(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022104807
(43)【公開日】2022-07-11
(54)【発明の名称】磁気ターボ機械のシール装置
(51)【国際特許分類】
F02C 7/28 20060101AFI20220704BHJP
F01D 11/00 20060101ALI20220704BHJP
F16J 15/12 20060101ALI20220704BHJP
【ＦＩ】
F02C7/28 C
F02C7/28 E
F01D11/00
F16J15/12 C
F16J15/12 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021204277
(22)【出願日】2021-12-16
(31)【優先権主張番号】17/136,131
(32)【優先日】2020-12-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(72)【発明者】
【氏名】ジョナサン・ドワイト・ベリー
(72)【発明者】
【氏名】マイケル・ジョン・ヒューズ
【テーマコード（参考）】
3G202
3J040
【Ｆターム（参考）】
3G202KK11
3G202KK22
3G202KK26
3J040AA13
3J040FA20
(57)【要約】
【課題】ターボ機械用のシール装置が提供される。
【解決手段】シール装置（２０１）およびターボ機械が提供される。ターボ機械用のシール装置（２０１）は、上流端（４６）および下流端（４８）を有する移行ダクト（４４）を含む。移行ダクト（４４）は、移行ダクト（４４）の下流端（４８）を周方向に囲む後方フレーム（１００）を取り含む。第１段ノズル（７００）が後方フレーム（１００）から離間し、それらの間に間隙（２０２）を画定する。シールアセンブリ（４００）が間隙（２０２）を横切って延在する。シールアセンブリ（４００）は、後方フレーム（１００）に磁気的に結合された第１のシールリンク（６０２）を含む。シールアセンブリ（４００）は、第１のシールリンク（６０２）および第１段ノズル（７００）に磁気的に結合された第２のシールリンク（６０４）をさらに含む。
【選択図】図４
【解決手段】シール装置（２０１）およびターボ機械が提供される。ターボ機械用のシール装置（２０１）は、上流端（４６）および下流端（４８）を有する移行ダクト（４４）を含む。移行ダクト（４４）は、移行ダクト（４４）の下流端（４８）を周方向に囲む後方フレーム（１００）を取り含む。第１段ノズル（７００）が後方フレーム（１００）から離間し、それらの間に間隙（２０２）を画定する。シールアセンブリ（４００）が間隙（２０２）を横切って延在する。シールアセンブリ（４００）は、後方フレーム（１００）に磁気的に結合された第１のシールリンク（６０２）を含む。シールアセンブリ（４００）は、第１のシールリンク（６０２）および第１段ノズル（７００）に磁気的に結合された第２のシールリンク（６０４）をさらに含む。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
上流端（４６）および下流端（４８）を有する移行ダクト（４４）であって、前記移行ダクト（４４）の前記下流端（４８）を周方向に取り囲む後方フレーム（１００）を備える、移行ダクト（４４）と、
前記後方フレーム（１００）から離間し、それらの間に間隙（２０２）を画定する第１段ノズル（７００）と、
前記間隙（２０２）を横切って延在するシールアセンブリ（４００）であって、
上流端（４０６）で前記後方フレーム（１００）に磁気的に結合され、下流端（４０８）で前記第１段ノズル（７００）に磁気的に結合されるシールリンク（４０２）
を備える、シールアセンブリ（４００）と
を備える、ターボ機械用のシール装置（２０１）。
前記後方フレーム（１００）から離間し、それらの間に間隙（２０２）を画定する第１段ノズル（７００）と、
前記間隙（２０２）を横切って延在するシールアセンブリ（４００）であって、
上流端（４０６）で前記後方フレーム（１００）に磁気的に結合され、下流端（４０８）で前記第１段ノズル（７００）に磁気的に結合されるシールリンク（４０２）
を備える、シールアセンブリ（４００）と
を備える、ターボ機械用のシール装置（２０１）。
【請求項2】
前記シールリンク（４０２）の前記上流端（４０６）は、第１の磁気ボールソケットジョイント（６１４）を介して前記後方フレーム（１００）に結合され、前記シールリンク（４０２）の前記下流端（４０８）は、第２の磁気ボールソケットジョイント（６１６）を介して前記第１段ノズル（７００）に結合される、請求項１に記載のシール装置（２０１）。
【請求項3】
前記後方フレーム（１００）は、前記シールリンク（４０２）の前記上流端（４０６）に回転可能かつ磁気的に結合するように構成されたボール磁石（６２０）またはソケット磁石（６２２）の一方を含む、請求項１に記載のシール装置（２０１）。
【請求項4】
前記第１段ノズル（７００）は、前記シールリンク（４０２）の前記下流端（４０８）に回転可能かつ磁気的に結合するように構成されたボール磁石（６２０）またはソケット磁石（６２２）の一方を含む、請求項１に記載のシール装置（２０１）。
【請求項5】
前記シールリンク（４０２）の前記上流端（４０６）は、凸状磁石端（６１２）または凹状磁石端（６１０）のうちの一方を含み、前記シールリンク（４０２）の前記下流端（４０８）は、凸状磁石端（６１２）または凹状磁石端（６１０）のうちの一方を含む、請求項２に記載のシール装置（２０１）。
【請求項6】
前記シールリンク（４０２）が第１のシールリンク（６０２）であり、前記シールアセンブリ（４００）が、前記第１のシールリンク（６０２）に磁気的に結合された第２のシールリンク（６０４）をさらに備え、前記第１のシールリンク（６０２）および前記第２のシールリンク（６０４）がそれぞれ、凸状磁石端（６１２）または凹状磁石端（６１０）の一方を有するそれぞれの上流端（６０６）と、凸状磁石端（６１２）または凹状磁石端（６１０）の一方を有するそれぞれの下流端（６０８）との間に延在する、請求項１に記載のシール装置（２０１）。
【請求項7】
