KR20140083048A

KR20140083048A - 시일 구조 및 이것을 구비하는 회전 기계

Info

Publication number: KR20140083048A
Application number: KR1020147014047A
Authority: KR
Inventors: 도모유키 오니시; 신 니시모토
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2014-07-03
Also published as: IN2014MN00911A; CN103958949B; JP2013160313A; US20130216362A1; CN103958949A; EP2813736A4; KR101600732B1; WO2013118701A1; EP2813736B1; EP2813736A1; JP5308548B2

Abstract

이 시일 구조(7)는, 로터(5)의 외주면으로부터 둘레 방향(R)을 따라 돌출되는 핀(40)과, 내측 슈라우드(50)의 내주면(50a)에, 상기 핀(40)과 대향하도록 마모 가능 피막(60)이 형성된 정익(30)을 구비하고, 상기 내측 슈라우드(50)의 내주면(50a)에 요철 형상이 형성되어 있고, 상기 마모 가능 피막(60)이 상기 요철 형상을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

시일 구조 및 이것을 구비하는 회전 기계{SEALING STRUCTURE AND ROTATING MACHINE EQUIPPED WITH SAME}

본 발명은 시일 구조 및 이것을 구비하는 회전 기계에 관한 것이다.

본원은 2012년 2월 6일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2012-023071호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

일반적으로, 증기 터빈이나 가스 터빈 등의 회전 기계에 있어서의 로터의 주위에 있어서는, 상기 로터와 정익 등의 정지측 부재 사이의 클리어런스를 최소로 함으로써, 유체의 누설량을 최대한 저감하는 것이, 회전 기계의 성능 향상의 관점에서 중요하다.

따라서, 로터의 외주면으로부터 둘레 방향을 따라 돌출되는 핀과, 정지측 부재의 상기 핀과 대향하는 개소에 절삭성이 높은 마모 가능재를 용사한 시일 부재를 구비하는 시일 구조가 채용되어 있다(하기 특허문헌 1 참조). 이러한 시일 구조에서는, 로터의 회전 시에 상기 로터와 정지측 부재가 접촉한 경우라도, 마모 가능재가 절삭됨으로써 접촉 개소에 있어서의 발열의 저감을 가능하게 하여, 회전 기계의 성능을 유지하도록 되어 있다.

여기서, 시일 부재는, 둘레 방향을 따라 연장되는 환상 부재이며, 그 내주면에는 마모 가능재를 용사하여 형성된 마모 가능 피막이 형성되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2009-174655호

그러나, 상기한 특허문헌 1에 기재된 시일 구조에서는, 시일 부재를 설치할 필요가 있으므로, 제조상 수고를 필요로 함과 함께, 가공비가 높아져 비용이 증가한다고 하는 문제점이 있다.

한편, 시일 부재를 생략하여, 정지측 부재에 마모 가능재를 직접 용사하는 기술이 생각된다.

여기서, 로터의 회전 시에는, 인접하는 정익의 내측 슈라우드끼리 축 방향으로 전단력이 발생하므로, 마모 가능재가 상기 전단력을 부담해야 한다. 그러나, 마모 가능재는 절삭성이 높으므로, 정익에 직접 용사하기만 한 마모 가능재는 상기 전단력에 의해 파손되고, 나아가서는 정익으로부터 탈락할 가능성이 있으므로, 단순히 용사하는 것만으로는 적용할 수 없다.

본 발명은 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것이며, 마모 가능재에 손상이 발생한 경우라도 상기 마모 가능재의 탈락을 방지할 수 있는 시일 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 형태에 따르면, 시일 구조는, 로터의 외주면으로부터 둘레 방향을 따라 돌출되는 핀과, 내측 슈라우드의 내주면에, 상기 핀과 대향하도록 마모 가능 피막이 형성된 정익을 구비하고, 상기 내측 슈라우드의 내주면에 요철 형상이 형성되어 있고, 상기 마모 가능 피막이 상기 요철 형상을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 시일 구조에서는, 마모 가능 피막이 요철 형상을 따라 형성되고, 상기 요철 형상 부분에 마모 가능재가 들어가 경화되고 용착되므로, 접착 면적이 증대하고, 견고하게 접착될 수 있다. 따라서, 마모 가능 피막에 손상이 발생한 경우라도, 상기 마모 가능 피막은 견고하게 접착되어 있으므로, 상기 마모 가능 피막의 탈락을 방지할 수 있다.

본 발명의 제1 형태에 관한 시일 구조에서는, 상기 요철 형상은, 상기 내측 슈라우드의 내주면 및 상기 마모 가능 피막의 외주면의 일방측으로부터 그 내부를 향해 형성된 오목부에 의해 구성되어 있어도 된다.

