(57)【要約】  本発明は、ロータ（２）とステータ（３）とを有するタービン機械（１）であって、前記ロータ（２）が、複数の動翼（６）を備えた２つの動翼列（５）と、これら２つの動翼列（５）間で軸方向に配置され、かつ複数の保護シールドエレメント（１２）を備えたロータ断熱シールド（７）とを有しており、前記ステータ（３）が、隣接し合う２つの動翼列（５）間で軸方向に配置され、かつ複数の静翼（９）を備えた静翼列（８）を有している形式のものに関する。前記静翼（９）が半径方向内方でステータ構造部（１０）を有している。前記保護シールドエレメント（１２）は半径方向外方にロータシール構造部（１３）を有していて、該ロータシール構造部（１３）が、前記スタータ構造部（１０）と協働して軸方向シール（１４）を形成している。隣接し合う２つの動翼（６）間に翼半径方向シール（１５）、並びに隣接し合う２つの保護シールドエレメント（１２）間に保護シールド半径方向シール（１６）が形成されていて、該保護シールド半径方向シール（１６）が前記ロータ（２）に対してガス通路（１７）を仕切っている。効率を高めるために、前記保護シールドエレメント（１２）と動翼（６）とは、前記保護シールド半径方向シール（１６）が軸方向で隣接し合う２つの動翼（６）の翼半径方向シール（１５）に中断することなく移行し、それによって一方の動翼（６）から前記保護シールドエレメント（１２）を介して他方の動翼（６）まで達する連続的な半径方向シール（２１）が形成されるように、互いに適合されている。
2010513783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転式のタービン機械、殊にガスタービンにおいて、
ロータ（２）が設けられており、該ロータ（２）は、複数の動翼（６）を備えた少なくとも２つの動翼列（５）と、隣接し合う２つの前記動翼列（５）間で軸方向に配置され、かつ複数の保護シールドエレメント（１２）を備えた少なくとも１つのロータ断熱シールド（７）とを有しており、
ステータ（３）が設けられており、該ステータ（３）が、隣接し合う２つの前記動翼列（５）間で軸方向に配置され、かつ複数の静翼（９）を備えた少なくとも１つの静翼列（８）を有しており、
前記静翼列（８）の静翼（９）が半径方向内方に、周方向で閉じて形成されたステータシール構造部（１０）を有しており、
前記保護シールドエレメント（１２）が半径方向外方に、周方向で閉じて形成されたロータシール構造部（１３）を有していて、該ロータシール構造部（１３）が、前記スタータ構造部（１０）と協働して軸方向シール（１４）を形成しており、
隣接し合う２つの動翼（６）間で周方向に翼半径方向シール（１５）が形成されていて、該翼半径方向シール（１５）が、前記ロータ（２）に対してガス通路（１７）を仕切っていて、該ガス通路（１７）を通って前記動翼（６）及び前記静翼（９）が延在しており、
隣接し合う２つの保護シールドエレメント（１２）間で周方向に保護シールド半径方向シール（１６）が形成されていて、該保護シールド半径方向シール（１６）が前記ガス通路（１７）を前記ロータ（２）から分離しており、
前記保護シールドエレメント（１２）と動翼（６）とは、前記保護シールド半径方向シール（１６）が軸方向で隣接し合う２つの動翼（６）の翼半径方向シール（１５）に中断することなく移行し、それによって一方の動翼（６）から前記保護シールドエレメント（１２）を介して他方の動翼（６）まで達する連続的な半径方向シール（２１）が形成されるように、互いに適合されていることを特徴とする、タービン機械。
【請求項２】
前記翼半径方向シール（１５）が、周方向で隣接し合う２つの動翼（６）の翼付根（２４）の領域内に形成され、かつ周方向で開放する翼溝（２５）を有しており、該翼溝（２５）内にプレート状又は帯状のシールエレメント（２６）が嵌め込まれており、
前記保護シールド半径方向シール（１６）が、周方向で隣接する保護シールドエレメント（１２）の、前記ロータシール構造部（１３）に隣接する領域（２７）に形成された、周方向で開放する保護シールド溝（２８）を有していて、該保護シールド溝（２８）内に、プレート状又は帯状のシールエレメント（２６）が嵌め込まれており、
前記保護シールド溝（２８）の軸方向の長手方向端部（２９）が、前記翼溝（２５）の、軸方向で隣接し合う軸方向の長手方向端部（３０）に対して軸方向で整列されており、
