KR102606418B1 - 고온 부품 및 고온 부품의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
일 실시형태에 따른 고온 부품은, 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품으로서, 상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 냉각 통로와, 각각의 상기 냉각 통로 내에 마련되고, 상기 냉각 통로를 복수의 제 1 분기 유로로 나누는 제 1 칸막이벽을 구비하고, 상기 제 1 칸막이벽은, 상기 제 1 칸막이벽의 상류측 영역에 있어서, 상기 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 상기 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감하도록 형성된 경사부를 포함한다.
Description
본 개시는 고온 부품 및 고온 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 가스 터빈이나 로켓 엔진 등, 고온의 작동 가스가 내부를 흐르는 기계에서는, 그 기계를 구성하는 부품에는, 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품이 포함된다. 이러한 고온 부품의 냉각 구조로서, 부품의 내부에 냉각 공기가 유통 가능한 복수의 배송 채널(냉각 통로)에 냉각 공기를 유통시킴으로써 고온 부품의 냉각을 실행하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
냉각 통로에 유통되는 냉각 공기(냉각 매체)는, 냉각 통로의 내벽면으로부터 전달되는 열에 의해서, 냉각 통로의 하류측을 향해 흐름에 따라 온도가 상승한다. 따라서, 냉각 통로의 하류측을 향함에 따라 내벽면과 냉각 매체의 온도차가 작아져서 전열량이 저하하고, 냉각 능력이 저하한다. 그 때문에, 예를 들면, 냉각 매체의 유통량을 늘리는 등에 의해서, 냉각 통로의 하류측에서 냉각 능력이 부족하지 않게 하면, 냉각 통로의 상류측에서는, 냉각 능력이 과잉하게 되어 버린다.
가스 터빈이나 로켓 엔진 등과 같이 고온의 작동 가스에 의해서 작동하는 기계에서는, 일반적으로, 과잉한 냉각은 기계의 열효율의 저하를 초래해버린다. 그 때문에, 과잉한 냉각을 억제하면서, 냉각 능력이 부족하지 않게 하는 것이 바람직하고 있다.
상술의 사정에 비추어, 본 발명의 적어도 일 실시형태는, 과잉한 냉각을 억제하면서, 냉각 능력이 부족하지 않게 할 수 있는 고온 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 고온 부품은,
냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품으로서,
상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 냉각 통로와,
각각의 상기 냉각 통로 내에 마련되고, 상기 냉각 통로를 복수의 제 1 분기 유로로 나누는 제 1 칸막이벽을 구비하고,
상기 제 1 칸막이벽은, 상기 제 1 칸막이벽의 상류측 영역에 있어서, 상기 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 상기 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감하도록 형성된 경사부를 포함한다.
상기 (1)의 구성에 의하면, 제 1 칸막이벽을 냉각 통로 내에 마련함으로써, 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 냉각 통로의 유로 단면적을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 냉각 통로를 흐르는 냉각 매체의 유속이, 제 1 칸막이벽이 마련되지 않은 구간인 제 1 분기 유로보다 상류측의 구간보다, 제 1 칸막이벽이 마련되어 있는 구간인 제 1 분기 유로쪽이 빨라진다. 따라서, 제 1 분기 유로에 있어서의 냉각 매체에의 열전달률을 제 1 분기 유로보다 상류측의 구간보다 크게 할 수 있다.
또한, 제 1 칸막이벽을 냉각 통로 내에 마련함으로써, 제 1 분기 유로보다 상류측의 구간에 있어서의 단위 길이당 냉각 통로의 내벽면의 면적보다, 복수의 제 1 분기 유로에 있어서의 단위 구간당 복수의 제 1 분기 유로의 내벽면의 면적의 합계 면적쪽을 크게 할 수 있다.
이들에 의해, 제 1 분기 유로보다 상류측의 구간에 있어서 과잉한 냉각을 억제하면서, 제 1 분기 유로에 있어서 하류측을 향함에 따라 냉각 매체의 온도가 상승해도 냉각 능력이 부족하지 않게 할 수 있다.
또한, 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향해서 급감하면, 유로 단면적의 급감하기 전(상류측)의 구간으로부터 급감한 후(하류측)의 구간에 걸쳐서, 냉각 매체에의 열전달률이 급증하고, 고온 부품의 온도가 급격하게 저하하는 영역이 발생할 우려가 있다. 또한, 단위 길이당 냉각 통로의 내벽면의 면적이 상류측으로부터 하류측을 향해서 급증하면, 내벽면의 면적의 급증하기 전(상류측)의 구간으로부터 급증한 후(하류측)의 구간에 걸쳐서, 냉각 매체에의 전열량이 급증하고, 고온 부품의 온도가 급격하게 저하하는 영역이 발생할 우려가 있다.
고온 부품에 있어서 장소에 의해서 온도가 급변하는 영역이 발생하면, 열 응력이 커져서 고온 부품의 내구성에 악영향을 줄 우려가 있다. 또한, 과잉한 냉각에 의한 열효율의 저하에도 연결될 수 있다.
그 점, 상기 (1)의 구성에 의하면, 냉각 통로에 있어서 경사부가 형성된 구간에서는, 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감한다. 이에 의해, 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향해서 급감하는 것, 및 단위 길이당 냉각 통로의 내벽면의 면적이 상류측으로부터 하류측을 향해서 급증하는 것을 억제하여, 상술한 바와 같은 냉각 매체에의 열전달률이나 전열량의 급증을 억제할 수 있다. 따라서, 고온 부품의 온도가 급격하게 저하하는 영역이 발생하는 것을 억제할 수 있어서, 고온 부품의 내구성을 해치지 않는다. 또한, 과잉한 냉각에 의한 열효율의 저하를 억제할 수 있다.
(2) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1)의 구성에 있어서,
각각의 상기 냉각 통로는 상기 제 1 칸막이벽에 의해서, 상기 냉각 통로의 폭방향에 있어서 한 쌍의 상기 제 1 분기 유로로 나누어져 있고,
각각의 상기 제 1 분기 유로는, 상기 폭방향에 있어서 상기 제 1 칸막이벽의 상기 경사부에 인접하는 상기 제 1 분기 유로의 상류단 영역에 있어서, 상기 폭방향에 직교하는 상기 냉각 통로의 높이 방향의 치수(Hp)가 하류측을 향해서 점증하도록 형성되어 있다.
상기 (2)의 구성에 의하면, 제 1 분기 유로의 상류단 영역에 있어서 유로 단면적을 점증할 수 있다. 이에 의해, 제 1 칸막이벽을 마련하는 것에 의한, 유로 단면적의 감소를 억제할 수 있어서, 상술한 바와 같은 냉각 매체에의 열전달률의 급증을 억제할 수 있다.
(3) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 또는 (2)의 구성에 있어서,
각각의 상기 냉각 통로는 상기 제 1 칸막이벽에 의해서, 상기 냉각 통로의 폭방향에 있어서 한 쌍의 상기 제 1 분기 유로로 나누어져 있고,
각각의 상기 제 1 분기 유로는 적어도 상기 경사부보다 하류측에 있어서, 상기 폭방향에 직교하는 상기 냉각 통로의 높이 방향의 치수(Hp)가 하류측을 향해서 점감하는 유로 높이 축소부를 포함한다.
상기 (3)의 구성에 의하면, 유로 높이 축소부에 있어서 유로 단면적을 점감할 수 있다. 이에 의해, 유로 높이 축소부에 있어서 냉각 매체의 유속, 즉, 열전달률을 점증할 수 있으므로, 유로 높이 축소부에 있어서 하류측을 향함에 따라 냉각 매체의 온도가 상승해도 냉각 능력이 부족하지 않게 할 수 있다.
(4) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (3)의 구성에 있어서, 상기 냉각 통로의 상기 연장 방향에 있어서, 상기 유로 높이 축소부와 상기 경사부가 적어도 부분적으로 오버랩되어 있다.
상기 (4)의 구성에 의하면, 유로 높이 축소부와 경사부가 오버랩되어 있는 구간에서는, 유로 높이 축소부와 경사부가 오버랩되지 않은 구간과 비교해서, 냉각 통로에 있어서의 단위 길이당 유로 단면적의 감소율을 크게 할 수 있다. 따라서, 보다 냉각이 필요한 영역에 유로 높이 축소부와 경사부가 오버랩되어 있는 구간을 마련함으로써, 필요한 냉각 능력을 확보할 수 있다.
(5) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (3) 또는 (4)의 구성에 있어서,
상기 유로 높이 축소부를 형성하는 상기 제 1 분기 유로의 내벽면은, 상기 냉각 통로의 상기 연장 방향에 대해서 경사지는 테이퍼 벽면을 갖고,
상기 냉각 통로의 상기 연장 방향에 대한 상기 경사부의 경사 각도는, 상기 연장 방향에 대한 상기 테이퍼 벽면의 경사 각도보다 크다.
예를 들면 금속 적층 조형법이나 정밀 주조법에 따라 고온 부품을 제작하는 경우, 냉각 통로의 연장 방향에 대한 경사부의 경사 각도가 작아지면, 경사부에 있어서 냉각 통로의 연장 방향과 교차하는 방향을 지향하는 선단부와 냉각 통로의 벽면의 간극이 작아지는 영역에 있어서 간극의 확보가 곤란해지므로, 경사부를 정밀하게 형성하는 것이 곤란해진다.
이에 대해, 유로 높이 축소부에서는, 냉각 매체를 흘려야 하므로, 유로 높이 축소부에 있어서의 가장 하류측의 영역이어도 테이퍼 벽면은, 해당 테이퍼 벽면과 대향하는 벽면으로부터 어느 정도 이상 이격되어 있다. 그 때문에, 예를 들면, 금속 적층 조형법이나 정밀 주조법에 따라 고온 부품을 제작하는 경우여도, 냉각 통로의 연장 방향에 대한 테이퍼 벽면의 경사 각도가 만약 0도여도 유로 높이 축소부를 형성 가능하다.
