JP5491110B2 - ターボ機械用のシュラウド - Google Patents

Description

本発明の例示的な実施形態は、ターボ機械の技術に関し、より具体的には、ターボ機械用のシュラウドに関する。

ガスタービンエンジンは、複数のバケットを有するタービンロータを収容したケーシングを含む。高温ガスは、燃焼器からタービンノズルを通ってかつ高温ガス通路に沿って流れ、タービンバケット上に衝突してタービンロータを回転させる。タービンは、環状配列として固定されてバケットの先端部分に隣接してシュラウドを形成したシュラウドセグメントを含む。シュラウドセグメントは、ケーシングに対する保護を与える。加えて、シュラウドセグメントは、空気流がバケットの先端部分を通過して漏洩するのを実質的に制限する。

米国特許第６４０２４６６号明細書 米国特許第６６５９４７２号明細書 米国特許第７１４７４２９号明細書

本発明の例示的な実施形態によると、ターボ機械は、高温ガス通路を画成するケーシングと、ケーシングに取付けられたシュラウド部材とを含む。シュラウド部材は、ケーシングから離隔していてギャップを画成する。シュラウド部材は、第１のシール面が設けられた第１のフック部材を有する第１の端部と、第２のシール面が設けられた第２のフック部材を有する第２の端部とを含む。第１及び第２のシール面の少なくとも一方は、ギャップを通しての高温ガス通路内への空気漏洩を減少させる複数のラビリンスシール要素を含む。

本発明の別の例示的な実施形態によると、ターボ機械用のシュラウド部材は、第１のシール面が設けられた第１のフック部材を有する第１の端部と第２のシール面が設けられた第２のフック部材を有する第２の端部とを含む。第１及び第２のシール面の少なくとも一方は、ギャップを通しての高温ガス通路内への空気漏洩を減少させる複数のラビリンスシール要素を含む。

本発明の例示的な実施形態による、内側シュラウド部材を備えたターボ機械のタービン部分の部分断面図。 図１の内側シュラウド部材の側面図。 図１の内側シュラウド部材の斜視図。 図３の内側シュラウドのラビリンスシール部分の詳細図。

図１を参照すると、本発明により構成したターボ機械は、その全体を符号２で示している。ターボ機械２は、燃焼室６及びタービン段８を収容したタービンケーシング４を含む。この図示した例示的な実施形態では、タービン段８は、第１段である。燃焼室６からの燃焼ガスは、高温ガス通路（ＨＧＰ）１２に沿って第１段ノズル１０を通って第２段ノズル１４に流れる。燃焼ガスは、ロータディスク２０を駆動し、ロータディスク２０は次に、タービンシャフト（図示せず）を駆動する。より具体的には、タービン段８は、その１つを符号２４で示した複数のバケットを含み、これらバケットは、ロータディスク２０に取付けられる。各タービンバケット２４は、基部部分３０と、第１の端部セクション３４及び第２の端部セクション３５を有する翼形部分３２とを含む。燃焼ガスは、高温ガス通路１２に沿って流れ、翼形部分３２上に衝突してロータディスク２０を回転させる。

ターボ機械２はさらに、内側シュラウドセグメントつまり部材４８及び外側シュラウドセグメントつまり部材５０を有するシュラウド組立体４５を含む。図２に最も良く示すように、外側シュラウド部材５０は、第１の取付け要素５５及び第２の取付け要素６０を備えた本体セクション５３を含む。第１及び第２の取付け要素５５及び６０は、外側シュラウド部材５０をタービンケーシング４に固定する。外側シュラウド部材５０はまた、内側シュラウド部材４８との間の接合部として働く第１及び第２のフック要素６３及び６４を含むように図示している。取付けられると、内側シュラウド部材４８は、外側シュラウド部材５０から間隔を置いて配置されてギャップ（別個には符号付けしていない）を形成し、このギャップを通して、冷却空気がＨＧＰ内に流入する可能性がある。

