JPWO2013128683A1

JPWO2013128683A1 - ガスタービン

Info

Publication number: JPWO2013128683A1
Application number: JP2014501953A
Authority: JP
Inventors: 橋本　真也; 真也橋本
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: US9109510B2; CN104040148A; KR101548895B1; WO2013128683A1; US20130224011A1; DE112012005819B4; DE112012005819T5; KR20140098859A; JP5646109B2; CN104040148B

Abstract

本発明のガスタービンは、外側ディフューザ及び内側ディフューザを貫通して、排気室壁と軸受け箱とを連結するストラットと、ストラットの延在方に沿ってストラットを覆うストラットカバーと、内側ディフューザの径方向内側と軸受け箱の径方向外側との間に配置され、上流側部が軸受け箱との間でシールされ、下流側部が内側ディフューザとの間でシールされ、ストラットが貫通するストラット貫通孔が形成されている隔壁と、ストラットに対して延在方向に相対移動可能に、隔壁のストラット貫通孔に固定され、ストラット貫通孔とストラットとの隙間を塞ぐ孔シール部材と、を備えている。

Description

本発明は、ガスタービンに係り、特に、ガスタービンにおける燃焼ガスの排気室周りの冷却空気のシール構造に関する。
本願は、２０１２年２月２７日に、日本に出願された特願２０１２−０３９９４２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

ガスタービンは、一般的に、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、燃料を圧縮空気に混合して燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスにより回転するロータを有するタービンと、を備えている。このタービンのロータを回転させた燃焼ガスは、タービンの排気室内を通って大気に放出される。

このようなガスタービンでは、高効率化に伴って、タービンに供給される燃焼ガス温度が非常に高温になってきている。このため、タービンの構成部品の多くが冷却対象になっており、上記排気室を形成する部品やこの排気室周りの部品も冷却対象になっている。

ガスタービンにおける上記排気室周りの冷却構造に関しては、例えば、以下の特許文献１に開示されている。排気室は、ロータの回転軸線を中心として円筒状の排気室壁で形成されている。排気室壁の径方向内側には、ロータの回転軸線を中心として円筒状の外側ディフューザ及び内側ディフューザが配置されている。外側ディフューザは、排気室壁の内周面に沿って設けられている。内側ディフューザは、外側ディフューザの径方向内側に間隔をあけて配置されている。外側ディフューザと内側ディフューザとの間は、燃焼ガスの排気流路を形成する。また、内側ディフューザの径方向内側には、ロータを回転可能に支持する軸受けと、これを覆うと共に支持する軸受け箱とが設けられている。排気室壁と軸受け箱とは、外側ディフューザ及び内側ディフューザを貫通するストラットにより連結されている。このストラットは、ロータのタンジェンシャル（接線）方向に延びており、この延在方向に沿ってストラットカバーで覆われている。このストラットカバーの延在方向の一端部は外側ディフューザに取り付けられ、他端部は内側ディフューザに取り付けられている。内側ディフューザの径方向内側と軸受け箱の径方向外側との間には、ストラットが貫通するストラット貫通孔が形成されている隔壁が配置されている。

排気室壁の内周面と外側ディフューザの外周面との間には、例えば、圧縮機から抽気された圧縮空気が冷却空気として供給される。この冷却空気は、ストラットとストラットカバーとの間隙を経て、内側ディフューザの内周面と隔壁と間に流れ込んだ後、例えば、燃焼ガスの排気流路内へ排気される。冷却空気は、この間、外側ディフューザ、ストラット、ストラットカバー、内側ディフューザを冷却する。

隔壁の上流側部は、軸受け箱に対して軸方向及び径方向に対して相対移動可能に、軸受け箱との間がシールされている。また、隔壁の下流側部は、内側ディフューザに対して軸方向及び径方向に相対移動可能に、内側ディフューザとの間がシールされている。

