JPH06331034A - 高温シール装置 - Google Patents

高温シール装置

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Publication number
JPH06331034A
JPH06331034A JP11993693A JP11993693A JPH06331034A JP H06331034 A JPH06331034 A JP H06331034A JP 11993693 A JP11993693 A JP 11993693A JP 11993693 A JP11993693 A JP 11993693A JP H06331034 A JPH06331034 A JP H06331034A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffuser
seal piece
high temperature
heat insulating
seal
Prior art date
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Pending
Application number
JP11993693A
Other languages
English (en)
Inventor
Masayuki Munekiyo
正幸 宗清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP11993693A priority Critical patent/JPH06331034A/ja
Publication of JPH06331034A publication Critical patent/JPH06331034A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温シール装置の熱応力を低減する。 【構成】 その内部から高温ガスが流出する筒状のディ
フューザ6と、そのシール面19がディフューザ6に接
触する円盤状のセラミック製シールピース1と、シール
ピース1の外周部を挟持する金属製フランジ2,3とを
備え高温クシール装置20において、ディフューザ6の
外部に高温ガスが流出する方向に延びる断熱筒部21を
突出形成し、断熱筒部21の先端にシールピース1を接
触させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温シール装置の改良
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンに備えられる高温シール装
置は、1000°C以上の高温下に設けられているた
め、十分な耐熱性を確保する必要がある(実開昭62−
185363号公報、参照)。
【0003】従来のセラミック製ガスタービンに備えら
れる高温シール装置として、例えば図5に示すようなも
のがある。
【0004】このガスタービンは、各バルクヘッド8の
間に圧縮機31から送られる200°C程度の低温空気
を燃焼器32に導く流路Aが画成され、タービンディフ
ューザ6の外側に燃焼器32から排出される1350°
C程度に上昇した高温高圧ガスを導く流路Cが画成さ
れ、タービンディフューザ6の内側にタービン33を経
て排出される1100°C程度の高温低圧ガスを導く流
路Dが画成されている。
【0005】各流路A,C,Dを仕切る高温シール装置
10は、セラミック製ディフューザ6から外径方向に突
出形成された環状突起20と、この環状突起20に対し
てそのシール面19が面接触する円盤状のセラミック製
シールピース1と、このシールピース1の外周端を挟持
する一対の円盤状の金属製フランジ2,3と、シールピ
ース1を第一フランジ2の方に押し付けるシールリング
27とを主体として構成される。
【0006】なお、29は第一、第二フランジ2,3の
外周部を締結するボルト、図中24,25,26は金属
製ベローズ、28は金属製シールリングである。
【0007】シールピース1はそのシール面19がスプ
リング4の付勢力により第一、第二フランジ2,3を介
してディフューザ6に押し付けられ、ガスタービンの運
転時に生じる熱膨張差を吸収し、シールピース1とディ
フューザ6の間に隙間が生じないようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の高温
シール装置10にあっては、シールピース1のシール面
19が非常に高温となるディフューザ6に接触するとと
もに各流路C,Dを流れる1000°Cを越える高温ガ
スにされる一方、シールピース1の外周部を挟持する金
属製フランジ2,3は流路Aを流れる200°C程度の
低温空気にさらされるため、ガスタービンのある運転条
件でシールピース1には図6に示すように外周部から内
周部にかけて高温となる大きな温度勾配が生じる。シー
ルピース1の温度は300°C〜750°Cの範囲で分
布し、内外周の温度差は450°C程度である。
【0009】この温度勾配によりシールピース1の外表
面には周方向の熱応力が生じ、脆性材料であるセラミッ
クにより形成されたシールピース1は十分な強度を確保
することが難しいという問題点があった。
【0010】また、シールピースと断熱筒部の接触部に
熱変形が生じ、高温シール装置の密封性が損なわれると
いう問題点があった。
【0011】本発明は上記の問題点に着目し、高温シー
ル装置の熱応力を低減することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、その内部から
高温ガスが流出する筒状のディフューザと、そのシール
面がディフューザに接触する円盤状のセラミック製シー
ルピースと、シールピースの外周部を挟持する金属製フ
ランジとを備える高温シール装置において、前記ディフ
ューザの外部に高温ガスが流出する方向に延びる断熱筒
部を突出形成し、断熱筒部の先端に前記シールピースを
接触させる。
【0013】請求項2記載の発明は、前記金属製フラン
ジに前記断熱筒部と前記ディフューザの間に介装される
隔壁を形成し、隔壁と断熱筒部の間に冷却ガスを導入す
る冷却通路を形成する。
【0014】
