JP2019528405A - タービンのためのシールセグメント、タービンの流路の外側の境界を定めるための組立体、およびステータ／ロータシール - Google Patents

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Abstract

全体として、本発明は、タービンのためのシールセグメント(10)、およびシールセグメント(10)とタービンのステータ羽根との間のギャップを封鎖するための組立体に関する。シールセグメントは、プレート形状の壁(12)を含み、その第1の側面(14)は、シールセグメントの組み立て状態で羽根先端部に面し、閉鎖された周辺エッジ(16)によって囲まれ、かつ4つの側壁セクション(16a〜16d)へと分割され得、プレート形状の壁は、側面(14)の表面全体にわたって配置されたシール要素(18)を含む。本発明の目的は、必要な場合に直接隣接するシールセグメント間に生じる局所的な流れをさらに最小化するか、または完全に防止することである。これは、シールセグメントが、対応する側壁セクションに沿った流れを減少させるために、リングを形成するようにタービン内で組み立てられる場合に、隣接するシールセグメントに面する、側壁セクション(16)のうちの少なくとも1つの上、および/またはシール側壁セクション(18)のうちの少なくとも1つの上に、片側が固定された、いくつかのシール薄板(20)が設けられるので、達成される。

Description

本発明は、請求項1の前段によるシーリングセグメント、タービンの流路の外側の境界を定めるための設備、およびステータ-ロータシールに関する。
ガスタービンでは、タービンユニット内部において、流路が、とりわけリングを形成するように組み立てられ得る要素を利用して、半径方向外側の境界を定められることが周知である。前記要素は、断面で見ると環状である、フローチャネルのあるアーク長にわたって延びるリングセグメントとして一般的に知られている。既知の方法では、リングセグメントは、1つ以上のフック型接続部を介して、キャリア上に、通常はタービン案内羽根キャリア上に引っ掛けられ、それによって、それらの内向き表面は、ロータブレードの下を通って、その先端部に面する。ここで、流路の境界とロータブレードの先端部との間の間隔をできるだけ小さくするために、ロータブレードの先端部が、ロータブレードを周方向に互いにクランプするシュラウドを備えて設計されることが知られている。周方向に延び、かつ前記リングセグメントと共に、最小化されるギャップを画定する、シーリング先端部が、通常、シュラウドの外向き表面上に配置される。
ここで、リングセグメントは、ハニカムとしても知られる、ハニカム構造体の形態をしたシーリング要素を有することが、知られている。このようなリングセグメントにより、シュラウド上で外側を向くシーリング先端部が、ハニカム構造体の薄板に切り込んで、これにより作動媒体の損失をさらに減少させることができるものとする。
周方向に存在するセグメント化により、リングセグメントおよびその上に配列されるシーリング要素は、一般的に矩形のデザインであり、そのため、接合ジョイントが、リングの2つの直接隣接するリングセグメント間に存在し得る。作動媒体の主な流動方向と平行に延びるこれらの接合ジョイントを通る流れを減少させるため、これらは、できるだけ近くに並べられる。
しかしながら、前記接合ジョイントに沿って、漏れ流れが生じ得、これにより、タービンの効率が低下し得ることが分かっている。
さらに、迷路のようなステータ-ロータシールが、ステータシール構成部品として、リングセグメントに類似した要素を使用することが知られている。ロータにおいては、周辺先端部が、ロータシール構成部品として存在し、これらの先端部は、場合によっては、ステータシール構成部品に、特にハニカム構造体に切り込み得る。ステータ-ロータシールは、ロータに沿った漏れ流れを減少させるか、またはさらに最良の場合には防止することが意図されており、そのため、リングセグメントの場合のように、この使用の場合には同じ問題が生じ得る。
したがって、本発明の目的は、シーリングセグメント、およびタービンの流路の外側の境界を定めるための設備を提供することであり、この設備の場合、前記接合ジョイントに沿った漏れ流れがさらに減少する。同時に、前記設備は、製造するのが特に簡単であり、特に耐久性のある構造体を全体で構成しなければならない。
本発明が基づいている目的は、請求項1の特徴部によるシーリングセグメントによって、また、請求項9の特徴部による設備によって、達成される。
本発明の有利な構成は、従属請求項に明示されており、それらの個々の特徴部は、請求項にまたがって、任意に互いに組み合わせられ得る。したがって、シーリングセグメントは、リングセグメントまたはステータ-ロータシールの構成部品の形態で設計され得る。
