JP2020070773A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

【課題】額縁の角部におけるサイドシールとフローティングシールの交差する部分に、シール部材同士の干渉を回避するための間隙（間隔）を設けた場合にも、ガスタービン燃焼器のトランジションピースの出口側端部とガスタービン入口部との接続部におけるシール性能を高めること。【解決手段】本発明のガスタービン燃焼器は、複数の額縁４２のそれぞれは、その内外周における額縁とガスタービン間の間隙をシールするフローティングシール及び互いに周方向に隣接する額縁間の間隙をシールするサイドシール５１を有するガスタービン燃焼器であって、互いに周方向に隣接する前記額縁のコーナー部間に形成される間隙部に設置され、少なくとも前記間隙部から前記ガスタービン側へリークするリーク空気をシールし、かつ、前記フローティングシールと前記サイドシールとは独立したコーナーシール部６４ａ、６４ｂを備えていることを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明はガスタービン燃焼器に係り、特に、ガスタービンと燃焼器のトランジションピースの出口部に設置された額縁の連結部外周に、額縁とガスタービン間の間隙をシールするフローティングシール及び互いに周方向に隣接する額縁間の間隙をシールするサイドシールが設置されているものに好適なガスタービン燃焼器に関する。

ガスタービンの形式の１つに、燃焼ガスが生成される燃焼室をそれぞれ個別に有する複数のガスタービン燃焼器（以下、燃焼器という）を備えた、いわゆる、多缶式のガスタービンがある。この多缶式のガスタービンでは、通常、複数の燃焼器がガスタービンの回転軸の外側に円環状に配置されている。

各燃焼器は、内部に燃焼室を有する円筒型の燃焼器ライナと、燃焼室で生成された高温高圧の燃焼ガスをガスタービン入口に導くトランジションピースとを備えている。トランジションピースは、燃焼器ライナ内の円形状の断面を有する燃焼室と、円環状の流路断面を有するガスタービン入口流路とを接続するものである。

そのため、トランジションピースは、円筒型の燃焼器ライナに応じて円形状の上流側断面を有すると共に、円環状の流路断面を有するガスタービン入口流路の形状に応じて当該円環形状を周方向に複数に分割した形状、換言すると、内側及び外側の円弧と両円弧の両端部をそれぞれ結ぶ直線とで構成された略矩形（扇形）状の下流側断面を有し、その間をなだらかな曲線で接続した流路を形成している。

一方、ガスタービンでは、回転軸の長さを短くするために、圧縮機の外周側に燃焼器を配置して、圧縮機とガスタービンとの間隔を縮めることが一般的である。

このような構造の場合、圧縮機からの燃焼用空気（圧縮空気）は、燃焼器のトランジションピースの外側を通り燃焼器の頭部側（燃焼室側）へ流れの向きを変え、燃焼器ライナの外側を流れる。

この燃焼用空気は、燃焼器の頭部において流れ方向を再度変えて、燃焼器ライナの内部（燃焼室）に流入する。即ち、燃焼器のトランジションピースとガスタービン入口流路との接続部における内周側には燃焼ガスが流れる一方、その接続部の外周側には燃焼用空気が流れている。この燃焼用空気は、接続部の内周側を流れる燃焼ガスよりも圧力が高いので、当該接続部において、その外周側から内周側へ流入してしまう（漏れ出てしまう）。

この場合、燃焼ガスの温度の低下や燃焼器での燃焼条件の変化によって燃料消費量が増加し、ガスタービンのエネルギー効率の低下を招く。また、燃焼用空気が漏れ出る分、燃焼に寄与する空気量が減るので燃焼室内の燃焼温度が高くなり、燃焼時に生成する窒素酸化物が増加する懸念がある。このため、燃焼用空気の漏れを抑制することが要求されている。

このような燃焼用空気の漏れを抑制することの要求に応えるべく、燃焼器のトランジションピースとガスタービン入口との接続部おける燃焼用空気の漏れを抑制するためのシール構造として、例えば、特許文献１に記載されたものがある。

特許文献１に記載のシール構造は、各燃焼器のトランジションピースの出口側端部（最後部）に取り付けられた略矩形状の額縁と呼ばれる部分の４辺の部分（４つの境界）、詳細には、周方向に延在する円弧状の内周部分(下側部分)と、内周部分よりも径方向外側に位置して周方向に延在する円弧状の外周部分（上側部分）と、内周部分と外周部分の両端部を繋いで径方向に延在する直線状の一対の側方部分とに、それぞれシール部材を設置するものである。

具体的には、各額縁の外周面にシール溝を設け、隣接する額縁の側方部分のシール溝間にサイドシールと称する平板状のシール部材を挟み込んで額縁間の隙間をシールしている。

また、額縁の内周部分及び外周部分のシール溝とガスタービン入口（初段静翼）に設けたシール溝とに、フローティングシールと称するシール部材を嵌合させてトランジションピースとガスタービン入口との間の隙間をシールしている。

上記フローティングシールは、断面Ｕ字状の部分と、断面Ｕ字状の部分からガスタービン側に張り出した断面直線状の部分とで構成されており、断面Ｕ字状の部分が額縁に取り付けられると共に、断面直線状の部分がガスタービン入口のシール溝に嵌合している。

また、複数の燃焼器のトランジションピースの出口側端部とガスタービン入口との接続部におけるトランジションピース間からの燃焼用空気の漏れを抑制するシール構造として、例えば、特許文献２に記載されたものがある。

特許文献２に記載のシール構造は、トランジションピース出口端の隣接したフランジの対向面に沿って該フランジ対向面に跨る凹溝を設け、この凹溝にシール部材と板ばねとからなるシール組立体を挿入し、シール部材が一対の連続した突起部を有し、この突起部が、上記した凹溝内でフランジ対向面に跨って凹溝内の燃焼ガス通路側面に向けて配置され、板ばねが、凹溝内でシール部材に接するように配置され、板ばねのバネ力により突起部を燃焼ガス通路側面に押し付けるようにしてシール面を形成するものである。

