(57)【要約】  ディスクキャビティ（３６）と高温ガス流路（３４）との間に配置されているシール組立体（５０）は、ガスタービンエンジンの動作の際にタービンロータ（２４）の内部において回転する複数の動翼（２０）を含んでいる回転式の動翼集合体（１８）と、複数の静翼（１４）と内側シュラウドとを含んでいる固定式の静翼集合体（１２）を含んでいる。内側シュラウド（１６）が、ラジアル方向外方に面している第１の表面（４０）と、ラジアル方向内方に面している第２の表面（４６）と、第２の表面（４６）の内部に延在している複数の溝（６０）とを含んでいる。溝（６０）は、周方向成分を有している間隙が隣り合う溝（６０）同士の間に形成されるように配置されている。タービンエンジンの動作の際に、パージ用空気が、高温ガスが高温ガス流路（３４）を通じて流れる方向に対して所望の方向に流れるように、溝が、ディスクキャビティ（３６）から流出したパージ用空気を高温ガス流路（３４）に向かって案内する。
2016505111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスクキャビティとガスタービンエンジンのタービンセクションを通じて延在している高温ガス流路との間に配置されているシール組立体であって、
前記ガスタービンエンジンの動作の際にタービンロータと共に回転する複数の動翼を含んでいる回転式の動翼集合体と、
複数の静翼と内側シュラウドとを含んでいる固定式の静翼集合体であって、前記内側シュラウドが、
ラジアル方向外方に面している第１の表面と、
ラジアル方向内方に面している第２の表面と、
前記第２の表面の内部に延在している複数の溝であって、周方向成分を有している間隙が隣り合う前記溝同士の間に形成されるように配置されている複数の前記溝と、
を備えている、前記静翼集合体と、
を備えている前記シール組立体において、
前記ガスタービンエンジンの動作の際に、パージ用空気が、前記高温ガス流路を通過する高温ガスの流れ方向に対して所望の方向に流れるように、前記溝が、前記ディスクキャビティから流出したパージ用空気を前記高温ガス流路に向かって案内することを特徴とするシール組立体。
【請求項２】
前記内側シュラウドの前記第２の表面がアキシアル方向において面しているように、前記内側シュラウドの前記第２の表面が、前記タービンセクションを通じてアキシアル方向に延在している長手方向軸線に対して所定の角度で、前記内側シュラウドのアキシアル方向端部のラジアル方向内方に面していることを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
【請求項３】
前記内側シュラウドの前記第２の表面が、前記内側シュラウドのアキシアル方向端部から前記長手方向軸線に対して約３０°〜約６０°の角度で、ラジアル方向内方に面していることを特徴とする請求項２に記載のシール組立体。
【請求項４】
前記内側シュラウドの前記第２の表面が、前記内側シュラウドのアキシアル方向端部から前記長手方向軸線に対して約４５°の角度で、ラジアル方向内方に面していることを特徴とする請求項３に記載のシール組立体。
【請求項５】
前記内側シュラウドのアキシアル方向端部の遠位に配置されている前記溝の入口から、前記内側シュラウドの前記アキシアル方向端部の近位に配置されている前記溝の出口に至るまで、前記入口が前記出口より広くなるように、前記溝がテーパ状になっていることを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
【請求項６】
前記内側シュラウドのアキシアル方向端部の遠位に配置されている前記溝の入口が、前記タービンロータの回転方向に関して前記内側シュラウドのアキシアル方向端部の近位に配置されている前記溝の出口の上流に配置されているように、前記溝が、周方向において傾斜及び湾曲のうち少なくとも１つなされていることを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
【請求項７】
前記静翼が、前記内側シュラウドの前記第１の表面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
【請求項８】
前記パージ用空気の流れ方向と、少なくとも１つの前記静翼の後縁部の出口角度に対して概略的に平行とされる、前記高温ガス流路を通過する高温ガスの流れ方向とが概略的に一致するように、前記溝が前記パージ用空気を案内することを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
【請求項９】
前記内側シュラウドが、略アキシアル方向に面している第３の表面を備えており、
前記第３の表面が、前記第２の表面からラジアル方向内方に延在していると共に、前記動翼集合体に面しており、
前記溝の入口が、前記内側シュラウドの前記第３の表面に配置されており、前記溝の出口が、前記内側シュラウドの前記第２の表面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
【請求項１０】
前記内側シュラウドが、略アキシアル方向に延在しているシール構造体を備えており、
前記シール構造体が、前記内側シュラウドの前記第３の表面から前記動翼集合体に向かって延在しており、前記動翼集合体に近接していることを特徴とする請求項９に記載のシール組立体。
【請求項１１】
ディスクキャビティとガスタービンエンジンのタービンセクションを通じて延在している高温ガス流路との間に配置されているシール組立体であって、前記ガスタービンエンジンが、
