JP2012013084A

JP2012013084A - 回転機械を組み立てる方法及び装置

Info

Publication number: JP2012013084A
Application number: JP2011142713A
Authority: JP
Inventors: Josef S Cummins; ジョセフ・スコット・カミンズ; David Wilson Ian; イアン・デビッド・ウィルソン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2012-01-19
Also published as: DE102011051477A1; FR2962158A1; CN102383865A; US20120003076A1

Abstract

【課題】静止部分と、複数のロータホイールを含む回転要素とを有する回転機械内に設置された段間シール機構を提供する。
【解決手段】段間シール機構は、少なくとも１つのロータホイールに回転可能に結合されたブリッジ部分２０２を含む。このブリッジ部分は、ロータホイールどうしの間に軸方向に延在する。ブリッジ部分は、第１フック装置２０４を含む。段間シール機構は更に、少なくとも部分的にブリッジ部分を囲むリング部分２０６を含む。このリング部分は、第１フック装置に回転可能に結合された第２フック装置２０８を含む。
【選択図】図４

Description

本明細書に記載の実施例は、概して回転機械に関し、特に、タービンエンジンを組み立てる方法及び装置に関する。

少なくとも一部の周知のタービンエンジンは、高温の流体、特に、ガスタービンエンジンを介して燃焼ガスを導く、或いは、蒸気タービンエンジンを介して蒸気を導く、複数の回転タービンブレード又はバケットを含む。周知のバケットは、大抵、タービンエンジン内でロータのホイール部分に結合され、ロータと一緒にタービン部を形成する。また、周知のタービンバケットは、大抵、軸方向に連続する列状に設置される。周知のタービンエンジンの多くは、更に、エンジンを通る流体を回転バケットに向かって下流方向へ導く複数の静止ノズルセグメントを含む。各ノズルセグメントは、通常、関連する列のタービンバケットと併せてタービン段とよばれ、周知のタービンエンジンの殆どが、複数のタービン段を含む。

更に、少なくとも一部の周知のガスタービンエンジンは、ガスタービンエンジンを介して空気を導く複数の回転圧縮機ブレードを含む。周知の回転圧縮機ブレードは、大抵、ロータのホイール部分に結合されており、ロータと一緒に圧縮部を形成する。このような周知の圧縮機ブレードは、大抵、軸方向に連続する列状に設置される。周知の圧縮機の多くは、更に、空気を回転圧縮機ブレードに向かって下流方向へと導く、複数の静止ステータセグメントを含む。各ステータセグメントは、通常、関連する列のブレードと併せて圧縮段とよばれ、周知のタービンエンジン圧縮機の殆どが、複数の段を含む。

周知のタービンノズルセグメント及び圧縮機ステータセグメントの多くは、タービン及び圧縮機の各々の外側ケーシング部分からロータに向かって半径方向内方に延在する。こうして、隣接するバケット列どうしの間及びブレード列どうしの間に、環状流路がそれぞれ画成される。この環状流路内には、大抵、タービンにおける流体の漏出を低減し、圧縮機における空気の漏出を低減する密封装置が設置される。

米国特許第６８９９５２０Ｂ２号

周知の密封装置の多くが、高圧且つ／又は高温の流体に長期にわたって曝されることから、こうした密封装置は、修理が必要かどうかを判定するために頻繁に点検される。しかし、一般的に、点検には、隣接する列状のタービンバケット又は圧縮機ブレードを少なくとも部分的に取り外すことを含めた、タービンエンジンの大掛かりな分解が必要になる。また、周知のノズルセグメント及びステータセグメントの多くは、高価な合金で作製されているので、こうしたセグメントのコストと重さは、セグメントの半径方向長さに比例して増大する。

課題を解決するための手段では、発明を実施するための形態において更に後述する概念を抜粋して簡潔に説明する。課題を解決するための手段では、特許請求の主題の重要な特徴又は必須の特徴を特定することも、特許請求の主題の範囲を決定する一助として使用されることも、意図していない。

一態様において、回転機械を組み立てる方法を提供する。この方法は、複数のロータホイールを含む回転要素を準備するステップを含む。この方法は更に、静止部分の少なくとも一部分が少なくとも部分的に回転要素の周りに延在するように、回転要素を設置するステップを含む。この方法は更に、第１フック装置の少なくとも一部分を回転要素に結合させるステップに加え、第２フック装置の少なくとも一部分を第１フック装置に結合させるステップを含む、段間シール機構を組み付けるステップを含む。第１フック装置及び第２フック装置は、静止部分の少なくとも一部分の半径方向内方に位置する。

別の態様において、回転機械用の段間シール機構を提供する。回転機械は、回転要素と静止部分とを有し、この回転要素は、複数のロータホイールを有する。段間シール機構は、少なくとも１つのロータホイールに回転可能に結合されたブリッジ部分を含む。ブリッジ部分は、回転ホイールどうしの間に軸方向に延在する。ブリッジ部分は、第１フック装置を含む。段間シール機構は更に、少なくとも部分的にブリッジ部分を囲むリング部分を含む。リング部分は、第１フック装置に回転可能に結合された第２フック装置を含む。

