JP2012031865A

JP2012031865A - タービンシールシステム

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Publication number: JP2012031865A
Application number: JP2011168135A
Authority: JP
Inventors: Josef S Cummins; ジョセフ・スコット・カミンズ; Ian David Wilson; アイアン・デビッド・ウイルソン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2031-08-01
Also published as: CH703590B1; US8511976B2; CN102418563A; CN102418563B; CH703590A2; DE102011052240A1; JP6018367B2; US20120027584A1

Abstract

【課題】複数のタービン段の間の流体の漏れを低減させるためのシールであって、熱応力によるシール効果が低下しない段間シールシステムを提供する。
【解決手段】システムは、周方向に離間された複数の第１スロット５２Ａを有する第１ホイール３８Ａを含む第１タービン段３４と、複数の第１スロットに各々結合された複数の第１ブレードセグメントとを含む多段タービンを含む。多段タービンは、第１タービン段及び第２タービン段の間に軸方向に延びる一体化された段間シール６０をさらに含み、段間シールは、第１ホイールに結合された第１半径方向支持部６２Ａと、第２ホイールに結合された第２半径方向支持部６２Ｂとを備え、段間シールは、第１スロット５２Ａのうちの少なくとも２つ又は第２スロット５２Ｂのうちの少なくとも２つを横切って周方向に延びる。
【選択図】図３

Description

本明細書で開示された主題は、ガスタービンに関し、より具体的には、タービン内のシールに関する。

一般に、ガスタービンエンジンは、圧縮された空気と燃料との混合物を燃焼させて高温燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、１つ又は複数のタービン段を通って流れ、負荷及び／又は圧縮機のための動力を生成することができる。段の間で圧力低下が起こることがあり、それにより燃焼ガスなど流体が意図しない経路を通って流れる可能性がある。段の間の流体の漏れを低減させるために、段の間にシールを配置することができる。残念なことに、シールは、熱応力のような応力を受けることがあり、応力はシールを軸方向及び／又は半径方向に偏らせ、これによりシールの効果が低下することがある。例えば、シールの撓みは、固定された構成要素と回転する構成要素との間で擦れる状態になる可能性を増すことがある。

米国特許第６，８９９，５２０号公報

最初に特許請求した発明と範囲が対応する実施形態について以下で要約する。これらの実施形態は、特許請求された発明の範囲を限定することを意図せず、むしろこれらの実施形態は、本発明の可能な形態の概要を提供することだけが意図されている。実際は、本発明は、以下に記載の実施形態と類似していても異なっていてもよい種々の形態を包含することがある。

第１の実施形態によれば、システムは多段タービンを含む。多段タービンは、第１ホイール周りで周方向に離間された複数の第１スロットを有する第１ホイールと第１スロットのうちの少なくとも１つに各々結合された複数の第１ブレードセグメントとを含む第１タービン段を含む。多段タービンはまた、第２ホイール周りで周方向に離間された複数の第２スロットを有する第２ホイールと第２スロットのうちの少なくとも１つに各々結合された複数の第２ブレードセグメントとを含む第２タービン段を含む。多段タービンは、第１タービン段及び第２タービン段の間に軸方向に延びる一体化された段間シールをさらに含み、一体化された段間シールは、第１ホイールに結合された第１半径方向支持部と、第２ホイールに結合された第２半径方向支持部とを備え、一体化された段間シールは、複数の第１スロットのうちの少なくとも２つ又は複数の第２スロットのうちの少なくとも２つを横切って周方向に延びる。

第２の実施形態によれば、システムは、第１タービン段及び第２タービン段の間で軸方向に設置されるように構成された一体化された段間タービンシールを含み、一体化された段間タービンシールは、第１タービン段の第１ホイールと結合するように構成された第１半径方向支持部と、第２タービン段の第２ホイールと結合するように構成された第２半径方向支持部とを含み、第１半径方向支持部は、互いから周方向にオフセットされた複数の第１半径方向支持突出部を含み、第１半径方向支持突出部の各々は、一体化された段間タービンシールの半径方向の移動を阻止するために、第１ホイールにおける複数の第１スロットのうちの１つと結合するように構成される。

