JP5435910B2 - ガスタービンシュラウド支持装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービンに関し、詳細にはガスタービンシュラウド支持体に関する。
例えば、発電用に用いることができるようなガスタービンにおいて、高いエンジン効率を達成するために、バケットは、クリアランスが低減された状態でタービンケース又は「シュラウド」内で回転して、膨張する作動流体が利用可能なエネルギー量に対して高い効率を提供するのが望ましい。典型的には、作動効率の向上は、シュラウドとバケットの先端との間の閾値クリアランスを少なく維持することによって達成することができ、これによりバケットの先端上の高温ガスの不要な「漏出」が防止される。クリアランスの増大は、漏出問題を生じ、タービンの全体効率を低下させることになる。
セラミックマトリックス複合材は、高温ガス経路と接触するタービン内のシュラウドの材料を選定する際に利点を提供する。セラミックマトリックス複合材は、高い作動温度に耐えることができ、ガスタービンの高温ガス経路で使用するのに好適である。最近では、溶融浸透（ＭＩ）シリコン−炭素／シリコン−炭素（ＳｉＣ／ＳｉＣ）セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）は、例えばガスタービンシュラウドのような高温の静的構成要素を形成している。これらの熱能力に起因して、例えばＭＩ−ＳｉＣ／ＳｉＣ構成要素から作られた構成要素のようなセラミックマトリックス複合材タービン構成要素は、一般に、金属構成要素に比べて冷却流を低減することが可能になる。
シュラウドは、各バケットがシュラウドを通るときに高温ガスの脈圧に起因して振動に曝されることは理解されるであろう。更に、シュラウドが高速回転バケットに近接しているので、振動は、共振周波数又はその近傍に存在し、従って、タービンの長期間の商業運転の耐用年数を向上させるために制振を必要とする。セラミック複合材は、特有の取り付けを必要とし、金属構成要素に取り付けるための複合材を構成するときには、セラミック複合材に対して摩耗、酸化、応力集中及び損傷などの複数の故障メカニズムを有する。従って、逆モード応答を最小にするために、タービンの金属構成要素へのセラミック複合材シュラウドの取り付けに関してダイナミックス関連問題に対処する必要性がある。
米国特許第７，２３８，００２号公報
本発明の１つの実施形態は、ガスタービンシュラウド用支持装置を含む。本装置は、ガスタービンのケーシングに接続可能な結合部を有する外側シュラウドブロックと、前方フランジ及び後部フランジを有するシュラウド構成要素とを含む。シュラウド構成要素は、前方フランジ及び後部フランジを介して外側シュラウドブロックに取り付けられる。本装置は更に、外側シュラウドブロックとシュラウド構成要素との間に配置されたダンパーと、外側シュラウドブロック内に配置された付勢要素とを含む。ダンパーと外側シュラウドブロックとの間の並進自由度は、ダンパーの運動の方向を定める。付勢要素は、ダンパーを介して外側シュラウドブロックとシュラウド構成要素との間で作動可能に接続され、付勢要素の付勢力は、ダンパーの運動の方向に沿って向けられる。
本発明の別の実施形態は、ガスタービンに対し垂直な半径方向を定める回転シャフトを有するガスタービンのシュラウド用支持装置を含む。本装置は、ガスタービンのケーシングに接続可能な結合部を含む外側シュラウドブロックと、前方フランジ及び後部フランジを有する溶融浸透セラミックマトリックス複合材内部シュラウド構成要素とを含む。溶融浸透セラミックマトリックス複合材内部シュラウド構成要素は、前方フランジ及び後部フランジを介して外側シュラウドブロックに取り付けられる。本装置は、外側シュラウドブロックと溶融浸透セラミックマトリックス複合材内部シュラウド構成要素との間に配置されたダンパーを更に含む。ダンパーと外側シュラウドブロックとの間の並進自由度は、ガスタービンの半径方向に対してゼロ度よりも大きな角度を形成するダンパーの運動方向を定める。本装置は、外側シュラウドブロック内に配置され、ダンパーを介して外側シュラウドブロックと溶融浸透セラミックマトリックス複合材内部シュラウド構成要素との間で作動可能接続状態の付勢要素を更に含む。付勢要素の付勢力は、運動の方向に沿って向けられる。
これら及び他の利点並びに特徴は、添付図面に関連して示された本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。
