JP2013024222A - Sealing device and gas turbine including the sealing device - Google Patents

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Masami Noda
雅美 野田
Yasuhiro Horiuchi
康広 堀内
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable sealing device which uses a seal plate placed for suppressing a leak from a space between adjacent member and improves sealing performance in addition to being matched to an offset of a segment member.SOLUTION: In the sealing device for a gas turbine, a seal plate 50 has two plates 51a, 51b of a rectangular cross-section placed spaced apart from each other, and both the plates are connected by a flat spring 52 as an elastic body. Further, curved elastic bodies 53a, 53b extend from the two plates 51a, 51b, with ends 57a, 57b thereof oriented toward inside the seal plate 50 and with one plate end surfaces thereof both made longer by a length equivalent to δg, and side end plates 55a, 55b made of elastic material are connected thereto while a space of δg is maintained.

Description

本発明は、シール装置及びシール装置を備えたガスタービンに係り、特に、圧縮空気を燃料と共に燃焼して得た燃焼ガスのエネルギーによって回転動力を得るガスタービン設備冷却翼の冷却空気のリークを抑制するのに好適なシール装置に関するものである。   The present invention relates to a sealing device and a gas turbine including the sealing device, and in particular, suppresses leakage of cooling air from cooling blades of gas turbine equipment that obtains rotational power by the energy of combustion gas obtained by burning compressed air together with fuel. The present invention relates to a sealing device suitable for the purpose.

ガスタービンにおいては、熱効率の向上を目的として作動ガスの高温化が図られているが、特に、作動ガス中に配置されているタービン静・動翼が高温に耐えられるように、翼内部に冷却媒体を供給している。一般に採用されている、この種のガスタービンは、空気冷却によるオープン冷却方式である。即ち、圧縮機から抽気した空気を冷却空気として用い、この空気をケーシングや、タービン内部を経由させて、翼内部に導き冷却するようにしている。そして、翼内部を冷却した後の空気は、翼外表面に設けたフィルム冷却孔や翼の後縁冷却孔等から、ガスパス中に排出される。また、静翼冷却用に導入された冷却空気の一部を、タービンホィールスペースのシール空気として分岐するが、この空気も主流ガスのイングレス抑制用としてガスパスに排出される。   In gas turbines, the working gas is heated to increase the heat efficiency. In particular, the inside of the blade is cooled so that the turbine stationary and moving blades arranged in the working gas can withstand high temperatures. Supplying media. This type of gas turbine, which is generally adopted, is an open cooling method by air cooling. That is, the air extracted from the compressor is used as cooling air, and this air is guided to the inside of the blades through the casing and the inside of the turbine for cooling. And the air after cooling the inside of a blade | wing is discharged | emitted in a gas path from the film cooling hole provided in the blade outer surface, the trailing edge cooling hole, etc. of the blade. Further, a part of the cooling air introduced for cooling the stationary blades is branched as the sealing air for the turbine wheel space, and this air is also discharged to the gas path for suppressing mainstream gas ingress.

ところで、動翼シュラウドや静翼体は、セグメント構造として周方向に環状配置されるが、セグメント部材の熱伸びを考慮して、セグメント間には、周方向に間隙を有する。この間隙は、熱応力の発生防止の観点から、定格点においてもセグメント部材同士が接触しないように設計される。つまり、静翼の冷却用空気として導入されるケーシング内部外端側キャビティとガスパスは、この間隙路によって、半径方向に連通することになる。即ち、冷却空気の一部が、このセグメント間からの間隙を径由して、ガスパス中に漏洩する。所謂、リークである。同様に、静翼のダイアフラムもセグメントとして環状に構成されるが、シール空気の一部がリークすることになる。これらのリークは、それ自体が損失であると共に、ガスパスの作動ガス中へ混入することから、比較的、低温であるリーク空気の希釈による作動ガスの温度低下や、混合損失によって、タービンの出力低下を起こすため、高温化のメリットが十分に発揮できない恐れがある。   By the way, although the moving blade shroud and the stationary blade body are annularly arranged in the circumferential direction as a segment structure, a gap is provided between the segments in the circumferential direction in consideration of the thermal expansion of the segment member. This gap is designed so that the segment members do not contact each other even at the rated point from the viewpoint of preventing the occurrence of thermal stress. That is, the casing inner outer end side cavity and the gas path introduced as cooling air for the stationary blades communicate with each other in the radial direction through the gap. That is, a part of the cooling air leaks into the gas path through the gap between the segments. This is a so-called leak. Similarly, the diaphragm of the stationary blade is also formed in an annular shape as a segment, but a part of the sealing air leaks. These leaks are losses in themselves and are mixed into the working gas in the gas path, so the temperature of the working gas decreases due to dilution of the relatively low temperature leakage air, and mixing loss causes a decrease in turbine output. Therefore, there is a possibility that the merit of high temperature cannot be fully exhibited.

この改善策として、一般的には、周方向に隣接するセグメントの両側対向面にシール溝を形成し、そのシール溝間に平板状シールプレートを装着して、リーク空気を抑制する手法が採られている。但し、この種のシールプレートは、近年の高温化に伴うセグメントの半径方向の熱伸び偏差によって生じるシール溝の半径方向のずれ(オフセットと呼称)に対応できない。このため、平板状シールプレートのシール溝との接触部分を円弧状に形成し、中央を薄く加工したシールプレートが開発されている。その代表例が、ドッグボーン型シールプレートであり、シールプレート外端部を楕円状に成形している(例えば、特許文献1参照)。これによって、セグメントの半径方向の熱伸び偏差によって、シール溝にオフセットが生じても、溝面で必ず接触点が確保できると共に、プレート中央部が薄肉化されているため、この部分がシール溝エッジ部と干渉することはない。さらには、弾性体である板状部材と複数の線状突起を用いたシールプレートによって、線接触線の複数化(例えば、特許文献2参照)等の改良が示されている。   As a measure to improve this, generally, a method is adopted in which a seal groove is formed on both sides of the circumferentially adjacent segment and a flat seal plate is installed between the seal grooves to suppress leaked air. ing. However, this type of seal plate cannot cope with a radial shift (referred to as an offset) of the seal groove caused by a deviation in thermal expansion in the radial direction of the segment due to a recent increase in temperature. For this reason, a seal plate has been developed in which a contact portion with a seal groove of a flat seal plate is formed in an arc shape and the center is thinly processed. A typical example is a dog bone type seal plate, and the outer end of the seal plate is formed in an elliptical shape (see, for example, Patent Document 1). As a result, even if the seal groove is offset due to the radial thermal expansion deviation of the segment, a contact point can always be secured on the groove surface, and the central part of the plate is thinned. There is no interference with the part. Furthermore, improvements such as a plurality of line contact lines (see, for example, Patent Document 2) are shown by a seal plate that uses an elastic plate-like member and a plurality of linear protrusions.

US Patent 5158430US Patent 5158430 特開平10−002203号公報JP-A-10-002203

例えば、ガスタービン設備において、冷却空気の供給経路等にシール装置を設けることは、リーク流量低減から有効な手段である。即ち、その一環であるセグメント間に装着するシールプレートは、その開発目的から、間隙間の冷却・シール空気のリークを、未然に抑制するものである。しかし、トレードオフ設計によって、プレート形状を、高温化に伴う半径方向の熱伸び偏差であるオフセットに対応させた結果、ドッグボーン型シールプレートでは、シール溝におけるシールプレートの接触状態は、従来の面接触から単線の線接触になり、当然、平板状シールプレートに比べて、リーク流量の増加が予想される。また、この課題を緩和するための板状部材と複数本の線状突起で構成されるシールプレートでは、オフセットの発生によって、一部、線状突起の面圧が上昇する利点があるが、この線状突起点を支点として、線接触を開放される線状突起部が生じる結果、リークの抑制効果が低減することがある。このように、シールプレートの開発には、リーク流量の低減と熱伸び偏差の対応という、相反する課題が含まれている。   For example, in a gas turbine facility, providing a sealing device in a cooling air supply path or the like is an effective means for reducing the leakage flow rate. That is, the seal plate mounted between the segments, which is a part of it, suppresses cooling and leakage of sealing air between the gaps for the purpose of development. However, as a result of making the plate shape correspond to the offset, which is the deviation of thermal expansion in the radial direction with increasing temperature, by the trade-off design, in the dog bone type seal plate, the contact state of the seal plate in the seal groove is the conventional surface. From contact to single line contact, naturally, an increase in the leak flow rate is expected as compared to the flat seal plate. In addition, a seal plate composed of a plate-like member and a plurality of linear protrusions to alleviate this problem has an advantage that the surface pressure of the linear protrusions partially increases due to the occurrence of offset. As a result of the formation of a linear protrusion that opens the line contact with the linear protrusion point as a fulcrum, the effect of suppressing leakage may be reduced. As described above, the development of the seal plate includes conflicting problems of reducing the leak flow rate and dealing with the thermal elongation deviation.

