KR102606424B1 - 고온 부품 및 고온 부품의 제조 방법 - Google Patents

고온 부품 및 고온 부품의 제조 방법 Download PDF

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고이치로 이이다
류타 이토
다로 도쿠타케
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미츠비시 파워 가부시키가이샤
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Abstract

일 실시형태에 따른 고온 부품은, 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품이며, 상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 제 1 냉각 통로와, 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 하류단이 접속된 헤더부와, 상기 헤더부에 유입된 상기 냉각 매체를 상기 헤더부의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로를 구비하고, 상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도는 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하이다.

Description

고온 부품 및 고온 부품의 제조 방법
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).
또한, 근년, 금속을 적층 조형하여 삼차원 형상물을 얻는 적층 조형법이 여러 가지의 금속 제품의 제조 방법으로서 이용되고 있다. 예를 들어, 파우더 헤드법에 따른 적층 조형법에서는, 층 형상으로 부설된 금속 분말에 광 빔이나 전자 빔 등의 에너지 빔을 조사하는 것에 의해서, 용융 고화를 반복하여 적층하는 것에 의해 삼차원 형상물을 형성한다.
에너지 빔이 조사되는 영역 내에서는, 금속 분말이 급속히 용융되고, 그 후, 급속히 냉각·응고됨으로써, 금속 응고층이 형성된다. 이러한 과정이 반복되는 것에 의해서, 입체적으로 조형된 적층 조형물이 형성된다.
그리고 최근에는, 예를 들면, 터빈 날개와 같은 복잡 형상의 고온 부품의 제조 방법으로서, 복잡한 제조 공정을 거치지 않고 직접 조형이 가능한 적층 조형법을 적용하는 시도가 이루어지고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 등).
일본 특허 공개 제 2015-48848 호 공보 일본 특허 공개 2017-20422 호 공보
특허문헌 2에 기재된 금속 적층 조형법과 같이, 원료의 금속 분말을 용융 및 고화시켜서 적층해 나감으로써, 적층 조형물을 형성하기 때문에, 일반적으로는, 표면의 조도가 비교적 거칠게 된다. 구체적으로는, 표면 조도가 예를 들면, 중심선 평균 조도(Ra)에서 10㎛ 이상이 된다. 또한, 적층시에 연직 하방의 영역이 공간 부분이 되는 오버행 부분에서는, 표면의 조도가 보다 거칠어지는 경향에 있고, 표면 조도가 예를 들면, 중심선 평균 조도(Ra)에서 30㎛ 이상이 된다.
특허문헌 1에 기재된 터빈 부품과 같이, 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품에서는, 내부에 형성된 냉각 통로의 내벽면의 표면 조도는, 냉각 성능 향상의 관점에서는 거친 것이 바람직하다. 그러나, 냉각 통로의 내벽면의 표면 조도가 거칠면, 냉각 매체의 압력 손실이 커져 버린다. 특히, 터빈 부품에 있어서의 냉각 통로와 같이, 미세하고 복잡한 형상을 갖는 것이 있는 경우에는, 내벽면의 표면 조도가 압력 손실에 미치는 영향이 크고, 극단적인 경우에는, 냉각 매체의 유량 저하가 현저해져버릴 우려도 있다.
상술의 사정에 비추어, 본 발명의 적어도 일 실시형태는, 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 제 1 냉각 통로와,
상기 복수의 제 1 냉각 통로의 하류단이 접속된 헤더부와,
상기 헤더부에 유입된 상기 냉각 매체를 상기 헤더부의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로를 구비하고,
상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하이다.
상기 (1)의 구성에 의하면, 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도가 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서의 출구 통로의 내벽면의 조도 이상이므로, 제 1 냉각 통로에 있어서의 냉각 성능을 향상할 수 있다. 또한, 상기 (1)의 구성에 의하면, 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서의 출구 통로의 내벽면의 조도가 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하이므로, 출구 통로에 있어서의 압력 손실의 차이를 억제할 수 있는 동시에, 출구 통로에 있어서 이물이 통과하기 쉬워져서, 출구 통로가 폐색할 리스크를 저감할 수 있다.
(2) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1)의 구성에 있어서,
상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면은, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 중심선 평균 조도(Ra)가 10㎛ 이하의 조도를 갖고,
상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면은 중심선 평균 조도(Ra)가 10㎛ 이상 20㎛ 이하의 조도를 갖는다.
상기 (2)의 구성에 의하면, 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면이 상기의 조도를 가지므로, 제 1 냉각 통로에 있어서의 냉각 성능을 향상할 수 있다. 또한, 상기 (2)의 구성에 의하면, 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서의 출구 통로의 내벽면이 상기의 조도를 가지므로, 출구 통로에 있어서의 압력 손실의 차이를 억제할 수 있는 동시에, 출구 통로에 있어서 이물이 통과하기 쉬워져서, 출구 통로가 폐색할 리스크를 저감할 수 있다.
(3) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (2)의 구성에 있어서,
상기 복수의 제 1 냉각 통로의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 복수의 제 2 냉각 통로를 더 구비하고,
상기 복수의 제 2 냉각 통로의 내벽면은 중심선 평균 조도(Ra)가 10㎛ 이상 50㎛ 이하의 조도를 갖는다.
상기 (3)의 구성에 의하면, 복수의 제 2 냉각 통로의 내벽면이 상기의 조도를 가지므로, 제 2 냉각 통로에 있어서의 냉각 성능을 향상할 수 있다.
(4) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 상기 1개 이상의 출구 통로는 상기 출구 통로의 유로 단면적이 하류측을 향해서 점감하는 유로 단면적 축소부를 포함한다.
상기 (4)의 구성에 의하면, 유로 단면적 축소부의 하류측으로부터 출구 통로의 연장 방향과 직교하는 방향의 크기를 조절함으로써, 출구 통로에 있어서의 최소 유로 단면적의 조절이 용이하게 된다. 따라서, 고온 부품에 있어서의 냉각 매체의 유량을 출구 통로에 있어서의 최소 유로 단면적의 크기로 조정하도록 고온 부품이 구성되어 있는 경우에는, 출구 통로의 하류측에 있어서의 출구 통로의 연장 방향과 직교하는 방향의 치수를 관리하면, 냉각 매체의 유량을 관리할 수 있으므로, 유로 단면적의 정밀도, 즉, 통로의 치수 정밀도를 확보해야 할 영역을 좁게 할 수 있어서, 고온 부품의 제조 코스트를 억제할 수 있다.
(5) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 상기 헤더부의 내벽면의 적어도 일부의 영역에 있어서의 조도는, 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하이다.
헤더부에서는, 복수의 냉각 통로의 하류단이 접속되어 있으므로, 헤더부에 있어서의 공간 용적이 커져서, 헤더부에 있어서의 냉각 매체의 유속이 저하하므로, 냉각 매체로의 열전달률이 저하한다. 따라서, 고온 부품의 설계시에는, 헤더부에서는 냉각 통로에 비해 냉각 능력이 저하하는 것, 즉, 고온 부품의 냉각에의 기여가 비교적 적은 것이 고려되고 있다.
상기 (5)의 구성에 의하면, 헤더부의 내벽면의 적어도 일부의 영역에 있어서의 조도가 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하이므로, 헤더부에 있어서의 압력 손실을 억제할 수 있다. 상술한 바와 같이, 헤더부에서는 고온 부품의 냉각에의 기여가 비교적 적으므로, 헤더부의 조도가 작아지는 것에 의한 고온 부품의 냉각에의 영향은 작다. 따라서, 고온 부품의 냉각에의 영향을 억제하면서, 냉각 매체의 압력 손실을 억제할 수 있다.
(6) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 상기 고온 부품은 복수의 분할체가 둘레방향을 따라서 환상으로 배치되어서 구성되는 가스 터빈의 분할 환이다.
상기 (6)의 구성에 의하면, 가스 터빈의 분할 환이 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 구성을 구비하므로, 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도가 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서의 출구 통로의 내벽면의 조도 이상이 되므로, 분할 환에 있어서 제 1 냉각 통로에 있어서의 냉각 성능을 향상할 수 있다. 또한, 상기 (6)의 구성에 의하면, 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서의 출구 통로의 내벽면의 조도가 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하이므로, 분할 환에 있어서 출구 통로에 있어서의 압력 손실의 차이를 억제할 수 있는 동시에, 출구 통로에 있어서 이물이 통과하기 쉬워져서, 출구 통로가 폐색할 리스크를 저감할 수 있다.
(7) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 고온 부품의 제조 방법은,
냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품의 제조 방법으로서,
상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하는 단계와,
상기 복수의 제 1 냉각 통로의 하류단이 접속된 헤더부를 형성하는 단계와,
상기 헤더부에 유입된 상기 냉각 매체를 상기 헤더부의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계를 구비하고,
상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도가 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하가 되도록 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성한다.
