JPS6138107A - ガスタービンパワープラント用回転シール装置 - Google Patents

ガスタービンパワープラント用回転シール装置

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JPS6138107A
JPS6138107A JP16277785A JP16277785A JPS6138107A JP S6138107 A JPS6138107 A JP S6138107A JP 16277785 A JP16277785 A JP 16277785A JP 16277785 A JP16277785 A JP 16277785A JP S6138107 A JPS6138107 A JP S6138107A
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turbine
disk
axial
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rotary sealing
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/026Shaft to shaft connections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、シールに係り、更に詳細にはガスタービン−
[ンジンの第一段のタービンと第二段のタービンとの間
のインナキャビディをシールするシール装置に係る。
背娯技術 本発明は、1973年5月15日付にてニス・エル・ス
ミス(S、 L、 5w1th)及びピー・イー・ポイ
ヤー(P、 E、 Voyer)に付与され本願出願人
と同一の譲受人に譲渡された米国特許@3゜733,1
46号に開示されたレンズ形シールの改良をなすもので
ある。上述の米国特許於ては、第一段のタービンと第二
段のタービンとの間に配置され断面形状がレンズ形をな
す環状のシールが開示されている。本質的には、湾曲し
たインナプレート及びアウタプレートがタービンの隣接
りるディスク又はそのサイドプレートに当接する幅の狭
い端部を有する楕円形のボディを構成している。
これは断面で見て点状のアタッチメントを構成しており
、全体として見て周縁方向のエツジアタッチメントを構
成しており、タービンディスクにより半径方向に支持さ
れ、両方の湾曲したプレートを介して軸線・方向荷重を
伝達するようになっている。作動に於ては、これらのプ
レートはそれらが湾曲することによって応力を低減する
。曲げ荷重が高くなればなるほど、その曲げ荷重を受入
れ得るようプレートはより重いものでなければならない
。タービンディスクの間のシール又はスペーサを開示す
る他の特許としては、米国特許第3.094.309号
、同第3.894.324号、同第4.127.359
号がある。
本願発明考は、レンズ形シールのシール機能を達成し、
しかも従来のレンズ形シールによっては41jられない
追加の特徴を有する軽量な構造体を得ることができるこ
とを見出した。本発明によれば、本発明のシールは実質
的に平坦な環状面を備えたリム要素(アウタリム)を外
周部に有し、凸状の環状面を備えたリム要素(インナリ
ム)を内周部に有しておりミこれらのリム要素は断面l
形ビームの形状をなず垂直デ≧スクにより互いに連結さ
れている。アウタリムはエンジンの中心線に対し同心で
あり、軸線方向荷重を伝達する。かかる構成により、ア
ウタリムはタービンディスクにより及ぼされる軸輪方向
荷重に対する剛固なバックボーンを与え、また第二段の
タービンの振動をチコーニングする作用をなす。一方イ
ンナリムは隣接するタービンディスクより軸線方向へ延
在する突起に当接しく(+3す、エンジンの中心線へ向
けて凸状をなす僅かに円錐形をなしている。このインナ
リムは半径方向荷重を伝達し、また半径方向荷重の一部
を横断部材(垂直ディスク)を経てアウタリムへ伝達す
ることにより半径方向#i重の一部を担持し、これによ
りタービンディスクに及ぼされる半径方向応力を低減す
る。インナリムにはラグが設けられており、該ラグはタ
ービンディスクに設けられたラグと共働して滑りが生じ
た場合にシール装置が回転することを阻止するようにな
っている。またインナリムに設けられたラグは第二段の
タービンのディスクと共働して、横断部材(垂直ディス
ク)を横切る圧力降下が成る所定値を越えないことを確
保するようになっている。更に本発明のシール装置は第
一段のタービンのりVサイドプレートに近接した位置に
垂直突起部材(ハンマーヘッド)を含んでおり、該ハン
マーヘッドはタービンの回転中にリヤサイドプレートに
荷重を及ぼして該りVサイドプレートを所定の位置に保
持するようになっている。
発明の開示 本発明の目的は、ガスタービンエンジンにその第一段の
タービンと第二段のタービンとの間のキャビティのため
の改良された回転シール装置を設けることである。本発
明の一つの特徴は、断面l形ビームの形状をなす環状の
シール装置を提供することである。本発明のシール装置
のアウタリムはエンジンの中心軸線に対し実質的に同心
であり、タービンの二つのディスクの間に延在し軸線方
向荷重を伝達する平坦な上面を有している。インナリム
はタービンディスクに設番プられた突起に半径方向に当
接し、これにより半径方向荷重を担持するようになって
いる。また■形部分は半径方向荷重の一部を伝達し、こ
れによりタービンディスクに作用する半径方向の総荷重
を低減するようになっている。
本発明の他の一つの特徴は、本発明のシール装置がター
ビン組立体の構成要素を固定する作用をもなすというこ
とである。本発明の更に他の一つの特徴は、本発明のシ
