特許 7596103 ガスタービンにおけるシュートギャップの漏れを低減するためのシールアセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-29

(45)【発行日】2024-12-09

(54)【発明の名称】ガスタービンにおけるシュートギャップの漏れを低減するためのシールアセンブリ

(51)【国際特許分類】

   F01D 11/00 20060101AFI20241202BHJP

   F02C 7/28 20060101ALI20241202BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20241202BHJP

   F01D 9/04 20060101ALI20241202BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20241202BHJP

   F16J 15/04 20060101ALI20241202BHJP

【ＦＩ】

F01D11/00

F02C7/28 Z

F01D25/00 M

F01D9/04

F02C7/00 D

F01D25/00 X

F16J15/04 Z

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020156725

(22)【出願日】2020-09-17

(65)【公開番号】P2021063505

(43)【公開日】2021-04-22

【審査請求日】2023-09-07

(31)【優先権主張番号】16/598,003

(32)【優先日】2019-10-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】515322297

【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ８， ５４００ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100151286

【弁理士】

【氏名又は名称】澤木 亮一

(72)【発明者】

【氏名】ニーレッシュ・ナンドクマール・サラワテ

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー・ウォルター・ファルコーネ

【審査官】村山 美保

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１５５６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００６－５０６５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１５９４７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５１５４５７７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｄ １１／００

Ｆ０２Ｃ ７／２８

Ｆ０１Ｄ ２５／００

Ｆ０１Ｄ ９／０４

Ｆ０２Ｃ ７／００

Ｆ１６Ｊ １５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスタービン（５０）内のガスタービン高温ガス経路流（４４）をシールするシールアセンブリ（６２）であって、当該シールアセンブリ（６２）が、
少なくとも第１のシールセグメント（６２Ａ，６２Ｃ）及び第２のシールセグメント（６２Ｂ）を含む複数のシールセグメント（６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ）を備えるセグメント化されたシールであって、前記第２のシールセグメント（６２Ｂ）が、第１の面、第２の面及びそれらの間に延在する側壁（６５）を有しており、前記第１のシールセグメント（６２Ａ，６２Ｃ）が、前記第２のシールセグメント（６２Ｂ）の第１の面を横断して交差してそれらの交差部で少なくとも１つのＴ接合部（６３）を形成しており、前記第１のシールセグメント（６２Ａ，６２Ｃ）及び前記第２のシールセグメント（６２Ｂ）が、前記少なくとも１つのＴ接合部（６３）で少なくとも１つのシュートギャップ（６６，６８）を少なくとも部分的に画定する、セグメント化されたシールと、
複数のシムシールセグメント（６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ）を備える少なくとも１つのシムシール（６４）であって、前記少なくとも１つのシムシール（６４）が、前記少なくとも１つのＴ接合部（６３）に近接するスロット（６０）内に配置され、前記少なくとも１つのシムシール（６４）が、前記第２のシールセグメント（６２Ｂ）の前記側壁（６５）に位置決めされ、前記側壁（６５）の部分的な長さを延長し、前記スロット（６０）が、複数のスロットセグメント（６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ）を含む少なくとも１つのシムシール（６４）と
を備えており、
前記少なくとも１つのシムシール（６４）が、前記少なくとも１つのシュートギャップ（６６，６８）をシールし、通過する前記ガスタービン高温ガス経路流（４４）の流れを防止する、シールアセンブリ（６２）。

【請求項2】

前記少なくとも１つのシムシール（６４）が、複数の脚部分（６４Ｂ，６４Ｃ）の間に延在してそれらに結合された幾何学的バンプアウト（６４Ａ）を備える、請求項１に記載のシールアセンブリ（６２）。

【請求項3】

前記幾何学的バンプアウト（６４Ａ）が変形するように適合されている、請求項２に記載のシールアセンブリ（６２）。

【請求項4】

前記幾何学的バンプアウト（６４Ａ）が、複数の実質的に平面の側壁（７６）、波形側壁（７８）、鋸歯状の側壁（８０）及び湾曲した側壁（７４）の少なくとも１つを備える、請求項２に記載のシールアセンブリ（６２）。

【請求項5】

前記複数の脚部分（６４Ｂ，６４Ｃ）の少なくとも１つが、前記第２のシールセグメント（６２Ｂ）の前記側壁（６５）に固定的に結合されるか、或いは前記第２のシールセグメント（６２Ｂ）の前記側壁（６５）に沿ってスライド可能に移動するように適合される、請求項２に記載のシールアセンブリ（６２）。

【請求項6】

前記複数の脚部分（６４Ｂ，６４Ｃ）の各々が、スロット側壁（５８）と前記第２のシールセグメント（６２Ｂ）の前記側壁（６５）との間に摩擦嵌合する、請求項２に記載のシールアセンブリ（６２）。

【請求項7】

前記少なくとも１つのシムシール（６４）が、独立して移動するように適合される、請求項１に記載のシールアセンブリ（６２）。

【請求項8】

前記複数のシールセグメント（６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ）の各々が、互いに独立して移動するように適合される、請求項１に記載のシールアセンブリ（６２）。

