KR20180021872A - 정익, 및 이것을 구비하고 있는 가스 터빈 - Google Patents

정익, 및 이것을 구비하고 있는 가스 터빈 Download PDF

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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

정익(50)의 슈라우드에는, 냉각 공기(Ac)가 유입하는 공동(69)과 연통하고 둘레 방향 단면(63)에서 개구하는 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)가 형성되어 있다. 둘레 방향 단면(63) 내의 중앙 영역(91)과, 둘레 방향 단면(63) 내의 상류측 영역(92)과, 둘레 방향 단면(63) 내의 하류측 영역(93) 중 적어도 중앙 영역(91)에 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구가 형성되어 있다. 축 방향(Da)에 있어서의 단위 길이당의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구의 수인 밀도는 중앙 영역(91)이 가장 높다.

Description

정익, 및 이것을 구비하고 있는 가스 터빈
본 발명은 정익, 및 이것을 구비하고 있는 가스 터빈에 관한 것이다.
본원은 2015년 8월 11일에, 일본에 출원된 특허 출원 제 2015-158955 호에 근거해 우선권을 주장하고, 이 내용을 여기에 원용한다.
가스 터빈은 축선을 중심으로 회전하는 로터와, 이 로터를 덮는 차실을 구비하고 있다. 로터는 로터 축과, 이 로터 축에 장착되어 있는 복수의 동익을 구비한다. 또한, 차실의 내측에는, 복수의 정익이 설치되어 있다.
정익은, 축선에 대한 직경 방향으로 연장되는 익체와, 익체의 직경 방향 내측에 설치되어 있는 내측 슈라우드와, 익체의 직경 방향 외측에 설치되어 있는 외측 슈라우드를 구비한다. 정익의 익체는 연소 가스가 통과하는 연소 가스 유로 내에 배치된다. 내측 슈라우드는 연소 가스 유로의 직경 방향 내측의 위치를 획정한다. 외측 슈라우드는 연소 가스 유로의 직경 방향 외측의 위치를 획정한다.
이 정익은 고온의 연소 가스에 노출된다. 이 때문에, 정익은, 일반적으로, 공기 등으로 냉각된다.
예를 들면, 이하의 특허문헌 1에 기재의 정익에는, 냉각 공기가 통과하는 각종 냉각 통로가 형성되어 있다. 구체적으로, 정익의 익체에는, 직경 방향으로 연장되어 냉각 공기가 유입하는 공기 통로가 형성되어 있다. 또한, 내측 슈라우드에서, 둘레 방향에서 서로 상반되는 측을 향하고 있는 한쌍의 둘레 방향 단면에는, 복수의 공기 통로의 개구가 형성되어 있다. 복수의 공기 통로의 개구는 축선이 연장되는 축 방향으로 늘어서 있다.
일본 특허 공개 제 2007-292052 호 공보
가스 터빈의 정익에 관해서는, 이 정익을 효과적으로 냉각하고, 정익의 내구성을 향상시키면서도, 이 정익을 냉각하기 위한 공기의 사용량을 가능한 한 줄이는 것이 요망되고 있다.
여기서, 본 발명은, 내구성의 향상을 도모하면서, 냉각용의 공기의 사용량을 억제할 수 있는 정익, 및 이것을 구비하고 있는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제 1 태양으로서의 정익은,
로터 축을 중심으로 둘레 방향으로 늘어서서 복수 배치되는 가스 터빈의 정익에 있어서, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로 중에 배치되고, 상기 로터 축에 대한 직경 방향으로 연장되는 익체와, 상기 익체의 상기 직경 방향의 단에 형성되고, 상기 연소 가스 유로의 일부를 획정하는 슈라우드를 구비하고, 상기 슈라우드에는, 상기 직경 방향을 향해 상기 연소 가스에 접하는 가스 패스면과, 상기 둘레 방향에서 서로 상반되는 측을 향하고 있는 한쌍의 둘레 방향 단면과, 냉각 공기가 유입하는 공동과, 상기 공동과 연통하고 상기 둘레 방향 단면에서 개구하는 복수의 둘레 방향 분출 통로가 형성되며, 상기 둘레 방향 단면 중, 상기 익체와 상기 둘레 방향에서 인접하는 다른 정익에 있어서의 익체와의 각각에 접하는 원 중에서 최소 반경의 원인 스로트 원내의 영역인 중앙 영역과, 상기 중앙 영역보다 상기 연소 가스 유로의 상류측의 상류측 영역과, 상기 중앙 영역보다 상기 상류측과는 반대측의 하류측 영역 중 적어도 상기 중앙 영역에 상기 복수의 둘레 방향 분출 통로의 개구가 형성되고, 상기 로터 축이 연장되는 축 방향에 있어서의 단위 길이당의 상기 둘레 방향 분출 통로의 개구의 수인 밀도가, 상기 상류측 영역 및 상기 하류측 영역보다 상기 중앙 영역의 쪽이 높다.
슈라우드의 둘레 방향 단면의 중앙 영역은, 시험 등의 결과, 이 둘레 방향 단면의 상류측 영역 및 하류측 영역보다 고온으로 되는 것이 확인되었다. 여기서, 상기 정익에서는, 슈라우드의 둘레 방향 단면 중, 적어도 중앙 영역으로부터, 냉각 공기를 분출하고, 이 중앙 영역을 적극적으로 냉각한다. 이 때문에, 상기 정익에서는, 이 중앙 영역의 열 손상을 억제할 수 있다. 한편, 둘레 방향 단면의 상류측 영역 및 하류측 영역의 온도는 중앙 영역의 온도보다 낮다. 여기서, 상기 정익에서는, 둘레 방향 분출 통로의 개구의 밀도를, 중앙 영역보다 상류측 영역 및 하류측 영역의 쪽을 낮게 하고 있다.
따라서, 상기 정익에서는, 냉각 공기를 유효 이용할 수 있고, 정익의 내구성의 향상을 도모하면서, 냉각 공기의 사용량을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제 2 태양으로서의 정익은,
상기 제 1 태양의 상기 정익에 있어서, 상기 상류측 영역 및 상기 하류측 영역에 있어서의 상기 둘레 방향 분출 통로의 개구의 밀도는 0이다.
상기 정익에서는, 냉각 공기를 보다 유효 이용할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제 3 태양으로서의 정익은,
상기 제 1 또는 상기 제 2 태양의 상기 정익에 있어서, 상기 한쌍의 둘레 방향 단면 중, 한쪽의 둘레 방향 단면이 상기 둘레 방향으로서 상기 익체의 복측인 복측 단면을 이루며, 다른쪽의 둘레 방향 단면이 상기 둘레 방향으로서 상기 익체의 배측인 배측 단면을 이루며, 상기 복수의 둘레 방향 분출 통로의 개구의 밀도는 상기 배측 단면보다 상기 복측 단면의 쪽이 높다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제 4 태양으로서의 정익은,
상기 제 3 태양의 상기 정익에 있어서, 상기 배측 단면에 있어서의 상기 둘레 방향 분출 통로의 개구의 밀도는 0이다.
복수의 둘레 방향 분출 통로의 개구는, 시험 등에 의하면, 복측 단면에만 형성되어 있는 경우가 가장 효율적으로 정익을 냉각할 수 있는 것이 확인되었다. 따라서, 상기 정익에서는, 정익을 효율적으로 냉각할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제５ 태양으로서의 정익은,
상기 제 1 내지 상기 제 4 태양 중 몇개의 상기 정익에 있어서, 상기 한쌍의 둘레 방향 단면의 각각은, 상기 슈라우드와 상기 둘레 방향에서 인접하는 다른 정익에 있어서의 상기 슈라우드와의 사이를 시일하는 시일 판이 장착되는 시일 홈이 형성되고, 상기 복수의 둘레 방향 분출 통로의 상기 개구는 상기 직경 방향에서 상기 가스 패스면보다 상기 시일 홈에 가까운 측에 형성되어 있다.
