(57)【要約】  互いに対して相対的に熱による移動可能とされると共にそれぞれが２つの略平行とされる溝（２６，２８，３０，３２）を有している、２つの構成部品（１２，２０）の間における間隙（２２）を密封するためのシール要素（２４）であって、主線に沿って方向づけられており、主線に対して略垂直とされる断面において、第１の端部セグメント（３８）と、第２の端部セグメント（４０）と、第１の端部セグメント（３８）と第２の端部セグメント（４０）との間に配置されている中央領域（４２）とを有しており、ラジアル方向において比較的大きい構成部品が熱膨張した場合であっても効果的に密封するように、且つ、構成部品の熱応力及びクラックの発生を低減するようになっている、シール要素（２４）に関する。このために、第３の端部セクション（４４）が、第１の端部セクション（３８）に対して平行に且つ第１の端部セクション（３８）と略同一の方向に延在している状態で、中央領域（３４）に配置されており、第４の端部セクション（４６）が、第２の端部セクション（４０）に対して平行に且つ第２の端部セクション（４０）と略同一の方向に延在している状態で、中央領域（３４）に配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの構成部品（１２，２０）の間における間隙（２２）を密封するためのシール要素（２４）であって、前記構成部品（１２，２０）が、互いに対して熱による移動可能とされ、前記構成部品（１２，２０）それぞれが、２つの略平行とされるスロット（２６，２８，３０，３２）を有している、前記シール要素（２４）において、
前記シール要素（２４）が、主線に沿って方向づけられており、前記主線に対して略垂直とされる断面において、第１の端部セクション（３８）と、第２の端部セクション（４０）と、前記第１の端部セクション（３８）と前記第２の端部セクション（４０）との間に配置されている中央領域（４２）とを有しており、
第３の端部セクション（４４）が、前記第１の端部セクション（３８）に対して平行に且つ前記第１の端部セクション（３８）と略同一の方向に延在している状態で、前記中央領域（３４）に配置されており、
第４の端部セクション（４６）が、前記第２の端部セクション（４０）に対して平行に且つ前記第２の端部セクション（４０）と略同一の方向に延在している状態で、前記中央領域（３４）に配置されていることを特徴とするシール要素（２４）。
【請求項２】
前記中央領域（４２）が、前記第１の端部セクション（３８）及び前記第３の端部セクション（４４）に接続しているセクション（４８）と、前記第２の端部セクション（４０）及び前記第４の端部セクション（４６）に接続しているセクション（５０）とを備えており、
前記セクション（４８，５０）が、接続セクション（５２）を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のシール要素（２４）。
【請求項３】
前記中央領域（４２）が、前記第１の端部セクション（３８）及び前記第２の端部セクション（４０）に接続しているセクション（５４）と、前記第３の端部セクション（４４）及び前記第４の端部セクション（４６）に接続しているセクション（５６）とを備えており、
前記セクション（５４，５６）が、接続セクション（５８）を介して接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシール要素（２４）。
【請求項４】
前記接続セクション（５８）が、自己修復性を有して延伸可能とされることを特徴とする請求項３に記載のシール要素（２４）。
【請求項５】
前記中央領域（４２）及び／又は端部セクション（３８，４０，４４，４６）それぞれが、前記端部セクション（３８，４０，４４，４６）それぞれが同一の延伸方向において自己修復するように互いに対して移動可能とされるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項６】
端部セクション（３８，４０，４４，４６）それぞれが、Ｚ字状に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項７】
端部セクション（３８，４０，４４，４６）それぞれが、鋸歯状の表面を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項８】
端部セクション（３８，４０，４４，４６）それぞれが、円状に屈曲されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項９】
前記シール要素（２４）が、少なくとも部分的に金属材料から成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項１０】
ガスタービン（１）が、高温ガス領域（１４）と、前記ガスタービン（１）の案内ベーン（６）を冷却するための低温ガス領域（１６）であって、高温ガス領域（１４）に対して密封されている前記低温ガス領域（１６）とを備えており、
前記シール要素（２４）が、第１の構成部品（１２）の２つの略平行とされる前記スロット（２６，２８）と、前記第１の構成部品（１２）に隣接している第２の構成部品（２０）の２つの略平行とされる前記スロット（３０，３２）とに係合しており、
間隙（２２）が、前記構成部品（１２，２０）同士の間に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項１１】
前記スロット（２６，２８，３０，３２）それぞれに挿入される端部セクション（３８，４０，４４，４６）が、前記スロット（２６，２８，３０，３２）それぞれより僅かに大きいことを特徴とする請求項１０に記載のシール要素（２４）。
【請求項１２】
前記シール要素（２４）が、前記間隙（２２）から離隔して前記構成部品（１２，２０）に向かって狭窄している前記スロット（２６，２８，３０，３２）に係合していることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のシール要素（２４）。
