KR101551132B1

KR101551132B1 - 터빈 동익 및 이것을 구비한 가스 터빈

Info

Publication number: KR101551132B1
Application number: KR1020147000124A
Authority: KR
Inventors: 류타 이토
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2015-09-07
Also published as: WO2013061997A1; EP2752555A1; JP5881369B2; KR20140029513A; US9371741B2; JP2013092138A; CN103703216B; EP2752555A4; US20130142667A1; CN103703216A; EP2752555B1

Abstract

본 발명에 관한 터빈 동익(10)은 로터 본체(2)로부터 상기 로터 본체(2)의 직경 방향 외측으로 연장되도록 상기 로터 본체(2)에 설치되는 날개 본체(11)와, 상기 날개 본체(11)의 상기 직경 방향 외측에 고정된 팁 슈라우드(20)를 구비하는 터빈 동익(10)에 있어서, 상기 날개 본체(11) 내에, 상기 로터 본체(2)의 직경 방향으로 연장되어, 냉각 매체가 유통하는 냉각로(14)가 형성되고, 상기 팁 슈라우드(20)는 상기 직경 방향 외측으로 개방되고, 또한 상기 냉각로(14)에 연통하는 오목부(60)가 외주 단부면에 형성된 슈라우드 본체(30)와, 상기 오목부(60)의 측면에 형성된 설치 홈(61a)에 각각 삽입됨으로써, 서로 협동하여 상기 오목부(60)의 개구를 폐색하는 복수의 플러그편(71, 72)을 갖는 플러그(70)를 구비한다.

Description

터빈 동익 및 이것을 구비한 가스 터빈 {TURBINE BLADE, AND GAS TURBINE INCLUDING SAME}

본 발명은 터빈 동익 및 이것을 구비한 가스 터빈에 관한 것이다.

본원은 2011년 10월 27일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 2011-236148호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

최근, 가스 터빈의 고온, 고효율화가 진행되고, 이에 수반하여 터빈 동익의 날개 높이도 증대화(장대익화) 경향이 있다. 특히, 후방단 동익에서는 배출되는 연소 가스의 열에너지를 억제할 필요가 있고, 날개 높이의 증대화가 현저하게 되어 있다. 이와 같은 동익에서는 날개 높이의 증대화에 수반하여 진동수가 저하됨으로써, 플러터 등의 불안정한 진동 모드가 발생할 가능성이 높아진다.

따라서, 각 터빈 동익을 구성하는 날개 본체의 선단에 팁 슈라우드가 배치되어, 구조 감쇠를 증가시킴으로써 불안정한 진동 모드의 발생을 억제하고 있다. 이 팁 슈라우드도 가스 터빈의 고온화에 수반하여 냉각할 필요가 있으므로, 상기 팁 슈라우드 내에는 냉각 구조가 형성되어 있다.

이와 같은 냉각 구조로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 개시한 바와 같이, 날개 본체를 냉각한 냉각 공기를 팁 슈라우드의 냉각에도 사용할 수 있도록, 날개 본체 내의 냉각로와 연통하는 캐비티를 팁 슈라우드 내에 형성한 것이 알려져 있다. 이 캐비티는 팁 슈라우드에 냉각로와 연통하는 오목부를 형성하여, 당해 오목부의 개구를 플러그로 폐색함으로써 형성된다. 이에 의해, 냉각 공기를 캐비티에 도입하여, 상기 캐비티를 통해 냉각 매체를 팁 슈라우드의 외주에 공급함으로써 상기 팁 슈라우드의 냉각을 도모하고 있다.

또한, 특허문헌 2에는 로터의 회전에 의한 원심력으로 상기 플러그가 제거되어 버리는 것을 방지하기 위해, 오목부의 한 쌍의 측면에 각각 설치 홈을 형성하여, 상기 설치 홈에 플러그를 삽입함으로써 오목부의 개구를 폐색하여 캐비티를 구성하는 기술이 기재되어 있다. 보다 구체적으로는, 이 특허문헌 2의 설치 홈은 로터의 축방향에 대향하도록 형성되어 있고, 상기 설치 홈에 1매의 플러그가 주위 방향으로부터 삽입됨으로써 개구가 폐색되도록 되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2000-297604호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-31865호 공보

그러나, 상기 특허문헌 2의 기술에서는, 플러그에 있어서의 설치 홈에 삽입되어 있지 않은 부분이 원심력에 의해 로터의 직경 방향 외측으로 팽창되어 버린다고 하는 문제가 있다. 즉, 한 쌍의 설치 홈이 로터의 축방향에 대향하여 이들 설치 홈끼리의 간격이 어느 정도 이격되어 있으므로, 플러그에 작용하는 원심력이나 캐비티 내외의 압력차에 의해 플러그의 중앙부가 직경 방향 외측으로 크리프 변형되기 쉬워져 버린다. 따라서, 이 크리프 변형에 기인하는 플러그 자체의 팽창에 의해, 장기간에 걸쳐서 사용한 경우에는 플러그의 내구성이 저감될 우려가 있다.

본 발명은 이와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 플러그의 내구성을 향상시키는 것이 가능한 터빈 동익 및 이를 구비한 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명에 관한 터빈 동익은 로터 본체로부터 상기 로터 본체의 직경 방향 외측으로 연장되도록 상기 로터 본체에 설치되는 날개 본체와, 상기 날개 본체의 상기 직경 방향 외측에 고정된 팁 슈라우드를 구비하는 터빈 동익에 있어서, 상기 날개 본체 내에, 상기 로터 본체의 직경 방향으로 연장되어, 냉각 매체가 유통하는 냉각로가 형성되고, 상기 팁 슈라우드는 상기 직경 방향 외측으로 개방되고, 또한 상기 냉각로에 연통하는 오목부가 외주 단부면에 형성된 슈라우드 본체와, 상기 오목부의 측면에 형성된 설치 홈에 각각 삽입됨으로써, 서로 협동하여 상기 오목부의 개구를 폐색하는 복수의 플러그편을 갖는 플러그를 구비한다.