添付図において同様の要素に同様の符号が付与されている例示的な図面を参照する。
本発明の１つの実施形態は、シール性及び振動耐性を高めるための斜めダンパーブロックを有するシュラウド組立体を提供する。本明細書に記載された追加の特徴は、組立体内のシールを高め、回転バケットとの間の作動クリアランスを短縮して、回転バケットを越えた漏出を低減し、これによってエンジン作動効率を高めるようにする。
図１は、ガスタービンエンジン２０のようなタービンエンジン２０の実施形態の概略図を示している。ガスタービンエンジン２０は燃焼器２５を含む。燃焼器２５は、燃料−酸化剤混合物を燃焼して、高温で高エネルギーのガス３０の流れを生成する。次いで燃焼器２５からのガス３０の流れは、タービン３５に進む。タービン３５は、タービンバケット（図示せず）の組立体を含む。ガス３０の流れは、バケット組立体にエネルギーを与え、該バケット組立体を回転させる。バケット組立体は、シャフト４０に結合される。シャフト４０は、バケットの組立体の回転に応答して回転する。次いでシャフト４０を用いて圧縮機４５に動力を供給する。シャフト４０は、例えば、発電機のような異なる出力デバイス（図示せず）に出力５０を任意選択的に提供することができる。圧縮機４５は、酸化剤流５５を取り込んで加圧する。酸化剤流５５の加圧に続いて、加圧酸化剤流６０は、燃焼器２５に供給される。圧縮機４５からの加圧酸化剤流６０は、燃料供給システム７０からの燃料流６５と混合されて、燃焼器２５の内部に燃料−酸化剤混合物を形成する。次いで燃料−酸化剤混合物は、燃焼器２５内で燃焼プロセスを受ける。
図２は、図３及び図４を参照しながらこれらの断面図を更に説明するシュラウド組立体７５の等角拡大組立図を示している。
図３及び図４は、タービンバケットの列（図示せず）に近接して配置された固定シュラウドのような、複数のシュラウド８５を装着するための外側シュラウドブロック８０又はボディを含むシュラウド組立体７５を示している。図３は、左から右に向けられたエンジン２０を通過する高温高エネルギーのガス３０の流れと、タービン３５及び外側シュラウドブロック８０の軸方向を定めるシャフト４０の軸９０の周りのバケット（図示せず）の回転とを有する円周方向の図である。従って、高温で高エネルギーのガス３０の圧力は、後端１００（バケットへの一部のエネルギーの移送の後）と比較して、外側シュラウドブロック８０の前端９５（高温で高エネルギーのガス３０からバケット組立体へエネルギーを与える前）においてより大きい。
図４は、タービン３５を通る高温で高エネルギーのガス３０の流れの方向と反対の軸線前方方向で見た図である。例えば、高温で高エネルギーのガス３０の流れは、図４のページから外に向けられ、この結果、軸９０の周りのタービンブレードの反時計回りの回転１０３を生じる。バケットの先端（図示せず）は、シュラウド８５に近接して配置される。バケットとシュラウド８５との間の高温で高エネルギーのガス３０のあらゆる漏出は、エンジン２０の作動効率の損失を生じることになる。例えば、バケットの先端とシュラウド８５との間のクリアランスが増大すると、エンジン２０の効率は低下する。
図４を参照すると、シュラウドブロック８０は、好ましくは３つの個々のシュラウド８５を支持する。複数のシュラウドブロック８０は、軸９０の周りに円周方向アレイで配置され、タービン３５を貫流する高温ガス経路の一部を囲み且つ形成する複数のシュラウド８５を装着することは理解されるであろう。シュラウド８５は、セラミック複合材から形成され、ピン１０５、１１０によってシュラウドブロック８０に固定され（図３を参照すると最もよく分かる）、高温ガス経路の高温で高エネルギーのガス３０と接触した内面１１５を有する。
図５は、３つのシュラウド８５を有する図４のシュラウド組立体７５の底部の写真の想像画を示している。１つの実施形態では、シュラウド８５は、強化された高温性能を提供するセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）を含む。ＣＭＣ材料の実施形態は、溶融浸透シリコン−カーバイド繊維強化シリコン−カーバイドセラミックマトリックス複合材（ＳｉＣ／ＳｉＣ ＣＭＣ）のような、多方向プライアーキテクチャと併せて耐環境コーティング（ＥＢＣ）を含むことが企図される。１つの実施形態では、ＣＭＣ材料を含むシュラウド８５の内面１１５は隆起パターン１２０を更に含む。