JP2015528878A

JP2015528878A - ターボ機械のためのタービンシュラウド

Info

Publication number: JP2015528878A
Application number: JP2015525543A
Authority: JP
Inventors: パル，ディパンカー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-10-01
Also published as: DE112013003778T5; US20140037438A1; WO2014022511A1

Abstract

タービンシュラウドが、集合的に流路面を画定する上流縁（１０４）、下流縁（１０５）、第１の側縁（１０６）および第２の側縁（１０７）を含む本体を備える。第１のインターフェース部材（１１４）が、第１の側縁で上流縁上に配置される。第１のインターフェース部材（１１４）が、上流縁および第１の側縁に対して第１の垂直ではない角度で、流路面から第２の端部まで延在する端部（１３０）を含む第１の縁部を含む。第２のインターフェース部材（１１８）が、第２の側縁で上流縁上に配置される。第２のインターフェース部材が、上流縁および第２の側縁に対して第２の垂直ではない角度で、第２の端部分まで流路面の中に延在する端部分（１５０）を含む縁部分を含む。【選択図】図１

Description

本明細書に開示する主題は、ターボ機械の技術分野に関し、より詳細には、ターボ機械のためのタービンシュラウドに関する。

多くのターボ機械は、共通の圧縮機／タービンシャフトまたはロータおよび燃焼器アセンブリを通ってタービン部分に連結された圧縮機部分を含む。圧縮機部分は、複数の連続する段を通って燃焼器アセンブリに向かって圧縮空気流を導く。燃焼器アセンブリでは、圧縮空気流が燃料と混合して可燃混合気を形成する。可燃混合気は、燃焼器アセンブリ内で燃焼されて高温ガスを形成する。高温ガスは、トランジションピースを通ってタービン部分に導かれる。高温ガスはタービン部分を通って膨張し、タービン部分はタービンブレードを回転させて、出力である仕事を生成し、例えば、発電機、ポンプに動力を供給し、または車両に動力を供給する。燃焼のために圧縮空気を提供することに加えて、圧縮空気流の部分が、冷却の目的でタービン部分を通過する。

欧州特許出願公開第１０３３４７７号明細書

例示的な実施形態の一態様によれば、タービンシュラウドが、集合的に流路面を画定する上流縁、下流縁、第１の側縁および第２の側縁を含む本体を備える。第１のインターフェース部材が、第１の側縁で上流縁上に配置される。第１のインターフェース部材が、上流縁および第１の側縁に対して第１の垂直ではない角度で、流路面から第２の端部まで外に延在する第１の端部を含む第１の縁部と、第１の縁部の第２の端部から第１の側縁まで延在する第２の縁部とを含む。第２のインターフェース部材が、第２の側縁で上流縁上に配置される。第２のインターフェース部材が、上流縁および第２の側縁に対して第２の垂直ではない角度で、第２の端部分まで流路面の中に延在する第１の端部分を含む第１の縁部分と、第１の縁部分の第２の端部分から第２の側縁まで延在する第２の縁部分とを含む。

別の例示的な実施形態の一態様によれば、ターボ機械が、高温ガス通路を画定するケーシングを含むタービン部分と、高温ガス通路に沿ってタービン部分内に回転可能に取り付けられた複数のタービンブレードとを備える。複数のタービンブレードのそれぞれが、先端部を備える。少なくとも１つのタービンシュラウドが、ケーシングに取り付けられ、複数のタービンブレードのそれぞれの先端部から離隔されている。少なくとも１つのタービンシュラウドが、集合的に流路面を画定する上流縁、下流縁、第１の側縁および第２の側縁を含む。第１のインターフェース部材が、第１の側縁で上流縁上に配置される。第１のインターフェース部材が、上流縁および第１の側縁に対して第１の垂直ではない角度で、流路面から第２の端部まで延在する第１の端部を含む第１の縁部と、第１の縁部の第２の端部から第１の側縁まで延在する第２の縁部とを含む。第２のインターフェース部材が、第２の側縁で上流縁上に配置される。第２のインターフェース部材が、上流縁および第２の側縁に対して第２の垂直ではない角度で、第２の端部分まで流路面の中に延在する第１の端部分を含む第１の縁部分と、第１の縁部分の第２の端部分から第２の側縁まで延在する第２の縁部分とを含む。

