(57)【要約】本発明は、特にターボ機械において互いに離間した第１部材（２）と第２部材（３）との間の隙間（５）を封止する封止部材（１）に関する。前記第１部材（２）は、第１表面（９）を有し、前記第２部材（３）は、対向する第２表面（１０）を有する。封止部材（１）は、支持構造（４）と、前記支持構造（４）を少なくとも部分的に覆う封止構造（６）とを備える。支持構造（４）は、少なくとも２つの接触部材（８）を備え、各接触部材（８）は、封止構造（６）の一部を表面（９，１０）の１つに接触させ、前記表面（９，１０）の変形に追従可能とするのに役立つ。更に、本発明は、第１表面（９）と第２表面（１０）との間に隙間（５）が形成され、その隙間（５）が前記封止部材（１）により封止されてなる燃焼タービン（２２）に関する。
2004537678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離間した第１部材（２）と第２部材（３）との間の隙間（５）を封止する封止部材（１）であって、前記第１部材（２）は、第１表面（９）を有し、前記第２部材（３）は、対向する第２表面（１０）を有し、前記封止部材（１）は、
ａ）支持構造（４）と、
ｂ）前記支持構造（４）を少なくとも部分的に覆う封止構造（６）とを備え、
前記支持構造（４）は、少なくとも２つの接触部材（８）を備え、各接触部材（８）は、前記封止構造（６）の一部を前記表面（９，１０）の１つに接触させ、前記表面（９，１０）の変形及び／又は動きに追従可能とするのに役立つことを特徴とする封止部材。
【請求項２】
前記封止構造（６）は、金属及び／又はセラミックのファイバを有するウェブを備えることを特徴とする請求項１記載の封止部材。
【請求項３】
前記封止構造（６）は、セラミックファイバ生地、セラミックファイバテープ、セラミックファイバスリーブ、又はセラミックファイバマットを備えることを特徴とする請求項２記載の封止部材。
【請求項４】
前記封止構造（６）は、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2、及び／又はＡｌ2Ｏ3からなるセラミックファイバを有することを特徴とする請求項２又は３記載の封止部材。
【請求項５】
前記封止構造（６）は、金属ファイバ生地、金属ファイバテープ、金属ファイバスリーブ又は金属ファイバマットを備えることを特徴とする請求項２記載の封止部材。
【請求項６】
前記封止構造（６）は、超合金、特にニッケル系、コバルト系又は鉄系の超合金からなる金属ファイバを含むことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の封止部材。
【請求項７】
前記封止構造（６）は、前記支持構造（４）に遊動的に接続されたことを特徴とする請求項１から６の１つに記載の封止部材。
【請求項８】
前記支持部材（４）は、金属、特に金属シートからなることを特徴とする請求項１から７の１つに記載の封止部材。
【請求項９】
前記支持構造（４）は、湾曲した形態、特にＵ字状、開環状又は環状をとることを特徴とする請求項１から８の１つに記載の封止部材。
【請求項１０】
前記支持構造（４）は、フレーム部（７）を有し、前記接触部材（８）が前記フレーム部（７）から延出した分岐部（２１）を経て該フレーム部に接続していることを特徴とする請求項１から９の１つに記載の封止部材。
【請求項１１】
前記分岐部（２１）及び前記接触部材（８）は、弾性変形可能であることを特徴とする請求項１０記載の封止部材。
【請求項１２】
前記支持構造（４）は、異なる長さの少なくとも２つの分岐部（２１）を有することを特徴とする請求項１０又は１１記載の封止部材。
【請求項１３】
前記分岐部（２１）は、中央部（３６）と共に２アームばね体（３４）を形成しており、該ばね体（３４）は、前記中央部（３６）で前記フレーム部（７）に固定されることを特徴とする請求項１０又は１２記載の封止部材。
【請求項１４】
前記封止構造（６）を２つの隣接する接触部材（８）間に締付るための締付部材（２０）を更に備えることを特徴とする請求項１から１４の１つに記載の封止部材。
【請求項１５】
前記締付部材（２０）は、ばね部材、特にばねリングを備えることを特徴とする請求項１４記載の封止部材。
【請求項１６】
高温ガス流領域（１１）を有する高温ガス室（２３）内の封止部材（１）であって、
前記高温ガス室（２３）は、
前記高温ガス流領域（１１）を取り囲み、前記第２表面（１０）を有する前記第２部材（３）を有する壁構造（１３）と、
前記壁構造（１３）に取り付けられ、該壁構造（１３）に向かう前記第１表面（１０）を有し、前記第１部材（３）と前記第２部材（３）との間に前記隙間（５）が形成されてなる前記第１部材（２）とを備え、
前記封止構造（６）は、前記第２部材（３）の前記第２表面（１０）、及び前記第１部材（２）の前記第１表面（９）に接触し、これにより前記隙間（５）を封止することを特徴とする請求項１から１５の１つに記載の封止部材。
