KR101858417B1 - 시일 구조 - Google Patents

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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

시일 구조는, 연소 가스 유로에 면하여 배치되는 제 1 부재와, 제 2 부재와, 연소 가스 유로의 외측에 배치되는 제 3 부재와, 제 1 단부면 및 제 2 단부면 중 적어도 한쪽의 연소 가스 유로측에 형성되는 내열 피막부와, 내열 피막부보다 외측에서 제 1 단부면 및 제 2 단부면에 배치되는 접촉부를 구비한다. 접촉부는, 제 1 부재 및 제 2 부재가 접근하는 방향으로 상대 이동한 경우에 내열 피막부와 대향하는 면과의 사이에 간극이 형성된 상태에서, 접촉하여 상기 상대 이동을 규제한다.

Description

시일 구조{SEALING STRUCTURE}
본 발명은 시일 구조에 관한 것이다.
본원은 2014년 9월 26일에 출원된 일본 특허 출원 제 2014-196771 호에 대해 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
가스 터빈에서는, 압축기에서 가압된 공기를 연소기에서 연료와 혼합하여 고온의 유체인 연소 가스를 발생시키고, 정익 및 동익이 교대로 배설된 터빈의 연소 가스 유로 내에 도입한다. 가스 터빈은 연소 가스 유로 내를 유통하는 연소 가스에 의해 동익 및 로터를 회전시킨다. 이에 의해, 가스 터빈은 연소 가스의 에너지를 회전 에너지로서 출력하는 동시에, 압축기나 발전기에 회전 구동력을 부여하고 있다.
연소기의 미통과 터빈의 제 1 단 정익의 슈라우드와의 사이에는, 열팽창에 의한 접촉을 방지하기 위해서 간극이 마련되어 있다. 이 간극에는, 차실 공기가 연소 가스 유로 내로 누출되는 것을 방지하기 위해, 시일 부재가 마련되어 있다(예컨대, 특허문헌 1).
또한, 가스 터빈을 구성하는 각 부품의 연소 가스에 노출되는 면에는, 내열성을 향상시키기 위한 내열 피막부로서 차열 코팅재(Thermal Barrier Coating: TBC)가 가공되어 있다. 이 차열 코팅재는, 연소 가스에 노출되어 고온이 되는 영역에 가공되어 있다. 차열 코팅재는 연소 가스 유로에 면하는 가스 패스면 뿐만 아니라, 가스 패스면과 교차하는 측벽면의 연소 가스 유로측에도 가공되어 있다.
일본 특허 공개 제 2009-167905 호 공보
그런데, 이러한 가스 터빈에서는, 가스 터빈이 정지되어 있는 상태보다 정상 운전하고 있는 상태가 미통, 동익, 정익 및 케이싱 등의 가스 터빈을 구성하는 부재의 온도가 높아진다. 가스 터빈의 기동 시에 온도가 상승해가는 과정에서는, 가스 터빈을 구성하는 부재의 온도의 차이에 의해, 열 신장차가 발생한다. 이 때문에, 가스 터빈이 정지되어 있는 상태로부터 정상 운전하고 있는 상태가 될 때까지의 사이에 가스 터빈의 운전 상황에 따라서, 각 부재 간의 클리어런스가 변동한다. 그 때문에, 인접하는 부품끼리가 열 신장차에 의해 클리어런스가 좁아져, 대향하는 측벽면끼리가 서로 접촉하여, 차열 코팅재가 박리되어 버리는 등의 사상이 생겨 내열 피막부가 손상되어 버릴 가능성이 있다.
본 발명은, 인접하는 부재끼리가 접촉해도, 내열 피막부가 손상되어 버리는 것을 회피할 수 있는 시일 구조를 제공한다.
