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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024127079
(43)【公開日】2024-09-20
(54)【発明の名称】シール装置および回転機械
(51)【国際特許分類】
F16J 15/447 20060101AFI20240912BHJP
F16J 15/44 20060101ALI20240912BHJP
F01D 11/02 20060101ALI20240912BHJP
【ＦＩ】
F16J15/447
F16J15/44 A
F01D11/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023035945
(22)【出願日】2023-03-08
(71)【出願人】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】岩▲崎▼ 真人
(72)【発明者】
【氏名】大村 尚登
(72)【発明者】
【氏名】岩津 広大
【テーマコード（参考）】
3G202
3J042
【Ｆターム（参考）】
3G202KK05
3G202KK06
3G202KK17
3G202KK34
3J042AA03
3J042BA03
3J042CA02
3J042CA10
3J042CA13
3J042CA17
3J042DA01
3J042DA13
(57)【要約】
【課題】シール装置および回転機械において、静止体と回転体との間の流れを抑制することで回転体の不安定振動を抑制してシール性能の向上を図る。
【解決手段】静止体と回転体との間に配置されるシール装置において、静止体に設けられるシールリングと、シールリングの内周面における前記回転体側に開口する複数の凹部と、シールリングと回転体との間を流れる流体を前記凹部に案内する案内部と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】静止体と回転体との間に配置されるシール装置において、静止体に設けられるシールリングと、シールリングの内周面における前記回転体側に開口する複数の凹部と、シールリングと回転体との間を流れる流体を前記凹部に案内する案内部と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
静止体と回転体との間に配置されるシール装置において、
前記静止体に設けられるシールリングと、
前記シールリングの内周面における前記回転体側に開口する複数の凹部と、
前記シールリングと前記回転体との間を流れる流体を前記凹部に案内する案内部と、
を備えるシール装置。
前記静止体に設けられるシールリングと、
前記シールリングの内周面における前記回転体側に開口する複数の凹部と、
前記シールリングと前記回転体との間を流れる流体を前記凹部に案内する案内部と、
を備えるシール装置。
【請求項2】
前記案内部は、前記凹部より流体の流れ方向の上流側に設けられて前記シールリングの内周面における前記回転体側に開口する案内凹部を有する、
請求項１に記載のシール装置。
請求項１に記載のシール装置。
【請求項3】
前記案内凹部は、前記シールリングにおける径方向の深さが、前記凹部の前記シールリングにおける径方向の深さ以下である、
請求項２に記載のシール装置。
請求項２に記載のシール装置。
【請求項4】
前記案内凹部は、前記シールリングの周方向に沿って設けられて複数の前記凹部に連通する周方向溝を有する、
請求項２または請求項３に記載のシール装置。
請求項２または請求項３に記載のシール装置。
【請求項5】
前記案内凹部は、前記シールリングと前記回転体との隙間から前記回転体の回転により発生する旋回流に沿って前記凹部に連通する傾斜溝を有する、
請求項２または請求項３に記載のシール装置。
請求項２または請求項３に記載のシール装置。
【請求項6】
前記案内部は、前記凹部より流体の流れ方向の上流側に設けられて前記シールリングの内周面から前記回転体側に突出する案内部材を有する、
請求項１に記載のシール装置。
請求項１に記載のシール装置。
【請求項7】
流体の流れ方向の上流側の前記凹部と前記凹部より流体の流れ方向の下流側の前記案内凹部とを連通すると共に前記回転体の回転により発生する旋回流に交差する方向に沿って設けられる連通部を有する、
請求項２に記載のシール装置。
請求項２に記載のシール装置。
【請求項8】
静止体と、
前記静止体に回転自在に支持される回転体と、
前記静止体と前記回転体との間に配置される請求項１に記載のシール装置と、
を備える回転機械。
前記静止体に回転自在に支持される回転体と、
前記静止体と前記回転体との間に配置される請求項１に記載のシール装置と、
