KR101833662B1 - 분할환 냉각 구조 및 이것을 갖는 가스 터빈 - Google Patents

분할환 냉각 구조 및 이것을 갖는 가스 터빈 Download PDF

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Abstract

냉각 공기를 효율적으로 공급하여, 분할환을 효율적으로 냉각할 수 있는 분할환 냉각 구조 및 이것을 갖는 가스 터빈을 제공한다. 분할환 냉각 구조는, 분할체의 본체에 의해 둘러싸이며, 냉각 공기가 공급되는 캐비티와, 분할체의 본체 내에 둘레 방향으로 배치되고, 일단이 캐비티에 연통하며, 타단이 분할체의 회전 방향의 전방측 및 후방측의 측단부에 개구되는 냉각 공기가 흐르는 냉각 유로를 갖고, 냉각 유로는, 분할체의 회전 방향의 전방측의 제 1 영역에 형성되며, 냉각 공기가 회전 방향의 후방측으로부터 전방측을 향해 배출되는 제 1 냉각 유로와, 분할체의 회전 방향의 후방측의 제 2 영역에 형성되며, 냉각 공기가 회전 방향의 전방측으로부터 후방측을 향해 배출되는 제 2 냉각 유로를 포함한다.

Description

분할환 냉각 구조 및 이것을 갖는 가스 터빈{RING SEGMENT COOLING STRUCTURE AND GAS TURBINE HAVING THE SAME}
본 발명은 연소 가스에 의해 회전하는 가스 터빈에 관한 것이다.
종래, 회전축과, 회전축에 대해 직경 방향 외측으로 연장되는 터빈 동익과, 터빈 동익으로부터 직경 방향 외측에 이격되어 마련된 분할환과, 분할환의 축방향으로 인접하는 터빈 정익을 구비한 가스 터빈이 알려져 있다. 터빈 정익 및 분할환은 이격되어 배치되어 있으며, 터빈 정익과 분할환 사이에는, 둘레 방향 및 직경 방향으로 연장되는 캐비티가 형성되어 있다. 이 캐비티에는 터빈 정익으로부터 배출되는 시일 공기를 흘려서, 연소 가스의 역류를 방지하고 있다.
가스 터빈은, 직경 방향 외측에 형성되며, 터빈 차실 또는 터빈 차실과 익환으로 둘러싸인 익환 캐비티로부터 공급되는 냉각 공기를 내부에 유통시키는 냉각 유로를 분할체의 내부에 형성하고, 냉각 유로에 냉각 공기를 흘려서, 분할환을 냉각하는 분할환 냉각 구조를 구비하고 있다(예컨대, 특허문헌 1, 특허문헌 2). 또한, 냉각 공기는 압축기 출구측의 차실 공기 또는 압축기로부터 추기되는 추기 공기를 이용하는 것이 일반적이다. 특허문헌 1에 기재된 분할환 냉각 구조는, 분할체의 내부에 연소 가스의 흐름 방향으로 냉각 공기를 흘리는 냉각 유로가 형성되어 있다. 이 냉각 유로는, 연소 가스의 흐름 방향의 상류측의 단부에 냉각 공기가 공급되는 개구가 형성되어 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 분할환 냉각 구조는, 분할체의 회전 방향의 전방측 및 후방측의 양단에, 회전 방향의 단부를 향해 개구된 냉각 유로를 추가로 구비하고 있다.
특허문헌 2에 기재된 분할환 냉각 구조는, 분할체의 내부에 둘레 방향(회전축의 회전 방향의 전방측 및 후방측 방향)으로 냉각 공기를 흘리는 냉각 유로가 형성되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 회전축의 회전 방향의 전방측으로 냉각 공기를 흘리는 냉각 유로와, 회전축의 회전 방향과는 반대 방향의 후방측으로 냉각 공기를 흘리는 냉각 유로가 연소 가스의 흐름 방향에서 교대로 배치되어 있다.
국제 공개 WO2011/024242호 미국 특허 제5,375,973호 명세서
특허문헌 1 및 특허문헌 2에 나타내는 바와 같이, 분할체의 회전 방향의 양단을 향해 냉각 공기를 흘리는 냉각 유로를 마련함으로써, 분할체의 회전 방향의 단부를 냉각할 수 있다. 여기서, 분할환 냉각 구조로서는, 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 분할환 냉각 구조에도 개선의 여지가 있다. 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 분할환 냉각 구조는 구조가 복잡하고, 또한, 냉각 공기의 이용 효율의 향상에도 한계가 있다.
그래서, 본 발명은 냉각 공기를 효율적으로 공급하고, 냉각 공기가 재사용되어, 분할환을 효율적으로 냉각할 수 있는 분할환 냉각 구조 및 이것을 갖는 가스 터빈을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 둘레 방향으로 배설되어 환상을 이루는 복수의 분할체를 갖고, 내주면이 터빈 동익의 선단으로부터 일정한 거리를 유지하도록 하여 차실 내에 배설되는 가스 터빈의 분할환을 냉각하는 분할환 냉각 구조로서, 상기 차실의 케이싱과 상기 분할체의 본체에 의해 둘러싸이며, 냉각 공기가 공급되는 캐비티와, 상기 분할체의 본체 내에 둘레 방향으로 배치되고, 일단이 상기 캐비티에 연통되며, 타단이 상기 분할체의 회전 방향의 전방측 및 후방측의 측단부에 개구되는 냉각 공기가 흐르는 냉각 유로를 갖고, 상기 냉각 유로는, 상기 분할체의 회전 방향의 전방측의 제 1 영역에 형성되며, 상기 냉각 공기가 상기 회전 방향의 후방측으로부터 전방측을 향해 배출되는 제 1 냉각 유로와, 상기 분할체의 회전 방향의 후방측의 제 2 영역에 형성되며, 상기 냉각 공기가 상기 회전 방향의 전방측으로부터 후방측을 향해 배출되는 제 2 냉각 유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 제 1 영역에 캐비티와 연통한 제 1 냉각 유로를 마련하고, 제 2 영역에 캐비티와 연통한 제 2 냉각 유로를 마련함으로써, 냉각 공기가 재사용되어, 간단한 구조로 분할체의 회전 방향의 양단을 효율적으로 냉각할 수 있다. 이에 의해, 냉각 공기를 효율적으로 공급하고, 냉각 공기량이 저감되어, 분할환을 효율적으로 냉각할 수 있다.
상기 캐비티는, 상기 분할체의 직경 방향의 외측에 배치된 제 1 캐비티와, 상기 제 1 캐비티의 직경 방향 내측에 배치되고, 일단이 상기 제 1 캐비티에 연통되며, 타단은 상기 냉각 유로의 한쪽 단부와 연통되는 제 2 캐비티를 구비하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 냉각 공기를 보다 균일하게 냉각 유로에 공급할 수 있다.
상기 제 1 캐비티에 배치된 다수의 개구를 구비한 충돌판을 구비하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 분할체가 더욱 냉각된다.
상기 제 2 캐비티는 상기 회전 방향에서 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 냉각 공기가 회전 방향의 전방측 및 후방측의 양측단부로부터 배출되므로, 양측의 단부 냉각이 더욱 강화된다.
상기 냉각 유로는, 냉각 공기의 흐름 방향의 하류단의 일부가 연소 가스의 흐름 방향을 향해 경사져 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 회전 방향의 양단에 있어서의 냉각 유로의 거리를 보다 길게 할 수 있어서, 회전 방향의 양단을 더 냉각할 수 있다.
