KR20140129257A - 정익 세그먼트, 및 이것을 구비하고 있는 축류 유체 기계 - Google Patents

정익 세그먼트, 및 이것을 구비하고 있는 축류 유체 기계 Download PDF

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KR20140129257A
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 정익 세그먼트는, 둘레방향으로 연장되어 복수의 정익을 연결하는 외측 연결 부재와, 상기 외측 연결 부재에 대하여, 복수의 정익 중에서 상기 둘레방향의 양단부에 위치하는 끝단 정익을 위치결정하기 위한 위치결정구와, 복수의 상기 정익 중 적어도 하나의 정익에 대하여, 상기 외측 연결 부재를 상기 정익환의 직경방향 외측으로 상대 이동 불가능하게 구속하는 직경방향 구속부를 구비하며, 복수의 상기 정익은 정익 본체와 외측 슈라우드를 갖고, 상기 외측 슈라우드에는, 복수의 상기 정익이 상기 둘레방향으로 나열하여 있는 상태로 서로 연이어서 상기 외측 연결 부재가 들어가는 홈이 형성되고, 상기 외측 연결 부재 중에서, 2개의 상기 끝단 정익의 상기 홈에 들어가는 부분에는, 상기 위치결정구가 관통 삽입되는 구멍이 형성되고, 2개의 상기 끝단 정익의 상기 홈의 바닥에는, 상기 구멍에 관통 삽입된 상기 위치결정구가 삽입되는 구멍부가 형성되고, 상기 위치결정구 중 적어도 한쪽은 제 1 원주부와, 상기 제 1 원주부의 중심축선에 대하여 편심되어 있는 제 2 원주부를 갖는 편심 위치결정구이다.

Description

정익 세그먼트, 및 이것을 구비하고 있는 축류 유체 기계{STATOR BLADE SEGMENT AND AXIAL FLOW FLUID MACHINE WITH SAME}
본 발명은, 정익환(靜翼環)의 일부를 이루는 정익 세그먼트, 및 이것을 구비하고 있는 축류 유체 기계에 관한 것이다.
본원은 2012년 3월 30일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제 2012-079253 호에 대해서 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 인용한다.
가스 터빈은 외기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기와, 연료를 압축 공기에 혼합하여 연소시켜서 연소 가스를 생성하는 연소기와, 연소 가스에 의해 구동하는 터빈을 구비하고 있다.
압축기는, 축류 유체 기계로서, 회전축선을 중심으로 하여 회전하는 로터와, 이 로터를 덮는 케이싱을 구비하고 있다. 로터는, 회전축선과 평행한 축방향으로 연장되는 로터 본체와, 이 로터 본체의 외주에 고정되고 축방향으로 나열하여 있는 복수의 동익단(動翼段)을 갖고 있다. 케이싱의 내주측에는, 각 동익단의 상류측의 위치에 정익단(靜翼段)이 고정되어 있다. 하나의 정익단은 복수의 정익이 둘레방향으로 나열하여 상호 연결된 정익환을 형성하고 있다. 이러한 정익환은 조립의 사정상 둘레방향으로 분할되어 있다. 이러한 둘레방향으로 분할된 각 부분이 일반적으로 정익 세그먼트로 불려지고 있다. 이 정익 세그먼트는 복수의 정익이 둘레방향으로 연결되어서 구성되어 있다.
예를 들면, 이하의 특허문헌 1에 기재된 정익 세그먼트는 복수의 정익과, 복수의 정익 상호를 연결하기 위한 결합 부재를 갖고 있다. 복수의 정익의 외측 슈라우드(shroud)에는, 직경방향 외측으로부터 직경방향 내측을 향해서 오목하고 둘레방향으로 연장되는 홈이 형성되어 있다. 결합 부재는 각 정익의 홈에 집어넣어, 각 정익과 용접되어 있다.
일본 공개 특허 제 2009-97370 호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 정익 세그먼트에서는, 복수의 정익이 각각 결합 부재에 용접되어 있기 때문에, 복수의 정익 상호간에서의 덜거덕거림이 극히 적지만, 정익에 용접 열이 가해지기 때문에, 열 응력에 의한 정익의 변형이나 용접부의 균열이 생길 우려가 있다라는 과제가 있다. 또한, 상기 특허문헌 1에 기재된 정익 세그먼트에서는, 결합 부재에 복수의 정익을 각각 용접할 필요가 있기 때문에, 정익 세그먼트의 조립 공수가 증가한다라는 과제도 있다.
본 발명은, 상기 과제에 착안하여, 복수의 정익 상호간의 덜거덕거림을 작게 하면서, 정익의 변형이나 균열을 억제하고, 또한 조립 공수를 적게 할 수 있는 정익 세그먼트, 및 이것을 구비하고 있는 축류 유체 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명에 따른 정익 세그먼트는, 정익환의 일부를 구성하고, 복수의 정익이 둘레방향으로 연결되어 있는 정익 세그먼트로서, 상기 둘레방향으로 연장되어 복수의 정익을 연결하는 외측 연결 부재와, 상기 외측 연결 부재에 대하여, 복수의 정익 중에서 상기 둘레방향의 양단부에 위치하는 끝단 정익을 위치결정하기 위한 위치결정구와, 복수의 상기 정익 중 적어도 하나의 정익에 대하여, 상기 외측 연결 부재를 상기 정익환의 직경방향 외측으로 상대 이동 불가능하게 구속하는 직경방향 구속부를 구비하며, 복수의 상기 정익은, 모두, 상기 직경방향으로 연장되는 정익 본체와, 상기 정익 본체의 직경방향 외측에 마련되어 있는 외측 슈라우드를 갖고, 상기 외측 슈라우드에는, 직경방향 외측으로부터 직경방향 내측을 향해서 오목하고 또한 상기 둘레방향으로 연장되고, 복수의 상기 정익이 상기 둘레방향으로 나열하여 있는 상태로 서로 연이어서, 상기 외측 연결 부재가 들어가는 홈이 형성되고, 상기 외측 연결 부재 중에서, 2개의 상기 끝단 정익의 상기 홈에 들어가는 부분에는, 각각 상기 직경방향으로 관통하여 상기 위치결정구가 관통 삽입되는 구멍이 형성되고, 2개의 상기 끝단 정익의 상기 홈의 바닥에는, 직경방향 내측을 향해서 오목하고, 상기 외측 연결 부재의 상기 구멍에 관통 삽입된 상기 위치결정구가 삽입되는 구멍부가 형성되며, 2개의 상기 끝단 정익을 위치결정하는 상기 위치결정구 중 적어도 한쪽의 상기 위치결정구는 제 1 원주부(圓柱部)와, 상기 제 1 원주부의 중심축선에 대하여 편심되어 있는 제 2 원주부를 갖는 편심 위치결정구인 것을 특징으로 한다.