【作用】高温シール装置の断熱筒部は、ディフューザか
らシールピースへの伝熱経路を延長し、ディフューザか
らシールピースへの受熱量が抑えられるため、シールピ
ースの温度勾配を緩やかにする。
【0015】シールピースの温度勾配を緩やかにするこ
とにより、シールピースの外周部に生じる周方向の引張
り熱応力を低減し、十分な強度を確保することができ
る。
【0016】シールピースと断熱筒部の接触部の温度を
低下させることにより、シールピースおよび断熱筒部の
接触部の熱変形を抑えられ、高温シール装置の密封性を
高められる。
【0017】請求項2記載の発明においては、隔壁によ
りに断熱筒部とディフューザの間に隔壁を介装すること
により、ディフューザの内部から流出する高温ガスにシ
ールピースおよび断熱筒部が直接さらされない。
【0018】隔壁と断熱筒部の間に冷却ガスを導入する
ことにより、シールピースの温度勾配をさらに緩やかに
してシールピースの強度を高めるとともに、シールピー
スと断熱筒部の接触部の熱変形を抑えて高温シール装置
の密封性を高められる。
【0019】
【実施例】以下、本発明をガスタービンの高温シール装
置に適用した実施例を添付図面に基づいて説明する。な
お、図5との対応部分には同一符号を付して示すことに
する。
【0020】図1に示すように、このガスタービンは、
各バルクヘッド8の間に圧縮機31から送られる200
°C程度の低温空気を燃焼器32に導く流路Aが画成さ
れ、タービンディフューザ6の外側に燃焼器32から排
出される1350°C程度に上昇した高温高圧ガスを導
く流路Cが画成され、ディフューザ6の内側にタービン
33を経て排出される1100°C程度の高温低圧ガス
を導く流路Dが画成されている。
【0021】各流路A,C,Dを仕切る高温シール装置
10は、セラミック製ディフューザ6に突出形成された
環状突起20と、この環状突起20に対して焼結により
結合されるセラミック製断熱筒部21と、この断熱筒部
21の先端にそのシール面19が面接触する円盤状のセ
ラミック製シールピース1と、このシールピース1の外
周端を挟持する一対の円盤状の金属製フランジ2,3
と、シールピース1を第一フランジ2の方に押し付ける
シールリング27とを主体として構成される。
【0022】シールピース1はそのシール面19がスプ
リング4の付勢力により第一、第二フランジ2,3を介
してディフューザ6に押し付けられ、ガスタービンの運
転時に生じる熱膨張差を吸収し、シールピース1とディ
フューザ6の間に隙間が生じないようになっている。
【0023】高温シール装置10の環状突起20と断熱
筒部21はL字形の断面を持って環状に形成される。断
熱筒部21はディフューザ6の外側に同心的に形成され
る。断熱筒部21の基端側外周部とバルクヘッド8の内
周端の間には所定の間隙9が画成される。
【0024】ディフューザ6は断熱筒部21およびシー
ルピース1の内側を貫通するヒートインシュレータ部2
2を有する。ヒートインシュレータ部22と断熱筒部2
1の間には所定の間隙23が画成される。
【0025】次に、作用について説明する。
【0026】シールピース1の内周部は非常に高温とな
るディフューザ6からの伝熱と流路C,Dを流れる10
00°Cを越える高温ガスからの伝熱により加熱される
一方、シールピース1の外周部は金属製第一、第二フラ
ンジ2,3への放熱により冷却され、その外周部から内
周部にかけて高温となる温度勾配が生じる。
【0027】高温シール装置10の断熱筒部21は、デ
ィフューザ6からシールピース1への伝熱経路を延長
し、ディフューザ6からシールピース1への受熱量が抑
えられるため、シールピース1の温度勾配を緩やかにす
る。
【0028】ディフューザ6のヒートインシュレータ部
22は、断熱筒部21およびシールピース1の内側を貫
通して設けられているため、ディフューザ6の内側を通
過するタービン33を経て排出される1100°C程度
の高温ガスにシールピース1および断熱筒部21が直接
さらされることがなく、シールピース1の温度上昇を抑
制する。
【0029】シールピース1と断熱筒部21およぴ環状
突起20の温度分布をガスタービンのある運転条件で測
定した結果は、図2に示すようになる。シールピース1
の温度は150°C〜450°Cの範囲で分布し、内外
周の温度差は300°C程度である。
【0030】シールピース1の温度勾配を緩やかにする
ことにより、シールピース1の外周部に生じる周方向の
引張り熱応力を低減し、十分な強度を確保することがで
きる。
【0031】シールピース1のシールリング27が当た
る部位の温度を250°C程度に抑えられるため、金属
製シールリング27および各フランジ2,3が過熱され
ることを防止できる。
【0032】シールピース1と断熱筒部21の接触部の
温度を500°C程度に抑えられるため、シールピース
1と断熱筒部21の接触部の熱変形を抑えられ、各流路
CとDの密封性を維持できる。
【0033】次に、図3に示した他の実施例は、金属製
フランジ2の内周端部にディフューザ6の断熱筒部21
とヒートインシュレータ部22の間に突出する隔壁15
を形成し、隔壁15と断熱筒部21の間に画成される間
隙14に冷却ガスを導入するものである。なお、図1と
の対応部分には同一符号を付して示すことにする。
【0034】間隙14に冷却ガスを導入する冷却通路と
して、フランジ2には径方向に延びる複数の通孔16が
形成される。通孔16の一端は圧縮機から送られる20
0°C程度の低温空気を燃焼器に導く流路Aに連通し、
通孔16の他端は隔壁15と断熱筒部21の間に画成さ
れる間隙14に連通している。
【0035】ディフューザ6の外径をD1、隔壁15の
内径をD2、隔壁の外径をD3、断熱筒部21およびシー
ルピース1の外径をD4とすると、D1<D2<D3<D4
の関係が満たされるように各寸法を設定し、高温シール
装置10の分解組立を容易にする。
【0036】次に、作用について説明する。
【0037】隔壁15によりに断熱筒部21とディフュ
ーザ6の間に隔壁15を介装することにより、ディフュ
ーザ6の内部から流出する高温ガスにシールピース1お
よび断熱筒部21が直接さらされることがない。
【0038】隔壁15と断熱筒部21の間に200°C
