ガスタービンのリムシール構造
【課題】十分なシール機能を確保し、ディスクキャビティにおける主流高温ガスの侵入防止に必要となるパージ空気量を低減することができるガスタービンのリムシール構造を提供する。
【解決手段】燃焼部から供給された主流高温ガスが動翼２０／静翼３０間に形成されるディスクキャビティ１１を通ってタービン本体内へ侵入することを低減するガスタービンのリムシール構造において、動翼２０のプラットフォーム２１下面に設けた肉ぬすみと静翼３０との間に形成した第１緩衝キャビティ２２と、第１緩衝キャビティ２２よりロータ径方向内側に形成した第２緩衝キャビティ１４とを備え、第１緩衝キャビティ２２は、主流高温ガスの流れが第２緩衝キャビティ１４に到達する前の侵入経路に位置し、かつ、第１緩衝キャビティ２２内に入り込んだ主流高温ガスの流れを周方向に速度成分を向ける形状を有している。
【解決手段】燃焼部から供給された主流高温ガスが動翼２０／静翼３０間に形成されるディスクキャビティ１１を通ってタービン本体内へ侵入することを低減するガスタービンのリムシール構造において、動翼２０のプラットフォーム２１下面に設けた肉ぬすみと静翼３０との間に形成した第１緩衝キャビティ２２と、第１緩衝キャビティ２２よりロータ径方向内側に形成した第２緩衝キャビティ１４とを備え、第１緩衝キャビティ２２は、主流高温ガスの流れが第２緩衝キャビティ１４に到達する前の侵入経路に位置し、かつ、第１緩衝キャビティ２２内に入り込んだ主流高温ガスの流れを周方向に速度成分を向ける形状を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンのリムシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンの静翼上流には、燃焼部（燃焼器）から供給されてタービンを駆動させる主流高温ガス（「燃焼ガス」または「ホットガス」ともいう）が動翼／静翼間の隙間からタービン本体内に侵入するのを防止する目的で、リムシールと呼ばれるシール機構を設置してある。このリムシールは、動翼／静翼間に形成されるディスクキャビティからシール流体のパージ空気を噴出させて主流高温ガスの侵入を防止するものである。
ここで使用するパージ空気は、圧縮機等の翼外冷却空気供給源から圧縮空気の一部を導入したものであり、翼外冷却空気供給源に接続された静翼内の翼内空気流路を通り、静翼先端部（軸中心）側にある静翼構成部材の壁面適所を貫通して設けたシール空気供給孔からディスクキャビティに噴射される。
なお、リムシール構造が必要となる主な理由は、運転中に大きな荷重を受ける動翼の翼根及びロータディスクが高温になることを防止することにある。
【０００３】
上述した静翼上流のリムシールとしては、たとえば動翼シールフィンの上に、静翼リムが覆い被さるように配置された構成のシングルオーバーラップシール構造（たとえば、特許文献１参照）や、シールフィンが二重に配置されているダブルオーバーラップシール構造（たとえば、特許文献２、３，４参照）がある。
【特許文献１】特開平１０−２５９７０３号公報（図２参照）
【特許文献２】特開平８−３１９８０３号公報（図５参照）
【特許文献３】米国特許第６５０６０１６号明細書（Ｆｉｇ．１参照）
【特許文献４】米国特許第６８８４０２８号明細書（Ｆｉｇ．１参照）
【特許文献５】特開２００１−１１５８０１号公報
【特許文献６】特開２００７−８５３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスタービンのタービン部において、主流高温ガスが動翼／静翼間の隙間からタービン本体内に侵入するホットガス巻き込みを生じさせる要因は、ガスパスの周方向静圧分布によるところが大きい。このような周方向静圧分布は、上流側トレーリングエッジ（後縁）のウェイクや下流翼のポテンシャルによって生じるため、現状のガスタービンでは避けられない問題となっている。
このようなホットガスの巻き込みを防止するリムシール構造においては、ガスタービン性能に影響するパージ空気量の低減が望まれる。また、パージ空気は圧縮機から供給される圧縮空気の一部を使用するので、パージ空気量の低減は、燃焼器で燃焼に使用可能となる圧縮空気量の割合が増すことを意味しており、性能向上に寄与する。
【０００５】
このような背景から、ガスタービンのリムシール構造においては、十分なシール機能を確保するとともに、ディスクキャビティに噴出させて主流高温ガスの侵入を防止するパージ空気量を低減することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、十分なシール機能を確保し、ディスクキャビティにおける主流高温ガスの侵入防止に必要となるパージ空気量を低減することができるガスタービンのリムシール構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るガスタービンのリムシール構造は、燃焼部から供給された主流高温ガスが動翼／静翼間に形成されるディスクキャビティへ侵入することを低減するガスタービンのリムシール構造において、前記動翼のプラットフォーム下面に設けた肉ぬすみと前記静翼側端面との間に第１緩衝キャビティを形成し、該第１緩衝キャビティよりロータ径方向内側に第２緩衝キャビティを形成し、前記第１緩衝キャビティは、前記主流高温ガスの流れが前記第２緩衝キャビティに到達する前の侵入経路に位置し、かつ、前記第１緩衝キャビティ内に入り込んだ前記主流高温ガスの流れを周方向に速度成分を向ける形状を有している。
【０００７】
このようなガスタービンのリムシール構造によれば、動翼のプラットフォーム下面に設けた肉ぬすみと静翼側端面との間に形成した第１緩衝キャビティと、この第１緩衝キャビティよりロータ径方向内側に形成した第２緩衝キャビティとを備え、第１緩衝キャビティは、主流高温ガスの流れが第２緩衝キャビティに到達する前の侵入経路に位置し、かつ、第１緩衝キャビティ内に入り込んだ主流高温ガスの流れを周方向に速度成分を向ける形状を有しているので、ガスパスを流れる主流高温ガスの一部が周方向静圧分布の影響を受けてディスクキャビティの第１緩衝キャビティ内に流入すると、第２緩衝キャビティに到達する前の上流位置にある第１緩衝キャビティ内で周方向の静圧が均一に近づく。すなわち、動翼／静翼間に形成される入口開口からディスクキャビティの浸入経路に流入した主流高温ガスは、肉ぬすみが形成する第１緩衝キャビティによって周方向に十分に混合され、リムシール部に向かう流れの周方向の圧力分布を緩和することができる。
【０００８】
上記の発明においては、前記静翼の内部から前記リムシール部に向けてシール流体を流出させる流体供給孔が設けられているので、リムシール部のシール性能を向上させることができる。
この場合、前記流体供給孔は、前記静翼に脱着可能なプラグに設けられていることが好ましく、これにより、リムシール部に流出させるシール流体の流量を容易に可変とすることができる。