これにより、燃焼器の高温下での構造物の温度差に起因した熱変形や作動流体の流通等に伴う振動によってトランジションピース間に相対変位が生じた場合でも、良好なシール性能を維持される。

特開２００３−１９３８６６号公報 国際公開第２００７／０２３７３４号

一般に、燃焼器及びガスタービンでは、高温の燃焼ガスが流通するので、ガスタービンの停止時と運転時とで温度差が大きい。そのため、燃焼器及びガスタービンを構成する部品間の相対位置がそれらの熱変形により変化する。

また、ガスタービンでは、ガスタービンの回転や作動流体の流通に伴う振動が発生しやすいし、振動によっても、燃焼器及びガスタービンを構成する部品間の相対位置が変化する。

従って、燃焼器のトランジションピースとガスタービン入口との接続部におけるシール構造に用いられるシール部材は、特許文献２に記載のように、高温環境下での使用を考慮して高い耐熱性や剛性、耐久性を備えている必要がある上に、トランジションピースやガスタービン入口の位置変化に追従してシール性を確保できる柔軟性も兼ね備えている必要がある。つまり、このシール構造のシール部材には、剛性と柔軟性という互いに相反する特性が求められている。

一方、特許文献１に記載のシール構造では、略矩形状の額縁の４辺の部分にそれぞれシール部材を設置し、各シール部材と各シール部材の嵌合する部分（シール溝）との間に熱変形を考慮した隙間を設けながら、その隙間の大きさを調整することやシール部材とシール溝との組み合わせにより流路を複雑にすることで、シール性能を持たせている。

また、特許文献１に記載のシール構造のように、額縁の４辺の部分にそれぞれシール部材を設置する場合、燃焼器等に熱変形が生じても、各シール部材がそれぞれのシール性能を維持できるように、シール部材同士の干渉を避ける必要がある。そのため、シール部材同士が交差する（組み合わされる）額縁の４つの角部では、シール位置を互いにずらす必要がある。

例えば、額縁の内周部分側及び外周部分側に設置するシール部材（フローティングシール）と額縁の側方部分に設置するシール部材（サイドシール）との間に、ガスタービンの回転軸の軸方向に距離（オフセット）を設けておく。この場合、隣接するトランジションピースが熱変形等により回転軸の軸方向に相対的に変位しても、サイドシールとフローティングシールは、オフセットにより互いに干渉することがない。

従って、熱変形が生じた場合でも、各シール部材は、それぞれ額縁の各辺の部分のみを担当することになるので、額縁の各辺の部分のシール性能を維持できる。

このように、額縁の角部におけるサイドシールとフローティングシールの交差する部分には、シール部材同士の干渉を回避するための間隙（間隔）を設ける必要がある。

しかし、シール部材同士の干渉を回避するための間隙（間隔）を設けると、この間隙から隣接する額縁の角部間に形成される隙間を介して、トランジションピースの外側に流れる燃焼用空気がガスタービン入口流路内へ流入してしまう。

従来は、トランジションピースの額縁の４つの角部から漏れる空気量が額縁の４つの辺部から漏れる空気量に比べて相対的に少ないことから、額縁の４つの角部におけるシール性能を重視していなかった。

しかしながら、ガスタービンのエネルギー効率の向上や燃焼性能の向上にあたり、燃焼器のトランジションピースの出口側端部とガスタービン入口部との接続部における漏れ空気の更なる低減の必要性が生じている。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、額縁の角部におけるサイドシールとフローティングシールの交差する部分に、シール部材同士の干渉を回避するための間隙（間隔）を設けた場合でも、ガスタービン燃焼器のトランジションピースの出口側端部とタービン入口部との接続部におけるシール性能を高めることができるガスタービン燃焼器を提供することにある。

本発明のガスタービン燃焼器は、上記目的を達成するために、高温の燃焼ガスが内部に流れるガスタービン燃焼器の複数のトランジションピースと、該各トランジションピースのそれぞれの下流側（出口側）の周方向に沿って設置されると共に、ガスタービンの上流側（入口側）に接続された複数の額縁とを備え、複数の前記額縁のそれぞれは、その内外周における前記額縁と前記ガスタービン間の間隙をシールするフローティングシール及び互いに周方向に隣接する前記額縁間の間隙をシールするサイドシールを有するガスタービン燃焼器であって、互いに周方向に隣接する前記額縁のコーナー部間に形成される間隙部に設置され、少なくとも前記間隙部から前記ガスタービン側へ流入する空気をシールし、かつ、前記フローティングシールと前記サイドシールとは独立したコーナーシール部を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、額縁の角部におけるサイドシールとフローティングシールの交差する部分に、シール部材同士の干渉を回避するための間隙（間隔）を設けた場合にも、ガスタービン燃焼器のトランジションピースの出口側端部とガスタービン入口部との接続部におけるシール性能を高めることができる。

本発明のガスタービン燃焼器の実施例１の全体構成を示す図である。 図１におけるガスタービン燃焼器のトランジションピースの配列を、燃焼ガスの流れ方向上流側から見た図を示す部分断面図である。 本発明のガスタービン燃焼器の実施例１に採用されるトランジションピースの出口側を、シール部材を分解して示す斜視図である。 図３のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 図３のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。 従来のガスタービン燃焼器における周方向に隣接するトランジションピースフレーム（額縁）のコーナー部を示す部分斜視図である。 本発明のガスタービン燃焼器の実施例１におけるトランジションピースフレーム（額縁）間を示す図である。 図７のＡ部を拡大して示す斜視図である。 図７のＢ部を拡大して示す斜視図である。 本発明のガスタービン燃焼器の実施例１に採用されるコーナーシール部を示すトランジションピースフレーム（額縁）のコーナー部の部分斜視図である。 本発明のガスタービン燃焼器の実施例１におけるコーナーシール部を設置する前のトランジションピースフレーム（額縁）の上部コーナー部を示す部分斜視図である。 図１１（ａ）のトランジションピースフレーム（額縁）のコーナー部にコーナーシール部を設置固定した状態を示す部分斜視図である。 本発明のガスタービン燃焼器の実施例１におけるコーナーシール部を設置する前のトランジションピースフレーム（額縁）の下部コーナー部を示す部分斜視図である。 図１２（ａ）のトランジションピースフレーム（額縁）のコーナー部にコーナーシール部を設置固定した状態を示す部分斜視図である。 本発明のガスタービン燃焼器の実施例２における周方向に隣接する額縁のコーナー部を示す部分斜視図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明のガスタービン燃焼器を説明する。なお、以下で説明する各図において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１及び図２に、本発明のガスタービン燃焼器の一例として発電プラント向けガスタービン燃焼器を示す。