これらの、および他の利点および特徴は、図面と併せて考察される以下の説明からより明確になるであろう。

本発明として見なされる主題は、本明細書の結論部で特許請求の範囲の中で詳細に指摘し、明確に特許請求する。本発明の前述および他の特徴、ならびに利点は、添付の図面と併せて考察される以下の説明から明確になる。

例示的な実施形態による、タービンシュラウドを有するタービン部分を含むガスターボ機械の概略図である。図１のガスターボ機械のタービン部分の部分横断面図である。例示的な実施形態によるタービンシュラウドの斜視図である。図３のタービンシュラウドの側面図である。隣接するタービンシュラウドと干渉する図３のタービンシュラウドの部分平面図である。

詳細な説明は、図面を参照して実施例として、利点および特徴と共に、本発明の実施形態を説明する。

図１および図２を参照すると、例示的な実施形態によるガスターボ機械が、全体的に２で表示されている。ターボ機械２は、圧縮機部分４およびタービン部分６を含む。圧縮機部分４は、燃焼器アセンブリ８を通ってタービン部分６に流体連通している。燃焼器アセンブリ８は、複数の燃焼器を含み、その１つが１０で表示されている。燃焼器１０は、ターボ機械２の近傍に缶環状配列で配置され得る。もちろん燃焼器１０の他の配置も採用可能であることを理解すべきである。圧縮機部分４は、更に、共通の圧縮機／タービンシャフト１２によってタービン部分６に機械的に連結されている。燃焼器を通過せずに、タービン構成要素に流体連通する様々な圧縮機段から取り出された抽出物もまた存在する。これらの抽出物は、バケット、ディスクおよびロータ上のスペーサと共に、シュラウドおよびステータ上のノズルなどのタービン構成要素を冷却するために使用される。

タービン部分６は、複数のタービン段２５を取り囲む筐体１８を含む。タービン段２５は、高温ガス通路３０を画定する第１のタービン段２６、第２のタービン段２７、第３のタービン段２８、第４のタービン段２９を含む。第１のタービン段２６は、第１の複数の静翼またはノズル３３、およびブレードまたはバケット３４の形態である第１の複数の回転構成要素を含む。バケット３４は、シャフト１２に連結されている第１のロータ部材（図示せず）に取り付けられている。第２のタービン段２７は、第２の複数の静翼またはノズル３７および第２の複数のブレードまたはバケット３８を含む。バケット３８は、第２のロータ部材（やはり図示せず）に連結されている。第３のタービン段２８は、第３の複数の静翼またはノズル４１、および第３のロータ部材（やはり図示せず）に連結されている第３の複数のブレードまたはバケット４２を含む。第４のタービン段２９は、第４の複数の静翼またはノズル４５、および第４のロータ部材（図示せず）に連結されている第４の複数のブレードまたはバケット４６を含む。もちろんタービン段の数は変化可能であることを理解すべきである。

筐体１８はケーシング５０を含み、ケーシング５０は外側ケーシング部分６０および内側ケーシング部分６４を有する。スラストカラー６５が、外側ケーシング部分６０から内側ケーシング部分６４に向かって延在し、停止部材７５が内側ケーシング部分６４から外側ケーシング部分６０に向かって延在する。停止部材７５はスラストカラー６５に作用して、ターボ機械２の作動中に、内側ケーシング部分６４の軸方向の移動を制限する。ここで、１つまたは複数のケーシングを有するターボ機械の中に例示的な実施形態を組み込むことができることを理解すべきである。

内側ケーシング部分６４は、複数のシュラウド支持要素８０〜８３を含む。各シュラウド支持要素８０〜８３は、シュラウド支持要素８０上の８４で示されるような１対のフック要素を含み、フック要素８４は、各複数の静止タービンシュラウド８６〜８９を支持する。タービンシュラウド８６〜８９は、対応するバケット３４、３８、４２および４６の１つの内側ケーシング部分６４と先端部分（個別に符号を付さず）との間に所望の遊隙を提供する。タービンシュラウド８６〜８９は、対応するタービン段２５〜２９の１つを取り囲む環状に配置されている。ここで、タービンシュラウド８６および８８〜８９が類似の構造を含むことができることを理解して、タービンシュラウド８７を説明する際に図３を参照することにする。

