(57)【要約】【課題】タービン内のガス流路を封止するための装置及び方法を提供する。【解決手段】タービン内のガス流路を封止するための装置は、第１のシュラウド・セグメントと、前記第１のシュラウド・セグメントの表面に設けたスロットとを含む。障壁体が前記スロットの中に延在し、また前記スロットの中のバイパス・チャンネルが障壁体とスロットとの間をタービン内のガス流路まで流体連通させる。タービン内のガス流路を封止するための方法は、第１のシュラウド・セグメントに設けた第１のスロットと第２のシュラウド・セグメントに設けた第２のスロットとの間に障壁体を設置する段階と、前記障壁体と前記第１のスロットとの間の流体をタービン内のガス流路へ流れさせる段階とを含み、該流体が前記第１のスロット内の第１のバイパス・チャンネルを通って流れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン内のガス流路を封止するための装置であって、
第１のシュラウド・セグメントと、
前記第１のシュラウド・セグメントの表面に設けたスロットと、
前記スロットの中に延在する障壁体と、
前記スロットの中に設けられていて、前記障壁体と前記スロットとの間をタービン内のガス流路まで流体連通させるバイパス・チャンネルと、
を有する装置。
【請求項２】
前記装置が更に、前記第１のシュラウド・セグメントに隣り合う第２のシュラウド・セグメントを有し、前記第１及び第２のシュラウド・セグメントが隣り合う表面を持っている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記障壁体は前記スロットの間を延在する複数の部分を有している、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記バイパス・チャンネルはタービン内のガス流路内の流体の流れに対してほぼ垂直に延在している、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記バイパス・チャンネルは、前記スロットに設けられた複数の一様に間隔を置いた溝を有している、請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記バイパス・チャンネルは弓形の形状を持っている、請求項１記載の装置。
【請求項７】
更に、前記第１のシュラウド・セグメントを通って前記第１のシュラウド・セグメント内の前記スロットへ至る流体ポートを有している請求項１記載の装置。
【請求項８】
タービン内のガス流路を封止するための装置であって、
第１のスロットを持つ第１のシュラウド・セグメントと、
前記第１のシュラウド・セグメントに隣接していて、第２のスロットを持つ第２のシュラウド・セグメントと、
前記第１のスロットの中から前記第２のスロットの中まで延在する障壁体であって、ガス流路に面していて、前記第１及び第２のスロットの各々と接触する実質的に平坦な表面を持つ障壁体と、
前記障壁体と前記第１のスロットとの間に設けられた、前記タービン内のガス流路への第１の流体通路と、
を有している装置。
【請求項９】
前記障壁体は、前記第１及び第２のスロットの中でのその寸法が、前記第１及び第２のシュラウド・セグメントの間でのその寸法よりも大きくなっている、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記障壁体は、前記第１のスロットの中から前記第２のスロットの中まで延在する複数の部分を有している、請求項８記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の流体通路が前記第２のシュラウド・セグメントの方向へ延在している、請求項８記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の流体通路は、前記第１のスロットに設けられた複数の一様に間隔を置いた溝を有している、請求項８記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の流体通路は、前記第１のスロットに設けられた複数の弓形の溝を有している、請求項８記載の装置。
【請求項１４】
更に、前記第１のシュラウド・セグメントを通って前記第１のシュラウド・セグメント内の前記スロットへ至る流体ポートを有している請求項８記載の装置。
【請求項１５】
