段間シール、タービンブレード、およびガスタービンエンジンの冷却されるロータとステータとの間におけるインタフェースシール
【課題】別個のシール支持部を必要としないブレード−ベーン間インタフェースシールを提供する。
【解決手段】ガスタービンエンジン１０の低圧タービン２０において、冷却空気３８は、ボアキャビティ８０から連結部８４の開口部８６を通りリムキャビティ８８に導かれる。キャビティ８８内の空気３８は、ブレード５０とベーン５２のインタフェースを冷却する。空気３８の一部は、スロット９０を通って軸方向後方に導かれ、ルート５６とディスク５４のインタフェースを冷却し、他の部分は、径方向外側に導かれ、ブレード５０とベーン５２のインタフェースを冷却する。シール９２により、ブレードとベーンのインタフェースから空気３８が漏出しなくなる。プラットフォーム５８により形成されるリング９４は、径方向に延びかつ傾斜するランナ９８を備える。リング９４がランド９６と協動して、キャビティ８８から空気３８が漏出しなくなる。
【解決手段】ガスタービンエンジン１０の低圧タービン２０において、冷却空気３８は、ボアキャビティ８０から連結部８４の開口部８６を通りリムキャビティ８８に導かれる。キャビティ８８内の空気３８は、ブレード５０とベーン５２のインタフェースを冷却する。空気３８の一部は、スロット９０を通って軸方向後方に導かれ、ルート５６とディスク５４のインタフェースを冷却し、他の部分は、径方向外側に導かれ、ブレード５０とベーン５２のインタフェースを冷却する。シール９２により、ブレードとベーンのインタフェースから空気３８が漏出しなくなる。プラットフォーム５８により形成されるリング９４は、径方向に延びかつ傾斜するランナ９８を備える。リング９４がランド９６と協動して、キャビティ８８から空気３８が漏出しなくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、そのようなエンジンのブレードとベーンとの間に配設された冷却流体シール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、２００５年７月７日に出願された同時係属の米国特許出願「ＨＡＭＭＥＲＨＥＡＤ ＦＬＵＩＤ ＳＥＡＬ」（第１１／１４６，８０１号）、「ＣＯＭＢＩＮＥＤ ＢＬＡＤＥ ＡＴＴＡＣＨＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＩＳＫ ＬＵＧ ＦＬＵＩＤ ＳＥＡＬ」（第１１／１４６，７９８号）、および「ＢＬＡＤＥ ＮＥＣＫ ＳＥＡＬ」（第１１／１４６，６６０号）に関連した出願である。
【０００３】
ガスタービンエンジンは、前方の圧縮機で周囲空気を圧縮して、燃料を噴射し、中央の燃焼器内で混合気を燃焼し、燃焼のエネルギーを推進力に変換することによって動作する。燃焼ガスは、環状ダクトを通って燃焼器から流出し、周方向に配設されたタービンブレードの１つまたは複数の軸方向の段を駆動させる。各ブレード段は、長手方向の中央シャフトに取り付けられたロータに燃焼ガスエネルギーを伝達する。ロータブレード段の間には、ロータを囲む径方向外側のケーシング構造に固定されたステータベーンの段が配設されている。２つ以上のロータが、同心のシャフトを介して、互いに独立した異なる速度で作動する。ガスタービンエンジンは、一般に、航空機、船舶、発電機に動力を供給するために使用される柔軟性のある動力プラントである。
【０００４】
恒常的に２０００°Ｆ（約１０９３℃）を越える燃焼ガス温度および４００ｐｓｉａ（約２７５７．９０ｋＰａ）を越える圧力に耐えるために、ブレード、ベーン、シールなどのタービン構成要素は、より温度が低く、より圧力が高い冷却空気で冷却される。冷却空気は、圧縮機から抽気され、燃焼器を完全に迂回して、タービン構成要素に向けてロータの軸方向後方かつ径方向内側に導かれる。タービンに導かれた冷却空気の大部分は、回転するロータの遠心力により、ブレード、ベーン、シールに向かって径方向外側に送られる。冷却空気による最大限の熱除去を得るために、ロータブレード段とステータベーン段との間におけるインタフェースを効果的にシールしなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロータブレード段とステータベーン段と間のインタフェースは、ロータおよびケースの熱膨張および遠心膨張の差により、シールすることが特に困難である。また、高い相対速度や、極めて高い温度／圧力のため、タービンにおけるシール設計が困難となる。過去には、設計者は、ロータブレード段とステータベーン段との間のインタフェースをシールしようと試みてきたが、その成功度は様々であった。
【０００６】
そのようなタービンシールの一例は、ラビリンスシールである。典型的なブレードとベーンとの間のインタフェースにおいては、静止したランドと、回転するランナつまりナイフエッジと、を備える多段型のラビリンスシールにより、冷却空気が径方向外側に向かって燃焼ガス内に漏出しないように防止される。ランナは、環状の支持部から突出しており、この環状支持部は、典型的には、ボルト式フランジまたはスナップばめの少なくとも一方を用いてロータに締結される。この支持部は独立した構成部品であるため、製造コストが増すとともに、タービンの構成がより複雑になる。また、この支持部により、ロータに付加的な回転質量が加わるため、エンジン動作効率が低下してしまう。また、この支持部とロータとの間におけるインタフェースの取付構造により、冷却空気の付加的な漏出流路が生じ得る。この支持部は、隣接する構成要素の影響を受けるため、通常、冷却空気を最適に分配しない。
【０００７】
別個のシール支持構成部品を必要せず、またシールに対する冷却空気の分配を改善するブレードとベーンとの間におけるインタフェースシールが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、冷却空気の漏出を制限するとともに、シールに対する冷却空気の分配を改善するロータとステータと間のインタフェースシールが提供される。
【０００９】
したがって、タービンロータは、周方向に配設されたブレードの第１および第２段を備える。前記ブレード段は、該ブレード段間にチャンバを形成するように、ブレードの径方向内側に位置する環状の連結部（カップリング）によって互いに軸方向に離間されている。前記ブレード段間にステータベーン段が配設される。ベーン段は、径方向内側に面するランドを備える。第１および第２のブレード段からベーン段に向かって、軸方向にリングが突出している。リングは、ランドと径方向に協動して、ブレードとベーンとの間におけるインタフェースシールを形成する。連結部は、シールの冷却に使用される冷却空気をチャンバに向けて径方向に導く開口部を備える。
【００１０】
本発明によるインタフェースシールの他の実施形態では、タービンロータは、周方向に配設されたブレードの第１および第２段を備える。前記ブレード段は、該ブレード段間にチャンバを形成するように、ブレードの径方向内側に位置する環状の連結部によって互いに軸方向に離間されている。前記ブレード段間にステータベーン段が配設される。ベーン段は、径方向内側に面するランドを備える。ブレード段からベーン段に向かって、リングが軸方向に突出している。リングは、ランドと径方向に協動する。連結部は、径方向外側に突出してランドと径方向に協動する一体型リングを備える。リングとランドとが協動することにより、ブレードとベーンとの間におけるインタフェースシールが形成される。また、連結部は、シールの冷却に使用される冷却空気を、チャンバに向けて径方向に導く開口部を備える。連結部の軸方向の長さに沿って任意の場所に開口部を配設してもよいが、典型的には、ベーン段より前方に配設される。
【００１１】
シールリングが、ガスタービンエンジンの既存のブレードおよび連結部と一体であるため、別個の支持部が不要となり、排除される。別個の支持部を排除することにより、ロータの回転質量が減少し、したがってエンジンの運転効率が向上する。また、リングをブレードに移設することにより、冷却空気の漏出経路が排除されて、シールに対する冷却空気の分配が向上する。
【００１２】
