KR101596186B1 - 시일 부재, 터빈, 및 가스 터빈 - Google Patents

시일 부재, 터빈, 및 가스 터빈 Download PDF

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Abstract

정익은 축선의 직경 방향으로 연장되는 정익 본체와, 정익 본체의 직경 방향의 외측 단부에 마련된 외측 슈라우드와, 정익 본체의 직경 방향의 내측 단부에 마련되며 외측 슈라우드와의 사이에 연소 가스의 주 유로를 형성하는 내측 슈라우드(8b)와, 내측 슈라우드(8b)의 직경 방향의 내측면으로부터 직경 방향의 내측으로 돌출되는 리테이너(8d)를 갖는다. 둘레 방향에서 인접하는 정익에 있어서의 리테이너(8d)의 상호는 둘레 방향에서 제 3 간극을 거쳐서 인접하고 있으며, 상기 제 3 간극은, 일단에 대하여, 연소 가스에 있어서의 축선을 따르는 방향의 하류측에 타단이 위치하는 시일 부재(20b)에 의해 폐색된다.

Description

시일 부재, 터빈, 및 가스 터빈{SEAL MEMBER, TURBINE, AND GAS TURBINE}
본 발명은 터빈 정익에 있어서의 시일 부재의 배치에 관한 것이다.
본원은 2012년 3월 28일에 출원된 일본 특허 출원 제 2012-073707 호에 대해 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래부터, 압축기에 공기를 도입하여 압축 공기를 생성하고, 이 압축 공기를 연소기에 공급하여 연료를 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하며, 이 연소 가스를 터빈 정익렬 및 터빈 동익렬이 복수열 교대로 배열된 주 유로 내를 통과시켜, 회전축의 축선을 따라서 상류에서 하류로 유통시킴으로써 회전축을 회전 구동시키는 가스 터빈이 주지되어 있다.
여기서, 도 8에 이와 같은 가스 터빈(100)의 일 예를 도시한다(특허문헌 1 참조). 도 8에 도시하는 바와 같이, 이 가스 터빈(100)은 터빈 정익렬(21)과, 터빈 동익렬(22)과, 터빈 동익렬(22)이 장착된 터빈 디스크(23)와, 중간축 커버(24)와, 중간축 커버(24)에 볼트(26)를 거쳐서 고정된 서포트 링(25) 등을 구비하고 있다.
또한, 이하의 설명에서는, 터빈 정익렬(21)은 연소기의 미통(27)이 접속되는 최상류측의 1단째의 터빈 정익렬(21)(이하, 제 1 정익렬(21)이라 칭함)로 하고, 터빈 동익렬(22)은 이 제 1 정익렬(21)의 하류측에 인접하는 1단째의 터빈 동익렬(22)(이하, 제 1 동익렬(22)이라 칭함)로 하여 설명한다.
제 1 정익렬(21)은 복수의 정익을 터빈 둘레 방향을 따라서 배열함으로써 원환상을 이루고 있다. 각 정익은 회전축의 직경 방향으로 연장되는 정익 본체(21c)와, 정익 본체(21c)의 직경 방향 외측 단부에 마련된 외측 슈라우드(21a) 및 직경 방향 내측 단부에 마련된 내측 슈라우드(21b)와, 내측 슈라우드(21b)의 직경 방향 내측의 면이 되는 이면(도면에서 하방)으로부터 직경 방향 내측으로 돌출된 리테이너(21d)를 갖고 있다. 또한, 이 제 1 정익렬(21)은 리테이너(21d)의 하류측의 면이 서포트 링(25)에 맞닿도록, 중간축 커버(24)에 볼트 체결된 서포트 링(25)에 핀(28)을 거쳐서 고정되어 있다.
또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제 1 정익렬(21)의 각 정익의 내측 슈라우드(21b)는 정면에서 보아 대략 평행사변형(능형)으로 형성되며, 회전축의 축선의 둘레 방향에 한변끼리를 맞대도록 접속되며, 분할면에는 약간의 간극(K)이 형성되어 있다. 또한, 정익 본체(21c)는 호형상을 이루며, 하류측(도 8의 지면 우측)을 향함에 따라서 둘레 방향의 폭 치수가 작아지는 끝이 뾰족한 형상으로 되어 있다. 또한, 리테이너(21d)는, 그 하류측의 면을 서포트 링(25)에 맞닿게 함으로써, 정익 본체(21c)에 가해지는 연소 가스(G)의 차압에 의한 스러스트 방향, 즉 축선 방향의 하중을 받아내어, 제 1 정익렬(21)이 제 1 동익렬(22)에 접근하는 방향으로 변위하는 것을 억제하고 있다.
제 1 동익렬(22)은 복수의 동익을 터빈 둘레 방향을 따라서 배열함으로써 원환상을 이루고 있다. 각 동익은 회전축의 직경 방향으로 연장되는 동익 본체(22b)와, 동익 본체(22b)의 직경 방향 내측 단부에 마련된 플랫폼(22a)을 구비하고 있다. 제 1 동익렬(22)의 직경 방향 외측에는, 동익 본체(22b)의 선단에 대향하도록, 도시하지 않은 터빈 케이싱의 내주에 위치하는 분할환(29)이 배치되어 있다.
이것에 의해, 외측 슈라우드(21a) 및 분할환(29)과, 내측 슈라우드(21b) 및 플랫폼(22a)에 둘러싸인 공간에는, 정익 본체(21c), 동익 본체(22b)가 배치되어 있으며, 이 공간은 연소 가스(G)가 통과하는 주 유로(FC1)로 되어 있다.
