JP2004156623A - Elastic body sealing device, gas turbine using this, and operation method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an elastic body sealing device arranged at a passage in the horizontal direction within a cooling path to a moving blade of a turbine which is a high-temperature non-cooldown part with increased reliability, simplification of production control and increased work efficiency of assembly work, a gas turbine using the elastic body sealing device and an operation method of the gas turbine. <P>SOLUTION: An elastic body seal 31 is arranged at a position where a flow of cooling medium within the cooling path 18 for cooling the moving blade 21 of the gas turbine 1 is made in the horizontal direction. The elastic body seal 31 consists of a hollow supporting body 34 and a spherical shape elastic body 35. A circular projection 36 with a shorter diameter than a maximum diameter of the spherical shape elastic body 35 is arranged at the outer end of the hollow supporting body 34. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

本発明は、空気や蒸気等を冷却媒体として、タービン冷却翼等を冷却するガスタービンに用いる弾性体シール装置,これを用いたガスタービン及びガスタービンの運転方法に係り、特に、冷却媒体を回収して熱効率の向上を意図するガスタービンの性能低下を防止するのに好適な弾性体シール装置,これを用いたガスタービン及びガスタービンの運転方法に関する。   The present invention relates to an elastic seal device used for a gas turbine that cools turbine cooling blades or the like using air, steam, or the like as a cooling medium, a gas turbine using the same, and an operation method of the gas turbine. TECHNICAL FIELD The present invention relates to an elastic seal device suitable for preventing performance degradation of a gas turbine intended to improve thermal efficiency, a gas turbine using the same, and an operation method of the gas turbine.

ガスタービンにおいては、熱効率の向上を図るために作動ガスの温度を高めることが行われ、作動ガス中に配置されているタービン翼がこの高温に耐えられるようにするために、翼内部に冷却媒体を導入して冷却することが行われる。   In a gas turbine, the temperature of a working gas is increased in order to improve thermal efficiency, and a cooling medium is provided inside the blade so that turbine blades arranged in the working gas can withstand this high temperature. And cooling.

従来、一般に採用されているこの種のガスタービンは、圧縮機から抽気した空気を冷却媒体として用い、この冷却空気をタービン翼の内部を流通させて冷却するようにしている。そして、翼内部を冷却した後の冷却空気を、翼外表面のフィルム冷却用や翼の後縁等から、またホィールスペースのシール空気として、作動ガス中に排出するようにしたオープン冷却方式である。   2. Description of the Related Art Conventionally, this type of gas turbine generally used uses air extracted from a compressor as a cooling medium, and cools the cooling air by flowing through the inside of a turbine blade. And it is an open cooling system in which the cooling air after cooling the inside of the blade is discharged into the working gas for film cooling on the outer surface of the blade, from the trailing edge of the blade, etc., and as seal air for the wheel space. .

このオープン冷却方式は、冷却空気が作動ガス中へ排出されることから、比較的低温である冷却空気の希釈による作動ガスの温度低下や、冷却空気が作動ガス中へ混入する時の作動ガスとの間で発生する混合損失などによってタービンの出力が低下するため、高温化の効果が充分に発揮できない嫌いがある。   In this open cooling method, since the cooling air is discharged into the working gas, the temperature of the working gas decreases due to dilution of the cooling air, which is relatively low, and the working gas when the cooling air is mixed into the working gas. Since the output of the turbine is reduced due to mixing loss or the like occurring between the temperatures, there is a tendency that the effect of increasing the temperature cannot be sufficiently exhibited.

この改善策として、被冷却部を冷却した後の冷却空気を作動ガス中に排出しないで、燃焼器に回収するようにした冷却空気回収型ガスタービンや、同じ回収型でも冷却媒体に熱伝達率の大きい蒸気を用いたガスタービン(冷媒消費量の削減と蒸気系への回収による仕事の寄与)などが提案されている。   As a remedy, a cooling air recovery type gas turbine that recovers the cooling air after cooling the part to be cooled into the combustor without discharging it into the working gas, or a heat transfer coefficient to the cooling medium even with the same recovery type A gas turbine using steam having a large volume (contribution of work by reducing the amount of refrigerant consumed and collecting the steam into a steam system) has been proposed.

