JP2002544430A - ロータに対する漏れ止め装置付き流体機械特にガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回転軸線（１５）に沿って延びるロータ（２５）を備えた流体機械（１）、特にガスタービンに関する。ロータ（２５）は、その外側ラジアル境界面で規定された外周面（３１）と、外周面上に円周方向に並べて配置された多数の動翼（１３Ａ、１３Ｂ）と、これらの動翼の受け体（３３）とを有し、各動翼がそれぞれ、翼脚（４３Ａ、４３Ｂ）とこの翼脚に隣接して続く翼台座（１７Ａ、１７Ｂ）とを有する。第１動翼（１３Ａ）の翼台座（１７Ａ）および第２動翼（１３Ｂ）の翼台座（１７Ｂ）が互いに隣り合い、両翼台座とロータの外周面との間に隙間空間（４９）が形成される。隙間空間において、外周面上に、漏れ止め装置（５１）が設けられ、該漏れ止め装置はラビリンスパッキンを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、回転軸線に沿って延び外周面上に円周方向に分散して配置された多
数の動翼を有するロータに対する漏れ止め装置を備えた流体機械、特にガスター
ビンに関する。

【０００２】 流体機械、例えばタービンや圧縮機の動翼は、例えば回転円板により形成され
たロータ軸の外周面上に全周にわたり、種々の方法で取り付けられている。動翼
は、通常羽根と翼台座と取付け構造を持つ翼脚とを有する。翼脚は、これに対し
相補的な形で、例えば周溝又は軸方向溝として形成された凹所により、ロータ軸
の外周面にぴったり合わせて収容され、かくして動翼が取り付けられる。構造上
動翼をロータ軸に取り付けた後、互いに隣接する部位間に隙間が生ずる。この隙
間は、タービンの運転中、冷却材又はロータを駆動する高温活動流体の漏洩流を
発生させる。かかる隙間は、例えば円周方向に隣接する２つの動翼の互いに隣り
合う翼台座間及びロータ軸の外周面と該面に半径方向で隣接する翼台座との間に
生ずる。冷却材、例えば冷却空気がガスタービンの流路内に漏れて流入する等で
生ずる漏洩流を制限するため、かなり大きな遠心力による機械的荷重および加わ
る温度に耐える適当な漏れ止め機構が強く求められている。

【０００３】 ドイツ特許出願公開第１９８１０５６７号明細書により、ガスタービンの動翼
に対するシール板が公知である。動翼に導入される冷却空気がガスタービンの流
路内に漏出すると、ガスタービンの効率が大きく低下する。シール板は、隣接す
る動翼の翼台座間の隙間にはめ込まれ、冷却空気の流出による漏洩流を防ぐ働き
をする。漏れ止めは、上記シール板の他に、隣接する動翼の翼台座間に同様に組
み込んだ種々のシールピンにより達せられる。隣接する翼台座間からの冷却空気
の流出に対し漏れ止め作用を得るには、多数のシール要素が必要である。

【０００４】 米国特許第５５９９１７０号明細書は、ガスタービンの動翼に対する漏れ止め
機構を開示する。この場合、動翼を回転円板の外周面上に取付け、その互いに隣
接する動翼間に、半径方向の隙間と軸方向に延びる隙間とを形成している。半径
方向隙間と軸方向隙間とを、シール要素が同時に塞いでいる。このため、シール
要素は、動翼の翼台座により形成した空洞室にはまり込んでいる。シール要素は
、軸方向と半径方向の隙間に各々隣接する第１および第２シール面を有する。更
にシール要素は、半径方向に対し傾斜して延びるスラスト面を持つ。スラスト面
は反動面に直に隣接している。反動面は、空洞室内に配置した可動反動要素の部
分面として形成されている。漏れ止め作用は、回転円板の回転により可動反動要
素に作用する遠心力で生ずる。反動要素は傾斜スラスト面に力を伝達する。その
場合、第１シール面が軸方向隙間を漏れ止めすべく、半径方向分力がシール要素
に作用し、他方で、第２シール面が半径方向隙間を塞ぐように、軸方向分力がシ
ール要素に作用する。回転円板の外周面とこの外周面に半径方向で隣接する動翼
の翼台座間に隙間が設けてある。隙間を通り回転円板の外周面に沿いガスタービ
ンの流路内に冷却空気が流出するのを、上述の漏れ止め機構では防止できない。

【０００５】 流体機械において、ドイツ特許出願公開第１９８１０５６７号ないし米国特許
第５５９９１７０号明細書に記載の１つ或は複数のシール要素を備えた同様に高
価な漏れ止め装置が、隙間範囲とロータの隙間空間に高温活動流体、例えば高温
ガスや蒸気が流入するのを防ぐために利用されている。そのような活動流体の流
入は、動翼を大きく損傷させる。この危険を防止すべく、一般に、動翼の翼台座
の活動流体側面に複数のシール要素がはめ込まれている。

【０００６】 ヨーロッパ特許出願公開第０７６１９３０号および英国特許第９０５５８２号
明細書により、各々タービンロータ付きのタービン機械が知られている。タービ
ンロータは回転円板構造で形成され、互いに軸方向に間隔を隔てて配置された個
々の回転円板により構成されている。回転円板の外周面に、円周方向に分布して
多数の動翼が配置されている。各動翼は、その翼脚が、回転円板にある軸方向溝
、例えば横断面クリスマスツリー状の溝又は横断面Ｔ形の溝にはめ込まれ、取り
付けられている。動翼の翼脚・溝範囲での軸方向の固定は、回転円板の端面に固
く設置された固定板によって行われている。またその端面側固定板により、翼脚
・溝・範囲での活動流体、例えば高温ガスの流入に対する或る漏れ止め作用も得
られる。しかしその固定板は、まず第１に、動翼の軸方向固定に使われる。

【０００７】 本発明の課題は、回転軸線に沿って延び、外周面上に円周方向に分布して配置
された多数の動翼を有するロータに対する漏れ止め装置を備えた流体機械におい
て、ロータに対する高効率の漏れ止め装置を提供することにある。特に本発明は
、漏れ止め装置を、隙間範囲およびロータの隙間空間を通る漏洩流の有効な制限
を保障し、発生する熱的、機械的負荷に対し耐性を有するよう形成しようとする
。また、できるだけ簡単に製造でき、種々のロータに利用できるように形成しよ
うとしている。

【０００８】 本発明によればこの課題は、回転軸線に沿って延びるロータを備えた流体機械
であって、ロータが、ロータの両側ラジアル境界面で規定された外周面と、該外
周面上に円周方向に並べて配置された多数の動翼と、これらの動翼の受け体とを
有し、各動翼が、各々翼脚とこの翼脚に隣接して続く翼台座とを有し、動翼の翼
脚が受け体にはめ込まれて取り付けられ、円周方向に隣接する第１動翼の翼台座
と第２動翼の翼台座が互いに隣り合い、それら両翼台座とロータの外周面との間
に隙間空間が形成された流体機械、特にガスタービンにおいて、隙間空間内の外
周面上に、漏れ止め装置が設けられ、この装置が少なくとも１つのラビリンスパ
ッキンを有することにより解決される。

【０００９】 本発明は、流体機械の運転中、ロータが高温活動流体に曝されるという認識か
ら出発する。高温活動流体は膨張により動翼で仕事をし、回転軸線を中心として
動翼を回転させる。従って、動翼付きのロータは、熱的、機械的負荷、特に回転
に伴う遠心力で、極めて強く負荷される。ロータ及び特に動翼を冷却するため、
冷却材、例えば冷却空気が利用される。冷却材は、通常適当な冷却材供給路を通
してロータに導入される。その場合、隙間空間内で冷却材と高温活動流体の漏洩
流、所謂隙間損失が生ずる。隙間空間は、ロータ両側のラジアル境界面で規定さ
れる外周面と、ロータの円周方向に並べて配置した多数の動翼におけるロータ外
周面の半径方向外側の翼台座とで形成される。漏洩流は、冷却効率と外周面にあ
る受体内での動翼の機械的据付け強度（静かな運転およびクリープ限度）に、非
常に不利に作用する。この関連で、回転軸線に沿って延びる漏洩流（軸方向漏洩
流）、例えば外周面に沿って流れる漏洩流が、特に問題である。更に、回転軸線
に対し垂直な漏洩流（半径方向漏洩流）、即ち半径方向、従って外周面に対し垂
直に向かう漏洩流も考慮せねばならない。