【請求項１３】
略平行に延在している前記スロット（２６，２８，３０，３２）に係合している端部セクション（３８，４０，４４，４６）の間における離隔距離が、略平行に延在している前記スロット（２６，２８，３０，３２）の間における離隔距離より僅かに小さいことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項１４】
端部セクション（３８，４０，４４，４６）それぞれの長さが、前記主線に沿って変化し、
前記端部セクション（３８，４０，４４，４６）それぞれが、前記スロット（２６，２８，３０，３２）の深さの分布が前記端部セクション（３８，４０，４４，４６）の長さの変化に一致する、前記スロット（２６，２８，３０，３２）に係合していることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項１５】
高温ガス領域（１４）と、案内ベーン（６）を冷却するための低温ガス領域（１６）であって、前記高温ガス領域（１４）に対して密封されている前記低温ガス領域（１６）とを備えているガスタービン（１）において、
領域（１４，１６）が、周方向及びアキシアル方向に配置されている複数の構成部品（１２，２０）によって互いから隔離されており、
少なくとも１つの第１の構成部品（１２）と少なくとも１つの第２の構成部品（２０）とが、間隙（２２）によって隔離されており、
前記第１の構成部品（１２）と前記第２の構成部品（２０）とが、２つの略平行とされるスロット（２６，２８，３０，３２）を有しており、
請求項１〜１４のいずれか一項に記載のシール要素（２４）が、前記間隙（２２）を密封するように、前記スロット（２６，２８，３０，３２）に配置されていることを特徴とするガスタービン（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの構成部品の間における間隙を密封するためのシール要素であって、構成部品が、互いに対して熱による移動可能とされ、構成部品それぞれが、２つの略平行とされるスロットを有している、シール要素において、シール要素が、主線に沿って方向づけられており、主線に対して略垂直とされる断面において、第１の端部セクションと、第２の端部セクションと、第１の端部セクションと第２の端部セクションとの間に配置されている中央領域とを有している、シール要素に関する。さらに、本発明は、このようなシール要素を具備するガスタービンに関する。
【０００２】
ガスタービンは、加圧されたガスが膨張されるターボ機械である。ガスタービンは、タービンすなわち膨張器と、上流圧縮機と、タービンと上流圧縮機との間に接続されている燃焼室とから構成されている。その動作原理は、循環過程（ジュールサイクル）に基づいている。当該循環過程では、空気を圧縮するために１つ以上の圧縮段を回転させた後に、燃焼室内において圧縮された空気を気体状又は液体状の燃料と混合し、その混合物が燃焼される。さらに、空気は、二次空気システムに供給され、特に高い熱負荷を受ける構成部品を冷却するために利用される。
【０００３】
これにより、下流タービン部分において膨張する高温のガス（燃焼ガスと空気との混合体）が生成される。ここで、熱エネルギが機械的エネルギに変換され、最初に圧縮器を駆動する。残りの部分は、発電機、プロペラ、又は他の回転式エネルギ消費機械を駆動するために、ターボシャフトエンジンにおいて利用される。対照的に、ジェットエンジンでは、熱エネルギが高温のガス流を加速させるので、推進力が発生する。
【０００４】
場合によっては１０００℃を越える高温のタービン入口温度を備えているガスタービンの場合には、冷機起動と動作中との間における温度差が大きいので、ガスタービンの構成部品それぞれが熱膨張し、これにより隣り合う構成部品同士が所定の間隙で互いから部分的に離隔するようになるので、高い熱負荷及び亀裂発生を回避することができる。二次空気システムの圧力は一般に高温ガスダクトの圧力より高いので、低温の空気が当該間隙においてタービンに内部漏出し、出力及び効率を低下させる。このことは、特にタービンの案内羽根と高温ガスダクトの境界を形成しているリングセグメントとの間に形成された間隙において発生する。
【０００５】
このような漏出によって、圧縮機によるエネルギ消費が大きくなり、構成部品についての配置計算が一層困難になる。漏出を回避することのさらなる理由は、タービン内における実際の高温ガスの温度に関連する。漏出による損失が大きくなるに従って、二次空気システムにおける空気の消費量が大きくなり、ひいては燃焼室に供給される圧縮された空気の量が少なくなる。この場合にタービンの出力を高くするためには、燃焼の供給量を増やすことによって入口温度を高くする必要がある。しかしながら、このことは、構成部品に作用する負荷を大きくするので、さらなる冷却が必要とされる。その結果として、構成及び低下したタービン効率の観点から、コストが増大する。
【０００６】
漏出を最小限度に抑えるために、様々なコンセプトのシールが、要件に従って、タービンの内部において利用されている。一般に、間隙それぞれに沿った、例えばラジアル方向間隙の場合に周方向に沿った主線において延在している平坦なシール要素は、密封すべき間隙に対して略垂直又は所定の角度でスロットに押し込まれている。
【０００７】
もっとも単純な場合には、シール要素は、滑らかな表面を具備する平坦なシール要素として構成されている。また、ライフルシールや櫛状シールと呼称される波状又は歯状のシール板が利用される場合がある。
【０００８】
これは、２つの端部又は２つの端部セクションの間に滑らかな表面及び波状又は歯状の表面を不備する中央領域を有している金属シールである。歯状の外形が、据付後にスロットを具備する構成部品とシール要素との間に遊嵌が実質的に存在しない接続を実現するように、組立の際に変形される。
【０００９】