이와 같은 특징의 터빈 동익에 따르면, 플러그를 복수의 플러그편으로 형성하여, 각 플러그편의 각각을 설치 홈에 삽입하였으므로, 플러그를 1매물로서 구성한 경우에 비해 팽창을 저감시킬 수 있다.

(2) 상기 오목부는 상기 외주 단부면을 따르는 방향을 길이 방향으로 하여 연장되고, 상기 설치 홈은 상기 길이 방향을 따르는 한 쌍의 상기 측면에 형성되고, 복수의 상기 플러그편은 서로 접촉하도록 상기 길이 방향으로 배열하여 상기 오목부의 개구를 폐색하는 것이 바람직하다.

이 경우에는, 오목부의 길이 방향을 따르는 한 쌍의 측면에 설치 홈이 형성되어 있으므로, 한 쌍의 측면의 대향 방향은 오목부의 폭 방향이 된다. 따라서, 오목부의 폭 방향을 따르는 측면에 설치 홈을 형성한 경우에 비해, 한 쌍의 설치 홈의 간격이 좁게 설정된다. 이에 의해, 설치 홈에 삽입되는 플러그편에 있어서의 상기 설치 홈의 대향 방향의 간격도 좁게 설정할 수 있으므로, 원심력에 의한 플러그편의 변형을 저감시킬 수 있어, 상기 플러그편의 팽창을 보다 한층 저감시키는 것이 가능해진다.

(3) 상기 냉각로는 상기 날개 본체의 내부에 복수 형성되고, 복수의 상기 냉각로의 직경 방향 외측의 단부는 상기 로터 본체의 주위 방향 및 축선 방향으로 각각 경사지는 방향으로 배열되고, 상기 오목부는 복수의 상기 냉각로의 직경 방향 외측의 단부의 배열 방향을 상기 길이 방향으로 하여 연장되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우에는 오목부의 길이 방향이 주위 방향 및 축선 방향으로 경사지는 방향으로 연장되는 것이므로, 예를 들어 팁 슈라우드의 외주 단부면에, 플러그편을 삽입할 때의 장해물이 있는 경우라도, 상기 플러그편을 용이하게 설치 홈에 삽입할 수 있다. 또한, 로터의 회전 가속도에 의해 플러그편이 제거되어 버리는 것을 방지할 수 있다.

(4) 상기 슈라우드 본체는 상기 오목부의 길이 방향의 적어도 일단부측에, 상기 플러그편을 상기 설치 홈에 삽입하기 위한 플러그 삽입구를 갖는 것이 바람직하다.

이 경우에는, 용이하고 또한 확실하게 설치 홈에 플러그편을 삽입할 수 있다.

(5) 상기 슈라우드 본체는 상기 외주 단부면으로부터 돌출되고, 또한 상기 로터 본체의 주위 방향으로 연장되는 동시에 상기 로터 본체의 축선 방향으로 간격을 두고 배치된, 복수의 팁 핀을 갖고, 상기 오목부는 상기 복수의 팁 핀 사이에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우에는, 복수의 팁 핀이 슈라우드 본체의 외주 단부면에 형성되어 있을 때라도, 플러그가 복수의 플러그편을 포함함으로써, 팁 핀이 장해가 되기 어려워, 이들 플러그편을 용이하게 설치 홈에 삽입할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 오목부가 주위 방향 및 축선 방향으로 경사져 형성된 경우에는, 팁 핀이 존재하는 경우라도 보다 용이하게 플러그편을 설치 홈에 삽입할 수 있다.

(6) 본 발명에 관한 가스 터빈은 상기 어느 하나의 터빈 동익이 설치된 상기 로터 본체와, 상기 로터 본체를 회전 가능하게 덮는 케이싱을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징의 가스 터빈에서는 상술한 터빈 동익을 구비하고 있으므로, 플러그의 팽창을 저감시킬 수 있다.

본 발명에 관한 터빈 동익 및 가스 터빈에 따르면, 플러그를 각 플러그편으로 분할한 것에 의해 원심력에 기인하는 팽창을 저감시킬 수 있어, 플러그의 내구성을 향상시키는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 가스 터빈의 전체도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 가스 터빈의 터빈 동익을 로터의 주위 방향으로부터 본 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 가스 터빈의 터빈 동익을 로터의 직경 방향 외측으로부터 본 도면이다.
도 4는 슈라우드 본체를 로터의 직경 방향 외측으로부터 본 도면이다.
도 5는 도 3에 있어서의 A-A 단면도이다.
도 6a는 설치 홈에 플러그편을 삽입하는 수순을 설명하는 도면으로, 제1 플러그편을 삽입하기 직전의 도면이다.
도 6b는 도 6a에 도시하는 상태 이후, 설치 홈에 제2 플러그편을 삽입하기 직전의 도면이다.
도 7은 제1 변형예에 관한 터빈 동익을 로터의 직경 방향 외측으로부터 본 도면이다.
도 8은 제2 변형예에 관한 터빈 동익을 로터의 직경 방향 외측으로부터 본 도면이다.
도 9는 제3 변형예에 관한 터빈 동익을 로터의 직경 방향 외측으로부터 본 도면이다.

이하, 본 발명에 관한 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 가스 터빈(1)은 압축 공기를 생성하는 압축기(3)와, 압축기(3)로부터 공급되는 압축 공기에 연료를 공급하여 연소 가스 G를 생성하는 연소기(4)와, 연소기(4)로부터 공급되는 연소 가스 G에 의해 회전 구동되는 터빈(5)을 구비하고 있다.

