JP7348784B2 - 出口シール、出口シールセット、及びガスタービン - Google Patents

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Description

本発明は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスが流入するタービンの静翼におけるシュラウドとを接続する出口シール、出口シールセット、及び出口シールを備えるガスタービンに関する。
ガスタービンは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスで駆動するタービンと、を備える。燃焼器は、燃料を噴射するバーナと、燃料の燃焼で生成された燃焼ガスをタービンに送る尾筒と、を有する。タービンは、軸線を中心として回転するタービンロータと、このロータを覆うタービンケーシングと、複数の静翼列と、を備える。タービンロータは、軸線を中心とするロータ軸と、ロータ軸に取り付けられている複数の動翼列と、を有する。複数の動翼列は、軸線が延びる軸線方向に並んでいる。各動翼列は、いずれも、軸線に対する周方向に並ぶ複数の動翼を有する。複数の静翼列は、軸線方向に並んで、タービンケーシングの内周側に取り付けられている。複数の静翼列のそれぞれは、複数の動翼列のうちのいずれか一の動翼列の軸線上流側に配置されている。各静翼列は、いずれも、軸線に対する周方向に並ぶ複数の静翼を有する。
複数の静翼列のうち、最も軸線上流側の静翼列を構成する初段静翼のシュラウドと、燃焼器の尾筒のフランジとは、出口シール(又は尾筒シール)で接続されている。
以下の特許文献1には、出口シールが開示されている。出口シールは、外側出口シールと、内側出口シールとがある。外側出口シールは、尾筒のフランジのうちで前述の軸線に対する径方向外側の部分と、初段静翼の外側シュラウドとを接続する。また、内側出口シールは、尾筒のフランジのうちで前述の軸線に対する径方向内側の部分と、初段静翼の内側シュラウドとを接続する。いずれの出口シールも、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の外縁の一部を画定するガスパス面と、尾筒のフランジに接続される燃焼器接続部と、初段静翼のシュラウドに接続される静翼接続部と、を有する。内側出口シールのガスパス面は、軸線を含む断面で、軸線上流側から軸線下流側に向かうに連れて次第に径方向内側に向かう傾斜面を有する。すなわち、この傾斜面は、燃焼ガス流路の流路面積が大きくなるよう、軸線に対して傾斜している。
特開2004-225688号公報
タービンの効率の観点から、尾筒から初段静翼に燃焼ガスが送られる過程での圧力損失の低減が望まれる。また、部品の熱損傷を抑える等の観点から、出口シールと接続対象部品との間への燃焼ガスの流出抑制が望まれる。
そこで、本発明は、圧力損失を低減することができると共に、接続対象部品との間への燃焼ガスの流出抑制を図ることができる出口シール、出口シールセット、及び出口シールを備えるガスタービンを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための発明に係る一態様の出口シールは、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器からの前記燃焼ガスが流入するタービンの静翼におけるシュラウドとを接続する。この出口シールは、軸線に対する垂直な断面での形状が前記軸線を中心として円弧を成し、前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の外縁の一部を画定するガスパス面と、前記軸線が延びる軸線方向における第一側と第二側とのうち、前記第一側に形成され、前記燃焼器に接続される第一接続部と、前記軸線方向における前記第二側に形成され、前記シュラウドに接続される第二接続部と、を有する。前記ガスパス面は、前記第一側から前記第二側に向かうに連れて前記燃焼ガス流路の流路面積が小さくなるよう、前記軸線を含む断面で前記軸線に対して傾斜している傾斜面を有する。前記第二接続部は、前記第一側に凹むシュラウド篏合溝を有する。前記シュラウド篏合溝は、前記軸線方向に延び、前記軸線に対する径方向で互いに対向する第一溝側面及び第二溝側面と、前記第一溝側面における前記第一側と前記第二溝側面における前記第一側とを接続し、前記第二側を向く溝底面と、を有して画定される。前記第一溝側面は、前記径方向で前記ガスパス面とは反対側を向く。前記傾斜面は、前記軸線方向で前記第一溝側面が存在する溝存在域よりも前記第一側に存在する第一側傾斜面と、前記軸線方向における前記溝存在域に存在し、前記第一側傾斜面に対して連続する第二側傾斜面と、を有する。
ガスタービンによっては、燃焼器の尾筒におけるガスパス面の第二側の端を含む第二側部が、第二側に向かうに連れて燃焼ガスの流路面積が小さくなるよう、軸線を含む断面で軸線に対して傾斜している場合がある。さらに、シュラウドのガスパス面の第一側の端を含む第一側部が、第二側に向かうに連れて燃焼ガスの流路面積が小さくなるよう、軸線を含む断面で軸線に対して傾斜している場合がある。このような場合に、本態様の出口シールを用いると、尾筒のガスパス面中の第二側部に沿って流れてきた燃焼ガスは、スムーズに出口シールのガスパス面に沿って流れる。さらに、出口シールのガスパス面に沿って流れてきた燃焼ガスは、スムーズにシュラウドのガスパス面中の第一側部に沿って流れる。
従って、本態様では、尾筒から静翼に燃焼ガスが送られる過程での圧力損失の低減を図ることができる。さらに、本態様では、出口シールと尾筒との間への燃焼ガスの流出、及び出口シールとシュラウドとの間への燃焼ガスの流出を抑制することができる。
前記第二側傾斜面を有する、前記態様の出口シールにおいて、前記第二側傾斜面と前記第一溝側面との間の前記径方向における距離は、前記第二側に向かうに連れて次第に大きくなってもよい。
前記第二側傾斜面を有する、前記態様の出口シールにおいて、前記第一溝側面と前記第二溝側面との間の前記径方向における距離は、前記第二側傾斜面と前記第一溝側面との間の前記径方向における最短距離より、大きくてもよい。
シュラウド篏合溝には、シュラウドの一部が入り込む。これにより燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを外部に漏れ難くしている。本態様では、シュラウド篏合溝の溝幅の距離よりも、第二側傾斜面と第一溝側面との間の径方向における最短距離が小さい。この結果、シュラウド篏合溝にシュラウドの一部が入り込む位置は、軸線に対する径方向において、より燃焼ガス流路に近い位置に設けられる。したがって、軸線に対する径方向において、燃焼ガス流路に近い位置で、燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスの外部への漏れを抑制することができる。つまり、燃焼ガス流路の燃焼ガスが、出口シールとシュラウドとの間に入り込むことを抑制することができる。このため、軸線に対する径方向において、燃焼ガス流路に遠い位置で、燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスの外部への漏れを抑制する場合よりも、燃焼ガス流路の燃焼ガスが、出口シールとシュラウドとの間に入り込むことを抑制することができる。これにより、燃焼ガス流路の燃焼ガスが出口シールとシュラウドとの間に入り込む距離が短くなるので、出口シールとシュラウドとの高温化を抑制できる。さらに、燃焼ガスが出口シールとシュラウドとの間に入り込んだ際に、入り込んだ燃焼ガスをパージアウトするために必要な冷却空気の量も低減することができる。
前記第二側傾斜面を有する、以上のいずれかの前記態様の出口シールにおいて、前記第一側傾斜面の前記第一側の少なくとも一部は、前記径方向で、前記シュラウド篏合溝が存在する領域内に存在してもよい。
前記第二側傾斜面を有する、以上のいずれかの前記態様の出口シールにおいて、前記軸線を含む仮想面と前記第一側傾斜面とが交わる第一傾斜線に対して、前記仮想面と前記第二側傾斜面とが交わる第二傾斜線は、平行であってもよい。
以上のいずれかの前記態様の出口シールにおいて、前記軸線に対する径方向で前記ガスパス面とは反対側を向く反ガスパス面と、前記ガスパス面と前記反ガスパス面との間を前記軸線方向の方向成分を含む方向に延びる冷却空気通路と、を有してもよい。この場合、前記冷却空気通路は、前記反ガスパス面で開口する入口を有する。
前記冷却空気通路を有する、前記態様の出口シールにおいて、前記冷却空気通路と前記ガスパス面との間の前記径方向における距離は、前記第二側に向かうに連れて次第に小さくなってもよい。
本態様では、冷却空気通路を流れる冷却空気により、ガスパス面中の第二側の部分を効率的に冷却することができる。
