WO2016143230A1 - ガスタービンのシール装置及びガスタービン、航空用エンジン - Google Patents

ガスタービンのシール装置及びガスタービン、航空用エンジン Download PDF

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池田 和史
仁志 北川
勝人 荒木
能幸 岡部
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/35Combustors or associated equipment

Definitions

  • the present invention provides, for example, a gas turbine in which compressed high-temperature and high-pressure air is supplied with fuel and burned, and the generated combustion gas is supplied to a turbine to obtain rotational power.
  • the present invention relates to a sealing device, a gas turbine, and an aeronautical engine for preventing high temperature gas from entering the turbine body through the gap.
  • General gas turbine is composed of a compressor, a combustor, and a turbine.
  • the compressor compresses the air taken in from the air intake port into high-temperature and high-pressure compressed air.
  • the combustor obtains high-temperature and high-pressure combustion gas by supplying fuel to the compressed air and burning it.
  • the turbine is driven by this combustion gas, and drives a generator connected on the same axis.
  • the high-temperature and high-pressure combustion gas generated in the combustor passes through a plurality of stationary blades and moving blades in the combustion gas passage, and the rotor rotates.
  • a sealing device called a rim seal. This rim seal supplies purge air to the disk cavity formed in the gap between the moving blade and the stationary blade, and ejects the purge air from the disk cavity toward the gap between the moving blade and the stationary blade, so that the intrusion of combustion gas Is to prevent.
  • Patent Document 1 An example of such a rim seal is described in Patent Document 1 below.
  • a plurality of stationary blades and moving blades are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, and a non-uniform pressure distribution is formed in the circumferential direction by the plurality of stationary blades and moving blades. Then, in the high pressure region, the combustion gas enters the turbine through the gap between the moving blade and the stationary blade, and in the low pressure region, the purge air in the disk cavity enters the combustion gas passage through the gap between the moving blade and the stationary blade. Therefore, as described in Patent Document 1 described above, even if multiple seals are arranged, it is difficult to sufficiently prevent the invasion of combustion gas from the gap between the moving blade and the stationary blade. On the other hand, in order to prevent the intrusion of combustion gas, it is conceivable to increase the purge air. However, this purge air is extracted from the compressor, and the gas turbine efficiency is lowered.
  • the present invention solves the above-described problems, and a gas turbine seal device and a gas turbine that improve gas turbine efficiency by suppressing the invasion of combustion gas into the turbine body with a small amount of purge air.
  • the purpose is to provide an aircraft engine.
  • a gas turbine seal device includes a seal portion provided between a platform of a turbine blade and an inner shroud of the turbine blade, the turbine blade, and the turbine blade. And an acoustic damper having a closed space communicating with the disk cavity through the opening.
  • the closed space portion is arranged on a radially inner side of the inner shroud.
  • the seal portion includes a first seal portion configured by disposing the platform with a predetermined gap inside in a radial direction from the inner shroud, and the opening. The portion is provided to face the first seal portion in the turbine axial direction.
  • the combustion gas entering the turbine from the gap between the platform and the inner shroud can be appropriately passed through the opening portion to the closed space portion.
  • the acoustic energy due to the pressure wave of the combustion gas can be appropriately attenuated in the closed space.
  • the seal portion includes a first seal portion configured by disposing the platform with a predetermined gap inside in a radial direction from the inner shroud, and the first seal. And a second seal portion provided radially inward of the portion, wherein the opening is provided on the radially outer side of the second seal portion.
  • the combustion gas entering the turbine through the gap between the platform and the inner shroud can reach the opening portion before reaching the second seal portion.
  • the acoustic energy generated by the pressure wave of the combustion gas can be appropriately attenuated in the closed space.
  • the seal portion includes a first seal portion configured by disposing the platform with a predetermined gap inside in a radial direction from the inner shroud, and the first seal.
  • a second seal portion provided radially inward of the portion, and the opening is provided between the first seal portion and the second seal portion in the radial direction.
  • the combustion gas entering the turbine from the gap between the platform and the inner shroud can be appropriately passed through the opening portion. Since it is introduced into the closed space, the acoustic energy due to the pressure wave of the combustion gas can be appropriately attenuated in the closed space.
  • the seal portion includes a first seal portion configured by disposing the platform with a predetermined gap inside in a radial direction from the inner shroud, and the first seal.
  • a second seal portion provided radially inward of the first portion, and the opening includes a first opening provided opposite to the first seal portion in a turbine axial direction, and the second seal portion. It has the 2nd opening part provided in the outer side of the radial direction of this.
  • the gap between the platform and the inner shroud is introduced into the turbine.
  • the invading combustion gas is appropriately introduced into the closed space through each opening, and the acoustic energy due to the pressure wave of the combustion gas can be appropriately attenuated in the closed space.
  • the closed space portion includes a first closed space portion positioned on the outer side in the radial direction and a second closed space portion positioned on the inner side in the radial direction.
  • An opening is provided in the first closed space, and the second opening is provided in the second closed space.
  • the pressure wave of the combustion gas introduced from each opening to the corresponding closed space can be appropriately attenuated.
  • the closed space portion is arranged on a radially inner side of the platform.
  • the closed space is provided on the platform on the movable side, the pressure wave of the combustion gas can be appropriately attenuated.
  • the seal portion is configured by extending a seal fin from the platform side with a predetermined gap inside in a radial direction from the inner shroud, and the radial direction from the seal fin.
  • the closed space is provided on the inside, and the opening is provided in the seal fin.
  • the closed space is provided by the front seal plate and the rear seal plate in the axial direction inside the platform in the radial direction, and the opening is provided in the rear seal plate. It is characterized by that.
  • the closed space is provided along the circumferential direction.
  • the pressure wave of the combustion gas can be appropriately attenuated in the circumferential direction of the moving blade and the stationary blade.
  • the closed space is divided into a plurality of portions in the circumferential direction by a partition plate.
  • the strength can be improved by providing a partition plate in the closed space.
  • the gas turbine of the present invention is a gas turbine having a compressor, a combustor, and a turbine, wherein the turbine is provided with a seal device for the gas turbine.
  • the combustion gas and its pressure wave are attenuated by the acoustic damper, so that the invasion of the combustion gas into the turbine body can be suppressed with a smaller amount of purge air than before, and the gas turbine efficiency can be improved. it can.
  • the aircraft engine of the present invention is an aircraft engine having a compressor, a combustor, and a turbine, wherein the turbine is provided with a gas turbine seal device.
  • the combustion gas and its pressure wave are attenuated by the acoustic damper, so that the invasion of the combustion gas into the turbine body can be suppressed with a smaller amount of purge air than before, and the gas turbine efficiency can be improved. it can.
  • the acoustic damper having the closed space communicating with the disk cavity between the turbine rotor blade and the turbine stationary blade through the opening is provided.
  • the combustion gas and its circumferential pressure distribution are attenuated by the acoustic damper, so that the invasion of the combustion gas into the turbine body can be suppressed with a smaller amount of purge air than before, and the gas turbine efficiency can be improved. Can do.
  • FIG. 1 is a sectional view showing the sealing device of the gas turbine of a 1st embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of the gas turbine.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a gas turbine seal device according to a second embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a gas turbine seal device according to a third embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a gas turbine seal device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a gas turbine seal device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a gas turbine seal device according to a sixth embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic view showing a space portion of the blade root portion on the platform side.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the overall configuration of the aircraft engine.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of the gas turbine according to the first embodiment.
  • the gas turbine of 1st Embodiment is comprised by the compressor 11, the combustor 12, and the turbine 13, as shown in FIG. This gas turbine is connected to a generator (not shown) on the same axis so that power can be generated.
  • the compressor 11 has an air intake 20 for taking in air, an inlet guide vane (IGV: Inlet Guide Vane) 22 is disposed in the compressor casing 21, and a plurality of stationary blades 23 and a plurality of moving blades. 24 are alternately arranged in the air flow direction (the axial direction of the rotor 32 to be described later), and a bleed chamber 25 is provided on the outside thereof.
  • the compressor 11 generates high-temperature and high-pressure compressed air by compressing the air taken in from the air intake port 20 and is supplied to the passenger compartment 14.
  • the combustor 12 is supplied with high-temperature and high-pressure compressed air and fuel that are compressed by the compressor 11 and stored in the vehicle compartment 14 and burns to generate combustion gas.
  • a plurality of stationary blades 27 and a plurality of moving blades 28 are alternately arranged in a turbine casing 26 in the flow direction of combustion gas (the axial direction of a rotor 32 described later).
  • the turbine casing 26 is provided with an exhaust chamber 30 on the downstream side via an exhaust casing 29, and the exhaust chamber 30 has an exhaust diffuser 31 connected to the turbine 13.
  • the turbine 13 is driven by the combustion gas from the combustor 12 and drives a generator connected on the same axis.
  • the compressor 11, the combustor 12, and the turbine 13 are provided with a rotor (rotary shaft) 32 so as to penetrate the central portion of the exhaust chamber 30.
  • the end of the rotor 32 on the compressor 11 side is rotatably supported by the bearing portion 33, and the end of the exhaust chamber 30 side is rotatably supported by the bearing portion 34.
  • the rotor 32 is fixed by a compressor 11 in which a plurality of disks on which the moving blades 24 are mounted are stacked.
  • a plurality of disks on which the moving blades 28 are mounted are stacked and fixed in the turbine 13, and a drive shaft of the generator is connected to an end portion on the exhaust chamber 30 side.
  • the compressor casing 21 of the compressor 11 is supported by the legs 35
  • the turbine casing 26 of the turbine 13 is supported by the legs 36
  • the exhaust chamber 30 is supported by the legs 37.
  • the air taken in from the air intake 20 by the compressor 11 passes through the inlet guide vane 22, the plurality of stationary vanes 23, and the moving vanes 24 and is compressed to become high-temperature and high-pressure compressed air. .
  • a predetermined fuel is supplied to the compressed air in the combustor 12 and burned.
  • high-temperature and high-pressure combustion gas generated in the combustor 12 passes through a plurality of stationary blades 27 and moving blades 28 in the turbine 13 to drive and rotate the rotor 32, and is connected to the rotor 32. Drive the generator.
  • the combustion gas is released into the atmosphere after the kinetic energy is converted into pressure by the exhaust diffuser 31 in the exhaust chamber 30 and decelerated.
  • Drawing 1 is a sectional view showing the sealing device of the gas turbine of a 1st embodiment.
  • the rotor 32 (see FIG. 2) is connected so that a plurality of turbine disks 41 can rotate integrally with a predetermined interval along the axial direction thereof.
  • a plurality of rotor blades 28 are fixed to the outer peripheral portion at a predetermined interval in the circumferential direction. That is, the turbine disk 41 has a disk shape, and a plurality of fitting grooves (not shown) along the axial direction are formed in the outer circumferential portion at equal intervals in the circumferential direction.
  • the blade 28 is integrally provided with a blade portion on the upper portion (outside) of the platform 42, and a blade root portion 43 that can be fitted in the fitting groove is integrally formed on the lower portion of the platform 42. Therefore, the rotor blade 28 is attached to the turbine disk 41 by slidingly fitting the blade root portion 43 into the fitting groove. Further, the space 44 between the blade root portions 43 adjacent in the circumferential direction is closed by a front seal plate (not shown) and a rear seal plate 45.
  • the stationary blade 27 is fixed to an inner shroud 46 whose base end portion has a ring shape, and a distal end portion is fixed to an outer shroud (not shown) having a ring shape.
  • the stationary blades 27 are arranged between the inner and outer shrouds 46, which are disposed between the rotor blades 28 in the axial direction and have a cylindrical shape, and are fixed at a predetermined interval in the circumferential direction.
  • the outer shroud is supported in the turbine casing 26 via a blade ring (not shown).
  • the inner shroud 46 has a seal ring retaining ring 47 fixed to the inner side.
  • the seal ring holding ring 47 is provided with a seal (not shown) so as to face the rim portion of the turbine disk 41 located inside thereof.
  • the sealing device 50 of the present embodiment includes a first seal portion 51 provided between the platform 42 of the moving blade (turbine moving blade) 28 and the inner shroud 46 of the stationary blade (turbine stationary blade) 27, An acoustic damper 55 having a closed space portion 54 communicating with the disk cavity 52 between the stator blades 27 via an opening 53 is provided.