둘레 방향 분출 통로로부터 유출한 냉각 공기는 가스 패스면에 가까워짐에 따라 점차 확산한다. 상기 정익에서는, 둘레 방향 분출 통로의 개구가, 슈라우드의 둘레 방향 단면 중에서, 직경 방향에서 가스 패스면보다 시일 홈에 가까운 측에 형성되어 있다. 이 때문에, 상기 정익에서는, 둘레 방향 분출 통로의 개구가, 슈라우드의 둘레 방향 단면 중에서, 직경 방향에서 시일 홈보다 가스 패스면에 가까운 측에 형성되어 있는 경우보다, 냉각 공기가 가스 패스면에 이른 시점에서의 냉각 공기의 확산 폭이 넓어진다. 따라서, 상기 정익에서는, 복수의 둘레 방향 분출 통로로부터 유출한 각 냉각 공기에 의해, 각 슈라우드의 둘레 방향 단면의 넓은 범위를 냉각할 수 있다. 또한, 상기 정익에서는, 복수의 둘레 방향 분출 통로로부터 유출한 각 냉각 공기의 확산 영역이 가스 패스면에 이른 시점에서 서로에 중첩된다. 이 때문에, 상기 정익에서는, 어느 정익의 슈라우드의 둘레 방향 단면과, 이것에 인접하는 다른 정익의 슈라우드의 둘레 방향 단면과의 사이에, 연소 가스 유로로부터의 연소 가스가 유입하는 것을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제 6 태양으로서의 정익은,
상기 제 1 내지 상기 제 5 태양 중 몇개의 상기 정익에 있어서, 상기 슈라우드에는, 상기 공동과 연통하고, 상기 둘레 방향 단면을 따라서 상기 축 방향 성분을 갖는 방향으로 연장되는 둘레 방향 단부 통로가 형성되고, 상기 복수의 상기 둘레 방향 분출 통로의 개구는 상기 둘레 방향 단부 통로를 기준으로 해서 상기 직경 방향에서 상기 가스 패스면과는 반대측에 형성되어 있다.
상기 정익에서도, 복수의 둘레 방향 분출 통로로부터 유출한 각 냉각 공기에 의해, 각 슈라우드의 둘레 방향 단면의 넓은 범위를 냉각할 수 있다. 또한, 상기 정익에서는, 각 슈라우드의 둘레 방향 단면 중에서, 복수의 둘레 방향 분출 통로로부터 유출한 각 냉각 공기에 의해 냉각되는 영역을, 둘레 방향 단부 통로 내를 흐르는 냉각 공기에 의해서도 냉각할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제 7 태양으로서의 정익은,
상기 제 6 태양의 상기 정익에 있어서, 상기 복수의 둘레 방향 분출 통로는 상기 둘레 방향 단부 통로에 연통하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 다른 태양으로서의 정익은,
로터 축을 중심으로 둘레 방향으로 늘어서서 복수 배치되는 가스 터빈의 정익에 있어서, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로 중에 배치되고, 상기 로터 축에 대한 직경 방향으로 연장되는 익체와, 상기 익체의 상기 직경 방향의 단에 형성되고, 상기 연소 가스 유로의 일부를 획정하는 슈라우드를 구비하며, 상기 슈라우드에는, 상기 직경 방향을 향해 상기 연소 가스에 접하는 가스 패스면과, 상기 둘레 방향에서 서로 상반되는 측을 향하고 있는 한쌍의 둘레 방향 단면과, 한쌍의 상기 둘레 방향 단면 중, 한쪽의 둘레 방향 단면으로부터 다른쪽의 둘레 방향 단면 측으로 오목하고, 복수의 시일 판이 끼워넣어지는 시일 홈과, 냉각 공기가 유입하는 공동과, 상기 공동과 연통하고 상기 둘레 방향 단면에서 개구하는 복수의 둘레 방향 분출 통로가 형성되며, 상기 한쪽의 둘레 방향 단면 중, 상기 복수의 시일 판의 이음매를 포함하고, 또한 상기 익체와 상기 둘레 방향에서 인접하는 다른 정익에 있어서의 익체와의 각각에 접하는 원 중에서 최소 반경의 원인 스로트 원과 동일 반경의 원내의 영역인 중앙 영역과, 상기 중앙 영역보다 상기 연소 가스 유로의 상류측의 상류측 영역과, 상기 중앙 영역보다 상기 상류측과는 반대측의 하류측 영역 중 적어도 상기 중앙 영역에 상기 복수의 둘레 방향 분출 통로의 개구가 형성되며, 상기 로터 축이 연장되는 축 방향에 있어서의 단위 길이당의 상기 둘레 방향 분출 통로의 개구의 수인 밀도가, 상기 상류측 영역 및 상기 하류측 영역보다 상기 중앙 영역의 쪽이 높다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 또 다른 태양으로서의 정익은,
로터 축을 중심으로 둘레 방향으로 늘어서서 복수 배치되는 가스 터빈의 정익에 있어서, 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로 중에 배치되고, 상기 로터 축에 대한 직경 방향으로 연장되는 익체와, 상기 익체의 상기 직경 방향의 단에 형성되고, 상기 연소 가스 유로의 일부를 획정하는 슈라우드와, 상기 로터 축이 연장되는 축 방향에 있어서의 상기 슈라우드의 일부로부터 직경 방향 내측으로 연장되는 리테이너를 구비하고, 상기 슈라우드에는, 상기 직경 방향을 향해 상기 연소 가스에 접하는 가스 패스면과, 상기 둘레 방향에서 서로 상반되는 측을 향하고 있는 한쌍의 둘레 방향 단면과, 냉각 공기가 유입하는 공동과, 상기 공동과 연통하고 상기 둘레 방향 단면에서 개구하는 복수의 둘레 방향 분출 통로가 형성되고, 상기 둘레 방향 단면 중, 상기 축 방향에서 상기 리테이너가 설치되어 있는 영역을 포함하고, 또한 상기 익체와 상기 둘레 방향에서 인접하는 다른 정익에 있어서의 익체와의 각각에 접하는 원 중에서 최소 반경의 원인 스로트 원과 동일 반경의 원내의 영역인 중앙 영역과, 상기 중앙 영역보다 상기 연소 가스 유로의 상류측의 상류측 영역과, 상기 중앙 영역보다 상기 상류측과는 반대측의 하류측 영역 중 적어도 상기 중앙 영역에 상기 복수의 둘레 방향 분출 통로의 개구가 형성되고, 상기 축 방향에 있어서의 단위 길이당의 상기 둘레 방향 분출 통로의 개구의 수인 밀도가, 상기 상류측 영역 및 상기 하류측 영역보다 상기 중앙 영역의 쪽이 높다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제 8 태양으로서의 가스 터빈은,
복수의 상기 정익과, 상기 로터 축과, 상기 로터 축에 장착되어 있는 복수의 동익과, 복수의 상기 정익이 내주측에 장착되고, 상기 로터 축 및 복수의 상기 동익을 덮는 차실을 구비한다.
본 발명의 일 태양에 의하면, 정익을 효과적으로 냉각해서 내구성의 향상을 도모하면서도, 냉각 공기의 사용량을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 일 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 모식적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 일 실시형태에 있어서의 정익의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 관한 일 실시형태에 있어서의 정익의 측면도이다.
도 4는 도 2에 있어서의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.
도 5는 본 발명에 관한 일 실시형태에 있어서의 외측 슈라우드의 주요부 단면도이다.
도 6은 본 발명에 관한 일 실시형태에 있어서의 내측 슈라우드의 주요부 단면도이다.
도 7은 본 발명에 관한 일 실시형태의 제 1 변형예에 있어서의 외측 슈라우드의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 관한 일 실시형태의 제 2 변형예에 있어서의 정익의 측면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태 및 그 변형예에 대해서, 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.
[실시형태]
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명에 관한 일 실시형태로서의 가스 터빈(10)은 공기를 압축하는 압축기(20)와, 압축기(20)에서 압축된 공기(A) 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기(30)와, 연소 가스에 의해 구동하는 터빈(40)을 구비하고 있다.