상기 (7)의 방법에 의하면, 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도가 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서의 출구 통로의 내벽면의 조도 이상이 되므로, 제 1 냉각 통로에 있어서의 냉각 성능을 향상할 수 있다. 또한, 상기 (7)의 방법에 의하면, 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서의 출구 통로의 내벽면의 조도가 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하가 되므로, 출구 통로에 있어서의 압력 손실의 차이를 억제할 수 있는 동시에, 출구 통로에 있어서 이물이 통과하기 쉬워져서, 출구 통로가 폐색할 리스크를 저감할 수 있다.
(8) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (7)의 방법에 있어서, 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 하류측을 향해 점감하는 유로 단면적 축소부를 포함하도록 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성한다.
상기 (8)의 방법에 의하면, 유로 단면적 축소부의 하류측으로부터 출구 통로의 연장 방향과 직교하는 방향의 크기를 조절함으로써, 출구 통로에 있어서의 최소 유로 단면적의 조절이 용이하게 된다. 따라서, 고온 부품에 있어서의 냉각 매체의 유량을 출구 통로에 있어서의 최소 유로 단면적의 크기로 조정하도록 고온 부품이 구성되어 있는 경우에는, 출구 통로의 하류측에 있어서의 출구 통로의 연장 방향과 직교하는 방향의 치수를 관리하면, 냉각 매체의 유량을 관리할 수 있으므로, 유로 단면적의 정밀도, 즉, 통로의 치수 정밀도를 확보해야 할 영역을 좁게 할 수 있고, 고온 부품의 제조 코스트를 억제할 수 있다.
(9) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (7) 또는 (8)의 방법에 있어서, 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역을 포함하는 상기 출구 통로의 적어도 일부의 구간을 에칭함으로써, 해당 영역에 있어서, 상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도가 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하가 되도록 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성한다.
상기 (9)의 방법에 의하면, 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역을 포함하는 출구 통로의 적어도 일부의 구간에 있어서의 조도를 용이하게 저하할 수 있다. 또한, 상기 (9)의 방법에 의하면, 출구 통로의 하류단으로부터는 기계 가공이 어려운 영역이어도, 조도를 용이하게 저하할 수 있다.
(10) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (9)의 방법에 있어서,
상기 헤더부의 내벽면의 적어도 일부의 영역을 에칭함으로써, 해당 영역에 있어서, 상기 헤더부의 내벽면의 조도를 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하로 하는 단계를 더 구비한다.
상기 (10)의 방법에 의하면, 헤더부의 내벽면의 적어도 일부의 영역에 있어서의 조도가 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하가 되므로, 헤더부에 있어서의 압력 손실을 억제할 수 있다. 상술한 바와 같이, 헤더부에서는 고온 부품의 냉각에의 기여가 비교적 적으므로, 헤더부의 조도가 작아지는 것에 의한 고온 부품의 냉각에의 영향은 작다. 따라서, 고온 부품의 냉각에의 영향을 억제하면서, 냉각 매체의 압력 손실을 억제할 수 있다.
(11) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (7) 내지 (10) 중 어느 하나의 방법에 있어서,
상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계는, 금속 적층 조형법 또는 정밀 주조법에 의해서, 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하고,
상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 적어도 일부에 기계 가공을 실시하는 단계를 더 구비한다.
상기 (11)의 방법에 의하면, 출구 통로를 기계 가공에 의해서만 형성하는 경우와 비교해서, 고온 부품의 제조 코스트를 억제할 수 있다. 또한, 상기 (11)의 방법에 의하면, 출구 통로를 금속 적층 조형법 또는 정밀 주조법에 의해서만 형성하는 경우와 비교해서, 출구 통로의 내벽면의 치수 정밀도를 향상할 수 있어서, 냉각 매체의 유량의 조절 정밀도를 향상할 수 있다. 게다가, 상기 (11)의 방법에 의하면, 출구 통로의 내벽면의 치수를 냉각 매체의 유량을 확인하면서 조절할 수 있으므로, 냉각 매체의 유량의 과부족을 억제할 수 있다.
(12) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (7) 내지 (11) 중 어느 하나의 방법에 있어서,
상기 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하는 단계는, 금속 적층 조형법에 의해서, 원료 분말을 제 1 적층 두께로 적층하여 상기 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하고,
상기 헤더부를 형성하는 단계는, 금속 적층 조형법에 의해서, 상기 원료 분말을 상기 제 1 적층 두께 이하의 제 2 적층 두께로 적층하여 상기 헤더부를 형성하고,
상기 출구 통로를 형성하는 단계는, 금속 적층 조형법에 의해서, 상기 원료 분말을 상기 제 1 적층 두께보다 작은 제 3 적층 두께로 적층하여 상기 출구 통로를 형성한다.
일반적으로는, 금속 적층 조형법에 있어서의 적층 두께를 두껍게 하면, 조형물에 있어서의 표면 조도가 커지는 경향이 있다. 즉, 금속 적층 조형법에 있어서의 적층 두께를 얇게 하면, 조형물에 있어서의 표면 조도가 작아지는 경향이 있다. 그래서, 상기 (12)의 방법과 같이, 헤더부를 형성하는 제 2 적층 두께를, 제 1 냉각 통로를 형성하는 제 1 적층 두께 이하로 함으로써, 헤더부에 대해서는, 조도를 억제하여 냉각 매체의 압력 손실을 억제할 수 있고, 제 1 냉각 통로에 대해서는, 조도를 비교적 크게 하여 냉각 성능을 향상할 수 있다.
상기 (12)의 방법과 같이, 출구 통로를 형성하는 제 3 적층 두께를, 제 1 냉각 통로를 형성하는 제 1 적층 두께보다 작게 함으로써, 출구 통로에 대해서는, 조도를 억제하여, 출구 통로에 있어서의 압력 손실의 차이를 억제할 수 있는 동시에, 출구 통로에 있어서 이물이 통과하기 쉬워져서, 출구 통로가 폐색할 리스크를 저감할 수 있다. 또한, 제 1 냉각 통로에 대해서는, 상술한 바와 같이, 조도를 비교적 크게 하여 냉각 성능을 향상할 수 있다.
(13) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (7) 내지 (12) 중 어느 하나의 방법에 있어서,
상기 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하는 단계는, 금속 적층 조형법에 의해서, 제 1 입도를 갖는 원료 분말을 이용하여 상기 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하고,
상기 헤더부를 형성하는 단계는, 금속 적층 조형법에 의해서, 상기 제 1 입도 이하의 제 2 입도를 갖는 원료 분말을 이용하여 상기 헤더부를 형성하고,
상기 출구 통로를 형성하는 단계는, 금속 적층 조형법에 의해서, 상기 제 1 입도보다 작은 제 3 입도를 갖는 원료 분말을 이용하여 상기 출구 통로를 형성한다.
일반적으로는, 금속 적층 조형법에 있어서의 원료 분말의 입도를 크게 하면, 조형물에 있어서의 표면 조도가 커지는 경향이 있다. 즉, 금속 적층 조형법에 있어서의 원료 분말의 입도를 작게 하면, 조형물에 있어서의 표면 조도가 작아지는 경향이 있다.
그래서, 상기 (13)의 방법과 같이, 헤더부를 형성하기 위한 원료 분말의 입도(제 2 입도)를, 제 1 냉각 통로를 형성하기 위한 원료 분말의 입도(제 1 입도) 이하로 함으로써, 헤더부에 대해서는, 조도를 억제하여 냉각 매체의 압력 손실을 억제할 수 있고, 제 1 냉각 통로에 대해서는, 조도를 비교적 크게 하여 냉각 성능을 향상할 수 있다.
상기 (13)의 방법과 같이, 출구 통로를 형성하기 위한 원료 분말의 입도(제 3 입도)를, 제 1 냉각 통로를 형성하기 위한 원료 분말의 입도(제 1 입도)보다 작게 함으로써, 출구 통로에 대해서는, 조도를 억제하여, 출구 통로에 있어서의 압력 손실의 차이를 억제할 수 있는 동시에, 출구 통로에 있어서 이물이 통과하기 쉬워져서, 출구 통로가 폐색할 리스크를 저감할 수 있다. 또한, 제 1 냉각 통로에 대해서는, 상술한 바와 같이, 조도를 비교적 크게 하여 냉각 성능을 향상할 수 있다.
(14) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (7) 내지 (13) 중 어느 하나의 방법에 있어서,
금속 적층 조형법에 의해서, 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 연장 방향으로 상기 원료 분말을 적층하여, 해당 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 복수의 제 2 냉각 통로를 형성하는 단계를 더 구비하고,
상기 복수의 제 2 냉각 통로의 내벽면 중 상기 원료 분말의 적층 시에 오버행 각도가 기정 각도 이상이 되는 오버행 영역은, 중심선 평균 조도(Ra)가 30㎛ 이상 50㎛ 이하의 조도를 갖고,
상기 복수의 제 2 냉각 통로의 내벽면 중 상기 오버행 영역 이외의 영역은, 중심선 평균 조도(Ra)가 10㎛ 이상 30㎛ 이하의 조도를 갖는다.