상기 (5)의 구성에 의하면, 냉각 통로의 연장 방향에 대한 경사부의 경사 각도가 냉각 통로의 연장 방향에 대한 테이퍼 벽면의 경사 각도보다 크기 때문에, 예를 들면, 금속 적층 조형법이나 정밀 주조법에 따라 고온 부품을 제작하는 경우에, 경사부를 정밀하게 형성하기 쉬워진다.
(6) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
각각의 상기 냉각 통로는 상기 제 1 칸막이벽에 의해서, 상기 냉각 통로의 폭방향에 있어서 한 쌍의 상기 제 1 분기 유로로 나누어져 있고,
상기 경사부는, 상기 폭방향에 직교하는 상기 냉각 통로의 높이 방향에 있어서의 치수(Ht)가 하류측을 향해서 점증하도록 형성되어 있다.
상기 (6)의 구성에서는, 냉각 통로에 있어서의 냉각 매체의 흐름을 따른 구간 중, 경사부가 마련되어 있는 구간에서는, 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 내벽면(한 쌍의 통로 내벽면) 중, 일방의 통로 내벽면은 경사부와 접속되고, 타방의 통로 내벽면은 경사부와의 사이에 간극이 존재한다. 그 때문에, 경사부가 마련되어 있는 구간에서는, 일방의 통로 내벽면과 타방의 통로 내벽면에서, 냉각 매체에 의한 냉각이 되기 쉬움, 즉, 냉각 능력에 차이가 생긴다. 따라서, 상기 (6)의 구성에 의하면, 상술한 냉각 능력의 차이를 고려하여 고온 부품에 있어서의 경사부의 배치를 결정함으로써, 고온 부품에 요구되는 냉각 능력에 대한 과부족을 억제할 수 있다.
(7) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (6)의 구성에 있어서,
상기 고온 부품은 상기 냉각 통로의 상기 높이 방향에 있어서의 일방측에 피가열면을 갖고,
상기 경사부는 상기 냉각 통로를 형성하도록 상기 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면 중, 상기 고온 부품의 상기 피가열면에 가까운 쪽의 제 1 통로 내벽면으로부터 제 2 통로 내벽면을 향해서 입설되어 있다.
상기 (7)의 구성에서는, 냉각 통로에 있어서의 냉각 매체의 흐름에 따른 구간 중, 경사부가 마련되어 있는 구간에서는, 제 1 통로 내벽면은 경사부와 접속되고, 제 2 통로 내벽면은 경사부와의 사이에 간극이 존재한다. 그 때문에, 제 2 통로 내벽면과 비교해서 제 1 통로 내벽면의 냉각 능력을 높일 수 있다. 또한, 제 1 통로 내벽면은, 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면 중 피가열면에 가까운 쪽의 통로 내벽면이다. 따라서, 상기 (7)의 구성에 의하면, 피가열면으로부터의 열을 효율적으로 냉각 매체에 전달할 수 있고, 제 1 통로 내벽면의 과열을 억제할 수 있다.
(8) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (6)의 구성에 있어서,
상기 고온 부품은 상기 냉각 통로의 상기 높이 방향에 있어서의 일방측에 피가열면을 갖고,
상기 경사부는 상기 냉각 통로를 형성하도록 상기 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면 중, 상기 고온 부품의 상기 피가열면에서 먼 쪽의 제 2 통로 내벽면으로부터 제 1 통로 내벽면을 향해서 입설되어 있다.
상기 (8)의 구성에서는, 냉각 통로에 있어서의 냉각 매체의 흐름을 따른 구간 중, 경사부가 마련되어 있는 구간에서는, 제 2 통로 내벽면은 경사부와 접속되고, 제 1 통로 내벽면은 경사부와의 사이에 간극이 존재한다. 그 때문에, 제 2 통로 내벽면과 비교해서 제 1 통로 내벽면의 냉각 능력을 억제할 수 있다. 또한, 제 2 통로 내벽면은, 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면 중 피가열면에서 먼 쪽의 통로 내벽면이다. 즉, 제 1 통로 내벽면은, 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면 중 피가열면에 가까운 쪽의 통로 내벽면이다. 따라서, 상기 (8)의 구성에 의하면, 피가열면으로부터의 열이 냉각 매체에 전달되는 것을 억제할 수 있고, 제 1 통로 내벽면이 과잉하게 냉각되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
(9) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (6) 내지 (8) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 상기 냉각 통로의 상기 연장 방향에 대한 상기 경사부의 경사 각도는, 45도 이하이다.
상기 (9)의 구성에 의하면, 경사부의 경사 각도를 45도 이하로 함으로써, 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 급감하는 것을 억제할 수 있으므로, 냉각 매체에의 열전달률의 급증을 억제할 수 있다. 따라서, 고온 부품의 온도가 급격하게 저하하는 영역이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 고온 부품의 내구성을 해치지 않는다.
또한, 고온 부품이 금속 적층 조형법에 따라 형성된다면, 냉각 통로의 상류측으로부터 하류측을 향해서 적층시켜서 형성하는 경우, 경사부에 있어서의 오버행 각도를 45도 이하로 억제할 수 있으므로, 경사부를 정밀하게 형성할 수 있다.
(10) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
각각의 상기 냉각 통로는 상기 제 1 칸막이벽에 의해서, 상기 냉각 통로의 폭방향에 있어서 한 쌍의 상기 제 1 분기 유로로 나누어져 있고,
상기 경사부는, 상기 폭방향에 있어서의 치수(Wt)가 하류측을 향해서 점증하도록 형성되어 있다.
상기 (10)의 구성에서는, 냉각 통로에 있어서의 냉각 매체의 흐름을 따른 구간 중, 경사부가 마련되어 있는 구간에서는, 폭방향에 직교하는 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 내벽면(한 쌍의 통로 내벽면)의 양방 모두가 경사부와 접속되도록 할 수 있다. 그 때문에, 경사부가 마련되어 있는 구간에서는, 일방의 통로 내벽면과 타방의 통로 내벽면에서, 냉각 매체에 의한 냉각이 되기 쉬움, 즉, 냉각 능력에 차이가 생기는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 (10)의 구성은, 일방의 통로 내벽면과 타방의 통로 내벽면에서 냉각 능력에 차이가 생기는 것이 바람직하지 않은 경우에 적절하다.
(11) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 상기 제 1 칸막이벽의 하류측에 있어서 상기 제 1 분기 유로 내에 마련되고,
상기 제 1 분기 유로를 도중부터 복수의 제 2 분기 유로로 나누는 제 2 칸막이벽을 더 구비한다.
상기 (11)의 구성에 의하면, 제 1 분기 유로를 도중부터 복수의 제 2 분기 유로로 나눔으로써 분기의 단수를 늘릴 수 있어서, 냉각 능력의 조정폭을 크게 할 수 있다.
(12) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 상기 경사부에 있어서의 상기 제 1 칸막이벽의 측면에 연결되는 상기 경사부의 상류단부는 각부가 면취되어 있다.
상기 (12)의 구성에 의하면, 경사부가 형성된 영역에 있어서의 냉각 통로의 압력 손실을 억제할 수 있다.
(13) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (12) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 고온 부품은 상기 냉각 통로의 높이 방향에 있어서의 일방측에 피가열면을 갖고,
상기 냉각 통로를 형성하도록 상기 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면 중, 상기 피가열면에 가까운 쪽의 제 1 통로 내벽면은, 상기 냉각 통로의 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 상기 피가열면과의 거리가 작아지도록 상기 피가열면에 대해서 경사져 있다.
상기 (13)의 구성에 의하면, 냉각 통로의 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 피가열면과 제 1 통로 내벽면의 거리가 작아지므로, 냉각 통로에 있어서의 상류측의 구간에 있어서 과잉한 냉각을 억제하면서, 냉각 통로에 있어서 하류측을 향함에 따라 냉각 매체의 온도가 상승해도 냉각 능력이 부족하지 않게 할 수 있다.
(14) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 고온 부품의 제조 방법은,
냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품의 제조 방법으로서,
금속 적층 조형법에 의해서, 상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 냉각 통로를 상기 고온 부품의 내부에 형성하는 동시에, 각각의 상기 냉각 통로 내에 마련하여서, 상기 냉각 통로를 복수의 제 1 분기 유로로 나누는 제 1 칸막이벽을 형성하는 단계를 구비하고,
상기 제 1 칸막이벽은, 상기 제 1 칸막이벽의 상류측 영역에 있어서, 상기 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 상기 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감하도록 형성된 경사부를 포함한다.
상기 (14)의 방법에 의하면, 제 1 칸막이벽을 냉각 통로 내에 마련하여, 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 냉각 통로의 유로 단면적을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 상술한 바와 같이, 냉각 통로를 흐르는 냉각 매체의 유속이, 제 1 칸막이벽이 마련되지 않은 구간인 제 1 분기 유로보다 상류측의 구간보다, 제 1 칸막이벽이 마련되어 있는 구간인 제 1 분기 유로쪽이 빨라진다.
따라서, 제 1 분기 유로에 있어서의 냉각 매체에의 열전달률을 제 1 분기 유로보다 상류측의 구간보다 크게 할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 제 1 칸막이벽을 냉각 통로 내에 마련함으로써, 제 1 분기 유로보다 상류측의 구간에 있어서의 단위 길이당 냉각 통로의 내벽면의 면적보다, 복수의 제 1 분기 유로에 있어서의 단위 구간당 복수의 제 1 분기 유로의 내벽면의 면적의 합계 면적쪽을 크게 할 수 있다.
이들에 의해, 제 1 분기 유로보다 상류측의 구간에 있어서 과잉한 냉각을 억제하면서, 제 1 분기 유로에 있어서 하류측을 향함에 따라 냉각 매체의 온도가 상승해도 냉각 능력이 부족하지 않게 구성된 고온 부품을 제공할 수 있다.
