KR102238866B1 - 분할환 표면측 부재, 분할환 지지측 부재, 분할환, 정지측 부재 유닛, 가스 터빈, 분할환 냉각 방법 및 분할환 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

가스 터빈의 효율을 보다 높인다. 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환에 포함되며, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부인 분할환 표면측 부재이며, 세라믹스기 복합 재료로 형성되며, 상기 연소 가스 유로를 형성하는 표면부와, 상기 표면부와 연결되며, 상기 가스 터빈의 직경방향 외측으로 신장된 제 1 부분 및 상기 제 1 부분의 단부로부터 상기 표면부의 중심선측으로 신장된 제 2 부분을 구비하는 되접힘부와, 상기 되접힘부로부터, 상기 가스 터빈의 직경방향 외측으로 신장된 돌출부를 갖는다.

Description

분할환 표면측 부재, 분할환 지지측 부재, 분할환, 정지측 부재 유닛, 가스 터빈, 분할환 냉각 방법 및 분할환 제조 방법
본 발명은 연소 가스에 의해 회전하는 가스 터빈에 관한 것이다.
종래, 회전축과, 회전축에 대해 직경방향 외측으로 연장되는 터빈 동익과, 터빈 동익으로부터 직경방향 외측으로 이격되어 마련된 분할환과, 분할환의 축방향으로 인접하는 터빈 정익을 구비한 가스 터빈이 알려져 있다.
특허문헌 1에는, 연소 가스가 흐르는 경로와 대면하는 측에 배치되며, 세라믹스기 복합 재료로 형성된 표면측 부재와, 표면측 부재보다 가스 터빈의 직경방향 외측에 배치되고, 표면측 부재를 지지하며, 차열환에 지지되며, 금속으로 형성된 지지측 부재를 갖는 분할환이 기재되어 있다.
미국 특허 제 6,758,653 호 명세서
특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 연소 가스가 흐르는 면에 세라믹스기 복합 재료로 형성된 부재를 배치함으로써, 금속으로 형성된 부재를 배치한 경우보다 내구성을 높일 수 있다. 그렇지만, 특허문헌 1에 기재된 구조로는, 냉각 공기의 공급의 효율의 향상에 한계가 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 구조로는, 각 부(部)의 시일 성능의 향상에 한계가 있다. 이 때문에, 냉각 공기의 효율 및 시일 성능 중 적어도 하나에 기인하여, 가스 터빈의 효율의 향상에 한계가 있다.
그래서, 본 발명은 가스 터빈의 효율을 보다 높일 수 있는 분할환 표면측 부재, 분할환 지지측 부재, 분할환, 정지측 부재 유닛, 이것을 갖는 가스 터빈, 분할환 냉각 방법 및 분할환 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환에 포함되며, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부인 분할환 표면측 부재이며, 세라믹스기 복합 재료로 형성되며, 상기 연소 가스 유로를 형성하는 표면부와, 상기 표면부와 연결되며, 상기 가스 터빈의 직경방향 외측으로 신장된 제 1 부분 및 상기 제 1 부분의 단부로부터 상기 표면부의 중심선측으로 신장된 제 2 부분을 구비하는 되접힘부와, 상기 되접힘부로부터, 상기 가스 터빈의 직경방향 외측으로 신장된 돌출부를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환에 포함되며, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부이며, 분할환 표면측 부재를 지지하는 분할환 지지측 부재이며, 금속으로 형성되며, 상기 분할환 표면측 부재가 맞물리는 맞물림부와, 상기 분할환 표면측 부재의 상기 연소 가스 유로를 형성하는 표면부와는 반대측의 면과 대면하여, 상기 표면부와의 냉각 공기가 흐르는 냉각 공간을 형성하는 대향부를 가지며, 상기 대향부는, 상기 냉각 공간의 유로 저항을 조정하는 유로 저항 조정 기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 대향부와 상기 냉각 공기를 공급하는 냉각 공기 공급 공간을 접속하고, 상기 냉각 공기가 흐르는 관통구멍을 복수 가지며, 상기 관통구멍은 상기 가스 터빈의 연소 가스 흐름방향의 위치에서 크기가 상이한 것이 바람직하다.
또한, 상기 유로 저항 조정 기구는, 상기 가스 터빈의 연소 가스 흐름방향의 위치에서, 상기 대향부와 상기 분할환 표면측 부재의 거리가 상이한 구조를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유로 저항 조정 기구는 상기 대향부를 포함하며, 상기 대향부는 위치에 따라서 표면 거칠기가 상이한 것이 바람직하다. 또한, 상기 유로 저항 조정 기구는 상기 대향부를 포함하며, 상기 대향부는 요철부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유로 저항 조정 기구는, 상기 가스 터빈의 연소 가스 흐름방향의 상류측의 상기 냉각 공간을 흐르는 냉각 공기의 압력을, 연소 가스 흐름방향의 하류측의 상기 냉각 공간을 흐르는 냉각 공기의 압력보다 높이는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유로 저항 조정 기구는, 상기 냉각 공간을 회전방향에 직교하는 단면에 있어서 복수의 공간으로 분리하는 칸막이부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 칸막이부는 상기 대향부에 일체로 마련되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 칸막이부는 판형상 부재이며, 대면하는 위치에 형성된 홈에 삽입되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 칸막이부는, 상기 분할환 표면측 부재의 상기 표면부와는 반대측의 면과 접하는 부분이, 금속 이외의 재료인 것이 바람직하다.
또한, 상기 칸막이부는, 상기 분할환 표면측 부재의 상기 표면부와는 반대측의 면과 접하는 부분에 반응 방지재가 배치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환에 포함되며, 원호형상이며, 분할환 지지측 부재이며, 상기 원호형상의 축방향으로 돌출된 제 1 맞물림부와, 상기 제 1 맞물림부보다 상기 가스 터빈의 직경방향 내측에 형성되며, 상기 축방향으로 돌출된 제 2 맞물림부와, 상기 가스 터빈의 직경방향 외측의 면과 상기 직경방향 내측의 면을 연결하는 통로인 복수의 관통구멍과, 상기 가스 터빈의 직경방향 내측의 단면에 형성되며, 상기 가스 터빈의 직경방향 내측으로 돌출되며, 상기 원호형상의 원호의 방향을 따라서 연장되는 복수의 볼록부를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환이며, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부이며, 세라믹스기 복합 재료로 형성된 분할환 표면측 부재와, 상기 분할환 표면측 부재보다 상기 가스 터빈의 직경방향 외측에 배치되고, 상기 분할환 표면측 부재를 지지하여, 상기 분할환 표면측 부재와의 사이에 냉각 공기가 흐르는 냉각 공간을 형성하고, 금속으로 형성된 분할환 지지측 부재와, 상기 분할환 표면측 부재의 상기 표면부와는 반대측의 면과 대면하는 상기 분할환 지지측 부재의 이면 사이에 배치되며, 상기 냉각 공간의 유로 저항을 조정하는 유로 저항 조정 기구를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유로 저항 조정 기구는, 상기 가스 터빈의 연소 가스 흐름방향의 상류측의 상기 냉각 공간을 흐르는 냉각 공기의 압력을, 연소 가스 흐름방향의 하류측의 상기 냉각 공간을 흐르는 냉각 공기의 압력보다 높일 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유로 저항 조정 기구는 상기 냉각 공간을 회전방향에 직교하는 단면에 있어서 복수의 공간으로 분리하는 칸막이부를 포함하며, 상기 칸막이부는 상기 분할환 표면측 부재에 일체로 마련되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 칸막이부는 상기 분할환 지지측 부재에 일체로 마련되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 칸막이부는 판형상 부재이며, 대면하는 위치에 형성된 홈에 삽입되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 칸막이부는, 상기 분할환 표면측 부재의 상기 표면부와는 반대측의 면과 접하는 부분이 금속 이외의 재료인 것이 바람직하다.
또한, 상기 칸막이부는, 상기 분할환 표면측 부재의 상기 표면부와는 반대측의 면과 접하는 부분에 반응 방지재가 배치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환에 포함되며, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부이며, 분할환 표면측 부재를 지지하는 분할환 지지측 부재이며, 금속으로 형성되며, 상기 분할환 표면측 부재가 맞물리는 맞물림부와, 상기 분할환 표면측 부재의 상기 연소 가스 유로를 형성하는 표면부와는 반대측의 면과 대면하여, 상기 표면부와의 냉각 공기가 흐르는 냉각 공간을 형성하는 대향부와, 상기 대향부와 상기 냉각 공기를 공급하는 냉각 공기 공급 공간을 접속하고, 상기 냉각 공기가 흐르는 복수의 관통구멍을 가지며, 상기 가스 터빈의 회전방향에 있어서, 중심 영역의 관통구멍의 합계 면적이 단부 영역의 관통구멍의 합계 면적보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환에 포함되며, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부이며, 분할환 표면측 부재를 지지하는 분할환 지지측 부재이며, 금속으로 형성되며, 상기 분할환 표면측 부재가 맞물리는 맞물림부와, 상기 분할환 표면측 부재의 상기 연소 가스 유로를 형성하는 표면부와는 반대측의 면과 대면하여, 상기 표면부와의 냉각 공기가 흐르는 냉각 공간을 형성하는 대향부와, 가스 터빈 회전방향으로 인접하는 면에 배치되며, 상기 맞물림부의 상기 가스 터빈의 직경방향 외측의 단부보다 직경방향 내측에 배치된 시일 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시일 구조는 시일 홈을 구비하고, 상기 시일 홈에 삽입된 시일판을 구비하며, 상기 시일판은 상기 분할환 표면측 부재와 상이한 재료인 것이 바람직하다. 또한, 상기 시일판은 금속인 것이 바람직하다.