また別の態様において、タービンエンジンを提供する。このタービンエンジンは、複数のロータホイールを含む回転要素と、少なくとも部分的に回転要素の周りに延在する静止部分と、を含む。タービンエンジンは更に、少なくとも１つの段間シール機構を含む。段間シール機構は、少なくとも１つのロータホイールに回転可能に結合されたブリッジ部分を含む。ブリッジ部分は、ロータホイールどうしの間に軸方向に延在する。ブリッジ部分は、第１フック装置を含む。段間シール機構は更に、少なくとも部分的にブリッジ部分を囲むリング部分を含む。リング部分は、第１フック装置に回転可能に結合された第２フック装置を含む。

例示的なタービンエンジンの概略図である。図１に示すガスタービンエンジンに適用可能な圧縮機の領域２における部分拡大断面図である。図１に示すガスタービンエンジンに適用可能なタービンの領域３における部分拡大断面図である。図２に示す圧縮機に適用可能な例示的な段間シール機構の領域４における部分拡大断面図である。図３に示すタービンに適用可能な例示的な段間シール機構の領域５における部分拡大断面図である。図１に示すガスタービンの一部分を組み立てる例示的な方法を示す流れ図である。

図１は回転機械、即ちタービンエンジン、具体的には典型的なガスタービンエンジン１００の概略図である。エンジン１００は、圧縮機１０２と、各々が燃料ノズルアセンブリ１０６を備えた複数の燃焼器１０４を含む燃焼器アセンブリ１０３とを含む。この実施例において、エンジン１００は更に、タービン１０８と、圧縮機／タービンの共通のロータ１１０（ロータ１１０ともいう）とを含む。ロータ１１０は、ロータ軸中心線１１１を画定する。一実施例において、エンジン１００は、ニューヨーク州スケネクタディのゼネラルエレクトリック社が市販している、９ＥエンジンともよばれるＭＳ９００１Ｅエンジンである。

図２は、ガスタービンエンジン１００に適用される圧縮機１０２の領域２（図１に示す）における部分拡大断面図である。圧縮機１０２は、少なくとも部分的に流路１１８を画成する圧縮機ケーシング１１６内に設置された、圧縮機ロータアセンブリ１１２と、具体的には圧縮機ステータアセンブリ１１４等の静止部分とを含む。この実施例において、圧縮機ロータアセンブリ１１２は、ロータ１１０の一部分を形成する。更に、この実施例において、圧縮機１０２は、ロータ軸中心線１１１に対して実質的に対称に配向される。また、この実施例において、圧縮機１０２は、ガスタービンエンジン１００の一部分である。或いは、圧縮機１０２は、独立型の流体圧縮装置又はファンを含むがこれらに限定されない、任意のブレード付き回転式多段流体輸送装置である。

圧縮機１０２は、複数の段１２４を含み、各段１２４は、周方向に離間する１列のロータブレードアセンブリ１２６と、１列の、ステータベーンともよばれるステータブレードアセンブリ１２８とを含む。この実施例において、ロータブレードアセンブリ１２６は、ホイール部分、具体的には圧縮機ロータディスク又はホイール１３０に、取付け機構１３４により結合されており、各ブレードアセンブリ１２６が、圧縮機ロータホイール１３０から半径方向外方に延在している。また、この実施例では、複数の圧縮機ロータホイール１３０と複数のブレード取付け機構１３４とが、一般的には先細状の圧縮機ハブ１４０を少なくとも部分的に画成する。更に、各アセンブリ１２６は、ブレード取付け機構１３４からロータブレード先端部分１３６まで半径方向外方に延在するロータブレードエアフォイル部分１３２を含む。圧縮段１２４は、空気を含むがこれに制限されない駆動流体又は作動流体と相俟って、駆動流体を連続する段１２４において圧縮する。段間シール機構２００は、各ロータホイール１３０及び／又はブレード取付け機構１３４に結合される。

運転時、圧縮機１０２は、タービン１０８によってロータ１１０を介して回転する。低圧部又は圧縮機上流部１４８から段１２４を介して回収された流体は、ロータブレードエアフォイル部分１３２により、ステータブレードアセンブリ１２８に向かって導かれる。流体は圧縮され、流体が流れの矢印１４９で示す流路１１８を通って導かれるにつれて、流体の圧力が増大していく。具体的には、流体は連続する段１２４を通過し続けるが、一般的に、この段１２４が続くにつれて流路１１８が狭くなり、これによって、流体が流路１１８を通ると、流体の圧縮及び加圧が促進される。圧縮及び加圧された流体は、その後、高圧部又は圧縮機下流部１５０へと導かれ、タービンエンジン１００内で用いられる。

図３は、ガスタービンエンジン１００に適用可能なタービン１０８の領域３（図１に示す）における部分拡大断面図である。タービン１０８は、タービンロータアセンブリ１５２を含む。タービン１０８は更に、少なくとも部分的に流路１５８を画成するタービンケーシング１５６内に設置された、複数のステータベーン又はタービンダイアフラムアセンブリ１５４を含む。この実施例において、タービンロータアセンブリ１５２は、ロータ１１０の一部分を形成する。更に、この実施例において、タービン１０８は、ロータ軸中心線１１１に対して実質的に対称に配向される。また、この実施例において、タービン１０８は、ガスタービンエンジン１００の一部分を形成する。或いは、タービン１０８は、蒸気タービンを含むがこれに制限されない、任意のブレード付きの回転式多段エネルギー変換装置である。

