KR20230104282A

KR20230104282A - 정익환, 및 회전 기계

Info

Publication number: KR20230104282A
Application number: KR1020237019959A
Authority: KR
Inventors: 소타로 다케이; 야스마사 히라토; 마사유키 도미이; 히로유키 하마나
Original assignee: 미츠비시 파워 가부시키가이샤
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2022-02-04
Publication date: 2023-07-07
Also published as: DE112022000170T5; US20230304411A1; CN116583656A; JPWO2022168951A1; WO2022168951A1; JP7465374B2

Abstract

축선의 둘레 방향으로 배열되어 있는 복수의 날개를 갖는 날개군과, 상기 날개군의 복수의 상기 날개를 둘레 방향으로 접속하도록, 이들 복수의 날개의 직경 방향의 단부를 접속하고, 원호상을 이루는 슈라우드 세그먼트와, 상기 날개군이 상기 슈라우드 세그먼트에 압압되도록, 상기 날개군에 대하여 직경 방향으로 압력을 부여하는 압압부를 구비하며, 상기 압압부는, 상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 양단의 상기 압력보다 상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 중앙의 상기 압력이 작아지는 압력 분포를 갖는 정익환.

Description

정익환, 및 회전 기계

본 개시는, 정익환, 및 회전 기계에 관한 것이다.

본원은, 2021년 2월 5일에 일본에 출원된 특원 2021-017268호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

특허문헌 1에는, 조립이나 분해를 용이하게 하기 위하여 내주측 슈라우드 및 외주측 슈라우드가 복수로 분할되어, 둘레 방향으로 배열한 복수 매의 날개와 함께 하나의 세그먼트에 마련되어 있는 정익환이 개시되어 있다.

일본 특허공보 제6082285호

그런데, 특허문헌 1에 기재된 정익환에서는, 양측이 세그먼트에 구속되어 있는 중앙날개에 대하여 편측이 프리가 되는 단익(端翼)은 세그먼트에 의한 구속력이 약해진다. 그 때문에, 날개의 고유 진동수에 차이가 발생한다. 이 때문에, 모든 날개 전체로서의 고유 진동수의 대역폭이 넓어져 버려, 회전 기계의 운전 시에 공진을 회피하는 것이 곤란해진다.

본 개시는, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 고유 진동수의 대역폭을 좁히는 것이 가능한 정익환, 및 회전 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 개시에 관한 정익환은, 축선의 둘레 방향으로 배열되어 있는 복수의 날개를 갖는 날개군과, 상기 날개군의 복수의 상기 날개를 상기 둘레 방향으로 접속하도록, 이들 복수의 날개의 직경 방향의 단부(端部)를 접속하고, 상기 둘레 방향으로 뻗는 원호상을 이루는 슈라우드 세그먼트와, 상기 날개군이 상기 슈라우드 세그먼트에 압압되도록, 상기 날개군에 대하여 직경 방향으로 압력을 부여하는 압압부를 구비하며, 상기 압압부는, 상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 양단(兩端)의 상기 압력보다 상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 중앙의 상기 압력이 작아지는 압력 분포를 갖는다.

또, 본 개시에 관한 회전 기계는, 상기의 정익환을 구비한다.

본 개시에 의하면, 고유 진동수의 대역폭을 좁히는 것이 가능한 정익환, 및 회전 기계를 제공할 수 있다.

도 1은 본 개시의 실시형태에 관한 정익환을 구비한 가스 터빈의 모식적인 종단면도이다.
도 2는 본 개시의 제1 실시형태에 관한 도 1의 II-II선 방향의 단면도이다.
도 3은 도 2의 IIIa부 및 IIIc부를 확대한 도, 및 IIIb-IIIb선 방향 및 IIId-IIId선 방향의 단면도이다.
도 4는 본 개시의 제2 실시형태에 관한 도 1의 II-II선 방향의 단면도이다.
도 5는 도 4의 Va-Va선 방향 및 Vb-Vb선 방향의 단면도이다.
도 6은 본 개시의 제3 실시형태에 관한 도 1의 II-II선 방향의 단면도이다.
도 7은 도 6의 VIIa-VIIa선 방향 및 VIIb-VIIb선 방향의 단면도이다.
도 8은 본 개시의 제2 실시형태의 제1 변형예에 관한 도 1의 II-II선 방향의 단면도이다.
도 9는 본 개시의 제2 실시형태의 제2 변형예에 관한 도 4의 Va-Va선 방향의 단면도이다.
도 10은 본 개시의 제2 실시형태의 제3 변형예에 관한 도 4의 Va-Va선 방향의 단면도이다.
도 11은 본 개시의 그 외의 실시형태에 관한 압압부의 구성을 설명하는 도이다.

(제1 실시형태)

(가스 터빈)

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 가스 터빈(1)은, 압축 공기를 생성하는 압축기(2)와, 압축 공기에 연료를 혼합하여 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하는 연소기(9)와, 연소 가스에 의하여 구동되는 터빈(10)을 구비하고 있다.

