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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
αo1 ≧ αo2 ≧ αo3
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。
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。
αi1 ≦ αi2 ≦ αi3
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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