JP2013189976A

JP2013189976A - タービン段間シールシステム

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Publication number: JP2013189976A
Application number: JP2013042476A
Authority: JP
Inventors: Gary Charles Liotta; ギャーリ・チャールズ・ライオッタ; Brian Denver Potter; ブライアン・デンヴァー・ポッター
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2033-03-05
Also published as: US9540940B2; RU2013110457A; US20130236289A1; EP2639409A3; EP2639409B1; CN103306748B; JP6134540B2; EP2639409A2; CN103306748A

Abstract

【課題】タービン段間シールシステムを提供すること。
【解決手段】システムは複数段タービンを含む。複数段タービンは、第１のタービン段と第２のタービン段の間で軸方向に延びる段間シールを有する。段間シールは、上流着座アームから下流着座アームまで延びる上部本体を有する。上流および下流の着座アームは、複数段タービンの半径方向に沿った段間シールの移動を抑制するように設計される。段間シールは着座端からフック端まで延びる下部本体も有する。着座端は段間シールの半径方向に沿った移動を抑制するように設計される。フック端は下部本体のベースに対して横方向に延びる突起を有する。フック端は、複数段タービンの半径方向および軸方向に沿った段間シールの移動を抑制するように設計される。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示する主題は、ガスタービンに関し、より具体的には、ガスタービン内の段間シールに関する。

一般に、ガスタービンエンジンは、圧縮空気と燃料の混合物を燃焼させて、高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、１つまたは複数のタービン段を通って流れ、負荷装置、および／または圧縮機のための動力を生成することができる。段間に圧力降下が発生することがあり、それによって、意図されない通路を通る燃焼ガスなど液体の漏れ流れが生じる可能性がある。段間にシールを配置して、段間の流体の漏れを低減することができる。残念ながら、シールの形状によって、タービンの段間に必要とされる間隔が増大する可能性がある。さらに、シールの形状により、タービンの内部構成要素へのアクセスがさらに難しくなるおそれがある。また、シールにシールの軸方向および半径方向の適切な位置合わせを確保するためのスペーサなど追加の構成要素が必要になることもある。

米国特許出願公開第２０１０／０１７８１６０号公報

タービン段間シールシステムを提供する。

出願当初に特許請求されている発明の範囲と同等の幾つかの実施形態の概要を以下に述べる。こうした実施形態は、特許請求する本発明の範囲を限定するものではなく、こうした実施形態は本発明の可能な形態の簡単な概要を単に提供するものである。実際、本発明は、以下に述べる実施形態と同様、または異なることもある様々な形態を包含することができる。

第１の実施形態によれば、システムは複数段タービンを含む。複数段タービンは、第１のタービン段と第２のタービン段の間で軸方向に延びる段間シールを有する。段間シールは、上流着座アームから下流着座アームまで延びる上部本体を有する。上流および下流の着座アームは、複数段タービンの半径方向に沿った段間シールの移動を抑制するように設計される。段間シールは着座端からフック端まで延びる下部本体も有する。着座端は段間シールの半径方向に沿った移動を抑制するように設計される。フック端は下部本体のベースに対して横方向に延びる突起を有する。フック端は、複数段タービンの半径方向および軸方向に沿った段間シールの移動を抑制するように設計される。

第２の実施形態によれば、システムは段間タービンシールを含む。段間タービンシールは断面形状を有する。断面形状は、実質的に線形のシール部分を有する上部本体を含む。実質的に線形のシール部分は上流着座アームから下流着座アームまで延びる。断面形状は、上流着座端および下流フック端を有する下部本体も含む。下流フック端は上部本体の下流着座端に向かって延びる突起を有する。さらに、上部本体のシール部分は下部本体の反対側のシール部分の側部上に配置された複数のシール歯を含む。

第３の実施形態によれば、方法は、段間シールの上部本体の上流着座アーム、上部本体の下流着座アーム、段間シールの下部本体の着座端、および下部本体のフック端を使用して複数段タービンの段間シールを半径方向に拘束することを含む。この方法は、下部本体のフック端を使用して段間シールを軸方向に拘束することも含む。

本発明の上記その他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を読めば、より良く理解されるであろう。図面では、図面を通して、同様の記号は同様の部分を示す。

本技法の態様によるタービンシールを使用することができるガスタービンエンジンの一実施形態を示す概略流れ図である。本技法の態様による長手方向軸に沿って切り取られた図１のガスタービンエンジンの一実施形態を示す側断面図である。本技法の態様によるタービン段間の段間シールの一実施形態を示す図２のガスタービンエンジンを示す部分側断面図である。本技法の態様による図３の段間シールの一実施形態を示す斜視図である。本技法の態様による周方向に隣接する段間シールの一実施形態を示す側面図である。本技法の態様による段間シールの一実施形態を示す斜視図である。本技法の態様による段間シールの一実施形態を示す斜視図である。本技法の態様による段間シールの一実施形態を示す斜視図である。本技法の態様による段間シールの一実施形態を示す斜視図である。本技法の態様による段間シールの一実施形態を示す斜視図である。

本発明の１つまたは複数の特定の実施形態を以下に記載する。これらの実施形態の簡潔な説明を行うため、実際の実施態様の全ての特徴を本明細書に記載することはできない。理解されるように、こうした実際の実施態様の開発を行う際は全て、どの工学または設計のプロジェクトでも同様に、開発者の特定の目的を達成するため、実施によって変わる可能性があるシステム関連およびビジネス関連の制約に従うなど、幾つかの実施態様に特有の決定を行わなければならない。さらに、理解されるように、こうした開発努力は複雑かつ時間を要するものであるが、それにもかかわらずその開発努力は、本開示の恩恵を有する当業者が、設計、製作、および製造を行うという日常的な仕事であろう。

