KR20130116948A - 중공 만곡판 및 그 제조 방법 및 가스 터빈의 연소기 - Google Patents

중공 만곡판 및 그 제조 방법 및 가스 터빈의 연소기 Download PDF

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후미코 마치다
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Abstract

굽힘 가공시 및 사용 환경하에 있어서의 크랙의 발생을 억제할 수 있는 중공 만곡판 및 그 제조 방법, 및 가스 터빈의 연소기를 제공하는 것을 목적으로 하여, 중공 만곡판(20, 50, 70)은, 제 1 홈(22)을 갖는 제 1 판 부재(241 내지 243)와, 제 1 홈(22)과 대략 동일한 폭인 제 2 홈(32)을 갖고, 제 1 판 부재(241 내지 243)에 확산 접합에 의해 접합된 제 2 판 부재(341 내지 343)를 구비하며, 제 1 판 부재(241 내지 243) 및 제 2 판 부재(341 내지 343)와 접합된 상태로 굽힘 가공에 의해 만곡되어 이루어진다. 그리고, 제 1 홈(22)은 제 2 홈(32)에 대향하여, 제 1 홈(22)과 제 2 홈(32)의 폭방향 위치가 대략 일치하고, 제 1 홈(22) 및 제 2 홈(32)에 의해 중공부(401 내지 403)가 형성되어 있다.

Description

중공 만곡판 및 그 제조 방법 및 가스 터빈의 연소기{HOLLOW CURVED PLATE, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND BURNER FOR GAS TURBINE}
본 발명은, 내부에 중공부가 형성된 중공 만곡판 및 그 제조 방법과, 이 중공 만곡판을 이용한 가스 터빈의 연소기에 관한 것이다.
종래로부터, 중공 만곡판의 중공부에 냉각 매체를 흘려서 냉각을 실행하는 것이 행해지고 있다. 예를 들어 가스 터빈의 연소기에는, 내통(內筒)이나 미통(尾筒)을 중공 만곡판으로 구성하고, 이러한 중공 만곡판의 중공부에 냉각 공기를 흘림으로써 연소기의 냉각을 실행하도록 한 것이 알려져 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 공기류 홈이 형성된 외측판과, 홈을 갖지 않는 내측판을 액상 확산 접합에 의해 접합하여, 가스 터빈 연소기의 내통을 제작하는 것이 기재되어 있다(단락 0010 및 도 1 참조).
종래의 중공 만곡판을 제작하는 순서는 이하와 같다. 도 11은, 종래의 중공 만곡판을 제작하는 모양을 도시하는 도면으로서, 도 11의 (a)는 한쌍의 판을 액상 확산 접합에 의해 접합하는 모양을 도시하고, 도 11의 (b)는 접합후의 굽힘 가공의 모양을 도시하고 있다.
우선, 도 11의 (a)에 도시하는 바와 같이, 홈(112)이 형성된 평판형상의 홈을 갖는 판(110)과, 홈이 형성되어 있지 않은 평판형상의 홈이 없는 판(120) 사이에, 붕소 등의 융점 강하 원소를 함유하는 인서트 금속(땜납재)(122)을 배치한다. 그리고, 인서트 금속(122)만이 용융하는 소정 온도까지 가열한다. 가열에 의해 인서트 금속(122)이 용융하고, 그에 따라 인서트 금속(122) 내의 융점 강하 원소가 모재[홈을 갖는 판(110) 및 홈이 없는 판(120)]측으로 확산한다. 그 후, 상기 소정 온도를 계속해서 보지하면, 인서트 금속(122) 내의 융점 강하 원소의 농도 저하에 의해, 인서트 금속(122)의 융점이 상승하여, 인서트 금속(122)의 등온 응고가 일어난다. 최종적으로는, 인서트 금속(122)이 완전히 응고하고, 융점 강하 원소의 농도가 확산에 의해 균등화되어, 접합면 주변의 조직이 균일해진다. 이와 같이 하여, 홈을 갖는 판(110)과 홈이 없는 판(120)의 액상 확산 접합이 진행한다.
최후에, 상술한 순서로 접합한 홈을 갖는 판(110)과 홈이 없는 판(120)으로 이루어지는 중공 평판(100)[도 11의 (a) 참조]을 굽힘 가공에 의해 만곡시킴으로써, 도 11의 (b)에 도시하는 중공 만곡판(102)이 얻어진다.
일본 공개 특허 제 1993-44927 호 공보
그러나, 종래의 중공 만곡판(102)에서는, 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이, 홈(112)의 모서리부(114)가 홈을 갖는 판(110)과 홈이 없는 판(120)의 접합부에 존재하기 때문에, 굽힘 가공시에 모서리부(114)에 응력이 집중해버려, 크랙이 발생해버릴 가능성이 있었다.
또한, 중공 만곡판(102)에는, 외주측의 판[도 11의 (b)의 예에서는 홈을 갖는 판(110)]과 내주측의 판[도 11의 (b)의 예에서는 홈이 없는 판(120)]에 온도차가 생기는 것과 같은 환경하에서 사용되는 것도 있다. 예를 들면, 가스 터빈 연소기의 내통이나 미통을 구성하는 중공 만곡판의 경우, 고온의 연소 가스에 노출되는 내주측의 판은 외주측의 판에 비해서 고온으로 된다.
이와 같이, 외주측의 판과 내주측의 판에 온도차가 생기면, 양자간의 열 신장차에 기인하는 응력이 홈(112)의 모서리부(114)에 집중해버려, 크랙이 발생할 우려가 있다.
