密封装置及具备密封装置的燃气涡轮的制作方法
【专利摘要】一种密封装置，其通过外侧扩散器的端部对外侧空间与排气流路之间进行密封，该外侧空间是外侧扩散器的径向外侧和外侧部件之间的空间，该外侧扩散器呈筒状且在径向内侧形成有使燃气涡轮的转子旋转的燃烧气体所通过的排气流路，该外侧部件隔开间隔地配置在该外侧扩散器的径向外侧，密封装置具备：第一密封板组及第二密封板组，其将从筒状的外侧扩散器的端部向径向外侧扩展且直至外侧部件的多张密封板以彼此相接的方式层叠而成；间隔件，其在转子的旋转轴线延伸的轴向上将所述第一密封板组和所述第二密封板组隔开间隔地保持。
【专利说明】密封装置及具备密封装置的燃气涡轮
【技术领域】
[0001]本发明所涉及一种对燃气涡轮的扩散器的端部进行密封的密封装置及具备密封装置的燃气涡轮。
[0002]本申请基于2012年3月7日向日本提出申请的日本特愿2012-050430号而要求优先权，并将其内容援引于此。
【背景技术】
[0003]燃气涡轮具备:压缩外部空气而生成压缩空气的压缩机；将燃料与压缩空气混合并使其燃烧而生成燃烧气体的燃烧器；具有通过燃烧气体进行旋转的转子的涡轮。转子具有以旋转轴线作为中心在与旋转轴线平行的轴向上延伸的转子主体、固定于转子主体的外周并在轴向上排列的多个动叶片级。通过最终动叶片级的燃烧气体作为废气通过排气机室内、排气室内以及排气管道内而向大气排放。
[0004]在以下的专利文献I所公开的燃气涡轮中，排气机室以转子的旋转轴线为中心由圆筒状的排气机室壁形成。排气室由与排气机室壁的下游侧连接的排气室支承件及排气室壁形成。在排气机室壁及排气室支承件的径向内侧，以转子的旋转轴线为中心而设置有圆筒状的外侧扩散器及内侧扩散器。内侧扩散器隔开间隔而配置在外侧扩散器的径向内侧。外侧扩散器与内侧扩散器之间形成燃烧气体的排气流路。
[0005]在排气机室壁的下游端部及排气室支承件的上游端部设置有密封装置。设置于排气机室壁的下游端部的密封装置是对外侧空间与排气流路之间进行密封的装置，该外侧空间是排气机室壁和配置于排气机室壁的径向内侧的外侧扩散器之间的空间。设置于排气室支承件的上游端部的密封装置是对外侧空间与排气流路之间进行密封的装置，该外侧空间是排气室支承件和配置于排气室支承件的径向内侧的外侧扩散器之间的空间。
[0006]各个密封装置均具有在轴向上隔开间隔地配置的二张密封板、保持二张密封板的轴向上的相互间隔的间隔件。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2009-203871号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的课题
[0011]为了容许排气机室壁或排气室支承件与外侧扩散器的热膨胀差，上述专利文献I所记载的密封装置的两张密封板均由容易变形的较薄的金属板形成。因此，由于分别存在于外侧扩散器的径向内侧及径向外侧的气体而密封板容易振动，从而存在密封装置在比较短的期间内损伤的可能性。
[0012]本发明提供一种能够抑制损伤的密封装置及具备密封装置的燃气涡轮。
[0013]用于解决课题的方案
[0014]本发明的第一方案所涉及的密封装置通过外侧扩散器的端部对外侧空间与排气流路之间进行密封，该外侧空间是所述外侧扩散器的径向外侧与外侧部件之间的空间，该外侧扩散器呈筒状且在径向内侧形成有使燃气涡轮的转子旋转的燃烧气体所通过的所述排气流路，该外侧部件隔开间隔地配置在该外侧扩散器的径向外侧，所述密封装置具备:第一密封板组或第二密封板组，其将从筒状的所述外侧扩散器的端部向径向外侧扩展且直至所述外侧部件的多张密封板以彼此相接的方式层叠而成；间隔件，其在所述转子的旋转轴线延伸的轴向上将所述第一密封板组和所述第二密封板组隔开间隔地保持。
[0015]在该密封装置中，通过所述第一、第二密封板组将外侧空间与排气流路侧分隔，因此能够对外侧空间与排气流路侧之间进行密封。
[0016]在该密封装置中，即使排气流路侧的密封板组的多张密封板中的与燃烧气体相接的密封板从燃烧气体受到振动能量，通过与另一密封板的摩擦，也能够吸收振动能量，从而减少多张密封板的振动，该另一密封板通过朝向轴向的面而和与燃烧气体相接的密封板相接。同样地，即使外部空间侧的密封板组的多张密封板中的与空气相接的密封板从空气受到振动能量，通过与另一密封板的摩擦，也能够吸收振动能量，从而减少多张密封板的振动，该另一密封板通过朝向轴向的面而和与空气相接的密封板相接。
[0017]因此，在该密封装置中，能够减少各密封板组的振动，从而能够抑制因振动引起的多张密封板的损伤。