更に、前記障壁体と前記第２のスロットとの間に設けられた、前記タービン内のガス流路への第２の流体通路を有している請求項８記載の装置。
【請求項１６】
タービン内のガス流路を封止するための方法であって、
第１のシュラウド・セグメントに設けた第１のスロットと第２のシュラウド・セグメントに設けた第２のスロットとの間に障壁体を設置する段階と、
前記障壁体と前記第１のスロットとの間の流体をタービン内のガス流路へ流れさせる段階であって、該流体が前記第１のスロット内の第１のバイパス・チャンネルを通って流れる段階と、
を有している方法。
【請求項１７】
更に、前記第１のスロットに設けた複数の溝を通って流体を流れさせる段階を有している請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
更に、前記第１のシュラウド・セグメント内の流体ポートを通って前記第１のシュラウド・セグメント内の前記スロットへ流体を流れさせる段階を有している請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
更に、前記障壁体と前記第２のスロットとの間の流体をタービン内のガス流路へ流れさせる段階であって、該流体が前記第２のスロット内の第２のバイパス・チャンネルを通って流れる段階を有している請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、タービン内のガス流路を封止するための装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タービンは、仕事を遂行するために航空機用、工業用及び発電用などの多種多様な用途に広く用いられている。各々のタービンは、一般的に、周囲に装着された複数の静翼及び複数の動翼の交互の段を含む。静翼は、タービンを取り囲むケーシングのような静止部品に取り付けることができ、また動翼はタービンの軸方向中心線に沿って配置された回転子に取り付けることができる。蒸気、燃焼ガス又は空気のような圧縮された作動流体が、仕事を生じるためにタービンを通るガス流路に沿って流れる。静翼は、圧縮された作動流体を加速して次の段の動翼へ導いて、動翼に運動を与え、従って回転子を回転させて、仕事を遂行する。
【０００３】
圧縮された作動流体は、静翼又は動翼の周りから漏洩するか又はそれらを迂回すると、タービンの効率を低減する。米国特許第４９０２１９８号には、ガス流路に沿って円周方向に配列された内側及び外側のシュラウド・セグメントを含む膜冷却用装置が記述されている。隣り合うシュラウド・セグメントの間のスロットに着座させたストリップ・シールにより、ガス流路から隣り合うシュラウド・セグメントの間を流出する圧縮された作動流体の量を低減している。更に、シュラウド・セグメントに設けた孔、及びストリップ・シールに間欠的に設けた逃し(relief)により、ストリップ・シールを横切ってガス流路に至る流体通路を設けている。この態様では、加圧流体が孔を通り、逃しを横切って、ガス流路へ供給されて、ガス流路からの漏洩を防止し、またストリップ・シールを膜冷却することができる。しかしながら、ストリップ・シール中の逃しは、ストリップ・シールを弱化させて、多分に早期の破損を招き、保守整備を増大させ、及び／又は異物をガス流路中へ放出する。結果として、タービン内のガス流路を封止するための封止装置及び方法を引き続き改善することは有益であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７４６７５１７号
【発明の概要】
【０００５】
本発明の様々な面及び利点は、以下に記載し、又は以下の記載から明らかであり、或いは本発明の実施を通じて習得することができよう。
【０００６】
本発明の一実施形態は、タービン内のガス流路を封止するための装置であり、該装置は、第１のシュラウド・セグメントと、前記第１のシュラウド・セグメントの表面に設けたスロットとを含む。障壁体(barrier) が前記スロットの中に延在し、また前記スロットの中のバイパス・チャンネルが障壁体とスロットとの間をタービン内のガス流路まで流体連通させる。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、タービン内のガス流路を封止するための装置であり、該装置は、第１のスロットを持つ第１のシュラウド・セグメントと、前記第１のシュラウド・セグメントに隣接していて、第２のスロットを持つ第２のシュラウド・セグメントとを含む。障壁体が前記第１のスロットの中から前記第２のスロットの中まで延在し、また前記障壁体は、ガス流路に面していて、前記第１及び第２のスロットの各々と接触する実質的に平坦な表面を持つ。前記タービン内のガス流路への第１の流体通路が、前記障壁体と前記第１のスロットとの間に設けられる。