일반적으로, 금속 적층 조형법에서는, 원료 분말의 적층 시에 오버행 각도가 규정 각도 이상이 되는 오버행 영역에 있어서의 조도는, 오버행 영역 이외의 영역과 비교해서 커지는 경향이 있다. 상기 (14)의 방법에 의하면, 금속 적층 조형법에 있어서의 상술한 바와 같은 경향을 이용하여, 제 2 냉각 통로의 내벽면의 조도를 일부의 영역에 있어서 거칠게 할 수 있고, 제 2 냉각 통로에 있어서의 냉각 성능을 향상할 수 있다.
(15) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (7) 내지 (14) 중 어느 하나의 방법에 있어서,
상기 1개 이상의 출구 통로의 수는, 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 수 미만이며,
상기 1개 이상의 출구 통로의 각각의 최소 유로 단면적은, 상기 헤더부와 상기 제 1 냉각 통로의 접속부에 있어서의 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 각각의 유로 단면적 이상이며,
상기 1개 이상의 출구 통로의 각각의 최소 유로 단면적의 합은, 상기 헤더부와 상기 제 1 냉각 통로의 접속부에 있어서의 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 각각의 유로 단면적의 합보다 작다.
복수의 제 1 냉각 통로의 각각에 있어서, 각각을 흐르는 냉각 매체의 유량을 복수의 냉각 통로의 각각의 유로 단면적으로 결정하려고 하면, 유로 단면적이 작으면, 고온 부품의 제조 상의 제약으로부터 제 1 냉각 통로의 치수 정밀도가 저하하는 경향이 있기 때문에, 제 1 냉각 통로에 있어서의 냉각 매체의 유량의 정밀도가 저하할 우려가 있다.
이에 대해서, 상기 (15)의 방법에 의하면, 1개 이상의 출구 통로의 각각의 최소 유로 단면적의 합이 헤더부와 제 1 냉각 통로의 접속부에 있어서의 복수의 제 1 냉각 통로의 각각의 유로 단면적의 합보다 작기 때문에, 복수의 제 1 냉각 통로에 있어서의 냉각 매체의 유량을 출구 통로의 최소 유로 단면적에 의해서 규정할 수 있다. 이에 의해, 복수의 제 1 냉각 통로의 각각에서는, 냉각 매체의 유량 조정을 위해서 유로 단면적을 필요 이상으로 작게 하지 않아도 되므로, 제 1 냉각 통로의 치수 정밀도가 향상하고, 복수의 제 1 냉각 통로끼리에서의 냉각 매체의 유량의 차이를 억제할 수 있다. 따라서, 과잉한 냉각을 억제하면서, 냉각 능력이 부족하지 않게 할 수 있다.
또한, 상기 (15)의 방법에 의하면, 1개 이상의 출구 통로의 각각의 최소 유로 단면적이 헤더부와 제 1 냉각 통로의 접속부에 있어서의 복수의 제 1 냉각 통로의 각각의 유로 단면적 이상이므로, 출구 통로의 치수 정밀도가 확보하기 쉬워지는 동시에, 출구 통로에 있어서 이물의 막힘도 일으키기 어려워진다.
게다가, 상기 (15)의 방법에 의하면, 1개 이상의 출구 통로의 수가 복수의 제 1 냉각 통로의 수 미만이므로, 냉각 매체의 유량의 관리상, 유로 단면적의 정밀도, 즉, 통로의 치수 정밀도를 확보해야 할 개소를 줄일 수 있어서, 고온 부품의 제조 코스트를 억제할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 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 4에 있어서의 헤더부 근방의 확대도이다.
도 6은 몇 개의 실시형태에 따른 분할체를 금속 적층 조형법으로 작성하는 경우의 작성 순서의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 7은 출구 통로 절삭 공정에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 다른 실시형태에 따른 분할체의 제조 방법에 있어서의 처리의 순서의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
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. 또한, 도 3에서는, 분할체(51)의 구조를 간략화하여 그리고 있다. 따라서, 예를 들면, 도 3에서는, 분할체(51)를 차열환(35)에 장착하기 위한 후크 등의 기재를 생략하고 있다. 도 5는 도 4에 있어서의 헤더부(80) 근방의 확대도이다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할 환(50)은 둘레방향(Dc)으로 환상으로 형성된 복수의 분할체(51)로 구성된다. 각 분할체(51)는, 내부에 냉각 통로가 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 열 손상을 방지하기 위해, 분할체(51)에는, 축방향(Da)으로 연장되는 복수의 축방향 통로(제 1 냉각 통로)(60)와, 분할체(51)의 회전 방향(R) 하류측의 측부의 근방에 있어서 둘레방향(Dc)으로 연장되는 복수의 측부 통로(제 2 냉각 통로)(90)가 형성되어 있다.
제 1 냉각 통로(60)는 둘레방향(Dc)으로 병렬시켜서 복수 배치되어 있다. 제 2 냉각 통로(90)는 축방향(Da)으로 병렬시켜서 복수 배치되어 있다.
몇 개의 실시형태에서는, 제 1 냉각 통로(60)에 있어서의 둘레방향(Dc)을 제 1 냉각 통로(60)의 폭방향이라 부른다. 또한, 몇 개의 실시형태에서는, 제 1 냉각 통로(60)에 있어서 해당 폭방향에 직교하는 반경방향(Dr)을 제 1 냉각 통로(60)의 높이 방향이라 부른다.
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, 제 1 냉각 통로(60) 및 제 2 냉각 통로(90)를 유통하고, 연소 가스(FG) 중에 배출되는 과정에서, 분할체(51)의 본체(52)를 대류 냉각하고 있다.
이하, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 냉각 구조에 대해서 설명한다. 몇 개의 실시형태에 따른 제 1 냉각 통로(60)의 각각은, 상류단이 냉각 공기 매니폴드(55)에 접속되어 있다. 몇 개의 실시형태에 따른 제 1 냉각 통로(60)의 각각의 내부에는, 제 1 냉각 통로(60)를 도중부터 복수의 분기 유로(63)로 분할하는 칸막이벽(70)이 형성되어 있다. 몇 개의 실시형태에서는, 칸막이벽(70)은 제 1 냉각 통로(60)를 도중부터 제 1 냉각 통로(60)의 폭방향으로 한 쌍의 분기 유로(63)로 분할한다.
몇 개의 실시형태에 따른 제 1 냉각 통로(60), 즉, 칸막이벽(70)보다 상류측의 구간, 및 분기 유로(63)에 있어서, 제 1 냉각 통로(60)의 연장 방향에서 바라봤을 때의 제 1 냉각 통로(60)의 유로의 단면 형상은, 직사각형이어도 좋고, 원형이어도 좋고, 직사각형 이외의 다각형이어도 좋고, 타원형이어도 좋다. 또한, 제 1 냉각 통로(60)에 있어서의 칸막이벽(70)보다 상류측의 구간과 분기 유로(63)에서, 유로의 단면 형상의 종류가 상이해도 좋다. 즉, 칸막이벽(70)보다 상류측의 구간에 있어서의 유로의 단면 형상이 직사각형이고, 분기 유로(63)에 있어서의 유로의 단면 형상이 원형이어도 좋다. 또한, 분기 유로(63)에 있어서의 유로의 단면 형상은, 원이나 타원을 칸막이벽(70)으로 2분할한 것 같은 형상이어도 좋다.
제 1 냉각 통로(60)는 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면을 냉각함으로써 분할체(51)를 냉각한다. 그 때문에, 제 1 냉각 통로(60)는 제 1 냉각 통로(60)의 등가 직경의 5배 이상의 길이를 갖는다. 또한, 제 1 냉각 통로(60)의 등가 직경이란, 제 1 냉각 통로(60)의 단면 형상이 원형 이외의 형상인 경우에, 냉각 공기(CA)의 유동의 점으로부터 등가가 되는 원형의 유로로 치환했을 때의 유로의 직경이다.
복수의 분기 유로(63)의 각각은 하류단(65)이 헤더부(80)에 접속되어 있다. 몇 개의 실시형태에서는, 예를 들면, 각각 이웃하는 3개의 제 1 냉각 통로(60)에 있어서의 6개의 분기 유로(63)의 하류단(65)이 1개의 헤더부(80)의 상류측 내벽부(81)에 접속되어 있다. 몇 개의 실시형태에서는, 분할체(51)에는, 복수의 헤더부(80)가 형성되어 있다.
각 헤더부(80)는, 축방향(Da)으로 대향하는 한 쌍의 벽부인 상류측 내벽부(81) 및 하류측 내벽부(82)와, 둘레방향(Dc)으로 대향하는 한 쌍의 벽부인 측방 내벽부(83, 84)와, 반경방향(Dr)으로 대향하는 한 쌍의 벽부인 도시되지 않은 내벽부에 의해서 둘러싸인, 직방체 형상의 공간부이다.
각 헤더부(80)의 하류측 내벽부(82)에는, 헤더부(80)에 유입된 냉각 공기(CA)를 헤더부(80)의 외부, 즉, 분할체(51)의 외부로 배출하기 위한 적어도 1개 이상의 출구 통로(110)가 형성되어 있다. 출구 통로(110)의 상류단(110a)은 헤더부(80)의 하류측 내벽부(82)에 접속되고, 하류단(110b)은 분할체(51)에 있어서의 축방향(Da)의 하류측 단부(53)에 접속되어 있다.
