JP2004156543A - ガスタービン燃焼器の尾筒シール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シール性を損なうことなく熱伸び吸収や振動吸収を十分に行なうことができるガスタービン燃焼器の尾筒シール構造とする。
【解決手段】尾筒シール１３の分割部１７の対向部の内側縁及び外側縁がガスタービンの半径方向に延びて形成され、内側縁と外側縁の間が互いに対向する連続した傾斜状態に形成され、組み立て性を損なうことなく十分なシール性を確保する。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービン発電設備では、圧縮機で圧縮された空気が燃焼器に供給されると共に他から供給される燃料とともに燃焼ガスが生成され、燃焼ガスがガスタービンで膨張されるようになっている。燃焼器はガスタービンの周方向に複数配置され、それぞれの燃焼器では燃焼器尾筒の上流域で燃料と空気の混合流体が燃焼され、燃焼ガスは燃焼器尾筒からガスタービン側（第１段静翼部）に送られる。
【０００３】
燃焼器尾筒のガスタービン側（第１段静翼部）の開口と第１段静翼のシュラウドとの間には尾筒シールが設けられ、尾筒シールにより燃焼器尾筒とガスタービン側とがつながれれいる。
【０００４】
燃焼器は圧縮機側の車室に固定支持され、第１段静翼部はガスタービンの車室側に固定支持されているので、熱膨張が異なっている。このため、尾筒シールは熱伸びが吸収できる状態で燃焼器尾筒とガスタービン側とにつながれている。また、尾筒シールは燃焼器の燃焼振動に対しても振動吸収できる状態で燃焼器尾筒とガスタービン側とにつながれている。
【０００５】
このように、尾筒シールは燃焼器尾筒とガスタービン側との間である程度動きが許容された状態で支持され、熱伸びや振動が吸収されているので、複雑な応力が加わりクラック等が生じる虞があった。このため、従来から、尾筒シールを分割して構成し、応力の集中を回避することが行なわれている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６０−３０４３１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃焼器には圧縮機からの圧縮空気が供給されるが、圧縮空気は燃焼器尾筒を含む燃焼器の周囲に送られて冷却を行ない、その後燃焼室に供給される構造となっている。このため、燃焼器尾筒とガスタービン側とをつなぐ尾筒シールを分割した場合、分割部の隙間から空気がタービン側に流入し、燃焼ガスの温度を下げることや燃焼に関しない空気の無駄な消費になり、それだけ効率を悪くすることになっていた。
【０００８】
また、従来の技術では、分割部の一部を重なり合う構造とすることも実施されているが、熱伸びや振動を吸収する際に重なり部が干渉して十分に熱伸び吸収や振動吸収が行なえない問題があった。
【０００９】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、シール性を損なうことなく熱伸び吸収や振動吸収を十分に行なうことができ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する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造の構成は、ガスタービンの周方向に燃焼器を複数配置し、燃焼器の燃焼器尾筒とガスタービン入口ノズルとの間に周方向に延びる尾筒シールを設け、尾筒シールを周方向に分割すると共に分割部の対向部をガスタービンの半径方向に不連続としたことを特徴とする。
【００１１】
そして、請求項１に記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造において、尾筒シールの分割部の対向部は互いに対向する連続した傾斜状態に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項１に記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造において、尾筒シールの分割部の対向部は互いに対向する段差状態に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項１に記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造において、尾筒シールの分割部の対向部の内側縁及び外側縁はガスタービンの半径方向に延びて形成されると共に、内側縁と外側縁の間は互いに対向する連続した傾斜状態に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造において、尾筒シールの尾筒内側には冷却孔が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の一実施形態例に係る尾筒シール構造を備えたガスタービン燃焼器の概略構成、図２には図１中の矢印ＩＩ部の拡大状況、図３には図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ 線矢視、図４には分割部の詳細状況を示してある。
