JPH0552122A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、ガスタービンの排気部内のディ
フューザーの外側フローライナーと排気円筒部との間に
形成された環状の空洞部を通る熱ガスの再循環を防止す
るシール部を提供することを目的とする。 【構成】 ガスタービンは、ガス流通路３１と、環状の
空洞部１７と、ガス流通路３１に連通した環状の空洞部
１７と、前記ガス流通路３１および前記空洞部１７の間
の境界を形成する外側フローライナー１１と、ガスの流
れがガス流通路３１から空洞部１７を通るのを防止する
ための複数個の弓状のシール部１５とを備え、弓状のシ
ール部１５のそれぞれは空洞部１７を通って延びたクロ
スを有しているものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】この発明は、ガスタービンの排気部内の
シール部に関するものである。特に、この発明はガスタ
ービン内の排気ディフューザーと排気円筒部との間に形
成された環状の空洞部を通過する熱ガスの再循環を防止
するためのシール部に関するものである。

【０００２】軸流ガスタービンでは、タービン羽根部の
最後列を出た熱ガスは排気ディフューザーに向かって排
出され、ガスタービンのタービン部で圧力比が増加す
る。排気ディフューザーは排気円筒部と軸受箱との間に
配設された内側フローライナーと外側フローライナーと
によって形成されている。これらのフローライナーは熱
ガスに対して円滑な流れ通路を作るのに役に立つ。ま
た、これらは、熱ガスの流れが排気円筒部および軸受箱
上に直接流れるのを防止する障壁として作用し、そのた
めそれらの構成部品における過度の高温および熱応力を
防止する。

【０００３】外側フローライナーと排気円筒部との間に
は環状の空洞部がある。この空洞部を通過する熱ガスの
どのような流れも排気円筒部を望ましくなく加熱するの
で、この空洞部は停滞空気空間であることが理想的であ
る。しかしながら、軸線方向の熱膨張差が生じるので、
外側フローライナーと、それに隣接した上流および下流
の構成部品との間に空隙がある。この空隙が環状の空洞
部を通る熱ガスの再循環流路となっている。さらに、排
気円筒部内の過度の高温、熱応力および変形を生じさせ
ることに加えて、このような再循環はディフューザーの
空気力学的特性を無効にしてしまう。

【０００４】従来、環状の空洞部を通るガスの再循環
は、外側フローライナーの下流フランジと排気円筒部の
下流フランジとの両者にボルト締めされて、両下流フラ
ンジ間に延びた複数個の鋼板からなるシール部により防
止していた。即ち、シール部は、環状の空洞部を通る流
通路をふさぐことにより、熱ガスの再循環を防止してい
た。不幸にして、２００本以上のボルト、２４枚の保持
板および６枚のシール板から構成されたこのシール部は
費用がかかり、また据え付けるのに非常に多くの工数を
必要とする。さらに、ガスタービンの始動時毎に、外側
フローライナーと排気円筒部との間の軸線方向の熱膨張
差により、シール板に応力が生じ、この応力のため最後
には疲労作用によりシール板に亀裂が生じた。

【０００５】従って、比較的費用が安く、据え付けが容
易で、熱膨張差に耐える十分な可撓性を有する、排気デ
ィフューザーでの再循環を防止するシール部を提供する
ことが望まれている。

【０００６】

【発明の概要】この発明は、ガスタービンの排気部にお
ける排気円筒部と排気ディフューザーとの間の環状の空
洞部を通過する熱ガスの再循環を防止するシール部を提
供することを目的とする。

【０００７】この発明の他の目的は、費用が安く、据え
付けが容易で、かつ排気円筒部と排気ディフューザーと
の間の軸線方向の熱膨張差に耐えるように十分な可撓性
のあるシール部を提供することを目的とする。

【０００８】これらの目的および他の目的は、ディフュ
ーザーの排気ガス流通路の一部を形成する外側フローラ
イナーを囲む排気円筒部を有するガスタービンで達成さ
れる。環状の空洞部は排気円筒部と外側フローライナー
との間に形成される。上側および下側弓状部材からなる
シール部は、空洞部内に配設されており、また排気円筒
部と外側フローライナーとの間に延びている。このシー
ル部は金網の二つの層の間に挟まれたガラス繊維のクロ
ス即ち布により形成されており、またシール部はクロス
に対してクリンプされた内側および外側の弓状のチャン
ネルに保持されている。シール部は排気円筒部および外
側フローライナーに形成された溝部内にチャンネルを摺
動させることにより、排気円筒部および外側フローライ
ナーに付着される。

【０００９】

【好適な実施例の説明】図１にはガスタービンの排気部
３３が示されている。排気部３３は、ほぼ円筒状の内側
フローライナー２２および外側フローライナー１１によ
り形成されたディフューザーを囲む排気円筒部２を備え
ている。ガスタービンのタービン部３２の最後列の羽根
部５から排出する熱ガス２９は排気部３３を流通する。
その熱ガス２９は、排気部３３から、単純サイクル発電
プラントのおいては大気中に放出され、複合サイクル発
電プラントにおいては熱回収蒸気発生器に導かれる。