【請求項１７】
前記高温ガス室（２３）は、燃焼タービン（２２）の一部、特に燃焼室又はタービン部であることを特徴とする請求項１６記載の封止部材。
【請求項１８】
前記第１部材（２）は、燃焼室の熱遮断部材、又はタービン部の炉心隔壁部材であることを特徴とする請求項１６又は１７記載の封止部材。
【請求項１９】
燃焼タービン（２２）内にある封止部材（１）であって、前記燃焼タービンは、バーナー（４１）と、高温ガス（２４）を前記タービン部（１７）に進入させるためのタービン入口（４４）を有するタービン部（１７）と、前記バーナー（４１）を前記タービン部（１７）に接続し高温ガス（２４）を前記バーナー（４１）から前記タービン部（１７）迄流出させるダクト（４３）とを備え、
前記第１表面（９）が前記タービン入口（４４）により形成され、前記第２表面（１０）が前記タービン入口（４４）の近傍にて前記ダクト（４３）により形成され、前記第１表面（９）と前記第２表面（１０）との間の前記隙間（５）が前記封止部材（１）により封止されたことを特徴とする請求項１から１８の１つに記載の封止部材。
【請求項２０】
高温ガス流領域（１１）を有する高温ガス室（２３）と、
前記高温ガス流領域（１１）を取り囲み、前記高温ガス流領域（１１）に向かう第２表面（１０）を有する少なくとも１つの第２部材（３）を備える壁構造（１３）と、
前記壁構造（１３）に取り付けられ、該壁構造（１３）に向かう第１表面（９）を有する少なくとも１つの第１部材（２）と、
前記第１部材（２）と前記第２部材（３）との間に形成された隙間（５）と、
前記隙間（５）を封止する封止部材（１）とを備え、
前記封止部材（１）は、
ａ）支持構造（４）と、
ｂ）前記支持構造（４）を少なくとも部分的に覆う封止構造（６）とを備え、
前記支持構造（４）は、少なくとも２つの接触部材（８）を備え、各接触部材（８）は、前記封止構造（６）の一部を前記表面（９，１０）の１つに接触させ、前記各表面（９，１０）の変形に追従可能とし、
前記封止構造（６）は、前記第２部材（３）の前記第２表面（１０）、及び前記第１部材（２）の前記第１表面（９）に接触し、これにより前記隙間（５）を封止することを特徴とする燃焼タービン（２２）。
【請求項２１】
バーナー（４１）と、高温ガス（２４）を前記タービン部（１７）に進入させるためのタービン入口（４４）を有するタービン部（１７）と、前記バーナー（４１）を前記タービン部（１７）に接続し高温ガス（２４）を前記バーナー（４１）から前記タービン部（１７）迄流出させるダクト（４３）とを備える燃焼タービン（２２）であって、第１表面（９）は、前記タービン入口（４４）により形成され、第２表面（１０）は、前記タービン入口（４４）の近傍にて前記ダクト（４３）により形成されて、前記第１表面（９）と前記第２表面（１０）との間には、隙間（５）が形成され、該隙間（５）は、封止部材（１）により封止され、
前記封止部材（１）は、
ａ）支持構造（４）と、
ｂ）前記支持構造（４）を少なくとも部分的に覆う封止構造（６）とを備え、
前記支持構造（４）は、少なくとも２つの接触部材（８）を備え、各接触部材（８）は、前記封止構造（６）の一部を前記表面（９，１０）の１つに接触させ、前記表面（９，１０）の変形及び／又は動きに追従可能とし、前記封止構造（６）は、前記第２表面（１０）及び前記第１表面（９）に接触し、これにより前記隙間（５）を封止することを特徴とする燃焼タービン。
【請求項２２】
前記封止部材（１）は、前記接触部材（８）が離間する湾曲化したフレーム部（７）を備え、各接触部材（８）は、分岐部（２１）を経て前記フレーム部（７）に接続されることを特徴とする請求項２０は２１記載の燃焼タービン。
【請求項２３】
前記封止部材（１）は、スリーブである前記封止構造（６）により取り囲まれていることを特徴とする請求項２０から２２の１つに記載の燃焼タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、離間した第１及び第２部材間、特に燃焼タービン等のターボ機械における部材間に生じた隙間を封止する封止部材に関する。また、本発明は、封止部材を備える燃焼タービンにも関する。
【背景技術】
【０００２】
工業的生産工場、特に熱機械装置や化学設備では異なる種類の流体が用いられるが、これら流体を設備内で互いに分離する必要がある。例えば、燃焼火力発電所では、高温の燃焼ガスの流域をより低温の冷却ガスの流域から密閉分離せねばならない。例えば、１０００℃を超える高温のタービン入口温度を有するガスタービンプラントでは、当該プラントの個別部品が熱的に膨張する。そのため、高温での熱的応力やクラックの形成を回避すべく、隣接する部品が隙間により互いに離間されていることがある。かかる隙間は、高温ガスの流域と冷却ガスの流域との間に接続を構成しうる。よって、この隙間を閉鎖して冷却ガスが高温ガスの流域中へ流入するのを低減することにより、高温ガス流域での温度が低下しないようにする利点がある。
