JP5713937B2 - SEALING DEVICE, GAS TURBINE HAVING SEALING DEVICE - Google Patents

SEALING DEVICE, GAS TURBINE HAVING SEALING DEVICE Download PDF

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Description

本発明は、隣接するセグメント間のシール装置に関するものである。   The present invention relates to a sealing device between adjacent segments.

一般的に火力発電プラントにおけるガスタービンは、大気を吸入し所定の圧力まで昇圧する圧縮機、圧縮機で昇圧された空気を燃料と混合し燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器、高温高圧燃焼ガスが膨張することで動力を発生させるタービン、さらにタービンで発生した動力を電気的エネルギーに変換する発電機から構成されている。   In general, a gas turbine in a thermal power plant is a compressor that sucks air and raises the pressure to a predetermined pressure, a combustor that generates combustion gas by mixing air pressurized by the compressor with fuel, and high-temperature and high-pressure combustion gas. Is composed of a turbine that generates power by expanding, and a generator that converts the power generated by the turbine into electrical energy.

このタービン部の構成において、高温燃焼ガスがタービンの動静翼の配置された燃焼ガス流路を流れることによりタービンロータが高速回転して動力(軸回転力)を発生する。
従って、ガスタービンで高出力を得るためには、タービン部入口における燃焼ガス温度の高温化とガスタービンの高効率化が重要な点となる。
In the configuration of the turbine section, when the high-temperature combustion gas flows through the combustion gas flow path in which the moving and stationary blades of the turbine are arranged, the turbine rotor rotates at high speed to generate power (shaft rotational force).
Therefore, in order to obtain a high output with the gas turbine, it is important to increase the temperature of the combustion gas at the inlet of the turbine section and to improve the efficiency of the gas turbine.

こういったガスタービンの高温化に伴い、タービンの動静翼においては、高温の燃焼ガスの熱から翼部材を保護するために翼内部に冷却媒体を供給できるような構造にしている。一般的には、圧縮機から所定圧力で抽出した空気を冷却媒体として、ケーシングやタービンロータ内部に導入し、翼内部を冷却した後の冷却媒体を翼に設けられた細孔やスリットから燃焼ガス流路へ直接放出する方式がある。また、静翼冷却用に導入された冷却媒体の一部は、タービンホイールスペースのシールとして利用され、燃焼ガス流路に排出される。   As the temperature of such a gas turbine increases, the moving blades and stationary blades of the turbine have a structure in which a cooling medium can be supplied into the blades in order to protect the blade members from the heat of the high-temperature combustion gas. Generally, air extracted at a predetermined pressure from a compressor is introduced into a casing or turbine rotor as a cooling medium, and after cooling the inside of the blade, the cooling medium is burned from pores or slits provided in the blade. There is a method of discharging directly to the flow path. A part of the cooling medium introduced for cooling the stationary blades is used as a seal for the turbine wheel space and is discharged to the combustion gas flow path.

静翼やダイアフラムなどの構成部材はセグメント構造として環状に周方向に配置されるが、熱伸び量を考慮して周方向に隣接するセグメント間に間隙を設けている。この間隙は、ガスタービン定格運転時においてもゼロにならないように設計される。ケーシングやタービンロータ内部に形成された冷却媒体の流路は、セグメント間の間隙を介して燃焼ガス流路に連通し、翼の冷却やホイールスペースのシールのために導入した冷却媒体の一部がセグメント間の間隙を通過して燃焼ガス流路中に漏洩する。このような冷却媒体の漏洩は、それ自体が損失であるとともに、燃焼ガス流路内のガス温度の低下や、冷却媒体と燃焼ガスとの混合損失が生じてタービンの性能低下を招き、ガスタービンの効率と出力を低下させる。   Constituent members such as a stationary blade and a diaphragm are annularly arranged in the circumferential direction as a segment structure, but a gap is provided between segments adjacent in the circumferential direction in consideration of the amount of thermal elongation. This gap is designed so as not to become zero even at the time of gas turbine rated operation. The cooling medium flow path formed inside the casing and turbine rotor communicates with the combustion gas flow path through the gap between the segments, and a part of the cooling medium introduced for cooling the blades and sealing the wheel space is used. Leaks into the combustion gas flow path through the gap between the segments. Such leakage of the cooling medium itself is a loss, and the gas temperature in the combustion gas flow path and the mixing loss between the cooling medium and the combustion gas are generated, resulting in a decrease in turbine performance. Reducing the efficiency and output.

そこで、周方向に間隙を介して隣接するセグメント間の対向面にシール溝を設けて、その溝に板状部材を挿入し、板状部材の両端には溝内に弾性的に圧接する曲がり部と線状突起を有するシール装置にすることで、シール装置とシール溝内壁面との間で圧接させて、セグメント間の間隙からの冷却媒体の漏洩を抑制する方法がある(特許文献1参照)。   Therefore, a seal groove is provided on the facing surface between adjacent segments via a gap in the circumferential direction, a plate-like member is inserted into the groove, and bent portions that elastically press into the groove at both ends of the plate-like member. There is a method of suppressing the leakage of the cooling medium from the gap between the segments by making a pressure contact between the sealing device and the inner wall surface of the seal groove by using a sealing device having linear protrusions (see Patent Document 1). .

特開平10−2203号公報JP-A-10-2203

特許文献1に記載の従来技術は、周方向に互いに隣接する静翼シュラウドの対向する軸方向面にシール溝を設け、両方のシール溝内に曲がり部と線状突起を設けた板状部材から構成されるシール板を挿入し、シュラウドの熱変形によりシール溝が変形してもシール板の線状突起部の圧接によって、シール板とシール溝の間の間隙を小さくしてシール性能を向上させるものである。しかし、熱変形によるシール溝の変形以外に、隣接するセグメント間には半径方向の熱伸び量に偏差が発生するため、対向する両方のシール溝の半径方向に位置ずれが生じることがある。従って、上記シール板では、シール溝の位置ずれが生じた場合に、シール板とシール溝との間隙が広がることでシール性能が低下する可能性がある。   The prior art described in Patent Document 1 is a plate-like member in which a seal groove is provided on opposite axial surfaces of the stationary blade shrouds adjacent to each other in the circumferential direction, and a bent portion and a linear protrusion are provided in both seal grooves. Even if the seal plate is inserted and the seal groove is deformed due to thermal deformation of the shroud, the gap between the seal plate and the seal groove is reduced by the pressure contact of the linear protrusions of the seal plate, thereby improving the sealing performance. Is. However, in addition to the deformation of the seal groove due to thermal deformation, a deviation occurs in the amount of thermal expansion in the radial direction between adjacent segments, and thus there may be a positional deviation in the radial direction between both of the opposed seal grooves. Therefore, in the seal plate, when the seal groove is misaligned, the gap between the seal plate and the seal groove is widened, which may reduce the sealing performance.

また、周方向に互いに隣接する静翼シュラウドの対向する軸方向面では、通常、交差する複数のシール溝が設けられている。このような軸方向において交差する2つのシール溝に挿入された2つのシール板の接触する端面では、構造上シール板同士を面接触させることが難しい。隣接するセグメント間で半径方向の熱伸び量に偏差がある場合、シール板が三次元的に捩れるためシール板端部から冷却媒体が多量に漏洩し、シール性能が急激に低下する可能性がある。   In addition, a plurality of intersecting seal grooves are usually provided on the opposed axial surfaces of the stationary blade shrouds adjacent to each other in the circumferential direction. At the end surfaces where the two seal plates inserted into the two seal grooves intersecting in the axial direction come into contact with each other, it is difficult to bring the seal plates into surface contact due to the structure. If there is a deviation in the amount of thermal expansion in the radial direction between adjacent segments, the seal plate is twisted three-dimensionally, so that a large amount of cooling medium leaks from the end of the seal plate, and the sealing performance may drop sharply. is there.