を備える回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、シール装置および回転機械に関するものである。
【背景技術】
【0002】
回転機械は、ハウジングの内部に回転体が回転自在に支持される。また、回転機械は、ハウジングと回転体との間における流体の軸方向の漏れ流れを防止するシール装置が設けられる。従来のシール装置として、例えば、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１に記載されたシール装置は、ハウジングに回転体側に開口する複数の凹部を設けたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１３－２０４７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
回転機械は、ハウジングに対して回転体が回転すると、ハウジングと回転体との間にスワールが発生する。ハウジングに対して回転体が径方向に変位すると、スワールにより不均一な圧力分布が発生する。不均一な圧力分布が発生すると、回転体の振れ回りを助長するようなシール励振力が発生し、回転体は、自励振動を引き起こし、不安定振動が生じるおそれがある。従来のシール装置は、ハウジングと回転体との間のスワールによる流体を複数の凹部に流し込むことで、流体の旋回力を減衰し、シール励振力を低減するものである。ところが、近年の回転機械では、高速化や高出力化が指向されスワールや流量が増加する傾向にあり、シール励振力起因の振動トラブルの発生リスクが増大している。従来のシール装置では、シール励振力を十分に低減することができず、改善が望まれている。
【0005】
本開示は、上述した課題を解決するものであり、静止体と回転体との間の流れを抑制することで回転体の不安定振動を抑制してシール性能の向上を図るシール装置および回転機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示のシール装置は、静止体と回転体との間に配置されるシール装置において、前記静止体に設けられるシールリングと、前記シールリングの内周面における前記回転体側に開口する複数の凹部と、前記シールリングと前記回転体との間を流れる流体を前記凹部に案内する案内部と、を備える。
【0007】
本開示の回転機械は、静止体と、前記静止体に回転自在に支持される回転体と、前記静止体と前記回転体との間に配置される前記シール装置と、を備える。
【発明の効果】
【0008】
本開示のシール装置および回転機械によれば、静止体と回転体との間の流れを抑制することで回転体の不安定振動を抑制してシール性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【0011】
【0012】
第１実施形態では、回転機械として、蒸気タービンを適用して説明する。但し、回転機械は、蒸気タービンに限定されるものではなく、静止体に対して回転体が回転自在に支持される構成であればよい。
【0013】
図１に示すように、蒸気タービン（回転機械）１０は、ケーシング（静止体）１１と、ロータ（回転体）１２と、静翼１３と、動翼１４と、シール装置１５，１６とを備える。
【0014】
ケーシング１１は、中空形状をなし、内部にロータ１２が水平方向に沿って配置される。ロータ１２は、ケーシング１１に設けられた軸受２１，２２により軸心Ｏ１を中心として回転自在に支持される。静翼１３は、ケーシング１１の内周部にロータ１２の軸方向に間隔を空けて複数固定される。動翼１４は、ロータ１２の外周部に軸方向に間隔を空けて複数固定される。静翼１３は、ロータ１２の径方向Ｒに沿うと共に、ロータ１２の周方向に間隔を空けて配置される。動翼１４は、ロータ１２の径方向Ｒに沿うと共に、ロータ１２の周方向に間隔を空けて配置され、静翼１３と動翼１４は、軸方向に交互に配置される。
【0015】
ケーシング１１は、軸方向の一端部に蒸気供給口２３が設けられる。蒸気供給口２３は、蒸気通路２４を通して静翼１３および動翼１４が配置される翼列部２５に連通される。翼列部２５は、排気室２６に連通する。ケーシング１１は、軸方向の他端部に蒸気排出口２７が設けられる。蒸気排出口２７は、排気室２６に連通する。
【0016】
シール装置１５は、軸方向の一端部側で、ケーシング１１とロータ１２との間に配置される。シール装置１５は、ラビリンスシールであって、ケーシング１１の内周部に設けられる。シール装置１５は、シールフィンとロータ１２との間に形成される隙間により圧力損失を発生させ、圧力損失により軸方向における流体の漏れ流れを抑制する。シール装置１６も、シール装置１５と同様である。
【0017】
高圧の蒸気は、蒸気供給口２３から蒸気通路２４を通して翼列部２５に供給される。蒸気が複数の静翼１３および複数の動翼１４を通過することで、各動翼１４を介してロータ１２が駆動回転する。ロータ１２は、図示しない発電機が連結されており、ロータ１２の駆動力により発電機が駆動する。各動翼１４を駆動した蒸気は、排気室２６を通して蒸気排出口２７から外部に排出される。