[0018]在本发明的第二方案所涉及的密封装置中，可以是，构成所述第一密封板组或所述第二密封板组的多张密封板具有在以所述转子为中心的周向上排列并形成周向的一部分的多个分割片，构成所述第一密封板组或所述第二密封板组的多个所述分割片的周向上的交界的位置与其他的分割片的周向上的交界的位置在周向上不同，该其他的分割片通过朝向轴向的面而与构成所述第一密封板组或所述第二密封板组的所述分割片相接。
[0019]构成该密封装置的密封板组的各密封板均在周向上被分割成多个，因此气体从在周向上排列的分割片的交界漏出。然而，在该密封装置中，构成密封板组的多张密封板的多个分割片的周向上的交界的位置与其他的分割片的周向上的交界的位置在周向上不同，该其他的分割片通过朝向轴向的面而与所述密封板的所述分割片相接。因此，在该密封装置中，即使气体从构成密封板的多个分割片的周向上的交界漏出，也能够利用通过朝向轴向的面而与密封板相接的另一密封板来防止来自周向的交界的气体泄漏。
[0020]在本发明的第三方案所涉及的密封装置中，可以是，所述间隔件具有保持所述第一密封板组的径向外侧部与所述第二密封板组的径向外侧部的间隔的外侧间隔件、保持所述第一密封板组的径向内侧部与所述第二密封板组的径向内侧部的间隔的内侧间隔件。[0021 ] 在该密封装置中，通过提高径向上的刚性，能够提高径向上的压曲强度。
[0022]在本发明的第四方案所涉及的密封装置中，可以是，在所述外侧间隔件形成有从径向外侧朝向径向内侧贯通的密封空气孔。
[0023]在该密封装置中，通过向第一密封板组与第二密封板组之间供给密封空气，能够提高外侧空间与排气流路侧之间的密封性。
[0024]在本发明的第五方案所涉及的具有外侧间隔件的所述密封装置中，可以是，所述密封装置具有在所述外侧间隔件和所述内侧间隔件之间保持所述第一密封板组和所述第二密封板组的间隔的中间间隔件。
[0025]在该密封装置中，通过缩短径向上的第一密封板组与第二密封板组的支点跨距，能够进一步提高径向上的刚性以及压曲强度。在该密封装置中，通过缩短径向上的第一密封板组与第二密封板组的支点跨距，能够减小第一密封板组和第二密封板组的振动振幅，从而能够抑制因振动引起的S封板的损伤。
[0026]在本发明的第六方案所涉及的具有中间间隔件的所述密封装置中，可以是，所述密封装置具备连结用具，所述连结用具贯通所述第一密封板组、所述中间间隔件及所述第二密封板组，并使所述第一密封板组和所述第二密封板组紧贴中间间隔件，形成于所述第二密封板组的供所述连结用具贯通的燃烧气体侧贯通孔形成得比所述连结用具外径大，以使所述第二密封板组相对于所述连结用具在径向上能够相对移动。
[0027]在该密封装置中，即使在第一密封板组和第二密封板组中产生热膨胀差，但由于第二密封板组相对于连结用具在径向上能够相对移动，因此能够防止连结用具倾斜。各密封板组在连结用具倾斜时在连结用具附近发生局部变形，从而存在密封板组与连结用具的外缘相接而损伤的可能性。
[0028]然而，在该密封装置中，能够防止连结用具的倾斜，因此能够防止各密封板组的损伤。
[0029]在本发明的第七方案所涉及的具有中间间隔件的所述密封装置中，可以是，所述第二密封板组的轴向厚度形成得比在所述中间间隔件与所述连结用具的螺母侧垫片之间形成的轴向间隙小。
[0030]在该密封装置中，通过在第二密封板组的密封板的轴向上，在所述中间间隔件与所述连结用具的螺母侧垫片之间形成有间隙，从而密封板的径向上的相对移动变得更顺畅。
[0031]在本发明的第八方案所涉及的密封装置中，可以是，所述密封装置具备:外侧安装用具，其将所述第一密封板组的径向外侧部、所述外侧间隔件、以及所述第二密封板组的径向外侧部以在所述轴向上夹入该外侧安装用具与所述外侧部件之间的方式安装于所述外侧部件；内侧安装用具，其将所述第一密封板组的径向内侧部、所述内侧间隔件、以及所述第二密封板组的径向内侧部以在所述轴向上夹入该内侧安装用具与所述外侧扩散器之间的方式安装于所述外侧扩散器，所述内侧安装用具和所述外侧安装用具中的任一方的安装用具将所述第一密封板组及所述第二密封板组安装为相对于安装对象在径向上能够相对移动。
[0032]外侧扩散器在燃气涡轮的运转中与燃烧气体相接，因此由于在与外侧部件之间产生热膨胀差，从而外侧扩散器的直径相对于外侧部件的直径发生相对变化。在该密封装置中，一方的安装用具将一方的密封板组及另一方的密封板组安装为相对于安装对象在径向上能够相对移动，因此通过该相对移动，能够容许外侧扩散器的直径相对于外侧部件的直径的相对变化。
[0033]本发明的第九方案所涉及的燃气涡轮的特征在于，具备:所述密封装置；所述外侧扩散器；所述外侧部件。
[0034]该燃气涡轮也具备所述密封装置，因此能够对外侧空间与排气流路侧之间进行密封，并且能够减少各密封板组的振动，从而抑制因振动引起的密封板的损伤。
[0035]在本发明的第十方案所涉及的燃气涡轮中，可以是，在所述外侧部件形成有用于向所述第一密封板组与所述第二密封板组之间供给密封空气的密封空气路。