しかしながら、上述のシール要素は、ラジアル方向において互いに対して比較的大きく変位される構成部品については適していないという欠点を有している。当該構成部品がラジアル方向における可撓性を有していないからである。シール板の堅さが比較的高いので、漏出の原因となる、ガスタービンの動作の際における反り移動及び位置ずれ移動による摩耗の兆候が急速に発生する。さらに、ライフルシールの先端の可撓性が低いので、シール板を正確に据え付けることは比較的困難である。特定の場合には、組立の際にさらなる機械加工を実施することさえ必要とされる。しかしながら、不慮のさらなる漏出が急速に発生する原因となり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、構成部品がラジアル方向において比較的大きく熱膨張した際に効果的に且つ確実に密封すると共に、構成部品の熱応力及びクラックの発生を低減する、発明の概要で説明したタイプのシール要素を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
当該目的は、第３の端部セクションが、第１の端部セクションに対して平行に且つ第１の端部セクションと略同一の方向に延在している状態で、中央領域に配置されており、第４の端部セクションが、第２の端部セクションに対して平行に且つ第２の端部セクションと略同一の方向に延在している状態で、中央領域に配置されている、本発明によって達成される。
【００１２】
これに関連して、本発明は、従来利用されているシール要素が、主に構成部品を当該構成部品の延在する方向、一般にはアキシアル方向に沿って移動させてしまうという結果から提案されるものである。シール要素の板厚が一層小さく選定された場合には、シール要素の可撓性が大きくなり、これによりシール要素自体が柔軟な形態で移動可能となる。しかしながら、これに関連して、構成部品それぞれに対するシール要素の保持が改善されるべきである。このことは、既存の端部セクションに対して平行に配置されているさらなる端部セクションを配置することによって実現可能である。この結果として、シール要素の側部それぞれにおいて、二重のスロット−バネ間接続部が、構成部品の二重の並列配置されたスロットと接続されるので、構成部品それぞれに対する保持が強化され、密封作用が改善される。
【００１３】
第１の優位な構成では、中央領域が、第１の端部セクション及び第３の端部セクションに接続しているセクションと、第２の端部セクション及び第４の端部セクションに接続しているセクションとを備えており、セクション同士が、接続セクションを介して接続されている。従って、これに関連して、同一の構成部品の平行なスロットに挿入される端部セクションが、例えば半円状のセクションを介して互いに対して直接接続されている。従って、端部セクションは、Ｕ字状の断面を具備する先端部として、スロットそれぞれに位置決めされている。さらに、２つの端部セクションは、例えば間隙を通じて直線状に延在している接続セクションを介して接続されている。他の形状であっても良い。
【００１４】
第２の代替的又は付加的な優位な構成では、中央セクションが、第１の端部セクション及び第２の端部セクションに接続しているセクションと、第３の端部セクション及び第４の端部セクションに接続しているセクションとを備えており、セクション同士が、接続セクションを介して接続されている。従って、これに関連して、間隙を横断して互いに反対側に配置されている相違する構成部品のスロットに導入されてている２つの端部セクションが、例えば従来技術に基づく慣用のシールプレートのように、互いに対して接続されているが、反り及び位置ずれのために弾性を改善するために一層薄肉化されている。従って、２つの接続セクションは、一の接続セクションを介して互いに対して固定されている。接続セクションは、例えば互いに対して直接溶接又は蝋付けされているので、当該接続セクションは、溶接継ぎ目のみから成る。
【００１５】
優位な構成では、接続セクションが、自己修復性を有して延伸可能とされる。このことは、例えばバネ又は伸縮式バーを介して接続セクション同士が接続されることによって実現される。さらに、このことは、シール要素の弾性を高まる一方、シール要素の据付容易性は維持される。これにより、このようなシール効果は、シール要素の反り及び位置ずれの場合であっても改善される。
【００１６】
さらなる優位な構成では、中央領域及び／又は端部セクションそれぞれが、端部セクションそれぞれが同一の延伸方向において自己修復するように互いに対して移動可能とされるように構成されている。利用される材料の弾性が対応する延伸及び圧縮を可能とするように、中央領域が適切に薄肉なプレートから作られている、特に簡便な態様において、このことは実現される。また、このことは、シール要素の弾性を高める。
【００１７】
相対的な又は付加的な優位な構成では、端部セクションそれぞれのが、Ｚ字状に形成されている断面を有している。従って、従来利用されていたシールプレートと比較して薄肉であるシール要素の構成と共に、アキシアル方向において弾性機能を発揮させることができる。端部セクションがＺ字状に形成されているので、アキシアル方向プレストレス並びに密封すべき構成部品の位置ずれ及び／又は反りに依存して、スロットを具備する複数の接触面が形成される。
【００１８】
さらなる代替的な又は付加的な優位な構成では、端部セクションそれぞれが、鋸歯状の表面を有している。また、シール要素が、両側部に二重のスロット−バネ間接続部を具備して構成されている場合には、従来利用されているリフルプレート（riffle plate）のような鋸歯は、実質的に以下の優位点を有している。鋸歯は、端部領域が圧縮可能とされる一方、返しの形態をしたスロットに固定されるように、中央領域に面している傾斜部分を備えている。また、鋸歯は、端部領域それぞれの両側に適用することができるので、スロット内における固定がさらに改善される。
【００１９】
