KR20170043641A - 시일 부재 - Google Patents

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KR20170043641A
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겐지 사토
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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

시일 부재(7)는, 로터 축의 주위에 배치되는 연소기와 축방향 하류측에 배치되며 연소 가스(G)가 흐르는 연소 가스 유로(Pg)의 일부를 구획형성하는 정익의 사이에 마련되며, 상기 연소기와 상기 정익의 사이를 시일한다. 시일 부재(7)에는, 상기 정익의 상기 축방향 상류측을 향하는 측단면(461)에 대향하며 축방향 하류측을 향하는 단면(71a)과, 상기 로터 축을 기준으로 하여 둘레방향으로 나열되며 단면(71a)에 복수 마련된 개구(80a)로부터 냉각 공기를 배출하는 냉각 유로(80)와, 상기 개구가 형성된 단면(71a)보다 축방향 하류측으로 돌출되는 간극 형성부(71b)가 형성되어 있다.

Description

시일 부재{SEAL MEMBER}
본 발명은 시일 부재에 관한 것이다.
본원은 2014년 9월 26일에 출원된 특허 출원 제 2014-196772 호에 대하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
가스 터빈에서는, 압축기에서 가압된 공기를 연소기에서 연료와 혼합하여 고온의 유체인 연소 가스를 발생시켜, 정익 및 동익이 교대로 배설된 터빈의 연소 가스 유로 내에 도입한다. 가스 터빈에서는, 연소 가스 유로 내를 유통하는 연소 가스에 의해 동익 및 로터를 회전시킨다. 이에 의해, 가스 터빈은 연소 가스의 에너지를 회전 에너지로 변환하여, 발전기로부터 전력을 취출하고 있다.
연소기의 미통과 터빈의 제 1 단 정익의 슈라우드의 사이에는, 열 신장에 의한 접촉을 방지하기 위해 간극이 마련되어 있다. 이 간극으로부터 터빈 케이싱 내의 냉각 공기가 연소 가스 유로측으로 누출되는 것을 방지하기 위해, 시일 부재가 마련되어 있다.
이러한 시일 부재로서 예를 들면, 특허문헌 1에 미통 시일이 개시되어 있다. 이 미통 시일은 미통의 플랜지부와 정익 슈라우드의 사이에 배치되어 있다. 각 플랜지부는 각각 연소 가스 유로로부터 이격되는 방향으로 연장되어 있다.
일본 특허 공개 제 2006-105076 호 공보
그렇지만, 미통 시일은 고온의 연소 가스에 노출되기 때문에, 냉각 공기로 냉각할 필요가 있다. 한편, 미통 시일에서는, 미통 시일에 마련된 냉각 유로가 인접하는 정익과의 열 신장 차이에 의해 미통 시일과 정익이 접촉하여, 폐색되어 버리는 경우가 있다.
본 발명은, 이러한 경우에서도, 냉각 유로가 폐색되지 않고, 안정적으로 냉각 가능한 시일 부재를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 수단을 제안하고 있다.
본 발명의 제 1 태양에 있어서의 시일 부재는, 로터 축의 주위에 배치되는 연소기와 축방향 하류측에 배치되며 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부를 구획형성하는 정익과의 사이에 마련되며, 상기 연소기와 상기 정익의 사이를 시일하는 시일 부재로서, 상기 정익의 상기 축방향 상류측을 향하는 측단면에 대향하며 상기 축방향 하류측을 향하는 단면과, 상기 로터 축을 기준으로 하여 둘레방향으로 나열되며 상기 단면에 복수 마련된 개구로부터 냉각 공기를 배출하는 냉각 유로와, 상기 개구가 형성된 단면보다 상기 축방향 하류측으로 돌출되는 간극 형성부가 형성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 단면으로부터 돌출되는 간극 형성부가 마련되어 있는 것에 의해, 단면과 측단면이 근접하여도, 개구가 폐색되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로는, 간극 형성부가, 개구가 형성된 단면보다 축방향 하류측으로 돌출되어 있다. 그 때문에, 단면과 측단면의 간격이 좁아져도, 개구가 폐색되어 버리기 전에 간극 형성부가 측단면에 접촉한다. 이에 의해, 개구의 하류측의 공간을 안정적으로 확보할 수 있어서, 단면과 측단면의 간격이 좁아져도 필요한 냉각 공기를 안정적으로 개구로부터 계속 배출할 수 있다. 따라서, 개구가 폐색되는 것을 방지하고, 냉각 유로에 대하여 냉각 공기를 안정적으로 유통시킬 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 있어서의 시일 부재에서는, 제 1 태양에 있어서, 상기 연소 가스 유로의 외측에 배치되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 연소 가스 유로를 유통하는 고온의 연소 가스에 시일 부재 자체가 직접적으로 접촉하는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 연소 가스의 일부에 노출되기만 하여, 시일 부재 자체가 매우 고온이 되어 버리는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 시일 부재를 냉각하기 위해서 냉각 유로를 유통시키는 냉각 공기의 유량을 억제할 수 있다.
본 발명의 제 3 태양에 있어서의 시일 부재에는, 제 1 또는 제 2 태양에 있어서, 상기 냉각 유로는, 상기 정익의 상기 축방향 상류측을 향하는 전연부에 대하여, 상기 축방향 상류측의 대향하는 위치를 포함하며, 상기 둘레방향의 일정한 영역에 형성되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 연소 가스 유로에 유입된 연소 가스가 정익에 충돌한다. 그 때문에, 전연부 근방의 연소 가스의 혼입에 의해 시일 부재가 가열된 경우라도, 정익의 전연부에 대향하는 냉각 유로에 의해, 축방향으로 정익의 전연부에 대응하는 위치를 포함하여 일정한 영역을 효과적으로 냉각할 수 있다. 그 결과, 시일 부재를 냉각하기 위해 냉각 유로를 유통하는 냉각 공기의 유량을 보다 억제할 수 있다.
본 발명의 제 4 태양에 있어서의 시일 부재에서는, 제 1 내지 제 3 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 간극 형성부는 상기 개구에 대하여 상기 둘레방향으로 인접하여 배치되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 개구에 가까운 위치에서 간극 형성부를 단면에 접촉시킬 수 있다. 그 때문에, 간극 형성부에 의해 높은 정밀도로 개구의 하류측의 공간을 확보할 수 있다. 따라서, 개구가 폐색되는 것을 높은 정밀도로 방지하여, 냉각 유로에 대해 냉각 공기를 보다 안정적으로 유통시킬 수 있다.
본 발명의 제 5 태양에 있어서의 시일 부재에서는, 제 1 내지 제 4 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 개구에 인접하는 영역에는, 상기 로터 축을 기준으로 하여 직경방향으로 움푹한 슬릿이 형성되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 슬릿에 의해 시일 부재의 휨 강성을 낮출 수 있다. 그 결과, 시일 부재 자체가 휘기 쉬워져, 둘레방향의 열 응력의 분포에 의해 시일 부재의 내부에 생기는 뒤틀림을 흡수할 수 있다. 이에 의해, 시일 부재의 뒤틀림을 억제할 수 있어서, 냉각하는 것에 의해 생기는 온도차의 영향을 저감할 수 있다.
본 발명의 제 6 태양에 있어서의 시일 부재에서는, 제 5 태양에 있어서, 상기 축방향 상류측에서 상기 연소기에 접속하는 제 1 결합부와, 상기 축방향 하류측에서 상기 정익의 상기 측단면으로부터 상기 축방향 상류측으로 연장되는 환상의 돌출부에 접속하는 제 2 결합부를 구비하고, 상기 제 2 결합부는 상기 돌출부와의 사이에 형성되는 환상의 시일 면을 갖고, 상기 슬릿은 상기 연소 가스 유로측으로부터 직경방향으로 움푹하며, 상기 슬릿의 상기 연소 가스 유로에 대하여 외측에 형성된 단부는 상기 시일 면이 형성된 위치보다 상기 연소 가스 유로측에 가까운 위치에 배치되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 슬릿의 연소 가스 유로에 대하여 외측에 형성된 단부의 위치가 시일 면보다 연소 가스 유로측에 가까운 위치로 되어 있다. 그 때문에, 시일 면과 돌출부의 사이가 시일된 상태를 유지한 채로, 슬릿을 형성할 수 있다. 따라서, 시일성을 확보한 채로 슬릿을 형성할 수 있어서, 시일 부재의 뒤틀림을 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 시일 부재에 의하면, 개구가 폐색되는 일 없이 냉각 공기를 유통시킬 수 있어서, 시일 부재를 안정되게 계속적으로 냉각할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 요부 절결 측면도이다,
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 요부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 시일 부재를 설명하는 요부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 축방향 하류측에서 본 시일 부재를 설명하는 요부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 개구의 위치를 설명하는 개략도이다.