前記ガスタービンエンジンの動作の際にタービンロータと共に回転する複数の動翼を含んでいる回転式の動翼集合体と、
複数の静翼と内側シュラウドとを含んでいる固定式の静翼集合体であって、前記内側シュラウドが、
ラジアル方向外方に面している第１の表面であって、前記内側シュラウドのアキシアル方向端部に至るまで延在している前記第１の表面と、
前記動翼集合体から離隔するように前記内側シュラウドの前記アキシアル方向端部から延在している第２の表面であって、ラジアル方向内方且つアキシアル方向に面している前記第２の表面と、
略アキシアル方向に面している第３の表面であって、前記第２の表面からラジアル方向内方に延在しており、前記動翼集合体に面している前記第３の表面と、
前記内側シュラウドの内部に延在している複数の溝であって、前記溝が、前記内側シュラウドの前記第３の表面に配置されている入口と、前記内側シュラウドの前記第２の表面に配置されている出口とを含んでおり、周方向成分を有している間隙が隣り合う前記溝同士の間に形成されるように、前記溝が配置されている、複数の前記溝と、
を備えている、前記静翼集合体と、
を備えている前記シール組立体において、
前記ガスタービンエンジンの動作の際に、パージ用空気の流れ方向が前記高温ガス流路を通過する高温ガスの流れ方向と略一致するように、前記溝が、前記ディスクキャビティから流出した前記パージ用空気を前記高温ガス流路に向かって案内し、
前記高温ガスの流れ方向が、少なくとも１つの前記静翼の後縁部の出口角度に対して略平行に方向づけられていることを特徴とするシール組立体。
【請求項１２】
前記内側シュラウドの前記第２の表面が、前記内側シュラウドの前記アキシアル方向端部から長手方向軸線に対して約３０°〜約６０°の角度で延在していることを特徴とする請求項１１に記載のシール組立体。
【請求項１３】
前記溝が、前記溝の入口が前記溝の出口より広くなるように、前記入口から前記出口に至るまでテーパ状とされること、並びに
前記溝の前記入口が前記タービンロータの回転方向に関して前記溝の前記出口の上流に配置されるように、前記溝が周方向において傾斜及び湾曲のうち少なくとも１つなされていること、
のうち少なくとも１つを特徴とする請求項１１に記載のシール組立体。
【請求項１４】
前記内側シュラウドが、略アキシアル方向に延在しているシール構造体を備えており、
前記シール構造体が、前記内側シュラウドの前記第３の表面から前記動翼集合体に向かって延在しており、前記動翼集合体に近接していることを特徴とする請求項１１に記載のシール組立体。
【請求項１５】
前記静翼が、前記内側シュラウドの前記第１の表面に固定されていることを特徴とする請求項１１に記載のシール組立体。
【請求項１６】
ディスクキャビティとガスタービンエンジンのタービンセクションを通じて延在している高温ガス流路との間に配置されているシール組立体であって、
前記ガスタービンエンジンの動作の際にタービンロータと共に回転する複数の動翼を含んでいる回転式の動翼集合体と、
前記タービンセクションの入口及び出口に対して前記動翼集合体の上流に配置されている固定式の静翼集合体であって、前記静翼集合体が、複数の静翼と内側シュラウドとを含んでおり、前記内側シュラウドが、
ラジアル方向外方に面している第１の表面であって、前記内側シュラウドのアキシアル方向端部に至るまで延在している前記第１の表面と、
前記動翼集合体から離隔するように前記内側シュラウドの前記アキシアル方向端部から延在している第２の表面であって、ラジアル方向内方且つアキシアル方向に面している前記第２の表面と、
略アキシアル方向に延在している第３の表面であって、前記第２の表面からラジアル方向内方に延在しており、前記動翼集合体に面している前記第３の表面と、
前記内側シュラウドの内部に延在している複数の溝であって、前記内側シュラウドの前記第３の表面に配置されている入口と、前記内側シュラウドの前記第２の表面に配置されている出口とを含んでいる、複数の前記溝と、
を備えている、前記静翼集合体と、
を備えている前記シール組立体において、
前記溝が、周方向成分を有している間隙が隣り合う前記溝同士の間に形成されるように配置されており、
前記溝が、前記溝の前記入口が前記溝の前記出口より広くなるように、前記入口から前記出口に至るまでテーパ状とされ、
前記溝が、前記溝の前記入口が前記タービンロータの回転方向に関して前記溝の前記出口の上流に配置されるように、周方向において傾斜及び湾曲のうち少なくとも１つなされており、
前記ガスタービンエンジンの動作の際に、パージ用空気の流れ方向が、前記高温ガス流路を通過する高温ガスの流れ方向に略一致するように、前記溝が、前記ディスクキャビティから流出したパージ用空気を前記高温ガス流路に向かって案内することを特徴とするシール組立体。
【請求項１７】
前記内側シュラウドの前記第２の表面が、前記内側シュラウドの前記アキシアル方向端部から長手方向軸線に対して約３０°〜約６０°の角度で延在していることを特徴とする請求項１６に記載のシール組立体。
【請求項１８】
前記内側シュラウドが、略アキシアル方向に延在しているシール構造体を備えており、
前記シール構造体が、前記内側シュラウドの前記第３の表面から前記動翼集合体に至るまで延在しており、前記動翼集合体に近接していることを特徴とする請求項１７に記載のシール組立体。
【請求項１９】
前記高温ガス流路を通過する高温ガスの流れ方向が、少なくとも１つの前記静翼の後縁部の出口角度に対して略平行に方向づけられていることを特徴とする請求項１８に記載のシール組立体。
【請求項２０】