第３の実施形態において、システムは多段タービンを含む。多段タービンは、第１ホイール周りで周方向に離間された複数の第１スロットを有する第１ホイールと複数の第１スロットのうちの少なくとも１つと各々結合された複数の第１ブレードセグメントとを含む第１タービン段を含み、複数の第１スロットは、第１下側半径と第１上側半径とを含む。多段タービンは、第２ホイール周りで周方向に離間された複数の第２スロットを有する第２ホイールと複数の第２スロットのうちの少なくとも１つに各々結合された複数の第２ブレードセグメントとを含む第２タービン段を含み、複数の第２スロットは、第２下側半径と第２上側半径とを含む。多段タービンは、第１タービン段及び第２タービン段の間に軸方向に延びる段間シールをさらに含み、段間シールは、第１ホイールに結合された第１半径方向支持部と、第２ホイールに結合された第２半径方向支持部と、第１タービン段及び第２タービン段の間に延びる壁とを含み、壁は、第１下側半径及び第２下側半径の両方よりも大きい又は等しい内側半径を有し、内側半径は、第１上側半径又は第２上側半径のうちの少なくとも１つよりも大きい又は等しい。

本発明のこれらの及び他の特徴、態様、及び利点は、図面を通して同様の符号が同様の部分を表す添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を併せ読めば、より良く理解されるであろう。

タービンシールを採用してもよいガスタービンエンジンの実施形態の概略的な流れ図である。縦軸に沿って見た図１のガスタービンエンジンの側面断面図である。タービン段の間のシール構造体の実施形態を例示する図２のガスタービンエンジンの部分側面断面図である。ブレードが隣接する段から除去されている状態の図２のガスタービンエンジンの部分側面断面図である。シール構造体が隣接する段から除去されている状態の図２のガスタービンエンジンの部分側面断面図である。図３の線６〜６に沿って見たタービンエンジンのホイールのスロットの中に挿入された半径方向支持突出部の実施形態の部分横断面図である。タービン段の間のシール構造体の別の実施形態を例示する図２のガスタービンエンジンの一部の側面断面図である。ホイールのスロットの中に挿入されたシール構造体の実施形態の部分斜視図である。ホイールと係合する軸方向支持突出部の実施形態の部分斜視図である。

本発明の１つ又は複数の具体的な実施形態が以下で説明される。これらの実施形態を簡潔に説明しようとする努力において、実際の実装のすべての特徴が本明細書で説明されないことがある。あらゆる工学又は設計プロジェクトなどでの、あらゆるこうした実際の実装の開発において、ある実装と別の実装では異なることがあるシステムに関連した及びビジネスに関連した制約の順守など開発者の具体的な目標を達成するために、実装に固有の多数の決定がなされなければならないことを理解されたい。そのうえ、こうした開発努力は、複雑で時間のかかるものとなることがあるが、それにもかかわらず、本開示の恩恵を有する当業者にとって、設計、製作、及び製造の慣例の仕事となるであろうことを理解されたい。

本発明の種々の実施形態の要素を紹介するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、１つ又は複数の要素が存在することを意味することが意図されている。「備える」、「含む」、及び「有する」という用語は、包括的なものとなり、挙げられた要素以外の付加的な要素が存在してもよいことを意味することが意図されている。

本開示は、段間シールを含むガスタービンエンジンを対象としており、各段間シールは、シールの半径方向の撓みを最小にし、且つシールを熱的に安定化させるために、シールの軸方向に面する表面に沿って応力を減少させる機能部を含む。加えて、これらの機能部は、冷却空気にさらされるタービンホイールの表面積を増加させ、これによりホイールの強度を高める。例えば、段間シールは、作動中、ホイールに結合されたシールの半径方向支持部を介して隣接するタービンホイールによって完全に支持されてもよい。ホイールは、半径方向及び軸方向のシールの移動を阻止するために、シールの半径方向支持部並びに当接部のためのスロットを含んでもよい。半径方向支持部は、ダブテール突出部又は軸方向支持突出部を含んでもよい。また、段間シールは、タービンホイールの高い半径でスロットを横切って周方向に延びる単一部品を形成してもよい。段間シールの高い半径は、冷却用の段間容積並びに冷却用のタービンホイールの表面積を増加させることがある。さらに、段間シールは、下にある構成要素へのアクセスを可能にするために取外し可能とすることができる。例えば、段間シールは、１つ又は複数のホイールを横切る設置位置の中に及び設置位置の外に軸方向に摺動することができる。

図１は、隣接するホイールでの半径方向の支持を備えた段間シールを採用してもよいガスタービンエンジン１２を含む例示的なシステム１０のブロック図である。或る実施形態において、システム１０は、航空機、船舶、機関車、発電システム、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。例示されたガスタービンエンジン１２は、空気取入区域１６、圧縮機１８、燃焼器区域２０、タービン２２、及び排気区域２４を含む。タービン２２は、シャフト２６を介して圧縮機１８に結合される。