【０００３】
米国特許第３３４１１７２号および第２９９１０４５号明細書は、外側ケースと２つの部分からなる内側ケースを備えたガスタービンを各々開示しており、それに応じてこれら２つの内側ケース間の隙間を封止し断面形状が延長したＣ型の封止部材を特定している。内側ケースと外側ケースの間に環状の隙間があり、これを経て冷却流体が案内される。また内側ケース内には、ガスタービンを駆動する高温ガスが流れる。
【０００４】
米国特許第４５３７０２４号明細書は、軸及び径方向の封止部材を用いてノズル構造の部品を封止するガスタービンプラントを開示している。封止部材は、ノズルを経て流れる高温ガスが高温ガス用ダクトの外側のタービン領域に侵入するのを防止している。封止部材は、断面的に、押し潰された略８の字状であってもよい。
【０００５】
米国特許第５９７５８４４号明細書は、対向する位置に部品溝を各々有する熱的に相互可動な２つの部材と封止部材とを備える組立体を開示する。この部材を、部材間の隙間を封止すべく主線に沿って配置している。これは、主線に略垂直な断面において、第１端部と該端部に対向する第２端部と中央領域とを中央線に沿って有し、これにより中央領域を両端部間に配するようにし、かつ封止部材は鋸歯状の第１表面を有する。
【０００６】
米国特許第５６５７９９８号明細書は、ガスタービンの離間した第１、第２部材間、特にガスタービンの燃焼ケースの第１、第２部品間にあるガス漏れ通路の隙間を封止するガス漏れ通路の封止部材に関する。この封止部材は、金属、セラミック及びポリマの群から選択した材料から構成した、無孔の箔層組立体を備える。この箔層は、ガスを通さず、ガス部の漏れ通路の隙間に配される。箔層組立体は、長手方向を持つ第１箔層を有する。更に、ガス漏れ封止部材は、第１箔層組立体の外表面全体に接触し、これを覆う布層の組立体を有する。この布層の組立体は、金属、セラミック及びポリマの群から選択した材料からなる。好適には、布層組立体は２つの層を有し、各層が約１０〜２５μｍの厚さを有する。また各布層は織られた布層であり、Inconel X‐750等のニッケル系超合金を含む。封止組立体は、ガスタービンの隣接する箇所の溝に固定され又は燃焼器のＵ字形フランジに導入され又はツインシール型取付けやマルチシール型取付けで用いられる。何れの場合も、封止部材は、ガス漏れ通路の隙間内に完全に位置しており、隙間内の表面に接触したり、溝内に挿入されたり或いは他の封止組立体と接触したりすることで封止効果を生む。従来の金属製の硬い封止部材と比べ、２つの箔層組立体を有するこの部材は、米国特許第５６５７９９８号明細書によれば、ガス漏れを２．４％から１．０％に低減する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、隙間、特に燃焼タービン等のターボ機械におけるガス漏れ通路の隙間を封止するための封止部材を提供することを目的とする。更に、本発明は、封止部材を有する燃焼タービンを提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記及び他の目的を考慮し、本発明は、第１表面を有する第１部材と、第２表面を有し当該第１部材から離間する第２部材との間の隙間を封止する部材を提供する。該部材は、支持構造と、該構造を少なくとも部分的に覆う封止構造を備える。支持部材は、少なくとも２つの接触部材を備え、この結果各接触部材は、封止構造の一部を両表面の内の一方と接触させるようにし、且つ前記表面の変形及び／又は動きに追従可能とするのに役立つ。
【０００９】
本発明は、異なる温度に曝される部品を持つ装置では、異なる熱的膨張と変形が生じると言う認識に基づく。例えば加熱炉やガスタービン等のより一般的な高温ガス室では、装置の安定的な操作状態で高温ガスに曝される部品は、他の部品、特に壁部等の高温ガスに直接曝されない部品よりも、より高温に触れる。その結果、複数部品で異なる熱膨張が生じ、これを部品間で自由膨張用に残した隙間により補償する。例えば燃焼タービンでは、隙間背後の部品が高温ガスの高温に耐え切れないため、高温ガスが隙間中を通らないようにすることがしばしば必要である。そのため、高温ガスよりも高圧で冷却流体を隙間に供給する。この冷却ガスの一部は、隙間を経て漏出するガスとして高温ガス流中に流入し、この結果高温ガスが隙間中に流れ込むのを妨げる。ガスタービンでは、この高圧の冷却ガスは、ガスタービンの圧縮機から放出され、隙間を通る漏れにより燃焼過程には使用できず、ガスタービンの効率を引き下げる。ここでガス漏れの量を低減すべく、隙間を封止する封止部材が設けられている。最適な封止部材の設計及び製造は、隙間の形状が曲線を帯びれば帯びる程、隙間の横の動きがより高くなればなる程、また封止部材と接触する隙間表面の温度がより高くなればなる程より難しくなる。特に、隙間表面が緩和工程又は非弾性変形により半永久的に平坦でない場合には、更により複雑な状態が生じる。
【００１０】