  • the first seal part 51 and the closed space part 54 are continuous in the circumferential direction.
  • the sealing device 50 suppresses the high temperature gas (combustion gas) G from entering the disk cavity 52 formed between the moving blade 28 and the stationary blade 27.
  • the hot gas G flows in the axial direction through the gas passage in which the moving blade 28 and the stationary blade 27 are arranged, and a part of the hot gas g diverted from the hot gas G is entrained toward the disk cavity 52 to move the moving blade.
  • the sealing device 50 prevents the blade root 43 and the rotor 32 from entering the vicinity.
  • the moving blade 28 is provided with a first buffer cavity 61 on the downstream side in the flow direction of the hot gas G in the platform 42.
  • the first buffer cavity 61 is a recess formed to face the stationary blade rim 62 in the inner shroud 46 of the stationary blade 27 in the flow direction of the hot gas G.
  • the first buffer cavity 61 is provided between the downstream end 42a of the platform 42 facing the gas passage and the first seal fin 63 protruding from the platform 42 toward the disk cavity 52 on the inside in the radial direction. It has been. Therefore, the first buffer cavity 61 has a shape in which the flow of the high-temperature gas g is made uniform in the circumferential direction in the intrusion path where the high-temperature gas g branched from the flow of the high-temperature gas G reaches the disk cavity 52.
  • the first seal portion 51 narrows the cross-sectional area of the flow path to increase the flow path resistance of the hot gas g toward the inner side in the radial direction, that is, toward the disk cavity 52 side.
  • One seal fin 63 and a stationary blade rim 62 are included.
  • the first seal fin 63 extends from the radially inner side of the first buffer cavity 61 in the platform 42 to the downstream side in the flow direction of the high temperature gas G, and the tip portion is bent and protrudes radially outward.
  • the first seal fins 63 are disposed so as to overlap with the stationary blade rim 62 extending from the inner shroud 46 to the upstream side in the flow direction of the high temperature gas G with a predetermined gap in the radial direction.
  • the acoustic damper 55 is disposed inside the inner shroud 46 of the stationary blade 27 in the radial direction.
  • a seal ring holding ring 47 is fixed to the inner shroud 46 on the inner side, and a buffer plate 64 is disposed upstream of the inner shroud 46 and the seal ring holding ring 47 in the flow direction of the hot gas G.
  • the buffer plate 64 is supported by a coil spring 65 and a support shaft 66, and is in close contact with the seal ring holding ring 47 by an urging force, thereby forming an intra-blade channel 67.
  • the buffer plate 64 has a plate body 64a and a partition portion 64b having an L-shaped cross section.
  • the lower end of the plate body 64a is in close contact with the seal ring retaining ring 47, the upper end extends to the inner surface of the stationary blade rim 62 (inner shroud 46), and the tip is bent upstream in the flow direction of the hot gas G.
  • a fin 64c is provided. Therefore, the opening 53 is formed by arranging the inner surface of the stationary blade rim 62 and the outer surface of the fin 64c so as to overlap each other with a predetermined gap in the radial direction.
  • the buffer plate 64 has the closed space portion 54 formed by closely contacting the upper end portion of the partition portion 64b with the protruding portion 46a protruding inward from the inner surface of the inner shroud 46.
  • the closed space 54 communicates with the disk cavity 52 through the opening 53.
  • the opening 53 is provided so as to face the first seal portion 51 and the flow direction of the high temperature gas G (the turbine axis direction).
  • the closed space portion 54 includes an inner shroud 46 and a buffer plate 64, and is provided continuously along the circumferential direction. Note that the closed space portion 54 does not need to be provided continuously along the circumferential direction. For example, by providing the partition plate 68 with a predetermined interval in the circumferential direction of the closed space portion 54, the closed space portion 54 is surrounded. You may divide into multiple in a direction. Moreover, you may provide a some closed space part intermittently in the circumferential direction. Furthermore, the opening 53 may be continuous in the circumferential direction, or may be provided at a predetermined interval. In this case, the opening 53 may be provided at a position facing at least the first seal portion 51 in the axial direction (the flow direction of the hot gas G).
  • the acoustic damper 55 introduces the high temperature gas g and pressure wave from the opening 53 into the closed space 54 in the intrusion path where the high temperature gas g branched from the flow of the high temperature gas G reaches the disk cavity 52. To attenuate the pressure wave. Note that the length and gap amount of the opening 53 and the shape and volume of the closed space 54 are preset according to the wave number of the hot gas g circumferential pressure distribution.
  • the sealing device 50 configured as described above introduces compressed air into the disk cavity 52 as a sealing fluid through a blade flow path (not shown) formed in the stationary blade 27.
  • Cooling air (compressed air) C extracted from the compressor 11 is introduced into the blade flow passage 67 through the stationary blade 27 and ejected from the seal air supply hole 69.
  • This cooling air is used as the sealing air of the seal described above.
  • a part of the cooling air C is ejected from the seal air supply hole 69 and then flows into the disk cavity 52 through the gap of the seal 70 to become purge air. Therefore, the disk cavity 52 is held at a predetermined pressure and cooled by the introduction of the cooling air C.
  • the hot gas G flows through the gas passage in which the rotor blades 28 and the stationary blades 27 are arranged, and a part of the hot gas g is diverted toward the disk cavity 52.
  • the cooling air C is introduced into the blade flow passage 67 through the stationary blade 27 and ejected from the seal air supply hole 69, and then partially flows into the disk cavity 52 through the gap of the seal 70. . Therefore, the cooling air C is introduced into the disk cavity 52 so that the disk cavity 52 is maintained at a predetermined pressure, and the flow of the hot gas g to the disk cavity 52 is suppressed.
  • the hot gas g may enter the disk cavity 52 through the gap between the moving blade 28 and the stationary blade 27.
  • the sealing device 50 suppresses the high temperature gas g from entering the disk cavity 52 through the gap between the moving blade 28 and the stationary blade 27. That is, the high-temperature gas g which is going to enter the disk cavity 52 through the gap between the moving blade 28 and the stationary blade 27 first flows into the first buffer cavity 61 where it is agitated and mixed to thereby distribute the pressure in the circumferential direction. Is alleviated. Next, the hot gas g tends to enter the disk cavity 52 through the first seal portion 51. At this time, since the opening portion 53 of the acoustic damper 55 is opposed to the first seal portion 51, a part of the high temperature gas g that has passed through the first seal portion 51 passes through the opening portion 53 and is in the closed space portion 54. To be introduced.
  • the acoustic energy due to the pressure wave of the hot gas g is attenuated by resonating in the closed space 54.
  • the pressure distribution in the circumferential direction is further relaxed, and the intrusion amount of the hot gas g that passes through the first seal portion 51 and enters the disk cavity 52 is reduced.
  • the first seal portion 51 provided between the platform 42 of the moving blade 28 of the turbine 13 and the inner shroud 46 of the stationary blade 27, and the moving blade
  • An acoustic damper 55 having a closed space portion 54 communicating with the disk cavity 52 between the blade 28 and the stationary blade 27 via the opening 53 is provided.
  • the pressure wave is introduced into the closed space portion 54 through the opening 53 together with the combustion gas G. Then, the acoustic energy by the pressure wave is attenuated by resonating inside.
  • the circumferential pressure distribution of the first seal portion 51 is made uniform, and the gas turbine efficiency can be improved by suppressing the intrusion of the combustion gas G into the disk cavity 52 with a smaller amount of purge air than in the past. it can. That is, the amount of compressed air extracted from the compressor 11 can be reduced.
  • the closed space portion 54 is disposed on the inner side of the inner shroud 46 in the radial direction. Therefore, since the closed space portion 54 is provided in the inner shroud 46 on the stationary side, the structure can be simplified by effectively using the space portion.
  • the first seal portion 51 is provided by disposing the platform 42 with a predetermined gap inside the radial direction from the inner shroud 46, and the opening 53 is formed in the first seal portion 51. And facing the axial direction of the rotor 32. Accordingly, the combustion gas G that enters the disk cavity 52 through the gap between the platform 42 and the inner shroud 46 can be appropriately introduced into the closed space 54 through the opening 53, and the pressure wave of the combustion gas G Can be attenuated properly in the closed space 54.
  • the closed space portion 54 is provided along the circumferential direction. Therefore, the pressure wave of the combustion gas G can be appropriately attenuated in the region in the circumferential direction of the moving blade 28 and the stationary blade 27.
  • the closed space portion 54 is divided into a plurality of portions in the circumferential direction by a partition plate 68. Therefore, the strength of the buffer plate 64 can be improved by providing one or more partition plates in the closed space 54.
  • the seal device 50 is provided in the turbine 13. Therefore, the combustion gas G and its pressure wave are attenuated by the acoustic damper 55, so that the invasion of the combustion gas G into the turbine body can be suppressed with a smaller amount of purge air than before, and the gas turbine efficiency is improved. can do.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a gas turbine seal device according to a second embodiment.
  • symbol is attached
  • the sealing device 80 includes a first seal portion 51 provided between the platform 42 of the moving blade 28 and the inner shroud 46 of the stationary blade 27, and the first seal portion 51.
  • a second seal portion 71 provided on the inner side in the radial direction; and an acoustic damper 83 having a closed space portion 82 communicating with the disk cavity 52 between the moving blade 28 and the stationary blade 27 via the opening 81. ing.
  • the moving blade 28 is provided with a first buffer cavity 61 on the downstream side in the flow direction of the hot gas G in the platform 42.
  • the first buffer cavity 61 is a recess formed so as to face the stationary blade rim 62 in the inner shroud 46 of the stationary blade 27 in the flow direction of the high temperature gas G.
  • the first sealing fin 63 and the stationary blade rim 62 It is configured.
  • the moving blade 28 is provided with a second buffer cavity 72 on the inner peripheral side of the first seal fin 63.
  • the second buffer cavity 72 is a space surrounded by the inner peripheral surface of the first seal fin 63 and the outer peripheral surface of the second seal fin 73.
  • the second buffer cavity 72 is located downstream of the first buffer cavity 61 in the entry path through which the hot gas g reaches the disk cavity 52.
  • the acoustic damper 83 is disposed on the radially inner side of the inner shroud 46 of the stationary blade 27.
  • a seal ring retaining ring 47 is fixed to the inner shroud 46 on the inner side, and a buffer plate 84 is disposed upstream of the inner shroud 46 and the seal ring retaining ring 47 in the flow direction of the hot gas G.
  • the buffer plate 84 is supported by the coil spring 65 and the support shaft 66, and is in close contact with the seal ring holding ring 47 by an urging force, thereby forming the blade flow path 67.
  • the buffer plate 84 has a plate body 84a and a partition portion 84b having an L-shaped cross section.
  • the lower end of the plate body 84a is in close contact with the seal ring retaining ring 47, the upper end extends to the inner surface of the stationary blade rim 62 (inner shroud 46), and the tip is bent upstream in the flow direction of the hot gas G.
  • a fin 84c is provided. Therefore, the opening 81 is formed by arranging the inner surface of the stationary blade rim 62 and the outer surface of the fin 84c so as to overlap each other with a predetermined gap in the radial direction.
  • the buffer plate 84 has a closed space portion 82 formed by closely contacting the upper end portion of the partition portion 84b with the protruding portion 46a protruding inward from the inner surface of the inner shroud 46.
  • the closed space 82 communicates with the disk cavity 52 via the opening 81.
  • the opening 81 is provided so as to face the first seal portion 51 and the flow direction of the high temperature gas G (the turbine axis direction).
  • the closed space portion 82 is configured by the inner shroud 46 and the buffer plate 84, and is provided continuously along the circumferential direction.
  • the second seal portion 71 narrows the cross-sectional area of the flow path to increase the flow path resistance of the hot gas g toward the inner side in the radial direction, that is, toward the disk cavity 52 side. It is composed of two seal fins 73 and a buffer plate 84.
  • the second seal fin 73 extends from the radially inner side of the first seal fin 63 in the rear seal plate 45 to the downstream side in the flow direction of the high temperature gas G, and the tip is bent and protrudes outward in the radial direction. Yes.
  • the second seal fins 73 are arranged so as to overlap the fins 84c extending from the buffer plate 84 to the upstream side in the flow direction of the hot gas G with a predetermined gap in the radial direction.
