KR101833660B1 - 날개열, 가스터빈 - Google Patents

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야스로 사카모토
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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

날개열은 작동유체(G)를 유통하는 유로(R)를 구획 형성하고, 날개체(11)를 구비한 날개분할체(10)를 원주방향으로 여러 개 구비함으로써 환상이 되고, 상기 날개분할체(10)는 상기 유로(R)에 면하여 상기 원주방향으로 연장하는 단벽부(12, 13)와, 상기 단벽부(12, 13)에서 연장하여 상기 유로(R) 내에 배치되는 날개체(11)를 구비하고, 상기 단벽부(12, 13)의 상기 원주방향의 단면(15A, 15B)이 상기 유로(R) 측 또한 상기 유로(R)를 유통하는 상기 작동유체(G)의 선회방향의 하류측을 향하여 경사지는 경사부(16)를 가지고 있다.

Description

날개열, 가스터빈{VANE ARRAY AND GAS TURBINE}
본 발명은 날개열 및 그것을 이용한 가스터빈에 관한 것이다.
본 출원은 2014년 4월 3일에 출원된 일본특허출원 제2014-076770호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 이곳에 원용한다.
가스터빈은 차실 내에 회전 가능하게 설치된 회전축과, 운동날개와, 고정날개를 구비하고 있다. 운동날개와 고정날개는 각각 여러 개 조가 설치되어 있다. 차실 내에서 운동날개와 고정날개가 연소가스가 흐르는 방향을 따라 회전축의 축방향과 번갈아 배열되어 설치되어 있다.
운동날개는 차실 내를 회전축의 축방향으로 흐르는 연소가스의 압력을 받아 회전축과 일체로 회전축의 축 주위로 회전한다.
고정날개는 차실 측에 고정되어, 차실 내에 따른 연소가스가 흐르는 방향, 압력, 유속 등을 조정한다.
운동날개는 날개형상을 가진 날개체와 날개체의 단부에 설치된 플랫폼을 구비하고 있다. 플랫폼은 회전축의 원주방향에서 여러 개 분할되어 있다. 고정날개는 날개체의 단부에 내측슈라우드나 외측슈라우드가 설치되어 있다. 이 내측슈라우드나 외측슈라우드가 운동날개의 플랫폼과 동일하게 회전축의 원주방향에서 여러 개로 분할되어 있다. 다시 말해 날개체 및 플랫폼이 일체화된 분할체나 날개체 및 내측슈라우드나 외측슈라우드가 일체화된 분할체가 회전축의 원주방향으로 여러 개 설치됨으로써 운동날개나 고정날개가 구성되어 있다.
특허문헌 1에는 운동날개의 외주측에 상기 플랫폼과 동일하게 회전축의 원주방향에서 여러 개 분할된 분할환을 설치하는 구성이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는 운동날개의 플랫폼의 단면에서 오목하게 형성된 압력사이드포켓에 실핀을 설치함으로써, 원주방향으로 인접하는 운동날개의 반경방향으로 경사진 단면들 사이의 간극을 실링하는 구조가 개시되어 있다.
일본특허공개 제2000-257447호 공보 미국 특허 제8137072호 명세서
상기한 바와 같은 분할체를 구비한 구성에서는 원주방향에서 서로 인접하는 분할체의 플랫폼이나 내측슈라우드 등의 사이에 각각 간극이 존재한다. 가스터빈의 작동 중 주유로를 흐르는 작동유체인 연소가스의 일부가 이 간극을 통하여 주유로에서 유출되고 만다.
연소가스의 누출을 억제하기 위하여 고압의 실링공기를 이 간극에서 연소가스가 흐르는 주유로에 공급하는 것도 실행되고 있다. 그러나 실링공기는 원주방향에서 서로 인접하는 분할체들 사이의 간극으로부터 공급된다. 이 실링공기의 공급방향은 가스터빈의 회전축의 축방향을 따른 연소가스의 흐름(주류)에 대하여 직교하는 회전축의 지름방향이다. 따라서 공급된 실링공기에 의해 연소가스의 흐름에 손실이 발생하고 만다.
본 발명은 작동유체의 흐름에 따른 손실을 억제하고, 효율을 높이는 것이 가능한 날개분할체, 날개열 및 가스터빈을 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이하의 수단을 채용한다.
이 발명에 관한 제1형태의 날개분할체는 작동유체가 유통되는 유로에 면하여 원주방향으로 연장하는 단벽부와 상기 단벽부에서 연장하여 상기 유로 내에 배치되는 날개체를 구비하고, 상기 단벽부의 상기 원주방향의 단면이 상기 유로 측 또한 상기 유로를 유통하는 상기 작동유체의 선회방향의 하류측을 향하여 경사지는 경사부를 가지고 있다.
이와 같이 단벽부의 단면에 경사부를 설치하면 서로 이웃하는 단벽부의 단면들 사이의 간극이 작동유체의 선회방향의 하류측으로 경사진다. 그 결과 작동유체는 그 선회방향의 하류측으로 경사진 간극으로 흘러들기 어려워진다. 이 간극에서 작동유체의 유로 측으로 실링공기를 공급하는 경우에도 간극이 작동유체의 선회방향의 하류측으로 경사져 있다. 따라서 실링공기가 주류의 흐름에 부여하는 손실을 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제2형태의 날개분할체에서는, 상기 제1형태에서 상기 경사부는 상기 유로와 가까워짐에 따라 상기 유로를 유통하는 상기 선회방향의 하류측을 향하여 경사지도록 해도 된다.
이와 같이 구성함으로써 작동유체는 보다 더 간극으로 흘러들기 어려워지고, 실링공기가 주류의 흐름에 부여하는 손실도 한층 더 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제3형태의 날개분할체에서는, 상기 제1 또는 제2형태에서 상기 단면 중 상기 선회방향의 상류측에 배치되는 상기 단면 측의 상기 경사부가 상기 선회방향의 하류측에 배치되는 상기 단면 측의 경사부보다도 상기 유로와 가까워짐에 따라 상기 유로를 유통하는 상기 선회방향의 하류측을 향하여 경사지도록 해도 된다.