압축기(20)는 축선(Ar)을 중심으로 회전하는 압축기 로터(21)와, 압축기 로터(21)를 덮는 압축기 차실(25)과, 복수의 정익열(26)을 구비한다. 터빈(40)은 축선(Ar)을 중심으로 회전하는 터빈 로터(41)와, 터빈 로터(41)를 덮는 터빈 차실(45)과, 복수의 정익열(46)을 구비한다.
압축기 로터(21)와 터빈 로터(41)는 동일 축선(Ar) 상에 위치하고, 서로 접속되어 가스 터빈 로터(11)를 이룬다. 이 가스 터빈 로터(11)에는, 예를 들면 발전기(GEN)의 로터가 접속되어 있다. 가스 터빈(10)은, 또한 압축기 차실(25)과 터빈 차실(45)과의 사이에 배치되어 있는 중간 차실(14)을 구비하고 있다. 연소기(30)는 이 중간 차실(14)에 장착되어 있다. 압축기 차실(25)과 중간 차실(14)과 터빈 차실(45)은 서로 접속되어 가스 터빈 차실(15)을 이룬다. 또한, 이하에서는, 축선(Ar)이 연장되는 방향을 축 방향(Da), 이 축선(Ar)을 중심으로 한 둘레 방향을 간단히 둘레 방향(Dc)으로 하고, 축선(Ar)에 대해서 수직인 방향을 직경 방향(Dr)으로 한다. 또한, 축 방향(Da)과 터빈(40)을 기준으로 해서 압축기(20)측을 상류측(Dau), 그 반대측을 하류측(Dad)으로 한다. 또한, 직경 방향(Dr)에서 축선(Ar)에 가까워지는 측을 직경 방향 내측(Dri), 그 반대측을 직경 방향 외측(Dro)으로 한다.
터빈 로터(41)는 축선(Ar)을 중심으로 축 방향(Da)으로 연장되는 로터 축(42)과, 이 로터 축(42)에 장착되어 있는 복수의 동익열(43)을 구비한다. 복수의 동익열(43)은 축 방향(Da)에 늘어서 있다. 각 동익열(43)은 모두 둘레 방향(Dc)으로 늘어서 있는 복수의 동익(43a)으로 구성되어 있다. 복수의 동익열(43)의 각 상류측(Dau)에는, 정익열(46)이 배치되어 있다. 각 정익열(46)은 터빈 차실(45)의 내측에 설치되어 있다. 각 정익열(46)은 모두 둘레 방향(Dc)으로 늘어서 있는 복수의 정익(50)으로 구성되어 있다.
로터 축(42)의 외주측과 터빈 차실(45)의 내주측과의 사이이며, 축 방향(Da)에서 정익(50) 및 동익(43a)이 배치되어 있는 환상의 공간은 연소기(30)로부터의 연소 가스(g)가 흐르는 연소 가스 유로(49)를 이룬다. 이 연소 가스 유로(49)는 축선(Ar)을 중심으로 환상을 이루며, 축 방향(Da)으로 길다.
터빈(40)의 정익(50)은, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 직경 방향(Dr)으로 연장되는 익체(51)와, 익체(51)의 직경 방향 내측(Dri)에 형성되어 있는 내측 슈라우드(60i)와, 익체(51)의 직경 방향 외측(Dro)에 형성되어 있는 외측 슈라우드(60o)를 구비한다. 익체(51)는 연소 가스(g)가 통과하는 연소 가스 유로(49) 내에 배치되어 있다. 내측 슈라우드(60i)는 환상의 연소 가스 유로(49)의 직경 방향 내측(Dri)의 위치를 획정한다. 또한, 외측 슈라우드(60o)는 환상의 연소 가스 유로(49)의 직경 방향 외측(Dro)의 위치를 획정한다.
익체(51)는, 도 2 내지 도 4에 도시하는 바와 같이, 상류측(Dau)의 단부가 전연부(52)를 이루며, 하류측(Dad)의 단부가 후연부(53)를 이룬다. 이 익체(51)의 표면에서, 둘레 방향(Dc)을 향하는 면 중, 볼록 형상의 면이 배측면(54)(=부압면)을 이루고, 오목한 상태의 면이 복측면(55)(=정압면)을 이룬다. 또한, 이하의 설명의 형편상, 둘레 방향(Dc)에서 익체(51)의 복측(=정압면측)을 둘레 방향 복측(Dcp), 익체(51)의 배측(=부압면측)을 둘레 방향 배측(Dcn)으로 한다. 또한, 축 방향(Da)의 상류측(Dau)을 전측, 축 방향(Da)의 하류측(Dad)을 후측이라고 하기도 한다.
외측 슈라우드(60o)는, 축 방향(Da) 및 둘레 방향(Dc)으로 넓어지는 판 형상의 외측 슈라우드 본체(61o)와, 외측 슈라우드 본체(61o)의 외주연에 따라서 외측 슈라우드 본체(61o)로부터 직경 방향 외측(Dro)으로 돌출하는 주벽(周壁)(65o)을 구비한다.
외측 슈라우드 본체(61o)는, 상류측(Dau)의 단면인 전단면(62f)과, 하류측(Dad)의 단면인 후단면(62b)과, 둘레 방향(Dc)에서 서로 상반되는 측을 향하고 있는 한쌍의 둘레 방향 단면(63)과, 직경 방향 내측(Dri)을 향하는 가스 패스면(64)이 형성되어 있다. 한쌍의 둘레 방향 단면(63) 중, 둘레 방향 복측(Dcp)의 단면은 복측 단면(63p)을 이루며, 둘레 방향 배측(Dcn)의 단면은 배측 단면(63n)을 이룬다. 전단면(62f)과 후단면(62b)은 거의 평행이다. 또한, 복측 단면(63p)과 배측 단면(63n)은 거의 평행이다. 따라서, 외측 슈라우드 본체(61o)는, 직경 방향(Dc)에서 보았을 경우, 도 4에 도시하는 바와 같이, 평행사변형 형상을 이루고 있다. 외측 슈라우드(60o)의 복측 단면(63p)에는, 둘레 방향 배측(Dcn)으로 오목하고, 이 복측 단면(63p)에 따라서 축 방향(Da) 성분을 갖는 방향으로 연장되는 시일 홈(77)이 형성되어 있다. 또한, 외측 슈라우드(60o)의 배측 단면(63n)에도, 둘레 방향 복측(Dcp)으로 오목하고, 이 배측 단면(63n)에 따라서 축 방향(Da) 성분을 갖는 방향으로 연장되는 시일 홈(77)이 형성되어 있다. 둘레 방향(Dc)에서 인접하고 있는 2개의 정익(50)의 외측 슈라우드(60o) 중, 한쪽의 정익(50)에 있어서의 외측 슈라우드(60o)의 복측 단면(63p)과, 다른쪽의 정익(50)에 있어서의 외측 슈라우드(60o)의 배측 단면(63n)이 둘레 방향(Dc)에 간극을 두고서 대향한다. 한쪽의 정익(50)에 있어서의 외측 슈라우드(60o)의 복측 단면(63p)과, 다른쪽의 정익(50)에 있어서의 외측 슈라우드(60o)의 배측 단면(63n)과의 사이에는, 시일 판(76)이 배치되어 있다. 이 시일 판(76)의 둘레 방향(Dc)의 양단은, 복측 단면(63p)에 형성되어 있는 시일 홈(77), 및 배측 단면(63n)에 형성되어 있는 시일 홈(77)에 끼워맞춰진다. 이 시일 판(76)은, 터빈 차실(45) 내의 냉각 공기(Ac)가 둘레 방향(Dc)에서 인접하고 있는 2개의 정익(50)의 외측 슈라우드(60o) 상호간의 간극으로부터 연소 가스 유로(49)로 누출하는 것을 방지하는 역할을 담당하고 있다.