【０００９】
本発明に係るガスタービンは、燃焼用空気を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部から送られてきた高圧空気中に燃料を噴射して主流高温ガスを発生させる燃焼部と、前記燃焼部の下流側に位置し前記主流高温ガスにより駆動されるタービン部とを具備し、前記タービン部が請求項１から３のいずれかに記載のリムシール構造を備えている。
【００１０】
このようなガスタービンによれば、タービン部が請求項１から３のいずれかに記載のリムシール構造を備えているので、動翼／静翼間に形成される隙間の浸入経路に流入した主流高温ガスは、肉ぬすみが形成するキャビティ空間によって周方向に十分に混合されるので、リムシール部に向かう流れの径方向の圧力分布を緩和することができる。
【発明の効果】
【００１１】
上述した本発明のガスタービンのリムシール構造によれば、ガスパスを流れる主流高温ガスの一部が動翼／静翼間の入口開口から第１緩衝キャビティ内に流入すると、第２緩衝キャビティに到達する前の上流位置にある第１緩衝キャビティ内で周方向の静圧が均一に近づくので、ディスクキャビティにおいては第１緩衝キャビティから第２緩衝キャビティに向かう流れの流速及び圧力が低下する。この結果、第１緩衝キャビティ及び第２緩衝キャビティを備えたガスタービンのリムシール部においては、主流高温ガスのシールに必要となるシール流体の流量低減が可能となる。
従って、ガスタービンのリムシール部においては、十分なシール機能を確保するとともに、ディスクキャビティに噴出させて主流高温ガスの侵入を防止するシール流体の流量を低減することが可能になるので、ガスタービンの効率向上に顕著な効果を奏する。換言すれば、上述した本発明のリムシール構造を採用したガスタービンは、十分なシール機能の確保と、主流高温ガスの浸入防止に必要となるシール流体の流量低減とを両立させて運転効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るガスタービンのリムシール構造について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。
図４に示すように、ガスタービン１は、燃焼用空気を圧縮する圧縮部（圧縮機）２と、この圧縮部２から送られてきた高圧空気中に燃料を噴射して燃焼させ、高温燃焼ガスを発生させる燃焼部（燃焼器）３と、この燃焼部３の下流側に位置し、燃焼部３を出た高温燃焼ガス（主流高温ガス）により駆動されるタービン部（タービン）４とを主たる要素とするものである。
【００１３】
図１は、ガスタービン１のタービン部４に設けられたリムシール構造について、第１の実施形態を示す要部断面図である。
図示のリムシール１０は、燃焼部３から供給された主流高温ガスが、動翼２０と静翼３０との間に形成される隙間（以下、「ディスクキャビティ」と呼ぶ）１１へ侵入することを低減する目的で、静翼３０の上流側に設置されるシール構造である。この場合の上流側とは、図中に矢印Ｇで示す主流高温ガスの流れ方向を基準にしている。すなわち、リムシール１０は、主流高温ガスが動翼２０及び静翼３０を配設したガスパス１２を軸方向（図中に示す矢印Ｇを参照）へ流れているので、主流高温ガスから分流した一部（図中に示す矢印ｇを参照）がディスクキャビティ１１に向かって巻き込まれ、動翼２０の翼根やロータ付近まで侵入することを防止または抑制する。
なお、主流高温ガスに関する以下の説明では、ガスパス１２を流れる主流高温ガス全体については「主流高温ガスＧ」と呼び、分流した一部の高温主流ガスについては「高温分流ガスｇ」と呼んで区別する。
【００１４】
動翼２０のプラットフォーム２１は、図１から図３に示すように、下面に設けた第１緩衝キャビティ２２を備えている。この第１緩衝キャビティ２２は、主流高温ガスＧの流れ方向において動翼２０の下流側となるプラットフォーム２１の部材面、すなわち、下流側に位置する静翼３０側に設けた静翼リム３１の上流側端面３１ａと対向する面に形成された肉ぬすみの凹部である。
【００１５】
第１緩衝キャビティ２２は、ガスパス１２に面しているプラットフォーム２１の下流側端面２１ａより上流側となる領域に肉ぬすみの凹部空間を形成したものであり、タービン部４の回転軸中心側（紙面下側）には動翼外周シールフィン２３が形成されている。換言すれば、第１緩衝キャビティ２２の凹部空間は、動翼外周シールフィン２３と静翼リム３１との間に形成されるリムシールにおいて、後述する第２緩衝キャビティ１４の上流側に形成されている。すなわち、第１緩衝キャビティ２２は、ガスパス１２から回転軸中心方向へ分流してディスクキャビティ１１に侵入した高温分流ガスｇの流れ方向と、回転軸と略平行な主流高温ガスＧの流れ方向との両方向において、リムシールを構成する第２緩衝キャビティ１４の上流側に位置している。
【００１６】
従って、第１緩衝キャビティ２２の凹部空間は、主流高温ガスＧの流れから分流した高温分流ガスｇがディスクキャビティ１１に到達する侵入経路において第２緩衝キャビティ１４より上流に位置し、かつ、第１緩衝キャビティ２２内に入り込んだ高温分流ガスｇの流れを周方向に速度成分を向ける形状を有したものとなる。このような第１緩衝キャビティ２２を備えた動翼２０は、通常はプラットフォーム２１と一体成形される鋳造部品であるから、第１緩衝キャビティ２２の形成についても、鋳造時に肉ぬすみを設けて若干の機械加工を施すことで容易に製造可能となる。
【００１７】
ガスパス１２からディスクキャビティ１１側へ分流する高温分流ガスｇの侵入経路において、上述した第１緩衝キャビティ２２は、分流直後の侵入経路入口部に形成された凹部空間である。そして、侵入経路において第１緩衝キャビティ２２の下流側となるディスクキャビティ１１には、動翼外周シールフィン２３及び動翼内周シールフィン２５が二重に配置されてリムシール部が形成されている。
【００１８】
動翼外周シールフィン２３よりさらに内周側、すなわち回転軸中心側（紙面下側）には第２緩衝キャビティ１４が形成されている。この第２緩衝キャビティ１４は、静翼内周フィン３２に対向し、静翼リム３１の内周面、動翼外周シールフィン２３の内周面、動翼内周シールフィン２５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１４は、第１緩衝キャビティ２２より下流側に位置している。換言すれば、第２緩衝キャビティ１４の空間部は、動翼内周シールフィン２５と静翼リム３１との間に形成されるリムシール部の下流側に形成されている。
従って、第２緩衝キャビティ１４の空間部は、主流高温ガスＧの流れから分流した高温分流ガスｇがディスクキャビティ１１に到達する侵入経路において第１緩衝キャビティ２２の下流に位置し、かつ、第２緩衝キャビティ１４内に入り込んだ高温分流ガスｇの流れを十分に混合させる。