前記第１のシールリンク（６０２）の前記それぞれの上流端（６０６）は、第１の磁気ボールソケットジョイント（６１４）を介して前記後方フレーム（１００）に磁気的に結合され、前記第２のシールリンク（６０４）の前記それぞれの下流端（６０８）は、第２の磁気ボールソケットジョイント（６１６）を介して前記第１段ノズル（７００）に結合され、前記第１のシールリンク（６０２）の前記それぞれの下流端（６０８）は、第３の磁気ボールソケットジョイント（６１８）を介して前記第２のシールリンク（６０４）の前記それぞれの上流端（６０６）に結合される、請求項６に記載のシール装置（２０１）。
【請求項8】
前記第１のシールリンク（６０２）は、前記後方フレーム（１００）に対して回転可能であり、前記第２のシールリンク（６０４）は、前記第１段ノズル（７００）に対して回転可能であり、前記第１のシールリンク（６０２）および前記第２のシールリンク（６０４）はそれぞれ、互いに対して回転可能である、請求項６に記載のシール装置（２０１）。
【請求項9】
前記シールリンク（４０２）が、前記上流端（４０６）と前記下流端（４０８）との間に延在する可撓性シール要素（４２４）を備える、請求項１に記載のシール装置（２０１）。
【請求項10】
冷却流チャネルが前記後方フレーム（１００）内に画定され、前記冷却流チャネルは、出口から出る冷却空気（２３８）を前記シールアセンブリ（４００）に向けて導き、衝突冷却を提供する、請求項１に記載のシール装置（２０１）。
【請求項11】
圧縮機セクション（１４）と、
複数の燃焼器（１７）を有する燃焼器セクション（１６）であって、各燃焼器（１７）は、上流端（４６）および下流端（４８）を有する移行ダクト（４４）を備え、前記移行ダクト（４４）は、前記移行ダクト（４４）の前記下流端（４８）を周方向に取り囲む後方フレーム（１００）を備える、燃焼器セクション（１６）と、
前記後方フレーム（１００）から離間した第１段ノズル（７００）を有するタービンセクション（１８）であって、前記第１段ノズル（７００）と前記後方フレーム（１００）との間に間隙（２０２）が画定される、タービンセクション（１８）と、
前記間隙（２０２）を横切って延在するシールアセンブリ（４００）であって、
上流端（４０６）で前記後方フレーム（１００）に磁気的に結合され、かつ下流端（４０８）で前記第１段ノズル（７００）に磁気的に結合されるシールリンク（４０２）
を備える、シールアセンブリ（４００）と
を備える、ターボ機械。
複数の燃焼器（１７）を有する燃焼器セクション（１６）であって、各燃焼器（１７）は、上流端（４６）および下流端（４８）を有する移行ダクト（４４）を備え、前記移行ダクト（４４）は、前記移行ダクト（４４）の前記下流端（４８）を周方向に取り囲む後方フレーム（１００）を備える、燃焼器セクション（１６）と、
前記後方フレーム（１００）から離間した第１段ノズル（７００）を有するタービンセクション（１８）であって、前記第１段ノズル（７００）と前記後方フレーム（１００）との間に間隙（２０２）が画定される、タービンセクション（１８）と、
前記間隙（２０２）を横切って延在するシールアセンブリ（４００）であって、
上流端（４０６）で前記後方フレーム（１００）に磁気的に結合され、かつ下流端（４０８）で前記第１段ノズル（７００）に磁気的に結合されるシールリンク（４０２）
を備える、シールアセンブリ（４００）と
を備える、ターボ機械。
【請求項12】
前記シールリンク（４０２）の前記上流端（４０６）は、第１の磁気ボールソケットジョイント（６１４）を介して前記後方フレーム（１００）に結合され、前記シールリンク（４０２）の前記下流端（４０８）は、第２の磁気ボールソケットジョイント（６１６）を介して前記第１段ノズル（７００）に結合される、請求項１１に記載のターボ機械。
【請求項13】
前記後方フレーム（１００）は、前記シールリンク（４０２）の前記上流端（４０６）に回転可能かつ磁気的に結合するように構成されたボール磁石（６２０）またはソケット磁石（６２２）の一方を含む、請求項１１に記載のターボ機械。
【請求項14】
前記第１段ノズル（７００）は、前記シールリンク（４０２）の前記下流端（４０８）に回転可能かつ磁気的に結合するように構成されたボール磁石（６２０）またはソケット磁石（６２２）の一方を含む、請求項１１に記載のターボ機械。
【請求項15】
前記シールリンク（４０２）の前記上流端（４０６）は、凸状磁石端（６１２）または凹状磁石端（６１０）のうちの一方を含み、前記シールリンク（４０２）の前記下流端（４０８）は、凸状磁石端（６１２）または凹状磁石端（６１０）のうちの一方を含む、請求項１２に記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、ターボ機械用のシール装置に関する。特に、本開示は、後方フレームと第１段タービンノズルとの間の改良されたシール装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ターボ機械は、エネルギー伝達の目的で、様々な産業および用途において利用されている。例えば、ガスタービンエンジンは、一般に、圧縮機セクションと、燃焼セクションと、タービンセクションと、排気セクションとを含む。圧縮機セクションは、ガスタービンエンジンに入る作動流体の圧力を徐々に高め、この圧縮された作動流体を燃焼セクションに供給する。圧縮された作動流体および燃料（例えば、天然ガス）が、燃焼セクション内で混合され、燃焼チャンバ内で燃焼して、高圧かつ高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクションに流れ、そこで膨張して仕事を発生させる。例えば、タービンセクションにおける燃焼ガスの膨張は、例えば、発電機に接続されたロータシャフトを回転させ、電気を発生させることができる。次いで、燃焼ガスは、排気セクションを介してガスタービンから出る。
【0003】
