(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する面にそれぞれ設けられた一対の溝に装着され、対向する面の間の流体の流れをシールするシール装置において、
前記一対の溝の延伸方向にのびる凹部と前記一対の溝の延伸方向にのびる凸部とを交互に配列した第一の部材と、
前記凹部の上面及び前記凸部の下面に装着された第二の部材とを備えることを特徴とするシール装置。
【請求項２】
対向する面にそれぞれ設けられた一対の溝に装着され、対向する面の間の流体の流れをシールするシール装置において、
前記一対の溝の深さ方向にのびる凹部と前記一対の溝の深さ方向にのびる凸部とを交互に配列した第一の部材と、
前記凹部の上面及び前記凸部の下面に装着された第二の部材とを備え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、
前記凹部の上面に装着された前記第二の部材と前記凸部の上面とで一の平面が形成され、
前記凸部の下面に装着された前記第二の部材と前記凹部の下面とで一の平面が形成されていることを特徴とするシール装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れかのシール装置において、
前記第一の部材が金属の薄板であることを特徴とするシール装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかのシール装置において、
前記第二の部材がクロス材、ブラシ材、多孔質材の何れかであることを特徴とするシール装置。
【請求項６】
請求項３から５の何れかのシール装置において、
前記一対の溝の延伸方向或いは前記一対の溝の深さ方向に垂直な面で切った断面において、前記第一の部材の凹部と前記第二の部材の平面部とで囲まれた図形、及び、前記第一の部材の凸部と前記第二の部材の平面部とで囲まれた図形が矩形であることを特徴とするシール装置。
【請求項７】
請求項１から５の何れかのシール装置において、
前記一対の溝の延伸方向或いは前記一対の溝の深さ方向に垂直な面で切った断面において、前記凹部の形状について底面から上方にかけて幅が減少する縮小部を有していることを特徴とするシール装置。
【請求項８】
請求項３、４、５、７の何れかのシール装置において、
前記一対の溝の延伸方向或いは前記一対の溝の深さ方向に垂直な面で切った断面において、前記第一の部材の凹部と前記第二の部材の平面部とで囲まれた図形、及び、前記第一の部材の凸部と前記第二の部材の平面部とで囲まれた図形が台形であり、前記第二の部材の平面部が前記台形の短辺を構成することを特徴とするシール装置。
【請求項９】
請求項１または２のシール装置において、
前記一対の溝の延伸方向或いは前記一対の溝の深さ方向に垂直な面で切った断面において、前記第一の部材の断面が、曲率の連続した滑らかな線のみで構成されていることを特徴とするシール装置。
【請求項１０】
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向する一対の溝を備え、
前記溝に、請求項１から９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１１】
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向する一対の第一の溝と、
前記第一の溝に交差する一対の第二の溝を備え、
前記第一の溝と前記第二の溝にまたがるように、請求項１から９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１２】
請求項１１のガスタービンにおいて、
前記第一の溝と前記第二の溝の交差部にて、前記第一の部材が低圧側に位置し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、隣接するセグメント間のシール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に火力発電プラントにおけるガスタービンは、大気を吸入し所定の圧力まで昇圧する圧縮機、圧縮機で昇圧された空気を燃料と混合し燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器、高温高圧燃焼ガスが膨張することで動力を発生させるタービン、さらにタービンで発生した動力を電気的エネルギーに変換する発電機から構成されている。
