JP2023042786A - タービン段落シール機構およびタービン段落シール機構の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン段落のシール機構の熱変形による性能の低下を低減する。【解決手段】ガスタービンの各タービン段落においての前記作動流体流路をバイパスする回転部と静止部間のリークフローを低減するタービン段落シール機構２００は、静止部の径方向の内側端部１１２ａが、前記ガスタービンの所定の運転条件において前記回転部の中心軸を中心とした円上となるように形成されている。本実施形態によれば、回転部に対向する静止部であるシュラウドセグメント１１０の少なくとも径方向の内側端部を加工することにより、ガスタービンの運転時において、回転部とのギャップが、実質的すなわち加工精度の範囲内で、周方向に均一となる。この結果、タービン段落のシール機構の熱変形による性能の低下を抑制することができる。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、ガスタービンのタービン段落シール機構およびタービン段落シール機構の製造方法に関する。

近年のガスタービンにおいては、作動流体の高温化により、特に熱的な観点からの設計が重要である。具体的には、薄肉構造をとる必要がある。このため、構造部位によっては、たとえば、中空冷却構造等により冷却媒体により冷却される構成となっている例がある。

ガスタービンの中でも、超臨界ＣＯ_２タービンの場合、運転圧力は、蒸気タービンと同程度の高圧であり、従来のガスタービンに比べて、その動翼や静翼において生ずる圧力差、すなわち、冷却媒体と作動流体との圧力差、あるいは、動翼の前後の圧力差が大きい。このため、大きな圧力差に起因する圧力変形の抑制のために、剛な構造が必要である。

このように、超臨界ＣＯ_２タービンにおいては、剛性が高くかつ冷却構造を有する静翼や、動翼の径方向外側に設けられるシュラウドは、従来のガスタービンよりも、温度勾配が大きく、熱変形も大きな条件で使用される。

特開２００２－２４２６１２号公報 特開２０１４－２０３２９号公報

タービン段落においては、周方向に互いに隣接して複数の静翼が設けられ、これらによって、静翼翼列が形成されている。また、ロータシャフトの回転軸に平行な方向（以下、タービン軸方向）に互いに間隔をおいてロータシャフトから径方向に円板状に突出した複数のロータディスクが形成されている。それぞれのロータディスクには、周方向に亘り互いに隣接して複数の動翼が植設され、これらによって、動翼翼列が形成されている。なお、動翼については、これに限定されず、たとえば、太径の材料から動翼を削り出して、ロータシャフトと動翼とが一体に形成されている場合もある。

複数の静翼翼列と複数の動翼翼列は、タービン軸方向に交互に設けられており、それぞれの静翼翼列と作動流体の流れ方向に直下流の動翼翼列とでタービン段落を構成している。

タービン段落のシール機構は、動翼翼列の径方向外側、および静翼翼列の径方向内側に設けられている。

まず、動翼翼列の径方向外側については、動翼との間にギャップを介して周方向に動翼を周方向に囲むように、タービン段落のシール機構としてのシュラウドが設けられ、作動流体の作動流体流路をバイパスするリークフローを抑制する。シュラウドは、周方向に互いに隣接するように配された複数のシュラウドセグメントを有する。

図８は、シュラウドセグメントの熱変形を示す斜視図である。図８では、１つのシュラウドセグメントの周方向の半分のみを図示している。すなわち、実際は、仮想断面Ｓを挟んで仮想断面Ｓに面対称に反対側（図８の左側）に存在する部分があるが、図示の都合上、この部分の図示を省略している。

シュラウドセグメントの径方向内側は、シュラウドセグメントの径方向内側に設けられた動翼（図示せず）との間を流れる作動流体のリークフローにより高温となる。一方、シュラウドセグメントの外面を冷却媒体が流れることにより、シュラウドセグメントの径方向外側は冷却され、径方向内側より温度が低くなる。

このため、シュラウドセグメントには、径方向に温度分布が生じ、径方向内側における周方向およびタービン軸方向の熱膨張が、径方向外側の熱膨張より大きくなる。この結果、シュラウドセグメントは、図８に矢印で示されているように、周方向およびタービン軸方向についての径方向内外の熱膨張差により、径方向外側に反り返る、すなわち、径方向内側に凸となる方向に変形する。