前記静翼が、前記内側シュラウドの前記第１の表面に固定されていることを特徴とする請求項１７に記載のシール組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、内部シュラウドのラジアル方向内側面に配置されている複数の溝を含んでいる、ガスタービンエンジンで利用するためのシール組立体であって、高温ガス流路とディスク状キャビティとの間における漏出を制限することを補助するための、シール組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばガスタービンエンジンのような多段式回転機械では、例えば吸入空気のような流体が圧縮セクションにおいて圧縮され、燃焼セクションにおいて燃料と混合される。空気と燃料との混合体は燃焼セクションにおいて点火され、高温の作動ガスを形成する燃焼ガスを生成する。高温の燃焼ガスは、ガスタービンエンジンのタービンセクションの内部において１つ以上のタービン段に方向づけられ、タービン部品を回転運動させる。タービンセクション及び圧縮セクションの両方が、高温の作動ガスを圧縮及び膨張させるために、例えば動翼のような回転式部品と協働する、例えば静翼のような固定式又は非回転式部品を有している。機械内部の多くの部品は、当該部品がオーバーヒートすることを防止するために、冷却流体によって冷却されることを要する。
【０００３】
冷却流体を含む機械において高温ガス流路からディスクキャビティに至る高温の作動ガスを点火させることは、例えばディスク及び動翼根元部の温度に負けることによって、ガスタービンエンジンの性能及び効率を低下させる。高温ガス流路からディスクキャビティに至る作動ガスを点火することによって、耐用寿命が短くなるか、及び／又は、ディスクキャビティ内部若しくは周囲の部品が故障する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の第１の実施態様は、ディスクキャビティとガスタービンエンジンのタービンセクションを通じて延在している高温ガス流路との間に配置されているシール組立体であって、ガスタービンエンジンの動作の際にタービンロータと共に回転する複数の動翼を含んでいる回転式の動翼集合体と、複数の静翼と内側シュラウドとを含んでいる固定式の静翼集合体であって、内側シュラウドが、ラジアル方向外方に面している第１の表面と、ラジアル方向内方に面している第２の表面と、第２の表面の内部に延在している複数の溝であって、周方向成分を有している間隙が隣り合う溝同士の間に形成されるように配置されている複数の溝とを備えている静翼集合体と、を備えているシール組立体において、タービンエンジンの動作の際に、パージ用空気が、高温ガス流路を通過する高温ガスの流れ方向に対して所望の方向に流れるように、溝が、ディスクキャビティから流出したパージ用空気を高温ガス流路に向かって案内することを特徴とするシール組立体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第２の実施態様は、ディスクキャビティとガスタービンエンジンのタービンセクションを通じて延在している高温ガス流路との間に配置されているシール構造体であって、ガスタービンエンジンが、ガスタービンエンジンの動作の際にタービンロータと共に回転する複数の動翼を含んでいる回転式の動翼集合体と、複数の静翼と内側シュラウドとを含んでいる固定式の静翼集合体であって、内側シュラウドが、ラジアル方向外方に面している第１の表面であって、内側シュラウドのアキシアル方向端部に至るまで延在している第１の表面と、動翼集合体から離隔するように内側シュラウドのアキシアル方向端部から延在している第２の表面であって、ラジアル方向内方且つアキシアル方向に面している第２の表面と、略アキシアル方向に面している第３の表面であって、第２の表面からラジアル方向内方に延在しており、動翼集合体に面している第３の表面と、内側シュラウドの内部に延在している複数の溝であって、溝が、内側シュラウドの第３の表面に配置されている入口と、内側シュラウドの第２の表面に配置されている出口とを含んでおり、周方向成分を有している間隙が隣り合う溝同士の間に形成されるように、溝が配置されている、複数の溝と、を備えている静翼集合体と、を備えているシール組立体において、ガスタービンエンジンの動作の際に、パージ用空気の流れ方向が高温ガス流路を通過する高温ガスの流れ方向と略一致するように、溝が、ディスクキャビティから流出したパージ用空気を高温ガス流路に向かって案内し、高温ガスの流れ方向が、少なくとも１つの静翼の後縁部の出口角度に対して略平行に方向づけられていることを特徴とするシール組立体を提供する。
【０００６】
本発明の第３の実施態様は、ディスクキャビティとガスタービンエンジンのタービンセクションを通じて延在している高温ガス流路との間に配置されているシール組立体であって、ガスタービンエンジンの動作の際にタービンロータと共に回転する複数の動翼を含んでいる回転式の動翼集合体と、タービンセクションの入口及び出口に対して動翼集合体の上流に配置されている固定式の静翼集合体であって、静翼集合体が、複数の静翼と内側シュラウドとを含んでおり、内側シュラウドが、ラジアル方向外方に面している第１の表面であって、内側シュラウドのアキシアル方向端部に至るまで延在している第１の表面と、動翼集合体から離隔するように内側シュラウドのアキシアル方向端部から延在している第２の表面であって、ラジアル方向内方且つアキシアル方向に面している第２の表面と、略アキシアル方向に延在している第３の表面であって、第２の表面からラジアル方向内方に延在しており、動翼集合体に面している第３の表面と、内側シュラウドの内部に延在している複数