압축기(3)는 로터 본체(2)를 회전 가능하게 덮는 압축기 케이싱(3a)과, 로터 본체(2)에 고정되어 환상으로 배열된 복수의 압축기 동익(3b)과, 압축기 케이싱(3a)에 지지되어 환상으로 배열된 복수의 압축기 정익(3c)을 구비하고 있다. 압축기 동익(3b) 및 압축기 정익(3c)은 로터의 축선 O방향으로 복수단 교대로 배치되어 있다.

또한, 터빈(5)은 로터 본체(2)를 회전 가능하게 덮어, 내부를 연소 가스 유로 F로 하는 터빈 케이싱(5a)과, 로터 본체(2)에 고정되어 환상으로 배열된 복수의 터빈 동익(10)과, 터빈 케이싱(5a)에 지지되어 환상으로 배열된 복수의 터빈 정익(5b)을 구비하고 있다. 터빈 동익(10) 및 터빈 정익(5b)은 로터 본체(2)의 축선 O방향으로 복수단 교대로 배치되어 있다.

또한, 이하에서는, 로터 본체(2)의 직경 방향을 단순히 「직경 방향」이라고 칭하는 동시에 로터 본체(2)의 주위 방향을 단순히 「주위 방향」이라고 칭하고, 또한 상기 로터 본체(2)의 축선 O방향을 단순히 「축선 O방향」이라고 칭한다.

다음에, 터빈 동익(10)의 상세에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 터빈 동익(10)은 도 1에 있어서의 연소 가스 유로 F 내에 배치되는 날개 본체(11)와, 날개 본체(11)의 직경 방향 외측에 고정된 팁 슈라우드(20)를 구비하고 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 날개 본체(11)의 직경 방향 내측에는 상기 날개 본체(11)로부터 돌출되도록 설치된 플랫폼과, 플랫폼으로부터 더욱 직경 방향 내측으로 돌출되는 날개 뿌리가 설치되어 있다. 이 날개 뿌리가 로터 본체(2)의 외주면에 설치됨으로써, 터빈 동익(10)이 로터 본체(2)에 일체로 고정된다.

날개 본체(11)는, 도 2에 도시한 바와 같이 로터 본체(2)로부터 상기 로터 본체(2)의 직경 방향 외측을 향해 연장되도록 설치되어 있다. 또한, 이 날개 본체(11)는, 도 3에 도시한 바와 같이 축선 O방향을 따라서 연소 가스 유로 상류측이 되는 전방 모서리로부터 하류측이 되는 후방 모서리에 걸쳐서 주위 방향 일측[로터 본체(2)의 회전 방향 전방측, 도 3 및 도 4의 하측]으로 볼록해지도록 만곡되어 정압면(12) 및 부압면(13)이 형성된 날개 형상의 단면을 갖고 있다. 이 단면 형상은 축선 O방향 타측(가스 유로의 하류측, 도 2 내지 도 4의 우측)을 향함에 따라서 주위 방향 타측[로터 본체(2)의 회전 방향 후방측, 도 3 및 도 4의 상측]을 향하도록 연장되는 날개 형상으로 되어 있다.

또한, 날개 본체(11)의 연장 방향에 직교하는 단면에 있어서의 정압면(12)과 부압면(13)으로부터 동등한 거리에 있는 점을 전방 모서리로부터 후방 모서리까지 연결한 곡선이 중심선으로 되어 있고, 이 중심선은 날개 본체(11)의 만곡 형상과 마찬가지로 만곡되어 있다.

또한, 날개 본체(11)의 내부에는, 도 2에 도시한 바와 같이 직경 방향으로 연장되는 복수(본 실시 형태에서는 6개)의 냉각로(14)가 형성되어 있다. 이 냉각로(14)는, 예를 들어 상기 중심선을 따르는 방향을 따라서 배열되도록, 즉 날개 본체(11)의 상기 단면 형상의 연장 방향을 따라서 배열되도록, 서로 간격을 두고 형성되어 있다.

날개 본체(11)의 직경 방향 내측으로부터 공급되는 냉각 공기(냉각 매체)는 당해 냉각로(14) 내를 직경 방향 외측을 향해 유통한다.

팁 슈라우드(20)는 날개 본체(11)에 일체로 설치된 슈라우드 본체(30)와, 상기 슈라우드 본체(30)에 착탈 가능하게 설치되는 플러그(70)를 구비하고 있다.

슈라우드 본체(30)는, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이 직경 방향으로 소정의 두께를 갖는 판 형상으로 형성되어, 날개 본체(11)의 직경 방향 외측에 있어서 주위 방향으로 돌출되도록 상기 날개 본체(11)에 대해 일체로 고정되어 있다. 이 슈라우드 본체(30)에 있어서의 직경 방향 외측을 향하는 면은 상기 슈라우드 본체(30)의 외주 단부면(31)으로 되어 있다.

이 슈라우드 본체(30)에 있어서는, 상류측인 축선 O방향 일측(가스 유로의 상류측, 도 2 내지 도 4의 좌측)을 향하고, 또한 둘레 방향을 따라서 연장되는 면이 상류측 단부면(41)이 되고, 하류측인 축선 O방향 타측을 향하고, 또한 둘레 방향을 따라서 연장되는 면이 하류측 단부면(42)으로 되어 있다. 이들 상류측 단부면(41)과 하류측 단부면(42)은 서로 평행으로 되어 있다.

또한, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 팁 슈라우드(20)에 있어서의 주위 방향 일측을 향하는 면이 제1 콘택트면(43)으로 되고, 주위 방향 타측을 향하는 면이 제2 콘택트면(44)으로 되어 있다.