또한, 상기 시일 구조는 둘레방향으로 인접하는 다른 분할환 지지측 부재와의 사이를 시일하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시일 구조보다 직경방향 외측에 배치되며, 상기 가스 터빈의 축방향으로 인접하는 다른 부재와의 사이를 시일하는 외측 시일 기구를 추가로 갖는 것이 바람직하다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환이며, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부이며, 세라믹스기 복합 재료로 형성된 분할환 표면측 부재와, 상기 분할환 표면측 부재보다 상기 가스 터빈의 직경방향 외측에 배치되고, 상기 분할환 표면측 부재를 지지하여, 상기 분할환 표면측 부재와의 사이에 냉각 공기가 흐르는 냉각 공간을 형성하고, 금속으로 형성된 분할환 지지측 부재를 가지며, 상기 분할환 표면측 부재는, 상기 연소 가스 유로를 형성하는 표면부와, 상기 표면부와 연결되며, 상기 분할환 지지측 부재에 걸림 고정되는 되접힘부를 갖고, 상기 분할환 지지측 부재는, 가스 터빈 회전방향으로 인접하는 면에 배치되며, 상기 되접힘부의 상기 가스 터빈의 직경방향 외측의 단부보다 직경방향 내측에 배치된 시일 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시일 구조는 시일 홈을 갖고, 상기 시일 홈에 삽입된 시일판을 가지며, 상기 시일판은 상기 분할환 표면측 부재와 상이한 재료인 것이 바람직하다. 또한, 상기 시일판은 금속인 것이 바람직하다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 상기에 기재된 분할환 표면측 부재와, 상기 분할환 표면측 부재보다 상기 가스 터빈의 직경방향 외측에 배치되고, 상기 분할환 표면측 부재를 지지하여, 상기 분할환 표면측 부재와의 사이에 냉각 공기가 흐르는 냉각 공간을 형성하고, 금속으로 형성된 분할환 지지측 부재를 가지며, 상기 분할환 표면측 부재는 상기 돌출부에 시일 기구를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환이며, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부이며, 세라믹스기 복합 재료로 형성된 분할환 표면측 부재와, 상기 분할환 표면측 부재보다 상기 가스 터빈의 직경방향 외측에 배치되고, 상기 분할환 표면측 부재를 지지하여, 상기 분할환 표면측 부재와의 사이에 냉각 공기가 흐르는 냉각 공간을 형성하고, 금속으로 형성된 분할환 지지측 부재를 가지며, 상기 분할환 지지측 부재는, 상기 가스 터빈의 축방향으로 연장되며, 양단이 상기 축방향으로 인접하는 부재와 접하여, 상기 가스 터빈의 직경방향의 공기의 흐름을 시일하는 시일 기구를 갖고, 상기 분할환 표면측 부재는 상기 시일 기구보다 상기 가스 터빈의 직경방향의 내측에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 분할환 표면측 부재는, 상기 가스 터빈의 직경방향에 있어서, 상기 분할환 지지측 부재가 다른 부재에 지지되어 있는 위치로부터 떨어진 위치에서 지지되어 있는 것이 바람직하다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환과, 상기 분할환의 양단에 인접하여 배치되며, 상기 분할환을 상기 가스 터빈의 축방향으로 사이에 두는 차열환을 갖는 정지측 부재 유닛이며, 상기 분할환은, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부이며, 세라믹스기 복합 재료로 형성된 분할환 표면측 부재를 갖고, 상기 차열환은, 상기 가스 터빈의 회전방향으로 인접하는 다른 차열환과의 사이에 삽입되어, 상기 다른 차열환과의 사이의 상기 가스 터빈의 직경방향의 공기의 흐름을 시일하는 측면 시일 기구를 가지며, 상기 분할환 표면측 부재는, 상기 가스 터빈의 축방향의 양단이 각각 상기 측면 시일 기구와 접하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분할환은, 상기 분할환 표면측 부재보다 상기 가스 터빈의 직경방향 외측에 배치되고, 상기 분할환 표면측 부재를 지지하여, 상기 분할환 표면측 부재와의 사이에 냉각 공기가 흐르는 냉각 공간을 형성하고, 금속으로 형성된 분할환 지지측 부재를 가지며, 상기 분할환 지지측 부재는, 상기 가스 터빈의 축방향의 양단이 상기 측면 시일 기구와 접하여, 인접하는 상기 분할환 지지측 부재와의 사이를 시일하는 지지측 시일 기구를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분할환 표면측 부재는, 상기 표면부와 연결되며, 상기 가스 터빈의 직경방향 외측으로 신장된 제 1 부분 및 상기 제 1 부분의 단부로부터 상기 표면부의 중심선측으로 신장된 제 2 부분을 구비하는 되접힘부와, 상기 되접힘부로부터, 상기 가스 터빈의 직경방향 외측으로 신장되며, 상기 차열환과 대면하는 돌출부를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 측면 시일 기구는 상기 차열환과 상기 분할환 표면측 부재와의 사이를 시일하는 제 1 분할환 시일 기구를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 분할환 시일 기구는 상기 가스 터빈의 직경방향의 공기의 흐름을 차단하는 것이 바람직하다.
또한, 가스 터빈은 회전 가능한 터빈 축에 장착된 터빈 동익과, 상기 터빈 동익에 대해 축방향으로 대향하도록 고정된 터빈 정익과, 상기의 어느 하나 기재된 분할환과, 상기 분할환의 외주에 배치되며, 또한 상기 터빈 정익을 지지하는 차실을 갖는 것이 바람직하다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부이며, 세라믹스기 복합 재료로 형성된 분할환 표면측 부재와, 상기 분할환 표면측 부재보다 가스 터빈의 직경방향 외측에 배치되고, 상기 분할환 표면측 부재를 지지하여, 상기 분할환 표면측 부재와의 사이에 냉각 공기가 흐르는 냉각 공간을 형성하며, 금속으로 형성된 분할환 지지측 부재를 갖고, 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환의 분할환 냉각 방법이며, 상기 분할환 지지측 부재로부터 상기 냉각 공간에 상기 냉각 공기를 공급하는 단계와, 상기 냉각 공간에 공급된 상기 냉각 공기를 상기 가스 터빈의 회전방향을 따라서 흘리는 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각 공간에 공급된 상기 냉각 공기를 상기 냉각 공간에 공급된 위치로부터 상기 분할환의 상기 가스 터빈의 회전방향의 단부를 향하여 흘리는 것이 바람직하다.
상기 냉각 공간을 통과한 상기 냉각 공기는 상기 분할환 지지측 부재와 인접하는 상기 분할환 지지 부재의 사이를 흐르는 것이 바람직하다.
상기 냉각 공간에 공급된 상기 냉각 공기는 상기 분할환 지지측 부재의 축방향 측면과 상기 분할환 표면측 부재의 측면 부재의 사이에도 흐르는 것이 바람직하다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 가스 터빈의 분할환을 제조하는 분할환 제조 방법이며, 세라믹스기 복합 재료로 분할환 표면측 부재를 제조하는 단계와, 금속으로 분할환 지지측 부재를 제조하는 단계와, 상기 가스 터빈의 직경방향에 있어서, 상기 분할환 표면측 부재의 돌출부가, 상기 분할환 지지측부의 돌출부보다 직경방향과 외측이 되는 위치에서, 상기 분할환 지지측 부재에 상기 분할환 표면측 부재를 끼우고, 상기 분할환 표면측 부재와 상기 분할환 지지측 부재 사이에 냉각 공간을 형성하는 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 시일성을 높게 유지하는 것, 또는 냉각 공기를 효율적으로 공급하는 것이 가능하다. 이에 의해, 가스 터빈의 효율을 보다 높일 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 가스 터빈의 개략 구성도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 가스 터빈의 터빈 주위에 있어서의 부분 단면도이다.
도 3은 본 실시형태에 따른 분할환의 측면도이다.
도 4는 본 실시형태에 따른 가스 터빈의 분할환의 단면의 근방을 도시하는 부분 확대도이다.
도 5는 본 실시형태에 따른 가스 터빈의 분할환의 측면의 근방을 도시하는 부분 확대도이다.
도 6은 본 실시형태에 따른 분할환의 분할환 지지측 부재의 정면도이다.
도 7은 본 실시형태에 따른 분할환의 분할환 지지측 부재의 상면도이다.
도 8은 본 실시형태에 따른 분할환의 분할환 지지측 부재의 측면도이다.
도 9는 본 실시형태에 따른 분할환의 분할환 지지측 부재의 회전방향 단부의 단면도이다.
도 10은 본 실시형태에 따른 분할환의 분할환 표면측 부재의 사시도이다.
도 11은 본 실시형태에 따른 분할환의 분할환 표면측 부재의 정면도이다.
도 12는 본 실시형태에 따른 분할환의 분할환 표면측 부재의 상면도이다.
도 13은 다른 실시형태에 따른 가스 터빈의 분할환의 측면의 근방을 도시하는 부분 확대도이다.
도 14는 다른 실시형태에 따른 가스 터빈의 분할환의 측면의 근방을 도시하는 부분 확대도이다.
도 15는 다른 실시형태에 따른 가스 터빈의 분할환의 측면의 근방을 도시하는 부분 확대도이다.
도 16은 분할환 제조 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 대해 설명한다. 또한, 이하의 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 실시형태에 있어서의 구성 요소에는, 당업자가 치환 가능 또한 용이한 것, 혹은 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 하기 실시형태에서는, 산업용 가스 터빈의 경우로 하여 설명하지만, 가스 터빈이면 좋고, 예를 들면, 항공기에 이용되는 가스 터빈 엔진에도 적용할 수 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 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 흐름방향의 상류측으로부터 하류측을 향하여 순서대로 병설되어 있다.
압축기(5)는 공기를 압축하여 압축 공기로 하는 것이다. 압축기(5)는, 공기를 취입하는 공기 취입구(11)를 갖는 압축기 케이싱(12) 내에, 복수단의 압축기 정익(13) 및 복수단의 압축기 동익(14)이 마련되어 있다. 각 단의 압축기 정익(13)은 압축기 케이싱(12)에 장착되며 둘레방향으로 복수 병설되며, 각 단의 압축기 동익(14)은 터빈 축(8)에 장착되며 둘레방향으로 복수 병설되어 있다. 이들 복수단의 압축기 정익(13)과 복수단의 압축기 동익(14)은 축방향을 따라서 교대로 마련되어 있다.
