KR20090104112A - 정익 링 세그먼트의 조립 방법, 정익 링 세그먼트, 결합 부재, 용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열변형 및 강도 저하의 우려를 억제하고, 형상의 자유도를 확보하며, 압축기의 압축 성능을 향상시킬 수 있는 정익 링 세그먼트의 조립 방법 등을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 용접시에 홈이나 오목부로부터 용접 대상물이 부상하는 것을 막고, 용접을 양호하게 실행하는 것이 가능한 용접을 제공하는 것을 목적으로 한다. 각 세그먼트 분할체(41)에 형성된 홈(50)의 폭이 외주측으로부터 바닥부(50a)를 향해서 점차 작아지도록, 양측의 측벽부(50b)를 바닥부(50a)에 대해 경사져서 형성하고, 결합 부재(42)를 그 폭이 두께 방향 중간부의 볼록부(42b)에서 최대가 되는 것과 같은 단면 형상으로서, 결합 부재(42)를 홈(50)에 수용했을 때에, 양측의 볼록부(42b)가 홈(50)의 측벽부(50b)에 접촉 또는 근접하고, 홈(50)의 바닥부(50a)측에 공간(100)이 형성되어, 홈(50)의 바닥부(50a)로부터 떨어진 측에 단면이 대략 V자 형상인 개선부(200)가 형성되도록 한다.

Description

정익 링 세그먼트의 조립 방법, 정익 링 세그먼트, 결합 부재, 용접 방법{ASSEMBLING METHOD OF STATOR BLADE RING SEGMENT, STATOR BLADE RING SEGMENT, COUPLING MEMBER, WELDING METHOD}

본 발명은 축류 압축기의 정익 링(stator blade ring)을 구성하는 정익 링 세그먼트의 조립 방법, 정익 링 세그먼트, 결합 부재 등에 관한 것이다.

축류 압축기의 정익 링은 다수 개, 예를 들면 몇십 내지 몇백 개의 정익이 원주 방향으로 배치되어서 구성되어 있다.

종래, 정익 링의 조립은 차실벽을 형성하는 내측 슈라우드(shroud), 외측 슈라우드 사이에 정익이 삽입되어서 가령 맞붙여진 상태에서, 내측 슈라우드, 외측 슈라우드의 측면으로부터 전자빔 용접을 원주 형상으로 실시함으로써, 정익의 양단부와 내측 슈라우드, 외측 슈라우드를 접합하는 수법이 많이 사용되고 있다(특허문헌 1, 2 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허 공고 제 1983-57276 호 공보

특허문헌 2 : 일본 특허 공고 제 1984-2761 호 공보

(발명이 해결하려고 하는 과제)

그러나, 종래의 수법에 있어서는, 정익 링의 전체 주위에 걸쳐서, 슈라우드의 측면으로부터 정익 중심부에 도달하도록 정익 링의 축방향으로 전자빔이 입사되어서 용접이 실행된다. 이 때문에, 정익 및 슈라우드에 대량의 열량이 작용한다. 이 열량에 의해, 정익 및 슈라우드가 변형할 우려가 있다. 정익이 비틀리면, 차량 내의 공기의 흐름이 흐트러지고, 압축기에 있어서의 압축 효과가 저하한다. 또한, 슈라우드가 비틀리면, 예컨대 슈라우드의 내측면이 물결쳐서 차실 내로 쑥 나오거나 반대로 쑥 들어가거나 한다. 그 결과, 차실의 케이싱 내면과 슈라우드 내면 사이에 단차가 생겨서, 차실 내의 공기의 흐름이 흐트러지고, 압축 성능의 저하로 이어진다.

본 발명은 이러한 기술적 과제에 근거해서 이루어진 것으로, 열변형 및 강도 저하의 우려를 억제하고, 형상의 자유도를 확보하며, 압축기의 압축 성능을 향상시킬 수 있는 정익 링 세그먼트의 조립 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

이러한 목적 하에서, 본 출원인은 정익 링을 복수의 정익 링 세그먼트로 구성하고, 각각의 정익 링 세그먼트를 이하와 같이 하여 구성하는 제안을 이미 하고 있다(PCT/JP2007/62597).

즉, 정익의 양단부에, 이 정익 한 개분에 대응하도록 원주 방향으로 분할된 내측 슈라우드부와 외측 슈라우드부를 일체로 형성하여 세그먼트 분할체를 형성하고, 복수 개의 세그먼트 분할체를 원주 방향으로 인접시키고, 이들 복수 개의 세그먼트 분할체의 내측 슈라우드부 및 외측 슈라우드부의 적어도 어느 한 쪽에 있어서, 정익의 반대측에 결합 부재를 배치하고, 세그먼트 분할체의 원주 방향 길이의 일부를 결합 부재에 용접함으로써, 정익 링 세그먼트를 구성한다.

이러한 기술에 있어서는, 복수 개의 세그먼트 분할체를 각각 결합 부재에 용접함으로써, 이들 복수 개의 세그먼트 분할체를 연결하도록 했다. 각 세그먼트 분할체에 있어서는, 그 원주 방향 길이의 일부가 결합 부재에 용접되므로 입열량을 적게 하는 것이 가능하다. 또한, 세그먼트 분할체는 한 개씩 용접되고, 또한 그 용접이 불연속이므로, 용접에 의해 세그먼트 분할체에 입력된 열을 공기 중으로 분산할 수 있어서, 열이 축적될 우려가 적다. 또한, 세그먼트 분할체는, 내측 슈라우드부 또는 외측 슈라우드부에 있어서, 정익에 대해 반대측에 배치된 결합 부재에 용접되므로, 열이 정익에 대해 영향을 미치는 일이 적다.

이렇게 하여, 형성된 정익 링이 열에 의해 변형할 우려를 억제할 수 있다. 이로써 열변형에 기인하여 압축 기체의 흐름이 흐트러지는 것이 억제되어서, 소정의 압축 성능을 보지할 수 있다.