の溝であって、内側シュラウドの第３の表面に配置されている入口と、内側シュラウドの第２の表面に配置されている出口とを含んでいる、複数の溝と、を備えている、静翼集合体と、を備えているシール組立体において、溝が、周方向成分を有している間隙が隣り合う溝同士の間に形成されるように配置されており、溝が、溝の入口が溝の出口より広くなるように、入口から出口に至るまでテーパ状とされ、溝が、溝の入口がタービンロータの回転方向に関して溝の出口の上流に配置されるように、周方向において傾斜及び湾曲のうち少なくとも１つなされており、ガスタービンエンジンの動作の際に、パージ用空気の流れ方向が、高温ガス流路を通過する高温ガスの流れ方向に略一致するように、溝が、ディスクキャビティから流出したパージ用空気を高温ガス流路に向かって案内することを特徴とするシール組立体を提供する。
【０００７】
本明細書の末尾には、本発明に特に注目すると共に本発明を明確に規定する特許請求の範囲が添付されているが、本発明については、添付図面に関連する以下の説明から理解することができる。図面では、類似する参照符号が類似する構成要素を特定している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一の実施例におけるシール組立体を含むガスタービンエンジンのタービン段の一部分についての概略的な断面図である。
【図２】図１に表わすシール組立体の複数の溝の断片的な斜視図である。
【図２Ａ】図２に表わす複数の溝の縦図である。
【図３】ラジアル方向内方で表わす段の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
好ましい実施例についての以下の詳細な説明では、本出願の一部分を形成している添付図面を参照する。添付図面は、限定することを意図せず、図解することを目的として、本発明を実施可能とされる特定の好ましい実施例を表わす。本発明の技術的思想及び技術的範囲を逸脱することなく、他の実施例も利用及び変更可能であることに留意すべきである。
【００１０】
図１は、外側ケース（図示しない）から懸架されていると共に環状の内側シュラウド１６に固定されている、複数の静翼１４を含んでいる静翼集合体１２と、複数の動翼２０を含んでいる動翼集合体１８と、タービンロータ２４の一部分を形成しているロータディスク構造体２２とを具備するタービンエンジン１０の一部分を概略的に表わす。本明細書では、静翼集合体１２と動翼集合体１８との組み合わせは、タービンエンジン１０のタービンセクション２６の“段”として呼称される。当業者にとっては明らかなように、タービンエンジン１０は、複数の段を含んでいる場合がある。図１及び図３に表わすように、静翼集合体１２及び動翼集合体１８は、タービンエンジン１０の長手方向軸線ＬＡを規定しているアキシアル方向において互いから離隔して配置されており、図１に表わす静翼集合体１２は、タービンセクション２６の入口２６Ａ及び出口２６Ｂに対して、図中の動翼集合体１８の上流に位置している。
【００１１】
ロータディスク構造体２２は、プラットフォーム２８と、動翼ディスク３０と、タービンエンジン１０の動作中にロータ２４と共に回転する動翼集合体１８に関連する任意の他の構造体、例えば根元部、側面プレート、脚部等とを備えている。
【００１２】
静翼１４及び動翼２０は、タービンセクション２６の内部に形成されている環状の高温ガス流路３４の内部に延在している。高温燃焼ガスである作動ガスＨＧ（図３参照）は、高温ガス流路３４を通過するように方向づけられ、静翼１４及び動翼２０を通過し、タービンエンジン１０の動作の際に残りの段に到達する。作動ガスＨＧが高温ガス流路３４を通過することによって、動翼２０及び対応する動翼集合体１８が回転し、これによりタービンロータ２４も回転する。
【００１３】
図１に表わすように、ディスクキャビティ３６は、環状の内側シュラウド１６とロータディスク構造体２２との間において、高温ガス流路３４のラジアル方向内方に配置されている。例えば圧縮機からの排出空気のようなパージ用空気ＰＡが、内側シュラウド１６及びロータディスク構造体２２を冷却するために、ディスクキャビティ３６の内部に導入される。また、パージ用空気ＰＡは、ディスクキャビティ３６の内部に流入する作動ガスＨＧの流れを相殺するために、高温ガス流路３４を通じて流れる作動ガスＨＧの圧力との圧力平衡をもたらす。パージ用空気ＰＡは、タービンロータ２４を通過するように形成されている冷却流路（図示しない）から、及び／又は、他の上流流路（図示しない）からディスクキャビティ３６に自在に供給される。さらなるディスクキャビティ（図示しない）が、一般に、残りの内側シュラウド１６と対応する隣り合うロータディスク構造体２２との間に設けられていることに留意すべきである。
【００１４】
図１〜図３に表わすように、図示の実施例の内側シュラウド１６は、略ラジアル方向外方に延在している第１の表面４０を備えており、静翼１４は、第１の表面４０から延在している。図２及び図３に表わすように、図示の実施例の第１の表面４０は、内側シュラウド１６のアキシアル方向上流端部４２からアキシアル方向下流端部４４に至るまで延在している。さらに、図１及び図２に表わすように、内側シュラウド１６は、ラジアル方向内方及びアキシアル方向に面している第２の表面４６を備えており、第２の表面４６は、内側シュラウド１６のアキシアル方向下流端部４４から、内側シュラウド１６の略アキシアル方向の面している第３の表面４８に至るまで、隣り合う動翼集合体１８から離隔するように延在している。図１に表わすように、図示の実施例における内側シュラウド１６の第２の表面４６は、長手方向軸線ＬＡに対して平行とされる仮想線Ｌ１に対して角度βで下流端部４４から延在している。言い換えれば、第２の表面４６が、長手方向軸線ＬＡに対して角度βで下流端４４から延在している。角度βは、好ましくは約３０°〜約６０°とされ、図示の実施例では約４５°である。第３の表面４８は、第２の表面４６からラジアル方向内方に延在しており、隣り合う動翼集合体１８のロータディスク構造体２２に面している。
