WO2018020548A1

WO2018020548A1 - ガスタービン動翼のシール構造

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Publication number: WO2018020548A1
Application number: PCT/JP2016/071714
Authority: WO
Inventors: 義規曽田; 竹本　剛; 淳立石; 友岳小川; 森　美里
Original assignee: 株式会社Ihi
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2018-02-01
Also published as: EP3489464A1; JPWO2018020548A1; EP3489464A4; JP6673482B2; US11753956B2; US20190093493A1; EP3489464B1

Abstract

ガスタービン動翼のシール構造において、シャンク（１２）は、側面（１２ａ）と、側面（１２ｂ）と、フィン（１３）よりも径方向内方に位置する底面（１２ｃ）とを有する。側面（１２ａ）は、ウェッジシール部材（２０）を移動可能に収容する凹部（１７）と、スプラインシール部材（３０）の挿入口（４２）として底面（１２ｃ）に開口するスロット（４０）とを有する。側面（１２ｂ）は、スロット（４０）と対応する位置に設けられ、スプラインシール部材（３０）の挿入口（４２）として底面（１２ｃ）に開口するスロット（４３）を有する。凹部（１７）は、側面（１２ａ）から径方向内方に向かって側面（１２ａ）から離れるように直線的に延伸する傾斜面（１７ａ）を有する。ウェッジシール部材（２０）は、傾斜面（１７ａ）に面する楔面（２１ａ）、および隣接する動翼の側面（１２ｂ）に面し且つ楔面（２１ａ）と共に楔の頂部を形成する楔面（２１ｂ）を含む楔部（２１）と、楔部（２１）と一体的に形成され、凹部（１７）内で楔部（２１）よりも径方向内方に位置する錘部（２２）とを有する。

Description

ガスタービン動翼のシール構造

　本開示は、ガスタービンに用いられる動翼（ガスタービン動翼）のシール構造に関する。

　一般的なガスタービンは、ロータディスクの外周に取り付けられた複数の動翼を備えている。各動翼は翼体と、翼体の先端に設けられるシュラウドと、プラットフォーム及び根部（ダブテール）を含むシャンクとを備えている。周知の通り、プラットフォームやシュラウドは、燃焼室から排出される燃焼ガスの流路を形成する実質的な壁である。

　燃焼器からタービンに流れる燃焼ガスは非常に高温であり、タービン内を流れる際に翼体のみならず、シュラウドやプラットフォームも加熱する。各動翼にはこの加熱によって熱変形が生じるため、隣接するプラットフォームの間には、この熱変形を考慮した隙間が存在している。

　上述の隙間は熱変形した動翼同士の接触を防止する一方で、流路からの燃焼ガスの漏れも発生させてしまう。流路から漏れた燃焼ガスは、動翼のシャンクや根部、ロータディスク並びにその周囲の部材を加熱する。一方、動翼のシャンクやロータディスクの過剰な温度上昇を抑制するため、ロータディスクの周囲にはコンプレッサからの冷却ガスが流通している。つまり、過剰な温度上昇による冷却ガスの供給増加はタービンエンジンの燃費（燃料消費率（ＳＦＣ））を悪化させる。

　また、流路からの燃焼ガスの漏れは、流路内の燃焼ガスの流量低下及び圧力低下を招き、タービンの効率を低下させる。従って、動翼同士の接触を避けつつ、流路からの燃焼ガスの漏れは極力抑えることが好ましい。なお、動翼間からの燃焼ガスの漏れを抑える技術に関して、特許文献１～３はシール部材を用いた構成を開示している。

特開平９－３０３１０７号公報特開平１０－１９６３０９号公報特開２０１１－３２９８５号公報

　上述した燃焼ガスの漏れを抑えるには、特許文献１～３で述べられているように、シール部材を用いてプラットフォーム間の隙間を塞ぐことが考えられる。しかしながら、シール部材が隙間の両側の動翼のうちの一方のみに支持される場合は、当該シール部材による他方の動翼へのシールが不足していた。また、シール部材が隙間の両側の動翼によって支持される場合は、当該シール部材を各動翼間に保持させた状態で各動翼をロータディスクに取り付ける必要があり、動翼の組立作業性が劣っていた。

　本開示は、上述した問題点に鑑みて創案されたものであり、流路からの燃焼ガスの漏れを抑制と動翼の組立作業性の向上を両立させることが可能なガスタービン動翼のシール構造の提供を目的とする。