次に、静翼翼列の径方向内側については、回転部に対向するようにタービン段落のシール機構としての内輪サイドウォールが設けられている。

内輪サイドウォールの径方向外側は、高温の作動流体の主流路であり、径方向内側は、対向する回転部からの冷却媒体も流れることもあり、径方向外側の温度が径方向内側の温度より高くなる場合がある。あるいは、構成の複雑さのために、これとは逆となるケースもある。すなわち、内輪サイドウォールに関しては、静翼の温度分布と、静翼内の各部の剛性によって、外輪サイドウォール同様の方向に変形する場合と、逆方向に変形する場合とがある。

特に、周方向について、径方向外側に反り返る変形の場合、シュラウドセグメントと動翼の間のギャップは、周方向に一律な状態ではなくなり、ギャップの大きな部分と小さな部分が周方向に交互に形成されることになる。静翼の内輪サイドウォールとその径方向内側に配された回転部との間のギャップについても同様である。

このように、タービン段落のシール機構においてギャップが周方向に変化する状態となる場合、静止部と回転部との間の接触を避けるために、ギャップが最小となる部分に合わせて設計、製作する必要がある。この結果、正規の値より大きなギャップの部分が存在することになり、タービン性能の低下をもたらすことになるという課題があった。

そこで、本発明の実施形態は、タービン段落のシール機構の熱変形による性能の低下を低減することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態に係るタービン段落シール機構は、ガスタービンの各タービン段落においての作動流体流路をバイパスする回転部と静止部との間のリークフローを低減するタービン段落シール機構であって、前記静止部の径方向の内側端部は、前記ガスタービンの所定の運転条件において前記回転部の中心軸を中心とした円上となるように形成されている、ことを特徴とする。

実施形態に係るタービン段落シール機構を含むガスタービンの一部を示すタービン軸に沿った部分縦断面図である。 実施形態に係るタービン段落シール機構としてのシュラウドセグメント及びその周辺の詳細を示す縦断面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線矢視において、実施形態に係るタービン段落シール機構としてのシュラウドセグメントの詳細を示す組立て状態における部分断面図である。 タービン段落シール機構の製造方法の手順を示すフロー図である。 ガスタービンの起動時の各段落の作動流体の温度の変化を概念的に示すグラフである。 ガスタービンの起動時の各段落の作動流体の圧力の変化を概念的に示すグラフである。 タービン段落シール機構の製造方法における加工内容を説明するシュラウドセグメントの部分断面図である。 タービン段落シール機構としてのシュラウドセグメントの熱変形を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るタービン段落シール機構およびタービン段落シール機構の製造方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１は、実施形態に係るタービン段落シール機構２００を含むガスタービン１の一部を示すタービン軸ＣＬ０に沿った部分縦断面図である。以下、タービン軸ＣＬ０に平行な方向をタービン軸方向というものとする。

ガスタービン１は、ケーシング２、ケーシング２をタービン軸方向に貫通するロータシャフト１１、およびタービン軸方向に配列され作動流体の流路となる複数のタービン段落５を有する。

複数のタービン段落５のそれぞれは、複数の静翼２０を有する静翼翼列２０ａおよび作動流体流路１８内の作動流体の流れ方向に静翼翼列２０ａの直後に配され複数の動翼１３を有する動翼翼列１３ａを有する。

静翼翼列２０ａを構成する複数の静翼２０は、周方向に互いに隣接して設けられている。それぞれの静翼２０は、作動流体流路１８内に配される翼有効部２１、翼有効部２１の径方向外側端部に接続する外輪サイドウォール２２、および、タービン段落シール機構２００として翼有効部２１の径方向内側端部に接続する内輪サイドウォール２５を有する。

外輪サイドウォール２２には、板状部２２ｃから径方向外側にそれぞれ拡がった前側壁部２２ｄおよび後側壁部２２ｅが形成されている。前側壁部２２ｄの径方向外側端部から前方に延びるように前フック２２ａが形成されている。また、後側壁部２２ｅの径方向外側端部から後方に延びるように後フック２２ｂが形成されている。一方、ケーシング２にも第１フック２ａおよび第２フック２ｂが形成されている。外輪サイドウォール２２の前フック２２ａおよび後フック２２ｂがケーシング２の第１フック２ａおよび第２フック２ｂとそれぞれ係合することにより、静翼２０は、ケーシング２により支持されている。

