(57)【要約】【課題】本発明は、第１の静止ガスタービン壁及び第２の静止ガスタービン壁を有するガスタービンシールアセンブリを提供する。【解決手段】一態様において、本主題は、第１の静止ガスタービン壁と、第２の静止ガスタービン壁とを有するガスタービンシールアセンブリに関する。シールが、第１の静止ガスタービン壁と、第２の静止ガスタービン壁との間に配置されている。シールは、第１のシール層であって第１のシール層を貫通する第１のシール層開口を画成する第１のシール層を備えている。第２のシール層には、細長スロットが貫通して延びている。細長スロットは、第１の端部及び第２の端部を含む。第３のシール層には、第３のシール層開口が貫通して延びている。第２のシール層は、第１のシール層開口が第１の端部と流体連通し、第３のシール層開口が第２の端部と流体連通するように、第１のシール層と第３のシール層との間に位置している。【選択図】図２
2017053350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の静止ガスタービン壁と、
第２の静止ガスタービン壁と、
第１の静止ガスタービン壁と第２の静止ガスタービン壁との間に配置されたシールと
を備えるガスタービンシールアセンブリであって、シールが、
第１のシール層であって第１のシール層を貫通する第１のシール層開口を画成する第１のシール層と、
第２のシール層であって第２のシール層を貫通する細長スロットを画成する第２のシール層と、
第３のシール層であって第３のシール層を貫通する第３のシール層開口を画成する第３のシール層と
を含んでおり、第２のシール層は、第１のシール層開口が細長スロットの第１の位置と流体連通し、第３のシール層開口が細長スロットの第２の位置と流体連通するように、第１のシール層と第３のシール層との間に位置している、ガスタービンシールアセンブリ。
【請求項２】
第１の静止ガスタービン壁は、タービンシュラウド組立体マウントを含み、第２の静止ガスタービン壁は、ステータベーン組立体マウントを含む、請求項１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
【請求項３】
第１のシール層と、第２のシール層と、第３のシール層はそれぞれ、第１の回旋部によって第１の内壁に接続される第１の外壁と、第２の回旋部によって第２の内壁に接続される第２の外壁と、第１の内壁と第２の内壁を接続する第３の回旋部とを有する、請求項１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
【請求項４】
第１のシール層と、第２のシール層と、第３のシール層、３つ以上の回旋部を含む、請求項１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
【請求項５】
第１のシール層開口は、第１のシール層のほぼ平坦な部分は、第２のシール層のほぼ平坦な部分を貫通して延び、第３のシール層開口は第３のシール層のほぼ平坦な部分を貫通して延びる、請求項３に記載のガスタービンシールアセンブリ。
【請求項６】
第３のシール層は第２のシール層を支持して位置決めし、第２のシール層は第１のシール層を支持し位置決めする、請求項１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
【請求項７】
第１の位置は、細長スロットの第１の端部であり、第２の位置は、細長スロットの第２の端部である、請求項１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
【請求項８】
細長スロットは、第１のシール層開口及び第３のシール層開口よりも少なくとも５倍長い、請求項１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
【請求項９】
細長スロットは、第１のシール層開口及び第３のシール層開口よりも少なくとも１０倍長い、請求項１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
【請求項１０】
圧縮機と、
燃焼セクションと、
タービンシュラウドマウントと、ステータベーンマウントとを有するタービンセクションと、
請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のガスタービンシールアセンブリと
を備える、ガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般的にガスタービンエンジン用のシールアセンブリに関する。具体的には、本主題は、１以上の冷却通路を有するガスタービンエンジンにおける、隣接する静止部品のためのシールアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンエンジンは直列的な流れの順に、圧縮機セクションと、燃焼セクションと、タービンセクションと、排気セクションとを含む。運転中、空気は圧縮機セクションの吸気口に入り、空気が燃焼セクションに達するまで１つ以上の軸流圧縮機によって徐々に圧縮される。燃料が圧縮空気と混合されて燃焼セクション内で燃焼されることにより、燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、タービンセクション内に形成された高温ガス流路を経て燃焼セクションから流出し、排気セクションを介してタービンセクションを出る。
【０００３】