図１は、本発明のガスタービン燃焼器の実施例１の全体構成を示し、図２は、図１におけるガスタービン燃焼器のトランジションピースの配列を、燃焼ガスの流れ方向上流側から見た図を示す。なお、図１において、ガスタービン燃焼器は、その左側が燃焼ガスの上流側、その右側が下流側になるように図示されている。

図１において、ガスタービンは、外気（大気）１００を取り込んで圧縮し高圧の燃焼用空気（高圧空気）１１０を生成する圧縮機１と、この圧縮機１から導入される燃焼用空気（圧縮空気）１１０と燃料系統（図示せず）から供給される燃料１２０とを混合して燃焼させることで、高温の燃焼ガス１３０を生成する複数（図１では１つのみ図示）のガスタービン燃焼器２と、このガスタービン燃焼器２で生成された燃焼ガス１３０のエネルギーにより軸駆動力を得るガスタービン３とを備えている。

そして、圧縮機１とガスタービン３は駆動軸４を介して接続され、ガスタービン３には発電機６が機械的に連結されており、発電機６がガスタービン３の軸駆動力を電力に変換するものである。

複数のガスタービン燃焼器２は、圧縮機１の外周側に円環状に配置されている。即ち、本実施例のガスタービン３は多缶式のガスタービンであり、各ガスタービン燃焼器２は、その頭部が圧縮機１側（図１の左側）に、その尾部がガスタービン３側（図１の右側）に位置するように配置されている。

ガスタービン燃焼器２は、内部に燃焼室３１を有する略円筒状の燃焼器ライナ２１と、この燃焼器ライナ２１内に燃料を噴射する燃料ノズル２２と、燃焼器ライナ２１を内包する圧力容器としての燃焼器外筒２３と、燃焼器外筒２３の燃料ノズル２２側の開口部を閉塞するエンドカバー２４と、燃焼器ライナ２１とガスタービン入口部３ａとを接続し、燃焼室３１で生成された燃焼ガス１３０をガスタービン３に導くトランジションピース２５とを備えている。

燃焼器外筒２３はケーシング２８に取り付けられており、ケーシング２８はトランジションピース２５を格納し、ケーシング２８の内部には、圧縮機１から燃焼用空気１１０が流入する空間３２が形成されている。燃焼器外筒２３と燃焼器ライナ２１の間には、ケーシング２８の空間３２内の燃焼用空気１１０が流通する環状の空気流路３３が形成されている。ケーシング２８には、例えば、燃焼器ライナ２１が固定部材２７により固定されている。

圧縮機１からの燃焼用空気１１０は、ケーシング２８内で流れ方向が反転し、空気流路３３を通りエンドカバー２４側に向かって流れる。その後、燃焼用空気１１０は、エンドカバー２４で流れ方向を再び反転させ、燃焼器ライナ２１内の燃焼室３１に流入し、燃焼室３１に流入した燃焼用空気１１０は、燃料系統（図示せず）から供給される燃料１２０と混合して燃焼し、その結果、燃焼ガス１３０が生成される。この燃焼ガス１３０は、トランジションピース２５の流路３４を通りガスタービン入口部３ａ内に流入する。

上記したガスタービン入口部３ａは、円環状の流路断面を有するガスタービン入口流路３５を形成している。多缶式のガスタービン３では、図２に示すように、複数のガスタービン燃焼器２のトランジションピース２５を円環状に配置することにより、円環状のガスタービン入口流路３５に接続している。

各トランジションピース２５は、ガスタービン３の運転時に燃焼ガス１３０の流通に伴って高温になると、周方向、軸方向及び半径方向に熱膨張する。

そこで、隣接する各トランジションピース２５の出口側端部２５ａの間に間隙Ｇ１（後述の図４参照）を設けることで、周方向の熱伸びによるトランジションピース２５の出口側端部２５ａ同士の干渉を防止している。

同様に、トランジションピース２５の出口側端部２５ａと、その下流側のガスタービン入口部３ａとの間に間隙Ｇ２（後述の図５参照）を設けることで、トランジションピース２５が軸方向に熱伸びすることによるトランジションピース２５とガスタービン入口部３ａとの干渉を防止している。

このように、周方向の熱伸びによるトランジションピース２５の出口側端部２５ａ同士の干渉を防止するために、隣接する各トランジションピース２５の出口側端部２５ａの間に間隙Ｇ１が設けられ、また、トランジションピース２５が軸方向に熱伸びすることによるトランジションピース２５とガスタービン入口部３ａとの干渉を防止するために、トランジションピース２５の出口側端部２５ａと下流側のガスタービン入口部３ａとの間に間隙Ｇ２が設けられている。

通常、複数のトランジションピース２５を内包するケーシング２８内の空間３２には、燃焼用空気１１０が流通する一方、トランジションピース２５及びガスタービン入口部３ａの内部側には燃焼ガス１３０が流通している。

