(57)【要約】【課題】タービンシステムの隣接する部品間でシールを提供するシール装置及び方法を提供すること。【解決手段】タービンシステム（１２）において隣接部品（６２）間にシールを提供するためのシール装置（６０）及び方法が開示される。シール装置（６０）は、隣接部品（６２）間にシールを提供するように構成されたシールプレート（７０）と、シールプレート（７０）に装着され、複数の空隙（８４）を画成するワイヤメッシュ（８０）と、ワイヤメッシュ（８０）を含浸するシーラント（９０）とを備え、複数の空隙（８４）の少なくとも一部がシーラント（９０）を内部に含めるようにする。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接部品（６２）間にシールを提供するためのシール装置（６０）であって、
隣接部品（６２）間にシールを提供するように構成されたシールプレート（７０）と、
前記シールプレート（７０）に装着され、複数の空隙（８４）を画成するワイヤメッシュ（８０）と、
前記複数の空隙（８４）の少なくとも一部がその中にシーラント（９０）を含むように、前記ワイヤメッシュ（８０）を含浸するシーラント（９０）と
を備えるシール装置（６０）。
【請求項２】
前記複数の空隙（８４）の実質的に全てが内部に前記シーラント（９０）を含む、請求項１記載のシール装置（６０）。
【請求項３】
前記シールプレート（７０）が、前記隣接部品（６２）の少なくとも一部に接触してシールを提供するように構成された装荷部材（７８）を含む、請求項１又は請求項２記載のシール装置（６０）。
【請求項４】
前記装荷部材（７８）は、前記ワイヤメッシュ（８０）及び前記シーラント（９０）が前記隣接部品（６２）と接触するのを防ぐように構成されている、請求項３記載のシール装置（６０）。
【請求項５】
前記ワイヤメッシュ（８０）が、複数の金属ストランド（８２）を含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のシール装置（６０）。
【請求項６】
前記ワイヤメッシュ（８０）が更に、複数の非金属ストランド（８２）を含む、請求項５記載のシール装置（６０）。
【請求項７】
前記シーラント（９０）が粘土を含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のシール装置（６０）。
【請求項８】
前記シーラント（９０）がカオリナイトを含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のシール装置（６０）。
【請求項９】
前記シールプレート（７０）が金属又は金属合金を含む、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のシール装置（６０）。
【請求項１０】
タービンシステム（１０）であって、
部品間にギャップ（５０）を画成する少なくとも２つの隣接部品（６２）と、
前記ギャップ（５０）内に配置されるシール装置（６０）と
を備え、該シール装置（６０）が、
前記タービンシステム（１０）の隣接部品（６２）間にシールを提供するように構成されたシールプレート（７０）と、
前記シールプレート（７０）に装着され、複数の空隙（８４）を画成するワイヤメッシュ（８０）と、
複数の空隙（８４）と、
前記ワイヤメッシュ（８０）を含浸するシーラント（９０）と、
を含み、前記複数の空隙（８４）の少なくとも一部が前記シーラント（９０）を内部に含めるようにする、タービンシステム（１０）。
【請求項１１】
隣接部品（６２）間にシールを提供する方法であって、
隣接部品（６２）間にシールを提供するように構成されたシールプレート（７０）に、複数の空隙（８４）を画成するワイヤメッシュ（８０）を装着するステップと、
