(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の平面と、
前記第一の平面に平行であり、前記第一の平面よりも厚み方向で外側かつ前記第一の平面の幅方向両側に位置する第二の平面と、
前記第一及び第二の平面の厚み方向で逆面に、幅方向に複数の凸面とを有する第一の部材と、
一面が前記第一の平面に接し、別の面が前記第二の平面よりも厚み方向で外側に位置する第二の部材とを有し、
前記第一の平面と前記第二の平面とが、長手方向に延びる段差を形成し、
前記段差に、前記第一の部材よりも軟質である前記第二の部材が装着され、
前記第一の部材および前記第二の部材が装着されるシール溝の高さをＨｓ、前記第一の部材の厚みをＨｐ、前記シール溝に装着する前において前記第二の部材が前記第一の部材に装着された状態の前記第一の部材と前記第二の部材との厚みをＨｇとしたとき、Ｈｇ＞Ｈｓ＞Ｈｐの関係が成り立つことを特徴とするシール装置。
【請求項２】
請求項１のシール装置において、前記凸面が円弧状であることを特徴とするシール装置。
【請求項３】
請求項１または２のシール装置において、
前記第二の部材が弾性体シートであることを特徴とするシール装置。
【請求項４】
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、
前記タービンは周方向にセグメント状に組まれた部材を有し、
前記セグメント状に組まれた部材は、部材が隣り合う面に対応する一対の溝を備え、
前記溝に、請求項１から３の何れかのシール装置が装着されたことを特徴とするガスタービン。
【請求項５】
請求項４のガスタービンにおいて、
前記一対の溝どうしが交差するように、前記セグメント状に組まれた部材がそれぞれ前記一対の溝を複数有し、
前記交差する溝のそれぞれに請求項１から３の何れかのシール装置が装着されていることを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮空気を燃料と共に燃焼して得た燃焼ガスのエネルギーによって回転動力を得るガスタービン設備に係り、特に、空気を冷却媒体とするタービン冷却翼の冷却空気のリーク流量を低減して、熱効率の向上を意図するガスタービンの性能低下を抑止するのに好適なガスタービンのシール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンおいては、熱効率の向上を目的として作動ガスの高温化が図られているが、特に、作動ガス中に配列されているタービン静・動翼が高温に耐えられるように、冷却翼内部に冷却媒体を供給している。一般に採用されている、この種のガスタービンは、空気冷却によるオープン冷却方式である。即ち、圧縮機から抽気した空気を冷却空気として用い、例えば、静翼では、この空気をタービンケーシングに設けた供給口からケーシング内部外端側キャビティを径由して、翼内部に供給して冷却するようにしている。そして、翼内部を冷却した後の空気は、翼外表面に設けたフィルム冷却孔や翼の後縁冷却孔等から、ガスパス中に排出している。また、供給された冷却空気の一部を、タービンホィールスペースのシール空気として分岐するが、この空気も主流ガスのイングレス抑制用としてガスパス中に排出されることになる。
【０００３】
ところで、動翼シュラウドや静翼とエンドウォール等から成る静翼体は、セグメント構造として周方向に複数枚が環状配置されるが、セグメント部材の熱伸びを考慮して、各セグメント間には、周方向に間隙を有する。この間隙は、定格点においても、熱応力の発生防止の観点から、接触しないように設計される。つまり、静翼の冷却用空気として導入されるケーシング内部外端側キャビティとガスパスは、この間隙流路によって、半径方向に連通することになる。即ち、冷却空気の一部が、このセグメント間の間隙を直通して、ガスパス中に漏洩する。所謂、リークである。同様に、静翼のダイアフラムもセグメントとして環状に構成されるが、シール空気の一部がリークすることになる。これらのリークは、それ自体が損失であると共に、ガスパスの作動ガス中へ混入することから、比較的、低温であるリーク空気の希釈による作動ガスの温度低下や、混合損失によるタービンの出力低下を起こすことになり、ガスタービンの効率向上策の一つである高温化のメリットが十分に発揮できない嫌いがある。