前記保護シールド溝（２８）から軸方向で、隣接し合う動翼（６）の少なくとも１つの動翼（２５）内まで延在するか、又は一方の動翼列（５）の動翼（６）の前記翼溝（２５）から軸方向で保護シールド溝（２８）内まで延在する、少なくとも１つのシールエレメント（２６）が設けられている、請求項１記載のタービン機械。
【請求項３】
隣接し合うシールエレメント（２６）が、翼溝（２５）の軸方向の長手方向端部（３０）間で、及び／又は保護シールド溝（２８）の軸方向の長手方向端部間で、軸方向で互いに当接し合っている、請求項２記載のタービン機械。
【請求項４】
保護シールドエレメント（１２）が、軸方向の両端部間で、半径方向内方に引っ込んだ窪み（３１）を有しており、該窪み（３１）内にロータシール構造部（１３）が配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のタービン機械。
【請求項５】
前記静翼（９）は、前記ステータシール構造部（１０）が前記窪み（３１）内に配置されるように、寸法設計されている、請求項４記載のタービン機械。
【請求項６】
前記窪み（３１）は、前記軸方向シール（１４）が前記窪み（３１）内に構成され、かつ隣接し合う動翼（６）の翼半径方向シール（１５）に対して相対的に半径方向で内方にずらして配置されるように寸法設計されている、請求項４又は５記載のタービン機械。
【請求項７】
前記ステータシール構造部（１０）は、すり合わせ可能に構成されていて、例えば半径方向に方向付けられた蜜房を備えたハニカム構造部（３３）として構成されており、
前記ロータシール構造部（１３）がすり合わせを行うように構成されていて、例えば少なくとも１つの刃状のリングウエブ（３２）として構成されており、
前記ロータシール構造部（１３）がタービン機械（１）の運転中に前記ステータシール構造部（１０）内にすり合わせられるようになっている、請求項１から６までのいずれか１項記載のタービン機械。
【請求項８】
前記ステータシール構造部（１０）と前記ロータシール構造部（１３）とが協働して、ラビンリンスシールの形式の軸方向シール（１４）を形成する、請求項１から７までのいずれか１項記載のタービン機械。
【請求項９】
ステータシール構造部（１０）が、環状の複数の軸方向区分（３４）を有しており、これらの軸方向区分（３４）が、隣接する環状の軸方向区分（３５）に対して半径方向で外方にずらされており、
前記ロータシール構造部（１３）が、半径方向外方に突き出す複数のリングウエブ（３２）を有しており、これらのリングウエブ（３２）が、半径方向外方にずらされた軸方向区分（３４）の領域内にそれぞれ配置されている、請求項７又は８記載のタービン機械。
【請求項１０】
前記半径方向シール（２１）と前記ロータ（２）との間で半径方向に冷却ガス通路（１８）が延在している、請求項１から９までのいずれか１項記載のタービン機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転式のタービン機械特にガスタービンに関する。
【０００２】
従来技術
回転式のタービン機械は、一般的な形式でロータを有しており、このロータは、複数の動翼を備えた少なくとも２つの動翼列と、複数の保護シールドエレメントを備えた少なくとも１つのロータ断熱シールドとを有しており、該ロータ断熱シールドがそれぞれ、隣接し合う２つの動翼列間で軸方向に配置されている。さらに、このような形式のタービン機械は、一般的な形式でステータを有しており、該ステータは、複数の静翼を備え、かつ隣接し合う２つの動翼列間に軸方向に配置された少なくとも１つの静翼列を有している。
【０００３】
静翼列の領域内で軸方向シールを形成するために、基本的に、静翼列の静翼に、周方向で閉じたステータシール構造部を形成し、また、軸方向シールを形成するために前記ステータシール構造部と協働する、周方向で閉じたロータシール構造部を形成することが可能である。さらにまた、基本的に、タービン機械のガス通路（このガス通路を通って動翼及び前記静翼が延在している）を、半径方向シールを用いて前記ロータ若しくは冷却ガス通路に対して仕切ることが可能である。この半径方向シールは、周方向で隣接し合う動翼間に又は周方向で隣接し合う保護シールドエレメント間に構成することができる。
【０００４】
このような形式のタービン機械の効率を高めるか若しくは出力を高めるために、シールの領域内における漏れガス流を減少させる必要が永久的に存在する。
【０００５】
発明の開示
