JP2015528536A - タービン用ガス流路漏れシール - Google Patents

Abstract

タービン用ガス流路漏れシールは、対向する隆起した縁部を有する可撓性多岐管と、対向する隆起した縁部の間の多岐管の一方の側上の少なくとも１つの布シール層と、少なくとも１つの布シール層の少なくとも１つの端部を覆う充填材料とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、全体的には、シールに関し、より具体的には、ガスタービン用可撓性布シールアセンブリに関する。

ガスタービンの用途は、限定はしないが、発電設備および航空機エンジンを含む。ガスタービンは、典型的には、直列フロー関係において、空気取入口（入口）と、圧縮機と、燃焼器と、タービンと、ガス出口（または排気ノズル）とを含むガス流路を有する。ガス流路からの、またはガス流路内への、より高い圧力の領域からより低い圧力の領域へのガス漏れは、一般的に望ましくない。例えば、ガスタービンのタービン領域内のガス流路内へのより高い圧力の空気漏れは、ガスタービンの効率を低下させることになり、燃料コストの増加につながる。また、ガスタービンの燃焼器領域内へのより高い圧力の空気漏れは、パワーレベルを維持するために、ピーク温度の上昇を必要とすることになり、そのような上昇したピーク温度は、ＮＯｘ生成の増大などの汚染の増大につながる可能性がある。

ガス流路内へのより高い圧力の空気漏れは、燃焼器とタービンとの間の間隙を介するなど、ガスタービンサブアセンブリ間の間隙を介して生じ、空気漏れは、ノズルセグメント間の間隙を介するなど、ガスタービンサブアセンブリを構成する構成要素間の間隙を介しても生じる。そのような構成要素およびサブアセンブリは、異なる形状の表面を有し、組み立ての不整合から影響を受け、振動を受ける。高温ガス流路構成要素は、典型的には、異なる熱膨張を受ける。以前のシールは、金属、セラミック、および／またはポリマー箔層の周囲に巻回された、金属、セラミック、および／またはポリマー繊維織布層を含み、箔層の縁部が、箔層を越えて突き出し、漏れ間隙を部分的に画定するガスタービン部材と接触するように下方に曲げられている、および／または、溶接部が、漏れ間隙を部分的に画定するガスタービン部材にシールを固定している。

米国特許出願公開第２０１２／１３３１０２号明細書

本発明の例示的な実施形態によれば、対向する側縁部を有する可撓性多岐管と、対向する側縁部の間の多岐管の表面上の少なくとも１つの布シール層と、少なくとも１つの布層の少なくとも１つの端部を覆う充填材料とを備える、タービン用ガス流路漏れシールが提供される。

別の例示的な実施形態によれば、輪郭を付けられた対向する側縁部を有する可撓性多岐管と、多岐管の上面上の第１の布シール層および多岐管の下面上の第２の布シールであって、第１および第２の布層と輪郭を付けられた対向する側縁部との間に軸方向に延びる間隙が形成された、多岐管の上面上の第１の布シール層および多岐管の下面上の第２の布シールと、第１の布層および第２の布層の対向する端部の上、ならびに、多岐管の一方または両方の端部の前記軸方向に延びる間隙の端部の上に設けられた充填材料とを備える、ガス流路漏れシールが提供される。

さらに別の態様では、本発明は、対向する実質的にフック状の側縁部を有する実質的に平面状の多岐管と、多岐管の上面上の第１の布シール層および多岐管の下面上の第２の布シールであって、第１および第２の布層と実質的にフック状の側縁部との間に軸方向に延びる間隙が形成された、多岐管の上面上の第１の布シール層および多岐管の下面上の第２の布シールと、第１の布層および第２の布層の対向する端部の上を覆って、ならびに、シールの一方または両方の端部の前記軸方向に延びる間隙の端部領域内に設けられた充填材料とを備える、ガスタービン用ガス流路漏れシールを提供する。