이러한 시일 구조에서는, 요철 형상은, 예를 들어 내측 슈라우드의 내주면으로부터 그 내부를 향해 형성된 오목부에 의해 형성되어 있다. 따라서, 마모 가능 피막이 오목부의 내부에 들어가 있으므로, 확실하게 접착력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 마모 가능 피막에 손상이 발생한 경우라도, 상기 마모 가능 피막의 탈락을 방지할 수 있다.

본 발명의 제1 형태에 관한 시일 구조에서는, 상기 오목부는, 상기 둘레 방향으로 연장되도록 형성되어 있어도 된다.

이러한 시일 구조에서는, 둘레 방향에 걸쳐 마모 가능 피막의 접착력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 마모 가능 피막에 손상이 발생한 경우라도, 상기 마모 가능 피막의 탈락을 방지할 수 있다.

본 발명의 제1 형태에 관한 시일 구조에서는, 상기 오목부는, 상기 로터의 축선 방향으로 연장되도록 형성되어 있어도 된다.

이러한 시일 구조에서는, 축 방향에 걸쳐 마모 가능 피막의 접착력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 마모 가능 피막에 손상이 발생한 경우라도, 상기 마모 가능 피막의 탈락을 방지할 수 있다.

본 발명의 제1 형태에 관한 시일 구조에서는, 상기 오목부는, 상기 둘레 방향으로 인접하는 상기 내측 슈라우드끼리의 경계선 상에 형성되어 있어도 된다.

이러한 시일 구조에서는, 인접하는 내측 슈라우드의 경계선 상에 오목부가 형성되고, 상기 오목부에 마모 가능 피막을 인입시킬 수 있다. 따라서, 상기 경계선에 인접하는 내측 슈라우드간의 전단력이 발생하는 바, 마모 가능 피막의 인입분의 전단력을 저감할 수 있으므로, 정익의 비틀림에 의한 변형을 방지할 수 있다.

본 발명의 제1 형태에 관한 시일 구조에서는, 상기 내측 슈라우드의 내주면 및 상기 마모 가능 피막의 외주면의 일방측에는, 상기 내측 슈라우드의 내주면 및 상기 마모 가능 피막의 외주면의 타방측에 형성된 상기 오목부에 대향하여 제2 오목부가 형성되고, 상기 오목부 및 상기 제2 오목부 사이에 삽입된 핀 부재를 구비하고 있어도 된다.

이러한 시일 구조에서는, 예를 들어 내측 슈라우드측에 오목부가 형성되어 있는 경우에는, 상기 오목부와 핀 부재의 끼워 맞춤 및 접착에 의해 상기 내측 슈라우드의 축 방향 변위를 저감시킬 수 있다. 또한, 제2 오목부와 핀 부재의 접착에 의해 마모 가능 피막의 접착력을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제1 형태에 관한 시일 구조에서는, 상기 오목부는, 상기 오목부의 연장 방향에 직교하는 단면에 있어서 상기 내측 슈라우드의 내주면 또는 상기 마모 가능 피막의 외주면으로부터 상기 오목부의 저부를 향함에 따라 폭이 점차 넓어지도록 형성되어 있어도 된다.

이러한 시일 구조에서는, 마모 가능 피막의 접착 면적을 증대시킬 수 있다. 또한, 마모 가능 피막에 탈락하는 방향으로 힘이 작용하는 경우에는, 오목부의 저부를 향해 형성된 면에 대응하는 마모 가능 피막의 경사면에는 저항력이 작용하므로, 보다 견고하게 접착될 수 있다. 따라서, 마모 가능 피막에 손상이 발생한 경우라도, 상기 마모 가능 피막은 견고하게 접착되어 있으므로, 상기 마모 가능 피막의 탈락을 방지할 수 있다.

본 발명의 제1 형태에 관한 시일 구조에서는, 상기 오목부는, 상기 오목부의 연장 방향에 직교하는 단면에 있어서 상기 내측 슈라우드의 내주면 또는 상기 마모 가능 피막의 외주면으로부터 팽창되는 원호 형상으로 형성되어 있어도 된다.

이러한 시일 구조에서는, 마모 가능 피막의 접착 면적을 증대시킬 수 있으므로, 접착력을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제2 형태에 따르면, 회전 기계는, 상기 중 어느 하나에 기재된 시일 구조를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 따르면, 상기 중 어느 하나에 기재된 시일 구조를 구비하고 있으므로, 원하는 시일 기능을 발휘하면서, 마모 가능 피막에 손상이 발생한 경우라도 상기 마모 가능 피막의 탈락을 방지할 수 있다.