주벽(65o)은 축 방향(Da)에서 서로 대향하는 전방 주벽(65f) 및 후방 주벽(65b)과, 둘레 방향(Dc)에서 서로 대향하는 한쌍의 측방 주벽(65p, 65n)을 구비한다. 한쌍의 측방 주벽(65p, 65n) 중, 둘레 방향 복측(Dcp)의 측방 주벽은 복측 주벽(65p)을 이루며, 둘레 방향 배측(Dcn)의 측방 주벽은 배측 주벽(65n)을 이룬다. 전방 주벽(65f) 및 후방 주벽(65b)은, 모두 외측 슈라우드 본체(61o)에 대해서, 한쌍의 측방 주벽(65p, 65n)보다 직경 방향 외측(Dro)으로 돌출되어 있고, 후크부를 이룬다. 후크부를 이루는 전방 주벽(65f) 및 후방 주벽(65b)은 정익(50)을 터빈 차실(45)의 내주측에 장착하는 역할을 담당한다. 외측 슈라우드(60o)에는, 외측 슈라우드 본체(61o)와 주벽(65o)에 의해, 직경 방향 내측(Dri)을 향해 오목한 오목부(66)(도 2 및 도 5 참조)가 형성되어 있다. 또한, 복측 주벽(65p)의 둘레 방향 복측(Dcp)의 면과 외측 슈라우드 본체(61o)의 둘레 방향 복측(Dcp)의 면은 면일이며, 이러한 면이 외측 슈라우드(60o)의 복측 단면(63p)을 이룬다. 또한, 배측 주벽(65n)의 둘레 방향 배측(Dcn)의 면과 외측 슈라우드 본체(61o)의 둘레 방향 배측(Dcn)의 면은 면일이며, 이러한 면이 외측 슈라우드(60o)의 배측 단면(63n)을 이룬다.
정익(50)은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 또한 외측 슈라우드(60o)의 오목부(66) 내의 공간을 직경 방향 외측(Dro)의 영역과 직경 방향 내측(Dri)의 영역인 내측 캐비티(공동)(69)로 구획하는 충돌판(67)을 구비하고 있다. 이 충돌판(67)에는, 직경 방향(Dr)으로 관통하는 복수의 공기 구멍(68)이 형성되어 있다. 정익(50)의 직경 방향 외측(Dro)에 존재하는 냉각 공기(Ac)의 일부는, 이 충돌판(67)의 공기 구멍(68)을 거쳐서, 내측 캐비티(69) 내에 유입한다.
내측 슈라우드(60i)도, 외측 슈라우드(60o)와 마찬가지로, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 내측 슈라우드 본체(61i)와, 주벽(65i)을 구비한다. 내측 슈라우드 본체(61i)도, 외측 슈라우드 본체(61o)와 마찬가지로, 전단면(62f)과, 하류측(Dad)의 단면인 후단면(62b)과, 한쌍의 둘레 방향 단면(63)과, 가스 패스면(64)이 형성되어 있다. 한쌍의 둘레 방향 단면(63) 중, 둘레 방향 복측(Dcp)의 단면은 복측 단면(63p)을 이루며, 둘레 방향 배측(Dcn)의 단면은 배측 단면(63n)을 이룬다. 내측 슈라우드 본체(61i)도, 외측 슈라우드 본체(61o)와 마찬가지로, 직경 방향(Dc)에서 보았을 경우, 평행사변형 형상을 이루고 있다. 내측 슈라우드(60i)의 복측 단면(63p) 및 배측 단면(63n)에도, 시일 홈(77)이 형성되어 있다.
주벽(65i)은, 축 방향(Da)에서 서로 대향하는 전방 주벽(65f) 및 후방 주벽(65b)과, 둘레 방향(Dc)에서 서로 대향하는 한쌍의 측방 주벽(65p, 65n)을 구비한다. 한쌍의 측방 주벽(65p, 65n) 중, 둘레 방향 복측(Dcp)의 측방 주벽은 복측 주벽(65p)(도 6 참조)을 이루며, 둘레 방향 배측(Dcn)의 측방 주벽은 배측 주벽(65n)을 이룬다. 전방 주벽(65f)은, 외측 슈라우드 본체(61o)에 대해서, 한쌍의 측방 주벽(65p, 65n)보다 직경 방향 내측(Dri)으로 돌출되어 있다. 내측 슈라우드(60i)에는, 내측 슈라우드 본체(61i)와 주벽(65i)에 의해, 직경 방향 외측(Dro)으로 향해 오목한 오목부(66)(도 6 참조)가 형성되어 있다. 또한, 복측 주벽(65p)의 둘레 방향 복측(Dcp)의 면과 내측 슈라우드 본체(61i)의 둘레 방향 복측(Dcp)의 면은 면일이며, 이러한 면이 내측 슈라우드(60i)의 복측 단면(63p)을 이룬다. 또한, 배측 주벽(65n)의 둘레 방향 배측(Dcn)의 면과 내측 슈라우드 본체(61i)의 둘레 방향 배측(Dcn)의 면은 면일이며, 이러한 면이 내측 슈라우드(60i)의 배측 단면(63n)을 이룬다.
복수의 정익열 중, 몇개의 정익열을 구성하는 정익(50)에는, 내측 슈라우드(60i)로부터 직경 방향 내측(Dci)으로 돌출한 리테이너(81)가 설치되어 있다. 이 리테이너(81)는 축 방향(Da)에 있어서 전방 주벽(65f)과 후방 주벽(65b)과의 사이에 위치하고, 복측 단면(63p)으로부터 배측 단면(63n)에 걸쳐 형성되어 있다. 리테이너(81)의 복측 단면(83p)은 내측 슈라우드 본체(61i)의 복측 단면(63p)과 면일이다. 또한, 도시되어 있지 않지만, 리테이너(81)의 배측 단면(63n)은 내측 슈라우드 본체(61i)의 배측 단면(63n)과 면일이다. 리테이너(81)의 복측 단면(83p) 및 배측 단면(63n)에는, 둘레 방향(Dc)으로 향해 오목하며, 직경 방향(Dr)으로 연장되어 있는 종 시일 홈(86)이 형성되어 있다. 이 종 시일 홈(86)에도, 전술한 시일 홈(77)과 마찬가지로 시일 판(76)이 끼워넣어진다.
정익(50)은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 또한 내측 슈라우드(60i)의 오목부(66) 내의 공간을 직경 방향 내측(Dri)의 영역과 직경 방향 외측(Dro)의 영역인 내측 캐비티(공동)(69)로 구획하는 충돌판(67)을 구비하고 있다. 이 충돌판(67)에는, 직경 방향(Dr)으로 관통하는 복수의 공기 구멍(68)이 형성되어 있다. 정익(50)의 직경 방향 내측(Dri)에 존재하는 냉각 공기(Ac)의 일부는, 이 충돌판(67)의 공기 구멍(68)을 거쳐서, 내측 캐비티(69) 내에 유입한다.
익체(51), 외측 슈라우드(60o) 및 내측 슈라우드(60i)에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 직경 방향(Dc)으로 연장되는 복수의 날개 공기 통로(71)가 형성되어 있다. 각 날개 공기 통로(71)는, 모두 외측 슈라우드(60o)로부터, 익체(51)를 거쳐서, 내측 슈라우드(60i)까지 연결되어 형성되어 있다. 복수의 날개 공기 통로(71)는 익체(51)의 익현에 따라서 늘어서 있다. 인접하는 날개 공기 통로(71)의 일부는, 직경 방향 외측(Dro)의 부분, 또는 직경 방향 내측(Dri)의 부분에서 서로 연통하고 있다. 또한, 복수의 날개 공기 통로(71) 중 어느 하나는, 외측 슈라우드(60o)에 있어서의 오목부(66)의 바닥에서 개구되어 있다. 또한, 복수의 날개 공기 통로(71) 중 어느 하나는, 내측 슈라우드(60i)에 있어서의 오목부(66)의 바닥에서 개구되어 있다. 정익(50)의 직경 방향 외측(Dro) 또는 직경 방향 내측(Dri)에 존재하는 냉각 공기(Ac)의 일부는, 이 날개 공기 통로(71)의 개구로부터 날개 공기 통로(71) 내에 유입한다.