【０００３】
このタービン部の構成において、高温燃焼ガスがタービンの動静翼の配置された燃焼ガス流路を流れることによりタービンロータが高速回転して動力（軸回転力）を発生する。
従って、ガスタービンで高出力を得るためには、タービン部入口における燃焼ガス温度の高温化とガスタービンの高効率化が重要な点となる。
【０００４】
こういったガスタービンの高温化に伴い、タービンの動静翼においては、高温の燃焼ガスの熱から翼部材を保護するために翼内部に冷却媒体を供給できるような構造にしている。一般的には、圧縮機から所定圧力で抽出した空気を冷却媒体として、ケーシングやタービンロータ内部に導入し、翼内部を冷却した後の冷却媒体を翼に設けられた細孔やスリットから燃焼ガス流路へ直接放出する方式がある。また、静翼冷却用に導入された冷却媒体の一部は、タービンホイールスペースのシールとして利用され、燃焼ガス流路に排出される。
【０００５】
静翼やダイアフラムなどの構成部材はセグメント構造として環状に周方向に配置されるが、熱伸び量を考慮して周方向に隣接するセグメント間に間隙を設けている。この間隙は、ガスタービン定格運転時においてもゼロにならないように設計される。ケーシングやタービンロータ内部に形成された冷却媒体の流路は、セグメント間の間隙を介して燃焼ガス流路に連通し、翼の冷却やホイールスペースのシールのために導入した冷却媒体の一部がセグメント間の間隙を通過して燃焼ガス流路中に漏洩する。このような冷却媒体の漏洩は、それ自体が損失であるとともに、燃焼ガス流路内のガス温度の低下や、冷却媒体と燃焼ガスとの混合損失が生じてタービンの性能低下を招き、ガスタービンの効率と出力を低下させる。
【０００６】
そこで、周方向に間隙を介して隣接するセグメント間の対向面にシール溝を設けて、その溝に板状部材を挿入し、板状部材の両端には溝内に弾性的に圧接する曲がり部と線状突起を有するシール装置にすることで、シール装置とシール溝内壁面との間で圧接させて、セグメント間の間隙からの冷却媒体の漏洩を抑制する方法がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の従来技術は、周方向に互いに隣接する静翼シュラウドの対向する軸方向面にシール溝を設け、両方のシール溝内に曲がり部と線状突起を設けた板状部材から構成されるシール板を挿入し、シュラウドの熱変形によりシール溝が変形してもシール板の線状突起部の圧接によって、シール板とシール溝の間の間隙を小さくしてシール性能を向上させるものである。しかし、熱変形によるシール溝の変形以外に、隣接するセグメント間には半径方向の熱伸び量に偏差が発生するため、対向する両方のシール溝の半径方向に位置ずれが生じることがある。従って、上記シール板では、シール溝の位置ずれが生じた場合に、シール板とシール溝との間隙が広がることでシール性能が低下する可能性がある。
【０００９】
また、周方向に互いに隣接する静翼シュラウドの対向する軸方向面では、通常、交差する複数のシール溝が設けられている。このような軸方向において交差する２つのシール溝に挿入された２つのシール板の接触する端面では、構造上シール板同士を面接触させることが難しい。隣接するセグメント間で半径方向の熱伸び量に偏差がある場合、シール板が三次元的に捩れるためシール板端部から冷却媒体が多量に漏洩し、シール性能が急激に低下する可能性がある。
【００１０】
本発明の目的は、セグメント間の熱伸び量に偏差が生じた場合でも柔軟に対応可能な信頼性の高いシール装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