【００１９】
第１段階のオーバーラップシール部（以下、「第１段シール部」と呼ぶ）１３は、流路断面積を狭めて回転軸中心側へ向かう流路抵抗を増すように、高温分流ガスｇの流れ方向において第１緩衝キャビティ２２の下流側となる位置に配設された動翼外周シールフィン２３及び静翼リム３１により構成されている。図示の動翼外周シールフィン２３は、プラットフォーム２１に第１緩衝キャビティ２２を形成した下面部分を静翼３０側へ延長し、先端部からタービン部４の周方向外向き（紙面上向き）に突出するフィンを形成したものである。この動翼外周シールフィン２３は、静翼３０から動翼２０側へ突出する静翼リム３１と、周方向において所定の間隙を有する状態でオーバーラップするように配置されている。
【００２０】
第１段シール部１３よりさらに下流側となるディスクキャビティ１１には、第１段シール部１３を通過した高温分流ガスｇの流れを淀ませる第２緩衝キャビティ１４が設けられている。第２緩衝キャビティ１４を通過した位置には、第２段階のオーバーラップシール部（以下、「第２段シール部」と呼ぶ）１５が設けられている。この第２段シール部１５は、流路断面積を狭めて回転軸中心側へ向かう流路抵抗を増すように、高温分流ガスｇの流れ方向において第２緩衝キャビティ１４の下流側となる位置に配設された動翼内周シールフィン２５及び静翼内周フィン３２により構成されている。図示の動翼内周シールフィン２５は、プラットフォーム２１の下方に取り付けられた動翼２０側の後流シール板２４から静翼３０側へ突出し、先端部から周方向外向きに突出するフィンを形成したものである。この動翼内周シールフィン２５は、静翼３０から動翼２０側へ突出する静翼内周フィン３２と、周方向において所定の間隙を有する状態でオーバーラップするように配置されている。
【００２１】
また、図中の符号３５はバッファプレートであり、コイルバネ３６の付勢を受けてシール部３７をシールリング保持環３３等の静翼構成部材に密着させ、後述する冷却空気の翼内流路３８を形成している。この翼内流路３８は、静翼３０の内部に形成された図示しない翼内流路等を介して圧縮部２の吐出側に連通しているので、圧縮空気の一部を導入することができるようになっている。
【００２２】
このように構成されたダブルオーバーラップシール構造のリムシール部では、静翼３０内に形成されている翼内流路等を介して、シール流体として圧縮空気の一部を導入している。以下の説明では、シール流体として圧縮部２から導入した圧縮空気の一部について、ディスクキャビティ１１のパージ空気として使用するための「冷却空気」と呼ぶことにする。
静翼３０内の翼内流路３８に導入された冷却空気は、たとえば図示しないラビリンスシールの取付に用いられるシールリング保持環３３のように、静翼３０を構成する部材の壁面を貫通して設けたシール空気供給孔３４からパージ空気として噴射される。この冷却空気は、シール空気供給孔３４から流出した後に分流し、シール隙間１１ａ内を図中に破線の矢印Ｃａで示すように流れる。冷却空気は分流し、分流した一方の冷却空気はロータの内部側へ吸引されて流出し、他方の冷却空気はシール隙間１１ａを通って、ディスクキャビティ１１内に流入してパージ空気となる。従って、静翼３０からディスクキャビティ１１内に噴射される冷却空気がパージされることにより、ディスクキャビティ１１内は、パージ空気がない場合の周方向静圧分布よりも高い圧力に保持されており、かつ、温度の低い冷却空気による冷却も行われている。
【００２３】
一方、ガスパス１２を流れる主流高温ガスＧは、径方向に部分的にパージ空気の圧力よりも高いことがあるため、周方向静圧分布の影響を受け、高温分流ガスｇが分流して動翼２０と静翼３０との間に形成された入口開口１１ｂからディスクキャビティ１１内へ侵入する。このような高温分流ガスｇの侵入は、ディスクキャビティ１１内のパージ空気圧力を高く設定することで防止または抑制できる。しかし、ディスクキャビティ１１内のパージ空気圧力を高く設定するためには、圧縮部２から導入する冷却空気量を増加させる必要があり、この結果、主流高温ガスＧの温度低下や燃焼部３に供給可能な燃焼用圧縮空気量の減少等により、ガスタービン１の運転効率を低下させる要因となる。従って、パージ圧力の設定については、諸条件を考慮してガスタービン１の運転効率を優先させることが好ましい。
【００２４】
動翼２０と静翼３０との間に形成された入口開口１１ｂからディスクキャビティ１１に侵入した高温分流ガスｇは、最初に第１緩衝キャビティ２２へ流入し、第１緩衝キャビティ２２内によって十分に攪拌混合され、周方向の圧力分布を緩和する。このような混合の促進は、第１緩衝キャビティ２２が流路抵抗の高い第１段シール部１３の上流側に位置し、さらに、壁面に沿った流れを形成しやすい比較的大きな容積の空間を有しているためである。
【００２５】
このため、第１段シール部１３へ向かう高温分流ガスｇは、第１緩衝キャビティ２２がないものと比較して径方向圧力分布が低減され、従って、同じシール性能を得るために必要となるディスクキャビティ１１内のパージ空気圧力については、これを低下させることが可能になる。従って、リムシール１０のシール性能を維持し、パージ空気に必要となる冷却空気量を低減することが可能になる。
【００２６】
従って、上述したダブルオーバーラップシール構造では、動翼２０と静翼３０との間に形成されるディスクキャビティ１１の入口開口１１ｂに到達した主流分流ガスｇは、動翼外周フィン２３の存在により第１緩衝キャビティ２２内に拡散ｄ１（図３参照）され、第１段シール部１３を通過する高温分流ガスｇの速度は小さくなっている。さらに、この高温分流ガスｇは、動翼内周フィン２５の存在により第２緩衝キャビティ１４内に拡散ｄ２（図３参照）され、第２段シール部１５を通過する高温分流ガスｇの速度はより一層小さくなる。すなわち、動翼２０と静翼３０との間に形成されるディスクキャビティ１１に到達した主流分流ガスｇは、ロータ軸の周方向外側に設けられている第１緩衝キャビティ２２に入った後、周方向に延びた壁面に導かれて流速成分が周方向に拡散され、高温分流ガスｇの径方向に動翼外周フィン２３及び動翼内周フィン２５を通過しようとする下向きの速度を低下させることができる。
【００２７】
次に、ガスタービン１のタービン部４に設けられたリムシール構造について、第２の実施形態を図５に基づいて説明する。なお、図５はリムシール構造を示す要部の断面図であり、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態で説明するリムシール１０Ａは、静翼３０の内部からリムシール部に向けてシール流体の冷却空気Ｃａを流出させる流体供給孔４０が設けられている。図示の構成例では、静翼３０の翼内流路３８に連通する流体供給口４０が、静翼３０の静翼リム３１と静翼内周フィン３２との間を連結する壁面に複数穿設されている。この流体供給孔４０は、翼内流路３８を通ってシール空気供給孔３４へ向かう冷却空気Ｃａの一部を第１段シール部１３へ向けて流出させるように設けられている。
