JP2010242748A

JP2010242748A - ガス・タービン内のシール間間隙の低減

Info

Publication number: JP2010242748A
Application number: JP2010069254A
Authority: JP
Inventors: Victor John Morgan; ヴィクター・ジョン・モーガン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2010-10-28
Also published as: CN101852136B; EP2236766A2; US20100247300A1; EP2236766A3; CN101852136A; EP2236766B1; US8075255B2

Abstract

【課題】ガス・タービン内のシール間間隙を低減する。
【解決手段】ガス・タービン（２）、第１のアーチ形構成要素（３８）と、これが隣接する第２のアーチ形構成要素（４０）と、第１のアーチ形構成要素（３８）の端部上の第１のスロット（４２）および接続された第２のスロット（４４）と、第１のスロット（４２）と第２のアーチ形構成要素（４０）上の第１の隣接するスロット（４６）との中に配置された第１のシール（５０）と、第２のスロット（４４）と第２のアーチ形構成要素（４０）上の第２の隣接するスロット（４８）との中に配置され、第１のシール（５０）と第２のシール（５２）との間に間隙（５４）を残す第２のシール（５２）と、第１のシール（５０）と第２のシール（５２）とに結合され、第１のシール（５０）と第２のシール（５２）との間の間隙（５４）を実質的に覆うコネクタ（５６）と、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は一般的に、ガス・タービンに関し、より詳細には、ガス・タービン内のシール間間隙を低減するための装置に関する。

ガス・タービン内の主なガス流路は一般的に、圧縮機入口、圧縮機、タービン、およびガス流出からなる動作構成要素を備える。またタービンの種々の加熱された構成要素を冷却するために用いる副次的な流れも存在する。これらの流れと一般的なガス漏れ（ガス流路に出入りする）とが混ざると、タービン性能にとって有害である。

ガス・タービンの動作構成要素はケーシング内に収容されている。タービンは一般的に、隣接するアーチ形構成要素によって環状に囲まれている。本明細書で用いる場合、用語「アーチ形」は、曲線状または部分的に曲線状の形状を有する部材、構成要素、部品などを指す場合がある。隣接するアーチ形構成要素は、外部側板、内部側板、ノズル・ブロック、およびダイアフラムを備えている。アーチ形構成要素は、ケーシング単体に加えてガス流路に対する容器となる場合がある。アーチ形構成要素は、タービンの他の構成要素を固定する場合があり、タービン内の間隔を画定する場合がある。アーチ形構成要素の各隣接する対の間は、ガス・タービンの動作によって強制的にアーチ形構成要素が膨張するときにアーチ形構成要素が膨張可能な間隔である。

スロットが各アーチ形構成要素の側面上に画定され、隣接するアーチ形構成要素の隣接するスロットと協同してシールを収容することを図っている。シールをスロット内に配置して、シールの両側のタービン領域間に生じる漏れを防止する。これらの領域には、主なガス流路および副次的な冷却流が含まれている場合がある。

米国特許第６，７３３，２３４号明細書

特定のアーチ形構成要素の端部内にあるスロットは、互いに対してある方向に角度をなす場合があり、スロット同士は接続している場合がある。平坦なシールが、接続された２つのスロットのそれぞれにおいて収容されると、２つのシール間に間隙が残される。この間隙によって、ガス・タービンの内部領域と外部領域との間に漏れが生じる可能性がある。この間隙を低減することによってガス・タービン性能が改善される。

本開示の第１の態様によって提供されるガス・タービンは、第１のアーチ形構成要素と第１のアーチ形構成要素が隣接する第２のアーチ形構成要素と、第１のアーチ形構成要素の端部上の第１のスロットおよび接続された第２のスロットと、第１のスロットと第２のアーチ形構成要素上の第１の隣接するスロットとの中に配置された第１のシールと、第２のスロットと第２のアーチ形構成要素上の第２の隣接するスロットとの中に配置された第２のシールであって、第１のシールと第２のシールとの間に間隙を残す第２のシールと、第１のシールと第２のシールとに結合されたコネクタであって、第１のシールと第２のシールとの間の間隙を実質的に覆うコネクタと、を備える。