본 발명의 제 1 태양에 있어서의 시일 구조는, 로터축의 주위에 형성되는 연소 가스 유로에 면하여 배치되는 제 1 부재와, 상기 제 1 부재에 인접하며, 상기 연소 가스 유로에 면하여 배치되는 제 2 부재와, 상기 제 1 부재의 제 1 단부면과 상기 제 1 단부면과 대향하는 상기 제 2 부재의 제 2 단부면과의 사이에서, 상기 연소 가스 유로의 외측에 배치되며, 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재에 맞물리는 제 3 부재와, 상기 제 1 단부면 및 상기 제 2 단부면 중 적어도 한쪽의 상기 연소 가스 유로측에 형성되는 내열 피막부와, 상기 연소 가스 유로에 대해 상기 내열 피막부보다 외측에서 상기 제 1 단부면 및 상기 제 2 단부면에 배치되며, 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재가 서로 접근하는 방향으로 상대 이동한 경우에, 상기 내열 피막부와 대향하는 상기 제 1 단부면 및 상기 제 2 단부면 중 적어도 한쪽의 면과 상기 내열 피막부 사이에 간극이 형성된 상태에서, 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재에 대해 직접적으로 또는 상기 제 3 부재를 거쳐서 간접적으로 접촉하여 상기 상대 이동을 규제하는 접촉부를 구비한다.
이러한 구성에 의하면, 제 1 단부면과 제 2 단부면이 접촉하기 전에, 접촉부가 제 1 단부면 및 제 2 단부면 또는 제 3 부재를 거쳐서 적어도 한쪽의 내열 피막부가 형성되지 않은 부재에 접촉한다. 그 때문에, 접촉부가 제 1 단부면 및 상기 제 2 단부면에 직접적, 또는 제 3 부재를 거쳐서 간접적으로 접촉한 위치보다, 더욱 제 1 단부면과 제 2 단부면이 근접하지 않도록, 제 1 부재와 제 2 부재의 상대 이동을 규제할 수 있다. 이에 의해, 제 1 부재의 내열 피막부가 형성된 제 1 단부면과, 제 1 부재와 인접하는 제 2 부재의 내열 피막부가 형성된 제 2 단부면이 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 있어서의 시일 구조에서는, 제 1 태양에 있어서, 상기 제 1 부재는 연소기이며, 상기 제 2 부재는 상기 연소기에 대해 로터축 방향 하류측에 배치된 정익이며, 상기 제 3 부재는 상기 연소 가스 유로의 외측에 배치된 시일 부재라도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 제 1 부재를 연소기로 하고, 제 2 부재를 연소기에 대해 로터축 방향 하류측에 인접하는 정익으로 하고, 제 3 부재를 연소기와 정익 사이에 배치되는 시일 부재로 하고 있다. 이에 의해, 연소기의 출구 부근의 내열 피막부를 보호할 수 있는 시일 구조를 용이하게 적용할 수 있다.
본 발명의 제 3 태양에 있어서의 시일 구조에서는, 제 2 태양에 있어서, 상기 시일 부재는, 상기 정익의 로터축 방향 상류측을 향하는 전연부에 대해, 상기 로터축 방향 상류측의 위치를 포함하며, 로터축을 기준으로 하여 둘레 방향의 일정한 영역에 형성되어 있는 냉각 유로와, 상기 둘레 방향으로 복수 마련되며, 상기 냉각 유로를 흐르는 냉각 공기가 배출되는 개구가 형성되어 있는 제 3 단부면을 구비하고 있어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 연소 가스 유로에 유입된 연소 가스가 충돌함으로써 혼입된 연소 가스에 의해 고온이 되기 쉬운 전연부 부근의 시일 부재를 효과적으로 냉각할 수 있다. 구체적으로는, 전연부에 대해 연소 가스가 충돌함으로써, 둘레 방향의 다른 부분보다 전연부의 로터축 방향 상류측의 부분이 더욱 고온이 되어 버린다. 따라서, 전연부의 로터축 방향 상류측의 시일 부재에 개구를 구비한 냉각 유로를 마련함으로써, 보다 고온이 되는 부분에 냉각 공기를 효율적으로 공급하여 시일 부재를 냉각할 수 있다. 그 결과, 시일 부재를 냉각하기 위해서 냉각 유로를 유통시키는 냉각 공기의 유량을 보다 억제할 수 있다.
