(57)【要約】      （修正有）【課題】通常のシーリングデバイスは、漏洩を原因としてタービンの効率および性能を低下させる可能性がある。このため、ステージ間で使用されるための、タービン流路シールを改善する。【解決手段】ガスタービンのための近流路シール１００を提供する。近流路シール１００は、基部１３０と、基部１３０から延在する一対のアーム１１０、１２０と、一対のアーム１１０、１２０の間に配置される湾曲窪み１６０とを含む。近流路シール１００のアーム１１０、１２０は遠心力により外側に撓むことができ、シールを形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンのための近流路シール（１００）であって、
基部（１３０）と、
前記基部（１３０）から延在する一対のアーム（１１０、１２０）と、
前記一対のアーム（１１０、１２０）の間に配置される湾曲窪み（１６０）と
を含む近流路シール（１００）。
【請求項２】
前記近流路シール（１００）がガルウィング構成（１４０）を含む、請求項１記載の近流路シール（１００）。
【請求項３】
第１のアーム（１１０）が第２のアーム（１２０）より長い、請求項２記載の近流路シール（１００）。
【請求項４】
第１のアーム（１１０）が第２のアーム（１２０）より厚い、請求項２記載の近流路シール（１００）。
【請求項５】
第１のアーム（１１０）および第２のアーム（１２０）が角度が付けられた構成（１９０）を含み、前記第１のアーム（１１０）が前記第２のアーム（１２０）より高い位置にある、請求項２記載の近流路シール（１００）。
【請求項６】
前記近流路シール（１００）が円筒形構成（２１０）を含む、請求項１記載の近流路シール（１００）。
【請求項７】
第１のアーム（１１０）が第２のアーム（１２０）より長い、請求項６記載の近流路シール（１００）。
【請求項８】
第１のアーム（１１０）が第２のアーム（１２０）より厚い、請求項６記載の近流路シール（１００）。
【請求項９】
第１のアーム（１１０）および第２のアーム（１２０）が平行な構成（２７０）を含み、前記第１のアーム（１１０）が前記第２のアーム（１２０）より高い位置にある、請求項６記載の近流路シール（１００）。
【請求項１０】
前記近流路シール（１００）がフォーク形状の構成（３１０）を含む、請求項１記載の近流路シール（１００）。
【請求項１１】
第１のアーム（１１０）が第２のアーム（１２０）より長い、請求項１０記載の近流路シール（１００）。
【請求項１２】
第１のアーム（１１０）および第２のアーム（１２０）が角度が付けられた構成（３６０）を含み、前記第１のアーム（１１０）が前記第２のアーム（１２０）より高い位置にある、請求項１０記載の近流路シール（１００）。
【請求項１３】
第１のアーム（１１０）が第１のフォークアーム（３４０）を含み、第２のアーム（１２０）が第２のフォークアーム（３５０）を含む、請求項１０記載の近流路シール（１００）。
【請求項１４】
前記基部（１３０）が分離した基部（３２０）を含む、請求項１０記載の近流路シール（１００）。
【請求項１５】
前記湾曲窪み（１６０）が半円の接合部（３７０）を含む、請求項１０記載の近流路シール（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願および得られる特許は概してガスタービンエンジに関し、より詳細には、軸方向可撓性アームを備える近流路シール（ｎｅａｒ  ｆｌｏｗ  ｐａｔｈ  ｓｅａｌ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
概説すると、ガスタービンは、中にある主動作流体すなわち高温燃焼ガスを閉じ込めることが意図される主流路を含む。隣接するタービンロータ構造構成要素は冷却流体を中に有することができ、この冷却流体は主動作流体から独立する。したがって、タービンを駆動させる主動作流体に対して直接に露出されることからロータ構成要素を保護するためにシーリングデバイスが使用されてよい。このようなシーリングデバイスはまた、冷却流体が主動作流体と共に流出するのを防止する。しかし、通常のシーリングデバイスは、漏洩を原因としてタービンの効率および性能を低下させる可能性がある。例えば、インターステージシールなどのシーリングデバイス内で漏洩が発生すると、冷却のために必要となる付随的な流体（ｐａｒａｓｉｔｉｃ  ｆｌｕｉｄ）の量を増加させることが必要となる場合がある。付随的な冷却流体（ｐａｒａｓｉｔｉｃ  ｃｏｏｌｉｎｇ  ｆｌｕｉｄ）を使用することにより、ガスタービンエンジン全体の性能および効率が低下する。
