JPH05113136A - セラミツクガスタービン - Google Patents
セラミツクガスタービンInfo
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- JPH05113136A JPH05113136A JP27544191A JP27544191A JPH05113136A JP H05113136 A JPH05113136 A JP H05113136A JP 27544191 A JP27544191 A JP 27544191A JP 27544191 A JP27544191 A JP 27544191A JP H05113136 A JPH05113136 A JP H05113136A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃焼器１の間、燃焼器１と静翼段２、静翼段
２と動翼段３のそれぞれの間隙からの燃焼ガス漏洩量を
低減する。 【構成】 燃焼器１と静翼段２、静翼段２と動翼段３シ
ュラウドの間には、耐熱性に優れたシール体２８を室温
と運転温度の温度差による要素間の隙間変化を許容する
取付部２７で保持している。燃焼器１相互間にはバネ作
用をもつ取付部２９によりシール体３０を押圧する。静
翼段２の内周側と回転する動翼段３の内周側の支持部材
間に微小間隙をもった周方向シール材２４を設け、該微
小間隙からシール空気を流出させて燃焼ガスをシールす
る。これらにより、冷却空気量の低減、燃焼ガス温度の
低下防止、セラミック要素の熱応力低減によって、セラ
ミックガスタービンの熱効率向上と信頼性向上の効果が
ある。
２と動翼段３のそれぞれの間隙からの燃焼ガス漏洩量を
低減する。 【構成】 燃焼器１と静翼段２、静翼段２と動翼段３シ
ュラウドの間には、耐熱性に優れたシール体２８を室温
と運転温度の温度差による要素間の隙間変化を許容する
取付部２７で保持している。燃焼器１相互間にはバネ作
用をもつ取付部２９によりシール体３０を押圧する。静
翼段２の内周側と回転する動翼段３の内周側の支持部材
間に微小間隙をもった周方向シール材２４を設け、該微
小間隙からシール空気を流出させて燃焼ガスをシールす
る。これらにより、冷却空気量の低減、燃焼ガス温度の
低下防止、セラミック要素の熱応力低減によって、セラ
ミックガスタービンの熱効率向上と信頼性向上の効果が
ある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックガスタービ
ンに係わり、特に燃焼ガスのシール構造に関する。
ンに係わり、特に燃焼ガスのシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の金属製ガスタービンの主要部縦断
面を図２に示す。燃焼器１はタービン軸を中心として円
周上に複数個設置されている。燃焼器１へは燃料と圧縮
機４により高圧に圧縮された燃焼用空気とが供給され、
燃焼し、高温、高圧の燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは
燃焼器１の後流側に間隙を介して環状に設置された静翼
段２を通った後に可動部である動翼段３に導かれ、動翼
段３を外周に環状に設置したロータ５に回転動力を発生
する。大容量の産業用ガスタービンでは静翼段２及び動
翼段３は複数の対で設置されることが多く、図２には初
段から３段までの３組から構成される場合を示してい
る。燃焼ガスの圧力、温度は初段が最も高く、後段に行
くほど低くなる。このため、以下の説明では燃焼器、初
段静翼段及び動翼段について述べるが、２段及び３段の
静翼段、動翼段についても同様である。高温の燃焼ガス
が流れる燃焼ガス通流路を構成する要素、すなわち燃焼
器１、静翼段２、動翼段３は耐熱合金で製造されると共
に、冷却空気によって該耐熱合金の耐熱使用温度まで冷
却されている。
面を図２に示す。燃焼器１はタービン軸を中心として円
周上に複数個設置されている。燃焼器１へは燃料と圧縮
機４により高圧に圧縮された燃焼用空気とが供給され、
燃焼し、高温、高圧の燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは
燃焼器１の後流側に間隙を介して環状に設置された静翼
段２を通った後に可動部である動翼段３に導かれ、動翼
段３を外周に環状に設置したロータ５に回転動力を発生
する。大容量の産業用ガスタービンでは静翼段２及び動
翼段３は複数の対で設置されることが多く、図２には初
段から３段までの３組から構成される場合を示してい
る。燃焼ガスの圧力、温度は初段が最も高く、後段に行
くほど低くなる。このため、以下の説明では燃焼器、初
段静翼段及び動翼段について述べるが、２段及び３段の
静翼段、動翼段についても同様である。高温の燃焼ガス
が流れる燃焼ガス通流路を構成する要素、すなわち燃焼
器１、静翼段２、動翼段３は耐熱合金で製造されると共
に、冷却空気によって該耐熱合金の耐熱使用温度まで冷
却されている。
【０００３】ガスタービンの熱効率を向上するためには
燃焼ガスの高温化と冷却空気量の低減が挙げられる。こ
の高温化のために、燃焼ガス通流路の内壁を構成する部
材として耐熱使用温度の高い耐熱超合金の開発や、高温
強度に優れる構造用セラミックスの利用が有効であると
考えられ、セラミックガスタービンの開発が進められて
いる。
燃焼ガスの高温化と冷却空気量の低減が挙げられる。こ
の高温化のために、燃焼ガス通流路の内壁を構成する部
材として耐熱使用温度の高い耐熱超合金の開発や、高温
強度に優れる構造用セラミックスの利用が有効であると
考えられ、セラミックガスタービンの開発が進められて
いる。
【０００４】大容量のセラミックガスタービンはまだ実
用段階に達していないが、部分的にセラミックを使用し
た技術、例えばセラミック静翼段に関しては特開昭６１