一方で、これらのシールプレートは、単独に配置して用いることはなく少なく、リーク発生要因となる高圧側域と低圧側域を遮断するように、複数枚のシールプレートによって領域を取り囲むように配置される。このとき、シールプレートの端部面と直交する隣接したシールプレートとの間でシール面を形成する必要があるが、互いの熱伸び差の関係で間隙が生じ、リークを増大させている。   On the other hand, these seal plates are rarely used alone, and are arranged so as to surround the region with a plurality of seal plates so as to block the high-pressure side region and the low-pressure side region that cause leakage. Is done. At this time, it is necessary to form a seal surface between the seal plate and the adjacent seal plate orthogonal to the end surface. However, a gap is generated due to the difference in thermal expansion between each other, increasing leakage.

そこで、本発明の目的は、隣接する部材間の間隙からのリークを抑制するために設置したシールプレートを用いたシール装置において、セグメント部材のオフセットに対応させた上、シール性能を向上させ、信頼性の高いシール装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to improve the sealing performance and improve the reliability of the sealing device using the sealing plate installed in order to suppress the leakage from the gap between the adjacent members, in addition to the offset of the segment member. It is in providing a highly reliable sealing device.

上記目的を達成するために、本発明のシール装置は、板状弾性体と、前記板状弾性体の両端にそれぞれ接合されたプレートと、前記プレートのそれぞれから延びる湾曲状弾性体とを備え、向かい合う二つのシール溝に跨るように設置した際に、前記プレートと前記板状弾性体とが、前記シール溝の異なる面と、面接触面を形成するように構成することを特徴とする。   To achieve the above object, a sealing device of the present invention includes a plate-like elastic body, plates joined to both ends of the plate-like elastic body, and curved elastic bodies extending from each of the plates, When installed so as to straddle two seal grooves facing each other, the plate and the plate-like elastic body are configured to form different surfaces of the seal groove and a surface contact surface.

本発明によれば、隣接する部材間の間隙からのリークを抑制するために設置したシールプレートを用いたシール装置において、セグメント部材のオフセットに対応させた上、シール性能を向上させ、信頼性の高いシール装置を提供することができる。   According to the present invention, in a seal device using a seal plate installed to suppress leakage from a gap between adjacent members, the seal performance is improved in correspondence with the offset of the segment member, and the reliability is improved. A high sealing device can be provided.

本発明の実施例に係るガスタービンの構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the gas turbine which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係るシール装置を適用するタービン部の断面図である。It is sectional drawing of the turbine part to which the sealing device based on the Example of this invention is applied. 本発明の実施例に係るシール装置の配置を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows arrangement | positioning of the sealing device which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係るシール装置の装着を示す静翼体の概念図である。It is a conceptual diagram of the stationary blade body which shows mounting | wearing of the sealing device based on the Example of this invention. 本発明の第1の実施例を示すシール装置の外観図である。1 is an external view of a sealing device showing a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例を示すシール装置のシール溝装着時の概念断面図である。It is a conceptual sectional view at the time of seal slot wearing of the sealing device which shows the 1st example of the present invention. 本発明の第1の実施例を示すシール装置のガスタービン運転時の状態を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the state at the time of gas turbine operation | movement of the sealing apparatus which shows 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例を示すシール装置のガスタービン運転時の作用を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the effect | action at the time of gas turbine operation | movement of the sealing apparatus which shows the 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例を示すシール装置の外観図である。It is an external view of the sealing apparatus which shows the 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例を示すシール装置の平面図である。It is a top view of the sealing device which shows the 3rd example of the present invention. 本発明の第3の実施例を示すシール装置の外観図である。It is an external view of the sealing apparatus which shows the 3rd Example of this invention. 本発明の第3の実施例を示すシール装置のリーク説明図である。It is leak explanatory drawing of the sealing device which shows the 3rd Example of this invention.

〔実施例〕
以下、本発明の第1の実施例を図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、及び、図8により説明する。図1は、本実施例に係るガスタービンの構成を示す概念図、図2は、本実施例に係るタービン部の断面図、図3は、本実施例によるシール装置の配置を示す概念図、図4は、本実施例によるシール装置の装着を示す静翼体の概念図、図5は、本発明の第1の実施例を示すシール装置の外観図、図6は、本発明の第1の実施例を示すシール装置のシール溝装着時の概念断面図、図7は、本発明の第1の実施例を示すシール装置のガスタービン運転時の状態を表す概念図、及び、図8、は本発明の第1の実施例を示すシール装置のガスタービン運転時の作用を表す概念図を示してある。各図において、同一番号は、同一の機器、或いは、部材、機能を表す。
〔Example〕
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 7 and 8. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a gas turbine according to the present embodiment, FIG. 2 is a sectional view of a turbine section according to the present embodiment, and FIG. 3 is a conceptual diagram showing an arrangement of a sealing device according to the present embodiment, 4 is a conceptual diagram of a stationary blade body showing mounting of a sealing device according to the present embodiment, FIG. 5 is an external view of the sealing device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a first view of the present invention. FIG. 7 is a conceptual cross-sectional view of the seal device showing the embodiment of the present invention when the seal groove is mounted, FIG. 7 is a conceptual diagram showing a state of the gas turbine operation of the seal device showing the first embodiment of the invention, and FIG. These show the conceptual diagram showing the effect | action at the time of gas turbine operation | movement of the sealing device which shows 1st Example of this invention. In each figure, the same number represents the same device, member, or function.

図1を用いて、作動ガスと冷却空気の流れからガスタービン1の全体構成を説明する。ガスタービン1は、主として多段のタービン4と、このタービンに軸連結され、燃焼用の圧縮空気を得る圧縮機2、圧縮空気を高温高圧ガスに変換する燃焼器3、及び、発電機5を備えている。圧縮機2から抽気した冷却空気は、第2段静翼を冷却するための静翼低圧冷却空気経路6a、第1段静翼を冷却するための静翼高圧冷却空気経路6b、また第1、2段動翼を冷却するための動翼冷却空気経路7を経て、各々のタービン被冷却部に供給される。   The overall configuration of the gas turbine 1 will be described from the flow of working gas and cooling air with reference to FIG. The gas turbine 1 mainly includes a multi-stage turbine 4, a compressor 2 that is axially connected to the turbine and obtains compressed air for combustion, a combustor 3 that converts the compressed air into high-temperature and high-pressure gas, and a generator 5. ing. The cooling air extracted from the compressor 2 is a stationary blade low pressure cooling air path 6a for cooling the second stage stationary blade, a stationary blade high pressure cooling air path 6b for cooling the first stage stationary blade, and the first and second stage blades. Is supplied to each turbine cooled part via a moving blade cooling air path 7 for cooling the turbine.

このとき、抽気空気圧力は、各翼でのガスパス圧力に応じた値から選定しており、静翼高圧冷却空気経路6b、動翼冷却空気経路7には、圧縮機2の最終段からの抽気空気、静翼低圧冷却空気経路6aには、圧縮機2の中圧段からの抽気空気を導入する。被冷却部を冷却して熱交換した各冷却空気は、図示しない翼のフィルム冷却、或いは、翼後縁からの噴出し等として、タービン4のガスパス中に排出され、作動ガスと混合して、最終的には排気ガスとして大気に放出される。   At this time, the extraction air pressure is selected from values corresponding to the gas path pressure in each blade, and the extraction air from the final stage of the compressor 2 is provided in the stationary blade high-pressure cooling air path 6b and the moving blade cooling air path 7. Extracted air from the intermediate pressure stage of the compressor 2 is introduced into the air and stationary blade low-pressure cooling air path 6a. Each cooling air that cools the cooled part and exchanges heat is discharged into the gas path of the turbine 4 as a film cooling of a blade (not shown) or a jet from the trailing edge of the blade, and mixed with the working gas, Ultimately, it is released into the atmosphere as exhaust gas.