前記ワイヤメッシュ（８０）をシーラント（９０）で含浸し、前記複数の空隙（８４）の少なくとも一部がその中に前記シーラント（９０）を含むようにするステップと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記シールプレート（７０）、前記ワイヤメッシュ（８０）及び前記シーラント（９０）を前記隣接部品（６２）間に画成されるギャップ（５０）内に挿入するステップを更に含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記ワイヤメッシュ（８０）をシーラント（９０）で含浸し、前記複数の空隙（８４）の実質的に全てが前記シーラント（９０）を内部に含むようにするステップを更に含む、請求項１１又は請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記含浸ステップが、真空シール、圧力含浸又は真空引きのうちの１つを含む、請求項１１又は請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記シーラント（９０）を硬化するステップを更に含む、請求項１１又は請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示は、全体的に、タービンシステムに関し、より詳細には、タービンシステムの隣接する部品間でシールを提供するシール装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンシステムは、発電などの分野で広く使用されている。従来のガスタービンシステムは、例えば、圧縮機、燃焼器及びタービンを含む。タービンシステムの運転中、システム中の種々の部品が高温流に曝される。部品の多くは、ガスタービンシステムの軸線を中心として環状配列で配置される。更に、部品の多くは、他の部品に隣接して半径方向、軸方向又は他の方向の環状アレイで位置付けられる。例えば、圧縮機及びタービンブレード、ノズル、並びにシュラウドブロックは、環状アレイで位置付けられ、更に互いに隣接して位置付けられる。一般的に隣接する部品の間にはギャップが存在する。これらのギャップは、高温ガス経路からの高温流の漏洩を可能とし、結果としてタービンシステムの性能、効率及び出力の低下を招く可能性がある。
【０００３】
更に、一般的には温度が高くなるほどタービンシステムの性能、効率及び出力が向上するので、タービンシステムが高温で稼働できるようにシステムの部品を冷却しなければならない。種々の部品を冷却する様々な方式が当該技術分野で公知である。例えば、冷却媒体を部品に送ることができる。しかしながら、隣接部品缶のギャップは、冷却媒体の漏洩及び高温流との混合を可能にし、結果としてタービンシステムの性能、効率及び出力を更に低下させる可能性がある。
【０００４】
漏洩及び混合に起因したシステム損失を低減する様々な方式が当該技術分野で公知である。例えば、リーフシール、バネシール及びピンなどのシール機構が種々の隣接部品間のギャップをシールするのに利用されてきた。しかしながら、これらのシール機構は、ある程度の漏洩を阻止することはできるが、隣接部品間のギャップを十分にシールすることはできない。
【０００５】
従って、タービンシステムにおいて隣接部品間にシールを提供する改善されたシール装置及び改善された方法が当該技術分野において求められている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様及び利点については、一部は以下の詳細な説明で開示するが、以下の詳細な説明から自明であろうし、本発明を実施することによって明らかとなろう。
【０００７】
一実施形態では、隣接部品間にシールを提供するためのシール装置が開示される。シール装置は、隣接部品間にシールを提供するように構成されたシールプレートと、シールプレートに装着され、複数の空隙を画成するワイヤメッシュと、前記複数の空隙の少なくとも一部がその中にシーラントを含むように前記ワイヤメッシュを含浸するシーラントとを備える。
【０００８】
別の実施形態では、隣接部品間にシールを提供する方法が開示される。本方法は、隣接部品間にシールを提供するように構成されたシールプレートに、複数の空隙を画成するワイヤメッシュを装着するステップと、ワイヤメッシュをシーラントで含浸し、複数の空隙の少なくとも一部がシーラントを内部に含むようにするステップとを含む。
【０００９】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を参照することによって理解を深めることができるであろう。なお、本願の内容の一部をなす添付の図面には、本発明の実施形態を例示するとともに、発明の詳細な説明と併せて本発明の原理を説明する。
【００１０】