ール装置のl形ビームの形状をなす重重ディスクの■形
部分の背後に圧力を導入し、これにより該■形の部分の
両面に作用する圧力をバランスさせる手段が設けられて
いることである。
本発明の更に他の一つの目的は、シール装置の外周部よ
り半径方向外方へ延在し第一段のタービンのりャサイド
プレートを支持づるハンマーヘッドが設けられているこ
とである。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
発明を実施するだめの最良の形態 本発明は、本願出願人であるユナイテッド・テクノ1]
シーズ・コーポレイションのプラット・アンド・ホイッ
トニー・エアークラフト(P ratt&  Whit
ney  Aircraft )により製造されている
エンジンモデルJT−9D及びPW2037の如きガス
タービンパワープラントの第一段及び第二段のタービン
のためのインナキャビティシールとして特に適したもの
である。第1図及び第2図より解る如く、符号10にて
全体的に示された第一段のタービンは、C−タディスク
12と、該ロータディスクにより適宜に支持され周縁方
向に隔置された複数個のタービンブレード14(そのう
ちの一つのみが図示されている)とを含んでいる。
同様に、符号16にて全体的に示された第二段のタービ
ンは、ロータディスク18と、該ロータディスクにより
適宜に支持され周縁方向に隔置された複数個のブレード
20(そのうちの一つのみが図示されている)とを含ん
でいる。図には示されていないが、第一段及び第二段の
タービンは共通のシャフト(図示せず)に連結されてお
り、エンジンの作動流体媒体よりエネルギを抽出し、該
エネルギを回転数の形でエンジンのシャフトへ伝達する
作用をなづ。
符号22にて全体的に示された1形ビームシールは、デ
ィスク12の後面とディスク18の前面との間に橋架す
るアウタリム24を含んでおり、全体形状が実質的にエ
ンジンの中心線と同心になるよう構成されている。Oリ
ングシール26及び28がそれぞれ軸線方向突起30及
び32に当接して設【プられており、これによりブレー
ド14及び20の近傍に於てOリングシールより半径方
向外側のガス流路より流体が漏洩することが最小限に抑
えられるようになっている。
以上の説明より、アウタリム24及びOリングシール2
6.28はエンジンの作動流体媒体よりキャビティ34
をシールする作用をなすことが理解されよう。ステータ
36に近接したブレードの周りに於ける流体の漏洩はラ
ビリンスシール3840.42により最小限に抑えられ
る。前述の米国特許第3.733: 146号に開示さ
れたレンズ形シールと同様、回転モード時にはナイフェ
ツジがハニカム材料にて形成された相補的なランドに当
接し、これによりレンズ形シールと同一のシール機能を
果すようになっている。ラビ1)ンスシールはよく知ら
れており、本発明の一部をな丈ものではない。
本発明によれば、リム24のアウタエツジより半径方向
外方へハンマーヘッド44が延在しており、該ハンマー
ヘッドはタービンロータ14のリヤサイドプレート46
に当接するよう僅かに偏心した形状をなしている。リム
24はタービンディスク12と18との間にきつく嵌合
されており、後に説明する他の特徴に加えて、ハンマー
ヘッド44と共働して第一段及び第二段のタービンの構
成要素の幾つかを固定している。ハンマーヘッド44は
環状をなし所定の位置に保持されたりササイドプレート
461当接している。追加のシールを達成づべくハンマ
ーヘッド44にはOリングシール45が使用されてよい
。ハンマーヘッドは偏心しているので、第一段のタービ
ンがフルロード状態にある場合には、回転により生じる
遠心荷重によってハンマーヘッドはエンジンの作動媒体
の流れ方向に見て軸線方向後方へ駆動され、これにより
りX7サイドル−ト46に対し押付けられる。
同様に順方向突起48が、タービンディスク18とター
ビンブレード20のルートとの間の間隙に比較的緩く装
着されたカバーシール50に当接している。カバーシー
ルそれ自身はガスタービンエンジンの技術分野に於てよ
く知られているが、図示の実施例に於Cノるカバーシー
ルの保持構造は従来の構造とは大きく異なっている。従
来のサイドプレート及びカバーシールはリベット、溶接
等の手段により所定の位置に保持されている。本発明に
よれば、かかる固定手段を使用する必要がなく、従って
エンジンの構成要素の総数が低減される。
前述の如く、アウタリム24はラビリンスシールのナイ
フェツジを支持する作用をなすだけでなく、第二段のタ
ービンが曙される振動場に対し該タービンをチューニン
グすべく第二段のタービンに対し軸線方向の剛性を付与
する。
インナリム52は凸状面をなすよう僅かに円錐形をなし
ており、そのアウタエツジは半径方向拘束部54及び5
6をなしており、これらの拘束部はそれぞれ軸線方向突
起58及び60の半径方向内側に位置し、組立時にはス
ナップ式に所定の位置に嵌込まれるようになっている。
平坦な環状プレート62がアウタリム24及びインナリ
ム52を支持しており、その断面形状はI形ビームに類
似している。インナリム52は半径方向応力の一部番軸
線方向突起58及び60を介してディスク12及び18
に伝達し、また他の一部を環状プレート62に伝達する
ことによって半径方向の荷重を担持する作用をなす。ま
た環状プレート62はかかる構成によりアウタリム24
に設けられたナイフェツジの成長を低減し又は制御する
作用をなす。
また半径方向拘束部54及び56は、破裂の点から見れ
ばシール22内の平均接線方向応力を制御し、低リーク
クル疲労の点から見れば局部的な接線応力を制御する作
用をなす。
