JP4612946B2 - 段間シール保持装置及び組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービンエンジン組立体に用いられる段間シール保持装置に関するものであり、より具体的にはガスタービンエンジンのノズルまたはベーン組立体に段間タービンシールを取り付けるための段間シール保持装置及び組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のタービンの段間シール保持装置は、往々にして保持装置の取付け用ボルト及びナットを取り付けた後及び完全にトルク締めした後は、組立者に目視によって再視認できないように構成された組立体内に取り付けられる。その結果、保持装置と、例えばガスタービンエンジンのタービンセクション中のシール組立体のような保持される部品との間で、過大な相対的回転が許されると、不適切な組立となる可能性がある。不適切な組立には、保持される部品が誤ってボルト締めの結合部の中で締め付けられる場合や、トルク締めするときにボルトによる締め付け力で保持される部品を破損してしまう場合が含まれる。
【０００３】
タービン内のシール組立体は、タービンのノズルステージに対して転用することが可能なように意図されており、保持装置は限定された軸方向の動きを許しながらノズルへのその取り付けを維持するために用いられる。
【０００４】
過去においては、適切な保持装置の取り付けは組立て者の経験と感触に頼っていた。また、保持装置のナットケージ上に溶接された半径方向に延びるタブが、「フールプルーフ」つまり保持装置の正しい方向定めと取り付けを確実にするために用いられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来の技術に種々の改善と利点を加えるものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の例示的な実施形態における保持装置は、ガスタービンエンジンの段間シール組立体内で用いられ、シールリングの環状シールリングフランジをノズルベーンを備えた環状ノズルステージの内側プラットフォームから半径方向内方に延びる環状プラットフォームフランジに対して保持する。保持装置は、それを貫通して穴が穴軸線の周りに形成されている中央部と、穴軸線に関して中央部から半径方向外側に延びている中央タブを持つ本体を含む。第１及び第２アームがそれぞれ、穴軸線に関して中央部からまたお互いに離れる方向にそれぞれの対向の第１及び第２の接線方向に延びている。軸スペーサが、それぞれ第１及び第２アームの第１及び第２の自由端から後方に向って延びており、回転止め脚部が第１及び第２の自由端から中央タブが延びている方向とは反対の方向へ垂れ下がっている。受台組立体が、中央部から後方に延び、中央タブから後方に位置している。例示的な実施形態においては、受台組立体は穴軸線の周りに境界面を画定する半環状円筒形の内側表面と半環状円筒形の外側表面を持ち、半環状円筒形の外側表面は穴軸線に関して概して平行に間隔を置いたそれぞれ半径方向内側及び外側平坦部の間に延びており、また半径方向内側の平坦部は互いに同一平面上にあり、半径方向外側の平坦部は互いに同一平面上にある。面取り部が、それぞれ半径方向内側及び外側平坦部に沿って形成されている。保持装置は、本体、中央部、中央タブ、第１及び第２アーム、軸方向スペーサ、回転止め脚部、及び受台組立体を備える一体鋳造ユニットである。
【０００７】
例示的実施形態において、受台組立体は中央部から後方に延びるそれぞれ第１及び第２の鏡像関係になっている受台を備えている。第１及び第２受台は半環状の形状で、半環状円筒形の外側表面と半環状であって内側及び外側平坦部の間に延びる円筒形の内側表面を備えている。回転止め脚部は丸い端部を持っていることが好ましい。円筒形の内側表面は穴の内側の穴表面と実質的に連続している。
中央タブは中央部の後方向き中央部表面と同一面になっている。
【０００８】
