JP2017020491A - ガスタービン用のアブレイダブルリップ - Google Patents
ガスタービン用のアブレイダブルリップ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017020491A JP2017020491A JP2016085352A JP2016085352A JP2017020491A JP 2017020491 A JP2017020491 A JP 2017020491A JP 2016085352 A JP2016085352 A JP 2016085352A JP 2016085352 A JP2016085352 A JP 2016085352A JP 2017020491 A JP2017020491 A JP 2017020491A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbine
- blade
- vane
- abradable
- lip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
- F01D11/122—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
- F01D25/12—Cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
- F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
- F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
- F05D2240/81—Cooled platforms
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
【課題】軸方向ギャップを最小限にするアブレイダブルリップを提供する。【解決手段】本発明は、ブレード10と、ベーン20と、ブレード10又はベーン20に取り付けられたアブレイダブルリップ40とを有したガスタービン用のタービンであって、ブレード10とベーン20とがギャップ30によって隔てられていて、アブレイダブルリップ40は、ギャップ30を横断する距離の一部にわたって延在している、ガスタービン用のタービンに関する。ギャップ30の、アブレイダブルリップ40とは反対側に取り付けられた研磨層50を有している。製造する方法も記載される。【選択図】図3
Description
本開示は、ガスタービン用のタービンに関し、特にベーンとブレードとの間のギャップと、該ギャップ内のアブレイダブルリップとを有したガスタービン用のタービンに関する。
発明の背景
ガスタービンは、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを備える。タービン内では、タービンブレードを備えたロータに、固定のタービンベーンが散在している。現在のタービン設計では、タービンブレードと隣接するタービンベーンとの間の軸方向ギャップは、最悪のシナリオであるブレード根元部(ブレードシャンク)背面とベーンフロント縁との間の擦れ合いを回避するために十分大きくなければならない。即ち、タービンブレードと隣接するタービンベーンとは、いかなる運転条件においても互いに決して擦れ合ってはならない。従って軸方向ギャップは、最悪の場合の製造誤差、最悪の場合のステータ・ロータ組み付け誤差、最悪の場合のベーンとブレードとの間の一時的な閉鎖の組み合わせに基づいて、予測不能な事態を考慮する余地も残して設計される。これらの要求を考慮して、設計における改良を行うことができるように考えられてきた。
ガスタービンは、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを備える。タービン内では、タービンブレードを備えたロータに、固定のタービンベーンが散在している。現在のタービン設計では、タービンブレードと隣接するタービンベーンとの間の軸方向ギャップは、最悪のシナリオであるブレード根元部(ブレードシャンク)背面とベーンフロント縁との間の擦れ合いを回避するために十分大きくなければならない。即ち、タービンブレードと隣接するタービンベーンとは、いかなる運転条件においても互いに決して擦れ合ってはならない。従って軸方向ギャップは、最悪の場合の製造誤差、最悪の場合のステータ・ロータ組み付け誤差、最悪の場合のベーンとブレードとの間の一時的な閉鎖の組み合わせに基づいて、予測不能な事態を考慮する余地も残して設計される。これらの要求を考慮して、設計における改良を行うことができるように考えられてきた。
発明の概要
本発明は、ここで参照すべき添付の独立請求項に規定されている。発明の有利な特徴は従属請求項に示されている。
本発明は、ここで参照すべき添付の独立請求項に規定されている。発明の有利な特徴は従属請求項に示されている。
本発明の第1の態様によれば、ブレードと、ベーンと、前記ブレード又は前記ベーンに取り付けられたアブレイダブルリップとを有したガスタービン用のタービンであって、前記ブレードと前記ベーンとはギャップによって隔てられていて、前記アブレイダブルリップは、前記ギャップを横断する距離の一部にわたって延在している、ガスタービン用のタービンが提供される。これにより、ベーンとブレードとの間の軸方向ギャップを最小限にすることが可能であり、これにより必要なパージ空気が減じられ、従ってガスタービンの効率を改善することができる。これにより、ベーンとブレードとの間のギャップへと吸い込まれる高温ガスを減じることもでき、ギャップの幅を減じることにより、かつ/又はギャップ内へと流れる高温ガスの量を減じる渦の発生により、ロータヒートシールド(RHS)キャビティと主高温ガス流との間のシールが改善する可能性がある。アブレイダブル層は、この場所の極端な条件(例えば温度)に耐え得るように製造することができる。ベーンとブレードとの間の軸方向の隙間は製造誤差及び組み立て誤差とは関係なく形成することができる。