【００１５】
内側シュラウド１６及びロータディスク構造体２２の構成部品は、静翼１４及び動翼２０それぞれのラジアル方向内方において、高温ガス流路３４とディスクキャビティ３６との間に環状シール組立体５０を形成するように協働している。以下に説明するように、環状シール組立体５０は、作動ガスＨＧが高温ガス流路３４からディスクキャビティ３６の内部に取り込まれることを防止することを補助し、高温ガス流路３４を通過する作動ガスＨＧの流れ方向に対して所望の方向において、ディスクキャビティ３６から流出したパージ用空気ＰＡの一部を輸送する。本明細書で説明したシール組立体に類似するさらなるシール組立体５０が、タービンエンジン１０の内部において、他の段の内側シュラウド１６と隣り合うロータディスク構造体２２との間に設けられており、すなわち、以下に説明するように、作動ガスＨＧが高温ガス流路３４からディスクキャビティ３６それぞれの内部に向かって取り込まれることを防止することを補助するために、及び、高温ガス流路３４を通過する作動ガスＨＧの流れ方向に対して所望の方向においてディスクキャビティ３６から流出したパージ用空気ＰＡを輸送するために設けられている場合があることに留意すべきである。
【００１６】
図１〜図３に表わすように、環状シール組立体５０は、静翼集合体１２及び動翼集合体１８の一部分とされる。具体的には、図示の実施例では、環状シール組立体５０は、内側シュラウド１６の第２の表面４６及び第３の表面４８とロータディスク構造体２２のプラットフォーム２８のアキシアル方向上流端部２８Ａとを備えている。図１及び図３に表わすように、これら構成部品は、ディスクキャビティ３６から流出したパージ用空気ＰＡのための出口５２を形成するように協働している。
【００１７】
さらに、環状シール組立体５０は、内側シュラウド１６の第２の表面４６及び第３の表面４８の内部に延在している複数の溝６０を備えている。図２及び図３に表わすように、溝６０は、周方向において構成要素を有している間隙６２が隣り合う溝６０同士の間に形成されるように配置されている。間隙６２の大きさは、タービンエンジン１０の構成に依存して変化する場合があり、溝６０からのパージ用空気ＰＡの排出を微調整することができるように選定される場合がある。溝６０からのパージ用空気ＰＡの排出については、以下に説明する。
【００１８】
図２に最も明確に表わすように、溝６０の入口６４は、すなわち、高温ガス流路３４に向かって排出される、ディスクキャビティ３６からのパージ用空気ＰＡが溝６０に流入する位置は、内側シュラウド１６の第３の表面４８において、内側シュラウド１６のアキシアル方向下流端部４４の遠位に配置されており、溝６０の出口６６は、すなわち、パージ用空気ＰＡが溝６０から排出される位置は、内側シュラウド１６の第２の表面４６において、内側シュラウド１６のアキシアル方向下流端部４４の近位に配置されている。図２Ａに表わすように、好ましくは、溝６０は、溝６０の入口６４の幅Ｗ１が溝６０の出口６６の幅Ｗ２より広くなるように、入口６４から出口６６に向かってテーパ状とされる。幅Ｗ１，Ｗ２はそれぞれ、溝６０それぞれを通過するパージ用空気ＰＡの流れ方向に対して略垂直とされる方向に溝６０を形成している内側シュラウド１６の対向する側壁ＳＷ１，ＳＷ２の間の距離である。このようなテーパ状に溝６０が形成されることによって、パージ用空気ＰＡが溝６０からより集中的に且つ強力に排出されるので、以下に説明するように、作動ガスＨＧがディスクキャビティ３６の内部に取り込まれることがより効果的に防止される。
【００１９】
また、図３に表わすように、好ましくは、溝６０の入口６４がタービンロータ２４の回転方向ＤＲに関して溝６０の出口６６の上流に配置されているように、溝６０は周方向において傾斜及び／又は湾曲している。このように溝６０を傾斜及び／又は湾曲させることによって、パージ用空気ＰＡが高温ガス流路３４を通過する作動ガスＨＧの流れに対して所望の方向に流れるように、ディスクキャビティ３６からのパージ用空気ＰＡが溝６０から流出し、高温ガス流路３４に向かって案内される。具体的には、本発明の当該実施態様における溝６０は、高温ガス流路３４の対応するアキシアル方向位置において、パージ用空気ＰＡの流れ方向が作動ガスＨＧの流れ方向と略一直線上に配置されるように、ディスクキャビティ３６から流出したパージ用空気ＰＡを案内する。ここで、高温ガス流路３４の対応するアキシアル方向位置において、作動ガスＨＧの流れ方向は、静翼１４の後縁部１４Ａの出口角度に対して略平行に方向づけられている。
【００２０】
図１〜図３に表わすように、環状シール組立体５０は、内側シュラウド１６の略アキシアル方向に延在しているシール構造体７０を備えている。シール構造体７０は、内側シュラウド１６の第３の表面４８から動翼集合体１８の動翼ディスク３０に向かって延在している。図１及び図３に表わすように、シール構造体７０のアキシアル方向端部７０Ａは、動翼集合体１８の動翼ディスク３０に近接している。シール構造体７０は、内側シュラウド１６の一体部分として形成されているか、又は内側シュラウド１６とは別体に形成されており、内側シュラウド１６に固定されている。図１に表わすように、好ましくは、高温ガス流路３４からディスクキャビティ３６の内部に至る取り込みが必ず蛇行流路を経由するように、シール構造体７０はプラットフォーム２８の上流端部２８Ａに重なっている。