図2は、タービン4の2段目までの第1段静翼10、第2段静翼12a、第1段動翼11、及び、第2段動翼13を表すタービン部分断面である。各冷却空気経路6a、6b、及び7は、それぞれの被冷却部である翼に連通するが、ここでは、本実施例のシール装置を明確にするため、第2段静翼12aまわりを対象として説明する。   FIG. 2 is a partial turbine section showing the first stage stationary blade 10, the second stage stationary blade 12 a, the first stage moving blade 11, and the second stage moving blade 13 up to the second stage of the turbine 4. Each of the cooling air passages 6a, 6b, and 7 communicates with a blade that is a cooled part. Here, in order to clarify the sealing device of the present embodiment, a description is given around the second stage stationary blade 12a. .

静翼低圧冷却空気経路6aを径由して、ケーシング14に設けた導入孔(図示せず)を介して供給された冷却空気は、ケーシング14の外端側内部にある第2段静翼供給キャビティ8を経て、周方向に環状に配置された第2段静翼体21aに供給される。この第2段静翼体セグメント21aは、主として、外径側エンドウォール22a、第2段静翼12a、及び、内径側エンドウォール23aから成る。冷却空気は、第2段静翼体21aの図示しない冷却パスを通過するときに熱交換を行い、各エンドウォール22a、23a、第2段静翼12aを冷却するとともに、温度上昇して、ガスパス9に排出される。   The cooling air supplied through the introduction hole (not shown) provided in the casing 14 via the stationary blade low-pressure cooling air path 6 a is supplied to the second stage stationary blade supply cavity 8 inside the outer end side of the casing 14. Then, the second stage stationary blade body 21a is annularly arranged in the circumferential direction. The second stage stationary blade body segment 21a mainly includes an outer diameter side end wall 22a, a second stage stationary blade 12a, and an inner diameter side end wall 23a. The cooling air exchanges heat when passing through a cooling path (not shown) of the second stage stationary blade body 21a, cools the end walls 22a, 23a and the second stage stationary blade 12a, rises in temperature, and is discharged into the gas path 9. The

一方、第2段静翼供給キャビティ8に供給された空気の一部は、第2段静翼体セグメント21aと、第2段静翼体セグメント21aに装着されるダイアフラム16aとの間で形成されるダイアフラムキャビティ15を経て、第1段ホィール19a、スペーサー18及びダイアフラム16aで形成される第1段動翼後側ホィールスペース17aに供給された後、一部が、第1段動翼11と第2段静翼12a間のガスパスへシール空気として流れ、一部が、ダイアフラム15とスペーサー18の間で協働するシールフィン29によって流量を絞られた後、第2段ホィール19b、スペーサー18及びダイアフラム16aで形成される第2段動翼前側ホィールスペース17bに分配され、第2段静翼12aと第2段動翼13間のガスパス9中へシール空気として流れることになる。   On the other hand, part of the air supplied to the second stage stationary blade supply cavity 8 passes through the diaphragm cavity 15 formed between the second stage stationary blade body segment 21a and the diaphragm 16a attached to the second stage stationary blade body segment 21a. After the first stage wheel 19a, the spacer 18 and the diaphragm 16a are supplied to the first stage rotor blade rear wheel space 17a, a part of the gas path between the first stage rotor blade 11 and the second stage stator blade 12a is provided. The second stage formed by the second stage wheel 19b, the spacer 18 and the diaphragm 16a after the flow rate is throttled by the seal fin 29 cooperating between the diaphragm 15 and the spacer 18 and partially flowing as seal air. It is distributed to the front blade space 17b of the moving blade, and enters the gas path 9 between the second stage stationary blade 12a and the second stage moving blade 13. It will flow as air.

図3は、周方向に複数個配置される第2段静翼体セグメントの1つである第2段静翼12aを含む第2段静翼体セグメント21aとダイアフラム16aを示したものである。第2段静翼体セグメント21aの外径側エンドウォール22aには、シール溝30、31a、及びシール溝32、内径側エンドウォール23aには、シール溝33、34、及びシール溝35が、設けられている。また、ダイアフラム16aには、シール溝36、37、38、39、40、41、及びシール溝42が設けられている。   FIG. 3 shows a second stage stationary blade body segment 21a including a second stage stationary blade body 12a, which is one of the second stage stationary blade body segments arranged in the circumferential direction, and a diaphragm 16a. Seal grooves 30 and 31a and a seal groove 32 are provided on the outer diameter side end wall 22a of the second stage stationary blade body segment 21a, and seal grooves 33 and 34 and a seal groove 35 are provided on the inner diameter side end wall 23a. Yes. The diaphragm 16a is provided with seal grooves 36, 37, 38, 39, 40, 41, and a seal groove 42.

第2段静翼体セグメント21aは、周方向に複数個を配置するものであり、互いのセグメント間には間隙を有する。従って、第2段静翼供給キャビティ8とガスパス9は、連通しており、概念的には、図中に示す第2段静翼供給キャビティ8からガスパス9へ向かう矢印方向のリーク流路が発生することになり、シール溝30、31a、32が、高圧側である第2段静翼供給キャビティ8と、低圧側であるガスパス9を遮断する形で配置している。同様に、内径側エンドウォール23aやダイアフラム16aのセグメント間にもリーク流路が存在することになるが、以下、さらに、本実施例の意図を明確にするため、シール溝31aに着目してシール装置の詳細を説明する。   A plurality of second stage stationary blade body segments 21a are arranged in the circumferential direction, and there is a gap between the segments. Accordingly, the second stage stationary blade supply cavity 8 and the gas path 9 communicate with each other, and conceptually, a leak flow path in the direction of the arrow from the second stage stationary blade supply cavity 8 to the gas path 9 shown in the figure is generated. The sealing grooves 30, 31a, 32 are arranged in such a manner as to shut off the second stage stationary blade supply cavity 8 on the high pressure side and the gas path 9 on the low pressure side. Similarly, leak flow paths also exist between the inner diameter side end wall 23a and the segments of the diaphragm 16a. Hereinafter, in order to further clarify the intention of the present embodiment, the seal groove 31a is focused on for sealing. Details of the apparatus will be described.

図4は、第2段静翼体セグメント21aと隣接する第2段静翼体セグメント21bを半径方向外側から眺めた投影図である。前述したとおり、第2段静翼体セグメントは、周方向に複数個のセグメントとして環状に配置されたものであり、代表的に2つの第2段静翼体セグメント21a、21bを示したものである。第2段静翼体セグメント21a、21bの間は、周方向間隙σc_coldをもたせて、組み立てられている。第2段静翼体セグメント21aの外径側エンドウォール22aに隣接対向して、第2段静翼体セグメント21bの外径側エンドウォール22bがあり、それぞれの周方向に対向した半径位置に、シール溝31aと、31bが形成される。この両者のシール溝を跨ぐことによって、周方向間隙σc_coldを塞ぐように、シールプレート50が装着されている。これによって、前記の第2段静翼供給キャビティ8からガスパス9にかけてのリーク経路が、半径方向に遮断されることになる。   FIG. 4 is a projection view of the second stage stationary blade body segment 21b adjacent to the second stage stationary blade body segment 21a as viewed from the outside in the radial direction. As described above, the second stage stationary blade body segment is annularly arranged as a plurality of segments in the circumferential direction, and typically shows two second stage stationary blade body segments 21a and 21b. The second stage stationary blade body segments 21a and 21b are assembled with a circumferential gap σc_cold. There is an outer diameter side end wall 22b of the second stage stationary blade body segment 21b adjacent to and opposed to the outer diameter side end wall 22a of the second stage stationary blade body segment 21a, and a seal groove 31a and a radial groove facing each circumferential direction. , 31b are formed. The seal plate 50 is mounted so as to block the circumferential gap σc_cold by straddling both the seal grooves. As a result, the leak path from the second stage stationary blade supply cavity 8 to the gas path 9 is blocked in the radial direction.

