JPH09512607A - ブラシシール及びベーンアッセンブリ空隙カバーの支持体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ブラシシールのためのシール支持体は、タービンノズルアッセンブリとロータアッセンブリとの間に使用されている。このシール支持体はは、カバープレート部分と、支持アームとを有している。種々の構成の細部が改善されており、軽量のブラシシール支持体と、空隙カバーと、が提供されている。特定の実施例では、上記シール支持体は、空隙損失を低減させるための周方向に連続した面を有するカバープレート部分と、ブラシシールを覆うようにして内側に延びた支持アームと、を有している。取り付けた状態では、上記シール支持体は、上記タービンノズルに連結するように嵌入されて配設されており、上記シール支持体が緩衝されている。別の実施例では、上記支持体アームは、開口を有し、互いに隣接するシール支持体と対向するようになっている扇形コーナを有している。この開口は、計量ホールを通して流体をキャビティへと流すように配置されており、ガス流路の流体をキャビティからパージするようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】 ブラシシール及びベーンアッセンブリ空隙カバーの支持体 技術分野 本発明は、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、タービンベーンアッ センブリのブラシシールの支持体に関する。 発明の背景 ガスタービンエンジン分野においては、ブラシシールを使用して隣接したキャ ビティ間をシールすることで改善がなされている。ブラシシールは、ブリストル のほぼ全長と、それより短い前板の間に延びた背板との間に挟まれた１つ以上の ブリストル列を有している。このように密に詰まったブリストルは、回動する面 と連結して、上記ブラシシールと上記連結面の間を流体が流れづらくしている。 ブラシシールは、多くの応用があるナイフエッジシール等の他の通常のシール に対して、利点を有している。上記ブラシシールは、比較的安価、軽量であり、 それらが磨耗しても引き続きシールを行うことができるためである。加えて、過 剰に磨耗した場合には、上記ブラシシールは、交換しても比較的安価である。 典型的な用途では、上記挟み込まれたブラシシールは、固定されている面とシ ートメタルクランプ(sheet metal clamp)の間に可動に取り付けられる。運転中 には、一つのキャビティ内の高圧流体は、上記背板に向けて上記ブリストルを圧 迫し、この圧力差によって発 生した力は、上記支持面に反発される。この方法により、上記ブリストルの密な 充填が保持されるようになっている。上記シートメタルクランプは、上記ブラシ シールを、運転されてはいない条件下においてその場所に保持しているが、運転 中には、ほとんど或いは全く支持してはいない。 不都合なことに、支持面を必要とするので、ブラシシールに対向する利用可能 な構造体がないような場合には、ブラシシールを使用することができない。この 状況は、低圧のキャビティが回転部材と同一の側にある場合に生じる。上記支持 面とする回転部材を使用することは、現実的ではないが、これは上記ブラシシー ルを急速に消耗させてしまうことになるためである。 上記技術があるが、科学者及び技術者は、出願譲受人の指揮の下に、ガスター ビンエンジンのブラシシールの効果的な使用方法の改善を行ってきた。 発明の開示 本発明によれば、ベーンアッセンブリのシール支持体は、一体となったカバー プレート部分と、シール支持アームと、を有している。上記カバープレート部分 は、流路面を含んでおり、この流路面は、隣接するベーンアッセンブリ越しに延 びていて、このベーンアッセンブリに上記シール支持体が取り付けられている。 取り付けた状態では、上記流路面は、上記ベーンアッセンブリと隣接するロータ アッセンブリの間のキャビティに面している。上記シール支持アームは、上記カ バープレート部分から延びているとともに、ブラシシールの ための支持体となっている。 