【００２１】
タービンエンジン１０の動作中には、高温の作動ガスＨＧが高温ガス流路３４を通過することによって、動翼集合体１８及びタービンロータ２４が図３に表わす回転方向ＤＲに回転する。
【００２２】
図１に表わすように、ディスクキャビティ３６の内部圧力が高温ガス流路３４の内部圧力より大きいことによって生じる、ディスクキャビティ３６と高温ガス流路３４との圧力差によって、ディスクキャビティ３６内のパージ用空気ＰＡが高温ガス流路３４に向かって流れる。パージ用空気ＰＡが内側シュラウド１６の第３の表面４８に到達すると、パージ用空気ＰＡの一部が溝６０の入口６４に流入する。パージ用空気ＰＡの当該一部は、溝６０を通じてラジアル方向外方に流れた後に、内側シュラウド１６の第２の表面４６に形成された溝６０の一部分に到達すると、パージ用空気ＰＡは、溝６０の内部において、隣り合う動翼集合体１８に向かってラジアル方向外方且つアキシアル方向に流れる。上述のように溝６０が傾斜及び／又は湾曲しているので、パージ用空気ＰＡは、静翼１４の後縁部１４Ａから流出した後に図３に表わすように流れる作動ガスＨＧと略同一方向に、溝６０からパージ用空気ＰＡを排出させるための周方向速度成分を有している。
【００２３】
溝６０からのパージ用空気ＰＡの排出が、作動ガスＨＧを環状シール構造体５０から強制的に離隔させ、これにより高温の作動ガスＨＧが高温ガス流路３４からディスクキャビティ３６の内部に取り込まれることを制限することを補助する。環状シール構造体５０が作動ガスＨＧが高温ガス流路３４からディスクキャビティ３６の内部に取り込まれることを制限するので、環状シール構造体５０は少量のパージ用空気ＰＡをディスクキャビティ３６に供給すれば良いので、タービンエンジンの効率が高められる。
【００２４】
さらに、パージ用空気ＰＡが、静翼１４の後縁部１４Ａから流出した後に高温ガス流路３４を通過する作動ガスＨＧの流れ方向と略同一方向に溝６０から排出されるので、パージ用空気ＰＡと作動ガスＨＧとの混合に関連する圧力損失がほぼ発生せず、ガスタービンの効率がさらに高められる。このことは、特に本発明における溝６０によって実現される。溝６０は、内側シュラウド１６のアキシアル方向下流端部４４に形成されているので、溝６０から排出されたパージ用空気ＰＡが、高温の作動ガスＨＧの流れ方向における下流に向かってアキシアル方向に高温ガス流路３４を通過して流れることに加えて、パージ用空気ＰＡが、静翼１４の後縁部１４Ａから流出した後における高温の作動ガスＨＧの流れ方向と略同一の周方向に溝６０から排出されるためである。すなわち、溝６０が周方向において傾斜及び／又は湾曲していることに起因している。従って、溝６０が内側シュラウド１６に形成されているので、溝がプラットフォーム２８の上流端部２８Ａに形成されている場合と比較して、パージ用空気ＰＡと作動ガスＨＧとの混合に関連する圧力損失が小さくなる。プラットフォーム２８の上流端部２８Ａに形成されている溝から排出されたパージ用空気が、高温の作動ガスＨＧの流れ方向に関して上流に向かってアキシアル方向に高温ガス流路３４を通じて流れる場合には、その結果として、当該混合に関連する圧力損失が一層高くなる。
【００２５】
溝６０の傾斜及び／又は湾曲が、溝６０からのパージ用空気ＰＡの排出方向を微調整するために変更可能であることに留意すべきである。好ましくは、このことは、静翼１４の後縁部１４Ａの出口角度に、及び／又は、高温ガス流路３４を通過する作動ガスＨＧとパージ用空気ＰＡとの混合に関連する圧力損失の大きさの変化に依存する。
【００２６】
さらに、溝６０の入口６４は、内側シュラウド１６の第３の表面４８においてさらにラジアル方向内方に又はラジアル方向外方に配置されている場合がある。さもなければ、内側シュラウド１６の第２の表面４６に配置されている場合があり、この場合には、溝６０の入口６４は、内側シュラウド１６の第２の表面４６に配置されている。
【００２７】
最後に、好ましくは、本明細書で説明した溝６０は、内側シュラウド１６と共に成形されているか、又は、内側シュラウド１６に機械加工されている。従って、溝６０の構造的一体性及び製造上の複雑さは、内側シュラウド１６とは別個に形成され、内側シュラウド１６に固定されるリブより改善されている。
【００２８】
本発明の特定の実施例について図解及び説明をしたが、当業者であれば、本発明の技術的思想及び技術的範囲から逸脱することなく、様々な他の変形及び変更を想到することができる。従って、特許請求の範囲は、本発明の技術的範囲に属するこのような変形及び変更を含んでいることに留意すべきである。
【符号の説明】
【００２９】
１０    タービンエンジン
１２    静翼集合体
１４    静翼
１４Ａ  （静翼１４の）後縁部
１６    内側シュラウド
１８    動翼集合体
２０    動翼
２２    ロータディスク構造体
２４    タービンロータ
２６    タービンセクション
２８    プラットフォーム
２８Ａ  （プラットフォーム２８の）上流端部
３０    動翼ディスク
３４    高温ガス流路
３６    ディスクキャビティ
４０    （内側シュラウド１６の）第１の表面
４２    （内側シュラウド１６の）アキシアル方向上流端部
４４    （内側シュラウド１６の）アキシアル方向下流端部
４６    （内側シュラウド１６の）第２の表面
４８    （内側シュラウド１６の）第３の表面