또한, 상기 (14)의 방법에 의하면, 냉각 통로에 있어서 경사부가 형성된 구간에서는, 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감한다. 이에 의해, 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향해 급감하는 것, 및 단위 길이당 냉각 통로의 내벽면의 면적이 상류측으로부터 하류측을 향해 급증하는 것을 억제하고, 상술한 바와 같은 냉각 매체에의 열전달률이나 전열량의 급증을 억제할 수 있다. 따라서, 고온 부품의 온도가 급격하게 저하하는 영역이 발생하는 것을 억제할 수 있어서, 고온 부품의 내구성을 해치지 않는다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 과잉한 냉각을 억제하면서, 냉각 능력이 부족하지 않게 할 수 있는 고온 부품을 제공할 수 있다.
도 1은 가스 터빈의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2는 터빈의 가스 유로를 도시하는 단면도이다.
도 3은 몇 개의 실시형태에 따른 분할체를 반경방향 외측에서 바라본 모식적인 평면도, 및 둘레방향을 따라서 로터의 회전 방향 하류측으로부터 회전 방향 상류측을 향해서 바라본 모식적인 측면도이다.
도 4는 도 3에 있어서의 A4-A4 시시 단면도이다.
도 5는 도 3에 있어서의 A5-A5 시시 단면도이다.
도 6은 일 실시형태에 따른 분할체의 냉각 통로의 일부에 대한 모식적인 단면도이다.
도 7은 다른 실시형태에 따른 분할체의 냉각 통로의 일부에 대한 모식적인 단면도이다.
도 8은 또다른 실시형태에 따른 분할체의 냉각 통로의 일부에 대한 모식적인 단면도이다.
도 9는 또다른 실시형태에 따른 분할체의 냉각 통로의 일부에 대한 모식적인 단면도이다.
도 10은 경사부의 선단부의 방향이 상이한 2개의 케이스에 대해서 병기한 도면이다.
도 11은 경사부에 있어서, 하류측을 향함에 따라 높이 방향의 치수를 점증시키는 케이스와, 폭방향의 치수를 점증시키는 케이스의 2개의 케이스에 대해서 병기한 도면이다.
도 12는 경사부의 상류단부에 대한 일 실시형태에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 또다른 실시형태에 따른 분할체에 대한, 도 3에 있어서의 A4-A4 시시 단면도에 상당하는 단면의 일부에 대해서 도시하는 도면이다.
도 14는 몇 개의 실시형태에 따른 분할체를 금속 적층 조형법으로 작성하는 경우의 작성 순서의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 15는 경사부의 변형예에 대해서 도시하는 도면이다.
도 16은 제 1 칸막이벽의 변형예에 대해서 도시하는 도면이다.
도 2는 터빈의 가스 유로를 도시하는 단면도이다.
도 3은 몇 개의 실시형태에 따른 분할체를 반경방향 외측에서 바라본 모식적인 평면도, 및 둘레방향을 따라서 로터의 회전 방향 하류측으로부터 회전 방향 상류측을 향해서 바라본 모식적인 측면도이다.
도 4는 도 3에 있어서의 A4-A4 시시 단면도이다.
도 5는 도 3에 있어서의 A5-A5 시시 단면도이다.
도 6은 일 실시형태에 따른 분할체의 냉각 통로의 일부에 대한 모식적인 단면도이다.
도 7은 다른 실시형태에 따른 분할체의 냉각 통로의 일부에 대한 모식적인 단면도이다.
도 8은 또다른 실시형태에 따른 분할체의 냉각 통로의 일부에 대한 모식적인 단면도이다.
도 9는 또다른 실시형태에 따른 분할체의 냉각 통로의 일부에 대한 모식적인 단면도이다.
도 10은 경사부의 선단부의 방향이 상이한 2개의 케이스에 대해서 병기한 도면이다.
도 11은 경사부에 있어서, 하류측을 향함에 따라 높이 방향의 치수를 점증시키는 케이스와, 폭방향의 치수를 점증시키는 케이스의 2개의 케이스에 대해서 병기한 도면이다.
도 12는 경사부의 상류단부에 대한 일 실시형태에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 또다른 실시형태에 따른 분할체에 대한, 도 3에 있어서의 A4-A4 시시 단면도에 상당하는 단면의 일부에 대해서 도시하는 도면이다.
도 14는 몇 개의 실시형태에 따른 분할체를 금속 적층 조형법으로 작성하는 경우의 작성 순서의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 15는 경사부의 변형예에 대해서 도시하는 도면이다.
도 16은 제 1 칸막이벽의 변형예에 대해서 도시하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇 개의 실시형태에 대해서 설명한다. 단, 실시형태로서 기재되어 있거나, 도면에 도시되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 본 발명의 범위를 이에 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다. 예를 들어, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라서」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 또는 「동축」 등의 상대적 또는 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일한 기능이 얻어지는 정도의 각도나 거리를 갖고서 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들어, 「동일」, 「동등」 및 「균질」 등의 사물이 동등한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동등한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일한 기능이 얻어지는 정도의 차이가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들어, 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일 효과가 얻어지는 범위에서, 요철부나 면취부 등을 포함한 형상도 나타내는 것으로 한다.
한편, 하나의 구성요소를 「구비한다」, 「포함한다」, 또는 「갖는다」라고 하는 표현은, 다른 구성요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
이하의 설명에서는, 가스 터빈에 이용하는 고온 부품을 예로 들고, 몇 개의 실시형태에 따른 고온 부품에 대해서 설명한다.
도 1은 가스 터빈의 전체 구성을 도시하는 개략도이며, 도 2는 터빈의 가스 유로를 도시하는 단면도이다.
본 실시형태에 있어서, 도 1에 도시되는 바와 같이, 가스 터빈(10)은 압축기(11)와 연소기(12)와 터빈(13)이 로터(14)에 의해 동축 상에 배치되어서 구성되고, 로터(14)의 일단부에 발전기(15)가 연결되어 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 로터(14)의 축선이 연장되는 방향을 축방향(Da), 이 로터(14)의 축선을 중심으로 한 둘레방향을 둘레방향(Dc)으로 하고, 로터(14)의 축선(Ax)에 대해서 수직인 방향을 반경방향(Dr)으로 한다. 또한, 둘레방향(Dc) 중, 로터(14)의 회전 방향을 회전 방향(R)으로서 나타낸다.
압축기(11)는 공기 도입구로부터 취입된 공기(AI)가 복수의 정익 및 동익을 통과하여 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기(AC)를 생성한다. 연소기(12)는 이 압축 공기(AC)에 대해서 소정의 연료(FL)를 공급하고, 연소함으로써 고온·고압의 연소 가스(FG)가 생성된다. 터빈(13)은 연소기(12)에서 생성된 고온·고압의 연소 가스(FG)가 복수의 정익 및 동익을 통과함으로써 로터(14)를 구동 회전하여, 이 로터(14)에 연결된 발전기(15)를 구동한다.
또한, 도 2에 도시되는 바와 같이, 터빈(13)에서, 터빈 정익(정익)(21)은 익형부(23)의 허브측이 내측 슈라우드(25)에 고정되고, 선단측이 외측 슈라우드(27)에 고정되어서 구성되어 있다. 터빈 동익(동익)(41)은 익형부(43)의 기단부가 플랫폼(45)에 고정되어서 구성되어 있다. 그리고, 외측 슈라우드(27)와 동익(41)의 선단부측에 배치되는 분할 환(50)이 차열환(35)을 거쳐서 차실(터빈 차실)(30)에 지지되고, 내측 슈라우드(25)가 서포트링(31)에 지지되어 있다. 그 때문에, 연소 가스(FG)가 통과하는 연소 가스 유로(32)는, 내측 슈라우드(25)와, 외측 슈라우드(27)와, 플랫폼(45)과, 분할 환(50)에 의해 둘러싸인 공간으로서 축방향(Da)을 따라서 형성된다.
또한, 내측 슈라우드(25), 외측 슈라우드(27) 및 분할 환(50)은 가스 패스면 형성 부재로서 기능한다. 가스 패스면 형성 부재란, 연소 가스 유로(32)를 구획하는 동시에, 연소 가스(FG)가 접촉하는 가스 패스면을 갖는 것이다.
연소기(12), 동익(41)(예를 들면, 플랫폼(45)), 정익(21)(예를 들면, 내측 슈라우드(25)나 외측 슈라우드(27)) 및 분할 환(50) 등은, 연소 가스(FG)가 접촉하는 고온 환경 하에서 사용되는 고온 부품이며, 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 한다. 이하의 설명에서는, 고온 부품의 냉각 구조의 예로서, 분할 환(50)의 냉각 구조에 대해서 설명한다.
도 3은 몇 개의 실시형태에 따른 분할 환(50)을 구성하는 분할체(51) 중 하나를 반경방향(Dr) 외측에서 바라본 모식적인 평면도, 및 둘레방향(Dc)을 따라서 로터(14)의 회전 방향(R) 하류측으로부터 회전 방향(R) 상류측을 향해서 바라본 모식적인 측면도이다. 도 4는 도 3에 있어서의 A4-A4 시시 단면도이다. 도 5는 도 3에 있어서의 A5-A5 시시 단면도이다. 또한, 도 3 내지 도 5에서는, 분할체(51)의 구조를 간략화하여 그리고 있다. 따라서, 예를 들면, 도 3 및 도 5에서는, 분할체(51)를 차열환(35)에 장착하기 위한 후크 등의 기재를 생략하고 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할 환(50)은 둘레방향(Dc)으로 환상으로 형성된 복수의 분할체(51)로 구성된다. 각 분할체(51)는, 내부에 냉각 유로가 형성된 본체(52)를 주요한 구성품으로 한다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 분할체(51)는 반경방향(Dr)의 내표면(52a)이 연소 가스(FG)가 흐르는 연소 가스 유로(32)에 접하도록 배치된다. 분할체(51)의 반경방향(Dr) 내측에는, 일정한 간극을 마련해서, 로터(14)를 중심으로 회전하는 동익(41)이 배치되어 있다. 고온의 연소 가스(FG)에 의한 열손상을 방지하기 위해, 분할체(51)에는, 축방향(Da)으로 연장되는 복수의 축방향 통로(냉각 통로)(60)가 형성되어 있다.