ここで、用語の定義をしておく。シール溝31aと、31bに装着されるシールプレート50を例にして、作動ガスの流入する側(図面上、左側)に、上流側終端面24を有し、逆に、作動ガスの排出される側(図面上、右側)に下流側終端面25を持つが、この上流側終端面24と下流側終端面25を結ぶ方向、即ち、プレートの両端面を結ぶ方向を、シール溝の長手方向と呼ぶ。例えば、これに倣って、シール溝32の長手方向は、図3の上下方向である。   Here, terms are defined. For example, the seal plate 50 attached to the seal grooves 31a and 31b has an upstream end surface 24 on the side (left side in the drawing) into which the working gas flows, and conversely, the working gas is discharged. Although the downstream end surface 25 is provided on the side (right side in the drawing), the direction connecting the upstream end surface 24 and the downstream end surface 25, that is, the direction connecting both end surfaces of the plate, is the longitudinal direction of the seal groove. Call. For example, following this, the longitudinal direction of the seal groove 32 is the vertical direction of FIG.

図5は、本実施例に係るシール装置である、シールプレート50の外観を示している。シールプレート50は、矩形断面をした2枚の長手方向に同等に延びるプレート51a、51bを離間して配置しており、この両プレートを板状の弾性体である板バネ52が、プレート51a、51bと同等に長手方向に亘って接合している。さらに、各プレート51a、51bの板バネ52が接合された面の反対面から、板状の部材である湾曲状弾性体53a、53bが延びている。また、湾曲状弾性体53a、53bは、その終端57a、57bが、シールプレート50の内方向に向かうよう湾曲して反転しており、板バネ52と同等に長手方向に亘っている。従って、長手方向の各部材の長さは、プレート40a、40b、板バネ52、及び、湾曲状弾性体53a、53bともに、同等である。   FIG. 5 shows the appearance of a seal plate 50 which is a sealing device according to the present embodiment. The seal plate 50 has two rectangularly sectioned plates 51a and 51b that are equally extended in the longitudinal direction. The plate springs 52, which are plate-like elastic bodies, are arranged on the plates 51a, 51b. It joins over the longitudinal direction like 51b. Further, curved elastic bodies 53a and 53b, which are plate-like members, extend from the surface opposite to the surface where the plate springs 52 of the plates 51a and 51b are joined. The curved elastic bodies 53 a and 53 b have their ends 57 a and 57 b curved and inverted so as to go inward of the seal plate 50, and extend in the longitudinal direction in the same manner as the leaf spring 52. Accordingly, the length of each member in the longitudinal direction is the same for the plates 40a and 40b, the leaf spring 52, and the curved elastic bodies 53a and 53b.

図6は、シールプレート50を、シール溝31a、31bに跨るように設置した、組立時の断面として示している。外径側エンドウォール22aと隣接する外径側エンドウォール22bの間には、周方向間隙σc_coldが設けられており、外径側エンドウォール22a、22bのそれぞれの間隙面68a、68bに直交して、シール溝31aとシール溝31bが対向して設けられている。   FIG. 6 shows the seal plate 50 as a cross section during assembly in which the seal plate 50 is installed so as to straddle the seal grooves 31a and 31b. A circumferential gap σc_cold is provided between the outer diameter side end wall 22a and the adjacent outer diameter side end wall 22b, and is orthogonal to the gap surfaces 68a and 68b of the outer diameter side end walls 22a and 22b. The seal groove 31a and the seal groove 31b are provided to face each other.

プレート51aは、シール溝31aの内径側シール面66aに面接触し、接触シール面61aを形成する。湾曲状弾性体53aは、プレート51aから延びる板バネ52とは反対方向に、プレート51aから延びて湾曲した後、外径側シール面67aに面接触して接触シール面60aを形成し、その終端57aはシール溝31aの溝深さ(図面の左右方向)の中に留まっている。同様に、プレート51bは、シール溝31bの内径側シール面66bに面接触し、接触シール面61bを形成する。また、プレート51bから延びる湾曲状弾性体53bも、外径側シール面67bに面接触して接触シール面60bを形成する。   The plate 51a is in surface contact with the inner diameter side seal surface 66a of the seal groove 31a to form a contact seal surface 61a. The curved elastic body 53a extends from the plate 51a in a direction opposite to the leaf spring 52 extending from the plate 51a and curves, and then comes into surface contact with the outer diameter side seal surface 67a to form a contact seal surface 60a. 57a remains in the groove depth (left and right direction of the drawing) of the seal groove 31a. Similarly, the plate 51b is in surface contact with the inner diameter side seal surface 66b of the seal groove 31b to form a contact seal surface 61b. Further, the curved elastic body 53b extending from the plate 51b also comes into surface contact with the outer diameter side seal surface 67b to form a contact seal surface 60b.

このように、両シール溝31a、31bに対して、プレート51a、51bと湾曲状弾性体53a、53bが、独立した形でシール溝に、シール面を形成するとともに、板バネ52によってプレート51aとプレート51bが、シール溝深さ方向に接合されている。   As described above, the plates 51a and 51b and the curved elastic bodies 53a and 53b form a seal surface in the seal groove in an independent manner with respect to both the seal grooves 31a and 31b, and the plate spring 52 and the plate 51a and The plate 51b is joined in the seal groove depth direction.

このように構成された本実施例において、複数の第2段静翼体セグメントは、環状にスライドさせながら1リング状に組み込むことになるが、シールプレート50は、湾曲状弾性体のバネ力によって、シール溝に、簡単に固定された状態になるため、比較的、容易に第2段静翼体セグメントの組み立てが可能となる。   In the present embodiment configured as described above, the plurality of second stage stationary blade body segments are incorporated into one ring shape while being slid in an annular shape, but the seal plate 50 is sealed by the spring force of the curved elastic body. Since the groove is easily fixed in the groove, the second stage stationary blade segment can be assembled relatively easily.

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1.6MPa、温度が1300℃程度で、タービン内部の第1段静翼10aの入口に流入する。以下、第1段動翼10bをはじめとする各動翼段で、流体エネルギーをタービンの回転エネルギーに変化させながら、圧力、温度を低下させ、約600℃で最終段動翼を流出後、排気される。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 along with the operation of the gas turbine 1 has a pressure of about 1.6 MPa and a temperature of about 1300 ° C., and flows into the inlet of the first stage stationary blade 10 a inside the turbine. Hereinafter, in each rotor stage including the first stage rotor blade 10b, the pressure and temperature are reduced while changing the fluid energy to the rotational energy of the turbine, and after the final stage rotor blade flows out at about 600 ° C., the exhaust gas is discharged. Is done. 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。この冷却空気は、静翼と動翼へ区分され、さらに静翼も適正圧力からの抽気となり、セグメントのひとつである第2段静翼12aへは、静翼低圧冷却空気経路6aに含まれる第2段静翼キャビティ8を経由して、第2段静翼体セグメント21に導入される。   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. This cooling air is divided into a stationary blade and a moving blade, and the stationary blade is also extracted from the appropriate pressure. The second-stage stationary blade included in the stationary blade low-pressure cooling air path 6a is supplied to the second-stage stationary blade 12a, which is one of the segments. It is introduced into the second stage stationary blade segment 21 via the cavity 8.

図7に、ガスタービン運転時のシールプレート50が概念図として示されている。ガスタービンの運転とともに、作動ガスや冷却空気を加熱源として、各ガスタービン部材は温度上昇する。その一つとして、第2段静翼体セグメント21a、21bには熱伸びが生じるが、周方向には、組立時のセグメント間隙σc_coldが、σc_hotまで狭まる。しかし、この間隙σc_hotは、ガスタービンの定格点運転においても接触しないように設計されているため零になることはない。このとき、この第2段静翼体セグメント21a、21bの動きに連動して、外径側エンドウォール22a、22b、さらには、シール溝31a、31bも、図の間隙方向に向かって移動するが、シールプレート50は、接触シール面60a、60b、61a、61bでの滑りと、板バネ52での弾性変形により、シール溝31a、31bの変位を吸収する。   FIG. 7 shows a conceptual diagram of the seal plate 50 during operation of the gas turbine. Along with the operation of the gas turbine, the temperature of each gas turbine member rises using the working gas or cooling air as a heating source. As one of them, the second stage stationary blade body segments 21a and 21b undergo thermal expansion, but in the circumferential direction, the segment gap σc_cold during assembly is narrowed to σc_hot. However, since the gap σc_hot is designed not to contact even in the rated point operation of the gas turbine, it does not become zero. At this time, in conjunction with the movement of the second stage stationary blade body segments 21a, 21b, the outer diameter side end walls 22a, 22b and the seal grooves 31a, 31b also move toward the gap direction in the figure. The plate 50 absorbs the displacement of the seal grooves 31 a and 31 b by sliding on the contact seal surfaces 60 a, 60 b, 61 a and 61 b and elastic deformation of the plate spring 52.

