JP5094510B2 - ターボ機械の羽根における隙間シール - Google Patents

Description

この発明は、ターボ機械の二つの周辺方向に隣接した羽根の間で軸方向と半径方向に延びる隙間を半径方向に密封する隙間シールに関する。

ターボ機械、つまり、コンプレッサ、タービンなどでは、羽根が周辺方向に互いに隣接して配置されている。この場合に、特にロータ側に配置された羽根では、羽根根元部の領域には隣接した羽根の羽根根元部間にそれぞれに軸方向と半径方向に延びている隙間が生じる。熱ガスの隙間への流入或いは冷却ガスの隙間からの流出を回避するために、この隙間を半径方向に密封することが必要である。このために基本的には、それぞれに二つの周辺方向に隣接した羽根がそれぞれの羽根根元部にそれぞれに一つの軸方向に延びていて隙間に開放した縦溝を設けることが可能である。隙間に一列に対向配置する縦溝には、バンド状或いは紐状密封要素はそれが縦側面により両縦溝に係合して隙間を覆うように挿入され得る。

けれども、この種の隙間シールでは、密封要素の端面端部には、さらに残り隙間が存在する。これは製造公差に起因される。さらに、この余剰隙間がターボ機械の運転中に熱拡張効果に基づいて形成されるか、或いは増加される。
特開２００５−２３３１４１号公報 特開２００４−１３２３７２号公報 特開２００３− ２７９０２号公報 特表２００３−５２６０３９号公報 特開２００２−２０１９１３号公報

この発明はこの観点で開始する。この発明は、請求項において特徴とされているように、前記種類の隙間シールのために増加された密封作用を特徴とする改良された実施態様を開示する問題点を取り扱う。

この問題点はこの発明によると独立請求項の対象によって解決される。好ましい実施態様は従属請求項の対象である。

この発明は、余剰隙間が通常には残らないように、密封要素を端面端部にて適切な溝に係合させる一般的思想に基づいている。この目的のために、両羽根の一方にはその羽根足間に隙間が生じ、突出部が形成されて、一方の羽根の羽根根元部から周辺方向に突き出し、この際に少なくともこの羽根の縦溝の領域には周辺方向且つ半径方向に延びている。それを補足して他方の羽根がその羽根根元部に適合窪みを有し、窪みには突出部が係合する。この形式では、突出部が隙間に周辺方向に重なる。この突出部には横溝が加工されていて、その横溝には密封要素の端面が挿入できる。前記構成によって隙間が密封要素の端面端部の領域にも密封され得る。それ故に、そのように形成された隙間シールの有効性が改良される。

好ましい実施態様によると、突出部はそれが一方では他方の羽根の軸方向に開放して終了する縦溝に重なり、他方では突出部に加工された横溝をその端面端部にて閉鎖されて構成するために大きさに十分であるような寸法に形成され得る。この実施態様によって隙間シールの密封作用が追加的に改良され得る。

さらに、突出部と窪みは、突出部が窪みには軸方向に他方の羽根の羽根根元部に当接するように任意に互いに適合され得る。この構成では、横溝が一方の羽根の突出部ではいわば継目なしに他方の羽根の縦溝に移行する。これにより、隙間シールの密封作用が改良され得る。

この発明による隙間シールの他の重要な特徴と利点は従属請求項、図面及び図面に基づいて付属の図記載から明らかである。

この発明の好ましい実施例は、図面に図示されて、次の明細書に詳細に説明され、同じ参照符号が同じ或いは同様或いは機能的同じ成分に用いられる。

図１には、二つの羽根、即ち第一羽根１と第二羽根２が部分的に図示されて、通常には図示されていないターボ機械のそれぞれに一つの構成部材を形成する。このターボ機械は例えばタービン或いはコンプレッサである。ターボ機械はステータとロータを有し、ロータがステータ内で回転軸線を中心に回転自在に配置されている。この場合に、軸方向、半径方向と周辺方向のような前述と次に行われた方向指示は、軸方向を定義する回転軸線に関連している。図１乃至３には、ロータの回転軸線の関連した方向が二重矢印によって示されている。この場合に、３により周辺方向が示され、４により軸方向が示され、５により半径方向が示される。羽根１、２の場合には、ステータの案内羽根が重要である。けれども、好ましくは羽根１、２ではロータの案内羽根が重要である。

