JP2004301115A - Sealing construction and sealing device of turbine tail pipe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シール装置、特に原動機やタービン燃焼器の尾筒のシール用途に好適なシール構造に関するものである。 The present invention relates to a seal device, and more particularly to a seal structure suitable for sealing a transition piece of a prime mover or a turbine combustor.
ガスタービンの被シール部として、燃焼器の尾筒とシュラウドとの間隙のシールがあり、同シール部に適用するシール装置は、両者の相対移動に追従しシール機能を維持するものが求められている。 As a part to be sealed of a gas turbine, there is a seal for a gap between a transition piece and a shroud of a combustor, and a seal device applied to the seal part is required to follow a relative movement between the two and maintain a sealing function. I have.
ガスタービン尾筒のシール構造として、例えば特開2000−257862号公報に示されるものがあり、それは、図15に示すように、タービン尾筒15のフランジ15aに尾筒シール17を設け、シュラウド16との隙間を、多数の線状針金を密設したブラシシール18によりシールしていた。
As a seal structure of a gas turbine transition piece, for example, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-257762, which includes a
ガスタービンなどの作動流体は高温高圧であり、内部の構成部品の取り付けには熱膨張を考慮して狭い間隙が設けられているが、その間隙からの作動流体の漏洩は損失となるのみならず、種々の悪影響を及ぼすため漏洩を防止することが重要な課題である。そのためのシール装置として製作費が安く、シール性と耐久性に優れたものが求められている。 Working fluids such as gas turbines have high temperatures and high pressures, and a narrow gap is provided for the mounting of internal components in consideration of thermal expansion. Therefore, it is important to prevent leakage because of various adverse effects. For this purpose, there is a demand for a sealing device which is inexpensive and has excellent sealing properties and durability.
本発明は、上記従来のブラシシールによるシールに比べ、格段にシール能を高めたタービン尾筒のシール構造および汎用のシール装置を提案するものである。 The present invention proposes a turbine tailpipe sealing structure and a general-purpose sealing device that have significantly improved sealing performance as compared with the conventional brush seal.
本発明は上記課題を解決するために、以下の手段(1)〜(12)を採用する。 The present invention employs the following means (1) to (12) in order to solve the above problems.
(1)長四辺形状の薄板を複数枚積層してその一方の長辺側を束ねた状態で固定したシール装置の他端縁面により、タービン尾筒部の隙間を塞ぐことを特徴とするタービン尾筒のシール構造であり、シール装置はその薄板の枚数を加減することで、所望のタービン気流圧に耐えうる剛性を確保できると共に、タービン尾筒等が振動して薄板に当接しても、薄板は撓むことにより損傷が免れ、隙間は常に最小限にシール維持される。 (1) A turbine characterized in that a gap in a turbine tail tube portion is closed by the other end surface of a sealing device in which a plurality of long quadrangular thin plates are stacked and one of the long sides is fixed in a bundled state. The sealing structure of the transition piece, the sealing device can secure the rigidity that can withstand the desired turbine airflow pressure by adjusting the number of thin plates, and even if the turbine transition piece vibrates and comes into contact with the thin plate, The sheet is flexed to avoid damage and the gap is always kept to a minimum seal.
なお、タービン尾筒部の隙間は、タービン尾筒とシュラウド間の隙間の他、タービン尾筒出口部の側面同士の間の隙間等を意味するものである。 The gap of the turbine transition piece means a gap between the side surfaces of the exit portion of the turbine transition piece as well as a gap between the turbine transition piece and the shroud.
(2)タービン尾筒とシュラウドとの間のタービン尾筒部の隙間を、長四辺形状の薄板を複数枚積層してその一方の長辺側を束ねた状態で固定したシール装置の前記薄板平面により塞ぐことを特徴とするタービン尾筒のシール構造であり、シール装置はその薄板の枚数を加減することで、所望のタービン気流圧に耐えうる剛性を確保できると共に、タービン尾筒等が振動して薄板に当接しても、薄板は撓むことにより損傷が免れ、隙間は常に最小限にシール維持される。 (2) The thin plate flat surface of the seal device in which a gap in the turbine tail tube portion between the turbine tail tube and the shroud is fixed in such a manner that a plurality of long quadrangular thin plates are stacked and one of the long sides is bundled. A seal structure of a turbine transition piece characterized by being closed by a seal device.By adjusting the number of thin plates, the sealing device can secure rigidity that can withstand a desired turbine airflow pressure, and the turbine transition piece and the like vibrate. Even if the thin plate abuts against the thin plate, the thin plate bends to avoid damage, and the gap is always kept to a minimum seal.