  • the buffer plate 84 has a curved guide surface 84d that is recessed on the end surface of the fin 84c, and guides the hot gas g to the second seal fin 73 side. Therefore, the second buffer cavity 72 is a space surrounded by the inner peripheral surface of the first seal fin 63, the outer peripheral surface of the second seal fin 73, and the curved guide surface 84d of the buffer plate 84.
  • the opening 81 of the acoustic damper 83 is provided outside the second seal portion 71 in the radial direction.
  • the hot gas G is partly diverted and is wound toward the disk cavity 52.
  • the sealing device 80 suppresses the high temperature gas g from entering the disk cavity 52. That is, the high-temperature gas g which is going to enter the disk cavity 52 through the gap between the moving blade 28 and the stationary blade 27 first flows into the first buffer cavity 61 where it is agitated and mixed to thereby distribute the pressure in the circumferential direction. Is alleviated. Next, the hot gas g tends to enter the disk cavity 52 through the first seal portion 51.
  • the opening 81 of the acoustic damper 83 faces the first seal portion 51, a part of the high temperature gas g that has passed through the first seal portion 51 passes through the opening 81 and is a closed space portion 82.
  • the hot gas g and its pressure wave are introduced into the closed space portion 82, the acoustic energy due to the pressure wave of the hot gas g is attenuated by resonating in the closed space portion 82, and the pressure distribution in the circumferential direction is further increased. Alleviated.
  • the hot gas g that has not been introduced into the closed space 82 flows into the second buffer cavity 72, where it is stirred and mixed, thereby further reducing the circumferential pressure distribution.
  • the second seal portion 71 suppresses the intrusion of the high temperature gas g into the disk cavity 52.
  • the first seal portion 51 provided between the platform 42 of the moving blade 28 and the inner shroud 46 of the stationary blade 27, and the first seal portion 51.
  • a second seal portion 71 provided on the inner side in the radial direction, and an acoustic damper 83 having a closed space portion 82 communicating with the disk cavity 52 between the moving blade 28 and the stationary blade 27 via the opening portion 81 are provided.
  • the opening 81 is provided outside the second seal portion 71 in the radial direction.
  • the combustion gas G that enters the disk cavity 52 from the gap between the platform 42 and the inner shroud 46 is allowed to enter the second seal portion 71.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a gas turbine seal device according to a third embodiment.
  • symbol is attached
  • the sealing device 90 includes a first seal portion 51 provided between the platform 42 of the moving blade 28 and the inner shroud 46 of the stationary blade 27, and the first seal portion 51.
  • a second seal portion 71 provided on the inner side in the radial direction; and an acoustic damper 93 having a closed space portion 92 communicating with the disk cavity 52 between the moving blade 28 and the stationary blade 27 via the opening 91. ing.
  • the acoustic damper 93 is disposed on the inner side of the inner shroud 46 of the stationary blade 27 in the radial direction.
  • a seal ring retaining ring 47 is fixed to the inner shroud 46 on the inner side, and a buffer plate 94 is disposed upstream of the inner shroud 46 and the seal ring retaining ring 47 in the flow direction of the hot gas G.
  • the buffer plate 94 is supported by a coil spring 65 and a support shaft 66, and is in close contact with the seal ring holding ring 47 by an urging force, thereby forming an intra-blade channel 67.
  • the inner shroud 46 is provided with a protrusion 62 a that protrudes inward from the inner surface of the stationary blade rim 62.
  • the buffer plate 94 has a plate main body 94a and a partition portion 94b having an L-shaped cross section.
  • the plate body 94a has a lower end that is in close contact with the seal ring retaining ring 47, an upper end that extends to the inner surface of the protrusion 62a of the stationary blade rim 62, and a tip that is bent upstream in the flow direction of the hot gas G.
  • An extending fin 94c is provided. Therefore, the opening 91 is formed by arranging the inner surface of the protruding portion 62a of the stationary blade rim 62 and the outer surface of the fin 94c so as to overlap each other with a predetermined gap in the radial direction.
  • the buffer plate 94 has a closed space portion 92 formed by closely contacting the upper end portion of the partition portion 94b with the protruding portion 46a protruding inward from the inner surface of the inner shroud 46.
  • the closed space 92 communicates with the disk cavity 52 through the opening 91.
  • the opening 91 is provided between the first seal portion 51 and the second seal portion 71 in the radial direction.
  • the closed space portion 92 includes an inner shroud 46 and a buffer plate 94, and is provided continuously along the circumferential direction.
  • the hot gas G is partly diverted and is wound toward the disk cavity 52.
  • the sealing device 90 suppresses the intrusion of the high temperature gas g into the disk cavity 52. That is, the high-temperature gas g which is going to enter the disk cavity 52 through the gap between the moving blade 28 and the stationary blade 27 first flows into the first buffer cavity 61 where it is agitated and mixed to thereby distribute the pressure in the circumferential direction. Is alleviated. Next, the high-temperature gas g flows into the second buffer cavity 72 through the first seal portion 51 and is stirred and mixed here, whereby the circumferential pressure distribution is further relaxed. The hot gas g attempts to enter the disk cavity 52 through the second seal portion 71.
  • the opening 91 of the acoustic damper 93 is located on the outer side in the radial direction from the second seal portion 71, a part of the hot gas g that has passed through the first seal portion 51 passes through the opening 91. It is introduced into the closed space 92.
  • the high temperature gas g and its pressure wave are introduced into the closed space portion 92, the acoustic energy generated by the pressure wave of the high temperature gas g is attenuated by resonating in the closed space portion 92, and the pressure distribution in the circumferential direction is further increased. Alleviated.
  • the first seal portion 51 provided between the platform 42 of the moving blade 28 and the inner shroud 46 of the stationary blade 27, and the first seal portion 51.
  • a second seal portion 71 provided on the inner side in the radial direction, and an acoustic damper 93 having a closed space portion 92 communicating with the disk cavity 52 between the moving blade 28 and the stationary blade 27 via the opening 91 are provided.
  • the opening 91 is provided between the first seal portion 51 and the second seal portion 71 in the radial direction.
  • the combustion gas G that enters the disk cavity 52 from the gap between the platform 42 and the inner shroud 46 is appropriately introduced into the closed space 92 through the opening 91, and the acoustic energy due to the pressure wave of the combustion gas G can be appropriately attenuated in the closed space 92.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a gas turbine seal device according to a fourth embodiment.
  • symbol is attached
  • the sealing device 100 includes a first seal portion 51 provided between the platform 42 of the moving blade 28 and the inner shroud 46 of the stationary blade 27, and the first seal portion 51.
  • An acoustic damper having a second seal portion 71 provided on the inner side in the radial direction and a closed space portion 103, 104 communicating with the disk cavity 52 between the moving blade 28 and the stationary blade 27 via the openings 101, 102. 105.
  • the acoustic damper 105 is disposed on the inner side of the inner shroud 46 of the stationary blade 27 in the radial direction.
  • a seal ring retaining ring 47 is fixed to the inner shroud 46 on the inner side, and buffer plates 106 and 107 are disposed upstream of the inner shroud 46 and the seal ring retaining ring 47 in the flow direction of the hot gas G.
  • the buffer plate 107 is supported by the coil spring 65 and the support shaft 66, and is in close contact with the seal ring holding ring 47 by an urging force, thereby forming the blade flow path 67.
  • the buffer plate 106 is connected between the inner shroud 46 and the buffer plate 107.
  • the buffer plate 106 has a protrusion 106a and a plate body 106b.
  • the protruding portion 106a protrudes inward from the inner surface of the inner shroud 46, and the plate body 106b is provided with a fin 106c extending from the protruding portion 106a to the upstream side in the flow direction of the hot gas G and having a tip portion bent outward. ing. Therefore, the first opening 101 is formed by arranging the inner surface of the stationary blade rim 62 and the outer surface of the fin 106c so as to overlap each other with a predetermined gap in the radial direction.
  • the buffer plate 107 has a plate body 107a and a partition portion 107b having an L-shaped cross section.
  • the plate body 107a has a lower end portion that is in close contact with the seal ring holding ring 47, an upper end portion that extends to the inner surface of the buffer plate 106, and a tip portion that is bent and extends upstream in the flow direction of the hot gas G. Is provided. Therefore, the second opening 102 is formed by arranging the inner surface of the plate main body 106b of the buffer plate 106 and the outer surface of the fin 107c so as to overlap each other with a predetermined gap in the radial direction.
  • a first closed space 103 is formed by the inner shroud 46 and the buffer plate 106, and this closed space 103 communicates with the disk cavity 52 via the first opening 101.
  • the 1st opening part 101 is provided facing the 1st seal part 51 and the flow direction (turbine axial center direction) of the high temperature gas G.
  • a second closed space portion 104 is formed by the buffer plates 106 and 107, and this closed space portion 104 communicates with the disk cavity 52 via the second opening portion 102.
  • the second opening 102 is provided between the first seal portion 51 and the second seal portion 71 in the radial direction.
  • the hot gas G is partly diverted and is wound toward the disk cavity 52.
  • the sealing device 100 suppresses the high temperature gas g from entering the disk cavity 52. That is, the high-temperature gas g which is going to enter the disk cavity 52 through the gap between the moving blade 28 and the stationary blade 27 first flows into the first buffer cavity 61 where it is agitated and mixed to thereby distribute the pressure in the circumferential direction. Is alleviated.
  • the hot gas g tends to enter the disk cavity 52 through the first seal portion 51.
  • the first opening portion 101 of the acoustic damper 105 is opposed to the first seal portion 51, a part of the high temperature gas g that has passed through the first seal portion 51 passes through the first opening portion 101.
  • the hot gas g flows into the second buffer cavity 72 through the first seal portion 51, and is stirred and mixed here, whereby the circumferential pressure distribution is further relaxed.
  • the hot gas g attempts to enter the disk cavity 52 through the second seal portion 71.
  • the second opening portion 102 of the acoustic damper 105 is positioned on the outer side in the radial direction from the second seal portion 71, a part of the high temperature gas g that has passed through the first seal portion 51 is the first opening portion. 102 is introduced into the second closed space 104.
  • the first seal portion 51 provided between the platform 42 of the moving blade 28 and the inner shroud 46 of the stationary blade 27, and the first seal portion 51.
  • An acoustic damper having a second seal portion 71 provided on the inner side in the radial direction and a closed space portion 103, 104 communicating with the disk cavity 52 between the moving blade 28 and the stationary blade 27 via the openings 101, 102. 105.
  • the platform 42 and the inner shroud are provided. 46, the pressure distribution in the circumferential direction of the combustion gas G that enters the disk cavity 52 from the gap between them can be attenuated in two stages, and the combustion gas G to the disk cavity 52 with a smaller amount of purge air than in the prior art. Can be effectively suppressed.
  • the lengths and gap amounts of the openings 101 and 102 and the shapes and volumes of the closed spaces 103 and 104 are set in advance according to the wave number of the circumferential pressure distribution of the hot gas g.
  • the length and gap amount of the opening 101 and the shape and volume of the closed space 103 are set according to the wave number of the circumferential pressure distribution by the stationary blade 27, and the opening is opened according to the wave number of the circumferential pressure distribution by the moving blade 28.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a gas turbine seal device according to a fifth embodiment.
  • symbol is attached
  • the sealing device 110 includes a first seal portion 51 provided between the platform 42 of the moving blade 28 and the inner shroud 46 of the stationary blade 27, and the first seal portion 51.
  • a second seal portion 71 provided on the inner side in the radial direction; and an acoustic damper 113 having a closed space portion 112 communicating with the disk cavity 52 between the moving blade 28 and the stationary blade 27 via the opening 111. ing.
  • the acoustic damper 113 is disposed inside the platform 42 of the rotor blade 28 in the radial direction.
  • the blade 28 has a blade root 43 attached to the turbine disk 41, and a space 44 between the blade roots 43 adjacent in the circumferential direction is closed by a front seal plate and a rear seal plate 45.
  • the second seal fin 73 extends from the inside in the radial direction of the first seal fin 63 in the rear seal plate 45 to the downstream side in the flow direction of the hot gas G.
  • the second seal portion 71 is configured by the protruding portion 46 b of the stationary blade rim 62 and the second seal fin 73 in the flow direction of the high temperature gas g.