矢印で示されるように、空気は、取入区域１６を通してガスタービンエンジン１２に入り、圧縮機１８の中に流れることができ、圧縮機１８は、空気を燃焼器区域２０の中に入る前に圧縮する。例示された燃焼器区域２０は、圧縮機１８とタービン２２との間にシャフト２６を中心として同軸に又は環状に配置された燃焼器ハウジング２８を含む。圧縮機１８からの圧縮空気が燃焼器３０に入り、圧縮空気は、燃焼器３０内で燃料と混合及び燃焼され、タービン２２を駆動することができる。

燃焼器区域２０から、高温燃焼ガスは、タービン２２を通して流れ、シャフト２６を介して圧縮機１８を駆動する。例えば、燃焼ガスは、タービン２２内のタービンロータブレードに原動力を加え、シャフト２６を回転させることができる。後述するように、タービン２２は、隣接するホイールでの半径方向の支持を備えた複数の段間シールを含んでもよい。タービン２２を通して流れた後で、高温燃焼ガスは、排気区域２４を通してガスタービンエンジン１２を脱出することができる。

図２は、縦軸３２に沿って見た図１のガスタービンエンジン１２の実施形態の側面断面図である。図示のように、ガスタービン２２は、３つの個別の段３４を含む。各段３４は、シャフト２６（図１）に回転可能に取り付けられてもよいロータホイール３８に結合されたブレード３６の組を含む。ブレード３６は、ロータホイール３８から半径方向外向きに延び、高温燃焼ガスの経路内に部分的に配置される。シール６０は、隣接するロータホイール３８の間に延び、隣接するロータホイール３８によって支持される。後述するように、シール６０は、冷却を改善し除去を簡単にしながら、半径方向の支持を提供するために、隣接するホイール３８とインターフェースする半径方向支持部を含む。ガスタービン２２は三段タービンとして例示されるが、本明細書に記載のシール６０は、あらゆる数の段及びシャフトを備えたあらゆる適切なタイプのタービンに採用されてもよい。例えば、シール６０は、単段ガスタービンに、低圧タービン及び高圧タービンを含むデュアルタービンシステムに、又は蒸気タービンに含まれてもよい。さらに、本明細書に記載のシール６０はまた、図１に例示された圧縮機１８のような回転圧縮機に採用されてもよい。

図１に関して上記で説明されたように、空気が空気取入区域１６を通して入り、圧縮機１８によって圧縮される。次いで、圧縮機１８からの圧縮空気が燃焼器区域２０の中に向けられ、そこで圧縮空気は燃料と混合される。圧縮空気と燃料との混合物は、一般に燃焼器区域２０内で燃やされて、タービン２２内にトルクを生成するのに用いられる高温高圧の燃焼ガスを生成する。具体的には、燃焼ガスは、ブレード３６に原動力を加え、ホイール３８を回転する。或る実施形態において、タービンの各段で圧力低下が起こることがあり、それによりガスが意図しない経路を通って流れる可能性がある。例えば、高温燃焼ガスは、タービンホイール３８の間の段間容積の中に流入することがあり、これはタービン構成要素上に熱応力をかけることがある。或る実施形態において、段間容積は、圧縮機から抽気された又は別のソースから提供された排気によって冷却されてもよい。しかしながら、段間容積の中への高温燃焼ガスの流入は、冷却効果を弱めることがある。したがって、高温燃焼ガスから段間容積を密封及び封鎖するために、隣接するホイール３８の間の高い半径にシールが配置されてもよい。

図３は、図２に示された一対の隣接するロータ段３４の側面断面図である。例示する目的で、段３４の一部のみが例示される。しかしながら、段３４は、一般に、ホイール３８のホイールポスト部５０から半径方向外向き（矢印４８で示される方向）に延びるブレード３６を備えた円形ホイール３８を含む。ホイールポスト部５０は、ホイール３８の周囲に沿って配置され、且つブレード３６の下側セグメント５４を保持するためのスロット５２（例えば、ダブテールスロット）を含む。或る実施形態において、約５０〜１５０個のブレード３６が設置されてもよく、ホイール３８と対応する回転軸（一般に矢印５８で示される方向に延びる）の周りで周方向（矢印５６で示される方向）に離間されてもよい。

シール構造体６０は、２つの隣接するホイール３８Ａ及び３８Ｂの間に延び、ホイール３８によって機械的に支持される。シール構造体６０は、ホイール３８の間の単一部品として（周方向５６に）環状に配置され、且つ半径方向支持部６２を介してホイール３８に取り付けられる。各ホイール３８は、該ホイール３８の間に環状の構造体として延びるシール構造体６０と共に、環状の構造体を形成する。作動中に、ホイール３８とシール構造体６０は、共通の軸線を中心として回転する。或る実施形態において、シール構造体６０は、ブレード３６を保持するホイール３８内の周方向に離間されたスロット５２と同じ半径方向の位置（方向４８に延びる）で又はその付近でホイール３８とインターフェースしてもよい。シール構造体６０は、隣接するホイール３８に取り付けて、空気冷却チャンバを形成する段間容積又はホイールキャビティ６４を熱的に隔てる壁を形成する、３６０度の円形構造体を含んでもよい。