本発明は、以下に示す図面に関連してより詳細に説明される。

公知のガス流路漏れシールの部分斜視図である。 第１の例示的であるが非限定的な実施形態によるガス流路漏れシールの斜視図である。 第２の例示的であるが非限定的な実施形態の部分斜視図である。 金属シムがシールの少なくとも１つの端部に最初に付与される第３の例示的であるが非限定的な実施形態の部分斜視図である。

図１を参照すると、ガス流路漏れシール１０は、例えば、金属、セラミック、および／またはポリマーで形成された、可撓性で、一般的には無孔のシートの形態であってよい多岐管１２を含む。一例では、多岐管は、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）Ｘ７５０またはＨＳ１８８などのニッケルまたはコバルト基超合金で形成することができる。厚さは、特定のシール用途に依存してよいことを理解すべきである。多岐管１２は、全体的に平面状として示されているが、用途に応じて、例えば、燃焼器ケーシングセグメント間に設置されるとき、湾曲していてもよいことも理解すべきである。

多岐管１２は、それぞれ、自由端部２２、２４で終端している湾曲した表面１８、２０を有する「羊飼いフック」形状を有する対向する輪郭を付けられた縁部１４、１６を含む。縁部１４、１６は、異なる構成、例えば、直線構成を有することができることを理解すべきである。輪郭を付けられた縁部１４、１６は、多岐管１２の両側に沿って、（図で見られるように）多岐管の上面および下面に付与された第１の布シール層２６および第２の布シール層２８を越えて横方向に延びる。シールは、使用中に様々な方向で使用することができるので、「上」および「下」への言及は、図面に示すようなシールの方向に関係し、どのような形であれ、制限的であるとはみなされないことは、理解されるであろう。

第１および第２の布シール層２６、２８は、例えば、織物の層に織られた、編まれた、または、プレス加工された金属、セラミック、および／または、ポリマー繊維で形成することができる。例えば、布層２６、２８は、２本の縦糸の上に横糸を浮かせ、これらの浮きを規則的に互い違いにした綾織りを有することができる。層構造の形態（すなわち、織り、編み、またはプレス加工）、布層の材料、および、布層の厚さは、特定のシール用途の耐摩耗性、可撓性、およびシーリングの要件を満たすように決定される。２つの布層２６、２８は、再び特定のシール用途に応じて、異なる材料、異なる層構造（すなわち、織り、編み、もしくはプレス加工）で形成することができ、および／または、異なる厚さを有することができる。

第１および第２の布シール層２６、２８は、全体として、多岐管１２の対向する（上および下）表面全体を覆うことができる。図１に示すように、第１および第２の布シール層２６、２８は、複数のタックもしくはスポット溶接部３０、または他の適切な取り付け手段によって、互いに、および多岐管１２に取り付けることができる。シールの反対側の端部は、同様の構成を有することができる。

ガス流路漏れシール１０の端部での漏れは、典型的には、第１および第２の布シール層２６、２８の端部を介して、ならびに、上側布シール層２６の側縁部と縁部１４、１６との間に形成された間隙３２、３４、および、側縁部１４、１６と下側布層２８との間に形成された間隙３６、３８に沿って生じる。

ここで図２を参照すると、第１および第２の布シール層２６、２８の端部での漏れは、これらの経路をシールし、これらの経路を介する漏れを減少させるため、第１および第２のシール層２６、２８の端部の上にろう付け充填材料４０を付与することによって減少させることができる。ろう付け充填材料４０は、（図示のように）間隙３２、３４の端部領域を充填することもでき、または、シールの全長に沿ってこれらの間隙を充填することもできる。同様に、ろう付け充填材料は、間隙３６、３８の端部を充填することができ、または、シールの全長に沿ってこれらの間隙を充填することができる。例示的であるが非限定的な実施形態では、ろう付け充填材料は、任意の適切なろう付け方法によって、典型的には、真空チャンバ内で付与することができる。適切なろう付け充填材合金は、ＢＮｉ−２、ＢＮｉ−９、ＢＣｏ−１、Ａｍｄｒｙ（登録商標）９１５、ＤＦ４Ｂ、などを含む。ろう付け充填材は、ペーストまたは箔の形態であってよい。