ガスタービンの燃焼セクションは、典型的には、移行ダクトを介してタービンセクションの第１段ノズルに結合された燃焼器を含む。一般的に、各移行ダクトは、タービンセクションの入口側に近接して位置決めされた後方フレームを有する。後方フレームは通常、内側部分および外側部分と呼ばれ、タービンの中心軸に対して半径方向の内側および外側にある２つの弓状部分を有する。後方フレームの内側および外側部分は、側方部分と呼ばれることが多い、半径方向に延在する直線部分によって相互接続される。シールアセンブリは、典型的には、後方フレームとタービンセクションの入口との間をシールするために使用される。特に、内側および外側周方向のシールは、後方フレームの内側および外側部分とタービンセクションの対応する入口との間をシールするために使用される。同様に、半径方向に配向されたサイドシールを近接する後方フレーム間に配置して、１つの後方フレームの側方部分と次の後方フレームとの間の周方向間隙を実質的に閉じてシールすることができる。
【0004】
後方フレームの周りに位置決めされたシールアセンブリは、一般に、高温燃焼ガスがタービンセクションに入る前に、燃焼器を取り囲む加圧空気で希釈されるのを防止するように機能する。このようにして、シールアセンブリは、タービンセクション内で仕事を生成するために高温燃焼ガスが完全に利用されることを保証する。
【0005】
しかしながら、多くの既知のシールアセンブリの使用には問題が存在する。例えば、燃焼ガスの高温は、経時的にシールアセンブリに損傷を引き起こす可能性があり、その結果、アセンブリの寿命が制限され、耐久性が低下する可能性がある。さらに、ガスタービンの動作中の後方フレームおよび第１段ノズルの熱膨張および振動運動が、シールアセンブリの位置ずれおよび／または完全な分離を引き起こし、その結果、構成要素間のシールが不完全になる可能性がある。
【0006】
したがって、当技術分野では、改良されたシールアセンブリが望まれている。特に、耐久性および位置合わせが向上し、それによってアセンブリの全体的な寿命および耐久性が伸びた、ガスタービンエンジンのための改良されたシールアセンブリが望ましい。
【発明の概要】
【0007】
本開示によるシール装置およびターボ機械の態様および利点は、以下の説明に部分的に記載されており、または説明から明らかとなり、または本技術の実施を通して学ぶことができる。
【0008】
一実施形態によれば、ターボ機械用のシール装置が提供される。シール装置は、上流端および下流端を有する移行ダクトを含む。移行ダクトは、移行ダクトの下流端を周方向に取り囲む後方フレームを含む。第１段ノズルが後方フレームから離間し、それらの間に間隙を画定する。シールアセンブリが間隙を横切って延在する。シールアセンブリは、後方フレームに磁気的に結合された第１のシールリンクを含む。シールアセンブリは、第１のシールリンクおよび第１段ノズルに磁気的に結合された第２のシールリンクをさらに含む。
【0009】
別の実施形態によれば、ターボ機械が提供される。ターボ機械は、圧縮機セクションと、複数の燃焼器を有する燃焼器セクションとを含む。各燃焼器は、上流端および下流端を有する移行ダクトを備える。移行ダクトは、移行ダクトの下流端を周方向に取り囲む後方フレームを含む。ターボ機械は、後方フレームから離間した第１段ノズルを有するタービンセクションをさらに含む。第１段ノズルと後方フレームとの間に間隙が画定される。シールアセンブリが間隙を横切って延在する。シールアセンブリは、後方フレームに磁気的に結合された第１のシールリンクを含む。シールアセンブリは、第１のシールリンクおよび第１段ノズルに磁気的に結合された第２のシールリンクをさらに含む。
【0010】
本シール装置およびターボ機械のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照すれば、よりよく理解されるはずである。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであるが、本技術の実施形態を例示し、明細書における説明と併せて本技術の原理を説明するのに役立つ。
【0011】
当業者へと向けられた本システムおよび方法の作製および使用の最良の態様を含む、本シール装置、およびターボ機械の完全かつ実施可能な開示が本明細書に記載されており、それは添付の図面を参照している。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本開示の実施形態によるターボ機械の概略図である。
【図2】本開示の実施形態による燃焼器の断面図である。
【図3】本開示の実施形態による周方向に近接する移行ダクトの斜視図である。
【図4】本開示の実施形態によるシール装置の断面斜視図である。
【図5】本開示の実施形態によるシール装置の断面斜視図である。
【図6】本開示の実施形態によるシール装置の断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
ここで、本シール装置およびターボ機械の実施形態を詳細に参照するが、その１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本技術の説明のために提供するものであって、本技術を限定するものではない。実際に、特許請求される技術の範囲または趣旨を逸脱することなく、修正および変更が本技術において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として図示または記載された特徴を別の実施形態において使用して、またさらなる実施形態をもたらすことができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にあるそのような修正および変更を包含することを意図している。
【0014】
詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字および文字の符号を使用する。図面および説明における類似または同様の符号は、本発明の類似または同様の部分を指すために使用されている。本明細書で使用する場合、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の場所または重要性を示すことを意図するものではない。
【0015】