本開示の第２の態様によって提供されるガス・タービンは、少なくとも１つの環状配置のアーチ形構成要素を備えるタービンと、第１のアーチ形構成要素と第１のアーチ形構成要素が隣接する第２のアーチ形構成要素とであって、外部側板、内部側板、ノズル・ブロック、またはダイアフラムのうちの１つである第１のアーチ形構成要素および第２のアーチ形構成要素と、第１のアーチ形構成要素の端部上の第１のスロットおよび接続される第２のスロットと、第１のスロットと第２のアーチ形構成要素上の第１の隣接するスロットとの中に配置された第１のシールと、第２のスロットと第２のアーチ形構成要素上の第２の隣接するスロットとの中に配置された第２のシールであって、第１のシールと第２のシールとの間に間隙を残す第２のシールと、第１のシールと第２のシールとに結合されたコネクタであって、第１のシールと第２のシールとの間の間隙を実質的に覆うコネクタと、を備える。

本発明のこれらおよび他の態様、優位性、および特徴は、以下の詳細な説明から明らかとなる。詳細な説明は、添付図面（図面の全体に渡って同様の部分は同様の参照文字によって指定される）とともに参照したときに、本発明の実施形態を開示する。

本発明の前述および他の態様、特徴、および優位性は、以下の本発明のより特定の説明を添付図面とともに読むことによって、より良好に理解される。

既知のガス・タービンを示す部分切り欠き斜視図である。環状配置にある既知のアーチ形構成要素を示す斜視図である。ガス・タービンの既知のタービンを示す長手方向断面図である。本発明により、接続されたスロット内にシールが配置され、スロット内にコネクタが収容されたアーチ形構成要素の一実施形態を示す断面端面図である。本発明により、スロット内にシールおよびコネクタが収容された２つの隣接するアーチ形構成要素の一実施形態を図４の線Ａ−Ａに沿って示す軸方向断面図である。既知のシール５８を示す部分切り欠き斜視図である。本発明による２つのシールおよびコネクタの一実施形態を示す平面図である。本発明による２つのシールおよびコネクタの一実施形態を示す側面図である。本発明による２つのシールおよびコネクタの一実施形態を示す平面図である。本発明による２つのシールおよびコネクタの一実施形態を示す側面図である。

図面は必ずしも一定の比率ではない。図面は単に概略図であり、本発明の具体的なパラメータを表現することを意図するものではない。図面は単に本発明の典型的な実施形態を示すことを意図しており、したがって本発明の範囲を限定するものと考えてはならない。図面において、同様の番号付けは同様の要素を表わす。

図１を参照して、ガス・タービン２の一実施形態の斜視図を示す。この実施形態において、ガス・タービン２は、圧縮機入口４、圧縮機６、複数の燃焼器８、圧縮機吐出（図示せず）、タービン１２（複数のタービン・ブレード１４を備える）、ロータ１６、およびガス流出１８を備える。圧縮機入口４から空気が圧縮機６に供給される。圧縮機６から圧縮空気が燃焼器８に供給され、そこで圧縮空気は燃料と混合する。燃焼器８から出た燃焼ガスによってタービン・ブレード１４が推進する。タービン・ブレード１４の推進によってロータ１６が回転する。ケーシング２０によって、圧縮機入口４、圧縮機６、複数の燃焼器８、圧縮機吐出（図示せず）、タービン１２、タービン・ブレード１４、ロータ１６およびガス流出１８を囲む外部エンクロージャが形成されている。ガス・タービン２は単に例示的であり、本発明の教示は種々のガス・タービンに適用しても良い。

