JP2017207061A - Turbine assembly, turbine inner wall assembly, and turbine assembly method - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、タービンアセンブリ、タービン内部壁アセンブリ、及びタービンアセンブリ方法に向けられている。より詳細には、本実施形態は、内部壁セグメントと共にシールを形成するノズルを備えたタービン内部壁アセンブリに向けられている。 The present embodiments are directed to a turbine assembly, a turbine inner wall assembly, and a turbine assembly method. More particularly, this embodiment is directed to a turbine interior wall assembly that includes a nozzle that forms a seal with an interior wall segment.
ガスタービンは一般に、主要な作動流体（即ち、高温燃焼ガス）をその中に閉じ込めている主要な流路を含む。加えて、主要な作動流体から独立している冷却流体は、隣接したタービンロータ構造的構成要素に供給されることがある。したがって、シールデバイスは、タービンを駆動する主要な作動流体への直接の露出からロータ構成要素をシールドするために、また、冷却流体が主要な作動流体と共に放出されるのを防止するために、使用されることがある。典型的なシールデバイスは、漏れのせいでタービンの効率と性能を低下させることがある。例えば、インターステージシールなどのシールデバイスにおける漏れは、冷却目的に要する寄生流体の量的な増加を必要とすることがある。寄生冷却流体の使用は、ガスタービンエンジンの性能と効率を全体的に低下させる。 Gas turbines generally include a main flow path that encloses a main working fluid (ie, hot combustion gas) therein. In addition, cooling fluid that is independent of the main working fluid may be supplied to adjacent turbine rotor structural components. Thus, the sealing device is used to shield the rotor components from direct exposure to the main working fluid that drives the turbine and to prevent cooling fluid from being released with the main working fluid. May be. Typical sealing devices can reduce turbine efficiency and performance due to leakage. For example, leaks in sealing devices such as interstage seals may require a quantitative increase in parasitic fluids required for cooling purposes. The use of parasitic cooling fluid generally reduces the performance and efficiency of the gas turbine engine.
近流路シール（ＮＦＰＳ：ｎｅａｒ−ｆｌｏｗ−ｐａｔｈ ｓｅａｌ）は、慣習的にノズルの近辺に位置決めされてタービンのバケット間にあるシールデバイスである。ＮＦＰＳは、燃焼ガスの流れがそれを通って移動するのを阻止するように、燃焼ガスの流れ用に外部境界を形成することを典型的に意図している。 A near-flow-path seal (NFPS) is a sealing device that is conventionally positioned near a nozzle and between turbine buckets. NFPS is typically intended to form an external boundary for the flow of combustion gas so as to prevent the flow of combustion gas from moving therethrough.
或る種のセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）は、被覆繊維で強化したセラミックマトリックスを有する組成を含む。この組成は、頑丈で軽量な耐熱材料に対して、様々な異なったシステムの可能な用途を提供する。 Certain ceramic matrix composites (CMCs) include compositions having a ceramic matrix reinforced with coated fibers. This composition provides a possible use of a variety of different systems for rugged and lightweight refractory materials.
ＣＭＣ部分の製造は典型的に、部分（プリフォーム）の形状を形成するために既に存在するマトリックス材料（プリプレグ）を有する事前含浸した複合繊維をレイアップすることと、プリフォームをオートクレーブ及びバーンアウトすることと、溶けているマトリックス材料をバーンアウトしたプリフォームに浸透させることと、プリフォームに任意の機械加工又は更なる処理を行うことと、を含む。プリフォームに浸透させることは、ガス混合物からセラミックマトリックスを堆積させることと、プリセラミックポリマを熱分解することと、成分を化学反応させることと、セラミック粉末を一般的に９２５〜１６５０℃（１７００〜３０００°Ｆ）の温度範囲で焼結又は電気泳動的に堆積させることと、を含むことがある。 The manufacture of CMC parts typically involves laying up pre-impregnated composite fibers with a matrix material (prepreg) already present to form the part (preform) shape, autoclave and burn out the preform. And infiltrating the melted matrix material into the burned-out preform, and subjecting the preform to any machining or further processing. Impregnation into the preform is to deposit a ceramic matrix from the gas mixture, to thermally decompose the preceramic polymer, to chemically react the components, and to make the ceramic powder generally 925-1650 ° C (1700-1700 ° C). Sinter or electrophoretic deposition in the temperature range of 3000 ° F.
ＣＭＣ材料の例としては、それらに限定されないが、カーボン繊維強化カーボン（Ｃ／Ｃ）、カーボン繊維強化炭化ケイ素（Ｃ／ＳｉＣ）、炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素（ＳｉＣ／ＳｉＣ）、アルミナ繊維強化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３）、又は、それらの組み合わせ、を含む。ＣＭＣは、モノリシックなセラミック構造体と比較して、増加した伸び、破壊靭性、熱衝撃、動的負荷性能、及び異方特性、を有することがある。 Examples of CMC materials include, but are not limited to, carbon fiber reinforced carbon (C / C), carbon fiber reinforced silicon carbide (C / SiC), silicon carbide fiber reinforced silicon carbide (SiC / SiC), and alumina fiber reinforced alumina. (Al2O3 / Al2O3) or a combination thereof. CMCs may have increased elongation, fracture toughness, thermal shock, dynamic load performance, and anisotropic properties as compared to monolithic ceramic structures.
実施態様では、タービンアセンブリは、タービンの軸の回りを回転可能である回転式構成要素と、回転式構成要素に対して回転式構成要素のまわりに周方向に結合されて、回転式構成要素と共に回転可能である複数の内部壁セグメントと、回転式構成要素を周方向に取り囲む非回転式構成要素と、非回転式構成要素に結合されて、回転式構成要素の方に延びるように配設される複数の外部壁セグメントと、外部壁セグメントのそれぞれから延びる複数のノズルであって、各ノズルが、遠位先端を有し、遠位先端が、タービンの内部流路において内部壁セグメントと共にシールを形成する、複数のノズルと、を含む。 In an embodiment, the turbine assembly includes a rotary component that is rotatable about the axis of the turbine, and is coupled circumferentially about the rotary component with respect to the rotary component, together with the rotary component. A plurality of inner wall segments that are rotatable, a non-rotating component that circumferentially surrounds the rotating component, and a non-rotating component that is coupled to and extends toward the rotating component. A plurality of outer wall segments and a plurality of nozzles extending from each of the outer wall segments, each nozzle having a distal tip, wherein the distal tip seals with the inner wall segment in the internal flow path of the turbine. A plurality of nozzles to be formed.