以上のいずれかの前記態様の出口シールにおいて、前記第一接続部は、前記軸線に対する径方向で前記ガスパス面を基準にして前記燃焼ガス流路とは反対側である反ガスパス側に凹む燃焼器篏合溝を有してもよい。この場合、前記燃焼器篏合溝は、前記径方向に延び、前記軸線方向で互いに対向する第一溝側面及び第二溝側面と、前記第一溝側面における前記反ガスパス側の端と前記第二溝側面における前記反ガスパス側の端とを接続し、前記径方向で前記ガスパス面を基準にして前記燃焼ガス流路が存在する側であるガスパス側を向く溝底面と、を有して画定される。前記燃焼器篏合溝の前記第一溝側面は、前記ガスパス面における前記第一側の端から前記反ガスパス側に延び、且つ前記第一側を向く。
また、上記目的を達成するための発明に係る他の態様の出口シールは、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器からの前記燃焼ガスが流入するタービンの静翼におけるシュラウドとを接続する。この出口シールは、軸線に対する垂直な断面での形状が前記軸線を中心として円弧を成し、前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の外縁の一部を画定するガスパス面と、前記軸線が延びる軸線方向における第一側と第二側とのうち、前記第一側に形成され、前記燃焼器に接続される第一接続部と、前記軸線方向における前記第二側に形成され、前記シュラウドに接続される第二接続部と、を有する。前記ガスパス面は、前記第一側から前記第二側に向かうに連れて前記燃焼ガス流路の流路面積が小さくなるよう、前記軸線を含む断面で前記軸線に対して傾斜している傾斜面を有する。前記第一接続部は、前記軸線に対する径方向で前記ガスパス面を基準にして前記燃焼ガス流路とは反対側である反ガスパス側に凹む燃焼器篏合溝を有する。前記燃焼器篏合溝は、前記径方向に延び、前記軸線方向で互いに対向する第一溝側面及び第二溝側面と、前記第一溝側面における前記反ガスパス側の端と前記第二溝側面における前記反ガスパス側の端とを接続し、前記径方向で前記ガスパス面を基準にして前記燃焼ガス流路が存在する側であるガスパス側を向く溝底面と、を有して画定されている。前記燃焼器篏合溝の前記第一溝側面は、前記ガスパス面における前記第一側の端から前記反ガスパス側に延び、且つ前記第一側を向く。
以上のいずれかの前記態様の出口シールにおいて、前記ガスパス面は、前記軸線に対する径方向内側を向き、前記ガスパス面における前記傾斜面は、前記第一側から前記第二側に向かうに連れて前記軸線に近づくよう傾斜していてもよい。
以上のいずれかの前記態様の出口シールにおいて、前記ガスパス面は、前記軸線に対する径方向外側を向き、前記ガスパス面における前記傾斜面は、前記第一側から前記第二側に向かうに連れて前記軸線から遠ざかるよう傾斜していてもよい。
上記目的を達成するための発明に係る一態様の出口シールセットは、
前記ガスパス面が前記軸線に対する径方向内側を向く、前記態様の出口シールである外側出口シールと、前記ガスパス面は、前記軸線に対する径方向外側を向く、前記態様の出口シールである内側出口シールと、を備える。この場合、前記内側出口シールの前記ガスパス面における前記傾斜面と前記軸線との角度は、前記外側出口シールの前記ガスパス面における前記傾斜面と前記軸線との角度と異なってもよい。
上記目的を達成するための発明に係る一態様のガスタービンは、
以上のいずれかの前記態様の出口シールと、前記燃焼器と、前記タービンと、を備える。前記燃焼器は、前記軸線方向の方向成分を含む方向に延びる尾筒と、前記尾筒の内周側の空間である燃焼空間内に燃料を噴射するバーナと、を有する。前記タービンは、前記軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、前記タービンケーシングに取り付けられている複数の静翼列と、を有する。前記タービンロータは、前記軸線を中心とするロータ軸と、前記ロータ軸に取り付けられている複数の動翼列と、を有する。複数の前記動翼列は、前記軸線方向に並ぶ。複数の前記静翼列のそれぞれは、複数の前記動翼列のうちのいずれか一の動翼列よりも、前記軸線に対する軸線上流側に配置されている。複数の前記静翼列のそれぞれは、前記軸線に対する周方向に並ぶ複数の静翼を有する。複数の前記静翼は、いずれも、前記軸線に対する径方向に延びる翼体と、前記翼体の前記径方向の端に形成されている前記シュラウドと、を有する。前記出口シールは、前記燃焼器の前記尾筒と、複数の前記静翼列のうちで最も前記軸線上流側の初段静翼列が有する初段静翼の前記シュラウドと、を接続する。前記軸線方向における前記第一側は、前記軸線上流側であり、前記軸線方向における前記第二側は、前記軸線方向で前記軸線上流側とは反対側の軸線下流側である。
ここで、前記態様のガスタービンにおいて、前記初段静翼の前記シュラウドは、自身を基準にして前記翼体が存在する側を向き、前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の外縁の一部を画定するシュラウドガスパス面を有する。また、前記尾筒は、前記軸線方向の方向成分を含む方向に延び、内周側に前記燃焼空間を形成する筒と、前記筒の前記軸線下流側から前記筒の外周側に向かって突出するフランジと、を有する。前記筒の内周面は、前記燃焼空間の外縁を画定する燃焼器ガスパス面を成す。前記出口シールは、前記軸線方向の方向成分を含む方向で前記燃焼器ガスパス面の一部に対して前記ガスパス面が連なり、前記軸線方向の方向成分を含む方向で前記シュラウドガスパス面の一部に対して前記ガスパス面が連なるよう、前記初段静翼の前記シュラウドと前記尾筒の前記フランジとを接続する。
また、上記目的を達成するための発明に係る他の態様のガスタービンは、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器からの前記燃焼ガスが流入するタービンと、前記燃焼器と、前記燃焼器からの前記燃焼ガスが流入する前記タービンの静翼におけるシュラウドとを接続する出口シールと、を備える。前記出口シールは、軸線に対する垂直な断面での形状が前記軸線を中心として円弧を成し、前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の外縁の一部を画定するガスパス面と、前記軸線が延びる軸線方向における第一側と第二側とのうち、前記第一側に形成され、前記燃焼器に接続される第一接続部と、前記軸線方向における前記第二側に形成され、前記シュラウドに接続される第二接続部と、を有する。前記ガスパス面は、前記第一側から前記第二側に向かうに連れて前記燃焼ガス流路の流路面積が小さくなるよう、前記軸線を含む断面で前記軸線に対して傾斜している傾斜面を有する。前記燃焼器は、前記軸線方向の方向成分を含む方向に延びる尾筒と、前記尾筒の内周側の空間である燃焼空間内に燃料を噴射するバーナと、を有する。前記タービンは、前記軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、前記タービンケーシングに取り付けられている複数の静翼列と、を有する。前記タービンロータは、前記軸線を中心とするロータ軸と、前記ロータ軸に取り付けられている複数の動翼列と、を有する。複数の前記動翼列は、前記軸線方向に並ぶ。複数の前記静翼列のそれぞれは、複数の前記動翼列のうちのいずれか一の動翼列よりも、前記軸線に対する軸線上流側に配置されている。複数の前記静翼列のそれぞれは、前記軸線に対する周方向に並ぶ複数の静翼を有する。複数の前記静翼は、いずれも、前記軸線に対する径方向に延びる翼体と、前記翼体の前記径方向の端に形成されている前記シュラウドと、を有する。前記出口シールは、前記燃焼器の前記尾筒と、複数の前記静翼列のうちで最も前記軸線上流側の初段静翼列が有する初段静翼の前記シュラウドと、を接続する。前記軸線方向における前記第一側は、前記軸線上流側であり、前記軸線方向における前記第二側は、前記軸線方向で前記軸線上流側とは反対側の軸線下流側である。前記初段静翼の前記シュラウドは、自身を基準にして前記翼体が存在する側を向き、前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の外縁の一部を画定するシュラウドガスパス面を有する。前記尾筒は、前記軸線方向の方向成分を含む方向に延び、内周側に前記燃焼空間を形成する筒と、前記筒の前記軸線下流側から前記筒の外周側に向かって突出するフランジと、を有する。前記筒の内周面は、前記燃焼空間の外縁を画定する燃焼器ガスパス面を成す。前記出口シールは、前記軸線方向の方向成分を含む方向で前記燃焼器ガスパス面の一部に対して前記ガスパス面が連なり、前記軸線方向の方向成分を含む方向で前記シュラウドガスパス面の一部に対して前記ガスパス面が連なるよう、前記初段静翼の前記シュラウドと前記尾筒の前記フランジとを接続する。
前記態様のガスタービンにおいて、前記燃焼器ガスパス面は、自身の前記軸線下流側の部分であって、前記軸線方向の方向成分を含む方向で前記出口シールの前記ガスパス面に連なるシール連続ガスパス面を有する。前記シュラウドガスパス面は、前記自身の前記軸線上流側の部分であって、前記軸線方向の方向成分を含む方向で前記出口シールの前記ガスパス面に連なるシール連続ガスパス面を有する。前記軸線を含む前記断面で、前記軸線に対する前記燃焼器ガスパス面の前記シール連続ガスパス面の角度は、前記軸線に対する前記傾斜面の角度以上であり、前記断面で、前記軸線に対する前記シュラウドガスパス面の前記シール連続ガスパス面の角度は、前記軸線に対する前記傾斜面の角度以下である。又は、前記軸線を含む前記断面で、前記軸線に対する前記燃焼器ガスパス面の前記シール連続ガスパス面の角度は、前記軸線に対する前記傾斜面の角度以下であり、前記断面で、前記軸線に対する前記シュラウドガスパス面の前記シール連続ガスパス面の角度は、前記軸線に対する前記傾斜面の角度以上である。