【００１０】 外周面上に円周方向に並べて多数の動翼を配置したロータを有する流体機械に
おいて、本発明に基づき、ロータを漏洩流に対して有効に塞ぐ新たな方式を提案
する。その場合、軸方向漏洩流並びに半径方向漏洩流を考慮する。これは、ラビ
リンスパッキンを有する漏れ止め装置が隙間空間内に、ロータの両側ラジアル境
界面で規定されたロータの外周面上に配置されることで達成される。漏れ止め装
置は、上述の本発明に基づく形成によって、翼台座と外周面との間に形成された
隙間空間を塞ぐ。この隙間空間は、ロータの半径方向、軸方向および円周方向に
延びている。この場合、隙間の軸方向距離が一般に支配的であり、円周方向にお
ける距離は半径方向寸法より大きい。隙間空間の精確な幾何学形状は、互いに隣
接する翼台座並びに外周面の特別な形成によって定まる。上述の本発明に基づく
ラビリンスパッキンを有する漏れ止め装置は、その構成を各幾何学形状および制
限すべき漏洩流についての要件に個々に適合される。ラビリンスパッキンの設置
は、特に隙間空間を塞ぐために効果的に利用できる。

【００１１】 ラビリンスパッキンの作用は、漏れ止め装置における高温活動流体及び／又は
冷却材のできるだけ効果的な絞りと、それに伴って起こる隙間空間を通過する軸
方向に向いた漏洩流（漏洩質量流量）の抑制とに基づく。その場合、ラビリンス
隙間パッキンにおいて一般に生ずる既存の漏れ隙間を通る残留漏洩流は、所謂ブ
リッジ係数を考慮して計算される。パッキンの前後における流れパラメータが同
じであり、ラビリンスパッキンの主寸法（シール隙間寸法、シール隙間幅、パッ
キンの軸方向全長）が同じである場合、開きパッキンとも呼ばれるラビリンス隙
間パッキンは、シール隙間を通る漏洩流が、所謂櫛・溝形パッキンに比べて、３
．５倍ほど大きい。しかしラビリンス隙間パッキンは、櫛・溝形パッキンに比べ
、残存するシール隙間に基づき、ロータにおける熱的及び／又は機械的にひき起
こされる大きな相対膨張に対してさえも適用できるという大きな利点を有する。

【００１２】 通常の漏れ止め機構に比べた本発明の利点は、外周面にラビリンスパッキンを
配置することから生ずる。これにより、ラビリンスパッキンを外周面に直に隣り
合わせ、漏れ止め作用を生じさせられる。これは、外周面に沿って軸方向に流れ
る漏洩流を防止するのに特に適する。例えば、高温活動流体、例えばガスタービ
ンにおける高温ガスが隙間空間に流入するのを十分に阻止し、隙間空間内の外周
面に沿った軸方向の漏洩流を大幅に減少できる。これは、ロータ、特に翼台座の
材料を、高温および高温活動流体の酸化および腐食作用から保護する。ラビリン
スパッキン付きの漏れ止め装置は、これが隣接する翼台座に直に隣り合い、漏れ
止め作用が得られるよう、半径方向に寸法づけられている。このようにして、軸
方向漏洩流は実際上完全に防止され、少なくともかなり抑制される。

【００１３】 漏れ止め装置により隙間空間内の高温活動流体及び／又は冷却材の漏洩流を防
止することで、動翼取付け部位に温度勾配が生ずるのを避けられる。ここではラ
ビリンスパッキンが、特にその漏れ止め機能を効果的に発揮する。これに伴い、
互いに隣接するロータ構成要素の熱応力が減少する。熱応力は、温度差がある場
合、熱膨張が妨げられることにより生ずる。従って、動翼の翼脚およびロータに
おける動翼の受け体は、かなり小さな公差で製造できる。その小さな公差は、動
翼の機械的な据付け強度およびロータの静かな運転に有利に作用する。特に、受
け体に動翼を取り付けるべく考慮されたはめ合いは僅かな遊びで形成され、それ
に応じて、そのはめ合いを通して起こる漏洩流も減少する。

【００１４】 本発明の他の利点は、漏れ止め装置が簡単に製造・組立て可能な点にある。ラ
ビリンスパッキン付きの漏れ止め装置は外周面上に設けられるので、漏れ止め装
置を動翼に固く連結する必要はない。例えば動翼を交換するような動翼の組立て
や修理作業は、大きな手間をかけることなく可能である。漏れ止め装置は動翼の
影響を受けず、従って何度でも利用できる。

【００１５】 本発明の有利な実施態様では、ロータが回転円板を有し、該円板が外周面と動
翼の受け体とを有し、外周面が回転軸線の軸方向の両端に、各々外周面端（第１
外周面端、第２外周面端）を持ち、受け体が、円周方向に互いに間隔を隔てて配
置された多数の回転円板溝を有し、円周方向で隣接する第１および第２動翼の翼
脚が、円周方向で隣り合う第１および第２回転円板溝に各々はめ込まれる。

【００１６】 これに伴い、動翼の取付けは、流体機械の運転中、動翼が流れ力と遠心力と翼
振動とにより受ける翼の荷重を、大きな安全性で受け、発生する力を回転円板に
伝達し、最終的にロータ全体に伝達するべく行われる。動翼の取付けは、例えば
軸方向溝により行う。その場合、各動翼は個々に、そのために用意した軸方向に
延びる固有の回転円板溝内にはめ込み固定される。例えば軸流圧縮機における動
翼のように受ける荷重が小さい場合、動翼は単純に、例えば横断面ダブテール形
翼脚又はラバル(Laval)形翼脚で取り付けられる。蒸気タービンの最終段におけ
る動翼は長く、それに応じ大きな遠心力を生ずる。このような長い動翼に対して
は、所謂差込み形翼脚の他に、横断面クリスマスツリー形の翼脚も対象となる。
横断面クリスマスツリー形翼脚よる取付け方式は、特にガスタービンの熱的に強
く負荷される動翼に対しても利用できる。

【００１７】 上述の実施態様において、外周面は、第１および第２外周面端を部分部位とし
て有する。この場合、高温流体、特にガスタービンの高温ガスの流れ方向に関し
て、例えば第１外周面端が上流側、第２外周面端が下流側に配置される。この幾
何学的区分けにより、構造的事情および得るべき漏れ止め作用に関する要件に応
じ、外周面の種々の部分部位に、漏れ止め装置を形成し、配置できる。

【００１８】 好適には、漏れ止め装置は、第１及び／又は第２外周面端に配置される。その
場合、ラビリンスパッキンが第１及び／又は第２外周面端上に少なくとも部分的
に配置される。例えば上流側に配置された第１外周面端上への漏れ止め装置は、
まず第１に、隙間空間への高温流体の流入を制限し、これにより動翼の損傷を防
止する。例えば下流側に配置した第２外周面端上への漏れ止め装置の設置は、主
に隙間空間内に所定の圧力で存在する冷却材、例えば冷却空気が、軸方向に外周
面に沿って第２外周面端を越えて流路の中に流出するのを十分防止するために使
われる。高温活動流体は流れ方向に膨張するので、この流体の圧力は流れ方向に
連続的に低下する。従って、隙間空間内における或る圧力状態の冷却材は、隙間
空間から低い周囲圧の方向、即ち下流側の外周面端に流出する。第１および第２
外周面端へのラビリンスパッキン付き漏れ止め装置の設置は、隙間空間を塞ぎ、
これにより、隙間空間への高温活動流体の流入と隙間空間からの冷却材の流出に
対して、大きな安全性を提供する。

【００１９】 好適には、外周面上に、軸方向において第１および第２外周面端により境界づ
けられた外周面中央部位が形成され、この中央部位に漏れ止め装置が少なくとも
部分的に配置される。その場合、ラビリンスパッキンを外周面中央部位に配置す
るとよい。この外周面中央部位は外周面の部分部位を形成する。これに伴い、第
１および第２外周面端と共に、外周面の種々の部分部位に漏れ止め装置を配置す
る種々の方式が得られる。構造的事情と達成すべき漏れ止め作用の要件とに応じ
て、漏れ止め装置を種々の部分部位に配置し、適切な方式を決定することができ
る。漏れ止め装置を配置する場合、種々の部分部位の組合せも考えられる。従っ
て、上述の本発明に基づく漏れ止め装置は、得るべき漏れ止め作用に関する具体
的な要件への適合について、非常に大きな柔軟性を有する。

【００２０】 好適には、ラビリンスパッキン付き漏れ止め装置は、円周方向に延びるシール
要素を持つ。隙間空間は、ロータの軸方向、半径および円周方向に延びる。隙間
空間内でロータの円周方向に延びるシール要素は、冷却材及び／又は高温活動流
体の軸方向漏洩流を高効率で防止するのに特に適する。即ち、例えば上流側に向
う軸方向漏洩流、例えば外周面に沿って伝搬するガスタービンの流路からの高温
ガスが、シール要素により効果的に塞がれる。漏洩流は隙間空間内の障害物で減
速され、最終的にシール要素の漏洩流側で止まる（単純な絞り）。シール要素の
反漏洩流側とそれに軸方向に続く隙間空間部分は、単純なシール要素により、漏
洩媒体、例えば高温活動流体又は冷却材による作用から有効に保護される。即ち
シール要素の作用はラビリンスパッキンの作用に類似し、漏れ止め作用を強める
。

