(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス・タービン・エンジンの圧縮機の翼先端と周囲のエンジン・ケーシングとの間で翼の先端を通過するガスの漏れをシールするアセンブリ及び方法を提供する。【解決手段】円環溝６４，６５，６６を、当該溝６４，６５，６６が圧縮機ケーシング３６の内部に格納されている動翼３２の円周方向周囲に延在するように、圧縮機ケーシング３６に形成し、次いで、圧縮機ケーシング３６を、当該圧縮機ケーシング３６が動翼３２の円周方向周囲に延在するように、動翼３２に結合する。次いで、複数の円弧状シール切片４０を、当該複数のシール切片４０が動翼３２の円周方向周囲に延在して動翼３２と圧縮機ケーシング３６との間に画定される空隙３５をシールすることを容易にするように、圧縮機ケーシング３６から動翼３２を取り外すことなく、円環溝６４，６５，６６に挿入する。【選択図】図４
2014074399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータを少なくとも部分的に包囲する圧縮機ケーシングを含むタービン・エンジンに用いられるシール・アセンブリであって、前記圧縮機ケーシングと前記ロータとの間に画定される空隙を実質的にシールするように、前記圧縮機ケーシングに画定されている溝に少なくとも部分的に挿入されるように構成されている複数の円弧状シール切片を備えており、該複数のシール切片の各々が、半径方向内側突起、半径方向外側突起、及び両突起の間に延在するネック部を含んでいる、シール・アセンブリ。
【請求項２】
前記溝は、前記複数の円弧状シール切片の各々を当該溝の内部に保持するように構成されている少なくとも一つのフック部を含んでいる、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記圧縮機ケーシングに結合されており、前記複数の円弧状シール切片が前記溝の内部で円周方向に移動するのを防ぐように構成されている回転止め装置をさらに含んでいる請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記複数のシール切片の各々が、偏圧機構の少なくとも一部を内部に収容するような寸法を与えられている少なくとも一つの切り欠きをさらに含んでいる、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記偏圧機構はコイルばね及びウェーブばねの一方を含んでいる、請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記複数のシール切片の各々が、当該シール切片の前記圧縮機ケーシングからの取り外しを容易にするように構成されている工具受入器をさらに含んでいる、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記複数のシール切片の前記各々は、各々の当該シール切片に沿って完全円周長に延在するシール面をさらに含んでおり、該シール面は、前記シール切片が前記圧縮機ケーシングに結合されたときに前記圧縮機ケーシングの半径方向内面の上下で一定距離に延在する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記シール面は、アブレイダブル・シール面、ハニカム・シール面、及びブラシ・シール面の一つを含んでいる、請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項９】
タービン・エンジンの圧縮機をシールする方法であって、
円環溝を、当該溝が当該圧縮機ケーシングに格納されているロータの円周方向周囲に延在するように、圧縮機ケーシングに形成するステップと、
前記圧縮機ケーシングを、当該圧縮機ケーシングが前記ロータの円周方向周囲に延在するように前記ロータに結合するステップと、
複数の円弧状シール切片を、当該複数のシール切片が前記ロータの円周方向周囲に延在して前記ロータと前記圧縮機ケーシングとの間に画定される空隙をシールすることを容易にするように、前記圧縮機ケーシングから前記ロータを取り外すことなく、前記円環溝に挿入するステップと
を備えた方法。
【請求項１０】