本発明を当業者が実施できるように、以下の詳細な説明では、図面を参照しながら、本発明を最良の形態を含めて十分に開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施形態による、ガスタービンシステムの概略図。
【図２】本開示の一実施形態による、複数のシール装置を含むガスタービンシステムのタービンセクションの側断面図。
【図３】本開示の一実施形態による、隣接部品間のギャップをシールするシール装置の斜視図。
【図４】本開示の一実施形態による、シール装置の平面図。
【図５】本開示の一実施形態による、図４の線５−５に沿ったシール装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について詳しく説明するが、その１以上の実施例を図面に示す。各実施例は例示にすぎず、本発明を限定するものではない。実際、本発明の技術的範囲又は技術的思想から逸脱せずに、本発明に様々な修正及び変形をなすことができることは当業者には明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として例示又は説明した特徴を、別の実施形態に用いてさらに別の実施形態としてもよい。従って、本発明は、かかる修正及び変形を特許請求の範囲で規定される技術的範囲及びその均等の範囲に属するものとして包含する。
【００１３】
図１は、ガスタービンシステム１０の概略図である。システム１０は、圧縮機１２、燃焼器１４及びタービン１６を含むことができる。更に、システム１０は、複数の圧縮機１２、燃焼器１４及びタービン１６を含むことができる。圧縮機１２及びタービン１６は、シャフト１８で結合することができる。シャフト１８は、単一のシャフト、或いは、共に結合されてシャフト１８を形成する複数のシャフトセグメントとすることができる。
【００１４】
圧縮機１２及びタービン１６は、各々が複数の段を含むことができる。例えば、３つの段を含むタービン１６の一実施形態が図２に示されている。例えば、タービン１６の第１の段は、ノズル２２の環状アレイと、バケット２４の環状アレイとを含むことができる。ノズル２２は、シャフト１８の周りに円周方向に配置されて固定することができる。バケット２４は、シャフト１８の周りに円周方向に配置され、該シャフト１８に結合することができる。シュラウドブロック２８の環状アレイによって形成されるシュラウド２６は、バケット２４を囲み、ノズル２２に接続されて高温ガス経路２９を部分的に画成することができる。タービン１６の第２の段は、第１の段の下流側に配置され、同様に配置されるノズル３２、バケット３４及びシュラウドブロック２８により形成されて高温ガス経路２９を部分的に画成するシュラウド３６を含むことができる。タービン１６の第３の段は、第２の段の下流側に配置され、同様に配置されるノズル４２、バケット４４及びシュラウドブロック４８により形成されて高温ガス経路２９を部分的に画成するシュラウド４６を含むことができる。
【００１５】
タービン１６及び圧縮機１２もまた３つの段に限定されるものではなく、むしろ任意の好適な段の数が本開示の範囲及び技術的思想の範囲内にある点は理解されたい。更に、タービン１６の種々の部品は、上述のように配列される必要はなく、タービン１６、圧縮機１２又はシステム１０における部品の任意の好適な配列が、一般に本開示の範囲及び技術的思想の範囲内にある点は理解されたい。
【００１６】
図２に示すようなタービン１６の種々の隣接する部品、圧縮機１２の種々の隣接する部品（バケット、ノズル及びシュラウドのような）、及び／又はシステム１０の種々の隣接する部品は、一般にこれらの間にギャップ５０を画成する可能性がある。これらのギャップは、そこを通る高温ガス又は冷却流体の漏洩を可能にし、従って、システム１０の効率及び出力を低減する可能性がある。
【００１７】
従って、タービンシステム１０の隣接する部品など、隣接部品間にシールを提供する改善されたシール装置６０が開示される。例示的な実施形態では、隣接部品は、システム１０を通過するガスの高温流に少なくとも部分的に曝される任意の部品とすることができる。例えば、部品６２のような図３で示した部品は、上述又は他の場合のような、バケット、ノズル、シュラウド、トランジションピース、保持リング、圧縮機排気部又はその部品とすることができる。しかしながら、本開示は、上述のいずれかの部品に限定されず、間にギャップ５０を画成する好適な隣接する部品が本開示の範囲及び技術的思想の範囲内にある点は理解されたい。