本発明の他の細部、ならびに、それに伴う他の目的および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面に図示、記載されている。同様の符号は同様の要素を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１の典型的なガスタービンエンジン１０の主なセクションは、前方から後方に向かって順に、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４、燃焼器１６、高圧タービン１８、低圧タービン２０からなり、長手方向の中心軸１１の周囲にそれぞれ配設されている。作動流体２２は、圧縮機１２，１４から後方に、燃焼器１６内に送られ、そこで燃料が噴射され、混合気が燃焼される。高温の燃焼ガス２４は、燃焼器１６から流出し、環状ダクト２６内で膨張して、タービン１８，２０を駆動する。次いで、タービン１８，２０は、高ロータスプール３２および低ロータスプール３４をそれぞれ形成する同心のシャフト２８，３０を介して結合された圧縮機１４、１２を駆動する。図では二重スプールのエンジン１０が示されているが、三重スプールのエンジン１０であってもよい。燃焼ガスは、航空機またはフリータービンに動力を供給するために使用される推力３６としてエンジン１０から流出する。作動流体２２の一部分は、圧縮機１２，１４から抽気され、冷却空気３８として燃焼器１６の径方向内側かつ軸方向後方に向けてタービン１８，２０に送られる。
【００１４】
図２〜図４の例示的な低圧タービン２０では、燃焼ガス２４は、径方向外側の流路４２および径方向内側の流路４４によって画定された環状ダクト４０を通って後方に導かれる。環状ダクト４０内には、ロータブレード段５０ａ〜５０ｅおよびステータベーン段５２ａ〜５２ｄが交互に配設されている。ブレード５０は、プラットフォーム５８から径方向内側に配設されたルート部５６によって、ロータディスク５４から径方向外側に延びる。各ブレード５０は、プラットフォーム５８と外側先端シュラウド６２との間で径方向に延びるエアフォイル６０をさらに備える。エアフォイル６０は、前方に面する前縁と、後方に面する後縁と、を有する。ブレード５０は、ある例では、ディスク５４から取外し可能であり、また他の例では、取外し可能ではない。ベーン５２は、外側先端シュラウド６２から径方向内側に延びるフック６６によって、ケース６４から内側に片持ち式に構成されている。各ベーン５２は、内側シュラウド６８と外側シュラウド７０との間で径方向に延びるエアフォイル６０を備える。
【００１５】
外側シール７２により、外側流路４２における燃焼ガス２４の漏出が制限される。外側シール７２は、回転するロータブレード５０と固定ケース６４との間のインタフェース部分に配設される。先端シュラウド６２は、半径方向外側に延びるランナ７４を備え、このランナ７４は、支持部７８によってケース６４に固定されかつ内側に面するランド７６と径方向に協動する。ブレード５０の回転とともに、ランナ７４とランド７６が径方向に協動することにより、ダム効果が生じて、燃焼ガス２４の外側流路４２からの漏出が制限される。重なり合ったプラットフォームおよびより高い圧力の冷却空気３８の一定供給により、内側流路４４における燃焼ガス２４の漏出が制限される。
【００１６】
圧縮機１２，１４から抽気された冷却空気３８は、ボアキャビティ（ｂｏｒｅ ｃａｖｉｔｙ）８０に向けて送られる。ボアキャビティ８０は、隣接するディスクボア８２によって軸方向に、また環状の連結部（カップリング）８４によって径方向外側に境界が画定される。連結部８４は、ボルト、リベット、溶接、ねじ、スプライン、テーパ、スナップばめ、または他の手段を用いて、隣接するディスク５４を接合する。また、連結部８４は、隣接するディスク８２の各々と一体的に形成され得る（図示せず）。ディスク５４の回転によって、冷却空気３８が連結部８４に対して径方向外側に送られる。冷却空気３８は、連結部８４の開口部８６を通ってリムキャビティ８８内に導かれる。開口部は、円形の穴、スロット、または他の形態であってもよく、典型的には、連結部８４の周囲に亘って周方向に均等に配設される。開口部８６は、適切な流量の冷却空気３８をリムキャビティ８８に流入させるサイズで形成される。
【００１７】
リムキャビティ８８内の冷却空気３８は、全エンジン運転条件下で、環状ダクト４０内の燃焼ガス２４より高い圧力で維持される。より高い圧力の冷却空気３８によって、燃焼ガス２４がリムキャビティ８８内に流入しないように防止され、ブレード５０とベーン５２との間のインタフェースが冷却される。冷却空気３８の一部は、ブレードルート部５６とディスク５４との間に配設された複数のスロット９０を通って軸方向後方に導かれる。冷却空気３８の前記部分は、軸方向後方に向けて下流のリムキャビティ８８に導かれる前に、ブレードルート部５６とディスク５４との間のインタフェースを冷却する。冷却空気３８の他の部分は、径方向外側に導かれ、ブレード５０とベーン５２との間のインタフェース領域を冷却する。
【００１８】
図３および図４に具体的に示されているように、本発明の様々な実施形態によるシール９２により、ブレード５０とベーン５２との間のインタフェース部分において冷却空気３８の漏出が制限される。ブレードプラットフォーム５８は、１つまたは複数の周方向にセグメント化されたリング９４を形成し、リング９４は、ベーン５２に固定されかつ内側に面するランド９６と径方向に協動する。また、図４に具体的に示されているように、１つまたは複数の一体型リング９４が、軸方向の長さに亘る任意の場所において連結部８４から径方向外側に突出する。一体型リング９４とランド９６との協動により中間シールが形成され、該中間シールにより、キャビティ８８が２つ以上のより小さなキャビティ８８に分割される。この径方向外側に突出するリング９４は、セグメント化されていないが、ベーン５２に固定された内側に面するランド９６と径方向に協動する。ブレード５０の回転とともに、リング９４とランド９６の近接した径方向位置により、ダム効果が生じて、冷却空気３８のリムキャビティ８８からの漏出が制限する。
【００１９】
ランド９６は、一定の径方向の外形状を備えていてもよいし、燃焼ガス２４のリムキャビティ８８への流入をさらに防ぐように、径方向に階段状であってもよい。ランド９６は、ろう付、溶接、または他の好適な手段によってベーン５２に直接固定されてもよく、ベーン５２から径方向内側に突出する支持部９７に固定されてもよい。支持部９７は、ベーン５２と一体的であってもよいし、ろう付、溶接、または他の好適な手段によって固定されていてもよい。ランド９６は、典型的には、ハニカム形状のシートメタル構造、または、漏出を制限するようにシールの技術分野において周知の他の構造および材料から構成されてもよい。
【００２０】
リング９４は、ブレード５０のプラットフォーム５８から前縁方向、後縁方向、または両方向に軸方向に突出する。また、一体型リング９４が連結部８４から径方向に突出していてもよい。ブレード５０がディスク５４に組付けられると、個々のリング９４セグメントが軸方向および径方向に整列して、中心軸１１を中心にして実質的に完全なリング９４が形成される。リング９４は、ナイフエッジとして知られる１つまたは複数の径方向に延びるランナ９８を備える。複数のランナ９８を加えることにより、冷却空気３８の漏出がさらに制限されるが、実際の数は、空間や重量の制限によって判断される。ランナ９８の幅は、冷却空気３８の速度を低減させるように、ランド９６に隣接して、可能な限り薄いことが望ましい。ランナ９８とランド９６が断続的に接触することがあるため、通常、ランナ９８にコーティング、耐摩耗加工、または他の耐摩耗処理が適用される。また、ランナ９８は、セグメント化されたリング９４の長手方向軸に対して、約２２．５°〜約６８°、好ましくは５５°の角度（ａ）で傾斜していてもよい。ランナ９８を冷却空気３８の流れと反対の方向に傾斜させることにより、ダム効果が生じ、漏出がさらに制限される。また、ランナ９８を傾斜させることにより、より厚いセグメント化されたリング９４の長さが短くなり、重量がさらに減少する。リング９４およびランナ９８は、鋳造、従来の機械加工、放電加工、ケミカルミリング、または他の好適な製造方法によって形成される。
【００２１】