본 발명의 제 4 태양에 있어서의 시일 구조에서는, 제 3 태양에 있어서, 상기 시일 부재는, 상기 제 3 단부면보다 로터축 방향 하류측으로 돌출하며, 로터축 방향 하류측을 향하는 면인 제 4 단부면이 형성되어 있는 간극 형성부를 구비하고 있어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 간극 형성부가 제 3 단부면보다 로터축 방향 하류측으로 돌출한다. 그 때문에, 냉각 공기가 배출하는 개구를 폐색시키는 일 없이, 시일 부재가 안정적으로 냉각된다.
본 발명의 제 5 태양에 있어서의 시일 구조에서는, 제 4 태양에 있어서, 상기 제 4 단부면은 상기 정익의 로터축 방향 상류측을 향하는 상기 제 2 단부면의 접촉부에 대향하여 배치되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 개구가 배치된 제 3 단부면과 로터축 방향 하류측에서 대향하는 정익측의 측단부면과의 간격이 좁아져도, 개구가 폐색되어 버리기 전에 측단부면의 접촉부가 제 4 단부면에 접촉한다. 이에 의해, 개구의 전방의 공간을 안정적으로 확보할 수 있어서, 단부면과 측단부면의 간격이 좁아져도 필요한 냉각 공기를 안정적으로 개구로부터 계속 배출할 수 있다.
본 발명의 제 6 태양에 있어서의 시일 구조에서는, 제 1 태양에 있어서, 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재는 상기 로터축을 기준으로 하여 둘레 방향으로 인접하는 분할환이며, 상기 제 3 부재는 상기 인접하는 분할환끼리의 사이에 배치된 시일판이어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 제 1 부재 및 제 2 부재를 둘레 방향으로 인접하는 분할환으로 하고, 제 3 부재를 인접하는 분할환끼리의 사이에 배치된 시일판으로 하고 있다. 이에 의해, 둘레 방향으로 인접하는 한쌍의 분할환의 사이에 내열 피막부를 보호할 수 있는 시일 구조를 용이하게 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 시일 구조에 의하면, 접촉부에서 인접하는 부재의 대향하는 면과의 접촉을 방지하여, 내열 피막부가 손상되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 요부 절결 측면도,
도 2는 본 발명의 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 요부 단면도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 시일 구조를 설명하는 요부 확대도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 축 방향 하류측에서 본 시일 부재를 설명하는 요부 확대도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 시일 부재의 개구의 위치를 설명하는 개략도,
도 6은 도 4에 있어서의 Ⅵ-Ⅵ 단면을 설명하는 단면도,
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 분할환을 설명하는 요부 확대도,
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 시일 구조를 설명하는 요부 단면도.
<제 1 실시형태>
이하, 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 대해 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
가스 터빈(1)은, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 외기를 압축하여 압축 공기(A)를 생성하는 압축기(10)와, 연료를 압축 공기(A)에 혼합하고 연소시켜 연소 가스(G)를 생성하는 복수의 연소기(20)와, 연소 가스(G)에 의해 구동하는 터빈(30)을 구비하고 있다.
터빈(30)은, 케이싱(31)과, 이 케이싱(31) 내에서 로터축(Ar)을 중심으로 회전하는 터빈 로터(33)를 구비하고 있다. 이 터빈 로터(33)는, 예컨대, 이 터빈 로터(33)의 회전으로 발전하는 발전기(미도시)와 접속되어 있다.
압축기(10)는 터빈(30)에 대해 로터축(Ar)의 한쪽편에 배치되어 있다. 터빈(30)의 케이싱(31)은 로터축(Ar)을 중심으로 하여 원통 형상을 이루고 있다. 압축기(10)에서는, 압축 공기(A)의 일부를 냉각 공기로서 터빈(30)이나 연소기(20)에 공급하고 있다.
복수의 연소기(20)는 로터축(Ar)에 대한 둘레 방향(Dc)으로 서로의 간격을 두고, 이 케이싱(31)에 장착되어 있다.
