(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ軸線（ｘ）を中心に回転しかつ半径方向外方へ延びた複数のロータブレードセグメント（１１）を含むロータ（１０）であって、各ロータブレードセグメント（１１）は、翼（１３）と、半径方向内側ブレードプラットフォーム（１２）とを含む、ロータ（１０）と、
加圧された作動流体（６１）のための環状の流路（６０）を形成するように前記ロータ（１０）を包囲するステータ（２０）であって、該ステータ（２０）は、複数のロータブレード（１１）に隣接して配置された複数のガイドベーンセグメント（２１）を含み、該複数のガイドベーンセグメント（２１）は半径方向内方へ延びており、各ガイドベーンセグメント（２１）は、翼（２３）と、半径方向内側ベーンプラットフォーム（２２）とを含み、前記ステータ（２０）は、前記ロータ軸線（ｘ）と同軸に整合した円筒状ステータ壁部（８９，８７）と、該円筒状ステータ壁部（８９，８７）の外面（１１０）の中間セクションに配置された環状ステータ壁部（８３）とをさらに含む、ステータと、
シール配列（３５）であって、内側ベーンプラットフォーム（２２）の後縁（２４）と、内側ブレードプラットフォーム（１２）の前縁（１０７）と、第１の環状キャビティ（８２）と、第２の環状キャビティ（９６）とを含むシール配列と、を備える、タービン配列において、
前記第１の環状キャビティ（８２）は、少なくとも前記内側ベーンプラットフォーム（２２）の前記後縁（２４）と、前記円筒状ステータ壁部（８９，８７）の第１の部分（８９）と、前記環状ステータ壁部（８３）とによって形成されており、
前記第２の環状キャビティ（９６）は、少なくとも前記内側ブレードプラットフォーム（１２）の前縁（１０７）と、前記円筒状ステータ壁部（８９，８７）の第２の部分（８７）と、前記環状ステータ壁部（８３）とによって形成されており、
前記第１の環状キャビティ（８２）は、第１の環状シール通路（１０１）を介して前記環状流路（６０）と流体連通しており、
前記第１の環状キャビティ（８２）は、前記環状ステータ壁部（８３）を介して前記第２の環状キャビティ（９６）から分離されており、
前記第１の環状キャビティ（８２）は、前記環状ステータ壁部（８３）のリム（１０５）と、前記内側ブレードプラットフォーム（１２）の前縁（１０７）との間の第２の環状シール通路（１０２）を介して、第２の環状キャビティ（９６）と流体連通しており、
該第２の環状キャビティ（９６）は、第３の環状シール通路（１０３）を介して封止流体を提供するための中空空間（９０）と流体連通していることを特徴とする、タービン配列。
【請求項２】
前記内側ブレードプラットフォーム（１２）の前記前縁（１０７）は、前端部に円筒状ロータ壁部（１４）を有する、請求項１記載のタービン配列。
【請求項３】
該円筒状ロータ壁部（１４）は、その軸方向長さにわたって実質的に不変の半径方向幅を有する、又は
前記円筒状ロータ壁部（１４）は、該円筒状ロータ壁部（１４）の別の軸方向位置における幅よりも大きな、そのリップ端部における幅を備えた、半径方向外側に面した凹面（１４０）を有する、請求項２記載のタービン配列。
【請求項４】
前記第２の環状シール通路（１０２）は、前記円筒状ロータ壁部（１４）の前端部と、前記環状ステータ壁部（８３）のリム（１０５）とによって形成されている、請求項２又は３記載のタービン配列。
【請求項５】
前記内側ブレードプラットフォーム（１２）の前記前縁（１０７）は、前記円筒状ロータ壁部（１４）の下流に、前記流路（６０）に面した連続的な凸面状の湾曲面（１０６）を含む、請求項１から４までのいずれか１項記載のタービン配列。
【請求項６】
前記環状ステータ壁部（８３）は前記円筒状ステータ壁部（８９，８７）に対して垂直に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のタービン配列。
【請求項７】
前記環状ステータ壁部（８３）は、第１のセクション（１２１）及び第２のセクション（１２２）を有し、前記第１のセクション（１２１）は、前記円筒状ステータ壁部（８９，８７）に対して垂直に配置されており、前記第２のセクション（１２２）は、特に前記第１の環状キャビティ（８２）の方向へ、前記第１のセクション（１２１）に対して傾斜又は湾曲させられている、請求項１から６までのいずれか１項記載のタービン配列。
【請求項８】
前記第２の環状キャビティ（９６）は、さらに、前記環状ステータ壁部（８３）に対して実質的に平行な、前記ロータ（１０）の実質的に半径方向に向けられた環状面（９８）によって形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のタービン配列。
【請求項９】
前記第２の環状キャビティ（９６）は、前記ロータ（１０）の実質的に軸方向に向けられたフランジ（８６）によってさらに形成されており、前記第３の環状シール通路（１０３）は、前記円筒状ステータ壁部（８９，８７）の軸方向エッジと、前記フランジ（８６）とによって形成されている、請求項８記載のタービン配列。
【請求項１０】
前記ロータ（１０）の前記フランジ（８６）は、前記ロータ軸線（ｘ）までの前記円筒状ステータ壁部（８９，８７）の半径方向距離（Ｄ２）よりも大きな、前記ロータ軸線（ｘ）までの半径方向距離（Ｄ１）を有する、請求項９記載のタービン配列。
【請求項１１】
前記ロータ（１０）の前記フランジ（８６）は、前記ロータ軸線（ｘ）までの前記円筒状ステータ壁部（８９，８７）の半径方向距離（Ｄ２）よりも小さな、前記ロータ軸線（ｘ）までの半径方向距離（Ｄ３）を有する、請求項９記載のタービン配列。
【請求項１２】
前記第２の環状キャビティ（９６）は、前記ロータ（１０）の実質的に軸方向に向けられた第１のフランジ（１３１）によってさらに形成されており、
前記ロータ（１０）はさらに、実質的に軸方向に向けられた第２のフランジ（１３２）を有し、
前記ロータ（１０）の前記第１のフランジ（１３１）は、前記ロータ軸線（ｘ）までの前記円筒状ステータ壁部（８９，８７）の半径方向距離（Ｄ２）よりも大きな、前記ロータ軸線（ｘ）までの半径方向距離（Ｄ１）を有し、
前記ロータ（１０）の前記第２のフランジ（１３２）は、前記ロータ軸線（ｘ）までの前記円筒状ステータ壁部（８９，８７）の半径方向距離（Ｄ２）よりも小さな、前記ロータ軸線（ｘ）までの半径方向距離（Ｄ３）を有し、
第３の環状シール通路（１０３）は、前記第１のフランジ（１３１）と前記第２のフランジ（１３２）との間の空間（１３３）へ突出した前記円筒状ステータ壁部（８９，８７）の軸方向エッジ（１３４）によって形成されている、請求項８記載のタービン配列。
【請求項１３】
前記第３の環状シール通路（１０３）は、軸方向に向きづけられた環状の軸方向通路（１０３Ａ）と、第２の半径方向に向きづけられた半径方向通路（９９）とを含み、
前記軸方向通路（１０３Ａ）は、前記円筒状ステータ壁部（８９，８７）のシェル面（１３７）と、前記フランジ（８６）又は前記第１のフランジ（１３１）の半径方向に面した面（１３８）とによって形成されており、
前記半径方向通路（９９）は、前記円筒状ステータ壁部（８９，８７）の環状面（１３６）と、前記ロータの軸方向に面した面（１３５）とによって形成されている、請求項８から１２までのいずれか１項記載のタービン配列。
【請求項１４】
ロータ（１０）であって、ロータ軸線（ｘ）を中心に回転し、半径方向外方へ延びる複数のロータブレードセグメント（１１）を含み、各ロータブレードセグメント（１１）は、翼（１３）と、半径方向内側ブレードプラットフォーム（１２）とを含む、ロータ（１０）と、
加圧された作動流体（６１）のための環状流路（６０）を形成するように前記ロータ（１０）を包囲したステータ（２０）であって、該ステータ（２０）は、複数のロータブレード（１１）に隣接して配置された複数のガイドベーンセグメント（２１）を含み、該複数のガイドベーンセグメント（２１）は半径方向内方へ延びており、各ガイドベーンセグメント（２１）は、翼（２３）と、半径方向内側ベーンプラットフォーム（２２）とを含む、ステータ（２０）であって、該ステータ（２０）は、さらに、ロータ軸線（ｘ）に対して同軸に整合させられた環状ステータ隔壁（１５０）を備え、該環状ステータ隔壁（１５０）は、半径方向フランジ（１５１）と、第１の軸方向フランジ（１５２）と、第２の軸方向フランジ（１５３）とを含む、ステータ（２０）と、
シール配列（３５）であって、前記内側ベーンプラットフォーム（２２）の後縁（２４）と、前記内側ブレードプラットフォーム（１２）の前縁（１０７）と、第１の環状キャビティ（８２）と、第２の環状キャビティ（９６）とを含む、シール配列（３５）と、を備えるタービン配列であって、
