KR20150054698A - 밀봉 연결을 제공하는 가요성 구성요소 - Google Patents

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KR20150054698A
KR20150054698A KR1020140156354A KR20140156354A KR20150054698A KR 20150054698 A KR20150054698 A KR 20150054698A KR 1020140156354 A KR1020140156354 A KR 1020140156354A KR 20140156354 A KR20140156354 A KR 20140156354A KR 20150054698 A KR20150054698 A KR 20150054698A
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flange
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KR1020140156354A
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아닐 엘. 살룬케
더스틴 씨. 보우딘
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지멘스 에너지, 인코포레이티드
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Abstract

터빈(15)용 밀봉 구성요소(61)는 배기 가스를 운반하기 위한 전환부 섹션(21)과 터빈 입구 섹션(32) 사이의 경계면에 위치될 수 있다. U-형상 섹션(45)은 제 1 및 제 2 레그(67,69)들을 포함한다. 밀봉 구성요소가 경계면에 위치될 때, 레그들은 터빈 축선을 중심으로 연장한다. 밀봉 플랜지(75)는 U-형상 섹션에 연결된다. 위치된 밀봉 구성요소는 제 1 레그의 반대 방향으로 그리고 축선을 중심으로 연장한다. 밀봉 플랜지는 플랜지의 내측 표면(76)을 향한다. 밀봉 플랜지에 대해 반경방향 외측으로 위치되는 가요성 스트립(79)은 U-형상 섹션과 플랜지 사이의 축선을 따라 연장하고 축선을 중심으로 연장한다. 가요성 스트립은 플랜지의 외측 표면(96)의 반대로 가압하는 스프링 부재로서 작용한다.

Description

밀봉 연결을 제공하는 가요성 구성요소 {FLEXIBLE COMPONENT PROVIDING SEALING CONNECTION}
본 발명은 산업용 가스 터빈 연소 시스템(gas turbine combustion system)의 터빈 섹션(turbine section)의 입구와 연소 섹션 사이에 경계면을 제공하는 구성요소들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 터빈 섹션의 입구와 연소 섹션 사이의 전환부(transition)에 관한 개선된 밀봉 기능의 제공에 관한 것이다.
통상적인 산업용 가스 터빈 엔진은 엔진 샤프트를 중심으로 한 원주 형상으로 다중 연소실들을 가진다. 각각의 연소실에 대해, 보통 전환 부재(piece)로서 또한 지칭되는 전환부 덕트(transition duct)가 있으며, 그를 통해 고온 연소 배기 유동이 각각의 연소실로부터 터빈 섹션의 입구로 운반된다. 가스 터빈 엔진의 중심 축선을 중심으로 배열되는 복수의 연소실들의 경우에, 전환 부재들은 터빈 축선을 중심으로 반경방향으로 배열되고 터빈 입구로 환형 유입을 형성하도록 수렴되는 출구 단부들을 포함한다. 각각의 전환 부재는 밀봉 배열체를 경유하여, 1열 베인 세그먼트의 정면 단부에 있는 터빈 입구 섹션에 결합된다. 이들 및 인접 구성요소들은 연소 동력학에 기인하는 열 팽창, 열 응력 및 진동력들을 경험하며, 이 모든 것은 밀봉체들을 포함한 다수의 구성요소들의 성능에 악영향을 끼치는 것으로 공지되어 있다. 결과적으로, 밀봉 비용, 신뢰성, 내구성, 설치 및 보수 비용들과 인접 구성요소들에 관한 악영향들 사이의 개선된 조화를 발견하기 위해서 다수의 밀봉 디자인들이 제안되었다.
외측 및 내측의 곡선의 플랫폼들 사이에 장착되는 하나 또는 그 초과의 터빈 날개들은 노즐로 지칭된다. 리테이너 링(retainer ring)들은 터빈의 각각의 단(stage)을 위한 원형 배열로 노즐 세트(set of nozzle)들을 유지한다. 각각의 전환 부재의 출구 프레임(frame) 상의 상부 및 하부 밀봉체들은 엔진의 연소 및 터빈 섹션들 사이의 누출을 감소시키도록 제 1 단 노즐들의 각각의 외측 및 내측 리테이너 링들에 대해 밀봉한다.
그와 같은 다중 밀봉체들은 각각의 전환 부재의 출구 단부와 터빈 섹션의 입구 사이의 경계면의 부분이다. 각각의 전환 부재의 출구 프레임 상의 상부 및 하부 밀봉체들은 전환 부재와 터빈 입구 사이의 밀봉 구조물의 부분을 형성한다. 또한, 엔진의 연소 섹션과 터빈 섹션 사이의 누출을 감소시키기 위해서 추가의 밀봉체들이 제 1단 노즐들의 외측 및 내측 리테이너 링들과 출구 프레임 사이의 경계면 구조물에 제공된다. 이들 밀봉체들은 종래에, 출구 프레임과 리테이너 링 사이의 상대적인 동력학적 모션과 상이한 열 팽창을 수용하도록 그들의 슬롯들 내에 충분한 틈새를 가진다. 이런 이유로, 그와 같은 밀봉체들은 "부양식 밀봉체들(floating seals)"로 지칭될 수 있다. 그러나, 그와 같은 틈새는 밀봉체 전역에서 가스 누출을 증가시키며, 그에 의해서 엔진 효율을 감소시킨다. 새로이 설치된 부양식 밀봉체들의 최초 밀폐 공차들은 구성요소 수명에 걸친 마모의 결과로써 열화된다. 이는 커다란 갭들을 초래하며, 그 갭을 통해서 압축된 공기가 고온 가스 통로로 진입한다. 이는 차례로, 효율을 감소시킬 것이 예상되며 질소-함유 부산물들의 보다 높은 방출을 유도할 수 있다.
