(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、かつ前記第１の面と軸方向に対向する第２の面（５０）を有する内バンド（３８）を含むタービンノズルセグメント（４１）と、
前記第１の面と第２の面の間に設けられた可撓性シール（６０）であって、該シールの両側の高圧領域（３７）と低圧領域（１４）の間に位置するシール本体を含む可撓性シール（６０）と
を含むタービンであって、
前記シール本体が、互いに向かい合ってそれらの隣接端部で互いに結合した第１及び第２の部分（６４、６６）を含んでおり、
前記第１及び第２の部分の対向する端部が互いに間隔をおいて配置され、前記第１の部分と第２の部分の間に前記シール本体内の空洞への開口部を形成し、前記第１及び第２の部分が、前記開口部が前記高圧領域（３７）に向いて開いた状態で、それぞれ前記第１及び第２の面に対して押し付けられるように、予荷重が加えられている
ことを特徴とするタービン。
【請求項２】
前記シールが弓形セグメントの形態であ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】
前記シール本体が、前記第１及び第２の面の一方の面に対して押し付けられる前記端部の１つから延び、かつ前記一方の面に沿って延びるステム（６８）を含み、該ステムが、前記一方の面に固定さ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４】
前記ノズルセグメントが、ほぼ半径方向内向きに延びる内側レール（５２）を含んでおり、該内側レールが、前記第１の面との間で第２のシールを形成するために該第１の面と係合可能な、ほぼ軸方向に延びる突出部（４８）を有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５】
前記第１及び第２の部分が、前記対向する端部の少なくとも一方が前記第１及び第２の面の一方の面から間隔をおいて配置されるように、最初に圧縮され、また前記第１及び第２の部分を圧縮された状態に維持するための手段（７０）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６】
前記シール本体が、前記シールの第２の部分から延びて、前記第１及び第２の面の一方の面に対して押し付けられるステム（６８）を含み、少なくとも前記第１及び第２の部分と前記ステムの少なくとも一部分とに沿った材料（７０）の被覆層が、前記第１及び第２の部分を前記ステム部分に対して全体的に圧縮された状態に維持し、前記材料は前記各部分から除去可能であり、前記第１及び第２の部分をそれぞれ互いに離れかつ前記ステムから離れるように弾性によって移動させ、前記第１の部分の端部（６５）を前記第１及び第２の面の他方の面に対して係合させることができることを特徴とする、請求項１に記載のガスタービン。
【請求項７】
軸方向に向いた第１のシール面（５４）を含むノズル支持リングと、各々が内バンド（３８）と前記第１の面とほぼ軸方向に対向するほぼ軸方向に向いた第２のシール面（５０）とを有する複数のノズルセグメントから形成された環状のノズル配列とを有するガスタービンにおけるシールを形成する方法であって、
互いに向かい合ってそれらの隣接端部で互いに結合した第１及び第２の部分（６４、６６）を有する可撓性シール（６０）を準備する段階と、
前記第１及び第２の部分を互いに圧縮して、圧縮されたシールを形成する段階と、
前記圧縮されたシールを、前記第１の面と第２の面の間で該第１及び第２の面の一方の面に対して固定する段階と、
前記圧縮されたシールの第１及び第２の部分を解放して、前記隣接端部から遠い側の前記第１の部分の端部（６５）が、前記第１及び第２の面の他方の面に係合できるようにする段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記第２の部分に固定されたステム（６８）を有するシールを準備する段階と、前記ステムを前記第１及び第２の面の一方の面に固定する段階とを含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１及び第２の部分を圧縮された状態に維持する材料（７０）の中に該第１及び第２の部分を包み込む段階と、前記第１の面と第２の面の間に配置された時に、前記材料が前記第１及び第２の部分を解放して、前記第１の部分が移動して前記第１及び第２の面の他方の面に対してシール係合するのを可能にする段階とを含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【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４２１２４７２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し、かつ第１段ノズル又はノズル支持リングを改造することなくそのまま容易に取り付けられる、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、ノズル支持リングの軸方向に向いた第１の面と、タービンノズルセグメントの軸方向に向いた第２の面との間に置かれたほぼＶ字形のシールを含む。具体的には、ノズルセグメントは、ノズル支持リングの第１の面に係合する弦ヒンジシールを支持する、半径方向内向きに突出した内側レールを含む。この内側レールはまた、弦ヒンジシールを形成する突出部の半径方向外側に浅い凹部を含む。補助シールは、軸方向に整合した第１及び第２の面の間に、該第１及び第２の面の間でシール係合するように配置される。