対向する面にそれぞれ設けられた一対の溝に装着され、対向する面の間の流体の流れをシールするシール装置において、前記一対の溝の延伸方向にのびる凹部と前記一対の溝の延伸方向にのびる凸部とを交互に配列した第一の部材と、前記凹部の上面及び前記凸部の下面に装着された第二の部材とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
セグメント間の熱伸び量に偏差が生じた場合でも柔軟に対応可能な信頼性の高いシール装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ガスタービンの系統図。
【図２】ガスタービンの圧縮機後段付近、燃焼器およびタービン高圧部付近の断面図。
【図３】ガスタービンの第２段静翼体の拡大図。
【図４】ガスタービンの第２段静翼体セグメントの外周側の一般的なシール構造の斜視図。
【図５】ガスタービンの隣接する静翼体セグメント間のシール装置の構造を表すタービン軸方向断面図。
【図６】ガスタービンの静翼体セグメントのシール装置の構造を表すタービン周方向断面図。
【図７】本発明の第一実施の形態であるシール装置の周方向断面図。
【図８】本発明の第一実施の形態であるシール装置の構造を表すタービン周方向断面図。
【図９】本発明の第二実施の形態である静翼体セグメント間のシール装置の構造を表すタービン軸方向断面図。
【図１０】本発明の第三実施の形態であるシール装置の周方向断面図。
【図１１】本発明の第四実施の形態であるシール装置の周方向断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
はじめに、図１のガスタービン系統図を用いて、ガスタービンの構成について説明する。火力発電プラント等に用いられるガスタービン００は、大気１０１を吸入し所定の圧力まで昇圧する圧縮機１、圧縮機１で昇圧された空気１０２を燃料１０３と混合し燃焼させ燃焼ガス１０４を生成する燃焼器２、高温高圧燃焼ガス１０４が膨張することで動力を発生させるタービン３、さらにタービン３で発生した動力を電気的エネルギーに変換する発電機４から構成され、圧縮機１、タービン３、発電機４は回転軸５を中心に回転している。
【００１５】
また、タービン３の動静翼では、高温の燃焼ガス１０４の熱から翼部材を保護するために翼内部に冷却媒体を供給できるような構造としている。圧縮機１から所定圧力で抽出した空気（冷却媒体）は、静翼の冷却空気流路２０１、および動翼の冷却空気流路２０２を経て、動静翼内部を熱交換により冷却した後、翼に設けられた細孔やスリットから燃焼ガス流路へ直接放出される。なお、本実施例では、火力発電プラント用のガスタービンとして１軸式で構成されたものを用いているが、発電機４の代わりに負荷機器としてポンプやプロセス圧縮機を駆動できる２軸式のタービンで構成されたものを用いても良い。
【００１６】
図２に圧縮機後段付近、燃焼器およびタービン高圧部付近の断面図を示す。図２は、回転軸５に対する上半部構造を示している。タービン３は燃焼ガス１０４の流路内に交互に配置された静翼１１ａ、１２ａおよび動翼１１ｂ、１２ｂ、ロータディスク１３ａ、１３ｂ、スペーサディスク１４およびスタッキングボルト１５などから構成され、高温燃焼ガス１０４が動静翼の配置された燃焼ガス流路を流れることによりロータが高速回転して動力を発生させる。
【００１７】
次に、図２を用いて、タービン第２段静翼１２ａを例にして、翼を冷却する際の冷却媒体の流れについて説明する。圧縮機１からタービン翼にガスパス圧力に応じた所定の圧力で抽出した冷却媒体である空気２０１（以降、冷却媒体は空気として説明する。）は、ケーシング２５に設けた導入孔（図示しない）を通過して、第２段静翼１２ａの冷却空気供給キャビティ３１へ導入される。冷却空気供給キャビティ３１に供給された冷却空気は、ケーシングの内周側に周方向に環状に配設された第２段静翼体２１に供給される。第２段静翼体２１に供給された冷却空気の一部は、第２段静翼体２１内部の冷却パスを通過するときに熱交換して第２段静翼１２ａを冷却しながら温度上昇して、第２段静翼１２ａ表面に形成されたフィルム孔や翼後縁噴出し孔を介してガスパス６に排出され、第１段静動翼１１ａ、１１ｂを通過して熱膨張した燃焼ガス１０４と混合され第２段動翼１２ｂの作動ガスとなる。