【００１６】
図１に示すように、圧縮機１の車室１ａには燃焼器２が固定され、燃焼器２はタービン３の周方向に円環状に複数配設されている。燃焼器２は燃焼室を備えた燃焼器内筒４及び燃焼器尾筒６で構成されている。燃焼室に臨んで燃焼器２には燃料ノズル５が設けられ、燃料ノズル５から燃焼室に燃料が噴射される。タービン３には静翼１１及び動翼１２が設けられ、第１段の静翼１１のシュラウド１１ａと燃焼器尾筒６の後端開口部７の外縁及び内縁とは尾筒シール１３によってつながれている。
【００１７】
圧縮機１からの圧縮空気は燃焼器尾筒６及び燃焼器内筒４の周囲から燃焼器内筒４の内部に供給され、燃焼器尾筒６及び燃焼器内筒４が冷却された後に燃焼器内筒４の内部に供給される。燃焼室では燃料ノズル５から噴射された燃料と空気の混合流体が燃焼され、高温・高圧の燃焼ガスが燃焼器尾筒６からガスタービン３に供給される。ガスタービン３ではこの燃焼ガスを膨張させることにより駆動力とし、圧縮機７を駆動すると共に発電等の駆動力を得る。
【００１８】
燃焼器２は圧縮機１の車室１ａに固定支持され、第１段の静翼１１はガスタービン３の車室側に固定支持されている。このため、熱膨張の状況が異なっており、尾筒シール１３により熱伸びが吸収されている。また、例えば、希薄燃料による不安定な燃焼により燃焼器２に生じた燃焼振動に対しても尾筒シール１３により振動が吸収されている。
【００１９】
燃焼器２には圧縮機１からの圧縮空気が供給されるが、圧縮空気は燃焼器尾筒５を含む燃焼器２の周囲に送られて冷却を行ない、その後燃焼室に供給される構造となっている。このため、尾筒シール１３は冷却用に供給された圧縮空気がガスタービン３の第１段の静翼１１側に流入しないように構成されている。
【００２０】
図２乃至図４に基づいて尾筒シール１３の構成を説明する。
【００２１】
図２に示すように、燃焼器尾筒６の後端開口部７の内縁６ａ（図示は省略してあるが外縁も同様）には尾筒シール１３の尾筒嵌合部１５が嵌合し、第１段の静翼１１のシュラウド１１ａには尾筒シール１３のタービン嵌合部１６が嵌合している。内縁６ａと尾筒嵌合部１５との間及びシュラウド１１ａとタービン嵌合部１６との間は相対的な摺動移動が許容され、燃焼器尾筒６とガスタービン３側の熱伸び及び燃焼器２の燃焼振動が吸収されるようになっている。
【００２２】
図３に示すように、尾筒シール１３は燃焼器尾筒６に対して２分割され、分割された尾筒シール１３ａ，１３ｂの分割部１７の対向部はガスタービン３の半径方向に不連続な状態となっている。即ち、尾筒シール１３ａ，１３ｂの対向部は互いに対向する連続した傾斜状態に形成されている。また、隣接する燃焼器尾筒６の尾筒シール１３同士は、段差部１８によって対向嵌合している。
【００２３】
図４に示すように、尾筒シール１３ａ，１３ｂの対向部は、径方向の内側及び外側（図中上下側）の端部がガスタービン３の半径方向に延び、途中部分が連続した傾斜状態に形成されている。そして、尾筒シール１３ａ，１３ｂの燃焼器尾筒６の内側（尾筒内側：図中上側）には冷却孔１９が形成されている。
【００２４】
尾筒シール１３を２分割としたことにより重量が半分となり、尾筒嵌合部１５と後端開口部７の内縁６ａとの嵌合部（噛み合い部）、及び、タービン嵌合部１６と第１段の静翼１１のシュラウド１１ａとの嵌合部（噛み合い部）のフレッティング摩耗（振動等により断続的に噛み合い部が擦れる、あるいは当接することによる摩耗）を低減することができる。更に、尾筒シール１３を２分割としたことにより、従来は第１段の静翼１１が一つの尾筒シールに２枚取り付けられていたものが２分割としたことにより１枚となって変形に対してよりフレキシブルになり、フレッティング摩耗を低減することができる。
【００２５】
また、尾筒シール１３を２分割としたことにより、背側と腹側とで異なる熱変形をして静翼１１に方向の異なる熱延びが生じても、分割した尾筒シール１３ａ，１３ｂ同士により変形を吸収することができる。そして、分割した尾筒シール１３ａ，１３ｂの重量が低減するので、変形を吸収する際の摩擦力を低減することができる。
【００２６】
尾筒シール１３ａ，１３ｂの対向部は互いに対向する連続した傾斜状態に形成されているので、変形を吸収するための隙間Ｓを確保した状態でガスタービン３の半径方向に対して不連続状態としてシール性を確保することができる。このため、冷却用に供給された圧縮空気がガスタービン３の第１段の静翼１１側に流入しない構成の尾筒シール１３とすることができる。
【００２７】
また、対向部は互いに対向する連続した傾斜状態に形成されているので、組み立て時の位置合わせ等が容易に行なえ、作業性を悪化させることがない。
【００２８】
更に、冷却孔１９を設けたことにより、燃焼器尾筒６の後端開口部の冷却が可能な尾筒シール１３となる。
【００２９】
従って、尾筒シール１３ａ，１３ｂを備えたことで、シール性を損なうことなく熱伸び吸収や振動吸収を十分に行なうことができるガスタービン燃焼器の尾筒シール構造とすることが可能になる。
【００３０】
尚、詳細な説明は省略したが、燃焼器尾筒６の後端開口部の外縁に対する尾筒シール１３の構成は、冷却孔１９の位置が上下反対になる他は同一である。また、一つの燃焼器尾筒６に対する尾筒シール１３を２分割としたが、３分割以上とすることも可能であり、隣接する燃焼器尾筒６に跨がる状態で尾筒シール１３を配置することも可能である。