一方、第2段静翼体セグメント21a、21bは、熱流動上の熱偏差に伴う半径方向の熱伸び偏差や、作動流体力と部材の製作公差によるσrの半径方向変位が生じ、シール溝にオフセットが生じる。このオフセットによって、接触シール面60aと接触シール面60b、接触シール面61aと接触シール面61bの間で半径方向に段差を生じることになるが、この段差による変位を板バネ52が吸収するため、接触シール面60a、60b、61a、61bは、組立時と同様に、面接触シール面が保持される。   On the other hand, in the second stage stationary blade body segments 21a and 21b, a radial thermal expansion deviation due to a thermal deviation on thermal flow and a radial displacement of σr due to working fluid force and manufacturing tolerance of the member occur, and the seal groove has an offset. Arise. This offset causes a step in the radial direction between the contact seal surface 60a and the contact seal surface 60b, and between the contact seal surface 61a and the contact seal surface 61b. Since the plate spring 52 absorbs the displacement due to this step, The contact seal surfaces 60a, 60b, 61a, 61b are held by the surface contact seal surfaces in the same manner as in assembly.

図8のシールプレートのガスタービン運転時の作用を表す概念図を用いて、面接触シール面の保持の詳細を説明する。図8には、シール溝31a側のみ図示しているが、シール溝31b側についても同様である。前述したように、第2段静翼体セグメントに供給される冷却空気は、図示しない第2段静翼体セグメントの被冷却部を冷却した後、ガスパス9に排出するため、被冷却部での圧力損失を含めたガスパス9よりも高い圧力を、第2段静翼供給キャビティ8に供給する必要がある。   Details of holding the surface contact seal surface will be described with reference to a conceptual diagram showing the operation of the seal plate of FIG. 8 during gas turbine operation. Although FIG. 8 shows only the seal groove 31a side, the same applies to the seal groove 31b side. As described above, the cooling air supplied to the second stage stationary blade body segment cools the portion to be cooled of the second stage stationary blade body segment (not shown) and then discharges it to the gas path 9, including the pressure loss at the portion to be cooled. It is necessary to supply a pressure higher than that of the gas path 9 to the second stage stationary blade supply cavity 8.

即ち、第2段静翼供給キャビティ8の供給圧力をP1、ガスパス9の圧力をP2とすると、P1>P2の関係となる。板バネ52には、圧力P1が矢印62aとして付加され、圧力P2が矢印62bとして付加されるが、この差圧であるΔP12に、板バネ52の図示しない受圧面積を乗じた流体力の半分が、プレート51aの板バネ52の接合点に、矢印63として作用する。   That is, if the supply pressure of the second stage stationary blade supply cavity 8 is P1, and the pressure of the gas path 9 is P2, the relation of P1> P2 is established. A pressure P1 is added to the leaf spring 52 as an arrow 62a, and a pressure P2 is added as an arrow 62b. Half of the fluid force obtained by multiplying this pressure difference ΔP12 by a pressure receiving area (not shown) of the leaf spring 52 is obtained. , Acting as an arrow 63 at the joint point of the leaf spring 52 of the plate 51a.

一方、湾曲状弾性体53aは、矢印64で示すバネ力によって、接触シール面60aに密着して面シールを高めるとともに、矢印65によって示すバネ反力が、プレート51aの湾曲状弾性体53aの接合点に作用する。従って、プレート51aには、流体力とバネ反力が、接触シール面61aの面シールを高めることになる。また、湾曲状弾性体53aの終端57aがシール溝の溝深さ範囲内にあるため、バネ反力を十分に生かす事ができ、面シールの密着性を高めることができる。   On the other hand, the curved elastic body 53a is brought into close contact with the contact seal surface 60a by the spring force indicated by the arrow 64 to enhance the surface seal, and the spring reaction force indicated by the arrow 65 is joined to the curved elastic body 53a of the plate 51a. Acts on a point. Therefore, the fluid force and the spring reaction force on the plate 51a enhance the surface seal of the contact seal surface 61a. Further, since the terminal end 57a of the curved elastic body 53a is within the groove depth range of the seal groove, the spring reaction force can be fully utilized and the adhesion of the face seal can be enhanced.

従って、確実に面接触が保持されることから、この間でのリークが抑制される。即ち、第2段静翼供給キャビティ8とガスパス9の間のセグメント間隙σc_hotによる連通が、運転中の常時に亘り、遮断されるため、この間からのリーク流量が低減できる。   Therefore, since the surface contact is reliably maintained, leakage during this period is suppressed. That is, since the communication by the segment gap σc_hot between the second stage stationary blade supply cavity 8 and the gas path 9 is interrupted at all times during operation, the leakage flow rate from this point can be reduced.

以上に説明したセグメント間に装着したガスタービンのシール装置において、板バネの両端にそれぞれ接合された2枚のプレートと、2枚のプレートからそれぞれ延びる湾曲状弾性体を接合して構成することにより、シールプレートや第2段静翼体セグメントの組立性の効率向上と、オフセットに対応したリーク流量低減は勿論のこと、オフセットによって起こりうるシールプレートの変形、或いは、プレートを介したシール溝エッジに掛かる応力の発生を防止し、損傷破壊を未然に防ぐことのできる信頼性の高いシール装置を提供できる。   In the gas turbine sealing device mounted between the segments described above, by connecting two plates respectively joined to both ends of the leaf spring and a curved elastic body extending from each of the two plates. In addition to improving the efficiency of assembly of the seal plate and second stage stationary blade body segment and reducing the leak flow rate corresponding to the offset, the deformation of the seal plate caused by the offset or the stress applied to the seal groove edge via the plate It is possible to provide a highly reliable sealing device that can prevent occurrence of damage and prevent damage and destruction.

なお、本実施例では、第2段静翼体の外径側エンドウォールに設けた、一対の対向するシール溝に装着したシールプレートを実施例として説明したが、外径側エンドウォールのみならず、他に設けたシール溝に対しても、本シールプレートを適用すれば、さらに大きな効果が期待できるのは自明である。更に、オフセットによって生じた段差σrが、マイナスのσrとするオフセットでも、同様の効果が成立するのは当然である。   In this embodiment, the seal plate provided in the pair of opposed seal grooves provided on the outer diameter side end wall of the second stage stationary blade body has been described as an example. It is self-evident that even if the seal plate is applied to the seal groove provided in, a greater effect can be expected. Further, it is natural that the same effect can be achieved even when the offset σr caused by the offset is set to a negative σr.

また、シールプレートについての製作方法について言及していないが、プレート、板バネ、及び、プレートを単体として製作した後、これらを組み上げる方式とする本実施例では、特に、湾曲状弾性体と板バネ、或いは、プレートと湾曲状弾性体の接合に関して、この接合部からのリーク発生を防止する手法を講じておくのは常識であり、例えば、圧接やレーザ溶接等を用いて接合、封止しておくことは、本発明の主旨から当然である。さらに、プレートを矩形断面としたが、接触シール面の確保を最重視して、板バネ、或いは、湾曲状弾性体の接合に支障をきたさない断面形状であれば、これに限定されないことは明らかである。   Further, although the manufacturing method for the seal plate is not mentioned, in the present embodiment in which the plate, the plate spring, and the plate are manufactured as a single unit and then assembled, the curved elastic body and the plate spring are particularly used. Alternatively, it is common sense to take a technique for preventing the occurrence of leakage from the joined portion with respect to the joining of the plate and the curved elastic body. For example, the joining and sealing may be performed using pressure welding or laser welding. It is obvious from the gist of the present invention. Furthermore, although the plate has a rectangular cross section, it is obvious that the cross-sectional shape is not limited to this as long as securing the contact seal surface is the most important and does not hinder the joining of the leaf spring or the curved elastic body. It is.

次に、本発明の第2の実施例を図9により説明する。図9は本発明の第2の実施例を示すシールプレートの外観図を示しており、第1の実施例と同様に、シール溝31a、31bへの装着とする。各図において、同一番号は、第1、2の実施例と同一の機器、或いは、部材、機能を表す。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows an external view of a seal plate according to the second embodiment of the present invention, and it is assumed that the seal plates 31a and 31b are mounted as in the first embodiment. In each figure, the same number represents the same device, member, or function as in the first and second embodiments.