【００２８】
このため、第１段シール部１３においては、第２緩衝キャビティ１４内へ侵入しようとする高温分流ガスｇの流れを阻止する方向に冷却空気Ｃａが流出するため、リムシール部のシール性能を向上させることができる。特に、第１緩衝キャビティ２２で流速及び圧力が低下した高温分流ガスｇは、流体供給孔４０から流出する冷却空気の流れに抗して第１段シール部１３を通過することは極めて困難になるので、シール性能の向上に有効である。
【００２９】
また、図６は、上述した第２の実施形態について、流体供給孔４０の変形例を示す要部の断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この変形例では、流体供給孔４０にプラグ５０が設けられている。このプラグ５０は、静翼３０の静翼リム３１と静翼内周フィン３２との間を連結する壁面に対して、たとえば螺合等により脱着可能に取り付けられている。従って、リムシール部に流出させる冷却空気Ｃａの流量は、流体供給孔４０の穴径が異なる複数のプラグ５０を用意しておくことにより、容易に付け替えて可変とすることができる。すなわち、設置環境や使用条件等の諸条件に応じて、あるいは、製造時の調整として、リムシール部に流出させる冷却空気量を適宜調整することができる。
【００３０】
図７は、上述した流体供給孔４０の作用を説明する図であり、キャビティ温度と総シール空気量（冷却空気量）との関係が示されている。
図７において、図中の実線Ａは、第２段シール部１５より下流側（周方向内側）となるディスクキャビティ１１（図５，６における点Ａ）のキャビティ温度を示しており、図中の実線Ｂは、第１段シール部１３より下流側（周方向内側）となる第２緩衝キャビティ１４（図５，６における点Ｂ）のキャビティ温度を示している。
キャビティ温度ｔ１は周方向内側となるディスクキャブティ１１内のキャビティ点Ａに設定した温度、キャビティ温度ｔ２は周方向外側となる第２緩衝キャビティ１４内のキャビティ点Ｂに設定した温度であり、流体供給孔４０が設けられていない構成では、実線Ａ，Ｂをいずれも設定温度ｔ１，ｔ２以下の安定したキャビティ温度とするため、シール空気量をＱ２に設定している。
なお、動翼外周シールフィン２３は、動翼を構成する高温部材で構成されているためより高い温度に耐えることができ、従って、周方向外側のキャビティ温度ｔ２を維持するためには、図中の点Ｐ１に対応する少なくともシール空気量Ｑ３を供給すればよい。
【００３１】
これに対し、流体供給孔４０を設けた場合、流体供給孔４０から供給される冷却空気により、点Ｂにおいて近傍に冷却空気の供給を直接受けるため、第２緩衝キャビティ１４のキャビティ点Ｂにおける温度をより低くすることができる（破線Ｂ′参照）。
このとき、流体供給孔４０から供給される冷却空気量をＱＢ、ロータ軸側から供給される冷却空気量をＱＡとし、総シール空気量Ｑ（Ｑ＝ＱＡ＋ＱＢ）について流体供給孔４０を設けなかった場合と同じにすると、冷却空気量ＱＡは、流体供給孔４０を設けなかった場合に比べて減少し、周方向内側となるキャビティ点Ａにおける温度は若干増加する（破線Ａ′参照）ものの、点Ｂにおける直接の冷却効果により総シール空気量Ｑを減らすことができる。
従って、キャビティ点Ｂにおいてキャビティ温度ｔ２以下を維持し、キャビティ点Ａにおいてキャビティ温度ｔ１以下を維持するためには、図中の点Ｐ２に対応する総シール空気量Ｑ１を供給すればよい。この結果、総シール空気量Ｑについては、Ｑ３とＱ１との差分だけ低減することが可能になる。
【００３２】
上述した本発明によれば、ガスパス１２を流れる主流高温ガスＧの一部が高温分流ガスｇとなって第１緩衝キャビティ２２内に流入すると、リムシール部の上流位置にある第１緩衝キャビティ２２内で周方向の静圧が均一に近づくので、リムシール部に向かう流れの流速及び圧力が低下し、リムシール部においては高温分流ガスｇのシールに必要となる冷却空気Ｃａの流量低減が可能となる。
従って、十分なシール機能を確保するとともに、ディスクキャビティ１１に噴出させて高温分流ガスｇの侵入を防止する冷却空気Ｃａの流量を低減することが可能になるので、ガスタービン１の効率を向上させることができる。すなわち、上述した本発明のリムシール構造を採用することにより、十分なシール機能の確保と、主流高温ガスの浸入防止に必要となる冷却空気の流量低減とを両立させ、運転効率のよいガスタービン１を提供することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るガスタービンのリムシール構造について、第１の実施形態を示す要部断面図である。
【図２】動翼のプラットフォーム下面に設けられた緩衝キャビティを示す要部の斜視図である。
【図３】第１緩衝キャビティ及び第２緩衝キャビティの全体的な位置関係を示すガスタービンの縦断面図である。
【図４】ガスタービンの概要を示す断面斜視図である。
【図５】本発明に係るガスタービンのリムシール構造について、第２の実施形態を示す要部断面図である。
【図６】本発明に係るガスタービンのリムシール構造について、図５の変形例を示す要部断面図である。
【図７】流体供給孔の作用を説明する図であり、キャビティ温度とシール空気量との関係が示されている。
【符号の説明】
【００３４】
１ ガスタービン
２ 圧縮部
３ 燃焼部
４ タービン部
１０，１０Ａ リムシール
１１ ディスクキャビティ
１２ ガスパス
１３ 第１段階のオーバーラップシール部（第１段シール部）
１４ 第２緩衝キャビティ
１５ 第２段階のオーバーラップシール部（第２段シール部）
２０ 動翼
２１ プラットフォーム
２２ 第１緩衝キャビティ
２３ 動翼外周シールフィン
２５ 動翼内周シールフィン
３０ 静翼
３１ 静翼リム
４０ 流体供給孔
５０ プラグ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンのリムシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンの静翼上流には、燃焼部（燃焼器）から供給されてタービンを駆動させる主流高温ガス（「燃焼ガス」または「ホットガス」ともいう）が動翼／静翼間の隙間からタービン本体内に侵入するのを防止する目的で、リムシールと呼ばれるシール機構を設置してある。このリムシールは、動翼／静翼間に形成されるディスクキャビティからシール流体のパージ空気を噴出させて主流高温ガスの侵入を防止するものである。
ここで使用するパージ空気は、圧縮機等の翼外冷却空気供給源から圧縮空気の一部を導入したものであり、翼外冷却空気供給源に接続された静翼内の翼内空気流路を通り、静翼先端部（軸中心）側にある静翼構成部材の壁面適所を貫通して設けたシール空気供給孔からディスクキャビティに噴射される。