[0036]在该燃气涡轮中，通过向第一密封板组与第二密封板组之间供给密封空气，能够提高外侧空间与排气流路侧之间的密封性。
[0037]发明效果
[0038]在本发明中，通过第一密封板组和第二密封板组将外侧空间与排气流路侧分隔，因此能够对外侧空间与排气流路侧之间进行密封。在本发明中，能够减少各密封板组的振动，因此能够抑制因振动引起的S封板的损伤。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1是本发明所涉及的一实施方式中的燃气涡轮的主要部分剖切侧视图。
[0040]图2是本发明所涉及的一实施方式中的燃气涡轮的主要部分剖视图。
[0041]图3是本发明所涉及的一实施方式中的密封装置周围的燃气涡轮的剖视图。
[0042]图4是本发明所涉及的一实施方式中的密封装置的剖视图。
[0043]图5是图4的V-V线剖视图。
[0044]图6是本发明所涉及的一实施方式中的中间间隔件周围的剖视图。
[0045]图7是表示用一张密封板进行密封时的状态的说明图。
[0046]图8A表示第一密封板组及第二密封板组这双方相对于连结用具在径向上无法相对移动的情况下的密封板组的变形的说明图。
[0047]图SB是表示第二密封板组相对于连结用具在径向上能够相对移动的情况下的密封板组的变形的说明图。
【具体实施方式】
[0048]以下，参照图1?图SB对本发明所涉及的燃气涡轮的一实施方式详细地进行说明。
[0049]如图1所示，本实施方式的燃气涡轮具备:压缩外部空气而生成压缩空气的压缩机I ;将来自燃料供给源的燃料与压缩空气混合并使其燃烧而产生燃烧气体的多个燃烧器2 ;由燃烧气体来驱动的涡轮3。
[0050]涡轮3具备外壳4和在该外壳4内进行旋转的涡轮转子5。涡轮转子5与例如通过该涡轮转子5的旋转进行发电的发电机(未图示)连接。多个燃烧器2以涡轮转子5的旋转轴线Ar为中心，在周向Dc上彼此等间隔地固定于外壳4。需要说明的是，以下，将旋转轴线Ar延伸的方向设为轴向Da，将相对于旋转轴线Ar的径向简称为径向Dr。在轴向Da上，以涡轮3为基准将压缩机I侧称为上游侧，以压缩机I为基准将涡轮3侧称为下游侧。
[0051]涡轮转子5在轴向Da上排列的多个级的每一级具有:以旋转轴线Ar为中心的转子盘6 ;在周向Dc上排列并固定于转子盘6的多个动叶片8、固定于最终级的转子盘6并在轴向Da上延伸的轴部7。轴部7以旋转轴线Ar为中心呈圆柱状，并设置于最终级的转子盘6的下游侧。
[0052]外壳4以旋转轴线Ar为中心呈圆筒状，具有:配置于比最终级的动叶片8靠下游侧的排气机室壁10 ;配置于排气机室壁10的下游侧的排气室支承件11 ;配置于排气室支承件11的下游侧的排气室壁12 ;配置于排气室壁12的下游侧的排气管道13。
[0053]如图2所示，在排气机室壁(外侧部件)10的径向内侧，以旋转轴线Ar为中心配置有圆筒状的外侧扩散器15及内侧扩散器16。外侧扩散器15沿着排气机室壁10的内周面设置。内侧扩散器16隔开间隔地配置于外侧扩散器15的径向内侧。
[0054]在内侧扩散器16的径向内侧设置有将涡轮转子5的轴部7支承为能够旋转的轴承21、覆盖该轴承21的外周侧并且对该轴承21进行支承的轴承箱22。排气机室壁10和轴承箱22通过贯通外侧扩散器15及内侧扩散器16的支柱23连结。该支柱23沿着支柱23的延伸方向被支柱罩24覆盖。支柱罩24的延伸方向上的一端部安装于外侧扩散器15,另一端部安装于内侧扩散器16。
[0055]在排气室支承件(外侧部件)11的径向内侧，与排气机室壁10的径向内侧同样地，以旋转轴线Ar为中心配置有圆筒状的外侧扩散器17及内侧扩散器18。外侧扩散器17沿着排气室支承件11的内周面设置。内侧扩散器18隔开间隔地配置于外侧扩散器17的径向内侧。排气室壁12作为外侧扩散器发挥功能。在排气室壁12的径向内侧以旋转轴线Ar为中心配置有圆筒状的内侧扩散器19。
[0056]配置于排气机室壁10的径向内侧的外侧扩散器15与内侧扩散器16之间的空间、配置于排气室支承件11的径向内侧的外侧扩散器17与内侧扩散器18之间的空间、作为外侧扩散器而发挥功能的排气室壁12与该内侧扩散器19之间、以及排气管道13(图1)的径向内侧的空间形成使涡轮转子5旋转的燃烧气体G的排气流路28。
[0057]在排气机室壁10的径向外侧的面、配置于排气室支承件11的径向内侧的外侧扩散器17的径向外侧的面、以及排气室壁12的径向外侧的面上分别设置有隔热材料26。
[0058]如图3所示，在排气机室壁10的下游端部及排气室支承件11的上游端部分别设置有密封装置30、30a。设置于排气机室壁10的下游端部的密封装置30是对外侧空间29与排气流路28之间进行密封的装置，该外侧空间29是排气机室壁10和配置于该排气机室壁10的径向内侧的外侧扩散器15之间的空间。设置于排气室支承件11的上游端部的密封装置30a是对外侧空间27与排气流路28之间进行密封的装置，该外侧空间27是排气室支承件11和配置于该排气室支承件11的径向内侧的外侧扩散器17之间的空间。