냉각 통로(60)는 둘레방향(Dc)으로 병렬시켜서 복수 배치되어 있다. 제 2 냉각 통로(90)는 축방향(Da)으로 병렬시켜서 복수 배치되어 있다.
도시는 하지 않지만, 일 실시형태에 따른 가스 터빈(10)에서는, 몇 개의 실시형태에 따른 각 분할체(51)에는, 외표면(52b)측으로부터 냉각 공기(CA)가 공급되도록 구성되어 있다. 분할체(51)에 공급된 냉각 공기(CA)는, 냉각 통로(60)를 유통하고, 연소 가스(FG) 중에 배출되는 과정에서, 분할체(51)의 본체(52)를 대류 냉각하고 있다.
이하, 몇 개의 실시형태에 따른 냉각 통로(60)에 대해서 설명한다.
몇 개의 실시형태에 따른 냉각 통로(60)의 각각은, 상류단이 냉각 공기 매니폴드(55)에 접속되어 있다. 몇 개의 실시형태에 따른 냉각 통로(60)의 각각의 내부에는, 냉각 통로(60)를 도중부터 복수의 제 1 분기 유로(63)로 나누는 제 1 칸막이벽(70)이 형성되어 있다. 몇 개의 실시형태에서는, 제 1 칸막이벽(70)은 냉각 통로를 도중부터 한 쌍의 제 1 분기 유로(63)로 나눈다. 도 5, 및 후술하는 도 6 내지 도 12에 있어서, 제 1 칸막이벽(70)의 단면에 상당하는 부분은, 크로스 헤칭에 의해서 나타낸다.
또한, 제 1 칸막이벽(70)은 냉각 통로(60)를 복수의 제 1 분기 유로(63)로 완전하게 분할해도 좋고, 불완전하게 분할해도 좋다. 즉, 제 1 칸막이벽(70)은 반경방향(Dr)을 따라서 후술하는 제 1 통로 내벽면(601)과 제 2 통로 내벽면(602) 사이에서 연속적으로 형성되어 있어도 좋고, 제 1 통로 내벽면(601)과 제 2 통로 내벽면(602) 사이에서 반경방향(Dr)으로 이격된 간극을 갖고 있어도 좋다.
복수의 제 1 분기 유로(63)의 각각은, 하류단이 헤더부(80)에 접속되어 있다. 몇 개의 실시형태에서는, 예를 들면, 각각 이웃하는 3개의 냉각 통로(60)에 있어서의 6개의 제 1 분기 유로(63)의 하류단이 1개의 헤더부(80)의 상류측의 내벽(81)에 접속되어 있다. 몇 개의 실시형태에서는, 분할체(51)에는, 복수의 헤더부(80)가 형성되어 있다.
각 헤더부(80)의 하류측의 내벽(82)에는, 헤더부에 유입된 냉각 공기(CA)를 헤더부(80)의 외부, 즉, 분할체(51)의 외부로 배출하기 위한 1개의 출구 통로(110)가 형성되어 있다. 출구 통로(110)는 분할체(51)에 있어서의 축방향(Da)의 하류측 단부(53)에서 연소 가스(FG) 중에 개구한다.
몇 개의 실시형태에서는, 분할체(51)는 1개의 헤더부(80)와, 해당 헤더부(80)에 하류단이 접속된 3개의 냉각 통로(60)와, 해당 헤더부(80)에 접속된 1개의 출구 통로(110)를 포함하는 냉각 통로 그룹(6)을 복수 포함한다.
분할체(51)의 외부로부터 분할체(51)에 공급되는 냉각 공기(CA)는 냉각 공기 매니폴드(55)에 공급된 후, 냉각 공기 매니폴드(55)로부터 각 냉각 통로(60)로 분배된다. 각 냉각 통로(60)로 분배된 냉각 공기(CA)는, 제 1 칸막이벽(70)으로 나누어지고, 각 제 1 분기 유로(63)로 유입된다. 각 제 1 분기 유로(63)로 유입된 냉각 공기(CA)는, 각 헤더부(80)에서 모아져서, 출구 통로(110)로부터 분할체(51)의 외부로 배출된다.
냉각 공기 매니폴드(55)로부터 각 냉각 통로(60)로 도입된 냉각 공기(CA)는, 축방향(Da)의 하류측을 향해서 흐르는 과정에서, 본체(52)로부터의 입열로 히트 업된다. 따라서, 냉각 공기(CA)가 축방향(Da)의 하류측으로 진행될수록, 각 냉각 통로(60)를 흐르는 냉각 공기(CA)가 과열되고, 냉각 공기(CA)의 냉각 능력이 저하한다. 그 때문에, 분할체(51)의 축방향(Da)의 하류측의 영역은 다른 영역보다 고온화되기 쉽다. 그 때문에, 예를 들면, 냉각 공기(CA)의 유통량을 늘리는 등에 의해서, 냉각 통로(60)의 하류측에서 냉각 능력이 부족하지 않게 하면, 냉각 통로(60)의 상류측에서는, 냉각 능력이 과잉하게 되어 버린다. 가스 터빈이나 로켓 엔진 등과 같이 고온의 작동 가스에 의해서 작동하는 기계에서는, 일반적으로, 과잉한 냉각은 기계의 열효율의 저하를 초래버린다. 그 때문에, 과잉한 냉각을 억제하면서, 냉각 능력이 부족하지 않게 하는 것이 바람직하고 있다.
그래서, 몇 개의 실시형태에서는, 분할체(51)에 있어서의 냉각 구조를 이하에서 설명하는 구성으로 함으로써, 과잉한 냉각을 억제하면서, 냉각 능력이 부족하지 않게 하고 있다.
도 6은 일 실시형태에 따른 분할체(51)의 냉각 통로(60)의 일부에 대한 모식적인 단면도이다. 도 6에서는, 도 5에 있어서의 제 1 칸막이벽(70)의 상류측의 단부의 근방을 확대한 단면도와, 해당 단면도에 있어서의 A6-A6 시시도, B6-B6 시시도, C6-C6 시시도, D6-D6 시시도, 및 E6-E6 시시도를 병기하여 있다.
도 7은 다른 실시형태에 따른 분할체(51)의 냉각 통로(60)의 일부에 대한 모식적인 단면도이다. 도 7에서는, 도 5에 있어서의 제 1 칸막이벽(70)의 상류측의 단부의 근방을 확대한 단면도에 상당하는 단면도와, 해당 단면도에 있어서의 B7-B7 시시도, C7-C7 시시도, D7-D7 시시도, 및 E7-E7 시시도를 병기하여 있다.
도 8은 또다른 실시형태에 따른 분할체(51)의 냉각 통로(60)의 일부에 대한 모식적인 단면도이다. 도 8에서는, 도 5에 있어서의 제 1 칸막이벽(70)의 상류측의 단부의 근방을 확대한 단면도에 상당하는 단면도와, 해당 단면도에 있어서의 B8-B8 시시도, C8-C8 시시도, D8-D8 시시도, 및 E8-E8 시시도를 병기하여 있다.
도 9는 또다른 실시형태에 따른 분할체(51)의 냉각 통로(60)의 일부에 대한 모식적인 단면도이다. 도 9에서는, 도 5에 있어서의 제 1 칸막이벽(70)의 상류측의 단부의 근방을 확대한 단면도에 상당하는 단면도와, 해당 단면도에 있어서의 B9-B9 시시도, C9-C9 시시도, D9-D9 시시도, 및 E9-E9 시시도를 병기하여 있다.
(제 1 칸막이벽(70)을 마련하는 것에 대해서)
몇 개의 실시형태에서는, 도 3 내지 도 9에 도시되는 바와 같이, 분할체(51)는 냉각 통로(60)를 도중부터 복수의 제 1 분기 유로(63)로 나누는 제 1 칸막이벽(70)을 구비하고 있다.
제 1 칸막이벽(70)을 냉각 통로(60) 내에 마련함으로써, 도 6 내지 도 9에 도시되는 바와 같이, 냉각 통로(60)의 연장 방향에서 바라보았을 때의 냉각 통로(60)의 유로 단면적을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 냉각 통로(60)를 흐르는 냉각 매체(냉각 공기(CA))의 유속이, 제 1 칸막이벽(70)이 마련되지 않은 구간인 제 1 분기 유로(63)보다 상류측의 구간(61)보다, 제 1 칸막이벽(70)이 마련되어 있는 구간인 제 1 분기 유로(63)쪽이 빨라진다. 따라서, 제 1 분기 유로(63)에 있어서의 냉각 공기(CA)에의 열전달률을 제 1 분기 유로(63)보다 상류측의 구간(61)보다 크게 할 수 있다.
또한, 제 1 칸막이벽(70)을 냉각 통로(60) 내에 마련함으로써, 제 1 분기 유로(63)보다 상류측의 구간(61)에 있어서의 단위 길이당 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)(내벽면(61a))의 면적보다, 복수의 제 1 분기 유로(63)에 있어서의 단위 구간당 복수의 제 1 분기 유로(63)의 내벽면(63a)의 면적의 합계 면적쪽을 크게 할 수 있다.
이들에 의해, 제 1 분기 유로(63)보다 상류측의 구간(61)에 있어서 과잉한 냉각을 억제하면서, 제 1 분기 유로(63)에 있어서 하류측을 향함에 따라 냉각 공기(CA)의 온도가 상승해도 냉각 능력이 부족하지 않게 할 수 있다.
