JP2019512640A

JP2019512640A - ガスタービンエンジンの一体型出口ピースのためのシール部

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Publication number: JP2019512640A
Application number: JP2018549806A
Authority: JP
Inventors: ジェイコブ・ウィリアム・ハーデス; マニッシュ・クマール; アダム・ジェイ・ウィーヴァー
Original assignee: シーメンスアクティエンゲゼルシャフト
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2019-05-16
Also published as: US20200300105A1; EP3433468A1; WO2017164884A1; CN109154202A

Abstract

ガスタービンエンジンは、一体型出口ピース（１０）によって形成され、かつ内側リング（１６）を取り囲む外側リング（１５）を有する。断面Ｌ字型のシール部２０が外側リング１５および内側リング１６に接続されてこれらをシールしている。

Description

開示される実施形態は、一般的に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンの移行システムに関する。

カン型環状燃焼器を有するガスタービンエンジンは、燃焼器から、タービンブレードの列に気体を誘導し導く移行ダクトを有する。移行ダクトとベーンは、ブレードの回転のために適した角度でタービンブレードに接触するように燃焼ガスの流れの向きを変える。

いくつかのガスタービンエンジンでは、移行ダクトは、環状アレイで配置される。環状アレイは、支持を提供する内側リングの周りに形成される。環状アレイおよび内側リングの間の効果的なシーリングが望まれている。

簡単に説明すると、本開示の態様は、ガスタービンエンジンに使用されるシールに関する。

本開示の一態様は、外側リングを形成するように配置された複数の一体型出口ピースを有するガスタービンエンジンを開示しており、複数の一体型出口ピースの各々は、その中に形成された第１のスロットと、複数の一体型出口ピースに対して半径方向内側に配置された内側リングと有し、内側リングは、その中に形成された第２のスロットを有する。ガスタービンエンジンは、第１の延伸部と第２の延伸部とを有するシール部を有し、第１の延伸部は、第１のスロットに配置され、第２の延伸部は、第２のスロットに配置され、第１の延伸部は、外側リングに対して軸方向に延在し、第２の延伸部は、外側リングに対して半径方向内側に延在し、第１の延伸部および第２の延伸部の両方は、第１のスロットおよび第２のスロット内で円周方向に延在している。

本開示の別の態様は、ガスタービンエンジンで使用するためのシール部であってもよい。シール部は、第１の延伸部を有し、第１の延伸部は、第１のスロット内に配置され、第１のスロットが複数の一体型出口ピースの１つに形成され、複数の一体型出口ピースが、外側リングを形成し、シール部は、第２の延伸部を有し、第２の延伸部は、内側リングに形成された第２のスロット内に配置され、内側リングは、外側リングに対して半径方向内側に位置し、第１の延伸部は、外側リングに対して軸方向に延在し、第２の延伸部は、外側リングに対して半径方向内側に延在し、第１の延伸部および第２の延伸部の両方は、第１のスロットおよび第２のスロット内で円周方向に延在している。

本開示のさらに別の態様は、第１のスロットを有するガスタービンエンジン内の外側リングを形成する一体型出口ピースであってもよく、第１のスロットは、ガスタービンエンジンに使用するためのシール部を受け入れるように適合され、シール部は、第１のスロット内に配置されるよう適合された第１の延伸部と、内側リングに形成された第２のスロット内に配置されるように適合された第２の延伸部とを備え、内側リングは、外側リングに対して半径方向内側に位置し、第１の延伸部は、外側リングに対して軸方向に延在し、第２の延伸部は、外側リングに対して半径方向内側に延在し、第１の延伸部および第２の延伸部の両方は、第１のスロットおよび第２のスロット内で円周方向に延在している。

一体型出口ピースを示す。外側リングを形成する一体型出口ピースを示す。内側リングに連結された外側リングを形成する一体型出口ピースを示す。一体型出口ピースおよび内側リングに接続されたシール部の第１層の図である。一体型出口ピースおよび内側リングに接続されたシール部の第２層の図である。シール部と共に使用される回転防止構造の拡大図である。第１層および第２層の合じゃくりを示すシール部の第１層およびシール部の第２層を示す図である。内側リングと外側リングとを連結するシール部を示す図である。外側リングおよび内側リングに設けられたスロットを示す、内側リングと外側リングとを接続するシール部の図である。

