JPWO2007023734A1 - ガスタービン燃焼器のシール構造 - Google Patents
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Abstract
Description
かかる構成において、圧縮機02で圧縮された圧縮空気は、車室05内に流入し(図中の白抜き矢印)、内筒06の外周面と外筒08の内周面とで形成される管状空間を経た後ほぼ180度反転して(図中の実線矢印)、内筒06内に後端側から導入される。次いでパイロットノズル09の前端のパイロットバーナ(不図示)に噴射された燃料と混合して予混合燃焼し、高温高圧の燃焼ガスとなる。この燃焼ガスは、尾筒07内を経由してその出口端から吐出され、タービン04を駆動させる。なおバイパスダクト011から尾筒等07内へ車室05内の圧縮空気の一部が燃焼ガス濃度を調整するために供給される。
また019は、尾筒07の燃焼ガス出口端とタービンノズル部018とを接続するフランジ部であり、016はタービン主軸015に取り付けられた第1段動翼、017aはタービンノズル部018の直ぐ下流側に設けられた第1段静翼、017bは第2段静翼である。フランジ部019の外側周囲は圧縮空気が通る空間で、内側を通る燃焼ガスより高圧となっており、圧縮空気が内側に入り込まないようにシールする必要がある。
従来ガスタービン燃焼器の尾筒出口フランジ部019のシール構造については、例えば特許文献1(特開2000−257862号公報)に開示されている。このシール構造は、ガスタービン燃焼器の尾筒出口端とタービン入口ノズルとの対向部の内縁側及び外縁側のシール構造に係り、シール部に冷却空気(圧縮空気)を燃焼ガス通路に導く空気通路を設けて、前記対向部に設けられたフランジの熱伸びによるシール部の磨耗を防止してシール性能の劣化を防止するものである。
また特許文献2(特開2002−339706号公報)は、ガスタービン燃焼器の尾筒出口端とタービン入口ノズルとの対向部のシール構造、又は隣接する尾筒間のシール構造に係り、織布状又はニット状の金属布と、該金属布の高圧側に配置され非孔質の堅いシート状をなす金属製の耐高温度シムとで構成された板状のシール組立体をシール部に設けたスロットに挿入することにより、シール性能を向上させている。
図18に尾筒出口端の構造を示す。図18Aはタービンノズル側から視た説明図、図18Bは図18Aのb矢視図、図18Cは図18Bのc部拡大図である。図において、燃焼器はガスタービン本体の周囲に周方向に16から18基配置され、07は燃焼器の尾筒の出口端であり、019は尾筒に出口端に設けられたタービンノズル018との接続用フランジ、gは尾筒07の内部からタービンノズル部018に導設された燃焼ガス通路、aは、車室05と尾筒との間に形成される圧縮空気通路である。
隣接された尾筒出口端07間のシール構造は、出口フランジ019の互いに対向する面t1及びt2に跨って形成された凹溝024及び025内に特許文献2に示す板状のシール組立体023が挿入されて尾筒フランジ019間のシールを行なう。なお023aはシール組立体023をハンドリングする際の持ち手となる取っ手である。
また熱変形により、円周方向、半径方向、軸方向のすべてに相対変位が発生し、これらの相対変位に追従できる耐熱性でかつ低剛性のシール材が見当たらない。
また振動によってシール部材がシール面から浮き上がってシール効果が不良になったり、あるいは振動によるシール面の磨耗や、シール面での接触による経年的な劣化により、徐々にシール面の漏れが増大するという問題がある。
特に隣接する尾筒間のフランジ対向面は、熱変形あるいは振動により尾筒の軸方向(図19の矢印b方向)の相対変位が著しい。図19に示すように、隣接する尾筒の2つのフランジ021及び022間の対抗面t1、t2では、熱変位による尾筒の軸方向bの相対変位Δδが著しく、尾筒出口付近の燃焼ガスgは尾筒の外側に配置された車室内の圧縮空気aより圧損分だけ圧力が低いので、従来の板状シール部材023では、両者の差圧pにより対向面t1、t2に跨って設けられた凹溝024及び025の燃焼ガス通路側内面024a及び025aに押し付けられる。
この場合従来の板状シール部材023では、相対変位Δδによりシール面025aとの間に隙間ができ、漏れrが発生する。
なおガスタービン燃焼器の尾筒部分で漏れが発生すると、尾筒外側に配置された車室05内の圧縮空気aが尾筒内を流れる燃焼ガスgに混ざって空気混合比を上げるため、燃焼温度が高くなってNOXの発生量が増大し、燃焼効率も悪化するという問題もある。
[発明の開示]