본 발명은, 상술한 사정에 비추어 이루어진 것으로서, 굽힘 가공시 및 사용 환경하에 있어서의 크랙의 발생을 억제할 수 있는 중공 만곡판 및 그 제조 방법, 및 가스 터빈의 연소기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 중공 만곡판은, 제 1 홈을 갖는 제 1 판 부재와, 상기 제 1 홈과 대략 동일한 폭인 제 2 홈을 갖고, 상기 제 1 판 부재에 확산 접합에 의해 접합된 제 2 판 부재를 구비하며, 상기 제 1 판 부재 및 상기 제 2 판 부재가 접합된 상태로 굽힘 가공에 의해 만곡되어 이루어진다. 상기 제 1 홈은 상기 제 2 홈에 대향하여, 상기 제 1 홈과 상기 제 2 홈의 폭방향 위치가 대략 일치하고, 상기 제 1 홈 및 상기 제 2 홈에 의해 중공부가 형성되어 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 「대략 동일」 및 「대략 일치」는 제작 공차를 허용하지만, 비교 대조가 되는 양자가 실질적으로 동일 또는 일치하고 있는 것을 말한다.
이러한 중공 만곡판에서는, 제 1 판 부재의 제 1 홈과, 이 제 1 홈과 대략 동일한 폭인 제 2 판 부재의 제 2 홈의 폭방향 위치를 대략 일치시켜서, 제 1 홈 및 제 2 홈에 의해 중공부를 형성하도록 했으므로, 응력 집중의 원인이 되는 모서리부(114)[도 11의 (b) 참조]의 발생을 방지할 수 있다. 그 때문에, 굽힘 가공시 및 사용 환경하에 있어서의 크랙의 발생을 억제할 수 있다.
상기 중공 만곡판에 있어서, 상기 제 1 판 부재의 두께 T1과 상기 제 2 판 부재의 두께 T2가 0.9≤T1/T2≤1.1의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
이러한 관계를 만족시키도록 제 1 판 부재의 두께 T1 및 제 2 판 부재의 두께 T2를 설정하면, 중공 만곡판의 두께방향에 있어서의 중앙 부근에 제 1 판 부재와 제 2 판 부재의 접합면이 위치하게 된다. 여기에서, 중공 만곡판의 두께방향에 있어서의 중앙 부근은, 굽힘 가공시에 작용하는 압축 응력에 의해 축소하려고 하는 내주부와, 굽힘 가공시에 작용하는 인장 응력에 의해 신장하려고 하는 외주부의 중간에 위치하고, 내주부 및 외주부에 비해서 변형이 일어나기 어려운 부분(소위 중립축)이다. 그 때문에, 상기 관계를 만족시키도록 제 1 판 부재의 두께 T1 및 제 2 판 부재의 두께 T2를 설정함으로써, 제 1 판 부재와 제 2 판 부재의 접합면을 중립축에 근접시켜서, 굽힘 가공시에 있어서의 크랙의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
이에 대하여, 종래의 중공 만곡판(102)에서는, 홈을 갖는 판(110)에는 홈(112)을 형성할 필요가 있으므로, 홈을 갖는 판(110)의 두께 t1을 홈이 없는 판(120)의 두께 t2에 비해서 크게 하지 않을 수 없다. 그 때문에, 홈을 갖는 판(110)과 홈이 없는 판(120)의 접합면이 중립축으로부터 멀어져서, 굽힘 가공시에, 접합면에 큰 압축 응력 또는 인장 응력이 작용해버려, 접합면에 크랙이 발생해버릴 우려가 있다.
또한, 상기 제 1 판 부재의 두께 T1과 상기 제 2 판 부재의 두께 T2를 대략 동일하게 해도 좋다.
이것에 의해, 제 1 판 부재와 제 2 판 부재의 접합면을 중립축에 보다 근접시켜서, 굽힘 가공시에 있어서의 크랙의 발생을 한층더 효과적으로 억제할 수 있다.
또, 상기 제 1 판 부재와 상기 제 2 판 부재는 대략 동일한 형상인 것이 바람직하다.
이것에 의해, 제 1 판 부재 및 제 2 판 부재를 공통화할 수 있어, 제조 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 제 1 판 부재와 제 2 판 부재가 잘못해서 바뀌는 일이 일어나지 않기 때문에, 중공 만곡판의 제조 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
상기 중공 만곡판에 있어서, 상기 제 1 판 부재 및 상기 제 2 판 부재는 인서트 금속을 이용하지 않고 고상 확산 접합에 의해 접합되어 있어도 좋다.
종래의 중공 만곡판(102)과 같이, 인서트 금속(122)을 필요로 하는 액상 확산 접합으로 접합할 경우, 인서트 금속(122)에 포함되는 융점 강하 원소에 의해 모재가 취화되어 버리는 일이 있다. 그래서, 상술한 바와 같이, 제 1 판 부재 및 제 2 판 부재를, 인서트 금속을 이용하지 않고 고상 확산 접합에 의해 접합함으로써, 인서트 금속 유래의 융점 강하 원소에 기인하는 모재의 취화를 방지하여, 굽힘 가공의 성형성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 중공 만곡판에서는, 상술한 바와 같이 제 1 판 부재와 제 2 판 부재의 양쪽에 홈(제 1 홈 및 제 2 홈)이 형성되어 있기 때문에, 인서트 금속을 이용하여 접합하면, 하방에 위치하는 홈에 용융한 인서트 금속이 흘러 들어가서, 중공부의 일부가 폐색되어 버리는 일이 있다. 이 점, 제 1 판 부재 및 제 2 판 부재를, 인서트 금속을 이용하지 않고 고상 확산 접합에 의해 접합함으로써, 용융한 인서트 금속에 의한 중공부의 폐색을 방지하여, 소망 형상의 중공부를 용이하게 형성할 수 있다.