これら冷媒回収型ガスタービンでは、特に、その開発目的から、冷媒の供給部から回収部に到るまでの冷却経路内で、冷媒のリークの発生を、未然に防止することが重要である。この手段として、系を配管によって閉ざすことが、最も有効で簡単な方法である。しかしながら、静止系経路では、タービン静翼とケーシング間のように、両者間を配管すると、両者の伸び差による熱応力が発生し、配管の損傷等をもたらすことになる。これが供給配管であれば、翼部の冷却が十分行われないことになる。このため、配管をコイル状に巻いて、熱伸び差を吸収することが考えられるが、この方式は、大きな配管スペースがある場合に限られる。また、回転系経路では、基本的に配管が不可能であり、ホィール外径端と動翼供給孔の合わせ面のようなポイントで、総量として大量のリークを発生することになる。   In these refrigerant recovery type gas turbines, it is particularly important for the purpose of their development to prevent the occurrence of refrigerant leakage in the cooling path from the supply section of the refrigerant to the recovery section. Closing the system with a pipe is the most effective and simple method as this means. However, in the stationary system path, if piping is provided between the two, such as between the turbine vane and the casing, thermal stress is generated due to a difference in elongation between the two, causing damage to the piping. If this is a supply pipe, the wings will not be cooled sufficiently. For this reason, it is conceivable to wind the pipe in a coil shape to absorb the difference in thermal expansion, but this method is limited to the case where there is a large pipe space. In addition, piping is basically impossible in the rotating system path, and a large amount of leak is generated as a total amount at a point such as a mating surface between a wheel outer diameter end and a moving blade supply hole.

このような冷却経路内でのシール装置として、EAGLE EG&G AERO-SPACE CO.,LTD.のチューブシールが周知であり、中空円柱の支持体と球面状弾性体で構成されている。また、これに関連するものとして、例えば、特開平10−238301号公報に記載のように、薄肉の中空円柱体の外端付近に、球面状弾性体に相当する環状突起とスリットを設けたもので、両者とも部材の弾性を利用してシール孔との間を環状に線接触させ、リーク量を低減するものが知られている。これらは、主として静止場での使用されており、回転場では半径方向流れに対して適用される。   As a sealing device in such a cooling path, a tube seal of EAGLE EG & G AERO-SPACE CO., LTD. Is well known, and includes a hollow cylindrical support and a spherical elastic body. Further, as related to this, for example, as described in JP-A-10-238301, an annular projection and a slit corresponding to a spherical elastic body are provided near the outer end of a thin hollow cylindrical body. It is known that both of them make use of the elasticity of the member to make an annular line contact with the seal hole to reduce the leak amount. They are mainly used in stationary fields and apply to radial flow in rotating fields.

特開平10−238301号公報JP-A-10-238301

しかしながら、従来のチューブシールのようなものを、回転場における水平方向に流れるようなポイントに使用するには、次のような問題が生じる。即ち、遠心力によって、弾性体シール装置はシール孔の半径方向外側に押付けられることになり、内側の一部がシール孔と接触せず、ここからリークが発生する。さらには、外側に押付けられた環状弾性体は、機器の振動による押付け力の繰返し作用によって、疲労破壊の原因となる。これは、リークの増加と言った問題のみならず、破損した弾性体シール装置の一部が動翼の冷却通路を塞ぎ、適正な流量を確保できない動翼の冷却不足を生じさせることになる。   However, the use of such a conventional tube seal at a point in the rotating field that flows in the horizontal direction has the following problems. That is, due to the centrifugal force, the elastic seal device is pressed to the outside of the seal hole in the radial direction, and a part of the inside does not come into contact with the seal hole, and a leak occurs therefrom. Furthermore, the annular elastic body pressed outward causes fatigue failure due to the repeated action of the pressing force due to the vibration of the device. This not only causes a problem such as an increase in leakage, but also causes a part of the damaged elastic body sealing device to block the cooling passage of the moving blade, resulting in insufficient cooling of the moving blade which cannot secure an appropriate flow rate.

また、これら弾性体シール装置は、弾性変形を利用して、シール孔内面に接触させて使用するものであり、装置の公差管理が非常に煩雑になる。即ち、リーク量はシメシロが10数μmのオーダで倍程度変化するが、シール孔の製作精度がこれに対応できず、個々のシール孔に対してシール装置を製作する必要がある。この管理を徹底しておかなければ、それぞれの製作公差における上・下限の差でリーク量の増大、組立て不可等の不具合が生じることになる。   In addition, these elastic seal devices are used in contact with the inner surface of the seal hole by utilizing elastic deformation, and the tolerance management of the devices becomes very complicated. That is, although the amount of leakage changes about twice in the order of several tens of μm, the manufacturing accuracy of the seal holes cannot correspond to this, and it is necessary to manufacture a seal device for each seal hole. If this management is not thoroughly carried out, problems such as an increase in the amount of leakage and an inability to assemble will occur due to the difference between the upper and lower limits in the respective manufacturing tolerances.