한편, 제 1 정익렬(21)의 내측 슈라우드(21b)의 직경 방향 내측에는, 압축기를 나온 냉각 공기를 저류하는 차실(S1)이 존재한다. 내측 슈라우드(21b)에는, 연소 가스(G)가 흐르는 주 유로(FC1)와 차실(S1)을 차단하기 때문에, 인접하는 내측 슈라우드(21b) 사이의 분할면을 따라서 회전축의 축선 방향에 시일판(31)이 배치되며, 인접하는 리테이너(21d) 사이에서는, 직경 방향에는 시일판(32)이 배치되며, 간극(K)을 폐색하고 있다. 통상, 차실(S1) 측의 공기압은 주 유로(FC1)의 연소 가스압보다 높아서, 연소 가스(G)가 차실(S1) 내에 누출되는 일은 없다.
일본 특허 공개 제 1998-0266807 호 공보
그렇지만, 도 8에 도시하는 바와 같이, 내측 슈라우드(21b)의 리테이너(21d)의 위치로부터 하류측 단부까지의 사이의 내측 슈라우드(21b)의 이면(직경 방향의 내측을 향하는 면)과 서포트 링(25) 사이에는, 근소한 간극인 환상의 공간(N1)이 존재한다. 이 공간(N1)은, 리테이너(21d)와 서포트 링(25)으로 차실(S1) 측과의 사이가 구획되어 있기 때문에, 제 1 정익렬(21)과 제 1 동익렬(22) 사이의 단간(段間) 압력과 거의 동일한 압력이 된다. 즉, 공간(N1)의 위치에 대응하는 주 유로(FC1)를 흐르는 연소 가스(G)의 압력은 공간(N1)보다 압력이 높기 때문에, 연소 가스(G)가 간극(K)으로부터 시일판(31)을 따라서 공간(N1)에 유입하기 쉬운 상황이 된다. 즉, 연소 가스(G)의 일부의 리크 가스(LG)가 간극(K)으로부터 공간(N1)에 유입하여, 내측 슈라우드(21b)의 이면 및 서포트 링(25)의 상면을 소손(燒損)시켜 버릴 가능성이 있다.
본 발명은 인접하는 내측 슈라우드끼리의 사이로부터의 연소 가스에 의한 리크 가스의 유입을 억제하고, 구성 부재의 소실을 방지 가능한 시일 부재, 터빈, 및 가스 터빈을 제공한다.
본 발명의 제 1 태양에 따른 시일 부재는, 터빈의 축선의 둘레 방향에 나란하게 배치된 복수의 정익으로 구성되는 정익렬에 마련되는 시일 부재로서, 복수의 상기 정익은 상기 축선의 직경 방향으로 연장되는 정익 본체와, 상기 정익 본체의 상기 직경 방향의 외측 단부에 마련된 외측 슈라우드와, 상기 정익 본체의 상기 직경 방향의 내측 단부에 마련되어 상기 외측 슈라우드와의 사이에 연소 가스의 주 유로를 형성하는 내측 슈라우드와, 상기 내측 슈라우드의 상기 직경 방향의 내측면으로부터 상기 직경 방향의 내측으로 돌출되는 리테이너를 구비하고, 상기 둘레 방향에서 인접하는 상기 정익에 있어서의 상기 내측 슈라우드의 상호는 상기 둘레 방향에서 제 1 간극을 거쳐서 인접하고 있으며, 상기 둘레 방향에 인접하는 상기 정익에 있어서의 상기 정익 본체의 상호는 상기 둘레 방향에서 제 2 간극을 거쳐서 인접하고 있으며, 상기 둘레 방향에 인접하는 상기 정익에 있어서의 상기 리테이너의 상호는 상기 둘레 방향에서 제 3 간극을 거쳐서 인접하고 있으며, 일단에 대하여, 상기 터빈 중의 연소 가스가 흐르는 방향에 있어서의 상기 축선을 따르는 방향의 하류측에 타단이 위치되며, 상기 제 3 간극을 폐색한다.
리테이너의 상류측으로서, 내측 슈라우드의 직경 방향 내측의 공간(이하, 제 1 공간으로 함)은 주 유로 내에 비해 상대적으로 고압으로 되어 있다. 또한, 날개 본체가 마련된 위치에 있어서, 주 유로의 상류측의 공간(이하, 제 2 공간으로 함)에 비해 하류측의 공간(이하, 제 3 공간으로 함)은 상대적으로 저압으로 되어 있다. 또한, 주 유로에 있어서의 상기 제 3 공간은 리테이너의 하류측이며 내측 슈라우드의 직경 방향 내측의 공간(이하, 제 4 공간으로 함)은 상기 제 3 공간에 연통하고 있기 때문에 제 3 공간과 동등의 압력으로 되어 있다. 따라서, 압력 상태는 제 1 공간>제 2 공간>제 3 공간=제 4 공간이 된다.
본 발명에서는, 시일 부재의 타단이 일단에 비해 하류측에 위치하도록 마련하는 것에 의해, 상기 제 1 공간을 보다 하류측까지 확장할 수 있다. 즉, 제 2 공간에 비해 고압 제 1 공간을 보다 하류측까지 확장할 수 있는 것에 의해, 차압에 의해서 상기 제 2 공간으로부터 상기 제 4 공간으로 향해 제 1 간극을 거쳐서 리크하는 연소 가스의 억제가 가능해진다.
또한, 본 발명의 제 2 태양에 따른 시일 부재에서는, 제 1 태양에 있어서, 상기 일단은, 상기 제 2 간극에 있어서, 인접하는 상기 정익 본체끼리에 접하는 최소 내접원의 접점 사이를 연결하는 스로트 라인과 상기 제 1 간극과의 교점보다, 상기 연소 가스가 흐르는 방향에 있어서의 상기 축선을 따르는 방향의 상류측에 위치되며, 상기 타단은 상기 교점보다 하류측에 위치되어도 좋다.
