KR102364141B1 - 실 세그먼트 및 회전 기계 - Google Patents

Abstract

실 세그먼트(11)는, 회전축의 직경 방향 내측을 향함에 따라 회전축의 회전 방향(Bc) 전방 측으로 경사져 뻗음과 함께 회전축의 둘레 방향(Dc)으로 복수 적층된 박판 실 편(20)을 갖는 실 체(13)와, 실 체(13)를 회전축의 축 방향(Da)의 양측으로부터 덮도록 둘레 방향(Dc)으로 뻗는 한 쌍의 사이드 플레이트(25)와, 실 체(13)를 직경 방향(Dr) 내측으로 돌출시키면서 수용하는 하우징 본체(34), 및 하우징 본체(34)의 둘레 방향(Dc)의 단부에 마련되며, 직경 방향(Dr) 내측을 향하여 실 체(13)의 둘레 방향(Dc)의 단부면을 따라 뻗는 연장부(35)를 갖는 하우징(30)을 구비한다.

Description

실 세그먼트 및 회전 기계

본 발명은, 실 세그먼트 및 회전 기계에 관한 것이다.

본원은, 2018년 2월 19일에 일본에 출원된 특원 2018-026749호에 대하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.

가스 터빈, 증기 터빈 등의 회전 기계에 있어서의 로터의 주위에는, 고압 측으로부터 저압 측으로 흐르는 작동 유체의 누출량을 적게 하기 위하여, 축 실 장치가 마련되어 있다. 이 축 실 장치의 일례로서, 예를 들면 이하의 특허문헌 1에 개시된 축 실 장치가 알려져 있다.

특허문헌 1에 개시된 축 실 장치는, 하우징과, 하우징에 계합(係合)된 다수의 박판 실 편(片)을 갖는다. 특허문헌 1에 개시된 축 실 장치는, 회전면의 둘레에 마련됨으로써, 회전면의 둘레를 실링하고 있다.

일본 공개특허공보 2008-261498호

회전면의 둘레에 마련되는 경우, 축 실 장치는, 둘레 방향을 향하여 분할된 복수의 세그먼트 구조로 되는 경우가 있다.

이 경우, 각 실 세그먼트의 사이에 있어서, 유체의 흐름이 변화하여, 박판 실 편에 있어서 플러터링이 발생하는 경우가 있다.

본 발명은, 박판 실 편에 발생하는 플러터링을 억제할 수 있는 실 세그먼트 및 회전 기계를 제공한다.

제1 양태의 실 세그먼트는, 회전축의 직경 방향 내측을 향함에 따라 그 회전축의 회전 방향 전방 측으로 경사져 뻗음과 함께 상기 회전축의 둘레 방향으로 복수 적층된 박판 실 편을 갖는 실 체(體)와, 그 실 체를 상기 회전축의 축 방향의 양측으로부터 덮도록 둘레 방향으로 뻗는 한 쌍의 사이드 플레이트와, 상기 실 체를 상기 직경 방향 내측으로 돌출시키면서 수용하는 하우징 본체, 및 그 하우징 본체의 상기 둘레 방향의 단부에 마련되며, 상기 직경 방향 내측을 향하여 상기 실 체의 상기 둘레 방향의 단부면을 따라 뻗는 연장부를 갖는 하우징을 구비한다.

본 양태에서는, 하우징은, 직경 방향 내측을 향하여, 실 체의 둘레 방향 단부면을 따라 경사져 뻗는 연장부를 갖는다. 이 때문에, 실 체의 둘레 방향 단부면으로의 유체의 누입(漏入)이 억제된다. 따라서, 실 세그먼트는, 유체의 누입에 의하여 박판 실 편에 발생하는 플러터링을 억제할 수 있다.

제2 양태의 실 세그먼트는, 상기 연장부가, 상기 직경 방향 내측을 향함에 따라 상기 회전축의 회전 방향 전방 측으로 경사져 뻗는 제1 양태의 실 세그먼트이다.

본 양태에서는, 연장부가 실 체와 동일 방향으로 경사져 있으므로, 연장부와 실 체의 사이의 간극을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 실 체의 둘레 방향 단부면으로의 유체의 누입이 억제된다. 따라서, 실 세그먼트는, 유체의 누입에 의하여 박판 실 편에 발생하는 플러터링을 더 억제할 수 있다.

제3 양태의 실 세그먼트는, 상기 연장부가, 상기 직경 방향에 대하여, 예압(予壓)을 부여했을 때의 상기 실 체의 상기 둘레 방향의 단부면보다 경사져 뻗는 제1 또는 제2 양태의 실 세그먼트이다.

본 양태에서는, 연장부가, 직경 방향에 대하여, 예압을 부여했을 때의 상기 실 체의 상기 둘레 방향의 단부면보다 경사져 있음으로써, 연장부의 연장단(端)이, 실 체의 둘레 방향 단부면에 접촉하기 어려운 구조로 되어 있다. 이 때문에, 연장부의 연장단이 실 체의 둘레 방향 단부면에 접촉함으로써 야기되는 박판 실 편의 강성 증가가 억제된다. 따라서, 실 세그먼트는, 박판 실 편의 마모를 억제할 수 있다.