【００１８】
図３から５に示すように、本開示のシール装置６０は、システム１０の隣接部品６２間のギャップ５０に改善されたシールを提供するように構成された種々の部品を含むことができる。例えば、シール装置６０は、シールプレート７０を含むことができる。シールプレート７０は、タービンシステム１０の隣接部品６２間にシールを提供するように構成することができる。シールプレート７０は、ギャップ５０に収まるのに好適な形状及びサイズを有することができる。例示的な実施形態では、例えば、シールプレート７０は、第１の外側面７２、対向する第２の外側面７４及びこれらの間のエッジ面７６とを含むことができる。エッジj面７６は、シールプレート７０の周縁を少なくとも部分的に画成することができる。
【００１９】
シールプレート７０は、一般に、好適な材料から形成することができる。例えば、シールプレート７０は、金属又は金属合金から形成することができる。例示的な実施形態では、シールプレート７０は、高温合金鋼などの合金鋼から形成することができる。或いは、シールプレート７０は、セラミック又は他の好適な非金属など、好適な材料から形成することができる。
【００２０】
上述のように、シールプレート７０は、隣接部品６２間にシールを提供するように構成することができる。例えば、シールプレート７０は、隣接部品６２間のギャップ５０の少なくとも一部を覆い、ギャップ５０を通る漏洩流を少なくとも部分的に阻止するようなサイズ及び形状にすることができる。加えて、或いは代替として、シールプレート７０は、装荷部材７８又は複数の装荷部材７８を含むことができる。装荷部材７８は、隣接部品６２のうちの１以上と接触してシールを形成するように構成することができる。例えば、図３は、隣接部品６２の種々の表面に直接接触する装荷部材７８を示しており、シールプレート７０が隣接部品６２間のギャップ５０を通って延びている。装荷部材７８は、１以上の隣接部品６２の１以上の表面に接触することができる。これにより装荷部材７８がギャップ５０内でシールプレート７０を位置付け、ギャップ５０のシールを形成することができる。
【００２１】
更に、以下で検討するように、幾つかの実施形態では、装荷部材７８は、ワイヤメッシュ及びシーラントのようなシール装置６０の他の要素が隣接部品６２に接触するのを防ぐように構成することができる。或いは、他の要素は、要素の一部が装荷部材７８を被覆するようにシールプレート７０上に装着することができる。これらの実施形態では、装荷部材７８は、種々の要素の一部が装荷部材７８と隣接部品６２の種々の表面との間に配置されるようにして、隣接部品６２と間接的に接触することができる。
【００２２】
装荷部材７８は、幾つかの実施形態では、更に弾性を有し、従って、隣接部品６２間にシールを提供するバネ状特性を有することができる。例えば、装荷部材７８又は複数の装荷部材７８を含むシールプレート７０は、装荷部材７８が部品６２の１以上の表面と圧縮された状態でギャップ５０内に配置することができる。装荷部材７８に対する圧縮力に対する反作用として働く装荷部材７８の弾性力は、ギャップ５０内のシールプレート７０を隣接部品６２に押し付け、ギャップ５０を更にシールすることができる。
【００２３】
装荷部材７８は、例示的な実施形態では、シールプレート７０の残りの部分と一体化することができる。例えば、装荷部材７８は、エッジ面７６の一部に隣接又はこれを含む側部のような、湾曲又は変形したシールプレート７０の一部とすることができる。例示的な実施形態では、図示のように、部材７８はフック状形状を有することができる。代替の実施形態では、部材７８は、シールプレート７０の残りの部分と一体化されなくてもよく、その代わりに、シールプレート７０に装着される追加の部品を付加してもよい。
【００２４】
装荷部材７８は、シールプレート７０の長さの一部又は全長に沿って、及び／又はシールプレート７０の幅の一部又はシールプレート７０全体に沿って形成又は装着することができる。代替として、装荷部材７８は、シールプレート７０の周囲全体に沿って配置することができ、或いは、シールプレート７０上の好適な位置に形成又は装着することができる。例示的な実施形態では、図３〜５に示すように、シールプレート７０は、シールプレート７０の両側部に配置され、シールプレート７０の長さ全体にわたって延びた２つの装荷部材７８を含むことができる。