上記カバープレート部分から延びている上記支持アームを有しているので、ブ ラシシールは、一つのキャビティとバイパスエアが供給されている隣接したキャ ビティの間に流体が流れづらいようにしている。本発明は、特に、第１ベーンア ッセンブリに使用して、上記シールを通して高圧のバイパスエアが流れてしまう ことを防止、又は、最小限とするブラシシールを支持する際に、特に効果を有す る。このような応用では、上記ブラシシールへ加えられる力は、従来のシートメ タル支持体の能力を超えたものとなっている。加えて、上記ブラシシールの低圧 側には、上記ブラシシールを上記高圧のバイパスエアに対して支持するために、 利用できる構造体は存在しない。上記シール支持体は、上記カバープレート部分 から内側に延びていて、必要な裏当てとなっているとともに、さらには、取り付 けた状態においては、上記シール支持体と上記隣接したタービンノズルアセンブ リの間が互いに嵌入されて固定されるような形状とされている。このように嵌入 することで、上記シール支持体、特に上記支持アームを緩衝させている。 本発明の別の特徴は、流路面にあり、この流路面は、上記キャビティに向かっ て内側を向いているとともに、径方向内側に延びて、上記ブラシシールを覆って いる。上記流路面は、隣接した複数のシール支持体とともに、上記キャビティの 周方向に延びた流路面を画成しており、このことによって上記キャビティの空隙 損失を最小となっている。 特定の実施例では、上記シール支持体の上記支持アームは、隣接 したシール支持体の扇形コーナに対向した扇型のコーナを有している。上記扇形 コーナとした結果、上記シール支持体の重量は、上記ブラシシールに必要な支持 能力に影響を与えることなく低減させることができる。別の特定の実施例では、 上記タービンノズルアッセンブリは、高圧のバイパスエアが通過する計量ホール を有している。上記対となる上記シール支持体の扇形コーナは、上記計量ホール と上記キャビティの間の開口を画成している。この結果、上記配置は、上記キャ ビティにバイパス空気を導入して、上記流路から上記キャビティ内へと流れてく る加熱された気体をパージするようにしている。 本発明の上記目的、他の目的、特徴及び効果については、後述する代表的な実 施例と、添付する図面をもって、より詳細に説明を行う。 図面の簡単な説明 図１は、タービンの側面を示したものであり、第１段ロータアセンブリと、シ ール支持体を有する第１段ベーンアッセンブリと、を示した図である。 図２は、上記シール支持体を前側から見た図である。 図３は、図２のライン３−３に沿ったシール支持体の断面図である。 図４は、ブラシシールを軸方向から見た図である。 発明の最良の実施態様 図１は、流路１６の流れ方向に沿って、燃焼機１４の下流側に配置されたター ビン１２を示している。上記タービン１２と上記燃焼機１４の間には、タービン ノズルアッセンブリ１８が配設されている。上記タービンには、エンジンの長手 方向軸（図示せず）を中心として配設されたロータアッセンブリ２２を有してい る。上記タービンノズルアッセンブリ１８は、ベーンアッセンブリ２４を有して おり、このベーンアッセンブリ２４は、流路１６を通して延びた複数のベーン２ ６を有しているとともに、タンジェンシャルオンボードインジェクタ２８(tange ntial on-boad injector; TOBI)を有している。上記複数のベーン２６は、機械 的締結具３０によって、上記タービンノズルアッセンブリ１８に取り付けられて いる。 上記ロータアッセンブリ２２は、回転ディスク３２と、ディスク３２に取り付 けられ、かつ、上記流路１６を通して延びた複数のブレード３４と、自立型(fre e standing)サイドプレート、即ち、上記ディスク３２の軸方向前面に被さるよ うにして延びたＴＯＢＩポンプ３６を有している。キャビティ３８は、上記固定 タービンノズルアッセンブリ１８と上記回転するロータアッセンブリ２２の間の 軸方向の分離により画成されている。この環状キャビティ内の流体は、上記ロー タアッセンブリが回動する結果、周方向へと運動することになる。サイドプレー ト３６は、また、上記サイドプレート３６のウエッブ内にアパーチャ４４を有し ていて、冷却流体を通してキャビティ４３へと流入させるようになっている。