JP2003222029A - ガスタービンにおける弦ヒンジシールのための補助シール - Google Patents
ガスタービンにおける弦ヒンジシールのための補助シールInfo
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Abstract
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。 【解決手段】 ノズルセグメントの内側レール52とノズ
ル支持リング44の軸方向に向いた環状シール面54との間
に弦ヒンジシール46を有するガスタービン10において、
補助シール60が、弦ヒンジシールの低圧側において支持
リングとノズルセグメントの内バンドとの間に配置され
る。弦ヒンジシールを通り抜ける漏れ流を最少化又は防
止するために、ノズル支持リング44及び内バンド38の半
径方向に対向する面の間64, 66に、U字形部分のシール
が、該U字形部分の脚部をこれらの面に係合させて配置
される。別の例においては、波形形状の金属薄板製補助
シール80が、それぞれノズル支持リング44及び内バンド
38の半径方向に対向する面の間64, 66に配置され、これ
らの面の間をシールする。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。本発明の第1の実施形態においては、セグメント
化された金属薄板補助シールが、それぞれノズルセグメ
ントの内バンドの半径方向内側に向いた面とノズル支持
リングの半径方向外側に向いた面との間に形成された環
状の空洞内に配置される。この空洞はまた、第1段ノズ
ルの軸方向に向いた環状面、すなわち内バンドの半径方
向内向きに延びる内側レールに沿った環状面によって形
成される。
は、各々がほぼU字形の円周方向断面形状と、半径方向
内向きに延びた第1の固定脚部又は支持部分とを有する
複数の弓形の金属薄板シールセクションを含む。この第
1の固定脚部は、弦ヒンジシールの半径方向外側位置に
おいて、ノズル支持リング及び内側レールの軸方向に向
いた環状面の間に配置される。U字形シールの第2及び
第3の部分、すなわち脚部は、それぞれ内バンドの半径
方向内表面及びノズル支持リングの半径方向外表面に対
して押し付けられる。U字形セクションの基部は、内側
レールの軸方向の面から間隔をおいて配置される。万一
漏れ空気流が補助シールの第1の部分を通過した場合に
は、漏れ空気は、内側レールとU字形補助シールの第2
及び第3の部分、すなわち脚部とによって囲まれた領域
内に入る。この漏れ空気は、それら第2及び第3の部分
を、それぞれ内バンドの半径方向内表面及びノズル支持
リングの半径方向外表面に強制的に押し付けて、それに
よって漏れ流が高温ガス通路内に入るのを実質的に防止
する。
断面が波形形状を有するほぼ弓状に延びる補助シールセ
クションが形成されて、環状の補助シールを形成する。
波形シールセクションの頂点部が、それぞれ内バンドの
半径方向内表面及びノズル支持リングの半径方向外表面
に対して交互に係合する。第1の実施形態の場合と同様
に、これらの補助シールセクションの固定脚部又は第1
の部分は、ノズル支持リングの環状シール面と内側レー
ルとの間で弦ヒンジシールから半径方向外向きに延び
る。弦ヒンジシールを通過した漏れが補助シールセクシ
ョンの固定脚部を通過しようとする時、そのような漏れ
流は、波形シールセクションの頂点部を付勢して内バン
ド及びノズル支持リングに沿った各シール面に係合さ
せ、弦ヒンジシールを通過したあらゆる漏れ流が高温ガ
ス通路内に入るのを実質的に防止する。
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を含み、
支持リングとセグメントの内バンドの一部分とが、第1
の面のほぼ半径方向外側に位置しかつ支持リング及び内
バンドのほぼ軸方向に延びる半径方向に対向する面によ
って一部が形成された空洞を形成し、シール本体を含む
可撓性シールが空洞内に設けられ、該シール本体が、第
1及び第2の面の間で延びる第1の部分と、半径方向に
対向する面とそれぞれ係合可能な第2及び第3の部分と
を有し、支持リング及び内バンドの軸方向に整合した第
1及び第2の面の両側の高圧及び低圧領域間をシールす
ることを特徴とするガスタービンが、提供される。
ては、ほぼ軸方向に向いた環状の第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、第1の環状面と軸方向に対向して位置
する第2の周方向の面を形成する第2の面を有する内バ
ンドを含む、複数の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て、その両側の高圧及び低
圧領域間をシールする第1のシールと、第1のシールの
低圧領域に曝される側において支持リングとノズルセグ
メントとの間に設けられて、第1のシールを通過する漏
れが生じた時、高圧及び低圧領域間のシールを維持する