隔壁と軸受け箱との間には、軸受け箱や内側ディフューザに対して軸方向及び径方向に相対移動可能な隔壁を支持する隔壁支持部材が設けられている。この隔壁支持部材は、その径方向外側端が隔壁のストラット孔の縁に沿って固定されて、ストラットを覆う筒状の外側支持部材と、その径方向内側端が軸受け箱に固定されて、ストラットを覆う筒状の内側支持部材と、を有している。内側支持部材に対して外側支持部材は、上記延在方向に相対移動可能で、両支持部材の間には、この間をシールするシール部材が配置されている。
すなわち、この特許文献１に記載のガスタービンでは、スラットカバー内から内側ディフューザの径方向内側に流れてきた冷却空気を隔壁と隔壁支持部材とでシールしている。

特許文献１に記載のガスタービンでは、ストラットが熱膨張によりその延在方向に延びた場合、この延在方向がロータのタンジェンシャル方向であるため、軸受け箱はロータの回転軸線回りに回る。このように、軸受け箱が回ると、内側支持部材と外側支持部材との上記延在方向における相対位置が変化する。そこで、このガスタービンでは、前述したように、内側支持部材に対して外側支持部材が上記延在方向に相対移動可能になっている。

日本国特開２００９−２４３３１１号公報

上記特許文献１に記載の技術では、隔壁支持部材の構成要素である外側支持部材及び内側支持部材のいずれもが比較的厚さの薄い板材で筒状に形成されているため、外側支持部材と内側支持部材との間の隙間幅を一定にすることが難しい。さらに、比較的厚さの薄い板材で筒状に形成された外側支持部材及び内側支持部材は、それぞれの熱膨張又は熱収縮により、両者間の隙間幅のバラツキが大きくなる傾向がある。このため、この隔壁支持部材は、ガタにより振動し易い。

しかも、上記特許文献１に記載の技術では、隔壁支持部材が隔壁の荷重の一部を受けつつも、内側支持部材に対して外側支持部材が上記延在方向に相対移動可能な状態で、両者間の隙間をシールしなければならない。

このため、上記特許文献１に記載の技術では、隔壁支持部材の振動により、比較的に短期間のうちに、外側支持部材や内側支持部材、さらにシール部材が損傷し、冷却空気の流路のシール性が損なわれてしまう、という問題点がある。

そこで、本発明は、上記問題点を解決するため、長期間に渡って冷却空気流路のシール性を保つことができるガスタービンを提供することを目的とする。

本発明のガスタービンは、回転軸線を中心として回転するロータと、前記回転軸線を中心として円筒状を成す排気室壁と、前記回転軸線を中心として円筒状を成し、前記排気室壁の内周面に沿って設けられている外側ディフューザと、前記回転軸線を中心として円筒状を成し、前記外側ディフューザの径方向内側に配置され、前記外側ディフューザとの間に燃焼ガスの排気流路を形成する内側ディフューザと、前記内側ディフューザの径方向内側に配置され、前記ロータを回転可能に支持する軸受けを覆って支持する軸受け箱と、前記排気室壁と前記軸受け箱との間に、前記回転軸線に対する周方向に間隔をあけて複数配置され、前記外側ディフューザ及び前記内側ディフューザを貫通して、前記排気室壁と前記軸受け箱とを連結するストラットと、前記ストラットの延在方向に沿って配置され、前記延在方向の一端部が外側ディフューザに取り付けられ、他端部が内側ディフューザに取り付けられて、前記ストラットとの間に冷却空気が通るよう間隔をあけて前記ストラットを覆うストラットカバーと、前記内側ディフューザの径方向内側と前記軸受け箱の径方向外側との間に配置され、上流側部が前記軸受け箱の上流側に固定されている固定部材との間でシールされ、下流側部が前記内側ディフューザとの間でシールされ、前記ストラットが貫通するストラット貫通孔が形成されている隔壁と、前記ストラットに対して前記延在方向に相対移動可能に、前記隔壁の前記ストラット貫通孔に固定され、前記ストラット貫通孔と前記ストラットとの間の隙間を塞ぐ孔シール部材と、を備えていることを特徴とする。

前記ガスタービンでは、排気室壁の径方向内側と外側ディフューザの径方向外側との間に供給された冷却空気が、ストラットカバーとストラットとの間を経て、内側ディフューザの径方向内側と隔壁の径方向外側との間に流れ込む。この過程で、冷却空気は、外側ディフューザ、ストラットカバー、ストラット、内側ディフューザと熱交換して、これらを冷却する。