익체(51)의 전연부(52) 및 후연부(53)에는, 날개 공기 통로(71)로부터 연소 가스 유로(49)에 관통하는 복수의 날개면 분출 통로(72)가 형성되어 있다. 익체(51)는 날개 공기 통로(71) 내를 냉각 공기(Ac)가 흐르는 과정에서 냉각된다. 또한, 날개 공기 통로(71)에 유입한 냉각 공기(Ac)는, 이 날개면 분출 통로(72)로부터 연소 가스 유로(49) 내에 유출한다. 이 때문에, 익체(51)의 전연부(52) 및 후연부(53)는, 냉각 공기(Ac)가 날개면 분출 통로(72)로부터 유출하는 과정에서 냉각된다. 또한, 날개면 분출 통로(72)로부터 연소 가스 유로(49)에 유출한 냉각 공기(Ac)의 일부는, 익체(51)의 표면을 부분적으로 덮어서 필름 공기로서의 역할도 수행한다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 외측 슈라우드(60o)의 한쌍의 측방 주벽(65p, 65n) 중, 복측 주벽(65p)에는, 복측 단면(63p)에 따라서 축 방향(Da) 성분을 갖는 방향으로 연장되는 복측 통로(둘레 방향 단부 통로)(73p)가 형성되어 있다. 또한, 배측 주벽(65n)에는, 배측 단면(63n)에 따라서 축 방향(Da) 성분을 갖는 방향으로 연장되는 배측 통로(둘레 방향 단부 통로)(73n)가 형성되어 있다. 복측 통로(73p) 및 배측 통로(73n)는, 모두 그 상류단에서 내측 캐비티(69)에 연통하고 있다. 또한, 복측 통로(73p) 및 배측 통로(73n)는, 모두 그 하류단에서 외측 슈라우드 본체(61o)의 후단면(62b)에서 개구되어 있다. 외측 슈라우드 본체(61o)에는, 후단면(62b)에 따라서 둘레 방향(Dc)으로 연장되는 후방 헤더 통로(74)가 형성되어 있다. 이 후방 헤더 통로(74)의 둘레 방향 복측(Dcp)의 단은 복측 통로(73p)에 접속되어 있다. 또한, 이 후방 헤더 통로(74)의 둘레 방향 배측(Dcn)의 단은 배측 통로(73n)에 접속되어 있다. 즉, 후방 헤더 통로(74)는 복측 통로(73p) 및 배측 통로(73n)와 연통하고 있다. 또한, 외측 슈라우드 본체(61o)에는, 후방 헤더 통로(74)로부터 하류측(Dad)으로 연장되고, 후단면(62b)에서 개구하는 복수의 후방 통로(75)가 형성되어 있다. 복수의 후방 통로(75)는 둘레 방향(Dc)으로 늘어서 있다. 복측 통로(73p) 및 배측 통로(73n) 중에서, 후방 헤더 통로(74)와 연통하고 있는 위치보다 하류측(Dad)의 부분은 후단면(62b)에서 개구하는 후방 통로(75)를 이룬다.
복측 주벽(65p)에는, 또한 내측 캐비티(69)로부터 복측 단면(63p)에 관통하는 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)가 형성되어 있다. 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)는 복측 단면(63p)에서 개구되어 있다.
여기서, 상기 정익(50)의 익체(51)와 둘레 방향(Dc)에서 인접하는 다른 정익(50)에 있어서의 익체(51)와의 각각에 접하는 원 중에서 최소 반경의 엔을 스로트 원(Sc)으로 한다. 또한, 이 스로트 원(Sc)과 상기 정익(50)의 익체(51)와의 접점과, 이 스로트 원(Sc)과 다른 정익(50)의 익체(51)와의 접점을 연결하는 선을 스로트 라인(Sl)으로 한다. 또한, 이 스로트 라인(Sl)의 위치를 스로트 위치로 한다. 본 실시형태에서는, 외측 슈라우드(60o)의 복측 단면(63p) 중, 스로트 원(Sc) 내의 영역을 중앙 영역(91)으로 하고, 중앙 영역(91)보다 상류측(Dau)의 영역을 상류측 영역(92)으로 하고, 중앙 영역(91)보다 하류측(Dad)의 영역을 하류측 영역(93)으로 한다. 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구는 중앙 영역(91)에만 형성되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 축 방향(Da)에 있어서의 단위 길이당의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구의 수인 밀도가, 상류측 영역(92) 및 하류측 영역(93)보다 중앙 영역(91)이 높다.
외측 슈라우드(60o)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, Ni기 합금 등의 내열성이 높은 합금(98)과, 이 합금(98)의 표면의 일부를 덮는 차열 코팅(Thermal Barrier Coating : TBC) 층(99)을 구비해서 구성되어 있다. TBC 층(99)의 표면은 외측 슈라우드(60o)의 가스 패스면(64) 및 각 단면을 형성한다. 복측 주벽(65p)에 형성되어 있는 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구는, 외측 슈라우드(60o)의 복측 단면(63p) 중에서, 직경 방향(Dr)에서 가스 패스면(64)보다 시일 홈(77)에 가까운 측에 형성되어 있다. 또한, 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구는, 복측 통로(둘레 방향 단부 통로)(73p)를 기준으로 해서 직경 방향(Dr)에서 가스 패스면(64)과는 반대측에 형성되어 있다. 복측 단면(63p) 중에서 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구가 형성되어 있는 영역은 전술의 합금(98)이 노출되어 있고, 이 영역에는 TBC 층(99)이 형성되어 있지 않다.
내측 슈라우드(60i)에도, 외측 슈라우드(60o)와 마찬가지로, 복측 통로, 배측 통로, 후방 헤더 통로, 복수의 후방 통로가 형성되어 있다. 내측 슈라우드(60i)의 복측 주벽(65p)에도, 도 3 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 내측 캐비티(69)로부터 복측 단면(63p)에 관통하는 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)가 형성되어 있다. 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)는 복측 단면(63p)에서 개구되어 있다. 이 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구도 내측 슈라우드(60i)의 복측 단면(63p) 중 중앙 영역(91)에만 형성되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 내측 슈라우드(60i)에 있어서도, 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구의 밀도가, 상류측 영역(92) 및 하류측 영역(93)보다 중앙 영역(91)이 높다.
내측 슈라우드(60i)도, 도 6에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, Ni기 합금 등의 내열성이 높은 합금(98)과, 이 합금(98)의 표면의 일부를 덮는 TBC 층(99)을 구비해서 구성되어 있다. 이 TBC 층(99)의 표면은 내측 슈라우드(60i)의 가스 패스면(64) 및 각 단면을 형성한다. 복측 주벽(65p)에 형성되어 있는 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구는, 내측 슈라우드(60i)의 복측 단면(63p) 중에서, 직경 방향(Dr)에서 가스 패스면(64)보다 시일 홈(77)에 가까운 측에 형성되어 있다. 또한, 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구는 복측 통로(둘레 방향 단부 통로)(73p)를 기준으로 해서 직경 방향(Dr)에서 가스 패스면(64)과는 반대측에 형성되어 있다. 복측 단면(63p) 중에서 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구가 형성되어 있는 영역은 전술의 합금(98)이 노출되어 있고, 이 영역에는 TBC 층(99)이 형성되어 있지 않다. 또한, 익체(51)도, Ni 합금 등의 내열성이 높은 합금(98)과, 이 합금(98)의 표면을 덮는 TBC 층(99)을 구비해서 구성되어 있다.
정익(50)의 직경 방향 외측(Dro)에 존재하는 냉각 공기(Ac)의 일부는 중간 차실(14) 내로부터 공급된다. 이 냉각 공기(Ac)의 일부는, 외측 슈라우드(60o)의 충돌판(67)에 형성되어 있는 공기 구멍(68)을 거쳐서, 외측 슈라우드(60o)의 내측 캐비티(69) 내에 유입한다. 이때, 냉각 공기(Ac)는 내측 캐비티(69)를 형성하는 부재의 표면에 충돌하고, 이 표면을 인핀지먼트 냉각한다. 이 결과, 이 표면과 대향하는 가스 패스면(64)은 이 냉각 공기(Ac)에 의해 냉각된다.
