KR101531473B1 - 회전 기계의 시일 구조 및 이를 구비한 가스 터빈 - Google Patents

Abstract

이 회전 기계의 시일 구조는, 외주측 부재(1)는 직경 방향의 내측을 향해 돌출됨과 함께 축 주위로 연장되는 환형상의 플랜지(11)를 갖고, 내주측 부재는 직경 방향의 외측을 향해 돌출됨과 함께 축 주위로 연장되는 환형상을 이루고, 외주측 부재(1)의 플랜지(11)에 축 방향으로부터 대향하는 플랜지를 갖고, 외주측 부재(1)의 플랜지(11) 및 내주측 부재의 플랜지 중 어느 한쪽에는, 다른 쪽 플랜지측을 향하는 단부면으로부터 오목해짐과 함께 축 주위로 연장되는 환형상의 홈부(13)가 형성되고, 홈부(13)에는, 다른 쪽 플랜지에 접촉 가능하게 진퇴되는 환형상의 시일체(14)가 수용되고, 시일체(14)를, 다른 쪽 플랜지측을 향해 가압하는 제1 가압 수단과, 홈부(13)의 직경 방향을 향하는 벽면(13b)을 향해 가압하는 제2 가압 수단(22)을 구비한다.

Description

회전 기계의 시일 구조 및 이를 구비한 가스 터빈{SEAL STRUCTURE FOR ROTARY MACHINE, AND GAS TURBINE WITH SAME}

본 발명은, 회전 기계의 시일 구조 및 이를 구비한 가스 터빈에 관한 것이다.

본원은, 2012년 1월 12일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2012-004079호에 기초해서 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 예를 들어 가스 터빈과 같이, 케이싱과, 상기 케이싱의 내부에서 축 주위로 회전되는 회전체를 갖는 회전 기계가 알려져 있다. 가스 터빈의 상기 케이싱에는 차실(외주측 부재)과, 차실에 대해 터빈축(이하, 축이라고 칭함)에 직교하는 직경 방향의 내측에 배치되는 블레이드 링(내주측 부재)이 구비되어 있다.

가스 터빈에서는 냉각 공기의 용도에 따라서, 차실과 블레이드 링 사이의 공간이 환형상을 이루는 시일체에 의해 축 방향으로 구획되어, 캐비티가 형성되어 있다.

이러한 종류의 가스 터빈 시일 구조로서, 하기 특허문헌 1에는, 외차실(외주측 부재)에 형성되고, 직경 방향의 내측을 향해 돌출됨과 함께 축 주위로 연장되는 환형상의 플랜지와, 내차실(내주측 부재)에 형성되고, 직경 방향의 외측을 향해 돌출됨과 함께 축 주위로 연장되는 환형상의 플랜지가 서로 축 방향으로 대향 배치됨과 함께, 이들 플랜지끼리의 사이에 시일체가 개재 장착된 것이 기재되어 있다.

이들 플랜지 중 어느 한쪽에는, 다른 쪽 플랜지측을 향하는 단부면으로부터 오목해짐과 함께 축 주위로 연장되는 환형상의 홈부가 형성되어 있고, 이 홈부에 시일체가 수용되어 있어, 상기 다른 쪽 플랜지에 접촉 가능하게 진퇴되도록 되어 있다.

또한, 하기 특허문헌 2와 같이, 시일체에 있어서의 직경 방향을 향하는 둘레면이, 슈라우드(외주측 부재)에 접촉되어, 시일하는 구조도 알려져 있다.

일본 특허 공개 제2002-161712호 공보 일본 특허 공개 소60-159306호 공보

그러나, 전술한 종래의 회전 기계의 시일 구조 및 이를 사용한 가스 터빈에 있어서는, 하기의 과제가 있었다.

즉, 특허문헌 2와 같이, 시일체의 직경 방향을 향하는 둘레면을 사용해서 시일하는 구조의 경우, 곡면끼리의 접촉에 의해 시일이 이루어지므로, 운전 시의 열팽창 등에 의해, 시일성이 저하될 우려가 있었다.

한편, 특허문헌 1과 같이, 시일체의 축 방향을 향하는 단부면을 사용해서 시일하는 구조에 의하면, 평면끼리의 접촉에 의해 시일할 수 있으므로, 운전 시의 열팽창 등에 의한 영향을 받기 어려워져, 시일성이 안정적으로 확보된다. 그러나, 이 경우, 시일체의 직경 방향을 향하는 둘레면과, 홈부에 있어서 직경 방향을 향하는 벽면 사이로부터 가스(유체)가 돌아 들어갈 가능성이 있어, 시일성을 보다 향상시키는 것에 개선의 여지가 있었다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 시일성을 안정적으로 높일 수 있는 회전 기계의 시일 구조 및 이를 사용한 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 제안하고 있다.