ストラットは、熱膨張又は熱収縮によりその延在方向に延び縮みする。孔シール部材は、ストラットに対するその延在方向の相対移動が許容されつつ、隔壁のストラット貫通孔とストラットとの間をシールする。よって、前記ガスタービンでは、ストラットがその延在方向に延び縮みしても、隔壁のストラット貫通孔とストラットとの間をシールすることができる。

また、前記ガスタービンでは、孔シール部材が隔壁の荷重を受ける必要がないため、孔シール部材が損傷し難く、冷却空気の流路を長期間に渡ってシールすることができる。

本発明のガスタービンは、前記隔壁の前記上流側部と前記下流側部とのうち、一方側部をシール相手の部材に固定する固定具と、他方側部とシール相手の部材とが相対移動可能に前記シール相手の部材との間をシールする隔壁端シール部材と、を備えていてもよい。

前記ガスタービンでは、隔壁の上流側部と下流側部とのうち、一方側部をシール相手の部材（軸受け箱の上流側に固定されている固定部材又は内側ディフューザ）に固定具で固定されて、隔壁の一方側部とシール相手との間がシールされる。このため、隔壁は、シール相手の部材により比較的安定支持される。よって、前記ガスタービンでは、隔壁に固定される孔シール部材も、その位置が比較的安定し、振動等による損傷を抑えることができる。

内側ディフューザは燃焼ガスに晒され、隔壁は燃焼ガスに晒されないため、両者間の温度差により、両者間に熱膨張差が生じる。この結果、上流側部と下流側部とのうち、一方側部がそのシール相手の部材（軸受け箱の上流側に固定されている固定部材又は内側ディフューザ）に固定されている隔壁の他方側部と、この他方側部のシール相手の部材（内側ディフューザ又は軸受け箱の上流側に固定されている固定部材）とは、軸方向及び径方向に相対変位する。隔壁端シール部材は、隔壁の他方側部とそのシール相手の部材との間の相対変位を許容しつつ、両者間をシールする。よって、前記ガスタービンでは、内側ディフューザと隔壁との間に熱膨張差が生じても、両者間をシールすることができる。

本発明のガスタービンにおいて、前記隔壁端シール部材は、前記隔壁の前記他方側部に固定され、前記径方向における前記他方側部の前記シール相手から遠ざかる側に凹み、且つ前記周方向に延びた溝が形成されているシール保持体と、前記シール保持体の前記溝内に前記径方向に移動可能に配置され、前記回転軸線が延びる軸方向に、前記他方側部の前記シール相手の部材と摺動可能に面接触するシール体と、前記シール保持体に収容され、前記他方側部の前記シール相手に前記シール体を押し付ける弾性体と、を有してもよい。

前記ガスタービンでは、隔壁の他方側部とそのシール相手の部材とが相対変位しても、このシール相手の部材とシール体とが面接触するので、隔壁の他方側部とそのシール相手の部材との間のシール性を高めることができる。

本発明のガスタービンにおいて、前記孔シール部材は、前記ストラットに対する前記延在方向の相対移動の際に前記ストラットに摺接する摺接部を有してもよい。この場合、前記孔シール部材は、前記延在方向に対して垂直な全方向で前記ストラットとの間に微小隙間が確保されている環状のシール環と、前記シール環の内周側に固定され、前記ストラットに対して前記延在方向に相対移動可能に摺接する前記摺接部としてのシール体と、を有してもよい。

前記ガスタービンの孔シール部材は、ストラットに対する延在方向の相対移動の際にストラットに摺接する摺接部を有しているので、隔壁のストラット貫通孔とストラットとの間のシール性を高めることができる。さらに、前記ガスタービンでは、ストラットに対する孔シール部材の振動を抑制することができるため、孔シール部材の損傷を抑えることができる。