本発明の封止部材では、接触部材は、第１、第２部材の変形と動きに対処すると共に、封止構造は、未だに表面に接触し、もって封止構造と表面の間に冷却流体が流れるのを防ぐ機能を果たす。支持及び封止構造に各々最適な材料を選ぶことで、封止部材は、５００〜１３００℃の温度でも使用できる。一片の金属シールや金属ブラシシール等の他のシールは、隙間の特定の動きしか覆えず、又はかなり高価なものであり、むしろ広い空間を必要とし、若干湾曲した表面だけにしか使用できないものである。これらシールと異なり、本発明に係る封止部材は、製造し易く、コスト効率がよく、表面内の段差と同様に湾曲した表面にも対処でき、しかも隙間や表面の動きや変形にも追従できる。
【００１１】
本発明においては、封止構造が果たす封止機能を、支持構造が果たす弾性変形機能と分離する。封止部材は、少なくとも２つの接触部材を用いることで、一片の金属シールよりも柔らかくなり、金属構造にて封止機能を満たす。好ましくは、各接触部材は他の部材とは独立して変形及び動きの機能を有するため、幅広く変形した、平坦でない表面の封止が可能となる。これはまた段差を有する表面も含む。かかる段差は、ガスタービンの付属部分、即ち翼、ベーン、燃焼室の熱遮蔽部材等で生じる。
【００１２】
封止部材の他の特徴によれば、封止構造は、金属及び／又はセラミックファイバを有するウェブを備える。セラミック又は金属ファイバのウェブは、柔軟性に富み変形可能な封止部を形成し、該ウェブにより、良好な封止性能を保証できる。特定の金属ファイバと同様にセラミックファイバは、約１２００℃又はそれ以上の温度迄使用できる。よって、かかる封止部材は、高温ガスに曝されるターボ機械、加熱炉、バーナー等の封止部品にも有効である。スリーブ、それ故封止部材は、ウェブの網目寸法に応じてガス透過性を有するため、冷却ガスがある程度スリーブを通過しこれによりファイバを冷却できる。これは、封止部材の滲み出し冷却につながる。また、冷却ガス領域の外側の隙間近傍における領域及びタービン部分は、封止構造を通過する冷却ガスにより冷却できる。
【００１３】
更なる特徴によれば、封止構造は、セラミックファイバ布、セラミックファイバテープ、セラミックファイバスリーブ又はセラミックファイバマットを備える。好適には、セラミックファイバはジルコニア（ＺｒＯ2）、シリカ（ＳｉＯ2）又はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の材料からなる。これらセラミック材料は、イットリア（Ｙ2Ｏ3）等の他の材料と組み合わせ可能であり、これにより安定化できる。例えばセラミックファイバは、ムライト型の結晶相とアモルファス又はアモルファスのみを有する６２．５重量％のＡｌ2Ｏ3と、２４．５重量％のＳｉＯ2と、１３重量％のＢ2Ｏ3から実質的に構成できる。又はγ−Ａｌ2Ｏ3、ムライト及びアモルファスのＳｉＯ2を有する７０重量％のＡｌ2Ｏ3と、２８重量％のＳｉＯ2と、２重量％のＢ2Ｏ3から構成できる。又はγ−Ａｌ2Ｏ3及びアモルファスのＳｉＯ2を有する７３重量％のＡｌ2Ｏ3と、２７重量％のＳｉＯ2から構成できる。又はα−Ａｌ2Ｏ3及びイットリアで安定化されたジルコニアを有する８９重量％のＡｌ2Ｏ3と、１０重量％のＺｒＯ2と、１重量％のＹ2Ｏ3から構成できる。又はα−Ａｌ2Ｏ3及びムライトを有する８５重量％のＡｌ2Ｏ3と、１５重量％のＳｉＯ2から構成できる。又はα−Ａｌ2Ｏ3としての９９重量％を超えるＡｌ2Ｏ3からも構成できる。この種セラミックファイバ材料は、例えば米国ミネソタ州セントポール市にある３Ｍ（ミネソタ鉱工業会社）から“Ｎｅｘｔｅｌ”の商標で販売されている。セラミックファイバの製造及びセラミックファイバを有するウェブの製造は、当業者にとり公知である。よって、特定の性質、特に１２００℃以上、約１３７２℃超迄の耐熱性、柔軟性及びその他の機械的特長を満たすセラミックファイバを有する最適なウェブは、当業者が選択可能であり、支持構造に接続し或いはちょうどそれを覆うような封止構造が提供される。なお多孔性及びガス透過度等の他の特徴は、予め決めた範囲内になし得る。
【００１４】
追加的な特徴によれば、封止構造は、金属ファイバ布、金属ファイバテープ、金属ファイバスリーブ又は金属ファイバマットを備える。金属ファイバは、かなりの延性を有し脆弱でないので、柔軟に変形可能であると共にかなりの弾性があり、高熱負荷及び機械的負荷に耐えるウェブを形成する。好ましくは、金属ファイバは超合金、特にニッケル、コバルト又は鉄系の超合金からなる。
【００１５】
追加的な特徴によれば、封止構造は、支持構造に遊動的に接続される。封止構造は、好適にはそれ自身支持構造から分離して製造された物である。封止構造は、それ自身の製造後に、支持構造の少なくとも一部を覆うように支持構造と接触させられる。そして、これは、好ましくは支持構造と遊動的に接触するものであり、支持構造から脱着自在となされる。後者の場合、ターボ機械の修復時に新しいウェブで容易に交換できる。また封止構造をスリーブとして設ける実施形態では、支持構造をスリーブ内に導入し、そのため支持構造の全表面をファイバからなるウェブにより取り囲む。また、セラミックファイバの封止構造、例えば支持構造に堅固に結合された層を設けることもできる。
