(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１壁セグメント（３５）と、該セグメント（３５）に対して隙間（５５）を形成した状態で直接隣接する第２壁セグメント（３３）とを備えた高温ガス（１７）で熱的に負荷される壁（２１）において、第１壁セグメント（３５）が押圧面（４９）を有し、第２壁セグメント（３３）が高温面（５３）と低温面（５１）とを備えた延長曲がり部（４５）を有し、その高温面（５３）が熱的負荷下において低温面（５１）より強く加熱され、これに伴い高温面（５３）の個所と低温面（５１）の個所との異なる熱膨張に基づき、延長曲がり部（４５）が押圧面（４９）に押し付けられて隙間（５５）を密閉するように曲げられることを特徴とする熱的に負荷される壁。
【請求項２】
延長曲がり部（４５）又は押圧面（４９）に、延長曲がり部（４５）の押圧面（４９）への押し付けによって変形され隙間（５５）を追加的に密閉する突起（６１）が配置されたことを特徴とする請求項１記載の壁。
【請求項３】
延長曲がり部（４５）又は押圧面（４９）に、変形可能な被覆（６３）が設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の壁。
【請求項４】
延長曲がり部（４５）と押圧面（４９）との間に、シール材料（７１）が配置されたことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の壁。
【請求項５】
低温面（５１）が冷却媒体（１１）で冷却されることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の壁。
【請求項６】
熱的流体機械（１）の流路壁として形成されたことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の壁。
【請求項７】
ガスタービン（１）の流路壁として形成されたことを特徴とする請求項６記載の壁。
【請求項８】
第１壁セグメント（３５）が動翼列（２５）に対する案内輪として形成され、第２壁セグメント（３３）が静翼列（２３）の翼台座リングとして形成されたことを特徴とする請求項７記載の壁。
【請求項９】
第２壁セグメント（３３）が動翼列（２５）に対する案内輪として形成され、第１壁セグメント（３５）が静翼列（２３）の翼台座リングとして形成されたことを特徴とする請求項７記載の壁。
【請求項１０】
特にガスタービン燃焼器（５）の内張り（１６）として形成されたことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の壁。
【請求項１１】
高温ガス（１７）で熱的に負荷される壁（２１）の第１壁セグメント（３５）と第２壁セグメント（３３）との間の隙間（５５）を密閉する方法において、第１壁セグメント（３５）の延長曲がり部（４５）を、加熱による隙間（５５）を密閉するよう第２壁セグメント（３３）の押圧面（４９）に押し付けることを特徴とする隙間の密閉方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、第１壁セグメントと、該セグメントに対して隙間を形成した状態で直接隣接する第２壁セグメントとを備えた高温ガスで熱的に負荷される壁に関する。また本発明は、高温ガスで熱的に負荷される壁の第１壁セグメントと第２壁セグメントとの間の隙間を密閉する方法に関する。
【０００２】
米国特許第５２２１０９６号明細書に、ガスタービン機関の２つの段間における隙間を通って漏出する冷却空気流を減少するための多層形漏れ止め装置が示されている。その漏れ止め装置の第１部分は、これが圧力勾配下において隙間の密封が行われるように変形するほどに薄い。第２部分は第１部分に結合され、この第２部分は漏れ止め装置に強度を与えるように厚く形成される。その強度によって、漏れ止め装置の組立が容易になる。
【０００３】
ヨーロッパ特許出願公開第０１３９０７２号明細書に、断面Ｉ形の耐熱性弾性パッキンが示されている。そのパッキンは、不均一な温度分布の非常に高い温度において有利に採用される。
【０００４】