シュラウド８５の内面１１５に隆起パターン１２０を組み込むことで、内面１１５の表面積を増大させて空気流を減少させ、回転バケットとシュラウド８５との間のクリアランスの減少と同様に実施することにより作動効率が高かまることが分かった。更に別の実施形態では、隆起パターン１２０は、アブレイダブルなＣＭＣ材料を含み、その結果、バケットの先端は、シュラウド８５の内面１１５と干渉してこれをアブレイドし、或いは、シュラウド８５の内面１１５から少量のアブレイダブル隆起ＣＭＣ材料パターン１２０を摩耗により除去し、これによってバケットの先端の回転により生じる曲率に密接に一致するシュラウド８５の内面１１５内の低減されたクリアランス曲率をもたらすようになる。更に、アブレイダブル材料の使用により、シュラウド８５の内面１１５内にこのような曲率を製作することに関連する複雑さ及びコストが付加されることなく、低下したクリアランスがバケットの先端の回転により生じる曲率に一致することが可能になる。
図３及び図４に戻って参照すると、外側シュラウドブロック８０は、ガスタービン３５のケース１２５（本明細書では「ケーシング」とも呼ばれる）に嵌合する。シュラウドブロック８０は、例えば、ケース１２５の内壁１３０から軸９０に向けて半径方向内方に更に延びるケース１２５上に装着される。Ｔ型フック１３５は、外側シュラウドブロック８０の長さを延びる溝１４０の両側に係合する環状歯列として配列することができ、該溝１４０がケース１２５のＴ型フック１３５への結合を提供するようになる。外側シュラウドブロック８０は、Ｔ型フック１３５の上を滑動する単体ブロックとすることができ、又はＴ型フック１３５の上でクランプされた左右のブロック半部分のペアとすることができる。各ブロック８０は、ケース１２５内のプレナムキャビティ１４５内及びタービン３５の回転部分の近傍で嵌合する。
外側シュラウドブロック８０は、燃焼排気ガスの温度に耐えるのに十分な温度耐性がある金属合金から形成することができる。例えば、シュラウド８５近傍の金属外側シュラウドブロック８０の一部分は、タービン３５流路からの高温で高エネルギーのガス３０に曝される可能性がある。
外側シュラウドブロック８０内に配置されるのは、ダンパーシステム１５０である。ダンパーシステム１５０は、ダンパーブロック／シュラウド接合部１５５、ダンパー荷重移送機構１６０及び制振機構１６５を含む。ダンパー／ブロック／シュラウド接合部１５５は、シュラウド８５と接触した状態のダンパーブロック１７０を含む。１つの実施形態では、ダンパーブロック１７０は、例えば、最大２２００°Ｆの高温使用限度を有する超合金材料、ＰＭ２０００のような金属材料から形成される。図３及び図４に示されているように、ダンパーブロック１７０の半径方向内方の表面１７５、及びシュラウド８５の半径方向外方の表面１８０は平行で隣接し、実質的に面接触している。１つの実施形態では、例えばダンパーブロック１７０の周囲１８３内として定められる表面区域（図６を参照すると最もよく分かる）のような半径方向内方の表面１７５の区域の実質的に全ては、シュラウド８５の半径方向外方の表面１８０と接触している。このような面接触の区域を増加させることにより、例えば回転バケットによって生成された脈圧などに応答して、シュラウド８５とダンパーブロック１７０との間の負荷に反応する、シュラウド８５内に生じた応力の量が低減される。ダンパーブロック１７０に対する接触応力の減少は、結果として摩耗の低減を生じ、これによってダンパーブロック１７０の耐用年数の延長をもたらす。加えて、面接触が表面１７５、１８０をシールし、これによってシュラウド８５とダンパーブロック１７０との間のシュラウド組立体７５の前端９５から後端１００に向けた高温で高エネルギーのガス３０の流れが低減される。例えば、１つの実施形態では、半径方向内方の表面１７５及び半径方向外方の表面１８０の各々は、平面１７５、１８０であり、面接触している。