그런데, 결합 부재가 설치되는 내측 슈라우드부 또는 외측 슈라우드부에는, 복수 개의 세그먼트 분할체에 걸치는 밴드 형상의 결합 부재를 수용하는 홈부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 홈부에 결합 부재를 수용한 상태에서, 결합 부재의 양측에 있어서, 결합 부재와 내측 슈라우드부 또는 외측 슈라우드부를 용접하는 것이다.

그러나, 본 발명자들이 이러한 구조에 있어서 예의(銳意) 검토를 거듭한 결과, 이하에 나타내는 바와 같은 문제가 존재하는 것을 찾아냈다.

즉, 복수 개의 세그먼트 분할체를 나열하고, 그들의 내측 슈라우드부 또는 외측 슈라우드부에 형성된 홈에 밴드 형상의 결합 부재를 수납해서 용접을 실행하는 것이지만, 당초 결합 부재를 홈에 수납한 상태에서는 결합 부재와 홈의 바닥면이 밀착해 있어도, 용접을 개시하면 홈으로부터 결합 부재가 부상해 버린다는 문제가 있다. 이것은 용접시에 결합 부재와 홈의 바닥면 사이에 비드의 스며듬, 플럭스(flux) 침입 등에 의해 결합 부재가 부상함으로써 발생한다고 생각된다. 또한, 내측 슈라우드부 또는 외측 슈라우드부를 따르도록 결합 부재를 미리 원호 형상으로 형성했을 때의 잔류 응력이 결합 부재에 내재하고 있고, 용접시에 열이 가해질 때에, 이 잔류 응력에 의해 결합 부재가 변형하여, 상기 현상의 발생으로 이어진다고도 생각된다.

또한, 각 세그먼트 분할체에 대해, 홈은 기계 가공에 의해 형성되지만, 도 7에 도시하는 바와 같이, 홈(1)의 바닥면(1a) 양측의 각부(1b)는 핀각(90°)으로 형성하는 것은 기계 가공상 곤란하다. 이 때문에, 결합 부재(2)의 각부(2a)와 홈(1)의 각부(1b)가 간섭하고, 그 결과 원래 결합 부재(2)를 홈(1)의 바닥면(1a)에 밀착시키는 것이 불가능할 수도 있다.

그래서, 본 발명자들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명을 실행했다.

즉, 본 발명은 복수를 조합시킴으로써, 원환 형상의 내측 슈라우드와 외측 슈라우드 사이에 복수 개의 정익이 마련된 정익 링을 구성하는 정익 링 세그먼트의 조립 방법에 있어서, 내측 슈라우드를 원주 방향으로 분할해서 이루어지는 내측 슈라우드부와 외측 슈라우드를 원주 방향으로 분할해서 이루어지는 외측 슈라우드부 사이에 1개의 정익이 마련된 세그먼트 분할체를 복수 나열해서 배치하는 공정과, 복수의 세그먼트 분할체를, 내측 슈라우드부 및 외측 슈라우드부의 적어도 한쪽에 있어서, 띠 형상의 결합 부재에 의해 서로 결합하기 위해서, 내측 슈라우드부 및 외측 슈라우드부의 적어도 한쪽에 있어서, 정익이 마련된 측과는 반대측의 면에 형성된 홈에 결합 부재를 수용하고, 결합 부재를 홈의 양측에 있어서 내측 슈라우드부 및 외측 슈라우드부의 적어도 한쪽에 용접하는 공정을 구비한다.

이렇게, 복수 개의 세그먼트 분할체를 각각 결합 부재에 용접함으로써, 이들 복수 개의 세그먼트 분할체를 연결하도록 했으므로, 상술한 바와 같이, 각 세그먼트 분할체에 있어서는 그 원주 방향 길이의 일부를 결합 부재에 용접하는 것이 가능해서, 입열량을 작게 할 수 있다. 또한, 세그먼트 분할체는 한 개씩 용접되고, 또한 그 용접이 불연속이므로, 용접에 의해 세그먼트 분할체에 입력된 열을 공기 중으로 분산시킬 수 있어서, 열이 축적될 우려가 적다. 또한, 세그먼트 분할체는, 내측 슈라우드부 또는 외측 슈라우드부에 있어서, 정익에 대해 반대측에 배치된 결합 부재에 용접되므로, 열이 정익에 대해 영향을 미치는 일이 적다.

그리고, 이러한 수법에 있어서, 본 발명에 있어서는, 상기 홈이 그 폭이 바닥부를 향해서 점차 작아지도록 측벽부가 경사져서 형성됨과 동시에, 결합 부재는 결합 부재를 홈에 수용했을 때에, 홈의 측벽부와 결합 부재의 측면 사이에 볼록부에 대해 바닥부측에 공간이 형성되고, 볼록부에 대해 바닥부와 반대측에 단면이 대략 V자 형상인 개선부가 형성되도록 하고, 이 개선부에 있어서 용접을 실행하도록 했다.

결합 부재와 세그먼트 분할체를 용접할 때에는, 공간에 의해, 홈의 바닥부의 양단부의 측벽부와의 맞닿는 부분에 있어서 결합 부재가 홈에 간섭하는 일이 없고, 홈의 바닥부에 결합 부재를 밀착시켜서 세팅할 수 있다. 또한, 용접시에는, 플럭스나 어시스트 가스가 공간에 유입되기 때문에, 플럭스나 어시스트 가스에 의해 홈으로부터 결합 부재가 부상하는 일이 없어서, 개선부의 용접을 양호하게 실행할 수 있다.

복수의 세그먼트 분할체를 결합 부재에 의해 서로 결합하는 공정에서는, 소정 개수의 세그먼트 분할체를, 각각의 세그먼트 분할체의 축방향이 대략 연직 방향이 되도록 나열하여 배치하고, 나열하여 배치됨으로써 연속한 복수의 세그먼트 분할체의 홈에 결합 부재를 수용하는 것이 바람직하다. 이로써, 세그먼트 분할체를 구성하는 정익이 가로로 배치된 상태에서 용접이 실행된다. 정익에 하중이 걸리는 것을 억제할 수 있어서, 정익의 비틀림 등을 방지할 수 있다.