米国特許第５０５８９０６号明細書にシールリングが示されている。その金属シールリングは、これが弾性的に変形できるように形成される。そのためこのリングは、温度が大きく変動する配管における密閉に特に適用される。
【０００５】
米国特許第４５３７０２４号明細書に、ガスタービンにおける隙間を断面ループ状のたわみシールリングにより密閉する装置が示されている。このリングは、密閉すべき隙間の両側に存在する部品にある溝内に各々挿入される。
【０００６】
隙間を密閉するこれら全ての装置は、密閉するための別個のシール要素を利用する点で共通する。そのようなシール要素のシール作用は温度に左右され、正に高温時に低下する欠点がある。また、そのようなシール要素の組立は非常に経費がかかり困難である。更にまた、そのようなシール要素は正に高温時に劣化過程に曝され、これによって、場合によっては寿命がかなり短縮される。
【０００７】
本発明の課題は、壁の２つの壁セグメント間にある隙間を、高温時に特に効果的に簡単に密閉できるような、高温ガスで熱的に負荷される壁を提供することにある。また本発明の課題は、構造的に簡単に実施でき、高温時に良好な密閉作用をするような、高温ガスで熱的に負荷される壁の第１壁セグメントと、第２壁セグメントとの間の隙間を密閉する方法を提供することにある。
【０００８】
壁に関する課題は、本発明に基づき、第１壁セグメントと、該セグメントに対して隙間を形成した状態で直接隣接する第２壁セグメントとを備え、高温ガスで熱的に負荷される壁において、第１壁セグメントが押圧面を有し、第２壁セグメントが高温面と低温面とを備えた延長曲がり部を有し、その高温面が熱的負荷下に低温面より強く加熱され、これに伴う高温面の個所と低温面の個所との異なる熱膨張によって、延長曲がり部が押圧面に押し付けられて隙間を密閉するように曲がることで解決される。
【０００９】
本発明は、壁セグメント間の隙間を、別個のシール要素によってではなく、壁セグメント自体により密閉する全く新たな方式を提案する。これは高温時に、第１壁セグメントの一部を熱的な曲がりによって第２壁セグメントの一部に押し付け、これにより隙間を密閉ことで達成される。その熱的な曲がりは、バイメタルと同じく、壁セグメントの低温部分と高温部分の異なる熱膨張により生ずる。しかしその異なる熱膨張は、バイメタルと異なり、異種材料の異なる熱膨張係数に伴い引起こされず、特に高温面と低温面の異なる温度により引起こされる。この作用は、場合によっては適当な材料の対配置によって強化され、即ち、異なった熱膨張係数の材料を対配置することで、曲がりが強化される。好適には、その延長曲がり部は、直接隣接する壁セグメントと重なり合って配置される壁セグメントの自由延長突起である。
【００１０】
好適には、延長曲がり部又は押圧面に、延長曲がり部の押圧面への押し付けによって変形され、隙間を追加的に密閉する突起が配置される。更に好適には、延長曲がり部又は押圧面に、変形可能な被覆が設けられる。好適には、延長曲がり部と押圧面との間に、シール材料が配置される。
【００１１】
突起、被覆又はシール材料により、隙間を境界付ける表面に合った被覆、シール材料又は突起材料の変形に伴う隙間の追加的な密閉が達成される。特にこれにより、延長曲がり部と押圧面の間の小さな非均一性と非平坦性が補償される。
【００１２】
低温面は冷却媒体で冷却するとよい。冷却媒体は、好適には冷却空気である。熱的に特に大きく負荷される壁セグメントの場合、かかる冷却が必要である。その場合、隙間を通して冷却媒体が漏洩する。そのようなしばしば生ずる望ましくない冷却媒体の損失又は冷却媒体の高温ガスへの望ましくない混入が、隙間の密閉によって防止できる。これは、高温ガスの流入に対する隙間の密閉に加えて、高温時、特に効果的に隙間を密閉できるという利点がある。
【００１３】
好適には、壁は熱的流体機械の流路壁として形成され、更に好適には、ガスタービンの流路壁として形成される。ガスタービンにおいて燃焼領域、即ち燃焼器並びにガスタービンの流路が、ガスタービンを貫流する高温ガスにより高温となる。ここでは熱的に非常に大きく負荷できる壁によって、高温ガスを案内する必要がある。そのような壁は、一般に冷却空気で効果的に冷却せねばならない。この冷却空気は、通常ガスタービンの圧縮機から取り出される。この結果、冷却空気が必要な圧力で燃焼部に導入されず、ガスタービンの効率が低下する。従ってできるだけ高い効率を得るには、必要冷却空気量をできるだけ少なくせねばならない。このため、ガスタービンにおいて、熱的に負荷される壁の壁セグメント間の隙間は、冷却空気の漏洩に対し特に効果的に密閉せねばならない。