さらに、優位には、端部セクションそれぞれが円状に屈曲されている。端部セクションが圧縮された場合には、例えば端部セクションがスロットに押し込まれた場合には、端部セクションの曲率が小さくなり、端部セクションが圧縮され、スロットに滑らかに滑入される。しかしながら、外部に向かって移動する場合には、要素自体が補剛されるので、脱落が防止される。
【００２０】
優位には、シール要素は、少なくとも部分的には金属材料から成る。特に、金属材料は、可逆的な変形能を有している一方、十分に薄肉であるので、上述の幾何学的な構成の利点が改善されるか、又は初期段階で実現される。
【００２１】
上述のシール要素が、高温ガス領域と、ガスタービンの案内ベーンを冷却するための低温ガス領域であって、高温ガス領域に対して密封されている低温ガス領域とを有しているガスタービンにおいて、シール要素が、第１の構成部品の２つの略平行とされるスロットと、第１の構成部品に隣接している第２の構成部品の２つの略平行とされるスロットとに係合しており、且つ、間隙が、構成部品同士の間に形成されているという優位な構成で配置されている。構成部品それぞれにおける二重のスロット−バネ間接続部は、著しい変位又は反りが発生した場合であってもシール要素を特に堅固に保持することができるので、低温ガス領域は、高温ガス領域に対して良好に密封される。
【００２２】
これに関連して、スロットそれぞれに挿入される端部セクションが、スロットそれぞれより僅かに大きい。このことは、熱膨張が依然として発生していない状態において、端部セクションが挿入段階において既に変形していることを意味する。これにより、ガス―タービン内の現在の温度及び低温ガス領域と高温ガス領域との温度差に依存しないで、間隙が効果的に密封される。
【００２３】
さらなる優位な構成では、シール要素と係合しているスロットが、間隙から構成部品に向かって内方に狭窄している。これにより、シール要素をスロットに一層容易に挿入することができるので、据付が単純化される。特に狭窄部は、並列配置されているスロット同士の間に形成されているウエブが楔状断面を具備して構成されているように形成されている。
【００２４】
他のさらなる優位な構成では、略平行に延在しているスロットに係合している端部セクションの間における離隔距離が、略平行に延在しているスロットの間における離隔距離より僅かに小さい。このことは、スロットに挿入する際に、端部セクションが、互いから離隔するように押圧されるので、これにより生じたプレストレスによって、シール要素が爪の形態でスロットの内部に保持される。特に端部セクションを円状に屈曲させることを伴って、特に端部セクションが内方にすなわち他方の端部セクションに向かって湾曲された場合に、シール要素は特に良好にスロットの内部に固定される。端部セクションを互いに対してプレストレスすることは、シール要素に引っ張ることによって、その結果として特に端部セクションにおける回転運動をもたらし、これにより円状の湾曲の半径が大きくなり、端部セクション自体がスロットに押し込まれることを意味する。
【００２５】
優位には、端部セクションそれぞれの長さが、主線に沿って変化し、端部セクションそれぞれが、スロットの深さの分布が端部セクションの長さの変化に一致する、スロットに係合している。従って、簡便な方法で、主線に沿った変位に抗してシール要素を固定することができる。スロットの深さを変化させることに従って、端部セクションをその変化に適応するように大きくすることによって、シール要素は、主線に沿った変位に抗して密接状態で固定可能とされる。さらに、このようにして、シール要素及びスロットは、向きを揃えて一致するので、主線に沿った長さ変化を考慮して、特定のシール要素は特定のスロットのみに嵌合される。これにより、据付の際に誤りが防止される。
【００２６】
ガスタービンは、高温ガス領域と、ガスタービンの案内ベーンを冷却するための低温ガス領域であって、高温ガス領域に対して密封されている低温ガス領域とを備えており、高温ガス領域及び低温ガス領域が、周方向及びアキシアル方向に配置されている複数の構成部品によって互いから隔離されており、少なくとも１つの第１の構成部品と少なくとも１つの第２の構成部品とが、間隙によって隔離されており、第１の構成部品と第２の構成部品とが、２つの略平行とされるスロットを有しており、上述のシール要素が、間隙を密封するように、スロットに配置されている。
【００２７】
本発明によって達成される優位性は、特に、二重の平行に配置されている端部セクションを両側部に具備するシール要素であって、間隙の側面それぞれに形成されている対応する二重のスロットの内部に導入されるシール要素において、２つのアキシアル方向において離隔されている構成部品をガスタービン内に密封する場合に、シール要素を良好に保持することができ、ラジアル方向において大きい可撓性を有している、シール要素に係る本発明によって実現される。従って、シール要素の可撓性は、熱応力を最小限度に抑え、クラックの発生を防止する。さらに、間隙を確実に閉塞することによって、密封効果を向上させることができる。アキシアル方向遊隙及び自己制御効果の高い潜在的可能性が、シール要素がスロットから脱落する現在の危険性を低減させることができる。
【００２８】
本発明について、図面に表わす複数の典型的な実施例を参照しつつ説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ガスタービンの長手方向断面の詳細図である。
【図２】ガスタービンのシール要素の断面図である。
【図３】ガスタービンのシール要素の断面図である。
【図４】ガスタービンのシール要素の断面図である。
【図５】ガスタービンのシール要素の断面図である。
【図６】ガスタービンのシール要素の断面図である。
【図７】ガスタービンのシール要素の断面図である。
【図８】ガスタービンのシール要素の断面図である。
【図９】ガスタービンのシール要素の断面図である。
【図１０】ガスタービンのシール要素の断面図である。
【図１１】図１０に表わすシール要素の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
