JP2011140944A - タービンシールプレートアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】タービンエンジン（１０）のロータホイールアセンブリ（１１０）で使用するためのシールプレートアセンブリ（１００）を提供する。
【解決手段】本シールプレートアセンブリ（１００）は、ロータホイール（１７０）のリム（１７５）の周りに配置されたシールプレート（１９０）を含むことができる。シールプレート（１９０）は、複数のシールプレートセグメント（２８０）と、該複数のシールプレートセグメント（２８０）を貫通しかつロータホイール（１７０）のリム（１７５）内に延びる複数のロックピン（２２０）とを含むことができる。
【選択図】 図２

Description

本出願は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、高温ガス通路からタービン構成要素を遮蔽しかつバケット保持を保証するために使用するタービンシールプレートアセンブリに関する。

公知のガスタービンエンジンのタービンホイールアセンブリは一般的に、固定タービンベーンなどの列によって分離されたタービンブレードの幾つかの軸方向に間隔を置いて配置された列を含む。ガスタービンエンジン効率及び部品寿命は、タービンホイールのリム領域及びその他の要素を有効に遮蔽する能力に一部関連する可能性がある。シールプレートを使用して、高温燃焼ガスに対するタービンホイールの露出を最少にしかつタービンブレードを冷却するために使用する空気の漏洩もまた最少にすることができる。しかしながら、その中にシールプレートが配置された過酷な高温環境のために、該シールプレートは、座屈及びその他のタイプの変形を受けやすくなるおそれがある。さらに、公知のシールプレートは、その据付け及び／又は交換が困難でありかつ／或いは時間がかかるおそれがある。

米国特許第７５００８３２号明細書

従って、シールプレートアセンブリ設計及びそれを据付ける方法の改良に対する願望が存在する。シールプレートアセンブリは、高温ガス通路からの有効な遮蔽及び密封（シール）を可能にすると同時にその据付け及び交換が容易なものとなるのが好ましい。

従って、本出願は、タービンエンジンのロータホイールアセンブリで使用するためのシールプレートアセンブリを提供する。本シールプレートアセンブリは、ロータホイールのリムの周りに配置されたシールプレートを含むことができる。シールプレートは、複数のシールプレートセグメントと、該複数のシールプレートセグメントを貫通しかつロータホイールのリム内に延びる複数のロックピンとを含むことができる。

本出願はさらに、高温燃焼ガスからロータホイールアセンブリをシールする方法を提供する。本方法は、ロータホイールのリムの周りに複数のシールプレートセグメントを配置するステップと、シールプレートセグメントを貫通してかつロータホイールのリム内に複数のロックピンを配置するステップと、ロータホイールのリムの１以上の軸方向突出部内にロックピンを回転させて入れることによって該ロータホイールのリムの周りの所定の箇所にシールプレートセグメントを固定するステップとを含むことができる。

本出願はさらに、タービンエンジンで使用するためのロータホイールアセンブリを提供する。本ロータホイールアセンブリは、タービンブレードと、タービンベーンと、タービンブレードの周りでロータホイールのリムに固定されたシールプレートアセンブリとを含むことができる。シールプレートアセンブリは、タービンベーンに向けて延びる１以上のウィングシールを含むことができる。

本出願のこれらの及びその他の特徴及び改良は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させてなした以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。

ガスタービンエンジンの概略図。 本明細書に説明したようなシールプレートアセンブリを備えたロータホイールアセンブリの一部分の側面図。 図２のシールプレートアセンブリのシールプレートの前面斜視図。 図２のシールプレートアセンブリのシールプレートの後面斜視図。 本明細書で使用することができるようなラグを備えたバケットの側面図。 本明細書で使用することができるような幾つかのバケット及びロータホイールの側面図。 本明細書に説明したようなシールプレートアセンブリの別の実施形態を備えたロータホイールアセンブリの一部分の側面図。