【００１８】
一方、第２段静翼体２１に供給された冷却空気の他の一部は、第２段静翼体２１の内周側に周方向に環状に配設されたダイアフラム２２のキャビティ３２へ供給される。キャビティ３２へ導入された冷却空気は、第１段ロータディスク１３ａ、スペーサディスク１４およびダイアフラム２２で形成される第１段動翼後側ホイールスペース３５に供給される。その後、ダイアフラム２２とスペーサディスク１４の間に設けられたシールフィン２３を介して、第２段ロータディスク１３ｂ、スペーサディスク１４およびダイアフラム２２で形成される第２段動翼前側ホイールスペース３６に分岐され、ホイールスペース３５、３６への作動燃焼ガス１０４の侵入を抑制するためのシール空気として使用される。
【００１９】
図３に第２段静翼体２１の拡大図を示す。第２段静翼体２１はタービンケーシング内周側に周方向に環状に配置したセグメント構造をしている。周方向に隣接した第２段静翼体２１のセグメント端面では、第２段静翼１２ａの外周側エンドウォール４２のシュラウド内にタービン軸方向および径方向に延びるシール溝６２、６３、６４が軸方向の両端部付近で交差するように設けられている。この周方向に隣接したセグメント端面では、熱伸び量を考慮してセグメント間に間隙を設けており、この間隙値は、タービン定格運転時においてもゼロにならないように設計されている。従って、第２段静翼体２１へ供給される冷却空気２０１は、セグメント間の周方向の間隙、および軸方向の両端部の間隙を介してガスパス中に漏れ空気として排出される。この漏洩を抑制するために、セグメント間のシール溝にシール装置を装着している。
【００２０】
図４に、隣接する第２段静翼体セグメント２１ａ、２１ｂの外周側の一般的なシール構造の斜視図を示す。第２段静翼体セグメント２１ａの端面６３ａと隣り合う静翼体セグメント２１ｂの対向端面６３ｂの間では、冷却空気がセグメント間の周方向間隙を介してガスパス中に漏洩するのを抑制するために、それぞれタービン軸方向および径方向に延び、周方向に深さをもった複数のシール溝６１ａ、６１ｂ、６３ａ、６３ｂ、６４ａ、６４ｂを設けて、セグメント間のそれぞれのシール溝に装着することが可能なシール装置５１、５２、５３を備えている。これによって静翼体セグメント間の間隙が遮断されて、セグメント間隙がシールされるように構成できる。
【００２１】
図５は、静翼体セグメント２１ａ、２１ｂ間のシール装置の構造を表すタービン軸方向断面図である。図５（ａ）はシール装置の組立時、図５（ｂ）はガスタービン運転時におけるシール装置の断面図をそれぞれ示す。
【００２２】
図５（ａ）に示すように、組立時には、２つの静翼体セグメント２１ａ、２１ｂは、対向する端面６３ａ、６３ｂにおいて周方向に間隙δｃを持って、静翼体セグメント２１ａにはシール溝６１ａ、静翼体セグメント２１ｂにはシール溝６１ｂが設けられ、そのシール溝間に周方向間隙を塞ぐようにシール装置５２が架け渡されて装着されている。この組立時の状態が、ガスタービン運転時にも理想的に保持されたとすれば、冷却空気が供給されたキャビティ３１と燃焼ガス１０４の流路の圧力差によって、シール装置５２は冷却空気流路２０１の矢印方向へ押付けられる。これにより、シール装置５２と各セグメントにおけるシール溝の接触面は面７１ａ、７１ｂにおける面接触状態となり、冷却空気がシール溝内部を周り込んで燃焼ガス流路へ漏洩する流れを遮断して、静翼体セグメント２１ａ、２１ｂ間の間隙の漏れ空気がほぼシールされる。
【００２３】
しかし、ガスタービン運転時には、作動ガスや冷却空気からの流入熱によって各部材の温度は上昇する。その結果、静翼体セグメント２１ａ、２１ｂには熱伸びが発生し、それぞれの熱伸びの偏差量によって、図５（ｂ）に示すように、組立時のセグメント間の周方向間隙δｃがδｈ（＜δｃ）まで狭くなる。静翼体セグメント２１ａと静翼体セグメント２１ｂはガスタービン定格運転時においても接触しないように設計されているため、間隙値δｈがゼロになることはない。また、熱伸びは周方向だけでなく、タービン半径方向にも発生する。静翼体セグメント２１ａ、２１ｂに熱流動上の熱量の偏差により、シール溝６１ａ、６１ｂには半径方向の位置ずれδｒが発生する。これにより、金属平板のようなシール装置５２をシール溝に装着した場合、シール装置５２と各セグメントにおけるシール溝の接触面は、面接触状態から軸方向の線７２ａ、７２ｂにおける線接触状態に変化する。
