JPH0771273A

JPH0771273A - ガスタービン

Info

Publication number: JPH0771273A
Application number: JP16424594A
Authority: JP
Inventors: Mark Inker; インカーマーク; Marcel Koenig; ケーニヒマーセル; Hugo Wetter; ヴェッターフーゴ
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Management AG
Priority date: 1993-07-17
Filing date: 1994-07-15
Publication date: 1995-03-14
Also published as: DE4324035C2; DE4324035A1

Abstract

(57)【要約】【目的】タービン部分及び燃焼室を備えたガスタービ
ンにおいて、タービン入口の、外方シエルのシール装置
及び案内装置を機能的に１つの個所に統合することがで
きるようにする。【構成】そのため外方シエル（１４）がそのタービン
部分に向い合う端部において運動可能なシール装置（２
０）を介してノズル保持体（３）に結合されており、該
シール装置（２０）は、熱に伴う外方シエル（１４）の
運動を軸方向及び半径方向に案内しかつ制限している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスタービン技術の領域
に関する。つまりタービン部分及び燃料室を備えたガス
タービンであって、高温ガスが該燃料室から外方に向っ
て、圧縮空気を案内するリング状の高圧室を介し、外方
シエルによって隔離されたタービン入口を通ってタービ
ン部分に到達するようになっており、該タービン部分
は、タービンノズルの装備された中空円筒状のノズル保
持体によって外套状に取り囲まれている形式のものに関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種のガスタービンはドイツ国特許第
２８３６５３９号明細書によって公知である。

【０００３】上記の明細書に述べられているようなガス
タービンにあっては、（例へばサイロ型の）１つの燃焼
室内で１つ又は複数のバーナを介して生成される高温ガ
スが、リング状のタービン入口を介して本来のタービン
部分へ案内されている。タービン入口は通常、外方シエ
ル及び内方シエルによって形成されている。タービン部
分はノズル保持体によって取り囲まれており、該ノズル
保持体は、前後に並んで位置する複数のクラウンをター
ビンノズルによってその内側に保持している。タービン
ノズルは動翼と交互に位置しており、該動翼は、軸線内
を延びるタービン軸に配置されていて、高温ガスによっ
て回転せしめられている。

【０００４】タービン入口は外方で所謂高圧室によって
取り囲まれており、該高圧室は運転の際、タービン部分
に接続されている圧縮機部分から発している圧縮空気に
よって負荷されている。圧縮空気は主としてバーナに供
給されるが、同時に熱的に強力な負荷を受ける装置の部
分のための、特にタービン入口の外方シエルのための、
冷却空気としても役立っている。当然のこと乍ら、良好
な運転のためにタービン入口は高圧室に対してシールさ
れていなければならない。しかし同時に、装置の種々の
運転状態（ホット、コールド、過渡期又はトリップの場
合）の際に発生する、熱に伴う外方シエルの膨脹、収縮
及びクリープ現象を検出乃至はコントロールして、運転
に悪影響が発生しないようにしなければならない。

【０００５】従来のガスタービンにあっては、特にター
ビン入口の外方シエルがそのタービン部分に向い合った
端部と共にノズル保持体に密に不動にフランジ付けされ
ている。それにもかかわらずシエル内の熱に伴う変化を
無効化せしめることができるようにするため、燃焼室に
向って移行部が設けられており、該移行部においてシエ
ルが、燃焼室の隣接する部分に対し相対的に滑動して案
内されうるようになっている。このシール機能と、補正
乃至案内機能とを分離するには、構造及び組立に対し比
較的多くの経費が必要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題はガスタ
ービンを改良して、タービン入口の、外方シエルのシー
ル装置及び案内装置を機能的に１つの個所に統合するこ
とができるようにすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では冒頭で述べた
形式のガスタービンにおいて、外方シエルがそのタービ
ン部分に向い合う端部において運動可能なシール装置を
介してノズル保持体に結合されており、該シール装置
は、熱に伴う外方シエルの運動を軸方向及び半径方向に
案内しかつ制限していることによって、上記課題を解決
することができた。このような多機能の構造部材を使用
することによってその構造を著しく簡素化することがで
きる。