具体的構成として、タービンセクションは、直列的な流れの順に、高圧（ＨＰ）タービン及び低圧（ＬＰ）タービンを含む。ＨＰタービン及びＬＰタービンはそれぞれ、タービンセクションを貫通する高温ガス流路の少なくとも一部を形成する、種々の静止タービン部品（例えば、ステータベーンすなわちノズル、タービンシュラウド、シュラウド支持体等）を有する。一般に、これらの静止部品は、高温ガスへの長期暴露に耐えることができる材料（例えば、セラミックマトリックス複合材料）によって構成される。それにもかかわらず、高温ガス流路から半径方向外側に配置される静止部品（例えば、筐体）は、好ましくない熱特性を有することがある。そのため、シールが、高温ガス流路に沿って隣接する静止部品との間に配置され、高温の排気ガスが両者間を流れるのを防止する。
【０００４】
従来のシール装置は、タービンセクションを流れる高温ガスの温度を制限し、それによってガスタービンエンジンの効率を妨げることがある。従って、１以上の冷却通路を有するガスタービンエンジンにおいて、隣接する静止部品のためのシールアセンブリが、当該技術において歓迎される。そのようなシールアセンブリによれば、ガスタービンエンジンはより高温で燃焼できるようになり、燃料消費率が向上する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の態様及び利点は、以下の説明の中でその一部が述べられており、その説明から明らかとなり、或いは本発明の実施によって知ることができる。
【０００６】
一態様において、本主題は、第１の静止ガスタービン壁及び第２の静止ガスタービン壁を有するガスタービンシールアセンブリに関する。シールが、第１の静止ガスタービン壁と第２の静止ガスタービン壁との間に配置される。シールは第１のシール層を有する。第１のシール層には、第１のシール層開口が第１のシール層を貫通して延びるように形成される。第２のシール層には、細長スロットが第２のシール層を貫通して延びるように形成される。細長スロットは、第１の端部と第２の端部とを備える。第３のシール層には、第３のシール層開口が第３のシール層を貫通して延びるように形成される。第２のシール層は、第１のシール層開口がその第１の端部と流体連通し、第３のシール層開口がその第２の端部と流体連通するように、第１のシール層と第３のシール層との間に位置している。
【０００７】
本主題の別の態様は、ガスタービンエンジンに関する。ガスタービンエンジンは、圧縮機と、燃焼セクションと、タービンシュラウドマウント及びステータベーンマウントを有するタービンセクションとを有する。シールが、タービンシュラウドマウントとステータベーンマウントとの間に配置される。シールは第１のシール層を有する。第１のシール層には、第１のシール層開口が第１のシール層を貫通して延びるように形成される。第２のシール層には、細長スロットが第２のシール層を貫通して延びるように形成される。細長スロットは、第１の端部と第２の端部とを備える。第３のシール層には、第３のシール層開口が第３のシール層を貫通して延びるように形成される。第２のシール層は、第１のシール層開口がその第１の端部と流体連通し、第３のシール層開口がその第２の端部と流体連通するように、第１のシール層と第３のシール層との間に位置している。
【０００８】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明及び添付の請求の範囲を参照すれば、よりよく理解される。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成している添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
当業者に向けて、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、添付の図面を参照しながら本明細書に記載される。
【図１】本明細書で開示される実施形態による、例示的な高バイパスターボファンジェットエンジンの模式的な断面図である。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンの高圧タービンセクションの拡大側断面図であり、高圧（ＨＰ）タービン内でのシールアセンブリの位置を示す。
【図３】図２のシールアセンブリの拡大斜視図であり、上部シール層と、中間シール層と、底部シール層とを示している。
【図４】上部シール層の斜視図であり、その中に設けられた上部シール層開口を示している。
【図５】中間シール層の斜視図であり、その中に設けられた細長スロットを示している。
【図６】底部シール層の斜視図であり、その中に設けられた底部シール層開口を示している。
【図７】図３の線７−７に概ね沿ったシールアセンブリの断面図であり、上部シール層開口と、細長スロットと、底部シール層開口との相対的な幾何学的配置を示している。
【図８】シールの別の実施形態の、図７と同様な断面図であり、細長スロットと連通する複数の上部シール層開口及び複数の底部シール層開口を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１以上の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字及び文字の符号を用いる。図面及び説明の同様の又は類似の符号は、本発明の同様の又は類似の部材を指すために用いている。本明細書において、用語は、「第１の」、「第２の」、及び「第３の」という用語は、１つの部品と別の部品とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の部品の位置又は重要性を示すことを意図しない。「上流」及び「下流」という用語は、流体経路における流体の相対的な流れ方向を示す。例えば、「上流」は流体が流れてくる方向を示し、「下流」は流体が流れていく方向を示す。