【００２４】
面接触から線接触状態になることで、シール性能が低下し、冷却空気がシール溝内部を周り込み、燃焼ガス１０４の流路への漏洩３０１が発生する。この冷却媒体の漏洩は、それ自体が損失であるとともに、燃焼ガス流路内のガス温度の低下や、冷却媒体と燃焼ガスとの混合損失が生じることによりタービンの性能低下を招き、ガスタービンの効率と出力を低下させる。
【００２５】
また、図６は、静翼体セグメント２１ａの軸方向に延びるシール装置５２の端部近傍におけるタービン周方向断面図である。静翼体セグメント２１ａには軸方向および径方向に延びるシール溝６１ａ、６４ａが交差するように設けられ、それぞれのシール溝が交差する位置となる軸方向間隙を塞ぐようにシール装置５２、５３が装着されている。理想的にはガスタービン運転時にシール溝が交差する位置で両方のシール装置５２、５３が面接触していることが望ましい。ガスタービン運転時には作動ガスや冷却空気からの流入熱によって各部材の温度が上昇し、静翼体セグメント２１ａには熱伸びが発生する。従って、その熱伸びを考慮して、組立時にはシール溝６１ａ、６４ａが交差する位置で２つのシール装置５２、５３間には軸方向間隙を設けて、定格運転時に間隙がゼロになるように設定する。しかし、静翼体セグメントの熱伸びの偏差量によって、シール装置が面接触するとは限らず、面接触状態から線接触状態となり、シール性能が低下することで冷却空気が軸方向間隙から径方向に向かって燃焼ガス１０４流路へ漏洩３０２する可能性が高まる。また、静翼体セグメント間に発生する熱伸び偏差により、半径方向の位置ずれδｒ（図５）が発生した場合には、装着したシール装置５２、５３が三次元的に複雑に捩れるため、接触状態は線接触から点接触に変化し、冷却空気の漏洩が増大する場合もある。
【００２６】
図７は本発明の第一実施の形態であるシール装置のタービン周方向の断面図である。図７に示すシール装置７０の構造は、耐熱性金属の薄板７１の部材を軸方向に沿って径方向に凹凸を設け、凹部および凸部に金属性のクロス材やブラシ材、または多孔質材を装着したものである。薄板形状にすることで平板のシール装置に比べて静翼体セグメント間の熱伸び偏差に対する追従性を向上することができる。
【００２７】
図８は、図７に示した本発明の第一実施の形態であるシール装置７０を静翼体セグメント２１ａ間の外周側シュラウドに装着したときのシール装置の構造を表すタービン周方向断面図である。図８では、シュラウド内にタービン軸方向および径方向に延び、交差する２つのシール溝６１ａ、６４ａに跨って１つのシール装置７０を装着している。シール装置は冷却空気が供給されるキャビティ３１側と燃焼ガス１０４流路側の差圧により燃焼ガス流路側へ押付けられる。図８に示したように、交差する２つのシール溝６１ａ、６４ａの交差部分では、シール装置７０は冷却空気のキャビティ側（高圧側）に薄板の凹部７１ｂが配置されるように組み立てること、すなわち薄板７１がクロス材７２よりも低圧側に位置することが望ましい。反対にキャビティ側に薄板の凸部が配置されるように組み立てた場合、すなわち薄板７１がクロス材７２よりも高圧側に位置する場合、冷却空気の圧力差により薄板の凸部から凹部に向かう曲げ応力が働くことで、薄板の凹部に装着したクロス材７２が外れる可能性がある。
【００２８】
また、図８のシール装置の周方向断面はできる限り平面を形成することが望ましい。仮に、薄板の周方向断面と薄板の凹凸部に装着したクロス材の周方向断面とに段差がある場合、静翼体セグメント間のシール溝６１ａ、６４ａにシール装置７０を装着したときに、冷却空気がシール溝内部を周方向に周り込み、シール装置の段差部分を介して、キャビティ３１側から燃焼ガス１０４流路側へ冷却空気が漏洩する恐れがある。シール装置の周方向断面を平面にすることでシール溝内を周り込む冷却空気の漏洩を低減することができる。本発明のシール装置の周方向断面は平面を形成する必要があるが、平面に凹凸がある場合には、周方向端部にシムを挿入することも可能である。