【０００４】
この改善策として、一般的には、周方向に隣接するセグメントの両側対向面にシール溝を形成し、そのシール溝間に平板状シールプレートを装着して、リーク空気を抑制する方法が採られている。但し、この種のシールプレートは、近年の大型化、高温化に伴うセグメントの半径方向の熱伸び偏差によって生じるシール溝の半径方向のずれ（オフセットと呼称）に対応できない。このため、長手方向断面形状が、シール溝との両接触部分を円弧状に形成し、円弧間となるプレート中央部を薄く製作したシールプレートが開発されている。その代表例が、ドッグボーン型シールプレートであり、シールプレート外端部を楕円状に形成している（例えば、特許文献１参照）。これによって、セグメントの半径方向の熱伸び偏差によって、シール溝にオフセットが生じても、溝面で必ず接触点が確保できると共に、プレート中央部が薄肉化されているため、この部分がシール溝のエッジ部と接触干渉することはない。但し、オフセット対策とのトレードオフによって、平板状シールプレートでは面接触していたものが線接触になってしまうため、シール性能低下が避けられない。そこで、弾性体である波状バネ部材を用いた変形版のドッグボーン型シールプレートによって、線接触部の面圧を上げ、シール性能を向上させる案（例えば、特許文献２参照）等が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ５１５８４３０
【特許文献２】ＷＯ２００７／０２３７３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、熱伸びによるオフセットへの対応、シール溝における接触性向上、シール装置交差部における端部のシール性向上はトレードオフの関係にあり、これら全てに対処するのは困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、セグメント部材のオフセットへの対応と高いシール性能とを両立するシール装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明のシール装置は、第一の平面と、前記第一の平面に平行であり、前記第一の平面よりも厚み方向で外側かつ前記第一の平面の幅方向両側に位置する第二の平面と、前記第一及び第二の平面の厚み方向で逆面に、幅方向に複数の凸面とを有する第一の部材と、一面が前記第一の平面に接し、別の面が前記第二の平面よりも厚み方向で外側に位置する第二の部材とを有し、前記第一の平面と前記第二の平面とが、長手方向に延びる段差を形成し、前記段差に、前記第一の部材よりも軟質である前記第二の部材が装着され、前記第一の部材および前記第二の部材が装着されるシール溝の高さをＨｓ、前記第一の部材の厚みをＨｐ、前記シール溝に装着する前において前記第二の部材が前記第一の部材に装着された状態の前記第一の部材と前記第二の部材との厚みをＨｇとしたとき、Ｈｇ＞Ｈｓ＞Ｈｐの関係が成り立つことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、セグメント部材のオフセットへの対応と高いシール性能とを両立するシール装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施例のガスタービンの構成を示す概念図である。
【図２】本実施例を適用するタービン部の断面図である。
【図３】本実施例によるシールプレートの配置を示す概念図である。
【図４】本実施例によるシールプレートの装着を示す静翼体の概念図である。
【図５】本実施例によるシールプレートの装着を示す組立て時の断面図である。
【図６】本実施例によるシールプレートを示す組立て時の断面図である。
【図７】本実施例によるシールプレートの隣接した状態を示す組立て時の概念図である。
【図８】本実施例によるシールプレートの隣接した状態を示す組立て時の概念矢視図である。
【図９】本実施例によるシールプレートの装着を示すガスタービン運転時の断面図である。
