果が向上する。

【００４０】また、タービン軸とケーシング２の熱膨張
による伸縮量の違いを、ケーシング２の内径と動翼６１
先端部の外径をそれぞれ下流側に向うほど大きくしたこ
とにより吸収でき、シールフィン６８が突起フィン６４
の側面に接触することを避けることができる。よって、
熱膨張によるタービンとケーシング２の軸方向伸縮量の
差によって動翼６１が下流側に大きく移動する場合有効
である。

【００４１】次に、図３を参照して、第３の実施形態に
係わる軸流タービンを説明する。図３は、第３の実施形
態に係わる軸流タービンの段落通路部の動翼先端部断面
図である。動翼７１の先端には、動翼７１と一体にイン
テグラルカバー７２が設けられている。そして、その外
周面には、流入側から流出側に向って交互に複数の平坦
部７３と凹状溝部７５が設けられている。平坦部７３の
外径寸法を流入側に配置された平坦部７３ａ，７３ｂ，
７３ｃ，７３ｄから順にＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４とした
ときに、下式の条件を満たす構造にする。

【００４２】

【数１９】Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４ そして、上記平坦部７３ａ〜７３ｄと対向する位置に配
設されたシールフィン７８は各々平坦部７３ａ〜７３ｄ
と均しい間隙を有するように設定されている。

【００４３】本実施形態では、ノズル５５から流体７７
が流出後、動翼先端部を通過する漏洩流体７６が、流入
側端部にある平坦部７３ａを流れ、そのすぐ下流側の平
坦部７３ｂの側面に衝突する（図中矢印ｆ）。各平坦部
７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄは階段状になっている
ため、漏洩流体は同様な運動を繰り返すことになる。そ
の衝突により漏洩流体は持っている速度エネルギーを減
衰させるため、シールフィン７８と平坦部７３の間隙を
通り抜ける漏洩流体は減少しシール効果が向上する。

【００４４】また、タービン軸とケーシング２の熱膨張
による伸縮量の違いを、ケーシング２の内径と動翼７１
先端部の外径をそれぞれ下流側に向うほど大きくしたこ
とにより吸収できるため、熱膨張によるタービンとケー
シング２の軸方向伸縮量の差によって動翼７１が下流側
に大きく移動する場合に有効である。

【００４５】なお、図３においては、平坦部７３を４段
で説明したが、５段以上であっても同様な効果を得るこ
とができる。次に、図４を参照して、第４実施形態に係
わる軸流タービンの漏洩防止装置を説明する。

【００４６】図４は、第４の実施形態に係わる軸流ター
ビンの段落通路部の動翼先端部断面図である。動翼８１
の先端には、動翼８１と一体にインテグラルカバー８２
が設けられている。そして、その外周面には、流入側か
ら流出側に複数の平坦部８３が形成され、それぞれ階段
状に段差が設けられている。平坦部８３の外径寸法を流
入側に配置された平坦部８３ａ，８３ｂ，８３ｃから順
にＤ１，Ｄ２，Ｄ３としたときに、下式の条件を満たす
構造にする。

【００４７】

【数２０】Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３ 本実施形態では、ノズル５５から流体８７が流出後、動
翼先端部を通過する漏洩流体８６が、流入側にある平坦
部８３ａを流れ、そのすぐ下流側の平坦部８３ｂの側面
に衝突する（図中矢印ｇ）。各平坦部８３ａ，８３ｂ，
８３ｃは階段状になっているため、漏洩流体８６は同様
な運動を繰り返すことになる。その衝突により漏洩流体
は持っている速度エネルギを減衰させるため、シールフ
ィン８８と平坦部８３の間隙を通り抜ける漏洩流体８６
は減少しシール効果が向上する。

【００４８】また、タービン軸とケーシング２の熱膨張
による伸縮量の違いを、ケーシング２の内径と動翼８１
先端部の外径をそれぞれ下流側に向うほど大きくしたこ
とにより吸収できるため、熱膨張によるタービンとケー
シング２の軸方向伸縮量の差によって動翼８１が下流側
に大きく移動する場合有効である。