연소기(6)는 압축기(5)에서 압축된 압축 공기에 대해 연료를 공급하는 것에 의해 고온·고압의 연소 가스를 생성하는 것이다. 연소기(6)는, 연소통으로서, 압축 공기와 연료를 혼합하고 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, 둘레방향으로 복수 배치되어 있다. 또한, 압축기(5)에서 압축된 공기는 터빈 케이싱(31)으로 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, 외곽이 되는 터빈 케이싱(31) 내에, 복수단의 터빈 정익(32) 및 복수단의 터빈 동익(33)이 마련되어 있다. 각 단의 터빈 정익(32)은 터빈 케이싱(31)에 장착되고 둘레방향으로 복수 환상으로 배치되며, 각 단의 터빈 동익(33)은 터빈 축(8)의 축심(CL)을 중심으로 한 원반 형상의 디스크의 외주에 고정되며 둘레방향으로 복수 환상으로 배치되어 있다. 이들 복수단의 터빈 정익(32)과 복수단의 터빈 동익(33)은 축방향을 따라서 복수 교대로 마련되어 있다.
터빈 케이싱(31)의 축방향의 하류측에는, 터빈(7)에 연속하는 디퓨저부(54)를 내부에 가진 배기실(34)이 마련되어 있다(도 1 참조). 터빈 축(8)은, 압축기(5)측의 단부가 베어링부(37)에 의해 지지되며, 배기실(34)측의 단부가 베어링부(38)에 의해 지지되며, 축심(CL)을 중심으로 하여 회전 가능하게 마련되어 있다. 그리고, 터빈 축(8)의 배기실(34)측의 단부에는, 발전기(도시하지 않음)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 직경방향 내측으로 연장된 익형부(53)와, 익형부(53)의 직경방향 내측에 마련된 내측 슈라우드(도시하지 않음)에 의해 일체로 형성되어 있다. 또한, 터빈 정익(32)은, 차열환(46), 익환(45)을 거쳐서, 터빈 케이싱(31)으로부터 지지되며, 고정측으로 되어 있다. 복수단의 터빈 정익(32)은, 연소 가스의 흐름방향(FG)의 상류측으로부터 순서대로, 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(도시하지 않음)에 의해 일체로 형성되어 있다. 제 2 터빈 정익(32b)은 외측 슈라우드(51b)와, 익형부(53b)와, 내측 슈라우드(도시하지 않음)에 의해 일체로 형성되어 있다. 제 3 터빈 정익(32c)은 외측 슈라우드(51c)와, 익형부(53c)와, 내측 슈라우드(도시하지 않음)에 의해 일체로 형성되어 있다. 제 4 터빈 정익(32d)은 외측 슈라우드(51d)와, 익형부(53d)와, 내측 슈라우드(도시하지 않음)에 의해 일체로 형성되어 있다.
복수단의 터빈 동익(33)은, 복수의 분할환(52)에 대향하여, 직경방향의 내측에 각각 배치되어 있다. 각 단의 터빈 동익(33)은 각 분할환(52)에 대해 소정의 간극을 두고 이격되어 마련되어 있으며, 가동측으로 되어 있다. 복수단의 터빈 동익(33)은, 연소 가스의 흐름방향(FG)의 상류측으로부터 순서대로, 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 직경방향 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 직경방향 내측에 마련되어 있다.
이 때문에, 복수단의 터빈 정익(32) 및 복수단의 터빈 동익(33)은, 연소 가스의 흐름방향(FG)의 상류측으로부터 순서대로, 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, 그 직경방향 내측에 배치되며, 터빈 케이싱(31)으로부터 지지된 익환(45)을 갖고 있다. 익환(45)은, 터빈 축(8) 주위에 환상으로 형성되고, 둘레방향 및 축방향으로 복수로 분할되며, 터빈 케이싱(31)으로부터 지지되어 있다. 또한, 복수의 익환(45)은, 연소 가스의 흐름방향(축방향)(FG)의 상류측으로부터 순서대로, 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 직경방향 내측에는, 차열환(46)이 배설되며, 터빈 정익(32)은 차열환(46)을 거쳐서 익환(45)으로부터 지지되어 있다. 복수의 차열환(46)은, 연소 가스의 흐름방향(축방향)(FG)의 상류측으로부터 순서대로, 제 1 차열환(46a)과, 제 2 차열환(46b)과, 제 3 차열환(46c)과, 제 4 차열환(46d)을 포함하고 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 흐름방향(FG)의 상류측으로부터 순서대로, 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 직경방향 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 직경방향 내측에 장착되며, 제 3 터빈 정익(32c) 및 제 3 분할환(52c)은 제 3 차열환(46c)을 거쳐서 제 3 익환(45c)의 직경방향 내측에 장착되며, 제 4 터빈 정익(32d) 및 제 4 분할환(52d)은 제 4 차열환(46d)을 거쳐서 제 4 익환(45d)의 직경방향 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 외주측 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 취입구(11)로부터 공기가 취입된다. 그리고, 취입된 공기는 복수단의 압축기 정익(13)과 복수단의 압축기 동익(14)을 통과하는 것에 의해 압축됨으로써, 고온·고압의 압축 공기가 된다. 이 압축 공기에 대해, 연소기(6)로부터 연료가 공급되어, 고온·고압의 연소 가스를 생성한다. 이 연소 가스가 터빈(7)의 복수단의 터빈 정익(32)과 복수단의 터빈 동익(33)을 통과하는 것에 의해 터빈 축(8)이 회전 구동한다. 이에 의해, 터빈 축(8)에 연결된 발전기는 회전 동력이 부여되는 것에 의해 발전을 실행한다. 이 후, 터빈 축(8)을 회전 구동한 후의 연소 가스는 배기실(34) 내의 디퓨저부(54)로부터 계외로 배출된다.
다음에, 도 2 내지 도 5에 근거하여, 분할환(52)에 대해 설명한다. 도 3은 본 실시형태에 따른 분할환의 측면도이다. 도 4는 본 실시형태에 따른 가스 터빈의 분할환의 단면의 근방을 도시하는 부분 확대도이다. 도 5는 본 실시형태에 따른 가스 터빈의 분할환의 측면의 근방을 도시하는 부분 확대도이다. 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다. 도 5는 도 3의 B-B선으로부터 본 도면이다. 여기에서, 도 2 내지 도 5에서는 제 2 분할환(52b)의 주위의 분할환 냉각 구조만을 도시하고 있지만, 다른 분할환에 대해서도 마찬가지의 구조를 구비하고 있다. 이하, 대표하여, 제 2 분할환(52b)을 분할환(52)으로 하여, 설명한다. 또한, 가스 터빈(1)은 분할환(52)과 차열환(46)을 포함하는 유닛을 정지측 부재 유닛이라고도 한다.
가스 터빈(1)은, 도 3에 도시하는 바와 같이 복수의 분할환(52)이 회전방향(가스 터빈(1)의 회전방향, 터빈 축(8)의 회전방향, 터빈 동익(33)의 회전방향)으로 직렬로 나열되어 있다. 복수의 분할환(52)은 회전방향으로 나열되며 링형상이 된다. 즉, 1개의 분할환(52)은, 회전 축방향으로부터 본 경우, 원호형상이 된다. 분할환(52)은, 상술한 바와 같이 차열환(46)의 사이에 배치되며 차열환(46)에 지지되어 있다.
분할환(52)에 공급되는 냉각 공기는 터빈(7)의 차실(24)과 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 캐비티(80)가 마련되어 있다. 캐비티(80)는 둘레방향에 걸쳐서 환상으로 마련되어 있다. 캐비티(80)는 공급 개구(47)를 거쳐서 익환 캐비티(41)에 연통되어 있다. 또한, 분할환(52)은 캐비티(80)와 연통된 냉각 유로가 형성되어 있다. 익환 캐비티(41)에 공급된 냉각 공기(CA)는 공급 개구(47)를 거쳐서 캐비티(80)에 공급된다. 본 실시형태의 냉각 공기(CA)는 압축기 출구측의 차실 공기 또는 압축기로부터 추기되는 추기 공기를 이용한다. 캐비티(80)에 공급되는 냉각 공기(CA)는 분할환(52)에 공급되고, 분할환(52)에 배설된 냉각 유로를 통과시키는 것에 의해, 분할환(52)을 냉각한다.
차열환(46)은 인접하는 외측 슈라우드(51)에 지지되어 있다. 차열환(46)은, 연소 가스 흐름방향의 단부면, 즉, 회전축에 직교하는 방향을 따른 면에, 분할환(52)의 일부가 삽입되는 오목부(110)가 형성되어 있다. 오목부(110)는 캐비티(80)에 면하는 면에 형성되어 있다. 오목부(110)는 가스 터빈(1)의 회전 축방향으로 연장되며, 오목부(110)의 가스 터빈(1)의 회전 축방향의 단부가 저면이 된다.
