JP2016089830A - タービン部分の可変パージ流シール部材への移行部品を含むターボ機械 - Google Patents

Abstract

【課題】シール有効性が改善されたタービン部分の可変パージ流シール部材を提供する。【解決手段】ターボ機械は、圧縮機部分と、該圧縮機部分に作動可能に接続されたタービン部分とを含む。タービン部分は、圧縮機吐出部分、高温ガス経路、及び該高温ガス経路に配置された第１段ノズルを含む。燃焼器組立体は、圧縮機部分に流体接続される。移行部品は、燃焼器組立体に流体接続された入口部分と、タービン部分に流体接続された出口部分と、を有する。シール部材は、移行部品及びタービン部分の第１段ノズルのうちの一方に対して作動可能に接続される。シール部材は、圧縮機吐出部分から高温ガス経路に向けたパージ流体流路を提供する１又はそれ以上の開口を含む中間部分を通って、第１の端部から第２の片持ち端部まで延びる。【選択図】 図１

Description

本明細書で開示される主題は、ターボ機械システムに関し、より詳細には、ターボ機械システムの移行部品とタービン部分との間で利用される可変パージ流シールに関する。

ターボ機械システムは通常、吸気システム及び負荷に結合されたターボ機械を含む。ターボ機械は通常、圧縮機部分とタービン部分とを含む。空気ストリームは、吸気システムを通って圧縮機部分に移行する。圧縮機部分は、タービン部分内に導入される圧縮空気ストリームを形成する。ガスターボ機械において、圧縮空気ストリームの一部は、燃焼器組立体において燃焼生成物と混合されて高温ガスストリームを形成し、この高温ガスストリームが、移行部品を通ってタービン部分に導入される。

高温ガスストリームは、燃焼器組立体及びタービン部分に流体接続した移行部品から流れる。移行部品から移行する高温ガスは、タービン部分の第１段に向かって流れる。高温ガスは、第１段ノズルを超えて流れた後、第１段ロータブレードに衝突する。第１段ノズルは、第１段ロータブレードに向けて高温ガスを調整及び配向する。高温ガスは、関連するロータブレードを各々が有するタービン部分の追加の段を通って膨張した後、排気システムに移行する。ロータブレードは、一般にホイールに接続され、該ホイールは、シャフトに接続することができる。通常、シャフトは、負荷に作動可能に接続される。高温ガスストリームは、ロータブレードに力を与え、シャフトの回転を引き起こす。シャフトの回転は、ロータに伝達される。従って、タービン部分は、高温ガスストリームからの熱エネルギーを機械／回転エネルギーに変換し、このエネルギーを用いて負荷を駆動する。負荷は、発電機、ポンプ、航空機、機関車又は同様のものを含む様々な形態をとることができる。

米国特許第８，５６２，０００号明細書

例示的な実施形態の１つの態様によれば、ターボ機械は、圧縮機部分と、該圧縮機部分に作動可能に接続されたタービン部分とを含む。タービン部分は、圧縮機吐出部分、高温ガス経路、及び該高温ガス経路に配置された第１段ノズルを含む。燃焼器組立体は、圧縮機部分に流体接続される。移行部品は、燃焼器組立体に流体接続された入口部分と、タービン部分に流体接続された出口部分と、を有する。シール部材は、移行部品及びタービン部分の第１段ノズルのうちの一方に対して作動可能に接続される。シール部材は、圧縮機吐出部分から高温ガス経路に向けた可変パージ流体流れを提供する１又はそれ以上の開口を含む中間部分を通って、第１の端部から第２の片持ち端部まで延びる。

例示的な実施形態の別の態様によれば、ターボ機械システムは、入口を含む圧縮機部分と、圧縮機部分の入口に流体接続された吸気システムと、圧縮機部分に作動可能に接続されたタービン部分と、を備える。タービン部分は、圧縮機吐出部分、高温ガス経路及び該高温ガス経路に配置された第１段ノズルを含む。負荷は、圧縮機部分及びタービン部分の一方に作動可能に接続される。燃焼器組立体は、圧縮機部分に作動可能に接続される。移行部品は、燃焼器組立体に流体接続された入口部分と、タービン部分に流体接続された出口部分とを有する。シール部材は、移行部品及びタービン部分の第１段ノズルのうちの一方に対して作動可能に接続される。シール部材は、圧縮機吐出部分から高温ガス経路に向けた可変パージ流体流れを提供する１又はそれ以上の開口を含む中間部分を通って第１の端部から第２の片持ち端部まで延びる。

これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。

本発明とみなされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。

例示的な実施形態による、シール部材を有するターボ機械を含むターボ機械システムの概略図。 図１のターボ機械の部分断面図。 図１のターボ機械システムのタービン部分の第１段の部分断面図。 図１のシール部材の斜視図。 例示的な実施形態の別の態様による、シール部材の斜視図。

この詳細な説明は、例証として図面を参照しながら、本発明の利点及び特徴と共に実施形態を説明している。最初に図１及び２を参照すると、ターボ機械システムが全体的に符号２で示されている。ターボ機械システム２は、タービン部分８に接続された圧縮機部分６を有するターボ機械４を含む。圧縮機部分６は、入口１０を含む。タービン部分８は、入口（別個に符号表記されていない）に配列された第１段ノズル１２を含む。タービン部分８はまた、出口１４を含む。第１段ノズル１２は、高温ガス経路１６に沿って流れる燃焼ガスを調整する。高温ガス経路１６は、ホイールスペース部分１８及び圧縮機吐出プレナム又は部分１９の半径方向外向きに配列される。燃焼ガスは、圧縮機部分６及びタービン部分８を流体接続する燃焼器組立体２０において生成される。燃焼器組立体２０は、１又はそれ以上の燃焼器２２を含む。ターボ機械システム２は更に、入口１０に流体接続された吸気システム２４と、タービン部分８に作動可能に接続することができる負荷２６とを含むように図示されている。負荷２６はまた、圧縮機部分６に接続することができる点は理解されたい。排気システム２８は、タービン部分８の出口１４に流体接続される。排気システム２８は、ターボ機械４から移行する排気ガスを受け取って調整する。

図２に示すように、燃焼器２２は、可燃性混合気を燃焼室３４に送給する複数のノズル３２を含む。可燃性混合気は、燃焼して燃焼生成物を形成し、該燃焼生成物は、燃焼器２２から移行部品３８を介してタービン部分８に移行される。移行部品３８は、燃焼器２２に流体接続された入口部分３９から、後方フレーム４１に結合された出口部分４０まで延びる。燃焼生成物は、高温ガス経路１６に沿って流れて、タービンブレード（符号４４で示されるような）と相互作用して、負荷２６を駆動する仕事を産出する。燃焼生成物に加えて、圧縮空気は、圧縮機部分６から、圧縮機吐出部分１９に流体接続されたディフューザ４５を介してホイールスペース部分１８に移行する。圧縮空気は、タービン部分８において冷却及びパージ流を提供する。

例示的な実施形態によれば、ターボ機械４は、後方フレーム４１と第１段ノズル１２との間に延びるシール部材６０を含む。以下でより全体的に検討するように、シール部材６０は、高温ガスがトレンチキャビティ６６を介して圧縮機吐出部分１９に流入するのを防ぐ。図３及び４に示すように、シール部材６０は、第１の端部７２から中間部分７５を通って第２の片持ち端部７３に延びる本体７０を含む。装着部材７８は、第１の端部７２に設けられ、シール部材６０と後方フレーム４１との間の接続部として機能する。勿論、シール部材６０は、代替として、第１段ノズル１２に固定装着され、後方フレーム４１に向かって延びることができる点は理解されたい。中間部分７５は、第１段ノズル１２に向けて予荷重が加えられ又は付勢されている。このようにして、シール部材６０は、タービン部分８の作動中に第１段ノズル１２と接触したままである。

