(57)【要約】      （修正有）【課題】シール弱さを単純かつ費用対効果の高い方法で低減又はさらには排除するシール配列を提供する。【解決手段】シール配列２２は、ガスタービンの燃焼器１１とタービン１２との間の境界面に設けられており、タービン１２は、その入口にガイドベーン１４を有し、ベーン１４は、外径においては、後側外径ベーンフックによってタービン１２内に取り付けられており、かつ内径においては、燃焼器１１の出口の対応する内径部分に配置されたハニカムシール２４と、前側内径ベーン突起２３によってシール係合して取り付けられており、後側外径ベーンフックは、フックを中心とする回転の形式でベーン１４の相対移動を許容する。シールは、前側内径ベーン突起２３及び対応するシール２４を、ベーン１４の相対移動に適応させることによって改良され、ガスタービンの移行を通じたシール２４の圧縮が減じられる。【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（１０）の燃焼器（１１）とタービン（１２）との間の境界面におけるシール配列（２２，２６，３１）であって、前記タービン（１２）は、その入口に複数のガイドベーン（１４）を有し、該ガイドベーン（１４）は、それぞれ外径においては、外径ベーンフック（１５）によって前記タービン（１２）内に取り付けられており、かつそれぞれ内径においては、前記燃焼器（１１）の出口の対応する内径部分に配置されたハニカムシール（２４，２８，３３，３６）と、前側内径ベーン突起（２３，２７，３２）によってシール係合して取り付けられており、前記後側外径ベーンフック（１５）は、前記外径ベーンフック（１５）を中心とする回転の形式で前記ガイドベーン（１４）の相対移動（１６）を許容する、シール配列において、
前記前側内径ベーン突起（２３，２７，３２）及び対応する前記ハニカムシール（２４，２８，３３，３６）は、ガスタービン（１０）の移行を通じた前記ハニカムシール（２４，２８，３３，３６）の前記圧縮が減じられるように、前記ガイドベーン（１４）の前記回転する相対移動（１６）にそれらの構成が適応させられていることを特徴とする、シール配列。
【請求項２】
前記前側内径ベーン突起（２３，２７，３２）及び前記対応するハニカムシール（２４，２８，３３，３６）は、前記ガイドベーン（１４）の前記回転する相対移動（１６）にそれらの形状が適応させられている、請求項１記載のシール配列。
【請求項３】
前記ハニカムシール（２４，２８，３３，３６）は、前記ガイドベーン（１４）の前記回転する相対移動（１６）の接線方向と整合したシール面（２５，２９，３４，３７）を有する、請求項２記載のシール配列。
【請求項４】
前記前側内径ベーン突起（２３，２７，３２）は、前記ハニカムシール（２４，２８，３３，３６）の前記シール面（２５，２９，３４，３７）と概ね整合した接触面（２３ａ，２７ａ，３２ａ）を有する、請求項３記載のシール配列。
【請求項５】
前記接触面（２３ａ，２７ａ）は、前記シール面（２５，２９）に対して平行である、請求項４記載のシール配列。
【請求項６】
前記接触面（３２ａ）は、前記シール面（３４）よりも、機械の軸方向に関してより傾斜させられている、請求項４記載のシール配列。
【請求項７】
前記ハニカムシール（２８，３６）の前記ハニカムセル（３８）は、それらの向きにおいて、前記ガイドベーン（１４）の前記回転する相対移動（１６）に適応させられている、請求項１記載のシール配列。
【請求項８】
前記ハニカムシール（２８）は、前記ガイドベーン（１４）の前記回転する相対移動（１６）の接線方向と整合したシール面（２９）を有し、前記ハニカムシール（２８）の前記ハニカムセルは、全て、前記ガイドベーン（１４）の前記回転する相対移動（１６）の接線方向と整合している、請求項７記載のシール配列。
【請求項９】
前記ハニカムシール（３６）は、前記ガイドベーン（１４）の回転する相対移動（１６）の接線方向と整合したシール面（３７）を有し、前記ハニカムシール（３６）の前記ハニカムセル（３８）が、シール面（３７）からの距離を減少しながら、前記ガイドベーン（１４）の前記回転する相対移動（１６）の接線方向と成長する整合をするように、前記ハニカムシール（３６）が予め変形させられている、請求項７記載のシール配列。
【請求項１０】
前記外径ベーンフック（１５）は、前記ベーン（１４）の後端部又は該後端部の近くに配置されている、請求項１記載のシール配列。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項記載のシール配列（２２，２６，３１）を含むガスタービン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は、ガスタービンの技術に関する。本発明は、請求項１の前提部に係るガスタービンの燃焼器とタービンとの間の境界面におけるシール配列に関する。
【０００２】
本発明は、さらに、このようなシール配列を備えるガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来技術
ガスタービンは、概して、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを備える。圧縮機は空気を圧縮し、この空気は、次いで、燃焼器へ供給され、燃料を燃焼させるために使用される。結果として生じた高温ガスは、燃焼器から出て、高温ガス通路に沿ってタービンに進入する。通常、ガイドベーンのリングがタービン入口に配置されている。圧縮空気が高温ガス通路に進入するのを防止するために、高温ガス通路に沿った様々な場所にシールが設けられなければならない。特に、燃焼器とタービンとの間の境界面には、封止のために特別なハニカムシールが使用される（例えば、米国特許第７１７８３４０号明細書参照）。