【０００８】
より具体的には、補助シールは、第１および第２のシール面の間で弓状に延び、補助シールを例えばボルトによって内側レールのシール面に固定可能にするステムを含む。補助シールのＶ字形部分は、内向きに向いており、作動時にはＶ字形シールの自由端部が第１のシール面に対して押し付けられる。反対側の端部は、ステムの端部に接合されて、第２の環状面との間のシール面を形成する。従って、Ｖ字形は、弦ヒンジシールを通過する漏れが生じた場合には、高圧領域と整合するように半径方向内向きに開いている。あらゆる高圧の漏れは、対向する第１及び第２の環状面の間をシールするようにシールを曲げるか偏らせる。補助シールの円周方向長さは、ノズルセグメントの円周方向長さと一致させるのが好ましい。
【０００９】
本発明の特徴は、機械内に組み込むのに先立ってまた最初に組み込む際に、初めにシールを圧縮して、該シールを実質的に弓形の平坦な形状に圧縮された状態に維持する点にある。これを達成するために、Ｖ字形シールの脚部は、ステムに対して圧縮され、このＶ字形シールを圧縮された状態に維持するために、材料、好ましくはハンダが適用される。ハンダ付けされた圧縮シールは、本質的に中実のブロック又はシール体を形成し、これは取扱いが容易で、露出した鋭利な端部がなく、しかも取扱い及び取付け作業中にシールに頑丈さ及び強固さを与える。補助シールは、圧縮された状態で、内側レールの浅い凹部に沿って第２の環状面にボルトによって取り付けられる。タービンが作動状態に達した時、例えばタービンの温度がハンダの溶融温度を越えた時、ハンダは融け落ちて、シールのＶ字形部分をその圧縮された状態から拡開された状態へと解放し、それぞれノズル支持リング及び内側レールの対向する第１及び第２のシール面に係合させる。
【００１０】
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、かつ第１の面と軸方向に対向する第２の面を有する内バンドを含むタービンノズルセグメントと、第１の面と第２の面の間に設けられた可撓性シールとを含み、可撓性シールが、該シールの両側の高圧領域と低圧領域の間に位置するシール本体を含み、該シール本体が、互いに向かい合ってそれらの隣接端部で互いに結合した第１及び第２の部分を含み、該第１及び第２の部分の対向する端部が、互いに間隔をおいて配置され、第１の部分と第２の部分の間にシール本体内の空洞への開口部を形成し、第１及び第２の部分が、空洞が高圧領域に向けて開口した状態で第１及び第２の面に対してそれぞれ押し付けられるように、予荷重が加えられていることを特徴とするタービンが提供される。
【００１１】
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、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第２の面を有する内バンドを含むタービンノズルセグメントと、第１及び第２の面の間に設けられた可撓性シールとを含み、可撓性シールが、該シールの両側の高圧及び低圧領域間に位置するシール本体を含み、該シール本体が、互いに向かい合ってそれらの隣接端部で互いに結合した第１及び第２の部分を含み、シール本体が、シールの第２の部分から延びて、第１及び第２の面の一方の面に対して押し付けられるステムを含み、少なくとも第１及び第２の部分とステムの少なくとも１部分とに沿った材料の被覆層が、第１及び第２の部分をステム部分に対して全体的に圧縮された状態に維持し、該材料は前記各部分から除去可能であり、第１及び第２の部分をそれぞれ互いに離れかつステムから離れるように弾性によって移動させ、第１の部分の末端部を第１及び第２の面の他方の面に対して係合させることができることを特徴とするガスタービンが提供される。
【００１２】
本発明による別の好ましい実施形態においては、軸方向に向いた第１のシール面を含むノズル支持リングと、各々が内バンドと第１の面とほぼ軸方向に対向するほぼ軸方向に向いた第２のシール面とを有する複数のノズルセグメントから形成された環状のノズル配列とを有するガスタービンにおけるシールを形成する方法が提供され、該方法は、その隣接端部に沿って互いに接合されかつ互いに対向する第１及び第２の部分を有する可撓性シールを準備する段階と、第１及び第２の部分を互いに向かって圧縮して、圧縮されたシールを形成する段階と、圧縮されたシールを、第１及び第２の面の間で該第１及び第２の面の一方の面に対して固定する段階と、圧縮されたシールの第１及び第２の部分を解放して、隣接端部から遠い側の、第１の部分の末端部が、第１及び第２の面の他方の面に係合できるようにする段階とを含む。
【００１３】
【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。
