(57)【要約】      （修正有）【課題】第１のガスタービン構成要素から第２のガスタービン構成要素へ延在して、２つの容積部を分離するように構成されかつ配置されたガスタービンダイヤフラムシールんじょいて、摩耗の低減、したがって、漏れの低減を提供する。【解決手段】ガスタービンダイヤフラムシール１０は、第１のガスタービン構成要素４０から第２のガスタービン構成要素へ延在して、２つの容積部を分離するように構成されかつ配置されたダイヤフラムと、第１のガスタービン構成要素に取り付けられるように構成されかつ配置されたフレッチング防止部３０とを備える。フレッチング防止部の面３２は、ダイヤフラムに隣接しており、フレッチング防止部の面は、凸状である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガスタービン構成要素（４０）から第２のガスタービン構成要素へ延在して、２つの容積部を分離するように構成されかつ配置されたダイヤフラム（２０）と、
前記第１のガスタービン構成要素（４０）に取り付けられるように構成されかつ配置されたフレッチング防止部（３０）と、
を備える、ガスタービンダイヤフラムシール（１０）であって、
前記フレッチング防止部（３０）の面（３２）は、前記ダイヤフラム（２０）に隣接しており、
前記フレッチング防止部（３０）の前記面（３２）は、凸状である、
ことを特徴とする、ガスタービンダイヤフラムシール（１０）。
【請求項２】
前記フレッチング防止部（３０）の前記面（３２）は、複数の別個の凸状部分を有する、請求項１記載のガスタービンダイヤフラムシール（１０）。
【請求項３】
前記ダイヤフラム（２０）は、平面状である、請求項１または２記載のガスタービンダイヤフラムシール（１０）。
【請求項４】
前記フレッチング防止部は、第１のフレッチング防止部（３０）であり、前記ダイヤフラム（２０）は、前記第１のフレッチング防止部（３０）に隣接する第１の面（２２）と、前記第１のフレッチング防止部（３０）から離反する方を向いた第２の面（２４）とを有し、当該ガスタービンダイヤフラムシール（１０）は、前記ダイヤフラム（２０）の前記第２の面（２４）に隣接する第２のフレッチング防止部（３１）を含む、請求項１から３までのいずれか１項記載のガスタービンダイヤフラムシール（１０）。
【請求項５】
前記フレッチング防止部（３０）の少なくとも前記面（３２）は、前記ダイヤフラム（２０）よりも軟質の材料から成る、請求項１から４までのいずれか１項記載のガスタービンダイヤフラムシール（１０）。
【請求項６】
第１のガスタービン構成要素と、第２のガスタービン構成要素と、請求項１に記載のガスタービンダイヤフラムシール（１０）とを含む、ガスタービン。
【請求項７】
前記第１のガスタービン構成要素は、タービンベーンキャリア（５２）であり、かつ前記第２のガスタービン構成要素は、タービンハウジング（５０）または燃焼器ライナキャリア（５４）であるか、または、前記第１のガスタービン構成要素は、タービンハウジング（５０）または燃焼器ライナキャリア（５４）であり、かつ前記第２のガスタービン構成要素は、タービンハウジング（５０）である、請求項６記載のガスタービン。
【請求項８】
既存のダイヤフラムシールを取り外し、
請求項１記載のガスタービンダイヤフラムシール（１０）を取り付ける、
ステップを含む、ガスタービンを改装する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスタービンダイヤフラムシールに関し、特に、ダイヤフラムとフレッチング防止部とを有するガスタービンダイヤフラムシールに関する。
【０００２】
発明の背景
最新のガスタービンは、極めて複雑であり、様々なキャビティおよび隙間を通る漏れを低減し、ガスタービンに存在する様々な流体の流れの操作を補助する多数のシールを含む。そのようなシールの１つのタイプは、ダイヤフラムシールであり、本出願人に譲渡された取得特許である米国特許第６８５７８４９号明細書は、公知のダイヤフラムシールの一例を開示している。米国特許第６８５７８４９号明細書に記述されたような公知のダイヤフラムシールは、効率的なシールを提供することができるが、比較的短い耐用期間を有する傾向にあり、摩耗のため頻繁に交換する必要があり得る。交換頻度は、ダイヤフラムの側方における摺動距離および圧力差が比較的高いとより高くなる。ゆえに、既存の設計をさらに改善する余地があることが認められている。
【０００３】
発明の概要
