(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジンのタービン流路シールを提供する。【解決手段】ガスタービンエンジン１０の弧状リーフシール組立体３３は、隣接する第１及び第２のタービン構成部品との間を半径方向および周方向に延在する弧状リーフシールを含む。リーフシールの上部および下部リーフシール部は、それぞれ第１および第２のタービン構成部品の半径方向に間隔を置いて配置された弧状の上部および下部溝内にある。シールは、弧状の本体と、本体から半径方向に離れるように延在し溝の壁の切欠きに配置された周方向の保持タブとを含む。タービン構成部品は、半径方向に隣接するタービンノズル上部および下部構成部品とすることができる。上部または下部構成部品はセラミックマトリックス複合材製とすることができる。内側支持リングセグメントの流れ空洞を含む環状の冷却空気プレナムは、下部構成部品にあり、中空のフェアリングエーロフォイルと流れ連通する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する第１のタービン構成部品（４）と第２のタービン構成部品（６）との間を半径方向および周方向に延在し、
前記第１のタービン構成部品（４）と前記第２のタービン構成部品（６）との間の隙間（１５）を通る、第１の流体容積（５７）と第２の流体容積（５９）との間の漏れを防ぐまたは妨げるように動作可能な弧状リーフシール（５２）であって、
前記弧状リーフシール（５２）の上部および下部リーフシール部（５４、５６）が、前記第１および第２のタービン構成部品（４、６）の半径方向に間隔を置いて配置された弧状リーフシール上部および下部溝（９、１１）内にそれぞれ配置される、弧状リーフシール（５２）
を備えるガスタービンエンジンの弧状リーフシール組立体（３３）。
【請求項２】
弧状の本体（５８）と、前記弧状の本体（５８）から半径方向に離れるように延在する少なくとも１つの周方向の保持タブ（６１）とを含む前記リーフシール（５２）をさらに備える請求項１記載の組立体（３３）。
【請求項３】
前記上部または下部溝（９、１１）の前方または後方環状壁（７２、７３）、あるいは後方環状壁（７３）の切欠き（６３）に配置された前記保持タブ（６１）をさらに備える請求項２記載の組立体（３３）。
【請求項４】
エンジンの全作動範囲中で、前記リーフシール（５２）が、前記上部および下部溝（９、１１）それぞれの上部および下部面（６４、６６）のシールエッジに係合するのに十分な可撓性を有する前記保持タブ（６１）をさらに備える請求項３記載の組立体（３３）。
【請求項５】
３ｍｉｌから３５ｍｉｌの範囲の厚さ（Ｔ）を有する前記リーフシール（５２）をさらに備える請求項３記載の組立体（３３）。
【請求項６】
０．０１５ｌｂ／ｉｎと０．１５ｌｂ／ｉｎとの間の範囲の捩り剛性を有する材料よりなる前記リーフシール（５２）をさらに備える請求項３記載の組立体（３３）。
【請求項７】
半径方向に隣接するタービンノズル上部および下部構成部品（９４、９６）のそれぞれである前記隣接する第１および第２のタービン構成部品（４、６）、または軸方向に隣接する前記隣接する第１および第２のタービン構成部品（４、６）をさらに備える請求項１記載の組立体（３３）。
【請求項８】
セラミックマトリックス複合材を含む前記タービンノズル上部および下部構成部品（９４、９６）のうちの１つをさらに備える請求項７記載の組立体（３３）。
【請求項９】
軸（１２）の周りを囲むタービンノズルセグメント（３２）の輪と、
半径方向内側支持リングセグメント（４５）、半径方向外側支持リングセグメント（４７）、およびこれらの間で支持され配置された少なくとも１つのノズルフェアリング（５０）を含む前記タービンノズルセグメント（３２）のそれぞれと、
前記ノズルフェアリング（５０）の半径方向に間隔を置いて配置された内側および外側バンドセグメント（７１、７４）、ならびにこれらの間を半径方向に延在する中空のフェアリングエーロフォイル（９８）と、
前記中空のフェアリングエーロフォイル（９８）を半径方向に通って配置され、前記内側支持リングセグメント（４５）および前記外側支持リングセグメント（４７）に結合され、それらの間で荷重を伝えるように動作可能なストラット（７０）と、
前記内側バンドセグメント（７１）と前記内側支持リングセグメント（４５）との間を半径方向および周方向に延在する弧状リーフシール（５２）を含む少なくとも１つのガスタービンエンジンの弧状リーフシール組立体（３３）と、
前記内側バンドセグメント（７１）および前記内側支持リングセグメント（４５）の半径方向に間隔を置いて配置された弧状リーフシール上部および下部溝（９、１１）にそれぞれ配置された前記弧状リーフシール（５２）の上部および下部リーフシール部（５４、５６）と
を備えるセグメント化されたタービンノズル（２０）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのガスタービンエンジンの弧状リーフシール組立体（３３）を含む前方および後方タービンリーフシール組立体（７８、８０）をさらに備え、
前記前方および後方タービンリーフシール組立体（７８、８０）が、前記内側支持リングセグメント（４５）と前記フェアリング（５０）の前記内側バンドセグメント（７１）との間で前記ノズルセグメント（３２）の前方および後方端（８２、８４）にそれぞれ配置され、
前記前方および後方タービンリーフシール組立体（７８、８０）のそれぞれが、前記内側バンドセグメント（７１）と前記内側支持リングセグメント（４５）との間を半径方向および周方向に延在する弧状リーフシール（５２）を含み、
前記前方および後方タービンリーフシール組立体（７８、８０）のそれぞれが、前記内側バンドセグメント（７１）の上部フランジ（８６）および前記内側支持リングセグメント（４５）の下部フランジ（８８）それぞれの半径方向に間隔を置いて配置された弧状リーフシール上部および下部溝（９、１１）を含み、
