KR20220008921A - 정익, 및 이것을 포함하는 가스 터빈 - Google Patents
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Abstract
정익(50)은, 익체(51)와 슈라우드(60i)를 포함한다. 슈라우드는, 가스 패스면(64)과, 전단 면(62f)과, 가스 패스면과 전단 면의 모서리부인 전단 모서리부(66)와, 냉각 공기가 유입하는 캐비티(72)를 획정하는 캐비티 획정면(73)과, 냉각 공기(Ac)가 흐르는 제 1 공기 통로(84)와, 냉각 공기가 흐르는 제 2 공기 통로(85)를 가진다. 제 1 공기 통로(84)는, 캐비티 획정면(73)에서 개구하고 있는 제 1 입구(84i)와, 전단 모서리부(66)에서 개구하고 있는 제 1 출구(84o)를 가진다. 제 2 공기 통로(85)는, 캐비티 획정면(73)에서 개구하고 있는 제 2 입구(85i)와, 전단 면(62f)에서 개구하고 있는 제 2 출구(85o)를 가진다.
Description
본 발명은, 정익, 및 이것을 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다. 본원은, 2019년 8월 16일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 2019－149245호에 근거해 우선권을 주장하고, 이 내용을 여기에 원용한다.
가스 터빈은, 공기를 압축해서 압축 공기를 생성하는 압축기와, 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 연소 가스로 구동하는 터빈을 포함한다. 터빈은, 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와, 이 로터를 덮는 터빈 케이싱과, 복수의 정익 열을 포함한다. 터빈 로터는, 축선을 중심으로 하는 로터 축과, 로터 축에 장착되어 있는 복수의 동익 열을 가진다. 복수의 동익 열은, 축선이 연장되는 축선 방향으로 나열된다. 각 동익 열은, 모두, 축선에 대한 둘레 방향으로 나열되는 복수의 동익을 가진다. 복수의 정익 열은, 축선 방향으로 나열되며, 터빈 케이싱의 내주 측에 장착되어 있다. 복수의 정익 열의 각각은, 복수의 동익 열 중 임의의 동익 열의 축선 상류 측에 배치되어 있다. 각 정익 열은, 모두, 축선에 대한 둘레 방향으로 나열되는 복수의 정익을 가진다.
정익은, 축선에 대한 직경 방향으로 연장되어 날개형을 이루는 익체와, 익체의 직경 방향 내측에 마련되어 있는 내측 슈라우드와, 익체의 직경 방향 외측에 마련되어 있는 외측 슈라우드를 가진다. 정익의 익체는, 연소 가스가 통과하는 연소 가스 유로 내에 배치된다. 내측 슈라우드는, 연소 가스 유로의 직경 방향 내측의 가장자리를 획정한다. 외측 슈라우드는, 연소 가스 유로의 직경 방향 외측의 가장자리를 획정한다.
가스 터빈의 정익은 고온의 연소 가스에 노출된다. 이 때문에, 정익은 일반적으로 공기 등으로 냉각된다.
예를 들면, 이하의 특허 문헌 1에 기재된 정익의 내측 슈라우드에는, 냉각 공기가 통과하는 냉각 공기 통로가 형성되어 있다. 내측 슈라우드는, 직경 방향 외측을 향하는 가스 패스면과, 직경 방향 내측을 향하는 반 가스 패스면과, 축선 상류측을 향하는 전단 면을 가진다. 가스 패스면은, 연소 가스에 노출된다. 전단 면은 연소 가스에 접할 가능성이 있다. 한편, 반 가스 패스면은, 압축기로부터의 압축 공기에 접한다. 냉각 공기 통로는, 반 가스 패스면에서 개구하고 있는 입구와, 전단 면에서 개구하고 있는 출구를 가진다. 냉각 공기 통로에는, 압축 공기가 냉각 공기로서 입구로부터 유입한다. 이 냉각 공기는, 이 냉각 공기 통로를 통하는 과정에서, 가스 패스면을 냉각한다. 이 냉각 공기는, 전단 면에 형성되어 있는 출구로부터 유출된다.
가스 터빈의 정익에 관해서는, 이 정익을 효과적으로 냉각해서, 정익의 내구성을 향상시키면서도, 이 정익을 냉각하기 위한 공기의 사용량을 가능한 한 줄이는 것이 요망되고 있다.
그래서, 본 발명은, 효율적으로 냉각 가능한 정익, 및 이 정익을 포함하는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명과 관련되는 일 태양의 정익은,
날개형을 이루는 익체와, 상기 익체에 있어서의 날개 높이 방향의 한쪽측인 높이 방향 제 1 측과, 상기 날개 높이 방향의 다른쪽측인 높이 방향의 제 2 측 중, 상기 높이 방향 제 2 측의 단부에 마련되어 있는 슈라우드를 포함한다. 상기 슈라우드는, 상기 높이 방향 제 1 측을 향하고, 연소 가스에 접하는 가스 패스면과, 상기 익체의 전연에 대한 후연이 존재하는 측으로서, 상기 연소 가스가 흘러 가는 하류측을 향하고, 상기 익체보다 상기 하류 측에 위치하는 후단 면과, 상기 하류측과는 반대측의 상류측을 향하고, 상기 익체보다 상기 상류 측에 위치하는 전단 면과, 상기 전단 면과 상기 후단 면을 연결하고, 상기 익체의 캠버 라인을 기준으로 해서서 상기 익체의 정압면이 존재하는 정압측의 측단 면이며, 상기 익체보다 상기 정압측에 위치하는 정압 측단 면과, 상기 전단 면과 상기 후단 면을 연결하고, 상기 익체의 캠버 라인을 기준으로 해서 상기 익체의 부압면이 존재하는 부압측의 측단 면이며, 상기 익체보다 상기 부압측에 위치하는 부압 측단 면과, 상기 가스 패스면과 상기 전단 면의 모서리부인 전단 모서리부와, 상기 전단 면과 상기 후단 면과 상기 정압 측단 면과 상기 부압 측단 면으로 둘러싸인 영역 내에 형성되고, 냉각 공기가 유입하는 캐비티를 획정하는 캐비티 획정면과, 상기 냉각 공기가 흐르는 제 1 공기 통로와, 상기 냉각 공기가 흐르는 제 2 공기 통로를 가진다. 상기 제 1 공기 통로는, 상기 캐비티 획정면에서 개구하고 있는 제 1 입구와, 상기 전단 모서리부에서 개구하고 있는 제 1 출구를 가진다. 상기 제 2 공기 통로는, 상기 캐비티 획정면에서 개구하고 있는 제 2 입구와, 상기 전단 면에서 개구하고 있는 제 2 출구를 가진다.
캐비티 내에 유입한 냉각 공기의 일부는 제 1 입구로부터 제 1 공기 통로 내에 유입한다. 캐비티 내에 유입한 냉각 공기의 다른 일부는 제 2 입구로부터 제 2 공기 통로 내에 유입한다. 제 1 공기 통로에 유입한 냉각 공기는, 이 제 1 공기 통로를 통과하는 과정에서, 슈라우드의 상류측의 부분, 특히 가스 패스면의 상류측의 부분을 대류 냉각한다. 냉각 공기는, 전단 모서리부에 형성되어 있는 제 1 출구로부터 연소 가스 유로 내로 유출된다. 연소 가스 유로 내로 유출된 냉각 공기는, 연소 가스가 전단 모서리부에 이르는 것을 억제하는 것에 의해, 연소 가스에 의한 전단 모서리부의 가열을 억제한다. 게다가 연소 가스 유로 내로 유출된 냉각 공기는, 미통과 슈라우드 사이의 간극 공간에 연소 가스가 흘러드는 것을 억제함과 동시에, 이 간극 공간에 유입하는 가스의 온도를 내린다.
제 2 공기 통로에 유입한 냉각 공기는, 이 제 2 공기 통로를 통과하는 과정에서, 슈라우드의 상류측의 부분, 특히 전단 면 주위를 대류 냉각한다. 냉각 공기는, 전단 면에 형성되어 있는 제 2 출구로부터 미통과 슈라우드 사이의 간극 공간으로 유출된다. 간극 공간으로 유출된 냉각 공기는, 간극 공간으로 퍼지되는 퍼지 공기의 역할을 완수하고, 연소 가스가 미통과 슈라우드 사이의 간극 공간을 거쳐서, 미통의 통 내주면보다 외주측의 미통 플랜지와 슈라우드 사이의 간극 공간에 연소 가스가 유입하는 것을 억제하고 있다. 그 결과, 연소 가스가 간극 공간에 면하고 있는 슈라우드의 전단 면, 미통의 후단 면 및 미통 플랜지에 이르는 것을 억제함과 동시에, 연소 가스에 의한 슈라우드의 전단 면, 미통의 후단 면 및 미통 플랜지의 가열이 억제된다. 이 냉각 공기는, 간극 공간에 유입한 연소 가스를 희석해서, 간극 공간의 가스 온도를 내려, 슈라우드의 전단 면, 미통의 후단 면, 및 이들 주위의 가열을 억제한다. 즉, 간극 공간으로 유출한 냉각 공기는, 이 간극 공간에 연소 가스가 흘러드는 것을 억제하는 퍼지 공기의 역할을 완수함과 동시에, 연소 가스의 희석에 의해, 이 간극 공간 내의 분위기 가스의 온도를 내려, 간극 공간을 획정하는 면을 가지는 부품의 가열을 억제한다.
그런데, 제 1 공기 통로와 제 2 공기 통로 중, 한쪽의 공기 통로만으로도, 슈라우드의 상류측의 부분을 냉각해서, 이 부분의 열손상을 억제할 수가 있다. 여기서, 만일, 제 1 공기 통로만으로 슈라우드의 상류측의 부분을 냉각하는 경우에 대해 고찰한다. 이 경우, 제 2 공기 통로에 의한 효과도 제 1 공기 통로가 담당할 필요가 있다. 이 때문에, 예를 들면, 제 1 공기 통로의 통로 총단면적을 크게 해서, 제 1 공기 통로를 흐르는 냉각 공기의 유량을, 본 태양에 있어서 제 1 공기 통로 및 제 2 공기 통로를 흐르는 냉각 공기의 총유량보다 많게 할 필요가 있다.
게다가 만일, 제 2 공기 통로만으로 슈라우드의 상류측의 부분을 냉각하는 경우에 대해 고찰한다. 이 경우, 제 1 공기 통로에 의한 효과도 제 1 공기 통로가 담당할 필요가 있다. 이 때문에, 예를 들면, 제 2 공기 통로의 통로 총단면적을 크게 해서, 제 2 공기 통로를 흐르는 냉각 공기의 유량을, 본 태양에 있어서 제 1 공기 통로 및 제 2 공기 통로를 흐르는 냉각 공기의 총유량보다 많게 할 필요가 있다.
따라서, 본 태양의 슈라우드는, 제 1 공기 통로 및 제 2 공기 통로를 가지므로, 슈라우드를 효과적으로 냉각해서, 슈라우드의 내구성을 향상시키면서도, 이 슈라우드를 냉각하기 위한 공기의 사용량을 억제할 수가 있다.
여기서, 상기 일 태양의 정익에 있어서, 상기 슈라우드는, 상기 제 1 공기 통로를 복수 가짐과 동시에, 상기 제 2 공기 통로를 복수 가져도 괜찮다. 이 경우, 복수의 상기 제 1 공기 통로 및 복수의 상기 제 2 공기 통로는, 모두, 상기 정압 측단 면과 상기 부압 측단 면이 나열되는 측방향으로 나열된다.