즉, 본 발명은, 케이싱과, 상기 케이싱의 내부에서 축 주위로 회전되는 회전체를 갖는 회전 기계의 시일 구조이며,

상기 케이싱은 외주측 부재와, 상기 외주측 부재에 대해 상기 축에 직교하는 직경 방향의 내측에 배치되는 내주측 부재를 구비하고,

상기 외주측 부재는, 상기 직경 방향의 내측을 향해 돌출됨과 함께 축 주위로 연장되는 환형상의 플랜지를 갖고,

상기 내주측 부재는, 상기 직경 방향의 외측을 향해 돌출됨과 함께 축 주위로 연장되는 환형상을 이루고,

상기 외주측 부재의 플랜지에 축 방향으로부터 대향하는 플랜지를 갖고,

상기 외주측 부재의 플랜지 및 상기 내주측 부재의 플랜지 중 어느 한쪽에는, 다른 쪽 플랜지측을 향하는 단부면으로부터 오목해짐과 함께 축 주위로 연장되는 환형상의 홈부가 형성되고,

상기 홈부에는, 상기 다른 쪽 플랜지에 접촉 가능하게 진퇴되는 환형상의 시일체가 수용되고,

상기 시일체를, 상기 다른 쪽 플랜지측을 향해 가압하는 제1 가압 수단과,

상기 홈부의 상기 직경 방향을 향하는 벽면을 향해 가압하는 제2 가압 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈은, 전술한 회전 기계의 시일 구조를 사용한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 회전 기계의 시일 구조 및 이를 사용한 가스 터빈에 의하면, 외주측 부재 및 내주측 부재에 있어서 축 방향에 대향하는 한 쌍의 플랜지끼리 중, 한쪽 플랜지의 홈부에 배치되는 시일체가, 다른 쪽 플랜지에 대해, 축 방향을 향하는 단부면으로부터 접촉함으로써 시일이 행해지도록 되어 있다. 즉, 시일체와 플랜지의 평면끼리의 접촉에 의해 시일할 수 있으므로, 운전 시의 열팽창 등에 의한 영향을 받기 어려워져, 시일성이 안정적으로 확보된다.

또한, 이 시일 구조를 사용한 가스 터빈에 있어서는, 상기 외주측 부재는 예를 들어 차실이며, 상기 내주측 부재는 예를 들어 블레이드 링이나 배기 디퓨저이다.

그리고, 이 시일 구조는, 시일체를, 다른 쪽 플랜지측을 향해 가압하는 제1 가압 수단을 구비하고 있으므로, 열팽창 등에 의해 상기 한 쌍의 플랜지끼리의 간격이 증감하는 경우라도, 상기 시일체가 다른 쪽 플랜지로부터 이격되는 것이 방지되어, 이들의 접촉이 안정적으로 유지되도록 되어 있다.

또한, 본 발명의 회전 기계의 시일 구조는, 시일체를, 홈부의 직경 방향을 향하는 벽면을 향해 가압하는 제2 가압 수단을 구비하고 있으므로, 하기의 효과를 발휘한다.

즉, 전술한 제1 가압 수단이 시일체를 가압하고 있는 방향은, 홈부의 저면(홈부에 있어서 다른 쪽 플랜지측을 향하는 면)으로부터 상기 시일체를 이격시키는 방향이므로, 시일체와 홈부의 저면 사이에는, 간극이 생기기 쉽게 되어 있다. 이와 같은 간극이 있는 상태에서, 또한 홈부의 직경 방향을 향하는 벽면과 시일체 사이에도 간극이 생긴 경우에는, 홈부의 내면 전체와 시일체가 이격된 상태로 되고, 이 간극으로부터 가스(유체)가 돌아 들어가 시일성을 확보할 수 없게 될 우려가 있다.

따라서, 본 발명과 같이, 제2 가압 수단이 시일체를 직경 방향을 향해 가압함으로써, 상기 시일체와 홈부의 벽면의 시일성이 확보되므로, 전술한 바와 같은 가스가 돌아 들어가는 것이 방지되고, 전술한 효과와 아울러, 시일성이 안정적으로 증가되는 것이다.

또한, 본 발명의 회전 기계의 시일 구조에 있어서, 상기 시일체는 축 주위로 배열된 복수의 세그먼트로 이루어지고, 상기 제1 가압 수단 및 상기 제2 가압 수단은, 이들 세그먼트에 각각 구비되는 것으로 해도 좋다.

이 경우, 시일체가, 축 주위로 배열된 복수의 세그먼트로 이루어지므로, 외주측 부재와 내주측 부재의 열연신차나 압력 변형에 의한 축 방향이나 직경 방향으로의 상대적인 이동을, 이들 세그먼트가 허용하면서, 시일 구조의 가스 누설을 방지할 수 있다.