도 6은 도 4에 있어서의 Ⅵ-Ⅵ 단면을 설명하는 단면도이다.
도 7은 도 4에 있어서의 Ⅶ-Ⅶ 단면을 설명하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 시일 부재의 변형예이다.
도 9는 도 8에 있어서의 Ⅷ-Ⅷ 단면을 설명하는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 시일 부재 회전의 요부 확대도이다.
도 11은 도 10에 있어서의 연소 가스 유로측으로부터 직경방향으로 본 시일 부재의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 시일 부재의 변형예이다.
도 13은 도 12에 있어서의 XI-XI 단면을 설명하는 단면도이다.
(제 1 실시형태)
이하, 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 대하여 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
가스 터빈(1)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 외기를 압축하여 압축 공기(A)를 생성하는 압축기(10)와, 연료를 압축 공기(A)에 혼합하고 연소시켜 연소 가스(G)를 생성하는 복수의 연소기(20)와, 연소 가스(G)에 의해 구동하는 터빈(30)과, 연소기(20)와 터빈(30)의 사이에 배치되는 시일 부재(7)를 구비하고 있다.
터빈(30)은 케이싱(31)과, 이 케이싱(31) 내에서 로터 축(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터(33)를 구비하고 있다. 이 터빈 로터(33)는, 예를 들면, 이 터빈 로터(33)의 회전으로 발전하는 발전기(도시하지 않음)와 접속되어 있다.
압축기(10)는, 터빈(30)에 대하여, 로터 축(Ar)의 한쪽측에 배치되어 있다. 터빈(30)의 케이싱(31)은 로터 축(Ar)을 중심으로 하여 원통형상을 이루고 있다. 압축기(10)에서는, 압축 공기(A)의 일부를 냉각 공기로 하여 터빈(30)이나 연소기(20)에 공급하고 있다. 압축기(10)에서 가압된 압축 공기(A)는 일단 케이싱(31) 내의 공간에 저류된다. 복수의 연소기(20)는, 로터 축(Ar)에 대한 둘레방향(Dc)으로 서로의 간격을 두고, 이 케이싱(31)에 장착되어 있다.
여기서, 로터 축(Ar)이 연장되어 있는 방향을 축방향(Da)으로 한다. 축방향(Da)에 있어서, 연소기(20)에 대하여 터빈(30)이 배치되어 있는 측을 하류측, 그 반대측을 상류측으로 한다.
로터 축(Ar)을 기준으로 한 둘레방향(Dc)을 간단히 둘레방향(Dc), 이 로터 축(Ar)을 기준으로 한 직경방향(Dr)을 간단히 직경방향(Dr)으로 한다.
직경방향(Dr)에 있어서 축선(Ac)으로부터 멀어지는 측을 직경방향(Dr) 외측, 그 반대측을 직경방향(Dr) 내측으로 한다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 연소기(20)의 축선(Ac)이란, 연소기(20)의 미통(21)의 연장되는 방향과 교차하는 각 단면에 있어서, 중심 위치를 지나는 선이다.
터빈 로터(33)는 로터 본체(34)와, 복수의 동익 열(35)을 갖고 있다. 로터 본체(34)는, 로터 축(Ar)을 중심으로 하여, 축방향(Da)으로 연장되어 있다. 복수의 동익 열(35)은 축방향(Da)으로 나열되며 로터 본체(34)에 장착되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 각 동익 열(35)은, 모두, 로터 축(Ar)에 대하여 둘레방향(Dc)으로 나열되며 로터 축(Ar)에 장착되어 있는 복수의 동익(36)을 갖고 있다. 동익(36)은 동익 본체(37)와, 플랫폼(38)과, 블레이드(39)를 갖고 있다. 동익 본체(37)는 직경방향(Dr)으로 연장되어 있다. 플랫폼(38)이란, 이 동익 본체(37)의 직경방향(Dr) 내측에 마련되어 있다. 블레이드(39)는, 이 플랫폼(38)의 직경방향(Dr) 내측에 마련되어 있다. 동익(36)은, 이 블레이드(39)가 로터 본체(34)에 매립되는 것에 의해, 로터 본체(34)에 고정되어 있다.
복수의 동익 열(35)의 각 상류측에는, 정익 열(40)이 배치되어 있다. 각 정익 열(40)은, 모두, 복수의 정익(41)이 둘레방향(Dc)으로 나열되어 구성되어 있다. 각 정익(41)은, 모두, 정익 본체(42)와, 외측 슈라우드(43)와, 내측 슈라우드(45)를 갖고 있다. 정익 본체(42)는 직경방향(Dr) 외측으로 연장되어 있다. 외측 슈라우드(43)는 정익 본체(42)의 직경방향(Dr) 외측에 마련되어 있다. 내측 슈라우드(45)는 정익 본체(42)의 직경방향(Dr) 내측에 마련되어 있다.
정익 열(40) 중에서도, 가장 축방향(Da) 상류측에 배치되어 있는 제 1 정익 열(40a)을 구성하는 제 1 정익(41a)은 후술하는 연소기(20)의 미통(21)에 대하여 시일 부재(7)를 거쳐서 접속되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 동익 열(35) 및 정익 열(40)의 직경방향(Dr) 외측에 있어서, 케이싱(31)의 직경방향(Dr) 내측에는, 로터 축(Ar)을 중심으로 하여 원통형상의 익환(50)이 배치되어 있다. 이 익환(50)은 케이싱(31)에 고정되어 있다. 정익(41)의 외측 슈라우드(43)와 익환(50)은 차열환(52)에 의해 연결되어 있다.
축방향(Da)으로 인접하는 정익 열(40)의 외측 슈라우드(43)끼리의 사이에는, 로터 축(Ar)을 중심으로 하여 둘레방향(Dc)으로 나열한 복수의 분할환(60)이 배치되어 있다. 둘레방향(Dc)으로 나열한 복수의 분할환(60)은 환상을 이루고 있다. 복수의 분할환(60)의 직경방향(Dr) 내측에는, 동익 열(35)이 배치되어 있다. 둘레방향(Dc)으로 나열한 복수의 분할환(60)은, 모두, 차열환(52)에 의해 익환(50)에 연결되어 있다.
터빈(30)의 케이싱(31) 내에는 연소 가스(G)가 흐르는 연소 가스 유로(Pg)가 형성되어 있다. 연소 가스 유로(Pg)는 로터 본체(34)의 주위에 환상으로 구획형성되어 있다. 연소 가스 유로(Pg)는 정익 열(40)을 구성하는 복수의 정익(41)의 내측 슈라우드(45) 및 외측 슈라우드(43)와, 그 하류측의 동익 열(35)을 구성하는 복수의 동익(36)의 플랫폼(38) 및 이에 대향하는 분할환(60)에 의해 구획형성되어 있다.
연소기(20)는 미통(21)과, 연료 공급기(22)를 구비하고 있다. 미통(21)은 고온 고압의 연소 가스(G)를 터빈(30)으로 이송한다. 연료 공급기(22)는 이 미통(21) 내에 연료 및 압축 공기(A)를 공급한다.
연료 공급기(22)는 내부에서 화염이 형성된다. 연료 공급기(22)는 축선(Ac)을 중심으로 하는 통형상을 이루는 내통(22a)을 갖고 있다.
