JPH08114101A - ガスタービンのシュラウド装置 - Google Patents

ガスタービンのシュラウド装置

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JPH08114101A
JPH08114101A JP25345994A JP25345994A JPH08114101A JP H08114101 A JPH08114101 A JP H08114101A JP 25345994 A JP25345994 A JP 25345994A JP 25345994 A JP25345994 A JP 25345994A JP H08114101 A JPH08114101 A JP H08114101A
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JP
Japan
Prior art keywords
shroud
moving blade
gas turbine
shroud segment
segments
Prior art date
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Pending
Application number
JP25345994A
Other languages
English (en)
Inventor
Eitaro Murata
英太郎 村田
Isao Takehara
竹原  勲
Hajime Toritani
初 鳥谷
Tetsuo Sasada
哲男 笹田
Takeshi Sato
武 佐藤
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】シュラウドセグメントの減肉を抑えて動翼翼端
の間隙損失の増加を抑制するようになしたガスタービン
のシュラウド装置を提供する。 【構成】動翼先端101に対向して配置され、かつガス
タービンケーシングの内側に保持されたシュラウドセグ
メント11と、このシュラウドセグメントのセグメント
間に配置され、セグメント間のシールを行うシールプレ
ート10とを備えているガスタービンのシュラウド装置
において、前記シュラウドセグメント11の周方向端面
を、前記動翼の回転方向に傾いた傾斜面に形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンのシュラウ
ド装置の改良に係り、特に隣接シュラウドセグメント間
に、セグメント間のシールを行うシールプレートを備え
ているガスタービンのシュラウド装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンにおいては、動翼の外周側
に静止体外壁としてシュラウドが配置されており、一般
にこのシュラウド装置は、周方向に分割された複数のシ
ュラウドセグメントを備えている。このシュラウドセグ
メントは、熱伸びを吸収するため、隣接するセグメント
間に周方向にある一定の距離を有する間隙を持たせてい
る。
【0003】また、この間隙から半径方向にガスが漏れ
ないようにするため、隣接するシュラウドセグメントの
側端部に溝を設け、この溝にシールプレートの端部を嵌
合し、すなわち隣接するシュラウドセグメントの側端部
にシールプレートを挾み込んでガスの漏洩を防止してい
る。なお、これに関連するものとしては、特開昭61−
118506号公報等が挙げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように形成された
シュラウド装置であると、隣接するシュラウドセグメン
トの間には、2つのシュラウドセグメント端面とシール
プレートとで囲まれた回転軸方向の溝が形成される。シ
ュラウドと動翼先端には一定の間隙が有り、この部分を
ガスが流れるが、流れは軸方向成分だけでなく、動翼が
回転しているために周方向の成分も持つ。周方向成分の
流れは、前記シール構造の溝に対して垂直方向の流れと
なるが、この溝部に対して垂直な流れの成分のため溝部
には渦流が生じる。
【0005】ガスタービンの燃焼ガス中には固形の微粒
の粉体が含まれており、溝部への巻き込み流線上の粉体
はこの粉体はガスの流れに乗って溝部に運ばれる。気体
は壁面に沿って流れ、渦流を生成するのに対して、粉体
は慣性力によりそのまま動翼回転方向側のシュラウドセ
グメント角部に衝突する。
【0006】一般に粉体衝突による摩耗は入射角特性を
持ち、垂直に入射するよりもある一定の角度で入射した
場合の方が摩耗量は多いことが知られている。従来のシ
ュラウドセグメントでは溝が径方向と垂直になっている
ためこの燃焼ガス中の粉体は垂直でないある一定の入射
角で衝突することになり、垂直に入射するよりも多くの
摩耗が起きていた。
【0007】こうしたメカニズムによる、シュラウドセ
グメント端部のエロージョン減肉は、動翼段での翼部/
静止体間隙の拡大を意味する。動翼先端間隙が増加すれ
ば、動翼で仕事をしないで次の段に流れて行ってしまう
燃焼ガスの量が増えてガスタービンの仕事量が減少する