本発明の様々な実施形態の要素を導入する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、その要素が１つまたは複数存在することを指すものとする。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える、含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、および「ｈａｖｉｎｇ（有する）」は、包括的なものとし、列挙した要素以外の追加の要素があってもよいことを指す。

本開示は、タービン段間の流体の漏れを低減するために使用することができる段間タービンシールシステムを対象とする。段間シールシステムは、スペーサホイールなど追加の構成要素を使用せずに段間の間隙をシールする特徴を含む。幾つかの実施形態によれば、段間シールシステムを、中間ロータ支持部を使用せずに、タービンのロータで支持することができる。さらに、段間シールシステムは、段間シールシステムの半径方向の変位の可能性または大きさを低減する複数の着座端を含むことができる。また、段間シールシステムは、段間シールシステムの半径方向および軸方向の変位の可能性または大きさを低減するフック端を含むことができる。さらに、段間シールシステムは、タービンのロータの間隔を低減することができる。

図１は、以下に詳細に記載するように、段間シールを使用することができるガスタービンエンジン１２を含む例示のシステム１０のブロック図である。幾つかの実施形態では、システム１０は、航空機、船艇、機関車、発電システム、またはその組み合わせを含むことができる。図で示したガスタービンエンジン１２は、空気取入れセクション１６、圧縮機１８、燃焼器セクション２０、タービン２２、および排気セクション２４を含む。タービン２２は、圧縮機１８に軸２６によって結合される。

矢印で示したように、空気は、吸気セクション１６を通ってガスタービンエンジン１２に入り、圧縮機１８内に流れ、圧縮機１８は空気が燃焼器セクション２０に入る前に空気を圧縮する。図で示した燃焼器セクション２０は、圧縮機１８とタービン２２の間で軸２６周りに同心また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からの圧縮空気は燃焼器３０に入り、燃焼器３０内で圧縮空気が燃料と混合され、燃焼して、タービン２２を駆動することができる。

高温の燃焼ガスは、燃焼器セクション２０からタービン２２を通って流れ、軸２６を介して圧縮機１８を駆動する。たとえば、燃焼ガスは、タービン２２内のタービンロータブレードに動力を与えて、軸２６を回転させることができる。タービン２２を通って流れた後、高温の燃焼ガスはガスタービンエンジン１２から排気セクション２４を通って出ることができる。以下で論じるように、タービン２２は、複数の段間シールを含むことができ、段間シールは、高温燃焼ガスのタービン２２の段間の漏れを低減し、ロータホイールなどタービン２２の回転構成要素の間隔を低減することができる。本明細書で示す論議を通して１組の軸を参照する。こうした軸は、円筒形座標系、ならびに、軸方向１１、半径方向１３、および周方向１５の点に基づく。

図２は、長手方向軸３２に沿って切り取られた図１のガスタービンエンジン１２の一実施形態を示す側断面図である。図で示したように、ガスタービン２２は、３つの別個の段３４を含むが、ガスタービン２２は任意の数の段３４を含むことができる。各段３４は、軸２６（図１）に回転可能に取り付けることができるロータホイール３８に結合された１組のブレード３６を含む。ブレード３６は、ロータホイール３８から半径方向に外側に延び、タービン２２を通る高温燃焼ガスの通路内に部分的に配置される。以下でより詳細に記載するように、段間シール４２は段３４の間に軸方向に延び、隣接するロータホイール３８によって支持される。以下で論じるように、段間シール４２は、支持のための隣接するホイール３８周りに嵌る着座アームおよびフック端を含むことができる。段間シール４２を、隣接するホイール３８の間隔を低減するように設計することができる。さらに、段間シール４２は、段３４の冷却を向上させることができる。ガスタービン２２は３段のタービンとして図で示されているが、本明細書に記載した段間シール４２を任意の数の段および軸を有する任意の適したタイプのタービンに使用することができる。たとえば、段間シール４２を、単一段のガスタービンに、低圧タービン、および高圧タービン、または蒸気タービンを含む二重タービンシステムに含むことができる。さらに、本明細書に記載の段間シール４２を、図１で示した圧縮機１８など、回転圧縮機で使用することもできる。段間シール４２を、限定的ではないが、ニッケル基合金など、様々な高温合金から作製することができる。

図１に関して上述したように、空気は、空気取入れセクション１６を通って入り、圧縮機１８によって圧縮される。圧縮機１８からの圧縮空気は、次いで、燃焼器セクション２０内に向けられ、燃焼器セクション２０で圧縮空気が燃料と混合される。圧縮空気と燃料の混合物は燃焼器セクション２０内で燃焼されて、高温、高圧の燃焼ガスが生成され、タービン２２内のトルクの生成に使用される。具体的には、燃焼ガスはブレード３６に動力を与えて、ロータホイール３８を回転させる。幾つかの実施形態では、圧力降下がタービン２２の各段３４で発生することがあり、それによって意図されない通路を通るガス漏れ流れが起こる可能性がある。たとえば、高温の燃焼ガスがタービンホイール３８の間の段間の容積内に漏れることがあり、それによってタービンの構成要素に熱応力が加えられるおそれがある。幾つかの実施形態では、圧縮機１８から流れる、または他の源から供給される排気によって段間の容積を冷却することができる。しかし、高温の燃焼ガスの段間の容積内への流入は冷却効果を弱める可能性がある。したがって、幾つかの実施形態では、段間シール４２を隣接するロータホイール３８の間に配置して、段間の容積を高温の燃焼ガスからシールし、包囲することができる。さらに、幾つかの実施形態では、段間シール４２を、冷却流体を段間の容積に向け、または段間の容積からブレード３６に向けるように構成することができる。