상기한 시일 구조 및 이것을 구비하는 회전 기계에 따르면, 요철 형상 부분에 마모 가능 피막이 들어가 경화, 용착됨으로써 견고하게 접착될 수 있다. 이로 인해, 마모 가능 피막에 손상이 발생한 경우라도 상기 마모 가능 피막의 탈락을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 가스 터빈(회전 기계)의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 시일 구조의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 시일 구조의 구성 부재인 정익을 도시하는 도 1의 X-X 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 시일 구조의 구성 부재인 정익을 도시하는 도 1의 X-X 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 시일 구조의 구성 부재인 정익을 도시하는 도 1의 X-X 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 시일 구조의 구성 부재인 정익을 도시하는 도 1의 X-X 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 시일 구조의 구성 부재인 정익을 도시하는 도 1의 X-X 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 시일 구조의 구성 부재인 정익을 도시하는 도 1의 Y-Y 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 시일 구조의 구성 부재인 정익을 도시하는 도 1의 Y-Y 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 시일 구조의 구성 부재인 정익을 도시하는 도 1의 Y-Y 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 시일 구조의 구성 부재인 정익을 도시하는 단면도이다.

(제1 실시 형태)

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 회전 기계에 대해 설명한다.

본 발명에 관한 제1 실시 형태에 대해, 도 1을 참조하여 설명한다. 가스 터빈(회전 기계)(1)은, 압축 공기를 생성하는 압축기(2)와, 압축기(2)에서 생성된 압축 공기에 연료를 혼합하여 연소시켜 연소 가스(M)를 생성하는 연소기(3)와, 연소기(3)에서 생성된 연소 가스(M)를 작동 유체로서 회전 구동하는 터빈(4)을 구비한다.

압축기(2) 및 터빈(4)에는 로터(5)가 삽입 관통되어 있다. 압축기(2)는, 로터(5)가 삽입 관통된 압축기 케이싱(2a)과, 로터(5)와 함께 회전 가능한 압축기 동익(2b)과, 압축기 케이싱(2a)에 고정된 압축기 정익(2c)을 갖는다. 압축기 동익(2b) 및 압축기 정익(2c)은, 둘레 방향(R)으로 복수, 방사상으로 각각 설치되어 있다. 압축기 동익(2b) 및 압축기 정익(2c)은, 축 방향(축선 방향)(P)으로 교대로 설치되어 있고, 둘레 방향(R)으로 설치된 복수의 날개에 의해 각각 1단을 구성하고, 각각 복수단 설치되어 있다. 그리고, 흡기된 공기는, 압축기 정익(2c)간을 유통하고, 하류측의 압축기 동익(2b)의 회전에 의해 압축되는 것을 반복함으로써, 압축되어 압축 공기가 생성된다.

또한, 터빈(4)은, 로터(5)가 삽입 관통된 터빈 케이싱(10)과, 로터(5)와 함께 회전 가능한 터빈 동익(20)과, 터빈 케이싱(10)에 고정되는 터빈 정익(정익)(30)을 갖는다. 터빈 동익(20) 및 터빈 정익(30)은, 직경 방향(Q)으로 연장되고, 둘레 방향(R)으로 복수, 방사상으로 각각 설치되어 있다. 또한, 터빈 동익(20) 및 터빈 정익(30)은, 축 방향(P)으로 교대로 설치되어 있고, 둘레 방향(R)으로 설치된 복수의 날개에 의해 각각 1단을 구성하고, 각각 복수단 설치되어 있다. 그리고, 연소기(3)로부터 유입된 작동 유체인 연소 가스(M)는, 터빈 정익(30)간을 유통하고, 하류측의 터빈 동익(20)을 회전시키는 것을 반복함으로써, 터빈 동익(20)이 고정된 로터(5)에 토크를 부여하여 회전시킨다.

또한, 연소 가스(M)가 고압측으로부터 저압측으로 누출되는 것을 방지하기 위해 시일 구조(7)가 축 방향(P)을 따라 복수 설치되어 있고, 이하에 상기 시일 구조(7)에 대해 상세하게 설명한다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 시일 구조(7)는, 로터(5)의 외주면으로부터 돌출되는 복수의 핀(40)과, 터빈 정익(30)을 구비하고 있다.

복수의 핀(40)은, 로터(5)의 외주면으로부터 둘레 방향(R)을 따라 돌출되어 있고, 축 방향(P)으로 간격을 두고 배치되어 있다. 또한, 핀(40)은, 상기 로터(5)의 외주면을 기단부(40a)로 하여, 상기 기단부(40a)로부터 터빈 정익(30)측을 향함에 따라 그 폭을 좁게 하도록 선단부(40b)가 형성되어 있다. 이와 같이, 복수의 핀(40, 40…)은, 축 방향(P)을 향해, 하나의 핀(40)의 기단부(40a), 선단부(40b), 인접하는 핀(40)의 기단부(40a), 선단부(40b…)가 교대로 배치되어 있다.

터빈 정익(30)은, 로터(5)측에 설치된 내측 슈라우드(50)와, 상기 내측 슈라우드(50)에 형성된 마모 가능 피막(60)과, 상기 내측 슈라우드(50)로부터 직경 방향으로 연장되는 날개 본체(70)와, 상기 날개 본체(70)의 단부에 설치된 외측 슈라우드(80)를 갖고 있다.