タービン１０８は、複数の段１６４を含み、各段１６４は、周方向に離間する１列のロータブレード又はバケットアセンブリ１６６と、１列のダイアフラムアセンブリ１５４又はノズルアセンブリ１６８とを含む。この実施例において、タービン１０８は、３つの連続する段１６４を含む。或いは、タービン１０８は、タービンエンジン１００を本明細書に記載のように作用させ得る、任意の個数の段１６４を含む。また、この実施例では、各バケットアセンブリ１６６がタービンロータホイール１７０から半径方向外方に延在するように、複数のバケットアセンブリ１６６がタービンロータホイール１７０に、バケット取付け機構１７４により結合されている。複数のタービンロータホイール１７０と複数のバケット取付け機構１７４は、一般的に、末広状のタービンハブ１８０を少なくとも部分的に画成する。この実施例において、タービン１０８は、３つのタービンロータホイール１７０と、各ホイール１７０どうしの間のスペーサ１８２との、合計５つのタービンロータディスク１８４を有する。タービン段１６４は、燃焼ガス、蒸気、及び圧縮空気を含むがこれらに限定されない駆動流体又は作動流体と相俟って、連続する段１６４において駆動流体を膨張させる。段間シール機構３００は、各ロータホイール１７０及び／又はブレード取付け機構１７４に結合される。

運転時、この実施例において、タービン１０８は、燃料ノズルアセンブリ１０６が生成する高圧の燃焼ガスを受け取る。高圧部又はタービン上流部１８８からノズルアセンブリ１６８を介して回収される燃焼ガスは、バケットアセンブリ１６６によりダイアフラムアセンブリ１５４の方へと導かれる。燃焼ガスが流れの矢印１８９で示す流路１５８を通ると、燃焼ガスは、少なくとも部分的に減圧され、燃焼ガスの圧力が少なくとも部分的に低下する。具体的には、燃焼ガスは、連続する段１６４を通過し続けるが、一般的に、流路１５８は、連続する各段１６４において拡大し、これによって、燃焼ガスが流路１５８を通ると、燃焼ガスの減圧及び圧力除去が促進される。減圧及び圧力除去された燃焼ガスは、その後、低圧部１９０へと排出され、更に、タービンエンジン１００内で用いられるか、或いは、タービンエンジン１００から排出される。

図４は、圧縮機１０２に適用可能な、例示的な段間シール機構２００の領域４（図２に示す）における部分拡大断面図である。この実施例において、段間シール機構２００は、完全且つ連続的にロータ１１０を囲んでいる。見易くするために、図４にはロータブレードエアフォイル部分１３２（図２に示す）を示していない。この実施例において、段間シール機構２００は、一対の隣接する圧縮機ロータホイール１３０どうしの間に軸方向に延在するブリッジ部分２０２を含む。ブリッジ部分２０２は、少なくとも１つの圧縮機ロータホイール１３０に回転可能に結合される。具体的には、この実施例において、部分２０２は、ナット及びボルトを含むがこれらに限定されない機械的締結装置２０３により、一対の隣接する圧縮機ロータホイール１３０に結合される。更に、ブリッジ部分２０２は、完全且つ連続的にロータ１１０を囲んでいる。この実施例において、ブリッジ部分２０２は、第１フック装置２０４を含む。

また、この実施例において、段間シール機構２００は、少なくとも部分的に、特には連続３６０°にわたってブリッジ部分２０２を囲むリング部分２０６を含む。リング部分２０６は、第１フック装置２０４に回転可能に結合された第２フック装置２０８を含む。更に、この実施例において、ブリッジ部分２０２は、一対の隣接する圧縮機ロータホイール１３０に機械的締結装置２０３により回転可能に結合された軸方向部分２１０を含んでおり、この軸部分２１０によってホイール１３０が、少なくとも部分的にブリッジ部分２０２を支持している。

この実施例において、ブリッジ部分２０２とリング部分２０６との各々は、段間シール機構２００を本明細書に記載のように作用させ得る、鍛造工程を含むがこれに限定されない任意の製造工程によって形成される、完全に一体的な部品である。或いは、ブリッジ部分２０２及び／又はリング部分２０６のいずれかは、段間シール機構２００を本明細書に記載のように作用させ得る、蝋付け工程及び／又は締結金具を用いた結合工程を含むがこれらに制限されない任意の製造工程によって、複数の要素、部品、及び／又は部分から作製される。

また、この実施例において、段間シール機構２００は、軸方向中心線１１１から所定の半径方向距離２１１に設置される。段間シール機構２００は、ステータブレードアセンブリ１２８の長さ（図示せず）が短くなるように、軸方向中心線１１１に対して位置決めされ、これによって、タービンエンジン１００（図１、２及び３に示す）の作製及び組立の資本コストの削減と、タービンエンジン１００の総重量の軽減が可能になる。そのため、その他の周知のタービンエンジンに比べて輸送コストを削減できる。また、ステータブレードアセンブリ１２８の長さの短縮により、圧縮機１０２を流れる空気に曝されるアセンブリ１２８の表面形状（図示せず）が縮小され、これによって、時間の経過に伴いアセンブリ１２８のクリープ変形を招くことがある、アセンブリ１２８に関連する機械的応力が低減される。このような機械的応力は、衝突気流によりアセンブリ１２８の表面積の関数としてアセンブリに生じる力と、こうして生じた力とアセンブリ１２８の長さとに比例する曲げモーメントとを含むが、これらに限定されるわけではない。