더욱이, 제 1 판 부재 및 제 2 판 부재와는 다른 재료로 구성되는 인서트 금속을 이용하지 않으므로, 리사이클성이 향상된다. 또한, 인서트 금속을 이용하지 않으므로, 인서트 금속을 제 1 판 부재와 제 2 판 부재 사이에 배치하는 공정을 생략할 수 있다.
또한, 상기 중공 만곡판을 이용하여, 연료가 연소되는 내통과, 상기 내통에 있어서의 상기 연료의 연소에 의해 생성한 연소 가스를 터빈으로 인도하는 미통을 구비하는 가스 터빈의 연소기를 구성해도 좋다. 즉, 상기 내통 및 상기 미통 중 적어도 한쪽을 상기 중공 만곡판을 이용하여 구성하고, 상기 중공 만곡판의 상기 중공부에 도입되는 냉각 매체에 의해 내통이나 미통의 냉각을 실행하도록 해도 좋다.
상기 중공 만곡판은 굽힘 가공시 및 사용 환경하에 있어서의 크랙의 발생을 억제 가능하기 때문에, 상기 중공 만곡판에 의해 신뢰성이 높은 가스 터빈의 연소기를 구성할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 중공 만곡판의 제조 방법에서는, 제 1 홈을 갖는 제 1 판 부재와, 상기 제 1 홈과 대략 동일한 폭인 제 2 홈을 갖는 제 2 판 부재를 중첩하여 확산 접합에 의해 접합하고, 접합된 제 1 판 부재 및 제 2 판 부재를 굽힘 가공에 의해 만곡시킨다. 제 1 판 부재와 제 2 판 부재를 중첩할 때, 제 1 홈과 제 2 홈의 폭방향 위치가 대략 일치하도록 제 1 홈을 제 2 홈에 대향시킨다. 또한, 중공 만곡판의 중공부는 제 1 홈 및 제 2 홈에 의해 형성된다.
이러한 중공 만곡판의 제조 방법에 따르면, 제 1 판 부재의 제 1 홈과, 이 제 1 홈과 대략 동일한 폭인 제 2 판 부재의 제 2 홈의 폭방향 위치를 대략 일치시켜서, 제 1 홈 및 제 2 홈에 의해 중공부를 형성하도록 했으므로, 응력 집중의 원인이 되는 모서리부(114)[도 11의 (b) 참조]의 발생을 방지할 수 있다. 그 때문에, 굽힘 가공시 및 사용 환경하에 있어서의 크랙의 발생을 억제할 수 있다.
상기 중공 만곡판의 제조 방법에 있어서, 상기 제 1 판 부재 및 상기 제 2 판 부재 각각에 위치 결정용 구멍이 형성되어 있고, 상기 중첩하는 단계에서는, 상기 제 1 판 부재 및 상기 제 2 판 부재의 위치 결정용 구멍에 핀을 삽입하여, 상기 제 1 홈과 상기 제 2 홈의 폭방향 위치가 대략 일치하도록 상기 제 1 판 부재와 상기 제 2 판 부재의 위치 결정을 실행하는 것이 바람직하다.
이와 같이 위치 결정용 구멍에 핀을 삽입하여 제 1 판 부재 및 제 2 판 부재의 위치 결정을 실행함으로써, 제 1 홈과 제 2 홈의 폭방향 위치를 정밀도 양호하게 일치시킬 수 있다. 따라서, 응력 집중의 원인이 되는 모서리부의 발생을 확실하게 방지하여, 굽힘 가공시 및 사용 환경하에 있어서의 크랙의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
혹은, 상기 제 1 판 부재 및 상기 제 2 판 부재 중 한쪽에 볼록부가 마련되고, 상기 제 1 판 부재 및 상기 제 2 판 부재 중 다른쪽에 오목부가 마련되어 있으며, 상기 중첩하는 단계에서는, 상기 볼록부를 상기 오목부에 끼워넣어서, 상기 제 1 홈과 상기 제 2 홈의 폭방향 위치가 대략 일치하도록 상기 제 1 판 부재와 상기 제 2 판 부재의 위치 결정을 실행해도 좋다.