여기서, 로터축(Ar)이 연장되어 있는 방향을 로터축 방향(Da)으로 한다. 로터축 방향(Da)으로서, 연소기(20)에 대해 터빈(30)이 배치되어 있는 측을 하류측, 그 반대측을 상류측으로 한다.
로터축(Ar)을 기준으로 한 둘레 방향(Dc)을 간략히 둘레 방향(Dc), 이 로터축(Ar)을 기준으로 한 직경 방향(Dr)을 간략히 직경 방향(Dr)으로 한다.
직경 방향(Dr)으로서 축선(Ac)으로부터 멀어지는 측을 직경 방향(Dr) 외측, 그 반대측을 직경 방향(Dr) 내측으로 한다.
터빈 로터(33)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 로터축(Ar)을 중심으로 하여, 로터축 방향(Da)으로 연장되어 있는 로터 본체(34)와, 로터축 방향(Da)으로 나열되어 로터 본체(34)에 장착되어 있는 복수의 동익렬(35)을 갖고 있다. 각 동익렬(35)은 모두 로터축(Ar)에 대해 둘레 방향(Dc)으로 나열되며 로터축(Ar)에 장착되어 있는 복수의 동익(36)을 갖고 있다. 동익(36)은, 직경 방향(Dr)으로 연장되는 동익 본체(37)와, 이 동익 본체(37)의 직경 방향(Dr) 내측에 마련되어 있는 플랫폼(38)과, 이 플랫폼(38)의 직경 방향(Dr) 내측에 마련되어 있는 익근(39)을 갖고 있다. 동익(36)은, 이 익근(39)이 로터 본체(34)에 매립됨으로써 로터 본체(34)에 고정되어 있다.
복수의 동익렬(35)의 각 상류측에는 정익렬(40)이 배치되어 있다. 각 정익렬(40)은 모두 복수의 정익(41)이 둘레 방향(Dc)으로 나열되어 구성되어 있다. 각 정익(41)은, 모두, 직경 방향(Dr) 외측으로 연장되는 정익 본체(42)와, 정익 본체(42)의 직경 방향(Dr) 외측에 마련되어 있는 외측 슈라우드(43)와, 정익 본체(42)의 직경 방향(Dr) 내측에 마련되어 있는 내측 슈라우드(45)를 갖고 있다.
동익렬(35) 및 정익렬(40)의 직경 방향(Dr) 외측이며, 케이싱(31)의 직경 방향(Dr) 내측에는, 로터축(Ar)을 중심으로 하여 원통 형상의 익환(50)이 배치되어 있다. 이 익환(50)은 케이싱(31)에 고정되어 있다. 정익(41)의 외측 슈라우드(43)와 익환(50)은 차열환(52)에 의해 연결되어 있다.
로터축 방향(Da)으로 인접하는 정익렬(40)의 외측 슈라우드(43)끼리의 사이에는, 로터축(Ar)을 중심으로 하여 둘레 방향(Dc)으로 나열한 복수의 분할환(60)이 배치되어 있다. 둘레 방향(Dc)으로 나열한 복수의 분할환(60)은 환상을 이루고 있다. 분할환(60)의 직경 방향(Dr) 내측에는 동익렬(35)이 배치되어 있다. 둘레 방향(Dc)으로 나열한 복수의 분할환(60)은 모두 차열환(52)에 의해 익환(50)에 연결되어 있다.
후술하는 연소기(20)의 미통(21) 내나 터빈(30)의 케이싱(31) 내에는, 연소 가스(G)가 흐르는 연소 가스 유로(Pg)가 형성되어 있다. 터빈(30)의 케이싱(31) 내의 연소 가스 유로(Pg)는, 정익렬(40)을 구성하는 복수의 정익(41)의 내측 슈라우드(45) 및 외측 슈라우드(43)와, 그 하류측의 동익렬(35)을 구성하는 복수의 동익(36)의 플랫폼(38) 및 이것에 대향하는 분할환(60)에 의해, 로터 본체(34)의 주위에 환상으로 획정되어 있다.