주 유로에 있어서의 상기 교점보다 상류측의 공간(제 2 공간)보다 하류측의 공간(제 4 공간)이 상대적으로 저압으로 되어 있다. 따라서, 시일 부재 타단이 이 교점보다 하류측에 위치하도록 시일 부재를 마련함으로써, 상기 교점의 하류측까지 상기 제 1 공간을 확장하여 제 2 공간보다 고압으로 할 수 있기 때문에, 보다 효과적으로 제 2 공간으로부터 제 4 공간에의 연소 가스의 리크를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 3 태양에 따른 시일 부재에서는, 제 1 태양에 있어서, 상기 리테이너보다 하류측이며 또한 상기 내측 슈라우드의 상기 직경 방향의 내측에 있어서의 압력과 동일한 압력이 되는 상기 주 유로 내의 위치인 동압 위치보다, 상기 일단은 상기 연소 가스가 흐르는 방향에 있어서의 상기 축선에 따르는 방향의 상류측에 위치되며, 상기 타단은 상기 동압 위치보다 하류측에 위치되어도 좋다.
주 유로 내의 동압 위치보다 상류측의 공간(제 2 공간)보다, 하류측의 공간(제 4 공간)이 상대적으로 저압으로 되어 있다. 시일 부재 타단이 이 동압 위치보다 하류측에 위치되도록 시일 부재를 마련함으로써, 이 동압 위치의 하류측까지 상기 제 1 공간을 확장하여 제 2 공간보다 고압으로 할 수 있기 때문에, 보다 효과적으로 제 2 공간으로부터 제 4 공간의 연소 가스의 리크를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 4 태양에 따른 시일 부재에서는, 제 1 태양 내지 제 3 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 리테이너의 상기 직경 방향의 내측의 단부로부터 상기 직경 방향의 외측의 중도 위치까지 연장되는 판형상을 이루는 종 시일판과, 상기 종 시일판의 상기 직경 방향의 외측의 단부에 일단이 접하는 동시에, 상기 하류측을 향함에 따라서 상기 직경 방향의 내측으로부터 외측을 향하여 경사져 연장되는 판형상을 이루는 경사 시일판을 구비하고 있어도 좋다.
이와 같이, 시일 부재가 종 시일판과 경사 시일판을 갖고 있으며, 제 1 공간을 하류측까지 확장하여, 보다 하류측까지 제 2 공간보다 고압으로 할 수 있기 때문에, 확실하게 제 2 공간으로부터 제 4 공간에 연소 가스가 유입되어 버리는 것을 억제할 수 있으며, 또한 압축 공기의 리크량의 증대에 의한 온도 상승의 완화에 의해서, 구성 부재의 소실을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 제 5 태양에 따른 터빈은 상기 제 1 태양 내지 제 4 태양 중 어느 하나의 시일 부재를 구비한다.
이와 같은 터빈에 의하면, 시일 부재에 의해서 확실하게 상기 제 2 공간 내지 제 4 공간으로의 연소 가스의 리크를 억제하여, 구성 부재의 소실을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 제 6 태양에 따른 가스 터빈은 상기 제 5 태양의 터빈을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 가스 터빈에 의하면, 시일 부재를 구비한 터빈에 의해서, 터빈에 있어서, 상기 제 2 공간 내지 제 4 공간으로의 연소 가스의 리크를 억제하여, 구성 부재의 소실을 방지하는 것이 가능해진다.
본 발명의 상기 각 태양에 따른 시일 부재, 터빈, 및 가스 터빈에 의하면, 내측 슈라우드끼리의 사이의 제 1 간극으로부터의 연소 가스의 유입을 시일 부재에 의해서 억제할 수 있어서, 구성 부재의 소실을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가스 터빈의 전체 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가스 터빈에 관한 것이며, 제 1 정익렬의 주변을 확대하여 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가스 터빈에 관한 것이며, 제 1 정익렬의 내측 슈라우드를 직경 방향 외측면에서 본 도면으로서, 도 2의 화살표(A)를 도시하는 것이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가스 터빈에 관한 것이며, 제 1 정익렬의 내측 슈라우드 및 리테이너를 축선 방향으로부터 본 도면으로서, 도 3의 B-B 단면을 도시하는 것이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가스 터빈에 관한 것이며, 제 1 정익렬의 내측 슈라우드 및 리테이너를 둘레 방향으로부터 본 도면으로서, 도 4의 화살표(C)를 도시하는 것이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가스 터빈의 변형예로서, 제 1 정익렬의 내측 슈라우드 및 리테이너를 둘레 방향으로부터 본 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 가스 터빈에 관한 것이며, 제 1 정익렬의 주변을 확대하여 도시하는 도면이다.
도 8은 종래의 가스 터빈에 관한 것이며, 제 1 정익렬의 주변을 확대하여 도시하는 도면이다.
도 9는 종래의 가스 터빈에 관한 것이며, 제 1 정익렬의 내측 슈라우드를 직경 방향 외측면에서 본 도면으로서, 도 5의 화살표(C)를 도시하는 것이다.
[제 1 실시형태]
이하, 본 발명의 실시형태에 따른 가스 터빈(1)에 대해 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(1)은 압축 공기(W)를 생성하는 압축기(2)와, 압축기(2)로부터 공급되는 압축 공기(W)를 일단 차실(S)에 저류한 후, 이 압축 공기(W)와 연료를 혼합하여 연소 가스(G)를 생성하는 복수의 연소기(3)와, 연소기(3)로부터 공급되는 연소 가스(G)에 의해 회전 동력을 발생시켜, 회전축(6)을 축선(O)을 회전 중심으로 하여 회전시키는 터빈(4)을 구비하고 있다. 또한, 가스 터빈(1)은 터빈(4)을 통과한 연소 가스(G)를 배기하는 배기실(5)을 구비하며, 이들 구성 요소를, 압축 공기(W) 및 연소 가스(G)의 공급 방향이 되는 상류측으로부터 배기 방향이 되는 하류측을 향하여 이 순서로 구비하고 있다.