本発明によると、タービンのためのシーリングセグメントは、タービン内のさらなるそのような要素と組み立てられて、タービンの環状流路の外側境界を形成するか、またはステータ-ロータシールのシール構成部品を形成することができ、プレート状の壁を有し、プレート状の壁は、シーリングセグメントの据え付け状態ではロータブレードのブレード先端部またはその他のシール構成部品に面する、第1の側面を含み、また、周辺を閉鎖するように第1の側面を取り囲むエッジを含み、その上において4つの側壁セクションが第1の側面に隣接し、シーリングセグメントは、シーリング要素を有し、シーリング要素は、第1の側面上に、その表面積全体にわたって配置され、壁と同じように、4つのシーリング側壁セクションを含み、タービン内のリングを形成するように組み立てられたシーリングセグメントの場合は、それぞれのリングの隣接するシーリングセグメントに面する、それらの側壁セクションのうちの少なくとも1つの上、および/またはそれらのシーリング側壁セクションのうちの少なくとも1つの上に、それぞれのシーリング側壁セクションに沿った流れを減少させるための、いくつかのシーリング薄板があるものとする。さらに、タービンの流路の外側の境界を定めるための設備では、前述した実施形態による多数のシーリングセグメントは、組み立てられたリングを形成するように、また、タービンの作動媒体の流路の外側の境界を定めるように、配置され、またはステータ-ロータシールでは、第1のシーリングセグメントのシーリング薄板は、プレストレスを受けて、第1のシーリングセグメントに直接隣接する、さらなるシーリングセグメントの側壁セクションもしくはシーリング側壁セクションに当接する。好ましくは、複数のシーリング薄板は、それぞれのシーリング側壁セクションまたは側壁セクションごとに設けられる。
本発明は、前記漏れ流れを少なくとも部分的に妨げるシーリング薄板の設備が直接隣接するシーリングセグメント間に設けられた場合に、前記接合ジョイントに沿った流れがさらに減少され、場合によっては回避され得るという認識に基づいている。これを達成するため、(シーリング)側壁セクション上に、シーリング薄板が設けられ、その端部は、プレストレスを受けて、隣接するシーリングセグメントの接触表面に当接し得る。シーリング薄板は、好ましくは片側が、すなわち単に1つのシーリングセグメントに、固定される。それらの自由端部が隣接するシーリングセグメントの接触表面に常に当接するために、前記薄板は、特に弾性的に変形可能または可撓性となるように、また特に湾曲して、設計されている。対応する設備において、シーリングセグメントの熱誘導拡張が生じた場合は、これらは、隣接するシーリングセグメントの接触表面におけるシーリング薄板の自動的な再調節を可能にし得る。したがって、前記接合ジョイントが、さまざまな動作温度にわたって確実に封鎖されることが可能である。シーリング薄板の片側が固定されることにより、設備を形成するためのシーリングセグメントの組み立てが、薄板型の接合ジョイントシールの存在にもかかわらず、従来どおり単純かつ迅速に、保証され得る。
第1の有利な構成によると、それぞれのシーリング薄板は、タービン内を流れる作動媒体の流れ方向、または漏れ流れに対して横断方向に、特にタービン内の据え付け位置に関しては、周方向および半径方向に、延びる。このように、接合ジョイントを通る長手方向の流れの効果的な減少が達成される。
それぞれのシーリング薄板が、それぞれの側壁セクションまたはシーリング側壁セクションの平面から90°未満の角度で突出することがさらに好ましい。これにより、設備の2つのシーリングセグメントが組み立て中に互いに組み立てられたときに、薄板の特に適切な弾性変形能がもたらされ、このプロセスにおいて、シーリング薄板は、プレストレスを受けて、隣接するシーリングセグメントの接触表面と接合する。よって、シーリング薄板の圧縮が回避される。
前述した効果は、さらなる有利な構成に従って、シーリング薄板がそれらの自由端部に向かって湾曲する場合に、さらに改善され得る。
シーリング要素がハニカム構造体の形態で設計された構成が、特に好ましい。そうすると、好ましくは、シーリング薄板は、周方向に見たときに、前記薄板が壁のサイドエッジを越えて突出するように、シーリング要素の一体的部品であるのが好ましい。あるいは、シーリング要素が、第1の側面に付けられて、1つ以上の層を有する、剥がせるコーティングシステムの形態で設計されることも可能である。
特に好ましい構成によると、シーリング薄板は、付加製造方法によって製造され、シーリング要素に接続される。シーリング要素自体が、同じ付加製造方法によって製造されることも可能であり、これにより、コストおよび製造時間が減少される。
前述した発明の特性、特徴部、および利点、ならびにこれらが達成される方法は、以下の図に基づく例示的な実施形態に関する以下の説明と共に、理解しやすいようにさらに詳細に論じる。ここで、図は、単に概略的に例示されており、特にこれにより、本発明の実現可能性をなんら制限するものではない。
さらに、同じ参照符号を備える以下の技術的特徴部はすべて、同じ技術的効果を有することに注目されたい。