【００２１】 円周方向に延びるシール要素による上述の単純な方式は、シール要素を１つあ
るいは複数の別のシール要素と組み合わせることで大きく改善される。本発明の
有利な実施態様では、シール要素に対し軸方向に間隔を隔てて配置され、円周方
向に延びる少なくとももう１つのシール要素が設けられる。シール要素をこのよ
うに多重配置することで、隙間空間内の漏洩流がかなり減少される。特に、例え
ばシール要素を第１外周面端上に、もう１つのシール要素を第２外周面端上に配
置できる。これにより、軸方向漏洩流に対する隙間空間の上流および下流側の漏
れ止めが生ずる。隙間空間は、特に流路の上流側の高圧部位から並びに下流側の
低圧部位からの高温活動流体の流入から非常に有効に保護される。同時に、塞が
れた隙間空間は、冷却材、例えば冷却空気により良好に利用される。冷却材は加
圧状態で隙間空間に導入され、特に熱的に大きく負荷されるロータ、翼台座およ
びこれに半径方向に続く羽根を、効果的に内部冷却するために利用される。隙間
空間内で加圧状態にある冷却材の有利な利用は、流路内における高温活動流体に
対する封じ作用にある。シール要素の構造的な形成および空洞室内における冷却
材の圧力の選定により、冷却材と高温活動流体との圧力差を十分に小さくするこ
とができる。しかし圧力差は、高温活動流体を塞ぐのに十分な大きさにされる。
このため、隙間空間内にかかる冷却材の圧力は、高温活動流体の上流側圧力より
ほんの僅か高ければよい。シール要素の漏れ止め作用が大きければ大きい程、流
路への冷却材の残留漏洩流が少なくなる。

【００２２】 好適には、漏れ止め装置において、少なくとも１つのラビリンスパッキンが、
特に回転円板の材料を切削加工し一体部品として製造される。漏れ止め装置を、
例えばラビリンスパッキンとして形成する場合、これは、回転円板の外周面上に
円周方向に延び軸方向に互いに間隔を隔てた少なくとも２つのシール要素により
実現される。これらシール要素は、回転円板の中実体に旋盤加工で形成された絞
り板により実現される。一体形製造方式は、ラビリンスパッキンと外周面との補
助的な結合要素が不要という利点を有する。従って、製造技術上、回転円板の加
工とラビリンスパッキンの製造が、旋盤において一回の工程で実施でき、これは
コスト的に非常に有利である。更に、唯一の材料しか利用しないので、回転円板
とラビリンスパッキンの間に熱的に応力が生ずることもない。漏れ止め装置を、
例えば回転円板に溶接した絞り板や外周面にある溝にかしめた絞り板で形成する
こともできる。

【００２３】 好適には、シール要素は半径方向外側端にシール尖端、特に刃先を有する。隙
間空間を通る残留漏洩流は、実施可能なシール隙間幅により、即ち例えばシール
要素の半径方向外側端とこれに隣接する、塞ぐべき翼台座との間の距離により決
定的に影響される。シール隙間幅をできるだけ小さくするため、シール要素の半
径方向外側端が尖らされる。シール尖端又は刃先を翼台座の半径方向据付けしろ
に比べ小さな偏差で作ることにより、シール隙間の橋渡し（封鎖）も実現する。
シール尖端又は刃先が翼台座をかすめることで、動翼を受け体、例えば回転円板
の軸方向溝の中にはめ込んだ際、シール隙間が塞がれる。かくしてシール隙間が
閉じ、良好な漏れ止め作用が得られて軸方向漏洩流が一層減少する。これに伴い
通常の形状に比べ、受け体への動翼の据付けしろをかなり減少できる。従来通常
約０．３〜０．６ｍｍであった最小据付けしろが、本発明に基づく構成では約０
．１〜０．２ｍｍ、即ち約３分の１に減少できる。

【００２４】 好適には、ラビリンスパッキンは、シール要素及び／又はもう１つのシール要
素を有している。従って、シール要素およびもう１つのシール要素は、ラビリン
スパッキンの構成部品である。

【００２５】 ラビリンスパッキンはラビリンス隙間パッキンとして形成するとよい。本発明
の有利な実施態様では、軸方向に延びる隙間を塞ぐための隙間シール要素が設け
られる。隙間は第１および第２動翼の翼台座間に形成され、隙間空間に連通して
いる。隙間シール要素は、隙間を通して漏洩流が生ずるのを防ぐ。そのような漏
洩流は半径方向に向き、隙間空間から隙間を通して半径方向外側に、並びに隙間
を通して隙間空間内に半径方向内側に向いている。

【００２６】 この場合、種々の方式が考えられる。

【００２７】 例えば隙間の半径方向外側に、流体機械、例えば圧縮機又はガスタービンの流
路が続いているとき、隙間シール要素により活動流体、例えばガスタービンにお
ける高温ガスが隙間を通って半径方向内側に隙間空間に流入するのを防止する。
これによりロータ、特に動翼は、隙間空間での酸化及び／又は腐食作用から保護
される。同時に隙間シール要素は、冷却材、例えば冷却空気が隙間空間から隙間
を通して半径方向外側に流路に流出するのを防ぐ。本発明の他の実施態様では、
円周方向に互いに隣接する動翼（所謂箱形動翼）で形成された空洞室が、隙間の
半径方向外側に続く。この場合、一方で隙間シール要素が、隙間空間から隙間を
通って半径方向外側に空洞室内に高温活動流体が流入するのを防ぐ。他方で隙間
シール要素により塞がれた空洞室に、冷却材、例えば冷却空気が供給される。こ
の冷却材は空洞室を加圧状態にし、例えば熱的に大きく負荷される動翼の効果的
な内部冷却又は他の冷却目的に利用される。空洞室内で加圧状態にある冷却材の
他の有利な利用は、流路内の高温活動流体に対する閉塞作用である。

【００２８】 好適には、隙間シール要素は、遠心力の作用下で隙間の中に食い込み、この隙
間を閉鎖する隙間シール縁を有する隙間シール板により作られる。隙間シール要
素の隙間シール板としての形成は、単純で安価な方式である。その場合、例えば
縦軸と横軸とを有する薄い金属帯板として形成できる。隙間シール縁は、金属帯
板の中央を長手軸線に沿って延び、金属帯板の折り曲げ加工で簡単に作れる。隙
間シール要素は隙間空間内に配置するとよい。流体機械の運転中、隙間シール要
素は、回転のために生ずる半径方向外側に向いた遠心力に伴い、互いに隣接する
翼台座に強く押し付けられ、隙間シール縁が隙間内に食い込み、この隙間を効果
的に塞ぐ。

【００２９】 好適には、隙間シール要素は耐熱材料、特にニッケル基合金又はコバルト基合
金で作られる。これら合金はまた十分な弾性変形特性を示す。隙間シール要素の
材料はロータの材料に合わされ、これにより、汚れと拡散損傷が防止される。更
に、ロータ、特に動翼の翼台座の一様な熱膨張・収縮が保障される。

【００３０】 好適には、隙間シール要素は半径方向で漏れ止め装置に隣接する。外周面に配
置された漏れ止め装置、特にラビリンスパッキンと隙間シール要素とを組み合わ
せることで、高温活動流体及び／又は冷却材の漏洩流に対して、隙間空間の特に
効果的な封止が達成される。これにより、特に軸方向に延びる隙間を塞ぐための
隙間シール要素の遠心力支援漏れ止め作用が持続して作用する。この組合せにお
いて、漏れ止め装置は軸方向の漏洩流を防止し、隙間シール要素は半径方向の漏
洩流を防ぐ。更にこの機能分離に伴い、構造的に、種々のロータの幾何学形状に
柔軟に簡単に適合させられる。従って、隙間シール要素と漏れ止め装置は、互い
に非常に有効に補い合う。

【００３１】 本発明の他の有利な実施態様では、シール要素は、外周面の凹所、特に溝に係
合する。この形態において、シール要素は必ずしもラビリンスパッキンの一部で
はないが、漏れ止め装置の一部ではある。シール要素の脱落防止及び／又は流体
機械の定常運転中又は過渡的荷重時における遠心力作用下でのシール要素の抜け
止めは、シール要素が適当な凹所に係合することで達成される。更に、その凹所
により、外周面上に凹所の部分面として形成したシール面を作るとよい。凹所が
溝である場合、シール面は例えば溝底として形成される。シール要素を係合する
際、最良の漏れ止め作用を得るため、シール面は小さな表面荒さにするのが望ま
しい。例えば外周面をフライス又は旋盤による切削加工で本来の溝を製造した後
、その溝底を研磨加工して、所望の荒さのシール面を作る。

【００３２】 シール要素は、半径方向に移動可能とするとよい。これにより、遠心力の作用
下で、シール要素がロータの回転軸線から半径方向に遠ざかるようにできる。こ
の特性は、動翼の翼台座における著しく改善された漏れ止め作用を得るために、
的確に利用される。シール要素は、遠心力の作用下で、円周方向に互いに隣接し
外周面から半径方向に間隔を隔てた翼台座に接触し、翼台座に固く押し付けられ
る。シール要素の半径方向移動性は、凹所およびシール要素の相応した寸法づけ
により保障される。またこれに伴い、高温運転時の酸化又は腐食作用によりシー
ル要素が焼きつく恐れはなく、点検時又は動翼が損傷した際、補助的な工具を利
用することなく、シール要素を簡単に取り外し、必要なら交換可能という利点が
生ずる。更に、凹所、特に溝に係合するシール要素の或る公差は、それに伴い熱
膨張が許容され、従ってロータにおける熱応力が避けられるので、非常に有益で
ある。