상기 냉각 유로는, 연소 가스의 흐름 방향의 하류측에 배치된 냉각 유로가 연소 가스의 흐름 방향의 상류측에 배치된 냉각 유로보다 작은 배열 피치로 배열되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 더 냉각할 필요가 있는 연소 가스의 흐름 방향의 하류측에 보다 많은 냉각 공기를 공급할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은, 가스 터빈으로서, 회전 가능한 터빈 축에 장착된 터빈 동익과, 상기 터빈 동익에 대해 축방향으로 대향하도록 고정된 터빈 정익과, 상기 터빈 동익을 둘레 방향으로 둘러싸는 분할환과, 상기 분할환의 외주에 배치되며, 또한 상기 터빈 정익을 지지하는 차실과, 상기 중 어느 하나에 기재된 분할환 냉각 구조를 갖는다.
이 구성에 의하면, 분할환을 효율적으로 냉각할 수 있어서, 연소 가스의 유로로 배출되는 냉각 공기의 양을 줄일 수 있다. 이에 의해, 가스 터빈의 효율을 보다 높일 수 있다.
본 발명에 의하면, 캐비티와 연통한 제 1 냉각 유로와 제 2 냉각 유로를 마련함으로써, 냉각 공기의 재사용이 되어, 간단한 구조로 분할체의 회전 방향의 양단을 효율적으로 냉각할 수 있다. 이에 의해, 냉각 공기가 효율적으로 공급되고, 냉각 공기량이 저감되어, 분할환을 효율적으로 냉각할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 가스 터빈의 개략 구성도,
도 2는 실시예 1에 따른 가스 터빈의 터빈 주위에 있어서의 부분 단면도,
도 3은 실시예 1에 따른 가스 터빈의 분할환의 근방의 부분 확대도,
도 4는 실시예 1에 따른 분할환의 분할체의 사시도,
도 5는 실시예 1에 따른 분할환의 분할체의 단면도,
도 6은 실시예 1에 따른 분할환을 직경 방향에서 본 개략 단면도로서, 도 5의 A-A선 단면도,
도 7은 실시예 1에 따른 분할환을 연소 가스의 흐름 방향에서 본 개략 단면도로서, 도 6의 B-B선 단면도,
도 8은 실시예 1의 변형예에 따른 분할체를 직경 방향에서 본 개략 단면도,
도 9는 실시예 2에 따른 분할체를 직경 방향에서 본 개략 단면도,
도 10은 실시예 2에 따른 분할체를 연소 가스의 흐름 방향에서 본 단면도로서, 도 9의 C-C선 단면도,
도 11은 실시예 3에 따른 분할체를 직경 방향에서 본 개략 단면도,
도 12는 실시예 4에 따른 분할체를 직경 방향에서 본 개략 단면도,
도 13은 실시예 5에 따른 분할체를 직경 방향에서 본 개략 단면도,
도 14는 실시예 6에 따른 분할체를 직경 방향에서 본 개략 단면도,
도 15는 실시예 7에 따른 분할체를 직경 방향에서 본 개략 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다. 또한, 이하의 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 실시예에 있어서의 구성 요소에는 당업자가 치환 가능 또한 용이한 것, 혹은 실질적으로 동일한 것이 포함된다.
[실시예 1]
도 1에 도시하는 바와 같이, 실시예 1의 가스 터빈(1)은 압축기(5)와 연소기(6)와 터빈(7)에 의해 구성되어 있다. 또한, 압축기(5), 연소기(6) 및 터빈(7)의 중심부에는, 터빈 축(8)이 관통하여 배치되어 있다. 압축기(5), 연소기(6) 및 터빈(7)은 터빈 축(8)의 축심(CL)을 따라서 공기 또는 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측으로부터 하류측을 향해 순차로 병설되어 있다.
압축기(5)는 공기를 압축하여 압축 공기로 하는 것이다. 압축기(5)는, 공기를 도입하는 공기 도입구(11)를 갖는 압축기 케이싱(12) 내에, 복수 단의 압축기 정익(13) 및 복수 단의 압축기 동익(14)이 마련되어 있다. 각 단의 압축기 정익(13)은 압축기 케이싱(12)에 장착되어 둘레 방향으로 복수 병설되며, 각 단의 압축기 동익(14)은 터빈 축(8)에 장착되어 둘레 방향으로 복수 병설되어 있다. 이들 복수 단의 압축기 정익(13)과 복수 단의 압축기 동익(14)은 축방향을 따라서 교대로 마련되어 있다.
연소기(6)는 압축기(5)에서 압축된 압축 공기에 대해 연료를 공급함으로써 고온·고압의 연소 가스를 생성하는 것이다. 연소기(6)는, 연소통으로서, 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키는 내통(21)과, 내통(21)으로부터 연소 가스를 터빈(7)으로 인도하는 미통(22)과, 내통(21)의 외주를 덮고, 압축기(5)로부터의 압축 공기를 내통(21)으로 인도하는 외통(23)을 갖고 있다. 이 연소기(6)는 터빈 케이싱(31) 내에 배치되며, 둘레 방향으로 복수 배치되어 있다. 또한, 압축기(5)에서 압축된 공기는 터빈 케이싱으로 둘러싸인 차실(24)에 일단 저류되고, 그 후 연소기(6)에 공급된다.
터빈(7)은 연소기(6)에서 생성된 연소 가스에 의해 회전 동력을 일으키는 것이다. 터빈(7)에는, 외피가 되는 터빈 케이싱(31) 내에, 복수 단의 터빈 정익(32) 및 복수 단의 터빈 동익(33)이 마련되어 있다. 각 단의 터빈 정익(32)은 터빈 케이싱(31)에 장착되어 둘레 방향으로 복수 환상으로 배치되고, 각 단의 터빈 동익(33)은 터빈 축(8)의 축심(CL)을 중심으로 한 원반 형상의 디스크의 외주에 고정되어 둘레 방향으로 복수 환상으로 배치되어 있다. 이들 복수 단의 터빈 정익(32)과 복수 단의 터빈 동익(33)은 축방향을 따라서 복수 교대로 마련되어 있다.
터빈 케이싱(31)의 축방향의 하류측에는, 터빈(7)에 연속하는 디퓨저부(54)를 내부에 갖는 배기실(34)이 마련되어 있다(도 1 참조). 터빈 축(8)은, 압축기(5) 측의 단부가 베어링부(37)에 의해 지지되고, 배기실(34) 측의 단부가 베어링부(38)에 의해 지지되어, 축심(CL)을 중심으로 하여 회전 가능하게 마련되어 있다. 그리고, 터빈 축(8)의 배기실(34) 측의 단부에는, 발전기(도시 생략)의 구동축이 연결되어 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 터빈(7)에 대해 구체적으로 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 터빈 정익(32)은 외측 슈라우드(51)와, 외측 슈라우드(51)로부터 직경 방향 내측으로 연장된 익형부(53)와, 익형부(53)의 직경 방향 내측에 마련된 내측 슈라우드(도시 생략)에 의해 일체로 형성되어 있다. 또한, 터빈 정익(32)은 차열환, 익환을 거쳐서, 터빈 케이싱(31)으로부터 지지되며, 고정측으로 되어 있다. 복수 단의 터빈 정익(32)은 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측으로부터 순차로 제 1 터빈 정익(32a)과 제 2 터빈 정익(32b)과 제 3 터빈 정익(32c)과 제 4 터빈 정익(32d)을 포함하여 구성되어 있다. 제 1 터빈 정익(32a)은 외측 슈라우드(51a)와 익형부(53a)와 내측 슈라우드(도시 생략)에 의해 일체로 형성되어 있다. 제 2 터빈 정익(32b)은 외측 슈라우드(51b)와 익형부(53b)와 내측 슈라우드(도시 생략)에 의해 일체로 형성되어 있다. 제 3 터빈 정익(32c)은 외측 슈라우드(51c)와 익형부(53c)와 내측 슈라우드(도시 생략)에 의해 일체로 형성되어 있다. 제 4 터빈 정익(32d)은 외측 슈라우드(51d)와 익형부(53d)와 내측 슈라우드(도시 생략)에 의해 일체로 형성되어 있다.