【０００８】

【発明の効果】本発明に基くガスタービンの有利な第１
の構成によれば、シール装置が円形リング状に形成され
ており、かつセグメントギャップによって相互に分離さ
れて円形リング区分の形状を成している多数の個々のシ
ールセグメントから成っており、その際個々のシールセ
グメントが僅かな度数、殊に約１０°のセグメント角度
を有している。シール装置を個々のセグメントに分配す
ることにより、シールセグメントを部分分解することに
よって２つの（夫々１８０°覆っている）半部から成る
外方シエルを（水平な）分離平面で溶接することが可能
である。

【０００９】本発明に基くガスタービンの有利な第２の
構成によれば、シールセグメントが剛性のプレートとし
て形成されており、該プレートは、その外方縁部によっ
てノズル保持体に案内されかつその内方縁部によって外
方シエルの端部に運動可能に支承されている。その際シ
ールセグメントの運動可能な支承部のために、外方シエ
ルの端部に外方の環状支承溝を備えたリング状のセグメ
ント保持体が取り付けられており、その環状支承溝にシ
ールセグメントが、軸方向に旋回可能であるようにセグ
メント脚部で挿入されている。またシールセグメントを
ノズル保持体に案内するため、ノズル保持体の、タービ
ン入口側の端面に、内方に向いたクランプ状の保持セグ
メントが取り付けられており、該保持セグメントはノズ
ル保持体の端面と協働して半径方向の案内溝を形成し、
該案内溝内でシールセグメントは、その外方縁部に１体
成形された厚肉部により外方に向って制限されて半径方
向に滑動可能である。更に半径方向の運動を内方へ制限
するために、保持セグメントの内側に夫々１つの環状の
切欠きが設けられており、該切欠きはその内方縁部によ
って半径方向のストッパを形成し、またシールセグメン
トが対応する環状の突起によって切欠きに係合してい
る。これによって外方及び内方に向う外方シエルの対称
的な回動が確実に阻止されるようになり、かつ燃焼室か
らの同心的なタービン入口が保証されるようになる。

【００１０】本発明のガスタービンの別の有利な構成に
よれば、外方シエルがその外側に外方シエルから離隔し
た案内薄板を保持し、該案内薄板は外方シエルと協働し
て冷却空気通路を形成しており、また案内薄板は、ター
ビン部分に向い合う側で所定の間隔を置いてシール装置
の前方で終了しており、そのため圧縮空気が高圧室から
冷却空気としてシール装置に沿って冷却空気通路内に入
り込むことができるという特徴を有している。これによ
って冷却空気が、シエルの各センタリング位置において
シエル端部にまで確実に案内されるようになる。

【００１１】その他の構成が、関連する請求項に述べら
れている。

【００１２】

【実施例】次に本発明を、実施例に基き図面を参照し乍
ら詳しく説明する。

【００１３】図１には、本発明に基く運動可能なシール
装置を備えた（冷間状態における）ガスタービンの有利
な実施例が、軸線平行な区分状の断面図で図示されてい
る。図１には、燃焼室に接続しているタービン入口１９
の外方シエル１４と、タービンノズルを装備したガスタ
ービンのタービン部分のノズル支持体３との間の、移行
部が認められる。外方シエル１４はタービン入口１９
を、外方に位置して圧縮空気で負荷されている高圧室１
８から分離している。

【００１４】タービン部分に向い合っている外方シエル
１４の端部とノズル支持体３との間には、円形リングセ
グメントの形状を成した個々のシールセグメント１０乃
至１０ａ〜１０ｃ（図２の（ｂ））から成る運動可能な
シール装置２０が設けられている。各シールセグメント
１０は、剛性的なプレートの形状（図２）を有し、その
下方端部は側方に突出した脚縁部２５を有している。シ
ールセグメントの上方縁部には厚肉部２１が１体成形さ
れており、その機能については、厚肉部２１の下方の側
方に突出している突起２２の機能と一緒に、次に詳しく
説明することにする。

【００１５】シール装置２０のシールセグメント１０
（図１）は、そのセグメント脚部２４によってセグメン
ト支承体１１の環状の支承溝１３に遊びを有して支承さ
れている。セグメント支承体１１は一方で外方シエル１
４の端部に固定されて、有利には溶接されている。支承
溝１３内でシールセグメントを確保するため支承溝１３
は、その一方の縁部に内方に向いた保持縁部１２を有
し、その後方でシールセグメント１０は、セグメント脚
部２４に１体成形された脚縁部２５で係合している。こ
のような形式で引張力と圧縮力とが、外方シエル１４と
シールセグメント１０との間で伝達可能となり、その際
同時に、セグメント支承部におけるシールセグメントの
簡単な組立と、軸方向におけるシールセグメント１０の
旋回性とが保証されている。