내측 슈라우드(50)는, Z형 슈라우드라고 불리고, 직경 방향(Q) 내측에서 본 형상이 Z형을 이루고 있다. 또한, 내측 슈라우드(50)는, 인접하는 내측 슈라우드(50)와의 사이로부터의 고온 가스의 누설을 억제함과 함께, 날개 본체(70)의 비틀림을 억제하기 위해 Z형을 이루고 있다.

또한, 내측 슈라우드(50)는 축 방향(P)으로 배치되고, 둘레 방향(R)으로 인접하는 내측 슈라우드(50)와 서로 접촉하여 배치되어 있다.

또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 내측 슈라우드(50)의 내주면(50a)에는, 요철 형상이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 내측 슈라우드(50)의 내주면(50a)으로부터 그 내부, 환언하면 직경 방향(Q) 외측을 향해 오목부(51)가 둘레 방향(R)으로 연장되도록 형성되어 있다.

오목부(51)는, 슈라우드측 기부(51a)와, 내주면(50a)으로부터 대략 직각으로 설치된 한 쌍의 슈라우드측 벽부(51b)와, 상기 한 쌍의 슈라우드측 벽부(51b)를 연결함과 함께 슈라우드측 벽부(51b)와 대략 직각으로 설치된 슈라우드측 저부(51c)를 갖고 있다.

또한, 마모 가능 피막(60)은, 내측 슈라우드(50)의 내주면(50a)에, 핀(40)(도 2 참조)과 대향하도록, 본 실시 형태에서는 마모 가능재가 용사되어 형성되어 있다. 또한, 마모 가능 피막(60)은 요철 형상을 따라 형성되고, 본 실시 형태에서는 마모 가능 피막(60)은 오목부(51)의 슈라우드측 기부(51a)로부터 슈라우드측 저부(51c)까지에 걸쳐 용사되고, 볼록부(61)가 형성되어 있다.

볼록부(61)는, 마모 가능 피막(60)의 외주면(60a)으로부터 내측 슈라우드(50)의 내부를 향해 돌출되어 있고, 마모 가능측 기부(61a)와, 외주면(60a)으로부터 대략 직각으로 설치된 한 쌍의 마모 가능측 벽부(61b)와, 상기 한 쌍의 마모 가능측 벽부(61b)를 연결하는 마모 가능측 천장부(61c)를 갖고 있다.

또한, 오목부(51)의 슈라우드측 기부(51a)와 볼록부(61)의 마모 가능측 기부(61a)가 접착되고, 오목부(51)의 슈라우드측 벽부(51b)와 볼록부(61)의 마모 가능측 벽부(61b)가 접착되고, 오목부(51)의 슈라우드측 저부(51c)와 볼록부(61)의 마모 가능측 천장부(61c)가 각각 접착되어 있다.

또한, 마모 가능재로서는 예를 들어 니켈기 합금이 채용된다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 날개 본체(70)는, 복면(腹面)측을 구성하는 복면측면(71)과, 배면측을 구성하는 배면측면(72)으로 형성되어 있다.

복면측면(71)은 배면측면(72)측을 향해 팽창되도록 만곡되어 있고, 배면측면(72)은 복면측면(71)과 동일한 측을 향해 팽창되도록 만곡되어 있다.

외측 슈라우드(80)는, 축 방향(P) 및 둘레 방향(R)으로 인접하는 외측 슈라우드(80)와 서로 접촉하여 배치되어 있다.

이와 같이 구성된 시일 구조(7)를 구비하는 가스 터빈(1)에서는, 내측 슈라우드(50)에 형성된 오목부(51) 내에 마모 가능재가 볼록부(61)로서 들어가 경화되고 용착되므로, 내측 슈라우드(50)와 마모 가능 피막(60)의 접착 면적이 증대한다. 따라서, 상기 접착 면적의 증대에 수반하여 내측 슈라우드(50)와 마모 가능 피막(60)은 견고하게 접착된다. 또한, 오목부(51)는 둘레 방향(R)으로 연장되도록 형성되어 있으므로, 둘레 방향(R)에 걸쳐 내측 슈라우드(50)와 마모 가능 피막(60)의 접착력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 가스 터빈(1)을 가동시켰을 때에 가령 마모 가능 피막(60)에 손상이 발생한 경우라도, 마모 가능 피막(60)이 내측 슈라우드(50)로부터 박리되어 탈락하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 마모 가능재를 내측 슈라우드(50)에 직접 설치할 수 있다. 따라서, 내측 슈라우드(50)에 설치된 시일 부재에 마모 가능재가 용사되는 종래의 구조와 비교하면, 시일 부재가 불필요해진 분만큼 로터(5)와 터빈 정익(30)의 거리를 근접시킬 수 있다. 따라서, 터빈(4), 나아가 가스 터빈(1) 전체적으로, 설비를 소형화할 수 있다.

