JP5507906B2 - ピボットプレート及びロープシールを備えたシール機構 - Google Patents

Description

本出願は、総括的にはあらゆるタイプのタービンに関し、より具体的には、タービンバケットダブテールとタービンロータとの間に形成されたギャップをピボットプレート及びロープシールによってシールするためのシステム及び方法に関する。

ガスタービンは一般的に、幾つかの円周方向に間隔を置いて配置されたバケット（ブレード）を備えたタービンロータ（ホイール）を含む。バケットは一般的に、翼形部、プラットフォーム、シャンク、ダブテール及びその他の要素を含むことができる。各バケットのダブテールは、タービンロータ内に配置されかつそこに固定される。翼形部は、ガスの運動エネルギーを回転機械エネルギーに変換するために高温ガス通路内に突出している。幾つかの冷却媒体通路が、半径方向にバケットを貫通して延びて、それら通路を通して冷却媒体の内向き及び／又は外向き流れを導くことができる。

熱負荷及び／又は遠心荷重の増大によるダブテールのタブとロータの表面との間のギャップに基づいて、冷却媒体供給回路内に漏洩が生じる可能性がある。バケット供給回路からホイールスペース内への空気喪失が、ブレード冷却媒体流要件に対して大きくなる可能性がある。さらに、後方圧縮機段から抽出される場合があり、そのような場合には、エンジン作動時におけるエネルギー出力及び全体効率に対する悪影響が、著しく大きくなるおそれがある。

このような漏洩を制限するための努力が、これ迄なされてきた。例えば、１つの方法は、ダブテールタブ上にアルミニウムを堆積させて少なくとも部分的にギャップを充填することを含む。具体的には、前方側のダブテール面に対して、円形リングを圧入することができる。この設計は、良好にシールしかつ耐久性があるが、現場において容易に分解しかつ交換することができない。それどころか、これらのリングは、ロータ全体を分解する時に分解することができるのみである。

米国特許第４４２２８２７号明細書 米国特許第４７４３１６４号明細書 米国特許第４４８０９５７号明細書 米国特許第４４９４９０９号明細書 米国特許第４７２５２００号明細書 米国特許第４７４３１６６号明細書 米国特許第５０５２８９０号明細書 米国特許第５８２３７４３号明細書 米国特許第５１３９３８９号明細書 米国特許第５５９９１７０号明細書 米国特許第６２９６１７２号明細書 米国特許第６３７５４２９号明細書 米国特許第６５６５３２２号明細書 米国特許第６５７５７０４号明細書 米国特許第６６８２３０７号明細書 米国特許第６２７３６８３号明細書 米国特許第５２５７９０９号明細書 米国特許第３７０９６３１号明細書 米国特許第５０５２８９３号明細書 欧州特許出願公開第０７７４０４８号明細書 国際特許出願第９４／１２７７２号パンフレット

従って、ダブテールタブシールシステム及び方法の改良に対する願望が存在する。そのようなシステム及び方法は、それを通しての漏洩を適切に防止して全体システム効率を高めると同時に、現場での据付け及び／又は補修ができるようにすべきである。

従って、本出願は、バケットのダブテールタブとロータとの間のギャップをシールするためのシールシステムを提供する。本シールシステムは、ダブテールタブの周りに配置されたシールスロットと該シールスロット内に配置されたピボットプレートとを含むことができる。シールスロットは、ピボットポイント及びレストレッジを備えており、バケット回転時にピボットプレートがピボットポイントを中心にギャップ内で枢動できるようにする。

本出願はさらに、バケットのダブテールタブとロータとの間のギャップをシールするためのシールシステムを提供する。本シールシステムは、ダブテールタブの周りに配置されたシールスロットと、該シールスロット内に配置されたピボットプレートと、該ピボットプレートの周りに配置されたロープシールとを含むことができる。シールスロットは、ピボットポイント及びレストレッジを備えており、バケットが回転している時にピボットプレートがピボットポイントを中心にギャップ内で枢動できるようにする。

本出願はさらに、バケットのダブテールタブとロータとの間のギャップをシールする方法を提供する。本方法は、ダブテールタブのシールスロット内にピボットプレートを配置するステップと、バケットを回転させるステップと、遠心力下でピボットプレートをギャップ内に枢動させるステップとを含むことができる。本方法はさらに、ピボットプレートの周りにシールを配置するステップと、バケットが回転している時にシールを変形させてシールスロットに当接させるステップと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は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させて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。