ためにガスタービンの効率は低下する。
【0008】このように、ガスタービンの運転時間が長
くなるにしたがい、エロージョン減肉に起因する動翼翼
端の間隙損失の増加によってガスタービン性能が低下す
るという問題があった。
【0009】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、シュラウドセグメントの減肉を抑
えて動翼翼端の間隙損失の増加を抑制するようになした
この種ガスタービンのシュラウド装置を提供するにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、動翼
先端に対向して配置され、かつガスタービンケーシング
の内側に保持されたシュラウドセグメントと、このシュ
ラウドセグメントのセグメント間に配置され、セグメン
ト間のシールを行うシールプレートとを備えているガス
タービンのシュラウド装置において、前記シュラウドセ
グメントの周方向端面を、前記動翼の回転方向に傾いた
傾斜面に形成するようになし所期の目的を達成するよう
にしたものである。
【0011】
【作用】すなわちこのように形成されたガスタービンの
シュラウド装置であると、シュラウドセグメントの端部
が傾いているために、固体の粒子である粉体は壁面と垂
直に入射することになり、したがって衝突しても壁面に
窪み等の変形を起こすだけで壁面を削り取るには至ら
ず、動翼先端とシュラウドとの間隙拡大を防ぐことがで
き、動翼翼端の間隙損失の増加を抑制することができる
のである。
【0012】
【実施例】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。図1から図4にはそのシュラウド装置の要
部およびその周囲が示されている。シュラウドセグメン
ト11は図2に示されているように、動翼101の先端
に対向して配置され、ケーシングの内側に保持されてい
る。また、このシュラウドセグメント11は、図2から
明らかとなるように周方向に複数個並設されている。
【0013】図1は、2つのシュラウドセグメント1
1,12の内径側端部を模式的に表した図であるが、2
つのシュラウドセグメント11、12には、互いに隣接
し合う側面にそれぞれ1つずつ相対して軸方向のスリッ
ト31、32が設けられ、そしてこのスリット31、3
2にシールプレート10が嵌合され、かつ支持されてい
る。このスリット31、32の底部とシールプレート1
0とから構成される空間41、42はシュラウドセグメ
ントの周方向の熱伸びを吸収する役割を持つ。
【0014】シールプレート10より内径側(図中上
側)のシュラウドセグメント側壁21、22とシールプ
レート10とから回転軸方向Zの溝20が構成される。
溝20を構成する壁面のうち、シュラウドセグメント1
1、12の側壁21、22は、径中心方向Rに対し動翼
101の回転方向R0に角度αだけ傾けられている。た
だし、シールプレート10より外径側のシュラウドセグ
メント側壁51、52は図のように内側の側壁部21、
22と同じ角度である必要はない。
【0015】図4はこのシュラウドセグメントのシール
部を軸方向に垂直な面で切った断面図である。また、図
5は従来のシュラウドセグメントのシール部を同様の見
方によって示したものである。図5に示す通り従来のシ
ュラウドセグメント側壁21、22は半径方向に向いて
おり、これらシュラウド側壁21、22とシールプレー
ト10とから成る軸方向溝20は矩形である。ガスター
ビンの燃焼ガスはその回転成分として図2、3では左か
ら右へと流れるがこのような流れの壁面に凹部があると
き、流れの一部201は凸部で渦流を生成する。
【0016】通常ガスタービンの燃焼ガスには若干の固
形粉体が含まれており、気体と共に流路内を流れてい
る。前記溝部へ流入し渦流を生成する流れ201の中に
も粉体が含まれ、気体とともに溝部へ運ばれる。溝部へ
流入したガスのうち気体は壁面に沿って流れ、渦流とな
るのに対し、固体である粉体は気体に比べて密度が大き
いためにその慣性力によってそのまま壁面に衝突する。
その様子を模式的に表したのが図6,7である。
【0017】傾斜の無い場合を示したのが図7である
が、この場合は粉体はある角度βをもって壁面に衝突す
る。ある角度をもって入射すると衝突の際に壁面方向の
速度成分を持っているために衝突した固体の粒子である
粉体が壁面を削り取る効果を示す。このように衝突粉体
が壁面を侵食するためマクロに見るとエロージョン99
が起きたことになる。
【0018】これに対して、図6は本発明の状況を示し
たものであるが、シュラウドセグメントの内径側端部が
角度α傾いているために固体の粒子である粉体は壁面と
垂直に入射する。このとき、衝突しても壁面に窪み等の
変形を起こすだけで壁面を削り取るには至らない。
【0019】したがって、従来のシュラウドセグメント
の内径側端部で起きたエロージョン99は生じなくな
り、動翼先端とシュラウドとの間隙拡大を防ぐことがで
きる。その結果、従来起きていた長時間運転経過後のシ
ュラウド壁面エロージョンに起因する性能低下を抑制す