(3)一端が前記タービン尾筒或いは前記シュラウドの何れか一方の端部に着脱可能に固定されるシールド部材の他端側に、前記シール装置を設けことを特徴とする上記(2)に記載のタービン尾筒のシール構造であり、シール装置はその薄板の枚数を加減することで、所望のタービン気流圧に耐えうる剛性を確保できると共に、タービン尾筒部が振動して薄板に当接しても、薄板は撓むことにより損傷が免れ、隙間は常に最小限にシール維持される。また、シールド部材を取り外すことにより、シール装置の補修、交換を容易に行い得る。 (3) The sealing device is provided on the other end of a shield member having one end detachably fixed to one end of the turbine transition piece or the shroud. The sealing structure of the turbine transition piece of the above, the sealing device can secure the rigidity that can withstand the desired turbine airflow pressure by adjusting the number of the thin plates, and the turbine transition section vibrates and contacts the thin plate. However, the sheet is flexed to avoid damage and the gap is always kept to a minimum. Further, by removing the shield member, repair and replacement of the sealing device can be easily performed.
(4)前記シール装置の一方の長辺側を、前記タービン尾筒部の何れか一方の部材縁部に沿って設けることを特徴とする上記(1)〜(3)に記載のタービン尾筒のシール構造であり、隙間は、薄板の長四辺形状平面で塞がれた状態でシールされる。 (4) The turbine transition piece according to any one of (1) to (3), wherein one long side of the sealing device is provided along an edge of any one of the turbine transition pieces. The gap is sealed in a state where the gap is closed by a long quadrilateral plane of the thin plate.
(5)前記シール装置を設けるのに際し、前記薄板の他方の長辺側が、前記タービン尾筒部の高圧雰囲気側に傾斜するように設置することを特徴とする上記(1)〜(4)の何れかに記載のタービン尾筒シール構造であり、薄板は高圧雰囲気圧により常に隙間寸法が小さくなる方向(低圧雰囲気側)に押し付けられ、シール隙間がより小さくなり、かつ、シール性がより強固になる。 (5) When providing the sealing device, the thin plate is installed so that the other long side of the thin plate is inclined toward the high-pressure atmosphere side of the turbine tail tube portion. The seal structure of any one of the turbine tail pipes described above, wherein the thin plate is constantly pressed in a direction in which the gap dimension is reduced (the low-pressure atmosphere side) by the high-pressure atmosphere pressure, so that the seal gap is reduced and the sealing property is further enhanced. Become.
(6)前記薄板の他端縁側適宜位置に、スリットが設けられていることを特徴とする上記(1)〜(5)の何れかに記載のタービン尾筒のシール構造。 (6) The seal structure for a turbine transition piece according to any one of (1) to (5), wherein a slit is provided at an appropriate position on the other end edge side of the thin plate.
(7)四辺形状の薄板を複数枚積層してその一方の一辺側を束ねた状態に固定し、前記薄板の他方の一辺側がそれぞれ自由に撓むシール装置であって、前記薄板の平面がシール圧の受圧面であることを特徴とするシール装置であり、薄板を複数枚積層して束ねているので所要の剛性が保たれ、且つ、薄板の多重シール作用とその撓みに伴う追従作用がある。 (7) A sealing device in which a plurality of quadrilateral thin plates are stacked and one side of the thin plates is fixed in a bundled state, and the other side of the thin plate is freely bent, and the flat surface of the thin plate is a seal. A sealing device characterized by a pressure receiving surface, wherein a plurality of thin plates are stacked and bundled, so that required rigidity is maintained, and there is a multiple sealing action of the thin sheets and a follow-up action accompanying the bending thereof. .
なお、薄板の平面をシール圧の受圧面とするには、薄板の表裏面を挟んで一方が高圧雰囲気側、他方が低圧雰囲気側になるようにシール装置を設置すればよい。 In order to make the flat surface of the thin plate a pressure receiving surface for the sealing pressure, the sealing device may be installed so that one side is on the high-pressure atmosphere side and the other is on the low-pressure atmosphere side with the front and back surfaces of the thin plate interposed therebetween.
(8)上記(7)に記載のシール装置において、一方の一辺側を、被シール隙間を構成する一方の部材縁部に沿って設けることにより被シール隙間を塞ぐことを特徴とするシール構造であり、被シール隙間は薄板の四辺形状平面にて塞がれシールができる。 (8) The sealing device according to (7), wherein the one side is provided along one edge of the member that forms the gap to be sealed, thereby closing the gap to be sealed. In addition, the gap to be sealed is closed with a quadrilateral plane of a thin plate, and sealing can be performed.