シールプレート50は、長手方向に延びる1対の湾曲状弾性体53a、53bと蛇腹プレート54が一体成形され、蛇腹プレート54側の湾曲状弾性体53a、53bの直線部外側面58a、58bに、矩形断面をした2枚の長手方向に同等に延びるプレート51a、51bを接合したものである。このとき、湾曲状弾性体53a、53bの終端57a、57bは、シールプレート50の内方向に向かっている。さらに、長手方向の各長さは、ほぼ同等である。   In the seal plate 50, a pair of curved elastic bodies 53a, 53b and a bellows plate 54 extending in the longitudinal direction are integrally formed, and on the linear portion outer surfaces 58a, 58b of the curved elastic bodies 53a, 53b on the bellows plate 54 side, Two plates 51a and 51b having a rectangular cross section and extending equally in the longitudinal direction are joined. At this time, the terminal ends 57 a and 57 b of the curved elastic bodies 53 a and 53 b are directed inward of the seal plate 50. Further, the lengths in the longitudinal direction are substantially equal.

このように構成された本実施例において、ガスタービンの運転とともに、第2段静翼体セグメント21a、21bの動きに連動して、外径側エンドウォール22a、22b、さらには、シール溝31a、31bも、変位するが、シールプレート50は、接触シール面60a、60b、61a、61bでの滑りと、蛇腹プレート54での弾性変形により、変位を吸収する。一方、第2段静翼体セグメント21a、21bは、熱流動上の熱偏差に伴う半径方向の熱伸び偏差や、作動流体力と部材の製作公差によるσrの段差が生じ、シール溝にオフセットが生じる。このオフセットによって、接触シール面60aと接触シール面60b、接触シール面61aと接触シール面61bの間で半径方向に段差を生じることになるが、この段差による変位を蛇腹プレート54が吸収するため、接触シール面60a、60b、61a、61bは、組立時と同様に、面接触シール面を保持することができる。   In this embodiment configured as described above, along with the operation of the gas turbine, the outer diameter side end walls 22a and 22b, as well as the seal grooves 31a and 31b are linked with the movement of the second stage stationary blade body segments 21a and 21b. However, the seal plate 50 absorbs the displacement by sliding on the contact seal surfaces 60 a, 60 b, 61 a, 61 b and elastic deformation of the bellows plate 54. On the other hand, in the second stage stationary blade body segments 21a and 21b, a radial thermal expansion deviation due to a thermal deviation in thermal flow and a step of σr due to working fluid force and manufacturing tolerance of the member occur, and an offset occurs in the seal groove. This offset causes a step in the radial direction between the contact seal surface 60a and the contact seal surface 60b, and between the contact seal surface 61a and the contact seal surface 61b, but the bellows plate 54 absorbs displacement due to this step, The contact seal surfaces 60a, 60b, 61a, 61b can hold the surface contact seal surfaces as in assembly.

一方、湾曲状弾性体53a、53bと蛇腹プレート54が一体成形されており、接合部をもたないため、この部材に関するリークは、接触シール面60a、60bでの極小流量を除いて、発生することはない。厳密には、長手方向端からのリークがあるが、本発明の主旨とは別形態のリークとなるため、ここでは言及しない。   On the other hand, since the curved elastic bodies 53a and 53b and the bellows plate 54 are integrally formed and do not have a joint portion, a leak related to this member occurs except for the minimum flow rate at the contact seal surfaces 60a and 60b. There is nothing. Strictly speaking, there is a leak from the end in the longitudinal direction, but since this is a leak of a form different from the gist of the present invention, it is not mentioned here.

以上に説明したセグメント間に装着したガスタービンのシール装置において、離間した2枚のプレートに、一体化した蛇腹プレートと湾曲状弾性体を接合して構成することにより、オフセットに対応したリーク流量低減は勿論のこと、その流量低減の確実性を高めるとともに、オフセットによって起こりうるシールプレートの変形、或いは、プレートを介したシール溝エッジに掛かる応力の発生を防止し、損傷破壊を未然に防ぐことのできる信頼性の高いシール装置を得ることができ、その効果を十分に発揮できるガスタービンを提供できる。   In the gas turbine sealing device mounted between the segments described above, the leak flow rate reduction corresponding to the offset is realized by joining the two separated plates with the integrated bellows plate and the curved elastic body. Needless to say, the flow rate can be reliably reduced, and the deformation of the seal plate caused by the offset or the generation of stress on the edge of the seal groove through the plate can be prevented to prevent damage and destruction. A highly reliable sealing device that can be obtained can be obtained, and a gas turbine that can sufficiently exhibit its effects can be provided.

本実施例では、プレート間の接合にあたる弾性体を蛇腹プレートとし、且つ、湾曲状弾性体と一体化して説明したが、プレート自体も一体化すれば、さらに、リーク流量の低減効果に確実性が増すのは自明である。   In this embodiment, the elastic body corresponding to the bonding between the plates is described as the bellows plate and integrated with the curved elastic body. However, if the plate itself is also integrated, the effect of reducing the leakage flow rate is more reliable. It is obvious to increase.

次に、本発明の第3の実施例を図3、図10、図11及び、図12により説明する。図3は本発明によるシールプレートの配置を示す概念図、図10は本発明の第3の実施例を示すシールプレートの平面図、図11は本発明の第3の実施例を示すシールプレートの外観図及び、図12は本発明の第3の実施例を示すシールプレートのリーク説明図を示してある。各図において、同一番号は、第1の実施例と同一の機器、或いは、部材、機能を表す。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3, FIG. 10, FIG. 11, and FIG. FIG. 3 is a conceptual diagram showing the arrangement of the seal plate according to the present invention, FIG. 10 is a plan view of the seal plate according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 11 is the seal plate according to the third embodiment of the present invention. FIG. 12 is an external view and FIG. 12 is an explanatory view of the leak of the seal plate showing the third embodiment of the present invention. In each figure, the same number represents the same device, member, or function as in the first embodiment.

図3に示すとおり、シールプレートは、高圧側と低圧側を遮断する形で、複数枚、配置されており、本実施例では、シール溝38、39、40に装着するシールプレートに着目して説明する。これらのシール溝は、第1段動翼後側ホィールスペース17aに供給したシール空気のガスパス側9へのリーク抑制として配置されたものである。   As shown in FIG. 3, a plurality of seal plates are arranged so as to block the high-pressure side and the low-pressure side. In this embodiment, paying attention to the seal plates attached to the seal grooves 38, 39, 40. explain. These seal grooves are arranged to suppress leakage of the seal air supplied to the first stage rotor blade rear wheel space 17a to the gas path side 9.

図10を用いて、本実施例によるシールプレート50の外観構成を説明する。シールプレート50は、矩形断面をした2枚のプレート51a、51bを離間して配置しており、この両プレート51a、51bに板バネ52が、接合されている。さらに、プレート51a、51bからは、板バネ52の接合側とは反対方向に、それぞれ湾曲状弾性体53a、53bが伸び、その終端57a、57bは、シールプレート50の内方向に向かっている。   The external structure of the seal plate 50 according to this embodiment will be described with reference to FIG. In the seal plate 50, two plates 51a and 51b having a rectangular cross section are arranged apart from each other, and a plate spring 52 is joined to both the plates 51a and 51b. Further, curved elastic bodies 53 a and 53 b extend from the plates 51 a and 51 b in the direction opposite to the joining side of the leaf spring 52, respectively, and the terminal ends 57 a and 57 b face inward of the seal plate 50.

プレート51aとプレート51bは、長手方向に長さが相違しており、プレート51bの上流側終端面27aと下流側終端面27bを基準として、プレート51aの上流側終端面26aと下流側終端面26bは、ともにδg分だけ長く製作されている。長手方向における各長さは、板バネ52、湾曲状弾性体53a、53bが、プレート51bに、同等である。尚、プレート51a、51bの材料は、ダイアフラム16aに用いる材料よりも、大きな線膨張係数を有する。   The plate 51a and the plate 51b have different lengths in the longitudinal direction. The upstream end surface 26a and the downstream end surface 26b of the plate 51a are based on the upstream end surface 27a and the downstream end surface 27b of the plate 51b. Are both made longer by δg. Each length in the longitudinal direction is the same as that of the plate 51b for the leaf spring 52 and the curved elastic bodies 53a and 53b. The material of the plates 51a and 51b has a larger linear expansion coefficient than the material used for the diaphragm 16a.