【００２９】
次に、図６および図８を用いて、ガスタービン運転中の本実施の形態に係るシール装置の作用効果について説明する。軸方向に延びるシール溝６１ａと径方向に延びるシール溝６４ａに装着される２つのシール装置５２、５３では、ガスタービンの運転中に交差部分の間隙がゼロになるように組み立てられる。しかし、ガスタービンの運転とともに作動燃焼ガスや冷却空気からの流入熱によって各部材は温度上昇する。その結果、静翼体セグメント２１ａ、２１ｂに熱伸び量の偏差が生じ、２つのシール装置５２、５３は複雑な三次元の捩れによりシール装置の交差部に間隙が発生することになる。ここで、図８に示すように薄板のシール装置７０を２つのシール溝６１ａ、６４ａに跨って装着することで、シール溝が交差する部分に発生する間隙がなくなる。その結果、シール性能を著しく向上することができる。また、静翼体セグメントの熱伸び量の偏差により、対向するセグメント間で径方向のずれが発生した場合においても、シール装置７０は柔軟に変形して、シール溝６１ａ、６４ａの内壁面とシール装置との接触面積を増大させることができ、冷却空気の漏洩を効果的に抑制し良好なシール性能を維持することができる。これにより、ガスタービンの信頼性及び効率を高めることができる。
【００３０】
本発明の第一実施の形態であるシール装置７０の薄板形状は、軸方向に沿って径方向に矩形の凹凸を交互に形成した単純な構造である。そのため、平板の薄板を１回のプレス加工により形状を整形することが可能であり、加工コストを安価にできる。また、例えば図４で示すように、従来型のシール装置５２、５３である平板プレートが挿入されるシール溝６１ａ、６４ａに対して、本実施形態のシール装置７０を挿入することが可能である。
ガスタービンの静翼体セグメント間に配設されるシール装置は、一般的にガスタービンの定期的な保守点検に合わせて、交換される。そのため、本実施形態のシール装置７０は、従来型のシール装置を挿入しているシール溝を共用できるため、ガスタービンの保守点検時にシール溝を改造することなく従来型シール装置から本発明のシール装置に変更することで保守費用を獲得することができる。
【００３１】
図９は、本発明の第二実施の形態であるシール装置７０のタービン軸方向の断面図である。図９は図８と異なり、タービン軸方向断面に薄板の周方向に沿って径方向の凹凸部を形成したものである。本実施の形態に係るシール装置は、互いに対向する静翼体セグメント２１ａ、２１ｂの対向端面に同一の半径方向位置となるように、それぞれ形成されたシール溝６１ａ、６１ｂ間に架け渡され、セグメント間の間隙により形成される冷却空気が供給されるキャビティ３１と燃焼ガス１０４流路の連通する流路を遮断する。ガスタービンの運転とともに作動燃焼ガスや冷却空気からの流入熱によって各部材は温度上昇し、静翼体セグメントに熱伸び量の偏差が生じる。これによりシール溝に半径方向のずれが発生することになる。
【００３２】
本実施例に係るシール装置を用いることで、シール溝６１ａ、６１ｂ内部に装着されたシール装置７０は、高圧の冷却空気によってシール溝６１ａ、６１ｂの内壁面に対して押圧されながら、シール溝の変形に対して柔軟に変形することができる。これにより、シール溝の内壁面とシール装置との接触面を常に面接触状態に維持できる。また、シール溝の径方向の位置ずれが大きい場合に、シール溝端面のエッジ部とシール装置とが干渉しても、クロス材を有していることで、シール装置自体を損傷させる可能性は少なくなり、シール装置の信頼性を高めることができる。
【００３３】
図１０に本発明の第三実施の形態であるシール装置８０の断面形状を示す。図７で示した断面形状との違いは、薄板８１の径方向に形成される凹凸部が矩形ではなく、軸方向に対して傾斜のある台形にした点である。これにより、薄板８１の凹部に装着される、例えばクロス材を薄板の軸方向へ傾斜させることで、クロス材を挟み込むことが可能である。