−８９９０９号公報、特開昭６１−８９９０６号公報に
開示されている。そのセラミック静翼段の軸直角方向縦
断面を図３に示す。静翼要素は円周上に放射状に配置さ
れており、図の上側がガスタービンの外周側、下側が同
じく内周側に相当する。この静翼要素は燃焼ガスに直接
曝されるセラミック製の翼体９、ウォール１０とウォー
ル１１並びにそれらを支持する金属製の内シュラウド１
４、外シュラウド１５と軸芯２５から構成されており、
セラミック部品と金属部品の間には断熱部材１２、１３
が介在している。冷却空気は点線矢印で示すように軸芯
２５を冷却した後、セラミック翼体９、ウォール１０、
１１で形成される燃焼ガス通流路内に流出する。一方、
隣接する静翼要素の内シュラウド１４，外シュラウド１
５間には金属製シール板２６が挿入され、燃焼ガスの流
出を防いでいる。また、従来のセラミック燃焼器の構造
は特願平１−５１３８２号公報に開示されており、燃焼
ガスに接する内面にセラミック部品を配し、そのセラミ
ック部品は断熱部材を介して金属部品で支えられている
点はセラミック静翼の場合と類似である。また、セラミ
ックス動翼の例としては、セラミックスで作製した翼部
を金属製のディスクに嵌合したセラミック動翼が下記の
文献に記載されている。
用段階に達していないが、部分的にセラミックを使用し
た技術、例えばセラミック静翼段に関しては特開昭６１
−８９９０９号公報、特開昭６１−８９９０６号公報に
開示されている。そのセラミック静翼段の軸直角方向縦
断面を図３に示す。静翼要素は円周上に放射状に配置さ
れており、図の上側がガスタービンの外周側、下側が同
じく内周側に相当する。この静翼要素は燃焼ガスに直接
曝されるセラミック製の翼体９、ウォール１０とウォー
ル１１並びにそれらを支持する金属製の内シュラウド１
４、外シュラウド１５と軸芯２５から構成されており、
セラミック部品と金属部品の間には断熱部材１２、１３
が介在している。冷却空気は点線矢印で示すように軸芯
２５を冷却した後、セラミック翼体９、ウォール１０、
１１で形成される燃焼ガス通流路内に流出する。一方、
隣接する静翼要素の内シュラウド１４，外シュラウド１
５間には金属製シール板２６が挿入され、燃焼ガスの流
出を防いでいる。また、従来のセラミック燃焼器の構造
は特願平１−５１３８２号公報に開示されており、燃焼
ガスに接する内面にセラミック部品を配し、そのセラミ
ック部品は断熱部材を介して金属部品で支えられている
点はセラミック静翼の場合と類似である。また、セラミ
ックス動翼の例としては、セラミックスで作製した翼部
を金属製のディスクに嵌合したセラミック動翼が下記の
文献に記載されている。
【０００５】文献 「GRI Seminar on Application
s for and Designing with HighTemperature Material
s (April 6 and 7,1989)1〜40」 ガスタービンは上述したように、円周状に配置された複
数個の燃焼器の間、燃焼器、静翼段、動翼段それぞれの
間には間隙があり、燃焼ガスがそれらの間隙から極力、
漏洩しないようにシール構造を具える必要がある。これ
は燃焼ガスのエネルギーを有効に利用する点と、漏洩し
た燃焼ガスによる燃焼ガス通流路外の部材の加熱防止に
より冷却空気量を低減する点から重要な技術である。
s for and Designing with HighTemperature Material
s (April 6 and 7,1989)1〜40」 ガスタービンは上述したように、円周状に配置された複
数個の燃焼器の間、燃焼器、静翼段、動翼段それぞれの
間には間隙があり、燃焼ガスがそれらの間隙から極力、
漏洩しないようにシール構造を具える必要がある。これ
は燃焼ガスのエネルギーを有効に利用する点と、漏洩し
た燃焼ガスによる燃焼ガス通流路外の部材の加熱防止に
より冷却空気量を低減する点から重要な技術である。
【０００６】従来の金属製ガスタービンで実施されてい
る燃焼ガスのシール構造をセラミックガスタービンに適
用した例が図３である。問題点を説明すると、図３にお
いて燃焼ガスは実線矢印で示すように隣り合う翼体９の
隙間から、金属内シュラウド１４、金属外シュラウド１
５、金属シール板２６へと流出するので、その周辺を加
熱する。このため、これら金属部材の冷却が必要にな
り、冷却空気が点線矢印で示すように軸芯２５からセラ
ミック翼体９とセラミックウォール１０，１１間を通り
供給されなければならない。
る燃焼ガスのシール構造をセラミックガスタービンに適
用した例が図３である。問題点を説明すると、図３にお
いて燃焼ガスは実線矢印で示すように隣り合う翼体９の
隙間から、金属内シュラウド１４、金属外シュラウド１
５、金属シール板２６へと流出するので、その周辺を加
熱する。このため、これら金属部材の冷却が必要にな
り、冷却空気が点線矢印で示すように軸芯２５からセラ
ミック翼体９とセラミックウォール１０，１１間を通り
供給されなければならない。
【０００７】このように、従来の金属製ガスタービンの
シール構造をそのままセラミックガスタービンに適用す
ると冷却空気量の低減が困難という問題がある。
シール構造をそのままセラミックガスタービンに適用す
ると冷却空気量の低減が困難という問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】セラミック部材を用い
たセラミックガスタービンの従来技術は、燃焼器、静翼
段、動翼段各々のセラミック要素の基本構造についての
み開示したものである。例えば、図３に示した従来のセ
ラミック静翼では円周方向の静翼相互間の燃焼ガスのシ
ール構造が開示されているが、燃焼ガス通流路を形成す
る燃焼器と静翼段間、静翼段と動翼段間に熱変形を考慮
して設けた間隙から燃焼ガスが流出するのを防止するた
