(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジン内の部品間にシーリングを提供するのに使用される方法およびシステムを提供する。【解決手段】ガスタービン内の部品の間をシーリングするための方法およびシステムが提供される。第１の部品に形成された第１の凹部は、シール部材を受容する。第１の部品に隣接する第２の部品に形成された第２の凹部も、シール部材を受容する。第１および第２の凹部は、ガスタービンを通じて形成された高温ガス路に近接して位置し、タービン軸線の周りに円周方向路を形成する。シール部材は、タービン軸線と略平行な方向に延びるシーリング面を含む。シール部材は、複数のシール層も含み、シール層のうちの少なくとも１つは、第１のシール部材の撓みを容易にするための少なくとも１つの応力解放領域を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１０８）を組み立てるための方法であって、
ガスタービン（１０８）の第１の部品（２３２）を用意することであり、前記第１の部品（２３２）が、前記ガスタービン（１０８）を通じて形成された高温ガス路（２３１）に隣接する、第１の部品（２３２）内に形成された第１の凹部（２６２）を含む、第１の部品（２３２）を用意することと、
ガスタービン（１０８）の第２の部品（２３４）を用意することであり、前記第２の部品（２３４）が前記第１の部品（２３２）に隣接し、前記第２の部品（２３４）が、前記高温ガス路（２３１）に隣接して形成される第２の凹部（２６４）を含む、第２の部品（２３４）を用意することと、
前記第１および第２の凹部（２６２、２６４）内に第１のシール部材（２６０）を配置することであり、前記第１の凹部（２６２）がタービン軸線（２０５）の周りに第１の円周方向路を形成し、前記第２の凹部（２６４）が前記タービン軸線（２０５）の周りに第２の円周方向路を形成し、前記シール部材（２６０）が、前記タービン軸線（２０５）と略平行な方向に延びるシーリング面（２６３）を含み、前記第１のシール部材（２６０）が複数のシール層（５０２、５０４、５０６、５０８、６０２、６０４、６０６、６０８、７０２、７０４、７０６、７０８、８０２、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２、８１４、８１６）を含む、第１のシール部材（２６０）を配置することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１および第２の凹部（２６２、２６４）内に前記第１のシール部材（２６０）を配置中の前記第１のシール部材（２６０）の撓みを容易にするための、少なくとも１つの応力解放領域（５０７、５１０、５１２、５１４；６１０、６１２、６１４；７１０、７１２、７１４）を少なくとも１つのシール層（５０２、５０４、５０６；６０２、６０４、６０６；７０２、７０４、７０６）に形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つの応力解放領域（５０７、５１０、５１２、５１４；６１０、６１２、６１４；７１０、７１２、７１４）を形成することが、少なくとも１つの応力解放領域（５０７、５１０、５１２、５１４；６１０、６１２、６１４；７１０、７１２、７１４）を前記複数のシール層（５０２、５０４、５０６；６０２、６０４、６０６；７０２、７０４、７０６）のうちの少なくとも２つのそれぞれに形成することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの応力解放領域（５０７、５１０、５１２、５１４；６１０、６１２、６１４；７１０、７１２、７１４）を前記複数のシール層（５０２、５０４、５０６；６０２、６０４、６０６；７０２、７０４、７０６）のうちの少なくとも２つのそれぞれに形成することが、第１の層（７０２、７０４、７０６）の少なくとも１つの応力解放領域（７１０、７１２、７１４）を少なくとも１つの第２の層（７０２、７０４、７０６）の少なくとも１つの応力解放領域（７１０、７１２、７１４）と整列して配置することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの応力解放領域（５０７、５１０、５１２、５１４；６１０、６１２、６１４；７１０、７１２、７１４）を前記複数のシール層（５０２、５０４、５０６；６０２、６０４、６０６；７０２、７０４、７０６）のうちの少なくとも２つのそれぞれに形成することが、前記応力解放領域（５１０、５１２、５１４；６１０、６１２、６１４）を互いに整列しないように配置することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの応力解放領域（５０７、５１０、５１２、５１４；６１０、６１２、６１４；７１０、７１２、７１４）を少なくとも１つのシール層（５０２、５０４、５０６；６０２、６０４、６０６；７０２、７０４、７０６）に形成することが、前記少なくとも１つのシール層（５０２、５０４、５０６）の完全な幅（Ｗ）に亘って延びる少なくとも１つの切断部（５１０）を少なくとも１つのシール層（５０２、５０４、５０６）に形成することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記タービン軸線（２０５）とシール部材受容凹部（２０４）の間で前記第１および第２の凹部（２６２、２６４）が半径方向に延びるように、前記第１および第２の部品（２３２、２３４）の隣接部内に前記シール部材受容凹部（２０４）を形成することと、