他の実施態様では、内部壁アセンブリは、タービンの軸の回りを回転可能である回転式構成要素と、回転式構成要素のまわりに周方向に回転式構成要素に結合されて、回転式構成要素と共に回転可能である複数の内部壁セグメントと、を含む。 In another embodiment, the inner wall assembly includes a rotating component that is rotatable about the axis of the turbine and a rotating component that is coupled circumferentially about the rotating component to the rotating component. And a plurality of internal wall segments that are rotatable with.
他の実施態様では、タービンアセンブリ方法は、回転式構成要素に対して周方向に複数の内部壁セグメントを結合することと、複数の外部壁セグメントを非回転式構成要素に実装して、回転式構成要素の方に延びるように配設することと、を含む。複数のノズルは、各外部壁セグメントから複数の内部壁セグメントのうちの１つの方に延びる。複数のノズルは、タービンの内部流路において内部壁セグメントと共にシールを形成する。 In another embodiment, a turbine assembly method includes rotating a plurality of inner wall segments circumferentially with respect to a rotating component and mounting the plurality of outer wall segments on a non-rotating component to rotate the component. Disposing to extend toward the component. A plurality of nozzles extend from each outer wall segment toward one of the plurality of inner wall segments. The plurality of nozzles form a seal with the internal wall segment in the internal flow path of the turbine.
本発明の他の特徴及び利点については、本発明の原理を一例として図示する添付図面と関連して解釈して、以下のより詳細な説明から明らかになろう。 Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following more detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, illustrating by way of example the principles of the invention.
可能な限り、同じ参照番号は、図面全体にわたって、同じ部品を指すために用いることになろう。 Wherever possible, the same reference numbers will be used throughout the drawings to refer to the same parts.
提供するのは、タービンアセンブリであり、複合タービンノズルと、ノズルと共にシールを形成する統合型の回転する端部壁セグメントと、を備える。 Provided is a turbine assembly comprising a composite turbine nozzle and an integrated rotating end wall segment that forms a seal with the nozzle.
本開示の実施形態は、例えば、本明細書に開示した１つ又は複数の特徴を含み損なっている概念と比べて、冷却する流れを節約し、効率を向上させ、片持ち式エーロフォイル間のギャップに起因した損失を減少させ、分散した近流路シール（ＮＦＰＳｓ）の必要性を除去し、内部流路でのギャップの数を減少させ、引く負荷を量的に減少させ、必要とされた冷却する流れを減少させ、或いは、それらの組み合わせを行う。 Embodiments of the present disclosure, for example, save cooling flow, improve efficiency, and improve the efficiency between cantilevered airfoils compared to a concept that includes one or more features disclosed herein. Reduced losses due to gaps, eliminated the need for distributed near flow path seals (NFPSs), reduced the number of gaps in the internal flow path, and reduced the pulling load quantitatively required Reduce the flow of cooling, or a combination thereof.
図１は、回転式構成要素１２と、内部壁セグメント１６と、１セットのノズル１８と、外部壁セグメント２０と、を含むタービンアセンブリ１０を示す。回転式構成要素１２は、タービンの中心軸の回りを回転可能である。図１には、１つだけ示されているが、内部壁セグメント１６は、回転式構成要素１２のまわりに周方向に結合されて取り囲み、回転式構成要素１２と共に回転可能である。図１には、１つだけ示されているが、外部壁セグメント２０は、回転式構成要素を周方向に取り囲む非回転式構成要素（不図示）に実装されて、回転式構成要素１２の方に延びるように配設される。１セットのノズル１８は、外部壁セグメント２０から内部壁セグメント１６の方に延びて、タービンの内部流路において内部壁セグメント１６と共にシールを形成する。ノズル１８は、ノズルピン２２によって、外部壁セグメント２０に取り付けられ、片持ち式の様式でそこから延びる。回転式構成要素１２は、専用のロータホイール１３である単一の部片であり、上流或いは下流バケットホイールに対する物理的な取り付けから解放されている。 FIG. 1 shows a turbine assembly 10 that includes a rotating component 12, an inner wall segment 16, a set of nozzles 18, and an outer wall segment 20. The rotary component 12 is rotatable about the central axis of the turbine. Although only one is shown in FIG. 1, the inner wall segment 16 is circumferentially coupled around the rotatable component 12 and is rotatable with the rotatable component 12. Although only one is shown in FIG. 1, the outer wall segment 20 is mounted on a non-rotating component (not shown) that circumferentially surrounds the rotating component, and is directed toward the rotating component 12. It is arrange | positioned so that it may extend. A set of nozzles 18 extends from the outer wall segment 20 toward the inner wall segment 16 and forms a seal with the inner wall segment 16 in the turbine internal flow path. The nozzle 18 is attached to the outer wall segment 20 by a nozzle pin 22 and extends therefrom in a cantilever fashion. The rotary component 12 is a single piece that is a dedicated rotor wheel 13 that is freed from physical attachment to the upstream or downstream bucket wheel.