次に、本発明の例示的な実施形態により構成した内側シュラウド部材４８を説明するのに、図３及び図４を参照する。図示するように、内側シュラウド部材４８は、ニッケル基超合金で形成され、かつ第１の端部７６を有する本体部分７３を含み、第１の端部７６は、壁部材７９により第２の端部７７まで延びる。壁部材７９は、第１のつまり内表面８２と第２のつまり外表面８３とを含む。内側シュラウド部材４８はまた、第１のシール面９２を有する第１のフック部材９０と第２のシール面９７を有する第２のフック部材９５とを含むように図示している。第１のフック部材９０は、第１の端部７６から延び、また第２のフック部材９５は、第２の端部７７から延びる。第１及び第２のフック部材９０及び９５は、外側シュラウド部材５０上のフック要素６３及び６４と係合して内側シュラウド４８を保持する。内側シュラウド部材４８はさらに、リーフシール組立体１０１を受けるシール座１００を有するフランジ９９を含む。リーフシール組立体１０１は、内側シュラウド部材４８と外側シュラウド部材５０との間に、例えば圧縮機からの冷却空気が高温ガス通路１２に流入するのを防止する第１のシールを形成する。作動時には、第１のフック部材９０とケーシング４との間に、冷却空気圧力によって発生した軸方向荷重により生じた緊密な半径方向ギャップが存在することになる。従って、第１のフック部材９０とケーシング４との間の付加的シールは一般的に、必要でない。

さらに、この図示した例示的な実施形態によると、内側シュラウド部材４８は、第２のシール面９７上に形成されたラビリンスシール１０６を含む。ラビリンスシール１０６は、複数のトレンチつまりラビリンスシール要素１１０〜１１６を含む。ラビリンスシール要素１１０〜１１２は、第２のシール面９７に沿って長手方向に延びる第１の列１１７として配置される。ラビリンスシール要素１１０〜１１２は、外側シュラウド部材５０と内側シュラウド部材４８との間に延びるプレインピンジメント空洞（別個には符号付けしていない）を通って流れる空気の流れに対して接線方向になった方向に延びる。このようにして、冷却空気流は、インピンジメントプレート（別個には符号付けしていない）を貫通して流れかつ内表面８２上を流れて、内側シュラウド部材４８を冷却する。いずれにしても、ラビリンスシール要素１１０〜１１２は、連続しておらず、すなわち第２のシール面９７に沿って互いに間隔を置いて配置されて、複数のギャップ１２０及び１２１を形成している。同様に、ラビリンスシール要素１１３〜１１６は、第２のシール面９７に沿って長手方向にかつ第１の列１１７に平行に延びる第２の列１２４として配置される。この構成では、ラビリンスシール要素１１３〜１１６はまた、外側シュラウド部材５０上にわたって流れる空気の流れに対して接線方向になった方向に延びる。ラビリンスシール要素１１３〜１１６は、第２のシール面９７に沿って互いに間隔を置いて配置されて、複数のギャップ１３０及び１３２を形成している。実際には、ラビリンスシール要素１１０〜１１２及び１１３〜１１６は、ギャップ１２０及び１２１がギャップ１３０〜１３２と整列しないように互いに対してシフトされている。ラビリンスシール要素１１０〜１１２及び１１３〜１１６の不連続性により、冷却空気が高温ガス通路に流入するのを実質的に制限する乱流が形成される。つまり、ラビリンスシールは、プレインピンジメント空洞からの漏洩を１０〜１８％ほども減少させる。

ここにおいて、この例示的な実施形態によるシール要素の数は変化させることができることを理解されたい。また、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、列の数は変化させることができる。ラビリンスシールは第２のシール面上にのみ図示しているが、ラビリンスシールはまた、第１のシール面上にも設けることができる。最後に、内側シュラウド部材は、鋳造及び機械加工を含む様々な方法により形成することができる。

全体として、本明細書は最良の形態を含む幾つかの実施例を使用して、本発明を開示し、さらにあらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の当業者による実施を可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、本発明の例示的な実施形態の技術的範囲内に属することになることを意図している。

２ ターボ機械
４ タービンケーシング
６ 燃焼室
８ タービン段
１０ 第１段ノズル
１２ 高温ガス通路（ＨＧＰ）
１４ 第２段ノズル
２０ ロータディスク
２４ 複数のタービンバケット
３０ 基部部分（タービンバケットの）
３２ 翼形部分
３４ 第１の端部セクション
３５ 第２の端部セクション
４５ シュラウド組立体
４８ 内側シュラウド部材
５０ 外側シュラウド部材
５３ 本体セクション（外側シュラウド部材の）
５５ 取付け要素
６０ 取付け要素
６３ フック要素
６４ フック要素
７３ 本体部分
７６ 第１の端部
７７ 第２の端部
７９ 壁部材
８２ 第１の内表面
８３ 第２の外表面
９０ 第１のフック部材
９２ 第１のシール面
９５ 第２のフック部材
９７ 第２のシール面
９９ フランジ
１００ シール座
１０１ リーフシール組立体
１０６ ラビリンスシール
１１０〜１１６ 複数のラビリンスシール要素
１１７ 第１の列
１２０ ギャップ
１２１ ギャップ
１２４ 第２の列
１３０〜１３２ ギャップ