【０００４】
燃焼器／タービン境界面における封止状況は、図１に詳細に示されている。図１において、高温ガス通路４０は高温ガス１３を燃焼器１１から燃焼器／タービン境界面を通ってガスタービン１０のタービン１２へ案内する。タービン１２の入口には、ガイドベーン１４の周方向のリングが配置されている。各ガイドベーン１４は、内径プラットフォーム１４ａと外径プラットフォーム１４ｂとの間に半径方向に延びる翼１７を有する。各ベーン１４は、外径プラットフォーム１４ｂの後端部において、後側外径フック１５によって、外側ケーシングにおける支持部に掛止させられている（図１の上側の円を参照）。後側外径フック１５とは反対側に、内径プラットフォーム１４ａの前端部にシール配列１８が設けられており（図１の下側の円を参照）、ここで、ベーン突起１９が、ハニカムシール２０（図２にさらに詳しく示されている）とその封止面２１とにシール係合している。ベーン１４は、保持構造４２によって内側プラットフォームに支持されている。ガスタービンの内側及び外側の構造の間の移行時熱的挙動は、相対移動４３につながる。
【０００５】
シール位置又はシール配列１８に対する特別な要求は、相対的な軸方向及び半径方向の移動がシール２０によって許容されなければならないことである。これは、ハニカムの弾性変形によって行われると考えられる。シール配列１８における緊密な封止は、高温ガス通路４０内への燃焼器１１の周囲からの冷却空気バイパスを防止するために重要である。この冷却空気バイパスは、より高い火炎温度及びより高いＮＯｘエミッション、そして、タービン１２のタービン入口におけるより著しい温度不均一性につながる。問題は、老化及び劣化がシールを摩耗させる又はシールが塑性変形させられることである。両効果は、漏れ間隙の増大につながり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７１７８３４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、このようなシール弱さを単純かつ費用対効果の高い方法で低減又はさらには排除する、燃焼器／タービン境界面におけるシール配列を提供することである。
【０００８】
本発明の別の課題は、このようなシール配列を備えたガスタービンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの及びその他の課題は、請求項１に係るシール配列及び請求項１１に係るガスタービンによって得られる。
【００１０】
本発明によるシール配列は、ガスタービンの燃焼器とタービンとの間の境界面に設けられており、前記タービンは、その入口にガイドベーンを有し、ガイドベーンはそれぞれ、外径においては、後側又は後側に近い外径ベーンフックによって前記タービン内に取り付けられており、かつそれぞれ内径においては、前記燃焼器の出口の対応する内径部分に配置されたハニカムシールと、前側内径ベーン突起によってシール係合しており、前記後側外径ベーンフックは、前記後側外径ベーンフックを中心とする回転の形式で前記ガイドベーンの相対移動を許容する。
【００１１】
本発明は、前記前側内径ベーン突起及び対応するハニカムシールが、それらの構成において、前記ガイドベーンの前記回転する相対移動に適応させられており、ガスタービンの移行を通じた前記ハニカムシールのこのような前記圧縮が減じられることを特徴とする。
【００１２】
本発明によるシール配列の１つの実施の形態は、前記前側内径ベーン突起及び対応するハニカムシールが、それらの形状において、前記ガイドベーンの前記回転する相対移動に適応させられていることを特徴とする。
【００１３】
特に、前記ハニカムシールは、前記ガイドベーンの回転する相対移動の接線方向と整合したシール面を有する。
【００１４】
特に、前記前側内径ベーン突起は、前記ハニカムシールの前記シール面と概して整合した接触面を有する。
【００１５】
さらに、前記接触面は、前記シール面に対して平行であってよい。
【００１６】
これに代えて、前記接触面は、前記シール面よりも、機械の軸方向に関してより傾斜させられていてよい。
【００１７】
本発明によるシール配列の別の実施の形態は、前記ハニカムシールのハニカムセルが、それらの向きにおいて、前記ガイドベーンの前記回転する相対移動に適応させられていることを特徴とする。
【００１８】
特に、前記ハニカムシールは、前記ガイドベーンの回転する相対移動の接線方向と整合したシール面を有してよく、前記ハニカムシールの前記ハニカムセルは、全て、前記ガイドベーンの回転する相対移動の接線方向と整合していてよい。
【００１９】
これに代えて、前記ハニカムシールは、前記ガイドベーンの回転する相対移動の接線方向と整合したシール面を有してよく、前記ハニカムシールのハニカムセルが、シール面からの距離を減少しながら、前記ガイドベーンの回転する相対移動の接線方向と成長する整合をするように、前記ハニカムシールが予め変形させられていてよい。
【００２０】
本発明のガスタービンは、本発明によるシール配列を含む。
【００２１】
ここで様々な実施の形態によって、添付の図面を参照しながら発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術によるガスタービンの燃焼器とタービンとの間の境界面を詳細に示す図である。
