(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの静翼内側のシール支持部に取付けられた前部支持プレート及び後部支持プレートと、前記前部、後部支持プレート間に支持されたブラシとを有し、同ブラシの先端でロータ側回転部との間をシールするガスタービンのブラシシールにおいて、前記ブラシの先端部との間に間隙を有する前記前部支持プレートの先端部と同ブラシの先端部に接する前記後部支持プレートの先端部とを前記ブラシ側に向かって厚さを狭めて先細りとして、前記前部、後部支持プレートの先端部の軸方向厚さを０．２〜０．８mmの範囲としてフィン状とし、前記後部支持プレートはそのロータ半径方向全長にわたって前記ブラシを支持するように同ブラシに接して配置されていることを特徴とするガスタービンのブラシシール。
【請求項２】
前記前部、後部支持プレートの先端部は、なめらかな曲面でフィン形状を形成することを特徴とする請求項１記載のガスタービンのブラシシール。
【請求項３】
前記前部、後部支持プレートの先端部は、直線テーパ形状でフィン形状を形成することを特徴とする請求項１記載のガスタービンのブラシシール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービンのブラシシールに関し、ブラシシールの支持プレートが回転側に重接触するのを回避できると共に、シール間隔を小さくしてシール性能を向上するような構造としたものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、航空機用や産業用ガスタービンにおいて静止側と回転側とのシール性能を向上するためにブラシシールが使われ始めている。図５は産業用ガスタービンの代表的な断面図であり、１は動翼で、２はそのプラットフォーム、３はプラットフォーム２内のシールピンであり、３ａ，３ｂ，３ｃからなっている。２ａ，２ｂはプラットフォーム２の軸方向前後両端部のシール部である。４はシャンク部でその前後にはシール板６，７が設けられている。５はロータのディスクであり、前述の１〜４の各動翼の部品が取付けられている。
【０００３】
１１は静翼で、１２はその内側シュラウド、１３は外側シュラウドである。１２ａ，１２ｂは内側シュラウド１２の軸方向前後両端部である。１４は内側シュラウド１２内部に形成されたキャビティであり静翼１１の内部を通り、シール用空気が流入する。１５はシールボックスであり、一方にラビリンスシール２０、他方にブラシシール２１を保持している。１６，１７は内側シュラウド１２の両端部１２ａ，１２ｂに設けられたハニカムシールである。１９，１８はそれぞれ隣接する前後の動翼との間の空間であり、シール用空気の流路である。
【０００４】
上記構成のガスタービンにおいて、静翼１１の外側シュラウド１３側から翼内部を通り、内側シュラウド１２を貫通する図示してないシール用空気通路からシール用空気がキャビティ１４内に導かれ、図示省略のシールボックス１５に設けられた穴より空間１９内に流出し、内側シュラウド１２の前端部１２ａに設けられたハニカムシール１６を通り、燃焼ガス通路へ流出する。又、シールボックス１５の穴より流出したシール用空気の一部はディスク５との間のブラシシール２１、ラビリンスシール２０を通して後方の空間１８にも流出し、内側シュラウド１２の後端部１２ｂに設けられたハニカムシール１７を通して燃焼ガス通路へ流出する。
【０００５】
上記のように静翼１１内を通ってシール用空気がキャビティ１４内へ導かれ、キャビティ１４から燃焼ガス通路との間をハニカムシール１６でシールした空間１９へ、更にブラシシール２１、ラビリンスシール２０を介して燃焼ガス通路との間をハニカムシール１７でシールした後方の空間１８へ、シール用空気を導入してこれらキャビティ１４、空間１９，１８を外部の燃焼ガス通路よりも圧力を高め、これら部分に高温の燃焼ガスが浸入するのを防止している。
【０００６】
図３は上記のガスタービンのシール部であるブラシシール２１の拡大断面図である。図において、シールボックス１５にはラビリンスシール２０の前流側にブラシシール２１が取付けられ、ロータのディスク５との間でシール部を構成している。ブラシシール２１は前部支持プレート３１と後部支持プレート３２からなり、中央部には多数の細いワイヤからなるブラシ３３が溶接部３５で固定されており、その先端はディスク５と近接してシール部を構成している。前部支持プレート３１とブラシ３３との間には隙間３４が設けられ、前流側の圧力に対して可動できるように構成されている。前部、後部支持プレート３１，３２の支持プレート先端３１ａ，３２ａの幅（軸方向厚さ）Ｗf ，Ｗa は２mm程度の寸法を有し、先端部でブラシ３３を保持している。
【０００７】
