JPH10252412A - ガスタービンシール装置 - Google Patents

ガスタービンシール装置

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JPH10252412A
JPH10252412A JP9057534A JP5753497A JPH10252412A JP H10252412 A JPH10252412 A JP H10252412A JP 9057534 A JP9057534 A JP 9057534A JP 5753497 A JP5753497 A JP 5753497A JP H10252412 A JPH10252412 A JP H10252412A
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JP
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seal
sealing
plate
blade
gas turbine
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JP9057534A
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Inventor
Yasuoki Tomita
康意 富田
Kazuharu Hirokawa
一晴 廣川
Kiyoshi Suenaga
潔 末永
Yukihiro Hashimoto
幸弘 橋本
Eisaku Ito
栄作 伊藤
Hiroki Fukuno
宏紀 福野
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービンの動翼プラットフォームと静翼
内側シュラウドとの端部間のシール構造に関し、流れの
抵抗体を増してシール性能を向上させる。 【解決手段】 動翼１のプラットフォーム２，２′の端
部にはシール板２１，３１が取付けられ、シールフィン
２２，３２と静翼１１の内側シュラウド１２の端部１２
ａ，１２ｂ下面のハニカムシール１６，１７とでシール
部を構成する。静翼１１からのシール空気はキャビティ
１４を高圧とし、空間１８，１９に流入し、又動翼１の
冷却空気のもれにより空間１８，１９から空気がシール
部を通り高温燃焼ガス通路に逃げようとするが、シール
板２１，３１の３枚のシールフィン２２，３２が空気の
流れと対向するように傾斜しているので空気抵抗が増
し、空気の流出を防止する。これによりシールフィン２
２，３２のない従来よりもシール性能が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンの動翼
プラットフォームと静翼内側シュラウドの端部間におい
て冷却用空気が高温燃焼ガス通路へもれるのを防止する
シール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来ガスタービンの動翼と静翼間
での冷却空気のもれを防止するシール装置を示す断面図
である。図において、１は動翼で、２がそのプラットフ
ォーム、３は円周方向に隣接するプラットフォーム間に
挿入されたシールピンで、軸方向に伸びるシールピン３
ａと傾斜して両側に設けられるシールピン３ｂとからな
っている。４はプラットフォーム２下部のシャンク部、
５はディスク、６及び７はシャンク部４の両側をシール
するシール板である。
【０００３】１１は静翼で、１２はその内側シュラウ
ド、１３は外側シュラウドである。１４は内側シュラウ
ド１２下部のキャビティ、１５はシールボックス、１
６，１７はシュラウド１２の前後端部１２ａ，１２ｂに
それぞれ下向きに取付けられたハニカムシールで、複数
個の下向きに開放されたハニカム状のコアが配列されて
構成されている。１８，１９は動翼１のシール板６，７
と隣接する静翼１１とで形成される空間であり、空気圧
の高い部分である。
【０００４】上記のような動翼と静翼の構成において、
動翼１にはディスク５から図示省略の通路を通して冷却
用空気がシャンク部４から動翼１の冷却通路へ導入され
るが、シールピン３ａと３ｂとの接触部やプラットフォ
ーム２の端部２ａ，２ｂの隣接するプラットフォーム間
の隙間からもれ、空間１８，１９又は燃焼ガス通路へ直
接流出する。又、静翼１１のシール用空気がキャビティ
１４からシールボックス１５を介してもれることによ
り、空間１８，１９は高圧となっており、動翼１のプラ
ットフォーム２の端部２ａ，２ｂと静翼１１の内側シュ
ラウド１２に設けたハニカムシール１７，１６とを対向
させ、それぞれシール機構を構成し、冷却空気が必要以
上、高温燃焼ガス通路側にもれ、無駄になるのを防止し
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
ガスタービンの動翼プラットフォームと静翼内側シュラ
ウド端部との間のシールは図４で説明したように、静翼
１１の内側シュラウド１７の両端１２ａ，１２ｂに設け
たハニカムシール１６，１７と動翼プラットフォーム２
の端部２ｂ，２ａとの間でシール機構を形成し、空間１
８，１９から高温燃焼ガス通路へ逃げようとする空気を
シールしている。しかしながら、このようなシール機構
においては、プラットフォーム２側の端部２ａ，２ｂが
ハニカムシール１７，１８に比べて単純な形状であり、
必ずしもシール性が良いとはいえず、シールが不充分で
ある。従って、シール用の空気が必要以上に高温燃焼ガ
ス通路側にもれ、冷却空気量が増加し、ガスタービンの
性能低下をもたらすことになる。
【０００６】シール機構については、流れが複雑な流路