제1 콘택트면(43)은 제1 경사면(43a)과 제2 경사면(43b)과 제3 경사면(43c)의 3개의 면으로 구성되어 있다.

제1 경사면(43a)은 상류측 단부면(41)의 주위 방향 일측에 접속되어 있고, 축선 O방향 타측을 향함에 따라서 주위 방향 타측을 향해 경사지도록 연장되어 있다. 또한, 제2 경사면(43b)은 제1 경사면(43a)의 축선 O방향 타측에 접속되어 있고, 축선 O방향 타측을 향함에 따라서 주위 방향 일측을 향해 경사지도록 연장되어 있다. 그리고, 제3 직경 경사면은 제2 경사면(43b)의 축선 O방향 타측에 접속되어 있고, 축선 O방향 타측을 향함에 따라서 주위 방향 일측을 향해 경사지도록 연장되어, 하류측 단부면(42)의 주위 방향 일측에 접속되어 있다.

제2 콘택트면(44)은 제4 경사면(44a)과 제5 경사면(44b)과 제6 경사면(44c)의 3개의 면으로 구성되어 있다.

제4 경사면(44a)은 상류측 단부면(41)에 있어서의 주위 방향 타측에 접속되어 있고 제1 경사면(43a)과 평행하게 연장되어 있다. 또한, 제5 경사면(44b)은 제4 경사면(44a)의 축선 O방향 타측에 접속되어 있고, 제2 경사면(43b)과 평행하게 연장되어 있다. 그리고, 제6 경사면(44c)은 제5 경사면(44b)의 축선 O방향 타측에 접속되어 있고, 제3 경사면(43c)과 평행하게 연장되어, 하류측 단부면(42)의 주위 방향 타측에 접속되어 있다.

또한, 제1 경사면(43a)과 제2 경사면(43b)의 접속 개소는 제4 경사면(44a)과 제5 경사면(44b)의 접속 개소보다도 축선 O방향 일측에 위치하고 있다. 또한, 제2 경사면(43b)과 제3 경사면(43c)의 접속 개소는 제5 경사면(44b)과 제6 경사면(44c)의 접속 개소보다도 축선 O방향 일측에 위치하고 있다.

각 터빈 동익(10)이 로터 본체(2)에 설치되었을 때에는 슈라우드 본체(30)의 제1 콘택트면(43)에 있어서의 제2 경사면(43b)은 이웃하는 팁 슈라우드(20)의 제2 콘택트면(44)에 있어서의 제5 경사면(44b)에 미끄럼 이동 가능하게 접촉한다. 이에 의해, 복수의 팁 슈라우드(20)에 의해 원환상의 링이 구성된다.

이상과 같은, 상류측 단부면(41), 하류측 단부면(42), 제1 콘택트면(43) 및 제2 콘택트면(44)에 의해, 슈라우드 본체(30)는 직경 방향 외측으로부터 본 외주 단부면(31)의 형상이 Z자 형상으로 되어 있다.

이 슈라우드 본체(30)의 외주 단부면(31)에는, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이 제1 팁 핀(51), 제2 팁 핀(52) 및 오목부(60)가 형성되어 있다.

제1 팁 핀(51)은 외주 단부면(31)에 있어서의 축선 O방향 일측에 근접한 개소에 설치되어 있고, 상기 외주 단부면(31)으로부터 직경 방향 외측으로 돌출되어, 외주 단부면(31)의 주위 방향 전체 영역에 걸쳐서 상류측 단부면(41)과 평행하게 연장되어 있다. 또한, 제1 팁 핀(51)의 주위 방향의 양 단부는 각각 제1 경사면(43a) 및 제4 경사면(44a)에 접속되어 있다.

또한, 제2 팁 핀(52)은 외주 단부면(31)에 있어서의 축선 O방향 타측에 근접한 개소에 설치되어 있고, 제1 팁 핀(51)과 마찬가지로, 상기 외주 단부면(31)으로부터 직경 방향 외측으로 돌출되어, 외주 단부면(31)의 주위 방향 전체 영역에 걸쳐서 하류측 단부면(42)과 평행하게 연장되어 있다. 또한, 제2 팁 핀(52)의 주위 방향의 양 단부는 각각 제3 경사면(43c) 및 제6 경사면(44c)에 접속되어 있다.

이와 같이 하여, 제1 팁 핀(51) 및 제2 팁 핀(52)은 서로 축선 O방향으로 이격되어 평행하게 설치되어 있다. 이들 제1 팁 핀(51) 및 제2 팁 핀(52)에 의해, 터빈 동익(10)과 터빈 케이싱 사이의 밀봉성이 확보된다.

오목부(60)는 외주 단부면(31)에 있어서의 상기 제1 팁 핀(51)과 제2 팁 핀(52) 사이에 있어서, 상기 외주 단부면(31)으로부터 직경 방향 내측으로 오목하게 형성되어, 직경 방향 외측으로 개방되어 있다. 이 오목부(60)는 외주 단부면(31)을 따르는 방향을 길이 방향으로 하여 연장되어 있고, 본 실시 형태에서는, 축선 O방향 타측을 향함에 따라서 주위 방향 타측을 향하는 방향을 길이 방향으로 하여 연장되어 있다. 즉, 이 오목부(60)는 날개 본체(11)의 상기 단면 형상의 연장 방향과 마찬가지로, 로터 본체(2)의 주위 방향 및 축선 O방향으로 각각 경사지는 방향을 길이 방향으로 하여 연장되어 있다. 이 오목부(60)의 길이 방향의 양 단부의 테두리부는 각각 원호 형상으로 형성되고, 상기 오목부(60)의 폭 방향의 양측의 테두리부는 서로 평행하게 길이 방향으로 연장되는 직선 형상으로 형성되어 있다.

