JP2009167905A - ガスタービン燃焼器出口シール構造 - Google Patents

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【課題】ガスタービン燃焼器の出口部におけるシール性を向上させることができ、漏れ空気量を低減させることができるとともに、外周側シール部材の振動を低減させることができ、部品交換の頻度を低減させることができて、ランニングコストを低減させることができるガスタービン燃焼器出口シール構造を提供すること。
【解決手段】半径方向外側に位置して、タービン第1段静翼2の外側シュラウド5との間を周方向にわたってシールする外周側シール部材11が、前記外側シュラウド5を支持する翼環7aと、ガスタービン燃焼器尾筒1のガス流出端から周方向に沿うとともに半径方向外側に向かって張り出す第1のフランジ13との間に、これら翼環7aおよび第1のフランジ13と周方向に沿って接触するように配置されている。
【選択図】 図2

Description

本発明は、ガスタービン燃焼器尾筒とガスタービンタービン第1段静翼との間に介在するガスタービン燃焼器出口シール構造に関するものである。
このようなガスタービン燃焼器出口シール構造を開示する文献としては、例えば、特許文献1がある。
実開昭62−176448号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示されたガスタービン燃焼器出口シール構造では、ガスタービン運転時の熱伸び差を吸収し、かつ、ガスタービン燃焼器の組立性を確保するため、ガスタービン燃焼器尾筒との間およびガスタービンタービン第1段静翼との間に、それぞれ隙間(ガタ)が設けられている。そのため、これらの隙間から空気が漏れ出してしまうといった問題点があった。
また、隙間の設けられている部分では、振動によりこれら部材の摩耗が激しくなり、部品交換の頻度が増加し、ランニングコストが増加してしまうといった問題点もあった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ガスタービン燃焼器の出口部におけるシール性を向上させることができ、漏れ空気量を低減させることができるとともに、外周側シール部材の振動を低減させることができ、部品交換の頻度を低減させることができて、ランニングコストを低減させることができるガスタービン燃焼器出口シール構造を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るガスタービン燃焼器出口シール構造は、ガスタービン燃焼器尾筒のガス流出端と、タービン第1段静翼との間をシールするガスタービン燃焼器出口シール構造であって、半径方向内側に位置して、前記タービン第1段静翼の内側シュラウドとの間を周方向にわたってシールする内周側シール部材と、半径方向外側に位置して、前記タービン第1段静翼の外側シュラウドとの間を周方向にわたってシールする外周側シール部材とを備え、前記外周側シール部材が、前記外側シュラウドを支持する翼環と、前記ガス流出端から周方向に沿うとともに半径方向外側に向かって張り出す第1のフランジとの間に、これら翼環および第1のフランジと周方向に沿って接触するように配置されている。
本発明に係るガスタービン燃焼器出口シール構造は、ガスタービン燃焼器尾筒のガス流出端と、タービン第1段静翼との間をシールするガスタービン燃焼器出口シール構造であって、半径方向内側に位置して、前記タービン第1段静翼の内側シュラウドとの間を周方向にわたってシールする内周側シール部材と、半径方向外側に位置して、前記タービン第1段静翼の外側シュラウドとの間を周方向にわたってシールする外周側シール部材とを備え、前記外周側シール部材が、前記外側シュラウドと、前記ガス流出端から周方向に沿うとともに半径方向外側に向かって張り出す第1のフランジとの間に、これら外側シュラウドおよび第1のフランジと周方向に沿って接触するように配置されている。
本発明に係るガスタービン燃焼器出口シール構造によれば、ガスタービン燃焼器尾筒のガス流出端から周方向に沿うとともに外側に向かって張り出す第1のフランジと、翼環との間に配置された外周側シール部材の外周面が翼環の内周面と接触し、内周面が第1のフランジの外周面と接触することとなるので、ガスタービン燃焼器の出口部におけるシール性を向上させることができ、漏れ空気量を低減させることができる。
また、第1のフランジと翼環との間に外周側シール部材が挟み込まれ、ガタの無い構造となることにより、外周側シール部材の振動が低減するとともに、摩耗による減肉が抑制されることとなるので、部品交換の頻度を低減させることができて、ランニングコストを低減させることができる。