【図２】図１の境界面の内径プラットフォームの前端部におけるシール配列をより詳細に示す図である。
【図３】整合したシール面を備える本発明によるシール配列の１つの実施の形態を示す図である。
【図４】整合したシール面及びハニカムセルを備える本発明によるシール配列の別の実施の形態を示す図である。
【図５】異なって整合したシール面を備える本発明によるシール配列の別の実施の形態を示す図である。
【図６】予め変形させられた、次第に整合させられるハニカムセルを備える本発明によるシール配列用のハニカムシールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
発明の様々な実施の形態の詳細な説明
本発明の基本的概念は、適切な成形及び／又は構成により移行時のシールの圧縮を減じることである。
【００２４】
図１に示された構成では、ベーン１４の支配的な相対移動は、半径ベクトル１６を備える、後側外径ベーンフック１５を中心とする回転である。
【００２５】
図３に示したように、本発明の第１の実施の形態では、ベーン突起２３の接触面２３ａと、ハニカムシール２４のシール面２５とは、ベーン１４の相対移動に対して平行に、又は半径ベクトル１６に関して接線方向に向けられている。しかしながら、ハニカムの圧縮方向は、容易な製造及び組立の理由から、依然として機械の軸方向に沿って向けられている。
【００２６】
代替例は、ハニカムセルを同じ角度だけ回転させること、すなわちハニカムセルをシール面に対して平行にすることである。これは、製造コストを増大させるが、ベーン突起とシールとの間の摩耗及び接触に対する抵抗を高める。しかしながら、シール面は、切断されたセルによって形成され、これは、迅速に剥離し、セルのレベルの間に小さな段部が形成される。
【００２７】
このような代替的な設計は、図４に示されている。図４のシール配列は、図３と同様の傾斜した接触面２７ａを備えるベーン突起２７と、シールキャリヤ３０に保持された、図３と同様の、対応して傾斜したシール面２９を備えるハニカムシール２８とを含む。シールキャリヤ３０は、シール２８とシールキャリヤ３０との間の間隙を減じるように分割することができる。さらに、圧縮方向は、ベーン１４、すなわち後側外径フック１５の回転の中心に対して半径方向である。ここで、ハニカムセルも、シール２８に引かれた線に従って傾斜させられている。これは、シールに対する半径方向の力をできるだけ減じる。これは、設計間隙及び劣化した材料の両方の場合における、増大した間隙を有するシールによって漏れを減じるために有利である。
【００２８】
ベーン突起の代替的な設計が、図５に示されている。図５のシール配列３１において、ベーン突起３２のエッジは、傾斜したシール面３４の角度α（例えば４５°）よりも大きな角度β（例えば５０°）で形成されており、これにより、シールの潰れは、突起３２の上部におけるよりも、下部において距離ｄ（例えば１ｍｍ以下）だけ大きい。これは、変形を弾性に保ちながらベーン突起３２とハニカムシール３３との接触を高め、これにより、シールは弾性変形３５（図５における点線）からその形状を回復することができる。
【００２９】
代替的な設計は、図６に示されている。傾斜したシール面３７を備えるハニカムシール３６のハニカムセル３８は、所望の端部形状を得るように予め変形させられている（図６における白抜きの矢印を参照）。外側及び内側のシール境界面の最終的な機械加工は、予め曲げる前又は好適には予め曲げた後に行うことができる。これにより、ハニカムシールの高さが最小限に減じられ、これは、製造のために有利である。
【００３０】
本発明によるシール配列の利点は以下の通りである：
・シールのより小さな圧縮、ひいてはより小さな弾性及び塑性変形。基本的に、より大きな軸方向移動は、任意のシール寸法によって対応することができる。実際には、変形はほとんど弾性であり、これは、シールが、潰された後にその形状を回復することを意味する。
・ベーン突起とシールとの接触は、シールが強く締め付けられたときにも定常状態において保証される（すなわち圧力作動は不要である）。
・最後に、摩耗及び望ましくない漏れに対するより強い設計が可能であり、これは、火炎温度及びエミッションの増大のリスクを低減する。
【００３１】
圧縮されたとき、ハニカムは周方向に延びる。そのスペースは、設計において提供されなければならず、付加的な漏れ通路を生じる。より小さな圧縮は、より小さな周方向スペースが提供されなければならないことも意味し、これは、より少ない二次的漏れを意味する。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ガスタービン
１１  燃焼器
１２  タービン
１３  高温ガス
１４  ベーン
１４ａ  内径プラットフォーム
１４ｂ  外径プラットフォーム
１５  ベーンフック（後側外径）
１６  半径ベクトル
１７  翼
１８，２２，２６，３１  シール配列
１９，２３，２７，３２  ベーン突起
２０，２４，２８，３３  ハニカムシール
２１，２５，２９，３４  シール面
２３ａ，２７ａ，３２ａ  接触面（ベーン突起）
３０  シールキャリヤ
３５  弾性変形のライン
３６  ハニカムシール
３７  シール面
３８  ハニカムセル
４０  高温ガス通路
４１  シールキャリヤ３０における分割
４２  保持構造
４３  相対移動
α，β  角度
【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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