그리고, 도 2, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 오목부(60)의 저면(62)에는 상기 복수의 냉각로(14) 중 일부의 냉각로(14)[본 실시 형태에서는 6개의 냉각로(14) 중 3개]의 직경 방향 외측의 단부가 개방되어 있다. 이에 의해, 오목부(60)와 이들 일부의 냉각로(14)는 연통 상태로 되어 있다.

즉, 복수의 냉각로(14)의 직경 방향 외측의 단부는 날개 본체(11)의 상기 단면 형상의 연장 방향에 대응하여 로터 본체(2)의 주위 방향 및 축선 O방향으로 각각 경사지는 방향으로 배열되어 있다. 그리고, 이들 냉각로(14)의 단부의 배열 방향을 길이 방향으로 하여 오목부(60)가 연장되도록 형성되어 있음으로써, 오목부(60) 내에 일부의 냉각로(14)의 단부가 개방되어 있다.

또한, 슈라우드 본체(30) 내에는 상기 오목부(60) 내와 제1 콘택트면(43)의 제3 경사면(43c)을 연통하는 복수의 냉각 구멍(63)(도 2 참조)이 형성되어 있는 동시에, 상기 오목부(60) 내와 제2 콘택트면(44)의 제4 경사면(44a)을 연통하는 복수의 냉각 구멍(63)(도시 생략)이 형성되어 있다. 또한, 슈라우드 본체(30) 내에는 오목부(60) 내와 제1 콘택트면(43)의 제1 경사면(43a)을 연통하는 복수의 냉각 구멍(64)이 형성되어 있다. 이들 냉각 구멍(63, 64)의 제3 경사면(43c), 제4 경사면(44a) 및 제1 경사면(43a)에 있어서의 개구는 제3 경사면(43c), 제4 경사면(44a) 및 제1 경사면(43a)의 연장 방향을 따라서 배열되어 있다.

여기서, 외주 단부면(31)에 있어서의 제1 팁 핀(51)보다도 축선 O방향 타측에 위치하고, 제1 경사면(43a) 및 제4 경사면(44a)에 접속되는 영역은 상기 외주 단부면(31)의 제1 주면(32)으로 되어 있다.

또한, 외주 단부면(31)에 있어서의 오목부(60)의 길이 방향 전방측(길이 방향 일단부측, 즉 축선 O방향 일측이고 또한 주위 방향 일측)의 개소는 제1 주면(32)보다도 한층 직경 방향 외측으로 평탄 형상으로 융기한 삽입면(36)으로 되어 있다.

그리고, 외주 단부면(31)에 있어서의 오목부(60)의 길이 방향 전방측을 제외한 테두리부를 포함하는 영역은 상기 오목부(60)를 폭 방향 양측 및 길이 방향 깊이측(축선 O방향 타측이고 또한 주위 방향 타측)으로부터 둘러싸도록 제1 주면(32) 및 삽입면(36)보다도 직경 방향 외측으로 융기한 제2 주면(33)으로 되어 있다. 따라서, 오목부(60)는 외주 단부면(31)의 제2 주면(33)으로부터 직경 방향 내측으로 오목하게 형성되어 있다. 또한, 오목부(60)의 길이 방향 전방측은 삽입면(36)측으로 개방되어 있다.

외주 단부면(31)의 제1 주면(32)에는 복수의 냉각로(14) 중 일부[본 실시 형태에 있어서는 6개의 냉각로(14) 중 2개]가 개방되어 있다. 또한, 외주 단부면(31)의 제2 주면(33)에 있어서의 오목부(60)의 길이 방향 깊이측의 개소에는 복수의 냉각로(14) 중 일부[본 실시 형태에 있어서는 6개의 냉각로(14) 중 1개]가 개방되어 있다.

그리고, 도 5에 도시한 바와 같이, 오목부(60)에 있어서의 그 길이 방향을 따르는 한 쌍의 측면(61), 즉 상기 오목부(60)의 폭 방향에 대향하는 한 쌍의 측면(61)에는 상기 길이 방향을 따라서 연장되는 설치 홈(61a)이 형성되어 있다. 이 설치 홈(61a)은 한 쌍의 측면(61)으로부터 각각 직사각형으로 후퇴하도록 오목한 홈이며, 오목부(60)의 길이 방향 전체 영역에 걸쳐서 연장되어 있다.

이 설치 홈(61a)의 직경 방향 위치는 삽입면(36)의 직경 방향 위치와 대략 동일하게 되어 있다. 상술한 오목부(60)의 삽입면(36)측으로의 개구는 후술하는 플러그(70)를 당해 설치 홈(61a)에 삽입하기 위한 플러그 삽입구(65)로 되어 있다. 또한, 플러그 삽입구(65)와 제1 팁 핀(51)의 축선 O방향의 간격은 후술하는 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)이 플러그 삽입구(65)에 삽입 가능해지는 만큼의 치수가 확보되어 있다.

플러그(70)는, 도 3 및 도 6에 도시한 바와 같이 복수의 플러그편으로 구성되어 있고, 본 실시 형태에서는 2개의 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)의 2개의 플러그편으로 구성되어 있다.

제1 플러그편(71)은 설치 홈(61a)의 직경 방향의 홈 폭과 대략 동일한 두께를 갖는 판 형상의 부재이며, 설치 홈(61a)에 삽입됨으로써, 오목부(60)의 개구에 있어서의 길이 방향 깊이측의 영역을 폐색 가능하게 되어 있다.

이 제1 플러그편(71)에 있어서의 상기 길이 방향 전방측을 향하는 단부면은 상기 길이 방향 깊이측을 향함에 따라서 오목부(60)의 폭 방향 일측을 향해 경사지는 제1 접촉 단부면(71a)으로 되어 있다.