本発明によるシーリングセグメントの例示的な実施形態を略図で示し、発明に必須ではない特徴部は例示していない。 組み立て中の、タービンの流路の境界を定めるための設備の詳細を示す。 2つのシーリングセグメントがそれらの動作位置に位置する、設備からの細部を示す。 シーリングセグメントごとに2つの側壁セクション上にシーリング薄板を備えた、図2に類似した第2の例示的な実施形態を示す。
図1は、本発明によるシーリングセグメント10の第1の例示的な実施形態を斜視図で概略的に示し、これは、タービン案内羽根キャリア上でタービン内のさらなるそのようなセグメントと組み立てられて、セグメントと前記タービンのロータブレード(図示略)との間のギャップをできるだけ封鎖することができる。シーリングセグメントは、好ましくは迷路のようなステータ-ロータシールのシール構成部品として使用されるリングを形成するように組み立てられてもよい。
シーリングセグメント10は、その形状に関して、実質的にプレート状であり、矩形であり、対応する壁12を含み、壁12の第1の側面14は、据え付け状態では、ロータブレード(図示略)のブレード先端部またはロータに面する。ロータブレードは、自立型の、すなわちシュラウドがないロータブレード、およびシュラウドロータブレードのいずれであってもよい。壁12は、第1の側面の反対側にある、第2の側面15を有する。据え付け状態では、前記第2の側面は、タービン案内羽根キャリア(図示略)に面する。シーリングセグメント10をタービン案内羽根キャリアに固定するために、溝17が設けられている。これらの代わりに、第2の側面15にフックを設けることも可能である。
側面14は、閉鎖された周辺エッジ16によって囲まれている。壁12の矩形の形状により、4つの側壁セクション16a〜16dは、エッジ16上で側面14に隣接する。図示された例示的な実施形態では、いずれの場合も、2つの側壁セクション16aおよび16c、また16bおよび16dは、互いに平行であり、シーリングセグメント10がタービンに据え付けられている場合、この対の側壁セクション16b、16dは、タービンの作動媒体の通過流方向に対して、または漏れ流れに対して、平行に配置される。側壁セクション16b、16dは、作動媒体の通過流方向との関連で傾斜されてよく、90°に等しくない角度が形成される。通過流方向は、タービンの実質的に軸方向Aを意味すると理解される。
いずれの場合も、側壁16b、16dには、溝31が設けられており、そのうちの1つのみを、斜視図により見ることができる。リングを形成するように組み立てられるシーリングセグメント10の場合、前記溝31は、従来のプレート状のシール(図示略)がその中に設置されるように、互いに向かい合う。これによって、隣接するシーリングセグメント10の(シーリング)側壁間に存在する接合ジョイント24は、タービンの後方領域、すなわち半径方向外側領域への漏れに対して、封鎖され得る。言い換えれば、内側から、すなわちフローチャネルから外側へ、すなわちタービン案内羽根キャリアに向かって、接合ジョイント24を通る流れは、その結果、最大限まで抑制される。
壁12の第1の側面14上には、シーリング要素18が配置され、シーリング要素18は、この例示的な実施形態によると、ハニカム構造体19(図2)の形態で設計されている。壁12と同じように、シーリング要素18は、4つのシーリング側壁セクション18a〜18dを含む。
その結果、側壁セクション16a、16cおよびシーリング側壁セクション18a、18cはいずれも、通過流方向に対して、前後に位置し、そのため、例えば側壁セクション16aおよびシーリング側壁セクション18aは、側壁セクション16cおよびシーリング側壁セクション18cの上流に配置される。
タービン内のリングを形成するように組み立てられたシーリングセグメントの場合は、それぞれのリングの隣接するシーリングセグメントに面する、それらの側壁セクションのうちの少なくとも1つの上、および/またはそれらのシーリング側壁セクションのうちの少なくとも1つ18bの上に、それぞれの側壁セクション16bまたはシーリング側壁セクション18bに沿った流れを減少させるための、いくつかのシーリング薄板20がある。図1に示す例示的な実施形態によると、4つの薄板が設けられる。例として図2に示すように、より多い数も有利である。
それぞれのシーリング薄板20は、シーリング側壁セクション18bまたは側壁セクション16bの平面から、90°未満であってよい、角度αで突出する。第1の例示的な実施形態によると、角度αは60°であってよい。前記薄板は、それらの第1の端部20aから自由端部20bまで板ばね状に湾曲するように延びる。
例えば、シーリング要素がハニカム構造体の形態で設計される場合、薄板は、ハニカム構造体の一部であってよく、周方向に見ると、側壁セクション16bを越えて突出し得る。
