(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つのコンポーネント(２ａ,２ｂ)間のギャップ(５)をシールするためのプレート状シーリング要素(１)であって、前記二つのコンポーネント(２ａ,２ｂ)は、機械的あるいは熱的作用の結果として互いに移動し得るものであり、かつ、それぞれ前記シーリング要素(１)を収容するための相互に対向するコンポーネント溝(３ａ,３ｂ)を有しており、前記シーリング要素(１)は主線(２１)に沿って方向付けられ、かつ、前記主線(２１)と直交する断面で見たときに、第１の端部(６ａ)と第２の端部(６ｂ)との間に配置されると共に歯が付けられた第１の表面を有する中央領域(１０)を有しており、
少なくとも一つのシーリング歯(２０)は、略矩形断面輪郭を有し、かつ、その歯高(Ｈ)は、前記シーリング要素(１)の厚み(Ｄ)の１０％ないし４０％であることを特徴とするシーリング要素(１)。
【請求項２】
全ての前記シーリング歯(２０)は、略矩形断面輪郭を有し、かつ、その歯高(Ｈ)は、前記シーリング要素(１)の厚み(Ｄ)の１０％ないし４０％であることを特徴とする請求項１に記載のシーリング要素(１)。
【請求項３】
二つの直に隣接するシーリング歯(２０)間の間隔(Ｔ)は、前記二つのシーリング歯(２０)の平均歯高(Ｈ)の１.６倍であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシーリング要素(１)。
【請求項４】
その前記シーリング要素厚みは、１.０ｍｍないし４.０ｍｍであり、かつ、
その前記歯高(Ｈ)は、０.１ｍｍないし１.６ｍｍであることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載のシーリング要素(１)。
【請求項５】
その前記歯高(Ｈ)は、０.３ｍｍないし０.７ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載のシーリング要素(１)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱的作用の結果として互いに移動する可能性がありかつそれぞれ相互に対向するコンポーネント溝を有する二つのコンポーネント間に形成されるギャップをシールするためのシーリング要素に関する。本発明はまた、相互に対向するコンポーネント溝内に収容されたシーリング要素を有する、そうしたシーリング機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンにおいては、たとえば、その燃焼チャンバー内で生じた高温ガスの環状流動経路を固定タービンブレードのプラットフォームが形成していることも事実である。隣接するタービンブレードのプラットフォームは、ここでは、その間に形成されるギャップを伴って、一方が他方の隣に配置される。このギャップを経て高温ガスが失われるのを抑止するために、そして同時に、後部に配置されたキャリアコンポーネントへのダメージを回避するために、二つの相互に対向するコンポーネント溝内に収容されるシーリング要素によって、このギャップをシールすることが知られている。そうしたシーリング機構は、特許文献１から公知である。当該文献から公知のプレート状シーリングシートは、一方側に歯付き(リブ付き)面を有する。
【０００３】
このようにして形成されたシーリングシートは、たとえば、熱作用の結果として互いに関して際立った程度まで移動することができるコンポーネントの場合には、際立った磨耗を受ける可能性があることが判明している。したがって、必要なシーリング機能は損なわれ、そしてシステムの動作性能がかなりの程度制限されることがある。