図２は、ロータホイール１３及び近流路シールセグメント１４を含む回転式構成要素１２と、内部壁セグメント１６と、１セットのノズル１８と、外部壁セグメント２０と、を含むタービンアセンブリ１０を示す。回転式構成要素１２は、タービンの中心軸の回りを回転可能である。複数の近流路シールセグメント１４は、ロータホイール１３のまわりに周方向に実装されてロータホイール１３と共に回転する。実施形態によっては、近流路シールセグメント１４は、蟻継ぎによってロータホイール１３に連結される。内部壁セグメント１６は、近流路シールセグメント１４に結合されて、ロータホイール１３及び近流路シールセグメント１４と共に回転可能である。外部壁セグメント２０は、非回転式構成要素（不図示）に実装されて回転式構成要素を周方向に取り囲み、回転式構成要素１２の方に延びるように配設される。１セットのノズル１８は、それぞれ外部壁セグメント２０から内部壁セグメント１６の方に延びて、タービンの内部流路において内部壁セグメント１６と共にシールを形成する。ノズル１８は、ノズルピン２２によって、外部壁セグメント２０に取り付けられ、片持ち式の様式で延びる。近流路シールセグメント１４の端部は、図２に見えている。 FIG. 2 shows a turbine assembly 10 that includes a rotating component 12 that includes a rotor wheel 13 and a near flow path seal segment 14, an inner wall segment 16, a set of nozzles 18, and an outer wall segment 20. The rotary component 12 is rotatable about the central axis of the turbine. The plurality of near flow path seal segments 14 are circumferentially mounted around the rotor wheel 13 and rotate together with the rotor wheel 13. In some embodiments, the near flow path seal segment 14 is connected to the rotor wheel 13 by a dovetail. The inner wall segment 16 is coupled to the near flow path seal segment 14 and is rotatable with the rotor wheel 13 and the near flow path seal segment 14. The outer wall segment 20 is mounted on a non-rotating component (not shown), surrounds the rotating component in the circumferential direction, and is arranged to extend toward the rotating component 12. Each set of nozzles 18 extends from the outer wall segment 20 toward the inner wall segment 16 and forms a seal with the inner wall segment 16 in the turbine internal flow path. The nozzle 18 is attached to the outer wall segment 20 by a nozzle pin 22 and extends in a cantilever manner. The end of the near flow path seal segment 14 is visible in FIG.
回転する流路を画定する内部壁セグメント１６と回転式構成要素１２との間の異なった取り付けの設計については、使用することができる。図３は、図１の実施形態の回転式構成要素１２に対する内部壁セグメント１６の結合の斜視的な部分断面である。回転式構成要素１２は、回転式カプラ３０を含む。この実施形態では、回転式カプラ３０は、１対の外方に延びる実装フランジを含む。ノズル１８の先端３４と共にシールを形成する上部表面３２に加えて、内部壁セグメント１６は、回転式カプラ３０に相補的な内部壁カプラ３６を含む。この実施形態では、内部壁カプラ３６は、回転式構成要素１２の外方に延びる実装フランジに隣接して位置するために、内部壁セグメント１６の下部表面から延びる１対の壁フランジを含む。内部壁セグメント１６は、内部壁セグメント１６を回転式構成要素１２に実装するために、外方に延びる実装フランジの穴と壁フランジの穴の中に延びる壁ピン３８によって、回転式構成要素１２に締結される。 Different mounting designs between the inner wall segment 16 defining the rotating flow path and the rotating component 12 can be used. FIG. 3 is a perspective partial cross-section of the coupling of the inner wall segment 16 to the rotary component 12 of the embodiment of FIG. The rotary component 12 includes a rotary coupler 30. In this embodiment, the rotary coupler 30 includes a pair of outwardly extending mounting flanges. In addition to the top surface 32 that forms a seal with the tip 34 of the nozzle 18, the inner wall segment 16 includes an inner wall coupler 36 that is complementary to the rotary coupler 30. In this embodiment, the inner wall coupler 36 includes a pair of wall flanges that extend from the lower surface of the inner wall segment 16 to lie adjacent to the mounting flange that extends outwardly of the rotary component 12. The inner wall segment 16 is attached to the rotary component 12 by a mounting flange hole extending outwardly and a wall pin 38 extending into the hole in the wall flange to mount the inner wall segment 16 to the rotary component 12. It is concluded.
図４は、回転式構成要素１２の近流路シールセグメント１４に対する内部壁セグメント１６の結合を示す。回転式カプラ３０は、１対の軸方向に延びる実装フランジを含む。内部壁カプラ３６は、回転式構成要素１２の近流路シールセグメント１４の軸方向に延びる実装フランジに係合するために、内部壁セグメント１６の下部表面から延びる１対のＬ形状のフランジを含み、これらのフランジは、近流路シールセグメント１４を内部壁セグメント１６に連結するためのフックとして役立ち、それによって内部壁セグメント１６が回転式構成要素１２の近流路シールセグメント１４に実装される。 FIG. 4 illustrates the coupling of the inner wall segment 16 to the near flow path seal segment 14 of the rotating component 12. The rotary coupler 30 includes a pair of axially extending mounting flanges. Inner wall coupler 36 includes a pair of L-shaped flanges extending from the lower surface of inner wall segment 16 to engage the axially extending mounting flange of near flow path seal segment 14 of rotary component 12. These flanges serve as hooks for connecting the near flow path seal segment 14 to the inner wall segment 16, whereby the inner wall segment 16 is mounted on the near flow path seal segment 14 of the rotary component 12.
図５は、回転式構成要素１２の近流路シールセグメント１４に対する内部壁セグメント１６の他の代替的な連結を示す。回転式カプラ３０は、外方に延びる蟻継ぎのほぞを含む。内部壁カプラ３６は、回転式構成要素１２の近流路シールセグメント１４の外方に延びるほぞに係合するために、内部壁セグメント１６の下部表面からの２つの延長部間にほぞ穴を含み、それによって内部壁セグメント１６が回転式構成要素１２の近流路シールセグメント１４に実装される。代替的に、ほぞは、内部壁セグメント１６によって形成することができ、ほぞ穴は、蟻継ぎ連結（ｄｏｖｅｔａｉｌｉｎｇ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を実現するために、回転式構成要素１２の近流路シールセグメント１４によって形成することができる。 FIG. 5 shows another alternative connection of the inner wall segment 16 to the near flow path seal segment 14 of the rotating component 12. The rotary coupler 30 includes a dovetail tenon extending outward. The inner wall coupler 36 includes a mortise hole between two extensions from the lower surface of the inner wall segment 16 to engage the tenon extending outwardly of the near flow seal segment 14 of the rotary component 12. , Thereby mounting the inner wall segment 16 to the near flow path seal segment 14 of the rotary component 12. Alternatively, the mortise can be formed by the inner wall segment 16 and the mortise is formed by the near flow path seal segment 14 of the rotating component 12 to provide a dovetailing coupling. be able to.