[0059]设置于排气机室壁10的下游端部及排气室支承件11的上游端部的各密封装置30,30a是基本相同的结构。因此，以下对设置于排气机室壁10的下游端部的密封装置30进行说明。省略对设置于排气室支承件11的上游端部的密封装置30a的说明。
[0060]如图4所示，密封装置30具备第一密封板组以及第二密封板组32、33、间隔件35、36,37ο
[0061]第一密封板组及第二密封板组32、33分别具备从筒状的外侧扩散器15的下游端部向径向外侧扩展且直至排气机室壁10的下游端部且通过在轴向Da上面对的面彼此相接而层叠的两张密封板。间隔件35、36、37以在轴向Da上隔开间隔的方式对第一密封板组32和第二密封板组33进行保持。并且，密封装置30具备外侧安装用具40和内侧安装用具45，该外侧安装用具40将第一密封板组32的径向外侧端部32ο及第二密封板组33的径向外侧端部33ο安装于排气机室壁10，该内侧安装用具45将一方的密封板组32的径向内侧端部32i及另一方的密封板组33的径向内侧端部33i安装于外侧扩散器15。
[0062]第一密封板组以及第二密封板组32、33中的第一密封板组32形成与排气机室壁10和外侧扩散器15之间的外侧空间29中的空气相接的密封板组。第二密封板组33形成与在排气流路28中流动的燃烧气体G相接的密封板组。以下，将第一密封板组32作为空气侧密封板组，将第二密封板组33作为燃烧气体侧密封板组。
[0063]间隔件35、36、37具备外侧间隔件35、内侧间隔件36及中间间隔件。外侧间隔件35保持燃烧气体侧密封板组33的径向外侧端部33ο与空气侧密封板组32的径向外侧端部32ο的间隔。内侧间隔件36保持燃烧气体侧密封板组33的径向内侧端部33i与空气侧密封板组32的径向内侧端部32i的间隔。中间间隔件在外侧间隔件35与内侧间隔件36之间保持燃烧气体侧密封板组33与空气侧密封板组32的间隔。
[0064]在外侧扩散器15的下游端部形成有凸缘15f。内侧安装用具45具备按压板46和螺栓47。按压板46与燃烧气体侧密封板组33的径向内侧端部33i相接。另外，内侧安装用具45的按压板46将燃烧气体侧密封板组33、内侧间隔件36以及空气侧密封板组32在轴向Da上夹在该按压板46与凸缘15f之间，从而限制燃烧气体侧密封板组33、内侧间隔件36以及空气侧密封板组32的轴向Da上的位置。内侧安装用具45的螺栓47在轴向Da上贯通燃烧气体侧密封板组33、内侧间隔件36以及空气侧密封板组32，从而限制燃烧气体侧密封板组33、内侧间隔件36以及空气侧密封板组32的径向Dr上的位置。
[0065]在排气机室壁10的下游端部形成有凸缘1f。外侧安装用具40具备按压板41和螺栓42。按压板41与燃烧气体侧密封板组33的径向外侧端部33ο相接。外侧安装用具40的按压板41将燃烧气体侧密封板组33、外侧间隔件35以及空气侧密封板组32在轴向Da上夹在该按压板41与凸缘1f之间，从而限制燃烧气体侧密封板组33、外侧间隔件35以及空气侧密封板组32的轴向Da上的位置。外侧安装用具40的螺栓42与内侧安装用具45的螺栓47不同，并不贯通燃烧气体侧密封板组33、外侧间隔件35以及空气侧密封板组32。因此，该外侧安装用具40容许燃烧气体侧密封板组33的径向外侧端部330、外侧间隔件35以及空气侧密封板组32的径向外侧端部32ο的径向Dr上的相对移动。
[0066]如图3及图4所示，在排气机室壁10的凸缘1f的径向外侧连接有密封空气配管10a。在该凸缘1f形成有与密封空气配管1a内的流路连通的密封空气流路10p。密封空气流路1p在与密封装置30的外侧间隔件35对置的位置开口。在外侧间隔件35形成有从径向外侧向径向内侧贯通的密封空气孔35h。因此，在本实施方式中，当向密封空气配管1a供给密封空气As时，密封空气As经由凸缘1f的密封空气流路1p及外侧间隔件35的密封空气孔35h，供给至燃烧气体侧密封板组33与空气侧密封板组32之间的空间。
[0067]如图5所示，构成燃烧气体侧密封板组33的两张密封板31及构成空气侧密封板组32的两张密封板31均为了便于组装而在周向上被分割。密封板31由在周向Dc上排列的多个分割片31p构成。构成一密封板31的多个分割片31p的周向Dc上的交界31bl的位置与构成另一密封板31的分割片31p的周向Dc上的交界31b2的位置在周向Dc上不同，该一密封板31是构成燃烧气体侧密封板组33的两张密封板31中的一密封板,该另一密封板31通过朝向轴向Da的面而与该一密封板31相接。构成一密封板31的多个分割片31p的周向Dc上的交界31bl的位置与构成另一密封板31的分割片31p的周向Dc上的交界31b2的位置在周向Dc上不同，该一密封板31是构成空气侧密封板组32的两张密封板
