JP6966354B2 - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Description

本発明はガスタービン燃焼器に係り、特に、ガスタービンのタービン静翼とトランジションピースの出口部に設置された額縁との連結部外周に、圧縮機からの圧縮空気が上記連結部からタービン側に流入しないようにシールするシール部材が設置されているものに好適なガスタービン燃焼器に関する。

一般に、ガスタービンは、圧縮機と燃焼器及びタービンとを備えて構成されており、圧縮機で圧縮された空気が燃焼器に供給され、他から供給される燃料と共に燃焼ガスが生成され、燃焼ガスがガスタービンで膨張されるようになっている。

燃焼器は、ガスタービンの周方向に複数配置され、それぞれの燃焼器では、トランジションピースの上流域で燃料と空気の混合流体が燃焼され、燃焼ガスはトランジションピースからガスタービン側の第１段静翼部に送られる。

ところで、燃焼器車室内に格納された燃焼器には圧縮機からの圧縮空気が供給されるが、圧縮空気はトランジションピースを含む燃焼器の周囲に送られて冷却を行い、その後、燃焼器に供給される構造になっているため、トランジションピースとガスタービン側の第１段静翼部との連結部の隙間から圧縮機からの圧縮空気がタービン側に流入し、燃焼ガスの温度低下や燃焼に関与しない空気の無駄な消費などにより、ガスタービンの運転効率を悪くする恐れがあった。

このようなことから、ガスタービン燃焼器のトランジションピースとタービン側との連結部に、圧縮機からの圧縮空気が連結部からタービン側に流入しないように、タービン側の第１段静翼部とトランジションピースの出口側との隙間をシールするシール部材が採用され、このシール部材は、通常、トランジションピースの出口部に設置された額縁に装着されている。

上記した圧縮機からの圧縮空気が連結部からタービン側に流入しないように、タービン側の第１段静翼部とトランジションピースの出口側との隙間をシールするシール部材（フローティングシール材とサイドシール材とから成る）が、トランジションピースの出口部に設置された額縁に装着されたものが特許文献１及び２に記載されている。

この特許文献１及び２には、トランジションピースは、入口が円筒形状で出口が逆台形状に形成され、このトランジションピースの下流側には、トランジションピースの出口の逆台形状に合致した形状の額縁が設置され、逆台形状に形成された額縁の出口側がタービン側の静翼部に接続されると共に、前記額縁の出口側の外周には額縁シール溝が形成され、この額縁シール溝の上下には浮動するシール部材であるフローティングシール材が係合され、額縁シール溝の両側にはシール部材であるサイドシール材が装着されていることが開示され、フローティングシール材は、Ｕ字状に形成された一方の端部を額縁シール溝内に挿入されて係合し、他方の端部にはＵ字状先端部から外方に直角に延在する係合辺が形成され、この係合辺が、トランジションピースの下流側の額縁に対向して位置するガスタービンの第１段静翼部に形成された静翼シール溝に挿入されて係合していることが記載されている。

特開２００６−２１４６７１号公報 特開２００３−１９３８６６号公報

ところで、上述した特許文献１及び２のガスタービン燃焼器においては、燃焼ガスの燃焼や流動による振動によって、フローティングシール材が周方向及び軸方向に可動すると、フローティングシール材のＵ字状先端部と相手側部材である額縁との間が摺動し、特に、特許文献１及び２のように、シール溝に挿入されて係合により組み上げられた部材で振動が発生した場合には、部材同士の接触部で摩耗が発生し、高温下で摩耗損傷が生じる恐れがある。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、燃焼ガスの燃焼や流動による振動があっても、シール部材の周方向及び軸方向への可動を抑制して、部材同士の接触部での摩耗の発生を防ぐことができるガスタービン燃焼器を提供することにある。

本発明のガスタービン燃焼器は、上記目的を達成するために、高温の燃焼ガスが内部に流れる燃焼器のトランジションピースと、該トランジションピースの下流側（出口部）に設置された額縁とを備え、前記額縁とタービン側の静翼部との連結部に、該連結部から前記タービン側への圧縮機からの圧縮空気の流入を阻止するシール部材が設置されているガスタービン燃焼器であって、前記額縁の外周に突起部材を設けると共に、前記突起部材と合致し、前記シール部材の可動を抑制する可動抑制手段を前記シール部材に設け、前記可動抑制手段と前記突起部材が嵌合して前記シール部材が固定され、前記突起部材は前記トランジションピースのガス流通方向の上流側に延びており、かつ、前記可動抑制手段は前記突起部材と合致する切欠きであり、前記切欠きに前記突起部材が嵌合されて前記シール部材が固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、燃焼ガスの燃焼や流動による振動があっても、シール部材の周方向及び軸方向への可動を抑制して、部材同士の接触部での摩耗の発生を防ぐことができる。