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の従来技術におけるタービン機械を改良して、特に高い効率が得られるようにすることである。
【０００６】
この課題を解決した本発明によるタービン機械、特にガスタービンは、請求項１の特徴に記載されている。
【０００７】
本発明は、ステータシール構造部とロータシール構造部との協働によって形成された軸方向シールを、一方の動翼から保護シールドエレメントを介して他方の動翼まで連続的に延びる半径方向シールと組み合わせる、という一般的な考え方に基づいている。このような形式で、漏れが軸方向で、及び半径方向で減少され、これによってタービン機械の性能若しくは効率が高められる。ロータ断熱シールドの領域内における軸方向シールと、ロータ断熱シールドを介して軸方向に連続して、つまり中断又は隙間なしに延在する半径方向シールとを組み合わせることによって、効率を高めることができる。連続的な半径方向シールは、本発明によるタービン機械においては、保護シールドエレメントの領域内に形成された保護シールド半径方向シールが中断することなく、動翼の領域内に形成された翼半径方向シールに移行するように、保護シールドエレメントと動翼とが互いに適合されていることによって、実現される。
【０００８】
有利な実施態様によれば、半径方向シールは、保護シールドエレメントの領域内で保護シールド溝内に配置され、動翼の領域内で動翼溝内に配置された複数のシールエレメントによって実現される。保護シールドエレメントと動翼とを互いに特別に適合させることによって、保護シールド溝の軸方向長さの端部が、軸方向で隣接する翼溝の軸方向の長手方向端部に対して軸方向で整列され、それによって、プレート状又は帯状のシールエレメントを、一部が保護シールド溝内に延在し、一部が隣接し合う動翼の少なくとも１つの翼溝内に延在するように、配置することが可能である。このような形式で、保護シールドエレメントと各動翼との間で軸方向に形成された軸方向ギャップを、隣接し合う保護シールドエレメントの間で周方向に若しくは隣接し合う動翼間で周方向に配置された領域内でそれぞれシールエレメントによって、効果的にカバーすることができ、これによって、このようにして形成された半径方向シールのシール作用を高めることができる。
【０００９】
特に有利な実施態様によれば、保護シールドエレメントが、軸方向の両端部間で、半径方向内方に引っ込んだ窪みを有しており、該窪み内にロータシール構造部が配置されている。この場合、特に有利な実施態様によれば、前記窪みは、前記軸方向シールが前記窪み内に構成されていて、隣接し合う動翼の翼半径方向シールに対して相対的に半径方向で内方にずらして配置されている。このような構成によって、軸方向シールは、タービン機械のガス通路内を流れるガス流の、いわば外側に位置する領域内に配置され、これによって、軸方向シールの効果がより改善される。この窪みによって、ガス通路内にいわば死水域が形成され、この死水域内で軸方向シールの改善されたシール作用が得られる。
【００１０】
本発明によるタービン機械のその他の重要な特徴及び利点は、従属請求項、図面、並びに所属の実施例の説明に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の１実施例によるタービン機械の一部の概略的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の有利な１実施例が図面に示されていて、以下に詳しく説明されている。
【００１３】
図１によれば、一部だけが示された回転するタービン機械１がロータ２とステータ３とを有している。タービン機械１（有利にはガスタービン、特に圧縮機若しくは蒸気タービン）の運転中、ロータ２が回転軸線４（同時にタービン機械１の軸方向を規定している）を中心にして回転する。ロータ２は、少なくとも２つの動翼列５を有しており、これらの動翼列５は、それぞれ複数の、周方向で互いに隣接し合って配置された動翼６を有している。さらに、ロータ３は少なくとも１つのロータ断熱シールド７を有しており、このロータ断熱シールド７はそれぞれ、２つの隣接し合う動翼列５間で軸方向に配置されている。図示のタービン機械１の断面図には、２つのロータ断熱シールド７が示されている。ロータ３は、複数の静翼列８を有しており、これらの静翼列８のうちの少なくとも１つが、２つの隣接し合う静翼列５間で軸方向に配置されている。各静翼列８は、周方向に隣接し合う複数の静翼９を有している。以下で、静翼列８について説明されている場合、これは、隣接し合う２つの静翼列５間で軸方向に配置された少なくとも１つの静翼列８のことである。