  • the buffer plate 114 has a bottom portion 114a and a wall portion 114b.
  • the bottom portion 114a is connected to the rear seal plate 45.
  • the wall portion 114b has a lower end portion connected to the bottom portion 114a and an upper end portion connected to the second seal fin. 73. Therefore, the closed space 112 is formed by the buffer plate 114, the rear seal plate 45, and the second seal fin 73.
  • the second seal fin 73 has an opening 111 that communicates the disk cavity 52 and the closed space 112.
  • a seal ring retaining ring 47 is fixed to the inner shroud 46 on the inner side, and a buffer plate 115 is disposed upstream of the inner shroud 46 and the seal ring retaining ring 47 in the flow direction of the high temperature gas G.
  • the buffer plate 115 is supported by a coil spring 65 and a support shaft 66, and is in close contact with the seal ring holding ring 47 by an urging force, thereby forming an intra-blade channel 67.
  • the hot gas G is partly diverted and is wound toward the disk cavity 52.
  • the sealing device 110 suppresses the intrusion of the high temperature gas g into the disk cavity 52. That is, the high-temperature gas g which is going to enter the disk cavity 52 through the gap between the moving blade 28 and the stationary blade 27 first flows into the first buffer cavity 61 where it is agitated and mixed to thereby distribute the pressure in the circumferential direction. Is alleviated. Next, the high-temperature gas g flows into the second buffer cavity 72 through the first seal portion 51 and is stirred and mixed here, whereby the circumferential pressure distribution is further relaxed. The hot gas g attempts to enter the disk cavity 52 through the second seal portion 71.
  • the opening 111 of the acoustic damper 113 is positioned on the moving blade 28 side, a part of the high temperature gas g that has passed through the first seal portion 51 is introduced into the closed space 112 through the opening 111. Is done.
  • the hot gas g and its pressure wave are introduced into the closed space portion 112
  • the acoustic energy due to the pressure wave of the hot gas g is attenuated by resonating in the closed space portion 112, and the pressure distribution in the circumferential direction is further increased. Alleviated.
  • the first seal portion 51 provided between the platform 42 of the moving blade 28 and the inner shroud 46 of the stationary blade 27, and the first seal portion 51.
  • a second seal portion 71 provided on the inner side in the radial direction, and an acoustic damper 113 having a closed space portion 112 communicating with the disk cavity 52 between the moving blade 28 and the stationary blade 27 via the opening 111 are provided.
  • the acoustic damper 113 is disposed inside the platform 42 in the radial direction.
  • the combustion gas G entering the disk cavity 52 from the gap between the platform 42 and the inner shroud 46. Is appropriately introduced into the closed space 112 through the opening 111, and the acoustic energy generated by the pressure wave of the combustion gas G can be appropriately attenuated in the closed space 112. In this case, since the closed space 112 is provided on the platform 42 on the movable side, the pressure wave of the combustion gas G can be appropriately attenuated.
  • the second seal portion 71 is spaced apart from the inner shroud 46 in the radial direction by a predetermined gap, and the rear seal plate 45 and the rear seal plate 45 on the platform 42 side.
  • the second seal fin 73 is extended from the inside, the closed space portion 112 is provided on the inner side in the radial direction from the seal fin 73, and the opening 111 is provided in the second seal fin 73. Therefore, by providing the opening 111 and the closed space 112 using the second seal fin 73, the complexity of the structure can be suppressed.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a gas turbine sealing device according to a sixth embodiment
  • FIG. 8 is a schematic view illustrating a space portion of a blade root portion on the platform side.
  • symbol is attached
  • the sealing device 120 includes a first seal portion 51 provided between the platform 42 of the moving blade 28 and the inner shroud 46 of the stationary blade 27, and the first sealing portion 51.
  • a space portion (closed space portion) 44 communicating with the second seal portion 71 provided radially inside from the seal portion 51 and the disk cavity 52 between the moving blade 28 and the stationary blade 27 via the opening 121 is provided.
  • an acoustic damper 122 having the same.
  • the acoustic damper 122 is disposed inside the platform 42 of the rotor blade 28 in the radial direction.
  • the blade 28 has a blade root 43 attached to the turbine disk 41, and a space 44 between the blade roots 43 adjacent in the circumferential direction is closed by a front seal plate and a rear seal plate 45.
  • the second seal fin 73 extends from the inside in the radial direction of the first seal fin 63 in the rear seal plate 45 to the downstream side in the flow direction of the hot gas G.
  • the second seal portion 71 is configured by the protruding portion 46 b of the stationary blade rim 62 and the second seal fin 73 in the flow direction of the high temperature gas g.
  • the space portion 44 functions as a closed space portion of the present invention.
  • the rear seal plate 45 has an opening 121 formed radially outward from the second seal fin 73 so as to communicate the disk cavity 52 and the space 44.
  • the hot gas G is partly diverted and is wound toward the disk cavity 52.
  • the sealing device 120 suppresses the intrusion of the high temperature gas g into the disk cavity 52. That is, the high-temperature gas g which is going to enter the disk cavity 52 through the gap between the moving blade 28 and the stationary blade 27 first flows into the first buffer cavity 61 where it is agitated and mixed to thereby distribute the pressure in the circumferential direction. Is alleviated. Next, the high-temperature gas g flows into the second buffer cavity 72 through the first seal portion 51 and is stirred and mixed here, whereby the circumferential pressure distribution is relaxed. The hot gas g attempts to enter the disk cavity 52 through the second seal portion 71.
  • the opening 121 of the acoustic damper 122 is located on the moving blade 28 side, a part of the high temperature gas g that has passed through the first seal portion 51 is introduced into the space 44 through the opening 121.
  • the hot gas g and its pressure wave are introduced into the space 44, the acoustic energy generated by the pressure wave of the hot gas g is attenuated by resonating in the space 44, and the circumferential pressure distribution is further relaxed.
  • the space portion 44 is provided by the front seal plate and the rear seal plate 45 in the axial direction inside the platform 42 in the radial direction, and the opening 121 is formed in the rear portion.