【００２５】
本開示のシール装置６０は、更に、ワイヤメッシュ８０又は複数のワイヤメッシュ８０を含むことができる。ワイヤメッシュ８０は、全体的に、シール装置６０に耐摩耗性を提供し、シールプレート７０の摩耗を保護及び低減することができる。
【００２６】
ワイヤメッシュ８０は、複数の織りストランド又は不織ストランド８２を含み、これらから形成することができ、従って、種々のストランド８２間に複数の空隙８４を画成することができる（図５の切り欠き部を参照）。ストランド８２は、例えば、金属ストランド、非金属ストランド又は金属ストランドと非金属ストランドの組み合わせとすることができる。例えば、ワイヤメッシュ８０は、高温合金鋼などの合金鋼を含むことができる。更に、ワイヤメッシュ８０は、１以上の好適な非金属材料を含むことができる。
【００２７】
ワイヤメッシュ８０は、シールプレート７０に装着することができる。例えば、ワイヤメッシュ８０は、溶接、ろう付けその他の好適なプロセス又は装置によって装着することができる。更に、ワイヤメッシュ８０は、シールプレート７０の１以上の好適な表面に装着することができる。例えば、幾つかの実施形態では、ワイヤメッシュ８０は、第１の外側面７２、第２の外側面７４及び／又はエッジ面７６に装着することができる。種々の面に装着されるワイヤメッシュ８０は、単一のワイヤメッシュ８０又は複数の別個のワイヤメッシュ８０とすることができ、同様の又は異なるストランド組成を有することができる。
【００２８】
本開示のシール装置６０は、更に、シーラント９０を含むことができる。シーラント９０は、ワイヤメッシュ８０を含浸するように該ワイヤメッシュ８０に塗布することができる。本開示によるワイヤメッシュ８０の含浸とは、一般に、ワイヤメッシュ８０によって画成される空隙８４の少なくとも一部を充填することを意味する。従って、シーラント９０がワイヤメッシュ８０に塗布された後、シーラント９０は、ワイヤメッシュ８０を含浸し、複数の空隙８４の少なくとも一部又は複数の空隙８４の実質的に全てが内部にシーラント９０を含むようにすることができる。
【００２９】
シーラント９０は、好適なプロセス又は装置を用いてワイヤメッシュ８０に含浸することができる。例えば、含浸は、真空シール、圧力含浸、真空引きその他の好適な含浸プロセスを通じて行うことができる。真空シールは、例えば、ワイヤメッシュ８０にシーラント９０を塗布すること、シール環境においてワイヤメッシュ８０及びシーラント９０をシールすること、及びシール環境において真空装置を利用してシーラント９０でワイヤメッシュ８０を含浸することを含むことができる。圧力含浸は、例えば、ワイヤメッシュ８０にシーラント９０を塗布し、次いで、該シーラント９０に圧力を加えてシーラント９０でワイヤメッシュ８０を含浸することを含むことができる（ローラ又は他の好適な装置を用いて）。真空引きは、例えば、シール環境においてワイヤメッシュ８０及びシーラント９０をシールすること、並びにシール環境において真空装置を利用してシーラント９０をワイヤメッシュ８０上及び内部に引き込み、ワイヤメッシュ８０を含浸することを含むことができる。
【００３０】
従って、シーラント９０は、更に、シールプレート７０の周りの漏洩を防ぐことによって、隣接部品６２間のシールを提供することができる。例えば、シールプレート７０の周りで漏れる漏洩により、有利には、シーラント９０により空隙８４が含浸されることに起因して、ワイヤメッシュ８０内の空隙８４を流れてギャップ５０を通って漏れるのを抑制することができる。
【００３１】
例示的な実施形態では、シーラント９０は、高温シーラント９０とすることができる。更に、幾つかの実施形態では、シーラント９０は、カオリナイトのような粘土又は他の好適な粘土を含むことができる。例えば、例示的な実施形態では、シーラント９０は、カオリナイト、エポキシノボラック樹脂、アルミニウム粉体又はアルミニウム含有粉体及び炭酸カルシウムを含むことができる。別の例示的な実施形態では、シーラント９０は、カオリナイト、アクリル酸ナトリウム及び石英を含むことができる。しかしながら、本開示は、上記で開示された組成物に限定されず、好適なシーラント９０が本開示の範囲及び技術的思想の範囲内にある点は理解されたい。