前記態様のガスタービンにおいて、前記軸線に対する前記燃焼器ガスパス面の前記シール連続ガスパス面の角度と前記軸線に対する前記傾斜面の角度との角度差、及び、前記軸線に対する前記シュラウドガスパス面の前記シール連続ガスパス面の角度と前記軸線に対する前記傾斜面の角度との角度差は、20°以下であってよい。
本態様では、軸線に対する尾筒のシール連続ガスパス面の角度と軸線に対する出口シールの傾斜面の角度との角度差、及び、軸線に対するシュラウドのシール連続ガスパス面の角度と軸線に対する出口シールの傾斜面の角度との角度差が小さい。このため、本態様では、尾筒のシール連続ガスパス面に沿って流れてきた燃焼ガスは、スムーズに出口シールのガスパス面に沿って流れる。さらに、出口シールのガスパス面に沿って流れてきた燃焼ガスは、スムーズにシュラウドのシール連続ガスパス面に沿って流れる。
以上のいずれかの前記態様のガスタービンにおいて、前記シュラウドガスパス面の前記シール連続ガスパス面は、前記軸線上流側から前記軸線下流側に向かうに連れて前記燃焼ガス流路の流路面積が小さくなるよう、前記軸線を含む前記断面で前記軸線に対して傾斜している傾斜面を有してもよい。
本発明の一態様によれば、燃焼器から初段静翼に燃焼ガスが送られる過程での圧力損失を低減することができると共に、接続対象部品との間への燃焼ガスの流出抑制を図ることができる。
本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの模式的な断面図である。 本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部断面図である。 本発明に係る一実施形態における複数の燃焼器を軸線下流側から見た図である。 本発明に係る第一実施形態における出口シール及びその周りの断面図である。 本発明に係る第一実施形態における出口シールの断面図である。 本発明に係る第一実施形態における尾筒のガスパス面、出口シールのガスパス面、及びシュラウドのガスパス面の軸線に対する角度を示す説明図である。 本発明に係る第二実施形態における出口シール及びその周りの断面図である。 本発明に係る第三実施形態における出口シール及びその周りの断面図である。 本発明に係る第三実施形態における尾筒のガスパス面、出口シールのガスパス面、及びシュラウドのガスパス面の軸線に対する角度を示す説明図である。
以下、本発明の各種実施形態及びその変形例について、図面を参照して詳細に説明する。
「ガスタービンの実施形態」
ガスタービンの実施形態について、図1~図4を参照して説明する。
図1に示すように、本実施形態のガスタービン10は、空気Aを圧縮する圧縮機20と、圧縮機20で圧縮された空気A中で燃料Fを燃焼させて燃焼ガスGを生成する複数の燃焼器30と、燃焼ガスGにより駆動するタービン40と、を備えている。
圧縮機20は、軸線Arを中心として回転する圧縮機ロータ21と、圧縮機ロータ21を覆う圧縮機ケーシング25と、複数の静翼列26と、を有する。タービン40は、軸線Arを中心として回転するタービンロータ41と、タービンロータ41を覆うタービンケーシング45と、複数の静翼列46と、を有する。なお、以下では、軸線Arが延びる方向を軸線方向Da、この軸線Arを中心とした周方向を単に周方向Dcとし、軸線Arに対して垂直な方向を径方向Drとする。また、軸線方向Daの一方側を軸線上流側Dau、その反対側を軸線下流側Dadとする。また、径方向Drで軸線Arに近づく側を径方向内側Dri、その反対側を径方向外側Droとする。
圧縮機20は、タービン40に対して軸線上流側Dauに配置されている。
圧縮機ロータ21とタービンロータ41とは、同一軸線Ar上に位置し、互いに接続されてガスタービンロータ11を成す。このガスタービンロータ11には、例えば、発電機GENのロータが接続されている。ガスタービン10は、さらに、中間ケーシング16を備える。この中間ケーシング16は、軸線方向Daで、圧縮機ケーシング25とタービンケーシング45との間に配置されている。圧縮機ケーシング25と中間ケーシング16とタービンケーシング45とは、互いに接続されてガスタービンケーシング15を成す。
圧縮機ロータ21は、軸線Arを中心として軸線方向Daに延びるロータ軸22と、このロータ軸22に取り付けられている複数の動翼列23と、を有する。複数の動翼列23は、軸線方向Daに並んでいる。各動翼列23は、いずれも、周方向Dcに並んでいる複数の動翼23aで構成されている。複数の動翼列23の各軸線下流側Dadには、複数の静翼列26のうちのいずれか一の静翼列26が配置されている。各静翼列26は、圧縮機ケーシング25の内側に設けられている。各静翼列26は、いずれも、周方向Dcに並んでいる複数の静翼26aで構成されている。
タービンロータ41は、図1及び図2に示すように、軸線Arを中心として軸線方向Daに延びるロータ軸42と、このロータ軸42に取り付けられている複数の動翼列43と、を有する。複数の動翼列43は、軸線方向Daに並んでいる。各動翼列43は、いずれも、周方向Dcに並んでいる複数の動翼43aで構成されている。複数の動翼列43の各軸線上流側Dauには、複数の静翼列46のうちのいずれか一の静翼列46が配置されている。各静翼列46は、タービンケーシング45の内側に設けられている。各静翼列46は、いずれも、周方向Dcに並んでいる複数の静翼46aで構成されている。
ロータ軸42の外周側とタービンケーシング45の内周側との間であって、軸線方向Daで静翼46a及び動翼43aが配置されている環状の空間は、燃焼器30からの燃焼ガスGが流れる燃焼ガス流路49を成す。この燃焼ガス流路49は、軸線Arを中心として環状を成し、軸線方向Daに長い。
複数の燃焼器30は、軸線Arを中心として周方向Dcに並んで、中間ケーシング16に取り付けられている。燃焼器30は、図2に示すように、燃料が燃焼する尾筒35と、この尾筒35内に燃料を噴射する複数のバーナ31と、複数のバーナ31を支えるバーナ枠32と、を有する。尾筒35は、燃焼器軸線Ca周りに筒状の筒36と、この筒36の一端から外周側に突出したフランジ37と、を有する。この筒36の他端には、バーナ枠32が装着されている。この筒36の内周側が燃焼空間34を形成する。この筒36は、燃焼器30が中間ケーシング16に取り付けられている状態では、軸線下流側Dadの方向成分を含む方向に延びている。フランジ37は、この筒36の軸線下流側Dadの下流側端に設けられている。
複数の静翼列46のうち、最も軸線上流側Dauの初段静翼列46を構成する初段静翼46aと、尾筒35のフランジ37とは、出口シール70で接続されている。なお、以下では、初段静翼46aを単に静翼50とする。
筒36で、バーナ枠32が装着される他端の形状は、軸線方向Daから見て、燃焼器軸線Ca(図2参照)を中心としてほぼ円形である。一方、この筒36で、フランジ37が形成されている一端の形状は、図3に示すように、軸線方向Daから見て、ほぼ等脚台形である。筒36の内周面であるガスパス面(燃焼器ガスパス面)38は、燃焼空間34の外縁を画定する。このガスパス面38は、外側ガスパス面(燃焼器外側ガスパス面)38oと、内側ガスパス面(燃焼器内側ガスパス面)38iと、一対の周側ガスパス面(燃焼器周側ガスパス面)38sと、を有する。外側ガスパス面38oは、等脚台形の下底辺に相当する。内側ガスパス面38iは、等脚台形の上底辺に相当する。但し、外側ガスパス面38o及び内側ガスパス面38iは、平面ではなく、軸線Arを中心とする円弧面である。
軸線Arを含む断面で、外側ガスパス面38o及び内側ガスパス面38iは、いずれも、軸線方向Daの方向成分を含む方向に延びている。図4に示すように、内側ガスパス面38iの軸線下流側Dadの端を含む下流側部は、ほぼ軸線方向Daに延びている。また、外側ガスパス面38oの軸線下流側Dadの端を含む下流側部は、軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に径方向内側Driに向かって延びる。すなわち、外側ガスパス面38oの下流側部は、軸線Arに対して傾斜した傾斜面である。よって、内側ガスパス面38iの下流側部と外側ガスパス面38oの下流側部との間の燃焼ガスの流路面積は、軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に小さくなっている。外側ガスパス面38oの下流側部は、シール連続ガスパス面38ocを成す。ここで、燃焼ガスの流路面積とは、燃焼ガスの流路を軸線Arに垂直な断面で見た場合の燃焼ガス流路の面積のことをいう。