복수의 상기 제 1 공기 통로 및 복수의 상기 제 2 공기 통로를 갖는 상기 태양의 정익에 있어서, 복수의 상기 제 1 공기 통로 중, 적어도 일부의 상기 제 1 공기 통로의 상기 제 1 출구는, 상기 전단 모서리부 중, 상기 익체의 상기 전연을 기준으로 해서, 상기 측방향의 한쪽측인 측방향 제 1 측과 상기 측방향의 다른쪽측인 측방향 제 2 측 중 상기 측방향 제 1 측의 영역에 위치해도 괜찮다. 게다가 복수의 상기 제 2 공기 통로 중, 적어도 일부의 상기 제 2 공기 통로의 상기 제 2 출구는, 상기 전단 면 중, 상기 익체의 상기 전연을 기준으로 해서서, 상기 측방향 제 1 측의 영역에 위치해도 괜찮다. 이 경우, 상기 측방향 제 1 측은 상기 부압 측단 면에 대해서 상기 정압 측단 면이 위치하고 있는 측이며, 상기 측방향 제 2 측은 상기 측방향 제 1 측과는 반대측이다.
연소 가스 유로 중에서, 정익의 상류측 주위에는, 복수의 정익이 나열되는 측방향으로 압력 분포가 생긴다. 구체적으로, 정익의 상류측 주위에서는, 익체의 전연을 기준으로 해서 측방향 제 1 측(정압측)의 부분의 압력이 높아지고, 익체의 전연을 기준으로 해서 측방향 제 2 측(부압측)의 부분의 압력이 상대적으로 낮아진다. 이 때문에, 연소 가스 유로를 흐르고 있는 연소 가스는, 미통의 후단 면과 슈라우드의 전단 면의 사이 중, 익체의 전연을 기준으로 해서 측방향 제 2 측(부압측)의 부분보다 측방향 제 1 측(정압측)의 부분으로부터, 연소 가스가 간극 공간 내에 유입하기 쉬워진다. 이 때문에, 복수의 제 1 공기 통로 중, 적어도 일부의 제 1 공기 통로의 제 1 출구는, 전단 모서리부 중, 익체의 전연을 기준으로 해서, 측방향 제 1 측(정압측)의 영역에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 또, 복수의 제 2 공기 통로 중, 적어도 일부의 제 2 공기 통로의 제 2 출구는, 전단 면 중, 익체의 전연을 기준으로 해서, 측방향 제 1 측(정압측)의 영역에 위치하고 있는 것이 바람직하다.
상기 태양의 정익에 있어서, 복수의 상기 제 2 공기 통로 중, 상기 적어도 일부를 제외한 상기 제 2 공기 통로의 상기 제 2 출구는, 상기 전단 면 중, 상기 익체의 상기 전연을 기준으로 해서, 상기 측방향 제 2 측의 영역에 위치해도 괜찮다.
본 태양에서는, 제 2 공기 통로의 제 2 출구가, 익체의 전연을 기준으로 해서, 측방향 제 2 측의 영역에 배치된다. 따라서, 정익의 상류측 주위에 있어서의 연소 가스의 압력 변동 등에 의해, 연소 가스의 간극 공간에의 유입이, 익체의 전연을 기준으로 측방향 제 2 측의 영역에 있어 일시적으로 증가하려고 해도, 측방향의 제 2 측의 영역에의 연소 가스의 유입 증가를 억제할 수 있다.
복수의 상기 제 1 공기 통로 및 복수의 상기 제 2 공기 통로를 가지는, 이상 중 어느 하나의 상기 태양의 정익에 있어서, 복수의 상기 제 1 공기 통로 중, 적어도 일부의 제 1 공기 통로는, 복수의 상기 제 2 공기 통로 중 임의의 제 2 공기 통로에 대해서, 상기 측방향으로 인접하고 있어도 괜찮다.
본 태양에서는, 일부의 제 1 공기 통로는, 제 2 공기 통로에 대해서 측방향으로 인접시키고, 제 1 공기 통로와 제 2 공기 통로가 측방향으로 교대로 배치시키고 있다. 따라서, 슈라우드의 전연 모서리부와 전단 면의 측방향에 있어서의 대류 냉각이 균일적으로 행해져서, 슈라우드의 전연 모서리부 및 전단 면의 열응력이 저감된다. 또, 제 2 공기 통로로부터 배출되는 퍼지 공기의 편류도 억제되어, 연소 가스의 간극 공간에의 유입도 한층 억제된다.
복수의 상기 제 1 공기 통로 및 복수의 상기 제 2 공기 통로를 가지는, 이상 중 어느 하나의 상기 태양의 정익에 있어서, 복수의 상기 제 1 공기 통로와 복수의 상기 제 2 공기 통로 중, 한쪽의 통로의 수는, 다른쪽의 통로의 수보다 많아도 좋다.
복수의 상기 제 1 공기 통로 및 복수의 상기 제 2 공기 통로를 가지는, 이상 중 어느 하나의 상기 태양의 정익에 있어서, 상기 제 1 공기 통로는, 상기 제 1 공기 통로 중의 상기 제 1 출구를 포함한 제 1 출구 측부를 가지며, 상기 제 1 공기 통로 중에서 적어도 상기 제 1 출구 측부는, 상기 상류 측을 향함에 따라, 점차 상기 높이 방향 제 1 측을 향하도록 경사하고 있어도 괜찮다.
본 태양에서는, 제 1 공기 통로로부터 유출한 냉각 공기는, 상류 측에 향함에 따라, 점차 높이 방향 제 1 측으로 향한다. 따라서, 이 제 1 공기 통로로부터 유출한 냉각 공기에 의해, 효과적으로, 연소 가스가 전단 모서리부에 이르는 것을 억제할 수 있음과 동시에, 미통과 슈라우드 사이의 간극 공간에 연소 가스가 흘러드는 것을 억제할 수 있다.
상기 제 1 출구 측부를 가지는, 상기 태양의 정익에 있어서, 상기 제 1 공기 통로의 상기 제 1 출구 측부는, 상기 상류 측을 향함에 따라, 점차, 상기 측방향의 한쪽측인 측방향 제 1 측을 향하도록 경사하고 있어도 괜찮다. 이 경우, 상기 측방향 제 1 측은, 상기 부압 측단 면에 대해서 상기 정압 측단 면이 위치하고 있는 측이다.
본 태양에서는, 제 1 입구가 형성되어 있는 캐비티 전측 획정면과 제 1 출구가 형성되어 있는 전단 모서리부 사이의 거리가 짧아도, 제 1 공기 통로의 통로 길이를 길게 할 수가 있다. 따라서, 이 제 1 공기 통로를 통과하고 있는 냉각 공기에 의해, 효과적으로, 내측 슈라우드의 상류측의 부분을 대류 냉각할 수 있다. 또, 전술한 바와 같이, 연소 가스 유로를 흐르고 있는 연소 가스는, 미통의 후단 면과 슈라우드의 전단 면의 사이 중, 익체의 전연을 기준으로 해서 측방향 제 1 측(정압측)의 부분으로부터, 연소 가스가 간극 공간 내에 유입하기 쉽다. 본 태양에서는, 제 1 공기 통로로부터 유출한 냉각 공기는, 상류 측을 향하면서도, 측방향 제 1 측(정압측)을 향하기 때문에, 연소 가스가 간극 공간 내에 유입하는 것을 효과적으로 억제할 수가 있다.
이상 중 어느 하나의 상기 태양의 정익에 있어서, 상기 전단 모서리부는, 상기 가스 패스면 및 상기 전단 면의 각각에 대해 경사하고 있는 전단 경사면을 포함해도 괜찮다. 이 경우, 상기 제 1 출구는, 상기 전단 경사면에서 개구하고 있다.
이상 중 어느 하나의 상기 태양의 정익에 있어서, 상기 제 2 공기 통로는, 상기 제 2 공기 통로 중에서 상기 제 2 출구를 포함하는 제 2 출구 측부를 가지며, 상기 제 2 공기 통로 중에서 적어도 상기 제 2 출구 측부는, 상기 상류 측을 향함에 따라, 점차, 상기 높이 방향 제 1 측을 향하도록 경사하고 있어도 괜찮다.
이상 중 어느 하나의 상기 태양의 정익에 있어서, 상기 캐비티를, 상기 높이 방향 제 1 측의 제 1 측 캐비티와 상기 높이 방향 제 2 측의 제 2 측 캐비티로 나누는 충돌판을 더 포함해도 괜찮다. 이 경우, 상기 충돌판에는, 상기 날개 높이 방향으로 관통해서, 상기 제 2 측 캐비티 내의 상기 냉각 공기를 상기 제 1 측 캐비티 내로 인도하는 복수의 관통공이 형성되어 있다. 또, 상기 제 1 입구와 상기 제 2 입구 중, 적어도, 한쪽의 입구는, 상기 캐비티 획정면 중에서 상기 제 2 측 캐비티를 획정하는 면에서 개구하고 있어도 괜찮다.
냉각 공기는, 충돌판의 관통공을 거쳐서, 제 2 측 캐비티로부터 제 1 측 캐비티 내로 유입하면, 압력이 저하함과 동시에, 온도가 상승한다. 따라서, 공기 통로의 입구가, 캐비티 획정면 중에서 제 2 측 캐비티를 획정하는 면에서 개구하고 있으면, 이 공기 통로에 유입하는 냉각 공기의 압력의 저하를 억제할 수가 있음과 동시에, 이 냉각 공기의 온도 상승을 억제할 수가 있다.
상기 충돌판을 포함하는 상기 태양의 정익에 있어서, 상기 제 1 입구와 상기 제 2 입구는, 모두, 상기 캐비티 획정면 중에서 상기 제 2 측 캐비티를 획정하는 면에서 개구하고 있어도 괜찮다.
이상 중 어느 하나의 상기 태양의 정익에 있어서, 상기 슈라우드는, 상기 가스 패스면과 상기 전단 면과 상기 부압 측단 면의 모서리부인 전단 부압측 모서리부와, 상기 냉각 공기가 흐르는 제 3 공기 통로를 가져도 괜찮다. 이 경우, 상기 제 3 공기 통로는, 상기 캐비티 획정면에서 개구하고 있는 제 3 입구와, 상기 전단 부압측 모서리부에서 개구하고 있는 제 3 출구를 가진다.
캐비티 내에 유입한 냉각 공기의 일부는, 제 3 입구로부터 제 3 공기 통로 내로 유입한다. 제 3 공기 통로에 유입한 냉각 공기는, 이 제 3 공기 통로를 통과하는 과정에서, 슈라우드의 상류측의 부분, 특히, 가스 패스면의 상류측이고 또 측 방향 제 2 측(부압측)의 부분, 및 부압 측단 면의 상류측의 부분을 대류 냉각한다. 냉각 공기는, 전단 부압측 모서리부에 형성되어 있는 제 3 출구로부터 연소 가스 유로 내로 유출된다. 연소 가스 유로 내로 유출한 냉각 공기는, 퍼지 공기로서 연소 가스가 전단 부압측 모서리부에 이르는 것을 억제해서, 연소 가스에 의한 전단 부압측 모서리부의 가열을 억제한다.
상기 제 3 공기 통로를 가지는 상기 태양의 정익에 있어서, 상기 전단 부압측 모서리부는, 상기 가스 패스면과 상기 전단 면과 상기 부압 측단 면의 각각에 대해 경사하고 있는 전단 부압측 경사면을 포함하고, 상기 제 3 출구는, 상기 전단 부압측 경사면에서 개구하고 있어도 괜찮다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명과 관련되는 일 태양의 가스 터빈은,
이상 중 어느 하나의 태양의 정익을 복수 포함함과 동시에, 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와, 상기 터빈 로터를 덮는 터빈 케이싱과, 상기 축선이 연장되는 축선 방향에 있어서의 축선 상류측으로부터 상기 터빈 케이싱 내로 상기 연소 가스를 보내는 연소기를 포함한다. 복수의 상기 정익은, 상기 터빈 케이싱 내에 배치되어 있다. 상기 터빈 로터는, 상기 축선을 중심으로 하는 로터 축과, 상기 로터 축에 장착되어 있는 복수의 동익을 가진다. 복수의 상기 동익은, 상기 축선에 대한 둘레 방향으로 나열된다. 복수의 상기 정익은, 상기 둘레 방향으로 나열되고, 또 복수의 상기 동익보다 상기 축선 상류측에 위치하며, 상기 날개 높이 방향이 상기 축선에 대한 직경 방향이 되고, 또 상기 상류측이 상기 축선 상류측이 되도록, 상기 터빈 케이싱에 장착되어 있다.
