JP2522050Y2 - ガスタービンのシール構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、耐熱性の向上を図る
ように、タービン翼、ハウジングおよびダクトなどの各
構成部位をセラミックから製作してなるガスタービンの
シール構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のガスタービンのシール構造とし
ては、一般的にピストンリングタイプの軸方向可動シー
ルが多用されている。図６は、従来のピストンリングタ
イプの軸方向可動シールの構造例を示す要部の断面図、
図７はそのシール原理の説明図である。

【０００３】図６において、１はタービン翼２の外周を
包囲するセラミック製のハウジングで、セラミック製タ
ービンノズル３の高温高圧ガス排出口部に対向して配置
されている。４，５は上記タービンノズル３を嵌合支持
するセラミック製のアウタダクトおよびインナダクト
で、アウタダクト４はリテーナ６およびボルト７を介し
てメタルサポート８に支持されている。９は上記ハウジ
ング１の高温ガス入口部側の外周部に連設したセラミッ
ク製のシール用環状部材であって、その外周部には凹溝
９Ａが形成されており、この凹溝９Ａ内に、該凹溝９Ａ
の軸方向幅よりも狭幅で拡径方向への圧接力を有するピ
ストンリング状のシール１０を嵌合・保持させている。

【０００４】このような構成の従来のガスタービンのシ
ール構造によれば、図７の原理図で示すように、径方向
のシールは、上記ピストンリング状のシール１０の拡径
方向への圧接力ｔ１により、その外周面を上記メタルサ
ポート８の内周面に押圧し密着させることで行ない、ま
た、軸方向のシールは、上記タービンノズル３の排出口
部からの高温高圧ガスによる内外圧力差（ΔＰ＝Ｐｉ＞
Ｐｏ）により、上記ピストンリング状シール１０の軸線
方向の一端面を上記凹溝９Ａの内面に押圧し密着させる
ことで行なうものである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】上記のような従来のガ
スタービンのシール構造においては、セラミック製のシ
ール用環状部材９に凹溝９Ａを形成するための機械加工
が非常に難しく、コストアップをまねきやすいばかりで
なく、リング状シール１０の装着時に大きな応力が発生
するため、設計応力はガスタービンの運転時でなく、リ
ング状シール１０の装着時の応力で決定されることにな
り、それゆえに、実用応力が低いものになって、シール
機能を発揮するうえで要求される応力が得にくく、十分
なシール機能を発揮させることができないという問題が
あった。

【０００６】この考案は上記実情に鑑みてなされたもの
で、複雑な加工を要さず、単純な構成でありながら、ま
た熱膨張や組込み誤差などにかかわらず、確実、十分な
シール機能を発揮させることができるガスタービンのシ
ール構造を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この考案によるガスタービンのシール構造は、セラ
ミック製のタービン翼の外周を包囲するセラミック製筒
状ハウジングと、タービンノズルもしくはそれに連なる
高温ガス通路を形成するセラミック製ダクトとの径方向
内外の嵌合部間の環状空間に構成されるセラミックガス
タービンのシール構造であって、上記環状空間内に、縮
径方向へ変形可能なリング状のインナシールと、拡径方
向へ変形可能なリング状のアウタシールと、これら両シ
ールを互いに側面を接触させて軸方向へ押圧する弾性リ
ングとを軸線方向に並設するとともに、上記インナシー
ルとアウタシールとの接触面を上記軸線に傾斜するテー
パ面に形成し、上記弾性リングの軸方向の押圧力により
上記テーパ面に沿って上記インナシールを縮径方向へ変
形させて上記環状空間を形成する内側嵌合部の外周面へ
の圧接力を増大させ、かつ、上記アウタシールを拡径方
向へ変形させて上記環状空間を形成する外側嵌合部の内
周面への圧接力を増大させるように構成したことを特徴
とする。

【０００８】上記弾性リングとしては、軸方向に撓み変
形可能なウェーブリングから構成されていることが好ま
しい。

【０００９】

【作用】この考案によれば、セラミック製筒状ハウジン
グと、タービンノズルもしくはそれに連なる高温ガス通
路を形成するセラミック製ダクトとの径方向内外の嵌合
部間の環状空間内に、リング状のインナシールおよびア
ウタシールと弾性リングとを軸線方向に並設すれば、溝
加工などの複雑な機械加工を要することなく、単純かつ
低コストに構成することができる。また、上記インナシ
ールおよびアウタシールは弾性リングにより軸方向の押
圧力を受けて、互いに接触するテーパ面に沿って摺動変
位し、上記環状空間を形成する内側嵌合部の外周面およ
び外側嵌合部の内周面への圧接力が増強されてシール機
能を高めることができる。