【図１０】本実施例によるシールプレートの隣接した状態を示すガスタービン運転時の概念矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ガスタービンを目的に沿って、効率的に実現するために、冷却空気の供給経路等にシール装置を設けることは、リーク流量低減から有効な手段である。即ち、その一環であるセグメント間に装着するシールプレートは、その開発目的から、間隙間の冷却・シール空気のリークを、未然に抑制するものである。しかし、トレードオフ設計によって、プレート形状を、高温化に伴う半径方向の熱伸び偏差であるオフセットに対応させた結果、ドッグボーン型シールプレートでは、シール溝におけるシールプレートの接触状態は、従来の面接触から線接触になり、当然、平板状シールプレートに比べて、リーク流量の増加が予想される。
【００１２】
また、プレートをシール溝に装着する場合、シール溝高さとプレートの最大厚みの関係は、厚みの方が小さいことが必須であり、これはシール溝の高さ方向に２箇所あるシール面に対して、１箇所でのみしか接触しないことを意味する。ところで、一般的に、シ−ルプレートは、単独に配置されるものではなく、複数枚のシールプレートを用いて、高圧側と低圧側を遮断するように配置される。この課題を緩和するために、弾性体である波状バネ部材で構成されるシールプレートは、オフセットの発生によって、線接触部での面圧が上昇する利点があるが、複数枚配置に対しては、プレート長手方向端と波状バネ部材の間でリーク流路が生じる結果、総合的には、リークの抑制効果が低減することがある。このように、シールプレートの開発には、プレート自体のリーク流量の低減と熱伸び偏差の吸収、さらには、複数枚配置に対する端面リーク等の課題が含まれている。
【００１３】
以下説明する実施例によれば、シールプレートは、シール溝の長手方向断面基準で、シール溝の低圧側に円弧状点で接触させ、その反対面を円弧状接触点を結ぶ直線に平行となる平行面を形成し、この平行面を、直に、シール溝の高圧側面に対面させるとともに、平行面の中央部に長手方向に延びる矩形状段差を設けて、弾性体シートを固着する構成にすることにより、いかなるガスタービンの運転時においても、プレートとシール溝面の接触状態を面、或は線接触、さらに、従来よりも接触シール面積を増加させるとともに、直交して隣接するシールプレートとの組合せ配置とするシールプレート間の接触シール面を形成して、リーク流量を低減できることから、高いガスタービン性能を達成できる。さらに、セグメントの熱伸び偏差に起因するオフセットに対しても、容易に吸収可能であり、プレート変形やセグメント部材に掛かる力の発生を防止できることから、高い信頼性を図れ、その本来の目的に沿った効率の高いガスタービン装置を得るという優れた実用的効果をもたらす。
【００１４】
〔実施例〕
以下、本発明の第１の実施例を図１から図１０により説明する。各図において、同一番号は、同一の機器、或いは、部材、機能を表す。
【００１５】
図１を用いて、作動ガスと冷却空気の流れからガスタービン１の全体構成を説明する。図１は、本実施例のガスタービンの構成を示す概念図である。ガスタービン１は、主として多段のタービン４と、このタービンに軸連結され、燃焼用の圧縮空気を得る圧縮機２、圧縮空気を高温高圧ガスに変換する燃焼器３、及び、発電機５を備えている。圧縮機２から抽気した冷却空気は、第２段静翼を冷却するための静翼低圧冷却空気経路６ａ、第１段静翼を冷却するための静翼高圧冷却空気経路６ｂ、また第１、２段動翼を冷却するための動翼冷却空気経路７を経て、各々のタービン被冷却部に供給される。このとき、抽気空気圧力は、各翼でのガスパス圧力に応じた値から選定しており、静翼高圧冷却空気経路６ｂ、動翼冷却空気経路７には、圧縮機２の最終段からの抽気空気、静翼低圧冷却空気経路６ａには、圧縮機２の中圧段からの抽気空気を導入する。被冷却部を冷却して熱交換した各冷却空気は、図示しない翼のフィルム冷却、或いは、翼後縁からの噴出し等として、タービン４のガスパス中に排出され、作動ガスと混合して、最終的には排気ガスとして大気に放出される。
【００１６】
図２は、本実施例であるタービン部の部分断面図であり、タービン４の２段目までの第１段静翼１０、第２段静翼１２ａ、第１段動翼１１、及び、第２段動翼１３を表す。各冷却空気経路６ａ、６ｂ、及び７は、それぞれの被冷却部である翼に連通するが、ここでは、本実施例のシール装置を明確にするため、第２段静翼１２ａまわりを対象として説明する。