図２を参照して、ガス・タービン２のタービン１２のアーチ形構成要素２４の環状配置２２の一実施形態の斜視図を示す。この図では７つのアーチ形構成要素２４を示しており、説明を目的として１つのアーチ形構成要素を取り除いてある。各アーチ形構成要素２４の端部にスロット２６が設けられている。各アーチ形構成要素２４間に間隔２８が存在する。当業者であれば容易に分かるように、環状配置２２には任意の数のアーチ形構成要素２４が存在していても良く、アーチ形構成要素２４は種々の形状およびサイズであっても良く、アーチ形構成要素２４はガス・タービン２内で異なる機能を果たしていても良い。たとえば、タービン内のアーチ形構成要素には以下のものが含まれていても良い（しかしこれらに限定されない）。外部側板、内部側板、ノズル・ブロック、およびダイアフラムである。これについては後述する。

図３を参照して、ガス・タービン２（図１）のタービン１２の一実施形態の断面図を示す。この実施形態においては、ケーシング２０は、複数の外部側板３０、内部側板３２、複数のノズル・ブロック３４、複数のダイアフラム３６、およびタービン・ブレード１４を囲んでいる。外部側板３０、内部側板３２、ノズル・ブロック３４、およびダイアフラム３６はそれぞれ、アーチ形構成要素２４である。外部側板３０、内部側板３２、ノズル・ブロック３４、およびダイアフラム３６はそれぞれ、その側面内にスロット２６を有している。この実施形態においては、外部側板３０はケーシング２０に接続し、内部側板３２は外部側板３０に接続し、ノズル・ブロック３４は外部側板３０に接続し、ダイアフラム３６はノズル・ブロック３４に接続している。当業者であれば容易に分かるように、アーチ形構成要素の多くの異なる配置および幾何学的形状が可能である。代替的な実施形態では、異なるアーチ形構成要素、より多くのアーチ形構成要素、またはより少ないアーチ形構成要素を備えていても良い。

図４に、第１のアーチ形構成要素３８の端面図を示す。第１のアーチ形構成要素３８の端部上には、第１のスロット４２と第２のスロット４４とが設けられている。第１のスロット４２と第２のスロット４４とは、互いに対してある角度をなして示され、互いに接続している。図５に、第１のアーチ形構成要素３８と第１のアーチ形構成要素３８が隣接する第２のアーチ形構成要素４０との図４の線Ａ−Ａに沿って見た軸方向断面図を示す。間隔２８が、第１のアーチ形構成要素と第２のアーチ形構成要素との間に残されている。第２のアーチ形構成要素４０上の第１の隣接するスロット４６と第２の隣接するスロット４８とが示されている。第１の隣接するスロット４６は第２の隣接するスロット４８に接続されている。

また図４および図５は、第１のスロット４２内に配置された第１のシール５０と、第２のスロット４４内に配置された第２のシール５２とを示す。第１のシール５０と第２のシール５２との配置によって、間隙５４（図４）が、第１のシール５０と第２のシール５２との間に残されている。図５に、第１のスロット４２と第２のアーチ形構成要素４０上の第１の隣接するスロット４６との中に配置された第１のシール５０と、第２のスロット４４と第２のアーチ形構成要素４０上の第２の隣接するスロット４８との中に配置された第２のシール５２とを示す。

または図４および図５は、第１のシール５０と第２のシール５２とに結合されたコネクタ５６であって、第１のシール５０と第２のシール５２との間の間隙５４を実質的に覆うコネクタ５６の本発明による一実施形態も示す。