【００１６】
更に他の特徴によれば、支持構造は、金属、特に金属シートからなる。支持構造を金属とすると、例えば金属にスリットを切り抜くだけで接触部材を簡単に製造できる。最適な金属としては、高温に耐える、例えばクロム鋼等の耐熱性の鋼鉄、ニッケル又はコバルト系の高温に耐える合金が挙げられる。金属片は、中央線に沿って延びることができ、これにより当該中央線に平行及び／又は垂直なスリット及び／又は凹部は、独立して変形可能な接触部材、特に樽状の接触部材となる。この金属片はまた、中央線に沿ってその周りに折り曲げ或いは湾曲され、円柱状又はリング状の何れかを容易に得ることができる。かかるスリット及び／又は凹部を有する支持構造は、剛性が低減する。そのため、より硬い構造と比較すると、同じ内部圧力が印加された条件下でより大きな変形が生ずる。
【００１７】
また、更なる特徴によれば、支持構造は湾曲した形態、特にＵ字状、開環状又は環状をとる。湾曲した支持構造は、表面と接触した際に予め押圧でき、そのため、支持構造を圧縮し又は支持構造に膨張する機会を与える表面の変形が、当該表面との接触を緩めることなく、接触部材により対処される。
【００１８】
また、追加的な特徴によれば、支持構造はフレーム部を有し、該フレーム部から延出した分岐部を経て前記接触部材がフレーム部に接続している。接触部材は、樽状であってもよい。この接触部材が接続する分岐部は、３次元で変形及び動く機能を接触部材に保証する。加えて、分岐部及び接触部材を捻じ曲げてもよい。
【００１９】
分岐部は、中央部と共に２アームばね体を形成してもよい。この種ばね体では、各分岐部がばね体の１つのアームを形成し、この結果中央部ではばね体が折り曲げられ１つ以上のループを形成する。ばね体は、その中央部でフレーム部に接続するとよく、フレーム部は、適当な穴、フック等を有するとよい。またばね体は、あらゆる適切なワイヤ、好ましくは金属ワイヤで形成するとよく、この結果接触部材は、折り曲げたワイヤ部として形成してもよい。好ましくは、分岐部及び接触部は、弾性的に延長可能なものである。
【００２０】
更に、追加的な特徴によれば、支持構造は、異なる長さの少なくとも２つの分岐部を有する。特に、異なる長さの分岐部を有すると、段差、溝、凹部又はネジ山のある表面を封止する際に有効である。
【００２１】
また、付随的な特徴によれば、封止部材は、前記封止構造を２つの隣接する接触部材間で締付る締付部材を備える。締付部材が、ばね部材、特にばねリングを備えるとよい。このように、封止構造を締付る締付構造を設けることで、封止構造が確実に表面と密接するようになり、異なる動作条件と温度下で且つ長い間、封止部材が良好な封止効果を発揮する。特に、スリーキングで取り囲まれた支持構造を有する封止部材では、このスリーキングは、締付部材により生じた張力により円滑化されるプリーツを形成できる。締付部材は封止部材、特に封止構造に半永久的に接続し、或いは脱着自在に封止部材に接続できる。そのため、封止部材は、異なる作業を行い、且つ修理、保守、又は更新の場合に互いに分離可能であり、特に他の互換性のある部品と取替え可能である２つ又は３つの異なる部品（封止構造、支持構造、締付部材）を備えるとよい。
【００２２】
また、他の特徴によれば、隙間を封止する封止部材は、高温ガス室に置かれる。高温ガス室は、壁構造により取り囲まれた高温ガス流領域を備え、この壁構造が第２表面を有する第２部材を備える。壁構造に取り付けられた第１部材は、壁構造に対向する第１表面を有する。第１部材と第２部材の間、特に第１表面と第２表面の間に隙間がある。そして封止構造は、第２部材の第２表面と第１部材の第１表面に接触し、これにより隙間を封止する。高温ガス室は、燃焼タービンの一部、特に燃焼室又はタービン部であるとよい。燃焼室は、ジェットエンジン、自動車や潜水艦のタービン等の燃焼室でもよい。またそれは、特に発電用の固定型ガスタービンの燃焼室でもよい。燃焼室は、環状室又は缶状室であってよく、この場合、ガスタービンは、２つ以上の缶状燃焼室を用いる。多数のバーナーを有する燃焼タービンでは、各バーナーが分離ダクト又は分離缶によりタービン部に接続されており、上述した封止部材は、高温ガスがタービン部及び対応するダクト（缶）に侵入するためのタービン入口を封止するように働く。ここで、ダクトは、高温ガスがバーナーからタービン入口へ流出可能とすべくタービン入口の近傍で終わっている。
【００２３】
更なる特徴によれば、封止部材は隙間を封止し、第１部材は燃焼室の熱遮蔽部材又はタービン部の炉心隔壁部材である。環状の燃焼室では、金属製の熱遮蔽材が著しく湾曲化しているとよく、その結果熱遮蔽材の表面形状と変形に追随する接触部材を有する封止部材が最も効果的となる。缶状の燃焼室では、封止部材を缶とタービン部への入口の間の領域を封止すべく用いるとよい。また封止部材は、閉じたループが流体回路及び壁構造を冷却する状態で複数の金属熱遮蔽部材間の隙間を封止すべく使用できる。
