(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１４）内でステージ間シールハウジング（１６）を半径方向で位置決めするシステム（１０）であって、
ステージ間シールハウジング（１６）の半径方向内面（１８）に配置されたシール（１２）を有する周方向に延びるハウジング（１６）から形成された、ステージ間シールハウジング（１６）と、
前記ステージ間シールハウジング（１６）から半径方向外方へ延びる少なくとも１つの付勢支持体（２８）と、
前記ステージ間シールハウジング（１６）の前記半径方向内面（１８）を付勢するために前記少なくとも１つの付勢支持体（２８）に接続された少なくとも１つのばね（２０）と、
前記ガスタービンエンジン（１４）の隣接する構成部材と接触した、前記ステージ間シールハウジング（１６）の外面（３２）の間に延びる少なくとも１つの側部波形ばね（３０）と、
を備え、
前記少なくとも１つのばね付勢支持体（２８）は、遠位端部（７８）に少なくとも１つの頭部（７６）を有する少なくとも１つの軸（７４）を有し、前記頭部（７６）は、前記ばね（２０）の遠位端部（８０）を支持しており、
前記少なくとも１つの軸（７４）は、中空であり、ボルト収容キャビティ（６８）を形成していることを特徴とするシステム（１０）。
【請求項２】
前記ステージ間シールハウジング（１６）は、半径方向内側シール面（３６）を有し、かつステージ間シールハウジング支持体（４２）の第１のフック（４０）を収容する上流キャビティ（３８）を形成する、軸方向に延びる上流支持アーム（３４）と、半径方向内側シール面（４６）を有し、かつ前記ステージ間シールハウジング支持体（４２）の第２のフック（５０）を収容する下流キャビティ（４８）を形成する、軸方向に延びる下流支持アーム（４４）と、を備える、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記ステージ間シールハウジング支持体（４２）は、前記ステージ間シールハウジング（１６）の半径方向外側に配置されており、前記ステージ間シールハウジング支持体（４２）は、前記ステージ間シールハウジング（１６）の上流側（５４）に第１のフック（４０）を有する第１のアーム（５２）を備えており、前記第１のフック（４０）は、前記上流キャビティ（３８）内に収容され、かつタービン作動中、前記軸方向に延びる上流支持アーム（３４）の前記半径方向内側シール面（３６）とともにシールするように構成された半径方向外側シール面（５６）を有しており、前記ステージ間シールハウジング支持体（４２）は、前記ステージ間シールハウジング（１６）の下流側（６２）に第２のフック（５０）を有する第２のアーム（５８）を備えており、前記第２のフック（５０）は、前記下流キャビティ（４８）内に収容され、タービン作動中、前記軸方向に延びる下流支持アーム（４４）の前記半径方向内側シール面（４６）とともにシールするように構成された半径方向外側シール面（６４）を有する、請求項２記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記ステージ間シールハウジング支持体（４２）は、前記ステージ間シールハウジング（１６）の前記半径方向内面（１８）に配置された前記シール（１２）における前記ステージ間シールハウジング（１６）の側よりも高い圧力で、ステージ間ハウジング収容キャビティ（６８）に加圧されたガスを供給するために、該ステージ間ハウジング収容キャビティ（６８）と連通した少なくとも１つの入口チャネル（６６）をさらに有する、請求項３記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記ステージ間シールハウジング支持体（４２）は、前記ステージ間シールハウジング（１６）の前記半径方向内面（１８）に配置された前記シール（１２）における前記ステージ間シールハウジング（１６）の側よりも高い圧力で加圧されたガスを排出するために、前記ステージ間ハウジング収容キャビティ（６８）と連通した少なくとも１つの出口チャネル（７０）をさらに有する、請求項４記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記ボルト収容キャビティ（６８）を通ってボルト（８４）が延びており、該ボルト（８４）の近位端部（８６）が前記ステージ間シールハウジング（１６）に接続されており、前記ボルト（８４）の遠位端部（８８）は、前記軸（７４）の外面に対して当接する頭部（９０）を有する、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのばね（２０）の近位端部（９２）は、前記ステージ間シールハウジング（１６）の半径方向外側に配置されたステージ間シールハウジング支持体（４２）に対して当接している、請求項６記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの付勢支持体（２８）は、前記ステージ間シールハウジング（１６）の外面（９４）内で中心に置かれている、請求項１記載のシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にタービンエンジンに関し、より詳細には、タービンエンジン内の回転部材と、半径方向で隣接する固定部材との間の間隙を減じ、シーリングシステムを通過する漏れを低減することによってタービンエンジン効率を高めるためのシーリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、流体を分離し、かつタービンの効率を維持するために、隣接するタービン構成部材の間の接続部を封止する必要性がしばしば存在する。特に、複数の構成部材の間で低圧領域から高圧領域を分離するためにシールがしばしば必要とされ、この場合、構成部材のうちの一方は静止しており、隣接する構成部材は回転する。例えば、高圧の圧縮機ガスと低圧ガスとを分離するための一般的な位置は、回転するロータアセンブリと、タービンエンジンの作動中に比較的静止状態を保つステータアセンブリとの間である。
【０００３】
タービンエンジンの回転部材と固定部材との間に使用される従来のシールは、回転可能なボディから延びる複数の山部を有するラビリンスシールから成る。山部は、まず対向する固定のボディに接触し、固定のボディに溝を切り込むようにサイズ決めされる。使用中に回転可能なボディが回転すると、山部は単に溝内で回転する。山部は、全てのガスではなく一部のガスが、山部と溝との間に形成された間隙を通過することを防止する。すなわち、ラビリンスシールは、漏れを生じやすく、その結果、シールが使用されているタービンエンジンを非効率にする。すなわち、回転可能なタービン構成部材と固定のタービン構成部材との間の開口をシール可能なタービンシールが必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ガスタービンエンジンの作動中にステージ間シールの位置を調節してシールの効率を高めるステージ間シールシステムが開示される。ステージ間シールシステムは、ステージ間シールハウジングの半径方向内面に配置されたシールを有する周方向に延びるハウジングから形成された、ステージ間シールハウジングを備えてもよい。ステージ間シールハウジングは、ステージ間シールハウジングの半径方向内面を外方へ付勢するために１つまたは複数のばねを介して半径方向外方へ付勢されていてもよい。ステージ間シールハウジングは、ステージ間ハウジング収容キャビティに位置していてもよい。キャビティには、タービンエンジン作動中、ステージ間シールハウジングの他方の側よりも高い圧力でガスが供給されてもよい。これにより、半径方向内方へ向けられた高圧力が、半径方向外方へ向けられたばね付勢力に打ち勝つと、ステージ間シールハウジングは、シール内の間隙を閉鎖するように半径方向内方へ押し付けられる。
【０００５】
少なくとも１つの実施の形態では、ガスタービンエンジン内でステージ間シールハウジングを半径方向で配置するシステムは、ステージ間シールハウジングの半径方向内面に配置されたシールを有する周方向に延びたハウジングから形成されたステージ間シールハウジングと、ステージ間シールハウジングから半径方向外方へ延びる１つまたは複数の付勢支持体とを備える。システムは、ステージ間シールハウジングの半径方向内面を付勢するために付勢支持体に接続された１つまたは複数のばねと、ガスタービンエンジンの隣接する構成部材と接触するようにステージ間シールハウジングの外面の間に延びる１つまたは複数の側部波形ばねとを備えてもよい。
【０００６】
ステージ間シールハウジングは、半径方向内側シール面を有する軸方向に延びた上流支持アームを備えていてもよく、ステージ間シールハウジング支持体の第１のフックを収容する上流キャビティを形成していてもよい。ステージ間シールハウジングは、半径方向内側シール面を有する軸方向に延びた下流支持アームを備えていてもよく、ステージ間シールハウジング支持体の第２のフックを収容する下流キャビティを形成していてもよい。軸方向に延びる上流支持アームと、軸方向に延びる下流支持アームとは、ステージ間シールハウジングの半径方向内面の半径方向外側に配置されていてもよい。ステージ間シールハウジング支持体は、ステージ間シールハウジングの半径方向外側に配置されていてもよく、ステージ間シールハウジングの上流側における第１のフックを有する第１のアームを備えていてもよい。第１のフックは、上流キャビティ内に収容されてもよく、タービン作動中、軸方向に延びる上流支持アームの半径方向内側シール面とともにシールするように構成された半径方向外側シール面を有していてもよい。ステージ間シールハウジング支持体は、ステージ間シールハウジングの下流側に第２のフックを有する第２のアームを備えていてもよい。第２のフックは、下流キャビティ内に収容されてもよく、タービン作動中、軸方向に延びる下流支持アームの半径方向内側シール面とともにシールするように構成された半径方向外側シール面を有していてもよい。