本明細書で使用する場合、「上流」（または「前方」）、および「下流」（または「後方」）という用語は、流体経路における流体の流れに関する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は、流体が流れてくる方向を指し、「下流」は、流体が流れていく方向を指す。「半径方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対的な方向を指し、「軸方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行および／または同軸に位置合わせする相対的な方向を指し、「周方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線の周りに延在する相対的な方向を指す。「ほぼ」、または「約」などの近似の用語は、記載された値のプラスマイナス１０パーセントの範囲内の値を含む。角度または方向の文脈において使用されるとき、そのような用語は、記載された角度または方向のプラスマイナス１０度の範囲を含む。例えば、「概して垂直」は、任意の方向、例えば、時計回りまたは反時計回りの垂直から１０度の範囲内の方向を含む。
【0016】
ここで図面を参照すると、図１は、ターボ機械の一実施形態の概略図を示しており、これは、図示の実施形態ではガスタービン１０である。産業用または陸上用のガスタービンが本明細書に示されて説明されているが、本開示は、特許請求の範囲に特に明記されない限り、陸上用および／または産業用ガスタービンに限定されない。例えば、本明細書に記載の本発明は、限定はしないが、蒸気タービン、航空機用ガスタービン、または船舶用ガスタービンを含む任意のタイプのターボ機械に使用することが可能である。
【0017】
図示のように、ガスタービン１０は、一般に、入口セクション１２と、入口セクション１２の下流に配置された圧縮機セクション１４と、圧縮機セクション１４の下流に配置された燃焼器セクション１６内の複数の燃焼器（図示せず）と、燃焼器セクション１６の下流に配置されたタービンセクション１８と、タービンセクション１８の下流に配置された排気セクション２０とを含む。加えて、ガスタービン１０は、圧縮機セクション１４とタービンセクション１８との間に結合された１つまたは複数のシャフト２２を含むことができる。
【0018】
圧縮機セクション１４は、一般に、複数のロータディスク２４（そのうちの１つが図示されている）と、各々のロータディスク２４に接続され、各々のロータディスク２４から半径方向外側に延在する複数のロータブレード２６と、を含むことができる。次いで、各々のロータディスク２４を、圧縮機セクション１４を通って延在するシャフト２２の一部分に結合させることができ、あるいは各々のロータディスク２４が、そのような一部分を形成することができる。
【0019】
タービンセクション１８は、一般に、複数のロータディスク２８（そのうちの１つが図示されている）と、各々のロータディスク２８から半径方向外側に延在し、各々のロータディスク２８に相互接続されている複数のロータブレード３０と、を含むことができる。次に、各ロータディスク２８は、タービンセクション１８を通って延在するシャフト２２の一部に結合されるか、またはシャフト２２の一部を形成してもよい。タービンセクション１８は、シャフト２２の一部およびロータブレード３０を円周方向に囲む外側ケーシング３１をさらに含み、それによってタービンセクション１８を通る高温ガス経路３２を少なくとも部分的に画定する。
【0020】
動作時に、空気３６などの作動流体が入口セクション１２を通って圧縮機セクション１４に流入し、圧縮機セクション１４において空気３６は徐々に圧縮され、したがって加圧空気または圧縮空気３８が燃焼器セクション１６の燃焼器１７（図２）へともたらされる。圧縮空気３８は燃料４０と混合され、各燃焼器１７（図２）内で燃焼して燃焼ガス３４を生成する。燃焼ガス３４は、高温ガス経路３２を通って燃焼器セクション１６からタービンセクション１８に流入し、ここで、エネルギー（運動エネルギーおよび／または熱エネルギー）が燃焼ガス３４からロータブレード３０に伝達されることにより、シャフト２２が回転する。機械的回転エネルギーは、その後、圧縮機セクション１４への動力供給および／または発電に使用することができる。タービンセクション１８から排出された燃焼ガス３４は次に、排気セクション２０を介してガスタービン１０から排気され得る。
【0021】
図２に示すように、燃焼器１７は、圧縮機吐出ケーシングなどの外側ケーシング３１によって少なくとも部分的に取り囲まれてもよい。外側ケーシング３１は、移行ダクト４４などの燃焼器１７の様々な部品を少なくとも部分的に取り囲む高圧プレナム４２を少なくとも部分的に画定することができる。高圧プレナム４２は、圧縮機１４（図１）と流体連通し、圧縮空気３８をそこから受け取ることができる。図２に示すように、燃焼器１７は、後方フレーム１００を含む移行ダクト４４を介してタービン１８の第１段ノズル７００に接続されてもよい。移行ダクト４４は、流路Ｐを画定する。また、図２には、タービン１８の中心軸Ａも示されており、中心軸Ａは、軸Ａに実質的に平行かつ／または軸Ａに沿う軸方向と、軸Ａに垂直な半径方向Ｒ（図３）と、軸Ａの周りに延在する周方向Ｃ（図３）とを画定する。
【0022】
ここで図３を参照すると、それぞれ上流端４６および下流端４８を有する、周方向に配列された１対の移行ダクト４４が示されている。図示するように、後方フレーム１００は、移行ダクト４４のそれぞれの下流端４８を取り囲む。図３に示すように、いくつかの実施形態では、後方フレーム１００は内側部分１０２および外側部分１０４を有していてもよく、内側部分１０２と外側部分１０４との間に半径方向に延在する、１対の対向する側方部分１０６および１０８を有していてもよい。また、図３には、各後方フレーム１００の内側部分１０２および外側部分１０４にそれぞれ配置された、内側シール２００および外側シール３００が示されている。後方フレーム１００は、内側シール２００および／または外側シール３００を部分的に受けるためのノッチまたはスロット１０１（図４に示す）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ノッチ１０１は、内側シール２００および外側シール３００の両方、ならびに近接する後方フレーム１００の間に設けられ得る半径方向に配向されたサイドシール（図示せず）を受けるために、後方フレーム１００の周囲の全周に延在することができる（例えば、ノッチ１０１は、側方部分１０６および１０８ならびに内側部分１０２および外側部分１０４を通って連続してもよい）。いくつかの実施形態では、シール２００および３００の各々に別個のスロットまたはノッチを設けることも可能である。