본 발명은 도면들을 고려하여 다음의 설명에서 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예들이 내부에 사용될 수 있는 전형적인 가스 터빈 엔진의 개략도이며,
도 2는 내측 및 외측 밀봉 경계면들의 통상적인 종래 기술의 디자인을 예시하는, 가스 터빈 엔지의 부분 횡단면도이며,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 스프링 밀봉체와 밀봉 경계면들을 예시하는 전형적인 가스 터빈 엔진의 횡단면도들이며,
도 4a는 배면 링 및 밀봉 판들을 포함하는 핑거의 세그먼트를 예시하는 핑거 밀봉 조립체의 부분 사시도이며,
도 4b는 도 4a에 도시된 핑거 밀봉 조립체의 세그먼트의 분해도이며,
도 4c는 도 4a 및 도 4b에 도시된 밀봉 판들에 배면 링 세그먼트를 연결하는 체결기를 예시하는, 도 4a에 도시된 세그먼트의 일부에 대한 횡단면도이며,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 스프링 밀봉체들의 대체 실시예들을 예시하는 횡단면도들이다.
도면들에 도시된 구성요소들의 특징들과 방위들을 참조함에 있어서, 용어 "반경방향"은 그를 중심으로 회전 기계가 선회하는 중심 축선(A)에 대해 사용된다. 구성요소가 회전 기계와 분리되어 별도로 도면에 예시될 수 있지만, 위치선정에 대한 참조들, 예를 들어 "반경방향 내측으로" 또는 "반경방향 외측으로"는 구성요소들이 설치된 대로의 상대적인 위치선정에 대응한다. 도 1은 본 발명의 실시예들이 그 내부에 합체될 수 있는 전형적인 가스 터빈 엔지(10)의 개략도이다. 가스 터빈 엔진(10)은 압축기(12), 캔-애뉼러 디자인(can-annular design)의 원형 배열로 배열되는 여러 개의 연소기 조립체들, 터빈 섹션(15), 및 그에 의해서 터빈(15)이 압축기(12)를 구동하는 엔진 샤프트(engine shaft)(17)를 포함한다. 연소기 조립체들 각각은 캡(cap) 조립체(19) 내부의 연료 분사기들(도시 않음), 연소 챔버(20)들 및 전환 부재(21)들을 포함한다. 작동 중에, 압축기(12)는 공기(23)를 흡입하고 압축된 공기의 유동(24)을 확산기(26) 및 연소기 플레넘(plenum)(27)을 경유하여 연소기 입구(25)들로 제공한다. 캡 조립체(19) 내부의 연료 분사기들은 연료를 압축된 공기 유동(24)과 혼합한다. 이러한 혼합물은 연소실(20) 내에서 연소되어서 전환 부재(21)를 통해서 터빈(15)으로 내측 및 외측 밀봉 경계면들을 포함하는 밀봉 연결부를 경유하여 통과하는, 작동 가스(28)로서 지칭되는 고온 연소 가스를 생성한다. 밀봉 경계면들은 전환 부재(21)의 출구 프레임(35)과 터빈(15)의 입구 섹션(32) 사이에 위치된다. 확산기(26) 및 플레넘(27)은 엔진 샤프트(17)를 중심으로 환형으로 연장할 수 있다. 각각의 연소 플레넘(27)으로 진입하는 압축된 공기 유동(24)은 관련 연소실(20)과 전환 부재(21) 내의 작동 가스(28)보다 더 고압을 가진다.
본 발명에 따른 실시예들이 가스 터빈 엔진(10)의 맥락에서 설명될 것이지만, 종래 기술의 특징들이 본 발명의 실시예들을 더 명확하게 제시하도록 먼저 설명된다. 도 2는 내측 및 외측 밀봉 경계면(29,31)들에 대한 통상적인 종래 기술의 디자인이 사용되는 실시예를 위한 가스 터빈 엔진(10)의 부분 횡단면도를 제공한다. 각각의 밀봉 경계면(29,31)이 턴빈(15)의 입구 섹션(32)과 전환 부재(21) 사이에 위치된다. 입구 섹션(32)은 전형적인 에어포일(airfoil)(38)을 포함하는 1열 날개 세그먼트(Row 1 vane segment)(37)(130)의 상류에 있다. 그를 중심으로 엔진 샤프트(17)가 회전하는 회전 축선(A)에 대해서, 내측 및 외측 밀봉 경계면(29,31)들은, 내측 밀봉 경계면(29)이 외측 밀봉 경계면(31)으로부터 축선(A)까지의 반경방향 거리인 것보다 축선(A)으로부터 더 짧은 반경방향 거리이기 때문에 그처럼 지칭된다.
