JP2007224731A - ガスタービン燃焼器の尾筒シール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機からの圧縮空気のタービン側への漏洩を防止して出力およびエンジン性能の低下を抑え、結果として、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量の増大を抑え、各部材の短寿命化を防ぐことを可能とするガスタービン燃焼器の尾筒シール構造を提供する。
【解決手段】複数の燃焼器を環状に配設してなるガスタービン燃焼器の尾筒１とタービン入口部２との接続部に、尾筒１出口端部周面との対向面を有する環状シール部材３を設けてなるガスタービン燃焼器の尾筒シール構造Ｕであって、環状シール部材３の前記対向面Ｈと前記尾筒１出口端部周面との間の間隙Ｌ２に、周方向の空気流入を防止する周端部シール部材４を配設してなるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービン燃焼器の尾筒シール構造に関する。さらに詳しくは、燃焼器の尾筒とタービンとの接続部におけるタービン側への圧縮空気の漏洩を防止するガスタービン燃焼器の尾筒シール構造に関する。

ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとを備えて構成されており、カン型およびカンニュラ型の燃焼器構造の場合、複数の円筒状の燃焼器が同一円周上に並べられ、その燃焼器出口は尾筒を介して円環状のタービン入口と接続されている。

図９に、ガスタービン燃焼器とタービンとの接続部を断面図により示す。図９に示すように、同接続部は、全体は図示しない燃焼器にて発生する燃焼ガスをタービン側に送る通路としての尾筒１０１と、タービン入口部１０２と、尾筒１０１の出口端部周囲に設けられたフランジ１０３と、尾筒１０１およびタービン静翼１０４を支持するノズルサポート１０５と、タービン流路を形成する外径側および内径側流路形成部材１０６、１０７と、前記フランジ１０３と各流路形成部材１０６、１０７との間に介装された外径側および内径側の環状シール部材１０８、１０９とを備える。

ここで、ガスタービンの圧縮機からの圧縮空気は尾筒１０１の周囲に形成された高圧室（不図示である）に送られ、ここで尾筒１０１を冷却した後、燃焼器に送られるものとされるが、その一部は前記高圧室からシール部材１０８、１０９に設けられた細孔１０８ａ、１０９ａを介してタービン側に排出される。これにより、尾筒出口端部１０１ａが冷却されるとともに、前記尾筒１０１からタービン静翼１０４にかけての流路にて発生が懸念される燃焼ガスの巻き込みが防止される。

ところが、前記燃焼器とタービンとの接続部においては、周方向に隣り合う各尾筒１０１の間隙および各尾筒１０１と環状シール部材１０８、１０９との間隙等から前記高圧室内の圧縮空気が燃焼や冷却に寄与することなくタービン側（タービン入口部１０２内）に漏れることがあり（下記特許文献１、２、３参照）、この結果、出力およびエンジン性能が低下するという問題が生じる。

これにより、所要の出力およびエンジン性能を維持するために、燃焼ガス温度を上昇させる必要が生じ、その結果、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量の増大を招いたり、燃焼器や尾筒等の各部材が短寿命化するといった問題が生じる。
特開２００４−１５６５４３号公報 特開２００４−３０１１１５号公報 特開２０００−１３６７３１号公報

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、圧縮機からの圧縮空気のタービン側への漏洩を防止して出力およびエンジン性能の低下を抑え、結果として、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量の増大を抑え、各部材の短寿命化を防ぐことを可能とするガスタービン燃焼器の尾筒シール構造を提供することを目的としている。

本発明のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造は、複数の燃焼器を環状に配設してなるガスタービン燃焼器の尾筒とタービン入口部との接続部に、前記尾筒出口端部周面との対向面を有する環状シール部材を設けてなるガスタービン燃焼器の尾筒シール構造であって、前記環状シール部材の前記対向面と前記尾筒出口端部の外径側および内径側の面、つまり周面との間隙に、周方向の空気流入を防止する周端部シール部材を配設してなることを特徴とする。

本発明のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造においては、周端部シール部材は、環状シール部材に沿うように湾曲形成されたシール辺と、該シール辺の一端から半径方向に折り曲げ形成された係止爪とを含むＬ字状部材とされ、 前記係止爪が、環状シール部材の尾筒出口端部周面との対向面に形成された嵌合溝に嵌合されていたり、環状シール部材に沿うように湾曲形成されたシール辺と、該シール辺の一側端から半径方向に突出形成された係止爪とを含む変形Ｔ字状部材とされ、前記係止爪が、環状シール部材の尾筒出口端部周面との対向面に形成された嵌合溝に嵌合されていたりするのが好ましい。

また、本発明のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造においては、同一形状とされた周端部シール部材が、尾筒の四隅に配設されてなるのが好ましい。