　本開示の一態様は、回転軸の周方向に配列すると共に前記回転軸の径方向に延伸するガスタービン動翼のシール構造であって、翼体、プラットフォーム及び根部を含むシャンク、前記シャンクから前記翼体の前方に突出して設けられるフィンを有する複数の動翼と、前記複数の動翼において互いに隣接する動翼の間に位置するウェッジシール部材及びスプラインシール部材とを備える。各シャンクは、第１の側面と、第２の側面と、前記径方向において前記フィンよりも内方に位置する底面とを有する。前記第１の側面は、前記翼体の前方から後方に向かう方向に延伸し、前記ウェッジシール部材を前記径方向及び前記周方向に移動可能に収容する凹部と、前記プラットフォームから前記根部に向かう方向に延伸し、前記スプラインシール部材の挿入口として前記底面に開口する第１のスロットとを有する。前記第２の側面は、当該シャンクに隣接する動翼の前記シャンクに設けられた前記第１のスロットと対応する位置に設けられ、前記スプラインシール部材の前記挿入口として前記底面に開口する第２のスロットを有する。前記凹部は、前記径方向内方に向かって前記側面から離れるように直線的に延伸する傾斜面を有する。前記ウェッジシール部材は、前記傾斜面に面する第１の楔面、および隣接する動翼における前記第２の側面に面し且つ前記第１の楔面と共に楔の頂部を形成する第２の楔面を含む楔部と、前記楔部と一体的に形成され、前記凹部内で前記楔部よりも前記径方向内方に位置する錘部とを有する。

　前記第１の楔面は前記傾斜面に平行であり、前記第２の楔面は隣接する動翼における前記第２の側面に平行であってもよい。

　前記ウェッジシール部材はその長手方向に延伸する棒状に形成されてもよい。前記ウェッジシール部材は前記長手方向における両端部のうちの少なくとも一方に、前記楔部から離れる方向に突出する突部を有してもよい。前記第１の側面は前記凹部に連通し、前記突部を収容する収容溝を有してもよい。前記収容溝は、前記凹部に収容された前記ウェッジシール部材の回転を規制する内面を有してもよい。

　前記周方向における前記凹部の深さは、前記凹部に前記ウェッジシール部材が収容されたときに、前記前記ウェッジシール部材が前記第１の側面よりも突出しない値を有してもよい。

　本開示によれば、流路からの燃焼ガスの漏れを抑制と動翼の組立作業性の向上を両立させることが可能なガスタービン動翼のシール構造を提供することができる。

図１は、本開示の一実施形態に係るガスタービン動翼のシール構造を示す図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本開示の一実施形態に係るシャンクの側面図である。図３（ａ）は本開示の一実施形態に係るウェッジシール部材の立体図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すウェッジシール部材の正面図及び側面図である。図４（ａ）は、ウェッジシール部材とその周辺の断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）中の円内の拡大図であり、ウェッジシール部材によるシールを説明するための図である。図５は、本開示の一実施形態に係る収容溝を示す図である。図６（ａ）は本開示の一実施形態に係るスロットを示す図であり、図６（ｂ）は本開示の一実施形態に係るスプラインシール部材を示す正面図及び側面図であり、図６（ｃ）は隣接した動翼の各スロットにスプラインシール部材が挿入された状態を示す図である。図７（ａ）は本実施形態のウェッジシール部材を用いたシール構造の概略構成図であり、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は比較例としてのシール構造を示す概略構成図であり、図７（ｄ）は図７（ａ）～図７（ｃ）に示すシール構造の各シール性能に関するリグ（Ｒｉｇ）試験結果を示すグラフである。

　以下、本開示の実施形態について図１～図７を用いて説明する。

　図１は、本開示の一実施形態に係るガスタービン動翼のシール構造を示す図である。本実施形態のシール構造は、ガスタービンエンジンのタービン（ガスタービン）に用いられる複数の動翼（ガスタービン動翼）１０と、複数の動翼１０において互いに隣接する動翼１０の間に位置するウェッジシール部材２０及びスプラインシール部材３０とを備えている。なお、ガスタービンエンジンの用途は任意であり、例えば航空機用のターボジェットエンジンとして使用される。この場合、本実施形態は、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンの何れのタービンにも適用可能である。以下、説明の便宜上、複数の動翼１０のうちの１つを動翼１０Ａとし、動翼１０Ａに隣接する動翼１０を動翼１０Ｂと称する場合がある。この場合、符号１０も併記する。