【００１６】シールセグメント１０をノズル支持体上に
案内するため、タービン入口側のノズル保持体３の端面
に、内方に向いたクリップ状の保持セグメント４が取り
付けられている（例へばねじピン５によって螺着されて
いる）。保持セグメント４はノズル支持体３の端面と協
働して半径方向の案内溝６を形成し、その内方で厚肉部
２１を備えたシールセグメント１０が半径方向に滑動可
能である。案内溝６の底部を貫いて段部が保持セグメン
ト４内に形成されているが、該案内溝６の底部は半径方
向のスライドを外方に向って制限している。対応する制
限機能が突起２３によってシールセグメント１０に与え
られており、該突起２３は極端な場合ノズル支持体３の
内方縁部に当接するようになっている。

【００１７】内側に向かうシールセグメント１０の半径
方向のスライドを制限するため、保持セグメント４の内
側部に環状の切欠き７が設けられており、該切欠き７は
その内方縁部によって半径方向のストッパ８を形成して
いる。一方でシール部材１０には、対応する環状の突起
２２が形成されており、該突起２２は切欠き７に係合し
ている。つまり外方シエル１４がタービンの運転中加熱
又は冷却によって膨脹又は収縮すると、厚肉部２１を備
えたシールセグメントが案内溝６内を外方又は内方に向
って滑動する。半径方向における制限部によって外方シ
エル１４ひいては全タービン入口１９は、この変化の際
タービン部分に関し充分にセンタリングされたままで留
まるように保証されている。

【００１８】シール機能及び案内機能の外にシールセグ
メント１０は、冷却空気流れを変向させるための機能も
有している（図１の流れ矢印を参照のこと）。外方シエ
ル１４は通常、その高圧室１８に向い合う外側部に、外
方シエルから離れて間隔保持体１５によって保持されて
いる案内薄板１６を有し、該案内薄板１６は外方シエル
１４と協働して冷却空気通路１７を形成している。冷却
空気通路１７を貫通して圧縮空気が高圧室１８から外方
シエル１４の冷却部へ案内され、そしてタービン部分の
側から燃焼室の方向へと案内されている。この目的のた
めに案内薄板１６は、タービン部分に向い合う側のシー
ル装置２０の前方で終了している。シール装置２０のシ
ールセグメント１０は薄板端部の領域で軽く湾曲して形
成されており、そのために圧縮空気は、外方シエル１４
のセンタリングされた夫々の位置の薄板端部の周辺で高
圧室１８から冷却空気通路１７内に入り込むことができ
る。

【００１９】図２の（ｂ）から判るように、シール装置
２０は個々のシール部材１０ａ〜１０ｃと一緒になっ
て、全体で完全な円形リングを形成している。各シール
セグメント１０ａ〜１０ｃは、僅かな度数の湾曲角度又
はセグメント角度を備えた円形リング湾曲体の湾曲部材
を形成している。その際約１０°のセグメント角度、つ
まり全部で３６個のシールセグメントを使用すると好都
合であることが実証された。周方向における個々のシー
ルセグメント１０ａ〜１０ｃの勝手な運動を阻止するた
め、シールセグメント１０ａ〜１０ｃは支承溝１３に適
合した固定手段によって固定されており、該固定手段は
図面を見易くするために図示されていない。有利には固
定手段としてピンが使用されており、該ピンは、軸方向
で支承溝１３を貫通して横方向に延び、かつ必要な遊び
を備えて貫通孔又は長手スリットを貫きセグメント脚部
材２４内に延びている。

【００２０】個々のシールセグメント１０ａ〜１０ｃの
間にはセグメントギャップ２６が形成されており、その
幅は、セグメントの半径方向の運動が所望の範囲内で可
能であるように選択されている。勿論空気は、一定の外
周部においてセグメントギャップ２６を貫通して―その
他はセグメント脚部２４周辺で支承溝１３を貫通して―
高圧室１８からタービン部分内に流入しており、しかも
シールセグメントが半径方向で外層に向ってスライド
し、それによってギャップ幅が増大すればする程その空
気量は増加する。ノズル支持体３の隣接する面において
空気流が浸蝕摩耗を引き起すことがないようにするた
め、この面は抵抗力のあるカバー薄板２によって覆われ
ている。