加えて、この実施例において、第１フック装置２０４は、軸方向部分２１０から延在する第１半径方向延長部２１２を含む。具体的には、この実施例において、第１半径方向延長部２１２は、軸方向部分２１０から半径方向外方に延在する。第１フック装置２０４は更に、第１半径方向延長部２１２に結合された第１軸方向延長部２１４を含む。したがって、この実施例において、ブリッジ部分２０２は、軸方向部分２１０、第１半径方向延長部２１２、第１軸方向延長部２１４を含む完全に一体的な部品である。第１軸方向延長部２１４は、第１半径方向延長部２１２から実質的に軸方向に第１の距離２１６だけ延在する。

また、この実施例では、第１延長部２１４と第１延長部２１２との間に、第１の角度θ₁が画成される。また、第１延長部２１４、第１延長部２１２、軸方向部分２１０は、第１環状開口２１８を画成する。この実施例において、角度θ₁は約９０°である。或いは、角度θ₁は、段間シール機構２００を本明細書に記載のように作用させ得る任意の角度である。

更に、この実施例において、リング部分２０６は、ブリッジ部分の軸方向部分２１０を実質的に囲むシール部分２２０を含む。この実施例において、シール部分２２０は、複数のラビリンスシール装置２２２を含む。或いは、シール部分２２０は、段間シール機構２００を本明細書に記載のように作用させ得る、任意のシール装置を含んでよい。

また、この実施例において、第２フック装置２０８は、シール部分２２０に結合された第２半径方向延長部２２４を含む。第２延長部２２４は、シール部分２２０から半径方向内方に延在する。第２フック装置２０８は更に、第２半径方向延長部２２４に結合された第２軸方向延長部２２６を含む。したがって、この実施例において、リング部分２０６は、部材２３４、シール部分２２０、シール装置２２２、第２半径方向延長部２２４、第２軸方向延長部２２６を含む、完全に一体的な部品である。

第２軸方向延長部２２６は、第２半径方向延長部２２４から実質的に軸方向に第２の距離２２８だけ延在する。この実施例において、第２の距離２２８は、第１の距離２１６にほぼ等しい。或いは、第１の距離２１６及び第２の距離２２８は、それぞれ本明細書に記載のように段間シール機構２００を作用させる、任意の寸法関係を有する。第２延長部２２６と第２延長部２２４との間には、第２の角度θ₂が画成される。また、第２延長部２２６、第２延長部２２４、シール部分２２０は、第２環状開口２３０を画成する。この実施例において、角度θ₂は約９０°である。或いは、角度θ₂は、段間シール機構２００を本明細書に記載のように作用させ得る、任意の角度である。

また、この実施例において、第１環状開口２１８は、自身内に第２延長部２２６の少なくとも一部分を受け入れ、第２環状開口２３０は、自身内に第１延長部２１４の少なくとも一部分を受け入れ、締り嵌め又は摩擦嵌めがフック装置２０４及び２０８間に形成される。

更に、この実施例において、第２フック装置２０８は、隣接する圧縮機ロータホイール１３０の少なくとも１つから、第１の距離２１６及び第２の距離２１８のいずれよりも長い、第３の距離２３２に位置する。第１の距離２１６及び第２の距離２１８のいずれよりも長い第３の距離２３２と、第１フック装置２０４及び第２フック装置２０８の間に形成される締り嵌めと、を組み合わせることによって、ロータ１１０の組立と分解が容易になる。特に、このような組立配向により、第２フック装置２０８の軸方向の摺動が容易になる。この軸方向の摺動により、段間シール機構２００及びその直近を定期点検する際の圧縮機１０２の分解作業量が軽減される。

この実施例において、シール部分２２０は、部材２３４により上流側圧縮機ブレード取付け機構１３４に結合される。或いは、段間シール機構２００の配向が、本明細書に記載のような第１環状開口２１８に対する第２フック装置２０８の挿入及び抜脱が可能な限り、段間シール機構２００の配向を逆転させてもよく、このような配向の場合、シール部分２２０は、下流側圧縮機ブレード取付け機構１３４に結合される。

隣接する圧縮機ロータホイール１３０を用いて段間シール機構２００を支持する構成により、シール機構２００の総重量を軽減し、このような部品に関連する製造コストを削減できる。更に、このような構成により、シール装置２２２を支持するための追加のホイールが不要になるので、ロータ１１０の製造コストを削減し、輸送重量を軽減できる。また、この実施例において、段間シール機構２００は、ロータ１１０内に組み込まれる追加の回転部品に対する十分な半径方向支持部となる。

図５は、タービン１０８に適用可能な例示的な段間シール機構３００の領域５（図３に示す）における部分拡大断面図である。この実施例において、段間シール機構３００は、完全且つ連続的にロータ１１０を囲む。見易くするために、図５にはバケットアセンブリ１６６（図３に示す）を示していない。この実施例において、段間シール機構３００は、一対の隣接するタービンロータホイール１７０どうしの間に、実質的に軸方向に延在するブリッジ部分３０２を含む。ブリッジ部分３０２は、少なくとも１つのタービンロータホイール１７０に回転可能に結合される。具体的に、この実施例では、部分３０２は、ナット及びボルトを含むがこれらに限定されない機械的締結装置３０３により、一対の隣接するタービンロータホイール１７０に回転結合される。更に、ブリッジ部分３０２は、完全且つ連続的にロータ１１０を囲む。この実施例において、ブリッジ部分３０２は第１フック装置３０４を含む。