상기 정익 세그먼트에서는, 외측 연결 부재에 의해, 복수의 정익을 직경방향 외측으로 상대 이동 불가능하게 구속할 수 있다. 또한, 상기 정익 세그먼트에서는, 2개의 위치결정구에 의해, 복수의 정익의 외측 슈라우드가 둘레방향에서 밀착한 상태로, 외측 연결 부재에 대한 복수의 외측 슈라우드의 둘레방향의 위치를 구속할 수 있다. 따라서, 상기 정익 세그먼트에서는, 복수의 정익 상호간의 덜거덕거림을 극히 작게 할 수 있다.
또한, 상기 정익 세그먼트에서는, 복수의 정익 각각에 용접을 실시할 필요가 없기 때문에, 용접에 기인하는 정익의 변형이나 균열을 없앨 수 있는 동시에, 조립 공수를 삭감할 수 있다.
(2) 2개의 상기 끝단 정익의 상기 구멍부 중 적어도 한쪽의 상기 구멍부의 내경은, 상기 편심 위치결정구의 상기 제 1 원주부의 외경에 대응하고, 상기 제 1 원주부가 삽입 가능한 내경이며, 상기 외측 연결 부재의 2개의 상기 구멍 중 적어도 한쪽의 상기 구멍의 내경은, 상기 편심 위치결정구의 상기 제 2 원주부의 외경에 대응하고, 상기 제 2 원주부가 관통 삽입 가능한 내경이어도 좋다.
(3) 2개의 상기 끝단 정익에는, 각각, 상기 직경방향 구속부로서, 상기 홈 내에 들어간 상기 외측 연결 부재의 직경방향 외측면에 대향하는 칼라부(collar portion)가 형성되어 있어도 좋다.
상기 정익 세그먼트에서는, 복수의 외측 슈라우드에 대하여, 외측 연결 부재를 직경방향 외측으로 상대 이동 불가능하게 지지하는 개소가, 외측 연결 부재의 둘레방향의 양단부의 2개소가 되기 때문에, 외측 연결 부재를 안정하게 지지할 수 있다.
(4) 2개의 상기 위치결정구와 상기 외측 연결 부재는 용접되어 있어도 좋다.
외측 연결 부재로부터의 2개의 위치결정구의 빠짐을 방지하는 방법으로서는, 각종 방법이 고려되지만, 위치결정구를 외측 연결 부재에 용접함으로써, 부품 점수를 증가시키는 일없이, 위치결정구 빠짐을 방지할 수 있다. 게다가, 이러한 용접은, 정익에 대한 용접 처리가 아니기 때문에, 정익에 대한 용접 열의 악영향을 회피할 수 있다.
(5) 복수의 상기 정익은, 모두, 상기 정익 본체의 직경방향 내측에 마련되어 있는 내측 슈라우드를 갖고, 복수의 상기 정익의 상기 내측 슈라우드가 각각 결합하여, 각 내측 슈라우드를 상기 직경방향으로 상대 이동 불가능하게 구속하는 내측 연결 부재를 구비하고 있어도 좋다.
(6) 본 발명에 따른 축류 유체 기계는 복수의 상기 정익 세그먼트로 구성된 정익환을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 복수의 정익 상호간의 덜거덕거림을 작게 하면서, 정익의 변형이나 균열을 억제하고, 또한 조립 공수를 적게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 주요부 절결 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 일 실시형태에 있어서의 정익단(정익환)의 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 일 실시형태에 있어서의 정익 세그먼트의 사시도,
도 4는 도 3에 있어서의 Ⅳ 화살표에서 본 도면,
도 5는 도 3에 있어서의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도,
도 6은 도 3에 있어서의 Ⅵ-Ⅵ선 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 일 실시형태에 있어서의 정익 세그먼트의 전개 사시도,
도 8a는 본 발명에 따른 일 실시형태에 있어서의 위치결정구의 효과를 설명하기 위한 설명도로서, 위치결정구의 조작전의 상태를 도시하는 도면,
도 8b는 본 발명에 따른 일 실시형태에 있어서의 위치결정구의 효과를 설명하기 위한 설명도로서, 위치결정구의 조작후의 상태를 도시하는 도면.
이하, 본 발명에 따른 축류 유체 기계의 일 실시형태에 대해서, 도 1 내지 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다.
가스 터빈은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 외기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기(1)와, 연료 공급원으로부터의 연료를 압축 공기에 혼합하여 연소시켜서 연소 가스를 생성하는 복수의 연소기(6)와, 연소 가스에 의해 구동하는 터빈(7)을 구비하고 있다.