이와 같이 볼록부를 오목부에 끼워넣어서 제 1 판 부재 및 제 2 판 부재의 위치 결정을 실행함으로써, 제 1 홈과 제 2 홈의 폭방향 위치를 정밀도 양호하게 일치시켜서, 굽힘 가공시 및 사용 환경하에 있어서의 크랙의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제 1 판 부재의 제 1 홈과, 이 제 1 홈과 대략 동일한 폭인 제 2 판 부재의 제 2 홈의 폭방향 위치를 대략 일치시켜서, 제 1 홈 및 제 2 홈에 의해 중공부를 형성하도록 했으므로, 응력 집중의 원인이 되는 모서리부의 발생을 방지할 수 있다. 그 때문에, 굽힘 가공시 및 사용 환경하에 있어서의 크랙의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 가스 터빈의 연소기 주변의 구조를 도시하는 단면도,
도 2는 제 1 실시형태에 따른 중공 만곡판의 구성예를 도시하는 도면,
도 3은 도 2에 도시하는 중공 만곡판의 단면도,
도 4는 굽힘 가공을 실행하기 전의 중공 평판의 단면도,
도 5의 (a)는 중공부의 형상의 예를 도시하는 도면이고, 도 5의 (b)는 중공부의 형상의 다른 예를 도시하는 도면,
도 6의 (a) 내지 (c)는 각각 제 1 판 부재와 제 2 판 부재의 위치 맞춤을 실행하는 모양을 예시한 도면,
도 7은 가스 터빈의 분할 링 주변의 구조를 도시하는 도면,
도 8의 (a)는 가스 터빈의 분할 링의 로터 직경방향을 따른 단면도이고, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)에 있어서의 부호(A)로 나타낸 개소의 확대도,
도 9는 로켓 엔진의 노즐 스커트의 구성예를 도시하는 사시도,
도 10은 도 9에 있어서의 B-B선을 따른 단면의 일부를 도시하는 도면,
도 11은 종래의 중공 만곡판을 제작하는 모양을 도시하는 도면으로서, (a)는 한쌍의 판을 액상 확산 접합에 의해 접합하는 모양을 도시하고, (b)는 접합후의 굽힘 가공의 모양을 도시하는 도면.
이하, 첨부 도면을 따라서 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 단, 이 실시형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특정적인 기재가 없는 한 본 발명의 범위를 이것에 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
[제 1 실시형태]
제 1 실시형태에서는, 가스 터빈 연소기의 구성 부재로서의 중공 만곡판에 대해서 설명한다. 도 1은 가스 터빈의 연소기 주변의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(1)은 연소기(2), 압축기(4) 및 터빈(6)에 의해 구성된다. 연소기(2)는, 압축기(4)와 터빈(6) 사이의 위치에 있어서, 차실(8)에 의해 로터(3)의 주변에 형성되는 대략 환상의 차실내 공간(9)에 수납되어 있다. 또한, 도 1에는 하나의 연소기(2)밖에 도시되어 있지 않지만, 실제로는, 연소기(2)는 로터(3)의 둘레방향으로 복수 배열되어 있다.
또한, 도 1에 있어서의 부호(7A)는 터빈(6)의 정익이고, 부호(7B)는 터빈(6)의 동익이다.
연소기(2)는, 연료를 분사하는 노즐(10)과, 노즐(10)로부터 분사된 연료가 연소되는 내통(연소기 라이너)(12)과, 내통(12)에서 생성된 연소 가스를 터빈(6)측으로 인도하는 미통(트랜지션 피스)(14)을 갖는다. 내통(12) 및 미통(14)은 냉각 공기가 흐르는 통로를 내부에 갖고 있고, 적어도 일부가 이하에서 상세하게 설명하는 중공 만곡판에 의해 구성되어 있다.
도 2는 제 1 실시형태에 따른 중공 만곡판의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 3은 도 2에 도시하는 중공 만곡판의 단면도이다. 도 4는 굽힘 가공을 실행하기 전의 중공 평판의 단면도이다.
중공 만곡판(20)은, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1 홈(22)이 형성된 제 1 판 부재(241)와, 이 제 1 판 부재(241)의 내측에 위치하고, 제 2 홈(32)이 형성된 제 2 판 부재(341)를 갖는다. 중공 만곡판(20)의 내부에는, 제 1 홈(22) 및 제 2 홈(32)으로부터 이루어지는 중공부(401)가 복수 형성되어 있다. 각 중공부(401)는 냉각 공기가 흐르는 직선형상의 통로로서 형성된다. 중공 만곡판(20)은 도 4에 도시하는 중공 평판(21)을 프레스 성형에 의한 굽힘 가공으로 만곡시킴으로써 얻어진다. 중공 만곡판(20)의 형상은 연소기 축방향에 대하여 연소기 둘레방향으로 환상으로 연속하는 단면 환상이어도 좋고, 연소기 둘레방향에 있어서 분단된 단면 원호형상이어도 좋다. 중공 만곡판(20)이 단면 환상일 경우, 단일의 중공 만곡판(20)에 의해 내통(12) 또는 미통(14)을 형성할 수 있다. 한편, 중공 만곡판(20)이 단면 원호형상일 경우, 복수의 중공 만곡판(20)을 연결하여, 내통(12) 또는 미통(14)을 형성할 수 있다.
또한, 제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)의 재질로서는, 예를 들면 니켈기 합금[하스텔로이(Hastelloy)나 토밀로이(Tomilloy), 모두 등록상표], SUS재 등의 내열성 재료를 들 수 있다.
또, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 판 부재(241)에는 복수의 공기 흡입 구멍(28)이 마련되어 있고, 제 2 판 부재(341)에는 복수의 공기 토출 구멍(29)이 마련되어 있다. 공기 흡입 구멍(28) 및 공기 토출 구멍(29)은 각각 중공부(401)의 폭에 비해서 큰 직경이고, 적어도 하나의 중공부(401)에 개구되어 있다. 제 1 판 부재(241)의 외측을 흐르는 냉각 공기는 제 1 판 부재(241)의 공기 흡입 구멍(28)으로부터 중공부(401)로 유입된다. 그 후, 냉각 공기는 중공부(401)를 흘러서 제 2 판 부재(341)의 공기 토출 구멍(29)으로부터 배출된다. 공기 토출 구멍(29)으로부터 배출된 냉각 공기는 제 2 판 부재(341)의 내측을 흐르는 연소 가스에 혼입되어, 연소 가스와 함께 터빈(6)측으로 흘러간다.