31中的一密封板，该另一密封板31通过朝向轴向Da的面而与该一密封板31相接。各密封板31具有毫米级别的厚度，以使得各密封板31能够容易在其厚度方向、换言之在轴向Da上变形。
[0068]如图6所示，密封装置30具备使燃烧气体侧密封板组33及空气侧密封板组32分别紧贴中间间隔件37并相互连结的连结用具50。该连结用具50具有螺栓51、向螺栓51的轴部51a拧入的螺母52、与螺栓51的螺栓头51b相接的螺栓侧垫片53、与螺母52相接的螺母侧垫片54。螺栓侧垫片53及螺母侧垫片54均具有形成有座面及供螺栓51的轴部51a穿过的贯通孔的圆板状的平座部53a、54a、沿着平座部53a、54a的贯通孔的边缘而形成并供螺栓51的轴部51a穿过的筒状的突缘部53b、54b。
[0069]在中间间隔件37形成有在轴向Da上贯通并供螺栓51的轴部51a穿过的螺栓孔37a。在燃烧气体侧密封板组33中与中间间隔件37对应的位置处，形成有在轴向Da上贯通并供螺母侧垫片54的突缘部(连结用具50的贯通部)54b穿过的燃烧气体侧贯通孔33a。另外，在空气侧密封板组32中与中间间隔件37对应的位置处，形成有在轴向Da上贯通并供螺栓侧垫片53的突缘部53b穿过的空气侧贯通孔32a。
[0070]在使用该连结用具50使燃烧气体侧密封板组33及空气侧密封板组32分别紧贴中间间隔件37时，首先螺栓51的轴部51a穿过螺栓侧垫片53。接下来，螺栓51的轴部51a从排气机室壁10与外侧扩散器15之间的外侧空间29侧向空气侧密封板组32的空气侧贯通孔32a、中间间隔件37的螺栓孔37a、及燃烧气体侧密封板组33的燃烧气体侧贯通孔33a穿过。接下来，将螺母侧垫片54装配于从燃烧气体侧密封板组33向排气流路28侧突出的螺栓51的轴部51a。通过该螺母侧垫片54的装配，螺母侧垫片54的圆筒状的突缘部54b向燃烧气体侧密封板组33的燃烧气体侧贯通孔33a穿过。然后，将螺母52拧入到从燃烧气体侧密封板组33向排气流路28侧突出的螺栓51的轴部51a。
[0071]另外，空气侧贯通孔32a的内径与螺栓侧垫片53的圆筒状的突缘部53b的外径实质上相同。因此，当螺栓侧垫片53的圆筒状的突缘部53b向空气侧密封板组32的空气侧贯通孔32a穿过时，空气侧密封板组32相对于连结用具50 (螺栓侧垫片53)在径向Dr上无法相对移动。另一方面，燃烧气体侧贯通孔33a的内径与连结用具50的外径、即连结用具50的螺母侧垫片54的圆筒状的突缘部54b的外径相比非常大。由此，即使螺母侧垫片54的圆筒状的突缘部54b向燃烧气体侧密封板组33的燃烧气体侧贯通孔33a穿过，燃烧气体侧密封板组33相对于连结用具50在径向上也能够相对移动。
[0072]另外，在图6中，空气侧密封板组32的两张密封板31插入到螺栓侧垫片53的平面座53a的下游侧端面和对置的中间间隔件37的上游侧端面之间的间隙内。螺栓侧垫片53的突缘部53b的轴向长度(从平面座53a的下游侧端面到突缘部53b的顶部的轴向长度)比空气侧密封板组32的两张密封板31的轴向厚度小。因此，在将密封板31插入到由中间间隔件37和螺栓侧垫片53形成的间隙内并在轴向上拧紧连结用具50的螺栓51和螺母52的情况下，空气侧密封板组32的密封板31相对于连结用具50的径向Dr上的相对移动受到限制。
[0073]另一方面，燃烧气体侧密封板组33的两张密封板31插入到螺母侧垫片54的平面座54a的上游侧端面与对置的中间间隔件37的下游侧端面之间的间隙内。螺母侧垫片54的突缘部54b的轴向长度(从平面座54a的上游侧端面到突缘部54b的顶部的轴向长度)比燃烧气体侧密封板组33的两张密封板31的轴向厚度大。因此，即使在拧紧连结用具50的螺栓51和螺母52的情况下，螺母侧垫片54的突缘部54b的顶部也与中间间隔件37的下游侧端面接触，从而难以进一步拧紧螺母52。S卩，在将密封板31插入中间间隔件37的下游侧端面与螺母侧垫片54的平面座54a的上游侧端面之间所形成的轴向间隙之后，即使在拧紧螺栓51和螺母52的情况下，在燃烧气体侧密封板组33的密封板31与螺母侧垫片54的平面座54a的上游侧端面之间、或者密封板31与中间间隔件37的下游侧端面之间也会产生微小间隙。因此，燃烧气体侧密封板组33的密封板31相对于连结用具50的径向Dr上的相对移动未受到限制。
[0074]也就是说，如上所述，空气侧密封板组32相对于连结用具50无法进行径向Dr上的相对移动。另一方面，燃烧气体侧密封板组33的密封板31具备内径比连结用具50的外径充分大的燃烧气体侧贯通孔33a，且轴向厚度比由中间间隔件37和螺母侧垫片54形成的轴向间隙小。因此，燃烧气体侧密封板组33相对于连结用具50在径向Dr上能够相对移动。