【００１７】
静翼低圧冷却空気経路６ａを径由して、ケーシング１４に設けた導入孔（図示せず）を介して供給された冷却空気は、ケーシング１４の外端側内部にある第２段静翼供給キャビティ８を経て、周方向に環状に配置された第２段静翼体２１ａに供給される。この第２段静翼体セグメント２１ａは、主として、外径側エンドウォール２２ａ、第２段静翼１２ａ、及び、内径側エンドウォール２３ａから成る。冷却空気は、第２段静翼体２１ａの図示しない冷却パスを通過するときに熱交換を行い、各エンドウォール２２ａ、２３ａ、第２段静翼１２ａを冷却するとともに、温度上昇して、ガスパス９に排出される。
【００１８】
一方、第２段静翼供給キャビティ８に供給された空気の一部は、第２段静翼体セグメント２１ａと、第２段静翼体セグメント２１ａに装着されるダイアフラム１６ａとの間で形成されるダイアフラムキャビティ１５を経て、第１段ホィール１９ａ、スペーサー１８及びダイアフラム１６ａで形成される第１段動翼後側ホィールスペース１７ａに供給された後、一部が、第１段動翼１１と第２段静翼１２ａ間のガスパスへシール空気として流れ、一部が、ダイアフラム１５とスペーサー１８の間で協働するシールフィン２９によって流量を絞られた後、第２段ホィール１９ｂ、スペーサー１８及びダイアフラム１６ａで形成される第２段動翼前側ホィールスペース１７ｂに分配され、第２段静翼１２ａと第２段動翼１３間のガスパス９中へシール空気として流れることになる。
【００１９】
図３は、本実施例によるシールプレートの配置を示す概念図であり、周方向に複数個配置される第２段静翼体セグメントの一つである第２段静翼１２ａを含む第２段静翼体セグメント２１ａとダイアフラム１６ａを示したものである。第２段静翼体セグメント２１ａの外径側エンドウォール２２ａには、シール溝３０、３１ａ、及びシール溝３２、内径側エンドウォール２３ａには、シール溝３３、３４、及びシール溝３５が、設けられている。また、ダイアフラム１６ａには、シール溝３６、３７、３８、３９、４０、４１、及びシール溝４２が設けられている。
【００２０】
ところで、第２段静翼体セグメント２１ａは、周方向に複数個を配置するものであり、互いのセグメント間には間隙を有する。従って、第２段静翼供給キャビティ８とガスパス９は連通しており、概念的には、図中に示す第２段静翼供給キャビティ８からガスパス９へ向かう矢印方向のリーク流路が発生することになる。シール溝３０、３１ａ、３２は、この高圧側である第２段静翼供給キャビティ８と、低圧側であるガスパス９を遮断する形で配置している。同様に、内径側エンドウォール２３ａやダイアフラム１６ａのセグメント間にもリーク流路が存在することになる。以下、本実施例を明確に説明するため、シール溝３１ａとシール溝３０に着目してシール装置の詳細を説明する。
【００２１】
図４は、本実施例のシールプレートの装着を示す静翼体の概念図であり、第２段静翼体セグメント２１ａと隣接する第２段静翼体セグメント２１ｂを半径方向外側から眺めた投影図である。前述したとおり、第２段静翼体セグメントは、複数個のセグメントとして環状に配置されたものであり、代表的に二つの第２段静翼体セグメント２１ａ、２１ｂを示したものである。第２段静翼体セグメント２１ａ、２１ｂの間は、周方向間隙σc_coldをもたせて、組立てられている。第２段静翼体セグメント２１ａの外径側エンドォール２２ａに隣接対向して、第２段静翼体セグメント２１ｂの外径側エンドォール２２ｂがあり、それぞれの半径方向に対向した位置に、シール溝３１ａと、３１ｂが形成される。この両者のシール溝を跨ぐことによって、周方向間隙σc_coldを塞ぐように、シールプレート５０が装着されている。これによって、前記の第２段静翼供給キャビティ８からガスパス９にかけてのリーク経路が、半径方向に遮断されることになる。
【００２２】
ここで、用語の定義をしておく。シール溝３１ａと、シール溝３１ｂを塞ぐように装着されるシールプレート５０を例にして、作動ガスの流入する側（図面上、左側）に、上流側終端面２４を有し、逆に、作動ガスの排出される側（図面上、右側）に下流側終端面２５を持つが、この上流側終端面２４と下流側終端面２５を結ぶ方向、即ち、プレートの両端面を結ぶ方向を、シール溝の長手方向と呼ぶ。例えば、これに倣って、図３に示したシール溝３０の長手方向は、図３上で斜め上下方向である。