내측 밀봉 경계면(29)은 전환 부재 내측 밀봉 조인트(joint)(45)를 포함하며 밀봉 경계면(31)은 전환 부재 외측 밀봉 조인트(46)를 포함한다. 밀봉 조인트(45,46)들은 전환 부재(21)의 하류 부분을 따라 위치되고 반경방향 외측으로 연장하는 레일(50)을 포획하는 레그(leg) 부분들을 갖는 각각 U-형상 디자인이다. 이러한 정합 배열은 내측 및 외측 밀봉 경계면(29,31)들 각각에 대한 전환 부재(21)의 연결을 실행한다. 전환 부재(21)를 밀봉 경계면(29,31)들을 경유하여 입구 섹션(32)에 커플링(couple)하기 위해서, 밀봉 경계면들 각각은 하류 방향으로 축방향으로 연장하는 세그먼트(segment)(33)를 포함한다.
내측 밀봉 경계면(29)의 종래 기술의 축방향 세그먼트(33)는 내측 (고온)립(lip)(35i) 및 외측 (저온)립(35o)으로 지칭되는 한 쌍의 이격된 레그 부재들을 포함하는 U-형상이다. 슬롯(41)은 레그 부재들 사이의 공간에 대응한다. 용어 "내측" 및 "외측"은 전환 부재(21) 및 터빈(30)을 통과하는 고온 연소 가스(38)의, 유동 통로(F)에 대한 립(35i,35o)들의 상대 위치들을 설명하는데 사용된다.
내측 립(35i)은 유동 통로(F)에 상대적으로 가깝거나 그와 접촉하는 반면에, 외측 립(35o)은 내측 립(35i)보다 유통 통로에서 더 멀리 떨어져 있다. 외측 립은 내측 밀봉 경계면(29)의 외측 측면을 따라 그리고 유동 통로의 외측에 위치된 것으로서 도시된다. 내측 밀봉 경계면(29)의 내측 및 외측 립(35i,35o)들은 각각, 입구 섹션(32)의 반경방향 내측 1열 날개 레일(39)을 슬롯(41) 내에 결합시키도록 축 방향으로 연장한다.
외측 밀봉 경계면(31)의 종래 기술 축방향 세그먼트(33)는 또한, 내측 (고온)립(40i) 및 외측 (저온)립(40o)으로 지칭되는 한 쌍의 이격된 레그 부재들을 포함하는 U-형상이다. 슬롯(42)은 내측 및 외측 립들 사이의 공간에 대응한다. 립(35i,35o)들에 대한 설명된 바와 같이, 용어들 "내측" 및 "외측"은 전환 부재(21) 및 터빈(30)을 통과하는 유동 통로(F)에 대한 립(40i,40o)들의 상대 위치들을 설명하는데 사용된다. 내측 립(40i)은 유동 통로(F)에 상대적으로 가깝거나 그와 접촉하는 반면에, 외측 립(40o)은 내측 립(40i)보다 유통 통로에서 더 멀리 떨어져 있다. 외측 립은 외측 밀봉 경계면(31)의 외측 측면을 따라 그리고 유동 통로의 외측에 위치된 것으로서 도시된다. 외측 밀봉 경계면(31)의 내측 및 외측 립(40i,40o)들은 각각, 입구 섹션(32)의 반경방향 외측 1열 날개 레일(43)을, 즉 슬롯(42)에 결합시키도록 축 방향으로 연장한다.
슬롯(41,42)들은 내측 및 외측 1열 날개 레일(39,43)들의 축방향 운동 및 제한된 반경방향 운동을 위해 제공된다. 정합 구성요소(29,39 및 31,43)들의 일시적인고 지속적인 상태의 편향들 그리고 열적 및 동력학적 하중들을 고려하여, 부양식 경계면들은 마모가 발생한다. 도 1 및 도 2에 예시된 밀봉 경계면(29,31)들에 대해서, 내측 밀봉 경계면(29)의 외측 립(35o)은 외측 밀봉 경계면(31)의 외측 립(40o)에 비교해서, 상대적으로 높은 레벨들의 진동을 경험한다. 이는 부분적으로, 터빈 로터(turbine rotor)에 대한 외측 립(35o)에 상대적으로 가까운 근접도에 기인한다. 결과적으로, 외측 립(35o)은 밀봉체를 보수할 수 없게 할 수 있는 상당한 마모를 경험한다. 이는 차례로, 밀봉체의 교체 비용들을 높게 유도할 수 있을 뿐만 아니라 1열 날개들에 대한 높은 보수 비용을 유도할 수 있다. 구성요소들을 보수 및 교체 필요성은 이들 구성요소들에 대한 검사들 사이의 시간을 연장할 능력을 제한한다.