제4 양태의 실 세그먼트는, 상기 연장부가, 상기 직경 방향에 대하여, 상기 사이드 플레이트의 상기 둘레 방향의 단부면보다 경사져 뻗는 제1 내지 제3 중 어느 하나의 양태의 실 세그먼트이다.

본 양태에서는, 연장부가, 직경 방향에 대하여, 사이드 플레이트의 둘레 방향의 단부면보다 경사져 있음으로써, 연장부의 연장단이, 실 체의 둘레 방향 단부면에 접촉하기 어려운 구조로 되어 있다. 이 때문에, 연장부의 연장단이 실 체의 둘레 방향 단부면에 접촉함으로써 야기되는 박판 실 편의 강성 증가가 억제된다. 따라서, 실 세그먼트는, 박판 실 편의 마모를 억제할 수 있다.

제5 양태의 실 세그먼트는, 상기 하우징이, 상기 하우징 본체의 상기 둘레 방향의 양측에, 각각 상기 연장부를 갖는 제1 내지 제4 중 어느 하나의 양태의 실 세그먼트이다.

본 양태에서는, 하우징이, 하우징 본체의 둘레 방향의 양측에, 각각 연장부를 가짐으로써, 실 체의 둘레 방향 양단면으로의 유체의 누입이 억제된다. 이 때문에, 둘레 방향으로 서로 이웃하는 실 세그먼트와의 사이에 간극이 있었다고 해도, 실 세그먼트는, 하우징 본체의 둘레 방향의 양측에 있어서, 유체의 누입에 의하여 박판 실 편에 발생하는 플러터링을 억제할 수 있다.

제6 양태의 실 세그먼트는, 상기 하우징이, 상기 하우징 본체의 상기 둘레 방향의 양측 중, 일방에만 상기 연장부를 갖는 제1 내지 제5 중 어느 하나의 양태의 실 세그먼트이다.

본 양태에서는, 하우징의 일방에만 연장부를 마련하므로, 간단한 구조이면서, 실 세그먼트는, 하우징 본체의 상기 둘레 방향의 양측 중, 적어도 일방에 있어서, 유체의 누입에 의하여 박판 실 편에 발생하는 플러터링을 억제할 수 있다. 또한, 둘레 방향으로 복수의 실 세그먼트를 나열한 경우, 실 세그먼트는, 하우징 본체의 둘레 방향의 양측에 있어서, 유체의 누입에 의하여 박판 실 편에 발생하는 플러터링을 억제할 수 있다.

제7 양태의 회전 기계는, 제1 내지 제6 중 어느 하나의 양태의 실 세그먼트를 복수 구비하고, 상기 복수의 실 세그먼트가, 상기 둘레 방향을 따라 나열되어 있다.

본 양태에서는, 각 실 세그먼트는, 직경 방향 내측을 향하여, 실 체의 둘레 방향 단부면을 따라 경사져 뻗는 연장부를 갖는다. 이 때문에, 각 실 세그먼트 사이로의 유체의 누입이 억제된다. 따라서, 회전 기계는, 유체의 누입에 의하여 박판 실 편에 발생하는 플러터링을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 박판 실 편에 발생하는 플러터링을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 가스 터빈(회전 기계)의 개략 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 축 실 장치의 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 실 세그먼트의 둘레 방향의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 실 세그먼트의 주요부 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 실 세그먼트의 주요부 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 실 세그먼트의 주요부 측면도이다.
도 7은 본 발명의 각 실시형태의 변형예에 관한 실 세그먼트의 둘레 방향의 단면도이다.

이하, 본 발명에 관한 각종 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

<제1 실시형태>

이하, 본 발명의 제1 실시형태에 대하여, 도 1~도 5를 따라 설명한다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 축 실 장치(10)를 가스 터빈(회전 기계)(1)에 적용한 예를 나타낸다.

도 1에 나타내는 가스 터빈(1)은, 다량의 공기를 내부로 도입하여 압축하는 압축기(2)와, 압축기(2)로 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기(3)를 갖고 있다. 가스 터빈(1)은, 또한, 회동(回動)하는 터빈(4)과, 그 터빈(4)의 회동하는 동력의 일부를 압축기(2)에 전달하여 압축기(2)를 회동시키는 로터(5)(회전축)를 갖고 있다.

터빈(4)은, 연소기(3)에서 발생시킨 연소 가스가 그 내부로 도입됨과 함께 연소 가스의 열 에너지를 회전 에너지로 변환하여 회동한다.

또한, 이하의 설명에 있어서는, 로터(5)의 축선(Ax)의 뻗는 방향을 “축 방향(Da)”이라고 하고, 로터(5)의 둘레 방향을 “둘레 방향(Dc)”이라고 하며, 로터(5)의 직경 방향을 “직경 방향(Dr)”, 로터(5)의 회전 방향을 “회전 방향(Bc)”이라고 한다.