【０００８】
本発明はまた、タービン内のガス流路を封止するための方法を含むことができる。該方法は、第１のシュラウド・セグメントに設けた第１のスロットと第２のシュラウド・セグメントに設けた第２のスロットとの間に障壁体を設置する段階と、前記障壁体と前記第１のスロットとの間の流体をタービン内のガス流路へ流れさせる段階とを含み、該流体が前記第１のスロット内の第１のバイパス・チャンネルを通って流れる。
【０００９】
当業者には、明細書を読むことにより、このような実施形態の特徴及び側面などがより良く理解されよう。
【００１０】
以下の説明では、当業者を対象として、最良の実施形態を含む本発明の完全で実現可能な開示を、添付の図面を参照して行う。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明における模範的なタービンの側断面図である。
【図２】図２は、図１の線Ａ−Ａに沿って見た、一実施形態に従った隣り合うシュラウド・セグメントの軸方向断面図である。
【図３】図３は、図１の線Ａ−Ａに沿って見た、別の実施形態に従った隣り合うシュラウド・セグメントの軸方向断面図である。
【図４】図４は、図２の線Ｂ−Ｂに沿って見た、一実施形態に従ったシュラウド・セグメントの側断面図である。
【図５】図５は、図２の線Ｂ−Ｂに沿って見た、代替実施形態に従ったシュラウド・セグメントの側断面図である。
【図６】図６は、図２の線Ｂ−Ｂに沿って見た、別の実施形態に従ったシュラウド・セグメントの側断面図である
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に本発明の様々な実施形態について詳しく説明するが、その内の１つ以上の例を図面に示す。詳しい説明では、図面中の特徴部分を表すために英数字の符号を用いている。図面及び明細書中の同様な英数字の符号は、本発明の同様な部品を表すために用いている。本書で用いる「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、一構成部品を別の構成部品から区別するために交換可能に用いることができ、また個々の構成部品の場所や重要性を表そうとするものではない。
【００１３】
各々の例は本発明を説明するためのものであり、本発明を制限するものではない。実際に、当業者には、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく本発明に様々な修正及び変更を為し得ることが明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として例示し説明した特徴を別の実施形態に用いて、更に別の実施形態を作成することが可能である。従って、本発明は、このような修正及び変更を「特許請求の範囲」の記載及びその等価な内容の範囲内に入るものとして包含するものとする。
【００１４】
本発明の様々な実施形態は、タービン内のガス流路を封止するための装置及び方法を含む。特定の実施形態では、隣り合うシュラウド・セグメントの間の障壁体により、圧縮された作動流体がガス流路からシュラウド・セグメント相互間を自由に流れて出て行くことを防止することができる。障壁体は、隣り合うシュラウド・セグメントの隣り合う表面に形成されたスロットの中から延在することができる。１つ以上のシュラウド・セグメントが、流体ポート、及び／又は障壁体とスロットとの間の流体通路又はバイパス・チャンネルを含むことができる。加圧流体が流体ポートを通って供給されて、障壁体とスロットとの間を流れてガス流路に入ることにより、ガス流路からの漏洩を防止すると共に、スロット及び障壁体を対流冷却及び／又は膜冷却することができる。本発明の模範的な実施形態をタービン内のガス流路に関連して一般的に説明するが、当業者には、本発明の実施形態が、加圧流体を含む任意のガス流路に適用できることが直ぐに理解されよう。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に従ったタービン１０の一部分の簡略断面図である。