図３は、２つの隣接するタービン段３４の間の段間シール４２の一実施形態を示すガスタービンエンジン１２の部分側断面図である。段間シール４２は、上流ロータホイール４３から下流ロータホイール４４まで長手方向にわたる。さらに、段間シール４２は、ロータキャビティ４７内でノズル４６と軸２６の間に半径方向に配置される。図３で示したように、ロータキャビティ４７はスペーサ構成要素（たとえば、中間ロータ支持部）によって閉塞されない。したがって、中間ロータ支持部を含むタービン２２と比較して、ロータの内部構成要素にさらに容易にアクセスすることができる。また、段間シール４２を上流と下流のロータホイール４３、４４によって全体的に半径方向に支持することができる。上記のように、段間シール４２はロータホイール４３、４４の間の意図されない通路を通る熱ガスの漏れを低減するように位置付けられる。図３で示した段間シール４２は、上部本体４８および下部本体５０を含む。概して、上部本体４８は、主にロータキャビティ４７を熱ガスから隔離するシール機能を果たし、下部本体５０は主に、段間シール４２の軸方向１１および半径方向１３の移動を低減し、または阻止する。

図３で示したように、幾つかの実施形態では、上部本体４８は、シール歯６２、上流着座アーム６４、および下流着座アーム６６を含む。上部本体４８は、上流着座アーム６４から下流着座アーム６６まで延びる。上流着座アーム６４は、タービンバケット８２から軸方向に延びる上部の半径方向の支持部６８上に担持される。上流着座アーム６４は、上部の半径方向の支持部６８と共に、段間シール４２のガスタービンエンジン１２の軸２６に向かう半径方向の移動の可能性または大きさを低減する。下流着座アーム６６は、タービンバケット８６から軸方向に延びる上部の半径方向の支持部７０上で同様に担持される。同様に、下流着座アーム６６は、上部の半径方向の支持部７０と共に、段間シール４２のガスタービンエンジン１２の軸２６に向かう半径方向の移動の可能性または大きさを低減する。幾つかの実施形態では、着座アーム６４、６６は下部本体５０に対して可撓性でもよい。したがって、ガスタービンエンジン１２が動作する場合、着座アーム６４、６６は段間シール４２の半径方向１３に沿った移動を抑制することができる。

図３で示したように、下部本体５０は、上流着座端７２および下流フック端７４を含む。下部本体５０は上流着座端から下流フック端７４まで長手方向に延びる。上流着座端７２は下流ロータホイール４３から軸方向に延びる下部の半径方向の支持部７６に配置される。上流着座端７２は、下部の半径方向の支持部７６と共に、段間シール４２のガスタービンエンジン１２の軸２６から離れる半径方向の移動の可能性または大きさを低減する。したがって、上流着座端７２は、段間シール４２の半径方向１３に沿った移動を抑制することができる。下流フック端７４は、下流ロータホイール４４から軸方向に延びるフック支持部７８に近接するように配置される。下流フック端７４は、フック支持部７８（たとえば、下部支持部）と共に、段間シール４２の軸方向および半径方向の移動の可能性または大きさを低減する。したがって、下流フック端７４は、段間シール４２の半径方向１３および軸方向１１に沿った移動を抑制することができる。概して、段間シール４２の上流側は上流ロータホイール４３に半径方向に取り付けられ、段間シール４２の下流側はフック支持部７８によって軸方向かつ半径方向に拘束される。他の実施形態では、下部本体５０は、上流ロータホイール４３から延びるフック支持部に近接するように配置されたフック端を含むことができる。さらに、他の実施形態では、下部本体５０は、複数のフック支持部（たとえば、上流に１つと下流に１つ）に配置された複数のフック端を含むことができ、それによって、段間シール４２の軸方向および半径方向の移動の可能性または大きさをさらに低減することができる。

ガスタービンエンジン１２が動作する場合、熱ガスはタービン２２を通って流れ、全般的に矢印８０で示した通路を通ることができる。より具体的には、熱ガスは、先ず、上流ロータホイール４３に取り付けられた上流タービンバケット８２、ノズル４６を横切り、第２に、下流ロータホイール４４に取り付けられた下流タービンバケット８６を横切って流れることができる。しかし、熱ガスの一部が、矢印８８で示した通路に沿ってロータキャビティ４７に向かって取り込まれる可能性がある。取り込まれた熱ガスを、上流タービンバケット８２とノズル４６の間の領域９０に収集することができる。熱ガスの一部は、ノズル４６を横切り、矢印９２で示した通路に沿って漏れる可能性がある。熱ガスの漏れはガスタービン１２の効率を低減するおそれがある。したがって、本明細書に記載した段間シール４２は、矢印９２に沿った熱ガスの漏れを低減し、矢印８０に沿った主な熱ガス流れを最大にする。

