JP2002544432A - ロータに対する漏れ止め装置付き流体機械 - 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）に関する。ロータは、その外側ラジアル境界面で規定された外周面（３１）と、この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、これら動翼の受体（３３）とを有し、各動翼が各翼脚（４３Ａ、４３Ｂ）とこの翼脚に隣接して続く翼台座（１７Ａ、１７Ｂ）とを備える。第１動翼（１３Ａ）の翼台座（１７Ａ）と第２動翼（１３Ｂ）の翼台座（１７Ｂ）が互いに隣り合い、それらの両翼台座とロータの外周面の間に隙間空間（４９）が生じている。隙間空間内の外周面（３１）上に、漏れ止め装置（５１）が存在する。

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布して配置された多
数の動翼を有し、ロータに対する漏れ止め装置を備えた流体機械に関する。

【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、このように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
。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止する
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】 英国特許第９０５５８２号及びヨーロッパ特許出願公開第０７６１９３０号明
細書は、円板構造のタービンロータ付きタービン機械を開示する。動翼は、横断
面クリスマスツリー状の軸方向溝継手で、回転円板に取り付けられている。動翼
の軸方向固定は、回転円板の端面に固着された固定板で行われる。この場合、翼
脚・溝範囲での活動流体の流入に対し、或る漏れ止め作用も得られる。

【０００７】 本発明の課題は、回転軸線に沿って延びるロータを有し、該ロータが第１の動
翼と、ロータの外周面上に円周方向に分布して配置され第１の動翼に接する第２
の動翼を備えた流体機械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、隙間範囲とロータの隙間空間を通って生ずる漏洩流を確実に効
果的に制限し、発生する熱的、機械的な負荷に耐えるよう形成する点にある。

【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、該ロータが、ロータの両側ラジアル境界面で規定された外周面と、
この外周面上に円周方向に並べて配置された多数の動翼と、これら動翼の受体と
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持ち、動翼の
翼脚が受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
および第２動翼の翼台座が互いに隣接し、それら両翼台座とロータの外周面との
間に隙間空間が生じた流体機械において、隙間空間内の外周面上に、漏れ止め装
置を設けることで解決される。

【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、熱的負荷と機械的負荷、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並びに高温活動流
体の漏洩流、所謂隙間損失が生ずる。隙間空間は、ロータの両側ラジアル境界面
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、本発明は、ロータで生ずる漏洩流を有効に漏れ止めする新たな方式を
提案する。その場合、軸方向及び半径方向漏洩流を考慮する。これは、漏れ止め
装置を隙間空間内でロータの外周面上に配置す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構成により、翼台座と外周面との間に生じた隙間空
間を塞ぐ。この空間は、ロータの半径方向、軸方向および円周方向に延びる。こ
の場合、隙間の軸方向距離が一般に支配的であり、円周方向の距離は半径方向の
それより大きい。隙間空間の精確な幾何学形状は、互いに隣接する翼台座及び外
周面の特別な形状により定まる。上述の本発明に基づく漏れ止め装置は、その形
成に際し、各々の幾何学形状と制限すべき漏洩流の要件に個々に適合される。

【００１１】 通常の漏れ止め機構に比した本発明の利点は、外周面に漏れ止め装置を配置す
ることで生ずる。これに伴い、漏れ止め装置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
するのに特に好適である。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
漏洩流をかなり減少できる。これは、ロータ、特に翼台座の材料を、高温や高温
活動流体の酸化および腐食作用から保護する。漏れ止め装置は、これが隣接する
翼台座に直に隣り合い、漏れ止め作用を発揮するよう、半径方向の寸法を定めら
れている。かくして、軸方向漏洩流は実際上完全に防止される。

【００１２】 漏れ止め装置によって隙間空間内における高温活動流体及び／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
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
差がある状態で、熱膨張が妨げられるときに生ずる。従って、動翼の翼脚とロー
タにおける動翼の受体とは、かなり小さな公差で製造せねばならない。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、受体に動翼を取り付けるべく考慮したはめ合いは僅かな遊びをもって形成
され、それに伴い、そのはめ合いを通して起こる漏洩流も減少する。

【００１３】 本発明の他の利点は、漏れ止め装置が簡単に製造・組立可能な点にある。漏れ
止め装置は外周面上に設けられるので、これを動翼に固着する必要はない。例え
ば動翼の交換等、動翼の組立や修理作業を、大きな手間をかけずにできる。漏れ
止め装置は動翼の影響を受けず、従って何度も利用できる。