【００３３】 好適には、シール要素は、第１および第２部分シール要素を有し、これら第１
および第２の両部分シール要素は互いにかみ合う。部分シール要素は、隙間空間
における別個に封止すべき部位に対し、特別に部分的な漏れ止め機能を負うよう
形成されている。隙間空間におけるそのような異なる部位は、例えば溝底、第１
又は第２動翼の翼台座における適当なシール面によって形成されている。部分シ
ール要素は、その対配置により補い合って１つのシール要素を形成し、その対配
置の部分シール要素の漏れ止め作用は、１つの部分シール要素よりも大きい。隙
間空間の各漏れ止めすべき部位に特別に合わせて部分シール要素を形成すること
で、対配置の部分シール要素の漏れ止め作用は、例えば単一のシール要素で実現
されるよりも大きくできる。

【００３４】 好適には、第１および第２部分シール要素は、円周方向に相対移動できる。こ
れにより、部分シール要素から適合した装置が形成される。部分シール要素の円
周方向での相対運動により、ロータの熱的及び／又は機械的負荷に関係して、部
分シール要素を互いにぴったりとかみ合わせられる。部分シール要素から成る漏
れ止め装置は、例えば遠心力のような全ての外力並びに基準力および軸受力の作
用下でその漏れ止め作用を発生させるため、いわば自動的に調整されるように形
成される。更に、熱的或は機械的に発生する応力は、相対移動可能な対配置の部
分シール要素によって、かなり良好に相殺される。

【００３５】 本発明の有利な実施態様において、第１および第２部分シール要素は、各々外
周面に隣接する円板シール縁と、翼台座に隣接する翼台座シール縁とを持つ。翼
台座シール面は、更に翼台座部分シール面に機能的に分けられる。例えば部分シ
ール要素に、第１および第２翼台座部分シール縁が設けられ、第１翼台座部分シ
ール縁が第１動翼の翼台座に隣接し、第２翼台座部分シール縁が第２動翼の翼台
座に隣接する。このように機能的を分割すると、部分シール要素の構造を、第１
および第２動翼の受け体における据付け幾何学形状に簡単に適合させられる。部
分シール要素の相応した形状により、円板シール縁が外周面を塞ぎ、翼台座シー
ル縁が動翼の翼台座を塞ぎ、その結果最良のかみ合い結合が生じる。

【００３６】 第１、第２の両部分シール要素を、対を成して１つのシール要素の形に配置す
ることで、特に有効な漏れ止めが生ずる。好適には、第１および第２部分シール
要素を互いに重なり合せ、第１部分シール要素の翼台座シール縁および円板シー
ル縁を、第２部分シール要素の翼台座シール縁又は円板シール縁に隣接させる。
これによって、両部分シール要素の対配置において、良好なかみ合い結合が実現
し、従って、シール要素により、隙間空間への高温活動流体の侵入及び／又は流
路への冷却材の流出に対する良好な漏れ止めが達成できる。

【００３７】 シール要素は、耐熱材料、特にニッケル或はコバルト基合金で作るとよい。こ
れらの合金は更に十分な弾性変形特性を備える。この結果、シール要素の材料の
汚れと拡散損傷とを防止し、更にロータ、特に動翼の翼台座の一様な熱膨張を保
障するため、ロータの材料に合わせて選定することができる。

【００３８】 本発明の有利な実施態様では、回転軸線に沿って延びるロータを備えた流体機
械において、受け体が周溝により形成され、その場合、外周面が、回転軸線の軸
方向の両側に外周面（第１外周面、第２外周面）を有し、その両外周面（第１、
第２外周面）が各々軸方向で周溝に隣接し、隙間空間内で、その一方及び／又は
両方の外周面（第１、第２外周面）上に、漏れ止め装置が設けられる。

【００３９】 動翼の取付け装置は、流体機械の運転中、流れ力と遠心力と翼振動とによる翼
荷重を、大きな安全性で確実に受け、発生する力を動翼に伝達し、最終的にロー
タ全体に伝達せねばならない。動翼を軸方向溝に取付ける他に、特に荷重が小か
ら中位である場合、周溝に動翼を取付ける方式が広く普及している。その場合、
荷重に応じ種々の形態が知られている（１９８９年、Ｄｒ．アルフレッド ヒュ
ティッヒ出版（ハイデルベルク）、Ｉ．コスモロウスキ、Ｇ．シュラム共著の本
「ターボ マシーネン(Turbo Maschinen)」、ISBN３−７７８５−１６４２−６
、第１１３〜１１７頁参照）。短い動翼は受ける遠心力と曲げモーメントが小さ
く、この動翼の取付けに、例えば簡単に製造できる、所謂横断面Ｔ形溝継手方式
が採用されている。羽根が長く、従って大きな遠心力を生ずる動翼の場合、回転
円板構造のロータでは、特別な構造的処置で、回転円板が第１、第２外周面の範
囲で、周溝の高さで曲がるのを防がねばならない。これは、例えば周溝の高さの
中実の回転円板、係留されたＴ形翼脚或は係留されたサドル形翼脚により行える
。しかも回転円板への良好な力伝達は、例えば横断面クリスマスツリー形溝継手
方式で達成される。隙間空間を漏れ止めするための上述の構想は、いずれの場合
も、動翼が周溝に取り付けられているロータにも、非常に柔軟に転用できる。

【００４０】 好適には、流体機械はガスタービンである。

【００４１】 以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。各図において同一
部分には同一符号が付してある

【００４２】 図１はガスタービン１を縦断面図で示す。ガスタービン１は、燃焼用空気の圧
縮機３と、液体或は気体燃料用のバーナ７を備えた燃焼器５と、圧縮機３および
発電機（図示せず）を駆動するタービン９とを備える。タービン９に、ガスター
ビン１の回転軸線１５に沿い、複数の静翼１１と動翼１３が交互に配置されてい
る。静翼１１と動翼１３は、各々半径方向に厚みを持つ輪（図示せず）に取り付
けられている。ガスタービン１の回転軸線１５に沿って連続する一対の静翼１１
の輪（静翼列）と動翼１３の輪（動翼列）は、タービン段と呼ばれる。各静翼１
１は、これをタービン内部車室１９に固定する翼台座１７を有する。翼台座１７
はタービン９における壁要素ともなっている。翼台座１７は熱的に強く負荷され
る構造部品であり、タービン９の流路２１の外側境界部を形成している。動翼１
３は、ガスタービン１の回転軸線１５に沿って配置されたタービンロータ２３上
に、翼台座１７を介して取り付けられている。タービンロータ２３は、例えば動
翼１３を受ける複数の回転円板（図１に図示せず）からなっている。これら回転
円板はタイロッド（図示せず）で互いに結合され、ハース(Hirth)形セレーショ
ンにより、熱膨張許容差をもって、回転軸線１５に心合わせされている。タービ
ンロータ２３は動翼１３と共に、流体機械１、特にガスタービン１のロータ２５
を形成する。ガスタービン１の運転中、空気Ｌが大気から吸い込まれ、圧縮機３
で圧縮され、この結果同時に予熱される。この空気Ｌは燃焼器５内で液体燃料或
は気体燃料と一緒にされ、燃焼される。空気Ｌの一部が圧縮機３の適当な抽出個
所２７から取り出され、タービン段を冷却する冷却空気Ｋとして使われる。例え
ば第１タービン段は、約７５０〜１２００℃のタービン入口温度で運転される。
タービン９で、高温活動流体Ａ（以下高温ガスＡと呼ぶ）が膨張して冷える。高
温ガスＡはタービン段を通って流れ、ロータ２５を回転させる。

【００４３】 図２は、ロータ２５の回転円板２９の一部を斜視図で示す。回転円板２９はロ
ータ２５の回転軸線１５に心合わせされている。回転円板２９はガスタービン１
の動翼１３を固定するための受け体３３を備える。受け体３３は回転円板２９に
ある凹所３５、特に溝で形成されている。凹所３５は回転円板軸方向溝３７とし
て、特に横断面クリスマスツリー状軸方向溝として形成されている。回転円板２
９は、その半径方向外側端に配置された外周面３１を有する。外周面３１上に、
第１、第２外周面端３９Ａ、３９Ｂが形成されている。即ち、第１および第２外
周面端３９Ａ、３９Ｂは、外周面３１上で、回転軸線１５の軸方向における両端
に位置している。またその外周面３１上に、外周面中央部位４１が形成され、こ
の部位４１は、軸方向において、第１、第２外周面端３９Ａ、３９Ｂにより境界
づけられている。

