JP2017129126A - フラシール - Google Patents

Abstract

【課題】中心軸線に関して周方向、半径方向および軸方向に延びるフラシールを提供する。
【解決手段】フラシール１０は、第１のエッジ１２における第１のエッジ領域１３から第２のエッジ１４における第２のエッジ領域１５まで軸方向に延びている。フラシールは、第１のエッジ領域から第２のエッジ領域まで延びた第１のリーフ２０と、第１のエッジ領域から第２のエッジ領域まで延びた第２のリーフ２１とを含む。第１のリーフは、ガスタービンに取り付けられたときに半径方向で中心軸線から第２のリーフと同じ距離にある。第１のリーフは、ガスタービンに取り付けられたときに周方向で第２のリーフに隣接し、かつ第２のリーフと重なり合う。第１のリーフは、ガスタービンに取り付けられたときに周方向に第２のリーフに対して移動することができるように第２のリーフに取り付けられている。ガスタービンにフラシールを取り付ける方法も記載されている。
【選択図】図２

Description

本開示は、フラシール、特にガスタービンに取り付けられたときに互いに重なり合うリーフを備えるフラシールに関する。

発明の背景
フラシールは、隣接するガスタービン部品の間の間隙を封止するためにガスタービンにおける様々な場所において使用される。図１は、既存のフラシール１を示している。フラシールは、中心軸線３に関する円周に沿って延びた複数のリーフ２を有する。図１に示されたようなフラシールは良好な封止を提供することができるが、複数の制限が認識されている。１つの特定の問題は、応力き裂である。フラシールは、フラシールが取り付けられる部品とは異なる材料から形成されていてもよい。しかしながら、フラシールが曝される温度範囲は、容易に数百度（例えば周囲温度から摂氏８００度まで）である可能性がある。異なる材料およびガスタービンの使用中の温度変化の結果、フラシールを部品に接続している溶接部が容易に割れる可能性があるかまたは疲労き裂がフラシールに生じる可能性がある。

発明の概要
本発明は、ここで参照すべき添付の独立請求項に規定されている。発明の有利な特徴は従属請求項に示されている。

第１の態様は、中心軸線に関して周方向、半径方向および軸方向に延びる、特にガスタービン用のフラシールにおいて、フラシールは、第１のエッジにおける第１のエッジ領域から第２のエッジにおける第２のエッジ領域まで軸方向に延びており、フラシールは、第１のエッジ領域から第２のエッジ領域まで延びた第１のリーフと、第１のエッジ領域から第２のエッジ領域まで延びた第２のリーフとを備え、第１のリーフは、ガスタービンに取り付けられたときに半径方向で中心軸線から第２のリーフと同じ距離にあり、第１のリーフは、ガスタービンに取り付けられたときに周方向で第２のリーフに隣接しかつ第２のリーフと重なり合い、第１のリーフは、ガスタービンに取り付けられたときに周方向に第２のリーフに対して移動することができるように第２のリーフに取り付けられている、フラシールを提供する。

このフラシールは、特にガスタービン構成部材とフラシールが異なる熱膨張率の材料から形成されている場合および／または使用中にフラシールとガスタービン部品が異なる温度になるかまたは異なる速度で加熱または冷却される場合、フラシールにおける、およびフラシールと、フラシールが取り付けられたガスタービン構成部材との間の接合部における応力を減じることができる。その結果、フラシールは、フラシールにおける高サイクル疲労および低サイクル疲労を減じることができ、フラシールとガスタービン部品との間の溶接された接合部の破損を減じることができる。

フラシールは、周方向での膨張および収縮に対する改善された公差を提供することもできる。その結果、フラシールは、熱膨張の差によりフラシールが延伸させられたときにはフラシールの隣接するリーフの間の間隙の拡大の範囲を減じることができる。特に、封止効率を低下させる傾向がありかつ既存の設計において問題となり得るリーフのねじれを低減または回避することができる。