前記複数のシール切片の各々が、半径方向内側突起、半径方向外側突起、及び両突起の間に延在するネック部を含んでおり、前記複数のシール切片は、前記圧縮機ケーシングに画定されている溝に少なくとも部分的に挿入されるような寸法を与えられている、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数のシール切片の前記各々は、各々の当該シール切片に沿って完全円周長に延在するシール面をさらに含んでおり、該シール面は、前記シール切片が前記圧縮機ケーシングに結合されたときに前記圧縮機ケーシングの半径方向内面の上下で一定距離に延在する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記シール面は、アブレイダブル・シール面、ハニカム・シール面、及びブラシ・シール面の一つを含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の円弧状シール切片が圧縮機ケーシング溝の内部で円周方向に移動するのを防ぐように、回転止め装置を前記圧縮機ケーシングに結合するステップをさらに含んでいる請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記圧縮機の各々の段のための前記複数の円弧状シール切片を交換するステップをさらに含んでおり、
前記圧縮機ケーシングの前記上部及び下部の内部の第一の複数のシール切片への接近を可能にするように、前記圧縮機ケーシングの上部を取り外すステップと、
前記第一の複数の円弧状シール切片の各々が前記圧縮機ケーシングの内部で移動するのを許すように、回転止め装置を取り外すステップと、
工具を、当該工具に引張り力が働くと前記圧縮機ケーシングの前記下部が前記ロータを少なくとも部分的に包囲したまま各々の円弧状シール切片が前記圧縮機ケーシングから取り外されるように、前記第一の複数の円弧状シール切片の各々の工具受入器に挿入するステップと、
第二の複数の円弧状シール切片を前記圧縮機ケーシングの前記上部及び前記下部に挿入するステップと、
前記回転止め装置を前記圧縮機ケーシングに再び結合するステップと、
圧縮機ケーシングの前記上部を圧縮機ケーシングの前記下部に再び結合するステップと
を含んでいる請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
ロータと、
長手軸に沿って前記ロータにおいて連続して隔設されている複数の段を含む圧縮機と、
前記ロータを少なくとも部分的に包囲する圧縮機ケーシングと、
前記複数の段の各々のための複数の円弧状シール切片であって、当該複数の円弧状シール切片の各々が、各々の段において前記圧縮機ケーシングと前記ロータとの間に画定される空隙を実質的にシールするように、前記ロータを前記圧縮機ケーシングから取り外すことなく、前記圧縮機ケーシングに摺動自在に結合するように構成されている複数の円弧状シール切片と
を備えたタービン・エンジン・システム。
【請求項１６】
前記複数のシール切片の各々が、半径方向内側突起、半径方向外側突起、及び両突起の間に延在するネック部を含んでおり、前記複数のシール切片は、前記圧縮機ケーシングに画定されている溝に少なくとも部分的に挿入されるような寸法を与えられている、請求項１５に記載のタービン・エンジン・システム。
【請求項１７】
前記複数の段の各々の半径方向移動が前記圧縮機に沿って後部方向に増大する、請求項１５に記載のタービン・エンジン・システム。
【請求項１８】
前記複数のシール切片の前記各々は、各々の当該シール切片に沿って完全円周長に延在するシール面をさらに含んでおり、該シール面は、前記シール切片が前記圧縮機ケーシングに結合されたときに前記圧縮機ケーシングの半径方向内面の上下で一定距離に延在する、請求項１５に記載のタービン・エンジン・システム。
【請求項１９】
前記シール面は、アブレイダブル・シール面、ハニカム・シール面、及びブラシ・シール面の一つを含んでいる、請求項１８に記載のタービン・エンジン・システム。
【請求項２０】
より大きい復元能力を有するシール面が前記エンジンの前記後段に用いられ、減少した復元能力を有するシール面が前記エンジンの前記前段に用いられる、請求項１８に記載のタービン・エンジン・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本書に開示される主題は一般的には、タービン・エンジン構成要素に関し、さらに具体的には、タービン・エンジン構成要素と共に用いられる交換式シールに関する。
【背景技術】
【０００２】
公知のタービン・エンジンは、流入する大気流が、軸方向に延在する流路に沿ってエンジンを通って流れるという周知の原理に従って動作する。少なくとも幾つかのタービン・エンジンでは、流入する空気の少なくとも一部がエンジンの圧縮機部において圧縮された後に、燃焼器部において燃料と混合されて点火され、高エネルギ高温の排ガス流を生成する。この熱ガス流は燃焼器から出てタービン部を通って運ばれ、タービン部は排気流からエネルギを取り出して圧縮機に動力を与え、また飛行中の航空機に動力を与える又は発電する等のような有用な仕事を提供する。