図５のブレード５０の実施形態に示されるように、隣接するリング９４のセグメントは、セグメント間の冷却空気３８の漏出を低減させるように、機械的なシールエレメントを備えていてもよい。ブレード５０が取付けられると、隣接するリング９４セグメント間で舌部１００と溝部１０２が協動し、冷却空気３８の漏出が減少する。舌部１００は、遠心負荷下で溝部１０２に完全に接触するように、径方向外側に傾斜していてもよい。リング９４のセグメントの径方向の増加した厚さは、舌部１００および溝部１０２を設けるためだけに必要であるため、通常、舌部１００と溝部１０２の間に１つまたは複数のポケット１０４を配設し、ブレード５０の回転質量を低減させる。ポケット１０４は、鋳造、従来の機械加工、放電加工、ケミカルミリング、または他の好適な製造方法によって形成される。
【００２２】
図６ａ〜図６ｇのリング９４セグメントの実施形態に示されているように、隣接するリング９４セグメントは、セグメント間の冷却空気３８の漏出を低減させるように、空気力学的なシール手段を有する。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４を、逆方向内側のポンプ機構を介して径方向内側に導くことにより、冷却空気３８のリムキャビティ８８から径方向外側への漏出が防止され、減少する。図６の各図では、ブレード５０の基準の回転方向は、時計回りである。ブレード５０の回転方向が反時計回りである場合、本発明の空気力学的シールエレメントは、エンジン１０の長手方向軸１１に沿って延びる平面で鏡映される。また、各図において、上流側リング１９４のセグメントを右側に図示し、下流側リング２９４を左側に図示している。
【００２３】
図６ａは、面取りエッジ１０６、すなわち逆方向ポンプエレメントを示す。面取りエッジ１０６は、上流側リング１９４セグメントの正接方向に面している表面１０８と径方向外側の表面１１０との交差部分に位置している。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４が面取りエッジ１０６と直面し、ブレード５０の回転によって、隣接するリング１９４，２９４セグメント間から径方向内側に流入する。内側へのポンプ作用により、冷却空気３８の径方向外側への漏出が防止される。
【００２４】
図６ｂは、二重の面取りエッジ１０６、すなわち逆方向のポンプエレメントを示す。面取りエッジ１０６は、上流側リング１９４セグメントの正接方向に面している表面１０８と径方向外側の表面１１０との交差部分に位置している。また、面取りエッジ１０６は、下流リング２９４セグメントの正接方向に面している表面１０８と径方向内側の表面１１２との交差部分に位置している。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４が面取りエッジ１０６と直面し、ブレード５０の回転によって、隣接するリング１９４，２９４セグメント間から径方向内側に流入する。内側へのポンプ作用により、冷却空気３８の径方向外側への漏出が防止される。
【００２５】
図６ｃは、単一の傾斜付きエッジ１１４、すなわち逆方向のポンプエレメントを示す。傾斜付きエッジ１１４は、上流側リング１９４セグメントの径方向外側の表面１１０と径方向内側の表面１１２との間に位置する。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４が傾斜付きエッジ１１４と直面し、ブレード５０の回転によって、隣接するリング１９４，２９４セグメント間から径方向内側に流入する。内側へのポンプ作用により、冷却空気３８の径方向外側への漏出が防止される。
【００２６】
図６ｄは、二重の傾斜付きエッジ１１４、すなわち逆方向のポンプエレメントを示す。傾斜付きエッジ１１４は、上流側リング１９４セグメントの径方向外側の表面１１０と径方向内側の表面１１２との間に位置する。また、傾斜付きエッジ１１４は、下流リング１９４セグメントの径方向外側の表面１１０と径方向内側の表面１１２との間に位置する。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４が傾斜付きエッジ１１４と直面し、ブレード５０の回転によって、隣接するリング１９４，２９４セグメント間から径方向内側に流入する。内側へのポンプ作用により、冷却空気３８の径方向外側への漏出が防止される。
【００２７】
図６ｅは、二重の正接方向で傾斜されたウィング１１６、すなわち逆方向のポンプエレメントを示す。径方向内側に傾斜したウィング１１６は、上流側リング１９４セグメントの正接方向に面する表面１０８に隣接して位置する。また、径方向外側に傾斜したウィング１１６は、下流側リング２９４セグメントの正接方向に面する表面１０８に隣接して位置する。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４がウィング１１６と直面し、ブレード５０の回転によって、隣接するリング１９４，２９４セグメント間から径方向内側に流入する。内側へのポンプ作用により、冷却空気３８の径方向外側への漏出が防止される。
【００２８】
図６ｆは、単一の下流側ダム部１１８、すなわち逆方向のポンプエレメントを示す。下流側リング２９４セグメントの正接方向に面する表面１０８は、ダム部１１８を形成するように、上流側リング１９４セグメントの正接方向に面する表面１０８を越えて径方向外側に突出して径方向に厚くなっている。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４がダム部１１８と直面し、ブレード５０の回転によって、隣接するリング１９４，２９４セグメント間から径方向内側に流入する。内側へのポンプ作用により、冷却空気３８の径方向外側への漏出が防止される。
【００２９】
図６ｇは、二重のダム部１１８、すなわち逆方向のポンプエレメントを示す。下流側リング２９４セグメントの正接方向に面する表面１０８は、上流側リング１９４セグメントの正接方向で面する表面１０８を越えて、径方向外側に突出し径方向に厚くなっている。
また、上流側リング１９４セグメントの正接方向に面する表面１０８は、下流側リング２９４セグメントの正接方向で面する表面１０８を越えて、径方向内側に突出し、径方向に厚くなっている。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４がダム部と直面し、ブレード５０の回転によって、隣接するリング１９４，２９４セグメント間から径方向内側に流入する。内側へのポンプ作用により、冷却空気３８の径方向外側への漏出が防止される。
【００３０】
簡潔に説明するために、全図において低圧タービン２０に関して図示しているが、高圧タービンおよび中圧タービンであってもよく、同様に例示的なシール９２およびリムキャビティ８８の冷却機構による利点がもたらされることを理解されたい。
【００３１】
本発明について、特定の実施形態について述べてきたが、当業者であれば、本願の記載を参照することによって他の代替形態、修正形態、変形形態が明らかになるであろう。したがって、代替形態、修正形態、変形形態が添付の特許請求の範囲の広い範囲内に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】長手方向の中心軸に沿ったガスタービンエンジンの概略断面図。
【図２】図１のエンジンに使用される型式の低圧タービンの部分断面図。
【図３】図２のタービンに使用される型式のブレード−ベーン間インタフェースシールの詳細断面図。
【図４】図２のタービンに使用される型式の他のブレード−ベーン間インタフェースシールの詳細断面図である。
【図５】図２のタービンに使用される型式のタービンブレードの等角投影図。
【図６】（ａ）単一の面取りエッジを備えるリングセグメントインタフェースの正面図、（ｂ）二重の面取りエッジを備えるリングセグメントインタフェースの正面図、（ｃ）単一の傾斜付きエッジを備えるリングセグメントインタフェースの正面図、（ｄ）二重の傾斜付きエッジを備えるリングセグメントインタフェースの正面図、（ｅ）正接方向の傾斜付きウィングを備えるリングセグメントインタフェースの正面図、（ｆ）単一の下流ダム部を備えるリングセグメントインタフェースの正面図、（ｇ）二重のダム部を備えるリングセグメントインタフェースの正面図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、そのようなエンジンのブレードとベーンとの間に配設された冷却流体シール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、２００５年７月７日に出願された同時係属の米国特許出願「ＨＡＭＭＥＲＨＥＡＤ ＦＬＵＩＤ ＳＥＡＬ」（第１１／１４６，８０１号）、「ＣＯＭＢＩＮＥＤ ＢＬＡＤＥ ＡＴＴＡＣＨＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＩＳＫ ＬＵＧ ＦＬＵＩＤ ＳＥＡＬ」（第１１／１４６，７９８号）、および「ＢＬＡＤＥ ＮＥＣＫ ＳＥＡＬ」（第１１／１４６，６６０号）に関連した出願である。