段間容積６４は、段間容積６４とホイール３８のような隣接するタービン構成要素とを冷却するために、圧縮機１８から抽気された排気を受け入れる。冷却を促進するために、容積６４は、できるだけ大きく設計され、したがって、シール構造体６０は、壁を形成するときにホイール３８又はホイールポスト部５０の最外部に取り付けられる。具体的には、シール構造体６０の取り付けのための領域は、ホイール３８の半径方向外側区域（方向４８）上に配置される。ホイール３８又はホイールポスト部５０の半径方向外側区域（方向４８）の方のシール構造体６０の位置は、容積６４内の冷却を容易にするために段間容積６４を増加させる又は最大にする。より具体的には、シール構造体６０によって形成された壁は、内側半径６６を有する。スロット５２Ａ及び５２Ｂの各々は、それぞれ上側半径６８及び７０、並びに、それぞれ下側半径７２及び７４を含む。シール構造体の壁の内側半径６６は、スロット５２Ｂの下側半径７４及び上側半径７０の両方よりも大きい又は等しくてもよい。加えて、壁の内側半径６６は、スロット５２Ａの下側半径７２及び上側半径６８のうちの少なくとも１つよりも大きい又は等しくてもよい。シール構造体６０の高い内側半径６６に起因する段間容積６４の増加したサイズと、対応する冷却能力は、より低強度の材料がホイール３８に用いられることを可能にすることができる。冷却はまた、段間容積内に半径方向の仕切りが存在しないために促進されることがある。具体的には、半径方向４８内で、容積６４は連続した空間である。さらに、冷却空気は、ホイール３８に沿ったより大きい表面積に起因するより大きい対流冷却を提供することができる。

シール構造体６０は、高温燃焼ガス又は蒸気のような高温流体の流れを、ホイール３８の上方に配置された、ブレード３６を通る流路７６（一般に矢印で例示される）に向けるために、固定ステータベーン（図示せず）とインターフェースしてもよい。具体的には、ステータベーン構造体は、シール構造体６０の外面８０上に位置付けられたシール歯７８とインターフェースするシール表面を含んでもよい。或る実施形態において、シール表面材料とシール歯７８との間にラビリンスシールが形成されてもよい。しかしながら、他の実施形態において、あらゆるタイプのシールが形成されてもよい。シール歯７８は、シール構造体６０から半径方向外側（方向４８）に位置決めされてもよい。ホイール３８又はホイールポスト部５０の半径方向外側区域（方向４８）の方のシール構造体６０の位置は、シール構造体６０がより大きいシーリング半径を有し且つステータベーン構造体の半径方向の高さを最小にすることを可能にすることができる。最小にされた半径方向の高さは、ステータベーン構造体の軸方向に面する表面積、並びに、ステータベーン構造体の位置をシフトさせることがある軸方向のガス曲げ負荷を減少させることができる。

前述のように、シール構造体６０は、構造体６０をホイール３８に取り付けるために半径方向支持部６２を含む。半径方向支持部６２は、シール構造体６０への半径方向及び軸方向の支持を提供する。第１半径方向支持部６２Ｂは、半径方向支持突出部８２を含む。幾つかの実施形態において、シール構造体６０の第１半径方向支持部６２Ｂ及び第２半径方向支持部６２Ａの両方が、半径方向支持突出部８２を含む（図７参照）。第１半径方向支持部６２Ｂの半径方向支持突出部８２は、半径方向支持突出部８２、したがってシール構造体６０の半径方向４８の移動を阻止するために、スロット５２Ｂの中に配置される。第１半径方向支持部６２Ｂの半径方向支持突出部８２は、ダブテール突出部８２を含んでもよい。ダブテール突出部８２は、次いで、ダブテール突出部８２の半径方向４８の移動を阻止するために、ダブテールスロット５２Ｂの中に配置されてもよい。ブレード３６の下側セグメント５４もまたスロット５２Ｂの中に配置され、したがって、半径方向支持突出部８２の軸方向５８の移動を阻止する。