【０００３】
公知のガス・タービン・エンジンの圧縮機部及びタービン部では、翼（ブレード）がエンジンの中心軸の周囲を回転する。少なくとも幾つかの公知の翼先端は、周囲のエンジン・ケーシングの極く近傍で回転し、ケーシングの内面を擦過する場合がある。エンジン効率は、ガス流と翼との間の相互作用を最大化する試みにおいて漏れを最小化することに少なくとも部分的に依存している。公知のタービンの範囲内で、非効率の一つの原因は、翼先端と周囲のエンジン・ケーシングとの間で翼の先端を通過するガスの漏れである。厳密な公差範囲に合わせて対を成す部材を作製することにより厳密な公差適合が得られる場合もあるが、かかる製造工程には費用も時間も掛かる。
【発明の概要】
【０００４】
このようなものとして、エンジン効率を高めるために、少なくとも幾つかのタービンは、ケーシングの内面に沿ってシール要素を用いて翼先端とケーシングとの間の漏れを減少させている。様々なシール手法が用いられている。一般的には、公知のシール要素は経時的に実効性を失い、交換を必要とし得る。しかしながら、公知のシール要素を交換するためには、エンジン・ケーシング及びロータをエンジンから取り外してシール要素への作業者の接近を可能にしなければならない。かかる工程は、保守費用を著しく高め、また長期のエンジン停止時間を招く場合がある。
【０００５】
一観点では、ロータを少なくとも部分的に包囲する圧縮機ケーシングを含むタービン・エンジンに用いられるシール・アセンブリが提供される。このシール・アセンブリは、ケーシングとロータとの間に画定される空隙を実質的にシールするように、圧縮機ケーシングに画定されている溝に少なくとも部分的に挿入されるように構成されている複数の円弧状シール切片を含んでいる。これら複数のシール切片の各々が、半径方向内側突起、半径方向外側突起、及び両突起の間に延在するネック部を含んでいる。
【０００６】
もう一つの観点では、タービン・エンジンの圧縮機をシールする方法が提供される。この方法は、円環溝を、当該溝が圧縮機ケーシングの内部に格納されているロータの円周方向周囲に延在するように、圧縮機ケーシングに形成するステップを含んでいる。次いで、圧縮機ケーシングを、当該圧縮機ケーシングがロータの円周方向周囲に延在するようにロータに結合する。次いで、複数の円弧状シール切片を、当該複数のシール切片がロータの円周方向周囲に延在してロータと圧縮機ケーシングとの間に画定される空隙をシールすることを容易にするように、圧縮機ケーシングからロータを取り外すことなく、円環溝に挿入する。
【０００７】
さらにもう一つの観点では、タービン・エンジン・システムが提供される。このタービン・エンジン・システムは、ロータと、長手軸に沿ってロータにおいて連続して隔設されている複数の段を含む圧縮機と、ロータを少なくとも部分的に包囲する圧縮機ケーシングと、複数の段の各々のための複数の円弧状シール切片とを含んでいる。複数の円弧状シール切片の各々が、各々の段において圧縮機ケーシングとロータとの間に画定される空隙を実質的にシールするように、ロータを圧縮機ケーシングから取り外すことなく、圧縮機ケーシングに摺動自在に結合するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】タービン・エンジンの一例の概略図である。
【図２】図１に示すタービン・エンジンをタービン・エンジンの長手軸に沿って見た断面図である。
【図３】一つの圧縮機段の軸方向図及びシール・アセンブリの一例を示す図である。
【図４】図３に示すシール・アセンブリと共に用いられ得るシール・アセンブリの一例の断面図である。
【図５】図３に示すシール・アセンブリに用いられ得る交換式シール切片の一例の断面図である。
【図６】図３に示すシール・アセンブリと共に用いられ得る圧縮機ケーシングの一例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、ガス・タービン・エンジン１２を含むタービン・システム１０の一例を示す。この実施形態の例では、タービン・エンジン１２は、空気吸入部１６、圧縮機１８、燃焼器部２０、タービン２２、及び排気部２４を含んでいる。圧縮機１８、燃焼器部２０、及びタービン２２は全て、中央のロータ・シャフト２６に結合されている。タービン・エンジン１２はまた、圧縮機１８及びロータ２６を包囲するケーシング３６を含んでいる。ケーシング３６は、軸方向に上半部１７及び下半部１９に分割されている。