本発明は従来の技術に種々の改善と利点を加えるものである。受台上の面取り部と中央タブの軸方向の位置が、「フールプルーフ」とシールフランジのスロット内に保持装置の受台を取り付けるよりよい角度との組み合わせをもたらす。受台の形状は、面取り部と組み合わさって、スロットを通して配置される保持装置と受台との繰り返し使用可能なかつ正確な着座をもたらし、受台を損傷する可能性がある不適切な締め付けを防止する。回転止め脚部の丸い端部が、受台のよりよい具合のスロットへの挿入と保持装置の適切な位置での着座をもたらし、さらに耐トルク締め性能の向上をもたらす。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴的と思われる新規な形状が、特許請求の範囲に記載され特定されている。本発明を、さらにその目的と利点と共に、添付の図面を参照しながら、以下により具体的に説明する。
【００１０】
図１は、エンジンの中心線１２の周りに、かつ高圧タービンセクション１６の後方において、実質的に同心的に配置された例示的なガスタービンエンジンの低圧タービンセクション１０の極度に単純化した概略を示す１部切取内部図である。低圧タービンセクション１０は、ロータシャフト１８を介してエンジンのファンセクション（図示せず）及び他の構成部品を回転させる。タービンセクション１０は環状に交互に配置されたノズルベーン２６とロータブレード２８を備えており、ベーン２６とブレード２８は高温ガス流に作用する翼型部である。ノズルベーン２６は、半径方向外側の壁３２と半径方向内側のリングまたはプラットフォーム３０に取り付けられて、非回転の環状ノズルステージ３６を形成している。ノズルステージは適切に外側のエンジンケーシング３８に取り付けられ、エンジンケーシング３８によって支持されている。ロータブレード２８の各々は、その半径方向内端でロータシャフト１８に取り付けられたディスク４０の外周に取り付けられている。
【００１１】
図１に関連してより具体的に図２を参照すると、段間シール組立体４２（図２により詳細に示す）が、ノズルステージ３６周りのガス洩れを減少させるために用いられる。タービンセクション１０を通過する高温ガスは、ベーン２６、ブレード２８、外壁３２、プラットフォーム３０、及びディスク４０など種々の構成部品を加熱し、それらを熱膨張させる。構成部品は多様な材料で作られ、多様な厚さに作られ、また多様な加熱率に曝される可能性があるので、各構成部品は異なった膨張をする可能性がある。シール組立体４２は半径方向の異なる膨張及び構成部品が冷却するときの同様の収縮を許容するようになっている。
【００１２】
図２及び図３をより具体的に参照すると、シール組立体４２は環状シールリング４８にろう付け、溶接またはその他業界ではよく知られた適切な方法で固着されているアブレイダブル環状ハニカムシール部材４６を有する半径方向内側のアブレイダブルシュラウド組立体４４を備えている。シールリング４８はアブレイダブルシュラウド組立体４４をノズルベーン２６の内側プラットフォーム３０から半径方向内方に延びている環状プラットフォームフランジ６０に取付けるための環状のシールリングフランジ５０を備える。
【００１３】
シール組立体４２は、図３の分解組立図に示されているようにボルト組立体７０によって環状フランジ６０に取り付けられ固定されている。環状シールリングフランジ５０に形成され、それを貫通して延びる複数の円周方向に間隔を置いたスロット６４は、環状プラットフォームフランジ６０の孔６８と半径方向及び円周方向にほぼ位置合わせされて配置される。スロット６４は、環状のシールリングフランジ５０に対して接線方向に長く延びる直線のスロット縁６６と、スロットの両縁間のスロット幅ＳＷを持つ。ボルト組立体７０は、ソケット形ボルト頭部７４と、ねじが切ってない胴部分及びねじが切ってある胴部分７８及び８０をそれぞれを持つ胴部７６と、ねじを切った胴部分８０に螺合するナット８４とを備えている。
【００１４】
シール組立体４２を内側プラットフォーム３０の環状プラットフォームフランジ６０への組み込み及び取り外しの間は、前記ボルト７２は段間シール保持装置８２にゆるめに適合して保持されるように設計してある。ボルト頭部７４は、段間シール保持装置８２中の、穴軸線８９を持つ穴８８の座ぐり８６の中に着座する。さらに図７を参照すると、段間シール保持装置８２は、スロット６４と協働して、シール組立体４２と内側プラットフォーム３０と間の異なる半径方向の膨張と収縮を許しながら、シール組立体４２を拘束する。