(압축기)

압축기(2)는, 축선(O) 둘레로 회전하는 압축기 로터(3)와, 압축기 로터(3)를 외주 측으로부터 덮는 압축기 케이싱(4)을 갖고 있다. 압축기 로터(3)는, 축선(O)을 따라 뻗는 기둥 형상을 이루고 있다. 압축기 로터(3)의 외주면 상에는, 축 방향(A)으로 간격을 두고 배열된 복수의 압축기 동익환(動翼環)(5)이 마련되어 있다. 각 압축기 동익환(5)은, 압축기 로터(3)의 외주면 상에서 축선(O)의 둘레 방향(B)으로 간격을 두고 배열된 복수의 압축기 동익을 갖고 있다. 본 실시형태에서는, 축 방향(A)은 축선(O)의 연재하는 방향을 의미한다.

압축기 케이싱(4)은, 축선(O)을 중심으로 하는 통상을 이루고 있다. 압축기 케이싱(4)의 내주면에는, 축 방향(A)으로 간격을 두고 배열된 복수의 압축기 정익환(靜翼環)(7)이 마련되어 있다. 이들 압축기 정익환(7)은, 상기의 압축기 동익환(5)에 대하여, 축 방향(A)으로부터 보아 교대로 배열되어 있다. 각 압축기 정익환(7)은, 압축기 케이싱(4)의 내주면 상에서, 축선(O)의 둘레 방향(B)으로 간격을 두고 배열된 복수의 압축기 정익을 갖고 있다.

(연소기)

연소기(9)는, 압축기(2)와, 하류 측(도 1의 우측)으로 계속되는 터빈(10)의 사이에 마련되어 있다. 압축기(2)로 생성된 압축 공기는, 연소기(9) 내부에서 연료와 혼합되어 예혼합 가스가 된다. 연소기(9) 내에서, 이 예혼합 가스가 연소함으로써 고온 고압의 연소 가스가 생성되어, 연소 가스는 터빈(10) 내로 유도된다.

(터빈)

터빈(10)은, 축선(O) 둘레로 회전하는 로터(11)와, 로터(11)를 둘러싸는 스테이터(12)를 갖고 있다.

로터(11)는, 회전축(11a)과, 복수의 터빈 동익환(20)을 갖고 있다.

회전축(11a)은, 축선(O)을 따라 뻗는 기둥 형상을 이루고 있다. 회전축(11a)은, 상기의 압축기 로터(3)에 축 방향(A)으로 일체로 연결됨으로써, 축선(O) 둘레로 회전하는 가스 터빈 로터를 형성한다.

복수의 터빈 동익환(20)은, 회전축(11a)의 외주면에 마련되어 있으며, 축 방향(A)으로 간격을 두고 배열되어 있다.

각 터빈 동익환(20)은, 복수의 터빈 동익을 갖고 있다. 복수의 터빈 동익은, 로터(11)의 외주면 상에서, 축선(O)의 둘레 방향(B)으로 간격을 두고 배열되어 있다.

스테이터(12)는, 터빈 케이싱(15)과, 복수의 정익환(13)을 갖고 있다.

터빈 케이싱(15)은, 축선(O)을 중심으로 하는 통상을 이루고 있다.

복수의 정익환(13)은, 터빈 케이싱(15)의 내주 측에 마련되어 있으며, 축 방향(A)으로 간격을 두고 배열되어 있다. 이들 정익환(13)은, 상기의 터빈 동익환(20)에 대하여, 축 방향(A)으로부터 보아 교대로 배열되어 있다.

각 정익환(13)은, 터빈 케이싱(15)의 내주면 부근에서, 축선(O)의 둘레 방향(B)으로 간격을 두고 배열된 복수의 날개(14a)를 갖고 있다.

이하, 제1 실시형태의 정익환(13)을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

(정익환)

도 2는, 도 1에서 나타내는 정익환(13)의 II-II선 방향의 단면시이다.

정익환(13)은, 외주측 슈라우드(40)와, 복수의 날개군(14)과, 복수의 슈라우드 세그먼트(43)와, 압압부(44)를 구비하고 있다.

외주측 슈라우드(40)는, 축선(O)를 중심으로 한 환상을 이루는 기둥 형상의 구조체이다.

날개군(14)은, 축선(O)의 둘레 방향(B)으로 배열되어 있는 복수의 날개(14a)를 갖고 있다. 복수의 날개(14a)의 축선(O)의 직경 방향 외측 단부는 외주측 슈라우드(40)의 직경 방향 내측을 향하는 내주면에 마련되어 있으며, 직경 방향 내측 단부는 슈라우드 세그먼트(43)의 직경 방향 외측을 향하는 외주면에 마련되어 있다.

본 실시형태에서는, 날개군(14)은 5개의 날개(14a)를 갖고 있고, 2개의 단익(41)이 슈라우드 세그먼트(43)의 둘레 방향(B) 양단에 마련되어 있으며, 3개의 중앙날개(42)가 2개의 단익(41)끼리의 사이에 끼워지는 형태로 슈라우드 세그먼트(43)의 둘레 방향(B) 중앙에 마련되어 있다.

슈라우드 세그먼트(43)는, 날개군(14)의 복수의 날개(14a)를 둘레 방향(B)으로 접속하도록, 이들 복수의 날개(14a)의 직경 방향 내측의 단부를 접속하고 있다. 따라서, 슈라우드 세그먼트(43)는, 각 날개(14a)의 둘레 방향(B)의 이동을 규제하고 있다.