또한, 도 3 내지 도 5에 도시되는 실시형태에서는, 헤더부(80)에는, 하류측 내벽부(82)에 있어서의 둘레방향(Dc)의 중앙 근방에 1개의 출구 통로(110)가 형성되어 있다. 출구 통로(110)는 분할체(51)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 제 1 냉각 통로(60)와, 해당 헤더부(80)에 접속된 1개의 출구 통로(110)를 포함하는 냉각 통로 그룹(6)을 복수 포함한다. 또한, 하나의 냉각 통로 그룹(6)에 있어서의 헤더부(80)는 2개 이상의 출구 통로(110)가 접속되어 있어도 좋다.
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 제 1 냉각 통로(60)로 분배된다. 각 제 1 냉각 통로(60)로 분배된 냉각 공기(CA)는, 칸막이벽(70)으로 분할되고, 각 분기 유로(63)로 유입된다. 각 분기 유로(63)로 유입된 냉각 공기(CA)는, 각 헤더부(80)에서 모아져서, 출구 통로(110)로부터 분할체(51)의 외부로 배출된다.
몇 개의 실시형태에 따른 제 2 냉각 통로(90)의 각각은, 상류단(90a)이 냉각 공기 매니폴드(57)에 접속되어 있다. 제 2 냉각 통로(90)의 각각은, 분할체(51)에 있어서의 둘레방향(Dc)의 단부(54)에서 연소 가스(FG) 중에 개구한다. 또한, 분할체(51)의 단부(54)는 로터(14)의 회전 방향(R)의 하류측을 향하고 있다.
분할체(51)의 외부로부터 분할체(51)에 공급되는 냉각 공기(CA)는, 냉각 공기 매니폴드(57)에 공급된 후, 냉각 공기 매니폴드(57)로부터 각 제 2 냉각 통로(90)로 분배된다. 각 제 2 냉각 통로(90)로 분배된 냉각 공기(CA)는 하류단(90b)으로부터 분할체(51)의 외부로 배출된다.
몇 개의 실시형태에서는, 도 3 내지 도 5에 도시되는 바와 같이, 분할체(51)에 있어서, 1개의 헤더부(80)에 접속되어 있는 출구 통로(110)의 수는, 1개의 헤더부(80)에 접속되어 있는 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 수 미만이다. 예를 들어, 몇 개의 실시형태에서는, 도 3 내지 도 5에 도시되는 바와 같이, 1개의 헤더부(80)에 대해서, 칸막이벽(70)으로 분할된 6개의 제 1 냉각 통로(60)(6개의 분기 유로(63))와, 1개의 출구 통로(110)가 접속되어 있다.
몇 개의 실시형태에서는, 도 5에 잘 도시되는 바와 같이, 출구 통로(110)는 상류측 영역(111)과 하류측 영역(115)을 갖는다. 상류측 영역(111)에는, 하류측을 향해 유로 단면적이 점감하는 유로 단면적 축소부(113)가 형성되어 있다. 하류측 영역(115)에는, 유로 단면적이 가장 작아지는 최소 유로 단면적부(117)가 형성되어 있다.
몇 개의 실시형태에서는, 출구 통로(110)의 연장 방향에서 바라보았을 때의 출구 통로(110)의 유로의 단면 형상은, 상류측 영역(111) 및 하류측 영역(115)에 있어서 원형이다. 그러나, 출구 통로(110)의 유로의 단면 형상은, 상류측 영역(111) 및 하류측 영역(115)에 있어서 직사각형이어도 좋고, 직사각형 이외의 다각형이어도 좋고, 타원형이어도 좋다. 또한, 상류측 영역(111)과 하류측 영역(115)에서, 유로의 단면 형상의 종류가 상이해도 좋다. 즉, 상류측 영역(111)에 있어서의 유로의 단면 형상이 직사각형이고, 하류측 영역(115)에 있어서의 유로의 단면 형상이 원형이어도 좋다.
또한, 하류측 영역(115)에 있어서의 유로의 단면 형상이 원형 이외인 경우도 고려하여, 이하의 설명에서는, 하류측 영역(115)(최소 유로 단면적부(117))에 있어서 유로의 크기에 대해서 언급하는 경우, 최소 유로 단면적부(117)의 등가 직경에 의해서 설명한다.
최소 유로 단면적부(117)의 등가 직경이란, 최소 유로 단면적부(117)의 단면 형상이 원형 이외의 형상인 경우에, 냉각 공기(CA)의 유동의 점으로부터 등가가 되는 원형의 유로로 치환했을 때의 최소 유로 단면적부(117)의 직경이다. 또한, 최소 유로 단면적부(117)의 단면 형상이 원형인 경우, 최소 유로 단면적부(117)의 등가 직경이란, 최소 유로 단면적부(117)의 직경이다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)와 같이, 냉각 공기(CA)에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품에서는, 내부에 형성된 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 표면 조도는, 냉각 성능 향상의 관점에서는 거친 것이 바람직하다. 그러나, 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 표면 조도가 거칠면 냉각 공기(CA)의 압력 손실이 커져 버린다. 특히, 분할체(51)의 제 1 냉각 통로(60)와 같이, 미세하고 복잡한 형상을 갖는 것이 있는 경우에는, 내벽면(60a)의 표면 조도가 압력 손실에 미치는 영향이 크고, 극단적인 경우에는, 냉각 공기(CA)의 유량 저하가 현저해져버릴 우려도 있다.
그래서, 몇 개의 실시형태에서는, 분할체(51)에 있어서의 냉각 구조를 이하에서 설명하는 구성으로 함으로써, 냉각 능력이 부족하지 않도록 하고 있다.
몇 개의 실시형태에서는, 분할체(51)에 있어서, 출구 통로(110)의 내벽면(110c)의 조도는, 출구 통로(110)의 유로 단면적이 최소가 되는 영역인 하류측 영역(115), 즉, 최소 유로 단면적부(117)에 있어서, 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 조도 이하이다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)에 의하면, 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 조도가 출구 통로(110)의 하류측 영역(115)에 있어서의 내벽면(115c)의 조도 이상이므로, 제 1 냉각 통로(60)에 있어서의 냉각 성능을 향상할 수 있다. 또한, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)에 의하면, 출구 통로의 하류측 영역(115)에 있어서의 내벽면(115c)의 조도가 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 조도 이하이므로, 출구 통로(110)에 있어서의 압력 손실의 차이를 억제할 수 있는 동시에, 출구 통로(110)에 있어서 이물이 통과하기 쉬워져서, 출구 통로(110)가 폐색할 리스크를 저감할 수 있다.
또한, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)가 이하의 (A) 및 (B)의 구성을 갖고 있으면, 이하에서 설명하는 바와 같이, 냉각 공기(CA)의 유량의 조절 정밀도를 향상할 수 있다.
(A) 분할체(51)에 있어서, 출구 통로(110)의 최소 유로 단면적(SBmin)은 헤더부(80)와 제 1 냉각 통로(60)의 접속부(67)에 있어서의 복수의 제 1 냉각 통로(60)(분기 유로(63))의 각각의 유로 단면적(SA) 이상이다.
1개의 헤더부(80)에 대해서 2개 이상의 출구 통로(110)가 접속되어 있었을 경우, 1개의 헤더부(80)에 접속되어 있는 출구 통로(110)의 각각의 최소 유로 단면적(SBmin)은 접속부(67)에 있어서의 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 각각의 유로 단면적(SA) 이상이다.
(B) 도 3 내지 도 5에 도시되는 바와 같이, 분할체(51)에 있어서, 출구 통로(110)의 최소 유로 단면적(SBmin)은 1개의 헤더부(80)에 접속되어 있는 복수의 제 1 냉각 통로(60)(분기 유로(63))의 접속부(67)에 있어서의 각각의 유로 단면적(SA)의 합(ΣSA))보다 작다.
1개의 헤더부(80)에 대해서 2개 이상의 출구 통로(110)가 접속되어 있었을 경우, 1개의 헤더부(80)에 접속되어 있는 출구 통로(110)의 각각의 최소 유로 단면적(SBmin)의 합(ΣSBmin)은, 1개의 헤더부(80)에 접속되어 있는 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 접속부(67)에 있어서의 각각의 유로 단면적(SA)의 합(ΣSA)보다 작다.
후술하는 바와 같이, 분할체(51)는 예를 들면, 금속 적층 조형법이나 정밀 주조법에 따라 형성할 수 있다. 그 때문에, 제 1 냉각 통로(60)의 유로 단면적(SA)이 작으면, 분할체(51)의 제조상의 제약으로부터 제 1 냉각 통로(60)의 치수 정밀도가 저하하는 경향이 있다.
복수의 제 1 냉각 통로(60)의 각각에 있어서, 각각을 흐르는 냉각 공기(CA)의 유량을 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 각각의 유로 단면적(SA)으로 결정하려고 하면, 유로 단면적(SA)이 작다고 상술한 바와 같이 제 1 냉각 통로(60)의 치수 정밀도가 저하하여 제 1 냉각 통로(60)에 있어서의 냉각 공기(CA)의 유량의 정밀도가 저하할 우려가 있다.