図４はブラシシール２１の平面図であり、円環状に６分割して取付けられるもので、その端面は円環状の中心線に対して回転方向Ｒへ４５°の傾斜を持って互に隣接するシールブラシと接している。ブラシ３３は直径０．１mmのワイヤを多数束ね、幅約２mm程度とし、ブラシシールの長さ２５mm当り、１５００〜２０００本程度からなっている。このようなブラシシール２１が円周状に６分割されてロータ側のディスク５にブラシ３３の先端が近接し、シール部を構成している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のようにガスタービンの静止部と回転部とのシール部にはブラシシールが使用されるが、図３に示すようにブラシシール２１の支持プレート先端３１ａ，３２ａはブラシ３３の先端部を支持するためにその幅Ｗf ，Ｗa は２mm程度と大きく、ロータ側のディスク５の熱変形により、ブラシ３３の先端が変形し、この先端３１ａ，３２ａがディスク５と接触した場合にはこの先端３１ａ，３２ａはかなりの剛体であり、ロータのディスク５の面に重大な損傷をもたらすことになる。従って、ロータの損傷はガスタービンの運転に重大な支障をきたし、保守や取替え等も大がかりになり、ロータの損傷はできるだけ回避しなければならぬ。
【０００９】
そこで本発明はガスタービンのブラシシールの先端部の形状に改良を加え、ロータディスクとブラシシールの先端が接触するような事態となっても、重接触を回避し、ロータに重大な損傷をもたらすことがないようにすることを課題としてなされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために（１）乃至（３）の手段を提供する。
【００１１】
（１）ガスタービンの静翼内側のシール支持部に取付けられた前部支持プレート及び後部支持プレートと、前記前部、後部支持プレート間に支持されたブラシとを有し、同ブラシの先端でロータ側回転部との間をシールするガスタービンのブラシシールにおいて、前記ブラシの先端部との間に間隙を有する前記前部支持プレートの先端部と同ブラシの先端部に接する前記後部支持プレートの先端部とを前記ブラシ側に向かって厚さを狭めて先細りとして、前記前部、後部支持プレートの先端部の軸方向厚さを０．２〜０．８mmの範囲としてフィン状とし、前記後部支持プレートはそのロータ半径方向全長にわたって前記ブラシを支持するように同ブラシに接して配置されていることを特徴とするガスタービンのブラシシール。
【００１２】
（２）前記前部、後部支持プレートの先端部は、なめらかな曲面でフィン形状を形成することを特徴とする（１）記載のガスタービンのブラシシール。
【００１３】
（３）前記前部、後部支持プレートの先端部は、直線テーパ形状でフィン形状を形成することを特徴とする（１）記載のガスタービンのブラシシール。
【００１４】
本発明の（１）のブラシシールではブラシの先端部を支持する前部、後部支持プレートの先端部の軸方向厚さをブラシ側に向かって狭めて先細りとし、０．２〜０．８mmの範囲として従来の２mmよりも薄くし、フィン状となっている。このような構成により静止側とロータ側とが熱変形し、支持プレート先端がロータ側に接触するような事態となっても、支持プレート先端は薄いフィン状であり弾性により変形し、従来のような剛性体の重接触とならずに支持プレート側が変形するか、あるいは自身が破損し、ロータ側に損傷を与えることが回避される。更に、重接触が避けられ、弾性力も付加できるので、シール間隔を従来よりも小さくすることもできるのでシール性能も向上する。
【００１５】
本発明の（２）は、前部、後部支持プレートの先端部をなめらかな曲面、例えば円弧形状とし、徐々に先端部を形成するので、先端部の厚さを０．２〜０．８mmに薄くしてもプレート強度を確保できる。
【００１６】
本発明の（３）では、前部、後部支持プレートの先端部を直線テーパ形状とし、直線テーパにより徐々に先端部を形成するので上記（２）と同様の効果が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の第１形態に係るガスタービンのブラシシールの断面図である。図において本発明の特徴部分は支持プレート先端２２，２３の部分にあり、その他の構成は図３に示す従来例と同じであるので詳しい説明は省略し、そのまま引用して説明する。
【００１８】
図１において、２２，２３は前後の支持プレート先端であり、それぞれ前部、後部支持プレート３１，３２の先端部を構成している。その形状は従来と同じ幅（軸方向厚さ）Ｗf ，Ｗa を有するプレート基部３１ｂ、３２ｂと、その先端部にそれぞれ支持プレート先端２２，２３が形成されている。
【００１９】
先端２２，２３の幅（軸方向厚さ）ｔは図示されるように先端部をブラシ３３側に向かって狭めて０．２〜０．８mmとして薄いフィン状とする。従来の幅Ｗf ，Ｗa は２mm程度の厚さであったが、従来の先端３１ａ，３２ａはロータ側と接触するとその剛性により重接触となり、ロータ側を損傷し、場合によってはガスタービンの重要部品の取替え、等運転に大きな影響を与えることになる。この幅ｔは、重接触を考慮すると０．２〜０．８mmの範囲が好ましいが、最も好ましい範囲としては、０．５〜０．８mmである。この理由は加工の面からは０．５mm以上が好ましく、又０．８mm以上となると重接触を起こす可能性が大きいからである。
【００２０】
本実施の第１形態のように先端２２，２３を薄いフィンタイプとすることにより、ロータ側と接触した場合にも先端２２，２３はその弾性によりブラシ３３の先端と共に変形して摺動し、破損を回避するか、あるいはディスク側を損傷することなく、先端２２，２３自身が破損し、ロータ側に致命的な損傷をもたらすことはない。