図６は、シュラウド組立体７５の等角拡大組立図を示している。ここで図４及び図６を参照すると、ダンパーブロック１７０の上側ガイド１８５が示されている。上側ガイド１８５は、外側シュラウドブロック８０と接合する（図４で最もよく分かる）プリズム形状を含む。上側ガイド１８５と外側シュラウドブロック８０との間の精密公差接合部は、上側ガイド１８５と外側シュラウドブロック８０との間の冷却空気の漏出を低減する。上側ガイド１８５は、外側シュラウドブロック８０の対応するガイド面２００、２０５と嵌合又は接合するガイド面１９０、１９５を有する幾何形状を含む。ガイド面１９０、１９５と共にガイド面２００、２０５は、ダンパーブロック１７０の運動方向２６５を定める外側シュラウドブロック８０に対してダンパーブロック１７０の並進自由度を定める。１つの実施形態では、表面１９０−２０５は、平面１９０−２０５間の精密公差接合部が左右方向位置を規定し、外側シュラウドブロック８０内及びこれに対するダンパーブロック１７０の回転を防止するような平面１９０−２０５である。１つの実施形態では、上側ガイド１８５は、矩形形状を形成する４つの側面１９０、１９５、２０７、２０８を含む。
図３及び図４に戻って参照すると、ダンパー荷重移送機構１６０はまた、ワッシャカップ２１０及び熱絶縁ワッシャ２１５を含む。ワッシャ２１５は、ダンパーブロック１７０と直接機械的に接続されたカップ２１０内に配置される。カップ２１０は、熱絶縁ワッシャ２１５用の支持体を提供し、該熱絶縁ワッシャは、ダンパーブロック１７０の上側ガイド１８５から外側シュラウドブロック８０の第１の部分２２２に近接して配置されたバネなどの付勢要素２２０への伝導熱経路を遮断する。１つの実施形態では、熱絶縁ワッシャ２１５は、例えば、ＭＡＣＯＲ（米国ニューヨーク州コーニング所在のコーニング・インコーポレーテッドから市販されている）のような、モノリシックセラミックシリコン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）窒化物及びマシナブルガラスセラミックなどの材料を含む。
制振機構１６５はバネ２２０を含む。バネ２２０は、構造コンプライアンスにおける一貫性を高めるために、組み立て前の温度及び負荷で予め調整される。バネ２２０は、例えば、スレッドなどを介してシュラウドブロック８０内で機械的に保持されるカップ形ブロック２２５内に装着される。バネ２２０は、一方端部で絶縁ワッシャ２１５を係合するようにプリロードされ、ワッシャカップ２１０を介してダンパーブロック１７０を半径方向内方に付勢する。バネ２２０の反対端部は、カップ形ブロック２２５を介して外側シュラウドブロック８０に作動可能に接続されている。
図３は、内部キャビティ２３５を介してバネ２２０に吐出空気の冷却流を提供するように圧縮機４５と流体連通した冷却通路２３０を示している。カップ形ブロック２２５は、冷却通路２３０を介した冷却流が、予め設定された温度よりも低いバネ２２０の温度を維持し、従って、強制対流により応力緩和率を管理することを可能にする開口部２４０を含む。そのため、バネは、以下で詳細に説明されるように低温金属合金から作られ、運動方向２６５でダンパーブロック１７０に対する正のプリロードを維持することができる。使用された冷却媒体は、経路２４５を介して排出される。ワッシャカップ２１０は、絶縁ワッシャ２１５が破損した場合にバネ２２０の保持及びプリロードを保証する。
抽気プラグ２５０は、冷却通路２３０のカウンタボア２５５に配置される。抽気プラグ２５０は、バネ２２０に対する冷却流の量及び流量を制御するボアを定める表面２６０を含む。例えば、シミュレート又は計装試験の結果、冷却流の特定の流量がバネ２２０の望ましい最大温度を維持することを明らかにすることができる。特定の流量よりも大きな冷却流は、圧縮機４５の容量要件を増大させ、結果としてエンジン２０の効率の損失をもたらすので望ましくない。更に、このような冷却剤の減少は、過渡（ウォームアップ）時の熱消費率の向上を改良する。従って、計算によって表面２６０の適切な幾何形状を求め、所要の流量を提供し、且つバネ２２０の所要の温度を提供するよう求められた冷却流よりも大きな不要な冷却流を防止するようにする。エンジン２０作動パラメータ又は所要の冷却流の変化時には、適切な表面２６０幾何形状を有する抽気プラグ２５０の変更を実施することができる。
タービン３５の半径方向Ｒは、軸９０に対し垂直である。ブロック１８０とダンパーブロック１７０との間のバネ２２０によって提供される付勢力は、半径方向Ｒに対してオフセットされたダンパーブロック１７０の運動方向２６５と整列される。例えば、運動方向２６５及び半径方向Ｒは、これらの間にオフセット角度θを含む。従って、ダンパーブロック１７０に加わるバネ２２０の付勢力は、運動方向２６５に沿って向けられ、更に、軸９０と整列し且つ外側シュラウドブロック８０の後端１００に向けられた軸方向成分２７０と、半径方向Ｒと整列し半径方向内方に向けられた半径方向成分２７５とに分解することができる。