복수 단의 터빈 동익(33)은 복수의 분할환(52)에 대향하여 직경 방향의 내측에 각각 배치되어 있다. 각 단의 터빈 동익(33)은 각 분할환(52)에 대해 소정의 간극을 두고 이격하여 마련되어 있으며, 가동측으로 되어 있다. 복수 단의 터빈 동익(33)은 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측으로부터 순차로 제 1 터빈 동익(33a)과 제 2 터빈 동익(33b)과 제 3 터빈 동익(33c)과 제 4 터빈 동익(33d)을 포함하여 구성되어 있다. 그리고, 제 1 터빈 동익(33a)은 제 1 분할환(52a)의 직경 방향 내측에 마련되어 있다. 마찬가지로, 제 2 터빈 동익(33b), 제 3 터빈 동익(33c) 및 제 4 터빈 동익(33d)은 제 2 분할환(52b), 제 3 분할환(52c) 및 제 4 분할환(52d)의 직경 방향 내측에 마련되어 있다.
이 때문에, 복수 단의 터빈 정익(32) 및 복수 단의 터빈 동익(33)은, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측으로부터 순차로, 제 1 터빈 정익(32a), 제 1 터빈 동익(33a), 제 2 터빈 정익(32b), 제 2 터빈 동익(33b), 제 3 터빈 정익(32c), 제 3 터빈 동익(33c), 제 4 터빈 정익(32d), 제 4 터빈 동익(33d)이 되도록 배치되며, 각각 축방향으로 대향하도록 마련되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 터빈 케이싱(31)은, 그의 직경 방향 내측에 배치되며, 터빈 케이싱(31)으로부터 지지된 익환(45)을 갖고 있다. 익환(45)은 터빈 축(8) 주위에 환상으로 형성되고, 둘레 방향 및 축방향으로 복수로 분할되어, 터빈 케이싱(31)으로부터 지지되어 있다. 또한, 복수의 익환(45)은 연소 가스의 흐름 방향(축방향)(FG)의 상류측으로부터 순차로 제 1 익환(45a)과 제 2 익환(45b)과 제 3 익환(45c)과 제 4 익환(45d)을 포함하여 구성되어 있다. 익환(45)의 직경 방향 내측에는 차열환(46)이 배설되며, 터빈 정익(32)은 차열환(46)을 거쳐서 익환(45)으로부터 지지되어 있다. 복수의 차열환(46)은 연소 가스의 흐름 방향(축방향)(FG)의 상류측으로부터 순차로 제 1 차열환(46a)과 제 2 차열환(46b)과 제 3 차열환(46c)과 제 4 차열환(46d)을 포함하여 구성되어 있다.
익환(45)의 내측에는, 복수의 터빈 정익(32)과 복수의 분할환(52)이 서로 축방향으로 인접하여 마련되어 있다.
그리고, 복수의 터빈 정익(32) 및 복수의 분할환(52)은, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측으로부터 순차로, 제 1 터빈 정익(32a), 제 1 분할환(52a), 제 2 터빈 정익(32b), 제 2 분할환(52b), 제 3 터빈 정익(32c), 제 3 분할환(52c), 제 4 터빈 정익(32d), 제 4 분할환(52d)이 되도록 배치되며, 각각 축방향으로 대향하도록 마련되어 있다.
또한, 제 1 터빈 정익(32a) 및 제 1 분할환(52a)은 제 1 차열환(46a)을 거쳐서 제 1 익환(45a)의 직경 방향 내측에 장착되어 있다. 마찬가지로, 제 2 터빈 정익(32b) 및 제 2 분할환(52b)은 제 2 차열환(46b)을 거쳐서 제 2 익환(45b)의 직경 방향 내측에 장착되고, 제 3 터빈 정익(32c) 및 제 3 분할환(52c)은 제 3 차열환(46c)을 거쳐서 제 3 익환(45c)의 직경 방향 내측에 장착되며, 제 4 터빈 정익(32d) 및 제 4 분할환(52d)은 제 4 차열환(46d)을 거쳐서 제 4 익환(45d)의 직경 방향 내측에 장착되어 있다.
그리고, 복수의 터빈 정익(32)의 외측 슈라우드(51) 및 복수의 분할환(52)의 내주측과, 터빈 정익(32)의 내측 슈라우드 및 터빈 동익(33)의 플랫폼의 외주측과의 사이에 형성된 환상의 유로가, 연소 가스 유로(R1)가 되고, 연소 가스는 연소 가스 유로(R1)를 따라서 흐른다.
상기와 같은 가스 터빈(1)에 있어서, 터빈 축(8)을 회전시키면, 압축기(5)의 공기 도입구(11)로부터 공기가 도입된다. 그리고, 도입된 공기는 복수 단의 압축기 정익(13)과 복수 단의 압축기 동익(14)을 통과하는 것에 의해 압축됨으로써, 고온·고압의 압축 공기가 된다. 이 압축 공기에 대하여, 연소기(6)로부터 연료가 공급되어, 고온·고압의 연소 가스가 생성된다. 이 연소 가스가 터빈(7)의 복수 단의 터빈 정익(32)과 복수 단의 터빈 동익(33)을 통과함으로써 터빈 축(8)이 회전 구동된다. 이에 의해, 터빈 축(8)에 연결된 발전기는 회전 동력이 부여됨으로써 발전을 실행한다. 그 후, 터빈 축(8)을 회전 구동한 후의 연소 가스는 배기실(34) 내의 디퓨저부(54)로부터 계외로 배출된다.
다음에, 도 2 및 도 3을 참조하여, 분할환과 분할환을 냉각하는 분할환 냉각 구조에 대해 설명한다. 도 3은 실시예 1에 따른 가스 터빈의 분할환의 부분 확대도이다. 여기서, 도 2에서는, 제 2 분할환(52b)의 주위의 분할환 냉각 구조만을 도시하고 있지만, 다른 분할환에 대해서도 마찬가지의 구조를 구비하고 있다. 이하, 대표로, 제 2 분할환(52b)을 분할환(52)으로 하여 설명한다.
분할환 냉각 구조(60)에 공급되는 냉각 공기는, 배경 기술에서 설명한 바와 같이, 터빈 차실과 익환(45)으로 둘러싸인 익환 캐비티(41)로부터 공급된다. 익환(45)에는 공급 개구(47)가 형성되어 있다. 차열환(46)과 익환(45)과 분할환(52)의 사이에는, 공간이 되는 제 1 캐비티(80)가 마련되어 있다. 제 1 캐비티(80)는 둘레 방향에 걸쳐서 환상으로 마련되어 있다. 제 1 캐비티(80)는 공급 개구(47)를 거쳐서 익환 캐비티(42)에 연통되어 있다. 또한, 분할환(52)은 제 1 캐비티(80)와 연통된 냉각 유로가 형성되어 있다.