１つの実施の形態は、第１のリーフおよび第２のリーフが材料の１つのピースから形成されているフラシールを提供する。１つのピースから形成されたフラシールを提供することは、より剛性のシールを提供することができ、これは性能を高めることができる。

１つの実施の形態では、第１のリーフおよび第２のリーフはスリットによって分離されており、スリットの端部から延びる別のスリットが設けられている。別のスリットを提供することは疲労を減じることができる。

１つの実施の形態では、第１のリーフは第２のリーフに直接に取り付けられている。１つの実施の形態では、第１のリーフは、第１のリーフおよび第２のリーフに取り付けられた接続ピースによって第２のリーフに取り付けられている。

１つの実施の形態では、第１のリーフは、第１のエッジ領域および第２のエッジ領域において第２のリーフに取り付けられている。リーフが一方の端部においてのみ互いに取り付けられている図１に示したようなフラシールでは、個々のリーフが組立て中に捕捉され、潰される可能性がある。リーフの両端においてリーフを互いに接続することは、この問題を回避することを助けることができる。

第２の態様は、上述のフラシールを含むガスタービンを提供する。１つの実施の形態では、ガスタービンは、ガスタービン部品を含み、第１のリーフおよび第２のリーフはガスタービン部品に直接に取り付けられている。

図面の簡単な説明
ここで発明の実施の形態を、添付の図面に関して例としてのみ説明する。

既存のフラシールを示している。 リーフが重なり合った位置に配置される前の、本発明によるフラシールの１つのセクションの平面図である。 図２のＩ−Ｉに沿った図を示している。 リーフが重なり合った位置に配置された後の図２のＩＩ−ＩＩに沿った断面図を示している。 リーフが重なり合った位置に配置された後の図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図を示している。 リーフが重なり合った位置に配置される前の図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図を示している。 リーフが重なり合った位置に配置される前の択一的なフラシールの平面図を示している。 リーフが重なり合った位置に配置された後の図７の接続ストリップの側面図を示している。 リーフが重なり合った位置に配置される前の別の択一的なフラシールの平面図を示している。 リーフが重なり合った位置に配置された後の図９の接続ストリップの側面図を示している。 リーフが重なり合った位置に配置される前の別の択一的なフラシールの平面図を示している。 上述のフラシールを備えたガスタービン燃焼器の一部の断面図を示している。

好適な実施の形態の詳細な説明
図２は、第１のエッジ１２から第２のエッジ１４まで軸方向４に延びておりかつ周方向５に延びているフラシール１０の一部を示している。フラシールは、リーフの間のスリット２２によってリーフ２０，２１に分割されている。スリットは、軸方向に延びているが、それぞれのエッジには達していない。それぞれのエッジには、エッジ１２，１４とスリット２２の端部との間においてエッジ領域１３，１５が設けられている。各スリットの各端部には、軸方向に対して垂直な（したがって、周方向に対して平行な）端部スリット２４が延びている。したがって、全体として各スリットはＩ字形である。図２には、フラシールは曲げられていない状態で示されている。これは、後でより詳しく説明する。

図３は、図２のフラシールの線Ｉ−Ｉの方向で見た図を示している。軸方向４のリーフの湾曲とともに、半径方向６のリーフ２１の幅を見ることができる。図２における点線は、この湾曲の範囲（したがってエッジ領域１３，１５の範囲）を示している。

図２および図３には、フラシール１０が曲げられていない状態で示されている。これは、曲げられて、ガスタービンに取り付けられる前の形状である。図４および図５は、曲げられたときのフラシール１０を示している。図４は、図２における線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図を示しており、この場合、複数のリーフ２０，２１を見ることができる。リーフ２１は、（周方向で）リーフの一方の端部において、隣接するリーフ２０のうちの１つの下側へ延びており、（周方向で）リーフの他方の端部において、隣接するリーフ２０がリーフ２１の下側へ延びている。