本発明では、ストラットカバーとストラットとの間を流れてきた冷却空気の通路のシール性を長期間に渡って保つことができる。

本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部切欠側面図である。本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部断面図である。図２における軸受け箱及び孔シール部材周りの拡大図である。図２におけるIＶ−IＶ線断面図である。図４におけるＶ部拡大図である。本発明に係る一実施形態における孔シール部材を径方向内側から見たときの要部切欠平面図である。本発明に係る一実施形態における孔シール部材の要部切欠側面図である。本発明に係る一実施形態における隔壁端シール部材の断面図である。

以下、本発明に係るガスタービンの一実施形態について、図１〜図８を参照して詳細に説明する。

本実施形態のガスタービンは、図１に示すように、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１と、燃料供給源からの燃料を圧縮空気に混合して燃焼させて燃焼ガスを生成する複数の燃焼器２と、燃焼ガスにより駆動するタービン３と、を備えている。

タービン３は、ケーシング４と、このケーシング４内で回転するタービンロータ５とを備えている。このタービンロータ５は、例えば、このタービンロータ５の回転で発電する発電機（図示されていない。）と接続されている。複数の燃焼器２は、タービンロータ５の回転軸線Ａｒを中心として、周方向Ｄｃに互いに等間隔でケーシング４に固定されている。なお、以下では、回転軸線Ａｒが延びている方向を軸方向Ｄａとし、回転軸線Ａｒに対する径方向を単に径方向Ｄｒという。また、軸方向Ｄａであって、タービン３を基準にして圧縮機１側を上流側、圧縮機１を基準にしてタービン３側を下流側という。

タービンロータ５は、軸方向Ｄａに並んでいる複数の段毎に、回転軸線Ａｒを中心とするロータディスク６と、周方向Ｄｃに並んでロータディスク６に固定されている複数の動翼８と、最終段のロータディスク６に固定され軸方向Ｄａに延びる軸部７と、を有している。動翼８は、図２に示すように、径方向Ｄｒに延びる動翼本体８ａと、この動翼本体８ａの径方向内側端に形成されているプラットホーム８ｂと、プラットホーム８ｂから径方向内側に向かって延びる翼根（不図示）と、を有している。動翼８は、その翼根がロータディスク６に差し込まれて、このロータディスク６に固定されている。軸部７は、回転軸線Ａｒを中心として円柱状を成し、最終段のロータディスク６の下流側に設けられている。

ケーシング４は、回転軸線Ａｒを中心として円筒状を成し、最終段の動翼８よりも下流側に配置されている排気室壁１０を有している。排気室壁１０の径方向内側には、回転軸線Ａｒを中心として円筒状の外側ディフューザ１１及び内側ディフューザ１２が配置されている。外側ディフューザ１１は、排気室壁１０の内周面に沿って設けられている。内側ディフューザ１２は、外側ディフューザ１１の径方向内側に間隔をあけて配置されている。外側ディフューザ１１と内側ディフューザ１２との間は、タービンロータ５を回転させた燃焼ガスＧの排気流路１３を形成する。

内側ディフューザ１２の径方向内側には、タービンロータ５の軸部７を回転可能に支持する軸受け２９と、この軸受け２９の外周側を覆うと共にこの軸受け２９を支持する軸受け箱２０とが設けられている。軸受け箱２０の上流端には、上流側シール保持環（固定部材）２２が固定され、軸受け箱２０の下流端には、下流側シール保持環２６が固定されている。上流側シール保持環２２の内周側には、タービンロータ５との間をシールする軸シール２３が設けられている。また、下流側シール保持環２６の内周側にも、タービンロータ５との間をシールする複数の軸シール２７が設けられている。

タービンロータ５の軸部７には、軸方向Ｄａに延びる冷却空気主通路７ａが形成されている。この冷却空気主通路７ａは、タービンロータ５の下流端で開口している。この軸部７の下流端には、この軸部７と軸方向Ｄａに間隔をあけてロータ封止フランジ１８が配置されている。このロータ封止フランジ１８は、その外周側部分で下流側シール保持環２６に固定されている。このロータ封止フランジ１８には、冷却空気供給配管１９が固定されている。この冷却空気供給配管１９と軸部７の冷却空気主通路７ａとは連通している。