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、隣接する尾筒間のフランジ対向面のシールを行うためのシール構造において、ガスタービン燃焼器の高温下における熱変形による漏れや、振動による磨耗や経年劣化、あるいは振動によるシール部材の浮き上がりによる漏れを生ぜず、長期に亘り良好なシール性能を保持することができるシール構造を実現することを目的とする。
かかる目的を達成するため、本発明のシール構造は、
ガスタービンの周方向に配置された複数の燃焼器の尾筒出口端とガスタービン入口ノズルとの接続部における尾筒間のシール構造において、
尾筒出口端の隣接した尾筒フランジ同士の対向面に夫々凹溝を設け、
該凹溝に長尺板状のシール部材と該シール部材に並置される板ばねとからなるシール組立体を挿入し、
前記シール部材が、一方の面の両側端部に連続した突起部を有し、
前記突起部が前記凹溝内で燃焼ガス通路側面に向けて前記フランジ対向面に跨って配置されるとともに、
前記板ばねが、前記凹溝内で該シール部材に対して圧縮空気側に配置され、前記板ばねのバネ力により前記突起部を該凹溝の燃焼ガス通路側面に押し付けるように構成されているものである。
本発明のシール構造においては、前記シール組立体のシール部材が一方の面の両端部に連続した突起部を有するため、図1に示すように、尾筒の振動又は熱変位により隣接する尾筒のフランジ21及び22が相対変位Δδを生じた場合、本発明のシール組立体では、突起部24a及び24bの存在により、シール部材23aはコーナcに接触せず、かつ板ばね23bのばね力を付与されて、突起部24a及び24bが燃焼ガス側内面24a及び25aに押圧された状態を保つので、対向面t1、t2間のシール状態を保持し、振動等によって浮き上がることがない。これによって対向面間で圧縮空気通路aから燃焼ガス通路g側への気流漏れが生じない。
なおシール部材と板ばねとは互いに接合されていてもよいし、分離された状態でもよい。どちらの状態でもシール機能を果たすことができる。接合する場合は、溶接又はロウ付け等で接合する。接合されている場合は、一方に取っ手を設ければ抜き出しが可能であり、また抜き出し治具を用いた抜き出しが容易である。分離されている場合は、両方に取っ手を設けるか、あるいはシール部材及び板ばねをそれぞれ抜き出し治具で抜き出す必要があるが、交換時は一方のみを交換すればよいので、交換が容易である。
本発明のシール構造において、好ましくは、前記シール部材が、芯材挿通孔を有し複数重ねて配置された短冊体と、該重合配置された短冊体によって短冊体の重合方向に形成された芯材挿通孔に挿通された芯材とから構成する。このように構成すれば、該対向面を形成するフランジの熱変形による相対変位、あるいは振動によるシール部材の長手方向の前記フランジの変形やうねりに対してもシール部材が容易に追従することができる柔軟性をもつことができる。
また前記短冊体が棒状部材を曲折して輪郭を形成することにより内側に芯材挿通孔が形成されてなるようにしてもよい。このように構成することにより、シール部材の長手方向の前記フランジのうねりに対してもシール部材が容易に追従することができる柔軟性をもつことができるとともに、シール部材自体にバネ効果を付与でき、かつシール部材を軽量化することができる。また軽量化によってシール部材の振動による慣性力を低減でき、シール面からのシール部材の浮き上がりを防止することができる。
また前記突起部又は該突起部が接触する前記凹溝内の燃焼ガス通路側内面に耐摩耗性被膜をコーティングして、互いに押し付け合う前記突起部及び前記燃焼ガス通路側内面の磨耗を軽減するようにしてもよい。また耐摩耗性被膜をコーティングすれば、前記溝にシール組立体を挿入するときに低摩擦となり挿入しやすくなる。耐摩耗性材料として、Cr2C3、WC、MoS2等の硬質材料を使用することができる。
また本発明の板ばねを、例えば前記板ばねが並置された前記シール部材に向かって凹凸をなすように波状に構成されるようにしてもよい。あるいは平板状の座板と、該座板に対して一端が浮き上がった状態で他の一端で接合される複数のばね部材とで構成してもよい。このように複数の片持ちのばね部材で構成することにより、組み立てが容易であり、またバネ変位量の増加が容易になり、大きな変形に追従できるようにすることができる。またかかる構成において、浮き上がった端部をR形状にして前記凹溝への装着時にひっかかりをなくすようにすることができる。
あるいは本発明の板ばねを、例えば平板状の座板と、該座板に対して両端が浮き上がった自由端をなし中央部で接合される複数のばね部材とで構成してもよい。
かかる構成の場合、前記ばね部材は中央に接合部を中心にして左右対称であるため、左右対称に負荷がかかり、接合部に偏荷重が加わることがないので、接合部が切断しにくい利点がある。