【００１０】
矢印によって示すように、空気が吸入部１６を通ってガス・タービン・エンジン１２に入り、圧縮機１８に流入する。圧縮機１８は多数の段３１を成す動翼（ロータ・ブレード、図１では不図示）を含んでおり、空気が燃焼器部２０に運ばれる前に空気を圧縮する。燃焼器部２０は、圧縮機１８とタービン２２との間に一組の燃焼器２９を含んでいる。圧縮機１８からの圧縮された空気は燃焼器２９に入り、燃料と混合された後に点火され、排気流を生成してタービン２２を駆動する。さらに明確に述べると、熱燃焼ガスがタービン２２を通って流れ、タービン２２はロータ２６を駆動して圧縮機１８及び／又は発電機（不図示）に動力を与える。熱燃焼ガスは排気部２４を通してタービン・エンジン１２から排出される。
【００１１】
図２は、エンジン１２を通して延在する長手軸３０を通して見たタービン・エンジン１２の断面図である。この実施形態の例では、エンジン１２はまた、ロータ・シャフト２６（図１に示す）に結合されたロータ・ホイール３４からケーシング３６へ向けて半径方向外向きに延在する複数の円周方向に隔設された動翼３２を含んでいる。静翼（ステータ・ベーン）４２が、各々の組の動翼３２に隣接して配置され、共に段３１を形成している。静翼４２は圧縮機ケーシング３６に固定的に結合され、ロータ・ホイール３４と相接するように半径方向内向きに延在している。各々の段３１が、圧縮機１８を通るように圧縮空気流を導く。圧縮機１８はさらに、ケーシング３６とロータ・ホイール３４との間に延在する円環状流域５８（図２には不図示）を画定している。動翼３２は、円環状空隙（図２には不図示）がケーシング３６と各々の動翼３２の先端３３との間に画定されるように、圧縮機ケーシング３６によって包囲されている。
【００１２】
各々の空隙は、動翼３２を迂回する圧縮空気の量を最小化することを容易にするような寸法を与えられている。明確に述べると、この実施形態の例では、シール・アセンブリ１００が圧縮機ケーシング３６とロータ２６との間に用いられて、両者の間に画定される空隙を実質的にシールしている。明確に述べると、シール・アセンブリ１００は、圧縮機ケーシング３６と動翼先端３３との間の圧縮空気の迂回流を減少させることを容易にする。後にあらためて詳述するように、シール・アセンブリ１００は、複数の交換式円弧状シール切片４０（図２には不図示）と、少なくとも一つの偏圧機構（図２には不図示）と、回転止め装置（図２には不図示）とを含んでいる。この実施形態の例では、圧縮機１８は、１８段の別個の段３１を含んでいる。代替的には、本書に記載しているようなシール・アセンブリ１００は、任意の段数を有する任意の適当な形式の圧縮機に用いられ得る。例えば、シール切片４０は、単一段ガス圧縮機又は蒸気タービンに含まれ得る。
【００１３】
動作時には、空気は吸入口１６を通ってエンジン１２に流入し、圧縮機１８へ向けて流れる。静翼４２は、圧縮空気を動翼３２へ向けて導く。圧縮空気は、動翼３２に推進力を加えて、各々の段３１を通って流れる空気を圧縮する。
【００１４】
図３は、シール・アセンブリ１００の一例を有する一つの圧縮機段３１の長手軸３０に沿った軸方向図である。この実施形態の例では、ケーシング３６は、上半部１７の端面５４が継目８８に沿って下半部１９の端面５６に接して結合されるように、上半部１７を下半部１９に着脱自在に結合することにより組み立てられる。複数の交換式シール切片４０がケーシング３６の半径方向内面６２に着脱自在に結合されており、各々の段３１が、ケーシング３６と動翼３２の流域５８との間に延在するシール・アセンブリ１００を含んでいる。このことについては後にあらためて詳述する。
【００１５】
この実施形態の例では、各々のシール・アセンブリ１００が一つのシール切片４０を含んでいるが、各々のシール・アセンブリ１００は、当該シール・アセンブリ１００が本書に記載するように作用することを可能にする任意の数のシール切片４０を含んでいてよい。この実施形態の例では、各々のシール切片４０は、第一の端面４５と、反対側の端面４７と、両端面の間に延在する本体４１とを含んでいる。このようなものとして、隣り合ったシール切片４０が共に結合されると、第一のシール切片４０の端面４７が第二の隣接するシール切片４０の端面４５と結合されて、継目４３を両端面の間に形成する。従って、各々のシール・アセンブリ１００は、継目８８と実質的に同一平面にある少なくとも二つの継目４３を含んでいる。このようなものとして、ケーシング上半部１７の取り外し時には、ケーシング上半部１７又はケーシング下半部１９の何れかの内部で一つのシール切片４０の端面４７への接近が可能になり、またケーシング３６の反対の半部では隣接するシール切片４０の端面４５への接近が可能になる。シール切片４０は着脱自在に且つ摺動自在にケーシング３６に結合されて、ケーシングとロータとの間に画定される空隙（図３には不図示）を実質的にシールする。明確に述べると、シール切片４０は、当該シール切片４０がケーシング３６に挿入されると、各々の切片４０の端面４５又は４７がそれぞれ上半部１７又は下半部１９の端面５４又は５６及び継目８８と実質的に同一平面になるように、ケーシング３６に結合される。