更に例示的な実施形態によれば、シール部材６０は、中間部分７５を通って延びる１又はそれ以上の開口（全体的に符号８０で示される）を含む。開口８０は、全体的に円形であり、第１の端部７２と第２の端部７３との間を延びる。開口８０は、圧縮空気が圧縮機吐出部分１９から高温ガス経路１６に向かって移行できるようにする。圧縮空気は、燃焼生成物と相互作用し、トレンチキャビティ６６において流れ渦を生成する。流れ渦は、シール部材６０の全体のシール有効性を改善する。

図５に示す例示的な実施形態の別の態様によれば、シール部材９０は、第１の端部９４から中間部分９７を通って第２の片持ち端部９５に延びる本体９２を含む。装着部材９８は、第１の端部９４に設けられ、シール部材９０と後方フレーム４１との間の接続部として機能する。勿論、シール部材９０は、代替として、第１段ノズル１２に固定装着され、後方フレーム４１に向かって延びることができる点は理解されたい。中間部分９７は、第１段ノズル１２に向けて予荷重が加えられ又は付勢されている。このようにして、シール部材９０は、タービン部分８の作動中に第１段ノズル１２と接触したままである。

更に例示的な実施形態の別の態様によれば、シール部材９０は、中間部分９７を通って延びる１又はそれ以上の開口（全体的に符号１００で示される）を含む。開口１００は、第１の端部９４にて配列された第１の端部セクション１０１から、第２の端部９５に配列された第２の端部セクション１０２に向かって延びる細長開口の形態をとる。開口１００は、圧縮空気の形態のパージ流体流れが、圧縮機吐出部分１９から高温ガス経路１６に向けて移行できるようにする。図示の例示的な態様において、第２の端部セクション１０２は、第２の端部９５を通って延びる。このようにして、開口１００は、第２の端部９５において複数の空隙を生成することができる。

この時点では、例示的な実施形態は、ターボ機械のタービン部分においてトレンチキャビティにわたるシール部材を記載している点を理解されたい。シール部材は、タービン部分の構成要素が作動中に膨張／成長するときにシールを維持する。シールは、圧縮空気が圧縮機吐出部分から高温ガス経路に移行してトレンチキャビティを通る高温ガス噴射を低減することができる開口を含む。更に、開口の数、サイズ、形状、パターン及び／又は位置を調整することにより、シール部材を通る流れは、種々のタービン設置及び開口条件に合わせて調整することができる。加えて、シールは、ノズルの内側直径内又はノズルの外側直径内に配列することができ、或いはノズルの周りを環状になって延びることができる点を理解されたい。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されるとみなすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。

２ ターボ機械システム
４ ターボ機械
６ 圧縮機部分
８ タービン部分
１０ 入口
１２ 第１段ノズル
１４ 出口
１６ 高温ガス経路
１８ ホイールスペース部分
１９ 圧縮機吐出部分
２０ 燃焼器組立体
２２ 燃焼器
２４ 吸気システム
２６ 負荷
２８ 排気システム
３２ 複数のノズル
３４ 燃焼室
３８ 移行部品
３９ 入口部分
４０ 出口部分
４１ 後方フレーム
４２ ケーシング部分
４４ タービンブレード
４５ ディフューザ
４８ 吐出プレナム
６０ シール部材
６６ トレンチキャビティ
７０ 本体
７２ 第１の端部
７３ 第２の片持ち端部
７５ 中間部分
７８ 装着部材
８０ 開口
９０ シール部材
９２ 本体（９０）
９４ 第１の端部（９０）
９５ 第２の片持ち端部（９０）
９７ 中間部分（９０）
９８ 装着部材（９０）
１００ 開口（９０）
１０１ 第１の端部セクション
１０２ 第２の端部セクション
１０４ 複数の空隙

Claims (20)