前記シール部材受容凹部（２０４）内に第２の圧縮性シール部材（２０２）を挿入することと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１および第２の凹部（２６２、２６４）内での前記第１のシール部材（５００）のシーリング接触を容易にするための、横方向に延びる少なくとも１つのバネ部材（５２０、５２２）を前記第１のシール部材（５００）に設けることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の円周方向路を前記第２の円周方向路と略同軸に揃えて配置することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のシール部材（８０１）に隣接して前記第１および第２の凹部（２６２、２６４）内に第２のシール部材（８０３）を配置することであり、前記第１および第２のシール部材（８０１、８０３）がそれぞれに延長部（８０５、８０７）を含み、したがって、前記第１のシール部材（８０１）の前記延長部（８０３）が前記第２のシール部（８０３）材の前記延長部（８０７）に重なる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ガスタービン（１０８）内の部品（２３２、２３４）の間をシーリングするために使用するシステム（２００）であって、
ガスタービン（１０８）の第１の部品（２３２）に形成された第１の凹部（２６２）であり、前記ガスタービン（１０８）を通じて形成された高温ガス路（２３１）に近接して位置し、タービン軸線（２０５）の周りに第１の円周方向路を形成する第１の凹部（２６２）と、
前記第１の部品（２３２）に隣接して位置する第２の部品（２３４）に形成された第２の凹部（２６４）であり、前記高温ガス路（２３１）に近接して位置し、前記タービン軸線（２０５）の周りに第２の円周方向路を形成する第２の凹部（２６４）と、
前記第１および第２の凹部（２６２、２６４）内に配置された第１のシール部材（２６０）であり、前記タービン軸線（２０５）と略平行な方向に延びるシーリング面（２６３）を含み、複数のシール層（５０２、５０４、５０６、５０８、６０２、６０４、６０６、６０８、７０２、７０４、７０６、７０８、８０２、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２、８１４、８１６）を含む第１のシール部材（２６０）と、
を備えるシステム（２００）。
【請求項１２】
前記第１および第２の凹部（２６２、２６４）内に前記第１のシール部材（２６０）を配置する間の前記第１のシール部材（２６０）の撓みを容易にするための、前記少なくとも１つのシール層（５０２、５０４、５０６、６０２、６０４、６０６、７０２、７０４、７０６）に形成された少なくとも１つの応力解放領域（５０７、５１０、５１２、５１４；６１０、６１２、６１４；７１０、７１２、７１４）をさらに備える、請求項１１に記載のシステム（２００）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの応力解放領域（７１０、７１２、７１４）が、前記複数のシール層（７０２、７０４、７０６）のうちの少なくとも２つのそれぞれに形成された少なくとも１つの応力解放領域（７１０、７１２、７１４）を備え、第１のシール層（７０２、７０４、７０６）に形成された少なくとも１つの応力解放領域（７１０、７１２、７１４）が、少なくとも１つの第２のシール層（７０２、７０４、７０６）に形成された少なくとも１つの応力解放領域（７１０、７１２、７１４）と整列して配置される、請求項１２に記載のシステム（２００）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの応力解放領域（５０７、５１０、５１２、５１４；６１０、６１２、６１４）が、前記複数のシール層（５０２、５０４、５０６；６０２、６０４、６０６）のうちの少なくとも２つのそれぞれに形成された少なくとも１つの応力解放領域（５１０、５１２、５１４；６１０、６１２、６１４）を備え、前記応力解放領域（５１０、５１２、５１４；６１０、６１２、６１４）が、互いに整列しないように配置される、請求項１３に記載のシステム（２００）。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの応力解放領域（５０７、５１０、５１２、５１４）が、前記少なくとも１つのシール層（５０２、５０４、５０６）の完全な幅（Ｗ）に亘って延びる少なくとも１つの切断部（５１０）を前記少なくとも１つのシール層（５０２、５０４、５０６）に備える、請求項１２に記載のシステム（２００）。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの応力解放領域（５０７、５１０、５１２、５１４）が、前記少なくとも１つのシール層（５０２、５０４、５０６）の幅（Ｗ）に部分的に亘って延びる、前記少なくとも１つのシール層（５０２、５０４、５０６）に形成された少なくとも１つの切込み領域（５０７）を備える、請求項１２に記載のシステム（２００）。
【請求項１７】
前記第１および第２の部品（２３２、２３４）の隣接部のうちの１つ内に形成されたシール部材受容凹部（２０４）であり、したがって、前記第１および第２の凹部（２６２、２６４）が半径方向で前記タービン軸線（２０５）と前記シール部材受容凹部（２０４）の間に位置する、シール部材受容凹部（２０４）と、
前記シール部材受容凹部（２０４）内に配置された第２の圧縮性シール部材（２０２）と、