또한, 제1 플러그편(71)의 상기 길이 방향 깊이측을 향하는 단부면은 오목부(60)의 개구의 형상에 대응하여 원호 형상으로 형성되어 있다.

또한, 제2 플러그편(72)은 제1 플러그편(71)과 마찬가지로, 설치 홈(61a)의 직경 방향의 홈 폭과 대략 동일한 두께를 갖는 판 형상의 부재이며, 오목부(60)의 개구에 있어서의 길이 방향 전방측의 영역을 폐색 가능하게 되어 있다.

이 제2 플러그편(72)에 있어서의 상기 길이 방향 깊이측을 향하는 단부면은 상기 길이 방향 깊이측을 향함에 따라서 오목부(60)의 폭 방향 일측을 향해 경사지는 제2 접촉 단부면(72a)으로 되어 있다.

이들 제1 플러그편(71), 제2 플러그편(72)은 설치 홈(61a)에 삽입되었을 때에, 배열하도록 하여 제1 접촉 단부면(71a) 및 제2 접촉 단부면(72a)이 서로 접촉함으로써, 협동하여 오목부(60)의 개구를 폐색한다. 이와 같이, 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)을 포함하는 플러그(70)에 의해 오목부(60)의 개구가 폐색됨으로써, 도 5에 도시한 바와 같이, 팁 슈라우드(20) 내에는 상기 팁 슈라우드(20) 외부와 격리된 공간인 캐비티(C)가 구획된다.

플러그(70)에 의해 오목부(60)의 개구를 폐색할 때에는, 도 6a에 도시한 바와 같이, 우선 제1 플러그편(71)을 그 선단측, 즉 원호 형상으로 형성된 단부면측으로부터 플러그 삽입구(65)를 통해 설치 홈(61a)에 삽입한다. 이에 의해, 제1 플러그편(71)의 양측이 설치 홈(61a)에 각각 끼워 넣어진 상태로 되어, 제1 플러그편(71)의 직경 방향의 이동이 규제된다. 그리고, 이 상태에서 제1 플러그편(71)을 오목부(60)의 길이 방향 깊이측으로 슬라이드시킴으로써, 오목부(60)의 개구의 길이 방향 깊이측의 영역에 제1 플러그편(71)을 배치시켜, 제1 플러그편(71)의 선단을 오목부(60)의 길이 방향 깊이측에 접촉시킨다.

계속해서, 도 6b에 도시한 바와 같이, 제2 플러그편(72)을 그 선단측, 즉 제2 접촉 단부면(72a)측으로부터 플러그 삽입구(65)를 통해 설치 홈(61a)에 삽입한다. 이에 의해, 제2 플러그편(72)의 양측이 설치 홈(61a)에 각각 끼워 넣어진 상태로 되어, 제1 플러그편(71)의 직경 방향의 이동이 규제된다. 그리고, 이 상태에서 제2 플러그편(72)을 오목부(60)의 길이 방향 깊이측으로 슬라이드시킴으로써, 오목부(60)의 개구의 길이 방향 전방측의 영역에 제1 플러그편(71)을 배치시켜, 제2 접촉 단부면(72a)을 제1 플러그편(71)의 제1 접촉 단부면(71a)에 접촉시킨다.

이와 같이 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)이 설치 홈(61a)에 차례로 삽입됨으로써, 오목부(60)의 개구가 그 전체 영역에 걸쳐서 폐색되어, 상기 캐비티(C)가 형성된다.

이상과 같은 구성의 가스 터빈 동익(10)을 구비한 가스 터빈(1)에 있어서는, 운전 시에 냉각 공기가 상기 날개 본체(11) 내의 냉각로(14)에 직경 방향 내측으로부터 공급된다. 이에 의해, 날개 본체(11)가 내부로부터 냉각된다.

또한, 각 냉각로(14)의 직경 방향 외측의 단부에 도달한 냉각 공기는 팁 슈라우드(20) 내의 캐비티(C)에서 합류한 후, 냉각 구멍(63)을 통해 팁 슈라우드(20)의 외부로 방출된다. 이때, 냉각 구멍(63)의 내면이 냉각 공기에 의해 냉각됨으로써, 팁 슈라우드(20)가 그 내부로부터 냉각된다.

여기서, 가스 터빈의 운전 시에는 로터 본체(2)의 회전에 수반하여 원심력이 발생하고, 당해 원심력이 팁 슈라우드(20)의 플러그(70)에도 작용한다. 이에 대해 본 실시 형태에서는, 플러그(70)를 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)으로 구성하고, 이들 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)의 각각을 설치 홈(61a)에 삽입함으로써 오목부(60)의 개구를 폐색하였으므로, 플러그(70)를 1매물로서 구성한 경우에 비해 상기 플러그(70)의 변형을 저감시킬 수 있다. 따라서, 플러그(70)의 내구성을 향상시킬 수 있어, 장시간에 걸쳐서 가스 터빈의 운전을 계속시킬 수 있다.

또한, 이와 같이 플러그(70)가 분할되어 있으므로, 플러그 삽입구(65)의 축선 O방향측에 제1 팁 핀(51) 및 제2 팁 핀(52)이 있는 경우라도, 용이하게 제1 플러그편(71), 제2 플러그편(72)을 설치 홈(61a)에 삽입할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 오목부(60)의 길이 방향을 따르는 한 쌍의 측면(61)에 설치 홈(61a)이 형성되어 있으므로, 한 쌍의 측면(61)의 대향 방향은 오목부(60)의 폭 방향이 된다. 따라서, 오목부(60)의 폭 방향을 따르는 측면에 설치 홈(61a)을 형성한 경우에 비해, 한 쌍의 설치 홈(61a)의 간격이 좁게 설정된다. 이에 의해, 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)에 있어서의 설치 홈(61a)의 대향 방향의 간격도 좁게 설정할 수 있으므로, 원심력에 의한 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)의 변형을 저감시킬 수 있다.