複数の外輪サイドウォール２２のそれぞれには、周方向に互いに連通する冷却媒体用空間２４が形成されている。ケーシング２には、冷却媒体の図示しない供給源に連通する冷却孔２ｃが形成されており、冷却媒体が冷却媒体用空間２４に供給され、静翼２０が冷却される。

なお、前フック２２ａ、前側壁部２２ｄおよび板状部２２ｃにより、周方向に延びる凹部２２ｆが形成されている。また、後フック２２ｂ、後側壁部２２ｅおよび板状部２２ｃにより、凹部２２ｇが形成されている。

内輪サイドウォール２５は、翼有効部２１に支持され、後述する回転部１０の一部である遮熱板１５に対向するように配されている。内輪サイドウォール２５は、タービン軸方向（作動流体の流れ方向）および周方向に拡がった板状部２５ａ、板状部２５ａの径方向の内側表面に形成され、タービン軸方向に互いに間隔を置いて配された複数のシールフィン２５ｂを有する。内輪サイドウォール２５は、タービン段落シール機構２００として、遮熱板１５と相まって、作動流体流路１８を径方向内側にバイパスして流れる作動流体のリークフローを抑制する。

ロータシャフト１１には、タービン軸方向に互いに間隔をおいて複数のロータディスク１２が形成されている。それぞれのロータディスク１２は、ロータシャフト１１から径方向外側に円板状に突出するように形成されている。動翼翼列１３ａを構成する複数の動翼１３は、それぞれのロータディスク１２に周方向に亘り互いに隣接するように植設されている。以下、ロータシャフト１１、ロータディスク１２、動翼１３、およびロータシャフトに取り付けられてロータシャフト１１とともに回転する部分を回転部１０と呼ぶものとする。なお、ここでは、動翼１３が植設されている場合を例示しているが、以下については、動翼を削り出してロータシャフトと動翼とが一体に形成されている場合も同様である。

動翼翼列１３ａの径方向外側には、動翼先端部１３ｔとの間にギャップを介して、シュラウド１００が設けられている。シュラウド１００は、周方向に互いに隣接するように配された複数のシュラウドセグメント１１０を有する。それぞれのシュラウドセグメント１１０は、上流側の外輪サイドウォール２２に形成された凹部２２ｇおよび下流側の外輪サイドウォール２２に形成された凹部２２ｆに、その上流端部および下流端部がそれぞれ収納されるように、互いにタービン軸方向に隣接する外輪サイドウォール２２間に配される。また、ガスタービン１の運転中において、シュラウド１００は、作動流体の前後差圧によって静翼２０に押し付けられる。

それぞれのシュラウドセグメント１１０は、ガスタービン１の回転部１０の径方向最外部と所定の間隔を有して周方向に亘って配置された板状部１１１、板状部１１１の径方向の内側表面に形成され、タービン軸方向に所定の間隔を有して配された複数のシールフィン１１２を有する。シュラウド１００は、タービン段落シール機構２００として、作動流体流路１８を径方向外側にバイパスして、動翼先端部１３ｔとの間を流れる作動流体のリークフローを抑制する。

なお、ケーシング２、静翼２０、シュラウド１００を含む静止状態を維持する部分を、静止部３０と総称する。

図２は、実施形態に係るタービン段落シール機構２００としてのシュラウドセグメント１１０及びその周辺の詳細を示す縦断面図である。また、図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線矢視において、実施形態に係るタービン段落シール機構としてのシュラウドセグメントの詳細を示す組立て状態における部分断面図である。なお、図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線矢視図ではあるが、タービン段落シール機構２００としてのシュラウドセグメント１１０のみを示しており、図２に示した他の部分の図示を省略している。

図２に示すように、シュラウドセグメント１１０の板状部１１１の径方向の内側には、内側表面から径方向内側に延びるように、複数のシールフィン１１２が形成されている。すなわち、複数のシールフィン１１２が、回転部１０の動翼１３に対向する静止部３０の径方向最内部となっている。複数のシールフィン１１２は、タービン軸方向に所定の間隔を有して配されている。複数のシールフィン１１２のそれぞれは、周方向に延びている。なお、シールフィン１１２としては、図２に示すようなフィン状のもの、あるいは周方向に垂直な断面が矩形のものがあり、これらを総称してシールフィン１１２と呼ぶ。この結果、シュラウドセグメント１１０の径方向内側と動翼先端部１３ｔとの間に、ラビリンスが形成される。

