KR20170134553A - 터빈 동익 및 가스 터빈 - Google Patents

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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

가스 터빈의 날개 본체(51)는, 제1 냉각 통로부(58)와, 제2 냉각 통로부(59)와, 기둥부(60)와, 복수의 돌출부를 구비한다. 제1 냉각 통로부(58)는 전연(55)에 가까운 측에 설치된다. 제2 냉각 통로부(59)는 상기 후연(56)에 가까운 측에 설치된다. 기둥부(60)는 상기 제1 냉각 통로부(58)와 상기 제2 냉각 통로부(59) 사이에 설치되어, 상기 날개 본체(51)의 기부와 단부 사이에 연속하여 형성된다. 복수의 돌출부는 상기 제1 냉각 통로부(58)의 내벽 면과 상기 제2 냉각 통로부(59)의 내벽 면으로부터 돌출한다.

Description

터빈 동익 및 가스 터빈
이 발명은 터빈 동익(動翼) 및 가스 터빈에 관한 것이다.
본원은 2015년8월25일에 일본에 출원된 특허출원 2015-165539호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
가스 터빈에 있어서의 터빈 동익은 고온·고압의 작동 유체에 노출되기 때문에, 내부에 냉각 구조를 갖고 있다. 구체적으로는, 예를 들어 냉각 구조로서 내부에 유로를 갖고, 압축기로부터 추기(抽氣)된 압축 공기를 냉각 공기로서 이 유로에 유통시킴으로써, 내부로부터 터빈 동익을 냉각하고 있다. 가스 터빈의 전단 측의 터빈 동익과 후단 측의 터빈 동익에서는 주위를 흐르는 작동 유체의 온도, 터빈 동익 자체의 길이 등이 다르고, 그 때문에 냉각 조건이 다르다. 따라서 전단 측과 후단 측에서는 터빈 동익 내부의 냉각 유로의 구조도 다르고 있다.
특허문헌 1에는, 후단 측의 냉각 구조의 일례가 개시되어 있다. 구체적으로는, 특허문헌 1에 기재된 터빈 동익은 허브부(hub portion) 및 날개 뿌리부(翼付根部)(blade root portion)의 내부에, 내벽으로부터 핀 휜(pin fin)을 돌기시킨 공동을 설치하는 동시에, 허브부로부터 날개 단(翼端) 측의 날개 내부에, 공동과 날개 단부에 설치된 개구와 연통하고 공동으로부터 개구로 냉각 공기를 통과시키는 멀티 홀(multi hole)이 천공되어 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 제(평)9-53407호
특허문헌 1에 기재된 터빈 동익에서는, 냉각 공기는 날개 단 측을 냉각하기 위해 멀티 홀의 내부를 유통하게 된다. 멀티 홀은 필요한 열전달률을 확보하기 위해, 그 내부에 유통하는 냉각 매체로 되는 냉각 공기의 유속을 높게 할 필요가 있고, 결과로서 압력 손실이 커진다. 이 때문에, 상류 측으로 되는 날개 뿌리부 측에서 높은 공급압으로 되도록 냉각 공기를 공급할 필요가 있다. 높은 공급압의 냉각 공기를 공급하게 되면, 날개 뿌리부 측에서의 누설 흐름이 많아지기 때문에, 냉각 공기의 공급량이 증대하였다. 상기와 같이 가스 터빈 동익에 있어서 냉각 매체로 되는 냉각 공기는, 예를 들어 압축기로부터 추기하여 생성된다. 이와 같이 압축기로부터 추기된 공기는 터빈을 회전시키는 경우에 사용되지 않고 터빈 날개 등의 냉각에 이용된다. 즉, 가스 터빈의 성능을 향상시키기 위해서는, 터빈 날개에 이용되는 냉각 매체의 양을 최소한으로 억제할 필요가 있었다.
이 발명은 냉각 매체의 공급량을 최소한으로 억제하면서 효과적으로 냉각을 행하는 것이 가능한 터빈 동익 및 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 발명의 제1 양태에 따르면, 터빈 동익은 전연(前緣)과 후연(後緣)을 갖고 있다. 이들 전연과 후연 사이에는 정압 면(正壓面) 및 부압 면(負壓面)을 갖는 날개 본체를 구비하고 있다. 상기 날개 본체는, 제1 냉각 통로부와, 제2 냉각 통로부와, 기둥부(柱部)와, 복수의 돌출부를 구비한다. 제1 냉각 통로부는 상기 전연에 가깝게 설치되어, 냉각 매체가 흐른다. 제2 냉각 통로부는 상기 후연에 가깝게 설치되어, 냉각 매체가 흐른다. 기둥부는 상기 제1 냉각 통로부와 상기 제2 냉각 통로부 사이에 설치되어 상기 날개 본체의 기부와 단부 사이에 연속하여 형성된다. 복수의 돌출부는 상기 제1 냉각 통로부의 내벽 면 및 상기 제2 냉각 통로부의 내벽 면으로부터 돌출한다.
내벽 면에 돌출부가 형성된 제1 냉각 통로부에 냉각 매체를 흘림으로써, 날개 본체의 전연에 가까운 측을 효율 좋게 냉각할 수 있다. 마찬가지로, 내벽 면에 돌출부가 형성된 제2 냉각 통로부에 냉각 매체를 흘림으로써, 날개 본체의 후연에 가까운 측을 냉각할 수 있다. 이와 같이, 특히 고온으로 되기 쉬운 전연 측 및 후연 측을 제1 냉각 통로부 및 제2 냉각 통로부에 의해 효과적으로 냉각할 수 있는 동시에, 상대적으로 고온으로 되기 어려운 전연 측과 후연 측 사이에 있어서 기둥부를 설치함으로써 냉각 통로 전체의 단면적을 작게 할 수 있다. 냉각 통로 자체도 상기한 바와 같이 돌출부를 구비한 구조로 함으로써, 멀티 홀과 비교하여 일정한 단면적을 확보하면서 냉각 효과를 얻을 수 있고, 이에 의해 냉각 통로를 유통할 때의 압력 손실을 최소한으로 할 수 있으며, 공급압을 억제할 수 있다. 이 때문에, 터빈 날개를 냉각하는 데 필요한 냉각 매체의 공급량을 최소한으로 할 수 있다.
이 발명의 제2 양태에 따르면, 제1 양태에 관한 터빈 동익의 제1 냉각 통로부가 상기 기둥부와 상기 전연 사이에 복수의 냉각 통로를 구비하도록 해도 좋다. 복수의 냉각 통로는 전연 측 냉각 통로와 제1 중간 냉각 통로를 포함하도록 해도 좋다. 전연 측 냉각 통로는 날개 높이 방향으로 연장되는 동시에 날개형 중심선을 따라 배치되며, 상기 전연에 가장 가깝게 배치된다. 제1 중간 냉각 통로는 상기 전연 측 냉각 통로보다도 상기 기둥부에 가까운 측에 배치되어 상기 전연 측 냉각 통로보다도 큰 유로 단면적을 갖는다.
이와 같이 구성함으로써, 냉각 매체를 전연 측 냉각 통로와 제1 중간 냉각 통로에 각각 공급한 경우, 전연 측 냉각 통로에 흐르는 냉각 매체의 유속을 상대적으로 높일 수 있다. 이에 의해 전연에 가까울수록 냉각 성능을 향상할 수 있다. 그 결과, 제1 중간 냉각 통로가 설치된 부분과 비교하여 상대적으로 고온으로 되기 쉬운 전연 측 냉각 통로가 설치된 전연 측을 효과적으로 냉각할 수 있다.
이 발명의 제3 양태에 따르면, 제1 또는 제2 양태에 관한 터빈 동익의 제2 냉각 통로부는 상기 기둥부와 상기 후연 사이에 복수의 냉각 통로를 구비하도록 해도 좋다. 복수의 냉각 통로는 후연 측 냉각 통로와 제2 중간 냉각 통로를 포함하도록 해도 좋다. 후연 측 냉각 통로는 날개 높이 방향으로 연장되는 동시에 날개형 중심선을 따라 배치되며, 상기 후연에 가장 가깝게 배치된다. 제2 중간 냉각 통로는 상기 후연 측 냉각 통로보다도 상기 기둥부에 가까운 측에 배치되어 상기 후연 측 냉각 통로보다도 큰 유로 단면적을 갖는다.
