(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体回転機械内の漏れ流を減少させるためのシール装置であって、動翼と静翼とを有していて、これらの動翼及び静翼がそれぞれ、少なくとも１つの動翼列若しくは静翼列に配置されていて、翼基部（１，２）を有しており、これらの翼基部（１，２）を介して、各動翼及び静翼が固定された輪郭形状に結合されている形式のものにおいて、
動翼列又は静翼列内で隣接し合う少なくとも２つの翼基部（１，２）間に、或いは動翼及び静翼若しくは動翼又は静翼と流体機械の隣接し合う構成部材間に、フェルト状の材料を有するシールエレメント（３）が設けられており、前記フェルト状の材料が、圧縮され燒結された金属間繊維より構成された金属間フェルトであって、前記シールエレメント（３）が両側で、隣接し合う翼基部（１，２）の外側輪郭形状に形状が合致しているか、又は静翼及び動翼の外側輪郭形状若しくは静翼又は動翼の外側輪郭形状、並びに流体回転機械の隣接し合う構成部材の外側輪郭形状に形状が合致していることを特徴とする、シール装置。
【請求項２】
シールエレメント（３）が少なくとも１つの翼基部（１）に堅固に結合されている、請求項１記載のシール装置。
【請求項３】
結合がはんだ結合又は接着結合である、請求項２記載のシール装置。
【請求項４】
金属間繊維が、アルミニウム、鉄又はニッケルをベースとする金属間相より成っているか、又はこれらの構成部分の合金の金属間相より成っているか、請求項１から３までのいずれか１項記載のシール装置。
【請求項５】
フェルト状の材料が多孔性で、冷却空気を貫通させるようになっている、請求項１から４までのいずれか１項記載のシール装置。
【請求項６】
流体機械の隣接し合う構成部分がケーシング部分又は燃焼室である、請求項１から５までのいずれか１項記載のシール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体回転機械有利には軸流タービン機械内の漏れ流を減少させるためのシール装置であって、動翼と静翼とを有していて、これらの動翼及び静翼がそれぞれ、少なくとも１つの動翼列若しくは静翼列に配置されていて、翼基部を有しており、これらの翼基部を介して、各動翼及び静翼が固定された輪郭形状に結合されている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような形式のシール装置は、従来公知であって、互いに堅固に配置された２つの動翼若しくは静翼間を十分に気密に結合するために使用される。これらの動翼若しくは静翼は、ガス状の媒体を圧縮若しくは放圧するためにターボ回転機械に設けられる。
【０００３】
ばね部材を有しているか又はばね部材を有していないシール面から成っていて、動翼基部又は静翼基部内に相応に設けられたシール輪郭部内に挿入されるシール装置は公知である。この場合、ばね部材は、シールしようとする輪郭部間のシール面の押しつけ力並びに位置決め力を生ぜしめる。このような形式のシール装置は、排ガスをガイドする静力学的な(statisch)ガスタービン構成部材に用いられる。このようなガスタービン構成部材は、冷却空気消費を減少させるための、また排ガスによって軸方向の分割流が生じないようにするために、また熱流に対して遮蔽するための、例えばタービン静翼、熱せき止め部材又は燃焼室部材である。
【０００４】
ヨーロッパ公開特許第０５０１７００号明細書には、静翼基部並びにヘッドストラットがばねシール部材５２，５４（この従来技術明細書の第３図参照）によってケーシング構成部材の対応する輪郭部に固定される、タービン静翼構造について開示されている。このようなばね部材を備えたシール装置の欠点は特に、ばね材料が、過度に高い材料負荷に基づいて、ガスタービン内に生じる温度条件及び圧力条件に関連して非常に早期に疲労するので、ばね力及びひいてはシール機能が失われるという点にある。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９５２０２６８号明細書によれば、それぞれ１つの弾性的なウエーブ面を形成する２つのシール面を有する面シール装置について開示されている。この公知の明細書の第５図の実施例によれば、Ｕ字形に成形された面シール１１が、ハンマーヘッド状に構成された静翼基部の内側輪郭に沿って延びていて、静翼内に吹き込まれる冷却空気をシールするために使用され、また静翼基部を熱いガスに対して保護するために使用される。