【００１４】
これらの静翼列８のうちの少なくとも１つの静翼列の静翼９は、半径方向内方に向いたステータシール構造部１０を有しており、このステータシール構造部１０は、周方向で閉じて構成することができる。このために例えば静翼９はそれぞれ半径方向内方で、その翼先端に、周方向及び軸方向に延在する面状のプラットフォーム１１を有しており、このプラットフォーム１１は、帯状カバーの形状に構成されていてよい。ステータシール構造部１０は、この静翼プラットフォーム１１に配置されている。
【００１５】
各保護シールドエレメント１２は、通常は、半径方向外方にロータ断熱シールド７を有しており、このロータ断熱シールド７は周方向に閉じた環状に延在している。この場合、ロータシール構造部とステータシール構造部１０とは、半径方向に隣接して配置されていて、協働して軸方向シール１４を形成する。
【００１６】
図１に示した断面図は、周方向で隣接し合う２つの動翼６間、並びに周方向で隣接し合う２つの保護シールドエレメント１２間に位置している。これによって、この断面図は、それぞれ周方向で隣接する２つの動翼６若しくは２つの保護シールドエレメント１２間に形成された長手方向ギャップ内に位置している。この長手方向ギャップの領域内において、一方では同じ動翼列５の隣接し合う２つの動翼６間に、それぞれ１つの翼半径方向シール１５が形成されており、これに対して、隣接し合う２つの保護シールドエレメント１２間にそれぞれ１つの保護シールド半径方向シール１６が形成されている。それぞれの翼半径方向シール１５も、またそれぞれの保護シールド半径方向シール１６も、半径方向で、タービン機械１のガス通路１７を、ロータ２若しくは冷却ガス通路１８から分離している、つまり仕切っている。この冷却ガス通路１８は、半径方向でロータ２とそれぞれの半径方向シール１５，１６との間に形成されている。ガス通路１７を通って、タービン機械１の運転中に、それぞれの作業ガス例えば高熱ガスが流れる。ガス流は矢印１９で示されている。動翼６と静翼９とは、それぞれガス通路１７を通って延在している。冷却通路１８内では、タービン機械１の運転中に冷却ガス流（矢印２０で示されている）が流れる。
【００１７】
保護シールドエレメント１２と、ロータ断熱シールド７に隣接する動翼列５の動翼６とは、保護シールド半径方向シール１６が中断することなしに、上流側に位置する翼半径方向シール１５にも、また下流側に位置する翼半径方向シール１５にも移行するように、互いに適合されている。このような、保護シールド半径方向シール１６と２つの翼半径方向シール１５との間の中断することのない移行部によって、長手方向で一方の動翼６からそれぞれの保護シールドエレメント１２を介して他方の動翼６まで、ほぼ継ぎ目なしに又は隙間なしに連続的に形成された半径方向シール２１が実現される。この場合、注目すべきことは、上流側に位置する移行領域２２においても、また下流側に位置する移行領域２３においても、保護シールドエレメント１２と各動翼６との間に連続的な半径方向シール２１が実現される、ということである。
【００１８】
各翼半径方向シール１５は、周方向に隣接する動翼６の翼付根２４の領域に、周方向に開放するそれぞれ１つの翼溝２５を有している。各翼半径方向シール１５の２つの翼溝２５は、その開放する側が互いに向き合って整列しているので、これらの翼溝２５内にプレート状の又は帯状のシールエレメント２６を挿入することができる。保護シールド半径方向シール１６は、相応の形式で構成されていて、ロータシール構造部１３に隣接する領域２７内に、周方向に隣接する保護シールドエレメント１２においてそれぞれ１つの、周方向に開放する保護シールド溝２８を有している。ここでも、周方向に隣接する２つの保護シールドエレメント１２の保護シールド溝２９は、周方向で互いに向き合って整列しているので、保護シールド溝２８内に同様にプレート状の又は帯状のシールエレメント２６を挿入することができる。
【００１９】
保護シールド溝２８と翼溝２５とは、移行領域２２，２３内で、保護シールド２８の軸方向の長手方向端部２９が、翼溝２５の軸方向に隣接する軸方向の長手方向端部３０に対して、軸方向に整列するように、互いに調整されている。これによって、移行領域２２，２３内に１つの共通のシールエレメント２６又はそれぞれ１つのシールエレメント２６を、このシールエレメント２６が、保護シール２８から軸方向で翼溝２５内まで延びるか、又は動翼列５の動翼６の翼溝２５から保護シールド溝２８内に延びるように、配置することができる。