固定シール９４はノズル４６と段間シール４２の間に半径方向に配置される。上部本体４８のシール歯６２は固定シール９４の一部を形成することができる。固定シール９４は矢印９２に沿った熱ガスの漏れを阻止することができる。たとえば、幾つかの実施形態では、シール歯６２は固定シール９４と共にラビリンスシールを形成することができる。ラビリンスシールは熱ガス用の蛇行状通路を設けることができる。その結果、熱ガスは、矢印９２ではなく、タービン２２を通る矢印８０に沿って周方向に優先的に流れることができる。ガスタービンエンジン１２が動作する場合、熱ガスの一部を、矢印９６で示した通路に沿ってロータキャビティ４７に向けて取り込むこともできる。取り込まれたガスを下流タービンバケット８６とノズル４６の間の領域９８に収集することができる。固定シール９４は、下流領域９８から上流領域９０への熱ガスの漏れを低減することもできる。

さらに、固定シール９４はロータキャビティ４７を熱ガス流から隔離することができる。具体的には、領域９０、９８を段間シール４２によってロータキャビティ４７から隔離することができる。たとえば、バケット８２の上部の半径方向の支持部６８は、段間シール４２の上部本体４８の上流着座アーム６４と共にシール１００を形成する。シール１００は、熱ガスがロータキャビティ４７内に半径方向に漏れるのを低減することができる。さらに、バケット８６の上部の半径方向の支持部７０は段間シール４２の上部本体４８の下流着座アーム６６と共にシール１０２を形成する。シール１０２も、熱ガスがロータキャビティ４７内に半径方向に漏れるのを低減することができる。

幾つかの実施形態では、タービン２２は、冷却および漏出空気を含んで、タービン２２の内部構成要素を冷却することができる。冷却および漏出空気は、ロータキャビティ４７を通って流れて、上流ロータホイール４３、下流ロータホイール４４、および段間シール４２を冷却することができる。冷却および漏出空気をフック端７４に供給することもできる。こうした実施形態では、シール９４、１００、１０２は熱ガス流路を冷却および漏出空気から隔離することもできる。

図４は、タービン２２のロータの間隔を低減することができ、中間ロータ支持部が不要である、段間シール４２の一実施形態の斜視図である。上記のように、段間シール４２は、上部本体４８および下部本体５０を含む。図で示したように、上部本体４８は実質的にＴ字型であり、下部本体５０は実質的に三角形である。他の実施形態では、上部本体４８および下部本体５０の概ねの形状を変えることができる。たとえば、上部本体４８は実質的に長方形でもよく、主本体５０は実質的に円形でもよい。

図４で示した上部本体４８は、実質的に線形のシール部分１１０、およびシール部分１１０に対して実質的に垂直の首部分１１２を含み、したがってＴ字型を形成する。シール部分１１０は、形状が実質的に長方形である。他の実施形態では、シール部分１１０は形状が幾分弓形でもよい。上記のように、シール部分１１０は、上流着座アーム６４から下流着座アーム６６まで軸方向に延びる。シール歯６２はシール部分１１０から半径方向に外側に配置される。換言すれば、シール歯は、下部本体５０の反対側のシール部分１１０の側部上で半径方向に外側に延びる。首部分１１２は、シール部分１１０と下部本体５０の間に延びる。首部分１１２の長さは実施形態によって変えることができる。段間シール４２の他の実施形態は首部分１１２を含まなくてもよい。たとえば、シール部分１１０を下部本体５０に直接隣接するように配置することができ、首部分１１２を含まなくてもよい。

上記のように、下部本体５０は着座端７２およびフック端７４を含む。フック端７４は、下部本体５０のベース１１６と共に縁部１１４を形成する。図で示したように、幾つかの実施形態では、縁部１１４は面取りされる。他の実施形態では、縁部１１４は、丸みを付けても、真直ぐでもよく、または他の適した形状を有することができる。フック端７４は、ベース１１６に対して横方向に延びる突起１１８を含む。より具体的には、突起１１８は上部本体４８の下流着座アーム６６に向かって延びることができる。突起１１８は、下流ロータホイール４４のフック支持部７８に隣接する対応する溝１１９（図３）内に嵌合するように設計される。さらに、幾つかの実施形態では、突起１１８は面取り縁部１２０を含むことができる。他の実施形態では、突起１１８は、丸みを付けた縁部、または下流ロータホイール４４のフック支持部７８（図３）内に嵌合することができる他の適した形状を含むことができる。また、幾つかの実施形態では、突起１１８は、図で示したように、フック端７４の全長にわたり延びることができる。他の実施形態では、突起１１８は、下流フック端７４の長さの一部に沿って延びることができる。他の実施形態では、フック端７４は、それぞれフック端７４の一部に沿って延びる１、２、３、４、５、６などの複数の突起、またはそれより多くの突起を含むことができる。幾つかの実施形態では、こうした突起を一体構造としてフック端７４と一体に形成することができる。