【００１４】 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
翼の受体とを備え、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、円周方向に隣接する第１動翼および第２の動翼の翼脚
が、円周方向に隣り合う第１および第２回転円板溝に各々はめ込まれる。

【００１５】 この結果、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
動とから受ける翼の荷重を、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べく行われる。動翼の取付けは、例えば軸方向
溝により行える。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。例えば軸流圧縮機の動翼のように
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やラ
バル(Laval)形翼脚で取り付けできる。蒸気タービンの最終段の動翼は長く、そ
れに応じ大きな遠心力が生ずる。かかる長い動翼に対しては、所謂差込み形翼脚
のほかに、横断面クリスマスツリー形翼脚も対象となる。この翼脚よる取付け方
式は、特にガスタービンの、熱的に強く負荷される動翼にも利用できる。

【００１６】 上述の実施態様において、外周面は、第１外周面端と第２外周面端を部分部位
として備える。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、例えば第１外周面端が上流側に、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て配置できる。

【００１７】 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。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の設置は、まず第１に、
隙間空間への高温流体の流入を制限し、これによって動翼の損傷を防止する。例
えば下流側に配置された第２外周面端上への漏れ止め装置は、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内に流出するのを確実に防止すべく設けられる。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して低下する
。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外周面端への漏れ
止め装置の設置は、隙間空間を塞ぎ、この結果、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大きな安全性を提供する。

【００１８】 好適には、外周面上に、第１外周面端と第２外周面端とにより軸方向を境界づ
ける外周面中央部位を形成し、該部位に漏れ止め装置を少なくとも部分的に配置
する。外周面中央部位は外周面の部分部位を形成する。この結果、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。構造的事情および達成すべき漏れ止め作用の要件に応じ漏れ止め
装置を種々の部分部位に配置し、適切な方式が決定できる。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、得べき漏れ止め作用に関する具体的な要件への適合につき、
非常に大きな柔軟性を有する。

【００１９】 漏れ止め装置に、円周方向に延びるシール要素を設けるとよい。隙間空間は、
ロータの軸方向、半径方向および円周方向に延びている。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
を高い効率で防止するのに特に適する。即ち、例えば上流側に向いた軸方向漏洩
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を、シー
ル要素で効果的に阻止できる。漏洩流は隙間空間内の障害物により減速し、最終
的にシール要素の漏洩流側で止まる（単純な絞り）。このシール要素の反漏洩流
側および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或は冷却材による作用から、有効に保護される。

【００２０】 円周方向に延びるシール要素による上記の単純な方式は、シール要素を１つ或
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つのシール要素を設ける。シール要素をこのように多
重配置することで、隙間空間内に生ずる漏洩流がかなり減少する。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
隙間空間に流入し、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べく利用される。隙間空間内で加圧状
態の冷却材は、流路内の高温活動流体を封じるべく利用できる。シール要素の構
造的な形状と空洞室内における冷却材の圧力の選定で、冷却材と高温活動流体の
圧力差を十分に小さくできる。しかしその圧力差は、高温活動流体に対する封じ
作用を得るのに十分な大きさに保つ。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僅かだけ高ければよい。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。

【００２１】 シール要素及び／又はもう１つのシール要素を、外周面の凹所、特に溝に係合
させるとよい。シール要素の脱落防止及び／又は流体機械の定常運転中或は過渡
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
分面として形成され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する。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、シール面を相応した小さな表面荒さにする。例えば外周面にフライス或
は旋盤を用いた切削加工で本来の溝を製造した後、その溝底を研磨加工すると、
所望の荒さのシール面が生ずる。

【００２２】 シール要素が半径方向に移動可能であると好ましい。これにより、シール要素
が遠心力の作用下で、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、動翼の翼台座に優れた漏れ止め作用を得るため的確に利用できる。
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、これに強く押し付けられる。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適宜な寸法づけにより保障される。また
これに伴い、高温運転時の酸化作用や腐食作用でシール要素が焼きつく恐れはな
く、点検のため或は動翼が損傷した際、補助的な工具を利用せずに、シール要素
を簡単に取り外し、必要なら交換できるという利点が生じる。更に凹所、特に溝
に係合するシール要素の或る公差は、それにより熱膨張が許容され、従ってロー
タの熱応力が避けられるので、非常に有益である。