【０００３】
ガスタービンエンジンは、前方の圧縮機で周囲空気を圧縮して、燃料を噴射し、中央の燃焼器内で混合気を燃焼し、燃焼のエネルギーを推進力に変換することによって動作する。燃焼ガスは、環状ダクトを通って燃焼器から流出し、周方向に配設されたタービンブレードの１つまたは複数の軸方向の段を駆動させる。各ブレード段は、長手方向の中央シャフトに取り付けられたロータに燃焼ガスエネルギーを伝達する。ロータブレード段の間には、ロータを囲む径方向外側のケーシング構造に固定されたステータベーンの段が配設されている。２つ以上のロータが、同心のシャフトを介して、互いに独立した異なる速度で作動する。ガスタービンエンジンは、一般に、航空機、船舶、発電機に動力を供給するために使用される柔軟性のある動力プラントである。
【０００４】
恒常的に２０００°Ｆ（約１０９３℃）を越える燃焼ガス温度および４００ｐｓｉａ（約２７５７．９０ｋＰａ）を越える圧力に耐えるために、ブレード、ベーン、シールなどのタービン構成要素は、より温度が低く、より圧力が高い冷却空気で冷却される。冷却空気は、圧縮機から抽気され、燃焼器を完全に迂回して、タービン構成要素に向けてロータの軸方向後方かつ径方向内側に導かれる。タービンに導かれた冷却空気の大部分は、回転するロータの遠心力により、ブレード、ベーン、シールに向かって径方向外側に送られる。冷却空気による最大限の熱除去を得るために、ロータブレード段とステータベーン段との間におけるインタフェースを効果的にシールしなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロータブレード段とステータベーン段と間のインタフェースは、ロータおよびケースの熱膨張および遠心膨張の差により、シールすることが特に困難である。また、高い相対速度や、極めて高い温度／圧力のため、タービンにおけるシール設計が困難となる。過去には、設計者は、ロータブレード段とステータベーン段との間のインタフェースをシールしようと試みてきたが、その成功度は様々であった。
【０００６】
そのようなタービンシールの一例は、ラビリンスシールである。典型的なブレードとベーンとの間のインタフェースにおいては、静止したランドと、回転するランナつまりナイフエッジと、を備える多段型のラビリンスシールにより、冷却空気が径方向外側に向かって燃焼ガス内に漏出しないように防止される。ランナは、環状の支持部から突出しており、この環状支持部は、典型的には、ボルト式フランジまたはスナップばめの少なくとも一方を用いてロータに締結される。この支持部は独立した構成部品であるため、製造コストが増すとともに、タービンの構成がより複雑になる。また、この支持部により、ロータに付加的な回転質量が加わるため、エンジン動作効率が低下してしまう。また、この支持部とロータとの間におけるインタフェースの取付構造により、冷却空気の付加的な漏出流路が生じ得る。この支持部は、隣接する構成要素の影響を受けるため、通常、冷却空気を最適に分配しない。
【０００７】
別個のシール支持構成部品を必要せず、またシールに対する冷却空気の分配を改善するブレードとベーンとの間におけるインタフェースシールが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、冷却空気の漏出を制限するとともに、シールに対する冷却空気の分配を改善するロータとステータと間のインタフェースシールが提供される。
【０００９】
したがって、タービンロータは、周方向に配設されたブレードの第１および第２段を備える。前記ブレード段は、該ブレード段間にチャンバを形成するように、ブレードの径方向内側に位置する環状の連結部（カップリング）によって互いに軸方向に離間されている。前記ブレード段間にステータベーン段が配設される。ベーン段は、径方向内側に面するランドを備える。第１および第２のブレード段からベーン段に向かって、軸方向にリングが突出している。リングは、ランドと径方向に協動して、ブレードとベーンとの間におけるインタフェースシールを形成する。連結部は、シールの冷却に使用される冷却空気をチャンバに向けて径方向に導く開口部を備える。
【００１０】
本発明によるインタフェースシールの他の実施形態では、タービンロータは、周方向に配設されたブレードの第１および第２段を備える。前記ブレード段は、該ブレード段間にチャンバを形成するように、ブレードの径方向内側に位置する環状の連結部によって互いに軸方向に離間されている。前記ブレード段間にステータベーン段が配設される。ベーン段は、径方向内側に面するランドを備える。ブレード段からベーン段に向かって、リングが軸方向に突出している。リングは、ランドと径方向に協動する。連結部は、径方向外側に突出してランドと径方向に協動する一体型リングを備える。リングとランドとが協動することにより、ブレードとベーンとの間におけるインタフェースシールが形成される。また、連結部は、シールの冷却に使用される冷却空気を、チャンバに向けて径方向に導く開口部を備える。連結部の軸方向の長さに沿って任意の場所に開口部を配設してもよいが、典型的には、ベーン段より前方に配設される。
【００１１】
シールリングが、ガスタービンエンジンの既存のブレードおよび連結部と一体であるため、別個の支持部が不要となり、排除される。別個の支持部を排除することにより、ロータの回転質量が減少し、したがってエンジンの運転効率が向上する。また、リングをブレードに移設することにより、冷却空気の漏出経路が排除されて、シールに対する冷却空気の分配が向上する。
【００１２】
本発明の他の細部、ならびに、それに伴う他の目的および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面に図示、記載されている。同様の符号は同様の要素を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１の典型的なガスタービンエンジン１０の主なセクションは、前方から後方に向かって順に、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４、燃焼器１６、高圧タービン１８、低圧タービン２０からなり、長手方向の中心軸１１の周囲にそれぞれ配設されている。作動流体２２は、圧縮機１２，１４から後方に、燃焼器１６内に送られ、そこで燃料が噴射され、混合気が燃焼される。高温の燃焼ガス２４は、燃焼器１６から流出し、環状ダクト２６内で膨張して、タービン１８，２０を駆動する。次いで、タービン１８，２０は、高ロータスプール３２および低ロータスプール３４をそれぞれ形成する同心のシャフト２８，３０を介して結合された圧縮機１４、１２を駆動する。図では二重スプールのエンジン１０が示されているが、三重スプールのエンジン１０であってもよい。燃焼ガスは、航空機またはフリータービンに動力を供給するために使用される推力３６としてエンジン１０から流出する。作動流体２２の一部分は、圧縮機１２，１４から抽気され、冷却空気３８として燃焼器１６の径方向内側かつ軸方向後方に向けてタービン１８，２０に送られる。
【００１４】
図２〜図４の例示的な低圧タービン２０では、燃焼ガス２４は、径方向外側の流路４２および径方向内側の流路４４によって画定された環状ダクト４０を通って後方に導かれる。環状ダクト４０内には、ロータブレード段５０ａ〜５０ｅおよびステータベーン段５２ａ〜５２ｄが交互に配設されている。ブレード５０は、プラットフォーム５８から径方向内側に配設されたルート部５６によって、ロータディスク５４から径方向外側に延びる。各ブレード５０は、プラットフォーム５８と外側先端シュラウド６２との間で径方向に延びるエアフォイル６０をさらに備える。エアフォイル６０は、前方に面する前縁と、後方に面する後縁と、を有する。ブレード５０は、ある例では、ディスク５４から取外し可能であり、また他の例では、取外し可能ではない。ベーン５２は、外側先端シュラウド６２から径方向内側に延びるフック６６によって、ケース６４から内側に片持ち式に構成されている。各ベーン５２は、内側シュラウド６８と外側シュラウド７０との間で径方向に延びるエアフォイル６０を備える。