【００１１】
各実施例は本発明の説明のために提供するものであって、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲又は趣旨を逸脱せずに、修正及び変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。たとえば、一実施形態の一部として図示又は記載する特徴は、さらに別の実施形態を与えるために、別の実施形態で用いることができる。したがって、本発明は、添付の請求の範囲及びそれらの等価物の範囲に入るこのような修正及び変更を包括することが意図されている。本発明の例示的な実施形態は、例示の目的のためにターボファンジェットエンジンに組み込まれたタービンシュラウドの文脈で一般的に説明されるが、本発明の実施形態はターボ機械に組み込まれたあらゆるタービンに適用することができ、特許請求の範囲に具体的に記載されない限り、ガスターボファンジェットエンジンに限定されるものではないことを、当業者であれば容易に理解するであろう。
【００１２】
図面を参照するにあたり、図面において同じ番号は同じ部品を示しており、図１は以降「ターボファン１０」と称するところの、例示的な高バイパスターボファン式ガスタービンエンジン１０の模式的な断面図であり、本発明の種々の実施形態を包含する。参照のために、図１に示すようにターボファン１０は、それを貫通して延びる長手方向すなわち軸方向中心線の軸１２を有する。一般にターボファン１０は、ファン部１６よりも下流に配置された、コアタービンすなわちガスタービンエンジン１４を含む。
【００１３】
ガスタービンエンジン１４は一般的に、環状吸気口２０を形成する、ほぼ管状の外側筐体１８を含む。外側筐体１８は、複数の筐体から形成される。外側筐体１８は、直列的な流れの関係において、ブースタすなわち、低圧（ＬＰ）圧縮機２２及び高圧（ＨＰ）圧縮機２４を有する圧縮機セクションと、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８及び低圧（ＬＰ）タービン３０を有するタービンセクションと、ジェット排気ノズル部３２とを収容している。高圧（ＨＰ）シャフトすなわちスプール３４は、ＨＰタービン２８とＨＰ圧縮機２４とを駆動連結する。低圧（ＬＰ）シャフトすなわちスプール３６は、ＬＰタービン３０とＬＰ圧縮機２２とを駆動連結する。ＬＰスプール３６はまた、ファン部１６のファンスプールすなわちシャフト３８に連結されることができる。図１に示すような特定の実施形態では、ＬＰスプール３６はファンスプール３８に、直接駆動のような構成で、直接接続されることができる。また別の構成では、ＬＰスプール３６は、間接駆動又は歯車駆動のような構成で、減速機３９を介してファンスプール３８に連結されることができる。
【００１４】
図１に示すように、ファン部１６は、ファンスプール３８に連結されファンスプール３８から半径方向外向きに延びる複数のファンブレード４０を有する。環状ファン筐体すなわちナセル４２は、ファン部１６及び／又はガスタービンエンジン１４の少なくとも一部を円周方向に取り囲む。当業者は、ナセル４２が、円周方向に間隔を置いて配置された複数の排気口ガイドベーン４４によって、ガスタービンエンジン１４に対して支持されるように構成され得ることを理解されたい。また、ナセル４２の下流部４６は、ガスタービンエンジン１４の外側部分に延び、ナセル４２の下流部４６とガスタービンエンジン１４の外側部分との間にバイパス気流通路４８を形成する。
【００１５】
図２は、図１に示すガスタービンエンジン１４のＨＰタービンセクション２８の拡大側断面図であり、ここで開示される種々の実施形態を包含する。図２に示すように、ＨＰタービン２８は、直列的な流れの関係において、１つ以上のタービンロータブレード５８（１つのみ図示）の列５６から軸方向に間隔を置いて配置された、１つ以上のステータベーン５４（１つのみ図示）の列５２を有する第１のステージ５０を備える。ＨＰタービン２８はさらに、１つ以上のタービンロータブレード６８（１つのみ図示）の列６６から軸方向に間隔を置いて配置された、１つ以上のステータベーン６４（１つだけ示す）の列６２を有する第２のステージ６０を備える。ＨＰタービン２８は、１つ以上のステータベーン９０（１つのみ図示）の列８８を有する第３のステージ８６を備えていてもよい。図２には示されていないが、第３のステージ８６はタービンロータブレードの列も備えていてもよい。
【００１６】
タービンロータブレード５８、６８は、ＨＰスプール３４から半径方向外向きに延び、ＨＰスプール３４に結合されている（図１）。図２に示すように、ステータベーン５４、６４、９０及びタービンロータブレード５８、６８は、燃焼セクション２６（図１）からＨＰタービン２８を経由するルートで流れる燃焼ガスの高温ガス流路７０を少なくとも部分的に形成する。図１に示すように、ステータベーン５４、６４、９０の列５２、６２、８８は、ＨＰスプール３４の周りに環状に配置され、タービンロータブレード５８、６８の列５６、６６がＨＰスプール３４の周りに円周方向に離間されている。ステータベーン５４、６４、９０は、それぞれ、半径方向内側のステータベーンマウント９２（ａ）、９２（ｂ）、９２（ｃ）や、半径方向外側のステータベーンマウント９４（ａ）、９４（ｂ）、９４（ｃ）、又は任意の他の適切なハードウェア部品を介してＨＰタービン２８に取り付けられている。