미통(21)은 내통(22a)과 접속되어 있다. 미통(21)은 내통(22a)에서 생성된 고온·고압의 연소 가스(G)를 터빈(30)에 공급한다. 미통(21)은 통형상을 이루고 있다. 구체적으로는, 미통(21)은, 축방향(Da) 하류측의 출구 개구가 거의 사각형상을 이루고 있다. 미통(21)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 축방향(Da) 하류측에서 외주면으로부터 돌출되는 출구 플랜지(210)를 갖고 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1 정익(41a)의 내측 슈라우드(45) 및 외측 슈라우드(43)에는, 슈라우드 본체(44)와, 측벽(46)이 형성되어 있다. 슈라우드 본체(44)는 연소 가스 유로(Pg)에 면하는 가스 패스면(441)을 갖는다. 측벽(46)은 가스 패스면(441)과 교차하며, 연소 가스 유로(Pg)로부터 직경방향(Dr) 내측 또는 직경방향(Dr) 외측으로 연장되어 있다. 이 측벽(46)에는, 축방향(Da) 상류측을 향하는 측단면(461)으로부터 축방향(Da) 상류측으로 연장되는 돌출부(424)가 형성되어 있다.
돌출부(424)는 측단면(461)의 가스 패스면(441)으로부터 직경방향(Dr) 내측 또는 직경방향(Dr) 외측의 멀어진 위치에 형성되어 있다. 돌출부(424)는 로터 축(Ar)을 중심으로 하는 원호 형상으로 형성되어 있다.
출구 플랜지(210)는 이 미통(21)의 출구 개구의 주위를 덮도록 대략 사각 환상을 이루고 있다. 출구 플랜지(210)는 미통(21)의 외주면으로부터 연소 가스 유로(Pg)의 외측을 향하여 돌출되어 있다. 출구 플랜지(210)는 한쌍의 둘레방향 플랜지부(210a)와, 한쌍의 직경방향 플랜지부(도시하지 않음)를 갖는다.
한쌍의 둘레방향 플랜지부(210a)는, 각각 미통(21)의 외주면 중 둘레방향(Dc)으로 연장되는 외주면으로부터 연소 가스 유로(Pg)보다 외측이 멀어지는 방향으로 돌출되어 있다. 한쌍의 둘레방향 플랜지부(210a)는 출구 개구를 사이에 두고 직경방향(Dr)으로 서로 대향하고 있다.
미통(21)에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 축방향(Da) 하류측의 후단부(211)가 출구 플랜지(210)보다 축방향(Da) 하류측을 향하여 연신되어 있다. 이 후단부(211)는, 축방향(Da) 하류측을 향하는 면이 제 1 정익(41a)의 측단면(461)에 대하여 축방향(Da)으로 간극을 마련하며 대향하도록 형성되어 있다.
시일 부재(7)는, 연소기(20)와, 연소기(20)의 축방향(Da) 하류측에 배치되며 연소 가스 유로(Pg)에 면하는 제 1 정익 열(40a)과의 사이에 배치되어 있는 미통 시일이다. 시일 부재(7)는, 연소기(20)의 미통(21)의 출구 플랜지(210)와, 제 1 정익 열(40a)의 제 1 정익(41a)의 내측 슈라우드(45) 및 외측 슈라우드(43)의 사이를 시일한다. 본 실시형태에서는, 시일 부재(7)는 내측 시일 부재(7a)와 외측 시일 부재(7b)로 구분된다. 내측 시일 부재(7a) 및 외측 시일 부재(7b)는 각각이 대략 사각 환상의 출구 플랜지(210) 중 직경방향(Dr) 내측 또는 직경방향(Dr) 외측의 둘레방향 플랜지부(210a)를 따라서 배치되어 있다. 내측 시일 부재(7a)는 직경방향(Dr) 내측의 둘레방향 플랜지부(210a)에 결합하는 동시에 제 1 정익(41a)의 내측 슈라우드(45)에 결합한다. 외측 시일 부재(7b)는 직경방향(Dr) 외측의 둘레방향 플랜지부(210a)에 결합하는 동시에 제 1 정익(41a)의 외측 슈라우드(43)에 결합한다.
또한, 직경방향(Dr) 내측의 내측 시일 부재(7a)와 직경방향(Dr) 외측의 외측 시일 부재(7b)는 미통(21)의 축선(Ac)을 기준으로 하여 거의 대칭인 형상을 이루고 있다. 그 때문에, 이하에서는, 주로, 직경방향(Dr) 내측의 내측 슈라우드(45)에 결합하는 시일 부재(7)(내측 시일 부재(7a))를 대표예로 하여 설명하지만, 외측 시일 부재(7b)에도 마찬가지로 적용 가능하다.
이하, 여기에서의 설명에 있어서의 명칭 및 부호는 "시일 부재(7)"로 하여 설명한다.
본 실시형태에 있어서의 시일 부재(7)는 연소 가스(G)가 유통하는 연소 가스 유로(Pg)의 외측(직경방향(Dr) 내측)에 배치되어 있다. 시일 부재(7)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 미통(21)과, 제 1 정익(41a)의 내측 슈라우드(45)의 사이의 간극에 형성되는 캐비티(C)에 배치되어 있다. 여기서, 본 실시형태에 있어서의 캐비티(C)는 연소 가스 유로(Pg)에 면하는 미통(21)과 제 1 정익(41a)의 사이의 공간이다. 캐비티(C)는 미통(21)의 내주면 및 제 1 정익(41a)의 가스 패스면(441)보다 직경방향(Dr) 내측에 형성되어 있다. 캐비티(C)는 미통(21)의 후단부(211)보다 직경방향(Dr) 내측에 있으며, 출구 플랜지(210)와 측단면(461)에서 축방향(Da)으로 사이에 두어진 공간이다.
시일 부재(7)는, 축방향(Da) 방향의 하류측에서 본 경우, 로터 축(Ar)을 중심으로 환상으로 형성되어 있다. 본 실시형태의 시일 부재(7)는, 축선(Ac)을 포함하며 직경방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면에 있어서, 본체부(70)와, 제 1 볼록부(71)와, 제 2 볼록부(72)와, 제 3 볼록부(73)와, 제 4 볼록부(74)를 갖는다. 본체부(70)는 직경방향(Dr)으로 연장되어 있다. 제 1 볼록부(71)는 본체부(70)의 직경방향(Dr) 외측의 단부로부터 축방향(Da) 하류측으로 돌출되어 있다. 제 2 볼록부(72)는 제 1 볼록부(71)와 멀어진 위치에서 본체부(70)로부터 축방향(Da) 하류측으로 돌출되어 있다. 제 3 볼록부(73)는 본체부(70)의 직경방향(Dr) 내측의 단부로부터 축방향(Da) 상류측으로 돌출되어 있다. 제 4 볼록부(74)는 제 3 볼록부(73)의 축방향(Da) 상류측의 단부로부터 직경방향(Dr) 외측을 향하여 돌출되어 있다. 본 실시형태의 시일 부재(7)에는, 냉각 유로(80)와, 슬릿(83)이 형성되어 있다(도 4). 냉각 유로(80)는 개구(80a)로부터 냉각 공기를 배출한다. 슬릿(83)은 연소 가스 유로(Pg) 측을 향하는 면으로부터 직경방향(Dr) 내측으로 움푹하다.
본 실시형태의 본체부(70)는 축선(Ac)을 포함하며 직경방향(Dr)으로 넓어지고, 횡단면이 직경방향(Dr)으로 긴 대략 직사각형 형상을 이루고 있다. 본체부(70)에는, 직경방향으로 연신되는 냉각 유로(80(802))가 형성되어 있다. 직경방향 내측의 단면에는 케이싱(31) 내의 공간에 개구하는 유입구(80b)가 형성되어 있다.
제 1 볼록부(71)는 본체부(70)의 직경방향(Dr) 외측의 단부로부터 축방향(Da) 하류측의 측단면(461)을 향하여 돌출되어 있다. 본 실시형태의 제 1 볼록부(71)는 축선(Ac)을 포함하며 직경방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면이 축방향(Da)으로 긴 대략 직방체 형상을 이루고 있다. 제 1 볼록부(71)는 로터 축(Ar)을 중심으로 환상으로 형성되어 있다. 제 1 볼록부(71)는 미통(21)의 후단부(211)의 제 1 단면(101)과 돌출부(424)에 의해 축방향(Da)으로 사이에 두어진 공간에 형성되어 있다. 제 1 볼록부(71)에는, 측단면(461)과 대향하며 축방향(Da) 하류측을 향하는 단면(71a)이 형성되어 있다. 제 1 볼록부(71)에는, 축방향(Da)을 따라서 냉각 유로(80(801))가 형성되어 있다. 냉각 유로(80(801))는 둘레방향의 일정한 영역에 소정의 간격을 두고 복수 배열되어 있다. 단면(71a)에는, 냉각 유로(80)(축방향 유로(801))에 연통하는 원형상을 이루는 개구(80a)가 복수 형성되어 있다. 한편, 냉각 유로(80)(축방향 유로(801))는, 축방향(Da) 상류측에 있어서, 본체부(70)에 형성된 냉각 유로(80)(직경방향 유로(802))에 연통하고 있다. 제 1 볼록부(71)의 축방향(Da) 하류단에는, 단면(71a)보다 축방향(Da) 하류측으로 돌출되는 간극 형성부(71b)가 형성되어 있다.