本発明のガスタービン燃焼器の実施例１の全体構成を示す図である。 本発明のガスタービン燃焼器の実施例１に採用されるトランジションピースの出口側を、シール部材を分解して示す斜視図である。 本発明のガスタービン燃焼器の実施例１に採用されるトランジションピースの額縁とタービンの初段静翼との接合部を示す図である。 図３におけるトランジションピースの額縁とタービンの初段静翼との接合部の詳細を示す部分拡大図である。 図３におけるトランジションピースの額縁に設置された突起部材がシール材に形成された貫通孔に嵌合された状態を示す平面図である。 本発明のガスタービン燃焼器の実施例１に採用されるシール材を示す図である。 図６の平面図である。 本発明のガスタービン燃焼器の実施例２に採用されるトランジションピースの額縁とタービンの初段静翼との接合部の詳細を示す部分拡大図である。 図８におけるトランジションピースの額縁に設置された突起部材が耐摩耗ピースを介してシール材に形成された貫通孔に嵌合された状態を示す平面図である。 本発明のガスタービン燃焼器の実施例３に採用されるトランジションピースの額縁とタービンの初段静翼との接合部の詳細を示す部分拡大図である 本発明のガスタービン燃焼器の実施例３に採用されるシール材を示す図である。 図１１におけるトランジションピースの額縁に設置された突起部材がシール材に形成された切欠きに嵌合された状態を示す平面図である

以下、図示した実施例に基づいて本発明のガスタービン燃焼器及びトランジションピースを説明する。なお、以下で説明する各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１に、本発明のガスタービン燃焼器の一例として、発電プラント向けガスタービン燃焼器の全体構成を示す。

図１に示すように、ガスタービン燃焼器は、高温の燃焼ガス１０７が内部に流れる燃焼器のトランジションピース４と、このトランジションピース４の周囲にあって、トランジションピース４を内包するトランジションピースフロースリーブ５と、このトランジションピースフロースリーブ５とトランジションピース４の間に形成され、圧縮機３００から吐出された高温高圧の圧縮空気１００を流す流路９と、トランジションピース４に接続されるライナー６と、トランジションピースフロースリーブ５に接続され、ライナー６の外周に同心円上に配置されて圧縮空気１００の流れ１０２が通る間隙を形成するライナーフロースリーブ７とから概略構成されている。

そして、圧縮機３００から導入された圧縮空気１００は、ディフューザ１から車室２に導入され、トランジションピースフロースリーブ５とトランジションピース４とで形成される間隙（流路９）に流入する（矢印２０で示す）。

即ち、ディフューザ１から車室２に導入された圧縮空気１００は、トランジションピースフロースリーブ５の下流側端部に形成された開口部から、トランジションピースフロースリーブ５とトランジションピース４とで形成される流路９に入る流れ２０となる。

その後、流路９に流入した圧縮空気１００は、流れ１０１で示すように、ライナー６とライナー６の外周に同心円上に配置されたライナーフロースリーブ７との間隙を通る流れ１０２となる。そして、流れを反転させバーナ部に導入する流れ１０３、１０４となり、燃料系統２００、２０１から供給される燃料と混合し、ライナー６内部の燃焼室８で火炎１０５、１０６を形成し高温高圧の燃焼ガス１０７となる。その後に、トランジションピース４からタービン３０１に導入する燃焼ガス１０８となるが、ガスタービンでは、高温高圧の燃焼ガス１０８が断熱膨張する際に発生する仕事量を、タービン３０１において軸回転力に転換することにより、発電機３０２から出力を得ている。なお、図示する燃焼器は、予混合燃焼バーナ（メインバーナ）と拡散燃焼バーナ（パイロットバーナ）によって構成しており、予混合バーナに供給される燃料を符号２０１、拡散燃焼バーナに供給される燃焼を符号２００として表示している。

ところで、燃焼器には圧縮機３００からの圧縮空気１００が供給されるが、圧縮空気１００はトランジションピース４を含む燃焼器の周囲に送られて冷却を行い、その後、燃焼器に供給される構造になっている。そして、トランジションピース４とタービン側の第１段静翼部１４（図３参照）との連結部の隙間から圧縮機３００からの圧縮空気１００がタービン側に漏れてしまうと、そのリーク分はトランジションピース４の冷却や燃焼ガス１０７の生成に寄与せず、ガスタービンの運転効率を低下させる要因となるこのため、ガスタービン燃焼器のトランジションピース４とタービン側との連結部に、圧縮機３００からの圧縮空気１００が連結部からタービン側に流出しないように、タービン側の第１段静翼部１４とトランジションピース４の出口側との隙間をシールするシール部材１０（図２及び図３参照）が採用され、このシール部材１０は、通常、トランジションピース４の出口部に設置された額縁１１（図２及び図３参照）に装着されている。