本発明は、添付の独立請求項に規定されており、独立請求項に関してここで参照が成されるべきである。本発明の有利な特徴は、従属請求項において明らかである。
【０００４】
第１の態様は、第１のガスタービン構成要素から第２のガスタービン構成要素へ延在して、２つの容積部を分離するように構成されかつ配置されたダイヤフラムと、第１のガスタービン構成要素に取り付けられるように構成されかつ配置されたフレッチング防止部とを備えるガスタービンダイヤフラムシールであって、フレッチング防止部の面は、ダイヤフラムに隣接しており、フレッチング防止部の面は、凸状である、ガスタービンダイヤフラムを提供する。
【０００５】
湾曲した表面がダイヤフラムにあり、平らな表面が、隣接するガスタービン構成要素にあるダイヤフラムシールでは、ダイヤフラムの湾曲した表面は、常に、隣接するガスタービン構成要素と接触していて、したがって、常に、摩耗する状況にある。換言すると、ダイヤフラムの湾曲した表面は、フレッチング防止部（フレッチング防止リング）における平らな接触表面と比べて、動作中により大きな滑り接触距離にある。その結果、ダイヤフラムシールは、高い摩耗率に基づいて使用中に頻繁に交換する必要があり得る一方、一般的により安価であるフレッチング防止部は、摩耗されないままである。
【０００６】
これに対して、上述のようなダイヤフラムシールは、ガスタービン構成要素に設けられたフレッチング防止リングにおける湾曲した表面（凸状表面）を提供し、したがって、常に、ダイヤフラムと接触していて摩耗しやすいのは、フレッチング防止部である。これにより、ダイヤフラム交換頻度を低減することができ、高い接触圧力やガスタービン構成要素の相対的な大きな移動にもかかわらず、良好なダイヤフラム耐用期間を提供することができる。これにより、一般的に、ダイヤフラムを交換するよりもフレッチング防止リングを交換する方が安くすむので、保守コストを削減することができる。
【０００７】
ダイヤフラムとフレッチング防止リングとの間の接触表面のシーリング効率は、通常は、表面状況に依存しており、したがって、一般的には、摩耗を低減して、これにより漏れを低減することが有利である。本設計は、摩耗の低減、したがって、漏れの低減を提供することができ、これは、エンジン効率や出力を改善することができる。
【０００８】
好適には、フレッチング防止部の面は、複数の別個の凸状部分を有する。第２の凸状部分は、第１の凸状部分が摩耗した場合の予備的な接触を提供することができる。
【０００９】
好適には、ダイヤフラムは、平面状である。このことは、接触するフレッチング防止部に対して平らな表面を提供する。好適には、前述のフレッチング防止部は、第１のフレッチング防止部であり、ダイヤフラムは、第１のフレッチング防止部に隣接する第１の面と、第１のフレッチング防止部から離反する方を向いた第２の面とを有し、ガスタービンダイヤフラムシールは、ダイヤフラムの第２の面に隣接する第２のフレッチング防止部を含む。
【００１０】
好適には、フレッチング防止部の少なくとも面は、ダイヤフラムよりも軟質の材料から成っている。これにより、フレッチング防止部がより小さな摩耗抵抗を有し、ダイヤフラムよりも多く摩耗するので、ダイヤフラムの摩耗を低減することができる。
【００１１】
第２の態様は、第１のガスタービン構成要素と、第２のガスタービン構成要素と、上述されたガスタービンダイヤフラムシールとを含むガスタービンを提供する。好適には、第１のガスタービン構成要素は、タービンベーンキャリアであり、かつ第２のガスタービン構成要素は、タービンハウジングまたは燃焼器ライナキャリアであるか、または、第１のガスタービン構成要素は、タービンハウジングまたは燃焼器ライナキャリアであり、かつ第２のガスタービン構成要素は、タービンハウジングである。
【００１２】
第３の態様は、既存のダイヤフラムシールを取り外し、上述のガスタービンダイヤフラムシールを取り付ける、ステップを含む、ガスタービンを改装する方法を提供する。
【００１３】
ここで発明の実施の形態を、添付の図面を参照して単に例を介して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ダイヤフラムシールの断面図を示す。
【図２】別の態様のダイヤフラムシールの断面図を示す。
【図３】フレッチング防止リングの一部が摩耗した後の、図２のダイヤフラムシールの断面図を示す。
【図４】２つのフレッチング防止リングを有するダイヤフラムシールの断面図を示す。