본 실시형태의 단면(71a)은 제 1 볼록부(71)의 본체부(70)와는 반대측의 단부인 축방향(Da) 하류측의 단부의 면이다. 본 실시형태의 단면(71a)은 측단면(461)에 대하여 축방향(Da) 상류측에 간극을 두고 대향하여 형성되어 있다.
제 2 볼록부(72)는, 제 1 볼록부(71)에 대하여 직경방향(Dr) 내측의 멀어진 위치에서, 본체부(70)로부터 축방향(Da) 하류측을 향하여 돌출되어 있다. 제 2 볼록부(72)는 축선(Ac)을 포함하며 직경방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면이 축방향(Da)으로 긴 대략 직방체 형상을 이루고 있다. 제 2 볼록부(72)는 로터 축(Ar)을 중심으로 환상으로 형성되어 있다. 제 2 볼록부(72)는 제 1 볼록부(71)와의 사이에 돌출부(424)가 축방향(Da)으로 끼우는 오목형상의 홈이 형성되어 있다. 본 실시형태의 제 2 볼록부(72)에는, 접촉 시일 부재(721)가 고정되어 있다.
접촉 시일 부재(721)는 금속판이며, 제 2 볼록부(72)의 제 1 볼록부(71) 측을 향하는 면에 고정되어 있다. 접촉 시일 부재(721)는 돌출부(424)와의 사이에 환상으로 형성되는 제 1 시일 면(721a)을 갖고 있다.
제 1 시일 면(721a)은 돌출부(424)의 직경방향(Dr) 내측을 향하는 면과 접촉한다. 본 실시형태의 제 1 시일 면(721a)은 접촉 시일 부재(721)의 직경방향(Dr) 외측인 제 1 볼록부(71) 측을 향하는 면이다.
제 3 볼록부(73)는 본체부(70)의 직경방향(Dr) 내측의 단부로부터 제 1 볼록부(71)와 축방향(Da) 상류측의 반대측을 향하여 돌출되어 있다. 본 실시형태의 제 3 볼록부(73)는 축선(Ac)을 포함하며 직경방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면이 축방향(Da)으로 긴 대략 직방체 형상을 이루고 있다. 제 3 볼록부(73)는 둘레방향 플랜지부(210a)보다 직경방향(Dr) 내측의 위치에 형성되어 있다.
제 4 볼록부(74)는 제 3 볼록부(73)의 축방향(Da) 상류측의 단부로부터 미통(21)의 외주면을 향하여 돌출되어 있다. 제 4 볼록부(74)는 축선(Ac)을 포함하며 직경방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면이 직경방향(Dr)으로 긴 대략 직방체 형상을 이루고 있다. 제 4 볼록부(74)는 둘레방향 플랜지부(210a)보다 축방향(Da) 상류측의 위치에서 제 3 볼록부(73)로부터 돌출되어 있다.
또한, 본체부(70)의 축방향(Da) 상류측을 향하는 면에는, 둘레방향 플랜지부(210a)의 축방향(Da) 하류측을 향하는 면이 접촉하는 제 2 시일 면(70a)이 형성되어 있다. 즉, 둘레방향 플랜지부(210a)의 축방향(Da) 하류측을 향하는 면은 케이싱(31) 내의 압축 공기(A)의 압력과 연소 가스 유로(Pg) 측의 압력의 차압을 받아, 축방향(Da) 하류측의 본체부(70)의 축방향(Da) 상류측을 향하는 면에 가압된다. 즉, 가스 터빈(1)의 통상 운전 중은, 본체부(70)의 축방향(Da) 상류측을 향하는 면에는, 둘레방향 플랜지부(210a)의 축방향(Da) 하류측을 향하는 면과 접촉하여 시일되는 제 2 시일 면(70a)이 항상 형성되어 있다.
본 실시형태의 개구(80a)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 단면(71a)의 소정의 영역에 걸쳐서 둘레방향(Dc)으로 서로의 간격을 두고 복수 형성되어 있다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 개구(80a)는 정익 본체(42)의 축방향(Da) 상류측을 향하는 영역인 전연부(421)에 대하여, 전연부(421)의 축방향(Da) 상류측의 위치를 포함하며, 단면(71a)의 둘레방향(Dc)의 일정 영역에 형성되어 있다. 즉, 본 실시형태의 개구(80a)는, 둘레방향(Dc)의 위치가 정익 본체(42)의 전연부(421)가 형성되어 있는 위치에 대응하도록, 전연부(421)의 축방향(Da) 상류측에 형성되어 있다. 즉, 개구(80a)를 구비하는 냉각 유로(80)는, 정익 본체(42)의 전연부(421)가 형성되어 있는 위치에 대응하는 축방향(Da) 상류측의 위치를 중심으로 하여, 축방향(Da)을 따라서 둘레방향으로 복수 배열되어 있다. 그렇지만, 냉각 유로(80)를 배열하는 범위는 둘레방향의 일정한 범위의 부분적인 영역에 한정되며, 제 1 볼록부(71)의 둘레방향의 전체 길이에 걸쳐서 배치되어 있을 필요는 없다.
간극 형성부(71b)는 개구(80a)가 형성된 단면(71a)에 대하여 둘레방향(Dc)으로 인접하여 배치되어 있다. 간극 형성부(71b)는 단면(71a)으로부터 축방향(Da) 하류측의 측단면(461)을 향하여 돌출되어 있다. 본 실시형태의 간극 형성부(71b)는 개구(80a)가 형성되어 있는 단면(71a)의 소정의 영역을 둘레방향(Dc)의 외측으로부터 끼워넣도록 형성되어 있다.
냉각 유로(80)는, 전술과 같이, 터빈(30)의 케이싱(31) 내의 공간으로부터 압축 공기(A)를 냉각 공기로서 도입해서 유로 내를 유통시켜, 개구(80a)로부터 측단면(461)을 향하여 분출시킨다. 본 실시형태의 냉각 유로(80)는 단면 원형상을 이루고 있다. 냉각 유로(80)는 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71)의 내부를 관통하며 복수 형성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시형태의 냉각 유로(80)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 축방향 유로(801)와, 직경방향 유로(802)를 갖고 있다. 축방향 유로(801)는 개구(80a)로부터 축방향(Da) 상류측을 향하여 형성되어 있다. 직경방향 유로(802)는 축방향 유로(801)의 축방향(Da) 상류측에서 연통하며 직경방향(Dr) 내측을 향하여 형성되어 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 슬릿(83)은 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71)의 연소 가스 유로(Pg) 측의 면인 직경방향(Dr) 외측을 향하는 면으로부터 직경방향(Dr) 내측을 향하여 움푹하다. 슬릿(83)은, 개구(80a)에 연결되는 축방향 유로(801)에 인접하는 영역에서, 개구(80a)로부터 둘레방향(Dc)으로 멀어져 복수 형성되어 있다.
본 실시형태의 슬릿(83)은, 개구(80a)가 형성되어 있는 단면(71a)을 축방향(Da)으로 분할하도록, 선단이 가는 홈 형상으로 형성되어 있다. 본 실시형태의 슬릿(83)은, 연소 가스 유로(Pg)에 대하여 외측에 형성된 슬릿 단부인 슬릿 바닥부(83a)의 위치가, 제 2 볼록부(72)의 제 1 시일 면(721a)이 형성된 위치 및 본체부(70)의 제 2 시일 면(70a)이 형성된 직경방향(Dr)의 가장 내측의 위치에서 연소 가스 유로(Pg) 측에 가까운 위치에 배치되어 있다.