이와 같이 구성함으로써, 냉각 매체를 후연 측 냉각 통로와 제2 중간 냉각 통로에 각각 공급한 경우, 후연 측 냉각 통로에 흐르는 냉각 매체의 유속을 상대적으로 높일 수 있다. 이에 의해 후연에 가까울수록 냉각 성능을 향상할 수 있다. 그 결과, 제2 중간 냉각 통로가 설치된 부분과 비교하여 상대적으로 고온으로 되기 쉬운 후연 측 냉각 통로가 설치된 후연 측을 효과적으로 냉각할 수 있다.
이 발명의 제4 양태에 따르면, 제2 또는 제3 양태에 관한 터빈 동익의 돌출부는, 제1 돌출부와, 상기 제1 돌출부보다도 작은 제2 돌출부를 갖고 있어도 좋다. 상기 제1 돌출부는 상기 제1 중간 냉각 통로 및 상기 제2 중간 냉각 통로의 적어도 한쪽에 설치되어 있어도 좋다. 상기 제2 돌출부는 상기 전연 측 냉각 통로 및 상기 후연 측 냉각 통로의 적어도 한쪽에 설치되도록 해도 좋다.
이와 같이 구성함으로써, 제1 중간 냉각 통로 및 상기 제2 중간 냉각 통로와 비교하여, 전연 측 냉각 통로 및 후연 측 냉각 통로에 흐르는 냉각 매체의 압력 손실을 억제할 수 있다. 이에 의해 전연 측 냉각 통로 및 후연 측 냉각 통로에 흐르는 냉각 매체의 유속에 대해, 제1 중간 냉각 통로 및 상기 제2 중간 냉각 통로에 흐르는 냉각 매체의 유속을 저감할 수 있다. 그 결과, 전연 측 및 후연 측을 효과적으로 냉각할 수 있는 동시에, 제1 중간 냉각 통로 및 상기 제2 중간 냉각 통로에 유통하는 냉각 매체의 양을 저감함으로써, 전체로서 냉각 매체의 공급량을 억제할 수 있다.
이 발명의 제5 양태에 따르면, 제1 양태에 관한 터빈 동익에 있어서, 상기 날개 본체의 날개 단에 설치되는 칩 슈라우드(chip shroud)를 구비하고 있어도 좋다. 상기 제1 냉각 통로부는 상기 기둥부와 상기 전연 사이에 날개 높이 방향으로 연장되는 동시에 날개형 중심선을 따라 나란하는 복수의 냉각 통로를 구비하고 있어도 좋다. 상기 제2 냉각 통로부는 상기 기둥부와 상기 후연 사이에, 날개 높이 방향으로 연장되는 동시에 날개형 중심선을 따라 나란하는 복수의 냉각 통로를 구비하고 있어도 좋다. 상기 칩 슈라우드는, 제1 배출 통로와, 제2 배출 통로와, 제3 배출 통로를 구비하도록 해도 좋다. 제1 배출 통로는 상기 제1 냉각 통로부의 복수의 냉각 통로 중 상기 전연에 가장 가깝게 배치되는 전연 측 냉각 통로를 흐르는 냉각 매체를 배출한다. 제2 배출 통로는 상기 제2 냉각 통로부의 복수의 냉각 통로 중 상기 후연에 가장 가깝게 배치되는 후연 측 냉각 통로를 흐르는 냉각 매체를 배출한다. 제3 배출 통로는 상기 전연 측 냉각 통로와 상기 후연 측 냉각 통로 사이에 설치되는 중간 냉각 통로를 흐르는 냉각 매체를 배출한다.
이와 같이 구성함으로써, 칩 슈라우드를 갖고 있는 경우에, 날개 본체의 기부로부터 날개 단을 향해 전연 측 냉각 통로를 흐르는 냉각 매체를, 칩 슈라우드의 제1 배출 통로를 거쳐 외부에 배출할 수 있다. 또한, 날개 본체의 기부로부터 날개 단을 향해 후연 측 냉각 통로를 흐르는 냉각 매체를, 칩 슈라우드의 제2 배출 통로를 거쳐 외부에 배출할 수 있다. 또한, 날개 본체의 기부로부터 날개 단을 향해 중간 냉각 통로를 흐르는 냉각 매체를, 칩 슈라우드의 제3 배출 통로를 통해 외부에 배출할 수 있다.
이 발명의 제6 양태에 따르면, 제5 양태에 관한 터빈 동익의 제1 배출 통로가, 상기 전연 측 냉각 통로가 연장되는 방향으로 상기 칩 슈라우드를 관통하도록 해도 좋다.
이와 같이 구성함으로써, 제1 배출 통로를 보다 짧게 형성할 수 있다. 그 때문에, 전연 측 냉각 통로를 흐르는 냉각 매체의 압력 손실이 증대하는 것을 억제하여, 냉각 매체의 유속이 저하하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 날개 본체의 전연을 효율 좋게 냉각할 수 있다.
이 발명의 제7 양태에 따르면, 제5 또는 제6 양태에 관한 터빈 동익의 제2 배출 통로가, 상기 후연 측 냉각 통로가 연장되는 방향으로 상기 칩 슈라우드를 관통하도록 해도 좋다.
이와 같이 구성함으로써, 제2 배출 통로를 보다 짧게 형성할 수 있다. 그 때문에, 후연 측 냉각 통로를 흐르는 냉각 매체의 압력 손실이 증대하는 것을 억제하여, 냉각 매체의 유속이 저하하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 날개 본체의 후연을 효율 좋게 냉각할 수 있다.
이 발명의 제8 양태에 따르면, 제5부터 제7 양태의 어느 하나의 양태에 관한 터빈 동익의 제3 배출 통로가, 상기 전연 측 냉각 통로가 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 통로 본체부를 구비해도 좋다. 상기 통로 본체부는 상기 칩 슈라우드의 측면에 개방하도록 해도 좋다.
이와 같이 구성함으로써, 중간 냉각 통로를 흐르는 냉각 매체가 제3 배출 통로를 통해 외부에 배출되는 도중에, 제3 배출 통로를 흐르는 냉각 매체에 의해 칩 슈라우드를 냉각할 수 있다. 또한, 제1 배출 통로나 제2 배출 통로와 비교하여 제3 배출 통로를 길게 할 수 있다. 이 때문에, 전연 측 냉각 통로나 후연 측 냉각 통로에 비해, 중간 냉각 통로에 유통하는 냉각 매체의 양을 저감할 수 있고, 전체로서 냉각 매체의 공급량을 억제할 수 있다.
이 발명의 제9 양태에 따르면, 제8 양태에 관한 터빈 동익의 제3 배출 통로는 상기 중간 냉각 통로에 연통되는 동시에 상기 중간 냉각 통로보다도 유로 단면적이 큰 캐비티부(cavity portion)를 구비하고 있어도 좋다. 상기 통로 본체부는 상기 캐비티부로부터 상기 날개 높이 방향과 교차하는 방향으로 연장되어 상기 칩 슈라우드의 측면에 개방하도록 해도 좋다.
이와 같이 구성함으로써, 칩 슈라우드에 제3 배출 통로를 용이하게 형성할 수 있다.
이 발명의 제10 양태에 따르면, 가스 터빈은 제1 부터 제9 양태의 어느 하나의 양태의 터빈 동익을 구비하고 있다.
이와 같이 구성함으로써, 터빈 동익을 냉각하기 위한 냉각 매체의 양을 저감할 수 있기 때문에, 효율을 향상할 수 있다.
상기 터빈 동익 및 가스 터빈에 따르면, 냉각 매체의 공급량을 최소한으로 억제하면서 효과적으로 냉각을 행하는 것이 가능해진다.
도 1은 이 발명의 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 모식적인 단면도이다.
도 2는 이 발명의 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 요부 단면도이다.
도 3은 이 발명의 실시형태에 있어서의 도 2의 III-III 선을 따르는 단면도이다.
도 4는 이 발명의 실시형태에 있어서의 동익의 캠버 라인(camber line)을 따르는 단면이다.