【００２１】半径方向における外方シエル１４のスライ
ドの外に外方シエルは、軸方向における（タービン部分
からの）負荷の元でクリープを起すおそれがある。この
ようなクリープを制限するため、保持セグメントの内方
縁部がシールセグメント１０のためのストッパ９として
形成されている。外方シエル１４がクリープによって右
側に移動する場合には、シールセグメント１０が軸方向
のストッパ９に当接し、それによって過度なクリープを
確実に阻止することができる。

【００２２】図１の図面は、不作業時における冷間ガス
タービンの場合を表わしている。この例では外方シエル
１４、シールセグメント１０が、半径方向の案内溝６か
ら相対的に遠くに引き出されうるように、比較的小さな
直径を有している。図１に比較し得る図３乃至図５の図
面には、タービンの別の運転状態が表わされている。

【００２３】図３には、タービンの立上り時に発生する
ような過渡的な運転状態の場合が図示されている。この
場合外方シエル１４は、未だ冷間状態にあるタービン部
分に比較して特に強力に膨脹し、そのためシールセグメ
ント１０が、実用的には外方に向って半径方向の制限部
に突き当るようになる。図４には、ホットである正常な
運転状態の場合が図示されている。

【００２４】この場合はノズル支持体３と外方シエル１
４とが同程度に加熱されているので、シールセグメント
１０は半径方向で相対的に離れて外方に位置するように
なり、制限部には突き当らないようになる。更に図５に
は、トリップの場合、つまり緊急遮断の場合が図示され
ている。この場合は先づ外方シエル１４が冷却装置によ
って収縮し、一方タービン部分は未だ比較的ホットな状
態のままである。これに対応してシールセグメントが半
径方向で内方に向って移動し、かつシールセグメント１
０がその突起２２で半径方向のストッパ８に当接するよ
うになる。各場合共選択された構造によってタービン入
口１９のセンタリングが完全に保証されている。

【００２５】本発明の多機能的なシール装置によって、
ノズル支持体におけるタービン入口の接続部は全体とし
て次の様な利点を有している。つまり（イ）極めて複
雑な機能が１つの構造部材内に組み込まれており、
（ロ）隣接する総ての部分が簡単な回転部分であって
そのままの状態で保持されており、（ハ）シエルの
（水平な）分離面においてシエル半部の溶接部からシー
ルセグメントを部分分解することが可能であり（２×１
８０°）（ハ）シエルの対称的な膨脹が外方及び内方に向って
阻止されており、それによって燃焼室に対する同心的な
タービン入口が保証されており、（ホ）シエル端部ま
での冷却空気の制御された案内が、各センタリング位置
において保証されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基く運動可能なシール装置を備えた
（冷間状態における）ガスタービンの、有利な実施例の
軸線平行な区分断面図である。