또한, 나열하여 배치된 복수의 세그먼트 분할체 중 한쪽의 단부에 위치하는 세그먼트 분할체와 결합 부재와의 용접을 실행한 후에, 다른 쪽의 단부에 위치하는 세그먼트 분할체와 결합 부재와의 용접을 실행하고, 그렇게 한 후 나열하여 배치된 복수의 세그먼트 분할체 중 순차적으로 내측에 배치된 세그먼트 분할체와 결합 부재와의 용접을 실행해 가는 것이 바람직하다.

내측 슈라우드부 또는 외측 슈라우드부를 따르도록, 결합 부재를 미리 원호 형상으로 형성했을 때의 잔류 응력이 결합 부재에 내재하고 있는 경우에 있어서도, 이렇게 하여 결합 부재의 양단부를 먼저 용접함으로써, 용접시에 열이 가해질 때의 잔류 응력에 의해 생기는 결합 부재의 변형에 의한 영향을 최소한으로 억제할 수 있어서, 용접 작업이 원할하게 실행된다.

본 발명은 복수를 조합시킴으로써, 원환 형상의 내측 슈라우드와 외측 슈라우드 사이에 복수 개의 정익이 마련된 정익 링을 구성하는 정익 링 세그먼트로 하는 것도 가능하다. 이 정익 링 세그먼트는, 내측 슈라우드를 원주 방향으로 분할해서 이루어지는 내측 슈라우드부와 외측 슈라우드를 원주 방향으로 분할해서 이루어지는 외측 슈라우드부 사이에 한 개의 정익이 마련된 세그먼트 분할체가 복수 나열되어 배치되고, 이들 복수의 세그먼트 분할체가, 내측 슈라우드부 및 외측 슈라우드부의 적어도 한쪽에 있어서, 정익이 마련된 측과는 반대측의 면에 형성된 홈에 수용된 띠 형상의 결합 부재가 용접됨으로써 서로 결합된 것이다. 결합 부재는 두께 방향 중간부에 있어서 폭이 최대가 되도록 폭방향 양측의 측면에 볼록부가 형성되고, 홈은 그 폭이 바닥부를 향해서 점차 작아지도록 측벽부가 경사져서 형성되며, 결합 부재가 홈에 수용된 상태에서, 홈의 측벽부와 결합 부재의 측면 사이에 볼록부에 대해 홈의 바닥부측에 공간이 형성됨과 동시에, 볼록부에 대해 바닥부와 반대측에 단면이 대략 V자 형상인 개선부가 형성되고, 개선부에 있어서 내측 슈라우드부 및 외측 슈라이드부의 적어도 한쪽과 결합 부재가 용접되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 복수를 조합시킴으로써, 원환 형상의 내측 슈라우드와 외측 슈라우드 사이에 복수 개의 정익이 마련된 정익 링을 구성하는 정익 링 세그먼트를 형성하기 위해서, 내측 슈라우드를 원주 방향으로 분할해서 이루어지는 내측 슈라우드부와 외측 슈라우드를 원주 방향으로 분할해서 이루어지는 외측 슈라우드부 사이에 한 개의 정익이 마련된 복수의 세그먼트 분할체를 서로 연결하기 위한 결합 부재로 하는 것도 가능하다. 이 결합 부재는 띠 형상으로, 두께 방향 중간부에 있어서 폭이 최대가 되도록 폭방향 양측의 측면에 볼록부가 형성되고, 세그먼트 분할체의 내측 슈라우드부 및 외측 슈라우드부의 적어도 한쪽에 형성된 홈에 수용되었을 때에, 홈의 측벽부와 결합 부재의 측면 사이에 볼록부에 대해 홈의 바닥부측에 공간이 형성됨과 동시에, 볼록부에 대해 바닥부와 반대측에 단면이 대략 V자 형상인 개선부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 결합 부재는, 복수의 세그먼트 분할체의, 내측 슈라우드부 및 외측 슈라우드부의 적어도 한쪽에 형성된 홈에 수용한 상태에서, 개선부에 있어서 용접을 실행함으로써, 복수의 세그먼트 분할체를 서로 연결한다.

그런데, 본 발명은 축류 압축기의 정익 링 세그먼트의 조립 이외에도 적용 하는 것이 가능하다. 예를 들면, 정익 링 세그먼트의 경우와 같이 홈에 띠 형상의 부재를 용접하는 경우나, 원형 등을 비롯한 각종 형상의 오목부에 플러그나 플레이트 등의 부재를 수용해서 용접하는 경우 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.

즉, 본 발명은, 홈 또는 오목부가 형성된 제 1 부재와, 홈 또는 오목부에 수용된 제 2 부재를, 제 2 부재의 외주부의 적어도 일부에 있어서 용접하는 방법에 있어서, 홈 또는 오목부는 그 개구폭이 바닥부를 향해서 점차 작아지도록 측벽부가 경사져서 형성됨과 동시에, 제 2 부재는 두께 방향 중간부에 있어서 폭이 최대가 되도록 외주부의 측면에 볼록부가 형성되고, 제 2 부재를 홈 또는 오목부에 수용했을 때에, 측벽부와 제 2 부재의 외주부 사이에 볼록부에 대해 바닥부측에 공간이 형성되며, 볼록부에 대해 바닥부와 반대측에 단면이 대략 V자 형상인 개선부가 형성되도록 하고, 제 2 부재의 외주부의 적어도 일부에 있어서 개선부를 용접함으로써, 제 1 부재와 제 2 부재를 용접하는 것을 특징으로 한다.