図2は、設備22の形成のための組み立て中の、図1に従って設計された2つのシーリングセグメント10a、10bの平面図を略図で示す。ハニカム構造体19は、単に概略的に例示されている。組み立て中、2つの直接隣接するシーリングセグメント10a、10bは、矢印Mのうちの1つに従って互いに向かって動き、それによって、図2でシーリングセグメント10aとして見ることができる第1のシーリングセグメントに片側が固定されたシーリング薄板20は、図2においてシーリングセグメント10bと呼ばれる隣接したシーリングセグメントの側壁セクション18dと接合する。図3に示す動作位置では、シーリング薄板20は、プレストレスを受けて、弾性的に曲げられ、そして、隣接するシーリングセグメント10bの側壁セクション18dに当接する。
よって、上流から下流へ軸方向における、前記接合ジョイント24を通る作動媒体、または漏れ流れの、長手方向の流れが最大限回避される。
図3は、動作位置にある2つのシーリングセグメント10a、10bを示し、第1のシーリングセグメント10aのシーリング薄板20は、2つのシーリングセグメント10a、10b間の小さい間隔により、プレストレスを受けて、第2のシーリングセグメント10b(シーリング側壁セクション18d)の接触表面に当接する。
矢印Rは、シーリングセグメント10に対するロータブレードの回転方向を示す。ここで、回転方向が、可能であればシーリング薄板20の固定端部20aからその自由端部20bに向けられていると、有利である。
あるいは、図4に示すように、接合ジョイント24に沿って互いに続くシーリング薄板20が、関連するリングセグメント10a、10bに交互に固定されることが可能である。この場合、シーリング薄板20は、1つの側壁セクション(図2の18bを参照)上だけでなく、2つの側壁セクション18bおよび18d上に配置される。
よって、全体的に、本発明は、タービンのためのシーリングセグメント10、およびシーリングセグメント10とタービンのロータブレードとの間のギャップを封鎖するための設備に関し、シーリングセグメントは、プレート状の壁12を含み、プレート状の壁12の第1の側面14は、シーリングセグメントの据え付け状態では、ロータブレードのブレード先端部に面し、閉鎖された周辺エッジ16によって囲まれ、かつ4つの側壁セクション16a〜16dへと再分割され得、シーリングセグメントは、側面14上に、その表面積全体にわたって配置されたシーリング要素18を含む。直接隣接するシーリングセグメント10間で起こる可能性のある、局所的な流れをさらに最小化するか、または防止するために、タービン内のリングを形成するように組み立てられたシーリングセグメントの場合は、それぞれのリングの隣接するシーリングセグメントに面する、それらの側壁セクション16のうちの少なくとも1つの上、および/またはそれらのシーリング側壁セクション18のうちの少なくとも1つの上に、それぞれの側壁セクションに沿った流れを減少させるための、いくつかのシーリング薄板20を設けることが提案される。
10 シーリングセグメント
12 壁
14 第1の側面
15 第2の側面
16 閉鎖された周辺エッジ
16a 側壁セクション
16b 側壁セクション
16c 側壁セクション
16d 側壁セクション
18 シーリング要素
18a シーリング側壁セクション
18b シーリング側壁セクション
18c シーリング側壁セクション
18d シーリング側壁セクション
19 ハニカム構造体
20 シーリング薄板
20a 第1の端部
20b 自由端部
22 設備
24 接合ジョイント
31 溝
A 軸方向
R 回転方向
本発明は、請求項1の前段によるシーリングセグメント、タービンの流路の外側の境界を定めるための設備、およびステータ-ロータシールに関する。
ガスタービンでは、タービンユニット内部において、流路が、とりわけリングを形成するように組み立てられ得る要素を利用して、半径方向外側の境界を定められることが周知である。前記要素は、断面で見ると環状である、フローチャネルのあるアーク長にわたって延びるリングセグメントとして一般的に知られている。既知の方法では、リングセグメントは、1つ以上のフック型接続部を介して、キャリア上に、通常はタービン案内羽根キャリア上に引っ掛けられ、それによって、それらの内向き表面は、ロータブレードの下を通って、その先端部に面する。ここで、流路の境界とロータブレードの先端部との間の間隔をできるだけ小さくするために、ロータブレードの先端部が、ロータブレードを周方向に互いにクランプするシュラウドを備えて設計されることが知られている。周方向に延び、かつ前記リングセグメントと共に、最小化されるギャップを画定する、シーリング先端部が、通常、シュラウドの外向き表面上に配置される。
リングセグメントのさらなる半径方向外側後方空間内への高温ガス損失を減少させるか、または回避するために、例えば特許文献１から、シーリングリングの隣接するリングセグメントの互いに向かい合った溝の中でシーリングストリップを使用することが知られている。あるいは、特許文献２は、2つの構成要素のうちの1つの上でそのようなシーリングストリップを一体形成し、それによって、例えば周方向に隣接するブレードセグメント間にも、さねはぎ接続部を提供することを提案している。