本発明の目的は、高温被冷却部であるタービン動翼への冷却経路内における水平方向流路に設置した弾性体シール装置において、信頼性の向上を図るとともに、製作管理の簡易化と組込み作業の作業性を向上させた弾性体シール装置,これを用いたガスタービン及びガスタービンの運転方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to improve the reliability of an elastic seal device installed in a horizontal flow path in a cooling path to a turbine rotor blade, which is a high-temperature cooled portion, while simplifying production management and assembling work. It is an object of the present invention to provide an elastic seal device having improved workability, a gas turbine using the same, and a method for operating the gas turbine.

(1)上記目的を達成するために、本発明は、ガスタービンの冷却通路に用いる弾性体シール装置であって、支持体と、該支持体の両端に設置された弾性体と、前記支持体の外端部に設けられた環状突起とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、信頼性の向上を図るとともに、製作管理の簡易化と組込み作業の作業性を向上させ得るものとなる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention relates to an elastic seal device used for a cooling passage of a gas turbine, comprising: a support; elastic bodies provided at both ends of the support; And an annular projection provided at an outer end portion of the outer ring.
With this configuration, it is possible to improve the reliability, simplify the production management, and improve the workability of the assembling work.

(2)上記目的を達成するために、本発明は、ガスタービンの冷却通路に用いる弾性体シール装置であって、支持体と、該支持体の両端に設置された弾性体と、前記支持体の外端部に設けられた環状突起とを備え、前記環状突起を、前記弾性体の最大径よりも小さな径としたものである。
かかる構成により、信頼性の向上を図るとともに、製作管理の簡易化と組込み作業の作業性を向上させ得るものとなる。
(2) In order to achieve the above object, the present invention relates to an elastic seal device used for a cooling passage of a gas turbine, comprising: a support; elastic bodies provided at both ends of the support; And an annular projection provided at an outer end of the elastic body, wherein the annular projection has a diameter smaller than a maximum diameter of the elastic body.
With this configuration, it is possible to improve the reliability, simplify the production management, and improve the workability of the assembling work.

(3)上記目的を達成するために、本発明は、ガスタービンの冷却通路に用いる弾性体シール装置であって、中空支持体と、該中空支持体の両端に設置された球面状弾性体と、前記中空支持体の外端部に設けられた環状突起とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、信頼性の向上を図るとともに、製作管理の簡易化と組込み作業の作業性を向上させ得るものとなる。
(3) In order to achieve the above object, the present invention relates to an elastic seal device used for a cooling passage of a gas turbine, comprising: a hollow support; and spherical elastic bodies installed at both ends of the hollow support. And an annular projection provided at the outer end of the hollow support.
With this configuration, it is possible to improve the reliability, simplify the production management, and improve the workability of the assembling work.

(4)上記目的を達成するために、本発明は、支持体と、該支持体の両端に設置された弾性体と、前記支持体の外端部に設けられた環状突起とを有する弾性体シール装置を、ガスタービンの冷却通路内に設置したものである。   (4) In order to achieve the above object, the present invention provides an elastic body having a support, an elastic body provided at both ends of the support, and an annular projection provided at an outer end of the support. The sealing device is provided in a cooling passage of a gas turbine.

(5)上記目的を達成するために、本発明は、ガスタービンの運転方法において、中空支持体と、該中空支持体の両端に設置された弾性体と、前記中空支持体の外端部に設けられた環状突起とを有する弾性体シール装置を、前記ガスタービンの冷却通路内に設置してリーク量を低減するようにしたものである。   (5) In order to achieve the above object, the present invention provides a method for operating a gas turbine, comprising: a hollow support; an elastic body provided at both ends of the hollow support; and an outer end of the hollow support. An elastic seal device having an annular projection provided is provided in a cooling passage of the gas turbine so as to reduce a leak amount.

本発明によれば、弾性体シール装置の信頼性が向上するとともに、製作管理の簡易化が図れ、組込み作業の作業性が向上する。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while improving the reliability of an elastic body sealing apparatus, simplification of production management is achieved and workability | operativity of an assembling operation improves.

以下、図1〜図4を用いて、本発明の一実施形態によるガスタービンの構成について説明する。   Hereinafter, a configuration of a gas turbine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

最初に、図1を用いて、本実施形態によるガスタービンを用いる冷媒回収型ガスタービンプラントの全体構成,特に、作動ガスと冷却空気の流れから全体構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるガスタービンを用いる冷媒回収型ガスタービンプラントの全体構成を示すシステム構成図である。
First, the overall configuration of the refrigerant recovery type gas turbine plant using the gas turbine according to the present embodiment, particularly the overall configuration from the flow of the working gas and the cooling air, will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an overall configuration of a refrigerant recovery type gas turbine plant using a gas turbine according to an embodiment of the present invention.