압축기(1) 및 터빈(7)은, 모두 축류 유체 기계로서, 회전축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 로터(2, 8)와, 이 로터(2, 8)를 덮는 케이싱(5, 9)을 갖고 있다. 압축기 로터(2) 및 터빈 로터(8)는 동일한 회전축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 것으로, 상호 연결되어 있다. 복수의 연소기(6)는 회전축선(Ar)을 중심으로 하여, 둘레방향(Dc)으로 서로 등간격으로 터빈 케이싱(9)에 고정되어 있다.
이하에서는, 회전축선(Ar)이 연장되어 있는 방향을 축방향(Da)이라고 하고, 회전축선(Ar)에 대한 직경방향을 단지 직경방향(Dr)이라고 한다. 또한, 축방향(Da)에 있어서, 터빈(7)을 기준으로 하여 압축기(1)측을 상류측이라고 하고, 압축기(1)를 기준으로 하여 터빈(7)측을 하류측이라고 한다.
압축기 로터(2)는, 축방향(Da)으로 연장되어 있는 로터 본체(3)와, 이 로터 본체(3)의 외주에 고정되고 축방향(Da)으로 나열하여 있는 복수의 동익단(4)을 갖고 있다. 압축기 케이싱(5)의 내주측에는, 각 동익단(4)의 상류측의 위치에 정익단(10)이 고정되어 있다.
하나의 정익단(10)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 복수의 정익(20)이 환상으로 나열하여 서로 연결된 정익환으로서 형성되어 있다. 이러한 정익환은 조립의 사정상 둘레방향으로 분할되어 있다. 이러한 둘레방향으로 분할된 각 부분이 정익 세그먼트(11)를 구성한다. 이 정익 세그먼트(11)는 정익환을 구성하는 복수의 정익(20) 중 일부의 복수의 정익(20)이 둘레방향(Dc)으로 나열하여 상호 연결된 것이다.
정익 세그먼트(11)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 둘레방향(Dc)으로 나열하여 있는 복수의 정익(20)과, 복수의 정익(20)의 직경방향 내측의 부분이 장착되는 연결 홀더(내측 연결 부재)(40)와, 복수의 정익(20)의 직경방향 외측의 부분 상호를 둘레방향(Dc)으로 연결하는 연결 밴드(외측 연결 부재)(50)를 갖고 있다.
정익(20)은, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 직경방향(Dr)으로 연장되는 정익 본체(21)와, 정익 본체(21)의 직경방향 내측에 마련되어 있는 내측 슈라우드(22)와, 정익 본체(21)의 직경방향 외측에 마련되어 있는 외측 슈라우드(32)를 갖고 있다.
내측 슈라우드(22)는, 정익 본체(21)의 직경방향 내측에 마련되고, 둘레방향(Dc)으로 퍼져 있는 판형상의 슈라우드 본체(23)와, 슈라우드 본체(23)의 상류측 부분으로부터 직경방향 내측으로 연장되는 상류측 다리부(24)와, 이 상류측 다리부(24)의 직경방향 내측 단부로부터 상류측에 이르는 상류측 립부(lip portion)(25)와, 슈라우드 본체(23)의 하류측 부분으로부터 직경방향 내측으로 연장되는 하류측 다리부(26)와, 이 하류측 다리부(26)의 직경방향 내측 단부로부터 하류측으로 연장되는 하류측 립부(27)를 갖고 있다.
슈라우드 본체(23)와 상류측 립부(25) 사이는 하류측으로 오목한 상류측 결합 홈(28)을 형성하고 있다. 또한, 슈라우드 본체(23)와 하류측 립부(27) 사이는 상류측으로 오목한 하류측 결합 홈(29)을 형성하고 있다. 이들 결합 홈(28, 29)의 홈 바닥부는 모두 다리부(24, 26)에 의해 형성되어 있다.
외측 슈라우드(32)는 정익 본체(21)의 직경방향 외측에 마련되고, 둘레방향(Dc)으로 퍼져 있는 판형상의 슈라우드 본체(33)와, 슈라우드 본체(33)의 상류측 부분으로부터 직경방향 외측으로 연장되는 상류측 다리부(34)와, 이 상류측 다리부(34)의 직경방향 외측 단부로부터 상류측으로 연장되는 상류측 립부(35)와, 슈라우드 본체(33)의 하류측 부분으로부터 직경방향 외측으로 연장되는 하류측 다리부(36)와, 이 하류측 다리부(36)의 직경방향 외측 단부로부터 하류측으로 연장되는 하류측 립부(37)를 갖고 있다.
상류측 다리부(34)와 하류측 다리부(36) 사이는 직경방향 외측으로부터 직경방향 내측으로 오목하고 둘레방향(Dc)으로 연장되는 밴드 홈(31)을 형성하고 있다. 이 밴드 홈(31)의 홈 바닥부는 슈라우드 본체(33)에 의해 형성되어 있다. 이러한 밴드 홈(31)에는, 연결 밴드(50)의 둘레방향(Dc)의 일부가 들어간다.
정익 세그먼트(11)를 구성하는 복수의 정익(20) 중, 둘레방향(Dc)의 양단부에 위치하는 끝단 정익(20a, 20b)의 외측 슈라우드(32a)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 상류측 다리부(34)의 직경방향 외측 단부로부터 하류측으로 연장되는 상류측 플랜지부(칼라부, 직경방향 구속부)(38)와, 하류측 다리부(36)의 직경방향 외측 단부로부터 상류측으로 연장되는 하류측 플랜지부(칼라부, 직경방향 구속부)(39)를 더 갖고 있다.