図３に示すように、タービン軸方向に垂直な断面において、シュラウドセグメント１１０の径方向外側の表面は、タービン軸ＣＬ０を中心とした円弧状である。一方、シールフィン１１２の径方向の内側端部１１２ａは、室温においては、タービン軸ＣＬ０を中心とした円弧状の仮想内側端部１１２ｆとは一致しない形状を有する。具体的には、ガスタービン１の起動時の所定の運転条件において、シュラウドセグメント１１０の熱変形の結果、タービン軸ＣＬ０を中心とした円弧状となるように形成されている。

上述の、ガスタービン１の起動時の所定の運転条件において、タービン軸ＣＬ０を中心とした円弧状となるように形成されているためには、室温において、次のような形状になっている。すなわち、周方向の中心から周方向の端部に行くにつれて、シールフィン１１２の径方向の内側端部１１２ａは、組立て状態におけるタービン軸ＣＬ０の方向に近づくように形成されている。あるいは、シュラウドセグメント１１０の板状部１１１の径方向の内側表面が、タービン軸に垂直な断面において、組立て状態におけるタービン軸ＣＬ０を中心とした円弧状の場合、シールフィン１１２の径方向の高さ、すなわち板状部１１１の径方向の内側表面から内側端部１１２ａまでの長さが、増加するように形成されている。

なお、図３では、シールフィン１１２の径方向の内側端部１１２ａのみが、所定の運転条件においてタービン軸ＣＬ０を中心とした円弧状となるように形成されている場合を例にとって示したが、これに限定されない。すなわち、シュラウドセグメント１１０の板状部１１１についても、径方向内側表面、あるいは径方向内側表面および径方向外側表面が、シールフィン１１２の径方向の内側端部１１２ａと同様に形成されていてもよい。

このような、静止部３０の径方向の最内部が所定の運転条件において回転部１０であるロータシャフト１１の中心軸ＣＬ０を中心とした円上となる、すなわち円の一部あるいは全体と一致するような形状は、シュラウドセグメント１１０の熱変形解析により決定することができる。あるいは、近似的であるが実質的に精度よくかつ簡便な方法としては、シールフィン１１２の径方向の内側端部１１２ａの形状を、仮想内側端部１１２ｆの円弧よりも曲率半径が小さく、かつ、中心がタービン軸ＣＬ０よりもシュラウドセグメント１１０側に偏心した中心ＣＬ１の場合の円弧としてもよい。この場合の中心ＣＬ１の位置は、シュラウドセグメント１１０の熱変形解析に基づいて決定すればよい。同様に、内輪サイドウォール２５についても、ガスタービン１の運転状態における静翼２０の温度分布および作動流体により静翼２０に付加される荷重に基づいた変形解析の結果で、しかるべき形状を決定することができる。

図４は、タービン段落シール機構の製造方法の手順を示すフロー図である。タービン段落シール機構の製造方法は、ガスタービンの設計ステップＳ１０およびガスタービンの製造、組立てステップＳ２０を有する。

まず、ガスタービンの設計ステップＳ１０について説明する。なお、以下では、本実施形態の特徴に関連する部分についてのみ説明し、その他の通常のガスタービンの設計内容については説明を省略する。

ガスタービン１の起動時のシュラウドセグメント１１０および静翼２０の温度を算出する（ステップＳ１１）。すなわち、ガスタービン１の着火後から定格運転までの各時点におけるタービン段落シール機構２００としてのシュラウドセグメント１１０およびタービン段落シール機構２００としての内輪サイドウォール２５を含む静翼２０のそれぞれにおける温度分布を算出する。なお、ガスタービン１の着火後から定格運転までの各時点とは、たとえば、着火後、各負荷到達時等の主要な運転状態でもよいし、起動過程において連続的な変化を求めてもよい。