前記第１の環状キャビティ（８２）は、少なくとも前記内側ベーンプラットフォーム（２２）の前記後縁（２４）と、前記環状ステータ隔壁（１５０）の第１の部分と、前記半径方向フランジ（１５１）とによって形成されており、
前記第２の環状キャビティ（９６）は、少なくとも前記内側ブレードプラットフォーム（１２）の前縁（１０７）と、前記半径方向フランジ（１５１）と、前記第１の軸方向フランジ（１５２）とによって形成されており、
前記第１の環状キャビティ（８２）は、第１の環状シール通路（１０１）を介して前記環状流路（６０）と流体連通しており、
前記第１の環状キャビティ（８２）は、前記半径方向フランジ（１５１）を介して前記第２の環状キャビティ（９６）から分離されており、
前記第１の環状キャビティ（８２）は、前記半径方向フランジ（１５１）のリムと、前記内側ブレードプラットフォーム（１２）の前縁（１０７）との間の第２の環状シール通路（１０２）を介して、前記第２の環状キャビティ（９６）と流体連通しており、
該第２の環状キャビティ（９６）は、第３の環状シール通路（１０３）を介して封止流体を提供するための中空空間（９０）と流体連通しており、前記第３の環状シール通路（１０３）は、前記第１の軸方向フランジ（１５２）と、前記第２の軸方向フランジ（１５３）と、前記第１の軸方向フランジ（１５２）と前記第２の軸方向フランジ（１５３）との間の空間（１５５）内へ突出した半径方向に向けられたロータフランジ（１５４）とによって形成されていることを特徴とする、タービン配列。
【請求項１５】
前記半径方向内側ベーンプラットフォーム（２２）の下側に配置された複数の冷却流体インジェクタ（２００）をさらに含む、請求項１から１４までのいずれか１項記載のタービン配列。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、シールにおける封止効果が改良されたタービン配列に関する。
【０００２】
発明の背景
ガスタービンエンジンにおいては、高温のガスが燃焼器からタービンセクションへ送られ、タービンセクションにおいて、ステータベーンは、高温の燃焼ガスをロータブレードへ方向付けるように設計されており、その結果、ロータブレードが結合されたロータの回転運動を生ぜしめる。これらのステータベーン及びロータブレードの翼の半径方向内側及び外側には、環状の流体通路を形成するようにプラットフォーム、ケーシング又はその他の構成部材が設けられていてよく、環状の流体通路内へステータベーン及びロータブレードの翼が延びており、環状の流体通路に高温の燃焼ガスが案内される。
【０００３】
回転部分、つまりロータブレードの複数の列と、非回転部分、つまりステータベーンの複数の列が交互に配置されているため、ロータブレードの列とステータベーンの列の間には間隙が存在し得る。これらの間隙を通じて主流流体が全く又はほとんど損失されないように、間隙のサイズを減じる及び／又はこれらの間隙を封止することが目標である。ロータブレードとステータベーンとの間のこれらの間隙を封止する構造は、リムシールと呼んでもよい。
【０００４】
特許及び特許出願、すなわち欧州特許出願公開第１７３１７１７号明細書、欧州特許出願公開第１７３１７１８号明細書、欧州特許出願公開１９３９３９７号明細書、米国特許第７４５２１８２号明細書及び米国特許出願公開第２００８／０１４５２１６号明細書は、種々異なるシールを示しており、これらのシールは、リムシールのキャビティ内への高温流体の漏れの可能性なく、かつ主流へのリムシールを通じた冷却流体の侵入の可能性なく、高温の主流流体を環状の流体通路内に保持する。ステータベーンとロータブレードとの間には小さな間隙が存在してよく、この間隙を通って、公差、タービン部品の熱膨張及び関連する流体の差圧にも依存して、主流がシールを通って、主流流体通路から漏れ出すことがある。何らかの形でロータブレードを冷却するために提供される空気であり得る第２の流体源がシールを通じて反対方向へ漏れ、主流流体通路へ進入することも起こりえる。流体及び／又は空気の進入又は漏出の両形式は、同じシールのための様々な作動モードにおいて起こりえる、又は主流流体通路における様々な周方向位置においても起こりえる。
【０００５】
したがって、本発明の目標は、ほとんどの作動モードにおいて主流流体通路への／主流流体通路からのシールを通る流体の最小限の進入及び漏出を生じ、その結果、例えばタービン配列の空力損失を低減しかつ効率を高める、改変されたタービン配列を提供することである。特に、作動中により少ない封止空気が必要とされるようなタービン配列を提供することも目標であり得る。
【０００６】
発明の概要
本発明は、前記欠点を減じようとするものである。
【０００７】
この課題は、独立請求項によって解決される。従属請求項は、発明の有利な発展形および変化形を示している。
【０００８】
本発明によれば、タービン配列、すなわち、特にロータとステータとを備えるガスタービンエンジンのタービンセクションが提供される。ロータは、ロータ軸線を中心に回転し、半径方向外方へ延びた、環状セグメントによって分割された、複数のロータブレードセグメントを有し、“外方”とは、ロータ軸線に関してロータ軸線からロータ軸線に対して垂直に離れる方向を意味し、“半径方向”とは、中心軸線としてのロータ軸線を出発点とする、ロータ軸線に対して垂直な方向を意味する。各ロータブレードセグメントは、翼と、半径方向内側ブレードプラットフォームとを有する。“半径方向内側プラットフォーム”とは、主流体通路の第１の境界が第２の境界とは反対側であることを意味し、主流体は第１の境界と第２の境界との間を案内され、第１の境界はロータ軸線方向で主流体通路を制限する。
【０００９】
ステータは、加圧された作動流体、すなわち主流体のための環状の流路を形成するようにロータを包囲しており、ステータは、複数のロータブレードに隣接して配置された、環状セグメントによって分割された複数のガイドベーンセグメントを有し、複数のガイドベーンセグメントは半径方向内方へ延びている。各ガイドベーンセグメントは、翼と、半径方向内側ベーンプラットフォームとを有する。ステータは、さらに、ロータ軸線に対して同軸に整合させられた円筒状ステータ壁部と、円筒状ステータ壁部の外面の中間セクションに配置された環状のステータ壁部とを有する。“中間セクション”とは、特に、円筒状ステータ壁部がこの環状ステータ壁部で終わっているのではなく、円筒状ステータ壁部は環状ステータ壁部の両方向へ延長していることを意味する。
【００１０】
シール配列は、内側ベーンプラットフォームの後縁と、内側ブレードプラットフォームの前縁と、第１の環状キャビティと、第２の環状キャビティとを含む。“前”とは、最初に作動流体と接触する構成部材の領域（構成部材の上流端部）を意味し、“後”とは、最後に作動流体と接触する構成部材の領域（構成部材の下流端部）を意味する。
【００１１】
本発明によれば、第１の環状キャビティは、少なくとも内側ベーンプラットフォームの後縁と、円筒状ステータ壁部の第１の部分と、環状ステータ壁部とによって形成されている。第２の環状キャビティは、少なくとも内側ブレードプラットフォームの前縁と、円筒状ステータ壁部の第２の部分と、環状ステータ壁部とによって形成されている。第１の環状キャビティは、第１の環状シール通路を介して環状流路と流体連通している。第１の環状キャビティは、環状ステータ壁部を介して第２の環状キャビティから分離されており、すなわち、環状ステータ壁部は、第１の環状キャビティと第２の環状キャビティとの間の分割壁部を形成している。第１の環状キャビティは、環状ステータ壁部のリムと、内側ブレードプラットフォームの前縁、特に内側ブレードプラットフォームの前縁の半径方向内方に面した面との間の第２の環状シール通路を介して、第２の環状キャビティと流体連通している。さらに、第２の環状キャビティは、第３の環状シール通路を介して封止流体を提供するための中空空間と流体連通している。
【００１２】
これらの特徴は、半径方向内側ベーンプラットフォームと半径方向内側ブレードプラットフォームとの間の環状の間隙を封止するための流体リムシールを形成する。
【００１３】
封止効果は、全ての導入されたキャビティ、すなわち環状流路及び中空空間（中空空間は通常、２つのロータディスクの間又は１つのロータディスクと、対向するステータ面との間のホイール空間又はディスク空間である）が流体流れ連通しており、特に第１、第２及び第３の環状シール通路によって形成された制限部によって制限されていることにより、存在する。キャビティは、キャビティ内での再循環流を生ぜしめ、これにより、第１の環状キャビティ、次いで第２の環状キャビティへの作動流体の進入が段階的に減じられる。この効果は、中空空間から第２の環状キャビティを通じて第１の環状キャビティへの反対向きの流体流に対しても同様に存在し、これにより、第２の環状キャビティ、さらに第１の環状キャビティへの漏出が段階的に減じられる。