【００２３】 好適には、シール要素が第１、第２部分シール要素を有し、これら両要素が互
いにかみ合う。この場合部分シール要素は、隙間空間の個々に漏れ止めすべき部
位に対し、特別に部分的な漏れ止め機能を負うよう形成する。隙間空間のそのよ
うな異なった部位は、例えば溝底、第１動翼の翼台座或は第２動翼の翼台座にお
ける適当なシール面により形成される。部分シール要素は、その対配置により互
いに補い合って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。隙間空間における各々塞ぐべ
き部位に特別に合わせて部分シール要素を形成すれば、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なる。

【００２４】 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
分シール要素により、かなり良好に相殺される。

【００２５】 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
ール要素の相応の形状により、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ずる。

【００２６】 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わせ、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ないし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。

【００２７】 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。

【００２８】 本発明の有利な実施態様では、漏れ止め装置はラビリンスパッキン、特にラビ
リンス隙間パッキンを備える。ラビリンスパッキンの作用は、漏れ止め装置での
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、それに伴う、隙間
空間を通過する軸方向の漏洩流（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で一般に生ずる、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できる。パッキンの前後での流れパラメータが
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）が同じなら、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、３．５倍
程大きい。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／又は機械的に生ずる大きな相
対膨張に対しても適用可能という大きな利点を持つ。

【００２９】 漏れ止め装置は、特に回転円板材料を切削加工し一体部品として製造するとよ
い。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できる。これらシール要素は、回転円板の中実体に
旋盤加工で形成した絞り板により実現できる。この一体形製造方式は、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言う利点を有する。従って、
製造技術上、回転円板の加工およびラビリンスパッキンの製造が、旋盤により一
回の工程で実施でき、コスト的に非常に有利である。更に、唯一の材料を利用す
るので、回転円板とラビリンスパッキン間に熱的に応力が生じない。また漏れ止
め装置を、例えば回転円板に溶接した絞り板或は外周面にある溝にかしめ付けた
絞り板によって形成できる。

【００３０】 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。

【００３１】 隙間空間を通る残留漏洩流は、実現可能なシール隙間幅、即ち例えばシール要
素の半径方向外側端ととこれに隣接する漏れ止めす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
の半径方向外側端を尖らせる。シール尖端或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れば、シール隙間を閉鎖ができる。シール尖端或は刃先
が翼台座をかすめることで、動翼を受体に、例えば回転円板の軸方向溝内にはめ
込んだ際、シール隙間が閉じる。かくしてシール隙間が塞がり、良好な漏れ止め
作用が得られ、軸方向漏洩流が一層減少する。この結果、通常の形状と比べ、受
体への動翼の据付けしろをかなり減少できる。従来は通常約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によって、約０．１〜０．２ｍ
ｍ、即ち約３分の１に減少する。

【００３２】 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隙間シール要素
を設ける。隙間は第１動翼の翼台座と第２動翼の翼台座との間に形成され、隙間
空間に連通する。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。

【００３３】 この場合、種々の方式が考えられる。

【００３４】 例えば隙間の半径方向外側に、流体機械、例えば圧縮機や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。
これに伴い、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へ流出するのを防止する。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）で形成される空洞室が、
隙間の半径方向外側に続いている。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向かい空洞室内に高温活動流体が流入するの
を防ぐ。他方、隙間シール要素で塞がれた空洞室に、冷却材、例えば冷却空気が
供給される。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や他の冷却に利用される。空洞室内で加圧状態にある冷却
材の他の有利な利用法は、流路内の高温活動流体の閉塞作用である。

【００３５】 隙間シール要素は、遠心力の作用下で隙間内に食い込み、この隙間を塞ぐ隙間
シール縁を持った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
としての利用は、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その長手
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。流体機械の運転中、隙間シール要素は、回転に伴い生ず
る半径方向外側に向く遠心力によって、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。

【００３６】 隙間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。
これら合金は十分な弾性変形特性をも備える。隙間シール要素の材料はロータの
材料に合わされ、これによって、汚れおよび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或は熱収縮が保障される。

【００３７】 隙間シール要素は、漏れ止め装置に半径方向で隣接して設けるとよい。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、隙間空間の特
に効果的な漏れ止めを達成できる。これにより、特に軸方向に延びる隙間を塞ぐ
ため、隙間シール要素の遠心力による漏れ止め作用が継続的に生ずる。この組合
せにおいて、漏れ止め装置は軸方向に向かう漏洩流を防止し、隙間シール要素は
半径方向に向かう漏洩流を防止する。更にこの機能分離により、構造的に、種々
のロータ幾何学形状に柔軟に適合させられる。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。