めのシール構造については配慮がなされていないのであ
る。
たセラミックガスタービンの従来技術は、燃焼器、静翼
段、動翼段各々のセラミック要素の基本構造についての
み開示したものである。例えば、図３に示した従来のセ
ラミック静翼では円周方向の静翼相互間の燃焼ガスのシ
ール構造が開示されているが、燃焼ガス通流路を形成す
る燃焼器と静翼段間、静翼段と動翼段間に熱変形を考慮
して設けた間隙から燃焼ガスが流出するのを防止するた
めのシール構造については配慮がなされていないのであ
る。
【０００９】本発明の目的は、燃焼器と初段静翼段間
隙、静翼段と動翼段の間隙、及び隣接燃焼器の間隙から
燃焼ガスの漏洩する量を低減するシール構造を持ったセ
ラミックガスタービンを提供することにある。
隙、静翼段と動翼段の間隙、及び隣接燃焼器の間隙から
燃焼ガスの漏洩する量を低減するシール構造を持ったセ
ラミックガスタービンを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、静翼段と動翼段が間隙を介して交互に列設され、初
段の静翼段に燃焼器が間隙を介して隣接して設けられ、
この燃焼器の少なくとも燃焼ガス通流路が金属性のフレ
ームの内側にセラミック内壁部材を設けた構造とされ、
前記静翼段と動翼段の翼体と燃焼ガス通流路の内壁面と
が金属部材からなる支持部材によって支持されたセラミ
ック部材によって形成され、この支持部材が空気によっ
て冷却される構成とされてなるセラミックガスタービン
において、前記燃焼器と前記初段静翼段との燃焼ガス通
流路端部の間隙部と、前記静翼段と前記動翼段の燃焼ガ
ス通流路の静止端部との間隙部とに、それぞれ弾性と耐
熱性を有するシール部材が装着され、前記静翼段の燃焼
ガス通流路端部と前記動翼段の燃焼ガス通流路の回転端
部との間隙部に、一端がいずれか一方の燃焼ガス通流路
端部の支持部材に支持され先端部が他方の支持部材に微
小間隙を介して近接させて延在された周方向シール部材
が設けられたことを特徴とするセラミックガスタービン
としたのである。
に、静翼段と動翼段が間隙を介して交互に列設され、初
段の静翼段に燃焼器が間隙を介して隣接して設けられ、
この燃焼器の少なくとも燃焼ガス通流路が金属性のフレ
ームの内側にセラミック内壁部材を設けた構造とされ、
前記静翼段と動翼段の翼体と燃焼ガス通流路の内壁面と
が金属部材からなる支持部材によって支持されたセラミ
ック部材によって形成され、この支持部材が空気によっ
て冷却される構成とされてなるセラミックガスタービン
において、前記燃焼器と前記初段静翼段との燃焼ガス通
流路端部の間隙部と、前記静翼段と前記動翼段の燃焼ガ
ス通流路の静止端部との間隙部とに、それぞれ弾性と耐
熱性を有するシール部材が装着され、前記静翼段の燃焼
ガス通流路端部と前記動翼段の燃焼ガス通流路の回転端
部との間隙部に、一端がいずれか一方の燃焼ガス通流路
端部の支持部材に支持され先端部が他方の支持部材に微
小間隙を介して近接させて延在された周方向シール部材
が設けられたことを特徴とするセラミックガスタービン
としたのである。
【００１１】燃焼器と初段静翼段との燃焼ガス通流路の
間隙部に装着されたシール部材の燃焼ガス通流路の反対
側に、燃焼器のフレームから静翼段の支持部材に渡して
金属性のシール板を設ければ、シール効果は更に高めら
れる。また、前記シール部材を装着せず、前記金属製の
シール板を設けるだけでもよい。
間隙部に装着されたシール部材の燃焼ガス通流路の反対
側に、燃焼器のフレームから静翼段の支持部材に渡して
金属性のシール板を設ければ、シール効果は更に高めら
れる。また、前記シール部材を装着せず、前記金属製の
シール板を設けるだけでもよい。
【００１２】また、隣り合う燃焼器の燃焼ガス通流路端
面間に渡してかつその端面に押圧させてシール部材を設
けてもよい。
面間に渡してかつその端面に押圧させてシール部材を設
けてもよい。
【００１３】また、弾性と耐熱性を有するシール部材と
して、取付け部としてセラミック繊維、セラミックバネ
又はバネ効果を有する耐熱材、シール体として構造用セ
ラミック又はセラミック複合材等の通気性が無く耐熱性
と断熱性を有する無機材が好ましい。
して、取付け部としてセラミック繊維、セラミックバネ
又はバネ効果を有する耐熱材、シール体として構造用セ
ラミック又はセラミック複合材等の通気性が無く耐熱性
と断熱性を有する無機材が好ましい。
【００１４】
【作用】このように構成されることから、本発明によれ
ば次の作用により上記目的が達成される。まず、燃焼ガ
ス通流路を形成する燃焼器と静翼段、静翼段と動翼段の
静止端部の間隙は、それぞれ弾性と耐熱性を有する軸方
向シールを装着することでシールされる。次に、静翼段
と動翼段回転端部の間隙は、微小間隙を介して近接させ
て延在された周方向シール部材でシールされる。さら
に、隣接する燃焼器の間隙は、その端面に押圧した弾性
と耐熱性を有するシール部材でシールされる。
ば次の作用により上記目的が達成される。まず、燃焼ガ
ス通流路を形成する燃焼器と静翼段、静翼段と動翼段の
静止端部の間隙は、それぞれ弾性と耐熱性を有する軸方
向シールを装着することでシールされる。次に、静翼段
と動翼段回転端部の間隙は、微小間隙を介して近接させ
て延在された周方向シール部材でシールされる。さら
に、隣接する燃焼器の間隙は、その端面に押圧した弾性
と耐熱性を有するシール部材でシールされる。
【００１５】燃焼ガスシールの対象となる燃焼器、静翼
段と動翼段の静止端部は、室温と運転時の高温との間の
温度差により熱伸縮し、それらの間隙は変化するが、シ
ール部材は弾性と耐熱性があるのでそれらの変位を吸収
できるので常に完全なシール機能を果たすことができ
る。同様に、静翼段と動翼段回転端部の軸方向間隙も
亦、変化するが、周方向シール部材を微小間隙を介して
近接させているので、温度差による変位を吸収してシー