【００２４】
また封止部材は、ガスタービンの径方向には離間せず軸方向及び周方向に配置された部材間の隙間の封止に使用できる。ここで、少なくとも第１と第２部材は、周方向又は軸方向に漏出隙間分だけ離れている。これら部材は、高温ガス領域に曝される内側表面と、冷却ガス領域に曝される外側表面とを有する。封止部材は、第１、第２部材間の軸方向又は第１、第２部材間の周方向隙間の封止に使用できる。
【００２５】
本発明の他の目的に従い、封止部材により密閉されたガス漏出隙間を有する燃焼タービンが提供される。燃焼タービンは、高温ガス流域を有する高温ガス室と、高温ガス室を取り囲み当該高温ガス流域に向かう第２表面を有する少なくとも１つの第２部材を備える壁構造とを備える。壁構造には、少なくとも１つの第１部材が取り付けてあり、該部材は、壁構造に対向する第１表面を有する。第１部材と第２部材との間、特に第１、第２表面間には、隙間が生じている。隙間を封止する封止部材は、支持構造と、該支持構造を少なくとも部分的に覆う封止構造とを備える。支持構造は、少なくとも２つの接触部材を備え、各部材は、封止構造の一部を両表面の内の一方と接触させるようにし、対応する表面の変形に追従可能とする。更に、封止構造は、第２部材の前記第２表面及び第１部材の第１表面に接触して隙間を封止する。
【００２６】
更に、本発明の更に他の目的に従い、ダクトとタービン入口との間に隙間を有しその隙間を封止部材で封止した燃焼タービンを提供する。タービン入口は、高温ガスを燃焼タービンのタービン部に進入可能とする開口である。ダクトは、バーナーの燃焼室に接続し、その燃焼室でタービン入口に向かう高温ガスが生成される。
【００２７】
以上詳細に説明した封止部材の効果と特徴の全ては、この封止部材を有する燃焼タービンにも当てはまる。特に、封止部材に関する特徴と効果は、複数の接触部材が離間しかつ湾曲したフレーム部を備え、このため各接触部材が分岐部を経てフレーム部に接続することである。封止部材を、スリーブである封止構造で取り囲むとよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下本発明を、隙間を封止する封止部材と燃焼タービンを図示の具体例により説明するが、図示の詳細事項に限定することを意図していない。よって、本発明の趣旨を逸脱しない限り特許請求の範囲と均等な範囲と限度内で、多様な変形や構造変更が可能である。
【００２９】
本発明の封止部材とタービンの構成は、その追加的目的と効果と共に、添付図面を参照しつつ特定の実施形態に関する以下の説明を検討することで、一層よく理解されよう。
【００３０】
図面を参照するに、図１の断面図は、主軸１４に沿って向かう燃焼タービン（ガスタービンとも称する）２２の上部を示す。ガスタービン２２は、主軸１４に沿って圧縮機（詳しくは特定しない）と、燃焼室１９と、タービン部１７とを備える。燃焼室１９とタービン部１７の両者は高温ガス室２３を形成し、このガス室を経て、空気と燃料を燃焼させることで燃焼室１９に発生した高温ガス２４が流れる。タービン部１７には、案内翼１６と可動翼１５が主軸１４に沿って交互に配列されている。案内翼又はベーン１６は主軸１４に垂直に向き、円を形成するようガスタービン２２の周囲に沿って配置される。
【００３１】
ガスタービン２２は、燃焼室１９とタービン部１７を取り囲む各壁構造１３を備える。各壁構造１３は、燃焼室１９に、図２に詳細に示す第２部材３を備える。第１部材２は、壁構造１３に囲まれて取り付けられ、高温ガス２４に曝される。冷却ガス領域２８は、第１部材２、例えば案内翼板１２、即ち燃焼室１９の熱遮蔽部材と、タービンの壁構造１３の部材３との間に形成される。冷却ガス２５は、冷却ガス供給管３０を経て各冷却ガス領域２８に供給される。
【００３２】
各案内翼１６は、タービン部１７の壁構造１３に案内翼板１２（第１部材２の代表）を経て接続されている。案内翼板１２は、炉心隔壁又はタービン翼の封止帯とも呼べる。その目的は、翼に硬度を付与し、振動を減らし、区分間の封止をある程度行うことである。
【００３３】
隣接する案内翼１６は、ほぼ自由に熱膨張可能なように、周方向に沿い互いに離間している。案内翼板１２は、ガスタービン２２の主軸１４回りに形成された高温領域１１を案内翼板１２とタービンの壁構造１３の部材３との間に形成された冷却ガス領域２８から分離する。可動翼１５は、主軸１４と垂直に外方へ径方向に延びる。可動翼１５は、高温ガス領域１１内に完全に収まっている。該領域１１は、封止リングの部材とも言われ、複数の第１部材２により、冷却空気領域２８からガスタービン２２の周方向に沿って分離される。各部材２は、可動翼１５に隣接する。分かり易くするため、各タービン区間に対し、１つの案内翼１６、１つの可動翼１５及び封止リングの１つの部材２だけを示す。各部材２及び案内翼板１２は、ガス漏出隙間５（図２参照）を経て、壁構造１３の対応する部材３から径方向（主軸１４に垂直な方向）に離間している。