【請求項9】

前記複数のシールセグメント（６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ）の各々が、スプラインシール、固体シール、ラミネートシール又は成形シールの１つである、請求項１に記載のシールアセンブリ（６２）。

【請求項10】

第１の弓形構成要素（５２）及び隣接する第２の弓形構成要素（５４）であって、各弓形構成要素（５２、５４）が、端面（５３、５５）に位置したスロット（６０）を含み、各スロット（６０）が、各々が１つ又は複数の実質的に軸方向の表面（５６）、及び前記１つ又は複数の実質的に軸方向の表面（５６）から延びる１つ又は複数の実質的に半径方向の表面（５８）を有する１つ又は複数のスロットセグメント（６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ）を含み、前記１つ又は複数のスロットセグメント（６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ）が、隣り合うスロット（６０）間の１つ又は複数のＴ接合部（６３）を画定する第１の弓形構成要素（５２）及び第２の弓形構成要素（５４）と、
前記第１の弓形構成要素（５２）の前記スロット（６０）及び前記第２の弓形構成要素（５４）の前記スロット（６０）内に配置された請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のシールアセンブリ（６２）と
を備える、ガスタービン（５０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示される主題は、タービンに関する。具体的には、本明細書に開示される主題は、ガスタービン内のシールに関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービン内の主ガス流路は、一般に、圧縮機入口、圧縮機、タービン、およびガス流出部の動作構成要素を含む。タービンの様々な被加熱構成要素を冷却するために使用される、二次流も存在する。これらの流れの混合と、一般に、ガス流路からまたはガス流路へのガス漏れは、タービンの性能に有害である。

【0003】

ガスタービンの動作構成要素は、ケーシングに収容されている。タービンは、一般に、隣接する弓形構成要素によって環状に囲まれている。本明細書で使用する場合、「弓形」という用語は、湾曲したまたは部分的に湾曲した形状を有する部材、構成要素、部品などを指すことができる。隣接する弓形構成要素は、外側シュラウドと、内側シュラウドと、ノズルブロックと、ダイアフラムとを含む。弓形構成要素は、ケーシングだけでなく、ガス流路のための容器を提供し得る。弓形構成要素は、タービンの他の構成要素を固定することができ、タービン内の空間を画定し得る。各隣接する対の弓形構成要素の間には、ガスタービンの動作が弓形構成要素を拡張させるときに弓形構成要素の拡張を許容する空間またはギャップが存在する。

【0004】

典型的には、１つまたは複数のスロットセグメントを備えるスロットは、隣接する弓形構成要素の隣接するスロットと協働してシールを受け入れるために、各弓形構成要素の端面に画定される。シールは、シールの両側のタービンの領域間の漏れを防止するためにスロット内に載置される。これらの領域は、主ガス流路と、二次冷却流とを含み得る。いくつかの実施形態では、特定の弓形構成要素の端部内の複数のスロットセグメントは、互いに接続することができる。さらに、特定の弓形構成要素の端部内の複数のスロットセグメントは、互いの向きに関して、より具体的には、１つのスロットセグメントが隣り合うスロットセグメントと交差する場合、本明細書ではＴジョイントとも呼ばれるＴ接合部を形成し得る。典型的には、複数のシールセグメントで構成された平面シールが、スロット内に受け入れられる。より具体的には、シールセグメントが各スロットセグメント内に受け入れられる。平面シールの各々は、端部を有し、シールセグメントは、隣り合うスロットセグメントの各々に位置決めされ、端から端までＴ接合部の向きに構成される。各隣接する対のシールセグメントは、Ｔ接合部の２つのシール間に、本明細書ではシュートギャップとも呼ばれるシール交差ギャップを形成する。これらのシール交差ギャップは、ガスタービン構成要素の内部領域と外部領域との間の漏れ、より具体的には、一般にシュート漏れと呼ばれるスロットセグメントの下方への漏れを許容する。これらのギャップを減らし、したがってこれらのシュートを流れる漏れの流れを最小限に抑え、ガスタービンの性能を向上させることが望ましい。

【発明の概要】

【0005】

本開示の様々な実施形態は、ガスタービンシールアセンブリおよびそのようなシールを形成する方法を含む。１つの例示的な実施形態によれば、ガスタービン内のガスタービン高温ガス経路流をシールするシールアセンブリが開示される。シールアセンブリは、セグメント化されたシールと、少なくとも１つのシムシールとを含む。セグメント化されたシールは、第１のシールセグメントが第２のシールセグメントと交差する少なくとも１つのＴ接合部を形成する複数のシールセグメントを含み、複数のシールセグメントは、少なくとも１つのシュートギャップを画定する。少なくとも１つのシムシールは、複数のシムシールセグメントを含む。少なくとも１つのシムシールは、複数のシールセグメントの少なくとも１つのＴ接合部に近接するスロット内に配置される。少なくとも１つのシムシールは、第２のシールセグメントの側壁に位置決めされ、側壁の部分的な長さを延長する。スロットは、複数のスロットセグメントを含む。少なくとも１つのシムシールは、少なくとも１つのシュートギャップをシールし、通過するガスタービン高温ガス経路流の流れを防止する。

