(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ軸方向に向いた第１の面（５４）を有するタービンノズル支持リング（４４）と、
少なくとも１つのステータ羽根（２０）を有しまた内バンド（３８）を含み、かつ前記第１の面と軸方向に対向する第２の面（５０）を有するタービンノズルセグメント（４１）と
を含むタービンであって、
前記第１及び第２の面の一方の面が、該一方の面に沿った軸方向に延びる突出部（４８）を含み、該突出部が、前記第１及び第２の面の他方の面に係合し、該他方の面との間で第１のシール（４６）を形成して該シールの両側の高圧及び低圧領域（３７、１４）間をシールし、
前記第１及び第２の面の間をかつ前記セグメントの対向する側面の間を延びる可撓性シール（７０）が設けられ、該可撓性シールの第１の縁部（７８）が、前記第１及び第２の面の一方の面に固定され、該可撓性シールの第２の縁部（８８）が前記第１及び第２の面の他方の面をシールするために、該他方の面にシール係合可能である
ことを特徴とするタービン。
【請求項２】
前記可撓性シールが、該タービン軸線の周りで円周方向に弓形であり、前記第２の縁部が、前記第１のシールを通過した漏れ流に応答して前記他方の面をシールすることを特徴とする、請求項１に記載のタービン。
【請求項３】
前記可撓性シールが金属薄板を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタービン。
【請求項４】
前記第１及び第２の面の前記一方の面に形成された溝（７４）を含み、前記可撓性シールが金属薄板で形成され、前記シールの前記第１の縁部が、前記溝の表面にシール係合するように曲げられた、前記金属薄板の端縁（８０）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタービン。
【請求項５】
前記第１及び第２の面の前記一方の面に形成された溝を含み、前記可撓性シールが金属薄板で形成され、前記可撓性シールの前記第１の縁部に沿って前記可撓性シールに固定されかつ前記溝内に係合して、前記可撓性シールを前記溝内に保持する細長い第１の帯片（８２）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のタービン。
【請求項６】
前記第１の縁部の前記第１の帯片とは反対側の側面に沿って前記可撓性シールに固定されかつ前記溝内に係合して、前記可撓性シールを該溝内に保持する細長い第２の帯片（８６）を含むことを特徴とする、請求項５に記載のタービン。
【請求項７】
前記可撓性シールが、前記他方の面にシール係合するように予荷重が加えられていることを特徴とする、請求項１に記載のタービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンノズルとタービンノズル支持リングとの間の弦ヒンジシールを補助するための、ガスタービンにおけるシールに関し、具体的には、弦ヒンジシールを通過する漏れ損失を実質的に最少化又は排除するための補助シールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンにおいては、高温の燃焼ガスが、燃焼器から第１段ノズル及びバケットを通り、そして後続のタービン段のノズル及びバケットを通って流れる。第１段ノズルは、一般的にその各々がセグメント毎に１つ又はそれ以上のノズルステータ羽根を含む鋳造ノズルセグメントの環状配列又は組立体を含む。各第１段ノズルセグメントはまた、互いに半径方向に間隔をおいて配置された内バンド部分及び外バンド部分を含む。ノズルセグメントの組立に際して、ステータ羽根は、互いに円周方向に間隔をおいて配置されて、環状の内バンドと外バンドとの間でステータ羽根の環状配列を形成する。第１段ノズルの外バンドに結合されたノズル保持リングは、タービンのガス流路内で第１段ノズルを支持する。好ましくは水平中心線において分割された環状のノズル支持リングには、内バンドが係合し、該ノズル支持リングは軸方向運動に抗して第１段ノズルを支持する。
【０００３】
例示的な構成においては、セグメント毎に２つのステータ羽根を備える１８個の鋳造セグメントが設けられている。セグメントの環状配列は、隣り合う円周方向端縁に沿って、側面シールにより互いにシールされる。側面シールは、内バンドの半径方向内側の高圧領域、すなわち高圧圧縮機の吐出空気と、これよりも低圧のガス流路内の高温燃焼ガスとの間をシールする。
【０００４】