第２半径方向支持部６２Ａは、軸方向支持突出部８４を含む。第２半径方向支持部６２Ａの軸方向支持突出部８４は、ホイール３８Ａの半径方向当接部と接触してシール構造体６０に軸方向及び半径方向の支持を提供することができる。半径方向当接部は、ホイール３８Ａのリム８６、ホイールポスト部５０のロープシール溝８８を備えた軸方向突出部８７、及びブレード３６の軸方向突出部９５を含んでもよい（図４参照）。第２半径方向支持部６２Ａの軸方向支持突出部８４は、カバープレート部９０、ロープシール溝相互作用部９２、及びリム相互作用部９４を含んでもよい。カバープレート部９０は、ブレード３６のホイールポスト部５０及び下側セグメント５４の両方と相互作用する。ロープシール溝相互作用部９２は、ロープシール９８の通路９６を形成するために軸方向突出部８７のロープシール溝８８とインターフェースしてもよい。ブレード３６はまた、ロープシール溝９９を備えた軸方向突出部９５を含んでもよい（図４参照）。ブレード３６のロープシール溝９９とホイールポスト部５０のロープシール溝８８は、エンジンの固定された構成要素からの漏れを最小にするために、ホイール３８Ａの周りの方向５６に、ロープシール９８と共に、周方向に３６０度にわたって延びてもよい。幾つかの実施形態において、ブレード３６とホイールポスト部５０の軸方向突出部８７はまた、保持スロットを含んでもよい。ブレード３６の保持スロットとホイールポスト部５０の保持スロットは、ブレード３６を軸方向で保持するように、ホイール３８Ａの周りの方向５６で、ブレード保持ワイヤと共に、周方向に３６０度にわたって延びてもよい。リム相互作用部９４は、ホイール３８Ａのリム８６と相互作用して第２半径方向支持部６２Ａの軸方向支持突出部８４の半径方向４８の移動を阻止してもよい。幾つかの実施形態において、リム相互作用部９４は、ホイール３８Ａのリム８６とのラベット（ｒａｂｂｅｔｅｄ）接続を形成してもよい。

図４は、タービン段３４の間のシール構造体６０の据付けを例示する。図４は、隣接するタービン段３４の対の側面断面図である。メンテナンス又は他の分解工程中、ブレード３６は、スロット５２Ａから軸方向１０８に又はスロット５２Ｂから軸方向１１０に除去されてもよい。据付け中に、シール構造体６０は、ブレード３６が除去されている間、ホイール３８Ｂの上を軸方向にホイール３８Ａ及び３８Ｂの間の位置に摺動することができる。シール構造体６０は、ホイール３８Ｂの上を軸方向１０８に摺動することができ、一方、第１半径方向支持部６２Ｂの半径方向支持突出部８２は、スロット５２Ｂを通して同じ方向１０８に摺動することができる。この移動の間、第１半径方向支持部６２Ｂの支持突出部８２及び第２半径方向支持部６２Ａの支持突出部８４の両方が、それぞれ、スロット５２Ｂと位置合わせされ且つスロット５２Ｂを通して摺動することができる。シール構造体６０は、前述のように第２半径方向支持部６２Ａの軸方向支持突出部８４がホイール３８Ａ又はホイール支持ポスト５０の半径方向当接部８６及び８７と接触して段間シールを形成するまで、軸方向に摺動する。半径方向当接部８６及び８７は、シール構造体６０の軸方向１０８のさらなる移動を阻止する。ブレード３６は、スロット５２Ａ及び５２Ｂの中に再び挿入されてもよく、スロット５２Ｂの中に挿入されたブレード３６の下側セグメント５４は、第１半径方向支持部６２Ｂの半径方向支持突出部８２の軸方向１１０の移動を阻止する。さらに、ブレード３６を再び挿入すると、第２半径方向支持部６２Ａの軸方向支持突出部８４がホイール３８Ａの半径方向当接部９５と接触して段間シールを形成する。

図５は、隣接するタービン段３４の対からのシール構造体６０の除去を例示する。ブレード３６がスロット５２Ａ及び５２Ｂから除去された状態で、シール構造体６０は、第１半径方向支持部６２Ｂの半径方向支持突出部８２をスロット５２Ｂから除去するために、軸方向１１０に摺動することができる。この除去の間、第１半径方向支持部６２Ｂの支持突出部８２及び第２半径方向支持部６２Ａの支持突出部８４の両方が、それぞれ、スロット５２Ｂと位置合わせされ且つスロット５２Ｂを通して摺動することができる。図５に例示されるように、第１半径方向支持部６２Ｂの半径方向支持突出部８２をシール構造体６０の一方の端部上に備えた実施形態では、軸方向１１０にシール構造体６０を除去するために、スロット５２Ｂの中のブレード３６のみが除去される必要がある。シール構造体６０の除去は、タービン２２の他の構成要素の分解なしに、シール構造体６０の普通は下にある構成要素へのアクセスを提供する。