【００２１】
更に、上記のように接触したとしてもロータ側を損傷せず、重接触を回避できるので、先端２２，２３とディスク５の面との隙間δp も従来より更に小さくすることができ、従来のブラシシールよりもシール性能を向上させることができ、結果としてシール空気を大幅に削減することができ、ガスタービン全体の性能向上に貢献するものである。
【００２２】
なお、上記の実施の第１形態においては、支持プレート先端２２，２３はそれぞれ支持プレート基部３１ｂ，３２ｂに段状に加工して薄いフィン状の形状とした例で説明したが、本発明においてはこの例に限定するものではなく、次に説明の実施の第２形態のように、例えば、基部３１ｂ，３２ｂからそれぞれなめらかな曲面、あるいは直線のテーパ状として先端部をフィン状として形状しても良く、接触した場合にある程度可動性を有し、重接触を避け、ロータ側に損傷を与えない形状とすれば良いものである。
【００２３】
図２は本発明の実施の第２形態に係わるガスタービンのブラシシールの断面図であり、図１に示す実施の第１形態の形状の段部分をなくした形状のもので、（ａ）は円弧形状、（ｂ）は直線テーパ形状の先端を示している。
【００２４】
図２（ａ）において、基部の寸法Ｗf ，Ｗa は２．５mm程度とし、支持プレート先端４２，４３は半径Ｒ＝２．５mm程度の円弧形状とし、軸方向厚さｔは、０．２〜０．８mm，好ましくは０．２〜０．５mm程度としている。このような円弧形状を持たせることにより、基部から除々に曲面で変化させて先端を形成し、先端の強度を確保できる。
【００２５】
図２（ｂ）において、基部の寸法Ｗf Ｗa は（ａ）と同じであり、支持プレート先端５２，５３は直線テーパ形状とし、ｔ＝０．２〜０．８mm，好ましくは０．２〜０．５mm程度に設定している。このような直線テーパ形状においても、直線テーパにより徐々に先端を形成し、（ａ）と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
以上説明のように本発明の実施の第１，２形態のブラシシールにおいては、その支持プレート先端２２及び２３，４２及び４３，５２及び５３を従来の幅よりも薄くして薄いフィン状の形状としたことにより、熱変形等によりロータ側と接触する事態となっても、重接触せずにロータ側を傷つけることが回避され、ロータに致命的な損傷を与えることなく、ガスタービンを安全に運転することができ、更にロータ側との隙間δp も従来より小さくすることができるのでシール性能も向上する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のガスタービンのブラシシールは、（１）ガスタービンの静翼内側のシール支持部に取付けられた前部支持プレート及び後部支持プレートと、前記前部、後部支持プレート間に支持されたブラシとを有し、同ブラシの先端でロータ側回転部との間をシールするガスタービンのブラシシールにおいて、前記ブラシの先端部との間に間隙を有する前記前部支持プレートの先端部と同ブラシの先端部に接する前記後部支持プレートの先端部とを前記ブラシ側に向かって厚さを狭めて先細りとして、前記前部、後部支持プレートの先端部の軸方向厚さを０．２〜０．８mmの範囲としてフィン状とし、前記後部支持プレートはそのロータ半径方向全長にわたって前記ブラシを支持するように同ブラシに接して配置されていることを特徴としている。このような前部、後部支持プレートの先端部の形状により、ロータ側との重接触が回避され、ロータに致命的な損傷を与えることがなくなり、又シール部の間隔も従来より更に小さくすることができるのでシール性能が向上し、シール空気量を削減し、ガスタービン全体の性能向上に貢献するものである。
【００２８】
本発明の（２）では、上記（１）の発明において、前部、後部支持プレートの先端部をなめらかな曲面で、又（３）の発明では直線テーパ形状でそれぞれフィン形状としたので、上記（１）の発明と同様の効果を奏すると共に、前部、後部支持プレートの先端の強度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係るガスタービンのブラシシールの断面図である。
【図２】本発明の実施の第２形態に係るガスタービンのブラシシールの断面図である。
【図３】従来のガスタービンのブラシシールの断面図である。
【図４】従来のブラシシールの分割片の平面図である。
【図５】従来のガスタービン動翼と静翼部分の一般的な断面図である。
【符号の説明】
５            ディスク
１５          シールボックス
２０          ラビリンスシール
２１          ブラシシール
２２，２３    支持プレート先端
３１          前部支持プレート
３２          後部支持プレート
３３          ブラシ
３５          溶接部
４２，４３    支持プレート先端
５２，５３    支持プレート先端
【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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