【0018】
【0019】
図１および図２に示すように、シール装置１５は、ケーシング（静止体）とロータ（回転体）１２との間に配置される。シール装置１５は、ロータ１２の軸方向の一方側（図２の左方側）が高圧空間部ＨＰとなり、ロータ１２の軸方向の他方側（図２の右方側）が低圧空間部ＬＰとなる。シール装置１５は、高圧空間部ＨＰから低圧空間部ＬＰへ漏れる流体（蒸気）の流れＦの流れを抑制する。
【0020】
シール装置１５は、シールリング３１と、複数の凹部３２と、複数の周方向溝（案内部、案内凹部）３３とを備える。
【0021】
シールリング３１は、円筒形状をなし、外周面３１ａがケーシング１１の内周面１１ａに固定される。シールリング３１は、内周面３１ｂがロータ１２の外周面１２ａに対向し、内周面３１ｂと外周面１２ａとの間に径方向に沿う隙間Ｓが軸方向に沿って形成される。シール装置１５は、ケーシング１１とロータ１２との間、具体的には、シール装置１５におけるシールリング３１の内周面３１ｂとロータ１２の外周面１２ａとの間の隙間Ｓを流れる流体の流れＦを抑制する。
【0022】
この場合、ケーシング１１に対してロータ１２が回転方向Ａに回転していることから、シール装置１５は、シールリング３１とロータ１２との間の隙間Ｓに流れる流れＦは、回転方向Ａの旋回成分を含んだものとなる。すなわち、シールリング３１とロータ１２との間の隙間Ｓに流れる流れＦは、ロータ１２の軸方向の流れ成分と周方向の流れ成分が合成された旋回流となる。すると、旋回流である流れＦは、シール装置１５で励振力が発生し、ロータ１２が不安定振動してしまう。本実施形態のシール装置１５は、ロータ１２の回転運動により誘起される流体の旋回運動を抑制するものである。
【0023】
複数の凹部３２は、シールリング３１の内周面３１ｂにおけるロータ１２側に開口する。複数の凹部３２は、シールリング３１の内周面３１ｂに格子状に設けられているが、千鳥格子状に設けてもよい。複数の凹部３２は、隣接する凹部３２同士が間隔を空けて設けられる。複数の凹部３２は、全てが同様の形状をなすが、異なる形状であってもよい。
【0024】
凹部３２は、シールリング３１の内周面３１ｂからシールリング３１の径方向の外方に沿って形成された所定長さ（深さ）の穴である。凹部３２は、ロータ１２側に開口する円柱形状をなす。但し、凹部３２は、円柱形状に限定されるものではなく、例えば、円柱形状に円錐形状を付加した形状としたり、円錐形状や円錐台形状などとしたりしてもよい。
【0025】
周方向溝３３は、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体を凹部３２に案内する案内部として機能する。周方向溝３３は、凹部３２より流体の流れ方向の上流側に設けられ、シールリング３１の内周面３１ｂにおけるロータ１２側に開口する案内凹部として機能する。周方向溝３３は、シールリング３１の周方向に沿って設けられ、複数の凹部３２に連通する。
【0026】
複数の凹部３２は、シールリング３１の内周面３１ｂに開口し、シールリング３１の内周面３１ｂに格子状に設けられる。複数の周方向溝３３は、軸方向に対して同様の位置にあり、且つ、周方向に間隔を空けて配置された一群の凹部３２に対して、それぞれ流体の上流側に連通するように配置される。つまり、凹部３２と周方向溝３３をシールリング３１の径方向の外側から見たとき（図３）、周方向溝３３は、周方向に間隔を空けて配置された複数の凹部３２に対して、下流側の一部が凹部３２の上流側の一部に重なるように配置される。
【0027】
凹部３２は、中心Ｏを有し、中心Ｏの円弧である内壁面３２ａと、天井面３２ｂとを有する。周方向溝３３は、流体の流れ方向の上流側に位置する上流壁面３３ａと、流体の流れ方向の下流側に位置する下流壁面３３ｂと、天井面３３ｃとを有する。凹部３２は、シールリング３１の径方向の深さＨ１を有し、周方向溝３３は、シールリング３１の径方向の深さＨ２を有する。周方向溝３３の深さＨ２は、凹部３２の深さＨ１以下である。具体的に、周方向溝３３の深さＨ２は、凹部３２の深さＨ１の１／２０倍から１倍の範囲にあることが好ましい。本実施形態では、周方向溝３３の深さＨ２は、凹部３２の深さＨ１と同じ深さとなっている。そのため、凹部３２の天井面３２ｂと周方向溝３３の天井面３３ｃは、段差なく連続する。
【0028】
また、凹部３２と周方向溝３３をシールリング３１の径方向の外側から見たとき（図３）、凹部３２の中心Ｏに対して、凹部の内壁面３２ａと周方向溝３３の下流壁面３３ｂとの交点Ｐ１，Ｐ２をなす角度θは、３０度から１８０度の範囲にあることが好ましい。本実施形態では、角度θは、１８０度となっている。
【0029】