슈라우드 세그먼트(43)는, 축선(O)를 중심으로 한 원호상으로 형성된 축 방향(A)으로 뻗는 구조체이며, 복수가 둘레 방향(B)으로 배열되고, 각 슈라우드 세그먼트(43)의 단부끼리가 당접함으로써, 환상의 내주측 슈라우드가 형성된다. 도 2에서는 본 실시형태의 설명의 편의상, 하나의 슈라우드 세그먼트(43)와 상기 슈라우드 세그먼트(43)에 마련된 하나의 날개군(14), 및 외주측 슈라우드(40)의 일부를 나타내고 있다.

압압부(44)는, 날개군(14)과 슈라우드 세그먼트(43)의 사이에서 둘레 방향(B)에 걸쳐 뻗도록 마련되어 있는 판 스프링(50)이다.

도 3의 (a)는, 도 2에서 나타내는 단익(41)의 IIIa부의 확대시이며, 도 3의 (b)는 도 2에서 나타내는 단익(41)의 IIIb-IIIb선 방향의 단면시이다. 또, 도 3의 (c)는, 도 2에서 나타내는 중앙날개(42)의 IIIc부의 확대시이며, 도 3의 (d)는, 도 2에서 나타내는 중앙날개(42)의 IIId-IIId선 방향의 단면시이다.

도 3의 (b) 및 (d)에 나타내는 바와 같이, 슈라우드 세그먼트(43)는, 축선(O)의 직경 방향 외측을 향하는 외주면에 날개(14a)의 직경 방향 내측 단부를 수용 가능한 오목부(43a)를 갖고 있다. 오목부(43a)는, 상기 오목부(43a)의 내주면으로부터 축 방향(A)으로 뻗는 계합부(43b)를 갖고 있다. 또, 각 날개(14a)의 직경 방향 내측의 단부는, 축 방향(A)으로 뻗는 플랜지부(14b)를 갖고 있다. 이로써, 오목부(43a) 내에서 플랜지부(14b)와, 계합부(43b)가 계합하고 있다.

판 스프링(50)은, 날개(14a)의 직경 방향 내측을 향하는 내주면에 접촉하여 직경 방향 외측을 향하는 탄성적인 압력(부세력)을 날개(14a)에 대하여 부여하고 있다. 이로써, 플랜지부(14b)와 계합부(43b)가 계합함으로써 획성(畵成)되는 압력 발생 영역(P)에서 슈라우드 세그먼트(43)에 대하여 날개(14a)가 구속되는 압력이 발생하고 있다. 이로써, 날개(14a)가 슈라우드 세그먼트(43)에 대하여 직경 방향으로 움직이지 않도록 구속된다.

따라서, 압압부(44)로서의 판 스프링(50)은, 날개군(14)에 대하여 직경 방향 외측을 향하는 압력을 부여함으로써, 압력 발생 영역(P)을 이용하여 날개군(14)을 슈라우드 세그먼트(43)에 압압하고 있다.

슈라우드 세그먼트(43)의 둘레 방향(B) 중앙 측에 마련되어 있는 각 중앙날개(42)에 대응하는 판 스프링(50)의 판두께는, 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 양단에 마련되어 있는 단익(41)에 대응하는 판 스프링(50)의 판두께보다 얇게 형성되어 있다. 따라서, 단익(41)의 압력 발생 영역(P)에서 발생하는 직경 방향으로 가해지는 압력은 상대적으로 강해지고, 중앙날개(42)의 압력 발생 영역(P)에서 발생하는 직경 방향으로 가해지는 압력은 상대적으로 약해진다. 즉, 압압부(44)로서의 판 스프링(50)은, 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 양단의 압력보다 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 중앙의 압력이 작아지는 압력 분포를 갖고 있다.

(작용 효과)

제1 실시형태에 관한 정익환(13)은, 압압부(44)로서의 판 스프링(50)이, 압력 발생 영역(P)을 개재하여 날개군(14)이 슈라우드 세그먼트(43)에 압압되도록, 상기 날개군(14)에 대하여 직경 방향 외측을 향하는 압력을 부여하고 있다. 또한, 압력 발생 영역(P)에 있어서의 직경 방향으로 가해지는 압력은 단익(41)에서는 상대적으로 강하고, 중앙날개(42)에서는 상대적으로 약한 구성이다.

이로써, 슈라우드 세그먼트(43)에 의한 구속력이 비교적 약한 단익(41)은 고유 진동수를 상승시킬 수 있고, 구속력이 비교적 강한 중앙날개(42)는 고유 진동수를 저하시킬 수 있다. 따라서, 각 날개(14a)의 고유 진동수가 서로 가까워지기 때문에, 정익환(13) 전체로서의 고유 진동수의 대역폭을 좁힐 수 있다. 이로써, 가스 터빈(1)의 운전 중의 회전수에 따른 여진 하모닉과 정익환(13) 전체로서의 고유 진동수의 대역폭의 교차를 회피하기 쉬워진다. 그 결과, 정익환(13) 전체로서의 공진의 발생을 억제할 수 있다.

(제2 실시형태)

이하, 본 개시의 제2 실시형태의 정익환(13)의 구성에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 제2 실시형태에서는, 정익환(13)이 구비하는 압압부(44)의 구성 이외에는 제1 실시형태와 동일한 구성을 이루고 있다. 제1 실시형태와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명을 생략한다. 도 4는, 도 1에서 나타내는 II-II선 방향의 단면시이다.