도 5는 이 발명의 실시형태에 있어서의 기둥상 핀 휜을 나타내는 부분 단면도이다.
도 6은 이 발명의 실시형태에 있어서의 도 3의 동익의 날개 단 근처를 확대한 확대도이다.
도 7은 이 발명의 실시형태에 있어서의 칩 슈라우드의 평면도이다.
도 8은 이 발명의 실시형태의 변형예에 있어서의 도 5에 상당하는 부분 단면도이다.
다음에, 이 발명의 실시형태에 있어서의 터빈 날개 및 가스 터빈을 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 이 발명의 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 모식적인 단면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 이 실시형태의 가스 터빈(10)은, 압축기(20)와, 연소기(30)와, 터빈(40)을 구비하고 있다.
이하의 설명에 있어서는 축선(Ar)이 연장되는 방향을 축 방향(Da)으로 한다. 또한, 이 축선(Ar)을 중심으로 한 원주 방향을 단순히 원주 방향(Dc)으로 한다. 또한, 축선(Ar)에 대해 수직한 방향을 직경 방향(Dr)으로 한다. 또한, 축 방향(Da)에서 터빈(40)을 기준으로 하여 압축기(20) 측을 상류 측(Dau), 그 반대 측을 하류 측(Dad)으로 한다. 또한, 직경 방향(Dr)에서 축선(Ar)에 접근하는 측을 직경 방향 내측(Dri), 그 반대 측을 직경 방향 외측(Dro)으로 한다.
압축기(20)는 공기(A)를 압축하여 연소기(30)에 공급한다. 이 압축기(20)는, 압축기 로터(rotor)(21)와, 압축기 차실(25)과, 복수 열의 동익 열(動翼列)(23)과, 복수 열의 정익 열(靜翼列)(26)과, IGV(inlet guide vane)(27)를 구비하고 있다.
압축기 로터(21)는 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전한다. 이 압축기 로터(21)는, 로터 축(22)과, 복수 열의 동익 열(23)을 구비하고 있다. 로터 축(22)은 축선(Ar)을 중심으로 하여 축 방향(Da)으로 연장된다. 동익 열(23)은 축 방향(Da)으로 배치되어 있다. 이들 동익 열(23)은 원주 방향(Dc)으로 복수의 동익(23a)을 각각 구비하고 있다. 이들 복수의 동익(23a)은 로터 축(22)에 부착되어 있다.
압축기 차실(25)은 압축기 로터(21)를 덮고 있다.
복수 열의 정익 열(26)은 동익 열(23)의 하류 측(Dad)에 각각 배치되어 있다. 이들 정익 열(26)은 압축기 차실(25)과 압축기 로터(21) 사이에 배치되며, 원주 방향(Dc)으로 복수의 정익(26a)을 각각 구비하고 있다.
IGV(27)는 압축기 차실(25)의 흡입구에 설치된다. 이 IGV(27)는 압축기 차실(25) 내에 흡입되는 공기(A)의 유량을 조정한다. IGV(27)는, 복수의 가이드 베인(guide vane)(28)과, 이들 복수의 가이드 베인(28)을 구동하는 구동기(29)를 구비하고 있다.
연소기(30)는 압축기(20)에서 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 고온·고압의 연소 가스를 생성한다. 이 연소 가스는 터빈(40)에 공급된다.
터빈(40)은 연소기(30)에 의해 생성된 연소 가스를 이용하여 구동한다. 이 터빈(40)은, 터빈 로터(41)와, 터빈 차실(45)과, 복수 열의 동익 열(43)과, 복수 열의 정익 열(46)을 구비하고 있다.
터빈 로터(41)는 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전한다. 이 터빈 로터(41)와 상술한 압축기 로터(21)는 동일 축선(Ar) 상에 위치하며, 서로 접속되어 있다. 이들 터빈 로터(41)와 압축기 로터(21)에 의해 가스 터빈 로터(11)가 구성되어 있다. 가스 터빈 로터(11)는, 예를 들어 발전기(GEN)의 로터 등에 접속된다.
터빈 차실(45)은 터빈 로터(41)를 덮는다. 이 터빈 차실(45)과 압축기 차실(25)은 서로 접속되어 있다. 이들 터빈 차실(45)과 압축기 차실(25)에 의해 가스 터빈 차실(15)이 구성되어 있다.
도 2는 이 발명의 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 요부 단면도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 터빈 로터(41)는, 로터 축(42)과, 복수 열의 동익 열(43)을 구비하고 있다.
로터 축(42)은 축선(Ar)을 중심으로 하여 축 방향(Da)으로 연장된다.
복수 열의 동익 열(43)은 축 방향(Da)으로 배치되어 있다. 이 실시형태에 있어서의 터빈 로터(41)는 4열의 동익 열(43)을 구비하고 있다. 이들 동익 열(43)은 원주 방향(Dc)으로 늘어서는 복수의 동익(터빈 동익)(43a)을 각각 구비하고 있다. 이들 복수의 동익(43a)은 로터 축(42)에 부착되어 있다.
복수 열의 정익 열(46)은 동익 열(43)의 상류 측(Dau)에 각각 배치되어 있다. 이들 복수 열의 정익 열(46)은 원주 방향(Dc)으로 복수의 정익(46a)을 각각 구비하고 있다.
터빈 차실(45)은, 외측 차실(45a)과, 내측 차실(45b)과, 복수의 분할 환(分割環)(45c)을 구비하고 있다.
외측 차실(45a)은 터빈 차실(45)의 외곽을 이루는 통상(筒狀)으로 형성되어 있다.
내측 차실(45b)은 외측 차실(45a)의 내측에 있고, 복수의 원환(円環)에 의해 통상으로 형성되어 있다. 내측 차실(45b)은 외측 차실(45a)에 고정되어 있다.
분할 환(45c)은 내측 차실(45b)의 내측에 있고, 축 방향(Da)에서 이웃하는 정익 열(46)끼리의 사이에 배치되어 있다. 환언하면, 분할 환(45c)의 직경 방향 내측(Dri)에는 동익 열(43)이 배치되어 있다.
로터 축(42)과 터빈 차실(45) 사이에는, 정익(46a) 및 동익(43a)이 배치되는 환상 공간이 형성된다. 이 환상 공간은 연소기(30)로부터 공급된 연소 가스(G)가 흐르는 연소 가스 유로(49)로 되어 있다.
로터 축(42)은, 냉각 공기를 흘리기 위한 냉각 공기 통로(42p)가 형성되어 있다. 이 냉각 공기 통로(42p)를 통한 냉각 공기는 동익(43a)의 내부에 도입되며, 이 동익(43a)의 냉각에 이용된다.
마찬가지로, 내측 차실(45b)은, 냉각 공기를 흘리기 위한 냉각 공기 통로(45p)가 형성되어 있다. 이 냉각 공기 통로(45p)는 내측 차실(45b)을 직경 방향 외측(Dro)으로부터 직경 방향 내측(Dri)으로 관통하고 있다. 이 냉각 공기 통로(45p)를 통한 냉각 공기는 정익(46a)의 내부 및 분할 환(45c)의 내부에 도입되며, 이들 정익(46a) 및 분할 환(45c)의 냉각에 이용된다.
도 3은 이 발명의 실시형태에 있어서의 도 2의 III-III 선을 따르는 단면도이다. 도 4는 이 발명의 실시형태에 있어서의 동익의 캠버 라인을 따르는 단면이다.
도 3에 나타내는 동익(43a)은, 예를 들어 상술한 4열 설치된 동익 열(43) 중 상류 측에서 보아 3열째의 동익 열(43)을 구성하는 동익(43a)이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 동익(43a)은, 날개 뿌리(50)와, 날개 본체(51)와, 칩 슈라우드(52)를 구비하고 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 날개 본체(51)는 볼록면상 부압 면(53)과, 오목면상 정압 면(54)과, 전연(55)과, 후연(56)을 구비하고 있다. 전연(55)은 날개형 중심선인 캠버 라인(C)이 연장되는 방향에서 가장 상류 측(Dau)의 단부이다. 후연은 캠버 라인(C)이 연장되는 방향에서 가장 하류 측(Dad)의 단부이다. 날개 본체(51)는, 부압 면(53)과 정압 면(54)이 전연(55) 및 후연(56)을 거쳐 연속하여 이루는 날개형 단면으로 되어 있다. 이 3열째의 동익 열(43)이 구비하는 동익(43a)의 날개 본체(51)는 1열째나 2열째의 동익 열(43)의 동익(43a)의 날개 본체(51)와 비교하여, 날개 높이(H)(도 2참조)가 크다. 또한, 날개 본체(51)는 날개 뿌리(50)로부터 날개 단(57)을 향해 점차 폭이 작아지는 테이퍼상으로 형성되어 있다.