すべての図面において、同一の構成部品には同一の参照符号が付されている。
【００３１】
図１は、軸線２に沿って方向づけられているガスタービン１の詳細図である。以下において、例えばアキシアル方向（axial direction）、ラジアル方向（radial direction）、周方向（circumferential direction）のような用語は、常にガスタービン１の軸線２に関連付けられている。
【００３２】
ガスタービン１は、ケース４内にアキシアル方向において交互に配置されている案内ベーン６及びロータブレード８を有している。案内ベーン６は、ガスタービン１の軸線２に対して垂直とされる軸線１０に沿って方向づけられており、円を形成するように、ガスタービン１の周囲に沿って配置されている。このように円状に配置された案内ベーン６は、案内ベーンディスクとも呼称される。案内ベーン６は、案内ベーンプレート１２それぞれを介して、ガスタービン１のケース４に接続されているので、ガスタービン１のステータの一部分とされる。
【００３３】
隣り合う案内ベーン６同士は、案内ベーン６がほとんど制限されずに熱膨張することができる間隙（詳細には図示しない）それぞれを介して、周方向に沿って互いから離隔配置されている。案内ベーンプレート１２は、案内ベーンプレート１２とケース４との間に形成されている低温ガス領域１６から、ガスタービン１の軸線２の周囲に形成されている高温ガス領域１４を隔離している。高温ガス領域１４では、燃焼器（図示しない）の上流で燃焼された高温ガスが流れるが、低温ガス領域１６では、典型的に、抽気された空気が圧縮機の端部領域から流れる。
【００３４】
ロータブレード８は、ガスタービン１の軸線２に対して略垂直とされる軸線１８それぞれに沿って延在している。ロータブレード８の全体が、高温ガス領域１４の内部に位置している。ロータブレード８は、軸線２の周りに回転するように、ロータブレードディスクとして、タービンのロータに環状に配置されている。案内ベーンディスクは、下流のロータブレードディスクと共にタービン段と呼称される。
【００３５】
ロータブレード８の領域では、高温ガス領域１４が、多数の環状セグメント２０を介して、ガスタービン１の周囲に沿って低温ガス領域１６から隔離されている。この場合には、環状セグメント２０はそれぞれ、ケース４に接続されている。明確にするために、単一の案内ベーン６、単一のロータブレード８、及び単一の環状セグメント２０のみを図示する。
【００３６】
アキシアル方向において、環状セグメント２０それぞれが、案内ベーン６それぞれから、特に案内ベーンプレート１２から間隙２２を介して離隔配置されている。間隙２２は、シール要素２４によって密封されているので、低温ガスが低温ガス領域１６から高温ガス領域１４に流入することが防止されている。
【００３７】
これに関連して、案内ベーン１２が第１の構成部品を表わし、環状セグメント２０が第２の構成部品を表わす。アキシアル方向では、低温ガス領域１６は、隣り合う案内ベーン６と環状セグメント２０との間において高温ガス領域１４に対して密封されており、周方向では、隣り合う案内ベーン１２同士の間それぞれにおいて、ひいては隣り合う環状セグメント２０同士の間それぞれにおいて密封が形成されている。
【００３８】
図２は、シール要素２４についての第１の典型的な実施例を表わす、図１の領域ＩＩを拡大図である。図２は、間隙２２を介して互いから離隔配置されている２つの隣り合う構成部品として、案内ベーンプレート１２及び環状セグメント２０を表わす。代替的には、当該構成部品は、２つの隣り合う案内ベーン６、特に案内ベーンプレート１２又は２つの隣り合う環状セグメント２０とされる。
【００３９】
周方向において平行に配置されている２つの予め形成されたスロット２６，２８又は３０，３２それぞれが、構成部品１２，２０それぞれの内部に導入されている。これに関連して、案内ベーンプレート１２のスロット２６，２８は、環状セグメント２０に向かって方向づけられており、環状セグメント２０のスロット３０，３２は、案内ベーンプレート１２に向かって方向づけられている。案内ベーンプレート１２のスロット２６，２８は、ウエブ３４を介して互いから離隔しており、環状セグメント２０のスロット３０，３２は、ウエブ３６を介して互いから離隔している。ウエブ３４，３６は、間隙２２に向かって楔の形態でテーパ状になっており、スロット２６，２８，３０，３２は、間隙２２に向かって拡幅されている。
【００４０】
シール要素２４は、間隙２２を密封するように、スロット２６，２８，３０，３２に係合している。シール要素２４は、図面の表面から裏面に向かう周方向に方向づけられている主線に沿って方向づけられており、当該主線に対して垂直とされる図示する断面において、第１の端部セクション３８、第２の端部セクション４０、及び第１の端部セクション３８と第２の端部セクション４０との間に位置する中央領域４２を有している。第１の端部セクション３８は、スロット２６の内部に位置しているので、略ラジアル方向において案内ベーンプレート１２に向かって方向づけられている。第２の端部セクション４０は、スロット３０の内部に位置しているので、略ラジアル方向において環状セクション２０に向かって方向づけられている。
【００４１】
スロット２８に受容されている第３の端部セクション４４は、中央領域４２において第１の端部セクション３８に対して平行に配置されている。スロット３２に受容されている第４の端部セクション４６は、中央領域４２において第２の端部セクション４０に対して平行に配置されている。案内ベーンプレート１２のスロット２６，２８に受容されている第１の端部セクション３８及び第３の端部セクション４４は、放物状セクション４８を介して接続されている。同様に、環状セグメント２０のスロット３０，３２に受容されている第２の端部セクション４０及び第４の端部セクション４６は、放物状セクション５０を介して接続されている。放物状セクション４８，５０は、ラジアル方向に方向づけられている接続セクション５２を介して接続されている。
【００４２】