【００１４】
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、内側レール５２（図２）を含む。内側レール５２は、弦状になった直線的に延びる軸方向突出部４８を含み、これらは以下の記述においては全体的かつ集合的に弦ヒンジシール４６と呼ぶ。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。
【００１５】
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おいては、図５のように、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６０が設けられる。全体を符号６０で表した補助シールは、ノズル支持リング４４の第１のシール面５４と、内バンド３８の内側レール５２の第２のシール面５０との間に配置される。図６に示すように、シール面５０は、内側レール５２の軸方向に向いた面６２に沿って浅い凹部を含む。補助シール６０は弓形であって、ノズルセグメントの内側レール５２の円周方向長さに対応する円周方向長さを有する。
【００１６】
可撓性の補助シール６０は、第１及び第２の弓形金属薄板部分６４、６６を有するシール本体６３を含み、これらの弓形金属薄板部分は、それぞれ互いに重なり合うように折り畳まれて、タービンに取り付けられた時に半径方向内向きに開いたほぼＶ字形構成を形成している。図６に示すように、第１のシール部分６４の末端部又は自由端部６５は、ノズル支持リング４４の第１の環状シール面５４に対して押し付けられる。ほぼＶ字形状の補助シール６０の第２の部分６６は、内側レール５２の第２の環状シール面５０に押し付けられるその端部に沿って終端する。第２の部分６６の端部はまた、ステム６８に接合される。このステムは、補助シール６０のそれぞれＶ字形をなす第１及び第２の部分６４、６６を形成する材料よりも厚い板材料で形成される。シール６０は、金属薄板で形成されるのが好ましい。ステム６８は、多数の孔６９（図７参照）を含み、それによって例えばボルトにより内側レール５２の面５０に固定することができる。補助シールは、各セグメントの端部から端部まで弓状に延び、Ｖ字形をなす第１及び第２の部分６４、６６がシール面５４とシール面５０との間に位置するように固定される。このシールを図示したように取り付けた時、Ｖ字形シール本体は、弦ヒンジシールに向かって開き、従って弦ヒンジシールを通過する漏れが生じた場合には、領域３７内の高圧に曝されることが分かるであろう。高圧の漏れ流は、Ｖ字形シールの部分６４、６６を対向するシール面に対して係合した状態に維持する。
【００１７】
各補助シールの取扱いと取付けを容易にするために、ステム６８を含むシール本体６３のＶ字形部分は、図７に示すように圧縮される。シールを圧縮した状態に維持している間に、シールはシール本体６３を中実の一体構造状態に維持するハンダ７０で被覆される。補助シール６０上のハンダ７０の厚い被覆は、取付け作業中におけるシールの安全な取扱いを可能にし、シール端部をハンダ材料内に埋込むことによって該シールに沿った全ての鋭利な端部を排除し、その取扱い及び取付け作業中にシールを頑丈かつ強固にする。圧縮された部分６４、６６がシール面５４とシール面５０との間に位置するように補助シールが、例えばボルトによって、内側レール５２に固定された後、ハンダは機械の作動状態つまり高温度において溶融し、シールをその圧縮された一体構造状態から解放する。これによって部分６４、６６は互いに拡開し、それぞれ面５４、５０と係合することが可能となる。シール本体には予荷重が加えられており、従って部分６４、６６はそれらの付勢されてない自然位置に向かって拡開することが分かるであろう。補助シールを圧縮された状態に維持するための別の材料には、ワックスが含まれる。
【００１８】
補助シールは、各ノズルセグメントの内側レールに沿った円周方向長さに対応する円周方向長さを持つように形成する代わりに、より大きな弓形の長さを持つように形成することもできる。それによって、隣り合うノズルセグメント間で各側面シール上に補助シールをオーバラップさせて、実質的に側面シールのための補助シールを設けることもできる。
【００１９】
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】  環状の支持リング及び内側レールのシール面の間に配置された補助シールの拡大断面図。
【図６】  補助シールの拡大断面図。
【図７】  補助シールの取付け前及び取付け中における補助シールの圧縮とその圧縮された状態における保持とを概略的に示す破断斜視図。
【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】
0004248868.tif 000002
【図２】
0004248868.tif 000003
【図３】
0004248868.tif 000004
【図４】
0004248868.tif 000005
【図５】
0004248868.tif 000006
【図６】
0004248868.tif 000007
【図７】
0004248868.tif 000008