排気室壁１０と軸受け箱２０とは、外側ディフューザ１１及び内側ディフューザ１２を貫通するストラット１５により連結されている。このストラット１５は、図２及び４に示すように、タービンロータ５のタンジェンシャル（接線）方向に延びており、この延在方向Ｄｅに沿ってストラットカバー１４で覆われている。このストラットカバー１４の延在方向Ｄｅの一端部は外側ディフューザ１１に取り付けられ、他端部は内側ディフューザ１２に取り付けられている。内側ディフューザ１２の径方向内側と軸受け箱２０の径方向外側との間には、回転軸線Ａｒを中心として筒状の隔壁３０が配置されている。この隔壁３０には、ストラット１５が貫通するストラット貫通孔３２ａが形成されている。また、この隔壁３０には、ストラット貫通孔３２ａとストラット１５との隙間を塞ぐ孔シール部材４０が設けられている。

隔壁３０は、図３及び図５に示すように、回転軸線Ａｒを中心として円筒状を成す隔壁本体３１と、ストラット１５の延在方向Ｄｅに延びてストラット１５を覆う筒部３２と、を有している。

隔壁本体３１の上流側部３１ａは、ボルト（固定具）３３により上流側シール保持環２２に固定され、上流側シール保持環２２との間がシールされている。また、隔壁３０の下流側部３１ｂには、内側ディフューザ１２との間をシールする隔壁端シール部材３５が設けられている。この隔壁本体３１には、ストラット１５が貫通する開口が形成されている。この隔壁本体３１には、隔壁本体３１の開口の縁に沿って前述の筒部３２が固定されている。この筒部３２の内周側が前述のストラット貫通孔３２ａを形成している。

筒部３２の径方向内側端には、筒部３２の内側から外側に広がるフランジ部３２ｂが形成されている。このフランジ部３２ｂには、前述の孔シール部材４０がボルト３９及びナットにより固定されている。孔シール部材４０は、図６及び図７に示すように、ストラット１５の延在方向Ｄｅに対して垂直な全方向でストラット１５との間に微小隙間が確保されている環状のシール環４１と、このシール環４１の内周側に固定され、ストラット１５に対してその延在方向Ｄｅに相対移動可能に摺接するシール体４７と、を有している。

環状のシール環４１は、環状の一部を形成する第一シール環片４２と、環状の残りの部分を形成する第二シール環片４３と、第一シール環片４２と第二シール環片４３とを接続するボルト４４及びナット４５と、を有している。第一シール環片４２及び第二シール環片４３は、基本的に、ストラット１５に接触するものではないが、経年変化等により万が一接触した場合のストラット１５の磨耗等を防止するため、ここでは、比較的柔らかい金属であるアルミニウム合金で形成されている。第一シール環片４２及び第二シール環片４３には、それぞれ、内側から外側に向かって凹むシール溝４２ａ，４３ａが形成されている。シール体４７は、各シール環片４２，４３のシール溝４２ａ，４３ａにはめ込まれて固定されている。このシール体４７は、例えば、グラファイトパッキンである。

第一シール環片４２には、ストラット１５が収まる位置を基準にして対称な二箇所に、ストラット１５の延在方向Ｄｅに貫通したボルト孔４２ｖが形成されている。このボルト孔４２ｖには、隔壁３０の筒部３２にシール環４１を固定するためのボルト３９の軸部が座金を介して挿通される。このボルト孔４２ｖの内径は、ここに挿通されるボルト３９の軸部の外径よりも大きい。つまり、ボルト孔４２ｖは、ここに挿通されるボルト３９の軸部に対していわゆるバカ孔である。このため、ボルト３９の軸部がボルト孔４２ｖに挿通された状態で、ボルト３９は、延在方向Ｄｅに対する垂直な方向に、第一シール環片４２に対して多少相対移動可能である。よって、ボルト３９により隔壁３０の筒部３２と接続される第一シール環片４２は、延在方向Ｄｅに対する垂直な方向に、この筒部３２に対して多少相対移動可能である。