弦ヒンジシールは、第１段ノズルの内バンドとノズル支持リングの軸方向に向いた面との間をシールするために使用される。各弦ヒンジシールは、各ノズルセグメントの内バンド部分の弦方向線に沿って直線的に延びる軸方向突出部を含む。具体的には、弦ヒンジシールは各セグメントの内側レールに沿って延び、この内側レールは内バンド部分から半径方向内向きに延びる。弦ヒンジシールの突出部は、ノズル支持リングの軸方向に対向して面するシール面とシール係合している。
【０００５】
第１段ノズルの作動及び／又は修理時に、歪みにより弦ヒンジシールとノズル支持リングのシール面との間にギャップが生じる場合があることが判明した。これらのギャップは、環状の内バンドの半径方向内側の高圧領域から高温ガス流路内へ、弦ヒンジシールを通過する漏れを発生させる。言い換えると、弦ヒンジシールの突出部がノズル支持リングのシール面との接触を失うので、弦ヒンジシールは漏れ流を防ぐのに不十分である。
【特許文献１】
米国特許第６０９５７５０号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、弦ヒンジシールを通過する漏れ流を最少化又は排除するために、第１段ノズルとノズル支持リングとの境界面における補助シールに対する必要性が存在する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい実施形態によれば、弦ヒンジシールを通過する漏れを排除又は最少化する、第１段ノズルとノズル支持リングとの間の補助シールが提供される。この補助シールは、それぞれノズル支持リング及びノズルセグメントの軸方向に向いた第１及び第２の面の１つに、好ましくはノズルセグメントのシール面に固定された可撓性の、好ましくは金属薄板シールを含む。各可撓性シールは、弦ヒンジシールによって形成された主シールの半径方向外側でノズルセグメントに沿って弓状に延びる。例示的な実施形態においては、ノズルセグメントのシール面には、可撓性シールの縁部を受ける円周方向に延びる溝が設けられる。具体的には、溝に受けられた可撓性シールの縁部は、溝の表面、好ましくは溝の底面に対してシール係合して押し付けられるように曲げられるか又は折り畳まれる。可撓性の金属薄板シールの縁部を溝内に保持するために、可撓性シールの縁部に沿って細長い帯片が可撓性シールに固定され、可撓性シールは、取り付けに際して円周方向に溝内に滑り込ませることができる。溝はフランジを含み、帯片は溝のフランジと対向して重なり合うフランジを含み、この帯片のフランジが、可撓性シールを溝から軸方向に外れないように保持する。帯片の端縁を溝の中央に位置させるために、縁部の第１の帯片とは反対側の側面に沿って、第２の細長い帯片が設けられるなが好ましい。
【０００８】
可撓性シールの反対側の縁部は、ノズル支持リングの第１の環状シール面に対して押し付けられる端縁を含む。可撓性シールは弦ヒンジシールの半径方向外側に配置されるから、弦ヒンジシールを通過する漏れ流は、可撓性の金属薄板シールの半径方向内表面を押して、可撓性シール端縁をノズル支持リングの第１のシール面に対してシール係合した状態に維持する。可撓性シールは、各ノズルセグメントの長さに対応した円周方向セグメントとして形成できるが、可撓性シールは円周方向に延びる２つ又は４つのセグメントとして形成されるのが好ましい。このようにして、可撓性シールは、隣り合うセグメント間の接合部を跨ぎ、補助シールのシール能力を高める。
【０００９】
本発明による好ましい実施形態においては、ほぼ軸方向に向いた第１の面を有するタービンノズル支持リングと、少なくとも１つのステータ羽根を有しまた内バンドを含み、かつ第１の面と軸方向に対向する第２の面を有するタービンノズルセグメントとを含み、第１及び第２の面の１つが、該１つの面に沿った軸方向に延びる突出部を含み、該突出部が、第１及び第２の面の別の１つに係合し、該別の１つの面との間で第１のシールを形成して該シールの両側の高圧及び低圧領域間をシールし、第１及び第２の面の間をかつセグメントの対向する側面の間を延びる可撓性シールが設けられ、該可撓性シールの第１の縁部が、第１及び第２の面の１つに固定され、該可撓性シールの第２の縁部が第１及び第２の面の別の１つをシールするために、該別の１つの面にシール係合可能であることを特徴とするタービンが、提供される。
【００１０】