여기서, 상기 태양의 가스 터빈에 있어서, 상기 높이 방향 제 2 측은, 상기 축선에 대한 직경 방향 내측이며, 상기 슈라우드는, 상기 익체의 상기 직경 방향 내측의 단부에 마련되어 있는 내측 슈라우드여도 괜찮다.
이상 중 어느 하나의 상기 태양의 가스 터빈에 있어서, 상기 연소기와 상기 정익을 접속하는 씰을 포함해도 괜찮다. 상기 연소기는, 상기 축선 방향에 있어서의 상기 축선 상류측과는 반대측의 축선 하류측의 방향 성분을 포함하는 방향으로 연료를 분사하는 버너와, 통 형을 이루고, 상기 버너로부터 분사된 연료가 연소하는 연소 공간을 형성하는 미통을 가진다. 상기 미통은, 상기 축선 하류측의 방향 성분을 포함하는 방향으로 연장되고, 내주 측에 상기 연소 공간이 형성되어 있는 통과, 상기 통의 상기 축선 하류측의 하류 단부로부터 외주 측으로 돌출한 플랜지를 가진다. 상기 정익의 상기 슈라우드는, 상기 전단 면 중의 상기 가스 패스면으로부터 이격된 위치로부터 상기 상류 측으로 돌출한 상류측 돌출부를 가진다. 상기 씰은, 상기 통의 외주면보다 외주 측에 위치한다. 상기 통의 하류단과 상기 슈라우드의 상기 전단 면은, 간격을 두고 대향한다. 상기 씰은, 상기 미통의 상기 플랜지에 접속되는 미통 접속부와, 상기 정익의 상기 상류측 돌출부에 접속되는 정익 접속부와, 냉각 공기가 흐르는 냉각 공기 통로를 가진다. 상기 씰의 상기 냉각 공기 통로는, 상기 통의 상기 하류단과 상기 슈라우드의 상기 전단 면 사이의 공간과, 상기 미통의 외주측의 공간을 연통시킨다.
본 발명의 일 태양에 의하면, 정익을 효과적으로 냉각해서, 내구성의 향상을 도모하면서도 냉각 공기의 사용량을 억제할 수가 있다.
도 1은 본 발명과 관련되는 일 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 모식적인 단면도이다.
도 2는 본 발명과 관련되는 일 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 주요부 단면도이다.
도 3은 본 발명과 관련되는 일 실시형태에 있어서의 정익의 사시도이다.
도 4는 본 발명과 관련되는 일 실시형태에 있어서의 내측 슈라우드의 사시도이다.
도 5는 본 발명과 관련되는 일 실시형태에 있어서의 정익의 단면도이다.
도 6는 도 3에 있어서의 VI선을 따라 본 도면이다.
도 7은 도 6에 있어서의 VII－VII선 단면도이다.
도 8은 도 6에 있어서의 VIII－VIII선 단면도이다.
도 9는 본 발명과 관련되는 일 실시형태의 변형예에 있어서의 정익의 저면도이다.
도 2는 본 발명과 관련되는 일 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 주요부 단면도이다.
도 3은 본 발명과 관련되는 일 실시형태에 있어서의 정익의 사시도이다.
도 4는 본 발명과 관련되는 일 실시형태에 있어서의 내측 슈라우드의 사시도이다.
도 5는 본 발명과 관련되는 일 실시형태에 있어서의 정익의 단면도이다.
도 6는 도 3에 있어서의 VI선을 따라 본 도면이다.
도 7은 도 6에 있어서의 VII－VII선 단면도이다.
도 8은 도 6에 있어서의 VIII－VIII선 단면도이다.
도 9는 본 발명과 관련되는 일 실시형태의 변형예에 있어서의 정익의 저면도이다.
이하, 본 발명의 각종 실시형태 및 그 변형예에 대해, 도면을 참조해서 상세히 설명한다.
「가스 터빈의 실시형태」
가스 터빈의 실시형태에 대해, 도 1 및 도 2를 참조해서 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 가스 터빈(10)은, 공기(A)를 압축하는 압축기(20)와, 압축기(20)에서 압축된 공기(A) 중에서 연료(F)를 연소시켜 연소 가스(G)를 생성하는 연소기(30)와, 연소 가스(G)에 의해 구동하는 터빈(40)을 포함한다.
압축기(20)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 압축기 로터(21)와, 압축기 로터(21)를 덮는 압축기 케이싱(25)과, 복수의 정익 열(26)을 가진다. 터빈(40)은, 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터(41)와, 터빈 로터(41)를 덮는 터빈 케이싱(45)과, 복수의 정익 열(46)을 가진다. 덧붙여 이하에서는, 축선(Ar)이 연장되는 방향을 축선 방향(Da), 이 축선(Ar)을 중심으로 한 둘레 방향을 간단히 둘레 방향(Dc)이라 하고, 축선(Ar)에 대해서 수직인 방향을 직경 방향(Dr)이라 한다. 또, 축선 방향(Da)의 한쪽측을 축선 상류측(Dau), 그 반대측을 축선 하류측(Dad)이라 한다. 또, 직경 방향(Dr)으로 축선(Ar)에 가까워지는 측을 직경 방향 내측(Dri), 그 반대측을 직경 방향 외측(Dro)이라 한다.
압축기(20)는, 터빈(40)에 대해서 축선 상류측(Dau)에 배치되어 있다.
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, 추가로 중간 케이싱(16)을 포함한다. 이 중간 케이싱은, 축선 방향(Da)으로, 압축기 케이싱(25)과 터빈 케이싱(45) 사이에 배치되어 있다. 압축기 케이싱(25)과 중간 케이싱(16)과 터빈 케이싱(45)은, 서로 접속되어 가스 터빈 케이싱(15)을 이룬다.
압축기 로터(21)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 축선 방향(Da)으로 연장되는 로터축(22)과, 이 로터축(22)에 장착되어 있는 복수의 동익 열(23)을 가진다. 복수의 동익 열(23)은, 축선 방향(Da)으로 나열되어 있다. 각 동익 열(23)은, 모두, 둘레 방향(Dc)으로 나열되어 있는 복수의 동익(23a)으로 구성되어 있다. 복수의 동익 열(23)의 각 축선 하류측(Dad)에는, 복수의 정익 열(26) 중 어느 하나의 정익 열(26)이 배치되어 있다. 각 정익 열(26)은, 압축기 케이싱(25)의 내측에 마련되어 있다. 각 정익 열(26)은, 모두, 둘레 방향(Dc)으로 나열되어 있는 복수의 정익(26a)로 구성되어 있다.
터빈 로터(41)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 축선(Ar)을 중심으로 하여 축선 방향(Da)으로 연장되는 로터축(42)과, 이 로터축(42)에 장착되어 있는 복수의 동익 열(43)을 가진다. 복수의 동익 열(43)은, 축선 방향(Da)으로 연장되어 있다. 각 동익 열(43)은, 모두, 둘레 방향(Dc)으로 연장되어 있는 복수의 동익(43a)으로 구성되어 있다. 복수의 동익 열(43)의 각 축선 상류측(Dau)에는, 복수의 정익 열(46) 중 어느 하나의 정익 열(46)이 배치되어 있다. 각 정익 열(46)은, 터빈 케이싱(45)의 내측에 마련되어 있다. 각 정익 열(46)은, 모두, 둘레 방향(Dc)으로 나열되어 있는 복수의 정익(46a)으로 구성되어 있다.
터빈 케이싱(45)은, 그 외껍질을 구성하는 통 형의 외측 케이싱(45a)과, 외측 케이싱(45a)의 내측에 고정되어 있는 내측 케이싱(45b)과, 내측 케이싱(45b)의 내측에 고정되어 있는 복수의 분할환(45c)을 가진다. 복수의 분할환(45c)은, 모두, 복수의 정익 열(46)의 상호의 사이의 위치에 마련되어 있다. 따라서, 각 분할환(45c)의 직경 방향 내측(Dri)에는, 동익 열(43)이 배치되어 있다.
로터축(42)의 외주측과 터빈 케이싱(45)의 내주측의 사이로서, 축선 방향(Da)으로 정익(46a) 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 해서 환상을 이루고, 축선 방향(Da)으로 길다. 터빈 케이싱(45)의 내측 케이싱(45b)에는, 직경 방향 외측(Dro)으로부터 직경 방향 내측(Dri)으로 관통하는 냉각 공기 통로(45p)가 형성되어 있다. 이 냉각 공기 통로(45p)를 통과한 냉각 공기는, 정익(46a) 내 및 분할환(45c) 내에 도입되어, 정익(46a) 및 분할환(45c)의 냉각에 이용된다. 덧붙여 정익 열(46)을 따라서는, 가스 터빈 케이싱(15) 내의 공기가, 냉각 공기로서, 터빈 케이싱(45)의 냉각 공기 통로(45p)를 거치지 않고, 이 정익 열(46)을 구성하는 정익(46a)에 공급되는 경우도 있다.
연소기(30)는 중간 케이싱(16)에 장착되어 있다. 이 연소기(30)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 연료가 연소하는 내통(또는 연소통)(33)과, 이 내통(33) 내에 연료를 분사하는 복수의 버너(31)와, 복수의 버너(31)를 지지하는 버너 프레임(32)과, 내통(33)의 하류 측에 접속되어 있는 미통(35)을 가진다. 미통(35)은 연소기 축선(Ca) 주위에 통 모양의 통(36)과, 이 통(36)의 일단부로부터 외주 측으로 돌출한 플랜지(37)를 가진다. 이 통(36)의 타단부에는, 버너 프레임(32)이 장착되어 있다. 이 통(36)의 내주측이 연소 공간을 형성한다. 이 통(36)은, 연소기(30)가 중간 케이싱(16)에 장착되어 있는 상태에서는, 축선 하류측(Dad)으로 연장되어 있다. 플랜지(37)는, 이 통(36)의 축선 하류측(Dad)의 하류측 단부에 마련되어 있다.
복수의 정익 열(46) 중, 가장 축선 상류측(Dau)의 최초 스테이지 정익 열(46)을 구성하는 정익(46a)과, 미통(35)의 플랜지(37)는, 출구 씰(90)로 접속되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 압축기(20)는, 공기(A)를 압축해서 압축 공기를 생성한다. 이 압축 공기는, 연소기(30) 내에 유입한다. 연소기(30)에는 연료(F)가 공급된다. 연소기(30) 내에서는, 압축 공기 중에서 연료(F)가 연소해서, 고온 고압의 연소 가스(G)가 생성된다. 이 연소 가스(G)는, 연소기(30)로부터 터빈(40) 내의 연소 가스 유로(49)로 보내진다. 연소 가스(G)는, 연소 가스 유로(49)를 축선 하류측(Dad)으로 흐르는 과정에서, 터빈 로터(41)를 회전시킨다. 이 터빈 로터(41)의 회전으로, 가스 터빈 로터(11)에 접속되어 있는 발전기(GEN)의 로터가 회전한다. 이 결과, 발전기(GEN)는 발전한다.
이하, 최초 스테이지 정익 열(46)을 구성하는 정익에 관한 각종 실시형태에 대해 설명한다.
「정익의 실시형태」
이하, 본 발명과 관련되는 정익의 실시형태에 대해, 도 3 ~ 도 8을 참조해서 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 정익(50)은, 익체(51)와, 익체(51)의 날개 높이 방향(Dh)에 있어서의 한쪽측에 마련되어 있는 내측 슈라우드(60i)와, 익체(51)의 날개 높이 방향(Dh)에 있어서의 다른쪽측에 마련되어 있는 외측 슈라우드(60o)를 가진다.