2次シールとを含むことを特徴とするガスタービンが、
提供される。
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、2
2、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。
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4
0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3
7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。
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、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。本発明
の第1の実施形態において、全体を符号60で表した補
助シール(図5及び図6)が提供され、この補助シール
は、弦ヒンジシール46の低圧側においてノズルとノズ
ル支持リングとの間をシールする。図2を検討すると、
弦ヒンジシール46の半径方向外側に空洞62があり、
この空洞62は、それぞれノズル支持リング44及び内
バンド38のほぼ軸方向に延びる半径方向に対向する面
64、66を含むことが分かるであろう。補助シール6
0(図6)は、空洞62内に配置され、それぞれ内側レ
ール52及びノズル支持リング44の軸方向に対向する
面50及び54の間で延びる第1の脚部又は固定部分6
8を有するシール本体61を含む。補助シール60は、
金属薄板で形成され、弓状に延び、半径方向内向きに延
びた第1の部分68を有する断面がほぼU字形の部分を
有する。シール60のU字形部分は、ノズル支持リング
44の半径方向外表面64及び内バンド38の半径方向
内表面66をシールする第2及び第3の部分70、72
を含む。
ル52及びノズル支持リング44の面50、54の間に
配置される。第1の部分68の末端縁は、弓形のリップ
部69を形成するように曲げられ、また第1の部分68
には、面50、54の間で係合するように予荷重が加え
られており、それによりシールを形成する。つまり、リ
ップ部69が、面54に係合し、一方、第1の部分68
の背面が面50に係合する。シール60のU字形部分も
また、予荷重が加えられている。従って、第2及び第3
の脚部は、それぞれノズル支持リング44の半径方向外
表面64及び内バンド38の半径方向内表面66に対し
て係合する。中間の部分74が、第2及び第3の部分を
互いに接続し、かつ空洞62を跨ぐ。
実施形態によると、全体を符号80で表した補助シール
は、金属薄板製の弓形のシール本体81を含み、このシ
ール本体81は、内側レール及びノズル支持リング44
の面50、54の間に配置された第1の部分又は固定脚
部82を有する。固定脚部82から波形の金属薄板が円
周方向断面で延び、空洞62の半径方向に対向する面6
4、66の間を延びる波形部分84を形成する。前の実
施形態と同様に、第1の脚部82は、軸方向に突出する
リップ部86を有し、軸方向に対向する面50、54間
の予荷重が加えられたシールとして働く。波形に形成さ
れた金属薄板84の頂点部88、90は、予荷重が加え
られ、それぞれノズル支持リング44及び内バンド38
の半径方向に対向する面64、66をシールする。
各ノズルセグメントの内側レール52の円周方向長さよ
りも大きい円周方向長さを有する。図には示されていな
いが、ノズルセグメントは、円周方向に隣接するセグメ
ントの接合部において該隣接するセグメント間をシール
するための側面シールを有する。シール60及び80
は、該シールがノズルセグメント間の接合部を跨ぐこと
ができる長さに成形される。例えばこれらのシールは、
90°又は180°の長さに成形することができる。従
って、隣り合うシールの端部間の全ての端部接合部が、
軸方向に隣接するセグメントの両端部の間に位置するよ
うにするのが好ましい。言い換えると、ノズルセグメン
ト間の接合部は、シールの中間部分に対向する位置に配
置される。従って、ノズルセグメント間の接合部とシー
ル間の接合部とが、互いに軸方向に整合して配置される
ことはない。
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、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。
の弦ヒンジシールの一部分を示す破断斜視図。
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。
部分を示す拡大破断断面図。
分を示す拡大破断断面図。
シール部分の斜視図。
分を示す破断断面図。
Claims (11)
- 【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、を含み、 前記支持リングと前記セグメントの内バンドの一部分と