図で示したように、下部本体５０は第１および第２の側部１２２、１２４を含み、第１の側部１２２は首部分１１２から上流着座端７２まで延び、第２の側部１２４は首部分１１２から下流フック端７４まで延びる。上記のように、ベース１１６は上流着座端７２から下流フック端７４まで（たとえば、第１の側部１２２から第２の側部１２４まで）延びる。したがって、下部本体５０周りで側部１２２、１２４、およびベース１１６を概して三角形の構成に配置することができる。他の実施形態では、側部を概して円形、台形、または他の方法で多角形の構成に配置することができる。さらに、他の実施形態は異なる数の側部またはベースを有することができる。たとえば、段間シール４２の下部本体５０は、長方形構成で３つの側部および１つのベースを有することができる。また、側部１２２、１２４、およびベース１１６の形状は、実施形態によって変えることができる。たとえば、図４で示したように、側部１２２、１２４は概してカテナリ形状を有する。さらに、ベース１１６は、それぞれ上流着座端７２および下流フック端７４に近接する２つの実質的に真直ぐな領域１２６、１２８、ならびに実質的に真直ぐな領域１２６、１２８の間に配置された弓状領域１３０を含む。実質的に真直ぐな領域１２６、１２８はシール部分１１０に対して概して平行である。図で示したように、弓状領域１３０は概してカテナリ形状を有することもできる。他の実施形態では、ベース１１６は、実質的に真直ぐな領域と弓状領域の異なる組み合わせを含んで、異なる形状を形成することができる。さらに、側部１２２、１２４、およびベース１１６の形状を変えることができ、たとえば、放物線状、楕円形、真直ぐ、湾曲、または他の適した形状でもよい。また、形状は側部１２２、１２４、およびベース１１６の中で変えることができる。たとえば、第１の側部１２２が真直ぐでもよく、第２の側部１２４が放物線状でもよく、ベース１１６が楕円形でもよい。しかし、幾つかの実施形態では、段間シール４２が、上流と下流のロータホイール４３、４４の間で生成される半径方向および軸方向の力を支持することができるようにするには、典型的には、段間シール４２の上部本体４８と下部本体５０の両方が、半径方向１３に概して対称でもよい。

図４で示した下部本体５０は、ベース１４０、第１の側部１４２、および第２の側部１４４を含む中空領域１３６も含む。ベース１４０の形状はベース１１６の形状に概して対応し、第１の側部１４２の形状は第１の側部１２２の形状に概して対応し、第２の側部１４４の形状は第２の側部１２４の形状に概して対応する。したがって、側部１４２、１４４、およびベース１４０は概してカテナリ形状を有することができる。他の実施形態では、側部１４２、１４４、およびベース１４０の形状を変えることができる。たとえば、第１の側部１４２が真直ぐでもよく、第１の側部１４２が放物線状でもよく、ベース１４０が円形でもよい。しかし、やはり、段間シール４２が、上流と下流のロータホイール４３、４４の間で生成される半径方向および軸方向の力を支持することができるようにするには、典型的には、段間シール４２の上部本体４８と下部本体５０の両方が半径方向１３に概して対称でもよい。

さらに、幾つかの実施形態では、側部１４２、１４４、およびベース１４０の形状は、側部１２２、１２４、およびベース１１６の形状に対応しなくてもよい。図で示したように、中空領域１３６周りで側部１４２、１４４、およびベース１４０は三角形構成に配置される。他の実施形態では、側部１４２、１４４、およびベース１４０の配置を変えることができる。たとえば、中空領域１３６の側部およびベースを円形、または台形の形状に配置することができる。さらに、幾つかの実施形態は異なる数の中空領域１３６を含むことができる。たとえば、段間シール４２は、１、２、３、４、５、６、またはそれより多い中空領域１３６を含むことができる。実際、幾つかの実施形態では、段間シール４２は中空領域１３６を含まなくてもよい。

理解されるように、上部本体４８および下部本体５０の形状および構造は、実施形態によって大きく変えることができる。追加の実施形態について図６から１１に関して以下でさらに論じる。図６から１１で示した上部本体４８および下部本体５０の代替形状は、一例として提供するものであり、限定的ではないことが意図される。さらに、理解されるように、図３および４に関して上述した設計考察は図６から１１で示した実施形態に適用することができる。

図５は、３つの実質的に同一の隣接する、側部１２２に面する図４の段間シール４２の側面図である。図５は、隣接する段間シール４２のセクションを共に取り付けて、ガスタービンエンジン１２の隣接する段間のシールを形成する方法を示している。３つの段間シール４２は、シールアセンブリ１５２の一部を形成することができる。シールアセンブリ１５２は、ガスタービンエンジン１２の軸２６周りに３６０度のリングを形成するように、互いに隣接して配置された複数の段間シール４２を含むことができる。さらに、隣接する段間シール４２の断面形状は、図で示したように、同様の位置で衝合することができる。シールアセンブリ１５２を形成する段間シール４２の数は、約２から１００、または１０から８０、あるいは４２から５０にわたることができる。図で示したように、それぞれ段間シール４２は周方向１５に弓状である。幾つかの実施形態では、間隙１５４が隣接する段間シール４２の間に存在することができる。したがって、シールアセンブリ１５２は、段間シール４２の間の間隙１５４内に配置された外側シール１５６および内側シール１５８を含むことができる。図で示したように、外側シール１５６を段間シール４２の上部本体４８の間に配置することができる。外側シール１５６は上流着座アーム６４から下流着座アーム６６まで延びる。内側シール１５８を段間シール４２の下部本体５０の間に配置することができる。内側シール１５８は上流着座端７２から下流フック端７４まで延びる。外側シール１５６および内側シール１５８は間隙１５４を通る半径方向のガス漏れの可能性または影響を低減することができる。さらに、幾つかの実施形態では、軸方向のスロット１６０を段間シール４２内に形成して、外側シール１５６および内側シール１５８を収容することができる。幾つかの実施形態では、外側シール１５６および／または内側シール１５８を段間シール４２の異なる領域に沿って配置することができる。さらに、シールアセンブリ１５２は、異なる数、または異なる構成の外側シール１５６および／または内側シール１５８を含むことができる。たとえば、シールアセンブリ１５２は、それぞれ隣接する対の段間シール４２の間に配置された１、２、３、４、またはそれより多くの外側シール１５６を含むことができる。また、幾つかの実施形態では、シールアセンブリ１５２は内側シール１５８を含まなくてもよい。