尾筒35のフランジ37は、外側フランジ37oと、内側フランジ37iと、を有する。外側フランジ37oは、筒36の一端であって、燃焼器軸線Caに対する周方向で外側ガスパス面38oが形成されている部分から筒36の外周側に突出している。内側フランジ37iは、筒36の一端であって、燃焼器軸線Caに対する周方向で内側ガスパス面38iが形成されている部分から筒36の外周側に突出している。
静翼50は、図4に示すように、翼体51と、翼体51の翼高さ方向のおける一方側に設けられている内側シュラウド53iと、翼体51の翼高さ方向における他方側に設けられている外側シュラウド53oと、を有する。内側シュラウド53i及び外側シュラウド53oは、いずれも、翼高さ方向に対して垂直な方向に広がっている。静翼50がタービンケーシング45に取り付けられた状態(図2参照)では、翼高さ方向が径方向Drになる。また、翼高さ方向の一方側は、径方向外側Droになり、翼高さ方向の他方側は、径方向内側Driになる。よって、内側シュラウド53iは、翼体51の径方向内側Driに設けられ、外側シュラウド53oは、翼体51の径方向外側Droに設けられることになる。
翼体51は、前縁52fと、後縁52bと、を有する。前縁52f及び後縁52bは、いずれも、翼高さ方向である径方向Drに延びている。前縁52fは、静翼50がタービンケーシング45に取り付けられた状態で、後縁52bに対して軸線上流側Dauに位置する。この翼体51は、燃焼ガスGが通る燃焼ガス流路49内に配置されている。
内側シュラウド53i及び外側シュラウド53oは、いずれも、シュラウド本体54と、前脚部58fと、後脚部58bと、上流側突出部59と、を有する。
シュラウド本体54は、翼高さ方向である径方向Drに垂直な方向の方向成分、つまり周方向の方向成分を含む方向及び軸線方向Daの方向成分を含む方向に広がる板状の部材である。このシュラウド本体54は、ガスパス面55と、反ガスパス面56と、前端面57fと、後端面57bと、を有する。内側シュラウド53i及び外側シュラウド53oにおけるシュラウド本体54の前端面57fは、軸線上流側Dauを向く面である。また、内側シュラウド53i及び外側シュラウド53oにおけるシュラウド本体54の後端面57bは、軸線下流側Dadを向く面である。内側シュラウド53iにおけるシュラウド本体54のガスパス面(内側シュラウドガスパス面)55は、径方向外側Droを向き燃焼ガスGに接する面である。内側シュラウド53iにおけるシュラウド本体54の反ガスパス面56は、径方向内側Driを向く面でガスパス面55と背合わせの関係にある面である。一方、外側シュラウド53oにおけるシュラウド本体54のガスパス面(外側シュラウドガスパス面)55は、径方向内側Driを向き燃焼ガスGに接する面である。外側シュラウド53oにおけるシュラウド本体54の反ガスパス面56は、径方向外側Droを向く面でガスパス面55と背合わせの関係にある面である。内側シュラウド53iのガスパス面55は、環状の燃焼ガス流路49の径方向内側Driの縁を画定する。また、外側シュラウド53oのガスパス面55は、環状の燃焼ガス流路49の径方向外側Droの縁を画定する。
内側シュラウド53iのガスパス面55は、シュラウド本体54の前端面57f中で径方向外側Droの縁からほぼ軸線下流側Dadに延びる。一方、外側シュラウド53oのガスパス面55は、シュラウド本体54の前端面57f中で径方向内側Driの縁から軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に径方向内側Driに向かって延びる。すなわち、外側シュラウド53oのガスパス面55は、軸線Arに対して傾斜した傾斜面である。よって、内側シュラウド53iのガスパス面55と外側シュラウド53oのガスパス面55との間の燃焼ガス流路49の流路面積は、軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に小さくなっている。なお、外側シュラウド53oのガスパス面55中で軸線方向Daの中心より軸線上流側Dauの部分における軸線Arに対する角度は、軸線方向Daの中心より軸線下流側Dadの部分における軸線Arに対する角度よりも大きい。外側シュラウド53oのガスパス面55中で軸線方向Daの中心より軸線上流側Dauの部分は、シール連続ガスパス面55cを成す。なお、このシール連続ガスパス面55cは、傾斜面である。
内側シュラウド53iの前脚部58fは、シュラウド本体54の反ガスパス面56中で軸線上流側Dauの部分から径方向内側Driに突出する。内側シュラウド53iの後脚部58bは、シュラウド本体54の反ガスパス面56中で軸線下流側Dadの部分から径方向内側Driに突出する。内側シュラウド53iの各脚部58f,58bは、ガスタービンケーシング15に固定されている内側カバー17の径方向外側Droの端に接し、この静翼50の径方向内側Driの部分を内側カバー17に支持させるための役目を担う。
外側シュラウド53oの前脚部58fは、シュラウド本体54の反ガスパス面56中で軸線上流側Dauの部分から径方向外側Droに突出する。外側シュラウド53oの後脚部58bは、シュラウド本体54の反ガスパス面56中で軸線下流側Dadの部分から径方向外側Droに突出する。外側シュラウド53oの各脚部58f,58bは、いずれも、静翼50をタービンケーシング45に固定するための役目を担う。
内側シュラウド53i及び外側シュラウド53oの上流側突出部59は、シュラウド本体54の前端面57fから軸線上流側Dauに突出している。
出口シール70は、外側出口シール70oと、内側出口シール70iとを有する出口シールセットである。なお、以下では、外側出口シール70oと内側出口シール70iとのセットを出口シール70という場合もあるが、外側出口シール70oと内側出口シール70iとのうちいずれか一方を出口シール70という場合もある。外側出口シール70oは、尾筒35の外側フランジ37oと静翼50の外側シュラウド53oとを接続する。内側出口シール70iは、尾筒35の内側フランジ37iと静翼50の内側シュラウド53iとを接続する。
図1に示すように、圧縮機20は、空気Aを圧縮して圧縮空気を生成する。この圧縮空気は、燃焼器30内に流入する。燃焼器30には、燃料Fが供給される。燃焼器30内では、圧縮空気中で燃料Fが燃焼して、高温高圧の燃焼ガスGが生成される。この燃焼ガスGは、燃焼器30からタービン40内の燃焼ガス流路49に送られる。燃焼ガスGは、燃焼ガス流路49を軸線下流側Dadへ流れる過程で、タービンロータ41を回転させる。このタービンロータ41の回転で、ガスタービンロータ11に接続されている発電機GENのロータが回転する。この結果、発電機GENは発電する。
以下、出口シール70に関する各種実施形態について説明する。
「出口シールの第一実施形態」
以下、本実施形態の出口シールについて、図3~図6を参照して説明する。
図4に示すように、内側出口シール70i及び外側出口シール70oは、いずれも、軸線Arを中心として円弧状の胴部71と、尾筒35のフランジ37に接続されるフランジ接続部(第一接続部)81と、静翼50のシュラウド53に接続されるシュラウド接続部(第二接続部)91と、を有する。すなわち、内側出口シール70i及び外側出口シール70oは、基本的に同じ構造である。
胴部71は、図5に示すように、ガスパス面72と、反ガスパス面74と、燃焼器側端面75fと、静翼側端面75bと、を有する。ガスパス面72は、燃焼ガスGが流れる燃焼ガス流路79の縁の一部を画定する面である。反ガスパス面74は、ガスパス面72とは反対側を向き、ガスパス面72と背合わせの関係にある面である。燃焼器側端面75fは、軸線上流側Dauを向き胴部71中の軸線上流側Dauの端面である。静翼側端面75bは、軸線下流側Dadを向き胴部71中の軸線下流側Dadの端面である。ガスパス面72は、図3に示すように、軸線方向Daから見て、軸線Arを中心とする円弧面である。
フランジ接続部81は、図5に示すように、胴部71の軸線上流側Dauであって、胴部71に対して、径方向Drでガスパス面72を基準にして燃焼ガス流路79とは反対側である反ガスパス側Dragに設けられている。このフランジ接続部81は、反ガスパス側Dragに凹むフランジ篏合溝82を有する。フランジ篏合溝82は、第一溝側面83aと、第二溝側面83bと、溝底面83cとにより、画定される。第一溝側面83a及び第二溝側面83bは、径方向Drに延び軸線方向Daで互いに対向している。第一溝側面83aは、ガスパス面72における軸線上流側Dauの端から反ガスパス側Dragに延び、且つ軸線上流側Dauを向く。前述した胴部71の燃焼器側端面75fは、この第一溝側面83aの一部を形成する。よって、フランジ接続部81は、胴部71と互いの一部を共有する。第二溝側面83bは、第一溝側面83aよりも軸線上流側Dauに位置し、且つ軸線下流側Dadを向く。溝底面83cは、第一溝側面83aにおける反ガスパス側Dragの端と第二溝側面83bにおける反ガスパス側Dragの端とを接続し、径方向Drで反ガスパス側Dragとは反対側のガスパス側Drgを向く。このフランジ篏合溝82には、尾筒35のフランジ37が入り込む。このフランジ篏合溝82は、フランジ37に対する出口シール70の軸線方向Daの移動を規制する。