　各動翼１０は、回転軸としてのロータディスク（図示せず）の周方向ＣＤに配列すると共にロータディスク（図示せず）の径方向ＲＤに延伸している。図１は、上述した複数の動翼１０のうちの１つを示している。これは、ウェッジシール部材２０及びスプラインシール部材３０についても同様である。

　動翼１０は、翼体１１、シャンク１２、シャンク１２から翼体１１の前方（図１における方向Ｆ）に突出して設けられる前側フィン（フィン）１３を有する。なお、図１に示すように、動翼１０はシャンク１２から翼体１１の後方（図１における方向Ｂ）に突出して設けられる後側フィン１４を有していてもよい。翼体１１、シャンク１２、前側フィン１３及び後側フィン１４は、鋳造等により一体的に形成されている。

　翼体１１は、周方向ＣＤに面する圧力面１１ａ及び負圧面１１ｂを有し、プラットフォーム１５から径方向ＲＤに延伸している。径方向ＲＤにおける翼体１１の先端にはシュラウド（図示せず）が設けられていてもよい。翼体１１の形状は任意であり、タービンの仕様に応じて決定される。

　図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本開示の一実施形態に係るシャンク１２の側面図である。これらの図に示すように、シャンク１２は、プラットフォーム１５と、根部１６とを有している。別の観点から言えば、シャンク１２は、プラットフォーム１５と根部１６とを連結する部材である。プラットフォーム１５は燃焼器（図示せず）から排出された燃焼ガスの流路を形成する実質的な壁である。根部１６は、ロータディスク（図示せず）に形成された取り付け溝（図示せず）に嵌合し、これにより動翼１０は当該ロータディスク（図示せず）に固定される。

　図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、シャンク１２は、側面（第１の側面）１２ａと、側面（第２の側面）１２ｂと、径方向ＲＤにおいて前側フィン１３よりも内方に位置する底面１２ｃとを有している。例えば２つの動翼が周方向ＣＤに隣接するように配列した場合、一方の動翼１０（１０Ａ）における側面（第１の側面）１２ａと他方の動翼１０（１０Ｂ）における側面（第２の側面）１２ｂとが、所定の隙間Ｇ（図４（ｂ）参照）を介して互いに対向する。この隙間Ｇは、両動翼のプラットフォーム（シャンク）が熱膨張や振動による変形により互いに接触しない値に設定されている。ただし、隙間Ｇは、流路内の燃焼ガスの流れに影響を及ぼし、流路からの漏れの要因になるため、極力小さな寸法に設定されている。このような値は例えば０．２～０．５ｍｍ（１０～２０ｍｉｌ）程度である。

　側面１２ａには、周方向ＣＤに開口する空洞としてのシャンクポケット１２ｄが形成されている。同様に、側面１２ｂにもシャンクポケット１２ｅが形成されている。これら２つのシャンクポケット１２ｄ、１２ｅによって、動翼１０の軽量化が図られている。

　次に、ウェッジシール部材２０によるシールについて説明する。
　図２（ａ）に示すように、側面１２ａは凹部１７を有する。凹部１７は、シャンクポケット１２ｄよりも翼体１１に近い位置（即ちプラットフォーム１５の外面（燃焼ガスの流路に面する表面（流路面））に設けられ、翼体１１の前方から後方に向かう方向に延伸している。ここで、翼体１１の前方から後方に向かう方向とは、例えば方向Ｆや、方向Ｆと径方向ＲＤの合成方向等である。凹部１７は、ウェッジシール部材２０を径方向ＲＤ及び周方向ＣＤに移動可能に収容する。本実施形態では、凹部１７はシャンクポケット１２ｄに連通するように形成されているが、凹部１７はシャンクポケット１２ｄに連通していなくてもよい。

　周方向ＣＤにおける凹部１７の深さは、凹部１７にウェッジシール部材２０が収容されたときに、ウェッジシール部材２０が第１の側面１２ａ（即ちシャンク１２）よりも突出しない値を有する。換言すれば、ウェッジシール部材２０が凹部１７に最も深く挿入された状態において、周方向ＣＤにおけるウェッジシール部材２０の最大長は、周方向ＣＤにおける凹部１７の深さと同一、或いはそれよりも短い。従って、ロータディスク（図示せず）に動翼を取り付ける際に、ウェッジシール部材２０が当該動翼と干渉することはない。

