JP5926122B2 - シール装置 - Google Patents

Description

本発明は、シール装置に係り、特にガスタービンに用いられるシール装置に関する。

例えば、ガスタービンの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、各セグメント間には周方向に間隙を有する。この間隙は、ガスタービンの定格運転時においても、熱応力の発生防止の観点から、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、このセグメント間の間隙を直通して、ガスパス中に漏洩する。所謂、リークである。こ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、混合損失によるタービンの出力低下を起こすことになり、ガスタービンの効率向上策の１つである高温化のメリットが十分に発揮できない嫌いがある。

この改善策として、周方向に隣接するセグメントの対向面にそれぞれシール溝を形成し、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。しかし、この種のシール部材（シールプレート）は、近年の大型化、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。

これに対し、シールプレートとシール溝とが接触する部分を円弧状に形成し、円弧間となるプレート中央部を薄く製作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、内周側、外周側共にシールプレート外端部を楕円状に形成している（特許文献１参照）。このドッグボーン型シールプレートを使用すると、シール溝に多少のオフセットが生じても、溝面で常に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ことで、このプレート中央部とシール溝エッジ部との干渉を防ぐことができる。

また、オフセットに対応できるシール装置として、溝の長さ方向に垂直な断面が略円形である弾性体と、シール溝と略平行な面を有するプレートとからなる部材であり、前記隣接セグメントの平面と前記シール溝との境界であるエッジ部には、平面状のエッジシール面を設ける案（特許文献２参照）等が示されている。

US Patent 5158430A 特開２０１０−１４１６１号公報

特許文献１に示された、半径方向のオフセットに対応させたドックボーン型シールプレートでは、高温化に伴う半径方向の熱伸び偏差（オフセット）に影響されず、シール溝シール面とシール部材は常に接触した状態を維持できるが、その接触状態は常に線接触となる。このため、ドックボーン型シールプレートでは、面接触を行うシールプレートと比較して、オフセットが生じない場合でも、シール性能が低下するという課題がある。

また、特許文献２に示されたものにおいては、円形状弾性体からなるシール部材でオフセットに対応できるが、シール部材の部品点数増加及び弾性力を備えた素材を用いるため、製造コスト増大を招くという課題がある。

このように、隣接セグメント間における、半径方向の熱伸び偏差であるオフセットに対応し、それに伴うシール性能の低下を抑えると共に、シール性能に対する製造コストを抑えることができる、シール装置が求められている。そこで本発明は、シール性能とコスト抑制を両立できるシール装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のシール装置は、複数個のセグメントから成る構成部材の、互いに隣接する前記セグメントの対向する面にそれぞれ設けられたシール溝と、前記シール溝に跨がるように挿入され、前記隣接するセグメントの間を通過する洩れ流体の流れをシールするシール部材であって前記シール溝の長さ方向に沿う方向を長手方向とするシール部材とを備え、前記シール溝は、前記シール部材よりも前記洩れ流体の流れ方向の上流側に形成される第１のシール溝面と、前記シール部材よりも前記洩れ流体の流れ方向の下流側に前記第１のシール溝面と対向するように形成される第２のシール溝面と、前記第１のシール溝面と前記隣接するセグメントの対向する面とを接続するエッジ部シール面によって形成される開口部とを有し、前記シール部材は、前記シール部材の長手方向に垂直な断面形状が、前記第１のシール溝面側の中央部と、前記第２のシール溝面側の両端部とに突起を有する形状に形成され、前記シール溝の前記開口部は、前記隣接するセグメントの対向する面に向かって拡開する形状に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、シール性能とコスト抑制を両立できるシール装置を提供できる。