【0023】
図３に示すように、内側シール２００および外側シール３００は、ガスタービン１０の周方向Ｃに対して周方向に配向されてもよい。例えば、各内側シール２００は、近接する後方フレーム１００の他方の内側シール２００と周方向に位置合わせされ、各外側シール３００は、近接する後方フレーム１００の他方の外側シール３００と周方向に位置合わせされる。したがって、内側シール２００および外側シール３００は集合的に、周方向に配向されたシールと呼ばれる場合がある。
【0024】
本明細書の説明では、後方フレーム１００、第１段ノズル７００、およびシール２００、３００の特定の特徴を、内側部分１０２／内側シール２００および外側部分１０４／外側シール３００の一方または他方を参照して説明するが、それにもかかわらず、当業者であれば、このような特徴は、内側部分１０２および／または外側部分１０４のいずれかまたは両方に付随し得ることが理解されるであろう。
【0025】
図４～図６は、本開示の実施形態によるシール装置２０１の断面図を示す。例えば、図４は、シールアセンブリ４００を有するシール装置２０１の断面図を示し、図５は、シールアセンブリ５００を有するシール装置２０１の断面図を示し、図６は、シールアセンブリ６００を有するシール装置２０１の断面図を示す。本明細書に記載のシールアセンブリ４００、５００、および６００は、内側シール２００、外側シール３００、またはその両方を表すことができる。図４～図６に示すように、シール装置２０１は、上流端４６および下流端４８（図３に示す）を有する移行ダクト４４を含む。多くの実施形態では、後方フレーム１００は、移行ダクト４４の下流端４８を周方向に取り囲む。タービン１８の第１段ノズル７００は、後方フレーム１００から離間してもよく、第１段ノズル７００と後方フレーム１００との間に間隙２０２を画定してもよい。具体的には、第１段ノズル７００および後方フレーム１００は、ガスタービン１０の動作中に第１段ノズル７００および／または後方フレーム１００の移動および／または熱膨張を可能にするために、軸方向に離間してもよい。間隙２０２は、後方フレーム１００の後面２０４と第１段ノズル７００の前面２０６との間に軸方向に画定されてもよい。
【0026】
図４～図６に示すように、後方フレーム１００は、ガスタービン１０の軸方向中心線に対して後方フレーム１００内で軸方向および周方向に延在する第１のスロット１０１を画定してもよい。同様に、第１段ノズル７００は、ガスタービン１０の軸方向中心線に対して第１段ノズル７００内で軸方向および周方向に延在する第２のスロット７０１を画定してもよい。シールアセンブリ４００、５００、および６００は、第１のスロット１０１および第２のスロット７０１内に部分的に配置されてもよく、シールアセンブリ４００、５００、６００を高温燃焼ガス３４から有利に遮蔽する。
【0027】
図４に示すように、シール装置２０１は、移行ダクト４４を出る燃焼ガス３４が高圧プレナム４２からの加圧空気３８で希釈されるのを防止するために、間隙２０２を横切って延在するシールアセンブリ４００を含むことができる。図示するように、シールアセンブリ４００は、間隙２０２を横切って延在するシールリンク４０２を含むことができる。シールリンク４０２は、上流端４０６で後方フレーム１００に磁気的に結合され、下流端４０８で第１段ノズル７００に磁気的に結合されてもよい。例えば、シールリンク４０２は、後方フレーム１００に磁気的に結合する上流端４０６の第１の磁石端４０３と、第１段ノズル７００に磁気的に結合する第２の磁石端４０４とを含むことができる。様々な実施形態では、磁石端４０３、４０４は、材料が磁気の特性、例えば他の鉄含有物体を引き付けること、または外部磁場内で自己整合することを発揮するようにその構成原子が並べられた金属材料片の形態であってもよい。例示的な実施形態では、磁石端４０３、４０４は、アルミニウム、ニッケル、およびコバルトの組み合わせで主に構成される永久磁石であるが、銅、鉄、およびチタンも含むことができるアルニコ磁石であってもよい。アルニコ磁石は、１０００°Ｆ以上などの極めて高い温度での動作を可能にすることができる。
【0028】
いくつかの実施形態では、後方フレーム１００および／または第１段ノズル７００は、後方フレーム１００および／または第１段ノズル７００が磁気端４０３、４０４に引き付けられ、それに結合されるように、鉄（または鉄含有）金属から形成されてもよい。他の実施形態では、後方フレーム１００および／または第１段ノズル７００は、非鉄金属から形成されてもよい。そのような実施形態では、後方フレーム１００および第１段ノズル７００内に１つまたは複数の磁石４１０を埋め込み、磁石４１０とシールリンク４０２の磁石端４０３、４０４との間に吸引磁力を生成してもよい。図４に示す実施形態では、シールリンク４０２は、加圧空気３８によって付与される圧力荷重を介して、後方フレーム１００および第１段ノズル７００に対してシールされてもよい。さらに、シールリンク４０２は、吸引磁力を介して後方フレーム１００および第１段ノズル７００に対してシールされてもよい。
【0029】
図４に示すように、シールリンク４０２は、上流端４０６と下流端４０８との間に延在する可撓性シール要素４２４を含むことができる。可撓性シール要素４２４は、主に布材料から構成されてもよく、布材料は、適切な金属材料、例えば合金Ｌ６０５の織メッシュ布であってもよい。可撓性シール要素４２４の材料は、積層することができ、例えば、図４に示すように、単一シートの布材料をそれ自体の上に折り畳むことができ、および／または布材料の複数の層を互いに溶接することができる。
【0030】