本開示の実施形態、原理、および特徴の理解を容易にするために、それらは例示的な実施形態における実装の参照とともに以下に説明される。しかしながら、本開示の実施形態は、記載されたシステムまたは方法における使用に限定されない。

以下の様々な実施形態を構成する構成要素および材料は、例示的なものであり、限定的ではないものとする。本明細書に記載された材料と同じまたは同様の機能を果たす多くの適切な構成要素および材料は、本開示の実施形態の範囲内に包含されることが意図される。

図１は、ガスタービンエンジンに使用される一体型出口ピース（ＩＥＰ）１０を示す。ＩＥＰ１０は、燃焼器からタービンブレードの列にガスを移送する移行ダクト８に接続されている。移行ダクトおよびベーンは、ブレードの回転のために好ましい角度でタービンブレードに接触するように燃焼ガスの流れを方向付ける。図２は、複数のＩＥＰ１０を相互に接続することによって形成された外側リング１５を示す。ＩＥＰ１０は、円周方向Ｃに沿って隣接して接続されている。

図３は、内側リング１６に接続された外側リング１５を形成するＩＥＰ１０の部分図を示す。外側リング１５は、外側リング１５および内側リング１６の中心を通る軸から、内側リング１６より半径方向Ｒ外側に位置する。

図４は、ＩＥＰ１０および内側リング１６に接続されている、図５に示すシール部２０の第１層２５の図である。第１層２５は、ＩＥＰ１０内に位置する第１スロット１１に挿入されている。第１層２５は、第１スロット１１内に軸方向Ａに延びる第１層軸方向部分３３を有する。第１層軸方向部分３３に接続され、また第１層２５の一部を形成するのは、半径方向Ｒに延びる第１層半径方向部分３４である。第１層２５は円弧状であり、内側リング１６および外側リング１５の形状に一致する。

第１層２５は、円周方向Ｃに延び、第１層半径方向部分３４に形成された第１層切欠き２８を有する。第１層切欠き２８は、好ましくは、ガスタービンエンジンの動作中に第１層２５の動きに適応するようにアーチ状に形成されている。図４では、第１層切欠き２８は、互いに等距離に離間されている。しかし、第１層切欠き２８の他の構成を第１層半径方向部分３４に配置することができることを理解されたい。第１層切欠き２８は、シール部２０が完全に組み立てられた場合に第１層２５が円周方向Ｃに移動するのをさらに防止する。

第１層２５は、円周方向Ｃに延びる円弧を形成する。個々の第１層２５は、７．５°〜３０°の弧を形成し、ＩＥＰ１０の数に応じて数が変化し得る。好ましくは、シール部２０を形成するために使用される第１層２５の各々は、同じ円弧を有する。外側リング１５と内側リング１６との間の空間を完全にシールするために、第１層２５の円弧は、好ましくは合計で３６０°となる。

図５は、ＩＥＰ１０及び内側リング１６に接続されたシール部２０の第２層２６を示す図である。第２層２６は、ＩＥＰ１０内に位置する第１スロット１１に挿入されている。第２層２６は、円弧状であり、内側リング１６および外側リング１５の形状ならびに第１層２５の形状に適合する。第２層２６は、軸方向Ａに沿って第１スロット１１内に延びる第２層軸方向部分３５を有する。第２層軸方向部分３５に接続され、また、第２層２６の一部を形成するのは、半径方向Ｒに延びる第２層半径方向部分３６である。

第２層２６は、円周方向Ｃに延び、第２層半径方向部分３６に形成された第２層切欠き２９を有する。第２層切欠き２９は、好ましくはアーチ形状であり、第１層切欠き２８の形状にも対応する。図５では、第２層切欠き２９は、互いに等距離に離間している。しかし、第２層切欠き２９の他の構成を第２層半径方向部分３６に配置することができることを理解されたい。第２層２６が第１層２５上に位置する場合に第１層２５に配置された第１層切欠き２８の位置に対応するように、第２層切欠き２９が第２層２６に配置される。

