JP2007218375A - シール装置及び該装置を備えたガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】高いシール性能を有すると共に低コストで組付性が良いシール装置を提供する。
【解決手段】互いに隣接する燃焼器尾筒５の出口フランジ部５ａの側面相互に形成されたシール溝５ｂ間に挿入されて前記側面間をシールする差圧応動型のシール装置２０において、前記各シール溝５ｂ壁面にそれぞれ円弧面で接触する一対のシール用突条部２４を有した耐熱・耐摩耗性材料からなるシールピース２１を、柔軟性を付与するために必要最小限の数で長手方向に連接してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シール装置及び該装置を備えたガスタービンに係り、一層詳細には、外力又は熱膨張等により変化する組立部品間の間隙をシールするシール装置で、例えば、ガスタービン燃焼器出口の燃焼器間シールに好適なシール装置に関する。

一般に、ガスタービンは、空気圧縮機（以下「圧縮機」と記すことがある）、燃焼器、及びタービンを主な構成要素とし、互いに回転軸で直結された圧縮機とタービンの間に燃焼器が配設されてなり、作動流体となる空気が回転軸の回転により圧縮機に吸入されて圧縮され、その圧縮空気が燃焼器に導入されて燃料とともに燃焼し、その高温高圧の燃焼ガスがタービンに吐出されてタービンとともに回転軸を回転駆動させる。このようなガスタービンは、回転軸の前端に発電機等を接続することでその駆動源として活用される。

そして、近年では、大気汚染等の公害対策の面から低ＮＯｘ（予混合）燃焼器が多く用いられている。この低ＮＯｘ（予混合）燃焼器にあっては、ＮＯｘを低減させるために燃焼用空気をより多く必要とするため、ガスタービンの各部にシール装置を施して厳しい漏れ空気の管理がなされている。

ところで、ガスタービン燃焼器出口の燃焼器間シールに用いられるシール装置として、例えば、図５〜図７に示すようなものがある。

図５は、ガスタービン燃焼器出口の燃焼器間シール（サイドシール）に用いられるブラシシール１０２を示す。このブラシシール１０２は、一方の尾筒壁部に形成した溝に嵌合するレール１０２ａに、先端が他方の尾筒フランジ部裏面に圧接するワイヤブラシ１０２ｂを密に植設してなるもので、これにより車室側からタービン側への漏れ空気を低減する。

図６は、図５と同様に、隣接する尾筒フランジ部間の間隙を、多数のＩ型の打ち抜きピース１０４ａを可撓性の薄板１０４ｂで数珠つなぎしてなる所謂ワームシール１０４でシールし、車室側からタービン側への漏れ空気を低減するものである。このワームシール１０４は、隣接する尾筒相互に形成した溝に挿入されて、車室と燃焼器内の差圧によりワームシール１０４の一対の円弧状突部１０４ａｂが溝の壁面に押し付けられることでシールするものである。

図７は、一方の部品１０６Ａの端面と他方の部品１０６Ｂの端面との接続面（対向面）間をシールするシール装置であって、各々の接続面に形成された溝状の段部の間の空間部に装着される。そして、一方の部品１０６Ａの第２段面１０６Ａ２と密接する第１シール突部１０７Ａ１と他方の部品１０６Ｂの第２段面１０６Ｂ２と密接する第２シール突部１０７Ａ２を有する支持部１０７Ａと、該支持部１０７Ａから凸状に形成された保持部１０７Ｂとからなる密封本体１０７と、保持部１０７Ｂの側面に固着される第２側部１０８Ｃと湾曲状の弾性部１０８Ｂと傾斜する第１側部１０８ＡとがＵ字形の板状に形成された第１シール部材１０８と、保持部１０７Ｂの側面に第１シール部材１０８と対称に配置されて第２側部１０９Ｃが固着されると共に第１シール部材１０８と略同一形状の要件を有する第２シール部材１０９と、第１シール部材１０８の第１側部１０８Ａの端部の外側面に一方の部品１０６Ａの第１段面１０６Ａ１と密接する第１シール面１０８Ａ１と、第２シール部材１０９の第１側部１０９Ａの端部の外側面に他方の部品１０６Ｂの第１段面１０６Ｂ１と密接する第２シール面１０９Ａ１とを備え、両第２側部１０８Ｃ，１０９Ｃの端部側が保持部１０７Ｂに固着されるものであり、これにより、高温流体が流れる各部品の組立間隙叉は振動が伴う各部品の組立間隙を常にシールすることができるようになっている（特許文献１参照）。

特開２００５−７６８０２号公報

ところが、図５に示すものにあっては、燃焼器組み付け時及び運転後のワイヤブラシ１０２ｂの変形が顕著で、性能低下が懸念され、低ＮＯｘ（予混合）燃焼器には適用し難いという問題点があった。即ち、燃焼器組み付け時及び運転中の振動や起動発停時のクリアランス変化時に、ワイヤブラシ１０２ｂが潰れたり摩耗することが考えられるのである。また、運転後の変形による取替作業の発生により、燃焼器補修のコストアップを招来するという問題点もあった。