図５に示すように、シール装置２０１は、移行ダクト４４を出る燃焼ガス３４が高圧プレナム４２からの加圧空気３８で希釈されるのを防止するために、間隙２０２を横切って延在するシールアセンブリ５００を含むことができる。図示するように、シールアセンブリ５００は、間隙２０２を横切って延在するシールリンク５０２を含むことができる。シールリンク５０２は、上流端５０６で後方フレーム１００に磁気的に結合され、下流端５０８で第１段ノズル７００に磁気的に結合されてもよい。図示するように、シールリンク５０２の上流端５０６は、凸状磁石端５１２または凹状磁石端５１０の一方を含むことができる。同様に、シールリンク５０２の下流端５０８は、凸状磁石端５１２または凹状磁石端５１０の一方を含むことができる。凸状磁石端５１２は、後方フレーム１００または第１段ノズル７００の一方に回転可能かつ磁気的に結合するように構成された突出部、ボール、またはほぼ丸形の軸方向外向面の形態であってもよい。同様に、凹状磁石端５１０は、後方フレーム１００または第１段ノズル７００の一方に回転可能かつ磁気的に結合するように構成された窪み、ソケット、またはほぼ丸形の軸方向内向面の形態であってもよい。例えば、図５に示すように、シールリンク５０２の凸状磁石端５１２は、第１段ノズル７００に回転可能かつ磁気的に結合され、凹状磁石端５１０は、後方フレーム１００に回転可能かつ磁気的に結合される。
【0031】
図５に示すように、シール装置は、第１の磁気ボールソケットジョイント５１４および第２の磁気ボールソケットジョイント５１６を含むことができる。図示するように、シールリンク５０２の上流端５０６は、第１の磁気ボールソケットジョイント５１４を介して後方フレーム１００に結合されてもよい。特定の実施形態では、図示するように、シールリンク５０２の下流端６０８は、第２の磁気ボールソケットジョイント５１６を介して第１段ノズル７００に結合されてもよい。
【0032】
様々な実施形態では、後方フレームは、シールリンク５０２の上流端５０６に回転可能かつ磁気的に結合するように構成されたボール磁石５２０またはソケット磁石５２２の一方を含むことができる。例えば、図５に示す実施形態では、後方フレーム１００は、後方フレーム１００に固定的に結合されたボール磁石５２０を含み、シールリンク５０２は、後方フレーム１００のボール磁石５２０に結合し、かつ第１の磁気ボールソケットジョイント５１４を形成するために、対応する凹状磁石端５１０を含む。しかしながら、他の実施形態（図示せず）では、後方フレーム１００は、ソケット磁石を含んでもよい。そのような実施形態では、シールリンク５０２は、後方フレーム１００のソケット磁石に結合するために、対応する凸状シール端を含んでもよい。
【0033】
同様に、第１段ノズル７００は、シールリンク５０２の下流端５０８に回転可能かつ磁気的に結合するように構成されたボール磁石５２０またはソケット磁石５２２の一方を含むことができる。例えば、図５に示す実施形態では、第１段ノズル７００は、第１段ノズル７００に固定的に結合されたソケット磁石５２２を含み、シールリンク５０２は、第１段ノズル７００のソケット磁石５２２に結合し、第２の磁気ボールソケットジョイント５１６を形成するために、対応する凸状磁石端５１２を含む。しかしながら、他の実施形態（図示せず）では、第１段ノズル７００はボール磁石を含んでもよい。そのような実施形態では、シールリンク５０２は、第１段ノズル７００のボール磁石に結合するために、対応する凹状シール端を含んでもよい。
【0034】
図５に描写されたボールソケットジョイント５１４、５１６は、シールリンク５０２の上流端５０６に配置されたソケットまたは凹状磁石端５１０、およびシールリンク５０２の下流端５０８に配置されたボールまたは凸状磁石端５１２を示しているが、ボールまたは凸状磁石端のうちの１つまたは複数が上流端５０６に設置され、対応するソケットまたは凹状磁石端が下流端５０８に配置されることは、本開示の範囲内であると想定される。
【0035】
多くの実施形態では、シールリンク５０２は、上流端５０６と下流端５０８との間に延在する可撓性シール要素５２４を含むことができる。可撓性シール要素５２４は、主に布材料から構成されてもよく、布材料は、適切な金属材料、例えば合金Ｌ６０５の織メッシュ布であってもよい。可撓性シール要素５２４の材料は、積層することができ、例えば、図５に示すように、単一シートの布材料をそれ自体の上に折り畳むことができ、および／または布材料の複数の層を互いに溶接することができる。
【0036】
図６に示すように、シールアセンブリ６００は、第１のシールリンク６０２および第２のシールリンク６０４を含むことができる。第１のシールリンク６０２は、後方フレーム１００に磁気的に結合されてもよく、第１段ノズル７００に向かってほぼ軸方向に延在してもよい。同様に、第２のシールリンク６０４は、第１段ノズル７００に磁気的に結合されてもよく、後方フレーム１００に向かってほぼ軸方向に延在してもよい。例示的な実施形態では、第１のシールリンク６０２および第２のシールリンク６０４は、後方フレーム１００と第１段ノズル７００との間で、例えば間隙２０２内で互いに磁気的に結合されてもよい。このようにして、第１のシールリンク６０２および第２のシールリンクは、互いに向かって延在し、間隙２０２内の位置で磁気的に共に結合してもよい。
【0037】
多くの実施形態では、第１のシールリンク６０２は、後方フレーム１００に対して回転可能であってもよい。同様に、第２のシールリンク６０４は、第１段ノズル７００に対して回転可能であってもよい。様々な実施形態において、第１のシールリンク６０２および第２のシールリンク６０４はそれぞれ、互いに対して回転可能である。例えば、第１のシールリンク６０２および第２のシールリンク６０４は、それぞれの取り付け点で回転可能であってもよく、これにより、有利には、シールアセンブリ６００の位置ずれおよび／または完全な分離を引き起こすことなく、後方フレーム１００と第１段ノズル７００との間の熱膨張および相対移動を可能にする。
【0038】