(9)被シール隙間を構成する2つの部材の表裏間に差圧が生じる部位に設けるシール構造であって、前記シール装置薄板における他方の一辺側を高圧雰囲気側に傾斜するように設置することを特徴とする上記(8)に記載のシール構造。 (9) A sealing structure provided at a site where a pressure difference is generated between the front and back surfaces of two members constituting the gap to be sealed, wherein the other side of the sealing device thin plate is installed so as to be inclined toward the high pressure atmosphere side. The seal structure according to the above (8), characterized in that:
(10)上記(7)に記載のシール装置を、タービン尾筒部に既設しているシール装置と取り替える又は追設することを特徴とするタービン尾筒の改造方法。 (10) A method of remodeling a turbine tailpipe, wherein the sealing apparatus according to the above (7) is replaced or additionally provided with a sealing apparatus already provided in a turbine tailpipe portion.
(11)薄板を積層した構造の静的シール装置により間隙からの流体の漏洩を防止することを特徴とする積層薄板静的シール装置。 (11) A laminated thin plate static sealing device characterized in that leakage of fluid from a gap is prevented by a static sealing device having a structure in which thin plates are laminated.
(12)上記(7)又は(11)に記載のシール装置を、ガスタービンまたは蒸気タービンまたはジェットエンジンの被シール隙間に設けることを特徴とするシール構造。 (12) A seal structure wherein the seal device according to (7) or (11) is provided in a gap to be sealed of a gas turbine, a steam turbine, or a jet engine.
請求項1に記載の発明は、長四辺形状の薄板を複数枚積層してその一方の長辺側を束ねた状態で固定したシール装置の他端縁面により、タービン尾筒部の隙間を塞ぐことを特徴とするタービン尾筒のシール構造であり、シール装置はその薄板の枚数を加減することで、所望のタービン気流圧に耐えうる剛性を確保できると共に、タービン尾筒等の熱膨張や振動により、薄板にタービン尾筒およびその相手部材等が当接しても、薄板は撓むことにより隙間寸法は常に最小限にシール維持されることになり、薄板の損傷も免れ、高温燃焼ガス(タービン気流)の漏れ率が数%程度に抑えられる。 According to the first aspect of the present invention, the gap in the turbine tail tube portion is closed by the other end surface of the sealing device in which a plurality of long quadrangular thin plates are laminated and one of the long sides is fixed in a bundled state. A seal structure for a turbine transition piece characterized by the fact that the sealing device can secure rigidity that can withstand a desired turbine airflow pressure by adjusting the number of thin plates, and can also achieve thermal expansion and vibration of the turbine transition piece and the like. Therefore, even if the turbine transition piece and its mating member abut on the thin plate, the thin plate bends and the gap size is always kept to a minimum seal, the thin plate is not damaged, and the high-temperature combustion gas (turbine Air flow) is reduced to about several percent.
請求項2に記載の発明は、タービン尾筒とシュラウドとの間のタービン尾筒部の隙間を、長四辺形状の薄板を複数枚積層してその一方の長辺側を束ねた状態で固定したシール装置の前記薄板平面により塞ぐことを特徴とするタービン尾筒のシール構造であり、シール装置はその薄板の枚数を加減することで、所望のタービン気流圧に耐えうる剛性を確保できると共に、タービン尾筒等の熱膨張や振動により薄板にシュラウド等が当接しても、薄板は撓むことにより隙間寸法は常に最小限にシール維持されることになり、薄板の損傷も免れ、高温燃焼ガス(タービン気流)の漏れ率が数%程度に抑えられる。 According to the second aspect of the present invention, the gap in the turbine tail section between the turbine tail pipe and the shroud is fixed in a state where a plurality of long quadrangular thin plates are stacked and one of the long sides is bundled. A seal structure of a turbine transition piece, which is closed by the thin plate flat surface of a seal device.The seal device can secure rigidity that can withstand a desired turbine airflow pressure by increasing or decreasing the number of the thin plates. Even if the shroud or the like comes into contact with the thin plate due to thermal expansion or vibration of the transition piece or the like, the thin plate bends and the gap dimension is always kept to a minimum, the thin plate is not damaged, and the high-temperature combustion gas ( The leakage rate of the turbine airflow is suppressed to about several percent.