【００１７】
図２に示すように、ＨＰタービン２８の種々の実施形態は、１以上のタービンシュラウド組立体７２を含む。例えば、ＨＰタービン２８は、第１のタービンシュラウド組立体７２（ａ）及び第２のタービンシュラウド組立体７２（ｂ）を備えることができる。一般に、タービンシュラウド組立体７２（ａ）、７２（ｂ）はそれぞれ、タービンロータブレード５８、６８の対応する列５６、６６の周りでリングすなわちシュラウドを形成する。タービンシュラウド組立体７２（ａ）、７２（ｂ）はそれぞれ、タービンロータブレード５８、６８のブレード端７６、７８から半径方向に離間しているタービンシュラウドすなわちシュラウドシール７４（ａ）、７４（ｂ）を有している。この配置では、ブレード先端７６、７８と、シール表面すなわち高温の側面８０（ａ）、８０（ｂ）との間に、隙間が形成される。ブレード端７６、７８を越えて隙間を経由する高温ガス流路７０からの漏れを減少させるために、特にターボファン１０の巡航運転時に、ブレード端７６、７８とタービンシュラウド７４（ａ）、７４（ｂ）との間の隙間を最小にすることが一般に望ましい。
【００１８】
特定の実施形態では、１以上のタービンシュラウド７４（ａ）、７４（ｂ）が、連続的で、一体化された、又は継ぎ目のないリングとして形成されることができる。タービンシュラウド組立体７２（ａ）、７２（ｂ）はそれぞれ、シュラウドリング構造体マウント８４（ａ）、８４（ｂ）、又は他の適切なハードウェア部品等を介して、ガスタービンエンジン１４のバックボーンすなわち筐体８２などの静止構造に接続されることができる。
【００１９】
図１に図示されるように、ターボファン１０の動作中に、空気２００が吸気口部２０２に入る。矢印２０４で示される空気２００の第１の部分は、バイパス流路４８に流入し、矢印２０６で示される空気２００の第２の部分は、ＬＰ圧縮機２２の吸気口２０に入る。ＬＰ圧縮機２２は、ＨＰ圧縮機２４への途中を流れる空気２０６の第２の部分を徐々に圧縮する。ＨＰ圧縮機２４は、これを経由して流れる空気２０６の第２の部分をさらに圧縮し、それにより、燃焼セクション２６に矢印２０８で示される圧縮空気を供給し、圧縮空気が燃料と混合して燃焼し、矢印２１０で示される燃焼ガスが提供される。
【００２０】
燃焼ガス２１０は、ＨＰタービン２８を通って流れる。ＨＰタービン２８では、ステータベーン５４、６４、９０及びタービンロータブレード５８、６８が、燃焼ガス２１０から運動エネルギー及び／又は熱エネルギーの第１の部分を抽出する。このようにエネルギーを抽出して、ＨＰ圧縮機２４の動作を支援する。その後、燃焼ガス２１０は、ＬＰタービン３０を通って流れる。ＬＰタービン３０では、ＬＰシャフトすなわちスプール３６に結合されたＬＰタービンステータベーン２１２及びＬＰタービンロータブレード２１４の一連のステージが、燃焼ガス２１０から熱エネルギーや運動エネルギーの第２の部分を抽出する。このエネルギー抽出により、ＬＰシャフトすなわちスプール３６が回転し、ＬＰ圧縮機２２の運転及び／又はファンスプールすなわちシャフト３８の回転を支援する。燃焼ガス２１０はその後、ガスタービンエンジン１４のジェット排気ノズル部３２を通って流れる。
【００２１】
ターボファン１０と共に、コアタービン１４が同様の目的を果たし、地上用ガスタービンや、空気２０６の第２の部分に対する空気２０４の第１の部分の比がターボファンのそれよりも小さいターボジェットエンジンや、ファン部１６がナセル４２を持たないアンダクテッドファンエンジンにおいて、同様の環境が見られる。ターボファンと、ターボジェットと、アンダクテッドエンジンの各々では、減速装置（例えば、減速ギヤボックス３９）が任意のシャフトとスプールとの間に備えられる。例えば、減速ギヤボックス３９は、ファン部１６のＬＰスプール３６とファンシャフト３８との間に配置してもよい。
【００２２】
ＨＰ及びＬＰタービンセクション２８、３０、特に、ＨＰタービン２８を流れる燃焼ガス２１０の温度は非常に高い。例えば、ＨＰタービン２８によって／の中に形成される高温ガス流路７０を流れる燃焼ガス２１０は、華氏２０００度を超える。そのため、高温ガス通路７０に沿って配置された部品（例えば、ステータベーン５４、６４、９０；タービンロータベーン５８、６８；タービンシュラウド組立体７２（ａ）、７２（ｂ）等）は、典型的には金属、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）、又は高温ガスへの長期暴露に耐えることができる任意の他の材料から構成される。
【００２３】
それにもかかわらず、高温ガス流路７０より半径方向外側に配置された部品（例えば、筐体８２）は、あまり好ましくない熱特性を有している場合がある。そのため、高温の排気ガスが、高温ガス流路７０に沿って隣接する静止部品の間に流れるのを防止するために、シールアセンブリ１００が当該隣接する静止部品の間に配置される。図２に示す実施形態では、例えば、シールアセンブリ１００は、シュラウド組立体マウント８４（ｂ）及び半径方向内側のステータベーンマウント９４の間に配置される。シールアセンブリ１００は、ガスタービンエンジン１０内のＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、又はその他の部位の、どの隣接する静止部品の間に配置されてもよい。シールアセンブリ１００は、ＨＰタービン２８又はＬＰタービン３０の全周に渡って延びているのが好ましい。
【００２４】