그리고, 이들 세그먼트의 각각에 대해 전술한 효과가 얻어지므로, 시일체의 축 주위를 따르는 각 부분에서 가령 온도차에 의한 열연신차가 생기는 경우가 있어도, 시일성이 안정적으로 증가되게 된다.

또한, 본 발명의 회전 기계의 시일 구조에 있어서, 상기 제2 가압 수단은, 상기 시일체를 상기 직경 방향의 외측을 향해 가압하는 것으로 해도 좋다.

본 발명에 따르면, 시일체가 열팽창한 경우에 있어서도, 제2 가압 수단의 가압력에 의해, 상기 시일체를 홈부의 벽면에 안정적으로 계속 접촉시키기 쉽다. 따라서, 전술의 효과가 안정적으로 얻어진다.

본 발명의 회전 기계의 시일 구조 및 이를 사용한 가스 터빈에 의하면, 시일성을 안정적으로 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 일 실시 형태에 따른 가스 터빈의 시일 구조 근방을 도시하는 종단면도이다.
도 2는 외주측 부재의 플랜지를 축 방향의 중간 부분(터빈 축 방향을 따르는 상기 플랜지의 양단부간 부분)에서 절단한 정단면도(도 1의 X-X 단면)임과 함께, 시일체의 세그먼트를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1의 A부를 확대해서 도시하는 도면이다.
도 4는 도 2의 B-B 단면을 도시하는 도면이다.
도 5는 도 2의 C-C 단면을 도시하는 도면이다.
도 6a는 시일 구조의 조립에 사용되는 임시 고정 부재의 정면도이다.
도 6b는 시일 구조의 조립에 사용되는 임시 고정 부재의 측면도이다.
도 7은 시일 구조의 조립을 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 일 실시 형태에 따른 가스 터빈은, 압축기와, 연소기와, 터빈을 구비하고 있다. 가스 터빈은, 압축기에 있어서 생성된 압축 공기를, 연소기에 있어서 연료와 혼합하여 연소하고, 고온ㆍ고압의 연소 가스를 생성하도록 구성되어 있다. 그리고, 이 연소 가스를 터빈에 유입시킴으로써 터빈의 로터를 터빈축(축) 주위로 회전시켜, 회전 동력을 얻게 되어 있다.

또한, 본 명세서에서는, 축 방향을 따르는 연소기의 압축기측을 상류측이라고 하고, 연소기의 터빈측을 하류측이라고 한다. 또한, 축 방향에 직교하는 방향을 직경 방향이라고 하고, 축을 중심으로 주회하는 방향을 축 주위(또는 둘레 방향)라고 한다.

이 가스 터빈은, 케이싱(30)과, 상기 케이싱(30)의 내부에서 축 주위로 회전되는 상기 로터 등의 회전체를 갖고 있고, 본 실시 형태에 따른 회전 기계의 시일 구조는, 상기 가스 터빈(회전 기계)에 사용되는 것이다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 케이싱(30)은 통형상의 외주측 부재(1)와, 외주측 부재(1)에 대해 직경 방향의 내측(도 1에 있어서의 하측)에 배치되는 통형상의 내주측 부재(2)를 구비하고 있다.

도시한 예에서는, 외주측 부재(1)로서 차실, 내주측 부재(2)로서 블레이드 링이 도시되어 있다. 이들 차실 및 블레이드 링은, 예를 들어 둘레 방향으로 2분할되어 있음과 함께, 이들을 연직 방향(상하 방향)으로 조합함으로써, 전체적으로 환형상(통형상)을 이루고 있다. 또한, 내주측 부재(2)로서, 블레이드 링 대신에 배기 디퓨저를 사용해도 상관없다.

외주측 부재(1)는 직경 방향의 내측을 향해 돌출됨과 함께 축 주위로 연장되는 환형상의 플랜지(11)를 갖고 있다. 또한, 내주측 부재(2)는 직경 방향의 외측을 향해 돌출됨과 함께 축 주위로 연장되어 환형상으로 형성되어 있다. 또한, 내주측 부재(2)는 외주측 부재(1)의 플랜지(11)에 축 방향(도 1에 있어서의 좌우 방향)으로부터 대향하는 플랜지(12)를 갖고 있다.

도시한 예에서는, 외주측 부재(1)의 플랜지(11)에 대해, 내주측 부재(2)의 플랜지(12)가 축 방향의 하류측(도 1에 있어서의 우측)으로부터 대향하여 배치되어 있다. 또한, 이들 플랜지(11, 12)끼리의 사이에는, 축 방향으로 약간의 간극이 형성되어 있다.

