JPH04252824A - 分割形タービンエンジン構造体用のシール組立体 - Google Patents

分割形タービンエンジン構造体用のシール組立体

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JPH04252824A
JPH04252824A JP3196030A JP19603091A JPH04252824A JP H04252824 A JPH04252824 A JP H04252824A JP 3196030 A JP3196030 A JP 3196030A JP 19603091 A JP19603091 A JP 19603091A JP H04252824 A JPH04252824 A JP H04252824A
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JP
Japan
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seal
assembly
sealing
seal assembly
annular
Prior art date
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Application number
JP3196030A
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English (en)
Inventor
Michael Philip Hagle
マイケル・フィリップ・ハグル
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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    • 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
    • F01D9/023—Transition ducts between combustor cans and first stage of the turbine in gas-turbine engines; their cooling or sealings
    • 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
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3284—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
    • F16J15/3288—Filamentary structures, e.g. brush seals

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には分割形のタ
ービンエンジン組立体の近辺に存しかつそれを貫通する
冷却空気漏流路の除去に関し、特に、タービンエンジン
の環状分割形シュラウド、ノズルおよび（または）隣接
する環状タービンエンジンフレームとともに用いるブラ
シシールとスプラインシールとを組合せたシール組立体
に関する。
【０００２】
【従来の技術】タービンエンジンのシュラウドとノズル
はガスタービンエンジンフレーム内に装着されて概して
筒形または円錐台形の表面を有し、この表面は高温排気
流を通す環状流路を画成する。エンジン運転中、大きな
温度差が生じる結果大きな熱応力と熱ひずみが生じるの
で、環状のタービンシュラウドと隣接ノズルはしばしば
複数の相隔たる個別弧状部片で構成される。
【０００３】隣合うシュラウドおよびノズル部片それぞ
れの軸方向に延在する対向端面または側縁間に、周方向
の熱膨縮に対処するための周方向に延在する間隙が設け
られる。また、シュラウドおよびノズル部片それぞれの
軸方向端部と隣接タービンフレーム部材の軸方向端部と
に存在する半径方向に延在する弧状端面間に、通例、軸
方向の熱膨張に対処するための間隙が設けられる。
【０００４】シュラウドおよびノズル部片は、通例、タ
ービンエンジン燃焼器をバイパスする圧縮冷却空気で冷
却される。高いタービンエンジン効率を保つために重要
なことは、冷却空気がシュラウドとノズルの隣合う部片
間に設けた間隙を通って漏れないようにすることである
。これらの部片を経て漏れる冷却空気は排気流路に入り
そして高温ガス流を希釈してエンジン性能に悪影響を及
ぼす。このような漏れを防ぐために、従来の分割形シュ