本発明の目的は、セグメント間の熱伸び量に偏差が生じた場合でも柔軟に対応可能な信頼性の高いシール装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a highly reliable sealing device that can flexibly cope with a deviation in the amount of thermal elongation between segments.

対向する面にそれぞれ設けられた一対の溝に装着され、対向する面の間の流体の流れをシールするシール装置において、前記一対の溝の延伸方向にのびる凹部と前記一対の溝の延伸方向にのびる凸部とを交互に配列した第一の部材と、前記凹部の上面及び前記凸部の下面に装着された第二の部材とを備えることを特徴とする。 In a sealing device that is attached to a pair of grooves provided on opposing surfaces and seals the flow of fluid between the opposing surfaces, a recess extending in the extending direction of the pair of grooves and an extending direction of the pair of grooves a first member and a convex portion are arranged alternately extending, characterized in that it comprises a second member mounted on the lower surface of the upper surface and the convex portion of the concave portion.

セグメント間の熱伸び量に偏差が生じた場合でも柔軟に対応可能な信頼性の高いシール装置を提供できる。   It is possible to provide a highly reliable sealing device that can flexibly cope with a deviation in the amount of thermal expansion between segments.

ガスタービンの系統図。The system diagram of a gas turbine. ガスタービンの圧縮機後段付近、燃焼器およびタービン高圧部付近の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the vicinity of the compressor rear stage of the gas turbine, the vicinity of the combustor, and the turbine high pressure section. ガスタービンの第2段静翼体の拡大図。The enlarged view of the 2nd stage stationary blade body of a gas turbine. ガスタービンの第2段静翼体セグメントの外周側の一般的なシール構造の斜視図。The perspective view of the general seal structure of the outer peripheral side of the 2nd stage stationary blade body segment of a gas turbine. ガスタービンの隣接する静翼体セグメント間のシール装置の構造を表すタービン軸方向断面図。The turbine axial direction sectional view showing the structure of the sealing device between the stationary blade body segments which a gas turbine adjoins. ガスタービンの静翼体セグメントのシール装置の構造を表すタービン周方向断面図。The turbine circumferential direction sectional drawing showing the structure of the sealing device of the stationary blade body segment of a gas turbine. 本発明の第一実施の形態であるシール装置の周方向断面図。1 is a circumferential cross-sectional view of a sealing device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施の形態であるシール装置の構造を表すタービン周方向断面図。The turbine circumferential direction sectional drawing showing the structure of the sealing device which is 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施の形態である静翼体セグメント間のシール装置の構造を表すタービン軸方向断面図。The turbine axial direction sectional drawing showing the structure of the sealing device between the stationary blade body segments which is 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施の形態であるシール装置の周方向断面図。The circumferential direction sectional drawing of the sealing device which is 3rd embodiment of this invention. 本発明の第四実施の形態であるシール装置の周方向断面図。The circumferential direction sectional drawing of the sealing device which is 4th embodiment of this invention.

以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
はじめに、図1のガスタービン系統図を用いて、ガスタービンの構成について説明する。火力発電プラント等に用いられるガスタービン00は、大気101を吸入し所定の圧力まで昇圧する圧縮機1、圧縮機1で昇圧された空気102を燃料103と混合し燃焼させ燃焼ガス104を生成する燃焼器2、高温高圧燃焼ガス104が膨張することで動力を発生させるタービン3、さらにタービン3で発生した動力を電気的エネルギーに変換する発電機4から構成され、圧縮機1、タービン3、発電機4は回転軸5を中心に回転している。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on illustrated embodiments.
First, the configuration of the gas turbine will be described with reference to the gas turbine system diagram of FIG. A gas turbine 00 used in a thermal power plant or the like generates a combustion gas 104 by mixing and combusting a compressor 1 that sucks air 101 and raises the pressure to a predetermined pressure, and air 102 that has been pressurized by the compressor 1 and fuel 103. Combustor 2, turbine 3 that generates power by expansion of high-temperature and high-pressure combustion gas 104, and generator 4 that converts the power generated in turbine 3 into electrical energy, compressor 1, turbine 3, power generation The machine 4 rotates around the rotation shaft 5.

また、タービン3の動静翼では、高温の燃焼ガス104の熱から翼部材を保護するために翼内部に冷却媒体を供給できるような構造としている。圧縮機1から所定圧力で抽出した空気(冷却媒体)は、静翼の冷却空気流路201、および動翼の冷却空気流路202を経て、動静翼内部を熱交換により冷却した後、翼に設けられた細孔やスリットから燃焼ガス流路へ直接放出される。なお、本実施例では、火力発電プラント用のガスタービンとして1軸式で構成されたものを用いているが、発電機4の代わりに負荷機器としてポンプやプロセス圧縮機を駆動できる2軸式のタービンで構成されたものを用いても良い。   Further, the moving and stationary blades of the turbine 3 have a structure in which a cooling medium can be supplied into the blades in order to protect the blade members from the heat of the high-temperature combustion gas 104. The air (cooling medium) extracted from the compressor 1 at a predetermined pressure passes through the cooling air flow path 201 of the stationary blade and the cooling air flow path 202 of the moving blade, cools the inside of the moving blade and stationary blade by heat exchange, and then enters the blade. It is directly discharged from the provided pores and slits to the combustion gas flow path. In this embodiment, a single-shaft gas turbine for a thermal power plant is used, but a two-shaft type that can drive a pump or a process compressor as a load device instead of the generator 4. You may use what was comprised with the turbine.

図2に圧縮機後段付近、燃焼器およびタービン高圧部付近の断面図を示す。図2は、回転軸5に対する上半部構造を示している。タービン3は燃焼ガス104の流路内に交互に配置された静翼11a、12aおよび動翼11b、12b、ロータディスク13a、13b、スペーサディスク14およびスタッキングボルト15などから構成され、高温燃焼ガス104が動静翼の配置された燃焼ガス流路を流れることによりロータが高速回転して動力を発生させる。   FIG. 2 shows a cross-sectional view of the vicinity of the latter stage of the compressor, the vicinity of the combustor, and the turbine high pressure section. FIG. 2 shows an upper half structure with respect to the rotating shaft 5. The turbine 3 includes stationary blades 11a and 12a and moving blades 11b and 12b, rotor disks 13a and 13b, a spacer disk 14 and a stacking bolt 15 which are alternately arranged in the flow path of the combustion gas 104. Flows through the combustion gas flow path in which the moving and stationary blades are arranged, so that the rotor rotates at high speed to generate power.

次に、図2を用いて、タービン第2段静翼12aを例にして、翼を冷却する際の冷却媒体の流れについて説明する。圧縮機1からタービン翼にガスパス圧力に応じた所定の圧力で抽出した冷却媒体である空気201(以降、冷却媒体は空気として説明する。)は、ケーシング25に設けた導入孔(図示しない)を通過して、第2段静翼12aの冷却空気供給キャビティ31へ導入される。冷却空気供給キャビティ31に供給された冷却空気は、ケーシングの内周側に周方向に環状に配設された第2段静翼体21に供給される。第2段静翼体21に供給された冷却空気の一部は、第2段静翼体21内部の冷却パスを通過するときに熱交換して第2段静翼12aを冷却しながら温度上昇して、第2段静翼12a表面に形成されたフィルム孔や翼後縁噴出し孔を介してガスパス6に排出され、第1段静動翼11a、11bを通過して熱膨張した燃焼ガス104と混合され第2段動翼12bの作動ガスとなる。   Next, the flow of the cooling medium when cooling the blades will be described with reference to FIG. 2 using the turbine second stage stationary blade 12a as an example. Air 201 (hereinafter, the cooling medium is described as air), which is a cooling medium extracted from the compressor 1 to the turbine blades at a predetermined pressure corresponding to the gas path pressure, has an introduction hole (not shown) provided in the casing 25. It passes through and is introduced into the cooling air supply cavity 31 of the second stage stationary blade 12a. The cooling air supplied to the cooling air supply cavity 31 is supplied to the second stage stationary blade body 21 that is annularly arranged in the circumferential direction on the inner peripheral side of the casing. A part of the cooling air supplied to the second stage stationary blade body 21 rises in temperature while cooling the second stage stationary blade 12a by exchanging heat when passing through the cooling path inside the second stage stationary blade body 21, and the second stage stationary blade 12a is discharged to the gas path 6 through a film hole or blade trailing edge ejection hole formed on the surface, and is mixed with the combustion gas 104 which has been thermally expanded through the first stage stationary blades 11a and 11b, and is subjected to the second stage motion. It becomes the working gas of the blade 12b.