なお、周方向溝３３は、シールリング３１に周方向に連続して設けられているが、周方向に断続するように複数設けてもよい。また、周方向溝３３は、凹部３２ごとに個別に設けてもよい。
【0030】
＜シール装置の作用＞
ケーシング１１およびシール装置１５に対してロータ１２が回転すると、高圧空間部ＨＰからシールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを通って低圧空間部ＬＰに漏れる流体の流れＦが発生する。流体の流れＦは、ロータ１２が回転方向Ａに回転することから、高圧空間部ＨＰから低圧空間部ＬＰに向けてロータ１２の軸方向に沿いながら、徐々にロータ１２の回転方向Ａに旋回するものとなる。
ケーシング１１およびシール装置１５に対してロータ１２が回転すると、高圧空間部ＨＰからシールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを通って低圧空間部ＬＰに漏れる流体の流れＦが発生する。流体の流れＦは、ロータ１２が回転方向Ａに回転することから、高圧空間部ＨＰから低圧空間部ＬＰに向けてロータ１２の軸方向に沿いながら、徐々にロータ１２の回転方向Ａに旋回するものとなる。
【0031】
このとき、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体の流れＦは、一部が複数の凹部３２内に入り込むことで、流れＦが有する運動エネルギが減衰される。そのため、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体の流れＦは、旋回方向成分が減衰されて速度が低下する。
【0032】
また、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体の流れＦは、周方向溝３３に案内された流体の流れＦ１として凹部３２に入り込む。流体の流れＦは、ロータ１２の回転方向Ａに旋回する旋回流であり、周方向溝３３から凹部３２に入り込んだ流体の流れＦ１は、凹部３２の内壁面３２ａに沿って旋回して周方向溝３３に戻される。そのため、周方向溝３３は、隙間Ｓから入り込んだ流体の流れＦ１と凹部３２から戻る流体の流れＦ２とが衝突して干渉する。流体の流れＦ１と流体の流れＦ２が干渉すると、混合損失が発生して流れＦ１，Ｆ２の運動エネルギが低減される。つまり、周方向溝３３は、スワールブレーカとして機能する。シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体の流れＦは、旋回方向成分が減衰されることで、速度が低下する。
【0033】
その結果、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを漏れて流れる流体の流れＦは、速度が低下されることで、ケーシング１１とロータ１２との間の流体の漏れ流れＦの流量を抑制することができ、励振力の発生を抑制してロータ１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。
【0034】
＜周方向溝の第１変形例＞
図４は、第１実施形態のシール装置の第１変形例を表す要部断面図である。
図４は、第１実施形態のシール装置の第１変形例を表す要部断面図である。
【0035】
図４に示すように、シール装置１５Ａは、シールリング３１と、複数の凹部３２と、複数の周方向溝３３Ａとを備える。シールリング３１と複数の凹部３２は、第１実施形態と同様である。
【0036】
周方向溝３３Ａは、凹部３２より流体の流れ方向の上流側に設けられ、シールリング３１の内周面３１ｂにおけるロータ１２側に開口する。周方向溝３３Ａは、シールリング３１の周方向に沿って設けられ、複数の凹部３２における流体の流れ方向の上流側に連通する。周方向溝３３Ａは、周方向に間隔を空けて配置された複数の凹部３２に対して、下流側の一部が凹部３２の上流側の一部に重なるように配置される。そして、凹部３２と周方向溝３３をシールリング３１の径方向の外側から見たとき（図４）、凹部３２の中心Ｏに対して、凹部の内壁面３２ａと周方向溝３３Ａの下流壁面３３ｂとの交点Ｐ１，Ｐ２をなす角度θは、１８０度より小さく角度となっている。
【0037】
＜周方向溝の第２変形例＞
図５は、第１実施形態のシール装置の第２変形例を表す要部断面図である。
図５は、第１実施形態のシール装置の第２変形例を表す要部断面図である。
【0038】
図５に示すように、シール装置１５Ｂは、シールリング３１と、複数の凹部３２と、複数の周方向溝３３Ｂとを備える。シールリング３１と複数の凹部３２は、第１実施形態と同様である。
【0039】