図１に示されているように、タービン１０は、ケーシング１２によって囲まれている静止部品及び回転部品を含むことができる。静止部品としては、例えば、ケーシング１２に取り付けられた固定ノズル又は静翼１４が挙げられる。回転部品としては、例えば、回転子１８に取り付けられた動翼１６が挙げられる。蒸気、燃焼ガス又は空気のような作動流体２０が、図１に示されているように、タービン１０を通る高温ガス流路に沿って、左から右へ流れる。１４は作動流体２０を加速して第１段の動翼１６へ導き、これにより、第１段の動翼１６及び回転子１８を回転させる。次いで、作動流体２０は第２段の静翼１４を横切って流れ、第２段の静翼１４は作動流体２０を加速して次の段の動翼（図示せず）へ再び導き、この過程は各々のその後の段について繰り返えされる。
【００１６】
図１に示されているように、ケーシング１２の半径方向内側部分は、ケーシング１２に接続された一連のシュラウド・セグメント２２を含むことができ、これらのシュラウド・セグメント２２は高温ガス流路を円周方向に取り囲んで画成して、静翼１４又は動翼１６を迂回して流れる作動流体２０の量を低減する。本書で用いられる用語「シュラウド」又は「シュラウド・セグメント」は、事実上、作動流体２０に伴う温度及び圧力に曝される高温ガス流路内の任意の静止した又は固定のハードウエアを包含し且つ含むことができる。例えば、図１に示された特定の実施形態では、シュラウド・セグメント２２は静翼１４及び動翼１６の半径方向外側に配置されているが、他の特定の実施形態では、シュラウド・セグメント２２はまた静翼１４及び／又は動翼１６の半径方向内側に配置することもできる。
【００１７】
図２及び図３は、図１の線Ａ−Ａに沿って見た隣り合うシュラウド・セグメント２２の軸方向断面図である。これらの図では、シュラウド・セグメント２２は静翼１４の半径方向外側に配置されており、またガス流路が、図２及び図３に示されているシュラウド・セグメント２２の下に及び動翼相互の間にある。図示のように、これらのシュラウド・セグメント２２は隣り合う表面２４を持ち、各々の隣り合う表面２４は、該表面の中へ少なくとも部分的に延在するスロット２６、窪み又は溝を含むことができる。本書で用いられる用語「スロット」、「窪み」及び「溝」は、交換可能に用い得るものであり、シュラウド・セグメント２２の表面２４に画成された任意のチャンネル、隙間、切欠き又は窪みを包含し且つ含む。障壁体２８、シール、ピン又は他の構造を、スロット２６の中に配置して、隣り合う表面２４内のそれぞれのスロット２６の間に延在させることにより、シュラウド・セグメント２２を所定位置に融通性を持って保持し、且つまた作動流体２０がガス流路から隣り合うシュラウド２２の間を流出するのを最小にし又は防止することができる。障壁体２８は、セラミック、合金鋼、又はガス流路に関連した温度及び圧力に連続的に露出することのできる他の適当な材料から形成することができる。
【００１８】
図２及び図３の両方に示されているように、障壁体２８は、ガス流路に面していて、各々のスロット２６と接触する実質的に平坦な表面３０を持つことができる。この態様では、障壁体２８の平坦な表面３０とスロット２６との間の接触は、作動流体２０がガス流路から流出又は漏洩するのを低減し及び／又は防止する流体シールを増強する。図３に示された特定の実施形態では、障壁体２８は、障壁体２８とスロット２６との間のシールを増強するために、スロット２６の中でのその寸法３２が、シュラウド・セグメント２２相互の間でのその寸法よりも大きくなっている。
【００１９】
１つ以上のシュラウド・セグメント２２は、そのシュラウド・セグメント２２の中を通る流体ポート３４を含むことができる。流体ポート３４はシュラウド・セグメント２２を通ってスロット２６へ流体連通することができる。この態様では、圧縮空気、不活性ガス又は蒸気のような加圧流体を、シュラウド・セグメント２２を通してスロット２６へ供給することにより、スロット２６内の障壁体２８を越えてシュラウド・セグメント２２相互の間に流れさせて、対流冷却及び／又は膜冷却を行うことができる。その代わりに又はそれに加えて、障壁体２８と１つ以上のスロット２６との間の流体通路又はバイパス・チャンネル３６により、加圧流体が障壁体２８を通り過ぎてガス流路に流入できるように流体連通させることができる。図２及び図３において、流体通路又はバイパス・チャンネル３６は、ガス流路内の流体の流れ（図２及び図３では紙面に向かう方向）に対してほぼ垂直に障壁体２８に下に延在するものとして大まかに示されている。