ラウドおよび（または）ノズルの設計は、軸方向と半径
方向のスプラインシール、軸方向スプラインシールと半
径方向リーフシール（板シール）、および軸方向スプラ
インシールと弦シールとして知られる面シールの様々な
組合せに依存した。
【０００５】残念ながら、これらのシールの配置の仕方
にかかわらず、なんらかの形態の冷却空気漏流路が存在
した。タービンエンジン性能は冷却空気の漏止めを良く
すれば向上するので、ガスタービンのノズルとシュラウ
ドの部片間に用いる従来のシールと関連する冷却空気の
漏れを最少または皆無にする漏止め組立体が必要である
。
【０００６】
【発明の目的】本発明は上述の必要に応じて開発したも
のであり、従って、その主目的は、ガスタービンの分割
形ノズルと分割形シュラウドの部片の端コーナに従来設
けた間隙を無くするブラシシール・スプラインシール組
立体を提供することである。
【０００７】本発明の他の目的は、従来のリーフシール
との密封係合のために現在必要とされる分割形タービン
エンジンノズルおよびシュラウドの現今の機械加工を減
らすことである。この目的は、順応性のブラシシールと
係合しうる鋳造した密封用表面を設けるとともにブラシ
シールをスプラインシールと係合させることにより達成
される。
【０００８】本発明の他の目的は、リーフシールおよび
（または）弦シールの必要を無くすること、または本発
明のブラシシール・スプラインシール併合組立体を用い
てシール性能を高めることである。
【０００９】本発明の他の目的は、１対の静止タービン
エンジン構成部間の密封のためにブラシシールを用いる
ことである。
【００１０】
【発明の概要】簡単に述べると、本発明は複数の周方向
に相隔たるスプラインシールと協働する連続的な３６０
　゜　の環状ブラシシールを設けてタービンエンジンの
分割形ノズルまたはシュラウドの隣合う部片間の冷却空
気漏流路を最少または皆無にするものである。各部片に
弧状の密封用表面が形成され、ブラシシールの剛毛と係
合し得る環状の分割形密封表面を画成する。隣合うノズ
ルおよび（または）シュラウド部片間の部分的な密封を
なす各スプラインシールは、各部片の密封表面を少なく
とも部分的に覆って延在するように配置され、ブラシシ
ールの剛毛の少なくとも一部と直接密封係合をなすよう
になっている。
【００１１】ブラシシールの剛毛の順応性により、スプ
ラインシールはブラシシールの下であらゆる方向に熱膨
縮でき、しかも常にブラシシールと弾力的な密封接触を
保ち得る。さらに、ブラシシールの密封幅が比較的厚い
ので、剛毛は部片および（または）スプラインシールの
かなりの軸方向範囲に沿って密封接触を保つ。従って、
スプラインシールは剛毛と密封接触を維持しながら比較
的大きな軸方向範囲にわたって軸方向に膨縮できる。
【００１２】剛毛と係合するスプラインシールの前縁に
テ−パを付けることにより、密封性能を高め得る。その
場合、テ−パ付き前縁は熱膨縮中剛毛の先端下でくさび
作用をなすので、円滑な遷移が可能である。密封能力の
改善を助ける他の手段として、各ブラシシールに隣接す
る***リップを各タービンエンジン部片に設けることが
でき、これは剛毛の軸方向支持に役立つ。
【００１３】本発明の前述の目的と特徴と利点は、添付
図面と関連する以下の詳述からさらに明らかとなろう。
【００１４】
【実施例の記載】添付図面の各図において同符号は同部
分を表す。
【００１５】本発明により解決した問題をより良く理解
するために、図１に示す従来の密封機構を参照されたい
。図１に見られるように、分割形環状タービンエンジン
組立体の一部片１０に、周方向かつ軸方向に延在するス
ロット１２が設けられ、このスロットは部片１０の軸方
向に延在する側面または縁面１４に形成されている。 通例、複数の弧状部片１０が公知の態様で周方向に相隔
たるように配列されて分割形タービンエンジンシュラウ
ドまたは分割形タービンエンジンノズルを形成する。
【００１６】隣合う部片の相隔たる対向縁面１４間の軸
方向延在間隙を密封して冷却空気の排気流路１５内への
漏れを防ぐために、軸方向に延在するスプラインシール
１６が各部片１０のスロット１２内に配置され部片間の
間隙を周方向にふさいで密封する。スプラインシールの
この一般的配置は図４に明示してあり、スプラインシー
ル１６は、図１の部片１０と類似の隣合う部片８６間に
形成された間隙１８をふさいでいる。
【００１７】代表的なスプラインシールは、厚さが約０
．００８　〜０．０１２　インチの薄く平らな金属帯片
で形成される。スプラインシール１６は部片１０の軸方
向範囲のほとんどにわたって延在するが、部片コーナ部