【００３２】
上記で検討したように、装荷部材７８は、ワイヤメッシュ８０及びシーラント９０が隣接部品６２と接触するのを防ぐように構成することができる。従って、装荷部材７８は、ワイヤメッシュ８０及びシーラント９０を越えて延びることができる。例えば、シール装置６０は、厚み１００を画成することができる。厚み１００は、幾つかの実施形態では、約０．１〜約１．５インチとすることができる。厚み１００は、シール装置６０の最も厚みのある部分に画成することができ、幾つかの実施形態では、１以上の装荷部材７８にあることができる。従って、ワイヤメッシュ８０及びシーラント９０が隣接部品６２に接触するのを防ぐように装荷部材７８が構成された実施形態では、装荷部材７８の他にシール装置６０の残りの部分の厚み１００は、厚み１００よりも小さいものとすることができる。
【００３３】
シール装置６０は、また、長さ１０２及び幅１０４を画成することができる。長さ１０２は、幾つかの実施形態では、約０．５〜約１６インチとすることができる。幅１０４は、幾つかの実施形態では、約０．１〜約１．５インチとすることができる。
【００３４】
しかしながら、本開示は、上述の範囲の厚み、長さ及び幅に限定されず、任意の好適な厚み、長さ及び／又は幅が本開示の範囲及び技術的思想の範囲内にある点は理解されたい。
【００３５】
本開示は更に、タービンシステム１０の隣接部品６２など、隣接部品６２間にシールを提供する方法に関する。本方法は、例えば、上記で開示されたように、シールプレート７０にワイヤメッシュ８０を装着するステップを含むことができる。本方法は更に、例えば、複数の空隙８４の少なくとも一部が上述のように内部にシーラント９０を含むようにワイヤメッシュ８０をシーラント９０で含浸するステップを含むことができる。
【００３６】
更に、本方法は、シール装置６０（シールプレート７０、ワイヤメッシュ８０及びシーラント９０など）を隣接部品６２間に画成されるギャップ５０内に挿入するステップを含むことができる。
【００３７】
更に、本方法は、シーラント９０を硬化するステップを含むことができる。幾つかの例示的な実施形態では、シーラント９０は、シール装置６０をギャップ５０内に挿入する前に硬化することができる。或いは、シーラント９０は、ギャップ５０内に挿入後に硬化することができる。シーラント９０は、例えば、焼結、燃焼、空気硬化、温度硬化、湿気硬化又は他の好適な硬化を行うことができる。ギャップ５０内に挿入後にシーラント９０が硬化される場合、硬化は、システム１０の作動とは独立して完了することができ、或いは、システム１０の作動中又は作動により完了することができる。
【００３８】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００３９】
１０  タービンシステム
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービン
１８  シャフト
２２  第１段ノズル
２４  第１段バケット
２６  第１段シュラウド
２８  第１段シュラウドブロック
２９  高温ガス経路
３２  第２段ノズル
３４  第２段バケット
３６  第２段シュラウド
３８  第２段シュラウドブロック
４２  第３段ノズル
４４  第３段バケット
４６  第３段シュラウド
４８  第３段シュラウドブロック
５０  ギャップ
６０  シール装置
６２  部品
７０  シールプレート
７２  第１の外側面
７４  第２の外側面
７６  エッジ面
７８  装荷部材
８０  ワイヤメッシュ
８２  ストランド
８４  空隙
９０  シーラント
１００  厚み
１０２  長さ
１０４  幅
【図１】
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【図２】
2012172680.tif 000004
【図３】
2012172680.tif 000005
【図４】
2012172680.tif 000006
【図５】
2012172680.tif 000007
【外国語明細書】
2012172680000001.pdf