【図５】２つのフレッチング防止リングを有する別のダイヤフラムシールの断面図を示す。
【図６】周方向に延在するフレッチング防止リングの斜視図を示す。
【図７】ダイヤフラムシールの実施可能な配置を示す、ガスタービンの断面図である。
【図８】ダイヤフラムシールの別の実施可能な配置を示す、ガスタービンの断面図である。
【００１５】
好適な実施の形態の詳細な説明
図１は、ダイヤフラム２０と、フレッチング（表面損傷）防止リングまたはフレッチング防止リングセクションなどのフレッチング防止部３０とを含むダイヤフラムシール１０（キャビティ分割体または大型キャビティ分割体としても知られている）を示している。ダイヤフラム２０は、フレッチング防止リング３０の面３２に隣接しており、面３２は、凸状である。フレッチング防止リングは、第１のガスタービン構成要素４０に取り付けられている。
【００１６】
図２は、別のフレッチング防止リング３０を有するダイヤフラムシール１０を示している。図１に示されたフレッチング防止リングの面３２は、単一の凸状部分を有する凸状であり、図２のダイヤフラムシールは、第１の凸状部分３４と第２の凸状部分３６とを有する。第１の凸状部分３４は、ダイヤフラム２０と接触しており、第２の凸状部分３６は、ダイヤフラム２０から間隔を置いている。
【００１７】
使用時に、第１の凸状部分３４は、図３に示されているように、摩耗し得る。所定量の第１の凸状部分３４の摩耗後には、第２の凸状部分３６も、ダイヤフラムと接触している。
【００１８】
図４は、ダイヤフラム２０が２つのフレッチング防止リング３０を有するダイヤフラムシールを示している。フレッチング防止リング３０の１つは、ダイヤフラムの第１の面２２に隣接して配置されていて、別の１つは、ダイヤフラムの第２の面２４に隣接して配置されている。第１の面２２は、第２の面２４に対して反対方向を向いている。両方のフレッチング防止リングは、第１のガスタービン構成要素４０に取り付けられている。
【００１９】
図５は、ダイヤフラムが同一の面に２つのフレッチング防止リングを有するダイヤフラムシールを示している。２つのフレッチング防止リングは、縦方向のガスタービン軸線（これは軸方向４４に延在している）に対して半径方向４２にみてダイヤフラムのそれぞれ反対側の端部（第１の端部２６および第２の端部２８）に配置されている。第１のフレッチング防止リング３０は、第１のガスタービン構成要素４０に取り付けられていて、第２のフレッチング防止リング３１は、第２のガスタービン構成要素４１に取り付けられている。
【００２０】
図６は、ダイヤフラムの一部の斜視図を示していて、周方向４６でのフレッチング防止リング３０および第１のガスタービン構成要素の湾曲を示している。
【００２１】
図７は、タービンハウジング５０とタービンベーンキャリア５２とを示している。２つのダイヤフラム２０が、タービンハウジング５０とタービンベーンキャリア５２との間に延在している。図７には、フレッチング防止リングを、ダイヤフラムと、隣接するガスタービン構成要素（タービンハウジング５０またはタービンベーンキャリア５２）との間に配置してよい全部で８つの箇所が存在し、これらの配置箇所は、参照符号５６で示されている。
【００２２】
図８は、タービンベーンキャリア５２と燃焼器ライナキャリア５４とを示している。ダイヤフラム２０が、タービンベーンキャリア５２と燃焼器ライナキャリア５４との間に延在している。図７のように、フレッチング防止リングを、ダイヤフラムと、隣接するガスタービン構成要素（タービンベーンキャリア５２または燃焼器ライナキャリア５４）との間に配置してよい箇所は、参照符号５６で示されている。
【００２３】
ダイヤフラムシールが配置されている箇所のより詳しい態様は、図７を参照することにより得られる。キャビティが、２つのダイヤフラムシール１０により、３つの部分６０，６２，６４に分割されている。使用時には、第１の部分６０は、第２の部分６２より高い圧力にあり、第２の部分は、第３の部分６４よりも高い圧力にある。これは、第２の部分と第３の部分との間のダイヤフラムシールが、たとえば、第２のキャビティ６２の圧力により第３のキャビティ６４へ向けて押圧されていることを意味する。その結果、摩擦および摩耗の低減を促進するために、フレッチング防止リング３０を、第３のキャビティ６４に面するダイヤフラムの側（図７において右手側）で、ダイヤフラム２０と、これに隣り合う２つのガスタービン構成要素（タービンベーンキャリア、タービンハウジング）との間の２つの箇所５６に設置することが有効であってよい。この構成は、図５に示されたダイヤフラムシールと同等のダイヤフラムシールを提供する。