【００１５】
外側シール７２により、外側流路４２における燃焼ガス２４の漏出が制限される。外側シール７２は、回転するロータブレード５０と固定ケース６４との間のインタフェース部分に配設される。先端シュラウド６２は、半径方向外側に延びるランナ７４を備え、このランナ７４は、支持部７８によってケース６４に固定されかつ内側に面するランド７６と径方向に協動する。ブレード５０の回転とともに、ランナ７４とランド７６が径方向に協動することにより、ダム効果が生じて、燃焼ガス２４の外側流路４２からの漏出が制限される。重なり合ったプラットフォームおよびより高い圧力の冷却空気３８の一定供給により、内側流路４４における燃焼ガス２４の漏出が制限される。
【００１６】
圧縮機１２，１４から抽気された冷却空気３８は、ボアキャビティ（ｂｏｒｅ ｃａｖｉｔｙ）８０に向けて送られる。ボアキャビティ８０は、隣接するディスクボア８２によって軸方向に、また環状の連結部（カップリング）８４によって径方向外側に境界が画定される。連結部８４は、ボルト、リベット、溶接、ねじ、スプライン、テーパ、スナップばめ、または他の手段を用いて、隣接するディスク５４を接合する。また、連結部８４は、隣接するディスク８２の各々と一体的に形成され得る（図示せず）。ディスク５４の回転によって、冷却空気３８が連結部８４に対して径方向外側に送られる。冷却空気３８は、連結部８４の開口部８６を通ってリムキャビティ８８内に導かれる。開口部は、円形の穴、スロット、または他の形態であってもよく、典型的には、連結部８４の周囲に亘って周方向に均等に配設される。開口部８６は、適切な流量の冷却空気３８をリムキャビティ８８に流入させるサイズで形成される。
【００１７】
リムキャビティ８８内の冷却空気３８は、全エンジン運転条件下で、環状ダクト４０内の燃焼ガス２４より高い圧力で維持される。より高い圧力の冷却空気３８によって、燃焼ガス２４がリムキャビティ８８内に流入しないように防止され、ブレード５０とベーン５２との間のインタフェースが冷却される。冷却空気３８の一部は、ブレードルート部５６とディスク５４との間に配設された複数のスロット９０を通って軸方向後方に導かれる。冷却空気３８の前記部分は、軸方向後方に向けて下流のリムキャビティ８８に導かれる前に、ブレードルート部５６とディスク５４との間のインタフェースを冷却する。冷却空気３８の他の部分は、径方向外側に導かれ、ブレード５０とベーン５２との間のインタフェース領域を冷却する。
【００１８】
図３および図４に具体的に示されているように、本発明の様々な実施形態によるシール９２により、ブレード５０とベーン５２との間のインタフェース部分において冷却空気３８の漏出が制限される。ブレードプラットフォーム５８は、１つまたは複数の周方向にセグメント化されたリング９４を形成し、リング９４は、ベーン５２に固定されかつ内側に面するランド９６と径方向に協動する。また、図４に具体的に示されているように、１つまたは複数の一体型リング９４が、軸方向の長さに亘る任意の場所において連結部８４から径方向外側に突出する。一体型リング９４とランド９６との協動により中間シールが形成され、該中間シールにより、キャビティ８８が２つ以上のより小さなキャビティ８８に分割される。この径方向外側に突出するリング９４は、セグメント化されていないが、ベーン５２に固定された内側に面するランド９６と径方向に協動する。ブレード５０の回転とともに、リング９４とランド９６の近接した径方向位置により、ダム効果が生じて、冷却空気３８のリムキャビティ８８からの漏出が制限する。
【００１９】
ランド９６は、一定の径方向の外形状を備えていてもよいし、燃焼ガス２４のリムキャビティ８８への流入をさらに防ぐように、径方向に階段状であってもよい。ランド９６は、ろう付、溶接、または他の好適な手段によってベーン５２に直接固定されてもよく、ベーン５２から径方向内側に突出する支持部９７に固定されてもよい。支持部９７は、ベーン５２と一体的であってもよいし、ろう付、溶接、または他の好適な手段によって固定されていてもよい。ランド９６は、典型的には、ハニカム形状のシートメタル構造、または、漏出を制限するようにシールの技術分野において周知の他の構造および材料から構成されてもよい。
【００２０】
リング９４は、ブレード５０のプラットフォーム５８から前縁方向、後縁方向、または両方向に軸方向に突出する。また、一体型リング９４が連結部８４から径方向に突出していてもよい。ブレード５０がディスク５４に組付けられると、個々のリング９４セグメントが軸方向および径方向に整列して、中心軸１１を中心にして実質的に完全なリング９４が形成される。リング９４は、ナイフエッジとして知られる１つまたは複数の径方向に延びるランナ９８を備える。複数のランナ９８を加えることにより、冷却空気３８の漏出がさらに制限されるが、実際の数は、空間や重量の制限によって判断される。ランナ９８の幅は、冷却空気３８の速度を低減させるように、ランド９６に隣接して、可能な限り薄いことが望ましい。ランナ９８とランド９６が断続的に接触することがあるため、通常、ランナ９８にコーティング、耐摩耗加工、または他の耐摩耗処理が適用される。また、ランナ９８は、セグメント化されたリング９４の長手方向軸に対して、約２２．５°〜約６８°、好ましくは５５°の角度（ａ）で傾斜していてもよい。ランナ９８を冷却空気３８の流れと反対の方向に傾斜させることにより、ダム効果が生じ、漏出がさらに制限される。また、ランナ９８を傾斜させることにより、より厚いセグメント化されたリング９４の長さが短くなり、重量がさらに減少する。リング９４およびランナ９８は、鋳造、従来の機械加工、放電加工、ケミカルミリング、または他の好適な製造方法によって形成される。
【００２１】
図５のブレード５０の実施形態に示されるように、隣接するリング９４のセグメントは、セグメント間の冷却空気３８の漏出を低減させるように、機械的なシールエレメントを備えていてもよい。ブレード５０が取付けられると、隣接するリング９４セグメント間で舌部１００と溝部１０２が協動し、冷却空気３８の漏出が減少する。舌部１００は、遠心負荷下で溝部１０２に完全に接触するように、径方向外側に傾斜していてもよい。リング９４のセグメントの径方向の増加した厚さは、舌部１００および溝部１０２を設けるためだけに必要であるため、通常、舌部１００と溝部１０２の間に１つまたは複数のポケット１０４を配設し、ブレード５０の回転質量を低減させる。ポケット１０４は、鋳造、従来の機械加工、放電加工、ケミカルミリング、または他の好適な製造方法によって形成される。
【００２２】
図６ａ〜図６ｇのリング９４セグメントの実施形態に示されているように、隣接するリング９４セグメントは、セグメント間の冷却空気３８の漏出を低減させるように、空気力学的なシール手段を有する。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４を、逆方向内側のポンプ機構を介して径方向内側に導くことにより、冷却空気３８のリムキャビティ８８から径方向外側への漏出が防止され、減少する。図６の各図では、ブレード５０の基準の回転方向は、時計回りである。ブレード５０の回転方向が反時計回りである場合、本発明の空気力学的シールエレメントは、エンジン１０の長手方向軸１１に沿って延びる平面で鏡映される。また、各図において、上流側リング１９４のセグメントを右側に図示し、下流側リング２９４を左側に図示している。
【００２３】
図６ａは、面取りエッジ１０６、すなわち逆方向ポンプエレメントを示す。面取りエッジ１０６は、上流側リング１９４セグメントの正接方向に面している表面１０８と径方向外側の表面１１０との交差部分に位置している。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４が面取りエッジ１０６と直面し、ブレード５０の回転によって、隣接するリング１９４，２９４セグメント間から径方向内側に流入する。内側へのポンプ作用により、冷却空気３８の径方向外側への漏出が防止される。
【００２４】