(정익환)

압압부(44)는, 압압판(70)과, 복수의 볼트(60)를 갖고 있다.

압압판(70)은, 날개군(14)과 슈라우드 세그먼트(43)의 사이에서 둘레 방향(B)에 걸쳐 뻗도록 마련되어 있다.

복수의 볼트(60)는, 각 날개(14a)에 대응하도록 압압판(70)보다 직경 방향 내측의 슈라우드 세그먼트(43) 내부에 각각 마련되어 있다.

도 5의 (a)는, 도 4에 나타내는 단익(41)의 Va-Va선 방향의 단면시이며, 도 5의 (b)는, 도 4에서 나타내는 중앙날개(42)의 Vb-Vb선 방향의 단면시이다.

도 4 및 도 5의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 압압판(70)의 직경 방향 외측을 향하는 일면(70a)은 날개(14a)의 직경 방향 내측을 향하는 내주면에 당접하고 있고, 압압판(70)의 직경 방향 내측을 향하는 타면(70b)은 볼트(60)의 직경 방향 외측의 단부에 접촉하고 있다.

복수의 볼트(60)는, 각각 압압판(70)을 직경 방향 외측을 향하여 압압함으로써, 압압판(70)을 개재하여 날개군(14)에 압력을 부여하고 있다. 이로써, 압력 발생 영역(P)에서 슈라우드 세그먼트(43)에 대하여 날개(14a)가 구속되는 압력이 발생하고, 날개(14a)가 슈라우드 세그먼트(43)에 대하여 직경 방향으로 움직이지 않도록 구속된다.

또, 중앙날개(42)에 있어서의 압압판(70)에 접촉하는 볼트(60)의 조임 토크는, 단익(41)에 있어서의 압압판(70)에 접촉하는 볼트(60)의 조임 토크보다 작다. 따라서, 단익(41)의 압력 발생 영역(P)에서 발생하는 직경 방향으로 가해지는 압력은 상대적으로 강해지고, 중앙날개(42)의 압력 발생 영역(P)에서 발생하는 직경 방향으로 가해지는 압력은 상대적으로 약해진다. 즉, 압압부(44)는, 둘레 방향(B) 양단의 날개(14a)를 압압하는 압압력보다 둘레 방향(B) 중앙의 날개(14a)를 압압하는 압압력이 작아지는 압력 분포를 갖고 있다.

(작용 효과)

제2 실시형태에 관한 정익환(13)은, 압압부(44)로서의 압압판(70) 및 복수의 볼트(60)가, 상기 날개군(14)에 대하여 직경 방향 외측을 향하는 압력을 부여하고 있어, 각 날개(14a)의 압력 발생 영역(P)에 있어서의 직경 방향으로 가해지는 압력은 단익(41)에서는 상대적으로 강하고, 중앙날개(42)에서는 상대적으로 약한 구성이다.

이로써, 제1 실시형태의 구성과 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한, 볼트(60)와 압압판(70)과 같은 단순하고 저가의 재료를 이용하는 구성으로 상기 작용 효과를 실현할 수 있다.

(제3 실시형태)

이하, 본 개시의 제3 실시형태의 정익환(13)의 구성에 대하여 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 제3 실시형태에서는, 정익환(13)이 구비하는 압압부(44)의 구성 이외에는 제1 실시형태와 동일한 구성을 이루고 있다. 제1 실시형태와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명을 생략한다. 도 6은, 도 1에서 나타내는 II-II선 방향의 단면시이다.

(정익환)

압압부(44)는, 압압판(70)과, 복수의 액추에이터(90)를 갖고 있다.

복수의 액추에이터(90)는, 각 날개(14a)에 대응하도록 압압판(70)과 슈라우드 세그먼트(43)의 사이에 각각 마련되어 있다.

도 7의 (a)은, 도 6에 나타내는 단익(41)의 VIIa-VIIa선 방향의 단면시이며, 도 7의 (b)은, 도 6에서 나타내는 중앙날개(42)의 VIIb-VIIb선 방향의 단면시이다.

복수의 액추에이터(90)는, 각각 케이블(도시하지 않음)로 정익환(13) 외부의 전원(도시하지 않음)과 전기적으로 접속되어 있다. 액추에이터(90)는, 전원으로부터 입력된 전기 신호를 물리적인 운동으로 변환하는 기계 요소이며, 전기 신호가 입력됨으로써 당해 전기 신호의 전압의 크기에 따른 소정의 길이로 직경 방향으로 신축한다. 전원으로부터 출력되는 전기 신호의 전압의 크기는 컴퓨터(도시하지 않음)에 의하여 가스 터빈(1)의 외부로부터 적합하게 제어되고 있다. 즉, 컴퓨터에 의하여 각 날개(14a)에 대응한 액추에이터(90)의 신축량이 적합하게 제어되고 있다. 액추에이터(90)에는, 예를 들면 압전 소자가 이용된다.