본 발명의 실시예들의 설명함에 있어서, 전술한 종래 기술과 본 발명에 따른 실시예들에 공통인 가스 터빈 엔진의 특징들은 공통의 참조 부호들로 확인된다. 본 발명의 제 1 실시예에 따라서, 전형적인 가스 터빈 엔진(60) 및 전환 부재(21)와 터빈 입구 섹션 사이의 밀봉 기능을 제공하는 선택된 구성요소들이 도 3a 및 도 3b의 부분 횡단면도들로 예시된다. 가스 터빈 엔진(60)은 도 1 및 도 2에 예시된 가스 터빈 엔진(10)에 대해 설명된 것과 동일한 여러 개의 특징들을 가진다. 그러나, 내측 및 외측 밀봉 경계면(29,31)들 대신에, 가스 터빈 엔진(60)은 내측 밀봉 경계면(61)과 외측 밀봉 경계면(63)을 가지며, 이들 각각은 전환부 밀봉 조인트(65)를 포함한다. 각각의 밀봉 경계면(61,63)들은 터빈(15)의 입구 섹션(320과 전환 부재(21) 사이에 위치된다. 도시되지 않았지만, 밀봉 경계면(61,63)들이 각각 전환 부재(21)와 입구 섹션(32)을 따라 완전 360도로 연장하여, 터빈 입구 센션(32) 내측으로 이동하는 고온 연소 가스(28)에 대한 밀봉 기능을 유동 통로(F) 주위에 완전히 제공한다는 것을 이해할 것이다.
입구 섹션(32)은 전형적인 에어포일(airfoil)(44)을 포함하는 1열 날개 세그먼트(37)의 상류이다. 엔진 샤프트(17)가 그를 중심으로 회전하는 회전 축선(A)에 대해서, 내측 및 외측 밀봉 경계면(61,63)들은 그와 같이 지칭되는데, 이는 내측 밀봉 경계면(61)이 외측 밀봉 경계면(63)으로부터 축선(A)까지의 반경방향 거리인 것보다, 축선(A)으로부터의 반경방향 거리가 짧기 때문이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 내측 밀봉 경계면(61)은 내측 밀봉 경계면(29)과 같이, 전환 부재 내측 밀봉 조인트(45)를 포함하며 외측 밀봉 경계면(63)은 외측 밀봉 경계면(31)과 같이, 전환 부재 외측 밀봉 조인트(46)를 포함한다. 밀봉 조인트(45,46)들은 슬롯(70,71)들을 제공하기 위해 서로 반대로 이격된 상류 레그 부재(67) 및 하류 레그 부재(69)를 갖는 각각 U-형상 디자인이다. 슬롯(70)은 내측 밀봉 경계면(61)의 레그 부재(67,69)들 사이의 공간에 대응하며, 슬롯(72)은 외측 밀봉 경계면(63)의 레그 부재(67,69)들 사이의 공간에 대응한다. 내측 밀봉 경계면(61)의 내측 밀봉 조인트(45)는 슬롯(70) 내부에, 전환 부재(21)의 하류 부분을 따라 위치되는, 유동 통로(F)로부터 외측으로 연장하는 전환 부재 레일(50)의 일부분을 포획한다. 유사하게, 외측 밀봉 경계면(63)의 외측 밀봉 조인트(46)는 슬롯(71) 내부에, 유동 통로(F)로부터 외측으로 연장하는 전환 부재 레일(50)의 일부분을 포획한다. 각각의 내외측 밀봉 조인트(45,46)들 및 전환 부재 레일(50)의 부분들 사이의 이러한 정합 배열은 각각의 내외측 밀봉 경계면(61,63)들에 대한 전환 부재(21)의 연결을 실행한다.
U-형상 축방향 세그먼트(33)를 갖는 대신에, 밀봉 경계면(61,63)들을 경유 하여 터빈(30)의 입구 섹션(32)에 전환 부재(21)를 커플링하기 위해서 각각의 밀봉 경계면들은 하류 레그 부재(69)로부터 하류 방향으로 축방향으로 연장하는 세그먼트(73)를 더 포함한다. 각각의 축방향 세그먼트(73)는 내측 또는 외측 1열 날개 레일(39,43)을 따라 연장하는, 내측 립(75)으로서 지칭되는 플랜지를 포함한다. 각각의 경우에, 내측 립(75)은 내측 1열 날개 레일(39)의 내측 표면(76)을 따라 또는 외측 1열 날개 레일(43)의 내측 표면(77)을 따라 위치된다. 즉, 내측 립들은 레일들 중의 하나의 내측 표면(76,77)과 접선방향으로 미끄럼 접촉하는데, 이는 입구 섹션의 관련 날개 레일(39,43)의 제한된 축방향 및 반경방향 운동을 수용하기 때문이다.