본 실시형태의 슬릿(83)은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 슬릿 바닥부(83a)의 위치가 제 1 시일 면(721a)의 직경방향(Dr) 외측을 향하는 면 및 제 2 시일 면(70a)의 직경방향(Dr)의 가장 내측의 위치보다 직경방향(Dr) 외측의 위치에 형성되도록, 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71)의 연소 가스 유로(Pg) 측의 면으로부터 직경방향(Dr)의 내측 방향을 향하여 움푹하다.
본 실시형태의 시일 부재(7)는 축방향(Da) 상류측에서 연소기(20)의 미통(21)과 접속하는 제 1 결합부(81)와, 축방향(Da) 하류측에서 제 1 정익(41a)의 내측 슈라우드(45)에 접속하는 제 2 결합부(82)를 구비하고 있다.
제 1 결합부(81)는, 출구 플랜지(210)와 시일 부재(7)의 사이로부터 케이싱(31) 내의 압축 공기(A)가 연소 가스 유로(Pg) 측으로 누출되지 않도록 시일되어 있다. 본 실시형태의 제 1 결합부(81)는 본체부(70), 제 3 볼록부(73), 및 제 4 볼록부(74)에 의해 구성되어 있다.
본 실시형태의 제 1 결합부(81)는 본체부(70)의 축방향(Da) 상류측을 향하는 면과, 제 3 볼록부(73)의 직경방향(Dr) 외측을 향하는 면과, 제 4 볼록부(74)의 제 2 시일 면(70a)에 의해 형성되는 홈부에 대하여, 둘레방향 플랜지부(210a)가 직경방향(Dr)으로 끼워지는 구조이다. 그 결과, 둘레방향 플랜지부(210a)의 축방향(Da) 하류측을 향하는 면과 본체부(70)의 축방향(Da) 상류측을 향하는 면이 접촉하는 면에, 제 2 시일 면(70a)이 형성된다.
제 2 결합부(82)는, 돌출부(424)와 시일 부재(7)를 결합하여, 돌출부(424)와 시일 부재(7)의 사이로부터, 케이싱(31) 내의 압축 공기(A)가 연소 가스 유로(Pg) 측으로 누출되지 않도록 시일되어 있다. 본 실시형태의 제 2 결합부(82)는 본체부(70), 제 1 볼록부(71), 및 제 2 볼록부(72)에 의해 구성되어 있다.
구체적으로는, 본 실시형태의 제 2 결합부(82)는 본체부(70)의 축방향(Da) 하류측을 향하는 면과, 제 1 볼록부(71)의 직경방향(Dr) 내측을 향하는 면과, 제 2 볼록부(72)의 제 1 시일 면(721a)에 의해 형성되는 홈부이다. 본 실시형태에서는, 제 2 결합부(82)인 홈부에 돌출부(424)가 축방향(Da) 하류측으로부터 상류측에 향하여 끼워진다. 이 경우, 제 1 시일 면(721a)이 돌출부(424)의 직경방향(Dr) 내측을 향하는 면과 접촉되어 있다. 제 1 결합부(81) 및 제 2 결합부(82)에 의해, 시일 부재(7)는 미통(21)의 출구 플랜지(210) 및 내측 슈라우드(45)의 돌출부(424)에 결합된다. 이에 의해, 시일 부재(7)와 출구 플랜지(210)의 사이의 시일성이 유지된다.
다음에, 상기 가스 터빈(1)의 작용에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈(1)에 의하면, 압축기(10)로부터의 압축 공기(A)는 터빈(30)의 케이싱(31) 내의 공간에 들어가며, 연소기(20) 내에 공급된다. 연소기(20)에서는, 이 압축 공기(A)와 함께 외부로부터 공급되는 연료를 내통(22a) 내에서 연소하여, 연소 가스(G)가 생성된다. 연소 가스(G)는 미통(21)을 거쳐서 터빈(30)의 연소 가스 유로(Pg)에 유입된다. 이 연소 가스(G)는, 연소 가스 유로(Pg)를 통과하는 과정에서, 동익 본체(37)에 접하며, 터빈 로터(33)를 로터 축(Ar) 주위로 회전시킨다.
연소 가스 유로(Pg)를 흐르는 연소 가스(G)의 일부가 미통(21)으로부터 연소 가스 유로(Pg)에 유입된다. 이 때에, 연소 가스(G)가, 정익 본체(42)의 전연부(421)에 충돌하는 것에 의해, 일부의 연소 가스(G)가 미통(21)의 후단부(211)와 내측 슈라우드(45)의 사이에 형성된 간극으로부터 혼입되고, 캐비티(C) 내로 유입된다. 그 때문에, 시일 부재(7)의 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71)의 연소 가스 유로(Pg) 측을 향하는 면에 있어서, 정익 본체(42)의 전연부(421)의 축방향(Da) 상류측의 위치에 대향하는 제 1 볼록부(71)의 단면(71a)을 포함한 둘레방향의 일정한 영역이 고온의 연소 가스(G)에 노출된다.
가스 터빈(1)의 통상 운전 시에는, 케이싱(31) 내의 압력이 연소 가스 유로(Pg)와 연통되어 있는 캐비티(C) 내의 압력보다 높게 되어 있다. 그 때문에, 압축 공기(A)와 연소 가스(G)의 차압에 의해, 출구 플랜지(210)가 축방향(Da) 하류측의 시일 부재(7)에 가압되며, 시일 부재(7)가 제 1 결합부(81)를 거쳐서 출구 플랜지(210)와 결합되어 있다.
시일 부재(7)는 제 2 결합부(82)를 거쳐서 돌출부(424)와 결합되어 있다. 제 2 볼록부(72)에 마련되어 있는 접촉 시일 부재(721)의 제 1 시일 면(721a)이 돌출부(424)의 직경방향(Dr) 내측을 가압하는 면에 가압된다. 이에 의해, 제 1 시일 면(721a)과 돌출부(424)의 직경방향(Dr) 내측을 향하는 면의 사이가 시일된다.
이 상태에서, 압축기(10)로부터 케이싱(31) 내에 들어온 압축 공기(A)의 일부는, 시일 부재(7)의 냉각 유로(80)에 유입하는 것에 의해, 시일 부재(7) 자체를 냉각한다.
구체적으로는, 케이싱(31) 내의 압축 공기(A)가 유입구(80b)로부터 축방향 유로(801)에 유입되고, 직경방향 유로(802)를 유통하여 개구(80a)로부터 캐비티(C) 내로 분출된다. 이에 의해, 연소 가스(G)에 노출되어 있는 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71)가 냉각된다.
상기와 같은 시일 부재(7)에 의하면, 단면(71a)으로부터 돌출되는 간극 형성부(71b)가 마련되어 있는 것에 의해, 단면(71a)과 내측 슈라우드(45)의 측단면(461)이 근접하여도, 개구(80a)가 폐색되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로는, 미통(21), 내측 슈라우드(45), 및 시일 부재(7)의 열 신장의 차이에 의해, 내측 슈라우드(45)와 시일 부재(7)가 축방향(Da)으로 근접해 버려, 시일 부재(7)의 단면(71a)과, 내측 슈라우드(45)의 측단면(461)의 간격이 좁아져 버린다. 그 결과, 단면(71a)과 측단면(461)이 접촉하는 것에 의해, 단면(71a)에 마련된 개구(80a)가 폐색되어 버릴 가능성이 있다.
그런데, 본 실시형태에서는, 간극 형성부(71b)가, 개구(80a)가 형성된 단면(71a)보다 축방향(Da) 하류측으로 돌출되어 있다. 그 때문에, 제 1 볼록부(71)의 단면(71a)과, 내측 슈라우드(45)의 측단면(461)의 간격이 좁아져도, 개구(80a)가 폐색되어 버리기 전에 간극 형성부(71b)가 측단면(461)에 접촉한다. 이에 의해, 개구(80a)의 전방(축방향(Da) 하류측)의 공간을 안정적으로 확보할 수 있어서, 단면(71a)과 측단면(461)의 간격이 좁아져도 필요한 냉각 공기를 안정적으로 개구(80a)로부터 계속 배출할 수 있다.