제 1 부재와 제 2 부재를 용접할 때에는, 공간에 의해, 홈이나 오목부의 바닥부의 외주부에 있어서 제 2 부재가 홈이나 오목부에 간섭하는 일이 없고, 홈이나 오목부의 바닥부에 제 2 부재를 밀착시켜서 세팅할 수 있다. 또한, 용접시에는, 플럭스나 어시스트 가스가 공간에 유입하므로, 플럭스나 어시스트 가스에 의해 홈으로부터 결합 부재가 부상하는 일도 없다. 그 결과, 개선부에 있어서, 제 1 부재와 제 2 부재의 용접을 양호하게 실행하는 것이 가능해진다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면, 결합 부재를 이용한 정익 링 세그먼트의 조립을 정밀도 좋게 실행하는 것이 가능해지고, 이것에 의해, 축류 압축기 등에 있어서의 공기의 출입이나 정익의 변형이 억제되고, 압축 공기의 흐름이 흐트러지는 것을 막을 수 있다. 그 결과, 축류 압축기는 소정의 압축 성능을 보지할 수 있어서, 가스 터빈 등의 열효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 용접 방법에 의하면, 개선부에 있어서, 제 1 부재와 제 2 부재의 용접을 양호하게 실행하는 것이 가능해지므로, 제 1 부재와 제 2 부재의 조립을 정밀도 좋게 실행하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 개략 구성을 도시하는 도면,

도 2는 정익 링을 도시하는 도면,

도 3은 정익 링을 구성하는 정익 링 세그먼트를 도시하는 사시도,

도 4는 세그먼트 분할체의 단면 형상을 도시하는 도면,

도 5는 복수의 세그먼트 분할체를 띠 형상의 결합 부재에 의해 결합한 정익 링 세그먼트를 도시하는 도면,

도 6은 세그먼트 분할체에 형성된 홈에 결합 부재를 수용한 상태를 도시하는 단면도,

도 7은 종래의 기술을 도시하는 도면으로서, 세그먼트 분할체에 형성된 홈에 결합 부재를 수용한 상태를 도시하는 단면도.

부호의 설명

20 : 가스 터빈 32 : 정익 링

35 : 내측 슈라우드 36 : 외측 슈라우드

37 : 정익 40 : 정익 링 세그먼트

41 : 세그먼트 분할체 42 : 결합 부재(제 2 부재)

42a : 측면 42b : 볼록부

43 : 정익 44 : 외측 슈라우드부(제 1 부재)

45 : 내측 슈라우드부 48 : 용접 개소

50 : 홈 50a : 바닥부

50b : 측벽부 50c : 부분

100 : 공간 200 : 개선부

300 : 용접대

이하, 첨부 도면에 도시하는 실시형태에 근거하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈(20)의 개략 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(20)에는, 공기의 흐름의 상류측으로부터 하류측을 향해서 공기 취입구(도시하지 않음), 압축기(22), 연소기(23), 터빈(24)이 마련되어 있다.

공기 취입구(도시하지 않음)로부터 취입된 공기는 압축기(22)에 의해 압축되고, 고온·고압의 압축 공기가 되어서 연소기(23)로 송입된다. 연소기(23)에서는, 이 압축 공기에 천연 가스 등의 가스, 또는 경유나 경중유 등의 기름을 공급해서 연료 를 연소시키고, 고온·고압의 연소 가스를 생성시킨다. 이 고온·고압의 연소 가스는 터빈(24)에 분사되어서, 터빈(24) 내에서 팽창하여 터빈(24)을 회전시킨 다. 터빈(24)의 회전 에너지에 의해, 가스 터빈(20)의 주축(도시하지 않음)에 연결된 발전기 등이 구동된다.

압축기(22), 연소기(23) 및 터빈(24)을 포함하는 가스 터빈(20)을 구성하는 기기는 케이싱(26)에 의해 덮여 있다.

압축기(22)는 동익 링(31)과 정익 링(32)이 회전축(33)의 축방향에 있어서 교대로 배열된 축류 압축기로 되어 있다.

동익 링(31)은 회전축(33)의 주위에 다수의 동익(34)이 방사 형상으로 장착됨으로써 구성되어 있다. 이들 다수의 동익(34)은 회전축(33)의 원주 방향을 따라 등간격으로 설치되어 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 정익 링(32)은 링 형상의 내측 슈라우드(35)와 외측 슈라우드(36) 사이에 다수의 정익(37)이 방사 형상으로 장착됨으로써 구성되어 있다. 이들 다수의 정익(37)은 정익 링(32)의 원주 방향을 따라 등간격으로 설치되어 있다. 이 정익 링(32)은 내측 슈라우드(35), 외측 슈라우드(36)가 원주 방향으로 복수(예를 들면, 8개)로 분할된 정익 링 세그먼트(40)에 의해 구성되어 있다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 각 정익 링 세그먼트(40)는 복수(예를 들면, 10 내지 20개)의 세그먼트 분할체(41)를 원호 형상의 결합 부재(제 2 부재)(42)에 의해 결합함으로써 형성되어 있다.

각 세그먼트 분할체(41)는, 한 개의 정익(43)과, 한 개의 정익(43)에 대응하도록 내측 슈라우드(35), 외측 슈라우드(36)를 분할해서 이루어지는 외측 슈라우드 부(제 1 부재)(44), 내측 슈라우드부(45)로 형성되어 있다. 이들 정익(43), 외측 슈라우드부(44), 내측 슈라우드부(45)는 소정의 재료로 이루어진 블록재로부터 가공 기계에 의해 깎아 내는 것으로 일체로 형성되어 있다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 외측 슈라우드부(44)는 소정의 단면 형상을 갖는 띠 형상으로, 외측 슈라우드(36)의 곡률에 따른 원호 형상으로 만곡 형성되어 있다. 외측 슈라우드부(44)의 외주면[정익(43)이 마련되어 있는 측과 반대측의 면]에는, 그 폭방향 중앙부에, 외측 슈라우드(36)의 원주 방향으로 연속하는 홈(50)이 형성되어 있다. 이 홈(50)에 결합 부재(42)가 수용된다.

띠 형상의 외측 슈라우드부(44)의 폭방향 양단부에는, 외측 슈라우드(36)의 원주 방향으로 연속해서 돌출하는 돌출부(46)가 형성되어 있다.