【００２３】
図５は、本実施例のシールプレートの装着を示す組立て時の断面図であり、シールプレート５０の組立て時の長手方向の断面を示している。シール溝３１ａ、３１ｂは、高圧側となる第２段静翼供給キャビティ８側に、第１のシール溝面６６ａ、６６ｂ、低圧側となるガスパス９側に、第２のシール溝面６７ａ、６７ｂのシール面をもつとともに、第１のシール溝面６６ａは、第１のシール溝面エッヂ６９ａ、第２のシール溝面６６ｂは、第２のシール溝面エッヂ６９ｂを有している。
【００２４】
この両者のシール溝面の面間距離をシール溝高さとしてＨｓとする。シールプレート５０は、第２のシール溝面６７ａ、６７ｂにそれぞれ独立して接触する円弧形状６０ａ、６０ｂを有しており、円弧は、円弧線途上部でシールプレート５０の中央側に、互いに接続されるとともに、円弧形状６０ａ、６０ｂは、第２のシール溝面６７ａ、６７ｂとの間に接触点６１ａ、６１ｂをもつ。
【００２５】
図６は、本実施例のシールプレートを示す組立て時の断面図であって、図５で示した断面図の内、シールプレート５０のみを抜き出して描いたものであり、シール溝に装着する前の組立て時の状態である。シールプレート５０は、接触点６１ａと接触点６１ｂを結ぶ直線６２に平行となる平行面６３を第１のシール溝面６６ａ、６６ｂ側に形成しており、図５に示したとおり、直に、シール溝面６６ａ、６６ｂに対面している。また、平行面６３の中央部には、矩形状段差５７が設けられる。この矩形状段差５７は、シールプレート５０の長手方向全長にわたって延びるとともに、弾性体シート５１が固着される。
【００２６】
このとき、直線６２と平行面６３までの厚みＨｐ、直線６２と弾性体シート５１の第１のシール溝面６６ａ、６６ｂ側となる高圧側面６４までの厚みＨｇとの間には、Ｈｇ＞Ｈｐの関係があり、更には、前述したＨｓとの間で、Ｈｇ＞Ｈｓなる関係があり、三者間は、Ｈｇ＞Ｈｓ＞Ｈｐとなる。従って、これらの関係から、図５に示すように、高圧側面６４と第１のシール溝面６６ａ、６６ｂの間で、接触面６５ｃ、６５ｄが形成される。また、高圧側面６４の面端部６８ａ、６８ｂは円弧状の面取りが施されている。
【００２７】
図７は、本実施例のシールプレートの隣接した状態を示す組立て時の概念図であり、シール溝３１ａ、３１ｂに跨るように装着したシールプレート５０と、隣接するシール溝３０に装着されたシールプレート５５を示したものである。ここでは、説明を容易にするため、直交して隣接するものとして描写している。
【００２８】
図８は、本実施例のシールプレートの隣接した状態を示す組立て時の概念矢視図である。図７に示した矢印７０方向の矢視図が図８である。シールプレート５０の上流側終端面２４は、隣接するシールプレート５５に固着された弾性体シート５６の高圧側面６４ｃとの間に間隙σp_coldを有した状態でそれぞれのシール溝に組込まれることになる。
【００２９】
このように構成された本実施例において、複数の第２段静翼体セグメントは、環状にスライドさせながら１リング状に組込むことになる。シールプレート５０の弾性体シート５１は、組立て時においてＨｇ＞Ｈｓの関係から、その形状を変形させながら、シール溝３１ａ、３１ｂに装着されることになるが、第１のシール溝面６６ａ、６６ｂに接触面６５ｃ、６５ｄ、第２のシール溝面６７ａ、６７ｂに接触点６１ａ、６１ｂが形成されるとともに、変形に伴う弾性体シート５１の復元力により、それぞれの接触面６５ｃ、６５ｄ、接触点６１ａ、６１ｂでの面圧が上昇しており、シール性を向上させることになる。また、この装着に関しては、面端部６８ａ、６８ｂを面取りしているため、Ｈｇ＞Ｈｓの関係においても、比較的、スムーズに完了することが可能である。
【００３０】
ガスタービン１の運転とともに圧縮機２と燃焼器３で発生する高温高圧の作動ガスは、圧力が約１.６ＭＰａ、温度が１３００℃程度で、タービン内部の第１段静翼１０ａの入口に流入する。以下、第１段動翼１０ｂをはじめとする各動翼段で、流体エネルギーをタービンの回転エネルギーに変化させながら、圧力、温度を低下させ、約６００℃で最終段動翼を流出後、排気される。この時、ガスタービン１に直結した発電機５が回転して電力を得る。
【００３１】