さらに、公知のシーリングシートの設置に問題が生じる可能性もあり、こうした問題は望ましくないフォローアップ作業を発生させる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許第0 852 659号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、したがって、ギャップをシールすることを意図された、そして比較的大きな熱誘起コンポーネント移動の場合でさえ有効なシーリングを保証する長寿命シーリング要素を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、本発明に基づいて、二つのコンポーネント間のギャップをシールするためのプレート状シーリング要素によって達成されるが、二つのコンポーネントは、機械的あるいは熱的作用の結果として互いに移動し得るものであり、かつ、それぞれシーリング要素を収容するための相互に対向するコンポーネント溝を有しており、シーリング要素は主線に沿って方向付けられ、かつ、主線と本質的に直交する断面で見たときに、第１の端部と第２の端部との間に配置された中央領域を有すると共に歯が付けられた第１の表面を有しており、シーリング歯、好ましくはシーリング歯の全ては、略矩形断面輪郭を有し、かつ、その歯高は、歯高と平行に、すなわち歯高を含んで検出できるシーリング要素の厚みの１０％ないし４０％である。
【０００７】
本発明は、公知のシーリングシートは、このシーリングシートの全体厚みに関してその歯高が過度に高いものである歯形成組成物を有する、という知見に基づくものである。シーリングシートの歯キャリア部分(その上にはシーリング歯が配置される)は、したがって不十分な素材厚みしか持たず、したがって磨耗が、許容し難い顕著な程度まで、シーリングシートの従前の相対的に薄い歯キャリア部分を弱めることがあった。この程度まで、相互に対向するコンポーネントの比較的大きな変位による増大する機械的ストレスのもと、磨耗素材の相対的に小さな量のみがシーリングシートの歯キャリア部分に留まる。比較的薄い歯キャリア部分によって、コンポーネントの対応する熱移動に伴って、後者が早期の局所的磨耗にさらされることがあった。これは公知のシーリングシートの部分的な破損につながる可能性があった。本発明によれば、歯高は、この場合、全シーリング要素厚みに関連して制限され、そして、シーリング要素厚みの１０％ないし４０％である。これは、本発明に基づくシーリング要素の歯キャリア部分が従来のシーリングシートの場合よりも著しく厚みが大きいことを意味し、これはシーリング要素の長期的強度および耐用年数の向上につながる。
【０００８】
従来技術から公知のシーリング要素の断面的にテーパー状のシーリング歯とは対照的に、本発明に基づくシーリング歯は歯キャリア部分への移行領域を除いて、多少の矩形断面輪郭を有する。したがって、本発明に基づくシーリング要素は、その歯フランクが直近の従来技術の場合よりも、より急勾配であるシーリング歯を有する。シーリング歯はこれまでよりも著しく幅狭であることも事実である。この急勾配の歯フランクおよびより幅狭な設計によって、シーリング要素は、リブ付き領域において改良された変形性(コンプライアンス)を有し、これは、コンポーネント溝内へのプレート状シーリング要素の簡単な設置を可能とする。だが、もし磨耗が生じる場合、これは、第１の例では、新規な歯において、そして歯キャリア部分においてのみ生じる。これは、シーリング要素の部分的な破損を遅らせる。
【０００９】
したがって、本発明に係るシーリング要素は、本発明によるシーリング要素のキャリア部分が公知のシーリングシートの場合よりも硬質であり、かつ、本発明によるシーリング要素のリブ付き領域が公知のシーリング要素の場合よりも軟質であるという点において、公知のシーリングシートとは異なっている。これに関して、硬質および軟質領域は結果的に交替させられている。
【００１０】
本発明の有利な形態は従属請求項に開示されている。
【００１１】
さらに、シーリング要素は、シーリング歯は矩形断面輪郭を有しかつその間隔が概ねシーリング歯の歯高の１.６倍まで低減される場合に、その相対的な歯高に関係なく、改良されたシーリング作用を発揮する。したがって、最適な間隔が隣接する歯同士の間で設定されかつ最適なギャップ制限が達成され、したがって、改良されたシーリング作用が公知の形態に関して保証される。
【００１２】
シーリング要素厚みは、望ましくは、１.０ｍｍないし４.０ｍｍであり、かつ、シーリング要素の歯高(Ｈ)は、望ましくは、０.１ｍｍないし１.６ｍｍ、特に、０.３ｍｍないし０.７ｍｍである。
【００１３】