복수의 액추에이터(90)는, 직경 방향 외측을 향하여 신축하고, 압압판(70)을 압압함으로써, 압압판(70)을 개재하여 날개군(14)에 압력을 부여하고 있다. 이로써, 압력 발생 영역(P)에서 슈라우드 세그먼트(43)에 대하여 날개(14a)가 구속되는 압력이 발생하고, 날개(14a)가 슈라우드 세그먼트(43)에 대하여 직경 방향으로 움직이지 않도록 구속된다.

또, 중앙날개(42)에 있어서의 압압판(70)에 접촉하는 액추에이터(90)의 직경 방향의 신축량은, 단익(41)에 있어서의 압압판(70)에 접촉하는 액추에이터(90)의 직경 방향의 신축량보다 작다. 따라서, 단익(41)의 압력 발생 영역(P)에서 발생하는 직경 방향으로 가해지는 액추에이터(90)의 압압력은 상대적으로 강해지고, 중앙날개(42)의 압력 발생 영역(P)에서 발생하는 직경 방향으로 가해지는 액추에이터(90)의 압압력은 상대적으로 약해진다. 이로써, 압압부(44)는, 둘레 방향(B) 양단의 날개(14a)를 압압하는 압압력보다 둘레 방향(B) 중앙의 날개(14a)를 압압하는 압압력이 작아지는 압력 분포를 갖고 있다.

(작용 효과)

제3 실시형태에 관한 정익환(13)은, 압압부(44)로서의 액추에이터(90)가, 날개군(14)에 대하여 직경 방향 외측을 향하는 압력을 부여하고 있어, 각 날개(14a)의 압력 발생 영역(P)에 있어서의 직경 방향으로 가해지는 압력은 단익(41)에서는 상대적으로 강하고, 중앙날개(42)에서는 상대적으로 약한 구성이다. 이로써, 제1 실시형태의 구성과 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

또, 상기 구성에 의하면, 액추에이터(90)에 입력되는 전기 신호의 전압은 컴퓨터에 의하여 제어 가능하다. 이로써, 가스 터빈(1) 운전 중에 있어서도 액추에이터(90)의 신축량을 외부로부터 제어하는 것이 가능해져, 상황에 따른 적합한 액티브 제어를 실현할 수 있기 때문에, 상기 작용 효과를 높일 수 있다.

(그 외의 실시형태)

이상, 본 개시의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명했지만, 구체적인 구성은 각 실시형태의 구성에 한정되는 것은 아니고, 본 개시의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 구성의 부가, 생략, 치환, 및 그 외의 변경이 가능하다. 또, 본 개시는 실시형태에 의하여 한정되는 것은 없고, 청구의 범위에 의해서만 한정된다.

또한, 제2 실시형태의 제1 변형예를 도 8에 나타낸다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 압압부(44)의 볼트(60)는 단익(41)에만 대응하여 슈라우드 세그먼트(43) 내부에 마련되고, 중앙날개(42)에는 마련되지 않는 구성이어도 된다. 즉, 압압부(44)는 둘레 방향(B) 양단의 날개(14a)만을 압압함으로써 날개군(14)에 대하여 직경 방향 외측을 향하는 압력을 부여하고 있다.

이로써, 각 날개(14a)의 압력 발생 영역(P)에 있어서의 직경 방향으로 가해지는 압력은 단익(41)에서는 상대적으로 강하고, 중앙날개(42)에서는 상대적으로 약해져, 제2 실시형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다. 또, 볼트(60)를 마련하는 개소가 둘레 방향(B) 양단만으로 그치기 때문에, 제조에 있어서의 가공이 용이해진다.

또, 볼트(60)는 단익(41)에만 대응하여 복수 개 마련해도 된다.

또, 제2 실시형태의 제2 변형예를 도 9에 나타낸다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 압압부(44)의 볼트(60)는 단익(41)에 대응하는 2개 이상의 복수가 슈라우드 세그먼트(43) 내부에 마련되고, 중앙날개(42)를 압압하는 볼트(60)의 개수는, 단익(41)을 압압하는 볼트(60)의 개수보다 적은 구성이어도 된다.

이로써, 각 날개(14a)의 압력 발생 영역(P)에 있어서의 직경 방향으로 가해지는 압력은 단익(41)에서는 상대적으로 강하고, 중앙날개(42)에서는 상대적으로 약해져, 제2 실시형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

또, 제2 실시형태의 제3 변형예를 도 10에 나타낸다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 압압부(44)는, 압압판(70)과 볼트(60)의 사이에 압압 스프링(80)을 더 갖고 있는 구성이어도 된다.

이로써, 탄성적인 압력(부세력)으로 변환된 볼트(60)의 압압력을 날개(14a)에 부여할 수 있다. 따라서, 가스 터빈(1) 운전중에 스테이터(12)에 어떠한 이상 진동이 급격하게 발생했을 때, 슈라우드 세그먼트(43)의 압압부(44)로부터의 격력이 날개(14a)에 부여되는 일이 없다. 이로써, 압력 발생 영역(P)에 의하여 적절한 압력을 발생시킬 수 있어, 정익환(13)의 신뢰성을 높일 수 있다.

또, 상기 실시형태가 구비하는 압압부(44)의 구성은, 각각 독립한 구성으로 그치는 것은 없고, 적절히 조합하여 정익환(13)의 압압부(44)를 구성해도 된다.

