(57)【要約】　【課題】　シール構造部へ冷却空気を提供するためのシステムを提供する。　【解決手段】　ガスタービンエンジンのタービン段においてシールアセンブリ２２に冷却空気を送出するシステム３４は、ベーン１２は、外側プラットフォーム１４から内側プラットフォーム１６に延在する通路２０を有している。通路２０内に位置決めされたチューブインサート３６は冷却空気の源から冷却空気を受容するための入口端３８および出口端４０を有している。カバーアセンブリ４８はチューブインサート３６から冷却空気を受容し、シールアセンブリ２２に冷却空気を送出するために出口端４０に取付けられている。好ましい実施形態では、冷却空気はタービンのロータ段の回転方向に予め回転される。　【選択図】　図１
2004116530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　ガスタービンエンジンのタービン段においてナイフエッジシール構造部に冷却空気を送出するためのシステムであって、
　前記タービン段の少なくとも１つのベーンであって、前記少なくとも１つのベーンの外側プラットフォームから前記少なくとも１つのベーンの内側プラットフォームに延在する通路を有するベーンを有してなり、
　前記シール構造部に冷却空気を送出するための手段を有してなり、
　前記送出手段が前記通路内に位置決めされたチューブインサートを有してなり、
　前記チューブインサートは、一端に冷却空気を受容するための入口を、また第２の端に出口を有し、および
　前記送出手段がさらに、前記チューブインサートから冷却空気を受容すると共に前記シール構造部へ冷却空気を送出するために、前記チューブインサートの前記第２の端に取付けられたカバー手段を有してなる、ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
　前記カバー手段が、前記冷却空気を、前記タービンエンジンのタービンロータ段の回転方向に回転させた状態で、前記シール構造部へ供給するための手段を有してなる、ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
　前記カバー手段が、シールリムキャビティに冷却空気を供給するためのノズル手段を有してなる、ことを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
　前記シール構造部が、ハニカムパッドと、前記ハニカムパッドに接する複数のナイフエッジシールとを含んでいると共に、前記冷却空気を供給する前記手段が前記ナイフエッジシールの２つのものの間の空間内に前記ハニカムパッドを通って延在する第１のノズルを有してなる、ことを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項５】
　前記冷却空気を供給する手段が、シールリムキャビティに冷却空気を供給するための第２のノズルをさらに有してなる、ことを特徴とする請求項４記載のシステム。
【請求項６】
　前記送出手段が、前記通路に対して前記チューブインサートを所定の位置に保持するために前記チューブインサートの前記入口端へ取付けられた手段をさらに有してなる、ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項７】
　前記保持手段が、前記チューブインサートの入口端の上部に適合するように構成された中央部と、前記中央部に取付けられた複数のリテーナ脚部を有する、ことを特徴とする請求項６記載のシステム。
【請求項８】
　前記中央部が前記チューブインサートの入口端に溶接されている、ことを特徴とする請求項７記載のシステム。
【請求項９】
　前記中央部がろう付け材料によって前記チューブインサートの入口端に接合されている、ことを特徴とする請求項７記載のシステム。
【請求項１０】
　前記チューブインサートが非線形であり、平らで非円形の断面形状を有している、ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
　前記カバー手段が一方の面から突出したカラーを有してなり、および前記カラーが前記チューブインサートの出口端を囲んでいる、ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
　前記カラーが前記チューブインサートの断面形状に対応する形状の内側部分を有している、ことを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
　前記少なくとも１つのベーンが少なくとも１つのステータベーンを有してなる、ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１４】
　前記タービン段が複数のベーンを有し、また前記ベーンのそれぞれが冷却空気送出手段を含んでいる、ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