図６ｂは、二重の面取りエッジ１０６、すなわち逆方向のポンプエレメントを示す。面取りエッジ１０６は、上流側リング１９４セグメントの正接方向に面している表面１０８と径方向外側の表面１１０との交差部分に位置している。また、面取りエッジ１０６は、下流リング２９４セグメントの正接方向に面している表面１０８と径方向内側の表面１１２との交差部分に位置している。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４が面取りエッジ１０６と直面し、ブレード５０の回転によって、隣接するリング１９４，２９４セグメント間から径方向内側に流入する。内側へのポンプ作用により、冷却空気３８の径方向外側への漏出が防止される。
【００２５】
図６ｃは、単一の傾斜付きエッジ１１４、すなわち逆方向のポンプエレメントを示す。傾斜付きエッジ１１４は、上流側リング１９４セグメントの径方向外側の表面１１０と径方向内側の表面１１２との間に位置する。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４が傾斜付きエッジ１１４と直面し、ブレード５０の回転によって、隣接するリング１９４，２９４セグメント間から径方向内側に流入する。内側へのポンプ作用により、冷却空気３８の径方向外側への漏出が防止される。
【００２６】
図６ｄは、二重の傾斜付きエッジ１１４、すなわち逆方向のポンプエレメントを示す。傾斜付きエッジ１１４は、上流側リング１９４セグメントの径方向外側の表面１１０と径方向内側の表面１１２との間に位置する。また、傾斜付きエッジ１１４は、下流リング１９４セグメントの径方向外側の表面１１０と径方向内側の表面１１２との間に位置する。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４が傾斜付きエッジ１１４と直面し、ブレード５０の回転によって、隣接するリング１９４，２９４セグメント間から径方向内側に流入する。内側へのポンプ作用により、冷却空気３８の径方向外側への漏出が防止される。
【００２７】
図６ｅは、二重の正接方向で傾斜されたウィング１１６、すなわち逆方向のポンプエレメントを示す。径方向内側に傾斜したウィング１１６は、上流側リング１９４セグメントの正接方向に面する表面１０８に隣接して位置する。また、径方向外側に傾斜したウィング１１６は、下流側リング２９４セグメントの正接方向に面する表面１０８に隣接して位置する。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４がウィング１１６と直面し、ブレード５０の回転によって、隣接するリング１９４，２９４セグメント間から径方向内側に流入する。内側へのポンプ作用により、冷却空気３８の径方向外側への漏出が防止される。
【００２８】
図６ｆは、単一の下流側ダム部１１８、すなわち逆方向のポンプエレメントを示す。下流側リング２９４セグメントの正接方向に面する表面１０８は、ダム部１１８を形成するように、上流側リング１９４セグメントの正接方向に面する表面１０８を越えて径方向外側に突出して径方向に厚くなっている。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４がダム部１１８と直面し、ブレード５０の回転によって、隣接するリング１９４，２９４セグメント間から径方向内側に流入する。内側へのポンプ作用により、冷却空気３８の径方向外側への漏出が防止される。
【００２９】
図６ｇは、二重のダム部１１８、すなわち逆方向のポンプエレメントを示す。下流側リング２９４セグメントの正接方向に面する表面１０８は、上流側リング１９４セグメントの正接方向で面する表面１０８を越えて、径方向外側に突出し径方向に厚くなっている。
また、上流側リング１９４セグメントの正接方向に面する表面１０８は、下流側リング２９４セグメントの正接方向で面する表面１０８を越えて、径方向内側に突出し、径方向に厚くなっている。一定量の冷却空気３８および燃焼ガス２４がダム部と直面し、ブレード５０の回転によって、隣接するリング１９４，２９４セグメント間から径方向内側に流入する。内側へのポンプ作用により、冷却空気３８の径方向外側への漏出が防止される。
【００３０】
簡潔に説明するために、全図において低圧タービン２０に関して図示しているが、高圧タービンおよび中圧タービンであってもよく、同様に例示的なシール９２およびリムキャビティ８８の冷却機構による利点がもたらされることを理解されたい。
【００３１】
本発明について、特定の実施形態について述べてきたが、当業者であれば、本願の記載を参照することによって他の代替形態、修正形態、変形形態が明らかになるであろう。したがって、代替形態、修正形態、変形形態が添付の特許請求の範囲の広い範囲内に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】長手方向の中心軸に沿ったガスタービンエンジンの概略断面図。
【図２】図１のエンジンに使用される型式の低圧タービンの部分断面図。
【図３】図２のタービンに使用される型式のブレード−ベーン間インタフェースシールの詳細断面図。
【図４】図２のタービンに使用される型式の他のブレード−ベーン間インタフェースシールの詳細断面図である。
【図５】図２のタービンに使用される型式のタービンブレードの等角投影図。
【図６】（ａ）単一の面取りエッジを備えるリングセグメントインタフェースの正面図、（ｂ）二重の面取りエッジを備えるリングセグメントインタフェースの正面図、（ｃ）単一の傾斜付きエッジを備えるリングセグメントインタフェースの正面図、（ｄ）二重の傾斜付きエッジを備えるリングセグメントインタフェースの正面図、（ｅ）正接方向の傾斜付きウィングを備えるリングセグメントインタフェースの正面図、（ｆ）単一の下流ダム部を備えるリングセグメントインタフェースの正面図、（ｇ）二重のダム部を備えるリングセグメントインタフェースの正面図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の外側に延びるブレードを備えた第１のロータ段と、
前記第１の段から軸方向に離間されるとともに、複数の外側に延びるブレードを備えた第２のロータ段と、
前記ロータ段の間に配設されるとともに、少なくとも１つの径方向内側に延びるランドを備えたベーン段と、
を備える段間シールであって、
前記ロータ段の各々が、前記ブレードから突出する少なくとも１つのリングを備え、
前記リングが、前記シールを形成するように前記少なくとも１つのランドと径方向に協動することを特徴とする段間シール。
【請求項２】
前記少なくとも１つのリングが、前記第１のロータ段におけるブレードのプラットフォームから突出することを特徴とする請求項１に記載の段間シール。
【請求項３】
前記少なくとも１つのリングが、前記第２のロータ段におけるブレードのプラットフォームから突出することを特徴とする請求項２に記載の段間シール。
【請求項４】
前記ベーン段が、２つのランドを備え、
前記ランドのうち第１のランドが、前記ランドの第２のランドより径方向内側に位置することを特徴とする請求項１に記載の段間シール。
【請求項５】
前記少なくとも１つのリングの各々が、前記リングと前記ランドとの間で径方向に配設された少なくとも１つのランナを備えることを特徴とする請求項１に記載の段間シール。
【請求項６】
各リングが、２つのランナを備えることを特徴とする請求項５に記載の段間シール。
【請求項７】
各ランナが、前記ベーン段に向けて角度を備えて傾斜していることを特徴とする請求項６に記載の段間シール。
【請求項８】
各ランナが、前記ベーン段に向かって、２２．５°〜６８°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項７に記載の段間シール。
【請求項９】
各ランナが、前記ベーン段に向かって、５５°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項８に記載の段間シール。
【請求項１０】
各リングが、周方向にセグメント化されており、各ブレードが、前記リングの１つのセグメントを有することを特徴とする請求項３に記載の段間シール。
【請求項１１】
前記リングの各セグメントが、舌部および溝部を備え、
隣接するリングセグメントが取付けられた際に、該隣接するリングセグメントの前記舌部および前記溝部が協動することを特徴とする請求項１０に記載の段間シール。