【００１０】特に、軸方向に撓み変形可能なウェーブリ
ングを使用することにより、熱膨張や組込み誤差など
を、そのウェーブリングの撓み代で吸収させることが可
能となり、所定のシール機能を一層優れたものとでき
る。

【００１１】

【実施例】以下、この考案の一実施例を図面にもとづい
て説明する。図１は、この考案の一実施例によるガスタ
ービンの要部の断面図であり、同図において、１はセラ
ミック製の第１タービン翼２Ａの外周を包囲するセラミ
ック製の筒状ハウジングで、その前端内周部に、セラミ
ック製スクロール１１を経て旋回状態に供給される高温
燃焼ガスＧを上記第１タービン翼２Ａに導くセラミック
製の第１タービンノズル３Ａの外周部を嵌合・保持して
いる。４，５はセラミック製の第２タービン２Ｂに高温
燃焼ガスＧを導くための第２タービンノズル３Ｂを嵌合
支持するセラミック製のアウタダクトおよびインナダク
トで、アウタダクト４はリテーナ６およびボルト７を介
してメタルサポート８に支持されている。

【００１２】上記アウタダクト４の前端部は、図２に明
示するように、上記ハウジング１の後端部の外周を同心
状に取り囲むような大径に構成されており、この大径前
端部と小径後端部とにより、径方向の内側嵌合部１ａお
よび外側嵌合部４ａが形成されているとともに、それら
両嵌合部４ａ，１ａ間にシール部１２を構成する環状空
間１３が形成されている。

【００１３】上記環状空間１３には、リング状のインナ
シール１４およびアウタシール１５と、これら両シール
１４，１５を互いに接触させて軸方向へ押圧する軸方向
圧縮用リング部材１６と、カラーリング１７とを軸線方
向に並設している。上記インナシール１４は、図３
（Ａ），（Ｂ）で示すように、リング状部の一側面に中
心軸線に傾斜するテーパ面１４ａを有するとともに、リ
ング状部の一部に切欠部１４ｂが形成されて、アウタシ
ール１５から上記テーパ面１４ａに軸方向の押圧力が付
勢されると、その内径が縮小する縮径方向への外力が作
用して収縮変形するように構成されている。 他方、上記
アウタシール１５は、図４（Ａ），（Ｂ）で示すよう
に、リング状部の一側面に中心軸線に傾斜して上記イン
ナシール１４のテーパ面１４ａに摺接するテーパ面１５
ａを有するとともに、リング状部の一部に切欠部１５ｂ
が形成されて、上記インナシール１４のテーパ面１４ａ
から上記テーパ面１５ａに軸方向の押圧力が付勢される
と、その外径が拡大する拡径方向への外力が作用して拡
張変形するように構成されている。 また、上記軸方向圧
縮用リング部材１６は、図５で示すように、ウェーブ状
に捻曲加工して軸方向に撓み変形可能とされた弾性リン
グとしてのウェーブリング１６ａとカラーリング１６ｂ
とを交互に２個づつ積層して構成されている。

【００１４】上記リング状のインナシール１４およびア
ウタシール１５は、上記ウェーブリング１６ａを含む軸
方向圧縮用リング部材１６による軸方向の押圧力を受け
ると、上記テーパ面１４ａ，１５ａに沿って上記インナ
シール１４を縮径方向へ変形させてセラミック製の筒状
ハウジング１における内側嵌合部１ａの外周面に圧接さ
せて、その圧接力（ｉｔ）を増大させ、かつ、上記アウ
タシール１５を拡径方向へ変形させてアウタダクト４に
おける外側嵌合部４ａの内周面に圧接させて、その圧接
力（ｏｔ）を増大させ、これによって、嵌合部４ａ，１
ａ間の環状空間１３におけるシール性を高めることがで
きる。