동익(43a)은, 그 내부에 제1 냉각 통로부(58)와, 제2 냉각 통로부(59)와, 기둥부(60)를 구비하고 있다. 제1 냉각 통로부(58)는 전연(55)에 가깝게 설치되어 있다. 제2 냉각 통로부(59)는 후연(56)에 가깝게 설치되어 있다. 이들 제1 냉각 통로부(58)와 제2 냉각 통로부(59)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 상술한 날개형 단면과 교차하는 방향인 날개 높이 방향(직경 방향(Dr))으로 연장되어 있다. 또한, 제1 냉각 통로부(58)와 제2 냉각 통로부(59)는 동익(43a)의 날개 뿌리(50)(기부)로부터 날개 단(57)(단부)에 이르도록 관통하고 있다.
제1 냉각 통로부(58)의 내부와 제2 냉각 통로부(59)의 내부는 날개 뿌리(50) 측에서 냉각 공기 통로(42p)와 연통하고 있다. 이에 의해 냉각 공기 통로(42p)의 냉각 공기가 동익(43a)의 날개 뿌리(50) 측으로부터 제1 냉각 통로부(58) 및 제2 냉각 통로부(59)에 유입한다. 이 제1 냉각 통로부(58) 및 제2 냉각 통로부(59)에 유입한 냉각 공기는 날개 뿌리(50)로부터 날개 단(57)에 흘러, 동익(43a)의 날개 뿌리(50)로부터 날개 단(57)까지의 날개 높이 방향의 전역을 냉각한다.
기둥부(60)는 제1 냉각 통로부(58)와 제2 냉각 통로부(59) 사이에 설치되어 있다. 이 기둥부(60)는 날개 본체(51)의 날개 뿌리(50)와 날개 단(57) 사이를 연속하도록 형성되어 있다. 기둥부(60)는 부압 면(53)과 정압 면(54) 사이에 걸치도록 형성되어 있다. 이 실시형태에 있어서의 기둥부(60)는 날개 본체(51)와 마찬가지로 날개 단(57)에 접근함에 따라 점차 폭이 작아지는 테이퍼상으로 형성되어 있다. 여기서, 상술한 기둥부(60)에 있어서, 캠버 라인(C)을 따르는 방향을 폭 방향이라고 부르고 있다.
제1 냉각 통로부(58)는 복수의 냉각 통로(63)에 의해 구성된다. 이들 복수의 냉각 통로(63)는 기둥부(60)와 전연(55) 사이에 설치되며, 날개 높이 방향으로 연장되어 있다. 이들 제1 냉각 통로부(58)를 구성하는 냉각 통로(63)는 캠버 라인(C)을 따라 설치되어 있다. 이 실시형태에 있어서 제1 냉각 통로부(58)는 2개의 냉각 통로(63)를 구비하고 있다. 이하, 2개의 냉각 통로(63) 중 전연(55)에 가까운 냉각 통로(63)를 전연 측 냉각 통로(64)라고 부르고, 기둥부(60)에 가까운 냉각 통로(63)를 기둥 측 냉각 통로(65)(제1 중간 냉각 통로)라고 부른다.
제1 냉각 통로부(58)의 전연 측 냉각 통로(64)와 기둥 측 냉각 통로(65) 사이에는, 칸막이벽(70)이 형성되어 있다. 이 칸막이벽(70)은 캠버 라인(C) 방향의 폭이 상술한 기둥부(60)의 폭과 비교하여 충분히 작게 형성되어 있다.
제2 냉각 통로부(59)는 제1 냉각 통로부(58)와 마찬가지로 복수의 냉각 통로(63)에 의해 구성된다. 이들 복수의 냉각 통로(63)는 기둥부(60)와 후연(56) 사이에 설치되며, 날개 높이 방향으로 연장되어 있다. 이들 제2 냉각 통로부(59)를 구성하는 냉각 통로(63)는 캠버 라인(C)을 따라 설치되어 있다. 이 실시형태에 있어서 제2 냉각 통로부(59)는 2개의 냉각 통로(63)를 구비하고 있다. 이하, 2개의 냉각 통로(63) 중 후연(56)에 가까운 냉각 통로(63)를 후연 측 냉각 통로(67)라고 부르고, 기둥부(60)에 가까운 냉각 통로(63)를 기둥 측 냉각 통로(66)(제2 중간 냉각 통로)라고 부른다.
제2 냉각 통로부(59)의 후연 측 냉각 통로(67)와 기둥 측 냉각 통로(66) 사이에는, 제1 냉각 통로부(58)와 마찬가지로 칸막이벽(70)이 형성되어 있다. 이 칸막이벽(70)은 캠버 라인(C) 방향의 폭이 상술한 기둥부(60)의 폭과 비교하여 충분히 작게 형성되고, 제1 냉각 통로부(58)의 칸막이벽(70)과 동등한 폭으로 되어 있다.
여기서, 기둥부(60)의 폭이나 캠버 라인(C) 방향에 있어서의 기둥부(60)의 배치는 전연(55) 및 후연(56)과 캠버 라인(C) 방향에 있어서의 날개 본체(51)의 중간부(M) 사이에 발생할 수 있는 온도 차에 따라 설정된다.
예를 들어, 전연(55) 및 후연(56)과 중간부(M) 사이에 발생할 수 있는 온도 차가 커진다고 상정되는 경우에, 캠버 라인(C) 방향에 있어서의 기둥부(60)의 폭을 확대함으로써, 상기 온도 차를 억제할 수 있다. 이것은, 기둥부(60)가 배치되는 개소(箇所)의 냉각이 방해되어, 온도 저하가 억제되기 때문이다.
전연(55) 및 후연(56)과 중간부(M) 사이에 발생할 수 있는 온도 차가 크다고 상정되는 경우에는 캠버 라인(C) 방향에 있어서의 중간부(M) 중, 특히 저온으로 되는 개소를 중심으로 하여 기둥부(60)를 배치해도 좋다. 이와 같이 함으로써, 온도 저하가 발생하기 쉬운 개소가 온도 저하하는 것을 효율 좋게 억제할 수 있다.
제1 냉각 통로부(58)에 있어서, 전연 측 냉각 통로(64)의 유로 단면적은 기둥 측 냉각 통로(65)의 유로 단면적보다도 작게 되어 있다. 전연 측 냉각 통로(64)와 기둥 측 냉각 통로(65)에는 각각 냉각 공기가 공급된다. 기둥 측 냉각 통로(65)는 날개 뿌리(50) 측 또는 날개 단(57) 측에 냉각 공기의 흐름을 방해하는 기구를 갖고 있다. 예를 들어, 이 기구로서는 날개 뿌리(50) 측에 설치되는 오리피스나 날개 단(57)에 설치되는 칩 슈라우드(52)의 캐비티부이다. 그 때문에, 전연 측 냉각 통로(64)를 흐르는 냉각 공기의 유속은 기둥 측 냉각 통로(65)를 흐르는 냉각 공기의 유속보다도 높다. 환언하면, 제1 냉각 통로부(58)에 있어서는 전연 측 냉각 통로(64)를 흐르는 냉각 공기의 열전달률이 기둥 측 냉각 통로(65)를 흐르는 냉각 공기의 열전달률보다도 높아지기 때문에, 전연 측 냉각 통로(64)는 기둥 측 냉각 통로(65)보다도 냉각 능력이 높아진다.