しかしながら種々異なる面形状で構成されたシール装置は、シールする輪郭面に面状に当てつけることができるように、平らなシール輪郭面を必要とする。湾曲された表面によって閉鎖された中間ギャップをシールする場合には、公知のシール装置は限界がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、動翼と静翼とを有していて、これらの動翼及び静翼がそれぞれ、少なくとも１つの動翼列若しくは静翼列に配置されていて、翼基部を有しており、これらの翼基部を介して、各動翼及び静翼が固定された輪郭形状に結合されている形式の、流体回転機械有利には軸流タービン機械内の漏れ流を減少させるためのシール装置を改良して、シール装置が任意に成形されたギャップ中間スペース間に適応可能であるように構成することである。さらにまた、このシール装置は、ガスタービン装置内に生じる、高い温度及び圧力比に関連した運転条件を損なうことなく、この運転条件を克服する材料より成っていなければならない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決した本発明の構成によれば、動翼列又は静翼列内で隣接し合う少なくとも２つの翼基部間に、或いは動翼及び／又は静翼と流体機械の隣接し合う構成部材間に、フェルト状の材料を有するシールエレメントが設けられている。本発明の考え方にとって有利である別の特徴は、従属請求項に記載されている。
【０００８】
【発明の効果】
本発明が基本とする考え方は、圧縮され燒結された、金属間繊維より成る、公知のフェルト状の材料を、隣接し合う２つの翼基部間でガス交換を減少するために、２つの静翼基部若しくは動翼基部の中間スペース内に挿入することにある。
【０００９】
金属間繊維(intermetallic fibers)をベースとするフェルト状の材料は、１０００℃以上の温度でも損なわれることなしに耐えることができる。何故ならば金属間繊維は、高い耐熱性を有しているからである。さらにまた、金属間繊維は、高い抗酸化性及び有利な熱伝導率を有している。しかもこれらの特性は、選択された金属間繊維によって所望に調節されてそれぞれの条件に合わせることができる。また、フェルト状の材料を製造する際に使用された金属間繊維を最適に選択することによって、所望に調節可能な多孔性及びひいては弾性を有する微粒子の組織が可能である。
【００１０】
有利な形式で、金属間繊維は、アルミニウム、鉄又はニッケルをベースとする金属間相より成っているか、或いはこれらのアルミニウム、鉄、ニッケルの合金より成っている。
【００１１】
このような形式の材料を製造する過程において既に、隣接する２つの翼基部間の中間スペース内に、又は翼前縁部と燃焼室セグメントとの間の中間スペース内に挿入される幾何学的形状が得られる。従って本発明によるシールエレメントはストランド状（ロープ状）に構成され、隣接し合う２つの翼基部間のシールしようとする中間スペースの横断面形状に応じて、種々異なるストランド横断面例えば方形横断面、折り曲げられた又は十字状に形成された横断面を有している。
【００１２】
ストランド状に構成されたシールエレメントは、有利な形式で少なくとも１つの翼基部の適当な箇所に、例えば接着、はんだ付け又は溶接によって堅固に取り付けられる。しかしながら、フェルト状に構成された材料を相応に設けられた嵌合溝内に正確に嵌合させることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて詳しく説明する。
【００１４】
図１には、互いに隣接する２つの翼基部１，２が著しく概略的に示されており、これらの翼基部１，２は例えば１列の静翼列又は動翼列で配置されている。２つの翼基部間の中間スペース内には、フェルト状(filzartig)のシールエレメント３が設けられている。シールエレメント３は、２つの翼基部１及び２の表面輪郭形状に合わせられているので、このシールエレメントは２つの翼基部１及び２を互いに気密にシールする。
【００１５】
タービン装置のケーシング部分に設けられた相応の切欠内への翼基部の組み付けを軽減するために、シールエレメント３は一方の翼基部に堅固に結合されている。この結合は、有利にははんだ結合、接着結合又は溶接結合によって行われる。
【００１６】