즉, 플러그(70)가 그 길이 방향 전체 영역에 걸쳐서 설치 홈(61a)에 대해 근접하도록 상기 플러그(70)를 배치할 수 있으므로, 플러그(70)의 중앙부가 원심력에 의해 직경 방향 외측으로 변형되어 버리는 것을 최대한 저감시킬 수 있다.

이에 의해, 원심력에 의한 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)의 팽창을 보다 한층 저감시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에서는 오목부(60)의 길이 방향이 축선 O방향으로부터 경사지는 방향으로 연장되어 있으므로, 오목부(60)의 플러그 삽입구(65)의 축선 O방향측에 팁 핀이 설치되어 있는 경우라도, 당해 팁 핀이 방해가 되는 일 없이 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)을 용이하게 설치 홈(61a)에 삽입할 수 있다.

또한, 오목부(60)의 길이 방향이 주위 방향으로부터 경사지는 방향으로 연장되어 있으므로, 로터 본체(2)의 주위 방향의 회전 가속도에 의해 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)이 설치 홈(61a)으로부터 제거되어 오목부(60)가 노출되어 버리는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 측면(61)에 설치 홈(61a)을 갖는 오목부(60)의 길이 방향 전방측에 플러그 삽입구(65)가 형성되어 있고, 상기 플러그 삽입구(65)에 설치 홈(61a)과 대략 동일한 직경 방향 위치의 삽입면(36)이 형성되어 있으므로, 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)을 용이하게 설치 홈(61a)으로 안내할 수 있다. 이에 의해, 용이하고 또한 확실하게 설치 홈(61a)에 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)을 삽입할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 한, 이들로 한정되지 않고, 다소의 설계 변경 등도 가능하다.

예를 들어, 실시 형태에서는 슈라우드 본체(30)에 있어서의 외주 단부면(31)이 제1 주면(32), 제2 주면(33)을 갖는 것으로 하였지만, 예를 들어 도 7의 모식도에 도시하는 변형예와 같이, 매끄러운 외주 단부면(31)에 오목부(60)가 형성된 것이어도 된다.

즉, 이 변형예에서는 외주 단부면(31)에 있어서의 제1 팁 핀(51)과 제2 팁 핀(52) 사이의 영역이, 매끄럽게 만곡되는 외주면 형상으로 되어, 당해 외주 단부면(31)으로부터 직경 방향 외측으로 오목하게 오목부(60)가 형성되어 있다. 그리고, 실시 형태와 마찬가지로, 설치 홈(61a)에 삽입되는 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)으로 구성된 플러그(70)에 의해 오목부(60)의 개구가 폐색되도록 되어 있다. 이에 의해서도, 실시 형태와 마찬가지로, 플러그(70)를 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)으로 분할한 것에 의해, 원심력에 의한 플러그(70)의 팽창을 저감시킬 수 있는 것 외에, 상기 플러그(70)를 용이하게 설치 홈(61a)에 삽입할 수 있다.

또한, 실시 형태에서는 플러그(70)를 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)으로 구성하였지만, 도 8에 도시하는 제2 변형예로서, 플러그(70)를 3개의 플러그편(70a, 70b, 70c)으로 구성해도 된다. 이 경우, 각 플러그편(70a, 70b, 70c)의 크기가 플러그(70)를 2분할한 경우보다도 더욱 작아지므로, 원심력에 의한 팽창을 보다 저감시킬 수 있는 동시에 보다 설치 홈(61a)에 삽입하기 쉬워진다. 또한, 플러그(70)를 4개 이상으로 분할해도 된다. 또한, 실시 형태에서는, 설치 홈(61a)은 직선 형상으로 형성되어 있었지만, 제2 변형예에 나타낸 바와 같이 설치 홈(61a)이 곡선 형상으로 형성되어 있어도 된다.

또한, 예를 들어 제3 변형예로서, 도 9에 도시한 바와 같이, 오목부(60)의 길이 방향을 따르는 한 쌍의 측면(61) 중 한쪽에 있어서의 길이 방향 중앙측에 주위 방향 타측을 향해 개방되는 플러그 삽입구(65)를 형성하고, 당해 플러그 삽입구(65)로부터 제1 플러그편(71) 및 제2 플러그편(72)을 설치 홈(61a) 내에 삽입하도록 해도 된다. 이 제3 변형예에서는, 플러그 삽입구(65)로부터 삽입된 플러그편(70a, 70c)은, 설치 홈(61a)을 따라서 길이 방향 전방측, 깊이측으로 1매씩 이동된다. 그 후, 플러그 삽입구(65)에 1매의 플러그편(70c)을 더 삽입함으로써, 총 3매의 플러그편(70a, 70b, 70c)에 의해 오목부(60)의 개구를 폐색하는 것으로 하고 있다. 이에 의해, 원심력에 의한 플러그(70)의 팽창을 보다 저감시킬 수 있는 동시에 보다 플러그(70)를 설치 홈에 삽입하기 쉽게 할 수 있다.