プレート51aの上流・下流終端面26a、26bには、それぞれ、プレート51bの上流・下流終端面27a、27b方向に向かう、δgの間隙を保持して、弾性体材料によって製作された側端プレート55a、55bが接合される。この側端プレート55a、55bの図面の奥行き方向に当たる高さは、プレートの接触シール面を基準とする湾曲状弾性体の最大高さよりも、小さく設定されている。尚、δgは、湾曲状弾性体の半径方向の動きを妨げない程度の微小間隙である。   The upstream and downstream end surfaces 26a and 26b of the plate 51a respectively hold a gap of δg toward the upstream and downstream end surfaces 27a and 27b of the plate 51b. 55b are joined together. The height of the side end plates 55a and 55b in the depth direction in the drawing is set to be smaller than the maximum height of the curved elastic body based on the contact seal surface of the plate. Note that δg is a minute gap that does not hinder the movement of the curved elastic body in the radial direction.

図11に、シール溝39(図示せず)に装着されるシールプレート50と、その幅方向に直交して隣接するシール溝38(図示せず)に装着されるシールプレート56aの組み合わせ配置とした組立外観図を示す。シールプレート50の側端プレート55aとシールプレート56aの間には、δaの間隙を有してシール溝に組み込まれており、δaは、ダイアフラム16a、シールプレート50、及び、シールプレート56aの熱伸び量から与えられる。側端プレート55aと協働する、直交して隣接するシールプレート56aのシール面は、平板である。ここでは、側端プレート55aに着目して説明したが、シールプレート50の側端プレート55bについても同様である。   FIG. 11 shows a combination arrangement of the seal plate 50 mounted in the seal groove 39 (not shown) and the seal plate 56a mounted in the adjacent seal groove 38 (not shown) orthogonal to the width direction. An assembly external view is shown. Between the side end plate 55a of the seal plate 50 and the seal plate 56a, there is a gap δa, which is incorporated in the seal groove, where δa is the thermal expansion of the diaphragm 16a, the seal plate 50, and the seal plate 56a. Given from the quantity. The seal surface of the seal plate 56a adjacent to each other which cooperates with the side end plate 55a is a flat plate. Here, the description has been made focusing on the side end plate 55a, but the same applies to the side end plate 55b of the seal plate 50.

このシールプレート配置による組み込み状態での、第1段動翼後側ホィールスペース17aからガスパス9に向かう概念的なリーク経路を説明しておく。リーク経路には、図示しないシール溝とプレート51bで形成する図示しない接触シール面を径由して、図示しないシール溝と湾曲状弾性体53bで形成する図示しない接触シール面からの矢印71aで示す経路、図示しないシール溝とプレート51aで形成する図示しない接触シール面を径由して、図示しないシール溝と湾曲状弾性体53aで形成する図示しない接触シール面からの矢印71bで示す経路、側端プレート55aとシールプレート56aで形成する図示しない接触シール面からの矢印71cで示す経路、及び、側端プレート55bと図示しないシールプレートで形成する図示しない接触シール面からの矢印71dで示す経路に加えて、接合時に設定したδgによる図示しない側端プレート55a側の経路と、側端プレート55b側の矢印72bで示す経路がある。   A conceptual leak path from the first stage blade rear wheel space 17a toward the gas path 9 in the assembled state by this seal plate arrangement will be described. The leak path is indicated by an arrow 71a from a contact seal surface (not shown) formed by a seal groove (not shown) and a curved elastic body 53b via a contact seal surface (not shown) formed by a seal groove (not shown) and a plate 51b. Route, side indicated by an arrow 71b from a contact seal surface (not shown) formed by a seal groove (not shown) and a curved elastic body 53a via a seal groove (not shown) formed by a path, a seal groove (not shown) and the plate 51a A path indicated by an arrow 71c from a contact seal surface (not shown) formed by the end plate 55a and the seal plate 56a, and a path indicated by an arrow 71d from a contact seal surface (not shown) formed by the side end plate 55b and a seal plate (not shown). In addition, the path on the side end plate 55a side (not shown) by δg set at the time of joining, and the side end plate 5 There is a path indicated by b in the arrow 72b.

図12を用いて、この側端プレート55a、55b近傍でのリーク経路を、概念的ではあるが、詳細に説明する。図12は、図11でのシールプレート50の中央部からプレート51a方向をみた断面図として示している。シール溝39にシールプレート50、直交して隣接するシール溝38、40に、シールプレート56a、56bが、装着されている。この場合、主要なリーク経路は、側端プレート55aとシールプレート56aの間のδaによる矢印71cで示すリーク経路、側端プレート55aとシールプレート56bの間のδaによる矢印71dで示すリーク経路、側端プレート55aでのδgによる矢印72aで示すリーク経路、及び、側端プレート55bでのδgによる矢印72bで示すリーク経路となる。   The leak path in the vicinity of the side end plates 55a and 55b will be described in detail with reference to FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view of the seal plate 50 in FIG. A seal plate 50 is attached to the seal groove 39, and seal plates 56 a and 56 b are attached to the seal grooves 38 and 40 adjacent to each other at right angles. In this case, the main leak path is a leak path indicated by an arrow 71c by δa between the side end plate 55a and the seal plate 56a, a leak path indicated by an arrow 71d by δa between the side end plate 55a and the seal plate 56b, and the side There are a leak path indicated by an arrow 72a by δg in the end plate 55a and a leak path indicated by an arrow 72b by δg in the side end plate 55b.

このように構成された本実施例において、ガスタービンの運転とともに、ダイアフラムの動きに連動して、シール溝も変位する。このとき、リーク経路71aと71bについては、周方向変位、オフセットに対して、板バネ52が、その変位を吸収する。また、シール溝との間で、プレート、湾曲状弾性体の流体力とバネ力により、強固な接触シール面60a、60b、61a、61bが形成され、リーク経路71a、71bは遮断されることになる。   In this embodiment configured as described above, the seal groove is displaced in conjunction with the operation of the diaphragm as the gas turbine is operated. At this time, for the leak paths 71a and 71b, the leaf spring 52 absorbs the displacement with respect to the circumferential displacement and offset. Further, strong contact seal surfaces 60a, 60b, 61a, 61b are formed between the seal groove and the fluid force and spring force of the plate and the curved elastic body, and the leak paths 71a, 71b are blocked. Become.

一方、シールプレート50の側端部では、ダイアフラムよりも大きな線膨張係数を有するプレート51a、51bとダイアフラムとの熱伸び差によって、間隙δaは縮小され、最終的には零となる。即ち、シールプレート56aと側端プレート55aの間で平板状接触シール面75a、シールプレート56bと側端プレート55bの間で平板状接触シール面75bが形成されるため、リーク経路71c、71dは遮断される。   On the other hand, at the side end portion of the seal plate 50, the gap δa is reduced by the difference in thermal expansion between the diaphragms 51a and 51b having a larger linear expansion coefficient than that of the diaphragm and finally becomes zero. That is, since the flat contact seal surface 75a is formed between the seal plate 56a and the side end plate 55a, and the flat contact seal surface 75b is formed between the seal plate 56b and the side end plate 55b, the leak paths 71c and 71d are blocked. Is done.

さらに、ガスタービンの定格運転状態まで、この熱伸び差によるプレート51a、51bの熱伸びは進行することになるが、シールプレート56a、56bのシール溝との接触シール面76a、76bが熱伸びの絶対的な拘束点となる。そのため、シールプレート56a、56bのプレート厚みを減じた、接触シール面75a、75bが、シールプレート50の拘束条件となり、プレート51a、51bは、それぞれに、側端プレート55a、55bを押し込む形で伸びる。この結果、プレートの熱伸び力によって側端プレート55a、55bは弾性変形するが、材料の変形部分は、接触シール面75a、75bでの拘束により、シールプレート50の内方向に向かうことになる。換言すれば、側端プレート55a、55bが、δgの間隙を覆うことになり、このリーク経路72a、72bを遮断する。   Further, the thermal expansion of the plates 51a and 51b due to the difference in thermal expansion proceeds until the rated operation state of the gas turbine, but the contact seal surfaces 76a and 76b with the seal grooves of the seal plates 56a and 56b are not expanded. This is an absolute restraint point. Therefore, the contact seal surfaces 75a and 75b obtained by reducing the plate thickness of the seal plates 56a and 56b serve as a restraint condition for the seal plate 50, and the plates 51a and 51b extend by pushing the side end plates 55a and 55b, respectively. . As a result, the side end plates 55a and 55b are elastically deformed by the thermal expansion force of the plate, but the deformed portion of the material is directed inward of the seal plate 50 due to the restraint at the contact seal surfaces 75a and 75b. In other words, the side end plates 55a and 55b cover the gap of δg and block the leak paths 72a and 72b.