第２層２６は、円周方向Ｃに延びる円弧を形成する。個々の第２層２６は、７．５°〜３０°の間の弧を形成し、ＩＥＰ１０の数に応じて数が変化し得る。好ましくは、シール部２０を形成するために使用される第２層２６の各々は、同じ円弧を有する。第２層２６の円弧は、外側リング１５と内側リング１６との間の空間を完全にシールするために、好ましくは合計で３６０°となる。一実施形態では、第１層２５および第２層２６の各々は、１４．７５°の円弧を形成する。

図６は、シール部２０と共に使用される回転防止構造３０の拡大図である。回転防止構造３０は、内側リング１６上に位置する。第１層２５と第２層２６が組み立てられると、第１層２５の第１層切欠き２８と第２層２６の第層２切欠き２９とが互いに位置合わせされる。位置合わせされた第１層切欠き２８および第２層切欠き２９は、回転防止構造３０の上に配置される。図示のように、回転防止構造３０は、アーチ形状であり、第１層切欠き２８および第２層切欠き２９の形状に対応する。回転防止構造３０内にはボルト穴３１が配置されている。

図７は、シール部２０の第１層２５および第２層２６の図であり、第１層２５および第２層２６の合じゃくり４０を示している。合じゃくり４０は、第１層２５と第２層２６との間の境界面であり、第２層２６が第１層２５と重なり始める場所である。図に示すように、第２層縁部４４は、第１層縁部４３ほど円周方向に伸びていない。第１層２５および第２層２６の両端部において、第２層縁部４６は、第１層縁部４５よりもさらに伸びている。合じゃくり４０は、第１層２５および第２層２６が外側リング１５および内側リング１６の周囲に延在しているときに、より確実に噛み合うことを可能にする。第１層縁部４３，４５が第２層縁部４４，４６と位置合わせされていない一方、第１層切欠き２８と第２層切欠き２９とは、回転防止構造３０を囲むように位置合わせされる。第１層２５および第２層２６が合じゃくり接合されている場合に、第１層２５および第２層２６はそれぞれ１４．７５°の円弧を形成する。第１層２５および第２層２６によって形成されたシール部２０は、１５．７５°の円弧を形成する。第１層２５の第２層２６との重なりは、０．７５°であってもよい。

図８は、完全に組み立てられてシール部２０を形成する第１層２５および第２層２６の図である。外側リング１５と内側リング１６との間にシール部２０を設置する際には、ボルト穴３１に挿通されたボルト３２を用いて、回転防止構造３０に保持プレート１７が固定される。保持プレート３０は、ろう付けまたは溶接のような他の適切な方法によって回転防止構造３０に固定されてもよいことを理解されたい。

シール部２０は、第１層軸方向部分３３と第２層軸方向部分３５とによって形成される第１延伸部２３を有する。第１延伸部２３は、軸方向Ａに第１スロット１１内に延びている。保持プレート１７を固定すると、第２スロット１２が形成される。第２スロット１２は、半径方向Ｒに第２スロット１２内に延びるシール部２０の第２延伸部２４を受け入れる。第２延伸部２４は、第１層半径方向部分３４と第２層半径方向部分３６とで形成されている。

図８に示すように、第１延伸部２３および第２延伸部２４は、Ｌ字形断面を形成する。図９を参照すると、Ｌ字形断面はＬ字型であるが、第１延伸部２３と第２延伸部２４とが合致する位置に形成される角度αは必ずしも９０°でなくてもよい。代わりに、角度αは、シール部２０の湾曲に適応するために、８０°〜１００°の範囲内であってもよい。さらに、Ｌ字形以外の他の形状も可能であり、例えば、Ｃ字形、Ｖ字形、または鈍角形状もまた形成され得る。

図９はまた、内側リング１６と外側リング１５とを接続するシール部２０を、外側リング１５および内側リング１６内に位置する第１スロット１１および第２スロット１２の拡大図とともに示している。