となり、抵抗体が増す程、空気のもれが低減し、シール
性能が向上することになるが、ハニカムシール１７，１
８については多数のハニカムコア内に空気が出入し、流
れが複雑となり、抵抗体が増してシール効果があるが、
プラットフォーム２端部２ａ，２ｂは単純な形状で抵抗
体の効果があまり望めず、従って現状のシール機構では
改良の余地があった。
【０００７】そこで、本発明は、ガスタービンの動翼プ
ラットフォームと静翼内側シュラウド間のシール性能を
改善するために、動翼側のシール機構の形状を流れの抵
抗が増してシール性が向上するような構造のシール装置
を提案し、高温燃焼ガス側にもれる冷却空気量を少く
し、ガスタービンの性能低下を防止することを第１の課
題としている。
【０００８】更に、上記のようなシール性能を向上した
シール装置において、その加工や、その取付を容易にす
るようなシール装置の形状とし、一体的に製造できるよ
うにすることを第２の課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の第１の課
題、第２の課題を解決するために、それぞれ次の
（１）、（２）の手段を提供する。
【００１０】（１）回転軸の周囲に配置した動翼のプラ
ットフォームの円周方向下部にシール板を設け、同シー
ル板上部が接続するプラットフォーム端部と、動翼と隣
接する静翼の内側シュラウド端に設けたハニカムシール
とを対向させ、前記動翼のシール板と前記隣接する静翼
とで形成される空間を燃焼ガス通路に対してシールする
ガスタービンシール装置において、前記シール板上部に
前記ハニカムシール面に対向して配列する複数のシール
フィンを設けると共に、同シールフィンはそれぞれ流出
する空気流れに対向して傾斜させ、その傾斜角は、前記
ハニカムシール面との角度をθとして、０＜θ≦９０°
であることを特徴とするガスタービンシール装置。
【００１１】（２）上記（１）において、前記シール板
とシールフィンは一体的に成形されていることを特徴と
するガスタービンシール装置。
【００１２】本発明の（１）においては、動翼のプラッ
トフォーム下部のシール板上部に静翼側内側シュラウド
に設けられたハニカムシールと対向する複数のシールフ
ィンを設け、かつこのシールフィンは流出空気流に対し
て傾斜しているので、流出しようとする空気はハニカム
シールのコア内の流入、出の流れ抵抗に加え、更に、複
数のシールフィンに当り、流れが乱されると共に抵抗体
となって流れ抵抗が増し、従来の動翼端部の単なる延長
部分の簡単なシール構造と比べ、空気が流出しにくくな
る。このシールフィンは複数枚がハニカムシール面に沿
って配置され、更に流れ方向に対向するように傾斜して
いるのでシールフィンが空気流に対して順方向ではなく
て逆方向となり、空気の流れ抵抗が一層増し、流れにく
くしてシール効果を増すものである。
【００１３】本発明の（２）においては、シール板とシ
ールフィンとを一体的に加工するので、加工が容易にな
ると共に、その取付も簡単になり、更に、シール板が取
付けられるプラットフォームも複雑な突起部が少くな
り、精密鋳造による加工が容易となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基いて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の一形態に係るガスタービンシール装置の断面図、図
２は図１のＸ部のシール板２１の拡大詳細図である。図
１において、動翼１側と静翼１１側の各部の構成は従来
例と同一機能を有するので、詳しい説明は省略し、その
まま引用して説明するが、本発明の特徴部分はシール板
２１であり、以下に詳しく説明する。
【００１５】図１において、動翼１のプラットフォーム
の一端にはシール板２１がディスク５からプラットフォ
ーム２に到り、シールピン４３の端部に接するように取
付けられている。静翼１１の内側シュラウド１２端部１
２ａに設けられたハニカムシール１６の面に対向して、
シール板２１の上部には複数のシールフィン２２（図の
例では３本のフィン）が設けられている。又、静翼１１
の後段側の動翼１′には同様な構成でシールフィン３２
を有するシール板３１が設けられている。
【００１６】図２は上記に説明のシール板２１の拡大詳
細図であり、シール板２１の先端２１ａはプラットフォ
ーム２に挿入され、シールピンを従来のシールピン３よ
りも延長してシールピン４３とし、このシールピン４３
の先端と接し、この部分の隙間をなくして空気がもれな
いようにしている。シール板２１の上部には張出し部２
１ｂを設け、静翼１１の内側シュラウド１２端部１２ａ
下面のハニカムシール１７と対向して３本のシールフィ
ン２２が形成されている。
【００１７】このシールフィン２２は空気の流れ３０の
流れ方向に対向して傾斜しており、その傾斜角θは、０
＜θ≦９０°の範囲であれば良く、シール効果が増すも
のである。その理由は、シールフィン２２の角度が流れ
とは順方向でなくて、逆方向に傾斜しており、シールフ
ィンの側面によって流れを妨げ、抵抗が大きくなるから
である。
【００１８】なお、このシールフィン２２による流れの
抵抗はシールフィンを高くし、数を増加すれば大きくな
るが、ガスタービンの動翼と静翼の構造上制約される
が、少くともシールフィンの数は３本程度あれば充分効
果があるものである。又、このシール板２１は図３に示
す従来のシール板６，７と兼用に設けられ、一体成形す
ることが可能であり、加工面においても有利であり、
又、取付けも容易にできるものである。
【００１９】又、静翼１１の後段側の動翼１′に設けら