중공 평판(21)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 1 판 부재(241)와 제 2 판 부재(341)를 접합함으로써 제작된다. 제 1 판 부재(241)의 제 1 홈(22)의 폭 W1과, 제 2 판 부재(341)의 제 2 홈(32)의 폭 W2는 대략 동일하다. 또한, 제 1 홈(22)은 제 1 홈(22)의 폭방향 위치와 제 2 홈(32)의 폭방향 위치가 대략 일치하도록 제 2 홈(32)에 대향하고 있다. 그리고, 이들 제 1 홈(22) 및 제 2 홈(32)에 의해, 중공부(401)가 형성되어 있다.
중공부(401)의 형상은 제 1 홈(22) 및 제 2 홈(32)을 절삭하는 공구 형상에 따라 임의로 조절할 수 있다.
도 5의 (a) 및 (b)는 중공부(401)의 형상의 예를 도시하는 도면이다. 도 5의 (a)에 도시하는 예에서는, 제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)의 접합면(42) 중 홈(22, 32)의 가장자리에 상당하는 위치(44)에 있어서의 제 1 홈(22)의 접선 L1과 제 2 홈(32)의 접선 L2가 이루는 각도 α는 180°이다. 한편, 도 5의 (b)에 도시하는 예에서는, 위치(44)에 있어서의 제 1 홈(22)의 접선 L1과 제 2 홈(32)의 접선 L2가 이루는 각도 α는 180°보다 크다. 즉, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시하는 예와 같이, 위치(44)에 있어서의 제 1 홈(22)의 접선 L1과 제 2 홈(32)의 접선 L2가 이루는 각도 α를 180° 이상으로 해도 좋다.
또한, 제 1 홈(22)의 접선 L1이란, 정확하게 하면, 위치(44)로부터 제 1 판 부재(241)측으로 연장시킨 제 1 홈(22)의 접선이다. 마찬가지로, 제 2 홈(32)의 접선 L2란, 정확하게 하면, 위치(44)로부터 제 2 판 부재(341)측으로 연장시킨 제 2 홈(32)의 접선이다.
더욱이, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 제 1 홈(22)과 제 2 홈(32)은 R 가공에 의해 형상 불연속부(급격한 형상 변화를 수반하는 모서리부)가 없는 면으로 마무리되어 있어, 형상 불연속부에의 응력 집중을 방지하도록 되어 있다. 또한, 제 1 홈(22)과 제 2 홈(32)의 양단부의 가장자리에는 면취부가 마련되어 있어도 좋다.
또, 제 1 판 부재(241)의 두께 T1과 제 2 판 부재(341)의 두께 T2(도 4 참조)가 0.9≤T1/T2≤1.1의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 특히, 제 1 판 부재(241)의 두께 T1과 제 2 판 부재(341)의 두께 T2를 대략 동일하게 하는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 제 1 판 부재(241)와 제 2 판 부재(341)의 접합면(42)을, 굽힘 가공시에 있어서의 변형의 중립축에 근접시켜서, 굽힘 가공시에 있어서의 접합면(42) 주변의 크랙의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 제 1 판 부재(241)와 제 2 판 부재(341)는 대략 동일한 형상인 것이 바람직하다. 즉, 제 1 판 부재(241)의 두께 T1과 제 2 판 부재(341)의 두께 T2가 대략 동일하고, 제 1 홈(22) 및 제 2 홈(32)의 형상이 대략 동일하고, 제 1 홈(22) 및 제 2 홈(32)이 대략 동일한 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)를 공통화할 수 있어, 제조 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 제 1 판 부재(241)와 제 2 판 부재(341)가 잘못해서 바뀌는 일이 일어나지 않기 때문에, 중공 만곡판(20)의 제조 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
제 1 판 부재(241)와 제 2 판 부재(341)의 접합은 확산 접합에 의해 실행한다. 구체적으로는, 인서트 금속을 이용한 액상 확산 접합, 인서트 금속을 이용한 고상 확산 접합, 혹은 인서트 금속을 이용하지 않는 고상 확산 접합 중 어느 하나의 방법에 의해, 제 1 판 부재(241)와 제 2 판 부재(341)의 접합이 실행된다.
특히, 인서트 금속을 이용하지 않는 고상 확산 접합은, 인서트 금속 유래의 융점 강하 원소에 기인한 모재의 취화가 생기지 않기 때문에, 중공 만곡판(20)의 굽힘 가공시의 성형성 향상의 관점에서 바람직하다. 게다가, 인서트 금속을 이용하지 않는 고상 확산 접합에서는, 용융한 인서트 금속에 의한 중공부의 폐색이 일어나지 않기 때문에, 소망 형상의 중공부(401)를 용이하게 형성할 수 있다. 더욱이, 제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)와는 다른 재료로 구성되는 인서트 금속을 이용하지 않으므로, 리사이클성이 향상된다. 또한, 인서트 금속을 이용하지 않으므로, 인서트 금속을 제 1 판 부재(241)와 제 2 판 부재(341) 사이에 배치하는 공정을 생략할 수 있다.
제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)가 동종 금속일 경우에는, 인서트 금속을 이용하지 않는 고상 확산 접합의 접합 조건으로서, 제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)의 융점(℃)의 60 내지 75%의 온도, 또한 3 내지 18MPa의 프레스 평균 면압을 채용할 수 있다. 예를 들면, 제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)의 소재가 융점 1533 내지 1628℃의 니켈기 합금(하스텔로이)일 경우, 제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)를 3∼18MPa의 평균 면압으로 프레스하면서, 1000 내지 1150℃의 온도에 보지하여, 인서트 금속을 이용하지 않는 고상 확산 접합에 의한 제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)의 접합을 실행해도 좋다.