を備える、請求項１１に記載のシステム（２００）。
【請求項１８】
前記第１のシール部材（２６０）が、前記第１および第２の凹部（２６２、２６４）内での前記第１のシール部材（５００）のシーリング接触を容易にするための、横方向に延びる少なくとも１つのバネ部材（５２０、５２２）を備える、請求項１１に記載のシステム（２００）。
【請求項１９】
前記第１の円周方向路が前記第２の円周方向路と同軸上に揃えられる、請求項１１に記載のシステム（２００）。
【請求項２０】
圧縮機セクション（１０２）と、
前記圧縮機セクション（１０２）に結合された燃焼器アセンブリ（１０４）と、
前記圧縮機セクション（１０２）に結合されたタービンセクション（１０８）であって、第１の部品（２３２）と第２の部品（２３４）の間をシーリングするのに使用するためのシーリングサブシステムを含むタービンセクション（１０８）とを備え、前記シーリングサブシステムが、
前記タービンセクション（１０８）の第１の部品（２３２）に形成された第１の凹部（２６２）であって、前記タービンセクション（１０８）を通じて形成された高温ガス路（２３１）に近接して位置し、タービン軸線（２０５）の周りに第１の円周方向路を形成する第１の凹部（２６２）と、
前記第１の部品（２３２）に隣接する第２の部品（２３４）に形成された第２の凹部（２６４）であって、前記高温ガス路（２３１）に近接して位置し、前記タービン軸線（２０５）の周りに第２の円周方向路を形成する第２の凹部（２６４）と、
前記第１および第２の凹部（２６２、２６４）内に配置された第１のシール部材（２６０）であって、前記タービン軸線（２０５）と略平行な方向に延びるシーリング面（２６３）を含み、複数のシール層（５０２、５０４、５０６、５０８、６０２、６０４、６０６、６０８、７０２、７０４、７０６、７０８、８０２、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２、８１４、８１６）を含み、前記第１および第２の凹部（２６２、２６４）内に前記第１のシール部材（２６０）を配置する間の前記第１のシール部材（２６０）の撓みを容易にするための、少なくとも１つのシール層（５０２、５０４、５０６、５０８、６０２、６０４、６０６、６０８、７０２、７０４、７０６、７０８、８０２、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２、８１４、８１６）に形成された少なくとも１つの応力解放領域（５０７、５１０、５１２、５１４；６１０、６１２、６１４；７１０、７１２、７１４）を含む第１のシール部材（２６０）と、
を備えるガスタービンシステム（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して回転機械に関し、より具体的には、ガスタービンエンジン内の部品間にシーリングを提供するのに使用される方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン等の少なくとも幾つかの既知の回転機械は、ガスタービンの動作効率を高めるのを容易にするために、流体流路に複数のシールアセンブリを含む。例えば、幾つかの既知のシールアセンブリは、固定部品と回転部品の間に結合されて、高圧領域と低圧領域の間にシーリングを提供する。加えて、少なくとも幾つかの既知のガスタービンは、ガスタービン内の段を共同で形成する、少なくとも１つのステータベーンアセンブリおよび少なくとも１つのロータブレードアセンブリを含む。少なくとも幾つかの既知のガスタービンでは、隣接する段の静的な部品の間、または段内の部品の間にシールが提供される。しかし、そのようなシールは、ガスタービンの回転軸線から半径方向に比較的離れて位置する。少なくとも幾つかの既知のガスタービンでは、高温燃焼ガスの流れに露出され、高温への露出に耐えるように構成された材料から製造される部品が存在する。さらに、少なくとも幾つかの既知のガスタービンでは、ガスタービンの通常の動作では、高温燃焼ガスに直接露出されず、高耐熱性の材料から製造されない他の部品が存在する。ガスタービンのそのような高耐熱性ではない領域を保護するために、高温領域と低温領域の間に圧力境界を形成するようにシーリング構造が設けられる。冷却用流体（典型的に空気）は、低圧高温燃焼ガス路とは反対の、シーリング構造の側でガスタービンの低温高圧領域内に供給される。この冷却用流体（時々パージ空気とも称する。）は、ガスタービンの低温領域内への燃焼ガスの吸込みを防止するのに役立つように使用される。過剰な量のパージ空気の使用は、ガスタービンの効率低下をもたらす場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２０２１１９４３号明細書
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、ガスタービン内の静的な部品の間をシーリングするための方法が提供される。方法は、ガスタービンの第１の部品に第１の凹部を形成することを含み、第１の凹部は、ガスタービンを通じて形成された高温ガス路に近接して位置し、タービン軸線の周りに第１の円周方向路を形成する。方法は、第１の部品に隣接して位置する第２の部品に第２の凹部を形成することを含み、第２の凹部は、高温ガス路に近接して位置し、タービン軸線の周りに第２の円周方向路を形成する。方法は、第１および第２の凹部内に第１のシール部材を配置することも含む。第１のシール部材は、タービン軸線と略平行な方向に延びるシーリング面を含む。
【０００５】