一方、第2段静翼体21に供給された冷却空気の他の一部は、第2段静翼体21の内周側に周方向に環状に配設されたダイアフラム22のキャビティ32へ供給される。キャビティ32へ導入された冷却空気は、第1段ロータディスク13a、スペーサディスク14およびダイアフラム22で形成される第1段動翼後側ホイールスペース35に供給される。その後、ダイアフラム22とスペーサディスク14の間に設けられたシールフィン23を介して、第2段ロータディスク13b、スペーサディスク14およびダイアフラム22で形成される第2段動翼前側ホイールスペース36に分岐され、ホイールスペース35、36への作動燃焼ガス104の侵入を抑制するためのシール空気として使用される。   On the other hand, the other part of the cooling air supplied to the second stage stationary blade body 21 is supplied to the cavity 32 of the diaphragm 22 that is annularly arranged on the inner peripheral side of the second stage stationary blade body 21 in the circumferential direction. The cooling air introduced into the cavity 32 is supplied to the first stage rotor blade rear wheel space 35 formed by the first stage rotor disk 13 a, the spacer disk 14, and the diaphragm 22. After that, via a seal fin 23 provided between the diaphragm 22 and the spacer disk 14, it is branched into a second stage rotor blade front wheel space 36 formed by the second stage rotor disk 13b, the spacer disk 14 and the diaphragm 22. , Used as sealing air for suppressing the working combustion gas 104 from entering the wheel spaces 35 and 36.

図3に第2段静翼体21の拡大図を示す。第2段静翼体21はタービンケーシング内周側に周方向に環状に配置したセグメント構造をしている。周方向に隣接した第2段静翼体21のセグメント端面では、第2段静翼12aの外周側エンドウォール42のシュラウド内にタービン軸方向および径方向に延びるシール溝62、63、64が軸方向の両端部付近で交差するように設けられている。この周方向に隣接したセグメント端面では、熱伸び量を考慮してセグメント間に間隙を設けており、この間隙値は、タービン定格運転時においてもゼロにならないように設計されている。従って、第2段静翼体21へ供給される冷却空気201は、セグメント間の周方向の間隙、および軸方向の両端部の間隙を介してガスパス中に漏れ空気として排出される。この漏洩を抑制するために、セグメント間のシール溝にシール装置を装着している。   FIG. 3 shows an enlarged view of the second stage stationary blade body 21. The second stage stationary blade body 21 has a segment structure arranged annularly in the circumferential direction on the inner peripheral side of the turbine casing. At the segment end face of the second stage stationary blade body 21 adjacent in the circumferential direction, seal grooves 62, 63, 64 extending in the turbine axial direction and the radial direction are formed in the shroud of the outer peripheral side wall 42 of the second stage stationary blade 12a. It is provided to intersect in the vicinity. In the segment end faces adjacent to each other in the circumferential direction, a gap is provided between the segments in consideration of the amount of thermal elongation, and this gap value is designed not to become zero even during turbine rated operation. Therefore, the cooling air 201 supplied to the second stage stationary blade body 21 is discharged as leaked air into the gas path through the circumferential gap between the segments and the gaps at both ends in the axial direction. In order to suppress this leakage, a seal device is installed in the seal groove between the segments.

図4に、隣接する第2段静翼体セグメント21a、21bの外周側の一般的なシール構造の斜視図を示す。第2段静翼体セグメント21aの端面63aと隣り合う静翼体セグメント21bの対向端面63bの間では、冷却空気がセグメント間の周方向間隙を介してガスパス中に漏洩するのを抑制するために、それぞれタービン軸方向および径方向に延び、周方向に深さをもった複数のシール溝61a、61b、63a、63b、64a、64bを設けて、セグメント間のそれぞれのシール溝に装着することが可能なシール装置51、52、53を備えている。これによって静翼体セグメント間の間隙が遮断されて、セグメント間隙がシールされるように構成できる。   FIG. 4 is a perspective view of a general seal structure on the outer peripheral side of adjacent second stage stationary blade body segments 21a and 21b. Between the end face 63a of the second stage stationary blade body segment 21a and the opposing end face 63b of the adjacent stationary blade body segment 21b, in order to suppress the leakage of cooling air into the gas path via the circumferential gap between the segments, A plurality of seal grooves 61 a, 61 b, 63 a, 63 b, 64 a, 64 b extending in the turbine axial direction and the radial direction and having a depth in the circumferential direction can be provided and mounted in the respective seal grooves between the segments. Sealing devices 51, 52 and 53 are provided. As a result, the gap between the stationary blade body segments is blocked, and the segment gap can be sealed.

図5は、静翼体セグメント21a、21b間のシール装置の構造を表すタービン軸方向断面図である。図5(a)はシール装置の組立時、図5(b)はガスタービン運転時におけるシール装置の断面図をそれぞれ示す。   FIG. 5 is a turbine axial direction sectional view showing the structure of the sealing device between the stationary blade body segments 21a and 21b. FIG. 5A shows a sectional view of the sealing device when the sealing device is assembled, and FIG. 5B shows a sectional view of the sealing device when the gas turbine is operated.

図5(a)に示すように、組立時には、2つの静翼体セグメント21a、21bは、対向する端面63a、63bにおいて周方向に間隙δcを持って、静翼体セグメント21aにはシール溝61a、静翼体セグメント21bにはシール溝61bが設けられ、そのシール溝間に周方向間隙を塞ぐようにシール装置52が架け渡されて装着されている。この組立時の状態が、ガスタービン運転時にも理想的に保持されたとすれば、冷却空気が供給されたキャビティ31と燃焼ガス104の流路の圧力差によって、シール装置52は冷却空気流路201の矢印方向へ押付けられる。これにより、シール装置52と各セグメントにおけるシール溝の接触面は面71a、71bにおける面接触状態となり、冷却空気がシール溝内部を周り込んで燃焼ガス流路へ漏洩する流れを遮断して、静翼体セグメント21a、21b間の間隙の漏れ空気がほぼシールされる。   As shown in FIG. 5 (a), at the time of assembly, the two stationary blade body segments 21a and 21b have a gap δc in the circumferential direction at the opposed end surfaces 63a and 63b, and the stationary blade body segment 21a has a seal groove 61a. The stationary blade body segment 21b is provided with a seal groove 61b, and a seal device 52 is installed so as to bridge the circumferential gap between the seal grooves. If the state at the time of assembly is ideally maintained even during the operation of the gas turbine, the sealing device 52 is connected to the cooling air flow path 201 by the pressure difference between the flow path of the cavity 31 to which the cooling air is supplied and the flow path of the combustion gas 104. It is pushed in the direction of the arrow. As a result, the contact surfaces of the seal groove in each segment with the seal device 52 are brought into a surface contact state on the surfaces 71a and 71b, and the flow of cooling air around the seal groove and leaking into the combustion gas flow path is blocked. Leakage air in the gap between the wing body segments 21a and 21b is almost sealed.