周方向溝３３Ｂは、凹部３２より流体の流れ方向の上流側に設けられ、シールリング３１の内周面３１ｂにおけるロータ１２側に開口する。周方向溝３３Ｂは、シールリング３１の周方向に沿って設けられ、複数の凹部３２における流体の流れ方向の上流側に連通する。周方向溝３３Ｂは、周方向に間隔を空けて配置された複数の凹部３２に対して、下流側の一部が凹部３２の上流側の一部に重なるように配置される。そして、周方向溝３３Ｂの深さＨ２は、凹部３２の深さＨ１より小さい深さとなっている。そのため、凹部３２の天井面３２ｂに対して、周方向溝３３の天井面３３ｃが低くなり、段差が設けられる。
【0040】
＜周方向溝の第３変形例＞
図６は、第１実施形態のシール装置の第３変形例を表す要部断面図である。
図６は、第１実施形態のシール装置の第３変形例を表す要部断面図である。
【0041】
図６に示すように、シール装置１５Ｃは、シールリング３１と、複数の凹部３２と、複数の周方向溝３３Ｃとを備える。シールリング３１と複数の凹部３２は、第１実施形態と同様である。
【0042】
周方向溝３３Ｃは、凹部３２より流体の流れ方向の上流側に設けられ、シールリング３１の内周面３１ｂにおけるロータ１２側に開口する。周方向溝３３Ｃは、シールリング３１の周方向に沿って設けられ、複数の凹部３２における流体の流れ方向の上流側に連通する。周方向溝３３Ｃは、周方向に間隔を空けて配置された複数の凹部３２に対して、下流側の一部が凹部３２の上流側の一部に重なるように配置される。そして、周方向溝３３Ｃの深さＨ２は、凹部３２の深さＨ１と同じ深さとなっている。但し、周方向溝３３Ｃは、上流壁面３３ａが傾斜面となっている。すなわち、上流壁面３３ａは、シールリング３１とロータ１２との間の隙間Ｓ側に対して、天井面３３ｃ側が流体の流れ方向の下流側に位置する。
【0043】
［第２実施形態］
図７は、第２実施形態のシール装置を表す断面図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図７は、第２実施形態のシール装置を表す断面図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0044】
図７に示すように、シール装置１５Ｄは、シールリング３１と、複数の凹部３２と、複数の周方向溝３３と、シールフィン（案内部、案内部材）３４とを備える。シールリング３１と複数の凹部３２と、複数の周方向溝３３は、第１実施形態と同様である。
【0045】
シールフィン３４は、凹部３２より流体の流れ方向の上流側に設けられ、シールリング３１の内周面３１ｂからロータ１２側に突出する案内部材として機能する。シールフィン３４は、シールリング３１の周方向に沿って連続するリング形状をなす。シールフィン３４は、周方向溝３３より流体の流れ方向の上流側に設けられる。シールフィン３４は、シールリング３１の内周面３１ｂに固定される基端に対して、ロータ１２側に延びる先端が流体の流れ方向の上流側に向けて傾斜することが好ましい。
【0046】
なお、シールフィン３４は、周方向溝３３の上流側に設けられるが、周方向溝３３をなくして凹部３２の上流側に設けられていてもよい。また、シールフィン３４は、リング形状をなし、シールリング３１の全周に設けたが、部分的に設けてもよく、複数の凹部３２に対応して位置に設けてもよい。
【0047】
ケーシング１１およびシール装置１５Ａに対してロータ１２が回転すると、隙間Ｓを旋回方向に漏れる流体の流れＦが発生する。このとき、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体の流れＦは、一部が複数の凹部３２内に入り込むことで運動エネルギが減衰され、速度が低下する。
【0048】
このとき、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体の流れＦは、シールフィン３４により案内されて周方向溝３３に入り、周方向溝３３に案内された流体の流れＦ１として凹部３２に入り込む。ここで、隙間Ｓから入り込んだ流体の流れＦ１と凹部３２から戻る流体の流れＦ２（図３参照）とが衝突して干渉する。流体の流れＦ１と流体の流れＦ２が干渉すると、混合損失が発生して流れＦ１，Ｆ２の運動エネルギが低減される。つまり、周方向溝３３は、スワールブレーカとして機能する。シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体の流れＦは、旋回方向成分が減衰されることで、速度が低下する。
【0049】
その結果、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを漏れて流れる流体の流れＦは、速度が低下されることで、ケーシング１１とロータ１２との間の流体の漏れ流れＦの流量を抑制することができ、励振力の発生を抑制してロータ１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。
【0050】
［第３実施形態］