【００１４】
第１壁セグメントは動翼列に対する案内輪として形成し、第２壁セグメントは静翼列の翼台座リングとして形成するとよい。又は第２壁セグメントは動翼列に対する案内輪として形成し、第１壁セグメントは静翼列の翼台座リングとして形成してもよい。ガスタービンの流路は、互い違いに連続して配置された静翼列および動翼列における静翼および動翼を有する。ガスタービンロータに結合され、回転する動翼列に対向して、車室側に案内輪が固定して配置される。各静翼は各々翼脚側に翼台座を有し、これら翼台座は、車室側において流路を境界付ける翼台座リングを形成する。各静翼の先端に配置された翼台座は、流路を境界付けるためのロータ側翼台座リング（囲い輪）を形成する。互い違いに連続する案内輪および翼台座リングは、両者間に隙間のある壁セグメントを形成する。上述のように、隙間は延長曲がり部の曲がりにより密閉される。
【００１５】
有利な実施態様では、壁は、特にガスタービン燃焼器の内張りとして形成される。この場合、燃焼器内張りは、延長曲がり部および押圧面で各々重なり合う壁セグメントによって構成される。例えばそのような壁セグメントは、片側に延長曲がり部を有し、反対側に押圧面を有する燃焼器煉瓦である。これにより、各壁セグメントは能動的シール個所並びに受動的シール個所を持ち、即ち一方の個所は隙間を密閉するために能動的に曲がり、他方の個所は隣接する延長曲がり部の押圧力を受動的に受ける。勿論、そのような唯一の壁セグメントにより受動的および能動的なシール個所を同時に実現することは、燃焼器内張りに対してだけでなく、あらゆる熱的に負荷される壁構造物についても考えられる。
【００１６】
方法に関する課題は、本発明に基づき、高温ガスで熱的に負荷される壁の第１壁セグメントと第２壁セグメントとの間の隙間を密閉する方法において、第１壁セグメントの延長曲がり部を、加熱により隙間の密閉が起るように、第２壁セグメントの押圧面に押し付けることで解決される。
【００１７】
この方法における利点は、熱的に負荷される壁の利点についての上述した説明に対応する。
【００１８】
以下図を参照して本発明を詳細に説明する。各図において、同一部分には同一符号を付してある。
【００１９】
図１は、ガスタービン１を概略的に縦断面図で示す。タービン軸２に沿い、圧縮機３、環状燃焼器５およびタービン部分７を連続的に配置している。圧縮機３とタービン部分７はロータ９上に配置してある。圧縮機３で空気１１を圧縮し、バーナ１５に導入する。バーナ１５には燃料１３も導入される。燃焼器内張り１６を備えた環状燃焼器５で、空気１１および燃料１３が燃焼し、高温ガス１７を発生する。その高温ガス１７はタービン部分７に導入される。タービン部分７は流路１９を持つ。熱的に負荷される壁２１で、流路１９を境界付けている。熱的に負荷される壁２１を、壁セグメント３３、３５で構成している。壁セグメントの一部は案内輪３５により、そして残りの部分は翼台座リング３３として形成される。案内輪３５はロータ９に配置された動翼２５に対向して配置される。翼台座リング３３は、車室に結合された静翼列２３の一部である。圧縮機３からの空気１１は、バーナ１５の他にタービン部分７に導かれ、特に壁セグメント３３、３５の冷却のために利用される。壁セグメント３３、３５間に隙間があり、これを通して冷却空気が漏れる。この冷却空気の損失を減少するための隙間の密閉法について、図２を参照して以下に詳述する。
【００２０】