【００１０】内側および外側フローライナーは熱ガス２
９用の熱ガス通路３１の一部分を形成している。内側フ
ローライナー２２はロータ６を支持する軸受１０を含む
軸受箱９を囲んでいる。軸受箱９は、同軸受箱９と排気
円筒部２との間に延びた支柱７により支持されている。
この支柱７は先端部２１で排気円筒部２に固着されてい
る。内側フローライナー２２と排気円筒部２との間の支
柱部分は、熱ガス２９からの熱が支柱７に伝達するのを
阻止するためのシールド８によって囲まれている。

【００１１】図１に示されているように、排気マニホー
ルド外筒部３は、排気円筒部２から下流に延びており、
またその上流側のフランジ１３で排気円筒部２の下流側
フランジ１４にボルト締めされている。流れ案内部１２
は、フランジ１３の内側を排気マニホールド外筒部３か
ら延びており、外側フローライナー１１と共に円滑な流
通路を形成している。タービン円筒部１は排気円筒部２
の上流側のフランジ３０にボルト締めされている。囲い
部１９は、タービン円筒部１に取り付けられ、かつ最後
列の羽根部５の先端部を取り囲んでいる。また、排気マ
ニホールド内筒部４も、図１に示されており、これは内
側フローライナー２２から下流側に延びている。

【００１２】図１に示されているように、囲い部１９の
先端部および流れ案内部１２は、外側フローライナー１
１の上流および下流にそれぞれ配設されている。軸線方
向の熱膨張を許容するために、円周方向の空隙部２０，
１８が外側フローライナー１１と囲い部１９との間、お
よび外側フローライナー１１と流れ案内部１２との間に
それぞれ形成されている。

【００１３】環状空洞部１７は外側フローライナー１１
と排気円筒部２との間に形成されており、その外側フロ
ーライナー１１はガス流通路３１と環状空洞部１７との
間の境界を形成している。図２に示されているように、
シール部１５は、外側フローライナー１１の後部のフラ
ンジ１６の外径部と排気円筒部２の後部のフランジ１４
の内径部との間を延びている。シール部１５は、空洞部
１７を通過する流れを完全に遮断するために空洞部１７
の回りを３６０°延びている。

【００１４】ディフューザーの効果として、熱ガス２９
の静圧は、外側フローライナー１１と羽根先端部の囲い
部１９との間に形成された上流空隙部２０よりも外側フ
ローライナー１１と流れ案内部１２との間に形成された
下流空隙部１８の方が高い。下流空隙部１８と上流空隙
部２０との間の圧力差は、シール部１５がないときに
は、典型的には約１３．８ＫＰａ（２ｐｓｉ）に過ぎな
いが、ガス流通路３１内での熱ガス２９を空洞部１７に
再循環させるのに十分である。熱ガス２９が空隙部１８
で環状の空洞部１７に入り同空洞部１７を上流に流れ
て、空隙部２０でガス流通路３１に再流入することによ
り、再循環が生じる。前述したように、このような再循
環は、排気円筒部２の望ましくない加熱を生じさせ、デ
ィフューザーの空気力学特性を破壊する。従って、シー
ル部１５は、環状の空洞部が本質的に停滞空気空間のま
まであるように、環状の空洞部１７が通過する熱ガス２
９の有害なこの再循環を防止する働きをすべきである。

【００１５】図３に示されているように、この発明によ
れば、シール部１５はクロス２３、即ち繊維を織った
り、編んだり、プレスしたり、あるいはフェルト状にす
ることにより形成された可撓性材料から形成されてい
る。熱ガスの温度は、代表的には低くて３７０°（７０
０°Ｆ）であり、約５４０℃の温度であるので、クロス
２３はその温度に耐えることができる繊維から形成され
ていなければならない。好適な実施例では、クロス２３
は約９．５３ｍｍ（３／８インチ）の厚さであり、ガラ
ス繊維を製繊することにより形成される。このガラス繊
維のクロスは代表的には６５０℃（１２００°Ｆ）位の
温度に耐えることができる。あるいは、一様な高耐熱性
とするには、クロス２３はセラミック繊維を製繊するこ
とにより形成されてもよい。

【００１６】図３に示されているように、クロス２３を
損傷から保護するために、クロス２３の半径方向に延び
た表面は細い可撓性の金網２４からなる二つの層で挟ま
れている。好適な実施例では、金網２４は約０．０２８
ｃｍ（０．０１１インチ）の直径を有する線材から形成
されており、約１１．７％の孔面積を有している。金網
２４は高い温度に耐えなければならないので、金網２４
はインコネル（商標名）あるいはステンレス鋼から好適
には形成される。

【００１７】他の実施例では、図６に示されているよう
に、シール部は、クロスの二つの層２３₁、２３₂によっ
て形成され、該層間には可撓性の金属薄板３７を配置し
ている。薄板３７は、熱ガス２９に対して不浸透性であ
り、僅かなガスでさえもシール部を通過するのを許さな
い用途において、気密性シールを提供するのに役に立
つ。