이에 대해서, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)에 의하면, 1개 이상의 출구 통로(110)의 각각의 최소 유로 단면적(SBmin)의 합(ΣSBmin)이 접속부(67)에 있어서의 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 각각의 유로 단면적(SA)의 합(ΣSA)보다 작기 때문에, 복수의 제 1 냉각 통로(60)에 있어서의 냉각 공기(CA)의 유량을 출구 통로(110)의 최소 유로 단면적(SBmin)에 의해서 규정할 수 있다. 이에 의해, 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 각각에서는, 냉각 공기(CA)의 유량 조정을 위해서 유로 단면적(SA)을 필요 이상으로 작게 하지 않아도 되므로, 제 1 냉각 통로(60)의 치수 정밀도가 향상하고, 복수의 제 1 냉각 통로(60)끼리에서의 냉각 공기(CA)의 유량의 차이를 억제할 수 있다. 따라서, 과잉인 냉각을 억제하면서, 냉각 능력이 부족하지 않게 할 수 있다.
또한, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)에 의하면, 1개 이상의 출구 통로(110)의 각각의 최소 유로 단면적(SBmin)이 접속부(67)에 있어서의 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 각각의 유로 단면적(SA) 이상이므로, 출구 통로(110)의 반경방향의 치수 정밀도가 확보하기 쉬워지는 동시에, 출구 통로(110)에 있어서 이물의 막힘도 일으키기 어려워진다.
게다가, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)에 의하면, 1개 이상의 출구 통로(110)의 수가 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 수 미만이므로, 냉각 공기(CA)의 유량의 관리상, 유로 단면적의 정밀도, 즉, 통로의 치수 정밀도를 확보해야 할 개소를 줄일 수 있고, 분할체(51)의 제조 코스트를 억제할 수 있다.
그리고, 상술한 바와 같이, 출구 통로(110)의 내벽면(110c)의 조도를 상술한 바와 같이 함으로써, 출구 통로(110)에 있어서의 압력 손실의 차이가 작아지므로, 냉각 공기(CA)의 유량의 조절 정밀도를 향상할 수 있다.
몇 개의 실시형태에서는, 출구 통로(110)의 내벽면(110c)은 하류측 영역(115)에 있어서, 중심선 평균 조도(Ra)가 10㎛ 이하의 조도를 갖는다. 또한, 몇 개의 실시형태에서는, 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)은, 중심선 평균 조도(Ra)가 10㎛ 이상 20㎛ 이하의 조도를 갖는다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)에 의하면, 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60c)이 상기의 조도를 가지므로, 제 1 냉각 통로(60)에 있어서의 냉각 성능을 향상할 수 있다. 또한, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)에 의하면, 출구 통로(110)의 하류측 영역(115)에 있어서의 내벽면(115c)이 상기의 조도를 가지므로, 출구 통로(110)에 있어서의 압력 손실의 차이를 억제할 수 있는 동시에, 출구 통로(110)에 있어서 이물이 통과하기 쉬워져서, 출구 통로(110)가 폐색할 리스크를 저감할 수 있다.
몇 개의 실시형태에서는, 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 복수의 제 2 냉각 통로(90)를 더 구비한다. 몇 개의 실시형태에서는, 복수의 제 2 냉각 통로(90)의 내벽면(90c)은, 중심선 평균 조도(Ra)가 10㎛ 이상 50㎛ 이하의 조도를 갖는다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)에 의하면, 복수의 제 2 냉각 통로(90)의 내벽면(90c)이 상기의 조도를 가지므로, 제 2 냉각 통로(90)에 있어서의 냉각 성능을 향상할 수 있다.
또한, 후술하는 바와 같이, 금속 적층 조형법에 따라 제 1 냉각 통로(60)의 상류측으로부터 하류측을 향해 적층시켜서 분할체(51)를 형성하는 경우, 제 2 냉각 통로(90) 중, 제 2 냉각 통로(90)의 축선(Axa)보다 축방향(Da) 하류측의 내벽면(90c)은 적층 조형 시에 연직 하방의 영역이 공간 부분이 되는 오버행 부분이 된다. 그 때문에, 도 3에 도시되는 바와 같이, 제 2 냉각 통로(90)의 내벽면(90c) 중, 적층 조형 시에, 즉, 원료 분말의 적층 시에 오버행 각도가 규정 각도, 예를 들면, 45도 이상이 되는 오버행 영역(91)에 있어서의 조도는, 오버행 영역(91) 이외의 영역(93)과 비교해서 커지는 경향이 있다.
그래서, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)에서는, 상술한 바와 같이 오버행 영역(91)에 있어서 다른 영역(93)보다 조도가 커지는 것을 이용하여, 예를 들면, 오버행 영역(91)에 있어서, 중심선 평균 조도(Ra)가 30㎛ 이상 50㎛ 이하의 조도를 갖도록, 분할체(51)를 형성해도 좋다. 또한, 다른 영역(93)에 있어서, 중심선 평균 조도(Ra)가 10㎛ 이상 30㎛ 이하의 조도를 갖도록, 분할체(51)를 형성해도 좋다. 즉, 금속 적층 조형법에 있어서의 상술한 바와 같은 경향을 이용하여, 제 2 냉각 통로(90)의 내벽면(90c)의 조도를 일부의 영역에 있어서 거칠게 할 수 있다. 이에 의해, 제 2 냉각 통로(90)에 있어서의 냉각 성능을 향상할 수 있다.
또한, 제 2 냉각 통로(90)의 내벽면(90c)의 조도를 크게 함으로써 냉각 공기(CA)의 압력 손실이 너무 커지는 경우에는, 제 2 냉각 통로(90)의 내경을 설계 값보다 커지도록, 분할체(51)를 형성해도 좋다.
몇 개의 실시형태에서는, 출구 통로(110)는, 출구 통로(110)의 유로 단면적이 하류측을 향해 점감하는 유로 단면적 축소부(113)를 포함한다.
이에 의해, 유로 단면적 축소부(113)의 하류측으로부터 출구 통로(110)의 연장 방향과 직교하는 방향의 크기를 조절함으로써, 출구 통로(110)에 있어서의 최소 유로 단면적(SBmin)의 조절이 용이하게 된다. 따라서, 분할체(51)에 있어서의 냉각 공기(CA)의 유량을, 상술한 바와 같이 출구 통로(110)에 있어서의 최소 유로 단면적(SBmin)의 크기로 조정하도록 분할체(51)가 구성되어 있는 경우에는, 출구 통로(110)의 하류측에 있어서의 출구 통로(110)의 연장 방향과 직교하는 방향의 치수를 관리하면, 냉각 공기(CA)의 유량을 관리할 수 있으므로, 유로 단면적의 정밀도, 즉, 통로의 치수 정밀도를 확보해야 할 영역을 좁게 할 수 있고, 분할체(51)의 제조 코스트를 억제할 수 있다.
몇 개의 실시형태에서는, 헤더부(80)의 내벽면(80a)의 적어도 일부의 영역에 있어서의 조도는, 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 조도 이하로 해도 좋다.
헤더부(80)에서는, 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 하류단(65)이 접속되어 있으므로, 헤더부(80)에 있어서의 공간 용적이 커지고, 헤더부(80)에 있어서의 냉각 공기(CA)의 유속이 저하하므로, 냉각 공기에의 열전달률이 저하한다. 따라서, 분할체(51)의 설계시에는, 헤더부(80)에서는 제 1 냉각 통로(60)에 비해 냉각 능력이 저하하는 것, 즉, 분할체(51)의 냉각에의 기여가 비교적 적은 것이 고려되고 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)에 의하면, 헤더부(80)의 내벽면(80a)의 적어도 일부의 영역에 있어서의 조도가 복수의 제 1 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 조도 이하이므로, 헤더부(80)에 있어서의 압력 손실을 억제할 수 있다. 상술한 바와 같이, 헤더부(80)에서는 분할체(51)의 냉각에의 기여가 비교적 적으므로, 헤더부(80)의 조도가 작아지는 것에 의한 분할체(51)의 냉각에의 영향은 작다. 따라서, 분할체(51)의 냉각에의 영향을 억제하면서, 냉각 공기(CA)의 압력 손실을 억제할 수 있다.
또한, 냉각 공기(CA)의 압력 손실 억제의 관점으로부터, 헤더부(80)의 내벽면(80a)에 있어서의 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 조도 이하가 되는 영역은, 출구 통로(110)의 상류단(110a), 보다 바람직하게는, 하류측 영역(115)까지 연결되어 있으면 좋다.
(분할체(51)의 제조 방법에 대해서)
이하, 상술한 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)는 예를 들면, 금속 적층 조형법이나 정밀 주조법에 따라 제작할 수 있다. 도 6은 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, 냉각 통로 형성 공정(S10)과, 헤더부 형성 공정(S20)과, 출구 통로 형성 공정(S30)과, 출구 통로 절삭 공정(S40)을 구비한다.