また前記板ばねが、基部と該基部に対し両側に八の字状に配置された一対の脚部とからなる複数のばね部材で構成され、前記脚部が前記フランジ対向面に跨って前記凹溝の圧縮空気通路側内面に接触するように配置されてなる構成としてもよい。
かかる構成の場合、前記突起部を介して凹溝内の燃焼ガス通路側内面で形成するシール面に均等にシール荷重を負荷することができる。
また本発明において板ばねが両端部が浮き上がった自由端をなし中央部でシール部材に接合され、該両端部に尾筒フランジ対向面に設けられた凹溝内で該対向面に跨って配置され断面がR形状の凸部を両側端部に有する支持板を設け、該両端部及び中央部を除く傾斜部に該板ばねの長手方向に長孔を設け、該長孔に隣接する板ばねを挿入するようにして前記自由端同士を相互に重ね合わせて、各板ばね間の間隔を密に配置するとよい。
かかる構成では、シール部材を薄板状に形成して長手方向の柔軟性をもたせることができ、また尾筒フランジ対向面の変形や熱伸びによるズレに追随できるとともに、軽量化が可能になり、これによって振動に伴うシール部材の慣性力を低減し、シール部材の浮き上がりを抑制できる。またシール部材に板ばね中央部の接続箇所を増やすことによって、シール部材にばね力を付与する押付け点を増やし、これによってシール部材の長手方向に亘るシール性能をさらに向上できる。
また互いに対向する尾筒フランジ対向面が熱変形によりずれが生じた場合、板ばねが該対向面に設けた凹溝のコーナに片当りして窪みや偏磨耗を生じたり、塑性変形してつぶし代が変わるおそれがあるが、板ばねの両端部に前記支持板が設けられているため、板ばねが該対向面に設けた凹溝のコーナに直接当ることがないため、前記のような不具合が生ぜず、シール部材に付与する均一なばね力を保持できる。また該フランジ対向面のずれによって支持板が傾いても支持板に設けられたR形状の凸部が傾きに良く追従でき、板ばねに偏荷重が加わることがないので、シール部材に付加する板ばねのばね力を維持できて前記突起部によるシール機能を損なうことがない。
またシール部材と板ばねとを別体に構成し、該板ばねの両端部が浮き上がった自由端をなし中央部で溶接用取り付け板を介して該シール部材に対面する凹溝の圧縮空気通路側両内面に取り付けられ、該板ばねの両端部に対向する位置の該シール部材に尾筒フランジ対向面に設けられた凹溝内に該対向面に跨って配置され断面がR形状の凸部を両側端部に有する支持板を設けるようにしてもよい。
かかる構成では、前記構成と同様にシール部材の薄肉化が可能になり、柔軟性や軽量化を達成できるとともに、板ばねの両端部でシール部材を押圧するようにしているので、シール部材に対する押付け箇所を増やすことができ、これによってシール性能を向上させ、振動等によるシール部材の浮き上がりをより確実に抑制できる。またシール部材と板ばねとを分割することで、シール組立体を簡素な構成にできるとともに、板ばねの該両端部を該支持板のR形状凸部に当てるようにしているので、板ばねの両端部が片当りして窪みや偏磨耗を生じたり、あるいは塑性変形してつぶし代が変わるようなことがない。
なお本発明の前記構成、即ち板ばねを座板に対して一端又は両端が浮き上がった自由端の状態で取り付ける構成の場合に、該板ばねの該一端又は両端に前記構成のR形状の凸部を有する支持板を取り付けるようにしてもよい。これによって尾筒フランジ対向面が熱変形によりずれが生じた場合でも板ばねが該対向面に設けた凹溝の角に当って窪みや偏磨耗を生じたり、塑性変形してつぶし代が変わるのを防止できる。
本発明のシール構造によれば、尾筒出口端の隣接した尾筒フランジ同士の対向面に夫々凹溝を設け、該凹溝に長尺板状のシール部材と該シール部材に並置される板ばねとからなるシール組立体を挿入し、該シール部材が一方の面の両側端部に連続した突起部を有し、該突起部が前記凹溝内で燃焼ガス通路側に向けて前記尾筒フランジ対向面に跨って配置され、該板ばねが、該凹溝内で該シール部材に対して圧縮空気側に配置され、該板ばねのばね力により該突起部を該凹溝の燃焼ガス通路側内面に押し付けるように構成されているため、該板ばねのばね力が該シール部材に働き、振動や熱変形により尾筒出口フランジの対向面に相対変位が生じた場合でも、該突起部と該凹溝の燃焼ガス通路側内面とで形成されるシール面を常に良好なシール性能に維持することができる。
図2は、本発明の第1実施形態を示す立て断面図である。
図3は、前記第1実施形態のシール組立体の斜視図である。
図4は、本発明の第2実施形態の板ばねの立面図である。
図5は、本発明の第3実施形態の板ばねの立面図である。
図6は、本発明の第4実施形態の断面図である。