또한, 차열환(46)은 분할환(52)과의 접촉면을 시일하는 시일 기구(제 2 분할환 시일 기구)(112), 시일 기구(제 1 분할환 시일 기구)(114)를 갖는다. 또한, 차열환(46)은, 인접하는 차열환(46)과의 사이를 시일하는 시일판(125)을 배치하는 시일 홈(116)이 마련되어 있다. 시일 홈(116)(116a, 116b, 116c)은 시일 기구(112, 114)를 분할환(52)측으로 부세하기 위한 시일 공기를 공급하여도 좋다. 시일 홈(116)은, 시일 홈(116b), 시일 홈(116c)에, 시일판(125)이 삽입되어 있다. 시일판(125)은, 인접하는 차열환(46)의 대면하는 2개의 시일 홈(116b)에 삽입되어, 차열환(46)의 사이를 시일한다. 또한, 시일판(125)은 인접하는 차열환(46)의 대면하는 2개의 시일 홈(116c)에 삽입되어, 차열환(46)의 사이를 시일한다. 시일 홈(116b, 116c)과 시일 홈(116b, 116c)에 삽입된 시일판(125)과, 시일판(125)과 접하는 시일 기구(112, 114)가 측면 시일 기구로 된다. 차열환(46)은 시일 기구(112, 114), 시일 홈(116)과, 시일판(125)이 차열환 시일 기구(111)로 이뤄진다. 시일 기구(112)는 오목부(110)의 저면에 배치되어 있다. 즉, 시일 기구(112)는 분할환(52)의 가스 터빈(1)의 회전축에 직교하는 면과 접한다. 시일 기구(114)는, 차열환(46)의 회전축에 직교하는 방향을 따른 면에서, 또한, 시일 기구(112)보다 가스 터빈(1)의 직경방향 내측이 되는 위치에 배치되어 있다. 시일 기구(114)도, 시일 기구(112)와 마찬가지로, 분할환(52)의 가스 터빈(1)의 회전축에 직교하는 면과 접한다. 시일 기구(112, 114)는 차열환(46)과 마찬가지의 내열성을 구비하는 재료로 형성되며, 탄성을 구비하고 있다. 시일 기구(112, 114)는, 예를 들면 E 시일을 이용할 수 있다. 시일 기구(112, 114)는, 설치되어 있는 위치에서의 가스 터빈의 직경방향의 공기의 흐름을 차단한다. 시일 홈(116)은, 시일판(125)이 삽입되는 것에 의해, 차열환(46)의 사이를 시일한다. 또한, 시일 홈(116)은 복수로 분기되며, 분기된 부분의 단부가 각각 시일 기구(112, 114)와 대면한다. 구체적으로는, 시일 홈(116)은 시일 홈(116a, 116b, 116c)을 포함한다. 시일 홈(116a)은 시일 공기를 공급하는 시일 공기 공급원과 연결되어 있다. 시일 홈(116b)은 시일 홈(116a)과 연결되어 있다. 시일 홈(116b)은, 한쪽의 단부가 외측 슈라우드(51)와 대면하며, 다른쪽의 단부가 시일 기구(112)에 대면하고 있다. 시일 홈(116b)과 외측 슈라우드(51)의 사이는, 한쪽의 단부에 시일 기구가 배치되어 있다. 시일 홈(116c)은, 한쪽의 단부가 시일 홈(116b)과 접속되고, 다른쪽의 단부가 시일 기구(114)와 대면하고 있다. 시일 홈(116)은 캐비티(80)에 공급되는 공기보다 압력이 높은 시일 공기가 공급된다. 차열환(46)과 다른 부재의 간극으로부터 연소 가스가 누출되는 것을 억제한다. 또한, 시일 홈(116)에 공급되는 공기는 시일 기구(112, 114)를 분할환(52)을 향하여 부세한다. 이에 의해, 차열환(46)과 분할환(52)의 사이가 시일되어, 차열환(46)과 분할환(52)의 사이로부터 냉각 공기(CA)가 누출되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 시일 기구(112, 114)는, 시일 홈(116)으로부터 시일 공기가 공급되는 것에 의해, 공기가 누출되는 경우도 시일 공기의 일부가 누출되는 구조가 된다. 또한, 본 실시형태의 시일 기구(112, 114)는, 홈형상으로 시일하는 대상물과 접촉하여, 밀봉을 실행하는 탄성 부재를 마련했지만, 이에 한정되지 않으며, 홈만으로 하여도 좋다. 이 경우는, 시일 기구(112, 114)는, 시일 홈에 시일 공기를 공급하고, 시일 공기를 다른 영역에 누출되도록 함으로써, 시일하는 대상의 기체(누출되는 것을 억제하는 기체)가 누출되는 것을 억제한다.
분할환(52)은, 회전방향의 단면(회전방향에 직교하는 면)의 형상이, 기본적으로 동일한 형상이다. 분할환(52)은 분할환 지지측 부재(102)와, 분할환 표면측 부재(104)를 갖는다. 분할환 지지측 부재(102)는 차열환(46)과 연결되어 있다. 분할환 지지측 부재(102)는 차열환(46)으로 지지되어 있다. 분할환 표면측 부재(104)는 분할환 지지측 부재(102)보다 가스 터빈(1)의 직경방향(터빈 축(8)의 직경방향) 내측에 배치되며, 분할환 지지측 부재(102)에 지지되어 있다. 분할환 표면측 부재(104)는 연소 가스가 흐르는 유로에 노출되며, 터빈 동익(33)과 대면한다. 또한, 분할환 지지측 부재(102)와 분할환 표면측 부재(104) 사이에는 냉각 유로(120)가 마련된다. 이하 각 부(部)에 대해 설명한다.
도 3 내지 도 9를 이용하여, 분할환 지지측 부재(102)에 대해 상세하게 설명한다. 도 6은 본 실시형태에 따른 분할환의 분할환 지지측 부재의 정면도이다. 도 7은 본 실시형태에 따른 분할환의 분할환 지지측 부재의 상면도이다. 도 8은 본 실시형태에 따른 분할환의 분할환 지지측 부재의 측면도이다. 도 9는 본 실시형태에 따른 분할환의 분할환 지지측 부재의 회전방향 단부의 단면도이다. 도 9는 도 7의 C-C선 단면도이다. 또한, 도 6 내지 도 9에서는, 가스 터빈(1)의 둘레방향의 형상을 직선으로 나타내고 있지만, 도 3에 도시하는 바와 같이 원호형상이 된다.
분할환 지지측 부재(간략히, 「지지측 부재」라고도 함)(102)는 가스 터빈(1)의 정지측의 부품이며, 분할환 표면측 부재(104)를 지지한다. 지지측 부재(102)는 금속, 예를 들면 내열성 니켈 합금 등으로 형성되어 있다. 지지측 부재(102)는 일체로 성형된 부품이며, 본체부(130)와, 제 1 돌기부(제 1 맞물림부)(132)와, 제 2 돌기부(제 2 맞물림부)(134)를 갖는다. 지지측 부재(102)는 가스 터빈(1)의 직경방향 내측의 단부면이 대향부(대향면)(135)가 된다. 대향부(135)에는, 유로 저항 조정 기구(122)가 형성되어 있다. 또한, 지지측 부재(102)에는, 관통구멍(136a, 136b, 136c)이 형성되어 있다.
본체부(130)는, 도 4 내지 도 6에 도시하는 바와 같이, 캐비티(80)측에 오목부를 갖는 판형상의 부재이다. 본체부(130)는, 오목부를 갖는 형상으로 함으로써, 캐비티(80)와 접하는 면적을 크게 할 수 있다. 제 1 돌기부(132)는 본체부(130)의 가스 터빈(1)의 축방향의 양단에 각각 마련되어 있다. 제 1 돌기부(132)는 본체부(130)보다 가스 터빈(1)의 축방향측으로 돌출되어 있다. 제 1 돌기부(132)는 차열환(46)의 오목부(110)에 삽입되어 있다. 제 1 돌기부(132)는 가스 터빈(1)의 축방향의 단부, 즉 본체부(130)로부터 가장 멀어진 면이 시일 기구(112)와 접한다.
제 2 돌기부(134)는 본체부(130)의 제 1 돌기부(132)보다 가스 터빈(1)의 직경방향 내측에 마련되어 있다. 제 2 돌기부(134)는 본체부(130)의 가스 터빈(1)의 축방향의 양단에 각각 마련되어 있다. 제 2 돌기부(134)는 분할환 표면측 부재(104)가 맞물리는 맞물림부가 된다. 지지측 부재(102)는, 제 2 돌기부(134)의 가스 터빈(1)의 직경방향 내측의 단부면과 본체부(130)의 직경방향 내측의 단부면이, 동일 평면의 대향부(135)가 된다.
관통구멍(136a, 136b, 136c)은 캐비티(80)와, 지지측 부재(102)와 분할환 표면측 부재(104) 사이에 형성되는 냉각 유로(120)를 연결하는 통로이다. 관통구멍(136a, 136b, 136c)은, 연소 가스 흐름방향의 상류측으로부터 하류측을 향하여, 관통구멍(136a), 관통구멍(136b), 관통구멍(136c)의 순서로 형성되어 있다. 또한, 본 실시형태의 관통구멍(136a, 136b, 136c)은, 가스 터빈(1)의 회전방향에 있어서 지지측 부재(102)의 중심이 되는 위치에 형성되어 있다.
시일 홈(138, 139)은 지지측 부재(102)의 가스 터빈(1)의 회전방향의 단부면에 형성되어 있다. 시일 홈(138)은 가스 터빈(1)의 축방향에 평행한 방향으로 연장되며, 한쪽의 단부가 한쪽의 제 2 돌기부(134)에 형성되며, 다른쪽의 단부가 다른쪽의 제 2 돌기부(134)에 형성된다. 시일 홈(139)은, 한쪽의 단부가 시일 홈(138)과 접하며, 다른쪽의 단부가 다른쪽의 제 1 돌기부(132)에 형성된다. 시일 홈(139)은 다른쪽의 단부가 시일 기구(112)와 접하는 위치까지 형성되어 있다. 이에 의해, 지지측 부재(102)는, 시일 홈(138, 139)에서 시일 기구(112)로부터 시일 기구(112)까지 연결된 홈이 형성된다. 도 9에 도시하는 바와 같이 시일판(126)은 시일 홈(138)에 삽입된다. 시일 홈(139)에도 마찬가지로 시일판(128)이 삽입된다. 시일판(126)은 대향하는 2개의 지지측 부재(102)의 시일 홈(138, 139)에 삽입되어, 가스 터빈(1)의 회전방향에 있어서의 지지측 부재(102)의 사이를 시일한다. 시일판(128)은 시일판(126)과 접하며, 시일 기구(112)와 시일 기구(112) 사이이며, 또한 인접하는 지지측 부재(102)의 사이를 시일한다. 시일판(126)과 시일판(128)이 지지측 시일 기구가 된다. 이와 같이, 분할환(52)은, 시일판(126, 128)으로 지지측 부재(102)와 차열환(46) 사이를 시일하는 것에 의해, 차열환(46)과 차열환(46)의 사이를 시일 기구(112)와 지지측 부재(102)로 시일할 수 있다. 이에 의해, 지지측 부재(102)는, 가스 터빈(1)의 회전방향의 단부에 있어서, 캐비티(80)와 연소 가스의 유로가 시일판(126)에 의해 분리된다. 또한, 시일 홈(116b) 및 삽입된 시일판(125)을 포함하는 측면 시일 기구는 시일 기구(112)와 접하는 지지측 부재(102)와 연결되는 시일 구조를 형성하는 지지측 부재용 측면 시일 기구가 된다.