또한, 냉각 통로(60)의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향해서 급감하면, 유로 단면적의 급감하기 전(상류측)의 구간(구간(61))으로부터 급감한 후(하류측)의 구간에 걸쳐서, 냉각 공기(CA)에의 열전달률이 급증하고, 고온 부품인 분할체(51)의 온도가 급격하게 저하하는 영역이 발생할 우려가 있다. 또한, 단위 길이당 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 면적이 상류측으로부터 하류측을 향해서 급증하면, 내벽면(60a)의 면적의 급증하기 전(상류측)의 구간(구간(61))으로부터 급증한 후(하류측)의 구간에 걸쳐서, 냉각 공기(CA)에의 전열량이 급증하고, 분할체(51)의 온도가 급격하게 저하하는 영역이 발생할 우려가 있다.
분할체(51)와 같은 고온 부품에 있어서 장소에 의해서 온도가 급변하는 영역이 발생하면, 열 응력이 커져서 고온 부품의 내구성에 악영향을 줄 우려가 있다. 또한, 과잉한 냉각에 의한 열효율의 저하에도 연결될 수 있다.
그래서, 몇 개의 실시형태에서는, 도 5 내지 도 9에 도시되는 바와 같이, 제 1 칸막이벽(70)이 경사부(71)를 포함하도록, 제 1 칸막이벽(70)을 형성하였다. 몇 개의 실시형태에서는, 도 5 내지 도 9에 도시되는 바와 같이, 경사부(71)는 제 1 칸막이벽(70)의 상류측 영역(70a)에 있어서, 냉각 통로(60)의 연장 방향에서 바라보았을 때의 냉각 통로(60)의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감하도록 형성되어 있다.
이에 의해, 냉각 통로(60)에 있어서 경사부(71)가 형성된 구간(64)에서는, 냉각 통로(60)의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감한다. 이는, 경사부(71)의 높이, 즉, 경사부(71)의 반경방향(Dr)의 치수가 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점증하는 것에 의해, 반경방향(Dr)에 따른 냉각 통로(60)의 단면에 있어서의 경사부(71)의 단면의 비율이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점증하는 것에 의한 것이다. 바꿔말하면, 냉각 통로(60)의 반경방향(Dr)의 치수에 대한 경사부(71)의 반경방향(Dr)의 치수의 비율이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점증하는 것에 의해, 반경방향(Dr)에 따른 냉각 통로(60)의 단면에 있어서의 경사부(71)의 단면의 비율이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점증하는 것에 의한 것이다.
이에 의해, 냉각 통로(60)의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향해서 급감하는 것, 및 단위 길이당 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 면적이 상류측으로부터 하류측을 향해서 급증하는 것을 억제하고, 상술한 바와 같은 냉각 공기(CA)에의 열전달률이나 전열량의 급증을 억제할 수 있다. 따라서, 분할체(51)의 온도가 급격하게 저하하는 영역이 발생하는 것을 억제할 수 있어서, 분할체(51)의 내구성을 해치지 않는다. 또한, 과잉한 냉각에 의한 열효율의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 몇 개의 실시형태에서는, 냉각 통로(60)의 폭방향의 치수(Wp)는 제 1 칸막이벽(70)으로 나누어지지 않은 구간(구간(61))과, 제 1 칸막이벽(70)으로 나누어져 있는 구간(구간(65))에서 동일한 것으로 한다. 단, 제 1 칸막이벽(70)을 마련하는 것에 의한 작용 효과를 해치지 않는 범위 내이면, 냉각 통로(60)의 폭방향의 치수(Wp)는, 제 1 칸막이벽(70)으로 나누어지지 않은 구간(구간(61))과, 제 1 칸막이벽(70)으로 나누어져 있는 구간(구간(65))에서 상이해도 좋다.
몇 개의 실시형태에서는, 냉각 통로(60)에 있어서의 둘레방향(Dc)을 냉각 통로(60)의 폭방향이라 부른다. 또한, 몇 개의 실시형태에서는, 냉각 통로(60)에 있어서 해당 폭방향에 직교하는 반경방향(Dr)을 냉각 통로(60)의 높이 방향이라 부른다.
(냉각 통로(60)의 높이 방향의 치수(Hp)에 대해서)
예를 들어, 도 5에 도시되는 바와 같이, 냉각 통로(60)는 냉각 통로(60)의 높이 방향의 치수(Hp)가 하류측을 향해서 점감하는 유로 높이 축소부(66, 67)를 포함한다. 또한, 유로 높이 축소부(67)에서는, 냉각 통로(60)의 높이 방향의 치수(Hp)와 제 1 칸막이벽(70)의 높이 방향의 치수가 동등하다.
이에 의해, 유로 높이 축소부(66, 67)에 있어서 냉각 통로(60)의 유로 단면적을 점감할 수 있으므로, 유로 높이 축소부(66, 67)에 있어서 냉각 공기(CA)의 유속, 즉, 열전달률을 점증할 수 있다. 따라서, 유로 높이 축소부(66, 67)에 있어서 하류측을 향함에 따라 냉각 공기(CA)의 온도가 상승해도 냉각 능력이 부족하지 않게 할 수 있다.
유로 높이 축소부(66)는 제 1 분기 유로(63)보다 상류측의 구간(61)에 있어서 냉각 통로(60)의 유로 단면적을 점감시킨다. 유로 높이 축소부(67)는 제 1 칸막이벽(70)으로 나누어져 있는 구간(65) 중 적어도 경사부(71)보다 하류측의 구간에 있어서 냉각 통로(60)(제 1 분기 유로(63))의 유로 단면적을 점감시킨다.
또한, 유로 높이 축소부(66)를 제 1 유로 높이 축소부(66)라고도 부르고, 유로 높이 축소부(67)를 제 2 유로 높이 축소부(67)라고도 부른다.
도 5에 도시되는 실시형태에서는, 제 1 유로 높이 축소부(66)와 제 2 유로 높이 축소부(67) 사이에는, 냉각 통로(60)의 높이 방향의 치수(Hp)가 일정한 구간이 존재하여 있고, 해당 구간을 제 1 유로 높이 불변부(69A)라고도 부른다. 도 5에 도시되는 실시형태에서는, 제 1 유로 높이 불변부(69A)에 경사부(71)가 마련되어 있다.
예를 들어, 도 7에 도시되는 실시형태에서는, 제 1 분기 유로(63)는 폭방향에 있어서 제 1 칸막이벽(70)의 경사부(71)에 인접하는 제 1 분기 유로의 상류단 영역(68)(즉, 구간(64))에 있어서, 냉각 통로(60)의 높이 방향의 치수(Hp)가 하류측을 향해서 점증하는 높이 점증 영역(68a)이 형성되어 있다.
이에 의해, 제 1 분기 유로(63)의 상류단 영역(68)에 있어서 유로 단면적을 점증할 수 있다. 따라서, 제 1 칸막이벽(70)을 마련하는 것에 의한, 유로 단면적의 감소를 억제할 수 있고, 상술한 바와 같은 냉각 공기(CA)에의 열전달률의 급증을 억제할 수 있다.
또한, 높이 점증 영역(68a)에 있어서, 제 1 칸막이벽(70)에 의해서 나누어진 한 쌍의 제 1 분기 유로(63)의 각각의 유로 단면적의 합계 면적은, 하류측을 향해서 점감하도록 해도 좋고, 하류측을 향해서 점증하도록 해도 좋고, 또는 하류측을 향해서 증가도 감소도 하지 않는, 즉, 불변이어도 좋다.
도 7에 도시되는 실시형태에서는, 점증하는 높이 점증 영역(68a)과 제 2 유로 높이 축소부(67) 사이에는, 냉각 통로(60)의 높이 방향의 치수(Hp)가 일정한 구간이 존재하여 있고, 해당 구간을 제 2 유로 높이 불변부(69B)라고도 부른다. 도 7에 도시되는 실시형태에서는, 제 2 유로 높이 불변부(69B)에 있어서의 적어도 상류측의 일부의 구간에 경사부(71)가 마련되어 있다.
예를 들어, 도 8에 도시되는 실시형태에서는, 냉각 통로(60)의 연장 방향에 있어서, 유로 높이 축소부(67)와 경사부(71)가 오버랩되어 있다. 즉, 유로 높이 축소부(67)와 경사부(71)는 예를 들면, 도 5에 도시되는 실시형태와 같이, 냉각 통로(60)의 연장 방향에 있어서 오버랩되지 않아도 좋지만, 도 8에 도시되는 실시형태와 같이 오버랩되어 있어도 좋다.
또한, 냉각 통로(60)의 연장 방향에 있어서, 유로 높이 축소부(67)와 경사부(71)가 적어도 부분적으로 오버랩되어 있어도 좋다.
이에 의해, 유로 높이 축소부(67)와 경사부(71)가 오버랩되어 있는 구간에서는, 예를 들면, 도 5에 도시되는 바와 같이 유로 높이 축소부(67)와 경사부(71)가 오버랩되어 있지 않은 구간과 비교해서, 냉각 통로(60)에 있어서의 단위 길이당 유로 단면적의 감소율을 크게 할 수 있다. 따라서, 보다 냉각이 필요한 영역에 유로 높이 축소부(67)와 경사부(71)가 오버랩되어 있는 구간을 마련함으로써, 필요한 냉각 능력을 확보할 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시되는 실시형태에서는, 유로 높이 축소부(67)를 형성하는 제 1 분기 유로(63)의 내벽면(63a)은, 냉각 통로(60)의 연장 방향에 대해서 경사지는 테이퍼 벽면(63b)을 갖는다. 도 7에 도시되는 실시형태에서는, 냉각 통로(60)의 연장 방향에 대한 경사부(71)의 경사 각도(θt)는, 해당 연장 방향에 대한 테이퍼 벽면(63b)의 경사 각도(θw)보다 크다.