연소기(20)는, 고온 고압의 연소 가스(G)를 터빈(30)으로 이송하는 미통(21)과, 이 미통(21) 내에 연료 및 압축 공기(A)를 공급하는 연료 공급기(22)를 구비하고 있다.
연료 공급기(22)는 내부에서 화염이 형성된다. 연료 공급기(22)는 축선(Ac)을 중심으로 하는 통 형상을 이루는 내통(22a)을 갖고 있다.
미통(21)은 내통(22a)과 접속되어 있다. 미통(21)은 내통(22a)에서 생성된 고온 및 고압의 연소 가스(G)를 터빈(30)에 공급한다. 미통(21)은 통 형상을 이루고 있다. 구체적으로는, 미통(21)은, 로터축 방향(Da) 하류측의 출구 개구가 거의 사각 형상을 이루고 있다. 따라서, 미통(21) 내의 연소 가스 유로(Pg)는 통 형상을 이루는 미통(21)의 내주면(21a)에 의해 획정되어 있다. 본 실시형태의 미통(21)은 제 1 실시형태의 시일 구조(100)에 있어서의 제 1 부재이다. 본 실시형태의 미통(21)은 로터축 방향(Da) 하류측에서 외주면으로부터 직경 방향(Dr)으로 돌출하는 출구 플랜지(210)를 갖고 있다(도 3).
시일 구조(100)는, 인접하는 부재 간의 대향하는 면끼리의 접촉을 방지하면서, 케이싱(31) 내의 압축 공기(A)가 연소 가스 유로(Pg)측으로 누출되는 것을 방지한다. 제 1 실시형태의 시일 구조(100)는 연소기(20)와 연소기(20)에 대해 로터축 방향(Da) 하류측에 인접하는 터빈(30)의 정익렬(40)과의 사이에 배치된다. 구체적으로는, 제 1 실시형태의 시일 구조(100)는, 로터축 방향(Da)으로 인접하는 미통(21)과 제 1 정익렬(40a)에 형성된 내열 피막부(130)를 접촉시키는 일 없이, 미통(21)과 제 1 정익렬(40a) 사이의 간극을 시일한다.
도 3에 도시하는 연소 가스 유로(Pg)에 대해 직경 방향(Dr) 내측의 시일 구조(100)는, 미통(21)과, 제 1 정익렬(40a)의 내측 슈라우드(45)와, 시일 부재(7)(내측 시일 부재(7a))를 갖는 구조이다. 미통(21)은 로터축 방향(Da) 상류측에 배치되어 있다. 내측 슈라우드(45)는 로터축 방향(Da) 하류측에 배치되어 있다. 시일 부재(7)(내측 시일 부재(7a))는 미통(21)과 내측 슈라우드(45) 사이의 연소 가스 유로(Pg)에 대해 직경 방향(Dr) 내측에 배치되어 있다. 한편, 연소 가스 유로(Pg)에 대해 직경 방향(Dr) 외측의 시일 구조(100)는, 미통(21)과, 제 1 정익렬(40a)의 외측 슈라우드(43)와, 시일 부재(7)(외측 시일 부재(7b))를 갖는 구조이다. 외측 슈라우드(43)는 로터축 방향(Da) 하류측에 배치되어 있다. 시일 부재(7)(외측 시일 부재(7b))는 미통(21)과 외측 슈라우드(43) 사이의 연소 가스 유로(Pg)에 대해 직경 방향(Dr) 외측에 배치되어 있다. 양쪽의 구조는 연소기의 축선(Ac)을 기준으로 대칭적인 구조를 구비하고 있다. 양쪽의 구조를 결합하여 일체화된 시일 구조가 형성되어 있다. 또한, 시일 구조(100)의 구성에는, 내열 피막부(130)와 접촉부(140)가 포함된다. 내열 피막부(130)는 미통(21)이나 제 1 정익렬(40a)의 연소 가스(G)에 노출되는 면에 형성되어 있다. 접촉부(140)는 미통(21) 및 제 1 정익렬(40a)의 서로 접근하는 방향으로의 상대 이동을 규제한다.