フランジ接続部81は、第一溝側板84a及び第二溝側板84bを有する。第一溝側板84a及び第二溝側板84bは、いずれも、径方向Dr及び周方向に延びる板である。第一溝側板84aと第二溝側板84bとは、軸線方向Daで間隔をあけて互いに対向している。第一溝側板84aで軸線上流側Dauを向く面は、前述の第一溝側面83aを形成する。第二溝側板84bで軸線下流側Dadを向く面は、前述の第二溝側面83bを形成する。第一溝側板84a及び第二溝側板84bには、軸線方向Daに貫通してピン89が挿通されるピン孔85が形成されている。また、尾筒35のフランジ37にも、軸線方向Daに貫通してこのピン89が挿通されるピン孔39が形成されている。但し、このフランジ37に形成されているピン孔39の内径は、第一溝側板84a及び第二溝側板84bに形成されているピン孔85の内径、及びこのピン89の外径よりも大きい。このため、第一溝側板84a及び第二溝側板84bのピン孔85及びフランジ37のピン孔39にピン89が挿通されても、フランジ37に対する出口シール70の径方向Drの移動がある程度許容される。
シュラウド接続部91は、胴部71の軸線下流側Dadであって、胴部71の反ガスパス側Dragに設けられている。シュラウド接続部91は、軸線上流側Dauに凹むシュラウド篏合溝92を有する。シュラウド篏合溝92は、第一溝側面93aと、第二溝側面93bと、溝底面93cとにより、画定される。第一溝側面93a及び第二溝側面93bは、軸線方向Daに延び、径方向Drで互いに対向している。第一溝側面93aは、反ガスパス側Dragを向く。前述した胴部71の反ガスパス面74の一部は、第一溝側面93aの一部を形成する。よって、シュラウド接続部91は、胴部71と互いの一部を共有する。第二溝側面93bは、第一溝側面93aより反ガスパス側Dragに位置し、ガスパス側Drgを向く。溝底面93cは、第一溝側面93aにおける軸線上流側Dauの端と第二溝側面93bにおける軸線上流側Dauの端とを接続し、軸線下流側Dadを向く。このシュラウド篏合溝92には、静翼50におけるシュラウドの上流側突出部59が入り込む。このシュラウド篏合溝92は、シュラウド53に対する出口シール70の軸線方向Daの移動をある程度許容しつつ、シュラウド53に対する出口シール70の径方向Drの移動を規制する。
ガスタービン10中に燃焼ガスGが流れていない状態から燃焼ガスGが流れている状態に変移する過程で、尾筒35と静翼50との間には熱膨張差が生じる。そこで、この熱膨張差を吸収するために、出口シール70のシュラウド篏合溝92が、前述したように、シュラウド53に対する出口シール70の軸線方向Daの移動をある程度許容しつつ、シュラウドに対する出口シール70の径方向Drの移動を規制する。また、出口シール70のフランジ篏合溝82が、前述したように、尾筒35に対する出口シール70の軸線方向Daの移動を規制しつつ、尾筒35に対する径方向Drの移動をある程度許容する。
胴部71は、さらに、冷却空気が流れる冷却空気通路77を有する。この冷却空気通路77は、入口77iと出口77oとを有する。胴部71の反ガスパス面74中でフランジ接続部81とシュラウド接続部91との間には、ガスパス側Drgに凹む凹部76が形成されている。冷却空気通路77の入口77iは、胴部71の反ガスパス面74中の凹部76で開口している。冷却空気通路77の出口77oは、胴部71の静翼側端面75bで開口している。この冷却空気通路77は、入口77iから軸線下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面72に近づくよう、ガスパス面72に対して傾斜している。
前述したように、内側出口シール70i及び外側出口シール70oは、基本的に同じ構造である。但し、外側出口シール70oの各構成要素における径方向Drの相互関係は、内側出口シール70iの各構成要素における径方向Drの相互関係と逆である。このため、例えば、外側出口シール70oのガスパス面72は、径方向内側Driを向き、内側出口シール70iのガスパス面72は、径方向外側Droを向く。また、外側出口シール70oのフランジ篏合溝82は、径方向外側Droに凹み、内側出口シール70iのフランジ篏合溝82は、径方向内側Driに凹んでいる。また、軸線Arに対する外側出口シール70oのガスパス面72の角度は、軸線Arに対する内側出口シール70iのガスパス面72の角度と異なる。
内側出口シール70iのガスパス面72は、図4に示すように、軸線Arを含む断面で、ほぼ軸線方向Daに延びている。内側出口シール70iが尾筒35の内側フランジ37iに接続されている状態では、軸線Arを含む断面で、この内側出口シール70iのガスパス面72は、尾筒35の内側ガスパス面38i中で軸線下流側Dadの端を含む下流側部と、両者間の隙間を介して連なっている。また、内側出口シール70iが静翼50の内側シュラウド53iに接続されている状態では、軸線Arを含む断面で、この内側出口シール70iのガスパス面72は、内側シュラウド53iのガスパス面55中で軸線上流側Dauの端を含む上流部と、両者間の隙間を介して連なっている。
外側出口シール70oのガスパス面72は、図5に示すように、軸線Arを含む断面で、軸線上流側Dauから軸線下流側Dadに向かうに連れて燃焼ガス流路79の流路面積が小さくなるよう、この断面で軸線Arに対して傾斜している傾斜面73を有する。よって、本実施形態において、この外側出口シール70oが本発明に係る出口シールである。傾斜面73は、軸線Arを含む断面で、軸線上流側Dauから軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に径方向内側Driに向かっている。傾斜面73は、軸線方向Daでシュラウド接続部91の第一溝側面93aが存在する溝存在域よりも軸線上流側Dauに存在する上流側傾斜面(第一側傾斜面)73uと、軸線方向Daにおける前述の溝存在域に存在し、上流側傾斜面73uに連続する下流側傾斜面(第二側傾斜面)73dと、を有する。軸線Arを含む仮想面と上流側傾斜面73uとが交わる上流側傾斜線(第一側傾斜線)に対して、軸線Arを含む仮想面と下流側傾斜面73dとが交わる下流側傾斜線(第二側傾斜線)は、平行である。
外側出口シール70oが尾筒35の外側フランジ37oに接続されている状態では、外側出口シール70oのガスパス面72は、軸線Arを含む断面で、尾筒35の外側ガスパス面38o中で軸線下流側Dadの端を含む下流側部であるシール連続ガスパス面38ocと、両者間の隙間を介して連なっている。また、外側出口シール70oが静翼50の外側シュラウド53oに接続されている状態では、この外側出口シール70oのガスパス面72は、軸線Arを含む断面で、外側シュラウド53oのガスパス面55中で軸線上流側Dauの端を含む上流側部であるシール連続ガスパス面55cと、両者間の隙間を介して連なっている。
図6に示すように、軸線Arに対する外側出口シール70oの傾斜面73の角度αo2は、軸線Arに対する尾筒35のシール連続ガスパス面38ocの角度αo1以下である。また、軸線Arに対する外側シュラウド53oのシール連続ガスパス面55cの角度αo3は、軸線Arに対する外側出口シール70oの傾斜面73の角度αo2以下である。すなわち、各角度は、以下の関係がある。
αo1 ≧ αo2 ≧ αo3
但し、角度αo1と角度αo2との角度差は、20°以下である。また、角度αo2と角度αo3との角度差も、20°以下である。
図5に示すように、外側出口シール70oにおける下流側傾斜面73dとシュラウド篏合溝92の第一溝側面93aとの間の径方向Drにおける距離は、軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に大きくなる。シュラウド篏合溝92の第一溝側面93aと第二溝側面93bとの間の径方向Drにおける距離D1は、下流側傾斜面73dとシュラウド篏合溝92の第一溝側面93aとの間の径方向Drにおける最短距離D2より大きい。上流側傾斜面73uの少なくとも軸線上流側Dauの一部は、径方向Drで、シュラウド篏合溝92が存在する領域内に存在する。
前述したように、尾筒35の内側ガスパス面38i中で軸線下流側Dadの端を含む下流側部は、軸線Arに対してほぼ平行である。内側出口シール70iのガスパス面72も、軸線Arに対してほぼ平行である。また、内側シュラウド53iのガスパス面55中で軸線上流側Dauの端を含む上流部も、軸線Arに対してほぼ平行である。しかも、軸線Arを含む断面で、内側出口シール70iのガスパス面72は、尾筒35の内側ガスパス面38i中の下流側部及び内側シュラウド53iのガスパス面55中の上流側部と連なっている。よって、尾筒35の内側ガスパス面38i中の下流側部に沿って流れてきた燃焼ガスGは、スムーズに内側出口シール70iのガスパス面72に沿って流れる。さらに、内側出口シール70iのガスパス面72に沿って流れてきた燃焼ガスGは、スムーズに内側シュラウド53iのガスパス面55に沿って流れる。