【００１４】
以下では、複数の実施の形態が論じられ、発明、及び発明の実施の形態に関するさらなる説明も提供される。
【００１５】
配列をさらに規定するために、ロータ軸線は通常、タービンエンジンの中心軸線であり、ロータ軸の中心軸線である。
【００１６】
ガイドベーンは、特に使用時にロータブレードへ流れる加圧された流体を方向付けるように配置されており、これにより、ロータブレードはロータを駆動する結果、ロータの回転を生ぜしめる。
【００１７】
少なくとも、ガイドベーンの１つの列と、ロータブレードの１つのセットとの間、特にタービン配列の第１段のガイドベーンとロータブレードとの間に、論じられているようなシール配列が設けられており、第１段はタービン配列の上流端部に配置されている。本発明は、タービン配列の後続の複数の段にも適用され、段とは、バーナ配列に最も近い第１の段を備えた、ロータブレードのセットとガイドベーンのセットとの複数の対のオーダを意味する。
【００１８】
ステータベーンとも称されるガイドベーンと、ロータブレードとの存在、及びロータブレードの回転により、第１の環状シール通路の領域における主流体流路における作動流体の圧力は、時間の経過とともに異なる、すなわち作動流体は脈動する。本発明によれば、第１の環状キャビティは、圧力により駆動される進入パルスに対する減衰効果を提供する。第２の環状キャビティは、圧力パルスに対するさらなる減衰を提供する。
【００１９】
この構成は、以下でより詳細に規定される。
【００２０】
特に、環状ステータ壁部のリムと内側ブレードプラットフォームの前縁とは、半径方向で重なり合っており、これにより、両者は、任意の半径方向平面において向き合った面を有する。これにより、第２の環状シール通路は、流体を主に向き合った面の間で軸方向に許容する制限部である。
【００２１】
第３の環状シール通路も、半径方向で重なり合った面によって規定されてよく、すなわち、円筒状ステータ壁部の第２の部分は、ロータ壁部の軸方向に延びたリップが任意の半径方向平面において重なり合うように軸方向の延長部を有してよい。第３の環状シール通路は、流体流を主にリップと円筒状ステータ壁部との向き合った面の間で軸方向に制限してよい。
【００２２】
さらに、第１の環状シール通路も、半径方向で重なり合った面によって制限されてよく、すなわち、内側ベーンプラットフォームの後縁は、任意の半径方向平面において内側ブレードプラットフォームの前縁と重なり合うように軸方向に延びている。
【００２３】
さらに、内側ブレードプラットフォームの前縁は、特に第１の環状シール通路において始まる、上流のガイドベーンセグメントの方向に最も突出したエッジであると考えられてよい（作動流体の流れに関して“上流”）。
【００２４】
１つの実施の形態によれば、内側ブレードプラットフォームの前縁は、その前端部に円筒状のロータ壁部を有してよい。この円筒状ロータ壁部は、軸方向長さにわたって実質的に不変の半径方向幅を有するように円筒を形成してよい。
【００２５】
これに代えて、円筒状ロータ壁部は、円筒状ロータ壁部の別の軸方向位置における幅よりも大きな、そのリップ端部における幅を備えた、半径方向外側に面した凹面を有してよい。これは、作動流体が第１の環状シール通路の領域において円形の流れを生じる領域を可能にし、これにより、より少ない作動流体が第１の環状シール通路を通過することができる。
【００２６】
この構成をさらに規定するために、第２の環状シール通路は、円筒状ロータ壁部の前端部と、環状ステータ壁部のリムとによって形成されてよい。
【００２７】
内側ブレードプラットフォームの前縁は、円筒状ロータ壁部の下流に、流路に面した連続的な凸面状の湾曲面を有してよい。これは、作動流体の環状流路の望まれる幅への面の移行を許容する。その結果、作動流体は望ましい流体方向へ再び方向付けられる。
【００２８】
好適な実施の形態では、環状ステータ壁部は円筒状ステータ壁部に対して垂直に配置されている。環状ステータ壁部は、完全に直線的であっても、曲げ部を有してもよい。特に、後者の選択肢の場合には、環状ステータ壁部は、第１のセクション及び第２のセクションを有し、第１のセクションは、円筒状ステータ壁部に対して垂直に配置されてよく、第２のセクションは、特に第１の環状キャビティの方向へ、第１のセクションに対して傾斜又は湾曲させられてよい。
【００２９】
その他に、第２の環状キャビティは、さらに、環状ステータ壁部に対して実質的に平行な、ロータの実質的に半径方向に向けられた環状面によって規定されてよい。これは、第２の環状キャビティが、内側ブレードプラットフォームの前縁と、円筒状ステータ壁部の第２の部分と、環状ステータ壁部と、ロータの環状面とによって包囲されてよいことを意味する。つまり、第３の環状シール通路は、環状面又は環状面に形成されたリップと、円筒状ステータ壁部の第２の部分との間に形成されてよい。
【００３０】
１つの実施の形態では、第２の環状キャビティは、ロータの実質的に軸方向に向けられたフランジによってさらに規定されてよく、第３の環状シール通路は、円筒状ステータ壁部の軸方向エッジと、フランジとによって形成されてよい。代替的に、フランジの代わりにリップ又は段部が形成されてもよい。この場合も、フランジ／リップ／段部の面と、円筒状ステータ壁部の対向する面との特定の半径方向平面における半径方向重なり合いが存在してもよい。
【００３１】
第１の構成では、ロータのフランジは、ロータ軸線までの円筒状ステータ壁部の半径方向距離よりも大きな、ロータ軸線までの半径方向距離を有してよい。代替的に、第２の構成では、ロータのフランジは、ロータ軸線までの円筒状ステータ壁部の半径方向距離よりも小さな、ロータ軸線までの半径方向距離を有してよい。
【００３２】
別の代替例として、２つのフランジが、一方が前述のように第１の構成として、もう一方が第２の構成として設けられてよい。より正確に言えば、第２の環状キャビティは、さらに、ロータの実質的に軸方向に向けられた第１のフランジによって規定されてよく、ロータは、実質的に軸方向に向けられた第２のフランジをさらに備え、ロータの第１のフランジは、ロータ軸線までの円筒状ステータ壁部の第２の半径方向距離Ｄ２よりも大きな、ロータ軸線までの第１の半径方向距離Ｄ１を有してよい。ロータの第２のフランジは、ロータ軸線までの円筒状ステータ壁部の第２の半径方向距離Ｄ２よりも小さな、ロータ軸線までの第３の半径方向距離Ｄ３を有してよい。さらに、第３の環状シール通路は、第１のフランジと第２のフランジとの間の空間へ突出した円筒状ステータ壁部の軸方向エッジによって形成されてよい。好適な実施の形態では、ロータの第１のフランジと、円筒状ステータ壁部の軸方向エッジと、ロータの第２のフランジとは、特定の半径方向平面において半径方向で重なり合ってよい。
【００３３】
好適には、第３の環状シール通路は、軸方向に向けられた環状の軸方向通路と、第２の半径方向に向けられた半径方向通路とを含んでよく、軸方向通路は、円筒状ステータ壁部のシェル面と、フランジ又は第１のフランジの半径方向に面した面とによって形成されてよい。半径方向通路は、円筒状ステータ壁部の環状面と、ロータの軸方向に面した面とによって形成されてよい。
【００３４】
別の実施の形態では、軸方向に延びた２つのフランジを有することが有利である。これは、シール配列の構成を正確に規定するために付加的な独立請求項において僅かに異なる言葉で説明される。それにもかかわらず、以下の説明は、環状キャビティ及び環状シール通路が同じ効果を生じるために前に規定されたのと同様に配置される（ただし異なる大きさである可能性がある）ことは、発明の思想から逸脱しない。つまり、本発明は、ロータ軸線を中心に回転しかつ半径方向外方へ延びた複数のロータブレードセグメントを含むロータであって、各ロータブレードセグメントは、翼と、半径方向内側ブレードプラットフォームとを含む、ロータと、加圧された作動流体のための環状の流路を形成するようにロータを包囲するステータであって、ステータは、複数のロータブレードに隣接して配置された複数のガイドベーンセグメントを含み、複数のガイドベーンセグメントは半径方向内方へ延びており、各ガイドベーンセグメントは、翼と、半径方向内側ベーンプラットフォームとを含み、ステータは、ロータ軸線と同軸に整合した環状ステータ隔壁をさらに含み、環状ステータ隔壁は、半径方向フランジと、第１の軸方向フランジと、第２の軸方向フランジとを含む、ステータと、シール配列であって、内側ベーンプラットフォームの後縁と、内側ブレードプラットフォームの前縁と、第１の環状キャビティと、第２の環状キャビティとを含むシール配列と、を備える、タービン配列にも関する。発明のこの態様によれば、第１の環状キャビティは、少なくとも内側ベーンプラットフォームの後縁と、環状ステータ隔壁の第１の部分と、半径方向フランジとによって形成されており、第２の環状キャビティは、少なくとも内側ブレードプラットフォームの前縁と、半径方向フランジと、第１の軸方向フランジとによって形成されており、第１の環状キャビティは、第１の環状シール通路を介して環状流路と流体連通しており、第１の環状キャビティは、半径方向フランジを介して第２の環状キャビティから分離されており、第１の環状キャビティは、半径方向フランジのリムと内側ブレードプラットフォームの前縁との間の第２の環状シール通路を介して第２の環状キャビティと流体連通しており、第２の環状キャビティは、第３の環状シール通路を介して封止流体を提供するための中空空間と流体連通しており、第３の環状シール通路は、第１の軸方向フランジと、第２の軸方向フランジと、第１の軸方向フランジと第２の軸方向フランジとの間の空間へ突出した半径方向に向けられたロータフランジとによって形成されている。