  • the seal plate 45 is provided. Therefore, by configuring the acoustic damper 122 using the existing space 44, it is possible to suppress the complexity of the structure and the cost increase.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the overall configuration of the aircraft engine.
  • the aircraft engine 200 is a gas turbine, and includes a fan casing 211 and a main body casing 212.
  • the fan 213 is accommodated in the fan casing 211, and the main body casing.
  • a compressor 214, a combustor 215, and a turbine 216 are accommodated in 212.
  • the fan 213 is configured by mounting a plurality of fan blades 222 on the outer peripheral portion of the rotating shaft 221.
  • the compressor 214 includes a low pressure compressor 223 and a high pressure compressor 224.
  • the combustors 215 are arranged downstream of the compressor 214 in the longitudinal direction of the compressed air, and a plurality of combustors 215 are arranged in the circumferential direction.
  • the turbine 216 is disposed downstream of the combustor 215 in the flow direction of the combustion gas, and includes a high pressure turbine 225 and a low pressure turbine 226.
  • the rotating shaft 221 of the fan 213 and the low-pressure compressor 223 are connected, and the low-pressure compressor 223 and the low-pressure turbine 226 are connected by the first rotor shaft 227.
  • the high-pressure compressor 224 and the high-pressure turbine 225 are connected by a second rotor shaft 228 having a cylindrical shape located on the outer peripheral side of the first rotor shaft 227.
  • the compressor 214 generates high-temperature and high-pressure compressed air by passing the air taken in from the air intake port through a plurality of stationary blades and moving blades (not shown) in the low-pressure compressor 223 and the high-pressure compressor 224.
  • the combustor 215 burns by supplying a predetermined fuel to the compressed air, and generates high-temperature and high-pressure combustion gas.
  • the turbine 216 is driven to rotate as the combustion gas generated by the combustor 215 passes through a plurality of stationary blades and moving blades (not shown) in the high-pressure turbine 225 and the low-pressure turbine 226.
  • the rotational force of the low-pressure turbine 226 is transmitted to the low-pressure compressor 223 by the first rotor shaft 227 for driving. Further, the rotational force of the high-pressure turbine 225 is transmitted to the high-pressure compressor 224 by the second rotor shaft 228 for driving. As a result, the fan 213 can be driven and thrust can be obtained from the exhaust gas discharged from the turbine 216.
  • An acoustic damper 55 having a closed space portion is provided. Therefore, even in the aircraft engine 200, the gas turbine efficiency can be improved by making it possible to suppress the intrusion of the combustion gas into the turbine body with a small amount of purge air.

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Abstract

 ガスタービンのシール装置及びガスタービン、航空用エンジンにおいて、タービン(13)の動翼(28)のプラットフォーム(42)と静翼(27)の内側シュラウド(46)との間に設けられる第1シール部(51)と、動翼(28)と静翼(27)との間のディスクキャビティ(52)に開口部(53)を介して連通する閉空間部(54)を有する音響ダンパ(55)とを設けることで、少量のパージ空気でタービン本体内への燃焼ガスの侵入を抑制可能とすることでガスタービン効率の向上を図る。

Description

ガスタービンのシール装置及びガスタービン、航空用エンジン
 本発明は、例えば、圧縮した高温・高圧の空気に対して燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービンにおいて、タービン静翼とタービン動翼との隙間から高温ガスがタービン本体内に侵入するのを防止するためのシール装置及びガスタービン、航空用エンジンに関するものである。
 一般的なガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されている。圧縮機は、空気取入口から取り込まれた空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気とする。燃焼器は、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスを得る。タービンは、この燃焼ガスにより駆動し、同軸上に連結された発電機を駆動する。
 タービンは、燃焼器で生成された高温・高圧の燃焼ガスが燃焼ガス通路にある複数の静翼と動翼を通過することでロータが駆動回転する。この燃焼ガスは、動翼と静翼の隙間からタービン本体内に侵入することを防止するため、リムシールと呼ばれるシール装置が設けられている。このリムシールは、パージ空気を動翼と静翼の隙間に形成されるディスクキャビティに供給し、このディスクキャビティのパージ空気を動翼と静翼の隙間に向けて噴出させることで、燃焼ガスの侵入を防止するものである。このようなリムシールとしては、例えば、下記特許文献1に記載されたものがある。
特開2010-077868号公報
 ところで、燃焼ガス通路は、周方向に複数の静翼及び動翼が所定間隔で配置されており、この複数の静翼及び動翼により周方向に非一様な圧力分布が形成される。すると、高圧の領域では、燃焼ガスが動翼と静翼の隙間からタービン内部に侵入し、低圧の領域では、ディスクキャビティのパージ空気が動翼と静翼の隙間から燃焼ガス通路に侵入する。そのため、上述した特許文献1に記載されたように、多重のシールを配置したとしても、動翼と静翼の隙間からの燃焼ガスの侵入を十分に防止することが困難となる。一方で、燃焼ガスの侵入を防止するために、パージ空気を増量することが考えられるが、このパージ空気は圧縮機から抽気したものであり、ガスタービン効率が低下してしまう。
 本発明は、上述した課題を解決するものであり、少量のパージ空気によりタービン本体内への燃焼ガスの侵入を抑制可能とすることでガスタービン効率の向上を図るガスタービンのシール装置及びガスタービン、航空用エンジンを提供することを目的とする。
 上記の目的を達成するための本発明のガスタービンのシール装置は、タービン動翼のプラットフォームとタービン静翼の内側シュラウドとの間に設けられるシール部と、前記タービン動翼と前記タービン静翼との間のディスクキャビティに開口部を介して連通する閉空間部を有する音響ダンパと、を備えることを特徴とするものである。
 従って、燃焼ガス通路の燃焼ガスがプラットフォームと内側シュラウドとの間の隙間からタービン内に侵入しようとすると、燃焼ガスと共にその圧力波が開口部を介して閉空間部に導入され、この圧力波による音響エネルギが内部で共鳴することにより減衰される。その結果、燃焼ガス通路における周方向に非一様な圧力分布がシール部に至るまでに減衰されて周方向に一様な圧力分布となり、従来よりも少量のパージ空気でタービン本体内への燃焼ガスの侵入を抑制することができ、ガスタービン効率を向上することができる。
 本発明のガスタービンのシール装置では、前記閉空間部は、前記内側シュラウドにおける径方向の内側に配置されることを特徴としている。
 従って、閉空間部を静止側である内側シュラウドに設けることから、構造を簡素化することができる。
 本発明のガスタービンのシール装置では、前記シール部は、前記内側シュラウドより径方向の内側に所定隙間を空けて前記プラットフォームが配置されることで構成される第1シール部を有し、前記開口部は、前記第1シール部とタービン軸心方向に対向して設けられることを特徴としている。
 従って、閉空間部の開口部を第1シール部に対向して設けることで、プラットフォームと内側シュラウドとの間の隙間からタービン内に侵入する燃焼ガスを適正に開口部を介して閉空間部に導入することができ、燃焼ガスの圧力波による音響エネルギを閉空間部で適正に減衰することができる。
 本発明のガスタービンのシール装置では、前記シール部は、前記内側シュラウドより径方向の内側に所定隙間を空けて前記プラットフォームが配置されることで構成される第1シール部と、前記第1シール部より径方向の内側に設けられる第2シール部とを有し、前記開口部は、前記第2シール部の径方向の外側に設けられることを特徴としている。
 従って、閉空間部の開口部を第2シール部の外側に設けることで、プラットフォームと内側シュラウドとの間の隙間からタービン内に侵入する燃焼ガスが第2シール部に到達する前に、開口部を介して閉空間部に導入することができ、燃焼ガスの圧力波による音響エネルギを閉空間部で適正に減衰することができる。
 本発明のガスタービンのシール装置では、前記シール部は、前記内側シュラウドより径方向の内側に所定隙間を空けて前記プラットフォームが配置されることで構成される第1シール部と、前記第1シール部より径方向の内側に設けられる第2シール部とを有し、前記開口部は、前記第1シール部と前記第2シール部との径方向における間に設けられることを特徴としている。
 従って、閉空間部の開口部を第1シール部と第2シール部の間に設けることで、プラットフォームと内側シュラウドとの間の隙間からタービン内に侵入する燃焼ガスが適正に開口部を介して閉空間部に導入することとなり、燃焼ガスの圧力波による音響エネルギを閉空間部で適正に減衰することができる。
 本発明のガスタービンのシール装置では、前記シール部は、前記内側シュラウドより径方向の内側に所定隙間を空けて前記プラットフォームが配置されることで構成される第1シール部と、前記第1シール部より径方向の内側に設けられる第2シール部とを有し、前記開口部は、前記第1シール部とタービン軸心方向に対向して設けられる第1開口部と、前記第2シール部の径方向の外側に設けられる第2開口部を有することを特徴としている。
 従って、異なる位置にある第1シール部と第2シール部に対応して閉空間部の第1開口部と第2開口部を設けることで、プラットフォームと内側シュラウドとの間の隙間からタービン内に侵入する燃焼ガスが適正に各開口部を介して閉空間部に導入することとなり、燃焼ガスの圧力波による音響エネルギを閉空間部で適正に減衰することができる。
 本発明のガスタービンのシール装置では、前記閉空間部は、径方向の外側に位置する第1閉空間部と、径方向の内側に位置する第2閉空間部とを有し、前記第1開口部が前記第1閉空間部に設けられ、前記第2開口部が前記第2閉空間部に設けられることを特徴としている。
 従って、2個の開口部に対応して2個の閉空間部を設けることで、各開口部から対応する閉空間部に導入した燃焼ガスの圧力波を適正に減衰することができる。
 本発明のガスタービンのシール装置では、前記閉空間部は、前記プラットフォームにおける径方向の内側に配置されることを特徴としている。
 従って、閉空間部を可動側であるプラットフォームに設けることから、燃焼ガスの圧力波を適正に減衰することができる。
 本発明のガスタービンのシール装置では、前記シール部は、前記内側シュラウドより径方向の内側に所定隙間を空けて前記プラットフォーム側からシールフィンが延出されることで構成され、前記シールフィンより径方向の内側に前記閉空間部が設けられ、前記開口部は、前記シールフィンに設けられることを特徴としている。
 従って、シールフィンを用いて閉空間部と開口部を設けることで、構造の複雑化を抑制することができる。
 本発明のガスタービンのシール装置では、前記プラットフォームにおける径方向の内側で軸方向における前部シール板及び後部シール板により前記閉空間部が設けられ、前記開口部は、前記後部シール板に設けられることを特徴としている。
 従って、既設の空間部を利用して音響ダンパを構成することで、構造の複雑化及び高コスト化を抑制することができる。
 本発明のガスタービンのシール装置では、前記閉空間部は、周方向に沿って設けられることを特徴としている。
 従って、動翼及び静翼の周方向における領域で、燃焼ガスの圧力波を適正に減衰することができる。
 本発明のガスタービンのシール装置では、前記閉空間部は、仕切板により周方向に複数分割されることを特徴としている。
 従って、閉空間部に仕切板を設けることで、強度を向上することができる。