尾筒35の外側ガスパス面38o中の下流側部であるシール連続ガスパス面38oc、外側出口シール70oのガスパス面72、外側シュラウド53oのガスパス面55中の上流側部であるシール連続ガスパス面55cは、いずれも、軸線上流側Dauから軸線下流側Dadに向かうに連れて燃焼ガス流路49,79の流路面積が小さくなるよう、この断面で軸線Arに対して傾斜している。また、軸線Arに対するこれらの面の傾斜角度は、ほぼ同様である。しかも、軸線Arを含む断面で、外側出口シール70oのガスパス面72は、尾筒35のシール連続ガスパス面38oc及び外側シュラウド53oのシール連続ガスパス面55cと連なっている。よって、尾筒35の外側ガスパス面38o中のシール連続ガスパス面38ocに沿って流れてきた燃焼ガスGは、スムーズに外側出口シール70oのガスパス面72に沿って流れる。さらに、外側出口シール70oのガスパス面72に沿って流れてきた燃焼ガスGは、スムーズに外側シュラウド53oのガスパス面55に沿って流れる。
従って、本実施形態では、尾筒35から初段静翼50に燃焼ガスGが送られる過程での圧力損失の低減を図ることができる。さらに、本実施形態では、出口シール70と尾筒35のフランジ37との間への燃焼ガスGの流出、及び出口シール70と静翼50のシュラウド53との間への燃焼ガスGの流出を抑制することができる。
また、本実施形態では、シュラウド篏合溝92の第一溝側面93aと第二溝側面93bとの間の径方向Drにおける距離D1は、下流側傾斜面73dとシュラウド篏合溝92の第一溝側面93aとの間の径方向Drにおける最短距離D2より大きい。言い換えると、本実施形態では、シュラウド篏合溝92の溝幅の距離D1よりも、下流側傾斜面(第二側傾斜面)73dと第一溝側面93aとの間の径方向Drにおける最短距離D2が小さい。この結果、シュラウド篏合溝92にシュラウド53の上流側突出部59が入り込む位置は、径方向Drにおいて、より燃焼ガス流路79に近い位置に設けられる。したがって、径方向Drにおいて、燃焼ガス流路79に近い位置で、燃焼ガス流路79を流れる燃焼ガスGの外部への漏れを抑制することができる。つまり、燃焼ガス流路79の燃焼ガスGが、出口シール70とシュラウド53との間に入り込むことを抑制することができる。このため、径方向Drにおいて、燃焼ガス流路79に遠い位置で、燃焼ガス流路79を流れる燃焼ガスGの外部への漏れを抑制する場合よりも、燃焼ガス流路79の燃焼ガスGが、出口シール70とシュラウド53との間に入り込むことを抑制することができる。これにより、燃焼ガス流路79の燃焼ガスGが出口シール70とシュラウド53との間に入り込む距離が短くなるので、出口シール70とシュラウド53との高温化を抑制できる。さらに、燃焼ガスGが出口シール70とシュラウド53との間に入り込んだ際に、入り込んだ燃焼ガスGをパージアウトするために必要な冷却空気の量も低減することができる。
本実施形態では、出口シール70の冷却空気通路77とガスパス面72との間の径方向Drにおける距離が、軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に小さくなる。このため、本実施形態では、冷却空気通路77を流れる冷却空気により、ガスパス面72中の軸線下流側Dadの部分を効率的に冷却することができる。
「出口シールの第二実施形態」
以下、本実施形態の出口シールについて、図7を参照して説明する。
本実施形態の外側出口シール70oは、第一実施形態の外側出口シール70oと同一である。よって、本実施形態において、この外側出口シール70oが本発明に係る出口シールである。また、本実施形態の内側出口シール70iaは、第一実施形態の内側出口シール70iと基本的に同じである。但し、本実施形態の内側出口シール70iaのガスパス面72aは、軸線Arを含む断面で、軸線上流側Dauから軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に径方向内側Driに向かって延びている。
ガスタービンによっては、尾筒35aにおける内側ガスパス面38iaの軸線下流側Dadの端を含む下流側部が、軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に径方向内側Driに向かって延びる場合がある。さらに、内側シュラウド53iaのガスパス面55aが、この内側シュラウド53iaの前端面57f中で径方向外側Droの縁から軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に径方向内側Driに向かって延びる場合がある。
本実施形態の内側出口シール70iaのガスパス面72aは、この場合に対応するため、前述したように、軸線Arを含む断面で、軸線上流側Dauから軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に径方向内側Driに向かって延びている。軸線Arに対する内側出口シール70iaのガスパス面72aの角度は、軸線Arに対する尾筒35aにおける内側ガスパス面38iaの下流側部の角度以下である。また、軸線Arに対する内側シュラウド53iaにおけるガスパス面72aの上流側部の角度は、軸線Arに対する内側出口シール70iaのガスパス面72aの角度以下である。但し、各角度相互の角度差は、20°以下である。
以上のように、内側出口シール70iaのガスパス面72aは、軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に径方向内側Driに向かって延びていてもよい。
「出口シールの第三実施形態」
以下、本実施形態の出口シールについて、図8及び図9を参照して説明する。
本実施形態の外側出口シール70oは、第一実施形態の外側出口シール70oと同一である。よって、本実施形態において、この外側出口シール70oは本発明に係る出口シールである。また、本実施形態の内側出口シール70ibは、第一実施形態の内側出口シール70iと基本的に同じである。但し、本実施形態の内側出口シール70ibのガスパス面72bは、軸線Arを含む断面で、軸線上流側Dauから軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に径方向外側Droに向かって延びている。
ガスタービンによっては、尾筒35bにおける内側ガスパス面38ibの軸線下流側Dadの端を含む下流側部が、軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に径方向外側Droに向かって延びる場合がある。さらに、内側シュラウド53ibのガスパス面55bが、この内側シュラウド53ibの前端面57f中で径方向外側Droの縁から軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に径方向外側Droに向かって延びる場合がある。
本実施形態の内側出口シール70ibのガスパス面55bは、この場合に対応するため、前述したように、軸線Arを含む断面で、軸線上流側Dauから軸線下流側Dadに向かうに連れて次第に径方向外側Droに向かって延びている。すなわち、内側出口シール70ibのガスパス面72bは、軸線Arを含む断面で、軸線上流側Dauから軸線下流側Dadに向かうに連れて燃焼ガス流路79の流路面積が小さくなるよう、この断面で軸線Arに対して傾斜している傾斜面73bを有する。よって、本実施形態において、この内側出口シール70ibも本発明に係る出口シールである。
この内側出口シール70ibが尾筒35bの内側フランジ37iに接続されている状態では、内側出口シール70ibのガスパス面72bは、軸線Arを含む断面で、尾筒35bの内側ガスパス面38ib中で軸線下流側Dadの端を含む下流側部であるシール連続ガスパス面38icと、両者間の隙間を介して連なっている。また、内側出口シール70ibが内側シュラウド53ibに接続されている状態では、この内側出口シール70ibのガスパス面72bは、軸線Arを含む断面で、内側シュラウド53ibのガスパス面55b中で軸線上流側Dauの端を含む上流側部であるシール連続ガスパス面55cbと、両者間の隙間を介して連なっている。なお、シール連続ガスパス面55cbは、傾斜面である。
図9に示すように、軸線Arに対する内側出口シール70ibの傾斜面73bの角度αi2は、軸線Arに対する尾筒35bのシール連続ガスパス面38icの角度αi1以上である。また、軸線Arに対する内側シュラウド53ibのシール連続ガスパス面55cbの角度αi3は、軸線Arに対する内側出口シール70ibの傾斜面73bの角度αi2以上である。すなわち、各角度は、以下の関係がある。
αi1 ≦ αi2 ≦ αi3
但し、角度αi1と角度αi2との角度差は、20°以下である。また、角度αi2と角度αi3との角度差も、20°以下である。