ピン留め（ｐｉｎｎｉｎｇ）、フック留め（ｈｏｏｋｉｎｇ）、及び蟻継ぎ連結は、唯一の回転式構成要素１２或いは近流路シールセグメント１４を含む回転式構成要素１２と共に使用することができる。ピン留めが内部壁セグメント１６を回転式構成要素１２に取り付ける実施形態では、回転式カプラ３０は、ギャップなしで全周のまわりに存続することができる。しかしながら、フック留め又は蟻継ぎの実施形態では、何らかのギャップが必要とされて、内部壁カプラ３６が回転式カプラ３０に係合することができる。単一の回転式構成要素１２或いは近流路シールセグメント１４を含む回転式構成要素１２の場合、ギャップは、回転式構成要素１２のまわりの場所で、回転式カプラ３０の中に含めることができ、内部壁カプラ３６が回転式カプラ３０に摺動係合可能になり、それによって内部壁セグメント１６が回転式構成要素１２に連結される。近流路シールセグメント１４を含む回転式構成要素１２のケースでは、内部壁セグメント１６は、先ず内部壁セグメント１６が近流路シールセグメント１４に結合され、次いで近流路シールセグメント１４がロータホイール１３に取り付けられ、ロータホイール１３に対する近流路シールセグメント１４の連結を可能にするギャップが存在する場合に、回転式カプラ３０の中にギャップなしで近流路シールセグメント１４に代替的に結合することができる。 Pinning, hooking, and dovetail connections can be used with a single rotary component 12 or a rotary component 12 that includes a near flow seal segment 14. In embodiments where the pinning attaches the inner wall segment 16 to the rotary component 12, the rotary coupler 30 can remain around the entire circumference without a gap. However, in the hooked or dovetail embodiment, some gap is required so that the inner wall coupler 36 can engage the rotary coupler 30. In the case of a rotary component 12 that includes a single rotary component 12 or a near flow seal segment 14, the gap can be included in the rotary coupler 30 at a location around the rotary component 12. , The inner wall coupler 36 is slidably engageable with the rotary coupler 30, thereby coupling the inner wall segment 16 to the rotary component 12. In the case of the rotating component 12 including the near flow path seal segment 14, the inner wall segment 16 is first coupled to the near flow path seal segment 14, and then the near flow path seal segment 14 is connected to the rotor wheel 13. To the near flow path seal segment 14 without a gap in the rotary coupler 30 when there is a gap attached to the rotor wheel 13 that allows the connection of the near flow path seal segment 14 to the rotor wheel 13 Can do.
実施形態によっては、複合タービンノズルアセンブリは、シングレット片持ち式複合エーロフォイルとしてマルチプルノズル１８を支持するために外部側壁のワンピースセグメントとして外部壁セグメント２０を含む。各ワンピース外部壁セグメント２０によって支持されるノズル１８の数は、２つ、その代わりに少なくとも２つ、その代わりに２〜６の範囲、その代わりに４つ、その代わりに少なくとも４つ、その代わりに６つ、その代わりに少なくとも６つ、又は、それらの間の任意の数、範囲若しくは部分範囲、にすることができる。エーロフォイルは、外部壁セグメント２０だけに取り付けられ、先端３４と、内部壁セグメント１６の上部表面３２によって画定される内部流路と、の間に小さなギャップが残される。 In some embodiments, the composite turbine nozzle assembly includes an outer wall segment 20 as a one-piece segment of the outer sidewall to support multiple nozzles 18 as a singlet cantilevered composite airfoil. The number of nozzles 18 supported by each one-piece outer wall segment 20 is two, instead of at least two, instead in the range of 2-6, instead of four, instead of at least four, instead Six, instead of at least six, or any number, range or sub-range between them. The airfoil is attached only to the outer wall segment 20, leaving a small gap between the tip 34 and the inner flow path defined by the upper surface 32 of the inner wall segment 16.
実施形態によっては、内部壁セグメント１６は、ノズル１８のノズルピッチよりも大きな円弧長を有する。実施形態によっては、内部壁セグメント１６の円弧長は、外部壁セグメント２０の円弧長と同様である。各ワンピース内部壁セグメント１６と共にシールを行うノズル１８の数は、２つ、その代わりに少なくとも２つ、その代わりに２〜６の範囲、その代わりに４つ、その代わりに少なくとも４つ、その代わりに６つ、その代わりに少なくとも６つ、又は、それらの間の任意の数、範囲若しくは部分範囲、にすることができる。 In some embodiments, the inner wall segment 16 has an arc length that is greater than the nozzle pitch of the nozzles 18. In some embodiments, the arc length of the inner wall segment 16 is similar to the arc length of the outer wall segment 20. The number of nozzles 18 that seal with each one-piece inner wall segment 16 is two, instead of at least two, instead in the range of 2-6, instead of four, instead of at least four, instead Six, instead of at least six, or any number, range or sub-range between them.