출구 플랜지(210)는 이 미통(21)의 출구 개구의 주위를 덮도록 대략 사각 환상을 이루고 있다. 출구 플랜지(210)는 미통(21)의 외주면으로부터 연소 가스 유로(Pg)의 외측을 향해 돌출되어 있다. 구체적으로는, 출구 플랜지(210)는, 한쌍의 둘레 방향 플랜지부(210a)와 한쌍의 직경 방향 플랜지부(미도시)를 갖는다.
한쌍의 둘레 방향 플랜지부(210a)는 각각 미통(21)의 외주면 중 둘레 방향(Dc)으로 연장되는 외주면으로부터 돌출되어 있다. 한쌍의 둘레 방향 플랜지부(210a)는 출구 개구를 사이에 두고 직경 방향(Dr)으로 서로 대향하여 배치되어 있다.
미통(21)에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 로터축 방향(Da) 하류측의 후단부(211)가 출구 플랜지(210)보다 로터축 방향(Da) 하류측을 향해 연신되어 있다.
여기서, 제 1 실시형태의 미통(21)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 면을 제 1 단부면(101)으로 한다. 구체적으로는, 제 1 실시형태의 제 1 단부면(101)은, 후단부(211)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 면인 본체 제 1 단부면(111)과, 출구 플랜지(210)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 면인 플랜지 제 1 단부면(121)으로 형성된다.
제 1 정익렬(40a)은 정익렬(40) 중에서도 가장 로터축 방향(Da) 상류측에 배치되어 있다. 제 1 정익렬(40a)은 둘레 방향(Dc)으로 인접하는 복수의 제 1 정익(41a)에 의해 구성되어 있다. 제 1 정익렬(40a)은 익환(50)에 의해 지지되어 있다. 제 1 정익렬(40a)은 연소기(20)의 미통(21)과의 사이가 시일 부재(7)로 시일되어 있다. 본 실시형태의 제 1 정익(41a)은 제 1 실시형태의 시일 구조(100)에 있어서의 제 2 부재이다. 제 1 정익(41a)은 제 1 부재인 미통(21)에 대해 로터축 방향(Da) 하류측에 인접하고 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1 정익(41a)의 내측 슈라우드(45) 및 외측 슈라우드(43)에는, 연소 가스 유로(Pg)에 면하는 가스 패스면(441)을 갖는 슈라우드 본체(44)와, 가스 패스면(441)과 교차하는 측벽(46)이 형성되어 있다. 이 측벽(46)은 로터축 방향(Da) 상류측을 향하는 측단부면(461)을 갖고 있다. 측단부면(461)은, 미통(21)의 후단부(211)의 본체 제 1 단부면(111) 및 출구 플랜지(210)의 플랜지 제 1 단부면(121)에 대해, 로터축 방향(Da)으로 간격을 두고 대향하여 배치되어 있다. 이 측벽(46)에는, 측단부면(461)으로부터 로터축 방향(Da) 상류측으로 연장되는 돌출부(424)가 형성되어 있다.
돌출부(424)는, 측단부면(461)의 가스 패스면(441)으로부터 직경 방향(Dr) 내측 또는 직경 방향(Dr) 외측의 이격된 위치에 형성되어 있다. 돌출부(424)는 로터축(Ar)을 중심으로 하여 환상으로 형성되어 있다. 돌출부(424)의 로터축 방향(Da) 상류측을 향하는 돌출부 제 2 단부면(112)은 출구 플랜지(210)의 플랜지 제 1 단부면(121)에 대해 로터축 방향(Da)으로 간격을 두고 대향하여 배치되어 있다.
여기서, 제 1 실시형태의 제 1 정익(41a)의 로터축 방향(Da) 상류측을 향하는 면을 제 2 단부면(102)으로 한다. 구체적으로는, 제 1 실시형태의 제 2 단부면(102)은 내측 슈라우드(45) 및 외측 슈라우드(43)의 측단부면(461) 및 돌출부 제 2 단부면(112)으로 형성된다.