ガスタービン1は、主として、タービン4と、タービン4に連結され、燃焼用の圧縮空気を得る圧縮機2と、圧縮空気を高温高圧ガスに変換する燃焼器3と、発電機5とを備えている。圧縮機2から抽気した冷却空気は、プリクーラ6,フィルタ7,ブースト圧縮機8を経て、冷却空気供給経路10から静翼冷却空気経路11a及び動翼冷却空気経路11bに分岐され、タービン4の被冷却部に供給される。タービン4の翼部を冷却した空気は、冷却空気回収経路12を介して、燃焼器3に回収される。   The gas turbine 1 mainly includes a turbine 4, a compressor 2 connected to the turbine 4 to obtain compressed air for combustion, a combustor 3 for converting the compressed air into a high-temperature and high-pressure gas, and a generator 5. I have. The cooling air extracted from the compressor 2 passes through a precooler 6, a filter 7, and a boost compressor 8, and is branched from a cooling air supply path 10 into a stationary blade cooling air path 11a and a moving blade cooling air path 11b. It is supplied to the cooling unit. The air that has cooled the blades of the turbine 4 is recovered by the combustor 3 via the cooling air recovery path 12.

次に、図2を用いて、本実施形態によるガスタービンの要部の構成について説明する。
図2は、本発明の一実施形態によるガスタービンの上流側2段部分の要部断面図である。
Next, a configuration of a main part of the gas turbine according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a sectional view of a main part of an upstream two-stage portion of the gas turbine according to one embodiment of the present invention.

最初に、第1段動翼21aの冷却系について説明する。   First, the cooling system of the first stage bucket 21a will be described.

タービン4の図示しない軸端に供給された冷却空気は、中心孔24を経て、第1段供給チャンバー15aに導かれた後、第1段動翼供給通路17aに供給される。第1段動翼供給通路17aは、図示しない第1段動翼21a内に設けられた冷却パスと連通し、更には第1段動翼回収通路18aとも連通して、第1段ホィール回収通路19aを介して第1段回収チャンバー16aに到る。その後、第1段ホィール22a、第2段ホィール22bを貫通する冷却空気回収経路12を燃焼器3に向かう。   The cooling air supplied to the shaft end (not shown) of the turbine 4 is guided to the first stage supply chamber 15a via the center hole 24, and then supplied to the first stage blade supply passage 17a. The first-stage moving blade supply passage 17a communicates with a cooling path provided in the first-stage moving blade 21a (not shown), and further communicates with the first-stage moving blade collection passage 18a to form a first-stage wheel collection passage. It reaches the first-stage recovery chamber 16a via 19a. Thereafter, the cooling air is recovered to the combustor 3 through the cooling air recovery path 12 penetrating the first-stage wheel 22a and the second-stage wheel 22b.

第1段供給チャンバー15aと第1段動翼供給通路17aの当り面及び、第1段動翼回収通路18aと第1段ホィール回収通路19aの当り面には、それぞれ、第1段供給用弾性体シール30aと第1段回収用弾性体シール31aが設置されている。第1段供給用弾性体シール30aは、半径方向の流れに対しての設置であるが、第1段回収用弾性体シール31aは、水平となる流れ場に設けられている。なお、符号20aは、第1段静翼である。   The contact surfaces of the first-stage supply chamber 15a and the first-stage bucket supply passage 17a and the contact surfaces of the first-stage bucket collection passage 18a and the first-stage wheel collection passage 19a respectively have first-stage supply elasticity. A body seal 30a and a first stage recovery elastic seal 31a are provided. The first-stage supply elastic seal 30a is installed for the flow in the radial direction, but the first-stage recovery elastic seal 31a is provided in a horizontal flow field. Reference numeral 20a is a first stage stationary blade.