【００１５】
さらに図４、図５及び図６を参照して、保持装置８２は、それを貫通して座ぐり８６と穴８８が形成される中央部９２を有する本体９０を備えている。中央部９２は、矩形の平らな前方及び後方向き中央部表面９５及び９６をそれぞれ持っており、座ぐり８６が前方向き中央部表面９５から後方に延びている。中央タブ９４が、中央部９２から半径方向外方に延び、中央部９２の平らな後方向き中央部表面９６と同一面になっている。鏡像関係になっている第１及び第２アーム９７及び９８はそれぞれ、穴軸線８９に関して中央部９２からまたお互いに離れる方向にそれぞれの反対の第１及び第２の接線方向１００及び１０２に延びている。軸方向スペーサ１０４が、それぞれ第１及び第２アーム９７及び９８の第１及び第２の自由端１０６及び１０８から後方に向かって延びている。丸い端部１０９を持つ回転止め脚部１０５が、それぞれ第１及び第２のアーム９７及び９８の自由端１０６及び１０８から垂れ下がり、すなわちエンジンの中心線１２に対して半径方向内方に延びている。
【００１６】
中央部９２は、ほぼ一定の第１厚さＴ１を持ち、第１厚さＴ１よりも薄い第２厚さＴ２を持つ第１及び第２アーム９７及び９８それぞれよりも軸方向に厚い。例示的な実施形態においては、第２厚さＴ２は、第１及び第２アーム９７及び９８がそれぞれ中央部９２から離れる方向に外方に向って第１及び第２の接線方向１００及び１０２の方向に延びるにつれて、先細になっている。例示的な実施形態においては、アーム幅ＷＡは、第１及び第２アーム９７及び９８がそれぞれ中央部９２から離れる方向に外方に向かって第１及び第２の接線方向１００及び１０２の方向に延びるにつれて、曲線状に先細になっている。第１及び第２アーム９７及び９８は、それぞれ中央部９２に対して軸方向にオフセットしており、中央部９２の前方向き中央部表面９５の軸方向位置よりも後方向き中央部表面９６により近く位置している。
【００１７】
鏡像関係になっている第１及び第２受台１１１及び１１２をそれぞれ持つ受台組立体１１０が、中央部９２から後方に延び、中央部９２の平らな後方向き中央部表面９６に対して直角になっている。第１及び第２受台１１１及び１１２の各々は半環状の形状で、それぞれ半環状円筒形の内側及び外側表面１１４及び１１６を持っている。半環状円筒形の内側表面１１４は、穴軸線８９の周りに境界面を画定し、穴軸線８９に関して概して平行に間隔を置いた半径方向内側と外側の平坦な表面の間に延びており、本明細書では今後は半径方向内側と外側の平坦な表面をそれぞれ半径方向内側及び外側平坦部１２０及び１２２と呼ぶ。第１及び第２受台１１１及び１１２の半環状円筒形の外側表面１１６は、それぞれ第１及び第２のオフセット軸線１１８及び１１９の周りに第１の半径Ｒ１及び第２の半径Ｒ２によって境界面を画定し、それぞれ内側及び外側平坦部１２０及び１２２の間に延びている。第１のオフセット軸線１１８と第２のオフセット軸線１１９は、穴軸線８９関して近い距離でかつ反対側にオフセットされている。第１及び第２受台１１１及び１１２上の半径方向内側平坦部１２０は互いに同一平面上にあり、第１及び第２受台１１１及び１１２上の半径方向外側平坦部１２２は互いに同一平面上にある。段間シール組立体４２が組み立てられるとき組立体１１０及び第１及び第２受台１１１及び１１２がスロット６４に挿入され、半径方向内側及び外側平坦部１２０及び１２２はスロット縁６６に平行である。
【００１８】
第１及び第２受台１１１及び１１２の、穴軸線８９についての軸方向に外側の端部１３０は、それぞれ半径方向内側及び外側平坦部１２０及び１２２に沿って面取り部１３２を有する。半環状円筒形の内側表面１１４は穴８８の内側の穴表面１３８と実質的に連続している。第１及び第２受台１１１及び１１２とそれらのそれぞれの円筒形の内側及び外側表面１１４及び１１６は、実質的に面取り部１３２から中央部９２の平らな後方向き中央部表面９６まで実質的に直角で直線的である。円筒形の内側及び外側表面１１４及び１１６に沿った、第１及び第２受台１１１及び１１２と中央部９２とが交わる位置における第１及び第２受台１１１及び１１２と、平らな後方向き中央部表面９６との間にフレアもしくは隅肉１４０が有る。一定断面の受台シャンク部１４２が、図７に示すように面取り部１３２とフレアもしくは隅肉１４０との間に延びている。