ることができる。シュラウドセグメントの内径側端部の
傾きαは粉体の入射方向に合わせて決定されるが、粉体
の入射方向はガスタービンの回転数や負荷、流量、燃焼
性状等によって変化する。
【0020】図8はガスタービン動翼先端とシュラウド
セグメント間のギャップと、ガスタービン熱効率の関係
を示したものである。翼先端ギャップがシュラウドセグ
メントの減肉により拡大するとガスタービン効率はそれ
に反比例して低下していき、運転時間が長いほどその度
合は大きくなる。この点本発明のシュラウド装置である
と、シュラウドセグメント壁面のエロージョンは抑えら
れ、性能低下を抑制することが可能となる。
【0021】図9はもう一つの実施例を示したもので、
シュラウドセグメントの内径側端部に、例えばセラミッ
クス等の耐腐食性コーティング62を施したものであ
る。このように形成すると、さらにシュラウドセグメン
ト壁面のエロージョンを抑えることが可能となる。
【0022】図10はさらに他の実施例を示したもの
で、シールプレート10に冷却空気を動翼方向に通過さ
せる冷却空気通気孔30を設けたものである。ガスター
ビンの機種によってはシュラウドセグメントの燃焼ガス
に接する部分をフィルム冷却方式により冷却しており、
このシールプレートの冷却空気通気孔30より冷却空気
を噴出させることにより、できるだけ粉体のシュラウド
セグメント端部への衝突を避けるようになし、エロージ
ョンを減少させるようにしたものである。
【0023】図11は、さらに他の実施例を示したもの
で、この場合には前述した実施例を合わせたもの,すな
わちシュラウドセグメントの内径側端部に耐腐食性コー
ティング62を施し、かつシールプレート10に冷却空
気を動翼方向に通過させる冷却空気通気孔30を設ける
ようにしたもので、この構成であると、さらにエロージ
ョンの減少を図ることが可能である。
【0024】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、シュラウドセグメントの周方向端面を、動翼の回転
方向に傾いた傾斜面に形成するようになしたから、ガス
中の粉体は壁面と垂直に入射することになり、したがっ
て衝突しても壁面に窪み等の変形を起こすだけで壁面を
削り取るには至らず、動翼先端とシュラウドとの間隙拡
大を防ぐことができ、動翼翼端の間隙損失の増加を抑制
することができ、延いてはガスタービンの経時性能低下
を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシュラウド装置の一実施例を示す要部
斜視図である。
【図2】本発明のシュラウド装置およびその周囲の一実
施例を示す縦断側面図である。
【図3】本発明のシュラウド装置およびその周囲の一実
施例を示す正面図である。
【図4】本発明のシュラウド装置の一実施例を示す要部
縦断側面図である。
【図5】従来のシュラウド装置の要部縦断側面図であ
る。
【図6】シュラウドセグメント端部のエロージョン機構
説明図である。
【図7】シュラウドセグメント端部のエロージョン機構
説明図である。
【図8】運転時間に対するガスタービンの熱効率および
動翼先端間隙との関係を示す線図である。
【図9】本発明のシュラウド装置の他の実施例を示す要
部縦断側面図である。
【図10】本発明のシュラウド装置の他の実施例を示す
要部縦断側面図である。
【図11】本発明のシュラウド装置の他の実施例を示す
要部縦断側面図である。
【符号の説明】
10…シールプレート、11,12…シュラウドセグメ
ント、20…シール溝、21,22…シュラウドセグメ
ント側壁(内周側)、30…冷却空気流路、31,32
…スリット、41,42…シール溝底部間隙、51,5
2…シュラウドセグメント側壁(外周側)、62…耐腐
食性コーティング、99…エロージョン、101…動
翼、102…静翼、103…ロータ、201…流線、α
…シュラウドセグメント側壁傾角、β…粉体粒子入射
角、R…回転中心方向、R0…回転周方向、Z…回転軸
方向。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹田 哲男 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 佐藤 武 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 動翼先端に対向して配置され、かつガス
    タービンケーシングの内側に保持されたシュラウドセグ
    メントと、該シュラウドセグメントのセグメント間に配
    置され、セグメント間のシールを行うシールプレートと
    を備えているガスタービンのシュラウド装置において、 前記シュラウドセグメントの周方向端面を、前記動翼の
    回転方向に傾いた傾斜面に形成したことを特徴とするガ
    スタービンのシュラウド装置。
  2. 【請求項2】 動翼先端に対向して配置され、動翼の外
    周側の静止体を構成しているシュラウドセグメントを備
    え、このシュラウドセグメントが、周方向に一定の間隙