이와 같이 구성함으로써 단벽부의 단면들 사이의 간극은 작동유체가 흐르는 유로와 가까울수록 경사가 커진다. 그 결과 작동유체는 보다 더 간극으로 흘러들기 어려워진다. 또한 간극에서 실링공기를 공급하는 경우에도 주류의 흐름에 부여하는 손실을 보다 더 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제4형태의 날개분할체에서는, 상기 제1 내지 제3형태 중 어느 하나에서 상기 선회방향의 하류측에 배치되는 상기 단벽부의 상기 유로에 면하는 면에 대하여, 상기 선회방향의 상류측에 배치되는 상기 단벽부의 상기 유로에 면하는 면이 상기 유로 측에서 이간한 측에 배치되도록 해도 된다.
이와 같이 구성함으로써, 작동유체는 보다 더 간극으로 흘러들기 어려워진다. 또한 간극에서 실링공기를 공급하는 경우에도 주류의 흐름에 부여하는 손실을 보다 더 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제5형태의 날개분할체에서는 상기 제1 내지 제4형태 중 어느 하나에서 상기 단면 중 어느 일방에만 실링부재를 끼워넣는 홈이 형성되고, 상기 경사부는 상기 홈에 대하여 상기 유로 측에 형성되어 있도록 해도 된다.
이와 같이 구성함으로써 실링부재가 배치되어 있는 경우에도 간극의 유로 측에서 간극이 경사져 있음으로써 작동유체가 간극으로 흘러들기 어렵게 할 수 있다. 또한 간극에서 공급하는 실링공기가 주류의 흐름에 부여하는 손실을 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제6형태의 날개분할체에서는 상기 제1 내지 제5형태 중 어느 하나에서 상기 단면은 지름방향으로 연장하는 면이 형성되고, 상기 경사부는 상기 지름방향으로 연장하는 면으로부터 상기 유로 측에서 상기 선회방향의 하류측으로 경사지도록 해도 된다.
이 발명에 관한 제7형태의 날개열은 상기 유로를 구획 형성하고, 상기 제1 내지 제6형태 중 어느 하나의 날개분할체를 상기 원주방향으로 여러 개 구비하는 것에 의해 환상으로 된다.
이 발명에 관한 제8형태의 가스터빈은 상기 제7의 형태의 날개열을 구비한다.
이와 같이 구성 함으로써, 서로 이웃하는 단벽부 간의 간극에 작동유체가 흘러들기 어렵게 할 수 있다. 간극에서 공급하는 실링공기가 주류의 흐름에 부여하는 손실을 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제9형태의 날개분할체는 단벽부와 상기 단벽부에서 지름방향을 향하여 연재하는 날개체를 구비하고, 상기 단벽부는 상기 날개체의 오목면상의 복면부 측에 있는 상기 단벽부의 단면과 상기 날개체가 연장하고 있는 면인 단벽면에 의해 형성되는 각이 예각이다.
이 발명에 관한 날개분할체, 날개열 및 가스터빈에 의하면 서로 이웃한 단벽부 사이의 간극에 작동유체가 흘러드는 것을 억제함으로써 작동유체의 흐름에 따른 손실을 억제하고 효율을 높일 수 있다.
도 1은 제1실시형태의 가스터빈의 개략적인 전체구성을 나타내는 반 단면도이다.
도 2는 상기 가스터빈을 구성하는 고정날개의 고정날개분할체를 나타내는 사시도이다.
도 3은 상기 고정날개분할체의 단벽부들이 서로 이웃하는 부분을 나타내는 사시도이다.
도 4는 상기 단벽부가 서로 이웃하는 부분의 단면도이다.
도 5는 상기 단벽부에 형성된 대향면의 제1변형예의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 6은 상기 단벽부에 형성된 대향면의 제2변형예의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 7은 상기 단벽부에 형성된 대향면의 제3변형예의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 8은 상기 단벽부에 형성된 대향면의 제4변형예의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 9는 제2실시형태의 가스터빈에서 고정날개분할체의 단벽부들이 서로 이웃하는 부분을 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 의한 날개열, 가스터빈을 실시하기 위한 형태를 설명한다. 그러나 본 발명은 이들 실시형태만으로 한정되는 것은 아니다.
(제1실시형태)
도 1은 이 실시형태의 가스터빈의 개략적인 전체구성을 나타내는 반 단면도이다. 도 2는 가스터빈을 구성하는 고정날개의 고정날개분할체를 나타내는 사시도이다. 도 3은 고정날개분할체의 단벽부들이 서로 이웃하는 부분을 나타내는 사시도이다. 도 4는 단벽부들이 서로 이웃하는 부분의 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 이 실시형태의 가스터빈(1)은 압축기(2)와 연소기(9)와 터빈부(터빈본체)(3)를 구비한다.
압축기(2)는 공기를 공기취입구로부터 주입하여 압축공기를 생성한다.
연소기(9)는 압축기(2)의 토출구에 접속되어 있다. 연소기(9)는 압축기(2)에서 토출된 압축공기에 연료를 분사하여 고온 및 고압의 연소가스(G)를 발생시킨다.
터빈부(3)는 연소기(9)에서 송출된 연소가스(G)를 작동유체로 하여 회전축(4)의 회전에너지로 변환하여 구동력을 발생시킨다. 터빈부(3)는 발생시킨 구동력을 회전축(4)에 연결된 발전기(도시 없음)로 전달한다.