請求項3に記載の発明は、一端が前記タービン尾筒或いは前記シュラウドの何れか一方の端部に着脱可能に固定されるシールド部材の他端側に、前記シール装置の一方の長辺側を設けることを特徴とする請求項2に記載のタービン尾筒のシール構造であり、シール装置はその薄板の枚数を加減することで、所望のタービン気流圧に耐えうる剛性を確保できると共に、タービン尾筒部が振動して薄板に当接しても、薄板は撓むことにより、隙間寸法は常に最小限にシール維持されることになり、タービン尾筒部における気流漏れ率が数%程度に抑えられる。また、前記シールド部材を取り外すことにより、シール装置の補修、交換が容易に行い得る。
According to a third aspect of the present invention, one long side of the seal device is connected to the other end of a shield member having one end detachably fixed to one end of the turbine transition piece or the shroud. 3. The sealing structure for a turbine tailpipe according to
請求項4に記載の発明は、前記シール装置の一方の長辺側を、前記タービン尾筒部の一方の部材縁部に沿って設けることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載のタービン尾筒のシール構造であり、タービン尾筒部の隙間は、薄板の長四辺形状の平面の全面で塞がれた状態でシールされる。 The invention described in claim 4 is characterized in that one long side of the seal device is provided along one edge of the turbine tail tube portion. Wherein the gap in the turbine tail section is sealed in a state where the gap is closed by the entire surface of the long rectangular plane of the thin plate.
請求項5に記載の発明は、前記タービン尾筒部に前記シール装置を設けるのに際し、前記薄板の他方の長辺側が、前記タービン尾筒部の高圧雰囲気側に傾斜するように設置することを特徴とする請求項1〜請求項4の何れかに記載のタービン尾筒シール構造であり、薄板は高圧雰囲気圧により常に隙間寸法が小さくなる方向(低圧雰囲気側)に押し付けられ、確実かつ強固にシールされる。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、前記薄板の適宜位置に、可撓性を高める為のスリット又は孔が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項5の何れかに記載のタービン尾筒のシール構造であり、タービン尾筒部材との接触によるシール装置の破損を防止できる。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a turbine according to any one of the first to fifth aspects, wherein a slit or a hole for enhancing flexibility is provided at an appropriate position of the thin plate. The transition piece seal structure prevents damage to the sealing device due to contact with the turbine transition piece member.
請求項7に記載の発明は、四辺形状の薄板を複数枚積層してその一方の一辺側を束ねた状態に固定し、前記薄板の他方の一辺側がそれぞれ自由に撓むシール装置であって、前記薄板の平面がシール圧の受圧面であることを特徴とするシール装置であり、薄板を複数枚積層して束ねているので所要のシール圧に耐えうる剛性が確保でき、且つ、薄板の多重シール作用およびその撓みに伴う追従作用により高いシール性能効果がある。
The invention according to
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載のシール装置の一方の一辺側を、被シール隙間を構成する一方の部材縁部に沿って設けることにより被シール隙間を塞ぐことを特徴とするシール構造であり、被シール隙間は薄板群の四辺形状の平面の全面にて塞がれる。
The invention according to
請求項9に記載の発明は、被シール隙間を構成する2つの部材の表裏間に差圧が生じる部位に設けるシール構造であって、前記シール装置の薄板の他方の長辺側を高圧雰囲気側に傾斜するように設置することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載のシール構造であり、高圧雰囲気圧により薄板の先端部は常に被シール部材に押付けられ、確実かつ強固にシールされる。
The invention according to claim 9 is a seal structure provided at a site where a pressure difference is generated between the front and back surfaces of two members constituting a gap to be sealed, wherein the other long side of the thin plate of the sealing device is a high pressure atmosphere side. The sealing structure according to
請求項10に記載の発明は、請求項7に記載のシール装置を、タービン尾筒部に既設しているシール装置と取り替える又は追設することを特徴とするタービン尾筒の改造方法であり、改造することで、タービン尾筒部における気流漏れを低減できる。
The invention according to
請求項11に記載の発明は、薄板を積層した構造の静的シール装置により間隙からの流体の漏洩を防止することを特徴とする積層薄板静的シール装置であり、披シール間隙(隙間)の正面形状に合致した薄板形状とし、同薄板により披シール間隙を塞げばシールができる。また、シール圧に比例して積層する薄板の枚数を増減すればよく、広範囲の被シール圧力範囲に対応できるシール装置である。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a laminated thin plate static seal device characterized in that leakage of fluid from a gap is prevented by a static seal device having a structure in which thin plates are laminated. Sealing can be achieved by forming a thin plate shape that matches the front shape and closing the seal gap with the thin plate. Further, the number of thin plates to be laminated may be increased or decreased in proportion to the sealing pressure, and the sealing device can cope with a wide range of pressure to be sealed.
請求項12に記載の発明は、請求項7又は請求項11に記載のシール装置を、ガスタービンまたは蒸気タービンまたはジェットエンジンの被シール隙間に設けることを特徴とするシール構造であり、薄板の平面形状を被シール隙間の形状(四辺形や環形状)に合致して形成することで、種々用途のシール装置に適用可能であり、汎用性が高いものである。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a seal structure in which the seal device according to the seventh or eleventh aspect is provided in a gap to be sealed of a gas turbine, a steam turbine, or a jet engine. By forming the shape in conformity with the shape of the gap to be sealed (quadrilateral or ring shape), it can be applied to sealing devices for various uses and has high versatility.