前記前方および後方タービンリーフシール組立体（７８、８０）のそれぞれの前記弧状リーフシール（５２）のそれぞれの上部および下部リーフシール部（５４、５６）が、前記内側バンドセグメント（７１）および前記内側支持リングセグメント（４５）の前記半径方向に間隔を置いて配置された弧状リーフシール上部および下部溝（９、１１）内にそれぞれ配置され、
前記リーフシール（５２）のそれぞれが、弧状の本体（５８）と、前記弧状の本体（５８）から半径方向に離れるように延在する少なくとも１つの周方向の保持タブ（６１）とを含み、
前記保持タブ（６１）が、前記上部または下部溝（９、１１）のそれぞれの前方または後方環状壁（７２、７３）、あるいは後方環状壁（７３）の切欠き（６３）に配置され、かつエンジンの全作動範囲にわたるエンジン作動中で、前記リーフシール（５２）が、前記上部および下部溝（９、１１）それぞれの上部および下部面（６４、６６）でシールエッジに係合するのに十分な可撓性を前記保持タブ（６１）が有する、
請求項９記載のタービンノズル（２０）。
【請求項１１】
セラミックマトリックス複合材よりなる前記少なくとも１つのノズルフェアリング（５０）、および前記内側支持リングセグメント（４５）に配置され、前記中空のフェアリングエーロフォイル（９８）と流れ連通する流れ空洞（５１）を含む環状の冷却空気プレナム（４６）をさらに備える請求項９記載のタービンノズル（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、ガスタービンエンジンのタービン流路シールに関し、より詳細には、弧状リーフシールおよびその取付けに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの高圧タービンは典型的には、別々に製造されてエンジン内の定位置に組み立てられたタービンノズルを含む。したがって、それらの間には、それらの組立のため、およびエンジン作動中の熱膨張と収縮の差に適応するために必ず隙間が設けられる。これらの静止ステータ構成部品間の隙間は、そこを通る漏れを防ぐために適切にシールされる。典型的な高圧タービンノズルでは、圧縮機の空気の一部は抽気され、ノズルベーンを冷却するためにノズルベーンを通って流される。抽気を使用するとエンジンの全体効率が下がるので、抽気は可能な限り最小限にされる。抽気は、タービンノズルを通って流れる燃焼ガスの圧力より高い比較的高い圧力であるので、ステータ構成部品間に適切なシールを設けなければ、排気流路へ漏れることになる。
【０００３】
弧状リーフシールは、タービン流路のこれらの隙間をシールするのに特に有用である。このような用途で典型的に用いられるリーフシールは弧状であり、セグメント化されたステータ構成部品の周囲の周りに端と端を突き合わせて配置される。例えば、タービンノズルの半径方向外側バンドは、軸方向に間隔を置いて配置された前部および後部レールを含む。これらのレールは半径方向外向きに延在し、後方レールは隣接するシュラウドまたはシュラウドハンガの相補面に当接して、これと一次摩擦シールをなす。リーフシールは、この接合部で二次シールを形成し、例えば、後方レールの一部とシュラウドハンガとの間をわたって配置される。周方向シールまたは弧状リーフシールは典型的には、シールされる２つの表面間での大きな範囲の相対的動きを効果的にシールし、カバーするために大きな空間を必要とする。
【０００４】
リーフシールを後方レールに組み立てて装着するために、各リーフシールは典型的には、周方向の両端に取付孔を含み、それを通って対応する取付ピンが取り付けられる。また、板ばねなどの対応するばねを、取付ピンのそれぞれの位置で使用して、ゆるく支持されたリーフシールを後部レールおよびシュラウドハンガに押し付けて予荷重をかける。
【０００５】
リーフシール、板ばね、および取付ピンを支持するために、周方向に間隔を置いて配置され、後部レールから軸方向に離間し、半径方向に延在する複数のタブを外側バンドは含むことができる。タブと後方レールとの間には凹所が形成されて、その中にリーフシールおよび板ばねが配置される。タブは、対応する後方孔と位置合わせされた前方孔を含み、後方孔は後方レール内に延在するが、後方レールを完全には通り抜けない。取付ピンは、タブ、板ばね、リーフシールの孔を通って後方レールに挿入され、次いで、取付ピンの頭を対応するタブにタック溶接することによってこれらに固定的に結合される。
【０００６】
ノズルと相手部材とが相対的に動けるように、リーフシールは、ノズルセグメントにしっかりと取り付けられた取付ピンの周りを自由に動けるように設計される。エンジン作動中、冷却供給空気と流路空気との間の差圧によって、シールは相手部材に押し付けられたままとなる。ばねは、シールにかかる圧力荷重が低い場合に、シール表面での確実な接触を与えるために使用される。
【０００７】
リーフシールのためのこの取付装置は比較的複雑であり、この領域が比較的密集した区域であることを考慮すると、組立工程中に損傷を受けやすい。製造および組立を簡素化し、取付ピンをタック溶接せず、かつ後方レールまたはフランジに盲孔を穿孔しないためには、より小さくかつ複雑さがより少ないリーフシールの取付システムが望ましい。より小さくかつ複雑さがより少ないリーフシールの取付システムは、狭くて小さなタービンステータ組立体に適応させるために望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ガスタービンエンジンの弧状リーフシール組立体は、隣接する第１のタービン構成部品と第２のタービン構成部品との間を半径方向および周方向に延在する弧状リーフシールを含む。リーフシールは、第１のタービン構成部品と第２のタービン構成部品との間の隙間を通る、第１の流体容積と第２の流体容積との間の漏れを防ぐまたは妨げるように動作可能であり、弧状リーフシールの上部および下部リーフシール部は、第１および第２のタービン構成部品に半径方向に間隔を置いて配置された弧状リーフシール上部および下部溝内にそれぞれ配置される。