 また、本発明のガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンにおいて、前記タービンに前記ガスタービンのシール装置が設けられる、ことを特徴とするものである。
 従って、燃焼ガスとその圧力波が音響ダンパより減衰されることで、従来よりも少量のパージ空気でタービン本体内への燃焼ガスの侵入を抑制することができ、ガスタービン効率を向上することができる。
 また、本発明の航空用エンジンは、圧縮機と燃焼器とタービンを有する航空用エンジンにおいて、前記タービンにガスタービンのシール装置が設けられる、ことを特徴とするものである。
 従って、燃焼ガスとその圧力波が音響ダンパより減衰されることで、従来よりも少量のパージ空気でタービン本体内への燃焼ガスの侵入を抑制することができ、ガスタービン効率を向上することができる。
 本発明のガスタービンのシール装置及びガスタービン、航空用エンジンによれば、タービン動翼とタービン静翼との間のディスクキャビティに開口部を介して連通する閉空間部を有する音響ダンパを設けるので、燃焼ガスとその周方向圧力分布が音響ダンパにより減衰されることで、従来よりも少量のパージ空気でタービン本体内への燃焼ガスの侵入を抑制することができ、ガスタービン効率を向上することができる。
図1は、第1実施形態のガスタービンのシール装置を表す断面図である。 図2は、ガスタービンの全体構成を表す概略図である。 図3は、第2実施形態のガスタービンのシール装置を表す断面図である。 図4は、第3実施形態のガスタービンのシール装置を表す断面図である。 図5は、第4実施形態のガスタービンのシール装置を表す断面図である。 図6は、第5実施形態のガスタービンのシール装置を表す断面図である。 図7は、第6実施形態のガスタービンのシール装置を表す断面図である。 図8は、プラットフォーム側における翼根部の空間部を表す概略図である。 図9は、航空用エンジンの全体構成を表す概略図である。
 以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービンのシール装置及びガスタービン、航空用エンジンの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
[第1実施形態]
 図2は、第1実施形態のガスタービンの全体構成を表す概略図である。
 第1実施形態のガスタービンは、図2に示すように、圧縮機11と燃焼器12とタービン13により構成されている。このガスタービンは、同軸上に図示しない発電機が連結され、発電可能となっている。
 圧縮機11は、空気を取り込む空気取入口20を有し、圧縮機車室21内に入口案内翼(IGV:Inlet Guide Vane)22が配設されると共に、複数の静翼23と複数の動翼24が空気の流動方向(後述するロータ32の軸方向)に交互に配設されてなり、その外側に抽気室25が設けられている。この圧縮機11は、空気取入口20から取り込まれた空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気を生成し、車室14に供給される。
 燃焼器12は、圧縮機11で圧縮され車室14に溜められた高温・高圧の圧縮空気と燃料とが供給され、燃焼することで、燃焼ガスを生成する。タービン13は、タービン車室26内に複数の静翼27と複数の動翼28が燃焼ガスの流動方向(後述するロータ32の軸方向)に交互に配設されている。そして、このタービン車室26は、下流側に排気車室29を介して排気室30が配設されており、排気室30は、タービン13に連結する排気ディフューザ31を有している。このタービン13は、燃焼器12からの燃焼ガスにより駆動し、同軸上に連結された発電機を駆動する。
 圧縮機11と燃焼器12とタービン13は、排気室30の中心部を貫通するようにロータ(回転軸)32が配置されている。ロータ32は、圧縮機11側の端部が軸受部33により回転自在に支持されると共に、排気室30側の端部が軸受部34により回転自在に支持されている。そして、このロータ32は、圧縮機11にて、各動翼24が装着されたディスクが複数重ねられて固定されている。また、タービン13にて、各動翼28が装着されたディスクが複数重ねられて固定されており、排気室30側の端部に発電機の駆動軸が連結されている。
 そして、このガスタービンは、圧縮機11の圧縮機車室21が脚部35に支持され、タービン13のタービン車室26が脚部36により支持され、排気室30が脚部37により支持されている。
 従って、圧縮機11にて、空気取入口20から取り込まれた空気が、入口案内翼22、複数の静翼23と動翼24を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器12にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。タービン13にて、燃焼器12で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、タービン13における複数の静翼27と動翼28を通過することでロータ32を駆動回転し、このロータ32に連結された発電機を駆動する。一方、燃焼ガスは、運動エネルギーが排気室30の排気ディフューザ31により圧力に変換されて減速されてから大気に放出される。
 以下、このように構成されたガスタービンのタービン13にて、第1実施形態のガスタービンのシール装置について説明する。図1は、第1実施形態のガスタービンのシール装置を表す断面図である。
 第1実施形態のガスタービンのシール装置において、図1に示すように、ロータ32(図2参照)は、その軸方向に沿って複数のタービンディスク41が所定間隔を空けて一体回転可能に連結されている。タービンディスク41は、外周部に複数の動翼28が周方向に所定間隔を空けて固定されている。即ち、タービンディスク41は、円盤形状をなし、外周部に軸方向に沿った嵌合溝(図示略)が周方向に均等間隔で複数形成されている。動翼28は、プラットフォーム42の上部(外側)に翼部が一体に立設され、プラットフォーム42の下部に嵌合溝に嵌合可能な翼根部43が一体に形成されている。そのため、動翼28は、翼根部43が嵌合溝にスライド嵌合することで、タービンディスク41に装着される。また、周方向に隣接する各翼根部43の間の空間部44は、前部シール板(図示略)及び後部シール板45により閉塞される。
 静翼27は、基端部がリング形状をなす内側シュラウド46に固定され、先端部がリング形状をなす外側シュラウド(図示略)に固定されている。静翼27は、各動翼28における軸方向の間に配置され、互いに円筒形状をなす内側シュラウド46と外側シュラウドの間に支持され、周方向に所定間隔を空けて固定されている。そして、外側シュラウドは、翼環(図示略)を介してタービン車室26に支持されている。内側シュラウド46は、内側にシールリング保持環47が固定されている。シールリング保持環47は、その内側に位置するタービンディスク41のリム部に対向してシール(図示略)が設けられている。
 本実施形態のシール装置50は、動翼(タービン動翼)28のプラットフォーム42と静翼(タービン静翼)27の内側シュラウド46との間に設けられる第1シール部51と、動翼28と静翼27との間のディスクキャビティ52に開口部53を介して連通する閉空間部54を有する音響ダンパ55とを備えている。この場合、第1シール部51と閉空間部54は、周方向に連続している。
 シール装置50は、高温ガス(燃焼ガス)Gが、動翼28と静翼27との間に形成されるディスクキャビティ52へ侵入することを抑制するものである。高温ガスGは、動翼28及び静翼27が配置されるガス通路を軸方向に流れており、高温ガスGから分流した一部の高温ガスgがディスクキャビティ52に向かって巻き込まれ、動翼28の翼根部43やロータ32付近まで侵入することを、シール装置50により抑制する。
 動翼28は、プラットフォーム42における高温ガスGの流れ方向の下流側に第1緩衝キャビティ61が設けられている。この第1緩衝キャビティ61は、静翼27の内側シュラウド46における静翼リム62と高温ガスGの流れ方向に対向するように形成された凹部である。
 第1緩衝キャビティ61は、ガス通路に面しているプラットフォーム42における下流側端部42aと、径方向の内側でこのプラットフォーム42からディスクキャビティ52側に突出する第1シールフィン63との間に設けられている。そのため、第1緩衝キャビティ61は、高温ガスGの流れから分流した高温ガスgがディスクキャビティ52に到達する侵入経路において、この高温ガスgの流れを周方向に均一化する形状となっている。
 第1シール部51は、流路断面積を狭めて径方向の内側、つまり、ディスクキャビティ52側へ向かう高温ガスgの流路抵抗を増加させるものであり、高温ガスgの流れ方向において、第1シールフィン63と静翼リム62により構成されている。この第1シールフィン63は、プラットフォーム42における第1緩衝キャビティ61の径方向内側から高温ガスGの流れ方向の下流側へ延出し、先端部が径方向の外側に屈曲して突出されている。この第1シールフィン63は、内側シュラウド46から高温ガスGの流れ方向の上流側へ延出する静翼リム62と、径方向に所定隙間を空けて重なるように配置されている。
 音響ダンパ55は、静翼27の内側シュラウド46における径方向の内側に配置されている。内側シュラウド46には、内側にシールリング保持環47が固定され、内側シュラウド46及びシールリング保持環47における高温ガスGの流れ方向の上流側にバッファプレート64が配置されている。このバッファプレート64は、コイルバネ65及び支持軸66により支持され、付勢力によりシールリング保持環47に密着させることで、翼内流路67を形成している。
 バッファプレート64は、プレート本体64aとL字断面形状をなす仕切り部64bとを有している。プレート本体64aは、下端部がシールリング保持環47に密着し、上端部が静翼リム62(内側シュラウド46)の内面まで延出し、先端部が高温ガスGの流れ方向の上流側に屈曲して延出するフィン64cが設けられている。そのため、静翼リム62の内面とフィン64cの外面とが径方向に所定隙間を空けて重なるように配置されることで、開口部53が形成される。
 また、バッファプレート64は、仕切り部64bの上端部が内側シュラウド46の内面から内側に突出する突起部46aに密着することで、閉空間部54が形成されている。そして、この閉空間部54は、開口部53を介してディスクキャビティ52に連通している。この場合、開口部53は、第1シール部51と高温ガスGの流れ方向(タービン軸心方向)に対向して設けられている。
 この閉空間部54は、内側シュラウド46とバッファプレート64により構成されており、周方向に沿って連続して設けられている。なお、閉空間部54は、周方向に沿って連続して設ける必要はなく、例えば、閉空間部54における周方向に所定間隔を空けて仕切板68を設けることで、閉空間部54を周方向に複数分割してもよい。また、複数の閉空間部を周方向に断続的に設けてもよい。更に、開口部53も、周方向に連続していてもよいし、所定間隔を空けて設けてもよい。この場合、開口部53を少なくとも第1シール部51に対して軸心方向(高温ガスGの流れ方向)に対向する位置に設けるとよい。
 この音響ダンパ55は、高温ガスGの流れから分流した高温ガスgがディスクキャビティ52に到達する侵入経路において、この高温ガスg及び圧力波を開口部53から閉空間部54内に導入することで、圧力波を減衰するようにしている。なお、開口部53の長さや隙間量、閉空間部54の形状や容積は、高温ガスg周方向圧力分布の波数に応じて予め設定されている。
 また、このように構成されたシール装置50は、静翼27内に形成されている翼内流路(図示略)を通してシール流体として圧縮空気をディスクキャビティ52に導入している。圧縮機11(図2参照)から抽気した冷却空気(圧縮空気)Cは、静翼27内を通って翼内流路67に導入され、シール空気供給孔69から噴出される。この冷却空気は、前述したシールのシール空気として使用される。この冷却空気Cは、シール空気供給孔69から噴出された後に一部が分流し、シール70の隙間を通ってディスクキャビティ52に流入してパージ空気となる。そのため、ディスクキャビティ52は、この冷却空気Cが導入されることで、所定の圧力に保持され、且つ、冷却される。
 ここで、本実施形態のシール装置50の作用について説明する。
 高温ガスGは、動翼28及び静翼27が配置されるガス通路を流れ、一部の高温ガスgが分流してディスクキャビティ52に向かって巻き込まれる。一方、冷却空気Cは、静翼27内を通って翼内流路67に導入され、シール空気供給孔69から噴出された後、一部がシール70の隙間を通ってディスクキャビティ52に流入する。そのため、ディスクキャビティ52は、この冷却空気Cが導入されることで、所定の圧力に保持され、ディスクキャビティ52への高温ガスgに流入が抑制される。
 ところが、ガス通路は、周方向に所定間隔で複数の静翼27が所定間隔で配置されていることから、この各静翼27の上流側で周方向に非一様な圧力分布が形成され、高圧の領域では、高温ガスgが動翼28と静翼27の隙間からディスクキャビティ52へ侵入するおそれがある。
 シール装置50は、動翼28と静翼27の隙間からディスクキャビティ52への高温ガスgの侵入を抑制する。即ち、動翼28と静翼27の隙間からディスクキャビティ52に侵入しようとする高温ガスgは、まず、第1緩衝キャビティ61へ流入し、ここで攪拌混合されることで、周方向の圧力分布が緩和される。次に、高温ガスgは、第1シール部51を通ってディスクキャビティ52内に浸入しようとする。このとき、第1シール部51は、音響ダンパ55の開口部53が対向していることから、第1シール部51を通過した高温ガスgの一部が開口部53を通って閉空間部54に導入される。高温ガスgとその圧力波が閉空間部54に導入されると、この高温ガスgの圧力波による音響エネルギは、この閉空間部54で共鳴することにより減衰される。その結果、周方向の圧力分布がさらに緩和され、第1シール部51を通過してディスクキャビティ52内に浸入する高温ガスgの侵入量が減少する。
 このように第1実施形態のガスタービンのシール装置にあっては、タービン13の動翼28のプラットフォーム42と静翼27の内側シュラウド46との間に設けられる第1シール部51と、動翼28と静翼27との間のディスクキャビティ52に開口部53を介して連通する閉空間部54を有する音響ダンパ55とを設けている。
 従って、ガス通路の燃焼ガスGがプラットフォーム42と内側シュラウド46との間の隙間からディスクキャビティ52に侵入しようとすると、燃焼ガスGと共にその圧力波が開口部53を介して閉空間部54に導入され、この圧力波による音響エネルギが内部で共鳴することにより減衰される。その結果、第1シール部51の周方向圧力分布が均一化され、従来よりも少量のパージ空気でディスクキャビティ52への燃焼ガスGの侵入を抑制することで、ガスタービン効率を向上することができる。即ち、圧縮機11から抽気する圧縮空気量を減少させることができる。
 第1実施形態のガスタービンのシール装置では、閉空間部54を内側シュラウド46における径方向の内側に配置している。従って、閉空間部54を静止側である内側シュラウド46に設けることから、空間部を有効的に利用することで、構造を簡素化することができる。
 第1実施形態のガスタービンのシール装置では、内側シュラウド46より径方向の内側に所定隙間を空けてプラットフォーム42を配置することで第1シール部51を設け、開口部53を第1シール部51とロータ32の軸心方向に対向して設けている。従って、プラットフォーム42と内側シュラウド46との間の隙間からディスクキャビティ52内に侵入する燃焼ガスGを適正に開口部53を介して閉空間部54に導入することができ、燃焼ガスGの圧力波による音響エネルギを閉空間部54で適正に減衰することができる。
 第1実施形態のガスタービンのシール装置では、閉空間部54を周方向に沿って設けている。従って、動翼28及び静翼27の周方向における領域で、燃焼ガスGの圧力波を適正に減衰することができる。