또, 상기 실시형태의 정익환(13)이 구비하는 압압부(44)는 슈라우드 세그먼트(43) 측에 배치되어 있지만, 외주측 슈라우드(40) 측에 압압부(44)를 배치해도 된다. 이때, 압압부(44)는 직경 방향 내측을 향하는 압력을 날개군(14)에 대하여 부여하는 것이 되어, 이 경우에서도 슈라우드 세그먼트(43) 측에 마련된 상기 압압부(44)가 갖는 상기 작용 효과와 동일한 작용 효과를 나타낸다.

또, 외주측 슈라우드(40) 측 및 슈라우드 세그먼트(43) 측의 양방에 있어서 상기 압압부(44)가 배치되어도 된다. 이로써, 상기 작용 효과를 더 높일 수 있다.

또, 압압부(44)는, 상기 제1 실시형태에서 설명한 판 스프링(50)의 구성으로 한정되는 일은 없다. 예를 들면, 도 11에 나타내는 바와 같이, 압압부(44)는, 날개군(14)과 슈라우드 세그먼트(43)의 사이에서 둘레 방향(B)에 걸쳐 뻗도록 마련되어 있는 판 스프링(51)이며, 당해 판 스프링(51)은, 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 양단에 배치된 한 쌍의 평판부(51a)와, 둘레 방향(B) 양단의 평판부(51a)의 사이에 배치된 파판부(波板部)(51b)를 가져도 된다. 이하, 압압부(44)가 판 스프링(51)인 경우의 당해 판 스프링(51)이 갖는 평판부(51a) 및 파판부(51b)의 구성을 설명한다.

평판부(51a)는, 평판상을 이루고 있다. 평판부(51a)는, 축 방향(A)에서 보아, 직선상으로 뻗어 있다. 한 쌍의 평판부(51a) 중, 둘레 방향(B)의 일방 측에 배치된 평판부(51a)에 있어서의 둘레 방향(B)의 일방 측의 단부는, 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B)의 일방 측의 단부에 고정되어 있다. 당해 평판부(51a)에 있어서의 둘레 방향(B)의 타방 측의 단부는, 이 일방 측의 단부보다 직경 방향 외측에 위치하고 있다.

한 쌍의 평판부(51a) 중, 둘레 방향(B)의 타방 측에 배치된 평판부(51a)에 있어서의 둘레 방향(B)의 타방 측의 단부는, 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B)의 타방 측의 단부에 고정되어 있다. 당해 평판부(51a)에 있어서의 둘레 방향(B)의 일방 측의 단부는, 이 타방 측의 단부보다 직경 방향 외측에 위치하고 있다.

파판부(51b)는, 둘레 방향(B)으로 뻗는 파판상을 이루고 있다. 파판부(51b)는, 축 방향(A)에서 보아, 곡선상으로 뻗어 있다. 구체적으로는, 파판부(51b)는, 축 방향(A)에서 보아 둘레 방향(B)으로 물결 형상을 이루고 있다. 파판부(51b)에 있어서의 둘레 방향(B) 양단은, 한 쌍의 평판부(51a)의 단부에 각각 접속되어 있다. 따라서, 파판부(51b)는, 둘레 방향(B) 양단의 평판부(51a)에 끼워져 있다.

파판부(51b)의 두께는, 평판부(51a)의 두께와 동일하다. 또한, 여기에서 말하는 두께가 동일하다란, 실질적으로 동일한 두께를 가리키는 것이며, 제조상의 약간의 오차나 설계상의 공차는 허용된다.

여기에서, 평판부(51a)와 파판부(51b)의 접속 부분은, 날개군(14)에 있어서의 날개(14a)보다 직경 방향 내측의 슈라우드 세그먼트(43)의 영역 중, 중앙날개(42)보다 둘레 방향(B) 양단 측에 위치하고 있다.

따라서, 슈라우드 세그먼트(43)의 둘레 방향(B) 중앙 측에 마련되어 있는 각 중앙날개(42)에 대응하는 판 스프링(51)은, 파판부(51b)이며, 둘레 방향(B) 양단에 마련되어 있는 단익(41)에 대응하는 판 스프링(51)은, 평판부(51a)이다. 이 구성에 의해서도, 상기 제1 실시형태에서 설명한 작용 효과와 동일한 작용 효과를 나타낼 수 있다.

또, 상기의 실시형태의 정익환(13)은, 가스 터빈(1)에 이용되는 정익환(13)이지만, 증기 터빈 등의 다른 회전 기계에 이용되어도 된다.

[부기(付記)]

실시형태에 기재된 정익환(13), 및 회전 기계는, 예를 들면 이하와 같이 파악된다.

(1) 제1 양태에 관한 정익환(13)은, 축선(O)의 둘레 방향(B)으로 배열되어 있는 복수의 날개(14a)를 갖는 날개군(14)과, 상기 날개군(14)의 복수의 상기 날개(14a)를 상기 둘레 방향(B)으로 접속하도록, 이들 복수의 날개(14a)의 직경 방향의 단부를 접속하고, 상기 둘레 방향(B)으로 뻗는 원호상을 이루는 슈라우드 세그먼트(43)와, 상기 날개군(14)이 상기 슈라우드 세그먼트(43)에 압압되도록, 상기 날개군(14)에 대하여 직경 방향으로 압력을 부여하는 압압부(44)를 구비하며, 상기 압압부(44)는, 상기 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 양단의 상기 압력보다 상기 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 중앙의 상기 압력이 작아지는 압력 분포를 갖는다.