【００３１】
また、尾筒シール１３ａ，１３ｂの対向部の形状は、ガスタービン３の半径方向に不連続な状態であれば、図５に示したように、段差部２１としたり、図６に示したように、連続した傾斜部２２とすることも可能である。段差部２１とすることで、簡単な構成でシール性を確保することができ、傾斜部２２とすることで、組み立て性を損なうことがない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造の構成は、ガスタービンの周方向に燃焼器を複数配置し、燃焼器の燃焼器尾筒とガスタービン入口ノズルとの間に周方向に延びる尾筒シールを設け、尾筒シールを周方向に分割すると共に分割部の対向部をガスタービンの半径方向に不連続としたので、シール性を損なうことなく熱伸び吸収や振動吸収を十分に行なうことができるガスタービン燃焼器の尾筒シール構造とすることが可能になる。
【００３３】
そして、請求項１に記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造において、尾筒シールの分割部の対向部は互いに対向する連続した傾斜状態に形成されているので、組み立て性を損なうことなくシール性を確保することができる。
【００３４】
また、請求項１に記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造において、尾筒シールの分割部の対向部は互いに対向する段差状態に形成されているので、簡単な構成でシール性を確保することができる。
【００３５】
また、請求項１に記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造において、尾筒シールの分割部の対向部の内側縁及び外側縁はガスタービンの半径方向に延びて形成されると共に、内側縁と外側縁の間は互いに対向する連続した傾斜状態に形成されているので、組み立て性を損なうことなく十分なシール性を確保することができる。
【００３６】
また、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造において、尾筒シールの尾筒内側には冷却孔が形成されているので、燃焼器尾筒の後端開口部の冷却が可能な尾筒シールとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る尾筒シール構造を備えたガスタービン燃焼器の概略構成図。
【図２】図１中の矢印ＩＩ部の拡大図。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ 線矢視図。
【図４】分割部の詳細図。
【図５】他の実施形態例に係る分割部の説明図。
【図６】他の実施形態例に係る分割部の説明図。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 燃焼器
３ タービン
４ 燃焼器内筒
５ 燃料ノズル
６ 燃焼器尾筒
７ 後端開口部７
１１ 静翼
１２ 動翼
１３ 尾筒シール
１５ 尾筒嵌合部
１６ タービン嵌合部
１７ 分割部
１８ 段差部
１９ 冷却孔

Claims (5)

1. ガスタービンの周方向に燃焼器を複数配置し、燃焼器の燃焼器尾筒とガスタービン入口ノズルとの間に周方向に延びる尾筒シールを設け、尾筒シールを周方向に分割すると共に分割部の対向部をガスタービンの半径方向に不連続とした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. 請求項１に記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造において、
   尾筒シールの分割部の対向部は互いに対向する連続した傾斜状態に形成されてい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。
3. 請求項１に記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造において、
   尾筒シールの分割部の対向部は互いに対向する段差状態に形成されてい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。
4. 請求項１に記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造において、
   尾筒シールの分割部の対向部の内側縁及び外側縁はガスタービンの半径方向に延びて形成されると共に、内側縁と外側縁の間は互いに対向する連続した傾斜状態に形成されてい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。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器の尾筒シール構造において、
   尾筒シールの尾筒内側には冷却孔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の尾筒シール構造。

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