そのため、薄板からクロス材が外れることを抑制でき、シール装置の信頼性を向上させることができる。
【００３４】
図１１に本発明の第四実施の形態であるシール装置９０の断面形状を示す。図７で示した断面形状との違いは、薄板９１の径方向に形成される凹凸部が矩形ではなく、楕円形にした点である。これにより、図１０に示したシール装置と同様に、薄板９１の凹部に装着される、例えばクロス材を挟み込むことができる。さらに、静翼体セグメントに熱伸び量の偏差が生じ、シール溝に半径方向に大きなずれが発生した場合に、シール溝のエッジ部とシール装置の干渉によるシール装置の損傷を抑制でき、シール装置の信頼性を高めることができる。ただし、楕円形のシール装置は矩形と比較して、製作、加工コストが高くなる可能性がある。
【００３５】
各実施の形態では、第２段静翼体セグメントについて本発明を適用した例を説明したが、当該部分のみならず、例えば、他の段落の静翼セグメント、動翼シュラウドや静翼ダイアフラムなどといった、間隙を介して複数の構成部材が隣接し構成部材間の間隙から冷却空気がリークする可能性がある他の箇所にも本発明は適用可能であり、その効果が得られる。
【００３６】
ガスタービンの高温部をはじめ、複数の部材を連結して高温流体と低温流体を遮断し、かつ連結部が冷却を要する構造であれば適用可能である。
【００３７】
以上説明した各実施例のシール装置は、対向する面である端面６３ａと対向端面６３ｂにそれぞれ設けられた一対の溝であるシール溝６１ａ、６１ｂ、６３、６４に装着され、対向する面の間の流体の流れをシールするシール装置５１、５２、５３において、長手方向にのびる凹部７１ｂ、８１ｂ、９１ｂと長手方向にのびる凸部７１ａ、８１ａ、９１ａとを交互に配列した第一の部材である薄板７１と、凹部７１ｂ、８１ｂ、９１ｂの上面及び前記凸部の下面に第二の部材であるクロス材７２、８２、９２等が装着されている。このようなシール材によれば、第一部材である薄板７１、８１、９１の形状が平板に比べて容易に変形するため、平板のシール装置に比べて対向端面６３ａ、６３ｂ間の熱伸び偏差に対する追従性を向上することができ、信頼性の高いシール装置を提供できる。
【００３８】
なお本明細書で長手方向とは、端面６３ａや対向端面６３ｂに平行かつシール溝６１ａ、６１ｂ、６３、６４の長さ方向に対応するシール装置の長さ方向であり、図５から図１１においては本明細書の紙面（画面）に垂直な方向である。凹部、凸部とは、図９に示したような水平方向に掘られた一対のシール溝に装着された状態のシール装置を基準とした意味である。すなわち図７、図９、図１０、図１１で示した状態において、第一の部材が下に凸の形状である部分を凹部、上に凸の形状である部分を凸部としている。
【００３９】
図７や図１０で示したシール装置７０、８０は、凹部７１ｂ、８１ｂの上面に装着された第二の部材であるクロス材７２、８２等と凸部７１ａ、８１ａ、の上面とでひとつの平面が形成され、凸部７１ａ、８１ａ、の下面に装着された前記第二の部材であるクロス材７２、８２等と凹部７１ｂ、８１ｂの下面とでひとつの平面が形成されている。このように、シール装置の周方向断面を平面にすることで、冷却空気がシール溝内を周り込むことによるシール性能の低下を抑制することができる。
【００４０】
図１０、図１１で示したシール装置８０、９０は、長手方向に垂直な面で切った断面において、凹部、８１ｂ、９１ｂの形状について底面から上方にかけて幅が減少する縮小部を有している。この縮小部によりクロス材８２、９２等を挟み込んで保持することができ、薄板８１、９１からクロス材８２、９２等が外れることを抑制でき、シール装置８０、９０の耐久性、信頼性を向上させることができる。シール装置８０、９０は凸部７１ａ、８１ａについても同様に縮小部を有しており、凹部８１ｂ、９１ｂと同様の作用効果を有する。
【００４１】
