JPH05195988A - ターボ機械の回転羽根とケーシングとの間のギャップシール装置 - Google Patents

ターボ機械の回転羽根とケーシングとの間のギャップシール装置

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JPH05195988A
JPH05195988A JP4268369A JP26836992A JPH05195988A JP H05195988 A JPH05195988 A JP H05195988A JP 4268369 A JP4268369 A JP 4268369A JP 26836992 A JP26836992 A JP 26836992A JP H05195988 A JPH05195988 A JP H05195988A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 主流の剥離のない円滑な案内を保証し、か
つ、良好なシール作用以外に良好な冷却作用も得ること
のできる縁抑え板を提供する。 【構成】 回転羽根６が、半径方向ギャップ１６，１
７，１８を形成しつつ複数の歯１２，１３，１４，１５
によってケーシング２に対してシールするリング状の縁
抑え板１１を有する形式の、ターボ機械の回転羽根６
と、円錐形輪郭２８をもって構成されたケーシング２と
の間のギャップをシールする装置において、羽根端部に
配置された縁抑え板１１が前記ケーシングに対して４つ
の絞り部位を有し、しかも入口寄りの絞り部位が定常運
転状態においてはダイアゴナルギャップ１９を形成する
点にある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回転羽根が、半径方向
ギャップを形成しつつ複数の歯によってケーシングに対
してシールするリング状の縁抑え板を有する形式の、タ
ーボ機械の回転羽根と、円錐形輪郭をもって構成された
ケーシングとの間のギャップをシールする装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】前記形式のギャップシール装置は公知で
あり、かつ実質的に、ケーシング又はハニカム構造ユニ
ットに対してシールする周方向に延びる歯を有する縁抑
え板から成っている。その場合シール装置は、純然たる
半径方向ギャップをもった平滑な又は一段式のラビリン
スを形成する。大体において前記縁抑え板は羽根の全幅
にわたっている。この形式の２つのシール歯を有するシ
ール装置は、第１段の回転羽根について後述した図１に
示されている。
【０００３】前記の公知シール装置では、歯の前後に形
成される２つの大きな渦流室がエネルギの大きな散逸を
生ぜしめるという欠点がある。そればかりか開いた室は
縁抑え板の冷却を困難にする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式の羽根において主流の剥離のない円滑な案
内を保証し、かつ、良好なシール作用以外に良好な冷却
作用も得ることのできる縁抑え板を提供することであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の構成手段は、羽根端部に配置された縁抑え板が前記
ケーシングに対して４つの絞り部位を有し、しかも入口
寄りの絞り部位が定常運転状態においてはダイアゴナル
ギャップを形成する点にある。
【０００６】本発明の有利な構成では、出口寄りの絞り
部位が半径方向ギャップを形成している。
【０００７】
【作用】本発明の利点は就中、シール装置の新規な構成
によって少量の剥離流（分流）しか生じない点にある。
これによって高い効率が得られるばかりでなく、主流へ
の剥離流の良好な導入が達成される。
【０００８】縁抑え板が回転対称形に構成されており、
かつ隣合った縁抑え板間の分割面が翼弦の方向に延びて
いるのが特に有利である。このように構成すれば、縁抑
え板間で避けることのできない漏れ流が主流の方向に変
向される。
【０００９】更に分割面が４つの段部を有し、しかも該
段部が３つの絞り部位の軸方向平面内で延びているのが
有利である。ターボ機械の運転の際に羽根がもぎ取られ
た場合、隣合った縁抑え板間の前記段部が接触すること
になる。これによって必要な緩衝作用が生じる。
【００１０】入口寄りの羽根端部がケーシング輪郭に対
比して、より小さな勾配を有しているのが有利である。
この勾配は、羽根端部に正のずれ部が生じるように設計
されており、該ずれ部は、羽根入口縁の区域に最大値を
有し、かつ、所属の縁抑え板部分と相俟って、ケーシン
グに配置されたギャップ放圧室内へ侵入している。この
ギャップ放圧作用により主流がギャップ付近で脇へそら
されることによって縁抑え板全体にわたる漏れ流の減少
が得られる。
【００１１】更に又、４つの絞り部位でケーシンがハニ
カム構造ユニットを有している場合には、擦過が生じた
場合でも、著しく損傷し易い縁抑え板に損傷が生じる虞
れはなくなる。またハニカム構造ユニットは、擦過時の
熱発生をできるだけ僅かにする。これによって、高負荷
を受ける関係エレメントの強度特性が損なわれることも
なくなる。
【００１２】また縁抑え板の重量を減少させるために、
絞り部位を形成する縁抑え板の歯が、前記縁抑え板の両
張出し部で周方向で先細に構成されているのが有利であ
る。
【００１３】
【実施例】次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説す
る。
【００１４】但し本図面では、本発明を理解する上で重
要な部分だけを図示するに留めた。例えば燃焼室及び出
口ディフューザのような隣接装置部分並びに羽根足部は