図５は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った図を示している。リーフ２０，２１を第２のエッジ１４の背後に見ることができる。第２のエッジ１４および第２のエッジ領域１５のずれにより見えるようになっているリーフ２０，２１のエッジ２６も見ることができる。各リーフは隣接するリーフに重なり合っており、その結果、各リーフのエッジ２６は、隣接するリーフに対して半径方向６にずらされている。図５に示された例において、これは、エッジ２６のずれにより、平坦でない（周方向および軸方向に延びる平面において）表面を生じる。この表面は、通常、ガスタービン部品に取り付けられ、表面は平坦であることが一般的に好ましく、これにより、平坦な表面を提供するために例えば研削によってエッジ２６が概して平坦化される。

図５と同様に、図６は、リーフが重なり合った位置に配置される前の図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った図を示している。隣接するリーフを重なり合わせるために、エッジ領域１５は、図６における平坦な形状とは異なり、図５では湾曲した形状であり、端部スリット２４に隣接したエッジ領域１５の部分は、リーフの重なり合いを提供するように湾曲している。

図７は、スリット２２が完全に第１のエッジ１２まで（軸方向４に）延びている択一例を示している。第２のエッジ１４に隣接する第２のエッジ領域１５は、依然として端部スリット２４と第２のエッジ１４との間に存在している。リーフを接続するために、接続ストリップ３０が第１のエッジの近くでリーフに取り付けられている。図８は、リーフが重なり合った位置に配置された後の接続ストリップ３０の側面図を示している。接続ストリップは、図５に示されたエッジ領域と同様の形式で湾曲する。

図９は、スリット２２が第１のエッジ１２および第２のエッジ１４まで完全に延びている別の択一例を示しており、リーフは互いに事実上別個であることを意味する。リーフを互いに接合するために、隣接するリーフ２０，２１を接続するために接続ストリップ３０が設けられている。図９における接続ストリップ３０は、第１のエッジ１２および第２のエッジ１４の双方の近くに設けられている。図１０は、リーフが重なり合った位置に配置された後の接続ストリップ３０の側面図を示している。接続ストリップ３０は、図５に示されたエッジ領域および図８における接続ストリップと同様の形式で湾曲する。

図１１は、図２の例と同様の別の例であるが、この場合、スリット２２が、軸方向４に対して平行ではなく、軸方向４に対して角度を成して延びている。角度付けられたスリットを提供することは、シールに衝突する流れがもはやスリットの方向に対して垂直に衝突しないならば、シールを通る流れを減じることができる。

図１２は、ガスタービン燃焼器の一部を示しており、ガスタービン燃焼器は、バーナ４２、ライナ４４およびトランジションピース４６を含む。フラシール１０は、ライナ４４に取り付けられており、バーナ４２とライナ４４との間の間隙、およびライナ４４とトランジションピース４６との間の間隙のための封止を提供する。参照のために、矢印は、燃料およびガスがどのように燃焼器を通過するかを大まかに示している。

本明細書に説明されたフラシールをガスタービンに取り付けるために、フラシールは、まず、例えば、周方向で互いに隣接したリーフを備え、周方向では重なり合いを有さない、図２、図７、図９または図１１に示したような形状で製造される。次いで、フラシールは、通常、周方向で隣接するリーフの間の重なり合いを付加するために曲げられる。次いで、フラシールは、例えば溶接またはろう付けによってガスタービン部分に取り付けられる。

本明細書に説明されたフラシールは、既存のガスタービンに後付けすることができる。材料の１つのピースからフラシールを製造する場合、切断を行うためにレーザカッタを使用することができる。