上記ガスタービン燃焼器出口シール構造において、前記外周側シール部材が断面視U字状を呈する板バネシールであり、半径方向外側に位置して前記翼環または前記外側シュラウドと接触する一端部に、長手方向と直交する方向に沿って延びるとともに、板厚方向に貫通する複数本のスリットが設けられているとさらに好適である。
このようなガスタービン燃焼器出口シール構造によれば、外周側シール部材をガスタービン運転時の熱伸び差にあわせて変形させることができ、ガスタービン運転時の熱伸び差に関係なくシール性を維持することができる。
上記ガスタービン燃焼器出口シール構造において、前記外周側シール部材が、所定の設置場所から脱落することを防止する脱落防止手段が設けられているとさらに好適である。
このようなガスタービン燃焼器出口シール構造によれば、外周側シール部材の脱落を防止することができ、長期間にわたってガスタービン燃焼器の出口部におけるシール性を確保することができる。
上記ガスタービン燃焼器出口シール構造において、前記内周側シール部材と前記内側シュラウドとの間、および前記内周側シール部材と前記ガスタービン燃焼器尾筒の後端部から周方向に沿うとともに半径方向内側に向かって張り出す第2のフランジとの間に、これら内周側シール部材、内側シュラウド、および第2のフランジと周方向に沿って接触する板バネシールが配置されているとさらに好適である。
このようなガスタービン燃焼器出口シール構造によれば、内周側シール部材と第2のフランジとの間、および内周側シール部材と内側シュラウドとの間のシール性が向上することとなるので、ガスタービン燃焼器の出口部におけるシール性をさらに向上させることができ、漏れ空気量をさらに低減させることができる。
本発明に係るガスタービンによれば、ガスタービン燃焼器の出口部におけるシール性を向上させることができ、漏れ空気量を低減させることができるガスタービン燃焼器出口シール構造を具備しているので、燃焼用空気を確保することができ、燃料を十分な空気量と予混合して蒸発させ、燃焼させることにより、NOxを低減させることができる。
また、ガスタービン燃焼器の出口部における振動を低減させることができるガスタービン燃焼器出口シール構造を具備しているので、部品交換の頻度を低減させることができて、ランニングコストを低減させることができる。
本発明によれば、ガスタービン燃焼器の出口部におけるシール性を向上させることができ、漏れ空気量を低減させることができるとともに、外周側シール部材の振動を低減させることができ、部品交換の頻度を低減させることができて、ランニングコストを低減させることができるという効果を奏する。
以下、本発明に係るガスタービン燃焼器出口シール構造の第1実施形態について、図1から図3を参照しながら説明する。
図1は本実施形態に係るガスタービン燃焼器出口シール構造を備えたガスタービン燃焼器の出口部を示す断面図、図2は図1の要部を拡大した拡大図、図3は図1および図2に示す外側シール部材の全体斜視図である。
図1において符号1はガスタービン燃焼器の尾筒、2はタービンの第1段静翼、3はタービンの第1段動翼、4は第1段静翼2の内側シュラウド、5は第1段静翼2の外側シュラウド、6は尾筒1と内側シュラウド4および外側シュラウド5との間に介在してガスタービン燃焼器と車室との間を封止するガスタービン燃焼器出口シール構造(以下、「シール構造」という。)、7,7aは翼環、8は下流側ジャケットである。
ガスタービン燃焼筒は、ノズル(図示せず)から供給された燃料と空気とを反応させて燃焼させる部位であり、燃料と空気とを燃焼させる内筒(図示せず)と、燃焼ガスの流速を速めて後段のタービンに導入する尾筒1とを備えている。
また、翼環7には、第1段静翼2の外側シュラウド5が嵌着されているとともに、ボルト9を介して翼環7aが固定されている。
下流側ジャケット8の内部には、冷却用の空気(以下、「冷却空気」という。)が供給されるようになっており、この冷却空気によって尾筒1の出口部が冷却されるようになっている。
さて、図2に示すように、本実施形態に係るシール構造6は、内側(内周側)シール部材10と、外側(外周側)シール部材11とを備えている。
内側シール部材10は、板状の部材であり、尾筒1の後端部から周方向に沿うとともに内側(半径方向内側)に向かって張り出す第1のフランジ12、および第1段静翼2の内側シュラウド4と連結されている。
外側シール部材11は、断面視U字状を呈する板バネシールであり、尾筒1の後端から周方向に沿うとともに外側(半径方向外側)および内側(半径方向内側)に向かって張り出す第2のフランジ13と、翼環7aとの間に挟み込まれている(配置されている)。すなわち、外側シール部材11は、翼環7aの一端部(内側(半径方向内側)の端部)に形成されて上流側(図1および図2において左側)に開口する凹部を形成する二つの壁面と、第2のフランジ13の外周面13aとで形成される空間S1内に収められている(収容されている)。