本発明のガスタービンを示す構成図を示す。 本発明のガスタービン内タービン部の部分断面図を示す。 本発明のガスタービンの、シール溝の配置を示す静翼体の断面図を示す。 本発明のガスタービンの、静翼体セグメント２１ａとこれに隣接する静翼体セグメント２１ｂを半径方向外側から眺めた図を示す。 比較例のシール装置の、詳細形状と装着時の状態を示す。 比較例のシール装置の、ガスタービン運転時における状態を示す。 本発明の実施例１であるシール部材３６ｂの、詳細形状と装着時の状態を示す。 本発明の実施例１であるシール装置の、ガスタービン運転時における状態を示す。 本発明の実施例２であるシール部材３６ｃの、詳細形状と装着時の状態を示す。 本発明の実施例３であるシール部材３６ｄの、詳細形状と装着時の状態を示す。

実施例として、本発明のシール装置をガスタービンに用いた例について説明する。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翼及び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。現在稼働し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を採用していることが多い。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、翼内部を冷却するようにしている。

ところで、周方向に間隙を有するセグメント間に、シール装置を設けることは、リーク流量低減のために有効な手段である。このシール装置を、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ると、シール溝におけるシール部材（シールプレート）の接触状態は、線接触になる。しかし、このような線接触では、半径方向のずれがない場合に、従来の平板状シールプレートで形成される面接触と比較して、シール性能が低下するという課題がある。

以下、本発明の第１の実施例を図１〜図８を用いて説明する。
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、後述する第２段静翼を冷却するための静翼低圧冷却空気経路６ａ、後述する第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。

このとき、圧縮機２から抽気する冷却空気の圧力は、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および動翼冷却空気経路７には圧縮機２の最終段から抽気した空気を導入し、静翼低圧冷却空気経路６ａには圧縮機２の中圧段から抽気した空気を導入する。被冷却部を冷却して熱交換された各冷却空気は、図示しないタービン翼のフィルム冷却孔、或いは後縁等から噴出して、タービンのガスパスに排出され、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。

図２は、タービン４の第１段静翼１０ａ、第２段静翼１１ａ、第１段動翼１０ｂ及び第２段動翼１１ｂ部分のタービン部分断面、すなわち本実施例のガスタービン内タービン部の部分断面図を示したものである。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１１ａまわりを対象として説明する。

静翼低圧冷却空気経路６ａを流下する冷却空気は、ケーシング１２に設けた導入孔（図示せず）を介してケーシング１２の内部に供給され、ケーシング１２内部の外端側にある第２段静翼供給キャビティ１３を経て、周方向に環状に配置された第２段静翼体２１に供給される。この冷却空気は、第２段静翼体２１の図示しない冷却パスを通過するときに熱交換を行い、第２段静翼１１ａ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。

一方、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とダイアフラム１５で形成されるダイアフラムキャビティ１４を経て、第１段ホイール１９ａ、スペーサー２２及びダイアフラム１５で形成される第１段動翼後側ホイールスペース１６ａに供給される。また、第１段動翼後側ホイールスペース１６ａに供給された冷却空気の一部は、ダイアフラム１５とスペーサー２２の間で協働するシールフィン２３によって、第２段ホイール１９ｂ、スペーサー２２及びダイアフラム１５で形成される第２段動翼前側ホイールスペース１６ｂに分配される。こうしてホイールスペース１６ａ、１６ｂに供給された冷却空気は、それぞれのホイールスペース１６ａ、１６ｂへの作動ガスの侵入を抑制するためのシール空気として使用される。

図３は、本実施例のガスタービンのシール溝の配置を示す静翼体の断面図を示す。図３は、周方向に複数個配置された第２段静翼体２１の１つである静翼体セグメント２１ａと、ダイアフラム１５ａを示したものである。静翼体セグメント２１ａの外径側エンドウォール３１ａには、シール溝３２ａ、３２ｂ、及び３２ｃが設けられており、内径側エンドウォール３１ｂには、シール溝３３ａ、３３ｂ、及び３３ｃが設けられている。また、ダイアフラム１５ａには、シール溝３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、及び３４ｇがある。

ところで、第２段静翼供給キャビティ１３とガスパス９は、静翼体セグメント２１ａとこれに隣接する静翼体セグメントとの間に形成される間隙によって連通しており、図中の矢印で示したような洩れ流体が流れるリーク流路が存在する。同様に、内径側エンドウォール３１ｂやダイアフラム１５ａにもリーク流路が存在することになるが、以下、本実施例を詳細に説明にするため、シール溝３２ｂに着目して本実施例のシール装置を説明する。