しかし、ガスタービン運転時には、作動ガスや冷却空気からの流入熱によって各部材の温度は上昇する。その結果、静翼体セグメント21a、21bには熱伸びが発生し、それぞれの熱伸びの偏差量によって、図5(b)に示すように、組立時のセグメント間の周方向間隙δcがδh(<δc)まで狭くなる。静翼体セグメント21aと静翼体セグメント21bはガスタービン定格運転時においても接触しないように設計されているため、間隙値δhがゼロになることはない。また、熱伸びは周方向だけでなく、タービン半径方向にも発生する。静翼体セグメント21a、21bに熱流動上の熱量の偏差により、シール溝61a、61bには半径方向の位置ずれδrが発生する。これにより、金属平板のようなシール装置52をシール溝に装着した場合、シール装置52と各セグメントにおけるシール溝の接触面は、面接触状態から軸方向の線72a、72bにおける線接触状態に変化する。   However, during operation of the gas turbine, the temperature of each member rises due to inflow heat from the working gas and cooling air. As a result, thermal expansion occurs in the stationary blade body segments 21a and 21b, and the circumferential gap δc between the segments during assembly is δh () as shown in FIG. <Δc). Since the stationary blade body segment 21a and the stationary blade body segment 21b are designed not to contact each other even during gas turbine rated operation, the gap value δh does not become zero. Further, thermal elongation occurs not only in the circumferential direction but also in the turbine radial direction. A radial displacement δr occurs in the seal grooves 61a and 61b due to a deviation in the amount of heat due to heat flow in the stationary blade body segments 21a and 21b. Thereby, when the sealing device 52 such as a metal flat plate is attached to the sealing groove, the contact surface of the sealing device 52 and the sealing groove in each segment changes from the surface contact state to the line contact state in the axial lines 72a and 72b. To do.

面接触から線接触状態になることで、シール性能が低下し、冷却空気がシール溝内部を周り込み、燃焼ガス104の流路への漏洩301が発生する。この冷却媒体の漏洩は、それ自体が損失であるとともに、燃焼ガス流路内のガス温度の低下や、冷却媒体と燃焼ガスとの混合損失が生じることによりタービンの性能低下を招き、ガスタービンの効率と出力を低下させる。   By changing from the surface contact to the line contact state, the sealing performance is lowered, the cooling air goes around the inside of the seal groove, and the leakage 301 to the flow path of the combustion gas 104 occurs. This leakage of the cooling medium itself is a loss, and the gas temperature in the combustion gas flow path and the mixing loss between the cooling medium and the combustion gas cause a decrease in the performance of the turbine. Reduce efficiency and output.

また、図6は、静翼体セグメント21aの軸方向に延びるシール装置52の端部近傍におけるタービン周方向断面図である。静翼体セグメント21aには軸方向および径方向に延びるシール溝61a、64aが交差するように設けられ、それぞれのシール溝が交差する位置となる軸方向間隙を塞ぐようにシール装置52、53が装着されている。理想的にはガスタービン運転時にシール溝が交差する位置で両方のシール装置52、53が面接触していることが望ましい。ガスタービン運転時には作動ガスや冷却空気からの流入熱によって各部材の温度が上昇し、静翼体セグメント21aには熱伸びが発生する。従って、その熱伸びを考慮して、組立時にはシール溝61a、64aが交差する位置で2つのシール装置52、53間には軸方向間隙を設けて、定格運転時に間隙がゼロになるように設定する。しかし、静翼体セグメントの熱伸びの偏差量によって、シール装置が面接触するとは限らず、面接触状態から線接触状態となり、シール性能が低下することで冷却空気が軸方向間隙から径方向に向かって燃焼ガス104流路へ漏洩302する可能性が高まる。また、静翼体セグメント間に発生する熱伸び偏差により、半径方向の位置ずれδr(図5)が発生した場合には、装着したシール装置52、53が三次元的に複雑に捩れるため、接触状態は線接触から点接触に変化し、冷却空気の漏洩が増大する場合もある。   FIG. 6 is a sectional view in the turbine circumferential direction in the vicinity of the end of the sealing device 52 extending in the axial direction of the stationary blade body segment 21a. The stationary blade body segment 21a is provided with seal grooves 61a and 64a extending in the axial direction and the radial direction so as to intersect with each other, and sealing devices 52 and 53 are provided so as to close the axial gap where the respective seal grooves intersect. It is installed. Ideally, it is desirable that both sealing devices 52 and 53 are in surface contact at the position where the seal grooves intersect when the gas turbine is operated. During operation of the gas turbine, the temperature of each member rises due to inflow heat from the working gas or cooling air, and thermal expansion occurs in the stationary blade body segment 21a. Therefore, in consideration of the thermal elongation, an axial gap is provided between the two seal devices 52 and 53 at the position where the seal grooves 61a and 64a intersect during assembly, and the gap is set to be zero during rated operation. To do. However, depending on the amount of deviation of the thermal expansion of the stationary blade body segment, the sealing device does not always come into surface contact, but the surface contact state changes to the line contact state, and the sealing performance is reduced, so that the cooling air flows radially from the axial gap. The possibility of leakage 302 into the combustion gas 104 flow path increases. Further, when a radial positional deviation δr (FIG. 5) occurs due to a thermal elongation deviation generated between the stationary blade body segments, the mounted sealing devices 52 and 53 are twisted in a three-dimensionally complicated manner. The contact state changes from line contact to point contact, and cooling air leakage may increase.

図7は本発明の第一実施の形態であるシール装置のタービン周方向の断面図である。図7に示すシール装置70の構造は、耐熱性金属の薄板71の部材を軸方向に沿って径方向に凹凸を設け、凹部および凸部に金属性のクロス材やブラシ材、または多孔質材を装着したものである。薄板形状にすることで平板のシール装置に比べて静翼体セグメント間の熱伸び偏差に対する追従性を向上することができる。   FIG. 7 is a cross-sectional view of the sealing device according to the first embodiment of the present invention in the turbine circumferential direction. The structure of the sealing device 70 shown in FIG. 7 is that a member of the heat-resistant metal thin plate 71 is provided with irregularities in the radial direction along the axial direction, and a metallic cloth material, brush material, or porous material is provided in the concave and convex portions. Is the one that is attached. By adopting a thin plate shape, it is possible to improve the followability to the thermal elongation deviation between the stationary blade body segments as compared with the flat plate sealing device.

図8は、図7に示した本発明の第一実施の形態であるシール装置70を静翼体セグメント21a間の外周側シュラウドに装着したときのシール装置の構造を表すタービン周方向断面図である。図8では、シュラウド内にタービン軸方向および径方向に延び、交差する2つのシール溝61a、64aに跨って1つのシール装置70を装着している。シール装置は冷却空気が供給されるキャビティ31側と燃焼ガス104流路側の差圧により燃焼ガス流路側へ押付けられる。図8に示したように、交差する2つのシール溝61a、64aの交差部分では、シール装置70は冷却空気のキャビティ側(高圧側)に薄板の凹部71bが配置されるように組み立てること、すなわち薄板71がクロス材72よりも低圧側に位置することが望ましい。反対にキャビティ側に薄板の凸部が配置されるように組み立てた場合、すなわち薄板71がクロス材72よりも高圧側に位置する場合、冷却空気の圧力差により薄板の凸部から凹部に向かう曲げ応力が働くことで、薄板の凹部に装着したクロス材72が外れる可能性がある。   FIG. 8 is a turbine circumferential cross-sectional view showing the structure of the sealing device when the sealing device 70 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 7 is attached to the outer shroud between the stationary blade body segments 21a. is there. In FIG. 8, one seal device 70 is mounted in the shroud so as to extend in the turbine axial direction and the radial direction and straddle two intersecting seal grooves 61 a and 64 a. The sealing device is pressed to the combustion gas flow path side by the differential pressure between the cavity 31 side to which cooling air is supplied and the combustion gas 104 flow path side. As shown in FIG. 8, at the intersecting portion of two intersecting seal grooves 61a and 64a, the seal device 70 is assembled so that the thin plate recess 71b is disposed on the cavity side (high pressure side) of the cooling air. It is desirable that the thin plate 71 is positioned on the lower pressure side than the cloth material 72. On the other hand, when assembled so that the convex portion of the thin plate is arranged on the cavity side, that is, when the thin plate 71 is located on the high pressure side of the cloth material 72, the bending from the convex portion of the thin plate to the concave portion is caused by the pressure difference of the cooling air. When the stress acts, there is a possibility that the cloth member 72 attached to the concave portion of the thin plate is detached.