【００３５】
前述のように、発明のこの態様は、前の実施の形態（２つのロータフランジがロータに存在し、一方のステータフランジはロータフランジの間の空間内へ突入している）とは異なり、今や２つのステータフランジがステータに存在し、ロータフランジがステータフランジの間の空間へ突出している。
【００３６】
加えて、ロータ面は、第１の軸方向フランジと対向した凹部を有してよい。
【００３７】
発明のこの態様の好適な実施の形態では、半径方向フランジは、環状ステータ隔壁に対して垂直に配置されている。半径方向フランジは、完全に直線的であっても、曲げ部を有してもよい。特に、後者の選択肢の場合には、半径方向フランジは、第１のセクション及び第２のセクションを有し、第１のセクションは、環状ステータ隔壁に対して垂直に配置されてよく、第２のセクションは、特に第１の環状キャビティの方向へ、第１のセクションに対して傾斜又は湾曲させられてよい。
【００３８】
全ての実施の形態では、入口又はノズルとして形成されてもよい複数の冷却流体インジェクタが、半径方向内側ベーンプラットフォームの後縁の下側に配置されてもよい。好適には、第１の環状キャビティ内の小さな循環を備える領域に冷却流体が提供される。さらに、冷却流体入口は、吸い込まれた作動流体を第１の環状キャビティ内の全体的な回転運動にもたらし得る。
【００３９】
付加的な乱流のない第１の環状キャビティ内でのこのような全体的な回転運動は、異なる向きを有する面の間の滑らかな湾曲によって補助されてよい。
【００４０】
第１の環状キャビティ、第２の環状キャビティ及び／又は第３の環状キャビティの領域において滑らかな湾曲又は滑らかな表面移行を備える、異なる向きを有する面の全ての接触領域を有することが有利であり得る。
【００４１】
前述のようなシール配列は、別個のエレメントであると考えられてよいか、又はロータとステータとによって形成された、すなわちガイドベーンセグメントの一部とロータブレードセグメントの一部とによって形成された、ロータブレードが接続されるロータディスクの隣接するセクションを備える又は備えない、論理的部分として単に見ることができる。
【００４２】
“後”とは、この文献を通じて、配列が使用されているときの、（乱流を無視して、主流体流れの）下流側を意味し、“前”とは上流側を意味する。
【００４３】
上述のタービン配列は、キャビティ及び環状通路を介して主環状流路へ進入する封止流体の量を減じてよい。主流流体流れは妨害されにくいので、ロータブレードの翼の領域において空力損失が減じられる。高温流体はシール配列を完全に通過することができなくてもよい。
【００４４】
主流流体は、特に燃焼流体、特に、圧縮空気と液体又は気体燃料との混合及び燃焼が生じる燃焼室を介して加速されたガスであってよい。
【００４５】
封止流体又は封止漏れ流体は、好適には、冷却流体、好適には圧縮機から取り出された空気である。封止流体は圧縮されてよく、その結果、実質的に環状流における加圧された流体の圧力範囲における圧力を生じるか、又は環状流路における加圧された流体の圧力よりもさらに高い圧力を生じる。別の実施の形態では、封止流体の圧力は、環状流路における加圧された流体の圧力よりも低くてもよい。
【００４６】
好適な実施の形態では、第１の環状シール通路は傾斜させられていてよい。特に、第１の環状シールは、第１の環状キャビティを始点として、半径方向外方及び下流へ、すなわち、流出する封止流体に関して下流又は潜在的に進入する加圧された主流流体の反対へ、ロータ軸線に関して実質的に２５〜４５°の角度で方向付けられていてよい。
【００４７】
第１の環状シール通路の方向は、内側ベーンプラットフォームの後縁によって規定されたオーバーハング部により規定されてよい。流出する封止流体又は進入する高温主流流体は、ベーンの翼の後縁の後方へオーバーハング部の後側に、後側の向きにより方向付けられてよく、封止流体は、任意の角度で第１の環状シール通路を通じて環状流路内へ案内されてよく、主流流体は、任意の角度で第１の環状シール通路を通じて第１の環状キャビティ内へ案内されてよい。
【００４８】
本発明は、回転ホイール、例えばロータブレードが取り付けられたロータディスクが、提供された封止流体を中央領域から半径方向外側領域へポンピングするためのポンピング効果につながる面を有するという効果からも利益を有する。これは、封止流体が第３の環状シール通路及び／又は第２の半径方向に向けられた半径方向通路へポンピングされることを意味する。このポンピング効果は、環状シール通路を介するキャビティ内へ吸い込まれる高温ガスの潜在的な逆流に関して封止効果を高める。
【００４９】
封止流体のための回転ホイールのポンピング効果により、前に紹介した回転面が冷却されてもよい。
【００５０】
本発明は、前述のようなこのようなタービン配列を備えるガスタービンエンジン、特に、タービン配列を備えるガスタービンエンジンであって、タービン配列は、前に開示された実施の形態のうちの１つ又は以下に開示される実施の形態のうちの１つに従って配置されることを特徴とする、ガスタービンエンジンにも関してよい。
【００５１】
前述のシール配列は、リムシール、より具体的には流体リムシールである。シール配列は、特にインターディスクシールではない。シール配列は、ラビリンスシールでもない。ラビリンスシールは、付加的には、主流体通路から離れた別の半径方向内側の位置に設けられてもよい。本発明によるシール配列は、特に、制限部としての通路を有するが、物理的に直接接触したステータ及びロータの面を有していない。封止効果は、キャビティ及び通路の形状の結果であるが、流体流れ場の結果でもある。本発明による通路はさらに、通路を通る流体流れを許容するが、向き、寸法及び構成により、通路を通る流体の通流は制限されている。
【００５２】
本発明の複数の実施の形態が、様々な主体に関して説明されていることが留意されなければならない。特に、幾つかの実施の形態は、装置形式の請求項に関して説明されているのに対し、他の実施の形態は、エンジンの作動に関して説明されている。しかしながら、その他の通告がない限り、１つのタイプの主体に属する特徴のあらゆる組合せに加えて、異なる主体に関連する特徴、特に、装置形式の実施の形態の特徴と、方法形式の実施の形態の特徴とのあらゆる組合せも本願によって開示されていると考えられることが、当業者は上記及び以下の説明から分かるであろう。
【００５３】
本発明の上記で規定した態様及び別の態様は、以下に説明される実施の形態の例から明らかであり、実施の形態の例に関して説明される。
【００５４】
ここで発明の実施の形態を、単なる例として、添付の図面に関して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来技術によるガスタービンエンジンの高圧部分の断面図を概略的に示している。
【図２】従来のタービン配列の一セクションを概略的に示している。
【図３】本発明によるタービン配列の一セクションを概略的に示している。
【図４】本発明によるタービン配列の様々なセクションの態様を概略的に示している。
【図５】本発明によるタービン配列の部分的な三次元の図を概略的に示している。
【図６】本発明によるタービン配列の一セクションにおける流体流を概略的に示している。
【００５６】
図面における例示は概略的である。なお、異なる図面における類似又は同一の要素に対して、同じ参照符号が使用される。
【００５７】