ガスタービンは、圧縮機と、圧縮機の下流の燃焼器と、燃焼器の下流のタービンとを含む。フラシールは少なくとも２つのリーフを有し、通常、３つ以上のリーフを有する。フラシールは、図１に示したように、部分リングまたは完全リングに沿って延びていてよい。シールの完全なリングを提供するために、複数の部分リングフラシールが提供されてもよい。リーフの全ての対の間に重なり合いを提供する必要はなく、重なり合いは、例えば全ての３つめと４つめのリーフの間に提供されてもよい。フラシールは、通常、一層シールであり、一方の層が他方の層よりも中心軸線から遠くなっている２つの層ではなく、リーフの１つの層が周方向に延びている。

フラシールは、幾つかの実施の形態では、エッジ領域１３，１５がリーフ２０，２１を接続した、図２に示されているような、１つの材料の（一体的な）ピースから形成することができる。その他の実施の形態では、図７および図９に示された接続ストリップ３０などの追加的な接続構造が提供される。図９に示されたような実施の形態では、リーフは、概して、１つの材料のピースから切断され、接続ストリップ３０を用いて互いに再び取り付けられる。

図４から図６における周方向湾曲を示すための試みはなされていないが、概して、フラシールは、周方向で連続的に湾曲している。

第１のエッジ領域１３および第２のエッジ領域１５は、それぞれフラシールの第１のエッジ１２および第２のエッジ１４の近くの領域である。第１および第２のエッジ領域は、通常、フラシールが取り付けられるガスタービン部品に隣接したフラシールの領域である。図２、図３、図７、図９および図１１において、これは、エッジ１２，１４と点線との間の領域である。通常、フラシール１０は、一方のエッジ領域、例えば第２のエッジ領域１５においてガスタービン部品に取り付けられ、他方の領域ではガスタービン部品と接触しかつガスタービン部品に対して自由に移動する。

フラシールにおけるリーフは概して全て同じであり、各リーフは、通常、図３に示したように湾曲させられている。参照を容易にするために、いずれかの任意のリーフ２０には、図においては２つのリーフ２１がそれぞれの側に配置されている。リーフは必ずしも全て同じではないが、必ずしもリーフ２０とリーフ２１との間に違いがあるわけでもない。この用語は、単に参照の容易のためである。

図４において、リーフ２１は、リーフの一方の端部において、隣接するリーフ２０のうちの１つの下側に延びている（すなわち、リーフ２１は、周方向で重なっており、リーフ２０よりも中心軸線に近い）。択一的に、リーフ２１は、隣接するリーフ２０のうちの１つの上側に延びることもできる。別の択一例として、図４の断面図に示したようにリーフを僅かなＳ字形に曲げる代わりに、リーフは直線的な断面を保持することができ、重なり合いを可能にするために単にガスタービン部品に対して僅かに傾けることができる。

周方向でのリーフの重なり合いは、周方向の幾つかの箇所において、両リーフが、半径方向で異なる箇所に存在することを意味する。

スリット２２は、図２に示したように第１のエッジ１２または第２のエッジ１４に達することなく、第１のエッジ領域１３から第２のエッジ領域１５までフラシールを横切って延びていてもよい。択一的に、実施の形態に応じて、スリットは、図７および図９に示したように、異なる箇所、例えば第１のエッジ１２および第２のエッジ１４のうちの一方または両方に達していてもよい。

端部スリット２４は、上記の例の全てにおいて周方向５に対して平行に延びるように示されており、スリット２２の両側へ延びるようにも示されている。しかしながら、これに対する様々な択一例が存在する。例えば、端部スリットは湾曲させられてもよいおよび／またはスリットの一方の側へのみ延びていてもよい。湾曲した端部スリットを提供することは、疲労、特に高サイクル疲労に対する耐性を高める場合がある。端部スリットは、通常、スリット２２よりも短い。

図９の例における接続ストリップ３０は２つの隣接するリーフを互いに結合するだけであるのに対し、図７の接続ストリップ３０は３つ以上の隣接するリーフを互いに結合する。２つの設計はこれらの例において互換的である。

