JP2010019261A - タービンダブテール用のスプリングシール - Google Patents

Abstract

【課題】タービンダブテールタブ（７０）用のスプリングシールシステム（１２０）を提供する。
【解決手段】本スプリングシールシステム（１２０）は、タブ（７０）の周りに配置されたシールスロット（１３０）と、シールスロット（１３０）内に配置されたスプリングシール（１００）とを含むことができる。スプリングシール（１００）は、略「Ｕ字」形状を含むことができる。
【選択図】 図７

Description

本出願は、総括的にはあらゆるタイプのタービンに関し、より具体的には、タービンバケットダブテールとタービンロータとの間に形成されたギャップをスプリングシールによってシールするためのシステム及び方法に関する。

ガスタービンは一般的に、幾つかの円周方向に間隔を置いて配置されたバケット（ブレード）を備えたタービンロータ（ホイール）を含む。バケットは一般的に、翼形部、プラットフォーム、シャンク、ダブテール及びその他の部品を含むことができる。各バケットのダブテールは、タービンロータ内に配置されかつそこに固定される。翼形部は、ガスの運動エネルギーを回転機械エネルギーに変換するために高温ガス通路内に突出している。幾つかの冷却媒体通路が、半径方向にバケットを貫通して延びて、それら通路を通して冷却媒体の内向き及び／又は外向き流れを導くことができる。

熱負荷及び／又は遠心荷重の増大によるダブテールのタブとロータの表面との間のギャップに基づいて、冷却媒体供給回路内に漏洩が生じる可能性がある。バケット供給回路からホイールスペース内への空気損失により、ブレード冷却媒体流要求量が大きくなる可能性がある。さらに、後方圧縮機段から抽出される場合があり、そのような場合には、エンジン運転時におけるエネルギー出力及び全体効率に対する悪影響が、著しく大きくなるおそれがある。

このような漏洩を制限するための努力が、従前なされてきた。例えば、１つの方法は、ダブテールタブ上にアルミニウムを堆積させて少なくとも部分的にギャップを充填するようにすることを含む。具体的には、前方側のダブテール面に対して、３６０度リングを圧入することができる。この設計は、良好にシールしかつ耐久性があるが、現場において容易に分解しかつ交換することができない。それどころか、これらのリングは、ロータ全体を分解する時に分解することができるのみである。

米国特許第４４２２８２７号明細書 米国特許第４７４３１６４号明細書 米国特許第４４８０９５７号明細書 米国特許第４４９４９０９号明細書 米国特許第４７２５２００号明細書 米国特許第４７４３１６６号明細書 米国特許第５０５２８９０号明細書 米国特許第５８２３７４３号明細書 米国特許第５１３９３８９号明細書 米国特許第５５９９１７０号明細書 米国特許第６２９６１７２号明細書 米国特許第６３７５４２９号明細書 米国特許第６５６５３２２号明細書 米国特許第６５７５７０４号明細書 米国特許第６６８２３０７号明細書 米国特許第６２７３６８３号明細書 米国特許第５２５７９０９号明細書 米国特許第３７０９６３１号明細書 米国特許第５０５２８９３号明細書 欧州特許出願公開第０７７４０４８号明細書 国際公開第９４／１２７７２号パンフレット

従って、ダブテールタブシールシステム及び方法の改良に対する要望が存在する。そのようなシステム及び方法は、それを通しての漏洩を適切に防止して全体システム効率を高めると同時に、現場での据付け及び／又は補修ができるようにすべきである。

従って、本出願は、タービンダブテールタブ用のスプリングシールシステムを提供する。本スプリングシールシステムは、タブの周りに配置されたシールスロットと、シールスロット内に配置されたスプリングシールとを含むことができる。スプリングシールは、略「Ｕ字」形状を含むことができる。

本出願はさらに、タービンダブテールタブ用のスプリングシールシステムを提供する。本スプリングシールシステムは、タブの周りに配置されたシールスロットと、シールスロット内に配置されたスプリングシールとを含むことができる。シールスロットは、第１の脚部及び第２の脚部を形成することができる。スプリングシールは、第２の脚部に面した軸方向開口を含むことができる。

本出願はさらに、タービンのダブテールタブとロータとの間のギャップをシールする方法を提供する。本方法は、ダブテールタブのシールスロット内にスプリングシールを配置するステップと、タービンを作動させるステップと、ギャップ内にスプリングシールを拡張させるステップとを含む。

本出願のこれらの及びその他の特徴は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させて以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。