터빈부(3)는 차실(5) 내에 고정날개열(날개열)(7)과 운동날개열(8)이 회전축(4)의 축방향을 따라 교대로 배열되어 있다. 터빈부(3)에서는 연소가스(G)가 차실(5) 내에 형성된 주유로(유로)(R)를 회전축(4)의 축방향을 향하면서 고정날개열(7)이나 운동날개열(8)에 대하여 상대적으로 선회하면서 유통한다.
고정날개열(7)은 외주측이 차실(5)과 일체로 설치되어 있다. 고정날개열(7)은 원주방향으로 여러 개 설치된 후술하는 고정날개분할체(10)를 구비하고 있다. 고정날개열(7)은 이들 여러 개의 고정날개분할체(10)를 원주방향으로 여러 개 구비함으로써 전체로서 환상을 이루고 있다. 고정날개열(7)은 운동날개열(8)과 함께 터빈부(3)의 차실(5) 내에서 회전축(4)을 원주방향으로 덮도록 배치되어, 연소가스(G)를 유통하는 주유로(R)를 구획 형성한다.
도 2에 나타낸 바와 같이 각 고정날개분할체(10)는 날개체(11)와, 내주단벽부(12)와, 외주단벽부(13)를 구비하고 있다.
날개체(11)는 날개단면형상을 이루고 있다. 날개체(11)는 일방 측이 오목면상의 복면부(11a)로 되어 있다. 날개체(11)는 타방 측이 볼록면상의 배면부(11b)로 되어 있다. 날개체(11)는 내주단벽부(12)에서 외주단벽부(13)를 향하여 연장하고 있다. 날개체(11)는 고정날개열(7)로서 터빈부(3)에 편입됨으로써 주유로(R) 내에 배치된다. 구체적으로는, 날개체(11)는 환상을 이루는 고정날개열(7)로서 편입됐을 시에 내주단벽부(12)에서 외주단벽부(13)를 향하여 고정날개열(7)의 지름방향으로 연장하고 있다.
내주단벽부(12)는 이른바 내측슈라우드이다. 내주단벽부(12)는 날개체(11)의 일방의 단부에 일체로 설치되어 있다. 이 내주단벽부(12)는 회전축(4)의 원주방향으로 여러 개 배치됨으로써 전체로서 회전축(4)을 중심으로 한 환상체를 형성한다.
외주단벽부(13)는 이른바 외측슈라우드이다. 외주단벽부(13)는 날개체(11)의 타방의 단부에 일체로 설치되어 있다. 외주단벽부(13)는 회전축(4)의 원주방향으로 여러 개 배치됨으로써 전체로서 회전축(4)을 중심으로 한 환상체를 내주단벽부(12)의 지름방향 외측에 형성한다.
이와 같이 하여 고정날개열(7)은 각 고정날개분할체(10)의 내주단벽부(12)와 외주단벽부(13) 간에 연소가스(G)를 유통하는 주유로(R)를 구획 형성한다. 그리고 이 내주단벽부(12)와 외주단벽부(13)로 둘러싸인 주유로(R) 내에 날개체(11)가 배치된다.
도 2에서는, 각 고정날개분할체(10)는 예를 들어 3장의 날개체(11)를 내주단벽부(12)와 외주단벽부(13) 사이에 구비하고 있으나, 날개체(11)의 개수에 대해서는 조금도 한정되는 것은 아니다.
회전축(4)의 외주부에서 원주방향으로 여러 개 설치된 고정날개분할체(10)는 도 3, 도 4에 나타낸 바와 같이 서로 인접하는 내주단벽부(12), (12) 사이, 외주단벽부(13), (13) 사이에 각각 간극(S)을 두고 배치되어 있다.
내주단벽부(12)나 외주단벽부(13)는 그 원주방향의 단면인 대향면(단면)(15A)이 각각 원주방향으로 서로 이웃하는 타 고정날개분할체(10)의 내주단벽부(12)나 외주단벽부(13)의 단면인 대향면(단면)(15B)에 대향하고 있다. 즉, 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 상류측(도 3 지면 좌측)에 배치되는 내주단벽부(12)에 따른 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 하류측(도 3 지면(紙面) 우측)의 대향면(15A)과 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 하류측에 배치되는 내주단벽부(12)에 따른 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 상류측의 대향면(15B) 사이가 간극(S)으로 되어 있다.
또한 본 실시형태에 따른 선회방향(D2)이란 날개체(11)에 의해 연소가스(G)가 선회한 후의 방향이고, 고정날개열(7)의 축방향의 출구측에서 날개체(11)의 복면부(11a)부터 인접하는 타 날개체(11)의 배면부(11b)를 향하는 연소가스(G)의 원주방향의 흐름방향이다. 선회방향(D2)은 도 3 및 도 4에 나타낸 화살표처럼 상류측을 도 4의 지면 좌측, 선회방향(D2)의 하류유측은 도 4의 지면 우측이 된다.
따라서 1개의 내주단벽부(12)나 외주단벽부(13)에서 대향면(15A)은 선회방향(D2)의 상류측에 형성되고, 대향면(15B)은 선회방향(D2)의 하류측에 형성되어 있다.
내주단벽부(12)를 예로 들어 설명하면 이 대향면(15A, 15B)은 내주단벽부(12)에서 주유로(R)에 면하여 날개체(11)가 연장하고 있는 면인 단벽면(17F)을 향하여 운동날개열(8)의 회전방향(D1)의 전방측으로 경사져 있다. 즉, 대향면(15A, 15B)은 회전축(4)의 축방향인 후술하는 주유로(R)를 유통하는 연소가스(G)의 주류방향(D3)에서 볼 시에 주유로(R) 측 또한 연소가스(G)가 고정날개열(7)에 대하여 상대적으로 선회하여 흐르는 방향인 선회방향(D2)의 하류측을 향하여 경사져 있다. 이 실시형태에서는 대향면(15A, 15B) 전체가 주유로(R) 측 또한 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 하류측에 경사짐으로써 경사부(16)를 형성하고 있다.