ところが、ケーシング２８の空間３２内の燃焼用空気１１０は、燃焼ガス１３０よりも圧力が高いので、その一部が燃焼器ライナ２１側に向かわずに、トランジションピース２５の出口側端部２５ａとガスタービン入口部３ａとの間隙Ｇ２、及び隣接する各トランジションピース２５の出口側端部２５ａ間の間隙Ｇ１を介してガスタービン入口流路３５側に流入（漏出）してしまう。

そこで、トランジションピース２５の出口側端部２５ａとガスタービン入口部３ａとの接続部には、燃焼用空気１１０のガスタービン入口流路３５側に流入（漏出）を防止するシール構造３０が設けられている。

このシール構造３０について図３乃至図５を用いて説明する。図３は、本発明のガスタービン燃焼器２の実施例１に採用されるトランジションピース２５の出口側端部２５ａをシール部材３０を分解して示し、図４は、図３のＸ−Ｘ線に沿った断面図、図５は、図３のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。

図３において、各トランジションピース２５は、内部にガスタービン入口流路３５に燃焼ガス１３０を導くトランジションピース２５内の流路３４を形成する筒状本体部４１と、この筒状本体部４１の出口側（下流側）端部４１ａの外周を取り囲むように（外周面に沿うように）設置され、ガスタービン３の上流側（入口側）であるガスタービン入口流路３５に接続される額縁を構成するトランジションピースフレーム４２とで構成されている。このトランジションピースフレーム（額縁）４２は、筒状本体部４１と一体に形成された一体部品でもよいし、筒状本体部４１の出口側端部４１ａに溶接等により接合される別個の部品であってもよい。

上記した筒状本体部４１の入口側端部４１ｂは、燃焼器ライナ２１の下流側端部に係合されるものであり、円筒型の燃焼器ライナ２１に応じて略円形状の流路断面を有する。また、筒状本体部４１の出口側端部４１ａ（トランジションピースフレーム（額縁）４２でもある）は、ガスタービン入口流路３５を形成するガスタービン入口部３ａに接続されるものであり、円環状の流路断面を有するガスタービン入口流路３５の形状に応じて、当該円環形状を周方向に複数に分割したような形状の流路断面を有している。

換言すると、筒状本体部４１の出口側端部４１ａ（トランジションピースフレーム（額縁）４２でもある）の流路断面は、径方向内側及び径方向外側の円弧と両円弧の両端部をそれぞれ結ぶ直線とで構成された略矩形（扇形）状となっている。

一方、トランジションピース２５内の流路３４は、筒状本体部４１の入口側端部４１ｂの流路断面と筒状本体部４１の出口側端部４１ａの流路断面とをなだらかな曲線で接続することで形成されている。

また、トランジションピースフレーム４２は、内側トランジションピースフレーム部４３と、外側トランジションピースフレーム部４４と、一対の側方トランジションピースフレーム部４５とで構成されている。

上記した内側トランジションピースフレーム部４３は、ガスタービン入口流路３５の径方向内縁側に対応した径方向位置に配置され、周方向に延在する円弧状の部分である。また、外側トランジションピースフレーム部４４は、内側トランジションピースフレーム部４３よりも径方向外側に位置し、周方向に延在する円弧状の部分である。更に、一対の側方トランジションピースフレーム部４５は、内側トランジションピースフレーム部４３の周方向の両側端部と外側トランジションピースフレーム部４４の周方向の両側端部との間にそれぞれ設けられ、径方向に延在する直線状の部分である。

図３及び図４に示すように、隣接するトランジションピースフレーム４２の側方トランジションピースフレーム部４５の対向面には、それぞれ径方向（側方トランジションピースフレーム部４５の延在方向）に沿って延在するサイドシール溝４５ａが設けられている。

また、隣接するトランジションピースフレーム４２の側方トランジションピースフレーム部４５間の隙間Ｇ１を封止するために、サイドシール５１が設置されている。このサイドシール５１は、隣接する側方トランジションピースフレーム部４５の両サイドシール溝４５ａに跨るように配置されており、両サイドシール溝４５ａに沿って延在している。

なお、サイドシール５１は、例えば、コバルト基合金等から成る長尺の平板状の部材であり、ガスタービン入口部３ａ側に下流面５１ａを有している。

また、上記したサイドシール５１は、図４に示すように、隣接するトランジションピース２５間の空間を流通する燃焼用空気１１０とトランジションピース２５内の流路３４からガスタービン入口流路３５へ向かって流通する燃焼ガス１３０（燃焼用空気１１０よりも圧力が低い）との圧力差によって、サイドシール溝４５ａを形成する一対の壁面のうちガスタービン入口流路３５側の壁面に押し付けられる。

このように、サイドシール５１を側方トランジションピースフレーム部４５のサイドシール溝４５ａと組合せることで、トランジションピース２５の外側を流通する燃焼用空気１１０がガスービン入口流路３５内に流入することを抑制することができる。

また、サイドシール５１と側方トランジションピースフレーム部４５のサイドシール溝４５ａとの間に、空間、いわゆる“遊び”が設けられているので、隣接するサイドシール溝４５ａの相対位置がトランジションピース２５の熱変形や振動により変化した場合でも、サイドシール５１の変形や摩耗を抑制しながら、トランジションピース２５を内包するケーシング２８の空間３２内の燃焼用空気１１０がガスタービン入口流路３５へ流入することを抑制できる。

また、図３及び図５に示すように、内側トランジションピースフレーム部４３とガスタービン入口部３ａとの隙間Ｇ２を封止するために、内周側フローティングシール５２が内側トランジションピースフレーム部４３とガスタービン入口部３ａとに跨るように配置されている。

この内周側フローティングシール５２は、内側トランジションピースフレーム部４３に沿って延在しており、一方側が内側トランジションピースフレーム部４３に係合すると共に、他方側がガスタービン入口部３ａの径方向内側の部分に係合している。

また、外側トランジションピースフレーム部４４とガスタービン入口部３ａとの隙間Ｇ２を封止するために、外周側フローティングシール５３が外側トランジションピースフレーム部４４とガスタービン入口部３ａとに跨るように配置されている。