【００１６】
図４は、ガス・タービン・エンジン１２（図１に示す）と共に用いられ得るシール・アセンブリ１００の一例の断面図である。図５は、シール・アセンブリ１００と共に用いられ得る交換式シール切片４０の断面図である。図６は、圧縮機ケーシング３６の断面図である。シール・アセンブリ１００は、圧縮機ケーシング３６に機械加工された保持溝６０の内部に載置される複数の円弧状シール切片４０を含んでおり、また回転止め装置５２及び少なくとも一つの偏圧（ばね荷重）機構５０を含み得る。
【００１７】
この実施形態の例では、圧縮機ケーシング３６は、半径方向内面６２と、ケーシング３６の周辺の周囲に画定されている円環状切片保持溝６０とを含んでいる。さらに明確に述べると、保持溝６０は、半径方向内面６２に画定されて、交換式シール切片４０を内部に収容するような寸法及び配向を与えられている。保持溝６０は、半径方向内側溝６４、半径方向外側溝６６、及び中間溝６５を含んでいる。中間溝６５は、内側溝６４と外側溝６６との間に延在している。
【００１８】
外側溝６６は底面７２及び保持面７４を含んでおり、保持面７４は、当該保持面７４が底面７２から半径方向内向きに位置するように、相対向する平行な側壁６８及び７０によって画定されている。中間溝６５は、保持面７４から半径方向内向きに延在しており、相対向する平行な側壁７６及び７８を含んでいる。内側溝６４は、内面６２と中間溝６５との間に延在し、相対向する平行な側壁８０及び８２、並びに底面８４を含んでいる。側壁７６及び７８は、底面８４と保持面７４との間に延在している。保持溝６０はまた、フック部８６及び９０を含んでいる。フック部８６は、底面８４、側壁７６、及び保持面７４によって画定され、フック部９０は、底面８４、側壁７８、及び保持面７４によって画定されている。
【００１９】
この実施形態の例では、シール・アセンブリ１００はまた、複数の交換式シール切片４０を含んでいる。各々のシール切片４０は、第一の端面４５、第二の端面４７（図３に示す）、及び両端面の間に延在する本体４１（図３に示す）を含んでいる。各々の切片４０はまた、半径方向内側突起１０２、半径方向外側突起１０４、及び両突起の間に延在するネック部１０３を含んでいる。各々の内側突起１０２、外側突起１０４、及びネック部１０３は、本体４１に沿って端面４５及び４７の間に延在している。
【００２０】
外側突起１０４は、底面１０６、第一の内面１０８、及び第二の内面１１０を含んでいる。表面１０８及び１０６は側壁１１２によって隔設されている。同様に、表面１１０及び１０６は側壁１１４によって隔設されている。ネック部１０３は第一及び第二の内面１０８及び１１０から延在しており、相対向する側壁１１６及び１１８を含んでいる。内側突起１０２は、第一の外面１２０、第二の外面１２２、及びシール面４４によって画定されている。側壁１２４が表面４４及び１２０の間に延在している。同様に、側壁１２６が表面４４及び１２２の間に延在している。側壁１１６は、外面１２０と内面１０８との間に延在し、側壁１１８は表面１２２及び１１０の間に延在している。
【００２１】
この実施形態の例では、交換式円弧状シール切片４０はまた第一の外面１２０に沿って画定された第一の切り欠き１２８、及び第二の外面１２２に沿って画定された第二の切り欠き１３０を含んでいる。切り欠き１２８及び１３０は、偏圧機構５０の少なくとも一部を内部に収容するような寸法を与えられている。この実施形態の例では、切り欠き１２８及び１３０は形状が半円形であるが、代替的には、矩形であってもよいし、シール・アセンブリが本書に記載するように作用することを可能にする他の任意の形態であってよい。シール切片４０はまた、工具受入器４８を含み得る。この実施形態の例では、工具受入器４８は、両端面４５及び４７に機械加工された開口であって、ケーシング３６からの円弧状シール切片４０の取り外しを容易にするように、工具を内部に受け入れるような寸法を与えられている。このことについては後にあらためて詳述する。