정익(50)이 터빈 케이싱(45)에 장착된 상태(도 2 참조)에서는, 날개 높이 방향(Dh)이 직경 방향(Dr)이 된다. 또, 날개 높이 방향(Dh)의 한쪽측인 높이 방향 제 1 측(Dh1)은 직경 방향 외측(Dro)이 되고, 날개 높이 방향(Dh)의 다른쪽측인 높이 방향 제 2 측(Dh2)은 직경 방향 내측(Dri)이 된다. 이 때문에, 내측 슈라우드(60i)는 익체(51)의 직경 방향 내측(Dri)에 마련되고, 외측 슈라우드(60o)는 익체(51)의 직경 방향 외측(Dro)에 마련되게 된다. 그래서, 이하에서는, 날개 높이 방향(Dh)을 직경 방향(Dr), 높이 방향 제 1 측(Dh1)을 직경 방향 외측(Dro), 높이 방향 제 2 측(Dh2)를 직경 방향 내측(Dri)으로 한다.
익체(51)는 도 3, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 전연(52)과, 후연(53)과, 볼록 형상의 면인 부압면(배측면)(54)과, 오목 형상의 면인 정압면(복측면)(55)을 가진다. 전연(52) 및 후연(53)은, 부압면(54)과 정압면(55)이 연결 부분에 존재한다. 전연(52), 후연(53), 부압면(54) 및 정압면(55)은, 모두, 날개 높이 방향(Dh)인 직경 방향(Dr)으로 연장되어 있다. 전연(52)은, 정익(50)이 터빈 케이싱(45)에 장착된 상태에서, 후연(53)에 대해서 축선 상류측(Dau)에 위치한다.
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 가장자리를 획정한다. 또, 외측 슈라우드(60o)는 환상의 연소 가스 유로(49)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리를 획정한다.
내측 슈라우드(60i)는 도 4 ~ 도 6에 도시한 바와 같이, 슈라우드 본체(61)와 둘레 벽(71)과 상류측 돌출부(74)와 리테이너(76)를 가진다.
슈라우드 본체(61)는 날개 높이 방향(Dh)인 직경 방향(Dr)에 수직인 방향의 방향성분을 포함하는 방향으로 펼쳐진 판 모양의 부재이다. 이 슈라우드 본체(61)는 가스 패스면(64)과 반 가스 패스면(65)과 전단 면(62f)과 후단 면(62b)과 부압 측단 면(63n)과 정압 측단 면(63p)을 가진다.
가스 패스면(64)은 높이 방향 제 1 측(Dh1)인 직경 방향 외측(Dro)을 향하고, 연소 가스(G)가 접하는 면이다. 반 가스 패스면(65)은 높이 방향 제 2 측(Dh2)인 직경 방향 내측(Dri)을 향하는 면이다. 이 반 가스 패스면(65)은 가스 패스면(64)과 등을 맞댄 관계이다. 전단 면(62f)은 익체(51)보다 축선 상류측(Dau)에 위치하고, 축선 상류측(Dau)을 향하는 면이다. 후단 면(62b)은 익체(51)보다 축선 하류측(Dad)에 위치하고, 축선 하류측(Dad)을 향하는 면이다. 부압 측단 면(63n)은, 익체(51)의 캠버 라인(CL)을 기준으로 해서 익체(51)의 부압면(54)이 존재하는 부압측의 측단 면이며, 익체(51)로부터 부압측에 위치하는 면이다. 이 부압 측단 면(63n)은 전단 면(62f)과 후단 면(62b)을 잇는다. 정압 측단 면(63p)은 익체(51)의 캠버 라인(CL)을 기준으로 해서 익체(51)의 정압면(55)이 존재하는 정압측의 측단 면이며, 익체(51)로부터 정압측에 위치하는 면이다. 이 정압 측단 면(63p)은 전단 면(62f)과 후단 면(62b)을 잇는다. 이 정압 측단 면(63p)은 익체(51)를 기준으로 해서 부압 측단 면(63n)과 반대측에 위치한다. 후단 면(62b)은 전단 면(62f)에 대해서 거의 평행이다. 또, 정압 측단 면(63p)은 부압 측단 면(63n)에 대해서 거의 평행이다. 따라서, 슈라우드 본체(61)는 직경 방향(Dr)으로부터 보았을 경우, 도 6에 도시한 바와 같이, 평행사변형 모양을 이루고 있다.
여기서, 정압 측단 면(63p)과 부압 측단 면(63n)이 나열되고 또 축선(Ar)에 직교하는 방향을 측방향(Ds)으로 한다. 정익(50)이 터빈 케이싱(45)에 장착된 상태(도 2 참조)에서는, 측방향(Ds)이 둘레 방향(Dc)이 된다. 또, 측방향(Ds)의 한쪽측인 측방향 제 1 측(Ds1)은 둘레 방향 정압측(Dcp)이 되고, 측방향(Ds)의 다른쪽측인 측방향 제 2 측(Ds2)은 둘레 방향 부압측(Dcn)이 된다. 그래서, 이하에서는, 측방향(Ds)을 둘레 방향(Dc)으로 한다. 또, 측방향 제 1 측(Ds1)을 둘레 방향 정압측(Dcp)으로 하고, 측방향 제 2 측(Ds2)을 둘레 방향 부압측(Dcn)으로 한다.
슈라우드 본체(61)는 추가로 전단 모서리부(66)와 전단 정압측 모서리부(67p)와 전단 부압측 모서리부(67n)를 가진다. 전단 모서리부(66)는 가스 패스면(64)과 전단 면(62f)의 모서리부이다. 이 전단 모서리부(66)는 전단 면(62f)과 정압 측단 면(63p)의 각각에 대해 경사하고 있는 전단 경사면(66a)을 포함한다. 전단정압측 모서리부(67p)는, 가스 패스면(64)과 전단 면(62f)과 정압 측단 면(63p)의 모서리부이다. 전단 부압측 모서리부(67n)는 가스 패스면(64)과 전단 면(62f)과 부압 측단 면(63n)의 모서리부이다. 이 전단 부압측 모서리부(67n)는 가스 패스면(64)과 전단 면(62f)과 부압 측단 면(63n)의 각각에 대해 경사하고 있는 전단 부압측 경사면(67na)을 포함한다. 덧붙여 도 6 및 도 7에 있어서, 전단 경사면(66a)은 전단 면(62f)과 정압 측단 면(63p)의 각각에 대해 경사하고, 또 전단 면(62f)과 정압 측단 면(63p)을 접속하는 곡면으로 그려져 있다. 그렇지만, 전단 경사면(66a)은 전단 면(62f)과 정압 측단 면(63p)의 각각에 대해 경사하고 있으면, 전단 면(62f)과 정압 측단 면(63p)을 접속하는 평면이어도 괜찮다.
둘레 벽(71)은, 슈라우드 본체(61)의 외주연을 따라 슈라우드 본체(61)로부터 직경 방향 내측(Dri)으로 돌출하는 벽이다. 둘레 벽(71)은, 축선 방향(Da)으로 서로 대향하는 전 둘레 벽(71f) 및 후 둘레 벽(71b)과, 둘레 방향(Dc)으로 서로 대향하는 정압측 둘레 벽(71p) 및 부압측 둘레 벽(71n)을 가진다. 전 둘레 벽(71f)은 익체(51)보다 축선 상류측(Dau)에 위치하고 있다. 이 전 둘레 벽(71f)은 슈라우드 본체(61)에 대해서, 정압측 둘레 벽(71p) 및 부압측 둘레 벽(71n)보다 직경 방향 외측(Dro) 및 직경 방향 내측(Dri)으로 돌출하고 있다. 전 둘레 벽(71f)의 축선 상류측(Dau)을 향하는 면은, 내측 슈라우드(60i)의 전단 면(62f)의 일부를 이룬다. 후 둘레 벽(71b)은 익체(51)보다 축선 하류측(Dad)에 위치하고 있다. 정압측 둘레 벽(71p)은 익체(51)보다 둘레 방향 정압측(Dcp)에 위치하고 있다. 이 정압측 둘레 벽(71p)의 둘레 방향 정압측(Dcp)을 향하는 면은 내측 슈라우드(60i)의 정압 측단 면(63p)의 일부를 이룬다. 부압측 둘레 벽(71n)은 익체(51)보다 둘레 방향 부압측(Dcn)에 위치하고 있다. 이 부압측 둘레 벽(71n)의 둘레 방향 부압측(Dcn)을 향하는 면은, 내측 슈라우드(60i)의 부압 측단 면(63n)의 일부를 이룬다.
내측 슈라우드(60i)에는, 슈라우드 본체(61)와 둘레 벽(71)에 의해, 직경 방향 내측(Dri)을 향해 움푹한 캐비티(72)가 형성되어 있다. 이 캐비티(72)는 슈라우드 본체(61)의 반 가스 패스면(65)과, 전 둘레 벽(71f)의 축선 하류측(Dad)을 향하는 면과, 후 둘레 벽(71b)의 축선 상류측(Dau)을 향하는 면과, 정압측 둘레 벽(71p)의 둘레 방향 부압측(Dcn)을 향하는 면과, 부압측 둘레 벽(71n)의 둘레 방향 정압측(Dcp)을 향하는 면으로 획정되어 있다. 따라서, 이들 면에 의해, 캐비티(72)를 획정하는 캐비티 획정면(73)이 구성되어 있다. 덧붙여 이하의 설명의 형편상, 전 둘레 벽(71f)의 축선 하류측(Dad)을 향하는 면을 캐비티 전측 획정면(73f)으로 한다.
리테이너(76)는 축선 방향(Da)에 있어서 전 둘레 벽(71f)과 후 둘레 벽(71b)의 사이에 위치해서, 부압 측단 면(63n)으로부터 정압 측단 면(63p)에 걸쳐 형성되어 있다. 이 리테이너(76)는, 가스 터빈 케이싱(15)에 고정되어 있는 내측 커버(17)의 직경 방향 외측(Dro)의 단부(17a)(도 2, 도 3 참조)에 접속되고, 이 정익(50)의 직경 방향 내측(Dri)의 부분을 내측 커버(17)에 지지시키기 위한 역할을 담당한다.
상류측 돌출부(74)는 전단 면(62f) 중의 가스 패스면(64)으로부터 이격된 위치로부터 축선 상류측(Dau)으로 돌출하고 있다.
정익(50)은, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 추가로 충돌판(78)을 포함한다. 이 충돌판(78)은, 캐비티(72)를, 직경 방향 외측(Dro)의 영역인 제 1 측 캐비티(72a)와, 직경 방향 내측(Dri)의 영역인 제 2 측 캐비티(72b)로 나눈다. 이 충돌판(78)에는, 직경 방향(Dr)으로 관통하는 복수의 관통공(79)이 형성되어 있다. 정익(50)의 직경 방향 내측(Dri)에 존재하는 냉각 공기(Ac)의 일부는, 제 2 측 캐비티(72b) 내에 유입한다. 제 2 측 캐비티(72b)에 유입한 냉각 공기의 일부는, 충돌판(78)의 관통공(79)을 거쳐 제 1 측 캐비티(72a)내에 유입하고, 반 가스 패스면(65)을 인핀지 냉각한다.