【００４９】次に、図５を参照して、第５の実施形態に
係わる軸流タービンの漏洩防止装置を説明する。図５
は、第５の実施形態に係わる軸流タービンの段落通路部
の動翼先端部断面図である。動翼９１の先端には、動翼
９１と一体にインテグラルカバー９２が設けられてい
る。そして、その外周面には、流入側から流出側に階段
状に段差を設けて複数の平坦部９３が設けられている。
各平坦部９３の上面角部には漏洩流体の上流側に向って
軸方向フィン９４が形成されている。

【００５０】ケーシング２に取付けられたシールフィン
９８と平坦部９３とで径方向の間隙を構成するととも
に、この軸方向フィン９４とそのすぐ上流側のシールフ
ィン９８とで軸方向にも間隙を構成している。平坦部９
３の外径寸法を流入側に配置された平坦部９３ａ，９３
ｂ，９３ｃから順にＤ１，Ｄ２，Ｄ３としたときに、下
式の条件を満たす構造にする。

【００５１】

【数２１】Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３ 本実施形態では、ノズル５５から流体９７が流出後、動
翼先端部を通過する漏洩流体９６が、流入側にある平坦
部９３ａを流れ、そのすぐ下流側の平坦部９３ｂの側面
に衝突する（図中矢印ｈ）。更に、軸方向フィン９４と
シールフィン９８とで形成された軸方向間隙で一旦流れ
が絞られるため、漏洩流体は持っている速度エネルギー
を減衰させ流動抵抗が増加するので、シールフィン９８
と平坦部９３の間隙を通り抜ける漏洩流体は減少しシー
ル効果が向上する。

【００５２】また、タービン軸とケーシング２の熱膨張
による伸縮量の違いを、ケーシング２の内径と動翼９１
先端部の外径をそれぞれ下流側に向うほど大きくしたこ
とにより吸収できるため、熱膨張によるタービンとケー
シング２の軸方向伸縮量の差によって動翼９１が下流側
に大きく移動する場合有効である。

【００５３】次に、図６を参照して、第６の実施形態に
係わる軸流タービンを説明する。図６は、第６の実施形
態に係わる軸流タービンの段落通路部の動翼先端部断面
図である。動翼１０１の先端には、動翼１０１と一体に
インテグラルカバー１０２が設けられており、その外周
面には、流入側から流出側に向って複数の平坦部１０３
と突起フィン１０４ａ，１０４ｂが交互に形成されてい
る。流入側平坦部１０３ａおよび流入側突起フィン１０
４ａ、中央平坦部１０３ｂ、流出側突起フィン１０４
ｂ、流出側平坦部１０３ｃの外径寸法をそれぞれ流入側
に配置されたものから順にＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ
５とし、流入側平坦部１０３ａとこの流入側平坦部１０
３ａと対向する位置に配設されたシールフィン１０８先
端部とで形成する半径方向間隙距離をＣ１、流出側突起
フィン１０４ｂ部とこの流出側突起フィンに対向する位
置に配設されたシールフィン１０８先端部とで形成する
半径方向間隙距離をＣ２とすると、下式の条件を満たす
構造にする。

【００５４】

【数２２】Ｄ１＜Ｄ２＞Ｄ３＜Ｄ４＞Ｄ５ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１ 本実施形態では、ノズル５５から流体１０７が流出後、
動翼先端部を通過する漏洩流体１０６が、流入側端部に
ある平坦面１０３ａを流れ、そのすぐ下流側の突起フィ
ン１０４ａの側面に衝突する（図中矢印ｊ）。また、中
央部まで到達した漏洩流体も平坦部１０３ｂの中央付近
に設けられているシールフィン１０８の側面に衝突する
（図中矢印ｋ）。