なお、本ステップＳ１１および次のステップＳ１２においては、シュラウドセグメント１１０のシールフィン１１２の内側端部１１２ａおよび内輪サイドウォール２５のシールフィン２５ｂの径方向の内側端部の形状は、タービン軸方向に垂直な断面において、タービン軸ＣＬ０を中心とする円弧状であるものとする。

次に、算出された起動時の温度分布に基づいてタービン段落シール機構の変形量を算出する（ステップＳ１２）。ここで、特に、一方のタービン段落シール機構２００である内輪サイドウォール２５については、前述のように、静翼２０の中で外輪サイドウォール２２の剛性が大きいことから、静翼２０全体の一部として、内輪サイドウォール２５の変形量を得る必要がある。

これらの結果、タービン軸方向に垂直な断面において、シュラウドセグメント１１０のシールフィン１１２の内側端部１１２ａおよび内輪サイドウォール２５のシールフィン２５ｂの径方向の内側端部の曲線の形状についての、タービン軸ＣＬ０を中心とする円弧状の曲線からのズレ量が得られる。

まず、各運転条件においての変形量に基づいて、所定の運転条件を決定する（ステップＳ１３）。すなわち、シュラウドセグメント１１０のシールフィン１１２の内側端部１１２ａおよび内輪サイドウォール２５のシールフィン２５ｂの径方向の内側端部の形状を設定するにあたり、起動過程におけるどの時点の状態の変形量に基づいて行うかを決定する。

ここで、シールフィン１１２の内側端部１１２ａおよび内輪サイドウォール２５のシールフィン２５ｂの径方向の内側端部の変形量を設定する運転条件を決定するための方法について説明する。そのために、まず、ガスタービン１の起動時の着火後から定格運転までの、ガスタービン１の運転状態として、各段落における温度および圧力の変化を説明する。

図５は、ガスタービンの起動時の各段落の作動流体の温度の変化を概念的に示すグラフである。横軸は時間であり起動時の運転状態に対応する。また、縦軸は、作動流体流路１８に面する段落の温度である。具体的には、各曲線ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３およびＣＴ４は、それぞれ、第１段落、第２段落、第３段落および最終段である第４段落の温度を示す。また、曲線ＣＴＣは、冷却媒体の温度を示す。

定格運転時において各段落の温度は、最終段である第４段落から、第２段落、第３段落、第１段落となるにつれて、高くなる。また、段落によって、寸法および材質が異なる。したがって、各段落のシールフィン１１２の内側端部１１２ａおよび内輪サイドウォール２５のシールフィン２５ｂの径方向の内側端部の変形量の決定は、段落ごとに行う必要がある。

図６は、ガスタービンの起動時の各段落の作動流体の圧力の変化を概念的に示すグラフである。横軸は時間であり起動時の運転状態に対応する。また、縦軸は、作動流体流路１８の圧力である。具体的には、各曲線ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３およびＣＰ４は、それぞれ、第１段落、第２段落、第３段落および第４段落の圧力を示す。

図６に示すように、着火後、ガスタービンの暖気、昇速、および負荷上昇の過程で、段落ごとに、たとえば、その定格運転時の圧力に向けて単調に圧力が上昇する。なお、図６では、圧力が時間とともに直線的に増加する場合を例にとって示しているが、直線的ではない場合もある。

一般に、タービン動翼先端の作動流体の漏れにより生じる励振力や、タービン静翼とロータシャフト間のラビリンスシール部の圧力変動により生じる励振力などが原因となるホワール現象は、負荷上昇と共に発生しやすい。すなわち、定格運転条件に近いと、ホワール振動発生のリスクが高くなる。タービン段落シール機構２００の熱変形による周方向ギャップ幅のアンバランスは、ホワール振動の要因となりうると考えられる。

したがって、タービン段落シール機構２００の熱変形による周方向ギャップ幅のアンバランスは、高負荷状態になる前に解消しておく必要がある。このため、「所定の運転条件」は、着火直後から部分負荷時までの間の運転条件から決定することが好ましい。この際、部分負荷時は、定格条件での性能を考慮すれば、できる限り定格条件に近いことが望まれるが、振動リスクを考慮した余裕を持った設定が必要である。