次に、幾つかの図全体を通して同様な要素を同じ参照符号で表している図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン１０の概略図を示している。公知なように、ガスタービンエンジン１０は、流入空気流れを加圧する圧縮機２０を含むことができる。圧縮機２０は、加圧空気の流れを燃焼器３０に送給する。燃焼器３０は、加圧空気の流れを加圧燃料の流れと混合しかつその混合気を点火燃焼させる。単一の燃焼器３０のみを示しているが、ガスタービンエンジン１０は、幾つかの燃焼器３０を含むことができる。次に、高温燃焼ガスが、タービン４０に送給される。高温燃焼ガスは、タービン４０を駆動して、機械的仕事を産生するようにする。タービン４０によって産生された機械的仕事は、圧縮機２０を駆動しかつ外部発電機などのような外部負荷を駆動する。

ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス及びその他のタイプの燃料を使用することができる。ガスタービンエンジン１０は、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙにより提供されている高出力ガスタービンモデルとすることができる。ガスタービンエンジン１０は、その他の構成を有することができ、またその他のタイプの構成要素を使用することができる。本明細書では、その他のタイプのガスタービンエンジン１０を使用することができる。本明細書では、複数のガスタービンエンジン、その他のタイプのタービン及びその他のタイプの発電装置を共に使用することができる。本出願はまた、蒸気タービン、航空機及びその他のタイプの回転装置に適用可能とすることができる。

図２は、本明細書で説明することができるようなシールプレートアセンブリ１００を示している。シールプレートアセンブリ１００は、ロータホイールアセンブリ１１０内に配置することができる。ロータホイールアセンブリ１１０は、複数のタービンブレード１２０及びタービンベーン１３０（各々の１つのみを図示している）を含む。各タービンブレード１２０は、翼形部１４０、シャンク１５０、ダブテール１６０などを含むことができる。タービンブレード１２０は、ダブテール１６０を介してロータホイール１７０の周りに配置することができる。タービンベーン１３０は、タービンシェル（図示せず）の周りに配置しかつ別の方法で固定することができる。タービンベーン１３０は、ラビリンスシール１８０又はその他に向けて延びることができる。

図３及び図４は、シールプレートアセンブリ１００の実施例を示している。シールプレートアセンブリ１００は、図示するようにシールプレート１９０を含む。シールプレート１９０は、湾曲本体１９５を含むことができる。湾曲本体１９５は、その大半がロータホイール１７０のリム１７５に一致している。本明細書では、その他の形状も使用することができる。例えば、直線状本体を使用することができるが、重量がより重くなる可能性がある。湾曲本体１９５の内側には複数の装填（ローディング）パッド２００を含むことができる。ローディングパッド２００は、ロータホイール１７０のリム１７５に適合することができる。本明細書では、その他の形状も使用することができる。

シールプレート１９０は、複数のポンチ止め（ステーキング）スロット２１０を含むことができる。ステーキングスロット２１０は、シールプレート１９０の本体１９５を貫通して延びる。シールプレートアセンブリ１００は、ステーキングスロットで使用するための複数の固定（ロック）ピン２２０を含むことができる。各ロックピン２２０は、本体１９５を貫通して延びるロッド２３０とフランジ２４０とを含むことができる。フランジ２４０は、ロータホイール１７０の周りに配置された軸方向突出部又はラグ２５０内に嵌合してシールプレート１９０を所定の箇所に保持するようにする。軸方向突出部２５０はまた、ロータホイール１７０の有効リムの下方で軸方向表面の周りに配置することができる。ロックピン２２０は、ロータホイール１７０上への据付けのために反対方向に回転させ、ロック固定位置に回転させかつ所定の箇所にステーキングさせることができる。ピンは、スクリュドライバ等により据付け及び取外しすることができる。