特定の実施形態では、第１のシールリンク６０２および第２のシールリンク６０４はそれぞれ、それぞれの上流端６０６とそれぞれの下流端６０８との間に延在してもよい。様々な実施形態では、シールリンク６０２、６０４のそれぞれの上流端６０６は、凸状磁石端６１２または凹状磁石端６１０の一方を含むことができる。同様に、シールリンク６０２、６０４の下流端６０８は、凸状磁石端６１２または凹状磁石端６１０の一方を含むことができる。凸状磁石端６１２は、隣接するシールリンクの対応する凹状磁石端６１０に回転可能かつ磁気的に結合するように構成された突出部、ボール、またはほぼ丸形の軸方向外向面の形態であってもよい。同様に、凹状磁石端６１０は、隣接するシールリンクの対応する凸状磁石端６１２に回転可能かつ磁気的に結合するように構成された窪み、ソケット、またはほぼ丸形の軸方向内向面の形態であってもよい。例えば、図６に示すように、第１のシールリンク６０２の凸状磁石端６１２は、第２のシールリンク６０４の凹状磁石端６１０に回転可能かつ磁気的に結合してもよい。
【0039】
図６に示すように、シール装置は、第１の磁気ボールソケットジョイント６１４、第２の磁気ボールソケットジョイント６１６、および第３の磁気ボールソケットジョイント６１８を含むことができる。図示するように、第１のシールリンク６０２の上流端６０６は、第１の磁気ボールソケットジョイント６１４を介して後方フレーム１００に結合されてもよい。多くの実施形態では、第１のシールリンク６０２の下流端６０８は、第２の磁気ボールソケットジョイント６１６を介して第２のシールリンク６０４の上流端６０６に結合されてもよい。特定の実施形態では、図示するように、第２のシールリンク６０４の下流端６０８は、第３の磁気ボールソケットジョイント６１８を介して第１段ノズル７００に結合されてもよい。
【0040】
様々な実施形態では、後方フレームは、第１のシールリンク６０２の上流端６０６に回転可能かつ磁気的に結合するように構成されたボール磁石６２０またはソケット磁石６２２の一方を含むことができる。例えば、図６に示す実施形態では、後方フレーム１００は、後方フレーム１００に固定的に結合されたボール磁石６２０を含み、第１のシールリンク６０２は、後方フレーム１００のボール磁石６２０に結合し、かつ第１の磁気ボールソケットジョイント６１４を形成するために、対応する凹状磁石端６１０を含む。しかしながら、他の実施形態（図示せず）では、後方フレーム１００は、ソケット磁石を含んでもよい。そのような実施形態では、第１のシールリンク６０２は、後方フレーム１００のソケット磁石に結合するために、対応する凸状シール端を含んでもよい。
【0041】
同様に、第１段ノズル７００は、第２のシールリンク６０４の下流端６０８に回転可能かつ磁気的に結合するように構成されたボール磁石６２０またはソケット磁石６２２の一方を含むことができる。例えば、図６に示す実施形態では、第１段ノズル７００は、第１段ノズル７００に固定的に結合されたソケット磁石６２２を含み、第２のシールリンク６０４は、第１段ノズルのソケット磁石６２２に結合し、第３の磁気ボールソケットジョイント６１８を形成するために、対応する凹状磁石端６１０を含む。しかしながら、他の実施形態（図示せず）では、第１段ノズル７００はボール磁石を含んでもよい。そのような実施形態では、第２のシールリンク６０４は、第１段ノズル７００のボール磁石に結合するために、対応する凹状シール端を含んでもよい。
【0042】
図６に描写されたボールソケットジョイント６１４、６１６、６１８は、第１のシールリンク６０２および第２のシールリンク６０４の上流端６０６に配置されたソケットまたは凹状磁石端６１０、ならびに第１のシールリンク６０２および第２のシールリンク６０４の下流端６０８に配置されたボールまたは凸状磁石端６１２を示しているが、ボールまたは凸状磁石端のうちの１つまたは複数が上流端６０６に設置され、対応するソケットまたは凹状磁石端が下流端６０８に配置されることは、本開示の範囲内であると想定される。
【0043】
多くの実施形態では、第１のシールリンク６０２および第２のシールリンク６０４の各々は、それぞれの上流端６０６とそれぞれの下流端６０８との間に延在する可撓性シール要素６２４を含んでもよい。可撓性シール要素６２４は、主に布材料から構成されてもよく、布材料は、適切な金属材料、例えば合金Ｌ６０５の織メッシュ布であってもよい。可撓性シール要素６２４の材料は、積層することができ、例えば、図６に示すように、単一シートの布材料をそれ自体の上に折り畳むことができ、および／または布材料の複数の層を互いに溶接することができる。
【0044】
図４～図６に示すように、後方フレーム１００は、ガスタービン１０の軸方向中心線に対して後方フレーム１００内で軸方向および周方向に延在する第１のスロット１０１を画定してもよい。同様に、第１段ノズル７００は、ガスタービン１０の軸方向中心線に対して第１段ノズル７００内で軸方向および周方向に延在する第２のスロット７０１を画定してもよい。多くの実施形態では、第１のシールリンク６０２の少なくとも一部は、後方フレーム１００によって画定された第１のスロット１０１内に延在し、これにより第１のシールリンク６０２を高温燃焼ガス３４から有利に遮蔽する。同様に、第２のシールリンク６０４の少なくとも一部は、第１段ノズル７００によって画定された第２のスロット７０１内に延在してもよく、これにより第２のシールリンク６０４を高温燃焼ガス３４から有利に遮蔽する。
【0045】
図４～図６に示すように、後方フレーム１００は、シール装置２０１の様々な構成要素を冷却するように機能する冷却チャネル２３４を画定してもよい。図示するように、冷却チャネル２３４は、後方フレーム１００に沿って延在してもよい。多くの実施形態では、冷却チャネル２３４は、燃焼ガス３４が後方フレーム１００内を流れる方向に（上流端から下流端まで）、ガスタービン１０の軸方向中心線Ａに対して半径方向内向きに広がってもよい。冷却チャネル２３４は、出口２３６をさらに含むことができる。出口２３６は、冷却空気２３８の流れをシールアセンブリ４００、５００、６００に向けて導くために、ほぼ半径方向に配向されてもよい。冷却空気２３８の流れは、シールアセンブリ４００、５００、６００の様々な構成要素への衝突冷却を提供することができる。冷却空気２３８の流れは、シールアセンブリ４００、５００、６００内の様々な磁石が動作可能な温度を維持すること、すなわち、磁石が過熱しないことを保証することができる。
【0046】