また、この実施例において、段間シール機構３００は、少なくとも部分的にブリッジ部分３０２を囲むリング部分３０６を含む。具体的に、この実施例において、リング部分３０６は、完全且つ連続的にブリッジ部分３０２を囲む。リング部分３０６は、第１フック装置３０４に回転可能に結合された第２フック装置３０８を含む。更に、この実施例において、ブリッジ部分３０２は、隣接するタービンロータホイール１７０に機械的締結装置３０３により回転可能に結合された軸方向部分３１０を含み、これによって、ホイール１７０が、少なくとも部分的にブリッジ部分３０２を軸方向部分３１０により支持している。

この実施例において、ブリッジ部分３０２とリング部分３０６との各々は、段間シール機構３００を本明細書に記載のように作用させ得る鍛造工程を含むがこれに限定されない任意の製作工程を用いて形成される、完全に一体的な部品である。或いは、ブリッジ部分３０２及び／又はリング部分３０６は、段間シール機構３００を本明細書に記載のように作用させ得る、蝋付け工程及び／又は締結金具を用いた結合工程を含むがこれらに限定されない任意の製造工程を用いて、複数の要素、部品、及び／又は部分から作製される。

また、この実施例において、段間シール機構３００は、軸方向中心線１１１から所定の半径方向距離３１１に設置される。特に、段間シール機構３００は、タービンダイアフラムアセンブリ１５４の半径方向の長さ（図示せず）が短くなるように、軸方向中心線１１１に対して位置決めされ、これによって、他のタービンエンジンに比べて、タービンエンジン１００（図１、２及び３に示す）の製作及び組立の資本コストを削減できることに加え、総重量も軽減できる。そのため、関連する輸送コストも削減できる。タービンダイアフラムアセンブリ１５４の長さの短縮により、タービン１０８を通る蒸気又は燃焼ガス流に曝されるアセンブリ１５４の表面形状（図示せず）が縮小される。そのため、時間の経過に伴いアセンブリ１５４のクリープ変形を招くことがあるアセンブリ１５４の関連する機械的応力も低減できる。このような機械的応力は、衝突気流によりアセンブリ１５４の表面積の関数としてアセンブリに生じる力と、このように生じた力とアセンブリ１５４の長さとに比例する曲げモーメントとを含むが、これらに限定されるわけではない。

また、この実施例において、第１フック装置３０４は、軸方向部分３１０に結合された第１半径方向延長部３１２を含む。第１延長部３１２は、軸方向部分３１０から実質的に半径方向外方に延在する。第１フック装置３０４は更に、第１延長部３１２に結合された第１軸方向延長部３１４を含む。したがって、この実施例において、ブリッジ部分３０２は、軸方向部分３１０、第１半径方向延長部３１２、第１軸方向延長部３１４を含む完全に一体的な部品となる。第１延長部３１４は、半径方向延長部３１２から略軸方向に第１の軸方向距離３１６だけ延在する。

第１延長部３１４と第１延長部３１２の間には、第１の角度θ₁が画成される。また、第１延長部３１４、第１延長部３１２、軸方向部分３１０は、第１環状開口３１８を画成する。この実施例において、角度θ₁は約９０°である。或いは、角度θ₁は、段間シール機構３００を本明細書に記載のように作用させ得る、任意の角度であってもよい。

また、この実施例において、リング部分３０６は、ブリッジ部分３０２の軸方向部分３１０を実質的に囲むシール部分３２０を含む。この実施例において、シール部分３２０は、複数のラビリンスシール装置３２２を含んでよい。或いは、シール部分３２０は、段間シール機構３００を本明細書に記載のように作用させ得る、任意のシール装置を含む。

また、この実施例において、第２フック装置３０８は、シール部分３２０に結合された第２半径方向延長部３２４を含む。第２延長部３２４は、シール部分３２０から半径方向内方に延在する。第２フック装置３０８は更に、第２延長部３２４に結合された第２軸方向延長部３２６を含む。したがって、この実施例において、リング部分３０６は、部材３３４、シール部分３２０、シール装置３２２、第２半径方向延長部３２４、第２軸方向延長部３２６を含む、完全に一体的な部品である。

第２延長部３２６は、第２半径方向延長部３２４からほぼ軸方向に第２の距離３２８だけ延在する。この実施例において、第２の距離３２８は、第１の距離３１６にほぼ等しい。或いは、第１の距離３１６及び第２の距離３２８はそれぞれ、本明細書に記載のように段間シール機構３００を作用させ得る、任意の寸法関係を有する。第２延長部３２６と第２延長部３２４の間には、第２の角度θ₂が画成される。また、第２延長部３２６、第２延長部３２４、シール部分３２０は、第２環状開口３３０を画成する。この実施例において、角度θ₂は約９０°である。或いは、角度θ₂は、段間シール機構３００を本明細書に記載のように作用させ得る任意の角度であってもよい。

また、この実施例において、第１環状開口３１８は、第２延長部３２６の少なくとも一部分を受け入れ、第２環状開口３３０は、第１延長部３１４の少なくとも一部分を受け入れ、締り嵌め又は摩擦嵌めが第１フック装置３０４と第２フック装置３０８との間に形成される。