実施形態によっては、回転式構成要素１２は、回転するロータホイール１３である。実施形態によっては、各内部壁セグメント１６は、ワンピース内部流路セグメントとして作ってもよく、直接ロータホイール１３に取り付けてもよい。他の実施形態では、回転式構成要素１２は、ロータホイール１３に取り付けられた複数の近流路シールセグメント１４を含む。そういった実施形態では、内部壁セグメント１６は、ロータホイール１３に間接的に取り付けられ、内部壁セグメント１６は、ロータホイール１３に取り付けられる近流路シールセグメント１４に取り付けられる。どちらのケースでも、内部壁セグメント１６は、回転式構成要素１２に結合される。実施形態によっては、内部壁セグメント１６は、回転式構成要素１２にピン留めされる。他の実施形態では、内部壁セグメント１６は、回転式構成要素１２にフック留めされる。他の実施形態では、内部壁セグメント１６は、回転式構成要素１２に蟻継ぎ留めされる。 In some embodiments, the rotary component 12 is a rotating rotor wheel 13. In some embodiments, each internal wall segment 16 may be made as a one-piece internal flow path segment or attached directly to the rotor wheel 13. In other embodiments, the rotary component 12 includes a plurality of near flow path seal segments 14 attached to a rotor wheel 13. In such embodiments, the inner wall segment 16 is indirectly attached to the rotor wheel 13 and the inner wall segment 16 is attached to a near flow path seal segment 14 that is attached to the rotor wheel 13. In either case, the inner wall segment 16 is coupled to the rotating component 12. In some embodiments, the inner wall segment 16 is pinned to the rotating component 12. In other embodiments, the inner wall segment 16 is hooked to the rotating component 12. In other embodiments, the inner wall segment 16 is dovetailed to the rotary component 12.
外部壁セグメント２０及び内部壁セグメント１６を長めに作ることにより、必要なセグメント相互シールの数が減少し、それによって冷却の流れが節約される。 By making the outer wall segment 20 and the inner wall segment 16 longer, the number of required segment cross seals is reduced, thereby conserving cooling flow.
好適な設計は、高めの温度に耐える高温複合エーロフォイルであるノズル１８を適合させて、必要な冷却の流れをより少なくし、それによってタービンの効率が向上する。 The preferred design adapts the nozzle 18 which is a high temperature composite airfoil that can withstand higher temperatures, and requires less cooling flow, thereby improving turbine efficiency.
内部壁セグメント１６によって画定された回転する内部流路は、分散したＮＦＰＳｓの必要性を除去し、それによって冷却の流れが節約され効率が向上する。また、内部壁セグメント１６によって画定された回転する内部流路は、片持ち式エーロフォイルと内部流路の間のギャップによって引き起こされる効率損失を減少させる。 The rotating internal flow path defined by the internal wall segment 16 eliminates the need for distributed NFPSs, thereby saving cooling flow and increasing efficiency. Also, the rotating internal flow path defined by the internal wall segment 16 reduces the efficiency loss caused by the gap between the cantilevered airfoil and the internal flow path.
実施形態によっては、回転する内部流路を画定する内部壁セグメント１６は、軽量高温セラミックマトリックス複合（ＣＭＣ）材料から作られ、それによって引く負荷と冷却の流れが減少する。 In some embodiments, the internal wall segment 16 that defines the rotating internal flow path is made from a lightweight high temperature ceramic matrix composite (CMC) material, thereby reducing the load of draw and cooling.
実施形態によっては、内部壁セグメント１６は、ＣＭＣ材料の比較的軽い重量のおかげで、回転する回転式構成要素１２に効果的にピン留めされる。 In some embodiments, the inner wall segment 16 is effectively pinned to the rotating rotating component 12 due to the relatively light weight of the CMC material.
実施形態によっては、ノズル１８は、軽量高温セラミックマトリックス複合（ＣＭＣ）材料から作られ、それによって必要な冷却の流れが減少する。 In some embodiments, the nozzle 18 is made from a lightweight high temperature ceramic matrix composite (CMC) material, thereby reducing the required cooling flow.
実施形態によっては、内部壁セグメント１６の長さは、１つのノズル１８又はブレードピッチよりも大きく、シールするためのセグメントギャップの数を減少させる。 In some embodiments, the length of the inner wall segment 16 is greater than one nozzle 18 or blade pitch, reducing the number of segment gaps to seal.
実施形態によっては、ＣＭＣ内部流路を画定する内部壁セグメント１６は、上流或いは下流バケットホイールに対する物理的な取り付けから解放されている専用のロータホイール１３に取り付けられる。 In some embodiments, the internal wall segment 16 that defines the CMC internal flow path is attached to a dedicated rotor wheel 13 that is free from physical attachment to the upstream or downstream bucket wheel.
実施形態によっては、バヨネット型の設計は、タービンのステージツーノズル１８用のワンピース外部壁セグメント２０及びマルチプル片持ち式ＣＭＣエーロフォイルを含む。外部壁セグメント２０は、ノズル１８としての２つの片持ち式ＣＭＣエーロフォイル、その代わりに少なくとも２つの片持ち式ＣＭＣエーロフォイル、その代わりに２〜６の範囲の片持ち式エーロフォイル、その代わりに４つの片持ち式ＣＭＣエーロフォイル、その代わりに少なくとも４つの片持ち式ＣＭＣエーロフォイル、その代わりに６つの片持ち式ＣＭＣエーロフォイル、その代わりに少なくとも６つの片持ち式ＣＭＣエーロフォイル、又は、それらの間の任意の数、範囲若しくは部分範囲、を適合させる。 In some embodiments, the bayonet-type design includes a one-piece outer wall segment 20 for the turbine stage-to-nozzle 18 and multiple cantilevered CMC airfoils. The outer wall segment 20 comprises two cantilevered CMC airfoils as nozzles 18 instead of at least two cantilevered CMC airfoils, instead of cantilevered airfoils in the range of 2-6, instead 4 cantilevered CMC airfoils, instead of at least 4 cantilevered CMC airfoils, instead of 6 cantilevered CMC airfoils, instead of at least 6 cantilevered CMC airfoils, or Any number, range or subrange between is adapted.