同様に、第2段動翼21bの冷却系においては、タービン4の図示しない軸端に供給された冷却空気は、中心孔24を経て、第2段供給チャンバー15bに導かれた後、第2段動翼供給通路17bに供給される。第2段動翼供給通路17bは、図示しない第2段動翼21b内に設けられた冷却パスと連通し、更には第2段動翼回収通路18bとも連通して、第2段ホィール回収通路19bを介して第2段回収チャンバー16bに到る。その後、第2段ホィール22b、第2段ホィール22bを貫通する冷却空気回収経路12を燃焼器3に向かう。   Similarly, in the cooling system of the second stage rotor blade 21b, the cooling air supplied to the shaft end (not shown) of the turbine 4 is guided to the second stage supply chamber 15b through the center hole 24, It is supplied to the step rotor blade supply passage 17b. The second-stage moving blade supply passage 17b communicates with a cooling path provided in the second-stage moving blade 21b (not shown), and further communicates with the second-stage moving blade recovery passage 18b to form a second-stage wheel recovery passage. It reaches the second-stage recovery chamber 16b via 19b. Then, the second-stage wheel 22b and the cooling air recovery path 12 penetrating the second-stage wheel 22b are directed to the combustor 3.

第2段供給チャンバー15bと第2段動翼供給通路17bの当り面及び、第2段動翼回収通路18bと第2段ホィール回収通路19bの当り面には、それぞれ、第2段供給用弾性体シール30bと第2段回収用弾性体シール31bが設置されている。第2段供給用弾性体シール30bは、半径方向の流れに対しての設置であるが、第2段回収用弾性体シール31bは、水平となる流れ場に設けられている。なお、符号20bは、第2段静翼である。   The contact surfaces of the second-stage supply chamber 15b and the second-stage blade supply passage 17b and the contact surfaces of the second-stage blade recovery passage 18b and the second-stage wheel collection passage 19b are provided with second-stage supply elasticity, respectively. A body seal 30b and a second stage recovery elastic seal 31b are provided. The second-stage supply elastic seal 30b is provided for radial flow, but the second-stage recovery elastic seal 31b is provided in a horizontal flow field. Reference numeral 20b is a second stage stationary blade.

次に、図3を用いて、本実施形態によるガスタービンに用いる球面状弾性体シールの構成と組込み状態について説明する。
図3は、本発明の一実施形態によるガスタービンに用いる回収用弾性体シールの構成と組込み時状態を示す断面図である。
Next, the configuration and the assembled state of the spherical elastic seal used in the gas turbine according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a recovery elastic seal used in the gas turbine according to the embodiment of the present invention and a state at the time of installation.

第1段回収用弾性体シール31aは、中空支持体34と両端の球面状弾性体35で構成されている。中空支持体34の外端に設けた環状突起36の径をD2とし、球面状弾性体35の開放時の最大径をD1とし、第1段動翼21aに設けられた動翼側シール孔38の孔径をDhとするとき、D1>Dh>D2の関係となっている。更に、球面状弾性体35には、その外端から、最大径D1の位置P点より内側まで延びる、3本のスリット37が加工されている。動翼側シール孔38に組込まれた球面状弾性体35は、その剛性によって最大径をDhまで変化させて、動翼側シール孔38面に接触する。また、この時点では、動翼側シール孔38と環状突起36の間には、周方向に(Dh−D2)/2の間隙をもつが、(D1−Dh)/2>(Dh−D2)/2の関係がある。
なお、以上の説明は、第1段動翼の冷却系についてであるが、2段動翼冷却系の第2段供給用弾性体シール30bと第2段回収用弾性体シール31bについても同様である。また、供給用弾性体シールと回収用弾性体シールの違いは、冷却空気の流れが、半径と水平方向ということで、形状は同一である。
The first-stage recovery elastic seal 31a includes a hollow support 34 and spherical elastic bodies 35 at both ends. The diameter of the annular projection 36 provided at the outer end of the hollow support 34 is D2, the maximum diameter of the spherical elastic body 35 when opened is D1, and the blade-side seal hole 38 provided in the first stage blade 21a is When the hole diameter is Dh, the relationship is D1>Dh> D2. Further, three slits 37 extending from the outer end of the spherical elastic body 35 to the inside from the position P of the maximum diameter D1 are formed. The spherical elastic body 35 incorporated in the rotor blade side seal hole 38 changes its maximum diameter to Dh due to its rigidity, and comes into contact with the rotor blade side seal hole 38 surface. At this time, there is a gap of (Dh-D2) / 2 in the circumferential direction between the blade-side seal hole 38 and the annular projection 36, but (D1-Dh) / 2> (Dh-D2) / There are two relationships.
The above description is about the cooling system of the first stage rotor blade, but the same applies to the second stage supply elastic seal 30b and the second stage recovery elastic seal 31b of the two stage rotor cooling system. is there. The difference between the supply elastic seal and the recovery elastic seal is that the flow of the cooling air is in the radius and the horizontal direction, and the shapes are the same.