シールプレート１９０はまた、複数のシールウィングを含むことができる。このケースでは、上部シールウィング２６０及び下部シールウィング２７０を含むことができる。上部シールウィング２６０は、タービンベーン１３０に向けて延びることができ、一方、下部シールウィング２７０は、ラビリンスシール１８０に向けてかつその下方に延びることができる。シールウィング２６０、２７０は、高温ガス通路からリム空洞を隔離するのを助ける。本明細書では、その他のタイプのシール及びその他のタイプの構成も使用することができる。ワイヤシールもまた、シールウィング２６０、２７０等の周りで使用することができる。本明細書では、その他のタイプのシールも使用することができる。

再び図３を参照すると、シールプレート１９０は、複数のセグメント２８０の形態のものとすることができる。この実施例では、第１のセグメント２９０及び第２のセグメント２９５を示しているが、あらゆる数のセグメント２８０を使用することができる。セグメント２８０の使用により、その据付け及び取外しが容易になる。セグメント２９０はまた、それを通しての漏洩を減少させるためにオーバーラップさせることができる。シールプレート１９０は、ニッケル合金及び同様なもので製作することができる。本明細書では、その他のタイプの材料も使用することができる。

図５及び図６に示すように、ロータホイールアセンブリ１１０上のラグ２５０は、外径（「ＯＤ」）及び内径（「ＩＤ」）を含む。ラグ２５０の内側は、ピン２２０よりも大きい半径位置にありかつ段部Ｓを形成する。より大きい半径を使用することにより、主としてピン２２０の回転が停止される。ピン２２０は、互いの鏡像である。一旦回転させかつ所定の箇所にステーキングさせると、ピン２２０はシールプレート１９０がホイール１７０の周りで円周方向に摺動するのを防止する。同様に、ピン２２０による剪断により、バケットが軸方向に保持される。

使用中に、シールプレートアセンブリ１００のシールプレート１９０の各セグメント２８０は、ロータホイール１７０の周りに配置される。各セグメント２８０は、ステーキングスロット２１０の周りでかつ軸方向突出部２５０内に配置されたロックピン２２０により軸方向に取付けられる。上記のように、ロックピン２２０は、ロータホイール１７０上で反対方向に回転させ、ロック固定位置に回転させかつ所定の箇所にステーキングさせることができる。従って、ロックピン２２０は、シールプレート１９０を所定の箇所に保持し、バケットに軸方向保持を与えかつロータホイール１７０の周りでのシールプレート１９０の円周方向移動を防止する。従って、シールプレートアセンブリ１００全体は、高温ガス通路より発散した高温燃焼ガスからシャンク１５０及びロータホイール１７０を遮蔽する。シールプレートアセンブリ１００はまた、ロータホイール１７０内にタービンブレード１２０を軸方向に保持する。

従って、シールプレートアセンブリ１００は、バケット／タービンホイール接合部からの冷却空気漏洩の量を減少させることによって、全体ガスタービン効率を向上させることができる。さらに、上部及び下部シールウィング１６０、１７０は、高温ガスの吸込みからリム空洞をシールし、かつ必要なホイール空間パージ流量も減少させることができる。ロックピン２２０を使用することは、据付けを容易にし、従って保全を容易にすることを可能にする。

図７は、別のシールプレートアセンブリ３００を示している。シールプレートアセンブリ３００は、別のロータホイールアセンブリ３１０及び別のホイール３２０で使用することができる。このケースではラグ３３０は、ホイール３２０内に配置することができる。同様に、シールプレートアセンブリ３００は、湾曲本体３４０を含む。湾曲本体３４０は、下部フランジ３５０内に延びる。下部フランジ３５０は、ラグ３３０内に嵌合してホイール３２０に対してシールプレートアセンブリ３００を直接取付けるようにすることができる。本明細書では、その他の構成も使用することができる。この実施形態では、ローディングパッド２００、下部シール２７又は同様のタイプの構造体を使用することも或いは使用しないこともできる。

上記の説明は本出願の一部の実施形態のみに関するものであること並びに本明細書において当業者は特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに多くの変更及び修正を加えることができることを理解されたい。