隔壁３０は、隔壁本体３１及び筒部３２のいずれもが比較的厚さの薄い板で形成されている板金溶接構造物である。このため、隔壁３０に固定されたシール環４１をストラット１５に対して正確に配置することが難しい。そこで、ここでは、前述したように、延在方向Ｄｅに対する垂直な方向に、隔壁３０とシール環４１とを接続するボルト３９のボルト孔４２ｖをバカ孔とし、シール環４１が隔壁３０の筒部３２に対して多少相対移動可能にして、ストラット１５に対するシール環４１の相対位置を調整可能にしている。

隔壁３０の下流側部３１ｂと内側ディフューザ１２との間をシールする隔壁端シール部材３５は、図８に示すように、径方向外側から径方向内側に凹み且つ周方向Ｄｃに延びた溝３６ａが形成されているシール保持体３６と、この溝３６ａ内に径方向Ｄｒに移動可能に配置され、内側ディフューザ１２の内周面１２ｉと摺動可能に面接触するシール体３７と、このシール体３７を内側ディフューザ１２に押し付ける弾性体としてのバネ３８と、を有している。シール保持体３６は、隔壁３０の下流側部３１ｂにボルト３４により固定されている。シール体３７は、環状を成し、その外径は円筒状の内側ディフューザ１２の内径より僅かに小さい。シール体３７は、それぞれが周方向Ｄｃの一部を形成する複数のシール片で構成されている。複数のシール片は、それぞれ、シール保持体３６の溝３６ａ内に径方向Ｄｒに移動可能に配置されている。周方向で隣り合うシール片相互は、周方向Ｄｃで一部重なり合っている。

次に、以上で説明したガスタービンにおける冷却空気の流れについて、図２を用いて説明する。

タービンロータ５の下流側に配置されている冷却空気供給配管１９には、例えば、圧縮機１から抽気された２００℃程度の圧縮空気が冷却空気Ａ１として供給される。この冷却空気Ａ１は、回転するタービンロータ５の冷却空気主通路７ａ内に流れ込み、動翼８等を冷却する。

また、排気室壁１０の内周面と外側ディフューザ１１の外周面との間にも、例えば、圧縮機１から抽気された２００℃程度の圧縮空気が冷却空気Ａ２として供給される。この冷却空気Ａ２は、ストラット１５とストラットカバー１４との間隙を経て、内側ディフューザ１２の内周面と隔壁３０と間に流れ込む。そして、この冷却空気Ａ２は、内側ディフューザ１２と上流側シール保持環２２との間を経て、最終段の動翼８のプラットホーム８ｂにおける下流端と内側ディフューザ１２における上流端との間から、この内側ディフューザ１２と外側ディフューザ１１との間の排気流路１３に流れ込む。

冷却空気Ａ２は、排気室壁１０の内周面と外側ディフューザ１１の外周面との間から排気流路１３に流れ込む過程で、外側ディフューザ１１、ストラット１５、ストラットカバー１４、内側ディフューザ１２を冷却する。

２００℃程度の冷却空気Ａ２は、外側ディフューザ１１、ストラット１５、ストラットカバー１４を冷却する過程で次第に温められる。隔壁３０は、温められた冷却空気Ａ２が軸受け箱２０に接して、軸受け２９が加熱されるのを防ぐために設けられている。

ストラット１５は、熱膨張又は熱収縮によりその延在方向Ｄｅに延び縮みする。本実施形態では、このストラット１５の延在方向Ｄｅは、図４を用いて前述したように、タービンロータ５のタンジェンシャル方向であるため、ストラット１５が伸び縮みしても、このストラット１５の端部に固定されている軸受け箱２０は、回転軸線Ａｒ回りに回り、軸方向Ｄａ及び径方向Ｄｒにほとんど移動しない。このため、本実施形態では、ストラット１５が伸び縮みしても、タービンロータ５を回転軸線Ａｒ回りに回転可能に安定支持することができる。