本発明の一実施形態においては、コネクタ５６は、第１のシール５０および第２のシール５２と実質的に同じ幅である。一実施形態においては、コネクタ５６、第１のシール５０、および第２のシール５２は、金属、布層、布層の集合体、および／または箔層の集合体のうちの少なくとも１つを含む。たとえば金属は、ステンレス鋼および／またはインコネル（商標）（ハンティントン・アロイズ（Huntington Alloys）社）を含んでいても良い。さらに、布層、布層の集合体、箔および／または箔層の集合体として、ディンク（Dinc）ら（米国特許第５，６５７，９９８号明細書）に記載されたものを用いても良い。図６に、既知のシール５８の部分切り欠き斜視図を示す。既知のシール５８は、第１のシール５０、第２のシール５２、および／またはコネクタ５６を表すことがあり得る。既知のシール５８は、箔層の集合体６０と布層の集合体６２とを含む。箔層の集合体６０は、積み重なった箔の層からなる集合体である。箔は、金属、セラミック、および／またはポリマー箔を含む（好ましくは、本質的にこれらからなる）。箔に対する材料の選択および層に対する厚さの選択は、特定のシールまたはコネクタ応用例のシーリングおよび柔軟性の要求を満足するように行なう。一実施形態においては、図６に示すように、箔層の集合体６０は第１の箔層６４と第２の箔層６６とを有していても良い。別の実施形態においては、柔軟性を付加するために、第１および第２の箔層６４および６６はそれぞれ、スロット６８を有している。布層の集合体６２は、積み重なった布の層からなる集合体である。布層は、金属、セラミック、および／またはポリマー・ファイバ（織られるか、編まれるか、または押圧されて織物層になっている）を含んでいる（好ましくは、本質的にこれらからなる）。層構造の選択（すなわち、織られるか、編まれるか、または押圧されている）、布に対する材料の選択、および層に対する厚さの選択は、特定のシールまたはコネクタ応用例の磨耗抵抗、柔軟性、およびシーリングの要求を満足するように行なう。一実施形態においては、図６に示すように、布層の集合体６２は第１の布層７０と第２の布層７２とを有していても良い。当業者であれば容易に分かるように、コネクタ５６、第１のシール５０、および第２のシール５２は多くの材料からなっていても良い。一実施形態においては、コネクタ５６は可撓性材料を含んでいても良く、たとえば、より多くのスロット６８（図６）が含まれている。別の実施形態においては、第１のシール５０と第２のシール５２とは半剛性材料を含んでいても良く、たとえば、より少ないスロット６８（図６）が含まれている。コネクタ５６は、第１のシール５０および第２のシール５２よりも柔軟であっても良い。コネクタ５６、第１のシール５０、および第２のシール５２は実質的に平坦であっても良い。本発明の一実施形態においては、コネクタ５６、第１のシール５０、および第２のシール５２は実質的に矩形である。しかし、これはすべての場合に必要というわけではない。一実施形態においては、コネクタ５６、第１のシール５０、および第２のシール５２は実質的に細長い。たとえば、コネクタ５６、第１のシール５０および／または第２のシール５２の厚さは、長さに比べて薄い。

本発明の一実施形態により、コネクタ５６が第１のシール５０と第２のシール５２とに複数の取付具８０を用いて結合された第１のシール５０および第２のシール５２およびコネクタ５６について、図７に平面図を示し、図８に側面図を示す。第１のシール５０は第１のシール端部７４（図８）を有し、第２のシール５２は第２のシール端部７６（図８）を有している。第１のシール５０と第２のシール５２との位置あわせを、第１のシール端部７４を第２のシール端部７６に対して間隔７８（図８）が第１のシール５０と第２のシール５２との間に存在するように位置あわせすることによって、行なっても良い。コネクタ５６は、第１のシール５０と第２のシール５２との間および第１のシール端部７４と第２のシール端部７６との間の間隔７８を覆っている。本発明の一実施形態においては、コネクタ５６は、第１のシール５０および第２のシール５２と実質的に同じ幅である。しかしコネクタ５６は、第１のシール５０および／または第２のシール５２と異なる幅であっても良い。各取付具８０は、たとえば、スポット溶接部または鋲の少なくとも一方を含んでいても良い。図８に例示する取付具８０は、コネクタ５６の上方に部分的に突出している。しかし取付具８０は、コネクタ５６に対して同一平面であるかまたははめ込みであっても良い。他の取付具を用いて、コネクタ５６を第１のシール５０と第２のシール５２とに固定しても良い。たとえば、図９に、本発明の一実施形態を、コネクタ５６が第１のシール５０と第２のシール５２とに粘着剤を用いて結合される第１のシール５０および第２のシール５２およびコネクタ５６の平面図で示す。当業者であれば容易に分かるように、コネクタ５６を第１のシール５０と第２のシール５２とに、目に見える取付具を用いることなく結合するための多くの方法が存在する。