第１の端部セクション３８、第２の端部セクション４０、第３の端部セクション４４、及び第４の端部セクション４６それぞれが、内方に、すなわち同一の構成部品１２，２０の他方の端部セクション３８，４０，４４，４６に向かって円状に屈曲している。その結果として、断面が、約４分の３の円の周りに屈曲した形状とされる。シール要素２４全体は、例えば高い熱安定性を有しているニッケル合金のような、比較的薄肉のシートメタルから作られている。従って、シール要素２４は、弾性的に延伸可能とされる。このような弾性は、シール要素２４をスロット２６，２８，３０，３２に固定するために利用される。
【００４３】
すなわち、平行に配置された端部セクション３８，４４同士又は端部セクション４０，４６同士の間におけるアキシアル方向の離隔距離は、シール要素２４が据え付けられていない状態において、平行に配置されたスロット２６，２８同士又はスロット３０，３２同士の間の隔離距離より大きい。このことは、非据付状態のシール要素２４を図示する図３に表わす比較用図面に示されている。さらに、円状に湾曲している端部セクション３８，４０，４４，４６それぞれが、スロット２６，２８，３０，３２より僅かに大きい。
【００４４】
スロット２６，２８，３０，３２に挿入された場合には、端部セクション３８，４０，４４，４６は圧縮され、互いに対して平行とされる端部セクション３８，４４又は４０，４６それぞれが、互いから離隔するように押圧される。楔状の形態をしたウエブ３４，３６によって、単純な挿入が可能となる。従って、材料の弾性に起因する復元力によって、シール要素２４が構成部品１２に固定される。間隙２２が幾何学的に変化した場合に、湾曲した形状のシール要素２４全体がバネとして機能する。
【００４５】
図４〜図１０はそれぞれ、シール要素２４の代替的且つ典型的な実施例を表わす。これら図面は、図２又は他の上述の図面に表わす典型的な実施例との差異に関して説明するためのものである。説明しない特徴は、図２又は上述の説明した図面それぞれの特徴と略同一である。
【００４６】
図４は、図２に関連する構成とは相違する中央領域４２を具備するシール要素２４を表わす。この場合には、（間隙２２に関して）反対側に位置する端部セクション３８，４０又は４４，４６（それぞれ）が、略アキシアル方向に方向づけられている接続セクション５４又は５６を介して、互いに接続されている。接続セクション５４，５６は、ラジアル方向に方向づけられている接続セクション５８を介して接続されている。接続セクション５８は、シール要素２４の全長に亘って主線に沿って延在しているか、又は部分的な接続すなわち局所的な接続のみが存在するように遮断されている。
【００４７】
端部セクション３８，４４又は４０，４６同士の離隔距離がスロット２６，２８又は３０，３２同士の間の離隔距離より大きいので、接続セクション５４，５６は、据付状態において、中央領域４２の中心点に向かって湾曲している（比較用図面である図５参照）。
【００４８】
図６は、接続セクション５８が可撓性を高めるための弾性要素として、すなわちバネ又は伸縮式バーのような機構として構成されている点において、図４とは相違するシール要素２４を表わす。
【００４９】
また、図８は、接続セクション５８が互いに接続されている接続セクション５４，５６同士の間に溶接継ぎ目のみを具備する点において、図４とは相違するシール要素２４を概略的に表わす。従って、接続セクション５４，５６は一層屈曲されている。ウエブ３４，３６は、楔状の形態ではないが、丸められている。また、図６は、アキシアル方向において間隙２２が大きくなった場合の状態を表わす。すなわち、スロット２６，２８，３０，３２の力比及び楔自体の結果として、湾曲した端部セクション３８，４０，４４，４６が丸められている。
【００５０】
図９は、図２に表わすシール要素２４より厚肉のシート材料から作られているシール要素２４を表わす。従って、湾曲部を有しない端部セクションが設けられており、むしろ（間隙２２に関して）反対側に位置する端部セクション３８，４０又は４４，４６（それぞれ）が、略アキシアル方向に方向づけられている比較的高剛性の接続セクション５４又は５６を介して、互いに接続されている。接続セクション５４，５６は、溶接継ぎ目を具備する接続セクション５８を介して接続されている。代替的には、接続セクション５４，５６は、蝋付けによって接続されている。当該実施例においても、接続セクション５８は、シール要素２４の全長に亘って主線に沿って延在しているか、又は部分的な接続すなわち局所的な接続のみが存在するように遮断されている。
【００５１】
端部セクション３８，４０，４４，４６は、Ｚ字状に形成されており、スロット２６，２８，３０，３２より僅かに大きい。従って、端部セクション３８，４０，４４，４６は、スロット２６，２８，３０，３２に挿入した場合に圧縮され、密封すべき構成部品同士の間におけるアキシアル方向プレストレス、位置ずれ、又は反りに依存して、スロット２６，２８，３０，３２との多数の接触面を形成する。
【００５２】
さらなる典型的な実施例では、図１０及び図１１に表わすように、シート状の材料は、図４に表わす典型的な実施例のシート状の材料より厚肉であるが、それでも従来利用されていたシールプレートより薄肉である。この場合であっても、（間隙２２に関して）反対側に位置する端部セクション３８，４０又は４４，４６（それぞれ）が、略アキシアル方向に方向づけられている接続セクション５４又は５６を介して、互いに接続されている。接続セクション５４，５６はそれぞれ、他方の接続セクション５４又は５６に向かって方向づけられている凸所６０を自身の中央に有している。凸所６０において、接続セクション５４，５６は、溶接継ぎ目を具備する接続セクション５８を介して接続されている。
【００５３】
端部セクション３８，４０，４４，４６は、自身のラジアル方向に方向づけられている表面において、すなわち、高温ガス領域１４に向かって方向づけられている表面と低温ガス領域１６に向かって方向づけられている表面との両方において鋸歯状に形成されている。これに関連して、概略的に図示された鋸歯は中央領域４２に向かって傾斜しており、且つ、スロット２６，２８，３０，３２それぞれより大きいので、脱落防止効果が発揮される。