図４は、静翼体セグメント２１ａとこれに隣接する静翼体セグメント２１ｂを半径方向外側から眺めたものを示している。第２段静翼体２１は、複数個のセグメントとして環状に配置されたものである。図４は、代表的に隣接する２つの静翼体セグメント２１ａ、２１ｂを示したものである。

両静翼体セグメント２１ａ、２１ｂの間は、周方向間隙δc_coldをもたせて、組み立てられている。静翼体セグメント２１ａの外径側エンドウォール３１ａに対向して、静翼体セグメント２１ｂの外径側エンドウォール３７ｂがあり、それぞれに、シール溝３２ｂ、３５ａが形成されている。ここに、周方向間隙δc_coldを塞ぐように、シール部材３６が装着される。これによって、前記した第２段静翼供給キャビティ１３からガスパス９にかけてのリーク流路を介した、半径方向のリークが抑制されることになる。

ここで、図５を用いて比較例のシール部材（平板状シールプレート）について説明する。図５は、比較例のシール装置の、詳細形状と装着時の状態を示す。互いに隣接する静翼体セグメント２１ａ、２１ｂの外径側エンドウォール３１ａ、３７ｂの、互いに対抗する面であるセグメント対向面４１ａ、４１ｂには、それぞれ対向するシール溝３２ｂとシール溝３５ａが設けられている。セグメント対向面４１ａ、４１ｂとシール溝シール面３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、及び、３８ｄが直交して４つのシール溝エッジ部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、及び、４２ｄを形成する。なお、図５において、平板状シールプレート３６ａに対するシール面は、シール溝の内部に設けられたシール溝シール面３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、及び、３８ｄである。静翼セグメントのシール溝の半径方向のずれがない場合、シール溝シール面３８ｂ、３８ｄと、平板状シールプレート３６ａとが面接触を形成する。

図６は、比較例のシール装置を利用した場合の、ガスタービン１の運転中における状態を示す。

ガスタービン１の運転と共に、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１.２MPa、温度が１２００℃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をはじめとする各段で、作動ガスの流体エネルギーをタービンで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。

以上のように、ガスタービン１の運転時には、高温高圧の作動ガス等を通じて、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には熱伸びが生じる。この熱伸びにより、周方向では組立時のセグメント間隙δc_coldが、δc_hotまで狭まる。ただし、この間隙δc_hotは定格点においても接触しないように設計されているため、零となることはない。

一方、半径方向の熱伸び偏差（オフセット）により、平板状シールプレート３６ａの中央部と、例えばシール溝エッジ部４２ｄとが干渉する可能性がある。この干渉は深刻な状況を引き起こす恐れがある。半径方向のオフセットに対して、当初、平板状シールプレート３６ａは溝位置の半径方向変位に従って移動する。そうすると、やがてシール溝エッジ部４２ａ及び４２ｄによって、平板状シールプレート３６ａの中央部が拘束されることになる。設計上予想される以上にオフセットが進むと、平板状シールプレート３６ａが変形することによるリーク流量増大や、プレートを介したエッジ部（例えばシール溝エッジ部４２ｄ）端への曲げ力による静翼体の損傷に至る恐れもある。ここでは、外径側エンドウォール３７ｂが外径側エンドウォール３１ａに対して、半径方向外側（図面での上方向）にずれるオフセットの場合を説明したが、その逆のオフセットでも、同様である。

次に、図７を用いて、本発明の第１の実施例であるシール装置について説明する。図７は、本発明の第１の実施例であるシール装置の、シール部材装着時の状態における、シール部材の長手方向に垂直な断面を示す断面図である。