【００５５】この衝突により漏洩流体１０６は持ってい
る速度エネルギーを減衰させるため、シールフィン１０
８と平坦部１０３の間隙を通り抜ける漏洩流体は減少し
シール効果が高まる。また、突起フィン１０４ａ，１０
４ｂにおける漏洩量は従来に比べ減少するので突起フィ
ン１０４ａ，１０４ｂの軸方向設置長さ（図中Ｗ４，Ｗ
５）を短縮でき、その分だけ平坦部１０３ａ，１０３
ｂ，１０３ｃの長さ（図中Ｗ６乃至Ｗ９）を広げること
ができる。よって、熱膨張によるタービン軸とケーシン
グの軸方向の伸び差により動翼１０１が大きく変位する
場合に有効である。

【００５６】次に、図７を参照して、第７の実施形態に
係わる軸流タービンを説明する。図７は、第７の実施形
態に係わる軸流タービンの段落通路部の動翼先端部断面
図である。動翼１１１の先端には、動翼１１１と一体に
インテグラルカバー１１２が設けられている。そして、
その外周面には、流入側から流出側に階段状に段差が設
けられ複数の平坦部１１３が形成されている。平坦部１
１３の外径寸法をそれぞれ流入側に配置された平坦部１
１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃから順にＤ１，Ｄ２，Ｄ３
としたときに、下式の条件を満たす構造にする。

【００５７】

【数２３】Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３ 本実施形態では、ノズル５５から流体１１７が流出後、
動翼先端部を通過する漏洩流体１１６が、流入側端部に
ある平坦部１１３ａを流れ、そのすぐ下流に位置するシ
ールフィン１１８の側面に衝突する（図中矢印ｍ）。そ
してさらに、下流に位置するシールフィン１１８の側面
に衝突する（図中矢印ｎ）。それらの衝突により漏洩流
体は持っている速度エネルギーを減衰させるため、シー
ルフィン１１８と平坦部１１３の間隙を通り抜ける漏洩
流体は減少しシール効果が向上する。

【００５８】また、タービン軸とケーシング２の熱膨張
による伸縮量の違いを、ケーシング２の内径と動翼１１
１先端部の外径をそれぞれ下流側に向うほど小さくした
ことにより吸収できるため、熱膨張によるタービンとケ
ーシング２の軸方向伸縮量の差によって動翼１１１が上
流側に大きく移動する場合有効である。

【００５９】次に、図８を参照して、第８の実施形態に
係わる軸流タービンを説明する。図８は、第８の実施形
態に係わる軸流タービンの段落通路部の動翼先端部断面
図である。基本的な構造は、前記の第１の実施形態と同
一である。作動流体流入側平坦部１２３ａ、突起フィン
１２４、作動流体流出側平坦部１２３ｂの各々の外径寸
法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３としたとき、平坦部１２３ａとこ
の平坦部１２３ａと対向する位置に配設されたシールフ
ィン１２８先端部とで形成される半径方向間隙距離をＣ
１、突起フィン１２４部とこの突起フィン１２４の対向
する位置に配設されたシールフィン１２８先端部とで形
成される半径方向間隙距離をＣ２とすると、下式の条件
を満たす構造とする。

【００６０】

【数２４】Ｄ１＝Ｄ３＜Ｄ２ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１ 本実施形態では、ノズル５５から流体１２７が流出後、
動翼１２１の先端部を通過する漏洩流体１２６が、流入
側端部にある平坦部１２３ａを流れ、そのすぐ下流側の
突起フィン１２４側面に衝突する（図中矢印ｕ）。ま
た、流出側まで到達した漏洩流体１２６も同様にシール
フィン１２８に衝突する（図中矢印ｐ）。その結果、流
入側の平坦部１２３ａから突起フィン１２４を通過して
流出側平坦部１２３ｂまで漏洩流体が吹抜ける現象が解
消され、流動抵抗が増大するので、よりシール効果を向
上させることができる。