[0075]需要说明的是，如果燃烧气体侧密封板组33的密封板31具备内径比连结用具50的外径充分大的燃烧气体侧贯通孔33a，则密封板31的轴向厚度也可以与由中间间隔件37和螺母侧垫片54形成的轴向间隙相同。即，也可以在燃烧气体侧密封板组33的密封板31与螺母侧垫片54的平面座54a的上游侧端面之间、或者在密封板31与中间间隔件37的下游侧端面之间不形成有间隙。
[0076]接下来，对以上说明的密封装置30的作用及效果进行说明。
[0077]在本实施方式中，通过空气侧密封板组32及燃烧气体侧密封板组33将排气机室壁10和外侧扩散器15之间的外侧空间29与排气流路28侧分隔，因此能够对外侧空间29与排气流路28侧之间进行密封。
[0078]在本实施方式中，构成各密封板组32、33的两张密封板31如使用图5前文所述那样，均为了便于组装而在周向Dc上被分割，由多个分割片31p构成。因此，空气或燃烧气体G从一张密封板31中的周向Dc上排列的分割片31p的交界31bl漏出。然而，在本实施方式中，构成一密封板31的多个分割片31p的周向Dc上的交界31bl的位置与构成另一密封板31的多个分割片31p的周向Dc上的交界31b2的位置在周向Dc上不同，该一密封板31是构成密封板组32、33的两张密封板31中的一密封板，该另一密封板31通过朝向轴向Da的面而与该一密封板31相接。因此，即使空气或燃烧气体G从构成一密封板31的多个分割片3Ip的周向Dc上的交界3IbI泄漏，也能够利用通过朝向轴向Da的面而与一密封板31相接的另一张密封板31来密封空气或燃烧气体G，从而防止其泄漏。
[0079]在本实施方式中，从外部向空气侧密封板组32与燃烧气体侧密封板组33之间供给密封空气As，被供给的密封空气As对该之间进行加压。能够防止外侧空间29中的空气、排气流路28侧的燃烧气体G流入空气侧密封板组32与燃烧气体侧密封板组33之间。
[0080]因此，本实施方式的密封装置30能够提高排气机室壁10和外侧扩散器15之间的外侧空间29与排气流路28侧之间的密封性。
[0081]另外，在燃气涡轮的运转中，外侧扩散器15与高温的燃烧气体G接触，排气机室壁10与大气接触。因此，在外侧扩散器15和排气机室壁10中，在燃气涡轮的运转中会由于温度差而产生热膨胀差。该外侧扩散器15与排气机室壁10的热膨胀差体现为外侧扩散器15的凸缘15f相对于排气机室壁10的凸缘1f的轴向Da及径向Dr上的相对位移。
[0082]对于外侧扩散器15的凸缘15f相对于排气机室壁10的凸缘1f的轴向Da上的相对位移，在本实施方式的密封装置30中，通过容易向轴向Da发生变形的各密封板31在轴向Da发生变形，从而容许轴向Da上的凸缘10f、15f的相对位移。
[0083]对于外侧扩散器15的凸缘15f相对于排气机室壁10的凸缘1f的径向Dr上的相对位移，在本实施方式的密封装置30中，通过各密封板组32、33的径向外侧端部32o、33o及外侧间隔件35相对于排气机室壁10的凸缘1f在径向Dr上相对移动，从而容许径向Dr上的凸缘10f、15f的相对位移。然而，在本实施方式的密封装置30中，由于各密封板31在轴向Da上容易发生变形，因此当径向Dr上的凸缘10f、15f的相对位移发生时，各密封板31在轴向Da上发生变形，从而一定程度上地容许径向Dr上的凸缘10f、15f的相对位移。
[0084]如图7所不,考察通过一张密封板31对外侧扩散器15和排气机室壁10之间的外侧空间29、及排气流路28侧进行密封的情况。
[0085]在外侧扩散器15的凸缘15f相对于排气机室壁10的凸缘1f在径向Dr上向接近侧位移的情况下，认为在轴向Da上容易发生变形的一张密封板31在轴向Da上发生变形，其径向外侧端部31ο不会向径向外侧移动。在外侧扩散器15的凸缘15f相对于排气机室壁10的凸缘1f向径向Dr上的接近侧的位移量较大的情况下，当想要仅通过密封板31在轴向Da上的位移来容许凸缘10f、15f的相对位移时，密封板31的轴向Da上的变形量变大，密封板31可能会压曲。
[0086]在本实施方式中，通过利用间隔件35、36、37，来确保由向轴向Da容易位移的密封板31构成的空气侧密封板组32与同样由向轴向Da容易位移的密封板31构成的燃烧气体侧密封板组33之间的轴向Da上的间隔，从而提高了使空气侧密封板组32、燃烧气体侧密封板组33以及各个间隔件35、36、37对合的部件的径向Dr上的压曲强度。在本实施方式中，通过设置中间间隔件37，而缩短径向Dr上的空气侧密封板组32与燃烧气体侧密封板组33的支点跨距，从而进一步提高使空气侧密封板组32、燃烧气体侧密封板组33以及各个间隔件35、36、37对合的部件的径向Dr上的压曲强度。其结果是，在本实施方式中，在外侧扩散器15的凸缘15f相对于排气机室壁10的凸缘1f在径向Dr上向接近侧位移的情况下，各密封板31不会压曲且抑制轴向Da上的变形，各密封板组32、33的径向外侧端部32o、33o向径向外侧移动。