【００１９】
第１及び第２受台１１１及び１１２の外側端部１３０は、中央部９２の平らな後方向き中央表面９６に実質的に平行な平らな受台端部表面１４４を有する。平らな受台端部表面１４４は、図２及び図７に示すとおりボルト組立体７０によって受台端部表面が取りつけられ固定される環状プラットフォームフランジ６０に平面で着座するように設計されている。このことにより、保持装置８２の第１及び第２のアーム９７及び９８の第１及び第２の自由端１０６及び１０８から後方に延びる軸方向スペーサ１０４と、ノズルベーン２６の内側プラットフォーム３０から半径方向内方に延びるプラットフォームフランジ６０との間で、シールリングフランジ５０によってシールリング４８を捕捉し保持する。
【００２０】
環状シールリングフランジ５０の中に形成され貫通して延びる複数の円周方向に間隔を置いたスロット６４は、環状プラットフォームフランジ６０の孔６８と半径方向及び円周方向にほぼ位置合わせされて配置されている。中央タブ９４は、穴軸線８９から離れる方向に第１の半径方向距離ＲＤ１だけ間隔を置いた半径方向外側のタブ端部１５０を備えている。回転止め脚部１０５の丸い端部１０９は、穴軸線８９から離れる方向に第２の半径方向距離ＲＤ２だけ半径方向内側に延びる。第１及び第２の半径方向距離ＲＤ１及びＲＤ２は等しくなく、半径方向内側プラットフォーム３０の半径方向内向き環状プラットフォーム表面１５１と環状シールリング４８の半径方向外向き環状プラットフォーム表面１５２とから実質的に等距離である。第１の半径方向距離ＲＤ１は、穴軸線８９と座ぐり８６が形成される中央部９２との間の第３の半径方向距離ＲＤ３よりも大きい。
【００２１】
設計故に「フールプルーフ」と呼ばれるこの方式では、組み立て者が段間シール保持装置８２を上下逆にして第１及び第２受台１１１及び１１２をスロット６４に通して取り付けることは不可能である。もしも組み立て者が段間シール保持装置８２を上下逆に取り付けようとすると、中央タブ９４は、環状シールリング４８との干渉によって、ボルト７２と環状プラットフォームフランジ６０の孔６８との位置合わせ不良を生じ、ボルトを取り付けることができずまたナット８４を取り付けてトルク締めすることもできない。
【００２２】
段間シール保持装置８２を正しく取り付けると、回転止め脚部１０５が環状シールリング４８に対して保持装置の回転を約２度位に制限することが可能になり、例示的な実施形態においては穴軸線の周りに時計方向あるいは反時計方向に約２．３度である。これは、回転止め脚部１０５のどちらか一方がシールリング４８に接触することによって達成される。回転止め脚部１０５の丸い端部１０９によって保持装置８２の回転の制限が、リングとの接触を最小にしながら、可能になり、これによって、エンジン作動中のシールリング４８と環状プラットフォームフランジ６０との間の軸方向及び円周方向の動きが抑えられ保持装置の干渉を減少させる。丸い端部１０９はまた、保持装置の取り付け時及びボルト７２のトルク締め時の保持装置８２とシールリング４８の干渉を最小限にする。
【００２３】
保持装置８２とシールリング４８の間の余分な相対的な回転は、環状シールリングフランジ５０の中に形成され貫通して延びるスロット６４の直線スロット縁６６に対する第１及び第２受台１１１及び１１２の面取り部１３２の動きによって減少される。面取り部１３２はシールスロット縁６６に対して傾斜した平面であり、最終組み立ておよびボルトとナットのトルク締め中、ボルトの締付け荷重で保持装置が回転して直線スロット縁６６と位置合わせされる。本発明は、保持装置８２のノズルベーン２６の環状プラットフォームフランジ６０上への、また受台組立体１１０及び受台１１１及び１１２のフラットフォームフランジのスロット６４への、十分かつ適切な着座をもたらす。