２２における半径方向に延在する弧状端面２０のわずか
手前で終わっている。スプラインシール１６はスロット
１２の端部におけるコーナ部２２と軸方向に当接するこ
とによりスロット１２内に軸方向に保持される。この保
持方法では、スプライン長さを部片の縁面１４の軸方向
長さより少なくする必要があるので、冷却空気が通流し
得る通路または開口が存在する。
【００１８】別の軸方向間隙２４が、各部片１０の端面
２０と、軸方向に隣合う環状タービンフレーム部材２８
の端面２６との間に形成されている。軸方向間隙２４を
密封するために、弾性の環状リーフシール（板シール）
３０が、各部片１０に形成した半径方向フランジ３２に
装着されている。軸方向に延在する３６０　゜　リップ
３４がフレーム部材２８から突出してリーフシール３０
の向かい合う面３３と押圧密封係合をなしている。リッ
プ３４の密封面３６と各フランジ３２のリーフシール装
着表面３８は、適切な密封を確保するために注意深く機
械加工されなければならない。
【００１９】周方向間隙２４を密封する代替密封装置は
弦シールである。弦シールは部片１０の端面２０に切削
形成された弦縁である。部片はこの時隣接部２８に押圧
されて線密封接触をなす。弦シールの場合、漏流路４２
が存在する。
【００２０】上述の密封機構のいずれの場合でも、冷却
空気漏流路４２が各部片１０のコーナ部２２の所に形成
されるので、冷却空気１１が部片１０間を半径方向内向
きに流れて排気流路１５に入る。漏流路４２は、各半径
方向フランジ３２および（または）各部片１０のコーナ
部２２に形成した周方向スロット４６内に、半径方向か
つ周方向のスプラインシール４４を設けることにより減
少し得るが、例えば長さが約０．０６０　インチで幅が
約０．０３５　インチの間隙または漏流路４２が残存す
る。たとえ半径方向スプラインシール４４が、軸方向に
延在するスプラインシール１６と事実上当接するように
設計されたとしても、やはり、これらのシール間の相対
的な熱膨縮中冷却空気の漏れが生じる。
【００２１】軸方向に延在するスプラインシール１６と
半径方向のスプラインシール４４はそれぞれのスロット
１２、４６の形状により軸方向に拘束されている。各ス
プラインシールは、スロット４６と連通するスロット部
４７のような傾斜スロット部内への進入中に弾性的に変
形され得る。従って、ひとたび半径方向スプラインシー
ル４４がスロット部４７を通って真っ直ぐになると、そ
のスロット形状によりスロット４６からの半径方向スプ
ラインシール４４の解放が阻止される。同様の構造を軸
方向延在スプラインシール１６の拘束にも用いることが
できる。
【００２２】図２〜図６の密封組立体は、上述の漏流路
４２を除くために分割形タービン構造体に対して設計さ
れたものである。図２に示すように、各部片１０には上
述のようなスプラインシール１６を設けてあるが、各ス
ロット１２は、各部片の軸方向の一端部または両端部に
設けた露出した周方向弧状密封表面４８と連通している
。各スプラインシール１６は密封用表面４８の少なくと
も一部分を覆うような寸法を有し、その軸方向端部４９
をブラシシール５０との密封係合のために露出している
。
【００２３】ブラシシール５０は、金属または他の適当
な高温材料で形成した連続的な一体の３６０　゜　環状
ケーシング５２を含んでいる。この一体構造は本密封用
途に要する部品数を減らす。ケーシング５２には環状チ
ャネル５４が形成され、その中に複数の金属製、セラミ
ック製等の高温用剛毛５６がしっかりと固定されそして
（または）接着されている。ケーシング５２は、その外
周５９に沿って隣接静止フレーム要素５８内にそれに対
して緊密なシールを形成するような寸法を有する。
【００２４】ブラシシール５０はフレーム要素５８内に
装着されるので、順応性の剛毛５６はスプラインシール
１６の端部４９の露出した半径方向外側表面部の少なく
とも一部分に押圧され、こうして、従来の設計に存在し
た間隙または漏流路４２を無くする。剛毛５６の半径方
向長さは密封面４８と適度のただし実質的に気密の密封
接触をなすように定められる。スプラインシール１６の
端部４９は仮想線で示すように密封面４８を完全に横切
るように軸方向に延在し得ることに注意されたい。こう
すれば、全ての剛毛５６がスプラインシール１６の露出
端部と密封接触をなす。代替的に、スプラインシール１
６はさらに図２に見られるように密封面４８を部分的に
のみ横切るように軸方向に延在し得る。この場合、剛毛
５６の一部がスプラインシール１６と弾性的に係合しそ
して残りの剛毛が密封面４８と係合する。
【００２５】スプラインシール１６と密封面４８とに押
