(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ機械のための近接流路シールを提供する。【解決手段】ターボ機械のための近接流路シールは、中間部分７４を通って第２の端部部分７３へ延在する第１の端部部分７２を有する支持部材７０と、支持部材の第１の端部部分から延在するアーム部材８７，８８とを含む。アーム部材は、第２の端部９３，９７へ延在する第１の端部９２，９６、第１および第２の端部の間に延在する第１の表面１０４、ならびに、第１および第２の端部の間に延在する、反対側の第２の表面１０８を含む。第２の表面は、第１の端部の周辺から第２の端部に向かって延在する複数の表面特徴形状部１２０，１２３を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械のための近接流路シールであって、
中間部分を通って第２の端部部分へ延在する第１の端部部分を有する支持部材と、
前記支持部材の前記第１の端部部分から延在するアーム部材であり、第２の端部へ延在する第１の端部、前記第１および第２の端部の間に延在する第１の表面、ならびに、前記第１および第２の端部の間に延在する、反対側の第２の表面を含み、前記第２の表面が、前記第１の端部の周辺から前記第２の端部に向かって延在する複数の表面特徴形状部を含む、アーム部材と
を備える、近接流路シール。
【請求項２】
前記複数の表面特徴形状部は、前記第２の表面に形成された複数のリブを含む、請求項１記載の近接流路シール。
【請求項３】
前記複数のリブは、平行に隆起した複数のリブを含む、請求項２記載の近接流路シール。
【請求項４】
前記複数のリブは、概して円形の断面を含む、請求項２記載の近接流路シール。
【請求項５】
前記複数のリブは、非円形の断面を含む、請求項２記載の近接流路シール。
【請求項６】
前記複数の表面特徴形状部は、前記第１の端部の周辺から、前記第２の表面を横切って、前記支持部材の前記中間部分の上に延在している、請求項１記載の近接流路シール。
【請求項７】
前記第２の表面は、非シーリング表面である、請求項１記載の近接流路シール。
【請求項８】
前記第１の表面は、シーリング表面である、請求項１記載の近接流路シール。
【請求項９】
前記シーリング表面から延在する複数の歯状エレメントをさらに備える、請求項８記載の近接流路シール。
【請求項１０】
前記複数の歯状エレメントは、前記シーリング表面から垂直でない角度で延在している、請求項９記載の近接流路シール。
【請求項１１】
前記支持部材の前記第１の端部から延在する別のアーム部材であって、第２の端部へ延在する第１の端部を含み、前記第１の端部の周辺から前記第２の端部に向かって延在する複数の表面特徴形状部を含む、別のアーム部材をさらに備える、請求項１記載の近接流路シール。
【請求項１２】
ターボ機械であって、
圧縮機部分と、
前記圧縮機部分に機械的に連結されたタービン部分と、
前記圧縮機部分および前記タービン部分を流体接続する燃焼器アセンブリと、
前記タービン部分の中に配置された近接流路シールと
を備え、前記近接流路シールは、
中間部分を通って第２の端部部分へ延在する第１の端部部分を有する支持部材と、
前記支持部材の前記第１の端部部分から延在するアーム部材であり、第２の端部へ延在する第１の端部、前記第１および第２の端部の間に延在する第１の表面、ならびに、前記第１および第２の端部の間に延在する、反対側の第２の表面を含み、前記第２の表面が、前記第１の端部の周辺から前記第２の端部に向かって延在する複数の表面特徴形状部を含む、アーム部材とを含む、
ターボ機械。
【請求項１３】
前記複数の表面特徴形状部は、前記第２の表面に形成された複数のリブを含む、請求項１２記載のターボ機械。
【請求項１４】
前記複数のリブは、平行に隆起した複数のリブを含む、請求項１３記載のターボ機械。
【請求項１５】
前記複数のリブは、概して円形の断面を含む、請求項１３記載のターボ機械。
【請求項１６】
前記複数のリブは、非円形の断面を含む、請求項１３記載のターボ機械。
【請求項１７】
前記複数の表面特徴形状部は、前記第１の端部の周辺から、前記第２の表面を横切って、前記支持部材の前記中間部分の上に延在している、請求項１２記載のターボ機械。
【請求項１８】
前記第２の表面は、非シーリング表面である、請求項１２記載のターボ機械。
【請求項１９】
前記第１の表面は、シーリング表面である、請求項１２記載のターボ機械。
【請求項２０】