외주측 부재(1)의 플랜지(11) 및 내주측 부재(2)의 플랜지(12) 중 어느 한쪽에는, 다른 쪽 플랜지측을 향하는 단부면으로부터 오목해짐과 함께 축 주위로 연장되는 환형상의 홈부(13)가 형성되고, 이 홈부(13)에는, 상기 다른 쪽 플랜지에 접촉 가능하게 진퇴되는 환형상의 시일체(14)가 수용되어 있다.

도시한 예에서는, 홈부(13)는 외주측 부재(1)의 플랜지(11)에 있어서의 내주측 부재(2)의 플랜지(12)측(즉 축 방향의 하류측)을 향하는 단부면에 형성되어 있고, 이 홈부(13)에, 내주측 부재(2)의 플랜지(12)를 향해 진퇴됨과 함께 접촉 가능하게 된 시일체(14)가 수용되어 있다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 홈부(13)는 축 방향을 향하는 저면(13a)과, 직경 방향을 향하는 한 쌍의 벽면(13b, 13c)을 갖고 있다. 저면(13a)은 축 방향의 하류측(도 3에 있어서의 우측)을 향하고 있고, 축에 수직인 평면 형상으로 형성되어 있다. 또한, 벽면(13b, 13c) 중, 홈부(13)의 직경 방향 외측에 배치되어 직경 방향 내측을 향하는 벽면(13b)은, 축에 평행하게 됨과 함께 둘레 방향을 따라서 연장되는 오목 곡면 형상으로 형성되어 있다. 홈부(13)의 직경 방향 내측에 배치되어 직경 방향 외측을 향하는 벽면(13c)은 축에 평행하게 됨과 함께 둘레 방향을 따라서 연장되는 볼록 곡면 형상으로 형성되어 있다.

또한, 홈부(13)의 저면(13a)에는, 플랜지(11)의 축 방향의 상류측(도 3에 있어서의 좌측)을 향하는 면에 개방되는 관통 구멍(13d)이, 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 형성되어 있다. 이들 관통 구멍(13d)은 시일체(14)의 후술하는 핀 장착 구멍(15a)에 대응하는 위치에 각각 배치되어 있다.

도 3에 도시되는 종단면(축을 포함하는 단면)에서 보아, 홈부(13)는 축 방향의 하류측을 향해 개방된 직사각 형상의 구멍을 형성하고 있다.

또한, 외주측 부재(1)의 주위벽에 있어서, 각 관통 구멍(13d)의 직경 방향 외측에 대응하는 위치에는, 상기 주위벽을 직경 방향으로 관통하는 나사 구멍(3)이 각각 뚫어 형성되어 있다. 나사 구멍(3)의 내경은, 후술하는 임시 고정 부재(5)를 삽입 관통 가능한 크기로 되어 있다. 나사 구멍(3)에는, 상기 나사 구멍(3)으로부터 착탈 가능하게 나사 부재(4)가 나사 결합되어 있다.

또한, 도 3에 도시되는 종단면에서 보아, 시일체(14)는 직사각 형상을 이루고 있고, 홈부(13) 내에 수용 가능하게 되어 있다. 구체적으로, 시일체(14)의 축 방향을 따르는 길이(두께)는, 홈부(13)의 축 방향을 따르는 길이(홈 깊이)와 동등 이하로 되어 있다. 또한, 시일체(14)의 직경 방향을 따르는 길이(폭)는, 홈부(13)의 직경 방향을 따르는 길이(홈폭)보다도 작게 되어 있다.

시일체(14)는 축 주위로 배열된 복수의 세그먼트(15)로 이루어진다.

도 2에 도시되는 정단면(횡단면에서 보아, 축에 수직인 단면]에서 보아, 세그먼트(15)는 원호 형상을 이루고 있음과 함께, 둘레 방향에 인접하는 세그먼트(15)끼리가 서로의 둘레 방향을 향하는 단부면끼리를 접근 배치시킴으로써, 시일체(14)가 전체적으로 원환형상을 이루고 있다. 또한, 둘레 방향에 인접하는 세그먼트(15)끼리의 사이에는, 운전 시의 열팽창을 고려하여, 약간 간극이 형성되는 것이 바람직하다.

특별히 도시하지 않지만, 본 실시 형태에 있어서는, 세그먼트(15)가 둘레 방향 균등하게 24개 배열되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 시일체(14)의 세그먼트(15)에 있어서, 홈부(13)의 저면(13a)측을 향하는 단부면에는, 상기 단부면에 개방됨과 함께 축 방향의 하류측을 향해 연장되는 핀 장착 구멍(15a)이 형성되어 있다. 또한, 핀 장착 구멍(15a)은 세그먼트(15)에 있어서의 홈부(13)의 저면(13a)과는 반대측을 향하는 단부면[축 방향의 하류측을 향하는 단부면이며, 플랜지(12)에 대향되는 면)에는 개방되어 있지 않다.