この外周側フローティングシール５３は、外側トランジションピースフレーム部４４に沿って延在しており、一方側が外側トランジションピースフレーム部４４に係合すると共に、他方側がガスタービン入口部３ａの径方向外側の部分に係合している。

具体的には、図５に示すように、ガスタービン入口部３ａにおけるトランジションピースフレーム４２の内側トランジションピースフレーム部４３及び外側トランジションピースフレーム部４４の下流側端面に対向する入口側端面には、それぞれフローティングシール溝３ｂが設けられている。

内周側フローティングシール５２及び外周側フローティングシール５３は、横断面Ｕ字状に形成され上流側脚部５６ａと下流側脚部５６ｂとを有する第１係合部５６と、第１係合部５６の下流側脚部５６ｂから外側に略直角に折れ曲がって延在する横断面直線状の第２係合部５７とで構成されている。

なお、内周側フローティングシール５２及び外周側フローティングシール５３は、例えば、高温での耐摩耗性が高く、かつ、柔軟性があるコバルト基合金等により形成されている。

また、外周側フローティングシール５３では、第１係合部５６の上流側脚部５６ａ及び下流側脚部５６ｂが、外側トランジションピースフレーム部４４の上流側端面及び下流側端面を挟み込むことで、第１係合部５６が外側トランジションピースフレーム部４４に密着すると共に、第２係合部５７がガスタービン入口部３ａのフローティングシール溝３ｂ内に挿入されている。

外周側フローティングシール５３の第２係合部５７を、ガスタービン入口部３ａのフローティングシール溝３ｂ内に隙間をあけて配置することで、トランジションピース２５とガスタービン入口部３ａとの相対位置が熱変形により変化した場合でも、両者の干渉を防止しつつ、ケーシング２８の空間内の燃焼用空気１１０がガスタービン入口流路３５へ流入することを抑制できる。

また、外周側フローティングシール５３は、内周側フローティングシール５２と同様に、断面Ｕ字状の第１係合部５６により内側トランジションピースフレーム部４３を挟み込むように構成されているので、外周側フローティングシール５３自体や外側トランジションピースフレーム部４４が熱変形しても、両者の密着性を維持することができる。

なお、外周側フローティングシール５３が接触するトランジションピースフレーム４２の外側トランジションピースフレーム部４４も、耐摩耗性が高い材質で形成することで、熱変形や振動に伴う摩耗を抑制することができる。

特に詳述しないが、内周側フローティングシール５２についても、外周側フローティングシール５３と同様である。

また、内周側フローティングシール５２、外周側フローティングシール５３及びサイドシール５１では、隣接する各トランジションピース２５間の相対位置や、トランジションピース２５とガスタービン入口部３ａとの相対位置が熱変形や振動により変化した場合でも相互の干渉を避けるために、互いを結合させずにシール位置を相互にずらしている。

具体的には、内周側フローティングシール５２及び外周側フローティングシール５３は、図５に示すように、それぞれトランジションピース２５のトランジションピースフレーム４２の内側トランジションピースフレーム部４３及び外側トランジションピースフレーム部４４の下流側端面と接している。

一方、サイドシール５１は、図４に示すように、トランジションピースフレーム４２の側方トランジションピースフレーム部４５に設けたサイドシール溝４５ａに接している。つまり、内周側フローティングシール５２及び外周側フローティングシール５３のシール位置は、サイドシール５１のシール位置よりも相対的にガスタービン入口部３ａ側にずれている。

ところで、上記のように構成されたシール構造３０において、外側トランジションピースフレーム部４４の径方向先端部を断面Ｕ字状の外周側フローティングシール５３で覆う（囲う）ことで形成された空間６０に、リーク空気が流入してしまう。

以下、これについて説明する。

上記した外周側フローティングシール５３には、燃焼ガス１３０と燃焼用空気１１０との圧力差に伴う内外圧力差が作用する。しかも、外周側フローティングシール５３は、第１係合部５６の下流側脚部５６ｂが長く（面積大）、第１係合部５６の上流側脚部５６ａが短く（面積小）形成されている。

従って、燃焼ガス１３０と燃焼用空気１１０との圧力差によって、トランジションピース２５とガスタービン入口流路３５との接続部は、上流向き（図５の右から左向き）に荷重を受ける。

これにより、外側トランジションピースフレーム部４４と外周側フローティングシール５３との下流側タッチ面４２ｂは、上流向き（図５の右から左向き）に強固に押圧されていることからリークが発生しにくい。

一方、外側トランジションピースフレーム部４４と外周側フローティングシール５３との上流側タッチ面４２ａは、上流向き（図５の右から左向き）に荷重を受けないので、上流向きに押圧されないためリークが発生しやすい。

このようなことから、燃焼空気の一部は、外側トランジションピースフレーム部４４の径方向先端部を断面Ｕ字状の外周側フローティングシール５３で覆う（囲う）ことで形成された空間６０に、上流側タッチ面４２ａに発生した隙間からリークした空気が流入してしまう。

また、通常、トランジションピース２５をケーシング２８に固定するための支持部材（ヒンジ）が、外側トランジションピースフレーム部４４に取り付けられている。そして、外周側フローティングシール５３が支持部材と干渉することを回避するために、外周側フローティングシール５３の中央部には切欠きを設けてあり、この切欠きと支持部材とのギャップからリークした空気が空間６０へ流入してしまう。

上記した空間６０へ流入したリーク空気は、燃焼ガス１３０と燃焼用空気１１０との圧力差によって、外周側フローティングシール５３が上流向きに外側トランジションピースフレーム部４４に押し付けられているため、下流側タッチ面４２ｂからは流出しにくい。

従って、リーク空気は、トランジションピースフレーム（額縁）４２の周方向にフレームコーナー部４８へ向かって流れることになる。また、サイドシール５１は、外周側フローティングシール５３の下流端よりも上流側に位置している。よって、フレームコーナー部４８へ流れたリーク空気は、サイドシール５１の下流に流入する。