외측 슈라우드(60o)의 내측 캐비티(69) 내에 유입한 냉각 공기(Ac)의 일부는, 외측 슈라우드(60o)에 있어서의 오목부(66)의 바닥에서 개구되어 있는 날개 공기 통로(71) 내에 유입한다. 날개 공기 통로(71) 내에 유입한 냉각 공기(Ac)는 여기를 흐르는 과정에서 익체(51)를 대류 냉각한다. 또한, 날개 공기 통로(71)에 유입한 냉각 공기(Ac)는, 전술한 바와 같이, 이 날개면 분출 통로(72)로부터 연소 가스 유로(49) 내에 유출한다. 이 때문에, 익체(51)의 전연부(52) 및 후연부(53)는 냉각 공기(Ac)가 날개면 분출 통로(72)로부터 유출하는 과정에서 냉각된다. 또한, 날개면 분출 통로(72)로부터 연소 가스 유로(49)에 유출한 냉각 공기(Ac)의 일부는 익체(51)의 표면을 부분적으로 덮어 필름 냉각한다.
또한, 정익(50)의 직경 방향 내측(Dri)에 존재하는 냉각 공기(Ac)의 일부는 중간 차실(14) 내로부터 공급된다. 이 냉각 공기(Ac)의 일부는, 내측 슈라우드(60i)의 충돌판(67)에 형성되어 있는 공기 구멍(68)을 거쳐서, 내측 슈라우드(60i)의 내측 캐비티(69) 내에 유입한다. 이때, 냉각 공기(Ac)는 내측 캐비티(69)를 형성하는 부재의 표면에 충돌하고, 이 표면을 인핀지먼트 냉각한다. 이 결과, 이 표면과 대향하는 가스 패스면(64)은 이 냉각 공기(Ac)에 의해 냉각된다.
내측 슈라우드(60i)의 내측 캐비티(69) 내에 유입한 냉각 공기(Ac)의 일부는 내측 슈라우드(60i)에 있어서의 오목부(66)의 바닥에서 개구되어 있는 날개 공기 통로(71) 내에 유입한다. 날개 공기 통로(71) 내에 유입한 냉각 공기(Ac)는 여기를 흐르는 과정에서 익체(51)를 대류 냉각한다. 또한, 날개 공기 통로(71)에 유입한 냉각 공기(Ac)는 이 날개면 분출 통로(72)로부터 연소 가스 유로(49) 내에 유출한다. 이 때문에, 익체(51)의 전연부(52) 및 후연부(53)는 냉각 공기(Ac)가 날개면 분출 통로(72)로부터 유출하는 과정에서 냉각된다. 또한, 날개면 분출 통로(72)로부터 연소 가스 유로(49)에 유출한 냉각 공기(Ac)의 일부는 익체(51)의 표면을 부분적으로 덮어 필름 냉각한다.
외측 슈라우드(60o)의 내측 캐비티(69) 내에 유입한 냉각 공기(Ac)의 일부는 외측 슈라우드(60o)의 복측 통로(73p) 및 배측 통로(73n)에 유입한다. 또한, 내측 슈라우드(60i)의 내측 캐비티(69) 내에 유입한 냉각 공기(Ac)의 일부는 내측 슈라우드(60i)의 복측 통로(73p) 및 배측 통로(73n)에 유입한다. 복측 통로(73p)에 유입한 냉각 공기(Ac)는, 여기를 흐르는 과정에서, 외측 슈라우드(60o) 또는 내측 슈라우드(60i)의 복측 단면(63p) 근처의 부분을 대류 냉각한다. 또한, 배측 통로(73n)에 유입한 냉각 공기(Ac)는, 여기를 흐르는 과정에서, 외측 슈라우드(60o) 또는 내측 슈라우드(60i)의 배측 단면(63n) 근처의 부분을 대류 냉각한다.
복측 통로(73p) 및 배측 통로(73n)에 유입한 냉각 공기(Ac)의 일부는 후방 헤더 통로(74)에 유입한다. 후방 헤더 통로(74)에 유입한 냉각 공기(Ac)는 복수의 후방 통로(75)에 유입한다. 후방 통로(75)에 유입한 냉각 공기(Ac)는 외측 슈라우드(60o) 또는 내측 슈라우드(60i)의 후단면(62b)으로부터 외부에 유출한다. 냉각 공기(Ac)는, 후방 통로(75)를 흐르는 과정에서, 외측 슈라우드(60o)의 후단면(62b) 근처의 부분, 또는 내측 슈라우드(60i)의 후단면(62b) 근처의 부분을 대류 냉각한다. 외측 슈라우드(60o) 또는 내측 슈라우드(60i)의 후단면(62b)으로부터 외부에 유출한 냉각 공기(Ac)는 이 후단면(62b)에 따라서 흘러 연소 가스 유로(49) 내에 유입한다.
외측 슈라우드(60o)의 내측 캐비티(69) 내에 유입한 냉각 공기(Ac)의 다른 일부는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 외측 슈라우드(60o)의 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)를 거쳐서, 외측 슈라우드(60o)의 복측 단면(63p)의 개구로부터 외부에 유출한다. 이 냉각 공기(Ac)는, 상기 정익(50)의 외측 슈라우드(60o)의 복측 단면(63p)과, 상기 정익(50)에 대해서, 둘레 방향 복측(Dcp)에 인접하는 다른 정익(50)의 외측 슈라우드(60o)의 배측 단면(63n)과의 사이를, 하류측(Dad)으로 흐르면서 직경 방향 내측(Dri)으로 흘러, 연소 가스 유로(49) 내에 유입한다. 이 때문에, 상기 정익(50)의 외측 슈라우드(60o)의 복측 단면(63p)과, 전술의 다른 정익(50)의 외측 슈라우드(60o)의 배측 단면(63n)과의 사이에, 연소 가스 유로(49)로부터 연소 가스(g)가 유입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 상기 정익(50)의 복측 단면(63p), 및 전술의 다른 정익(50)의 배측 단면(63n)은 이 냉각 공기(Ac)에 의해 냉각된다.
내측 슈라우드(60i)의 내측 캐비티(69) 내에 유입한 냉각 공기(Ac)의 다른 일부는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 내측 슈라우드(60i)의 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)를 거쳐서, 내측 슈라우드(60i)의 복측 단면(63p)의 개구로부터 외부에 유출한다. 이 냉각 공기(Ac)는, 상기 정익(50)의 내측 슈라우드(60i)의 복측 단면(63p)과, 상기 정익(50)에 대해서, 둘레 방향 복측(Dcp)에 인접하는 다른 정익(50)의 내측 슈라우드(60i)의 배측 단면(63n)과의 사이를, 하류측(Dad)으로 흐르면서 직경 방향 외측(Dro)으로 흘러, 연소 가스 유로(49) 내에 유입한다. 이 때문에, 상기 정익(50)의 내측 슈라우드(60i)의 복측 단면(63p)과, 전술의 다른 정익(50)의 내측 슈라우드(60i)의 배측 단면(63n)과의 사이에, 연소 가스 유로(49)로부터 연소 가스(g)가 유입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 상기 정익(50)의 복측 단면(63p), 및 전술의 다른 정익(50)의 배측 단면(63n)은 이 냉각 공기(Ac)에 의해 냉각된다.
둘레 방향 분출 통로(95)로부터 유출한 냉각 공기(Ac)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 가스 패스면(64)에 가까워짐에 따라 점차 확산한다. 본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구가, 각 슈라우드의 복측 단면(63p) 중에서, 직경 방향(Dr)에서 가스 패스면(64)보다 시일 홈(77)에 가까운 측에 형성되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구가, 각 슈라우드의 복측 단면(63p) 중에서, 직경 방향(Dr)에서 시일 홈(77)보다 가스 패스면(64)에 가까운 측에 형성되어 있는 경우보다, 냉각 공기(Ac)가 가스 패스면(64)에 이른 시점으로의 냉각 공기(Ac)의 확산 폭이 넓어진다. 또한, 본 실시형태에서는, 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)로부터 유출한 각 냉각 공기(Ac)의 확산 영역은 가스 패스면(64)에 이른 시점에서 서로 중첩된다.