両方のここで示された羽根１、２は周辺方向３において互いに隣接して配置されている。各羽根１、２は羽根根元部６或いは７を有する。第一羽根１の羽根根元部６は次に第一羽根根元部６として示される。第二羽根２の第二羽根根元部７は次に第二羽根根元部７として示される。ターボ機械の構成に基づいて、羽根根元部６、７の領域の隣接した羽根１、２間の周辺方向には隙間８が形成されていて、軸方向４と半径方向５に延びている。この隙間８を密封するために、隙間８の領域には隙間シール９が形成されていて、次に詳細に説明される。

隙間シール９を実現するために、羽根１につまり、例えば第一羽根１にはその羽根根元部６に縦溝１０が加工されていて、次に第一縦溝１０として示されている。第一縦溝１０は軸方向に延びていて、隙間８に対して開放する。これに類似して、他方の羽根２では、つまりここでは第二羽根２には、或いは第二羽根根元部７に同様に縦溝１１が加工されていて、次に第二縦溝１１として示されている。第二縦溝１１は同様に隙間８に対して開放して軸方向に延びている。この場合に、両縦溝１０、１１は、それらが隙間８に互いに対向位置してこの際に互いに整合されるように、それぞれの羽根根元部６、７に配置されている。

隙間シール９はバンド状或いは紐状密封要素１２を包含し、この密封要素は例えば平らな金属構成部材により形成され得る。この場合に、「平らな」という概念は、密封要素１２が軸方向縦方向に且つ周辺方向３と平行に延びている横方向には、半径方向厚さ方向より大きな寸法を有する。この密封要素１２はこれがその縦側面により周辺方向３の両縦溝１０、１１に係合するような寸法に形成されている。これによって密封要素１２は軸方向縦端の領域の隙間８を覆う。

一方の即ち第一羽根１はその羽根根元部６に突出部１５を有し、突出部は周辺方向３において第一羽根根元部６から突き出す。この場合に、この突出部１５は少なくとも付属の縦溝１０の領域に周辺方向３に並びに半径方向に延びている。特に、突出部１５は第一羽根根元部６の全半径方向高さにわたり延びている。突出部１５に補充して、他方の即ち第二羽根２がその第二羽根根元部７にはステップ状窪み１６を有し、この窪みには突出部１５が示された組立てた状態に係合する。この場合に、周辺方向３の突出部１５が窪み１６内に突き出す。

隙間シール９はその外に突出部１５に加工されている横溝１７を包含し、しかも横溝が周辺方向３に延びていて、隙間８に対して開放する。この場合に、横溝１７は縦溝１０、１１の高さに位置されている。従って、密封要素１２は突出部１５に向いた端面１８により軸方向に横溝１７に係合し得る。そのように形成された隙間シール９は上昇した密封作用を特徴としている。

横溝１７は目的に適って、横溝が直接に第一縦溝１０に移行するように構成されている。第二縦溝１１は窪み１６の領域に端面に開放し、つまり軸方向に開放する。この突出部１５は目的に適って周辺方向３において、突出部が第二縦溝１１の端面開放端部を窪み１６に重ねるような寸法に形成されている。この場合に、好ましくは、突出部１５の寸法は、突出部１５が窪み１６に幅広く重ねて、横溝１７が両端面端部にて閉鎖されて構成され得るように第二縦溝１１に適合されている。示された例では、突出部１５が横溝１７の第二羽根２に向いた端面端部領域には横溝１７のこの端面端部の閉鎖部を形成する。それ故に、漏れは横溝１７によって回避され得る。

好ましくはここで示された実施態様では、窪み１６と突出部１５は、突出部１５が窪み１６内部に示された組立てた状態で第二羽根根元部７には軸方向に当接するように互いに適合されている。この場合に、好ましくは突出部１５と第二羽根根元部７の間に大きく平らで密封した設置となる。それ故に、漏れが窪み１６内部の突出部１５の流出によって減少され得る。さらに、横溝１７は継目なしに第二縦溝１１に移行し得る。