그런데, 제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)의 접합전에, 제 1 홈(22)의 폭방향 위치와 제 2 홈(32)의 폭방향 위치가 대략 일치하도록, 제 1 판 부재(241)를 제 2 판 부재(341)에 중첩할 필요가 있지만, 제 1 홈(22) 및 제 2 홈의 위치는 외부에서 시인(視認)할 수 없는 것이 있다. 그래서, 본 실시형태에서는, 다음과 같은 방법으로 제 1 판 부재(241)와 제 2 판 부재(341)의 위치 맞춤을 실행한다. 도 6의 (a) 내지 (c)는 제 1 판 부재(241)와 제 2 판 부재(341)의 위치 맞춤을 실행하는 모양을 예시한 도면이다.
도 6의 (a)에 도시하는 예에서는, 제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)의 홈(22, 32)의 양측의 단부[바람직하게는, 제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)의 네 모서리)에는, 각각 위치 결정용 구멍(26, 36)이 형성되어 있다. 그리고, 이 위치 결정용 구멍(26, 36)에 핀(46)이 관통 삽입된다. 이것에 의해, 제 1 판 부재(241)와 제 2 판 부재(341)의 위치 맞춤이 실행되어, 제 1 홈(22)의 폭방향 위치와 제 2 홈(32)의 폭방향 위치가 대략 일치한다.
도 6의 (b)에 도시하는 예에서는, 제 1 판 부재(241)의 홈(22)의 양측의 단부에는, 제 2 판 부재(341)와 접하는 표면에 오목부(27)가 형성되어 있다. 한편, 제 2 판 부재(341)의 홈(32)의 양측의 단부에는, 제 1 판 부재(241)와 접하는 표면에 볼록부(37)가 형성되어 있다. 그리고, 제 1 판 부재(241)의 오목부(27)에 제 2 판 부재(341)의 볼록부(37)를 끼워넣음으로써, 제 1 홈(22)의 폭방향 위치와 제 2 홈(32)의 폭방향 위치가 대략 일치한다.
또한, 제 1 판 부재(241)에 볼록부를 마련하고, 제 2 판 부재(341)에 오목부를 마련하여, 제 2 판 부재(341)의 오목부에 제 1 판 부재(241)의 볼록부를 끼워넣도록 해도 좋다.
또, 도 6의 (c)에 도시하는 예에서는, 제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)의 사이즈에 맞춰서 제작된 위치 결정용 테두리(48) 내에 있어서, 제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)가 적층된다. 이것에 의해, 제 1 판 부재(241)와 제 2 판 부재(341)의 위치 맞춤이 실행되어, 제 1 홈(22)의 폭방향 위치와 제 2 홈(32)의 폭방향 위치가 대략 일치한다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시형태의 중공 만곡판(20)은, 제 1 홈(22)을 갖는 제 1 판 부재(241)와, 제 1 홈(22)과 대략 동일한 폭인 제 2 홈(32)을 갖고, 제 1 판 부재(241)에 확산 접합에 의해 접합된 제 2 판 부재(341)를 구비하며, 제 1 판 부재(241) 및 제 2 판 부재(341)가 접합된 상태로 굽힘 가공에 의해 만곡되어 이루어진다. 그리고, 제 1 홈(22)은 제 2 홈(32)에 대향하여, 제 1 홈(22)과 제 2 홈(32)의 폭방향 위치가 대략 일치하고, 제 1 홈(22) 및 제 2 홈(32)에 의해 중공부(401)가 형성되어 있다.
이와 같이, 제 1 판 부재(241)의 제 1 홈(22)과, 이 제 1 홈(22)과 대략 동일한 폭인 제 2 판 부재(341)의 제 2 홈(32)의 폭방향 위치를 대략 일치시켜서, 제 1 홈(22) 및 제 2 홈(32)에 의해 중공부(401)를 형성하도록 했으므로, 응력 집중의 원인이 되는 모서리부의 발생을 방지할 수 있다. 그 때문에, 굽힘 가공시 및 사용 환경하에 있어서의 크랙의 발생을 억제할 수 있다.
[제 2 실시형태]
제 2 실시형태에서는, 가스 터빈의 분할 링의 구성 부재로서의 중공 만곡판에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 중공 만곡판(50)은, 제 1 판 부재, 제 2 판 부재 및 중공부의 형상을 제외하면, 제 1 실시형태의 중공 만곡판(20)과 구성 및 제작 순서가 동일하다. 따라서, 이하의 설명에서는, 중공 만곡판(20)과 동일한 개소에 대해서는 공통의 부호를 부여하여 그 설명을 생략하고, 중공 만곡판(20)과는 다른 중공 만곡판(50)의 구성을 중심으로 설명한다.
도 7은 가스 터빈의 분할 링 주변의 구조를 도시하는 도면이다. 도 8의 (a)는 가스 터빈의 분할 링의 로터 직경방향을 따른 단면도이다. 도 8의 (b)는 도 8의 (a)에 있어서의 부호(A)로 나타낸 개소의 확대도이다.
