(57)【要約】      （修正有）【課題】タービン内のガス経路をシールするためのシステムおよび方法を提供すること。【解決手段】タービン内のガス経路をシールするためのシステムは、ステータリングセグメント３０と、ステータリングセグメントに隣接するシュラウドセグメント４０と、ステータリングセグメントとシュラウドセグメントとの間の第１の負荷受け表面と備える。第１の非金属ガスケットは、ステータリングセグメントとシュラウドセグメントとの間の第１の負荷受け表面に接触する。タービン内のガス経路をシールする方法は、ステータリングセグメント、シュラウドセグメント、および外筒１２の任意の２つの間に非金属ガスケットを設置することを含む。【選択図】図１
2013139814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン内のガス経路をシールするためのシステムであって、
ａ．ステータリングセグメントと、
ｂ．前記ステータリングセグメントに隣接するシュラウドセグメントと、
ｃ．前記ステータリングセグメントと前記シュラウドセグメントとの間の第１の負荷受け表面と、
ｄ．前記ステータリングセグメントと前記シュラウドセグメントとの間の前記第１の負荷受け表面に接触する第１の非金属ガスケットとを備えるシステム。
【請求項２】
前記第１の負荷受け表面は実質的に水平である請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の負荷受け表面は、前記ステータリングセグメントの下流表面を備える請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の非金属ガスケットは雲母を含む請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の非金属ガスケットは、前記ステータリングセグメントおよび前記シュラウドセグメントの少なくとも一方に取付けられる請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記シュラウドセグメントの少なくとも一部分を円周方向に囲む外筒と、前記シュラウドセグメントと前記外筒との間の第２の負荷受け表面と、前記シュラウドセグメントと前記外筒との間の前記第２の負荷受け表面に接触する第２の非金属ガスケットとをさらに備える請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の非金属ガスケットは、前記シュラウドセグメントおよび前記外筒の少なくとも一方に取付けられる請求項６記載のシステム。
【請求項８】
タービン内のガス経路をシールするためのシステムであって、
ａ．ステータリングセグメントと、
ｂ．前記ステータリングセグメントに隣接するシュラウドセグメントと、
ｃ．前記ステータリングセグメントおよび前記シュラウドセグメントの少なくとも一部分を円周方向に囲む外筒と、
ｄ．前記ステータリングセグメント、前記シュラウドセグメント、および前記外筒の任意の２つの間の負荷受け表面と、
ｅ．前記負荷受け表面に接触する非金属ガスケットとを備えるシステム。
【請求項９】
前記負荷受け表面は実質的に水平である請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記負荷受け表面は、前記ステータリングセグメントの下流表面を備える請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
前記負荷受け表面は、前記外筒の表面を備える請求項８記載のシステム。
【請求項１２】
前記非金属ガスケットは雲母を含む請求項８記載のシステム。
【請求項１３】
前記非金属ガスケットは、前記ステータリングセグメント、前記シュラウドセグメント、または前記外筒の少なくとも１つに取付けられる請求項８記載のシステム。
【請求項１４】
タービン内のガス経路をシールする方法であって、
ａ．ステータリングセグメント、シュラウドセグメント、および外筒の任意の２つの間に非金属ガスケットを設置することを含む方法。
【請求項１５】
前記設置するステップは、前記ステータリングセグメント、前記シュラウドセグメント、および前記外筒の任意の２つの間に雲母ガスケットを設置することを含む請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記ステータリングセグメント、前記シュラウドセグメント、および前記外筒の任意の２つの間の水平ギャップ内に前記非金属ガスケットを設置することをさらに含む請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記ステータリングセグメント、前記シュラウドセグメント、および前記外筒の任意の２つの間の負荷受け表面に前記非金属ガスケットを設置することをさらに含む請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
前記ステータリングセグメント、前記シュラウドセグメント、および前記外筒の少なくとも１つに前記非金属ガスケットを取付けることをさらに含む請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的に、タービン内のガス経路をシールするためのシステムおよび方法を含む。