【0006】

別の例示的な実施形態によれば、ガスタービンが開示される。ガスタービンは、ガスタービン内のガスタービン高温ガス経路流をシールするシールアセンブリを含む。ガスタービンは、第１の弓形構成要素および隣接する第２の弓形構成要素であって、各弓形構成要素は、端面に位置したスロットを含む第１の弓形構成要素および第２の弓形構成要素と、第１の弓形構成要素のスロットおよび第２の弓形構成要素のスロット内に配置されたシールアセンブリとを含む。各スロットは、各々が１つまたは複数の実質的に軸方向の表面、および１つまたは複数の実質的に軸方向の表面から延びる１つまたは複数の実質的に半径方向の表面を有する１つまたは複数のスロットセグメントを含む。１つまたは複数のスロットセグメントは、隣り合うスロット間の１つまたは複数のＴ接合部を画定する。シールアセンブリは、セグメント化されたシールと、少なくとも１つのシムシールとを含む。セグメント化されたシールは、第１のシールセグメントが第２のシールセグメントと交差する少なくとも１つのＴ接合部を形成する複数のシールセグメントを含み、複数のシールセグメントは、少なくとも１つのシュートギャップを画定する。少なくとも１つのシムシールは、複数のシールセグメントの少なくとも１つのＴ接合部に近接する第１の弓形構成要素のスロットおよび第２の弓形構成要素のスロットの少なくとも１つ内に配置される。少なくとも１つのシムシールは、第２のシールセグメントの側壁に位置決めされ、側壁の部分的な長さを延長する。少なくとも１つのシムシールは、少なくとも１つのシュートギャップをシールし、通過するガスタービン高温ガス経路流の流れを防止する。

【0007】

さらに別の例示的な実施形態によれば、タービン内でシールを組み立てる方法が開示される。方法は、シールアセンブリを形成することを含み、形成することは、第１のシールセグメントが第２のシールセグメントと交差する少なくとも１つのＴ接合部を形成する複数のシールセグメントを含む、セグメント化されたシールを設けることであって、複数のシールセグメントは、少なくとも１つのシュートギャップを画定することと、複数のシムシールセグメントを含む少なくとも１つのシムシールを設けることとを含む。少なくとも１つのシムシールは、複数のシールセグメントの少なくとも１つのＴ接合部に近接して配置される。少なくとも１つのシムシールは、第２のシールセグメントの側壁に位置決めされ、側壁の部分的な長さを延長する。方法は、シールアセンブリをタービンに適用することをさらに含み、タービンは、第１の弓形構成要素および隣接する第２の弓形構成要素であって、各弓形構成要素は、端面に位置した１つまたは複数のスロットセグメントを備えるスロットを含む第１の弓形構成要素および第２の弓形構成要素を有する。適用することは、少なくとも１つのシムシールが少なくとも１つのシュートギャップをシールし、通過するガスタービン高温ガス経路流の流れを防止するように、シールアセンブリを１つまたは複数のスロットのスロットセグメントに挿入することを含む。

【0008】

本開示のこれらのおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を図示する添付の図面と併せて、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】既知のガスタービンの斜視部分切断図である。

【図2】環状配置にある既知の弓形構成要素の斜視図である。

【図3】ガスタービンの既知のタービンの縦断面図である。

【図4】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、タービンの一部の概略断面図である。

【図5】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、図４の破線によって示される図４のシールアセンブリの部分等角断面図である。

【図6】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、図４の線６－６に沿ったシールアセンブリの一部の概略断面図である。

【図7】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、図５の線７－７に沿ったシールアセンブリの一部の概略断面図である。

【図8】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、シールアセンブリの代替の実施形態の一部の概略断面図である。

【図9】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、シールアセンブリの代替の実施形態の一部の概略断面図である。

【図10】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、シールアセンブリの代替の実施形態の一部の概略断面図である。

【図11】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、シールアセンブリの代替の実施形態の一部の概略断面図である。

【図12】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、タービンの別の実施形態の一部の概略断面図である。

【図13】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、図１２のシールアセンブリの部分等角断面図である。

【図14】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、方法を例示するフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本明細書に提示される図面は、必ずしも縮尺通りではないことに留意されたい。図面は、開示される実施形態の典型的な態様だけを図示することを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。図面では、図面間で類似する符号は、類似する要素を表す。

【0011】

本明細書で述べるように、開示される主題は、タービンに関する。具体的には、本明細書に開示される主題は、ガスタービン内の冷却流体の流れおよびそのようなタービン内のシールに関する。従来のアプローチとは対照的に、本開示の様々な実施形態は、ノズルおよびシュラウドなどのガスターボ機械（または、タービン）の静的高温ガス経路構成要素を含む。