ル機能を保てる。
段と動翼段の静止端部は、室温と運転時の高温との間の
温度差により熱伸縮し、それらの間隙は変化するが、シ
ール部材は弾性と耐熱性があるのでそれらの変位を吸収
できるので常に完全なシール機能を果たすことができ
る。同様に、静翼段と動翼段回転端部の軸方向間隙も
亦、変化するが、周方向シール部材を微小間隙を介して
近接させているので、温度差による変位を吸収してシー
ル機能を保てる。
【００１６】また、燃焼器間の間隙についても、耐熱性
を有する通気性のないシール部材を端部側へ押圧してい
るので変位に対応できる。
を有する通気性のないシール部材を端部側へ押圧してい
るので変位に対応できる。
【００１７】このように燃焼ガスの燃焼ガス通流路から
の漏洩はシールされる。
の漏洩はシールされる。
【００１８】
【実施例】本発明の一実施例を図１から図１２を用いて
説明する。
説明する。
【００１９】図１は本発明の一実施例であるシール構造
を持つセラミックガスタービンのタービン初段部の縦断
面図である。図の上側がセラミックガスタービンの外周
側、下側が同内周側である。図の左側から、セラミック
燃焼器１の後流側の端部を示しており、続いて初段セラ
ミック静翼段２及び同セラミック動翼段３を示してい
る。この構成は従来の基本構造と同じである。
を持つセラミックガスタービンのタービン初段部の縦断
面図である。図の上側がセラミックガスタービンの外周
側、下側が同内周側である。図の左側から、セラミック
燃焼器１の後流側の端部を示しており、続いて初段セラ
ミック静翼段２及び同セラミック動翼段３を示してい
る。この構成は従来の基本構造と同じである。
【００２０】セラミック燃焼器１は、金属フレーム８の
内側に断熱部材７を介してセラミック内壁部材６を保持
する構造となっている。セラミック静翼段２は、燃焼ガ
ス通流路の内壁面となるセラミック翼体９、セラミック
ウォール１０、１１と断熱部材１２、１３を介してセラ
ミック部材を保持する金属内シュラウド１４、外シュラ
ウド１５とからなっている。セラミック動翼段３は、セ
ラミック翼体１６を金属製ディスク１７に嵌合し、該デ
ィスク１７には２枚の金属製固定板１８を金属製リベッ
ト１９により固定している。また、セラミック動翼段３
の外周には耐熱材で作製された動翼シュラウド２０が設
置されている。燃焼ガスは燃焼ガス通流路内を実線矢印
で示すように流れる。
内側に断熱部材７を介してセラミック内壁部材６を保持
する構造となっている。セラミック静翼段２は、燃焼ガ
ス通流路の内壁面となるセラミック翼体９、セラミック
ウォール１０、１１と断熱部材１２、１３を介してセラ
ミック部材を保持する金属内シュラウド１４、外シュラ
ウド１５とからなっている。セラミック動翼段３は、セ
ラミック翼体１６を金属製ディスク１７に嵌合し、該デ
ィスク１７には２枚の金属製固定板１８を金属製リベッ
ト１９により固定している。また、セラミック動翼段３
の外周には耐熱材で作製された動翼シュラウド２０が設
置されている。燃焼ガスは燃焼ガス通流路内を実線矢印
で示すように流れる。
【００２１】静止要素である上記セラミック静翼段２
と、セラミック燃焼器１および動翼シュラウド２０との
間には、半径方向の燃焼ガス流出を防止する軸方向シー
ル２１を具備している。該軸方向シール２１は室温とセ
ラミックガスタービン運転時の高温との間の温度変化に
より隣接する要素との間の寸法が変化するのに対応して
変形、あるいは動くことが可能であり、隣接する要素と
の間に間隙が生じることがないように押圧されている。
該軸方向シール２１を具えたセラミック静翼段２の部分
縦断面図を図４に示す。該軸方向シール２１はセラミッ
クウォール１１と金属外シュラウド１５との間の静翼断
熱部材１３の端部に、耐熱性と弾性変形に富んだ無機材
料、例えばセラミック繊維あるいはセラミックバネから
なる取付部２７と耐熱性に富み通気性のない無機材料、
例えば構造用セラミックスあるいはセラミック複合材か
らなるシール体２８とから構成されている。なお、図示
していないが、シール体２８に通路を設け、セラミック
静翼の冷却空気の排気孔とすることができる。
と、セラミック燃焼器１および動翼シュラウド２０との
間には、半径方向の燃焼ガス流出を防止する軸方向シー
ル２１を具備している。該軸方向シール２１は室温とセ
ラミックガスタービン運転時の高温との間の温度変化に
より隣接する要素との間の寸法が変化するのに対応して
変形、あるいは動くことが可能であり、隣接する要素と
の間に間隙が生じることがないように押圧されている。
該軸方向シール２１を具えたセラミック静翼段２の部分
縦断面図を図４に示す。該軸方向シール２１はセラミッ
クウォール１１と金属外シュラウド１５との間の静翼断
熱部材１３の端部に、耐熱性と弾性変形に富んだ無機材
料、例えばセラミック繊維あるいはセラミックバネから
なる取付部２７と耐熱性に富み通気性のない無機材料、
例えば構造用セラミックスあるいはセラミック複合材か
らなるシール体２８とから構成されている。なお、図示
していないが、シール体２８に通路を設け、セラミック
静翼の冷却空気の排気孔とすることができる。
【００２２】図１に示したセラミック燃焼器１は複数が
円周上に設置されるが、隣接するセラミック燃焼器１の
間に該セラミック燃焼器の端面と間隙を生じることなく
保持され、軸方向の燃焼ガス流出を防止する円周方向シ
ール２３を具備している。該円周方向シール２３の横断
面図を図５に示す。セラミック燃焼器１の金属フレーム
８に設けた溝に保持された取付部２９はバネ効果をも
ち、燃焼空気のシールをかねても良い。耐熱性を有し通
気性のない無機材料、例えば構造用セラミックスあるい
はセラミック複合材からなるシール体３０は取付け部２
９により、セラミック燃焼器１の燃焼ガス通流路端面に
押圧され間隙なく保持されている。すなわち、本発明に