분할환 냉각 구조(60)의 익환 캐비티(41)에 공급된 냉각 공기(CA)는 공급 개구(47)를 거쳐서 제 1 캐비티(80)에 공급된다. 본 실시예의 냉각 공기(CA)는 압축기 출구측의 차실 공기 또는 압축기(5)로부터 추기되는 추기 공기를 이용한다. 제 1 캐비티(80)에 공급되는 냉각 공기(CA)는 분할환(52)에 공급되며, 분할환(52)에 배설된 냉각 유로(상세는 후술)를 통과함으로써 분할환(52)을 냉각한다.
다음에, 도 3에 부가해서 도 4 내지 도 7을 이용하여, 분할환(52)의 구조에 대해 설명함으로써, 분할환 냉각 구조(60)의 냉각 유로에 대해 보다 상세하게 설명한다. 도 4는 실시예 1에 따른 분할환의 분할체의 사시도이다. 도 5는 실시예 1에 따른 분할환의 분할체의 단면도이다. 도 6은 실시예 1에 따른 분할환을 직경 방향에서 본 개략 단면도이다. 도 7은 실시예 1에 따른 분할환을 연소 가스의 흐름 방향에서 본 단면도이다. 여기서, 본 실시예에서는, 터빈 축(8)의 회전 방향(터빈 동익(33)의 회전 방향)을 R로 하며, 회전 방향(R)은 회전축의 축방향에 직교하는 방향이다.
분할환(52)은 터빈 축(8)의 둘레 방향으로 배설되어 환상을 이루는 복수의 분할체(100)를 갖는다. 분할체(100)는 분할체(100)의 내주면(111a)과 터빈 동익(33)의 선단의 사이에 일정한 간극이 확보되도록 배치되어 있다. 분할환(52)은, 예컨대 내열성 니켈 합금 등으로 형성되어 있다.
분할체(100)는 본체(112)와 훅(113)을 갖는다. 또한, 분할체(100)의 훅(113)과 훅(113) 사이에는 충돌판(114)이 마련되어 있다. 본체(112)는 내부에 후술하는 냉각 유로가 마련된 판 형상의 부재이다. 본체(112)는 직경 방향 내측의 면이 회전 방향(R)을 따라서 만곡된 곡면이 된다. 또한, 본체(112)는 냉각 유로가 형성되어 있다. 본체(112)의 형상에 대해서는 후술한다.
훅(113)은 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측 및 하류측의 단부에서, 또한, 본체(112)의 직경 방향 외측의 면에 일체로 마련되어 있다. 훅(113)은 차열환(46)에 장착되어 있다. 이에 의해, 분할체(100)는 차열환(46)에 지지된다.
충돌판(114)은 제 1 캐비티(80) 내에 배치되어 있다. 구체적으로는, 충돌판(114)은 본체(112)보다 직경 방향 외측에, 본체(112)의 직경 방향 외측의 면(112a)과 간격을 두고 배치되어 있다. 또한, 충돌판(114)은 분할체(100)의 훅(113)과 훅(113) 사이에 배치되고, 분할체(100)의 훅(113)의 내벽(112b)에 고정되며, 충돌판(114)은 본체(112)의 직경 방향 외측의 공간을 폐색하고 있다. 이에 의해, 본체(112)와, 충돌판(114)과, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측 및 하류측에 배치된 훅(113)과, 터빈 축(8)의 축방향과 대략 직교하는 방향(터빈 축(8)의 회전 방향)의 상류측 및 하류측에 마련된 측단부에 의해 둘러싸인 공간이 냉각 공간(129)이 된다.
충돌판(114)에는, 임핀지먼트(impingement) 냉각용의 냉각 공기(CA)가 통과하는 다수의 작은 구멍(115)이 천공되어 있다. 이에 의해, 제 1 캐비티(80) 내에 공급된 냉각 공기(CA)는 본체(112)를 향할 때에, 작은 구멍(115)을 통과하여 냉각 공간(129)으로 배출된다. 이에 의해, 냉각 공기(CA)는 작은 구멍(115)으로부터 분출되어, 본체(112)의 면(112a)을 임핀지먼트 냉각한다.
다음에, 도 3 내지 도 7을 이용하여, 본체(112)에 형성되는 냉각 공기(CA)를 흘리는 유로에 대해 설명한다. 여기서, 분할체(100)에 있어서, 회전 방향(R)의 후방측이란, 화살표의 뒤쪽(회전하는 동익과 최초로 접하는 측)이며, 회전 방향(R)의 전방측이란, 화살표의 앞쪽(회전하는 동익과 마지막에 접하는 측)이다.
분할체(100)는 본체(112)에 개구(120)와 제 2 캐비티(122)와 제 1 냉각 유로(전방측 냉각 유로)(123)와 제 2 냉각 유로(후방측 냉각 유로)(124)가 형성되어 있다. 개구(120)는 본체(112)의 제 1 캐비티(80) 측, 즉 직경 방향 외측의 면에 형성되어 있으며, 제 2 캐비티(122)와 제 1 캐비티(80)(냉각 공간(129))를 연통하고 있다. 개구(120)는 본체(112)의 회전 방향(R)의 중앙 근방에 형성되어 있다.
제 2 캐비티(122)는 본체(112)의 내부에 형성된 연소 가스의 흐름 방향(FG)이 길이 방향인 폐공간으로서, 화살표로 나타내는 바와 같이, 냉각 공기(CA)의 흐름 방향의 상류측이 개구(120)에 연통되며, 하류측이 제 1 냉각 유로(123) 및 제 2 냉각 유로(124)에 연통되어 있다. 제 2 캐비티(122)는 개구(120)와 제 1 냉각 유로(123) 및 제 2 냉각 유로(124)를 연결하는 공간이며, 개구(120)와 제 1 냉각 유로(123) 및 제 2 냉각 유로(124)를 서로 연결하는 매니폴드의 역할을 수행하고 있다.
제 1 냉각 유로(123)는 본체(112)의 제 1 영역(131)에 형성되어 있다. 제 1 영역(131)은 본체(112)의 회전 방향(R)의 전방측의 영역이다. 제 1 영역(131)에서는, 복수의 제 1 냉각 유로(123)가, 회전 방향(R)으로 연장되고 서로 평행하게 본체(112)의 내부에 형성된 관로이며, 한쪽의 단부가 제 2 캐비티(122)에 개구되고, 다른쪽의 단부가 본체(112)의 회전 방향(R)의 전방측의 단면에 개구되어 있다. 즉 제 1 냉각 유로(123)는 제 2 캐비티(122)와 연소 가스 유로(R1)를 연통하고 있다.
제 2 냉각 유로(124)는 본체(112)의 제 2 영역(132)에 형성되어 있다. 제 2 영역(132)은 본체(112)의 회전 방향(R)의 후방측의 영역이다. 여기서, 제 2 영역(132)의 회전 방향(R)의 전방측의 단부는 제 1 영역(131)의 회전 방향(R)의 후방측의 단부보다 후방측에 있다. 즉, 제 2 영역(132)은 제 1 영역(131)과 중복 부분이 없는 영역이다. 제 2 영역(132)에서는, 복수의 제 2 냉각 유로(124)가, 회전 방향(R)으로 연장되고 서로 평행하게 본체(112)의 내부에 형성된 관로이며, 한쪽의 단부가 제 2 캐비티(122)에 개구되고, 다른쪽의 단부가 본체(112)의 회전 방향(R)의 후방측의 단면에 개구되어 있다. 즉, 제 2 냉각 유로(124)는 제 2 캐비티(122)와 연소 가스 유로(R1)를 연통하고 있다.