【００１８】図２，３および４に示されているように、
クロス２３の内側端部および外側端部は弓形のチャンネ
ル２５，２６で保持されている。このチャンネルは、ク
ロス２３の端部が挿入される開放のど部を形成するＣ形
状の断面を有している。チャンネル２５，２６の対向し
た足部３４，３５を互いに縮めることにより、チャンネ
ル２５，２６はクロス２３にしっかりと取り付けられ、
その結果、図３に示されているようにその開放のど部の
幅はクロス２３の厚さよりも狭くなっている。このこと
は、圧縮によりクロスをチャンネルに固定する結果とな
り、またチャンネルを鳩尾状にし、後で説明するよう
に、排気円筒部と外側フローライナーとの間のシール部
１５の保持を容易にする。

【００１９】シール部は複数個の弓状の部材から構成さ
れている。好適な実施例では、二つの部材（図４にはそ
の一方が示されている。）が用いられており、それぞれ
の部材は１８０°の円弧を取り囲んでいる。排気円筒部
２と外側フローライナー１１とは水平接合部（図示せ
ず）に沿って接合された上側半体部と下側半体部とから
構成されている。この構造は、シール部を上側半体部と
下側半体部とに分割することを可能にし、その上、シー
ル部１５の上側半体部は、排気円筒部２および外側フロ
ーライナー１１の上側半体部に取り付けられ、シール部
１５の下側半体部は、排気円筒部２および外側フローラ
イナー１１の下側半体部に取り付けられる。

【００２０】この発明によると、最初に、そのクロスは
一枚の大きなクロスから適当な寸法のストリップに単に
切断することにより形成されてもよい。従って、クロス
が変形されていない状態では、シール部は、図５に示さ
れているように、長方形の形をしている。その後、シー
ル部１５の弓状形状はクロス２３を弓状のチャンネル２
５，２６に取り付けることにより作られる。

【００２１】図２に示されているように、シール部１５
は、外側のチャンネル２６を摺動させて、下流側フラン
ジ１４の内径部にある円周方向の溝部３６に入れること
により、また内側のチャンネル２５を摺動させて、外側
フローライナーの後部のフランジ１６の外径部にある円
周方向の溝部２８に入れることにより、保持される。シ
ール部１５は鳩尾状の溝部２８，３６により半径方向に
おいて規制される。溝部２８，３６は鳩尾状のチャンネ
ル２５，２６と係合している。図３に示されているよう
に、溶接接合部２７をチャンネルとフランジとの間に形
成して、チャンネルおよびフランジを適所で円周方向に
固定するようにしてもよい。

【００２２】図１に見られるように、外側フローライナ
ー１１は排気円筒部２よりも大きくない部材であり、熱
ガス２９に直接さらされる。その結果、ガスタービンの
始動時には外側フローライナー１１は排気円筒部２より
も早く熱くなる。同様に、ガスタービンの運転停止時に
は、外側フローライナー１１は排気円筒部２よりも早く
冷える。その結果、排気円筒部２と外側フローライナー
１１との間で半径および軸線の両方向において相当の熱
膨張差がある。従って、この発明の重要な側面による
と、設置前の半径方向におけるシール部１５の幅が外側
フローライナー１１と排気円筒部２との間の半径方向の
距離（溝部２８と溝部３６との間で測定される。）より
も大きくなるように、クロス２３および金網２４を形成
することにより、この熱膨張差に適応している。クロス
および金網において過剰に材料を用いる結果、図２に示
されているように、シール部１５には可撓性の伸縮ルー
プが形成されている。この伸縮ループは、外側フローラ
イナー１１と排気円筒部２との間の熱膨張差の結果とし
てシール部１５に応力を確実に与えないようにしてい
る。

【００２３】排気部内の排気円筒部と外側フローライナ
ーとの間に用いられるものとしてシール部が開示された
が、当業者には明らかであるように、このシール部は、
比較的圧力差が小さい領域内での熱ガスの望ましくない
流れを防止するために、ガスタービンの他の部分におい
ても、使用できる。

【００２４】さらに、この発明は、その精神あるいは本
質的な特性から逸脱することなく、他の具体的な形態で
実施されてもよいということは解るであろう。従って、
この発明の範囲を示すものとして、先に述べた内容より
も特許請求の範囲を参照すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスタービンの排気部を通る長手方向に沿った
部分断面図である。

【図２】図１に符号IIの円で表示された部分の詳細図で
ある。

【図３】外側フローライナーの溝部付近でのシール部の
詳細図である。

【図４】シール部の上半部の図である。

【図５】図４に示されたシール部のクロス部が変形され
ない状態での平面図である。

【図６】この発明によるシール部の他の実施例の断面図
である。

【符号の説明】

１１ 外側フローライナー １５ シール部 １７ 空洞部 ２３ クロス ３１ ガス流通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス流通路と、このガス流通路に連通し
   た環状の空洞部と、前記ガス流通路および前記空洞部の
   間の境界を形成するライナーと、ガスの流れが前記ガス
   流通路から前記空洞部を通るのを防止するためのシール
   部とを備え、前記シール部は前記空洞部を通って延びた
   クロス部分を有している、ガスタービン。