本発明のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造は、前記の如く構成されているので、尾筒とタービンとの接続部におけるタービン側への圧縮空気の漏洩を防止でき、出力およびエンジン性能が向上するという優れた効果が得られる。

また、漏洩空気によるタービン入口温度の低下がないので、燃焼ガス温度の上昇を抑えることができ、ＮＯｘ（窒素酸化物）の低減が図られるとともに、尾筒などの部品の長寿命化が図られるという優れた効果が得られる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

実施形態１
図１に、本発明の実施形態１に係るガスタービン燃焼器の尾筒シール構造を概略図により示す。図２に、その斜視図を示す。

シール構造Ｕは、図１および図２に示すように、図示しないガスタービン燃焼器からタービンに燃焼ガスを送る通路である尾筒１と、タービン側の燃焼ガスの流入路であるタービン入口部２との接続部をシールするものとされる。

すなわち、シール構造Ｕは、尾筒１の燃焼ガスの出口開口１ａとタービン入口部２の入口開口２ａとの接続部をシールするように尾筒１の出口端部周面との対向面を有する環状シール部材３_１、３_２をそれぞれ配設するとともに、周方向に隣接する各尾筒１の出口端部の間隙（図３参照。以下、周方向間隙という）Ｌ１から尾筒１の出口端部周面と環状シール部材３_１、３_２の対向面との間隙Ｌ２（図３参照。以下、径方向間隙という）に回り込む圧縮機からの圧縮空気の流れを遮断するように、前記径方向間隙Ｌ２の所定箇所に板状シール部材４、４を配設してなるものとされる。なお、本明細書では円環状のタービン入口部２の形状に基づいて周方向および径方向を規定している。

つまり、図３に示すように、各尾筒１の出口開口１ａは概略方形とされて、円環状のタービン入口部２の入口開口２ａと対向するよう同一円周上に並べられている。ここで、尾筒１の出口開口１ａの周方向両側縁には嵌合部１ｂ（図２参照）が設けられており、周方向に並ぶ各尾筒１の嵌合部１ｂを嵌め合わせて各尾筒１の出口端部の隙間をシールするものとされている。しかしながら、嵌合部１ｂ以外の箇所では周方向に並ぶ各尾筒１の間に若干の間隙Ｌ１が存在し、図２に示すように、この周方向間隙Ｌ１と前記径方向間隙Ｌ２とが通じているために圧縮機からの圧縮空気が周方向間隙Ｌ１から径方向間隙Ｌ２を介してタービン側に漏れる。なお、径方向間隙Ｌ２は、背景技術にて示したように、尾筒１の出口端部を冷却するための空気流路を確保するよう設けられるものとされる。

また、後掲のように、環状シール部材３は所定長さ（実施形態では尾筒１の出口端部の周方向長さと対応する長さ）に分割された分割体から構成されているために（図４および図５参照）、各分割体の対向端面の間隙からも径方向間隙Ｌ２に圧縮空気が漏れる。

これらの事情から、圧縮空気のタービン側への漏洩を防止するために、実施形態では板状シール部材４、４を前記径方向間隙Ｌ２の所定箇所に設けるものとしている。

図４〜図６に、環状シール部材３の詳細を示す。図４は外径側の環状シール部材３_１の二面図であり、図５は内径側の環状シール部材３_２の二面図である。図６は環状シール部材を模式化した斜視図である。

環状シール部材３は、図１に示すように、尾筒１の出口開口１ａの外径側および内径側端面から入口に向けて所定距離後退させて尾筒１の出口端部の外径側および内径側に設けられたフランジ状部（以下、尾筒フランジという）５と、ノズルサポート６の一部分を構成し、第１段のタービン静翼（以下、単に静翼という）７を外径側および内径側から支持するタービン流路形成部材８、９の開口端部８ａ、９ａとの間に介装されている。

ここで、環状シール部材３は、図４および図５に示すように、所定長さに切断された各分割体から構成されており、コの字断面の本体３ａ（図６参照）と、本体３ａの尾筒対向面Ｈと垂直な一方外面に形成された、尾筒フランジ５の根元部分の出口側に周方向に延びるように設けられた断面方形の溝５ａと嵌合する突条３ｂと、本体３ａの他方外面に形成された、タービン流路形成部材８、９の端部８ａ、９ａと嵌合する溝３ｃとを有してなる。

さらに、環状シール部材３は、図６に示すように、後掲の板状シール部材４の係止爪部４ｂと嵌合する係止溝３ｄが本体３ａの尾筒１出口端部周面との対向面Ｈに設けられてなるものとされる。また、図４および図５にて符号３ｅが付された部位は環状シール部材３を尾筒１に固定するためのフランジであり、符号３ｆが付された部位は環状シール部材３と尾筒１との位置関係を決めるためのフランジである。