예를 들어, 금속 적층 조형법이나 정밀 주조법에 따라 분할체(51)를 제작하는 경우, 냉각 통로(60)의 연장 방향에 대한 경사부(71)의 경사 각도(θt)가 작아지면, 경사부(71)에 있어서 냉각 통로(60)의 연장 방향과 교차하는 방향을 지향하는 선단부(71a)와 냉각 통로의 내벽면(60a)의 간극이 작아지는 영역에 있어서 간극의 확보가 곤란해지므로, 경사부(71)를 정밀하게 형성하는 것이 곤란해진다.
이에 대해, 유로 높이 축소부(67)에서는, 냉각 공기(CA)를 흘려야 하므로, 유로 높이 축소부(67)에 있어서의 가장 하류측의 영역이어도 테이퍼 벽면(63b)은, 해당 테이퍼 벽면(63b)과 대향하는 내벽면(63a)으로부터 어느 정도 이상 이격되어 있다. 그 때문에, 예를 들면, 금속 적층 조형법이나 정밀 주조법에 따라 분할체(51)를 제작하는 경우여도, 냉각 통로(60)의 연장 방향에 대한 테이퍼 벽면(63b)의 경사 각도가 만약 0도여도 유로를 형성 가능하다.
따라서, 도 7에 도시되는 실시형태에 의하면, 냉각 통로(60)의 연장 방향에 대한 경사부(71)의 경사 각도(θt)가 냉각 통로(60)의 연장 방향에 대한 테이퍼 벽면(63b)의 경사 각도(θw)보다 크기 때문에, 예를 들면, 금속 적층 조형법이나 정밀 주조법에 따라 고온 부품을 제작하는 경우에, 경사부(71)를 정밀하게 형성하기 쉬워진다.
도 5 내지 도 9에 도시되는 실시형태에서는, 냉각 통로(60)의 연장 방향에 대한 경사부(71)의 경사 각도(θt)(도 7 참조)는, 45도 이하이다.
경사부(71)의 경사 각도(θt)를 45도 이하로 함으로써, 냉각 통로(60)의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 급감하는 것을 억제할 수 있으므로, 냉각 공기(CA)에의 열전달률의 급증을 억제할 수 있다. 따라서, 분할체(51)의 온도가 급격하게 저하하는 영역이 발생하는 것을 억제할 수 있어서, 분할체(51)의 내구성을 해치지 않는다.
또한, 후술하는 바와 같이, 분할체(51)가 금속 적층 조형법에 따라 형성된다면, 냉각 통로(60)의 상류측으로부터 하류측을 향해서 적층시켜서 형성하는 경우, 경사부(71)에 있어서의 오버행 각도를 45도 이하로 억제할 수 있으므로, 경사부(71)를 정밀하게 형성할 수 있다.
도 10은 경사부(71)의 선단부(71a)의 방향이 상이한 2개의 케이스에 대해서 병기한 도면이다. 도 10에 있어서의 상측의 도면은, 도 5 내지 도 9에 도시되는 바와 같이, 경사부(71A)가 반경방향(Dr) 외측의 내벽면(60a)으로부터 반경방향(Dr) 내측을 향해 입설하는 케이스를 도시하는 도면이다. 도 10에 있어서의 하측의 도면은, 경사부(71B)가 반경방향(Dr) 내측의 내벽면(60a)으로부터 반경방향(Dr) 외측을 향해서 입설하는 케이스를 도시하는 도면이다.
분할체(51)에 있어서의 반경방향(Dr)의 내표면(52a)은, 연소 가스(FG)에 의한 피가열면이다. 따라서, 이하의 설명에서는, 분할체(51)에 있어서의 반경방향(Dr)의 내표면(52a)을 피가열면(52a)이라고도 부른다.
도 10에 있어서의 상측의 도면과 같이, 경사부(71A)가 반경방향(Dr) 외측의 내벽면(60a)으로부터 반경방향(Dr) 내측을 향해서 입설하는 케이스의 경우, 경사부(71A)는 냉각 통로(60)를 형성하도록 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면(내벽면(60a)) 중, 피가열면(52a)으로부터 먼 쪽의 제 2 통로 내벽면(602)으로부터 제 1 통로 내벽면(601)을 향해서 입설되어 있다.
본 경우에는, 냉각 통로(60)에 있어서의 냉각 공기(CA)의 흐름에 따른 구간 중, 경사부(71A)가 마련되어 있는 구간(64)에서는, 제 2 통로 내벽면(602)은 경사부(71A)와 접속되고, 제 1 통로 내벽면(601)은 경사부(71A)와의 사이에 간극이 존재한다. 그 때문에, 제 2 통로 내벽면(602)과 비교해서 제 1 통로 내벽면(601)의 냉각 능력을 억제할 수 있다. 또한, 제 2 통로 내벽면(602)은 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면 중 피가열면(52a)으로부터 먼 쪽의 통로 내벽면이다. 즉, 제 1 통로 내벽면(601)은 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면 중 피가열면(52a)에 가까운 쪽의 통로 내벽면이다. 따라서, 도 10에 있어서의 상측의 도면에 도시되는 예에서는, 피가열면(52a)으로부터의 열이 냉각 공기(CA)에 전달되는 것을 억제할 수 있고, 제 1 통로 내벽면(601)이 과잉하게 냉각되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
도 10에 있어서의 하측의 도면과 같이, 경사부(71B)가 반경방향(Dr) 내측의 내벽면(60a)으로부터 반경방향(Dr) 외측을 향해서 입설하는 케이스의 경우, 경사부(71B)는 냉각 통로(60)를 형성하도록 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면(내벽면(60a)) 중, 피가열면(52a)에 가까운 쪽의 제 1 통로 내벽면(601)으로부터 제 2 통로 내벽면(602)을 향해서 입설되어 있다.
본 경우에는, 냉각 통로(60)에 있어서의 냉각 공기(CA)의 흐름에 따른 구간 중, 경사부(71B)가 마련되어 있는 구간(64)에서는, 제 1 통로 내벽면(601)은 경사부(71B)와 접속되고, 제 2 통로 내벽면(602)은 경사부(71B)와의 사이에 간극이 존재한다. 그 때문에, 제 2 통로 내벽면(602)과 비교해서 제 1 통로 내벽면(601)의 냉각 능력을 높일 수 있다. 또한, 제 1 통로 내벽면(601)은, 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면 중 피가열면(52a)에 가까운 쪽의 통로 내벽면이다. 따라서, 도 10에 있어서의 하측의 도면에 도시되는 예에서는, 피가열면(52a)으로부터의 열을 효율적으로 냉각 매체에 전달할 수 있어서, 제 1 통로 내벽면(601)의 과열을 억제할 수 있다.
(제 1 통로 내벽면(601)이 피가열면(52a)에 대해서 경사져 있는 경우에 대해서)
도 5 내지 도 8에 도시되는 실시형태에서는, 냉각 통로(60)의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서, 제 1 통로 내벽면(601)과 피가열면(52a)의 거리(d)는 동일하다. 이에 대해, 도 9에 도시되는 실시형태에서는, 냉각 통로(60)를 형성하도록 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면 중, 피가열면(52a)에 가까운 쪽의 제 1 통로 내벽면(601)은, 냉각 통로의 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 피가열면(52a)과의 거리(d)가 작아지도록 피가열면(52a)에 대해서 경사져 있다.
따라서, 냉각 통로(60)의 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라서 피가열면(52a)과 제 1 통로 내벽면(601)의 거리(d)가 작아지므로, 냉각 통로(60)에 있어서의 상류측의 구간에 있어서 과잉한 냉각을 억제하면서, 냉각 통로(60)에 있어서 하류측을 향함에 따라 냉각 공기(CA)의 온도가 상승해도 냉각 능력이 부족하지 않게 할 수 있다.
도 11은 경사부(71)에 있어서, 하류측을 향함에 따라 높이 방향의 치수를 점증시키는 케이스와, 폭방향의 치수를 점증시키는 케이스의 2개의 케이스에 대해서 병기한 도면이다. 도 11에 있어서의 좌측의 도면은 도 5 내지 도 9에 도시되는 바와 같이, 경사부(71A)에 있어서, 하류측을 향함에 따라 높이 방향의 치수를 점증시키는 케이스를 도시되는 도면이다. 도 11에 있어서의 우측의 도면은, 경사부(71C)에 있어서, 하류측을 향함에 따라 폭방향의 치수를 점증시키는 케이스를 도시하는 도면이다.
도 11에 있어서의 좌측의 도면과 같이, 경사부(71A)에 있어서, 하류측을 향함에 따라 높이 방향의 치수를 점증시키는 케이스의 경우, 경사부(71A)는 냉각 통로(60)의 높이 방향에 있어서의 치수(Ht)가 하류측을 향해서 점증하도록 형성되어 있다.
본 경우에는, 냉각 통로(60)에 있어서의 냉각 공기(CA)의 흐름에 따른 구간 중, 경사부(71A)가 마련되어 있는 구간에서는, 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 내벽면(60a)(한 쌍의 통로 내벽면) 중, 일방의 통로 내벽면(예를 들면, 제 2 통로 내벽면(602))은 경사부(71A)와 접속되고, 타방의 통로 내벽면(예를 들면, 제 1 통로 내벽면(601))은 경사부(71A)와의 사이에 간극이 존재한다. 그 때문에, 경사부(71A)가 마련되어 있는 구간(64)에서는, 일방의 통로 내벽면(예를 들면, 제 2 통로 내벽면(602))과 타방의 통로 내벽면(예를 들면, 제 1 통로 내벽면(601))에서, 냉각 공기(CA)에 의한 냉각이 되기 쉬움, 즉, 냉각 능력에 차이가 생긴다. 따라서, 도 11에 있어서의 좌측의 도면에 도시되는 예에서는, 상술한 냉각 능력의 차이를 고려하여 분할체(51)에 있어서의 경사부(71)의 배치를 결정함으로써, 분할체(51)에 요구되는 냉각 능력에 대한 과부족을 억제할 수 있다.