도 3 내지 도 5와 도 10 내지 도 12를 이용하여, 분할환 표면측 부재(104)에 대해 설명한다. 도 10은 본 실시형태에 따른 분할환의 분할환 표면측 부재의 사시도이다. 도 11은 본 실시형태에 따른 분할환의 분할환 표면측 부재의 정면도이다. 도 12는 본 실시형태에 따른 분할환의 분할환 표면측 부재의 상면도이다. 분할환 표면측 부재(간략히, 「표면측 부재」라고도 함)(104)는 세라믹기 복합 재료(Ceramic Matrix Composites: 「CMC」라고도 함)로 형성되어 있다. CMC는 무기 입자, 금속 입자, 위스커(whisker), 단섬유, 및 장섬유 등과 세라믹스를 복합화하는 것에 의해 강도를 향상시킨 재료이다. CMC는, 예를 들면 니켈 기초 합금에 비해 비중이 작고, 내열성이 높기 때문에, 분할환의 재료에 적합하다. CMC는 산화물계(예를 들면, Al2O3(산화 알루미늄))와 비산화물계(예를 들면, SiC(탄화 규소))로 크게 나누어지며, 본 실시형태에서는, 비산화물계의 SiC 세라믹스에 SiC 섬유를 복합화시킨 CMC를 이용하고 있다.
표면측 부재(104)는 표면부(150)와, 되접힘부(152)와, 돌출부(154)를 갖는다. 표면측 부재(104)는 표면부(150)와, 되접힘부(152)와, 돌출부(154)가 연결되어 있으며, 예를 들면, 1매의 판을 절곡하여 형성할 수 있는 형상이다. 표면부(150)는 가스 터빈(1)의 회전 축방향 및 직경방향으로 연장되는 판형상의 부재이다. 표면부(150)는 분할환(52)의 가스 터빈(1)의 직경방향 내측의 단부면이 되는 부분이며, 가스 유로의 일부가 된다. 즉, 표면부(150)는, 가스 터빈(1)의 직경방향 내측의 면인 표면(170)이 연소 가스 유로(R1)에 노출되어 있다. 표면부(150)는, 표면(170)과는 반대측의 면인 이면(172)이 대향부(135)와 대면하고 있다. 이면(172)과 대향부(135) 사이의 공간이 냉각 유로(120)가 된다.
되접힘부(152)는 표면부(150)의 가스 터빈(1)의 회전 축방향의 양단에 각각 마련되어 있다. 되접힘부(152)는 제 1 부분(162)과, 제 2 부분(164)을 갖는다. 제 1 부분(162)은, 한쪽의 단부가, 표면부(150)의 가스 터빈(1)의 회전 축방향의 단부와 연결되며, 다른쪽의 단부가, 한쪽의 단부보다 가스 터빈(1)의 직경방향 외측에 있다. 즉, 제 1 부분(162)은 표면부(150)의 가스 터빈(1)의 회전 축방향의 단부로부터 가스 터빈(1)의 직경방향 외측으로 연장되어 있다. 제 2 부분(164)은, 한쪽의 단부가, 제 1 부분(162)의 다른쪽의 단부와 연결되며, 다른쪽의 단부가, 한쪽의 단부보다, 가스 터빈(1)의 회전 축방향에 있어서 표면측 부재(104)의 중심선(159)측에 있다. 즉, 제 2 부분(164)은 제 1 부분(162)의 단부로부터 표면부(150)의 중심선(159)측으로 연장된다. 되접힘부(152)는, 제 2 부분(164)이, 지지측 부재(102)의 제 2 돌기부(134)보다 가스 터빈(1)의 직경방향 외측에 배치되어 있다. 제 2 부분(164)은, 가스 터빈(1)의 직경방향 내측의 면이, 제 2 돌기부(134)의 가스 터빈(1)의 직경방향 외측의 면과 대면하여, 접촉하고 있다. 이에 의해, 표면측 부재(104)는, 표면부(150)와 되접힘부(152)에서 지지측 부재(102)의 제 2 돌기부(134)와 맞물린다. 되접힘부(152)는, 제 2 부분(164)이 제 2 돌기부(134)와 접하며, 제 1 부분(162)이 제 1 돌기부(132)와 비접촉이 된다.
돌출부(154)는, 되접힘부(152)로부터, 가스 터빈(1)의 직경방향 외측으로 신장되어 있다. 돌출부(154)는, 가스 터빈(1)의 회전 축방향에 있어서 표면측 부재(104)의 중심선(159)측이 되는 면이, 지지측 부재(102)와 대면하고 있다. 돌출부(154)는, 가스 터빈(1)의 회전 축방향에 대해 표면측 부재(104)의 단부측이 되는 면이 차열환(46)과 대면하고 있다. 돌출부(154)는, 차열환(46)과 대면하고 있는 면이, 시일 기구(114)와 접하고 있다. 이에 의해, 돌출부(154)와 차열환(46) 사이는 시일 기구(114)에 의해 시일된다. 시일 기구(114)로 돌출부(154)와 차열환(46) 사이를 시일하는 것에 의해, 차열환(46)의 사이를 시일 기구(114)와 표면측 부재(104)로 시일할 수 있다. 또한, 시일 홈(116c) 및 삽입된 시일판(125)을 포함하는 측면 시일 기구는 시일 기구(114)와 접하는 표면측 부재(104)와 연결되는 시일 구조를 형성하는 표면측 부재용 측면 시일 기구가 된다.
유로 저항 조정 기구(122)는 냉각 유로(120)에 마련되어 있다. 유로 저항 조정 기구(122)는 냉각 유로(120)의 유로 저항, 공기 흐름의 용이함을 조정하여, 가스 터빈(1)의 연소 가스 흐름 상류측의 냉각 유로(120)의 냉각 공기의 압력을, 하류측의 냉각 유로(120)의 냉각 공기의 압력보다 높인다. 유로 저항 조정 기구(122)는 2개의 칸막이판(124)과, 관통구멍(136a, 136b, 136c)을 구비한다. 칸막이판(124)은 대향부(135)로부터 멀어지는 방향으로 돌출되며, 선단이 표면측 부재(104)와 접하고 있다. 1개의 칸막이판(124)은 관통구멍(136a)과 관통구멍(136b) 사이에 배치되며, 또 하나의 칸막이판(124)은 관통구멍(136b)과 관통구멍(136c) 사이에 배치되어 있다. 칸막이판(124)은, 가스 터빈(1)의 회전방향에 있어서, 분할환(52)의 일단으로부터 타단까지 연장되어 있다. 또한, 관통구멍(136a, 136b, 136c)은, 구멍의 직경이 관통구멍(136a), 관통구멍(136b), 관통구멍(136c)의 순서로 작아진다. 즉, 관통구멍(136a)은 관통구멍(136b)보다 직경이 크다. 관통구멍(136b)은 관통구멍(136c)보다 직경이 크다. 환언하면, 관통구멍의 구멍의 직경은 연소 가스 흐름의 상류로부터 하류로 감에 따라서 작아진다. 이에 의해, 유로 저항 조정 기구(122)는 칸막이판(124)으로 구획된 냉각 유로(120)의 3개의 공간의 유로 저항을 상이한 저항으로 할 수 있다. 이에 의해, 가스 터빈(1)의 연소 가스 흐름 상류측이 하류측보다 유로 저항이 작아지기 때문에, 압력 손실이 작아져, 보다 압력이 높은 냉각 공기가 공급된다.
다음에, 분할환(52)을 흐르는 냉각 공기(CA)의 유로를 설명하는 것에 의해 분할환 냉각 방법에 대해 설명한다. 분할환(52)은 캐비티(80)에 공급된 냉각 공기(CA)가 관통구멍(136a, 136b, 136c)을 통과하고, 칸막이판(124)으로 구획된 냉각 유로(120)의 각각에 공급된다. 즉, 냉각 공기(CA)는 분할환 지지측 부재(102)를 통과하고, 분할환 지지측 부재(102)와 분할환 표면측 부재(104) 사이의 냉각 유로에 유입된다. 관통구멍(136a, 136b, 136c)을 통과한 냉각 공기(CA)는, 냉각 유로(120) 내를, 가스 터빈(1)의 회전방향의 중심으로부터 단부를 향하여 흐른다. 냉각 공기(CA)는, 냉각 유로(120)를 가스 터빈(1)의 회전방향을 따라서 양방의 방향, 즉, 회전방향에 있어서, 관통구멍(136a, 136b, 136c)으로부터 멀어지는 2방향으로 흐른다. 또한, 냉각 유로(120)에 유입된 냉각 공기(CA)는 분할환 지지측 부재(102)의 축방향 측면과, 분할환 표면측 부재(104)의 제 1 부분(측면 부재)(162) 사이의 냉각 공간에도 흐른다. 이에 의해, 분할환 지지측 부재(102)의 축방향 측면과, 제 1 부분(162), 즉, 분할환 지지측 부재와 분할환 표면측 부재 중, 냉각 유로(120) 내에서, 축방향으로 대면하는 부분을 냉각할 수 있다. 분할환(52)의 가스 터빈(1)의 회전방향의 단부까지 이동한 냉각 공기(CA)는 분할환(52)의 간극으로부터 연소 가스 유로(R1)로 배출된다. 즉, 분할환(52)의 가스 터빈(1)의 회전방향의 단부까지 이동한 냉각 공기(CA)는 분할환 표면측 부재(104)와 회전방향으로 인접하는 분할환 표면측 부재(104)의 사이로부터 연소 가스 유로(R1)로 배출된다. 또한, 분할환(52)의 가스 터빈(1)의 회전방향의 단부까지 이동한 냉각 공기(CA)는, 분할환 지지측 부재(102)와 인접하는 분할환 지지 부재(102)의 사이에도 흘러, 분할환 지지측 부재(102)의 회전방향의 측면을 냉각한다. 분할환(52)은, 이와 같이, 냉각 공기(CA)가 흐르는 것에 의해 냉각된다.