図３から図７は、シールアセンブリ１００の種々の部品及び特徴を示している。具体的には、図３は、シールアセンブリ１００の斜視図であり、上部シール層１０２と、中間シール層１０４と、底部シール層１０６とを示す。図４から図６は、上部シール層１０２と、中間シール層１０４と、底部シール層１０６とを、それぞれ斜視図で示す。図７は、上部シール層開口１０８と、中間シール層１０４の細長スロット１１０と、底部シール層開口１１２とを示す断面図である。
【００２５】
図３に関して、シールアセンブリ１００は、上部シール層１０２及び底部シール層１０６の間に位置する中間シール層１０４を有する。しかしながら、シールアセンブリ１００は、３つより多くのシール層を有してもよい。シール層１０２、１０４、１０６は、実質的に同じ厚さを有する。しかしながら、シール層１０２、１０４、１０６は、異なる厚さを有することもできる。いくつかの実施形態では、シール層１０２、１０４、１０６は、概Ｗ字形状、又はＭ字形状を有している。図３に示されて、以下でより詳細に述べられる実施形態では、シール層１０２、１０４、１０６は、４つの概垂直又は傾斜した壁を有し、それらの壁は、２つの軸方向外側の回旋部又は湾曲部と、１つの中央の回旋部又は湾曲部によって接続される。軸方向圧縮時、それらの回旋部は、静止部品に対して外側に向かって力を作用させ、シールを向上させることができる。シール層１０２、１０４、１０６の別の実施形態では、３つの回旋部は平坦部で置き換えられる。或いは、シール層１０２、１０４、１０６の４つの傾斜した壁は、回旋部又は平坦部を介さずに接合されてもよい。シール層１０２、１０４、１０６は、Ｕ字形状又は任意の他の適切な形状を有していてもよい。また別の実施形態では、静止部品の空間を充填する必要があれば、シール層１０２、１０４、１０６は、垂直又は傾斜した壁や、凹又は凸の回旋部を、多少有していてもよい。例えば、シール層１０２、１０４、１０６は、３つの凹の回旋部と、２つの凸の回旋部とを有していてもよい。
【００２６】
シールアセンブリ１００は、外部から又は内部から加圧される。外部から加圧される時、シールアセンブリ１００の半径方向外側への圧力が、半径方向内側への圧力よりも大きい。２つの軸方向外側の回旋部と１つの中央の回旋部によって接続された４つの傾斜した壁を有するシールアセンブリ１００の実施形態の場合、軸方向外側の回旋部は凹状であり、中央の回旋部は凸状であって、図３に示すように、概Ｗ字形状を形成している。或いは、シールアセンブリ１００が内部から加圧される時、シールアセンブリ１００の半径方向外側への圧力は、半径方向内側への圧力よりも小さい。その場合、軸方向外側の回旋部を凸状、中央の回旋部を凹状とすることにより、概Ｍ字形状が形成される。
【００２７】
一実施形態では、シール層１０２、１０４、１０６は、その可撓性を維持するために、取り外し可能又は摺動可能に接合されていることが好ましい。すなわち、底部シール層１０６が中間シール層１０４を支持して位置決めし、中間シール層１０４が上部シール層１０２を支持して位置決めする。そのため、シール層１０２、１０４、１０６は、接着剤又は機械的留め具を用いて取り付けられる。別の実施形態では、より高い剛性を必要とする用途において用いるために、シール層１０２、１０４、１０６は、接着、ピン留め、リベット留め、又は別の永久的な留め方で取り付けされる。
【００２８】
図４は、上部シール層１０２の一実施形態を示す。具体的には、上部シール層１０２は、第１の回旋部１１８ａによって一体に連結された、第１の外側壁１１４ａ及び第１の内側壁１１６ａを含む。上部シール層１０２は更に、第２の回旋部１２４ａによって一体に連結された、第２の外側壁１２０ａ及び第２の内側壁１２２ａを含む。第１の内側壁１１６ａ及び第２の内側内側壁１２２ａは、第３のすなわち中央の回旋部１２６ａによって一体に連結される。或いは、側壁１１４ａ、１１６ａ、１２０ａ、１２２ａ、及び／又は回旋部１１８ａ、１２４ａ、１２６ａは、互いに永久的に接着された別個の部品であってもよい。回旋部１１８ａ、１２４ａ、１２６ａは、湾曲していても平坦であってもよい。
【００２９】
図４に示すように、中央の回旋部１２６ａには、上部シール層開口１０８が形成される。しかしながら、上部シール層開口１０８は、上部シール層１０２の他のどの部分にも形成されることもできる。例えば、第１の外側壁１１４ａ、第１の内側壁１１６ａ、第２の外側壁１２０ａ、第２の内側壁１２２ａの平坦部のいずれにでも、上部シール層開口１０８を形成することができる。開口１０８は、上部シール層１０２の厚さ全体を貫通している。開口１０８は、任意の適切な断面形状（例えば、円形、楕円形、長方形、卵型、三角形等）を有する。開口１０８は、ウォータージェット、穿孔、又は任意の他の適切な製造方法によって生成される。いくつかの実施形態では、上部シール層１０２は複数の上部シール層開口１０８を含むことができる。
【００３０】
図５は、中間シール層１０４の一実施形態を示す。具体的には、中間シール層１０４は、第１の回旋部１１８ｂにより一体に連結された、第１の外側壁１１４ｂ及び第１の内側壁１１６ｂを含む。中間シール層１０４はさらに、第２の回旋部１２４ｂにより一体に連結された、第２の外側壁１２０ｂ及び第２の内側壁１２２ｂを含む。第１の内側壁１１６ｂ及び第２の内側壁１２２ｂは、第３のすなわち中央の回旋部１２６ｂによって一体に連結される。或いは、側壁１１４ｂ、１１６ｂ、１２０ｂ、１２２ｂ、及び／又は回旋部１１８ｂ、１２４ｂ、１２６ｂが、互いに永久的に接着された別個の部品であってもよい。回旋部１１８ｂ、１２４ｂ、１２６ｂは、湾曲していても平坦であってもよい。図３に示すように、中間シール層１０４は、上部シール層１０２を中間シール層１０４に入れ子にすることができるように、上部シール層１０２よりも大きくあるべきである。