【００４４】 図３は、動翼１３Ａをはめ込み固定した回転円板２９の一部を斜視図で示す。
回転円板２９は全周に分布して多数の回転円板溝３７Ａ、３７Ｂを持つ。回転円
板溝３７Ａ、３７Ｂは、回転円板２９の外周面３１に向いて開き、ロータ２５の
回転軸線１５に対し平行に延びているが、これに対して傾斜していてもよい。回
転円板溝３７Ａ、３７Ｂにアンダーカット５９が設けてある。動翼１３Ａの翼脚
４３Ａが回転円板溝３７Ａ内に、回転円板溝３７Ａのはめ込み方向５７に沿って
はめ込まれている。翼脚４３Ａはその長手突条部６１で回転円板溝３７Ａのアン
ダーカット５９に接触支持されている。かくして動翼１３Ａは、回転軸線１５を
中心とした回転円板２９の回転中、動翼１３Ａの長手軸線４７の方向に生ずる遠
心力に抗し確実に保持される。動翼１３Ａはその翼長手軸線４７に沿って翼脚４
３Ａの半径方向外側に、幅広く形成された部位、所謂翼台座１７Ａを有する。翼
台座１７Ａは回転円板側底面６３と、該底面６３と反対側の外側面６４とを備え
る。翼台座１７Ａの外側面６５に、動翼１３Ａの羽根４５がある。ロータ２５の
運転に必要な高温ガスＡは羽根４５に沿って流れ、回転円板２９にトルクを発生
させる。ロータ２５の運転温度が高い場合、動翼１３Ａの羽根４５は内部冷却系
統（図３に図示せず）を必要とする。その場合、冷却材Ｋ、例えば冷却空気が、
回転円板２９を貫通する通路（図示せず）を通り動翼１３Ａの翼脚４３Ａ内に導
かれ、そこから内部冷却系統の適当な供給路（図３に図示せず）に導かれる。冷
却材Ｋ、特に冷却空気Ｋが翼脚４３Ａと翼台座１７の範囲で早期に流出するのを
防止するため、漏れ止め装置５１が設けてある。この装置５１は、外周面３１の
第２外周面端３９Ｂに配置されている。漏れ止め装置５１は、回転円板２９の円
周方向に延びるシール要素５３を備える。このシール要素５３に対し軸方向に間
隔を隔てて、回転円板２９の円周方向に延びるもう１つのシール要素５５が設け
られている。これら両シール要素５３、５５は各々外周面３１にある凹所３５、
特に溝内に係合している。第１動翼１３に隣接する第２動翼１３Ｂを一点鎖線で
示す。この第２動翼１３Ｂは、回転円板２９の円周方向において第１回転円板溝
３７Ａに間隔を隔てて隣り合う第２回転円板溝３７Ｂにはめ込まれている。第１
動翼１３Ａの翼台座１７Ａと、第２動翼１３Ｂの翼台座１７Ｂと、回転円板２９
の外周面３１で、隙間空間４９が生じている。漏れ止め装置５１は、隙間空間４
９を塞ぐ。この結果、高温ガスＡが軸方向に第２外周面端３９Ｂを越えて隙間空
間４９に達し、動翼１３Ａ、１３Ｂがその翼脚４３Ａ、４３Ｂ又は翼台座１７Ａ
、１７Ｂの部位を損傷するのを確実に防ぎ、更に冷却材Ｋが隙間空間４９から軸
方向に外周面３１に沿って第２外周面端３９Ｂを越えて流出するのを防止できる
。

【００４５】 図４は、漏れ止め装置５１付きの動翼１３を側面図で示す。漏れ止め装置５１
を図４に部分断面図で示す。漏れ止め装置５１は隙間空間４９内で、第１および
第２外周面端３９Ａ、３９Ｂに配置されている。高温ガスＡの流れ方向に関し、
第１外周面端３９Ａは上流、第２外周面端３９Ｂは下流において、各々外周面３
１上に存在している。上流側の第１外周面端３９Ａに配置された漏れ止め装置５
１は、第１に隙間空間４９への高温ガスＡの流入を制限する。これにより、外周
面３１の範囲での動翼１３と回転円板２９の損傷を防止できる。下流側の第２外
周面端３９Ｂに配置された漏れ止め装置５１は、主に隙間空間４９内で冷却材Ｋ
例えば所定の圧力の冷却空気Ｋが、軸方向に外周面３１に沿って第２外周面端３
９Ｂを越えて（ガスタービン１の）流路に流出するのを、できるだけ効果的に阻
止すべく働く。ロータ２５の運転中、高温ガスＡは流れ方向に膨張する。このた
め、高温ガスＡの圧力は流れ方向に連続して低下する。従って、隙間空間４９内
で或る圧力にある冷却材Ｋは、隙間空間４９から低い周囲圧の方向に、即ち下流
側に配置された第２外周面端３９Ｂに向けて流出する。第１および第２外周面端
３９Ａ、３９Ｂにおける漏れ止め装置５１は、隙間空間４９を両方向で塞ぐ。従
ってこの形成は、隙間空間４９への高温ガスＡの流入並びに隙間空間４９からの
冷却材Ｋの流出に対して、大きな安全性を持つ。

【００４６】 第１外周面端３９Ａにおける漏れ止め装置５１は、回転円板２９の円周方向に
延びるシール要素５３を有する。このシール要素５３は、外周面３１に加工され
た凹所３５、特に溝に係合している。第２外周面端３９Ｂにおける漏れ止め装置
５１も、円周方向に延びるシール要素５３を有する。第２外周面端３９Ｂにもう
１つのシール要素５５があり、このシール要素５５は回転円板２９の円周方向に
延び、先のシール要素５３に対し軸方向に間隔を隔てて配置されている。

【００４７】 １つ或は複数のシール要素５３、５５による漏れ止め装置５１の形成は、隙間
空間４９に生ずる冷却材Ｋ及び／又は高温ガスＡの軸方向漏洩流を確実に防止す
るのに適する。即ち、第１外周面端３９Ａを越え、外周面３１に沿って隙間空間
４９に流入する、例えばガスタービン１の流路からの高温ガスＡの軸方向漏洩流
が、第１外周面端３９に配置した漏れ止め装置５１により有効に防止される。同
時に、隙間空間４９から第２外周面端３９Ｂに沿って流れる軸方向漏洩流の流出
が、シール要素５３、５５の形をした障害物により確実に防止される。

【００４８】 このシール要素５３、５５の多重配置により、隙間空間４９に起る漏洩流はか
なり減少する。従って、塞がれた隙間空間４９は、冷却材Ｋ、例えば冷却空気Ｋ
に対し良好に利用できる。冷却材Ｋは加圧され、熱的に大きく負荷されるロータ
２５、特に翼台座１７およびこの翼台座１７に翼長手軸線４７の方向で隣接する
羽根４５を、効果的に内部冷却するために利用される。隙間空間４９内での、加
圧状態にある冷却材Ｋの別の有利な利用は、ガスタービン１の流路における高温
ガスＡに対する閉塞作用にある。冷却材Ｋの閉塞作用により、隙間空間４９への
高温ガスＡの流入は十分阻止される。

【００４９】 シール要素５３、５５は、各々凹所３５内に半径方向に移動可能に配置されて
いる。これに伴い、ロータ２５の運転中に、シール要素５３、５５にかかる遠心
力の作用に基づき、通常形状のシール要素に比べて、良好な漏れ止め作用が得ら
れる。シール要素５３、５５は、遠心力の作用下で、翼長手軸線４７に対し平行
に半径方向外側に移動する。その場合、翼台座１７の回転円板側底面６３が、隙
間空間４９から或は隙間空間４９への軸方向漏洩流を、非常に有効に塞ぐ。シー
ル要素５３、５５の半径方向移動性は、凹所３５とシール要素５３、５５の相応
した形成により保障される。これに伴い、高温運転中の酸化作用或は腐食作用に
よりシール要素５３が焼きつく恐れはなく、必要な点検目的のために、或は動翼
１３の損傷時に、補助的な工具を用いることなく、シール要素５３、５５を簡単
に取り外し、場合により交換できる。

【００５０】 また、凹所３５、特に溝に係合するシール要素５３、５５に或る公差を持たせ
ると非常に望ましい。これに伴い、熱膨張が可能となり、熱応力の発生が避けら
れる。シール要素５３、５５は、第１および第２部分シール要素６７Ａ、６７Ｂ
を有する。第１および第２部分シール要素６７Ａ、６７Ｂは互いにかみ合ってい
る。部分シール要素６７Ａ、６７Ｂは、それらの対配置によって、互いに補い合
って特別に１つのシール要素５３、５５を形成し、部分シール要素６７Ａ、６７
Ｂの対配置で得られる漏れ止め作用は、唯一の部分シール要素６７Ａ、６７Ｂの
漏れ止め作用より大きい。隙間空間４９の漏れ止めすべき範囲に合わせて部分シ
ール要素６７Ａ、６７Ｂを特に有利に形成することで、対配置で得られる漏れ止
め作用は、例えば単一形シール要素５３で実現できる漏れ止め作用より大きい。
部分シール要素６７Ａ、６７Ｂの考え得る特に有利な形成について、以下図５Ａ
〜図５Ｄおよび図６Ａ〜図６Ｄを参照して説明する。