 第1実施形態のガスタービンのシール装置では、閉空間部54を仕切板68により周方向に複数分割している。従って、閉空間部54に1個または複数の仕切板を設けることで、バッファプレート64の強度を向上することができる。
 また、第1実施形態のガスタービンにあっては、圧縮機11と燃焼器12とタービン13を有するガスタービンにおいて、タービン13にシール装置50を設けている。従って、燃焼ガスGとその圧力波が音響ダンパ55より減衰されることで、従来よりも少量のパージ空気でタービン本体内への燃焼ガスGの侵入を抑制することができ、ガスタービン効率を向上することができる。
[第2実施形態]
 図3は、第2実施形態のガスタービンのシール装置を表す断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
 第2実施形態において、図3に示すように、シール装置80は、動翼28のプラットフォーム42と静翼27の内側シュラウド46との間に設けられる第1シール部51と、第1シール部51より径方向の内側に設けられる第2シール部71と、動翼28と静翼27との間のディスクキャビティ52に開口部81を介して連通する閉空間部82を有する音響ダンパ83とを備えている。
 動翼28は、プラットフォーム42における高温ガスGの流れ方向の下流側に第1緩衝キャビティ61が設けられている。この第1緩衝キャビティ61は、静翼27の内側シュラウド46における静翼リム62と高温ガスGの流れ方向に対向するように形成された凹部であり、第1シールフィン63と静翼リム62により構成されている。
 動翼28は、第1シールフィン63より内周側には第2緩衝キャビティ72が設けられている。この第2緩衝キャビティ72は、第1シールフィン63の内周面と第2シールフィン73の外周面により囲まれた空間部である。この第2緩衝キャビティ72は、第1緩衝キャビティ61より高温ガスgがディスクキャビティ52に到達する侵入経路における下流側に位置している。
 音響ダンパ83は、静翼27の内側シュラウド46における径方向の内側に配置されている。内側シュラウド46には、内側にシールリング保持環47が固定され、内側シュラウド46及びシールリング保持環47における高温ガスGの流れ方向の上流側にバッファプレート84が配置されている。このバッファプレート84は、コイルバネ65及び支持軸66により支持され、付勢力によりシールリング保持環47に密着させることで、翼内流路67を形成している。
 バッファプレート84は、プレート本体84aとL字断面形状をなす仕切り部84bとを有している。プレート本体84aは、下端部がシールリング保持環47に密着し、上端部が静翼リム62(内側シュラウド46)の内面まで延出し、先端部が高温ガスGの流れ方向の上流側に屈曲して延出するフィン84cが設けられている。そのため、静翼リム62の内面とフィン84cの外面とが径方向に所定隙間を空けて重なるように配置されることで、開口部81が形成される。
 また、バッファプレート84は、仕切り部84bの上端部が内側シュラウド46の内面から内側に突出する突起部46aに密着することで、閉空間部82が形成されている。そして、この閉空間部82は、開口部81を介してディスクキャビティ52に連通している。この場合、開口部81は、第1シール部51と高温ガスGの流れ方向(タービン軸心方向)に対向して設けられている。この閉空間部82は、内側シュラウド46とバッファプレート84により構成されており、周方向に沿って連続して設けられている。
 第2シール部71は、流路断面積を狭めて径方向の内側、つまり、ディスクキャビティ52側へ向かう高温ガスgの流路抵抗を増加させるものであり、高温ガスgの流れ方向において、第2シールフィン73とバッファプレート84により構成されている。この第2シールフィン73は、後部シール板45における第1シールフィン63の径方向内側から高温ガスGの流れ方向の下流側へ延出し、先端部が径方向の外側に屈曲して突出されている。この第2シールフィン73は、バッファプレート84から高温ガスGの流れ方向の上流側へ延出するフィン84cと、径方向に所定隙間を空けて重なるように配置されている。
 バッファプレート84は、フィン84cの端面に凹んだ湾曲ガイド面84dが形成されており、高温ガスgを第2シールフィン73側に案内する。そのため、第2緩衝キャビティ72は、第1シールフィン63の内周面と、第2シールフィン73の外周面と、バッファプレート84の湾曲ガイド面84dとにより囲まれた空間部となる。そして、音響ダンパ83の開口部81は、第2シール部71の径方向の外側に設けられることとなる。
 高温ガスGは、一部が分流してディスクキャビティ52に向かって巻き込まれる。このとき、シール装置80は、ディスクキャビティ52への高温ガスgの侵入を抑制する。即ち、動翼28と静翼27の隙間からディスクキャビティ52に侵入しようとする高温ガスgは、まず、第1緩衝キャビティ61へ流入し、ここで攪拌混合されることで、周方向の圧力分布が緩和される。次に、高温ガスgは、第1シール部51を通ってディスクキャビティ52内に浸入しようとする。このとき、第1シール部51は、音響ダンパ83の開口部81が対向していることから、第1シール部51を通過した高温ガスgの一部が開口部81を通って閉空間部82に導入される。高温ガスgとその圧力波が閉空間部82に導入されると、この高温ガスgの圧力波による音響エネルギは、この閉空間部82で共鳴することにより減衰され、周方向の圧力分布が一層緩和される。
 更に、閉空間部82に導入されなかった高温ガスgは、第2緩衝キャビティ72へ流入し、ここで攪拌混合されることで、周方向の圧力分布がより一層緩和される。そして、第2シール部71によりディスクキャビティ52内への高温ガスgの浸入が抑制される。
 このように第2実施形態のガスタービンのシール装置にあっては、動翼28のプラットフォーム42と静翼27の内側シュラウド46との間に設けられる第1シール部51と、第1シール部51より径方向の内側に設けられる第2シール部71と、動翼28と静翼27との間のディスクキャビティ52に開口部81を介して連通する閉空間部82を有する音響ダンパ83とを設け、開口部81を第2シール部71の径方向の外側に設けている。
 従って、閉空間部82の開口部81を第2シール部71の外側に設けることで、プラットフォーム42と内側シュラウド46との間の隙間からディスクキャビティ52に侵入する燃焼ガスGが第2シール部71に到達する前に、開口部81を介して閉空間部82に導入することができ、燃焼ガスGの圧力波による音響エネルギを閉空間部82で適正に減衰することができる。
[第3実施形態]
 図4は、第3実施形態のガスタービンのシール装置を表す断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
 第3実施形態において、図4に示すように、シール装置90は、動翼28のプラットフォーム42と静翼27の内側シュラウド46との間に設けられる第1シール部51と、第1シール部51より径方向の内側に設けられる第2シール部71と、動翼28と静翼27との間のディスクキャビティ52に開口部91を介して連通する閉空間部92を有する音響ダンパ93とを備えている。
 音響ダンパ93は、静翼27の内側シュラウド46における径方向の内側に配置されている。内側シュラウド46には、内側にシールリング保持環47が固定され、内側シュラウド46及びシールリング保持環47における高温ガスGの流れ方向の上流側にバッファプレート94が配置されている。このバッファプレート94は、コイルバネ65及び支持軸66により支持され、付勢力によりシールリング保持環47に密着させることで、翼内流路67を形成している。
 内側シュラウド46は、静翼リム62の内面から内側に突出する突出部62aが設けられている。バッファプレート94は、プレート本体94aとL字断面形状をなす仕切り部94bとを有している。プレート本体94aは、下端部がシールリング保持環47に密着し、上端部が静翼リム62の突出部62aの内面まで延出し、先端部が高温ガスGの流れ方向の上流側に屈曲して延出するフィン94cが設けられている。そのため、静翼リム62の突出部62aの内面とフィン94cの外面とが径方向に所定隙間を空けて重なるように配置されることで、開口部91が形成される。
 また、バッファプレート94は、仕切り部94bの上端部が内側シュラウド46の内面から内側に突出する突起部46aに密着することで、閉空間部92が形成されている。そして、この閉空間部92は、開口部91を介してディスクキャビティ52に連通している。この場合、開口部91は、第1シール部51と第2シール部71との径方向における間に設けられている。この閉空間部92は、内側シュラウド46とバッファプレート94により構成されており、周方向に沿って連続して設けられている。
 高温ガスGは、一部が分流してディスクキャビティ52に向かって巻き込まれる。このとき、シール装置90は、ディスクキャビティ52への高温ガスgの侵入を抑制する。即ち、動翼28と静翼27の隙間からディスクキャビティ52に侵入しようとする高温ガスgは、まず、第1緩衝キャビティ61へ流入し、ここで攪拌混合されることで、周方向の圧力分布が緩和される。次に、高温ガスgは、第1シール部51を通って第2緩衝キャビティ72へ流入し、ここで攪拌混合されることで、周方向の圧力分布が更に緩和される。そして、高温ガスgは、第2シール部71を通ってディスクキャビティ52へ侵入しようとする。このとき、第2シール部71より径方向の外側に音響ダンパ93の開口部91が位置していることから、第1シール部51を通過した高温ガスgの一部が開口部91を通って閉空間部92に導入される。高温ガスgとその圧力波が閉空間部92に導入されると、この高温ガスgの圧力波による音響エネルギは、この閉空間部92で共鳴することにより減衰され、周方向の圧力分布が一層緩和される。
 このように第3実施形態のガスタービンのシール装置にあっては、動翼28のプラットフォーム42と静翼27の内側シュラウド46との間に設けられる第1シール部51と、第1シール部51より径方向の内側に設けられる第2シール部71と、動翼28と静翼27との間のディスクキャビティ52に開口部91を介して連通する閉空間部92を有する音響ダンパ93とを設け、開口部91を第1シール部51と第2シール部71との径方向における間に設けている。
 従って、閉空間部92の開口部91を第1シール部51と第2シール部71の間に設けることで、プラットフォーム42と内側シュラウド46との間の隙間からディスクキャビティ52に侵入する燃焼ガスGが適正に開口部91を介して閉空間部92に導入することとなり、燃焼ガスGの圧力波による音響エネルギを閉空間部92で適正に減衰することができる。
[第4実施形態]
 図5は、第4実施形態のガスタービンのシール装置を表す断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
 第4実施形態において、図5に示すように、シール装置100は、動翼28のプラットフォーム42と静翼27の内側シュラウド46との間に設けられる第1シール部51と、第1シール部51より径方向の内側に設けられる第2シール部71と、動翼28と静翼27との間のディスクキャビティ52に開口部101,102を介して連通する閉空間部103,104を有する音響ダンパ105とを備えている。
 音響ダンパ105は、静翼27の内側シュラウド46における径方向の内側に配置されている。内側シュラウド46には、内側にシールリング保持環47が固定され、内側シュラウド46及びシールリング保持環47における高温ガスGの流れ方向の上流側にバッファプレート106,107が配置されている。バッファプレート107は、コイルバネ65及び支持軸66により支持され、付勢力によりシールリング保持環47に密着させることで、翼内流路67を形成している。バッファプレート106は、内側シュラウド46及びバッファプレート107の間に連結されている。
 バッファプレート106は、突起部106aと、プレート本体106bとを有している。突起部106aは、内側シュラウド46の内面から内側に突出し、プレート本体106bは、この突起部106aから高温ガスGの流れ方向の上流側に延出し、先端部が外側に屈曲するフィン106cが設けられている。そのため、静翼リム62の内面とフィン106cの外面とが径方向に所定隙間を空けて重なるように配置されることで、第1開口部101が形成される。
 また、バッファプレート107は、プレート本体107aとL字断面形状をなす仕切り部107bとを有している。プレート本体107aは、下端部がシールリング保持環47に密着し、上端部がバッファプレート106の内面まで延出し、先端部が高温ガスGの流れ方向の上流側に屈曲して延出するフィン107cが設けられている。そのため、バッファプレート106のプレート本体106b内面とフィン107cの外面とが径方向に所定隙間を空けて重なるように配置されることで、第2開口部102が形成される。
 そして、内側シュラウド46とバッファプレート106により第1閉空間部103が形成され、この閉空間部103は、第1開口部101を介してディスクキャビティ52に連通している。この場合、第1開口部101は、第1シール部51と高温ガスGの流れ方向(タービン軸心方向)に対向して設けられている。また、バッファプレート106,107により第2閉空間部104が形成され、この閉空間部104は、第2開口部102を介してディスクキャビティ52に連通している。この場合、第2開口部102は、第1シール部51と第2シール部71との径方向における間に設けられている。
 高温ガスGは、一部が分流してディスクキャビティ52に向かって巻き込まれる。このとき、シール装置100は、ディスクキャビティ52への高温ガスgの侵入を抑制する。即ち、動翼28と静翼27の隙間からディスクキャビティ52に侵入しようとする高温ガスgは、まず、第1緩衝キャビティ61へ流入し、ここで攪拌混合されることで、周方向の圧力分布が緩和される。次に、高温ガスgは、第1シール部51を通ってディスクキャビティ52内に浸入しようとする。このとき、第1シール部51は、音響ダンパ105の第1開口部101が対向していることから、第1シール部51を通過した高温ガスgの一部が第1開口部101を通って閉空間部103に導入される。高温ガスgとその圧力波が第1閉空間部103に導入されると、この高温ガスgの圧力波による音響エネルギは、この第1閉空間部103で共鳴することにより減衰され、周方向の圧力分布が一層緩和される。
 続いて、高温ガスgは、第1シール部51を通って第2緩衝キャビティ72へ流入し、ここで攪拌混合されることで、周方向の圧力分布が一層緩和される。そして、高温ガスgは、第2シール部71を通ってディスクキャビティ52へ侵入しようとする。このとき、第2シール部71より径方向の外側に音響ダンパ105の第2開口部102が位置していることから、第1シール部51を通過した高温ガスgの一部が第1開口部102を通って第2閉空間部104に導入される。高温ガスgとその圧力波が第2閉空間部104に導入されると、この高温ガスgの圧力波による音響エネルギは、この第2閉空間部104で共鳴することにより減衰され、周方向の圧力分布が一層緩和される。
 このように第4実施形態のガスタービンのシール装置にあっては、動翼28のプラットフォーム42と静翼27の内側シュラウド46との間に設けられる第1シール部51と、第1シール部51より径方向の内側に設けられる第2シール部71と、動翼28と静翼27との間のディスクキャビティ52に開口部101,102を介して連通する閉空間部103,104を有する音響ダンパ105とを設けている。
 従って、異なる位置にある第1シール部51と第2シール部71に対応して第1、第2開口部101,102を介して閉空間部103,104を設けることで、プラットフォーム42と内側シュラウド46との間の隙間からディスクキャビティ52内に侵入する燃焼ガスGの、周方向の圧力分布を2段階で減衰させることができ、従来よりも少量のパージ空気でディスクキャビティ52への燃焼ガスGの侵入を効果的に抑制することができる。