【００３１】
図５に示すように、中央の回旋部１２６ｂには、細長スロット１１０が形成される。しかしながら、細長スロット１１０は、中間シール層１０４の他のどの部分にも形成されることもできる。例えば、第１の外側壁１１４ｂ、第１の内側壁１１６ｂ、第２の外側壁１２０ｂ、第２の内側壁１２２ｂの平坦部のいずれにおいても、細長スロット１１０を形成することができる。細長スロット１１０は、中間シール層１０４の厚さ全体を貫通している。細長スロット１１０は、上部シール層開口１０８の長さ、幅、及び／又は半径（適宜）よりも相対的に長くなっている。例えば、細長スロット１１０は、上部シール層開口１０８の長さ、幅、及び／又は半径よりも少なくとも５倍長い。別の実施形態では、細長スロット１１０は、上部シール層開口１０８の長さ、幅、及び／又は半径よりも少なくとも１０倍長い。上部シール層開口１０８と同様に、細長スロット１１０は、ウォータージェット、穿孔、又は任意の他の適切な製造方法によって生成される。いくつかの実施形態では、上部シール層１０２が、複数の中間シール層用細長スロット１１０を含むことがある。
【００３２】
図６は、底部シール層１０６の一実施形態を示す。具体的には、底部シール層１０６は、第１の回旋部１１８ｃによって一体に連結された、第１の外側壁１１４ｃ及び第１の内側壁１１６ｃを含む。底部シール層１０６はさらに、第２の回旋部１２４ｃによって一体に連結された、第２の外側壁１２０ｃ及び第２の内側壁１２２ｃを含む。第１の内側壁１１６ｃ及び第２の内側壁１２２ｃは、第３のすなわち中央の回旋部１２６ｃによって一体に連結される。或いは、側壁１１４ｃ、１１６ｃ、１２０ｃ、１２２ｃ、及び／又は回旋部１１８ｃ、１２４ｃ、１２６ｃが互いに永久的に接着された別個の部品であってもよい。回旋部１１８ｃ、１２４ｃ、１２６ｃは、湾曲していても平坦であってもよい。図３に示すように底部シール層１０６は、中間シール層１０４を底部シール層１０６に入れ子にすることができるように、中間シール層１０４よりも大きくあるべきである。
【００３３】
図６に示すように、中央の回旋部１２６ｃには、底部シール層開口１１２が形成される。しかしながら、底部シール層開口１１２は、底部シール層１０６の他のどの部分にも形成されることもできる。例えば、第１の外側壁１１４ｃ、第１の内側壁１１６ｃ、第２の外側壁１２０ｃ、第２の内側壁１２２ｃの平坦部のいずれにおいても、底部シール層開口１１２を形成することができる。開口１１２は底部シール層１０６の厚さ全体を貫通している。開口１１２は、任意の適切な断面形状（例えば、円形、楕円形、長方形、卵型、三角形等）を有する。一実施形態では、底部シール層開口１１２は、上部シール層開口１０８とほぼ同じ断面形状及び／又は断面積を有する。別の実施形態では、底部シール層開口１１２は、上部シール層開口１０８と異なる断面形状及び／又は断面積を有する。本実施形態では、細長スロット１１０は、底部シール層開口１１２の長さ、幅、及び／又は半径よりも相対的に長くあるべきである（例えば、少なくとも５倍長い、少なくとも１０倍長い、等）。開口１１２は、ウォータージェット、穿孔、又は任意の他の適切な製造方法によって生成される。底部シール層１０６は、複数の底部シール層開口１１２を含むことができる。
【００３４】
図７は、シールアセンブリ１００の断面図であり、中央の回旋部１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃによって定められる、上部シール層開口１０８と、細長スロット１１０と、底部シール層開口１１２との相対的な幾何学的配置を示す。具体的には、細長スロット１１０は第１の端部１２８及び第２の端部１３０を有する。上部シール層開口１０８は、細長スロット１１０の第１の端部１２８などの、細長スロット内の第１の位置と流体連通しており、底部シール層開口１１２は、細長スロット１１０の第２の端部１３０などの、細長スロット内の第２の位置と流体連通している。したがって、開口１０８、１１２及び細長スロット１１０は、Ｎ字形状のような通路を形成する。そのため、矢印１３２で示される冷却空気は、上部シール層開口１０８を通ってシールアセンブリ１００に入り、細長スロット１１０を流れ、底部シール層開口１１２から出る。或いは、冷却空気１３２は、その反対方向に流れる場合がある。上部シール層開口１０８及び底部シール層開口１１２が細長スロットの両端に位置していると、冷却空気は、細長スロット１１０の長さ全体を流されるようになる。この配置によれば、上部シール層開口１０８及び底部シール層開口１１２を同軸上に揃えて配置した場合よりも、シールアセンブリ１００のより大きな部分を冷却することができる。
【００３５】
図８は、複数の上部シール開口１０８及び／又は複数の底部シール層開口１１２を含む、シールアセンブリ１００■の別の実施形態を示す。一般に、シールアセンブリ１００■
は、詳細に前述したように、少なくとも上部シール層１０２と、中間シール層１０４と、底部シール層１０６とを含む。しかしながら、シールアセンブリ１００■は、それ以上の