図３を参照すると、別の例示的であるが非限定的な実施形態によれば、ガス流路漏れシール１０には、再び、ガス流路漏れシール１０の一方または両方の端部での漏れを減少させるために、第１および第２の布シール層２６、２８の端部、ならびに、間隙３２、３４の端部を覆うように、溶接充填材料４２を設けることができる。溶接充填材料は、布層２８と、多岐管の縁部１４、１６との間の間隙３６、３８の端部を充填することもできる。オプションで、充填材料は、間隙３２、３４、および３６、３８内で、実質的にシールの全長に沿って延びることができる。

図４に示すように、溶接充填材４２（または、ろう付け充填材）は、それによってシールの端部の漏れ経路をシールするために、布シール層２６、２８の一方または両方の端部に設けられた金属シム４６の縁部のすべてを覆うことができる。代替的な構成では、溶接充填材４２がろう付け充填材を覆いながら、第１および第２の布シール層２６、２８の端部を、（シム４６の代わりに）図２に示すようにろう付け充填材でカバーすることができることを理解すべきである。溶接充填材（または、ろう付け充填材）は、上記で説明したように、間隙３２、３４、および３６、３８の端部もカバーすることになる。

溶接後、シム縁部からわずかに凹む可能性がある布シール層２６、２８の縁部沿いを含めて、シール１０の端部での漏れを減少させるために、溶接充填材がシム４６の縁部と同一平面となるように、溶接充填材４２を（研削または機械加工によって）表面仕上げすることができる。溶接充填材４２は、第１および第２の布シール層２６、２８と同一平面となるように仕上げることもできる。本明細書で説明する実施形態で使用するのに適した典型的な溶接充填材金属は、ＩＮ６２５、Ｈ１８８、ＨＸ、Ｎ２６３、などを含む。利用することができる従来の溶接プロセスは、ＧＴＡＷ、ＰＡＷ、レーザ、およびＥＢＷを含む。

ろう付けおよび／または溶接をガス流路漏れシールの布シール層の端部に行うことは、布シール層の端部にシムを付与することよりも単純で、容易で、効果的であり、製造上の問題を減少させることができる。ろう付けおよび／または溶接は、また、布シール層の端部、および、多岐管の輪郭を付けられた縁部（フック）が覆われることを可能にし、輪郭を付けられた縁部と布シール層との間の間隙が充填されることを可能にする。ろう付けおよび／または溶接は、シム単独の使用と比較して、ガス流路漏れシールの摩耗および可撓性を改善することもできる。布シール層の端部および／または側縁部をパックおよびシールするために、ろう付けおよび溶接に加えて、他の適切な充填方法を使用することができることも理解されるであろう。

本発明を、現在最も実用的で好ましい実施形態であるとみなされるものに関連して説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲の要旨および範囲内に含まれる様々な変更および同等の構成を包含することを意図していることを理解すべきである。

１０ ガス流路漏れシール
１２ 多岐管
１４ 縁部
１６ 縁部
１８ 湾曲した表面
２０ 湾曲した表面
２２ 自由端部
２４ 自由端部
２６ 第１の布シール層
２８ 第２の布シール層
３０ タックもしくはスポット溶接部
３２ 間隙
３４ 間隙
３６ 間隙
３８ 間隙
４０ ろう付け充填材料
４２ 溶接充填材料
４６ 金属シム

Claims (20)