1つの態様では、タービンは、前記ギャップの、前記アブレイダブルリップとは反対側に該アブレイダブルリップに対向して取り付けられた研磨層を有している。研磨層を設けることにより、アブレイダブルリップの研磨を改善することができる。研磨層を使用することにより、より良好な長期的耐食性を有し得るより堅固かつ/又はより密な材料を使用することが可能になる。1つの態様では、研磨層は充填剤と研磨粒子とを有している。1つの態様では、前記研磨層は、緩衝層を介して前記ブレード又は前記ベーンに取り付けられている。1つの態様では、研磨層は、以下の材料:cBN、α−Al2O3、SiCのうちの少なくとも1つの埋め込まれた研磨粒子を有している。1つの態様では、研磨粒子は、耐酸化性の充填材料内に埋め込まれている。1つの態様では、耐酸化性の充填材料は、MCrAlYであって、この場合、Mは、Ni、Co、Feから成るグループから選択される少なくとも1つの元素である。1つの態様では、耐酸化性の充填材料は、以下の化学的組成(全てのデータは重量%):15〜30Cr、5〜10Al、0.3〜1.2Y、0.1〜1.2Si、0〜2その他、残分Ni、Coを有している。
1つの態様では、アブレイダブルリップはアンカーグリッドを有している。アンカーグリッドにより、利用可能な厚さとアブレイダブルリップの耐用期間を最大化することができる。アンカーグリッドはさらに、アブレイダブル層を安定化させることができる。1つの態様では、アンカーグリッドは、以下の化学的組成(全てのデータは重量%):15〜30Cr、5〜10Al、0.3〜1.2Y、0.1〜1.2Si、0〜2その他、残分Ni、Coを含むγ/βタイプの又はγ/γ’タイプの耐酸化性超合金から成っている。
1つの態様ではタービンは、ブレードに設けられた少なくとも1つのアブレイダブルリップと、ベーンに設けられた少なくとも1つのアブレイダブルリップとを有している。このような形式の少なくとも2つのアブレイダブルリップを設けることによりさらに、主要高温ガス流とRHSキャビティとの間のシール性が改善される。
1つの態様では、タービンは、前記アブレイダブルリップと前記タービンの高温ガス路との間で前記アブレイダブルリップに隣接する第1の冷却流体孔、及び/又は、タービンの高温ガス路から離れた前記アブレイダブルリップの冷却空気側で前記アブレイダブルリップに隣接する第2の冷却流体孔を有している。アブレイダブルリップと高温ガス路との間に冷却孔を設けることにより、ベーンプラットフォームの縁部の冷却を助けることができ、高温ガスからアブレイダブルリップを保護する冷却空気の膜を形成することによりアブレイダブルリップを冷却することができる。このような冷却孔は、高温ガス路からの高温ガスの取り込みからRHSキャビティを保護する助けとなるパージ流を発生させることもできる。高温ガス路から離れたアブレイダブルリップの冷却空気側(RHSキャビティ側)に冷却孔を設けることは、RHSキャビティの冷却を改善する冷却流体をRHSキャビティの内側に維持する助けとなり得る。
1つの態様では、前記アブレイダブルリップは、緩衝層を介して前記ブレード又は前記ベーンに取り付けられている。これにより機械的完全性を高めることができる。1つの態様では、前記ブレードは前記タービンの第1段のブレードであって、前記ベーンは前記タービンの第2段のベーンである。第1段のブレードと第2段のベーンとの間のギャップは、過酷な条件であるため、シール解決の意味では課題であり、本発明はこのギャップにおける条件に耐え得るようにすることができる。
本発明の第2の態様は、ブレードと、ベーンと、前記ブレード又は前記ベーンに取り付けられたアブレイダブルリップとを有したガスタービン用のタービンであって、前記ブレードと前記ベーンとがギャップによって隔てられていて、前記アブレイダブルリップは、前記ギャップを横断する距離の一部にわたって延在している、ガスタービン用のタービンを製造する方法であって、前記アブレイダブルリップを、前記ブレード又は前記ベーンに取り付けるステップを有している、ガスタービン用のタービンを製造する方法を提供する。
1つの態様では、前記タービンは、前記ギャップの、前記アブレイダブルリップとは反対側に該アブレイダブルリップに対向して取り付けられた研磨層を有していて、前記方法は、前記ギャップの、前記アブレイダブルリップとは反対側に研磨層を取り付けるステップを有している。
1つの態様では、前記ギャップの、前記アブレイダブルリップとは反対側に緩衝層を取り付け、前記研磨層を前記緩衝層に取り付ける。1つの態様では、前記緩衝層をエピタキシャルに形成する。1つの態様では、以下のエレメント:前記研磨層(50,52)、前記アブレイダブルリップ(40)のアンカーグリッド(41)、又は緩衝層(48)、のうち少なくとも1つを形成するためにレーザー金属成形法を使用する。1つの態様では、50K未満の、好適には30K未満の固相温度と液相温度との間で、凝固インターバルΔT0を有する溶接合金が使用され、この場合、単結晶基材料において凝固する第1の相がγタイプである。1つの態様では、溶接合金は、以下の化学的組成(全てのデータは重量%):15〜30Cr、5〜10Al、0.3〜1.2Y、0.1〜1.2Si、0〜2その他、残分Ni、Coを含むγ/βタイプの又はγ/γ’タイプの耐酸化性超合金である。
ここで発明の実施の形態を、添付の図面に関して例としてのみ説明する。
好適な実施の形態の詳細な説明
図1には、ギャップ30によって隔てられたブレード10とベーン20とが示されている。アブレイダブルリップ40がベーンに取り付けられていて、ギャップ30全体の距離のうちの一部にわたって延在している。この例では、ブレード10は第1段のブレードであって、ベーン20は第2段のベーンである。