程度の低温空気を導入し、図中矢印で示すように低温空
気がシールピース1および断熱筒部21に沿って流れる
ことによりシールピース1および断熱筒部21の熱を持
ち去り、シールピース1の温度勾配をさらに緩やかにし
てシールピース1の強度を高めるとともに、シールピー
ス1と断熱筒部21の接触部の温度を低下させて、両者
の熱変形により高温シール装置10の密封性が損なわれ
ることを防止できる。
【0039】次に、図4に示した他の実施例は、間隙1
4に冷却ガスを導入する冷却通路として、フランジ2を
径方向に延びる複数の通孔16と、各通孔16と各ベロ
ーズ26の間の空間5を連通し各フランジ2,3に形成
された通孔12,13と、空間5に連通しバルクヘッド
8に形成された通孔17と、通孔17と図示しない外気
の供給源を連通する配管18を設けるものである。な
お、図3との対応部分には同一符号を付して示すことに
する。
【0040】この場合、図中矢印で示すように隔壁15
と断熱筒部21の間に外気を導入して、シールピース1
および断熱筒部21を冷却することにより、シールピー
ス1の温度勾配をさらに緩やかにしてシールピース1の
強度を高めるとともに、シールピース1と断熱筒部21
の熱変形により高温シール装置10の密封性が損なわれ
ることを防止できる。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、その内部
から高温ガスが流出する筒状のディフューザと、そのシ
ール面がディフューザに接触する円盤状のセラミック製
シールピースと、シールピースの外周部を挟持する金属
製フランジとを備える高温シール装置において、前記デ
ィフューザの外部に高温ガスが流出する方向に延びる断
熱筒部を突出形成し、断熱筒部の先端に前記シールピー
スを接触させたため、シールピースの熱応力を低減し、
脆性材料であるセラミック製シールピースの強度を高め
られるとともに、シールピースと断熱筒部の接触部の熱
変形を抑えて高温シール装置の密封性を高められる。
【0042】請求項2記載の発明は、前記金属製フラン
ジに前記断熱筒部と前記ディフューザの間に介装される
隔壁を形成し、隔壁と断熱筒部の間に冷却ガスを導入す
る冷却通路を形成したため、シールピースの温度勾配を
さらに緩やかにし、シールピースの強度およびその密封
性を高められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す高温シール装置の縦断面
図。
【図2】同じくシールピース等の温度分布図。
【図3】他の実施例を示す高温シール装置の縦断面図。
【図4】さらに他の実施例を示す高温シール装置の縦断
面図。
【図5】従来例を示す高温シール装置の縦断面図。
【図6】同じくシールピース等の温度分布図。
【符号の説明】
1 シールピース 2 フランジ 3 フランジ 6 ディフューザ 10 高温シール装置 15 隔壁 16 通孔 18 配管 19 シール面 20 環状突起 21 断熱筒部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 その内部から高温ガスが流出する筒状の
    ディフューザと、そのシール面がディフューザに接触す
    る円盤状のセラミック製シールピースと、シールピース
    の外周部を挟持する金属製フランジとを備える高温シー
    ル装置において、前記ディフューザの外部に高温ガスが
    流出する方向に延びる断熱筒部を突出形成し、断熱筒部
    の先端に前記シールピースを接触させたことを特徴とす
    る高温シール装置。
  2. 【請求項2】 前記金属製フランジに前記断熱筒部と前
    記ディフューザの間に介装される隔壁を形成し、隔壁と
    断熱筒部の間に冷却ガスを導入する冷却通路を形成した
    ことを特徴とする請求項1記載の高温シール装置。
JP11993693A 1993-05-21 1993-05-21 高温シール装置 Pending JPH06331034A (ja)

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JP11993693A JPH06331034A (ja) 1993-05-21 1993-05-21 高温シール装置

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JP11993693A JPH06331034A (ja) 1993-05-21 1993-05-21 高温シール装置

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JPH06331034A true JPH06331034A (ja) 1994-11-29

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ID=14773838

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JP11993693A Pending JPH06331034A (ja) 1993-05-21 1993-05-21 高温シール装置

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JP (1) JPH06331034A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017150487A (ja) * 2016-02-26 2017-08-31 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 装置、タービンノズル、および、タービンシュラウド

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017150487A (ja) * 2016-02-26 2017-08-31 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 装置、タービンノズル、および、タービンシュラウド

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