여기서, 상류측, 하류측이란 연소 가스(G)에 있어서의 회전축(6)의 축선(O)을 따른 유통 방향의 상류측, 하류측을 나타낸다.
그리고, 이와 같이 하여 연소 가스(G)의 열 에너지가 회전 에너지로 변환되며, 회전축(6)을 거쳐서, 예를 들면 도시하지 않은 발전 장치가 접속됨으로써 전력을 얻는다.
터빈(4)은 회전축(6)의 축선(O) 방향을 따라서 교대로 배설된 복수의 터빈 정익렬(8) 및 터빈 동익렬(9)을 내부에 구비하고 있다.
여기서, 본 실시형태에 있어서는, 터빈 정익렬(8)은 연소기(3)의 미통(3a)이 접속되는 최상류측의 1단째의 터빈 정익렬(8)(이하, 제 1 정익렬(8)이라 칭함)로 하고, 터빈 동익렬(9)은 이 제 1 정익렬(8)의 하류측에 인접하는 1단째의 터빈 동익렬(9)(이하, 제 1 동익렬(9)이라 칭함)이라 한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 동익렬(9)은, 복수의 동익이 축선(O)의 둘레 방향(이하, 간단히 둘레 방향이라 함)에 소정의 간격을 두고, 복수의 터빈 디스크(7)를 축선(O) 방향에 접속하여 이루어지는 회전축(6)에 있어서, 가장 상류측의 터빈 디스크(7)의 외주면에 끼워짐으로써 환상을 이루고 있다.
그리고, 각각의 동익은 터빈(4)의 내벽을 구성하는 플랫폼(9a)과, 플랫폼(9a)의 표면으로부터 축선(O)의 직경 방향(이하, 간단히 직경 방향이라 함)의 외측으로 돌출된 동익 본체(9b)를 구비하고 있다.
또한, 제 1 동익렬(9)의 직경 방향 외측의 선단에는, 이 선단에 대향하도록, 도시하지 않은 터빈 케이싱의 직경 방향 내측에, 제 1 동익렬(9)을 직경 방향 외측으로부터 덮는 분할환(15)이 둘레 방향에 걸쳐서 배치되어 있다.
다음에, 제 1 정익렬(8)에 대해 설명한다.
제 1 정익렬(8)은 복수의 정익이 둘레 방향에 서로 이웃하여 배열되며 환상을 이루고 있다.
또한, 각각의 정익은 회전축(6)의 직경 방향으로 연장되는 정익 본체(8c)와, 정익 본체(8c)의 직경 방향 외측 단부에 마련된 외측 슈라우드(8a) 및 직경 방향 내측 단부에 마련된 내측 슈라우드(8b)와, 내측 슈라우드(21b)의 직경 방향 내측의 면이 되는 이면으로부터 직경 방향 내측으로 돌출된 리테이너(8d)를 갖고 있다.
또한, 외측 슈라우드(8a)는 분할환(15)의 상류측의 단면에 접하도록 둘레 방향에 걸쳐서 환상으로 배치되어 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 내측 슈라우드(8b)는 각각이 정면에서 보아 대략 평행 사변형(능형)으로 형성되어 있으며, 또한 각각이 제 1 간극(K1)을 거쳐서 둘레 방향을 향하는 면끼리를 맞대도록 인접하며, 둘레 방향에 걸쳐서 환상으로 배치되어 있다. 그리고, 내측 슈라우드(8b)와 외측 슈라우드(8a) 사이에는 환상 공간이 형성되며(도 2 참조), 이 공간이 연소 가스(G)의 유통하는 주 유로(FC)로 되어 있다.
또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 내측 슈라우드(8b) 각각의 둘레 방향을 향하는 면에는, 둘레 방향으로 오목한 제 1 오목부(16)가 형성되어 있다. 서로 대향하는 제 1 오목부(16)끼리의 사이에는, 축선(O) 방향으로 연장되는 판형상을 이루는 횡 시일판(14)이 가설되며, 이것에 의해 제 1 간극(K1)을 폐색하고 있다.
정익 본체(8c)는 각각이 둘레 방향 한쪽측을 향하는 면이 오목형상이 되며, 다른쪽측을 향하는 면이 볼록형상이 되며, 하류측을 향할수록 끝이 가늘게 되도록 호형상을 이루는 날개형상으로 되어 있으며, 각각이 제 2 간극(K2)을 거쳐서 둘레 방향을 향하는 면끼리를 맞대도록 하고, 둘레 방향에 걸쳐서 환상으로 배치되어 있다. 그리고, 이들 정익 본체(8c)는 직경 방향 외측의 단부에서 외측 슈라우드(8a)에 결합되어 있다. 즉, 정익 본체(8c)는, 주 유로(FC) 내에서, 내측 슈라우드(8b)와 외측 슈라우드(8a) 사이에 가설되어 있다.
여기서, 본 실시형태에 있어서는, 하나의 내측 슈라우드(8b)에 대하여 하나의 정익 본체(8c)가 마련되어 있지만, 하나의 내측 슈라우드(8b)에 대하여 복수의 정익 본체(8c)가 마련되어 있어도 좋다.