なお、リムシール構造が必要となる主な理由は、運転中に大きな荷重を受ける動翼の翼根及びロータディスクが高温になることを防止することにある。
【０００３】
上述した静翼上流のリムシールとしては、たとえば動翼シールフィンの上に、静翼リムが覆い被さるように配置された構成のシングルオーバーラップシール構造（たとえば、特許文献１参照）や、シールフィンが二重に配置されているダブルオーバーラップシール構造（たとえば、特許文献２、３，４参照）がある。
【特許文献１】特開平１０−２５９７０３号公報（図２参照）
【特許文献２】特開平８−３１９８０３号公報（図５参照）
【特許文献３】米国特許第６５０６０１６号明細書（Ｆｉｇ．１参照）
【特許文献４】米国特許第６８８４０２８号明細書（Ｆｉｇ．１参照）
【特許文献５】特開２００１−１１５８０１号公報
【特許文献６】特開２００７−８５３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスタービンのタービン部において、主流高温ガスが動翼／静翼間の隙間からタービン本体内に侵入するホットガス巻き込みを生じさせる要因は、ガスパスの周方向静圧分布によるところが大きい。このような周方向静圧分布は、上流側トレーリングエッジ（後縁）のウェイクや下流翼のポテンシャルによって生じるため、現状のガスタービンでは避けられない問題となっている。
このようなホットガスの巻き込みを防止するリムシール構造においては、ガスタービン性能に影響するパージ空気量の低減が望まれる。また、パージ空気は圧縮機から供給される圧縮空気の一部を使用するので、パージ空気量の低減は、燃焼器で燃焼に使用可能となる圧縮空気量の割合が増すことを意味しており、性能向上に寄与する。
【０００５】
このような背景から、ガスタービンのリムシール構造においては、十分なシール機能を確保するとともに、ディスクキャビティに噴出させて主流高温ガスの侵入を防止するパージ空気量を低減することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、十分なシール機能を確保し、ディスクキャビティにおける主流高温ガスの侵入防止に必要となるパージ空気量を低減することができるガスタービンのリムシール構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るガスタービンのリムシール構造は、燃焼部から供給された主流高温ガスが動翼／静翼間に形成されるディスクキャビティへ侵入することを低減するガスタービンのリムシール構造において、前記動翼のプラットフォーム下面に設けた肉ぬすみと前記静翼側端面との間に第１緩衝キャビティを形成し、該第１緩衝キャビティよりロータ径方向内側に第２緩衝キャビティを形成し、前記第１緩衝キャビティは、前記主流高温ガスの流れが前記第２緩衝キャビティに到達する前の侵入経路に位置し、かつ、前記第１緩衝キャビティ内に入り込んだ前記主流高温ガスの流れを周方向に速度成分を向ける形状を有している。
【０００７】
このようなガスタービンのリムシール構造によれば、動翼のプラットフォーム下面に設けた肉ぬすみと静翼側端面との間に形成した第１緩衝キャビティと、この第１緩衝キャビティよりロータ径方向内側に形成した第２緩衝キャビティとを備え、第１緩衝キャビティは、主流高温ガスの流れが第２緩衝キャビティに到達する前の侵入経路に位置し、かつ、第１緩衝キャビティ内に入り込んだ主流高温ガスの流れを周方向に速度成分を向ける形状を有しているので、ガスパスを流れる主流高温ガスの一部が周方向静圧分布の影響を受けてディスクキャビティの第１緩衝キャビティ内に流入すると、第２緩衝キャビティに到達する前の上流位置にある第１緩衝キャビティ内で周方向の静圧が均一に近づく。すなわち、動翼／静翼間に形成される入口開口からディスクキャビティの浸入経路に流入した主流高温ガスは、肉ぬすみが形成する第１緩衝キャビティによって周方向に十分に混合され、リムシール部に向かう流れの周方向の圧力分布を緩和することができる。
【０００８】
上記の発明においては、前記静翼の内部から前記リムシール部に向けてシール流体を流出させる流体供給孔が設けられているので、リムシール部のシール性能を向上させることができる。
この場合、前記流体供給孔は、前記静翼に脱着可能なプラグに設けられていることが好ましく、これにより、リムシール部に流出させるシール流体の流量を容易に可変とすることができる。
【０００９】
本発明に係るガスタービンは、燃焼用空気を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部から送られてきた高圧空気中に燃料を噴射して主流高温ガスを発生させる燃焼部と、前記燃焼部の下流側に位置し前記主流高温ガスにより駆動されるタービン部とを具備し、前記タービン部が請求項１から３のいずれかに記載のリムシール構造を備えている。
【００１０】
このようなガスタービンによれば、タービン部が請求項１から３のいずれかに記載のリムシール構造を備えているので、動翼／静翼間に形成される隙間の浸入経路に流入した主流高温ガスは、肉ぬすみが形成するキャビティ空間によって周方向に十分に混合されるので、リムシール部に向かう流れの径方向の圧力分布を緩和することができる。
【発明の効果】
【００１１】
上述した本発明のガスタービンのリムシール構造によれば、ガスパスを流れる主流高温ガスの一部が動翼／静翼間の入口開口から第１緩衝キャビティ内に流入すると、第２緩衝キャビティに到達する前の上流位置にある第１緩衝キャビティ内で周方向の静圧が均一に近づくので、ディスクキャビティにおいては第１緩衝キャビティから第２緩衝キャビティに向かう流れの流速及び圧力が低下する。この結果、第１緩衝キャビティ及び第２緩衝キャビティを備えたガスタービンのリムシール部においては、主流高温ガスのシールに必要となるシール流体の流量低減が可能となる。
従って、ガスタービンのリムシール部においては、十分なシール機能を確保するとともに、ディスクキャビティに噴出させて主流高温ガスの侵入を防止するシール流体の流量を低減することが可能になるので、ガスタービンの効率向上に顕著な効果を奏する。換言すれば、上述した本発明のリムシール構造を採用したガスタービンは、十分なシール機能の確保と、主流高温ガスの浸入防止に必要となるシール流体の流量低減とを両立させて運転効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るガスタービンのリムシール構造について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。
図４に示すように、ガスタービン１は、燃焼用空気を圧縮する圧縮部（圧縮機）２と、この圧縮部２から送られてきた高圧空気中に燃料を噴射して燃焼させ、高温燃焼ガスを発生させる燃焼部（燃焼器）３と、この燃焼部３の下流側に位置し、燃焼部３を出た高温燃焼ガス（主流高温ガス）により駆動されるタービン部（タービン）４とを主たる要素とするものである。
