(57)【要約】【課題】バケット（１０）のダブテールタブ（７０）とロータ（２０）のスロット（２５）との間のギャップ（９０）をシールするためのコンプライアントシール組立体（１００）を提供する。【解決手段】本コンプライアントシール組立体（１００）は、スロット（２５）の周りに配置されたシール溝（１１０）と、該シール溝（１１０）の周りに配置されたコンプライアントシール（１２０）とを含むことができる。コンプライアントシール（１２０）は、バケット（１０）が回転している時にギャップ（９０）内にかつダブテールタブ（７０）の周りに強制的に押圧される。【選択図】      図４
2010019255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バケット（１０）のダブテールタブ（７０）とロータ（２０）のスロット（２５）との間のギャップ（９０）をシールするためのコンプライアントシール組立体（１００）であって、
前記スロット（２５）の周りに配置されたシール溝（１１０）と、
前記シール溝（１１０）の周りに配置されたコンプライアントシール（１２０）と
を備えていて、前記コンプライアントシール（１２０）が、前記バケット（１０）が回転している時に前記ギャップ（９０）内にかつ前記ダブテールタブ（７０）の周りに強制的に押圧される、コンプライアントシール組立体（１００）。
【請求項２】
前記シール溝（１１０）が、その全体又は一部が前記スロット（２５）の周辺の周りに延びる、請求項１記載のコンプライアントシール組立体（１００）。
【請求項３】
前記コンプライアントシール（１２０）が、金属弾性材料を含む、請求項１記載のコンプライアントシール組立体（１００）。
【請求項４】
前記コンプライアントシール（１２０）及びシール溝（１１０）の両方が、ほぼ方形断面を備える、請求項１記載のコンプライアントシール組立体（１００）。
【請求項５】
前記コンプライアントシール（１２０）及びシール溝（１１０）の両方が、ほぼ円形断面を備える、請求項１記載のコンプライアントシール組立体（１００）。
【請求項６】
前記コンプライアントシール（１２０）が、ほぼＵ字形状を備える、請求項１記載のコンプライアントシール組立体（１００）。
【請求項７】
前記コンプライアントシール（１２０）が、前記ダブテールタブ（７０）と接触状態になった時に該ダブテールタブの周りに適合する、請求項１記載のコンプライアントシール組立体（１００）。
【請求項８】
複数のダブテールタブ（７０）をさらに含む、請求項１記載のコンプライアントシール組立体（１００）。
【請求項９】
バケット（１０）のダブテールタブ（７０）とロータ（２０）のスロット（２５）との間のギャップ（９０）をシールする方法であって、
前記ロータ（２０）のスロット（２５）の周りにシール溝（１１０）を機械加工するステップと、
前記シール溝（１１０）の周りにコンプライアントシール（１２０）を配置するステップと、
前記バケット（１０）を回転させるステップと、
前記ギャップ（９０）内にかつ前記ダブテールタブ（７０）の周りに前記コンプライアントシール（１２０）を強制的に押圧させるステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的にはあらゆるタイプのタービンに関し、より具体的には、タービンブレードダブテールとタービンロータスロットとの間のギャップをコンプライアントシールによってシールするためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは一般的に、幾つかの円周方向に間隔を置いて配置されたバケット（ブレード）を備えたタービンロータ（ホイール）を含む。バケットは一般的に、翼形部、プラットフォーム、シャンク、ダブテール及びその他の要素を含むことができる。各バケットのダブテールは、タービンロータ内に配置されかつそこに固定される。翼形部は、ガスの運動エネルギーを回転機械エネルギーに変換するために高温ガス通路内に突出している。幾つかの冷却媒体通路が、半径方向にバケットを貫通して延びて、それら通路を通して冷却媒体の内向き及び／又は外向き流れを導くことができる。
【０００３】
熱負荷及び／又は遠心荷重の増大によるダブテールのタブとロータの表面との間のギャップに基づいて、冷却媒体供給回路内に漏洩が生じる可能性がある。バケット供給回路からホイールスペース内への空気喪失が、ブレード冷却媒体流要件に対して大きくなる可能性がある。さらに、後方圧縮機段から抽出される場合があり、そのような場合には、エンジン作動時におけるエネルギー出力及び全体効率に対する悪影響が、著しく大きくなるおそれがある。
【０００４】
このような漏洩を制限するための努力が、これ迄なされてきた。例えば、１つの方法は、ダブテールタブ上にアルミニウムを堆積させて少なくとも部分的にギャップを充填することを含む。具体的には、前方側のダブテール面に対して、３６０度リングを圧入することができる。この設計は、良好にシールしかつ耐久性があるが、現場において容易に分解しかつ交換することができない。それどころか、これらのリングは、ロータ全体を分解する時に分解することができるのみである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４４２２８２７号明細書