ここで、リングセグメントは、ハニカムとしても知られる、ハニカム構造体の形態をしたシーリング要素を有することが、知られている。このようなリングセグメントにより、シュラウド上で外側を向くシーリング先端部が、ハニカム構造体の薄板に切り込んで、これにより作動媒体の損失をさらに減少させることができるものとする。
周方向に存在するセグメント化により、リングセグメントおよびその上に配列されるシーリング要素は、一般的に矩形のデザインであり、そのため、接合ジョイントが、リングの2つの直接隣接するリングセグメント間に存在し得る。作動媒体の主な流動方向と平行に延びるこれらの接合ジョイントを通る流れを減少させるため、これらは、できるだけ近くに並べられる。
しかしながら、前記接合ジョイントに沿って、漏れ流れが生じ得、これにより、タービンの効率が低下し得ることが分かっている。
さらに、迷路のようなステータ-ロータシールが、ステータシール構成部品として、リングセグメントに類似した要素を使用することが知られている。ロータにおいては、周辺先端部が、ロータシール構成部品として存在し、これらの先端部は、場合によっては、ステータシール構成部品に、特にハニカム構造体に切り込み得る。ステータ-ロータシールは、ロータに沿った漏れ流れを減少させるか、またはさらに最良の場合には防止することが意図されており、そのため、リングセグメントの場合のように、この使用の場合には同じ問題が生じ得る。
米国特許出願公開第2014/0271142号 独国特許出願公開第10 2013 205 883 号明細書
したがって、本発明の目的は、シーリングセグメント、およびタービンの流路の外側の境界を定めるための設備を提供することであり、この設備の場合、前記接合ジョイントに沿った漏れ流れがさらに減少する。同時に、前記設備は、製造するのが特に簡単であり、特に耐久性のある構造体を全体で構成しなければならない。
本発明が基づいている目的は、請求項1の特徴部によるシーリングセグメントによって、また、請求項9の特徴部による設備によって、達成される。
本発明の有利な構成は、従属請求項に明示されており、それらの個々の特徴部は、請求項にまたがって、任意に互いに組み合わせられ得る。したがって、シーリングセグメントは、リングセグメントまたはステータ-ロータシールの構成部品の形態で設計され得る。
本発明によると、タービンのためのシーリングセグメントは、タービン内のさらなるそのような要素と組み立てられて、タービンの環状流路の外側境界を形成するか、またはステータ-ロータシールのシール構成部品を形成することができ、プレート状の壁を有し、プレート状の壁は、シーリングセグメントの据え付け状態ではロータブレードのブレード先端部またはその他のシール構成部品に面する、第1の側面を含み、また、周辺を閉鎖するように第1の側面を取り囲むエッジを含み、その上において4つの側壁セクションが第1の側面に隣接し、シーリングセグメントは、シーリング要素を有し、シーリング要素は、第1の側面上に、その表面積全体にわたって配置され、壁と同じように、4つのシーリング側壁セクションを含み、タービン内のリングを形成するように組み立てられたシーリングセグメントの場合は、それぞれのリングの隣接するシーリングセグメントに面する、それらの側壁セクションのうちの少なくとも1つの上、および/またはそれらのシーリング側壁セクションのうちの少なくとも1つの上に、それぞれのシーリング側壁セクションに沿った流れを減少させるための、いくつかのシーリング薄板があるものとする。さらに、タービンの流路の外側の境界を定めるための設備では、前述した実施形態による多数のシーリングセグメントは、組み立てられたリングを形成するように、また、タービンの作動媒体の流路の外側の境界を定めるように、配置され、またはステータ-ロータシールでは、第1のシーリングセグメントのシーリング薄板は、プレストレスを受けて、第1のシーリングセグメントに直接隣接する、さらなるシーリングセグメントの側壁セクションもしくはシーリング側壁セクションに当接する。好ましくは、複数のシーリング薄板は、それぞれのシーリング側壁セクションまたは側壁セクションごとに設けられる。
本発明は、前記漏れ流れを少なくとも部分的に妨げるシーリング薄板の設備が直接隣接するシーリングセグメント間に設けられた場合に、前記接合ジョイントに沿った流れがさらに減少され、場合によっては回避され得るという認識に基づいている。これを達成するため、(シーリング)側壁セクション上に、シーリング薄板が設けられ、その端部は、プレストレスを受けて、隣接するシーリングセグメントの接触表面に当接し得る。シーリング薄板は、好ましくは片側が、すなわち単に1つのシーリングセグメントに、固定される。それらの自由端部が隣接するシーリングセグメントの接触表面に常に当接するために、前記薄板は、特に弾性的に変形可能または可撓性となるように、また特に湾曲して、設計されている。対応する設備において、シーリングセグメントの熱誘導拡張が生じた場合は、これらは、隣接するシーリングセグメントの接触表面におけるシーリング薄板の自動的な再調節を可能にし得る。したがって、前記接合ジョイントが、さまざまな動作温度にわたって確実に封鎖されることが可能である。シーリング薄板の片側が固定されることにより、設備を形成するためのシーリングセグメントの組み立てが、薄板型の接合ジョイントシールの存在にもかかわらず、従来どおり単純かつ迅速に、保証され得る。