図7は、前記第4実施形態の板ばねの斜視図である。
図8は、本発明の第5実施形態の断面図である。
図9は、前記第5実施形態のシール部材の斜視図である。
図10は、前記第5実施形態のシール組立体の斜視図である。
図11は、本発明の第6実施形態の断面図である。
図12は、前記第6実施形態のシール組立体の斜視図である。
図13は、前記第6実施形態のシール部材の立面図である。
図14Aは本発明の第7実施形態に係るシール組立体の斜視図、図14Bは図14AのA−A断面図、図14Cは図14AのB−B断面図、図14Dは前記第7実施形態のシール作用を示す説明図である。
図15Aは本発明の第8実施形態に係る立面図であり、図15Bは前記第8実施形態の平面図、図15Cは前記第8実施形態のシール板の横断側面図、図15Dは前記第8実施形態の一部平面図、図15Eは前記第8実施形態の一部立面図、図15Fは前記第8実施形態のシール作用を示す説明図である。
図16Aは本発明の第9実施形態に係る第1変形例を示す立面図、図16B]前記第9実施形態の第2変形例を示す立面図である。
図17は、従来のガスタービン燃焼器の断面図である。
図18Aは従来のガスタービン燃焼器の尾筒出口端を示す立面図、図18Bは図18A中のb矢視図、図18Cは図18B中のc部拡大図である。
図19は、従来のシール組立体のシール作用を示す説明図である。
図2は本発明の第1実施形態を示す縦断面図、図3は前記第1実施形態のシール組立体の斜視図、図4は本発明の第2実施形態の板ばねの立面図、図5は本発明の第3実施形態の板ばねの立面図、図6は本発明の第4実施形態の縦断面図、図7は前記第4実施形態の板バネの斜視図である。
図8は、本発明の第5実施形態の縦断面図、図9は前記第5実施形態のシール部材の斜視図、図10は第5実施形態のシール組立体の斜視図、図11は本発明の第6実施形態の断面図、図12は第6実施形態のシール組立体の斜視図、図13は第6実施形態のシール部材の立面図である。
図14は、本発明の第7実施形態に係り、図14Aはシール組立体の斜視図、図14Bは図14A中のA−A断面図、図14Cは図14A中のB−B断面図、図14Dはシール作用を示す説明図、図15は、本発明の第8実施形態に係り、図15Aは立面図、図15Bは平面図、図15Cは一部側面図、図15Dは一部平面図、図15Eは一部立面図、図15Fはシール作用を示す説明図、図16は、本発明の第9実施形態に係り、図16Aは第1変形例を示す立面図、図16Bは第2変形例を示す立面図である。
(実施形態1)
本発明の第1実施形態を示す図2及び図3において、21及び22は、隣接する尾筒の燃焼ガス出口部において、後流側のタービン入口ノズルとの接続部に設けられたフランジであり、それらフランジ21及び22間の互いに対向する面t1及びt2に溝24及び25が設けられ、これらの凹溝の内部に溝24及び25に跨るように本発明のシール組立体30が挿入される。シール組立体30は、金属性の長尺状シール板31と金属製の板ばね32とがロウ付け等により接合されて構成されている。
シール板31の両サイドには長手方向に突起31a及び31bが連続的に設けられ、一方板ばね32には長手方向に長孔32aが穿設されている。
シール組立体30は、凹溝24及び25の内部で、板ばね32が圧縮空気a側内面24b及び25b側に位置し、そのばね力によりシール板31の突起31aを凹溝24の燃焼ガス側内面24aに押し付けるとともに、突起31bを溝25の燃焼ガス側内面25aに押し付けることによって、対向面t1とt2との隙間sをシールしている。シール組立体30は、図15に示すように、隣接された尾筒07の出口端フランジ019の対向面t1、t2に設けられた凹溝24、25間の全長に亘って挿入される。
かかる構成によれば、フランジ21及び22に互いに反対方向の振動v1及びv2が生じた場合、あるいは図19に示すように熱変形による矢印b方向の相対変位Δδが生じても、突起31a及び31bが板ばね32のばね力によりシール面24a及び25aに押圧され、図1に示すように、突起31a及び31bがシール面24a及び25aから離れることがないので、良好なシール効果を保持することができる。しかも第1実施形態によれば、簡素な構成を有するシール組立体30で十分なシール効果を得ることができる。
(実施形態2)
図4は本発明の第2実施形態を示し、第2実施形態は本発明のシール組立体に組み込まれる板ばねの変形例を示す。図4において、本第2実施形態の板ばね40は、平板状の座板41と、座板41に対して一端42aが浮き上がった自由他をなし他端42bが座板41にリベット接合又は溶接等によって接合されている複数のバネ板42とから構成されている。なおバネ板42の浮き上がった自由端をなす一端42aはR形状に形成されていて、フランジ溝24、25に挿入されるときひっかかりが起こらないようになっている。