本実施例において、シール部材３６ｂは、シール溝３２ｂ、３５ａに跨るように挿入されており、第２段静翼供給キャビティ１３側の中央部に突起、及び、ガスパス９側の両端部にそれぞれ突起を有する。シール溝３２ｂ、３５ａは、シール部材３６ｂよりも洩れ流体の流れ方向の上流側にあたる第２段静翼供給キャビティ１３側に形成されるシール溝シール面３８ａ、３８ｃと、シール部材３６ｂよりも洩れ流体の流れ方向の下流側にあたるガスパス９側にシール溝シール面３８ａ、３８ｃと対向するように形成されるシール溝シール面３８ｂ、３８ｄとを有する。

また、図５におけるシール溝エッジ部４２ａ、４２ｃは、セグメント対向面とシール溝３２ｂ、３５ａとを接続するエッジ部シール面３９ａ、３９ｃとして成形されており、エッジ部シール面３９ａ、３９ｃはシール溝３２ｂ、３５ａの開口部を形成している。シール溝３２ｂ、３５ａの開口部は、エッジ部シール面３９ａ、３９ｃによって、セグメント対向面に向かって拡開する形状に形成されている。

ここでは、代表例として、シール部材３６ｂは、第２段静翼供給キャビティ１３側の中央部に円弧状突起５１、及び、ガスパス９側の両端部に円弧状突起５２ａ、５２ｂをそれぞれ有し、平面のエッジ部シール面３９ａ、３９ｃをそれぞれ備え、中実構造であるものについて説明する。

ガスタービン１の組立時には、ガスパス９側両端の円弧状突起５２ａ、５２ｂは、シール溝シール面３８ｂ、３８ｄに接触している。なお、半径方向のオフセットが発生する状況でも、ガスパス９側両端の円弧状突起５２ａ、５２ｂと、シール溝シール面３８ｂ、３８ｄとの接触は維持される。

本実施例のシール装置は、静翼体セグメント２１ａと２１ｂのセグメント間隙において、エッジ部シール面３９ａ、３９ｃによって形成されるセグメント対向面に向かって拡開する開口部に、第２段静翼供給キャビティ１３側中央の円弧状突起５１が存在する。このような構成を有することで、第２段静翼供給キャビティ１３側中央の円弧状突起５１の周方向（図面での左右方向）位置が決まり、シール溝３２ｂとシール溝３５ａで形成される空間で、シール部材３６ｂが周方向及び半径方向について自由に平行移動することを抑制できる。これにより、摩擦損傷の恐れを低減し、シール装置の信頼性を高めることが可能である。

この作用については、第２段静翼供給キャビティ１３側の中央部に有する突起、及び、ガスパス９側の両端部に有する突起が円弧状ではない場合、また、エッジ部シール面が平面ではない場合においても、同様である。

なお、本実施例では、シール部材３６ｂの長手方向断面内で、第２段静翼供給キャビティ１３側中央の円弧状突起５１の最大幅ｗ（図面での左右方向）は、エッジ部シール面３９ａ、３９ｃで形成される開口部の幅Δｃよりも大きく、ｗ＞Δｃの関係を有する。このように構成することで、エッジ部シール面３９ａ、３９ｃと、シール部材３６ｂの第２段静翼供給キャビティ１３側中央の円弧状突起５１以外の部分での接触を防止できる。これにより、静翼体セグメントの動きに連動して、シール部材が長手方向断面内で回転することが可能である。そのため、シール部材のオフセットに対する追従性が向上し、円弧状突起５２ａ、５２ｂとシール溝シール面３８ｂ、３８ｄとの接触をより確実に維持することができる。また、シール部材の拘束を回避することも可能となるため、シール部材が変形する恐れを低減でき、シール装置の信頼性も向上する。

また、ガスパス９側両端の円弧状突起５２ａ、５２ｂの半径方向高さｈは、設計上予想される半径方向オフセット量の最大値Δｒよりも大きく、ｈ＞Δｒの関係を有する。このように構成することで、シール溝エッジ部４２ｃ、４２ｄと、シール部材３６ｂのガスパス９側両端の円弧状突起５２ａ、５２ｂ以外の部分での接触を防止できる。従って、従来の平板状シールプレートと比較して、設計上予想される以上にオフセットが進んでも、シール部材３６ｂの中央部とシール溝エッジ部４２ｃ、或いはシール溝エッジ部４２ｄとが干渉する恐れを低減することができる。これにより、シール部材が変形する恐れを低減でき、シール装置の信頼性を高めることが可能である。