【００３４】
この隙間５は、封止部材１で封止されており、この結果冷却ガス２５が冷却ガス領域２８から高温ガス領域１１に流れ込むのを防ぎ、しかも高温ガス２４が隙間５を通って冷却ガス領域２８に流れ込むのを防ぐ。
【００３５】
図２は、図１に示す燃焼室１９の部分的に示す拡大断面図である。封止部材１は、燃焼室１９の熱遮断部材である第１部材２と、燃焼室１９を取り囲む壁構造１３の一部である第２部材３の間に配置される。熱遮蔽部材２は、壁構造１３の第２表面（外側表面とも呼ぶ）１０に向かう側壁２９を持つ。側壁２９と壁構造１３の間に、幅Ｄのガス漏出隙間５が残る。熱遮蔽部材２は、壁構造１３に向かう第１表面（内側表面とも呼ぶ）９と、内側表面９に対向し高温排気ガス流２４に露出する高温ガス表面２７を持つ。内側表面９は、壁構造１３の外側表面１０と同様に、湾曲していてもよく、高温に曝された際形状を変える（変形する）ものであってもよく、或いは段差等を有してもよい。熱遮断部材２と壁部材３の間、特に内側表面９と外側表面１０の間に封止部材１が配される。断面図（図４参照）では、封止部材１は円弧状であり、円弧の各側端部に接触部材８が円弧の端部から略垂直方向に離れるように延出している。封止部材１は、長手方向に、略円を描く中央線２６に沿って湾曲している。封止部材１は、ファイバからなるスリーブウェブの形態で封止構造６により完全に包囲される。これらファイバは、セラミック材料や耐熱金属により構成される。そのため、封止部材１は、スリーブ６のウェブの網目寸法によりある程度迄ガス透過性がある。スリーブ６は締付部材２０で締付られ、その結果、その表面が、隙間５を封止すべく、外側表面１０と内側表面９とに密接する。
【００３６】
封止構造４は、通常ガス透過性がなく、断面からみて若干湾曲し、中央線２６に沿ってリング状に湾曲するフレーム部７を備える。この構造は、金属シートからなる金属帯で構成される。支持構造４用の金属として、耐熱性鋼鉄や高温に耐えるＮｉＣｒ合金を用いるとよい。支持構造４の幅は、隙間５の幅Ｄより広い。この支持構造４で、封止部材１に最良な機械的硬度と弾性を付与し、その結果封止部材が高圧の負荷にも耐え、部品に分解し或いは隙間中に落ち込むといった危険を回避できる。支持構造４は、全表面を、スリーブ６、特にセラミックファイバ製のスリーブで覆っている。このスリーブ６は、柔軟性があり且つ変形可能な封止表面を有する。ファイバは、好ましくは、シリカＳｉＯ2とアルミナＡｌ2Ｏ3の混合物、例えばγ−Ａｌ2Ｏ3及びアモルファスＳｉＯ2を有し、重量比で７３％のＡｌ2Ｏ3と２７％のシリカＳｉＯ2との混合物からなるとよい。
【００３７】
部材２、３の間に、冷却ガス２５が供給される冷却ガス領域２８がある。冷却ガス２５の圧力は、タービン２２を経て高温ガス流域１１へ流れ込む高温ガス２４の圧力よりも高い。このためガス圧の差があり、これが封止部材１を側壁２９上でガス漏出隙間５に近付くように冷却ガス２５によりある程度加圧する。封止構造６は、ある程度ガス透過性があるので、冷却ガス２５は、スリーブ６を経て流れ、そのためファイバを冷却する。こうして、封止部材１の浸出冷却が可能となる。そのため、冷却ガス領域２８の外側の隙間５近傍の領域及びタービン部分も冷却できる。封止部材１は、表面９と１０の径方向及び軸方向の動きと同じく内側表面９と外側表面１０の変形に対応可能なため、ガス漏出隙間５の効果的な封止が保障され、必要な冷却流体２５の量が減少する。このように節約された冷却ガス２５は、正に燃焼処理に使用可能となる。
【００３８】
図３は、図２による封止部材１の支持構造４の一部を中央線２６に沿って示す平面図である。支持構造４はフレーム部７を備え、このため中央線２６の両側で接触部材８が各分岐部２１を経てフレーム部７に接続する。こうして、接触部材８は、樽状のフレーム部７に接続される。支持部材４は、その全ての部分、即ちフレーム部７と、接触部材８と、分岐部２１と共に、１つの単一な金属シートから製造できる。数多くの樽状接触部材８を有する支持構造４は、分岐部材２１と共に弾性変形可能であり、第１、第２部材２、３の動きや変形に追従し、隙間５を効果的に封止する。
【００３９】
図４は、図３の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う封止部材１の断面を示す。この図で、封止部材１はＵ字状の支持構造４を備え、フレーム部７はＵ字の底を形成し、分岐部２１はＵ字の側面を形成する。各分岐部２１の端部には、接触部材８が分岐部２１から離れるように外方に垂直に延出している。支持構造４は、封止構造６で完全に包囲されている。封止構造６は締付部材２０で締付られ、締付部材が封止構造４のウェブをＵ字状の支持構造４に向いて押圧する。こうして、封止構造４のウェブは、２つの隣接する接触部材８間で中央線２６に沿い、且つフレーム部７と接触部材８の間で、支持構造４の外側で締付られる。