第1の有利な構成によると、それぞれのシーリング薄板は、タービン内を流れる作動媒体の流れ方向、または漏れ流れに対して横断方向に、特にタービン内の据え付け位置に関しては、周方向および半径方向に、延びる。このように、接合ジョイントを通る長手方向の流れの効果的な減少が達成される。
それぞれのシーリング薄板が、それぞれの側壁セクションまたはシーリング側壁セクションの平面から90°未満の角度で突出することがさらに好ましい。これにより、設備の2つのシーリングセグメントが組み立て中に互いに組み立てられたときに、薄板の特に適切な弾性変形能がもたらされ、このプロセスにおいて、シーリング薄板は、プレストレスを受けて、隣接するシーリングセグメントの接触表面と接合する。よって、シーリング薄板の圧縮が回避される。
前述した効果は、さらなる有利な構成に従って、シーリング薄板がそれらの自由端部に向かって湾曲する場合に、さらに改善され得る。
シーリング要素がハニカム構造体の形態で設計された構成が、特に好ましい。そうすると、好ましくは、シーリング薄板は、周方向に見たときに、前記薄板が壁のサイドエッジを越えて突出するように、シーリング要素の一体的部品であるのが好ましい。あるいは、シーリング要素が、第1の側面に付けられて、1つ以上の層を有する、剥がせるコーティングシステムの形態で設計されることも可能である。
特に好ましい構成によると、シーリング薄板は、付加製造方法によって製造され、シーリング要素に接続される。シーリング要素自体が、同じ付加製造方法によって製造されることも可能であり、これにより、コストおよび製造時間が減少される。
前述した発明の特性、特徴部、および利点、ならびにこれらが達成される方法は、以下の図に基づく例示的な実施形態に関する以下の説明と共に、理解しやすいようにさらに詳細に論じる。ここで、図は、単に概略的に例示されており、特にこれにより、本発明の実現可能性をなんら制限するものではない。
さらに、同じ参照符号を備える以下の技術的特徴部はすべて、同じ技術的効果を有することに注目されたい。
本発明によるシーリングセグメントの例示的な実施形態を略図で示し、発明に必須ではない特徴部は例示していない。 組み立て中の、タービンの流路の境界を定めるための設備の詳細を示す。 2つのシーリングセグメントがそれらの動作位置に位置する、設備からの細部を示す。 シーリングセグメントごとに2つの側壁セクション上にシーリング薄板を備えた、図2に類似した第2の例示的な実施形態を示す。
図1は、本発明によるシーリングセグメント10の第1の例示的な実施形態を斜視図で概略的に示し、これは、タービン案内羽根キャリア上でタービン内のさらなるそのようなセグメントと組み立てられて、セグメントと前記タービンのロータブレード(図示略)との間のギャップをできるだけ封鎖することができる。シーリングセグメントは、好ましくは迷路のようなステータ-ロータシールのシール構成部品として使用されるリングを形成するように組み立てられてもよい。
シーリングセグメント10は、その形状に関して、実質的にプレート状であり、矩形であり、対応する壁12を含み、壁12の第1の側面14は、据え付け状態では、ロータブレード(図示略)のブレード先端部またはロータに面する。ロータブレードは、自立型の、すなわちシュラウドがないロータブレード、およびシュラウドロータブレードのいずれであってもよい。壁12は、第1の側面の反対側にある、第2の側面15を有する。据え付け状態では、前記第2の側面は、タービン案内羽根キャリア(図示略)に面する。シーリングセグメント10をタービン案内羽根キャリアに固定するために、溝17が設けられている。これらの代わりに、第2の側面15にフックを設けることも可能である。
側面14は、閉鎖された周辺エッジ16によって囲まれている。壁12の矩形の形状により、4つの側壁セクション16a〜16dは、エッジ16上で側面14に隣接する。図示された例示的な実施形態では、いずれの場合も、2つの側壁セクション16aおよび16c、また16bおよび16dは、互いに平行であり、シーリングセグメント10がタービンに据え付けられている場合、この対の側壁セクション16b、16dは、タービンの作動媒体の通過流方向に対して、または漏れ流れに対して、平行に配置される。側壁セクション16b、16dは、作動媒体の通過流方向との関連で傾斜されてよく、90°に等しくない角度が形成される。通過流方向は、タービンの実質的に軸方向Aを意味すると理解される。
いずれの場合も、側壁16b、16dには、溝31が設けられており、そのうちの1つのみを、斜視図により見ることができる。リングを形成するように組み立てられるシーリングセグメント10の場合、前記溝31は、従来のプレート状のシール(図示略)がその中に設置されるように、互いに向かい合う。これによって、隣接するシーリングセグメント10の(シーリング)側壁間に存在する接合ジョイント24は、タービンの後方領域、すなわち半径方向外側領域への漏れに対して、封鎖され得る。言い換えれば、内側から、すなわちフローチャネルから外側へ、すなわちタービン案内羽根キャリアに向かって、接合ジョイント24を通る流れは、その結果、最大限まで抑制される。