【請求項１２】
各リングセグメントが、前記舌部と前記溝部との間で周方向に配設されたポケットを備えることを特徴とする請求項１１に記載の段間シール。
【請求項１３】
各リングセグメントが空気力学的シール手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の段間シール。
【請求項１４】
ロータと係合する径方向に最も内側の取付部と、
前記取付部から径方向外側に配設されたプラットフォームと、
前記プラットフォームから径方向外側に延びるエアフォイルと、
前記プラットフォームから軸方向に突出する少なくとも１つのリングセグメントと、
を備えるタービンブレード。
【請求項１５】
前記エアフォイルが、軸方向前方に面する前縁と、軸方向後方に面する後縁と、を備え、
前記プラットフォームから前記前縁方向に第１のリングセグメントが突出し、前記プラットフォームから前記後縁方向に第２のリングセグメントが突出することを特徴とする請求項１４に記載のタービンブレード。
【請求項１６】
各リングセグメントが、径方向外側に延びる少なくとも１つのランナを備えることを特徴とする請求項１５に記載のタービンブレード。
【請求項１７】
各リングが、２つのランナを備えることを特徴とする請求項１６に記載のタービンブレード。
【請求項１８】
各ランナが、前記エアフォイルから離れた角度を備えて傾斜していることを特徴とする請求項１７に記載のタービンブレード。
【請求項１９】
各ランナが、前記リングに対して、１５７．５°〜１１２°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１８に記載のタービンブレード。
【請求項２０】
各ランナが、前記リングに対して、１２５°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１９に記載のタービンブレード。
【請求項２１】
前記リングセグメントが、舌部および溝部を備えることを特徴とする請求項１４に記載のタービンブレード。
【請求項２２】
前記舌部が、径方向外側に傾斜していることを特徴とする請求項２１に記載のタービンブレード。
【請求項２３】
前記リングセグメントが、前記舌部と前記溝部との間で周方向に配設されたポケットを備えることを特徴とする請求項２１に記載のタービンブレード。
【請求項２４】
前記リングセグメントが空気力学的シール手段を有することを特徴とする請求項２３に記載のタービンブレード。
【請求項２５】
ガスタービンエンジンの冷却されるロータとステータとの間におけるインタフェースシールであって、
第１のディスクと、前記第１のディスクから径方向外側に延びる複数の第１のブレードと、を備える第１のロータ段と、
第２のディスクと、前記第２のディスクから径方向外側に延びる複数の第２のブレードと、を備える第２のロータ段であって、前記第１および第２のロータ段が該ロータ段の間にチャンバを形成するように離間され、前記第１および第２のディスクが、前記ブレードの径方向内側に配設された軸方向に延びる環状の連結部によって接合される第２のロータ段と、
前記第１および第２のロータ段の間に配設されるとともに、少なくとも１つの径方向内側に面するランドを備えるベーン段と、
前記第１および第２のブレードの各々から軸方向に突出するとともに、前記インタフェースシールを形成するように前記少なくとも１つのランドと径方向に協動するリングと、
前記連結部を貫通するとともに、前記シールの冷却に使用される冷却流体を前記チャンバに向けて径方向に導く開口部と、
を備えるガスタービンエンジンの冷却されるロータとステータとの間におけるインタフェースシール。
【請求項２６】
前記チャンバ内に加圧された流体を導く前記第１のディスクにおける複数の開口部をさらに備える請求項２５に記載のインタフェースシール。
【請求項２７】
前記加圧された流体の一部を前記チャンバから除去する前記第２のディスクにおける複数の開口部をさらに備える請求項２６に記載のインタフェースシール。
【請求項２８】
前記リングの各々が、前記リングと前記ランドとの間で径方向に配設されたランナを備えることを特徴とする請求項２５に記載のインタフェースシール。
【請求項２９】
各リングが、２つのランナを備えることを特徴とする請求項２６に記載のインタフェースシール。
【請求項３０】
各ランナが、前記ベーン段に向かう角度を備えて傾斜していることを特徴とする請求項２９に記載のインタフェースシール。
【請求項３１】
各ランナが、前記リングに対して、２２．５°〜６８°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項３０に記載のインタフェースシール。
【請求項３２】
各ランナが、前記リングに対して、５５°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項３１に記載のインタフェースシール。
【請求項３３】
前記リングが周方向にセグメント化されていることを特徴とする請求項２５に記載のインタフェースシール。
【請求項３４】
前記リングセグメントが、舌部および溝部を備えることを特徴とする請求項３３に記載のインタフェースシール。
【請求項３５】
各舌部が、径方向外側に傾斜していることを特徴とする請求項３４に記載のインタフェースシール。
【請求項３６】
前記リングセグメントが、前記舌部と前記溝部との間で周方向に配設された少なくとも１つのポケットを備えることを特徴とする請求項３５に記載のインタフェースシール。
【請求項３７】
前記リングセグメントが空気力学的シール手段を有することを特徴とする請求項３３に記載のインタフェースシール。
【請求項３８】
前記ランドの一方が、他方のランドの径方向内側に位置することを特徴とする請求項２５に記載のインタフェースシール。
【請求項３９】
前記連結部が、径方向外側に突出するリングをさらに備え、
前記リングが、前記シールの一部を形成するように前記少なくとも１つのランドと径方向に協動することを特徴とする請求項２５に記載のインタフェースシール。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの開口部が、前記ベーン段の軸方向前方に配設されることを特徴とする請求項３９に記載のインタフェースシール。
【請求項１】
複数の外側に延びるブレードを備えた第１のロータ段と、
前記第１の段から軸方向に離間されるとともに、複数の外側に延びるブレードを備えた第２のロータ段と、
前記ロータ段の間に配設されるとともに、少なくとも１つの径方向内側に延びるランドを備えたベーン段と、
を備える段間シールであって、
前記ロータ段の各々が、前記ブレードから突出する少なくとも１つのリングを備え、
前記リングが、前記シールを形成するように前記少なくとも１つのランドと径方向に協動することを特徴とする段間シール。
【請求項２】
前記少なくとも１つのリングが、前記第１のロータ段におけるブレードのプラットフォームから突出することを特徴とする請求項１に記載の段間シール。
【請求項３】
前記少なくとも１つのリングが、前記第２のロータ段におけるブレードのプラットフォームから突出することを特徴とする請求項２に記載の段間シール。
【請求項４】
前記ベーン段が、２つのランドを備え、
前記ランドのうち第１のランドが、前記ランドの第２のランドより径方向内側に位置することを特徴とする請求項１に記載の段間シール。
【請求項５】
前記少なくとも１つのリングの各々が、前記リングと前記ランドとの間で径方向に配設された少なくとも１つのランナを備えることを特徴とする請求項１に記載の段間シール。
【請求項６】
各リングが、２つのランナを備えることを特徴とする請求項５に記載の段間シール。
【請求項７】
各ランナが、前記ベーン段に向けて角度を備えて傾斜していることを特徴とする請求項６に記載の段間シール。
【請求項８】
各ランナが、前記ベーン段に向かって、２２．５°〜６８°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項７に記載の段間シール。
【請求項９】
各ランナが、前記ベーン段に向かって、５５°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項８に記載の段間シール。