図1には、ギャップ30によって隔てられたブレード10とベーン20とが示されている。アブレイダブルリップ40がベーンに取り付けられていて、ギャップ30全体の距離のうちの一部にわたって延在している。この例では、ブレード10は第1段のブレードであって、ベーン20は第2段のベーンである。
ブレード10は、後縁14を有する翼12とブレード根元部16とを含んでいる。ベーン20は、前縁24を有する翼22と、フロント縁25と、冷却流体プレナム26と、ハニカム28とを含んでいる。高温ガスが流れるタービンの高温ガス路32は、ブレード翼12とベーン翼22との間及びこれらの周りに延在している。高温ガスは通常、高温ガス流方向60でタービンを貫通して流れる。高温ガス流方向60は通常、ガスタービンの軸の方向でもある。さらに矢印が、アブレイダブルリップ40近くの高温ガスの流れを示している。
図2には、図1と類似のブレード10とベーン20とが示されている。既に記載した特徴に加えて付加的に、第1の冷却流体孔44と第2の冷却流体孔46とが設けられている。第1の冷却流体孔44は、アブレイダブルリップ40とタービンの高温ガス路32との間で、冷却流体プレナム26からギャップ30へと(冷却空気のような)冷却流体を提供することができるように配置されている。第2の冷却流体孔46は、冷却流体プレナム26から、アブレイダブルリップ40の冷却空気側にあるギャップ30へと(冷却空気のような)冷却流体を提供することができるように配置されている。
図2にはさらに、ブレード10に、特にブレード根元部16に取り付けられた第2のアブレイダブルリップ42が示されている。別の態様では、第2のアブレイダブルリップ42のみが設けられていて、アブレイダブルリップ40は省かれている。
図3には、図1と類似のブレード10とベーン20とが示されている。既に記載した特徴に加えて、研磨層が、この場合、研磨面50が、ブレード10に、特にブレード根元部16に取り付けられている。
図4には、図1と類似のブレード10とベーン20とが示されている。図3と同様、研磨層が示されていて、ここでは研磨ストリップ52である。
図5には、図1と類似のブレード10とベーン20とが示されている。図4と同様に研磨ストリップ52が設けられている。アブレイダブルリップ40が再度設けられていて、このアブレイダブルリップ40はアンカーグリッド41(図7の拡大図参照)を含んでいる。
図6には、図5の研磨ストリップ52(研磨ナイフエッジ)のような研磨層を断面した断面図が示されている;同様の構造は、研磨面50のような別の形式の研磨層のために使用することができる。研磨ストリップ52は充填材54と研磨粒子56とを含んでいる。
充填材料54は、ベーンとタービンブレードとの間のギャップ30における上昇した温度のもとでその使用可能な寿命を最大化するために良好な耐酸化性を有している。例としては、耐酸化性の充填材料54は、MCrAlY合金であってよく、この場合、Mは、Ni、Co、Feから成るグループから選択される少なくとも1つの元素である。耐酸化性の充填材料54は、埋め込まれる研磨粒子56のための基材を提供することができる。1つの態様では、これらの研磨粒子は立方晶窒化ホウ素(cBN)から成っている。cBNは、その形態と極めて高い硬度とにより、850℃よりも高い温度においてさえも卓越した切削能力を有している。別の例としては、研磨粒子は、α−Al2O3(サファイア、コランダム)、SiC、又はcBN、α−Al2O3、SiC粒子の混合物から成っていてもよい。
充填材料54内への研磨粒子56の埋め込みを改善するために、研磨粒子を、この研磨粒子上に配置される第1の粒子コーティング層によって付加的にコーティングすることができる。付加的に、第1の粒子コーティング層の上に第2の粒子コーティング層が配置される。
第1の粒子コーティング層は、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Co、Mo、Ni、又はこれらの合金、又はこれらの炭化物、ホウ化物、窒化物、酸化物から成っていてよい、又はこれらを含んでいてよい。従って、粒子面と粒子コーティング層との間には十分な接合を得ることができる。さらにこれらの材料は、従来の堆積条件のもとで金属炭化物又は窒化物の介在層を形成することができるので、粒子面に対する第1の粒子コーティング層の化学結合を可能にできる。第1の粒子コーティング層の厚さは広範囲で変更することができる。0.1μm未満の、又は0.1〜5μmの、又は5μmを越える厚さを使用することができる。
第2の粒子コーティング層は、第1の粒子コーティング層のために使用することができる材料と同じ材料から成っていてよい、又は同じ材料を含んでいてよい。好適には、第2の粒子コーティング層の厚さは第1の粒子コーティング層の厚さよりも厚い。
ブレードへの研磨ストリップ(ナイフエッジ)52又は研磨層50の結合を改善するために、ブレード材料と研磨ストリップ52又は研磨層50との間に緩衝層を挿入することができる。ブレード材料が単結晶微細構造を有しているならば、緩衝層は単結晶ベース材料上でエピタキシャル成長することができる、即ち結晶方位をそろえて成長することができる。このようなエピタキシャル界面により、この界面における結晶粒界と欠陥を最小限にする又は回避することができ、さらに、2つの界面材料の熱的な物性が適合されていることにより卓越した熱機械的耐用期間も得られる。この目的で、エピタキシャルレーザー金属成形(LMF)製造法を使用することができる。レーザー金属成形は、研磨リップ(ナイフエッジ)52又は研磨層50の製造にも使用することができる。選択的に研磨層50はプラズマ溶射法で形成することもできる。