上 記サイドプレート３６は、シール４２を有していて、上記ディスク３２と上記サ イドプレート３６との間から上記キャビティ４３を通して上記キャ ビティ３８内に流体が流れるのを防止している。冷却流体は、上記ロータアッセ ンブリ２２内の通路（図示せず）と、上記複数のロータブレード３４を通して上 記キャビティ４３から排出され、上記ロータブレード３４を冷却する。 上記冷却流体は、上記燃焼機１４内の燃焼プロセスをバイパスした圧縮流体で あり、この流体は、上記ＴＯＢＩを通して流されている。上記ＴＯＢＩ４６から 排出される流体は、第２のキャビティ４８へと流れ、その後、複数のアパーチャ ４４へと流れてゆき、キャビティ４３へと流れてゆく。上記第２のキャビティ４ ８は、上記タービンノズルアッセンブリ１８と上記サイドプレート３６の間の離 間として画成されているとともに、内側ブラシシール５２と、外側ブラシシール ５４と、によってシールされている。上記それぞれのブラシシール５２，５４は 、上記第２のキャビティ４８とそれに隣接したキャビティの間が連通するのを防 止しており、冷却流体の損失を防止している。 周方向に延びた密に充填されたブリストル５６の列は、背板５８と前板６２の 間にそれぞれ挟まれている。ブリストル５６の列を軸方向から見た図が図４であ る。上記内側ブラシシール５２は、上記タービンノズルアッセンブリ１８の面６ ４によって常法により支持されており、かつ、シートメタルクランプ６６によっ てその位置に保持されている。上記面６４は、上記ブラシシール５２を上記第２ のキャビティ４８とそれに隣接するキャビティ６８の間に存在する差圧によって 生じる力に対抗させている。このような配置とすることで、上記タービンノズル アッセンブリ１８は、上記差圧により生 じる力を反発させるための面とすることができる。 上記外側ブラシシール５４は、しかし、概ね下流側に向かい、かつ、上記ロー タアッセンブリ２２といった回転部材に向かう力を発生させるような差圧が加え られている。この配置においては、上記ブラシシール５４を支持するために充分 に利用できる面は存在しないので、シール支持体７２を、上記ベーンアッセンッ ブリ１８上に配設して、その機能を果たさせている。 上記シール支持体７２は、セグメント化された構造体であり、このシール支持 体７２は、上記ベーンアッセンブリ１８の下流側面を覆うようにして周方向に延 びているとともに、カバープレート部分７４と、支持アーム７６と、を有してい る。上記シール支持体７２の断面形状は、上記タービンノズルアッセンブリ１８ に隣接する形状とされていて、上記回転部材との間に適切なクリアランスを維持 するようになっている。 上記カバープレート部分７４は、上記機械的締結具３０に連結されており、上 記シール支持体７２を上記ベーンアッセンブリ１８へと取り付けている。図２及 び図３に示されているように、上記シール支持体７２は、流路面７８を有してお り、この流路面７８は、その隣接するシール支持体とともに、概ね周方向に連な っている。上記流路面７８は、ベーンアッセンブリをカバーしない場合に比べて 、上記キャビティ３８内の空隙損失を低減させる手段となっている。 上記支持アーム７６は、上記カバープレート部分７４から延びているとともに 、上記ブラシシール５４に被さるように内側に延びている。上記シール支持体７ ２は、上記ベーンアッセンブリ１８に取 り付けられており、上記支持体７６と上記タービンノズルアッセンブリ１８との 間が互いに嵌入されている。このように嵌入することにより、上記シール支持体 ７２に緩衝作用を及ぼして、運転中の振動による損傷を防止している。 上記支持アーム７６は、複数のコーナ８２を有しており、これらのコーナ８２ は、扇形をしていて、互いに隣接したシール支持体の上記コーナにも開口８４が 画成されている。上記開口８４は、上記ベーンアッセンブリ１８を通して延びた 計量ホール８６に隣接するように位置決めされている。上記計量ホール８６は、 上記キャビティ３８内へと制御された量の流体を流しており、上記キャビティ３ ８内に流入する可能性のある流路１６のガスを上記キャビティ３８からパージし ている。