また、図６に示すものにあっては、図５のブラシシール１０２より高いシール性能が確認されているが、加工数及び部品点数の増大でコストアップを招来するという問題点があった。また、図７に示すものにあっては、部品点数の増大でコストアップを招来すると共に、特に、密封本体１０７が一体形成されて柔軟性が無いことから、狭いスペース内での組付性が悪いという問題点があった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたもので、高いシール性能を有すると共に低コストで組付性が良いシール装置及び該装置を備えたガスタービンを提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するための本発明に係るシール装置は、互いに隣接する部材の端面相互に形成されたシール溝間に挿入されて前記端面間をシールする差圧応動型のシール装置において、
前記各シール溝壁面にそれぞれ円弧面で接触する一対のシール用突条部を有した耐熱・耐摩耗性材料からなるシールピースを、柔軟性を付与するために必要最小限の数で長手方向に連接してなることを特徴とする。

また、前記シールピースは機械加工又はプレス加工等により形成された複数個のものが、各々のフラットな側面間に跨がってそれぞれのシールピースに接合される可撓性を有した薄板で連結されることを特徴とする。

また、前記シールピースはプレス加工により形成されたものが最中状に貼り合わせられてなり、この複数個のシールピースが各々の対向する二つのシール用突条部で形成された円孔に挿入されるワイヤでつなぎ止められることを特徴とする。

また、前記各シールピースの接続面間にシール用の金属箔が介装されることを特徴とする。

また、本発明に係るガスタービンは、前記シール装置を用いて、ガスタービン燃焼器出口の燃焼器間シールを施工してなることを特徴とする。

本発明のシール装置によれば、部品点数が少なく製作が容易であると共に耐摩耗性のシール装置が実現できるので、高いシール性能を有すると共にコストダウンが図れる。また、可撓性の薄板で適度な柔軟性を付与することができるので、組付性も向上させられる。

本発明のガスタービンによれば、低ＮＯｘ（予混合）燃焼器の性能をフルに発揮させられる。

以下、本発明に係るシール装置及び該装置を用いたガスタービンを実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１を示すガスタービンの要部概略構成図、図２は同じくシール装置の要部斜視図である。

図１に示すように、ガスタービンは、図示しない主軸（回転軸）の周りに低ＮＯｘ（予混合）型の燃焼器１が複数（例えば１６個）配設される。各燃焼器１においては、燃焼器内筒２に臨設された燃料ノズル３から噴射された燃料Ｆと、空気圧縮機（以下単に圧縮機という）４から吐出され燃焼器内筒２上流側に導入された圧縮空気ＰＡとが混合され、次いで燃焼器内筒２の下流側もしくは燃焼器尾筒５の上流側の燃焼域で燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスＣＧとしてタービン６に導入する。タービン６では、この燃焼ガスＣＧを静翼７及び動翼８からなる複数のタービン段落を順次通過・膨張させることで動力を発生させ、圧縮機４を駆動すると共に余剰の駆動力を外部へ出力するようにしている。

また、燃焼器内筒２に導入される圧縮空気ＰＡと燃料Ｆとの比率（空燃比）はガスタービンの運転状態（すなわち投入される燃料量）に応じて最適な値となるよう制御する必要があるが、この目的のため圧縮空気ＰＡの全部を燃焼器１の燃焼域へ導入せず、一部をバイパスさせて車室９から燃焼器尾筒５へ流入させる構成としている。このために設けられるのがバイパス弁１０であり、圧縮空気ＰＡの一部が、車室９内に設けたバイパス管１１の開口部から燃焼器尾筒５内に流入・供給される。

そして、本実施例では、隣接する燃焼器尾筒５の出口フランジ部５ａ間に、燃焼器間シール（サイドシール）としてのシール装置２０が介装される。即ち、隣接する燃焼器尾筒５の側壁には、互いに対向するようにして断面矩形のシール溝５ｂが形成され、これらのシール溝５ｂ間にシール装置２０が遊嵌されるのである。

シール装置２０は、図２に示すように、同一形状の複数個（２〜４個で図示例では３個以上）のシールピース２１が長手方向に連接されてなる。具体的には、各シールピース２１の接続面間にシール用の金属箔２２を介装すると共に、各々のフラットな側面間に跨がってそれぞれのシールピース２１にスポット溶接Ｗされる、当該シールピース２１より短尺で可撓性を有した薄板２３で連結されている。

各シールピース２１のフラットな側面と反対側の側面には、図中左，右両部に位置して断面半円状のシール用突条部２４が長手方向に延設されている。このシールピース２１は、ハイネス−２５（商品名）等の耐熱・耐摩耗性の合金材料を機械加工又はプレス加工等して製作されたものである。また、シールピース２１に前記シール溝５ｂと共に耐摩耗コーティング（クロムカーバイト等）を施工しても良い。尚、シール装置２０の長さは、燃焼器尾筒５の出口フランジ部５ａの高さと略等しく設定される。また、前記薄板２３もシールピース２１と同じ材料で製作される。

