JP5610802B2 - タービン中間段シールリングに関する方法および装置 - Google Patents

Description

この発明は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、より具体的にはガスタービンエンジンのロータアセンブリに使用するシールアセンブリに関する。

少なくともある種の周知のガスタービンエンジンは、エンジンに入る空気流を圧縮するファンアセンブリおよび高圧コンプレッサを連続流配置で有するコアエンジンを備える。燃焼器は燃料／空気混合気に着火し、次いでその混合気が高圧タービンおよび低圧タービンに導かれ、それらタービンはそれぞれ、燃焼器から出て来る空気流から回転エネルギーを取り出す複数のロータ翼を備える。高圧コンプレッサは、シャフトによって高圧タービンに結合されている。

一般に、高圧タービンは、ボルト結合によって第２段ディスクに結合されている第１のディスクを備える。より具体的には、ロータシャフトが、多段コンプレッサの最終段と第１段タービンディスクのウェブ部との間に延在する。第１段および第２段タービンディスクは、第１段ディスクの前面に結合された前方面板、および第２段タービンディスクのウェブの後面に結合された後部シールによって画定されている。中間段シールアセンブリが、第２段タービンノズル周りの流れの封止を容易にするために、第１段ディスクおよび第２段ディスクとの間に延在する。

通常、中間段シールアセンブリは、中間段シールと、独立した動翼リテーナとを備える。中間段シールは、複数のボルトによって第１段ディスクおよび第２段ディスクに結合されている。動翼リテーナは、タービン段ディスクから延出する軸対称フックアセンブリに結合されるスプリットリングを備える。しかし、シールアセンブリは複雑なので、そのような中間段シールアセンブリは組み立てるのが困難であり得る。そのようなシールアセンブリの組立て時間およびコストの低減を図るために、他の周知の中間段シールアセンブリでは、一体に形成された中間段シールと動翼リテーナを備える。

米国特許第７００１１４５号公報

しかし、これらのシールアセンブリは、組み立てるのに低コストであり容易である一方、組立て後および中間段シールの最終配置前にロータサブアセンブリの検査をすることができない。

一実施形態では、ガスタービンエンジンのシールアセンブリが、シール部材と、第１のディスクの第１の半径方向内側の面に結合される軸方向前方部材、および第２のディスクの第２の半径方向内側の面に結合される軸方向後方部材を備える中間段シールリングとを備え、上流アームおよび下流アームがそれぞれ第１のディスクおよび第２のディスクに結合されたままで、シールリングが、軸方向に移動するように構成されている。

別の態様では、ガスタービンエンジンのロータアセンブリのシールアセンブリを組み立てる方法が、シールリングの上流アームが第１のディスクの第１の半径方向内側の面に係合するように、シールリングを第１のディスクに結合するステップと、シールリングの下流アームが第２のディスクの第２の半径方向内側の面に係合するように、シールリングを第２のディスクに結合するステップとを含み、上流アームおよび下流アームがそれぞれ第１のディスクおよび第２のディスクに結合されたままで、シールリングが、軸方向に移動するように構成されている。

別の態様では、ガスタービンエンジンが、連続的流体連通状態のファンおよび燃焼器と、第１のディスク、第２のディスク、および第１のディスクと第２のディスクとの間に延在するシールアセンブリを備えるロータアセンブリとを備える。シールアセンブリが、シール部材と、中間段シールリングとを備え、中間段シールリングが、第１のディスクの半径方向内側の面に結合される前方部材と、第２のディスクの半径方向内側の面に結合される後方部材とを備え、上流アームおよび下流アームがそれぞれ第１のディスクおよび第２のディスクに結合されたままで、シールリングが、軸方向に移動するように構成されている。

図１〜４は、上記の方法および装置の例示的実施形態を示す。

ガスタービンエンジンの概略図である。 図１に示したガスタービンエンジンの一部分の部分拡大断面図である。 組み立てられ、前方に摺動したシールリングを示す、図１に示したガスタービンエンジンの一部分の部分拡大断面図である。 組み立てられたシールリングおよびリテーナ切欠きを示す、図２に示したガスタービンエンジンの一部分の部分拡大断面図である。

図１は、例示的ガスタービンエンジン１００の概略図である。エンジン１００は、コンプレッサアセンブリ１０２と、燃焼器アセンブリ１０４とを備える。エンジン１００は、タービン１０８と、共通のコンプレッサ／タービンシャフト１１０（ロータ１１０と呼ばれることもある）とを備える。