대향면(15A, 15B)은 회전축(4)의 축방향에 대하여 경사져 있다. 구체적으로는 대향면(15A, 15B)은 지름방향에서 볼 시에 주류방향(D3)의 상류측에서 하류측을 향함에 따라 선회방향(D2)의 상류측에서 하류측을 향하도록 경사져 있다. 즉, 내주단벽부(12)는 지름방향의 외측에서 본 형상이 평행사변형상을 이루고 있다.
외주단벽부(13)에서도 내주단벽부(12)와 동일하게 대향면(15A, 15B)이 경사지고, 경사부(16)가 형성되어 있다.
따라서 1개의 내주단벽부(12)나 외주단벽부(13)에서 대향면(15A)은 선회방향(D2)의 상류측에 형성되고, 대향면(15B)은 선회방향(D2)의 하류측에 형성되어 있다. 내주단벽부(12)나 외주단벽부(13)에서는 날개체(11)의 오목면상의 복면부(11a) 측에 있는 단면인 대향면(15A)과 날개체(11)가 연장하고 있는 면인 단벽면(17F)에 의해 형성되는 각이 각도α의 예각으로 형성되어 있다.
내주단벽부(12)나 외주단벽부(13)에서는 날개체(11)의 볼록면상의 복면부(11b) 측에 있는 단면인 대향면(15B)과 단벽면(17F)에 의해 형성되는 각이 각도β의 예각으로 형성되어 있다. 대향면(15B)은 대향면(15A)과 나란히 각도β가 β=180°-α를 만족시키도록 형성되어 있다.
이와 같이 내주단벽부(12), 외주단벽부(13)의 대향면(15A, 15B)을 경사시켜 경사부(16)로 하면 서로 이웃하는 내주단벽부(12), 외주단벽부(13)에 따른 대향면(15A, 15B)들 사이의 간극(S)이 고정날개열(7)의 지름방향에 대하여 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 하류측으로 경사진다. 즉, 간극(S)은 주유로(R)와 합류하는 단벽면(17F) 부근에서는 단벽면(17F)에서 선회방향(D2)의 하류측을 향하여 개구하도록 형성되어 있다. 따라서 주유로(R)를 흐르는 연소가스(G)가 간극(S)으로 흘러들기 위해서는 주유로(R)의 흐름을 역행하여 흐를 필요가 있다. 따라서 내주단벽부(12)와 외주단벽부(13) 사이의 주유로(R)를 흐르는 연소가스(G)는 그 선회방향(D2)의 하류측으로 경사진 간극(S)으로 흘러들기 어려워진다.
이 간극(S)에서 주유로(R)로 실링공기(A)를 공급하는 경우 간극(S)이 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 하류측으로 경사져 있다. 따라서 실링공기(A)는 연소가스(G)가 흐르는 주유로(R)에 대하여 기울어져 송출된다. 나아가 연소가스(G)가 간극(S)에 주입된 경우 연소가스(G)의 회전축(4)의 축방향에의 주유로(R) 내의 흐름방향인 주류방향(D3)의 상류측에서 하류측을 향함에 따라 주유로(R) 내의 압력이 내려간다. 따라서 주류방향(D3)의 상류측에서 주입된 연소가스(G)는 주류방향(D3)의 하류측에서 간극(S)으로부터 주유로(R) 내로 흘러나온다. 이 흘러나오는 연소가스(G)도 주유로(R)에 대하여 기울어져 송출된다. 따라서 실링공기(A)나 간극(S)에서 흘러나오는 연소가스(G)가 주유로(R)를 흐르는 연소가스(G)와 합류할 때의 교차각도가 작아지고, 주유로(R)를 흐르는 연소가스(G)의 흐름에 부여하는 손실을 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이 내주단벽부(12) 및 외주단벽부(13)의 대향면(15A, 15B)을 경사시켜 경사부(16)를 설치함으로써, 서로 이웃하는 내주단벽부(12) 및 외주단벽부(13)들 사이의 간극(S)에 연소가스(G)가 흘러드는 것을 억제할 수 있다. 그 결과 연소가스(G)의 흐름에 따른 손실을 억제하고, 가스터빈(1)의 효율을 높일 수 있다.
간극(S)에서 주유로(R)에 실링공기(A)를 공급하는 경우 실링공기(A)에 의해 연소가스(G)의 흐름에 부여하는 손실을 억제할 수 있으므로 가스터빈(1)의 효율을 높일 수 있다.
간극(S)에서 실링공기(A)가 효율 좋게 흘러나오게 되므로 실링공기(A)에 의해 내주단벽부(12), 외주단벽부(13)를 냉각하는 효과도 높아진다.
(제1실시형태의 변형예)
상기 실시형태에서는 대향면(15A, 15B)을 평면상으로 하여 경사부(16)를 형성하였으나 이것에 한정되지 않는다. 이하, 그 변형예로서 내주단벽부(12)를 예로 들어 나타낸다. 또한 외주단벽부(13)에서도 동일한 변형예가 적용 가능하다.
(제1변형예)
도 5는 상기 단벽부에 형성된 대향면의 제1변형예의 구성을 나타내는 단면도이다.
이 도 5에 나타낸 바와 같이 원주방향으로 서로 이웃하는 내주단벽부(12)의 대향면(15A, 15B)의 경사부(16)는 주유로(R)와 면하는 단벽면(17F)과 가까워짐에 따라 주유로(R)를 유통하는 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 하류측을 향하여 서서히 경사지도록 완곡하게 형성해도 된다.