【0012】

これらの図に示されているように、「Ａ」軸（図１、図３、図４、および図１２）は、（タービンロータの軸に沿った）軸方向の向きを表す。本明細書で使用する場合、「軸方向の」および／または「軸方向に」という用語は、軸Ａに沿った物体の相対的な位置／方向を指し、軸Ａは、ターボ機械の回転軸（具体的には、ロータセクション）と実質的に平行である。さらに本明細書で使用する場合、「半径方向の」および／または「半径方向に」という用語は、軸（図示せず）に沿った物体の相対的な位置／方向を指し、軸は、軸Ａと実質的に垂直であり、ただ１つの場所で軸Ａと交差する。加えて、「円周方向の」および／または「円周方向に」という用語は、軸Ａを囲むが、いかなる場所においても軸Ａと交差しない円周（図示せず）に沿った物体の相対的な位置／方向を指す。さらに、様々な図の間の共通の符号は、図中の実質的に同一の構成要素を示すことが理解される。

【0013】

図１を参照すると、ガスタービン１０の一実施形態の斜視図が示されている。この実施形態では、ガスタービン１０は、圧縮機入口１２、圧縮機１４、複数の燃焼器１６、圧縮機吐出口（図示せず）、複数のタービンブレード２０を含むタービン１８、ロータ２２、およびガス流出部２４を含む。圧縮機入口１２は、空気を圧縮機１４に供給する。圧縮機１４は、圧縮空気を複数の燃焼器１６に供給し、そこで燃料と混合する。複数の燃焼器１６からの燃焼ガスは、タービンブレード２０を推進する。推進されたタービンブレード２０は、ロータ２２を回転させる。ケーシング２６は、圧縮機入口１２、圧縮機１４、複数の燃焼器１６、圧縮機吐出口（図示せず）、タービン１８、タービンブレード２０、ロータ２２、およびガス流出部２４を取り囲む外側エンクロージャを形成する。ガスタービン１０は例示に過ぎず、本開示の教示は、様々なガスタービンに適用され得る。

【0014】

一実施形態では、ガスタービン１０の高温ガス経路（ＨＧＰ）の各段の静止構成要素は、セットのノズル（ステータ翼形部）と、セットのシュラウド（ロータ翼形部２０におけるＨＧＰの静的外側境界）とからなる。各セットのノズルおよびシュラウドは、高温ガス経路の円周の周りに配置された多数の弓形構成要素で構成される。より具体的に図２を参照すると、ガスタービン１０のタービン１８の複数の弓形構成要素３０を含む、環状配置２８の一実施形態の斜視図が示されている。図示の実施形態では、例示される環状配置２８は、例示の目的のために１つの弓形構成要素が取り除かれた７つの弓形構成要素３０を含む。弓形構成要素３０の各々の間には、セグメント間ギャップ３４が存在する。このセグメント化された構造物は、熱歪みおよび構造負荷を管理し、ハードウェアの製造および組み立てを容易にするために必要である。

【0015】

当業者は、環状配置２８が任意の数の弓形構成要素３０を有し得ること、複数の弓形構成要素３０が様々な形状およびサイズであってもよいこと、ならびに複数の弓形構成要素３０がガスタービン１０において異なる機能を果たすことができることを容易に認識するであろう。例えば、タービンにおける弓形構成要素は、限定はしないが、以下に説明するように外側シュラウド、内側シュラウド、ノズルブロック、およびダイアフラムを含んでもよい。

【0016】

図３を参照すると、ガスタービン１０（図１）のタービン１８の一実施形態の断面図が示されている。この実施形態では、ケーシング２６は、複数の外側シュラウド３４、内側シュラウド３６、複数のノズルブロック３８、複数のダイアフラム４０、およびタービンブレード２０を取り囲む。外側シュラウド３４、内側シュラウド３６、ノズルブロック３８およびダイアフラム４０の各々は、弓形構成要素３０の一部を形成する。外側シュラウド３４、内側シュラウド３６、ノズルブロック３８およびダイアフラム４０の各々は、その側面に１つまたは複数のスロットセグメント３３で構成されたスロット３２を有する。この実施形態では、複数の外側シュラウド３４は、ケーシング２６に接続し、内側シュラウド３６は、複数の外側シュラウド３４に接続し、複数のノズルブロック３８は、複数の外側シュラウド３４に接続し、複数のダイアフラム４０は、複数のノズルブロック３８に接続する。当業者は、弓形構成要素の多くの異なる配置および幾何学的形状が可能であることを容易に認識するであろう。代替の実施形態は、異なる弓形構成要素の幾何学的形状、より多くの弓形構成要素、またはより少ない弓形構成要素を含んでもよい。

【0017】

冷却空気は、典型的には、各セットのノズルおよびシュラウドのセグメント間ギャップ３４を通る静的高温ガス経路（ガスタービンエンジン１０の圧縮機からの抽気）の漏れを積極的に冷却および／またはパージするために使用される。この漏れは、熱力学的サイクルに寄生し、高温のＨＧＰ構成要素の冷却設計にはほとんどメリットがないため、エンジンの全体的な性能および効率に悪影響を及ぼす。前述のように、シールは、典型的には、漏れを低減するために静的ＨＧＰ構成要素のセグメント間ギャップ３４に組み込まれる。スロット、より具体的には１つまたは複数のスロットセグメント３３は、各弓形構成要素３０の端部にそのようなシールを載置することを可能にする。