외측 슈라우드(60o)는, 기본적으로, 내측 슈라우드(60i)의 구성과 마찬가지이다. 따라서, 외측 슈라우드(60o)도, 내측 슈라우드(60i)와 마찬가지로, 슈라우드 본체(61)와 둘레 벽(71)과 상류측 돌출부(74)를 가진다. 단, 외측 슈라우드(60o)는, 내측 슈라우드(60i)의 리테이너(76)에 상당하는 부분을 갖고 있지 않다. 이 외측 슈라우드(60o)의 슈라우드 본체(61)도, 내측 슈라우드(60i)의 슈라우드 본체(61)와 마찬가지로, 가스 패스면(64)과 반 가스 패스면(65)과 전단 면(62f)과 후단 면(62b)과 부압 측단 면(63n)과 정압 측단 면(63p)과 전단 모서리부(66)와 전단 정압측 모서리부(67p)와 전단 부압측 모서리부(67n)를 가진다. 또, 이 외측 슈라우드(60o)의 둘레 벽(71)도, 내측 슈라우드(60i)의 둘레 벽(71)과 마찬가지로, 전 둘레 벽(71f)과 후 둘레 벽(71b)과 정압측 둘레 벽(71p)과 부압측 둘레 벽(71n)을 가진다. 외측 슈라우드(60o)의 전 둘레 벽(71f) 및 후 둘레 벽(71b)은 정익(50)을 터빈 케이싱(45)(도 2 참조)의 내주 측에 장착하는 역할을 담당한다.
전술한 출구 씰(90)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 미통(35)의 플랜지(37) 중에서 직경 방향 외측(Dro)의 부분과 외측 슈라우드(60o)를 접속하는 외측 출구 씰(90o)과, 미통(35)의 플랜지(37) 중에서 직경 방향 내측(Dri)의 부분과 내측 슈라우드(60i)를 접속하는 내측 출구 씰(90i)을 가진다.
내측 출구 씰(90i)은 도 7에 도시한 바와 같이, 주 판(91)과 하류측 제 1 판(92a)과 하류측 제 2 판(92b)과 상류측 제 1 판(93a)과 상류측 제 2 판(93b)을 가진다. 주 판(91)은, 둘레 방향(Dc) 및 직경 방향(Dr)으로 연장되고 있다. 하류측 제 1 판(92a) 및 하류측 제 2 판(92b)은 둘레 방향(Dc) 및 축선 방향(Da)으로 연장되고 있다. 하류측 제 1 판(92a)은 주 판(91)의 직경 방향 외측(Dro)의 단부로부터 축선 하류측(Dad)으로 연장되고 있다. 하류측 제 2 판(92b)은 주 판(91)의 직경 방향 외측(Dro)의 단부와 직경 방향 내측(Dri)의 단부의 거의 중간 위치로부터 축선 하류측(Dad)으로 연장되고 있다. 이 하류측 제 2 판(92b)은 하류측 제 1 판(92a)에 대해서, 직경 방향(Dr)으로 간격을 두고 직경 방향(Dr)으로 대향하고 있다.
상류측 제 1 판(93a)은 둘레 방향(Dc) 및 축선 방향(Da)으로 연장되고 있다. 이 상류측 제 1 판(93a)은 주 판(91)의 직경 방향 내측(Dri)의 단부로부터 축선 상류측(Dau)으로 연장되고 있다. 상류측 제 2 판(93b)은 둘레 방향(Dc) 및 직경 방향(Dr)으로 연장되고 있다. 이 상류측 제 2 판(93b)은 상류측 제 1 판(93a)의 축선 상류측(Dau)의 단부로부터 직경 방향 외측(Dro)으로 연장되고 있다. 이 상류측 제 2 판(93b)은 주 판(91)에 대해서 축선 방향(Da)으로 간격을 두고 축선 방향(Da)으로 대향하고 있다.
내측 출구 씰(90i)을 구성하는 부재 중에서, 직경 방향(Dr)으로 가장 연소 가스 유로(49)에 가까운 부재는 하류측 제 1 판(92a)이다. 이 하류측 제 1 판(92a)은 미통(35)의 통(36) 및 내측 슈라우드(60i)의 슈라우드 본체(61)보다 직경 방향 내측(Dri)에 위치한다. 따라서, 이 하류측 제 1 판(92a)은 연소 가스 유로(49)로부터 직경 방향(Dr)으로 이격되어 있다.
내측 출구 씰(90i)은 미통 접속부(94)와 정익 접속부(95)와 냉각 공기 통로(96)를 가진다. 미통 접속부(94)는 미통(35)의 플랜지(37)가 인입할 수 있도록, 직경 방향 내측(Dri)을 향해 오목한 홈이다. 홈인 미통 접속부(94)는, 주 판(91)과 상류측 제 1 판(93a)과 상류측 제 2 판(93b)으로 형성된다. 정익 접속부(95)는 내측 슈라우드(60i)의 상류측 돌출부(74)가 인입할 수 있도록, 축선 상류측(Dau)을 향해 오목한 홈이다. 홈인 정익 접속부(95)는, 주 판(91)과 하류측 제 1 판(92a)과 하류측 제 2 판(92b)으로 형성된다. 냉각 공기 통로(96)는 주 판(91)의 직경 방향 내측(Dri)의 단부에서 개구하고 있는 입구(96i)와, 하류측 제 1 판(92a)의 축선 하류측(Dad)의 단부에서 개구하는 출구(96o)를 가진다.
통(36)의 후단 면(36b)과, 내측 슈라우드(60i)의 전단 모서리부(66) 및 전단 면(62f) 중에서 가스 패스면(64)의 접근 부분은, 축선 방향(Da)으로 간격을 두고 서로 대향하고 있다. 미통(35)의 플랜지(37)와 내측 슈라우드(60i)의 전단 면(62f) 중에서 가스 패스면(64)으로부터 이격된 부분은, 축선 방향(Da)으로 간격을 두고 서로 대향하고 있다. 통(36)의 후단 면(36b)과, 내측 슈라우드(60i)의 전단 모서리부(66) 및 전단 면(62f) 사이의 축선 방향(Da)의 간극은, 제 1 간극(S1)을 이룬다. 미통(35)의 플랜지(37)와 내측 슈라우드(60i)의 전단 면(62f)과 내측 출구 씰(90i)의 하류측 제 1 판(92a)으로 둘러싸인 공간은, 제 2 간극(S2)을 이룬다. 따라서,이 제 2 간극(S2)은 연소 가스 유로(49)로부터 직경 방향(Dr)으로 이격된 위치에 존재한다. 제 1 간극(S1)과 제 2 간극(S2은, 서로 직경 방향(Dr)으로 연결되어 하나의 간극 공간(S)을 형성한다. 출구 씰(90)은, 미통(35) 내를 흘러 온 연소 가스(G)의 일부가, 이 간극 공간(S)을 거쳐 중간 케이싱(16) 내로 유출하는 것을 막는 역할도 담당하고 있다.
외측 출구 씰(90o)은 내측 출구 씰(90i)의 구성과 마찬가지이다. 단, 외측 출구 씰(90o)의 구성요소에 있어서의 직경 방향(Dr)의 상호 관계는, 내측 출구 씰(90i)의 구성요소에 있어서의 직경 방향(Dr)의 상호 관계와 역이다. 이 때문에, 예를 들면, 외측 출구 씰(90o)의 하류측 제 1 판(92a)은 외측 출구 씰(90o)의 주 판(91)에 있어서의 직경 방향 내측(Dri)의 단부에 마련되어 있다. 또, 외측 출구 씰(90o)의 미통 접속부(94)는 직경 방향 외측(Dro)을 향해 우묵한 홈이다.
익체(51), 외측 슈라우드(60o) 및 내측 슈라우드(60i)에는, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 직경 방향(Dr)으로 연장되는 복수의 날개 공기 통로(81)가 형성되어 있다. 각 날개 공기 통로(81)는 모두 외측 슈라우드(60o)로부터, 익체(51)를 거쳐, 내측 슈라우드(60i)까지 줄지어 형성되어 있다. 복수의 날개 공기 통로(81)는 익체(51)의 캠버 라인(CL)을 따라 나열되어 있다. 인접하는 날개 공기 통로(81)의 일부는, 직경 방향 외측(Dro)의 부분, 또는 직경 방향 내측(Dri)의 부분에서 서로 연통하고 있다. 또, 복수의 날개 공기 통로(81) 중 임의의 통로는 외측 슈라우드(60o)의 반 가스 패스면(65)에서 개구하고 있다. 게다가 복수의 날개 공기 통로(81) 중 임의의 통로는 내측 슈라우드(60i)의 반 가스 패스면(65)에서 개구하고 있다. 정익(50)의 직경 방향 외측(Dro) 또는 직경 방향 내측(Dri)에 존재하는 냉각 공기(Ac)의 일부는 이 날개 공기 통로(81)의 개구로부터 날개 공기 통로(81) 내로 유입한다. 익체(51)의 전연(52) 및 후연(53)에는 날개 공기 통로(81)로부터 연소 가스 유로(49)로 관통하는 복수의 날개면 분출 통로(82)가 형성되어 있다.
내측 슈라우드(60i)에는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 복수의 후단 통로(83)와 복수의 제 1 공기 통로(84)와 복수의 제 2 공기 통로(85)와 제 3 공기 통로(86)가 형성되어 있다.
복수의 후단 통로(83)는 둘레 방향(Dc)으로 나열되어 있다. 이들 후단 통로(83)는 입구(83i)와 출구(83o)를 가진다. 입구(83i)는, 제 1 측 캐비티(72a)를 획정하는 면으로서, 후 둘레 벽(71b)의 축선 상류측(Dau)을 향하는 면에 형성되어 있다. 출구(83o)는 후단 면(62b)에 형성되어 있다.
복수의 제 1 공기 통로(84)는, 도 5 ~ 도 7에 도시한 바와 같이, 둘레 방향(Dc)으로 나열되어 있다. 이들 제 1 공기 통로(84)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 제 1 입구(84i)와 제 1 출구(84o)를 가진다. 제 1 입구(84i)는 캐비티 전측 획정면(73f) 중에서 제 2 측 캐비티(72b)를 획정하는 부분에서 개구하고 있다. 제 1 출구(84o)는 전단 모서리부(66) 중의 전단 경사면(66a)에서 개구하고 있다. 제 1 공기 통로(84)는, 제 1 공기 통로(84) 중의 제 1 출구(84o)를 포함하는 제 1 출구 측부(84po)를 가진다. 이 제 1 출구 측부(84po)는 축선 상류측(Dau)을 향함에 따라, 점차 직경 방향 외측(Dro)을 향하도록 형성되어 있다. 게다가 이 제 1 출구 측부(84po)는 축선 상류측(Dau)을 향함에 따라, 점차 둘레 방향 정압측(Dcp)을 향하도록 경사하고 있다(도 6 참조).
복수의 제 2 공기 통로(85)는, 도 5 ~ 도 7에 도시한 바와 같이, 둘레 방향(Dc)으로 나열되어 있다. 본 실시형태에서는, 복수의 제 1 공기 통로(84)와 복수의 제 2 공기 통로(85)가 둘레 방향(Dc)으로 교대로 나열되어 있다. 이들 제 2 공기 통로(85)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 제 2 입구(85i)와 제 2 출구(85o)를 가진다. 제 2 입구(85i)는, 캐비티 전측 획정면(73f) 중에서 제 2 측 캐비티(72b)를 획정하는 부분에서 개구하고 있다. 제 2 출구(85o)는, 전단 면(62f)에서 개구하고 있다. 이 제 2 출구(85o)는 축선 방향(Da)으로 통(36)의 후단 면(36b)과 대향하고 있다. 제 2 공기 통로(85)는, 제 2 공기 통로(85) 중의 제 2 출구(85o)를 포함하는 제 2 출구 측부(85po)를 가진다. 이 제 2 출구 측부(85po)는, 축선 상류측(Dau)을 향함에 따라, 점차 직경 방향 외측(Dro)을 향하도록 형성되어 있다.