特に図１０で示したシール装置８０は、長手方向に垂直な面で切った断面において、薄板８１の凹部８１ｂとクロス材８２等の平面部とで囲まれた図形、及び、薄板８１の凸部８１ａとクロス材８２等の平面部とで囲まれた図形が台形であり、クロス材８２等の平面部が台形の短辺を構成している。この構成によれば、必然的に前述の縮小部を有することができ、信頼性の高いシール装置とすることができる。
【００４２】
また図１１で示したシール装置９０は、長手方向に垂直な面で切った断面において、薄板９１ａの断面が、曲率の連続した滑らかな線のみで構成されているため、曲率が不連続な線、すなわち図７や図１０で示したシール装置７０、８０のように角を有する形状のものと比べ、信頼性を高めることができる。シール溝のエッジ部とシール装置の干渉による損傷を抑制できるからである。
【００４３】
図７で示したシール装置７０は、長手方向に垂直な面で切った断面において、第一部材の凹部７１ｂと第二部材の平面部とで囲まれた図形、及び、第一部材の凸部７１ａと第二部材の平面部とで囲まれた図形が矩形である。すなわちシール装置７０の薄板７１は矩形の凹凸を交互に形成した単純な構造である。そのため、平板の薄板を１回のプレス加工により形状を整形することが可能であり、加工コストを安価にできる。
【００４４】
以上のシール装置７０、８０、９０は、例えば圧縮機１と燃焼器２とタービン３を有するガスタービン００において、タービン３はロータ５の回転軸に対して周方向にセグメント状に組まれた部材である静翼体セグメント２１ａ、２１ｂを有し、セグメント状に組まれた静翼体セグメント２１ａ、２１ｂは、静翼体セグメント２１ａ、２１ｂが隣り合う面に対向する一対の溝であるシール溝６１ａ、６１ｂを備え、この溝に装着されている。このように各実施例のシール装置７０、８０、９０をガスタービンに用いることで、シール面での冷却空気のリークを抑制し、効率の高いガスタービンを提供することができる。
【００４５】
さらに図８で示した実施例では、セグメント状に組まれた静翼体セグメント２１ａ、２１ｂは、部材が隣り合う面に対向する一対の第一の溝であるシール溝６１ａ、６１ｂと、この一対のシール溝６１ａ、６１ｂに交差する一対の第二の溝であるシール溝６４ａ、６４ｂを備え、第一の溝と第二の溝にまたがるように、シール装置７０が装着されている。そうすると、それぞれのシール溝６１、６４別々のシールプレートを装着したものと比べて、シール溝が交差する部分の間隙がなくなる分だけシール性能を飛躍的に向上させることができる。さらに、第一のシール溝６１と第二のシール溝６４の交差部にて、第一の部材である薄板７１が低圧側である燃焼ガス１０４の流路側に位置している方が好ましい。冷却空気の圧力差により薄板７１からクロス材７２に向かう曲げ応力が働くことで薄板７１に装着したクロス材７２が外れる可能性を抑制し、シール装置の信頼性を高めることができるからである。なおここで言う交差部とは、シール溝６１、６４のそれぞれが矩形と仮定した場合に、シール溝６１とシール溝６４を両方兼ねる領域を意味する。この交差部の全ての領域で第一の部材が低圧側に面しているのが理想的である。ただし、構造上それが難しい場合には、少なくとも第一の部材が第二の部材よりも多くの領域で低圧側に面していれば、信頼性向上効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４６】
００  ガスタービン
１  圧縮機
２  燃焼器
３  タービン
４  発電機
１１ａ、１２ａ  静翼
１１ｂ、１２ｂ  動翼
１３  ロータディスク
１４  スペーサディスク
２１ａ、２１ｂ  静翼体セグメント
２２  ダイアフラム
２５  ケーシング
３１、３２  キャビティ
３５、３６  ホイールスペース
４１、４２  エンドウォール
５１、５２、５３、７０、８０、９０  シール装置
６１ａ、６１ｂ、６２、６３、６４  シール溝
７１、８１、９１  薄板
７２、８２、９２  クロス材
７３  薄板の凹部
１０４  燃焼ガス
２０２  冷却空気流路
３０１、３０２  漏洩
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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