作動に際し、空気が、コンプレッサアセンブリ１０２を通って流れ、それによって、圧縮空気が燃焼器アセンブリ１０４に供給される。燃料が、燃焼器アセンブリ１０４内に画成された燃焼部位および／または領域（図示せず）に導かれ、そこで燃料は空気と混合され、着火される。発生した燃焼ガスは、ガス流の熱エネルギーを機械的回転エネルギーに変換するタービン１０８に導かれる。タービン１０８は回転可能にシャフト１１０に結合されている。また、本明細書で使用される用語「流体」は、それに限定されないが、ガスおよび空気を含む、流動するあらゆる媒体または物質を含むことを理解されたい。

図２は、ガスタービンエンジン１００の一部分の部分拡大断面図である。具体的には、図２は、タービン１０８の部分拡大断面図を示す。タービン１０８は、第１段ディスク２０２と、第２段ディスク２０４とを備える。

中間段シールアセンブリ２１５が、タービン第１段ディスク２０２と第２段ディスク２０４との間に軸方向に延在する。より具体的には、シールアセンブリ２１５は、シール部材２０１と、シールリング２０５と、リテーナ２０３とを備える。一実施形態では、シールリング２０５は、全体に円筒形であり、中間部分２２７と、第１のシールアセンブリ面２２８と、第２のシールアセンブリ面２２９とを備える。ただし、別の実施形態では、シールリング２０５は、それぞれの部分が一体に結合されたアセンブリであり得る。さらに、例示的実施形態では、シールリング２０５は円筒形断面を備えるが、シールリング２０５は、円筒断面には限定されず、たとえば懸垂線状の断面を有し得る。シールアセンブリ面２２８および２２９はそれぞれ、中間部分２２７から軸方向前方および後方に延出して、シールリング２０５と、第１段ディスク２０２および第２段ディスク２０４との間に接触面を形成する。シールアセンブリ面２２８および２２９は、第１段ディスク面２３０および第２のディスク面２３１との間に締まり嵌めまたはラベット嵌めを形成するように構成されている。様々な他の実施形態では、他の固定または取付け手段を使用することもできる。例示的実施形態では、シールリング２０５は、第１のディスク２０２および第２のディスク２０４の少なくとも１つの雌型ラベットに係合するように構成された雄型ラベット嵌合部を備える。中間部分２２７は、シール部材２０１に係合する複数のシール歯２１３を備える。

図３は、図１に示したガスタービンエンジンの一部分の部分拡大図である。より具体的には、図３は、組立て中にシールリング２０５を配置しているところを示す。組立てに際し、スペーサ２０９を、第１段ディスク２０２の後方縁部２３２に結合する。次いで、シールリング２０５を、第１段ディスク２０２より実質的に低い温度に冷却する。この温度差によって、アセンブリ面２２８を、第１段ディスク２０２の半径方向内側の面２３０に摺動的に係合することが可能になる。さらに冷却しながら、シールリテーナ２０５を前方に摺動させる。それによって、スペーサ２０９を第２段ディスク２０４のアセンブリ面２３３に結合することが可能になる。次に、シールリング２０５を、第１段ディスク２０２および第２段ディスク２０４の両方より実質的に低い温度に再び冷却し、後方に摺動させ、その結果、アセンブリ面２３１がシールのアセンブリ面２２９に係合し、シールリング２０５は、第２段ディスク２０２の面２１１によってそれ以上後方に移動しないように軸方向に拘束される。最後に、リテーナ２０３を切欠き２４０で第２段ディスク２０４に結合して、シールリング２０５が軸方向前方に移動するのを拘束することができる。例示的実施形態では、リテーナ２０３はピンである。他の実施形態では、リテーナ２０３には、それに限定されないが、ボルト、ワイヤ保持機構、バケット保持機構などの他のいかなる取付け手段も使用することができる。

図４は、装着後のシールリング２０５を示す図２の部分拡大図である。装着後、シールリング２０５は、面２３２および２３３の検査を可能にするために、容易に移動させることができる。別の実施形態では、シールリング２０５は、シールリング２０５が装着位置にあるときにはアクセスできない部分の組立て分解を可能にするように、移動させることができる。まず、使用されていれば、リテーナ２０３を取外す。次いで、シールリング２０５を、第１段ディスク２０２および第２段ディスク２０４より実質的に低い温度に冷却する。冷却後、シールリング２０５を前方に摺動させて、面２３２および２３３の検査を可能にすることができる。