図２を用いて、シール部材１０と額縁１１について説明する。図２は、トランジションピース４の出口側の詳細を示す。

図２に示すように、シール部材１０は、フローティングシール材１０ａ、１０ｂとサイドシール材１０ｃ、１０ｄから成り、トランジションピース４は、燃焼ガスの入口（燃焼器ライナー側）が円筒形状で出口（タービン側）が逆台形状に形成され、このトランジションピース４の下流側（タービン側）には、トランジションピース４の出口の逆台形状に合致した形状の額縁１１が設置され、逆台形状に形成された額縁１１の出口側がタービン側の第１段静翼部１４（タービン入口部）に接続される。そして、この額縁１１の上下側（径方向内側と外側）にフローティングシール材１０ａ、１０ｂが、側方側にサイドシール材１０ｃ、１０ｄが装着されている。

次に、図３、図４、図５、図６及び図７を用いて、本実施例におけるシール部材１０の額縁１１への固定構造について説明する。

図３及び図４に示すように、本実施例では、額縁１１の外周に、トランジションピース４の半径方向外側及び内側（図３及び図４の上下方向）に延びる突起部材１２（図５参照）を設けると共に、この突起部材１２と合致する貫通孔１３（突起部材１２の延伸方向から見た外形と対応した形状の開口部）をフローティングシール材１０ａ、１０ｂに設け、フローティングシール材１０ａ、１０ｂの貫通孔１３に突起部材１２が嵌合されてフローティングシール材１０ａ、１０ｂが固定されている。

上記したフローティングシール材１０ａ、１０ｂは、額縁１１に固定される固定部１０ａ１、１０ｂ１と、トランジションピース４とタービンの連結部間をシールするシール部１０ａ２、１０ｂ２によって構成される。固定部１０ａ１、１０ｂ１は、額縁１１の半径方向外側及び内側に設けられた凸部に沿って円弧状に湾曲した形状である、例えば、図３、図４のようなＵ字状に形成されている。また、固定部１０ａ１、１０ｂ１には、額縁１１に装着したときに前述の突起部材１２と対応する位置に貫通孔１３が形成されている。図３、図４の例では、Ｕ字状に湾曲する固定部１０ａ１、１０ｂ１の頂部の位置に貫通孔１３を形成している。

また、固定部１０ａ１、１０ｂ１の下流側（図３、図４に向かって右側）には、トランジションピース４とタービン入口の連結部をシールするシール部１０ａ２、１０ｂ２が接続されている。このシール部１０ａ２、１０ｂ２は、Ｕ字状の固定部１０ａ１、１０ｂ１の下流側の終端部から直角に屈曲し、額縁１１の出口部の外表面に沿って下流側に延在する係合片である。

そして、タービン側には、額縁１１と対向する面に、燃焼ガス流れ方向の上流側に開口部が形成されたシール溝１４ａを備えている。このシール溝１４ａは、額縁１１と対向する面に周方向に延伸して形成されている。シール溝１４ａには、フローティングシール材１０ａ、１０ｂのシール部１０ａ２、１０ｂ２の下流側が挿入されている。このシール溝１４ａにシール部１０ａ２、１０ｂ２が嵌合されることで、周方向に沿って形成される結合部の間隙がシールされる。また、突起部材１２を貫通孔１３に嵌合させているため、フローティングシール材１０ａ、１０ｂの周方向に対する動きを拘束することができる。

これにより、トランジションピース４の下流側の額縁１１とガスタービン側の第１段静翼部１４（図３参照）との連結部の軸方向間隙からタービン流路内部に、圧縮空気１００が流れるのを防止すると共に、フローティングシール材１０ａ、１０ｂが脱落しないような構造になっている。

上述した突起部材１２の形状は、例えば直方体状で、側面の辺にはＲ加工が施されたものである。また、突起部材１２の形状が円柱状であったり、突起部材１２の個数が２個以上であっても本実施例の効果は妨げない。

なお、図２に示す額縁１１の周方向の内周側（腹側）及び外周側（背側）は、タービン側の第１段静翼１４を設置した流路に合致するように円弧上に湾曲した形状となっている。

このような本実施例の構成、即ち、額縁１１に設けられた突起部材１２とフローティングシール材１０ａ、１０ｂに形成された貫通孔１３の嵌合により、フローティングシール材１０ａ、１０ｂのタービン周方向及び軸方向への可動が抑制される。

また、貫通孔１３と突起部材１２の嵌合面のみにより、フローティングシール材１０ａ、１０ｂの周方向の可動が決まるため、貫通孔１３と突起部材１２の嵌合面の精度の管理のみにより、フローティングシール材１０ａ、１０ｂの周方向の可動範囲、即ち、位置精度を管理できる。