図２は、ガスタービン１の車室３６に互いに直接隣接して配置された翼台座リング３３および案内輪３５を示す。翼台座リング３３、即ち従ってそれらに付属し、詳細には図示しない静翼列２３は、第１固定部３７および第２固定部３９を介して、車室３６に結合される。案内輪３５は、第１案内輪固定部４１および第２案内輪固定部４３を介して、車室３６に結合される。翼台座リング３３から案内輪３５の第１固定部３７、４１から第２固定部３９、４３は、本発明に基づき、翼台座リング３３並びに案内輪３５に対し、高温ガス１７の流れ方向において下流側に自由な延長曲がり部４５が生ずるように、翼台座リング３３から案内輪３５の縁から離されている。この延長曲がり部４５に対向して位置する側に、延長押圧部４７が形成される。この延長押圧部４７は、高温ガス１７の流れ方向において、隣接する壁セグメントの延長曲がり部４５と重なり合う。各延長曲がり部４５は高温ガス１７に曝される高温面５３と、該面５３と反対側の低温面５１とを有する。各延長曲がり部４５と、重なりによって対向して位置する押圧面４９との間に、隙間５５が存在する。延長曲がり部４５の高温面５３は、高温ガス１７により低温面５１よりも強く加熱される。この結果、延長曲がり部４５の高温面５３側の個所は、低温面５１側の個所よりも大きく膨張する。この異なった熱膨張によって、延長曲がり部４５は、対向して位置する次の壁セグメント３５の押圧面４９の方向に曲がる。その場合、延長曲がり部４５は押圧面４９に押し付けられる。これによって、隙間５５が密閉される。従って、冷却空気１１の漏れが減らされるか、完全に防止される。この構成において、別個のシール要素は不要である。しかし特に、熱的曲がりによって引起こされるシール作用は、高温時に特に良好な密閉作用を生ずる。一般に別個のシール要素による通常の漏れ止め装置の場合、これとは逆に、高温時にシール作用が悪化する。
【００２１】
図３は、低温面の一端に補助突起６１を配置した延長曲がり部４５を示す。この補助突起６１は、その厚さと形状を、延長曲がり部４５が押圧面４９に押し付けられた際に変形し、そして延長曲がり部４５と押圧面４９との間の非平坦性および非均一性を補償するように設計されている。この結果、隙間５５の密閉作用が一層向上する。特にその補助突起６１の変形は弾性的に行われる。
【００２２】
図４は、密閉作用の別個の改善方式を示す。ここでは、押圧面４９に変形可能な被覆６３が設けられる。これにより同様に、延長曲がり部４５と押圧面４９との間の非平坦性が補償される。勿論、補助突起６１を押圧面４９にも配置できるのと全く同様に、延長曲がり部４５にも被覆６３を配置できる。
【００２３】
図５は、低温状態における延長曲がり部４５およびこれに重なり合って対向して位置する押圧面４９付きの延長押圧部４７を示す。この状態では、延長曲がり部４５は曲がっておらず、隙間５５が開いている。高温時の延長曲がり部４５の形状を破線で示し、延長曲がり部４５は隙間５５を閉じるように曲っている。その場合、延長曲がり部４５は押圧面４９に押し付けられる。
【００２４】
図６は、熱的に負荷される壁２１である燃焼器内張り１６の一部を示す。第１壁セグメント３５と第２壁セグメント３３は、各々ボルト６７を介して支持壁６５に結合されている。上述のように、第２壁セグメント３３の延長曲がり部４５は第１壁セグメント３５の延長押圧部４７と重なり合う。延長曲がり部４５と延長押圧部４７の間に隙間５５が存在する。この隙間５５は、上述のように、高温時の延長曲がり部４５の曲がりで密閉される。追加的に隙間５５にシール材料７１が配置される。延長曲がり部４５が押圧面４９に押し付けられた際、そのシール材料７１が変形し、非平坦性を補償し、補助的な密閉作用を生ずる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ガスタービンの縦断面図。
【図２】  熱的に負荷される壁の縦断面図。
【図３】  補助突起付き延長曲がり部の断面図。
【図４】  変形可能な被覆を備えた押圧面の断面図。
【図５】  隣接する２つの壁セグメント間の隙間の低温および高温における断面図。
【図６】  燃焼器内張りの一部の断面図。
【符号の説明】
１    ガスタービン
５    燃焼器
１１    冷却空気
１６    燃焼器内張り
１７    高温ガス
２１    壁
２３    静翼列
２５    動翼列
３３    第２壁セグメント
３５    第１壁セグメント
４５    延長曲がり部
４７    延長押圧部
４９    押圧面
５１    低温面
５３    高温面
５５    隙間
６１    突起
【図１】
0004532052.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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