次に、板状シール部材４を説明する。

図７に、板状シール部材４の詳細を示す。板状シール部材４は耐熱性素材からなり、本体４ａと、この本体４ａの一側端を垂直に折り曲げるようにして設けられた、環状シール部材３の係止溝３ｄと嵌合して板状シール部材４を固定する係止爪部４ｂとを有する断面湾曲Ｌ字形の部材とされている。ここで、板状シール部材４は、異種部品点数の削減および組間違い等の防止のために全て同じ寸法、形状とするのが好ましい。

しかして、このような板状シール部材４は、図２および図３に示すとおり、周方向間隙Ｌ１および環状シール部材３の各分割体の対向端面の間隙（以下、周方向間隙Ｌ１等という）から径方向間隙Ｌ２への圧縮空気の流入を防止するように、外径側および内径側の径方向間隙Ｌ２の尾筒１の出口端部の周方向両端部に配設されるものとされており、これによって、周方向間隙Ｌ１等から径方向間隙Ｌ２を通ってタービン入口部２内に流入する圧縮空気の漏洩を防止することが可能となる。

したがって、圧縮空気のタービン側への漏洩による出力およびエンジン性能の低下が防止されて、所望の出力レベルを維持するために燃焼ガス温度を上昇させる必要がなくなり、燃焼ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）排出量を低減することができるとともに、ガスタービン燃焼器および尾筒等の各部材を長寿命化することが可能となる。

実施形態２
次に、図８を参照して本発明の実施形態２を説明する。実施形態２は実施形態１を改変してなるものであり、板状シール部材４を改変してなるものとされる。実施形態２のその余の構成は実施形態１と同様であるため、その詳細説明は省略する。

すなわち、図８に示すように、実施形態２の板状シール部材４Ａは、係止爪部４ｂが本体４ａの一側端寄りに設けられた断面変形Ｔ字形の部材とされている。このように、板状シール部材４Ａを断面変形Ｔ字形とすることによって、係止爪部４ｂの強度を高めることが可能であり、シール構造をより堅牢なものとすることが可能となる。

以上、本発明を各実施形態により説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、板状シール部材の係止爪部と嵌合する係止溝を環状シール部材に設ける代わりに、尾筒の出口端部の外径側および内径側の環状シール部材対向面、つまり出口端部周面に設けることも可能であり、この場合にも、前記各実施形態と同様の作用効果を達成することが可能である。

本発明は、ガスタービン燃焼器とタービンとの接続部分に適用できる。

本発明の実施形態１に係るガスタービン燃焼器の尾筒シール構造の概略図である。 同シール構造の概略斜視図である。 同シール構造の要部詳細を示す模式図である。 外径側の環状シール部材の詳細を示す２面図であり、同（ａ）は正面図、同（ｂ）は側面図である。 内径側の環状シール部材の詳細を示す２面図であり、同（ａ）は正面図、同（ｂ）は側面図である。 環状シール部材を模式化した斜視図である。 実施形態１の板状シール部材の詳細を示す２面図であり、同（ａ）は正面図、同（ｂ）は側面図である。 実施形態２の板状シール部材の詳細を示す２面図であり、同（ａ）は正面図、同（ｂ）は側面図である。 従来のガスタービン燃焼器の尾筒のシール構造の概略構成を示す部分断面図である。

符号の説明

Ｕ シール構造
Ｌ１ 周方向間隙
Ｌ２ 径方向間隙
１ 尾筒
２ タービン入口部
３ 環状シール部材
４ 板状シール部材

Claims (4)

1. 複数の燃焼器を環状に配設してなるガスタービン燃焼器の尾筒とタービン入口部との接続部に、前記尾筒出口端部周面との対向面を有する環状シール部材を設けてなるガスタービン燃焼器の尾筒シール構造であって、
   前記環状シール部材の前記対向面と前記尾筒出口端部周面との間隙に、周方向の空気流入を防止する周端部シール部材を配設してなることを特徴とするガスタービン燃焼器の尾筒シール構造。
2. 周端部シール部材は、環状シール部材に沿うように湾曲形成されたシール辺と、該シール辺の一端から半径方向に折り曲げ形成された係止爪とを含むＬ字状部材とされ、
   前記係止爪が、環状シール部材の尾筒出口端部周面との対向面に形成された嵌合溝に嵌合されてなることを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造。
3. 周端部シール部材は、環状シール部材に沿うように湾曲形成されたシール辺と、該シール辺の一側端から半径方向に突出形成された係止爪とを含む変形Ｔ字状部材とされ、
   前記係止爪が、環状シール部材の尾筒出口端部周面との対向面に形成された嵌合溝に嵌合されてなることを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造。
4. 同一形状とされた周端部シール部材が、尾筒の四隅に配設されてなることを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造。

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