【００５４】
図４〜図１０では、低温ガス領域１６に隣接している端部セクション３８，４０は、接続セクション５４と共に一のシートを形成しており、高温ガス領域１４に隣接している端部セクション４４，４６は、接続セクション５６と共にさらなるシートを形成している。シートは、シール要素２４を完成させるために、接続セクション５８において接続されている。これら典型的な実施例のすべてにおいて、スロット２６，２８，３０，３２のスロット深さに関連して、端部セクション３８，４０，４４，４６の長さを主線に沿って変更することができる。このことは、図１０に表わす典型的な実施例の例示に表わされている。
【００５５】
図１１は、図１０の断面ＸＩ−ＸＩにおける断面図であって、低温ガス領域１６に向かって方向づけられているシートのみを表わす。端部セクション３８，４０の長さは、主線に沿って線形的に変更可能とされるので、結果的に当該シートは台形状に形成されている。スロット２６，３０は、このような長さの変更に適合されている。
【００５６】
高温ガス領域１４に向かって方向づけられているシート（図示しない）は、同一の長さの変更を有しているが、台形状の形状が第１のシートの台形状の形状の反対となるように、主線に関して逆向きに配置されている。従って、スロット２８，３２は、互いに対して位置合わせされている。これにより、シール要素２４は、主線に沿った変位から保護される。
【００５７】
図４〜図１１に表わすすべての典型的な実施例において、低温ガス領域１６に向かって方向づけられているシートは、高温ガス領域１４に向かって方向づけられているシートと比較して、耐熱性が低いひいてはコスト効率が高い材料から作られている。据付を単純化するために、スロット２６，２８，３０，３２は、構成部品１２，２０それぞれの内方に向かってテーパ状になっている。
【符号の説明】
【００５８】
１    ガスタービン
２    軸線
４    ケース
６    案内ベーン
８    ロータブレード
１０    軸線
１２    案内ベーンプレート
１４    高温ガス領域
１６    低温ガス領域
１８    軸線
２０    環状セグメント
２２    間隙
２４    シール要素
２６    スロット
２８    スロット
３０    スロット
３２    スロット
３４    ウエブ
３６    ウエブ
３８    第１の端部セクション
４０    第２の端部セクション
４２    （シール要素２４の）中央領域
４４    第３の端部セクション
４６    第４の端部セクション
４８    放物状セクション
５０    放物状セクション
５２    接続セクション
５４    接続セクション
５６    接続セクション
５８    接続セクション
６０    凸所
【図１】
2016512865.tif 000003
【図２】
2016512865.tif 000004
【図３】
2016512865.tif 000005
【図４】
2016512865.tif 000006
【図５】
2016512865.tif 000007
【図６】
2016512865.tif 000008
【図７】
2016512865.tif 000009
【図８】
2016512865.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2016512865.tif 000012
【図１１】
2016512865.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月16日(2015.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の構成部品（１２）と第２の構成部品（２０）との間における間隙（２２）を密封するためのシール要素（２４）であって、前記第１の構成部品（１２）及び前記第２の構成部品（２０）が、互いに対して熱による移動可能とされ、前記第１の構成部品（１２）及び前記第２の構成部品（２０）それぞれが、２つの平行とされるスロット（２６，２８，３０，３２）を有している、前記シール要素（２４）において、
前記シール要素（２４）が、主線に沿って方向づけられており、前記主線に対して垂直とされる断面において、第１の端部セクション（３８）と、第２の端部セクション（４０）と、前記第１の端部セクション（３８）と前記第２の端部セクション（４０）との間に配置されている中央領域（４２）とを有しており、
第３の端部セクション（４４）が、前記第１の端部セクション（３８）に対して平行に且つ前記第１の端部セクション（３８）と同一の方向に延在している状態で、前記中央領域（３４）に配置されており、
第４の端部セクション（４６）が、前記第２の端部セクション（４０）に対して平行に且つ前記第２の端部セクション（４０）と同一の方向に延在している状態で、前記中央領域（３４）に配置されていることを特徴とするシール要素（２４）。
【請求項２】
前記中央領域（４２）が、前記第１の端部セクション（３８）及び前記第３の端部セクション（４４）に接続しているセクション（４８）と、前記第２の端部セクション（４０）及び前記第４の端部セクション（４６）に接続しているセクション（５０）とを備えており、
前記セクション（４８，５０）が、接続セクション（５２）を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のシール要素（２４）。
【請求項３】
前記中央領域（４２）が、前記第１の端部セクション（３８）及び前記第２の端部セクション（４０）に接続しているセクション（５４）と、前記第３の端部セクション（４４）及び前記第４の端部セクション（４６）に接続しているセクション（５６）とを備えており、