이하의 설명에서는, 시일체(14)에 있어서의 상기 홈부(13)의 저면(13a)과는 반대측을 향하는 단부면을, 간단히 시일면이라고 한다.

도 2에 있어서, 핀 장착 구멍(15a)은 세그먼트(15)의 둘레 방향을 따르는 중앙부에 배치되어 있다. 또한, 도 3에 도시되는 바와 같이, 핀 장착 구멍(15a)에는 암나사 가공이 실시되어 있음과 함께, 수나사 가공이 실시된 핀 부재(16)가, 나사 결합되어 있다. 또한, 도 3에 부호 17에서 나타내어지는 것은, 핀 부재(16)의 회전 방지부이다. 또한, 도 2에 있어서는, 핀 장착 구멍(15a) 내에 배치되는 핀 부재(16)와, 후술하는 제1 수용 구멍(15b) 내에 배치되는 제1 가압 수단(21) 및 제2 수용 구멍(15c) 내에 배치되는 제2 가압 수단(22)의 기재를 생략하고 있다.

도 3에 있어서, 핀 부재(16)는 외주측 부재(1)의 플랜지(11)의 관통 구멍(13d)에, 축 방향의 상류측으로부터 삽입되어 있음과 함께, 하류측을 향해 연장되어 있다. 핀 부재(16)의 헤드부(16a)의 외경은 관통 구멍(13d)의 내경보다 크게 되어 있고, 또한 핀 부재(16)의 수부(shaft)(16b)의 외경은 관통 구멍(13d)의 내경보다 작게 되어 있다.

도 2 및 도 4에 도시되는 바와 같이, 시일체(14)의 세그먼트(15)에 있어서, 홈부(13)의 저면(13a)측을 향하는 단부면에는, 제1 수용 구멍(15b)이 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 형성되어 있다.

도 4에 도시되는 바와 같이, 제1 수용 구멍(15b)은 세그먼트(15)에 있어서 홈부(13)의 저면(13a)측을 향해 개방되어 있음과 함께, 시일면(도 4에 있어서 우측을 향하는 면)측을 향해 연장되어 있는 한편, 상기 시일면에는 개방되어 있지 않다.

또한, 도 2에 도시되는 바와 같이, 시일체(14)의 세그먼트(15)에 있어서, 홈부(13)의 벽면(13c)측을 향하는 내주면에는, 제2 수용 구멍(15c)이 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 형성되어 있다. 도시한 예에서는, 제1 수용 구멍(15b) 및 제2 수용 구멍(15c)이, 세그먼트(15)에 둘레 방향으로 교대가 되도록 배치되어 있다.

도 5에 도시되는 바와 같이, 제2 수용 구멍(15c)은 세그먼트(15)에 있어서 홈부(13)의 벽면(13c)측을 향해 개방되어 있음과 함께, 벽면(13b)측(도 5에 있어서의 상측)을 향해 연장되어 있는 한편, 상기 벽면(13b)측을 향하는 외주면에는 개방되어 있지 않다.

또한, 도 2 내지 도 5에 있어서, 시일체(14)의 세그먼트(15)의 시일면에는, 상기 시일면으로부터 돌출됨과 함께 둘레 방향으로 연장되는 리브(15d)가 형성되어 있다. 그리고, 리브(15d)에 있어서의 평탄한 선단면(축 방향의 하류측을 향하는 면)이, 플랜지(12)에 접촉되도록 되어 있다.

도 2에 도시되는 정단면에서 보아, 리브(15d)는 세그먼트(15)에 있어서의 둘레 방향의 한쪽으로부터 타방측을 향함에 따라 점차 그 직경 방향의 위치를 변화시키도록 연장되어 있다. 도시한 예에서는, 리브(15d)는 직선 형상으로 되어 있음과 함께, 상기 리브(15d)의 직경 방향 위치는 세그먼트(15)에 있어서의 둘레 방향의 양단부에서 가장 직경 방향 외측에 배치되고, 둘레 방향의 중앙부에서 가장 직경 방향 내측에 배치되어 있다.

그리고, 도 4 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 이 시일 구조는 시일체(14)를, 플랜지(12)측을 향해 가압하는 제1 가압 수단(21)과, 홈부(13)의 직경 방향을 향하는 벽면(13b, 13c) 중 어느 하나를 향해 가압하는 제2 가압 수단(22)을 구비하고 있다.

제1 가압 수단(21) 및 제2 가압 수단(22)은 탄성 부재로 이루어지고, 도시한 예에서는, 압축 코일 스프링이 사용되어 있다.

제1 가압 수단(21) 및 제2 가압 수단(22)은, 복수의 세그먼트(15)에 각각 구비되어 있다.

