(57)【要約】【課題】タービンロータディスクの外周に配置されるタービンロータブレード内の冷却材流路を密封するためのシールアセンブリを提供する。【解決手段】ロータおよび少なくとも１つのタービンブレードを有するタービンに使用するシールアセンブリは、シールプレートセグメントと相まってワイヤシールの使用を容易にする。シールアセンブリは、複数のシールプレートセグメント、およびロータのロータフランジ上に配置される複数の保持器を含む。シール部材は、保持器とシールプレートセグメントとの間に配置される。シールアセンブリは、ロータフランジを通って配置される、シールプレートセグメントの径方向変位を制限する少なくとも１つの取り付け部材を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータおよび少なくとも１つのタービンブレードを有するタービンで使用するシールアセンブリであって、
少なくとも１つのシールプレートセグメントと、
前記ロータのロータフランジ上に配置される少なくとも１つの内径保持器と、
前記内径保持器と前記シールプレートセグメントの間に配置される第１のシール部材と、
前記ロータフランジを通って配置される、前記シールプレートセグメントの径方向変位を制限する少なくとも１つの取り付け部材と
を備える、シールアセンブリ。
【請求項２】
前記タービンブレードのブレードフランジに隣接して配置される少なくとも１つの外径保持器をさらに備える、請求項１記載のシールアセンブリ。
【請求項３】
前記シールプレートセグメントが、シールアームと傾斜端部とを備える、請求項１記載のシールアセンブリ。
【請求項４】
前記シールプレートセグメントが、前記第１のシール部材を支持するくぼみ部分を含む、請求項１記載のシールアセンブリ。
【請求項５】
前記ロータフランジおよび前記ブレードフランジが、前記シールプレートセグメントの挿入に対応できる寸法を有する開口を画成する、請求項２記載のシールアセンブリ。
【請求項６】
前記ロータフランジおよび前記ブレードフランジが、前記外径保持器の挿入に対応できるように十分な遊びをもたらす寸法を有する保持チャンバを画成する、請求項２記載のシールアセンブリ。
【請求項７】
前記シール部材がワイヤシール部材である、請求項１記載のシールアセンブリ。
【請求項８】
前記内径保持器が、前記ワイヤシール部材を収容するくぼみ部分を含む、請求項７記載のシールアセンブリ。
【請求項９】
前記ワイヤシール部材が、ワイヤシールロープを備える、請求項８記載のシールアセンブリ。
【請求項１０】
少なくとも１つのロータフランジが付いたロータおよびブレードフランジが付いた少なくとも１つのタービンブレードを有するタービンにシールをもたらす方法であって、
前記ロータフランジおよび前記ブレードフランジによって形成されるチャンバ内に内径サブアセンブリを配置するステップと、
前記チャンバ内において前記内径サブアセンブリを径方向に移動させるステップと、
前記内径サブアセンブリを前記チャンバ内に固定するステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記内径サブアセンブリが、
内径保持器と、
第１のシール部材と、
シールプレートセグメントと
を備える、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
外径サブアセンブリを前記シールプレートセグメント上に配置するステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記内径サブアセンブリおよび前記外径サブアセンブリの配置方法要素が、前記ロータフランジおよび前記ブレードフランジによって画成される開口を通って前記内径サブアセンブリおよび前記外径サブアセンブリを挿入するステップを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記内径サブアセンブリを前記ロータに固定する方法要素が、前記ロータフランジを通って前記シールアセンブリに隣接してピンを挿入するステップを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つのロータフランジを有するロータと、
ブレードフランジを有する少なくとも１つのタービンブレードと、
前記ブレードフランジおよび前記ロータフランジによって画成されるチャンバと、
前記チャンバ内に配置される少なくとも１つのシールプレートセグメントと、
前記チャンバ内に前記ロータフランジに近接して配置される少なくとも１つの内径保持器と、
前記内径保持器と前記シールプレートセグメントとの間に配置される第１のシール部材と、