５０    環状シール組立体
５２    出口
６０    溝
６２    間隙
６４    （溝６０の）入口
６６    （溝６０の）出口
７０    シール構造体
ＤＲ    （タービンロータ２４の）回転方向
ＨＧ    作動ガス
ＬＡ    タービンエンジン１０の長手方向軸線
ＰＡ    パージ用空気
ＳＷ１  （内側シュラウド１６の）側壁
ＳＷ２  （内側シュラウド１６の）側壁
Ｗ１    （溝６０の入口６４の）幅
Ｗ２    （溝６０の出口６６の）幅
【図１】
2016505111.tif 000003
【図２】
2016505111.tif 000004
【図２Ａ】
2016505111.tif 000005
【図３】
2016505111.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成27年11月9日(2015.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスクキャビティとガスタービンエンジンのタービンセクションを通じて延在している高温ガス流路との間に配置されているシール組立体であって、
前記ガスタービンエンジンの動作の際にタービンロータと共に回転する複数の動翼を含んでいる回転式の動翼集合体と、
複数の静翼と内側シュラウドとを含んでいる固定式の静翼集合体であって、前記内側シュラウドが、
ラジアル方向外方に面している第１の表面と、
ラジアル方向内方に面している第２の表面と、
前記第２の表面の内部に延在している複数の溝であって、周方向成分を有している間隙が隣り合う前記溝同士の間に形成されるように配置されている複数の前記溝と、
を備えている、前記静翼集合体と、
を備えている前記シール組立体において、
前記ガスタービンエンジンの動作の際に、パージ用空気が、前記高温ガス流路を通過する高温ガスの流れ方向に対して所望の方向に流れるように、前記溝が、前記ディスクキャビティから流出したパージ用空気を前記高温ガス流路に向かって案内することを特徴とするシール組立体。
【請求項２】
前記内側シュラウドの前記第２の表面がアキシアル方向において面しているように、前記内側シュラウドの前記第２の表面が、前記タービンセクションを通じてアキシアル方向に延在している長手方向軸線に対して所定の角度で、前記内側シュラウドのアキシアル方向端部のラジアル方向内方に面していることを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
【請求項３】
前記内側シュラウドの前記第２の表面が、前記内側シュラウドのアキシアル方向端部から前記長手方向軸線に対して約３０°〜約６０°の角度で、ラジアル方向内方に面していることを特徴とする請求項２に記載のシール組立体。
【請求項４】
前記内側シュラウドの前記第２の表面が、前記内側シュラウドのアキシアル方向端部から前記長手方向軸線に対して約４５°の角度で、ラジアル方向内方に面していることを特徴とする請求項３に記載のシール組立体。
【請求項５】
前記内側シュラウドのアキシアル方向端部の遠位に配置されている前記溝の入口から、前記内側シュラウドの前記アキシアル方向端部の近位に配置されている前記溝の出口に至るまで、前記入口が前記出口より広くなるように、前記溝がテーパ状になっていることを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
【請求項６】
前記内側シュラウドのアキシアル方向端部の遠位に配置されている前記溝の入口が、前記タービンロータの回転方向に関して前記内側シュラウドのアキシアル方向端部の近位に配置されている前記溝の出口の上流に配置されているように、前記溝が、周方向において傾斜及び湾曲のうち少なくとも１つなされていることを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
【請求項７】
前記静翼が、前記内側シュラウドの前記第１の表面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
【請求項８】
前記パージ用空気の流れ方向と、少なくとも１つの前記静翼の後縁部の出口角度に対して平行とされる、前記高温ガス流路を通過する高温ガスの流れ方向とが一致するように、前記溝が前記パージ用空気を案内することを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
【請求項９】
前記内側シュラウドが、アキシアル方向に面している第３の表面を備えており、
前記第３の表面が、前記第２の表面からラジアル方向内方に延在していると共に、前記動翼集合体に面しており、
前記溝の入口が、前記内側シュラウドの前記第３の表面に配置されており、前記溝の出口が、前記内側シュラウドの前記第２の表面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
【請求項１０】
前記内側シュラウドが、アキシアル方向に延在しているシール構造体を備えており、
前記シール構造体が、前記内側シュラウドの前記第３の表面から前記動翼集合体に向かって延在しており、前記動翼集合体に近接していることを特徴とする請求項９に記載のシール組立体。
【請求項１１】
ディスクキャビティとガスタービンエンジンのタービンセクションを通じて延在している高温ガス流路との間に配置されているシール組立体であって、前記ガスタービンエンジンが、
前記ガスタービンエンジンの動作の際にタービンロータと共に回転する複数の動翼を含んでいる回転式の動翼集合体と、