再び温度変化に着目すると、図５に示すように、燃焼器（図示しない）での着火時には、各段落とも温度が急上昇する。その後の着火直後には、着火前の温度より高いレベルの温度に復帰する。ガスタービン１の暖機、昇速、および負荷上昇の過程で、たとえば、各段落とも定格運転時の温度に向けて単調に温度が上昇する。なお、冷却媒体の温度は、着火後上昇した後は、温度レベルがほぼ一定となる。

着火直後から初期の段階においては、冷却媒体の温度が上昇することにより各段落温度との差が減少する。すなわち、タービン段落シール機構２００の熱変形をもたらす径方向の温度差が減少する。状態Ｓ１に到達した後は、冷却媒体がほぼ一定の温度となるのに対して、各段落の温度は上昇するため、タービン段落シール機構２００の熱変形をもたらす径方向の温度差は増加する。

一方、各段落の温度そのもののレベルについては、着火直後には、着火前の温度に比べて、相当のレベルの温度まで上昇する。たとえば、第１段落では、着火前の温度と定格運転時の温度との中間程度の温度まで上昇する。また、第２段落については、着火直後から定格運転時までの温度上昇幅が小さいため、着火前の温度と定格運転時の温度との中間温度より定格温度に近い温度となる。第３段落および第４段落となるにしたがって、さらにこの傾向が大きくなり、着火前の温度と定格運転時の温度との中間温度より、さらに定格温度に近い温度となる。

以上のことから、着火直後から状態Ｓ１に到達する範囲の中から「所定の運転条件」を決めてもよい。さらに、この範囲では、状態Ｓ１において、各段落温度と冷却媒体との温度差が、定格条件に最も近いことから、状態Ｓ１の運転条件を、「所定の運転条件」として決めてもよい。

次に、ガスタービンの製造、組立てステップＳ２０について説明する。なお、以下では、本実施形態の特徴に関連する部分についてのみ説明し、その他の通常のガスタービンの製造、組立ての内容については説明を省略する。

まず、ガスタービン１の製造、組立てにおいて、タービン段落シール機構２００としてのシュラウドセグメント１１０の製造、およびタービン段落シール機構２００としての内輪サイドウォール２５を含む各静翼２０の製造を行う（ステップＳ２１）。

図７は、タービン段落シール機構の製造方法における加工内容を説明するシュラウドセグメントの部分断面図である。以下、シュラウドセグメント１１０のシールフィン１１２の内側端部１１２ａを得るための加工の場合を例にとって説明するが、内輪サイドウォール２５のシールフィン２５ｂの内側端部の加工の場合も同様である。

ステップＳ２１においては、図７に示すように、シュラウドセグメント１１０のシールフィン１１２の内側端部１１２ｇは、軸方向に垂直な断面において、ガスタービン１を組み立てた際を想定した場合に、タービン軸ＣＬ０と同軸で、曲率半径Ｒｇの円弧となるように形成しておく。

次に、決定された運転条件における変形量に基づいて、シールフィン１１２の内側端部１１２ａの径方向内側端部を加工する（ステップＳ２２）。すなわち、段落ごとに決定された運転条件における変形量に基づいて、シュラウドセグメント１１０のシールフィン１１２の内側端部１１２ａの周方向の形状が、その変形量で変形した場合に、タービン軸と同軸の円弧となるように加工する。

たとえば、内側端部１１２ｇを円弧状に加工して内側端部１１２ａを形成する場合は、円弧の中心をタービン軸ＣＬ０よりシュラウドセグメント１１０より近づけた中心ＣＬ１とし、曲率半径Ｒｇより小さな値の曲率半径Ｒａとする円弧とする。この際、内側端部１１２ａの周方向の両端部は、内側端部１１２ｇの周方向の両端部と一致、あるいは、それより径方向外側とする。シールフィンの径方向の幅を確保するためには、内側端部１１２ａの周方向の両端部を内側端部１１２ｇの周方向の両端部と一致させることが好ましい。この結果、図７に示すＣｔ１の範囲を除去する加工を行うことになる。

なお、条件によっては、シュラウドセグメント１１０の反り返る方向が、径方向中心に向けて凸となる方向ではなく、径方向外側に向けてさらに凸となる方向である場合がある。このような場合には、シュラウドセグメント１１０の内面側の周方向の端部側を、径方向外側に加工することになる。このため、加工代を設けておく必要がある。