상술하는 바와 같은 구성의 가스 터빈(1)에서는, 터빈(4)은, 로터(5)에 마련된 동익(動翼)(7)으로 연소 가스를 분출함으로써 연소 가스의 열 에너지를 기계적인 회전 에너지로 변환하여 동력을 발생시킨다. 터빈(4)에는, 로터(5) 측의 복수의 동익(7) 외에, 터빈(4)의 케이싱(8) 측에 복수의 정익(靜翼)(6)이 마련됨과 함께, 이들 동익(7)과 정익(6)이, 축 방향(Da)으로 교대로 배열되어 있다.

동익(7)은 축 방향(Da)으로 흐르는 연소 가스의 압력을 받아 축선 둘레로 로터(5)를 회전시키고, 로터(5)에 주어진 회전 에너지는 축단(端)으로부터 취출되어 이용된다. 정익(6)과 로터(5)의 사이에는, 고압 측으로부터 저압 측으로 누출되는 연소 가스의 누출량을 저감하기 위한 축 실로서, 축 실 장치(10)가 마련되어 있다.

압축기(2)는 로터(5)에 의하여 터빈(4)과 동축으로 접속되어 있고, 터빈(4)의 회전을 이용하여 외부 공기를 압축하여 압축 공기를 연소기(3)로 공급한다. 터빈(4)과 동일하게, 압축기(2)에 있어서도 로터(5)에 복수의 동익(7)과, 압축기(2)의 케이싱(9) 측에 복수의 정익(6)이 마련되어 있고, 동익(7)과 정익(6)이 축 방향(Da)으로 교대로 배열되어 있다. 또한, 정익(6)과 로터(5)의 사이에 있어서도, 고압 측으로부터 저압 측으로 누출되는 압축 공기의 누출량을 저감하기 위한 축 실 장치(10)가 마련되어 있다.

또한, 압축기(2)의 케이싱(9)이 로터(5)를 지지하는 베어링부(9a), 및 터빈(4)의 케이싱(8)이 로터(5)를 지지하는 베어링부(8a)에 있어서도, 고압 측으로부터 저압 측으로 압축 공기 또는 연소 가스가 누출되는 것을 방지하는 축 실 장치(10)가 마련되어 있다.

여기에서, 본 실시형태에 관한 축 실 장치(10)는, 가스 터빈(1)으로의 적용에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 축 실 장치(10)는, 증기 터빈, 압축기, 수차(水車), 냉동기, 펌프 등의 대형 유체 기계와 같이, 축의 회전과 유체의 유동에 의하여 에너지를 일로 변환하는 회전 기계 전반에 널리 채용할 수 있다. 이 경우, 축 실 장치(10)는, 축 방향(Da)의 유체의 유동을 억제하기 위하여 널리 이용하는 것도 가능하다.

다음으로, 상술하는 바와 같이 구성되는 가스 터빈(1)에 마련되는 축 실 장치(10)의 구성에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 도 2는, 축 방향(Da)에서 본 도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 이 축 실 장치(10)는, 둘레 방향(Dc)을 따라 나열되어 있는 복수(본 실시형태에서는 8개)의 실 세그먼트(11)를 구비한다. 복수의 실 세그먼트(11)는, 로터(5)의 둘레면을 둘러싸고 있다. 복수의 실 세그먼트(11)는, 각각 원호상으로 뻗어 있고, 둘레 방향(Dc)을 따라 환상으로 배치되어 있다.

본 실시형태에 있어서, 서로 이웃하는 실 세그먼트(11)의 둘레 방향 단부(12, 12)끼리는, 간극 없이 배치되어 있다.

각 실 세그먼트(11)의 구성에 대하여, 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3에 나타내는 실 세그먼트(11)의 단면의 절단 위치는, 도 2의 실 세그먼트(11)에 나타낸 III-III선의 위치에 대응한다.

각 실 세그먼트(11)는, 하우징(30)을 구비한다.

각 실 세그먼트(11)는, 로터(5)와 정익(6)의 사이에 마련된다. 각 실 세그먼트(11)는, 로터(5)와 정익(6)의 사이의 환상 공간에 있어서의 작동 유체의 누출을 억제하기 위하여 설치된다.

각 실 세그먼트(11)는, 로터(5)와 동익(7)의 사이에도 마련된다. 각 실 세그먼트(11)는, 로터(5)와 동익(7)의 사이의 환상 공간에 있어서의 작동 유체의 누출을 억제하기 위하여 설치된다.

각 실 세그먼트(11)는, 로터(5)와 베어링부(8a)의 사이, 로터(5)와 베어링부(9a)의 사이에도 각각 마련된다. 각 실 세그먼트(11)는, 로터(5)와 베어링부(8a)의 사이, 로터(5)와 베어링부(9a)의 사이의 각각의 환상 공간에 있어서의 작동 유체의 누출을 억제하기 위하여 설치된다.