여기서, 제 1 냉각 유로(123) 및 제 2 냉각 유로(124)는 여러 가지의 방법으로 형성할 수 있다. 예컨대, 일본 특허 공개 제 2013-136140 호 공보에 기재되어 있는, 가공 위치를 굴곡시키면서, 형성한 구멍 내를 이동할 수 있는, 굽힘 방전 가공 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 이 방법을 이용함으로써, 판 형상의 부재에 절삭, 방전 가공 등으로 필요한 가공을 실행하여, 분할체(100)를 제작할 수 있다.
분할체(100)에는, 이상과 같은 냉각 공기(CA)를 흘리는 경로가 형성되어 있다. 상술한 분할환 냉각 구조(60)에 의해 냉각 공간(129)에 공급되며, 분할체(100)의 면(112a)을 임핀지먼트 냉각한 후의 냉각 공기(CA)는, 개구(120)를 통과하고, 제 2 캐비티(122)에 공급된다. 제 2 캐비티(122)에 공급된 냉각 공기(CA)는 제 2 캐비티(122) 내에서 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류 방향 또는 하류 방향으로 이동하면서, 제 1 냉각 유로(123), 제 2 냉각 유로(124)에 유입된다. 제 1 냉각 유로(123)에 유입된 냉각 공기(CA)는 회전 방향(R)의 후방측으로부터 전방측으로 흘러서, 분할체(100)의 회전 방향(R)의 전방측의 단부로부터 연소 가스 유로(R1)로 배출된다. 제 2 냉각 유로(124)에 유입된 냉각 공기(CA)는 회전 방향(R)의 전방측으로부터 후방측으로 흘러서, 분할체(100)의 회전 방향(R)의 후방측의 단부로부터 연소 가스 유로(R1)로 배출된다.
본 실시예의 분할환 냉각 구조(60)는 이상과 같은 구성이며, 냉각 공기(CA)를 제 1 캐비티(80)에 공급하고, 그 냉각 공기(CA)를 분할체(100)의 본체(112)에 형성한 각 냉각 유로를 통과시킴으로써, 분할체(100)를 적절하게 냉각할 수 있다.
구체적으로, 분할체(100)는, 제 1 영역(131)에서 회전 방향(R)으로 연장된 제 1 냉각 유로(123)를 복수 마련하고, 제 2 영역(132)에서 회전 방향(R)으로 연장된 제 2 냉각 유로(124)를 복수 마련하며, 제 1 냉각 유로(123), 제 2 냉각 유로(124)에 냉각 공기(CA)를 공급함으로써, 분할체(100)의 내부에 냉각 공기(CA)를 유통시킬 수 있어서, 분할체(100)를 적절하게 냉각할 수 있다. 또한, 제 1 냉각 유로(123), 제 2 냉각 유로(124)를 회전 방향(R)으로 연장한 경로로 하여, 회전 방향(R)의 단부로부터 냉각 공기(CA)를 배출시킴으로써, 분할체(100)의 회전 방향(R)의 단부를 냉각 공기(CA)에 의해 대류 냉각시킬 수 있다. 이에 의해, 분할체(100) 및 분할체(100)의 회전 방향(R)의 단부를 효율적으로 냉각할 수 있다. 나아가, 분할환 냉각 구조(60)는, 제 1 냉각 유로(123), 제 2 냉각 유로(124)를 통과시킴으로써, 동일한 냉각 공기(CA)가 분할체(100)의 전체를 냉각한 후, 단부를 냉각할 수 있어서, 냉각 공기(CA)의 재사용에 의해 효율적으로 분할체(100)를 냉각할 수 있다. 또한, 냉각 공기(CA)는 제 1 캐비티(80)에 공급된 후, 제 1 냉각 유로(123), 제 2 냉각 유로(124)에 공급함으로써, 동일한 냉각 공기(CA)가 제 1 캐비티(80)의 각 부품을 냉각한 후, 본체(112)의 각 부(部)를 냉각한다. 이에 의해, 냉각 공기(CA)를 효율적으로 이용할 수 있다. 이와 같이 냉각 공기(CA)를 효율적으로 이용할 수 있음으로써, 냉각에 사용하는 공기량을 줄일 수 있다.
또한, 분할체(100)에 개구(120) 및 제 2 캐비티(122)를 마련함으로써, 개구(120)의 개구 면적을 변경하는 것에 의해, 제 2 캐비티(122)에 유입되는 냉각 공기량을 조정할 수 있다. 그 때문에, 각 냉각 유로에 고르게 냉각 공기(CA)를 공급할 수 있다. 또한, 상기 실시예에서는, 분할체(100)의 직경 방향 외측의 면을 효율적으로 냉각할 수 있기 때문에 충돌판(114)을 마련했지만, 충돌판(114)을 마련하지 않아도 좋다.
도 8은 실시예 1의 분할체를 직경 방향에서 본 개략 구성도로서, 분할체(100)에 마련한 개구(120)의 개구 면적을 변경한 변형예를 도시한 것이다. 이 변형예의 분할체(100a)는, 제 2 캐비티(120a)는 본체(112)의 직경 방향 외주면에 홈 형상으로 형성되고, 제 1 캐비티(80)에 대면하는 측에는 충돌판(114)이 마련되지 않으며, 직경 방향 외측을 향해 개방된 구조이다. 즉, 도 6에 도시하는 개구(120)의 구조와 비교하여, 회전 방향(R)의 개구의 폭은 바뀌지 않고, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 개구(120)의 길이를 제 1 캐비티(80)와 대략 동일한 크기까지 확장한 예이다. 이러한 구조로 하면, 제 2 캐비티를 폐공간으로 형성할 필요가 없어서, 실시예 1과 비교하여 가공이 용이하다.
[실시예 2]
다음에, 도 9 및 도 10을 이용하여, 실시예 2에 따른 가스 터빈, 분할환 냉각 구조를 설명한다. 도 9는 실시예 2에 따른 분할체를 직경 방향에서 본 개략 단면도이다. 도 10은 실시예 2에 따른 분할체를 연소 가스의 흐름 방향에서 본 개략 단면도이며, 도 9의 A-A선 단면도이다. 실시예 2에 따른 가스 터빈, 분할환 냉각 구조는 분할체의 구조 이외는 실시예 1과 마찬가지이다. 이하에서는, 분할체의 구조의 차이점을 중점적으로 설명하고, 동일한 구조의 부분은 동일한 부호를 부여하여, 설명을 생략한다.
분할체(100b)는 본체(112)에 제 1 냉각 유로(123a)와 제 2 냉각 유로(124a)로가 형성되어 있다. 제 1 냉각 유로(123a)는, 한쪽의 단부가 본체(112)의 직경 방향 외측의 면(112a), 즉 제 1 캐비티(80)와 대면하는 면에 형성된 개구(140)와 연결되어 있으며, 다른쪽의 단부가 회전 방향(R)의 전방측의 단면에 개구되어 있다. 제 1 냉각 유로(123a)는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 회전 방향(R)의 후방측의 경로가 후방측을 향함에 따라서 본체(112)의 직경 방향 외측의 면을 향하는 굽혀진 관이 된다. 제 2 냉각 유로(124a)는, 한쪽의 단부가 본체(112)의 직경 방향 외측의 면(112a), 즉 제 1 캐비티(80)와 대면하는 면에 형성된 개구(141)와 연결되어 있으며, 다른쪽의 단부가 회전 방향(R)의 후방측의 단면에 개구되어 있다. 제 2 냉각 유로(124a)는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 회전 방향(R)의 전방측의 경로가 전방측을 향함에 따라서 본체(112)의 직경 방향 외측의 면을 향하는 굽혀진 관이 된다. 또한, 제 1 냉각 유로(123a)는 제 1 영역(131)에 형성되며, 제 2 냉각 유로(124a)는 제 2 영역(132)에 형성되어 있다. 또한, 일부가 굽혀져 있는 제 1 냉각 유로(123a), 제 2 냉각 유로(124a)는 상술한 굽힘 방전 가공으로 형성할 수 있다.