【０００９】
リーフシールは、弧状の本体と、弧状の本体から半径方向に離れるように延在する少なくとも１つの周方向の保持タブとを含むことができる。保持タブは、上部または下部溝の前方または後方環状壁、あるいは後方環状壁の切欠きに配置することができる。保持タブ（６１）は、エンジンの全作動範囲中で、リーフシールが、上部および下部溝それぞれの上部および下部面のシールエッジに係合するのに十分な可撓性を有することができる。リーフシールは、３ｍｉｌから３５ｍｉｌの範囲の厚さを有することができる。リーフシールは、０．０１５ｌｂ／ｉｎと０．１５ｌｂ／ｉｎとの間の範囲の捩り剛性を有する材料より作ることができる。
【００１０】
タービンノズル上部および下部構成部品のうちの１つはセラミックマトリックス複合材を含むことができる、またはこれより作ることができる。
【００１１】
隣接する第１および第２のタービン構成部品はそれぞれ、半径方向に隣接するタービンノズル上部および下部構成部品、または軸方向に隣接する第１および第２のタービン構成部品とすることができる。
【００１２】
セグメント化されたタービンノズルは、軸の周りを囲むタービンノズルセグメントの輪を含むことができる。タービンノズルセグメントのそれぞれは、半径方向内側支持リングセグメント、半径方向外側支持リングセグメント、およびこれらの間で支持され配置された少なくとも１つのノズルフェアリングを含む。ストラットは、内側支持リングセグメントおよび外側支持リングセグメントに結合され、それらの間で荷重を伝えるように動作可能である。ノズルフェアリングは、半径方向に間隔を置いて配置された内側および外側バンドセグメント、およびこれらの間を半径方向に延在するフェアリングエーロフォイルまたはベーンを含む。弧状リーフシールを含む少なくとも１つのガスタービンエンジンの弧状リーフシール組立体は、内側バンドセグメントと内側支持リングセグメントとの間を半径方向および周方向に延在する。弧状リーフシールの上部および下部リーフシール部は、内側バンドセグメントおよび内側支持リングセグメントの半径方向に間隔を置いて配置された弧状リーフシール上部および下部溝にそれぞれ配置される。
【００１３】
タービンノズルはさらに、少なくとも１つのガスタービンエンジンの弧状リーフシール組立体を含む前方および後方タービンリーフシール組立体を含み、前方および後方タービンリーフシール組立体は、内側支持リングセグメントとフェアリングの内側バンドセグメントとの間でノズルセグメントの前方および後方端にそれぞれ配置され、前方および後方タービンリーフシール組立体のそれぞれは、内側バンドセグメントと内側支持リングセグメントとの間を半径方向および周方向に延在する弧状リーフシールを含み、前方および後方タービンリーフシール組立体のそれぞれは、内側バンドセグメントの上部フランジおよび内側支持リングセグメントの下部フランジそれぞれの半径方向に間隔を置いて配置された弧状リーフシール上部および下部溝を含み、前方および後方タービンリーフシール組立体のそれぞれの弧状リーフシールのそれぞれの上部および下部リーフシール部は、内側バンドセグメントおよび内側支持リングセグメントの半径方向に間隔を置いて配置された弧状リーフシール上部および下部溝内にそれぞれ配置される。
【００１４】
内側支持リングセグメントに配置された流れ空洞を含む環状の冷却空気プレナムは、中空のフェアリングエーロフォイルと流れ連通することができる。ノズルフェアリングはセラミックマトリックス複合材製とすることができる。
【００１５】
本発明を、好ましくかつ例示的な実施形態に従って、添付図面と併せて以下の詳細な記述でより具体的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】タービンのスロット付きの弧状リーフシール組立体の例示的な実施形態を有するタービンノズルを含む例示的な航空機ターボファンガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】図１に示したタービンノズルで使用するためのスロット付きのリーフシール取付組立体の例示的な実施形態の側面図または周縁図である。
【図３】スロット付きのリーフシール取付組立体の例示的な実施形態を、図２の３−３を通して軸方向に見た図である。
【図４】図１に示したタービンノズルに使用するためのスロット付きのリーフシール取付組立体の例示的な実施形態の斜視図である。
【図５】シール位置にある図２に示したスロット付きのリーフシールの概略図である。
【図６】図１に示したエンジンに使用するための例示的なタービンノズルの斜視図である。
【図７】図６に示した例示的なタービンノズルのタービンノズルセグメントの拡大斜視図である。
【図８】図７に示したタービンノズルセグメントの分解図である。
【図９】図８に示したタービンノズルセグメントのタービンフェアリングの斜視図である。
【図１０】図８に示したタービンノズルセグメントのタービンフェアリングの周方向の斜視図である。
【図１１】前方リーフシール取付組立体を、図１０の１１−１１を通して見た拡大斜視図である。
【図１２】後方リーフシール取付組立体を、図１０の１２−１２を通して見た拡大斜視図である。
【図１３】図８に示したタービンノズルセグメントにおいて、１つのタービンフェアリングを取り除いた状態の内側支持リングセグメントの斜視図である。