尾筒35bの内側ガスパス面38ib中の下流側部であるシール連続ガスパス面38ic、内側出口シール70ibのガスパス面72b、内側シュラウド53ibのガスパス面55b中の上流側部であるシール連続ガスパス面55cbは、いずれも、軸線上流側Dauから軸線下流側Dadに向かうに連れて燃焼ガス流路49,79の流路面積が小さくなるよう、この断面で軸線Arに対して傾斜している。また、軸線Arに対するこれらの面の傾斜角度は、ほぼ同様である。しかも、軸線Arを含む断面で、内側出口シール70ibのガスパス面72bは、尾筒35bのシール連続ガスパス面38ic及び内側シュラウド53ibのシール連続ガスパス面55cbと連なっている。よって、尾筒35bの内側ガスパス面38ib中のシール連続ガスパス面38icに沿って流れてきた燃焼ガスGは、スムーズに内側出口シール70ibのガスパス面72bに沿って流れる。さらに、内側出口シール70ibのガスパス面72bに沿って流れてきた燃焼ガスGは、スムーズに内側シュラウド53ibのガスパス面55bに沿って流れる。
従って、本実施形態でも、尾筒35bから初段静翼に燃焼ガスGが送られる過程での圧力損失の低減を図ることができる。さらに、本実施形態でも、出口シールと尾筒のフランジとの間への燃焼ガスの流出、及び出口シールと静翼のシュラウドとの間への燃焼ガスの流出を抑制することができる。
なお、以上の各実施形態における出口シールのガスパス面は、曲面を含んでいてもよい。また、以上の各実施形態における出口シールのガスパス面における傾斜面は、曲面を含んでもよい。
10:ガスタービン
11:ガスタービンロータ
15:ガスタービンケーシング
16:中間ケーシング
17:内側カバー
20:圧縮機
21:圧縮機ロータ
22:ロータ軸
23:動翼列
23a:動翼
25:圧縮機ケーシング
26:静翼列
26a:静翼
30:燃焼器
31:バーナ
32:バーナ枠
34:燃焼空間
35,35a,35b:尾筒
36:筒
37:フランジ
37i:内側フランジ
37o:外側フランジ
38:ガスパス面(燃焼器ガスパス面)
38i:内側ガスパス面(燃焼器内側ガスパス面)
38o:外側ガスパス面(燃焼器外側ガスパス面)
38oc,38ic:シール連続ガスパス面
38s:周側ガスパス面(燃焼器周側ガスパス面)
39:ピン孔
40:タービン
41:タービンロータ
42:ロータ軸
43:動翼列
43a:動翼
45:タービンケーシング
46:静翼列
46a:静翼
49:燃焼ガス流路
50:静翼(初段静翼)
51:翼体
52f:前縁
52b:後縁
53o:外側シュラウド
53i,53ia,53ib:内側シュラウド
54:シュラウド本体
55,55a,55b:ガスパス面
55c,55cb:シール連続ガスパス面
56:反ガスパス面
57f:前端面
57b:後端面
58f:前脚部
58b:後脚部
59:上流側突出部
70:出口シール
70i,70ia,70ib:内側出口シール
70o:外側出口シール
71:胴部
72,72a,72b:ガスパス面
73,73b:傾斜面
73u:上流側傾斜面(第一側傾斜面)
73d:下流側傾斜面(第二側傾斜面)
74:反ガスパス面
75f:燃焼器側端面
75b:静翼側端面
76:凹部
77:冷却空気通路
77i:入口
77o:出口
79:燃焼ガス流路
81:フランジ接続部(第一接続部)
82:フランジ篏合溝
83a:第一溝側面
83b:第二溝側面
83c:溝底面
84a:第一溝側板
84b:第二溝側板
85:ピン孔
89:ピン
91:シュラウド接続部(第二接続部)
92:シュラウド篏合溝
93a:第一溝側面
93b:第二溝側面
93c:溝底面
A:空気
F:燃料
G:燃焼ガス
Ar:軸線
Ca:燃焼器軸線
Da:軸線方向
Dau:軸線上流側(第一側)
Dad:軸線下流側(第二側)
Dc:周方向
Dr:径方向
Dri:径方向内側
Dro:径方向外側
Drg:ガスパス側
Drag:反ガスパス側

Claims (18)

  1. 燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器からの前記燃焼ガスが流入するタービンの静翼におけるシュラウドとを接続する出口シールにおいて、
    軸線に対する垂直な断面での形状が前記軸線を中心として円弧を成し、前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の外縁の一部を画定するガスパス面と、
    前記軸線が延びる軸線方向における第一側と第二側とのうち、前記第一側に形成され、前記燃焼器に接続される第一接続部と、
    前記軸線方向における前記第二側に形成され、前記シュラウドに接続される第二接続部と、
    を有し、
    前記ガスパス面は、前記第一側から前記第二側に向かうに連れて前記燃焼ガス流路の流路面積が小さくなるよう、前記軸線を含む断面で前記軸線に対して傾斜している傾斜面を有し、
    前記第二接続部は、前記第一側に凹むシュラウド篏合溝を有し、
    前記シュラウド篏合溝は、前記軸線方向に延び、前記軸線に対する径方向で互いに対向する第一溝側面及び第二溝側面と、前記第一溝側面における前記第一側と前記第二溝側面における前記第一側とを接続し、前記第二側を向く溝底面と、を有して画定され、
    前記第一溝側面は、前記径方向で前記ガスパス面とは反対側を向き、
    前記傾斜面は、前記軸線方向で前記第一溝側面が存在する溝存在域よりも前記第一側に存在する第一側傾斜面と、前記軸線方向における前記溝存在域に存在し、前記第一側傾斜面に対して連続する第二側傾斜面と、を有する、
    出口シール。
  2. 請求項1に記載の出口シールにおいて、
    前記第二側傾斜面と前記第一溝側面との間の前記径方向における距離は、前記第二側に向かうに連れて次第に大きくなる、
    出口シール。
  3. 請求項2に記載の出口シールにおいて、
    前記第一溝側面と前記第二溝側面との間の前記径方向における距離は、前記第二側傾斜面と前記第一溝側面との間の前記径方向における最短距離より、大きい、
    出口シール。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の出口シールにおいて、
    前記第一側傾斜面の前記第一側の少なくとも一部は、前記径方向で、前記シュラウド篏合溝が存在する領域内に存在する、
    出口シール。
  5. 請求項1から4のいずれか一項に記載の出口シールにおいて、
    前記軸線を含む仮想面と前記第一側傾斜面とが交わる第一傾斜線に対して、前記仮想面と前記第二側傾斜面とが交わる第二傾斜線は、平行である、
    出口シール。
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載の出口シールにおいて、
    前記軸線に対する径方向で前記ガスパス面とは反対側を向く反ガスパス面と、
    前記ガスパス面と前記反ガスパス面との間を前記軸線方向の方向成分を含む方向に延びる冷却空気通路と、
    を有し、
    前記冷却空気通路は、前記反ガスパス面で開口する入口を有する、
    出口シール。
  7. 請求項6に記載の出口シールにおいて、
    前記冷却空気通路と前記ガスパス面との間の前記径方向における距離は、前記第二側に向かうに連れて次第に小さくなる、
    出口シール。
  8. 請求項1から7のいずれか一項に記載の出口シールにおいて、
    前記第一接続部は、前記軸線に対する径方向で前記ガスパス面を基準にして前記燃焼ガス流路とは反対側である反ガスパス側に凹む燃焼器篏合溝を有し、
    前記燃焼器篏合溝は、前記径方向に延び、前記軸線方向で互いに対向する第一溝側面及び第二溝側面と、前記第一溝側面における前記反ガスパス側の端と前記第二溝側面における前記反ガスパス側の端とを接続し、前記径方向で前記ガスパス面を基準にして前記燃焼ガス流路が存在する側であるガスパス側を向く溝底面と、を有して画定され、
    前記燃焼器篏合溝の前記第一溝側面は、前記ガスパス面における前記第一側の端から前記反ガスパス側に延び、且つ前記第一側を向く、
    出口シール。
  9. 燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器からの前記燃焼ガスが流入するタービンの静翼におけるシュラウドとを接続する出口シールにおいて、
    軸線に対する垂直な断面での形状が前記軸線を中心として円弧を成し、前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の外縁の一部を画定するガスパス面と、
    前記軸線が延びる軸線方向における第一側と第二側とのうち、前記第一側に形成され、前記燃焼器に接続される第一接続部と、
    前記軸線方向における前記第二側に形成され、前記シュラウドに接続される第二接続部と、
    を有し、
    前記ガスパス面は、前記第一側から前記第二側に向かうに連れて前記燃焼ガス流路の流路面積が小さくなるよう、前記軸線を含む断面で前記軸線に対して傾斜している傾斜面を有し、
    前記第一接続部は、前記軸線に対する径方向で前記ガスパス面を基準にして前記燃焼ガス流路とは反対側である反ガスパス側に凹む燃焼器篏合溝を有し、
    前記燃焼器篏合溝は、前記径方向に延び、前記軸線方向で互いに対向する第一溝側面及び第二溝側面と、前記第一溝側面における前記反ガスパス側の端と前記第二溝側面における前記反ガスパス側の端とを接続し、前記径方向で前記ガスパス面を基準にして前記燃焼ガス流路が存在する側であるガスパス側を向く溝底面と、を有して画定され、