(제2 실시 형태)

이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 가스 터빈(201)에 대해, 도 4를 사용하여 설명한다.

이 실시 형태에 있어서, 전술한 실시 형태에서 사용한 부재와 공통의 부재에는 동일한 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.

제1 실시 형태에 있어서의 시일 구조(7)에서는, 내측 슈라우드(50)에 형성된 오목부(51)의 한 쌍의 슈라우드측 벽부(51b)는 슈라우드측 기부(51a)에 대해 대략 직각으로 형성되어 있다. 한편, 본 실시 형태에 있어서의 시일 구조(207)에서는, 슈라우드측 벽부(251b)는 슈라우드측 기부(251a)에 대해 대략 직각으로 형성되어 있지만, 슈라우드측 벽부(251d)는 슈라우드측 기부(251a)에 대해 예각으로 형성되어 있다.

즉, 내측 슈라우드(250)의 오목부(251)는, 오목부(251)의 연장 방향[둘레 방향(R)]에 직교하는 단면에 있어서 내측 슈라우드(250)의 내주면(250a)으로부터 오목부(251)의 슈라우드측 저부(251c)를 향함에 따라 폭이 넓어지도록 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 슈라우드측 벽부(251b)는 슈라우드측 기부(251a)에 대해 대략 직각으로 형성되어 있지만, 슈라우드측 벽부(251d)는 슈라우드측 저부(251c)를 향함에 따라 대향하는 슈라우드측 벽부(251b)로부터 이격되도록 형성되어 있다. 이와 같이 하여, 오목부(251)의 연장 방향[둘레 방향(R)]에 직교하는 단면에 있어서, 오목부(251)의 슈라우드측 기부(251a)에 있어서의 폭(261e)보다도 슈라우드측 저부(251c)에 있어서의 폭(261f) 쪽이 넓게 되어 있다.

또한, 마모 가능 피막(260)의 볼록부(261)는, 오목부(251)에 대응한 형상이며, 마모 가능측 벽부(261d)는 마모 가능측 천장부(261c)를 향함에 따라 마모 가능측 벽부(261b)로부터 이격되도록 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 시일 구조(207)를 구비하는 가스 터빈(201)에서는, 슈라우드측 벽부(251d), 마모 가능측 벽부(261d)가 경사져 설치되어 있으므로, 내측 슈라우드(250)와 마모 가능 피막(260)의 접착 면적을 보다 증대시킬 수 있다. 또한, 마모 가능 피막(260)에 탈락하는 방향인 직경 방향(Q) 내측에 힘이 작용하는 경우에, 마모 가능측 벽부(261d)에는, 탈락을 방지하도록 직경 방향(Q) 외측을 향해 저항력이 작용한다. 따라서, 내측 슈라우드(250)와 마모 가능 피막(260)을 보다 견고하게 접착할 수 있으므로, 마모 가능 피막(260)에 손상이 발생한 경우라도, 마모 가능 피막(260)이 내측 슈라우드(250)로부터 박리되어 탈락하는 것을 방지할 수 있다.

(제3 실시 형태)

이하, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 가스 터빈(301)에 대해, 도 5를 사용하여 설명한다.

제2 실시 형태에 있어서의 시일 구조(207)에서는, 슈라우드측 벽부(251b)는 슈라우드측 기부(251a)에 대해 대략 직각으로 형성되고, 슈라우드측 벽부(251d)는 슈라우드측 기부(251a)에 대해 예각으로 형성되어 있다. 한편, 본 실시 형태에 있어서의 시일 구조(307)에서는, 슈라우드측 벽부(351b, 351d) 모두, 슈라우드측 기부(351a)에 대해 예각으로 형성되어 있다.

즉, 내측 슈라우드(350)의 오목부(351)는, 오목부(351)의 연장 방향[둘레 방향(R)]에 직교하는 단면에 있어서 내측 슈라우드(350)의 내주면(350a)으로부터 오목부(351)의 슈라우드측 저부(351c)를 향함에 따라 폭이 넓어지도록 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 슈라우드측 벽부(351b, 351d)는, 슈라우드측 저부(351c)를 향함에 따라 서로 이격되도록 형성되어 있다. 이와 같이 하여, 오목부(351)의 연장 방향[둘레 방향(R)]에 직교하는 단면에 있어서, 오목부(351)의 슈라우드측 기부(351a)에 있어서의 폭(361e)보다도 슈라우드측 저부(351c)에 있어서의 폭(361f) 쪽이 넓게 되어 있다.