【0018】

これらのセグメント間シールは、典型的には、様々なタイプの構造物の直線的な長方形の固体ピースである（例えば、「ドッグボーン」などの固体、ラミネート、成形）。シールは、シールスロットセグメント３３の長い直線長さでガスタービン高温ガス経路流４４（図２）を非常に良好にシールする役割を果たすが、あるシールセグメントとＴ接合部が形成されている別のシールセグメントとの交点で交差するシールスロットセグメントをシールしない。Ｔ接合構成で配置された隣接するシールセグメントは、典型的には、製造上のばらつきおよび組み立ての制約に照らして、シールスロットセグメント３３の下方にシュート漏れをもたらす。より効果的にこれらのＴ接合部をシールすることは、エンジンの性能および効率にとって大きなメリットである。これは、セグメント間ギャップ３４およびシールスロットセグメント３３における狭い空間、比較的簡単な組み立ておよび分解の必要性、エンジン動作中の熱移動、ならびにコーナーリーク（ｃｏｒｎｅｒ ｌｅａｋｓ）での複雑な漏れ経路を含む多数の設計上の制約のために、課題となるエンジン設計の詳細である。

【0019】

図４～図７を参照すると、一実施形態による、図１～図３のガスタービン１０とほぼ同様のガスタービン５０の縦断面図が図４に示されている。図４は、例示的な、より具体的には、第１の弓形構成要素５２の端面図を示す。図５は、複数のＴ接合部を画定するために概して「Ｔ」構成で形成された、本明細書に開示されるシールアセンブリの等角部分断面図を示す。図６は、図４の線６－６に沿った図４のシールアセンブリの一部の拡大図を示す。図７は、本明細書に開示される、図５の線７－７に沿った図５のシールアセンブリの一部の概略断面図を示す。

【0020】

より具体的に図４を参照すると、第１の弓形構成要素５２は、第１の弓形構成要素５２の端面５３に形成されたスロット６０を含む。スロット６０は、互いに対して実質的に直角に形成され、互いに接続されて示されている複数のスロットセグメント６０Ａ、６０Ｂおよび６０Ｃで構成され得る。より具体的には、スロットセグメント６０Ａおよび６０Ｃは、スロットセグメント６０Ｂと複数のＴ接合部６１（図４）を形成するように構成される。Ｔ接合部６１を画定するために、スロットセグメント６０Ｂは、スロットセグメント６０Ａおよび６０Ｃの各側で距離を延長する。スロット６０は、任意の数の交差するまたは接続されたスロットセグメントで構成され得る。

【0021】

シールアセンブリ６２が、スロット６０内に配置される。スロットセグメント６０Ａ、６０Ｂおよび６０Ｃと同様に、シールアセンブリ６２、より具体的には、シールアセンブリ６２のセグメント化されたシール５７は、互いに対して実質的に直角に形成され、それぞれスロットセグメント６０Ａ、６０Ｂおよび６０Ｃ内に配置されて示されている複数のシールセグメント６２Ａ、６２Ｂおよび６２Ｃで構成され得る。より具体的には、シールセグメント６２Ａおよび６２Ｃは、シールセグメント６２Ｂと交差し、シールセグメント６２Ｂと複数のＴ接合部６３（図５および図７）を形成するように構成される。この特定の実施形態では、シールセグメント６２Ｂは、シールセグメント６２Ａおよび６２Ｃとシールセグメント６２Ｂとの交点の各側で距離を延長し、Ｔ接合部６３を画定する。様々な実施形態によれば、シールセグメント６２Ａ、６２Ｂおよび６２Ｃは、標準的なスプラインシール、固体シール、ラミネートシール、成形シール（例えば、ドッグボーン）などの任意のタイプの平面シールを含み得ることが理解される。一実施形態では、シールセグメント６２Ａ、６２Ｂおよび６２Ｃは、互いに部分的にのみ結合される複数の個別の層（例えば、ラミネートシール）で形成され得、それによってシールセグメント６２Ａ、６２Ｂおよび６２Ｃの柔軟性（例えば、ねじれ運動）を可能にする。シールアセンブリ６２は、任意の数の交差するまたは接続されたシールセグメントで構成され得、本明細書に開示される３つのセグメントシールおよび協働するスロットは、単に例示の目的のためである。