【００２０】
この場合、基本的に、各溝２５，２８内で、一方の動翼列５からロータ断熱シールド７を介して他方の動翼列５まで連続的に延在する比較的長いシールエレメント２６を使用することができる。しかしながら有利には、複数のシールエレメント２６を設けてもよい。この場合、特に隣接し合うシールエレメント２６が、保護シールド溝２８の軸方向の長手方向端部２９間、及び／又は各翼溝２５の軸方向の長手方向端部３０間において軸方向で互いに当接するようになっている。また、環状の軸方向ギャップをブリッジするためにそれぞれ移行領域２２若しくは２３内にだけ配置され、かつ一方では保護シール溝２８内まで、及び他方では翼溝２５内まで延在する、比較的小さいシールエレメント２６を設けることができる。
【００２１】
保護シールドエレメント１２は、図示の実施例に応じて、軸方向の両端部間、つまり移行領域２２，２３間に、半径方向内方に引っ込んでいる窪み３１を有していてよい。この窪み３１内にロータシール構造１３が配置されている。この場合、静翼９は、ステータシール構造１０もこの窪み３１内に配置されるように、寸法設計されている。図示の有利な実施例では、窪み３１は、ロータシール構造部１３とステータシール構造部１０とによって形成される軸方向シール１４が、窪み３１内に形成されるように、寸法設計されている。この場合、軸方向シール１４は、隣接する動翼６の翼半径方向シール１５に対して相対的に半径方向で内方にずらして配置されている。これによって、これによって、軸方向シール１４は、ガス通路１７内でガス流れ方向（矢印１９）の半径方向外側で、特にガス流れ方向１９の死水域（Totwassergebiet）内に位置している。
【００２２】
有利な実施態様によれば、ステータシール構造部１０はすり合わせ可能（einschleifbar）に構成されている。このためにステータシール構造部１０は例えば、半径方向に位置決めされた蜜房を有するハニカム構造体３３として構成することができる。この場合、有利な形式でロータシール構造部１３は少なくとも１つのリングウエブ３２によって形成されている。図示の実施例では、軸方向で互いに間隔を保って配置された２つのリングウエブ３２が設けられている。タービン機械１の運転中に、ロータシール構造部１３はステータシール構造部１０内にすり合わせることができる。つまり各リングウエブ３２はハニカム構造体３３内に侵入する。
【００２３】
有利には、ステータシール構造部１０とロータシール構造部１３とは協働して、ラビリンスシールの形式の軸方向シール１４を構成する。このために特に、ステータシール構造部１０は、複数の例えば２つの環状の軸方向区分３４を有しており、これらの軸方向区分３４は、これに隣接する（この場合中央の）環状の軸方向区分３５に対して半径方向で外方にずらされている。ロータシール構造部１３は、この実施例では半径方向外方に突き出す複数の（図示の実施例では２つの）リングウエブ３２を有しており、これらのリングウエブ３２は、それぞれ半径方向外方にずらされた半径方向区分３４の領域内に配置されている。
【符号の説明】
【００２４】
１  タービン機械、  ２  ロータ、  ３  ステータ、  ４  回転軸線、  ５  動翼列、  ６  動翼、  ７  ロータ断熱シールド、  ８  静翼列、  ９  静翼、  １０  ステータシール構造部、  １１  静翼プラットフォーム、  １２  保護シールドエレメント、  １３  ロータシール構造部、  １４  軸方向シール、  １５  翼半径方向シール、  １６  保護シールド半径方向シール、  １７  ガス通路、  １８  冷却ガス通路、  １９  矢印（ガス流れ方向）、  ２０  矢印、  ２１  半径方向シール、  ２２  移行領域、  ２３  移行領域、  ２４  翼付根、  ２５  翼溝、  ２６  シールエレメント、  ２７  領域、  ２８  保護シールド溝、  ２９  保護シールド溝２８の長手方向端部、  ３０  翼溝２５の長手方向端部、  ３１  窪み、  ３２  リングウエブ、  ３３  ハニカム構造体、  ３４  軸方向区分、  ３５  軸方向区分
【図１】
2010513783.tif 000003
【国際調査報告】
2010513783.tif 000004
2010513783.tif 000005
2010513783.tif 000006
2010513783.tif 000007