이와 같이 구성함으로써 내주단벽부(12)의 대향면(15A, 15B)들 사이의 간극(S)은 주유로(R)에 면하는 단벽면(17F)과 가까울수록 경사가 커진다. 그 결과 단벽면(17F)에서 간극(S)은 선회방향(D2)의 상류측을 향하여 보다 급한 각도로 개구하도록 형성된다. 따라서 연소가스(G)는 보다 더 간극(S)으로 흘러들기 어려워진다. 또한 간극(S)에서 실링공기(A)를 공급하는 경우에도 실링공기(A)가 흘러나오는 방향과 연소가스(G)의 흐름방향의 교차각도가 보다 작아진다. 그 결과 연소가스(G)의 흐름에 부여하는 손실을 더욱 더 억제할 수 있다.
(제2변형예)
도 6은 상기 단벽부에 형성된 대향면의 제2변형예의 구성을 나타내는 단면도이다.
이 도 6에 나타낸 바와 같이 원주방향으로 서로 이웃하는 내주단벽부(12) 중 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 하류측에 배치되는 내주단벽부(12)에 따른 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 상류측의 대향면(15B)의 경사부(16)를 변경한다. 구체적으로는, 대향면(15B)의 경사부(16)는 단벽면(17F)과 가까울수록 대향면(15A)의 경사부(16)보다도 선회방향(D2)의 하류측을 향하여 연장하도록 형성해도 된다. 여기서 이 제2변형예에서는, 대향면(15B)의 경사부(16)에는 대향면(15A)의 경사부(16)와 평행한 제1 경사부(16a)와, 제1 경사부(16a)보다도 경사각도가 큰 제2 경사부(16b)가 형성되어 있다. 따라서 내주단벽부(12)나 외주단벽부(13)에서는 제1 경사부(16a)와 단벽면(17F)에 의해 형성되는 각이 제1실시형태와 동일하게 각도β인 경우 제2 경사부(16b)와 단벽면(17F)에 의해 형성되는 각인 각도γ는 각도β보다도 크게 형성되어 있다.
이와 같이 구성함으로써 내주단벽부(12)의 대향면(15A, 15B)들 사이의 간극(S)은 단벽면(17F)과 가까울수록 경사가 커진다. 그 결과 간극(S)에서 실링공기(A)를 공급하는 경우에도 연소가스(G)의 흐름에 부여하는 손실을 보다 더 억제할 수 있다.
(제3변형예)
도 7은 상기 단벽부에 형성된 대향면의 제3변형예의 구성을 나타내는 단면도이다.
이 도 7에 나타낸 바와 같이 원주방향으로 서로 이웃하는 내주단벽부(12)에서 주유로(R)에 면하는 단벽면(17F)은 선회방향(D2)의 상류측에 배치되는 내주단벽부(12)의 단벽면(17Fa)에 대하여, 선회방향(D2)의 하류측에 배치되는 내주단벽부(12)의 단벽면(17Fb)이 주유로(R) 측에서 이간한 측에 배치되도록 해도 된다. 다시 말해 선회방향(D2)의 상류측의 단벽면(17Fa)에 대하여 선회방향(D2)의 하류측의 단벽면(17Fb)을 운동날개열(8)의 지름방향의 내측을 향하여 낮아지도록 단차를 두고 형성한다.
이와 같이 구성하면 연소가스(G)는 보다 더 간극(S)으로 흘러들기 어려워진다. 간극(S)에서 실링공기(A)를 공급하는 경우에도 간극(S)에서 흘러나온 실링공기(A)는 상류측의 단벽면(17Fa)에 대하여 낮아지도록 단차가 형성된 단벽면(17Fb)을 따른다. 그 결과 주유로(R)를 흐르는 연소가스(G)에 대하여 간극(S)에서 흘러나와 곧장 합류하는 것이 억제되고, 연소가스(G)의 주유로(R)의 흐름에 부여하는 손실을 억제할 수 있다.
(제4변형예)
도 8은 상기 단벽부에 형성된 대향면의 제4변형예의 구성을 나타내는 단면도이다.
이 도 8에 타나내는 제4변형예는 상기 제2변형예와 제3변형예를 조합한 것이다. 즉, 원주방향으로 대향하는 대향면(15A, 15B) 중 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 하류측에 배치되는 대향면(15B)의 경사부(16)는 단벽면(17F) 측일수록 선회방향(D2)의 하류측을 향하여 연장하도록 형성되어 있다. 또한 선회방향(D2)의 상류측에 배치되는 단벽면(17Fa)에 대하여, 선회방향(D2)의 하류측에 배치되는 단벽면(17Fb)이 날개체(11) 측에서 이간한 측에 배치되어 있다.
이와 같이 구성함으로써 연소가스(G)는 한층 더 간극(S)으로 흘러들기 어려워진다. 간극(S)에서 실링공기(A)를 공급하는 경우에도 간극(S)에서 흘러나온 실링공기(A)가 연소가스(G)의 흐름에 부여하는 손실을 보다 더 억제할 수 있다.
(기타 변형예)
상기 제1실시형태 및 그 변형예에서는 경사부(16)를 대향면(15A, 15B)의 전체 영역에 대하여 형성하였으나 이것에 한정되지 않는다. 경사부(16)는 대향면(15A, 15B)에서 연소가스(G)의 주유로(R)에 임하는 단벽면(17F)에 가까운 측의 영역에 최소한 형성되어 있으면 된다.
(제2실시형태)
이어서, 본 발명에 관한 날개열, 가스터빈의 제2실시형태에 대하여 설명한다. 또한 아래에 설명하는 제2실시형태에서는 상기 제1실시형태와 공통된 구성에 대해서는 도면중에 같은 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
도 9는 제2실시형태의 가스터빈에서 고정날개분할체의 단벽부들이 서로 이웃하는 부분을 나타내는 단면도이다.