タービン翼は、高温のガスに晒されるため、圧縮機２で得られる高圧空気の一部を抽気して冷却空気として用いる。この冷却空気は、静翼と動翼へ区分され、さらに静翼も適正圧力からの抽気となり、セグメントのひとつである第２段静翼１２ａへは、静翼低圧冷却空気経路６ａに含まれる第２段静翼キャビティ８を経由して、第２段静翼体セグメント２１に導入される。このとき、第２段静翼供給キャビティ８から低圧側であるガスパス９へ流れ込むリーク流路が形成されるが、組立て時点において、面圧の上昇したシールプレート５０でのリーク流量は低減される。
【００３２】
更に、作動ガスや冷却空気を加熱源として、各ガスタービン部材は温度上昇する。その一つとして、第２段静翼体セグメント２１ａ、２１ｂには熱伸びが生じるが、周方向には、組立て時のセグメント間隙σc_coldが、σc_hotまで狭まる。しかし、この間隙σc_hotは、ガスタービンの定格点運転においても接触しないように設計されているため零になることはない。このとき、この第２段静翼体セグメント２１ａ、２１ｂの動きに連動して、外径側エンドウォール２２ａ、２２ｂ、さらには、シール溝３１ａ、３１ｂも、図の間隙方向に向かって移動するが、シールプレート５０は、接触面６５ｃ、６５ｄ、接触点６１ａ、６１ｂでの滑りによって、シール溝３１ａ、３１ｂの変位を吸収する。
【００３３】
図９は、本実施例であるシールプレートの装着を示すガスタービン運転時の断面図であり、ガスタービン運転時のシールプレート５０の長手方向の断面図が示されている。第２段静翼体セグメント２１ａ、２１ｂは、軸方向の変位とともに、熱流動上の熱偏差に伴う半径方向の熱伸び偏差や、作動流体力と部材の製作公差によるσｒの半径方向偏差が生じ、シール溝にオフセットが生じる。このオフセットによって、シールプレート５０は、図では左廻り方向に回転するため、組立て時の接触点６１ａ、６１ｂから接触点６５ａ、６５ｂに接触点が移動することになるが、接触点自体は維持された状態にある。一方、第１のシール溝面６６ａの第１のシール溝面エッヂ６９ａは、弾性体シート５１と干渉することになり、弾性体シート５１を図面上で下側に押込むような力を発生する。しかし、この押込み力の一部は、弾性体シート５１が吸収することになり、第１のシール溝面エッヂ６９ａへ過剰な荷重がかかることを抑制できる。また、吸収しきれない力の作用で、接触面６５ｃの接触面圧が上昇することになるが、左回転廻り下方への押込み力は、接触面６５ｄへ上方への力へと、また、接触点６１ａ、６１ｂに対しても、図面下側方向へ作用することになり、これらの面圧も上昇して、リーク流量を減少させることになる。
【００３４】
次に、シールプレート５０の上流側終端面２４と隣接するシールプレート５５の関係を説明する。図１０は、本実施例のシールプレートの隣接した状態を示すガスタービン運転時の概念矢視図であり、ガスタービン運転時の互いに隣接するシールプレートを示す。運転に伴う熱伸びは、軸方向にも発生する。このとき、間隙σp_coldは、外径側エンドォール２２ａ、２２ｂと、シールプレート５０の熱膨張差からσp_hotまで縮小することになるが、上流側終端面２４は、シールプレート５５の弾性体シート５５を押付ける結果、この上流側終端面２４と隣接するシールプレート５５との間に形成されていたリーク流路を塞ぎ、リーク流量を確実に低減できる。これは、シールプレート５５の高圧面側に平行面を有しているからであり、例えば、特許文献１のようなドッグボーン形状では、間隙がσp_hotまで縮小されたとしても、トレードオフによるドッグボーン固有の形状から発生する空隙を埋めることはできない。
【００３５】
以上に説明したセグメント間に装着したガスタービンのシール装置において、シール溝の長手方向断面基準で、シール溝の低圧側面に円弧状点で接触させ、その反対面を円弧状接触点を結ぶ直線に平行となる平行面を形成し、この平行面を、直に、シール溝の高圧側面に対面させるとともに、平行面の中央部に長手方向に延びる矩形状段差を設けて、弾性体シートを固着する構成にすることにより、オフセットに対応したリーク流量低減は勿論のこと、オフセットによって起こりうるシールプレートを介したシール溝エッジに掛かる応力の発生を抑制し、損傷破壊を未然に防ぐことのできる信頼性の高いシール装置を得ることができ、その効果を十分に発揮できるガスタービンを提供できる。