【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、発生した力を動翼に伝達し、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以外、特に荷重が小か
ら中程度である場合、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
に中実の回転円板、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。隙間空間を塞ぐための上述の構成は、いずれの場合も、動
翼が周溝に取り付けられるロータにも、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
部分には同一符号を付してある

【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。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２
７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を固定する受体３３を備える。受体３３は回転円板２９の凹所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２９は、その半径
方向の外側端に配置された外周面３１を有する。外周面３１は、ロータ２５ない
し回転円板２９の両側ラジアル境界面により規定されている。そのように規定さ
れた外周面３１は、回転円板に軸方向溝３７として形成された受体３３を有して
いない。外周面３１上に、第１外周面端３９Ａと第２外周面端３９Ｂとが形成さ
れている。即ち、第１外周面端３９Ａおよび第２外周面端３９Ｂは、外周面３１
上で、回転軸線１５の軸方向の両端に位置している。また外周面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外周面端３
９Ａと第２外周面端３９Ｂと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を部分的斜視図で示す。
回転円板２９は、全周に分布した多数の回転円板溝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、特に冷却空気が翼脚４３Ａおよび翼台座１７の範囲で早期に流出するの
を防ぐため、漏れ止め装置５１が存在する。漏れ止め装置５１は、外周面３１に
おいて、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を有する。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
設けてある。両シール要素５３、５５は、各々外周面３１上の凹所３５、特に溝
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。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
とで、隙間空間４９が生じている。漏れ止め装置５１は、隙間空間４９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に到
達し、動翼１３Ａ、１３Ｂの翼脚４３Ａ、４３Ｂや翼台座１７Ａ、１７Ｂの部位
が損傷するのを確実に防止し、更に冷却材Ｋが隙間空間４９から軸方向に外周面
３１に沿い、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
３９Ｂ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。
従ってこの方式は、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、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を問題
なしに取り外し、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
って特別の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。このシール要素６７Ａ
は円板シール縁６９と、この縁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１
３、動翼１３Ｂの各据付け幾何学形状（図３および図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、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７１
Ａ、７１Ｂに分かれている。即ち、翼台座第１およびと第２部分シール縁７１Ａ
、７１Ｂが存在する。各部分シール要素６７Ａ、６７Ｂは、各質量重心がそれら
に付属する翼台座部分シール縁７１Ａ、７１Ｂにぴったり隣接するように形成さ
れている。これは、各部分シール要素６７Ａ、６７Ｂを、薄い材料厚さ部位と厚
い材料厚さ部位とで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をこのように特別に形成すると、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
み合い結合および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、６７Ｂ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で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および円板シール縁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６
９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る部位
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
転円板溝を持つ。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１３
Ａ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３
１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６９
と反対側に位置する翼台座第１および第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ている。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及び図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、
６７Ｂ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５Ｄ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
、例えば遠心力等の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７
１Ａ、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
良好な力分布が生ずる。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とその説明参照）。

【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５１Ａ、特にラビリンス隙間
パッキン５１Ａを形成する。ラビリンス隙間パッキン５１Ａは、外周面中央部位
４１上に、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からなる。個々のシール要素５３は、外周面中央部位
４１にかしめた絞り板７７Ａ〜７７Ｅで形成されている。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を通る軸方向の漏洩流の大幅な減少とに基づく。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により間隔を保たれている。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。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。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／又は機械的に生じるロータ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、これを一体品として、
特に回転円板２９を切削加工して作ってもよい。前記パッキン５１Ａは、回転円
板２９の外周面中央部位４１上に配置する。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。これは方
法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、特に刃先を有する。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或は刃先を翼台座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２
９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にお
ける高温ガスＡ或は冷却材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、その翼脚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
８５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内で半径方向内側に
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運転中の高温に耐えそして高温ガスＡの酸
化特性および腐食特性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できる。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。受体３３は、ロータ軸８９の全周にわたって延び、外周面３１
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９３、９５
は、各々周溝９１に軸方向に隣接している。これら外周面９３、９５は、各々ロ
ータ軸８９の外側ラジアル境界面を形成している。

【００６６】 図１４は、動翼１３が取り付けられ周溝９１を備えるロータ２５の一部を断面
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
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３５
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）により構
成できる（図４、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想は、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 受体 ３７ 回転円板溝 ３９、９３、９５ 外周面 ４３ 翼脚 ４９ 隙間空間 ５１ 漏れ止め装置 ５３、５５ シール要素 ６７ 部分シール要素 ６９ 円板シール縁 ７１ 翼台座シール縁 ９１ 周溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ライヒェルト、アルント ドイツ連邦共和国 デー‐47051 ドゥイ スブルク マインシュトラーセ 31 (72)発明者 リーザー、ディルク ドイツ連邦共和国 デー‐44149 ドルト ムント オーファーホッフシュトラーセ 193 Ｆターム(参考） 3G002 FA04 HA09 HA12 3J042 AA01 AA11 BA03 BA08 CA03 CA18 DA13