리테이너(8d)는 내측 슈라우드(8b) 각각의 이면으로부터 직경 방향 내측으로 돌출되는 부재이다. 리테이너(8d)는, 내측 슈라우드(8b) 각각의 직경 방향 내측을 향하는 이면으로부터, 둘레 방향 전역에 걸쳐서 돌출되는 판형상을 이루는 볼록부(18a)를 갖고 있다. 또한, 이 볼록부(18a)의 하류측을 향하는 면에 있어서의 직경 방향의 중도 위치로부터는, 하류측을 향함에 따라서 직경 방향의 내측으로부터 외측을 향하여 경사지는 경사면(19)이 볼록부(18a)의 둘레 방향 전역에 걸쳐서 형성되어 있다. 그리고, 이 경사면(19)은 하류측의 단 가장자리에서 내측 슈라우드(8b)의 이면에 접속되어 있다. 리테이너(8d)는 이들 볼록부(18a)의 하류측을 향하는 면, 내측 슈라우드(8b)의 이면, 경사면(19)에 의해서 둘러싸이는 영역이 중실이 됨으로써 둘레 방향에서 보아 직각 삼각 형상을 이루는, 볼록부(18a)에 일체로 마련된 경사부(18b)를 갖고 있다.
또한, 이 리테이너(8d)는 핀(11)에 의해서 고정되어 있다. 경사부(18b)보다 직경 방향 내측에 있어서의 볼록부(18a)의 하류측을 향하는 면이, 회전축(6) 주위에 마련된 환상의 중간축 커버(12)에, 볼트(13)에 의해서 고정된 환상의 서포트 링(10)에 맞대져 있다. 이 서포트 링(10)에 의해서, 제 1 정익렬(8)이 제 1 동익렬(9)에 접근하는 방향으로 변위하는 것을 억제하고 있다.
여기서, 서포트 링(10)과 리테이너(8d)란, 서포트 링(10)의 직경 방향 외측을 향하는 단부면과, 경사부(18b) 및 내측 슈라우드(8b)의 이면과의 사이에 근소한 간극이 형성된 상태로 고정되어 있다. 즉, 이 간극은 환상의 공간(N)으로 되어 있으며, 이 공간(N)은, 제 1 정익렬(8)과 제 1 동익렬(9)과의 사이의 간극을 거쳐서, 주 유로(FC)에 연통하고 있다.
또한, 리테이너(8d)는 각각이 둘레 방향을 향하는 면끼리를 맞대도록 제 3 간극(K3)을 거쳐서 마련되어 있다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 리테이너(8d) 각각의 둘레 방향을 향하는 면에는, 둘레 방향으로 오목한 제 2 오목부(17)가 형성되어 있다. 그리고, 이 제 2 오목부(17)는 리테이너(8d)에 있어서의 볼록부(18a)에 직경 방향으로 형성된 종 오목부(17a)와, 경사부(18b)에 경사면(19)을 따라서 형성된 경사 오목부(17b)를 갖고 있다.
종 오목부(17a)는 제 1 오목부(16)에 접속되는 동시에, 볼록부(18a)의 직경 방향 내측의 단부의 바로 앞까지 형성되어 있다.
경사 오목부(17b)는 종 오목부(17a)와 제 1 오목부(16)를 연통하여 형성되어 있다. 그리고, 경사 오목부(17b)와 제 1 오목부(16)의 접속 부분은 축선(O) 방향에 있어서의 소정의 위치보다 하류측에 배치되어 있다.
여기서, 상기 소정의 위치란, 제 2 간극(K2)에 있어서 인접하는 상기 정익의 정익 본체(8c)끼리 접하는 최소 내접원(CI)의 접점 사이를 연결하는 스로트 라인(P)과, 제 1 간극(K1)과의 교점(Q)으로 되어 있다.
그리고, 서로 대향하는 제 2 오목부(17)끼리의 사이에는, 시일 부재(20)가 가설되며, 이것에 의해 제 3 간극(K3)을 폐색하고 있다. 보다 구체적으로는, 상기 시일 부재(20)는 종 시일판(20a) 및 경사 시일판(20b)을 갖고 있다. 종 시일판(20a)은 대향하는 종 오목부(17a)끼리의 사이에 가설되며, 경사 시일판(20b)은 대향하는 경사 오목부(17b)끼리의 사이에 가설되어 있다.
여기서, 종 시일판(20a)은, 제 1 오목부(16)에 있어서의 횡 시일판(14)과 비접촉으로 되도록 직경 방향 치수가 종 오목부(17a)의 직경 방향 치수보다 짧게 되어 있다. 즉, 횡 시일판(14)과 종 시일판(20a)과의 사이에서, 제 3 간극(K3)은 개방되어 있는 상태로 되어 있다.
또한, 경사 시일판(20b)의 일단은 종 시일판(20a)의 직경 방향 외측의 단부에 접하도록, 또한 타단은 횡 시일판(14)에 접하도록 마련되어 있다. 즉, 경사 시일판(20b)의 일단은 교점(Q)보다 상류측에 위치하며, 타단은 교점(Q)보다 하류측에 위치하고 있다. 이와 같이 하여, 제 3 간극(K3)은 완전히 폐색되며, 리테이너(8d)를 경계로 상류측과 하류측이 구획되어 있다.
이와 같은 가스 터빈(1)에 있어서는, 주 유로(FC)에 있어서 교점(Q)보다 하류측의 공간은 상류측에 비하여 압력이 낮은 상태로 되어 있다. 또한, 리테이너(8d)보다 하류측으로서 내측 슈라우드(8b)의 직경 방향 내측의 공간(N)은 주 유로(FC)에 있어서의 교점(Q)보다 하류측의 공간에 연통하고 있다. 이 때문에, 공간(N)에 있어서의 압력은 주 유로(FC)에 있어서의 교점(Q)보다 하류측의 공간의 압력과 동등하게 되어 있으며, 즉 주 유로(FC)에 있어서의 교점(Q)보다 상류측의 공간에 비해 저압으로 되어 있다.
한편, 리테이너(8d)보다 상류측으로서 내측 슈라우드(8b)의 직경 방향 내측의 공간은 압축 공기(W)가 저장된 차실(S)로 되어 있으며, 주 유로(FC)에 있어서의 교점(Q)보다 상류측의 공간의 압력에 비해 고압으로 되어 있다.
이와 같이, 압력은 차실(S)>주 유로(FC)의 교점(Q)보다 상류측>공간(N)이 된다.