【背景技術】
【０００２】
タービンは、仕事を行う種々の航空、産業、発電用途で広く使用されている。各タービンは、一般に、周辺に取付けられた静翼および動翼の交番ステージを含む。静翼は、タービンを囲む外筒などの固定構成要素に取付けられることができ、動翼は、タービンの軸中心線に沿って位置するロータに取付けられることができる。蒸気、燃焼ガス、または空気などの圧縮作動流体は、タービンを通るガス経路に沿って流れる。静翼は、圧縮作動流体を加速し、動翼の後続のステージ上に送って、動翼に動きを与え、したがって、ロータを回転させ、仕事を行う。
【０００３】
静翼または動翼の周りで漏れるまたは静翼または動翼をバイパスする圧縮作動流体は、タービンの効率を減少させ、また、圧縮作動流体が静翼または動翼の周りで漏れることを低減するかつ／または防止するための種々のシステムおよび方法が開発されてきた。たとえば、１つまたは複数のステータセグメントおよび／またはシュラウドセグメントが、静翼および／または動翼の周りに円周方向に据付けられて、圧縮作動流体がガス経路から漏れることを低減するかつ／または防止することができる。さらに、冷却媒体が、ガス経路の外側に供給されて、ステータセグメントおよび／またはシュラウドセグメントが冷却されることができ、柔軟性シールが、ステータセグメント、シュラウドセグメント、および外筒の種々の組合せの間に据付けられて、冷却媒体がガス経路に入ることを低減するまたは防止することができる。しかし、柔軟性シールは、タービンに対して複雑さおよびコストを付加し、したがって、全ての場所に適さない。結果として、タービン内のガス経路をシールするためのシステムおよび方法において継続した改良が有用であることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７２２９２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
タービン内のガス経路をシールする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様および利点は、以下の説明において述べられるか、その説明から明らかになる可能性があるか、または、本発明の実施を通して学ばれる可能性がある。
【０００７】
本発明の一実施形態は、タービン内のガス経路をシールするためのシステムである。システムは、ステータリングセグメントと、ステータリングセグメントに隣接するシュラウドセグメントと、ステータリングセグメントとシュラウドセグメントとの間の第１の負荷受け表面と含む。第１の非金属ガスケットは、ステータリングセグメントとシュラウドセグメントとの間の第１の負荷受け表面に接触する。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、タービン内のガス経路をシールするためのシステムであり、システムは、ステータリングセグメントと、ステータリングセグメントに隣接するシュラウドセグメントと、ステータリングセグメントおよびシュラウドセグメントの少なくとも一部分を円周方向に囲む外筒を含む。負荷受け表面は、ステータリングセグメント、シュラウドセグメント、および外筒の任意の２つの間にある。非金属ガスケットは、負荷受け表面に接触する。
【０００９】
本発明はまた、タービン内のガス経路をシールする方法を含む。方法は、ステータリングセグメント、シュラウドセグメント、および外筒の任意の２つの間に非金属ガスケットを設置することを含む。
【００１０】
当業者は、明細書を検討すると、こうした実施形態および他の実施形態の特徴および態様をよりよく認識するであろう。
【００１１】
当業者を対象とする、その最良の形態を含む本発明の完全かつ実施可能な開示が、添付の図面の参照を含む本明細書の残りの部分でより詳細に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態によるタービンの一部分の略側断面図である。
【図２】図１に示す非金属ガスケットの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、その１つまたは複数の例が添付図面に示される本発明の実施形態を提示するために、参照が詳細に行われる。詳細な説明は、図面内の特徴を参照するために数値および文字指定を使用する。図面および説明における同様のまたは類似の指定は、本発明の同様のまたは類似の部品(part)を指すために使用された。本明細書で使用されるように、用語「第１の(first)」、「第２の(second)」、および「第３の(third)」は、１つの構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用されることができ、個々の構成要素の場所または重要性を意味することを意図されない。さらに、用語「上流(upstream)」および「下流(downstream)」は、流体通路内での構成要素の相対的な場所を指す。たとえば、流体が構成要素Ａから構成要素Ｂへ流れる場合、構成要素Ａは構成要素Ｂから上流にある。逆に、構成要素Ｂが構成要素Ａから流体の流れを受取る場合、構成要素Ｂは構成要素Ａから下流にある。