내측 및 외측 밀봉 경계면(61,63)들은 각각, 다층 조립체 또는 박층 구조물일 수 있는 스프링 밀봉체(79)를 더 포함한다. 각각의 스프링 밀봉체는 제 1 및 제 2 대향 단부(81,83)들을 가지며 제 1 단부(81)를 따라서 일련의 구멍(87)(도 4a 참조)들이 형성되며, 그 구멍을 통해서 체결기(91)들이 통과하여 스프링 밀봉체(79)를 밀봉 경계면의 축방향 세그먼트(73)에 고정한다. 도 3b의 실시예에 대해 도시된 바와 같이, 축방향 세그먼트(73)는 숄더(shoulder) 영역(95)을 포함할 수 있으며, 그 숄더 영역 위에 스프링 밀봉체(79)가 체결기(91)들을 경유하여 장착된다. 체결기(91)들은 각각 그의 표면들을 따라서 정합 나사들을 갖는 일련의 보어들을 포함하는 숄더 영역에 나사결합될 수 있다. 각각의 체결기가 스프링 밀봉 구멍(87)을 통과하는 경우에, 나사형성된 보어들은 숄더 영역(95)에 대해 스프링 밀봉체(79)의 제 1 단부(81)를 위치시키도록 체결기들 중의 하나에 형성된 나사들을 각각 수용한다. 그렇게 부착된 스프링 밀봉체들의 경우에, 각각의 스프링 밀봉체의 제 2 단부(83)는 내측 1열 날개 레일(39)의 외측 표면(96)과 접촉하거나 외측 1열 날개 레일(43)의 외측 표면(97)과 접촉하도록 연장하는 자유 단부이다. 이러한 위치선정의 경우에 각각의 스프링 밀봉체(79)의 제 2 단부(83)는 날개 레일(39,43)의 외측 표면(96,97)들 중의 하나에 대해 압박되도록 탄력적으로 굴곡된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 각각의 스프링 밀봉체(79)의 제 2 단부(83)는 또한, 외측 표면(96,97)을 따라 연장하는 영역의 적어도 일부분을 따라 리지 또는 비드(99)를 형성하는 굽힘부를 포함한다. 각각의 밀봉체(79)가 표면(96,97)들 중의 하나에 대해 굴곡되기 때문에, 밀봉체(79)의 표면들과 표면(96 또는 97) 사이의 접촉 선을 따라 밀봉 접촉이 유지된다.
스프링 밀봉체(79)는 축방향 세그먼트(79)에 또는 일반적으로 전환부 밀봉 조인트(65)에, 예를 들어 하류 레그 부재(69)에 부착될 수 있는 간단한, 가요성 판일 수 있다. 게다가, 축방향 세그먼트, 예를 들어 세그먼트(73)와 조합하여 스프링 밀봉체에 의해 제공되는 기능은 전환부 밀봉 조인트(65) 없이 또는 전환부 밀봉 조인트(65)와 별도로 그리고 별개로, 예를 들어 독립된 구성요소들로서 제공될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서 스프링 밀봉체(79)는 다층 구조물일 수 있다. 그와 같은 스프링 밀봉체 구조물의 예가 도 4a 내지 도 4c에 도시된 핑거(finger) 밀봉 조립체(98)의 부분도로 예시된다. 스프링 밀봉체(79)의 다른 실시예들에 관해서, 핑거 밀봉 조립체(98)는 전환 부재(21)를 따라서 그리고 또한 입구 섹션(32)의 날개 레일(39,43)들을 따라서 360도 연장한다. 상기 조립체는 밀봉체에 가요성을 제공하면서 고압 영역과 저압 영역 사이의 누출을 억제하기 위해서 서로 맞대여 위치된 복수의 핑거 밀봉 판들을 포함한다. 예시된 실시예는 실질적으로 동일한 크기의 제 1 및 제 2 밀봉 판(110,112)들을 포함하며, 그 판들은 각각 360도 원호의 일부분, 예를 들어 레일(39,43)들 중의 하나와 접촉하는 22.5도의 원호를 제공하도록 다른 것에 맞대여 위치된다. 각각의 판은 제 2 단부(83)를 따라 원주방향으로 연장하는 전술한 비드(99)를 포함하여서 조립체가 스프링 밀봉체(79)로서 설치될 때 비드(99)는 날개 레일(39 또는 43)의 외측 표면(96 또는 97)을 따라 연장한다. 각각의 판은 또한 다른 판 내에 형성된 계량 구멍들과 정렬되는 일련의 계량 구멍(100)들을 포함하여서 각각의 판(110,112)이 다른 것에 맞대여 위치될 때 공동 정렬된 구멍(100)들의 쌍들이 판들을 통한 제어된 유동을 허용한다.
도 4b에 대해서, 각각의 판(110,112)은 판에 가요성을 제공하기 위해서 조립된 스프링 밀봉체의 제 1 단부(81)를 따른 반경방향 내측 에지(113)의 부근으로부터 조립된 스프링 밀봉체의 제 2 단부(83)를 따른 반경방향 외측 에지(115)로 연장하는 [파선(dash line)으로 나타낸]일련의 부분 절취부(118)들을 포함한다. 판(112)의 절취부(118)들의 [축선(A)을 중심으로 한]각 위치들은 판(110)의 절취부(118)들의 각 위치들에 대해 엇갈리게 배치되어서 360도 원호의 일부분을 제공하기 위해서 판들이, 하나가 다른 하나에 맞대여 각각 위치될 때 절취부(118)들은 일치하지 않는다. 이러한 엇갈림 배열은 고압 영역과 저압 영역 사이의 누출을 제한하면서 각각의 판에 가요성을 제공하도록 절취부들의 사용을 허용한다.
판(110,112)들은 서로 맞대여 고정적으로 조립되며 이 경우에 배면 링 세그먼트(120)는 원호의 전체 세그먼트에 대응한다. 배면 링 세그먼트(120)는 반경방향 내측 에지(113)를 따라 위치되며 도 4c에 예시된 바와 같이 각각의 판(110,112)들을 통해 형성된 대응하는 일련의 구멍(122)들을 통과하는 일련의 리벳(122)들에 의해 체결될 수 있다.