また、外側シール部材11の外周面11aと翼環7aの内周面7bとは接触(密着)し、外側シール部材11の内周面11bと第2のフランジ13の外周面13aとは接触(密着)している。
さらに、図3に示すように、外側シール部材11の一端部(外周面11aを備えた端部)には、長手方向と直交する方向に沿って延びるとともに、板厚方向に貫通する複数本のスリット(切欠)11cが設けられている(形成されている)。これにより、外側シール部材11をガスタービン運転時の熱伸び差にあわせて変形させることができ、ガスタービン運転時の熱伸び差に関係なくシール性を維持することができる。
本実施形態に係るシール構造6によれば、尾筒1の後端から周方向に沿うとともに外側に向かって張り出す第2のフランジ13と、翼環7aとの間に配置された外側シール部材11の外周面11aが翼環7aの内周面7bと密着し、内周面11bが第2のフランジ13の外周面13aと密着することとなるので、ガスタービン燃焼器の出口部におけるシール性を向上させることができ、漏れ空気量を低減させることができる。
また、本実施形態に係るシール構造6によれば、第2のフランジ13と翼環7aとの間に外側シール部材11が挟み込まれ、ガタの無い構造となることにより、外側シール部材11の振動が低減するとともに、摩耗による減肉が抑制されることとなるので、部品交換の頻度を低減させることができて、ランニングコストを低減させることができる。
本実施形態に係るシール構造6を備えたガスタービンによれば、ガスタービン燃焼器の出口部におけるシール性を向上させることができ、漏れ空気量を低減させることができるシール構造6を具備しているので、燃焼用空気を確保することができ、燃料を十分な空気量と予混合して蒸発させ、燃焼させることにより、NOxを低減させることができる。
また、外側シール部材11の振動を低減させるとともに、摩耗による減肉を抑制するシール構造6を具備しているので、部品交換の頻度を低減させることができて、ランニングコストを低減させることができる。
本発明に係るシール構造の第2実施形態を図4に基づいて説明する。図4は本実施形態に係るシール構造の要部を拡大した拡大図である。
図4に示すように、本実施形態に係るシール構造21は、外側シール部材11の代わりに外側シール部材22および脱落防止手段23が設けられているという点で上述した第1実施形態のものと異なる。
なお、上述した第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
外側シール部材22は、金属製のチューブシールであり、尾筒1の後端から周方向に沿うとともに外側(半径方向外側)に向かって張り出す第2のフランジ13と、翼環7aとの間に挟み込まれている(配置されている)。また、外側シール部材22の外周面22aと翼環7aの内周面7bおよび第2のフランジ13の外周面13aとは接触(密着)している。
脱落防止手段23は、空間S1の開口を塞ぐようにして配置され、外側シール部材22の脱落を防止する脱落防止板24と、この脱落防止板24を翼環7aの一端部に固定する固定用ボルト25とを備えている。また、外側シール部材22の外周面22aと脱落防止板24の内面24aとは接触(密着)している。
本実施形態に係るシール構造21によれば、脱落防止手段23が設けられているので、外側シール部材22の脱落を防止することができ、長期間にわたってガスタービン燃焼器の出口部におけるシール性を確保することができる。
その他の本実施形態に係るシール構造21による作用効果、および本実施形態に係るシール構造21を備えたガスタービンによる作用効果は、上述した実施形態に係るシール構造6による作用効果、および上述した実施形態に係るシール構造6を備えたガスタービンの作用効果と略同じであるので、ここではその説明を省略する。
本発明に係るシール構造の第3実施形態を図5に基づいて説明する。図5は本実施形態に係るシール構造の要部を拡大した拡大図である。
図5に示すように、本実施形態に係るシール構造31は、外側シール部材22が空間S2内に収められている(収容されている)という点で上述した第2実施形態のものと異なる。
なお、上述した第2実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
外側シール部材22は、翼環7aの一端部(内側(半径方向内側)の端部)に形成されて半径方向内側(図5において下側)に開口する凹部を形成する三つの壁面と、第2のフランジ13の外周面13aとで形成されるとともに、空間S2内に収められている(収容されている)。
また、外側シール部材22の外周面22aと凹部を形成するとともに第2のフランジ13の外周面13aと直交する二つの壁面とは接触(密着)し、外側シール部材22の外周面22aと第2のフランジ13の外周面13aとは接触(密着)している。
本実施形態に係るシール構造31によれば、第2実施形態のところで説明した脱落防止手段23を不要とすることができるので、製造コストおよび組立に要する作業時間を低減させることができる。