제 3 공기 통로(86)는 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이, 제 3 입구(86i)와 제 3 출구(86o)를 가진다. 제 3 입구(86i)는, 캐비티 전측 획정면(73f) 중에서 제 2 측 캐비티(72b)를 획정하는 부분에서 개구하고 있다. 제 3 출구(86o)는 전단 부압측 모서리부(67n) 중의 전단 부압측 경사면(67na)에서 개구하고 있다. 제 3 공기 통로(86)는 제 3 공기 통로(86) 중의 제 3 출구(86o)를 포함하는 제 3 출구 측부(86po)를 가진다. 이 제 3 출구 측부(86po)는 축선 상류측(Dau)을 향함에 따라, 점차 직경 방향 외측(Dro)을 향하도록 형성되어 있다. 게다가 이 제 3 출구 측부(86po)는, 축선 상류측(Dau)을 향함에 따라, 점차 둘레 방향 부압측(Dcn)을 향하도록 경사하고 있다.
외측 슈라우드(60o)에는 도 5에 도시한 바와 같이 복수의 후단 통로(83)와 복수의 제 4 공기 통로(87)가 형성되어 있다.
복수의 후단 통로(83)는 내측 슈라우드(60i)의 복수의 후단 통로(83)와 마찬가지로 둘레 방향(Dc)으로 나열되어 있다. 이들 후단 통로(83)는 입구(83i)와 출구(83o)를 가진다. 입구(83i)는, 외측 슈라우드(60o)의 제 1 측 캐비티(72a)를 획정하는 면으로서, 후 둘레 벽(71b)의 축선 상류측(Dau)을 향하는 면에 형성되어 있다. 출구(83o)는 외측 슈라우드(60o)의 후단 면(62b)에 형성되어 있다.
복수의 제 4 공기 통로(87)는 둘레 방향(Dc)으로 나열되어 있다. 이들 제 4 공기 통로(87)는 제 4 입구(87i)와 제 4 출구(87o)를 가진다. 제 4 입구(87i)는 외측 슈라우드(60o)의 캐비티 전측 획정면(73f) 중에서 제 1 측 캐비티(72a)를 획정하는 부분에서 개구하고 있다. 제 4 출구(87o)는 외측 슈라우드(60o)의 전단 면(62f)에서 개구하고 있다.
덧붙여 외측 슈라우드(60o)에는, 이상의 제 4 공기 통로(87) 대신에, 제 1 공기 통로(84) 및 제 2 공기 통로(85)를 형성해도 괜찮다. 게다가 외측 슈라우드(60o)에는 제 3 공기 통로(86)를 형성해도 괜찮다. 이와 같이, 외측 슈라우드(60o)에 제 1 공기 통로(84)나 제 2 공기 통로(85) 등을 형성하는 경우, 이 외측 슈라우드(60o)에 있어서의 높이 방향 제 1 측(Dh1)은 직경 방향 내측(Dri)이 되고,이 외측 슈라우드(60o)에 있어서의 높이 방향 제 2 측(Dh2)은 직경 방향 외측(Dro)이 된다. 이를 위해, 예를 들면, 외측 슈라우드(60o)에 형성되는 제 1 공기 통로(84) 중의 제 1 출구 측부(84po)는 축선 상류측(Dau)을 향함에 따라 점차 직경 방향 내측(Dri)을 향하도록 형성된다.
정익(50)은, 가스 터빈(10)이 구동하고 있는 동안, 고온의 연소 가스(G)에 노출된다. 이 때문에, 정익(50)에 각종 통로를 형성하고, 이 통로에 공기를 통해, 정익(50)을 냉각한다.
그런데, 연소 가스 유로(49)에 있어서, 정익(50)의 상류측 주위에는, 둘레 방향(Dc)으로 서로 인접한 2개의 정익(50)의 사이를 흐르는 연소 가스 흐름의 관계로, 둘레 방향(Dc)으로 압력 분포가 발생한다. 즉, 정익(50)의 상류측 주위에서는, 익체(51)의 전연(52)을 기준으로 해서, 측방향 제 1 측(Ds1)(정압측)의 부분의 압력이 높아지고, 상대적으로 측방향 제 2 측(Ds2)(부압측)의 압력이 낮아진다. 이 때문에, 연소 가스 유로(49)를 흐르고 있는 연소 가스는, 미통(35)의 후단 면(36b)과 내측 슈라우드(60i)의 전단 면(62f) 사이 중, 익체(51)의 전연(52)을 기준으로 해서 측방향 제 2 측(Ds2)(부압측)의 부분보다 측방향 제 1 측(Ds1)(정압측)의 부분으로부터, 연소 가스(G)가 간극 공간(S) 내에 유입하기 쉬워진다. 더욱이, 유입한 일부의 연소 가스(G)는 간극 공간(S) 내를 둘레 방향(Dc)으로 이동해서, 압력이 낮은 쪽 방향 제 2 측(Ds2)의 연소 가스 유로(49)로 배출된다.
정익(50)의 내측 슈라우드(60i)에 주목하면, 도 7에 도시한 바와 같이, 내측 슈라우드(60i)의 가스 패스면(64)은 연소 가스(G)에 노출된다. 또, 제 1 공기 통로(84) 및 제 2 공기 통로(85)에 공기가 흐르지 않는 경우, 미통(35)과 내측 슈라우드(60i) 사이의 간극 공간(S)에는, 전술한 바와 같이 연소 가스(G)가 흘러든다. 이 때문에, 가스 패스면(64)과 전단 면(62f)의 모서리부인 전단 모서리부(66)는 가스 패스면(64)의 측과 전단 면(62f)의 측으로부터의 입열에 의해, 이면 가열된다. 따라서, 전단 모서리부(66)는 가스 패스면(64)이나 전단 면(62f)보다, 연소 가스(G)에 의해 가열되기 쉽다.
내측 슈라우드(60i)의 제 2 측 캐비티(72b)에는 중간 케이싱(16) 내의 압축 공기가 유입한다. 이 압축 공기의 일부는, 냉각 공기(Ac)로서, 제 1 입구(84i)로부터 제 1 공기 통로(84)에 유입한다. 이 압축 공기의 다른 일부는, 냉각 공기(Ac)로서, 제 2 입구(85i)로부터 제 2 공기 통로(85)에 유입한다. 게다가 이 압축 공기의 다른 일부는, 냉각 공기(Ac)로서, 제 3 입구(86i)로부터 제 3 공기 통로(86)(도 8) 참조)에 유입한다.
제 1 공기 통로(84)에 유입한 냉각 공기(Ac)는, 이 제 1 공기 통로(84)를 통과하는 과정에서, 내측 슈라우드(60i)의 축선 상류측(Dau)의 부분, 특히 가스 패스면(64)의 축선 상류측(Dau)의 부분을 대류 냉각한다. 냉각 공기(Ac)는, 전단 모서리부(66)에 형성되어 있는 제 1 출구(84o)로부터 연소 가스 유로(49) 내로 유출된다. 연소 가스 유로(49) 내로 유출한 냉각 공기(Ac)는, 퍼지 공기로서 기능하고, 연소 가스(G)가 전단 모서리부(66)에 이르는 것을 억제해서, 연소 가스(G)에 의한 전단 모서리부(66)의 가열을 억제한다. 게다가 연소 가스 유로(49) 내로 유출한 냉각 공기(Ac)는, 미통(35)과 내측 슈라우드(60i) 사이의 간극 공간(S)에 연소 가스(G)가 흘러드는 것을 억제하는 퍼지 공기로서 기능함과 동시에, 연소 가스(G)의 희석에 의해, 이 간극 공간(S)에 유입하는 가스의 온도를 내린다.
제 1 공기 통로(84)의 제 1 출구 측부(84po)는, 전술한 바와 같이, 축선 상류측(Dau)을 향함에 따라, 점차 직경 방향 외측(Dro)을 향하고 있다. 이 때문에,이 제 1 공기 통로(84)로부터 유출한 냉각 공기(Ac)는, 축선 상류측(Dau)을 향함에 따라, 점차 직경 방향 외측(Dro)을 향한다. 따라서, 이 제 1 공기 통로(84)로부터 유출한 냉각 공기(Ac)에 의해, 효과적으로, 연소 가스(G)가 전단 모서리부(66)에 이르는 것을 억제할 수 있음과 동시에, 간극 공간(S)에 연소 가스(G)가 흘러드는 것을 억제할 수 있다. 게다가 이 제 1 출구 측부(84po)는, 축선 상류측(Dau)을 향함에 따라, 점차 둘레 방향 정압측(Dcp)을 향하고 있다. 이 때문에, 제 1 입구(84i)가 형성되어 있는 캐비티 전측 획정면(73f)과, 제 1 출구(84o)가 형성되어 있는 전단 모서리부(66) 사이의 거리가 짧아도, 제 1 공기 통로(84)를 직경 방향(Dr)으로도 연장되는 경사 통로로서 형성하는 것에 의해, 제 1 공기 통로(84)의 통로 길이를 길게 할 수가 있다. 따라서, 이 제 1 공기 통로(84)를 통과하고 있는 냉각 공기(Ac)에 의해, 효과적으로, 내측 슈라우드(60i)의 축선 상류측(Dau)의 부분을 대류 냉각할 수 있다.
여기서, 제 1 공기 통로(84)를 통과 중인 냉각 공기(Ac)는, 연소 가스(G)에 노출되는 내측 슈라우드(60i)를 대류 냉각하는 효과를 가진다. 또, 제 1 공기 통로(84)로부터 유출한 냉각 공기(Ac)는, 연소 가스(G)의 내측 슈라우드(60i)에의 접촉을 억제해서, 이 내측 슈라우드(60i)의 가열을 억제하는 퍼지 공기로서의 효과를 가진다. 제 1 공기 통로(84)는, 제 1 공기 통로(84)로부터 유출한 냉각 공기(Ac)를 퍼지 공기로서 기능시키는 효과보다, 제 1 공기 통로(84)를 통과중인 냉각 공기(Ac)에 의한 대류 냉각에 의한 효과를 크게 하도록 한 통로이다.
제 2 공기 통로(85)에 유입한 냉각 공기(Ac)는, 이 제 2 공기 통로(85)를 통과하는 과정에서, 내측 슈라우드(60i)의 축선 상류측(Dau)의 부분, 특히 전단 면(62f) 주위를 대류 냉각한다. 냉각 공기(Ac)는, 전단 면(62f)에 형성되어 있는 제 2 출구(85o)로부터 간극 공간(S)으로 유출된다. 간극 공간(S)으로 유출한 냉각 공기(Ac)는 연소 가스(G)가 간극 공간(S)에 면하고 있는 전단 면(62f)에 이르는 것을 억제하는 것에 의해, 연소 가스(G)에 의한 전단 면(62f) 및 미통(35)의 후단 면(36b)의 가열을 억제한다. 즉, 이 냉각 공기(Ac)는, 전단 면(62f) 주위를 대류 냉각함과 동시에, 간극 공간(S)에 유입하는 연소 가스(G)를 희석하고 이 간극 공간(S)내의 가스 온도를 내려, 전단 면(62f), 미통(35)의 후단 면(36b), 및 이들 주위의 가열을 억제한다. 게다가 간극 공간(S)으로 유출한 냉각 공기(Ac)는 이 간극 공간(S)에 연소 가스(G)가 흘러드는 것을 억제하는 퍼지 공기로서 기능한다.
제 2 공기 통로(85)의 제 2 출구 측부(85po)는, 전술한 바와 같이, 축선 상류측(Dau)을 향함에 따라, 점차 직경 방향 외측(Dro)을 향하고 있다. 이 때문에, 이 제 2 공기 통로(85)로부터 유출한 냉각 공기(Ac)는, 축선 상류측(Dau)을 향함에 따라, 점차 직경 방향 외측(Dro)을 향한다. 따라서, 이 제 2 공기 통로(85)로부터 유출한 냉각 공기(Ac)에 의해, 효과적으로, 연소 가스(G)가 간극 공간(S)에 유입하는 것을 억제할 수 있다.
이 제 2 공기 통로(85)는, 제 1 공기 통로(84)와 비교해, 대류 냉각에 의한 효과보다 냉각 공기(Ac)를 퍼지 공기로서 기능시키는 효과를 크게 하도록 한 통로이다.