タービンシュラウド８７は、上流縁１０４および下流縁１０５を有する本体１００を含む。第１の側縁１０６は、上流縁１０４と下流縁１０５との間に延在する。第２の側縁１０７は、第１の側縁１０６の反対側に上流縁１０４と下流縁１０５との間に延在する。上流縁１０４、下流縁１０５、第１の側縁１０６および第２の側縁１０７は、集合的に流路面１１０を画定する。タービンシュラウド８７は、流路面１１０の反対側に、本体１００上に配置された第１のフック１１１および第２のフック１１２を含むようにも図示されている。第１のフック１１１および第２のフック１１２は、シュラウド支持要素８０と協働して、タービンシュラウド８７を内側ケーシング部分６４に固定する。タービンシュラウド８７は、例示的な実施形態の他の態様によって、外側ケーシング部分６０にも取り付けられ得る。

例示的な実施形態によれば、タービンシュラウド８７は、第１の側縁１０６で上流縁１０４に配置された第１のインターフェース部材１１４、および第２の側縁１０７で上流縁１０４に配置された第２のインターフェース部材１１８を含む。第１のインターフェース部材１１４および第２のインターフェース部材１１８は、以下により完全に考察することになるように、高温ガス通路３０からの高温ガス損失を低減し、より冷温のタービン構成要素の内部に高温ガスを取り入れるという悪影響を防止する目的で、隣接するタービンシュラウドとインターフェースで接合する。

第１のインターフェース部材１１４は、突起またはタブ１２６を形成する第１の縁部１２４および第２の縁部１２５を含む。タブ１２６は第１のインターフェース部材１１４から円周方向外側に突出する。第１の縁部１２４は、上流縁１０４から第２の端部１３１に延在する第１の端部１３０を含む。第１の縁部１２４は、上流縁１０４および第１の側縁１０６に対して垂直ではない角度で、タービンシュラウド８７から円周方向外側に延在する。例示的な実施形態の一態様によれば、垂直ではない角度は、上流段からの高温ガスの出口角速度と概ね同じである。例示的な実施形態の別の態様によれば、垂直ではない角度は、上流段からの高温ガスの出口角速度の概ね±２０°である。垂直ではない角度は変化することができ、前述の制限値内に入る必要はないことを理解すべきである。第２の縁部１２５は、第２の端部１３１から第１の側縁１０６に接合する第２の端１３５まで延在する第１の端１３４を含む。第２の縁部１２５は、上流縁１０４に略平行に延在する。

第２のインターフェース部材１１８は、流路面１１０内に凹所１４６を形成する第１の縁部分１４０および第２の縁部分１４１を含む。第１の縁部分１４０は、上流縁１０４から流路面１１０の中に第２の端部分１５１まで延在する第１の端部分１５０を含む。第１の縁部分１４０は、上流縁１０４および第２の側縁１０７に対して垂直ではない角度で延在する。第１の縁部分１４０の垂直ではない角度は、第１の縁部１２４の垂直ではない角度に概ね補完的である。第２の縁部分１４１は、第２の端部分１５１から第２の側縁１０７で終了する第２の端１５８まで延在する第１の端１５７を含む。この態様では、第２のインターフェース部材１１８は、第１のインターフェース部材１１４に概ね補完的である。

図４および図５に示すように、タービンシュラウド８７は、第１の側縁１０６の中に形成されるシールスロット１７０を更に含むように図示されている。シールスロット１７０は、第１のシール部１７２、第２のシール部１７３および第３のシール部１７４を含む。第１のシール部１７２および第３のシール部１７４は、第２のシール部１７３から略垂直に延在する。第２のシール部１７３は、第２の縁部１２５の直下流に配置されている前方端１８０を含む。シールスロット１７０は、第１のシール部１７２に設けられた第１のシール１８８、第２のシール部１７３内に配置された第２のシール１９０および第３のシール部１７４に設けられた第３のシール１９２を含むように図示されている。加えて、シールスロット１７０は、第２のシール部１７３の前方端１８０とシール１９０との間に存在する端間隙１９８を含むように図示されている。シール１９０は、隣接するタービンシュラウド１９９の中のシールスロット（別個に符号を付さず）に向かって円周方向に、そのシールスロットの中に延在する。シールスロット１７０およびシール１９０は、高温ガス通路３０から出て行く高温ガスを減少させる。