シール層を有することができる。図８に示すように、上部シール層１０２は、第１の上部シール層開口１０８ａと、第２の上部シール層開口１０８ｂと、第３の上部シール層開口１０８ｃとを有しており、これらは細長スロット１１０の第１の端部１２８と流体連通する。上部シール層１０２は、上部シール層開口１０８を多少有することがあるが、これらの上部シール層開口１０８は細長スロット１１０の任意の部分と流体連通してもよい。同様に、底部シール層１０６は、第１の底部シール層開口１１２ａ及び第２の底部シール層開口１１２ｂを有しており、これらは細長スロット１１０の第２の端部１３０と流体連通する。底部シール層１０６は、底部シール層開口１１２を多少有することがあるが、これらの底部シール層開口１１２は細長スロット１１０の任意の部分と流体連通してもよい。さらに、上部シール層１０２の上部シール層開口１０８は、底部シール層１０６の底部シール層開口１１２の数より多くても、少なくても、或いは同数でもよい。また、上部シール層開口１０８及び底部シール層底部開口１１２は、細長スロットに沿って任意の順序で配置されていてもよい。例えば、図８に示されるように、上部シール層開口１０８及び底部シール層開口１１２はすべて共に寄せ集めることができる。或いは、上部シール層開口１０８及び底部シール層開口１１２は１つずつ互い違いになっていてもよい。冷却空気１３２は、シールアセンブリ１００と同じ様に、シールアセンブリ１００■を流れる。
【００３６】
シールアセンブリ１００、１００■は、２つ以上の冷却通路を含んでいてもよい。具体
的には、シールアセンブリ１００、１００■は、シール層１０２、１０４、１０６の異な
る部分に配置された上部及び底部シール層開口１０８、１１２の異なるセットと連通する、２つ以上の細長スロット１１０とを備えていてもよい。一実施形態では、例えば、第１の内側壁１１６ａ及び第２の内側壁１２２ａは、上部シール層開口１０８及び底部シール層開口１１２の異なるセットと連通する細長スロット１１０をそれぞれ含むことができる。
【００３７】
シール層１０２、１０４、１０６は、任意の適切な材料で構成される。例えば、シール層１０２、１０４、１０６は、ニッケル系高温合金（例えば、米国ニューヨーク州スケネクタディのゼネラルエレクトリック社製Ｒｅｎｅ４１（登録商標）合金）、又はオーステナイト系ニッケル基合金（例えば、米国コネチカット州ハートフォードのユナイテッドテクノロジーズ社製ＷＡＳＰＡＬＯＹ（登録商標））から形成することができる。或いは、シール層１０２、１０４、１０６は、ニッケル−クロム−鉄−モリブデン合金（例えば、米国インディアナ州ココモのヘインズインターナショナル社製ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｘ）、又はオーステナイト系ニッケル−クロム合金（例えば、米国ニューヨーク州ニューハートフォードのスペシャルメタル社製ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）合金７１８）であってもよい。
【００３８】
一実施形態では、シール層１０２、１０４、１０６は、同じ材料で構成することができる。或いは、シール層１０２、１０４、１０６は、本質的に異なる特性を利用するために異なる材料で構成することができる。例えば、シールを強化するために、熱膨張係数に差がある材料が使用されることがある。また、高温ガス流路７０に近接したシール層は、他のシール層に使用される材料よりも高い温度許容度（すなわち、ある温度で構造的な剛性を維持する能力）を有する材料から構成されることがある。この場合、高温ガス流路７０に近接したシール層は熱シールドとして作用する。
【００３９】
上記で詳細に述べたように、上部シール層開口１０８と、細長スリット１１０と、底部シール層開口１１２は、冷却空気をシールアセンブリ１００に流して、シールアセンブリ１００から熱を除去する。これにより、シールアセンブリ１００はより高い温度に耐えることができる。そのため、ターボファン１０は従来のシールによるものより高い温度で動作することができる。ターボファン１０がより高い温度で動作すると、その効率が改善され、その燃料消費率も低減される。このように、シールアセンブリ１００は、従来のシール装置よりも高い効率及び低燃費化を可能にする。
【００４０】
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイス又はシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。他の実施例が特許請求の範囲の字義通りの文言と異ならない部品を含む場合、又は、それらが特許請求の範囲の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
第１の静止ガスタービン壁と、
第２の静止ガスタービン壁と、
第１の静止ガスタービン壁と第２の静止ガスタービン壁との間に配置されたシールと
を備えるガスタービンシールアセンブリであって、シールが、
第１のシール層であって第１のシール層を貫通する第１のシール層開口を画成する第１のシール層と、
第２のシール層であって第２のシール層を貫通する細長スロットを画成する第２のシール層と、
第３のシール層であって第３のシール層を貫通する第３のシール層開口を画成する第３のシール層と
を含み、第２のシール層は、第１のシール層開口が細長スロットの第１の位置と流体連通し、第３のシール層開口が細長スロットの第２の位置と流体連通するように、第１のシール層と第３のシール層との間に位置している、ガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様２］
第１の静止ガスタービン壁は、タービンシュラウド組立体マウントを含み、第２の静止ガスタービン壁は、ステータベーン組立体マウントを含む、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様３］