【図１４】図８に示したタービンノズルセグメントの内側支持リングセグメントの側面にあるスプラインシールの断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１には、長手方向または軸方向中心線軸１２の周りに軸対称である例示的な航空機ターボファンガスタービンエンジン１０が概略的に示されている。エンジン１０は、直列に流れ連通した状態で、ファン１４、多段軸流圧縮機１６、環状燃焼器１８、単段の高圧タービンロータ２２の上流でその前にある高圧タービンノズル２０を含む高圧タービン１９、ならびに１つまたは複数の段の低圧タービンノズル２４およびロータ２６を含む。高圧ロータ２２は、第１のシャフト２１によって圧縮機１６に結合され、低圧ロータ２６は同軸の第２のシャフト２５によってファン１４に結合される。作動中、外気８はファン１４、圧縮機１６を通って下流に流れ、そこから圧縮空気２８として出て、次いで燃焼器１８内に流れる。圧縮空気２８は、燃焼器１８で燃料と混合され点火されて、高温燃焼ガス３０が発生する。この燃焼ガス３０はタービン段を通って下流に流れ、タービン段はそれからエネルギーを取り出し、ファン１４および圧縮機１６の両方に動力を与える。燃焼器１８の下流のタービンの様々なステータおよびロータ構成部品はタービン流路２７を画定し、それを通って高温燃焼ガスが流れてエンジンから排出される。高圧タービンノズル２０の下流で高圧タービンロータ２２が隣接する。ロータディスクから半径方向外向きに延在して、ガス３０からエネルギーを取り出して圧縮機１６に動力を与える、周方向に間隔を置いて配置された複数のタービンブレード２３を有する任意の従来の形態を、高圧タービンロータ２２は採ることができる。
【００１８】
圧縮空気２８の一部は圧縮機１６から抽気され、高圧ノズル２０などのタービンの様々な部品を冷却するためにそれらに流される冷却空気２９として使用される。エンジン作動中、冷却空気２９のいくらかは、高圧タービンノズル２０のタービン流路２７を通って流れる燃焼ガス３０の低い圧力−Ｐに比べて実質的に高い圧力＋Ｐで、高圧タービンノズル２０の周りに、かつそれを通って流される。
【００１９】
図１、６および１６に示すように、タービン構成部品はしばしば弧状のセグメントに製造され、次いでエンジン１０に一緒に組み立てられて、軸方向に隣接したタービン構成部品を形成する。例えば、タービンシュラウドセグメント４０はタービンノズルセグメント３２に隣接してその下流に配置される。弧状のセグメントの環状の組立体の間には様々な接合部または隙間が設けられるが、それらは、エンジン作動中に、高い圧力＋Ｐの冷却空気２９が、低い圧力−Ｐの燃焼ガス３０が流れるタービン流路２７内に漏れることを防ぐために適切にシールしなければならない。タービン構成部品を冷却するために抽気を使用すると、エンジン１０の全体効率が必然的に下がるので、その使用は最小限にされる。冷却空気が排気流路内に漏れる量を最小限になるように低減してエンジンの効率を向上させるために、静止またはステータタービン構成部品間に適切なシールを設けることが望ましい。
【００２０】
図１〜３には、ノズル２０の第１のタービン構成部品４を通って流れる燃焼ガス３０の比較的低い圧力−Ｐに比べて比較的高い圧力＋Ｐの冷却空気２９で冷却される弧状の第１のタービン構成部品４が概略的に示されている。タービンのスロット付きの弧状リーフシール組立体３３は、ノズル２０の第２のタービン構成部品６と第１のタービン構成部品４との間を半径方向および周方向に延在する弧状リーフシール５２を含んで、冷却空気２９が、第１のタービン構成部品４と第２のタービン構成部品６の間の隙間１５を通ってタービン流路２７内に漏れるのを防ぐまたは妨げることができる。
【００２１】
第１のタービン構成部品４と第２のタービン構成部品６とは隣接しており、それぞれ第１の部分１１４および第２の部分１１６を含み、それらは、軸１２に関して半径方向に間隔を置いて配置されており、また半径方向に間隔を置いて配置された第１および第２の、または弧状リーフシール上部および下部溝９、１１またはスロットを含む。弧状リーフシール５２の上部および下部リーフシール部５４、５６はそれぞれ、第１の部分１１４の上部スロットまたは溝９、および第２の部分１１６の下部スロットまたは溝１１内に配置される。弧状リーフシール５２は、実質的に完全に上部および下部溝９、１１内に配置される。
【００２２】
隣接する第１および第２のタービン構成部品４、６は、図６〜９に示すタービンノズルセグメント３２などのエンジン１０の弧状のセグメントで使用されるタービンノズルの半径方向内側および外側、または上部および下部構成部品９４、９６とすることができる。上部および下部構成部品９４、９６は弧状リーフシール上部および下部溝９、１１を含むことができ、それらの中に弧状リーフシール５２の上部および下部リーフシール部５４、５６はそれぞれ配置される。弧状リーフシール５２は、実質的に完全に上部および下部溝９、１１内に配置される。
【００２３】
弧状リーフシール５２は、図２〜５および８に示すように、弧状の本体５８と、弧状の本体５８から半径方向に離れるように延在する少なくとも１つの周方向の保持タブ６１とを含む。周方向の保持タブ６１は、図３に示すように前方環状壁７２、または図４に示すように上部または下部溝９、１１の後方環状壁７３の切欠き６３に配置されてそれに係合する。弧状リーフシール５２は、図２および４に詳細に示されるように、上部および下部溝９、１１に捕捉される。弧状リーフシール５２と上部および下部溝９、１１の接触壁１０２との間の接触点１７の場所は、図５に示すように、第１および第２の流体容積５７、５９として本明細書で示す２つの流体容積の間のシールを形成する働きをする。
【００２４】
図６〜９を参照すると、第１の流体容積５７は、本明細書では、高圧タービンノズル２０の周方向に間隔を置いて配置された中空のステータエーロフォイル３９を通って実質的に高い圧力＋Ｐで送られる冷却空気２９を受け入れる冷却空気プレナム４６として示されている。第２の流体容積５９は、本明細書では、エンジン作動時には低い圧力−Ｐで作動する、高圧タービンノズル２０を通るタービン流路２７内の燃焼ガス３０として示されている。