내측 슈라우드부(45)는 소정의 단면 형상을 갖는 띠 형상으로, 내측 슈라우드(35)의 곡률에 따른 원호 형상으로 만곡 형성되어 있다. 내측 슈라우드부(45)의 내주면[정익(43)이 마련되어 있는 측과 반대측의 면]에는, 그 폭방향 중앙부에, 내측 슈라우드(35)의 원주 방향으로 연속하는 홈(47)이 형성되어 있다.

상술한 바와 같은 세그먼트 분할체(41)는 결합 부재(42)에 의해 일체화되어서 정익 링 세그먼트(40)를 구성한다.

결합 부재(42)는 정익 링 세그먼트(40)를 구성하는 소정 개수의 세그먼트 분할체(41)를 결합하기 위한 것이며, 이들 소정 개수의 세그먼트 분할체(41)에 따른 길이를 갖는 띠 형상으로 되어 있다. 상술한 바와 같이, 결합 부재(42)는 외측 슈라우드부(44)의 외주면에 형성된 홈(50)에 수용된다. 그리고, 결합 부재(42)의 폭 방향 양측에 있어서, 결합 부재(42)와 각 세그먼트 분할체(41)를 용접함으로써, 소정 개수의 세그먼트 분할체(41)가 결합되고, 정익 링 세그먼트(40)가 형성된다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 결합 부재(42)와 각 세그먼트 분할체(41)의 용접 개소(48)는 서로 인접한 세그먼트 분할체(41, 41)를 걸치지 않도록 설정된다. 이것은 서로 인접한 세그먼트 분할체(41, 41)를 걸쳐 연속하여 용접을 실행하면, 열 영향의 발생 상태가 서로 인접한 세그먼트 분할체(41, 41)끼리 다른 경우에, 정익 링 세그먼트(40)로서 변형이나 비틀림이 발생하는 일이 있기 때문이다.

또한, 결합 부재(42)는 소정 개수의 세그먼트 분할체(41)를 결합한 상태에서, 결합 부재(42)의 단면(42s)이, 정익 링 세그먼트(40)를 구성하는 양단의 세그먼트 분할체(41)의 단면(41a)으로부터 돌출하지 않고, 소정 치수(예를 들면, 2.5㎜ 정도) 내측에 위치하도록 장착된다. 이것은 서로 인접한 정익 링 세그먼트(40)의 결합 부재(42)끼리가 접촉하는 것을 막기 위해서이다. 이로써 결합 부재(42)의 단면(42s)에 대해서는 경면 마무리 등으로 할 필요가 없어서, 가공의 수고도 덜 수 있다.

여기서, 외측 슈라우드부(44)에 형성된 홈(50)과, 결합 부재(42)는, 이하에 도시하는 바와 같은 단면 형상을 갖고 있다.

즉, 도 6에 도시하는 바와 같이, 홈(50)은, 단면에서 보았을 때에, 바닥부(50a)가 평면 형상으로, 홈(50)의 폭이 외주측으로부터 바닥부(50a)를 향해서 점차 작아지도록, 폭방향 양측의 측벽부(50b)가 바닥부(50a)에 대해 소정 각도(θ1) 경사져서 형성되어 있다. 여기에서, 상기 각도(θ1)는, 30° 내지 45°로 하는 것 이 바람직하고, 보다 바람직하게는 33° 내지 37°로 하는 것이 좋다. 본 실시형태에서는, 예를 들면 θ1 = 35°로 하고 있다.

또한, 바닥부(50a)의 폭방향 양단부의 측벽부(50b)와의 맞닿는 부분(50c)은 기계 가공상의 이유에 의해 0.4R 정도의 R이 형성되어 있다.

한편, 결합 부재(42)는 그 폭이 두께 방향 중간부에서 최대로 되는 것과 같은 단면 형상으로 되어 있다. 즉, 결합 부재(42)의 폭방향 양측의 측면(42a)에는, 두께 방향 중간부에 볼록부(42b)가 형성되어 있다. 이 볼록부(42b)는, 예컨대 결합 부재(42)의 두께를 6㎜로 한 경우, 결합 부재(42)를 홈(50)에 수용한 상태에서 홈(50)의 바닥부(50a)에 대향하는 측의 면으로부터 2㎜의 위치에 형성되어 있다. 이 볼록부(42b)는, 결합 부재(42)를 홈(50)에 수용했을 때에, 양측의 볼록부(42b)가 홈(50)의 측벽부(50b)에 접촉 또는 근접하도록 형성되어 있다. 그리고, 볼록부(42b)의 정각(頂角)의 각도(θ2)는 소정의 각도로 설정되어 있다. 본 실시형태에서는, 예컨대 θ2 = 120°로 되어 있다. 이로써, 볼록부(42b)의 상방, 하방에 있어서, 측면(42a)은 각각 홈(50)의 바닥부(50a)에 직교하는 방향에 대해 동일 각도로 경사지고, 본 실시형태의 경우 30°경사져서 형성되어 있다.

이러한 단면 형상을 갖는 결합 부재(42)를 홈(50)에 수용하면, 양측의 볼록부(42b)가 홈(50)의 측벽부(50b)에 접촉 또는 근접하고, 홈(50)의 바닥부(50a)측에는, 결합 부재(42)의 측면(42a)과 홈(50)의 측벽부(50b) 및 바닥부(50a)에 둘러싸여진 공간(100)이 형성되며, 홈(50)의 바닥부(50a)로부터 떨어진 측에는 단면이 대략 V자 형상인 개선부(200)가 형성된다.