따라서, 본 실시형태에서는, 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)로부터 유출한 각 냉각 공기(Ac)에 의해, 각 슈라우드의 복측 단면(63p)이나 배측 단면(63n)의 넓은 범위를 냉각할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)로부터 유출한 각 냉각 공기(Ac)의 확산 영역이 가스 패스면(64)에 이른 시점에서 서로 중첩되고, 어느 정익(50)의 슈라우드의 복측 단면(63p)과, 이것에 인접하는 다른 정익(50)의 슈라우드의 배측 단면(63n)과의 사이에, 연소 가스 유로(49)로부터 연소 가스가 유입하는 것을 억제할 수 있다.
그런데, 시험 등의 결과, 외측 슈라우드(60o)의 복측 단면(63p)의 중앙 영역(91)은, 이 복측 단면(63p)의 상류측 영역(92) 및 하류측 영역(93)보다 고온으로 되는 것이 확인되었다. 또한, 외측 슈라우드(60o)의 배측 단면(63n)의 중앙 영역(91)도, 이 배측 단면(63n)의 상류측 영역(92) 및 하류측 영역(93)보다 고온으로 되는 것이 확인되었다. 마찬가지로, 내측 슈라우드(60i)의 복측 단면(63p)의 중앙 영역(91)은, 이 복측 단면(63p)의 상류측 영역(92) 및 하류측 영역(93)보다 고온이 되는 것, 내측 슈라우드(60i)의 배측 단면(63n)의 중앙 영역(91)은, 이 배측 단면(63n)의 상류측 영역(92) 및 하류측 영역(93)보다 고온으로 되는 것이 확인되었다.
중앙 영역(91)이 상류측 영역(92) 및 하류측 영역(93)보다 고온이 되는 현상은, 현시점에서, 명확하게 해석되어 있지 않다. 그렇지만, 중앙 영역(91)이 상류측 영역(92) 및 하류측 영역(93)보다 고온이 되는 현상은 이하의 이유에 의해 생기는 것이라고 생각할 수 있다.
연소 가스 유로(49) 내의 연소 가스(g)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 둘레 방향(Dc)에서 인접하는 정익(50)의 익체(51)의 상호간을 흐른다. 즉, 연소 가스(g)는, 어느 정익(50)의 익체(51)의 복측면(55)과, 이 정익(50)에 인접하는 다른 익체(51)의 배측면(54)과의 사이를 흐른다. 어느 정익(50)의 익체(51)의 복측면(55)과, 이 정익(50)에 인접하는 다른 익체(51)의 배측면(54)과의 사이의 거리는, 이 사이의 상류측(Dau)으로부터 점차 좁아져, 스로트 위치에서 가장 좁아진다. 환언하면, 어느 정익(50)의 익체(51)의 복측면(55)과, 이 정익(50)에 인접하는 다른 익체(51)의 배측면(54)과의 사이의 연소 가스 유로의 단면적은, 이 연소 가스 유로의 상류측(Dau)으로부터 점차 작아져, 스로트 위치에서 가장 작아진다. 따라서, 연소 가스 유로가 좁아지는 스로트 위치를 포함한 영역에서는, 이 연소 가스 유로 중의 연소 가스(g)가 슈라우드 상호 사이로 돌아 들어간다.
익체(51)의 표면 전체, 각 슈라우드의 가스 패스면(64) 전체는 TBC 층(99)으로 형성되어 있다. 한편, 각 슈라우드의 배측 단면(63n) 및 복측 단면(63p) 중, 가스 패스면(64) 근처의 영역이 TBC 층(99)으로 형성되어 있지만, 가스 패스면(64)으로부터 먼 영역은 전술한 합금(98)이 노출되어 있다. 이 때문에, 각 슈라우드의 배측 단면(63n) 및 복측 단면(63p) 중, 스로트 위치를 포함한 중앙 영역(91)에서는, 전술한 바와 같이, 연소 가스 유로 중의 연소 가스(g)가 슈라우드 상호 사이로 돌아 들어가는 결과, 이 중앙 영역(91) 내에서 합금(98)이 노출되어 있는 영역이 열 손상할 우려가 있다.
여기서, 본 실시형태에서는, 각 슈라우드의 배측 단면(63n) 및 복측 단면(63p) 중, 스로트 위치를 포함한 중앙 영역(91)으로부터, 냉각 공기(Ac)를 분출하고, 이 중앙 영역(91)을 적극적으로 냉각한다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 이 중앙 영역(91)의 열 손상을 억제할 수 있다.
한편, 상류측 영역(92) 및 하류측 영역(93)에서는, 중앙 영역(91)보다 연소 가스 유로 중의 연소 가스(g)가 슈라우드 상호 사이로 돌아 들어가기 어렵다. 이 때문에, 각 슈라우드의 배측 단면(63n) 및 복측 단면(63p) 중, 상류측 영역(92) 및 하류측 영역(93) 내에서 합금(98)이 노출되어 있는 영역이 열 손상할 가능성은 낮다. 여기서, 본 실시형태에서는, 상류측 영역(92) 및 하류측 영역(93)에 있어서의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구의 밀도를 중앙 영역(91)에 있어서의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구의 밀도보다 낮게 하고 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 냉각 공기(Ac)를 유효 이용할 수 있고, 정익(50)의 내구성의 향상을 도모하면서, 냉각 공기(Ac)의 사용량을 억제할 수 있다.
[제 1 변형예]
상기 실시형태의 둘레 방향 분출 통로(95)는 복측 주벽(65p)을 내측 캐비티(69)로부터 복측 단면(63p)에 관통한다. 그렇지만, 둘레 방향 분출 통로(95)는 복측 단면(63p)으로부터 외부에 냉각 공기(Ac)를 분출하면 좋고, 예를 들면, 도 7에 도시하는 바와 같이, 둘레 방향 분출 통로(95)는 복측 통로(73p)로부터 복측 단면(63p)에 관통해도 좋다. 단, 이 경우도, 둘레 방향 분출 통로(95)는 복측 통로(73p)를 거쳐서 내측 캐비티(69)를 연통하고 있다. 또한, 둘레 방향 분출 통로(95)를 배측 단면(63n)에서 개구시키는 경우, 둘레 방향 분출 통로(95)는 배측 통로(73n)로부터 배측 단면(63n)에 관통시켜도 좋다.
[제 2 변형예]
상기 실시형태에서는, 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구가 둘레 방향 단면(63)의 중앙 영역(91)에만 형성되고, 상류측 영역(92) 및 하류측 영역(93)에는 형성되어 있지 않다. 그렇지만, 도 8에 도시하는 바와 같이, 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구는 둘레 방향 단면(63)의 중앙 영역(91) 뿐만 아니라, 상류측 영역(92) 및 하류측 영역(93)에도 형성되어 있어도 좋다. 단, 이 경우도, 냉각 공기(Ac)의 사용량을 억제하는 관점으로부터, 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구의 밀도는, 중앙 영역(91)에 비해, 상류측 영역(92) 및 하류측 영역(93)의 쪽을 낮게 한다.
[그 외의 변형예]
상기 실시형태에서는, 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구는 복측 단면(63p)에만 형성되어 있다. 그렇지만, 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구는 배측 단면(63n)에만 형성되어도, 복측 단면(63p)과 배측 단면(63n)과의 양 둘레 방향 단면(63)에 형성되어도 좋다. 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구는, 시험 등 따르면, 상기 실시형태와 같이, 복측 단면(63p)에만 형성되어 있는 경우가 가장 효율적으로 정익(50)을 냉각할 수 있는 것이 확인되었다. 여기서, 효율적으로 냉각한다는 것은, 적은 유량의 냉각 공기(Ac)로, 소정 영역이 소정 온도 이상으로 오르지 않게 냉각하는 것이다. 따라서, 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구가 복측 단면(63p)에만 형성되어 있는 경우에는, 다른 경우에 비해, 적은 유량의 냉각 공기(Ac)로, 복측 단면(63p) 및 이 복측 단면(63p)에 대향하는 다른 정익(50)의 배측 단면(63n)이 소정 온도 이상으로 오르지 않게 냉각할 수 있다.
상기 실시형태에 있어서, 둘레 방향 단면(63)의 중앙 영역(91)에 형성되어 있는 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구의 수는 4개이다. 그렇지만, 이 수는 3개 이하라도, 5개 이상이어도 좋다.