作動中、バネ２２０の付勢力の半径方向成分２７５は、ダンパーブロック１７０に対する半径方向内方に向けられた力を維持する。次に、ダンパーブロック１７０は、シュラウド８５の半径方向外方の表面１８０に接して支持して、振動を減衰し、詳細には共振周波数又はその近傍でのシュラウド８５の振動応答を回避する。バネ２２０の付勢力の軸方向成分２７０は、シュラウド８５に近接して配置された外側シュラウドブロック８０の第２の部分２７８の後端１００に向けられたダンパーブロック１７０への軸方向力を提供する。従って、ダンパーブロック１７０の後端２８３のシール面２８０は、外側シュラウドブロック８０の第２の部分２７８の後端１００と接触して配置され、これに向かって付勢される。シール面２８０は、ダンパーブロック１７０の振動応答を低下させるダンパーブロック１７０への軸方向支持を提供し、外側シュラウドブロック８０とダンパーブロック１７０をシールする。外側シュラウドブロック８０に対してダンパーブロック１７０をシールすることにより、バケットの周りの前端９５から後端１００への高温で高エネルギーのガス３０のバイパスを低減し、これによってエンジン２０の効率が高まる。
図４は、隣接ダンパーブロック１７０の（例えばシール保持スロットのような）隣接シール保持接合部２９０内に配置されたシール２８５を示している。シール２８５及び保持接合部２９０は、軸９０と整列される。従って、シール２８５は軸方向シール２８５でありダンパーブロック１７０間をシールし、タービンブレードの周りの高温で高エネルギーのガス３０のバイパスを低減する。軸方向シール２８５は、高温で高エネルギーのガス３０の温度に耐える適切な材料から作られ、「ドッグボーンシール」として公知とすることができる。バケット周囲の高温で高エネルギーのガス３０のバイパスは、隣接シュラウド８５間のギャップ２９５が隣接ダンパーブロック１７０間のギャップ３００に対して円周方向にオフセットされるようにシュラウド８５を配置することにより更に低減される。ギャップ２９５がギャップ３００に対して円周方向にオフセットされるようなシュラウド８５の配置は、バケット周囲の高温で高エネルギーのガス３０の流れに対する制約を加える蛇行流路３０５を生じさせる。
図７は、シュラウド８５の前方フランジセクション３１０及び前方フランジコネクタピン１０５のようなピン１０５の拡大図である。ピン１０５は、シュラウド８５の前方フランジ３１０のアパーチャ３１５を通って挿入される。ピン１０５は、支持ブロック８０内の所定位置にシュラウド８５を保持し、ダンパーブロック１７０を介して加えられるバネ２２０の半径方向内方に向けられた力に抗する。ピン１０５は、ピン１０５のヘッド３３０部の凹部３２５を含む、ブロック８０内のピンアパーチャ３２０に嵌合する。ピンアパーチャ３２０は、外側シュラウドブロック８０内にギャップ３３５全体にわたって延びて、前方フランジ３１０を受ける。
図８は、ブロック８０内に挿入された図７のピン１０５の端面図を示している。ピン１０５のヘッド３３０及びブロック８０の凹部３２５は、例えばブロック８０と係合可能な細長い側面３４０のような相補的幾何形状を含み、ブロック８０内の挿入後のピン１０５の回転を防止する。ピン１０５のヘッド３３０とブロック８０の凹部３２５との間の接合部３４５によりピン１０５がブロック８０内に保持される。接合部３４５の実施形態は、例えば、かしめ及び軌道リベット締めのようなプロセスを介して得られた変形接合部３４５を含むことが企図される。接合部３４５の別の実施形態は、例えば、溶接、ろう付け、又は半田付けなどのプロセスを介してヘッド３３０の材料変形を含むことが企図される。接合部３４５の使用により、ピン１０５又はブロック８０のアパーチャ３２０にネジ山を組み込むことが排除され、これによってピン１０５及びブロック８０の製造が簡略化されてコストが低減されると共に、エンジン２０の作動後のピン１０５を取り出す際の摩滅の可能性が低減される。
ここで再び図３を参照すると、後部フランジコネクタピン１１０のような後部フランジ３５０及びピン１１０が示されている。ピン１１０は、シュラウド８５と直接接触している理由から、シュラウド８５を形成するセラミック材料がこのような接合部による保持方法が可能ではないので、前方フランジコネクタピン１０５を保持するための接合部３４５のような接合部を使用することは適切ではない。