他の態様では、ガスタービン内の部品の間をシーリングするためのシステムが提供される。システムは、ガスタービンの第１の部品に形成された第１の凹部であって、ガスタービンを通じて形成された高温ガス路に近接して位置し、タービン軸線の周りに第１の円周方向路を形成する第１の凹部を含む。第２の凹部は、第１の部品に隣接して位置する、ガスタービンの第２の部品に形成され、高温ガス路に近接して位置し、タービン軸線の周りに第２の円周方向路を形成する。シール部材は、第１および第２の凹部内に配置される。シール部材は、タービン軸線と略平行な方向に延びるシーリング面を含む。
【０００６】
さらに他の態様では、ガスタービンシステムが提供される。ガスタービンシステムは、圧縮機セクションと、圧縮機セクションに結合された燃焼器アセンブリと、圧縮機セクションに結合されたタービンセクションとを含む。タービンセクションは、第１の部品と第２の部品の間をシーリングするのに使用するためのシーリングサブシステムを含む。シーリングサブシステムは、タービンセクションの第１の部品に形成された第１の凹部であって、タービンセクションを通じて形成された高温ガス路に近接して位置し、タービン軸線の周りに第１の円周方向路を形成する第１の凹部を含む。シーリングサブシステムは、第１の部品に隣接する第２の部品に形成された第２の凹部であって、高温ガス路に近接して位置し、タービン軸線の周りに第２の円周方向路を形成する第２の凹部も含む。シーリングサブシステムは、第１および第２の凹部内に配置されたシール部材も含む。シール部材は、タービン軸線と略平行な方向に延びるシーリング面と、複数のシール層とを含む。シール部材は、第１および第２の凹部内に第１のシール部材を配置する間の第１のシール部材の撓みを容易にするための、少なくとも１つのシール層に形成された少なくとも１つの応力解放領域も含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例示的なガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】図１に図示するガスタービンエンジンの一部の拡大概略側断面図である。
【図３】既知のシーリングシステムを含む、図２に図示するガスタービンエンジンの一部の拡大図である。
【図４】例示的なシーリングシステムを含む、図１に図示するガスタービンエンジンの一部の拡大概略側断面図である。
【図５】図４に図示するシーリングシステムで使用する例示的なシール部材の詳細断面図である。
【図６】図４に示すシーリングシステムで使用する代替的な例示的なシール部材の概略図である。
【図７】図６に示す例示的なシール部材のうちの１つの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
ここでは、「軸方向の」および「軸方向に」という用語は、ガスタービンエンジンの長手方向軸線と略平行な方向および向きを意味する。さらに、「半径方向の」および「半径方向に」という用語は、ガスタービンエンジンの長手方向軸線と略垂直な方向および向きを意味する。加えて、ここでは、「円周方向の」および「円周方向に」という用語は、ガスタービンエンジンの長手方向軸線の周りの円弧の方向および向きを意味する。また、当然のことながら、「流体」という用語は、ここでは、ガスおよび空気を含むがこれらに限定されない、流動する任意の媒体または材料を含む。
【０００９】
図１は、例示的なガスタービンエンジン１００の概略図である。エンジン１００は、圧縮機アセンブリ１０２および燃焼器アセンブリ１０４を含む。エンジン１００は、タービン１０８および圧縮機／タービン共通軸１１０（時々ロータ１１０と称する）も含む。燃焼ガスは、高温ガス路１１１に沿って燃焼器アセンブリ１０４からタービン１０８を通るようにエンジン１００を通じて運ばれる。
【００１０】
動作中、空気は、圧縮機アセンブリ１０２を通って流れ、したがって、圧縮空気が燃焼器アセンブリ１０４に供給される。燃料は、燃焼器アセンブリ１０４内に形成される燃焼領域および／または区域（不図示）に運ばれ、そこで空気と混ざり合って点火される。生成された燃焼ガスは、タービン１０８に運ばれ、そこでガスストリームの熱エネルギーが機械的回転エネルギーに変換される。タービン１０８は、軸線１０６の周りで回転するための、ロータ１１０に結合される１つ以上のロータホイール１１２（図２に示す）を含む。
【００１１】
図２は、ガスタービンエンジン１００の一部１２０の拡大概略側断面図である。図３は、エンジン部１２０の拡大図であり、既知のシーリングシステム１２１を含む。例示的なエンジン１００では、複数のノズルベーン１２２は、軸線１０６（図１に示す）の周りで円周方向に離間して第１のノズル段１２３を形成する。同様に、複数のベーン１２６は、軸線１０６の周りで円周方向に配置されて第２のノズル段１２７を形成する。複数のロータブレード１２４は、ホイール１１２（図１にも示す）に結合されて第１のロータ段１２５を形成する。例示的なノズルベーン１２２は、ベーン支持体１３２に結合されるとともに同支持体に支持される。例示的なノズルベーン１２６は、ベーン支持体１３８に結合されるとともに同支持体に支持される。ベーン支持体１３２および１３８は、内側タービンシェル（「ＩＴＳ」）１３６に結合されるシュラウド１３４に結合される。ベーン支持体１３２およびシュラウド１３４は、ガスタービンエンジン１００の静的な非回転部品である。エンジン１００の動作中、ノズル段１２３、ロータ段１２５およびノズル段１２７を通過する高温燃焼ガスの流れ１３０は、高温ガス路１３１を形成する。
【００１２】