複数の静翼と内側シュラウドとを含んでいる固定式の静翼集合体であって、前記内側シュラウドが、
ラジアル方向外方に面している第１の表面であって、前記内側シュラウドのアキシアル方向端部に至るまで延在している前記第１の表面と、
前記動翼集合体から離隔するように前記内側シュラウドの前記アキシアル方向端部から延在している第２の表面であって、ラジアル方向内方且つアキシアル方向に面している前記第２の表面と、
アキシアル方向に面している第３の表面であって、前記第２の表面からラジアル方向内方に延在しており、前記動翼集合体に面している前記第３の表面と、
前記内側シュラウドの内部に延在している複数の溝であって、前記溝が、前記内側シュラウドの前記第３の表面に配置されている入口と、前記内側シュラウドの前記第２の表面に配置されている出口とを含んでおり、周方向成分を有している間隙が隣り合う前記溝同士の間に形成されるように、前記溝が配置されている、複数の前記溝と、
を備えている、前記静翼集合体と、
を備えている前記シール組立体において、
前記ガスタービンエンジンの動作の際に、パージ用空気の流れ方向が前記高温ガス流路を通過する高温ガスの流れ方向と一致するように、前記溝が、前記ディスクキャビティから流出した前記パージ用空気を前記高温ガス流路に向かって案内し、
前記高温ガスの流れ方向が、少なくとも１つの前記静翼の後縁部の出口角度に対して平行に方向づけられていることを特徴とするシール組立体。
【請求項１２】
前記内側シュラウドの前記第２の表面が、前記内側シュラウドの前記アキシアル方向端部から長手方向軸線に対して約３０°〜約６０°の角度で延在していることを特徴とする請求項１１に記載のシール組立体。
【請求項１３】
前記溝が、前記溝の入口が前記溝の出口より広くなるように、前記入口から前記出口に至るまでテーパ状とされること、並びに
前記溝の前記入口が前記タービンロータの回転方向に関して前記溝の前記出口の上流に配置されるように、前記溝が周方向において傾斜及び湾曲のうち少なくとも１つなされていること、
のうち少なくとも１つを特徴とする請求項１１に記載のシール組立体。
【請求項１４】
前記内側シュラウドが、アキシアル方向に延在しているシール構造体を備えており、
前記シール構造体が、前記内側シュラウドの前記第３の表面から前記動翼集合体に向かって延在しており、前記動翼集合体に近接していることを特徴とする請求項１１に記載のシール組立体。
【請求項１５】
前記静翼が、前記内側シュラウドの前記第１の表面に固定されていることを特徴とする請求項１１に記載のシール組立体。
【請求項１６】
ディスクキャビティとガスタービンエンジンのタービンセクションを通じて延在している高温ガス流路との間に配置されているシール組立体であって、
前記ガスタービンエンジンの動作の際にタービンロータと共に回転する複数の動翼を含んでいる回転式の動翼集合体と、
前記タービンセクションの入口及び出口に対して前記動翼集合体の上流に配置されている固定式の静翼集合体であって、前記静翼集合体が、複数の静翼と内側シュラウドとを含んでおり、前記内側シュラウドが、
ラジアル方向外方に面している第１の表面であって、前記内側シュラウドのアキシアル方向端部に至るまで延在している前記第１の表面と、
前記動翼集合体から離隔するように前記内側シュラウドの前記アキシアル方向端部から延在している第２の表面であって、ラジアル方向内方且つアキシアル方向に面している前記第２の表面と、
アキシアル方向に延在している第３の表面であって、前記第２の表面からラジアル方向内方に延在しており、前記動翼集合体に面している前記第３の表面と、
前記内側シュラウドの内部に延在している複数の溝であって、前記内側シュラウドの前記第３の表面に配置されている入口と、前記内側シュラウドの前記第２の表面に配置されている出口とを含んでいる、複数の前記溝と、
を備えている、前記静翼集合体と、
を備えている前記シール組立体において、
前記溝が、周方向成分を有している間隙が隣り合う前記溝同士の間に形成されるように配置されており、
前記溝が、前記溝の前記入口が前記溝の前記出口より広くなるように、前記入口から前記出口に至るまでテーパ状とされ、
前記溝が、前記溝の前記入口が前記タービンロータの回転方向に関して前記溝の前記出口の上流に配置されるように、周方向において傾斜及び湾曲のうち少なくとも１つなされており、
前記ガスタービンエンジンの動作の際に、パージ用空気の流れ方向が、前記高温ガス流路を通過する高温ガスの流れ方向に一致するように、前記溝が、前記ディスクキャビティから流出したパージ用空気を前記高温ガス流路に向かって案内することを特徴とするシール組立体。
【請求項１７】
前記内側シュラウドの前記第２の表面が、前記内側シュラウドの前記アキシアル方向端部から長手方向軸線に対して約３０°〜約６０°の角度で延在していることを特徴とする請求項１６に記載のシール組立体。
【請求項１８】
前記内側シュラウドが、アキシアル方向に延在しているシール構造体を備えており、
前記シール構造体が、前記内側シュラウドの前記第３の表面から前記動翼集合体に至るまで延在しており、前記動翼集合体に近接していることを特徴とする請求項１７に記載のシール組立体。
【請求項１９】
前記高温ガス流路を通過する高温ガスの流れ方向が、少なくとも１つの前記静翼の後縁部の出口角度に対して平行に方向づけられていることを特徴とする請求項１８に記載のシール組立体。
【請求項２０】
前記静翼が、前記内側シュラウドの前記第１の表面に固定されていることを特徴とする請求項１７に記載のシール組立体。
【国際調査報告】
2016505111.tif 000007
2016505111.tif 000008