실 세그먼트(11)는, 또한, 실 체(13)와, 리테이너(21, 22)와, 한 쌍의 사이드 플레이트(25)를 구비한다. 본 실시형태에 있어서 실 세그먼트(11)는, 한 쌍의 사이드 플레이트(25)로서, 고압 측 측판(23)과, 저압 측 측판(24)을 갖는다.

실 체(13), 리테이너(21, 22), 및 사이드 플레이트(25)는, 하우징(30) 내에 수용되어 있다.

실 체(13)는, 둘레 방향(Dc)을 따라 서로 미소 간격을 두고 다중(多重)으로 배열된, 금속제의 부재인 복수의 박판 실 편(20)을 구비한다. 당해 복수의 박판 실 편(20)은, 로터(5)의 둘레 방향(Dc)의 일부 영역에 있어서, 둘레 방향(Dc)(회전 방향(Bc))을 따라 적층되어 있고, 축 방향(Da)에서 보아 전체적으로 원호 띠 형상을 갖는다.

리테이너(21, 22)는, 박판 실 편(20)의 외주 측 기단(27)에 있어서 박판 실 편(20)을 양측으로부터 협지하도록 구성되어 있다. 리테이너(21, 22)의 둘레 방향(Dc)에 있어서의 단면은 대략 C자형으로 형성되어 있다. 또, 리테이너(21, 22)의 축 방향(Da)에 있어서의 단면은 원호 띠 형상으로 형성되어 있다.

고압 측 측판(23)은, 박판 실 편(20)의 고압 측 영역에 대향하는 고압 측의 가장자리단과 리테이너(21)에 의하여 협지되어 있다. 따라서, 고압 측 측판(23)은, 복수의 박판 실 편(20)의 고압 측 측면을, 축 방향(Da)의 고압 측으로부터 덮도록 직경 방향(Dr) 및 둘레 방향(Dc)으로 뻗어 있다.

저압 측 측판(24)은, 박판 실 편(20)의 저압 측 영역에 대향하는 저압 측의 가장자리단과 리테이너(22)에 의하여 협지되어 있다. 따라서, 저압 측 측판(24)은, 복수의 박판 실 편(20)의 저압 측 측면을, 축 방향(Da)의 저압 측으로부터 덮도록 직경 방향(Dr) 및 둘레 방향(Dc)으로 뻗어 있다.

상술하는 바와 같이 구성된 실 체(13)에 있어서, 박판 실 편(20)은 외주 측 기단(27)의 폭(축 방향(Da)의 폭)에 비하여 내주 측의 폭(축 방향(Da)의 폭)이 작아지는 대략 T자형의 얇은 강판에 의하여 구성되어 있다. 그 양쪽 모두의 측 가장자리에는, 그 폭이 작은 위치에 있어서 절결부(20a, 20b)가 형성되어 있다.

인접하는 복수의 박판 실 편(20)은, 외주 측 기단(27)에 있어서, 예를 들면 용접에 의하여 서로 고정 연결되어 있다.

박판 실 편(20)은, 둘레 방향(Dc)에 있어서, 판두께에 근거하는 소정의 강성을 갖고 있다. 또한, 회전 방향(Bc)을 향하여, 박판 실 편(20)과 로터(5)의 둘레면의 사이에 형성되는 각이 예각이 되도록, 박판 실 편(20)은, 리테이너(21, 22)에 고정되어 있다.

따라서, 박판 실 편(20)은, 직경 방향(Dr) 내측을 향함에 따라, 회전 방향(Bc) 전방 측으로 연장하고 있다.

이와 같이 구성된 실 세그먼트(11)에 있어서는, 로터(5)가 정지하고 있을 때에는 각 박판 실 편(20)의 선단이 로터(5)와 접촉하고 있다. 로터(5)가 회전하면 그 로터(5)의 회전에 의하여 발생하는 동압(動壓) 효과에 의하여, 박판 실 편(20)의 선단이 로터(5)의 외주로부터 부상하여 로터(5)와 비접촉 상태가 된다. 이 때문에, 이 실 세그먼트(11)에서는, 각 박판 실 편(20)의 마모가 억제되어, 실 수명이 길어진다.

고압 측 측판(23)은, 외주 측에 감입(嵌入) 단차부(23a)를 갖는다. 감입 단차부(23a)의 축 방향(Da)의 폭은, 내주 측에 있어서의 고압 측 측판(23)의 축 방향(Da)의 폭보다 크다.

저압 측 측판(24)은, 외주 측에 감입 단차부(24a)를 갖는다. 감입 단차부(24a)의 축 방향(Da)의 폭은, 내주 측에 있어서의 저압 측 측판(24)의 축 방향(Da)의 폭보다 크다.

감입 단차부(23a, 24a)는, 각각 박판 실 편(20)의 절결부(20a, 20b)에 끼워 넣어져 있다.