이 도 9에 나타낸 바와 같이 내주단벽부(12)와 외주단벽부(13)는 원주방향으로 서로 이웃하는 타 고정날개분할체(10)의 내주단벽부(12)와 외주단벽부(13)에 각각 대향하는 대향면(단면)(15C, 15D)을 가지고 있다. 즉, 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 상류측에 배치되는 내주단벽부(12)에 따른 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 하류측의 대향면(15C)과 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 하류측에 배치되는 내주단벽부(12)에 따른 연소가스(G)의 선회방향(D2)의 상류측의 대향면(15D) 사이가 간극(S)으로 되어 있다.
이 간극(S)에 실링부재(20)를 끼워넣도록 일방의 대향면(15C)에는 홈(21)이 형성되어 있다. 실링부재(20)는 홈(21)에 수용하여 대향면(15C, 15D) 사이에 개재시킴으로써 연소가스(G)가 주유로(R)에서 외부로 누출하는 것을 억제하도록 되어 있다. 구체적으로는 본 실시형태의 실링부재(20)는 원주상을 이루는 실핀이다.
또한 실링부재(20)는 본 실시형태처럼 실핀인 것으로 한정되는 것은 아니며, 연소가스(G)의 유출을 억제할 수 있으면 된다. 예를 들어 실링부재(20)로는 평판상을 이루는 실플레이트를 이용해도 된다.
대향면(15C), (15D)에는 실링부재(20)에 대하여 주유로(R) 측에 경사부(16)가 형성되어 있다. 즉, 대향면(15C, 15D)에는 단벽면(17F)에 대하여 수직으로 지름방향으로 연장하는 면이 형성되어 있고, 경사부(16)는 이 면에서 주유로(R) 측으로 선회방향(D2)의 하류측으로 경사져 있다.
이와 같이 하여 주유로(R) 측에서 간극(S)이 경사져 있음으로써 연소가스(G)가 간극(S)으로 흘러들기 어려워진다. 추가로 간극(S)에서 공급하는 실링공기(A)가 주류의 흐름에 부여하는 손실을 억제할 수 있다.
따라서 상술한 바와 같이 내주단벽부(12) 및 외주단벽부(13)의 대향면(15C, 15D)에, 실링부재(20)에 대하여 단벽면(17F) 측에 경사부(16)를 설치함으로써 연소가스(G)의 흐름에 따른 손실을 억제하고, 가스터빈(1)의 효율을 높일 수 있다.
(기타 실시형태)
또한 본 발명의 날개열, 가스터빈은 도면을 참조하여 설명한 상술한 각 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 그 기술적 범위에서 여러 거지 변형예가 고려된다.
상기 실시형태에서는 내주단벽부(12) 및 외주단벽부(13) 쌍방에 경사부(16)를 설치하도록 하였으나, 내주단벽부(12) 및 외주단벽부(13)의 일방에만 경사부(16)를 설치해도 된다.
상기 실시형태에서는 간극(S)에서 주유로(R)에 실링공기(A)를 공급하는 경우에 대하여 언금하였으나, 실링공기(A)를 공급하지 않는 경우에도 상기 구성을 적용 가능하다.
상기 실시형태에서는, 대향면(15B)은 대향면(15A)과 나란히 각도β가 β=180°-α를 만족시키도록 형성되어 있는 구조로 하였으나, 이와 같은 각도에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 각도β는 대향면(15B)과 대향면(15A)이 나란하지 않은 값이어도 된다.
상기 각 실시형태 및 그 변형예에서는 고정날개열(7)에 경사부(16)를 설치하는 구성으로 하였으나, 운동날개열(8)에 대해서도 동일한 구성을 적용하는 것이 가능하다. 운동날개열(8)의 경우 날개체와 날개근이 연장하는 플랫폼이 본 발명에 따른 단벽부에 상당한다.
이것 이외에도 본 발명의 주지를 이탈하지 않는 한, 상기 실시형태에서 열거한 구성을 취사 선택하거나 기타 구성으로 적절히 변경하는 것이 가능하다.
다른 변형예로서 예를 들어, 이 발명에 관한 제10형태의 고정날개분할체는 작동유체가 유통되는 유로에 면하여 원주방향으로 연장하는 내측슈라우드와, 상기 내측슈라우드의 지름방향 외측에 배치되어, 상기 유로에 면하여 원주방향으로 연장하는 외측슈라우드와, 상기 내측슈라우드에서 상기 외측슈라우드를 향하여 지름방향으로 연장하는 날개체를 구비하고, 상기 내측슈라우드 및 상기 외측슈라우드의 상기 원주방향의 단면이 상기 유로 측 또한 상기 유로를 유통하는 상기 작동유체의 선회방향의 하류측을 향하여 경사지는 경사부를 가지고 있어도 된다.
이와 같이 내측슈라우드 및 외측슈라우드의 단면에 경사부를 설치하면 서로 이웃하는 내측슈라우드 및 외측슈라우드의 단면 사이의 간극이 작동유체의 선회방향의 하류측으로 경사진다. 그 결과 작동유체는 그 선회방향의 하류측으로 경사진 간극으로 흘러들기 어려워진다. 이 간극에서 작동유체의 유로 측으로 실링공기를 공급하는 경우에도 간극이 작동유체의 선회방향의 하류측으로 경사져 있다. 따라서 실링공기가 주류의 흐름에 부여하는 손실을 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제11형태의 고정날개분할체에서는, 상기 제10형태에서 상기 경사부는 상기 유로와 가까워짐에 따라 상기 유로를 유통하는 상기 선회방향의 하류측을 향하여 경사지도록 해도 된다.
이와 같이 구성함으로써 작동유체는 보다 더 간극으로 흘러들기 어려워지고, 실링공기가 주류의 흐름에 부여하는 손실도 한층 더 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제12형태의 날개분할체에서는, 상기 제10 또는 제11형태에서 상기 단면 중 상기 선회방향의 상류측에 배치되는 상기 단면 측의 상기 경사부가 상기 선회방향의 하류측에 배치되는 상기 단면 측의 경사부보다도 상기 유로와 가까워짐에 따라 상기 유로를 유통하는 상기 선회방향의 하류측을 향하여 경사지도록 해도 된다.