【００２２】
シール面４４、従ってシール・アセンブリ１００は、ロータ２６の翼先端３３とシール・アセンブリ１００との間に画定された円環状空隙３５を実質的にシールすることを容易にする。シール面４４は、アブレイダブル（易摩性、abradable）・シール面、ハニカム・シール面、ブラシ・シール面、及び／又はシール・アセンブリ１００が本書に記載するように作用することを可能にする任意のシール面を含み得る。シール面４４は、熱溶射、刷毛塗り、及び／又は焼付けの何れで施されてもよく、金属材料、セラミック材料、又はシール面４４が本書に記載するように作用することを可能にする他の任意の材料で作製され得る。シール面４４は、金属材料、又はセラミック、炭素繊維、及び／若しくはシリカのような非金属材料で形成された複数の剛毛（bristle）を含み得る。また、シール面４４を、空気がシール面４４とロータ先端３３との間を実質的に流れないようにする少なくとも一つのカッター歯３７と共に用いてもよい。カッター歯３７は翼先端３３から延在していてよく、翼先端３３の周囲の漏れを減少させることを容易にするために溝を切るように構成される。シール面４４は、各々の段３１によって異なる厚みＴを有する。
【００２３】
この実施形態の例では、シール面４４は、シール・アセンブリ１００が何れの段３１（図２に示す）に用いられているかに依存して多様な材料で作製され得る。例えば、強化された摩耗特性及びより大きい復元能力を有するブラシ・シール面のような材料を圧縮機１８の後段３１側に用いることができる。というのは、後段３１はシャフト軸受けアセンブリ（不図示）からの距離が前段３１よりも大きいため、より大きい半径方向移動を受け易いからである。しかしながら、ロータ２６（図１に示す）の半径方向移動が小さい圧縮機１８の前段３１には、復元能力が小さいアブレイダブル・シール面及びハニカム・シール面のような材料を用いてよい。
【００２４】
この実施形態の例では、シール切片４０は、ケーシング３６とロータ２６との間に画定される空隙３５を実質的にシールするように、ケーシング３６に摺動自在に結合される。明確に述べると、各々の交換式シール切片４０は、当該各々の切片４０が翼先端３３とケーシング３６との間に全体的に半径方向に延在してシール・アセンブリ１００を形成するように、ケーシング３６に着脱自在に結合される。各々の交換式シール切片４０は、エンジン１２（図１に示す）からのロータ２６（図２に示す）の取り外しを必要とすることなく、保持溝６０に摺動自在に係合する。明確に述べると、シール切片４０がケーシング３６に挿入されるときにはケーシング３６の下部１９（図２に示す）がロータ２６を少なくとも部分的に包囲している。シール切片４０が保持溝６０に挿入された後に、半径方向内側溝６４は、側壁１２４が側壁８０に接し、側壁１２６が側壁８２に接するように、半径方向内側突起１０２を内部に収容するように配向される。また、中間溝６５は、側壁１１６が側壁７６に接し、側壁１１８が側壁７８に接するように、ネック部１０３を収容する。さらに、半径方向外側溝６６は、側壁１１２が側壁６８に接し、側壁１１４が側壁７０に接するように、半径方向外側突起１０４を収容する。シール面４４は、当該シール面４４が、円環状空隙３５をシールすることを容易にするようにケーシング内面６２の上下の一定距離に延在するように配向される。
【００２５】
第一及び第二の半円形切り欠き１２８及び１３０は、偏圧機構５０の少なくとも一部を内部に収容するような寸法を与えられている。この実施形態の例では、偏圧機構５０は、コイルばねである。代替的には、偏圧機構５０は、シール切片４０をケーシング３６に偏圧するウェーブばねのような他の任意の偏圧機構であってもよい。偏圧機構５０は、内側突起１０２の第一及び第二の外面１２０及び１２２と、内側溝６４の底面８４との間に画定されるクリアランスを減少させることを容易にする。また、偏圧機構５０は、本書に記載しているような保持溝６０からの交換式シール切片４０の引き出しを可能にする。明確に述べると、偏圧機構５０によって加えられる内向きの力が、フック部８６が第二の内面１１０に係合しフック部９０が第一の内面１０８に係合すると、シール切片４０をフック間嵌合（hook-to-hook fit）によって保持することを可能にする。フック間嵌合は、シール切片４４を所定位置に固定することを容易にし、また保持溝６０に流入する迂回空気漏れを実質的に防ぐシールが生成されることを保証する。
【００２６】