【００１４】
それぞれの例は、本発明の制限ではなく、本発明の説明として提供される。実際には、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく、本発明において変更および変形が行われうることが当業者に明らかになるであろう。たとえば、一実施形態の一部として示されるかまたは述べられる特徴は、なおさらなる実施形態を生み出す別の実施形態で使用されることができる。そのため、本発明は、添付特許請求の範囲およびその均等物の範囲内に入るこうした変更および変形を包含することが意図される。
【００１５】
本発明の種々の実施形態は、タービン内のガス経路をシールするためのシステムおよび方法を含む。ガスタービンは、当技術分野で知られているように、一般に、静翼および動翼の交番ステージを含む。システムおよび方法は、静翼および動翼の各ステージをそれぞれ円周方向に囲む１つまたは複数のステータリングセグメントおよびシュラウドセグメントを含む。外筒は、ステータリングセグメントおよび／またはシュラウドセグメントの少なくとも一部分を円周方向に囲むことができ、非金属ガスケットは、ステータリングセグメント、シュラウドセグメント、および外筒の任意の２つの間の負荷受け表面に隣接して位置する。特定の実施形態では、非金属ガスケットは、雲母ベース材料を含むことができる。非金属ガスケットは、既存の柔軟性シールより複雑さが低く、雲母は、隣接表面間の漏れを低減するための安価な材料を提供し、したがって、タービンのサイクル効率が増加する。本発明の例示的な実施形態が、ガスタービン内のガス経路の文脈で一般に述べられるが、本発明の実施形態が任意のタービンに適用されることができることを当業者は容易に認識するであろう。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態によるタービン１０の一部分の略断面図を提供する。図１に示すように、タービン１０は、外筒１２によって囲まれた固定構成要素と回転構成要素を含むことができる。固定構成要素は、たとえば外筒１２に取付けられた固定ノズルまたは静翼１４を含むことができる。回転構成要素は、たとえばロータ１８に取付けられた動翼１６を含むことができる。蒸気、燃焼ガス、または空気などの作動流体２０は、図１に示すように左から右にタービンを通るホットガス経路に沿って流れる。静翼１４の第１のステージは、作動流体２０を、加速し動翼１６の第１のステージ上に送り、動翼１６の第１のステージおよびロータ１８を回転させる。作動流体２０は、その後、静翼１４の第２のステージを横切って流れ、静翼１４の第２のステージは、作動流体２０を加速し、動翼（図示せず）の次のステージに再び送り、プロセスは、それぞれの後続のステージについて繰返す。
【００１７】
図１に示すように、タービン１０は、静翼または動翼をバイパスする作動流体の量を提言するため、さらに、静翼１４および動翼１６の各ステージからそれぞれ円周方向に外側にある一連のステータリングセグメント３０およびシュラウドセグメント４０を含むことができる。ステータリングセグメント３０およびシュラウドセグメント４０は、通常、作動流体２０について予想される温度および圧力に対する連続的な暴露に適した合金鋼および／またはセラミック複合材料から機械加工または鋳造される。隣接するステータリングセグメント３０は、静翼１４の各ステージを円周方向に囲む外筒１２の内部のリングを形成し、１つまたは複数の静翼１４は、各ステータリングセグメント３０に接続する。隣接するシュラウドセグメント４０は、同様に、動翼１６の各ステージを円周方向に囲む外筒１２の内部のリングを形成する。
【００１８】
外筒１２、ステータリングセグメント３０、およびシュラウドセグメント４０は、種々の構成要素を取付けるか、接続するか、または支持するための相補的な表面を含む。たとえば、図１に示すように、外筒１２は、キャビティ５０、窪み、またはスロットを含むことができ、シュラウドセグメント４０は、相補的な形状のフック４２を含むことができる。こうして、シュラウドセグメント４０上のフック４２は、外筒１２内のキャビティ５０に滑り込んでまたは嵌り込んで、各シュラウドセグメント４０を外筒１２に解除可能に接続することができる。同様に、シュラウドセグメント４０は、キャビティ４４、窪み、またはスロットを含むことができ、ステータリングセグメント３０は、相補的な形状のフック３２を含むことができる。こうして、ステータリングセグメント３０上のフック３２は、シュラウドセグメント４０内のキャビティ４４に滑り込んでまたは嵌り込んで、各ステータリングセグメント３０を隣接するシュラウドセグメント４０に解除可能に接続することができる。ステータリングセグメント３０およびシュラウドセグメント４０を外筒１２に接続するまたは取付けるための代替の構造および配置構成が、本発明の種々の実施形態の範囲内であることを当業者は容易に認識できる。たとえば、代替の実施形態では、ステータリングセグメント３０は、外筒１２に解除可能に接続するように構成されることができ、シュラウドセグメント４０は、ステータリングセグメント３０に解除可能に接続するように構成されることができる。