【0022】

ここで図５～図７を参照すると、図５は、図４の点線の円によって示される部分断面軸方向等角図を示す。図５の図では、シールアセンブリ６２の一部が示されているが、スロット６０は示されていない。図６は、図４の線６－６を通る部分断面図を例示し、図７は、図５の線７－７を通る部分断面図を例示する。図６に最もよく例示されるように、図２のセグメント間ギャップ３４と同様のセグメント間ギャップ５１は、第１の弓形構成要素５２と第２の弓形構成要素５４との間に、より具体的にはそれらのそれぞれの端面５３および５５の間に残される。第２の弓形構成要素５４上には、隣接するスロット６０が示されている。第１の弓形構成要素５２のスロット６０と同様に、第２の弓形構成要素５４のスロット６０は、複数のスロットセグメントで形成され得、そのスロットセグメント６０Ａおよび６０Ｂは、前述のように、互いに対してある角度で形成され、複数のＴジョイント６１（図４）で互いに接続または交差して図６に示されている。この特定の構成では、各スロット６０は、複数の実質的に軸方向の表面５６（図７）と、実質的に軸方向の表面５６の端部から延びる複数の半径方向に面する表面５８または側壁（図７）とを含む。スロット６０の代替の構成および幾何学的形状は、本開示によって予想される。

【0023】

図４～図７の図示の実施形態では、ガスタービン５０は、１つまたは複数のスロット６０内に配置されたシールアセンブリ６２を含み、シールアセンブリ６２は、それらの軸方向表面５６および半径方向に面する表面５８で協働するスロット６０に接触する。多くの場合、シールアセンブリ６２の説明は、弓形構成要素５２のスロット６０に関連して説明されるが、弓形構成要素５４のスロット６０にも同様に適用可能であることを理解されたい。

【0024】

図５～図７に例示されるように、シールアセンブリ６２は、シールセグメント６２Ｂと実質的に平行に配向され、スロット６０の各々の半径方向表面５８（図６および図７）と接触している、シールセグメント６２Ｂの側壁６５の長さの一部を延長するように配置された少なくとも１つのシムシール６４を含む。一実施形態では、少なくとも１つのシムシール６４は、シールスロット６０ならびにシールセグメント６２Ａ、６２Ｂおよび６２Ｃによって画定されたＴ接合部６３での複数のシュートギャップ（まもなく説明される）を通る高温ガス経路流を排除しなくとも低減するように配置されるものとして説明される。図６に例示されるように、複数のシムシール６４が配置され、Ｔ接合部６３においてシールセグメント６２Ａおよび６２Ｂとスロットセグメント６０Ａとの間に画定された第１のシュートギャップ６６、ならびにシールセグメント６２Ｂとスロットセグメント６０Ｂとの間の第２のシュートギャップ６８をシールする。少なくとも１つのシムシール６４は、シールセグメント６２Ｂがスロットセグメント６０Ｂに挿入されたときに大きな抵抗を生じないが、シールアセンブリの高圧側（図４、ＨＰと指定）とシールアセンブリの低圧側（図４、ＬＰと指定）との間の圧力差に耐えるのに十分な剛性を有するように設計されるべきである。

【0025】

いくつかの特定の実施形態では、スロットセグメント６０Ａ、６０Ｂおよび６０Ｃの各々は、約０．５００ミリメートル～約６．３５ミリメートルの厚さ、および約１．７５ミリメートル～約４０ミリメートルの幅を有する。一実施形態では、スロットセグメント６０Ａ、６０Ｂおよび６０Ｃの各々は、最大３．２５ミリメートルの厚さ寸法、および最大２２．６１ミリメートルの幅寸法を有する。いくつかの特定の実施形態では、シールセグメント６２Ａ、６２Ｂおよび６２Ｃの各々は、約０．１７ミリメートル～約３．１７ミリメートルの厚さ、および約３．０ミリメートル～約３５．０ミリメートルの幅を有する。一実施形態では、シールセグメント６２Ａ、６２Ｂおよび６２Ｃの各々は、最大２．６６７ミリメートルの厚さ寸法、および最大１９．５６ミリメートルの幅寸法を有する。

【0026】

図７に示すように、複数のシムシール６４の各々は、複数の軸方向に延びる脚部分６４Ｂおよび６４Ｃの間に配置され、それらに結合された幾何学的バンプアウト（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｂｕｍｐ－ｏｕｔ）６４Ａを画定する複数のシムシールセグメントを含む。一実施形態では、幾何学的バンプアウト６４Ａと複数の軸方向に延びる脚部分６４Ｂおよび６４Ｃは、一体的に形成される。この特定の実施形態では、各幾何学的バンプアウト６４Ａは、６面ポリゴンの半分の一般的な形状を有する３面バンプアウト７２として構成される。代替の実施形態では、図８～図１１に例示されるように、幾何学的バンプアウト６４Ａは、シュートギャップ６６および６８をシールすることが可能な任意の形状を有するように構成され得る。より具体的には、幾何学的バンプアウト６４Ａは、図８に例示されるように、湾曲したまたは半円形の形状７４を有し得る。あるいは、幾何学的バンプアウト６４Ａは、図９に例示されるような複数のほぼ平面の側壁７６、または図９に例示されるような波形側壁７８によって互いに結合された複数のほぼ平面の側壁、または図１０に例示されるような鋸歯状またはアコーディオン状の側壁８０によって互いに結合された複数のほぼ平面の側壁を含んでもよい。各実施形態では、幾何学的バンプアウト６４Ａは、シュートギャップ６６および６８をシールするために、シールセグメント６２Ｂに対してスロット６０Ｂ内に配置されたときに変形するように構成される。前述のように、図面では、図面間で類似する符号は、類似する要素を表す。