シーリング要素のシーリング歯は、好ましくは、改良された変形性の形態の特殊な適応性を有し、したがって、たとえシーリング要素がオーバーサイズであっても、シーリング要素の簡単な設置を依然として保証できる。この適合性は、従来技術のそれと比べて、より急な歯フランクおよびより狭いシーリング歯に基づく。
【００１４】
さらに、シーリング要素は、隣接するコンポーネントの増大したオフセットおよび変形に関して特定のレベルのコンプライアンスを有し、したがって、シーリング要素はまた、運転中にかなりのオフセットおよび変形を呈するシーリングコンポーネントにとって特に好適である。
【００１５】
本発明について、図面を参照して、さらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ガスタービン設備を通る長手方向断面の一部を示す図である。
【図２】シーリング要素を有するガスタービン設備のシーリング機構を通る断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、主軸線１４に沿って向けられたガスタービン設備２２を示している。このガスタービン設備は、ハウジング１７内で軸方向に交互に並ぶ固定ブレード１２および可動ブレード１５を有する。可動ブレード１２は、主軸線１４に対して直交する軸線１８に沿って方向付けられており、かつ、円を形成するようにガスタービン設備２２の周方向に沿って配置されている。固定ブレード１２は、個々の固定ブレードプレート１６を介して、ガスタービン設備２２のハウジング１７に対して結合されている。周方向に沿って、隣接する固定プレート１２は、それぞれのギャップ５によって互いに離間されており(図２参照)、この結果、それらは、熱的作用の結果として、概ね自由に広がることができる。
【００１８】
固定ブレードプレート１６は、高温ガス領域１１(これはガスタービン設備２２の主軸線１４の周りに形成される)を低温ガス領域８(これは固定ブレードプレート１６とタービンハウジング１７との間に形成される)から分離させる。可動ブレード１５は、それぞれの主軸線１９に沿って延在するが、これは、同様に、ガスタービン設備の主軸線１４に対して本質的に直交している。可動ブレード１５は高温ガス領域１１内に完全に配置されている。この高温ガス領域１１は、複数の壁コンポーネント１３によって、ガスタービン設備２２の周方向に沿って、冷却空気領域８から分離させられている。壁コンポーネント１３はここでは可動ブレード１５に隣接している。壁コンポーネント１３は、タービンハウジング１７に接続されている。分かりやすくするために、各場合に、ただ一つの固定ブレード１２、一つの可動ブレード１５および一つの壁コンポーネント１３しか図示していない。軸方向に見たとき、それぞれの壁コンポーネント１３は、それぞれの固定ブレード１２から、特に固定ブレードプレート１６からギャップ５によって離間されている。このギャップ５はシーリング要素１によってシールされ、この結果、概して、冷却ガス領域８から高温ガス領域１１内への冷却ガスの流れが阻止される。固定ブレード１２は、ここでは、第１のコンポーネント２ａを構成し、かつ、壁部１３は第２のコンポーネント２ｂを構成する。軸方向に見たとき、冷却空気領域８は、固定ブレードプレート１６および壁コンポーネント１３によって高温ガス領域１１からシールされ、かつ、周方向に見たとき、シーリングは、各場合に、隣接する固定ブレード１２間ならびに対応するように隣接する壁コンポーネント１３間において生じる。
【００１９】
図２は、二つの隣接コンポーネント２ａ,２ｂを通る、ガスタービン設備２２の周囲に沿って取った断面を示している。二つのコンポーネント２ａ,２ｂは、シーリング機構２ｃの一部であり、かつ、ギャップ５によって互いに離間されている。コンポーネント２ａ,２ｂは、それぞれ、二つの隣接する固定ブレード１２、特に固定ブレードプレート１６および二つの隣接する壁コンポーネント１３であってもよい。各場合に周方向に見たとき、コンポーネント溝３ａ,３ｂがコンポーネント２ａ,２ｂにそれぞれ設けられている。シーリング要素１は、ギャップ５をシールするために、コンポーネント溝３ａ,３ｂ内に係合する。シーリング要素１は、主線２１に沿って方向付けられ、かつ、図示する断面において、主線２１と直交する方向に、第１の端部６ａ、第２の端部６ｂ、そしてその間に配置された中央領域１０を有する。中央領域１０は、冷却ガス領域８に向かって方向付けられた複数のリブ形成溝７を有し、ここで、個々のシーリング歯２０が隣接するリブ形成溝７間に形成されており、この結果、中央領域１０は一方側においてリブが付与される。シーリング歯２０はシーリング要素１の歯キャリア部分上に配置される。各リブ形成溝および各シーリング歯２０は、主線２１と平行に、かつ、生じ得る漏れ流に対して直交するように延在する。