多くの実施形態では、本明細書に記載のシールアセンブリ４００、５００、および６００は、周方向Ｃに連続的に（図４～図６のページの内外に）延在してもよい。このようにして、本明細書に記載のボールソケットジョイントはそれぞれ、周方向Ｃに連続的に延在することができる。他の実施形態では、ボールソケットジョイントは、互いに周方向に離間した複数のボールソケットジョイントであってもよい。
【0047】
動作中、燃焼ガス３４は、後方フレーム１００を介して燃焼器１７から出る場合があり、第１段ノズル７００を介してタービンセクション１８に入る前に間隙２０２を横切って移動しなければならない。本明細書に記載のシールアセンブリ４００、５００、６００は、燃焼ガス３４がタービンセクションに入る前に加圧空気３８で希釈されないことを保証することができる。このようにして、シールアセンブリ４００は、燃焼ガス３４からの熱エネルギーのすべてがタービンセクション１８によって利用され、それによってターボ機械の高い動作効率を維持することを保証する。本明細書に記載の磁気ボールソケットジョイント６１４、６１６、６１８は、シールアセンブリ６００全体の適切な位置合わせを維持しながら、シールリンク６０２、６０２間の相対移動を有利に提供することができる。例えば、ターボ機械の動作中に、後方フレーム１００および第１段ノズル７００は、熱膨張および／または一般的な動作振動によって互いに対して移動する場合がある。本明細書に記載のシールアセンブリ６００は、後方フレーム１００および第１段ノズル７００と共に移動および回転することができ、磁石は、シールアセンブリ６００が位置合わせを維持することを保証する。
【0048】
本明細書は、最良の態様を含む本発明を開示するため、およびどのような当業者も、任意のデバイスまたはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実施を含む本発明の実践を可能にするために、実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者であれば想到できる他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を含む場合や、特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【0049】
１０ ガスタービン
１２ 入口セクション
１４ 圧縮機セクション、圧縮機
１６ 燃焼器セクション
１７ 燃焼器
１８ タービンセクション、タービン
２０ 排気セクション
２２ シャフト
２４ ロータディスク
２６ ロータブレード
２８ ロータディスク
３０ ロータブレード
３１ 外側ケーシング
３２ 高温ガス経路
３４ 高温燃焼ガス
３６ 空気
３８ 圧縮空気、加圧空気
４０ 燃料
４２ 高圧プレナム
４４ 移行ダクト
４６ 上流端
４８ 下流端
１００ 後方フレーム
１０１ ノッチ、第１のスロット
１０２ 内側部分
１０４ 外側部分
１０６ 側方部分
２００ 内側シール
２０１ シール装置
２０２ 間隙
２０４ 後面
２０６ 前面
２３４ 冷却チャネル
２３６ 出口
２３８ 冷却空気
３００ 外側シール
４００ シールアセンブリ
４０２ シールリンク
４０３ 第１の磁石端、磁気端
４０４ 第２の磁石端、磁気端
４０６ 上流端
４０８ 下流端
４１０ 磁石
４２４ 可撓性シール要素
５００ シールアセンブリ
５０２ シールリンク
５０６ 上流端
５０８ 下流端
５１０ 凹状磁石端
５１２ 凸状磁石端
５１４ 第１の磁気ボールソケットジョイント
５１６ 第２の磁気ボールソケットジョイント
５２０ ボール磁石
５２２ ソケット磁石
５２４ 可撓性シール要素
６００ シールアセンブリ
６０２ 第１のシールリンク
６０４ 第２のシールリンク
６０６ 上流端
６０８ 下流端
６１０ 凹状磁石端
６１２ 凸状磁石端
６１４ 第１の磁気ボールソケットジョイント
６１６ 第２の磁気ボールソケットジョイント
６１８ 第３の磁気ボールソケットジョイント
６２０ ボール磁石
６２２ ソケット磁石
６２４ 可撓性シール要素
７００ 第１段ノズル
７０１ 第２のスロット
Ａ 中心軸、軸方向中心線
Ｃ 周方向
Ｐ 流路
Ｒ 半径方向
１２ 入口セクション
１４ 圧縮機セクション、圧縮機
１６ 燃焼器セクション
１７ 燃焼器
１８ タービンセクション、タービン
２０ 排気セクション
２２ シャフト
２４ ロータディスク
２６ ロータブレード
２８ ロータディスク
３０ ロータブレード
３１ 外側ケーシング
３２ 高温ガス経路
３４ 高温燃焼ガス
３６ 空気
３８ 圧縮空気、加圧空気
４０ 燃料
４２ 高圧プレナム
４４ 移行ダクト
４６ 上流端
４８ 下流端
１００ 後方フレーム
１０１ ノッチ、第１のスロット
１０２ 内側部分
１０４ 外側部分
１０６ 側方部分
２００ 内側シール
２０１ シール装置
２０２ 間隙
２０４ 後面
２０６ 前面
２３４ 冷却チャネル
２３６ 出口
２３８ 冷却空気
３００ 外側シール
４００ シールアセンブリ
４０２ シールリンク
４０３ 第１の磁石端、磁気端
４０４ 第２の磁石端、磁気端
４０６ 上流端
４０８ 下流端
４１０ 磁石
４２４ 可撓性シール要素
５００ シールアセンブリ
５０２ シールリンク
５０６ 上流端
５０８ 下流端
５１０ 凹状磁石端
５１２ 凸状磁石端
５１４ 第１の磁気ボールソケットジョイント
５１６ 第２の磁気ボールソケットジョイント
５２０ ボール磁石
５２２ ソケット磁石
５２４ 可撓性シール要素
６００ シールアセンブリ
６０２ 第１のシールリンク
６０４ 第２のシールリンク
６０６ 上流端
６０８ 下流端
６１０ 凹状磁石端
６１２ 凸状磁石端
６１４ 第１の磁気ボールソケットジョイント
６１６ 第２の磁気ボールソケットジョイント
６１８ 第３の磁気ボールソケットジョイント
６２０ ボール磁石
６２２ ソケット磁石
６２４ 可撓性シール要素
７００ 第１段ノズル
７０１ 第２のスロット
Ａ 中心軸、軸方向中心線
Ｃ 周方向
Ｐ 流路
Ｒ 半径方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【外国語明細書】