ピン１１０は、シュラウド８５の後部フランジ３５０のアパーチャ３５５を通って挿入される。ピン１１０は、支持ブロック８０内の所定位置にシュラウド８５を保持し、ダンパーブロック１７０を介して加えられたバネ２２０の半径方向内方に向けられた力に抗する。ピン１１０は、ブロック８０内のピンアパーチャ３６０に嵌合する。ピンアパーチャ３６０は更に、保持ピン３７０が内部に配置される保持ボア３６５を含む。ピン１１０は、保持ピン３７０の端部３８０が貫通して配置される保持アパーチャ３７５を含み、これによってピン１１０の保持及び変位の両方を保持し且つ防止する。保持アパーチャ３７５内に保持ピン３７０を配置した後に、接合部３８５は、保持ボア３６５内の所定位置に保持ピン３７０を保持する。接合部３８５の実施形態は、例えば、かしめ及び軌道リベット締めのような保持ピン３７０の変形、並びに、例えば、溶接、ろう付け、又は半田付けなどの保持ピン３７０の材料変形を含むことが企図される。接合部３８５と併せて保持ピン３７０を使用することにより、ピン１１０又はブロック８０のピンアパーチャ３６０にネジ山を組み込むことが排除され、これによって、ピン１１０及びブロック８０の製造が簡略化されてコストが低減されると共に、ピン１１０を取り出す際の摩滅の可能性が低減される。
ダンパーブロック１７０とシュラウド８５との間に平面１７５、１８０を有する実施形態について説明してきたが、本発明の範囲はこれに限定されるものでなく、本発明はまた、例えば、湾曲形状、長円形状、噛合形状、又は他の好適な幾何形状のような、シール機能を提供し且つバネ２２０力の半径方向成分を伝達する別の幾何形状を有する対応する表面１７５、１８０を利用したシュラウド組立体７５の実施形態にも適用される点は理解されるであろう。
左右方向位置を規定し且つ外側シュラウドブロック８０内のダンパーブロック１７０の回転を防止するような平面を有する１つの実施形態を説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、本発明はまた、例えば、湾曲形状、長円形状、楕円形状、三角形状、又は他の好適な幾何形状のような、シール機能及び左右方向位置を規定し、回転を阻止するような別の幾何形状を有する対応する表面１９０−２０５を利用したシュラウド組立体７５の実施形態にも適用される点は理解されるであろう。付勢要素２２０としてバネ２２０を有する実施形態を説明してきたが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、本発明はまた、例えば、ダンパーブロック１７０及び外側シュラウドブロック８０の少なくとも１つと一体化された弾性特徴部のような、ダンパーブロック１７０を半径方向内方に付勢する別の付勢要素２２０を利用したシュラウド組立体の実施形態にも適用される点は理解されるであろう。
開示されたように、本発明の幾つかの実施形態は、ダンパーブロックと外側シュラウドブロックとの間のシールの強化、隣接ダンパーブロック間のシールの強化、すなわち帰するところ、ダンパーブロックギャップから円周方向にオフセットされたシュラウドギャップによるシールの強化、外側シュラウドブロックと精密公差上側ガイド接合部との間のシールの強化によるエンジン効率の向上、ダンパーブロックとシュラウドとの間の区域間接触の増大、アブレイダブルなシュラウド材料によるバケット−シュラウド間のクリアランスの短縮、ネジなしシュラウド保持ピンによる製造コストの低減及びサービス容易性の向上、並びに交換可能な冷却通路抽気プラグによる作業上の柔軟性の向上といった利点のうちの一部を含むことができる。
本発明を例示的な実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができ、本発明の要素を均等物で置き換えることができる点は理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に対する特定の状況又は材料に適合するように多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するよう企図された最良又は唯一の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものでなく、本発明は、添付の請求項の範囲内に入る全ての実施形態を含むことになるものとする。同様に図面及び明細書において、本発明の例示的な実施形態が開示され、特定の用語を利用している場合もあるが、これらは特に指定しない限り、限定の目的ではなく一般的及び記述上の意味でのみ使用されており、従って、本発明の範囲はこれに限定されない。更に、第１、第２、その他の用語の使用は、あらゆる順序又は重要性を意味するものではなく、第１、第２、その他の用語は、１つの要素を他の要素と区別するために用いられる。更に、単数形を表す用語の使用は、数量の限定を意味するものではなく、参照されるアイテムの少なくとも１つが存在することを意味するものである。