밀봉 경계면, 관련 축방향 세그먼트 및 스프링 밀봉체의 예들이 설명되었다. 축방향 세그먼트 및 스프링 밀봉체의 부착에 대한 다수의 다른 디자인들이 본 발명의 범주 내에 있다. 예를 들어, 도 5a는 스프링 밀봉체(79)와 유사한 스프링 밀봉체(79a)를 갖춘 밀봉 경계면(145)을 예시하나 축방향 세그먼트(73)에 인접한 밀봉 조인트(45,46)의 하류 레그(69)에 대한 부착 지점들을 갖도록 구성된다. 예시된 스프링 밀봉체(79a)는 (ⅰ) 제 2 단부(83)가 날개 레일(39 또는 43)의 외측 표면(96 또는 97) 전반으로 연장하도록 허용하면서 하류 레그(69)에 대한 스프링 밀봉체의 장착을 실행하기 위한 굽힘부(147)를 제 1 단부에 따른 각각의 판의 부분이 포함하며, (ⅱ) 각각의 판의 일부분이 제 1 단부(81)와 비드(99) 사이에, 관련된 날개 레일(39 또는 43)에 가해지는 힘을 높이는 커브(curve)를 포함하는 것을 제외하면, 도 4에 도시된 실시예와 실질적으로 일치하도록 구성될 수 있다.
도 5b는 스프링 밀봉체(79,79a)와 유사한 스프링 밀봉체(79b)를 가지며, 또한 밀봉 조인트(45,46)의 하류 레그(69)에 대한 부착 지점들을 갖는 다른 밀봉 경계면(155)을 예시하지만, 부착 지점들의 경우에 축방향 세그먼트(73)의 반대로 상당한 또는 최대 거리로 이격된다. 예시된 스프링 밀봉체(79b)는 또한, 제 2 단부 (83)가 날개 레일(39,43)의 외측 표면(96 또한 97) 전반으로 연장하도록 허용하면서 제 1 단부를 따른 각각의 단부 판의 부분이 하류 레그(69)에 대한 스프링 밀봉체의 제 1 단부(81)의 장착을 실행하기 위한 굽힘부(157)를 포함하는 것을 제외하면 도 4에 도시된 실시예와 실질적으로 일치하게 구성될 수 있다.
밀봉 연결 구성요소의 실시예들이 예시되었다. 구성요소는 중심 축선을 중심으로 회전가능한 터빈의 입구 섹션과 배기 가스 전환부 섹션 사이의 경계면을 따라 위치될 수 있다. 축선을 중심으로 원주방향으로 연장하는 레일을 포함하는 전환부 섹션의 경우에, 터빈 입구 섹션은 밀봉 연결 구성요소가 경계면에 위치될 때 밀봉 연결 구성요소와의 접촉을 위해서 축선을 중심으로 원주방향으로 연장하고 전환부 섹션 쪽으로 축 방향으로 상류로 연장하는 터빈 플랜지를 포함할 수 있다. 내측 및 외측 대향 표면들을 갖는 터빈 플랜지의 경우에, 내측 표면은 축선을 향하며 외측 표면은 축선의 반대쪽을 향한다. 밀봉 연결 구성요소는 U-형상 구성요소, 밀봉 플랜지(flange) 부분 및 가요성 스트립(strip)을 포함한다.
U-형상 섹션은 공통 방향으로 연장하는 제 1 및 제 2 레그 부분들을 포함하여서 밀봉 연결 구성요소가 경계면에 위치될 때, 각각의 레그는 레일의 상이한 측면을 따라서 그리고 축선 쪽으로 연장한다. 제 1 및 제 2 레그들은 또한 축선을 중심으로 원주방향으로 연장한다. 밀봉 플랜지 부분은 U-형상 섹션에 연결되며 이들은 단일체로서 형성될 수 있다. 밀봉 연결 구성요소가 경계면에 위치될 때, U-형상 섹션은 (ⅰ) 제 2 레그에 대해 축선을 중심으로 원주방향으로 연장하며, (ⅱ) 터빈 플랜지의 내측 표면을 향하는 밀봉 플랜지 부분의 표면에 대해 제 1 레그의 반대 방향으로 연장하며, 그에 의해서 레일에 대해 밀봉 연결 구성요소를 안정화한다.
가요성 스트립은 밀봉 플랜지 부분과 함께 원주 방향으로 연장하고 U-형상 섹션의 밀봉 플랜지 부분에 대해 반경방향 외측으로 위치된다. 각각의 레그가 레일의 상이한 측면을 따라 또는 그 반대로 위치되는 것을 주목해야 하며, 가요성 스트립은 또한, 터빈 플랜지의 외측 표면에 반대로 가압하는 스프링 부재로서 작용하도록 U-형상 섹션과 터빈 플랜지 사이에서 축선을 따른 방향으로 연장한다. 밀봉 연결 구성요소가 전환부 섹션과 터빈 섹션의 입구 피스 사이의 경계면에 설치될 때, U-형상 섹션과 가요성 스트립의 조합은 축선으로부터 설치된 U-형상 섹션으로 연장하는 체적에 대한 밀봉을 제공한다.