상류측 플랜지부(38) 및 하류측 플랜지부(39)는, 모두, 밴드 홈(31) 내에 들어간 연결 밴드(50)의 직경방향 외측면과 대향하고, 끝단 정익(20a, 20b)에 대하여 밴드 홈(31) 내에 들어간 연결 밴드(50)를 직경방향 외측으로 상대 이동 불가능하게 구속하는 역할을 하고 있다.
또한, 끝단 정익(20a, 20b)의 외측 슈라우드(32a)에 있어서의 밴드 홈(31)에는, 직경방향 외측으로부터 직경방향 내측으로 오목한 원주형상의 구멍부(31h)가 형성되어 있다.
본 실시형태에 있어서, 끝단 정익(20a, 20b)을 제외한 다른 정익(20c)에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 끝단 정익(20a, 20b)에 있어서의 상류측 플랜지부(38), 하류측 플랜지부(39) 및 구멍부(31h)는 형성되어 있지 않다.
연결 홀더(40)는, 둘레방향(Dc)으로 연장되는 시일 보지부(43)와, 시일 보지부(43)의 상류측 가장자리를 따라 형성되고 직경방향 외측으로 연장되는 상류측 다리부(44)와, 상류측 다리부(44)의 직경방향 외측 단부로부터 하류측으로 연장되어 내측 슈라우드(22)의 상류측 결합 홈(28)에 들어가는 상류측 플랜지부(45)와, 시일 보지부(43)의 하류측 가장자리를 따라 형성되고 직경방향 외측으로 연장되는 하류측 다리부(46)와, 하류측 다리부(46)의 직경방향 외측 단부로부터 상류측으로 연장되어 내측 슈라우드(22)의 하류측 결합 홈(29)에 들어가는 하류측 플랜지부(47)를 갖고 있다.
시일 보지부(43)의 직경방향 내측에는, 압축기 로터(2)의 로터 본체(3)(도 1)와의 사이를 시일하는 시일 장치(48)가 마련되어 있다. 상류측 다리부(44)와 하류측 다리부(46) 사이는 직경방향 내측으로 오목하고 둘레방향(Dc)으로 연장되는 슈라우드 수납 홈(41)을 형성하고 있다. 이 슈라우드 수납 홈(41)의 홈 바닥부는 시일 보지부(43)에 의해 형성되어 있다. 이러한 슈라우드 수납 홈(41)에는, 정익 세그먼트(11)를 구성하는 복수의 정익(20)이 둘레방향(Dc)으로 나열하여 있는 상태로, 각 정익(20)의 내측 슈라우드(22)의 상류측 다리부(24), 상류측 립부(25), 하류측 다리부(26) 및 하류측 립부(27)가 들어간다.
둘레방향(Dc)으로 연장되는 연결 밴드(50)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 외측 슈라우드(32)의 밴드 홈(31)에 들어가도록, 그 축방향(Da)의 폭이 밴드 홈(31)의 축방향(Da)의 폭에 대응한다. 또한, 이 연결 밴드(50)의 둘레방향(Dc)의 길이는, 정익 세그먼트(11)를 구성하는 복수의 정익(20)이 둘레방향(Dc)으로 나열하여 있는 상태로, 각 정익(20)의 내측 슈라우드(22)의 밴드 홈(31)에 있어서의 둘레방향(Dc)의 합계 길이에 대응한다.
도 7에서는, 정익 세그먼트(11)를 구성하는 복수의 정익(20)의 형상을 이해하기 용이하게 도시하기 위해서, 둘레방향(Dc)을 직선의 화살표로 나타내는 방향으로 묘사하고 있다.
이러한 연결 밴드(50)에는, 직경방향(Dr)으로 관통한 원주형상의 제 1 구멍(51) 및 제 2 구멍(52)이 형성되어 있다. 각 구멍(51, 52)의 둘레방향(Dc) 및 축방향(Da)의 위치는, 정익 세그먼트(11)를 구성하는 복수의 정익(20)이 둘레방향(Dc)으로 나열하고, 연결 밴드(50)가 각 정익(20)의 밴드 홈(31)에 들어가 있는 상태에서, 이 연결 밴드(50) 중에서, 각 끝단 정익(20a, 20b)의 구멍부(31h, 31h)에 대응하는 위치이다.
본 실시형태의 정익 세그먼트(11)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 연결 밴드(50)의 제 1 구멍(51)에 관통 삽입되고, 또한 한쪽의 끝단 정익(20a)의 구멍부(31h)에 삽입되는 제 1 위치결정구(61)와, 연결 밴드(50)의 제 2 구멍(52)에 관통 삽입되고, 또한 다른쪽의 끝단 정익(20b)의 구멍부(31h)에 삽입되는 제 2 위치결정구(62)를 더 갖고 있다.
제 1 위치결정구(61)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 통상의 원주형상의 핀(pin)이다. 한편, 제 2 위치결정구(62)는, 편심 핀으로서, 제 1 중심축선(C1)을 중심으로 한 원주형상의 제 1 원주부(63)와, 제 1 원주부(63)의 단부에 마련되고, 제 1 중심축선(C1)에 대하여 간격을 두고서 평행한 제 2 중심축선(C2)을 중심으로 한 원주형상의 제 2 원주부(64)를 갖고 있다.
제 2 위치결정구(62)의 제 1 원주부(63)는 끝단 정익(20b)의 구멍부(31h)에 삽입되는 부분이며, 제 2 위치결정구(62)의 제 2 원주부(64)는 연결 밴드(50)의 제 2 구멍(52)에 관통 삽입되는 부분이다.
제 2 위치결정구(62)에 있어서의 제 2 원주부(64)의 단부로서 제 1 원주부(63)와 반대측의 단부에는, 이 제 2 위치결정구(62)를 제 2 중심축선(C2) 주위로 회전시키는 공구가 결합하는 공구 결합부(65)가 형성되어 있다. 이러한 공구 결합부(65)는 예를 들어 육각 렌치(wrench)가 들어가는 육각기둥 형상의 공구 구멍부이어도 좋고, 육각 소켓(socket)이 장착 가능한 육각기둥 형상의 볼트 머리이어도 좋다.