壁12の第1の側面14上には、シーリング要素18が配置され、シーリング要素18は、この例示的な実施形態によると、ハニカム構造体19(図2)の形態で設計されている。壁12と同じように、シーリング要素18は、4つのシーリング側壁セクション18a〜18dを含む。
その結果、側壁セクション16a、16cおよびシーリング側壁セクション18a、18cはいずれも、通過流方向に対して、前後に位置し、そのため、例えば側壁セクション16aおよびシーリング側壁セクション18aは、側壁セクション16cおよびシーリング側壁セクション18cの上流に配置される。
タービン内のリングを形成するように組み立てられたシーリングセグメントの場合は、それぞれのリングの隣接するシーリングセグメントに面する、それらの側壁セクションのうちの少なくとも1つの上、および/またはそれらのシーリング側壁セクションのうちの少なくとも1つ18bの上に、それぞれの側壁セクション16bまたはシーリング側壁セクション18bに沿った流れを減少させるための、いくつかのシーリング薄板20がある。図1に示す例示的な実施形態によると、4つの薄板が設けられる。例として図2に示すように、より多い数も有利である。
それぞれのシーリング薄板20は、シーリング側壁セクション18bまたは側壁セクション16bの平面から、90°未満であってよい、角度αで突出する。第1の例示的な実施形態によると、角度αは60°であってよい。前記薄板は、それらの第1の端部20aから自由端部20bまで板ばね状に湾曲するように延びる。
例えば、シーリング要素がハニカム構造体の形態で設計される場合、薄板は、ハニカム構造体の一部であってよく、周方向に見ると、側壁セクション16bを越えて突出し得る。
図2は、設備22の形成のための組み立て中の、図1に従って設計された2つのシーリングセグメント10a、10bの平面図を略図で示す。ハニカム構造体19は、単に概略的に例示されている。組み立て中、2つの直接隣接するシーリングセグメント10a、10bは、矢印Mのうちの1つに従って互いに向かって動き、それによって、図2でシーリングセグメント10aとして見ることができる第1のシーリングセグメントに片側が固定されたシーリング薄板20は、図2においてシーリングセグメント10bと呼ばれる隣接したシーリングセグメントの側壁セクション18dと接合する。図3に示す動作位置では、シーリング薄板20は、プレストレスを受けて、弾性的に曲げられ、そして、隣接するシーリングセグメント10bの側壁セクション18dに当接する。
よって、上流から下流へ軸方向における、前記接合ジョイント24を通る作動媒体、または漏れ流れの、長手方向の流れが最大限回避される。
図3は、動作位置にある2つのシーリングセグメント10a、10bを示し、第1のシーリングセグメント10aのシーリング薄板20は、2つのシーリングセグメント10a、10b間の小さい間隔により、プレストレスを受けて、第2のシーリングセグメント10b(シーリング側壁セクション18d)の接触表面に当接する。
矢印Rは、シーリングセグメント10に対するロータブレードの回転方向を示す。ここで、回転方向が、可能であればシーリング薄板20の固定端部20aからその自由端部20bに向けられていると、有利である。
あるいは、図4に示すように、接合ジョイント24に沿って互いに続くシーリング薄板20が、関連するリングセグメント10a、10bに交互に固定されることが可能である。この場合、シーリング薄板20は、1つの側壁セクション(図2の18bを参照)上だけでなく、2つの側壁セクション18bおよび18d上に配置される。
よって、全体的に、本発明は、タービンのためのシーリングセグメント10、およびシーリングセグメント10とタービンのロータブレードとの間のギャップを封鎖するための設備に関し、シーリングセグメントは、プレート状の壁12を含み、プレート状の壁12の第1の側面14は、シーリングセグメントの据え付け状態では、ロータブレードのブレード先端部に面し、閉鎖された周辺エッジ16によって囲まれ、かつ4つの側壁セクション16a〜16dへと再分割され得、シーリングセグメントは、側面14上に、その表面積全体にわたって配置されたシーリング要素18を含む。直接隣接するシーリングセグメント10間で起こる可能性のある、局所的な流れをさらに最小化するか、または防止するために、タービン内のリングを形成するように組み立てられたシーリングセグメントの場合は、それぞれのリングの隣接するシーリングセグメントに面する、それらの側壁セクション16のうちの少なくとも1つの上、および/またはそれらのシーリング側壁セクション18のうちの少なくとも1つの上に、それぞれの側壁セクションに沿った流れを減少させるための、いくつかのシーリング薄板20を設けることが提案される。