また、図8のシール装置の周方向断面はできる限り平面を形成することが望ましい。仮に、薄板の周方向断面と薄板の凹凸部に装着したクロス材の周方向断面とに段差がある場合、静翼体セグメント間のシール溝61a、64aにシール装置70を装着したときに、冷却空気がシール溝内部を周方向に周り込み、シール装置の段差部分を介して、キャビティ31側から燃焼ガス104流路側へ冷却空気が漏洩する恐れがある。シール装置の周方向断面を平面にすることでシール溝内を周り込む冷却空気の漏洩を低減することができる。本発明のシール装置の周方向断面は平面を形成する必要があるが、平面に凹凸がある場合には、周方向端部にシムを挿入することも可能である。   Further, it is desirable that the circumferential cross section of the sealing device of FIG. If there is a step between the circumferential cross section of the thin plate and the circumferential cross section of the cloth member attached to the uneven portion of the thin plate, the cooling is performed when the sealing device 70 is installed in the seal grooves 61a and 64a between the stationary blade body segments. There is a possibility that the air may enter the seal groove in the circumferential direction, and the cooling air may leak from the cavity 31 side to the combustion gas 104 flow path side through the step portion of the seal device. By making the circumferential cross section of the sealing device flat, it is possible to reduce the leakage of cooling air that goes around the seal groove. The circumferential cross section of the sealing device of the present invention needs to form a plane, but if the plane has irregularities, it is also possible to insert a shim at the circumferential end.

次に、図6および図8を用いて、ガスタービン運転中の本実施の形態に係るシール装置の作用効果について説明する。軸方向に延びるシール溝61aと径方向に延びるシール溝64aに装着される2つのシール装置52、53では、ガスタービンの運転中に交差部分の間隙がゼロになるように組み立てられる。しかし、ガスタービンの運転とともに作動燃焼ガスや冷却空気からの流入熱によって各部材は温度上昇する。その結果、静翼体セグメント21a、21bに熱伸び量の偏差が生じ、2つのシール装置52、53は複雑な三次元の捩れによりシール装置の交差部に間隙が発生することになる。ここで、図8に示すように薄板のシール装置70を2つのシール溝61a、64aに跨って装着することで、シール溝が交差する部分に発生する間隙がなくなる。その結果、シール性能を著しく向上することができる。また、静翼体セグメントの熱伸び量の偏差により、対向するセグメント間で径方向のずれが発生した場合においても、シール装置70は柔軟に変形して、シール溝61a、64aの内壁面とシール装置との接触面積を増大させることができ、冷却空気の漏洩を効果的に抑制し良好なシール性能を維持することができる。これにより、ガスタービンの信頼性及び効率を高めることができる。   Next, the effect of the sealing device according to the present embodiment during gas turbine operation will be described with reference to FIGS. The two sealing devices 52 and 53 mounted in the axially extending seal groove 61a and the radially extending seal groove 64a are assembled so that the gap at the intersection is zero during operation of the gas turbine. However, with the operation of the gas turbine, the temperature of each member rises due to the inflow heat from the working combustion gas and the cooling air. As a result, deviations in the amount of thermal elongation occur in the stationary blade body segments 21a and 21b, and the two sealing devices 52 and 53 generate gaps at the intersections of the sealing devices due to complicated three-dimensional twisting. Here, as shown in FIG. 8, a thin seal device 70 is mounted across the two seal grooves 61a and 64a, thereby eliminating a gap generated at the portion where the seal grooves intersect. As a result, the sealing performance can be significantly improved. Further, even when a radial deviation occurs between the opposing segments due to the deviation of the thermal elongation amount of the stationary blade body segment, the sealing device 70 is deformed flexibly, and the inner wall surfaces of the seal grooves 61a and 64a and the seals are sealed. The contact area with the apparatus can be increased, and the leakage of cooling air can be effectively suppressed and good sealing performance can be maintained. Thereby, the reliability and efficiency of a gas turbine can be improved.

本発明の第一実施の形態であるシール装置70の薄板形状は、軸方向に沿って径方向に矩形の凹凸を交互に形成した単純な構造である。そのため、平板の薄板を1回のプレス加工により形状を整形することが可能であり、加工コストを安価にできる。また、例えば図4で示すように、従来型のシール装置52、53である平板プレートが挿入されるシール溝61a、64aに対して、本実施形態のシール装置70を挿入することが可能である。
ガスタービンの静翼体セグメント間に配設されるシール装置は、一般的にガスタービンの定期的な保守点検に合わせて、交換される。そのため、本実施形態のシール装置70は、従来型のシール装置を挿入しているシール溝を共用できるため、ガスタービンの保守点検時にシール溝を改造することなく従来型シール装置から本発明のシール装置に変更することで保守費用を獲得することができる。
The thin plate shape of the sealing device 70 according to the first embodiment of the present invention has a simple structure in which rectangular irregularities are alternately formed in the radial direction along the axial direction. Therefore, it is possible to shape the shape of a flat thin plate by a single press process, and the processing cost can be reduced. For example, as shown in FIG. 4, it is possible to insert the sealing device 70 of this embodiment into the sealing grooves 61a and 64a into which the flat plate plates which are the conventional sealing devices 52 and 53 are inserted. .
Sealing devices disposed between stationary blade body segments of a gas turbine are generally replaced in accordance with regular maintenance of the gas turbine. Therefore, since the seal device 70 of this embodiment can share the seal groove into which the conventional seal device is inserted, the seal of the present invention can be used from the conventional seal device without remodeling the seal groove at the time of maintenance and inspection of the gas turbine. Maintenance costs can be acquired by changing to a device.

図9は、本発明の第二実施の形態であるシール装置70のタービン軸方向の断面図である。図9は図8と異なり、タービン軸方向断面に薄板の周方向に沿って径方向の凹凸部を形成したものである。本実施の形態に係るシール装置は、互いに対向する静翼体セグメント21a、21bの対向端面に同一の半径方向位置となるように、それぞれ形成されたシール溝61a、61b間に架け渡され、セグメント間の間隙により形成される冷却空気が供給されるキャビティ31と燃焼ガス104流路の連通する流路を遮断する。ガスタービンの運転とともに作動燃焼ガスや冷却空気からの流入熱によって各部材は温度上昇し、静翼体セグメントに熱伸び量の偏差が生じる。これによりシール溝に半径方向のずれが発生することになる。   FIG. 9 is a sectional view in the turbine axis direction of the sealing device 70 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 9 is different from FIG. 8 in that radial concavo-convex portions are formed along the circumferential direction of the thin plate in the cross section in the turbine axial direction. The sealing device according to the present embodiment spans between the seal grooves 61a and 61b formed on the opposing end faces of the stationary blade body segments 21a and 21b facing each other so as to have the same radial direction position. The flow path connecting the cavity 31 to which the cooling air formed by the gap is supplied and the flow path of the combustion gas 104 is blocked. With the operation of the gas turbine, the temperature of each member rises due to the inflow heat from the working combustion gas and the cooling air, and a deviation in the amount of thermal expansion occurs in the stationary blade body segment. As a result, a radial shift occurs in the seal groove.