図８は、第３実施形態のシール装置を表す断面図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図８は、第３実施形態のシール装置を表す断面図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0051】
図８に示すように、シール装置１５Ｅは、シールリング３１と、複数の凹部３２と、複数の周方向溝３３と、傾斜溝（案内部材）３５とを備える。シールリング３１と複数の凹部３２と、複数の周方向溝３３は、第１実施形態と同様である。
【0052】
傾斜溝３５は、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓからロータ１２の回転により発生する旋回流に沿って凹部３２に連通する。すなわち、傾斜溝３５は、シールリング３１の軸方向に対して、流体の流れ方向の下流側がロータ１２の回転方向Ａの下流側に向けて所定角度だけ傾斜した方向に沿って設けられる。傾斜溝３５は、上流端部が周方向溝３３に連通し、下流端部が凹部３２に連通する。
【0053】
ケーシング１１およびシール装置１５Ａに対してロータ１２が回転すると、隙間Ｓ（図２参照）を旋回方向に漏れる流体の流れＦが発生する。このとき、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体の流れＦは、一部が複数の凹部３２内に入り込むことで運動エネルギが減衰され、速度が低下する。
【0054】
このとき、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体の流れＦは、周方向溝３３に案内され、傾斜溝３５に沿って流れた流体の流れＦ１として凹部３２に入り込む。流体の流れＦは、ロータ１２の回転方向Ａに旋回する旋回流であり、周方向溝３３から凹部３２に入り込んだ流体の流れＦ１は、凹部３２の内壁面３２ａに沿って旋回して周方向溝３３に戻される。そのため、周方向溝３３は、隙間Ｓから入り込んだ流体の流れＦ１と凹部３２から戻る流体の流れＦ２とが衝突して干渉する。流体の流れＦ１と流体の流れＦ２が干渉すると、混合損失が発生して流れＦ１，Ｆ２の運動エネルギが低減される。つまり、周方向溝３３は、スワールブレーカとして機能する。シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体の流れＦは、旋回方向成分が減衰されることで、速度が低下する。
【0055】
その結果、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを漏れて流れる流体の流れＦは、速度が低下されることで、ケーシング１１とロータ１２との間の流体の漏れ流れＦの流量を抑制することができ、励振力の発生を抑制してロータ１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。
【0056】
＜傾斜溝の変形例＞
図９は、第３実施形態のシール装置の第１変形例を表す要部断面図である。
図９は、第３実施形態のシール装置の第１変形例を表す要部断面図である。
【0057】
図９に示すように、シール装置１５Ｆは、シールリング３１と、複数の凹部３２と、複数の周方向溝３３と、傾斜溝（案内部材）３６とを備える。シールリング３１と複数の凹部３２と、複数の周方向溝３３は、第１実施形態と同様である。
【0058】
傾斜溝３６は、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓからロータ１２の回転により発生する旋回流に沿って凹部３２に連通する。すなわち、傾斜溝３６は、シールリング３１の軸方向に対して、流体の流れ方向の下流側がロータ１２の回転方向Ａの下流側に向けて所定角度だけ傾斜した方向に沿って設けられる。傾斜溝３６は、上流端部が隙間Ｓ（図２参照）に連通し、下流端部が凹部３２に連通する。傾斜溝３６は、複数の凹部３２に対応して設けられる。
【0059】
［第４実施形態］
図１０は、第４実施形態のシール装置を表す断面図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図１０は、第４実施形態のシール装置を表す断面図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0060】
図１０に示すように、シール装置１５Ｇは、シールリング３１と、複数の凹部３２と、複数の周方向溝３３と、連通溝（連通部）４１とを備える。シールリング３１と複数の凹部３２と、複数の周方向溝３３は、第１実施形態と同様である。
【0061】
連通溝４１は、流体の流れ方向の上流側の凹部３２と、この凹部３２より流体の流れ方向の下流側の周方向溝３３とを連通する。連通溝４１は、ロータ１２の回転により発生する旋回流に交差する方向に沿って設けられる。すなわち、連通溝４１は、シールリング３１の軸方向に対して、流体の流れ方向の下流側がロータ１２の回転方向Ａの上流側に向けて所定角度だけ傾斜した方向に沿って設けられる。連通溝４１は、シールリング３１にロータ１２側に開口する溝であるが、シールリング３１にロータ１２側に開口しない連通孔であってもよい。