또한, 마모 가능 피막(360)의 볼록부(361)는, 오목부(351)에 대응한 형상이며, 마모 가능측 벽부(361b, 361d)는, 마모 가능측 천장부(361c)를 향함에 따라 서로 이격되도록 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 시일 구조(307)를 구비하는 가스 터빈(301)에서는, 슈라우드측 벽부(351b, 351d), 마모 가능측 벽부(361b, 361d)가 경사져 설치되어 있으므로, 내측 슈라우드(350)와 마모 가능 피막(360)의 접착 면적을 한층 더 증대시킬 수 있다. 또한, 마모 가능 피막(360)에 탈락하는 방향인 직경 방향(Q) 내측에 힘이 작용하는 경우에, 마모 가능측 벽부(361b, 361d)에는, 모두 탈락을 방지하도록 직경 방향(Q) 외측을 향해 저항력이 작용한다. 따라서, 내측 슈라우드(350)와 마모 가능 피막(360)을 한층 더 견고하게 접착할 수 있으므로, 마모 가능 피막(360)에 손상이 발생한 경우라도, 마모 가능 피막(360)이 내측 슈라우드(350)로부터 박리되어 탈락하는 것을 방지할 수 있다.

(제4 실시 형태)

이하, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 가스 터빈(401)에 대해, 도 6을 사용하여 설명한다.

제1 실시 형태에 있어서의 시일 구조(7)에 있어서의 내측 슈라우드(50)의 오목부(51)에서는, 슈라우드측 기부(51a)와 슈라우드측 벽부(51b)는 대략 직각을 이루고, 슈라우드측 벽부(51b)와 슈라우드측 저부(51c) 모두 대략 직각을 이루고 있다. 한편, 본 실시 형태에 있어서의 시일 구조(407)에 있어서의 오목부(451)는, 오목부(451)의 연장 방향[둘레 방향(R)]에 직교하는 단면에 있어서 내측 슈라우드(450)의 내주면(450a)으로부터 팽창되도록 원호 형상으로 형성되어 있다.

즉, 내측 슈라우드(450)의 오목부(451)는, 내주면(450a)으로부터 내측 슈라우드(450)의 내부를 향해 팽창되는 반원 형상을 이루고 있다.

또한, 마모 가능 피막(460)의 볼록부(461)는, 오목부(451)에 대응한 형상이며, 외주면(460a)으로부터 외측을 향해 팽창되는 반원 형상을 이루고 있다.

이와 같이 구성된 시일 구조(407)를 구비하는 가스 터빈(401)이라도, 내측 슈라우드(450)와 마모 가능 피막(460)의 접착 면적을 증대시킬 수 있으므로, 내측 슈라우드(450)와 마모 가능 피막(460)을 견고하게 접착할 수 있다.

(제5 실시 형태)

이하, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 가스 터빈(501)에 대해, 도 7을 사용하여 설명한다.

제1 실시 형태에 있어서의 시일 구조(7)에서는, 오목부(51)는 내측 슈라우드(50)의 내주면(50a)측으로부터 그 내부를 향해 형성되어 있다. 한편, 본 실시 형태에 있어서의 시일 구조(507)에서는, 오목부(561)는 마모 가능 피막(560)의 외주면(560a)으로부터 그 내부를 향해 형성되어 있다.

즉, 오목부(561)는, 마모 가능측 기부(561a)와, 외주면(560a)으로부터 대략 직각으로 설치된 한 쌍의 마모 가능측 벽부(561b)와, 상기 한 쌍의 마모 가능측 벽부(561b)를 연결함과 함께 마모 가능측 벽부(561b)와 대략 직각으로 설치된 마모 가능측 저부(561c)를 갖고 있다.

또한, 볼록부(551)는, 오목부(561)에 대응한 형상이며, 내측 슈라우드(550)의 내주면(550a)으로부터 마모 가능 피막(560)의 내부를 향해 돌출되어 있고, 내측 슈라우드 기부(551a)와, 내주면(550a)으로부터 대략 직각으로 설치된 한 쌍의 슈라우드측 벽부(551b)와, 상기 한 쌍의 슈라우드측 벽부(551b)를 연결하는 슈라우드측 천장부(551c)를 갖고 있다.

이와 같이 구성된 시일 구조(507)를 구비하는 가스 터빈(501)이라도, 내측 슈라우드(550)와 마모 가능 피막(560)의 접착 면적을 증대시킬 수 있으므로, 내측 슈라우드(550)와 마모 가능 피막(560)을 견고하게 접착할 수 있다.

또한, 내측 슈라우드(550) 및 마모 가능 피막(560) 중 어느 한쪽에 선택적으로 오목부를 형성하고, 다른 쪽에 볼록부를 형성하면 되므로, 설계의 자유도가 넓어진다.

(제6 실시 형태)

이하, 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 가스 터빈(601)에 대해, 도 8을 사용하여 설명한다.