제1 가압 수단(21)은 세그먼트(15)의 제1 수용 구멍(15b)에 수용되어 있다. 또한, 제2 가압 수단(22)은 세그먼트(15)의 제2 수용 구멍(15c)에 수용되어 있다.

도 4에 있어서, 제1 가압 수단(21)은 축 방향으로 신축 가능하게 연장되어 있음과 함께, 그 양단부가 홈부(13)의 저면(13a)과, 제1 수용 구멍(15b)의 저면(축 방향의 상류측을 향하는 안쪽면)에 접촉되어 있다.

도 5에 있어서, 제2 가압 수단(22)은 직경 방향으로 신축 가능하게 연장되어 있음과 함께, 그 양단부가 홈부(13)의 벽면(13c)과, 제2 수용 구멍(15c)의 저면(직경 방향의 내측을 향하는 안쪽면)에 접촉되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제2 가압 수단(22)은 시일체(14)를 직경 방향의 외측을 향해[즉 홈부(13)의 벽면(13b)을 향해] 가압하고 있다.

또한, 도 6a 및 도 6b에 도시되는 것은, 본 실시 형태의 시일 구조의 조립에 사용되는 임시 고정 부재(5)이다. 임시 고정 부재(5)는 핀 부재(16)에 걸림 결합되는 걸림 결합부(5a)와, 걸림 결합부(5a)에 연결되는 끈부(5b)를 구비하고 있다.

도 6a에 도시되는 정면에서 보아, 걸림 결합부(5a)의 선단부에는 U자 형상의 절결부(5c)가 형성되어 있고, 상기 절결부(5c)의 개구 폭은 핀 부재(16)의 수부(16b)보다도 크고, 헤드부(16a)보다도 작게 되어 있다. 또한, 도 6b에 도시되는 측면에서 보아, 걸림 결합부(5a)의 선단부는 선단측을 향함에 따라 점차 첨예(끝이 가늚)해지도록 테이퍼 형상으로 형성되어 있다.

또한, 끈부(5b)는 유연성을 갖는 금속 와이어 등으로 이루어지고, 도시한 예에서는, 걸림 결합부(5a)의 선단부와는 반대측의 단부에, 납땜에 의해 결합되어 있다.

다음에, 전술한 시일 구조의 조립에 대해 설명한다.

도 7에 도시되는 바와 같이, 미리, 시일체(14)의 각 세그먼트(15)의 핀 부재(16)에, 임시 고정 부재(5)를 걸어 결합시켜 둔다.

구체적으로는, 외주측 부재(1)의 나사 구멍(3)으로부터 나사 부재(4)를 제거한 상태에서, 상기 나사 구멍(3)에 임시 고정 부재(5)를 삽입한다. 그리고, 임시 고정 부재(5)의 걸림 결합부(5a)의 선단부[절결부(5c)]에 핀 부재(16)의 헤드부(16b)를 수용하면서, 상기 선단부를, 제1 가압 수단(21)의 가압력에 저항하여, 플랜지(11)에 있어서의 축 방향의 상류측(도 7에 있어서의 좌측)을 향하는 단부면과, 핀 부재(16)의 헤드부(16a) 사이에 삽입한다.

이에 의해, 시일체(14)의 세그먼트(15)는 홈부(13) 내에 인입됨과 함께, 상기 세그먼트(15)의 시일면[구체적으로는, 시일면에 있어서의 리브(15d)의 선단면]가, 플랜지(11)에 있어서 축 방향의 하류측(도 7에 있어서의 우측)을 향하는 단부면에 동일면으로 되거나, 상기 단부면보다도 축 방향의 상류측에 후퇴하도록 배치된다.

이 상태로부터, 외주측 부재(1)와 내주측 부재(2)를 직경 방향으로 접근 이동시킴으로써, 각각의 플랜지(11, 12)끼리가 축 방향으로 대향 배치된다.

이때, 시일체(14)는 플랜지(11)에 있어서 축 방향의 하류측을 향하는 단부면과 동일면 또는 상기 단부면으로부터 후퇴되어 있으므로, 플랜지(12)의 직경 방향 외측의 단부가, 시일체(14)에 접촉하여 파손시켜 버리는 일이 방지된다.

외주측 부재(1)와 내주측 부재(2)의 상대 위치가 결정되면, 임시 고정 부재(5)의 끈부(5b)를 외주측 부재(1)의 외측으로부터 나사 구멍(3)을 통해 잡아당겨, 걸림 결합부(5a)와 핀 부재(16)의 걸림 결합을 해제한다.