【００２５】
図２〜５には、２つの流体容積または流路を分ける弧状リーフシール５２および接触点１７が示されている。下部溝１１に対する上部溝９の相対位置は、軸方向または水平方向６０、および半径方向または鉛直方向６２の両方がある範囲内にすることができる。相対位置のこの範囲により、シールと２つの溝との間の接触点の状態は変わり得る。図４に示す位置では、リーフシール５２は、上部溝９の上部面６４に接触し、かつ下部溝１１の下部面６６に接触する。これらの面の両方で表面接触することによって、２つの流体容積を分離する接触点１７の場所が形成される。
【００２６】
これらの２つの流体容積の間の漏れの度合いは、上部および下部面６４、６６それぞれの上部および下部接触表面６８、６９上の小さな表面凹凸に対するリーフシールの追従性、リーフシール５２の弾性、および差圧によって生じる圧力荷重の下での追従能力に依存する。差圧は、エンジン作動時の、第１の流体容積５７または冷却空気２９を含むチャンバ内の高い圧力＋Ｐと、第２の流体容積５９または高圧タービンノズル２０のタービン流路２７内の低い圧力−Ｐとの間の圧力である。
【００２７】
接触点１７は、上部および下部溝９、１１の軸方向にずれたいくつかの異なる位置における、上部および下部面６４、６６それぞれの上部および下部接触表面６８、６９の小さな表面領域にある。図５には、上部溝９と下部溝１１との間の軸方向または水平方向６０の大きな水平方向のずれの例が示されている。接触点１７に沿う接触は、上部溝９と下部溝１１との間の水平方向のずれ６７に対しては、図５に示すようにエッジ接触である。リーフシール５２の上部リーフシール部５４は上部溝９の上部面６４に接触し、一方、リーフシールの下部リーフシール部５６は下部溝１１の下部面６６の溝のエッジ７６に接触する。
【００２８】
図２〜５を参照すると、エンジンの全作動範囲中で、リーフシール５２が、上部および下部溝９、１１それぞれの上部および下部面６４、６６のシールエッジに係合することができるように、周方向の保持タブ６１は可撓性を有する。弧状リーフシール５２の弧状の本体５８は、上部および下部溝９、１１に一致することができる。弧状の本体５８は、リーフシール５２と同様にある程度の範囲の厚さおよび剛性を有することができる。弧状の本体５８を含むリーフシール５２は、３ｍｉｌから３５ｍｉｌの範囲の厚さＴを有することができ、０．０１５ｌｂ／ｉｎと０．１５ｌｂ／ｉｎとの間の範囲の捩り剛性を有する材料を使用することができる。
【００２９】
図１に示す例示的なエンジンでは、タービンリーフシール組立体３３の一実施形態は、高圧タービンノズル２０を通るタービン流路２７と高圧タービンノズル２０の静止構造体内を流れる冷却空気２９との間に配置される。リーフシール組立体３３は、エンジン１０内、特にその様々なタービンステータ構成部品間の他の類似のシール用途に使用し適合することができる。静止またはステータタービンの弧状の構成部品の一例は、図６〜８および１６に示す環状の高圧タービンノズル２０のタービンノズルセグメント３２である。周方向に隣接するノズルセグメント３２は、ボルト留めその他で互いに結合されて、図６および９に示すように、完全な輪の環状の高圧タービンノズル２０を形成する。
【００３０】
図６〜１０には、軸１２の周りを囲むタービンノズルセグメント３２の輪を含む１つの例示的なセグメント化された高圧タービンノズル２０が示されている。図６〜９に示したタービンノズル２０およびタービンノズルセグメント３２の例示的な実施形態は、ＣＭＣベーン用に開発され、「Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｎｏｚｚｌｅ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｗｉｔｈ  ａ  Ｓｔｒｕｔ  ａｎｄ  Ｃｏｎｃｅｐｔｓ  Ｔｈｅｒｅｏｆ」という名称でＢｅｎｊａｍｉｎ  Ｓｃｏｔｔ  Ｈｕｉｚｅｎｇａらによる２０１４年１２月１８日出願の米国特許出願第１４／５７４，４７２号でより詳細に開示され、参照により本明細書に援用する。
【００３１】
タービンノズル２０は、セグメント化された外側および内側バンド３５、３６、ならびにそれらの間を半径方向に延在する複数のエーロフォイルまたはベーン７５を含む。タービンノズルセグメント３２のそれぞれは、半径方向内側支持リングセグメント４５、半径方向外側支持リングセグメント４７、およびそれらの間で支持されて配置された少なくとも１つのノズルフェアリング５０を含む。図８に示すように、ストラット７０は少なくとも１つのノズルフェアリング５０を通って半径方向に延在し、荷重を内側支持リングセグメント４５から外側支持リングセグメント４７に伝え、そこで荷重は、エンジンケーシングなどの静止構造体１３に伝達され、ノズルセグメント３２を機械的に支持する。ノズルセグメント５０は、半径方向に間隔を置いて配置された内側および外側バンドセグメント７１、７４、ならびにそれらの間のフェアリングエーロフォイル９８を含む。ノズルフェアリング５０の１つの特定の実施形態は、セラミックマトリックス複合材よりなるＣＭＣフェアリング５０である。
【００３２】
ストラット７０は、荷重を、内側支持リング３８のノズルセグメント３２の半径方向内側から外側支持リング３７の半径方向外側に伝え、そこで荷重は静止構造体に伝達され、ノズルフェアリング５０を機械的に支持する。ストラット７０は、内側支持リング３８および外側支持リング３７のうちの少なくとも１つに、ボルト留め、締結、捕捉、これらの組合せ、および一体で形成することを含む本明細書で説明する様々な方法で接続することができる。
【００３３】