図６は、ホイール３８Ｂのスロット５２Ｂの中に挿入される複数の第１半径方向支持部６２Ｂの半径方向支持突出部８２を備えたシール構造体６０の実施形態の、図３の線６〜６に沿って見た部分横断面図である。ホイール３８Ｂのホイールポスト部５０は、ホイール３８Ｂから半径方向外向きに延びる複数の突出部１１８を含む。突出部１１８は、ホイール３８Ｂの周りで周方向に離間されて周方向に離間されたスロット５２Ｂを形成する。スロット５２Ｂは、ダブテールスロット５２Ｂであってもよい。離間された突出部１１８によって形成されたスロット５２Ｂは、複数の山部及び谷部によって画定される波形の、湾曲した、又は概して非直線形の表面１１９を含んでもよい。例えば、表面１１９は、タブ又はタング１２０を含んでもよい。シール構造体６０の第１半径方向支持部６２Ｂの半径方向支持突出部８２は、互いから周方向にオフセットされ且つスロット５２Ｂ内に挿入される。第１半径方向支持部６２Ｂの半径方向支持突出部８２は、ダブテール突出部８２であってもよい。スロット５２Ｂと同様に、ダブテール突出部８２は、複数の山部及び谷部によって画定される波形の、湾曲した、又は概して非直線形の表面１２１を含んでもよい。例えば、ダブテール突出部８２は、ダブテールスロット５２Ｂのタング１２０の間に挿入するタング１２２を含んでもよい。第１半径方向支持部６２Ｂの突出部８２は、半径方向１２４にスロット５２Ｂの中に完全に、又は突出部８２とホイール３８Ｂとの間にギャップを残した状態で部分的にのみ延びてもよい。このギャップは、ホイール３８Ｂとホイールポスト５０のさらなる冷却を可能にする。タング１２０及び１２２の間の相互作用は、第１半径方向支持部６２Ｂの半径方向支持突出部８２が半径方向１２６に変位されるのを阻止してもよい。言い換えれば、タング１２０及び１２２は、ホイール３８Ｂにおけるシール構造体６０の半径方向の移動を許容しない。加えて、スロット５２Ｂは、第１半径方向支持部６２Ｂの突出部８２の周方向１２８の移動を阻止する。部分的に例示されるように、シール構造体６０は、複数のスロット５２Ｂを横切って周方向に延びる及びすべてのスロット５２Ｂを横切って３６０度にわたって延びてもよい、環状の単一部品を形成する。例えば、シール構造体６０は、２〜５０、２〜２５、２〜１０、又は２〜５個のスロットを横切って延びてもよい。

前述のように、シール構造体６０の第１半径方向支持部６２Ｂ及び第２半径方向支持部６２Ａの両方が、各々、複数の半径方向支持突出部８２を含んでもよい。図７は、ホイール３８Ｂのスロット５２Ｂ及びホイール３８Ａのスロット５２Ａの中にそれぞれ配置された第１半径方向支持部６２Ｂの第１半径方向支持突出部８２Ｂ及び第２半径方向支持部６２Ａの第２半径方向支持突出部８２Ａを含むシール構造体６０を備えた実施形態を例示する。スロット５２Ｂ及び５２Ａの中への第１半径方向支持部６２Ｂの第１突出部８２Ｂ及び第２半径方向支持部６２Ａの第２突出部８２Ａのそれぞれの挿入は、シール構造体６０の矢印１３８及び１４４によって示される半径方向の移動を阻止する。ブレード３６の下側セグメント５４は、半径方向支持突出部８２Ａ及び８２Ｂの軸方向１４０及び１４２のそれぞれの移動を阻止するために、スロット５２Ａ及び５２Ｂの中に配置される。図６で説明されたように、第２半径方向支持部６２Ａの半径方向支持突出部８２Ａ及び第１半径方向支持部６２Ｂの半径方向支持突出部８２Ｂは、それぞれ、ダブテール突出部８２を含んでもよく、スロット５２Ａ及び５２Ｂは、ダブテールスロット５２を含んでもよい。ダブテール突出部８２Ａは、ダブテール突出部８２Ｂの配向方向１４４とは反対の方向１３８に配向されてもよい。半径方向支持突出部８２Ａ及び８２Ｂの両方がダブテール突出部８２を含む実施形態において、シール構造体６０は、図６に例示されるように、スロット５２Ａのうちの少なくとも２つ及びスロット５２Ｂのうちの少なくとも２つを横切って周方向に延び、シール構造体６０は、ホイール３８Ａ及び３８Ｂの間に壁を形成するためにすべてのスロット５２Ａ及び５２Ｂを横切って周方向に延びてもよい。