도 11에 있어서의 우측의 도면과 같이, 경사부(71C)에 있어서, 폭방향의 치수를 점증시키는 케이스의 경우, 경사부(71C)는, 폭방향에 있어서의 치수(Wt)가 하류측을 향해서 점증하도록 형성되어 있다.
본 경우에는, 냉각 통로(60)에 있어서의 냉각 공기(CA)의 흐름에 따른 구간 중, 경사부(71C)가 마련되어 있는 구간(64)에서는, 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 내벽면(60a)(한 쌍의 통로 내벽면)의 양방 모두에 경사부(71C)와 접속되도록 할 수 있다. 그 때문에, 경사부(71C)가 마련되어 있는 구간(64)에서는, 일방의 통로 내벽면(예를 들면, 제 2 통로 내벽면(602))과 타방의 통로 내벽면(예를 들면, 제 1 통로 내벽면(601))에서, 냉각 공기(CA)에 의한 냉각이 되기 쉬움, 즉, 냉각 능력에 차이가 생기는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 도 11에 있어서의 우측의 도면에 도시되는 예에서는, 예를 들면, 동익(41)이나 정익(21)에 있어서의 익형부의 복측의 벽면과 배측의 벽면과 같이, 일방의 통로 내벽면과 타방의 통로 내벽면에서 냉각 능력에 차이가 생기는 것이 바람직하지 않은 경우에 적절하다.
도 12는 경사부(71)에 있어서의 제 1 칸막이벽(70)의 측면(72)에 연결되는 경사부(71)의 상류단부(73)(선단부(71a))에 대한 일 실시형태에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 12에 도시된 실시형태에서는, 경사부(71)의 상류단부(73)는 각 부가 면취되어 있다. 이에 의해, 경사부(71)가 형성된 영역에 있어서의 냉각 통로(60)의 압력 손실을 억제할 수 있다.
도 13은 또다른 실시형태에 따른 분할체(51)에 대한, 도 3에 있어서의 A4-A4 시시 단면도에 상당하는 단면의 일부에 대해서 도시하는 도면이다. 도 13에 도시되는 실시형태에 따른 분할체(51)는, 제 1 칸막이벽(70)의 하류측에 있어서 제 1 분기 유로(63) 내에 마련되고, 제 1 분기 유로(63)를 도중부터 복수의 제 2 분기 유로(92)로 나누는 제 2 칸막이벽(77)을 더 구비한다.
이에 의해, 제 1 분기 유로(63)를 도중부터 복수의 제 2 분기 유로(92)로 나눔으로써 분기의 단수를 늘릴 수 있어서, 냉각 능력의 조정 폭을 크게 할 수 있다.
또한, 도 13에 도시되는 실시형태에서는, 1개의 제 1 분기 유로(63)를 제 2 칸막이벽(77)에 의해서 도중부터 2개의 제 2 분기 유로(92)로 나누고 있지만, 3개 이상의 제 2 분기 유로(92)로 나누어도 좋다. 또한, 도 13에 도시되는 실시형태에서는, 1개의 냉각 통로(60)를 2개의 제 1 칸막이벽(70)에 의해서 3개의 제 1 분기 유로(63)로 나누고 있다. 그러나, 도 4 등에 도시되는 바와 같이, 1개의 냉각 통로(60)를 1개의 제 1 칸막이벽(70)에 의해서 2개의 제 1 분기 유로(63)로 나누고, 이들 2개의 제 1 분기 유로(63)의 각각을, 제 2 칸막이벽(77)에 의해서 도중부터 2개의 제 2 분기 유로(92)로 나누어도 좋고, 3개 이상의 제 2 분기 유로(92)로 나누어도 좋다.
(분할체(51)의 제조 방법에 대해서)
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)는 예를 들면, 금속 적층 조형법이나 정밀 주조법에 따라 제작할 수 있다. 도 14는 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)를 금속 적층 조형법으로 작성하는 경우의 작성 순서의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법은, 적층 조형 공정(S10)을 포함한다. 적층 조형 공정(S10)은 금속 적층 조형법에 의해서, 냉각 공기(CA)가 유통 가능한 복수의 냉각 통로(60)를 분할체(51)의 내부에 형성하는 동시에, 각각의 냉각 통로(60) 내에 마련되어서 냉각 통로(60)를 도중부터 복수의 제 1 분기 유로(63)로 나누는 제 1 칸막이벽(70)을 형성하는 단계를 구비한다.
적층 조형 공정(S10)에서는, 제 1 칸막이벽(70)의 상류측 영역(70a)에 있어서, 상기 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 상기 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감하도록 형성된 경사부(71)를 포함하도록 제 1 칸막이벽(70)을 형성한다.
적층 조형 공정(S10)에서는, 예를 들면, 축방향(Da) 상류측으로부터 축방향(Da) 하류측을 향해서 원료 분말을 적층시켜서 분할체(51)를 형성한다. 적층 조형 공정(S10)에 있어서의 분할체(51)의 형성 방법은 예를 들면, 파우더 헤드 방식이어도 좋고, 메탈 데포지션(metal deposition) 방식이어도 좋고, 바인더 제트 방식이어도 좋고, 상술한 방식 이외의 다른 방식이어도 좋다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)를 금속 적층 조형법으로 형성함으로써, 내부에 복잡한 냉각 구조를 갖는 분할체(51)를 비교적 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)를 금속 적층 조형법으로 형성함으로써, 제 1 분기 유로(63)보다 상류측의 구간(61)에 있어서 과잉한 냉각을 억제하면서, 제 1 분기 유로(63)에 있어서 하류측을 향함에 따라 냉각 공기(CA)의 온도가 상승해도 냉각 능력이 부족하지 않게 구성된 분할체(51)를 제공할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태로 한정되지 않고, 상술한 실시형태에 변형을 가한 형태나, 이러한 형태를 적절하게 조합시킨 형태도 포함한다.
예를 들어, 상술한 몇 개의 실시형태에서는, 경사부(71)의 경사 각도(θt)는 경사부(71)의 상류단으로부터 하류단까지 일정한 각도여도 좋고, 예를 들면, 도 15에 도시되는 바와 같이, 경사부(71)의 상류단으로부터 하류단에 이르는 도중에 변화하고 있어도 좋다. 또한, 도 15는, 도 5에 있어서의 제 1 칸막이벽(70)의 상류측의 단부의 근방을 확대한 단면도에 상당하는 단면도이며, 경사부(71)의 변형예에 대해서 도시하는 도면이다. 또한, 도 15에 도시된 변형예에서는, 경사부(71) 중 상류측 경사부(74A)의 경사 각도(θta)는, 경사부(71) 중 하류측 경사부(74B)의 경사 각도(θtb)보다 작지만, 하류측 경사부(74B)의 경사 각도(θtb)보다 커도 좋다. 또한, 경사부(71)의 경사 각도(θt)는, 경사부(71)의 상류단으로부터 하류단에 이르는 도중에 2회 이상 변화해도 좋다. 또한, 경사부(71)의 경사 각도(θt)는, 경사부(71)의 상류단으로부터 하류단에 이르는 과정에서 연속적으로 변화하고 있어도 좋다. 즉, 경사부(71)는 둘레방향(Dc)에서 바라보았을 때에 선단부(71a)가 원호를 그리도록 형성되어 있어도 좋다.
예를 들어, 상술한 몇 개의 실시형태에서는, 제 1 칸막이벽(70)은 냉각 통로(60)의 도중부터 냉각 통로(60)를 복수의 제 1 분기 유로(63)로 나누고 있다. 그러나, 도 16에 도시되는 바와 같이, 제 1 칸막이벽(70)은 냉각 통로(60)의 상류단으로부터 냉각 통로(60)를 복수의 제 1 분기 유로(63)로 나누고 있어도 좋다. 즉, 경사부(71)의 상류단의 위치가 냉각 통로(60)의 상류단의 위치와 동일해도 좋다. 도 16은 도 3에 있어서의 A4-A4 시시 단면도에 상당하는 단면도이며, 제 1 칸막이벽(70)의 변형예에 대해서 도시하는 도면이다. 또한, 도 16에서는 1개의 냉각 통로(60)만 제 1 칸막이벽(70)의 상류단의 위치를 바꾸고 있지만, 이에 한정하지 않고 복수의 제 1 칸막이벽(70)의 상류단의 위치를 변화시켜도 좋다.
예를 들어, 상술한 몇 개의 실시형태에서는, 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품의 예로서 분할 환(50)을 예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 연소기(12), 동익(41), 정익(21), 내측 슈라우드(25), 외측 슈라우드(27) 등, 다른 고온 부품에 대해서도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명을 적용할 수 있는 고온 부품은, 가스 터빈(10)에 있어서의 구성 부품으로 한정되지 않고, 보일러나 로켓 엔진 등, 고온의 매체를 취급하는 여러가지 기계에 있어서의 구성 부품이어도 좋다.