第2実施形態によれば、複数のバネ板42を用いるため、組み立てが容易であり、またバネ変位量の増加が容易になり、大きな変形に追従できるようにすることができる。
(実施形態3)
図5は、本発明の第3実施形態を示し、第3実施形態は本発明のシール組立体に組み込まれる板ばねのさらなる変形例を示す。図5において、本第3実施形態の板ばね50は、平板状の座板51と、座板51に対して両端部52a及び52bが浮き上がった自由端をなし中央部52cが座板51に接合されている複数のバネ板52とから構成されている。なお前記第2実施形態と同様にバネ板52の浮き上がった自由端をなす両端部52a及び52bはR形状に形成されていている。
かかる第3実施形態によれば、前記第2実施形態の長所に加えて、シール対象となるフランジ溝に挿入されたとき、バネ板52の両端部に対称に同時に力が加わり、そのため中央部52cにどちらか一方に偏った力が作用することがないので、接合部52cがたやすく剥がれないという利点がある。
(実施形態4)
次に本発明の第4実施形態を図6及び図7に基づいて説明する。図6及び図7において、本第4実施形態のシール組立体60は、シール板61と板ばね62とが一体となった構成を有する。シール板61は板状をなし、両側端部が屈曲されて連続的な突起61a及び61bを形成している。
また板バネ62は、一枚の長尺板からなる基部63の両側に八の字状に広がった脚部64a及び64bの先端に接続された足部65a及び65bが基部63の長手方向に間隔を置いて接続されてなる。基部63は板シール61の中央に接合されて板シール61と一体となっている。
かかる構成を有するシール組立体60をフランジ21及び22に形成された凹溝24及び25に挿入される。このとき板ばね62のばね力により板シール61の突起61aが凹溝24の燃焼ガス通路側内面24aに押し付けられ、また突起61bが凹溝25の燃焼ガス通路側内面25aに押し付けられてフランジ21及び22の対向面t1及びt2間の隙間sをシールする。
なお凹溝24及び25の燃焼ガス側内面24a及び25aと圧縮空気通路側内面24b及び24bには耐摩耗性被膜66がコーティングされている。この耐摩耗性被膜66の材質は、例えばCr2C3、WC、MoS2等の硬質被膜からなる。板ばね62の足部65a及び65bは、平面形状をなし、該内面24b及び25bに当接するようになっている。
かかる構成の第4実施形態によれば、シール組立体60が一体となっているので、溝24及び25に挿入しやすく、かつ板ばね62のピッチが狭いので、板ばね62のばね力が板シール61側に均等に付加され、突起61a及び61bのシール面に均等に付加される。また基部63の板シール61側への接合面積を少なくでき、例えば基部63の一端のみの接合でもよく、あるいは板シール61と板ばね62とを必ずしも接合しなくてもシール効果を得ることができる。
(実施形態5)
次に本発明の第5実施形態を図8〜10に基づいて説明する。図8〜10において、本第5実施形態のシール組立体70は、薄肉の短冊体74が多数積み重ねられて構成されたシール板71と、板ばね73とで構成されている。短冊体74には芯材72を挿通するための長孔74aが穿設され、長孔74aに芯材72が挿通されている。また板ばね73は、図3に図示される第1実施形態のように、並置されたシール板71側に対して凹凸を有する波状に形成されている。また短冊体74には両端に突起75a及び75bが設けられ、シール板71が隣接する尾筒のフランジ21及び22の対向する面t1、t2に跨って設けられた溝24及び25に挿入されたとき、突起75a及び75bが板ばね73のバネ力により燃焼ガス通路g側内面24a及び25aに押圧され、内面24a及び25aとの間でシール面を形成する。
第5実施形態によれば、シール板71が多数の短冊体74で構成されているために、対向面を形成するフランジの熱変形による相対変位、あるいは振動によるシール部材の長手方向の前記フランジの変形やうねりに対してもシール部材が容易に追従することができる柔軟性をもつことができる。
(実施形態6)
次に本発明の第6実施形態を図11〜13により説明する。図11及び13において、シール組立体80は、丸棒を屈曲させて形成した短冊体84を積み重ねて構成したシール板81、及びシール板81の内部空間に挿入された芯材82と、シール板81に接合された板ばね83とから構成されている。板ばね83は、前記第5実施形態と同様にシール板81の方向に凹凸を呈する波状に形成されている。83aは板ばね82に設けられた長孔である。