その他の本実施形態に係るシール構造31による作用効果、および本実施形態に係るシール構造31を備えたガスタービンによる作用効果は、上述した第2実施形態に係るシール構造21による作用効果、および上述した実施形態に係るシール構造21を備えたガスタービンの作用効果と略同じであるので、ここではその説明を省略する。
本発明に係るシール構造の第4実施形態を図6に基づいて説明する。図6は本実施形態に係るシール構造の要部を拡大した拡大図である。
図6に示すように、本実施形態に係るシール構造41は、外側シール部材22の代わりに外側シール部材42が設けられているという点で上述した第3実施形態のものと異なる。
なお、上述した第3実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
外側シール部材42は、金属の薄板を曲げ成形したオメガシール(またはEシール)であり、翼環7aの一端部(内側(半径方向内側)の端部)に形成されて半径方向内側(図6において下側)に開口する凹部を形成する三つの壁面と、第2のフランジ13の外周面13aとで形成されるとともに、空間S2内に収められている(収容されている)。
また、外側シール部材42の外周面42aと凹部を形成するとともに第2のフランジ13の外周面13aと直交する二つの壁面とは接触(密着)し、外側シール部材42の外周面42aと第2のフランジ13の外周面13aとは接触(密着)している。
本実施形態に係るシール構造41によれば、外側シール部材42として、安価で、変形しやすく、シール性に富んだオメガシール(またはEシール)を採用したので、製造コストを低減させることができ、組立時の作業性を向上させることができて、シール性をさらに向上させることができる。
その他の本実施形態に係るシール構造41による作用効果、および本実施形態に係るシール構造41を備えたガスタービンによる作用効果は、上述した第3実施形態に係るシール構造31による作用効果、および上述した実施形態に係るシール構造31を備えたガスタービンの作用効果と略同じであるので、ここではその説明を省略する。
本発明に係るシール構造の第5実施形態を図7に基づいて説明する。図7は本実施形態に係るシール構造の要部を拡大した拡大図である。
図7に示すように、本実施形態に係るシール構造51は、内側シール部材10と第1のフランジ12(より詳しくは、第1のフランジ12の上流側(図7において左側)の壁面12a)との間、および内側シール部材10と内側シュラウド4(より詳しくは、内側シュラウド4の半径方向内側(図7において下側)の壁面4a)との間に、金属の薄板を円環状に成形した板バネシール52がそれぞれ設けられているという点で上述した実施形態のものと異なる。
なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
本実施形態に係るシール構造51によれば、内側シール部材10と第1のフランジ12との間、および内側シール部材10と内側シュラウド4との間のシール性が向上することとなるので、ガスタービン燃焼器の出口部におけるシール性をさらに向上させることができ、漏れ空気量をさらに低減させることができる。
その他の本実施形態に係るシール構造51による作用効果、および本実施形態に係るシール構造51を備えたガスタービンによる作用効果は、上述した実施形態に係るシール構造6,21,31,41による作用効果、および上述した実施形態に係るシール構造6,21,31,41を備えたガスタービンの作用効果と略同じであるので、ここではその説明を省略する。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で適宜必要に応じて変形実施、変更実施、および組合せ実施可能である。
また、上述した第1実施形態では、外側シール部材11が、翼環7aの一端部に形成されて上流側に開口する凹部を形成する二つの壁面と、第2のフランジ13の外周面13aとで形成される空間S1内に収められている(収容されている)ものについて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図8に示すように、翼環7aをなくし(省略し)、第2のフランジ13の外周面13aと、外側シュラウド5(より詳しくは、外側シュラウド5の半径方向内側(図8において下側)の壁面5a)との間に直接挟み込むように構成することもできる。
本実施形態に係るシール構造61によれば、ボルト9を介して翼環7に固定される翼環7aを不要とすることができるので、製造コストおよび組立に要する作業時間を低減させることができる。