また、この実施例において、第２フック装置３０８は、少なくとも１つのタービンロータホイール１７０から第３の距離３３２にある。第３の距離３３２は、第１の距離３１６及び第２の距離３１８のいずれよりも長い。第１の距離３１６及び第２の距離３１８のいずれよりも長い第３の距離３３２と、第１フック装置３０４及び第２フック装置３０８の間に形成される締り嵌めと、を組み合わせることにより、締結金具の取外し及び／又は新しい締結金具を全く必要とせずに、第２フック装置３０８の軸方向の摺動が可能となり、これによって、ロータ１１０の組立と分解が容易になる。また、この軸方向の移動により、段間シール機構３００及びその直近を定期点検する際のタービン１０８の分解作業量を削減できる。

この実施例において、シール部分３２０は、部材３３４によりバケット取付け機構１７４に結合される。或いは、段間シール機構３００の配向が、本明細書に記載のように第１環状開口３１８に対する第２フック装置３０８の挿入及び抜脱が可能なものであるとき、段間シール機構３００の配向を逆転させて、シール部分３２０を下流側タービンバケット取付け機構１７４に結合させてもよい。

隣接し合うタービンロータホイール１７０を用いて段間シール機構３００を支持することにより、他の周知のタービンエンジンに比べて、機構３００の部品重量を軽減でき、このような部品に関連する製造コストを削減できる。また、このような構成により、シール装置３２２を支持するための追加のホイールが不要になり、スペーサ１８２の減少及び／又は排除が可能になるので、ロータ１１０の製造コストと輸送重量を削減できる。また、この実施例において、段間シール機構３００は、ロータ１１０内に組み込まれた、冷却空気導管（図示せず）を含むがこれらに制限されない追加の回転部品に対する十分な半径方向支持部である。

図６は回転機械、具体的には、ガスタービンエンジン１００の一部分（図１、２及び３に示す）を組み立てる例証的な方法４００を示す流れ図である。この実施例において、複数の隣接する圧縮機ロータホイール１３０（図２及び４に示す）及び／又は隣接するタービンロータホイール１７０（図３及び５に示す）を含む、ロータ１１０（図１、２、３、４及び５に示す）等の回転要素を準備する（４０２）。圧縮機ステータブレードアセンブリ１２８（図２及び４に示す）及び／又はタービンダイアフラムアセンブリ１５４（図３及び５に示す）等の静止部分の少なくとも一部分が、少なくとも部分的にロータ１１０の周りに延在するように、ロータ１１０を設置する（４０４）。圧縮機１０２用の段間シール機構２００（いずれも図２及び４に示す）及び／又はタービン１０８用の段間シール機構３００（いずれも図３及び５に示す）を組み付ける（４０６）。このように、ブリッジ部分２０２及び／又は３０２（それぞれ図４及び５に示す）の少なくとも一部分を少なくとも１つのロータホイール１３０及び／又は１７０に結合させる（４０８）ことにより、第１フック装置２０４及び／又は３０４（それぞれ図４及び５に示す）をロータ１１０に結合する（４０８）。

また、この実施例では、第２のフック装置２０８及び／又は３０８の少なくとも一部分を、少なくとも部分的に第１フック装置２０４及び／又は３０４により画成されたほぼ環状の第１開口２１８及び／又は３１８にそれぞれ挿入して、第１フック装置２０４及び／又は３０４の少なくとも一部分と第２フック装置２０８及び／又は３０８の少なくとも一部分との間に、それぞれ締り嵌めが形成されるようにすることで、第２フック装置２０８及び／又は３０８の少なくとも一部分を、第１フック装置２０４及び／又は３０４に結合させる（４１０）。

また、この実施例において、段間シール機構２００及び／又は３００をそれぞれ軸方向中心線１１１（図１、２、３、４及び５に示す）から所定の半径方向距離２１１及び／又は３１１（それぞれ図４及び５に示す）に設置することにより、シール部分２２０及び／又は３２０（それぞれ図４及び５に示す）の少なくとも一部分を、少なくとも１つの圧縮機ロータホイール１３０及び／又はタービンロータホイール１７０に結合させる（４１２）。このような組立方法及び関連の分解方法により、定期点検の際の組立及び分解時間を削減し、関連コストを削減できる。特に、このように段間シール機構の取付け及び取外しに必要な軸方向長さを短くすることにより、圧縮機とタービンの両方の段間シール機構の組立及び分解が容易になる。

本明細書では、回転機械、特に圧縮機と、蒸気タービン及びガスタービンを含むタービンとの組立を容易にする方法及び装置の実施例を説明した。また、特に圧縮機とタービンとの両方の段間シール機構により、このような段間シール機構の取付け及び取外しに必要な軸方向長さを短くすることで、圧縮機とタービンとの組立及び分解が容易になる。このような組立／分解長さの短縮により、定期点検の際の分解及び組立時間を削減し、関連コストを削減できる。また、段間シール機構をロータ軸方向中心線から十分に離して設置することにより、圧縮機ステータブレード及びタービンダイアフラムアセンブリの長さの短縮が可能になり、これによって、空気、蒸気、又は燃焼ガス流に曝されるこのようなブレード及びアセンブリの表面積を縮小させ、ひいては、時間の経過に伴ってクリープ変形を招くことがある機械的応力を軽減できる。更に、このような組立構成により、圧縮機及びタービン密封装置を支持するホイール及びスペーサを含む、追加のロータディスクを削減すること及び／又はなくすことができる。静止ブレード及びアセンブリの長さを短縮し、ディスクをなくすことにより、圧縮機及びタービンロータの製造及び組立の資本コストを削減し、輸送重量を軽減できる。また、圧縮機及びタービンの重量の軽減により、運転速度範囲にわたって、圧縮機とタービンの両方に共通のロータに作用する遠心力が低下するので、点検及び保守コストが増加しにくくなる。更に、重量の軽減により、ロータの速度を加速及び維持するための燃料使用量を削減できるので、運転コストを削減できる。このような段間シール機構はまた、ロータ内に組み込まれる追加の回転部品に対する十分な半径方向支持部である。