特徴、特に利点の幾つかは、組み立てられたガスタービンについて説明されるが、明らかに、それらの特徴は、ガスタービンの個々の構成部材にも適用することができる。ただし、それらの特徴は、一回組み立てられ、作動中にのみ利点を示す。しかしながら、作動中のガスタービンによって説明された場合、いずれの詳細も、作動中のガスタービンに限定されるべきではない。
【００５８】
本発明は、概して流れ機械にも適用されてよい。
【００５９】
発明の詳細な説明
以下では全ての実施の形態はガスタービンエンジンに関して説明される。
【００６０】
図示していないが、ガスタービンエンジンは、互いに隣接して配置された圧縮機セクションと、燃焼器セクションと、タービンセクションとを含む。ガスタービンエンジンの作動において、空気又は特定の流体が圧縮機セクションによって圧縮され、１つ又は複数の燃焼器及びバーナを備える燃焼器セクションへのインプットとして主に提供される。燃焼器セクションにおいて、圧縮された空気は液体及び／又は気体燃料と混合され、この混合された流体は燃焼させられ、その結果、高温の流体を生じ、高温の流体は、ガイドベーンによって加速され、高い速度と、減じられた静圧とを与えられる。次いで、高温の流体は、燃焼器からタービンセクションへ案内され、タービンセクションにおいて、高温の流体はロータブレードの１つ又は複数の列を駆動し、その結果、軸の回転運動を生じる。最後に、流体は排気部へ送られる。
【００６１】
流体流の方向は、入口から圧縮機セクションを介して、燃焼器セクションを介してタービンセクションへ、最後に排気部への“下流”と呼ばれる。反対方向は“上流”と呼ばれる。“前”という用語は上流の位置に対応し、“後”は下流の位置に対応する。タービンセクションは実質的に回転軸線を中心として実質的に回転対称であってよい。正の軸方向とは、下流方向として規定されてよい。以下の図面では、高温流体は実質的に正の軸方向に対して平行に左から右へ案内される。
【００６２】
ここで図１を参照すると、ガイドベーン２１及びロータブレード１１のセットが示されている。ガイドベーン２１の第１のセットは燃焼室配列（図示せず）のすぐ下流に配置されている。ガイドベーン２１のセットにおける各ガイドベーン２１は、タービンセクションの中心軸線ｘに関して、矢印ｒで示されたほぼ半径方向に延びる翼２３と、ハウジング又はケーシングにおけるガイドベーン２１の取付けのための外側プラットフォーム６３とを有しており、ハウジング及び外側プラットフォーム６３は、ステータの一部、すなわち回転不能である。各ガイドベーン２１は、ガイドベーン２１の翼２３の半径方向内側位置において、固定の環状支持構造を形成するための内側ベーンプラットフォーム２２をも有する。
【００６３】
プラットフォーム２２及び６３及び翼２３の対は、通常、一片のガイドベーンセグメントとして構成されており、複数のガイドベーンセグメントが中心軸線ｘの周囲に周方向に配置され、１つのガイドベーン段を構成している。プラットフォーム２２及び６３は、高温燃焼ガス（加圧された流体６１）のための環状の流路又は流れ通路を形成するように配置されており、その流れ方向が符号６１を有する矢印によって示されている。その結果、プラットフォーム２２及び６３は、冷却される必要がある。冷却手段は、内側プラットフォーム２２及び外側プラットフォーム６３の両方に対して設けられてよい。冷却流体は、例えば、燃焼室配列を通過することなくガスタービンエンジンの圧縮機部分から直接に到達する空気又は二酸化炭素であってよい。
【００６４】
図示されたガイドベーン段のすぐ下流には、複数のロータブレード１１を有する第１のロータ段が設けられている。ロータブレード１１は、内側プラットフォーム１２とシュラウド１９とを含み、環状流路の続きを形成しており、これにより、加圧された流体は矢印ａ（又は符号６１で示された矢印）によって示されたように下流へ案内される。内側プラットフォーム１２とシュラウド１９との間には、複数のロータブレード１１が設けられる。１つの内側プラットフォームセクションと、１つのロータブレード翼と、１つのシュラウドとが、１つのロータブレードセグメントを形成してよい。複数のロータブレードセグメントはロータディスク７０に結合され、これは、回転運動を可能にし、ロータ軸を駆動する。
【００６５】
回転部分、すなわちロータと、固定部分、すなわちステータとの間に、シーリング配列が設けられてよく、これにより、加圧された流体６１は（図２に示されたように）環状の流路６０にとどまり、例えば冷却のために提供される二次的な流体と直接混ざることはない。すなわち、ガイドベーン２１の内側プラットフォーム２２とロータブレード１１の内側プラットフォーム１２との間にはシール配列が設けられており、シール配列を以下の図面で見ることにする。このシール配列はリムシールと呼ばれる。このようなリムシールはロータブレードとガイドベーンとの間の全ての境界面に、すなわち、上流及び下流のガイドベーンがあるときにロータブレードの上流及び下流に設けられる。
【００６６】
以下では、図２〜図４を説明する際に、複数のガイドベーンのうちの１つのガイドベーンと、複数のロータブレードのうちの１つである、隣接する下流のロータブレードとについてより詳しく見ることにする。
【００６７】
ここで図２を参照すると、ステータを備える従来のタービン配列が示されており、ステータの１つのガイドベーン２１のみが示されている。ガイドベーン２１は、外側プラットフォーム６３と、内側プラットフォーム２２と、翼２３とを含む。さらに、タービン配列は、ロータも備え、ロータの１つのロータブレード１１のみが示されている。ロータブレード１１は、内側ブレードプラットフォーム１２と、翼１３とを含む。ロータブレード１１は、さらに、ロータブレード１１の半径方向で遠い方の端部に外側プラットフォーム又はシュラウドを有し、遠い方の端部は、内側ブレードプラットフォーム１２と比較した反対側の端部にある。
【００６８】
前記外側及び内側プラットフォームの間に、環状の流路６０が形成されており、この環状の流路６０を通って、矢印によって示されたように加圧された流体６１、好適には燃焼器によって提供された高温ガスが案内され、複数のロータブレード１１を駆動する。
【００６９】
ガイドベーン２１とロータブレード１１との間に、従来技術に従って形成されたシール配列３５が示されている。シール配列は、内側ベーンプラットフォーム２２と内側ブレードプラットフォーム１２との間にシーリング機構を提供する。主環状流路６０からの流体は作動中にシール配列３５に進入し得る。他の作動モードでは、封止流体６２Ｂは主環状流路６０に進入し得る。これは、提供された封止流体６２Ａと、主環状流路６０における加圧された流体６１との間の差圧によって生ぜしめられ得る。差圧は、シール配列３５の周囲に沿って局所的であり、ガスタービンエンジンの作動中にブレード及びベーンを包囲する圧力勾配によって生ぜしめられ得る。
【００７０】
ここで図３を参照すると、本発明によるタービン配列が示されている。前記と同じ参照符号が、同じ要素を示すために用いられている。図３において、リムシール配列の領域に配置された構成部材のみが示されている。
【００７１】
タービン配列は、左側、すなわち上流におけるステータ２０の部分と、右側、すなわち下流におけるロータ１０の部分とを示している。ロータは、ロータ軸線を中心に回転するように構成されており、半径方向外方へ延びる複数のロータブレードセグメント１１を含み、各ロータブレードセグメントは、翼１３（図３には示されていない）と、半径方向内側ブレードプラットフォーム１２とを含む。
【００７２】
ステータは、ロータ軸線に対して垂直な各平面においてロータを包囲しており、すなわち流路の半径方向外側境界である。ロータは、流路の半径方向内側境界である。すなわち、ステータはロータを包囲しており、加圧された作動流体のための環状の流路を形成している（作動流体の流れは矢印６１によって示されている）。ステータの部材（すなわちガイドベーン翼）及びロータの部材（すなわちロータブレード翼）は、流路内へ突出している。
【００７３】
ステータ２０は、複数のロータブレードセグメント１１に隣接して配置された複数のガイドベーンセグメント２１を含み、複数のガイドベーンセグメント２１は半径方向内方へ延びており、各ガイドベーンセグメント２１は、翼２３（図３には示されていない）と、半径方向内側ベーンプラットフォーム２２とを含む。
【００７４】
ステータ２０は、さらに、ロータ軸線に対して同軸に整合させられた円筒状ステータ壁部（参照符号８９及び８７参照）と、円筒状ステータ壁部の外面１１０の中間セクションに配置された環状のステータ壁部８３とを有する。
【００７５】