즉, 간극 형성부(71b)가 개구(80a)의 축방향(Da)에 있어서의 스토퍼가 역할을 수행한다. 그 때문에, 개구(80a)가 배치된 단면(71a)과 측단면(461)의 사이에는, 일정한 간극이 확실히 형성된다. 따라서, 간극 형성부(71b)를 마련하는 것에 의해, 개구(80a)가 폐색되는 것을 방지한다. 그 때문에, 축방향 유로(801)나 직경방향 유로(802)에 대하여 냉각 공기로서 압축 공기(A)를 안정적으로 유통시킬 수 있다. 이에 의해, 시일 부재(7)를 안정적으로 계속적으로 냉각할 수 있다.
시일 부재(7)가 연소 가스 유로(Pg)에 대하여 직경방향(Dr) 외측에 배치되어 있는 것에 의해, 연소 가스 유로(Pg)를 유통하는 고온의 연소 가스(G)에 시일 부재(7) 자체가 직접 접촉하는 것을 회피할 수 있다. 그 때문에, 미통(21)의 후단부(211)와 내측 슈라우드(45)의 단면(71a)의 사이의 간극으로부터 유입되는 연소 가스(G)의 일부에 노출되기만 하여, 그 결과 시일 부재(7) 자체가 고온이 되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
단면(71a)에 마련되는 개구(80a)의 둘레방향(Dc)의 위치가 정익 본체(42)의 전연부(421)가 형성되어 있는 위치에 대응하도록, 전연부(421)의 축방향(Da) 상류측에 형성되어 있다. 그 때문에, 정익 본체(42)의 전연부(421)에 충돌한 연소 가스(G)의 혼입에 의해, 고온이 되는 시일 부재(7)를 효과적으로 냉각할 수 있다.
구체적으로는, 전연부(421)에 대하여 연소 가스(G)가 충돌하는 것에 의해, 전연부(421)의 축방향(Da) 상류측의 근방에서는, 연소 가스(G)의 혼입에 의해, 미통(21)의 후단부(211)와 내측 슈라우드(45)의 단면(71a)의 사이의 간극으로부터 캐비티(C)에 대하여 연소 가스(G)가 유입되기 쉬워진다. 그 때문에, 전연부(421)의 축방향(Da) 상류측 근방에서는, 연소 가스(G)의 혼입에 의해, 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71)가 부분적으로 고온이 되어 버린다.
따라서, 제 1 볼록부(71)의 둘레방향(Dc)의 전체 길이에 걸쳐서 냉각 유로(80)를 배치할 필요는 없으며, 전연부(421)에 대응하는 축방향(Da) 상류측의 위치 근방에 냉각 유로(80)를 부분적으로 마련하고, 냉각 유로(80)의 축방향(Da) 하류측의 말단에 개구(80a)를 마련하고 있다. 그 때문에, 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71) 중에서, 고온이 되는 부분에 냉각 공기를 효율적으로 공급하여 시일 부재(7)를 냉각할 수 있다. 즉, 시일 부재(7)를 연소 가스 유로(Pg)보다 외측에 배치하고, 냉각 유로(80)는 둘레방향(Dc)에 있어서 부분적으로 배치하면 양호해진다. 그 때문에, 시일 부재(7) 전체적으로 냉각 공기의 유량을 보다 억제할 수 있다. 이에 의해, 냉각 공기로서 이용하는 압축 공기(A)의 유량을 저감할 수 있어서, 가스 터빈(1)의 성능 저하를 보다 억제할 수 있다.
개구(80a)가 형성되어 있는 단면(71a)의 소정의 영역을 둘레방향(Dc)의 외측으로부터 끼워넣도록 간극 형성부(71b)가 형성되어 있는 것에 의해, 간극 형성부(71b)에 근접시켜 개구(80a)를 배치할 수 있다. 그 때문에, 간극 형성부(71b)에 의해 높은 정밀도로 개구(80a)의 전방의 공간을 확보할 수 있다. 따라서, 개구(80a)가 폐색되는 것을 방지하여, 축방향 유로(801)나 직경방향 유로(802)에 대하여 냉각 공기로서 압축 공기(A)를 보다 안정적으로 유통시킬 수 있다. 이에 의해, 시일 부재(7)를 보다 안정적으로 계속적으로 냉각할 수 있다.
축방향 유로(801)나 직경방향 유로(802)에 압축 공기(A)가 유통하여 본체부(70)나 제 1 볼록부(71)가 둘레방향(Dc)에 있어서 부분적으로 냉각된다. 그 결과, 본체부(70)나 제 1 볼록부(71)의 내부에서는 냉각 유로(80)가 형성되어 있는 부분과 그 주변에서 둘레방향(Dc)으로 온도 분포가 생긴다. 그 때문에, 시일 부재(7)의 내부에서는 둘레방향(Dc)에 열 응력의 분포가 생겨 열 신장 차이에 의해 뒤틀림이 발생해 버린다.
그런데, 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71)에 직경방향(Dr)으로 움푹한 슬릿(83)을 형성하고 있는 것에 의해, 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71)의 강성을 낮출 수 있다. 그 결과, 시일 부재(7) 자체가 휘기 쉬워져, 둘레방향(Dc)의 열 응력의 분포에 의해 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71)의 내부에 생기는 뒤틀림을 흡수할 수 있다.
슬릿 바닥부(83a)가 본체부(70)에 형성된 제 2 시일 면(70a)의 직경방향(Dr) 내측단(출구 플랜지(210)의 직경방향(Dr) 내측단)보다 연소 가스 유로(Pg) 측에 가까운 측에 배치되며, 또한 제 1 볼록부(71)에 배치된 접촉 시일 부재(721)의 제 1 시일 면(721a)보다 연소 가스 유로(Pg) 측에 가까운 측에 배치되어 있다. 그 때문에, 제 1 시일 면(721a) 및 제 2 시일 면(70a)으로 시일한 상태를 유지한 채로, 슬릿(83)을 형성할 수 있다.
또한, 상기의 설명은 주로 직경방향(Dr) 내측의 내측 슈라우드(45)에 결합하는 내측 시일 부재(7a)를 중심으로 설명했지만, 직경방향(Dr) 외측의 외측 슈라우드에 결합하는 외측 시일 부재(7b)에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다.
(제 1 실시형태의 변형예)
본 변형예는, 제 1 실시형태와 비교하여, 시일 부재(7)의 간극 형성부 주위의 구조가 상이하다. 그 이외의 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이다. 이하, 도 8 및 도 9를 참조하여, 제 1 실시형태와 상이한 구조에 한정하여, 본 변형예를 이하에 설명한다. 또한, 도 8은 슬릿(83)을 포함한 면에서 시일 부재(7)를 둘레방향으로 본 단면도이며, 도 9에 있어서의 Ⅸ-Ⅸ 단면을 도시한다. 도 9는 도 8에 있어서의 Ⅷ-Ⅷ 단면을 도시한다. 이하에서 설명하는 시일 부재(7)는 내측 시일 부재(7a)를 대상으로 한 설명이지만, 외측 시일 부재(7b)에 대해서도 마찬가지의 사고 방식을 적용할 수 있다.
본 변형예에 나타나는 시일 부재(7)는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 연소 가스 유로(Pg)의 외측에 배치되어 있다. 시일 부재(7)는 미통(21)과, 제 1 정익(41a)의 내측 슈라우드(45)의 사이의 간극에 형성되는 캐비티(C)에 배치되어 있다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 본 변형예에 있어서의 시일 부재(7)의 간극 형성부(71c)는, 제 1 볼록부(71)의 축방향(Da)의 하류단에 있어서, 축방향(Da) 하류측을 향하는 단면(71a)에 형성되어 있다. 간극 형성부(71c)는 단면(71a)에서 개구(80a)보다 직경방향(Dr) 내측에 형성되어 있다. 간극 형성부(71c)는 단면(71a)으로부터 축방향(Da) 하류측으로 돌출되어 있다. 간극 형성부(71c)는 단면(71a)과 일체적으로 형성되어 있다. 간극 형성부(71c)는 둘레방향(Dc)으로 연장되어 있다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 간극 형성부(71c)는, 단면(71a)에 형성된 냉각 유로(80)의 개구(80a)에 대하여, 직경방향(Dr) 내측에 형성되어 있다. 또한, 냉각 유로(80)는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 둘레방향(Dc)의 전체 영역에 걸쳐서 배치할 필요는 없으며, 둘레방향(Dc)에 있어서 부분적으로 배치하면 좋다. 냉각 유로(80)는, 정익 본체(42)의 전연부(421)에 대하여 축방향(Da) 상류측의 대향하는 위치를 포함하며 둘레방향(Dc)의 일정한 영역에 배치하는 사고 방식은 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
간극 형성부(71c)는, 제 1 볼록부(71)의 축방향(Da) 하류측의 단면(71a)에 있어서, 본 변형예와 같이 둘레방향(Dc)의 전체 영역에 걸쳐서 마련하여도 좋고, 둘레방향(Dc)의 일부의 영역에 부분적으로 마련하여도 좋다. 또한, 본 변형예에 있어서, 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71)에, 둘레방향(Dc)에 일정한 간격으로, 슬릿(83)이 형성되어 있는 것은 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
본 변형예에 의하면, 미통(21), 내측 슈라우드(45), 및 시일 부재(7)의 열 신장의 차이에 의해, 내측 슈라우드(45)와 시일 부재(7)가 축방향(Da)에 접근한 경우라도, 단면(71a)이 내측 슈라우드(45)의 측단면(461)에 접촉하기 전에, 간극 형성부(71c)의 축방향(Da) 하류측의 단면이 측단면(461)에 접촉한다. 그 때문에, 개구(80a)의 전방(축방향 하류측)에 간극이 확실히 형성되어, 개구(80a)가 폐색되는 일은 없다. 즉, 간극 형성부(71c)는 개구(80a)의 축방향(Da)에 있어서의 폐색 방지를 위한 스토퍼의 역할을 수행하고 있다.