また、フレームコーナー部４８の下流側には、外周側フローティングシール５３の第１係合部５６の下流側脚部５６ｂが存在するため、リーク空気は外周から内周に向かって流れの向きを変え、外周側フローティングシール５３の第１係合部５６よりも内周で下流方向に再び向きを変えて流出する。

即ち、トランジションピースフレーム（額縁）４２と外周側フローティングシール５３の間の空間６０に流入したリーク空気は、図６に示すように、サイドシール５１の下流側の空間においては、ガスタービン３の外周から内周に向かい、更に下流に向きを変えて流れることになる。

そこで、本実施例では、図７、図８及び図９に示すように、互いに周方向に隣接する額縁のフレームコーナー部４８間に形成される間隙部Ｇに、この間隙部Ｇからガスタービン３側へリークするリーク空気をシールするコーナーシール部である肩シール部６４ａ及び６４ｂを設置している。この肩シール部６４ａ及び６４ｂは、外周側フローティングシール５３とサイドシール５１とは独立して別体に構成されている。

上記した肩シール部６４ａ及び６４ｂがシールする額縁のフレームコーナー部４８間に形成される間隙部からガスタービン３側へリークする空気は、額縁の周方向及び軸方向１１０ａ１及び１１０ａ２（図６参照）から流れるリーク空気である。

また、コーナーシール部である肩シール部６４ａ及び６４ｂは、各額縁のフレームコーナー部４８の周方向に相対向して設置されていると共に、各トランジションピースフレーム（額縁）４２のフレームコーナー部４８の周方向に相対向して設置されている肩シール部６４ａ及び６４ｂ間には、両者間を跨ぐようにトランジションピースフレーム（額縁）４２間から径方向に伸延するサイドシール５１が位置している。

また、各トランジションピースフレーム（額縁）４２のフレームコーナー部４８の周方向に相対向して設置されている各肩シール部６４ａ及び６４ｂは、トランジションピースフレーム（額縁）４２の径方向先端部を、断面Ｕ字状の外周側フローティングシール５３で覆うことで形成される空間６０の周方向出口を塞ぎ、空間６０に流入したリ−ク空気をシールして（塞いで）いる
これによって、空間６０に流入したリーク空気が、サイドシール５１の下流側の空間に流入することを防止している。

次に、本実施例で採用されている肩シール部６４ａの詳細について、図１０を用いて説明する。

図１０に示すように、本実施例で採用されている肩シール部６４ａは、径方向（図７の上下方向）に延びる直線部６４ａ１及びその直線部６４ａ１の両端から周方向（図７の左右方向）に延びる水平部６４ａ２で略Ｔ字状に形成されたブロック６４ａ３と、このブロック６４ａ３をトランジションピースフレーム（額縁）４２のフレームコーナー部４８に固定する固定部６４ａ４とから構成されている。

そして、ブロック６４ａ３のＴ字状の直線部６４ａ１及び水平部６４ａ２のガスタービン側（図１０左下斜め方向）の面６４ａ５が平面状に形成され、ブロック６４ａ３は、平面に形成されたブロック６４ａ３のＴ字状の水平部６４ａ２のガスタービン側とは反対側（図１０右上斜め方向）が、面６４ａ５の平面部分から連続して肉厚を持ち最外周側が曲面状に形成された第１ブロックＣと、平面に形成された前記ブロックのＴ字状の直線部面６４ａ１のガスタービン側とは反対側が、面６４ａ５の平面部分から連続して肉厚を持った四角柱で形成された第２ブロックＤとから構成されている。

また、本実施例では、各トランジションピースフレーム（額縁）４２のフレームコーナー部４８の周方向に相対向して設置されている一方の肩シール部６４ａと他方の肩シール部６４ｂは、一方の肩シール部６４ａを基準に他方の肩シール部６４ｂが逆Ｔ字状となるように配置され、一方及び他方の肩シール部６４ａ及び６４ｂは、Ｔ字状の水平部６４ａ２の一方端が、ブロック６４ａ３と一体に形成された固定部６４ａ４を介してトランジションピースフレーム（額縁）４２のフレームコーナー部４８に固定されていると共に、ブロック６４ａ３のＴ字状の直線部６４ａ１が、トランジションピースフレーム（額縁）４２のフレームコーナー部４８に直接固定されている。

具体的には、トランジションピースフレーム（額縁）４２の各フレームコーナー部４８には、図１１（ａ）及び図１２（ａ）に示すように、肩シール部６４ａ及び６４ｂの位置決め用であるＬ字状の切り欠き（溝）４８ａが設けられ、このＬ字状の切り欠き（溝）４８ａに、図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）に示すように、肩シール部６４ｂ（６４ａ）が溶接１０で固定されている。

肩シール部６４ａ及び６４ｂの位置決め用のＬ字状の切り欠き（溝）４８ａにより、周方向に隣接ずるトランジションピースフレーム４２のそれぞれの溶接位置を同じ高さとすることが可能となる。なお、肩シール部６４ａ及び６４ｂは、トランジションピースフレーム４２の出口側から溶接される。

これにより、フロースリーブを分解することなく、肩シール部６４ａ及び６４ｂをトランジションピースフレーム４２に固定することができる。

また、トランジションピースフレーム（額縁）４２のフレームコーナー部４８では、コーナーシール部６４ｂ（６４ａ）のブロック６４ａ３の平面部（６４ａ５）に沿ってサイドシール５１が配置されている。

また、本実施例での各トランジションピースフレーム（額縁）４２のフレームコーナー部４８の周方向に相対向して設置されている肩シール部６４ａ及び６４ｂのそれぞれには、隣接するトランジションピースフレーム（額縁）４２側に向かって突出するブロック６４ａ３のＴ字状の水平部６４ａ２の一部である凸部６５ａ及び６５ｂが形成されており（図８及び図９参照）、隣接ずる各肩シール部６４ａ及び６４ｂに形成されている凸部６５ａ及び６５ｂ同士をトランジションピースフレーム（額縁）４２の半径方向にオフセットすることで、段違い部６６が形成されている（図８及び図９参照）。