図３に図示するように、少なくとも幾つかのエンジン１００では、複数のベーン支持体１３２は、軸線１０６（図１に示す）の周りで円周方向に離間し、ベーン支持体１３２のセグメント化された環状の配置を形成する。シール部材１３７および１３９は、シール凹部１４１および１４３に位置する。シール部材１３７および１３９ならびに対応するシール凹部１４１および１４３は、述べるようにエンジン１００が機能することを可能にする任意の形態を有する。同様に、複数のシュラウド１３４は、軸線１０６の周りで円周方向に離間し、複数のベーン支持体１３８は、軸線１０６の周りで円周方向に配置される。エンジン１００は、凹部１４７に受容されたシール部材１４５と、凹部１５７に受容されたシール部材１５３とも含む。ベーン支持体１３２は、結合領域１４０を介してシュラウド１３４に結合される。例示的な実施形態では、冷却用空気流１３５は、ここで述べるようにシーリングシステム１２１が機能することを可能にする任意の適した構造を用いて、冷却用空気の供給源（不図示）からＩＴＳ側１３３内に運ばれる。シール部材１３７および１３９は、圧力境界１５０を確立することを部分的に容易にし、圧力境界は、圧力境界１５０の半径方向外側の相対的に低温であるが高圧の領域１５１から高温ガス路１３１を分離し、そこでは冷却用空気流１３５によって高圧領域１５１が少なくとも部分的に形成される。共同で、シール部材１３７、１３９、１４５および１５３は、圧力境界１５０を越えて領域１５１から高温ガス路１１１（図１に示す）内へ冷却パージガスが漏出するのを防止することを容易にする。
【００１３】
図３に最も良く図示するように、結合領域１４０は、ベーン支持体１３２から軸方向に延びるフランジ１４６内に形成された凹部１４４に位置する可撓性シール部材１４２を含む。フランジ１４６は、シュラウド１３４内に形成された凹部１４８内に受容される。一実施形態では、可撓性シール部材１４２は、「Ｗ」字状の断面形態を有し、略一定の圧縮下で保持される。共同で、可撓性シール部材１４２ならびにシール部材１３７および１３９は、ベーン支持体１３２からシュラウド１３４までさらにベーン支持体１３８まで延びる圧力境界１５０を部分的に形成する。圧力境界１５０は、高温燃焼ガス流１３０をガスタービンエンジン１００の上昇した温度に耐える領域に封じ込めることを容易にし、ＩＴＳ１３６等の温度抵抗性の低い部品を高温燃焼ガス流１３０から隔離することを容易にする。
【００１４】
しかし、少なくとも幾つかの既知のエンジン１００では、ベーン支持体１３２とシュラウド１３４等の隣接する静的な部品の間には、軸方向の間隙１５２が形成される。少なくとも幾つかの既知のエンジン１００では、圧力境界１５０に亘る圧力差は、通常状態でＩＴＳ側１３３の圧力が常に高温ガス路１３１内の圧力を超過するほど十分大きい。典型的に、間隙１５２内の面ならびにフランジ１４６および凹部１４８の半径方向内側部は、遮熱コーティングで被覆されることも能動的に冷却されることもない。間隙１５２内の圧力は、典型的に、ガス路１３１内の平均圧力に近似する。しかし、ノズルベーン１２２および／またはブレード１２４は、間隙１５２内への高温ガスの局所的な吸込みをもたらしうる局所的な圧力変動を生じさせる場合がある。ガス吸込みの防止を容易にするために、パージ空気流が供給されて間隙１５２内の圧力を上昇させて、間隙１５２内へのガスの吸込みを不可能にし、および／または、間隙１５２を形成する構造にとって耐えられるレベルまで間隙１５２内の温度を低下させることを容易にするために高温ガスの吸込みを薄めなければならない。圧力境界１５０は、間隙１５２の周りで延びるように形成される。そのようなものとして、冷却用空気流１３５は、高温燃焼ガスが間隙１５２からパージされて、温度に敏感な部品に対する熱による損傷を防止するのを容易にすることを確実にするために十分な容量および圧力でなければならない。しかし、間隙１５２をパージするための、および／または、間隙１５２内に吸い込まれた高温ガスを薄めるための冷却用空気流１３５の供給は、エンジン１００の効率低下をもたらす。
【００１５】
図４は、エンジン２０３用の例示的なシーリングシステム２００を図示している。上述したように、結合領域２４０は、ベーン２２２に結合されたベーン支持体２３２と、ロータブレード２２４から半径方向外側に位置するシュラウド２３４とを含む。ベーン支持体２３２とシュラウド２３４の間には、間隙２５２が形成される。間隙２５２を跨ぐために、シール部材２６０は、ベーン支持体２３２内に形成された凹部２６２内およびシュラウド２３４内に形成された対応する凹部２６４内に受容される。例示的な実施形態では、凹部２６２および２６４は、ここで述べるようにシステム２００が機能することを可能にする、高温ガス路２３１からの任意の距離で形成される。さらに、例示的な実施形態では、凹部２６２および２６４は、それぞれ弓形であり、エンジン２０３の軸線２０５の周りの円周方向路を部分的に形成する。一実施形態では、凹部２６２および２６４ならびにシール部材２６０は、高温ガス路２３１に隣接する。さらに、実施形態では、凹部２６２および２６４は、シール部材２６０が軸線２０５と略平行な向きで凹部２６２から凹部２６４まで延びるように配置される。より具体的には、シール部材２６０は、エンジン軸線２０５と略平行に延びるシーリング面２６３を含む。加えて、一実施形態では、システム２００は、対応するシール凹部２４１および２４３内に少なくとも部分的に挿入されたシール部材２３７および２３９を含み、シール部材２３７および２３９は、ここで上述して図３に示したように、シール部材１３７および１３９と同様である。システム２００は、対応するシール凹部２５５および２５９内に少なくとも部分的に挿入されたシール部材２５３および２５７も含み、シール部材２５３および２５７は、ここで上述して図３に示したように、シール部材１４５および１５３のそれぞれと同様である。一実施形態では、システム２００は、ベーン支持体２３２のフランジ２４６に形成された凹部２０４内に配置された可撓性シール部材２０２を含む補助的な可撓性シール領域２０６を含む。フランジ２４６は、シュラウド２３４内に形成された凹部２０８内に受容される。例示的な実施形態では、シール部材２０２は、「Ｗ字状」の圧縮性シール部材である。ここでは、「圧縮性」という用語は、隣接する部材の間にシーリングをもたらすために、一定の圧力状態に保持されるシール部材を意味する。