【０００７】
ステージ間シールハウジング支持体は、ステージ間シールハウジングの半径方向内面に配置されたシールにおけるステージ間シールハウジングの側よりも高い圧力で、ステージ間ハウジング収容キャビティに加圧されたガスを供給するために、ステージ間ハウジング収容キャビティと連通した１つまたは複数の入口チャネルを有していてもよい。ステージ間シールハウジング支持体は、ステージ間シールハウジングの半径方向内面に配置されたシールにおけるステージ間シールハウジングの側よりも高い圧力で加圧されたガスを排出するために、ステージ間ハウジング収容キャビティと連通した１つまたは複数の出口チャネルを有していてもよい。
【０００８】
ばね付勢支持体は、遠位端部に１つまたは複数の頭部を有する１つまたは複数の軸を有していてもよく、この場合、頭部はばねの遠位端部を支持している。軸は、中空であってもよく、ボルト収容キャビティを形成していてもよい。ボルトは、ボルト収容キャビティを通って延びていてもよく、これにより、ボルトの近位端部がステージ間シールハウジンに接続される。ボルトの遠位端部は、軸の外面に対して当接する頭部を有している。ばねの近位端部は、ステージ間シールハウジングの半径方向外側に配置されたステージ間シールハウジング支持体に対して当接してもよい。付勢支持体は、ステージ間シールハウジングの外面内で中心に置かれてもよい。
【０００９】
少なくとも１つの実施の形態では、ステージ間シールハウジングの半径方向内面に配置されたシールは、ステージ間シールハウジングの半径方向内面にラビリンスシールを形成する半径方向内方へ延びる複数のシールアームを有する、周方向に延びるハウジングから形成されていてもよい。ステージ間シールハウジングの半径方向内面に配置された複数のシールアームは、互いに略平行なシールアームであってもよい。ばねは、少なくとも１つの付勢支持体の周囲に同心状に配置されてもよく、ばねは、ステージ間シールハウジングの内面を半径方向外方へ付勢するように構成されている。
【００１０】
少なくとも１つの実施の形態では、側部波形ばねは、複数の側部波形ばねから形成されていてもよい。側部波形ばねは、Ｗ字形の構成により、ステージ間シールハウジングの外面および隣接する構成部材に複数回接触してもよい。側部波形ばねのＷ字形の構成は、長手方向軸線に沿って交互のパターンで互いに接続された複数の山部および谷部を有していてもよい。複数の側部波形ばねは、周方向に延びていてもよく、周方向で互いにずらされている。
【００１１】
作動中、ステージ間シールハウジングは、ステージ間シールハウジング支持体におけるステージ間ハウジング収容キャビティ内に位置している。ステージ間シールハウジングは、第１のフックがステージ間シールハウジング支持体からステージ間シールハウジングにおける上流キャビティ内へ延び、かつ第２のフックがステージ間シールハウジング支持体からステージ間シールハウジングにおける下流キャビティ内へ延びた状態で、所定の位置に保持されている。ばねは、付勢支持体の頭部を半径方向外方へ押し付けることにより、ステージ間シールハウジングを半径方向外方へ付勢もする。タービンエンジンが作動すると、半径方向内面の半径方向内側のガスよりも高い圧力を有するガスが、入口チャネルを介してステージ間ハウジング収容キャビティ内に配置される。より高い圧力のガスは、ステージ間ハウジング収容キャビティ内に力を生じ、この力は、第１のフックの半径方向外側シール面が、軸方向に延びる上流支持アームの半径方向内側シール面に接触し、かつ第２のフックの半径方向外側シール面が、軸方向に延びる下流支持アームの半径方向内側シール面に接触するまで、ばねの付勢力に打ち勝ち、ステージ間シールハウジングを半径方向内方へ駆動する。
【００１２】
ステージ間シールシステムの利点は、この形式でステージ間シールハウジングを配置することにより、設計されたシール特性を提供するための効率的な位置にシールを位置決めすることができるが、早期に故障しないということである。
【００１３】
これらの実施の形態およびその他の実施の形態を、以下でさらに詳細に説明する。
【００１４】
明細書の一部に組み込まれ明細書の一部を形成する添付の図面は、ここに開示された発明の実施の形態を例示し、詳細な説明と共に発明の原理を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ベーンの半径方向内側でかつブレードの隣接する段の間に配置されたステージ間シールシステムを示す、タービンエンジンの一態様の断面側面図である。
【図２】詳細線２−２に沿った、所定の位置におけるステージ間シールハウジング支持体を備えるステージ間シールシステムの断面透視図である。
【図３】ステージ間シールハウジング支持体が省略された、ステージ間シールシステムの断面透視図である。