この実施形態の例では、回転止め装置５２は、シール切片４０が保持溝６０の内部で回転するのを防ぐことを容易にする。回転止め装置５２は、二つの隣り合ったシール切片４０の間に配置されている。さらに明確に述べると、この実施形態の例では、装置５２は、ケーシング上半部１７の内部に位置する二つの隣り合ったシール切片４０の間に配置されている。また、装置５２は、上半部１７が下半部１９に接して結合されたときに、上半部１７が装置５２を所定位置に固定的に保持してシール切片４０が回転するのを防ぐことを容易にするように、ケーシング３６に結合される。エンジン１２の始動時に、翼先端３３はシール面４４に接触して、シール切片４０を押して保持溝６０の内部で円周方向に摺動させる場合がある。しかしながら、装置５２は、継目４３及び８８が実質的に同一平面に留まるように、切片４０が回転するのを実質的に防ぎ、このようにして定期保守時にシール切片を容易に引き出す能力を保つ。
【００２７】
この実施形態の例では、シール・アセンブリ１００は、新規に作製されたタービン・エンジン１２に設置され得る。代替的には、シール・アセンブリ１００は、シール・アセンブリを含んでいないタービン・エンジン１２又は低品位のシール・アセンブリを含んでいるタービン・エンジン１２の後付け更新として設置されてもよい。動作しているガス・タービン・エンジンを後付け改造するためには、定期的な大規模検査又は保守手順時にケーシング３６に保持溝６０を機械加工する。各々のシール切片４０をケーシング３６に着脱自在に結合すると、シール切片４０を交換するためにロータ・シャフト２６及びロータ・ホイール３４をエンジン１２から取り外す必要がなくなり、このようなものとして、エンジン１２が非直結になっている時間量を短縮し、従って保守費用を削減する。
【００２８】
動作時に、空気は圧縮機１８を通して運ばれ、さらに明確に述べると、矢印３８の方向に導かれる。また、空気は、静翼４２を通して各々の段３１の動翼３２へ向けて運ばれる。シール・アセンブリ１００は、動翼３２を通過して空隙３５を通って流れる虞のある空気の量を減少させることを容易にする。さらに明確に述べると、シール・アセンブリ１００は、空隙３５を実質的にシールすることにより反転空気流漏れ損失を軽減することを容易にする。結果として、動翼３２を通って流れ得る空気の量が増大し、従って圧縮機１８及びタービン・エンジン１２の効率を高めることを容易にする。
【００２９】
この実施形態の例では、シール・アセンブリ１００のようなシール・アセンブリを用いてエンジン１２のようなタービン・エンジンの圧縮機１８のような圧縮機をシールする方法が提供される。一般的には、この方法は、保持溝６０のような円環状切片保持溝を、当該溝がケーシング３６のような圧縮機ケーシングの内部に格納されたロータ２６のようなロータの円周方向周囲に延在するように、圧縮機ケーシングに形成するステップを含んでいる。次いで、シール切片４０のような複数の円弧状シール切片を、当該複数のシール切片がロータの円周方向周囲に延在してロータと圧縮機ケーシングとの間に画定される空隙３５のような空隙をシールすることを容易にするように、円環溝に挿入する。明確に述べると、圧縮機ケーシングは、上半部１７のような着脱自在の上半部と、下半部１９のような着脱自在の下半部とを含んでいる。円環状切片保持溝は、中間溝部６５のような中間溝部によって隔設された内側溝部６４のような半径方向内側溝部と外側溝部６６のような半径方向外側溝部とを画定している。ケーシングの上半部及び下半部の少なくとも一方が、円環状切片保持溝への接近を可能にするように取り外される。シール切片の各々は、内側突起１０２のような半径方向内側突起、外側突起１０４のような半径方向外側突起、及び両突起の間にネック部１０３のようなネック部を含んでいる。
【００３０】
装置５２のような回転止め装置が圧縮機ケーシングの上半部に結合されて、シール切片がケーシングの内部で円周方向に移動するのを防ぐ。二つの円弧状シール切片が偏圧機構５０のような偏圧機構と共に、各々のシール切片の半径方向内側突起が圧縮機ケーシングの半径方向内側溝部に当接し、各々のシール切片の半径方向外側突起が圧縮機ケーシングの半径方向外側溝部の内部に保定されるように、圧縮機ケーシングの上半部及び下半部の各々の円環状切片保持溝に挿入される。円弧状シール切片のケーシングへの設置時には、シール・アセンブリの組み立てのためにロータの取り外しが必要とされないように、ケーシングの下部はロータに結合されてロータの円周方向周囲に延在する。円弧状シール切片の設置後に、ケーシングの上半部及び下半部は、圧縮機ケーシング及びシール切片がタービン・エンジンの段３１のような段のためのシール・アセンブリを形成するように、共に結合される。