前記支持部材の前記第１の端部から延在する別のアーム部材であって、第２の端部へ延在する第１の端部を含み、前記第１の端部の周辺から前記第２の端部に向かって延在する複数の表面特徴形状部を含む、別のアーム部材をさらに備える、請求項１２記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示されている主題は、ターボ機械の技術分野に関し、より詳しくは、ターボ機械のための近接流路シールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は、タービンを取り囲むケーシングを含む。タービンは、ガス経路に沿って延在する複数のブレードまたはバケットを含む。バケットは、複数のタービン段を画定するいくつかのタービンロータによって支持されている。燃焼器アセンブリは、複数のタービン段に向かってトランジションピースを通過する高温ガスを発生させる。燃焼器アセンブリからの高温ガスに加えて、より低い温度のガスが、圧縮機からタービンのホイール空間に向かって流れる。より低い温度のガスは、ロータ、および、タービンの他の内部コンポーネントのために冷却を提供する。高温ガスがホイール空間に進入することを防止するために、タービンは、隣接するロータ間に配置された近接流路シールを含む。近接流路シールは、ガス経路からホイール空間の中へのリークを低減するために、ロータに隣接して密接に適合するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０１６３５０６号明細書
【発明の概要】
【０００４】
例示的な実施形態の１つの態様によれば、ターボ機械のための近接流路シールは、中間部分を通って第２の端部部分へ延在する第１の端部部分を有する支持部材と、支持部材の第１の端部部分から延在するアーム部材とを含む。アーム部材は、第２の端部へ延在する第１の端部、第１および第２の端部の間に延在する第１の表面、ならびに、第１および第２の端部の間に延在する、反対側の第２の表面を含む。第２の表面は、第１の端部の周辺から第２の端部に向かって延在する複数の表面特徴形状部を含む。
【０００５】
例示的な実施形態の別の態様によれば、ターボ機械は、圧縮機部分と、圧縮機部分に機械的に連結されたタービン部分と、圧縮機部分およびタービン部分を流体接続する燃焼器アセンブリと、タービン部分の中に配置された近接流路シールとを含む。近接流路シールは、中間部分を通って第２の端部部分へ延在する第１の端部部分を有する支持部材と、支持部材の第１の端部部分から延在するアーム部材とを含む。アーム部材は、第２の端部へ延在する第１の端部、第１および第２の端部の間に延在する第１の表面、ならびに、第１および第２の端部の間に延在する、反対側の第２の表面を含む。第２の表面は、第１の端部の周辺から第２の端部に向かって延在する複数の表面特徴形状部を含む。
【０００６】
これらの利点および他の利点、ならびに特徴は、図面に関連付けられた以下の説明から、より明らかになるであろう。
【０００７】
本発明として考えられる主題が、具体的に指摘され、本明細書の結論において特許請求の範囲の中で明確に特許請求されている。本発明の前述の特徴および他の特徴、ならびに利点は、添付の図面に関連付けられた以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な実施形態による近接流路シールを含むターボ機械の概略図である。
【図２】例示的な実施形態による近接流路シールを示す、図１のターボ機械のタービン部分の垂直断面図である。
【図３】例示的な実施形態による近接流路シールの斜視図である。
【図４】例示的な実施形態の１つの態様による複数の表面特徴形状部を示す、図３の近接流路シールのアーム部材の断面図である。
【図５】例示的な実施形態の別の態様による複数の表面特徴形状部を示す、図３の近接流路シールのアーム部材の断面図である。
【図６】例示的な実施形態の別の態様による近接流路シールの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
詳細な説明では、図面を参照した例によって、利点および特徴とともに、本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
図１および図２を参照すると、例示的な実施形態にしたがって構成されたターボ機械が、全体として２で示されている。ターボ機械２は、タービン部分６に動作可能に接続された圧縮機部分４を含む。燃焼器アセンブリ８は、圧縮機部分４およびタービン部分６に流体接続されている。燃焼器アセンブリ８は、円周方向に間隔を置いて配置された複数の燃焼器から形成されており、そのうちの１つが１０で示されている。当然ながら、燃焼器アセンブリ８は、燃焼器の他の構成を含むことが可能であるということが理解されるべきである。また、圧縮機部分４は、共通の圧縮機／タービンシャフト１２によって、タービン部分６に連結されている。この構成によって、圧縮機部分４は、燃焼器アセンブリ８に圧縮空気を供給する。圧縮空気は、可燃性流体と混合し、可燃性混合物を形成する。可燃性混合物は、燃焼器１０の中で燃焼させられ、トランジションピース（図示せず）を通してタービン部分６に供給される燃焼生成物を形成する。燃焼生成物は、タービン部分６を通って膨張し、例えば、発電機、ポンプ、航空機など（これも図示せず）に動力を供給する。