図６は、タービン２２のロータの間隔を低減することができ、中間ロータ支持部が不要な段間シール４２の他の実施形態の斜視図である。段間シール４２は、上部本体４８および下部本体５０を含む。図で示したように、上部本体４８は形状が実質的に長方形であり、下部本体５０は形状が実質的に三角形である。上部本体４８は、実質的に線形のシール部分１１０を含み、シール部分１１０は形状が実質的に長方形であり、上流着座アーム６４から下流着座アーム６６まで延びる。さらに、シール部分１１０はシール歯６２を含む。図で示したように、段間シール４２は、図３および４で示した実施形態の首部分１１２を含まない。代わりに、シール部分１１０は、下部本体５０に直接隣接するように配置される。

下部本体５０は、ベース１１６、第１の側部１２２、および第２の側部１２４を含む。ベース１１６は、実質的に真直ぐな部分１２６、１２８、および実質的に真直ぐな部分１２６、１２８の間に延びる弓状領域１３０を含む複合形状を有する。第１の側部１２２はシール部分１１０から上流着座端７２に近接する実質的に真直ぐな部分１２６まで延び、第２の側部１２４はシール部分１１０から下流フック端７４に近接する実質的に真直ぐな部分１２８まで延びる。実質的に真直ぐな部分１２８は下流フック端７４と共に縁部１１４を形成する。図で示したように、幾つかの実施形態では、縁部１１４に丸みを付けることができる。やはり図で示したように、側部１２２、１２４は概して弓形状を有する。段間シール４２は、ベース１４０、第１の側部１４２、および第２の側部１４４を含む中空領域１３６も含む。幾つかの実施形態では、ベース１４０の形状はベース１１６の弓状領域１３０の形状に概して対応する。さらに、第１の側部１４２の形状は第１の側部１２２の形状に概して対応し、第２の側部１４４の形状は第２の側部１２４の形状に概して対応する。したがって、側部１４２、１４４、およびベース１４０は概して弓形状を有することができる。

図７は、タービン２２のロータの間隔を低減することができ、中間ロータ支持部が不要な段間シール４２の他の実施形態の斜視図である。段間シール４２は、上部本体４８および下部本体５０を含む。図で示したように、上部本体４８は形状が実質的に長方形であり、下部本体５０は形状が実質的に弓状である。上部本体４８は、シール部分１１０を含む。図で示したように、段間シール４２は図３および４で示した実施形態の首部分１１２を含まない。代わりに、シール部分１１０は下部本体５０に直接隣接するように配置される。主本体５０は、ベース１１６、第１の側部１２２、および第２の側部１２４を含む。図で示した実施形態では、ベース１１６は、実質的に真直ぐな部分１２６、１２８、および実質的に真直ぐな部分１２６、１２８の間に延びる実質的に弓状部分１３０を含む複合形状を有する。図で示したように、弓状部分１３０は実質的に真直ぐな部分１２６、１２８の上に延びる。第１の側部１２２は、シール部分１１０から上流着座端７２に近接する実質的に真直ぐな部分１２６まで延びる実質的に真直ぐな形状を有する。第２の側部１２４は、シール部分１１０から下流フック端７４に近接する実質的に真直ぐな部分１２８まで延びる複合形状を有する。より具体的には、第２の側部１２４は、第１の実質的に真直ぐな部分１６１、第１の実質的に真直ぐな部分１６１から延びる弓状部分１６２、および弓状部分１６２から延びる第２の実質的に真直ぐな部分１６４を含む。他の実施形態では、第２の側部１２４は真直ぐな部分と弓状部分の異なる組み合わせを含むことができる。第２の実質的に真直ぐな部分１６４は突起１１８に対して概ね平行である。他の実施形態では、第２の実質的に真直ぐな部分１６４は突起１１８に対して横方向でもよい。凹部１６６は、第２の実質的に真直ぐな部分１６４と突起１１８の間に延びる。凹部１６６を、下流フック支持部７８を収容するように設計することができる（図３）。特に、下部本体５０は中空領域１３６を含まない。むしろ、下部本体５０は、主に、第１および第２の側部１２２、１２４、およびそれぞれ上流着座端７２、ならびに下流フック端７４を含む実質的に真直ぐな部分１２６、１２８からなる。

図８は、タービン２２のロータの間隔を低減することができ、中間ロータ支持部が不要な段間シール４２の他の実施形態の斜視図である。図８で示した段間シール４２は、段間シール４２がシール部分１１０と第１の側部１２２と第２の側部１２４の間の首部分を含むこと以外は、図７で示した段間シール４２と実質的に同様である。より具体的には、段間シール４２は上部本体４８および下部本体５０を含む。図で示したように、上部本体４８は形状が実質的に長方形であり、下部本体５０は形状が実質的に弓状である。上部本体４８は、シール部分１１０、およびシール部分１１０と下部本体５０の間に延びる首部分１１２を含む。下部本体５０は、ベース１１６、第１の側部１２２、および第２の側部１２４を含む。さらに、図７で示した実施形態と同様に、下部本体５０は中空領域１３６を含まない。むしろ、第１および第２の側部１２２、１２４は弓形状を有する。側部１２２、１２４の曲率は、実施に固有でもよく、実施形態によって変えることができる。