このため、本実施例の構成によれば、フローティングシール材１０ａ、１０ｂの周方向の可動量抑制が容易であり、位置精度を高く保つことに有利である。

また、ガスタービンの車室２へトランジションピース４を組込む際、予めフローティングシール材１０ａ、１０ｂ及びサイドシール１０ｃ、１０ｄを額縁１１に装着しておくことで、車室２内のスペースが小さくてもフローティングシール材１０ａ、１０ｂ及びサイドシール材１０ｃ、１０ｄを組込むことができる。

この時、隣接する燃焼器缶のフローティングシール材１０ａ、１０ｂ同士が接触しないようにするため、隣接するフローティングシール材１０ａ、１０ｂの間には、タービン周方向に組込み用の裕度を考慮した間隙が必要である。

本実施例では、突起部材１２と貫通孔１３の嵌合によりフローティングシール材１０ａ、１０ｂを保持することで、フローティングシール材１０ａ、１０ｂのタービン周方向の位置精度を高く保つことができるため、隣接するフローティングシール材１０ａ、１０ｂ間の周方向の間隙を小さくすることができる。この結果、シール性を高く保つことができ、低ＮＯｘや逆火防止を実現できる。

更に、フローティングシール材１０ａ、１０ｂの可動量を小さくしていることにより、フローティングシール材１０ａ、１０ｂの額縁１１に対する摺動距離が小さくなる。このため、フローティングシール材１０ａ、１０ｂと額縁１１の接触面における摩耗量を減らすことができ、フローティングシール材１０ａ、１０ｂと額縁１１の長寿命化を実現できる。

このような本実施例によれば、燃焼ガスの燃焼や流動による振動があっても、フローティングシール材１０ａ、１０ｂのタービン周方向及び軸方向への可動を抑制して、部材同士の接触部での摩耗の発生を防ぐことができることは勿論、フローティングシール材１０ａ、１０ｂのタービン周方向の位置精度を高く保つことができ、容易な組立と高いシール性能による低ＮＯｘ化や逆火を防止する効果があり、更に、長寿命化を達成するガスタービン燃焼器のトランジションピースを実現することができる。

次に、本発明のガスタービン燃焼器の実施例２について、図８及び図９を用いて説明する。

該図に示す本実施例では、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の貫通孔１３に、耐摩耗ピース１５を介して突起部材１２が挿入されてフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）が固定されていることを特徴とする。

具体的には、トランジションピース４の半径方向（図８の上下方向）に延びる突起部材１２を有し、この突起部材１２には、額縁１１側より半径方向の先端部が細くなって段差部１２ｃが形成されると共に、突起部材１２の先端部にはおねじ１２ａが切られ、このおねじ１２ａ部分にナット１６を係合して締め付けることにより、突起部材１２の先端部に挿入されている耐摩耗ピース１５を介して、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）が突起部材１２の段差部１２ｃに固定されている。

更に、ナット１６により締め付けられる面とは反対側で、突起部材１２の段差部１２ｃと接触する耐摩耗ピース１５の面に、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の落下を防止する面１５ａが形成されている。

また、本実施例でも実施例１と同様に、トランジションピース４は、燃焼ガスの入口（燃焼器ライナー側）が円筒形状で出口（タービン側）が逆台形状に形成され、このトランジションピース４の下流側（タービン側）に、トランジションピース４の出口の逆台形状に合致した形状の額縁１１が設置され、逆台形状に形成された額縁１１の出口側がタービン側の第１段静翼部１４（タービン入口部）に接続される。そして、この額縁１１の上下側（径方向内側と外側）にフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）が、側方側にサイドシール材１０ｃ、１０ｄが装着されている。

また、本実施例のフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）は、実施例１と同様に、額縁１１に固定される固定部１０ａ１（１０ｂ１）と、トランジションピース４とタービンの連結部間をシールするシール部１０ａ２（１０ｂ２）によって構成される。固定部１０ａ１（１０ｂ１）は、額縁１１の半径方向外側及び内側に設けられた凸部に沿って円弧状に湾曲した形状である、例えば、図８のようなＵ字状に形成されている。また、固定部１０ａ１（１０ｂ１）には、額縁１１に装着したときに前述の突起部材１２と対応する位置に貫通孔１３が形成されている。図８の例では、Ｕ字状に湾曲する固定部１０ａ１（１０ｂ１）の頂部の位置に貫通孔１３を形成している。