２０ タービンエンジン
２５ 燃焼器
３０ ガス
３５ タービン
４０ シャフト
４５ 圧縮機
５０ 出力
５５ 酸化剤流
６０ 加圧酸化剤流
６５ 燃料流
７０ 燃料供給システム
７５ シュラウド組立体
８０ シュラウドブロック
８５ シュラウド
９０ 軸
９５ 前端
１００ 後端
１０３ 反時計方向回転
１０５ ピン
１１０ ピン
１１５ 内面
１２０ 隆起パターン
１２５ ケース
１３０ 内壁
１３５ Ｔ型フック
１４０ 溝
１４５ プレナムキャビティ
１５０ ダンパーシステム
１５５ ダンパーブロック／シュラウド接合部
１６０ ダンパー荷重移送機構
１６５ 制振機構
１７０ ダンパーブロック
１７５ 内方表面
１８０ 外方表面
１８３ 周辺部
１８５ 上側ガイド
１９０ ガイド面
１９５ ガイド面
２００ ガイド面
２０５ ガイド面
２０７ 側面
２０８ 側面
２１０ ワッシャカップ
２１５ 熱絶縁ワッシャ
２２０ 付勢要素
２２２ シュラウドブロックの第１の部分
２２５ カップ形ブロック
２３０ 冷却通路
２３５ 内部キャビティ
２４０ 開口部
２５０ 抽気プラグ
２５５ カウンタボア
２６０ 表面
２６５ 運動
２７０ 軸方向成分
２７５ 半径方向成分
２７８ 第２の部分
２８０ シール面
２８３ 後端
２８５ シール
２９０ シール保持接合部
２９５ ギャップ
３００ ギャップ
３０５ 蛇行流路
３１０ フランジセクション
３１５ アパーチャ
３１０ 前方フランジ
３２０ アパーチャ
３２５ 凹部
３３０ ヘッド
３３５ ギャップ
３４０ 細長側面
３４５ 接合部
３５０ 後部フランジ
３５５ アパーチャ
３６０ ピンアパーチャ
３６５ 保持ボア
３７０ 保持ピン
３７５ 保持アパーチャ
３８０ 端部
３８５ 接合部
２５ 燃焼器
３０ ガス
３５ タービン
４０ シャフト
４５ 圧縮機
５０ 出力
５５ 酸化剤流
６０ 加圧酸化剤流
６５ 燃料流
７０ 燃料供給システム
７５ シュラウド組立体
８０ シュラウドブロック
８５ シュラウド
９０ 軸
９５ 前端
１００ 後端
１０３ 反時計方向回転
１０５ ピン
１１０ ピン
１１５ 内面
１２０ 隆起パターン
１２５ ケース
１３０ 内壁
１３５ Ｔ型フック
１４０ 溝
１４５ プレナムキャビティ
１５０ ダンパーシステム
１５５ ダンパーブロック／シュラウド接合部
１６０ ダンパー荷重移送機構
１６５ 制振機構
１７０ ダンパーブロック
１７５ 内方表面
１８０ 外方表面
１８３ 周辺部
１８５ 上側ガイド
１９０ ガイド面
１９５ ガイド面
２００ ガイド面
２０５ ガイド面
２０７ 側面
２０８ 側面
２１０ ワッシャカップ
２１５ 熱絶縁ワッシャ
２２０ 付勢要素
２２２ シュラウドブロックの第１の部分
２２５ カップ形ブロック
２３０ 冷却通路
２３５ 内部キャビティ
２４０ 開口部
２５０ 抽気プラグ
２５５ カウンタボア
２６０ 表面
２６５ 運動
２７０ 軸方向成分
２７５ 半径方向成分
２７８ 第２の部分
２８０ シール面
２８３ 後端
２８５ シール
２９０ シール保持接合部
２９５ ギャップ
３００ ギャップ
３０５ 蛇行流路
３１０ フランジセクション
３１５ アパーチャ
３１０ 前方フランジ
３２０ アパーチャ
３２５ 凹部
３３０ ヘッド
３３５ ギャップ
３４０ 細長側面
３４５ 接合部
３５０ 後部フランジ
３５５ アパーチャ
３６０ ピンアパーチャ
３６５ 保持ボア
３７０ 保持ピン
３７５ 保持アパーチャ
３８０ 端部
３８５ 接合部
Claims (10)
- ガスタービンに垂直な半径方向を定める回転シャフトを含むガスタービンのシュラウド用支持装置であって、
前記ガスタービンのケーシングに接続可能な結合部を含む外側シュラウドブロックと、
前方フランジ及び後部フランジを含み、該前方フランジ及び後部フランジを介して前記外側シュラウドブロックに取り付けられたシュラウド構成要素と、
前記外側シュラウドブロックとの間の並進自由度を有して、前記外側シュラウドブロックと前記シュラウド構成要素との間に配置されたダンパーと、