本発明にかかるシール装置の第1の実施形態について、図1および図2を用いて説明する。 A first embodiment of the sealing device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1(A)はシール装置(組立品)の正面図、図1の(B)(C)は同シール装置を構成する2種の薄板(薄板スリット1、薄板スリット2)の正面図を示す。
FIG. 1A is a front view of a sealing device (assembled product), and FIGS. 1B and 1C are front views of two types of thin plates (a
図2(A)(B)(C)は3タイプのシール装置の断面図を示し、また、(1A)は(A)の、(1B)は(B)の、(1C)は(C)の具体的寸法(単位はmm)事例を示すものである。 2 (A), 2 (B) and 2 (C) are cross-sectional views of three types of sealing devices, wherein (1A) is (A), (1B) is (B), and (1C) is (C). Shows an example of specific dimensions (unit: mm).
例えば、図2の(1A)中において、12の数値はシール装置の短辺側の長さ寸法が12mmであることを示し、図中、4の数値は下述する基端固定部4aの縦横寸法がそれぞれ4mmであることを示し、図2の(1B)および(1C)に記載の数値も(1A)と同様理解の表記記載である。 For example, in FIG. 2A, a numerical value of 12 indicates that the length of the short side of the sealing device is 12 mm, and a numerical value of 4 in FIG. Each dimension is 4 mm, and the numerical values described in (1B) and (1C) of FIG. 2 are notational descriptions similar to (1A).
図1に示すシール装置1は、被シール隙間が長四辺形状でその長手方向に若干の円弧を有する場合のシール装置1であり、被シール隙間の円弧に沿う形状とすることで、最小限のシール隙間となるようにしている。
The
シール装置1の薄板2,3は、0.1mm厚のステンレス鋼製であり、この程度の厚みのステンレス鋼製薄板を複数枚積層して束ねれば、シール装置1に必要な機能(シール性の確保、干渉損傷の防止)を達成し得る、可撓性、復元性を有する。
The
シール装置1は、スリット位置を違えた薄板2、3を用いたもので、薄板2と3とに設けられている複数のスリット2a、3aからの洩れは、スリット位置の違う薄板2と3とを交互に重ねることで防いでいる。
The
多数枚の薄板2と3はその四辺を揃え積層した状態で積層薄板群1cとされ、その基端側(薄板の一方の長辺側)を、一対の止め具1bで挟み込んでリベット1aにて固定していて、積層薄板群1cの先端側はそれぞれ自由に撓むように構成されている。
A large number of
図1中、2b、3bはリベット1aの挿通孔であり、夫々4つ設けられている。
In FIG. 1,
本シール装置1は長手方向に長いが、薄板2,3にはその長手方向に等間隔で夫々スリット2a、3aを設けているので、スリットを有さないものに比べ、薄板2、3の可撓性が大きくなり、直線状の被シール隙間のみならず、図1の如く円弧を含む曲線状の被シール隙間用途に好適である。
Although the
なお、スリット3a、2aは、積層薄板群1cの内部の薄板に設けることが、シール性からは好ましい。もちろん、図6に示すように、スリットを設けないものでもよい。
It is preferable that the
シール性には差圧による自己シール性を利用しており、図2(A,B,C)に示す通り、被シール隙間の高圧雰囲気側Kに積層薄板群1cの先端側(薄板の他方の長辺側)が傾斜するように設ければ、低圧雰囲気側Tとの差圧力により、積層薄板群1cの先端部は常にシール面S2に押し付けられる方向に付勢されるので吹き抜けを起こすことはなく、薄板のフラッター振動を防止することが出来る。 The self-sealing property by the differential pressure is used for the sealing property. As shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, the tip side (the other side of the thin sheet) of the laminated sheet group 1c is placed on the high-pressure atmosphere side K of the gap to be sealed. If the long side is provided so as to be inclined, the leading end of the laminated thin plate group 1c is always urged in the direction pressed against the sealing surface S2 due to the differential pressure from the low pressure atmosphere side T, so that blow-through is not caused. In addition, flutter vibration of a thin plate can be prevented.
また、傾斜角度を適当に変えることによりシール面圧及び可撓性を調整可能である。可撓性は薄板の板厚、有効シール長さ、スリット幅によっても調整可能である。 Further, by appropriately changing the inclination angle, the sealing surface pressure and the flexibility can be adjusted. Flexibility can also be adjusted by the thickness of the thin plate, the effective seal length, and the slit width.