さらに、本実施例では、エッジ部シール面３９ａ、３９ｃを平面としたが、第２段静翼供給キャビティ１３側中央の円弧状突起５１と同等の曲率を有する曲面のエッジ部シール面を形成することでも、同様に位置が決められる（図示せず）。これにより、シール部材３６ｂの周方向及び半径方向位置が決まるので、シール溝３２ｂとシール溝３５ａで形成される空間内でシール部材３６ｂが周方向及び半径方向自由に平行移動することに起因する摩擦損傷の恐れを低減し、シール装置の信頼性を高めることができる。

図８を用いて、ガスタービン１の運転中のシール装置について説明する。図８は、図７で説明した、本発明の第１の実施例であるシール装置の、ガスタービン１の運転時における状態を示す。ガスタービン１の運転を開始すると、先述したように、静翼体セグメント２１ａ、２１ｂに熱伸びが生じる。

この熱伸びにより、周方向では、組立時のセグメント間隙δc_coldが、δc_hotまで狭まる。セグメント間隙が狭まると、静翼体セグメント２１ａ、２１ｂの動きに連動して、第２段静翼供給キャビティ１３側中央の円弧状突起５１が、エッジ部シール面３９ａ、３９ｃに接触する。この接触により、ガスパス９側両端の円弧状突起５２ａ、５２ｂの接触に加えて、新たなシール箇所が形成されることになる。また、この接触で接触力が発生し、その力は半径方向ガスパス９側を向く成分を持っている。この力成分が、半径方向ガスパス９側方向に、シール部材３６ｂを押し付ける作用を生み出す。この作用により、シール部材３６ｂのガスパス９側両端の円弧状突起５２ａ、５２ｂと、シール溝シール面３８ｂ、３８ｄとの接触箇所で、接触圧力が増大することになる。この接触圧力増大により、従来ドックボーン型シールプレートの線接触と比較して、シール効果を高めることができる。

この作用については、第２段静翼供給キャビティ１３側の中央部に有する突起、及び、ガスパス９側の両端部に有する突起が円弧形状である場合に限らず、また、エッジ部シール面が平面である場合に限られるものではない。

一方、静翼体セグメント２１ａ、２１ｂ間には、熱流動上の熱偏差に伴う半径方向の熱伸び偏差によりδr_hotの段差が生じる。即ち、シール溝にオフセットが生じる。この時、本実施例におけるシール部材３６ｂは、ガスパス９側両端の円弧状突起５２ａ、５２ｂと、シール溝シール面３８ｂ、３８ｄとの接触を維持したまま、静翼体セグメントの動きに連動して、長手方向の断面内で回転する。このようにシール部材３６ｂが回転することで、オフセットに対応することができる。前記第２段静翼供給キャビティ１３側中央の円弧状突起５１と、エッジ部シール面３９ａ、３９ｃとの接触も維持されるので、シール効果は低下しない。

以上のように、第２段静翼供給キャビティ１３とガスパス９の間のセグメント間隙δc_hotによる連通が、運転中の常時にわたり遮断されるため、このセグメント間隙からのリークを抑制できる。

このように、シール部材３６ｂで半径方向のリークが抑制されると、第２段静翼供給キャビティ１３とガスパス９との間に生じる圧力差が、シール部材３６ｂをシール溝シール面３８ｂ、３８ｄに押し付ける力を増大させるように作用するため、より高いシール効果を得ることができる。

また、本実施例では、半径方向オフセット変形量によらず、長手方向の断面内４箇所、例えばシール溝シール面３８ｂ、３８ｄ及びエッジ部シール面３９ａ、３９ｃでシール箇所を形成することになる。これにより、シール部材３６ｂの周方向及び半径方向の平行移動を抑え、シール装置の信頼性を高めることができる。これは、シール部材３６ｂが、第２段静翼供給キャビティ１３側の中央部に突起、及び、ガスパス９側の両端部にそれぞれ突起を有すると共に、シール溝３２ｂ、３５ａからセグメント対向面に向かって拡開する形状の拡開部を形成する、エッジ部シール面３９ａ、３９ｂを備えることによる。