　図２（ａ）及び図４（ａ）に示すように、凹部１７はその内面として、少なくとも傾斜面１７ａを有している。傾斜面１７ａは、径方向ＲＤ内方に向かって側面１２ａから離れるように直線的に延伸している。傾斜面１７ａには、ウェッジシール部材２０の楔部２１の楔面（第１の楔面）２１ａが摺動可能に当接する。

　図３（ａ）は本開示の一実施形態に係るウェッジシール部材２０の立体図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すウェッジシール部材２０の正面図及び側面図である。これらの図に示すように、ウェッジシール部材２０は、例えば長手方向に延伸し、当該長手方向に直交する略三角形の断面を有する棒状に形成されている。上述の通り、ウェッジシール部材２０は、径方向ＲＤ及び周方向ＣＤに移動可能に凹部１７に収容される。なお、ウェッジシール部材２０は、耐熱性及び機械的強度の高い材料を用いて形成されている。このような材料は、例えば合金やセラミック基複合材料である。

　ウェッジシール部材２０は、楔部２１と、錘部２２とを有する。楔部２１は、三角形の断面を有する楔形に形成され、凹部１７の傾斜面１７ａに面する楔面（第１の楔面）２１ａを含んでいる。楔面２１ａは、凹部１７の傾斜面１７ａに平行であり、傾斜面１７ａに摺動可能に当接する。

　さらに、楔部２１は楔面（第２の楔面）２１ｂを含んでいる。楔面２１ｂは、当該楔面２１ｂ（即ち動翼１０）に隣接する動翼１０における第２の側面１２ｂ（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）に面し、楔面２１ａと共に楔の頂部２１ｃを形成する。楔面２１ｂは、動翼１０（１０Ｂ）における側面（第２の側面）１２ｂに平行であり、側面１２ｂに摺動可能に当接する。なお、動翼１０（１０Ｂ）における側面１２ｂは、動翼１０（１０Ａ）における側面（第２の側面）１２ｂと同一の形状である。従って、楔面２１ｂは、動翼１０（１０Ａ）における側面１２ａに平行とも言える。

　錘部２２は、楔部２１と一体的に形成され、凹部１７内で楔部２１よりも径方向ＲＤ内方に位置している。即ち、ウェッジシール部材２０が凹部１７に収容されたとき、頂部２１ｃを含む楔部２１の少なくとも一部が傾斜面１７ａと側面１２ｂとの間に位置し、その残部は錘部２２と共に前記した楔部２１の少なくとも一部よりも径方向ＲＤ内方に位置している。本実施形態において、錘部２２は、シャンクポケット１２ｄ内に位置する。また、錘部２２は、楔部２１よりも寸法（サイズ）が大きく楔部２１より重い。従って、錘部２２は、楔部２１を補強する梁としても機能し、また径方向ＲＤ外方に向かった遠心力をウェッジシール部材２０に与える錘としても機能する。

　図３（ｂ）に示すように、錘部２２は、楔部２１の楔面２１ａと面一の表面２２ａと、楔部２１の楔面２１ｂと面一の表面２２ｂとを有してよい。この場合、楔面２１ｂと同じく、表面２２ｂも動翼１０（１０Ｂ）における側面１２ｂに摺動可能に当接する。なお、表面２２ｂは楔面２１ｂよりも動翼１０（１０Ｂ）における側面１２ｂから離れた位置に形成されていてもよい。

　錘部２２の断面形状は、表面２２ｂに関する上述の条件を満たす限り任意である。従って、図３（ｂ）に示すように、錘部２２の断面形状は楔部２１と共に、楔部２１の断面形状と相似な断面形状を形成してもよく、他の形状を有していてもよい。図３（ｂ）に示す一点鎖線２４は、説明の便宜上、楔部２１と錘部２２の境界を示しているが、境界の位置はこの図に示された位置に限定されない。