몇 개의 실시형태에 따른 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. 이하의 설명에서, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 형성 방법이, 예를 들면, 파우더 헤드 방식이나, 메탈 데포지션 방식인 경우에 대해서 설명한다.
냉각 통로 형성 공정(S10)은, 냉각 공기(CA)가 유통 가능한 복수의 제 1 냉각 통로(60) 및 제 2 냉각 통로(90)를 형성하는 단계이다. 냉각 통로 형성 공정(S10)에서는, 예를 들면, 축방향(Da) 상류측으로부터 축방향(Da) 하류측을 향해 원료 분말을 적층시켜서 분할체(51)를 제 1 냉각 통로(60)의 하류단(65)까지 형성한다.
헤더부 형성 공정(S20)은, 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 하류단(65)이 접속된 헤더부(80)를 형성하는 단계이다. 헤더부 형성 공정(S20)에서는, 냉각 통로 형성 공정(S10)에 이어서 축방향(Da) 상류측으로부터 축방향(Da) 하류측을 향해 원료 분말을 적층시켜서 분할체(51)를 헤더부(80)의 하류측 내벽부(82)까지 형성한다.
출구 통로 형성 공정(S30)은, 헤더부(80)에 유입된 냉각 공기(CA)를 헤더부(80)의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로(110)를 형성하는 단계이다. 출구 통로 형성 공정(S30)에서는, 헤더부 형성 공정(S20)에 이어서 축방향(Da) 상류측으로부터 축방향(Da) 하류측을 향해 원료 분말을 적층시켜서 분할체(51)를 출구 통로(110)의 하류단(110b)까지 형성한다.
또한, 출구 통로 형성 공정(S30)에서는, 출구 통로(110)의 유로 단면적이 하류측을 향해 점감하는 유로 단면적 축소부(113)를 포함하도록 출구 통로(110)를 형성한다.
도 7은 후술하는 출구 통로 절삭 공정(S40)에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 7에서는, 출구 통로 절삭 공정(S40)에 있어서 출구 통로(110)를 삼각 드릴(19)에 의해서 절삭하기 전의 출구 통로(110)의 하류측의 형상 및 삼각 드릴(19)을 2점 쇄선으로 그리고 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 출구 통로 형성 공정(S30)에서는, 출구 통로(110)의 하류측에 있어서의, 출구 통로(110)의 연장 방향과 직교하는 방향의 치수가, 삼각 드릴(19)의 직경(Dd)보다 작아지도록, 출구 통로(110)의 하류측을 형성한다. 즉, 몇 개의 실시형태에 따른 출구 통로 형성 공정(S30)에서는, 출구 통로 절삭 공정(S40)의 실시 전의 출구 통로(110)에 있어서, 유로 단면적 축소부(113)의 가장 하류측에 있어서의 출구 통로(110)의 연장 방향과 직교하는 방향의 치수(M)가, 삼각 드릴(19)의 직경(Dd)보다 작아지도록, 유로 단면적 축소부(113)를 형성한다.
출구 통로 절삭 공정(S40)은, 출구 통로(110)의 내벽면(110c)의 적어도 일부에 기계 가공을 실시하는 단계이다. 구체적으로는, 출구 통로 절삭 공정(S40)은, 출구 통로(110)를 삼각 드릴(19)에 의해서 절삭하는 단계이다. 출구 통로 절삭 공정(S40)에서는, 출구 통로(110)의 하류단(110b)으로부터 상류단(110a)을 향해 삼각 드릴(19)에 의해서 출구 통로(110)에 기계 가공을 실시한다. 이에 의해, 하류단(110b)으로부터 상류측으로 거슬러 올라간 일부의 구간의 내경이 일정하게 되고, 해당 구간이 하류측 영역(115)이 된다.
또한, 냉각 통로 형성 공정(S10) 및 헤더부 형성 공정(S20)은, 반드시 금속 적층 조형법에 따라 실시할 필요는 없고, 정밀 주조법에 따라 실시해도 좋다. 그리고, 출구 통로 형성 공정(S30)을 금속 적층 조형법에 따라 실시해도 좋다. 또한, 냉각 통로 형성 공정(S10)으로부터 출구 통로 형성 공정(S30)까지를 정밀 주조법에 따라 실시해도 좋다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에서는, 1개의 헤더부(80)에 접속되어 있는 출구 통로(110)의 수가, 1개의 헤더부(80)에 접속되어 있는 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 수 미만이 되도록 분할체(51)를 형성한다.
또한, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에서는, 출구 통로(110)의 최소 유로 단면적(SBmin)이, 헤더부(80)와 제 1 냉각 통로(60)의 접속부(67)에 있어서의 복수의 제 1 냉각 통로(60)(분기 유로(63))의 각각의 유로 단면적(SA) 이상이 되도록 분할체(51)를 형성한다.
게다가, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에서는, 출구 통로(110)의 최소 유로 단면적(SBmin)이, 1개의 헤더부(80)에 접속되어 있는 복수의 제 1 냉각 통로(60)(분기 유로(63))의 접속부(67)에 있어서의 각각의 유로 단면적(SA)의 합(ΣSA)보다 작아지도록 분할체(51)를 형성한다.
또한, 1개의 헤더부(80)에 대해서 2개 이상의 출구 통로(110)가 접속되도록 분할체(51)를 형성하는 경우, 1개의 헤더부(80)에 접속되어 있는 출구 통로(110)의 각각의 최소 유로 단면적(SBmin)이, 접속부(67)에 있어서의 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 각각의 유로 단면적(SA) 이상이 되도록 분할체(51)를 형성한다.
또한, 1개의 헤더부(80)에 대해서 2개 이상의 출구 통로(110)가 접속되도록 분할체(51)를 형성하는 경우, 1개의 헤더부(80)에 접속되어 있는 출구 통로(110)의 각각의 최소 유로 단면적(SBmin)의 합(ΣSBmin)이, 1개의 헤더부(80)에 접속되어 있는 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 접속부(67)에 있어서의 각각의 유로 단면적(SA)의 합(ΣSA)보다 작아지도록 분할체(51)를 형성한다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에 의하면, 1개 이상의 출구 통로(110)의 각각의 최소 유로 단면적(SBmin)의 합(ΣSBmin)이 접속부(67)에 있어서의 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 각각의 유로 단면적(SA)의 합(ΣSA)보다 작아지므로, 복수의 제 1 냉각 통로(60)에 있어서의 냉각 공기(CA)의 유량을 출구 통로(110)의 최소 유로 단면적(SBmin)에 의해서 규정할 수 있다. 이에 의해, 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 각각에서는, 냉각 공기(CA)의 유량 조정을 위해서 유로 단면적을 필요 이상으로 작게 하지 않아도 되므로, 제 1 냉각 통로(60)의 치수 정밀도가 향상하고, 복수의 제 1 냉각 통로(60)끼리에서의 냉각 공기(CA)의 유량의 차이를 억제할 수 있다. 따라서, 과잉한 냉각을 억제하면서, 냉각 능력이 부족하지 않게 할 수 있다.
또한, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에 의하면, 1개 이상의 출구 통로(110)의 각각의 최소 유로 단면적(SBmin)을 접속부(67)에 있어서의 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 각각의 유로 단면적(SA) 이상으로 할 수 있으므로, 출구 통로(110)의 치수 정밀도가 확보하기 쉬워지는 동시에, 출구 통로(110)에 있어서 이물의 막힘도 일으키기 어려워진다.
게다가, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에 의하면, 1개 이상의 출구 통로(110)의 수가 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 수 미만이 되므로, 냉각 공기(CA)의 유량의 관리상, 유로 단면적의 정밀도, 즉, 통로의 치수 정밀도를 확보해야 할 개소를 줄일 수 있고, 분할체(51)의 제조 코스트를 억제할 수 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에서는, 출구 통로(110)의 유로 단면적이 최소가 되는 영역인 하류측 영역(115)에 있어서, 출구 통로(110)의 내벽면(110c)의 조도가 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 조도 이하가 되도록 출구 통로를 형성한다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에 의하면, 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 조도가 출구 통로(110)의 하류측 영역(115)에 있어서의 내벽면(115c)의 조도 이상이 되므로, 제 1 냉각 통로(60)에 있어서의 냉각 성능을 향상할 수 있다. 또한, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에 의하면, 출구 통로(110)의 하류측 영역(115)에 있어서의 내벽면(115c)의 조도가 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 조도 이하가 되므로, 출구 통로(110)에 있어서의 압력 손실의 차이를 억제할 수 있는 동시에, 출구 통로(110)에 있어서 이물이 통과하기 쉬워져서, 출구 통로(110)가 폐색할 리스크를 저감할 수 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에 의하면, 유로 단면적 축소부(113)의 하류측으로부터 출구 통로(110)의 연장 방향과 직교하는 방향의 크기를 조절함으로써, 출구 통로(110)에 있어서의 최소 유로 단면적(SBmin)의 조절이 용이하게 된다. 따라서, 분할체(51)에 있어서의 냉각 공기(CA)의 유량을 출구 통로(110)에 있어서의 최소 유로 단면적(SBmin)의 크기로 조정하도록 분할체(51)가 구성되어 있는 경우에는, 출구 통로(110)의 하류측에 있어서의 출구 통로(110)의 연장 방향과 직교하는 방향의 치수를 관리하면, 냉각 공기(CA)의 유량을 관리할 수 있으므로, 유로 단면적의 정밀도, 즉, 통로의 치수 정밀도를 확보해야 할 영역을 좁게 할 수 있고, 분할체(51)의 제조 코스트를 억제할 수 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에 의하면, 출구 통로(110)를 기계 가공을 따라서만 형성하는 경우와 비교해서, 분할체(51)의 제조 코스트를 억제할 수 있다. 또한, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에 의하면, 출구 통로(110)를 금속 적층 조형법 또는 정밀 주조법을 따라서만 형성하는 경우와 비교해서, 출구 통로(110)의 내벽면(110c)의 치수 정밀도를 향상할 수 있고, 냉각 공기(CA)의 유량의 조절 정밀도를 향상할 수 있다. 게다가, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에 의하면, 출구 통로(110)의 내벽면(110c)의 치수를 냉각 공기(CA)의 유량을 확인하면서 조절할 수 있으므로, 냉각 공기(CA)의 유량의 과부족을 억제할 수 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에 의하면, 삼각 드릴(19)의 직경(Dd)에 의해서 출구 통로(110)의 내벽면(110c)의 치수, 보다 구체적으로는 최소 유로 단면적부(117)의 내경(Di)을 규정할 수 있으므로, 분할체(51)의 제조가 용이하게 된다.