好ましくは実施態様では、横溝１７がその溝深さに関して、密封要素１２が軸方向延長部に関して互いに適合されていて、製造の範囲で期待するべき通常の製造公差並びにターボ機械の運転中に期待するべき通常の熱膨張過程が極端な値を有して不都合に加算されるときに、所望の密封作用を保証できるために、密封要素１２がその端面１８により十分に深く横溝１７に係合し得る。それ故に、ここで提案された隙間シール９は通常の製造公差と熱膨張過程のために端面１８の領域には隙間の十分なシール９を奏し得る。

両羽根１、２が基本的に等しいので、第二羽根２が第一羽根１と反対を向いた側面に同様にこの種の突出部１５を有し、突出部がさらに窪み１６に係合し、この窪みが周辺方向３において第二羽根２に続く他の羽根に形成されている。同様に、第一羽根１はその羽根根元部６には第二羽根２と反対を向いた面に突出部１５が係合するそのような窪み１６を有し、突出部はこの方向にて第一羽根１に対して隣接した別の羽根に形成されている。

隙間シールの二つの周辺方向に隣接した羽根の半径方向における平面図を示す。 図１の切断線ＩＩに一致する隙間シールの領域の切断図を示す。 図１の切断線ＩＩＩに一致する隙間シールの領域の切断図を示す。

１．．．．第一羽根
２．．．．第二羽根
３．．．．周辺方向
４．．．．軸方向
５．．．．半径方向
６．．．．第一羽根の羽根根元部
７．．．．第二羽根の羽根根元部
８．．．．隙間
９．．．．隙間シール
１０．．．第一羽根根元部の縦溝
１１．．．第二羽根根元部の縦溝
１２．．．密封要素
１３．．．密封要素の縦側面
１４．．．密封要素の縦側面
１５．．．突出部
１６．．．窪み
１７．．．横溝
１８．．．密封要素の端面

Claims (5)

1. 隙間（８）がターボ機械の二つの周辺方向（３）に隣接した羽根（１、２）の間で軸方向と半径方向に延びていて、
   両羽根（１、２）がそれぞれの羽根根元部（６、７）にはそれぞれに一つの軸方向に延びていて隙間（８）に開放された縦溝（１０、１１）を有し、
   バンド状或いは紐状密封要素（１２）が縦側面（１３、１４）により両縦溝（１０、１１）に係合して隙間（８）を覆って、
   一方の羽根（１）がその羽根根元部（６）に該羽根根元部（６）から周辺方向に突き出す突出部（１５）を有し、その突出部がそれぞれの縦溝（１０）の領域において周辺方向（３）且つ半径方向に延びていて、隙間（８）の軸方向長端を覆って、
   他方の羽根（２）がその羽根根元部（７）に一方の羽根（１）の突出部（１５）を補充してステップ状窪み（１６）を有し、その窪みに突出部（１５）が係合する、
   前記隙間を半径方向に密封する隙間シールにおいて、
   突出部（１５）が周辺方向（３）に延びていて隙間（８）に開放された横溝（１７）を有し、
   密封要素（１２）が端面により横溝（１７）に係合し、
   他方の羽根（２）の縦溝（１１）が端面側に開放した窪み（１６）で終了し、
   突出部（１５）は周辺方向（３）において突出部が他方の羽根（２）の縦溝（１１）の端面側に開放した端部を窪み（１６）に重ねるような寸法に形成されていることを特徴とする隙間シール。
2. 横溝（１７）が端面側端部で閉鎖されていることを特徴とする請求項１に記載の隙間シール。
3. 突出部（１５）と窪み（１６）は、突出部（１５）が窪み（１６）には軸方向に他方の羽根（２）の羽根根元部（７）に当接するように互いに適合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の隙間シール。
4. 羽根（１、２）がターボ機械のロータの羽根であるか、或いは羽根（１、２）がターボ機械のステータの羽根であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の隙間シール。
5. 横溝（１７）と密封要素（１２）は、密封要素（１２）が端面（１８）により全ての期待するべき通常の製造公差と熱膨張過程では所望の密封作用を達成するために十分に深く横溝（１７）に係合できるような寸法に形成されて互いに適合されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の隙間シール。

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