なお、本実施例で説明したシール装置においては、シール部材３６が中実構造のため、プレス加工による一体成型が可能である。また、シール溝エッジ部を成形して、エッジ部シール面を平面に加工するのは容易である。このようにすれば、オフセットに対応し、シール性能低下を抑制するシール装置でありながら、コスト増大を抑えることが可能である。即ち、シール性能とコスト抑制との両立に寄与することができる。

図９を用いて、本発明の第２の実施例であるシール装置について説明する。
図９は、本発明の第２の実施例であるシール部材３６ｃの詳細形状と装着時の状態を示す。実施例１では、シール部材３６ｂは中実構造としていたが、実施例２では、シール部材３６ｃは中空構造を取ることで、シール部材３６ｃに弾性力を付加する。実施例２では、第２段静翼供給キャビティ１３側中央の突起５３、及び、ガスパス９側両端の突起５４ａ、５４ｂをそれぞれ有する。但し、突起の断面形状は円弧形状に限らなくてもよい。実施例２では、シール部材３６ｃの弾性力により、円弧状の突起でなくとも実施例１と同等、或いは、それ以上のシール効果を得ることができる。また、シール部材３６ｃの弾性力により、中実構造よりもシール装置の耐久性が向上し、高い信頼性を得ることができる。

図１０を用いて、本発明の第３の実施例であるシール装置について説明する。
図１０は、本発明の第３の実施例であるシール部材３６ｄの詳細形状と装着時の状態を示す。本実施例のシール部材３６ｄは、剛性の高い平板状の部材と弾性力を有する弾性部材で構成され、弾性部材によって第２段静翼供給キャビティ１３側中央の弾性突起５５、ガスパス９側両端の弾性突起５６ａ、５６ｂが構成される。平板状の部材は、弾性突起５５、５６ａ、５６ｂを形成する弾性部材よりも高い剛性を備える。一方、弾性部材は平板状の部材よりも弾性に優れる。なお、突起部を構成している弾性部材と平板状のシール部材は、予め貼り合わせる等して一体の部材にした方が、突起の位置決めを精度良くできるが、この限りではない。

このようにして、実施例１及び実施例２と同様の断面形状を持つ構成にしても、同様のシール効果を得ることが可能である。また、突起を弾性部材で構成することによって、設計上予想される以上にオフセットが進んでも、シール部材が拘束される恐れを低減でき、耐久性を向上させることができる。

上述した本発明の各実施例では、第２段静翼体の外径側エンドウォールについて説明し、外径側エンドウォール３７ｂが外径側エンドウォール３１ａに対して、半径方向外側（図面での上方向）にずれるオフセットの場合を説明したが、その逆のオフセットでも、同様の効果が成立するのは明らかである。さらに、外径側エンドウォールのみならず、内径側エンドウォール、多段の静翼セグメント、動翼のシュラウドや静翼ダイアフラム、或いは、これ以外の熱偏差を伴う部材間にも適用すれば、さらに大きな効果が期待できるのは自明である。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
５ 発電機
６ａ、６ｂ、７ 冷却空気経路
９ ガスパス
１０ａ 第１段静翼
１０ｂ 第１段動翼
１１ａ 第２段静翼
１１ｂ 第２段動翼
１２ ケーシング
１３ 第２段静翼供給キャビティ
１４ ダイアフラムキャビティ
１５ ダイアフラム
１６ａ、１６ｂ ホイールスペース
１９ａ 第１段ホイール
１９ｂ 第２段ホイール
２１ 第２段静翼体
２１ａ、２１ｂ 静翼体セグメント
２２ スペーサー
２３ シールフィン
３１ａ、３７ｂ 外径側エンドウォール
３１ｂ 内径側エンドウォール
３２ａ〜３２ｃ、３３ａ〜３３ｃ、３４ａ〜３４ｇ、３５ａ シール溝
３６ シール部材
３６ａ 平板状シールプレート
３６ｂ 実施例１のシール部材
３６ｃ 実施例２のシール部材
３６ｄ 実施例３のシール部材
３８ａ〜３８ｄ シール溝シール面
３９ａ、３９ｃ エッジ部シール面
４１ａ、４１ｂ セグメント対向面
４２ａ〜４２ｄ シール溝エッジ部
５１ 第２段静翼供給キャビティ１３側中央の突起
５２ａ、５２ｂ ガスパス９側両端の突起
５３ 第２段静翼供給キャビティ１３側中央の突起
５４ａ、５４ｂ ガスパス９側両端の突起
５５ 第２段静翼供給キャビティ１３側中央の弾性突起
５６ａ、５６ｂ ガスパス９側両端の弾性突起