이상과 같이 분할환(52)은, CMC로 형성된 분할환 표면측 부재(104)를, 금속으로 형성된 분할환 지지측 부재(102)의 가스 터빈(1)의 직경방향의 내측에 배치하고, 분할환 표면측 부재(104)가 연소 가스 유로(R1)를 구성하는 형상으로 하는 것에 의해, 분할환(52)의 내열성을 높일 수 있다.
분할환(52)은, 되접힘부(152)의 가스 터빈(1)의 직경방향 외측의 단부보다 직경방향 내측에 시일 홈(138) 및 시일판(126)을 마련하는 것에 의해, 캐비티(80)와 냉각 유로(120)의 거리를 짧게 할 수 있다. 이에 의해, 분할환 지지측 부재(102)를 효율적으로 냉각할 수 있어서, 분할환 지지측 부재(102)의 온도 상승을 억제할 수 있다.
또한, 분할환(52)은, 분할환 표면측 부재(104)에 돌출부(154)를 마련하고, 돌출부(154)와 차열환(46) 사이에 시일 기구(114)를 마련하고, 시일하는 것에 의해, 시일 기구를 링형상으로 할 수 있어서, 설치를 간단하게 하면서, 시일성을 높일 수 있다. 시일성을 높일 수 있는 것에 의해, 공기의 누출을 억제할 수 있어서, 각 공기를 효율적으로 이용할 수 있다. 구체적으로는, 분할환(52)을 적절히 냉각하면서, 연소 가스 유로에 누출되는 공기의 양을 저감할 수 있다. 이에 의해, 냉각 공기에 사용하는 압축 공기의 양을 저감할 수 있으며, 또한 연소 가스의 온도를 저하시키는 누출 공기의 양도 저감할 수 있어서, 가스 터빈(1)의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 분할환(52)은, 이면(172)과 대향부(135) 사이를 냉각 통로로 하고, 되접힘부(152)의 제 2 부분(164)이 제 2 돌기부(134)와 접하며, 제 1 부분(162)이 제 1 돌기부(132)와 비접촉으로 하는 것에 의해, 지지측 부재(102)의 표면측 부재(104)와 접촉하는 부분을 연소 가스 유로로부터 먼 위치로 할 수 있다. 이에 의해, 지지측 부재(102)와 표면측 부재(104)가 접촉하는 부분의 주위의 온도를 낮출 수 있어서, 지지측 부재(102)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 온도가 높은 위치에서 지지측 부재(102)와 표면측 부재(104)가 접촉하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 분할환(52)은, 유로 저항 조정 기구(122)를 마련하여, 냉각 유로(120)를 흐르는 냉각 공기의 압력 밸런스를 조정하는 것에 의해, 냉각 공기(CA)를 효율적으로 흘릴 수 있어서, 냉각 공기(CA)의 양을 저감할 수 있다.
또한, 분할환(52)은, 유로 저항 조정 기구(122)로, 가스 터빈(1)의 연소 가스 흐름방향의 상류측의 냉각 유로(120)를 흐르는 냉각 공기의 압력을, 연소 가스 흐름방향의 하류측의 상기 냉각 공간을 흐르는 냉각 공기의 압력보다 높일 수 있는 것에 의해, 냉각 공기(CA)를 효율적으로 흘릴 수 있다.
또한, 분할환(52)은, 유로 저항 조정 기구(122)로서 칸막이판(칸막이부)(124)을 마련하고, 냉각 유로(120)를 회전방향에 직교하는 단면에 있어서 복수의 공간으로 분리하는 것에 의해, 연소 가스의 흐름방향에 있어서 냉각 유로(120)를 분리할 수 있어서, 연소 가스의 흐름방향의 위치에 의해 냉각 공기의 압력을 변화시키기 쉽게 할 수 있다.
또한, 분할환(52)은, 칸막이판(124)을 분할환 지지측 부재(102)에 마련하는 것에 의해, 분할환 표면측 부재(104)의 구조를 간단하게 할 수 있다. 또한, 분할환(52)은, 분할환 표면측 부재(104)를 본 실시형태와 같이 단면이 한번에 그릴 수 있는 형상, 즉 1매의 판을 절곡하는 것으로 만들 수 있는 구조로 하는 것에 의해, 제조를 간단하게 할 수 있다.
또한, 분할환(52)은, 가스 터빈(1)의 회전방향의 중심 근방에만 관통구멍(136a, 136b, 136c)을 마련하고, 냉각 유로(120)를 흐르는 공기를 가스 터빈(1)의 회전방향을 따라서 흘리는 것에 의해, 분할환 지지측 부재(102)와, 분할환 표면측 부재(104)를 적절한 밸런스로 냉각할 수 있다. 구체적으로는, 냉각 유로(120)를 흐르는 공기를 가스 터빈(1)의 회전방향을 따라서 흘리는 대면 냉각으로 하는 것에 의해, 임핀지먼트 냉각으로 하는 경우보다, 분할환 지지측 부재(102)의 냉각량에 대한 분할환 표면측 부재(104)의 냉각량을 줄일 수 있다. 이에 의해, 분할환(52)은, 금속으로 형성된 분할환 지지측 부재(102)를 충분히 냉각하면서, CMC로 형성되어, 내열성이 높은 분할환 표면측 부재(104)를 과잉으로 냉각하는 것을 억제할 수 있다.
분할환(52)은, 본 실시형태와 같이, 관통구멍(136a, 136b, 136c)을 가스 터빈(1)의 회전방향에 있어서 지지측 부재(102)의 중심이 되는 위치에 형성하고, 가스 터빈(1)의 회전방향에 있어서, 중심 영역의 관통구멍의 합계 면적을 단부 영역의 관통구멍의 합계 면적보다 크게 하는 것에 의해, 분할환 표면측 부재(104)와의 냉각 유로(120)에 공급한 냉각 공기를 가스 터빈(1)의 회전방향의 중심으로부터 단부에 효율적으로 흘릴 수 있어서, 대류 냉각을 효율적으로 실행할 수 있다. 여기에서, 가스 터빈(1)의 회전방향에 있어서, 분할환(52)의 중심으로부터 단부까지의 거리를 L로 한 경우, 중심 영역은 중심으로부터 (¼)L의 영역이며, 단부 영역은 단부로부터 (¼)L의 영역이다.
다음에, 도 13을 이용하여, 다른 실시형태에 따른 분할환을 설명한다. 도 13은 다른 실시형태에 따른 가스 터빈의 분할환의 측면의 근방을 도시하는 부분 확대도이다. 도 13에 도시하는 분할환(52a)은 일부의 형상을 제외하고, 분할환(52)과 동일하다. 이하에서는, 분할환의 구조가 상이한 점을 중점적으로 설명하며, 동일한 구조의 부분은 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.
도 13에 도시하는 분할환(52a)은, 유로 저항 조정 기구(122a)가 분할환 지지측 부재(102a) 및 분할환 표면측 부재(104a)와는 별개의 부재로 형성되어 있다. 유로 저항 조정 기구(122a)는 칸막이판(180)과, 완충재(186)를 갖는다. 분할환 지지측 부재(102a)는 칸막이판(180)이 배치되는 위치에 오목부(182)가 형성되어 있다. 오목부(182)는 가스 터빈(1)의 회전방향으로 연장된다. 칸막이판(180)은, 유로 저항 조정 기구(122)의 칸막이판(124)과 마찬가지로 냉각 유로(120)를 복수의 공간으로 분리하는 판이다. 칸막이판(180)은 공간을 완전히 분리할 필요는 없으며, 압력차를 유지할 수 있으면 공기가 흘러도 좋다. 칸막이판(180)은 오목부(182)에 삽입되며, 분할환 표면측 부재(104a)를 향하여 돌출되어 있다. 완충재(186)는 칸막이판(180)과 분할환 표면측 부재(104a) 사이에 배치되어 있다. 완충재(186)는 내열성을 가지며, 또한 분할환 표면측 부재(104a)를 형성하는 CMC와의 반응성이 낮은 재료, 예를 들면, 금속 이외의 재료로 형성되어 있다. 완충재(186)로서, 예를 들면, SiC 펠트를 이용할 수 있다.
이와 같이, 분할환(52a)은, 유로 저항 조정 기구(122a)를 분할환 지지측 부재(102a) 및 분할환 표면측 부재(104a)와는 별개의 부재로 하여도 좋다. 이에 의해, 각 부재의 제조를 간단하게 할 수 있다.
또한, 분할환(52a)은, 칸막이판(180)과 분할환 표면측 부재(104a) 사이에, 반응 방지층으로서, CMC와의 반응성이 낮은 재료로 형성되어 있는 완충재(186)를 마련하는 것에 의해, 분할환 표면측 부재(104a)의 내구성을 높일 수 있다. 여기에서, 분할환 표면측 부재(104a)의 표면부(150)는 연소 가스 유로와 접하기 때문에 고온이 된다. 고온으로 된 표면부(150)는 접촉하면 반응이 생기는 금속이다. 이에 반하여, 완충재(186)를 배치하는 것에 의해, 표면부(150)가 고온으로 되어도 다른 부재와 반응하는 것을 억제할 수 있어서, 내구성을 높일 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 완충재(186)를 마련했지만, 칸막이판(180)을, 내열성을 가지며, 또한 분할환 표면측 부재(104a)를 형성하는 CMC와의 반응성이 낮은 재료로 형성하여도 좋다. 즉, 높은 온도로 CMC와 접하는 부분이 되는 분할환 표면측 부재(104a)의 이면과 접하는 부재를 CMC와의 반응성이 낮은 재료로 형성하는 것에 의해, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 분할환(52)의 칸막이판(124)과 표면부(150) 사이에 완충재를 마련하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 칸막이판(칸막이부)을, 분할환 표면측 부재의 표면부와는 반대측의 면과 접하는 부분이 금속 이외의 재료로 하는 것에 의해 분할환 표면측 부재를 보호할 수 있어서, 내구성을 높일 수 있다.
다음에, 도 14를 이용하여, 다른 실시형태에 따른 분할환을 설명한다. 도 14는 다른 실시형태에 따른 가스 터빈의 분할환의 측면의 근방을 도시하는 부분 확대도이다. 도 14에 도시하는 분할환(52b)은 일부의 형상을 제외하고, 분할환(52)과 동일하다. 이하에서는, 분할환(52b)의 구조가 상이한 점을 중점적으로 설명하고, 동일한 구조의 부분은 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.