결합 부재(42)는 외측 슈라우드부(44)의 외주면에 형성된 홈(50)에 수용되며, 결합 부재(42)의 폭방향 양측의 소정의 용접 개소(48)에 있어서, 결합 부재(42)와 각 세그먼트 분할체(41)가 용접된다. 이 용접에는 TIG 용접을 이용할 수 있다. 용접 개소(48)에 있어서는, 단면이 대략 V자 형상인 개선부(200)에 있어서 용접이 실행된다. 이 때, 개선부(200)의 하방에는, 볼록부(42b)의 하방에 공간(100)이 형성되어 있다. 이 공간(100)의 존재에 의해, 홈(50)의 바닥부(50a)의 양단부의 측벽부(50b)와의 맞닿는 부분(50c)과, 결합 부재(42)의 양단부 사이에는 클리어런스가 형성된다. 상술한 바와 같이, 홈(50)의 바닥부(50a)의 양단부의 측벽부(50b)와의 맞닿는 부분(50c)에는, 기계 가공상의 이유에 의해 미소한 R이 존재하기 때문에, 통상적이라면 결합 부재(42)의 양단부의 각부와 간섭해서 결합 부재(42)와 홈(50)의 바닥부(50a)를 밀착시키는 것이 곤란하다. 이것에 대해, 상기 구성에 의해, 홈(50)의 바닥부(50a)에 결합 부재(42)를 밀착시켜서 세팅할 수 있다.

또한, 용접시에는, 어시스트 가스가 공간(100)에 흘러 들어 홈(50)의 연속하는 방향으로 흘러 가기 때문에, 어시스트 가스에 의해 홈(50)으로부터 결합 부재(42)가 부상하는 일이 없어서, 개선부(200)의 용접을 양호하게 실행할 수 있다.

이와 같이 하여, 결합 부재(42)를 거쳐서 소정 개수의 세그먼트 분할체(41)를 결합함으로써 구성된 각 정익 링 세그먼트(40)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 그 외주측에 있어서 케이싱(26)에 의해 원주 방향으로 접동 가능하게 보지되어 있다. 이 때문에 케이싱(26)의 내주면에 안내 홈(27)이 형성되어 있다. 이 안내 홈(27) 은 상기 각 세그먼트 분할체(41)의 외측 슈라우드부(44)에 형성된 돌출부(46)에 대응하는 단면 형상을 갖고 있다. 이로써 복수의 세그먼트 분할체(41)의 집합체인 정익 링(32)은 외측 슈라우드(36)가 케이싱(26)에 보지되고, 안내 홈(27)이 연속하는 방향, 즉 원주 방향으로 접동 가능하게 보지되어 있다.

또한, 각 정익 링 세그먼트(40)는, 그 내주측에 있어서, 주축(도시하지 않음)에 대해, 시일 홀더(49)에 의해 그 직경 방향의 위치가 보지되어 있다. 시일 홀더(49)는 정익 링 세그먼트(40)에 대응한 길이를 갖고 있다. 시일 홀더(49)에는 각 세그먼트 분할체(41)의 내측 슈라우드부(45)에 감합하는 감합부(49a)가 형성되어 있다. 또한, 시일 홀더(49)의 내주측에는 시일 부재(49b)가 마련되어, 주축(도시하지 않음)과의 사이의 시일성을 확보하도록 되어 있다.

상기와 같은 각 정익 링 세그먼트(40)는, 케이싱(26)에 형성된 안내 홈(27)에 순차 삽입되어 세팅됨으로써, 전체로서 원환 형상의 정익 링(32)이 구성된다.

한편, 각 정익 링 세그먼트(40)의 조립은 이하와 같이 하여 실행된다.

세그먼트 분할체(41)는 소정의 재료로 이루어지는 블록재로부터 깎아 내는 것으로 형성된다. 또한, 결합 부재(42)는 소정의 재료로 이루어지는 띠 형상의 판재를 결합 부재(42)의 소정의 단면 형상으로 가공한 후, 소정의 곡률 반경을 갖는 원호 형상이 되도록 굽힘 가공을 실행함으로써 형성된다.

이어서, 소정 개수의 세그먼트 분할체(41)를 결합 부재(42)에 의해 결합한다.

이것에는, 미리 준비된 소정 개수의 세그먼트 분할체(41)를 용접대 상에 세 팅한다. 본 실시형태에 있어서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 이들 세그먼트 분할체(41)를 용접대(300) 상에 가로로 배치하여 세팅한다[회전축 방향이 용접대(300)의 상면에 직교하도록 놓는다].

복수의 세그먼트 분할체(41)를 치구(治具)에 의해 서로 밀착시킨 상태에서, 용접대(300) 상에서 위치 결정한다. 이 상태에서, 복수의 세그먼트 분할체(41)를 점 용접으로 가 고정한 후, 홈(50)이 가공되어, 홈(50)이 연속한 상태가 된다.

그리고, 홈(50)에 결합 부재(42)를 세팅한다.

계속해서, 결합 부재(42)를 세그먼트 분할체(41)에 용접해 간다.

이 때 용접의 순서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 복수 세팅된 세그먼트 분할체(41) 중, 우선 한쪽의 단에 위치하는 세그먼트 분할체(41A)에 있어서 용접을 실행하고, 이어서 다른 쪽의 단에 위치하는 세그먼트 분할체(41B)에 있어서 용접을 실행한다. 이 다음은, 이들 세그먼트 분할체(41)의 내측에 배치되어 있는 것을 향해서, 양측을 교대로 용접해 가는 것이 바람직하다.

이렇게 하여, 세그먼트 분할체(41)를 가로로 배치하여 용접을 실행하는 것으로, 정익(43)이 하중이나 열응력에 의해 비틀리는 것을 막을 수 있다.

소정 개수의 세그먼트 분할체(41)를 결합 부재(42)에 의해 서로 결합해서 정익 링 세그먼트(40)를 조립한 후, 그 내주측에 시일 홀더(49)를 장착한다.

상기와 같이 해서, 정익 링(32)을 구성하는 모든 정익 링 세그먼트(40)를 조립한다. 그 후, 조립된 이들 정익 링 세그먼트(40)를 케이싱(26)에 형성된 안내 홈(27)에 순차 삽입시켜서 세팅함으로써, 전체로서 원환 형상의 정익 링(32)이 구 성된다.