【００１９】
外筒１２、ステータリングセグメント３０、および／またはシュラウドセグメント４０の間の隣接表面は、これらの構成要素間の種々の負荷受け表面を生成する。たとえば、図１に示すように、ステータリングセグメント３０とシュラウドセグメント４０との間の実質的に垂直な負荷受け表面６０は、静翼１４を横切る作動流体２０の流れによって生成される空気力学力を伝達する。同様に、ステータリングセグメント３０とシュラウドセグメント４０との間の実質的に水平の負荷受け表面６２は、タービン１０の内部の種々の構成要素の熱膨張によって生成される力を伝達する。具体的には、タービン１０を通って流れる作動流体２０の温度変化は、静翼１４、動翼１６、ステータリングセグメント３０、およびシュラウドセグメント４０に膨張および収縮させる。実質的に水平の負荷受け表面６２は、この膨張および収縮によって生成される力を隣接する構成要素間に伝達する。
【００２０】
負荷受け表面６０、６２は、一般に、柔軟性シールに好適でない、外筒１２、ステータリングセグメント３０、およびシュラウドセグメント４０の隣接する合金鋼またはセラミック複合材料表面を特徴とする。結果として、非金属ガスケット７０が、負荷受け表面６０、６２に据付けられて、冷却媒体がガス経路内に漏れることを低減または防止することができる。図２は、ステータリングセグメント３０とシュラウドセグメント４０との間の図１に示す非金属ガスケット７０の拡大図を提供する。非金属ガスケット７０は、組立て中にステータリングセグメント３０とシュラウドセグメント４０との間に挿入されることができ、負荷受け表面６０、６２は、その後、非金属ガスケット７０を所定場所に保持することができる。特定の実施形態では、非金属ガスケット７０は、タービン１０内に据付ける前に種々の表面の１つまたは複数に取付けられることができる。たとえば、図２に示すように、ステータリングセグメント３０のフック３２をシュラウドセグメント４０内のキャビティ４４に滑り込ませる前に、熱溶解性接着剤７２または他の適した接着剤が、非金属ガスケット７０をステータリングセグメント３０に取付けるために使用されることができる。
【００２１】
非金属ガスケット７０は、作動流体２０について予想される温度および圧力に対する連続的な暴露に適した任意の材料から製造されることができる。たとえば、特定の実施形態では、非金属ガスケット７０は、雲母あるいはケイ酸塩鉱物またはフィロケイ酸塩鉱物の雲母群を含むことができる。雲母材料は、ガスタービンにおいて通常存在する高温環境に好適であり、合金鋼またはセラミック複合材料の隣接表面間に流体抵抗を提供できる、薄く、平滑で、クラック耐性があるシートになるように容易に形成される。非金属ガスケット７０の厚さは、通常、０．１インチ未満であり、特定の場所に応じて変わる場合がある。雲母を組込む、適した非金属ガスケット７０は、現在のところ、登録商標Ｔｈｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ（登録商標）の下でテキサスにあるＦｌｅｘｉｔａｌｌｉｃによって販売されている。
【００２２】
図１および図２に関して述べられ示されるシステムはまた、タービン１０内のガス経路をシールするための方法を提供することができる。方法は、ステータリングセグメント３０、シュラウドセグメント４０、および外筒１２の任意の２つの間に非金属ガスケット７０を設置することであって、それにより、冷却媒体がガス経路内に漏れることを低減または防止することができる。特定の実施形態では、雲母ガスケット７０が、ステータリングセグメント３０、シュラウドセグメント４０、および外筒１２の任意の２つの間に設置または据付けされることができる。別法としてまたは付加的に、方法は、非金属ガスケット７０を、ステータリングセグメント３０、シュラウドセグメント４０、または外筒１２の少なくとも１つに取付けることを含むことができる。
【００２３】
この書面による説明は、ベストモードを含む本発明を開示する例、同様に、任意の１つまたは複数のシステムを作り使用すること、および、組込まれる任意の方法を実施することを含む、本発明を実施することを可能にする例を使用する。本発明の特許取得の対象となる範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が思い付く他の例を含むことができる。こうした他の例は、特許請求の範囲の文字による言語と異ならない構造的要素を含む場合、または、特許請求の範囲の文字による言語との差が重大でない等価物を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図される。
【符号の説明】
【００２４】
１０  タービン
１２  外筒
１４  静翼
１６  動翼
１８  ロータ
２０  作動流体
３０  ステータリングセグメント
３２  ステータリングフック
４０  シュラウドセグメント
４２  シュラウドフック
４４  シュラウドキャビティ
５０  外筒内のキャビティ
６０  垂直負荷受け表面
６２  水平負荷受け表面
７０  非金属ガスケット
７２  接着剤
【図１】
2013139814.tif 000003
【図２】
2013139814.tif 000004