【0027】

図５～図１１の３つのセグメントシムシールは単に例示の目的のためであり、任意の数のセグメントが少なくとも１つのシムシール６４の各々を形成し得ることを理解されたい。一実施形態によれば、少なくとも１つのシムシール６４の各々は、シールアセンブリ６２がスロット６０Ｂ内に位置決めされ、シールセグメント６２Ｂとスロットセグメント６０Ｂとの間にシールを形成するときに変形するように適合される。

【0028】

再び図５～図７を参照すると、一実施形態では、各シムシール６４の少なくとも１つのシムシール６４、より具体的には各シムシール６４の複数の軸方向に延びる脚部分６４Ｂおよび６４Ｃの少なくとも１つは、シールセグメント６２Ｂの半径方向側壁６５に結合される。一実施形態では、各シムシール６４の複数の軸方向に延びる脚部分６４Ｂまたは６４Ｃの１つのみがシールセグメント６２Ｂに結合され、シムシール６４の変形中、シールセグメント６２Ｂに結合されていない脚部分がシールセグメント６２Ｂの半径方向側壁６５に対してスライド可能に移動することを可能にする。別の実施形態では、各シムシール６４の複数の軸方向に延びる脚部分６４Ｂおよび６４Ｃの両方がシールセグメント６２Ｂに結合され、軸方向に延びる脚部分６４Ｂおよび６４Ｃを半径方向側壁６５に固定的に位置決めする。さらに別の実施形態では、シムシール６４は、シールセグメント６２Ｂに対してスロット６０Ｂに配置され、摩擦嵌合によって定位置に維持される。複数のシムシール６４を含む一実施形態では、各々が互いに独立して変形するように構成される。

【0029】

一実施形態では、少なくとも１つのシムシール６４は、Ｔ接合部６３で画定された、より具体的には隣り合うシールセグメント６２Ａおよび６２Ｂとスロット６０との間、ならびに隣り合うシールセグメント６２Ｂおよび６２Ｃとスロット６０との間に画定されたシュートギャップ６６および６８、ならびに結果として生じるシュート漏れを実質的にシールする。

【0030】

開示される配置は、エンジンアセンブリを支援するために少なくとも部分的に事前に組み立てることができるコンパクトで比較的単純なシールアセンブリ設計を提供する（例えば、シールアセンブリ６２の多数のシールピースは、エンジン動作中に燃え尽きるシュリンクラップ、エポキシ、ワックス、または同様の結合材料と共に保持され得る）。代替の実施形態では、シールは、エンジンのピースごとに組み立てられ（すなわち、結合材料を利用しない）、事前の組み立てを含まなくてもよい。

【0031】

図１２および図１３は、追加の実施形態によるガスタービン９０の一部を示す。より具体的には、図１２は、本明細書に開示されるシールアセンブリ６２の代替の実施形態の拡大図を示す。図１３は、図１２の破線の円によって示されるシールアセンブリ６２の一部の拡大図である。様々な図の間で一般的にラベル付けされた構成要素は、実質的に同一の構成要素（例えば、複数のスロットセグメント６０Ａ、６０Ｂおよび６０Ｃ、複数のシールセグメント６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、軸方向表面５６、ならびに軸方向表面５６の反対側の端部から延びる半径方向に面する表面５８などで構成された１つまたは複数のスロット６０）を表すことができることが理解される。一実施形態では、タービン９０は、スロット６０内に配置されたシールアセンブリ６２を含み、シールアセンブリ６２は、前述のようにシュート漏れを排除しなくとも最小限に抑えるようにスロット表面に接触する。

【0032】

前の実施形態と同様に、シールアセンブリ６２は、スロット６０内に配置されたシムシール６４を含み、スロット６０は、スロットセグメント６０Ａ、６０Ｂおよび６０Ｃで構成される。シールアセンブリ６２は、スロットセグメント６０Ａ、６０Ｂおよび６０Ｃ内に配置され、複数のシールセグメント６２Ａ、６２Ｂおよび６２Ｃを含む。図４～図７に開示された実施形態とは対照的に、図１２および図１３の図示の実施形態では、スロットセグメント６０Ａおよび６０Ｃは、シールセグメント６２Ｂを超えて距離を延長する。スロットセグメント６０Ａ、６０Ｂおよび６０Ｃ内に配置されると、シールセグメント６２Ｂは、シールセグメント６２Ａおよび６２Ｃと交差し、複数のＴ接合部６３を形成する。より具体的には、各シールセグメント６２Ａおよび６２Ｃは、シールセグメント６２Ｂとシールセグメント６２Ａおよび６２Ｃとの交点のいずれかの側で距離を延長する。前述のように、Ｔ接合部６３は、前述のようなシュート漏れ流を可能にするシュートギャップを形成し得る。