本明細書に記載したシールシステムで使用することができるシュラウド付きバケットの斜視図。 本明細書に記載したシールシステムで使用することができるシュラウドなしバケットの斜視図。 本明細書に記載したシールシステムで使用することができるロータの斜視図。 本明細書に記載したスプリングシールの前面側面斜視図。 図３のスプリングシールの後面側面斜視図。 図３のスプリングシールの側面図。 図３のスプリングシールの別の側面図。 ダブテールタブ内に据付けられた、図３のスプリングシールの側面図。 ダブテールタブ内に据付けられた、図３のスプリングシールの底面斜視図。 スプリングシールの別の実施形態の側面斜視図。

次に、幾つかの図を通して同じ番号が同様な部品を指している図面を参照すると、図１Ａは、本明細書で使用することができるようなバケット１０を示している。バケット１０は、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙが販売している７ＦＡ＋ｅ型ガスタービンで使用されているような第１又は第２段バケットとすることができる。本明細書では、あらゆるその他のタイプのバケット又は段もまた、使用することができる。バケット１０は、図２に示すようなロータ２０で使用することができる。

よく知られているように、バケット１０は、翼形部３０、プラットフォーム４０、シャンク５０、ダブテール６０及びその他の部品を含むことができる。バケット１０は、タービンのロータ２０の周りでかつ該ロータ２０に対して固定された幾つかの円周方向に間隔を置いて配置されたバケット１０の１つであることが分かるであろう。図１Ａのバケット１０は、翼形部３０の１つの端部上にシュラウド６５を有する。図１Ｂのバケット１１には、シュラウドがない。本明細書では、あらゆるその他のタイプのバケット設計を使用することができる。

上記したように、ロータ２０は、バケット１０、１１のダブテール６０を受ける幾つかのスロット２５を有することができる。同様に、バケット１０、１１の翼形部３０は、ロータ２０の回転によりガスストリームの運動エネルギーを機械エネルギーに変換できるように高温ガスストリーム内に突出している。ダブテール６０は、該ダブテールから延びる第１のタング又はタブ７０及び第２のタブ８０を含むことができる。本明細書では、同様の設計を使用することができる。ダブテール６０のタブ７０、８０の端部とロータ２０との間には、ギャップ９０が形成されることになる。あるタイプのシールシステムを使用しない限り、高圧冷却流が、このギャップ９０を介して逸出するおそれがある。

図３〜図６は、本明細書に記載したスプリングシール１００を示している。図示するように、スプリングシールは、その１つの側面に沿って軸方向開口１１０を有する。換言すると、スプリングシール１００は、その形状が主としてチューブ状であり、一部分が除去されてその断面に沿って略「Ｃ字」形状を形成する。スプリングシール１００はまた、その形態を、ダブテールタブ７０、８０内に嵌合するような略「Ｕ字」形状とすることができる。

スプリングシール１００は、弾性特性を有する耐高温材料で構成することができる。実施例には、ニッケル、鉄又はコバルトの合金、様々なタイプのステンレス鋼、並びにその他のタイプの材料が含まれる。合金は、インコネルＸ−７５０、Ａ−２８６及び同様の材料のようなコバルト基超合金とすることができる。スプリングシール１００は、単一部品とすることができ、或いは幾つかのセクションを互いに接合することができる。スプリングシール１００は、材料の薄板を「Ｃ字」形状に丸めかつ次にその「Ｃ字」形状を図示した「Ｕ字」形状のような最終構造に形成することによって製作することができる。それに代えて、スプリングシール１００は、連続リングとして形成し、次に連続リングを引き延して「Ｃ字」断面を形成し、その後半分に切断して２つの「Ｕ字」形状シールを作り出すことができる。「Ｕ字」形状の使用により、以下でより詳細に説明するようにスプリングシール１００をタブ７０、８０で使用することが可能になる。

図７及び図８は、本明細書に記載したスプリングシールシステム１２０を示している。スプリングシールシステム１２０は、バケット１０のダブテール６０の第１のタブ７０の周りにかつ該第１のタブ７０内に配置することができる。スプリングシールシステム１２０は、第１のタブ７０内に配置されたシールスロット１３０を含むことができる。シールスロット１３０は、その全体又は一部が第１のタブ７０の周辺の周りで延びることができる。シールスロット１３０の寸法及び形状は、変化させることができる。シールスロット１３０は、従来型の機械加工法又はその他のタイプの製作方法で形成することができる。スプリングシールシステム１２０はまた、第２のタブ８０及びその他の場所で使用することができる。