その他の本実施形態に係るシール構造61による作用効果、および本実施形態に係るシール構造61を備えたガスタービンによる作用効果は、上述した第1実施形態に係るシール構造11による作用効果、および上述した第1実施形態に係るシール構造11を備えたガスタービンの作用効果と略同じであるので、ここではその説明を省略する。
本発明の第1実施形態に係るガスタービン燃焼器出口シール構造を備えたガスタービン燃焼器の出口部を示す断面図である。 図1の要部を拡大した拡大図である。 図1および図2に示す外側シール部材の全体斜視図である。 本発明の第2実施形態に係るガスタービン燃焼器出口シール構造の要部を拡大した拡大図である。 本発明の第3実施形態に係るガスタービン燃焼器出口シール構造の要部を拡大した拡大図である。 本発明の第4実施形態に係るガスタービン燃焼器出口シール構造の要部を拡大した拡大図である。 本発明の第5実施形態に係るガスタービン燃焼器出口シール構造の要部を拡大した拡大図である。 本発明の第6実施形態に係るガスタービン燃焼器出口シール構造の要部を拡大した拡大図である。
符号の説明
1 尾筒(ガスタービン燃焼器尾筒)
2 第1段静翼(タービン第1段静翼)
4 内側シュラウド
5 外側シュラウド
6 シール構造(ガスタービン燃焼器出口シール構造)
7a 翼環
10 内側シール部材(内周側シール部材)
11 外側シール部材(外周側シール部材)
11c スリット
12 第1のフランジ(第2のフランジ)
13 第2のフランジ(第1のフランジ)
21 シール構造(ガスタービン燃焼器出口シール構造)
22 外側シール部材(外周側シール部材)
23 脱落防止手段
31 シール構造(ガスタービン燃焼器出口シール構造)
41 シール構造(ガスタービン燃焼器出口シール構造)
42 外側シール部材(外周側シール部材)
51 シール構造(ガスタービン燃焼器出口シール構造)
52 板バネシール
61 シール構造(ガスタービン燃焼器出口シール構造)

Claims (6)

  1. ガスタービン燃焼器尾筒のガス流出端と、タービン第1段静翼との間をシールするガスタービン燃焼器出口シール構造であって、
    半径方向内側に位置して、前記タービン第1段静翼の内側シュラウドとの間を周方向にわたってシールする内周側シール部材と、
    半径方向外側に位置して、前記タービン第1段静翼の外側シュラウドとの間を周方向にわたってシールする外周側シール部材とを備え、
    前記外周側シール部材が、前記外側シュラウドを支持する翼環と、前記ガス流出端から周方向に沿うとともに半径方向外側に向かって張り出す第1のフランジとの間に、これら翼環および第1のフランジと周方向に沿って接触するように配置されていることを特徴とするガスタービン燃焼器出口シール構造。
  2. ガスタービン燃焼器尾筒のガス流出端と、タービン第1段静翼との間をシールするガスタービン燃焼器出口シール構造であって、
    半径方向内側に位置して、前記タービン第1段静翼の内側シュラウドとの間を周方向にわたってシールする内周側シール部材と、
    半径方向外側に位置して、前記タービン第1段静翼の外側シュラウドとの間を周方向にわたってシールする外周側シール部材とを備え、
    前記外周側シール部材が、前記外側シュラウドと、前記ガス流出端から周方向に沿うとともに半径方向外側に向かって張り出す第1のフランジとの間に、これら外側シュラウドおよび第1のフランジと周方向に沿って接触するように配置されていることを特徴とするガスタービン燃焼器出口シール構造。
  3. 前記外周側シール部材が断面視U字状を呈する板バネシールであり、半径方向外側に位置して前記翼環または前記外側シュラウドと接触する一端部に、長手方向と直交する方向に沿って延びるとともに、板厚方向に貫通する複数本のスリットが設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のガスタービン燃焼器出口シール構造。
  4. 前記外周側シール部材が、所定の設置場所から脱落することを防止する脱落防止手段が設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器出口シール構造。
  5. 前記内周側シール部材と前記内側シュラウドとの間、および前記内周側シール部材と前記ガスタービン燃焼器尾筒の後端部から周方向に沿うとともに半径方向内側に向かって張り出す第2のフランジとの間に、これら内周側シール部材、内側シュラウド、および第2のフランジと周方向に沿って接触する板バネシールが配置されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器出口シール構造。
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器出口シール構造を備えてなることを特徴とするガスタービン。
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