本実施例に係るシール装置を用いることで、シール溝61a、61b内部に装着されたシール装置70は、高圧の冷却空気によってシール溝61a、61bの内壁面に対して押圧されながら、シール溝の変形に対して柔軟に変形することができる。これにより、シール溝の内壁面とシール装置との接触面を常に面接触状態に維持できる。また、シール溝の径方向の位置ずれが大きい場合に、シール溝端面のエッジ部とシール装置とが干渉しても、クロス材を有していることで、シール装置自体を損傷させる可能性は少なくなり、シール装置の信頼性を高めることができる。   By using the seal device according to the present embodiment, the seal device 70 installed in the seal grooves 61a and 61b is pressed against the inner wall surfaces of the seal grooves 61a and 61b by high-pressure cooling air. It can be deformed flexibly with respect to deformation. Thereby, the contact surface of the inner wall surface of the seal groove and the seal device can be always maintained in a surface contact state. In addition, when the positional deviation in the radial direction of the seal groove is large, even if the edge portion of the seal groove end surface interferes with the seal device, there is a possibility of damaging the seal device itself by having the cloth material. As a result, the reliability of the sealing device can be increased.

図10に本発明の第三実施の形態であるシール装置80の断面形状を示す。図7で示した断面形状との違いは、薄板81の径方向に形成される凹凸部が矩形ではなく、軸方向に対して傾斜のある台形にした点である。これにより、薄板81の凹部に装着される、例えばクロス材を薄板の軸方向へ傾斜させることで、クロス材を挟み込むことが可能である。
そのため、薄板からクロス材が外れることを抑制でき、シール装置の信頼性を向上させることができる。
FIG. 10 shows a cross-sectional shape of a sealing device 80 according to the third embodiment of the present invention. The difference from the cross-sectional shape shown in FIG. 7 is that the concavo-convex portion formed in the radial direction of the thin plate 81 is not a rectangle but a trapezoid that is inclined with respect to the axial direction. Thereby, it is possible to sandwich the cloth material by, for example, inclining the cloth material attached to the concave portion of the thin plate 81 in the axial direction of the thin plate.
Therefore, it is possible to prevent the cloth material from coming off the thin plate, and to improve the reliability of the sealing device.

図11に本発明の第四実施の形態であるシール装置90の断面形状を示す。図7で示した断面形状との違いは、薄板91の径方向に形成される凹凸部が矩形ではなく、楕円形にした点である。これにより、図10に示したシール装置と同様に、薄板91の凹部に装着される、例えばクロス材を挟み込むことができる。さらに、静翼体セグメントに熱伸び量の偏差が生じ、シール溝に半径方向に大きなずれが発生した場合に、シール溝のエッジ部とシール装置の干渉によるシール装置の損傷を抑制でき、シール装置の信頼性を高めることができる。ただし、楕円形のシール装置は矩形と比較して、製作、加工コストが高くなる可能性がある。   FIG. 11 shows a cross-sectional shape of a sealing device 90 according to the fourth embodiment of the present invention. The difference from the cross-sectional shape shown in FIG. 7 is that the uneven portions formed in the radial direction of the thin plate 91 are not rectangular but elliptical. Thereby, like the sealing device shown in FIG. 10, for example, a cloth member attached to the concave portion of the thin plate 91 can be sandwiched. Furthermore, when a deviation in the amount of thermal elongation occurs in the stationary blade body segment and a large deviation occurs in the radial direction in the seal groove, damage to the seal device due to interference between the edge portion of the seal groove and the seal device can be suppressed. Can improve the reliability. However, there is a possibility that the manufacturing cost and the processing cost of the oval sealing device are higher than those of the rectangular sealing device.

各実施の形態では、第2段静翼体セグメントについて本発明を適用した例を説明したが、当該部分のみならず、例えば、他の段落の静翼セグメント、動翼シュラウドや静翼ダイアフラムなどといった、間隙を介して複数の構成部材が隣接し構成部材間の間隙から冷却空気がリークする可能性がある他の箇所にも本発明は適用可能であり、その効果が得られる。   In each of the embodiments, the example in which the present invention is applied to the second stage stationary blade body segment has been described. However, the gap is not limited to the portion, for example, a stationary blade segment of another paragraph, a moving blade shroud, a stationary blade diaphragm, or the like. The present invention can be applied to other places where a plurality of constituent members are adjacent to each other and cooling air may leak from the gaps between the constituent members, and the effect can be obtained.

ガスタービンの高温部をはじめ、複数の部材を連結して高温流体と低温流体を遮断し、かつ連結部が冷却を要する構造であれば適用可能である。   The present invention can be applied to any structure in which a plurality of members including a high-temperature portion of a gas turbine are connected to block a high-temperature fluid and a low-temperature fluid and the connecting portion requires cooling.

以上説明した各実施例のシール装置は、対向する面である端面63aと対向端面63bにそれぞれ設けられた一対の溝であるシール溝61a、61b、63、64に装着され、対向する面の間の流体の流れをシールするシール装置51、52、53において、長手方向にのびる凹部71b、81b、91bと長手方向にのびる凸部71a、81a、91aとを交互に配列した第一の部材である薄板71と、凹部71b、81b、91bの上面及び前記凸部の下面に第二の部材であるクロス材72、82、92等が装着されている。このようなシール材によれば、第一部材である薄板71、81、91の形状が平板に比べて容易に変形するため、平板のシール装置に比べて対向端面63a、63b間の熱伸び偏差に対する追従性を向上することができ、信頼性の高いシール装置を提供できる。   The sealing device of each of the embodiments described above is mounted in seal grooves 61a, 61b, 63, and 64, which are a pair of grooves provided on the end surface 63a and the opposite end surface 63b, which are opposed to each other. In the sealing devices 51, 52, and 53 for sealing the flow of fluid, the first members are formed by alternately arranging the concave portions 71b, 81b, and 91b extending in the longitudinal direction and the convex portions 71a, 81a, and 91a extending in the longitudinal direction. Cross members 72, 82, 92, etc., which are second members, are mounted on the thin plate 71 and the upper surfaces of the recesses 71b, 81b, 91b and the lower surface of the projections. According to such a sealing material, since the shape of the thin plates 71, 81, 91 as the first member is easily deformed compared to the flat plate, the thermal elongation deviation between the opposed end surfaces 63a, 63b as compared with the flat plate sealing device. Can be improved, and a highly reliable sealing device can be provided.

なお本明細書で長手方向とは、端面63aや対向端面63bに平行かつシール溝61a、61b、63、64の長さ方向に対応するシール装置の長さ方向であり、図5から図11においては本明細書の紙面(画面)に垂直な方向である。凹部、凸部とは、図9に示したような水平方向に掘られた一対のシール溝に装着された状態のシール装置を基準とした意味である。すなわち図7、図9、図10、図11で示した状態において、第一の部材が下に凸の形状である部分を凹部、上に凸の形状である部分を凸部としている。   In the present specification, the longitudinal direction is the length direction of the sealing device that is parallel to the end surface 63a and the opposed end surface 63b and corresponds to the length direction of the seal grooves 61a, 61b, 63, 64. Is a direction perpendicular to the paper surface (screen) of this specification. A concave part and a convex part mean the seal device in a state where it is mounted in a pair of seal grooves dug in the horizontal direction as shown in FIG. That is, in the state shown in FIGS. 7, 9, 10, and 11, the first member has a downward convex portion as a concave portion, and the upward convex portion as a convex portion.

図7や図10で示したシール装置70、80は、凹部71b、81bの上面に装着された第二の部材であるクロス材72、82等と凸部71a、81a、の上面とでひとつの平面が形成され、凸部71a、81a、の下面に装着された前記第二の部材であるクロス材72、82等と凹部71b、81bの下面とでひとつの平面が形成されている。このように、シール装置の周方向断面を平面にすることで、冷却空気がシール溝内を周り込むことによるシール性能の低下を抑制することができる。   The sealing devices 70 and 80 shown in FIG. 7 and FIG. 10 have one cross member 72, 82, etc., which is a second member mounted on the upper surface of the concave portions 71b, 81b, and one upper surface of the convex portions 71a, 81a. A flat surface is formed, and a single flat surface is formed by the cross members 72, 82 and the like, which are the second members mounted on the lower surfaces of the convex portions 71a, 81a, and the lower surfaces of the concave portions 71b, 81b. Thus, by making the circumferential cross section of the sealing device flat, it is possible to suppress a decrease in sealing performance due to the cooling air entering the sealing groove.