[0087]另外，在燃气涡轮的运转中，空气侧密封板组32与空气相接，相对于此，燃烧气体侧密封板组33与高温的燃烧气体G相接。因此，相对于空气侧密封板组32而言，燃烧气体侧密封板组33的径向Dr上的热膨胀量较大。因此，在燃气涡轮的运转中，相对于从空气侧密封板组32的径向内侧端部32i到贯通该空气侧密封板组32的空气侧贯通孔32a的距离而言，从燃烧气体侧密封板组33的径向内侧端部33i到贯通该燃烧气体侧密封板组33的燃烧气体侧贯通孔33a的距离变长。
[0088]在空气侧密封板组32和燃烧气体侧密封板组33这双方相对于连结用具50在径向Dr上无法相对移动的情况下，如上所述，从燃烧气体侧密封板组33的径向内侧端部33i到贯通该燃烧气体侧密封板组33的燃烧气体侧贯通孔33a的距离变长。因此，如图8A所示，连结用具50随着朝向下游侧而向朝着径向外侧的方向倾斜。如此，当连结用具50倾斜时，燃烧气体侧密封板组33和空气侧密封板组32在连结用具50附近发生局部变形。另外，存在与连结用具50的各垫片53、54的外缘相接而使燃烧气体侧密封板组33及空气侧密封板组32损伤的可能性。
[0089]在本实施方式中，如使用图6前文所述那样，使燃烧气体侧密封板组33的燃烧气体侧贯通孔33a的内径比连结用具50的螺母侧垫片54的突缘部54b的外径充分大，燃烧气体侧密封板组33相对于连结用具50在径向Dr上能够相对移动。因此，在本实施方式中，在燃气涡轮的运转中，即使从燃烧气体侧密封板组33的径向内侧端部33i到贯通该燃烧气体侧密封板组33的燃烧气体侧贯通孔33a的距离变长，通过连结用具50相对于该燃烧气体侧贯通孔33a的相对移动，如图8B所示，连结用具50不会倾斜。因此，在本实施方式中，能够避免因连结用具50的倾斜引起的燃烧气体侧密封板组33及空气侧密封板组32的损伤。
[0090]在本实施方式中，虽然使燃烧气体侧密封板组33的燃烧气体侧贯通孔33a的内径比连结用具50的螺母侧垫片54的突缘部54b的外径充分大，但反之，即便使空气侧密封板组32的空气侧贯通孔32a的内径比连结用具50的贯通部的外径充分大，也能够抑制连结用具50的倾斜。
[0091]考虑由于存在于外侧扩散器15的径向内侧的燃烧气体G及存在于外侧扩散器15的径向外侧的空气，而与各气体接触的多张密封板31会发生振动的情况。在本实施方式中，通过两张密封板31构成燃烧气体侧密封板组33,通过两张密封板31构成空气侧密封板组32。因此，即使燃烧气体侧密封板组33的两张密封板31中的与燃烧气体G相接的密封板31从燃烧气体G受到振动能量，通过与另一方的密封板31的摩擦，也能够吸收振动能量，从而减少两张密封板31的振动,该另一方的密封板31通过朝向轴向Da的面而与和燃烧气体G相接的密封板31相接。同样地，即使空气侧密封板组32的两张密封板31中的与空气相接的密封板31从空气受到振动能量，通过与另一方的密封板31的摩擦，也能够吸收振动能量，从而减少两张密封板31的振动，该另一方的密封板31通过朝向轴向Da的面而与和空气相接的密封板31相接。在本实施方式中，通过设置中间间隔件37，来缩短径向Dr上的空气侧密封板组32与燃烧气体侧密封板组33的支点跨距，能够减小各密封板组32、33的振动振幅。
[0092]在本实施方式中，能够降低各S封板组32、33的振动，从而能够抑制因振动引起的密封板31的损伤。即，在本实施方式中，通过用多张密封板31构成各密封板组32、33，从而防止来自构成密封板31的多个分割片31p的交界31bl的气体泄漏，并且抑制因振动引起的密封板31的损伤。
[0093]以上，虽然对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行结构的附加、省略、置换、以及其他变更。本发明并不被上述的说明限定，仅由权利要求书限定。
[0094]在本实施方式中，虽然通过两张密封板31构成各密封板组32、33，但也可以由重叠三张以上的密封板31构成。
[0095]在本实施方式中，虽然以设置于排气机室壁10的下游端部的密封装置30为代表而进行了说明，但设置于排气室支承件11的上游端部的密封装置30a也是与设置于排气机室壁10的下游端部的密封装置30基本相同的结构，因此能够获得与本实施方式的密封装置30同样的作用效果。
[0096]在比设置于排气室支承件11的上游端部的密封装置30a靠下游侧处设置其它的密封装置的情况下，优选设为与本实施方式的密封装置30相同结构的密封装置。