그리고, 제 3 간극(K3)을 폐색하고 있는 시일 부재(20)는 타단이 교점(Q)보다 하류측에 위치하도록 마련되어 있기 때문에, 차실(S)과 동등 압력을 갖는 공간을 교점(Q)의 하류측까지 확장할 수 있다.
여기서, 만일 경사 시일판(20b)이 마련되지 않고, 종 시일판(20a)만을 따라서 제 3 간극(K3)을 폐색했을 경우에는, 공간(N)과, 주 유로(FC)에 있어서의 교점(Q)보다 상류측의 공간이 내측 슈라우드(8b)를 사이에 두고 접하게 된다.
이 경우에는, 차압에 의해서, 주 유로(FC)의 연소 가스(G)의 일부가 제 1 간극(K1)과 횡 시일판(14)과의 간극으로부터 누출되고, 리크 가스로 되어 공간(N)에 유입되어 버린다.
이 점, 본 실시형태에서는, 경사 시일판(20b)을 마련한 것에 의해, 차실(S)과 동등의 압력 공간과, 주 유로(FC)에 있어서의 교점(Q)보다 상류측의 공간이 내측 슈라우드(8b)를 사이에 두고 접하게 된다. 따라서, 주 유로(FC)에 있어서의 교점(Q)보다도 상류측의 공간보다 차실(S)이 고압으로 되어 있는 것에 의해, 연소 가스(G)의 일부가 공간(N)에 유입하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 시일 부재(20)에 경사 시일판(20b)을 이용한 것에 의해, 시일의 길이 치수를 크게 하는 것이 가능해지고, 즉 제 2 오목부(17)의 길이 치수를 크게 할 수 있다. 이 때문에, 차실(S)로부터 공간(N)에의 압축 공기(W)의 리크량을 증대시키는 것이 가능해져, 공간(N)의 온도 상승을 완화할 수 있다.
본 실시형태의 가스 터빈(1)에 의하면, 경사 시일판(20b)에 의해서, 공간(N)에의 연소 가스(G)의 유입을 억제할 수 있으며, 또한 압축 공기(W)의 리크량을 증대할 수 있기 때문에, 내측 슈라우드(8b)의 이면이나 서포트 링(10)의 상면을 고온 산화 감육 등을 하여, 소실되어 버리는 것을 방지 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 경사 시일판(20b)은 경사면(19)을 따라서 배치되어 있지 않아도 좋으며, 즉 경사 오목부(17b)는 경사면(19)을 따라서 형성되어 있을 필요는 없다.
또한, 예를 들면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 시일 부재(40)는 종 시일판(20a)과, 일단이 종 시일판(20a)에 접하는 동시에 축선(O) 방향으로 연장되는 판형상을 이루는 제 2 횡 시일판(40a)과, 일단이 제 2 종 시일판(40a)에 접하는 동시에 직경 방향으로 연장되는 판형상을 이루는 제 2 종 시일판(40b)을 구비하고 있어도 좋다.
이러한 경우, 리테이너(8d)의 경사부(48b)에 있어서는, 제 2 오목부(47)는 상술한 종 오목부(17a)와, 종 오목부(17a)와 경사면(19)의 외측의 공간(N)을 연통하며, 축선(O) 방향으로 형성된 횡 오목부(47a)와, 이 횡 오목부(47a)와 제 1 오목부(16)를 연통하는 동시에, 스로트 라인(P)과 제 1 간극(K1)과의 교점(Q)보다 하류측에, 직경 방향으로 형성된 제 2 종 오목부(47b)를 구비하고 있다.
이 외에도, 도시하지 않지만, 시일 부재(20, 40)는 종 시일판(20a)을 갖고 있지 않으며, 경사져 배치된 시일판만으로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 그 외의 형상이어도 좋고, 적어도 시일 부재(20, 40)의 타단이 상기 교점(Q)보다 하류측에 배치되며, 또한 일단이 교점(Q)보다 상류측에 배치되어 리테이너(8d)끼리의 사이의 제 3 간극(K3)에 위치되며, 이 제 3 간극(K3)을 폐색 가능하면 좋다. 또한, 이 경우, 시일 부재(20, 40)가 리테이너(8d)의 내부에 위치하도록, 볼록부(18a) 및 경사부(18b, 48b)의 형상을 결정할 필요가 있다.
또한, 리테이너(8d)는 볼록부(18a)와 경사부(18b, 48b)에 의해서 구성되어 있는 경우에 한정되지 않으며, 시일 부재(20, 40)의 타단이 상기 교점(Q)보다 하류측에 위치하도록, 또한 일단이 교점(Q)보다 상류측에 위치하도록 배치되며, 제 3 간극(K3)을 형성 가능하면, 어떠한 형상이어도 좋다.
[제 2 실시형태]
다음에, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 가스 터빈(100A)에 대해 설명한다.
제 1 실시형태와 공통의 구성 요소에는 동일한 도면부호를 교부하며 상세 설명을 생략한다.
본 실시형태에서는, 제 1 정익렬(58)에 있어서의 정익의 리테이너(58d), 및 제 3 간극(K3)을 폐색하는 시일 부재(60)가 제 1 실시형태와 상이하다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 시일 부재(60)는 종 시일판(60a) 및 경사 시일판(60b)을 갖고 있다.
종 시일판(60a)은 대향하는 리테이너(58d)의 종 오목부(67a)끼리의 사이에 가설되어 있다.
그리고, 경사 시일판(60b)은 대향하는 리테이너(58d)의 경사 오목부(67b)끼리의 사이에 가설되어 있다.