분할환(52b)은 분할환 지지측 부재(102b)와 분할환 표면측 부재(104b)를 갖는다. 분할환(52b)은 유로 저항 조정 기구(122b)에 대향부(135b)를 포함한다. 분할환(52b)은 분할환 지지측 부재의 가스 터빈의 직경방향의 위치가 상이한 구조를 포함한다. 본원의 일 실시형태에서는, 분할환 지지측 부재(102b)의 대향부(135b)는, 분할환 표면측 부재(104b)의 이면(172)에 대해, 경사져 있다. 구체적으로는, 대향부(135b)는, 연소 가스 흐름방향의 상류로부터 하류를 향함에 따라서, 분할환 표면측 부재(104b)의 이면(172)에 가까워지는 방향으로 경사져 있다.
분할환(52b)은, 유로 저항 조정 기구(122b)를, 대향부(135b)가 연소 가스 흐름방향의 상류로부터 하류를 향함에 따라서 분할환 표면측 부재(104b)의 이면(172)에 가까워지는 형상으로 하는 것에 의해, 연소 가스 흐름방향의 상류로부터 하류를 향함에 따라서, 냉각 유로가 좁아지는 구조로 할 수 있다. 이에 의해, 유로 저항 조정 기구(122b)는, 연소 가스 흐름방향의 상류로부터 하류를 향함에 따라서, 유로 저항을 높일 수 있어서, 상류측의 냉각 공기의 압력을 하류측의 냉각 공기의 압력보다 높일 수 있다.
또한, 유로 저항 조정 기구(122b)는 대향부(135b)의 경사를 변화시켰지만, 유로 저항이 상이한 저항이 되는 구조이면 좋고, 대향부(135b)의 표면 거칠기를 변화시켜도 좋으며, 돌기를 마련하여도 좋다. 또한, 유로 저항 조정 기구(122b)는, 가스 터빈(1)의 회전 축방향에 있어서, 유로 저항을 변화시켜도 좋다. 즉, 유로 저항 조정 기구(122b)는, 가스 터빈(1)의 회전 축방향에 있어서의 중심으로부터 단부를 향함에 따라서, 냉각 유로(120)의 높이가 낮아지는 형상으로 하여도 좋다. 또한, 유로 저항 조정 기구(122b)는 추가로 칸막이판을 마련하여도 좋다. 또한, 유로 저항 조정 기구(122b)는, 칸막이판을 가스 터빈(1)의 회전 축방향에 있어서, 폭이 변화하는 형상으로 하여도 좋다.
본 명세서 내에서 개시한 분할환(52, 52a, 52b)의 유로 저항 조정 기구(122, 122a, 122b)는 각각 단일로 이용하는 것도, 조합하여 실시할 수도 있다. 분할환(52, 52a, 52b)은, 복수의 유로 저항 조정 기구(122, 122a, 122b)를 조합하는 것에 의해, 연소 가스 흐름방향의 상류로부터 하류를 향함에 따라서, 유로 저항을 높일 수 있는 구조로 하는 것이 용이하게 되어, 상류측의 냉각 공기의 압력을 하류측의 냉각 공기의 압력보다 더욱 높일 수 있다.
다음에, 도 15를 이용하여, 다른 실시형태에 따른 분할환을 설명한다. 도 15는 다른 실시형태에 따른 가스 터빈의 분할환의 측면의 근방을 도시하는 부분 확대도이다. 도 15에 도시하는 분할환(52c)은 일부의 형상을 제외하고, 분할환(52)과 동일하다. 이하에서는, 분할환(52c)의 구조가 상이한 점을 중점적으로 설명하며, 동일한 구조의 부분은 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.
분할환(52c)은 분할환 지지측 부재(102c)와, 분할환 표면측 부재(104c)를 갖는다. 분할환 표면측 부재(104c)는 돌출부(154)를 구비하지 않는 이외에 분할환 표면측 부재(104)와 마찬가지의 구조이다. 분할환(52c)은 분할환 지지측 부재(102c)가 시일 기구(114)와 접한다.
분할환(52c)은 돌출부(154)를 구비하지 않는 구조로 하는 것에 의해, 시일성은 저하하지만, 유로 저항 조정 기구(122)에 의해, 압력을 조정함으로써, 효율적으로 시일 공기를 이용할 수 있다.
다음에, 도 16을 이용하여, 분할환 제조 방법에 대해 설명한다. 도 16은 분할환의 제조 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다. 본 실시형태에서는, 분할환(52)을 제조하는 경우로 하여 설명한다. 우선, 세라믹기 복합 재료로 분할환 표면측 부재(104)를 제조한다(단계 S12). 또한, 분할환 표면측 부재(104)는 세라믹기 복합 재료로 제작되는 부품을 제조하는 방법으로 제조할 수 있다. 다음에, 금속으로 분할환 지지측 부재(102)를 제조한다(단계 S14). 분할환 지지측 부재(102)는 주조나 절삭, 연마 등의 기계 가공을 실행하는 것에 의해 제조할 수 있다. 단계 S12와 단계 S14는 반대의 차례로 실행하여도, 병행으로 실행하여도 좋다. 또한, 분할환 표면측 부재(104)와, 분할환 지지측 부재(102)는 복수 동시에 제조하여도 좋다.
다음에, 분할환 지지측 부재에 분할환 표면측 부재를 끼운다(단계 S16). 구체적으로는, 가스 터빈(1)의 직경방향에 있어서, 분할환 표면측 부재(104)의 제 2 부분(돌출부)(164)이, 분할환 지지측 부재(102)의 제 2 돌기부(돌출부)(134)보다 직경방향의 외측이 되는 위치에서, 분할환 지지측 부재(102)에 분할환 표면측 부재(104)를 끼우고, 분할환 표면측 부재(104)와 상기 분할환 지지측 부재(102) 사이에 냉각 유로(120)를 형성한다. 분할환 지지측 부재(102)와 분할환 표면측 부재(104)는, 분할환 지지측 부재(102)와 분할환 표면측 부재(104)를 연장방향(설치 시에 가스 터빈의 회전방향을 따른 방향)으로 상대 이동시키는 것에 의해, 분할환 지지측 부재(102)에 분할환 표면측 부재(104)를 끼울 수 있다.
다음에, 분할환 지지측 부재(102)와 분할환 표면측 부재(104)의 유닛인 분할환을 둘레방향으로 연결한다(단계 S18). 분할환을 복수 연결하는 것에 의해 링형상으로 되고, 연소 가스가 통과하는 유로의 외주면의 일부가 된다. 또한, 분할환(52)은, 다른 분할환(52)과 연결될 때에, 인접하는 분할환(52)과의 사이에 시일판(126)이 배치된다. 또한, 분할환(52)은, 분할환 지지측 부재(102)와 분할환 표면측 부재(104)를 끼워맞춘 후, 차열환(46)에 설치하여도, 차열환(46)에 분할환 지지측 부재(102)를 설치한 후, 분할환 지지측 부재(102)와 분할환 표면측 부재(104)를 끼워맞추어도 좋다.
분할환(52)은, 이상과 같이, 분할환 지지측 부재(102)와 분할환 표면측 부재(104)를 조합하고, 또한 분할환 표면측 부재(104)의 제 2 부분(돌출부)(164)이, 분할환 지지측 부재(102)의 제 2 돌기부(돌출부)(134)보다 직경방향의 외측이 되는 위치에서, 분할환 지지측 부재(102)에 분할환 표면측 부재(104)를 끼우는 것에 의해, 조립되도록 함으로써, 간단하게 제조할 수 있다.
1: 가스 터빈 5: 압축기
6: 연소기 7: 터빈
8: 터빈 축 11: 공기 취입구
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
80: 캐비티 102: 분할환 지지측 부재
104: 분할환 표면측 부재 110: 오목부
112, 114: 시일 기구 116: 시일 홈
120: 냉각 유로 122: 유로 저항 조정 기구
124: 칸막이판 126: 시일판
130: 본체부 132: 제 1 돌기부
134: 제 2 돌기부 135: 대향부(대향면)
136a, 136b, 136c: 관통구멍 138, 139: 시일 홈
150: 표면부 152: 되접힘부
154: 돌출부 159: 중심선
162: 제 1 부분 164: 제 2 부분
170: 표면 172: 이면
CA: 냉각 공기

Claims (32)

  1. 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환에 포함되며, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부인 분할환 표면측 부재에 있어서,
    세라믹스기 복합 재료로 형성되며,
    상기 연소 가스 유로를 형성하는 표면부와,
    상기 표면부로부터 상기 가스 터빈의 직경방향 외측으로 신장된 제 1 부분 및 상기 제 1 부분의 단부로부터 상기 표면부의 중심선측으로 신장된 제 2 부분을 구비하는 되접힘부와,
    상기 되접힘부로부터 상기 가스 터빈의 직경방향 외측으로 신장된 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는
    분할환 표면측 부재.