가스 터빈 터빈 내에는, 연소기에서 생성된 고온의 연소 가스가 흐르기 때문에, 도 7에 도시하는 바와 같이, 내부에 냉각용의 중공부(402)를 갖는 단면 원호형상의 부재인 분할 링(49)을 로터 둘레방향으로 복수 늘어놓아서, 이들 복수의 분할 링(49)에 의해 연소 가스 통로의 벽면을 형성하고 있다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 날개 링(51)에는, 분할 링(49)을 향해서 개구되는 동시에, 냉각 공기가 흐르는 유로(52)가 형성되어 있다. 또한, 날개 링(51)에는, 차열 링(53)이 고정되어 있고, 이 차열 링(53)에 분할 링(49) 및 임핀지먼트판(impingement plate; 54)이 장착되어 있다. 임핀지먼트판(54)은, 날개 링(51)과 분할 링(49) 사이에 배치되고, 유로(52)로부터 공급되는 냉각 공기를 복수의 관통 구멍(55)에 의해 분할 링(49)을 향해서 분출하여, 분할 링(49)을 외측으로부터 냉각하도록 되어 있다. 더욱이, 냉각 공기는 분할 링(49)에 마련된 중공부(402)에 유입되어, 분할 링(49)을 내측으로부터 냉각한다. 중공부(402)는 로터 축방향의 상류측의 단부에 있어서 분할 링(49)의 외주면에 개구되어 있고, 로터 축방향의 하류측의 단부에 있어서 분할 링(49)의 단부면에 개구되어 있다. 분할 링(49)은 로터 축방향의 상류측 및 하류측에 플랜지(56)를 갖고 있고, 이 플랜지(56)를 거쳐서 차열 링(53)에 장착된다.
또한, 도 6에 있어서 부호(G)로 나타낸 것이 연소 가스의 흐름 방향이고, 도 6의 좌측이 로터 축방향의 상류측이며, 도 6의 우측이 로터 축방향의 하류측이다.
분할 링(49)은, 도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이, 로터 둘레방향으로 복수 늘어놓여 있고, 인접하는 분할 링(49) 사이에는 시일 부재(57)가 마련되어 있다. 시일 부재(57)에 의해, 인접하는 분할 링(49) 사이를 통한 연소 가스의 누설이 방지된다. 시일 부재(57)는 분할 링(49)의 로터 둘레방향에 있어서의 양단부(58)에 마련된 홈(59)에 끼워넣어져 있다.
분할 링(49)을 구성하는 중공 만곡판(50)은, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 제 1 홈(22)을 갖는 제 1 판 부재(242)와, 제 1 홈(22)과 대략 동일한 폭인 제 2 홈(32)을 갖는 제 2 판 부재(342)를 구비한다. 제 2 판 부재(342)는 제 1 판 부재(242)에 확산 접합으로 접합되어 있다. 이 때, 제 1 홈(22)은 제 2 홈(32)에 대향하여, 제 1 홈(22)과 제 2 홈(32)의 폭방향 위치가 대략 일치하고, 제 1 홈(22) 및 제 2 홈(32)에 의해 중공부(402)가 형성되도록, 제 1 판 부재(242) 및 제 2 판 부재(342)의 접합이 실행된다. 그리고, 중공 만곡판(50)의 만곡 형상은 제 1 판 부재(242) 및 제 2 판 부재(342)가 접합된 상태에서 이들을 굽힘 가공함으로써 제작되어 있다.
[제 3 실시형태]
로켓 엔진의 노즐 스커트(nozzle skirt)는 냉각 매체(액체 수소)가 흐르는 냉각 통로를 갖는다. 제 3 실시형태에서는, 로켓 엔진의 노즐 스커트를 구성하는 부재로서의 중공 만곡판에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 중공 만곡판(70)은, 제 1 판 부재, 제 2 판 부재 및 중공부의 형상을 제외하면, 제 1 실시형태의 중공 만곡판(20)과 구성 및 제작 순서가 동일하다. 따라서, 이하의 설명에서는, 중공 만곡판(20)과 동일한 개소에 대해서는 공통의 부호를 부여하여 그 설명을 생략하고, 중공 만곡판(20)과는 다른 중공 만곡판(70)의 구성을 중심으로 설명한다.
도 9는 로켓 엔진의 노즐 스커트의 구성예를 도시하는 사시도이다. 도 10은 도 9에 있어서의 B-B선을 따른 단면의 일부를 도시하는 도면이다.
도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 노즐 스커트(71)는 통형상(측면이 중심축에 대하여 경사진 원통형상)을 갖고, 내부에 냉각 통로로서의 중공부(403)가 복수 마련되어 있다. 중공부(403)는 노즐 스커트(71)의 길이방향으로 연장되는 직선형상 또는 나선형상의 통로이다. 중공부(403)의 양단부는 각각 노즐 스커트(71)의 길이방향에 있어서의 단부면에 개구되어 있다.
노즐 스커트(71)를 구성하는 중공 만곡판(70)은, 도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 제 1 홈(22)을 갖는 제 1 판 부재(243)와, 제 1 홈(22)과 대략 동일한 폭인 제 2 홈(32)을 갖는 제 2 판 부재(343)를 구비한다. 제 2 판 부재(343)는 제 1 판 부재(243)에 확산 접합으로 접합되어 있다. 이 때, 제 1 홈(22)은 제 2 홈(32)에 대향하여, 제 1 홈(22)과 제 2 홈(32)의 폭방향 위치가 대략 일치하고, 제 1 홈(22) 및 제 2 홈(32)에 의해 중공부(403)가 형성되도록, 제 1 판 부재(243) 및 제 2 판 부재(343)의 접합이 실행된다. 그리고, 중공 만곡판(70)의 만곡 형상은 제 1 판 부재(243) 및 제 2 판 부재(343)가 접합된 상태에서 이들을 굽힘 가공함으로써 제작되어 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종의 개량이나 변형을 실행해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
예를 들면, 상술한 실시형태에서는, 중공 만곡판(20, 50, 70)을 가스 터빈 연소기, 가스 터빈 분할 링, 로켓 엔진의 노즐 스커트의 구성 부재로서 이용하는 예를 들었지만, 본 발명에 따른 중공 만곡판은 중공부를 갖는 중공 평판을 굽힘 가공에 의해 만곡시켜서 얻어지는 중공 만곡판이면 그 용도는 특별히 한정되지 않는다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 가스 터빈 연소기나 가스 터빈 분할 링은 냉각 매체로서 공기를 이용하는 예를 들었지만, 예를 들어 수증기를 이용하는 것도 가능하고, 냉각 매체는 특별히 한정되는 것이 아니다.