1. ターボ機械（４）であって、
   圧縮機部分（６）と、
   圧縮機吐出部分（１９）、高温ガス経路（１６）及び該高温ガス経路に配置された第１段ノズル（１２）を含む、前記圧縮機部分に作動可能に接続されたタービン部分（８）と、
   前記圧縮機部分に流体接続された燃焼器組立体（２０）と、
   前記燃焼器組立体に流体接続された入口部分（３９）及び前記タービン部分に流体接続された出口部分（４０）を有する移行部品（３８）と、
   前記移行部品及び前記タービン部分の第１段ノズルのうちの一方に対して作動可能に接続されたシール部材（６０）と、
   を備え、
   前記シール部材が、前記圧縮機吐出部分から前記高温ガス経路に向けたパージ流体流路を提供する１又はそれ以上の開口（８０）を含む中間部分（７５）を通って第１の端部（７２）から第２の片持ち端部（７３）まで延びる、ターボ機械。
2. 前記１又はそれ以上の開口が、前記中間部分にわたって延びる複数の開口を含む、請求項１に記載のターボ機械。
3. 前記複数の開口が、複数の円形の開口を含む、請求項２に記載のターボ機械。
4. 前記複数の開口が、複数の細長い開口を含む、請求項２に記載のターボ機械。
5. 前記複数の開口が、前記第１の端部に配置された第１の端部セクションから前記第２の片持ち端部に配置された第２の端部セクションまで延びる、請求項４に記載のターボ機械。
6. 前記複数の開口が、前記第２の端部を貫通して延びる、請求項５に記載のターボ機械。
7. 前記シール部材が、前記移行部品に対して作動可能に接続される、請求項１に記載のターボ機械。
8. 前記移行部品が後方フレーム（４１）を含み、前記シール部材が、前記後方フレームに作動可能に接続される、請求項７に記載のターボ機械。
9. 前記シール部材が、前記第１の端部に配置された装着部材（７８）を含む、請求項１に記載のターボ機械。
10. 前記シール部材の第２の端部が、前記移行部品及び前記タービン部分の第１段ノズルのうちの他方に向けて付勢されている、請求項１に記載のターボ機械。
11. ターボ機械システム（２）であって、
    入口（１０）を含む圧縮機部分（６）と、
    前記圧縮機部分の入口に流体接続された吸気システム（２４）と、
    圧縮機吐出部分（１９）、高温ガス経路（１６）及び該高温ガス経路に配置された第１段ノズル（１２）を含む、前記圧縮機部分に作動可能に接続されたタービン部分（８）と、
    前記圧縮機部分に流体接続された燃焼器組立体（２０）と、
    前記燃焼器組立体に流体接続された入口部分（３９）及び前記タービン部分に流体接続された出口部分（４０）を有する移行部品（３８）と、
    前記移行部品及び前記タービン部分の第１段ノズルのうちの一方に対して作動可能に接続されたシール部材（６０）と、
    を備え、
    前記シール部材が、前記圧縮機吐出部分から前記高温ガス経路に向けたパージ流体流路を提供する１又はそれ以上の開口（８０）を含む中間部分（７５）を通って第１の端部（７２）から第２の片持ち端部（７３）まで延びる、ターボ機械システム（２）。
12. 前記１又はそれ以上の開口が、前記中間部分にわたって延びる複数の開口を含む、請求項１１に記載のターボ機械システム。
13. 前記複数の開口が、複数の円形の開口を含む、請求項１２に記載のターボ機械システム。
14. 前記複数の開口が、複数の細長い開口を含む、請求項１１に記載のターボ機械システム。
15. 前記複数の開口が、前記第１の端部に配置された第１の端部セクションから前記第２の片持ち端部に配置された第２の端部セクションまで延びる、請求項１４に記載のターボ機械システム。
16. 前記複数の開口が、前記第２の端部を貫通して延びる、請求項１５に記載のターボ機械システム。
17. 前記シール部材が、前記移行部品に対して作動可能に接続される、請求項１１に記載のターボ機械システム。
18. 前記移行部品が後方フレーム（４１）を含み、前記シール部材が、前記後方フレームに作動可能に接続される、請求項１７に記載のターボ機械システム。
19. 前記シール部材が、前記第１の端部に配置された装着部材（７８）を含む、請求項１１に記載のターボ機械システム。
20. 前記シール部材の第２の端部が、前記移行部品及び前記タービン部分の第１段ノズルのうちの他方に向けて付勢されている、請求項１１に記載のターボ機械システム。