Claims (15)

【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、該ロータ（２５）が、ロータ（２５）の両側ラジアル境
   界面で規定された外周面（３１）と、この外周面（３１）上に円周方向に並べて
   配置された多数の動翼（１３Ａ、１３Ｂ）と、これら動翼（１３Ａ、１３Ｂ）の
   受体（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（１７
   Ａ）と第２動翼（１３Ｂ）の翼台座（１７Ｂ）とが互いに隣り合い、該両翼台座
   （１７Ａ、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）において、 隙間空間（４９）内において、外周面（３１）上に、漏れ止め装置（５１）が
   設けられた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、該回転円板（２
   ９）が外周面（３１）と動翼（１３Ａ、１３Ｂ）の受体（３３）とを備え、外周
   面（３１）が、回転軸線（１５）の軸方向における両端に、各々外周面端（第１
   外周面端３９Ａ、第２外周面端３９Ｂ）を有し、受体（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）と第２の動翼（１３Ｂ）の翼脚（４３Ａ、４
   ３Ｂ）とが、円周方向に隣り合う第１回転円板溝（３７Ａ）と第２回転円板溝（
   ３７Ｂ）と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】 漏れ止め装置（５１）が、第１及び／又は第２外周面端（３
   ９Ａ、３９Ｂ）上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】 外周面（３１）の軸方向上に、第１外周面端（３９Ａ）と第
   ２外周面端（３９Ｂ）とにより境界づけられた外周面中央部位（４１）が形成さ
   れ、該中央部位（４１）上に少なくとも部分的に、漏れ止め装置（５１）が配置
   されたことを特徴とする請求項２又は３記載の流体機械。
5. 【請求項５】 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４の１つに記載の流体機械。
6. 【請求項６】 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）が存在することを特
   徴とする請求項５記載の流体機械。
7. 【請求項７】 シール要素（５３）及び／又はもう１つのシール要素（５５
   ）が、外周面（３１）にある凹所（３５）、特に溝に係合していることを特徴と
   する請求項５又は６記載の流体機械。
8. 【請求項８】 シール要素（５３）及び／又はもう１つのシール要素（５５
   ）が、半径方向に移動可能であることを特徴とする請求項５ないし７の１つに記
   載の流体機械。
9. 【請求項９】 シール要素（５３、５５）が、第１と第２の部分シール要素
   （６７Ａ、６７Ｂ）を有し、該両部分シール要素（６７Ａ、６７Ｂ）が互いにか
   み合っていることを特徴とする請求項５ないし８の１つに記載の流体機械。
10. 【請求項１０】 第１と第２の部分シール要素（６７Ａ、６７Ｂ）が、円周
    方向に相対的に移動可能であることを特徴とする請求項９記載の流体機械。
11. 【請求項１１】 第１と第２の部分シール要素（６７Ａ、６７Ｂ）が、各々
    外周面（３１）に隣接する円板シール縁（６９）と、翼台座（１７Ａ、１７Ｂ）
    に隣接する翼台座シール縁（７１）とを有することを特徴とする請求項９又は１
    ０記載の流体機械。
12. 【請求項１２】 第１と第２の部分シール要素（６７Ａ、６７Ｂ）が互いに
    重なり合い、第１部分シール要素（６７Ａ）の翼台座シール縁（７１）および円
    板シール縁（６９）が、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）に隣接することを特徴とする請求項９ないし
    １１の１つに記載の流体機械。
13. 【請求項１３】 シール要素（５３、５５）が、耐熱材料、特にニッケル基
    合金或はコバルト基合金からなることを特徴とする請求項５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。
15. 【請求項１５】 受体（３３）が周溝（９１）を有し、外周面（３１）が、
    回転軸線（１５）の軸方向の両側に外周面（第１外周面９３、第２外周面９５）
    を有し、該両外周面が各々軸方向に周溝（９１）に隣接し、隙間空間（４９）内
    において、その一方及び／又は両方の外周面（第１、第２外周面９３、９５）上
    に、漏れ止め装置（５１）が設けられたことを特徴とする請求項１又は５から１
    ４の１つに記載の流体機械。