また、固定部１０ａ１（１０ｂ１）の下流側（図８に向かって右側）には、トランジションピース４とタービン入口の連結部をシールするシール部１０ａ２（１０ｂ２）が接続されている。このシール部１０ａ２（１０ｂ２）は、Ｕ字状の固定部１０ａ１（１０ｂ１）の下流側の終端部から直角に屈曲し、額縁１１の出口部の外表面に沿って下流側に延在する係合片である。

そして、タービン側には、額縁１１と対向する面に、燃焼ガス流れ方向の上流側に開口部が形成されたシール溝１４ａを備えている。このシール溝１４ａは、額縁１１と対向する面に周方向に延伸して形成されている。シール溝１４ａには、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）のシール部１０ａ２（１０ｂ２）の下流側が挿入されている。このシール溝１４ａにシール部１０ａ２（１０ｂ２）が嵌合されることで、周方向に沿って形成される結合部の間隙がシールされる。また、突起部材１２を貫通孔１３に嵌合させているため、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の周方向に対する動きを拘束することができる。

これにより、トランジションピース４の下流側の額縁１１とガスタービン側の第１段静翼部１４（図８参照）との連結部の軸方向間隙からタービン流路内部に、圧縮空気１００が流れるのを防止すると共に、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）が脱落しないような構造になっている。

更に、本実施例での突起部材１２の根元部１２ｂは直方体状に形成され、この直方体状の突起部材１２の側面の角にはＲ加工が施されている。

上述したフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）に形成された貫通孔１３と耐摩耗ピース１５の嵌合面及び耐摩耗ピース１５と突起部材１２の嵌合面のみにより、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）のタービン周方向及び軸方向の可動が決まる。

このため、前記３つの部材（耐摩耗ピース１５、突起部材１２、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ））の嵌合面の精度の管理のみにより、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）のタービン周方向の可動範囲、即ち、位置精度を管理できるので、本実施例の構造とすることにより、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）のタービン周方向の可動量抑制が容易であり、位置精度を高く保つことに有利である。

また、ガスタービンの車室２へトランジションピース４を組込む際、予めフローティングシール材１０ａ、１０ｂ及びサイドシール１０ｃ、１０ｄを額縁１１に装着しておくことで、車室２内のスペースが小さくてもフローティングシール材１０ａ、１０ｂ及びサイドシール材１０ｃ、１０ｄを組込むことができる。

この時、隣接する燃焼器缶のフローティングシール材１０ａ、１０ｂ同士が接触しないようにするため、隣接するフローティングシール材１０ａ、１０ｂの間には、タービン周方向に組込み用の裕度を考慮した間隙が必要である。

本実施例では、突起部材１２及び耐摩耗ピース１５と貫通孔１３の嵌合により、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）を保持することで、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）のタービン周方向の位置精度を高く保つことができ、隣接するフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）間の周方向の間隙を小さくすることができる。この結果、シール性を高く保つことができ、低ＮＯｘや逆火防止を実現できる。

更に、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）と耐摩耗ピース１５の間隙及び耐摩耗ピース１５と突起部材１２との間隙を小さくし可動量を小さくしていることにより、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の額縁１１に対する摺動距離が小さくなる。

このため、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）と額縁１１の接触面における摩耗量を減らすことができ、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）と額縁１１の長寿命化を実現できる。

また、耐摩耗ピース１１に、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の落下を防止するための面１５ａを形成することにより、トランジションピース４の組込時に、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の落下を防止でき、トランジションピース４の組込がより容易になる。

また、耐摩耗ピース１５がおねじ１２ａとナット１６による固定であることにより、溶接固定に比較してフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）及び耐摩耗ピース１５の取り外しが容易である。特に、ガスタービンのサイトにおいて、溶接技術を必要とせず、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）及び耐摩耗ピース１５を交換することができ、短時間、かつ、低コストでのメンテナンスを実現できる。

また、耐摩耗ピース１５により、突起部材１２とフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の接触を防ぎ、かつ、突起部材１２に接触する部材の接触面積をフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の場合に比べ大きくできることから、突起部材１２の嵌合面の面圧を小さくすることができ、突起部材１２の摩耗損傷量が低減され、長寿命化することができる。

更に、耐摩耗ピース１５、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の材料は、耐摩耗に有利な組み合わせを選ぶことが望ましく、例えばＨＳ２５同士の組み合わせが挙げられる。また、耐摩耗ピース１５と突起部材１２の材料の組み合わせも耐摩耗に有利な組み合わせを選ぶことが望ましく、例えばＨＳ２５同士が挙げられる。

このような本実施例によれば、燃焼ガスの燃焼や流動による振動があっても、フローティングシール材１０ａ、１０ｂのタービン周方向及び軸方向への可動を抑制して、部材同士の接触部での摩耗の発生を防ぐことができることは勿論、フローティングシール材１０ａ、１０ｂのタービン周方向の位置精度を高く保つことができ、容易な組立と高いシール性能による低ＮＯｘ化や逆火を防止する効果があり、更に、長寿命化を達成するガスタービン燃焼器のトランジションピースを実現することができる。