2개의 끝단 정익(20a, 20b)의 구멍부(31h, 31h) 중 한쪽의 끝단 정익(20a)의 구멍부(31h)의 내경(D)은, 제 1 위치결정구(61)의 외경(d)에 대응하고, 제 1 위치결정구(61)가 실질적으로 덜거덕거림없이 들어갈 수 있는 내경이다. 또한, 다른쪽의 끝단 정익(20b)의 구멍부(31h)의 내경(D1)은, 제 2 위치결정구(62)의 제 1 원주부(63)의 외경(d1)에 대응하고, 이 제 1 원주부(63)가 실질적으로 덜거덕거림없이 들어갈 수 있는 내경이다.
본 실시형태에서는, 원주형상의 제 1 위치결정구(61)의 외경(d)과 제 2 위치결정구(62)의 제 1 원주부(63)의 외경(d1)은 동일하다. 이 때문에, 한쪽의 구멍부(31h)의 내경(D)과 다른쪽의 구멍부(31h)의 내경(D1)은 동일하다. 따라서, 본 실시형태에서는, 2개의 끝단 정익(20a, 20b)은 동일 형상이다.
연결 밴드(50)의 제 1 구멍(51)의 내경(D)은, 제 1 위치결정구(61)의 외경(d)에 대응하고, 제 1 위치결정구(61)가 실질적으로 덜거덕거림없이 관통 삽입될 수 있는 내경이며, 한쪽의 끝단 정익(20a)의 구멍부(31h)의 내경(D)과 동일하다. 본 실시형태에서는, 2개의 끝단 정익(20a, 20b)의 각 구멍부(31h, 31h)의 내경(D, D1)과 연결 밴드(50)의 제 1 구멍(51)의 내경(D)은 동일하다.
연결 밴드(50)의 제 2 구멍(52)의 내경(D2)은, 제 2 위치결정구(62)의 제 2 원주부(64)의 외경(d2)에 대응하고, 이 제 2 원주부(64)가 실질적으로 덜거덕거림없이 관통 삽입될 수 있는 내경이다.
제 2 위치결정구(62)의 제 2 원주부(64)는, 그 제 2 중심축선(C2)이 제 1 원주부(63)의 제 1 중심축선(C1)에 대하여 편심되어 있으면, 기본적으로 그 외경을 문제삼지 않는다. 단, 본 실시형태에서는, 제 2 원주부(64)의 외경(d2)은 제 1 원주부(63)의 외경(d1)보다 크다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서의 연결 밴드(50)의 제 2 구멍(52)의 내경(D2)은 2개의 끝단 정익(20a, 20b)의 각 구멍부(31h, 31h)의 내경(D, D1) 및 연결 밴드(50)의 제 1 구멍(51)의 내경(D)보다 크다.
이상에서 설명한 정익 세그먼트(11)의 제조 순서에 대해서 설명한다.
우선, 도 7에 도시하는 바와 같이, 이상에서 설명한 복수의 정익(20), 연결 홀더(40), 연결 밴드(50), 제 1 위치결정구(61) 및 제 2 위치결정구(62)를 준비한다.
다음에, 복수의 정익(20)의 내측 슈라우드(22)를 연결 홀더(40)에 장착한다. 우선, 2개의 끝단 정익(20a, 20b) 중 한쪽의 끝단 정익(20a)의 내측 슈라우드(22)를 연결 홀더(40)에 장착하고, 다음에, 이 끝단 정익(20a)에 둘레방향(Dc)에서 인접하는 다른 정익(20c)의 내측 슈라우드(22)를 연결 홀더(40)에 장착한다. 그 후, 순차적으로 둘레방향(Dc)에서 인접하는 다른 정익(20)의 내측 슈라우드(22)를 연결 홀더(40)에 장착한다.
정익(20)의 내측 슈라우드(22)를 연결 홀더(40)에 장착할 때에는, 연결 홀더(40)에 대하여 내측 슈라우드(22)를 둘레방향(Dc)으로 상대 이동시켜서, 연결 홀더(40)의 슈라우드 수납 홈(41) 내에 내측 슈라우드(22)의 상류측 다리부(24), 상류측 립부(25), 하류측 다리부(26) 및 하류측 립부(27)를 집어넣는다.
도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 연결 홀더(40)의 슈라우드 수납 홈(41) 내에 내측 슈라우드(22)의 상류측 다리부(24), 상류측 립부(25), 하류측 다리부(26) 및 하류측 립부(27)가 들어가면, 내측 슈라우드(22)의 상류측 결합 홈(28)에 연결 홀더(40)의 상류측 플랜지부(45)가 들어가고, 내측 슈라우드(22)의 하류측 결합 홈(29)에 연결 홀더(40)의 하류측 플랜지부(47)가 들어간다.
그 결과, 내측 슈라우드(22)의 슈라우드 본체(23)에 있어서의 직경방향 내측의 면이 연결 홀더(40)의 상류측 플랜지부(45) 및 하류측 플랜지부(47)에 있어서의 직경방향 외측의 면과 대향한다. 또한, 내측 슈라우드(22)의 상류측 립부(25)에 있어서의 직경방향 외측의 면이 연결 홀더(40)의 상류측 플랜지부(45)에 있어서의 직경방향 내측의 면과 대향하고, 내측 슈라우드(22)의 하류측 립부(27)에 있어서의 직경방향 외측의 면이 연결 홀더(40)의 하류측 플랜지부(47)에 있어서의 직경방향 내측의 면과 대향한다. 이 때문에, 내측 슈라우드(22)는 연결 홀더(40)에 대하여 직경방향(Dr)으로 상대 이동 불가능하게 된다.