【００６１】次に、図９を参照して、第９の実施形態に
係わる軸流タービンを説明する。図９は、第９の実施形
態に係わる軸流タービンの段落通路部の動翼先端部断面
図である。基本的な構造は、前記の第１の実施形態と同
一である。作動流体流入側平坦面１３３ａ、作動流体流
入側突起フィン１３４ａ、中央平坦部１３３ｂ、作動流
体流出側突起フィン１３４ｂ、作動流体流出側平坦部１
３３ｃの各々の外径寸法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ
５とし、作動流体流入側平坦部１３３ａとこの作動流体
流入側平坦部１３３ａと対向する位置に配設されたシー
ルフィン１３８先端部で形成される半径方向間隙距離を
Ｃ１、突起フィン１３４部とこの突起フィン１３４と対
向する位置に配設されたシールフィン１３８先端部で形
成される半径方向間隙距離をＣ２とすると、下式の条件
を満たす構造とする。

【００６２】

【数２５】Ｄ１＝Ｄ５≦Ｄ３＜Ｄ２＝Ｄ４ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１ 本実施形態では、ノズル５５から流体１３７が流出後、
動翼先端部を通過する漏洩流体１３６が、流入側端部に
ある平坦面１３３ａを流れ、そのすぐ下流側の突起フィ
ン１３４ａの側面に衝突する（図中矢印ｑ）。また、中
央平坦部１３３ｂまで到達した漏洩流体１３６もケーシ
ング２の対向面付近に設けられているシールフィン１３
８の側面に衝突する（図中矢印ｒ）。この衝突により漏
洩流体は持っている速度エネルギを減衰させるため、シ
ールフィン１３８と平坦部１３３の間隙を通り抜ける漏
洩流体は減少しシール効果が向上する。なお、本発明
は、上述した実施形態に限定されないのは勿論であり、
種々の変形が可能である。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明では，動翼先端の
インテグラルカバー外周面に平坦部または複数の突起し
たフィンを形成し、さらに、その外周面の外径寸法を漏
洩流体の流れる方向に階段状あるいは凹凸状に変化させ
る共に、対向するケーシング部側のシールフィン内径も
インテグラルカバー外周面の径変化に合わせて径寸法を
変化させ、吹抜け現象の低減とタービンの軸方向伸び差
が大きい段落に適用可能な漏洩防止装置により、タービ
ンの段落効率を大きく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施形態の軸流タービンの
要部を示す段落部の断面図。