図10、図11で示したシール装置80、90は、長手方向に垂直な面で切った断面において、凹部、81b、91bの形状について底面から上方にかけて幅が減少する縮小部を有している。この縮小部によりクロス材82、92等を挟み込んで保持することができ、薄板81、91からクロス材82、92等が外れることを抑制でき、シール装置80、90の耐久性、信頼性を向上させることができる。シール装置80、90は凸部71a、81aについても同様に縮小部を有しており、凹部81b、91bと同様の作用効果を有する。   The sealing devices 80 and 90 shown in FIGS. 10 and 11 have a reduced portion whose width decreases from the bottom to the top with respect to the shape of the recesses 81b and 91b in a cross section cut by a plane perpendicular to the longitudinal direction. . The reduced portion can hold and hold the cloth members 82, 92, etc., can prevent the cloth members 82, 92, etc. from coming off from the thin plates 81, 91, and improve the durability and reliability of the sealing devices 80, 90. Can be made. The sealing devices 80 and 90 also have reduced portions for the convex portions 71a and 81a, and have the same effects as the concave portions 81b and 91b.

特に図10で示したシール装置80は、長手方向に垂直な面で切った断面において、薄板81の凹部81bとクロス材82等の平面部とで囲まれた図形、及び、薄板81の凸部81aとクロス材82等の平面部とで囲まれた図形が台形であり、クロス材82等の平面部が台形の短辺を構成している。この構成によれば、必然的に前述の縮小部を有することができ、信頼性の高いシール装置とすることができる。   In particular, the sealing device 80 shown in FIG. 10 includes a figure surrounded by a concave portion 81b of the thin plate 81 and a flat portion such as a cloth member 82 and a convex portion of the thin plate 81 in a cross section cut by a plane perpendicular to the longitudinal direction. A figure surrounded by 81a and a plane part such as the cross member 82 is a trapezoid, and the plane part such as the cross member 82 constitutes a short side of the trapezoid. According to this configuration, the above-described reduced portion can inevitably be provided, and a highly reliable sealing device can be obtained.

また図11で示したシール装置90は、長手方向に垂直な面で切った断面において、薄板91aの断面が、曲率の連続した滑らかな線のみで構成されているため、曲率が不連続な線、すなわち図7や図10で示したシール装置70、80のように角を有する形状のものと比べ、信頼性を高めることができる。シール溝のエッジ部とシール装置の干渉による損傷を抑制できるからである。   Further, in the sealing device 90 shown in FIG. 11, in the cross section cut by the plane perpendicular to the longitudinal direction, the cross section of the thin plate 91a is composed only of a smooth line having a continuous curvature. That is, the reliability can be improved as compared with the shape having a corner like the sealing devices 70 and 80 shown in FIGS. This is because damage due to interference between the edge portion of the seal groove and the seal device can be suppressed.

図7で示したシール装置70は、長手方向に垂直な面で切った断面において、第一部材の凹部71bと第二部材の平面部とで囲まれた図形、及び、第一部材の凸部71aと第二部材の平面部とで囲まれた図形が矩形である。すなわちシール装置70の薄板71は矩形の凹凸を交互に形成した単純な構造である。そのため、平板の薄板を1回のプレス加工により形状を整形することが可能であり、加工コストを安価にできる。   The seal device 70 shown in FIG. 7 includes a figure surrounded by a concave portion 71b of the first member and a flat portion of the second member, and a convex portion of the first member, in a cross section cut by a plane perpendicular to the longitudinal direction. The figure surrounded by 71a and the plane part of the second member is a rectangle. That is, the thin plate 71 of the sealing device 70 has a simple structure in which rectangular irregularities are alternately formed. Therefore, it is possible to shape the shape of a flat thin plate by a single press process, and the processing cost can be reduced.

以上のシール装置70、80、90は、例えば圧縮機1と燃焼器2とタービン3を有するガスタービン00において、タービン3はロータ5の回転軸に対して周方向にセグメント状に組まれた部材である静翼体セグメント21a、21bを有し、セグメント状に組まれた静翼体セグメント21a、21bは、静翼体セグメント21a、21bが隣り合う面に対向する一対の溝であるシール溝61a、61bを備え、この溝に装着されている。このように各実施例のシール装置70、80、90をガスタービンに用いることで、シール面での冷却空気のリークを抑制し、効率の高いガスタービンを提供することができる。   The above-described sealing devices 70, 80, and 90 are, for example, gas turbine 00 having a compressor 1, a combustor 2, and a turbine 3, and the turbine 3 is a member assembled in a segment shape in the circumferential direction with respect to the rotation axis of the rotor 5. The stationary blade body segments 21a and 21b, which are assembled in a segment shape, are seal grooves 61a that are a pair of grooves facing the adjacent surfaces of the stationary blade body segments 21a and 21b. 61b, and is fitted in this groove. As described above, by using the sealing devices 70, 80, and 90 of the embodiments in the gas turbine, it is possible to suppress the leakage of the cooling air on the sealing surface and provide a highly efficient gas turbine.

さらに図8で示した実施例では、セグメント状に組まれた静翼体セグメント21a、21bは、部材が隣り合う面に対向する一対の第一の溝であるシール溝61a、61bと、この一対のシール溝61a、61bに交差する一対の第二の溝であるシール溝64a、64bを備え、第一の溝と第二の溝にまたがるように、シール装置70が装着されている。そうすると、それぞれのシール溝61、64別々のシールプレートを装着したものと比べて、シール溝が交差する部分の間隙がなくなる分だけシール性能を飛躍的に向上させることができる。さらに、第一のシール溝61と第二のシール溝64の交差部にて、第一の部材である薄板71が低圧側である燃焼ガス104の流路側に位置している方が好ましい。冷却空気の圧力差により薄板71からクロス材72に向かう曲げ応力が働くことで薄板71に装着したクロス材72が外れる可能性を抑制し、シール装置の信頼性を高めることができるからである。なおここで言う交差部とは、シール溝61、64のそれぞれが矩形と仮定した場合に、シール溝61とシール溝64を両方兼ねる領域を意味する。この交差部の全ての領域で第一の部材が低圧側に面しているのが理想的である。ただし、構造上それが難しい場合には、少なくとも第一の部材が第二の部材よりも多くの領域で低圧側に面していれば、信頼性向上効果を得ることができる。   Further, in the embodiment shown in FIG. 8, the stationary blade body segments 21 a and 21 b assembled in a segment form include a pair of seal grooves 61 a and 61 b that are a pair of first grooves opposed to adjacent surfaces. The seal grooves 61a and 61b are provided with seal grooves 64a and 64b, which are a pair of second grooves, and a seal device 70 is mounted so as to straddle the first groove and the second groove. As a result, the sealing performance can be drastically improved as much as there is no gap between the portions where the seal grooves intersect with each other, as compared with the case where the seal grooves 61 and 64 are provided with separate seal plates. Furthermore, it is preferable that the thin plate 71 as the first member is located on the flow path side of the combustion gas 104 on the low pressure side at the intersection of the first seal groove 61 and the second seal groove 64. This is because the bending stress directed from the thin plate 71 toward the cross member 72 due to the pressure difference of the cooling air acts to suppress the possibility of the cross member 72 attached to the thin plate 71 coming off, and the reliability of the sealing device can be improved. In addition, the crossing part said here means the area | region which serves as both the seal groove 61 and the seal groove 64, when each of the seal grooves 61 and 64 is assumed to be a rectangle. Ideally, the first member faces the low pressure side in all regions of this intersection. However, when it is difficult in terms of structure, if at least the first member faces the low pressure side in more regions than the second member, the reliability improvement effect can be obtained.