1. 対向する側縁部を有する可撓性多岐管と、
   前記対向する側縁部の間の多岐管の表面上の少なくとも１つの布シール層と、
   前記少なくとも１つの布層の少なくとも１つの端部を覆う充填材料と
   を備える、タービン用ガス流路漏れシール。
2. 前記多岐管の反対側の表面上に第２の布層を含み、充填材料が、前記第１および第２の布層の対向する端部を覆っている、請求項１記載のガス流路漏れシール。
3. 前記第１および第２の布層と前記多岐管の前記対向する側縁部との間に間隙が形成されるように、前記多岐管の前記対向する側縁部が成形され、さらに、前記充填材料が、前記第１の布シール層および第２の布シール層の少なくとも一方と前記多岐管との間の前記間隙の少なくとも一部を充填する、請求項２記載のガス流路漏れシール。
4. 前記第１および第２の布層と前記多岐管の前記対向する側縁部との間に間隙が形成されるように、前記多岐管の前記対向する側縁部が成形され、さらに、前記充填材料が、前記第１の布シール層および第２の布シール層の両方と前記多岐管との間の前記間隙の少なくとも一部を充填する、請求項２記載のガス流路漏れシール。
5. 前記多岐管が、実質的に平面状である、請求項１記載のガス流路漏れシール。
6. 前記第１の布層、前記多岐管、および前記第２の布層が、タック溶接またはスポット溶接によって接続された、請求項２記載のガス流路漏れシール。
7. 前記充填材料がろう付け材料を含む、請求項１記載のガス流路漏れシール。
8. 前記ろう付け材料が、ＢＮｉ−２、ＢＮｉ−９、ＢＣｏ−１、Ａｍｄｒｙ９１５、またはＤＦ４Ｂを含む、請求項７記載のガス流路漏れシール。
9. 前記充填材料が溶接材料を含む、請求項１記載のガス流路漏れシール。
10. 前記溶接材料が、ＩＮ６２５、Ｈ１８８、ＨＸ、またはＮ２６３を含む、請求項９記載のガス流路漏れシール。
11. 前記多岐管の前記対向する側縁部が、実質的にフック状である、請求項１記載のガス流路漏れシール。
12. 輪郭を付けられた対向する側縁部を有する可撓性多岐管と、
    前記多岐管の上面上の第１の布シール層および前記多岐管の下面上の第２の布シールであって、前記第１および第２の布層と前記輪郭を付けられた対向する側縁部との間に軸方向に延びる間隙が形成された、前記多岐管の上面上の第１の布シール層および前記多岐管の下面上の第２の布シールと、
    前記第１の布層および第２の布層の対向する端部の上、ならびに、前記多岐管の一方または両方の端部の前記軸方向に延びる間隙の端部の上に設けられた充填材料と
    を備える、ガス流路漏れシール。
13. 前記充填材料がろう付け材料を含む、請求項１２記載のガス流路漏れシール。
14. 前記ろう付け材料が、ＢＮｉ−２、ＢＮｉ−９、ＢＣｏ−１、Ａｍｄｒｙ９１５、またはＤＦ４Ｂを含む、請求項１３記載のガス流路漏れシール。
15. 前記充填材料が溶接材料を含む、請求項１２記載のガス流路漏れシール。
16. 前記溶接材料が、ＩＮ６２５、Ｈ１８８、ＨＸ、またはＮ２６３を含む、請求項１５記載のガス流路漏れシール。
17. 第１および第２の布シール層の対向する端部の少なくとも一方に設けられたシムをさらに備え、前記シムがろう付けまたは溶接材料で覆われた、請求項１２記載のガス流路漏れシール。
18. 前記溶接またはろう付け材料が、前記シムの縁部と同一平面である、請求項１７記載のガス流路漏れシール。
19. 対向する実質的にフック状の側縁部を有する実質的に平面状の多岐管と、
    前記多岐管の上面上の第１の布シール層および前記多岐管の下面上の第２の布シールであって、前記第１および第２の布層と前記実質的にフック状の側縁部との間に軸方向に延びる間隙が形成された、前記多岐管の上面上の第１の布シール層および前記多岐管の下面上の第２の布シールと、
    前記第１の布層および第２の布層の対向する端部の上を覆って、ならびに、前記シールの一方または両方の端部の前記軸方向に延びる間隙の端部領域内に設けられた充填材料と
    を備える、ガスタービン用ガス流路漏れシール。
20. 前記充填材料がろう付けまたは溶接充填材料を含む、請求項１９記載のガス流路漏れシール。