【００１３】
図１は、ガスタービン１のタービン部４に設けられたリムシール構造について、第１の実施形態を示す要部断面図である。
図示のリムシール１０は、燃焼部３から供給された主流高温ガスが、動翼２０と静翼３０との間に形成される隙間（以下、「ディスクキャビティ」と呼ぶ）１１へ侵入することを低減する目的で、静翼３０の上流側に設置されるシール構造である。この場合の上流側とは、図中に矢印Ｇで示す主流高温ガスの流れ方向を基準にしている。すなわち、リムシール１０は、主流高温ガスが動翼２０及び静翼３０を配設したガスパス１２を軸方向（図中に示す矢印Ｇを参照）へ流れているので、主流高温ガスから分流した一部（図中に示す矢印ｇを参照）がディスクキャビティ１１に向かって巻き込まれ、動翼２０の翼根やロータ付近まで侵入することを防止または抑制する。
なお、主流高温ガスに関する以下の説明では、ガスパス１２を流れる主流高温ガス全体については「主流高温ガスＧ」と呼び、分流した一部の高温主流ガスについては「高温分流ガスｇ」と呼んで区別する。
【００１４】
動翼２０のプラットフォーム２１は、図１から図３に示すように、下面に設けた第１緩衝キャビティ２２を備えている。この第１緩衝キャビティ２２は、主流高温ガスＧの流れ方向において動翼２０の下流側となるプラットフォーム２１の部材面、すなわち、下流側に位置する静翼３０側に設けた静翼リム３１の上流側端面３１ａと対向する面に形成された肉ぬすみの凹部である。
【００１５】
第１緩衝キャビティ２２は、ガスパス１２に面しているプラットフォーム２１の下流側端面２１ａより上流側となる領域に肉ぬすみの凹部空間を形成したものであり、タービン部４の回転軸中心側（紙面下側）には動翼外周シールフィン２３が形成されている。換言すれば、第１緩衝キャビティ２２の凹部空間は、動翼外周シールフィン２３と静翼リム３１との間に形成されるリムシールにおいて、後述する第２緩衝キャビティ１４の上流側に形成されている。すなわち、第１緩衝キャビティ２２は、ガスパス１２から回転軸中心方向へ分流してディスクキャビティ１１に侵入した高温分流ガスｇの流れ方向と、回転軸と略平行な主流高温ガスＧの流れ方向との両方向において、リムシールを構成する第２緩衝キャビティ１４の上流側に位置している。
【００１６】
従って、第１緩衝キャビティ２２の凹部空間は、主流高温ガスＧの流れから分流した高温分流ガスｇがディスクキャビティ１１に到達する侵入経路において第２緩衝キャビティ１４より上流に位置し、かつ、第１緩衝キャビティ２２内に入り込んだ高温分流ガスｇの流れを周方向に速度成分を向ける形状を有したものとなる。このような第１緩衝キャビティ２２を備えた動翼２０は、通常はプラットフォーム２１と一体成形される鋳造部品であるから、第１緩衝キャビティ２２の形成についても、鋳造時に肉ぬすみを設けて若干の機械加工を施すことで容易に製造可能となる。
【００１７】
ガスパス１２からディスクキャビティ１１側へ分流する高温分流ガスｇの侵入経路において、上述した第１緩衝キャビティ２２は、分流直後の侵入経路入口部に形成された凹部空間である。そして、侵入経路において第１緩衝キャビティ２２の下流側となるディスクキャビティ１１には、動翼外周シールフィン２３及び動翼内周シールフィン２５が二重に配置されてリムシール部が形成されている。
【００１８】
動翼外周シールフィン２３よりさらに内周側、すなわち回転軸中心側（紙面下側）には第２緩衝キャビティ１４が形成されている。この第２緩衝キャビティ１４は、静翼内周フィン３２に対向し、静翼リム３１の内周面、動翼外周シールフィン２３の内周面、動翼内周シールフィン２５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１４は、第１緩衝キャビティ２２より下流側に位置している。換言すれば、第２緩衝キャビティ１４の空間部は、動翼内周シールフィン２５と静翼リム３１との間に形成されるリムシール部の下流側に形成されている。
従って、第２緩衝キャビティ１４の空間部は、主流高温ガスＧの流れから分流した高温分流ガスｇがディスクキャビティ１１に到達する侵入経路において第１緩衝キャビティ２２の下流に位置し、かつ、第２緩衝キャビティ１４内に入り込んだ高温分流ガスｇの流れを十分に混合させる。
【００１９】
第１段階のオーバーラップシール部（以下、「第１段シール部」と呼ぶ）１３は、流路断面積を狭めて回転軸中心側へ向かう流路抵抗を増すように、高温分流ガスｇの流れ方向において第１緩衝キャビティ２２の下流側となる位置に配設された動翼外周シールフィン２３及び静翼リム３１により構成されている。図示の動翼外周シールフィン２３は、プラットフォーム２１に第１緩衝キャビティ２２を形成した下面部分を静翼３０側へ延長し、先端部からタービン部４の周方向外向き（紙面上向き）に突出するフィンを形成したものである。この動翼外周シールフィン２３は、静翼３０から動翼２０側へ突出する静翼リム３１と、周方向において所定の間隙を有する状態でオーバーラップするように配置されている。
【００２０】
第１段シール部１３よりさらに下流側となるディスクキャビティ１１には、第１段シール部１３を通過した高温分流ガスｇの流れを淀ませる第２緩衝キャビティ１４が設けられている。第２緩衝キャビティ１４を通過した位置には、第２段階のオーバーラップシール部（以下、「第２段シール部」と呼ぶ）１５が設けられている。この第２段シール部１５は、流路断面積を狭めて回転軸中心側へ向かう流路抵抗を増すように、高温分流ガスｇの流れ方向において第２緩衝キャビティ１４の下流側となる位置に配設された動翼内周シールフィン２５及び静翼内周フィン３２により構成されている。図示の動翼内周シールフィン２５は、プラットフォーム２１の下方に取り付けられた動翼２０側の後流シール板２４から静翼３０側へ突出し、先端部から周方向外向きに突出するフィンを形成したものである。この動翼内周シールフィン２５は、静翼３０から動翼２０側へ突出する静翼内周フィン３２と、周方向において所定の間隙を有する状態でオーバーラップするように配置されている。
【００２１】
また、図中の符号３５はバッファプレートであり、コイルバネ３６の付勢を受けてシール部３７をシールリング保持環３３等の静翼構成部材に密着させ、後述する冷却空気の翼内流路３８を形成している。この翼内流路３８は、静翼３０の内部に形成された図示しない翼内流路等を介して圧縮部２の吐出側に連通しているので、圧縮空気の一部を導入することができるようになっている。
【００２２】
このように構成されたダブルオーバーラップシール構造のリムシール部では、静翼３０内に形成されている翼内流路等を介して、シール流体として圧縮空気の一部を導入している。以下の説明では、シール流体として圧縮部２から導入した圧縮空気の一部について、ディスクキャビティ１１のパージ空気として使用するための「冷却空気」と呼ぶことにする。