【図２】本発明に係る第２の実施形態の軸流タービンの
要部を示す段落部の断面図。

【図３】本発明に係る第３の実施形態の軸流タービンの
要部を示す段落部の断面図。

【図４】本発明に係る第４の実施形態の軸流タービンの
要部を示す段落部の断面図。

【図５】本発明に係る第５の実施形態の軸流タービンの
要部を示す段落部の断面図。

【図６】本発明に係る第６の実施形態の軸流タービンの
要部を示す段落部の断面図。

【図７】本発明に係る第７の実施形態の軸流タービンの
要部を示す段落部の断面図。

【図８】本発明に係る第８の実施形態の軸流タービンの
要部を示す段落部の断面図。

【図９】本発明に係る第９の実施形態の軸流タービンの
要部を示す段落部の断面図。

【図１０】軸流タービン段落部の従来例を示す断面図。

【図１１】他の従来例を示す軸流タービンの段落部の断
面図。

【図１２】段差を用いた他の従来例を示す軸流タービン
の段落部の断面図。

【図１３】インテグラルカバーを用いた場合の従来例を
示す軸流タービンの段落部の断面図。

【図１４】翼先端が傾斜した段落部のものを示す軸流タ
ービンの段落部の断面図。

【符号の説明】

１…タービン段落部 ２…ケーシング ３…ロータ ４…ノズルダイアグラム ５…ノズル ５ａ…傾斜部 ６…ホイール ７…動翼 ８…テノン ９…シュラウド １０…シールフィン １１…翼頂部 １２…主流体流れ １３…間隙 １４…漏洩流体 １５…段差 １６…シールフィン １７…インテグラルカバー １７ａ…傾斜部 １８…凹溝部 １９…平坦部 ２０…シール室 ５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１，１２
１，１３１…動翼 ５２，６２，７２，８２，９２，１０２，１１２，１２
２，１３２…インテグラルカバー ７５…凹状溝部 ５３ａ，５３ｂ，６３ａ，６３ｂ，７３，７３ａ，７３
ｂ，７３ｃ，７３ｄ，８３，８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，
９３，９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，１０３，１０３ａ，１
０３ｂ，１０３ｃ，１１３，１１３ａ，１１３ｂ，１１
３ｃ，１２３，１２３ａ，１２３ｂ，１３３，１３３
ａ，１３３ｂ，１３３ｃ…平坦部 ５４，６４，９４，１０４ａ，１０４ｂ，１２４，１３
４ａ，１３４ｂ…突起フィン ５５…ノズル ５６，６６，７６，８６，９６，１０６，１１６，１２
６，１３６…漏洩流体 ５７，６７，７７，８７，９７，１０７，１１７，１２
７，１３７…主流体流れ ５８，６８，７８，８８，９８，１０８，１１８，１２
８，１３８…シールフィン ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇ，ｈ，ｊ，ｋ，ｍ，ｎ，ｐ，
ｑ，ｒ，ｕ…漏洩流体の流れ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動流体を流出するノズルから成る静
   止部と回転する動翼とから成る軸流タービンにおいて、
   動翼の先端部に一体に設けられたインテグラルカバーの
   外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流出側に各々
   平坦部を形成し、その中間部に突起フィンを複数列形成
   し、この作動流体流入側平坦部、突起フィン、作動流体
   流出側平坦部の各々の外径寸法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３と
   し、前記作動流体流入側平坦部とこれに対向する静止部
   に設けられたフィン先端部との半径方向間隙の距離をＣ
   １とし、前記突起フィン先端部とこれに対向する静止部
   に設けられたフィン先端部との半径方向間隙の距離をＣ
   ２とするとき、次式の条件を満たすことを特徴とする軸
   流タービン。 【数１】Ｄ１＜Ｄ３＜Ｄ２ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１
2. 【請求項２】 作動流体を流出するノズルから成る静
   止部と回転する動翼とから成る軸流タービンにおいて、
   動翼の先端部に一体に設けられたインテグラルカバーの
   外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流出側に各々
   平坦部を形成し、その中間部に突起フィンを複数列形成
   し、この作動流体流入側平坦部、突起フィン、作動流体
   流出側平坦部の各々の外径寸法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３と
   し、前記作動流体流入側平坦部とこれに対向する静止部
   に設けられたフィン先端部との半径方向間隙の距離をＣ
   １とし、前記突起フィン先端部とこれに対向する静止部
   に設けられたフィン先端部との半径方向間隙の距離をＣ
   ２とするとき、次式の条件を満たすことを特徴とする軸
   流タービン。 【数２】Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１
3. 【請求項３】 作動流体を流出するノズルから成る静
   止部と回転する動翼とから成る軸流タービンにおいて、
   動翼の先端部に一体に設けられたインテグラルカバーの
   外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流出側の間に
   複数の平坦部と隣接する平坦部より低く形成された凹状
   の溝とを交互に形成し、この作動流体流入側平坦部、作
   動流体流入側第２の平坦部、作動流体流出側第１の平坦