フェアリング５０は、一般に「シングレット」として知られる単一ベーンのタイプ、または一般に「ダブレット」として知られる２枚ベーンのタイプとすることができる。これらは単なる例示であり、したがってベーンの枚数を追加してノズルセグメント３２に使用することができる。内側バンドセグメント７１の上面は、燃焼ガスが流れる一方の面となる。外側バンドセグメント７４の下面は、燃焼ガスが流れる反対側の面となる。これらの面は、これらの面の間を延在するベーンとともにノズルセグメント３２を通る燃焼ガスの流れの境界を画定する。
【００３４】
図７〜９を参照すると、フェアリング５０の上にはノズルセグメント３２を静止構造体１３に接続する外側支持リング３７が配置される。外側支持リング３７はまた、前方端８２と後方端８４との間を周方向および軸方向に延在する。外側支持リング３７はさらに、外側支持リング３７と内側支持リング３８との間にあるストラット７０上のフェアリング５０を捕捉する。ストラット７０は、ノズルセグメント３２を通じて荷重を伝達するために、外側支持リング３７に締結され、かつ内側支持リング３８に接続される。フェアリング５０はストラット７０上を遊動するように配置され、外側支持リング３７と内側支持リング３８との間に捕捉される。
【００３５】
内側支持リングの内側面に配置された円形のカラー１０５、１０６は、ストラット７０を受け入れて内側支持リングと係合させ、一実施形態によれば、内側支持リング内にストラット７０を捕捉する滑り嵌合ピン接続によって締結することができる。半径方向内側支持リングセグメント４５の流れ空洞５１は一緒になって、環状の冷却空気プレナム４６としての働きをする。環状の冷却空気プレナム４６は、高圧タービンノズル２０の周方向に間隔を置いて配置された中空のステータエーロフォイル３９を通って実質的に高い圧力＋Ｐで送られる冷却空気２９を受け入れる。環状の冷却空気プレナム４６は、冷却空気２９の流れを均衡させる、または均一にすること、およびすべての流れ空洞５１の間の差圧を最小にすることを助ける。
【００３６】
図６〜１４に示すタービンノズルセグメント３２の例示的な実施形態は、内側支持リングとフェアリング５０の内側バンドセグメント７１との間のノズルセグメント３２の前方端８２および後方端８４に配置された前方および後方タービンリーフシール組立体７８、８０を含む。前方および後方タービンリーフシール組立体７８、８０のそれぞれは、内側バンドセグメント７１の前方上部フランジ８６および後方上部フランジ９０、ならびに内側支持リングセグメント４５の前方下部フランジ８８および後方下部フランジ９２にそれぞれ、半径方向に間隔を置いて配置された第１および第２、または弧状リーフシール上部および下部溝９、１１を含む。弧状リーフシール５２のそれぞれは、上部および下部溝９、１１内に捕捉されている。
【００３７】
図３および４をさらに参照すると、弧状リーフシール５２の上部および下部リーフシール部５４、５６はそれぞれ上部および下部溝９、１１内に配置される。弧状リーフシール５２は、図３に示すように、弧状の本体５８と、弧状の本体５８から半径方向に離れるように延在する少なくとも１つの周方向の保持タブ６１を含む。周方向の保持タブ６１は上部または下部溝９、１１の前方環状壁７２、または後方環状壁７３の切欠き６３に配置されて係合する。上部および下部溝９、１１、およびこれらの中に配置された弧状リーフシール５２は、タービンノズルセグメント３２の時計方向側縁１０８と反時計方向側縁１１０との間でタービンノズルセグメント３２の端から端まですべての場所を周方向に延在する。
【００３８】
スプラインシールスロット４９内に配置されたスプラインシール４８は、図７〜１４に示すように、周方向に隣接するノズルセグメント３２間をシールするために使用される。スプラインシールスロット４９は、本明細書で示すようにＣＭＣ製とすることができるノズルフェアリング５０の内側バンドセグメント７１に配置された軸方向に延在する上部スロット１２０を含む。スプラインシールスロット４９はさらに、内側支持リングセグメント４５に配置された軸方向に延在する下部スロット１２２を含む。スプラインシールスロット４９はまた、内側バンドセグメント７１の上部フランジ８６および内側支持リングセグメント４５の下部フランジ８８にそれぞれ配置された半径方向に延在する前方および後方スロット１２６、１２８を含む。ノズルフェアリング５０は、半径方向に間隔を置いて配置された内側および外側バンドセグメント７１、７４、ならびにそれらの間のフェアリングエーロフォイル９８を含む。ノズルフェアリング５０の１つの特定の実施形態は、セラミックマトリックス複合材よりなるＣＭＣフェアリング５０である。スプラインシール４８は、周方向に隣接する流れ空洞５１をシールし、それらの間をシールし、かつ環状の冷却空気プレナム４６のシールをする。スプラインシール４８は、周方向の半径方向内側支持リングセグメント４５間で環状の冷却空気プレナム４６のシールを保ち、かつ流れ空洞５１間のそれらの連続性を保つ。
【００３９】
本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものを本明細書で説明してきたが、本明細書での教示から当業者には本発明の他の修正が明らかになるはずであり、したがって、すべてのそのような修正は本発明の真の精神および範囲内にあるものとして添付の特許請求の範囲で保護されることが望まれる。
【００４０】
したがって、米国の特許証によって保護されることを望むものは、以下の特許請求の範囲で規定され差別化される発明である。
【００４１】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
隣接する第１のタービン構成部品（４）と第２のタービン構成部品（６）との間を半径方向および周方向に延在し、
前記第１のタービン構成部品（４）と前記第２のタービン構成部品（６）との間の隙間（１５）を通る、第１の流体容積（５７）と第２の流体容積（５９）との間の漏れを防ぐまたは妨げるように動作可能な弧状リーフシール（５２）であって、