【００１１】
示されている例示的な実施形態では、タービン部分６は、ガス経路１８を画定する第１段２０、第２段２１、第３段２２、および第４段２３を含む。当然のことながら、タービン部分６の中の段数は、変更可能であるということが理解されるべきである。第１段２０は、第１段の複数のステーターまたはノズルを含み、そのうちの１つが、３０で示されており、第１段の複数のバケットまたはブレード（そのうちの１つが３２で示されている）は、第１段のローターホイール３４に取り付けられている。第２段２１は、第２段の複数のステーターまたはノズルを含み、そのうちの１つが、３７で示されており、第２段の複数のバケットまたはブレード（そのうちの１つが３９で示されている）は、第２段のローターホイール４１に取り付けられている。第３段２２は、第３段の複数のステーターまたはノズルを含み、そのうちの１つが、４４で示されており、第３段の複数のバケットまたはブレード（そのうちの１つが４６で示されている）は、第３段のローターホイール４８に取り付けられている。第４段２３は、第４段の複数のステーターまたはノズルを含み、そのうちの１つが、５１で示されており、第４段の複数のバケットまたはブレード（そのうちの１つが５３で示されている）は、第４段のローターホイール５５に取り付けられている。また、ターボ機械２は、第１段、第２段、第３段、および第４段２０〜２３のうちの隣接するもの同士の間に配置された複数の近接流路シール部材６０、６２、および６４を含むように示されている。近接流路シール部材６０、６２、および６４は、ターボ機械２のガス経路１８とホイール空間６５との間のガスの交換を防止するように構成されている。
【００１２】
ここで、近接流路シール部材６０を説明するに際し、図３および図４を参照することとなるが、近接流路シール部材６２および６４が同様の構造を含むことが可能であるということが理解される。近接流路シール部材６０は、第１の端部部分７２を有する支持部材７０を含み、第１の端部部分７２は、中間部分７４を通って第２の端部部分７３へ延在している。近接流路シール部材６０は、支持部材７０の第２の端部部分７３に配置されたダブテール部材７９と、支持部材７０の第１の端部部分７２に配置されたシーリング部材８４とを含む。シーリング部材８４は、第１のアーム部材８７と、反対側の第２のアーム部材８８とを含む。第１のアーム部材８７は、第１の端部または片持ち梁式端部９２を含み、第１の端部または片持ち梁式端部９２は、支持部材７０の第１の端部部分７２と結合する第２の端部９３へ延在している。同様に、第２のアーム部材８８は、第１の端部または片持ち梁式端部９６を含み、第１の端部または片持ち梁式端部９６は、また支持部材７０の第１の端部部分７２と結合する第２の端部９７へ延在している。
【００１３】
シーリング部材８４は、第１のアーム部材８７の第１の端部９２と第２のアーム部材８８の第１の端部９６との間に延在する第１の表面１０４を含む。第１の表面１０４は、シーリング表面を構成し、ガス経路１８に沿って流れるガスに露出される。第１の表面１０４は、複数の歯状エレメントを含み、そのうちの１つが１０５で示されている。歯状エレメント１０５は、第１の表面１０４から垂直でない角度で延在し、ガス経路１８に沿って流れるガスとホイール空間６５の中を流れるガスとの間に、ラビリンスシール（個別にラベルは付けられていない）を確立する。また、シーリング部材８４は、第２の表面１０８および第３の表面１１０を含むように示されている。第２の表面１０８および第３の表面１１０は、非シーリング表面であり、ホイール空間６５に露出されている。第２の表面１０８は、第１のアーム部材８７の第１の端部９２から第２の端部９３へ延在している。第３の表面１１０は、第２のアーム部材８８の第１の端部９６から第２の端部９７へ延在している。例示的な実施形態では、近接流路シール６０は、第２の表面１０８に形成された第１の複数の表面特徴形状部１２０と、第３の表面１１０に形成された第２の複数の表面特徴形状部１２３とを含む。表面特徴形状部１２０および１２３は、それぞれ、第１のアーム部材８７および第２のアーム部材８８の全体的な剛性を強化する。より具体的には、表面特徴形状部１２０および１２３は、第１のアーム部材８７および第２のアーム部材８８の中の曲げ応力を低減する。曲げ応力の低減は、近接流路シール６０のシーリング特性を強化する。
【００１４】