   部、作動流体流出側平坦部のそれぞれの外形寸法をＤ
   １，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４としたときに、次式の条件を満た
   すことを特徴とする軸流タービン。 【数３】Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４
4. 【請求項４】 作動流体を流出するノズルから成る静
   止部と回転する動翼とから成る軸流タービンにおいて、
   動翼の先端部に一体に設けられたインテグラルカバーの
   外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流出側の間に
   複数の平坦部を階段状に形成し、この作動流体流入側平
   坦部、中間平坦部、作動流体流出側平坦部の各々の外径
   寸法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３としたときに、次式の条件を満
   たすことを特徴とする軸流タービン。 【数４】Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３
5. 【請求項５】 前記平坦部の作動流体上流側の上面端
   部に上流側に向って軸方向フィンを形成したことを特徴
   とする請求項４記載の軸流タービン。
6. 【請求項６】 作動流体を流出するノズルから成る静
   止部と回転する動翼とから成る軸流タービンにおいて、
   動翼の先端部に一体に設けられたインテグラルカバーの
   外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流出側の間に
   複数の平坦部と複数の突設されたフィンを交互に形成
   し、この作動流体流入側平坦部、作動流体流入側突起フ
   ィン、中央平坦部、作動流体流出側突起フィン、作動流
   体流出側平坦部の各々の外径寸法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３，
   Ｄ４，Ｄ５とし、前記作動流体流入側平坦部とこれに対
   向する静止部に設けられたフィン先端部との半径方向間
   隙の距離をＣ１とし、前記作動流体流出側突起フィン先
   端部とこれに対向する静止部に設けられたフィン先端部
   との半径方向間隙の距離をＣ２とするとき、次式の条件
   を満たすことを特徴とする軸流タービン。 【数５】Ｄ１＜Ｄ２＞Ｄ３＜Ｄ４＞Ｄ５ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１
7. 【請求項７】 作動流体を流出するノズルから成る静
   止部と回転する動翼とから成る軸流タービンにおいて、
   動翼の先端部に一体に設けられたインテグラルカバーの
   外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流出側の間に
   複数の平坦部を階段状に形成し、この作動流体流入側平
   坦部、中央平坦部、作動流体流出側平坦部の各々の外径
   寸法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３としたときに、次式の条件を満
   たすことを特徴とする軸流タービン。 【数６】Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３
8. 【請求項８】 作動流体を流出するノズルから成る静
   止部と回転する動翼とから成る軸流タービンにおいて、
   動翼の先端部に一体に設けられたインテグラルカバーの
   外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流出側に各々
   平坦部を形成し、その中間部に突起フィンを複数列形成
   し、この作動流体流入側平坦部、突起フィン、作動流体
   流出側平坦部の各々の外形寸法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３と
   し、前記作動流体流入側平坦部と突起フィンの外径寸法
   を前記作動流体の流入側から流出側の順にＤ１，Ｄ２，
   Ｄ３とし、前記平坦部とこれに対向する静止部に設けら
   れたフィン先端部との半径方向間隙の距離をＣ１とし、
   前記突起フィン先端部とこれに対向する静止部に設けら
   れたフィン先端部との半径方向間隙の距離をＣ２とする
   とき、次式の条件を満たすことを特徴とする軸流タービ
   ン。 【数７】Ｄ１＝Ｄ３＜Ｄ２ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１
9. 【請求項９】 作動流体を流出するノズルから成る静
   止部と回転する動翼とから成る軸流タービンにおいて、
   動翼の先端部に一体に設けられたインテグラルカバーの
   外周面先端部の作動流体流入側と後端部の流出側の間に
   平坦部と複数のフィンを交互に複数形成し、この作動流
   体流入側平坦部、作動流体流入側フィン、中央平坦部、
   作動流体流出側フィン、作動流体流出側平坦部の各々の
   外径寸法をＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５とし、前記作
   動流体流入側平坦部とこれに対向する静止部に設けられ
   たフィン先端部との半径方向間隙の距離をＣ１とし、前
   記作動流体流入側突起フィン先端部とこれに対向する静
   止部に設けられたフィン先端部との半径方向間隙の距離
   をＣ２とするとき、次式の条件を満たすことを特徴とす
   る軸流タービン。 【数８】Ｄ１＝Ｄ５≦Ｄ３＜Ｄ２＝Ｄ４ Ｃ２＝（０．５〜１．０）×Ｃ１