또한, 실시 형태에서는 냉각에 대해 공기를 사용하여 행해지는 것으로 하여 설명하였지만, 공기로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 증기여도 된다. 즉, 터빈 동익(10)에 복수의 냉각로(14)를 설치하여, 복수의 냉각로(14)의 일부에는 증기를 날개 뿌리로부터 로터 본체(2)의 직경 방향 외측을 향해 흘리고, 이를 팁 슈라우드(20)에 형성된 오목부(60)와 플러그(70)에 의해 형성된 캐비티(C)로 회수한다. 다음에, 회수된 증기를, 복수의 냉각로(14)의 나머지를 통해 로터 본체(2)의 직경 방향 내측을 향해 흘리고, 날개 뿌리측에서 회수한다. 이 구성에 따르면, 증기와 같은 회수를 필요로 하는 냉각 매체를 이용하는 터빈 동익(10)에 있어서, 플러그(70)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 로터 본체로부터 상기 로터 본체의 직경 방향 외측으로 연장되도록 상기 로터 본체에 설치되는 날개 본체와, 상기 날개 본체의 상기 직경 방향 외측에 고정된 팁 슈라우드를 구비하는 터빈 동익에 있어서, 상기 날개 본체 내에, 상기 로터 본체의 직경 방향으로 연장되어, 냉각 매체가 유통하는 냉각로가 형성되고, 상기 팁 슈라우드는 상기 직경 방향 외측으로 개방되는 동시에 상기 냉각로에 연통하는 오목부가 외주 단부면에 형성된 슈라우드 본체와, 상기 오목부의 측면에 형성된 설치 홈에 각각 삽입됨으로써, 서로 협동하여 상기 오목부의 개구를 폐색하는 복수의 플러그편을 갖는 플러그를 구비하는 터빈 동익에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 플러그를 각 플러그편으로 분할한 것에 의해 원심력에 기인하는 팽창을 저감시킬 수 있어, 플러그의 내구성을 향상시키는 것이 가능해진다.

1 : 가스 터빈
2 : 로터 본체
5 : 터빈
5a : 터빈 케이싱
10 : 터빈 동익
11 : 날개 본체
14 : 냉각로
20 : 팁 슈라우드
30 : 슈라우드 본체
31 : 외주 단부면
51 : 제1 팁 핀(팁 핀)
52 : 제2 팁 핀(팁 핀)
60 : 오목부
61 : 측면
61a : 설치 홈
62 : 저면
65 : 플러그 삽입구
70 : 플러그
70a : 플러그편
70b : 플러그편
70c : 플러그편
71 : 제1 플러그편(플러그편)
71a : 제1 접촉 단부면
72 : 제2 플러그편(제2 플러그편)
72a : 제2 접촉 단부면
C : 캐비티

Claims

로터 본체로부터 상기 로터 본체의 직경 방향 외측으로 연장되도록 상기 로터 본체에 설치되는 날개 본체와, 상기 날개 본체의 상기 직경 방향 외측에 고정된 팁 슈라우드를 구비하는 터빈 동익에 있어서,
상기 날개 본체 내에, 상기 로터 본체의 직경 방향으로 연장되어, 냉각 매체가 유통하는 냉각로가 형성되고,
상기 팁 슈라우드는,
상기 직경 방향 외측으로 개방되고, 또한 상기 냉각로에 연통하는 오목부가 외주 단부면에 형성된 슈라우드 본체와,
상기 오목부의 측면에 형성된 설치 홈에 순차적으로 삽입됨으로써, 서로 협동하여 상기 오목부의 개구를 폐색하는 복수의 플러그편을 갖는 플러그를 구비하고,
상기 오목부는 상기 외주 단부면을 따르는 방향을 길이 방향으로 하여 연장하고,
상기 설치 홈은 상기 길이 방향을 따르는 한 쌍의 상기 측면에 형성되고,
복수의 상기 플러그편은 서로 접촉하도록 상기 길이 방향으로 배열하여 상기 오목부의 개구를 폐색하는, 터빈 동익.
제1항에 있어서, 상기 냉각로는 상기 날개 본체의 내부에 복수 형성되고,
복수의 상기 냉각로의 직경 방향 외측의 단부는 상기 로터 본체의 주위 방향 및 축선 방향으로 각각 경사지는 방향으로 배열되고,
상기 오목부는 복수의 상기 냉각로의 직경 방향 외측의 단부의 배열 방향을 상기 길이 방향으로 하여 연장되어 있는, 터빈 동익.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슈라우드 본체는,
상기 오목부의 길이 방향의 적어도 일단부측에, 상기 플러그편을 상기 설치 홈에 삽입하기 위한 플러그 삽입구를 갖는, 터빈 동익.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슈라우드 본체는,
상기 외주 단부면으로부터 돌출되고, 또한 상기 로터 본체의 주위 방향으로 연장되는 동시에 상기 로터 본체의 축선 방향으로 간격을 두고 배치된, 복수의 팁 핀을 갖고,
상기 오목부는 상기 복수의 팁 핀 사이에 형성되어 있는, 터빈 동익.
제3항에 있어서, 상기 슈라우드 본체는,
상기 외주 단부면으로부터 돌출되고, 또한 상기 로터 본체의 주위 방향으로 연장되는 동시에 상기 로터 본체의 축선 방향으로 간격을 두고 배치된, 복수의 팁 핀을 갖고,
상기 오목부는 상기 복수의 팁 핀 사이에 형성되어 있는, 터빈 동익.
제1항 또는 제2항에 기재된 터빈 동익이 설치된 상기 로터 본체와,
상기 로터 본체를 회전 가능하게 덮는 케이싱을 구비하는, 가스 터빈.
제3항에 기재된 터빈 동익이 설치된 상기 로터 본체와,
상기 로터 본체를 회전 가능하게 덮는 케이싱을 구비하는, 가스 터빈.
제4항에 기재된 터빈 동익이 설치된 상기 로터 본체와,
상기 로터 본체를 회전 가능하게 덮는 케이싱을 구비하는, 가스 터빈.
제5항에 기재된 터빈 동익이 설치된 상기 로터 본체와,
상기 로터 본체를 회전 가능하게 덮는 케이싱을 구비하는, 가스 터빈.
삭제