隔壁３０のストラット貫通孔３２ａとストラット１５との間は、孔シール部材４０によりシールされる。孔シール部材４０のシール環４１は、ストラット１５の延在方向Ｄｅに対して垂直な全方向でストラット１５との間に微小隙間が確保されている。このため、環状のシール環４１は、ストラット１５に対してその延在方向Ｄｅへの相対移動が許容されつつ、隔壁３０のストラット貫通孔３２ａとストラット１５との間をシールすることができる。また、環状のシール環４１の内周側には、部分的にシール体４７が設けられている。このシール体４７は、ストラット１５に対する延在方向Ｄｅへの移動の際にストラット１５に摺接するので、隔壁３０のストラット貫通孔３２ａとストラット１５との間のシール性を高めることができる。

隔壁３０の上流側部３１ａは、上流側シール保持環２２にボルト３３により固定されている。このため、隔壁３０の上流側部３１ａと上流側シール保持環２２との間はシールされている。また、隔壁３０の下流側部３１ｂには、隔壁端シール部材３５が設けられ、隔壁３０の下流側部３１ｂと内側ディフューザ１２との間がシールされている。

内側ディフューザ１２は燃焼ガスＧに晒され、隔壁３０は燃焼ガスＧに晒されないため、両者間の温度差により、両者間に熱膨張差が生じる。この結果、上流側部３１ａが上流側シール保持環２２に固定されている隔壁３０の下流側部３１ｂと内側ディフューザ１２とは、軸方向Ｄａ及び径方向Ｄｒに相対変位する。本実施形態では、隔壁端シール部材３５のシール体３７が、径方向Ｄｒに移動可能にシール保持体３６に設けられ、しかも、バネ３８により内側ディフューザ１２に押し付けられて、内側ディフューザ１２の内周面１２ｉと摺動可能に面接触する。このため、本実施形態では、隔壁３０の下流側部３１ｂと内側ディフューザ１２との軸方向Ｄａ及び径方向Ｄｒの相対変位を許容しつつ、両者間をシールすることができる。

ところで、孔シール部材４０は、軸受け箱２０と一体的な上流側シール保持環２２に固定されている隔壁３０により保持されている。このため、前述したように、ストラット１５が熱膨張又は熱収縮によりその延在方向Ｄｅに延び縮みして、軸受け箱２０が回転軸線Ａｒ回りに回転し、ストラット１５の径方向内側端部が周方向Ｄｃに移動しても、孔シール部材４０は、この軸受け箱２０の回転に追従して周方向Ｄｃに移動し、ストラット１５の径方向内側端部に対して周方向Ｄｃの相対変位はない。しかも、孔シール部材４０は軸受け箱２０から比較的剛性の高い上流側シール保持環２２、隔壁３０を介して保持されるため、特許文献1に示される構造のように隔壁の自重を受けることはない。よって、本実施形態では、孔シール部材４０は損傷し難く、冷却空気Ａ２の流路を長期間に渡ってシールすることができる。

また、本実施形態では、外側ディフューザ１１、ストラット１５及びストラットカバー１４を冷却する過程で次第に温められた冷却空気Ａ２と接触する隔壁３０及び孔シール部材４０と、軸受け箱２０とは、接していない。このため、本実施形態では、暖められた冷却空気Ａ２による軸受け箱２０の加熱を最小限に抑えることができ、結果として、軸受け２９の温度上昇を抑えることができる。

なお、本実施形態では、隔壁３０の上流側部３１ａを上流側シール保持環２２に固定しているが、隔壁３０の下流側部３１ｂを内側ディフューザ１２に固定してもよい。この場合、隔壁３０の上流側部３１ａと上流側シール保持環２２との間には、隔壁３０の上流側部３１ａと上流側シール保持環２２との軸方向Ｄａ及び径方向Ｄｒの相対変位を許容しつつ、両者間をシールするシール部材を設けることが好ましい。

また、本実施形態の隔壁３０は、隔壁本体３１と、隔壁本体３１の開口に固定されている筒部３２とを有し、この筒部３２に孔シール部材４０を設けている。しかしながら、筒部３２を省略して、隔壁本体３１の開口を貫通孔として、この貫通孔に孔シール部材４０を設けてもよい。