(제 2 실시형태)
도 10을 참조하면서, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 이하에 설명한다.
제 2 실시형태에서는, 제 1 실시형태와 비교하여, 시일 부재를 연소 가스 유로(Pg)에 면하여 배치하고, 간극 형성부를 포함하는 시일 부재의 구조를 변경하고 있는 점이 상이하다. 도 10은 본 실시형태에 있어서의 시일 부재 주위의 요부 확대도이다.
또한, 제 1 실시형태와 공통된 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다. 제 1 실시형태와 마찬가지로, 제 2 실시형태에 있어서도, 직경방향(Dr) 내측의 내측 슈라우드(45)에 결합하는 시일 부재(9)(내측 시일 부재(9a))에 대하여 이하에 설명하지만, 직경방향(Dr) 외측의 외측 슈라우드(43)에 결합하는 시일 부재(9)(외측 시일 부재(9b))에 대해서도 마찬가지의 사고 방식을 적용할 수 있다.
도 10에 있어서, 시일 부재(9)가 본체부(90), 제 1 볼록부(91), 제 2 볼록부(92), 제 3 볼록부(93) 및 제 4 볼록부(94)로 형성되어 있는 구조는 제 1 실시형태에 있어서의 시일 부재(7)와 마찬가지이다. 단, 제 2 실시형태의 경우, 시일 부재(9)는 미통(21)과 내측 슈라우드(45)의 사이에 배치되어 있다. 시일 부재(9)는, 제 1 볼록부(91)가 연소 가스 유로(Pg)에 면하며, 연소 가스 유로(Pg)의 일부를 형성하고 있다. 따라서, 제 1 볼록부(91)의 연소 가스 유로(Pg)에 면하는 외표면(가스 패스면(911))은 고온의 연소 가스(G)에 노출되어 있다.
시일 부재(9)의 제 1 볼록부(91)에는, 축방향(Da)으로 연신되는 냉각 유로(100)가 배열되어 있다. 단, 제 2 실시형태의 냉각 유로(100)는, 제 1 실시형태와는 상이하게, 제 1 볼록부(91)의 둘레방향(Dc)의 전면에 걸쳐서, 둘레방향(Dc)으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 제 1 볼록부(91)의 축방향(Da) 하류측의 단면(91a)에는, 냉각 유로(100)에 접속하는 개구(100a)가 형성되어 있다. 또한, 냉각 공기에 이용하는 압축 공기(A)가 케이싱(31) 내의 공간으로부터 시일 부재(9)의 본체부(90)의 직경방향(Dr) 내측단에 형성된 유입구(100b)에 공급되며, 유입구(100b)가 냉각 유로(100)에 연통하는 것은 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
제 1 볼록부(91)의 축방향(Da) 하류측의 단면(91a)에는, 단면(91a)으로부터 축방향(Da) 하류측으로 돌출되는 간극 형성부(91b)가 형성되어 있다. 간극 형성부(91b)는 둘레방향(Dc)으로 간격을 두고 인접하며, 단면(91a)에 대하여 일체로 형성되어 있다. 간극 형성부(91b)의 축방향(Da) 하류측을 향하는 단면은 축방향(Da) 하류측에 간극을 두고 인접하는 제 1 정익(41a)의 측벽(46)에 형성된 측단면(461)에 대면하고 있다.
도 11은 도 10에 있어서의 시일 부재(9)를 연소 가스 유로(Pg) 측으로부터 직경방향(Dr)으로 본 평면도이다. 냉각 유로(100)는 시일 부재(9)의 제 1 볼록부(91)의 축방향(Da)으로 연신되어 있다. 냉각 유로(100)는 둘레방향(Dc)으로 소정의 간격을 두고 배열되어 있다. 냉각 유로(100)의 축방향(Da) 하류측의 단면(91a)에는, 개구(100a)가 형성되어 있다. 개구(100a)가 배열된 단면(91a)에 대하여, 둘레방향(Dc)으로 인접하며 간극 형성부(91b)가 형성되어 있다. 간극 형성부(91b)는 단면(91a)에 대하여 축방향(Da) 하류측으로 돌출되어 있다. 도 11에 도시하는 예는, 둘레방향(Dc)으로 인접하는 냉각 유로(100)의 사이에 각각 간극 형성부(91b)를 마련하고 있다. 추가로, 도 11에 도시하는 예는, 하나의 냉각 유로(100)에 대하여, 둘레방향(Dc)으로 사이에 두도록 인접시켜 간극 형성부(91b)를 각각 마련하고 있다. 그렇지만, 도 11에 도시하는 예에서는, 복수의 냉각 유로(100) 및 개구(100a)에 대하여 둘레방향(Dc)에 1개의 간극 형성부(91c)를 마련하여도 좋다.
제 2 실시형태의 경우는, 제 1 볼록부(91)의 둘레방향(Dc)의 전체 둘레에 걸쳐서 냉각 유로(100)가 배치되므로, 둘레방향(Dc)의 온도 분포 폭은 제 1 실시형태만큼 크지 않다. 따라서, 제 2 실시형태의 시일 부재(9)의 경우에는, 본체부(90) 및 제 1 볼록부(91)에, 둘레방향(Dc)의 열 응력을 흡수하는 슬릿(83)을 마련하지 않아도 좋다.
제 2 실시형태의 구조에 의하면, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 미통(21), 내측 슈라우드(45), 및 시일 부재(9)의 열 신장의 차이에 의해, 내측 슈라우드(45)와 시일 부재(9)가 축방향(Da)으로 접근한 경우라도, 단면(91a)이 내측 슈라우드(45)의 측단면(461)에 접촉하기 전에, 간극 형성부(91b)의 축방향(Da) 하류측의 단면이 측단면(461)과 접촉한다. 그 때문에, 개구(100a)의 전방(축방향(Da) 하류측)에 간극이 형성되어, 개구(100a)가 폐색되는 일이 없다. 즉, 간극 형성부(91b)가 개구(100a)의 축방향(Da)에 있어서의 스토퍼가 역할을 수행하기 때문에, 개구(100a)가 배치된 단면(91a)과 측단면(461)의 사이에는 일정한 간극이 확실히 형성된다.
(제 2 실시형태의 변형예)
본 변형예는 제 2 실시형태에 적용되는 시일 부재의 변형예를 나타내는 것이다. 제 2 실시형태의 변형예의 시일 부재의 간극 형성부 주위의 구조는 제 1 실시형태의 변형예와 기본적으로는 동일한 구조이다. 도 12 및 도 13을 이용하여, 제 2 실시형태의 변형예의 시일 부재(9)를 설명하지만, 본 변형예에 있어서도, 내측 시일 부재(9a)에 대하여 이하에 설명한다. 외측 시일 부재(9b)에 대해서도, 동일한 사고 방식을 적용할 수 있다. 또한, 도 12는 시일 부재(9)의 둘레방향(Dc)에서 본 단면을 도시하며, 도 13은 축방향(Da) 하류측에서 상류측을 본 단면(91a)의 단면(도 12의 Ⅹ-Ⅹ 단면)을 도시한다.