エピタキシャル緩衝層を形成するために、50K未満の、好適には30K未満の固相温度と液相温度との間で、小さい凝固インターバルΔT0を有する溶接合金を選択すると有利である。これにより、レーザー金属成形法の間に高温割れが生じる危険を減じることができる。緩衝層のエピタキシャル成長を確実にするために、合金は好適には、凝固する第1の相がγタイプであるように選択される。公知の適した材料は、以下の化学的組成(全てのデータは重量%):15〜30Cr、5〜10Al、0.3〜1.2Y、0.1〜1.2Si、0〜2その他、残分Ni及び/又はCoを含むγ/βタイプの又はγ/γ’タイプの耐酸化性超合金を含んでいる。特別な例は、以下の化学的組成(全てのデータは重量%):35〜40Co、18〜24Cr、7〜9Al、0.3〜0.8Y、0.1〜1Si、0〜2その他、残分Niを含むγ/βタイプの耐酸化性超合金、又は以下の化学的組成(全てのデータは重量%):16〜26Cr、5〜8Al、0.3〜1.2Y、0.1〜1.2Si、0〜2その他、残分Niを含むγ/γ’タイプの耐酸化性超合金である。
図7には、図5のアブレイダブルリップ40のようなアブレイダブルリップを断面した断面図が示されている。アブレイダブルリップ40はアンカーグリッド41とアブレイダブル充填材43とを有している。アンカーグリッドはレーザー金属成形(LMF)により製造することができる。アンカーグリッド41のために適した材料選択は、ハステロイX、ヘインズ230、ヘインズ214、又はその他のNi基又はCo基の超合金のようなNi基合金を含む。好適な態様ではアンカーグリッド41は、MCrAlY合金のような耐酸化性の合金から形成される。この場合、Mは、Ni、Co、Feから成るグループから選択される少なくとも1つの元素である。例として、以下の化学的組成(全てのデータは重量%):35〜40Co、18〜24Cr、7〜9Al、0.3〜0.8Y、0.1〜1Si、0〜2その他、残分Niを含むγ/βタイプの耐酸化性合金を使用することができる。
アブレイダブル充填材43は通常、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)のような断熱被覆(TBC)材料から形成される。多くの場合、アブレイダブル充填材は、アンカーグリッド及び/又は緩衝層上に溶射される。
緩衝層48は付加的に、ベーンフロント縁25とアブレイダブルリップ40との間に含まれる。この緩衝層は、MCrAlY結合コーティング材料から成っていてよく、この場合、Mは、Ni、Co、Feから成る、又は上述の別の材料から成るグループから選択される少なくとも1つの元素である。図8は、図7のアブレイダブルリップの上方から見た断面図を示している。アブレイダブルリップ40は、レーザー金属成形、プラズマ溶射、溶接、又はこれらの方法の組み合わせ、又は別の適切な方法によってブレード表面/ベーン表面に取り付けることができる。アブレイダブルリップは、鋳造によりベーン又はブレードの一部(又はブレード又はベーンの一部)として一体に形成されてもよい。アンカーグリッドを設ける場合は、アブレイダブル充填材43を被着する前にアンカーグリッドを設けるべきである。アブレイダブルリップとベーン/ブレードとの間に緩衝層48(後述する)を有する態様では、緩衝層を設けた後で緩衝層の表面にアンカーグリッドを設けることができる。次いで充填材を例えば緩衝層上に吹き付けることができ、アンカーグリッドが設けられている場合にはアンカーグリッド上にも吹き付けることができる。アンカーグリッドは緩衝層とアブレイダブル充填材43との間の改善された機械的結合を提供することができる。好適にはアンカーグリッドはレーザー金属成形(LMF)により又は溶接により被着されるが、別の方法を使用することもできる。
上述したように、アブレイダブル層は、アブレイダブル層とベーン/ブレードとの間にある緩衝層(又は結合コーティング)に取り付けることができる、又は形成することができる。緩衝層は、MCrAlYのような耐酸化性材料から形成されてよい。この場合、Mは、Ni、Co、又はNiとCoの組み合わせである。
研磨面50及び/又は研磨ストリップ52をブレード/ベーンに直接取り付けることができる。上述したアブレイダブル層と同様に、MCrAlY(この場合、Mは、Ni、Co、又はNiとCoの組み合わせを表す)のような耐酸化性材料又は上述したような別の材料から成る緩衝層がブレード/ベーンに取り付けられてもよく、緩衝層には研磨面が取り付けられる。
アブレイダブルリップ及び/又は研磨面は、既存のブレード又はベーンに取り付けることもできる。
上述した例では、(高温ガス流方向で)第1段のブレードと第2段のベーンとの間のギャップについて説明したが、本発明は任意のベーンとブレードとの間のギャップに適用することができ、例えば第1段のベーンと第1段のブレードとの間のギャップ、又は第4段のベーンと第3段のブレードとの間のギャップに適用することができる。ギャップは通常、ガスタービン軸線に対して半径方向又はほぼ半径方向に、高温ガス流32とRHSキャビティ34との間に延在している。このことは、ギャップは、ガスタービン軸線に対して平行に又はほぼ平行に延びる幅を有していることを意味し、1つ又は複数の研磨リップはそれぞれ軸方向で部分的にギャップを横断して延在していることを意味している。
上述したブレードとベーンの構造は単なる例であり、異なる構造のブレードとベーンを使用することもできる。例えば、ベーン20の冷却流体プレナム26とハニカム28とは付加的なものである。冷却流体プレナムはブレードに設けることもできる。ベーンにおいて上述したような1つ又は複数の冷却流体孔をブレードに設けることもできる。第1及び第2の冷却流体孔はそれぞれ、ガスタービン軸線に対して周方向で間隔を置いて位置する複数の冷却流体孔から成る列であってよい。