전술한 실시예에서, 전환부 섹션은 연소실로부터 터빈 섹션으로 배기 가스 유동을 전달하도록 각각 연결되는 복수의 전환 부재들을 포함한다. 각각의 전환 부재는 연소실에 대한 연결을 제공하는 상류 단부 및 터빈 섹션의 입구 피스에 인접한 하류 단부를 포함한다. 하류 단부는 밀봉 연결부에 대한 연결을 위한 전환 출구 프레임을 포함하며, 여기서 레일은 하나 또는 그 초과의 전환 출구 프레임들의 전 범위를 따라 연장한다. 밀봉 연결 구성요소가 전환부 섹션과 터빈 입구 섹션 사이의 경계면에 설치될 때, U-형상 섹션과 가요성 스트립의 조합은 축선으로부터 설치된 U-형상 섹션으로 연장하는 체적에 대한 밀봉을 제공한다.
또한, 예시된 실시예들에 따라서, 전환부 밀봉 조립체가 가스 터빈 엔진에 대해 설명되었다. 연소실에서 발생되는 배기 가스는 전환부 밀봉 조립체를 따라 그리고 엔진 터빈 쪽으로 유동한다. 상기 조립체는 조립체의 제 2 단부를 따라 연장하는 밀봉 플랜지[예를 들어, 플랜지(75)] 및 제 1 단부에 있는 U-형상 본체 부재[예를 들어, 밀봉 조인트(45 또는 46)]를 갖춘 제 1 및 제 2 대향 단부들을 가진다. 전환부 밀봉 조립체는 연소실 하류의 전환부 섹션과 터빈의 입구 섹션에 부착되는 입구 플랜지 사이에 위치될 수 있으며, 여기서 입구 플랜지는 터빈의 회전 축선을 중심으로 원주방향으로 연장하는 것으로 이해된다. 밀봉 플랜지는 조립체의 제 1 단부의 반대로 그리고 터빈 회전 축선에 의해 규정된 축선 방향을 따라서 연장한다. 가요성 부재[예를 들어, 스프링 밀봉체(79)]는 본체 부재에 고정되며 밀봉 플랜지를 따라 연장하여서, 전환부 밀봉 조립체가 전환부 섹션과 입구 섹션의 플랜지 사이에 위치될 때 가요성 부재는 밀봉 플랜지로부터 반경방향 외측에 위치되며 여기서 가요성 부재는 터빈 입구 섹션의 플랜지와 접촉하게 된다.
전환부 섹션과 터빈 입구 섹션 사이에 설치되는 전환부 밀봉 조립체의 경우에, U-형상 본체 부재는 터빈 축선을 중심으로 원주방향으로 연장한다. U-형상 본체 부재는 전환부 섹션의 레일 표면 주위에 맞춰지는 한 쌍의 평행한 부분들을 포함한다. 레일 표면은 전환부 밀봉 조립체와 전환 부재 사이의 연결을 실행하도록 축선에 대해 반경방향 외측으로 연장하고 축선을 중심으로 원주방향으로 연장한다. 스프링 밀봉체는 엔진의 고압 영역과 저압 영역 사이에 놓일 때 누출을 억제하도록 서로 맞대여 위치되는 두 개 또는 그 초과의 핑거 밀봉 판들을 포함할 수 있다. 설명된 판들은 축선을 중심으로 위치시키기 위해 원호의 일부분을 형성하며, 원호를 360도로 연장하도록 축선을 중심으로 위치되는 그와 같은 일련의 세그먼트들이 있을 수 있다고 이해된다. 핑거 밀봉 판들은 판들이 누출을 억제하도록 서로 맞대여 위치될 때, 각 판 상의 갭들의 위치들이 다른 판 상의 갭들의 상대 위치들에 대해서 엇갈리도록 배열되는 일련의 절취부들 또는 갭들을 각각 포함할 수 있다.
본 발명의 여러 실시예들이 본 발명에서 도시되고 설명되었지만, 그와 같은 실시예들은 단지 예로서 제공된다. 다수의 변형들, 변경들 및 대체들이 본 발명으로부터 이탈함이 없이 본 발명에서 만들어질 수 있다. 따라서, 본 발명이 단지 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주에 의해서만 제한됨이 의도된다.