【００３６】
本実施例では、第２段静翼体の外径側エンドウォールに設けた、一対の対向するシール溝に装着したシールプレートを実施例として説明したが、外径側エンドウォールのみならず、他に設けたシール溝に対しても、本シールプレートを適用すれば、さらに大きな効果が期待できるのは自明である。さらに、オフセットによって生じた段差σｒが、マイナスのσｒとするオフセットでも、同様の効果が成立するのは当然である。
【００３７】
また、弾性体シートは段差面に固着としたが、組立て時の容易性から、簡易に、例えば、接着剤による固定方法をとったとしても、本発明の効果に支障をきたすものではない。さらに、平行面に設けた段差を矩形断面としたが、これに限定しなくとも同種の効果が得られることは明らかである。
【００３８】
本実施例のシール装置は、第一の平面である矩形状段差５７と、矩形状段差５７に平行であり、矩形状段差５７よりも厚み方向で外側かつ矩形状段差５７の幅方向両側に位置する第二の平面である平行面６３と、矩形状段差５７及び平行面６３の厚み方向で逆面に、幅方向に複数の凸面である円弧形状６０ａ、６０ｂとを有する第一の部材であるシールプレート５０と、一面が矩形状段差５７に接し、別の面（高圧側面６４）が平行面６３よりも厚み方向で外側に位置する第二の部材である弾性体シート５１とを有し、弾性体シート５１はシールプレート５０よりも軟質である。なおここで外側とは、シールプレート５０の外部側、逆面とはシールプレート５０における逆側の面を意味する。このようなシール装置によれば、セグメント部材のオフセットへの対応と高いシール性能とを両立できる。接触面として図９で示した６５ａ〜６５ｄの４点を確保しつつ、オフセットは軟質な第二の部材と凸面形状で吸収でき、さらに端面においても図１０を用いて説明したように軟質な第二部材にシール装置を押付けることでリークを抑制できるからである。
【００３９】
ここで、凸部が滑らかな円弧状であれば、オフセットによる溝高さ方向のズレにスムーズに対応できる。第二部材が弾性体シートであれば、オフセットによる溝高さ方向のズレに対する追随性と、端部におけるリーク抑制効果を十分に発揮することができる。さらに好ましくは、第一の平面と第二の平面とを、それぞれに垂直な壁で接続することにより、シール装置の長手方向に延びる段差を形成してここに第二部材を装着すれば、第二部材を安定に装着することができ、シールの信頼性がさらに向上できる。
【００４０】
本実施例のシール装置は、タービンの周方向にセグメント状に組まれた部材である動静翼のシュラウドやエンドウォールの隣り合う面に備えられた、対応する一対の溝にはめ込まれることにより、ガスタービンの冷却空気リーク抑制効果を発揮する。この溝の高さをＨｓ、第一の部材の厚みをＨｐ、溝に装着する前のシール装置の厚みをＨｇとしたとき、Ｈｇ＞Ｈｓ＞Ｈｐの関係が成り立つようにすれば、例えオフセット量が少なくても４点の接触を確保できる。また、セグメント状に組まれた部材が、それぞれ一対の溝を溝どうしが交差するように複数有し、交差する溝のそれぞれに本実施例のシール装置を装着することで、交差部におけるリークをも抑制でき、ガスタービンの効率をより高いものとすることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  ガスタービン
４  タービン
２４  上流側終端面
３１ａ、３１ｂ  シール溝
５０  シールプレート
５１  弾性体シート
５７  矩形状段差
６０ａ、６０ｂ  円弧形状
６１ａ、６１ｂ  接触点
６２  直線
６３  平行面
６４  高圧側面
６６ａ、６６ｂ、６７ａ、６７ｂ  シール溝面
【図１】
0005669769.tif 000002
【図２】
0005669769.tif 000003
【図３】
0005669769.tif 000004
【図４】
0005669769.tif 000005
【図５】
0005669769.tif 000006
【図６】
0005669769.tif 000007
【図７】
0005669769.tif 000008
【図８】
0005669769.tif 000009
【図９】
0005669769.tif 000010
【図１０】
0005669769.tif 000011