図９は、タービン２２のロータの間隔を低減することができ、中間ロータ支持部が不要な段間シール４２の他の実施形態の斜視図である。図９で示した段間シール４２は、ベース１１６が、上流着座端７２および下流フック端７４にそれぞれが近接する実質的に真直ぐな部分１２６、１２８から延びる実質的に真直ぐな部分であること以外は、図７で示した段間シール４２と実質的に同様である。より具体的には、段間シール４２は上部本体４８および下部本体５０を含む。上部本体４８は首部分１１２を含まない。しかし、下部本体５０は、ベース１１６および中空領域１３６を含む。図で示したように、ベース１１６は上流着座端７２と下流フック端７４の間で実質的に真直ぐである。したがって、ベース１１６は、実質的に真直ぐな端部１２６、１２８の間の（たとえば、図７および８で示したような）実質的に弓状の部分１３０を含まない。中空領域１３６のベース１４０も実質的に真直ぐであり、ベース１１６の形状に概して従うことができる。

図１０は、タービン２２のロータの間隔を低減することができ、中間ロータ支持部が不要な段間シール４２の他の実施形態の斜視図である。図１０で示した段間シール４２は、段間シール４２がシール部分１１０からベース１１６までの中央支持部１７４を含むこと以外は、図９で示した段間シール４２と実質的に同様である。より具体的には、段間シール４２は上部本体４８および下部本体５０を含む。上部本体４８は首部分１１２を含まない。しかし、下部本体５０は、第１および第２の側部１２２、１２４、ならびにベース１１６を含む。図で示したように、ベース１１６は上流着座端７２と下流フック端７４の間で実質的に真直ぐである。図１０で示した実施形態では、下部本体５０は２つの中空領域１７０、１７２を含む。図で示したように、中空領域１７０、１７２は中央支持部１７４周りで概ね対称である。中央支持部１７４は実質的に真直ぐであり、シール部分１１０から段間シール４２のベース１１６まで垂直に延びる。中央支持部１７４は、中空領域１７０、１７２の間で段間シール４２の中心に近接するように配置される。

第１の中空領域１７０は、第１の側部１７６、第２の側部１７８、およびベース１８０を含む。図で示したように、第１の側部１７６は、第１の側部１２２の形状と僅かに異なる弓形状を有する。第２の側部１７８は実質的に真直ぐであり、中央支持部１７４の形状に従うことができる。ベース１８０も実質的に真直ぐであり、ベース１１６の形状に概して対応することができる。理解されるように、側部１７６、１７８、およびベース１８０の形状は実施形態によって変えることができる。第２の中空領域１７２は、第１の側部１８２、第２の側部１８４、およびベース１８６を含む。第１の側部１８２は、第２の側部１２４の形状と僅かに異なる弓形状を有する。第２の側部１８４は実質的に真直ぐであり、中央支持部１７４の形状に従うことができる。ベース１８６も実質的に真直ぐであり、ベース１１６の形状に概して対応することができる。図で示したように、ベース１８０、１８６、第１の側部１７６、１８２、第２の側部１７８、１８４は中央支持部１７４周りで対称である。他の実施形態では、中空領域１７０、１７２は、中空領域１７０、１７２が中央支持部１７４周りで対称でないように異なる形状を有することができる。

開示した実施形態の技術的効果は、タービン段間の半径方向の漏れを低減するシールシステムを含むものである。段間シールシステムは、シールシステムの半径方向の変位の可能性または大きさを低減することができる複数の着座アームを含むことができる。さらに、段間シールシステムは、シールシステムの半径方向および軸方向の変位の可能性または大きさを低減することができるフック端を含むことができる。段間シールシステムは、タービンのロータホイールの間隔を低減することができる。また、段間シールは中間ロータ支持部が不要である。段間シールの形状はタービンの内部構成要素にアクセスしやすくすることができる。

本書は、最良の形態を含めて本発明を開示し、また当業者が誰でも、任意の装置またはシステムを製作し、使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含めて、本発明を実施することができるように例を使用している。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例を含むことができる。こうした他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない等価の構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内に包含されるものとする。

１０システム
１１軸方向
１２ガスタービンエンジン
１３半径方向
１５周方向
１６空気取入れセクション
１８圧縮機
２０燃焼器セクション
２２タービン
２４排気セクション
２６ノズル
２８燃焼器ハウジング
３０燃焼器
３２長手方向軸
３４段
３６ブレード
３８ロータホイール
４２段間シール
４３上流ロータホイール
４４下流ロータホイール
４６ノズル
４７ロータキャビティ
４８上部本体
５０下部本体
６２シール歯
６４上流着座アーム
６６下流着座アーム
６８上部の半径方向の支持部
７０上部の半径方向の支持部
７２上流着座端
７４下流フック端部
７６下部の半径方向の支持部
７８フック支持部
８０矢印
８２上流タービンバケット
８６タービンバケット
８８矢印
９０領域
９２矢印
９４固定シール
９６矢印
９８領域
１００シール
１０２シール
１１０シール部分
１１２首部分
１１４縁部
１１６ベース
１１８突起
１１９対応する溝
１２０面取り縁部
１２２第１の側部
１２４第２の側部
１２６真直ぐな領域
１２８真直ぐな領域
１３０弓状領域
１３６中空領域
１４０ベース
１４２第１の側部
１４４第２の側部
１５２シールアセンブリ
１５４間隙
１５６外側シール
１５８内側シール
１６０軸方向のスロット
１６１真直ぐな部分
１６２弓状部分
１６４真直ぐな部分
１６６凹部
１７０中空領域
１７２中空領域
１７４中央支持部
１７６第１の側部
１７８第２の側部
１８０ベース
１８２第１の側部
１８４第２の側部
１８６ベース