【請求項１０】
各リングが、周方向にセグメント化されており、各ブレードが、前記リングの１つのセグメントを有することを特徴とする請求項３に記載の段間シール。
【請求項１１】
前記リングの各セグメントが、舌部および溝部を備え、
隣接するリングセグメントが取付けられた際に、該隣接するリングセグメントの前記舌部および前記溝部が協動することを特徴とする請求項１０に記載の段間シール。
【請求項１２】
各リングセグメントが、前記舌部と前記溝部との間で周方向に配設されたポケットを備えることを特徴とする請求項１１に記載の段間シール。
【請求項１３】
各リングセグメントが空気力学的シール手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の段間シール。
【請求項１４】
ロータと係合する径方向に最も内側の取付部と、
前記取付部から径方向外側に配設されたプラットフォームと、
前記プラットフォームから径方向外側に延びるエアフォイルと、
前記プラットフォームから軸方向に突出する少なくとも１つのリングセグメントと、
を備えるタービンブレード。
【請求項１５】
前記エアフォイルが、軸方向前方に面する前縁と、軸方向後方に面する後縁と、を備え、
前記プラットフォームから前記前縁方向に第１のリングセグメントが突出し、前記プラットフォームから前記後縁方向に第２のリングセグメントが突出することを特徴とする請求項１４に記載のタービンブレード。
【請求項１６】
各リングセグメントが、径方向外側に延びる少なくとも１つのランナを備えることを特徴とする請求項１５に記載のタービンブレード。
【請求項１７】
各リングが、２つのランナを備えることを特徴とする請求項１６に記載のタービンブレード。
【請求項１８】
各ランナが、前記エアフォイルから離れた角度を備えて傾斜していることを特徴とする請求項１７に記載のタービンブレード。
【請求項１９】
各ランナが、前記リングに対して、１５７．５°〜１１２°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１８に記載のタービンブレード。
【請求項２０】
各ランナが、前記リングに対して、１２５°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１９に記載のタービンブレード。
【請求項２１】
前記リングセグメントが、舌部および溝部を備えることを特徴とする請求項１４に記載のタービンブレード。
【請求項２２】
前記舌部が、径方向外側に傾斜していることを特徴とする請求項２１に記載のタービンブレード。
【請求項２３】
前記リングセグメントが、前記舌部と前記溝部との間で周方向に配設されたポケットを備えることを特徴とする請求項２１に記載のタービンブレード。
【請求項２４】
前記リングセグメントが空気力学的シール手段を有することを特徴とする請求項２３に記載のタービンブレード。
【請求項２５】
ガスタービンエンジンの冷却されるロータとステータとの間におけるインタフェースシールであって、
第１のディスクと、前記第１のディスクから径方向外側に延びる複数の第１のブレードと、を備える第１のロータ段と、
第２のディスクと、前記第２のディスクから径方向外側に延びる複数の第２のブレードと、を備える第２のロータ段であって、前記第１および第２のロータ段が該ロータ段の間にチャンバを形成するように離間され、前記第１および第２のディスクが、前記ブレードの径方向内側に配設された軸方向に延びる環状の連結部によって接合される第２のロータ段と、
前記第１および第２のロータ段の間に配設されるとともに、少なくとも１つの径方向内側に面するランドを備えるベーン段と、
前記第１および第２のブレードの各々から軸方向に突出するとともに、前記インタフェースシールを形成するように前記少なくとも１つのランドと径方向に協動するリングと、
前記連結部を貫通するとともに、前記シールの冷却に使用される冷却流体を前記チャンバに向けて径方向に導く開口部と、
を備えるガスタービンエンジンの冷却されるロータとステータとの間におけるインタフェースシール。
【請求項２６】
前記チャンバ内に加圧された流体を導く前記第１のディスクにおける複数の開口部をさらに備える請求項２５に記載のインタフェースシール。
【請求項２７】
前記加圧された流体の一部を前記チャンバから除去する前記第２のディスクにおける複数の開口部をさらに備える請求項２６に記載のインタフェースシール。
【請求項２８】
前記リングの各々が、前記リングと前記ランドとの間で径方向に配設されたランナを備えることを特徴とする請求項２５に記載のインタフェースシール。
【請求項２９】
各リングが、２つのランナを備えることを特徴とする請求項２６に記載のインタフェースシール。
【請求項３０】
各ランナが、前記ベーン段に向かう角度を備えて傾斜していることを特徴とする請求項２９に記載のインタフェースシール。
【請求項３１】
各ランナが、前記リングに対して、２２．５°〜６８°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項３０に記載のインタフェースシール。
【請求項３２】
各ランナが、前記リングに対して、５５°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項３１に記載のインタフェースシール。
【請求項３３】
前記リングが周方向にセグメント化されていることを特徴とする請求項２５に記載のインタフェースシール。
【請求項３４】
前記リングセグメントが、舌部および溝部を備えることを特徴とする請求項３３に記載のインタフェースシール。
【請求項３５】
各舌部が、径方向外側に傾斜していることを特徴とする請求項３４に記載のインタフェースシール。
【請求項３６】
前記リングセグメントが、前記舌部と前記溝部との間で周方向に配設された少なくとも１つのポケットを備えることを特徴とする請求項３５に記載のインタフェースシール。
【請求項３７】
前記リングセグメントが空気力学的シール手段を有することを特徴とする請求項３３に記載のインタフェースシール。
【請求項３８】
前記ランドの一方が、他方のランドの径方向内側に位置することを特徴とする請求項２５に記載のインタフェースシール。
【請求項３９】
前記連結部が、径方向外側に突出するリングをさらに備え、
前記リングが、前記シールの一部を形成するように前記少なくとも１つのランドと径方向に協動することを特徴とする請求項２５に記載のインタフェースシール。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの開口部が、前記ベーン段の軸方向前方に配設されることを特徴とする請求項３９に記載のインタフェースシール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１２０５０１（Ｐ２００７−１２０５０１Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００６−２９０５９０（Ｐ２００６−２９０５９０）
【出願日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【出願人】（５９０００５４４９）ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション (581)
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＴＥＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９０５９０（Ｐ２００６−２９０５９０）
【出願日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【出願人】（５９０００５４４９）ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション (581)
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＴＥＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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