【００１５】上記構成のガスタービンのシール構造によ
れば、軸方向圧縮用リング部材１６のウェーブリング１
６ａにより発生する軸方向の押圧力によって、リング状
インナシール１４およびアウタシール１５は、上記ウェ
ーブリング１６ａを含む軸方向圧縮用リング部材１６に
よる軸方向の押圧力を受け、上記テーパ面１４ａ，１５
ａに沿って上記インナシール１４を縮径方向へ変形させ
てセラミック製の筒状ハウジング１における内側嵌合部
１ａの外周面に圧接させ、その圧接力（ｉｔ）を増大さ
せるとともに、上記アウタシール１５を拡径方向へ変形
させてアウタダクト４における外側嵌合部４ａの内周面
に圧接させて、その圧接力（ｏｔ）を増大させ、これに
よって、嵌合部４ａ，１ａ間の環状空間１３におけるシ
ール性能を高めることができる。

【００１６】また、熱膨張や組込み誤差などがあって
も、上記ウェーブリング１６ａの撓み変形によりそれを
吸収することが可能であり、したがって、比較的ラフな
設計であっても、シール部１２で所定のシール機能を確
実に発揮させることができる。さらに、上記環状空間１
３にインナシール１４、アウタシール１５、ウェーブリ
ング１６ａを含む軸方向圧縮用リング部材１６およびカ
ラーリング１７を並設して配置するだけの簡単な構造で
よく、溝加工などが不要であるから、低コスト化を図る
ことができる。

【００１７】なお、上記実施例では、弾性リングとし
て、ウェーブリング１６ａを使用したものについて説明
したが、これ以外に、インナシール１４およびアウタシ
ール１５に軸方向の押圧力を付与できるものであればよ
い。

【００１８】

【考案の効果】以上のように、この考案によれば、シー
ル部に溝加工などの複雑な機械加工が不要で、インナシ
ール、アウタシールおよび弾性リングを並設した単純な
構造にして低コストに構成することができる。しかも、
装着状態において、上記インナシールおよびアウタシー
ルに弾性リングを介し軸方向の押圧力を与えて、互いに
接触するテーパ面を介してそれぞれの圧接力を増強する
ことができるので、熱膨張や組込み誤差などの発生にか
かわらず、インナシールおよびアウタシールをそれぞれ
内外嵌合部に強く圧接させて確実、かつ十分なシール機
能を発揮させることができる。

【００１９】特に、ウェーブリングの使用により、熱膨
張や組込み誤差などの吸収とシールへの弾性力の付与と
をバランスよく行なうことができて、シール性を一層向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例によるガスタービンの要部
の断面図である。

【図２】図１の要部の拡大図である。

【図３】インナシールの構成図である。

【図４】アウタシールの構成図である。

【図５】軸方向圧縮用リング部材の構成図である。

【図６】従来のピストンリングタイプの軸方向可動シー
ルの構造例を示す要部の断面図である。

【図７】図６のシール原理の説明図である。

【符号の説明】

１ セラミック製ハウジング１ａ 内側嵌合部 ４ａ 外側嵌合部 ２Ａ，２Ｂ セラミック製タービン翼 ３Ａ，３Ｂ タービンノズル ４，５ ダクト １３ 環状空間 １４ インナシール １５ アウタシール １４ａ，１５ａ テーパ面 １６ａ ウェーブリング（弾性リングの一例）

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック製のタービン翼の外周を包囲
   するセラミック製筒状ハウジングと、タービンノズルも
   しくはそれに連なる高温ガス通路を形成するセラミック
   製ダクトとの径方向内外の嵌合部間の環状空間に構成さ
   れるセラミックガスタービンのシール構造であって、上
   記環状空間内に、縮径方向へ変形可能なリング状のイン
   ナシールと、拡径方向へ変形可能なリング状のアウタシ
   ールと、これら両シールを互いに側面を接触させて軸方
   向へ押圧する弾性リングとを軸線方向に並設するととも
   に、上記インナシールとアウタシールとの接触面を上記
   軸線に傾斜するテーパ面に形成し、上記弾性リングの軸
   方向の押圧力により上記テーパ面に沿って上記インナシ
   ールを縮径方向へ変形させて上記環状空間を形成する内
   側嵌合部の外周面への圧接力を増大させ、かつ、上記ア
   ウタシールを拡径方向へ変形させて上記環状空間を形成
   する外側嵌合部の内周面への圧接力を増大させるように
   構成したことを特徴とするガスタービンのシール構造。
2. 【請求項２】 上記弾性リングが、軸方向に撓み変形可
   能なウェーブリングから構成されていることを特徴とす
   る請求項１に記載のガスタービンのシール構造。