이와 같이 구성함으로써 내측슈라우드 및 외측슈라우드의 단면들 사이의 간극은 작동유체가 흐르는 유로와 가까울수록 경사가 커지게 된다. 그 결과 작동유체는 보다 더 간극으로 흘러들기 어려워진다. 또한 간극에서 실링공기를 공급하는 경우에도 주류의 흐름에 부여하는 손실을 보다 더 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제13형태의 고정날개분할체에서는, 상기 제10 내지 제12형태 중 어느 하나에서 상기 선회방향의 하류측에 배치되는 상기 내측 및 상기 외측슈라우드의 상기 유로에 면하는 면에 대하여, 상기 선회방향의 상류측에 배치되는 상기 내측슈라우드 및 상기 외측슈라우드의 상기 유로에 면하는 면이 상기 유로 측에서 이간한 측에 배치되도록 해도 된다.
이와 같이 구성함으로써, 작동유체는 보다 더 간극으로 흘러들기 어려워진다. 또한 간극에서 실링공기를 공급하는 경우에도 주류의 흐름에 부여하는 손실을 보다 더 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제14형태의 고정날개분할체에서는 상기 제10 내지 제13형태 중 어느 하나에서 상기 단면 중 어느 일방에만 실링부재를 끼워넣는 홈이 형성되고, 상기 경사부는 상기 홈에 대하여 상기 유로 측에 형성되어 있도록 해도 된다.
이와 같이 구성함으로써 실링부재가 배치되어 있는 경우에도 간극의 유로 측에서 간극이 경사져 있음으로써 작동유체가 간극으로 흘러들기 어렵게 할 수 있다. 또한 간극에서 공급하는 실링공기가 주류의 흐름에 부여하는 손실을 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제15형태의 고정날개분할체에서는 상기 제10 내지 제14형태 중 어느 하나에서 상기 단면은 지름방향으로 연장하는 면이 형성되고, 상기 경사부는 상기 지름방향으로 연장하는 면으로부터 상기 유로 측에서 상기 선회방향의 하류측으로 경사지도록 해도 된다.
이 발명에 관한 제16형태의 고정날개열은 상기 유로를 구획 형성하고, 상기 제10 내지 제15형태 중 어느 하나의 고정날개분할체를 상기 원주방향으로 여러 개 구비하는 것에 의해 환상으로 된다.
이 발명에 관한 제17형태의 가스터빈은 상기 제16의 형태의 고정날개열을 구비한다.
이와 같이 구성함으로써, 서로 이웃하는 내측슈라우드 및 외측슈라우드들 간의 간극에 작동유체가 흘러들기 어렵게 할 수 있다. 간극에서 공급하는 실링공기가 주류의 흐름에 부여하는 손실을 억제할 수 있다.
다른 변형예로서 예를 들어, 이 발명에 관한 제18형태의 고정날개분할체는 작동유체가 유통되는 유로에 면하여 원주방향으로 연장하는 내측슈라우드와, 상기 내측슈라우드의 지름방향 외측에 배치되어, 상기 유로에 면하여 원주방향으로 연장하는 외측슈라우드와, 상기 내측슈라우드에서 상기 외측슈라우드를 향하여 지름방향으로 연장하는 날개체를 구비하고, 상기 내측슈라우드 및 상기 외측슈라우드의 상기 원주방향의 단면이 축 방향의 상류측에서 하류측을 향함에 따라 상기 작동유체의 선회방향의 상류측에서 하류측을 향하도록 경사지고, 상기 유로 측 또한 상기 유로를 유통하는 상기 선회방향의 하류측을 향하여 경사지는 경사부를 가지고 있어도 된다.
이와 같이 내측슈라우드 및 외측슈라우드의 단면에 경사부를 설치하면 서로 이웃하는 내측슈라우드 및 외측슈라우드의 단면 사이의 간극이 축방향의 상류측에서 하류측으로 향함에 따라 작동유체의 선회방향의 하류측으로 경사지고 있다. 따라서 유로를 흐르는 주류와 간극의 각도차가 작아지고, 간극을 횡단하는 작동유체의 흐름을 줄일 수 있다. 따라서 작동유체는 간극에 흘러드는 것에 의한 손실이나 간극에 흘러든 작동유체와 주류의 혼합을 저감할 수 있다.
또한 이 간극에서 작동유체의 유로 측으로 실링공기를 공급하는 경우에도 간극이 축방향에 대하여 경사지고 있을 뿐 아니라 지름방향에 대하여 경사져 있다. 따라서 실링공기가 유로를 흐르는 작동유체에 합류할 때의 교차각도를 보다 작게 할 수 있고, 유로를 흐르는 작동유체의 흐름에 부여하는 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제19형태의 고정날개분할체에서는, 상기 제18형태에서 상기 경사부는 상기 유로와 가까워짐에 따라 상기 유로를 유통하는 상기 선회방향의 하류측을 향하여 경사지도록 해도 된다.
이와 같이 구성함으로써 작동유체는 보다 더 간극으로 흘러들기 어려워지고, 실링공기가 주류의 흐름에 부여하는 손실도 한층 더 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제20형태의 날개분할체에서는, 상기 제18 또는 제19형태에서 상기 단면 중 상기 선회방향의 상류측에 배치되는 상기 단면 측의 상기 경사부가 상기 선회방향의 하류측에 배치되는 상기 단면 측의 경사부보다도 상기 유로와 가까워짐에 따라 상기 유로를 유통하는 상기 선회방향의 하류측을 향하여 경사지도록 해도 된다.