実施形態によっては、回転する内部流路を画定している内部壁セグメント１６の軽量高温ＣＭＣ材料は、引く負荷と必要な冷却の流れを最小化する。この軽量材料は、回転するロータホイール１３であり得る回転式構成要素１２に対する内部壁セグメント１６のピン留め取り付けを可能にする。内部壁セグメント１６の長さは、１つのノズル１８又はブレードピッチよりも大きくすることができ、シールするためのセグメントギャップの数を減少させる。内部壁セグメント１６は、上流又は下流バケットホイールに、ではなく、専用のロータホイール１３に、取り付けることが好ましい。 In some embodiments, the lightweight high temperature CMC material of the inner wall segment 16 that defines the rotating inner flow path minimizes the pulling load and the required cooling flow. This lightweight material allows for pinning attachment of the inner wall segment 16 to the rotating component 12, which can be a rotating rotor wheel 13. The length of the inner wall segment 16 can be larger than one nozzle 18 or blade pitch, reducing the number of segment gaps to seal. The inner wall segment 16 is preferably attached to a dedicated rotor wheel 13 rather than to an upstream or downstream bucket wheel.
本発明について、１つ又は複数の実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができること、また、等価なものでその要素を置き換えることができること、を当業者なら理解するであろう。しかも、本発明の教示について、その本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料に適合するために多くの修正を行うことができる。したがって、意図していることは、本発明が本発明を実施するために企図したベストモードとして開示した特定の実施形態に限定されないこと、しかし、本発明が添付した特許請求の範囲の範囲内に入る実施形態の全てを含むこと、である。しかも、詳細な説明に特定した数値の全ては、正確な値も概算の値も明白に特定しているかのように解釈するものとする。 Although the invention has been described with reference to one or more embodiments, various modifications can be made without departing from the scope of the invention, and equivalent elements can be substituted. Those skilled in the art will understand that this is possible. Moreover, many modifications can be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from the essential scope thereof. Therefore, it is intended that the invention not be limited to the specific embodiments disclosed as the best mode contemplated for carrying out the invention, but that the invention falls within the scope of the appended claims Including all of the embodiments to be entered. Moreover, all numerical values specified in the detailed description are to be interpreted as if the exact and approximate values were clearly specified.
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
タービンの軸の回りを回転可能である回転式構成要素（１２）と、
前記回転式構成要素（１２）に対して前記回転式構成要素（１２）のまわりに周方向に結合されて、前記回転式構成要素（１２）と共に回転可能である複数の内部壁セグメント（１６）と、
前記回転式構成要素（１２）を周方向に取り囲む非回転式構成要素と、
前記非回転式構成要素に結合されて、前記回転式構成要素（１２）の方に延びるように配設される複数の外部壁セグメント（２０）と、
前記複数の外部壁セグメント（２０）のそれぞれから延びる複数のノズル（１８）であって、前記複数のノズルのそれぞれが、遠位先端を有し、前記遠位先端が、前記タービンの内部流路において前記複数の内部壁セグメント（１６）と共にシールを形成する、複数のノズル（１８）と、
を含むタービンアセンブリ（１０）。
［実施態様２］
前記回転式構成要素（１２）は、ロータホイール（１３）と、前記ロータホイール（１３）のまわりに周方向に実装されて前記ロータホイール（１３）と共に回転可能である複数の近流路シールセグメント（１４）と、を含み、前記複数の内部壁セグメント（１６）は、前記回転式構成要素（１２）の前記複数の近流路シールセグメント（１４）に結合される、実施態様１に記載のタービンアセンブリ（１０）。
［実施態様３］
複数の壁ピン（３８）を更に含み、前記複数の壁ピン（３８）のそれぞれは、前記複数の内部壁セグメント（１６）上及び前記回転式構成要素（１２）上の複数のピン穴のうちの１つの中に延びて、前記複数の内部壁セグメント（１６）のそれぞれを前記回転式構成要素（１２）に結合する、実施態様１に記載のタービンアセンブリ（１０）。
［実施態様４］
前記複数の内部壁セグメント（１６）のそれぞれは、フックによって前記回転式構成要素（１２）に連結され、前記複数の内部壁セグメント（１６）のそれぞれを前記回転式構成要素（１２）に結合する、実施態様１に記載のタービンアセンブリ（１０）。
［実施態様５］
前記複数の内部壁セグメント（１６）のそれぞれは、蟻継ぎによって前記回転式構成要素（１２）に連結され、前記複数の内部壁セグメント（１６）のそれぞれを前記回転式構成要素（１２）に結合する、実施態様１に記載のタービンアセンブリ（１０）。
［実施態様６］
前記回転式構成要素（１２）は、上流バケットホイール又は下流バケットホイールに対する物理的な取り付けから解放されている専用のロータホイール（１３）を含む、実施態様１に記載のタービンアセンブリ（１０）。
［実施態様７］
前記複数の内部壁セグメント（１６）及び前記複数のノズル（１８）は、セラミックマトリックス複合材料を含む、実施態様１に記載のタービンアセンブリ（１０）。
［実施態様８］
前記複数の内部壁セグメントのそれぞれは、前記複数のノズル（１８）についてのノズルピッチよりも大きなセグメント円弧長を有する、実施態様１に記載のタービンアセンブリ（１０）。
［実施態様９］
タービンの軸の回りを回転可能である回転式構成要素（１２）と、
前記回転式構成要素（１２）のまわりに周方向に前記回転式構成要素（１２）に結合されて、前記回転式構成要素（１２）と共に回転可能である複数の内部壁セグメント（１６）と、
を含む、内部壁アセンブリ。
［実施態様１０］
前記回転式構成要素（１２）は、ロータホイール（１３）と、前記ロータホイール（１３）のまわりに周方向に実装されて前記ロータホイール（１３）と共に回転可能である複数の近流路シールセグメント（１４）と、を含み、前記複数の内部壁セグメント（１６）は、前記回転式構成要素（１２）の前記複数の近流路シールセグメント（１４）に結合される、実施態様９に記載の内部壁アセンブリ。
［実施態様１１］
複数の壁ピン（３８）を更に含み、前記複数の壁ピン（３８）のそれぞれは、前記複数の内部壁セグメント（１６）上及び前記回転式構成要素（１２）上の複数のピン穴のうちの１つの中に延びて、前記複数の内部壁セグメント（１６）のそれぞれを前記回転式構成要素（１２）に結合する、実施態様９に記載の内部壁アセンブリ。
［実施態様１２］
前記複数の内部壁セグメント（１６）のそれぞれは、フックによって前記回転式構成要素（１２）に連結され、前記複数の内部壁セグメント（１６）のそれぞれを前記回転式構成要素（１２）に結合する、実施態様９に記載の内部壁アセンブリ。
［実施態様１３］
前記複数の内部壁セグメント（１６）のそれぞれは、蟻継ぎによって前記回転式構成要素（１２）に連結され、前記複数の内部壁セグメント（１６）のそれぞれを前記回転式構成要素（１２）に結合する、実施態様９に記載の内部壁アセンブリ。
［実施態様１４］
前記回転式構成要素（１２）は、上流バケットホイール又は下流バケットホイールに対する物理的な取り付けから解放されている専用のロータホイール（１３）を含む、実施態様９に記載の内部壁アセンブリ。
［実施態様１５］
前記複数の内部壁セグメント（１６）は、セラミックマトリックス複合材料を含む、実施態様９に記載の内部壁アセンブリ。
［実施態様１６］
回転式構成要素（１２）に対して周方向に複数の内部壁セグメント（１６）を結合することと、
複数の外部壁セグメント（２０）を非回転式構成要素に実装して、前記回転式構成要素（１２）の方に延びるように配設することと、を含むタービンアセンブリ方法であって、
複数のノズル（１８）は、前記複数の外部壁セグメントのそれぞれから前記複数の内部壁セグメント（１６）のうちの１つの方に延び、
前記複数のノズル（１８）は、前記タービンの内部流路において前記複数の内部壁セグメント（１６）と共にシールを形成する、タービンアセンブリ方法。
［実施態様１７］