例示的な実施形態によれば、第１のインターフェース部材１１４は、隣接するタービンシュラウド１９２上に設けられた第２のインターフェース部材１９４と協働し、またはその内部に入れ子になって、傾斜したスラッシュ面インターフェース２００を形成する。上流ガス速度に対して垂直に近い配向によって、傾斜したスラッシュ面インターフェース２００は、隣接するタービンシュラウド間を軸方向に貫通するガス流を実質的に防止する上昇した圧力領域を生成する。上昇した圧力は、更に、シールスロット間の冷却剤の漏出を低減する。加えて、第２のシール部１７３の前方端１８０の軸方向の配置によって、端間隙１９８を通過する漏出冷却剤の局所的な静圧を相対的により高い状態に生成する。相対的により高い静圧は、高温ガス通路３０への冷却剤損失を低減する。

本発明を限定された数の実施形態だけに関連して詳細に説明したが、本発明はそのような開示する実施形態に限定されないということを容易に理解するべきである。むしろ、本発明は修正されて、任意の数の変形形態、修正形態、代替形態または上記に説明されなかったが本発明の精神および範囲に相応する均等な配置を組み込むことができる。加えて、本発明の様々な実施形態を説明したが、本発明の態様は説明した実施形態のいくつかだけを含むことができることを理解されたい。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されると見なすべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

２ターボ機械
４圧縮機部分
６タービン部分
８燃焼器アセンブリ
１０燃焼器
１２圧縮機／タービンシャフト
１８筐体
２５タービン段
２６第１のタービン段
２７第２のタービン段
２８第３のタービン段
２９第４のタービン段
３０高温ガス通路
３３ノズル
３４バケット
３７ノズル
３８バケット
４１ノズル
４２バケット
４５ノズル
４６バケット
５０ケーシング
６０外側ケーシング部分
６４内側ケーシング部分
６５スラストカラー
７５停止部材
８０シュラウド支持要素
８１シュラウド支持要素
８２シュラウド支持要素
８３シュラウド支持要素
８４フック要素
８６タービンシュラウド
８７タービンシュラウド
８８タービンシュラウド
８９タービンシュラウド
１００本体
１０４上流縁
１０５下流縁
１０６第１の側縁
１０７第２の側縁
１１０流路面
１１１第１のフック
１１４第１のインターフェース部材
１１８第２のインターフェース部材
１２４第１の縁部
１２５第２の縁部
１２６タブ
１３０第１の端部
１３１第２の端部
１３４第１の端
１３５第２の端
１４０第１の縁部分
１４１第２の縁部分
１５０第１の端部分
１５１第２の端部分
１５７第１の端
１５８第２の端
１７０シールスロット
１７２第１のシール部
１７３第２のシール部
１７４第３のシール部
１８０前方端
１８８第１のシール
１９０シール
１９２隣接するタービンシュラウド
１９４第２のインターフェース部材
１９８端間隙
１９９隣接するタービンシュラウド
２００傾斜したスラッシュ面インターフェース