【００５１】 図４に示すシール要素５３、５５は、互いにかみ合う２つの部分シール要素６
７Ａ、６７Ｂからなる。図５Ａ〜図５Ｄは、第１部分シール要素６７Ａを種々の
方向から見た図である。

【００５２】 図５Ａは、第１部分シール要素６７Ａを斜視図で示す。第１部分シール要素６
７Ａは円板シール縁６９と、この円板シール縁６９と反対側に位置する翼台座シ
ール縁７１とを有する。部分シール要素６７Ａを組み立てた状態において、円板
シール縁６９は回転円板外周面３１に、翼台座シール縁７１は翼台座１７の回転
円板側底面６３に各々隣接する。図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄは各々第１部分シール
要素６７Ａの平面図、正面図、側面図である。翼台座シール縁７１は翼台座第１
シール縁７１Ａと翼台座第２シール縁７１Ｂとを有する。翼台座シール縁７１を
このように２つの翼台座部分シール縁７１Ａ、７１Ｂに分けることで、回転円板
２９への動翼１３、動翼１３Ｂの各据付け幾何学形状（図３、４参照）に、第１
部分シール要素６７Ａの構造を、簡単に適合させることができる。

【００５３】 第２部分シール要素６７Ｂは、第１部分シール要素６７Ａに対応して形成され
ている。図６Ａ〜図６Ｄは、図４に示すシール要素５３の第２部分シール要素６
７Ｂを種々の方向から見た図である。第２部分シール要素６７Ｂは、第１部分シ
ール要素６７Ａと同様に、円板シール縁６９と、その反対側に位置する翼台座シ
ール縁７１とを有する。翼台座シール縁７１は、機能的に翼台座部分シール縁７
１Ａ、７１Ｂに分かれている。即ち、翼台座第１及び第２部分シール縁７１Ａ、
７１Ｂとを有する。その各部分シール要素６７Ａ、６７Ｂは、各質量重心がその
部分シール要素６７Ａ、６７Ｂに付属する翼台座部分シール縁７１Ａ、７１Ｂに
ぴったり隣接して置かれるよう形成されている。これは、各部分シール要素６７
Ａ、６７Ｂを、薄い材料厚さ部位と厚い材料厚さ部位とによって段階づけて構成
することで達成される。各厚さ部位は、翼台座部分シール縁７１Ａ、７１Ｂに精
確に関連づけられている。

【００５４】 部分シール要素６７Ａ、６７Ｂをこのように形成すると、円板シール縁６９が
回転円板外周面３１を確実に塞ぎ、翼台座シール縁７１ないし各翼台座部分シー
ル縁７１Ａ、７１Ｂが動翼１３の翼台座１７を確実に塞ぐ。その場合、かみ合い
結合と優れた機械的強度が得られる。第１および第２部分シール要素６７Ａ、６
７Ｂは、対を成してシール要素５３の形に配置されている。これにより、非常に
有効なパッキンが得られる。各部分シール要素６７Ａ、６７Ｂは、これらを組み
立てた状態において互いにかみ合い重なり合うように形成されている。その場合
、第１部分シール要素６７Ａの翼台座シール縁７１と円板シール縁６９は、各々
第２部分シール要素６７Ｂの翼台座シール縁７１ないし円板シール縁６９に隣接
する。両部分シール要素６７Ａ、６７Ｂは、各々材料厚さが異なった部位が互い
に接触するよう、配置されている。

【００５５】 従って、両部分シール要素６７Ａ、６７Ｂを対を成して配置することで、非常
に良好なかみ合い結合が生じ、その結果、シール要素５３により、隙間空間４９
への高温ガスＡの侵入及び／又は流路への冷却材Ｋの流出（図４参照）に対し良
好な密封作用が生ずる。部分シール要素６７Ａ、６７Ｂは、例えば金属シール板
として形成される。材料として、耐熱性を有し且つ十分な弾性変形特性を有する
材料が選定される。それに適した材料として、例えばニッケル又はコバルト基合
金が利用される。これに伴い、部分シール要素６７Ａ、６７Ｂの材料をロータ２
５の材料に合わせて選定できる。その結果、汚れや拡散腐食を避け、ロータ２５
は殆ど応力を生ずることなく一様に熱膨張できる。

【００５６】 図７は、シール要素５３を備えたロータ２５の一部を軸方向正面図で示す。ロ
ータ２５は回転円板２９を備える。回転円板２９は円周方向に分布して多数の回
転円板溝を有する。即ちここでは、第１回転円板溝３７Ａと、該溝３７Ａに回転
円板２９の円周方向に間隔を隔てて隣接する第２回転円板溝３７Ｂがある。第１
および第２動翼１３Ａ、１３Ｂが回転円板２９にはめ込まれている。第１動翼１
３Ａの翼脚４３Ａは第１回転円板溝３７Ａに、第２動翼１３Ｂの翼脚４３Ｂは第
２回転円板溝３７Ｂにはめ込まれている。第１動翼１３Ａの翼台座１７Ａは第２
動翼１３Ｂの翼台座１７Ｂに隣接し、両翼台座１７Ａ、１７Ｂと回転円板外周面
３１間に隙間空間４９が存在する。隙間空間４９内の外周面３１上に、シール要
素５３が設けてある。シール要素５３は円板シール縁６９と、該円板シール縁６
９と反対側に位置する翼台座第１、第２部分シール縁７１Ａ、７１Ｂを持つ。シ
ール要素５３は凹所３５内、特に外周面３１の溝内にはめ込まれる。円板シール
縁６９は外周面３１に隣接している。翼台座第１部分シール縁７１Ａは第１翼台
座１７Ａの回転円板側底面６３に隣接し、翼台座第２部分シール縁７１Ｂは第２
翼台座１７Ｂの回転円板側底面６３に隣接している。その場合、シール要素５３
は、図５Ａ〜図５Ｄ並びに図６Ａ〜図６Ｄにおいて述べたように、互いにかみ合
い半径および円周方向に移動できる対配置の２つの部分シール要素６７Ａ、６７
Ｂで構成できる。これにより、隙間空間４９を特に効果的に塞げる。特に、隙間
空間４９からの、或は隙間空間４９への軸方向に向う漏洩流を効果的に防止でき
る。この場合、ロータ２５の回転中、シール要素５３は、遠心力の作用下、翼長
手軸線４７に対し平行に、ロータ２５の回転軸線１５から半径方向外側に遠ざけ
られる。この作用は、隣接する２つの動翼１３Ａ、１３Ｂの互いに隣り合う翼台
座１７Ａ、１７Ｂで高度の漏れ止め作用を得るべく利用される。シール要素５３
ないし図７に示さない対配置の各部分シール要素６７Ａ、６７Ｂ（図５Ａ〜図５
Ｄ並びに図６Ａ〜図６Ｄ参照）は、遠心力の作用下、円周方向に互いに隣り合い
外周面３１から半径方向に間隔をおいた翼台座１７Ａ、１７Ｂに接触し、回転円
板側底面６３に固く押し付けられる。

【００５７】 凹所３５、特に溝とシール要素５３とを相応に寸法づけることで、十分な半径
方向移動性が保障される。加えて、回転円板２９の円周方向におけるシール要素
５３の可動性を保証している。シール要素５３、特に図７に示さない対配置の各
部分シール要素６７Ａ、６７Ｂ（図５Ａ〜図５Dおよび図６Ａ〜図６Ｄ参照）は
、例えば遠心力のような全外力並びに基準力及び／又は軸受力の作用下で、自ず
と閉塞作用を発生すべく調整される。翼長手軸線４７に対する翼台座部分シール
縁７１Ａ、７１Ｂの傾斜は、翼台座１７Ａ、１７Ｂの回転円板側底面６３の傾斜
に対応する。この結果、良好なかみ合い結合が生じ、翼長手軸線４７に対する傾
斜により、シール要素５３とそれに隣接する回転円板側底面６３に、漏れ止めに
とり良好な力分布が得られる。互いに隣接する翼台座１７Ａ、１７Ｂ間に、組立
上、隙間７３が生ずる。隙間７３は隙間空間４９に連通し、必要なら単純な隙間
シール要素によって塞がれる（図１１およびその説明参照）。

【００５８】 図８は、図７と異なる構成のシール要素５３を備えたロータ２５の一部を軸方
向正面図で示す。第１動翼１３Ａの翼台座１７Ａは、それに隣接する第２動翼１
３Ｂの翼台座１７Ｂに対し半径方向にずらされている。回転円板溝３７Ａ、３７
Ｂがロータ２５の回転軸線１５に対して傾斜していると、一般に据付け上、円周
方向に互いに隣接する翼台座１７Ａ、１７Ｂ間に半径方向ずれδが生ずる。シー
ル要素５３ないし図７に示さない、対を成してシール要素５３の形に配置される
各部分シール要素６７Ａ、６７Ｂ（図５Ａ〜図５Dおよび図６Ａ〜図６Ｄ参照）
は、ずれδをかみ合い結合して塞ぐ充填シール縁７５を備えている。従ってこの
漏れ止め機構は、シール要素５３の相応した形成によって、種々のロータ幾何学
形状および据付けしろに柔軟に利用できる。