【００３１】
さらに、この方法は、ロータのエンジンからの取り外しを必要とすることなくシール切片を交換式にすることを可能にする。ガス・タービン・エンジンの段のためのシール切片を交換するためには、圧縮機ケーシングの上半部を取り外して、ケーシングの両半部の円環状保持溝のシール切片への接近を可能にする。また、回転止め装置も取り外して、シール切片が保持溝の内部で移動するのを許す。各々のシール切片は、シール切片のケーシングからの取り外しを容易にするための工具を受け入れるような寸法を与えられている工具受入器４８のような工具受入器を含んでいる。工具を、当該工具に引張り力が働くと圧縮機ケーシングの下部がロータを少なくとも部分的に包囲したままシール切片が保持溝から外に摺動してケーシングから取り外されるように、工具受入器に挿入する。偏圧機構もまた、工具によって加わる負荷の元で変形し、従ってシール切片の支障ない引き出しを可能にすることにより、円弧状シール切片の取り外しを容易にする。シール切片のケーシングの上半部及び下半部からの取り外しの後に、回転止め装置をケーシングに再び結合して、交換用シール切片を保持溝に挿入する。次いで、ケーシングの上半部をケーシングの下半部に再び結合する。
【００３２】
上述のシステム及び方法は、翼と圧縮機ケーシングとの間に画定される空隙を通って動翼を通り過ぎて流れ得る圧縮空気の量を減少させることを容易にする。さらに明確に述べると、上述のシステム及び方法は、エンジン・ロータの取り外しを必要とすることなく、クリアランス空隙を実質的にシールすることにより、空気流損失を軽減することを容易にする。結果として、動翼を通って流れ得る空気の量が増大し、これによりガス・タービンの効率を高める。従って、ロータを所定位置に置いたままにすることにより、圧縮機を保守及び／又は修理することに関連する費用及び／又は時間を削減することが容易になる。
【００３３】
以上、シール・アセンブリの例示的な実施形態について詳細に記載した。シール・アセンブリは、本書に記載される圧縮機と共に用いられることに限定されず、寧ろ、シール・アセンブリは、本書に記載される他のガス・タービン・エンジン構成要素とは独立に且つ別個に用いられ得る。また、本開示は上で詳細に記載したシール・アセンブリの実施形態に限定されない。寧ろ、シール・アセンブリの他の変形を特許請求の範囲の要旨の範囲内で用いることができる。
【００３４】
本開示の様々な実施形態の特定的な特徴が幾つかの図面には図示されて他の図面には図示されていない場合もあるが、簡便のためのみである。本開示の原理に従って、図面の任意の特徴が他の任意の図面の任意の特徴と共に参照され且つ／又は請求され得る。
【００３５】
この書面の記載は、最適な態様を含めて、任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者が本開示を実施することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な本開示の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３６】
１０：システム
１２：ガス・タービン・エンジン
１６：吸入部
１７：上半部
１８：圧縮機
１９：下半部
２０：燃焼器部
２２：タービン
２４：排気部
２６：ロータ
２８：燃焼器筐体
２９：燃焼器
３０：長手軸
３１：段
３２：動翼
３３：動翼先端
３４：ロータ・ホイール
３５：円環状空隙
３６：圧縮機ケーシング
３７：カッター歯
３８：空気流の方向
４０：交換式円弧状シール切片
４１：本体
４２：静翼
４３：継目
４４：シール面
４５：第一の端面
４７：反対側の端面
４８：工具受入器
５０：偏圧機構
５２：回転止め装置
５４、５６：端面
５８：円環状流域
６０：円環状切片保持溝
６２：半径方向内面
６４：半径方向内側溝
６５：中間溝
６６：半径方向外側溝
６８、７０：側壁
７２：底面
７４：保持面
７６、７８、８０、８２：側壁
８４：底面
８６、９０：フック部
８８：継目
１００：シール・アセンブリ
１０２：半径方向内側突起
１０３：ネック部
１０４：半径方向外側突起
１０６：底面
１０８：第一の内面
１１０：第二の内面
１１２、１１４、１１６、１１８：側壁
１２０：第一の外面
１２２：第二の外面
１２４、１２６：側壁
１２８：第一の半円形切り欠き
１３０：第二の半円形切り欠き
Ｔ：厚み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2014074399000001.pdf