本明細書に記載したようなシールシステムで使用することができるシュラウド付きバケットの斜視図。 本明細書に記載したようなシールシステムで使用することができるシュラウドなしバケットの斜視図。 本明細書に記載したようなシールシステムで使用することができるロータの斜視図。 本明細書に記載したようなシールシステムで使用することができるダブテールタブの側面図。 図３Ａのダブテールタブの斜視図。 本明細書に記載したようなシールシステムの斜視図。 ダブテールタブ内に配置されかつ静止状態にある、図４のシールシステムの側面図。 ダブテールタブ内に配置されかつ運動状態にある、図４のシールシステムの側面図。

次に、幾つかの図を通して同じ番号が同様な要素を指している図面を参照すると、図１Ａは、本明細書で使用することができるようなバケット１０を示している。バケット１０は、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙが販売している７ＦＡ＋ｅ型ガスタービンで使用されているような第１又は第２段バケットとすることができる。本明細書では、あらゆるその他のタイプのバケット又は段もまた、使用することができる。バケット１０は、図２に示すようなロータ２０で使用することができる。

よく知られているように、バケット１０は、翼形部３０、プラットフォーム４０、シャンク５０、ダブテール６０及びその他の要素を含むことができる。バケット１０は、タービンのロータ２０の周りでかつ該ロータ２０に対して固定された幾つかの円周方向に間隔を置いて配置されたバケット１０の１つであることが分かるであろう。図１Ａのバケット１０は、翼形部３０の１つの端部上にシュラウド６５を有する。図１Ｂのバケット１１には、シュラウドがない。本明細書では、あらゆるその他のタイプのバケット設計を使用することができる。

上記したように、ロータ２０は、バケット１０のダブテール６０を受ける幾つかのスロット２５を有することができる。同様に、バケット１０の翼形部３０は、ロータ２０の回転によりガスストリームの運動エネルギーを機械エネルギーに変換するために高温ガスストリーム内に突出している。ダブテール６０は、該ダブテールから延びる第１のタング又はタブ７０及び第２のタブ８０を含むことができる。ダブテール６０のタブ７０、８０の端部間には、ギャップ９０を形成することができる。あるタイプのシールシステムを使用しない限り、高圧冷却流が、このギャップ９０を介して逸出するおそれがある。

図３Ａ〜図６は、本明細書に記載したようなシールシステム１００を示している。シールシステム１００は、バケット１０のダブテール６０の第１のタブ７０の周りにかつ該タブ７０内に配置することができる。シールシステム１００は、第１のタブ７０内に配置されたシールスロット１１０を含むことができる。シールスロット１１０は、その全体又は一部が第１のタブ７０の周辺の周りに延びることができる。シールスロット１１０は、その一側上にピボットポイント１２０を形成しまたその他側上にレストレッジ１３０を形成することができる。シールスロット１１０の寸法及び形状は、変化させることができる。シールスロット１１０は、従来型の機械加工法により形成することができる。本明細書では、その他のタイプの製造法もまた、使用することができる。シールシステム１００はまた、第２のタブ８０で使用することができ、またその他の場所で使用することができる。

シールシステム１００はまた、プレート１４０を含むことができる。プレート１４０は、シールスロット１１０内に配置することができる。プレート１４０は、通常の金属で製作することができる。プレート１４０は、全体としてシールスロット１１０の形状に一致するようなほぼ湾曲形状を有することができる。具体的には、プレート１４０は、ピボットポイント１２０とレストレッジ１３０との間で延びる２つの上部アーム１５０を形成している。以下により詳細に説明するように、シールスロット１１０は、該シールスロット内でプレート１４０が枢動することができるような、ピボットポイント１２０とレストレッジとの間での一定の曲がり量を有する。プレート１４０はさらに、２つの上部アーム１５０の下方にウェッジ１６０を形成する。ウェッジ１６０は、全体としてタブ７０の寸法及び形状に一致している。