제 3 공기 통로(86)에 유입한 냉각 공기(Ac)는, 이 제 3 공기 통로(86)를 통과하는 과정에서, 내측 슈라우드(60i)의 축선 상류측(Dau)의 부분, 특히, 가스 패스면(64)의 축선 상류측(Dau)이고 또 둘레 방향 부압측(Dcn)의 부분, 및 부압 측단 면(63n)의 축선 상류측(Dau)의 부분을 대류 냉각한다. 냉각 공기(Ac)는, 전단 부압측 모서리부(67n)에 형성되어 있는 제 3 출구(86o)로부터 연소 가스 유로(49) 내로 유출된다. 연소 가스 유로(49) 내로 유출한 냉각 공기(Ac)는, 연소 가스(G)가 전단 부압측 모서리부(67n)에 이르는 것을 억제하는 것에 의해, 연소 가스(G)에 의한 전단 부압측 모서리부(67n)의 가열을 억제한다. 즉, 이 냉각 공기(Ac)는, 전단 부압측 모서리부(67n) 및 그 주위를 필름 냉각한다. 게다가 연소 가스 유로(49) 내로 유출한 냉각 공기(Ac)는, 미통(35)과 내측 슈라우드(60i) 사이의 간극 공간(S)에 연소 가스(G)가 흘러드는 것을 억제함과 동시에, 이 간극 공간(S)에 유입하는 가스의 온도를 내린다.
그런데, 제 1 공기 통로(84)와 제 2 공기 통로(85) 중, 한쪽의 공기 통로만으로도, 내측 슈라우드(60i)의 축선 상류측(Dau)의 부분을 냉각해서, 이 부분의 열손상을 억제할 수가 있다. 여기서, 만일, 제 1 공기 통로(84)만으로 내측 슈라우드(60i)의 축선 상류측(Dau)의 부분을 냉각하는 경우에 대해 고찰한다. 이 경우, 제 2 공기 통로(85)에 의한 효과도 제 1 공기 통로(84)가 담당할 필요가 있다. 이 때문에, 예를 들면, 제 1 공기 통로(84)의 통로 단면적을 크게 해서, 제 1 공기 통로(84)를 흐르는 냉각 공기(Ac)의 유량을, 본 실시형태에 있어서 제 1 공기 통로(84) 및 제 2 공기 통로(85)를 흐르는 냉각 공기(Ac)의 총유량보다 많게 할 필요가 있다.
게다가 만일, 제 2 공기 통로(85)만으로 내측 슈라우드(60i)의 축선 상류측(Dau)의 부분을 냉각하는 경우에 대해 고찰한다. 이 경우, 제 1 공기 통로(84)에 의한 효과도 제 1 공기 통로(84)가 담당할 필요가 있다. 이 때문에, 예를 들면, 제 2 공기 통로(85)의 수를 많이 해서, 제 2 공기 통로(85)를 흐르는 냉각 공기(Ac)의 유량을, 본 실시형태에 있어서 제 1 공기 통로(84) 및 제 2 공기 통로(85)를 흐르는 냉각 공기(Ac)의 총유량보다 많게 할 필요가 있다.
따라서, 본 실시형태의 내측 슈라우드(60i)는 제 1 공기 통로(84) 및 제 2 공기 통로(85)를 가지므로, 내측 슈라우드(60i)를 효과적으로 냉각해서, 내측 슈라우드(60i)의 내구성을 향상시키면서도, 이 내측 슈라우드(60i)를 냉각하기 위한 냉각 공기(Ac)의 사용량을 억제할 수가 있다.
「정익의 변형예」
제 1 공기 통로(84)의 수와 제 2 공기 통로(85)의 수는 동수가 아니어도 괜찮다. 예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이, 제 1 공기 통로(84)의 수를 제 2 공기 통로(85)의 수보다 많게 해도 괜찮다. 또, 반대로, 제 2 공기 통로(85)의 수를 제 1 공기 통로(84)의 수보다 많게 해도 괜찮다. 따라서, 복수의 제 1 공기 통로(84)와 복수의 제 2 공기 통로(85)를 둘레 방향(Dc)으로 교대로 배치하지 않아도 괜찮다.
또, 제 1 공기 통로(84)의 통로 총단면적과 제 2 공기 통로(85)의 통로 총단면적은 동일하지 않아도 괜찮다. 예를 들면, 제 1 공기 통로(84)의 통로 단면적을 제 2 공기 통로(85)의 통로 단면적보다 크게 해도 괜찮다.
내측 슈라우드(60i)의 전단 모서리부(66) 중, 둘레 방향 정압측(Dcp)의 단부 및 둘레 방향 부압측(Dcn)의 단부를 제외한 전역에, 제 1 공기 통로(84)의 제 1 출구(84o)를 배치하지 않아도 괜찮다. 또, 내측 슈라우드(60i)의 전단 면(62f) 중, 둘레 방향 정압측(Dcp)의 단부 및 둘레 방향 부압측(Dcn)의 단부를 제외한 전역에, 제 2 공기 통로(85)의 제 2 출구(85o)를 배치하지 않아도 괜찮다. 전술한 바와 같이, 연소 가스(G)는, 미통(35)의 후단 면(36b)과 내측 슈라우드(60i)의 전단 면(62f) 사이 중, 익체(51)의 전연(52)을 기준으로 해서 둘레 방향 부압측(Dcn)의 부분보다 둘레 방향 정압측(Dcp)의 부분으로부터, 연소 가스(G)가 간극 공간(S) 내에 유입하기 쉽다. 이 때문에, 예를 들면, 전단 모서리부(66) 중, 익체(51)의 전연(52)을 기준으로 해서, 둘레 방향 정압측(Dcp)에만 제 1 공기 통로(84)의 제 1 출구(84o)를 배치해도 괜찮다. 또, 전단 면(62f) 중, 익체(51)의 전연(52)을 기준으로 해서, 둘레 방향 정압측(Dcp)에만 제 2 공기 통로(85)의 제 2 출구(85o)를 배치해도 괜찮다. 구체적으로, 예를 들면, 전단 모서리부(66) 중, 익체(51)의 전연(52)을 기준으로 해서, 둘레 방향 정압측(Dcp)에만 제 1 공기 통로(84)의 제 1 출구(84o)를 배치하고, 전단 면(62f) 중, 둘레 방향 정압측(Dcp)의 단부 및 둘레 방향 부압측(Dcn)의 단부를 제외한 전역에 제 2 공기 통로(85)의 제 2 출구(85o)를 배치하지 않아도 괜찮다. 반대로, 전단 모서리부(66) 중, 둘레 방향 정압측(Dcp)의 단부 및 둘레 방향 부압측(Dcn)의 단부를 제외한 전역에 제 1 공기 통로(84)의 제 1 출구(84o)를 배치하고, 전단 면(62f) 중, 익체(51)의 전연(52)를 기준으로 해서, 둘레 방향 정압측(Dcp)에만 제 2 공기 통로(85)의 제 2 출구(85o)를 배치해도 괜찮다.
또, 반복하게 되지만, 외측 슈라우드(60o)에는, 제 4 공기 통로(87) 대신에, 제 1 공기 통로(84) 및 제 2 공기 통로(85)를 형성해도 괜찮다. 게다가 이 외측 슈라우드(60o)에는 제 3 공기 통로(86)를 형성해도 괜찮다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명의 일 태양에 의하면, 정익을 효과적으로 냉각해서, 내구성의 향상을 도모하면서도 냉각 공기의 사용량을 억제할 수가 있다.
10： 가스 터빈
11： 가스 터빈 로터
15： 가스 터빈 케이싱
16：중간 케이싱
20：압축기
21：압축기 로터
22：로터축
23：동익 열
23a：동익
25：압축기 케이싱
26 : 정익 열
26a：정익
30：연소기
31：버너
32：버너 프레임
33：내통(또는 연소통)
35：미통
36：통
36b：후단 면
37：플랜지
40：터빈
41：터빈 로터
42：로터축
43：동익 열
43a：동익
45：터빈 케이싱
45a：외측 케이싱
45b：내측 케이싱
45c：분할환
45p： 냉각 공기 통로
46 : 정익 열
46a：정익
49：연소 가스 유로
50：정익
51：익체
52：전연
53：후연
54：부압면
55：정압면
60o：외측 슈라우드
60i：내측 슈라우드
61：슈라우드 본체
62f：전단 면
62b：후단 면
63n：부압 측단 면
63p：정압 측단 면
64：가스 패스면
65：반 가스 패스면
66：전단 모서리부
66a：전단 경사면
67p：전단 정압측 모서리부
67n：전단 부압측 모서리부
67na：전단 부압측 경사면
71：둘레 벽
71f：전 둘레 벽
71b：후 둘레 벽
71n：부압측 둘레 벽
71p：정압측 둘레 벽
72：캐비티
72a：제 1 측 캐비티
72b：제 2 측 캐비티
73：캐비티 획정면
73f：캐비티 전측 획정면
74： 상류측 돌출부
76：리테이너
78：충돌판
79：관통공
81：날개 공기 통로
82：익면 분출 통로
83：후단 통로
84：제 1 공기 통로
84i：제 1 입구
84o：제 1 출구
84po：제 1 출구 측부
85：제 2 공기 통로
85i：제 2 입구
85o：제 2 출구
85po：제 2 출구 측부
86：제 3 공기 통로
86i：제 3 입구
86o：제 3 출구
86po：제 3 출구 측부
87：제 4 공기 통로
87i：제 4 입구
87o：제 4 출구
90：출구 씰
90i：내측 출구 씰
90o：외측 출구 씰
91：주 판
92a：하류측 제 1 판
92b：하류측 제 2 판
93a：상류측 제 1 판
93b：상류측 제 2 판
94：미통 접속부
95：정익 접속부
96：냉각 공기 통로
A：공기
Ac：냉각 공기
F：연료
G：연소 가스
Ar：축선
Ca：연소기 축선
S： 간극 공간
S1：제 1 간극
S2：제 2 간극
Da：축선 방향
Dau：축선 상류측
Dad：축선 하류측
Dc：둘레 방향
Dcp：둘레 방향 정압측
Dcn：둘레 방향 부압측
Dr：직경 방향
Dri：직경 방향 내측
Dro：직경 방향 외측
Dh：날개 높이 방향
Dh1：높이 방향 제 1 측
Dh2：높이 방향 제 2 측
Ds：측방향
Ds1：측방향 제 1 측
Ds2：측방향 제 2 측
11： 가스 터빈 로터
15： 가스 터빈 케이싱
16：중간 케이싱
20：압축기
21：압축기 로터
22：로터축
23：동익 열
23a：동익
25：압축기 케이싱
26 : 정익 열
26a：정익
30：연소기
31：버너
32：버너 프레임
33：내통(또는 연소통)
35：미통
36：통
36b：후단 면
37：플랜지
40：터빈
41：터빈 로터
42：로터축
43：동익 열
43a：동익
45：터빈 케이싱
45a：외측 케이싱
45b：내측 케이싱
45c：분할환
45p： 냉각 공기 통로
46 : 정익 열
46a：정익
49：연소 가스 유로
50：정익
51：익체
52：전연
53：후연
54：부압면
55：정압면
60o：외측 슈라우드
60i：내측 슈라우드
61：슈라우드 본체
62f：전단 면
62b：후단 면
63n：부압 측단 면
63p：정압 측단 면
64：가스 패스면
65：반 가스 패스면
66：전단 모서리부
66a：전단 경사면
67p：전단 정압측 모서리부
67n：전단 부압측 모서리부
67na：전단 부압측 경사면
71：둘레 벽
71f：전 둘레 벽
71b：후 둘레 벽
71n：부압측 둘레 벽
71p：정압측 둘레 벽
72：캐비티
72a：제 1 측 캐비티
72b：제 2 측 캐비티
73：캐비티 획정면
73f：캐비티 전측 획정면
74： 상류측 돌출부
76：리테이너
78：충돌판
79：관통공
81：날개 공기 통로
82：익면 분출 통로
83：후단 통로
84：제 1 공기 통로
84i：제 1 입구
84o：제 1 출구
84po：제 1 출구 측부
85：제 2 공기 통로
85i：제 2 입구
85o：제 2 출구