이때, 걸림 결합부(5a)의 선단부가 테이퍼 형상으로 되어 있으므로, 임시 고정 부재(5)를 인발할 때에, 제1 가압 수단(21)의 가압력에 의해, 핀 부재(16)는 축 방향의 하류측을 향해 서서히 이동하게 되게 된다. 이에 의해, 시일체(14)의 시일면이, 플랜지(12)에 세차게 접촉하여 충격을 받는 것에 의한 변형이나 파손 등이 방지되어, 시일성이 고정밀도로 확보할 수 있게 되어 있다.

핀 부재(16)와의 걸림 결합을 해제한 임시 고정 부재(5)에 대해서는, 나사 구멍(3)으로부터 외주측 부재(1)의 외부에 취출하고, 상기 나사 구멍(3)에는 나사 부재(4)를 장착하여 밀봉한다.

본 실시 형태와 같이, 조립 중에서 시일체(14)를 육안으로 볼 수 없는 경우라도, 이 시일 구조의 조립 방법에 의하면, 고정밀도로 확실하게 시일 구조를 조립할 수 있다.

이상 설명한 본 실시 형태의 시일 구조 및 이를 사용한 가스 터빈에 의하면, 외주측 부재(1) 및 내주측 부재(2)에 있어서 축 방향에 대향하는 한 쌍의 플랜지(11, 12)끼리 중, 한쪽 플랜지(11)의 홈부(13)에 배치되는 시일체(14)가, 다른 쪽 플랜지(12)에 대해, 축 방향을 향하는 단부면(시일면)으로부터 접촉함으로써 시일이 행해지도록 되어 있다. 즉, 시일체(14)와 플랜지(12)의 평면끼리의 접촉에 의해 시일할 수 있으므로, 운전 시의 열팽창 등에 의한 영향을 받기 어려워져, 시일성이 안정적으로 확보된다.

그리고, 이 시일 구조는, 시일체(14)를, 다른 쪽 플랜지(12)측을 향해 가압하는 제1 가압 수단(21)을 구비하고 있으므로, 열팽창 등에 의해 한 쌍의 플랜지(11, 12)끼리의 간격이 증감하는 경우라도, 상기 시일체(14)가 플랜지(12)로부터 이격되는 것이 방지되어, 이들의 접촉이 안정적으로 유지되도록 되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 시일체(14)를, 홈부(13)의 직경 방향을 향하는 벽면(13b, 13c) 중 어느 하나를 향해 가압하는 제2 가압 수단(22)을 구비하고 있으므로, 하기의 효과를 발휘한다.

즉, 전술한 제1 가압 수단(21)이 시일체(14)를 가압하고 있는 방향은, 홈부(13)의 저면(13a)으로부터 상기 시일체(14)를 이격시키는 방향이므로, 시일체(14)와 홈부(13)의 저면(13a) 사이에는, 간극이 생기기 쉽게 되어 있다. 이와 같은 간극이 있는 상태에서, 또한 홈부(13)의 직경 방향을 향하는 벽면(13b, 13c)과 시일체(14) 사이에도 간극이 생긴 경우에는, 홈부(13)의 내면 전체와 시일체(14)가 이격된 상태로 되고, 이 간극으로부터 가스가 돌아 들어가 시일성을 확보할 수 없게 될 우려가 있다.

따라서, 본 실시 형태와 같이, 제2 가압 수단(22)이 시일체(14)를 직경 방향 중 어느 하나를 향해 가압함으로써, 상기 시일체(14)와, 홈부(13)의 벽면(13b) 또는 벽면(13c)의 시일성이 확보되므로, 전술한 바와 같은 가스가 돌아 들어가는 것이 방지되어, 전술한 효과와 아울러, 시일성이 안정적으로 증가되는 것이다.

구체적으로, 본 실시 형태에서는, 제2 가압 수단(22)이, 시일체(14)를 직경 방향의 외측을 향해[홈부(13)의 벽면(13b)을 향해] 가압하고 있으므로, 하기의 효과를 발휘한다.

즉, 이 구성에 의하면, 시일체(14)가 열팽창한 경우에 있어서도, 제2 가압 수단(22)의 가압력에 의해, 상기 시일체(14)를 홈부(13)의 벽면(13b)에 안정적으로 계속 접촉시키기 쉽다. 따라서, 전술의 효과가 안정적으로 얻어진다.

또한, 시일체(14)가, 축 주위로 배열된 복수의 세그먼트(15)로 이루어지므로, 외주측 부재(1)와 내주측 부재(2)의 열연신차나 압력 변형에 의한 축 방향이나 직경 방향으로의 상대적인 이동을, 이들 세그먼트(15)가 허용하면서, 시일 구조의 가스 누설을 방지할 수 있다.

그리고, 이들 세그먼트(15)의 각각에 대해 전술한 효과가 얻어지므로, 시일체(14)의 축 주위에 따르는 각 부분에서 가령 온도차에 의한 열연신차가 생기는 일이 있어도, 시일성이 안정적으로 증가되게 된다.