次に、本発明のガスタービン燃焼器の実施例３について、図１０、図１１及び図１２を用いて説明する。

該図に示す本実施例では、額縁１１の外周に、トランジションピース４のガス流通方向の上流側である燃焼器ライナー側（図１０の左方向）に延びる突起部材１７を設けると共に、この突起部材１７と合致する切欠き１８をフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）に設け、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の切欠き１８に突起部材１７が嵌合されてフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）が固定されていることを特徴とする。

また、本実施例では、突起部材１７の先端には、ボルト用穴が形成されており、更に、一方側がフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の一部を覆うことでトランジションピース４の半径方向（図１０の上方向）へのフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の落下を防止し、かつ、他端側の端部がボルト用穴にボルト２２とナット２１により、突起部材１７と共に固定される落下防止ピース１９を備えている。

なお、トランジションピース４の燃焼器ライナー側に延びる突起部材１７は、額縁１１と一体に形成されるか若しくは額縁１１に溶接により固定されている。

また、本実施例でも実施例１及び２と同様に、トランジションピース４は、燃焼ガスの入口（燃焼器ライナー側）が円筒形状で出口（タービン側）が逆台形状に形成され、このトランジションピース４の下流側（タービン側）には、トランジションピース４の出口の逆台形状に合致した形状の額縁１１が設置され、逆台形状に形成された額縁１１の出口側がタービン側の第１段静翼部１４（タービン入口部）に接続される。そして、この額縁１１の上下側（径方向内側と外側）にフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）が、側方側にサイドシール材１０ｃ、１０ｄが装着されている。

また、上記したフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）は、実施例１及び２と同様に、額縁１１に固定される固定部１０ａ１（１０ｂ１）と、トランジションピース４とタービンの連結部間をシールするシール部１０ａ２（１０ｂ２）によって構成される。固定部１０ａ１（１０ｂ１）は、額縁１１の半径方向外側及び内側に設けられた凸部に沿って円弧状に湾曲した形状である、例えば、図１０のようなＵ字状に形成されている。また、固定部１０ａ１（１０ｂ１）には、額縁１１に装着したときに前述の突起部材１２と対応する位置に切欠き１８が形成されている。図１０の例では、Ｕ字状に湾曲する固定部１０ａ１（１０ｂ１）の側方の位置に切欠き１８を形成している。

また、固定部１０ａ１（１０ｂ１）の下流側（図１０に向かって右側）には、トランジションピース４とタービン入口の連結部をシールするシール部１０ａ２（１０ｂ２）が接続されている。このシール部１０ａ２（１０ｂ２）は、Ｕ字状の固定部１０ａ１（１０ｂ１）の下流側の終端部から直角に屈曲し、額縁１１の出口部の外表面に沿って下流側に延在する係合片である。

そして、タービン側には、額縁１１と対向する面に、燃焼ガス流れ方向の上流側に開口部が形成されたシール溝１４ａを備えている。このシール溝１４ａは、額縁１１と対向する面に周方向に延伸して形成されている。シール溝１４ａには、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）のシール部１０ａ２（１０ｂ２）の下流側が挿入されている。このシール溝１４ａにシール部１０ａ２（１０ｂ２）が嵌合されることで、周方向に沿って形成される結合部の間隙がシールされる。また、突起部材１２を貫通孔１３に嵌合させているため、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の周方向に対する動きを拘束することができる。

これにより、トランジションピース４の下流側の額縁１１とガスタービン側の第１段静翼部１４（図１０参照）との連結部の軸方向間隙からタービン流路内部に、圧縮空気１００が流れるのを防止すると共に、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）が脱落しないような構造になっている。

上述したように、突起部材１７の先端には、落下防止ピース１９を取り付けるためのボルト用穴が設けられており、落下防止ピース１７をボルト２２とナット２１により、ボルト用穴を介して落下防止ピース１９を突起部材１７と共に固定しており、落下防止ピース１９により、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の径方向への落下が防止される。

なお、落下防止ピース１５により、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）を軸方向のタービン側の第１段静翼部１４側へ押し付け、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）が額縁１１の軸方向燃焼器側側面１１ｂに接触するようにしてもよい。

本実施例では、突起部材１７とフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）に形成された切欠き１８の嵌合により、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）のタービン周方向の可動が抑制される。

つまり、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）に形成された切欠き１８と突起部材１７の嵌合面のみにより、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）のタービン周方向の可動が決まるため、切欠き１８と突起部材１７の嵌合面の精度の管理のみにより、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）のタービン周方向の可動範囲、即ち、位置精度を管理できる。