제2 냉각 통로부(59)는, 제1 냉각 통로부(58)와 마찬가지로 후연 측 냉각 통로(67)의 유로 단면적이 제2 냉각 통로부(59)의 기둥 측 냉각 통로(66)의 유로 단면적보다도 작다. 후연 측 냉각 통로(67)와 기둥 측 냉각 통로(66)에는, 각각 냉각 공기가 공급된다. 기둥 측 냉각 통로(66)는 기둥 측 냉각 통로(66)와 마찬가지로 냉각 공기의 흐름을 방해하는 기구를 갖고 있다. 그 때문에, 후연 측 냉각 통로(67)를 흐르는 냉각 공기의 유속은 기둥 측 냉각 통로(66)를 흐르는 냉각 공기의 유속보다도 높다. 즉, 후연 측 냉각 통로(67)는 기둥 측 냉각 통로(66)보다도 냉각 능력이 높아진다.
도 5는 이 발명의 실시형태에 있어서의 기둥상 핀 휜을 나타내는 부분 단면도이다.
도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 냉각 통로부(58) 및 제2 냉각 통로부(59)에는, 기둥상 핀 휜(82)이 설치되어 있다. 기둥상 핀 휜(82)은 복수의 돌출부(83)를 구비하고 있다. 이들 돌출부(83)는 부압 면(53)의 내면과 정압 면(54)의 내면에 걸치는 기둥상으로 형성되어 있다. 여기서, 도 4에 있어서, 기둥상 핀 휜(82)이 전연 측 냉각 통로(64), 후연 측 냉각 통로(67) 및 기둥 측 냉각 통로(65, 66)의 각 내벽 면(58a, 59a)의 전면에 설치되는 경우를 예시했다. 그러나 기둥상 핀 휜(82)을 설치하는 범위는 전면에 한정되지 않는다. 예를 들어, 날개 높이 방향에 있어서 내벽 면(58a, 59a)의 일부에 기둥상 핀 휜(82)이 형성되지 않는 영역을 설치해도 좋고, 캠버 라인(C)이 연장되는 방향에 있어서 내벽 면(58a, 59a)의 일부에 기둥상 핀 휜(82)이 형성되지 않는 영역을 설치해도 좋다. 여기서, 도 3에 있어서는 기둥상 핀 휜(82)의 도시를 생략하고 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 기둥상 핀 휜(82)은 돌출부(83)로서, 각각 크기가 다른 제1 돌출부(83a)와 제2 돌출부(83b)가 있다. 제1 돌출부(83a)는 기둥 측 냉각 통로(65, 66)의 내벽 면(58a, 59a)에 설치되어 있다. 제2 돌출부(83b)는 전연 측 냉각 통로(64) 및 후연 측 냉각 통로(67)의 각 내벽 면(58a, 59a)에 설치되어 있다. 이 제2 돌출부(83b)는 제1 돌출부(83a)보다도 상대적으로 작게 형성되어 있다. 예를 들어, 제2 돌출부(83b)는 제1 돌출부(83a)보다도 그 표면적이 작아지도록 형성되어 있다.
도 6은 이 발명의 실시형태에 있어서의 도 3의 동익의 날개 단 근처를 확대한 확대도이다.
도 7은 이 발명의 실시형태에 있어서의 칩 슈라우드의 평면도이다.
도 6, 도 7에 나타내는 바와 같이, 칩 슈라우드(52)는 날개 본체(51)의 날개 단(57)에 일체로 설치되어 있다. 칩 슈라우드(52)는 복수의 동익(43a)이 원주 방향으로 배치됨으로써, 원주 방향(Dc)으로 이어져서 원환상(円環狀)을 이루고 있다.
이 칩 슈라우드(52)에는, 그 외주면의 축 방향(Da)의 중심 위치 등에 휜(fin)(F)(도 7 참조)이 설치되어 있다. 이 휜(F)은 직경 방향 외측(Dro)을 향해 돌출하고 있다. 이 때문에, 휜(F)과 분할 환(45c) 사이는 근소한 틈새(隙間)로 되어, 연소 가스(G)가 누설되는 양을 적게 할 수 있다. 이 휜(F)은 동익(43a)과 분할 환(45c)과의 틈새가 어떠한 원인에 의해 감소하는 바와 같은 경우에, 최초로 분할 환(45c)과 접촉한다. 이와 같이 휜(F)이 최초에 분할 환(45c)에 접촉함으로써, 분할 환(45c)이나 동익(43a)의 손상을 경감하는 것이 가능하게 되어 있다.
칩 슈라우드(52)는, 제1 배출 통로(72)와, 제2 배출 통로(73)와, 제3 배출 통로(74)를 구비하고 있다. 이들 제1 배출 통로(72), 제2 배출 통로(73) 및 제3 배출 통로(74)는 상술한 날개 본체(51)의 내부를 흐르는 냉각 공기를 각각 날개 본체(51)의 외부에 배출한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 배출 통로(72), 제3 배출 통로(74) 및 제2 배출 통로(73)는 칩 슈라우드(52)에 전연(55) 측으로부터 후연(56) 측을 향해 이 순서로 형성되어 있다.
제1 배출 통로(72)는 전연 측 냉각 통로(64)를 흐르는 냉각 공기를 배출한다. 제1 배출 통로(72)는 전연 측 냉각 통로(64)가 연장되는 방향(날개 높이 방향)으로 칩 슈라우드(52)를 관통하도록 형성되어 있다. 환언하면, 제1 배출 통로(72)는 전연 측 냉각 통로(64)를 직경 방향 외측(Dro)으로 연장하도록 연장되고, 직경 방향 외측(Dro)을 향해 개방하고 있다. 이 실시형태에 있어서의 제1 배출 통로(72)는 전연 측 냉각 통로(64)와 동일한 유로 단면 형상으로 되어 있다. 즉, 전연 측 냉각 통로(64)를 흐르는 냉각 공기는 동익(43a)의 날개 뿌리(50)로부터 날개 단(57)을 향해 직경 방향 외측(Dro)으로 흐르고, 그대로 흐름의 방향을 바꾸지 않고, 칩 슈라우드(52)의 직경 방향 외측(Dro)을 향해 배출된다. 이와 같이, 냉각 공기가 칩 슈라우드(52)로부터 불어 지나가기 때문에, 전연 측 냉각 통로(64)는 저압력 손실의 유로로 되어 냉각 공기의 유속을 높게 할 수 있다.
제2 배출 통로(73)는 후연 측 냉각 통로(67)를 흐르는 냉각 공기를 배출한다. 제2 배출 통로(73)는 칩 슈라우드(52)를 후연 측 냉각 통로(67)가 연장되는 방향으로 관통하도록 형성되어 있다. 환언하면, 제2 배출 통로(73)는 제1 배출 통로(72)와 마찬가지로 후연 측 냉각 통로(67)를 직경 방향 외측(Dro)으로 연장하도록 연장되고, 직경 방향 외측(Dro)을 향해 개방하고 있다. 이 실시형태에 있어서의 제2 배출 통로(73)는 후연 측 냉각 통로(67)와 동일한 유로 단면 형상으로 되어 있다. 즉, 후연 측 냉각 통로(67)를 흐르는 냉각 공기는 동익(43a)의 날개 뿌리(50)로부터 날개 단(57)을 향해 직경 방향 외측(Dro)으로 흐르고, 그대로 흐름의 방향을 바꾸지 않고, 칩 슈라우드(52)의 직경 방향 외측(Dro)을 향해 배출된다. 이와 같이, 냉각 공기가 칩 슈라우드(52)로부터 불어 나가기 때문에, 후연 측 냉각 통로(67)는 저압력 손실의 유로로 되어 냉각 공기의 유속을 높게 할 수 있다.
제3 배출 통로(74)는 기둥 측 냉각 통로(65, 66)를 흐르는 냉각 공기를 동익(43a)의 외부로 배출한다. 제3 배출 통로(74)는 캐비티부(75)와 통로 본체부(76)를 구비하고 있다. 이 실시형태에 있어서의 캐비티부(75)는 2개 설치되어 있다. 이들 캐비티부(75)는 제1 냉각 통로부(58)의 기둥 측 냉각 통로(65)의 직경 방향 외측(Dro)에 설치되고, 제2 냉각 통로부(59)의 기둥 측 냉각 통로(66)의 직경 방향 외측(Dro)에 설치되어 있다. 이들 캐비티부(75)는 제1 냉각 통로부(58)의 기둥 측 냉각 통로(65)와 연통하고, 제2 냉각 통로부(59)의 기둥 측 냉각 통로(66)와 연통하고 있다. 환언하면, 캐비티부(75)는, 전연 측 냉각 통로(64)와 후연 측 냉각 통로(67)에는 연통되어 있지 않다.