몇 개의 실시형태에 따른 출구 통로 형성 공정(S30)에 있어서, 하류측 영역(115)을 포함하는 출구 통로(110)의 적어도 일부의 구간을 에칭함으로써, 해당 영역에 있어서, 출구 통로(110)의 내벽면(110c)의 조도가 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 조도 이하가 되도록 출구 통로(110)를 형성해도 좋다.
이에 의해, 하류측 영역(115)을 포함하는 출구 통로(110)의 적어도 일부의 구간에 있어서의 조도를 용이하게 저하할 수 있다. 또한, 출구 통로(110)의 하류단(110b)으로부터는 기계 가공이 어려운 영역이어도, 조도를 용이하게 저하할 수 있다.
도 8은 다른 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에 있어서의 처리의 순서의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법은, 냉각 통로 형성 공정(S10)과, 헤더부 형성 공정(S20)과, 출구 통로 형성 공정(S30)과, 헤더부 에칭 공정(S50)을 구비한다. 냉각 통로 형성 공정(S10), 헤더부 형성 공정(S20), 및 출구 통로 형성 공정(S30)은, 도 6에 나타낸 냉각 통로 형성 공정(S10), 헤더부 형성 공정(S20), 및 출구 통로 형성 공정(S30)과 동일하다. 또한, 다른 실시형태에 따른 헤더부 에칭 공정(S50) 후에, 도 6에 나타낸 출구 통로 절삭 공정(S40)을 실시해도 좋다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에 있어서, 헤더부 에칭 공정(S50)은, 헤더부(80)의 내벽면(80a)의 적어도 일부의 영역을 에칭함으로써, 해당 영역에 있어서, 헤더부(80)의 내벽면(80a)의 조도를 복수의 제 1 냉각 통로(60)의 내벽면(60a)의 조도 이하로 하는 단계이다.
이에 의해, 헤더부의 내벽면의 적어도 일부의 영역에 있어서의 조도가 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하가 되므로, 헤더부에 있어서의 압력 손실을 억제할 수 있다. 상술한 바와 같이, 헤더부에서는 고온 부품의 냉각에의 기여가 비교적 적으므로, 헤더부의 조도가 작아지는 것에 의한 고온 부품의 냉각에의 영향은 작다. 따라서, 고온 부품의 냉각에의 영향을 억제하면서, 냉각 매체의 압력 손실을 억제할 수 있다.
(금속 적층 조형법에 있어서의 형성 영역에 의해서 적층 두께를 변경하는 경우에 대해서)
일반적으로는, 금속 적층 조형법에 있어서의 적층 두께를 두껍게 하면, 조형물에 있어서의 표면 조도가 커지는 경향이 있다. 즉, 금속 적층 조형법에 있어서의 적층 두께를 얇게 하면, 조형물에 있어서의 표면 조도가 작아지는 경향이 있다.
그래서, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에서는, 냉각 통로 형성 공정(S10)에 있어서, 금속 적층 조형법에 의해서, 원료 분말을 제 1 적층 두께(t1)로 적층하여 복수의 제 1 냉각 통로(60)를 형성해도 좋다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에서는, 헤더부 형성 공정(S20)에 있어서, 금속 적층 조형법에 의해서, 원료 분말을 제 1 적층 두께(t1) 이하의 제 2 적층 두께(t2)로 적층하여 헤더부(80)를 형성해도 좋다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에서는, 출구 통로 형성 공정(S30)에 있어서, 금속 적층 조형법에 의해서, 원료 분말을 제 1 적층 두께(t1)보다 작은 제 3 적층 두께(t3)로 적층하여 출구 통로(110)를 형성해도 좋다.
예를 들어, 상기 제 1 적층 두께(t1)는 75㎛ 이상 100㎛ 이하여도 좋다. 또한, 예를 들어, 상기 제 3 적층 두께(t3)는 20㎛ 이상 30㎛ 이하여도 좋다. 예를 들어, 상기 제 2 적층 두께(t2)는 20㎛ 이상 100㎛ 이하여도 좋다.
또한, 헤더부 형성 공정(S20)에 있어서, 예를 들면, 상기 제 1 적층 두께(t1)로 적층하여 헤더부(80)의 일부를 형성하고, 예를 들면, 상기 제 3 적층 두께(t3)로 적층하여 헤더부(80)의 나머지부의 적어도 일부를 형성해도 좋다.
헤더부(80)를 형성하는 제 2 적층 두께(t2)를, 제 1 냉각 통로(60)를 형성하는 제 1 적층 두께(t1) 이하로 함으로써, 헤더부(80)에 대해서는, 조도를 억제하여 냉각 공기(CA)의 압력 손실을 억제할 수 있고, 제 1 냉각 통로(60)에 대해서는, 조도를 비교적 크게 하여 냉각 성능을 향상할 수 있다.
또한, 출구 통로(110)를 형성하는 제 3 적층 두께(t3)를, 제 1 냉각 통로(60)를 형성하는 제 1 적층 두께(t1)보다 작게 함으로써, 출구 통로(110)에 대해서는, 조도를 억제하여, 출구 통로(110)에 있어서의 압력 손실의 차이를 억제할 수 있는 동시에, 출구 통로(110)에 있어서 이물이 통과하기 쉬워져서, 출구 통로(110)가 폐색할 리스크를 저감할 수 있다. 또한, 제 1 냉각 통로(60)에 대해서는, 상술한 바와 같이, 조도를 비교적 크게 하여 냉각 성능을 향상할 수 있다.
(금속 적층 조형법에 있어서의 형성 영역에 의해서 원료 분말의 입도를 변경하는 경우에 대해서)
일반적으로는, 금속 적층 조형법에 있어서의 원료 분말의 입도를 크게 하면, 조형물에 있어서의 표면 조도가 커지는 경향이 있다. 즉, 금속 적층 조형법에 있어서의 원료 분말의 입도를 작게 하면, 조형물에 있어서의 표면 조도가 작아지는 경향이 있다.
그래서, 몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에서는, 냉각 통로 형성 공정(S10)에 있어서, 금속 적층 조형법에 의해서, 제 1 입도(S1)를 갖는 원료 분말을 이용하여 복수의 제 1 냉각 통로(60)를 형성해도 좋다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에서는, 헤더부 형성 공정(S20)에 있어서, 금속 적층 조형법에 의해서, 제 1 입도(S1) 이하의 제 2 입도(S2)를 갖는 원료 분말을 이용하여 헤더부(80)를 형성해도 좋다.
몇 개의 실시형태에 따른 분할체(51)의 제조 방법에서는, 출구 통로 형성 공정(S30)에 있어서, 금속 적층 조형법에 의해서, 제 1 입도(S1)보다 작은 제 3 입도(S3)를 갖는 원료 분말을 이용하여 출구 통로(110)를 형성해도 좋다.
헤더부(80)를 형성하기 위한 원료 분말의 입도(제 2 입도(S2))를, 제 1 냉각 통로(60)를 형성하기 위한 원료 분말의 입도(제 1 입도(S1)) 이하로 함으로써, 헤더부(80)에 대해서는, 조도를 억제하여 냉각 공기(CA)의 압력 손실을 억제할 수 있고, 제 1 냉각 통로(60)에 대해서는, 조도를 비교적 크게 하여 냉각 성능을 향상할 수 있다.