単に示唆されているにすぎない。またこの種の機械で慣
用されている羽根冷却手段は図示されていない。なお作
動媒体の流動方向は矢印で示されている。
【００１５】図１に示した３段式ガスタービンは実質的
に、羽根を植設したロータ１と、案内羽根を装備した羽
根支持体２とから成っている。強い円錐角４０°の通路
輪郭を有する羽根支持体は、タービンケーシング（図示
せず）内に吊り込まれている。以下の説明において概念
「羽根支持体」は概念「ケーシング」と同義である。燃
焼室３の出口から作動媒体はタービン内に達する。作動
媒体の通流するタービンの通路は、ディフューザの内周
壁４だけを図示したにすぎない排ガスケーシングへ開口
している。羽根装置は３列の案内羽根列５ａ，５ｂ，５
ｃ並びに３列の回転羽根列６ａ，６ｂ，６ｃから成って
いる。案内羽根列の羽根は縁抑え板７によってロータ１
に対してシールする。第１の回転羽根列６ａの羽根は、
冒頭で述べた周知の縁抑え板パッキン８を有している。
本来のパッキンは、周方向に延びる歯（セレーション）
から成り、該歯はハニカム（honeycomb）構造ユニット
９に対して摺動する。この場合、羽根の全幅にわたって
延びる縁抑え板は、純然たる半径方向ギャップを有する
一段式ラビリンスを形成する。
【００１６】出口回転羽根列６ｃの高負荷を受ける回転
羽根６は、羽根端部の中央に配置された夫々１つの縁抑
え板３０を有し、該縁抑え板は羽根支持体２に対して３
つの絞り部位を形成している。
【００１７】中央の回転羽根列６ｂの羽根６は、図２に
示したように羽根支持体２に対して４つの絞り部位を形
成する縁抑え板１１を有している。このために該縁抑え
板１１は４つの異なった半径方向平面内に円環状の歯１
２，１３，１４，１５を有している。出口寄りの歯１５
は、羽根支持体２に嵌込まれたハニカム構造ユニット２
５と相俟って１つの半径方向ギャップ１６を形成してい
る。中位の歯１３及び１４は、対向したハニカム構造ユ
ニット２７，２８と相俟って、やはり半径方向ギャップ
１７，１８を形成している。入口寄りの歯１２は斜向し
て延び、かつ対応成形されたハニカム構造ユニット２６
と相俟ってダイアゴナルギャップ１９を形成している。
本例では、運転中にロータとケーシングとが大きな相対
的な軸方向膨張の際に互いに狭くなるものと仮定する。
従って図２では運転位置が示されており、要するにダイ
アゴナルギャップ１９が運転遊びを形成するような位置
が図示されている。要するに軸方向膨張は絞りギャップ
を作り出すために利用される訳である。
【００１８】４つの歯１２〜１５は３つの渦流室２０，
２１，２２を囲み、その場合絞り部位の半径方向ずれに
よって該絞り部位が互いに影響し合うことはない。
【００１９】半径方向ギャップ１６による出口の新規な
形式のシール装置は、第１の回転羽根列５ｂで縁抑え板
パッキン８を有しているようなこの部位における従来の
自由な渦流室に対比して、作動媒体をその通流する通路
内へガイドして滞りなく流出させる。ハニカム構造ユニ
ット２５に境を接する通路周壁は、該周壁が通路輪郭の
傾斜面へ移行する手前で、先ず幾分丸く面取りされてい
る。この手段によって半径方向ギャップ１６から流出す
る剥離流（分流）に対して、変向するコアンダ効果が及
ぼされるので、主流は可能な限り僅かしか影響を受けな
い。
【００２０】図２によれば羽根端部は入口寄りの側で正
のずれ部（オフセット部）１０を有している。該ずれ部
１０は、羽根先端部が通路輪郭の円錐角線３２に対して
比較的小さな値を有することによって形成される。ずれ
部１０は、該ずれ部に所属した縁抑え板部分と相俟っ
て、羽根支持体２内に配置されたギャップ放圧室３１内
に侵入している。該ギャップ放圧室３１の内側輪郭は羽
根先端部の円錐角に適合されている。これによって羽根
ギャップの空力的な放圧が得られる。羽根ギャップ全体
にわたる圧力差は低下しかつ変向作用が改善される。ひ
いては全体として所謂ギャップ損失が低減される。
【００２１】図３から判るように、縁抑え板１１は回転
対称形に構成されている。隣合った縁抑え板間の分割面
２３は翼弦の方向に延びている。周方向に位置する縁抑
え板側は４つの段部２４を有している。該段部は、シー
ル面に沿って連続的なシール作用を保証するために４つ
のシール歯の軸方向平面内で延びている。そればかりで
なく、これらの段部は、緩衝作用を得るために、縁抑え
板相互の機械的な結合を引き受ける。歯１２，１３，１
４，１５は、各縁抑え板の両張出し部では周方向で先細
になっている。該先細部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５
ａは、縁抑え板の重量節減のために著しく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンの部分縦断面図である。
【図２】第２回転羽根列のシール装置の部分横断面図で
ある。
【図３】第２回転羽根列の羽根端部の平面図の部分的な
展開図である。
【符号の説明】
１ ロータ、 ２ 羽根支持体、 ３ 燃焼室、
４ ディフューザ内周壁、 ５ａ，５ｂ，５ｃ
案内羽根列、 ６ 回転羽根、 ６ａ，６ｂ，６ｃ
回転羽根列、 ７ 縁抑え板、 ８ 縁抑え板パ
ッキン、 ９ハニカム構造ユニット、 １０ 正のず
れ部、 １１ 縁抑え板、 １２，１３，１４，１５
歯、 １２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ 先細
部、１６ 半径方向ギャップ、 １９ ダイアゴナ
ルギャップ、 ２０，２１，２２ 渦流室、 ２３
分割面、 ２４ 段部、 ２５，２６，２７，２８
ハニカム構造ユニット、 ２９ 周壁、 ３０
縁抑え板、 ３１ギャップ放圧室