00 ガスタービン
1 圧縮機
2 燃焼器
3 タービン
4 発電機
11a、12a 静翼
11b、12b 動翼
13 ロータディスク
14 スペーサディスク
21a、21b 静翼体セグメント
22 ダイアフラム
25 ケーシング
31、32 キャビティ
35、36 ホイールスペース
41、42 エンドウォール
51、52、53、70、80、90 シール装置
61a、61b、62、63、64 シール溝
71、81、91 薄板
72、82、92 クロス材
73 薄板の凹部
104 燃焼ガス
202 冷却空気流路
301、302 漏洩
00 Gas turbine 1 Compressor 2 Combustor 3 Turbine 4 Generator 11a, 12a Stator blade 11b, 12b Rotor blade 13 Rotor disk 14 Spacer disk 21a, 21b Stator blade segment 22 Diaphragm 25 Casing 31, 32 Cavity 35, 36 Wheel space 41, 42 Endwall 51, 52, 53, 70, 80, 90 Sealing device 61a, 61b, 62, 63, 64 Seal groove 71, 81, 91 Thin plate 72, 82, 92 Cross member 73 Thin plate recess 104 Combustion gas 202 Cooling air flow path 301, 302 leakage

Claims (12)

対向する面にそれぞれ設けられた一対の溝に装着され、対向する面の間の流体の流れをシールするシール装置において、
前記一対の溝の延伸方向にのびる凹部と前記一対の溝の延伸方向にのびる凸部とを交互に配列した第一の部材と、
前記凹部の上面及び前記凸部の下面に装着された第二の部材とを備えることを特徴とするシール装置。
In a sealing device that is mounted in a pair of grooves provided on opposing surfaces and seals the flow of fluid between the opposing surfaces,
A first member in which concave portions extending in the extending direction of the pair of grooves and convex portions extending in the extending direction of the pair of grooves are alternately arranged;
Sealing device, characterized in that it comprises a second member mounted on the lower surface of the upper surface and the convex portion of the concave portion.
対向する面にそれぞれ設けられた一対の溝に装着され、対向する面の間の流体の流れをシールするシール装置において、
前記一対の溝の深さ方向にのびる凹部と前記一対の溝の深さ方向にのびる凸部とを交互に配列した第一の部材と、
前記凹部の上面及び前記凸部の下面に装着された第二の部材とを備えることを特徴とするシール装置。
In a sealing device that is mounted in a pair of grooves provided on opposing surfaces and seals the flow of fluid between the opposing surfaces,
A first member in which concave portions extending in the depth direction of the pair of grooves and convex portions extending in the depth direction of the pair of grooves are alternately arranged;
Sealing device, characterized in that it comprises a second member mounted on the lower surface of the upper surface and the convex portion of the concave portion.
請求項1または2のシール装置において、
前記凹部の上面に装着された前記第二の部材と前記凸部の上面とで一の平面が形成され、
前記凸部の下面に装着された前記第二の部材と前記凹部の下面とで一の平面が形成されていることを特徴とするシール装置。
The sealing device according to claim 1 or 2 ,
A flat surface is formed by the second member mounted on the upper surface of the concave portion and the upper surface of the convex portion,
One sealing device is characterized in that a flat surface is formed by the second member mounted on the lower surface of the convex portion and the lower surface of the concave portion.
請求項1から3の何れかのシール装置において、
前記第一の部材が金属の薄板であることを特徴とするシール装置。
The sealing device according to any one of claims 1 to 3 ,
The sealing device according to claim 1, wherein the first member is a thin metal plate.
請求項1からの何れかのシール装置において、
前記第二の部材がクロス材、ブラシ材、多孔質材の何れかであることを特徴とするシール装置。
The sealing device according to any one of claims 1 to 4 ,
The sealing device, wherein the second member is one of a cloth material, a brush material, and a porous material.
請求項からの何れかのシール装置において、
前記一対の溝の延伸方向或いは前記一対の溝の深さ方向に垂直な面で切った断面において、前記第一部材の凹部と前記第二部材の平面部とで囲まれた図形、及び、前記第一部材の凸部と前記第二部材の平面部とで囲まれた図形が矩形であることを特徴とするシール装置。
The sealing device according to any one of claims 3 to 5 ,
In a cross section taken along a plane perpendicular to the depth direction in the stretching direction or the pair of grooves of said pair of grooves, said first member recess and the second graphic surrounded by the flat portion of the member, and , sealing device, characterized in that said first graphic surrounded by the convex portion and the flat portion of the second member of the member is rectangular.
請求項1からの何れかのシール装置において、
前記一対の溝の延伸方向或いは前記一対の溝の深さ方向に垂直な面で切った断面において、前記凹部の形状について底面から上方にかけて幅が減少する縮小部を有していることを特徴とするシール装置。
The sealing device according to any one of claims 1 to 5 ,
In a cross section cut by a plane perpendicular to the extending direction of the pair of grooves or the depth direction of the pair of grooves , the concave portion has a reduced portion whose width decreases from the bottom to the top. Sealing device.
請求項の何れかのシール装置において、
前記一対の溝の延伸方向或いは前記一対の溝の深さ方向に垂直な面で切った断面において、前記第一部材の凹部と前記第二部材の平面部とで囲まれた図形、及び、前記第一部材の凸部と前記第二部材の平面部とで囲まれた図形が台形であり、前記第二部材の平面部が前記台形の短辺を構成することを特徴とするシール装置。
The sealing device according to any one of claims 3 , 4 , 5 , and 7 ,
In a cross section taken along a plane perpendicular to the depth direction in the stretching direction or the pair of grooves of said pair of grooves, said first member recess and the second graphic surrounded by the flat portion of the member, and the figure surrounded by the flat portion of the first member and the second member and the protrusion of a trapezoidal, and wherein the planar portion of the second member constituting the short side of the trapezoid Sealing device.
請求項1または2のシール装置において、
前記一対の溝の延伸方向或いは前記一対の溝の深さ方向に垂直な面で切った断面において、前記第一部材の断面が、曲率の連続した滑らかな線のみで構成されていることを特徴とするシール装置。
The sealing device according to claim 1 or 2 ,
In a cross section taken along a plane perpendicular to the depth direction in the stretching direction or the pair of grooves of said pair of grooves, the cross section of the first member is composed of only continuous smooth line has curvature A sealing device characterized.
圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンにおいて、
前記タービンは周方向にセグメント状に組まれた部材を有し、
前記セグメント状に組まれた部材は、部材が隣り合う面に対向する一対の溝を備え、
前記溝に、請求項1からの何れかのシール装置が装着されたことを特徴とするガスタービン。
In a gas turbine having a compressor, a combustor and a turbine,
The turbine has members assembled into segments in the circumferential direction,
The member assembled in the segment shape includes a pair of grooves facing the adjacent surfaces of the member,
A gas turbine, wherein the seal device according to any one of claims 1 to 9 is mounted in the groove.
圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンにおいて、
前記タービンは周方向にセグメント状に組まれた部材を有し、
前記セグメント状に組まれた部材は、部材が隣り合う面に対向する一対の第一の溝と、
前記第一の溝に交差する一対の第二の溝を備え、
前記第一の溝と前記第二の溝にまたがるように、請求項1からの何れかのシール装置が装着されたことを特徴とするガスタービン。
In a gas turbine having a compressor, a combustor and a turbine,
The turbine has members assembled into segments in the circumferential direction,
The members assembled in the segment shape are a pair of first grooves facing the adjacent surfaces of the members,
A pair of second grooves intersecting the first groove;
A gas turbine, wherein the seal device according to any one of claims 1 to 9 is mounted so as to straddle the first groove and the second groove.
請求項11のガスタービンにおいて、
前記第一の溝と前記第二の溝の交差部にて、前記第一の部材が低圧側に位置していることを特徴とするガスタービン。
The gas turbine of claim 11 .
The gas turbine according to claim 1, wherein the first member is located on a low pressure side at an intersection of the first groove and the second groove.
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