前記複数の内部壁セグメント（１６）を前記回転式構成要素（１２）に結合することは、複数の壁ピン（３８）のそれぞれを、前記複数の内部壁セグメント（１６）のそれぞれの上及び前記回転式構成要素（１２）上の複数のピン穴のうちの１つの中に挿入することを含む、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１８］
前記複数の内部壁セグメント（１６）を前記回転式構成要素（１２）に結合することは、フックによって前記複数の内部壁セグメント（１６）を前記回転式構成要素（１２）に連結することを含む、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１９］
前記複数の内部壁セグメント（１６）を前記回転式構成要素（１２）に結合することは、蟻継ぎによって前記複数の内部壁セグメント（１６）を前記回転式構成要素（１２）に連結することを含む、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様２０］
前記回転式構成要素（１２）を形成するために、複数の近流路シールセグメント（１４）をロータホイール（１３）に対して前記ロータホイール（１３）のまわりに周方向に実装することを更に含む、実施態様１６に記載の方法。
Finally, representative embodiments are shown below.
[Embodiment 1]
A rotary component (12) that is rotatable about the axis of the turbine;
A plurality of internal wall segments (16) coupled circumferentially around the rotary component (12) relative to the rotary component (12) and rotatable with the rotary component (12) When,
A non-rotating component that circumferentially surrounds the rotating component (12);
A plurality of outer wall segments (20) coupled to the non-rotating component and disposed to extend toward the rotating component (12);
A plurality of nozzles (18) extending from each of the plurality of outer wall segments (20), each of the plurality of nozzles having a distal tip, wherein the distal tip is an internal flow path of the turbine. A plurality of nozzles (18) forming a seal with the plurality of inner wall segments (16) at
A turbine assembly (10) comprising:
[Embodiment 2]
The rotary component (12) includes a rotor wheel (13) and a plurality of near flow path seal segments mounted circumferentially around the rotor wheel (13) and rotatable with the rotor wheel (13). 2. The embodiment of claim 1, wherein the plurality of inner wall segments (16) are coupled to the plurality of near flow path seal segments (14) of the rotary component (12). Turbine assembly (10).
[Embodiment 3]
A plurality of wall pins (38), each of the plurality of wall pins (38) being out of a plurality of pin holes on the plurality of inner wall segments (16) and on the rotatable component (12); The turbine assembly (10) according to embodiment 1, wherein the turbine assembly (10) extends into one of the plurality and couples each of the plurality of internal wall segments (16) to the rotary component (12).
[Embodiment 4]
Each of the plurality of inner wall segments (16) is connected to the rotary component (12) by a hook and couples each of the plurality of inner wall segments (16) to the rotary component (12). The turbine assembly (10) of embodiment 1.
[Embodiment 5]
Each of the plurality of inner wall segments (16) is connected to the rotary component (12) by a dovetail, and each of the plurality of inner wall segments (16) is coupled to the rotary component (12). A turbine assembly (10) according to embodiment 1, wherein:
[Embodiment 6]
The turbine assembly (10) according to embodiment 1, wherein the rotary component (12) includes a dedicated rotor wheel (13) that is released from physical attachment to an upstream bucket wheel or a downstream bucket wheel.
[Embodiment 7]
The turbine assembly (10) according to embodiment 1, wherein the plurality of inner wall segments (16) and the plurality of nozzles (18) comprise a ceramic matrix composite.
[Embodiment 8]
The turbine assembly (10) according to embodiment 1, wherein each of the plurality of inner wall segments has a segment arc length that is greater than a nozzle pitch for the plurality of nozzles (18).
[Embodiment 9]
A rotary component (12) that is rotatable about the axis of the turbine;
A plurality of internal wall segments (16) coupled to the rotary component (12) circumferentially about the rotary component (12) and rotatable with the rotary component (12);
Including an internal wall assembly.
[Embodiment 10]
The rotary component (12) includes a rotor wheel (13) and a plurality of near flow path seal segments mounted circumferentially around the rotor wheel (13) and rotatable with the rotor wheel (13). And wherein the plurality of inner wall segments (16) are coupled to the plurality of near flow path seal segments (14) of the rotatable component (12). Internal wall assembly.
[Embodiment 11]
A plurality of wall pins (38), each of the plurality of wall pins (38) being out of a plurality of pin holes on the plurality of inner wall segments (16) and on the rotatable component (12); 10. The inner wall assembly of claim 9, wherein the inner wall assembly extends into one of the plurality and couples each of the plurality of inner wall segments (16) to the rotatable component (12).