【0062】
ケーシング１１およびシール装置１５Ａに対してロータ１２が回転すると、隙間Ｓ（図２参照）を旋回方向に漏れる流体の流れＦが発生する。このとき、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体の流れＦは、一部が複数の凹部３２内に入り込むことで運動エネルギが減衰され、速度が低下する。
【0063】
このとき、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体の流れＦは、周方向溝３３に案内された流体の流れＦ１として凹部３２に入り込む。周方向溝３３から凹部３２に入り込んだ流体の流れＦ１は、凹部３２の内壁面３２ａに沿って旋回して周方向溝３３に戻される。そのため、周方向溝３３は、隙間Ｓから入り込んだ流体の流れＦ１と凹部３２から戻る流体の流れＦ２とが衝突して干渉する。流体の流れＦ１と流体の流れＦ２が干渉すると、混合損失が発生して流れＦ１，Ｆ２の運動エネルギが低減される。シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体の流れＦは、旋回方向成分が減衰されることで、速度が低下する。
【0064】
凹部３２で旋回する流体の流れＦ２は、一部が連通溝４１を通って周方向溝３３に流れ込む。すると、凹部３２から連通溝４１を通って周方向溝３３に流れ込む流体の流れＦ３は、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓから周方向溝３３に入り込む流体の流れＦ１と干渉する。ここで、流体の流れＦ３と流体の流れＦ１が干渉し、混合損失が発生して流れＦ１，Ｆ３の運動エネルギが低減される。凹部３２から連通溝４１を通って周方向溝３３に流れ込む流体の流れＦ３は、逆スワールであることから、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを流れるスワールが減衰されて速度が低下する。
【0065】
その結果、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓを漏れて流れる流体の流れＦは、速度が低下されることで、ケーシング１１とロータ１２との間の流体の漏れ流れＦの流量を抑制することができ、励振力の発生を抑制してロータ１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。
【0066】
［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係るシール装置は、ケーシング（静止体）１１とロータ（回転体）１２との間に配置されるシール装置１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ，１５Ｇにおいて、ケーシング１１に設けられるシールリング３１と、シールリング３１の内周面におけるロータ１２側に開口する複数の凹部３２と、シールリング３１とロータ１２との間を流れる流体を凹部３２に案内する案内部（周方向溝３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ、シールフィン３４、傾斜溝３５，３６）とを備える。
第１の態様に係るシール装置は、ケーシング（静止体）１１とロータ（回転体）１２との間に配置されるシール装置１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ，１５Ｇにおいて、ケーシング１１に設けられるシールリング３１と、シールリング３１の内周面におけるロータ１２側に開口する複数の凹部３２と、シールリング３１とロータ１２との間を流れる流体を凹部３２に案内する案内部（周方向溝３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ、シールフィン３４、傾斜溝３５，３６）とを備える。
【0067】
第１の態様に係るシール装置によれば、ケーシング１１に対してロータ１２が回転するとき、両者の間に流れる流体の漏れ流れＦは、その一部が案内部に案内されて凹部３２に入り込むことで運動エネルギが低減される。ケーシング１１とロータ１２との隙間Ｓから案内部に入り込む流体の流れＦ１は、ここで、旋回成分が減衰されて運動エネルギが低減される。そのため、ケーシング１１とロータ１２との間に流れる流体の漏れ流れＦは、旋回方向成分が減衰されて速度が低下し、その結果、漏れ流れＦを抑制することができ、ロータ１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。