が、前記第1の面のほぼ半径方向外側に位置しかつ前記
支持リング及び前記内バンドのほぼ軸方向に延びる半径
方向に対向する面(64、66)によって一部が形成さ
れた空洞(62)を形成し、 シール本体(61)を含む可撓性シール(60)が前記
空洞内に設けられ、前記シール本体が、前記第1及び第
2の面の間で延びる第1の部分(68)と、前記半径方
向に対向する面とそれぞれ係合可能な第2及び第3の部
分(70、72)とを有し、前記支持リング及び前記内
バンドの前記軸方向に整合した第1及び第2の面の両側
の高圧及び低圧領域(37、14)間をシールする、こ
とを特徴とするガスタービン。 - 【請求項2】 前記空洞及び前記シール本体が、該ター
ビンの軸線の周りで円周方向に弓形であることを特徴と
する、請求項1に記載のガスタービン。 - 【請求項3】 前記シール本体が金属薄板を含むことを
特徴とする、請求項1に記載のガスタービン。 - 【請求項4】 前記シール本体の前記第2及び第3の部
分が、中間の部分(74)によって互いに接続され、そ
れによって前記第2、第3、及び中間の部分(70、7
2、74)が、該中間の部分が前記半径方向に対向する
面の間を跨いでいるほぼU字形状を形成し、前記シール
本体が、前記第2及び第3の部分を付勢して前記半径方
向に対向する面とシール係合させ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に記載のガスタ
ービン。 - 【請求項5】 前記第1の部分が、ほぼ軸方向に突出し
た前記シール本体のリップ部(69)を含み、また前記
第1の部分が、前記リップ部を前記軸方向に対向する面
の1つとシール係合させた状態で、前記各軸方向に対向
する面に接して両者間をシール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に記載のガスタ
ービン。 - 【請求項6】 前記空洞(62)及び前記シール本体
(61)が、該タービンの軸線の周りで円周方向に弓形
であり、前記第2及び第3の部分(70、72)が、弓
形であり、かつ弓形の中間の部分(74)によって互い
に接続され、前記第1の部分(68)が、前記各軸方向
に対向する面に接して両者間をシールするように予荷重
をかけられた前記シール本体の脚部を含み、前記第2、
第3、及び中間の部分が、空洞内でほぼU字形状を形成
し、かつ前記軸方向に対向する面の間の前記第1の部分
(68)によって支持され、前記第2、第3、及び中間
の部分が、前記第2及び第3の部分を付勢して軸方向に
対向する面とシール係合させ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に記載のガスタービ
ン。 - 【請求項7】 前記第2及び第3の部分が、その頂点部
(88、90)を前記半径方向に対向する面と係合させ
た状態で、ほぼ波形形状にされたシール本体部分の一部
を前記空洞内に形成してい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8】 前記支持リング及び前記セグメントの1
つが、その軸方向に向いた面(50)に沿った軸方向に
延びる突出部(48)を含み、該突出部が、前記支持リ
ング及び前記セグメントの別の1つの軸方向に向いた面
(54)と係合して、該面との間でシールを形成するこ
とを特徴とする、請求項1に記載のガスタービン。 - 【請求項9】 ほぼ軸方向に向いた環状の第1の面(5
4)を有するタービンノズル支持リング(44)と、 各々が少なくとも1つのステータ羽根(20)を有し、
前記第1の環状面と軸方向に対向して位置する第2の周
方向の面を形成する第2の面(50)を有する内バンド
(38)を含む、複数のタービンノズルセグメント(4
1)と、 前記第1及び第2の面の間に設けられて、その両側の高
圧及び低圧領域間をシールする第1のシール(46)
と、 前記第1のシールの前記低圧領域に曝される側において
前記支持リングと前記ノズルセグメントとの間に設けら
れて、前記第1のシールを通過する漏れが生じた時、高
圧及び低圧領域(37、14)間のシールを維持する2
次シール(60、80)と、を含むことを特徴とするガ
スタービン。 - 【請求項10】 前記第1のシールが、前記第1及び第
2の面の1つ(50)から延びる突出部(48)を含
み、該突出部が、前記第1及び第2の面の別の1つに対
して係合することを特徴とする、請求項9に記載のガス
タービン。 - 【請求項11】 前記2次シールが、端部を有するセグ
メントとして形成され、隣り合うシールセグメントの前
記端部が、前記ノズルセグメントの両端部の中間に配置
されることを特徴とする、請求項9に記載のガスタービ
ン。
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KR (1) | KR100767866B1 (ja) |
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