【特許文献２】米国特許第４７４３１６４号明細書
【特許文献３】米国特許第４４８０９５７号明細書
【特許文献４】米国特許第４４９４９０９号明細書
【特許文献５】米国特許第４７２５２００号明細書
【特許文献６】米国特許第４７４３１６６号明細書
【特許文献７】米国特許第５０５２８９０号明細書
【特許文献８】米国特許第５８２３７４３号明細書
【特許文献９】米国特許第５１３９３８９号明細書
【特許文献１０】米国特許第５５９９１７０号明細書
【特許文献１１】米国特許第６２９６１７２号明細書
【特許文献１２】米国特許第６３７５４２９号明細書
【特許文献１３】米国特許第６５６５３２２号明細書
【特許文献１４】米国特許第６５７５７０４号明細書
【特許文献１５】米国特許第６６８２３０７号明細書
【特許文献１６】米国特許第６２７３６８３号明細書
【特許文献１７】米国特許第５２５７９０９号明細書
【特許文献１８】米国特許第３７０９６３１号明細書
【特許文献１９】米国特許第５０５２８９３号明細書
【特許文献２０】欧州特許出願公開第０７７４０４８号明細書
【特許文献２１】国際特許出願第９４／１２７７２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、ダブテールタブシールシステム及び方法の改良に対する願望が存在する。そのようなシステム及び方法は、それを通しての漏洩を適切に防止して全体システム効率を高めると同時に、現場での据付け及び／又は補修ができるようにすべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本出願は、バケットのダブテールタブとロータのスロットとの間のギャップをシールするためのコンプライアントシール組立体について記述する。本コンプライアントシール組立体は、スロットの周りに配置されたシール溝と、該シール溝の周りに配置されたコンプライアントシールとを含むことができる。コンプライアントシールは、バケットが回転している時にギャップ内にかつダブテールタブの周りに強制的に押圧される。
【０００８】
本出願はさらに、バケットのダブテールタブとロータのスロットとの間のギャップをシールする方法を提供する。本方法は、ロータのスロットの周りにシール溝を機械加工するステップと、シール溝の周りにコンプライアントシールを配置するステップと、バケットを回転させるステップと、ギャップ内にかつダブテールタブの周りにコンプライアントシールを強制的に押圧させるステップとを含むことができる。
【０００９】
本出願はさらに、バケットのダブテールタブとロータのスロットとの間のギャップをシールするためのコンプライアントシール組立体を提供する。コンプライアントシール組立体は、スロットの周りに配置されたシール溝と、該シール溝の周りに配置されたコンプライアントシールとを含むことができる。コンプライアントシールは、バケットが回転している時に遠心力によりギャップ内に強制的に押圧されかつダブテールタブの周りに適合する。
【００１０】
本出願のこれらの及びその他の特徴は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させて以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本明細書に記載したようなシールシステムで使用することができるシュラウド付きバケットの斜視図。
【図１Ｂ】本明細書に記載したようなシールシステムで使用することができるシュラウドなしバケットの斜視図。
【図２】本明細書に記載したようなコンプライアントシールシステムのロータシールスロットの斜視図。
【図３】図２のコンプライアントシールシステムの静止位置における側面断面図。
【図４】図２のコンプライアントシールシステムの静止位置における別の側面断面図。
【図５】図２のコンプライアントシールシステムの高速における側面断面図。
【図６】図２のコンプライアントシールシステムの高速における別の側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、幾つかの図を通して同じ番号が同様な要素を指している図面を参照すると、図１Ａは、本明細書で使用することができるようなバケット１０を示している。バケット１０は、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙが販売している７ＦＡ＋ｅ型ガスタービンで使用されているような第１又は第２段バケットとすることができる。本明細書では、あらゆるその他のタイプのバケット又は段もまた、使用することができる。バケット１０は、図２に示すようなロータ２０で使用することができる。
【００１３】