静翼３０内の翼内流路３８に導入された冷却空気は、たとえば図示しないラビリンスシールの取付に用いられるシールリング保持環３３のように、静翼３０を構成する部材の壁面を貫通して設けたシール空気供給孔３４からパージ空気として噴射される。この冷却空気は、シール空気供給孔３４から流出した後に分流し、シール隙間１１ａ内を図中に破線の矢印Ｃａで示すように流れる。冷却空気は分流し、分流した一方の冷却空気はロータの内部側へ吸引されて流出し、他方の冷却空気はシール隙間１１ａを通って、ディスクキャビティ１１内に流入してパージ空気となる。従って、静翼３０からディスクキャビティ１１内に噴射される冷却空気がパージされることにより、ディスクキャビティ１１内は、パージ空気がない場合の周方向静圧分布よりも高い圧力に保持されており、かつ、温度の低い冷却空気による冷却も行われている。
【００２３】
一方、ガスパス１２を流れる主流高温ガスＧは、径方向に部分的にパージ空気の圧力よりも高いことがあるため、周方向静圧分布の影響を受け、高温分流ガスｇが分流して動翼２０と静翼３０との間に形成された入口開口１１ｂからディスクキャビティ１１内へ侵入する。このような高温分流ガスｇの侵入は、ディスクキャビティ１１内のパージ空気圧力を高く設定することで防止または抑制できる。しかし、ディスクキャビティ１１内のパージ空気圧力を高く設定するためには、圧縮部２から導入する冷却空気量を増加させる必要があり、この結果、主流高温ガスＧの温度低下や燃焼部３に供給可能な燃焼用圧縮空気量の減少等により、ガスタービン１の運転効率を低下させる要因となる。従って、パージ圧力の設定については、諸条件を考慮してガスタービン１の運転効率を優先させることが好ましい。
【００２４】
動翼２０と静翼３０との間に形成された入口開口１１ｂからディスクキャビティ１１に侵入した高温分流ガスｇは、最初に第１緩衝キャビティ２２へ流入し、第１緩衝キャビティ２２内によって十分に攪拌混合され、周方向の圧力分布を緩和する。このような混合の促進は、第１緩衝キャビティ２２が流路抵抗の高い第１段シール部１３の上流側に位置し、さらに、壁面に沿った流れを形成しやすい比較的大きな容積の空間を有しているためである。
【００２５】
このため、第１段シール部１３へ向かう高温分流ガスｇは、第１緩衝キャビティ２２がないものと比較して径方向圧力分布が低減され、従って、同じシール性能を得るために必要となるディスクキャビティ１１内のパージ空気圧力については、これを低下させることが可能になる。従って、リムシール１０のシール性能を維持し、パージ空気に必要となる冷却空気量を低減することが可能になる。
【００２６】
従って、上述したダブルオーバーラップシール構造では、動翼２０と静翼３０との間に形成されるディスクキャビティ１１の入口開口１１ｂに到達した主流分流ガスｇは、動翼外周フィン２３の存在により第１緩衝キャビティ２２内に拡散ｄ１（図３参照）され、第１段シール部１３を通過する高温分流ガスｇの速度は小さくなっている。さらに、この高温分流ガスｇは、動翼内周フィン２５の存在により第２緩衝キャビティ１４内に拡散ｄ２（図３参照）され、第２段シール部１５を通過する高温分流ガスｇの速度はより一層小さくなる。すなわち、動翼２０と静翼３０との間に形成されるディスクキャビティ１１に到達した主流分流ガスｇは、ロータ軸の周方向外側に設けられている第１緩衝キャビティ２２に入った後、周方向に延びた壁面に導かれて流速成分が周方向に拡散され、高温分流ガスｇの径方向に動翼外周フィン２３及び動翼内周フィン２５を通過しようとする下向きの速度を低下させることができる。
【００２７】
次に、ガスタービン１のタービン部４に設けられたリムシール構造について、第２の実施形態を図５に基づいて説明する。なお、図５はリムシール構造を示す要部の断面図であり、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態で説明するリムシール１０Ａは、静翼３０の内部からリムシール部に向けてシール流体の冷却空気Ｃａを流出させる流体供給孔４０が設けられている。図示の構成例では、静翼３０の翼内流路３８に連通する流体供給口４０が、静翼３０の静翼リム３１と静翼内周フィン３２との間を連結する壁面に複数穿設されている。この流体供給孔４０は、翼内流路３８を通ってシール空気供給孔３４へ向かう冷却空気Ｃａの一部を第１段シール部１３へ向けて流出させるように設けられている。
【００２８】
このため、第１段シール部１３においては、第２緩衝キャビティ１４内へ侵入しようとする高温分流ガスｇの流れを阻止する方向に冷却空気Ｃａが流出するため、リムシール部のシール性能を向上させることができる。特に、第１緩衝キャビティ２２で流速及び圧力が低下した高温分流ガスｇは、流体供給孔４０から流出する冷却空気の流れに抗して第１段シール部１３を通過することは極めて困難になるので、シール性能の向上に有効である。
【００２９】
また、図６は、上述した第２の実施形態について、流体供給孔４０の変形例を示す要部の断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この変形例では、流体供給孔４０にプラグ５０が設けられている。このプラグ５０は、静翼３０の静翼リム３１と静翼内周フィン３２との間を連結する壁面に対して、たとえば螺合等により脱着可能に取り付けられている。従って、リムシール部に流出させる冷却空気Ｃａの流量は、流体供給孔４０の穴径が異なる複数のプラグ５０を用意しておくことにより、容易に付け替えて可変とすることができる。すなわち、設置環境や使用条件等の諸条件に応じて、あるいは、製造時の調整として、リムシール部に流出させる冷却空気量を適宜調整することができる。
【００３０】
図７は、上述した流体供給孔４０の作用を説明する図であり、キャビティ温度と総シール空気量（冷却空気量）との関係が示されている。
図７において、図中の実線Ａは、第２段シール部１５より下流側（周方向内側）となるディスクキャビティ１１（図５，６における点Ａ）のキャビティ温度を示しており、図中の実線Ｂは、第１段シール部１３より下流側（周方向内側）となる第２緩衝キャビティ１４（図５，６における点Ｂ）のキャビティ温度を示している。
キャビティ温度ｔ１は周方向内側となるディスクキャブティ１１内のキャビティ点Ａに設定した温度、キャビティ温度ｔ２は周方向外側となる第２緩衝キャビティ１４内のキャビティ点Ｂに設定した温度であり、流体供給孔４０が設けられていない構成では、実線Ａ，Ｂをいずれも設定温度ｔ１，ｔ２以下の安定したキャビティ温度とするため、シール空気量をＱ２に設定している。
なお、動翼外周シールフィン２３は、動翼を構成する高温部材で構成されているためより高い温度に耐えることができ、従って、周方向外側のキャビティ温度ｔ２を維持するためには、図中の点Ｐ１に対応する少なくともシール空気量Ｑ３を供給すればよい。