또한, 리테이너(21)는, 복수의 박판 실 편(20)의 외주 측 기단(27)에 있어서의 일방의 측 가장자리(고압 측의 측 가장자리)에 대면하는 면에, 오목 홈(21a)을 갖고 있다. 리테이너(22)는, 복수의 박판 실 편(20)의 외주 측 기단(27)에 있어서의 타방의 측 가장자리(저압 측의 측 가장자리)에 대면하는 면에, 오목 홈(22a)을 갖고 있다. 절결부(20a, 20b)에는, 고압 측 측판(23)의 감입 단차부(23a), 저압 측 측판(24)의 감입 단차부(24a)가 끼워 넣어져 있다. 감입 단차부(23a) 및 감입 단차부(24a)가 끼워 넣어진 복수의 박판 실 편(20)에 대하여, 그 외주 측에 있어서의 일방의 측 가장자리(고압 측의 측 가장자리)가 리테이너(21)의 오목 홈(21a)에 끼워 넣어져 있다. 또한, 그 외주 측에 있어서의 타방의 측 가장자리(저압 측의 측 가장자리)가 리테이너(22)의 오목 홈(22a)에 끼워 넣어져 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 각 박판 실 편(20)이 리테이너(21, 22)에 고정된다.

하우징(30)의 내주 벽면에는, 환상의 오목 홈(31)이 형성되어 있다. 환상의 오목 홈(31)은, 로터(5)의 축 방향에 있어서 외주 측의 폭이 내주 측의 폭보다 커지도록, 박판 실 편(20)의 일방의 측 가장자리(고압 측의 측 가장자리) 및 타방의 측 가장자리(저압 측의 측 가장자리)에 대향하는 측면에 단차가 마련된 형상으로 되어 있다. 이 단차에 있어서의 외주 측을 향하는 면에 리테이너(21, 22)의 내주 측을 향하는 면이 맞닿도록 하여, 하우징(30)의 오목 홈(31) 내에, 박판 실 편(20), 리테이너(21, 22), 고압 측 측판(23) 및 저압 측 측판(24)이 끼워 넣어져 있다. 박판 실 편(20)의 내주 측 단부(26)가 고압 측 측판(23)보다 로터(5) 측으로 돌출되어 있다. 한편, 박판 실 편(20)의 내주 측 단부(26)는 저압 측 측판(24)보다 로터(5) 측으로 돌출되어 있지만, 그 돌출량은 고압 측보다 크게 설정되어 있다. 즉, 박판 실 편(20)은 고압 측보다 저압 측에 있어서의 작동 유체(G)에 대하여 보다 크게 노출하고 있다. 바꾸어 말하면, 고압 측 측판(23)은 박판 실 편(20)의 측면에 있어서의 보다 넓은 범위를 작동 유체(G)로부터 차폐하고 있다.

고압 측 측판(23)은, 작동 유체(G)의 흐름에 의한 압력에 의하여, 박판 실 편(20)의 측면(20c)에 밀착함으로써, 작동 유체(G)가 복수의 박판 실 편(20) 사이의 간극으로 크게 흘러드는 것을 억제한다. 따라서, 고압 측 측판(23)은, 복수의 박판 실 편(20) 사이의 간극 부분에 있어서, 내주 측 단부(26)로부터 외주 측 기단(27)을 향하는 상향 흐름을 만들어 내고, 유체력(流?力)으로 박판 실 편(20)의 내주 측 단부(26)를 부상시켜, 비접촉화시키고 있다.

또, 저압 측 측판(24)은, 고압 측 측판(23)과 박판 실 편(20)에 의하여 눌려 하우징(30)의 내주 벽면의 저압 측 벽면(32)에 밀착한다. 저압 측 측판(24)은, 고압 측 측판(23)보다 내경이 크기 때문에, 복수의 박판 실 편(20) 사이의 간극의 흐름을 부상하기 쉬운 흐름 상황으로 하고 있다.

도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 하우징(30)은, 축 방향(Da)에 대하여, 제1 부재(30a)와 제2 부재(30b)로 분할되어 있는 분할 구조를 갖는다. 하우징(30)은, 축 방향(Da) 고압 측에 제1 부재(30a), 축 방향(Da) 저압 측에 제2 부재(30b)를 갖는다.

축 방향(Da) 양측으로부터 실 체(13)를 개재하도록 제1 부재(30a)와 제2 부재(30b)가 맞춰짐으로써, 하우징(30)은, 실 체(13)를 수용하고 있다.

본 실시형태에 있어서, 하우징(30)은, 평면(30c)으로 분할되어 있다.

하우징(30)을 설명하는 형편상, 도 4에서는, 1개의 실 세그먼트(11) 중, 하우징(30) 및 실 체(13)만이 편의상 나타나 있다.

본 실시형태의 하우징(30)에 대하여 도 5를 참조하여 자세하게 설명한다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 하우징(30)은, 하우징 본체(34)와, 연장부(35)를 갖는다. 본 실시형태에서는, 하우징(30)은, 상기와 같이, 제1 부재(30a)와 제2 부재(30b)로 분할되어 있으므로, 제1 부재(30a), 제2 부재(30b)가 각각, 하우징 본체(34)와, 연장부(35)를 갖는다.