【図４】ステージ間シールハウジング支持体に連結されたステージ間シールシステムの断面側面図である。
【図５】ステージ間シールシステムの複数の部分の透視図である。
【図６】図２における断面線６−６に沿った、ステージ間シールハウジング支持体が省略された、ステージ間シールシステムの断面透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜図６に示すように、シール１２の効率を高めるためにガスタービンエンジン１４の作動中にステージ間シール１２の位置を調節するためのステージ間シールシステム１０が開示されている。ステージ間シールシステム１０は、ステージ間シールハウジング１６の半径方向内面１８に配置されたシール１２を有する周方向に延びるハウジングから形成された、ステージ間シールハウジング１６を有していてもよい。ステージ間シールハウジング１６は、ステージ間シールハウジング１６の半径方向内面１８を外方へ付勢するために１つまたは複数のばね２０を介して半径方向外方へ付勢されていてもよい。ステージ間シールハウジング１６は、ステージ間ハウジング収容キャビティ２２に位置していてもよい。キャビティ２２には、タービンエンジン作動中、ステージ間シールハウジング１６の他方の側２４よりも高い圧力でガスが供給されてもよい。これにより、半径方向内方へ向けられた高圧力が、半径方向外方へ向けられたばね付勢力に打ち勝つと、ステージ間シールハウジング１６は、シール１２内の間隙２６を閉鎖するように半径方向内方へ押し付けられる。
【００１７】
少なくとも１つの実施の形態では、ステージ間シールシステム１０は、ガスタービンエンジン１４内にステージ間シールハウジング１６を半径方向で配置するように構成されていてもよい。ステージ間シールハウジング１６は、ステージ間シールハウジング１６の半径方向内面に配置されたシール１２を有する、周方向に延びるハウジングから形成されていてもよい。ステージ間シールシステム１０は、ステージ間シールハウジング１６から半径方向外方へ延びる１つまたは複数の付勢支持体２８を有していてもよい。ステージ間シールシステム１０は、ステージ間シールハウジング１６の半径方向内面１８を付勢するために付勢支持体２８に接続された１つまたは複数のばね２０を有していてもよい。ステージ間シールシステム１０は、ステージ間シールハウジング支持体４２であってもよい、ガスタービンエンジン１４の隣接する構成部材と接触した、ステージ間シールハウジング１６の外面３２の間に延びる１つまたは複数の側部波形ばね３０を有していてもよい。
【００１８】
ステージ間シールハウジング１６は、半径方向内側シール面３６を有し、かつステージ間シールハウジング支持体４２の第１のフック４０を収容する上流キャビティ３８を形成する、軸方向に延びる上流支持アーム３４と、半径方向内側シール面４６を有し、かつステージ間シールハウジング支持体４２の第２のフック５０を収容する下流キャビティ４８を形成する、軸方向に延びる下流支持アーム４４と、を備えていてもよい。軸方向に延びる上流支持アーム３４と、軸方向に延びる下流支持アーム４４とは、ステージ間シールハウジング１６の半径方向内面１８の半径方向外側に配置されていてもよい。ステージ間シールハウジング支持体４２は、ステージ間シールハウジング１６の半径方向外側に配置されていてもよく、ステージ間シールハウジング１６の上流側５４における第１のフック４０を備えた第１のアーム５２を有する。第１のフック４０は、上流キャビティ３８内に収容されてもよく、タービン作動中、軸方向に延びる上流支持アーム３４の半径方向内側シール面３６とともにシールするように構成された半径方向外側シール面５６を有していてもよい。ステージ間シールハウジング支持体４２は、ステージ間シールハウジング１６の下流側６２に第２のフック５０を備える第２のアーム５８も有していてもよい。第２のフック５０は、下流キャビティ４８内に収容されてもよく、タービン作動中、軸方向に延びる下流支持アーム４４の半径方向内側シール面４６とともにシールするように構成された半径方向外側シール面６４を有していてもよい。
【００１９】
ステージ間シールハウジング支持体４２は、ステージ間シールハウジング１６の半径方向内面１８に配置されたシール１２におけるステージ間シールハウジング１６の側２４よりも高い圧力で、ステージ間ハウジング収容キャビティ２２に加圧されたガスを供給するために、ステージ間ハウジング収容キャビティ２２と連通した１つまたは複数の入口チャネル６６を有していてもよい。入口チャネル６６は、半径方向内方へ延びていてもよく、ステージ間シールハウジング１６が位置するステージ間ハウジング収容キャビティ６８内で終わっていてもよい。入口チャネル６６は、あらゆる適切な横断面形状、面積およびサイズを有していてよい。入口チャネル６６は、１つのチャネルまたは複数のチャネルから形成されていてもよい。ステージ間シールハウジング支持体４２は、ステージ間シールハウジング１６の半径方向内面１８に配置されたシール１２におけるステージ間シールハウジング１６の側２４よりも高い圧力で加圧されたガスを排出するために、ステージ間ハウジング収容キャビティ６８と連通した１つまたは複数の出口チャネル７０を有していてよい。出口チャネル７０は、軸方向に延びていてもよく、ステージ間ハウジング収容キャビティ６８と連通した入口７２を有していてもよい。出口チャネル７０は、あらゆる適切な横断面形状、面積およびサイズを有していてよい。出口チャネル７０は、１つのチャネルまたは複数のチャネルから形成されていてもよい。