Claims (9)

1. 複数個のセグメントから成る構成部材の、互いに隣接する前記セグメントの対向する面にそれぞれ設けられたシール溝と、
   前記シール溝に跨がるように挿入され、前記隣接するセグメントの間を通過する洩れ流体の流れをシールするシール部材であって前記シール溝の長さ方向に沿う方向を長手方向とするシール部材とを備えたシール装置において、
   前記シール溝は、前記シール部材よりも前記洩れ流体の流れ方向の上流側に形成される第１のシール溝面と、前記シール部材よりも前記洩れ流体の流れ方向の下流側に前記第１のシール溝面と対向するように形成される第２のシール溝面と、前記第１のシール溝面と前記隣接するセグメントの対向する面とを接続するエッジ部シール面によって形成される開口部とを有し、
   前記シール部材は、前記シール部材の長手方向に垂直な断面形状が、前記洩れ流体の流れ方向の上流側の中央部と、前記洩れ流体の流れ方向の下流側の両端部とに突起を有する形状に形成され、
   前記シール溝の前記開口部は、前記隣接するセグメントの対向する面に向かって拡開する形状に形成されていることを特徴とするシール装置。
2. 請求項１に記載のシール装置において、
   前記シール部材の長手方向に垂直な断面内で、前記シール部材の前記第１のシール溝面側の中央部に形成された突起の最大幅が、前記隣接するセグメントの対向する面にそれぞれ設けられた前記シール溝の前記開口部の幅よりも大きいことを特徴とするシール装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のシール装置において、
   前記複数のセグメントは周方向に環状配置されており、
   前記第２のシール溝面側の両端部にそれぞれ形成された突起の高さが同等であり、
   その高さは、前記環状配置された複数のセグメントにおける前記隣接セグメント間の半径方向最大ずれ量より大きい関係を有することを特徴とするシール装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のシール装置において、
   前記シール部材は、前記第１のシール溝面側の中央部に形成された突起が、前記シール部材の長手方向に垂直な断面内で、円弧形状であることを特徴とするシール装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のシール装置において、
   前記シール部材は、前記第２のシール溝面側の両端部に形成された突起がそれぞれ、前記シール部材の長手方向に垂直な断面内で、円弧形状であることを特徴とするシール装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のシール装置において、
   前記エッジ部シール面が平面であることを特徴とするシール装置。
7. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のシール装置において、
   前記エッジ部シール面が、前記シール部材の長手方向に垂直な断面内で円弧形状となる曲面であって、その曲率が前記シール部材の前記第１のシール溝面側の中央部に形成された突起の曲率と同等であることを特徴とするシール装置。
8. 請求項１に記載のシール装置において、
   前記シール部材が、中空構造で構成されていることを特徴とするシール装置。
9. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のシール装置において、
   前記シール部材が、平板状部材と前記突起を形成する部材とによって構成され、
   前記平板状部材が、前記突起を形成する部材よりも剛性の高い部材であって、
   前記突起を形成する部材が、前記平板状部材よりも弾性に優れた弾性部材であることを特徴とするシール装置。