【0033】

図７～図１１で前述したもののいずれかとして構成された複数のシムシール６４は、シュートギャップの漏れを排除しなくとも低減するために、Ｔ接合部６３でシールセグメント側壁９２（図１３）にまたがるように、それぞれシールセグメント６２Ａおよび６２Ｃに対してスロットセグメント６０Ａおよび６０Ｂ内に配置される。図４～図７の実施形態とは対照的に、この特定の実施形態では、シムシール６４の複数の脚部分６４Ｂおよび６４Ｃは、Ｔ接合部６３にまたがるように半径方向に延びる。前述のように、シムシール６４は、それぞれのシールセグメント６２Ａおよび６２Ｃに結合され得るか、またはスロットセグメント６０Ａとシールセグメント６２Ａとの間、およびスロットセグメント６０Ｃとシールセグメント６２Ｃとの間に摩擦嵌合を有するように配置され得る。

【0034】

図１０は、様々な図に従ってガスタービン内にシールを形成する方法１１０を例示するフロー図である。方法は、以下のプロセスを含むことができる。

【0035】

１１２で示されるプロセスＰ１は、シールアセンブリ（例えば、シールアセンブリ６２）を形成することを含み、形成することは、複数のシールセグメント６２Ａ、６２Ｂおよび６２Ｃならびに少なくとも１つのシムシール６４（例えば、セグメント６４Ａ、６４Ｂおよび６４Ｃ）を設けることを含む。１１４で示されるプロセスＰ２は、シールアセンブリ６２（例えば、複数のシールセグメント６２Ａ、６２Ｂおよび６２Ｃならびに少なくとも１つのシムシール６４）をタービン（例えば、ガスタービン５０、９０、図４および図１２）に適用することを含み、適用することは、少なくとも１つのシムシール６４がシールセグメント６２Ｂまたは６２Ａおよび６２Ｃの側壁６５、９２、ならびにスロット６０に対して位置決めされるようにシールアセンブリ６２をスロット６０に挿入し、シュートギャップの漏れ流を排除しなくとも低減することを含む。少なくとも１つのシムシール６４の各々は、変形するように構成され、シュートギャップのシールを提供するために、それぞれのシールセグメントおよびスロット壁に対してスライド可能に移動することができる。

【0036】

本明細書に図示および記載されるフロー図において、図示していない他のプロセスを実行することができ、様々な実施形態に応じてプロセスの順序を再配置することができることを理解されたい。加えて、１つまたは複数の記載のプロセスの間に中間のプロセスを実行してもよい。本明細書に図示および記載されるプロセスのフローは、様々な実施形態の限定とみなすべきではない。加えて、シムシール６４、より具体的には、バンプアウト部分６４Ａは、それぞれのスロット内に配置されたときにシュートギャップのシールを提供することが可能な任意の幾何学的形状を含み得ることが理解される。加えて、少なくとも１つのシムシール６４の各々は、同様の幾何学的形状である必要はないことが理解される。

【0037】

本明細書で使用される専門用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「前記（ｔｈｅ）」は、文脈がそのようでないことを明らかに示していない限り、複数形も含むことを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を示すが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはこれらのグループの存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。

【0038】

本明細書は、本開示を最良の態様を含めて開示すると共に、あらゆるデバイスまたはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本開示の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を使用している。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。

【符号の説明】

【0039】

１０ ガスタービン、ガスタービンエンジン
１２ 圧縮機入口
１４ 圧縮機
１６ 燃焼器
１８ タービン
２０ タービンブレード、ロータ翼形部
２２ ロータ
２４ ガス流出部
２６ ケーシング
２８ 環状配置
３０ 弓形構成要素
３２ スロット
３３ シールスロットセグメント
３４ セグメント間ギャップ、外側シュラウド
３６ 内側シュラウド
３８ ノズルブロック
４０ ダイアフラム
４４ ガスタービン高温ガス経路流
５０ ガスタービン
５１ セグメント間ギャップ
５２ 第１の弓形構成要素
５３ 端面
５４ 第２の弓形構成要素
５５ 端面
５６ 実質的に軸方向の表面
５７ セグメント化されたシール
５８ 半径方向に面する表面
６０ スロット
６０Ａ スロットセグメント
６０Ｂ スロットセグメント、スロット
６０Ｃ スロットセグメント
６１ Ｔ接合部、Ｔジョイント
６２ シールアセンブリ
６２Ａ シールセグメント
６２Ｂ シールセグメント
６２Ｃ シールセグメント
６３ Ｔ接合部
６４ シムシール
６４Ａ 幾何学的バンプアウト、セグメント
６４Ｂ 脚部分、セグメント
６４Ｃ 脚部分、セグメント
６５ 半径方向側壁
６６ 第１のシュートギャップ
６８ 第２のシュートギャップ
７２ ３面バンプアウト
７４ 湾曲した、半円形の形状、側壁
７６ 実質的に平面の側壁
７８ 波形側壁
８０ 鋸歯状、アコーディオン状の側壁
９０ ガスタービン
９２ シールセグメント側壁
１１０ 方法
１１２ プロセスＰ１
１１４ プロセスＰ２
Ａ 軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】