これによって、肩シール部固定部６４ａ及び６４ｂをすり抜けたリーク空気（額縁の周方向に流れるリーク空気１１０ａ１、額縁の軸方向に流れるリーク空気１１０ａ２、並びにサイドシール５１の裏側の内周側フローティングシール５２、外周側フローティングシール５３の各々が形成する隙間からのリーク空気）は、ガスタービン３の外周から内周（図１０の上から下）に向かう途中で段違い部６６を通過することになるため、この段違い部６６により、リーク空気の下流への流入を防止することができる。

また、肩シール固定部６４ａ４の周方向端部には、内周側フローティングシール５２及び外周側フローティングシール５３の形状に沿った半円柱状の閉止面が形成されている。この半円柱状の閉止面によって、内周側フローティングシール５２及び外周側フローティングシール５３の内側を両方向の周方向に流れるリーク空気、及び額縁の軸方向から流れるリーク空気がサイドシール５１の裏側に回り込むことを防止している。

また、肩シール部６４ａ及び６４ｂが周方向に熱伸びした際にも、凸部６５ａ及び６５ｂ同士が接触することはない。更に、段違い部６６が、サイドシール５１の下流側に形成されているため、リーク空気の下流側への流入を低減することができる。

また、段違い部６６を形成している各肩シール部６４ａ及び６４ｂに形成されている凸部６５ａ及び６５ｂの先端は、各トランジションピースフレーム（額縁）４２のフレームコーナー部４８の周方向に相対向して設置されている肩シール部６４ａ及び６４ｂと所定のギャップＧをもって配置されている。

このギャップＧがあることにより、肩シール部６４ａ及び６４ｂを各トランジションピースフレーム（額縁）４２のフレームコーナー部４８に組立てする際には、組立てし易くなる。

また、各トランジションピースフレーム（額縁）４２のフレームコーナー部４８の周方向に相対向して設置されている肩シール部６４ａ及び６４ｂに形成されている凸部６５ａ及び６５ｂ同士は、トランジションピースフレーム（額縁）４２の周方向にオ−バーラップしている。

これは、運転時に熱伸びによって凸部６５ａ及び６５ｂ同士がオ−バーラップするもので、凸部６５ａ及び６５ｂ同士がオ−バーラップすることにより、リーク空気の下流への流入をさらに低減することができる。

また、外側トランジションピースフレーム部４４の左右のフレームコーナー部４８に設けた段違い部６６の半径方向位置は、外周側フローティングシール５３の最内周よりも外周側に位置している。つまり、外周側フローティングシール５３のＵ字部の内側に入り込んでいる。

逆に、ガスタービン燃焼器２の内側トランジションピースフレーム部４３の各肩シール部６４ａ及び６４ｂに形成されている段違い部６６の半径方向位置は、内周側フローティングシール５２の最外周よりも内側に位置している。即ち、内側トランジションピースフレーム部４３の左右のフレームコーナー部４８に設けた段違い部６６の半径方向位置は、内周側フローティングシール５２の最外周よりも内周側に位置している。これは、リーク低減のために必須である。

このような本実施例の構成とすることにより、トランジションピースフレーム（額縁）４２の角部におけるサイドシール５１と内周側及び外周側フローティングシール５２及び５３の交差する部分に、シール部材同士の干渉を回避するための間隙（間隔）を設けた場合にも、ガスタービン燃焼器のトランジションピース２５の出口側端部２５ａとガスタービン入口部３ａとの接続部におけるシール性能を高めることができる。

また、ブロック６４ａ３のＴ字状の直線部６４ａ１及び水平部６４ａ２のガスタービン側（図１０左下斜め方向）の面６４ａ５が平面状に形成されているため、肩シール部６４ａ及び６４ｂ等を溶接固定する際の作業性が良好となる。

図１３に、本発明のガスタービン燃焼器の実施例２における周方向に隣接するトランジションピースフレーム（額縁）４２のフレームコーナー部を示す。

図１３に示す本実施例では、実施例１で説明した肩シール部６４ａ及び６４ｂが、サイドシール５１を挟んで、ブロック６４ａ３の平面部が、燃焼ガス１３０の流通方向に相対向して２個配置されている。

このような本実施例であっても、ガスタービン燃焼器のトランジションピース２５の出口側端部２５ａとガスタービン入口部３ａとの接続部におけるシール性能を高めることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…圧縮機、２…ガスタービン燃焼器、３…ガスタービン、３ａ…ガスタービン入口部、３ｂ…フローティングシール溝、４…駆動軸、６…発電機、１０…溶接、２１…燃焼器ライナ、２２…燃料ノズル、２３…燃焼器外筒、２４…エンドカバー、２５…トランジションピース、２５ａ…トランジションピースの出口側端部、２７…固定部材、２８…ケーシング、３０…シール構造、３１…燃焼室、３２…ケーシング内の空間、３３…空気流路、３４…トランジションピース内の流路、３５…ガスタービン入口流路、４１…筒状本体部、４１ａ…筒状本体部の出口側端部、４１ｂ…筒状本体部の入口側端部、４２…トランジションピースフレーム（額縁）、４２ａ…外側トランジションピースフレーム部と外周側フローティングシールとの上流側タッチ面、４２ｂ…外側トランジションピースフレーム部と外周側フローティングシールとの下流側タッチ面、４３…内側トランジションピースフレーム部、４４…外側トランジションピースフレーム部、４５…側方トランジションピースフレーム部、４５ａ…サイドシール溝、４８…フレームコーナー部、４８ａ…Ｌ字状の切り欠き（溝）、５１…サイドシール、５１ａ…サイドシールの下流面、５２…内周側フローティングシール、５３…外周側フローティングシール、５６…第１係合部、５６ａ…第１係合部の上流側脚部、５６ｂ…第１係合部の下流側脚部、５７…第２係合部、６０…トランジションピースフレームとフローティングシールに囲まれた空間、６４ａ、６４ｂ…肩シール部、６４ａ１…肩シール部の直線部、６４ａ２…肩シール部の水平部、６４ａ３…肩シール部のブロック、６４ａ４…肩シール部の固定部、６５ａ、６５ｂ…肩シール部の凸部、６６…段違い部、１００…外気、１１０…燃焼用空気、１１０ａ１、１１０ａ２…リーク空気、１２０…燃料、１３０…燃焼ガス。