本発明による別の好ましい実施形態においては、ほぼ軸方向に向いた第１の面を有するタービンノズル支持リングと、各々が少なくとも１つのステータ羽根を有し、かつ第１の面と軸方向に対向するほぼ環状の第２の面を形成する複数のタービンノズルセグメントとを含み、セグメントの各々が、該セグメントの第２の面に沿った軸方向に延びる突出部を含み、該突出部が、第１の面に係合し、該面との間で第１のシールを形成して該シールの両側の高圧及び低圧領域間をシールし、第１及び第２の面の間を延びる複数の可撓性シールセグメントが設けられ、該各可撓性シールセグメントが、第２の面の部分に固定され、かつ隣り合うセグメント間の少なくとも１つの接合部を跨ぐ第１の縁部を有し、該各可撓性シールセグメントの第２の縁部が、第１のシールを通過した漏れ流に応答して第１の面にシール係合可能であることを特徴とするタービンが、提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に図１を参照すると、ここには全体を符号１０で表したガスタービンのタービンセクションの代表的な例が示されている。タービン１０は、図示しないが環状配列の燃焼器からの高温燃焼ガスを、該高温ガスを環状の高温ガス通路１４に沿って流すための移行部材１２を通して受ける。タービン段は高温ガス通路１４に沿って配置されている。各段は、タービンロータ上に取り付けられ該タービンロータの一部を形成する複数の円周方向に間隔をおいて配置されたバケットと、ノズルの環状配列を形成する複数の円周方向に間隔をおいて配置されたステータ羽根とを含む。例えば、第１段は、第１段ロータホイール１８上に取り付けられた複数の円周方向に間隔をおいて配置されたバケット１６と、複数の円周方向に間隔をおいて配置されたステータ羽根２０とを含む。同様に、第２段は、ロータホイール２４上に取り付けられた複数のバケット２２と、複数の円周方向に間隔をおいて配置されたステータ羽根２６とを含む。更に追加の段を設けることが可能であって、例えば、第３段ロータホイール３０上に取り付けられた複数の円周方向に間隔をおいて配置されたバケット２８と、複数の円周方向に間隔をおいて配置されたステータ羽根３２とを含む第３段を設けることができる。ステータ羽根２０、２６、３２は、タービンケーシング上に取り付けられかつそれに固定され、他方、バケット１６、２２、２８とホイール１８、２４、３０とは、タービンロータの一部を形成することが分かるであろう。ロータホイール間にはスペーサ３４、３６が設けられ、これらもまたタービンロータの一部を形成する。圧縮機の吐出空気は、第１段の半径方向内側に位置する領域３７内に在って、領域３７内に在るこの空気は、高温ガス通路１４に沿って流れる高温ガスの圧力よりも高圧であることが分かるであろう。
【００１２】
タービンの第１段を参照すると、第１段ノズルを形成するステータ羽根２０は、それぞれタービンケーシングにより支持された内バンド３８と外バンド４０との間に配置される。上に述べたように、第１段ノズルは、複数のノズルセグメント４１で形成され（図３）、各ノズルセグメントには、内バンド部分と外バンド部分との間を延び、かつセグメントの環状配列内に配置された１つ、好ましくは２つのステータ羽根が取り付けられる。タービンケーシングに接合されるノズル保持リング４２は、外バンドに結合されて、第１段ノズルを固定する。第１段ノズルの内バンド３８の半径方向内側に在るノズル支持リング４４は、内バンド３８と係合する。具体的には、内バンド３８とノズル支持リング４４との境界面は、全体を符号４６で表した弦ヒンジシール（図２）を含む。弦ヒンジシール４６は、弦状になった直線的に延びる軸方向突出部４８を含む。突出部４８は、各ノズルセグメント、特に内バンド３８の一体部分を形成する内側レール５２の軸方向に向いた面５０に沿って延びる。突出部４８は、ノズル支持リング４４の第１の環状面５４と係合する。高圧圧縮機の吐出空気は、領域３７内に在り、高温ガス通路１４内を流れるより低圧の高温ガスは、シール４８の反対側に在ることが分かるであろう。従って弦ヒンジシール４６は、高圧領域３７から高温ガス通路１４の低圧領域内への漏れをシールすることを目的とする。
【００１３】
しかしながら前述したように、作動中に、ノズル構成部材とノズル支持リングとは、突出部４８とノズル支持リング４４の環状面５４との間に漏れギャップを形成し、それによって高圧領域から低圧領域へ漏れ流が生じがちになる。高温ガス通路１４内への漏れ流を最少化又は防止するために、本発明の好ましい実施形態によると、第１段ノズルとノズル支持リング４４との間をシールするための補助シールが設けられる。図５に示すように、全体を符号７０で表した補助シールは、タービンノズル支持リング４４と、ノズルセグメント、特に該ノズルセグメントの内側レール５２との間に延びかつそれらの間をシールする弓形の好ましくは金属薄板のシールを含む。シール７０は、弦ヒンジシール４６の半径方向外側に位置し、従って弦ヒンジシール４６を通過した漏れ流をシールして漏れ流が更に低圧の高温ガス通路内に流入しないように配置される。
【００１４】