【００５９】 図９は、回転円板２９にはめ込まれた動翼１３を側面図で示す。その場合、隙
間空間４９内で、漏れ止め装置５１は外周面３１の外周面中央部位４１に配置さ
れている。漏れ止め装置５１はラビリンスパッキン、特にラビリンス隙間パッキ
ン５１Ａとして形成されている。ラビリンス隙間パッキン５１Ａは、外周面中央
部位４１上に互いに軸方向に間隔を隔てて配置され、回転円板２９の円周方向に
延びる複数のシール要素５３で形成されている。個々のシール要素５３は、外周
面中央部位４１にかしめられた絞り板７７Ａ〜７７Ｅにより形成されている。種
々の絞り板７７Ａ〜７７Ｅで作られたラビリンス隙間パッキン５１Ａの作用は、
漏れ止め装置５１Ａにおける高温ガスＡ及び／又は冷却材Ｋの可能な限り効果的
な絞りと、それに伴い隙間空間４９を通る軸方向に向いた漏洩流の大きな減少と
に基づく。絞り板７７Ａ〜７７Ｅの半径方向外側端７９は、翼台座１７の回転円
板側底面６３からシール隙間８１によって間隔を隔てられている。ラビリンス隙
間パッキン５１Ａの場合に通常生ずるこのシール隙間８１により、隙間空間４９
に残留漏洩流が生ずる。この漏洩流は、ラビリンス隙間パッキン５１Ａの絞り板
７７Ａ〜７７Ｅを適宜に形成し、配置することで、所定の大きさに制限できる。
ラビリンス隙間パッキン５１Ａは、他の考え得るラビリンスパッキンに比べ、熱
的及び／又は機械的に生ずるロータ２５の相対膨張に対し、シール隙間８１によ
り公差を与えられるという利点を有する。

【００６０】 図１０は、図９の漏れ止め装置５１の異なる実施例を示す。この装置５１も同
様にラビリンス隙間パッキン５１Ａとして形成できるが、これは一体品として、
特に回転円板２９を切削加工して作ってもよい。前記ラビリンス隙間パッキン５
１Ａは回転円板２９の外周面中央部位４１上に配置されている。ラビリンス隙間
パッキン５１Ａは回転円板２９の円周方向に延び、軸方向に互いに間隔を隔てて
配置した複数のシール要素５３を備える。シール要素５３は、回転円板２９の中
実体から旋盤加工した４つの絞り板７７Ａ〜７７Ｄから成る。この製造方法によ
れば、ラビリンス隙間パッキン５１Ａと外周面３１の間に、補助的な結合要素は
要らない。これは製造技術的に安価な方式でもある。更に、唯一の材料しか利用
しないから、回転円板２９とラビリンス隙間パッキン５１Ａ間に熱応力が起こる
問題もない。また、例えば回転円板に溶接した絞り板７７Ａで、シール要素５３
も形成できる。シール要素５３は、半径方向外側端７９にシール尖端８３、特に
刃先を持つ。シール隙間８１は、シール要素５３の半径方向外側端７９を尖らせ
れば、大幅に縮小できる。その結果、隙間空間４９を通る残留漏洩流は一層減少
する。その場合、シール尖端８３や刃先を翼台座１７の半径方向据付けしろに対
し小さな偏差（オフセット）で作れば、シール隙間の橋渡し（封鎖）も実現する
。シール尖端８３や刃先が翼台座１７の回転円板側底面６３をかすめることで、
動翼を回転円板２９に取り付けた際、シール隙間８１が橋渡し（封鎖）される。
かくしてシール隙間８１は実際上完全に塞がり、高度な漏れ止め作用が生じ、隙
間空間４９での高温ガスＡや冷却材Ｋにより起こる軸方向漏洩流は一層減少する
。

【００６１】 図１１は、動翼１３Ａがはめ込まれた回転円板２９の一部を斜視図で示す。動
翼１３Ａの翼脚４３Ａは、第１回転円板溝３７Ａにはめ込まれている。第２動翼
１３Ｂを一点鎖線で示し、これは回転円板２９の円周方向に第１動翼１３Ａの隣
に配置され、該翼脚４３Ｂは第２回転円板溝３７Ｂにはめ込まれている。外周面
３１上に、外周面中央部位４１上にラビリンス隙間パッキン５１Ａとして形成し
た漏れ止め装置５１が配置されている。この装置５１は、回転軸線１５の軸方向
に互いに間隔を隔てて配置され、回転円板２９の円周方向に延びる複数のシール
要素５３から成っている。第１動翼１３Ａの翼台座１７Ａと第２動翼１３Ｂの翼
台座１７Ｂとの間に、軸方向に延びる隙間７３があり、隙間空間４９に連通して
いる。隙間７３を塞ぐため、隙間シール要素８５が存在する。隙間シール要素８
５は、隙間シール縁８７を持つ適当な隙間シール板で簡単に実現する。隙間シー
ル縁８７は、遠心力の作用下で、隙間７３内に食い込み、これを塞ぐ。隙間シー
ル要素８５は隙間空間４９内に、これが漏れ止め装置５１、特にラビリンス隙間
パッキン５１Ａの半径方向に隣接するように配置されている。隙間シール要素８
５により、隙間７３を通って漏洩流が生ずるのを十分に防止できる。隙間７３を
通るそのような漏洩流は、主に半径方向に向き、隙間空間４９から隙間７３を通
って半径方向外側に、そして隙間７３を通って隙間空間４９の中に半径方向内側
に向いている。回転円板２９の円周方向に、互いに隣接する動翼１３Ａ、１３Ｂ
の翼台座１７Ａ、１７Ｂにより空洞室９７が形成されている。この空洞室９７は
、隙間７３の半径方向外側に続いている（箱形動翼１３Ａ、１３Ｂ）。この場合
一方では、隙間シール要素８５が、隙間空間４９から隙間７３を通って半径方向
外側に空洞室９７内に高温ガスＡが流入するのを防止する。他方で、隙間シール
要素８５により塞がれた空洞室９７に、冷却材Ｋ、例えば冷却空気Ｋを供給でき
る。冷却材Ｋは空洞室９７に加圧状態で導入され、そこで、熱的に大きく負荷さ
れる動翼１３Ａ、１３Ｂの効果的な内部冷却に利用され或は他の冷却目的に利用
される。更に、空洞室９７内で加圧状態にある冷却材Ｋは、（ガスタービンの）
流路における高温ガスＡの閉塞作用に利用される。

【００６２】 隙間シール要素８５は、ロータ２５の運転中の高温に耐えそして高温ガスＡの
酸化および腐食に対して強くするため、耐熱材料、特にニッケル或はコバルト基
合金で作られている。

【００６３】 図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図を示す。隙間シール要素８
５は隙間空間４９内に配置され、シール要素５３の半径方向外側に隣接する。ロ
ータ２５の運転中、隙間シール要素８５は回転運動に伴い、翼長手軸線４７に沿
い半径方向外側に向う遠心力により、互いに隣接する翼台座１７Ａ、１７Ｂの回
転円板側底面６３に固く押し付けられ、隙間シール縁８７は隙間７３内に食い込
み、これに伴い隙間７３を確実に塞ぐ。隙間シール要素８５を外周面中央部位４
１の漏れ止め装置５１、特にラビリンスパッキン５１Ａと組み合わせることで（
図１１参照）、隙間空間４９に生ずる高温ガスＡ及び／又は冷却材Ｋの漏洩流に
対し特に効果的な漏れ止めが達成される。この組合せで、漏れ止め装置５１は主
に軸方向に向いた漏洩流を防止し、隙間シール要素８５は主に半径方向に向いた
漏洩流を防止する（図１１参照）。かくして隙間シール要素８５および漏れ止め
装置５１は互いに非常に有効に補い合う。

【００６４】 回転円板２９の軸方向に延びた回転円板溝３７に動翼１３を固定する以外、異
なる翼固定方式も知られている。図１３〜１５は、その異なる翼固定方式におけ
る上述の漏れ止め装置の利用を示している。

【００６５】 図１３は、回転軸線１５に沿って延びるロータ２５のロータ軸８９の一部を一
部断面図で示す。受け体３３は、ロータ軸８９の全周にわたって延び、外周面３
１に加工され、軸方向に互いに間隔を隔てて配置された複数の周溝９１により作
られている。外周面３１は回転軸線１５の軸方向に互いに間隔を隔てられた第１
外周面９３と第２外周面９５とを有する。これら第１および第２外周面部分９３
、９５は、それぞれ周溝９１に軸方向に隣接している。