분할체(100b)는, 이상과 같이, 제 2 캐비티를 마련하지 않고, 제 1 냉각 유로(123a), 제 2 냉각 유로(124a)가 제 1 캐비티(80)와 직접 연통한 구조로 해도 제 1 냉각 유로(123a), 제 2 냉각 유로(124a)에 의해, 분할체(100b)의 직경 방향 내측의 면을 적절하게 냉각하며, 또한, 회전 방향의 양단부도 적절하게 냉각할 수 있다.
[실시예 3]
다음에, 도 11을 이용하여, 실시예 3에 따른 가스 터빈, 분할환 냉각 구조를 설명한다. 도 11은 실시예 3에 따른 분할체를 직경 방향에서 본 개략 단면도이다. 실시예 3에 따른 가스 터빈, 분할환 냉각 구조는 분할체의 구조 이외는 실시예 1과 마찬가지이다. 이하에서는, 분할체의 구조의 차이점을 중점적으로 설명하고, 동일한 구조의 부분은 동일한 부호를 부여하여, 설명을 생략한다.
분할체(100c)는 본체(112)에 개구(120)와 제 2 캐비티(122)와 제 1 냉각 유로(123b)와 제 2 냉각 유로(124b)가 형성되어 있다.
제 1 냉각 유로(123b)는 본체(112)의 제 1 영역(131)에 형성되어 있다. 제 1 영역(131)에서는, 복수의 제 1 냉각 유로(123b)가, 회전 방향(R)으로 연장되고 서로 평행하게 본체(112)의 내부에 형성된 관로이며, 한쪽의 단부가 제 2 캐비티(122)에 개구되고, 다른쪽의 단부가 본체(112)의 회전 방향(R)의 전방측의 단면에 개구되어 있다. 제 1 냉각 유로(123b)는, 인접하는 제 1 냉각 유로(123b)와의 간격이 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측보다 하류측이 좁아진다. 즉, 분할체(100c)는, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측보다 하류측이, 제 1 냉각 유로(123b)가 조밀하게 배치되어 있다.
제 2 냉각 유로(124b)는 본체(112)의 제 2 영역(132)에 형성되어 있다. 제 2 영역(132)에서는, 복수의 제 2 냉각 유로(124b)가, 회전 방향(R)으로 연장되고 서로 평행하게 본체(112)의 내부에 형성된 관로이며, 한쪽의 단부가 제 2 캐비티(122)에 개구되고, 다른쪽의 단부가 본체(112)의 회전 방향(R)의 후방측의 단면에 개구되어 있다. 제 2 냉각 유로(124b)는, 인접하는 제 2 냉각 유로(124b)와의 간격이 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측보다 하류측이 좁아진다. 즉, 분할체(100c)는, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측보다 하류측이, 제 2 냉각 유로(124b)가 조밀하게 배치되어 있다.
분할체(100c)는, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측보다 하류측이 냉각 유로의 수를 조밀하게 되도록 제 1 냉각 유로(123b), 제 2 냉각 유로(124b)를 배치함으로써, 분할체(100c)의 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 하류측을 보다 확실하게 냉각할 수 있다. 이에 의해, 더 냉각할 필요가 있는 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 하류측 부분에 보다 많은 냉각 공기(CA)를 유통시킬 수 있어서, 분할체(100c)를 보다 효율적으로 냉각할 수 있다.
[실시예 4]
다음에, 도 12를 이용하여, 실시예 4에 따른 가스 터빈, 분할환 냉각 구조를 설명한다. 도 12는 실시예 4에 따른 분할체를 직경 방향에서 본 개략 단면도이다. 실시예 4에 따른 가스 터빈, 분할환 냉각 구조는 분할체의 구조 이외는 실시예 1과 마찬가지이다. 이하에서는, 분할체의 구조의 차이점을 중점적으로 설명하고, 동일한 구조의 부분은 동일한 부호를 부여하여, 설명을 생략한다.
분할체(100d)는 본체(112)에 개구(120)와 제 2 캐비티(122)와 제 1 냉각 유로(123c)와 제 2 냉각 유로(124c)가 형성되어 있다.
제 1 냉각 유로(123c)는 본체(112)의 제 1 영역(131)에 형성되어 있다. 제 1 영역(131)에는, 복수의 제 1 냉각 유로(123c)가 연소 가스의 흐름 방향(FG)으로 나열되어 형성되어 있다. 제 1 냉각 유로(123c)는, 한쪽의 단부가 제 2 캐비티(122)에 개구되고, 다른쪽의 단부가 본체(112)의 회전 방향(R)의 전방측의 단면에 개구되어 있다. 제 1 냉각 유로(123c)는, 회전 방향(R)으로 연장되며 서로 평행하게 본체(112)의 내부에 형성된 평행부(150)와, 회전 방향(R)에 대해 경사진 경사부(152)를 갖는다. 평행부(150)는 제 2 캐비티(122)와 연결되어 있다. 경사부(152)는 평행부(150)와 연결되어 있으며, 회전 방향(R)의 단부(전방측의 단부)에 개구되어 있다. 즉, 경사부(152)는 본체(112)의 회전 방향(R)의 전방측에 형성되어 있다. 또한, 경사부(152)는 회전 방향(R)의 전방측을 향함에 따라서, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 하류측으로 경사진다. 또한, 제 1 냉각 유로(123c)는, 인접하는 제 1 냉각 유로(123c)와의 간격이 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측보다 하류측이 좁아진다. 즉, 분할체(100d)는, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측보다 하류측이, 제 1 냉각 유로(123c)가 조밀하게 배치되어 있다.
제 2 냉각 유로(124c)는 본체(112)의 제 2 영역(132)에 형성되어 있다. 제 2 영역(132)에는, 복수의 제 2 냉각 유로(124c)가 연소 가스의 흐름 방향(FG)으로 나열되어 형성되어 있다. 제 2 냉각 유로(124c)는, 한쪽의 단부가 제 2 캐비티(122)에 개구되며, 다른쪽의 단부가 본체(112)의 회전 방향(R)의 후방측의 단면에 개구되어 있다. 제 2 냉각 유로(123c)는, 회전 방향(R)으로 연장되며 서로 평행하게 본체(112)의 내부에 형성된 평행부(154)와, 회전 방향(R)에 대해 경사진 경사부(156)를 갖는다. 평행부(154)는 제 2 캐비티(122)와 연결되어 있다. 경사부(156)는 평행부(154)와 연결되어 있으며, 회전 방향(R)의 단부(후방측의 단부)에 개구되어 있다. 즉, 경사부(156)는 본체(112)의 회전 방향(R)의 후방측에 형성되어 있다. 또한, 경사부(156)는 회전 방향(R)의 후방측을 향함에 따라서, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 하류측으로 경사진다. 제 2 냉각 유로(124c)는, 인접하는 제 2 냉각 유로(124c)와의 간격이, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측보다 하류측이 좁아진다. 즉, 분할체(100d)는, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측보다 하류측이, 제 2 냉각 유로(124c)가 조밀하게 배치되어 있다.