よる軸方向及び円周方向シール構造２１、２３によれ
ば、燃焼ガスの漏洩による耐熱性の低い燃焼器金属フレ
ーム８、金属内シュラウド１４、金属外シュラウド１５
等の加熱を低減できる。
円周上に設置されるが、隣接するセラミック燃焼器１の
間に該セラミック燃焼器の端面と間隙を生じることなく
保持され、軸方向の燃焼ガス流出を防止する円周方向シ
ール２３を具備している。該円周方向シール２３の横断
面図を図５に示す。セラミック燃焼器１の金属フレーム
８に設けた溝に保持された取付部２９はバネ効果をも
ち、燃焼空気のシールをかねても良い。耐熱性を有し通
気性のない無機材料、例えば構造用セラミックスあるい
はセラミック複合材からなるシール体３０は取付け部２
９により、セラミック燃焼器１の燃焼ガス通流路端面に
押圧され間隙なく保持されている。すなわち、本発明に
よる軸方向及び円周方向シール構造２１、２３によれ
ば、燃焼ガスの漏洩による耐熱性の低い燃焼器金属フレ
ーム８、金属内シュラウド１４、金属外シュラウド１５
等の加熱を低減できる。
【００２３】さらに、図１に示すように燃焼器金属フレ
ーム８の外周に設けた溝と金属内シュラウド１４、金属
外シュラウド１５の端部に設けた溝の間には金属製のシ
ール板２２を設置し、燃焼用の空気が燃焼ガス通流路内
に流入することを防止しているので、軸方向シール２１
に不具合が生じたときにも、セラミック部品が冷却され
るのを防止し、セラミック部品に大きな熱応力が発生
し、ひいては破壊するのを避けることができる効果があ
る。
ーム８の外周に設けた溝と金属内シュラウド１４、金属
外シュラウド１５の端部に設けた溝の間には金属製のシ
ール板２２を設置し、燃焼用の空気が燃焼ガス通流路内
に流入することを防止しているので、軸方向シール２１
に不具合が生じたときにも、セラミック部品が冷却され
るのを防止し、セラミック部品に大きな熱応力が発生
し、ひいては破壊するのを避けることができる効果があ
る。
【００２４】次に、回転要素であるセラミック動翼段３
の内周側シールについての一例の詳細を図６に示す。図
６はセラミック動翼段内周側シールの部分縦断面図であ
り、図の下側は内周側となっている。周方向シール部材
２４は動翼段の固定板１８に設けられ、その先端は金属
内シュラウド１４と微小間隙を介して近接している。セ
ラミック静翼段２の金属内シュラウド１４には冷却空気
排気孔３１が周方向シール部材２４よりも反燃焼ガス通
流路側位置に設けられている。また、周方向シール部材
２４の内周側にはシール用の高圧空気が供給されている
ので、周方向シール部材２４の先端の微小間隙からはシ
ール空気および冷却空気が燃焼ガス通流路内に破線で示
すように流出している。これによって、燃焼ガスがセラ
ミック静翼段２とセラミック動翼段３の間の間隙に実線
で示すように流入して金属内シュラウド１４あるいは固
定板１８を加熱することを防いでいる。また、金属内シ
ュラウド１４に設けられた冷却空気排気孔３１が周方向
シール部材２４の内周側に設けられているので、ガスタ
ービン燃料の急遮断による燃焼ガス通流路内の圧力急低
下という緊急時にも、冷却空気の供給圧力と排気孔圧力
損失の差で決まる冷却空気の流量の変化が緩やかであ
り、セラミック部品を急冷し熱衝撃を与え破損にいたる
危険が少なく、信頼性向上の効果がある。
の内周側シールについての一例の詳細を図６に示す。図
６はセラミック動翼段内周側シールの部分縦断面図であ
り、図の下側は内周側となっている。周方向シール部材
２４は動翼段の固定板１８に設けられ、その先端は金属
内シュラウド１４と微小間隙を介して近接している。セ
ラミック静翼段２の金属内シュラウド１４には冷却空気
排気孔３１が周方向シール部材２４よりも反燃焼ガス通
流路側位置に設けられている。また、周方向シール部材
２４の内周側にはシール用の高圧空気が供給されている
ので、周方向シール部材２４の先端の微小間隙からはシ
ール空気および冷却空気が燃焼ガス通流路内に破線で示
すように流出している。これによって、燃焼ガスがセラ
ミック静翼段２とセラミック動翼段３の間の間隙に実線
で示すように流入して金属内シュラウド１４あるいは固
定板１８を加熱することを防いでいる。また、金属内シ
ュラウド１４に設けられた冷却空気排気孔３１が周方向
シール部材２４の内周側に設けられているので、ガスタ
ービン燃料の急遮断による燃焼ガス通流路内の圧力急低
下という緊急時にも、冷却空気の供給圧力と排気孔圧力
損失の差で決まる冷却空気の流量の変化が緩やかであ
り、セラミック部品を急冷し熱衝撃を与え破損にいたる
危険が少なく、信頼性向上の効果がある。
【００２５】図４には軸方向シール２１の取付部２７を
セラミック静翼段２に具備した例を示したが、セラミッ
ク燃焼器１あるいは動翼金属シュラウド２０に設けるこ
とによっても同様の効果が得られる。また、従来の金属
製の燃焼器、静翼段と動翼段とそれらの一部をセラミッ
クとした組み合わせセラミックガスタービンの場合も同
様である。図７に従来の金属製燃焼器に軸方向シール２
１を具えた例を示す。図は燃焼器の後流側端部の部分縦
断面図であり、燃焼器金属フレーム８の外周に図４で示
した実施例と同様に取付部２７と変形部２８から構成さ
れている。さらに、図５に示した円周方向シール２３は
セラミック燃焼器１に具備した例であるが、従来の金属
製燃焼器に具えても同様の効果が得られる。
セラミック静翼段２に具備した例を示したが、セラミッ
ク燃焼器１あるいは動翼金属シュラウド２０に設けるこ
とによっても同様の効果が得られる。また、従来の金属
製の燃焼器、静翼段と動翼段とそれらの一部をセラミッ
クとした組み合わせセラミックガスタービンの場合も同
様である。図７に従来の金属製燃焼器に軸方向シール２
１を具えた例を示す。図は燃焼器の後流側端部の部分縦
断面図であり、燃焼器金属フレーム８の外周に図４で示
した実施例と同様に取付部２７と変形部２８から構成さ