れるシール板３１は、シール板２１と同様の構造である
が、そのシールフィン３２の傾斜する向きは、空気の流
れと対向して傾斜する必要からシール板２１のシールフ
ィン２２の傾斜とは互に反対向きとなっている。
【００２０】図３は動翼に取付けたシール板を軸方向か
ら見た正面図である。シール板の取付けは、円周方向に
取付けられた動翼に対し、図５（Ａ）に示すように、各
動翼１に１枚づつシール板２１を動翼の側面に取付けて
構成する。
【００２１】あるいは図５（Ｂ）に示すように、２枚の
動翼１，１′に対してシール板２１′を１枚、又は複数
枚の動翼に対して１枚として全動翼の側面に取付けるよ
うにしても良いものである。図５（Ａ）のように各動翼
に対して１枚のシール板２１を設ける構成では、隣接す
るシール板２１との接続部からもシール用空気のもれが
発生するが、図５（Ｂ）のように複数枚の動翼１，１′
に対してシール板２１′を１枚設ける構成では、シール
板２１′同志の接続部が少くなり、これらの接続部から
もれる空気の量を減少し、それだけ空気のもれ量が少く
なる。
【００２２】以上、説明の実施の形態のガスタービンシ
ール装置においては、従来のシール構造よりも流れに対
する抵抗が増し、もれる空気量が少くなる。又、シール
ピン４３とシール板２１との隙間からもれる空気量も少
くなり、シール板２１の数を図３（Ｂ）に示すように少
くすれば、更にシール効果が増す。
【００２３】更に、このシール板２１は別加工により一
体成形が可能であり、プラットフォーム２の加工面にお
いても有利となる。即ち、プラットフォーム２は硬い材
料で精密鋳造を要するので複雑な形状は加工上好ましく
ない。シール板２１，３１を別加工として後で組立てる
ようにすればプラットフォーム２の端部２ａ，２ｂは単
純な構造で良いことになる。
【００２４】
【発明の効果】本発明の（１）は、回転軸の周囲に配置
した動翼のプラットフォームの円周方向下部にシール板
を設け、同シール板上部が接続するプラットフォーム端
部と、動翼と隣接する静翼の内側シュラウド端に設けた
ハニカムシールとを対向させ、前記動翼のシール板と前
記隣接する静翼とで形成される空間を燃焼ガス通路に対
してシールするガスタービンシール装置において、前記
シール板上部に前記ハニカムシール面に対向して配列す
る複数のシールフィンを設けると共に、同シールフィン
はそれぞれ流出する空気流れに対向して傾斜させ、その
傾斜角は、前記ハニカムシール面との角度をθとして、
０＜θ≦９０°であることを特徴としているので、複数
のシールフィンが流出しようとする空気流に対して抵抗
となり、空気が流出しにくくなり、従来よりもシール性
能が向上する。
【００２５】本発明の（２）は、上記（１）の発明にお
いて、前記シール板とシールフィンは一体的に成形され
ていることを特徴としているので、シール板そのものの
加工が容易となると共に、その取付も簡単となり、更に
プラットフォーム端部も複雑な形状にすることなく、プ
ラットフォームの鋳造も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るガスタービンシー
ル装置の断面図である。
【図２】図１におけるＸ部の拡大図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係るガスタービンシー
ル装置の取付状態を示す正面図で、（Ａ）は１枚の動翼
にシール板が１枚の場合、（Ｂ）が２枚の動翼にシール
板が１枚の場合をそれぞれ示す。
【図４】従来のガスタービンのシール構造を示す断面図
である。
【符号の説明】
１，１′ 動翼 ２，２′ プラットフォーム ４ シャンク部 ５ ディスク １１ 静翼 １２ 内側シュラウド １２ａ，１２ｂ 端部 １３ 外側シュラウド １４ キャビティ １５ シールボックス １６，１７ ハニカムシール １８，１９ 空間 ２１，３１ シール板 ２２，３２ シールフィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 幸弘 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 伊藤 栄作 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 福野 宏紀 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転軸の周囲に配置した動翼のプラット
    フォームの円周方向下部にシール板を設け、同シール板
    上部が接続するプラットフォーム端部と、動翼と隣接す
    る静翼の内側シュラウド端に設けたハニカムシールとを
    対向させ、前記動翼のシール板と前記隣接する静翼とで
    形成される空間を燃焼ガス通路に対してシールするガス
    タービンシール装置において、前記シール板上部に前記
    ハニカムシール面に対向して配列する複数のシールフィ
    ンを設けると共に、同シールフィンはそれぞれ流出する
    空気流れに対向して傾斜させ、その傾斜角は、前記ハニ
    カムシール面との角度をθとして、０＜θ≦９０°であ
    ることを特徴とするガスタービンシール装置。
  2. 【請求項２】 前記シール板とシールフィンは一体的に
    成形されていることを特徴とする請求項１記載のガスタ
    ービンシール装置。
JP9057534A 1997-03-12 1997-03-12 ガスタービンシール装置 Pending JPH10252412A (ja)

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