[0097]工业实用性
[0098]本发明涉及一种对燃气涡轮的扩散器的端部进行密封的密封装置及具备该密封装置的燃气涡轮。在本发明中，通过第一、第二密封板组将外侧空间与排气流路侧分隔，因此能够对外侧空间与排气流路侧之间进行密封。在本发明中，能够减少各密封板组的振动，因此能够抑制因振动引起的S封板的损伤。
[0099]符号说明
[0100]1:压缩机，2:燃烧器，3:涡轮，4:外壳，5:涡轮转子，8:动叶片，10:排气机室壁(外侧部件)，1p ;密封空气流路，11:排气室支承件，12:排气室，15、17:外侧扩散器，16、
18、19:内侧扩散器，27、28:外侧空间，29:排气流路，30、30a:密封装置，31:密封板，31p:分割片，32:空气侧密封板组(第一密封板组)，33:燃烧气体侧密封板组(第二密封板组)，33a:燃烧气体侧贯通孔，35:外侧间隔件，36:内侧间隔件，37:中间间隔件，40:外侧安装用具，45:内侧安装用具，50:连结用具，54:螺母侧垫片，54b:突缘部
【权利要求】
1.一种密封装置，其通过外侧扩散器的端部对外侧空间与排气流路之间进行密封，该外侧空间是所述外侧扩散器的径向外侧与外侧部件之间的空间，该外侧扩散器呈筒状且在径向内侧形成有使燃气涡轮的转子旋转的燃烧气体所通过的所述排气流路，该外侧部件隔开间隔地配置在该外侧扩散器的径向外侧，所述密封装置中，具备: 第一密封板组及第二密封板组，其将从筒状的所述外侧扩散器的端部向径向外侧扩展且直至所述外侧部件的多张密封板以彼此相接的方式层叠而成； 间隔件，其在所述转子的旋转轴线延伸的轴向上将所述第一密封板组和所述第二密封板组隔开间隔地保持。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其中， 构成所述第一密封板组或所述第二密封板组的多张密封板具有在以所述转子为中心的周向上排列并形成周向的一部分的多个分割片， 构成所述第一密封板组或所述第二密封板组的多个所述分割片的周向上的交界的位置与其他的分割片的周向上的交界的位置在周向上不同，该其他的分割片通过朝向轴向的面而与构成所述第一密封板组或所述第二密封板组的所述分割片相接。
3.根据权利要求1或2所述的密封装置，其中， 所述间隔件具有保持所述第一密封板组的径向外侧部与所述第二密封板组的径向外侧部的间隔的外侧间隔件、保持所述第一密封板组的径向内侧部与所述第二密封板组的径向内侧部的间隔的内侧间隔件。
4.根据权利要求3所述的密封装置，其中， 在所述外侧间隔件形成有从径向外侧朝向径向内侧贯通的密封空气孔。
5.根据权利要求3或4所述的密封装置，其中， 所述密封装置具有在所述外侧间隔件和所述内侧间隔件之间保持所述第一密封板组和所述第二密封板组的间隔的中间间隔件。
6.根据权利要求5所述的密封装置，其中， 所述密封装置具备连结用具，所述连结用具贯通所述第一密封板组、所述中间间隔件及所述第二密封板组，并使所述第一密封板组和所述第二密封板组紧贴中间间隔件， 形成于所述第二密封板组的供所述连结用具贯通的燃烧气体侧贯通孔形成得比所述连结用具外径大，以使所述第二密封板组相对于所述连结用具在径向上能够相对移动。
7.根据权利要求6所述的密封装置，其中， 所述第二密封板组的轴向厚度形成得比在所述中间间隔件与所述连结用具的螺母侧垫片之间形成的轴向间隙小。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的密封装置，其中， 所述密封装置具备: 夕卜侧安装用具，其将所述第一密封板组的径向外侧部、所述外侧间隔件、以及所述第二密封板组的径向外侧部以在所述轴向上夹入该外侧安装用具与所述外侧部件之间的方式安装于所述外侧部件； 内侧安装用具，其将所述第一密封板组的径向内侧部、所述内侧间隔件、以及所述第二密封板组的径向内侧部以在所述轴向上夹入该内侧安装用具与所述外侧扩散器之间的方式安装于所述外侧扩散器， 所述内侧安装用具和所述外侧安装用具中的任一方的安装用具将所述第一密封板组及所述第二密封板组安装为相对于安装对象在径向上能够相对移动。
9.一种燃气涡轮，其中，具备: 权利要求1至8中任一项所述的密封装置； 所述外侧扩散器； 所述外侧部件。
10.根据权利要求9所述的燃气涡轮，其中， 所述燃气涡轮还具备密封空气路，该密封空气路形成于所述外侧部件并向所述第一密封板组与所述第二密封板组之间供给密封空气。
【文档编号】F01D25/30GK104160116SQ201280071090
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2012年11月7日 优先权日:2012年3月7日
【发明者】桥本真也, 手塚宣和, 广川一晴 申请人:三菱日立电力系统株式会社