【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号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、詳細にはステージ間で使用されるための、タービン流路シール（ｔｕｒｂｉｎｅ  ｆｌｏｗ  ｐａｔｈ  ｓｅａｌ）を改善することが所望される。好適には、このような流路シールは、ガスタービンエンジン全体の効率および出力を犠牲にすることなく、漏洩を低減してロータ構成要素を効果的に保護することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、本出願および得られる特許はガスタービンエンジンで使用されるための近流路シールを提供する。近流路シールは、基部と、基部から延在する一対のアームと、これらの一対のアームの間に配置される湾曲窪みとを含む。
【０００６】
本出願および得られる特許は、ガスタービンのための近流路シールをさらに提供する。近流路シールは、分離した基部と、分離した基部から延在するフォーク形状の一対のアームと、これらの一対のアームの間に配置される湾曲窪みとを含むことができる。
【０００７】
本出願および得られる特許は、ガスタービンのための近流路シールをさらに提供する。近流路シールは、基部と、基部から延在する平行な向きの一対のアームであって、第１のアームが第２のアームより高い位置にある、一対のアームと、これらの一対のアームの間に配置される湾曲窪みとを含むことができる。
【０００８】
本出願および得られる特許のこれらのおよび別の特徴および改善が、複数の図面および添付の特許請求の範囲と併せて以下の詳細な説明を読むことにより、当業者には明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】圧縮機、燃焼器およびタービンを示している、ガスタービンエンジンを示す概略図である。
【図２】既知の近流路シールを備えるタービンの一部分を示す側面図である。
【図３】本明細書で説明され得る近流路シールを示す側面図である。
【図４】本明細書で説明され得る近流路シールの代替の実施形態を示す側面図である。
【図５】本明細書で説明され得る近流路シールの代替の実施形態を示す側面図である。
【図６】本明細書で説明され得る近流路シールの代替の実施形態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、複数の図を通して同様の参照符号が同様の要素を示している図面を参照すると、図１が、本明細書で使用され得るガスタービンエンジン１０の概略図を示している。ガスタービンエンジン１０は圧縮機１５を含むことができる。圧縮機１５が空気２０の流入流れを圧縮する。圧縮機１５が空気２０の圧縮された流れを燃焼器２５に送る。燃焼器２５が、空気２０の圧縮された流れを燃料３０の加圧された流れと混合してそれらの混合物を点火し、燃焼ガス３５の流れを作る。単一の燃焼器２５のみが示されるが、ガスタービンエンジン１０は任意の数の燃焼器２５を含むことができる。次いで、燃焼ガス３５の流れがタービン４０に送られる。燃焼ガス３５の流れがタービン４０を駆動させ、機械仕事が得られる。タービン４０で得られる機械仕事がシャフト４５を介して圧縮機１５を駆動させ、さらには、発電機などの外部負荷５０を駆動させる。
【００１１】
ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、種々のタイプの合成ガス、および／または、別のタイプの燃料を使用することができる。ガスタービンエンジン１０は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ  ｏｆ  Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋから提供される多数の異なるガスタービンエンジンのうちの任意の１つであってよく、これらには限定しないが、７シリーズまたは９シリーズの重荷重ガスタービンエンジンなどが含まれる。ガスタービンエンジン１０は異なる構成を有することができ、別のタイプの構成要素を使用することもできる。本明細書では別のタイプのガスタービンエンジンも使用され得る。本明細書では、多重ガスタービンエンジン（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｇａｓ  ｔｕｒｂｉｎｅ  ｅｎｇｉｎｅｓ）、別のタイプのタービン、および、別のタイプの動力発生設備が共に使用され得る。
【００１２】
図２は、複数のステージ５５の複数の部分と共にタービン４０の一実施例を示す。具体的には、第１のバケット６０および第２のバケット６５がそれらの間にノズル７０を有するように示されている。バケット６０、６５はシャフト４５と共に回転するようにシャフト４５に取り付けられ得る。インターステージシールまたは近流路シール７５がノズル７０の周りかつバケット６０、６５の間に配置され得る。近流路シール７５は各々のバケット６０、６５の上にある軸方向突出部８０から延在してよい。近流路シール７５は、燃焼ガス３５の流れがそこを通って移動するのを防止するために、燃焼ガス３５の流れのための外側境界部を形成することができる。