これら上述したものの代わりに、又は付加的に別の冷却装置を設けることもできる。第1及び第2の冷却流体孔44,46は、冷却流体プレナム26から、かつ/又は別の冷却システム又は冷却システムの別の部分から、ギャップへと冷却流体を供給することができる。第1及び第2の冷却流体孔44,46が図2〜図5に示されていて、図1には示されていないが、第1及び第2の冷却流体孔の一方、又は両方が、上述した任意の態様に設けられていても、又は設けられていなくてもよい。
アブレイダブルリップはブレードに、又はベーンに、又はその両方に設けられてよい。1つ又は複数のアブレイダブルリップは図示したようなブレード根元部及びベーンフロント縁だけでなく、ブレード及び/又はベーンの任意の適切な部分に取り付けられてよい。1つ又は複数のアブレイダブルリップがブレード及び/又はベーンに設けられてよい。1つのアブレイダブルリップがブレードに、別のアブレイダブルリップがベーンに設けられている場合、これらのアブレイダブルリップは通常、ギャップ内でずらされているので、使用中、アブレイダブルリップが互いに接触することはない(通常、2つのアブレイダブル面間の接触を回避するのが最良である)。換言すると、アブレイダブルリップは通常、半径方向で互い違いになっているので、アブレイダブルリップが半径方向で重なることはない。このことは、2つ、3つ、又はそれ以上のアブレイダブルリップを、ギャップ内に、好適にはそれぞれ連続したアブレイダブルリップがギャップの反対側にあるように(例えば、第1のアブレイダブルリップをベーンに、第2のアブレイダブルリップをブレードに、第3アブレイダブルリップをベーンに取り付ける、といったように)配置することができ、ギャップを貫通する湾曲した経路を形成することを意味している。これによりさらに、ギャップを通る流体の流れを減じることができる。同様に、任意の研磨層をブレード及び/又はベーンの任意の適切な部分に取り付けることができ、1つ又は複数の研磨層をブレード及び/又はベーンに取り付けることができる。
アブレイダブルリップは様々な形状であってよく、主要な目的は、アブレイダブルリップが、ギャップへと入る高温ガスと、ギャップから出る冷却空気の流れを減じるようにギャップ内へと延在していることである。アブレイダブルリップは通常、ギャップを横断する距離の10%〜75%にわたって延在していて、好適にはギャップを横断する距離の30%〜50%にわたって延在している。アブレイダブルリップは通常、最悪の場合である閉鎖状態で擦れる程度に十分遠くに延在していて、製造誤差、組み立て誤差、予測不能な要素によるもののような不確実な要素をカバーすることができる。
アブレイダブルリップは、アブレイダブル充填材、例えばTBC、例えば多孔質セラミック材料から形成することができ、付加的に、図7及び図8に示したようなアンカーグリッドを有していてよい。別の適切な材料を使用してもよい。いくつかの態様では、研磨リップは良好な切削能力をもたせるように設計することができるので、研磨面よりも研磨リップの方が好ましい場合がある。
研磨層は付加的なものであり、研磨層を有さない態様では、アブレイダブルリップが、ブレード又はベーンであるギャップの反対側に対して直接、擦りつけられる。ギャップの反対側の材料は、擦りつけにより損傷されない程度に、又は最小限の損傷で済む程度に十分に堅固なものでなければならない。
図示した研磨層は、上述したどの態様でも使用することができる。同様に、図5に示したアブレイダブルリップは、上述したどの態様でも使用することができる。複数のアブレイダブルリップ及び/又は複数の研磨層が使用される態様では、様々なタイプのアブレイダブルリップと研磨層の組み合わせを使用することができる。
研磨層は通常、研磨材と充填材とを有している。研磨材はcBN(立方晶窒化ホウ素)又は、コランダム(Al2O3、酸化アルミニウム)、シリコンカーバイト(SiC)、又はこれら研磨材の混合物のような別の研磨材であってよい。研磨面50については、例えば、HVOF(high velocity oxygen fuel)溶射により堆積された耐摩耗層に吹き付けることができる。
研磨粒子は、図6に示したように研磨層の一部にのみ存在していてよく(即ち、研磨層は、充填材と研磨粒子とを有する表面における第1の層と、ブレード根元部16に隣接する、充填材を有し研磨粒子を有していない基部における第2の層とを有する二層の研磨層であってよい)、又は、研磨層の厚さ全体にわたって存在していてよい。アンカーグリッド41は付加的なものである。アンカーグリッド41は様々な形状であってよい;図8にはハニカムが示されているが、別のグリッド形状又は例えば平行なリブを代わりに使用することができる。アンカーグリッド41はベーン表面/ブレード表面からその延在全体にわたって等距離で延在していてよく、又は図7に示したように、縁部ではベーン表面/ブレード表面からより短い距離で延在していてよい。
アブレイダブルリップ40は、既存のアブレイダブルリップの上に加えることができ、例えば図1〜図4に示したようなアブレイダブルリップの上に図7に示したようなアブレイダブルリップを加えることができる。これは改良法の一部であってよい。特に、ブレード又はベーン(又はブレード又はベーンの部分)に鋳造により一体成形された既存のアブレイダブルリップの上にアブレイダブルリップを付加することは望ましい。
以下の請求項によって規定される発明から逸脱することなく前記実施の形態に対する様々な変更が可能であり、当業者に想起されるであろう。
10 ブレード
12 ブレード翼
14 ブレード後縁
16 ブレード根元部
20 ベーン
22 ベーン翼
24 ベーン前縁
25 ベーンフロント縁
26 冷却流体プレナム
28 ハニカム
30 ギャップ
32 高温ガス路
34 RHSキャビティ
40 アブレイダブルリップ
41 アンカーグリッド
42 第2のアブレイダブルリップ
43 アブレイダブル充填材