以上のように構成されているので、先ず、弾性体シール装置31a,31bの第1段動翼回収通路18aの動翼側シール孔38への装着にあたり、スリット37を設けたことにより、バネ定数(=押込力/球面状弾性体の変形量)が1/10以下まで弱まり、比較的小さな押込み力で、シール孔に装着が可能となる。   With the above-described configuration, first, when the elastic body sealing devices 31a and 31b are attached to the moving blade side seal holes 38 of the first stage moving blade recovery passage 18a, the spring constant (spring constant ( = Pressing force / deformation amount of the spherical elastic body) is reduced to 1/10 or less, and mounting in the seal hole is possible with a relatively small pressing force.

ガスタービン1の運転とともに圧縮機2と燃焼器3で発生する高温高圧の作動ガスは、圧力が約20ata、温度が1400℃程度で、タービン内部の第1段静翼20a、第1段動翼21aをはじめとする、各段でタービン仕事をしながら圧力、温度を低下させ、約600℃で最終段動翼を流出する。この時、ガスタービン1に直結した発電機5が回転して電力を得る。   The high-temperature and high-pressure working gas generated in the compressor 2 and the combustor 3 during the operation of the gas turbine 1 has a pressure of about 20 ata and a temperature of about 1400 ° C., and the first stage stationary blades 20 a and the first stage blades 21 a inside the turbine. First, the pressure and temperature are reduced while performing turbine work in each stage, and the final stage blade is discharged at about 600 ° C. At this time, the generator 5 directly connected to the gas turbine 1 rotates to obtain electric power.

タービン翼は、高温のガスに晒されるため、圧縮機2で得られる高圧空気の一部を抽気して冷却空気として用いるが、圧縮機2での抽気空気の温度は約500℃と高温であるため、プリクーラ6に導き150℃程度に減温する。さらに、この抽気空気を冷却空気として燃焼器2に戻すための供給圧力は、配管や被冷却部での圧力損失を考慮した上で、回収圧力が20ataよりも大きくなるように設定することが必要である。このため、プリクーラ6で減温した後の抽気空気をブースト圧縮機8に導き、35ata程度に昇圧して、はじめて冷却空気として使用が可能となる。この冷却空気は、静翼側と動翼側へ分岐され、一方を動翼冷却空気経路11bとして、動翼21a,21bの翼内部で熱交換して、翼材料の許容温度以下にメタル温度を減温する。この後、冷却空気回収経路12に沿って、燃焼器3へ回収されタービン出力を増大させることになる。   Since the turbine blades are exposed to high-temperature gas, a part of the high-pressure air obtained by the compressor 2 is extracted and used as cooling air. However, the temperature of the extracted air in the compressor 2 is as high as about 500 ° C. Therefore, it is led to the pre-cooler 6 to reduce the temperature to about 150 ° C. Further, the supply pressure for returning the extracted air as cooling air to the combustor 2 needs to be set so that the recovery pressure is larger than 20 ata in consideration of the pressure loss in the piping and the portion to be cooled. It is. For this reason, the bleed air whose temperature has been reduced by the precooler 6 is guided to the boost compressor 8, and the pressure is increased to about 35 ata. The cooling air is branched into a stationary blade side and a moving blade side, and one of the cooling air is used as a moving blade cooling air path 11b to exchange heat inside the blades of the moving blades 21a and 21b, thereby lowering the metal temperature below the allowable temperature of the blade material. I do. Thereafter, the gas is recovered to the combustor 3 along the cooling air recovery path 12 to increase the turbine output.

次に、図4を用いて、本実施形態によるガスタービンに用いる球面状弾性体シールの運転状態における動作について説明する。
図4は、本発明の一実施形態によるガスタービンに用いる回収用弾性体シールの運転状態における状態を示す断面図である。
Next, the operation of the spherical elastic seal used in the gas turbine according to the present embodiment in the operating state will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an operating state of the recovery elastic seal used in the gas turbine according to the embodiment of the present invention.