１０ ガスタービンエンジン
２０ 圧縮機
３０ 燃焼器
４０ タービン
５０ 負荷
１００ シールプレートアセンブリ
１１０ ロータホイールアセンブリ
１２０ タービンブレード
１３０ タービンベーン
１４０ 翼形部
１５０ シャンク
１６０ ダブテール
１７０ ロータホイール
１７５ リム
１８０ ラビリンスシール
１９０ シールプレート
１９５ 湾曲本体
２００ ローディングパッド
２１０ ステーキングスロット
２２０ ロックピン
２３０ ロッド
２４０ フランジ
２５０ 軸方向突出部
２６０ 上部シールウィング
２７０ 下部シールウィング
２８０ セグメント
２９０ 第１のセグメント
２９５ 第２のセグメント
３００ シールプレートアセンブリ
３１０ ロータホイールアセンブリ
３２０ ホイール
３３０ ラグ
３４０ 湾曲本体
３５０ 下部フランジ

Claims (11)

1. ロータホイールアセンブリ（１１０）で使用するためのシールプレートアセンブリ（１００）であって、
   ロータホイール（１７０）のリム（１７５）の周りに配置されかつ複数のシールプレートセグメント（２８０）で構成されたシールプレート（１９０）と、
   前記複数のシールプレートセグメント（２８０）を貫通しかつ前記ロータホイール（１７０）のリム（１７５）内に延びる複数のロックピン（２２０）と
   を備えるシールプレートアセンブリ（１００）。
2. 前記シールプレート（１９０）が湾曲本体（１９５）を含む、請求項１記載のシールプレートアセンブリ（１００）。
3. 前記シールプレート（１９０）が、前記ロータホイール（１７０）のリム（１７５）の周りに配置される複数のローディングパッドを含む、請求項１記載のシールプレートアセンブリ（１００）。
4. 前記複数のシールプレートセグメント（２８０）の各々が、それを貫通するステーキングスロット（２１０）を含み、前記複数のロックピン（２２０）の１つが、前記ステーキングスロット（２１０）内に配置される、請求項１記載のシールプレートアセンブリ（１００）。
5. 前記リム（１７５）が軸方向突出部（２５０）を含み、前記複数のロックピン（２２０）の１つが、前記軸方向突出部（２５０）内に配置される、請求項１記載のシールプレートアセンブリ（１００）。
6. 前記複数のロックピン（２２０）の各々が、ロッド（２３０）及びフランジ（２４０）を含む、請求項１記載のシールプレートアセンブリ（１００）。
7. 前記シールプレート（１９０）が、そこから延びる１以上のシールウィング（２６０、２７０）を含む、請求項１記載のシールプレートアセンブリ（１００）。
8. 前記１以上のシールウィング（２６０、２７０）が、上部シールウィング（２６０）及び下部シールウィング（２７０）を含む、請求項１記載のシールプレートアセンブリ（１００）。
9. 前記シールプレート（１９０）がニッケル合金からなる、請求項１記載のシールプレートアセンブリ（１００）。
10. 高温燃焼ガスからロータホイールアセンブリ（１１０）をシールする方法であって、
    ロータホイール（１７０）のリム（１７５）の周りに複数のシールプレートセグメント（２８０）を配置するステップと、
    前記複数のシールプレートセグメント（２８０）を貫通してかつ前記ロータホイール（１７０）のリム（１７５）内に複数のロックピン（２２０）を配置するステップと、
    前記ロータホイール（１７０）のリム（１７５）の１以上の軸方向突出部（２５０）内に前記複数のロックピン（２２０）を回転させて入れることによって、該ロータホイール（１７０）のリム（１７５）の周りの所定の箇所に前記複数のシールプレートセグメント（２８０）を固定するステップと
    を含む方法。
11. 前記複数のロックピン（２２０）を所定の位置にステーキングするステップをさらに含む、請求項１０記載の方法。