本シール装置1を被シール隙間に設置する場合は、シール装置1の一方の一辺側の基端固定部4を、被シール隙間を構成する一方の部材縁部に沿って設けて被シール隙間を塞げばよく、被シール隙間は薄板2,3等の四辺形状平面の全面にて塞がれ、シールが行い得る。
When the
シール薄板2,3の材質は一般にステンレス鋼或いは耐熱合金が用いられるが、温度によってはセラミック板など、適用用途に応じ他の材質を用いてもよい。
Generally, stainless steel or a heat-resistant alloy is used as the material of the seal
本シール装置1は、薄板2,3を複数枚積層して束ねているので所要の剛性が保たれ、吹き抜けが生じない、且つ、複数の薄板の多重シール作用により確実にシールが出来る。
In the
また、被シール隙間部材が熱膨張や振動して、シール装置1に接触しても、薄板が撓むことにより追従し、薄板2,3の先端と被シール隙間部材とのクリアランスが常に最小となり、シール性能が維持されると共にシール装置1の破損が生じない。
Further, even if the sealed gap member thermally expands and vibrates and comes into contact with the
なお、薄板2,3の積層枚数は、シール装置1が適用されるシール雰囲気圧に比例して増減すればよい。
The number of laminated
本シール装置1は、複数枚の薄板を積層しただけの簡単な構造であり製作費が安い。また、複数の薄板毎に多重にシールするので、シール性が優れている。また、薄板の撓みにより応力を吸収するので、耐久性に優れたものである。
The
なお、図14は、図1(A)のシール装置1のスリットに変えて、積層薄板群1cの内部の薄板に孔1dを設けたものであり、それらスリットや孔を多数設ければ可撓性が高まり、より低い流体圧に追従して撓む。
In FIG. 14, holes 1d are provided in the thin plates inside the laminated thin plate group 1c instead of the slits of the
本発明にかかるタービン尾筒のシール構造の第1の実施形態について、図3〜図8に基づき説明する。図3はガスタービン燃焼器の全体を示す構成図であり、図中、5はタービン尾筒、6はシュラウド、Aは燃焼器、Bは車室、Cはパイロット燃料ノズル、Dはメイン燃焼ノズル、Eはバイパス管、Fはバイパス弁、Gは高温燃焼ガスの流れ方向を示す矢印を示す。 A first embodiment of a seal structure for a turbine transition piece according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a configuration diagram showing the entire gas turbine combustor, in which 5 is a turbine tailpipe, 6 is a shroud, A is a combustor, B is a vehicle compartment, C is a pilot fuel nozzle, and D is a main combustion nozzle. , E indicate a bypass pipe, F indicates a bypass valve, and G indicates an arrow indicating the flow direction of the high-temperature combustion gas.
図3のYで囲む範囲がタービン尾筒部であり、タービン尾筒部はタービン尾筒5とそれに連なるシュラウド6とで構成されている。図3のYで囲む範囲の拡大図を図4に示し、図4において、5は上流の燃焼器Aにつながるタービン尾筒、6a、6bはタービン尾筒5に連なる外側と内側のシュラウド、7はタービン尾筒5とシュラウド6との間隙を塞ぐように連設され、タービン尾筒5のフランジ5aにボルト8により着脱可能に固定されたシールド部材を示す。
A range surrounded by Y in FIG. 3 is a turbine transition piece, and the turbine transition piece is constituted by a
図4の上側に設けるシール装置10を、図5の(A)に示し、下側のシール装置10を図5の(B)示す、これらのシール装置10の積層薄板群10aは何れも上述したスリットを設けていないものである。
The sealing
図4のシール装置10は、長四辺形状の薄板を複数枚積層してその一方の長辺側を束ねた状態で固定したものであり、その他端縁面により、タービン尾筒部の隙間を塞いでいる。
The sealing
シールド部材7の他端側には、押え部材9により図2(A)に示す形式のシール装置10の薄板の一方の長辺側(固定側)を押さえ込んで固定している。
2A, one long side (fixed side) of the thin plate of the sealing
図6はタービン尾筒5を下流側から見たもので、図7(A)は図6のM−M矢視に沿う拡大断面図、図7(B)は図6のN−N矢視に沿う拡大断面図、図8は図6のL−L矢視に沿う矢視図である。
6 is a view of the
シール装置10は、図4に示す外側シュラウド6aと、内側シュラウド6bとの隙間の他、図6、図7、図8に示すように、タービン尾筒5とそれに隣接するタービン尾筒5c、5dとの隙間にそれぞれ設けられており、タービン尾筒5の4周囲の隙間は、シール装置10により全てシールされている。なお、図8中、15Aは燃焼器側のカバー部材である。
As shown in FIGS. 6, 7, and 8, the
シール装置10は、0.1mm厚さのSUS405製の薄板を10枚積層した薄板群10aを有しており、長四辺形状の薄板の一方の長辺基端側を束ねた状態で固定していて、他方の長辺先端側の各薄板が個々に自由に撓みうるようにしている。なお、本シール装置10は、図2の(A)に図示のものと同様のものである。
The sealing
このように構成したシール装置10によれば、一枚の薄板のみではタービン尾筒部の雰囲気圧に耐えない剛性しか有していないが、薄板を多数枚積層しているので、薄板の平面全面に加わる雰囲気圧に耐える剛性が薄板群10aにより確保できる。
According to the sealing
また、個々の薄板が撓むことによりシールクリアランス(薄板の先端と被シール部材面との隙間)を常に最小限に保ち、個々の薄板による多重シールが行われ、シール性能が高い。 In addition, since each thin plate bends, the seal clearance (gap between the tip of the thin plate and the surface of the member to be sealed) is always kept to a minimum, and multiple seals are performed by each thin plate, and the sealing performance is high.