前方フランジ内のアパーチャを通って拡張可能な第１のピンと、
前記第１のピンのヘッドと前記外側シュラウドブロックとの間の変形接合部と、
前記後部フランジ内のアパーチャを通って拡張可能であり、保持アパーチャを含む第２のピンと、
前記第２のピンの保持アパーチャ内に配置された保持ピンと、
を備え、
前記並進自由度が、前記ガスタービンの半径方向に対してゼロ度よりも大きな角度を形成する前記ダンパーの運動方向を定め、
前記外側シュラウドブロック内に配置され、前記ダンパーを介して前記外側シュラウドブロックと前記シュラウド構成要素との間で作動可能接続状態の付勢要素が設けられ、該付勢要素の付勢力が前記ダンパーの運動方向に沿って向けられる、
ことを特徴とするシュラウド支持装置。 - 前記外側シュラウドブロックが、前記付勢要素に近接した第１の部分と前記シュラウドに近接した第２の部分とを含み、
前記付勢要素の付勢力の成分が、前記外側シュラウドブロックの第２の部分に向けて前記ダンパーの後端を付勢する、
請求項１に記載のシュラウド支持装置。 - 前記ダンパーがガイド面を含み、
前記外側シュラウドブロックがガイド面を含み、
前記ガイド面が前記ガイド面と嵌合し、これによって前記外側シュラウドブロックに対する前記ダンパーの並進自由度を定める、
請求項１に記載のシュラウド支持装置。 - 前記外側シュラウドブロックが、前記付勢要素と流体連通した冷却通路とを含み、
前記装置が更に、前記冷却通路内に配置され、開口部が貫通して形成された表面を含む前記抽気プラグを含む、
請求項１に記載のシュラウド支持装置。 - 前記シュラウド構成要素が、前記ガスタービンのタービンバケット列の固定セラミックシュラウド構成要素である、請求項１に記載のシュラウド支持装置。
- 前記固定セラミックシュラウド構成要素が、隆起パターンを含むタービンバケット列に隣接した表面を含む、請求項５に記載のシュラウド支持装置。
- 前記固定セラミックシュラウド構成要素が、複数の固定セラミックシュラウド構成要素の１つであり、
前記ダンパーが複数のダンパーの１つであり、前記複数のダンパーの各ダンパーが、前記複数の固定セラミックシュラウド構成要素のそれぞれ１つと接触しており、
前記複数のダンパーの各ダンパーがシール保持接合部を含み、
前記装置が、前記複数のダンパーのうちの２つの隣接するダンパーの２つの隣接シール保持接合部の各々内に配置されたシールを更に含む、
請求項５に記載のシュラウド支持装置。 - 前記ダンパーが第１の表面を含み、
前記シュラウド構成要素が、前記第１の表面と平行で且つ隣接する第２の表面を含み、
前記第１の表面が、前記第２の表面と接触する、
請求項１に記載のシュラウド支持装置。 - 前記第１の表面が、前記ダンパーの周辺部を含み、前記ダンパーの周辺部によって定められた前記第１の表面の区域の実質的に全てが、前記第２の表面と接触する、請求項８に記載のシュラウド支持装置。
- ガスタービンに垂直な半径方向を定める回転シャフトを含むガスタービンのシュラウド用支持装置であって、
前記ガスタービンのケーシングに接続可能な結合部を含む外側シュラウドブロックと、
前方フランジ及び後部フランジを含み、該前方フランジ及び後部フランジを介して前記外側シュラウドブロックに取り付けられた溶融浸透セラミックマトリックス複合材内部シュラウド構成要素と、
前記外側シュラウドブロックとの間の並進自由度を有して、前記外側シュラウドブロックと前記溶融浸透セラミックマトリックス複合材内部シュラウド構成要素との間に配置されたダンパーと、
前方フランジ内のアパーチャを通って拡張可能な第１のピンと、
前記第１のピンのヘッドと前記外側シュラウドブロックとの間の変形接合部と、
前記後部フランジ内のアパーチャを通って拡張可能であり、保持アパーチャを含む第２のピンと、
前記第２のピンの保持アパーチャ内に配置された保持ピンと、
を備え、
前記並進自由度が、前記ガスタービンの半径方向に対してゼロ度よりも大きな角度を形成する前記ダンパーの運動方向を定め、
前記外側シュラウドブロック内に配置され、前記ダンパーを介して前記外側シュラウドブロックと前記溶融浸透セラミックマトリックス複合材内部シュラウド構成要素との間で作動可能接続状態の付勢要素が設けられ、該付勢要素の付勢力が前記運動方向に沿って向けられる、
ことを特徴とする支持装置。
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