前記ロータフランジを通って配置される、前記シールプレートセグメントの径方向変位を制限する少なくとも１つの取り付け部材と
を備える、タービン。
【請求項１６】
前記シールプレートセグメント上に配置される少なくとも１つの外径保持器をさらに備える、請求項１５記載のタービン。
【請求項１７】
前記ロータフランジおよび前記ブレードフランジが、前記シールプレートセグメントの挿入に対応できる寸法を有する開口を画成する、請求項１５記載のタービン。
【請求項１８】
前記第１のシール部材が、ワイヤロープシールである、請求項１５記載のタービン。
【請求項１９】
前記取り付け部材が、ピンである、請求項１５記載のタービン。
【請求項２０】
前記外径保持器と前記シールプレートセグメントの間に配置される第２のシール部材をさらに備える、請求項１５記載のタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する主題は、ガスタービンロータに関し、より具体的には、タービンロータディスクの外周に配置されるタービンロータブレード内の冷却材流路を密封するためのシールアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なガスタービンは、ロータの円周まわりに配置されるいくつかのブレード（バケット）を含むロータ（ホイール）を有する。ブレードは、従来型のダブテール構造を使用してロータに固定することができる。ブレードは、燃焼器からの高温ガスにより駆動され、ブレード内の流路を流れる冷却材を用いて冷却される。この高温ガスがロータと接触しないようにすることが重要である。
【０００３】
高温ガスがロータと接触しないようにするために様々なシール構成が開発されてきた。いくつかの場合では、高温ガスを密封するようにシールアセンブリをロータの縁まわりに配置することができる。いくつかの用途では、ワイヤシールをロータ内の溝に配置し、それによってより効果的な密封を実現することができる。他の手法には、高温ガス路から縁のキャビティを隔離するシールウィングをそれぞれ有するいくつかのシールプレートセグメントからなるシールプレートを設ける手法がある。シールプレートセグメントは、フックおよび止めピンを使用してロータに連結され得る。フックおよび止めピンは、それぞれ、シールプレートを捕え、それによってタービンが回転していないときにシールプレートがブレード付きロータアセンブリから抜け出ないようになる。ワイヤシールは、シールプレートまわりに使用することができる。分割されたシールプレートは、通常、漏れ領域をコントロールするのに厳しい許容誤差に頼っている。
【０００４】
これらの装置には、装着の間、分割されたシールプレートをロータ上に装着しながらワイヤシールを正しい位置に維持するのが難しいという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，７６２，１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
タービンロータディスクの外周に配置されるタービンロータブレード内の冷却材流路を密封するためのシールアセンブリを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
例示的かつ非限定的な一実施形態によれば、本発明は、ロータおよび少なくとも１つのタービンブレードを有するタービンに使用するシールアセンブリに関する。シールアセンブリは、複数のシールプレートセグメント、ロータおよび／またはバケットのロータフランジ上に配置される複数の保持器、保持器と複数のシールプレートセグメントの間に配置されるシール部材、およびロータフランジを通って配置される、シールプレートセグメントの径方向変位を制限する少なくとも１つの取り付け部材を含む。
【０００８】
他の実施形態では、ロータおよび少なくとも１つのタービンブレードを有するタービンにシールを設置する方法が提供される。方法は、内径サブアセンブリをロータフランジとブレードフランジによって形成されるチャンバ内に配置することを含む。方法は、内径サブアセンブリをチャンバ内に径方向に配置すること、および内径サブアセンブリをチャンバ内に固定することをさらに含む。
【０００９】
他の実施形態では、ロータフランジを有するロータおよびブレードフランジをそれぞれ有する複数のタービンブレードを備えるタービンが提供される。ロータフランジおよびブレードフランジは、チャンバを画成する。タービンは、チャンバ内に配置される複数のシールプレートセグメントおよびロータフランジ上に配置される複数の保持器を含む。第１の複数の保持器と複数のシールプレートセグメントの間に配置されるシール部材が提供される。さらに、ロータフランジを通って配置される、シールプレートセグメントの径方向変位を制限する少なくとも１つの取り付け部材も提供される。