ロータアセンブリの例示的実施形態が、上記で詳細に説明された。ロータアセンブリは、本明細書に記載された特定の実施形態に限定されることなく、むしろ、各アセンブリの要素は、本明細書に記載された他の要素とは独立して個別に使用することができる。たとえば、各中間段シールアセンブリ要素は、他の中間段シールアセンブリ要素と組み合わせ、また他のロータアセンブリと組み合わせて使用することもできる。

ここに記載された説明は、最良の形態を含む本発明を開示し、かつ、当業者にとって、あらゆる装置またはシステムを製作し使用し、組み込まれたあらゆる方法を実施することを含めて本発明を実施することを可能にする例を使用している。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が発想する他の例も含み得る。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言から逸脱しない構造要素を有し、または特許請求の範囲の文言から実質的に逸脱しない同等な構造要素を有する場合、特許請求の範囲に包含されるものとする。

１００ ガスタービンエンジン
１０２ コンプレッサアセンブリ
１０４ 燃焼器アセンブリ
１０８ タービン
１１０ コンプレッサ／タービンシャフトまたはロータ
２０１ シール部材
２０２ 第１のディスク
２０３ リテーナ
２０４ 第２のディスク
２０５ シールリング
２０９ スペーサ
２１１ 面
２１３ シール歯
２１５ シールアセンブリ
２２７ 中間部分
２２８ 第１のシールアセンブリ面
２２９ 第２のシールアセンブリ面
２３０ 第１段ディスク面または半径方向内側の面
２３１ 第２のディスク面
２３２ 検査面または後方縁部
２３３ 検査面
２４０ 切欠き

Claims (6)

1. 第１のディスク（２０２）と、第２のディスク（２０４）とを備えるガスタービンエンジン（１００）のシールアセンブリ（２１５）であって、
   シール部材（２０１）と、
   前記第１のディスクの第１の半径方向内側の面（２３０）に結合される軸方向前方部材（２３８）、および前記第２のディスクの第２の半径方向内側の面（２３１）に結合される軸方向後方部材を備える中間段シールリング（２０５）と
   を備えるシールアセンブリ（２１５）であり、
   前記軸方向前方部材および軸方向後方部材がそれぞれ前記第１のディスクおよび第２のディスクに結合されたままで、前記シールリングが、軸方向に移動するように構成されており、
   前記シールアセンブリ（２１５）は、前記第２のディスク（２０４）に結合されるリテーナ（２０３）であって、前記中間段シールリング（２０５）の軸方向移動を制約するように構成されたリテーナ（２０３）をさらに備える
   ことを特徴とする、シールアセンブリ（２１５）。
2. 前記軸方向前方部材（２３８）および前記軸方向後方部材の少なくとも１つが干渉嵌めによって結合されている、請求項１記載のシールアセンブリ（２１５）。
3. 前記リテーナ（２０３）が、ピン、ワイヤ、およびボルトの少なくとも１つを備える、請求項１記載のシールアセンブリ（２１５）。
4. 連続的流体連通状態に結合されたファンおよび燃焼器（１０４）と、
   第１のディスク（２０２）、
   第２のディスク（２０４）、および
   前記第１のディスクと前記第２のディスクとの間に延在するシールアセンブリ（２１５）
   を備えるロータアセンブリ（１１０）と
   を備えるガスタービンエンジン（１００）であって、
   前記シールアセンブリが、
   中間段シールリング（２０５）
   を備え、
   前記中間段シールリングが、前記第１のディスクの半径方向内側の面（２３０）に結合される前方部材（２３８）と、前記第２のディスクの半径方向内側の面（２３１）に結合される後方部材とを備え、前記前方部材および後方部材がそれぞれ前記第１のディスクおよび第２のディスクに結合されたままで、前記シールリングが、軸方向に移動するように構成されており、
   前記シールアセンブリ（２１５）が、前記第２のディスク（２０４）に結合されるリテーナ（２０３）であって、前記中間段シールリング（２０５）の軸方向移動を拘束するように構成されたリテーナ（２０３）をさらに備える
   ことを特徴とする、ガスタービンエンジン（１００）。
5. 前記リテーナ（２０３）が、ピン、ワイヤ、およびボルトの少なくとも１つを備える、請求項４記載のガスタービンエンジン（１００）。
6. 前記前方部材（２３８）が、締まり嵌めを用いて前記第１のディスク（２０２）に結合されている、請求項４記載のガスタービンエンジン（１００）。
   

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