Claims (14)

1. 高温の燃焼ガスが内部に流れるガスタービン燃焼器の複数のトランジションピースと、該各トランジションピースのそれぞれの下流側（出口側）の周方向に沿って設置されると共に、ガスタービンの上流側（入口側）に接続された複数の額縁とを備え、
   複数の前記額縁のそれぞれは、その内外周における前記額縁と前記ガスタービン間の間隙をシールするフローティングシール及び互いに周方向に隣接する前記額縁間の間隙をシールするサイドシールを有するガスタービン燃焼器であって、
   互いに周方向に隣接する前記額縁のコーナー部間に形成される間隙部に設置され、少なくとも前記間隙部から前記ガスタービン側へ流入する空気をシールし、かつ、前記フローティングシールと前記サイドシールとは独立したコーナーシール部を備えていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
2. 請求項１に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記額縁のコーナー部間に形成される前記間隙部から前記ガスタービン側へ流入する空気は、前記額縁の周方向及び軸方向からのリーク空気であることを特徴とするガスタービン燃焼器。
3. 請求項１又は２に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記コーナーシール部は、前記各額縁のコーナー部の周方向に相対向して設置されていると共に、前記各額縁のコーナー部の周方向に相対向して設置されている前記コーナーシール部間には、両者間を跨ぐように前記額縁間から径方向に伸延する前記サイドシールが位置していることを特徴とするガスタービン燃焼器。
4. 請求項３に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記各額縁のコーナー部の周方向に相対向して設置されている前記各コーナーシール部は、前記額縁の径方向先端部を断面Ｕ字状の前記フローティングシールで覆うことで形成される空間の周方向出口を塞ぎ、前記空間に流入したリ−ク空気をシールしていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
5. 請求項３又は４に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記各額縁のコーナー部の周方向に相対向して設置されている前記各コーナーシール部の一方の前記コーナーシール部は、径方向に延びる直線部及びその直線部の両端から周方向に延びる水平部で略Ｔ字状に形成されたブロックと、該ブロックを前記額縁のコーナー部に固定する固定部とから成り、
   前記ブロックのＴ字状の前記直線部及び水平部の前記ガスタービン側の面が平面状に形成され、前記ブロックは、平面に形成された前記ブロックのＴ字状の前記水平部の前記ガスタービン側とは反対側が、前記平面部分から連続して肉厚を持ち最外周側が曲面状に形成された第１ブロックと、平面に形成された前記ブロックのＴ字状の前記直線部の前記ガスタービン側とは反対側が、前記平面部分から連続して肉厚を持った四角柱で形成された第２ブロックとから構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
6. 請求項５に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記各額縁のコーナー部の周方向に相対向して設置されている前記各コーナーシール部の一方の前記コーナーシール部と他方の前記コーナーシール部は、一方の前記コーナーシール部を基準に他方の前記コーナーシール部が逆Ｔ字状となるように配置され、
   一方及び他方の前記コーナーシール部は、前記Ｔ字状の水平部の一方端が、前記ブロックと一体に形成された前記固定部を介して前記額縁のコーナー部に固定されていると共に、前記ブロックのＴ字状の前記直線部が、前記額縁のコーナー部に直接固定されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
7. 請求項６に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記額縁の各コーナー部には切り欠き（溝）が設けられ、この切り欠き（溝）に前記コーナーシール部が固定されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
8. 請求項７に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記切り欠き（溝）はＬ字状に形成され、このＬ字状の切り欠き（溝）に前記コーナーシール部が溶接固定されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
9. 請求項５乃至８のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記額縁のコーナー部では、前記コーナーシール部の前記ブロックの平面部に沿って前記サイドシールが配置されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
10. 請求項５乃至９のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器であって、
    前記各額縁のコーナー部の周方向に相対向して設置されている前記コーナーシール部のそれぞれには、隣接する前記額縁側に向かって突出する前記ブロックのＴ字状の前記水平部の一部である凸部が形成されており、隣接ずる前記各コーナーシール部に形成されている前記凸部同士を前記額縁の半径方向にオフセットすることで段違い部が形成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
11. 請求項１０に記載のガスタービン燃焼器であって、
    前記段違い部を形成している前記各コーナーシール部に形成されている前記凸部の先端は、前記各額縁のコーナー部の周方向に相対向して設置されている前記コーナーシール部と所定のギャップをもって配置されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
12. 請求項１１に記載のガスタービン燃焼器であって、
    前記各額縁のコーナー部の周方向に相対向して設置されている前記各コーナーシール部に形成されている前記凸部同士は、前記額縁の周方向にオ−バーラップしていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
13. 請求項１２に記載のガスタービン燃焼器であって、
    前記ガスタービン燃焼器の外側トランジションピースフレーム部の前記各コーナーシール部に形成されている前記段違い部の半径方向位置は、前記フローティングシールの最内周よりも外周側に位置し、前記ガスタービン燃焼器の内側トランジションピースフレーム部の前記各コーナーシール部に形成されている前記段違い部の半径方向位置は、前記フローティングシールの最外周よりも内側に位置していることを特徴とするガスタービン燃焼器。
14. 請求項１３に記載のガスタービン燃焼器であって、
    前記コーナーシール部は、前記サイドシールを挟んで、前記ブロックの平面部が前記燃焼ガスの流通方向に相対向して２個配置されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

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