【００３１】
これに対し、流体供給孔４０を設けた場合、流体供給孔４０から供給される冷却空気により、点Ｂにおいて近傍に冷却空気の供給を直接受けるため、第２緩衝キャビティ１４のキャビティ点Ｂにおける温度をより低くすることができる（破線Ｂ′参照）。
このとき、流体供給孔４０から供給される冷却空気量をＱＢ、ロータ軸側から供給される冷却空気量をＱＡとし、総シール空気量Ｑ（Ｑ＝ＱＡ＋ＱＢ）について流体供給孔４０を設けなかった場合と同じにすると、冷却空気量ＱＡは、流体供給孔４０を設けなかった場合に比べて減少し、周方向内側となるキャビティ点Ａにおける温度は若干増加する（破線Ａ′参照）ものの、点Ｂにおける直接の冷却効果により総シール空気量Ｑを減らすことができる。
従って、キャビティ点Ｂにおいてキャビティ温度ｔ２以下を維持し、キャビティ点Ａにおいてキャビティ温度ｔ１以下を維持するためには、図中の点Ｐ２に対応する総シール空気量Ｑ１を供給すればよい。この結果、総シール空気量Ｑについては、Ｑ３とＱ１との差分だけ低減することが可能になる。
【００３２】
上述した本発明によれば、ガスパス１２を流れる主流高温ガスＧの一部が高温分流ガスｇとなって第１緩衝キャビティ２２内に流入すると、リムシール部の上流位置にある第１緩衝キャビティ２２内で周方向の静圧が均一に近づくので、リムシール部に向かう流れの流速及び圧力が低下し、リムシール部においては高温分流ガスｇのシールに必要となる冷却空気Ｃａの流量低減が可能となる。
従って、十分なシール機能を確保するとともに、ディスクキャビティ１１に噴出させて高温分流ガスｇの侵入を防止する冷却空気Ｃａの流量を低減することが可能になるので、ガスタービン１の効率を向上させることができる。すなわち、上述した本発明のリムシール構造を採用することにより、十分なシール機能の確保と、主流高温ガスの浸入防止に必要となる冷却空気の流量低減とを両立させ、運転効率のよいガスタービン１を提供することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るガスタービンのリムシール構造について、第１の実施形態を示す要部断面図である。
【図２】動翼のプラットフォーム下面に設けられた緩衝キャビティを示す要部の斜視図である。
【図３】第１緩衝キャビティ及び第２緩衝キャビティの全体的な位置関係を示すガスタービンの縦断面図である。
【図４】ガスタービンの概要を示す断面斜視図である。
【図５】本発明に係るガスタービンのリムシール構造について、第２の実施形態を示す要部断面図である。
【図６】本発明に係るガスタービンのリムシール構造について、図５の変形例を示す要部断面図である。
【図７】流体供給孔の作用を説明する図であり、キャビティ温度とシール空気量との関係が示されている。
【符号の説明】
【００３４】
１ ガスタービン
２ 圧縮部
３ 燃焼部
４ タービン部
１０，１０Ａ リムシール
１１ ディスクキャビティ
１２ ガスパス
１３ 第１段階のオーバーラップシール部（第１段シール部）
１４ 第２緩衝キャビティ
１５ 第２段階のオーバーラップシール部（第２段シール部）
２０ 動翼
２１ プラットフォーム
２２ 第１緩衝キャビティ
２３ 動翼外周シールフィン
２５ 動翼内周シールフィン
３０ 静翼
３１ 静翼リム
４０ 流体供給孔
５０ プラグ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼部から供給された主流高温ガスが動翼／静翼間に形成されるディスクキャビティへ侵入することを低減するガスタービンのリムシール構造において、
前記動翼のプラットフォーム下面に設けた肉ぬすみと前記静翼側端面との間に形成した第１緩衝キャビティと、該第１緩衝キャビティよりロータ径方向内側に形成した第２緩衝キャビティとを備え、前記第１緩衝キャビティは、前記主流高温ガスの流れが前記第２緩衝キャビティに到達する前の侵入経路に位置し、かつ、前記第１緩衝キャビティ内に入り込んだ前記主流高温ガスの流れを周方向に速度成分を向ける形状を有しているガスタービンのリムシール構造。
【請求項２】
前記静翼の内部から前記リムシール部に向けてシール流体を流出させる流体供給孔が設けられている請求項１に記載のガスタービンのリムシール構造。
【請求項３】
前記流体供給孔が、前記静翼に脱着可能なプラグに設けられている請求項２に記載のガスタービンのリムシール構造。
【請求項４】
燃焼用空気を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部から送られてきた高圧空気中に燃料を噴射して主流高温ガスを発生させる燃焼部と、前記燃焼部の下流側に位置し前記主流高温ガスにより駆動されるタービン部とを具備し、前記タービン部が請求項１から３のいずれかに記載のリムシール構造を備えているガスタービン。
【請求項１】
燃焼部から供給された主流高温ガスが動翼／静翼間に形成されるディスクキャビティへ侵入することを低減するガスタービンのリムシール構造において、
前記動翼のプラットフォーム下面に設けた肉ぬすみと前記静翼側端面との間に形成した第１緩衝キャビティと、該第１緩衝キャビティよりロータ径方向内側に形成した第２緩衝キャビティとを備え、前記第１緩衝キャビティは、前記主流高温ガスの流れが前記第２緩衝キャビティに到達する前の侵入経路に位置し、かつ、前記第１緩衝キャビティ内に入り込んだ前記主流高温ガスの流れを周方向に速度成分を向ける形状を有しているガスタービンのリムシール構造。
【請求項２】
前記静翼の内部から前記リムシール部に向けてシール流体を流出させる流体供給孔が設けられている請求項１に記載のガスタービンのリムシール構造。
【請求項３】
前記流体供給孔が、前記静翼に脱着可能なプラグに設けられている請求項２に記載のガスタービンのリムシール構造。
【請求項４】
燃焼用空気を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部から送られてきた高圧空気中に燃料を噴射して主流高温ガスを発生させる燃焼部と、前記燃焼部の下流側に位置し前記主流高温ガスにより駆動されるタービン部とを具備し、前記タービン部が請求項１から３のいずれかに記載のリムシール構造を備えているガスタービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−７７８６８（Ｐ２０１０−７７８６８Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４６１４９（Ｐ２００８−２４６１４９）
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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