第6実施形態によれば、シール板81の長手方向に沿うフランジ21、22のうねりに対してもシール板81が容易に追従することができる柔軟性をもつことができるとともに、シール板81自体にバネ効果を付与でき、かつシール板81を軽量化することができる。また軽量化によってシール板81の振動による慣性力を低減でき、シール面からのシール部材の浮き上がりを防止することができる。
なお本実施形態において、突起81a、81bの燃焼ガス通路側内面24a、25aに接する部分あるいは前記内面24a、25aに前述の耐磨耗性被膜をコーティングすれば、突起81a、81b及びシール面24a、25aの磨耗が低減され、シール性能を長期に保持することができる。
(実施形態7)
次に本発明の第7実施形態を図14により説明する。図14において、長尺状のシール板91には一方の面の両側にR形状の凸部92a及び92bが形成された薄板状をなし、図14Dに示すように凹溝24及び25に跨って挿入される。該シール板91は薄板のため柔軟性が得られ、対向する尾筒フランジ21及び22の変形、変位に追随させることが可能となる。また薄板にすることにより軽量化でき、シール板91の振動に伴うシール板91の浮き上がりを抑制できる。シール板91の一端には本実施形態のシール組立体90をフランジ21及び22の対向面に設けられた凹溝24及び25に挿入又は抜き出し可能とする取っ手93が設けられている。
シール板91には、シール板91の長手方向に複数の扁平な山形をなしたバネ板95がその中央部95aでシール板91にスポット溶接w1されている。またシール板91から浮き上がりシール板91と平行になるように曲げられた両端部95bには支持板96がスポット溶接w2されている。支持板96には、支持板91と同様に両側にR形状の凸部97a及び97bが形成された薄板状をなす。
シール板91及び支持板96は、耐熱性があるCo基合金又はNi基合金で構成されているが、特に高温下での耐磨耗性を有するCo基合金が好ましい。シール板91及び支持板96の外表面には、CrC、WC、MoS2等の耐摩耗性硬質被膜97がコーティングされている。
またバネ板95の傾斜部95cには長孔98が設けられ、隣接されたバネ板95には幅の細い傾斜部95dを有するバネ板が使用され、該幅細の傾斜部95dが該長孔98に挿入されている。
かかる構成において、図14Dに示すように、対向する尾筒フランジ面21及び22が熱変形などによりΔδ分のズレを生じた場合、シール板91の燃焼ガス通路g側に面する面の両側端に設けられた凸部92a及び92bがかかるズレに追従して溝24及び25の燃焼ガス通路g側の面24a及び25aに接触を保持し、シール性能を保持することができる。ズレΔδに対応してシール板91が傾斜しても、凸部92a及び92bは断面がR形状をしているため、シール板91の任意の傾斜角に対応して追従でき、フランジ面24a及び25aに対して一定の押圧力を保持できる。
またバネ板95の両端部95bに支持板96を固着しているため、フランジ21及び22の熱変位によるズレによってバネ板95が傾斜しても、支持板96の両側端に設けられた凸部97a及び97bが断面がR形状をしているため、該傾斜に追随して、シール板91にばね力を付与するバネ板95に対して偏荷重を与えることがないので、シール板91に対して常に一定のばね力が働き、シール性能を確保できる。また支持板96があるため、バネ板95が凹溝24又は25のコーナcに片当りして凹みを生じたり、あるいは偏磨耗して塑性変形を生じるおそれがない。
また本実施形態では、バネ板95の傾斜部95cに長孔98を設けて長孔98に隣接した板ばね95の幅細の傾斜部95dを挿入するようにしているので、各バネ板95の取り付け間隔を狭めることができ、そのためシール板91に対するバネ板95の押圧点(中央部95a)を増やすことができ、シール板91に対するバネ力による面圧を高くしてシール性能をさらに高めることができる。
また本実施形態ではシール板91とバネ板95とを一体とすることにより、メンテナンス時の挿入又は抜き出しが容易である。
前記押圧点以外のシール面は微小な隙間があるため、微小な漏れは避けられないが、本実施形態では、シール板91の凸部92a、92b及び支持板96の凸部97a、97bの耐磨耗性硬質被膜97の表面にCu−Al,Cu−Al−Feなどの軟質被膜又は無電解Niメッキによる軟質被膜99を形成している。これによって運転初期に押圧力の強い前記押圧点の部分に被覆した該軟質被膜99を磨耗させてなじませておくことにより、接触面に対して均一な面圧を付与できるようにするとともに、シール部分に均一で気密性の高いシール面を形成することができる。
(実施形態8)