제1 실시 형태에 있어서의 시일 구조(7)에서는, 오목부(51)는 둘레 방향(R)으로 연장되도록 형성되어 있다. 한편, 본 실시 형태에 있어서의 시일 구조(607)에서는, 오목부(651)는 축 방향(P)으로 연장되도록 형성되어 있다.

즉, 오목부(651)는, 둘레 방향(R)으로 인접하는 내측 슈라우드(650, 650…)끼리의 경계선(654)의 직경 방향(Q) 내측이며, 축 방향(P)을 따름과 함께, 둘레 방향(R)으로 간격을 갖고 복수 형성되어 있다.

또한, 오목부(651)의 내부에는, 마모 가능 피막(660)이 볼록부(661)로서 들어가 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 시일 구조(607)를 구비하는 가스 터빈(601)에서는, 오목부(651)는 축 방향(P)으로 연장되도록 형성되어 있으므로, 축 방향(P)에 걸쳐 내측 슈라우드(650)와 마모 가능 피막(660)의 접착력을 향상시킬 수 있다.

또한, 인접하는 내측 슈라우드(650, 650…)끼리의 경계선(654)에서는, 상기 내측 슈라우드(650, 650…)간의 전단력이 발생하는 바, 마모 가능 피막(660)이 오목부(651)에 볼록부(661)로서 들어가 있는 분의 전단력을 저감할 수 있다. 따라서, 터빈 정익(630)의 비틀림에 의한 변형을 방지할 수 있고, 가스 터빈(601) 자체의 안정성을 향상시킬 수 있다.

(제7 실시 형태)

이하, 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 가스 터빈(701)에 대해, 도 9를 사용하여 설명한다.

제6 실시 형태에 있어서의 시일 구조(607)에서는, 오목부(651)는 둘레 방향(R)으로 인접하는 내측 슈라우드(650, 650…)끼리의 경계선(654)의 직경 방향(Q) 내측에 형성되어 있다. 한편, 본 실시 형태에 있어서의 시일 구조(707)에서는, 오목부(751)는 내측 슈라우드(750) 각각의 축 방향(P)의 치수 내에 형성되어 있다.

즉, 오목부(751)는, 내측 슈라우드(750)의 축 방향(P) 치수의 대략 중앙이며, 축 방향(P)을 따름과 함께, 둘레 방향(R)으로 간격을 갖고 복수 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 시일 구조(707)를 구비하는 가스 터빈(701)이라도, 오목부(751)는 축 방향(P)으로 연장되도록 형성되어 있으므로, 축 방향(P)에 걸쳐 내측 슈라우드(750)와 마모 가능 피막(760)의 접착력을 향상시킬 수 있다.

(제8 실시 형태)

이하, 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 가스 터빈(801)에 대해, 도 10, 도 11을 사용하여 설명한다.

여기서, 도 10은 본 실시 형태에 관한 시일 구조(807)에 있어서의 도 1의 Y-Y 단면도이며, 도 11은 시일 구조(807)의 내측 슈라우드(850) 부분을 절단한 단면도이다.

제6 실시 형태에 있어서의 시일 구조(607)에서는, 오목부(651)는, 내측 슈라우드(650)의 내주면(650a)으로부터 그 내부를 향해 형성되어 있는 것만으로 구성되어 있다. 한편, 본 실시 형태에 있어서의 시일 구조(807)에서는, 오목부는, 내측 슈라우드(850)의 내주면(850a)으로부터 그 내부를 향해 형성되어 있는 오목부(851)와, 상기 오목부(851)에 대향하여 마모 가능 피막(860)의 외주면(860a)으로부터 그 내부를 향해 형성된 제2 오목부(862)를 갖고 있다. 또한, 오목부(851)와 제2 오목부(862) 사이에는 핀 부재(890)가 삽입되어 있다.

즉, 도 10에 도시하는 바와 같이, 오목부(851)는, 둘레 방향(R)으로 인접하는 내측 슈라우드(850, 850…)끼리의 경계선(854)의 직경 방향(Q) 내측에, 둘레 방향(R)으로 간격을 갖고 내측 슈라우드(850)의 내주면(850a)으로부터 그 내부를 향해 복수 형성되어 있다. 또한, 도 11에 도시하는 바와 같이, 오목부(851)는, 하나의 내측 슈라우드(850)에 대해, 축 방향(P)으로 간격을 갖고 2개소 형성되어 있다.

또한, 상기 수치는 일례이며, 3개소여도 되고 당해 수치에 한정되는 것은 아니다.

또한, 도 10에 도시하는 바와 같이, 제2 오목부(862)는, 둘레 방향(R)으로 인접하는 내측 슈라우드(850, 850…)끼리의 경계선(854)의 직경 방향(Q) 내측에, 둘레 방향(R)으로 간격을 갖고 마모 가능 피막(860)의 외주면(860a)으로부터 그 내부를 향해 복수 형성되어 있다. 또한, 도 11에 도시하는 바와 같이, 제2 오목부(862)는, 하나의 내측 슈라우드(850)에 대해, 축 방향(P)으로 간격을 갖고 2개소 형성되어 있다.

