JP6038084B2 - 漏れ間隙を通る漏れ流を制限するための流体シール配列および方法 - Google Patents
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Description
米国特許第7238001号明細書は、回転流れ機械、好適にはガスタービンエンジンにおいて使用されるシール配列を開示している。回転流れ機械において、タービン段を軸方向に通過する高温ガスの流れは、ロータの回転の運動量を加速するための膨張仕事を行う。タービン段の回転および静止構成部材の間に半径方向で形成された間隙を通る漏れ流であって、特に前記漏れ流はエネルギ発生に寄与しない、漏れ流を回避するために、例えば回転および静止構成部材の間にラビリンスシーリング構造を適用することによって間隙のクリアランスを減じるために、公知技術が利用される。ラビリンスシーリングは、半径方向に組み合わさった構造を提供し、これは、間隙の間の半径方向延在によって機械的流れ妨害を提供することによって、間隙を通る軸方向の自由流路を妨害する。
図1aは、回転軸線R周りの回転ブレード1の縦断面図を示している。ブレード1は、刃形縁部3を備えた内径プラットフォーム2を有する。さらに、ベーン4は、軸方向でブレード1に隣接して配置されており、ベーン4は、静止構成部材であり、その外径において、刃形縁部6を有するプラットフォーム5をも提供しており、刃形縁部6はブレード1の刃形縁部3とともに縁部キャビティ7を画成している。縁部キャビティ7を通過する漏れ流8を減じるために、プラットフォーム5と、ブレードの刃形縁部3の先端部との間の間隙を狭めるために、ベーン4のプラットフォーム5にはハニカム構造体9が取り付けられている。
2 ブレードのプラットフォーム
3 刃形縁部
4 ベーン
5 ベーンのプラットフォーム
6 刃形縁部
7 縁部キャビティ
8 漏れ流
9 ハニカム構造体
10 冷却媒体、冷却空気
11 冷却チャネル
12 供給ライン
13,13’ ノズル開口
14 流体流
15 冷却チャネルの開口
16 回転構成部材
17 静止構成部材
18 漏れ間隙
19 ノズル軸線
20 半径方向
21 インピンジメントシート
22 ブレードの後縁
23 ブレードの先端部
Claims (11)
- 液体または気体の流体流(14)を、ノズル開口(13)を通じて漏れ間隙(18)内へ噴射するために、それぞれ前記漏れ間隙(18)の反対側の回転構成部材または静止構成部材に向かって面した、回転構成部材(16)および/または静止構成部材(17)における少なくとも1つのノズル開口(13)を有する回転構成部材(16)および静止構成部材(17)によって画成された漏れ間隙(18)を通じて方向付けられる漏れ流(8)を制限するための流体シール配列において、
前記ノズル開口(13)において出てくる前記流体流(14)が前記回転構成部材(16)および/または前記静止構成部材(17)の冷却流体のみから成るように、前記少なくとも1つのノズル開口(13)は、前記回転構成部材(16)および/または前記静止構成部材(17)内の冷却チャネル(11)に、当該冷却チャネル(11)から分岐した供給ライン(12)を介して流体接続されており、
前記漏れ間隙(18)は回転軸方向に延在する部分を含み、当該部分を回転軸方向に流れる前記漏れ流(8)が、当該漏れ流(8)の流れの方向に対して横方向である流れの方向で前記流体流(14)が当該漏れ流(8)に対して噴射されることによって制限される、
ことを特徴とする、流体シール配列。 - 前記少なくとも1つのノズル開口(13)はノズル軸線(19)を提供しており、該ノズル軸線(19)に沿って前記流体流(14)が方向付けられ、前記ノズル軸線(19)は、前記回転構成部材(16)の回転の運動量が、前記少なくとも1つのノズル開口(13)から出てかつ前記漏れ間隙(18)の、前記ノズル開口(13)とは反対側における前記回転構成部材(16)または前記静止構成部材(17)に衝突する前記流体流(14)によって高められるまたは減じられるように、前記回転構成部材(16)の回転軸線(R)の半径方向(20)に対して傾けられている、請求項1記載の流体シール配列。