내측 슈라우드(22)의 상류측 결합 홈(28)에 있어서의 홈 바닥면이 연결 홀더(40)의 상류측 플랜지부(45)에 있어서의 하류측 단부면과 대향하고, 내측 슈라우드(22)의 하류측 결합 홈(29)에 있어서의 홈 바닥면이 연결 홀더(40)의 하류측 플랜지부(47)에 있어서의 상류측 단부면과 대향한다. 내측 슈라우드(22)는 연결 홀더(40)에 대하여 축방향(Da)으로 상대 이동 불가능하게 된다.
정익(20)의 내측 슈라우드(22)가 연결 홀더(40)에 장착되면, 이 정익(20)은 연결 홀더(40)에 대하여 직경방향(Dr) 및 축방향(Da)으로 상대 이동 불가능하게 된다. 복수의 정익(20)의 내측 슈라우드(22)가 연결 홀더(40)에 장착되면, 복수의 정익(20)은 직경방향(Dr) 및 축방향(Da)의 상호의 위치가 일치하여, 둘레방향(Dc)으로 나열하게 된다. 복수의 정익(20)이 둘레방향(Dc)으로 나열하면, 각 정익(20)의 밴드 홈(31)이 둘레방향(Dc)으로 연이어진 하나의 홈(30)(도 7)이 형성된다.
다음에, 도 4 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 각 정익(20)의 밴드 홈(31)이 둘레방향(Dc)으로 연이어진 하나의 홈(30)에, 연결 밴드(50)를 집어넣는다. 이때, 각 정익(20)의 밴드 홈(31)에 대하여, 연결 밴드(50)를 둘레방향(Dc)으로 상대 이동시켜서, 이러한 각 밴드 홈(31)에 연결 밴드(50)를 집어넣어 간다. 2개의 끝단 정익(20a, 20b) 중 한쪽의 끝단 정익(20a)의 구멍부(31h)와 연결 밴드(50)의 제 1 구멍(51)의 위치가 일치하고, 다른쪽의 끝단 정익(20b)의 구멍부(31h)가 연결 밴드(50)의 제 2 구멍(52)에 면하는 위치에 도달한 시점에서, 연결 밴드(50)가 이 홈(30)에 완전히 수납되게 된다.
연결 밴드(50)가 홈(30)에 완전히 수납되면, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 연결 밴드(50)의 상류측 단부면이 각 정익(20)의 외측 슈라우드(32)의 상류측 다리부(34)에 있어서의 하류측의 면에 대향하고, 연결 밴드(50)의 하류측 단부면이 각 정익(20)의 외측 슈라우드(32)의 하류측 다리부(36)에 있어서의 상류측의 면에 대향한다. 각 정익(20)의 외측 슈라우드(32)는 연결 밴드(50)에 대하여 축방향(Da)으로 실질적으로 상대 이동 불가능하게 된다.
연결 밴드(50)의 직경방향 외측의 면이 각 끝단 정익(20a, 20b)의 상류측 플랜지부(38) 및 하류측 플랜지부(39)에 있어서의 직경방향 내측면에 대향한다. 복수의 정익(20)의 외측 슈라우드(32)에 대하여, 연결 밴드(50)는 직경방향(Dr)으로 멀어지는 측(직경방향 외측)으로 실질적으로 상대 이동 불가능하게 된다. 이 때문에, 복수의 정익(20)의 외측 슈라우드(32)에 대하여, 연결 밴드(50)는 직경방향(Dr)에 근접하는 측(직경방향 내측)으로 실질적으로 상대 이동 불가능하게 된다.
다음에, 도 8a에 도시하는 바와 같이, 제 1 위치결정구(61)를 연결 밴드(50)의 제 1 구멍(51)에 관통 삽입시키고, 또한 한쪽의 끝단 정익(20a)의 구멍부(31h)에 삽입한다. 이 결과, 연결 밴드(50)에 대하여, 한쪽의 끝단 정익(20a)의 외측 슈라우드(32a)의 둘레방향(Dc)에 있어서의 상대 위치가 정해진다.
계속해서, 제 2 위치결정구(62)의 제 1 중심축선(C1)의 위치와 다른쪽의 끝단 정익(20b)의 구멍부(31h)의 중심축의 위치를 일치시키고나서, 제 2 위치결정구(62)를 연결 밴드(50)의 제 2 구멍(52)에 관통 삽입시키고, 또한 제 2 위치결정구(62)의 제 1 원주부(63)를 다른쪽의 끝단 정익(20b)의 구멍부(31h)에 삽입한다. 이러한 과정에서, 제 2 위치결정구(62)의 제 2 원주부(64)는 연결 밴드(50)의 제 2 구멍(52)에 관통 삽입된다.
다음에, 제 2 위치결정구(62)의 공구 결합부(65)에 공구를 결합시켜서, 제 2 위치결정구(62)를 제 2 원주부(64)의 제 2 중심축선(C2) 주위로 회전시킨다. 이 제 2 위치결정구(62)를 제 2 중심축선(C2) 주위로 회전시키면, 제 2 위치결정구(62)의 제 2 원주부(64)에 대하여 편심되어 있는 제 1 원주부(63)가 제 2 중심축선(C2) 주위로 회전하여, 제 2 중심축선(C2)에 대하여 수직한 방향으로 이동한다. 이 결과, 제 2 위치결정구(62)의 제 1 원주부(63)가 삽입되어 있는 다른쪽의 끝단 정익(20b)의 외측 슈라우드(32a)가 제 2 중심축선(C2)에 대하여 수직한 방향으로 이동한다.