次に本発明の第8実施形態を図15により説明する。図15において、本実施形態のシール組立体100を構成するシール板101とバネ板106とは別体に構成され、このうちシール板101は、溝24及び25の燃焼ガス通路g側の面24a及び25aに対面する面の両側端部に前記第7実施形態と同様に断面がR形状をなす凸部102a及び102bを有する長尺状の薄板からなる。シール板101において後述するバネ板106のシール板101に平行な両端部106bが当接する部分には支持板104が溶接又はロウ付け等により固着されている。支持板104の外表面の両側端部にはシール板101と同一の断面がR形状をなす凸部105a及び105bが設けられている。
またシール板101及び支持板104の外表面には前記第7実施形態と同一の耐磨耗性被膜108が被覆され、なおかつ支持板101の該耐摩耗性被膜108の表面には前記第7実施形態と同様の軟質被膜109が被覆されている。またシール板101及び支持板104は第7実施形態と同様にCo基合金又はNi基合金で構成されている。
バネ板106は、シール板101に平行な中央部106a及び両端部106bと傾斜部106cとからなる薄板状をなし、図15D及び図15Eに示すように中央部106aが溶接用取り付け板107にスポット溶接w3され、該溶接用取り付け板107が図15Fに示すように、尾筒フランジ対向面に設けられた凹溝24及び25の圧縮空気側内面24b及び25bに溶接されることにより、凹溝24及び25にそれぞれ1列ずつ合計2列に溶接されている。
かかる構成により、作業員が取っ手103を把持してシール板101を凹溝24及び25内に挿入すると、バネ板106の両端部106bに支持板104が当接し、支持板104がバネ板106のばね力で押圧されて支持板101の凸部102a及び102bが凹溝24及び25の燃焼ガス通路側内面24a及び25aに押圧されることによりシール面が形成される。
図14Fに示すように、尾筒フランジ対向面に熱変形によりズレΔδが生じても、凸部102a及び02bが該ズレによる傾斜に対応して燃焼ガス通路側内面24a及び25aから離れることなくシール性能を保持でき、またシール板104の凸部105a及び105bが該ズレによる傾きに容易に追随してバネ板106から偏荷重を受けることなく、バネ板106のばね力を均一にシール板101に伝達することができる。
本実施形態では、支持板101とバネ板106とに分割することにより、シール組立体100を簡素な構造にすることができる。凹溝24及び25の圧縮空気a側内面24b及び25bにバネ板106の中央部を溶接し、バネ板106の両端部106bでシール板101を押圧するようにしたため、押圧点を増やすことができ、これによって凹溝内面24a及び25aと凸部102a及び102bとで形成するシール面に対する面圧を高め、シール性能を向上でき、振動等によるシール組立体100の浮き上がりをより確実に防止することができる。
その他耐摩耗性硬質被膜108及び軟質被膜109を形成したことにより、前記第7実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
(実施形態9)
次に本発明の第9実施形態として、図4に示す第2実施形態の変形例及び図5に示す第4実施形態の変形例を図16A及び図16Bにより説明する。図16Aは、図4に示す第2実施形態の変形例であり、シール組立体に組み込まれる板ばねの変形例を示す。図16Aにおいて、板ばね110は、平板状の座板111と、一端が座板111に対して浮き上がった自由端をなし座板111に平行な平行部112aを形成し、他端が座板111にリベット接合又は溶接等によって接合されている平行部112bを有する複数のバネ板112とから構成されている。
平行部112aには前記第8実施形態で用いられる支持板104と同一構成の支持板113が溶接又はロウ付け等の方法で固着されている。かかる構成によって、この前記第2実施形態の変形例では、前述した第2実施形態の作用効果に加えて、尾筒フランジ対向面に熱変形によりズレΔδが生じても、支持板113の両側端部に形成されたR形状断面を有する凸部が該ズレによる凹溝24及び25内での座板111の傾斜に容易に追随し、図示しないシール板にばね力を付与するバネ板112に対して偏荷重を与えることがないので、該シール板に対して常に一定のばね力が働き、シール性能を確保できる。また支持板113があるため、バネ板112が凹溝24又は25のコーナcに片当りして凹みを生じたり、あるいは偏磨耗して塑性変形を生じるおそれがない。