이로써, 단익(41)의 고유 진동수를 상승시킬 수 있고, 중앙날개(42)에서 발생하는 고유 진동수를 저하시킬 수 있다. 따라서, 각 날개(14a)의 고유 진동수가 서로 가까워지기 때문에, 정익환(13) 전체로서의 고유 진동수의 대역폭을 좁힐 수 있다.

(2) 제2 양태에 관한 정익환(13)은, (1)의 정익환(13)이며, 상기 압압부(44)는, 상기 날개군(14)과 상기 슈라우드 세그먼트(43)의 사이에서 상기 둘레 방향(B)에 걸쳐 뻗도록 마련되어, 상기 압력을 부여하는 판 스프링(50)을 갖고, 상기 판 스프링(50)은, 상기 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 양단의 판두께보다 상기 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 중앙의 판두께가 얇아도 된다.

이로써, 보다 구현화한 방법으로 날개군(14)에 대하여 적절한 압력을 부여할 수 있어, 중앙날개(42)의 고유 진동수를 저하시키고, 단익(41)의 고유 진동수를 상승시킬 수 있다.

(3) 제3 양태에 관한 정익환(13)은, (1)의 정익환(13)이며, 상기 압압부(44)는, 상기 날개군(14)의 각 상기 날개(14a)를 직경 방향으로 압압함으로써 상기 압력을 부여하는 복수의 볼트(60)를 갖고, 상기 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 양단의 상기 날개(14a)를 압압하는 상기 볼트(60)의 압압력보다, 상기 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 중앙의 상기 날개(14a)를 압압하는 상기 볼트(60)의 압압력이 작아도 된다.

이로써, 볼트(60)와 같은 단순하고 저가의 구성으로 날개군(14)에 압력을 부여할 수 있어, 중앙날개(42)의 고유 진동수를 저하시키고, 단익(41)의 고유 진동수를 상승시킬 수 있다.

(4) 제4 양태에 관한 정익환(13)은, (1)의 정익환(13)이며, 상기 압압부(44)는, 상기 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 양단의 상기 날개(14a)만을 압압함으로써 상기 압력을 부여하는 복수의 볼트(60)를 갖고 있어도 된다.

이로써, 볼트(60)와 같은 단순하고 저가의 구성으로 날개군(14)에 압력을 부여할 수 있어, 중앙날개(42)의 고유 진동수를 저하시키고, 단익(41)의 고유 진동수를 상승시킬 수 있다. 또, 볼트(60)를 마련하는 개소가 둘레 방향(B) 양단만으로 그치기 때문에, 제조에 있어서의 가공이 용이해진다.

(5) 제5 양태에 관한 정익환(13)은, (1)의 정익환(13)이며, 상기 압압부(44)는, 상기 날개군(14)의 각 상기 날개(14a)를 직경 방향으로 압압함으로써 상기 압력을 부여하는 복수의 볼트(60)를 갖고, 상기 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 양단의 상기 날개(14a)를 압압하는 상기 볼트(60)의 개수보다, 상기 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 중앙의 상기 날개(14a)를 압압하는 상기 볼트(60)의 개수가 적어도 된다.

(6) 제6 양태에 관한 정익환(13)은, (3) 내지 (5) 중 어느 하나의 정익환(13)이며, 상기 압압부(44)는, 상기 날개군(14)과 상기 압압부(44)의 사이에서 상기 둘레 방향(B)에 걸쳐 뻗는 압압판(70)을 더 갖고, 상기 볼트(60)는 상기 압압판(70)을 개재하여 상기 날개(14a)를 압압해도 된다.

이로써, 날개군(14)을 압압판(70)으로 면적으로 압압하기 때문에, 날개군(14)에 대하여 보다 효과적인 압력을 부여할 수 있다.

(7) 제7 양태에 관한 정익환(13)은, (6)의 정익환(13)이며, 상기 압압부(44)는, 상기 압압판(70)과 상기 볼트(60)의 사이에 마련된 압압 스프링(80)을 더 갖고 있어도 된다.

이로써, 압압 스프링(80)이 개재함으로써, 탄성적인 압력으로 보다 적절히 날개군(14)을 압압할 수 있다.

(8) 제8 양태에 관한 정익환(13)은, (1)의 정익환(13)이며, 상기 압압부(44)는, 상기 날개군(14)의 각 상기 날개(14a)를 직경 방향으로 압압함으로써 상기 압력을 부여하는 복수의 액추에이터(90)와, 상기 날개군(14)과 상기 액추에이터(90)의 사이에서 상기 둘레 방향(B)에 걸쳐 뻗는 압압판(70)을 갖고, 상기 압압판(70)을 개재하여 상기 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 양단의 상기 날개(14a)를 압압하는 상기 액추에이터(90)의 압압력보다, 상기 압압판(70)을 개재하여 상기 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 중앙의 상기 날개(14a)를 압압하는 상기 액추에이터(90)의 압압력이 작아도 된다.

이로써, 가스 터빈(1) 운전중에 있어서도 액추에이터(90)의 신축량을 제어하는 것이 가능해져, 상황에 따른 적합한 액티브 제어를 실현할 수 있다.