    前記燃焼器篏合溝の前記第一溝側面は、前記ガスパス面における前記第一側の端から前記反ガスパス側に延び、且つ前記第一側を向く、
    出口シール。
  10. 請求項1から9のいずれか一項に記載の出口シールにおいて、
    前記ガスパス面は、前記軸線に対する径方向内側を向き、
    前記ガスパス面における前記傾斜面は、前記第一側から前記第二側に向かうに連れて前記軸線に近づくよう傾斜している、
    出口シール。
  11. 請求項1から9のいずれか一項に記載の出口シールにおいて、
    前記ガスパス面は、前記軸線に対する径方向外側を向き、
    前記ガスパス面における前記傾斜面は、前記第一側から前記第二側に向かうに連れて前記軸線から遠ざかるよう傾斜している、
    出口シール。
  12. 請求項10に記載の出口シールである外側出口シールと、
    請求項11に記載の出口シールである内側出口シールと、
    を備え、
    前記内側出口シールの前記ガスパス面における前記傾斜面と前記軸線との角度は、前記外側出口シールの前記ガスパス面における前記傾斜面と前記軸線との角度と異なる、
    出口シールセット。
  13. 請求項1から9のいずれか一項に記載の出口シールと、
    前記燃焼器と、
    前記タービンと、
    を備え、
    前記燃焼器は、前記軸線方向の方向成分を含む方向に延びる尾筒と、前記尾筒の内周側の空間である燃焼空間内に燃料を噴射するバーナと、を有し、
    前記タービンは、前記軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、前記タービンケーシングに取り付けられている複数の静翼列と、を有し、
    前記タービンロータは、前記軸線を中心とするロータ軸と、前記ロータ軸に取り付けられている複数の動翼列と、を有し、
    複数の前記動翼列は、前記軸線方向に並び、
    複数の前記静翼列のそれぞれは、複数の前記動翼列のうちのいずれか一の動翼列よりも、前記軸線に対する軸線上流側に配置され、
    複数の前記静翼列のそれぞれは、前記軸線に対する周方向に並ぶ複数の静翼を有し、
    複数の前記静翼は、いずれも、前記軸線に対する径方向に延びる翼体と、前記翼体の前記径方向の端に形成されている前記シュラウドと、を有し、
    前記出口シールは、前記燃焼器の前記尾筒と、複数の前記静翼列のうちで最も前記軸線上流側の初段静翼列が有する初段静翼の前記シュラウドと、を接続し、
    前記軸線方向における前記第一側は、前記軸線上流側であり、前記軸線方向における前記第二側は、前記軸線方向で前記軸線上流側とは反対側の軸線下流側である、
    ガスタービン。
  14. 請求項13に記載のガスタービンにおいて、
    前記初段静翼の前記シュラウドは、自身を基準にして前記翼体が存在する側を向き、前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の外縁の一部を画定するシュラウドガスパス面を有し、
    前記尾筒は、前記軸線方向の方向成分を含む方向に延び、内周側に前記燃焼空間を形成する筒と、前記筒の前記軸線下流側から前記筒の外周側に向かって突出するフランジと、を有し、
    前記筒の内周面は、前記燃焼空間の外縁を画定する燃焼器ガスパス面を成し、
    前記出口シールは、前記軸線方向の方向成分を含む方向で前記燃焼器ガスパス面の一部に対して前記ガスパス面が連なり、前記軸線方向の方向成分を含む方向で前記シュラウドガスパス面の一部に対して前記ガスパス面が連なるよう、前記初段静翼の前記シュラウドと前記尾筒の前記フランジとを接続する、
    ガスタービン。
  15. 燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
    前記燃焼器からの前記燃焼ガスが流入するタービンと、
    前記燃焼器と、前記燃焼器からの前記燃焼ガスが流入する前記タービンの静翼におけるシュラウドとを接続する出口シールと、
    を備え、
    前記出口シールは、
    軸線に対する垂直な断面での形状が前記軸線を中心として円弧を成し、前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の外縁の一部を画定するガスパス面と、
    前記軸線が延びる軸線方向における第一側と第二側とのうち、前記第一側に形成され、前記燃焼器に接続される第一接続部と、
    前記軸線方向における前記第二側に形成され、前記シュラウドに接続される第二接続部と、
    を有し、前記ガスパス面は、前記第一側から前記第二側に向かうに連れて前記燃焼ガス流路の流路面積が小さくなるよう、前記軸線を含む断面で前記軸線に対して傾斜している傾斜面を有し、
    前記燃焼器は、前記軸線方向の方向成分を含む方向に延びる尾筒と、前記尾筒の内周側の空間である燃焼空間内に燃料を噴射するバーナと、を有し、
    前記タービンは、前記軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、前記タービンケーシングに取り付けられている複数の静翼列と、を有し、
    前記タービンロータは、前記軸線を中心とするロータ軸と、前記ロータ軸に取り付けられている複数の動翼列と、を有し、
    複数の前記動翼列は、前記軸線方向に並び、
    複数の前記静翼列のそれぞれは、複数の前記動翼列のうちのいずれか一の動翼列よりも、前記軸線に対する軸線上流側に配置され、
    複数の前記静翼列のそれぞれは、前記軸線に対する周方向に並ぶ複数の静翼を有し、
    複数の前記静翼は、いずれも、前記軸線に対する径方向に延びる翼体と、前記翼体の前記径方向の端に形成されている前記シュラウドと、を有し、
    前記出口シールは、前記燃焼器の前記尾筒と、複数の前記静翼列のうちで最も前記軸線上流側の初段静翼列が有する初段静翼の前記シュラウドと、を接続し、
    前記軸線方向における前記第一側は、前記軸線上流側であり、前記軸線方向における前記第二側は、前記軸線方向で前記軸線上流側とは反対側の軸線下流側であり、
    前記初段静翼の前記シュラウドは、自身を基準にして前記翼体が存在する側を向き、前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の外縁の一部を画定するシュラウドガスパス面を有し、
    前記尾筒は、前記軸線方向の方向成分を含む方向に延び、内周側に前記燃焼空間を形成する筒と、前記筒の前記軸線下流側から前記筒の外周側に向かって突出するフランジと、を有し、
    前記筒の内周面は、前記燃焼空間の外縁を画定する燃焼器ガスパス面を成し、
    前記出口シールは、前記軸線方向の方向成分を含む方向で前記燃焼器ガスパス面の一部に対して前記ガスパス面が連なり、前記軸線方向の方向成分を含む方向で前記シュラウドガスパス面の一部に対して前記ガスパス面が連なるよう、前記初段静翼の前記シュラウドと前記尾筒の前記フランジとを接続する、
    ガスタービン。
  16. 請求項14又は15に記載のガスタービンにおいて、
    前記燃焼器ガスパス面は、自身の前記軸線下流側の部分であって、前記軸線方向の方向成分を含む方向で前記出口シールの前記ガスパス面に連なるシール連続ガスパス面を有し、
    前記シュラウドガスパス面は、前記自身の前記軸線上流側の部分であって、前記軸線方向の方向成分を含む方向で前記出口シールの前記ガスパス面に連なるシール連続ガスパス面を有し、
    前記軸線を含む前記断面で、前記軸線に対する前記燃焼器ガスパス面の前記シール連続ガスパス面の角度は、前記軸線に対する前記傾斜面の角度以上であり、前記断面で、前記軸線に対する前記シュラウドガスパス面の前記シール連続ガスパス面の角度は、前記軸線に対する前記傾斜面の角度以下である、
    又は、前記軸線を含む前記断面で、前記軸線に対する前記燃焼器ガスパス面の前記シール連続ガスパス面の角度は、前記軸線に対する前記傾斜面の角度以下であり、前記断面で、前記軸線に対する前記シュラウドガスパス面の前記シール連続ガスパス面の角度は、前記軸線に対する前記傾斜面の角度以上である、
    ガスタービン。
  17. 請求項16に記載のガスタービンにおいて、
    前記軸線に対する前記燃焼器ガスパス面の前記シール連続ガスパス面の角度と前記軸線に対する前記傾斜面の角度との角度差、及び、前記軸線に対する前記シュラウドガスパス面の前記シール連続ガスパス面の角度と前記軸線に対する前記傾斜面の角度との角度差は、20°以下である、
    ガスタービン。
  18. 請求項16又は17に記載のガスタービンにおいて、
    前記シュラウドガスパス面の前記シール連続ガスパス面は、前記軸線上流側から前記軸線下流側に向かうに連れて前記燃焼ガス流路の流路面積が小さくなるよう、前記軸線を含む前記断面で前記軸線に対して傾斜している傾斜面を有する、
    ガスタービン。
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