    をもって隣接並置されるとともに、これら隣接シュラウ
    ドセグメントの相対する側端部にスリットが設けられ、
    このスリットにシールプレートを嵌合支持しているガス
    タービンのシュラウド装置において、 前記シュラウドセグメントの周方向端面を、前記動翼の
    回転方向に傾いた傾斜面としたことを特徴とするガスタ
    ービンのシュラウド装置。
  3. 【請求項3】 動翼先端に対向して配置され、動翼の外
    周側の静止体を構成しているシュラウドセグメントを備
    え、このシュラウドセグメントが、周方向に一定の間隙
    をもって隣接並置されるとともに、これら隣接シュラウ
    ドセグメントの相対する側端部にスリットが設けられ、
    このスリットにシールプレートを嵌合支持しているガス
    タービンのシュラウド装置において、 前記シュラウドセグメントの周方向端面で、かつ前記ス
    リットより動翼側に位置する端面を、前記動翼の回転方
    向に傾いた傾斜面に形成したことを特徴とするガスター
    ビンのシュラウド装置。
  4. 【請求項4】 動翼先端に対向して配置され、動翼の外
    周側の静止体を構成しているシュラウドセグメントを備
    え、このシュラウドセグメントが、周方向に一定の間隙
    をもって隣接並置されるとともに、これら隣接シュラウ
    ドセグメントの相対する側端部にスリットが設けられ、
    このスリットにシールプレートを嵌合支持しているガス
    タービンのシュラウド装置において、 前記シュラウドセグメントの周方向端面で、かつ前記ス
    リットより動翼側に位置する端面を、前記動翼の回転方
    向に傾いた傾斜面に形成するとともに、前記シールプレ
    ートに冷却空気を前記動翼方向に通過させる冷却空気通
    気孔を設けたことを特徴とするガスタービンのシュラウ
    ド装置。
  5. 【請求項5】 動翼先端に対向して配置され、動翼の外
    周側の静止体を構成しているシュラウドセグメントを備
    え、このシュラウドセグメントが、周方向に一定の間隙
    をもって隣接並置されるとともに、これら隣接シュラウ
    ドセグメントの相対する側端部にスリットが設けられ、
    このスリットにシールプレートを嵌合支持しているガス
    タービンのシュラウド装置において、 前記シュラウドセグメントの周方向端面で、かつ前記ス
    リットより動翼側に位置する端面を、前記動翼の回転方
    向に傾いた傾斜面に形成するとともに、前記動翼の回転
    方向に対向した傾斜面およびその近傍に耐腐食性のコー
    ティングを施したことを特徴とするガスタービンのシュ
    ラウド装置。
  6. 【請求項6】 前記シュラウドセグメントの端面に施さ
    れるコーティング材が、セラミックスである請求項5記
    載のガスタービンのシュラウド装置。
  7. 【請求項7】 前記シールプレートに冷却空気を前記動
    翼方向に通過させる冷却空気通気孔を設けてなる請求項
    5若しくは6記載のガスタービンのシュラウド装置。
JP25345994A 1994-10-19 1994-10-19 ガスタービンのシュラウド装置 Pending JPH08114101A (ja)

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ID=17251689

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11148303A (ja) * 1997-09-15 1999-06-02 Asea Brown Boveri Ag プラットホームのためのセグメント装置
JP2002213207A (ja) * 2001-01-15 2002-07-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン分割環
DE10342208A1 (de) * 2003-09-12 2005-04-07 Alstom Technology Ltd Hitzeschild in Gasturbine
EP1895107A1 (de) * 2006-08-29 2008-03-05 ABB Turbo Systems AG Abgasturbine mit segmentiertem Abdeckring
JP2011241805A (ja) * 2010-05-21 2011-12-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd タービン分割環、これを備えたガスタービンおよびこれを備えた発電プラント
JP2012237318A (ja) * 2012-08-24 2012-12-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd タービン分割環

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