　前記チューブインサートが前記通路の側壁から離間された側壁を有している、ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１６】
　前記通路が内部ベーンの冷却通路である、ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１７】
　ベーンのための冷却システムであって、
　ベーンの内部を冷却するために、ベーンの外側プラットフォームから翼の内側プラットフォームに延在するベーン冷却通路と、
　冷却空気をナイフエッジシール構造部に送出するための手段とを有してなり、前記冷却空気送出手段が前記ベーンの冷却通路内に位置決めされたチューブインサートを含んでいる、ことを特徴とする冷却システム。
【請求項１８】
　前記チューブインサートが入口端を有し、および
　前記入口へ取付けられ、前記冷却通路の入口端に対して前記チューブインサートを位置決めするための手段を更に有してなる、ことを特徴とする請求項１７記載の冷却システム。
【請求項１９】
　前記チューブインサートが出口端を有してなり、および
　シール構造部に冷却空気を供給するために前記出口端に取付けられたカバーアセンブリを更に有してなる、ことを特徴とする請求項１７記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明はガスタービンエンジンのタービン段におけるシール構造部に冷却空気を送出するためのシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　多くのガスタービンエンジンは各ロータ間に配置された第２段タービンステータベーンアセンブリを有している。ステータベーンアセンブリ（静翼アセンブリ）は集合して環状の構造体を形成する複数のステータベーンセグメントを含んでなる。シールリングは、ステータベーンセグメントの内側プラットフォームの内側において放射状ないし半径方向に設けられており、第１段ロータに隣接する第１の環状領域と第２段ロータに隣接する第２の環状領域との間の圧力差を維持するために使用される。シールリングは外側フランジと内側フランジを含んでいる。外側フランジは、回転を防止するための細長い薄板つまりスプラインと、アブレイダブルつまり摩耗可能なベアリングパッドとを含んでいる。ナイフエッジシールと一緒に用いるためにハニカムパッドが内側フランジに取付けられている。外側フランジ内に配置されたスプラインは、内側プラットフォームの下側に延在する内側取付けフランジ内で、軸方向において、スライド可能に受容されている。外側フランジから外方に延在するフックが、内側取付けフランジに対するシールリングの軸方向の移動を制限ないし規制している。第１段ロータに隣接する第１の環状領域と第２段ロータに隣接する第２の環状領域との間の圧力差によりシールリングのアブレイダブルベアリングパッドが付勢されて内側取付けフランジの後方アームに接触させる。そのようなシール構造は、本明細書中に参考として組み入れられる、Ｂｅｌｓｏｍ等へ付与された米国特許第５，７８５，４９２号に開示されている。
【０００３】
　特定のタービンにおいてはロータのシールの寿命不足がある。これは、高圧タービンのガスパスつまりガス経路に隣接するキャビティに冷却空気を供給するためにベーンが使用されるためであり、この場合には冷却流量と温度によってシール寿命が決まってしまう。冷却空気はシールリムキャビティつまりシール外縁の中空部に到達する前にベーンを通って移動する。ガス経路の空気がベーン、およびベーンを通る冷却空気を加熱する。冷却空気の温度が高すぎる場合、シールアセンブリは設計された目標の寿命を満たさない。
【０００４】
　よって、シールリムキャビティに冷却空気を送出ないし搬送するためのより効果的な手法が求められている。　
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　従って本発明の目的は、ベーンを通る冷却空気の加熱ができる限り少なくなるような、シール構造部に冷却空気を提供するためのシステムを提供することにある。
【０００６】
　本発明のその他の目的は、ロータ段の回転方向に冷却空気を予め回転（旋回）ないし渦を巻かせることで、ウィンデージ（偏流）によって加熱が低減される、上述のシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
　上述の各目的は本発明のシステムにより達成される。