また、本実施形態の孔シール部材４０は、シール環４１と、このシール環４１の内周側に部分的に配置されているシール体４７とを有しているが、このシール体４７を省略してもよい。但し、この場合、冷却空気Ａ２の漏れ量が多少多くなる。また、逆に、冷却空気Ａ２の漏れ量をより少なくするために、シール環４１の内周側の全体にシール体４７を配置してもよい。

１：圧縮機、２：燃焼器、３：タービン、４：ケーシング、５：タービンロータ、６：ロータディスク、７：軸部、７ａ：冷却空気主通路、８：動翼、１０：排気室壁、１１：外側ディフューザ、１２：内側ディフューザ、１４：ストラットカバー、１５：ストラット、２０：軸受け箱、２２：上流側シール保持環（固定部材）、２９：軸受け、３０：隔壁、３１ａ：上流側部、３１ｂ：下流側部、３２ａ：ストラット貫通孔、３３：ボルト（固定具）、３５：隔壁端シール部材、３６：シール保持体、３６ａ：溝、３７：シール体、３８：バネ（弾性体）、４０：孔シール部材、４１：シール環、４７：シール体

Claims

回転軸線を中心として回転するロータと、
前記回転軸線を中心として円筒状を成す排気室壁と、
前記回転軸線を中心として円筒状を成し、前記排気室壁の内周面に沿って設けられている外側ディフューザと、
前記回転軸線を中心として円筒状を成し、前記外側ディフューザの径方向内側に配置され、前記外側ディフューザとの間に燃焼ガスの排気流路を形成する内側ディフューザと、
前記内側ディフューザの径方向内側に配置され、前記ロータを回転可能に支持する軸受けを覆って支持する軸受け箱と、
前記排気室壁と前記軸受け箱との間に、前記回転軸線に対する周方向に間隔をあけて複数配置され、前記外側ディフューザ及び前記内側ディフューザを貫通して、前記排気室壁と前記軸受け箱とを連結するストラットと、
前記ストラットの延在方向に沿って配置され、前記延在方向の一端部が外側ディフューザに取り付けられ、他端部が内側ディフューザに取り付けられて、前記ストラットとの間に冷却空気が通るよう間隔をあけて前記ストラットを覆うストラットカバーと、
前記内側ディフューザの径方向内側と前記軸受け箱の径方向外側との間に配置され、上流側部が前記軸受け箱の上流側に固定されている固定部材との間でシールされ、下流側部が前記内側ディフューザとの間でシールされ、前記ストラットが貫通するストラット貫通孔が形成されている隔壁と、
前記ストラットに対して前記延在方向に相対移動可能に、前記隔壁の前記ストラット貫通孔に固定され、前記ストラット貫通孔と前記ストラットとの間の隙間を塞ぐ孔シール部材と、
を備えているガスタービン。
請求項１に記載のガスタービンにおいて、
前記隔壁の前記上流側部と前記下流側部とのうち、一方側部をシール相手の部材に固定する固定具と、他方側部とシール相手の部材とが相対移動可能に前記シール相手の部材との間をシールする隔壁端シール部材と、
を備えているガスタービン。
請求項２に記載のガスタービンにおいて、
前記隔壁端シール部材は、
前記隔壁の前記他方側部に固定され、前記径方向における前記他方側部の前記シール相手から遠ざかる側に凹み、且つ前記周方向に延びた溝が形成されているシール保持体と、
前記シール保持体の前記溝内に前記径方向に移動可能に配置され、前記回転軸線が延びる軸方向に、前記他方側部の前記シール相手の部材と摺動可能に面接触するシール体と、
前記シール保持体に収容され、前記他方側部の前記シール相手に前記シール体を押し付ける弾性体と、
を有するガスタービン。
請求項１から３のいずれか一項に記載のガスタービンにおいて、
前記孔シール部材は、前記ストラットに対する前記延在方向の相対移動の際に前記ストラットに摺接する摺接部を有するガスタービン。
請求項４に記載のガスタービンにおいて、
前記孔シール部材は、前記延在方向に対して垂直な全方向で前記ストラットとの間に微小隙間が確保されている環状のシール環と、前記シール環の内周側に固定され、前記ストラットに対して前記延在方向に相対移動可能に摺接する前記摺接部としてのシール体と、を有するガスタービン。