前記セクション（５４，５６）が、接続セクション（５８）を介して接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシール要素（２４）。
【請求項４】
前記接続セクション（５８）が、自己修復性を有して延伸可能とされることを特徴とする請求項３に記載のシール要素（２４）。
【請求項５】
前記中央領域（４２）、並びに前記第１の端部セクション（３８）、前記第２の端部セクション（４０）、前記第３の端部セクション（４４）、及び前記第４の端部セクション（４６）のうち少なくとも１つが、前記第１の端部セクション（３８）、前記第２の端部セクション（４０）、前記第３の端部セクション（４４）、及び前記第４の端部セクション（４６）それぞれが同一の延伸方向において自己修復するように互いに対して移動可能とされるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項６】
前記第１の端部セクション（３８）、前記第２の端部セクション（４０）、前記第３の端部セクション（４４）、及び前記第４の端部セクション（４６）それぞれが、Ｚ字状に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項７】
前記第１の端部セクション（３８）、前記第２の端部セクション（４０）、前記第３の端部セクション（４４）、及び前記第４の端部セクション（４６）それぞれが、鋸歯状の表面を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項８】
前記第１の端部セクション（３８）、前記第２の端部セクション（４０）、前記第３の端部セクション（４４）、及び前記第４の端部セクション（４６）それぞれが、円状に屈曲されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項９】
前記シール要素（２４）が、少なくとも部分的に金属材料から成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項１０】
ガスタービン（１）が、高温ガス領域（１４）と、前記ガスタービン（１）の案内ベーン（６）を冷却するための低温ガス領域（１６）であって、高温ガス領域（１４）に対して密封されている前記低温ガス領域（１６）とを備えており、
前記シール要素（２４）が、第１の構成部品（１２）の２つの平行とされる前記スロット（２６，２８）と、前記第１の構成部品（１２）に隣接している第２の構成部品（２０）の２つの平行とされる前記スロット（３０，３２）とに係合しており、
間隙（２２）が、前記第１の構成部品（１２）と前記第２の構成部品（２０）との間に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項１１】
前記スロット（２６，２８，３０，３２）それぞれに挿入される端部セクション（３８，４０，４４，４６）が、前記スロット（２６，２８，３０，３２）それぞれより僅かに大きいことを特徴とする請求項１０に記載のシール要素（２４）。
【請求項１２】
前記シール要素（２４）が、前記間隙（２２）から離隔して前記第１の構成部品（１２）及び前記第２の構成部品（２０）に向かって狭窄している前記スロット（２６，２８，３０，３２）に係合していることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のシール要素（２４）。
【請求項１３】
平行に延在している前記スロット（２６，２８，３０，３２）に係合している前記第１の端部セクション（３８）、前記第２の端部セクション（４０）、前記第３の端部セクション（４４）、及び前記第４の端部セクション（４６）の間における離隔距離が、平行に延在している前記スロット（２６，２８，３０，３２）の間における離隔距離より僅かに小さいことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項１４】
前記第１の端部セクション（３８）、前記第２の端部セクション（４０）、前記第３の端部セクション（４４）、及び前記第４の端部セクション（４６）それぞれの長さが、前記主線に沿って変化し、
前記第１の端部セクション（３８）、前記第２の端部セクション（４０）、前記第３の端部セクション（４４）、及び前記第４の端部セクション（４６）それぞれが、前記スロット（２６，２８，３０，３２）の深さの分布が前記第１の端部セクション（３８）、前記第２の端部セクション（４０）、前記第３の端部セクション（４４）、及び前記第４の端部セクション（４６）の長さの変化に一致する、前記スロット（２６，２８，３０，３２）に係合していることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のシール要素（２４）。
【請求項１５】
高温ガス領域（１４）と、案内ベーン（６）を冷却するための低温ガス領域（１６）であって、前記高温ガス領域（１４）に対して密封されている前記低温ガス領域（１６）とを備えているガスタービン（１）において、
前記高温ガス領域（１４）及び前記低温ガス領域（１６）が、周方向及びアキシアル方向に配置されている複数の前記第１の構成部品（１２）及び前記第２の構成部品（２０）によって互いから隔離されており、
少なくとも１つの第１の構成部品（１２）と少なくとも１つの第２の構成部品（２０）とが、間隙（２２）によって隔離されており、
前記第１の構成部品（１２）と前記第２の構成部品（２０）とが、２つの平行とされるスロット（２６，２８，３０，３２）を有しており、
請求項１〜１４のいずれか一項に記載のシール要素（２４）が、前記間隙（２２）を密封するように、前記スロット（２６，２８，３０，３２）に配置されていることを特徴とするガスタービン（１）。
【国際調査報告】
2016512865.tif 000014
2016512865.tif 000015
2016512865.tif 000016
2016512865.tif 000017
2016512865.tif 000018
2016512865.tif 000019