JP2019190447A - ガスタービン - Google Patents
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Abstract
Description
各段の前記複数の動翼に対応してケーシングに固定された複数の静翼と、前記静翼の径方向内側に設けられている内側シュラウドと、各々の前記内側シュラウドの径方向内側に固定された環状部材と、を備えるガスタービンであって、前記ロータディスクは、前記ロータディスクの軸線方向下流側に突出するシールアームを有し、前記環状部材は、前記シールアームの前記径方向外側に配置されて前記シールアームと径方向で対向する外側対向部を有し、前記環状部材の外側対向部の内周面から前記シールアームの外周面に向かって突出し、周方向に延び、軸線方向上流側に向かうにしたがって縮径するテーパ形状をなすシールフィンと、前記環状部材と前記内側シュラウドとによって囲まれて形成され、前記複数の静翼のうち少なくとも二つの静翼に跨るように周方向に延びる第一キャビティと、前記シールフィンの径方向外側、かつ、前記第一キャビティよりも前記径方向内側に設けられ、前記周方向に連通して延び、前記径方向内側に開口する第二キャビティと、前記第一キャビティに圧縮空気を導入する圧縮空気供給ラインと、周方向に間隔をあけて設けられ、前記第一キャビティと第二キャビティとの間を接続する複数の圧縮空気排出ラインと、を備える。
また、環状部材の内部の第一キャビティが周方向に延びるとともに、第二キャビティが周方向に延びるように形成されていることによって、噴出される圧縮空気の周方向の均一性が高くなり、エアカーテンとしての機能を向上させることができる。
また、環状部材の内部の第一キャビティが周方向に延びるとともに、第二キャビティが周方向に延びるように形成されていることによって、噴出される圧縮空気の周方向の均一性が高くなり、エアカーテンとしての機能を向上させることができる。
以下、本発明に係るガスタービンの第一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態のガスタービン100は、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機1と、燃料供給源(図示せず)から供給される燃料を圧縮空気に混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する複数の燃焼器2と、燃焼ガスにより駆動するタービン3と、を備えている。
各段の複数の静翼31の径方向内側には、シールリング保持環40(保持部材)が固定されている。
上流側ロータディスク11uの下流側リム部15と下流側ロータディスク11Dの上流側リム部12との間にはエアバッフル19が設けられている。
内側シュラウド33とシールリング保持環40とによって、周方向Dcに延在する第一キャビティC1が形成されている。第一キャビティC1は、少なくとも二つの静翼31に跨るように形成されている。
シールリング保持環40の径方向内側には、上流側ロータディスク11uの下流側リム部15及び下流側ロータディスク11Dの上流側リム部12と径方向Drで対向する内側対向部42が形成されている。外側対向部41は、内側対向部42を基準にして、上流側Da1で且つ径方向外側の位置に形成されている。
タービン3は、シールリング保持環40の外側対向部41と、シールアーム14との間をシールするシール装置50を備えている。
シールリング保持環40の内側対向部42の下流側Da2には、内側対向部42と径方向Drで対向する下流側ロータディスク11Dの上流側リム部12との間をシールするラビリンスシール73が設けられている。
なお、本実施形態では、内側対向部42下流側リム部15との間をシールするシール装置としてリーフ状シール72を採用したが、これに限ることはなく、例えば、ブラシシールを採用することも可能である。
図5に示すように、シール装置50は、シールフィン57が一体となったガイド板ユニット55と、シールリング保持環40の径方向内側に形成され、ガイド板ユニット55との間に周方向Dcに連通して延在する第二キャビティC2を形成する凹部58と、第一キャビティC1内の圧縮空気Aを第二キャビティC2(凹部58)に排出する複数の圧縮空気排出ライン62と、を備えている。第二キャビティC2は、シールフィン57の径方向Dr外側に設けられている。
ガイド板56は、外側対向部41として機能する。第二キャビティC2は、シールリング保持環40の内部で、第一キャビティC1よりも径方向内側に設けられ、外側対向部41の内周面に開口52を有している。第二キャビティC2の径方向Dr外側には、圧縮空気排出ライン62が接続されている。
シールフィン57は、径方向Dr内側に向かって延びるとともに、周方向に延在する薄板状をなしている。シールフィン57の先端部と、シールアーム14との間には、径方向Drに微小隙間G1が形成されている。
第二キャビティC2のシールフィン57と対向する面であるスリット部60の内周面は、シールフィン57と平行となるように形成されている。スリット部60の内周面とシールフィン57との間は、周方向Dcに延び、圧縮空気Aを排出するスリットとして機能する。
ボス部63には、ボルトが挿通される貫通孔64が形成されている。ガイド板ユニット55は、ボルト65によってシールリング保持環40に固定される。
燃焼器2から導入された高温高圧の燃焼ガスGは、燃焼ガス流路GPを通り、その過程で動翼21に接触することで、動翼21を有するロータ10を軸線Ar回りに回転させる。