하우징(30)의 구조를 설명하는 형편 상, 도 5에서는, 실 세그먼트(11) 중, 하우징(30)의 제1 부재(30a)가 제거된 상태의 구성이 나타나 있다.

하우징 본체(34)와 연장부(35)는, 일체 성형되어 있다. 본 실시형태에서는, 하우징(30)은, 상기와 같이, 제1 부재(30a), 제2 부재(30b)로 분할되어 있으므로, 제1 부재(30a), 제2 부재(30b) 각각에 있어서, 하우징 본체(34)를 구성하는 부분과 연장부(35)를 구성하는 부분이, 일체 성형되어 있다.

하우징 본체(34)는, 실 체(13)를 직경 방향(Dr) 내측으로 돌출시키면서 수용하고 있다.

연장부(35)는, 하우징 본체(34)의 둘레 방향(Dc)의 단부에 마련되어 있다.

연장부(35)는, 직경 방향(Dr) 내측을 향하여, 실 체(13)의 둘레 방향(Dc)의 단부면을 따라 뻗어 있다. 본 실시형태에서는, 연장부(35)는, 직경 방향(Dr) 내측을 향함에 따라, 회전 방향(Bc) 전방 측으로 경사져 뻗어 있다. 특히 본 실시형태에서는, 연장부(35)는, 직경 방향(Dr)에 대하여, 실 체(13)의 둘레 방향(Dc)의 단부면과 동일한 경사 각도로 경사져 있다.

본 실시형태에서는, 하우징(30)은, 하우징 본체(34)의 둘레 방향(Dc)의 양측에, 각각 연장부(35)를 갖는다. 즉, 하우징(30)은, 회전 방향(Bc) 전방 측에 제1 연장부(35f)를 갖고, 회전 방향(Bc) 후방 측에 제2 연장부(35b)를 갖는다.

제1 연장부(35f)와 제2 연장부(35b)는, 직경 방향(Dr)에 대하여, 서로 동일한 경사 각도로 경사져 있다. 이 때문에, 복수의 실 세그먼트(11)가, 둘레 방향(Dc)을 따라 환상으로 배치되면, 연장부(35)는, 옆의 실 세그먼트(11)의 연장부(35)와 전체에 걸쳐 면 접촉한다.

본 실시형태의 작용, 효과에 대하여 설명한다.

본 실시형태에서는, 하우징(30)은, 직경 방향(Dr) 내측을 향하여, 실 체(13)의 둘레 방향(Dc) 단부면을 따라 뻗는 연장부(35)를 갖는다. 이 때문에, 실 체(13)의 둘레 방향(Dc) 단부면으로의 유체의 누입이 억제된다. 따라서, 실 세그먼트(11)는, 유체의 누입에 의하여 박판 실 편(20)에 발생하는 플러터링을 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 연장부(35)가 실 체(13)와 동일 방향으로 경사져 있으므로, 연장부(35)와 실 체(13)의 사이의 간극을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 실 체(13)의 둘레 방향(Dc) 단부면으로의 유체의 누입이 더 억제된다.

또, 본 실시형태에서는, 하우징(30)이, 하우징 본체(34)의 둘레 방향(Dc)의 양측에, 각각 연장부(35)를 가짐으로써, 실 체(13)의 둘레 방향(Dc) 양단면으로의 유체의 누입이 더 억제된다. 이 때문에, 둘레 방향(Dc)에 서로 이웃하는 실 세그먼트(11)와의 사이에 간극이 있었다고 해도, 실 세그먼트(11)는, 하우징 본체(34)의 둘레 방향의 양측에 있어서, 유체의 누입을 억제할 수 있다.

특히, 가스 터빈(1)에 포함되는 경우, 축 실 장치(10)는, 복수의 실 세그먼트(11)와 같이, 둘레 방향(Dc)으로 분할된 분할 구조를 취하는 경우가 많다.

축 실 장치(10)를 분할 구조로 하면, 분할 개소에서는 사이드 플레이트(25)도 분할되기 때문에, 사이드 플레이트(25)가 실 체(13)에 밀착하기 어려운 개소가 발생하여, 실 체(13) 내부의 흐름이 변화하고, 적정한 부상력이 되지 않는 경우가 있다. 부상 특성이 저하되면, 실 체(13)의 마모가 진행된다.

또한, 분할 개소에서는, 사이드 플레이트(25)가 실 체(13) 측면을 덮지 않는 개소를 갖는 경우가 있기 때문에, 실 체(13) 내부에 축 방향(Da)의 유체의 흐름이 발생한다. 이 때문에, 플러터가 발생하기 쉽다.

이에 대하여, 본 실시형태에서는, 하우징(30)의 둘레 방향 단부(12)의 형상이, 실 체(13)의 형상에 맞춰, 직경 방향에 대하여 경사져 컷된 형상을 갖는다. 또한 분할 개소를 하우징(30)이 메우고 있다. 이 때문에, 분할 개소로의 유체의 누입이 억제된다.