【００２４】
組み立て時、保持装置８２及びシールリング４８の初期の接合で、面取り部１３２により受台組立体１１０の受台１１１と１１２及び保持装置８２をシールリングフランジ５０のスロット６４の中に導く。本発明の構成の特徴によって、シール組立体４２とベーン２６のプラットフォームフランジ６０とのサブアセンブリ結合部のゆるさには関係なく、保持装置８２がシールスロット６４に位置合わせされることを可能にする。
【００２５】
保持装置８２は、本体９０、中央部９２、中央部タブ９４、第１及び第２アーム９７及び９８、軸方向スペーサ１０４、回転止め脚部１０５、並びに第１及び第２受台１１１及び１１２を含む受台組立体１１０を含む一体鋳造ユニットであることが好ましい。保持装置８２の一体鋳造品は反復使用性を高め、保持装置の生産性と保持装置及び段間シール組立体４２の組み立ての信頼性及び容易性を改善する。一体鋳造は生産コストを引き下げ、保持装置及び段間シール組立体４２の寸法制御と精度を改善する。
【００２６】
本明細書では本発明の好ましい例示的な実施形態と思料するものについて説明してきたが、本発明のその他の変更形態が本明細書の教示から当業者には明白であり、それ故、本発明の技術思想及び技術的範囲に属するかかる変更形態すべてが添付の特許請求の範囲で保護されることを望むものである。
【００２７】
従って、特許による保護を望むのは、特許請求の範囲に記載され特定された発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のシール保持装置の実施形態を備えた、ベーン及び半径方向内側のシール組立体を持つガスタービンエンジンの低圧タービンセクションの概略断面図。
【図２】 図１のベーン及び半径方向内側のシール組立体及び保持装置の拡大概略断面図。
【図３】 図１のベーン及び半径方向内側のシール組立体及び保持装置の前方から後方向きに見た分解組立斜視図。
【図４】 図２の保持装置の後方から前方向きに見た斜視図。
【図５】 図４の保持装置の後方から前方向きに見た正面図。
【図６】 図４の保持装置の半径方向内方向きに見た正面図。
【図７】 図３の内側シールの環状フランジのスロット内に挿入された保持装置の概略断面図。
【符号の説明】
１２ 中心線
２６ ノズルベーン
３０ プラットフォーム
３６ ノズルステージ
４２ シール組立体
４４ アブレイダブルシュラウド組立体
４８ シールリング
５０ シールリングフランジ
６０ プラットフォームフランジ
６４ スロット
６８ プラットフォームフランジの孔
７０ ボルト組立体
８２ 段間シール保持装置
８４ ナット

Claims (15)

1. ガスタービンエンジンに用いられる保持装置（８２）であって、
   それを貫通して穴（８８）が穴軸線（８９）の周りに形成されている中央部（９２）を備える本体（９０）と、
   前記穴軸線（８９）に関して前記中央部（９２）から、前記ガスタービンエンジンの半径方向外側に延びている中央タブ（９４）と、
   前記穴軸線（８９）に関して前記中央部（９２）からまたお互いに離れる方向にそれぞれの対向の第１及び第２の接線方向（１００及び１０２）にそれぞれ延びている第１及び第２アーム（９７及び９８）と、
   前記第１及び第２アーム（９７及び９８）の第１及び第２の自由端（１０６及び１０８）から、前記ガスタービンエンジンの後方に向ってそれぞれ延びている軸方向スペーサ（１０４）と、
   前記第１及び第２の自由端（１０６及び１０８）から前記中央タブ（９４）が延びている方向とは反対の方向に垂れ下がっている回転止め脚部（１０５）と、
   前記中央部（９２）から後方に延び、前記中央タブの後方に位置する受台組立体（１１０）と、
   を含み、
   前記受台組立体（１１０）は少なくとも、前記穴軸線（８９）の周りに境界面を画定する半環状円筒形の内側表面（１１４）と、半環状円筒形の外側表面（１１６）を備え、
   前記半環状円筒形の外側表面（１１６）は、前記穴軸線（８９）に関して概して平行に間隔を置いたそれぞれ半径方向内側及び外側平坦部（１２０及び１２２）の間に延びており、