【００２０】
ばね付勢支持体２８は、遠位端部７８に１つまたは複数の頭部７６を有する１つまたは複数の軸７４を有していてもよい。頭部７６は、ばね２０の遠位端部８０を支持してもよい。軸７４は、中空であってもよく、ボルト収容キャビティ８２を形成していてもよい。ボルト８４は、ボルト収容キャビティ８２を通って延びていてもよく、これにより、ボルト８４の近位端部８６がステージ間シールハウジング１６に接続される。ボルト８４の遠位端部８８は、軸７４の外面に対して当接する頭部９０を有していてもよい。ばね２０の近位端部９２は、ステージ間シールハウジング１６の半径方向外側に配置されたステージ間シールハウジング支持体４２に対して当接してもよい。図５に示すように、付勢支持体２８は、ステージ間シールハウジングの外面９４内で中心に置かれてもよい。
【００２１】
ステージ間シールハウジング１６の半径方向内面１８に配置されたシール１２は、ステージ間シールハウジング１６の半径方向内面１８にラビリンスシールを形成する半径方向内方へ延びる複数のシールアーム１００を有する、周方向に延びるハウジングから形成されていてもよい。ステージ間シールハウジング１６の半径方向内面１８に配置された複数のシールアーム１００は、互いに略平行なシールアーム１００であってもよい。少なくとも１つの実施の形態では、ばね２０は、付勢支持体２８の周囲に同心状に配置されていてもよい。ばね２０は、ステージ間シール１２のハウジングの内面１８を方向１０２で半径方向外方へ付勢するように構成されていてもよい。
【００２２】
少なくとも１つの実施の形態では、側部波形ばね３０は、複数の側部波形ばね３０を含む。側部波形ばね３０は、Ｗ字形の構成により、ステージ間シールハウジング１６の外面３２および隣接する構成部材に複数回接触してもよい。側部波形ばね３０のＷ字形の構成は、長手方向軸線１０８に沿って交互のパターンで互いに接続された複数の山部１０４および谷部１０６を有していてもよい。複数の側部波形ばね３０は、周方向に延びていてもよく、周方向で互いにずらされていてもよい。
【００２３】
作動中、ステージ間シールハウジング１６は、ステージ間シールハウジング支持体４２におけるステージ間ハウジング収容キャビティ２２内に位置している。ステージ間シールハウジング１６は、第１のフック４０がステージ間シールハウジング支持体４２からステージ間シールハウジング１６における上流キャビティ３８内へ延び、かつ第２のフック５０がステージ間シールハウジング支持体４２からステージ間シールハウジング１６における下流キャビティ４８内へ延びた状態で、所定の位置に保持されている。ばね２０は、付勢支持体２８の頭部７６を半径方向外方へ押し付けることによりステージ間シールハウジング１６を半径方向外方１０２へ付勢もする。通常、ステージ間シール１２の熱膨張と公差との間のピンチポイントは、タービンエンジン作動の早期段階において達せられる。
【００２４】
タービンエンジンが作動すると、半径方向内面１８の半径方向内側のガスよりも高い圧力を有するガスが、入口チャネル６６を介してステージ間ハウジング収容キャビティ２２内に配置される。より高い圧力のガスは、ステージ間ハウジング収容キャビティ２２内に力を生じ、この力は、第１のフック４０の半径方向外側シール面５６が、軸方向に延びる上流支持アーム３４の半径方向内側シール面３６に接触し、かつ第２のフック５０の半径方向外側シール面６４が、軸方向に延びる下流支持アーム４４の半径方向内側シール面４６に接触するまで、ばね２０の付勢力に打ち勝ち、ステージ間シールハウジング１６を半径方向内方へ駆動する。この形式でステージ間シールハウジング１６を配置することにより、設計されたシール特性を提供するための効率的な位置にシール１２を配置することができるが、早期に故障しない。
【００２５】
上記説明は、本発明を例示、説明および記述するという目的で提供されている。これらの実施の形態に対する変更および適応は、当業者に明らかになるであろうし、本発明の範囲または思想から逸脱することなく成し得るものである。
【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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