분할체(100d)는 제 1 냉각 유로(123c), 제 2 냉각 유로(124c)의 회전 방향(R)의 단면과 연결되어 있는 부분 측에 경사부(152, 156)를 마련함으로써, 분할체(100d)의 회전 방향(R)의 양단부에서의 냉각 유로의 길이를 늘여서 유로 표면적을 크게 할 수 있다. 이에 의해, 분할체(100d)의 회전 방향(R)의 양단부를 적절하게 냉각할 수 있다.
[실시예 5]
다음에, 도 13을 이용하여, 실시예 5에 따른 가스 터빈, 분할환 냉각 구조를 설명한다. 도 13은 실시예 5에 따른 분할체를 직경 방향에서 본 개략 단면도이다. 실시예 5에 따른 가스 터빈, 분할환 냉각 구조는 분할체의 구조 이외는 실시예 1과 마찬가지이다. 이하에서는, 분할체의 구조의 차이점을 중점적으로 설명하고, 동일한 구조의 부분은 동일한 부호를 부여하여, 설명을 생략한다.
분할체(100e)는 본체(112)에 개구(120)와 제 2 캐비티(122)와 제 1 냉각 유로(162)와 제 2 냉각 유로(164)가 형성되어 있다.
제 1 냉각 유로(162)는 본체(112)의 제 1 영역(131)에 형성되어 있다. 제 1 영역(131)에는, 복수의 제 1 냉각 유로(162)가 연소 가스의 흐름 방향(FG)으로 나열되어 형성되어 있다. 제 1 냉각 유로(162)는, 회전 방향(R)으로 연장되고 서로 평행하게 본체(112)의 내부에 형성된 관로이며, 한쪽의 단부가 제 2 캐비티(122)에 개구되고, 다른쪽의 단부가 본체(112)의 회전 방향(R)의 전방측의 단면에 개구되어 있다.
제 2 냉각 유로(164)는 본체(112)의 제 2 영역(132)에 형성되어 있다. 제 2 영역(132)에는, 복수의 제 2 냉각 유로(164)가 연소 가스의 흐름 방향(FG)으로 나열되어 형성되어 있다. 제 2 냉각 유로(164)는, 회전 방향(R)으로 연장되고 서로 평행하게 본체(112)의 내부에 형성된 관로이며, 한쪽의 단부가 제 2 캐비티(122)에 개구되고, 다른쪽의 단부가 본체(112)의 회전 방향(R)의 후방측의 단면에 개구되어 있다.
분할체(100e)는 제 1 냉각 유로(162)의 개수보다 제 2 냉각 유로(164)의 개수가 많게 형성되어 있다. 즉, 분할체(100e)는, 제 1 냉각 유로(162)보다 제 2 냉각 유로(164)가 냉각 유로의 배치 밀도가 보다 조밀하게 되어 있다. 이에 의해, 분할체(100e)는, 제 2 냉각 유로(164)가 마련되어 있는 제 2 영역(132)에 보다 많은 냉각 공기(CA)가 공급된다. 이에 의해, 제 2 냉각 유로(164)가 마련되어 있는 제 2 영역(132)을 더 냉각할 수 있다. 따라서, 분할체(100e)는 회전 방향(R)의 전방측의 단부보다 엄한 조건에 놓이는 회전 방향(R)의 후방측의 단부를 적확하게 냉각할 수 있다. 이에 의해, 냉각 공기(CA)를 각 부에 적확하게 공급할 수 있어서, 효율적으로 냉각할 수 있다. 이에 의해, 공급하는 냉각 공기(CA)를 줄이면서, 확실하게 분할환(52)을 냉각할 수 있다.
[실시예 6]
다음에, 도 14를 이용하여, 실시예 6에 따른 가스 터빈, 분할환 냉각 구조를 설명한다. 도 14는 실시예 6에 따른 분할체를 직경 방향에서 본 개략 단면도이다. 실시예 6에 따른 가스 터빈, 분할환 냉각 구조는 분할체의 구조 이외는 실시예 1과 마찬가지이다. 이하에서는, 분할체의 구조의 차이점을 중점적으로 설명하고, 동일한 구조의 부분은 동일한 부호를 부여하여, 설명을 생략한다.
분할체(100f)는 본체(112)에 개구(170)와 제 2 캐비티(172)와 제 1 냉각 유로(173)와 제 2 냉각 유로(174)가 형성되어 있다. 분할체(100f)의 개구(170)와 제 2 캐비티(172)가, 터빈 축(8)의 축심(CL)과 평행하며 본체(112)의 회전 방향(R)의 중심을 통과하는 중심선(CLa)보다 회전 방향의 후방측에 형성되어 있다. 그 결과, 개구(170)와 제 2 캐비티(172)의 형성 위치가 중심선(CLa)보다 후방측에 형성되어 있음으로써, 제 1 냉각 유로(173)가 제 2 냉각 유로(174)보다 유로가 길게 되어 있다. 또한, 개구(170)와 제 2 캐비티(172)와 제 1 냉각 유로(173)와 제 2 냉각 유로(174)와의 접속 관계는, 분할체(100)의 개구(120)와 제 2 캐비티(122)와 제 1 냉각 유로(123)와 제 2 냉각 유로(124)와 마찬가지이다.
분할체(100f)는 개구(170)와 제 2 캐비티(172)의 형성 위치를 중심선(CLa)보다 후방측에 형성하고, 제 1 냉각 유로(173)를 제 2 냉각 유로(174)보다 유로를 길게 함으로써, 제 2 냉각 유로(174)의 회전 방향(R)의 후방측의 단부에 도달한 냉각 공기(CA)의 온도를 제 1 냉각 유로(173)의 회전 방향 전방측의 단부에 도달한 냉각 공기(CA)보다 낮출 수 있다. 따라서, 분할체(100f)는 회전 방향(R)의 전방측의 단부보다 엄한 조건에 놓이는 회전 방향(R)의 후방측의 단부를 적확하게 냉각할 수 있다. 이에 의해, 냉각 공기(CA)를 각 부에 적확하게 공급할 수 있어서, 효율적으로 냉각할 수 있다. 이에 의해, 공급하는 냉각 공기(CA)를 줄이면서, 확실하게 분할환을 냉각할 수 있다.
[실시예 7]
다음에, 도 15를 이용하여, 실시예 7에 따른 가스 터빈, 분할환 냉각 구조를 설명한다. 도 15는 실시예 7에 따른 분할체를 직경 방향에서 본 개략 단면도이다. 실시예 7에 따른 가스 터빈, 분할환 냉각 구조는 분할체의 구조 이외는 실시예 1과 마찬가지이다. 이하에서는, 분할체의 구조의 차이점을 중점적으로 설명하고, 동일한 구조의 부분은 동일한 부호를 부여하여, 설명을 생략한다.
분할체(100g)는 본체(112)에 개구(180a, 180b)와 제 2 캐비티(182a, 182b)와 제 1 냉각 유로(183)와 제 2 냉각 유로(184)가 형성되어 있다. 제 1 냉각 유로(183)와 제 2 냉각 유로(184)는 제 1 냉각 유로(123)와 제 2 냉각 유로(124)와 마찬가지이다.
개구(180a)는 본체(112)의 제 1 캐비티(80)에 대면하는 측, 즉 직경 방향 외측의 면에 형성되어 있으며, 제 2 캐비티(182a)와 제 1 캐비티(80)(냉각 공간(129))를 연통하고 있다. 개구(180a)는 본체(112)의 회전 방향(R)의 중앙 근방에 형성되어 있다. 개구(180b)는 본체(112)의 제 1 캐비티(80)에 대면하는 측, 즉 직경 방향 외측의 면에 형성되어 있으며, 제 2 캐비티(182b)와 제 1 캐비티(80)(냉각 공간(129))를 연통하고 있다. 개구(180b)는 본체(112)의 회전 방향(R)의 중앙 근방에 형성되어 있다. 또한, 개구(180b)는 개구(180a)보다 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 하류측에 배치되어 있다.