以上のように、本実施形態では、タービン段落シール機構２００は、シュラウドセグメント１１０の板状部１１１の径方向内面側にシールフィン１１２が形成され、また、内輪サイドウォール２５の板状部２５ａの径方向内面側にシールフィン２５ｂが形成されている。シールフィンを有さない場合には、タービン段落シール機構２００の径方向内側端部の加工は、内面全体の加工となる。一方、本実施形態においては、軸方向の厚みの薄いフィンあるいは凸部からなるシールフィン１１２およびシールフィン２５ｂの内側端部の加工となることから、作業負荷は小さく、かつ、高精度の加工を行うことができる。

以上の実施形態においては、シュラウドセグメント１１０の板状部１１１の径方向内面側にシールフィン１１２が設けられることにより、動翼先端部１３ｔとの間にラビリンスが形成される場合を例にとって説明した。すなわち、回転部１０である動翼１３に対向する静止部３０の径方向の最内部がシールフィン１１２である場合を例示したが、これに限定されない。たとえば、動翼先端部１３ｔの外側にシールフィンが設けられる場合であってもよい。この場合は、シールフィンが回転部１０の一部となることから、回転部１０の回転時のバランスを確保する観点から、シールフィンの偏心加工はなされない。すなわち、シールフィンが設けられないシュラウドセグメントが静止部３０の板状部が径方向の最内部となるため、この板状部に偏心加工が施される。

以上のように、本実施形態によれば、回転部１０に対向する静止部３０であるシュラウドセグメント１１０の少なくとも径方向の内側端部を加工することにより、ガスタービン１の運転時において、回転部１０とのギャップが、実質的すなわち加工精度の範囲内で、周方向に均一となる。この結果、タービン段落のシール機構の熱変形による性能の低下を抑制することができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。

また、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…ガスタービン、２…ケーシング、２ａ…第１フック、２ｂ…第２フック、２ｃ…冷却孔、５…タービン段落、１０…回転部、１１…ロータシャフト、１２…ロータディスク、１３…動翼、１３ａ…動翼翼列、１３ｔ…動翼先端部、１５…遮熱板、１８…作動流体流路、２０…静翼、２０ａ…静翼翼列、２１…翼有効部、２２…外輪サイドウォール、２２ａ…前フック、２２ｂ…後フック、２２ｃ…板状部、２２ｄ…前側壁部、２２ｅ…後側壁部、２２ｆ、２２ｇ…凹部、２３…冷却孔、２４…冷却媒体用空間、２５…内輪サイドウォール（タービン段落シール機構）、２５ａ…板状部、２５ｂ…シールフィン、３０…静止部、１００…シュラウド、１１０…シュラウドセグメント（タービン段落シール機構）、１１１…板状部、１１１ａ…冷却孔、１１２…シールフィン、１１２ａ…内側端部、１１２ｆ…仮想内側端部、１１３…凸部、２００…タービン段落シール機構

Claims (5)

1. ガスタービンの各タービン段落においての作動流体流路をバイパスする回転部と静止部との間のリークフローを低減するタービン段落シール機構であって、
   前記静止部の径方向の内側端部は、前記ガスタービンの所定の運転条件において前記回転部の中心軸を中心とした円上となるように形成されている、
   ことを特徴とするタービン段落シール機構。
2. 前記回転部は、前記タービン段落の動翼であり、
   前記タービン段落の前記動翼の径方向外側に配されるシュラウドを形成するそれぞれのシュラウドセグメントを有し、
   前記静止部は、前記シュラウドセグメントを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のタービン段落シール機構。
3. 前記シュラウドセグメントの径方向の内側端部は、周方向の中心から周方向の端部に行くにつれて、組立て状態における前記回転部の前記中心軸の方向に近づくように形成されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載のタービン段落シール機構。
4. 前記シュラウドセグメントの径方向の内側端部の曲率半径は、曲率中心が前記回転部の前記中心軸と一致する場合の曲率半径より小さく形成されており、
   曲率中心が前記中心軸より前記シュラウドセグメント側に偏心している、
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のタービン段落シール機構。
5. 前記静止部は、静翼を含み、
   前記静翼は内輪サイドウォールを有し、
   前記回転部は、前記内輪サイドウォールに対向する前記回転部の径方向最外部を含む、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のタービン段落シール機構。

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