본 변형예에 있어서의 시일 부재(9)는, 제 2 실시형태와 마찬가지로, 미통(21)과 내측 슈라우드(45)의 사이에 배치되어 있다. 시일 부재(9)는, 제 1 볼록부(91)가 연소 가스 유로(Pg)에 면하며, 연소 가스 유로(Pg)의 일부를 형성하고 있다. 따라서, 제 1 볼록부(91)의 연소 가스 유로(Pg)에 면하는 외표면(가스 패스면(911))은 고온의 연소 가스(G)에 노출되어 있다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 본 변형예에 도시하는 시일 부재(9)의 간극 형성부(91c)는, 제 1 볼록부(91)의 축방향(Da) 하류측의 단면(91a)에서, 개구(100a)보다 직경방향(Dr) 내측에 형성되어 있다. 간극 형성부(91c)는 단면(91a)으로부터 축방향(Da) 하류측으로 돌출되며, 둘레방향(Dc)으로 단면(91a)과 일체적으로 형성되며, 둘레방향(Dc)으로 연장되어 있다.
단, 제 2 실시형태의 변형예에 나타내는 시일 부재(9)는, 제 1 실시형태의 변형예에 나타내는 시일 부재(7)에 대하여, 냉각 유로의 배치가 상이한 점, 및 슬릿을 마련하지 않는 점이 상이하다. 즉, 전술과 같이, 본 변형예의 냉각 유로(100)는 제 1 볼록부(91)의 둘레방향(Dc)의 전체 영역에 걸쳐서 복수 형성되어 있다. 한편, 제 1 실시형태의 변형예의 경우는, 둘레방향(Dc)의 일부의 영역에 부분적으로 냉각 유로(100)가 배치되어 있다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 제 1 실시형태의 변형예의 경우에는, 시일 부재(7)의 둘레방향(Dc)의 열 응력을 흡수하기 위해 슬릿(83)을 마련하고 있지만, 본 변형예의 경우는, 둘레방향(Dc)의 온도 분포가 작기 때문에, 슬릿(83)을 마련할 필요가 없다.
본 변형예의 구조에 의하면, 다른 실시형태와 마찬가지로, 간극 형성부(91c)의 축방향(Da) 하류측의 단면이 대향하는 측단면(461)과 최초로 접촉한다. 그 때문에, 개구(100a)의 전방(축방향(Da) 하류측)으로 간극이 형성되어, 개구(100a)가 폐색되는 일은 없다. 즉, 간극 형성부(91c)가 개구(100a)의 축방향(Da)에 있어서의 스토퍼가 역할을 수행하기 때문에, 개구(100a)가 배치된 단면(91a)과 측단면(461)의 사이에는, 일정한 간극이 확실히 형성된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상술했지만, 각 실시형태에 있어서의 각 구성 및 그들의 조합 등은 일 예이며, 본 발명의 취지로부터 일탈하지 않는 범위 내에서, 구성의 부가, 생략, 치환, 및 그 이외의 변경이 가능하다. 또한, 본 발명은 실시형태에 의해 한정되는 일은 없으며, 특허 청구의 범위에 의해서만 한정된다.
또한, 간극 형성부(71b, 71c, 91b, 91c)는, 본 실시형태와 같이, 개구(80a, 100a)에 대하여 둘레방향(Dc)으로 인접하여 배치되는 형상에 한정되는 것은 아니다. 간극 형성부(71b, 71c, 91b, 91c)는 개구(80a, 100a)를 폐색하지 않도록 개구(80a, 100a)가 마련된 단면(71a, 91a)과 내측 슈라우드(45)의 측단면(461)의 사이에 공간을 형성할 수 있으면 좋다.
본 실시형태에서는, 둘레방향(Dc)으로 나열되어 형성되는 개구(80a, 100a)는 동일한 형상으로 형성되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 개구(80a, 100a)는 둘레방향(Dc)에 의해 임의의 형상을 이루고 있으면 좋다. 예를 들면, 전연부(421)의 축방향(Da) 상류측에 형성되는 개구(80a, 100a)를 크게 형성하고, 전연부(421)의 축방향(Da) 상류측 이외의 위치에 형성되는 개구(80a, 100a)를 작게 형성하여도 좋다.
상기 시일 부재에 의하면, 개구가 폐색되는 일 없이 냉각 공기를 유통시킬 수 있어서, 시일 부재를 안정되게 계속적으로 냉각할 수 있다.
1: 가스 터빈 A: 압축 공기
10: 압축기 20: 연소기
Ac: 축선 Da: 축방향
21: 미통 210: 출구 플랜지
210a: 둘레방향 플랜지부 211: 후단부
22: 연료 공급기 22a: 내통
30: 터빈 Dc: 둘레방향
Dr: 직경방향 31: 케이싱
Ar: 로터 축 33: 터빈 로터
34: 로터 본체 35: 동익 열
36: 동익 37: 동익 본체
38: 플랫폼 39: 블레이드
40: 정익 열 41: 정익
42: 정익 본체 43: 외측 슈라우드
45: 내측 슈라우드 40a: 제 1 정익 열
41a: 제 1 정익 421: 전연부
44: 슈라우드 본체 441: 가스 패스면
46: 측벽 461: 측단면
424: 돌출부 50: 익환
52: 차열환 60: 분할환
G: 연소 가스 Pg: 연소 가스 유로
7, 9: 시일 부재 C: 캐비티
70, 90: 본체부 71, 91: 제 1 볼록부
71a, 91a: 단면 71b, 71c, 91b, 91c: 간극 형성부
72, 92: 제 2 볼록부 721, 921: 접촉 시일 부재
721a: 제 1 시일 면 73, 93: 제 3 볼록부
74, 94: 제 4 볼록부 70a, 90a: 제 2 시일 면
80, 100: 냉각 유로 80a, 100a: 개구
801: 축방향 유로 802: 직경방향 유로
80b, 100b: 유입구 81: 제 1 결합부
82: 제 2 결합부 83: 슬릿
83a: 슬릿 바닥부

Claims (6)

  1. 로터 축의 주위에 배치되는 연소기와 축방향 하류측에 배치되며 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로의 일부를 구획형성하는 정익의 사이에 마련되며, 상기 연소기와 상기 정익의 사이를 시일하는 시일 부재에 있어서,
    상기 정익의 상기 축방향 상류측을 향하는 측단면에 대향하며 상기 축방향 하류측을 향하는 단면과,
    상기 로터 축을 기준으로 하여 둘레방향으로 나열되며 상기 단면에 복수 마련된 개구로부터 상기 측단면을 향해서 냉각 공기를 배출하는 냉각 유로와,
    상기 개구가 형성된 단면보다 상기 축방향 하류측으로 돌출되는 간극 형성부가 형성되어 있는
    시일 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소 가스 유로보다 외측에 배치되어 있는
    시일 부재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 유로는, 상기 정익의 상기 축방향 상류측을 향하는 전연부에 대하여, 상기 축방향 상류측의 대향하는 위치를 포함하며, 상기 둘레방향의 일정한 영역에 형성되어 있는
    시일 부재.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 간극 형성부는 상기 개구에 대하여 상기 둘레방향으로 인접하여 배치되어 있는
    시일 부재.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구에 인접하는 영역에는, 상기 로터 축을 기준으로 하여 직경방향으로 움푹한 슬릿이 형성되어 있는
    시일 부재.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 축방향 상류측에서 상기 연소기에 접속하는 제 1 결합부와,
    상기 축방향 하류측에서 상기 정익의 상기 측단면으로부터 상기 축방향 상류측으로 연장되는 환상의 돌출부에 접속하는 제 2 결합부를 구비하고,
    상기 제 2 결합부는 상기 돌출부와의 사이에 형성되는 환상의 시일 면을 갖고,
    상기 슬릿은 상기 연소 가스 유로측으로부터 직경방향으로 움푹하며,
    상기 슬릿의 상기 연소 가스 유로에 대하여 외측에 형성된 단부는 상기 시일 면이 형성된 위치보다 상기 연소 가스 유로측에 가까운 위치에 배치되어 있는
    시일 부재.
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