Claims

複数段タービンを備えるシステムであって、
前記複数段タービンが、第１のタービン段と第２のタービン段の間で軸方向に延びる段間シールを備え、前記段間シールが、
上流着座アームから下流着座アームまで延び、前記上流着座アームおよび下流着座アームが、前記複数段タービンの半径方向に沿った前記段間シールの移動を抑制するように構成されている、上部本体と、
着座端からフック端まで延びる下部本体であって、前記着座端が、前記半径方向に沿った前記段間シールの移動を抑制するように構成され、前記フック端が、前記下部本体のベースに対して横方向に延びる突起を備え、前記フック端が、前記複数段タービンの前記半径方向および軸方向に沿った記段間シールの移動を抑制するように構成されている、下部本体とを備える、システム。
前記上流着座アームが前記第１のタービン段の第１のバケットから軸方向に延びる上部支持部によって半径方向に拘束され、前記着座端が前記第１のタービン段の第１のロータホイールから軸方向に延びる下部支持部によって半径方向に拘束される、請求項１記載のシステム。
前記下流着座アームが前記第２のタービン段の第２のバケットから軸方向に延びる上部支持部によって半径方向に拘束され、前記フック端が前記第２のタービン段の第２のロータホイールから軸方向に延びる下部支持部によって半径方向に拘束される、請求項１記載のシステム。
前記フック端の前記突起が、前記第２のロータホイールの前記下部支持部に隣接する対応する溝内に嵌合するように構成されている、請求項３記載のシステム。
前記上部本体が、前記上流および下流の着座アームから延びる実質的に線形のシール部分を備える、請求項１記載のシステム。
前記実質的に線形のシール部分が、前記下部本体の反対側の前記シール部分の側部上の複数のシール歯を備える、請求項５記載のシステム。
前記段間シールが、前記第１および第２のタービン段のロータホイールによって全体的に半径方向に支持される、請求項１記載のシステム。
断面形状を有する段間タービンシールを備えるシステムであって、
前記段間タービンシールが、
上流着座アームから下流着座アームまで延びる実質的に線形のシール部分を備える上部本体と、
上流着座端および下流フック端を備え、前記下流フック端が、概して前記上部本体の前記下流着座アームに向かって延びる突起を含む、下部本体とを備え、
前記上部本体の前記シール部分が、前記下部本体の反対側の前記シール部分の側部上に配置された複数のシール歯を含む、システム。
前記段間タービンシールが他の実質的に同一の段間タービンシールにガスタービンの軸周りで周方向に取り付けられて、隣接する段間タービンシールの前記断面形状が同様の位置で衝合するように構成されている、請求項８記載のシステム。
前記上流着座アームが第１のタービン段の第１のバケットから軸方向に延びる上部支持部によって半径方向に拘束されるように構成され、前記上流着座アームが前記第１のタービン段の第１のロータホイールから軸方向に延びる下部支持部によって半径方向に拘束されるように構成されている、請求項８記載のシステム。
前記下流着座アームが、第２のタービン段の第２のバケットから軸方向に延びる上部支持部によって半径方向に拘束されるように構成され、前記下流フック端が、前記第２のタービン段の第２のロータ支持部から軸方向に延びる下部支持部によって半径方向に拘束されるように構成されている、請求項１０記載のシステム。
前記フック端の前記突起が、前記第２のロータホイールの前記下部支持部に隣接する対応する溝内に嵌合するように構成されている、請求項１１記載のシステム。
前記上部本体が、前記シール部分から前記下部本体に向かって垂直に延びる首部分を備え、前記下部本体が、前記首部分から前記上流着座端まで延びる第１の湾曲した側部および前記首部分から前記下流フック端まで延びる第２の湾曲した側部を備える、請求項８記載のシステム。
前記下部本体が、前記上流着座端から前記下流フック端まで延びるベースを備える、請求項１３記載のシステム。
前記下部本体が、前記シール部分から前記上流着座端に近接する第１の実質的に真直ぐな部分まで延びる第１の湾曲した側部と、前記シール部分から前記下流フック端に近接する第２の実質的に真直ぐな部分まで延びる第２の湾曲した側部とを備え、前記第１および第２の実質的に真直ぐな部分が、前記シール部分に対して概して平行である、請求項８記載のシステム。
前記下部本体が、前記第１の湾曲した側部から前記第２の湾曲した側部まで延びる弓状ベースを備える、請求項１５記載のシステム。
前記下部本体が、前記第１の実質的に真直ぐな部分から前記第２の実質的に真直ぐな部分まで延びる実質的に線形のベースを備える、請求項１５記載のシステム。
前記下部本体が、前記シール部分から前記実質的に線形のベースまで垂直に延びる中央支持部を備える、請求項１７記載のシステム。
前記下部本体が、
前記第１の実質的に真直ぐな部分１から前記第２の実質的に真直ぐな部分まで延びる弓状ベースと、
前記実質的に線形のベースから前記弓状ベースまで垂直に延びる複数の等間隔で配置された壁とを備える、請求項１８記載のシステム。
段間シールの上部本体の上流着座アーム、前記上部本体の下流着座アーム、前記段間シールの下部本体の着座端、および前記下部本体のフック端を使用して複数段タービンの前記段間シールを半径方向に拘束するステップと、
前記下部本体の前記フック端を使用して前記段間シールを軸方向に拘束するステップと
を含む方法。