【図２】図１のシール装置の個々のシールセグメント
の、横断面図（ａ）と平面図（ｂ）とであって、横断面
図（ａ）は（ｂ）の線Ａ−Ａに沿って断面を示してい
る。

【図３】過渡的な状態における図１のガスタービンの図
である。

【図４】ホットな状態における図１のガスタービンの図
である。

【図５】緊急遮断（トリップ）の場合における図１のガ
スタービンの図である。

【符号の説明】

１タービンノズル２カバー薄板３ノズル保持体４保持セグメント５ねじピン６案内溝７切欠き８半径方向ストッパ９軸方向ストッパ１０ａ〜１０ｃシールセグメント１１セグメント支承体１２保持縁部１３支承溝１４外方シエル１５間隔保持体１６案内薄板１７冷却空気通路１８高圧室１９タービン入口２０シール装置２１厚肉部２２，２３突起２４セグメント脚部２５セグメント縁部２６セグメントギャップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タービン部分及び燃料室を備えたガスタ
ービンであって、高温ガスが該燃料室から外方に向っ
て、圧縮空気を案内するリング状の高圧室（１８）を介
し、外方シエル（１４）によって隔離されたタービン入
口（１９）を通ってタービン部分に到達するようになっ
ており、該タービン部分は、タービンノズル（１）の装
備された中空円筒状のノズル保持体（３）によって外套
状に取り囲まれている形式のものにおいて、外方シエル（１４）がそのタービン部分に向い合う端部
において運動可能なシール装置（２０）を介してノズル
保持体（３）に結合されており、該シール装置（２０）
は、熱に伴う外方シエル（１４）の運動を軸方向及び半
径方向に案内しかつ制限していることを特徴とするガス
タービン。
【請求項２】シール装置（２０）が円形リング状に形
成されており、かつセグメントギャップ（２６）によっ
て相互に分離された、円形リング区分の形状を成してい
る多数の個々のシールセグメント（１０ａ〜１０ｃ）か
ら成っていることを特徴とする、請求項１記載のガスタ
ービン。
【請求項３】個々のシールセグメント（１０ａ〜１０
ｃ）が僅かな度数、殊に約１０°のセグメント角度を有
していることを特徴とする、請求項２記載のガスタービ
ン。
【請求項４】シールセグメント（１０ａ〜１０ｃ）が
剛性のプレートとして形成されており、該プレートは、
その外方縁部によってノズル保持体（３）に案内されか
つその内方縁部によって外方シエル（１４）の端部に運
動可能に支承されていることを特徴とする、請求項２又
は３記載のガスタービン。
【請求項５】シールセグメント（１０ａ〜１０ｃ）の
運動可能な支承部のために、外方シエル（１４）の端部
に外方の環状支承溝（１３）を備えたリング状のセグメ
ント保持体（１１）が取り付けられており、その環状支
承溝（１３）にシールセグメント（１０ａ〜１０ｃ）
が、軸方向に旋回可能であるようにセグメント脚部（２
４）で挿入されていることを特徴とする、請求項４記載
のガスタービン。
【請求項６】環状支承溝（１３）内でシールセグメン
ト（１０ａ〜１０ｃ）を確保するため、環状支承溝（１
３）がその一方の縁部に内方に向いた保持縁部（１２）
を有し、シールセグメント（１０ａ〜１０ｃ）が、セグ
メント脚部（２４）に１体成形された脚縁部（２５）に
よって前記保持縁部（１２）の後方に係合していること
を特徴とする、請求項５記載のガスタービン。
【請求項７】シールセグメント（１０ａ〜１０ｃ）を
ノズル保持体（３）に案内するため、ノズル保持体
（３）の、タービン入口（１９）側の端面に、内方に向
いたクランプ状の保持セグメント（４）が取り付けられ
ており、該保持セグメント（４）はノズル保持体（３）
の端面と協働して半径方向の案内溝（６）を形成し、該
案内溝（６）内でシールセグメント（１０ａ〜１０ｃ）
は、その外方縁部に１体成形された厚肉部（２１）によ
り外方に向って制限されて半径方向に滑動可能であるこ
とを特徴とする、請求項４記載のガスタービン。
【請求項８】半径方向の運動を内方へ制限するため
に、保持セグメント（４）の内側に夫々１つの環状の切
欠き（７）が設けられており、該切欠き（７）はその内
方縁部によって半径方向のストッパ（８）を形成し、ま
たシールセグメント（１０ａ〜１０ｃ）が対応する環状
の突起（２２）によって切欠き（７）に係合しているこ
とを特徴とする、請求項７記載のガスタービン。
【請求項９】保持セグメント（４）の内方縁部がシー
ルセグメント（１０ａ〜１０ｃ）のための軸方向のスト
ッパ（９）として構成されており、該軸方向のストッパ
（９）は、シールセグメント（１０ａ〜１０ｃ）のスラ
イドを制限し、ひいては軸方向で外方シエル（１４）の
スライドをも制限していることを特徴とする、請求項７
記載のガスタービン。
【請求項１０】シールセグメント（１０ａ〜１０ｃ）
が周方向において支承溝（１３）内に設けられた固定手
段によって固定されていることを特徴とする、請求項４
から８までのいずれか１項記載のガスタービン。
【請求項１１】外方シエル（１４）がその外側に外方
シエル（１４）から離隔した案内薄板（１６）を保持
し、該案内薄板（１６）は外方シエル（１４）と協働し
て冷却空気通路（１７）を形成しており、また案内薄板
（１６）は、タービン部分に向い合う側で所定の間隔を
置いてシール装置（２０）の前方で終了しており、その
ため圧縮空気が高圧室（１８）から冷却空気としてシー
ル装置（２０）に沿って冷却空気通路（１７）内に入り
込むことができることを特徴とする、請求項１から１０
までのいずれか１項記載のガスタービン。