통로 본체부(76)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 칩 슈라우드(52)를 따라 연장되어 있다. 환언하면, 통로 본체부(76)는 기둥 측 냉각 통로(65, 66)가 연장되는 방향(날개 높이 방향)과 교차하는 방향으로 연장되어 있다. 통로 본체부(76)는 복수 설치되며, 각각 칩 슈라우드(52)의 측면에 개방하고 있다. 이 실시형태에 있어서의 통로 본체부(76)는 캐비티부(75)로부터 칩 슈라우드(52)를 따라 연장되어 칩 슈라우드(52)의 측면(77)에 개방하고 있다. 이들 통로 본체부(76)는 날개 본체(51)의 부압 면(53)이 향하는 방향과 정압 면(54)이 향하는 방향으로 각각 연장되어 있다. 이 실시형태에 있어서는, 복수의 통로 본체부(76)는 각각 캐비티부(75)로부터 가장 가까운 칩 슈라우드(52)의 측면(77)을 향해 연장되어 있다.
보다 구체적으로는, 제3 배출 통로(74)는, 전연(55) 측의 캐비티부(75)의 정압 면(54)에 가까운 내측 면(78)과 상류 측(Dau)을 향하는 칩 슈라우드(52)의 측면(77a) 사이에 복수의 통로 본체부(76)가 형성되어 있다. 마찬가지로, 제3 배출 통로(74)는, 전연(55) 측의 캐비티부(75)의 부압 면(53)에 가까운 내측 면(79)과 원주 방향(Dc)을 향하는 칩 슈라우드(52)의 측면(77b) 사이에 복수의 통로 본체부(76)가 형성되어 있다.
또한, 제3 배출 통로(74)는, 후연(56) 측의 캐비티부(75)의 정압 면(54)에 가까운 내측 면(80)과 원주 방향(Dc)을 향하는 칩 슈라우드(52)의 측면(77c) 사이에 복수의 통로 본체부(76)가 형성되어 있다. 마찬가지로 제3 배출 통로(74)는, 후연(56) 측의 캐비티부(75)의 부압 면(53)에 가까운 내측 면(81)과 하류 측(Dad)을 향하는 칩 슈라우드(52)의 측면(77d) 사이에 복수의 통로 본체부(76)가 형성되어 있다.
이 실시형태에 있어서는 통로 본체부(76)가 직선상으로 형성되는 경우를 예시했다. 그러나 통로 본체부(76)는 직선상에 한정되지 않는다. 예를 들어, 통로 본체부(76)를 원호상이나 S자상 등 곡선을 포함하는 형상으로 해도 좋다. 또한, 동일한 측면(77)에 개방하는 통로 본체부(76)끼리가 평행으로 배치되는 경우를 예시했지만, 평행에 한정되지 않는다. 측면(77)에 접근함에 따라 서로 이간(離間)하도록 배치해도 좋다.
상술한 실시형태에 따르면, 내벽 면(58a)에 돌출부(83)가 형성된 제1 냉각 통로부(58)에 냉각 공기가 흐르기 때문에, 날개 본체(51)의 전연(55) 측을 효율 좋게 냉각할 수 있다.
마찬가지로, 내벽 면(59a)에 돌출부(83)가 형성된 제2 냉각 통로부(59)에 냉각 공기가 흐르기 때문에, 날개 본체(51)의 후연(56) 측을 냉각할 수 있다. 특히, 고온으로 되기 쉬운 전연(55) 측 및 후연(56) 측을 제1 냉각 통로부(58) 및 제2 냉각 통로부(59)에 의해 효과적으로 냉각할 수 있는 동시에 상대적으로 고온으로 되기 어려운 전연(55)과 후연(56) 사이의 부분에 기둥부(60)를 설치함으로써 냉각 통로 전체의 단면적을 작게 할 수 있다.
그리고 이 기둥부(60)는, 제1 냉각 통로부(58)와 제2 냉각 통로부(59) 사이에 있어서, 날개 본체(51)의 날개 뿌리(50)와 날개 단(57) 사이에 연속하여 형성되어 있기 때문에, 기둥부(60)의 형성 개소에는 냉각 공기가 흐르지 않는다. 따라서 본 실시형태의 터빈 동익은 제1 냉각 통로부(58)와 제2 냉각 통로부(59) 사이의 중간부(M)의 온도 저하를 억제할 수 있다. 요컨대, 전연(55) 및 후연(56)과 제1 냉각 통로부(58)와 제2 냉각 통로부(59) 사이의 중간부(M)에 온도 차가 발생하는 것을 억제할 수 있는 동시에 냉각 통로를 흐르는 냉각 공기의 히트 업(heat up)을 억제할 수 있다. 또한, 기둥부(60)를 설치함으로써, 동익(43a)의 강도를 향상할 수 있다. 그 결과, 열 휘어짐을 억제하는 동시에 충분한 강도를 확보하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태의 터빈 동익에서는 제1 냉각 통로부(58) 및 제2 냉각 통로부(59)에 기둥상 핀 휜(82)을 구비한 구조로 함으로써, 종래의 멀티 홀과 비교하여 일정한 단면적을 확보하면서 냉각 효과를 얻을 수 있고, 이에 의해 냉각 공기가 냉각 통로를 흐를 때의 압력 손실을 최소한으로 할 수 있어서 냉각 공기의 공급압을 억제할 수 있다. 이 때문에, 동익(43a)을 냉각하기 위해 필요한 냉각 공기의 공급량을 최소한으로 할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에 따르면, 제1 냉각 통로부(58)에 있어서 전연 측 냉각 통로(64)는 기둥 측 냉각 통로(65)의 유로 단면적보다도 작은 유로 단면적을 갖고, 저압력 손실의 유로로 된다. 이에 대해, 기둥 측 냉각 통로(65)는 냉각 공기의 흐름을 방해하는 기구(예를 들어, 날개 뿌리(50) 측에 설치되는 오리피스나 칩 슈라우드(52)의 캐비티부(75))에 의해 고압력 손실의 유로로 된다. 이 때문에, 본 실시형태의 터빈 동익은 전연 측 냉각 통로(64)에 흐르는 냉각 공기의 유속을 높게 할 수 있고, 전연(55)에 가까울수록 냉각 성능을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 기둥 측 냉각 통로(65)가 설치된 부분과 비교하여 상대적으로 고온으로 되기 쉬운 전연 측 냉각 통로(64)가 설치된 전연(55) 측을 효과적으로 냉각할 수 있고, 전연(55)과 기둥부(60) 사이에 온도 차가 발생하는 것을 추가로 억제할 수 있는 동시에 동익(43a)의 전연(55) 측을 냉각하기 위해 필요한 냉각 공기의 공급량을 최소한으로 할 수 있다.