이와 같이 구성함으로써 내측슈라우드 및 외측슈라우드의 단면들 사이의 간극은 작동유체가 흐르는 유로와 가까울수록 경사가 커지게 된다. 그 결과 작동유체는 보다 더 간극으로 흘러들기 어려워진다. 또한 간극에서 실링공기를 공급하는 경우에도 주류의 흐름에 부여하는 손실을 보다 더 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제21형태의 고정날개분할체에서는, 상기 제18 내지 제20형태 중 어느 하나에서 상기 선회방향의 하류측에 배치되는 상기 내측 및 상기 외측슈라우드의 상기 유로에 면하는 면에 대하여, 상기 선회방향의 상류측에 배치되는 상기 내측슈라우드 및 상기 외측슈라우드의 상기 유로에 면하는 면이 상기 유로 측에서 이간한 측에 배치되도록 해도 된다.
이와 같이 구성함으로써, 작동유체는 보다 더 간극으로 흘러들기 어려워진다. 또한 간극에서 실링공기를 공급하는 경우에도 주류의 흐름에 부여하는 손실을 보다 더 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제22형태의 고정날개분할체에서는 상기 제18 내지 제21형태 중 어느 하나에서 상기 단면 중 어느 일방에만 실링부재를 끼워넣는 홈이 형성되고, 상기 경사부는 상기 홈에 대하여 상기 유로 측에 형성되어 있도록 해도 된다.
이와 같이 구성함으로써 실링부재가 배치되어 있는 경우에도 간극의 유로 측에서 간극이 경사져 있음으로써 작동유체가 간극으로 흘러들기 어렵게 할 수 있다. 또한 간극에서 공급하는 실링공기가 주류의 흐름에 부여하는 손실을 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 제23형태의 고정날개분할체에서는 상기 제18 내지 제22형태 중 어느 하나에서 상기 단면은 지름방향으로 연장하는 면이 형성되고, 상기 경사부는 상기 지름방향으로 연장하는 면으로부터 상기 유로 측에서 상기 선회방향의 하류측으로 경사지도록 해도 된다.
이 발명에 관한 제24형태의 고정날개열은 상기 유로를 구획 형성하고, 상기 제18 내지 제23형태 중 어느 하나의 고정날개분할체를 상기 원주방향으로 여러 개 구비하는 것에 의해 환상으로 된다.
이 발명에 관한 제25형태의 가스터빈은 상기 제24의 형태의 고정날개열을 구비한다.
이와 같이 구성함으로써, 서로 이웃하는 내측슈라우드 및 외측슈라우드들 간의 간극에 작동유체가 흘러들기 어렵게 할 수 있다. 간극에서 공급하는 실링공기가 주류의 흐름에 부여하는 손실을 억제할 수 있다.
산업상 이용가능성
상기 날개열에 의하면 작동유체의 흐름에 따른 손실을 억제하고, 효율을 높일 수 있다.
1 가스터빈
2 압축기
3 터빈부
4 회전축
5 차실
7 고정날개열(날개열)
8 운동날개열
9 연소기
10 고정날개분할체(날개분할체)
11 날개체
11a 복면부
11b 배면부
12 내주단벽부
13 외주단벽부
15A, 15B, 15C, 15D 대향면(단면)
16 경사부
16a 제1 경사부
16b 제2 경사부
17F, 17Fa, 17Fb 단벽면
20 실링부재
21 홈
A 실링공기
G 연소가스(작동유체)
R 주유로
S 간극

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 작동유체가 유통되는 유로에 면하여 원주방향으로 연장하는 단벽부와,
    상기 단벽부에서 연장하여 상기 유로 내에 배치되는 날개체를 구비하고,
    상기 단벽부의 상기 원주방향의 단면이 상기 유로 측 또한 상기 유로를 유통하는 상기 작동유체의 선회방향의 하류측을 향하여 경사지는 경사부를 가지고,
    상기 선회방향의 하류측에 배치되는 상기 단벽부의 상기 유로에 면하는 면에 대하여, 상기 선회방향의 상류측에 배치되는 상기 단벽부의 상기 유로에 면하는 면이 상기 유로측에서 이간한 측에 배치되는, 날개분할체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단면 중 상기 선회방향의 상류측에 배치되는 상기 단면 측의 상기 경사부가 상기 선회방향의 하류측에 배치되는 상기 단면 측의 경사부보다도 상기 유로와 가까워짐에 따라 상기 유로를 유통하는 상기 작동유체의 상기 선회방향의 하류측을 향하여 경사지는, 날개분할체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 단면 중 어느 일방에만 실링부재를 끼워넣는 홈이 형성되고,
    상기 경사부는 상기 홈에 대하여 상기 유로 측에 형성되는, 날개분할체.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 단면은 지름방향으로 연장하는 면이 형성되고,
    상기 경사부는 상기 지름방향으로 연장하는 면으로부터 상기 유로 측에서 상기 선회방향의 하류측으로 경사지는, 날개분할체.
  6. 상기 유로를 구획 형성하고, 제2항에 기재된 날개분할체를 상기 원주방향으로 여러 개 구비하는 것에 의해 환상으로 되는, 날개열.
  7. 제6항에 기재된 날개열을 구비한 가스터빈.
  8. 삭제
  9. 작동유체가 유통되는 유로에 면하여 원주방향으로 연장하는 단벽부와,
    상기 단벽부에서 지름방향을 향하여 연재하는 날개체를 구비하고,
    상기 단벽부는 상기 날개체의 오목면상의 복면부 측에 있는 상기 단벽부의 단면과 상기 날개체가 연장하고 있는 면인 단벽면에 의해 형성되는 각이 예각이고,
    상기 유로를 유통하는 상기 작동유체의 선회방향의 하류측에 배치되는 상기 단벽부의 상기 유로에 면하는 면에 대하여, 상기 선회방향의 상류측에 배치되는 상기 단벽부의 상기 유로에 면하는 면이 상기 유로측에서 이간한 측에 배치되는, 날개분할체.
  10. 삭제
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