本明細書に記載の方法及びシステムは、本明細書で記載した特定の実施例に限定されない。例えば、各システムの部品及び／又は各方法ステップを、本明細書で記載したその他の部品及び／又はステップと別個独立に使用及び／又は実施してもよい。また、各部品及び／又はステップを、他のアセンブリパッケージ及び方法で使用及び／又は実施してもよい。

種々の実施例に関して本発明を記述したが、本発明を特許請求の範囲の概念及び技術的範囲内で改変できることは、当業者に明らかであろう。

１００燃焼タービンエンジン（回転機械）
１０２圧縮機
１０３燃焼器アセンブリ
１０４燃焼器
１０６燃料ノズルアセンブリ
１０８タービン
１１０ロータ
１１１ロータ軸方向中心線
１１２圧縮機ロータアセンブリ
１１４圧縮機ステータアセンブリ
１１６圧縮機ケーシング
１１８流路
１２４複数の段
１２６ロータブレードアセンブリ
１２８ステータブレードアセンブリ
１３０圧縮機ロータディスク／ホイール
１３２ロータブレードエアフォイル部分
１３４ブレード取付け機構
１３６ロータブレード先端部分
１４０圧縮機ハブ
１４８圧縮機上流（低圧）部
１４９流れの矢印
１５０圧縮機下流（高圧）部
１５２タービンロータアセンブリ
１５４タービンダイアフラムアセンブリ
１５６タービンケーシング
１５８流路
１６４複数の段
１６６バケットアセンブリ
１６８ノズルアセンブリ
１７０タービンロータホイール
１７４バケット取付け機構
１８０タービンハブ
１８２タービンスペーサ
１８４タービンロータホイール
１８８タービン上流（高圧）部
１８９流れの矢印
１９０タービン下流（低圧）部
２００段間シール機構
２０２ブリッジ部分
２０３機械的締結装置
２０４第１フック装置
２０６リング部分
２０８第２フック装置
２１０軸方向部分
２１１所定の半径距離
２１２第１半径方向延長部
２１４第１軸方向延長部
２１６第１の軸方向距離
θ₁ 第１軸方向延長部と半径方向延長部の間の角度
２１８第１環状開口
２２０シール部分
２２２ラビリンスシール装置
２２４第２半径方向延長部
２２６第２軸方向延長部
２２８第２の軸方向距離
θ₂ 第２軸方向延長部と半径方向延長部の間の角度
２３０第２環状開口
２３２第３の軸方向距離
２３４部材
３００段間シール機構
３０２ブリッジ部分
３０３機械的締結装置
３０４第１フック装置
３０６リング部分
３０８第２フック装置
３１０軸方向部分
３１１所定の半径方向距離
３１２第１半径方向延長部
３１４第１軸方向延長部
３１６第１の軸方向距離
θ₁ 第１軸方向延長部と半径方向延長部の間の角度
３１８第１環状開口
３２０シール部分
３２２ラビリンスシール装置
３２４第２半径方向延長部
３２６第２軸方向延長部
３２８第２の軸方向距離
θ₂ 第２軸方向延長部と半径方向延長部の間の角度
３３０第２環状開口
３３２第３の軸方向距離
３３４部材
４００例示的方法
４０２複数のロータホイールを含む回転要素を準備する
４０２複数のロータホイールを含む回転要素を準備する
４０４静止部分の少なくとも一部分が少なくとも部分的に回転要素の周りに延在するように回転要素を設置する
４０６段間シール機構を組み付ける
４０８ブリッジ部分の少なくとも一部分を少なくとも１つのロータホイールに結合させることにより第１フック装置の少なくとも一部分を回転要素に結合させる
４１０第２フック装置の少なくとも一部分を、少なくとも部分的に第１フック装置により画成された実質的に環状の第１開口に挿入することにより、第１フック装置の少なくとも一部分と第２フック装置の少なくとも一部分との間に締り嵌めを形成し、第２フック装置の少なくとも一部分を第１フック装置に結合させる
４１２シール部分の少なくとも一部分を少なくとも１つのロータホイールに結合させ、段間シール機構を回転要素の軸方向中心線から所定の半径方向距離に設置する