또한, 출구 통로(110)를 형성하기 위한 원료 분말의 입도(제 3 입도(S3))를, 제 1 냉각 통로(60)를 형성하기 위한 원료 분말의 입도(제 1 입도(S1))보다 작게 함으로써, 출구 통로(110)에 대해서는, 조도를 억제하여, 출구 통로(110)에 있어서의 압력 손실의 차이를 억제할 수 있는 동시에, 출구 통로(110)에 있어서 이물이 통과하기 쉬워져서, 출구 통로(110)가 폐색할 리스크를 저감할 수 있다. 또한, 제 1 냉각 통로(60)에 대해서는, 상술한 바와 같이, 조도를 비교적 크게 하여 냉각 성능을 향상할 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, 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)(예를 들면, 플랫폼(45)), 정익(21)(예를 들면, 내측 슈라우드(25)나 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(제 1 냉각 통로, 냉각 통로)
63 : 분기 유로
65 : 하류단
67 : 접속부
70 : 칸막이벽
80 : 헤더부
90 : 측부 통로(제 2 냉각 통로)
110 : 출구 통로

Claims (15)

  1. 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품에 있어서,
    상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 제 1 냉각 통로와,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로의 각각의 하류단이 접속된 헤더부와,
    상기 헤더부에 유입된 상기 냉각 매체를 상기 헤더부의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로를 구비하고,
    상기 1개 이상의 출구 통로의 수는 상기 하류단의 수 미만이고,
    상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하인
    고온 부품.
  2. 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품에 있어서,
    상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 제 1 냉각 통로와,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로의 하류단이 접속된 헤더부와,
    상기 헤더부에 유입된 상기 냉각 매체를 상기 헤더부의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로를 구비하고,
    상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하이고,
    상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면은, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 중심선 평균 조도(Ra)가 10㎛ 이하의 조도를 갖고,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면은 중심선 평균 조도(Ra)가 10㎛ 이상 20㎛ 이하의 조도를 갖는
    고온 부품.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 복수의 제 2 냉각 통로를 더 구비하고,
    상기 복수의 제 2 냉각 통로의 내벽면은 중심선 평균 조도(Ra)가 10㎛ 이상 50㎛ 이하의 조도를 갖는
    고온 부품.
  4. 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품에 있어서,
    상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 제 1 냉각 통로와,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로의 하류단이 접속된 헤더부와,
    상기 헤더부에 유입된 상기 냉각 매체를 상기 헤더부의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로를 구비하고,
    상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하이고,
    상기 1개 이상의 출구 통로는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 하류측을 향해 점감하는 유로 단면적 축소부를 포함하는
    고온 부품.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헤더부의 내벽면의 적어도 일부의 영역에 있어서의 조도는, 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하인
    고온 부품.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고온 부품은 복수의 분할체가 둘레방향을 따라서 환상으로 배치되어서 구성되는 가스 터빈의 분할 환인
    고온 부품.
  7. 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품의 제조 방법에 있어서,
    상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하는 단계와,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로의 각각의 하류단이 접속된 헤더부를 형성하는 단계와,
    상기 헤더부에 유입된 상기 냉각 매체를 상기 헤더부의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계를 구비하고,
    상기 1개 이상의 출구 통로의 수는 상기 하류단의 수 미만이고,
    상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도가 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하가 되도록 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는
    고온 부품의 제조 방법.
  8. 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품의 제조 방법에 있어서,
    상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하는 단계와,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로의 하류단이 접속된 헤더부를 형성하는 단계와,
    상기 헤더부에 유입된 상기 냉각 매체를 상기 헤더부의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계를 구비하고,
    상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도가 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하가 되도록 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 동시에, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 하류측을 향해 점감하는 유로 단면적 축소부를 포함하도록 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는
    고온 부품의 제조 방법.
  9. 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품의 제조 방법에 있어서,
    상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하는 단계와,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로의 하류단이 접속된 헤더부를 형성하는 단계와,
    상기 헤더부에 유입된 상기 냉각 매체를 상기 헤더부의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계를 구비하고,
    상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도가 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하가 되도록 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성함에 있어서, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역을 포함하는 상기 출구 통로의 적어도 일부의 구간을 에칭함으로써, 상기 영역에 있어서, 상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도가 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하가 되도록 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는
    고온 부품의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 헤더부의 내벽면의 적어도 일부의 영역을 에칭함으로써, 상기 영역에 있어서, 상기 헤더부의 내벽면의 조도를 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하로 하는 단계를 더 구비하는
    고온 부품의 제조 방법.
  11. 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품의 제조 방법에 있어서,
    상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하는 단계와,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로의 하류단이 접속된 헤더부를 형성하는 단계와,
    상기 헤더부에 유입된 상기 냉각 매체를 상기 헤더부의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계를 구비하고,
    상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도가 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하가 되도록 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성함에 있어서, 금속 적층 조형법 또는 정밀 주조법에 의해서, 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하고,
    상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 적어도 일부에 기계 가공을 실시하는 단계를 더 구비하는
    고온 부품의 제조 방법.
  12. 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품의 제조 방법에 있어서,
    상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하는 단계와,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로의 하류단이 접속된 헤더부를 형성하는 단계와,
    상기 헤더부에 유입된 상기 냉각 매체를 상기 헤더부의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계를 구비하고,
    상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도가 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하가 되도록 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하고,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하는 단계는, 금속 적층 조형법에 의해서, 원료 분말을 제 1 적층 두께로 적층하여 상기 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하고,
    상기 헤더부를 형성하는 단계는, 금속 적층 조형법에 의해서, 상기 원료 분말을 상기 제 1 적층 두께 이하의 제 2 적층 두께로 적층하여 상기 헤더부를 형성하고,
    상기 출구 통로를 형성하는 단계는, 금속 적층 조형법에 의해서, 상기 원료 분말을 상기 제 1 적층 두께보다 작은 제 3 적층 두께로 적층하여 상기 출구 통로를 형성하는
    고온 부품의 제조 방법.
  13. 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품의 제조 방법에 있어서,
    상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하는 단계와,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로의 하류단이 접속된 헤더부를 형성하는 단계와,
    상기 헤더부에 유입된 상기 냉각 매체를 상기 헤더부의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계를 구비하고,
    상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도가 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하가 되도록 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하고,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하는 단계는, 금속 적층 조형법에 의해서, 제 1 입도를 갖는 원료 분말을 이용하여 상기 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하고,
    상기 헤더부를 형성하는 단계는, 금속 적층 조형법에 의해서, 상기 제 1 입도 이하의 제 2 입도를 갖는 원료 분말을 이용하여 상기 헤더부를 형성하고,
    상기 출구 통로를 형성하는 단계는, 금속 적층 조형법에 의해서, 상기 제 1 입도보다 작은 제 3 입도를 갖는 원료 분말을 이용하여 상기 출구 통로를 형성하는
    고온 부품의 제조 방법.
  14. 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품의 제조 방법에 있어서,
    상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하는 단계와,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로의 하류단이 접속된 헤더부를 형성하는 단계와,
    상기 헤더부에 유입된 상기 냉각 매체를 상기 헤더부의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계를 구비하고,
    상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도가 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하가 되도록 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하고,
    금속 적층 조형법에 의해서, 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 연장 방향으로 원료 분말을 적층하여, 상기 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 복수의 제 2 냉각 통로를 형성하는 단계를 더 구비하고,
    상기 복수의 제 2 냉각 통로의 내벽면 중 상기 원료 분말의 적층 시에 오버행 각도가 기정 각도 이상이 되는 오버행 영역은, 중심선 평균 조도(Ra)가 30㎛ 이상 50㎛ 이하의 조도를 갖고,
    상기 복수의 제 2 냉각 통로의 내벽면 중 상기 오버행 영역 이외의 영역은, 중심선 평균 조도(Ra)가 10㎛ 이상 30㎛ 이하의 조도를 갖는
    고온 부품의 제조 방법.
  15. 냉각 매체에 의한 냉각을 필요로 하는 고온 부품의 제조 방법에 있어서,
    상기 냉각 매체가 유통 가능한 복수의 제 1 냉각 통로를 형성하는 단계와,
    상기 복수의 제 1 냉각 통로의 하류단이 접속된 헤더부를 형성하는 단계와,
    상기 헤더부에 유입된 상기 냉각 매체를 상기 헤더부의 외부로 배출하기 위한 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계를 구비하고,
    상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하는 단계는, 상기 출구 통로의 유로 단면적이 최소가 되는 영역에 있어서, 상기 1개 이상의 출구 통로의 내벽면의 조도가 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 내벽면의 조도 이하가 되도록 상기 1개 이상의 출구 통로를 형성하고,
    상기 1개 이상의 출구 통로의 수는, 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 수 미만이며,
    상기 1개 이상의 출구 통로의 각각의 최소 유로 단면적은, 상기 헤더부와 상기 제 1 냉각 통로의 접속부에 있어서의 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 각각의 유로 단면적 이상이며,
    상기 1개 이상의 출구 통로의 각각의 최소 유로 단면적의 합은, 상기 헤더부와 상기 제 1 냉각 통로의 접속부에 있어서의 상기 복수의 제 1 냉각 통로의 각각의 유로 단면적의 합보다 작은
    고온 부품의 제조 방법.
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