ガスタービン運転時において、第1段回収用弾性体シール31aは、強い遠心場にあり、半径方向外側向きに遠心力を受ける。しかし、回転数の増加とともに、動翼側シール孔38とスペーサ側シール孔39の外側内面には、環状突起36があたるため、遠心力の全てを受けることはないものである。また、球面状弾性体35がシール孔の中空支持体34の中心線を基準とするDh以下に押え込まれることもないので、中空支持体34と球面状弾性体35の溶接部に掛かる曲げ応力も小さくなる。当然ながら、この近傍では、P点がシール孔と線接触している。一方、半径方向内側は、見かけ上、持ち上げられる様な形になるが、(D1−Dh)/2>(Dh−D2)/2の関係から、球面状弾性体35がシール孔面から離れることはないものである。即ち、全周に亘ってPでの線接触が継続しており、第1段動翼回収通路18と第1段ホィール回収通路19aからホィールスペース25や第2段回収チャンバー16bへのリークを防止できる。   During gas turbine operation, the first-stage recovery elastic seal 31a is in a strong centrifugal field and receives a centrifugal force radially outward. However, with the increase in the rotation speed, the annular projection 36 hits the outer inner surfaces of the rotor blade side seal hole 38 and the spacer side seal hole 39, so that it does not receive all the centrifugal force. In addition, since the spherical elastic body 35 is not pressed below Dh with respect to the center line of the hollow support 34 of the seal hole, the bending stress applied to the weld between the hollow support 34 and the spherical elastic body 35 is reduced. Is also smaller. Of course, in this vicinity, point P is in line contact with the seal hole. On the other hand, the inner side in the radial direction is apparently lifted, but from the relationship of (D1−Dh) / 2> (Dh−D2) / 2, the spherical elastic body 35 separates from the seal hole surface. Is not. That is, line contact at P continues over the entire circumference, and leakage from the first-stage bucket recovery passage 18 and the first-stage wheel collection passage 19a to the wheel space 25 and the second-stage collection chamber 16b is prevented. it can.

以上説明したように、本実施形態による環状突起を配置した弾性体シール装置では、支持体の外端に環状突起を設けることにより、リーク量削減は勿論のこと、球面状弾性体に掛かる遠心力を緩和し、応力レベルを低下させることにより、損傷破壊を未然に防止する信頼性の高い冷媒回収型ガスタービンを提供するとともに、その効果を十分に発揮できる。
また、球面状弾性体にスリットを設けることにより、剛性を弱められるので、弾性体シール装置の製作に当たり、一つの製作公差で対応が可能となり、製作管理上の煩雑さが解消されるとともに、比較的、小さな力で装着することができるので、作業性の向上が図られる。このスリット長さは、球面状弾性体の剛性に影響する。バネ定数は、スリット長さの2乗倍で変化するので、短ければ、その効果は殆ど期待できない。尚、P点より外端側で長くしても意味が無いのは当然であり、球面状弾性体の剛性を弱めるためには、P点を基準に、内側までスリットを設ける必要がある。
ここで、スリットを設けることによる剛性の弱まりは、スリットそのものの面積とともに、リーク発生の要因となる事が考えられる。しかし、本実施形態は、最低限の剛性確保を狙ったものであり、余分な剛性による弊害を排除できるところに利点がある。因みに、球面弾性体をステンレスとする70μmスリットの3本構成で、シメシロが40μm程度あれば、リークは零に近いことを実験的に確認している。
As described above, in the elastic body sealing device having the annular protrusion according to the present embodiment, the provision of the annular protrusion at the outer end of the support body not only reduces the amount of leakage but also reduces the centrifugal force acting on the spherical elastic body. By reducing the stress level and reducing the stress level, a highly reliable refrigerant recovery type gas turbine that prevents damage and destruction can be provided, and its effect can be sufficiently exerted.
In addition, by providing a slit in the spherical elastic body, the rigidity can be reduced, so that it is possible to respond to the production of the elastic seal device with one manufacturing tolerance, eliminating the complexity of production management and comparing Since the target can be mounted with a small force, workability can be improved. This slit length affects the rigidity of the spherical elastic body. Since the spring constant changes with a square of the slit length, the effect is hardly expected if it is short. It is natural that it is meaningless to make the outer end longer than the point P. In order to weaken the rigidity of the spherical elastic body, it is necessary to provide a slit from the point P to the inside.
Here, it is conceivable that the reduction in rigidity due to the provision of the slit may cause a leak as well as the area of the slit itself. However, this embodiment aims at securing the minimum rigidity, and has an advantage in that the adverse effects due to the extra rigidity can be eliminated. Incidentally, it has been experimentally confirmed that the leak is close to zero if the squeezing is about 40 μm in the three 70 μm slits made of stainless steel as the spherical elastic body.

なお、以上の説明では、第1段動翼について説明したが、後段側動翼の冷却通路のみならず、回転場での流れが水平となる位置でのシール装置として適用すれば、さらに大きな効果が期待できるものである。
また、本発明は、従来オープン冷却方式のガスタービン、或は冷媒の異なるタイプのガスタービンにも適用が可能である。
In the above description, the first-stage moving blade has been described. However, if the present invention is applied not only to the cooling passage of the rear-stage moving blade but also to a sealing device at a position where the flow in the rotating field is horizontal, a greater effect can be obtained. Can be expected.
Further, the present invention can be applied to a gas turbine of a conventional open cooling system or a gas turbine of a different type of refrigerant.