마찬가지로, 제2 냉각 통로부(59)에 있어서 후연 측 냉각 통로(67)는 기둥 측 냉각 통로(66)의 유로 단면적보다도 작은 유로 단면적을 갖고, 저압력 손실의 유로로 된다. 이에 대해, 기둥 측 냉각 통로(66)는 냉각 공기의 흐름을 방해하는 기구(예를 들어, 날개 뿌리(50) 측에 설치되는 오리피스나 캐비티부(75))에 의해 고압력 손실의 유로로 된다. 이 때문에, 본 실시형태의 터빈 동익은 후연 측 냉각 통로(67)에 흐르는 냉각 공기의 유속을 높게 할 수 있고, 후연(56)에 가까울수록 냉각 성능을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 기둥 측 냉각 통로(66)가 설치된 부분과 비교하여 상대적으로 고온으로 되기 쉬운 후연 측 냉각 통로(67)가 설치된 후연(56) 측을 효과적으로 냉각할 수 있고, 후연(56)과 기둥부(60) 사이에 온도 차가 발생하는 것을 추가로 억제할 수 있는 동시에 동익(43a)의 후연(56) 측을 냉각하기 위해 필요한 냉각 공기의 공급량을 최소한으로 할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에 따르면, 제1 돌출부(83a)가 제2 돌출부(83b)보다도 작게 형성되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태의 터빈 동익은 전연 측 냉각 통로(64) 및 후연 측 냉각 통로(67)에 흐르는 냉각 공기의 압력 손실을 억제할 수 있다. 반면에, 전연 측 냉각 통로(64) 및 후연 측 냉각 통로(67)와 비교하여, 기둥 측 냉각 통로(65, 66)에 흐르는 냉각 공기의 압력 손실을 크게 할 수 있다. 이에 의해 전연 측 냉각 통로(64) 및 후연 측 냉각 통로(67)에 흐르는 냉각 공기의 유속에 대해, 기둥 측 냉각 통로(65, 66)에 흐르는 냉각 공기의 유속을 저감할 수 있다. 그 결과, 전연(55) 측 및 후연(56) 측을 효과적으로 냉각할 수 있는 동시에 기둥 측 냉각 통로(65, 66)에 유통하는 냉각 공기의 양을 저감함으로써, 전체로서 냉각 공기의 공급량을 억제할 수 있다. 또한, 전연(55) 및 후연(56)과 이들 전연(55) 및 후연(56) 사이의 중간부(M)와의 온도 차가 커지기 쉬운 환경하에서도 전연(55) 및 후연(56)과 중간부(M)에 온도 차가 발생하는 것을 보다 더 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 터빈 동익은, 동익(43a)이 칩 슈라우드(52)를 갖고 있는 경우에, 날개 본체(51)의 날개 뿌리(50)로부터 날개 단(57)을 향해 전연 측 냉각 통로(64)를 흐르는 냉각 공기를, 칩 슈라우드(52)의 제1 배출 통로(72)를 거쳐 외부에 배출할 수 있다. 또한, 날개 본체(51)의 날개 뿌리(50)로부터 날개 단(57)을 향해 후연 측 냉각 통로(67)를 흐르는 냉각 공기를, 칩 슈라우드(52)의 제2 배출 통로(73)를 거쳐 외부에 배출할 수 있다. 또한, 날개 본체(51)의 날개 뿌리(50)로부터 날개 단(57)을 향해 기둥 측 냉각 통로(65, 66)를 흐르는 냉각 공기를, 칩 슈라우드(52)의 제3 배출 통로(74)를 거쳐 외부에 배출할 수 있다. 그 결과, 전연 측 냉각 통로(64), 후연 측 냉각 통로(67) 및 기둥 측 냉각 통로(65, 66)를 흐르는 냉각 공기를 개별로 동익(43a)의 외부에 배출할 수 있다. 또한, 제1 배출 통로(72), 제2 배출 통로(73) 및 제3 배출 통로(74)의 각각의 유로 단면적을 바꾸는 것만으로 전연 측 냉각 통로(64), 후연 측 냉각 통로(67) 및 기둥 측 냉각 통로(65, 66)를 흐르는 각 냉각 공기의 유속을 용이하게 다르게 할 수도 있다.
또한, 본 실시형태의 터빈 동익은, 제1 배출 통로(72)와 제2 배출 통로(73)가 각각 칩 슈라우드(52)를 날개 높이 방향으로 관통함으로써, 제1 배출 통로(72)와 제2 배출 통로(73)를 보다 짧게 형성할 수 있다. 그 때문에, 전연 측 냉각 통로(64) 및 후연 측 냉각 통로(67)를 흐르는 냉각 공기의 압력 손실이 증대하는 것을 억제하여, 냉각 공기의 유속이 저하하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 날개 본체(51)의 전연(55) 및 후연(56)을 효율 좋게 냉각할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 터빈 동익은, 제3 배출 통로(74)의 통로 본체부(76)가 칩 슈라우드(52)를 따라 형성됨으로써, 기둥 측 냉각 통로(65, 66)를 흐르는 냉각 공기가 제3 배출 통로(74)를 통해 외부에 배출되는 도중에 칩 슈라우드(52)를 냉각할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 터빈 동익은 제1 배출 통로(72)나 제2 배출 통로(73)와 비교하여 제3 배출 통로(74)의 통로 길이를 길게 할 수 있다. 그 때문에, 전연 측 냉각 통로(64)나 후연 측 냉각 통로(67)에 비해, 기둥 측 냉각 통로(65, 66)에 유통하는 냉각 공기의 양을 저감할 수 있고, 전체로서 냉각 공기의 공급량을 억제할 수 있다.
또한, 칩 슈라우드(52)에 단면적이 큰 캐비티부(75)가 형성됨으로써, 예를 들어 캐비티부(75)를 향해 측면(77)으로부터 통로 본체부(76)를 가공하려고 한 경우에, 다소의 위치 어긋남이 허용된다. 그 때문에, 제3 배출 통로(74)를 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 칩 슈라우드(52)가 가벼워지기 때문에, 원심 하중을 저감할 수 있다.
또한, 동익(23a)을 냉각하기 위한 냉각 공기량을 저감할 수 있기 때문에, 가스 터빈(10)의 효율을 향상할 수 있다.
이 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 이 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 상술한 실시형태에 여러 가지의 변경을 가한 것을 포함한다. 즉, 실시형태에서 열거한 구체적인 형상이나 구성 등은 일례에 지나지 않고, 적당히 변경이 가능하다.
도 8은 이 발명의 실시형태의 변형예에 있어서의 도 5에 상당하는 부분 단면도이다.
예를 들어, 상술한 실시형태에 있어서는 기둥상 핀 휜(82)이 형성되는 경우를 일례로 설명했다. 그러나 기둥상 핀 휜(82)에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 8에 나타내는 변형예처럼 기둥상 핀 휜(82) 대신에 한쪽 핀 휜(71)을 설치하도록 해도 좋다. 한쪽 핀 휜(71)은 제1 냉각 통로부(58) 및 제2 냉각 통로부(59)의 내벽 면(58a, 59a)으로부터 내측을 향해 돌출하는 돌기부(돌출부)(T)이며, 전연 측 냉각 통로(64), 후연 측 냉각 통로(67) 및 기둥 측 냉각 통로(65, 66)의 각각의 내벽 면(58a, 59a)에 설치해도 좋다. 이 한쪽 핀 휜(71)은 상술한 기둥상 핀 휜(82)과 마찬가지로 서로 크기가 다른 제1 돌기부(제1 돌출부: 도시 않음)와 제2 돌기부(제2 돌출부: 도시 않음)를 구비하도록 해도 좋다. 또한, 예를 들어 제1 돌기부를 기둥 측 냉각 통로(65, 66)의 내벽 면(58a, 59a)에 설치하고, 제2 돌기부를 전연 측 냉각 통로(64) 및 후연 측 냉각 통로(67)의 내벽 면(58a, 59a)에 설치해도 좋다. 이 경우, 제2 돌기부는 제1 돌기부보다도 상대적으로 작게 형성해도 좋다. 예를 들어, 제2 돌기부는 제1 돌기부보다도 그 표면적을 작게 형성해도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는 날개 본체(51)가 전연 측 냉각 통로(64)와 후연 측 냉각 통로(67)의 양쪽을 구비하는 경우에 대해 설명했다. 그러나 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 날개 본체가 전연 측 냉각 통로(64)와 후연 측 냉각 통로(67)의 어느 한쪽만을 구비하도록 해도 좋다.
마찬가지로, 상술한 실시형태에 있어서는 제1 냉각 통로부(58)가 2개의 냉각 통로(63)(전연 측 냉각 통로(64), 기둥 측 냉각 통로(65))를 구비하고, 제2 냉각 통로부(59)가 2개의 냉각 통로(63)(후연 측 냉각 통로(67), 기둥 측 냉각 통로(66))를 구비하는 경우에 대해 설명했다. 그러나 제1 냉각 통로부(58)는 하나의 냉각 통로(63)에 의해 형성되어도 좋고, 마찬가지로 제2 냉각 통로부(59)는 하나의 냉각 통로(63)에 의해 형성되어도 좋다.