このため、本実施例の構造とすることにより、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）のタービン周方向の可動量抑制が容易であり、位置精度を高く保つことに有利である。

また、ガスタービンの車室２へトランジションピース４を組込む際、予めフローティングシール材１０ａ、１０ｂ及びサイドシール材１０ｃ、１０ｄを額縁１１に装着しておくことで、車室２内のスペースが小さくてもフローティングシール材１０ａ、１０ｂ及びサイドシール材１０ｃ、１０ｄを組込むことができる。

この時、隣接する燃焼器缶のフローティングシール材１０ａ、１０ｂ同士が接触しないようにするため、隣接するフローティングシール材１０ａ、１０ｂの間には、タービン周方向に組込み用の裕度を考慮した間隙が必要である。

本実施例では、突起部材１７と切欠き１８の嵌合により、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）を保持しているため、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）のタービン周方向の位置精度を高く保つことができ、隣接するフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）間の周方向の間隙を小さくすることができる。この結果、シール性を高く保つことができ、低ＮＯｘや逆火防止を実現できる。

更に、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の可動量を小さくしていることにより、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の額縁１１に対する摺動距離が小さくなる。このため、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）と額縁１１の接触面における摩耗量を減らすことができ、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）と額縁１１の長寿命化を実現できる。

また、落下防止ピース１９により、トランジションピース４の組込時に、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）が落下しないため、トランジションピース４の組込がより容易になる。

また、落下防止ピース１９が、突起部材１７の先端にボルト２２とナット２１により突起部材１７と共に固定されているため、溶接固定に比較して落下防止ピース１９及びフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の取り外しが容易である。特に、ガスタービンのサイトにおいて、溶接技術を必要とせず、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）及び落下防止ピース１９を交換することができ、短時間、かつ、低コストでのメンテナンスを実現できる。

また、落下防止ピース１９により、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）を軸方向のタービン側の第１段静翼部１４側へ押し付け、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）が額縁１１に接触するようにすると、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の額縁１１に対する軸方向の可動が抑制される。

これにより、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の額縁１１に対する摺動距離が小さくなるため、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）及び額縁１１の摩耗量が小さくなり、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）と額縁１１の長寿命化を実現できる。

また、落下防止ピース１９により、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）を軸方向のタービン側の第１段静翼部１４側へ押し付け、フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）が額縁１１に接触するようにした場合、額縁１１とフローティングシール材１０ａ（１０ｂ）のギャップうち、軸方向の燃焼器ライナー側の間隙が閉止されるため、圧縮空気１００のリークパスが小さくなる。これにより、シール性が向上し、低ＮＯｘや逆火防止を実現できる。

更に、突起部材１７とシール材フローティングシール材１０ａ（１０ｂ）の材料は、耐摩耗性に有利な組み合わせを選ぶことが望ましく、例えばＨＳ２５同士の組み合わせが挙げられる。

このような本実施例によれば、燃焼ガスの燃焼や流動による振動があっても、フローティングシール材１０ａ、１０ｂのタービン周方向及び軸方向への可動を抑制して、部材同士の接触部での摩耗の発生を防ぐことができることは勿論、フローティングシール材１０ａ、１０ｂの周方向の位置精度を高く保つことができ、容易な組立と高いシール性能による低ＮＯｘ化や逆火を防止する効果があり、更に、長寿命化を達成するガスタービン燃焼器のトランジションピースを実現することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…ディフューザ、２…車室、４…トランジションピース、５…トランジションピースフロースリーブ、６…ライナー、７…ライナーフロースリーブ、８…燃焼室、９…トランジションピースとトランジションピースフロースリーブで形成される流路、１０…シール部材、１０ａ、１０ｂ…フローティングシール材、１０ｃ、１０ｄ…サイドシール材、１０ａ１、１０ｂ１…フローティングシール材の固定部、１０ａ２、１０ｂ２…フローティングシール材のシール部、１１…額縁、１２、１７…突起部材、１２ａ…突起部材のおねじ、１２ｂ…突起部材の根元部、１２ｃ…突起部材の段差部、１３…貫通孔、１４…タービン側の第１段静翼部、１４ａ…シール溝、１５…耐摩耗ピース、１５ａ…耐摩耗ピースのフローティングシール材の落下を防止する面、１６、２１…ナット、１８…切欠き、１９…落下防止ピース、２２…ボルト、１００…圧縮空気、１０５、１０６…火炎、１０７、１０８…燃焼ガス、２００、２０１…燃料系統、３００…圧縮機、３０１…タービン、３０２…発電機。

Claims (7)