【００６６】 図１４は、動翼１３が取り付けられ周溝９１を備えたロータ２５の一部が断面
図で示す。周溝９１は横断面Ｔ形溝として形成され、翼脚４３を収容する。この
形状の周溝は、遠心力と曲げモーメントが小さな短い動翼１３を取り付けるため
に特に採用される。隙間空間４９内で、第１、第２外周面９３、９５上に、各々
シール要素５３が設けてある。この要素５３はロータ軸８９の円周方向に延び、
ロータ軸８９にある凹所３５、特に溝に係合している。シール要素５３は凹所３
５内に半径方向に移動可能に配置されている。回転軸線１５を中心としたロータ
軸８９の回転中、シール要素５３は、遠心力の作用下、動翼１３の長手軸線４７
に沿い半径方向外側に移動し、翼台座１７の回転円板側底面６３に固く押し付け
られる。この結果、隙間空間４９が塞がれる。シール要素５３は、対を成して互
いにかみ合う２つの部分シール要素６７Ａ、６７Ｂ（図１４に図示せず）により
形成できる（図４並びに図５Ａ〜図５Ｄ、図６Ａ〜図６Ｄ参照）。

【００６７】 図１５は、図１４と異なる動翼取付け方式でのロータ２５の一部を断面図で示
す。この場合、周溝９１は所謂横断面クリスマスツリー状の溝で形成している。
動翼１３の翼脚４３は、それに伴い横断面クリスマスツリー状の翼脚として形成
し、この翼脚４３を周溝９１特に横断面クリスマスツリー状の溝に係合させる。
かかる動翼１３の取付け方式により、回転軸線１５を中心としたロータ２５の回
転中、ロータ軸２５への非常に効果的な力伝達と確実な動翼保持が達成できる。
図１４に類似して、隙間空間４９内で、第１外周面９３および第２外周面９５上
に、各隙間空間４９を漏れ止めするためのシール要素５３が設けられている。

【００６８】 隙間空間４９の上述した漏れ止め構成は、いずれの場合も、動翼１３が周溝９
１に取り付けられているロータ２５にも、非常に柔軟に転用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 圧縮機と燃焼器とタービンとを備えたガスタービンの概略断面図。

【図２】 ロータの回転円板の一部斜視図。

【図３】 動翼がはめ込まれた回転円板の一部斜視図。

【図４】 漏れ止め装置付き動翼の一部断面側面図。

【図５】 図４における第１部分シール要素の種々の方向から見た図（図５Ａ〜図５Ｄ）
。

【図６】 図４における第２部分シール要素の種々の方向から見た図（図６Ａ〜図６Ｄ）
。

【図７】 シール要素付きロータの一部軸方向正面図。

【図８】 図７と異なったシール要素を備えたロータの一部軸方向正面図。

【図９】 ラビリンスパッキン付き動翼の一部断面側面図。

【図１０】 図９と異なったラビリンスパッキンを備えた動翼の一部断面側面図。

【図１１】 動翼がはめ込まれ隙間シール要素を備えた回転円板の一部斜視図。

【図１２】 図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩに沿った断面図。

【図１３】 周溝付きロータ軸の一部断面側面図。

【図１４】 周溝に動翼が取り付けられたロータの一部断面図。

【図１５】 図１４と異なった動翼取付け方式のロータの一部断面図。

【符号の説明】

１ 流体機械（ガスタービン） １３ 動翼 １５ 回転軸線 １７ 翼台座 ２５ ロータ ３１ 外周面 ３３ 受け体 ３７ 回転円板溝 ３９ 外周面 ４１ 外周面中央部位 ４３ 翼脚 ４９ 隙間空間 ５１ 漏れ止め装置 ５１Ａ ラビリンスパッキン ５３、５５ シール要素 ７３ 軸方向隙間 ７９ シール要素の半径方向外側端 ８３ シール尖端 ８５ 隙間シール要素 ８７ 隙間シール縁

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸線（１５）に沿って延びるロータ（２５）を備えた流
   体機械（１）であって、ロータ（２５）が、その両側ラジアル境界面で規定され
   た外周面（３１）と、該外周面（３１）上に円周方向に並べて配置された多数の
   動翼（１３Ａ、１３Ｂ）と、これらの動翼（１３Ａ、１３Ｂ）の受け体（３３）
   とを有し、各動翼（１３Ａ、１３Ｂ）が各々翼脚（４３Ａ、４３Ｂ）とこの翼脚
   （４３Ａ、４３Ｂ）に隣接して続く翼台座（１７Ａ、１７Ｂ）とを有し、動翼（
   １３Ａ、１３Ｂ）の翼脚（４３Ａ、４３Ｂ）が受け体（３３）にはめ込まれて取
   り付けられ、円周方向に隣接する第１動翼（１３Ａ）の翼台座（１７Ａ）および
   第２動翼（１３Ｂ）の翼台座（１７Ｂ）が互いに隣り合い、それら両翼台座（１
   ７Ａ、１７Ｂ）とロータ（２５）の外周面（３１）との間に隙間空間（４９）が
   形成された流体機械（１）、特にガスタービンにおいて、隙間空間（４９）内の
   外周面（３１）上に漏れ止め装置（５１）を備え、該装置（５１）が少なくとも
   １つのラビリンスパッキン（５１Ａ）を有することを特徴とする流体機械。
2. 【請求項２】 ロータ（２５）が回転円板（２９）を有し、該円板（２９）
   が外周面（３１）と動翼（１３Ａ、１３Ｂ）の受け体（３３）とを備え、外周面
   （３１）が、回転軸線（１５）の軸方向の両端に、各々外周面端（第１外周面端
   ３９Ａ、第２外周面端３９Ｂ）を持ち、受け体（３３）が、円周方向に互いに間
   隔を隔てて配置された多数の回転円板溝（３７Ａ、３７Ｂ）を有し、円周方向に
   隣接する第１動翼（１３Ａ）および第２の動翼（１３Ｂ）の翼脚（４３Ａ、４３
   Ｂ）が、円周方向に隣り合う第１回転円板溝（３７Ａ）および第２回転円板溝（
   ３７Ｂ）に各々はめ込まれたことを特徴とする請求項１記載の流体機械。
3. 【請求項３】 外周面（３１）上に、軸方向に第１外周面端（３９Ａ）と第
   ２外周面端（３９Ｂ）とで境界づけられた外周面中央部位（４１）が形成され、
   該部位（４１）上に、ラビリンスパッキン（５１Ａ）付きの漏れ止め装置（５１
   ）が少なくとも部分的に配置されたことを特徴とする請求項２記載の流体機械。
4. 【請求項４】 漏れ止め装置（５１）が円周方向に延びるシール要素（５３
   ）を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の流体機械
   。
5. 【請求項５】 シール要素（５３）に対し軸方向に間隔を隔てて配置され、
   円周方向に延びる少なくとももう１つのシール要素（５５）が設けられたことを
   特徴とする請求項４記載の流体機械。
6. 【請求項６】 シール要素（５３）及び／又はもう１つのシール要素（５５
   ）が、その半径方向外側端に、シール尖端（８３）、特に刃先を有することを特
   徴とする請求項４又は５記載の流体機械。
7. 【請求項７】 ラビリンスパッキン（５１Ａ）が、シール要素（５３）及び
   ／又はもう１つのシール要素（５５）を有することを特徴とする請求項４ないし
   ６の１つに記載の流体機械。
8. 【請求項８】 ラビリンスパッキン（５１Ａ）が、ラビリンス隙間パッキン
   として形成されたことを特徴とする請求項１ないし７の１つに記載の流体機械。
9. 【請求項９】 ラビリンスパッキン（５１Ａ）が、特に回転円板（２９）の
   材料を切削加工して一体部品で作られたことを特徴とする請求項１ないし８の１
   つに記載の流体機械。
10. 【請求項１０】 円周方向に互いに隣接する動翼の翼台座間に軸方向に延び
    る隙間（７３）が形成され、この隙間（７３）が隙間空間（４９）に連通し、そ
    の軸方向に延びる隙間（７３）を塞ぐための隙間シール要素（８３）が設けられ
    たことを特徴とする請求項１ないし９の１つに記載の流体機械。
11. 【請求項１１】 隙間シール要素（８３）が隙間シール板によって作られ、
    該シール板が、遠心力の作用下において隙間（７３）内に食い込み、この隙間（
    ７３）を閉じる隙間シール縁（８７）を有することを特徴とする請求項１０記載
    の流体機械。
12. 【請求項１２】 隙間シール要素（８３）が耐熱材料、特にニッケル又はコ
    バルト基合金で作られたことを特徴とする請求項１０又は１１記載の流体機械。
13. 【請求項１３】 隙間シール要素（８３）が漏れ止め装置（５１）に半径方
    向で隣接することを特徴とする請求項１０ないし１２の１つに記載の流体機械。
14. 【請求項１４】 ガスタービン（１）として形成されたことを特徴とする請
    求項１ないし１３の１つに記載の流体機械。