れている。さらに、図５に示した円周方向シール２３は
セラミック燃焼器１に具備した例であるが、従来の金属
製燃焼器に具えても同様の効果が得られる。
【００２６】図８は図５に示した円周方向シール２３の
他の実施例の横断面図であってシール部が耐熱性と靭性
に富んだ無機材料、例えばセラミック複合材からなる内
層３２と耐熱性に富み通気性の無い無機材料、例えば構
造用セラミックス３３からなる外層の２種類の材料から
成っている。取付け部２９が組み込まれている内層３２
が靭性に富むため、外力が加わったときも破壊する危険
性が少なく信頼性の向上が図れる。内層３２と外層３３
は一体成形あるいは接合によって製作できる。また、図
９に示すように内、外層３２、３３に嵌合構造も併設す
ることにより接合信頼性の向上が出来る。さらに、図１
０に示すように取付部２９とシール体３０を嵌合して装
着しても良い。
他の実施例の横断面図であってシール部が耐熱性と靭性
に富んだ無機材料、例えばセラミック複合材からなる内
層３２と耐熱性に富み通気性の無い無機材料、例えば構
造用セラミックス３３からなる外層の２種類の材料から
成っている。取付け部２９が組み込まれている内層３２
が靭性に富むため、外力が加わったときも破壊する危険
性が少なく信頼性の向上が図れる。内層３２と外層３３
は一体成形あるいは接合によって製作できる。また、図
９に示すように内、外層３２、３３に嵌合構造も併設す
ることにより接合信頼性の向上が出来る。さらに、図１
０に示すように取付部２９とシール体３０を嵌合して装
着しても良い。
【００２７】図１１はセラミック動翼段３の内周側シー
ル構造の他の実施例を示す。金属内シュラウド１４がセ
ラミック動翼段３の周方向シール部材２４先端の微小間
隙よりも反燃焼ガス通流路側にある。このため、金属内
シュラウド１４が燃焼ガスにより直接加熱されることが
無くセラミック静翼段３の冷却空気量の低減に効果があ
る。
ル構造の他の実施例を示す。金属内シュラウド１４がセ
ラミック動翼段３の周方向シール部材２４先端の微小間
隙よりも反燃焼ガス通流路側にある。このため、金属内
シュラウド１４が燃焼ガスにより直接加熱されることが
無くセラミック静翼段３の冷却空気量の低減に効果があ
る。
【００２８】図１２は他の実施例を示すタービン初段部
の縦断面図である。このシール構造によれば、冷却空気
およびシール空気を、燃焼器断熱部材７と燃焼器金属フ
レーム８の間、静翼断熱部材１２と金属内シュラウド１
４の間、静翼断熱部材１３と金属外シュラウド１５の間
から燃焼ガス通流路内に放出することにより、燃焼ガス
が金属部材の方へ侵入してそれを加熱することを緩和で
きる。この場合、セラミック動翼段３の内周側シールに
は図６に示したものを適用すればよい。
の縦断面図である。このシール構造によれば、冷却空気
およびシール空気を、燃焼器断熱部材７と燃焼器金属フ
レーム８の間、静翼断熱部材１２と金属内シュラウド１
４の間、静翼断熱部材１３と金属外シュラウド１５の間
から燃焼ガス通流路内に放出することにより、燃焼ガス
が金属部材の方へ侵入してそれを加熱することを緩和で
きる。この場合、セラミック動翼段３の内周側シールに
は図６に示したものを適用すればよい。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃焼ガスの流出する量を低減できるシール構造を設けた
から、セラミック部材を支持している金属部材の加熱が
緩和され、従来の金属製ガスタービンに比べて冷却空気
量を大幅に少なくできる。冷却空気量が低減できれば、
さらに、冷却空気の流入による燃焼ガス温度の低下を緩
和できる。これらの結果、セラミックガスタービンの熱
効率を向上する効果がある。
燃焼ガスの流出する量を低減できるシール構造を設けた
から、セラミック部材を支持している金属部材の加熱が
緩和され、従来の金属製ガスタービンに比べて冷却空気
量を大幅に少なくできる。冷却空気量が低減できれば、
さらに、冷却空気の流入による燃焼ガス温度の低下を緩
和できる。これらの結果、セラミックガスタービンの熱
効率を向上する効果がある。
【００３０】さらに、冷却空気量が低減されるので、セ
ラミック部材が冷却されて生じる大きな温度分布、すな
わち熱応力の発生が緩和され、セラミックガスタービン
の信頼性を向上する効果がある。
ラミック部材が冷却されて生じる大きな温度分布、すな
わち熱応力の発生が緩和され、セラミックガスタービン
の信頼性を向上する効果がある。
【図１】本発明の一実施例のセラミックガスタービン初
段部の縦断面図である。
段部の縦断面図である。
【図２】従来の金属製ガスタービンの主要部縦断面図で
ある。
ある。
【図３】従来のセラミック静翼段の軸直角方向縦断面図
である。
である。
【図４】本発明の一実施例の軸方向シール構造を具えた
セラミック静翼の部分縦断面図である。
セラミック静翼の部分縦断面図である。
【図５】本発明の一実施例の円周方向シール構造を具え
たセラミック燃焼器の部分横断面図である。
たセラミック燃焼器の部分横断面図である。
【図６】本発明の一実施例のセラミック動翼段内周側シ
ール構造の部分縦断面図である。
ール構造の部分縦断面図である。
【図７】従来の燃焼器の軸方向シール構造の部分縦断面
図である。
図である。
【図８】本発明の他の実施例の円周方向シール構造を具
えたセラミック燃焼器の部分横断面図である。
えたセラミック燃焼器の部分横断面図である。
【図９】図８の詳細構造を示す部分横断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例の円周方向シール構造の
横断面図である。
横断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例のセラミック動翼段内周
側シール構造の部分縦断面図である。