따라서, 축 실 장치(10)는, 분할 개소로의 누입에 의한 예기치 않은 압력 밸런스를 억제할 수 있어, 분할 개소의 마모를 저감할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 실 세그먼트(11)끼리의 맞춤면까지 연장부(35)가 뻗어 있다. 이 때문에, 비록 복수의 실 세그먼트(11)를 나열할 때에 사이드 플레이트(25)로부터 둘레 방향(Dc)으로 박판 실 편(20)이 돌출하고 있어도, 연장부(35)에 의하여, 돌출하고 있는 박판 실 편(20)이, 옆의 실 세그먼트(11)의 박판 실 편(20)과 접촉하는 것을 억제할 수 있다.

<제2 실시형태>

이하, 본 발명의 제2 실시형태에 대하여, 도 6을 참조하여 설명한다.

제1 실시형태에 대하여, 제2 실시형태의 실 세그먼트(111)의 연장부가, 직경 방향(Dr)에 대하여, 더 경사져 있는 점이 다르다. 다른 점에 대해서는, 제1 실시형태와 동일하다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 실 세그먼트(111)는, 하우징(130)을 구비한다.

하우징(130)은, 하우징 본체(134)와, 연장부(135)를 갖는다.

연장부(135)는, 직경 방향(Dr)에 대하여, 예압을 부여했을 때의 실 체(13)의 둘레 방향(Dc)의 단부면보다 큰 각도로 경사져 뻗어 있다. 그 때, 예압을 부여했을 때의 실 체(13)의 둘레 방향(Dc)의 단부면의 경사 각도가 미리 구해짐으로써, 연장부(135)는 구성된다.

본 실시형태의 작용, 효과에 대하여 설명한다.

연장부가, 직경 방향(Dr)에 대하여, 실 체(13)의 둘레 방향(Dc)의 단부면과 동일한 경사 각도로 경사져 있으면, 실 체(13)에 예압을 부여한 경우에, 연장부가 실 체(13)에 접촉한다. 이 때문에, 실 체(13)의 강성이 커지는 경우가 있다.

이와 같은 경우, 연장부가, 직경 방향(Dr)에 대하여, 실 체(13)의 둘레 방향(Dc)의 단부면보다 미리 큰 각도로 경사져 있으면, 접촉에 의한 강성 상승을 방지하는 것을 생각할 수 있다.

따라서, 본 실시형태에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 연장부(135)는, 직경 방향(Dr)에 대하여, 예압을 부여했을 때의 실 체(13)의 둘레 방향(Dc)의 단부면보다 경사져 뻗도록 구성된다.

본 실시형태에 의하면, 예압을 부여했을 때여도, 연장부(135)는, 실 체(13)의 둘레 방향(Dc) 단부면에 접촉하기 어렵다.

따라서, 연장부(135)의 실 체(13)로의 접촉이 억제된다.

본 실시형태의 변형예로서, 직경 방향(Dr)에 대하여, 사이드 플레이트(25)의 둘레 방향(Dc)의 단부면보다, 연장부(135)의 경사 각도가 커지도록 구성되어도 된다.

통상, 사이드 플레이트(25)는, 실 체(13)의 둘레 방향(Dc)의 측면을 덮는 형상을 갖고 있다. 이 때문에, 직경 방향(Dr)에 대하여, 사이드 플레이트(25)의 둘레 방향(Dc)의 단부면보다, 연장부(135)가 경사져 있으면, 실 체(13)에 예압을 부여한 경우여도, 연장부(135)는, 실 체(13)의 둘레 방향(Dc) 단부면에 접촉하기 어렵다.

따라서, 이 경우도 동일하게, 연장부(135)는, 실 체(13)의 둘레 방향(Dc) 단부면에 접촉하기 어려워, 연장부(135)의 실 체(13)로의 접촉이 억제된다.

<변형예>

상기 각 실시형태에서는, 하우징 본체는, 실 체를 직경 방향(Dr) 내측으로 돌출시키면서 수용하고 있다. 변형예로서, 하우징 본체는, 사이드 실을 직경 방향(Dr) 내측으로 더 돌출시키면서 수용해도 된다.

상기 각 실시형태에서는, 하우징은, 하우징 본체의 둘레 방향(Dc)의 양측에, 각각 연장부를 갖는다. 변형예로서, 하우징은, 하우징 본체의 둘레 방향의 양측 중, 일방 측에만 연장부를 가져도 된다. 즉, 하우징은, 회전 방향(Bc) 전방 측에만 연장부를 가져도 되고, 회전 방향(Bc) 후방 측에만 연장부를 가져도 된다.

상기 각 실시형태에서는, 서로 이웃하는 실 세그먼트의 둘레 방향 단부끼리는, 간극 없이 배치되어 있다. 변형예로서, 서로 이웃하는 실 세그먼트의 둘레 방향 단부는, 간극을 두고 배치되어도 된다. 이 경우, 연장부는, 옆의 실 세그먼트의 연장부와 면접촉하지 않고, 간극을 갖게 된다.