44 第1の冷却流体孔
46 第2の冷却流体孔
48 緩衝層
50 研磨面
52 研磨ストリップ
54 充填材
56 研磨粒子
60 高温ガス流方向
ΔT0 凝固間隔
LMF レーザー金属成形
HVOF 高速フレーム溶射
RHS ロータヒートシールド
TBC 断熱皮膜
YSZ イットリア安定化ジルコニア
12 ブレード翼
14 ブレード後縁
16 ブレード根元部
20 ベーン
22 ベーン翼
24 ベーン前縁
25 ベーンフロント縁
26 冷却流体プレナム
28 ハニカム
30 ギャップ
32 高温ガス路
34 RHSキャビティ
40 アブレイダブルリップ
41 アンカーグリッド
42 第2のアブレイダブルリップ
43 アブレイダブル充填材
44 第1の冷却流体孔
46 第2の冷却流体孔
48 緩衝層
50 研磨面
52 研磨ストリップ
54 充填材
56 研磨粒子
60 高温ガス流方向
ΔT0 凝固間隔
LMF レーザー金属成形
HVOF 高速フレーム溶射
RHS ロータヒートシールド
TBC 断熱皮膜
YSZ イットリア安定化ジルコニア
Claims (15)
- ブレード(10)と、ベーン(20)と、前記ブレード(10)又は前記ベーン(20)に取り付けられたアブレイダブルリップ(40)とを有したガスタービン用のタービンであって、前記ブレード(10)と前記ベーン(20)とはギャップ(30)によって隔てられていて、前記アブレイダブルリップ(40)は、前記ギャップ(30)を横断する距離の一部にわたって延在している、ガスタービン用のタービン。
- 前記ギャップ(30)の、前記アブレイダブルリップ(40)とは反対側に取り付けられた研磨層(50,52)を有している、請求項1記載のタービン。
- 前記研磨層(50,52)は充填材(54)と研磨粒子(56)とを有している、請求項2記載のタービン。
- 前記研磨層(50,52)は、緩衝層(48)を介して前記ブレード(10)又は前記ベーン(20)に取り付けられている、請求項2又は3記載のタービン。
- 前記アブレイダブルリップ(40)はアンカーグリッド(41)を有している、請求項1から4までのいずれか1項記載のタービン。
- 前記ブレード(10)に設けられた少なくとも1つのアブレイダブルリップ(40)と、前記ベーン(20)に設けられた少なくとも1つのアブレイダブルリップ(40)とを有している、請求項1から5までのいずれか1項記載のタービン。
- 前記アブレイダブルリップ(40)は、使用中に互いに接触しないように前記ギャップ(30)内でずらされて配置されている、請求項6記載のタービン。
- 前記アブレイダブルリップ(40)と前記タービンの高温ガス路(32)との間で前記アブレイダブルリップ(40)に隣接する第1の冷却流体孔(44)、及び/又は、前記アブレイダブルリップ(40)の冷却空気側で前記アブレイダブルリップ(40)に隣接する第2の冷却流体孔(46)を有している、請求項1から7までのいずれか1項記載のタービン。
- 前記アブレイダブルリップ(40)は、緩衝層(48)を介して前記ブレード(10)又は前記ベーン(20)に取り付けられている、請求項1から8までのいずれか1項記載のタービン。
- 前記ブレード(10)は前記タービンの第1段のブレードであって、前記ベーン(20)は前記タービンの第2段のベーンである、請求項1から9までのいずれか1項記載のタービン。
- ブレード(10)と、ベーン(20)と、前記ブレード(10)又は前記ベーン(20)に取り付けられたアブレイダブルリップ(40)とを有したガスタービン用のタービンであって、前記ブレード(10)と前記ベーン(20)とはギャップ(30)によって隔てられていて、前記アブレイダブルリップ(40)は、前記ギャップ(30)を横断する距離の一部にわたって延在している、ガスタービン用のタービンを製造する方法であって、
前記アブレイダブルリップ(40)を、前記ブレード(10)又は前記ベーン(20)に取り付けるステップを有している、ガスタービン用のタービンを製造する方法。 - 前記タービンは、前記ギャップ(30)の、前記アブレイダブルリップ(40)とは反対側に取り付けられた研磨層(50,52)を有していて、前記方法は、前記ギャップ(30)の、前記アブレイダブルリップ(40)とは反対側に研磨層(50,52)を取り付けるステップを有している、請求項11記載の方法。
- 前記ギャップ(30)の、前記アブレイダブルリップ(40)とは反対側に緩衝層(48)を取り付け、前記研磨層(50,52)を前記緩衝層(48)に取り付ける、請求項12記載の方法。
- 前記緩衝層(48)をエピタキシャルに形成する、請求項13記載の方法。
- 以下のエレメント:前記研磨層(50,52)、前記アブレイダブルリップ(40)のアンカーグリッド(41)、又は緩衝層(48)、のうち少なくとも1つを形成するためにレーザー金属成形法を使用する、請求項11から14までのいずれか1項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP15164434.1A EP3085900B1 (en) | 2015-04-21 | 2015-04-21 | Abradable lip for a gas turbine |
EP15164434.1 | 2015-04-21 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017020491A true JP2017020491A (ja) | 2017-01-26 |
Family
ID=52987984
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016085352A Pending JP2017020491A (ja) | 2015-04-21 | 2016-04-21 | ガスタービン用のアブレイダブルリップ |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10801352B2 (ja) |