側シール構造の部分縦断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例のセラミックガスタービ
ン初段部の縦断面図である。
ン初段部の縦断面図である。
１ セラミック燃焼器 ２ セラミック静翼段 ３ セラミック動翼段 ４ 圧縮機 ５ ロータ ６ 燃焼器セラミック内壁 ７ 燃焼器断熱部材 ８ 燃焼器金属フレーム ９ セラミック翼体 １０ セラミックウォール １１ セラミックウォール １２ 静翼断熱部材 １３ 静翼断熱部材 １４ 金属内シュラウド １５ 金属外シュラウド １６ セラミック翼体 １８ 固定板 ２０ 動翼金属シュラウド ２１ 軸方向シール ２２ シール板 ２３ 円周方向シール ２４ 周方向シール部材 ２５ 軸芯 ２７ 取付部 ２８ シール体 ２９ 取付部 ３０ シール体 ３１ 冷却空気排気孔 ３２ 内層 ３３ 外層 ３４ 燃焼ガス流 ３５ 冷却空気流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久松 暢 神奈川県横須賀市芦名２−24−41 (72)発明者 百合 功 神奈川県横須賀市萩野11−27 電研松山寮
Claims (6)
- 【請求項１】 静翼段と動翼段が間隙を介して交互に列
設され、初段の静翼段に燃焼器が間隙を介して隣接して
設けられ、この燃焼器の少なくとも燃焼ガス通流路が金
属性のフレームの内側にセラミック内壁部材を設けた構
造とされ、前記静翼段と動翼段の翼体と燃焼ガス通流路
の内壁面とが金属部材からなる支持部材によって支持さ
れたセラミック部材によって形成され、この支持部材が
空気によって冷却される構成とされてなるセラミックガ
スタービンにおいて、前記燃焼器と前記初段静翼段との
燃焼ガス通流路端部の間隙部と、前記静翼段と前記動翼
段の燃焼ガス通流路の静止端部との間隙部とに、それぞ
れ弾性と耐熱性を有するシール部材が装着され、前記静
翼段の燃焼ガス通流路端部と前記動翼段の燃焼ガス通流
路の回転端部との間隙部に、一端がいずれか一方の燃焼
ガス通流路端部の支持部材に支持され先端部が他方の支
持部材に微小間隙を介して近接させて延在された周方向
シール部材が設けられたことを特徴とするセラミックガ
スタービン。 - 【請求項２】 請求項１において、前記燃焼器と前記初
段静翼段との燃焼ガス通流路壁の間隙部に装着されたシ
ール部材の燃焼ガス通流路の反対側に、燃焼器の前記フ
レームから静翼段の前記支持部材に渡して金属性のシー
ル板を設けたことを特徴とするセラミックガスタービ
ン。 - 【請求項３】 請求項１において、前記静翼段が複数の
静翼要素から構成され、各静翼要素が、タービンの内周
側に固定された金属性の内シュラウドと、外周側に固定
された金属性の外シュラウドと、この内シュラウドと外
シュラウドとの対向面側にそれぞれ断熱材を介して取り
付けられたセラミックウォール部材と、このセラミック
ウォール部材を介して外シュラウドと内シュラウド間に
挟持された中空のセラミック翼体と、このセラミック翼
体の中空部に外シュラウドと内シュラウド間に渡って挿
通され、セラミック翼体の挟持力を付与するとともに中
空部に冷却空気を供給する軸芯とを有し、前記周方向シ
ール部材が動翼段の回転端部に支持され、先端部が静翼
段の前記内シュラウドに微小間隙を介して近接させて延
在され、前記セラミック翼体の中空部に連通させて、前
記周方向シール部材先端部の燃焼ガス通流路の反対側に
位置された開口端を有する冷却空気排気孔を前記内シュ
ラウドに穿設したことを特徴とするセラミックガスター
ビン。 - 【請求項４】 請求項１において、前記弾性と耐熱性を
有するシール部材が、セラミック繊維、セラミックバネ
又はバネ効果を有する耐熱材で形成された取付部と、構
造用セラミック又はセラミック複合材等の通気性が無く
耐熱性と断熱性を有する無機材で形成されたシール体と
からなることを特徴とするセラミックガスタービン。 - 【請求項５】 請求項１において、前記燃焼器がタービ
ンの周方向に複数配設されてなり、隣り合う燃焼器の燃
焼ガス通流路端面に渡してかつ当該端面に押圧させてシ
ール部材を設けたことを特徴とするセラミックガスター
ビン。 - 【請求項６】 静翼段と動翼段が間隙を介して交互に列
設され、初段の静翼段に燃焼器が間隙を介して隣接して
設けられ、この燃焼器の少なくとも燃焼ガス通流路が金
属性のフレームの内側にセラミック内壁部材を設けた構
造とされ、前記静翼段と動翼段の翼体と燃焼ガス通流路
の内壁面とが金属部材からなる支持部材によって支持さ
れたセラミック部材によって形成され、この支持部材が
空気によって冷却される構成とされてなるセラミックガ
スタービンにおいて、前記燃焼器と前記初段静翼段との
燃焼ガス通流路端部の間隙部に前記燃焼器のフレームか
ら前記静翼段の支持部材に渡して金属性のシール板を設
け、前記静翼段の燃焼ガス通流路端部と前記動翼段の燃
焼ガス通流路の回転端部との間隙部に、一端がいずれか
一方の燃焼ガス通流路端部の支持部材に支持され先端部
が他方の支持部材に微小間隙を介して近接させて延在さ
れた周方向シール部材が設けられたことを特徴とするセ
ラミックガスタービン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3275441A JP2981557B2 (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | セラミックガスタービン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3275441A JP2981557B2 (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | セラミックガスタービン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05113136A true JPH05113136A (ja) | 1993-05-07 |