종 오목부(67a)는, 일단이 제 1 오목부(16)에 접속되는 동시에, 타단이 볼록부(18a)의 직경 방향 내측의 단부의 바로 앞까지 형성되어 있다. 경사 오목부(67b)는, 일단이 종 오목부(67a)에 접속되며, 타단이 제 1 오목부(16)와 접속되며, 종 오목부(67a) 및 제 1 오목부(16)와 연통하여 형성되어 있다. 그리고, 경사 오목부(17b)와 제 1 오목부(16)와의 접속 부분은 축선(O) 방향에 있어서의 위치(Q1)보다 하류측에 배치되어 있다.
또한, 경사 시일판(60b)의 타단은 공간(N)과 동일한 압력이 되는 주 유로(FC) 내의 축선(O) 방향의 위치인 동압 위치(도 7의 점(Q1))보다 하류측에 위치하고 있다. 즉, 경사 오목부(67b)의 경사 각도는, 제 1 실시형태의 경우와 비교하면, 둘레 방향에서 보아 축선(O)에 대한 직경 방향 외측으로 향하는 경사 각도보다 커져 있다.
여기서 본 실시형태에서는, 이러한 점(Q1)의 위치는 제 1 실시형태의 교점(Q)보다 상류측으로 되어 있지만, 실제로는 가스 터빈(100A)의 운전 조건 등에 의해서 교점(Q)의 하류측에 위치하는 경우도 있으며, 이 점(Q1)의 위치는 변동된다.
본 실시형태의 가스 터빈(100A)에 의하면, 운전 조건에 의하지 않고, 경사 시일판(60b)에 의해서, 공간(N)에의 연소 가스(G)의 유입을 억제할 수 있으며, 또한 압축 공기(W)의 리크량을 증대할 수 있기 때문에, 내측 슈라우드(8b)의 이면이나 서포트 링(10)의 상면을 고온 산화 감육 등으로 하여, 소실하여 버리는 것을 방지 가능하게 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 일은 없다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 부가, 생략, 치환, 및 그 외의 변경이 가능하다. 본 발명은 전술한 설명에 의해서 한정되는 일은 없으며, 첨부의 청구항의 청구범위에 의해서만 한정된다.
예를 들면, 상술의 실시형태에서는, 시일 부재(20(40, 60))의 타단은 교점(Q) 또는 점(Q1)보다 하류측에 위치하고 있지만, 적어도 타단이 일단에 비해 하류측이 되도록, 시일 부재(20(40, 60))가 마련되어 있으면, 주 유로(FC1)로부터 공간(N)에의 연소 가스(G)의 리크를 억제하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 터빈 정익에 있어서의 시일 부재의 배치에 관한 것이다. 본 발명의 시일 부재, 터빈, 및 가스 터빈에 의하면, 내측 슈라우드끼리의 사이의 제 1 간극으로부터의 연소 가스의 유입을 시일 부재에 의해서 억제할 수 있어서, 구성 부재의 소실을 방지할 수 있다.
1 : 가스 터빈 2 : 압축기
3 : 연소기 3a : 미통
4 : 터빈 5 : 배기실
6 : 회전축 7 : 터빈 디스크
8 : 터빈 정익렬(제 1 정익렬) 8a : 외측 슈라우드
8b : 내측 슈라우드 8c : 정익 본체
8d : 리테이너 9 : 터빈 동익렬(제 1 동익렬)
9a : 플랫폼 9b : 동익 본체
10 : 서포트 링크 11 : 핀
12 : 중간축 커버 13 : 볼트
14 : 횡 시일판 15 : 분할판
16 : 제 1 오목부 17 : 제 2 오목부
17a : 종 오목부 17b : 경사 오목부
18a : 볼록부 18b : 경사부
19 : 경사면 20 : 시일 부재
20a : 종 시일판 20b : 경사 시일판
W : 압축 공기 G : 연소 가스
O : 축선 S : 차실
FC : 주 유로 N : 공간
P : 스로트 라인 Q : 교점
CI : 내접원 K1 : 제 1 간극
K2 : 제 2 간극 K3 : 제 3 간극
K : 간극 N1 : 공간
FC1 : 주 유로 S1 : 차실
LG : 리크 가스 21 : 터빈 정익렬(제 1 정익렬)
21a : 외측 슈라우드 21b : 내측 슈라우드
21c : 정익 본체 21d : 리테이너
22 : 터빈 동익렬(제 1 동익렬) 22a : 플랫폼
22b : 동익 본체 23 : 터빈 디스크
24 : 중간축 커버 25 : 서포트 링크
26 : 볼트 27 : 미통
28 : 핀 29 : 분할판
31, 32 : 시일판 40 : 시일 부재
40a : 제 2 횡 시일판 40b : 제 2 종 시일판
48b : 경사부 47 : 제 2 오목부
47a : 횡 오목부 47b : 제 2 종 오목부
100 : 가스 터빈 58 : 제 1 정익렬
58d : 리테이너 60 : 시일 부재
60a : 종 시일판 60b : 경사 시일판
67b : 경사 오목부 Q1 : 점
100A : 가스 터빈

Claims (6)

  1. 터빈의 축선의 둘레 방향에 나란하게 배치된 복수의 정익으로 구성되는 정익렬에 마련되는 시일 부재에 있어서,
    복수의 상기 정익은,
    상기 축선의 직경 방향으로 연장되는 정익 본체와,
    상기 정익 본체의 상기 직경 방향의 외측 단부에 마련된 외측 슈라우드와,
    상기 정익 본체의 상기 직경 방향의 내측 단부에 마련되어 상기 외측 슈라우드와의 사이에 연소 가스의 주 유로를 형성하는 내측 슈라우드와,
    상기 내측 슈라우드의 상기 직경 방향의 내측면으로부터 상기 직경 방향의 내측으로 돌출되는 리테이너를 구비하고,
    상기 둘레 방향에서 인접하는 상기 정익에 있어서의 상기 내측 슈라우드의 상호는 상기 둘레 방향에서 제 1 간극을 거쳐서 인접하고 있으며,
    상기 둘레 방향에서 인접하는 상기 정익에 있어서의 상기 정익 본체의 상호는 상기 둘레 방향에서 제 2 간극을 거쳐서 인접하고 있으며,
    상기 둘레 방향에서 인접하는 상기 정익에 있어서의 상기 리테이너의 상호는 상기 둘레 방향에서 제 3 간극을 거쳐서 인접하고 있으며,
    일단에 대하여, 상기 터빈 중의 연소 가스가 흐르는 방향에 있어서의 상기 축선을 따르는 방향의 하류측에 타단이 위치되며, 상기 제 3 간극을 폐색하고,
    상기 일단은, 상기 제 2 간극에 있어서, 인접하는 상기 정익 본체끼리에 접하는 최소 내접원의 접점 사이를 연결하는 스로트 라인과 상기 제 1 간극과의 교점보다, 상기 연소 가스가 흐르는 방향에 있어서의 상기 축선을 따르는 방향의 상류측에 위치되며,
    상기 타단은 상기 교점보다 하류측에 위치되는
    시일 부재.