以上に説明したセグメント間に装着したガスタービンのシール装置において、板バネの両端に接合された2枚のプレートと、プレートのそれぞれから延びる湾曲状弾性体とを備え、一方のプレートの長手方向端面に側板プレートを設ける構成にすることにより、オフセットに対応したリーク流量低減は勿論のこと、直交して隣接するシールプレートとの間で生じるリークを未然に防止するシール装置を得ることができる。また、隣接するシールプレート自体のリークを抑制できることから、信頼性の高いシール装置を提供できる。   In the gas turbine sealing device mounted between the segments described above, the plate includes two plates joined to both ends of the leaf spring, and a curved elastic body extending from each of the plates, and the longitudinal end surface of one plate By providing the side plate with the side plate, it is possible to obtain a seal device that can prevent leakage between the seal plates adjacent to each other as well as reducing the leak flow rate corresponding to the offset. Moreover, since the leak of the adjacent seal plate itself can be suppressed, a highly reliable sealing device can be provided.

また、側端プレート55a、55bの高さが、プレートの接触シール面を基準とする湾曲状弾性体の最大高さよりも小さく設定されているため、シール溝への取付けも容易である。   Moreover, since the height of the side end plates 55a and 55b is set to be smaller than the maximum height of the curved elastic body with reference to the contact seal surface of the plate, it can be easily attached to the seal groove.

本実施例では、プレート51bの上流側終端面27aと下流側終端面27bを基準として、プレート51aの上流・下流終端面26a、26bが、ともに長くなるとしたが、例えば、真逆、或いは、勝手違いに長さが相違して構成しても、本実施例の効果を妨げないのは自明である。また、側端プレート55a、55bの取付けに関して、一定の微小間隙δgを保持するとしたが、最終的には、弾性体が、この空隙を覆うため、一定間隙として限定された条件になるものではない。   In this embodiment, the upstream and downstream end surfaces 26a and 26b of the plate 51a are both long with reference to the upstream end surface 27a and the downstream end surface 27b of the plate 51b. It is obvious that even if the length is different, the effect of the present embodiment is not hindered. Further, regarding the attachment of the side end plates 55a and 55b, it is assumed that a constant minute gap δg is maintained. However, since the elastic body eventually covers this gap, the condition is not limited to the fixed gap. .

また、直交して隣接するシールプレートとして、説明したが、これが傾斜したとしても、これに対応した側端プレートの取付けと側板プレートの形状変更で、容易に対応できるのは明らかである。また、ダイアフラムの一部のシールプレートをもって、実施例としたが、同様のシール溝構成部分に適用すれば、その効果は、さらに、期待できる。尚、本実施例では、側端プレートの材料には言及していないが、素材としての弾性力のみでなく、エキスパンドメタルを内蔵するような構造的弾性体でも構わない。   Moreover, although it demonstrated as a seal plate which adjoins orthogonally, even if this inclines, it is clear that it can respond easily by the attachment of the side end plate corresponding to this, and the shape change of a side plate plate. Further, although the embodiment has been described with a part of the seal plate of the diaphragm, the effect can be further expected if it is applied to the same seal groove constituent portion. In the present embodiment, the material of the side end plate is not mentioned, but not only the elastic force as a material but also a structural elastic body incorporating an expanded metal may be used.

1 ガスタービン
4 タービン
31a シール溝
50 シールプレート
51a、51b プレート
52 板バネ
53a、53b 湾曲状弾性体
54 蛇腹プレート
55a、55b 側端プレート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas turbine 4 Turbine 31a Seal groove 50 Seal plate 51a, 51b Plate 52 Leaf spring 53a, 53b Curved elastic body 54 Bellows plate 55a, 55b Side end plate

Claims (6)

板状弾性体と、前記板状弾性体の両端にそれぞれ接合されたプレートと、前記プレートのそれぞれから延びる湾曲状弾性体とを備え、向かい合う二つのシール溝に跨るように設置した際に、前記プレートと前記シール溝の第一の面とが面接触面を形成し、前記湾曲状弾性体と前記シール溝の第二の面とが面接触面を形成するように構成されたシール装置。   A plate-like elastic body, a plate joined to both ends of the plate-like elastic body, and a curved elastic body extending from each of the plates, and when installed so as to straddle two opposing seal grooves, A sealing device configured such that a plate and a first surface of the seal groove form a surface contact surface, and the curved elastic body and a second surface of the seal groove form a surface contact surface. 請求項1に記載のシール装置において、前記湾曲状弾性体は、前記板状弾性体の反対方向に延びた後に湾曲して反転する形状を有し、前記シール溝に設置した際に、前記プレートとの接合部を始端とした場合の終端が、前記シール溝の溝深さの範囲内となるように構成されたことを特徴とするシール装置。   2. The sealing device according to claim 1, wherein the curved elastic body has a shape that is curved and inverted after extending in a direction opposite to the plate-shaped elastic body, and when the curved elastic body is installed in the seal groove, The sealing device is configured such that the end when the joint portion is the starting end is within the range of the groove depth of the seal groove. 請求項1又は2に記載のシール装置において、少なくとも、前記板状弾性体と前記湾曲状弾性体とを一体成形品としたことを特徴とするシール装置。   3. The sealing device according to claim 1, wherein at least the plate-like elastic body and the curved elastic body are integrally formed. 請求項1から3のいずれか一項に記載のシール装置において、前記プレートのうち一方の長手方向における端面から延び、他方の前記プレートの端面上に間隙を有するように構成された側端プレートを備え、
該側端プレートは、前記プレートの前記シール溝の第一の面と前記面接触面を形成する面を基準とした前記湾曲状弾性体の最大高さの範囲内の高さであって、弾性体材料から成ることを特徴とするシール装置。
4. The sealing device according to claim 1, wherein a side end plate configured to extend from an end surface in one longitudinal direction of the plates and to have a gap on an end surface of the other plate. 5. Prepared,
The side end plate has a height within a range of a maximum height of the curved elastic body based on a surface forming the surface contact surface with the first surface of the seal groove of the plate, A sealing device comprising a body material.
請求項4に記載のシール装置において、前記側端プレートと面接触を形成するためのシールプレートを有し、該シールプレートと前記側端シールプレートとで平板状の面接触面が形成されるよう構成されていることを特徴とするシール装置。   5. The sealing device according to claim 4, further comprising a seal plate for forming a surface contact with the side end plate so that a flat surface contact surface is formed by the seal plate and the side end seal plate. It is comprised, The sealing device characterized by the above-mentioned. 圧縮機、燃焼器、及び、静翼と動翼を有するタービンで構成され、前記タービンの周方向について構成部材が複数のセグメントに分割されているガスタービンにおいて、
隣り合う前記セグメント同士が互いに対向する間隙面のそれぞれに、向かい合うようにシール溝が設けられ、
板状弾性体と、前記板状弾性体の両端にそれぞれ接合されたプレートと、前記プレートのそれぞれから延びる湾曲状弾性体とを備えたシール装置が、向かい合う二つの前記シール溝に跨るように設置され、
前記プレートと前記シール溝の第一の面とが面接触面を形成し、前記湾曲状弾性体と前記シール溝の第二の面とが面接触面を形成していることを特徴とするガスタービン。
In the gas turbine, which is composed of a compressor, a combustor, and a turbine having a stationary blade and a moving blade, and the constituent members are divided into a plurality of segments in the circumferential direction of the turbine,
A seal groove is provided to face each of the gap surfaces where the adjacent segments face each other,
A sealing device having a plate-like elastic body, plates joined to both ends of the plate-like elastic body, and a curved elastic body extending from each of the plates is installed so as to straddle the two seal grooves facing each other And
The gas characterized in that the plate and the first surface of the seal groove form a surface contact surface, and the curved elastic body and the second surface of the seal groove form a surface contact surface. Turbine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016205387A (en) * 2015-04-24 2016-12-08 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Seals with thermal barrier for turbomachinery

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