또한, 실시형태에 있어서는 제2 돌출부(83b)가 제1 돌출부(83a)보다도 작은 경우를 일례로 설명했다. 그러나 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 돌출부(83a)와 제2 돌출부(83b)를 같은 크기로 형성하면서, 단위 면적당 제2 돌출부(83b)의 수량을 단위 면적당 제1 돌출부(83a)의 수량보다도 적게 해도 좋다. 또한, 제1 돌출부(83a)와 제2 돌출부(83b)를 동일한 구성, 즉 같은 크기, 같은 수량으로 형성하도록 해도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는 냉각 매체가 공기의 경우를 일례로 설명했지만, 냉각 매체는 공기에 한정되지 않는다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는 제3 배출 통로(74)가 캐비티부(75)를 갖는 경우에 대해 설명했다. 그러나 캐비티부(75)를 생략하도록 해도 좋다.
또한, 상술한 각 실시형태에 있어서는 제3 배출 통로(74)의 통로 본체부(76)가 칩 슈라우드(52)를 따라 형성되고, 측면(77)에 개방하는 경우에 대해 설명했다. 그러나 이 구성에 한정되지 않는다. 통로 본체부(76)가, 예를 들어 측면(77) 근방의 칩 슈라우드(52) 상에 개방하고 있어도 좋다.
또한, 상술한 각 실시형태에 있어서는, 제1 배출 통로(72)와 제2 배출 통로(73)가 각각 날개 높이 방향으로 칩 슈라우드(52)를 관통하는 경우에 대해 설명했다. 그러나 제1 배출 통로(72)와 제2 배출 통로(73)가 관통하는 방향은 제3 배출 통로(74)보다도 짧게 형성할 수 있으면 좋고, 날개 높이 방향에 한정되지 않는다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는 3열째의 동익 열(43)의 동익(43a)을 일례로 설명했다. 그러나 동익(43a)은 칩 슈라우드(52)를 구비하는 동익이면 좋고, 3열째 이외의 동익 열(43)에 있어서의 동익(43a)이라도 좋다.
10: 가스 터빈
11: 가스 터빈 로터
15: 가스 터빈 차실
20: 압축기
21: 압축기 로터
22: 로터 축
23: 동익 열
25: 압축기 차실
26: 정익 열
26a: 정익
30: 연소기
40: 터빈
41: 터빈 로터
42: 로터 축
42p: 냉각 공기 통로
43: 동익 열
43a: 동익
45: 터빈 차실
45a: 외측 차실
45b: 내측 차실
45c: 분할 환
45p: 냉각 공기 통로
46: 정익 열
46a: 정익
49: 연소 가스 유로
50: 날개 뿌리
51: 날개 본체
52: 칩 슈라우드
53: 부압 면
54: 정압 면
55: 전연
56: 후연
57: 날개 단
58: 제1 냉각 통로부
58a: 내벽 면
59: 제2 냉각 통로부
59a: 내벽 면
60: 기둥부
62: 제1 단부
63: 냉각 통로
64: 전연 측 냉각 통로
65: 기둥 측 냉각 통로
66: 기둥 측 냉각 통로
67: 후연 측 냉각 통로
70: 칸막이벽
71: 한쪽 핀 휜
72: 제1 배출 통로
73: 제2 배출 통로
74: 제3 배출 통로
75: 캐비티부
76: 통로 본체부
77: 측면
77a: 측면
77b: 측면
77c: 측면
77d: 측면
78: 내측 면
79: 내측 면
80: 내측 면
81: 내측 면
82: 기둥상 핀 휜
83: 돌출부
83a: 제1 돌출부
83b: 제2 돌출부
T: 돌기부
F: 휜
M: 중간부

Claims (10)

  1. 전연과 후연을 갖고, 이들 전연과 후연 사이에 정압 면 및 부압 면을 갖는 날개 본체를 구비하고,
    상기 날개 본체는,
    상기 전연에 가깝게 설치되어 냉각 매체가 흐르는 제1 냉각 통로부와,
    상기 후연에 가깝게 설치되어 냉각 매체가 흐르는 제2 냉각 통로부와,
    상기 제1 냉각 통로부와 상기 제2 냉각 통로부 사이에 설치되어 상기 날개 본체의 기부와 단부 사이에 연속하여 형성되는 기둥부와,
    상기 제1 냉각 통로부의 내벽 면 및 상기 제2 냉각 통로부의 내벽 면으로부터 돌출하는 복수의 돌출부를 구비하는 터빈 동익.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 냉각 통로부는, 상기 기둥부와 상기 전연 사이에 날개 높이 방향으로 연장되는 동시에 날개형 중심선을 따라 배치되어 상기 전연의 가장 근처에 배치되는 전연 측 냉각 통로와, 상기 전연 측 냉각 통로보다도 상기 기둥부에 가까운 측에 배치되어 상기 전연 측 냉각 통로보다도 큰 유로 단면적을 갖는 제1 중간 냉각 통로를 포함하는 복수의 냉각 통로를 구비하는 터빈 동익.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 냉각 통로부는, 상기 기둥부와 상기 후연 사이에 날개 높이 방향으로 연장되는 동시에 날개형 중심선을 따라 배치되어 상기 후연의 가장 근처에 배치되는 후연 측 냉각 통로와, 상기 후연 측 냉각 통로보다도 상기 기둥부에 가까운 측에 배치되어 상기 후연 측 냉각 통로보다도 큰 유로 단면적을 갖는 제2 중간 냉각 통로를 포함하는 복수의 냉각 통로를 구비하는 터빈 동익.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    제1 돌출부와, 상기 제1 돌출부보다도 작은 제2 돌출부를 갖고,
    상기 제1 돌출부는 상기 제1 중간 냉각 통로 및 상기 제2 중간 냉각 통로의 적어도 한쪽에 설치되며,
    상기 제2 돌출부는 상기 전연 측 냉각 통로 및 상기 후연 측 냉각 통로의 적어도 한쪽에 설치되는 터빈 동익.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 날개 본체의 날개 단에 설치되는 칩 슈라우드를 구비하며,
    상기 제1 냉각 통로부는,
    상기 기둥부와 상기 전연 사이에 날개 높이 방향으로 연장되는 동시에 날개형 중심선을 따라 나란하는 복수의 냉각 통로를 구비하고,
    상기 제2 냉각 통로부는,
    상기 기둥부와 상기 후연 사이에 날개 높이 방향으로 연장되는 동시에 날개형 중심선을 따라 나란하는 복수의 냉각 통로를 구비하며,
    상기 칩 슈라우드는,
    상기 제1 냉각 통로부의 복수의 냉각 통로 중 상기 전연의 가장 근처에 배치되는 전연 측 냉각 통로를 흐르는 냉각 매체를 배출하는 제1 배출 통로와,
    상기 제2 냉각 통로부의 복수의 냉각 통로 중 상기 후연의 가장 근처에 배치되는 후연 측 냉각 통로를 흐르는 냉각 매체를 배출하는 제2 배출 통로와,
    상기 전연 측 냉각 통로와 상기 후연 측 냉각 통로 사이에 설치되는 중간 냉각 통로를 흐르는 냉각 매체를 배출하는 제3 배출 통로
    를 구비하는 터빈 동익.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 배출 통로는,
    상기 전연 측 냉각 통로가 연장되는 방향으로 상기 칩 슈라우드를 관통하는 터빈 동익.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제2 배출 통로는,
    상기 후연 측 냉각 통로가 연장되는 방향으로 상기 칩 슈라우드를 관통하는 터빈 동익.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 배출 통로는
    상기 칩 슈라우드를 따라 연장되는 통로 본체부를 구비하고,
    상기 통로 본체부는 상기 칩 슈라우드의 측면에 개방하는 터빈 동익.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 배출 통로는
    상기 중간 냉각 통로에 연통되는 동시에 상기 중간 냉각 통로보다도 유로 단면적이 큰 캐비티부를 구비하고,
    상기 통로 본체부는
    상기 캐비티부로부터 상기 날개 높이 방향과 교차하는 방향으로 연장되어 상기 칩 슈라우드의 측면에 개방하는 터빈 동익.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재한 터빈 동익을 구비하는 가스 터빈.
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