상술한 바와 같이 하여, 세그먼트 분할체(41)는, 용접 개소(48)에 있어서, 외측 슈라우드부(44)의 원주 방향 길이의 일부에 대해서만, 결합 부재(42)와의 용접이 실행된다. 게다가, 용접 깊이는 개선부(200)의 부분만이다. 따라서, 종래와 같이, 전자빔 용접에 의해, 원주 방향 전역에 걸쳐서, 정익 링의 축방향의 중심부까지 입열하는 경우에 비교하면, 세그먼트 분할체(41)에 대한 입열량은 작다. 게다가, 결합 부재(42)와의 용접은, 각 용접 개소(48)에 있어서 세그먼트 분할체(41) 한 개씩에 대해서 개별적으로 실행되고, 불연속인 용접 작업이기 때문에, 용접에 따르는 열을 공기 중으로 방산할 수 있어서, 열이 축적될 우려도 적다.

또한, 용접 개소(48)는 외측 슈라우드부(44)에 있어서 정익(43)이 마련되어 있는 측과 반대측의 면이기 때문에, 용접에 의한 열이 정익(43)에 대해 영향을 미치는 일도 적다.

이렇게 하여, 형성된 정익 링 세그먼트(40)는 열 영향에 의해 생기는 변형이나 비틀림을 억제할 수 있다. 그 결과, 외측 슈라우드(36)로의 공기의 출입이나 정익(43)의 변형이 억제되고, 압축 공기의 흐름이 흐트러지는 것을 막을 수 있다. 이로써, 압축기(22)는 소정의 압축 성능을 보지할 수 있어서, 가스 터빈(20)의 열효율을 향상시킬 수 있다.

여기서, 각 세그먼트 분할체(41)에 형성된 홈(50)은, 단면에서 보았을 때, 홈(50)의 폭이 외주측으로부터 바닥부(50a)를 향해서 점차 작아지도록, 양측의 측벽부(50b)가 바닥부(50a)에 대해 경사져서 형성되고, 결합 부재(42)는 그 폭이 두 께 방향 중간부의 볼록부(42b)에서 최대가 되는 것과 같은 단면 형상으로 되어 있다. 이로써, 결합 부재(42)를 홈(50)에 수용하면, 양측의 볼록부(42b)가 홈(50)의 측벽부(50b)에 접촉 또는 근접하고, 홈(50)의 바닥부(50a)측에 공간(100)이 형성되며, 홈(50)의 바닥부(50a)로부터 떨어진 측에 단면이 대략 V자 형상인 개선부(200)가 형성되도록 되어 있다.

이러한 결합 부재(42)와 세그먼트 분할체(41)를 용접할 때에는, 공간(100)에 의해, 홈(50)의 바닥부(50a)의 양단부의 측벽부(50b)와의 맞닿는 부분(50c)과 결합 부재(42)의 양단부 사이에는 클리어런스가 형성되므로, 홈(50)의 바닥부(50a)에 결합 부재(42)를 밀착시켜서 세팅할 수 있다. 또한, 용접시에는, 플럭스나 어시스트 가스가 공간(100)에 흘러 들어서 홈(50)의 연속하는 방향으로 흘러가기 때문에, 플럭스나 어시스트 가스에 의해 홈(50)으로부터 결합 부재(42)가 부상하는 일이 없어서, 개선부(200)의 용접을 양호하게 실행할 수 있다.

이렇게 하여, 결합 부재(42)를 이용한 정익 링 세그먼트(40)의 조립을 정밀도 좋게 실행하는 것이 가능해지고, 이것에 의해서도 외측 슈라우드(36)로의 공기의 출입이나 정익(43)의 변형이 억제되며, 압축 공기의 흐름이 흐트러지는 것을 막을 수 있다. 그 결과, 압축기(22)는 소정의 압축 성능을 보지할 수 있어서, 가스 터빈(20)의 열효과를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 가스 터빈(20)을 구성하는 정익 링 세그먼트(40)에 있어서, 복수의 세그먼트 분할체(41)를 결합 부재(42)로 결합하기 위한 용접 개소(48)에 본 발명을 적용하는 예를 들었지만, 가스 터빈(20)의 본원의 주지 와 관계되지 않는 다른 부분의 구성에 대해서는 적절히 다른 구성으로 할 수 있다.

또한, 홈이나 오목부에 용접 대상물을 수용해서 용접을 실행하는 것이라면, 홈(50)에 결합 부재(42)를 수용해서 용접하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 원형, 직사각형 등의 오목부에 플러그나 플레이트를 용접하는 경우 등, 다른 대상물에 대해서도 본 발명을 적용함으로써, 용접 대상물의 오목부로부터의 부상을 막아서 양호한 용접이 실행된다는 상기와 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.

이외에도, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 한, 상기 실시형태에서 든 구성을 취사 선택하거나, 다른 구성으로 적당히 변경하는 것이 가능하다.

Claims (6)

1. 복수를 조합시킴으로써, 원환 형상의 내측 슈라우드(shroud)와 외측 슈라우드 사이에 복수 개의 정익(stator blade)이 마련된 정익 링(stator blade ring)을 구성하는 정익 링 세그먼트의 조립 방법에 있어서,

   상기 내측 슈라우드를 원주 방향으로 분할해서 이루어지는 내측 슈라우드부와 상기 외측 슈라우드를 원주 방향으로 분할해서 이루어지는 외측 슈라우드부 사이에 한장의 상기 정익이 마련된 세그먼트 분할체를 복수 나열해서 배치하는 공정과,

   복수의 상기 세그먼트 분할체를 상기 내측 슈라우드부 및 상기 외측 슈라우드부의 적어도 한쪽에서 띠 형상의 결합 부재에 의해 서로 결합하기 위해, 상기 내측 슈라우드부 및 상기 외측 슈라우드부의 적어도 한쪽에서 상기 정익이 마련된 측과는 반대측의 면에 형성된 홈에 상기 결합 부재를 수용하고, 상기 결합 부재를 상기 홈의 양측에서 상기 내측 슈라우드부 및 상기 외측 슈라우드부의 적어도 한쪽에 용접하는 공정을 구비하며,