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転羽根（６）が、半径方向ギャップ
    （１６，１７，１８）を形成しつつ複数の歯（１２，１
    ３，１４，１５）によってケーシング（２）に対してシ
    ールするリング状の縁抑え板（１１）を有する形式の、
    ターボ機械の回転羽根（６）と、円錐形輪郭（２８）を
    もって構成されたケーシング（２）との間のギャップを
    シールする装置において、羽根端部に配置された縁抑え
    板（１１）が前記ケーシングに対して４つの絞り部位を
    有し、しかも入口寄りの絞り部位が定常運転状態におい
    てはダイアゴナルギャップ（１９）を形成することを特
    徴とする、ターボ機械の回転羽根とケーシングとの間の
    ギャップシール装置。
  2. 【請求項２】 出口寄りの絞り部位が半径方向ギャップ
    （１６）を形成している、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 縁抑え板（１１）が回転対称形に構成さ
    れている、請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 隣合った縁抑え板（１１）間の分割面
    （２３）が翼弦の方向に延びている、請求項１記載の装
    置。
  5. 【請求項５】 分割面(２３)が４つの段部(２４)を有
    し、しかも該段部が歯（１２，１３，１４）の軸方向平
    面内で延びている、請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 ４つの絞り部位ではケーシング（２）が
    ハニカム構造ユニット（２５，２６，２７，２８）を有
    している、請求項１記載の装置。
  7. 【請求項７】 入口寄りの羽根端部がケーシング輪郭
    （３２）に対比して、より小さな勾配を有し、これによ
    って羽根端部に生じる正のずれ部（１０）が、所属の縁
    抑え板部分と相俟って、ケーシング（２）に形成された
    ギャップ放圧室（３１）内へ侵入している、請求項１記
    載の装置。
  8. 【請求項８】 絞り部位を形成する縁抑え板（１１）の
    歯（１２，１３，１４，１５）が、前記縁抑え板の両張
    出し部で周方向で先細（１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５
    ａ）に成っている、請求項１記載の装置。
  9. 【請求項９】 出口寄りのハニカム構造ユニット（２
    ５）に境を接する、作動媒体の通流する通路の周壁（２
    ９）が、通路輪郭の傾斜面へ移行する手前で、幾分面取
    りされている、請求項１記載の装置。
JP26836992A 1991-10-08 1992-10-07 ターボ機械の回転羽根とケーシングとの間のギャップシール装置 Expired - Lifetime JP3307692B2 (ja)

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CH2965/91-0 1991-10-08
CH296591 1991-10-08

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JP26836992A Expired - Lifetime JP3307692B2 (ja) 1991-10-08 1992-10-07 ターボ機械の回転羽根とケーシングとの間のギャップシール装置

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EP (1) EP0536575B1 (ja)
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DE (1) DE59201833D1 (ja)
PL (1) PL296074A1 (ja)

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