【００２４】
たいていの図面において、半径方向４２および軸方向４４に延在している平断面図が示されている。概して、本明細書に記述された部分は、中心軸線に対する周方向４６にも延在している。中心軸線は、通常は、縦方向のガスタービン軸線（軸方向４４に延在している）であり、中心軸線の周りをガスタービンの回転部分が回転する。たとえば、ダイヤフラムおよびフレッチング防止リングは、通常は、周方向４６に延在していて、それぞれ、完全なリングまたはリングセグメントであってよい。
【００２５】
ダイヤフラム２０は、平板であってよい。つまり、ダイヤフラムは、平面状であってよく、通常は、半径方向４２および周方向４６に延在している。ダイヤフラムは、２つの容積部を分離し、第１のガスタービン構成要素から第２のガスタービン構成要素へ延在している。
【００２６】
フレッチング防止部３０は、リングもしくはリングセクションまたはあらゆる他の適切な形状であってよい。図７および図８に示された態様では、フレッチング防止部は、通常は、リングまたはリングセクションである。
【００２７】
本明細書に記述されたフレッチング防止リング３０は、ガスタービン構成要素に取り付けられていて、ガスタービン構成要素の内側のキャビティ内に示されている。この設計の変更が可能であり、たとえば、フレッチング防止リングは、択一的に、キャビティ内というよりは直接にガスタービン構成要素の表面に取り付けられてよい。
【００２８】
あるケースでは、たとえば、特に摩擦を伴う問題が存在する１つの箇所に、単一のフレッチング防止リングしか必要としない。あるケースでは、図４に示されたように、フレッチング防止リングを両側に設置することが有利である。あるケースでは、図５に示されたように、フレッチング防止リングを片側の両端部に設置することが有利である。これは、たとえば、ダイヤフラムの２つの面２２，２４の間の圧力差が、ダイヤフラムの１つの面だけにたいていの摩擦が起こることを意味するケースであってよい。ダイヤフラムの片側または両側にかつ／または（半径方向４２で）片方または両方の端部２６，２８にフレッチング防止リングを備えるあらゆる組み合わせも実施可能である。
【００２９】
第２のフレッチング防止リング３１および第２のフレッチング防止リングの面３３は、本明細書に記載されたように、フレッチング防止リング３０およびフレッチング防止リング３０の面３２と同等であり、同一の設計および設計変更を有してよい。
【００３０】
フレッチング防止リングの面３２は、ダイヤフラムの面に隣接していて、好適には、ダイヤフラムの面と接触している。
【００３１】
本明細書に記述されたフレッチング防止リングの面３２は、凸状である。これは、実際に、この面が平面状ではなく、フレッチング防止リングの本体から外方へ膨らんでいることを意味する。その結果、フレッチング防止リングが新たに取り付けられるとき、面３２，３３の一部だけが、隣接するダイヤフラムと接触していてよい。
【００３２】
フレッチング防止リングの凸状面は、通常は、半径方向４２にみて湾曲しているので、ガスタービンが使用され、ガスタービン構成要素が互いに対して動いているとき、ダイヤフラムは、その面に対して動く。これは、通常は、半径方向４２および軸方向４４を含む平面の断面でみたときにフレッチング防止リングの面が凸状であることを意味する。図６に示されているように、周方向４６では、フレッチング防止リングの面の形状は、通常は、一定のままである。
【００３３】
フレッチング防止リングは、好適には、ダイヤフラムよりも軟質の材料から成っている。一例として、フレッチング防止リングおよびダイヤフラムは、異種の鋼から成っていてよく、フレッチング防止リングは、低合金綱（鉄の他に４重量％以下の炭素を含む）から成っていて、ダイヤフラムは、高合金綱（鉄の他に４重量％を超える炭素を含む）から成っている。フレッチング防止リング全体は、ダイヤフラムよりも軟質の材料から成っていてよい。択一的に、まさにフレッチング防止リングの面が、ダイヤフラムよりも軟質の材料から成っていて、フレッチング防止リングの他の部分は、異なる材料から成っていてよい。択一的に、ダイヤフラムが低合金綱から成っているとき、ダイヤフラムの接触表面は、ニトロ化／浸炭されていてよく、ダイヤフラムの面において、フレッチング防止リングより高い強度が与えられる。たとえば、材料の相対硬度を測定するためにモース硬度計が使用されてよい。
【００３４】