   前記半径方向内側平坦部（１２０）が互いに同一平面にあり、前記半径方向外側平坦部（１２２）が互いに同一平面にあり、また前記半径方向内側及び外側平坦部（１２０及び１２２）にそれぞれ沿う面取り部（１３２）、を含む
   ことを特徴とする保持装置（８２）。
2. 前記保持装置（８２）が、前記本体（９０）、前記中央部（９２）、前記中央タブ（９４）、前記第１及び第２アーム（９７及び９８）、前記軸方向スペーサ（１０４）、前記回転止め脚部（１０５）、及び前記受台組立体（１１０）を含む一体鋳造ユニットであることを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
3. 前記受台組立体（１１０）が前記中央部（９２）からそれぞれ後方に延びる第１及び第２の鏡像関係になっている受台（１１１及び１１２）を含み、前記第１及び第２受台（１１１及び１１２）が半環状の形状をなし、前記半環状円筒形の外側表面（１１６）と、半環状をなし前記内側及び外側平坦部（１２０及び１２２）の間に延びている前記円筒形内側表面（１１４）とを含むことを特徴とする請求項２に記載の保持装置。
4. 前記回転止め脚部（１０５）が丸い端部（１０９）を持つことを特徴とする請求項３に記載の保持装置。
5. 前記円筒形内側表面（１１４）が、前記穴（８８）の内側の穴表面（１３８）と実質的に連続していることを特徴とする請求項４に記載の保持装置（８２）。
6. 前記中央タブ（９４）が、前記中央部（９２）の平らな後方向き中央部表面（９６）と同一面になっていることを特徴とする請求項１に記載の保持装置（８２）。
7. 前記保持装置（８２）が、前記本体（９０）、前記中央部（９２）、前記中央タブ（９４）、前記第１及び第２アーム（９７及び９８）、前記軸方向スペーサ（１０４）、前記回転止め脚部（１０５）、及び前記受台組立体（１１０）を含む一体鋳造ユニットであることを特徴とする請求項６に記載の保持装置（８２）。
8. 前記受台組立体（１１０）が前記中央部（９２）からそれぞれ後方に延びる第１及び第２の鏡像関係になっている受台（１１１及び１１２）を含み、前記第１及び第２受台（１１１及び１１２）が半環状の形状をなし、前記半環状円筒形の外側表面（１１６）と、半環状をなし前記内側及び外側平坦部（１２０及び１２２）の間に延びている前記円筒形内側表面（１１４）とを含むことを特徴とする請求項７に記載の保持装置。
9. 前記回転止め脚部（１０５）が丸い端部（１０９）を持つことを特徴とする請求項８に記載の保持装置。
10. 前記円筒形内側表面（１１４）が、前記穴（８８）の内側の穴表面（１３８）と実質的に連続していることを特徴とする請求項９に記載の保持装置（８２）。
11. 前記穴軸線（８９）の周りに境界面を画定する前記穴（８８）の座ぐり（８６）をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の保持装置（８２）。
12. 前記第１及び第２受台（１１１及び１１２）と前記円筒形内側及び外側表面（１１４及び１１６）が、前記面取り部（１３２）から前記中央部（９２）の平らな後方向き中央部表面（９６）まで実質的に直角で直線的であることを特徴とする請求項１１に記載の保持装置（８２）。
13. 前記第１及び第２受台（１１１及び１１２）と前記中央部（９２）との間の、前記円筒形内側及び外側表面（１１４及び１１６）に沿った位置における前記第１及び第２受台（１１１及び１１２）の各々と、前記平らな後方向き中央部表面（９６）との間の隅肉（１４０）をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の保持装置（８２）。
14. 前記面取り部（１３２）及び前記隅肉（１４０）の間に延びる一定断面の受台シャンク部（１４２）をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の保持装置（８２）。
15. 前記回転止め脚部（１０５）が丸い端部（１０９）を持つことを特徴とする請求項７に記載の保持装置（８２）。

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