よく知られているように、バケット１０は、翼形部３０、プラットフォーム４０、シャンク５０、ダブテール６０及びその他の要素を含むことができる。バケット１０は、タービンのロータ２０の周りでかつ該ロータ２０に対して固定された幾つかの円周方向に間隔を置いて配置されたバケット１０の１つであることが分かるであろう。図１Ａのバケット１０は、翼形部３０の１つの端部上にシュラウド６５を有する。図１Ｂのバケット１１には、シュラウドがない。本明細書では、あらゆるその他のタイプのバケット設計を使用することができる。
【００１４】
上記したように、ロータ２０は、バケット１０のダブテール６０を受ける幾つかのスロット２５を有することができる。同様に、バケット１０の翼形部３０は、ロータ２０の回転によりガスストリームの運動エネルギーを機械エネルギーに変換できるように高温ガスストリーム内に突出している。ダブテール６０は、該ダブテールから延びる第１のタング又はタブ７０及び第２のタブ８０を含むことができる。本明細書では、同様の設計を使用することができる。ダブテール６０のタブ７０、８０の端部とロータ２０との間には、ギャップ９０が形成されることになる。あるタイプのシールシステムを使用しない限り、高圧冷却流が、このギャップ９０を介して逸出するおそれがある。
【００１５】
図２〜図６は、本明細書に記載したようなコンプライアントシールシステム１００を示している。コンプライアントシールシステム１００は、ロータ２０の上記のスロット２５の各々の周りに配置することができる。各スロット２５は、シール溝１１０を含むことができる。シール溝１１０は、スロット２５の周辺の周りに延びることができる。シール溝１１０の寸法及び形状は、変化させることができる。シール溝１１０は、従来型の機械加工法により形成することができる。本明細書では、その他のタイプの製造法もまた、使用することができる。シール溝１１０は、方形又は円形断面形状を有することができる。それに代えて、本明細書では、あらゆる所望の断面形状を使用することができる。
【００１６】
コンプライアントシール１２０は、シールスロット１１０内に配置することができる。コンプライアントシール１２０は、あらゆるタイプの金属弾性材料で製作することができる。コンプライアントシール１２０は、全体としてＵ字形状とすることができかつシール溝１１０の形状に適合（一致）させることができる、すなわちコンプライアントシール１２０は、方形又は円形断面或いはあらゆる所望の断面形状を有することができる。
【００１７】
図３に示すように、コンプライアントシール１２０は、バケット１０が静止状態にある時にシール溝１１０内に位置した状態になり、バケット１０を容易に据付け及び取外しできるようになる。図５に示すような全速又は高速状態での使用中には、シール１２０に作用する遠心荷重により、シール１２０は外向き方向に移動して、該シール１２０はダブテール６０のタブ７０に当接するように押圧される。遠心荷重はさらに、シール１２０を変形させて、ダブテール６０のタブ７０の周りに該シール１２０を適合させる。
【００１８】
図４及び図６に示すように、コンプライアントシールシステム１００は、ダブテール６０の高圧側１３０と低圧側１４０との間に配置される。従って、コンプライアントシール１２０は、慣性によりギャップ９０を満たして、全速又は高速状態にある時に高圧側１３０の冷却供給空気が低圧側１４０のホイールスペースに漏洩するのが防止される。
【００１９】
従って、コンプライアントシールシステム１００の使用により、ギャップ９０を通しての漏洩が低減される。さらに、コンプライアントシール１２０の使用により、ギャップ９０の寸法範囲の大きな変動が対処される。バケット１０又はロータ２０を修正することは、全く必要でない。付加的な材料質量を使用せずに、通常使用のアルミニウム皮膜のシール性能と同様なシール性能を得ることができまたさらに改善することができる。従って、冷却流量が減少することにより、全体システム効率が高められる。高圧空気の節減は、約１％かそこらとすることができる。本コンプライアントシールシステム１００は、その他のシールシステム及び方法と共に使用することができる。
【００２０】
以上の説明は本出願の一部の実施形態のみに関するものであること、並びに本明細書において当業者は、特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに、多くの変更及び修正を行うことができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２１】
１０  バケット
１２  ロータ
２５  スロット
３０  翼形部
４０  プラットフォーム
５０  シャンク
６０  ダブテール
７０  第１のタブ
８０  第２のタブ
９０  ギャップ
１００  コンプライアントシールシステム
１１０  シール溝
１２０  コンプライアントシール
１３０  高圧側
１４０  低圧側
【図１Ａ】
2010019255.tif 000003
【図１Ｂ】
2010019255.tif 000004
【図２】
2010019255.tif 000005
【図３】
2010019255.tif 000006
【図４】
2010019255.tif 000007
【図５】
2010019255.tif 000008
【図６】
2010019255.tif 000009