  2. 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환에 포함되며, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부인 분할환 표면측 부재를 지지하는 분할환 지지측 부재에 있어서,
    금속으로 형성되며,
    상기 분할환 표면측 부재가 맞물리는 맞물림부와,
    상기 분할환 표면측 부재의 상기 연소 가스 유로를 형성하는 표면부와는 반대측의 면과 대면하여, 상기 표면부와의 냉각 공기가 흐르는 냉각 공간을 형성하는 대향부를 가지며,
    상기 대향부는 상기 냉각 공간의 유로 저항을 조정하는 유로 저항 조정 기구를 구비하며,
    상기 유로 저항 조정 기구는, 상기 가스 터빈의 연소 가스 흐름방향의 상류측의 상기 냉각 공간을 흐르는 냉각 공기의 압력을 연소 가스 흐름방향의 하류측의 상기 냉각 공간을 흐르는 냉각 공기의 압력보다 높게 하는 것을 특징으로 하는
    분할환 지지측 부재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 대향부와 상기 냉각 공기를 공급하는 냉각 공기 공급 공간을 접속하고, 상기 냉각 공기가 흐르는 관통구멍을 복수 가지며,
    상기 복수의 관통구멍은 상기 가스 터빈의 연소 가스 흐름방향의 위치에서 직경이 상이한 것을 특징으로 하는
    분할환 지지측 부재.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 유로 저항 조정 기구는, 상기 대향부가 상기 가스 터빈의 연소 가스 흐름방향의 상류측으로부터 하류측으로 향함에 따라서, 상기 분할환 표면측 부재에 가까워지는 방향으로 경사지도록 형성하는 것으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    분할환 지지측 부재.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 유로 저항 조정 기구는, 위치에 따라서 상기 대향부의 표면 거칠기가 상이한, 및 상기 대향부에 요철부가 형성되어 있는 구조 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
    분할환 지지측 부재.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 유로 저항 조정 기구는 상기 냉각 공간을 회전방향에 직교하는 단면에 있어서 복수의 공간으로 분리하는 칸막이부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    분할환 지지측 부재.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 칸막이부는 상기 대향부에 일체로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    분할환 지지측 부재.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 칸막이부는 판형상 부재이며, 상기 분할환 지지측 부재에 형성된 오목부에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는
    분할환 지지측 부재.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 칸막이부는, 상기 분할환 표면측 부재와 접하는 부분이 상기 분할환 표면측 부재와는 상이한 재료인 것을 특징으로 하는
    분할환 지지측 부재.
  10. 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환에 포함되며, 원호형상이며, 분할환 지지측 부재에 있어서,
    상기 원호형상의 축방향으로 돌출된 제 1 맞물림부와,
    상기 제 1 맞물림부보다 상기 가스 터빈의 직경방향 내측에 형성되며, 상기 축방향으로 돌출된 제 2 맞물림부와,
    상기 가스 터빈의 직경방향 외측의 면과 상기 직경방향 내측의 면을 연결하는 통로인 복수의 관통구멍과,
    상기 가스 터빈의 직경방향 내측의 단면에 형성되며, 상기 가스 터빈의 직경방향 내측으로 돌출되며, 상기 원호형상의 원호의 방향을 따라서 연장되고, 상기 관통구멍끼리의 사이에 하나씩 배치된 복수의 볼록부를 갖고,
    상기 복수의 관통구멍의 구멍의 직경은, 상류로부터 하류로 감에 따라 작아지는 것을 특징으로 하는
    분할환 지지측 부재.
  11. 제 1 항에 기재된 분할환 표면측 부재와,
    상기 분할환 표면측 부재보다 상기 가스 터빈의 직경방향 외측에 배치되며, 상기 분할환 표면측 부재를 지지하여, 상기 분할환 표면측 부재와의 사이에 냉각 공기가 흐르는 냉각 공간을 형성하고, 금속으로 형성된 분할환 지지측 부재를 가지며,
    상기 분할환 표면측 부재는 상기 돌출부에 시일 기구를 갖는 것을 특징으로 하는
    분할환.
  12. 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환에 있어서,
    연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부이며, 세라믹스기 복합 재료로 형성된 분할환 표면측 부재와,
    상기 분할환 표면측 부재보다 상기 가스 터빈의 직경방향 외측에 배치되며, 상기 분할환 표면측 부재를 지지하여, 상기 분할환 표면측 부재와의 사이에 냉각 공기가 흐르는 냉각 공간을 형성하고, 금속으로 형성된 분할환 지지측 부재를 가지며,
    상기 분할환 지지측 부재는, 상기 가스 터빈의 회전방향으로 인접하는 다른 분할환 지지측 부재와의 사이의 단면에 배치되며, 상기 가스 터빈의 축방향으로 연장되며, 양단이 상기 축방향으로 인접하는 부재와 접하여, 상기 가스 터빈의 직경방향의 공기의 흐름을 시일하는 시일 기구를 갖고,
    상기 분할환 표면측 부재는 상기 시일 기구보다 상기 가스 터빈의 직경방향의 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는
    분할환.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 분할환 표면측 부재는, 상기 가스 터빈의 직경방향에 있어서, 상기 분할환 지지측 부재가 다른 부재에 지지되어 있는 위치로부터 떨어진 위치에서 지지되어 있는 것을 특징으로 하는
    분할환.
  14. 가스 터빈의 정지측이며, 동익과 대면하는 위치에 배치되는 분할환과, 상기 분할환의 양단에 인접하여 배치되며, 상기 분할환을 상기 가스 터빈의 축방향으로 사이에 두는 차열환을 갖는 정지측 부재 유닛에 있어서,
    상기 분할환은, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부이며, 세라믹스기 복합 재료로 형성된 분할환 표면측 부재를 갖고,
    상기 차열환은, 상기 가스 터빈의 회전방향으로 인접하는 다른 차열환과의 사이에 삽입되어, 상기 다른 차열환과의 사이의 상기 가스 터빈의 직경방향의 공기의 흐름을 시일하는 측면 시일 기구를 가지며,
    상기 분할환 표면측 부재는, 상기 가스 터빈의 축방향의 양단이 각각 상기 측면 시일 기구와 접하는 것을 특징으로 하는
    정지측 부재 유닛.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 분할환은, 상기 분할환 표면측 부재보다 상기 가스 터빈의 직경방향 외측에 배치되며, 상기 분할환 표면측 부재를 지지하여, 상기 분할환 표면측 부재와의 사이에 냉각 공기가 흐르는 냉각 공간을 형성하고, 금속으로 형성된 분할환 지지측 부재를 가지며,
    상기 분할환 지지측 부재는, 상기 가스 터빈의 축방향의 양단이 상기 측면 시일 기구와 접하여, 인접하는 상기 분할환 지지측 부재와의 사이를 시일하는 지지측 시일 기구를 갖는 것을 특징으로 하는
    정지측 부재 유닛.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 분할환 표면측 부재는, 상기 연소 가스 유로를 형성하는 표면부와, 표면부와 연결되며, 상기 가스 터빈의 직경방향 외측으로 신장된 제 1 부분 및 상기 제 1 부분의 단부로부터 상기 표면부의 중심선측으로 신장된 제 2 부분을 구비하는 되접힘부와,
    상기 되접힘부로부터, 상기 가스 터빈의 직경방향 외측으로 신장되며, 상기 차열환과 대면하는 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는
    정지측 부재 유닛.
  17. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 측면 시일 기구는 상기 차열환과 상기 분할환 표면측 부재 사이를 시일하는 제 1 분할환 시일 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는
    정지측 부재 유닛.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 분할환 시일 기구는 상기 가스 터빈의 직경방향의 공기의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는
    정지측 부재 유닛.
  19. 회전 가능한 터빈 축에 장착된 터빈 동익과,
    상기 터빈 동익에 대해 축방향으로 대향하도록 고정된 터빈 정익과,
    제 11 항에 기재된 분할환과,
    상기 분할환의 외주에 배치되며, 또한 상기 터빈 정익을 지지하는 차실을 갖는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈.
  20. 회전 가능한 터빈 축에 장착된 터빈 동익과,
    상기 터빈 동익에 대해 축방향으로 대향하도록 고정된 터빈 정익과,
    제 12 항 또는 제 13 항에 기재된 분할환과,
    상기 분할환의 외주에 배치되며, 또한 상기 터빈 정익을 지지하는 차실을 갖는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈.
  21. 가스 터빈의 분할환의 분할환 냉각 방법에 있어서,
    연소 가스 유로의 일부를 형성하는 분할환 표면측 부재를 지지하는 분할환 지지측 부재의 직경방향 외측에 냉각 공기를 공급하는 단계와,
    상기 분할환 지지측 부재와 세라믹스기 복합재로 형성된 상기 분할환 표면측 부재 사이의 냉각 공간에, 상기 분할환 지지측 부재로부터 상기 냉각 공기를 공급하는 단계와,
    상기 냉각 공간에 공급된 상기 냉각 공기를 상기 가스 터빈의 회전방향을 따라서 흘러 대류 냉각을 하는 단계를 포함하며,
    상기 대류 냉각을 하는 단계는, 상기 가스 터빈의 연소 가스 흐름 방향의 상류측의 상기 냉각 공간을 흐르는 냉각 공기의 압력을, 연소 가스 흐름 방향의 하류측의 상기 냉각 공간을 흐르는 냉각 공기의 압력보다 높게 되도록 유로 저항을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    분할환 냉각 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 냉각 공간에 공급된 상기 냉각 공기를 상기 냉각 공간에 공급된 위치로부터 상기 분할환의 상기 가스 터빈의 회전방향의 단부를 향하여 흘리는 것을 특징으로 하는
    분할환 냉각 방법.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 냉각 공간을 통과한 상기 냉각 공기는 상기 분할환 지지측 부재와, 상기 분할환 지지측 부재에 인접하는 다른 분할환 지지측 부재의 사이를 흐르는 것을 특징으로 하는
    분할환 냉각 방법.
  24. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 냉각 공간에 공급된 상기 냉각 공기는 상기 분할환 지지측 부재의 축방향 측면과 상기 분할환 표면측 부재의 측면 부재의 사이에도 흐르는 것을 특징으로 하는
    분할환 냉각 방법.
  25. 가스 터빈의 분할환을 제조하는 분할환 제조 방법에 있어서,
    세라믹스기 복합 재료로, 상기 가스 터빈의 연소 가스 흐름을 형성하는 표면부와, 상기 표면부로부터 상기 가스 터빈의 직경방향 외측으로 연장된 제 1 부분 및 상기 제 1 부분의 단부로부터 상기 표면부의 중심선측으로 연장된 제 2 부분을 구비하는 되접힘부와, 상기 되접힘부로부터 상기 가스 터빈의 직경방향 외측으로 연장된 돌출부를 구비하는 분할환 표면측 부재를 제조하는 단계와,
    금속으로 분할환 지지측 부재를 제조하는 단계와,
    상기 가스 터빈의 직경방향에 있어서, 상기 분할환 표면측 부재의 상기 제 2 부분이, 상기 분할환 지지측부의 돌출부보다 직경방향과 외측이 되는 위치에서, 상기 분할환 지지측 부재에 상기 분할환 표면측 부재를 끼워, 상기 분할환 표면측 부재와 상기 분할환 지지측 부재 사이에 냉각 공간을 형성하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는
    분할환 제조 방법.
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