상기 각 실시형태에서는, 제1 연장부와 제2 연장부는, 직경 방향(Dr)에 대하여, 서로 동일한 경사 각도로 경사져 있다. 변형예로서, 제1 연장부와 제2 연장부는, 직경 방향(Dr)에 대하여, 서로 다른 경사 각도로 경사져 있어도 된다. 이 경우, 연장부는, 옆의 실 세그먼트의 연장부와 전체에 걸쳐 면 접촉하지 않고, 부분적으로 접촉하게 된다.

상기 각 실시형태에서는, 하우징 본체와 연장부는, 일체 성형되어 있다.

변형예로서, 일체 성형하지 않고, 하우징 본체에 연장부가 장착되어도 된다. 예를 들면, 브레이징이나 용접에 의하여, 하우징 본체에 연장부가 장착되어도 된다.

다른 변형예로서, 일체 성형하지 않고, 하우징 본체에 연장부가 탈착 가능하게 장착되어도 된다. 예를 들면, 하우징 본체와 연장부가 서로 나사 고정할 수 있도록 구성되어도 되고, 하우징 본체에 연장부가 끼워 넣어지도록 구성되어도 된다.

상기 각 실시형태에서는, 하우징은, 평면에서, 제1 부재와 제2 부재로 분할되어 있지만, 변형예로서 하우징(230)과 같이 구성되어도 된다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 하우징(230)은, 단차면(230c)에서, 제1 부재(230a)와 제2 부재(230b)로 분할되어 있다. 이 때문에, 제1 부재(230a)와 제2 부재(230b)는, 단차면(230c)에 있어서, 서로 끼워 맞춰진다. 따라서, 본 변형예의 실 세그먼트는, 제1 부재(230a)와 제2 부재(230b)가 어긋나기 어려운 구조를 갖는다. 또한 본 변형예의 실 세그먼트는, 제1 부재(230a)와 제2 부재(230b)를 조립하기 쉽다.

<산업상 이용가능성>

본 발명의 일 양태에 의하면, 박판 실 편에 발생하는 플러터링을 억제할 수 있다.

1: 가스 터빈(회전 기계)
2: 압축기
3: 연소기
4: 터빈
5: 로터
6: 정익
7: 동익
8: 케이싱
8a: 베어링부
9: 케이싱
9a: 베어링부
10: 축 실 장치
11: 실 세그먼트
12: 둘레 방향 단부
13: 실 체
20: 박판 실 편
20a: 절결부
20b: 절결부
20c: 측면
21: 리테이너
21a: 오목 홈
22: 리테이너
22a: 오목 홈
23: 고압 측 측판
23a: 감입 단차부
24: 저압 측 측판
24a: 감입 단차부
25: 사이드 플레이트
26: 내주 측 단부
27: 외주 측 기단
30: 하우징
30a: 제1 부재
30b: 제2 부재
30c: 평면
31: 오목 홈
32: 저압 측 벽면
34: 하우징 본체
35: 연장부
35b: 제2 연장부
35f: 제1 연장부
111: 실 세그먼트
130: 하우징
134: 하우징 본체
135: 연장부
230: 하우징
230a: 제1 부재
230b: 제2 부재
230c: 단차면
Ax: 축선
Bc: 회전 방향
Da: 축 방향
Dc: 둘레 방향
Dr: 직경 방향
G: 작동 유체

Claims (7)

1. 회전축의 직경 방향 내측을 향함에 따라 상기 회전축의 회전 방향 전방 측으로 경사져 뻗음과 함께 상기 회전축의 둘레 방향으로 복수 적층된 박판 실 편을 갖는 실 체와,
   상기 실 체를 상기 회전축의 축 방향의 양측으로부터 덮도록 둘레 방향으로 뻗는 한 쌍의 사이드 플레이트와,
   상기 실 체를 상기 직경 방향 내측으로 돌출시키면서 수용하는 하우징 본체, 및 상기 하우징 본체의 상기 둘레 방향의 단부에 마련되며, 상기 직경 방향 내측을 향하여 상기 실 체의 상기 둘레 방향의 단부면을 따라 뻗는 연장부를 갖는 하우징을 구비하는 실 세그먼트.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 연장부가, 상기 직경 방향 내측을 향함에 따라 상기 회전축의 회전 방향 전방 측으로 경사져 뻗는 실 세그먼트.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 연장부가, 상기 직경 방향에 대하여, 예압을 부여했을 때의 상기 실 체의 상기 둘레 방향의 단부면보다 경사져 뻗는 실 세그먼트.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 연장부가, 상기 직경 방향에 대하여, 상기 사이드 플레이트의 상기 둘레 방향의 단부면보다 경사져 뻗는 실 세그먼트.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 하우징이, 상기 하우징 본체의 상기 둘레 방향의 양측에, 각각 상기 연장부를 갖는 실 세그먼트.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 하우징이, 상기 하우징 본체의 상기 둘레 방향의 양측 중, 일방에만 상기 연장부를 갖는 실 세그먼트.
7. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 실 세그먼트를 복수 구비하고,
   상기 복수의 실 세그먼트가, 상기 둘레 방향을 따라 나열되어 있는 회전 기계.

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