또한, 핀 부재(890)는, 막대 형상 부재이며, 일단부(890a)가 오목부(851)의 슈라우드측 저부(851c)에, 타단부(890b)가 제2 오목부(862)의 마모 가능측 저부(861c)에 배치되어 있다.

또한, 시일 구조(807)의 제조 방법으로서는, 내측 슈라우드(850)의 오목부(851)에 핀 부재(890)를 삽입하고, 마모 가능재를 용사하여 핀 부재(890)를 오목부(851)에 정착시킴과 함께, 마모 가능 피막(860)을 형성한다.

이와 같이 시일 구조(807)를 구비하는 가스 터빈(801)에서는, 핀 부재(890)는, 인접하는 내측 슈라우드(850, 850…)끼리를 둘레 방향(R)으로 견고하게 결합함과 함께, 축 방향(P)으로의 변위를 저감할 수 있다.

또한, 마모 가능재를 용사할 때에는, 핀 부재(890)의 타단부(890b)측이 돌출되어 있으므로, 마모 가능재의 용착을 양호하게 하여, 마모 가능 피막(860)을 형성할 수 있다. 따라서, 핀 부재(890)를 통해, 내측 슈라우드(850)와 마모 가능 피막(860)을 견고하게 접착할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서 나타낸 각 구성 부재의 여러 형상이나 조합 등은 일례이며, 본 발명의 주지로부터 일탈하지 않는 범위에 있어서 설계 요구 등에 기초하여 다양하게 변경 가능하다.

또한, 상기한 실시 형태에 있어서는, 회전 기계의 일례로서 가스 터빈을 예로 들어 설명하였지만, 증기 터빈 등의 다른 회전 기계에도 적용 가능하다.

1, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801 : 가스 터빈(회전 기계)
5 : 로터
7, 207, 307, 407, 507, 607, 707, 807 : 시일 구조
30 : 터빈 정익(정익)
40 : 핀
50, 250, 350, 450, 550, 650, 750, 850 : 내측 슈라우드
50a, 250a, 350a, 550a, 650a, 850a : 내주면
51, 251, 351, 451, 561, 651, 751, 851 : 오목부
60, 260, 360, 460, 560, 660, 760, 860 : 마모 가능 피막
60a, 260a, 360a, 560a, 860a : 외주면
654, 854 : 경계선
R : 둘레 방향

Claims

로터의 외주면으로부터 둘레 방향을 따라 돌출되는 핀과,
내측 슈라우드의 내주면에, 상기 핀과 대향하도록 마모 가능 피막이 형성된 정익을 구비하고,
상기 내측 슈라우드의 내주면에 요철 형상이 형성되어 있고, 상기 마모 가능 피막이 상기 요철 형상을 따라 형성되어 있는, 시일 구조.
제1항에 있어서, 상기 요철 형상은, 상기 내측 슈라우드의 내주면 및 상기 마모 가능 피막의 외주면의 일방측으로부터 그 내부를 향해 형성된 오목부에 의해 구성되어 있는, 시일 구조.
제2항에 있어서, 상기 오목부는, 상기 둘레 방향으로 연장되도록 형성되어 있는, 시일 구조.
제2항에 있어서, 상기 오목부는, 상기 로터의 축선 방향으로 연장되도록 형성되어 있는, 시일 구조.
제3항에 있어서, 상기 오목부는, 상기 둘레 방향으로 인접하는 상기 내측 슈라우드끼리의 경계선 상에 형성되어 있는, 시일 구조.
제4항에 있어서, 상기 내측 슈라우드의 내주면 및 상기 마모 가능 피막의 외주면의 일방측에는, 상기 내측 슈라우드의 내주면 및 상기 마모 가능 피막의 외주면의 타방측에 형성된 상기 오목부에 대향하여 제2 오목부가 형성되고,
상기 오목부 및 상기 제2 오목부 사이에 삽입된 핀 부재를 구비하는, 시일 구조.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오목부는, 상기 오목부의 연장 방향에 직교하는 단면에 있어서 상기 내측 슈라우드의 내주면 또는 상기 마모 가능 피막의 외주면으로부터 상기 오목부의 저부를 향함에 따라 폭이 점차 넓어지도록 형성되어 있는, 시일 구조.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오목부는, 상기 오목부의 연장 방향에 직교하는 단면에 있어서 상기 내측 슈라우드의 내주면 또는 상기 마모 가능 피막의 외주면으로부터 팽창되는 원호 형상으로 형성되어 있는, 시일 구조.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 시일 구조를 구비하는, 회전 기계.