【0068】
第２の態様に係るシール装置は、第１の態様に係るシール装置であって、さらに、案内部は、凹部３２より流体の流れ方向の上流側に設けられてシールリング３１の内周面におけるロータ１２側に開口する案内凹部（周方向溝３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ、傾斜溝３５，３６）を有する。これにより、シール性能を向上することができると共に、スワールを低減することができる。
【0069】
第３の態様に係るシール装置は、第１の態様または第２態様に係るシール装置であって、さらに、案内凹部は、シールリング３１における径方向の深さが、凹部３２のシールリング３１における径方向の深さ以下である。これにより、ケーシング１１とロータ１２との隙間Ｓを流れる流体の流れＦを適正に凹部３２に導入することができる。
【0070】
第４の態様に係るシール装置は、第２の態様または第３の態様に係るシール装置であって、さらに、案内凹部は、シールリング３１の周方向に沿って設けられて複数の凹部３２に連通する周方向溝３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄを有する。これにより、シール性能を向上することができると共に、スワールを低減することができる。
【0071】
第５の態様に係るシール装置は、第２の態様から第４の態様のいずれか一つに係るシール装置であって、さらに、案内凹部は、シールリング３１とロータ１２との隙間Ｓからロータ１２の回転により発生する旋回流に沿って凹部３２に連通する傾斜溝３５，３６を有する。これにより、傾斜溝３５，３６により凹部３２で容易に旋回流を形成することができ、流体の干渉により適切にスワールを抑制することができる。
【0072】
第６の態様に係るシール装置は、第１の態様から第５の態様のいずれか一つに係るシール装置であって、さらに、案内部は、凹部３２より流体の流れ方向の上流側に設けられてシールリング３１の内周面３１ｂからロータ１２側に突出するシールフィン（案内部材）３４を有する。これにより、シールリング３１への加工を不要とすることができ、シール性能を向上することができると共に、スワールを低減することができる。
【0073】
第７の態様に係るシール装置は、第２の態様から第６の態様のいずれか一つに係るシール装置であって、さらに、流体の流れ方向の上流側の凹部３２と凹部３２より流体の流れ方向の下流側の案内凹部とを連通すると共にロータ１２の回転により発生する旋回流に交差する方向に沿って設けられる連通溝（連通部）４１を有する。これにより、凹部３２に導入された流体を連通溝４１により案内凹部に導くことで、流体の干渉により適切にスワールを抑制することができる。
【0074】
第８の態様に係る回転機械は、ケーシング（静止体）１１と、ケーシング１１に回転自在に支持されるロータ（回転体）１２と、第１の態様から第７の態様のいずれか一つに係るシール装置１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ，１５Ｇとを備える。これにより、ケーシング１１とロータ１２との間に流れる流体の漏れ流れＦを抑制することができ、ロータ１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。
【0075】
なお、上述した実施形態では、ケーシング１１とシールリング３１を別部材として構成したが、一体の部材としてもよい。すなわち、ケーシング１１にシールリング３１の機能を持たせ、ケーシング１１に案内部を設けてもよい。
【符号の説明】
【0076】
１０ 蒸気タービン（回転機械）
１１ ケーシング（静止体）
１２ ロータ（回転体）
１３ 静翼
１４ 動翼
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ，１５Ｇ シール装置
３１ シールリング
３２ 凹部
３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ 周方向溝（案内部、案内凹部）
３４ シールフィン（案内部、案内部材）
３５，３６ 傾斜溝（案内部、案内凹部）
４１ 連通溝（連通部）
１１ ケーシング（静止体）
１２ ロータ（回転体）
１３ 静翼
１４ 動翼
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ，１５Ｇ シール装置
３１ シールリング
３２ 凹部
３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ 周方向溝（案内部、案内凹部）
３４ シールフィン（案内部、案内部材）
３５，３６ 傾斜溝（案内部、案内凹部）
４１ 連通溝（連通部）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】