図１０に、本発明の一実施形態を、単一の連続材料としての第１のシール５０および第２のシール５２およびコネクタ５６の側面図で示す。この実施形態においては、コネクタ５６が第１のシール５０および第２のシール５２よりも薄く、その結果、コネクタ５６が第１のシール５０および第２のシール５２よりも柔軟であっても良い。

ガス・タービン２は単に例示的であり、本発明の教示を、間隙を残す２つ以上のシール構成要素を配置する任意の機械に適用しても良い。

本明細書では種々の実施形態について説明しているが、明細書から分かるように、要素の種々の組み合わせ、その変形または改善を当業者が行なっても良く、それらは本発明の範囲内である。加えて、本発明の教示に特定の状況または材料が適合するように、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、多くの変更を行なっても良い。したがって、本発明は、本発明を行なうために考えられるベスト・モードとして開示される特定の実施形態には限定されないが、本発明には、添付の請求項の範囲に含まれるすべての実施形態が含まれることが意図されている。

Claims

ガス・タービン（２）であって、
第１のアーチ形構成要素（３８）と第１のアーチ形構成要素（３８）が隣接する第２のアーチ形構成要素（４０）と、
第１のアーチ形構成要素（３８）の端部上の第１のスロット（４２）および接続された第２のスロット（４４）と、
第１のスロット（４２）と第２のアーチ形構成要素（４０）上の第１の隣接するスロット（４６）との中に配置された第１のシール（５０）と、
第２のスロット（４４）と第２のアーチ形構成要素（４０）上の第２の隣接するスロット（４８）との中に配置された第２のシール（５２）であって、第１のシール（５０）と第２のシール（５２）との間に間隙（５４）を残す第２のシール（５２）と、
第１のシール（５０）と第２のシール（５２）とに結合されたコネクタ（５６）であって、第１のシール（５０）と第２のシール（５２）との間の間隙（５４）を実質的に覆うコネクタ（５６）と、を備えるガス・タービン（２）。
コネクタ（５６）は可撓性材料を含む請求項１に記載のガス・タービン（２）。
第１のシール（５０）および第２のシール（５２）は半剛性材料を含む請求項１に記載のガス・タービン（２）。
コネクタ（５６）は、第１のシール（５０）および第２のシール（５２）に複数の取付具（８０）を用いて結合される請求項１に記載のガス・タービン（２）。
各取付具（８０）はスポット溶接部または鋲の少なくとも一方を含む請求項４に記載のガス・タービン（２）。
コネクタ（５６）は、第１のシール（５０）および第２のシール（５２）に粘着剤を用いて結合される請求項１に記載のガス・タービン（２）。
第１のシール（５０）および第２のシール（５２）はそれぞれ、金属、布層、布層の集合体（６２）、および箔層の集合体（６０）のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載のガス・タービン（２）。
コネクタ（５６）は、金属、布層、布層の集合体（６２）、および箔層の集合体（６０）のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載のガス・タービン（２）。
第１のシール（５０）および第２のシール（５２）およびコネクタ（５６）は単一の連続材料である請求項１に記載のガス・タービン（２）。
第１のアーチ形構成要素（３８）および第２のアーチ形構成要素（４０）は、外部側板（３０）、内部側板（３２）、ノズル・ブロック（３４）、またはダイアフラム（３６）のうちの１つである請求項１に記載のガス・タービン（２）。