(9) 제9 양태에 관한 정익환(13)은, (1)의 정익환(13)이며, 상기 압압부(44)는, 상기 날개군(14)과 상기 슈라우드 세그먼트(43)의 사이에서 상기 둘레 방향(B)에 걸쳐 뻗도록 마련되어, 상기 압력을 부여하는 판 스프링(51)을 갖고, 상기 판 스프링(51)은, 상기 슈라우드 세그먼트(43)에 있어서의 둘레 방향(B) 양단에 배치된 평판부(51a)와, 상기 둘레 방향(B) 양단의 상기 평판부(51a)의 사이에 배치된 파판부(51b)를 가져도 된다.

(10) 제10 양태에 관한 회전 기계는, (1) 내지 (9) 중 어느 하나의 정익환(13)을 구비한다.

이로써, 정익환(13)에 있어서의 고유 진동수의 대역폭이 좁아진 회전 기계를 제공할 수 있다.

1…가스 터빈
2…압축기
3…압축기 로터
4…압축기 케이싱
5…압축기 동익환
7…압축기 정익환
9…연소기
10…터빈
11…로터
11a…회전축
12…스테이터
13…정익환
14…날개군
14a…날개
14b…플랜지부
15…터빈 케이싱
20…터빈 동익환
40…외주측 슈라우드
41…단 익
42…중앙날개
43…슈라우드 세그먼트
43a…오목부
43b…계합부
44…압압부
50, 51…판 스프링
51a…평판부
51b…파판부
60…볼트
70…압압판
70a…일면
70b…타면
80…압압 스프링
90…액추에이터
O…축선
A…축 방향
B…둘레 방향
P…압력 발생 영역

Claims

축선의 둘레 방향으로 배열되어 있는 복수의 날개를 갖는 날개군과,
상기 날개군의 복수의 상기 날개를 상기 둘레 방향으로 접속하도록, 이들 복수의 날개의 직경 방향의 단부를 접속하고, 상기 둘레 방향으로 뻗는 원호상을 이루는 슈라우드 세그먼트와,
상기 날개군이 상기 슈라우드 세그먼트에 압압되도록, 상기 날개군에 대하여 직경 방향으로 압력을 부여하는 압압부를 구비하며,
상기 압압부는,
상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 양단의 상기 압력보다 상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 중앙의 상기 압력이 작아지는 압력 분포를 갖는 정익환.
청구항 1에 있어서,
상기 압압부는, 상기 날개군과 상기 슈라우드 세그먼트의 사이에서 상기 둘레 방향에 걸쳐 뻗도록 마련되어, 상기 압력을 부여하는 판 스프링을 갖고,
상기 판 스프링은, 상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 양단의 판두께보다 상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 중앙의 판두께가 얇은 정익환.
청구항 1에 있어서,
상기 압압부는,
상기 날개군의 각 상기 날개를 직경 방향으로 압압함으로써 상기 압력을 부여하는 복수의 볼트를 갖고,
상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 양단의 상기 날개를 압압하는 상기 볼트의 압압력보다, 상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 중앙의 상기 날개를 압압하는 상기 볼트의 압압력이 작은 정익환.
청구항 1에 있어서,
상기 압압부는, 상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 양단의 상기 날개만을 압압함으로써 상기 압력을 부여하는 복수의 볼트를 갖는 정익환.
청구항 1에 있어서,
상기 압압부는,
상기 날개군의 각 상기 날개를 직경 방향으로 압압함으로써 상기 압력을 부여하는 복수의 볼트를 갖고,
상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 양단의 상기 날개를 압압하는 상기 볼트의 개수보다, 상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 중앙의 상기 날개를 압압하는 상기 볼트의 개수가 적은 정익환.
청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압압부는, 상기 날개군과 상기 압압부의 사이에서 상기 둘레 방향에 걸쳐 뻗는 압압판을 더 갖고,
상기 볼트는 상기 압압판을 개재하여 상기 날개를 압압하는 정익환.
청구항 6에 있어서,
상기 압압부는, 상기 압압판과 상기 볼트의 사이에 마련된 압압 스프링을 더 갖는 정익환.
청구항 1에 있어서,
상기 압압부는,
상기 날개군의 각 상기 날개를 직경 방향으로 압압함으로써 상기 압력을 부여하는 복수의 액추에이터와,
상기 날개군과 상기 액추에이터의 사이에서 상기 둘레 방향에 걸쳐 뻗는 압압판을 갖고,
상기 압압판을 개재하여 상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 양단의 상기 날개를 압압하는 상기 액추에이터의 압압력보다, 상기 압압판을 개재하여 상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 중앙의 상기 날개를 압압하는 상기 액추에이터의 압압력이 작은 정익환.
청구항 1에 있어서,
상기 압압부는, 상기 날개군과 상기 슈라우드 세그먼트의 사이에서 상기 둘레 방향에 걸쳐 뻗도록 마련되어, 상기 압력을 부여하는 판 스프링을 갖고,
상기 판 스프링은,
상기 슈라우드 세그먼트에 있어서의 둘레 방향 양단에 배치된 평판부와,
상기 둘레 방향 양단의 상기 평판부의 사이에 배치된 파판부를 갖는 정익환.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 정익환을 구비하는 회전 기계.