図示されたタービン配列はさらにシール配列３５を含む。シール配列３５は、内側ベーンプラットフォーム２２の後縁２４と、内側ブレードプラットフォーム１２の前縁１０７と、第１の環状キャビティ８２と、第２の環状キャビティ９６とを含む、又はこれらによって画定されている。
【００７６】
第１の環状キャビティ８２及び第２の環状キャビティ９６は、封止効果が作動中に提供されるように配置、寸法決め及び接続されている。
【００７７】
より具体的には、第１の環状キャビティ８２は、少なくとも内側ベーンプラットフォーム２２の後縁２４と、軸方向ステータ面９５と、円筒状ステータ壁部の第１の部分８９と、環状ステータ壁部８３とによって形成されている。これらの面を介して、環状キャビティ、すなわち第１の環状キャビティ８２には、付加的な流体通路が提供され、これにより、キャビティと、隣接する流体体積との間の差圧を補償することができる。
【００７８】
第２の環状キャビティ９６は、少なくとも内側ブレードプラットフォーム１２の前縁１０７と、円筒状ステータ壁部の第２の部分８７と、環状ステータ壁部８３とによって形成されている。図３によれば、第２の環状キャビティ９６は、さらに、環状ステータ壁部８３に対して実質的に平行な、ロータ１０の実質的に半径方向に向けられた環状面９８によって規定されてよい。前記のように、これらの面を介して、環状キャビティ、すなわち第２の環状キャビティ９６には、付加的な流体通路が提供され、これにより、キャビティと、隣接する流体体積との間の差圧を補償することができる。
【００７９】
図３の構成によれば、第１の環状キャビティ８２は、環状ステータ壁部８３を介して第２の環状キャビティ９６から分離されており、環状ステータ壁部８３は、分割装置として機能するが、２つの前記環状キャビティ８２，９６の間の付加的な通路を介して流体連通を許容する。
【００８０】
第１の環状キャビティ８２は、第１の環状シール通路１０１を介して環状流路６０と流体連通するように配置されている。
【００８１】
第１の環状キャビティ８２は、環状ステータ壁部８３のリム１０５と、内側ブレードプラットフォーム１２の前縁１０７との間の第２の環状シール通路１０２を介して、第２の環状キャビティ９６とも流体連通している。
【００８２】
その他に、第２の環状キャビティ９６は、第３の環状シール通路１０３を介して封止流体を提供するための中空空間９０、特にロータホイールに隣接したホイール空間、とも流体連通している。
【００８３】
これは、中空空間９０を介して提供された冷却流体が、（提供された順序で）第３の環状シール通路１０３と、第２の環状キャビティ９６と、第２の環状シール通路１０２と、第１の環状キャビティ８２と、第１の環状シール通路１０１とを介して主通路における高温ガスへの流体接続を有することを意味する。
【００８４】
図３には、以下でも説明されるより具体的な構成が示されている。
【００８５】
図３では、内側ブレードプラットフォーム１２の前縁１０７は、前端部に円筒状ロータ壁部１４を有する。円筒状ロータ壁部１４は、軸方向長さにわたって実質的に不変の半径方向幅を有する。内側ブレードプラットフォーム１２の前縁１０７は、円筒状ロータ壁部１４の下流に、流路６０に面した及び／又は部分的に第１の環状シール通路１０１の壁部である連続的な凸面状の湾曲面１０６をも有する。円筒状ロータ壁部１４と凸面状湾曲面１０６との間の接続領域は、曲げ部であってよい。
【００８６】
これに代えて、破線によって示したように、円筒状ロータ壁部１４は、円筒状ロータ壁部１４の別の軸方向位置における幅よりも大きな、そのリップ端部における幅を備えた、半径方向外側に面した凹面１４０を有する。半径方向外側に面した凹面１４０は、凸面状の湾曲面１０６へ滑らかに移行してよい。これは、第１の環状シール通路１０１の領域における回転流を生ぜしめ、より良好な封止効果につながる。
【００８７】
さらに、第２の環状シール通路１０２は、円筒状ロータ壁部１４の前端部、特にその半径方向内側に面した面９４と、環状ステータ壁部８３の（半径方向外側に面した）リム１０５とによって形成されている。
【００８８】
図３に示された環状ステータ壁部８３は、円筒状ステータ壁部８９，８７に対して垂直に配置されている。環状ステータ壁部８３は、円筒の（小さな）軸方向高さと半径方向の壁の幅とを有する円筒を形成しており、半径方向の壁の幅は、複数の軸方向高さである。
【００８９】
後で図４Ｃ及び図４Ｆに示されるように、環状ステータ壁部８３は、常に完全な円筒であるわけではなく、第１のセクション１２１及び第２のセクション１２２を有し、第１のセクション１２１は、円筒状ステータ壁部８９，８７に対して垂直に配置されてよく、第２のセクション１２２は、特に第１の環状キャビティ８２の方向へ、第１のセクション１２１に対して傾斜又は湾曲させられてよい。
【００９０】
図３の示された構成では、第２の環状キャビティ９６は、ロータ１０、特にロータディスク側面又はロータブレードセグメント１１の側面の、実質的に軸方向に向けられたフランジ８６によってさらに規定されてよく、第３の環状シール通路１０３は、円筒状ステータ壁部８９，８７の軸方向エッジ、すなわち円筒状ステータ壁部の第２の部分８７と、フランジ８６とによって形成されてよい。円筒状ステータ壁部の第２の部分８７は正の軸方向に方向付けられているのに対し、ロータ１０の軸方向に向けられたフランジ８６は、反対方向に方向付けられている。軸方向に方向付けられたフランジ８６の半径方向位置は、図３、図４Ａ、図４Ｃに示されたように円筒状ステータ壁部８７の半径方向位置よりもさらに外側であってよいか、又は円筒状ステータ壁部８７の半径方向位置よりもさらに内側であってもよい（図４Ｄ参照）。
【００９１】
両方とも負の軸方向に方向付けられた、ロータ１０の円筒状ロータ壁部１４、及び軸方向に向きづけられたフランジ８６の存在と、ロータ１０の環状面９８とにより、第２の環状キャビティ９６の一体的な部分である軸方向ロータ面のアンダカットが形成される。
【００９２】
図３の構成において、第３の環状シール通路１０３は、曲がった通路として形成されている。第３の環状シール通路１０３は、互いに接続された、軸方向に向きづけられた環状の軸方向通路１０３Ａと、第２の半径方向に向きづけられた半径方向通路９９とを含む。軸方向通路１０３Ａは、円筒状ステータ壁部の第２の部分８７の半径方向外側に面したシェル面と、フランジ８６の半径方向内側に面した面とによって形成されている。半径方向通路９９は、正の軸方向に面した第２の部分８７の環状面１３６と、ロータ１０の（負の軸方向に方向付けられた）軸方向に面した面１３５とによって画成されている。
【００９３】
半径方向通路９９は、ホイール空間又は中空空間９０への移行部を提供してよい。
【００９４】
基本的にシール配列内には流体の流れが示されていないが、主要な加圧された流体の流れ６１のみが示されており、封止流体の流れ６２Ａは、回転するロータディスクによって半径方向外方へ、軸方向に面したロータディスク面９３に沿って中空空間９０を通って半径方向通路９９内へ案内されるように示されている。
【００９５】
つまり、図３のこの示された構成は、円筒状ロータ壁部１４の半径方向アームが水平方向又は傾斜した向きを有しており、内側ブレードプラットフォーム１２とともにロータプラットフォームを形成しているという特定の特徴を有する。
【００９６】
内側ベーンプラットフォーム２２の後縁２４は、円筒状ロータ壁部１４とともに、第１の半径方向オーバーラップシールを形成している。第１の環状キャビティ８２は、このキャビティ内での流体の強い旋回運動によって、吸い込みを駆動する接線方向圧力変動を減じるための、主バッファキャビティである。この第１の環状キャビティ８２は、軸方向ステータ面９５又は現在のカバープレート（図示せず）によって、及び環状ステータ壁部８３の他の固定部分及び円筒状ステータ壁部の第１の部分８９によって、形成されている。
【００９７】
鉛直方向アームとしての環状ステータ壁部８３と、水平方向アームとしての円筒状ステータの第２の部分８７と、別のロータ面とによって形成された、第２の環状キャビティ９６、すなわち内側キャビティは、第２の環状シール通路１０２の間隙を通じて進入する残留圧力変動を減衰させる。
【００９８】
半径方向アームとしての円筒状ロータ壁部１４の下側部分は、ステータ及びロータの軸方向移動全体を通じて、円筒状ロータ壁部１４（すなわち半径方向内側に面した面９４）と、環状ステータ壁部８３（特にその先端部、すなわちリム１０５）との間の一定の鉛直方向間隙を保証するように、水平方向に向きづけられている。
【００９９】