10 シーリングセグメント
12 壁
14 第1の側面
15 第2の側面
16 閉鎖された周辺エッジ
16a 側壁セクション
16b 側壁セクション
16c 側壁セクション
16d 側壁セクション
18 シーリング要素
18a シーリング側壁セクション
18b シーリング側壁セクション
18c シーリング側壁セクション
18d シーリング側壁セクション
19 ハニカム構造体
20 シーリング薄板
20a 第1の端部
20b 自由端部
22 設備
24 接合ジョイント
31 溝
A 軸方向
R 回転方向

Claims (10)

  1. タービンのためのシーリングセグメント(10)であって、タービン内のさらなるそのようなセグメントと、前記セグメントとタービンのロータブレードとの間のギャップを封鎖する目的で組み立てられるか、またはステータ-ロータシールのシール構成部品を形成することができ、
    前記シーリングセグメントはプレート状の壁(12)を有し、前記プレート状の壁(12)は、
    前記シーリングセグメント(10)の据え付け状態では、ロータブレードのブレード先端部またはその他のシール構成部品に面する、第1の側面と、
    周辺を閉鎖するように前記第1の側面を取り囲むエッジであって、該エッジ上において、複数の側壁セクション(16)が前記第1の側面(14)に隣接する、エッジと、
    を含み、
    前記シーリングセグメントはシーリング要素(18)を有し、前記シーリング要素(18)は、前記第1の側面上に、その表面積全体にわたって配置され、前記壁(12)と同じように、シーリング側壁セクション(18)を含み、
    タービン内のリングを形成するように組み立てられたシーリングセグメント(10)の場合には、それぞれのリングの隣接するシーリングセグメント(10)に面する、それらの側壁セクション(16)のうちの少なくとも1つの上、および/またはそれらのシーリング側壁セクション(18)のうちの少なくとも1つの上に、それぞれの前記シーリング側壁セクション(18)に沿った流れを減少させるための、複数のシーリング薄板(20)が設けられていることを特徴とする、シーリングセグメント(10)。
  2. それぞれの前記シーリング薄板(20)は、前記タービン内を流れる作動媒体の流れ方向、または漏れ流れに対して横断方向に、特にタービン内の据え付け位置に関しては、周方向(R)および半径方向に延びる、請求項1に記載のシーリングセグメント(10)。
  3. それぞれの前記シーリング薄板(20)は、前記側壁セクション(16)またはシーリング側壁セクション(18)から90°未満の角度で突出する、請求項1または2に記載のシーリングセグメント(10)。
  4. 前記シーリング薄板(20)は、それらの自由端部(20b)に向かって湾曲している、請求項1、2、または3に記載のシーリングセグメント(10)。
  5. 前記シーリング要素(18)は、ハニカム構造体の形態で設計されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のシーリングセグメント(10)。
  6. 前記シーリング薄板(20)は、前記ハニカム構造体の一部である、請求項1から5のいずれか一項に記載のシーリングセグメント(10)。
  7. 前記シーリング要素(18)は、1つ以上の層を有する、剥がせるコーティングシステムの形態で設計されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のシーリングセグメント(10)。
  8. 少なくとも前記シーリング薄板(20)は、付加製造方法によって製造されている、請求項1から7のいずれか一項に記載のシーリングセグメント(10)。
  9. シーリングセグメントとタービンのロータブレードとの間のギャップを封鎖するための設備(22)であって、
    請求項1から8のいずれか一項に記載の複数のシーリングセグメント(10)が、セグメント化されたリングを形成するように配置され、これにより、第1のシーリングセグメント(10)の前記シーリング薄板(20)は、プレストレスを受けて、前記第1のシーリングセグメント(10)に直接隣接する、さらなるシーリングセグメント(10)の反対側の側壁セクションまたはシーリング側壁セクションに当接する、設備(22)。
  10. ステータ-ロータシールであって、
    請求項1から8のいずれか一項に記載の複数のシーリングセグメント(10)が、セグメント化されたリングを形成するように配置され、これにより、第1のシーリングセグメント(10)の前記シーリング薄板(20)は、プレストレスを受けて、前記第1のシーリングセグメント(10)に直接隣接する、さらなるシーリングセグメント(10)の反対側の側壁セクションまたはシーリング側壁セクションに当接する、ステータ-ロータシール。
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