シールスロット１３０は、それらの間に該シールスロット１３０が位置した状態で、タブ７０内に第１の脚部１４０及び第２の脚部１５０を形成する。第１の脚部１４０は、ダブテール６０の高圧側１６０に隣接して配置することができる。高圧側１６０には、バケット冷却空気供給を行うことができる。第２の脚部１５０は、低圧側１７０、すなわちホイールスペースの周りに配置することができる。

スプリングシール１００は、スプリングシールシステム１２０のシールスロット１３０内に配置することができる。軸方向開口は、第２の脚部１５０及び低圧側１７０に面することができる。本明細書では、スプリングシール１００のその他の配向及び構成を使用することができる。バケット１０の作動時に、スプリングシール１００は、ギャップ９０内に拡張して、冷却流体の損失を阻止し又は減少させるようにする。具体的には、スプリングシール１００は、その固有弾性特性により、組立て時に圧縮されかつタービン作動時に拡張する。

図９は、スプリングシール１８０の別の実施形態を示している。スプリングシール１８０は、上記のスプリングシール１００と同様であるが、その１つの側面に沿って半径方向開口１９０を備えている。具体的には、直径の一部分を除去し又は直径の一部分がない状態にして、半径方向開口１９０が形成されている。スプリングシール１８０は、上記したのと同様の方法でシールスロット１３０内に配置することができる。

スプリングシール１００、１８０は、略「Ｅ字」、「Ｗ字」又は「Ｖ字」形状或いはその他の一般的シール形状を含むあらゆる形状又は配向にすることができる。軸方向開口１１０、半径方向開口１９０及び同様のもののような開口は、漏洩経路に平行に又は該漏洩経路と垂直にかのいずれかに配置することができる。本明細書では、その他の構成もまた、使用することができる。

従って、本スプリングシールシステム１２０の使用により、ギャップ９０を通しての漏洩が減少する。従って、一般的に使用されるアルミニウム皮膜のシール効率と同様のシール効率を、アルミニウム材料を使用せずに達成しかつ向上させることができる。冷却流れ漏洩の減少により、全体システム効率が高められる。本スプリングシールシステム１２０は、その他のシールシステム及び方法で使用することができる。

以上の説明は本出願の一部の実施形態のみに関するものであること、並びに本明細書において当業者は、特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに、多くの変更及び修正を行うことができることを理解されたい。

１０ バケット
２０ ロータ
３０ 翼形部
４０ プラットフォーム
５０ シャンク
６０ ダブテール
７０ 第１のタブ
８０ 第２のタブ
９０ ギャップ
１００ スプリングシール
１１０ 軸方向開口
１２０ シールシステム
１３０ シールスロット
１４０ 第１の脚部
１５０ 第２の脚部
１６０ 高圧側
１７０ 低圧側
１８０ スプリングシール
１９０ 半径方向開口

Claims (9)

1. タービンダブテールタブ（７０）用のスプリングシールシステム（１２０）であって、
   前記タブ（７０）の周りに配置されたシールスロット（１３０）と、
   前記シールスロット（１３０）内に配置されたスプリングシール（１００）と
   を含み、前記スプリングシール（１００）が略「Ｕ字」形状を含む、スプリングシールシステム（１２０）。
2. 前記スプリングシール（１００）がその断面が略「Ｃ字」形状を含む、請求項１記載のスプリングシールシステム（１２０）。
3. 前記スプリングシール（１００）が耐高温材料を含む、請求項１記載のスプリングシールシステム（１２０）。
4. 前記スプリングシール（１００）がステンレス鋼、或いはニッケル、鉄又はコバルトの合金を含む、請求項１記載のスプリングシールシステム（１２０）。
5. 前記スプリングシール（１００）が軸方向開口（１１０）を含む、請求項１記載のスプリングシールシステム（１２０）。
6. 前記シールスロット（１３０）が前記タブ（７０）内に第１の脚部（１４０）及び第２の脚部（１５０）を含み、
   第１の脚部（１４０）が高圧側（１６０）の周りに配置され、また第２の脚部（１５０）が低圧側（１７０）の周りに配置される、請求項５記載のスプリングシールシステム（１２０）。
7. 前記軸方向開口（１１０）が第２の脚部（１５０）に面する、請求項６記載のスプリングシールシステム（１２０）。
8. 前記スプリングシール（１００）が半径方向開口（１９０）を含む、請求項１記載のスプリングシールシステム（１２０）。
9. タービンのダブテールタブ（７０）とロータ（２０）との間のギャップ（９０）をシールする方法であって、
   前記ダブテールタブ（７０）のシールスロット（１３０）内にスプリングシール（１００）を配置するステップと、
   前記タービンを作動させるステップと、
   前記ギャップ（９０）内に前記スプリングシール（１００）を拡張させるステップと
   を含む方法。