具体的には、図７に示すように、補助シール７０は、タービンの軸線の周りで弓形の形状になった金属薄板で形成される。シール７０は、各ノズルセグメントの円周方向長さに対応する円周方向長さを有する、すなわち、各ノズルセグメントの側端縁間で弓状に延びることができるセグメント７１として形成される。しかしながら、補助シール７０は、それぞれ９０°又は１８０°の２つ又は４つのセグメントとして形成されるのが好ましい。このようにして、補助シール７０は、図６に示すように、隣り合うセグメント間の接合部を跨いで、そのシール能力を高める。
【００１５】
より具体的には、補助シール７０は、ノズル支持リング及びノズルセグメントの１つにある溝内にされ、好ましくはノズルセグメントのシール面５０に形成された溝７４内に固定される。溝７４は、弦ヒンジシール４６の半径方向外側に配置される。溝７４は、半径方向外向きに延びるフランジ７６を有する。金属薄板補助シール７０は、弓形溝７４内に受けられる縁部７８を有する。金属薄板シールの縁部７８の端縁８０は、溝７４の表面、好ましくは溝７４の底面７５に対して押し付けられるように曲げられ又は折り返される。このようにして、金属薄板の可撓性シールは、溝７４に沿って該シールの一方の側から反対の側へ例えば空気などの流体が通り抜けるのをシールする。
【００１６】
可撓性シール７０を溝７４内に保持するために、少なくとも１つの細長い帯片８２が、金属薄板シール７０の縁部７８の１側面に沿って例えば熔接により固定される。この細長い帯片は、フランジ７６と協働してシールの縁部を溝７４内に保持するフランジ８４を含む。細長い帯片８６が、縁部の帯片８２とは反対側の側面に沿って同様に固定され、それによって可撓性の金属薄板シールの縁部７８を弓形溝７４内の中央部に位置させるのが好ましい。
【００１７】
シール７０の反対側の縁部８８は、対向するシール面、すなわちノズル支持リング４４の軸方向に向いたシール面５４に対して押し付けられる。縁部８８は、面５４に対して押し付けられるように予荷重が加えられるか又は付勢される。
【００１８】
使用時には、可撓性補助シール７０は、弦ヒンジシール４６の半径方向外側に位置し、それぞれノズル支持リング及びセグメントの対向する軸方向に向いた第１及び第２の面５４及び５０の間で延びる。弦ヒンジシール４６を通過する高圧領域３７からのあらゆる漏れ流は、可撓性の金属薄板シール７０に出会う。あらゆる高圧漏れ流は、シール７０の自由縁部８８をノズル支持リングのシール面５４に対して緊密に押し付けるように、シール７０を更に撓める働きをする。可撓性シール７０の縁部７８における前述したような固定はまた、縁部７８と溝７４との間のあらゆる漏れ流をシールする。
【００１９】
可撓性シールは、９０°又は１８０°の２つ又は４つのセグメントとして形成されるから、この可撓性シールは、隣り合うセグメント間の接合部を跨いで、それらの場所における補助シールを強化する。この補助シールを実施するためには、タービンの弦ヒンジシール４６の領域内に在る現在の構成部品に、最小限の変更しか要しないことも理解されるであろう。弓形溝７４は、放電加工（ＥＤＭ）技術を用いて内側レール５２の面内に容易に形成できる。可撓性補助シール７０は、円周方向に溝７４内に挿入され、該シールの円周方向の移動を防止するために、図示しないが適当なストッパを溝に沿って設けることができることも理解されるであろう。また、このシールは、その両縁部付近で金属対金属の接触を採用しているから、優れたシール能力と長時間の耐磨耗能力とを有する。
【００２０】
本発明を、現在最も実用的で好ましいと考えられる実施形態に関連させて説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ガスタービンの一部分の概略破断側面図。
【図２】  従来の弦シールヒンジを示す拡大破断断面図。
【図３】  ノズルセグメントの内側レールに沿った従来の弦ヒンジシールの一部分を示す破断斜視図。
【図４】  ガスタービンのノズル支持リングとシール係合した従来の弦ヒンジシールを一部断面で示す破断斜視図。
【図５】  本発明の好ましい実施形態に従って構成された可撓性補助シールの拡大断面図。
【図６】  セグメントの内側レールと弦ヒンジシール及び補助シールの位置とを示す破断斜視図。
【図７】  内側レールの溝内での可撓性シールの固定を示す拡大破断断面図。
【符号の説明】
３７  高圧領域
３８  内バンド
４４  ノズル支持リング
４６  弦ヒンジシール
４８  軸方向突出部
５０  内側レールの第２のシール面
５２  内側レール
５４  ノズル支持リングの第１のシール面
【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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