　ウェッジシール部材２０は長手方向における両端部（図３（ａ）における左右の端部）のうちの少なくとも一方に、楔部２１から離れる方向に突出する突部２３を有していてもよい。この場合、図５、図２（ａ）及び図４（ａ）に示すように、シャンク１２の側面１２ａは凹部１７に連通し、突部２３を収容する収容溝１８を有する。また、図４（ａ）に示すように、収容溝１８は、凹部１７に収容されたウェッジシール部材の回転を規制する内面１８ａを有する。

　なお、凹部１７と同じく、側面１２ａから周方向ＣＤに向けた収容溝１８の深さは、凹部１７にウェッジシール部材２０が収容されたときに、ウェッジシール部材２０が第１の側面１２ａ（即ちシャンク１２）よりも突出しない値を有する。

　上述の通り、ウェッジシール部材２０は、傾斜面１７ａを有する凹部１７に移動可能に収容される。また、図４（ａ）に示すように、楔部２１は傾斜面１７ａと側面１２ｂとの間に位置している。従って、動翼１０がロータディスク（図示せず）と共に回転すると、径方向ＲＤ外方に向かった遠心力がウェッジシール部材２０に掛かる。

　図４（ｂ）に示すように、ウェッジシール部材２０が点線で示した位置にある場合を想定する。なお、図４（ｂ）に示す動翼１０（１０Ａ）におけるシャンク１２の側面１２ａと動翼１０（１０Ｂ）におけるシャンク１２の側面１２ｂとの間の隙間Ｇは、説明の便宜上、ウェッジシール部材２０と大きさを強調して描かれている。ウェッジシール部材２０に遠心力が掛かると、ウェッジシール部材２０は凹部１７内で径方向ＲＤ外方に移動し、楔部２１の楔面（第１の楔面）２１ａは凹部１７の傾斜面１７ａに当接する。この当接後もウェッジシール部材２０は傾斜面１７ａに沿って径方向ＲＤ外方に（図４（ｂ）において右斜め上方に）移動し、楔部２１の楔面（第２の楔面）２１ｂが動翼１０（１０Ｂ）における側面１２ｂに当接する。最終的に、ウェッジシール部材２０は実線で示した位置に留まる。

　傾斜面１７ａと側面１２ｂによってウェッジシール部材２０の移動が阻まれた後も、動翼１０が回転している間は、ウェッジシール部材２０に遠心力が掛かっており、楔面２１ａは傾斜面１７ａに押し付けられる。また、この遠心力は傾斜面１７ａから楔面２１ａに向かう反力を生むため、ウェッジシール部材２０は側面１２ｂに押し付けられる。従って、これらの押圧力がウェッジシール部材２０を傾斜面１７ａ及び側面１２ｂに密着させる。その結果、ウェッジシール部材２０と傾斜面１７ａとの間、及び、ウェッジシール部材２０と側面１２ｂとの間でシールが実現される。これらのシールは面接触によるものであることから、実質的に線接触する丸棒ピン等のシール部材よりもシール性能は向上する。

　本実施形態では、シールの実現に楔部２１に掛かる遠心力だけでなく、錘部２２に掛かる遠心力を利用している。周知の通り、遠心力は物体の質量に比例する。一方、錘部２２は傾斜面１７ａ等に接触する必要が無いので、シールを実現する楔部２１よりも寸法（サイズ）の面で自由度が高い。このような事情から、本実施形態の錘部２２は楔部２１よりも大きい形状及び質量をもっている。従って、錘部２２に掛かる遠心力は楔部２１に掛かる遠心力よりも大きく、その結果、錘部２２に掛かる遠心力が、傾斜面１７ａ及び側面１２ｂへの楔部２１の押圧力を高めている。即ち、錘部２２が楔部２１によるシールを補助している。

　また、動翼１０の凹部１７にウェッジシール部材２０を設置する際、ウェッジシール部材２０は凹部１７内に完全に納まっている。また、揮発性のグリース等によって、ウェッジシール部材２０は凹部１７内に保持されている。従って、ロータディスク（図示せず）に取り付けられた動翼１０（１０Ａ）の隣に動翼１０（１０Ｂ）を取り付ける場合でも、動翼１０（１０Ａ）に装着されたウェッジシール部材２０が、動翼１０（１０Ｂ）に干渉することはない。よって、動翼をロータディスクに取り付ける際の作業性が向上する。

　図７（ａ）は本実施形態のウェッジシール部材を用いたシール構造の概略構成図であり、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は比較例としてのシール構造を示す概略構成図である。