図８は、ホイール３８Ｂのスロット５２Ｂの中に挿入されるシール構造体６０の実施形態の部分斜視図である。図８に例示された一体化されたシール構造体６０は、シール歯７８、半径方向支持突出部８２を備えた第１半径方向支持部６２Ｂ、及び軸方向支持突出部８４を備えた第２半径方向支持部６２Ａを含む。シール歯７８は、前述のように、周方向に３６０度にわたって方向１５４に延び、ステータベーン構造体と相互作用してもよい。第２半径方向支持部６２Ａの軸方向支持突出部８４は、カバープレート部９０と、リム相互作用部９４とを含む。カバープレート部９０は、周方向に３６０度にわたって方向１５４に連続的に延び、ブレード３６の下側セグメント５４又はホイールポスト部５０と相互作用してもよい。リム相互作用部９４は、ギャップ１５６によって互いからオフセットされてもよい。これらのギャップ１５６は、ホイール３８Ｂの突出部１１８、及び突出部１１８によって占領される第１半径方向支持部６２Ｂの半径方向支持突出部８２の間の空間と位置合わせされる。ギャップ１５６は、スロット５２Ｂとの支持突出部８２及び８４の位置合わせを容易にする、したがって第２半径方向支持部６２Ａの軸方向支持突出部８４のリム相互作用部９４がスロット５２Ｂを通して軸方向に摺動することを可能にするために、突出部１１８の上部１５８と同様の形状にされてもよい。第１半径方向支持部６２Ｂの半径方向支持突出部８２は、図６で説明されたようにダブテール突出部８２を含んでもよい。突出部８２は、スロット５２Ｂの中に配置されてもよく、シールがスロット５２Ｂのうちの少なくとも２つを横切って周方向に延びることを可能にする。スロット５２Ｂは、ダブテールスロット５２Ｂを含んでもよい。

図９は、ホイール３８Ａ及びホイールポスト部５０と当接するシール構造体６０の実施形態の部分斜視図である。図９に例示されたシール構造体６０は、シール歯７８と、軸方向支持突出部８４を備えた第２半径方向支持部６２Ａとを含む。第２半径方向支持部６２Ａの軸方向支持突出部８４は、カバープレート部９０、ロープシール溝相互作用部９２、及びリム相互作用部９４を含む。カバープレート部９０とロープシール溝相互作用部９２は、前述のように機能する。リム相互作用部９４は、ホイール３８Ａのリム８６の下側１６８とインターフェースする。リム相互作用部９４の間のギャップ１５６は、段間容積６４からの冷却空気１７０へのアクセスを提供する。冷却空気１７０は、ホイール３８Ａの上側部分、ホイールポスト５０、及びブレード３６の下側セグメント５４の冷却を可能にする。前述のように、この冷却は、より低強度の材料がホイール３８に用いられることを可能にする。

上記の実施形態で説明されたシール構造体６０の半径方向支持部６２の両方が、ホイール３８への取り付けを介して軸方向及び半径方向の両方の支持を提供し、したがって、より軽量の構造体６０の使用を可能にする。また、ホイール３８の高い半径でのこれらの半径方向支持部６２の取り付けは、ホイール３８のより大きい表面積を段間容積６４の冷却空気にさらして、より低強度の材料をホイール３８に使用できるようにする。このシール構造体６０の高い半径方向の位置はまた、ダイヤフラムのサイズが縮小されることを可能にする。さらに、半径方向支持部６２の設計は、ロータを取り降ろす又は分解する必要なしに、ブレード３６のスロット５２を通して軸方向にシール構造体６０を除去できるようにする。

本書は、本発明を開示するために、またあらゆるデバイス又はシステムを作製すること及び用いること並びにあらゆる組み入れられた方法を実行することを含めて、当業者が本発明を実施することを可能にするために、最良の形態を含む例を用いる。本発明の特許性のある範囲は、請求項によって定められ、当業者に思い付く他の例を含んでもよい。こうした他の例は、それらが請求項の文字通りの言葉とは異ならない構造要素を有する場合に、又はそれらが請求項の文字通りの言葉とのわずかな差異しかない等価な構造要素を含む場合に、請求項の範囲内にあることが意図されている。

１０システム
１２ガスタービンエンジン
１６空気取入区域
１８圧縮機
２０燃焼器区域
２２タービン
２４排気区域
２６シャフト
２８燃焼器ハウジング
３０燃焼器
３２縦軸
３４段
３６ブレード
３８ロータホイール
４８方向
５０ホイールポスト部
５２スロット
５４下側セグメント
５６方向
５８方向
６０シール構造体
６２半径方向支持部
６４段間容積
６６内側半径
６８上側半径
７０上側半径
７２下側半径
７４下側半径
７６流路
７８シール歯
８０外面
８２半径方向支持突出部
８４軸方向支持突出部
８６リム
８８ロープシール溝
９０カバープレート部
９２ロープシール溝相互作用部
９４リム相互作用部
９５軸方向突出部
９６通路
９８ロープシール
９９ロープシール溝
１０８軸方向
１１０軸方向
１１８突出部
１２０タング
１２２タング
１２４方向
１２６半径方向
１２８方向
１３８半径方向
１４０軸方向
１４２軸方向
１４４方向
１５４方向
１５６ギャップ
１６８下側