【００４０】
図５は、図３の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う、封止構造４を解いた断片図を示す。樽状の接触部材８が、分岐部２１でフレーム部７に接続している。分岐部２１は、分岐中央線３１に沿って延び、それに対し対称となっている。接触部材８と分岐部２１の両者は、弾性変形する材料、特に金属からなる。接触部材８は、分岐中央線３１の近傍でのみ分岐部２１に接続されており、分岐部２１とは独立して変形可能な２つのアームを有する。更に、分岐部２１自身も変形可能であり、特に接触部材８に対し垂直な方向に変形できる。こうして、封止構造４は、接触部材８の表面９及び１０との接触を維持しながら、表面９及び１０のあらゆる動き又は変形をも補償する。
【００４１】
図６は、フレーム部７、分岐部２１、及び接触部材８を備える封止構造４を有する環状の封止部材１を示す斜視図である。封止構造４は、耐熱ファイバウェブからなるスリーブ６に導入される。ばねリング２０は、環状封止部材１の内方円中に設けられ、スリーブ６を締付るべくスリーブ６を支持構造４に向かって押圧する。
【００４２】
図７は、多くの分離バーナー４１を持つガスタービン２２の部分的断面図である。この種のタービンは、米国特許第５５６６４２号及び第５６２３８１９号明細書に開示されている。図から分かる如く、ガスタービン２２は、圧縮空気を生じる圧縮機４０を備える。圧縮空気は、圧縮機４０から流出し、バスケット４２（燃焼器とも呼ぶ）中に配置されたバーナー４１（図７はその１つだけを示す）に向かう。圧縮空気は、燃料の燃焼により加熱され、高温ガス２４を発生する。燃焼器４２から、高温ガス２４がダクト４３（缶とも呼ぶ）によりタービン部１７に流れ、タービン部１７内で、高温ガス２４は、固定ベーン１６と回転翼１５との交互列を超えて流れる。タービン部１７は、多数のタービン入口４４を備え、各入口は、各ダクト４３に割り当てられている。ダクト４３は、タービン入口４４の近傍で終わっている（このことを示す斜視図である図８を参照のこと）。ダクト４３とタービン入口４４の配列は、封止部材１で封止され、封止部材は、ループ形状、特にタービン入口の形状に追従する略長方形のループ形状を有する。図９に、封止部材１の支持構造４の部分斜視図を示す。支持構造４は、フレーム部７、特に金属帯等を有する。フレーム部７は、穴を形成する固定フック３５を備え、該穴を経て２アームばね体３４がフレーム部７に固定される。２アームばね体３４は、適当な金属ワイヤからなり、中央部３６を有し、ここで固定フック３５を通って巻かれるループを形成する。中央部３６は、ばね体３４の２つのアームを接続し、封止部材１の弾性的に延びる分岐部２１を形成する。各分岐部２１の外側端部では、ばね体３６が曲げられ、分岐部２１に垂直に延びる接触部材８を形成する。図１０は、支持構造４のばね体３４を解いた図である。ここで、接触部材８は長くて連続した略楕円形部を形成し、この長く連続した部分は、封止構造６を表面９及び１０の各々に接触させるのに役立つ（例えば図２参照）。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】燃焼タービンの断片を示す長手方向の断面図である。
【図２】燃焼タービンの封止部材の断片を示す拡大断面図である。
【図３】封止部材の封止構造の断片を示す平面図である。
【図４】図３中の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った封止部材の断面図である。
【図５】図３中の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った封止構造を解いて示す断片図である。
【図６】環状の封止部材を示す斜視図である。
【図７】燃焼タービンの断片を示す長手方向の断面図である。
【図８】図７の燃焼タービンのバーナー部を示す斜視図である。
【図９】封止部材の支持構造を示す斜視図である。
【図１０】図９の支持構造を解いて示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  封止部材、２  第１部材、３  第２部材、４  支持構造、５  隙間、６  封止構造、７  フレーム部、８  接触部材、９  第１表面、１０  第２表面、１１  高温ガス流領域、１３  壁構造、１７  タービン部、２０  締付部材、２１  分岐部、２２  燃焼タービン、２３  高温ガス室、２４  高温ガス、２５  冷却ガス、３４  ばね体、３６  中央部、４１  バーナー、４３  ダクト、４４  タービン入口
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004537678.tif 000029
2004537678.tif 000030