제 2 위치결정구(62)의 제 1 원주부(63)가 삽입되는 다른쪽의 끝단 정익(20b)의 구멍부(31h)는 직경방향(Dr)으로 오목한 구멍부이며, 제 2 위치결정구(62)의 제 2 원주부(64)가 관통 삽입되는 연결 밴드(50)의 제 2 구멍(52)은 직경방향(Dr)으로 관통한 구멍이다. 따라서, 제 2 위치결정구(62)의 제 1 원주부(63)가 다른쪽의 끝단 정익(20b)의 구멍부(31h)에 삽입되어 있을 때의 제 2 위치결정구(62)의 제 2 중심축선(C2)은 직경방향(Dr)으로 연장되어 있게 된다. 제 2 위치결정구(62)의 회전에 의해, 다른쪽의 끝단 정익(20b)의 외측 슈라우드(32)는 직경방향(Dr)에 대하여 수직한 방향으로 이동한다.
가령, 도 8a에 도시하는 바와 같이, 복수의 정익(20)의 각 외측 슈라우드(32)가 둘레방향(Dc)에서 서로 밀착하여 있지 않을 경우, 제 2 위치결정구(62)를 회전시킴으로써, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 다른쪽의 끝단 정익(20b)의 외측 슈라우드(32)가 둘레방향(Dc)에 있어서의 한쪽의 끝단 정익(20a)측으로 이동하여, 복수의 정익(20)의 각 외측 슈라우드(32)를 둘레방향(Dc)에서 서로 밀착시킬 수 있다. 복수의 정익(20)의 각 외측 슈라우드(32)가 둘레방향(Dc)에서 서로 밀착한 시점에서, 복수의 정익(20)에 있어서의 외측 슈라우드(32)의 둘레방향(Dc)의 위치가 정해진다.
제 1 위치결정구(61) 및 제 2 위치결정구(62)에 의해, 복수의 정익(20)에 있어서의 외측 슈라우드(32)의 둘레방향(Dc)의 위치가 위치결정된다.
다음에, 제 1 위치결정구(61) 및 제 2 위치결정구(62)를 연결 밴드(50)에 용접하여, 연결 밴드(50)에 접합한다.
이상으로, 정익 세그먼트(11)를 구성하는 각 부재가 일체화하여, 정익 세그먼트(11)가 완성된다.
본 실시형태에서는, 제 2 위치결정구(62)의 조작에 의해, 복수의 정익(20)의 외측 슈라우드(32)를 둘레방향(Dc)에서 서로 밀착시킬 수 있으므로, 복수의 정익(20) 상호에서의 덜거덕거림을 극히 작게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 용접 개소가 연결 밴드(50)에 대한 제 1 위치결정구(61) 및 제 2 위치결정구(62)뿐이므로, 용접 개소가 극히 적을 뿐만 아니라, 1개소에 있어서의 용접량도 적으므로, 조립 공수를 삭감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 정익(20)에 대해서는 용접을 실시하고 있지 않기 때문에, 용접에 기인하는 정익(20)의 변형이나 균열을 없앨 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 제 1 위치결정구(61) 및 제 2 위치결정구(62) 중에서 연결 밴드(50)로부터 돌출하고 있는 부분을 절단하면, 정익 세그먼트(11)를 부품마다 용이하게 분해할 수 있다. 예를 들면, 정익 세그먼트(11)를 구성하는 복수의 정익(20) 중 하나의 정익(20)이 손상되어도, 이러한 하나의 정익(20)만을 보수할 수 있거나, 또는 다른 정익(20)으로 용이하게 교체할 수 있다.
본 실시형태에서는, 끝단 정익(20a, 20b)의 외측 슈라우드(32a, 32a)에만 상류측 플랜지부(38) 및 하류측 플랜지부(39)를 형성하고 있지만, 복수의 정익(20) 중 끝단 정익(20a, 20b)을 포함하는 3개 이상의 정익(20)의 외측 슈라우드(32)에 상류측 플랜지부(38) 및 하류측 플랜지부(39)를 형성해도 좋다. 이러한 경우, 본 실시형태의 정익 세그먼트(11)에 비해서 제조 비용이 상승해버린다.
또한, 끝단 정익(20a, 20b)을 제외한 다른 하나의 정익(20c)의 외측 슈라우드(32)에만 상류측 플랜지부(38) 및 하류측 플랜지부(39)를 형성해도 좋다. 단, 이러한 경우에는, 복수의 정익(20)의 외측 슈라우드(32)에 대하여, 연결 밴드(50)를 직경방향 외측으로 상대 이동 불가능하게 지지하는 개소가 연결 밴드(50)의 둘레방향(Dc)에 있어서의 중간 정도의 1개소만이 되어, 본 실시형태에 비해서 연결 밴드(50)의 지지가 불안정해진다.
또한, 상류측 플랜지부(38)와 하류측 플랜지부(39) 중, 한쪽의 플랜지부만을 형성하도록 해도 좋다. 이러한 경우도, 본 실시형태에 비해서 연결 밴드(50)의 지지가 불안정해진다.
따라서, 복수의 정익(20)의 외측 슈라우드(32)에 대하여, 연결 밴드(50)를 직경방향 외측으로 상대 이동 불가능하게 구속하는 직경방향 구속부로서는, 본 실시형태에서 나타내는 예가 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서는, 연결 밴드(50)에 대하여 각 위치결정구(61, 62)를 용접함으로써, 연결 밴드(50)에 대하여 각 위치결정구(61, 62)를 직경방향(Dr)으로 상대 이동 불가능하게 하고 있지만, 다른 방법으로, 연결 밴드(50)에 대하여 각 위치결정구(61, 62)를 직경방향(Dr)으로 상대 이동 불가능하게 해도 좋다. 예를 들면, 위치결정구(61, 62)의 직경방향 외측 단부면에 접하는 핀 캡(pin cap)이나 핀 누름판 등을 마련하고, 이들 핀 캡이나 핀 누름판 등을 연결구로 연결 밴드(50)에 연결하도록 해도 좋다.