タービンディスク18に設けられた軸線方向突起60と
拘束tB56との間の寸法は、環状プレート62を横切
る圧力をバランスさせるべく、主11ビテイ34より環
状プレート62とタービンディスク18との間のキャビ
ティ内へ流体が漏洩し得るよう選定される。プレート6
2と第一段のタービン10との間のキャビティは圧力が
最も高い第一段のタービンに近接しているので、そのキ
ャビティ内の圧力はプレート62と第二段のタービンと
の間のキャビティの圧力よりも高い。拘束部56に近接
して設けられたallは二つのキャビティ内の圧力をバ
ランスさせるべく抽気する。好ましい訳ではないが、環
状プレート62に孔を設けることにより、二つのキャビ
ティ内の圧力の差が更に低減されてもよい。
ディスク12及びインナリム52にはそれぞれ回転防止
ラグ70及び72が設けられており、これらのラグは作
動不良の場合にタービンディスク12.18及びシール
22が相対回転することを互いに共働して阻止する。前
述の米国特許第4゜332.133号に開示されたレン
ズ形シールもこれと同様の機能を含んでいる。
以上に於ては、本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内にて種々の修正並びに省略が可能
であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明が採用されたガスタービンエンジンの第
一段及び第二段のタービンの部分断面図である。 第2図は第二段のタービンの前面を示す第1図の線2−
2に沿う部分正面図である。 10・・・第一段のタービン、12・・・ロータディス
ク、14・・・タービンブレード、16・・・第二段の
タービン、18・・・ディスク、20・・・ブレード、
22・・・シール、 24 ・・・アウタリム、26.
28・・・0リングシール、30.32・・・軸線方向
突起、34・・・キャビディ、36・・・ステータ、3
8.40.42・・・ラビリンスシール、44・・・ハ
ンマーヘッド、45・・・Oリングシール、46・・・
リヤサイドプレート。 48・・・順方向突起、50・・・カバーシール、52
・・・インナリム、54.56・・・半径り向拘東部、
58.60・・・軸線方向突起、62・・・環状プレー
ト、70.72・・・ラグ 特許出願人  ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 複数個のタービンブレードを支持し第一の軸線方向突起
    を備えた第一のディスクを有する第一段のタービンと、
    複数個のタービンブレードを支持し第二の軸線方向突起
    を備えた第二のディスクを有する第二段のタービンとを
    含むガスタービンパワープラントに於て、前記第一段及
    び第二段のタービンの作動流体に対し前記第一のディス
    クと前記第二のディスクとの間のキャビティをシールす
    る回転シール装置にして、断面I形ビームの形状を有す
    る環状部材と、前記第一のディスクと前記第二のディス
    クとの間に延在し前記第一及び第二のディスクに当接し
    て前記タービンブレードにより及ぼされる軸線方向荷重
    を前記第一及び第二のディスクに伝達する平坦な形状の
    アウタリムと、前記第一のディスクと前記第二のディス
    クとの間に延在する凸形のインナリムとを含み、前記凸
    形のインナリムのアウタエッジは対応する前記第一の軸
    線方向突起及び前記第二の軸線方向突起に半径方向に当
    接し前記タービンブレードにより及ぼされる半径方向荷
    重を前記第一及び第二の軸線方向突起へ伝達するように
    なつており、これにより前記半径方向荷重の一部が前記
    第一及び第二のディスクを経て伝達され、前記半径方向
    荷重の残りの部分が前記I形ビームの形状をなす前記環
    状部材のI形部分を経て伝達されるよう構成された回転
    シール装置。
JP16277785A 1984-07-23 1985-07-23 ガスタービンパワープラント用回転シール装置 Granted JPS6138107A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US06/633,723 US4645424A (en) 1984-07-23 1984-07-23 Rotating seal for gas turbine engine
US633723 1990-12-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6138107A true JPS6138107A (ja) 1986-02-24
JPH057544B2 JPH057544B2 (ja) 1993-01-29

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ID=24540851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP16277785A Granted JPS6138107A (ja) 1984-07-23 1985-07-23 ガスタービンパワープラント用回転シール装置

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US (1) US4645424A (ja)
EP (1) EP0169798B1 (ja)
JP (1) JPS6138107A (ja)
DE (2) DE3566433D1 (ja)

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