表面特徴形状部１２０は、第２の表面１０８の上に形成された第１の複数の波形部またはリブ１３０を構成している。例示的な実施形態の１つの態様によれば、リブ１３０は、第１の端部９２から第２の端部９３に向かって、支持部材７０の中間部分７４の上に延在している。同様に、表面特徴形状部１２３は、第３の表面１１０に形成された第２の複数の波形部またはリブ１３３を構成している。先に説明されたものと同様の態様で、リブ１３３は、第１の端部９６から第２の端部９７へ、支持部材７０の中間部分７４の上に延在している。例示的な実施形態の１つの態様によれば、リブ１３０は、例えば図４に示されている概して円形の断面を有する平行に隆起した複数のリブを構成している。リブ１３３は、同様に形成されることが可能であり、または、異なる幾何学形状を含むことも可能である。代替的に、近接流路シール部材６０は、例えば図５に示されている複数の表面特徴形状部１３８を備えることが可能である。表面特徴形状部１３８は、非円形の断面を有する波形部またはリブ１４０を構成している。表面特徴形状部の特定の幾何学形状は、変更可能であり、蜂の巣状の特徴形状部を含むことが可能である。形状にかかわらず、特徴形状部のサイズおよび数も変更可能であるということが理解されるべきである。代替的に、近接流路シール部材６０は、例えば図６の２００および２０２で示されている表面特徴形状部を備えることも可能であり、図６における同様の参照数字は、それぞれの図の中で対応する部分を表している。表面特徴形状部２００は、シーリング部材８４の対向する側面部分２１０および２１１の間の第２の表面１０８を横切って延在するリブ２０４の形態をとっている。同様に、表面特徴形状部２０２は、対向する側面部分２１０および２１１の間の第３の表面１１０を横切って延在するリブ２１４の形態をとっている。本発明は、限定された数の実施形態だけに関連して詳細に説明されてきたが、本発明は、そのような開示された実施形態に限定されないということが容易に理解されるべきである。むしろ、本発明は、これまでに説明されていない任意の数の変更例、代替例、代用例、または同等の構成を組み込むように修正可能であるが、それらは、本発明の精神および範囲に相応する。さらに、本発明の様々な実施形態が説明されてきたが、本発明の態様は、説明された実施形態のうちのいくつかだけを含むことが可能であるということが理解されるべきである。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されるものとして解釈されるべきではなく、添付の特許請求の範囲の範囲によって限定されるだけである。
【符号の説明】
【００１５】
２  ターボ機械
４  圧縮機部分
６  タービン部分
８  燃焼器アセンブリ
１０  円周方向に間隔を置いて配置された複数の燃焼器
１２  共通の圧縮機／タービンシャフト
１８  ガス経路
２０  第１段
２１  第２段
２２  第３段
２３  第４段
３０  第１段の複数のステーターまたはノズル
３２  第１段の複数のバケットまたはブレード
３４  第１段のローターホイール
３７  第２段の複数のステーターまたはノズル
３９  第２段の複数のバケットまたはブレード
４１  第２段のローターホイール
４４  第３段の複数のステーターまたはノズル
４６  第３段の複数のバケットまたはブレード
４８  第３段のローターホイール
５１  第４段の複数のステーターまたはノズル
５３  第４段の複数のバケットまたはブレード
５５  第４段のローターホイール
６０  近接流路シール部材
６２  近接流路シール部材
６４  近接流路シール部材
６５  ホイール空間
７０  支持部材
７２  第１の端部部分
７３  第２の端部部分
７４  中間部分
７９  ダブテール部材
８４  シーリング部材
８７  第１のアーム部材
８８  反対側のアーム部材
９２  第１の端部または片持ち梁式端部
９３  第２の端部
９６  第１の端部または片持ち梁式端部
９７  第２の端部
１０４  第１の表面
１０５  複数の歯状エレメント
１０８  第２の表面
１１０  第３の表面
１２０  第１の複数の表面特徴形状部
１２３  第２の複数の表面特徴形状部
１３０  第１の複数の波形部またはリブ
１３３  第２の複数の波形部またはリブ
１３８  表面特徴形状部
１４０  波形部またはリブ
２００  表面特徴形状部
２０２  表面特徴形状部
２０４  リブ
２１０  対向する側面部分
２１１  対向する側面部分
２１４  リブ
【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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【外国語明細書】
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