본 실시형태에서는, 2개의 위치결정구(61, 62) 중 한쪽의 위치결정구(62)만이 편심 핀이지만, 양쪽의 위치결정구(61, 62)가 편심 핀이어도 좋다. 더욱이, 본 실시형태에서는, 제 1 위치결정구(61)로서 핀을 이용하고 있지만, 이 대신에, 예를 들어 볼트를 이용해도 좋다. 본 발명에 있어서, 한쪽의 위치결정구는 핀에 한정되지 않는다.
이상으로, 압축기(1)의 정익 세그먼트(11)의 예를 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니고, 터빈 등 다른 축류 유체 기계의 정익 세그먼트에 본 발명을 적용해도 좋다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명은, 복수의 정익 상호간의 덜거덕거림을 작게 하면서, 정익의 변형이나 균열을 억제하고, 또한 조립 공수를 적게 할 수 있는 정익 세그먼트에 관한 것이다.
1 : 압축기, 2 : 압축기 로터, 4 : 동익단, 5 : 압축기 케이싱, 6 : 연소기, 7 : 터빈, 10 : 정익단, 11 : 정익 세그먼트, 20 : 정익, 20a, 20b : 끝단 정익, 21 : 정익 본체, 22 : 내측 슈라우드, 30 : 홈, 31 : 밴드 홈, 31h: 구멍부, 32, 32a : 외측 슈라우드, 38 : 상류측 플랜지부(칼라부, 직경방향 구속부), 39 : 하류측 플랜지부(칼라부, 직경방향 구속부), 40 : 연결 홀더(내측 연결 부재), 50 : 연결 밴드(외측 연결 부재), 51 : 제 1 구멍, 52 : 제 2 구멍, 61 : 제 1 위치결정구, 62 : 제 2 위치결정구, 63 : 제 1 원주부, 64 : 제 2 원주부

Claims (6)

  1. 정익환의 일부를 구성하고, 복수의 정익이 둘레방향으로 연결되어 있는 정익 세그먼트에 있어서,
    상기 둘레방향으로 연장되어 복수의 정익을 연결하는 외측 연결 부재와,
    상기 외측 연결 부재에 대하여, 복수의 정익 중에서 상기 둘레방향의 양단부에 위치하는 끝단 정익을 위치결정하기 위한 위치결정구와,
    복수의 상기 정익 중 적어도 하나의 정익에 대하여, 상기 외측 연결 부재를 상기 정익환의 직경방향 외측으로 상대 이동 불가능하게 구속하는 직경방향 구속부를 구비하며,
    복수의 상기 정익은, 모두, 상기 직경방향으로 연장되는 정익 본체와, 상기 정익 본체의 직경방향 외측에 마련되어 있는 외측 슈라우드를 갖고,
    상기 외측 슈라우드에는, 직경방향 외측으로부터 직경방향 내측을 향해서 오목하고 또한 상기 둘레방향으로 연장되고, 복수의 상기 정익이 상기 둘레방향으로 나열하여 있는 상태로 서로 연이어서, 상기 외측 연결 부재가 들어가는 홈이 형성되고,
    상기 외측 연결 부재 중에서, 2개의 상기 끝단 정익의 상기 홈에 들어가는 부분에는, 각각 상기 직경방향으로 관통하여 상기 위치결정구가 관통 삽입되는 구멍이 형성되고,
    2개의 상기 끝단 정익의 상기 홈의 바닥에는, 직경방향 내측을 향해서 오목하고, 상기 외측 연결 부재의 상기 구멍에 관통 삽입된 상기 위치결정구가 삽입되는 구멍부가 형성되고,
    2개의 상기 끝단 정익을 위치결정하는 상기 위치결정구 중 적어도 한쪽의 상기 위치결정구는 제 1 원주부와, 상기 제 1 원주부의 중심축선에 대하여 편심되어 있는 제 2 원주부를 갖는 편심 위치결정구인
    정익 세그먼트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    2개의 상기 끝단 정익의 상기 구멍부 중 적어도 한쪽의 상기 구멍부의 내경은, 상기 편심 위치결정구의 상기 제 1 원주부의 외경에 대응하고, 상기 제 1 원주부가 삽입 가능한 내경이며,
    상기 외측 연결 부재의 2개의 상기 구멍 중 적어도 한쪽의 상기 구멍의 내경은, 상기 편심 위치결정구의 상기 제 2 원주부의 외경에 대응하고, 상기 제 2 원주부가 관통 삽입 가능한 내경인
    정익 세그먼트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    2개의 상기 끝단 정익에는, 각각, 상기 직경방향 구속부로서, 상기 홈 내에 들어간 상기 외측 연결 부재의 직경방향 외측면에 대향하는 칼라부가 형성되어 있는
    정익 세그먼트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개의 상기 위치결정구와 상기 외측 연결 부재는 용접되어 있는
    정익 세그먼트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 상기 정익은, 모두, 상기 정익 본체의 직경방향 내측에 마련되어 있는 내측 슈라우드를 갖고,
    복수의 상기 정익의 상기 내측 슈라우드가 각각 결합하여, 각 내측 슈라우드를 상기 직경방향으로 상대 이동 불가능하게 구속하는 내측 연결 부재를 구비하고 있는
    정익 세그먼트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 복수의 정익 세그먼트로 구성된 상기 정익환을 구비하고 있는
    축류 유체 기계.
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