1. 高温の燃焼ガスが内部に流れる燃焼器のトランジションピースと、該トランジションピースの下流側（出口部）に設置された額縁とを備え、前記額縁とタービン側の静翼部との連結部に、該連結部から前記タービン側への圧縮機からの圧縮空気の流入を阻止するシール部材が設置されているガスタービン燃焼器であって、
   前記額縁の外周に突起部材を設けると共に、前記突起部材と合致し、前記シール部材の可動を抑制する可動抑制手段を前記シール部材に設け、前記可動抑制手段と前記突起部材が嵌合して前記シール部材が固定され、
   前記突起部材は前記トランジションピースのガス流通方向の上流側に延びており、かつ、前記可動抑制手段は前記突起部材と合致する切欠きであり、前記切欠きに前記突起部材が嵌合されて前記シール部材が固定されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
2. 請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
   前記突起部材の先端にはボルト用穴が形成されていると共に、一方側が前記シール部材の一部を覆うことで前記トランジションピースの半径方向への前記シール部材の落下を防止し、かつ、他端側の端部が前記ボルト用穴にボルトとナットにより前記突起部材と共に固定される落下防止ピースを備えていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
3. 請求項１又は２に記載のガスタービン燃焼器において、
   前記トランジションピースのガス流通方向の上流側に延びる前記突起部材は、前記額縁と一体に形成されるか、若しくは前記額縁に溶接により固定されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器において、
   前記シール部材は、フローティングシール材とサイドシール材から成り、前記トランジションピースは、燃焼ガスの入口が円筒形状で出口が逆台形状に形成され、このトランジションピースの下流側には、前記トランジションピースの出口の逆台形状に合致した形状の額縁が設置され、逆台形状に形成された前記額縁の出口側がタービン側の静翼部に接続されると共に、前記額縁の上下側に前記フローティングシール材が、側方側に前記サイドシール材が装着されており、
   前記フローティングシール材に前記切欠きが形成され、この切欠きに前記突起部材が嵌合されて前記フローティングシール材が固定され、
   前記フローティングシール材は、前記額縁に固定される固定部と及び前記トランジションピースとタービンの連結部間をシールするシール部によって構成され、前記シール部が前記タービン側の静翼部に形成されたシール溝に嵌合されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
5. 高温の燃焼ガスが内部に流れる燃焼器のトランジションピースと、該トランジションピースの下流側（出口部）に設置された額縁とを備え、前記額縁とタービン側の静翼部との連結部に、該連結部から前記タービン側への圧縮機からの圧縮空気の流入を阻止するシール部材が設置されているガスタービン燃焼器であって、
   前記額縁の外周に突起部材を設けると共に、前記突起部材と合致し、前記シール部材の可動を抑制する可動抑制手段を前記シール部材に設け、前記可動抑制手段と前記突起部材が嵌合して前記シール部材が固定され、
   前記突起部材は前記トランジションピースの半径方向に延びており、かつ、前記可動抑制手段は前記突起部材と合致する貫通孔であり、前記貫通孔に前記突起部材が嵌合されて前記シール部材が固定され、
   前記シール部材は、フローティングシール材とサイドシール材から成り、前記トランジションピースは、燃焼ガスの入口が円筒形状で出口が逆台形状に形成され、このトランジションピースの下流側には、前記トランジションピースの出口の逆台形状に合致した形状の額縁が設置され、逆台形状に形成された前記額縁の出口側がタービン側の静翼部に接続されると共に、前記額縁の上下側に前記フローティングシール材が、側方側に前記サイドシール材が装着されており、
   前記フローティングシール材に前記貫通孔が形成され、この貫通孔に前記突起部材が嵌合されて前記フローティングシール材が固定され、
   前記フローティングシール材は、前記額縁に固定される固定部と及び前記トランジションピースとタービンの連結部間をシールするシール部によって構成され、前記シール部が前記タービン側の静翼部に形成されたシール溝に嵌合され、
   前記シール部材の前記貫通孔に、耐摩耗ピースを介して前記突起部材が嵌合されて前記シール部材が固定され、
   前記トランジションピースの半径方向に延びる前記突起部材は、前記額縁側より半径方向の先端部が細くなって段差部が形成され、かつ、前記突起部材の先端部にはおねじが切られ、該おねじ部分にナットを係合して締め付けることにより、前記突起部材の先端部に挿入されている前記耐摩耗ピースを介して前記シール部材が前記突起部材の段差部に固定されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
6. 請求項５に記載のガスタービン燃焼器において、
   前記ナットにより締め付けられる面とは反対側で、前記突起部材の段差部と接触する前記耐摩耗ピースの面に、前記フローティングシール材の落下を防止する面が形成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
7. 請求項５又は６に記載のガスタービン燃焼器において、
   前記突起部材の根元部は直方体状に形成され、前記直方体状の前記突起部材の側面の角にはＲ加工が施されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

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