シールド部材7にシール装置10を固定するのに際しては、薄板群10aの他方の長辺側が、タービン尾筒部位の高圧雰囲気側に傾斜(30度)して固定設置しており、薄板は高圧雰囲側Kの気圧により常に隙間寸法が小さくなる方向、つまり、低圧雰囲気側Tに押し付けられることになり、より確実にシールが行い得ると共に、吹き抜けの発生を防止している。
When the sealing
薄板群10aの裏面側のシールド部材7には、薄板群10aの傾斜と同じ傾斜角度α(30度)の斜面7aが設けてあり、薄板群10aの先端が隙間S側に入り込まないようにしていて、上記と併せ持って吹き抜けの発生を防止している。
The
シール装置10の薄板群10aの先端とシュラウド6平面とのシールクリアランスは、高温燃焼ガスGの洩れを最小限とすべく、ゼロ乃至0.1mm程度のシールクリアランスとしている。僅かなシールクリアランスなので、ガスタービン(燃焼器)の稼動に伴う熱膨張や振動により、薄板群10aの先端部がシュラウド6に当たる現象が発生するが、薄板群1aを構成する個々の薄板は0.1mm程度の板厚なので、薄板群1aの先端がシュラウド6に当接しても、個々の薄板が撓むことで吸収し、薄板の先端はシュラウド6表面に常に沿った状態となり、タービン尾筒部の隙間Sのシールクリアランスは常に最小限寸法にシール維持されると共に、薄板群が損傷しない。
The seal clearance between the end of the thin plate group 10a of the
また、上記実施例のものは、図4に示すボルト8を緩めればシールド部材7が簡単に取り外すことができ、新たなシール装置を固定したシールド部材7に取替えれば補修改造が容易に行い得る。
Also, in the above embodiment, the
本発明のかかるタービン尾筒のシール構造の第2の実施形態について、図9に基づき説明する。本実施形態のものは、シールド部材7とシュラウド6との隙間Sを、シール装置10bにて塞いだもので、シール装置10bを真直ぐに固定し、シュラウド6平面に低圧側Tに向けて高くなる傾斜面6bを設けたものである。
A second embodiment of the seal structure for a turbine transition piece according to the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the gap S between the
本発明のかかるタービン尾筒のシール構造の第3の実施形態について、図10に基づき説明する。本実施形態のものは、シールド部材7とシュラウド6との隙間Sを、シール装置10bにて塞いだもので、シールド装置10bの薄板群10dをシュラウド6平面に対し直交設置したものである。このように直交設置した場合であっても、シールは行いうる。
A third embodiment of the seal structure for a turbine transition piece according to the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the gap S between the
本発明のかかるタービン尾筒のシール構造の第4の実施形態について、図11に基づき説明する。本実施形態のものは、シールド部材7とシュラウド6との隙間Sを、シール装置10cにて塞いだもので、シール装置10cの薄板群10eの傾斜角度を、図4に示す第1実施形態のものに比べ約半分程度小さくしており、また、シュラウド6の平面に、低圧雰囲気側Tに立ち上がる傾斜面6bを設けたものである。このように傾斜面6bを設ければ、薄板群10eを傾斜させた場合と同様、薄板群10eの高圧雰囲気側Kの平面に差圧力が加わり、薄板群10eの先端とシュラウド6との平面とで構成されているシールクリアランスを狭くするように作用する。
A fourth embodiment of the seal structure for a turbine transition piece according to the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the gap S between the
本発明のかかるシール構造の第1の実施形態について、図12に基づき説明する。本実施形態のものは、シール装置11を被シール部材19、20により形成される間隙S1間に固定配置したものであり、図12において、11aは積層薄板群、11bは薄板を挟み込んで束ねる為の一対の平板、11cは固定ボルト、Kは高圧雰囲気側、Tは低圧雰囲気側を示す。なお、図12において積層薄板群11aの先端部を高圧雰囲気側Kに傾斜するように固定配置してもよい。 A first embodiment of the seal structure according to the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the sealing device 11 is fixedly disposed between the gaps S1 formed by the members to be sealed 19 and 20. In FIG. 12, 11a is a group of laminated thin plates, and 11b is for sandwiching the thin plates for bundling. 11c, fixing bolts, K indicates a high-pressure atmosphere side, and T indicates a low-pressure atmosphere side. In FIG. 12, the end of the laminated thin plate group 11a may be fixedly arranged so as to be inclined toward the high-pressure atmosphere side K.