　本発明によれば、ガスタービンエンジンのタービン段におけるシール構造部（シール装置）に冷却空気を送出ないし搬送するためのシステムが提供される。システムは、概略的には、タービン段における少なくとも１つのベーンを有するものであり、前記ベーンは少なくとも１つのベーンの外側プラットフォームから少なくとも１つのベーンの内側プラットフォームまで延在する冷却通路と、シール構造部に冷却空気を送出するための手段とを有している。送出手段は冷却通路内に位置決めされたチューブインサートつまりチューブ状の挿入物を有してなる。チューブインサートは冷却空気源（ソース）から冷却空気を受容するための入口を一方の端に有し、且つ出口を第２の端に有している。送出手段は更にチューブインサートの第２の端へ取付けられたカバー手段を有してなり、チューブインサートからの冷却空気を受容し、シール構造部に冷却空気を送出する。好ましくは、カバー手段は、冷却空気を、ガスタービンエンジンのタービンロータの回転方向に予め回転ないし渦を巻かせた状態で、シール装置に送出ないし搬送する。
【０００８】
　本発明の一体型回転ナイフエッジインジェクションアセンブリの他の詳細、および他の目的並びにこれに伴う特長は、以下の詳細な説明および添付図面に説明されている。添付図面において、類似の参照符号は類似の要素を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
　添付図面を参照して、図１には、第１段タービンロータ６の後方で第２段タービンロータ８の前方に配置された第２段タービンブレードアセンブリ（タービン翼組立体）１０が例示されている。なお、以下の説明では本発明を第１段ロータおよび第２段ロータに関連して説明するが、本発明のナイフエッジインジェクションアセンブリは他のタービンロータ段（ステージ）間に用いられてもよい。タービンブレードアセンブリ１０は複数のステータブレードつまり静翼１２を含んでいる。各ステータベーン１２は、外側プラットフォーム１４、内側プラットフォーム１６および外側プラットフォーム１４と内側プラットフォーム１６の間に延在するエアフォイル部１８を有している。ステータベーン１２はそれぞれ、ベーンを通って外側プラットフォーム１４から内側プラットフォーム１６に延在する通路２０を有している。通路２０は、ベーン１２の内部を冷却するために用いられる冷却通路ないし冷却用通路である。
【００１０】
　アセンブリ１０は第１段ロータに隣接する第１の環状領域すなわちシールリムキャビティ２４と第２段ロータに隣接する第２の環状領域２６との間の圧力差を維持するためのナイフエッジシールアセンブリ２２、つまりナイフの刃の形状のシール組立体を更に有している。このシールアセンブリ２２は内側フランジ３０に取付けられたハニカムパッド２８を含んでいる。複数のナイフエッジシール３２は、ハニカムパッド２８に接するように、且つ２つの領域２４と２６との間にシールを形成するように配置されている。シールアセンブリ２２の寿命を延ばすため、シールリムキャビティ２４および各ナイフエッジシール３２に冷却空気を送出することが必要となる。
【００１１】
　領域２４と各ナイフエッジシール３２に冷却空気を送るため、冷却空気送出システム３４がアセンブリ１０のそれぞれのベーン１２内に組み込まれている。冷却空気送出システム３４は冷却通路２０内に配置されたチューブインサート３６を含んでなる。図２および図３から明らかなように、チューブインサート３６は非線形であり、入口端３８および出口端４０を有している。チューブインサート３６は更に、通路２０の側壁３５から離間された側壁３７を有している。運転の際には、ガスタービンエンジンの圧縮段など、源つまりソース（図示せず）からの冷却空気が、冷却通路２０中に、および同時にチューブインサート３６の入口端３８中に導入される。チューブインサート３６はインコネル６２５のような従来公知のいずれかの適切な金属材料を用いて形成される。図４に示したように、チューブインサート３６は平らで（平らに伸ばされた）非円形の断面形状を有している。
【００１２】
　図５に示したように、リテーナ（保持具）３９がチューブインサート３６の入口端３８の上に配置されているとともに、冷却通路２０の入口４２に対し、チューブインサート３６の入口端３８を所定の位置に保持するために用いられる。リテーナ３９は中央部４４を有しており、この中央部はチューブインサート３６の入口端３８の上に適合ないし嵌合し、且つチューブインサート３６の入口端３８を受容する。またリテーナ３９は中央部４４より延在している複数の脚部４６を有している。中央部４４は非線形で、平らな形状の内部開口部４５を有しており、これはチューブインサート３６の形状に対応するものである。本発明の好ましい実施形態では、チューブインサート３６は、ろう付け（蝋付け）材料を用いてリテーナ３９へ固定されたり、あるいはリテーナ３９へ溶接される。リテーナ３９を所定の位置に維持するため、各脚部４６は入口４２から冷却通路２０まで延在している隅肉溶接部４１上に位置決めされる。必要に応じて、脚部４６のそれぞれは従来公知のいずれかの適切な方法を用いて隅肉溶接部に取付けられる。
【００１３】