EP (1) | EP3085900B1 (ja) |
JP (1) | JP2017020491A (ja) |
KR (1) | KR20160125312A (ja) |
CN (1) | CN106150564B (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3683406B1 (en) * | 2019-01-18 | 2023-11-29 | Ansaldo Energia Switzerland AG | Abradable hybrid material, particularly for seal elements in gas turbines, and manufacturing method thereof |
DE102019211418A1 (de) * | 2019-07-31 | 2021-02-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Modernisierung einer Gasturbinenanlage sowie Gasturbinenanlage |
DE102020200073A1 (de) * | 2020-01-07 | 2021-07-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Leitschaufelkranz |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4017213A (en) * | 1975-10-14 | 1977-04-12 | United Technologies Corporation | Turbomachinery vane or blade with cooled platforms |
US5484665A (en) | 1991-04-15 | 1996-01-16 | General Electric Company | Rotary seal member and method for making |
US5453329A (en) * | 1992-06-08 | 1995-09-26 | Quantum Laser Corporation | Method for laser cladding thermally insulated abrasive particles to a substrate, and clad substrate formed thereby |
US6670046B1 (en) | 2000-08-31 | 2003-12-30 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Thermal barrier coating system for turbine components |
FR2829524B1 (fr) | 2001-09-11 | 2004-03-05 | Snecma Moteurs | Procede de realisation de parties d'extremite radiales de pieces mobiles de turbomachines |
GB2425155B (en) | 2005-04-13 | 2007-09-19 | Rolls Royce Plc | A mounting arrangement |
US7500824B2 (en) * | 2006-08-22 | 2009-03-10 | General Electric Company | Angel wing abradable seal and sealing method |
US20080061515A1 (en) | 2006-09-08 | 2008-03-13 | Eric Durocher | Rim seal for a gas turbine engine |
US8075256B2 (en) * | 2008-09-25 | 2011-12-13 | Siemens Energy, Inc. | Ingestion resistant seal assembly |
US8419356B2 (en) * | 2008-09-25 | 2013-04-16 | Siemens Energy, Inc. | Turbine seal assembly |
US8282346B2 (en) * | 2009-04-06 | 2012-10-09 | General Electric Company | Methods, systems and/or apparatus relating to seals for turbine engines |
DE102009016803A1 (de) | 2009-04-09 | 2010-10-14 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Labyrinth-Anstreifdichtung für eine Strömungsmaschine |
DE102010049399A1 (de) | 2009-11-02 | 2011-05-26 | Alstom Technology Ltd. | Abrasive einkristalline Turbinenschaufel |
JP4856257B2 (ja) * | 2010-03-24 | 2012-01-18 | 川崎重工業株式会社 | タービンロータのシール構造 |