Claims

複数のロータホイール（１３０／１７０）を有する回転要素（１１２／１５２）と静止部分（１１４／１５４）とを有する回転機械（１００）用の段間シール機構（２００／３００）であって、
少なくとも１つの前記ロータホイールに回転可能に結合された、前記ロータホイールどうしの間に軸方向に延在するブリッジ部分（２０２／３０２）であって、第１フック装置（２０４／３０４）を含むブリッジ部分（２０２／３０２）と、
少なくとも部分的に前記ブリッジ部分を囲むリング部分（２０６／３０６）であって、前記第１フック装置に回転可能に結合された第２フック装置（２０８／３０８）を含むリング部分（２０６／３０６）と、を含む段間シール機構（２００／３００）。
前記ブリッジ部分（２０２／３０２）が更に、軸方向部分（２１０／３１０）を含み、該軸方向部分は、少なくとも１つの前記ロータホイール（１３０／１７０）の少なくとも一部分に結合されており、該少なくとも１つのロータホイールは、少なくとも部分的に前記ブリッジ部分を支持する、請求項１に記載の段間シール機構（２００／３００）。
前記第１フック装置（２０４／３０４）は、
前記軸方向部分（２１０／３１０）に結合された第１半径方向延長部（２１２／３１２）であって、前記軸方向部分から半径方向外方に所定の半径方向距離（２１１／３１１）だけ延在する第１半径方向延長部（２１２／３１２）と、
前記第１半径方向延長部に結合された第１軸方向延長部（２１４／３１４）であって、前記第１半径方向延長部から軸方向に第１の軸方向距離（２１６／３１６）だけ延在しており、前記第１半径方向延長部との間に第１の角度（θ₁）を画成し、且つ、前記半径方向延長部及び前記軸方向部分と一緒に第１環状開口（２１８／３１８）を画成する、第１軸方向延長部（２１４／３１４）と、
を含む、請求項２に記載の段間シール機構（２００／３００）。
前記リング部分（２０６／３０６）は更に、前記ブリッジ部分（２０２／３０２）の前記軸方向部分（２１０／３１０）を実質的に囲むシール部分（２２０／３２０）を含む、請求項３に記載の段間シール機構（２００／３００）。
前記第２フック装置（２０８／３０８）は、
前記シール部分（２２０／３２０）に結合された第２半径方向延長部（２２４／３２４）であって、前記シール部分から半径方向内方に延在する第２半径方向延長部（２２４／３２４）と、
前記第２半径方向延長部に結合された第２軸方向延長部（２２６／３２６）であって、前記第２半径方向延長部から軸方向に、前記第１の軸方向距離（２１６／３１６）と実質的に同様の第２の軸方向距離（２２８／３２８）だけ延在しており、前記第２の半径方向延長部との間に第２の角度（θ₂）を画成し、且つ、前記第２半径方向延長部及び前記シール部分と一緒に第２環状開口（２３０／３３０）を画成する、第２軸方向延長部（２２６／３２６）と、
を含む、請求項４に記載の段間シール機構（２００／３００）。
前記第１環状開口（２１８／３１８）は、前記第２軸方向延長部（２２６／３２６）の少なくとも一部分を受け入れ、前記第２環状開口は、前記第１軸方向延長部（２１４／３１４）の少なくとも一部分を受け入れる、請求項５に記載の段間シール機構（２００／３００）。
前記第１の角度（θ₁）は実質的に９０°であり、前記第２の角度（θ₂）は実質的に９０°である、請求項５に記載の段間シール機構（２００／３００）。
複数のロータホイール（１３０／１７０）を含む回転要素（１１２／１５２）と、
少なくとも部分的に前記回転要素の周りに延在する静止部分（１１４／１５４）と、
少なくとも１つの段間シール機構（２００／３００）であって、
少なくとも１つの前記ロータホイール延長部に回転可能に結合されたブリッジ部分（２０２／３０２）であって、前記ロータホイールどうしの間に軸方向に延在し、第１フック装置（２０４／３０４）を含む、ブリッジ部分（２０２／３０２）と、
少なくとも部分的に前記ブリッジ部分を囲むリング部分（２０６／３０６）であって、前記第１フック装置に回転可能に結合された第２フック装置（２０８／３０８）を含むリング部分（２０６／３０６）と、を備える少なくとも１つの段間シール機構（２００／３００）と、
を含むタービンエンジン（１００）。
前記ブリッジ部分（２０２／３０２）は更に、軸方向部分（２１０／３１０）を含み、該軸方向部分（２１０／３１０）は、少なくとも１つの前記ロータホイール（１３０／１７０）の少なくとも一部分に結合され、該少なくとも１つのロータホイールは、少なくとも部分的に前記ブリッジ部分を支持しており、
前記リング部分（２０６／３０６）は更に、前記ブリッジ部分の前記軸方向部分を実質的に囲むシール部分（２２０／３２０）を含む、請求項８に記載のタービンエンジン（１００）。
前記第１フック装置（２０４／３０４）は、
前記軸方向部分（２１０／３１０）に結合された第１半径方向延長部（２１２／３１２）であって、前記軸方向部分から半径方向外方に所定の半径方向距離（２１１／３１１）だけ延在する第１半径方向延長部（２１２／３１２）と、
前記第１半径方向延長部に結合された第１軸方向延長部（２１４／３１４）であって、前記第１半径方向延長部から軸方向に第１の軸方向距離（２１６／３１６）だけ延在しており、前記第１半径方向延長部との間に第１の角度（θ₁）を画成し、且つ、前記第１半径方向延長部及び前記軸方向部分と一緒に第１環状開口（２１８／３１８）を画成する、第１軸方向延長部（２１４／３１４）と、
を含む、請求項９に記載のタービンエンジン（１００）。