本発明の一実施形態によるガスタービンを用いる冷媒回収型ガスタービンプラントの全体構成を示すシステム構成図である。FIG. 1 is a system configuration diagram illustrating an overall configuration of a refrigerant recovery type gas turbine plant using a gas turbine according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるガスタービンの上流側2段部分の要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of an upstream two-stage portion of the gas turbine according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるガスタービンに用いる回収用弾性体シールの構成と組込み時状態を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a recovery elastic seal used in a gas turbine according to an embodiment of the present invention and a state at the time of installation. 本発明の一実施形態によるガスタービンに用いる回収用弾性体シールの運転状態における状態を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which the recovery elastic seal used in the gas turbine according to the embodiment of the present invention is in an operating state.

符号の説明Explanation of reference numerals

1…ガスタービン
2…圧縮機
3…燃焼器
4…タービン
5…発電機
6…プリクーラ
7…フィルタ
8…ブースト圧縮機
11b…動翼冷却空気経路
12…冷却空気回収経路
15a…第1段供給チャンバー
16a…第1段回収チャンバー
17a…第1段動翼供給通路
18a…第1段動翼回収通路
19a…第1段ホィール回収通路
30a…第1段供給用弾性体シール
31a…第1段回収用弾性体シール
34…中空支持体
35…球面状弾性体
36…環状突起
37…スリット
38…動翼側シール孔
39…スペーサ側シール孔
1. Gas turbine
2. Compressor 3. Combustor
4 Turbine 5 Generator
6 Pre-cooler 7 Filter
8 ... Boost compressor
11b: Blade cooling air path
12: Cooling air recovery path
15a: First-stage supply chamber
16a: First-stage recovery chamber
17a: 1st stage rotor blade supply passage
18a: First-stage bucket recovery passage 19a: First-stage wheel collection passage 30a: First-stage supply elastic seal
31a: first-stage recovery elastic seal 34: hollow support
35 spherical elastic body 36 annular projection
37 ... slit 38 ... rotor blade side seal hole
39: Spacer side seal hole

Claims (5)

ガスタービンの冷却通路に用いる弾性体シール装置であって、
支持体と、
該支持体の両端に設置された弾性体と、
前記支持体の外端部に設けられた環状突起とを備えたことを特徴とする弾性体シール装置。
An elastic seal device used for a cooling passage of a gas turbine,
A support,
Elastic bodies installed at both ends of the support,
An elastic body sealing device comprising: an annular projection provided at an outer end of the support.
ガスタービンの冷却通路に用いる弾性体シール装置であって、
支持体と、
該支持体の両端に設置された弾性体と、
前記支持体の外端部に設けられた環状突起とを備え、
前記環状突起を、前記弾性体の最大径よりも小さな径とすることを特徴とする弾性体シール装置。
An elastic seal device used for a cooling passage of a gas turbine,
A support,
Elastic bodies installed at both ends of the support,
An annular projection provided at an outer end of the support,
An elastic body sealing device, wherein the annular projection has a diameter smaller than a maximum diameter of the elastic body.
ガスタービンの冷却通路に用いる弾性体シール装置であって、
中空支持体と、
該中空支持体の両端に設置された球面状弾性体と、
前記中空支持体の外端部に設けられた環状突起とを備えたことを特徴とする弾性体シール装置。
An elastic seal device used for a cooling passage of a gas turbine,
A hollow support,
A spherical elastic body installed at both ends of the hollow support,
An elastic projection provided at an outer end of the hollow support.
支持体と、該支持体の両端に設置された弾性体と、前記支持体の外端部に設けられた環状突起とを有する弾性体シール装置を、冷却通路内に設置したガスタービン。   A gas turbine in which an elastic seal device having a support, an elastic body provided at both ends of the support, and an annular projection provided at an outer end of the support is provided in a cooling passage. ガスタービンの運転方法において、
中空支持体と、該中空支持体の両端に設置された弾性体と、前記中空支持体の外端部に設けられた環状突起とを有する弾性体シール装置を、前記ガスタービンの冷却通路内に設置してリーク量を低減するガスタービンの運転方法。
In the method of operating a gas turbine,
A hollow body, an elastic body provided at both ends of the hollow support, and an elastic body sealing device having an annular projection provided at an outer end of the hollow support are provided in a cooling passage of the gas turbine. A method of operating a gas turbine that reduces the amount of leakage by installing it.
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