US20130004290A1 (en) * | 2011-06-29 | 2013-01-03 | General Electric Company | Turbo-Machinery With Flow Deflector System |
FR2977274B1 (fr) * | 2011-06-30 | 2013-07-12 | Snecma | Joint d'etancheite a labyrinthe pour turbine d'un moteur a turbine a gaz |
US9341066B2 (en) * | 2012-06-18 | 2016-05-17 | United Technologies Corporation | Turbine compressor blade tip resistant to metal transfer |
US9121298B2 (en) * | 2012-06-27 | 2015-09-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Finned seal assembly for gas turbine engines |
-
2015
- 2015-04-21 EP EP15164434.1A patent/EP3085900B1/en active Active
-
2016
- 2016-04-21 KR KR1020160048609A patent/KR20160125312A/ko unknown
- 2016-04-21 JP JP2016085352A patent/JP2017020491A/ja active Pending
- 2016-04-21 US US15/134,729 patent/US10801352B2/en active Active
- 2016-04-21 CN CN201610380350.4A patent/CN106150564B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106150564A (zh) | 2016-11-23 |
US20160312642A1 (en) | 2016-10-27 |
US10801352B2 (en) | 2020-10-13 |
KR20160125312A (ko) | 2016-10-31 |
CN106150564B (zh) | 2020-10-30 |
EP3085900B1 (en) | 2020-08-05 |
EP3085900A1 (en) | 2016-10-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6340010B2 (ja) | ターボ機械の中で使用するためのシールシステムおよびそれを製作する方法 | |
JP4322980B2 (ja) | ガス・タービン・エンジンのシール機構 | |
CN102695818B (zh) | 纳米和微米结构的陶瓷绝热涂层 | |
JP5173823B2 (ja) | パイロクロア相を有する二層構造耐熱保護組織 | |
US7473072B2 (en) | Turbine blade tip and shroud clearance control coating system | |
EP2687685B1 (en) | Seal of a turbine | |
CN109424369B (zh) | 包括涂层***的涡轮叶片和形成涡轮叶片的方法 | |
US20080166225A1 (en) | Turbine blade tip and shroud clearance control coating system | |
JP6612096B2 (ja) | アブレイダブルシール、及びアブレイダブルシールを形成する方法 | |
JP2017020491A (ja) | ガスタービン用のアブレイダブルリップ | |
JP2013522475A (ja) | γ/γ’転移温度の高い金属ボンドコート及び部品 | |
JP5615970B2 (ja) | ガンマ/ガンマプライム転移温度の高い金属ボンドコート又は合金、及び部品 | |
JP5188761B2 (ja) | 皮膜系を有する構成部材 | |
KR20200084909A (ko) | 합금, 보호층 및 부품 | |
JP2008050699A6 (ja) | 皮膜系を有する構成部材 | |
KR101597924B1 (ko) | 2겹 금속층을 포함하는 층 시스템 | |
JP2018184662A (ja) | 高温用の物品 | |
CN110573696A (zh) | 用于转子叶片和壳体的密封*** | |
EP3611350B1 (en) | Turbine abrasive blade tips with improved resistance to oxidation | |
JP7275306B2 (ja) | 密封システムの安定化ジルコニア | |
WO2017046942A1 (ja) | 遮熱コーティングおよび発電システム | |
US8163401B2 (en) | Component having a coating system | |
US20200063593A1 (en) | Abradable coating for components in high-temperature mechanical systems | |
JP2023007415A (ja) | 摩擦におけるタービンブレード先端レールの摩耗および冷却に対処するためのシステム | |
KR20140046061A (ko) | 합금, 보호층 및 부품 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170105 |