Claims

タービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）であって、
集合的に流路面（１１０）を画定する上流縁（１０４）、下流縁（１０５）、第１の側縁（１０６）および第２の側縁（１０７）を含む本体（１００）と、
前記第１の側縁（１０６）で前記上流縁（１０４）上に配置された第１のインターフェース部材（１１４）であって、前記第１のインターフェース部材（１１４）が、前記上流縁（１０４）および前記第１の側縁（１０６）に対して第１の垂直ではない角度で、前記流路面（１１０）から第２の端部（１３１）まで外に延在する第１の端部（１３０）を含む第１の縁部（１２４）と、前記第１の縁部（１２４）の前記第２の端部（１３１）から前記第１の側縁（１０６）まで延在する第２の縁部（１２５）とを含む、第１のインターフェース部材（１１４）と、
前記第２の側縁（１０７）で前記上流縁（１０４）上に配置された第２のインターフェース部材（１１８）であって、前記第２のインターフェース部材（１１８）が、前記上流縁（１０４）および前記第２の側縁（１０７）に対して第２の垂直ではない角度で、第２の端部分（１５１）まで前記流路面（１１０）の中に延在する第１の端部分（１５０）を含む第１の縁部分（１４０）と、前記第１の縁部分（１４０）の前記第２の端部分（１５１）から前記第２の側縁（１０６）まで延在する第２の縁部分（１４１）とを含む、第２のインターフェース部材（１１８）と
を備えるタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）。
前記第２の縁部（１２５）が、前記上流縁（１０４）に略平行である、請求項１に記載のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）。
前記第２の縁部分（１４１）が、前記上流縁（１０４）に略平行である、請求項１に記載のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）。
前記第１の側縁（１０６）の中に形成されたシールスロット（１７０）を更に備える、請求項１に記載のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）。
前記シールスロット（１７０）内に配置されたシール（１９０）を更に備え、前記シール（１９０）が前記第１の側縁（１０６）から半径方向外側に延在する、請求項４に記載のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）。
前記第１のインターフェース部材（１１４）が、隣接するタービンシュラウド（１９２）から第２のインターフェース部材（１１８）を受けるように構成され、配置されて、前記タービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）と前記隣接するタービンシュラウド（１９２）との間の傾斜したスラッシュ面インターフェース（２００）を形成する、請求項１に記載のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）。
前記第１の垂直ではない角度が、前記第２の垂直ではない角度に補完的である、請求項１に記載のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）。
ターボ機械（２）であって、
高温ガス通路（３０）を画定するケーシング（５０）を含むタービン部分（６）と、
前記高温ガス通路（３０）に沿って前記タービン部分（６）内に回転可能に取り付けられた複数のタービンブレード（３４、３８、４２、４６）と、
前記ケーシング（５０）に取り付けられ、前記複数のタービンブレード（３４、３８、４２、４６）のそれぞれの先端部から離隔されている少なくとも１つのタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）であって、
集合的に流路面（１１０）を画定する上流縁（１０４）、下流縁（１０５）、第１の側縁（１０６）および第２の側縁（１０７）を含む本体（１００）と、
前記第１の側縁（１０６）で前記上流縁（１０４）上に配置された第１のインターフェース部材（１１４）であって、前記第１のインターフェース部材（１１４）が、前記上流縁（１０４）および前記第１の側縁（１０６）に対して第１の垂直ではない角度で、前記流路面（１１０）から第２の端部（１３１）まで外に延在する第１の端部（１３０）を含む第１の縁部（１２４）と、前記第１の縁部（１２４）の前記第２の端部（１３１）から前記第１の側縁（１０６）まで延在する第２の縁部（１２５）とを含む、第１のインターフェース部材（１１４）と、
前記第２の側縁（１０７）で前記上流縁（１０４）上に配置された第２のインターフェース部材（１１８）であって、前記第２のインターフェース部材（１１８）が、前記上流縁（１０４）および前記第２の側縁（１０７）に対して第２の垂直ではない角度で、第２の端部分（１５１）まで前記流路面（１１０）の中に延在する第１の端部分（１５０）を含む第１の縁部分（１４０）と、前記第１の縁部分（１４０）の前記第２の端部分（１５１）から前記第２の側縁（１０６）まで延在する第２の縁部分（１４１）とを含む、第２のインターフェース部材（１１８）とを備える、少なくとも１つのタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）と
を備えるターボ機械（２）。
前記第２の縁部（１２５）が、前記上流縁（１０４）に略平行である、請求項８に記載のターボ機械（２）。
前記第２の縁部分（１４１）が、前記上流縁（１０４）に略平行である、請求項８に記載のターボ機械（２）。
第１の側縁（１０６）の中に形成されたシールスロット（１７０）を更に備える、請求項８に記載のターボ機械（２）。
前記シールスロット（１７０）内に配置されたシール（１９０）を更に備え、前記シール（１９０）が前記第１の側縁（１０６）から半径方向外側に延在する、請求項１１に記載のターボ機械（２）。
前記少なくとも１つのタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）が、第１のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）と、第２のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）とを備え、前記第２のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）が前記第１のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）に直接隣接して配置されている、請求項８に記載のターボ機械（２）。
前記第１のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）が、前記第１のインターフェース部材（１１４）と、前記第２のインターフェース部材（１１８）とを備え、前記第２のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）が、別の第２のインターフェース部材（１１８）を備える、請求項１３に記載のターボ機械（２）。
前記第１のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）の前記第１のインターフェース部材（１１４）が、前記第２のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）から前記別の第２のインターフェース部材（１１８）を受けるように構成され、配置されて、前記第１のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）と前記第２のタービンシュラウド（８６、８７、８８、８９）との間に傾斜したスラッシュ面インターフェース（２００）を形成する、請求項１３に記載のターボ機械（２）。
前記第１の垂直ではない角度が、前記第２の垂直ではない角度に補完的である、請求項８に記載のターボ機械（２）。