【００１０】
本発明の他の特徴および利点は、一例として、本発明の原理を示す添付の図面と併せて、以下にある好ましい実施形態のより詳細な説明を読めば明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】シールアセンブリの例示的な一実施形態の断面図である。
【図２】外径保持器の一代替実施形態の図である。
【図３】内径保持器の一代替実施形態の図である。
【図４】シールアセンブリを装着する順序の例示的な一実施形態の図である。
【図５】シールアセンブリを装着する順序の例示的な一実施形態の図である。
【図６】シールアセンブリを装着する順序の例示的な一実施形態の図である。
【図７】シールアセンブリを装着する順序の例示的な一実施形態の図である。
【図８】シールアセンブリを装着する順序の例示的な一実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、タービンシステムで使用可能なロータアセンブリ９を示している。ロータアセンブリ９は、軸１０まわりに回転し、ブレードフランジ１２を有する少なくとも１つのタービンブレード１１を含むことができる。ブレードフランジ１２は、タービンブレード１１から突出し、ロータアセンブリ９の回転軸の方に向かって曲っている。タービンブレード１１は、例えばダブテール構造などの従来の手段によりロータ１３に固定される。ロータ１３は、ロータフランジ１４を備えることができ、ロータフランジ１４は、ロータ１３から突出し、ロータアセンブリ９の回転軸から離れる方に曲っている。ブレードフランジ１２およびロータフランジ１４は、開口１５およびチャンバ１６を画成する。
【００１３】
チャンバ１６内には、シールプレートセグメント１９を含むことができるシールアセンブリ１８が配置される。シールプレートセグメント１９は、上方シールアーム２１およびプレートセグメントフランジ２３を含むことができる。シールプレートセグメント１９は、傾斜端部２５をさらに備えることができる。シールアセンブリ１８の径方向寸法は、開口１５の径方向寸法よりも大きく、チャンバ１６の径方向寸法よりも小さい。
【００１４】
シールアセンブリ１８は、外径ワイヤシール２７および内径ワイヤシール２９をさらに含むことができる。外径ワイヤシール２７および内径ワイヤシール２９は、例えば、円形、六角形、八角形など様々な断面のどれであってもよい。さらに、外径ワイヤシール２７および内径ワイヤシール２９は、単一のフィラメントまたは１本のロープに編まれたいくつかのフィラメントであってよい。外径ワイヤシール２７および内径ワイヤシール２９は、例えば高温用鋼、ニッケル合金、セラミックまたはそれらの材料の任意の組み合わせなど、この動作環境を耐え抜くのに欠かせない多くの既知のどんな材料からでも作製することができる。
【００１５】
シールアセンブリ１８は、シールプレートセグメント１９の両端に配置される外径保持器３１および内径保持器３３をさらに含むことができる。シールアセンブリ１８は、チャンバ１６内に配置される。ピン３５などの取り付け部材によって、チャンバ１６内でのシールアセンブリ１８の径方向変位が制限可能になる。内径保持器３３は、Ｃ字形の断面を有し、シールプレートセグメント１９の両端の一方を受けるように構成される座部３７を含むことができる。１つまたは複数の内径保持器３３は、複数のシールプレートセグメント１９と相まって内径ワイヤシール２９の使用を容易にするキャリアリング（ｃａｒｒｉｅｒ  ｒｉｎｇ）を形成する。内径保持器３３は、一か所に割れ目があるリングであってよく、それによってロータフランジを覆うように広がりロータフランジに押込まれ得るようになる。適宜、内径保持器３３は、内径ワイヤシール２９を収容するくぼみ３９を備えることができる。同様に、外径保持器３１は、シールプレートセグメント１９の他の端部を受けるように構成される座部４１を含むことができ、外径ワイヤシール２７を収容するくぼみ４３を備えることができる。内径保持器３３および外径保持器３１は、タービン環境での使用に適した材料で作製することができる。材料には、鋼、ニッケルの様々な合金および構成要素を保護するコーティングを含むことができる。
【００１６】