圧されたブラシシール剛毛５６の順応的係合の故に、密
封面４８の特別な機械加工は必要でない。すなわち、密
封面４８は鋳造表面でよい。剛毛とスプラインシールと
の弾性接触はまた、部片１０とフレーム要素５８との間
の熱膨張変化に効果的に即応するので常に有効な密封接
触を保ち得る。図２は部片１０の一端におけるスプライ
ン・ブラシ密封組立体を示すが、同一または類似の密封
組立体を図３に示すように部片１０の両端に設けること
ができる。
【００２６】剛毛５６の低圧側６４に***した環状リッ
プまたは環状の半径方向フランジ６２を形成することに
より、剛毛５６の軸方向支持が可能である。すなわち、
フランジ６２は剛毛５６が軸方向に偏位してフランジ６
２の位置を通過することを抑制するように作用する。さ
らに、剛毛５６とフランジ６２との係合は、部片とブラ
シシール５０との追加的な密封係合として役立つ。
【００２７】スプラインシール１６は熱膨縮中剛毛５６
の下を軸方向に移動し得るので、スプラインシール１６
の露出部分４９の先端または軸方向端面に図６に示すよ
うにテ−パを付けてくさび６６を形成することにより剛
毛５６の損傷または摩耗を防止できる。前述のように、
フレーム要素５８と、一体のブラシシール５０と、部片
１０とを含む密封組立体は全体が、熱膨張による移動を
除けば相対的に移動する部分を持たない静止組立体であ
る。ブラシシールの従来の用途は、通例、本静止密封組
立体とは異なり相対回転部を包含するものであった。
【００２８】本発明の密封組立体は、任意の環状または
管状の分割形タービンフレーム構造とともに用い得るも
のであるが、特に、図３〜図５に示すような分割形ター
ビンシュラウド組立体および分割形ステータ組立体との
使用に適する。図３に示すように、タービンロータ６８
が前側の分割形ステータ組立体７０と後ろ側の分割形ス
テータ組立体７２との間に回転自在に装着されている。 ロータ６８は、軸７８を公知の方式で駆動する動翼円板
７６に取付けたタービン動翼７４を有する。
【００２９】概して従来構造の分割形タービンシュラウ
ド８０が環状シュラウド支持体８４を介して燃焼器ケー
シング８２に取付けられている。図４に示しかつ前述し
たように、軸方向延在間隙１８が各対のステータ部片８
６間に設けられている。同様の間隙が各対の隣合うシュ
ラウド部片１０間および各対の隣合うステータ部片８８
間に設けられている。
【００３０】ステータ部片８６、８８は分割形シュラウ
ド８０と同様の公知の仕方で周方向に相隔たるように配
列されている。間隙１８は図４に示したように隣合うス
テータ部片８６それぞれの対向縁面１４により画成され
ている。図３と図５に示すように、軸方向間隙２４が各
シュラウド部片１０と各環状ステータ部片８６との間の
軸方向間隙として設けられている。
【００３１】冷却空気が冷却空気流路９２から間隙１８
、２４を通って排気流路１５に入ることを防ぐために、
１対の前側と後ろ側の密封組立体９４、９６が本発明の
一実施例により設けられている。前側密封組立体９４の
詳細を図４と図５に示してあり、後ろ側密封組立体９６
の詳細もこれとほぼ同様である。
【００３２】スプラインシール１６は、前述のように各
ステータ部片８６の縁面１４におけるスロット内に装着
されて間隙１８をふさいでいる。１対の軸方向に相接す
るブラシシール５０、５０ａがシュラウド支持体８４の
各端部に形成した凹み９８内に装着されている。ブラシ
シール５０、５０ａは、環状保持クリップ１００と、各
ステータ部片８６に形成した弧状の突起またはフランジ
１０２とにより軸方向に保持されている。ブラシシール
ケーシング５２は気密圧入により凹み９８と係合するよ
うな寸法を有する。このようにして、間隙１８、２４は
効果的に密封される。
【００３３】以上、本発明の最適実施例を開示したが、
これに対し本発明の範囲内で様々な改変が可能であるこ
とを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】タービンエンジンの分割形シュラウドまたは分
割形タービンノズルのような環状の分割形タービンエン
ジン組立体とともに用いる様々な従来のタービンエンジ
ン密封機構の概略を示す断片的な軸方向断面側面図であ
る。
【図２】本発明によるスプラインシール・ブラシシール
組立体を設けたタービンエンジンシュラウドまたはノズ
ルのような分割形タービンエンジン組立体の一部片の概
略を示す断片的な軸方向断面側面図である。
【図３】本発明によるスプラインシール・ブラシシール
組立体を設けたガスタービンエンジンの断片的な軸方向
断面図である。