　図７（ａ）は本実施形態のウェッジシール部材２０を示している。ウェッジシール部材２０は、本実施形態の２つのプラットフォーム１５、１５の間に位置している。図７（ｂ）は第１の比較例におけるシール部材４３を示している。シール部材４３は平板であり、２つのプラットフォーム４５、４５の間の隙間を覆うように、図中の各プラットフォーム４５の外面（流路面）に設置されている。図７（ｃ）は第２の比較例におけるシール部材４７を示している。シール部材４７は断面円形の丸棒ピンであり、本実施形態の２つのプラットフォーム１５、１５の間に位置している。第２の比較例において、シール部材４７は各プラットフォーム１５と線接触している。なお、何れの試験においても、プラットフォーム間の隙間は基準値としての同一の所定値に設定されている。

　図７（ｄ）は図７（ａ）～図７（ｃ）に示すシール構造の各シール性能に関するリグ試験結果を示すグラフである。図中の四角は第１の比較例による試験結果、丸は第２の比較例による試験結果、三角は本実施形態による試験結果である。横軸は、図７（ａ）～図７（ｃ）に示すプラットフォームを境とした気体の差圧を示し、縦軸はリーク量を示す。この差圧とは、想定される径方向ＲＤにおいて、プラットフォームの内側（図中の上側）の気体に対するプラットフォームの外側（図中の下側）の気体の圧力差である。なお、何れの場合も、外側（図中の下側）の圧力は内側（図中の上側）よりも常に高い。また、ウェッジシール部材２０及びシール部材４７はそれぞれの重量（質量）から想定される遠心力に相当する値で、対応するプラットフォームに押圧されている。丸棒である第２の比較例のシール部材４７は、本実施形態のウェッジシール部材２０の軽量であるため、シール部材４７への押圧力はウェッジシール部材２０への押圧力よりも小さい。例えば本試験において、シール部材４７への押圧力は、ウェッジシール部材２０への押圧力の６０％に設定されている。ただし、何れの押圧力も径方向ＲＤ内方から径方向ＲＤ外方（図中の上側から下側）に向かう方向に向いている。また、第１の比較例のシール部材４３は軽量であるため、想定される状況下において遠心力が殆ど掛からない。従って、本試験においてシール部材４３は押圧されておらず、その自重によって各プラットフォーム４５の内面（流路面と反対側の面）に設置されているだけである。

　なお、グラフ中の４本の線は、２つのプラットフォーム間の隙間が塞がれていない状態で、隙間の寸法を変えたときのリーク量を示している。一点鎖線は、基準値の隙間を想定した場合を示す。二点鎖線、破線および実線は、基準値の１／２の隙間、２倍の隙間および３倍の隙間をそれぞれ想定した場合を示す。

　まず、本実施形態のシール構造におけるリーク量と一点鎖線が示すリーク量との比較から、本実施形態のシール構造は２つのプラットフォーム間の隙間を確実に塞いでおり、本実施形態におけるリーク量は隙間が開放されているときのリーク量の１／４程度まで減少していることが判る。このリーク量は、第１の比較例におけるリーク量とほぼ同一である。つまり、本実施形態のシール性能は、最も広い面接触を想定している第１の比較例のシール性能に匹敵していることが判る。

　また、本実施形態と第２の比較例との比較からは、本実施形態の面接触によるシール性能の向上が確認できる。つまり、シール部材が、隣接する２つのプラットフォームの一方から、両プラットフォーム間の隙間を跨いで、他方のプラットフォームに延伸しなくても、両プラットフォームに対する面接触を得ることで、十分なシール性能が得られることが判る。

　次に、スプラインシール部材３０によるシールについて説明する。図６（ａ）は本開示の一実施形態に係るスロット４０を示す図であり、図６（ｂ）は本開示の一実施形態に係るスプラインシール部材３０を示す正面図及び側面図であり、図６（ｃ）は隣接した動翼１０Ａ、１０Ｂの各スロット４０、４１にスプラインシール部材３０が挿入された状態を示す図である。

　図２（ａ）及び図６（ａ）に示すように、側面１２ａはスロット（第１のスロット）４０を有する。スロット４０はプラットフォーム１５から根部１６に向かう方向に延伸し、スプラインシール部材３０の挿入口４２としてシャンク１２の底面１２ｃに開口している。