| JP2981557B2 JP2981557B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=17555571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3275441A Expired - Fee Related JP2981557B2 (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | セラミックガスタービン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2981557B2 (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07253004A (ja) * | 1994-03-15 | 1995-10-03 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ガスタービン |
| JP2003083088A (ja) * | 2001-09-12 | 2003-03-19 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 燃焼器ライナのシール構造 |
| JP2007085340A (ja) * | 2005-09-16 | 2007-04-05 | General Electric Co <Ge> | タービンブレード用のエンジェルウィングシール並びにステータ、ロータ及びウィングシール輪郭を選択する方法 |
| JP2007154900A (ja) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | General Electric Co <Ge> | セラミックマトリクス複合ノズル構体 |
| JP2009057980A (ja) * | 2008-12-10 | 2009-03-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン |
| JP2011074924A (ja) * | 2011-01-21 | 2011-04-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン |
| JP2012107628A (ja) * | 2012-01-27 | 2012-06-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン |
| JP2012132461A (ja) * | 2012-01-27 | 2012-07-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン |
| JP2012163112A (ja) * | 2012-06-04 | 2012-08-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 動翼 |
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| CN104389645A (zh) * | 2014-11-15 | 2015-03-04 | 哈尔滨广瀚燃气轮机有限公司 | 一种新型涡轮机高温热膨胀补偿静子密封结构 |
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| JP2017078425A (ja) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | タービンノズルのための付加製造された接続 |
| US10202853B2 (en) | 2013-09-11 | 2019-02-12 | General Electric Company | Ply architecture for integral platform and damper retaining features in CMC turbine blades |
| CN110107402A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-09 | 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 | 一种新型陶瓷涡轮发动机 |
-
1991
- 1991-10-23 JP JP3275441A patent/JP2981557B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110107402A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-09 | 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 | 一种新型陶瓷涡轮发动机 |
| CN110107402B (zh) * | 2019-04-29 | 2021-06-08 | 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 | 一种陶瓷涡轮发动机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2981557B2 (ja) | 1999-11-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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