  2. 터빈의 축선의 둘레 방향에 나란하게 배치된 복수의 정익으로 구성되는 정익렬에 마련되는 시일 부재에 있어서,
    복수의 상기 정익은,
    상기 축선의 직경 방향으로 연장되는 정익 본체와,
    상기 정익 본체의 상기 직경 방향의 외측 단부에 마련된 외측 슈라우드와,
    상기 정익 본체의 상기 직경 방향의 내측 단부에 마련되어 상기 외측 슈라우드와의 사이에 연소 가스의 주 유로를 형성하는 내측 슈라우드와,
    상기 내측 슈라우드의 상기 직경 방향의 내측면으로부터 상기 직경 방향의 내측으로 돌출되는 리테이너를 구비하고,
    상기 둘레 방향에서 인접하는 상기 정익에 있어서의 상기 내측 슈라우드의 상호는 상기 둘레 방향에서 제 1 간극을 거쳐서 인접하고 있으며,
    상기 둘레 방향에서 인접하는 상기 정익에 있어서의 상기 정익 본체의 상호는 상기 둘레 방향에서 제 2 간극을 거쳐서 인접하고 있으며,
    상기 둘레 방향에서 인접하는 상기 정익에 있어서의 상기 리테이너의 상호는 상기 둘레 방향에서 제 3 간극을 거쳐서 인접하고 있으며,
    일단에 대하여, 상기 터빈 중의 연소 가스가 흐르는 방향에 있어서의 상기 축선을 따르는 방향의 하류측에 타단이 위치되며, 상기 제 3 간극을 폐색하고,
    상기 리테이너보다 하류측이며 또한 상기 내측 슈라우드의 상기 직경 방향의 내측에 있어서의 압력과 동일한 압력이 되는 상기 주 유로 내의 위치인 동압 위치보다, 상기 일단은 상기 연소 가스가 흐르는 방향에 있어서의 상기 축선을 따르는 방향의 상류측에 위치되며,
    상기 타단은 상기 동압 위치보다 하류측에 위치되는
    시일 부재.
  3. 터빈의 축선의 둘레 방향에 나란하게 배치된 복수의 정익으로 구성되는 정익렬에 마련되는 시일 부재에 있어서,
    복수의 상기 정익은,
    상기 축선의 직경 방향으로 연장되는 정익 본체와,
    상기 정익 본체의 상기 직경 방향의 외측 단부에 마련된 외측 슈라우드와,
    상기 정익 본체의 상기 직경 방향의 내측 단부에 마련되어 상기 외측 슈라우드와의 사이에 연소 가스의 주 유로를 형성하는 내측 슈라우드와,
    상기 내측 슈라우드의 상기 직경 방향의 내측면으로부터 상기 직경 방향의 내측으로 돌출되는 리테이너를 구비하고,
    상기 둘레 방향에서 인접하는 상기 정익에 있어서의 상기 내측 슈라우드의 상호는 상기 둘레 방향에서 제 1 간극을 거쳐서 인접하고 있으며,
    상기 둘레 방향에서 인접하는 상기 정익에 있어서의 상기 정익 본체의 상호는 상기 둘레 방향에서 제 2 간극을 거쳐서 인접하고 있으며,
    상기 둘레 방향에서 인접하는 상기 정익에 있어서의 상기 리테이너의 상호는 상기 둘레 방향에서 제 3 간극을 거쳐서 인접하고 있으며,
    일단에 대하여, 상기 터빈 중의 연소 가스가 흐르는 방향에 있어서의 상기 축선을 따르는 방향의 하류측에 타단이 위치되며, 상기 제 3 간극을 폐색하고,
    상기 리테이너의 상기 직경 방향의 내측의 단부로부터 상기 직경 방향의 외측의 중도 위치까지 연장되는 판형상을 이루는 종 시일판과,
    상기 종 시일판의 상기 직경 방향의 외측의 단부에 일단이 접하는 동시에, 상기 하류측을 향함에 따라서, 상기 직경 방향의 내측으로부터 외측을 향하여 경사져 연장되는 판형상을 이루는 경사 시일판을 더 구비하는
    시일 부재.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 리테이너의 상기 직경 방향의 내측의 단부로부터 상기 직경 방향의 외측의 중도 위치까지 연장되는 판형상을 이루는 종 시일판과,
    상기 종 시일판의 상기 직경 방향의 외측의 단부에 일단이 접하는 동시에, 상기 하류측을 향함에 따라서, 상기 직경 방향의 내측으로부터 외측을 향하여 경사져 연장되는 판형상을 이루는 경사 시일판을 더 구비하는
    시일 부재.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 시일 부재를 구비하는 터빈.
  6. 제 5 항에 기재된 터빈을 구비하는 가스 터빈.
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