　図６（ａ）に示すように、スロット４０は、内面４０ａと内面４０ｂとを有している。内面４０ａと内面４０ｂは互いに対向し、プラットフォーム１５から根部１６に向かう方向に延伸している。内面４０ａは、挿入口４２に向かうにつれて内面４０ａから離れる傾斜面４０ｃを有している。一方、内面４０ｂは、内面４０ａよりも後方に位置し、一平面として形成されている。従って、スロット４０は、挿入口４２に向けて幅が広がるフレア状に形成されている。このフレア状の形状が、挿入口４２からのスプラインシール部材３０の挿入を補助する。

　なお、内面４０ｂは、底面１２ｃの近傍において前方に延伸し、受け部（爪部）４１を形成する。受け部４１は、挿入口４２の縁部の一部を構成し、スロット４０に挿入された後のスプラインシール部材３０を受け止め、スプラインシール部材３０の落下を防止する。

　図２（ｂ）に示すように、側面１２ｂはスロット（第２のスロット）４３を有する。スロット４３は、周方向ＣＤに直交する面に対してスロット４０と鏡像の関係を有するように形成されている。従ってスロット４３は、側面１２ｂに形成される違いはあるものの、スロット４０と同じく、スロット４３はプラットフォーム１５から根部１６に向かう方向に延伸し、スプラインシール部材３０の挿入口４２として底面１２ｃに開口している。また、スロット４３は、シャンク１２に隣接する動翼１０のシャンク１２に設けられたスロット（第１のスロット）４０と対応する位置に設けられている。

　図６（ｂ）に示すように、スプラインシール部材３０は略矩形の薄板である。ウェッジシール部材２０と同じく、スプラインシール部材３０は、耐熱性及び機械的強度の高い材料を用いて形成されている。このような材料は、例えば合金やセラミック基複合材料である。ただし、スプラインシール部材３０は、挿入口４２への挿入時に撓むことが出来る程度の弾性を有している。

　図６（ｃ）に示すように、動翼１０（１０Ａ）の側面１２ａと、動翼１０（１０Ｂ）の側面１２ｂとが対向した状態において、動翼１０（１０Ａ）のスロット４０と動翼１０（１０Ｂ）のスロット４３の各開口は周方向ＣＤに一列に並び、スプラインシール部材３０の挿入口４２を形成する。一方、スプラインシール部材３０は、スロット４３とスロット４０が並んだときの両者の幅よりも狭い幅を有し、且つ、スロット４３とスロット４０の延伸方向における長さよりも短い長さを有している。従って、スプラインシール部材３０は、挿入口４２から挿入され、その全体がスロット４３とスロット４０によって形成された帯状の空間内に納まる。

　ところで、タービンの運転中はシャンクポケット１２ｄ、１２ｅ内の圧力は一般的にシャンクポケット１２ｄ、１２ｅの外側よりも低い。従って、前側フィン１３近傍に流入した燃焼ガスは、側面１２ａと側面１２ｂ間の隙間からシャンクポケット１２ｄ、１２ｅに流れ込もうとする。しかしながら、この隙間をスプラインシール部材３０が塞いでいる。スプラインシール部材３０の前方及び後方の間には上述の圧力差が生じていることから、スプラインシール部材３０は例えばスロット４０の内面４０ｂに密着する。その結果、スプラインシール部材３０とスロット４０の内面４０ｂとの間でシールが実現する。同様のシールは、スプラインシール部材３０とスロット４３の間にも実現する。

　ここで、挿入口４２がシャンク１２の底面１２ｃに開口していることに着目する。つまり、挿入口４２は径方向ＲＤにおいて前側フィン１３よりも内方に位置している。従って、スプラインシール部材３０は、プラットフォーム１５を挟んで燃焼ガスの流路と反対側から、挿入口４２を介してスロット４０、４３に挿入される。挿入口４２が燃焼ガスの流路に面してない（開口してない）ので、挿入口４２は燃焼ガスの流れ（翼体間を通過する主流）に影響を及ぼさない。

　また、スロット４０、４３は、挿入口４２に向けてフレア状に形成されている。従って、スロット４０、４３内にスプラインシール部材３０が完全に納まった後でも、スプラインシール部材３０は挿入口４２から視認可能である。これにより、動翼の組立時にスプラインシール部材３０の適切な装着を確認できる。