Claims

多段タービン（２２）を備えるシステム（１０）であって、前記多段タービン（２２）が、
第１ホイール（３８）周りで周方向に離間された複数の第１スロット（５２）を有する第１ホイール（３８）と、前記第１スロット（５２）のうちの少なくとも１つに各々結合された複数の第１ブレードセグメントとを備える第１タービン段（３４）と、
第２ホイール（３８）周りで周方向に離間された複数の第２スロット（５２）を有する第２ホイール（３８）と、前記第２スロット（５２）のうちの少なくとも１つに各々結合された複数の第２ブレードセグメントとを備える第２タービン段（３４）と、
前記第１タービン段及び前記第２タービン段（３４）の間に軸方向に延びる一体化された段間シール（６０）と、
を備え、前記一体化された段間シール（６０）が、前記第１ホイール（３８）に結合された第１半径方向支持部（６２）と、前記第２ホイール（３８）に結合された第２半径方向支持部（６２）とを備え、前記一体化された段間シール（６０）が、複数の前記第１スロット（５２）のうちの少なくとも２つ又は複数の前記第２スロット（５２）のうちの少なくとも２つを横切って周方向に延びる、システム（１０）。
前記一体化された段間シール（６０）が、複数の前記第１スロット（５２）のすべて及び複数の前記第２スロット（５２）のすべてを横切って周方向に延びる、一体化された環状シール（６０）である、請求項１記載のシステム（１０）。
前記第１半径方向支持部（６２）が複数の第１半径方向支持突出部（８２）を備え、前記第１半径方向支持突出部（８２）の各々が、前記一体化された段間シール（６０）の半径方向の移動を阻止するために複数の前記第１スロット（５２）のうちの１つに配置される、請求項１記載のシステム（１０）。
前記第１半径方向支持突出部（８２）の各々が第１ダブテール突出部（８２）を備え、複数の前記第１スロット（５２）の各々がダブテールスロット（５２）を備える、請求項３記載のシステム（１０）。
前記第１ブレードセグメントの各々が、前記第１半径方向支持突出部（８２）のうちの１つの軸方向の移動を阻止するために複数の前記第１スロット（５２）のうちの１つに配置される、請求項３記載のシステム（１０）。
複数の前記第１ブレードセグメントが複数の前記第１スロット（５２）から除去されている間、前記一体化された段間シール（６０）が前記第１ホイール（３８）の上を軸方向に動くように構成され、前記第１半径方向支持突出部（８２）の各々が、前記一体化された段間シール（６０）の軸方向の移動中に、複数の前記第１スロット（５２）のうちの１つを通して軸方向に動くように構成されている、請求項５記載のシステム（１０）。
前記第２半径方向支持部（６２）が複数の第２半径方向支持突出部（８２）を備え、前記第２半径方向支持突出部（８２）の各々が、前記一体化された段間シール（６０）の半径方向の移動を阻止するために複数の前記第２スロット（５２）のうちの１つに配置される、請求項３記載のシステム（１０）。
前記第２半径方向支持部（６２）が、前記一体化された段間シール（６０）の半径方向の移動を阻止するために前記第２ホイール（３８）の半径方向当接部と接触するように構成された少なくとも１つの軸方向支持突出部（８４）を備える、請求項３記載のシステム（１０）。
複数の前記第１スロット（５２）が、第１下側半径（７２）と第１上側半径（６８）とを備え、複数の前記第２スロットが、第２下側半径（７４）と第２上側半径（７０）とを備え、前記一体化された段間シール（６０）が、前記第１タービン段及び前記第２タービン段（３４）の間に延びる壁を備え、前記壁が、前記第１下側半径及び前記第２下側半径（７２、７４）の両方よりも大きい又は等しい内側半径（６４）を有し、前記内側半径（６４）が、前記第１上側半径又は前記第２上側半径（６８、７０）のうちの少なくとも１つよりも大きい又は等しい、請求項１記載のシステム（１０）。
前記壁が、前記第１ホイール及び前記第２ホイール（３８）の間の空気冷却チャンバの半径方向外側の境界を画定する、請求項９記載のシステム（１０）。