円筒状ステータ壁部の軸方向に向けられたフランジ８６及び第２の部分は、内側バッファキャビティ、すなわち第２の環状キャビティ９６を主ホイール空間、すなわち中空空間９０から分離する第２の半径方向オーバーラップシールを形成している。この半径方向間隙シールは、軸方向に向けられたフランジ８６の形式の半径方向リップが円筒状ステータ壁部の第２の部分８７の半径方向外側又は上方に配置されていることにより、従来のリムシール設計とは区別される。
【０１００】
前述のように、主キャビティとしての中空空間９０の下側部分に供給される封止流体流６２Ａは、回転するロータディスク面９３に付着し、ロータ−ステータキャビティにおけるディスクポンピング効果によって上方、すなわち半径方向外側へポンピングされる。半径方向間隙シール配列としての第３の環状シール通路１０３により、封止流体は、第２の半径方向に向けられた半径方向通路９９及びリムシールの開口へ直接にポンピングされる。
【０１０１】
第３の環状シール通路１０３によって形成された加圧された半径方向間隙シールは、円筒状ステータ壁部の第２の部分８７の間の連続的な保護封止カーテンスプレッドを提供し、第３の環状シール通路１０３によって、吸い込まれた高温流体が、低い封止流量においても、中空空間９０、すなわち主キャビティ内へ移動することを阻止する。第３の環状シール通路１０３によって形成された半径方向オーバーラップシールにおける封止流は、第２の環状キャビティ９６によって、ロータ９８の回転する環状面に再び付着し、ディスクポンピング効果によって上方へポンピングされ、ロータブレード１１に保護冷却層を提供する。次いで、これは、第２の環状シール通路１０２のシール間隙のための封止流を提供する。
【０１０２】
封止効果を高めるために、実質的に垂直な面の間の複数の移行領域が、滑らかに湾曲した面として実行されており、例えば、図３の断面図で見ると４分の１円である。これにより、大きな妨害なく流体を案内することができる。垂直な面の間のこの滑らかな移行は、軸方向ステータ面９５と、円筒状ステータ壁部の第１の部分８９の外面１１０との間の移行部、円筒状ステータ壁部の第１の部分８９の外面１１０と環状ステータ壁部８３との間の移行部、環状ステータ壁部８３と円筒状ステータ壁部の第２の部分８７との間の移行部、円筒状ロータ壁部１４の内側に面した面９４とロータの環状面９８との間の移行部、環状面９８とロータの軸方向に向けられたフランジ８６との間の移行部、及び軸方向に向けられたフランジ８６とロータの軸方向に面した面１３５との間の移行部に該当する。
【０１０３】
図３の構成は、特に、主バッファキャビティとしての第１の環状キャビティ８２に隣接した第２の環状キャビティ９６が残留接線方向圧力勾配を減衰させるという利点を示す。したがって、中空空間９０のキャビティをパージして、中空空間９０に進入する高温ガス吸込を回避するために、主ホイール空間（すなわち中空空間９０）において、より低い静圧が必要とされる。これは、封止流の減少を意味する。
【０１０４】
ディスクポンピング効果、すなわち高い接線方向速度成分に関連した流体の遠心力によるロータディスクの近くの封止流体流６２Ａの半径方向流出を利用することによって、ロータの軸方向に向けられたフランジ８６と、円筒状ステータ壁部の第２の部分８７との間の空間が加圧される。これは、高温流体が主キャビティ、すなわち中空空間９０内へさらに移動することを遮断するための封止流の保護カーテンを生ぜしめる。封止目的のためのディスクポンピング効果の利用は、中空空間９０における吸い込まれる流体のレベルを減じる。ロータの回転運動は、封止流が第２の環状キャビティ９６においてロータに付着し、保護層を形成して、ロータを流入する高温ガスから遮断することを保証する。これはさらに、ロータへの熱流束を減じる。
【０１０５】
図４には今度は本発明の様々な構成が示されている。
【０１０６】
図４Ａには、図３に関して説明されたのと同様の構成が示されており、この場合、ロータ１０の軸方向に向けられたフランジ８６は、ロータ軸線までの円筒状ステータ壁部８９，８７の第２の半径方向距離Ｄ２よりも大きな、ロータ軸線までの第１の半径方向距離Ｄ１を有する。この場合、軸方向に向けられたフランジ８６は、第２の環状キャビティ９６内へ突出している。
【０１０７】
図４Ａによれば、ロータの環状面９８は、ロータディスク面９３よりも、環状ステータ壁部８３まで小さな軸方向距離を有してよい（ロータディスク面９３は環状面９８よりもロータ軸線に近い）。
【０１０８】
破線で示されているように、ロータの代替的な環状面９８Ａは、実質的にロータディスク面９３と同じ平面にあってよい。より一般的には、ロータの軸方向に向けられたフランジ８６は、軸方向に延在していてよい。
【０１０９】
図４Ｂによれば、軸方向に向けられたフランジ８６は存在しなくてもよい。この場合、第２の環状キャビティ９６は、単に、円筒状ロータ壁部１４の内側に面した面９４の表面と、環状ステータ壁部８３と、円筒状ステータ壁部の第２の部分８７と、ロータの環状面９８とによって包囲されている。この構成により、軸方向ロータ壁部は、段部１８０を形成している。段部は、環状面９８と、ロータディスク面９３との間の移行面である。ロータの環状面９８は、ロータディスク面９３よりも、環状ステータ壁部８３まで小さな軸方向距離を有してよい（ロータディスク面９３は環状面９８よりもロータ軸線に近い）。
【０１１０】
図４Ｃは、図４Ａと同様の構成を示しており、この構成は、第１のセクション１２１としての環状ステータ壁部８３の直線的な部分と、第２のセクション１２２としての環状ステータ壁部８３の曲がった部分とを含む環状ステータ壁部８３を備える。第１のセクション１２１は、円筒状ステータ壁部８９，８７に対して垂直に配置されており、第２のセクション１２２は、特にこの例では第１の環状キャビティ８２の方向へ、第１のセクション１２１に対して傾斜させられている。
【０１１１】
図４Ｃにおいてやはり、第３の環状シール通路１０３は、軸方向に向きづけられた環状の軸方向通路１０３Ａと、第２の半径方向に向きづけられた半径方向通路９９とから成る。軸方向通路１０３Ａは、円筒状ステータ壁部８９，８７のシェル面１３７と、フランジ８６の半径方向に面した面１３８とによって形成されている。
【０１１２】
図４Ｄは、図４Ａの変化態様を示しており、この場合、ロータの軸方向に向けられたフランジ８６は円筒状ステータ壁部８９，８７よりもロータ軸線に近い。これは、ロータの軸方向に向けられたフランジ８６は、ロータ軸線までの円筒状ステータ壁部８９，８７の半径方向距離Ｄ２よりも小さな、ロータ軸線までの第３の半径方向距離Ｄ３を有することを意味する。
【０１１３】
図４Ｅには、第３の環状シール通路１０３が２つの軸方向通路と、それらの間の１つの半径方向通路とを有する構成が示されている。特に、第２の環状キャビティ９６は、ロータの実質的に軸方向に向けられた第１のフランジ１３１によってさらに形成されており、ロータはさらに、実質的に軸方向に向けられた第２のフランジ１３２を有する。第１のフランジ１３１は、図４Ａに示されたように軸方向に向けられたフランジ８６と同様に構成されている。第１のフランジ１３１は、ロータ軸線までの円筒状ステータ壁部８９，８７の半径方向距離Ｄ２よりも大きな、ロータ軸線までの半径方向距離Ｄ１を有し、ロータの第２のフランジ１３２は、ロータ軸線までの円筒状ステータ壁部８９，８７半径方向距離Ｄ２よりも小さな、ロータ軸線までの半径方向距離Ｄ３を有する。第３の環状シール通路１０３は、したがって、第１のフランジ１３１と第２のフランジ１３２との間の空間１３３へ突出した円筒状ステータ壁部８９，８７の軸方向エッジ１３４によって形成されている。
【０１１４】
図４Ｆに示された別の構成では、第３の環状シール通路１０３は再び、１つのロータフランジのみがロータから延びており、円筒状ステータ壁部の第２の部分８７の軸方向端部に存在する２つのステータフランジの間に突入するように変更されている。
【０１１５】
より詳細には、図４Ｆの構成は、断面図で示された、やはりロータブレードセグメントを備えたロータと、前のようにガイドベーンセグメントを備えたステータとを含むタービン配列を示すように規定されている。この場合、ステータはさらに、ロータ軸線に対して同軸に整合させられた環状ステータ隔壁１５０を備え、環状ステータ隔壁１５０自体は、半径方向フランジ１５１と、第１の軸方向フランジ１５２と、第２の軸方向フランジ１５３とを含む。この場合、第１の環状キャビティ８２は、少なくとも内側ベーンプラットフォーム２２の後縁２４と、環状ステータ隔壁１５０の第１の部分と、半径方向フランジ１５１とによって形成されている。この場合、第２の環状キャビティ９６は、少なくとも内側ブレードプラットフォーム１２の前縁１０７と、半径方向フランジ１５１と、第１の軸方向フランジ１５２とによって形成されている。第１の環状キャビティ８２は、前の実施の形態と同様に、半径方向フランジ１５１を介して第２の環状キャビティ９６から分離されている。これは、第１の環状キャビティ８２は、半径方向フランジ１５１のリムと、内側ブレードプラットフォーム１２の前縁１０７との間の第２の環状シール通路１０２を介して、第２の環状キャビティ９６と流体連通していることを意味する。ここで第３の環状シール通路１０３に移ると、前述のように、第２の環状キャビティ９６は、第３の環状シール通路１０３を介して封止流体を提供するために、中空空間９０と流体連通している。図４Ｆの実施の形態によれば、第３の環状シール通路１０３はこの場合、第１の軸方向フランジ１５２と、第２の軸方向フランジ１５３と、第１の軸方向フランジ１５２と第２の軸方向フランジ１５３との間の空間１５５内へ突出した半径方向に向けられたロータフランジ１５４とによって形成されている。