　以上、本開示によれば、ウェッジシール部材２０が径方向ＲＤ内方に流れる燃焼ガスの漏れを防止し、且つ、スプラインシール部材３０が動翼１０の前方から後方に流れる燃焼ガスの漏れを防止する。従って、動翼１０のシャンク１２や根部１６、ロータディスク並びにその周囲の部材の過剰な温度上昇が抑制される。従って、これらの部品に対する冷却ガスの供給量を抑えることができ、タービンエンジンの燃費（燃料消費率（ＳＦＣ））を向上させることが可能になる。

　また、動翼１０をロータディスクに取り付ける際、ウェッジシール部材２０は隣接する２つの動翼１０の一方に装着すればよいので、ウェッジシール部材２０による動翼１０の損傷を回避させ、動翼１０の組立作業性を向上させることができる。即ち、本開示によれば、流路からの燃焼ガスの漏れを抑制と動翼の組立作業性の向上を両立させることが可能なガスタービン動翼のシール構造を提供することができる。なお、本開示は上述の実施形態に限定されず、請求の範囲（特許請求の範囲）の記載によって示され、さらに請求の範囲（特許請求の範囲）の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含んでいる。

Claims

　回転軸の周方向に配列すると共に前記回転軸の径方向に延伸するガスタービン動翼のシール構造であって、
　翼体、プラットフォーム及び根部を含むシャンク、前記シャンクから前記翼体の前方に突出して設けられるフィンを有する複数の動翼と、
　前記複数の動翼において互いに隣接する動翼の間に位置するウェッジシール部材及びスプラインシール部材と
を備え、
　各シャンクは、第１の側面と、第２の側面と、前記径方向において前記フィンよりも内方に位置する底面とを有し、
　前記第１の側面は、前記翼体の前方から後方に向かう方向に延伸し、前記ウェッジシール部材を前記径方向及び前記周方向に移動可能に収容する凹部と、前記プラットフォームから前記根部に向かう方向に延伸し、前記スプラインシール部材の挿入口として前記底面に開口する第１のスロットとを有し、
　前記第２の側面は、当該シャンクに隣接する動翼の前記シャンクに設けられた前記第１のスロットと対応する位置に設けられ、前記スプラインシール部材の前記挿入口として前記底面に開口する第２のスロットを有し、
　前記凹部は、前記径方向内方に向かって前記第１の側面から離れるように直線的に延伸する傾斜面を有し、
　前記ウェッジシール部材は、前記傾斜面に面する第１の楔面、および隣接する動翼における前記第２の側面に面し且つ前記第１の楔面と共に楔の頂部を形成する第２の楔面を含む楔部と、前記楔部と一体的に形成され、前記凹部内で前記楔部よりも前記径方向内方に位置する錘部とを有する
ガスタービン動翼のシール構造。
　請求項１に記載のガスタービン動翼のシール構造であって、
　前記第１の楔面は前記傾斜面に平行であり、
　前記第２の楔面は隣接する動翼における前記第２の側面に平行であるガスタービン動翼のシール構造。
　請求項２に記載のガスタービン動翼のシール構造であって、
　前記ウェッジシール部材はその長手方向に延伸する棒状に形成され、
　前記ウェッジシール部材は前記長手方向における両端部のうちの少なくとも一方に、前記楔部から離れる方向に突出する突部を有し、
　前記第１の側面は前記凹部に連通し、前記突部を収容する収容溝を有し、
　前記収容溝は、前記凹部に収容された前記ウェッジシール部材の回転を規制する内面を有するガスタービン動翼のシール構造。
　請求項１に記載のガスタービン動翼のシール構造であって、
　前記周方向における前記凹部の深さは、前記凹部に前記ウェッジシール部材が収容されたときに、前記ウェッジシール部材が前記第１の側面よりも突出しない値を有するガスタービン動翼のシール構造。
　請求項２に記載のガスタービン動翼のシール構造であって、
　前記周方向における前記凹部の深さは、前記凹部に前記ウェッジシール部材が収容されたときに、前記ウェッジシール部材が前記第１の側面よりも突出しない値を有するガスタービン動翼のシール構造。
　請求項３に記載のガスタービン動翼のシール構造であって、
　前記周方向における前記凹部の深さは、前記凹部に前記ウェッジシール部材が収容されたときに、前記ウェッジシール部材が前記第１の側面よりも突出しない値を有するガスタービン動翼のシール構造。