【００２０】
コンポーネント溝３ａ,３ｂのそれぞれは、それぞれ互いに対向するようにかつ互いに平行に配置された溝側壁９ａ,９ｂを有する。冷却ガスの圧力は、通常、高温ガス流動領域１１内の高温ガスの圧力よりも高いので、シーリング要素１は、コンポーネント溝３ａ,３ｂの側壁９ａに載った、その平滑な面を有し、したがって、シーリング歯２０は、かなり機械的な負荷が軽減されている。
【００２１】
コンポーネント溝３ａ,３ｂの二つの溝側壁９ａ,９ｂは、ここでは、溝幅Ｂとしても示す間隔によって互いに対向して配置されている。溝幅Ｂは、多くても、シーリング要素１の全体厚みよりも１.１倍大きなものである。第１の形態によれば、溝幅は２.５ｍｍであり、かつ、シーリング要素厚みは２.４ｍｍである。
【００２２】
シーリング歯２０は、シーリング要素厚みの１０％ないし４０％、たとえば０.５ｍｍの高さＨを有する。これは、概ね、上記シーリング要素厚みの２０.８％に対応する。同時に、その多少の矩形断面輪郭によって、シーリング歯２０は、その高さにわたってほとんど不変の歯幅Ｚを有する。この歯幅Ｚは、約０.１ないし０.２ｍｍの大きさのオーダーである。シーリング要素１の全体厚みＤおよび溝幅Ｂは、二つの直に隣接するシーリング歯２０間の平均間隔Ｔが少なくともギャップＳの５倍であるように互いに調整される(溝側壁９ａに対するシーリング要素１の平滑な面の平面当接によってギャップＳがシーリング歯チップとコンポーネント溝３ａ,３ｂの別な側壁９ｂとの間に生じる)。可能ならば、平均間隔Ｔはまた、本質的に、歯高Ｈの１.６倍であるべきである。シーリング機構２ｃの第１の形態によれば、ギャップＳは０.１ｍｍの寸法を有し、かつ、間隔Ｔは０.８ｍｍの寸法を有する。
【００２３】
もちろん、シーリング歯２０は歯キャリア部分１８から垂直に突出する必要はない。図２において２２で示す右側において、それらを歯キャリア部分１８に対する垂線２３に関して僅かに傾斜させることも可能である。
【００２４】
全体的に見て、本発明は、二つのコンポーネント２ａ,２ｂ間のギャップ５をシールすることを意図された、そして主線２１に沿って延在すると共にリブ付き中央領域１０において輪郭取りされた断面を有するシーリング要素１、特にガスタービン設備のシーリング機構に関する。断面で見たとき、シーリング要素１は主線２１に沿って向けられ、かつ、この主線２１と本質的に直交する方向に変形できる。耐摩耗性の長寿命シーリング要素１に特に有効なブロッキング作用を付与するために、リブ形成組成物のシーリング歯２０が矩形断面輪郭を有し、かつ、その歯高Ｈが、この歯高Ｈと平行に検出可能なシーリング要素厚みＤの１０％ないし４０％であることが提案される。効率的なシーリングは、これに代えて、シーリング歯２０が、矩形断面輪郭に沿って、関連するシーリング歯２０の平均歯高Ｈの約１.６倍である間隔Ｔによって互いに離間されるならば達成可能である。平均歯高Ｈは、問題の歯高の算術平均に対応する。
【符号の説明】
【００２５】
２ａ  第１のコンポーネント
２ｂ  第２のコンポーネント
２ｃ  シーリング機構
３ａ,３ｂ  コンポーネント溝
５  ギャップ
６ａ  第１の端部
６ｂ  第２の端部
８  低温ガス領域
９ａ,９ｂ  溝側壁
１０  中央領域
１１  高温ガス領域
１２  固定ブレード
１３  壁コンポーネント
１４  主軸線
１５  可動ブレード
１６  固定ブレードプレート
１７  ハウジング
１８  歯キャリア部分
１９  主軸線
２０  シーリング歯
２２  ガスタービン設備
【図１】
0005475930.tif 000002
【図２】
0005475930.tif 000003