図９は、第１延伸部２３が第１スロット１１内に完全には延びていないことを示している。軸方向Ａにはまだ空間があり、第１延伸部２３が軸方向に移動することができる。第１延伸部２３が移動できる範囲は、ガスタービンエンジンの運転中に発生する可能性のある応力および変形に対応するのに十分なものである。シール部２０が外側リング１５と内側リング１６との間の空間をシールし続ける間に、変形および応力を吸収することができる。さらに、第１スロット１１は、ガスタービンエンジンの運転中に生じる可能性のある応力及び変形を吸収するために、第１延伸部２３が半径方向Ｒに移動するのに十分な空間を有する。

図９はまた、第２延伸部２４が第２スロット１２内に完全には延びていないことを示している。半径方向Ｒにはまだ空間があり、第２延伸部２４が半径方向に移動することができる。第２延伸部２４が移動できる範囲は、ガスタービンエンジンの運転中に発生する可能性のある応力および変形に対応するのに十分なものである。シール部２０が外側リング１５と内側リング１６との間の空間をシールし続ける間に、変形および応力を吸収することができる。さらに、第２スロット１２は、ガスタービンエンジンの運転中に生じる可能性のある応力及び変形を吸収するために、第２延伸部２４が軸方向Ａに移動するのに十分な空間を有する。

さらに、各シール部２０が半径方向Ｒおよび軸方向Ａに移動できることにより、各シール部２０が互いに対して移動することが可能となる。これにより、シール部２０の完全性を損なうことなく、応力および変形の補償をより柔軟に行うことができる。

本開示の実施形態は、例示的な形態で開示されているが、本発明の精神および範囲および以下の特許請求の範囲に記載されているものの等価物から逸脱することなく、多くの修正、追加、および削除を行うことができることは当業者には明らかであろう。

８移行ダクト
１０一体型出口ピース（ＩＥＰ）
１１第１スロット
１２第２スロット
１５外側リング
１６内側リング
１７保持プレート
２０シール部
２３第１延伸部
２４第２延伸部
２５第１層
２６第２層
２８第１層切欠き
２９第２層切欠き
３０回転防止構造
３１ボルト穴
３２ボルト
３３第１層軸方向部分
３４第１層半径方向部分
３５第２層軸方向部分
３６第２層半径方向部分
４３，４５第１層縁部
４４，４６第２層縁部