상기 실시형태에서는, 슈라우드의 오목부(66) 내의 공간을 충돌판(67)에 의해 2개의 공간으로 구획하고, 이 2개의 공간 중 한쪽의 공간인 내측 캐비티(69)에 대해서, 둘레 방향 분출 통로(95)를 연통시키고 있다. 그렇지만, 이 2개의 공간 중 다른쪽의 공간에 대해서, 둘레 방향 분출 통로(95)를 연통시켜도 좋다.
상기 실시형태에서는, 둘레 방향 단면(63) 중, 스로트 원(Sc) 내를 중앙 영역(91)으로 하고, 거기에 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구를 형성하고 있다. 그렇지만, 본 실시형태에서는, 외측 슈라우드(60o)의 시일 홈(77)에 끼워넣어진 2개의 시일 판(76)의 이음매(76a)를 포함한 영역은 중앙 영역(91)과 중첩하고, 이 영역도 고온이 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 내측 슈라우드(60i)의 시일 홈(77)에 끼워넣어진 시일 판(76)과 종 시일 홈(86)에 끼워넣어진 시일 판(76)과의 이음매(76b)를 포함한 영역은 중앙 영역(91)과 중첩하고, 이 영역도 고온이 된다. 따라서, 2개의 시일 판(76)의 이음매(76a, 76b)를 포함하고, 스로트 원(Sc)과 동일 반경의 원내의 영역을 중앙 유역으로 하고, 거기에 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구를 형성해도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 내측 슈라우드(60i) 중에서, 리테이너(81)가 설치되어 있는 영역은 중앙 영역과 중첩하고, 이 영역도 고온이 된다. 따라서, 내측 슈라우드(60i) 중에서 리테이너(81)가 마련되어 있는 영역을 포함하고, 스로트 원(Sc)과 동일 반경의 원내의 영역을 중앙 유역으로 하고, 거기에 복수의 둘레 방향 분출 통로(95)의 개구를 형성해도 좋다.
상기 실시형태에서는, 복측 통로(73p) 및 배측 통로(73n)의 각각 후방 헤더 통로(74)를 연통시키고, 이 후방 헤더 통로(74)에 복수의 후방 통로(75)를 연통시키고 있다. 그렇지만, 후방 헤더 통로(74) 및 복수의 후방 통로(75)는 정익(50)에 형성되어 있지 않아도 좋다.
본 발명의 일 태양에 의하면, 정익을 효과적으로 냉각해서 내구성의 향상을 도모하면서도, 냉각 공기의 사용량을 억제할 수 있다.
10: 가스 터빈 11: 가스 터빈 로터
15: 가스 터빈 차실 20: 압축기
21: 압축기 로터 25: 압축기 차실
30: 연소기 40: 터빈
41: 터빈 로터 42: 로터 축
43: 동익열 43a: 동익
45: 터빈 차실 46: 정익열
49: 연소 가스 유로 50: 정익
51: 익체 52: 전연부
53: 후연부 54: 배측면
55: 복측면 60o: 외측 슈라우드
60i: 내측 슈라우드 61o: 외측 슈라우드 본체
61i: 내측 슈라우드 본체 62f: 전단면
62b: 후단면 63: 둘레 방향 단면
63p: 복측 단면 63n: 배측 단면
64: 가스 패스면 65o, 65i: 주벽
66: 오목부 67: 충돌판
69: 내측 캐비티(공동) 71: 날개 공기 통로
72: 날개면 분출 통로 73p: 복측 통로(둘레 방향 단부 통로)
73n: 배측 통로(둘레 방향 단부 통로) 74: 후방 헤더 통로
75: 후방 통로 76: 시일 판
76a, 76b: 시일 판의 이음매 77: 시일 홈
81: 리테이너 86: 종 시일 홈
91: 중앙 영역 92: 상류측 영역
93: 하류측 영역 95: 둘레 방향 분출 통로
98: 합금 99: TBC 층
Da: 축 방향 Dau: 상류측
Dad: 하류측 Dc: 둘레 방향
Dcp: 둘레 방향 복측 Dcn: 둘레 방향 배측
Dr: 직경 방향 Dri: 직경 방향 내측
Dro: 직경 방향 외측 Ac: 냉각 공기
G: 연소 가스

Claims (8)

  1. 로터 축을 중심으로 둘레 방향으로 늘어서서 복수 배치되는 가스 터빈의 정익에 있어서,
    연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로 중에 배치되고, 상기 로터 축에 대한 직경 방향으로 연장되는 익체와,
    상기 익체의 상기 직경 방향의 단에 형성되고, 상기 연소 가스 유로의 일부를 획정하는 슈라우드를 포함하며,
    상기 슈라우드에는, 상기 직경 방향을 향해 상기 연소 가스에 접하는 가스 패스면과, 상기 둘레 방향에서 서로 상반되는 측을 향하고 있는 한쌍의 둘레 방향 단면과, 냉각 공기가 유입하는 공동과, 상기 공동과 연통하고 상기 둘레 방향 단면에서 개구하는 복수의 둘레 방향 분출 통로가 형성되며,
    상기 둘레 방향 단면 중, 상기 익체와 상기 둘레 방향에서 인접하는 다른 정익에 있어서의 익체와의 각각에 접하는 원 중에서 최소 반경의 원인 스로트 원내의 영역인 중앙 영역과, 상기 중앙 영역보다 상기 연소 가스 유로의 상류측의 상류측 영역과, 상기 중앙 영역보다 상기 상류측과는 반대측의 하류측 영역 중 적어도 상기 중앙 영역에 상기 복수의 둘레 방향 분출 통로의 개구가 형성되며,
    상기 로터 축이 연장되는 축 방향에 있어서의 단위 길이당의 상기 둘레 방향 분출 통로의 개구의 수인 밀도가, 상기 상류측 영역 및 상기 하류측 영역보다 상기 중앙 영역이 높은
    가스 터빈의 정익.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상류측 영역 및 상기 하류측 영역에 있어서의 상기 둘레 방향 분출 통로의 개구의 밀도는 0인
    가스 터빈의 정익.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 한쌍의 둘레 방향 단면 중, 한쪽의 둘레 방향 단면이 상기 둘레 방향으로서 상기 익체의 복측인 복측 단면을 이루며, 다른쪽의 둘레 방향 단면이 상기 둘레 방향으로서 상기 익체의 배측인 배측 단면을 이루며,
    상기 복수의 둘레 방향 분출 통로의 개구의 밀도는 상기 배측 단면보다 상기 복측 단면이 높은
    가스 터빈의 정익.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배측 단면에 있어서의 상기 둘레 방향 분출 통로의 개구의 밀도는 0인
    가스 터빈의 정익.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한쌍의 둘레 방향 단면의 각각에는, 상기 슈라우드와 상기 둘레 방향에서 인접하는 다른 정익에 있어서의 상기 슈라우드와의 사이를 시일하는 시일 판이 장착되는 시일 홈이 형성되며,
    상기 복수의 둘레 방향 분출 통로의 상기 개구는 상기 직경 방향에서 상기 가스 패스면보다 상기 시일 홈에 가까운 측에 형성되어 있는
    가스 터빈의 정익.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슈라우드에는, 상기 공동과 연통하고, 상기 둘레 방향 단면을 따라서 상기 축 방향 성분을 갖는 방향으로 연장되는 둘레 방향 단부 통로가 형성되며,
    상기 복수의 상기 둘레 방향 분출 통로의 개구는 상기 둘레 방향 단부 통로를 기준으로 해서 상기 직경 방향에서 상기 가스 패스면과는 반대측에 형성되어 있는
    가스 터빈의 정익.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 둘레 방향 분출 통로는 상기 둘레 방향 단부 통로에 연통하고 있는
    가스 터빈의 정익.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 복수의 상기 정익과,
    상기 로터 축과,
    상기 로터 축에 장착되어 있는 복수의 동익과,
    복수의 상기 정익이 내주측에 장착되고, 상기 로터 축 및 복수의 상기 동익을 덮는 차실을 포함하는
    가스 터빈.
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