제 2 캐비티(182a, 182b)는 본체(112)의 내부에 형성된 연소 가스의 흐름 방향(FG)으로 기다란 폐공간이다. 제 2 캐비티(182a, 182b)는 격벽(186)에 의해 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측의 제 2 캐비티(182a)와 하류측의 제 2 캐비티(182b)로 구획되며, 제 2 캐비티(182a, 182b)는 서로 연통되어 있지 않다. 제 2 캐비티(182a, 182b)는, 한쪽이 개구(180a 또는 180b)에 연통되며, 다른쪽은 제 1 냉각 유로(전방측 냉각 유로)(183) 및 제 2 냉각 유로(후방측 냉각 유로)(184)에 연통되어 있다.
이와 같이 분할체(100g)는, 제 2 캐비티(182a, 182b)가 연소 가스의 흐름 방향(FG)에 직렬로 연결되어 마련되어 있다. 이에 의해, 복수의 제 1 냉각 유로(183) 중 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측에 형성되어 있는 제 1 냉각 유로(183)는 제 2 캐비티(182a)와 연통되며, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 하류측에 형성되어 있는 제 1 냉각 유로(183)는 제 2 캐비티(182b)와 연통된다. 복수의 제 2 냉각 유로(184) 중 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 상류측에 형성되어 있는 제 2 냉각 유로(184)는 제 2 캐비티(182a)와 연통되며, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 하류측에 형성되어 있는 제 2 냉각 유로(184)는 제 2 캐비티(182b)와 연통된다.
이와 같이, 제 2 캐비티는 1개에 한정되지 않으며, 복수 마련되어 있어도 좋다. 또한, 제 2 캐비티는 제 1 냉각 유로(183) 및 제 2 냉각 유로(184)의 양쪽이 연통되어 있으면 좋고, 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 위치나 회전 방향(R)의 위치는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 제 2 캐비티(182a, 182b)가 연소 가스의 흐름 방향(FG)으로 직렬로 연결되어 있는 경우로 설명했지만, 2개의 제 2 캐비티(182a, 182b)가 서로 분리되어 있어도 좋다. 즉, 각각의 캐비티(182a, 182b)가, 각각에, 냉각 공기의 흐름 방향의 상류측이 개구(180a, 180b)에 연통되며, 하류측은 제 1 냉각 유로(전방측 냉각 유로)(183) 및 제 2 냉각 유로(후방측 냉각 유로)(184)에 연통되어 있는 한, 제 2 캐비티(182a, 182b)의 연소 가스의 흐름 방향(FG)의 위치나 회전 방향(R)의 위치는 서로 상이해도 좋다.
분할체(100g)는 제 2 캐비티를 복수로 분할함으로써, 각각의 캐비티의 개구 면적을 변경하여, 각 캐비티에 유입되는 냉각 공기량을 조정할 수 있다. 그 때문에, 각 위치의 냉각 유로에 공급하는 냉각 공기(CA)의 양을 보다 치밀하게 조정할 수 있다.
1 : 가스 터빈 5 : 압축기
6 : 연소기 7 : 터빈
8 : 터빈 축 11 : 공기 도입구
12 : 압축기 케이싱 13 : 압축기 정익
14 : 압축기 동익 21 : 내통
22 : 미통 23 : 외통
24 : 차실 31 : 터빈 케이싱
32 : 터빈 정익 33 : 터빈 동익
41 : 익환 캐비티 45 : 익환
46 : 차열환 51 : 외측 슈라우드
52 : 분할환 53 : 익형부
60 : 분할환 냉각 구조 80 : 제 1 캐비티
100 : 분할체 112 : 본체
113 : 훅 114 : 충돌판
115 : 작은 구멍 120 : 개구
122 : 제 2 캐비티 123 : 제 1 냉각 유로(전방측 냉각 유로)
124 : 제 2 냉각 유로(후방측 냉각 유로)
131 : 제 1 영역 132 : 제 2 영역
R1 : 연소 가스 유로 CA : 냉각 공기

Claims (8)

  1. 둘레 방향으로 배설되어 환상을 이루는 복수의 분할체를 갖는 가스 터빈의 분할환을 냉각하는 분할환 냉각 구조에 있어서,
    상기 분할체의 본체에 의해 둘러싸이는 캐비티와,
    상기 분할체에 지지되고, 복수의 구멍을 구비한 충돌판과,
    상기 분할체의 본체 내에 둘레 방향으로 상기 분할체의 내주면을 따라서 환상으로 배치되고, 상기 충돌판에 덮인 상기 캐비티가 대면하는 상기 분할체 본체의 외표면보다 직경 방향 내측의 내부에 배치되고, 일단이 상기 캐비티에 연통되며, 타단이 상기 분할체의 회전 방향의 전방측 및 후방측의 측단부에 개구되는 냉각 공기가 흐르는 냉각 유로를 갖고,
    상기 냉각 유로는,
    상기 분할체의 회전 방향의 전방측의 제 1 영역에 형성되며, 상기 냉각 공기가 상기 회전 방향의 후방측으로부터 전방측을 향해 배출되는 제 1 냉각 유로와,
    상기 분할체의 회전 방향의 후방측의 제 2 영역에 형성되며, 상기 냉각 공기가 상기 회전 방향의 전방측으로부터 후방측을 향해 배출되는 제 2 냉각 유로를 포함하는
    분할환 냉각 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티는,
    상기 분할체의 직경 방향의 외측에 배치된 제 1 캐비티와,
    상기 제 1 캐비티의 직경 방향 내측에 배치되고, 일단이 상기 제 1 캐비티에 연통되며, 타단은 상기 냉각 유로의 한쪽 단부와 연통되는 제 2 캐비티를 구비하는
    분할환 냉각 구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 캐비티는 상기 둘레 방향으로 직교하는 방향이 길이 방향이 되는
    분할환 냉각 구조.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 캐비티는 상기 회전 방향에서 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에 배치되어 있는
    분할환 냉각 구조.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 유로는, 냉각 공기의 흐름 방향의 하류단의 일부가 연소 가스의 흐름 방향을 향해 경사져 있는
    분할환 냉각 구조.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 유로는, 연소 가스의 흐름 방향의 하류측에 배치된 냉각 유로가 연소 가스의 흐름 방향의 상류측에 배치된 냉각 유로보다 작은 배열 피치로 배열되어 있는
    분할환 냉각 구조.
  7. 회전 가능한 터빈 축에 장착된 터빈 동익과,
    상기 터빈 동익에 대해 축방향으로 대향하도록 고정된 터빈 정익과,
    상기 터빈 동익을 둘레 방향으로 둘러싸는 분할환과,
    상기 분할환의 외주에 배치되며, 또한 상기 터빈 정익을 지지하는 차실과,
    제 1 항에 기재된 분할환 냉각 구조를 갖는
    가스 터빈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 냉각 유로는, 상기 제 1 영역의 전체에 걸쳐 복수 마련되며,
    상기 제 2 냉각 유로는, 상기 제 2 영역의 전체에 걸쳐 복수 마련되며,
    상기 캐비티로부터 공급되는 냉각 공기가 상기 냉각 유로를 통해 상기 분할체의 내부를 유통한 후 상기 분할체의 회전 방향의 전방측 및 후방측의 측단부로부터 배출되도록 형성되는
    분할환 냉각 구조.
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