前記弧状リーフシール（５２）の上部および下部リーフシール部（５４、５６）が、前記第１および第２のタービン構成部品（４、６）の半径方向に間隔を置いて配置された弧状リーフシール上部および下部溝（９、１１）内にそれぞれ配置される、弧状リーフシール（５２）
を備えるガスタービンエンジンの弧状リーフシール組立体（３３）。
［実施態様２］
弧状の本体（５８）と、前記弧状の本体（５８）から半径方向に離れるように延在する少なくとも１つの周方向の保持タブ（６１）とを含む前記リーフシール（５２）をさらに備える実施態様１に記載の組立体（３３）。
［実施態様３］
前記上部または下部溝（９、１１）の前方または後方環状壁（７２、７３）、あるいは後方環状壁（７３）の切欠き（６３）に配置された前記保持タブ（６１）をさらに備える実施態様２に記載の組立体（３３）。
［実施態様４］
エンジンの全作動範囲中で、前記リーフシール（５２）が、前記上部および下部溝（９、１１）それぞれの上部および下部面（６４、６６）のシールエッジに係合するのに十分な可撓性を有する前記保持タブ（６１）をさらに備える実施態様３に記載の組立体（３３）。
［実施態様５］
３ｍｉｌから３５ｍｉｌの範囲の厚さ（Ｔ）を有する前記リーフシール（５２）をさらに備える実施態様３に記載の組立体（３３）。
［実施態様６］
０．０１５ｌｂ／ｉｎと０．１５ｌｂ／ｉｎとの間の範囲の捩り剛性を有する材料よりなる前記リーフシール（５２）をさらに備える実施態様３に記載の組立体（３３）。
［実施態様７］
半径方向に隣接するタービンノズル上部および下部構成部品（９４、９６）のそれぞれである前記隣接する第１および第２のタービン構成部品（４、６）、または軸方向に隣接する前記隣接する第１および第２のタービン構成部品（４、６）をさらに備える実施態様１に記載の組立体（３３）。
［実施態様８］
セラミックマトリックス複合材を含む前記タービンノズル上部および下部構成部品（９４、９６）のうちの１つをさらに備える実施態様７に記載の組立体（３３）。
［実施態様９］
軸（１２）の周りを囲むタービンノズルセグメント（３２）の輪と、
半径方向内側支持リングセグメント（４５）、半径方向外側支持リングセグメント（４７）、およびこれらの間で支持され配置された少なくとも１つのノズルフェアリング（５０）を含む前記タービンノズルセグメント（３２）のそれぞれと、
前記ノズルフェアリング（５０）の半径方向に間隔を置いて配置された内側および外側バンドセグメント（７１、７４）、ならびにこれらの間を半径方向に延在する中空のフェアリングエーロフォイル（９８）と、
前記中空のフェアリングエーロフォイル（９８）を半径方向に通って配置され、前記内側支持リングセグメント（４５）および前記外側支持リングセグメント（４７）に結合され、それらの間で荷重を伝えるように動作可能なストラット（７０）と、
前記内側バンドセグメント（７１）と前記内側支持リングセグメント（４５）との間を半径方向および周方向に延在する弧状リーフシール（５２）を含む少なくとも１つのガスタービンエンジンの弧状リーフシール組立体（３３）と、
前記内側バンドセグメント（７１）および前記内側支持リングセグメント（４５）の半径方向に間隔を置いて配置された弧状リーフシール上部および下部溝（９、１１）にそれぞれ配置された前記弧状リーフシール（５２）の上部および下部リーフシール部（５４、５６）と
を備えるセグメント化されたタービンノズル（２０）。
［実施態様１０］
前記少なくとも１つのガスタービンエンジンの弧状リーフシール組立体（３３）を含む前方および後方タービンリーフシール組立体（７８、８０）をさらに備え、
前記前方および後方タービンリーフシール組立体（７８、８０）が、前記内側支持リングセグメント（４５）と前記フェアリング（５０）の前記内側バンドセグメント（７１）との間で前記ノズルセグメント（３２）の前方および後方端（８２、８４）にそれぞれ配置され、
前記前方および後方タービンリーフシール組立体（７８、８０）のそれぞれが、前記内側バンドセグメント（７１）と前記内側支持リングセグメント（４５）との間を半径方向および周方向に延在する弧状リーフシール（５２）を含み、
前記前方および後方タービンリーフシール組立体（７８、８０）のそれぞれが、前記内側バンドセグメント（７１）の上部フランジ（８６）および前記内側支持リングセグメント（４５）の下部フランジ（８８）それぞれの半径方向に間隔を置いて配置された弧状リーフシール上部および下部溝（９、１１）を含み、
前記前方および後方タービンリーフシール組立体（７８、８０）のそれぞれの前記弧状リーフシール（５２）のそれぞれの上部および下部リーフシール部（５４、５６）が、前記内側バンドセグメント（７１）および前記内側支持リングセグメント（４５）の前記半径方向に間隔を置いて配置された弧状リーフシール上部および下部溝（９、１１）内にそれぞれ配置される、
実施態様９に記載のタービンノズル（２０）。
［実施態様１１］
弧状の本体（５８）と、前記弧状の本体（５８）から半径方向に離れるように延在する少なくとも１つの周方向の保持タブ（６１）とを含む前記リーフシール（５２）のそれぞれをさらに備える実施態様１０に記載のタービンノズル（２０）。
［実施態様１２］
前記上部または下部溝（９、１１）のそれぞれの前方または後方環状壁（７２、７３）、あるいは後方環状壁（７３）の切欠き（６３）に配置され、かつエンジンの全作動範囲にわたるエンジン作動中で、前記リーフシール（５２）が、前記上部および下部溝（９、１１）それぞれの上部および下部面（６４、６６）でシールエッジに係合するのに十分な可撓性を有する前記保持タブ（６１）をさらに備える実施態様１１に記載のタービンノズル（２０）。
［実施態様１３］
３ｍｉｌから３５ｍｉｌの範囲の厚さ（Ｔ）を有する前記リーフシール（５２）のそれぞれをさらに備える実施態様１２に記載のタービンノズル（２０）。