Claims

外側リング（１５）を形成するよう構成された複数の一体型出口ピース（１０）であって、各前記複数の一体型出口ピース（１０）は、中に形成された第１スロット（１１）を有する、複数の一体型出口ピース（１０）と、
前記複数の一体型出口ピース（１０）に対して半径方向内側に配置された内側リング（１６）であって、前記内側リング（１６）が中に形成された第２スロット（１２）を有する、内側リング（１６）と、
第１延伸部（２３）および第２延伸部（２４）を有するシール部（２０）であって、前記第１延伸部（２３）が前記第１スロット（１１）内に配置され、かつ前記第２延伸部（２４）が前記第２スロット（１２）内に配置され、前記第１延伸部（２３）が前記外側リング（１５）に対して軸方向に延在し、かつ前記第２延伸部（２４）が前記外側リング（１５）に対して半径方向内向きに延在し、前記第１延伸部（２３）および前記第２延伸部（２４）の両方が前記第１スロット（１１）および前記第２スロット（１２）内で円周方向に延在する、シール部と、
を有するガスタービンエンジン。
半径方向における前記シール部（２０）の断面がＬ字形である、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
前記シール部（２０）が第１層（２５）および第２層（２６）を有し、前記第１層（２５）が第１縁部（４５）を有し、かつ前記第２層（２６）が第２縁部（４６）を有し、前記第１層（２５）の前記第１縁部（４５）が前記第２層（２６）の前記第２縁部（４６）よりもさらに円周方向に延在する、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
前記第１層（２５）および前記第２層（２６）は、円周方向において、合じゃくり接合されている、請求項３に記載のガスタービンエンジン。
前記シール部（２０）の前記第２延伸部（２４）にアーチ状切欠きが形成されている、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
回転防止構造（３０）が前記内側リング（１６）から前記シール部（２０）の前記第２延伸部（２４）に形成された前記アーチ状切欠き内へ延在し、前記回転防止構造（３０）がアーチ状であり、かつ前記シール部（２０）による円周方向の回転を防ぐ、請求項５に記載のガスタービンエンジン。
前記第１延伸部（２３）が前記第１スロット（１１）内で軸方向および半径方向に移動することができる、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
前記第２延伸部（２４）が前記第２スロット（１２）内で半径方向および軸方向に移動することができる、請求項７に記載のガスタービンエンジン。
前記内側リング（１６）が円周方向に延在する保持プレート（１７）を備え、前記保持プレート（１７）が前記第２スロット（１２）を形成する、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
前記シール部（２０）が前記外側リング（１５）および前記内側リング（１６）の周りに円周方向に延在する複数のシール部（２０）の１つであり、各前記複数のシール部（２０）が７．５°〜３０°の間の弧を形成する、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
ガスタービンエンジンで使用するためのシール部（２０）であって、前記シール部（２０）は、
第１延伸部（２３）であって、前記第１延伸部（２３）は、第１スロット（１１）内に配置され、前記第１スロット（１１）は、複数の一体型出口ピース（１０）の１つの中に形成され、前記複数の一体型出口ピース（１０）は、外側リング（１５）を形成する、第１延伸部（２３）と、
内側リング（１６）に形成された第２スロット（１２）内に配置される第２延伸部（２４）であって、前記内側リング（１６）は、前記外側リング（１５）に対して半径方向内側に配置された、第２延伸部（２４）と、
を備え、
前記第１延伸部（２３）は、前記外側リング（１５）に対して軸方向に延在し、かつ前記第２延伸部（２４）は、前記外側リング（１５）に対して半径方向内向きに延在し、前記第１延伸部（２３）および前記第２延伸部（２４）の両方は、前記第１スロット（１１）および前記第２スロット（１２）内で円周方向に延在する、シール部。
半径方向における前記シール部（２０）の断面がＬ字形である、請求項１１に記載のシール部。
前記シール部（２０）が第１層（２５）および第２層（２６）を有し、前記第１層（２５）が第１縁部（４５）を有し、かつ前記第２層（２６）が第２縁部（４６）を有し、前記第１層（２５）の前記第１縁部（４５）が前記第２層（２６）の前記第２縁部（４６）よりもさらに円周方向に延在する、請求項１１に記載のシール部。
前記第１層（２５）および前記第２層（２６）は、円周方向において、合じゃくり接合されている、請求項１３に記載のシール部。
前記シール部（２０）の前記第２延伸部（２４）にアーチ状切欠きが形成されている、請求項１１に記載のシール部。
回転防止構造（３０）が前記内側リング（１６）から前記シール部（２０）の前記第２延伸部（２４）に形成された前記アーチ状切欠き内へ延在し、前記回転防止構造（３０）がアーチ状であり、かつ前記シール部（２０）による円周方向の回転を防ぐ、請求項１５に記載のシール部。
前記第１延伸部（２３）は、前記第１スロット（１１）内で軸方向および半径方向に移動することができる大きさである、請求項１１に記載のシール部。
前記第２延伸部（２４）は、前記第２スロット（１２）内で半径方向および軸方向に移動することができる大きさである、請求項１７に記載のシール部。
前記シール部（２０）は、７．５°〜３０°の間の弧を形成している、請求項１１に記載のシール部。
ガスタービンエンジンにおいて外側リング（１５）を形成する一体型出口ピース（１０）であって、前記一体型出口ピース（１０）は、
第１スロット（１１）であって、前記第１スロット（１１）は、ガスタービンエンジンで使用されるシール部（２０）を受け入れるよう構成され、前記シール部（２０）は、前記第１スロット（１１）内に配置されるように構成された第１延伸部（２３）と、内側リング（１６）に形成された第２スロット（１２）内に配置されるよう構成された第２延伸部（２４）とを備え、前記内側リング（１６）は、前記外側リング（１５）に対して半径方向内側に配置されている、第１スロット（１１）を備え、
前記第１延伸部（２３）は、前記外側リング（１５）に対して軸方向に延在し、かつ前記第２延伸部（２４）は、前記外側リング（１５）に対して半径方向内向きに延在し、前記第１延伸部（２３）および前記第２延伸部（２４）の両方は、前記第１スロット（１１）および前記第２スロット（１２）内で円周方向に延在する、一体型出口ピース（１０）。