本発明のかかるシール装置の第2の実施形態について、図13に基づき説明する。 A second embodiment of the sealing device according to the present invention will be described with reference to FIG.
本実施形態のシール装置は、四辺形状の薄板を多数枚積層して積層薄板群12aとし、その中央部を一対の平板13と固定ボルト14とにより束ねた状態に固定することで、積層薄板群12aの両長辺側がそれぞれ自由に撓むシール装置12であり、その両端においてシールを行い得るものである。
The sealing device according to the present embodiment is configured by laminating a large number of quadrilateral thin plates into a laminated
このシール装置12は上述のシール装置1、10、10a、10c、11と同様に、被シール間隙の高圧雰囲気Kと低圧雰囲気側Tとに、薄板積層群12aの両平面がそれぞれ面するように設置する。
The sealing
上述のシール装置1、10、10a、10c、11、12は押さえ金具や、溶接およびボルト等の一般的固定手段にて被シール部材に簡単に取り付け可能なものであり、タービン尾筒部に既設しているシール装置が経年変化により、そのシール性能が劣った場合には、上述のシール装置1、10、10a、10c、11、12と取り替える、あるいは、既設のシール装置を取り外さず追加設置すれば、タービン尾筒の改造や一般用途のシール構造の改造が容易にできる。
The above-described
なお、シール装置の薄板の形状は、被シール間隙や隙間に合致する形状および寸法とすればよく、上述のように必ずしも四辺形状とする必要はない。例えば、被シール間隙や隙間の正面形状が、円形の場合には、半円形、1/4円形で構成し、全体として円形状を構成するように薄板を複数積層したシール装置とすればよい。 Note that the shape of the thin plate of the sealing device may be a shape and a size that match the gap to be sealed or the gap, and need not necessarily be a quadrilateral as described above. For example, when the gap to be sealed or the front shape of the gap is circular, the sealing device may be a semicircle or a quarter circle, and may be a sealing device in which a plurality of thin plates are stacked so as to form a circular shape as a whole.
また、薄板が撓む側の先端は、被シール部材の表面に沿って形成しておけばよく、被シール部材の表面が曲線であれば、その曲線に沿う薄板先端形状とする。要するに、薄板先端と被シール部材表面とのクリアランス寸法が最小限となるようにしておけばよい。
上記各実施形態によれば、積層薄板の平面に加わるシール圧を、積層薄板が本来的に有する撓み力で受け、積層する個々の薄板にて多重にシールすることにより間隙や隙間からの漏れを確実に防ぐことができ、シール性能が高い。
Further, the tip on the side where the thin plate bends may be formed along the surface of the member to be sealed, and if the surface of the member to be sealed has a curved surface, the thin plate has a tip shape along the curved line. In short, the clearance between the tip of the thin plate and the surface of the member to be sealed should be minimized.
According to each of the above embodiments, the sealing pressure applied to the plane of the laminated thin plate is received by the bending force inherent to the laminated thin plate, and leakage from gaps and gaps is prevented by performing multiple sealings with individual laminated thin plates. It can be reliably prevented, and the sealing performance is high.
上記シール装置10、10a、10c、11、12や積層薄板静的シール装置1は、あらゆる分野のシール装置として利用可能であり、ガスタービンまたは蒸気タービンまたはジェットエンジンの被シール隙間に設けることでシールが行いうる。
The above-described
1、10、10b、10c、11、12 シール装置
2、3 薄板
4 基端固定部
5 タービン尾筒
6 シュラウド
7 シールド部材
K 高圧雰囲気側
T 低圧雰囲気側
1, 10, 10b, 10c, 11, 12
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