【００１６】
一実施形態では、シール部材２６０は、シール部材２５７および２３９と協働して、ＩＴＳ側２３３の冷却用空気流２３５と圧力境界２７０の半径方向内側に位置する高温ガス路２３１との間に延びる圧力境界２７０を部分的に形成する。例示的な実施形態では、圧力境界２７０は、軸線２０５と略平行な方向に連続して延びる。シール部材２６０は、間隙２５２を跨いで、高温ガス路２３１から間隙２５２内への高温燃焼ガスの吸込みを防止することを容易にする。シール部材２６０の使用によって、ガスタービンエンジンの設計の簡略化がさらに容易になる。例えば、ノズルベーン２２２は、シュラウド２３４等のシュラウドよりもむしろ、内側タービンシェル（不図示）により支持されてもよい。さらに、シール部材２６０の使用によって、シール部材２６０を使用しないエンジンで可能な場合よりも簡素化されたタイル状または板状の形態を含むシュラウドの使用が可能になる。
【００１７】
図５は、シール部材２６０の詳細断面図である。例示的な実施形態では、シール部材２６０は積層される。シール布基板２１０は、シム層２１２および２１４によって囲まれる。代替的な実施形態では、シール布基板２１０が省略され、層２１２および２１４が直接結合される。
【００１８】
更なるシム層２１６は、シム層２１２に隣接し、更なるシム層２１８は、シム層２１４に隣接する。例示的な実施形態では、複数のシール部材２６０は、各シール部材２６０が弓形の形態を有するように、軸線２０５の周りで円周方向に離間する。一実施形態では、それぞれに約１８０度（１８０°）に延びる２つのシール部材２６０が設けられる。他の実施形態では、それぞれに約９０度（９０°）に延びる４つのシール部材２６０が設けられる。他の実施形態では、ここで述べるようにシステム２００が機能することを可能にする任意の数のシール部材２６０が使用される。図５に示す実施形態では、矢印Ｘによって指定される方向は、軸線２０５（図４に示す）と略垂直な半径方向である。
【００１９】
システム２００では、シール部材２６０は、ベーン支持体２３２がシュラウド２３４の上流側となるように、ベーン支持体２３２とシュラウド２３４の間に形成される。代替的な実施形態では、シール部材２６０は、シュラウド２３４と下流ノズル支持体（不図示）の間に配置される。つまり、シール部材２６０は、シュラウド２３４の上下流両方の領域で使用されてもよい。
【００２０】
例示的な実施形態では、布基板２１０は、高温ニッケルーコバルト合金、または、ここで述べるようにシステム２００が機能することを可能にする任意の他の適した材料等の金網材料から製造される。一実施形態では、布基板２１０は、布材料の少なくとも２つの個別層を含む。代替的な実施形態では、より多いまたはより少ない布材料層が使用されてもよい。さらに、例示的な実施形態では、シム層２１２、２１４、２１６および２１８は、ステンレススチール、または、ここで述べるようにシステム２００が機能することを可能にする任意の他の適した材料からそれぞれに製造される。一実施形態では、シム層２１２および／または２１４は、布基板２１０および／またはシム層２１６および２１８のそれぞれにスポット溶接される。シール部材２６０は、ベーン支持体２３２およびシュラウド２３４の潜在的な位置ずれを吸収し、他方では間隙２５２内への高温燃焼ガスの吸込みの防止を容易にする。例示的な実施形態では、シム層２１２および／または２１４は、例えば高温コバルト合金等、シム層２１６および／または２１８と同じ材料から製造される。代替的な実施形態では、任意の適した１つまたは複数の材料が使用されてシム層２１２、２１４、２１６および２１８が製造されてもよい。例示的な実施形態では、シム層２１２および／または２１４は、シム層２１６および／または２１８とは異なるＸ方向の厚さを有する。一実施形態では、シール部材２６０には、シール部材２６０の隣接する層の間に形成された１つ以上のガス流路（不図示）の形で能動的な冷却がもたらされ、したがって、シール部材２６０のＩＴＳ側２３３から高温ガス路２３１に向かう冷却用空気流２３５の一部の流れが促される。
【００２１】
図６は、図４に示すシーリングシステム２００で使用できる例示的な代替的なシール部材５００、６００、７００ならびに８０１および８０３の概略図である。シール部材５００は、図７に上面図で図示されている。シール部材５００は、層５０２、５０４、５０６および５０８を含む。例示的な実施形態では、層５０２、５０４、５０６および５０８は、ここで述べるようにシーリングシステム２００が機能することを可能にする任意の適した材料から製造される。図６には４つの層が示されている一方で、代替的な実施形態では、ここで述べるようにシーリングシステム２００が機能することを可能にする任意の数の層が使用される。層５０２〜５０８は、溶接５１６および５１８等の任意の適した結合メカニズムを使用して結合される。
【００２２】