Claims (9)

1. 高温ガス通路（１２）を画成するケーシング（４）と、
   前記ケーシング（４）に取付けられたシュラウド部材（４８）と
   を備えるターボ機械（２）であって、前記シュラウド部材（４８）が、前記ケーシング（４）から離隔していてギャップを画成し、前記シュラウド部材（４８）が、第１のシール面（９２）が設けられた第１のフック部材（９０）を有する第１の端部（７６）と、第２のシール面（９７）が設けられた第２のフック部材（９５）を有する第２の端部（７７）とを含んでいて、第１及び第２のシール面（９２、９７）の少なくとも一方が、前記ギャップを通しての前記高温ガス通路（１２）内への空気漏洩を減少させる複数のラビリンスシール要素（１１０〜１１６）を含み、
   前記複数のラビリンスシール要素（１１０〜１１６）が、第１及び第２のシール面（９２、９７）の一方に形成された複数のスロット（１１０〜１１６）を含み、
   前記複数のスロット（１１０〜１１６）が、第１の不連続な複数のスロット（１１０〜１１２）と該第１の複数のスロット（１１０〜１１２）からオフセットして配置された第２の不連続な複数のスロット（１１３〜１１６）とを有し、
   前記第１の複数のスロット（１１０〜１１２）と前記第２の複数のスロット（１１３〜１１６）とが、面シフトを構成する、
   ターボ機械（２）。
2. 前記第１及び第２の複数のスロット（１１０〜１１６）の各々が、第１及び第２のシール面（９２、９７）の一方に沿って長手方向に延びる、請求項１記載のターボ機械（２）。
3. ３以上の前記第１の複数のスロット（１１０〜１１２）と、３以上の前記第２の複数のスロット（１１３〜１１６）とを備える、請求項１又は２に記載のターボ機械（２）。
4. 前記複数のスロットが、第１及び第２のシール面（９２、９７）の一方に沿って延びる第１の列（１１７）として配置された前記第１の複数のスロット（１１０〜１１２）と、第１及び第２のシール面（９２、９７）の一方に沿って延びる第２の列（１２４）として配置された前記第２の複数のスロット（１１３〜１１６）とを含み、第１の列（１１７）が、第２の列（１２４）に平行である、請求項１乃至３のいずれかに記載のターボ機械（２）。
5. 前記複数のラビリンスシール要素（１１０〜１１６）が、第２のシール面（９７）に形成され、前記第１のシール面（９２）に形成されない、請求項１乃至４のいずれかに記載のターボ機械（２）。
6. ターボ機械（２）用のシュラウド部材（４８）であって、当該シュラウド部材が、
   第１のシール面が設けられた第１のフック部材を有する第１の端部と第２のシール面が設けられた第２のフック部材を有する第２の端部とを備えた本体部分
   を含んでおり、第１及び第２のシール面の少なくとも一方が、高温ガス通路内への空気漏洩を減少させる複数のラビリンスシール要素を含み、
   前記複数のラビリンスシール要素（１１０〜１１６）が、第１及び第２のシール面（９２、９７）の一方に形成された複数のスロット（１１０〜１１６）を含み、
   前記複数のスロット（１１０〜１１６）が、第１の不連続な複数のスロット（１１０〜１１２）と該第１の複数のスロット（１１０〜１１２）からオフセットして配置された第２の不連続な複数のスロット（１１３〜１１６）とを有し、
   前記第１の複数のスロット（１１０〜１１２）と前記第２の複数のスロット（１１３〜１１６）とが、面シフトを構成する、シュラウド部材。
7. ３以上の前記第１の複数のスロット（１１０〜１１２）と、３以上の前記第２の複数のスロット（１１３〜１１６）とを含む、請求項６記載のシュラウド部材。
8. 前記複数のスロットが、第１及び第２のシール面の一方に沿って長手方向に延びる、請求項７記載のシュラウド部材。
9. 前記複数のスロットが、第１及び第２のシール面の一方に沿って延びる第１の列として配置された前記第１の複数のスロットと、第１及び第２のシール面の一方に沿って延びる第２の列として配置された前記第２の複数のスロットとを含み、第１の列が第２の列に平行である、請求項７記載のシュラウド部材。
   

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