[Embodiment 12]
Each of the plurality of inner wall segments (16) is connected to the rotary component (12) by a hook and couples each of the plurality of inner wall segments (16) to the rotary component (12). Embodiment 10. The internal wall assembly of embodiment 9.
[Embodiment 13]
Each of the plurality of inner wall segments (16) is connected to the rotary component (12) by a dovetail, and each of the plurality of inner wall segments (16) is coupled to the rotary component (12). The inner wall assembly of claim 9.
[Embodiment 14]
10. The inner wall assembly of embodiment 9, wherein the rotary component (12) includes a dedicated rotor wheel (13) that is released from physical attachment to the upstream bucket wheel or downstream bucket wheel.
[Embodiment 15]
The inner wall assembly of embodiment 9, wherein the plurality of inner wall segments (16) comprise a ceramic matrix composite material.
[Embodiment 16]
Coupling a plurality of inner wall segments (16) circumferentially to the rotary component (12);
Mounting a plurality of outer wall segments (20) to a non-rotating component and disposed to extend toward the rotating component (12), comprising:
A plurality of nozzles (18) extend from each of the plurality of outer wall segments toward one of the plurality of inner wall segments (16),
The turbine assembly method, wherein the plurality of nozzles (18) form a seal with the plurality of internal wall segments (16) in an internal flow path of the turbine.
[Embodiment 17]
Coupling the plurality of internal wall segments (16) to the rotatable component (12) includes connecting each of the plurality of wall pins (38) over each of the plurality of internal wall segments (16) and the above. Embodiment 17. The method of embodiment 16, comprising inserting into one of a plurality of pin holes on the rotating component (12).
[Embodiment 18]
Coupling the plurality of inner wall segments (16) to the rotary component (12) includes connecting the plurality of inner wall segments (16) to the rotary component (12) by hooks. Embodiment 17. The method according to embodiment 16.
[Embodiment 19]
Coupling the plurality of inner wall segments (16) to the rotary component (12) comprises connecting the plurality of inner wall segments (16) to the rotary component (12) by a dovetail. Embodiment 17. The method of embodiment 16, comprising.
[Embodiment 20]
In order to form the rotary component (12), further comprising mounting a plurality of near flow path seal segments (14) circumferentially around the rotor wheel (13) relative to the rotor wheel (13). Embodiment 17. The method of embodiment 16, comprising.
１０ タービンアセンブリ
１２ 回転式構成要素
１３ ロータホイール
１４ 近流路シールセグメント
１６ 内部壁セグメント
１８ ノズル
２０ 外部壁セグメント
２２ ノズルピン
３０ 回転式カプラ
３２ 上部表面
３４ 先端
３６ 内部壁カプラ
３８ 壁ピン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Turbine assembly 12 Rotary component 13 Rotor wheel 14 Short flow path seal segment 16 Inner wall segment 18 Nozzle 20 Outer wall segment 22 Nozzle pin 30 Rotary coupler 32 Upper surface 34 Tip 36 Inner wall coupler 38 Wall pin
Claims (10)
前記回転式構成要素（１２）に対して前記回転式構成要素（１２）のまわりに周方向に結合されて、前記回転式構成要素（１２）と共に回転可能である複数の内部壁セグメント（１６）と、
前記回転式構成要素（１２）を周方向に取り囲む非回転式構成要素と、
前記非回転式構成要素に結合されて、前記回転式構成要素（１２）の方に延びるように配設される複数の外部壁セグメント（２０）と、
前記複数の外部壁セグメント（２０）のそれぞれから延びる複数のノズル（１８）であって、前記複数のノズルのそれぞれが、遠位先端を有し、前記遠位先端が、前記タービンの内部流路において前記複数の内部壁セグメント（１６）と共にシールを形成する、複数のノズル（１８）と、
を含むタービンアセンブリ（１０）。 A rotary component (12) that is rotatable about the axis of the turbine;
A plurality of internal wall segments (16) coupled circumferentially around the rotary component (12) relative to the rotary component (12) and rotatable with the rotary component (12) When,
A non-rotating component that circumferentially surrounds the rotating component (12);
A plurality of outer wall segments (20) coupled to the non-rotating component and disposed to extend toward the rotating component (12);
A plurality of nozzles (18) extending from each of the plurality of outer wall segments (20), each of the plurality of nozzles having a distal tip, wherein the distal tip is an internal flow path of the turbine. A plurality of nozzles (18) forming a seal with the plurality of inner wall segments (16) at
A turbine assembly (10) comprising:
前記回転式構成要素（１２）のまわりに周方向に前記回転式構成要素（１２）に結合されて、前記回転式構成要素（１２）と共に回転可能である複数の内部壁セグメント（１６）と、
を含む、内部壁アセンブリ。 A rotary component (12) that is rotatable about the axis of the turbine;
A plurality of internal wall segments (16) coupled to the rotary component (12) circumferentially about the rotary component (12) and rotatable with the rotary component (12);
Including an internal wall assembly.
複数の外部壁セグメント（２０）を非回転式構成要素に実装して、前記回転式構成要素（１２）の方に延びるように配設することと、を含むタービンアセンブリ方法であって、
複数のノズル（１８）は、前記複数の外部壁セグメントのそれぞれから前記複数の内部壁セグメント（１６）のうちの１つの方に延び、
前記複数のノズル（１８）は、前記タービンの内部流路において前記複数の内部壁セグメント（１６）と共にシールを形成する、タービンアセンブリ方法。 Coupling a plurality of inner wall segments (16) circumferentially to the rotary component (12);
Mounting a plurality of outer wall segments (20) to a non-rotating component and disposed to extend toward the rotating component (12), comprising:
A plurality of nozzles (18) extend from each of the plurality of outer wall segments toward one of the plurality of inner wall segments (16),
The turbine assembly method, wherein the plurality of nozzles (18) form a seal with the plurality of internal wall segments (16) in an internal flow path of the turbine.
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