【図４】図５の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【図５】図３に示した区域Ａの拡大図である。
【図６】図２に示した区域Ｃの拡大図である。
【符号の説明】
１０　　弧状部片（シュラウド部片） １６　　スプラインシール ４８　　密封面 ４９　　軸方向端部 ５０、５０ａ　　ブラシシール ５６　　剛毛 ５８　　フレーム要素 ６２　　環状フランジ ８０　　分割形タービンシュラウド ８４　　シュラウド支持体 ８６　　ステータ部片 ８８　　ステータ部片 ９４　　前側密封組立体 ９６　　後ろ側密封組立体

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　周方向に相隔たるように配列された複
    数の弧状部片からなる環状の分割形タービンエンジン組
    立体と、前記部片間に設けた第１シール手段と、該第１
    シール手段と少なくとも部分的に係合して同シール手段
    と共にシールを形成する第２シール手段とからなるター
    ビンエンジン用シール組立体。
  2. 【請求項２】　　前記第１シール手段は複数の軸方向に
    延在するスプラインシールからなる、請求項１記載のシ
    ール組立体。
  3. 【請求項３】　　前記第２シール手段はブラシシールか
    らなる、請求項１記載のシール組立体。
  4. 【請求項４】　　前記第１および第２シール手段は相対
    的に静的な密封係合をなすように配置されている、請求
    項１記載のシール組立体。
  5. 【請求項５】　　前記環状分割形タービン組立体はター
    ビンノズルからなる、請求項１記載のシール組立体。
  6. 【請求項６】　　前記環状分割形タービン組立体はター
    ビンシュラウド組立体からなる、請求項１記載のシール
    組立体。
  7. 【請求項７】　　前記第２シール手段は一体の環状ブラ
    シシールからなる、請求項１記載のシール組立体。
  8. 【請求項８】　　前記弧状部片は密封用表面部を含み、
    そして前記第２シール手段は前記弧状部片の前記密封用
    表面部と係合する、請求項１記載のシール組立体。
  9. 【請求項９】　　前記密封用表面部は鋳造表面部からな
    る、請求項８記載のシール組立体。
  10. 【請求項１０】　　前記弧状部片は前記第２シール手段
    を支持するシール支持手段を含む、請求項１記載のシー
    ル組立体。
  11. 【請求項１１】　　前記シール支持手段は前記弧状部片
    に設けた半径方向リップ手段からなる、請求項１０記載
    のシール組立体。
  12. 【請求項１２】　　前記シール組立体に隣接する静止環
    状フレーム手段をさらに備え、そして前記第２シール手
    段を前記フレーム手段に封着した請求項１記載のシール
    組立体。
  13. 【請求項１３】　　各スプラインシールが、前記第２シ
    ール手段に接触する軸方向端部を有する、請求項２記載
    のシール組立体。
  14. 【請求項１４】　　前記軸方向端部は前記第２シール手
    段と接触して終わっている、請求項１３記載のシール組
    立体。
  15. 【請求項１５】　　前記軸方向端部は前記第２シール手
    段の下を通過して延在する、請求項１３記載のシール組
    立体。
JP3196030A 1990-07-30 1991-07-11 分割形タービンエンジン構造体用のシール組立体 Pending JPH04252824A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US560,536 1990-07-30
US07/560,536 US5074748A (en) 1990-07-30 1990-07-30 Seal assembly for segmented turbine engine structures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04252824A true JPH04252824A (ja) 1992-09-08

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US (1) US5074748A (ja)
EP (1) EP0469826A3 (ja)
JP (1) JPH04252824A (ja)
CA (1) CA2042197A1 (ja)

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