図１に示した実施例では、シールエレメント３は輪郭形状４つまり接触輪郭部に沿って翼基部１に堅固に接合されている。
【００１７】
図２のａには、互いに隣接して配置された２つの静翼５及び６の斜視図が示されており、これらの静翼５及び６は、ヘッドストラット７，静翼ブレード８並びに静翼基部９をそれぞれ１つづつ有している。静翼５及び６の互いに向き合うヘッドストラット７間、並びに、互いに向き合う静翼基部９間の中間スペースには、この中間スペースに合わせられた、フェルト材料より成るシールエレメント３がそれぞれ設けられている。
【００１８】
図２のｂには、互いに隣接して配置された２つの動翼１０，１１が示されているが、見やすくするために動翼１０の動翼ブレードは示されていない。これらの動翼１０と１１との間で動翼基部の上部領域には、同様に本発明によるシールエレメント３が設けられている。
【００１９】
図３のａ乃至図３のｅには、種々異なって形成された多数のシールエレメントが図示されている。図３のａではシールエレメント３が、それぞれ隣接する２つの翼基部の互いに向き合って位置する２つの溝１２，１３内に侵入している。図３のｂでは、シールエレメント３は、図示の動翼基部の鉛直方向の接触面と、下側の水平方向の載設面の部分とを有している。図３のｃには、固定するための金属薄板構造部１４が示されており、この金属薄板構造部１４の鉛直方向の側面に、フェルト状の材料から成るシールエレメント３が取り付けられている。シールエレメント３は、前記はんだ結合、接着結合及び溶接結合の他に、例えばねじ結合などの解除可能な結合部を用いて相応の接触面に取り付けることもできる。
【００２０】
図３のｄには、静翼の側面図が示されている。この静翼は静翼基部９の領域でシールエレメント３を有しており、このシールエレメント３は、平らな側面に面同士ではんだ付けされている。静翼のヘッドストラット(head band）７の領域には、フェルト状のシールエレメント３′が、ヘッドストラット内の相応の溝状の切欠内に挿入されている。このような形式の溝は、図３のｅに示されているように、あり継ぎの形状に構成してもよい。この場合シールエレメント３は、側方であり継ぎ状の切欠内に挿入されるか若しくは再び取り出すことができる。
【００２１】
図４には、燃焼室出口１５及びタービン入口１６の領域におけるタービン装置の横断面図が示されている。タービンケーシング１７と燃焼室出口１５との間にはシールエレメント３が設けられており、このシールエレメント３は、ケーシング１７と第１の静翼１８との間の中間スペース内に排ガスが侵入するのを阻止する。同様に別のシールエレメント３′が、静翼とケーシング１７との間の側方の中間スペースを気密にシールする。
【００２２】
一種の金属間フェルトを形成するフェルト状の材料より成っている本発明によるシール装置は、基本的に、ガス流を阻止する必要があるすべての中間スペースに挿嵌することができる。機械的な変形に対する高い抗酸化性及び高い抵抗力に基づいて、アルミナイド(aluminide)又はニッケルアルミナイド(nickel aluminide）をベースとする金属間フェルトは、特に高い温度条件及び高い圧力比が支配するガスタービンに使用するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】中間スペース内に挿入されたフェルト状の材料を備えた、隣接し合う２つの翼基部の部分断面図である。
【図２】ａ及びｂは、隣接し合うそれぞれ２つの静翼及び動翼の斜視図である。
【図３】ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、それぞれ本発明によるシールエレメントのそれぞれ異なる実施例を示す部分断面図である。
【図４】燃焼室出口並びにタービン入口の領域におけるガスタービンの横断面図である。
【符号の説明】
１，２  翼基部、  ３，３′  シールエレメント、  ４  輪郭形状、  ５，６静翼、  ７  ヘッドストラット、  ８  静翼ブレード、  ９  静翼基部、  １０，１１  動翼、  １２，１３  溝、  １４  金属薄板構造、  １５  燃焼室出口、  １６  タービン入口、  １７  タービンケーシング、  １８  静翼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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