1 : 가스 터빈 2 : 연소기
3 : 로터 4 : 압축기
6 : 터빈 7A : 정익
7B : 동익 8 : 차실
9 : 차실내 공간 10 : 노즐
12 : 내통 14 : 미통
20 : 중공 만곡판 21 : 중공 평판
22 : 제 1 홈 241 내지 243 : 제 1 판 부재
26 : 위치 결정용 구멍 27 : 오목부
28 : 공기 흡입 구멍 29 : 공기 토출 구멍
32 : 제 2 홈 341 내지 343 : 제 2 판 부재
36 : 위치 결정용 구멍 37 : 볼록부
401 내지 403 : 중공부 42 : 접합면
46 : 핀 48 : 위치 결정용 테두리
49 : 분할 링 50 : 중공 만곡판
51 : 날개 링 52 : 유로
53 : 차열 링 54 : 임핀지먼트판
55 : 관통 구멍 56 : 플랜지
57 : 시일 부재 58 : 양단부
59 : 홈 70 : 중공 만곡판
71 : 노즐 스커트

Claims (9)

  1. 제 1 홈을 갖는 제 1 판 부재와,
    상기 제 1 홈과 대략 동일한 폭인 제 2 홈을 갖고, 상기 제 1 판 부재에 확산 접합에 의해 접합된 제 2 판 부재를 구비하며,
    상기 제 1 홈은 상기 제 2 홈에 대향하여, 상기 제 1 홈과 상기 제 2 홈의 폭방향 위치가 대략 일치하고, 상기 제 1 홈 및 상기 제 2 홈에 의해 중공부가 형성되어 있고,
    상기 제 1 판 부재 및 상기 제 2 판 부재가 접합된 상태로 굽힘 가공에 의해 만곡되어 이루어지는
    중공 만곡판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 판 부재의 두께 T1과 상기 제 2 판 부재의 두께 T2가 0.9≤T1/T2≤1.1의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는
    중공 만곡판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 판 부재의 두께 T1과 상기 제 2 판 부재의 두께 T2가 대략 동일한 것을 특징으로 하는
    중공 만곡판.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 판 부재와 상기 제 2 판 부재는 대략 동일한 형상인 것을 특징으로 하는
    중공 만곡판.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 판 부재 및 상기 제 2 판 부재는 인서트 금속을 이용하지 않고 고상 확산 접합에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는
    중공 만곡판.
  6. 연료가 연소되는 내통과,
    상기 내통에 있어서의 상기 연료의 연소에 의해 생성된 연소 가스를 터빈으로 인도하는 미통을 구비하며,
    상기 내통 및 상기 미통 중 적어도 한쪽은 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 중공 만곡판을 포함하여 구성되고, 상기 중공 만곡판의 상기 중공부에 도입되는 냉각 매체에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 연소기.
  7. 제 1 홈을 갖는 제 1 판 부재와, 상기 제 1 홈과 대략 동일한 폭인 제 2 홈을 갖는 제 2 판 부재를, 상기 제 1 홈이 상기 제 2 홈에 대향하여 상기 제 1 홈과 상기 제 2 홈의 폭방향 위치가 대략 일치하도록 중첩하는 단계와,
    중첩된 상기 제 1 판 부재와 상기 제 2 판 부재를 확산 접합에 의해 접합하는 단계와,
    접합된 상기 제 1 판 부재 및 상기 제 2 판 부재를 굽힘 가공에 의해 만곡시키는 단계를 구비하며,
    상기 제 1 홈 및 상기 제 2 홈에 의해 중공부가 형성되는 것을 특징으로 하는
    중공 만곡판의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 판 부재 및 상기 제 2 판 부재 각각에 위치 결정용 구멍이 형성되어 있고,
    상기 중첩하는 단계에서는, 상기 제 1 판 부재 및 상기 제 2 판 부재의 위치 결정용 구멍에 핀을 관통 삽입하여, 상기 제 1 홈과 상기 제 2 홈의 폭방향 위치가 대략 일치하도록 상기 제 1 판 부재와 상기 제 2 판 부재의 위치 결정을 실행하는 것을 특징으로 하는
    중공 만곡판의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 판 부재 및 상기 제 2 판 부재 중 한쪽에 볼록부가 마련되고, 상기 제 1 판 부재 및 상기 제 2 판 부재 중 다른쪽에 오목부가 마련되어 있으며,
    상기 중첩하는 단계에서는, 상기 볼록부를 상기 오목부에 끼워넣어, 상기 제 1 홈과 상기 제 2 홈의 폭방향 위치가 대략 일치하도록 상기 제 1 판 부재와 상기 제 2 판 부재의 위치 결정을 실행하는 것을 특징으로 하는
    중공 만곡판의 제조 방법.
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