【００１３】
概説すると、近流路シール７５は、第１のアーム８５および第２のアーム９０の一対のアームを含むことができる。アーム８５、９０はシール基部９５から延在することができる。アーム８５、９０およびシール基部９５は実質的に「Ｔ」形の構成を形成することができる。このＴ形の構成は軸方向（すなわち、シャフト４５の方向）において非常に高い剛性を有することができ、したがってそれに応じて軸方向において高いばね定数を有する。
【００１４】
概説すると、近流路シール７５のアーム８５、９０は遠心力により外側に撓むことができ、シールを形成するためにバケット６０、６５に接触することができる。近流路シール７５はまた、ロータが重力により撓むことにより軸方向荷重を受ける可能性がある。ロータが重力により撓むことによるこの荷重は、バケット６０、６５の周りの摩擦荷重の抵抗を受ける可能性がある。したがって、近流路シール７５は、ロータが重力により撓むことによる荷重によって誘起される荷重より強い摩擦荷重を発生させることによりバケット６０、６５に「付着」することが意図され得る。遠心力により荷重状態が安定することに加えて、ロータが重力により撓むことによる荷重に抵抗することにより、近流路シール７５のアーム８５、９０上に両振荷重状態を誘起する可能性がある。したがって、このＴ形の構成は比較的高い剛性を有する可能性があり、上記のような対立する力に対応することができるような大きい質量を必要とする可能性がある。
【００１５】
図３は、本明細書で説明され得る近流路シール１００の一実施例を示す。近流路シール１００は第１のアーム１１０および第２のアーム１２０の一対のアームを含む。近流路シール１００はまた、両側にアーム１１０、１２０を備えるシール基部１３０を含む。近流路シール１００は、上述したＴ形の構成の代わりに、「ガルウィング」構成１４０を含むことができる。ガルウィング構成１４０はオフセットされた基部１５０を含むことができ、すなわち、第１のアーム１１０は第２のアーム１２０より長くてよい。ガルウィング構成１４０はまた、第１のアーム１１０と第２のアーム１２０との間に湾曲窪み１６０を含むことができる。湾曲窪み１６０は基部１３０の内側に延在してよい。第１のアーム１１０は第１の厚さ１７０を有することができ、また第２のアーム１２０は第２の厚さ１８０を有することができ、ここでは特に基部１３０の近傍において第１の厚さ１７０は第２の厚さ１８０より大きい。第１のアーム１１０および第２のアーム１２０は基部１３０に対していくらか角度が付けられた構成１９０を有することができ、第１のアーム１１０の端部は第２のアーム１２０より高い位置にある（逆も同様）。ガルウィング構成１４０はポンド／インチの単位で軸方向剛性を有することができ、これは上述したＴ形構成の剛性の約半分であってよい。本明細書では別の構成要素および別の構成も使用され得る。
【００１６】
図４は、本明細書で説明され得る近流路シール２００の代替の実施形態を示す。この近流路シール２００もやはり、第１のアーム１１０、第２のアーム１２０および基部１３０を含む。この実施例では、近流路シール２００は概して「円筒形」の構成２１０を含むことができる。この円筒形構成２１０もやはりオフセットされた基部２２０を含み、すなわち、第１のアーム１１０は第２のアーム１２０より長くてよい。この円筒形構成２１０もやはりオフセットされた一対のアーム２３０を含むことができ、すなわち、第１のアーム１１０は第２のアーム１２０より高い位置に配置されてよく（逆も同様）、基部１３０を中心としてそれらの間に湾曲窪み２４０が配置される。第１のアーム１１０は第１の厚さ２５０を有することができかつ第２のアーム１２０は第２の厚さ２６０を有することができ、ここでは第１の厚さ２５０は第２の厚さ２６０より大きく、これらは詳細には湾曲した下降線２４０を中心とする。第１のアーム１１０および第２のアーム１２０は概して平行な構成２７０を有することができ、アーム１１０、１２０は互いに反対方向に概して平行に延在する。円筒形構成２１０の軸方向剛性はポンド／インチの単位で上述したＴ形構成の軸方向剛性の約４分の１であってよい。本明細書では別の構成要素および別の構成も使用され得る。
【００１７】