図６および図７の例示的な実施形態では、シール部材５００は、１つ以上の層５０２〜５０６に形成された１つ以上の応力解放領域５１０、５１２および５１４を含む。応力解放領域５１０、５１２および／または５１４は、シール部材５００がエンジン２０３（図４に示す）内での設置中に撓められるときに生じる応力を吸収するために、可撓性が増加した領域をもたらす。例示的な実施形態では、シール部材５００が複数の層を含む場合に、層５０８等の最下層は、応力解放領域を含まず、したがって、シーリングを容易にするように完全な層がもたらされる。
【００２３】
例示的な実施形態では、応力解放領域５１０、５１２および５１４のそれぞれは、層５０２〜５０６のそれぞれの完全な幅Ｗに亘って延びる切込み部または切断部として形成される。代替的な実施形態では、各応力解放領域５１０、５１２および／または５１４は、ここで述べるようにシール部材５００が機能することを可能にする任意の形態を含んでもよい。例えば、各切込み部は、シール部材５００の中心線５１３と略垂直に延びる側縁５０５および５０９（図７に示す）を有してもよい。代わりに、側縁５０５および５０９の一方または両方は、中心線５１３に対して斜めの角度で延びてもよい。例えば、応力解放領域５０７は、シール部材５００の幅Ｗの一部のみに亘って延びる「Ｖ」字状の切取り領域として形成されてもよい。より具体的には、各応力解放領域５０７、５１０、５１２および／または５１４は、ここで述べるようにシール部材５００が機能することを可能にする任意の形態および配置を有してもよい。加えて、応力解放領域５０７、５１０、５１２および／または５１４は、打抜きおよび型打ち等を含むがこれらに限定されない、ここで述べるようにシーリングシステム２００が機能することを可能にする任意の適した方法で形成されてもよい。図６および図７では、略等しい長さの層５０２〜５０８を有するシール部材５００が図示されている。代替的な実施形態では、以下で述べるように、シール部材５００は、エンジン２０３（図４に示す）内での隣接するシール部材５００の円周方向の結合を容易にするための、等しくない長さの層５０２〜５０８を有してもよい。
【００２４】
例示的な実施形態では、シール部材５００は、層５０２〜５０８の１つ以上から延びる、横方向に延びるバネ部材５２０、５２２（図７に示す）を含んでもよい。バネ部材５２０、５２２は、シール部材５００と凹部２６２および２６４の間のシール接触（図５に示す）を保持することを容易にする。バネ部材５２０および５２２は、ここで述べるようにシール部材５００が機能することを可能にする、非限定的に「Ｖ」または「Ｗ」の形態等の任意の断面形態（中心線５１３と平行な方向で見たときに）を有する。加えて、バネ部材５２０および５２２の一方または両方は、層５０２〜５０８のうちの１つ以上と一体に形成されてもよく、層５０２〜５０８のうちの１つ以上に結合されてもよい。例示的な実施形態では、シール部材５００は、２つのバネ部材５２０および５２２を含む。代替的な実施形態では、ここで述べるようにシーリングシステム２００が機能することを可能にする任意の数のバネ部材が使用されてもよい。
【００２５】
図６は、シーリングシステム２００（図４に示す）で使用されてもよいシール部材６００も図示している。シール部材６００は、層６０２、６０４、６０６および６０８を含む。各層６０２〜６０８は、ここで述べるようにシーリングシステム２００が機能することを可能にする任意の適した材料から製造されてもよい。層６０２〜６０８は、溶接６１６および６１８を含むがこれらに限定されない、任意の適した結合方法を使用して結合される。シール部材６００は、応力解放領域６１０、６１２および６１４も含む。一般的に、各応力解放領域６１０、６１２および／または６１４は、任意の形態を有してもよく、ここで述べるようにシーリングシステム２００が機能することを可能にする任意の所望の位置でシール部材６００に配置されてもよい。
【００２６】
図６は、シーリングシステム２００（図４に示す）で使用されてもよいシール部材７００も示している。シール部材７００は、層７０２、７０４、７０６および７０８を含む。各層７０２〜７０８は、ここで述べるようにシーリングシステム２００が機能することを可能にする任意の適した材料または材料の組合せから製造されてもよい。シール部材７００は、整列された応力解放領域７１０、７１２および７１４を含む。例示的な実施形態では、層７０２〜７０８は、溶接７１６および７１８を含むがこれらに限定されない、任意の適した結合方法を使用して結合される。一般的に、各応力解放領域７１０、７１２および／または７１４は、任意の形態を有してもよく、ここで述べるようにシーリングシステム２００が機能することを可能にする任意の所望の位置でシール部材７００に配置されてもよい。
【００２７】
図６に示す例示的な実施形態のそれぞれでは、シール部材５００、６００および７００のそれぞれは、複数の層を含む。シール部材５００、６００および７００のそれぞれでは、最下層５０８、６０８および７０８には、応力解放領域が設けられず、したがって、その長さ沿いで中断されない。層５０８、６０８および７０８は、エンジン２０３（図４に示す）の軸線２０５（図４に示す）に半径方向で最も近い、シール部材５００、６００および７００のそれらの層である。
【００２８】