6 : 냉각 통로 그룹
10 : 가스 터빈
12 : 연소기
13 : 터빈
21 : 터빈 정익(정익)
41 : 터빈 동익(동익)
50 : 분할 환
51 : 분할체
52 : 본체
52b : 외표면(피가열면)
60 : 축방향 통로(냉각 통로)
63 : 제 1 분기 유로
63b : 테이퍼 벽면
68 : 상류단 영역
68a : 높이 점증 영역
70 : 제 1 칸막이벽
71, 71A, 71B, 71C : 경사부
73 : 상류단부
77 : 제 2 칸막이벽
80 : 헤더부
92 : 제 2 분기 유로
10 : 가스 터빈
12 : 연소기
13 : 터빈
21 : 터빈 정익(정익)
41 : 터빈 동익(동익)
50 : 분할 환
51 : 분할체
52 : 본체
52b : 외표면(피가열면)
60 : 축방향 통로(냉각 통로)
63 : 제 1 분기 유로
63b : 테이퍼 벽면
68 : 상류단 영역
68a : 높이 점증 영역
70 : 제 1 칸막이벽
71, 71A, 71B, 71C : 경사부
73 : 상류단부
77 : 제 2 칸막이벽
80 : 헤더부
92 : 제 2 분기 유로
Claims (16)
- 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품에 있어서,
상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 냉각 통로와,
각각의 상기 냉각 통로 내에 마련되고, 상기 냉각 통로를 복수의 제 1 분기 유로로 나누는 제 1 칸막이벽을 구비하고,
상기 냉각 통로 및 상기 제 1 분기 유로는 함께 상기 고온 부품의 피가열면을 따라서 형성되어 있고,
상기 제 1 칸막이벽은, 상기 제 1 칸막이벽의 상류측 영역에 있어서, 상기 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 상기 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감하도록 형성된 경사부를 포함하는
고온 부품. - 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품에 있어서,
상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 냉각 통로와,
각각의 상기 냉각 통로 내에 마련되고, 상기 냉각 통로를 복수의 제 1 분기 유로로 나누는 제 1 칸막이벽을 구비하고,
상기 복수의 제 1 분기 유로는, 상기 냉각 매체가 상기 제 1 분기 유로 내를 유통하는 과정에서 상기 냉각 매체에 의해 상기 고온 부품을 대류 냉각하도록 구성되고,
상기 제 1 칸막이벽은, 상기 제 1 칸막이벽의 상류측 영역에 있어서, 상기 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 상기 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감하도록 형성된 경사부를 포함하는
고온 부품. - 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품에 있어서,
상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 냉각 통로와,
각각의 상기 냉각 통로 내에 마련되고, 상기 냉각 통로를 복수의 제 1 분기 유로로 나누는 제 1 칸막이벽을 구비하고,
상기 제 1 칸막이벽은, 상기 제 1 칸막이벽의 상류측 영역에 있어서, 상기 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 상기 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감하도록 형성된 경사부를 포함하고,
각각의 상기 냉각 통로는 상기 제 1 칸막이벽에 의해서, 상기 냉각 통로의 폭방향에 있어서 한 쌍의 상기 제 1 분기 유로로 나누어져 있고,
각각의 상기 제 1 분기 유로는, 상기 폭방향에 있어서 상기 제 1 칸막이벽의 상기 경사부에 인접하는 상기 제 1 분기 유로의 상류단 영역에 있어서, 상기 폭방향에 직교하는 상기 냉각 통로의 높이 방향의 치수(Hp)가 하류측을 향해서 점증하도록 형성되어 있는
고온 부품. - 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품에 있어서,
상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 냉각 통로와,
각각의 상기 냉각 통로 내에 마련되고, 상기 냉각 통로를 복수의 제 1 분기 유로로 나누는 제 1 칸막이벽을 구비하고,
상기 제 1 칸막이벽은, 상기 제 1 칸막이벽의 상류측 영역에 있어서, 상기 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 상기 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감하도록 형성된 경사부를 포함하고,
각각의 상기 냉각 통로는 상기 제 1 칸막이벽에 의해서, 상기 냉각 통로의 폭방향에 있어서 한 쌍의 상기 제 1 분기 유로로 나누어져 있고,
각각의 상기 제 1 분기 유로는 적어도 상기 경사부보다 하류측에 있어서, 상기 폭방향에 직교하는 상기 냉각 통로의 높이 방향의 치수(Hp)가 하류측을 향해서 점감하는 유로 높이 축소부를 포함하는
고온 부품. - 제 4 항에 있어서,
상기 냉각 통로의 상기 연장 방향에 있어서, 상기 유로 높이 축소부와 상기 경사부가 적어도 부분적으로 오버랩되어 있는
고온 부품. - 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 유로 높이 축소부를 형성하는 상기 제 1 분기 유로의 내벽면은, 상기 냉각 통로의 상기 연장 방향에 대해서 경사지는 테이퍼 벽면을 갖고,
상기 냉각 통로의 상기 연장 방향에 대한 상기 경사부의 경사 각도는, 상기 연장 방향에 대한 상기 테이퍼 벽면의 경사 각도보다 큰
고온 부품. - 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품에 있어서,
상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 냉각 통로와,
각각의 상기 냉각 통로 내에 마련되고, 상기 냉각 통로를 복수의 제 1 분기 유로로 나누는 제 1 칸막이벽을 구비하고,
상기 제 1 칸막이벽은, 상기 제 1 칸막이벽의 상류측 영역에 있어서, 상기 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 상기 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감하도록 형성된 경사부를 포함하고,
각각의 상기 냉각 통로는 상기 제 1 칸막이벽에 의해서, 상기 냉각 통로의 폭방향에 있어서 한 쌍의 상기 제 1 분기 유로로 나누어져 있고,
상기 경사부는 상기 폭방향에 직교하는 상기 냉각 통로의 높이 방향에 있어서의 치수(Ht)가 하류측을 향해서 점증하도록 형성되어 있는
고온 부품. - 제 7 항에 있어서,
상기 고온 부품은 상기 냉각 통로의 상기 높이 방향에 있어서의 일방측에 피가열면을 갖고,
상기 경사부는 상기 냉각 통로를 형성하도록 상기 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면 중, 상기 고온 부품의 상기 피가열면에 가까운 쪽의 제 1 통로 내벽면으로부터 제 2 통로 내벽면을 향해서 입설된
고온 부품. - 제 7 항에 있어서,
상기 고온 부품은 상기 냉각 통로의 상기 높이 방향에 있어서의 일방측에 피가열면을 갖고,
상기 경사부는 상기 냉각 통로를 형성하도록 상기 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면 중, 상기 고온 부품의 상기 피가열면에서 먼 쪽의 제 2 통로 내벽면으로부터 제 1 통로 내벽면을 향해서 입설된
고온 부품. - 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 통로의 상기 연장 방향에 대한 상기 경사부의 경사 각도는, 45도 이하인
고온 부품. - 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품에 있어서,
상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 냉각 통로와,
각각의 상기 냉각 통로 내에 마련되고, 상기 냉각 통로를 복수의 제 1 분기 유로로 나누는 제 1 칸막이벽을 구비하고,
상기 제 1 칸막이벽은, 상기 제 1 칸막이벽의 상류측 영역에 있어서, 상기 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 상기 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감하도록 형성된 경사부를 포함하고,
각각의 상기 냉각 통로는 상기 제 1 칸막이벽에 의해서, 상기 냉각 통로의 폭방향에 있어서 한 쌍의 상기 제 1 분기 유로로 나누어져 있고,
상기 경사부는 상기 폭방향에 있어서의 치수(Wt)가 하류측을 향해서 점증하도록 형성되어 있는
고온 부품. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 칸막이벽의 하류측에 있어서 상기 제 1 분기 유로 내에 마련되고, 상기 제 1 분기 유로를 도중부터 복수의 제 2 분기 유로로 나누는 제 2 칸막이벽을 더 구비하는
고온 부품. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 경사부에 있어서의 상기 제 1 칸막이벽의 측면에 연결되는 상기 경사부의 상류단부는, 각부가 면취되어 있는
고온 부품. - 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품에 있어서,
상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 냉각 통로와,
각각의 상기 냉각 통로 내에 마련되고, 상기 냉각 통로를 복수의 제 1 분기 유로로 나누는 제 1 칸막이벽을 구비하고,
상기 제 1 칸막이벽은, 상기 제 1 칸막이벽의 상류측 영역에 있어서, 상기 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 상기 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감하도록 형성된 경사부를 포함하고,
상기 고온 부품은 상기 냉각 통로의 높이 방향에 있어서의 일방측에 피가열면을 갖고,
상기 냉각 통로를 형성하도록 상기 높이 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 통로 내벽면 중, 상기 피가열면에 가까운 쪽의 제 1 통로 내벽면은, 상기 냉각 통로의 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 상기 피가열면과의 거리가 작아지도록 상기 피가열면에 대해서 경사져 있는
고온 부품. - 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품의 제조 방법에 있어서,
금속 적층 조형법에 의해서, 상기 냉각 매체가 유통 가능하며 상기 고온 부품의 피가열면을 따른 복수의 냉각 통로를 상기 고온 부품의 내부에 형성하는 동시에, 각각의 상기 냉각 통로 내에 마련되어서 상기 냉각 통로를 상기 피가열면을 따른 복수의 제 1 분기 유로로 나누는 제 1 칸막이벽을 형성하는 단계를 구비하고,
상기 제 1 칸막이벽은, 상기 제 1 칸막이벽의 상류측 영역에 있어서, 상기 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 상기 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감하도록 형성된 경사부를 포함하는
고온 부품의 제조 방법. - 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품의 제조 방법에 있어서,
금속 적층 조형법에 의해서, 상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 냉각 통로를 상기 고온 부품의 내부에 형성하는 동시에, 각각의 상기 냉각 통로 내에 마련되어서 상기 냉각 통로를 복수의 제 1 분기 유로로 나누는 제 1 칸막이벽을 형성함으로써 상기 냉각 매체가 상기 제 1 분기 유로 내를 유통하는 과정에서 상기 냉각 매체에 의해 상기 고온 부품을 대류 냉각하기 위한 상기 복수의 제 1 분기 유로를 형성하는 단계를 구비하고,
상기 제 1 칸막이벽은, 상기 제 1 칸막이벽의 상류측 영역에 있어서, 상기 냉각 통로의 연장 방향에서 바라보았을 때의 상기 냉각 통로의 유로 단면적이 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점감하도록 형성된 경사부를 포함하는
고온 부품의 제조 방법.
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