また、凹部58のスリット部60の内周面とシールフィン57とが平行となるように形成されていることによって、噴出される圧縮空気Aの周方向Dcの均一性を更に向上させることができる。
図7は、第一実施形態の変形例のシール装置50Bの断面図である。図7に示すように、第一実施形態の変形例のシール装置50Bは、シールフィン57の上流側Da1に配置され、外側対向部41と径方向Drで対向するシールアーム14との間をシールする上流側シールフィン51を有している。
上流側シールフィン51とシールアーム14との間の微小隙間G2とシールフィン57とシールアーム14との間の微小隙間G1とは、同じ寸法である。
以下、本発明の第二実施形態のガスタービンについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態の変形例との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図8に示すように、シール装置50Cの上流側シールフィン51は、第二キャビティC2を介してシールフィン57に対向している。シールフィン57は、外側対向部41に直接固定されている。圧縮空気排出ライン62Bは、第一キャビティC1から第二キャビティC2に向かうに従って上流側Da1に傾斜している。
0.2 < L/D1 < 10 ・・・(1)
なお、上記した上流側シールフィン51の径方向Drの長さLと、上流側シールフィン51とシールフィン57の先端との間の軸線方向Daの間隔D1との関係式は、第一実施形態の変形例のシール装置50Bにも適用することができる。
圧縮空気排出ライン62Bの中心線CLと軸線Arとのなす角度は、シールフィン57の角度θと略同じである。
例えば、以上の実施形態では、シール装置50をシールリング保持環40に設ける構成としているが、これに限ることはなく、静翼31の径方向内側の端部を周方向Dcで接続する他の環状部材に設けてもよい。
2 燃焼器
3 タービン
4 発電機
5 ケーシング
10 ロータ
11 ロータディスク
12 上流側リム部
14 シールアーム
15 下流側リム部
19 エアバッフル
21 動翼
22 動翼本体
23 プラットフォーム
24 シャンク
31 静翼
32 静翼本体
33 内側シュラウド
34 脚部
39 圧縮空気供給ライン
40 シールリング保持環(環状部材)
41 外側対向部
42 内側対向部
43 接続部
50 シール装置
51 上流側シールフィン
52 開口
55 ガイド板ユニット
56 ガイド板
57 シールフィン
58 凹部
59 本体部
60 スリット部
62 圧縮空気排出ライン
72 リーフ状シール
73 ラビリンスシール
100 ガスタービン
A 圧縮空気
Ar 軸線
C1 第一キャビティ
C2 第二キャビティ
Da 軸方向
Dc 周方向
Dr 径方向
G1,G2 微小隙間
Claims (5)
- 軸線を中心として回転するロータであって、軸線方向に重ねられた複数段のロータディスクと、前記ロータディスクの各段に固定された複数の動翼と、を有するロータと、
前記ロータを回転可能に覆うケーシングと、
各段の前記複数の動翼に対応してケーシングに固定された複数の静翼と、
前記静翼の径方向内側に設けられている内側シュラウドと、
各々の前記内側シュラウドの径方向内側に固定された環状部材と、を備えるガスタービンであって、
前記ロータディスクは、前記ロータディスクの軸線方向下流側に突出するシールアームを有し、
前記環状部材は、前記シールアームの前記径方向外側に配置されて前記シールアームと径方向で対向する外側対向部を有し、
前記環状部材の外側対向部の内周面から前記シールアームの外周面に向かって突出し、周方向に延び、軸線方向上流側に向かうにしたがって縮径するテーパ形状をなすシールフィンと、
前記環状部材と前記内側シュラウドとによって囲まれて形成され、前記複数の静翼のうち少なくとも二つの静翼に跨るように前記周方向に延びる第一キャビティと、
前記シールフィンの径方向外側、かつ、前記第一キャビティよりも前記径方向内側に設けられ、前記周方向に連通して延び、前記径方向内側に開口する第二キャビティと、
前記第一キャビティに圧縮空気を導入する圧縮空気供給ラインと、
前記周方向に間隔をあけて設けられ、前記第一キャビティと第二キャビティとの間を接続する複数の圧縮空気排出ラインと、を備えるガスタービン。 - 前記シールフィンと軸線とのなす角度が50°以下である請求項1に記載のガスタービン。
- 前記環状部材の前記径方向内側に形成された凹部と、
前記シールフィンの軸線方向下流側に接続されて前記周方向に延び、前記凹部との間に前記第二キャビティを形成するガイド板と、を有する請求項1又は請求項2に記載のガスタービン。 - 前記第二キャビティの前記シールフィンに対向する面は、前記シールフィンと平行である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のガスタービン。
- 前記環状部材の外側対向部の内周面からシールアームの外周面に向かって突出し、前記周方向に延び、前記第二キャビティを介して前記シールフィンに対向する上流側シールフィンを有する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のガスタービン。
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