図１に示すように、チャンバ１６の径方向寸法は、シールアセンブリ１８のそれよりも大きい。寸法を大きくすることによって、ピン３５の挿入前、チャンバ１６内のシールアセンブリ１８の位置に関していくらかの遊び（遊び嵌め）が可能になる。チャンバ１６内でシールアセンブリ１８を動かすことができることにより、シールアセンブリ１８の簡単な装着が可能になる。装着後、ピン３５によってシールアセンブリ１８の径方向運動が制限される。本実施形態によって、（例えば内径ワイヤシール２９などの）ワイヤシールおよび（例えばシールプレートセグメント１９などの）シールプレートセグメントを有するシールアセンブリをタービンロータに簡単に装着できるようになる。さらに、本実施形態は、シールシステムとブレード（バケット）保持システムを組み合わせるのに使用可能である。
【００１７】
図２は、保持器４５の代替実施形態を示している。本実施形態では、保持器４５は、シールプレートセグメント１９の一端部の一部と係合するように構成される座部４７を有するＣ字形の断面を備えることができる。ワイヤシール４９は、保持器４５とシールプレートセグメント１９の間に配置され得る。シールプレートセグメント１９は、ワイヤシール４９のためのくぼみ５１を形成するＪ字形の断面（溝）を端部に備えることができる。
【００１８】
図３からわかるように、シールプレートセグメント１９および保持器３３に対する内径ワイヤシール２９の位置は変えることができる。したがって、内径保持器３３、内径ワイヤシール２９、外径保持器３１および外径ワイヤシール２７の形状および位置の様々な実施形態は、いかなる限定も意図しない。
【００１９】
図４〜８は、ロータアセンブリ９にシールを形成するようにシールアセンブリ１８を装着する方法の例示的な一実施形態を示している。図４は、ロータフランジ１４内に配置されている内径ワイヤシール２９および内径保持器３３を示している。内径保持器３３（内径スプリットリング）の少なくとも１つの機能は、組み付けの間、内径ワイヤシール２９を正確に位置決めし保持することである。次いで、シールプレートセグメント１９を、その一端部が内径保持器３３と係合するように配置する。図５は、所定の位置にある内径保持器３３、シールプレートセグメント１９および内径ワイヤシール２９を備える内径サブアセンブリ５３を示している。次いで、外径ワイヤシール２７を挿入する。最後に、図６に示すように、外径保持器３１を挿入する。１つまたは複数の外径保持器３１（外径スプリットリング）によって、さらに、軸方向におけるブレード（バケット）の保持が可能になる。外径保持器３１および外径ワイヤシール２７を備える外径サブアセンブリ５５が所定の位置にある状態で、シールアセンブリ１８全体を上方に移動させ、ピン３５を挿入する。ピン３５を所定の位置に配置することにより、シールアセンブリ１８が移動しなくなる。
【００２０】
本書は、最良の形態を含めて本発明を開示し、さらに、当業者が、任意の装置またはシステムを作成し使用し、任意の組み込まれた方法の実施を含めて本発明を実施できるよう例を使用している。特許性のある本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例も含むことができる。そうした他の例は、特許請求の範囲の文字通りの文言とは異ならない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の文字通りの文言からわずかしか異ならない均等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内に入るものとする。
【符号の説明】
【００２１】
９  ロータホイールアセンブリ
１０  軸
１１  タービンブレード
１２  ブレードフランジ
１３  ロータ
１４  ロータフランジ
１５  開口
１６  チャンバ
１８  シールアセンブリ
１９  シールプレートセグメント
２１  上方シールアーム
２３  プレートセグメントフランジ
２５  傾斜端部
２７  外径ワイヤシール
２９  内径ワイヤシール
３１  外径保持器
３３  内径保持器
３５  ピン
３７  座部
３９  くぼみ
４１  座部
４３  くぼみ
４５  代替実施形態保持器
４７  座部
４９  ワイヤシール
５１  くぼみ
５３  内径サブアセンブリ
５５  外径サブアセンブリ
【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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【図７】
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【図８】
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