 なお、開口部101,102の長さや隙間量、閉空間部103,104の形状や容積は、高温ガスgの周方向圧力分布の波数に応じて予め設定されている。例えば、静翼27による周方向圧力分布の波数に応じて開口部101の長さや隙間量、閉空間部103の形状や容積を設定し、動翼28による周方向圧力分布の波数に応じて開口部102の長さや隙間量、閉空間部104の形状や容積を設定することで、静翼27及び動翼28に起因する周方向圧力分布を同時に効果的に減衰することができる。
[第5実施形態]
 図6は、第5実施形態のガスタービンのシール装置を表す断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
 第5実施形態において、図6に示すように、シール装置110は、動翼28のプラットフォーム42と静翼27の内側シュラウド46との間に設けられる第1シール部51と、第1シール部51より径方向の内側に設けられる第2シール部71と、動翼28と静翼27との間のディスクキャビティ52に開口部111を介して連通する閉空間部112を有する音響ダンパ113とを備えている。
 音響ダンパ113は、動翼28のプラットフォーム42における径方向の内側に配置されている。動翼28は、翼根部43がタービンディスク41に装着されており、周方向に隣接する各翼根部43の間の空間部44が前部シール板及び後部シール板45により閉塞されている。第2シールフィン73は、後部シール板45における第1シールフィン63の径方向の内側から高温ガスGの流れ方向の下流側へ延出している。第2シール部71は、高温ガスgの流れ方向において、静翼リム62の突出部46bと第2シールフィン73とにより構成されている。
 バッファプレート114は、底部114aと壁部114bとを有しており、底部114aが後部シール板45に連結され、壁部114bは、下端部が底部114aに連結され、上端部が第2シールフィン73に連結されている。そのため、バッファプレート114と後部シール板45と第2シールフィン73により閉空間部112が形成されている。そして、第2シールフィン73は、ディスクキャビティ52と閉空間部112を連通する開口部111が形成されている。
 なお、内側シュラウド46には、内側にシールリング保持環47が固定され、内側シュラウド46及びシールリング保持環47における高温ガスGの流れ方向の上流側にバッファプレート115が配置されている。このバッファプレート115は、コイルバネ65及び支持軸66により支持され、付勢力によりシールリング保持環47に密着させることで、翼内流路67を形成している。
 高温ガスGは、一部が分流してディスクキャビティ52に向かって巻き込まれる。このとき、シール装置110は、ディスクキャビティ52への高温ガスgの侵入を抑制する。即ち、動翼28と静翼27の隙間からディスクキャビティ52に侵入しようとする高温ガスgは、まず、第1緩衝キャビティ61へ流入し、ここで攪拌混合されることで、周方向の圧力分布が緩和される。次に、高温ガスgは、第1シール部51を通って第2緩衝キャビティ72へ流入し、ここで攪拌混合されることで、周方向の圧力分布が更に緩和される。そして、高温ガスgは、第2シール部71を通ってディスクキャビティ52へ侵入しようとする。このとき、動翼28側に音響ダンパ113の開口部111が位置していることから、第1シール部51を通過した高温ガスgの一部が開口部111を通って閉空間部112に導入される。高温ガスgとその圧力波が閉空間部112に導入されると、この高温ガスgの圧力波による音響エネルギは、この閉空間部112で共鳴することにより減衰され、周方向の圧力分布が一層緩和される。
 このように第5実施形態のガスタービンのシール装置にあっては、動翼28のプラットフォーム42と静翼27の内側シュラウド46との間に設けられる第1シール部51と、第1シール部51より径方向の内側に設けられる第2シール部71と、動翼28と静翼27との間のディスクキャビティ52に開口部111を介して連通する閉空間部112を有する音響ダンパ113とを設け、この音響ダンパ113をプラットフォーム42における径方向の内側に配置している。
 従って、閉空間部112の開口部111を第1シール部51と第2シール部71の間に設けることで、プラットフォーム42と内側シュラウド46との間の隙間からディスクキャビティ52に侵入する燃焼ガスGが適正に開口部111を介して閉空間部112に導入することとなり、燃焼ガスGの圧力波による音響エネルギを閉空間部112で適正に減衰することができる。この場合、閉空間部112を可動側であるプラットフォーム42に設けることから、燃焼ガスGの圧力波を適正に減衰することができる。
 このように第5実施形態のガスタービンのシール装置にあっては、第2シール部71を内側シュラウド46より径方向の内側に所定隙間を空けて後部シール板45プラットフォーム42側の後部シール板45から第2シールフィン73を延出して構成し、シールフィン73より径方向の内側に閉空間部112を設け、開口部111を第2シールフィン73に設けている。従って、第2シールフィン73を用いて開口部111と閉空間部112を設けることで、構造の複雑化を抑制することができる。
[第6実施形態]
 図7は、第6実施形態のガスタービンのシール装置を表す断面図、図8は、プラットフォーム側における翼根部の空間部を表す概略図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
 第6実施形態において、図7及び図8に示すように、シール装置120は、動翼28のプラットフォーム42と静翼27の内側シュラウド46との間に設けられる第1シール部51と、第1シール部51より径方向の内側に設けられる第2シール部71と、動翼28と静翼27との間のディスクキャビティ52に開口部121を介して連通する空間部(閉空間部)44を有する音響ダンパ122とを備えている。
 音響ダンパ122は、動翼28のプラットフォーム42における径方向の内側に配置されている。動翼28は、翼根部43がタービンディスク41に装着されており、周方向に隣接する各翼根部43の間の空間部44が前部シール板及び後部シール板45により閉塞されている。第2シールフィン73は、後部シール板45における第1シールフィン63の径方向の内側から高温ガスGの流れ方向の下流側へ延出している。第2シール部71は、高温ガスgの流れ方向において、静翼リム62の突出部46bと第2シールフィン73とにより構成されている。
 空間部44は、本発明の閉空間部として機能する。そして、後部シール板45は、ディスクキャビティ52と空間部44を連通するように、第2シールフィン73より径方向外側に開口部121が形成されている。
 高温ガスGは、一部が分流してディスクキャビティ52に向かって巻き込まれる。このとき、シール装置120は、ディスクキャビティ52への高温ガスgの侵入を抑制する。即ち、動翼28と静翼27の隙間からディスクキャビティ52に侵入しようとする高温ガスgは、まず、第1緩衝キャビティ61へ流入し、ここで攪拌混合されることで、周方向の圧力分布が緩和される。次に、高温ガスgは、第1シール部51を通って第2緩衝キャビティ72へ流入し、ここで攪拌混合されることで、周方向の圧力分布が緩和される。そして、高温ガスgは、第2シール部71を通ってディスクキャビティ52へ侵入しようとする。このとき、動翼28側に音響ダンパ122の開口部121が位置していることから、第1シール部51を通過した高温ガスgの一部が開口部121を通って空間部44に導入される。高温ガスgとその圧力波が空間部44に導入されると、この高温ガスgの圧力波による音響エネルギは、この空間部44で共鳴することにより減衰され、周方向の圧力分布が一層緩和される。
 このように第6実施形態のガスタービンのシール装置にあっては、プラットフォーム42における径方向の内側で軸方向における前部シール板及び後部シール板45により空間部44を設け、開口部121を後部シール板45に設けている。従って、既設の空間部44を利用して音響ダンパ122を構成することで、構造の複雑化及び高コスト化を抑制することができる。
[第7実施形態]
 図9は、航空用エンジンの全体構成を表す概略図である。
 第7実施形態において、図9に示すように、航空用エンジン200は、ガスタービンであって、ファンケーシング211と本体ケーシング212とを有し、ファンケーシング211内にファン213が収容され、本体ケーシング212内に圧縮機214と燃焼器215とタービン216が収容されて構成されている。
 ファン213は、回転軸221の外周部に複数のファンブレード222が装着されて構成されている。圧縮機214は、低圧コンプレッサ223と高圧コンプレッサ224とを有している。燃焼器215は、圧縮機214より圧縮空気の長方向の下流側に配置され、周方向に複数配置されている。タービン216は、燃焼器215より燃焼ガスの流れ方向の下流側に配置され、高圧タービン225と低圧タービン226とを有している。そして、ファン213の回転軸221と低圧コンプレッサ223とが連結され、低圧コンプレッサ223と低圧タービン226とが第1ロータ軸227により連結されている。また、高圧コンプレッサ224と高圧タービン225とが、第1ロータ軸227の外周側に位置する円筒形状をなす第2ロータ軸228により連結されている。
 従って、圧縮機214は、空気取入口から取り込まれた空気が低圧コンプレッサ223と高圧コンプレッサ224における図示しない複数の静翼と動翼を通過することで圧出され、高温・高圧の圧縮空気を生成する。燃焼器215は、この圧縮空気に対して所定の燃料を供給することで燃焼し、高温・高圧の燃焼ガスを生成する。タービン216は、燃焼器215により生成された燃焼ガスが高圧タービン225及び低圧タービン226における図示しない複数の静翼と動翼を通過することで駆動回転する。この場合、低圧タービン226の回転力が第1ロータ軸227により低圧コンプレッサ223に伝達されて駆動する。また、高圧タービン225の回転力が第2ロータ軸228により高圧コンプレッサ224に伝達されて駆動する。その結果、ファン213を駆動することができると共に、タービン216から排出される排気ガスにより推力を得ることができる。
 この航空用エンジン200において、タービン216の動翼のプラットフォームと静翼の内側シュラウドとの間に設けられる第1シール部と、動翼と静翼との間のディスクキャビティに開口部を介して連通する閉空間部を有する音響ダンパ55を設けている。従って、航空用エンジン200であっても、少量のパージ空気によりタービン本体内への燃焼ガスの侵入を抑制可能とすることでガスタービン効率の向上することができる。
 11 圧縮機
 12 燃焼器
 13 タービン
 14 車室
 20 空気取入口
 21 圧縮機車室
 22 入口案内翼
 23 静翼
 24 動翼
 25 抽気室
 26 タービン車室
 27 静翼
 28 動翼
 29 排気車室
 30 排気室
 31 排気ディフューザ
 32 ロータ(回転軸)
 33,34 軸受部
 35,36,37 脚部
 41 タービンディスク
 42 プラットフォーム
 43 翼根部
 44 空間部
 45 後部シール板
 46 内側シュラウド
 47 シールリング保持環
 50,80,90,100,110,120 シール装置
 51 第1シール部
 52 ディスクキャビティ
 53,81,91,101,102,111,121 開口部
 54,82,92,103,104,112 閉空間部
 55,83,93,105,113,122 音響ダンパ
 61 第1緩衝キャビティ
 62 静翼リム
 63 第1シールフィン
 64,84,94,106,107,114,115 バッファプレート
 65 コイルバネ
 66 支持軸
 67 翼内流路
 68 仕切板
 69 シール空気供給孔
 71 第2シール部
 72 第2緩衝キャビティ
 73 第2シールフィン
 200 航空用エンジン
 214 圧縮機
 215 燃焼器
 216 タービン
 G,g 高温ガス(燃焼ガス)

Claims (14)

  1.  タービン動翼のプラットフォームとタービン静翼の内側シュラウドとの間に設けられるシール部と、
     前記タービン動翼と前記タービン静翼との間のディスクキャビティに開口部を介して連通する閉空間部を有する音響ダンパと、
     を備えることを特徴とするガスタービンのシール装置。
  2.  前記閉空間部は、前記内側シュラウドにおける径方向の内側に配置されることを特徴とする請求項1に記載のガスタービンのシール装置。
  3.  前記シール部は、前記内側シュラウドより径方向の内側に所定隙間を空けて前記プラットフォームが配置されることで構成される第1シール部を有し、前記開口部は、前記第1シール部とタービン軸心方向に対向して設けられることを特徴とする請求項2に記載のガスタービンのシール装置。
  4.  前記シール部は、前記内側シュラウドより径方向の内側に所定隙間を空けて前記プラットフォームが配置されることで構成される第1シール部と、前記第1シール部より径方向の内側に設けられる第2シール部とを有し、前記開口部は、前記第2シール部の径方向の外側に設けられることを特徴とする請求項2に記載のガスタービンのシール装置。
  5.  前記シール部は、前記内側シュラウドより径方向の内側に所定隙間を空けて前記プラットフォームが配置されることで構成される第1シール部と、前記第1シール部より径方向の内側に設けられる第2シール部とを有し、前記開口部は、前記第1シール部と前記第2シール部との径方向における間に設けられることを特徴とする請求項2に記載のガスタービンのシール装置。
  6.  前記シール部は、前記内側シュラウドより径方向の内側に所定隙間を空けて前記プラットフォームが配置されることで構成される第1シール部と、前記第1シール部より径方向の内側に設けられる第2シール部とを有し、前記開口部は、前記第1シール部とタービン軸心方向に対向して設けられる第1開口部と、前記第2シール部の径方向の外側に設けられる第2開口部を有することを特徴とする請求項2に記載のガスタービンのシール装置。
  7.  前記閉空間部は、径方向の外側に位置する第1閉空間部と、径方向の内側に位置する第2閉空間部とを有し、前記第1開口部が前記第1閉空間部に設けられ、前記第2開口部が前記第2閉空間部に設けられることを特徴とする請求項6に記載のガスタービンのシール装置。
  8.  前記閉空間部は、前記プラットフォームにおける径方向の内側に配置されることを特徴とする請求項1に記載のガスタービンのシール装置。
  9.  前記シール部は、前記内側シュラウドより径方向の内側に所定隙間を空けて前記プラットフォーム側からシールフィンが延出されることで構成され、前記シールフィンより径方向の内側に前記閉空間部が設けられ、前記開口部は、前記シールフィンに設けられることを特徴とする請求項8に記載のガスタービンのシール装置。
  10.  前記プラットフォームにおける径方向の内側で軸方向における前部シール板及び後部シール板により前記閉空間部が設けられ、前記開口部は、前記後部シール板に設けられることを特徴とする請求項8に記載のガスタービンのシール装置。
  11.  前記閉空間部は、周方向に沿って設けられることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のガスタービンのシール装置。
  12.  前記閉空間部は、仕切板により周方向に複数分割されることを特徴とする請求項11に記載のガスタービンのシール装置。
  13.  圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンにおいて、
     前記タービンに請求項1から請求項12のいずれか一項に記載のガスタービンのシール装置が設けられる、
     ことを特徴とするガスタービン。
  14.  圧縮機と燃焼器とタービンを有する航空用エンジンにおいて、
     前記タービンに請求項1から請求項12のいずれか一項に記載のガスタービンのシール装置が設けられる、
     ことを特徴とする航空用エンジン。
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