Claims (8)

  1. 터빈 연소 시스템에서 발생되는 배기 가스의 유출물을 운반하는 전환부 섹션과 중심 축선을 중심으로 회전가능한 터빈의 입구 섹션 사이의 경계면을 위한 밀봉 연결 구성요소로서, 상기 전환 섹션은 축선을 중심으로 원주방향으로 연장하는 레일을 포함하며, 상기 터빈 입구 섹션은 밀봉 연결 구성요소가 경계면에 위치될 때 밀봉 연결 구성요소와의 접촉을 위해 축선을 중심으로 원주방향으로 연장하고 전환부 섹션 쪽으로 축 방향으로 연장하는 터빈 플랜지를 포함하며, 상기 터빈 플랜지는 내측 및 외측 대향 표면들을 가지며 상기 내측 표면은 축선을 향하고 외측 표면은 축선의 반대로 향하며, 상기 밀봉 연결 구성요소는
    밀봉 연결 구성요소가 경계면에 위치될 때, 각각의 레그가 축선 쪽으로 그리고 전환부 섹션 레일의 상이한 측면을 따라 연장하며 제 1 및 제 2 레그들이 또한 축선을 중심으로 원주방향으로 연장하도록 공통 방향으로 연장하는 제 1 및 제 2 레그 부분들을 포함하는 U-형상 섹션과,
    상기 U-형상 섹션에 연결되며 상기 밀봉 연결 구성요소가 경계면에 위치될 대, (ⅰ) 제 2 레그에 대해 축선을 중심으로 원주방향으로 연장하며, (ⅱ) 터빈 플랜지의 내측 표면을 향하는 밀봉 플랜지 부분의 표면에 대해 제 1 레그의 반대 방향으로 연장하는 밀봉 플랜지 부분, 및
    각각의 레그가 레일의 상이한 측면을 따라 연장하는 경우에, 가요성 스트립이 터빈 플랜지의 외측 표면의 반대로 가압하는 스프링 부재로서 작용하도록 U-형상 섹션과 터빈 플랜지 사이의 축선을 따른 방향으로 또한 연장하도록 밀봉 플랜지 부분에 대해 반경방향 외측으로 위치되고 그와 함께 원주방향으로 연장하는 가요성 스트립을 포함하는,
    밀봉 연결 구성요소.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전환부 섹션은 연소실 및 터빈 섹션으로부터의 배기 가스 유동을 전달하도록 각각 연결되는 복수의 전환 부재(28)들을 포함하며, 각각의 전환 부재는 연소실에 대한 연결을 제공하는 상류 단부(44) 및 터빈 섹션의 입구 피스에 인접한 하류 단부(46)를 포함하며, 상기 하류 단부는 밀봉 연결부에 대한 연결을 위한 전환부 출구 프레임을 포함하며, 상기 레일은 하나 또는 그 초과의 전환부 출구 프레임들의 전 범위를 따라 연장하는,
    밀봉 연결 구성요소.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉 연결 구성요소가 전환부 섹션과 터빈의 입구 섹션 사이의 경계면에 설치될 때, U-형상 섹션과 가요성 스트립의 조합은 축선으로부터 설치된 U-형상 섹션으로 연장하는 체적 주위에 밀봉을 제공하는,
    밀봉 연결 구성요소.
  4. 연소실에서 발생되는 배기 가스가 엔진의 터빈 쪽으로 유동할 수 있는 가스 터빈 엔진용 전환부 밀봉 조립체로서,
    제 1 단부에 있는 U-형상 본체 부재 및 제 2 단부를 따라 연장하는 밀봉 플랜지를 갖춘 제 1 및 제 2 대향 단부들로서, 전환부 밀봉 조립체가 연소실 하류의 전환부 섹션과 터빈의 입구 섹션에 부착되는 입구 플랜지 사이에 위치가능하며, 상기 입구 플랜지는 터빈의 회전 축선을 중심으로 원주방향으로 연장하며, 밀봉 플랜지는 (ⅰ) 제 1 단부의 반대로 그리고 회전 축선에 의해 규정된 축 방향을 따라 연장하는, 제 1 및 제 2 대향 단부들, 및
    전환부 밀봉 조립체가 전환부 섹션과 입구 섹션의 플랜지 사이에 위치될 때, 가요성 부재가 밀봉 플랜지로부터 반경방향 외측으로 위치되어 가요성 부재가 터빈 입구 섹션의 플랜지와 접촉하게 되도록 밀봉 플랜지를 따라 연장하고 본체 부재에 부착되는 가요성 부재를 포함하는,
    가스 터빈 엔진용 전환부 밀봉 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    전환부 섹션과 터빈 입구 섹션 사이에 설치된 조립체의 경우에, U-형상 본체 부재가 터빈 축선을 중심으로 원주방향으로 연장하며, U-형상 본체 부재가 전환부 섹션의 레일 표면 주위에 맞춰지는 한 쌍의 평행한 부분들을 포함하며, 상기 레일 표면이 전환부 밀봉 조립체와 전환 부재 사이의 연결을 실행하도록 축선을 중심으로 원주방향으로 연장하고 축선에 대해 반경방향 외측으로 연장하는,
    가스 터빈 엔진용 전환부 밀봉 조립체.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 가요성 부재는 스프링 밀봉체인,
    가스 터빈 엔진용 전환부 밀봉 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스프링 밀봉체는 고압 영역과 저압 영역 사이에 놓일 때 누출을 억제하도록 서로 맞대여 위치되는 제 1 및 제 2 핑거 밀봉 판들을 포함하며, 상기 판들은 축선을 중심으로 위치시키기 위한 원호의 일부분을 형성하는,
    가스 터빈 엔진용 전환부 밀봉 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    각각의 핑거 밀봉 판은 상기 판들이 누출을 억제하도록 서로 맞대여 위치될 때, 각각의 판 상의 갭들이 다른 판 상의 갭들에 대해서 엇갈리도록 배열되는 일련의 갭들을 포함하는,
    가스 터빈 엔진용 전환부 밀봉 조립체.
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