   상기 홈은 그 폭이 바닥부를 향해서 점차 작아지도록 측벽부가 경사져서 형성됨과 동시에, 상기 결합 부재는 폭방향 양측의 측면에 볼록부가 형성되며,

   상기 결합 부재를 상기 홈에 수용했을 때에, 상기 홈의 측벽부와 상기 결합 부재의 상기 측면 사이에 상기 볼록부에 대해 상기 바닥부측에 공간이 형성되고, 상기 볼록부에 대해 상기 바닥부와 반대측에 단면이 대략 V자 형상인 개선부가 형 성되며, 상기 개선부에서 용접을 실행하는 것을 특징으로 하는

   정익 링 세그먼트의 조립 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   복수의 상기 세그먼트 분할체를 상기 결합 부재에 의해 서로 결합하는 공정에서는, 소정 개수의 상기 세그먼트 분할체를, 각각의 상기 세그먼트 분할체의 축방향이 대략 연직 방향이 되도록 나열하여 배치하며,

   나열하여 배치됨으로써 연속한 복수의 상기 세그먼트 분할체의 상기 홈에 상기 결합 부재를 수용하는 것을 특징으로 하는

   정익 링 세그먼트의 조립 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   나열하여 배치된 복수의 상기 세그먼트 분할체 중 한쪽의 단부에 위치하는 상기 세그먼트 분할체와 상기 결합 부재의 용접을 실행한 후에, 다른 쪽의 단부에 위치하는 상기 세그먼트 분할체와 상기 결합 부재의 용접을 실행하고, 그렇게 한 후 나열하여 배치된 복수의 상기 세그먼트 분할체 중 순차적으로 내측에 배치된 상기 세그먼트 분할체와 상기 결합 부재의 용접을 실행해 가는 것을 특징으로 하는

   정익 링 세그먼트의 조립 방법.
4. 복수를 조합시킴으로써, 원환 형상의 내측 슈라우드와 외측 슈라우드 사이에 복수 개의 정익이 마련된 정익 링을 구성하는 정익 링 세그먼트에 있어서,

   상기 내측 슈라우드를 원주 방향으로 분할해서 이루어지는 내측 슈라우드부와 상기 외측 슈라우드를 원주 방향으로 분할해서 이루어지는 외측 슈라우드부 사이에 한장의 상기 정익이 마련된 세그먼트 분할체가 복수 나열되어 배치되고, 이들 복수의 상기 세그먼트 분할체가, 상기 내측 슈라우드부 및 상기 외측 슈라우드부의 적어도 한쪽에서, 상기 정익이 마련된 측과 반대측에 형성된 홈에 수용된 띠 형상의 결합 부재가 용접됨으로써 서로 결합되며,

   상기 결합 부재는 두께 방향 중간부에서 폭이 최대가 되도록 폭방향 양측의 측면에 볼록부가 형성되며,

   상기 홈은 그 폭이 바닥부를 향해서 점차 작아지도록 측벽부가 경사져서 형성되며,

   상기 결합 부재가 상기 홈에 수용된 상태에서, 상기 홈의 측벽부와 상기 결합 부재의 상기 측면 사이에 상기 볼록부에 대해 상기 바닥부측에 공간이 형성됨과 동시에, 상기 볼록부에 대해 상기 바닥부와 반대측에 단면이 대략 V자 형상인 개선부가 형성되고, 상기 개선부에서 상기 내측 슈라우드부 및 상기 외측 슈라우드부의 적어도 한쪽과 상기 결합 부재가 용접되어 있는 것을 특징으로 하는

   정익 링 세그먼트.
5. 복수를 조합시킴으로써, 원환 형상의 내측 슈라우드와 외측 슈라우드 사이에 복수 개의 정익이 마련된 정익 링을 구성하는 정익 링 세그먼트를 형성하기 위해 서, 상기 내측 슈라우드를 원주 방향으로 분할해서 이루어지는 내측 슈라우드부와 상기 외측 슈라우드를 원주 방향으로 분할해서 이루어지는 외측 슈라우드부 사이에 1개의 상기 정익이 마련된 복수의 세그먼트 분할체를 서로 연결하기 위한 결합 부재에 있어서,

   상기 결합 부재는 띠 형상으로, 두께 방향 중간부에서 폭이 최대가 되도록 폭방향 양측의 측면에 볼록부가 형성되며,

   상기 세그먼트 분할체의 상기 내측 슈라우드부 및 상기 외측 슈라우드부의 적어도 한쪽에 형성된 홈에 수용되었을 때에, 상기 홈의 측벽부와 상기 결합 부재의 상기 측면 사이에 상기 볼록부에 대해 상기 홈의 바닥부측에 공간이 형성됨과 동시에, 상기 볼록부에 대해 상기 바닥부와 반대측에 단면이 대략 V자 형상인 개선부가 형성되는 것을 특징으로 하는

   결합 부재.
6. 홈 또는 오목부가 형성된 제 1 부재와, 상기 홈 또는 상기 오목부에 수용된 제 2 부재를, 상기 제 2 부재의 외주부의 적어도 일부에서 용접하는 방법에 있어서,

   상기 홈 또는 상기 오목부는 그 개구폭이 바닥부를 향해서 점차 작아지도록 측벽부가 경사져서 형성됨과 동시에, 상기 제 2 부재는 두께 방향 중간부에서 폭이 최대가 되도록 외주부의 측면에 볼록부가 형성되며,

   상기 제 2 부재를 상기 홈 또는 상기 오목부에 수용했을 때에, 상기 측벽부 와 상기 제 2 부재의 외주부 사이에 상기 볼록부에 대해 상기 바닥부측에 공간이 형성되고, 상기 볼록부에 대해 상기 바닥부와 반대측에 단면이 대략 V자 형상인 개선부가 형성되도록 하며,

   상기 제 2 부재의 외주부의 적어도 일부에서 상기 개선부를 용접함으로써, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재를 용접하는 것을 특징으로 하는

   용접 방법.

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