プレート１４０の１つの側面の周りに、ロープシール１７０を配置することができる。ロープシール１７０は、黒鉛ブレーデッド金属品及び同様なタイプの十分に変形可能な耐熱性材料で製作することができる。ロープシール１７０は、主として円形断面を有することができるが、本明細書では、その他のタイプの形状も使用することができる。同様に、本明細書では、その全体又は一部がプレート１４０にわたって延びるプレートシール並びにその他の構成を使用することができる。

図５に示すように、バケット１０が静止状態にある時には、プレート１４０の上部アーム１５０は、タブ７０のレストレッジ１３０上に載置される。上部アーム１５０とシールスロット１１０との間で、微小上方ギャップ１８０がピボットポイント近くまで延びる。同様に、ギャップ９０が、タブ７０とロータ２０との間で延びる。

図６に示すように、バケット１０の回転により、シールシステム１００の周りに遠心力が生じる。具体的には、遠心力は、ピボットポイント１２０を中心にしてプレート１４０の上部アーム１５０を強制的に枢動させて、上方ギャップを閉鎖させる。そのようにすると、プレート１４０の上部アーム１５０とタブ７０のレストレッジ１３０との間に、下方ギャップ１９０が形成される。同様に、プレート１４０は、ロープシール１７０を強制的にシールスロット１１０に当接させる。また、枢動することにより、プレート１４０のウェッジ１６０が強制的にギャップ９０内に押し込まれて、該ギャップ９０を閉鎖又は該ギャップ９０の有効面積が少なくとも制限される。そのように枢動することにより、バケット１０が全速又は高速状態にある時に、冷却供給空気がホイールスペースに漏洩するのが防止又は低減される。

従って、シールシステム１００の使用は、ギャップ９０を通しての漏洩を減少させる。従って、アルミニウム材料を使用せずに、通常使用のアルミニウム皮膜のシール性能と同様なシール性能を得ることができまたさらに改善することができる。従って、冷却流量が減少することにより、全体システム性能が高められる。シールシステム１００は、その他のシールシステム及び方法で使用することができる。

以上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行うことができることを理解されたい。

１０ バケット
１２ ロータ
２５ スロット
３０ 翼形部
４０ プラットフォーム
５０ シャンク
６０ ダブテール
６５ シュラウド
７０ 第１のタブ
８０ 第２のタブ
９０ ギャップ
１００ ロープシール及びプレートシステム
１１０ シールスロット
１２０ ピボットポイント
１３０ レストレッジ
１４０ プレート
１５０ 上部アーム
１６０ ウェッジ
１７０ シール
１８０ 上方ギャップ
１９０ 下方ギャップ

Claims (5)

1. バケット（１０）のダブテールタブ（７０）とロータ（２０）との間のギャップ（９０）をシールするためのシールシステム（１００）であって、
   前記ダブテールタブ（７０） 内に配置されかつピボットポイント（１２０）及びレストレッジ（１３０）を備えたシールスロット（１１０）と、
   前記ピボットポイント（１２０）と前記レストレッジ（１３０）と前記ダブテールタブ（７０）との間の前記シールスロット（１１０）内に配置されたピボットプレート（１４０）と
   を備えていて、
   前記ピボットプレート（１４０）が、
   前記レストレッジ（１３０）側の第１側面及び該第１側面と反対側の第２側面と、
   前記ピボットポイント（１２０）及びレストレッジ（１３０）の周りに配置された２つの上部アーム（１５０）であって、該２つの上部アーム（１５０）間に間隙を備える２つの上部アーム（１５０）と、
   前記レストレッジ（１３０）の下方に配置されたウェッジ（１６０）と、
   前記ピボットプレート（１４０）の前記第２側面に配置された前記ギャップの一部を埋めるシール（１７０）と
   を含むことを特徴とする、シールシステム（１００）。
2. 前記シールスロット（１１０）及びピボットプレート（１４０）が、前記バケット（１０）が静止状態にある時に上方ギャップ（１８０）を形成する、請求項１記載のシールシステム（１００）。
3. 前記シールスロット（１１０）及びピボットプレート（１４０）が、前記バケット（１０）が運動状態にある時に、前記上部アーム（１５０）と前記レストレッジ（１３０）との間に下方ギャップ（１９０）を形成する、請求項１又は２記載のシールシステム（１００）。
4. 前記シール（１７０）が、十分に変形可能な材料を含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシールシステム（１００）。
5. 前記シール（１７０）が、ロープシールを含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシールシステム（１００）。

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