上記計量ホール８６を通るパージ流は、全ての用途において必要とされ るものではないが、上記扇形コーナ８２とすることで、上記ブラシシール５４の ために必要な支持能力を犠牲とすることなく、上記シール支持体７２の重量を軽 減することができる。 運転中には、上記流路１６を通して流れる作動流体は、上記ブレード３４と相 互に作用して、上記ロータアッセンブリ２２を長手方向軸を中心として回転させ る。コンプレッサからの冷却流体は、上記燃焼プロセスをバイパスして流されて おり、上記ＴＯＢＩ４６を介して上記第２のキャビティ４８へと流れている。上 記キャビティ４８内の上記流体の圧は、軸方向に可動に取り付けられて保持され たそれぞれの上記ブラシシール５２，５４を、それぞれの支持体面６４，７６に 対向させるように押圧する。上記キャビティ４８内の 高圧の上記冷却流体は、上記内側ブラシシール５２については、上記ステータア ッセンブリ６４により、上記外側ブラシシール５４については、上記シール支持 体７２により反発される。上記ブラシシール５２，５４は、上記サイドプレート ３６の延長部と連結して、上記隣接したキャビティ３８，６８へと上記キャビテ ィ４８内の上記流体が流れ込むのを防止しているとともに、この流体を上記アパ ーチャ４４を通して上記キャビティ４３へと強制的に流すようにしている。 上記流路１６からの加熱されたガスは、上記キャビティ内３８へと流れ込み、 このキャビティ３８を過熱させてしまう。上記計量ホール８６は、シールしたキ ャビティ３８内へと流れる冷却流体の量を制御するために使用される。上記冷却 流体は、上記キャビティ３８内、すなわち、上記流路１６内の流体よりも高圧な ので、上記冷却流体は、上記ガス流路流体をキャビティ３８からパージし、この キャビティ３８の温度を許容限度内に保持している。 本発明は、その代表的な実施例を持って説明を加えてきたが、当業者によれば 、種々の変更、除外、及び付加を本発明の趣旨及び範囲内においておこなうこと も可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ガスタービンエンジンのタービン領域のためのシール支持体であって、前 記ガスタービンエンジンは、長手方向軸を中心として配設されて、ベーンアッセ ンブリを備えたタービンノズルアッセンブリを有し、そのタービン領域は、前記 ベーンアッセンブリの軸方向下流側に配設されたロータアッセンブリを有してい るとともに、このベーンアセンブリは、固定具によって前記タービンノズルアッ センブリに取り付けられたベーンを有しており、かつ、前記ベーンアッセンブリ と前記ロータアッセンブリの軸方向の離間によってキャビティが画成され、この キャビティは、流体が周方向に流れる環状体の流路面を画成しているとともに、 その一部が、シール支持体によって支持されたブラシシールでシールされている ものであって、該シール支持体は、 取り付けた状態で前記ベーンアッセンブリ部分に被さるようにして延び、かつ 前記キャビティ内の空隙損失を最低としているとともに、前記ベーンにブラシシ ール支持部を取り付けるべく前記ベーンに連結する手段を有したカバープレート 部分と、 前記ガスタービンエンジンの運転中には、取り付けた状態で前記ブラシシール の軸方向支持体となる、前記カバープレートから延びた支持アームと、を有する ことを特徴とするガスタービンエンジンのタービン領域のためのシール支持体。 ２． 前記支持アームは、前記ブラシシール支持部を通して前記キャ ビティに流体を流して、上記キャビティをパージすることができるようになった 開口を有していることを特徴とする請求項１に記載のシール支持体。 ３． 前記シール支持体は、さらに扇形コーナを有し、前記ベーンアッセンブリ もまた、周方向に互いに隣接した複数のブラシシール支持部を有し、かつ、前記 扇形コーナは、隣接したブラシシール支持部の扇形コーナとともに開口を画成し ていることを特徴とする請求項２に記載のシール支持体。 ４． 前記ブラシシール支持部は、取り付けた状態で反発されているとともに、 前記シール支持体と前記タービンノズルアッセンブリの間が互いに嵌入されてい て、前記シール支持体を緩衝するようになっていることを特徴とする請求項１に 記載のシール支持体。