上述したように、例示的な実施形態では、複数のシール部材５００、６００および／または７００は、エンジン２０３（図４に示す）内で軸線２０５の周りで半径方向に配置される。したがって、隣接するシール部材８０１と８０３の間のシール部材同士の間の例示的な界面８００が図６に図示されている。界面８００は、相継ぎ形状構成を含む。シール部材８０１は、層８１０、８１２、８１４および８１６を含む。シール部材８０１は、延長部８０５をさらに含む。シール部材８０３は、層８０２、８０４、８０６および８０８を含む。シール部材８０３は、延長部８０７をさらに含む。シーリングシステム２００（図４に示す）がシール部材８０１および８０３を使用して組み立てられるときに、シール部材８０１および８０３は、図６に示す向きで凹部２６４（図５に示す）内に挿入され、したがって、間隙８１８および８２０は、シール部材８０１および８０３を越えるパージガスの漏出をさらに遅らせる入り組んだ経路を形成する。例示的な実施形態では、シール部材８０１および８０３は、延長部８０５および８０７が重なる場所では結合されない。代替的な実施形態では、ここで述べるようにシーリングシステム２００が機能することを可能にする任意の界面形態が使用されてもよい。
【００２９】
ここで述べる方法およびシステムは、ガスタービンエンジンの静的な部品の間をシーリングする既知の方法に優る幾つかの利点をもたらす。例えば、ここで述べるシーリングシステムは、既知のシーリング方法によって形成される圧力境界よりもエンジンの高温ガス路に近い、ガスタービン内の圧力境界を形成することを容易にする。ここで述べるシーリングシステムは、隣接する静的なタービン部品の間における簡略化されたシーリング構造の使用を容易にする。さらに、ここで述べるシーリングシステムは、タービン効率の増加を容易にすることを目的として、ガスタービンエンジンの部品間に形成された間隙内への、より冷温のパージガスの流出を制御することを容易にする。
【００３０】
ガスタービンエンジンの静的な部品の間をシーリングする方法およびシステムの例示的な実施形態について詳細に上述した。方法およびシステムは、ここで述べる具体的な実施形態に限定されず、むしろシステムの部品および／または方法のステップは、ここで述べる他の部品および／またはステップとは別個に独立して使用されてもよい。例えば、方法は、他の回転機械システムおよび方法と組み合わせて使用されてもよく、ここで述べるようにガスタービンエンジンでの実践のみには限定されない。例示的な実施形態は、むしろ他の多くの回転機械用途と関連して実施されて使用されうる。
【００３１】
本開示の様々な実施形態の具体的な特徴は、幾つかの図面には示され、他の図面には示されていないかもしれないが、これは便宜上であるにすぎない。本開示の原理によれば、ある図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求されてもよい。
【００３２】
本明細書は、ここで述べる方法およびシステムを開示するためにベストモードを含む例を使用しており、任意の装置またはシステムの製作および使用、ならびに組み込まれた任意の方法の実施を含めて当業者が本開示を実践することも可能にする。本開示の特許性を有する範囲は、請求項によって規定され、当業者が想起する他の例を含んでもよい。そのような他の例は、それらが請求項の文言と実質的に相違しない同等の構成要素を含む場合には、請求項の範囲内にあることが意図される。
【００３３】
本開示は、様々な具体的な実施形態について述べてきたが、当業者は、特許請求の範囲の主旨および範囲での修正を施して本開示を実践できることを認識するであろう。
【符号の説明】
【００３４】
１００、２０３  エンジン
１０２  圧縮機アセンブリ
１０４  燃焼器アセンブリ
１０６、２０５  軸線
１０８  タービン
１１０  ロータ
１１１、１３１、２３１  高温ガス路
１１２  ホイール
１２０  エンジン部
１２１  シーリングシステム
１２２、１２６、２２２  ノズルベーン
１２３、１２７  ノズル段
１２４、２２４  ロータブレード
１２５  ロータ段
１３０  ガス流
１３２  ベーン支持体
１３３、２３３  ＩＴＳ側
１３４、２３４  シュラウド
１３５、２３５  冷却用空気流
１３６  内側タービンシェル（「ＩＴＳ」）
１３７、１３９、１４５、１５３、２３７、２３９、２５３、２５７、２６０、５００、６００、７００、８０１、８０３  シール部材
１３８、２３２  ベーン支持体
１４０、２４０  結合領域
１４１、１４３、２４１、２４３、２５５、２５９  シール凹部
１４２、２０２  可撓性シール部材
１４４、１４７、１４８、１５７、２０４、２０８、２６２、２６４  凹部
１４６、２４６  フランジ
１５０、２７０  圧力境界
１５１  高圧領域
１５２、２５２、８１８、８２０  間隙
２００  システム
２０６  可撓性シール領域
２１０  シール布基板
２１２、２１４、２１６、２１８  シム層
２６３  平面状シーリング面
５０２、５０４、５０６、５０８、６０２、６０４、６０６、６０８、７０２、７０４、７０６、７０８、８０２、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２、８１４、８１６  層
５０５、５０９  側縁
５０７、５１０、５１２、５１４、６１０、６１２、６１４、７１０、７１２、７１４  応力解放領域
５１３  中心線
５１６、５１８、６１６、６１８、７１６、７１８  溶接
５２０、５２２  バネ部材
８００  シール部材界面
８０５、８０７  延長部
【図１】
2015078687.tif 000003
【図２】
2015078687.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015078687.tif 000008
【図７】
2015078687.tif 000009
【外国語明細書】
2015078687000001.pdf