【００２０】
図４〜図６は、図２の線Ｂ−Ｂに沿って見た、シュラウド・セグメント２２の側断面図であって、本発明の範囲内にある様々な実施形態の流体通路又はバイパス・チャンネル３６を例示する。図４に示された特定の実施形態では、流体通路又はバイパス・チャンネル３６は、スロット２６に設けられた複数の一様に間隔を置いた溝３８を含む。これらの溝３８は、障壁体２８の実質的に平坦な表面３０とスロット２６との間に加圧流体を流れさせて、障壁体２８及び／又はシュラウド・セグメント２２から対流により熱を除去する。加圧流体がシュラウド・セグメント２２のスロット２６を出てガス流路に入るとき、加圧流体は障壁体２８及び／又はシュラウド・セグメント２２に対して膜冷却層を形成する。図５に示された特定の実施形態では、流体通路又はバイパス・チャンネル３６は、障壁体２８とスロット２６との間の接触点を少なくするためにスロット２６に弓形の形状４０を持ち、これによって、加圧流体が障壁体２８とスロット２６との間をガス流路へ流れるとき、障壁体２８に対する対流及び膜冷却を向上させる。当業者には、流体通路又はバイパス・チャンネル３６が様々な形状及び寸法を持ち得ること、及び本発明が「特許請求の範囲」に具体的に記載されていない限り如何なる特定の形状又は寸法の流体通路又はバイパス・チャンネル３６にも限定されないことが理解されよう。
【００２１】
図６は、更に別の実施形態を示し、この場合、障壁体２８は、隣り合う表面２４に設けたスロット２６の間を大体平行に延在する複数の部分４２を含む。更に、流体通路又はバイパス・チャンネル３６に設けた複数の溝３８は、ガス流路内の作動流体２０の流れの方向においてスロット２６の中の幅及び／又は深さが減少している。溝３８をより深く且つより広くすると、追加の加圧流体が障壁体２８とスロット２６との間に流れて、シュラウド・セグメント２２及び障壁体２８の上流側部分に対して追加の対流冷却を行うことができ、また加圧流体がガス流路に流入するときに障壁体２８及びシュラウド・セグメント２２にわたって膜冷却を増大することができる。溝３８の特定の幅及び深さはガス流路内のシュラウド・セグメント２２の位置に従って変えることができる。
【００２２】
図１〜図６に示された様々な実施形態はまた、タービン１０内のガス流路を封止するための方法を提供することができる。本方法は、隣り合うシュラウド・セグメント２２の隣り合う表面２４に設けたスロット２６の間に障壁体２８を設置する段階と、障壁体２８と１つ以上のスロット２６との間を通ってタービン１０内のガス流路へ加圧流体を流れさせて、加圧流体が１つ以上のスロット２６の中の１つ以上の流体通路又はバイパス・チャンネル３６を通って流れるようにする段階とを含むことができる。特定の実施形態では、本方法は、加圧流体を、１つ以上のスロット２６に設けた複数の溝３８を通って流れさせる段階、及び／又は加圧流体を、１つ以上のシュラウド・セグメント２２に設けた流体ポート３４を通って流れさせる段階を含むことができる。
【００２３】
本明細書は、最良の実施形態を含めて、本発明を開示するために、また当業者が任意の装置又はシステムを作成し使用し、任意の採用した方法を遂行すること含めて、本発明を実施できるようにするために、様々な例を使用した。本発明の特許可能な範囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る。このような他の例は、それらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から差異のない構造的要素を持つ場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００２４】
１０  タービン
１２  ケーシング
１４  静翼
１６  動翼
１８  回転子
２０  作動流体
２２  シュラウド・セグメント
２４  隣り合う表面２４
２６  スロット
２８  障壁体
３０  実質的に平坦な表面
３２  寸法
３４  流体ポート
３６  流体通路又はバイパス・チャンネル
３８  溝
４０  弓形の形状
【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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