第１のシール層と、第２のシール層と、第３のシール層はそれぞれ、第１の回旋部によって第１の内壁に接続される第１の外壁と、第２の回旋部によって第２の内壁に接続される第２の外壁と、第１の内壁と第２の内壁を接続する第３の回旋部とを有する、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様４］
第１のシール層と、第２のシール層と、第３のシール層、３つ以上の回旋部を含む、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様５］
第１のシール層開口は、第１のシール層のほぼ平坦な部分は、第２のシール層のほぼ平坦な部分を貫通して延び、第３のシール層開口は第３のシール層のほぼ平坦な部分を貫通して延びる、実施態様３に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様６］
第３のシール層は第２のシール層を支持して位置決めし、第２のシール層は第１のシール層を支持し位置決めする、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様７］
第１の位置は、細長スロットの第１の端部であり、第２の位置は、細長スロットの第２の端部である、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様８］
第１のシール層開口又は第３のシール層開口は円形の断面を備えている、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様９］
細長スロットは、第１のシール層開口及び第３のシール層開口よりも少なくとも５倍長い、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様１０］
細長スロットは、第１のシール層開口及び第３のシール層開口よりも少なくとも１０倍長い、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様１１］
第１のシール層開口及び第３のシール層開口は同じ断面積を有する、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様１２］
第１のシール層開口及び第３のシール層開口は、同じ形状を持つ、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様１３］
圧縮機と、
燃焼セクションと、
タービンシュラウドマウントとステータベーンマウントとを有するタービンセクションと、
タービンシュラウドマウントとステータベーンマウントとの間に配置されたシールと
を備えるガスタービンであって、シールが、
第１のシール層であって第１のシール層を貫通する第１のシール層開口を画成する第１のシール層と、
第２のシール層であって第２のシール層を貫通する細長スロットを画成する第２のシール層と、
第３のシール層であって第３のシール層を貫通する第３のシール層開口を画成する第３のシール層と
を含んでおり、第２のシール層は、第１のシール層開口が細長スロットの第１の位置と流体連通し、第３のシール層開口が細長スロットの第２の位置と流体連通するように、第１のシール層と第３のシール層との間に位置していることを特徴とする、ガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様１４］
第１のシール層開口は、第１のシール層のほぼ平坦な部分を貫通して延び、細長スロットは、第２のシール層のほぼ平坦な部分を貫通して延び、第３のシール層開口は第３のシール層のほぼ平坦な部分を貫通して延びる、実施態様３に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様１５］
第１のシール層と、第２のシール層と、第３のシール層はそれぞれ、第１の回旋部によって第１の内壁に接続される第１の外壁と、第２の回旋部によって第２の内壁に接続される第２の外壁と、第１の内壁と第２の内壁を接続する第３の回旋部とを有する、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様１６］
第１のシール層と、第２のシール層と、第３のシール層はそれぞれ、３つ以上の回旋部を含む、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様１７］
第３のシール層は第２のシール層を支持して位置決めし、第２のシール層は第１のシール層を支持し位置決めする、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様１８］
第１の位置は、細長スロットの第１の端部であり、第２の位置は、細長スロットの第２の端部である、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様１９］
細長スロットは、第１のシール層開口及び第３のシール層開口よりも少なくとも５倍長い、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
［実施態様２０］
細長スロットは、第１のシール層開口及び第３のシール層開口よりも少なくとも１０倍長い、実施態様１に記載のガスタービンシールアセンブリ。
【図１】
2017053350.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】
2017053350.tif 000009
【図８】
2017053350.tif 000010
【外国語明細書】
2017053350000001.pdf