［実施態様１４］
０．０１５ｌｂ／ｉｎと０．１５ｌｂ／ｉｎとの間の範囲の捩り剛性を有する材料よりなる前記リーフシール（５２）のそれぞれをさらに備える実施態様１２に記載のタービンノズル（２０）。
［実施態様１５］
セラミックマトリックス複合材を含む前記内側バンドセグメント（７１）および前記内側支持リングセグメント（４５）のうちの１つをさらに備える実施態様１２に記載のタービンノズル（２０）。
［実施態様１６］
セラミックマトリックス複合材よりなる前記少なくとも１つのノズルフェアリング（５０）をさらに備える実施態様１２に記載のタービンノズル（２０）。
［実施態様１７］
前記内側支持リングセグメント（４５）に配置され、前記中空のフェアリングエーロフォイル（９８）と流れ連通する流れ空洞（５１）を含む環状の冷却空気プレナム（４６）をさらに備える実施態様１０に記載のタービンノズル（２０）。
［実施態様１８］
弧状の本体（５８）と、前記弧状の本体（５８）から半径方向に離れるように延在する少なくとも１つの周方向の保持タブ（６１）とを含む前記リーフシール（５２）であって、
前記保持タブ（６１）が、前記上部または下部溝（９、１１）のそれぞれの前方または後方環状壁（７２、７３）、あるいは後方環状壁（７３）の切欠き（６３）に配置され、
エンジンの全作動範囲にわたるエンジン作動中で、前記リーフシール（５２）が、前記上部および下部溝（９、１１）それぞれの上部および下部面（６４、６６）でシールエッジに係合するのに十分な可撓性を前記保持タブ（６１）が有する、前記リーフシール（５２）のそれぞれ
をさらに備える実施態様１７に記載のタービンノズル（２０）。
［実施態様１９］
３ｍｉｌから３５ｍｉｌの範囲の厚さ（Ｔ）を有する前記リーフシール（５２）のそれぞれ、および／または０．０１５ｌｂ／ｉｎと０．１５ｌｂ／ｉｎとの間の範囲の捩り剛性を有する材料よりなる前記リーフシール（５２）のそれぞれをさらに備える実施態様１８に記載のタービンノズル（２０）。
［実施態様２０］
前記タービンノズルセグメント（３２）のうちの周方向に隣接するセグメント間に、シールするように配置されたスプラインシール（４８）を含む前記環状の冷却空気プレナム（４６）をさらに備え、
前記スプラインシール（４８）がスプラインシールスロット（４９）内に配置され、
前記スプラインシールスロット（４９）が、前記ノズルフェアリング（５０）の前記内側バンドセグメント（７１）内に配置された軸方向に延在する上部スロット（１２０）と、前記内側支持リングセグメント（４５）内に配置された軸方向に延在する下部スロット（１２２）と、前記内側バンドセグメント（７１）および前記内側支持リングセグメント（４５）それぞれの前記上部および下部フランジ（８６、８８）に配置された半径方向に延在する前方および後方スロット（１２６、１２８）とを含む、
実施態様１２に記載のタービンノズル（２０）。
【符号の説明】
【００４２】
４  第１のタービン構成部品
６  第２のタービン構成部品
８  外気
９  上部溝
１０  ガスタービンエンジン
１１  下部溝
１２  中心線軸
１３  静止構造体
１４  ファン
１５  隙間
１６  圧縮機
１７  接触点
１８  環状燃焼器
１９  高圧タービン
２０  高圧タービンノズル
２１  第１のシャフト
２２  高圧タービンロータ
２３  タービンブレード
２４  低圧タービンノズル
２５  第２のシャフト
２６  低圧タービンロータ
２７  流路
２８  圧縮空気
２９  冷却空気
３０  ガス
３２  ノズルセグメント
３３  リーフシール組立体
３５  外側バンド
３６  内側バンド
３７  外側支持リング
３８  内側支持リング
３９  エーロフォイル
４０  タービンシュラウドセグメント
４５  内側支持リングセグメント
４６  環状の冷却空気プレナム
４７  外側支持リングセグメント
４８  スプラインシール
４９  スプラインシールスロット
５０  ノズルフェアリング
５１  流れ空洞
５２  弧状リーフシール
５４  上部リーフシール部
５６  下部リーフシール部
５７  第１の流体容積
５８  弧状の本体
５９  第２の流体容積
６０  軸方向または水平方向
６１  保持タブ
６２  半径方向または鉛直方向
６３  切欠き
６４  上部面
６６  下部面
６７  水平方向のずれ
６８  上部接触表面
６９  下部接触表面
７０  ストラット
７１  内側バンドセグメント
７２  前方環状壁
７３  後方環状壁
７４  外側バンドセグメント
７５  エーロフォイルまたはベーン
７６  溝のエッジ
７８  前方タービンリーフシール組立体
８０  後方タービンリーフシール組立体
８２  前方端
８４  後方端
８６  前方上部フランジ
８８  前方下部フランジ
９０  後方上部フランジ
９２  後方下部フランジ
９４  上部構成部品
９６  下部構成部品
９８  フェアリングエーロフォイルまたはベーン
１０２  接触壁
１０５  円形のカラー
１０６  円形のカラー
１０８  時計方向側縁
１１０  反時計方向側縁
１１４  第１の部分
１１６  第２の部分
１２０  上部スロット
１２２  下部スロット
１２６  前方スロット
１２８  後方スロット
Ｔ  厚さ
【図１】
2017082777.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2017082777.tif 000011
【図１０】
2017082777.tif 000012
【図１１】
2017082777.tif 000013
【図１２】
2017082777.tif 000014
【図１３】
2017082777.tif 000015
【図１４】
2017082777.tif 000016
【外国語明細書】
2017082777000001.pdf