　図２および図６から９を参照して、カバーアセンブリ４８がチューブインサート３６の出口端４０に接合されている。このカバーアセンブリ４８は隆起したカラー部(鍔部)５０を含んでなり、このカラー部はチューブインサート３６の出口端４０を受容し且つ摩擦的に係合する。図７に明らかなように、カラー部５０は非線形で平らな形状の内部開口部５１を有しており、これはチューブインサート３６の断面形状に対応するものである。図９で明らかなように、カラー部５０にはチューブインサート３６の出口端４０に接する肩部５３が備えられてよく、そのためにチューブインサート３６がその中に容易に適合ないし嵌合される。カバーアセンブリ４８は図２に示されているように、内側通路（図示せず）を通ってチューブインサート３６の出口端４０と流体連通している単一の流体出口５２を有している。あるいは図８に示されているように２つの流体の出口５２および５４を有してよく、それら各流体の出口は内側通路（図示せず）を通って、チューブインサート３６の出口４０と流体連通する。第１の流体の出口５２はノズルを有してなり、このノズルはハニカムパッド２８における開口部の中に配置されてよく、冷却空気をシールリムキャビティ２４に最も近い２つのナイフエッジシールとの間など、２つのナイフエッジシール３２との間に送出ないし搬送する。存在する場合、第２の流体の出口５４はカバーアセンブリ４８において開口部を有してなり、このカバーアセンブリ４８がシールリムキャビティ２４へ冷却空気を送出する。本発明の好ましい実施形態では、各出口５２および／あるいは５４は冷却空気をシールリムキャビティ２４へ、および／あるいは２つのナイフエッジシール間との空間へ送出するように設計されている。よって、第１タービンロータ段の回転方向へ予め回転ないし渦を巻かせる。これは、ウィンデージつまり偏流により加熱を低減させるのに望ましい。
【００１４】
　リテーナ３９およびカバーアセンブリ４８は従来公知のいずれかの適切な金属材料で形成される。例えば、必要に応じて、それらの部品はインコネル６２５より形成される。
【００１５】
　本発明の冷却空気送出システムの利点の１つは、冷却空気がベーン１２を通過するために、冷却空気がほとんど加熱されずに送出できることである。これはチューブインサート３６が冷却空気およびベーン１２の間で熱シールドとしての役割を果たすからである。ｓらに、ベーン１２を通って冷却空気が通過する際に、チューブインサート３６が冷却空気を加速するので、加熱するために曝される時間が低減される。
【００１６】
　本発明のシステムの別の利点は、本システムが冷却通路２０によってベーン１２の内部冷却を妨げないことである。
【００１７】
　本発明によれば、上述した各目的、手段、および特長を完全に満足する一体型の回転ナイフエッジインジェクションチューブアセンブリが提供されることは明らかである。なお、以上の説明では本発明をその特定の実施形態に関して説明したが、上記説明から、当業者にはその他の代替、変更、および変形は自明である。よって、添付の特許請求の範囲の広い範囲はこれらの代替、変更および変形を包含するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１段タービンロータの後方で第２段タービンロータの前方に配置された第２段タービンステータベーンアセンブリの一部断面図である。
【図２】図１に示されたシール構造部に冷却空気を送出するためのシステムの分解組立図である。
【図３】図１のタービンステータベーンアセンブリのシールリムキャビティに冷却空気を送出するためのシステムの一部の拡大図である。
【図４】図２の冷却空気送出システムにおいて用いられるチューブインサートの、図２における４−４線の断面図である。
【図５】図２の冷却空気送出システムに用いられるリテーナアセンブリの斜視図である。
【図６】図２の冷却空気送出システムに用いられるカバーアセンブリの端面図である。
【図７】図６のカバーアセンブリの平面図である。
【図８】シール構造部のハニカムパッド部を貫通していその他のカバーアセンブリのノズル部を示した斜視図である。
【図９】図６のカバーアセンブリ部分の断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
　６　第１段タービンロータ
　８　第２段タービンロータ
　１２　ベーン
　１４　外側プラットフォーム
　１６　内側プラットフォーム
　１８　エアフォイル部
　２４　シールリムキャビティ
　２８　ハニカムパッド
　３２　ナイフエッジシール
【図１】
2004116530.tif 000003
【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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【図７】
2004116530.tif 000009
【図８】
2004116530.tif 000010
【図９】
2004116530.tif 000011