図16Bは、図4に示す第3実施形態の変形例である。図16Bにおいて、シール組立体に組み込まれる板ばね120は、平板状の座板121と、座板121に対して両端部122aが浮き上がった絨毯をなし中央部122bが座板121に接合されている複数のバネ板122とから構成されている。両端部122aは座板121に平行な平行部を形成し、該平行部に前記第8実施形態で用いられる支持板104と同一構成の支持板123が溶接又はロウ付け等の方法で固着されている。
かかる構成によって、前述の第3実施形態の作用効果に加えて、尾筒フランジ対向面に熱変形によりズレΔδが生じても、支持板123に形成されたR形状断面を有する凸部が該ズレによる座板121の傾斜に容易に追随し、図示しないシール板にばね力を付与するバネ板122に対して偏荷重を与えることがないので、該シール板に対して常に一定のばね力が働き、シール性能を確保できる。また支持板123があるため、バネ板122が凹溝24又は25のコーナcに片当りして凹みを生じたり、あるいは偏磨耗して塑性変形を生じるおそれがない。
Claims (11)
- ガスタービンの周方向に配置された複数の燃焼器の尾筒出口端とガスタービン入口ノズルとの接続部における尾筒間のシール構造において、
尾筒出口端の隣接した尾筒フランジ同士の対向面に夫々凹溝を設け、
該凹溝に長尺板状のシール部材と該シール部材に並置される板ばねとからなるシール組立体を挿入し、
前記シール部材が一方の面の両側端部に連続した突起部を有し、
該突起部が前記凹溝内で燃焼ガス通路側に向けて前記尾筒フランジ対向面に跨って配置され、
前記板ばねが、該凹溝内で該シール部材に対して圧縮空気通路側に配置され、該板ばねのばね力により該突起部を該凹溝の燃焼ガス通路側内面に押し付けるように構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器のシール構造。 - 前記シール部材が、芯材挿通孔を有し複数重ねて配置された短冊体と、該重合配置された短冊体によって該短冊体の重合方向に形成された芯材挿通孔に挿通された芯材とからなることを特徴とする請求項1記載のガスタービン燃焼器のシール構造。
- 前記短冊体が棒状部材を曲折して輪郭を形成することにより内側に芯材挿通孔が形成されてなることを特徴とする請求項2記載のガスタービン燃焼器のシール構造。
- 前記突起部又は該突起部が接触する前記凹溝の燃焼ガス通路側内面に耐摩耗性被膜をコーティングしたことを特徴とする請求項1記載のガスタービン燃焼器のシール構造。
- 前記板ばねが並置された前記シール部材に向かって凹凸をなすように波状に構成されたことを特徴とする請求項1記載のガスタービン燃焼器のシール構造。
- 前記板ばねが、平板状の座板と、該座板に対して一端が浮き上がった自由端をなし他の一端で接合される複数のばね部材とで構成されたことを特徴とする請求項1記載のガスタービン燃焼器のシール構造。
- 前記板ばねが、平板状の座板と、該座板に対して両端が浮き上がった自由端をなし中央部で該座板に接合される複数のばね部材とで構成されたことを特徴とする請求項1記載のガスタービン燃焼器のシール構造。
- 前記板ばねが、基部と該基部に対し両側に八の字状に配置された一対の脚部とからなる複数のばね部材で構成され、前記脚部が前記フランジ対向面に跨って前記凹溝の圧縮空気通路側内面に接触するように配置されてなることを特徴とする請求項1記載のガスタービン燃焼器のシール構造。
- 前記板ばねが両端が浮き上がった自由端をなし中央部で前記シール部材に接合され、該両端部に前記凹溝内で前記尾筒フランジ対向面に跨って配置され断面がR形状の凸部を両側端部に有する支持板を設け、該両端部及び中央部を除く傾斜部に該板ばねの長手方向に長孔を設け、該長孔に隣接する板ばねを挿入するようにして前記自由端同士を相互に重ね合わせて、前記自由端同士を相互に重ね合わせて、各板ばね間の間隔を密に配置したことを特徴とする請求項1に記載のガスタービン燃焼器のシール構造。
- 前記シール部材と板ばねとが別体に構成され、該板ばねが両端部が浮き上がった自由端をなし中央部で溶接用取り付け板を介して該シール部材に対面する前記凹溝の圧縮空気通路側両内面に取り付けられ、該板ばねの両端部に対向する位置の該シール部材に前記凹溝内で前記尾筒フランジ対向面に跨って配置され断面がR形状の凸部を両側端部に有する支持板を設けたことを特徴とする請求項1に記載のガスタービン燃焼器のシール構造。
- 前記ばね部材の浮き上がった一端又は両端に、前記尾筒フランジ対向面に跨って配置され断面がR形状の凸部を両側端部に有する支持板を設けたことを特徴とする請求項6又は7のいずれかに記載のガスタービン燃焼器のシール構造。
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