- 前記ノズル軸線(19)が前記回転構成部材(16)の回転方向にまたは前記回転構成部材(16)の回転方向とは反対方向に傾けられるように、前記ノズル開口(13)を横切る半径方向(20)に対して角度α≠0°を有するノズル軸線(19)を備えて前記少なくとも1つのノズル開口(13)が前記静止構成部材(17)に配置されているおよび/または前記ノズル軸線(19)が前記回転構成部材(16)の回転方向にまたは前記回転構成部材(16)の回転方向とは反対方向に傾けられるように前記ノズル開口(13)を横切る半径方向(20)に対して角度β≠0°を有するノズル軸線(19)を備えて少なくとも1つのノズル開口(13)が前記回転構成部材(16)に配置されている、請求項2記載の流体シール配列。
- αおよびβに関し、αがβと等しいまたはαがβと等しくないおよび0°<α,β<±90°である、請求項3記載の流体シール配列。
- 前記回転流れ機械は、ガスタービン配列における圧縮機またはタービン段であり、少なくとも1つの回転構成部材(16)は、ロータのブレード(1)または表面の一部分であり、少なくとも1つの静止構成部材(17)は、ハウジングまたは該ハウジングに直接的または間接的に結合された構成部材である、請求項1から4までのいずれか1項記載の流体シール配列を備えた回転流れ機械。
- 前記漏れ間隙(18)は、前記少なくとも1つのノズル開口(13)を提供するブレード(1)の先端部(23)と、回転流れ機械のハウジングまたは該ハウジングに結合された構成部材とによって画成されており、前記少なくとも1つのノズル開口(13)は前記ブレード(1)を冷却するために該ブレード(1)内の冷却チャネル(11)に接続されているおよび/または前記漏れ間隙(18)は前記ブレード(1)の前記先端部(23)と前記回転流れ機械の前記ハウジングまたは該ハウジングに結合された構成部材とによって画成されており、前記ハウジングまたは前記構成部材は前記少なくとも1つのノズル開口(13)を提供しており、該少なくとも1つのノズル開口(13)は、前記ハウジングまたは前記構成部材を冷却するために前記ハウジングまたは該ハウジングに結合された前記構成部材内の冷却チャネル(11)に接続されている、請求項5記載の回転流れ機械。
- 前記漏れ間隙(18)は、前記ブレード(1)の半径方向内側プラットフォーム(2)の一部分と、ベーン(4)の半径方向外側プラットフォーム(5)の一部分とによって画成されており、前記少なくとも1つのノズル開口(13)は、前記ブレード(1)および/または前記ベーン(4)の部分の側に配置されており、かつそれぞれ前記ブレード(1)または前記ベーン(4)を冷却するための冷却チャネル(11)に接続されている、請求項5記載の回転流れ機械。
- 前記冷却チャネル(11)は、対流冷却チャネルであるまたはインピンジメント冷却配列を含む、請求項6または7記載の回転流れ機械。
- 液体または気体の流体流(14)を漏れ間隙(18)内へ噴射することによって、少なくとも1つの回転構成部材(16)と少なくとも1つの静止構成部材(17)とによって画成された漏れ間隙(18)を通る漏れ流を制限する方法において、
前記液体または気体の流体流(14)を前記漏れ間隙(18)に進入させるために、前記回転構成部材(16)および/または前記静止構成部材(17)を冷却するための冷却流体の一部を分岐させ、
前記漏れ間隙(18)は回転軸方向に延在する部分を含み、当該部分を回転軸方向に流れる前記漏れ流(8)が、当該漏れ流(8)の流れの方向に対して横方向である流れの方向で前記流体流(14)が当該漏れ流(8)に対して噴射されることによって制限される、
ことを特徴とする、漏れ流を制限する方法。 - 前記液体または気体の流体流(14)は、前記回転構成部材(16)の回転の運動量を、該回転構成部材(16)および/または静止構成部材(17)との前記液体または気体の流体流(14)の衝突によって高められるまたは減じられるように、前記漏れ間隙(18)に方向付ける、請求項9記載の方法。
- 前記回転構成部材(16)および前記静止構成部材(17)は、ガスタービン配列の圧縮機またはタービン段のような回転流れ機械の一部である、請求項9または10記載の方法。
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