図５は、本明細書で説明され得る近流路シール３００の別の代替の実施形態を示す。近流路シール３００は、第１のアーム１１０、第２のアーム１２０および基部１３０を含むことができる。この実施例では、近流路シール３００は概して「フォーク形状」の構成３１０を含むことができる。このフォーク形状の構成３１０は分離した基部３２０を含むことができ、湾曲窪み３３０がその中の深くまで延在する。フォーク形状の構成の効果は、第１のフォークアーム３４０および第２のフォークアーム３５０が、分離した基部３２０の湾曲窪み３３０を下方に縦断するアーム３４０、３５０の遠位側の端部から見て実質的に反対方向の半円構成を有することである。第１のアーム３４０および第２のアーム３５０もやはり角度が付けられた構成３６０を有することができ、第１のアーム３４０の端部は第２のアーム３５０の端部より高い位置にあってよい（逆も同様）。湾曲窪み３３０は半円の接合部３７０の中に延在してよい。フォーク構成３１０の軸方向剛性は上述したＴ形構成の数パーセント程度の低さであってよい。本明細書では別の構成要素および別の構成も使用され得る。
【００１８】
代替形態として、分割された流路シール３８０も使用され得る。この分割された流路シール３８０は上述した近流路シール３００と同様であってよいが、分割された基部３９０を有する。分割された基部３９０は完全に分離されていてよく、第１の半体４００および第２の半体４１０の２つの別個の半体を形成してよく、それによりそれらの周りの応力が低減することができる。したがって、半体４００、４１０は所望されるときに接続され得る。したがって、第１のアーム１１０は第１の半体４００を有するように形成され得、第２のアーム１２０は第２の半体４１０を有するように形成され得る。本明細書では別の構成要素および別の構成も使用され得る。
【００１９】
本明細書で説明される近流路シール１００、２００、３００はこのように軸方向可撓性アーム１１０、１２０を提供する。軸方向可撓性アーム１１０、１２０は、ロータが重力により撓むことによる荷重などを原因として大きい両振応力を発生させることなく、全体的な軸方向の撓みに耐えることができる。アーム１１０、１２０は軸方向において可撓性であってよく、したがってそれに応じて軸方向において低いばね定数を有する。したがって、近流路シール１００、２００、３００はバケットインターフェースにおいて滑るリスクを軽減することができ、それに付随してフレッティング摩耗による故障が起こるリスクを軽減することができる。言い換えると、バケットインターフェースの耐久性を向上させるために接触応力が低減され得る。また、両振応力が低減することにより、高サイクル疲労による故障などの安全率を増大させることができる。したがって、近流路シール１００、２００、３００は必要となる質量を相対的に下げることができる。このように、本明細書で説明される近流路シール１００、２００、３００は十分なシールを形成することができ、追加の構成要素によるコストをほとんど増加することなく全体の耐久性を向上させる。
【００２０】
上記が、単に、本出願および得られる特許の特定の実施形態のみに関連することは明白である。本明細書では、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される本発明の一般的趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者により多くの変更および修正がなされ得る。
【符号の説明】
【００２１】
１０  ガスタービンエンジン
１５  圧縮機
２０  空気の流れ
２５  燃焼器
３０  燃料の流れ
３５  燃焼ガスの流れ
４０  タービン
４５  シャフト
５０  負荷
５５  ステージ
６０  第１のバケット
６５  第２のバケット
７０  ノズル
７５  近流路シール
８０  軸方向突出部
８５  第１のアーム
９０  第２のアーム
９５  シール基部
１００  近流路シール
１１０  第１のアーム
１２０  第２のアーム
１３０  シール基部
１４０  ガルウィング構成
１５０  オフセットされた基部
１６０  湾曲窪み
１７０  第１の厚さ
１８０  第２の厚さ
１９０  角度が付けられた構成
２００  近流路シール
２１０  円筒形構成
２２０  オフセットされた基部
２３０  オフセットされたアーム
２４０  湾曲した下降線
２５０  第１の厚さ
２６０  第２の厚さ
２７０  平行な構成
３００  近流路シール
３１０  フォーク形状の構成
３２０  分離した基部
３３０  基部アパーチャ
３４０  第１のフォークアーム
３５０  第２のフォークアーム
３６０  角度が付けられた構成
３７０  半円の接合部
３８０  分割された近流路シール
３９０  分割された基部
４００  第１の半体
４１０  第２の半体
【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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