最低限でも、リーフは、ある種類の接続構造によって互いに対して結合されることだけが必要である。上述の例において、結合は、エッジに沿って延びた接続領域（第１のエッジ領域１３および／または第２のエッジ領域１５）によってまたは接続ピース、この場合は１つまたは複数の接続ストリップ３０によって提供される。これらの接続は、通常、フラシールのエッジ１２，１４またはその近く、例えばエッジ領域１３，１５に位置している。上述の他にも、接続ピースのための様々な形状および構造が可能である。

上記の例では、各リーフは、２つの箇所、すなわち２つの取付け箇所において各側におけるリーフに取り付けられている。リーフのいずれかの任意の隣接する対の間に２つの取付け箇所を有することは、安定性を高めやすいため好ましい場合が多いが、幾つかの場合には、リーフのうちの幾つかまたは全ての間に、１つの取付け箇所または３つ以上の取付け箇所が用いられてもよい。

以下の請求項によって規定される発明から逸脱することなく、前記実施の形態に対する様々な変更が可能であり、また当業者に想起されるであろう。

１ 既存のフラシール
２ リーフ
３ 中心軸線
４ 軸方向
５ 周方向
６ 半径方向
１０ フラシール
１２ 第１のエッジ
１３ 第１のエッジ領域
１４ 第２のエッジ
１５ 第２のエッジ領域
２０ 第１のリーフ
２１ 第２のリーフ
２２ スリット
２４ 端部スリット
２６ エッジ
３０ 接続ストリップ
４０ ガスタービン燃焼器
４２ バーナ
４４ ライナ
４６ トランジションピース

Claims (8)

1. 中心軸線（３）に関して周方向（５）、半径方向（６）および軸方向（４）に延びるフラシール（１０）において、該フラシールは、第１のエッジ（１２）における第１のエッジ領域（１３）から第２のエッジ（１４）における第２のエッジ領域（１５）まで軸方向に延びており、前記フラシールは、
   前記第１のエッジ領域から前記第２のエッジ領域まで延びた第１のリーフ（２０）と、前記第１のエッジ領域から前記第２のエッジ領域まで延びた第２のリーフ（２１）とを備え、
   前記第１のリーフは、ガスタービンに取り付けられたときに半径方向において前記中心軸線から前記第２のリーフと同じ距離にあり、
   前記第１のリーフは、前記ガスタービンに取り付けられたときに前記周方向で前記第２のリーフに隣接しかつ前記第２のリーフと重なり合い、
   前記第１のリーフは、前記ガスタービンに取り付けられたときに前記周方向に前記第２のリーフに対して移動することができるように該第２のリーフに取り付けられていることを特徴とする、フラシール（１０）。
2. 前記第１のリーフ（２０）および前記第２のリーフ（２１）は、１つの材料のピースから形成されている、請求項１記載のフラシール（１０）。
3. 前記第１のリーフ（２０）および前記第２のリーフ（２１）はスリット（２２）によって分離されており、該スリットの端部から延びる別のスリット（２４）が設けられている、請求項１または２記載のフラシール（１０）。
4. 前記第１のリーフ（２０）は前記第２のリーフ（２１）に直接に結合されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のフラシール（１０）。
5. 前記第１のリーフ（２０）は、該第１のリーフおよび前記第２のリーフに取り付けられた接続ピースによって第２のリーフ（２１）に結合されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のフラシール（１０）。
6. 前記第１のリーフ（２０）は、前記第１のエッジ領域（１３）および前記第２のエッジ領域（１５）において前記第２のリーフ（２１）に結合されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のフラシール（１０）。
7. 請求項１記載のフラシール（１０）を含むガスタービン。
8. 前記ガスタービンは、ガスタービン部品を含み、第１のリーフ（２０）および第２のリーフ（２１）は前記ガスタービン部品に直接に取り付けられている、請求項７記載のガスタービン。