85po：제 2 출구 측부
86：제 3 공기 통로
86i：제 3 입구
86o：제 3 출구
86po：제 3 출구 측부
87：제 4 공기 통로
87i：제 4 입구
87o：제 4 출구
90：출구 씰
90i：내측 출구 씰
90o：외측 출구 씰
91：주 판
92a：하류측 제 1 판
92b：하류측 제 2 판
93a：상류측 제 1 판
93b：상류측 제 2 판
94：미통 접속부
95：정익 접속부
96：냉각 공기 통로
A：공기
Ac：냉각 공기
F：연료
G：연소 가스
Ar：축선
Ca：연소기 축선
S： 간극 공간
S1：제 1 간극
S2：제 2 간극
Da：축선 방향
Dau：축선 상류측
Dad：축선 하류측
Dc：둘레 방향
Dcp：둘레 방향 정압측
Dcn：둘레 방향 부압측
Dr：직경 방향
Dri：직경 방향 내측
Dro：직경 방향 외측
Dh：날개 높이 방향
Dh1：높이 방향 제 1 측
Dh2：높이 방향 제 2 측
Ds：측방향
Ds1：측방향 제 1 측
Ds2：측방향 제 2 측
Claims (17)
- 날개형을 이루는 익체와,
상기 익체에 있어서의 날개 높이 방향의 한쪽측인 높이 방향 제 1 측과 상기 날개 높이 방향의 다른쪽측인 높이 방향 제 2 측 중, 상기 높이 방향 제 2 측의 단부에 마련되어 있는 슈라우드를 포함하고,
상기 슈라우드는,
상기 높이 방향 제 1 측을 향하고, 연소 가스에 접하는 가스 패스면과,
상기 익체의 전연에 대한 후연이 존재하는 측으로서, 상기 연소 가스가 흘러 가는 하류측을 향해, 상기 익체보다 상기 하류 측에 위치하는 후단 면과,
상기 하류측과는 반대측인 상류측을 향해, 상기 익체보다 상기 상류 측에 위치하기 전단 면과,
상기 전단 면과 상기 후단 면을 잇고, 상기 익체의 캠버 라인을 기준으로 해서 상기 익체의 정압면이 존재하는 정압측의 측단 면으로서, 상기 익체보다 상기 정압측에 위치하는 정압 측단 면과,
상기 전단 면과 상기 후단 면을 잇고, 상기 익체의 캠버 라인을 기준으로 해서 상기 익체의 부압면이 존재하는 부압측의 측단 면으로서, 상기 익체보다 상기 부압측에 위치하는 부압 측단 면과,
상기 가스 패스면과 상기 전단 면의 모서리부인 전단 모서리부와,
상기 전단 면과 상기 후단 면과 상기 정압 측단 면과 상기 부압 측단 면으로 둘러싸인 영역 내에 형성되며, 냉각 공기가 유입하는 캐비티를 획정하는 캐비티 획정면과,
상기 냉각 공기가 흐르는 제 1 공기 통로와,
상기 냉각 공기가 흐르는 제 2 공기 통로를 가지며,
상기 제 1 공기 통로는, 상기 캐비티 획정면에서 개구하고 있는 제 1 입구와, 상기 전단 모서리부에서 개구하고 있는 제 1 출구를 가지며,
상기 제 2 공기 통로는, 상기 캐비티 획정면에서 개구하고 있는 제 2 입구와, 상기 전단 면에서 개구하고 있는 제 2 출구를 가지는,
정익. - 청구항 1에 있어서,
상기 슈라우드는, 상기 제 1 공기 통로를 복수 가짐과 동시에, 상기 제 2 공기 통로를 복수 가지며,
복수의 상기 제 1 공기 통로 및 복수의 상기 제 2 공기 통로는, 모두, 상기 정압 측단 면과 상기 부압 측단 면이 나열되는 측방향으로 나열되어 있는,
정익. - 청구항 2에 있어서,
복수의 상기 제 1 공기 통로 중, 적어도 일부의 상기 제 1 공기 통로의 상기 제 1 출구는, 상기 전단 모서리부 중, 상기 익체의 상기 전연을 기준으로 해서, 상기 측방향의 한쪽측인 측방향 제 1 측과 상기 측방향의 다른쪽측인 측방향 제 2 측 중 상기 측방향 제 1 측의 영역에 위치하고,
복수의 상기 제 2 공기 통로 중, 적어도 일부의 상기 제 2 공기 통로의 상기 제 2 출구는, 상기 전단 면 중, 상기 익체의 상기 전연을 기준으로 해서, 상기 측방향 제 1 측의 영역에 위치하며,
상기 측방향 제 1 측은 상기 부압 측단 면에 대해서 상기 정압 측단 면이 위치하고 있는 측이며,
상기 측방향 제 2 측은 상기 측방향 제 1 측과는 반대측인,
정익. - 청구항 3에 있어서,
복수의 상기 제 2 공기 통로 중, 상기 적어도 일부를 제외한 상기 제 2 공기 통로의 상기 제 2 출구는, 상기 전단 면 중, 상기 익체의 상기 전연을 기준으로 해서, 상기 측방향 제 2 측의 영역에 위치하는,
정익. - 청구항 2 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 상기 제 1 공기 통로 중, 적어도 일부의 제 1 공기 통로는, 복수의 상기 제 2 공기 통로 중 임의의 제 2 공기 통로에 대해서, 상기 측방향으로 인접하고 있는,
정익. - 청구항 2 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 상기 제 1 공기 통로와 복수의 상기 제 2 공기 통로 중, 한쪽의 통로의 수는, 다른쪽의 통로의 수보다 많은,
정익. - 청구항 2 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 공기 통로는, 상기 제 1 공기 통로 중의 상기 제 1 출구를 포함하는 제 1 출구 측부를 가지며,
상기 제 1 공기 통로 중에서 적어도 상기 제 1 출구 측부는, 상기 상류 측을 향함에 따라, 점차 상기 높이 방향 제 1 측을 향하도록 경사하고 있는,
정익. - 청구항 7에 있어서,
상기 제 1 공기 통로의 상기 제 1 출구 측부는, 상기 상류 측을 향함에 따라, 점차, 상기 측방향의 한쪽측인 측방향 제 1 측을 향하도록 경사하고,
상기 측방향 제 1 측은, 상기 부압 측단 면에 대해서 상기 정압 측단 면이 위치하고 있는 측인,
정익. - 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전단 모서리부는 상기 가스 패스면 및 상기 전단 면의 각각에 대해 경사하고 있는 전단 경사면을 포함하고,
상기 제 1 출구는 상기 전단 경사면에서 개구하고 있는,
정익. - 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 공기 통로는, 상기 제 2 공기 통로 중에서 상기 제 2 출구를 포함한 제 2 출구 측부를 가지며,
상기 제 2 공기 통로 내에서 적어도 상기 제 2 출구 측부는, 상기 상류 측을 향함에 따라, 점차, 상기 높이 방향 제 1 측을 향하도록 경사하고 있는,
정익. - 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐비티를, 상기 높이 방향 제 1 측의 제 1 측 캐비티와 상기 높이 방향 제 2 측의 제 2 측 캐비티로 나누는 충돌판을 더 포함하고,
상기 충돌판에는, 상기 날개 높이 방향으로 관통해서, 상기 제 2 측 캐비티 내의 상기 냉각 공기를 상기 제 1 측 캐비티 내로 인도하는 복수의 관통공이 형성되고,
상기 제 1 입구와 상기 제 2 입구 중, 적어도, 한쪽의 입구는, 상기 캐비티 획정면 중에서 상기 제 2 측 캐비티를 획정하는 면에서 개구하고 있는,
정익. - 청구항 11에 있어서,
상기 제 1 입구와 상기 제 2 입구는, 모두, 상기 캐비티 획정면 중에서 상기 제 2 측 캐비티를 획정하는 면에서 개구하고 있는,
정익. - 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슈라우드는,
상기 가스 패스면과 상기 전단 면과 상기 부압 측단 면의 모서리부인 전단 부압측 모서리부와,
상기 냉각 공기가 흐르는 제 3 공기 통로를 가지며,
상기 제 3 공기 통로는, 상기 캐비티 획정면에서 개구하고 있는 제 3 입구와, 상기 전단 부압측 모서리부에서 개구하고 있는 제 3 출구를 가지는,
정익. - 청구항 13에 있어서,
상기 전단 부압측 모서리부는, 상기 가스 패스면과 상기 전단 면과 상기 부압 측단 면의 각각에 대해 경사하고 있는 전단 부압측 경사면을 포함하고,
상기 제 3 출구는, 상기 전단 부압측 경사면에서 개구하고 있는,
정익. - 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 기재된 정익을 복수 포함하고 있음과 동시에,
축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와,
상기 터빈 로터를 덮는 터빈 케이싱과,
상기 축선이 연장되는 축선 방향에 있어서의 축선 상류측으로부터 상기 터빈 케이싱 내에 상기 연소 가스를 보내는 연소기를 포함하고,
복수의 상기 정익은 상기 터빈 케이싱 내에 배치되며,
상기 터빈 로터는, 상기 축선을 중심으로 하는 로터 축과, 상기 로터 축에 장착되어 있는 복수의 동익을 가지며,
복수의 상기 동익은 상기 축선에 대한 둘레 방향으로 나열되고,
복수의 상기 정익은, 상기 둘레 방향으로 나열되며, 또 복수의 상기 동익보다 상기 축선 상류측에 위치하고, 상기 날개 높이 방향이 상기 축선에 대한 직경 방향이 되고, 또 상기 상류측이 상기 축선 상류 측이 되도록, 상기 터빈 케이싱에 장착되어 있는,
가스 터빈. - 청구항 15에 있어서,
상기 높이 방향 제 2 측은 상기 축선에 대한 직경 방향 내측이며,
상기 슈라우드는 상기 익체의 상기 직경 방향 내측의 단부에 마련되어 있는 내측 슈라우드인,
가스 터빈. - 청구항 15 또는 16에 있어서,
상기 연소기와 상기 정익을 접속하는 씰을 포함하고,
상기 연소기는, 상기 축선 방향에 있어서의 상기 축선 상류측과는 반대측의 축선 하류측의 방향 성분을 포함하는 방향으로 연료를 분사하는 버너와, 통 모양을 이루고, 상기 버너로부터 분사된 연료가 연소하는 연소 공간을 형성하는 미통을 가지며,
상기 미통은, 상기 축선 하류측의 방향 성분을 포함하는 방향으로 연장되고, 내주 측에 상기 연소 공간이 형성되어 있는 통과, 상기 통의 상기 축선 하류측의 하류 단부로부터 외주 측으로 돌출한 플랜지를 가지며,
상기 정익의 상기 슈라우드는, 상기 전단 면 중의 상기 가스 패스면으로부터 이격된 위치로부터 상기 상류 측으로 돌출한 상류측 돌출부를 가지며,
상기 씰은, 상기 통의 외주면보다 외주 측에 위치하고, 상기 통의 하류단과 상기 슈라우드의 상기 전단 면이 간격을 두고 대향하며,
상기 씰은, 상기 미통의 상기 플랜지에 접속되는 미통 접속부와, 상기 정익의 상기 상류측 돌출부에 접속되는 정익 접속부와, 냉각 공기가 흐르는 냉각 공기 통로를 가지며,
상기 씰의 상기 냉각 공기 통로는, 상기 통의 상기 하류단과 상기 슈라우드의 상기 전단 면 사이의 공간과, 상기 미통의 외주측의 공간을 연통시키는,
가스 터빈.
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