複数の別個の凸状部分、たとえば第１の凸状部分および第２の凸状部分（図２参照）が設けられているとき、第１の凸状部分および第２の凸状部分は、通常は、半径方向４２で異なる位置にあり（つまりガスタービン軸線から異なる距離にあり）、また、半径方向４２で隣接していてもよい。図２では、ダイヤフラムの端部に最も近い（ガスタービン軸線から最も遠い）凸状部分３４は、ダイヤフラムに最も近い部分であるが、択一的に、他の凸状部分３６がダイヤフラムに最も近い部分であってよい。１つまたは２つの凸状部分を有する態様が上述されているが、３つまたは４つ以上の凸状部分が設けられてもよい。新たに取り付けられるとき、第２の凸状部分は、通常は、第１の凸状部分よりもダイヤフラムから遠くに位置する。３つ以上の凸状部分が設けられるとき、凸状部分は、通常は、その全てが、ダイヤフラムから互いに異なる距離にある。実際に、各々の凸状部分は、頂部を有し、１つの凸状部分の頂部がいったん磨り減ると、次の凸状部分の頂部がダイヤフラムと接触することができる。
【００３５】
図４に示された態様では、両方のフレッチング防止リングは、通常は、同一のガスタービン構成要素（第１のガスタービン構成要素４０）に取り付けられている。
【００３６】
本明細書に記述されたダイヤフラムシールは、図７および図８に示された箇所や、他の箇所、たとえばガスタービン内の他の内側ケーシングと外側ケーシングとの間をも含む、ガスタービンの様々な箇所に使用されてよい。ダイヤフラムシールは、新しいガスタービンに取り付けられてよく、または、既存のダイヤフラムシールを取り外して本明細書に記述されたようなダイヤフラムシールを取り付けることにより、既存のガスタービンに事後的に取り付けられてよい。
【００３７】
ダイヤフラムシールは、様々な圧力、温度または内容物（たとえば異なる２つの気体）を有するキャビティなどの種々の複数のキャビティを分離するために使用されてよい。分離されたキャビティは、通常は、互いに対して運動してよい２つの構成要素の間にある。相対運動は、２つの構成要素の相対運動を可能にするシールが要求されていることを意味する。結果として、第１のガスタービン構成要素４０および第２のガスタービン構成要素４１は、図７および図８に示された構成要素（タービンハウジング５０、タービンベーンキャリア５２、燃焼器ライナキャリア５４）を含む種々の構成要素であってよく、第１のガスタービン構成要素および第２のガスタービン構成要素は、通常は、ガスタービンの使用中に互いに対して運動してよい。ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとを含み、タービンハウジング、タービンベーンキャリアおよび燃焼器ライナキャリアなどの種々のその他の部分を含んでもよい。
【００３８】
燃焼器ライナキャリア５４は、連続環境（ＳＥＶ）燃焼器に用いられる外側ライナキャリアであってよい。
【００３９】
記述された実施の形態に対する様々な変更が実施可能であり、以下の請求項により定義されている発明から逸脱することなく、当業者に見いだされる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ダイヤフラムシール
２０  ダイヤフラム
２２  ダイヤフラムの第１の面
２４  ダイヤフラムの第２の面
２６  ダイヤフラムの第１の端部
２８  ダイヤフラムの第２の端部
３０  フレッチング防止リング
３１  第２のフレッチング防止リング
３２  フレッチング防止リングの面
３３  第２のフレッチング防止リングの面
３４  第１の凸状部分
３６  第２の凸状部分
４０  第１のガスタービン構成要素
４１  第２のガスタービン構成要素
４２  半径方向
４４  軸方向
４６  周方向
５０  タービンハウジング
５２  タービンベーンキャリア
５４  燃焼器ライナキャリア
５６  フレッチング防止リングの配置箇所
６０  キャビティの第１の部分
６２  キャビティの第２の部分
６４  キャビティの第３の部分
【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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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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