このように構成されるため、シール装置２０は、ガスタービン本体に燃焼器１を組み付けた後その隣接する燃焼器尾筒５の出口フランジ部５ａ間におけるシール溝５ｂ内に挿入される。そして、ガスタービンの運転時には、図１の吹き出しに示すように、車室９と燃焼器１の差圧（図中太矢印参照）により、シール装置２０のシールピース２１がシール溝５ｂの壁面に押し付けられて、隣接する出口フランジ部５ａ間における漏れ空気（図中細矢印参照）がシールされる。

この際、シールピース２１の一対のシール用突条部２４が互いに隣接するシール溝５ｂの壁面に１個宛それぞれ接触するので、隣接する出口フランジ部５ａ間に熱膨張による変形により漏れ空気の流れ方向にずれが生じたとしても、円弧面での接触が保持され、エッジ部が接触することによる摩耗等が効果的に回避される。

このようにして、本実施例では、部品点数が少なく製作が容易であると共に耐摩耗性のシール装置２０が実現できるので、高いシール性能を有すると共にコストダウンが図れ、低ＮＯｘ（予混合）燃焼器に用いて最適である。また、可撓性の薄板２３で適度な柔軟性を付与することができるので、狭い取付スペース内での組付性も向上させられる。

尚、金属箔２２は特に介装しなくとも良い。また、スポット溶接Ｗに代えてロー付け等の他の接合手段を用いても良い。

図３は本発明の実施例２を示すシール装置の平面図である。

これは、実施例１におけるシールピース２１を薄板２３の両面に対称に配置した例である。これによれば、漏れ空気の流れ方向がシール溝５ｂにおいて逆転する場合の部品間のシール装置として用いることができる。

図４は本発明の実施例３を示すシール装置の構成図である。

これは、実施例１におけるシールピース２１Ａを、そのシール用突条部２４Ａが断面半円環状になるように、プレス加工により形成したものを最中状にスポット溶接Ｗで貼り合わせ、これを複数個に亙って長手方向に２本のワイヤ２５でつなぎ止めた（連結した）例である。即ち、各ワイヤ２５は、二つのシール用突条部２４Ａが向かい合って形成される円孔内に挿入されるのである。

これによるも、実施例１と同様に、部品点数が少なく製作が容易であると共に耐摩耗性のシール装置２０が実現できるので、高いシール性能を有すると共にコストダウンが図れる。また、心材がワイヤ２５であるので適度な柔軟性を付与することができ、組付性も向上させられる。

本発明に係るシール装置は、ガスタービン燃焼器出口のシール装置に限らず、他の流体が流れる各部品の組立間隙叉は振動が伴う各部品の組立間隙のシール装置にも適用することができる。

本発明の実施例１を示すガスタービンの要部概略構成図である。 同じくシール装置の要部斜視図である。 本発明の実施例２を示すシール装置の平面図である。 本発明の実施例３を示すシール装置の構成図である。 従来のブラシシールの構成図である。 従来のワームシールの構成図である。 従来の更に異なったシール装置の構成図である。

符号の説明

１ 燃焼器
２ 燃焼器内筒
３ 燃料ノズル
４ 空気圧縮機
５ 燃焼器尾筒
５ａ フランジ部
５ｂ シール溝
６ タービン
７ 静翼
８ 動翼
９ 車室
１０ バイパス弁
１１ バイパス管
２０ シール装置
２１，２１Ａ シールピース
２２ 金属箔
２３ 薄板
２４，２４Ａ シール用突条部
２５ ワイヤ
Ｗ スポット溶接

Claims (5)

1. 互いに隣接する部材の端面相互に形成されたシール溝間に挿入されて前記端面間をシールする差圧応動型のシール装置において、
   前記各シール溝壁面にそれぞれ円弧面で接触する一対のシール用突条部を有した耐熱・耐摩耗性材料からなるシールピースを、柔軟性を付与するために必要最小限の数で長手方向に連接してなることを特徴とするシール装置。
2. 前記シールピースは機械加工又はプレス加工により形成された複数個のものが、各々のフラットな側面間に跨がってそれぞれのシールピースに接合される可撓性を有した薄板で連結されることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
3. 前記シールピースはプレス加工により形成されたものが最中状に貼り合わせられてなり、この複数個のシールピースが各々の対向する二つのシール用突条部で形成された円孔に挿入されるワイヤでつなぎ止められることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
4. 前記各シールピースの接続面間にシール用の金属箔が介装されることを特徴とする請求項１，２又は３に記載のシール装置。
5. 前記請求項１，２，３又は４に記載のシール装置を用いて、ガスタービン燃焼器出口の燃焼器間シールを施工してなることを特徴とするガスタービン。

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