【０１１６】
さらに、ロータの環状面９８は、段部１５６を有しており、これにより、第１の環状面セクションは第２の環状キャビティ９６の境界であるのに対し、第２の環状面は、第１の軸方向フランジ１５２と対向している。第２の環状面は、第１の環状面よりも、半径方向フランジ１５１まで大きな距離を有する。
【０１１７】
この構成は、蛇行状の第３の環状シール通路１０３を生ぜしめる。
【０１１８】
図４Ｃと同様に、図４Ｆの半径方向フランジ１５１は、半径方向フランジ１５１の直線的な部分と、曲がった部分とを含んでよい。これに代えて、半径方向フランジ１５１は、半径方向の主要な延在と、半径方向フランジ１５１の先端部へ進行するときにこの半径方向から負の軸方向への小さな逸脱とを備えて、連続的に湾曲させられていてよい。
【０１１９】
図４Ｅの構成はここで、図５において三次元図で示されており、図５には、ロータ１０及びステータ２０の表面のみが示されており、これらの面を通じて見ることができる。ステータベーンの３つの翼２３と、ロータブレードの５つの翼１３とが示されている。ガイドベーンセグメント２１の２つの内側プラットフォーム２２が見られる。ロータブレードセグメントの内側プラットフォーム１２も見ることができる。
【０１２０】
シール配列３５を、斜めの視点から見ることができる。様々なキャビティの環状の形状と、フランジ及び面の回転対称性が明らかになる。明示的に参照されるのは、第１の環状キャビティ８２、第２の環状キャビティ９６、及び円筒状ステータ壁部の第１の部分８９である。その他に、ラビリンスシール（明らかには示されていない）を介して半径方向内側端部において終わった中空空間９０を見ることができる。
【０１２１】
図５を見たときに明らかになることは、シール配列３５がリムシールを形成しているということである。シール配列３５は、作動中にステータ及びロータの面の物理的接触を必要とするラビリンスシール又は別のタイプのシールを形成しない。
【０１２２】
図６には、今度は、図４Ｆの僅かに変更された断面図が示されている。この横断面では、高温作動流体及び低温封止流体の流れが、特定の周方向位置における特定の作動モードのために示されている。流体インジェクタとしての別の冷却流体入口２００は、ベーン２１の内側ベーンプラットフォーム２２の下側に配置されているものとして示されている。これに関する“入口”とは、キャビティへの流体の入口を意味する。入口は、例えばベーンの部材を冷却するために前に使用された冷却流体を解放するための、ステータ壁部内の出口であると考えることもできる。
【０１２３】
冷却流体入口２００は、特に、軸方向ステータ面９５に、好適には内側ベーンプラットフォーム２２のすぐ下側に配置されてよい。この冷却流体入口２００は冷却流体の吸込２０１を可能にし、これにより、ステータ表面における冷却空気のフィルム冷却クッションを提供し、第１の環状キャビティ８２に進入する高温の作動流体が、冷却空気のフィルムによって分離されながらステータ表面に沿って案内される。ちょうど冷却流体入口２００の領域において、局所的な乱流２０３が存在し、これは、高温の流体を軸方向ステータ面９５から離したままにする。１つの冷却流体入口２００のみが断面図で示されているが、複数のこれらの入口２００が周方向に存在してもよい。
【０１２４】
本発明の概念によれば、内側ベーンプラットフォーム２２の近くの主流体通路における加圧された流体流６１は、部分的にシール配列内へ案内される。内側ブレードプラットフォーム１２の表面形状により、円筒状の回転する流体乱流２０２が、第１の環状シール通路１０１内又はその近くに発生される。高温空気の一部は、内側ブレードプラットフォーム１２の外向きの面に沿って軸方向後方へ第１の環状シール通路１０１を通じて第１の環状キャビティ８２内へ移動し続ける。そこで、第１の環状キャビティ８２の壁部の形状と、噴射された冷却空気２０１とによって補助されて、進入する高温流体は、その流れのフロントを広げ、第２の環状シール通路１０２の第１の環状キャビティ側へ案内される（２０４）。高温流体は、半径方向フランジ１５１の先端部を介して第２の環状シール通路１０２を通過し（２０６）、第２の環状キャビティ９６に進入する。高温流体は、次いで、半径方向フランジ１５１の別の面に沿って通過し、第１の軸方向フランジ１５２を介して第３の環状シール通路１０３へさらに案内される。
【０１２５】
この流れに対して平行に、冷却封止流体はロータディスク面９３に沿って半径方向外方へ案内される（２０９）。この封止流体は、ステータの第２の軸方向フランジ１５３を通過し、次いで、ロータの表面形状、及び半径方向に向けられたローラフランジ１５４の存在により、負の軸方向に案内される。封止流体の小さな部分２１０は、第３の環状シール通路１０３にさらに進入するのではなく、ステータ側において中空空間９０を区切ったステータ面に沿って案内される。
【０１２６】
第３の環状シール通路１０３の第１のセクションに進入した封止流体は、空間１５５に進入し、ステータ面の形状により、円筒状の回転する流体乱流２０８を生じ、反対向きの高温流体のために第３の環状シール通路１０３を実質的にブロックする。封止流体の小さな部分は、さらに第１の軸方向フランジ１５２に沿って第３の環状シール通路１０３の別のセクションへ案内されてよく、この別のセクションにおいて、この残りの封止流体と、第２の環状キャビティ９６から通過した高温流体とは、第３の環状シール通路１０３のこのセクション内の円筒状の回転する流体乱流２０７を介して混合する。実際には環状円筒の形式の、この円筒状の回転する流体乱流２０７は、ロータ面における段部１５６の補助により生ぜしめられる。
【０１２７】
流体の一部は、ロータ面に沿っても案内され、段部１５６を通過し、内側ブレードプラットフォーム１２の下側の方向に第２の環状キャビティ９６に対する境界である半径方向ロータ面に沿ってさらに移動する。半径方向ロータ面が、軸方向ロータ面、すなわち円筒状ロータ壁部１４の内側に面した面９４に移行する領域において、別の円筒状の回転する流体乱流２０５が生ぜしめられる。
【０１２８】
この図は、典型的な作動モードにおけるリムシールの作動を示している。高温流体は、リムシールのみに進入することができるが、通常、リムシールを完全に通過することはできない。同じことが、他の方向からリムシールのみに進入することができるが、通常はリムシールを完全に通過することができない封止流体にも云える。
【０１２９】
この封止効果は、第１の環状キャビティ８２及び第２の環状キャビティ９６と、第１の環状シール通路１０１と、第２の環状シール通路１０２と、第３の環状シール通路１０３とによって補助され、これらは全て、様々な図面に関して説明した特定の構成である。
【０１３０】
図面はロータ軸線に沿った１つのセクションのみを示していることに留意すべきである。流体流は、図面には適切に示されていない周方向成分をも有し得る。
【０１３１】
さらに、“円筒状”ステータは概して軸対称であってよいことに留意すべきである。円筒状ステータは、完全な円筒形状から逸脱してもよく、例えば、大きな広がりＩ軸方向で僅かに角度づけられている。同じことが、“円筒状”ロータ壁部にも云える。
【０１３２】
説明したほとんど全ての構成部材は、断面図において見ることができず、前記説明において明示的に言及されていなくとも、環状であることにも留意されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
0005985081.tif 000006
【図４Ｃ】
0005985081.tif 000007
【図４Ｄ】
0005985081.tif 000008
【図４Ｅ】
0005985081.tif 000009
【図４Ｆ】
0005985081.tif 000010
【図５】
0005985081.tif 000011
【図６】
0005985081.tif 000012