또한, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 추가하는 것이 가능하다.

예를 들어, 전술한 실시 형태에서는, 외주측 부재(1)로서 차실, 내주측 부재(2)로서 블레이드 링 또는 배기 디퓨저를 사용해서 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 외주측 부재(1)와 내주측 부재(2)는, 이들 사이에 형성되는 환형상 공간 또는 통형상 공간에 대해, 축 방향의 시일성이 요구되는 이중 환형상체 또는 이중 통형상체이면 되고, 전술 이외의 부위에 본 발명을 채용해도 좋다.

또한, 본 실시 형태에서는, 회전 기계로서 가스 터빈을 사용해서 설명했지만, 가스 터빈 이외의 회전 기계이어도 좋다.

또한, 전술의 실시 형태에서는, 홈부(13)가, 외주측 부재(1)의 플랜지(11)에 있어서의 내주측 부재(2)의 플랜지(12)측을 향하는 단부면에 형성되어 있고, 이 홈부(13)에, 내주측 부재(2)의 플랜지(12)를 향해 진퇴됨과 함께 접촉 가능하게 된 시일체(14)가 수용되어 있는 것으로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 홈부(13)가, 내주측 부재(2)의 플랜지(12)에 있어서의 외주측 부재(1)의 플랜지(11)측을 향하는 단부면에 형성되어 있고, 이 홈부(13)에, 외주측 부재(1)의 플랜지(11)를 향해 진퇴됨과 함께 접촉 가능하게 된 시일체(14)가 수용되어 있어도 좋다.

또한, 전술의 실시 형태에서는, 외주측 부재(1)의 플랜지(11)에 대해, 내주측 부재(2)의 플랜지(12)가 축 방향의 하류측으로부터 대향하여 배치되어 있다고 했다. 그러나, 이와는 반대로, 내주측 부재(2)의 플랜지(12)에 대해, 외주측 부재(1)의 플랜지(11)가 축 방향의 하류측으로부터 대향하여 배치되어 있어도 상관없다.

그 밖의, 본 발명의 전술한 실시 형태 및 변형예(상기 추신 등)에서 설명한 구성 요소를, 적절히 조합해도 상관없다. 또한, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 전술한 구성 요소를 주지의 구성 요소로 치환하는 것도 가능하다.

1 : 외주측 부재
2 : 내주측 부재
11 : 플랜지(한쪽 플랜지)
12 : 플랜지(다른 쪽 플랜지)
13 : 홈부
13b, 13c : 벽면
14 : 시일체
15 : 세그먼트
21 : 제1 가압 수단
22 : 제2 가압 수단
30 : 케이싱

Claims (4)

1. 케이싱과, 상기 케이싱의 내부에서 축 주위로 회전되는 회전체를 갖는 회전 기계의 시일 구조이며,
   상기 케이싱은,
   외주측 부재와,
   상기 외주측 부재에 대해 상기 축에 직교하는 직경 방향의 내측에 배치되는 내주측 부재를 구비하고,
   상기 외주측 부재는, 상기 직경 방향의 내측을 향해 돌출됨과 함께 축 주위로 연장되는 환형상의 플랜지를 갖고,
   상기 내주측 부재는, 상기 직경 방향의 외측을 향해 돌출됨과 함께 축 주위로 연장되어 환형상으로 형성되고, 상기 외주측 부재의 플랜지에 축 방향으로부터 대향하는 플랜지를 갖고,
   상기 외주측 부재의 플랜지 및 상기 내주측 부재의 플랜지 중 어느 한쪽에는, 다른 쪽 플랜지측을 향하는 단부면으로부터 오목해짐과 함께 축 주위로 연장되는 환형상의 홈부가 형성되고,
   상기 홈부에는, 상기 다른 쪽 플랜지에 접촉 가능하게 진퇴되는 환형상의 시일체가 수용되고,
   상기 시일체를, 상기 다른 쪽 플랜지측을 향해 가압하는 제1 가압 수단과,
   상기 시일체를, 상기 홈부의 상기 직경 방향을 향하는 벽면을 향해 가압하는 제2 가압 수단
   을 구비하고,
   상기 제1 가압 수단과 상기 제2 가압 수단은, 상기 시일체의 둘레 방향으로 교대로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전 기계의 시일 구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 시일체는 축 주위로 배열된 복수의 세그먼트로 이루어지고,
   상기 제1 가압 수단 및 상기 제2 가압 수단은, 이들 세그먼트에 각각 구비되는, 회전 기계의 시일 구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제2 가압 수단은, 상기 시일체를 상기 직경 방향의 외측을 향해 가압하는, 회전 기계의 시일 구조.
4. 제1항 또는 제2항에 기재된 회전 기계의 시일 구조를 사용한, 가스 터빈.

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