시일 부재(7)는 연소기(20)와 연소기(20)의 로터축 방향(Da) 하류측에 배치되며 연소 가스 유로(Pg)에 면하는 제 1 정익렬(40a)과의 사이에 배치되어 있는 미통 시일이다. 시일 부재(7)는 연소기(20)의 미통(21)의 출구 플랜지(210)와 제 1 정익렬(40a)의 제 1 정익(41a)의 내측 슈라우드(45) 및 외측 슈라우드(43)와의 사이를 시일한다. 본 실시형태의 시일 부재(7)는 제 1 실시형태의 시일 구조(100)에 있어서의 제 3 부재이다.
시일 부재(7)는, 제 1 단부면(101)인 본체 제 1 단부면(111) 및 플랜지 제 1 단부면(121)과, 제 2 단부면(102)인 측단부면(461) 및 돌출부 제 2 단부면(112)과의 사이에서, 미통(21) 및 제 1 정익(41a)의 내측 슈라우드(45) 또는 외측 슈라우드(43)에 맞물린다.
본 실시형태의 시일 부재(7)는 대략 사각 환상의 출구 플랜지(210) 중 둘레 방향 플랜지부(210a)를 따라서 배치되어 있다. 시일 부재(7)(내측 시일 부재(7a))는 직경 방향(Dr) 내측의 둘레 방향 플랜지부(210a)에 맞물리는 동시에 제 1 정익(41a)의 내측 슈라우드(45)에 맞물린다. 시일 부재(7)(외측 시일 부재(7b))는 직경 방향(Dr) 외측의 둘레 방향 플랜지부(210a)에 맞물리는 동시에 제 1 정익(41a)의 외측 슈라우드(43)에 맞물린다.
또한, 직경 방향(Dr) 내측의 시일 부재(7)(내측 시일 부재(7a))와 직경 방향(Dr) 외측의 시일 부재(7)(외측 시일 부재(7b))는, 미통(21)의 축선(Ac)을 기준으로 하여 거의 대칭인 형상을 이루고 있다. 그 때문에, 이하의 설명에서는, 주로, 직경 방향(Dr) 내측의 내측 슈라우드(45)에 맞물리는 내측 시일 부재(7a)를 포함한 시일 구조(100)를 대표예로 설명하지만, 외측 시일 부재(7b)의 경우도 마찬가지로 적용한다. 여기에서의 설명의 경우 내측 시일 부재(7a)의 명칭, 부호는 「시일 부재(7)」를 이용하여 설명한다.
시일 부재(7)는, 연소 가스(G)가 유통하는 연소 가스 유로(Pg)의 외측(직경 방향(Dr) 내측)에 배치되어 있다. 시일 부재(7)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 미통(21)과 제 1 정익(41a)의 내측 슈라우드(45)와의 사이의 간극에 형성되는 캐비티(C)에 배치되어 있다. 여기서, 본 실시형태에 있어서의 캐비티(C)는 연소 가스 유로(Pg)에 면하는 미통(21)과 제 1 정익(41a) 사이의 공간이다. 캐비티(C)는, 연소 가스 유로(Pg)에 대해 미통(21)의 내주면(21a) 및 제 1 정익(41a)의 가스 패스면(441)보다 직경 방향(Dr) 내측에 형성되어 있다. 캐비티(C)는, 미통(21)의 후단부(211)보다 직경 방향(Dr) 내측에서, 출구 플랜지(210)와 측단부면(461)에 의해 로터축 방향(Da)으로 사이에 두어진 공간이다.
시일 부재(7)는, 축선(Ac)을 포함하며 직경 방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면이 동일한 형상을 이루며 둘레 방향(Dc)으로 환상으로 형성된 부재이다. 본 실시형태에 시일 부재(7)는 본체부(70)와 제 1 볼록부(71)와 제 2 볼록부(72)와 제 3 볼록부(73)와 제 4 볼록부(74)를 갖는다. 본체부(70)는, 축선(Ac)을 포함하며 직경 방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면에 있어서 직경 방향(Dr)으로 연장되어 있다. 제 1 볼록부(71)는, 축선(Ac)을 포함하며 직경 방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면에 있어서, 본체부(70)의 단부로부터 로터축 방향(Da) 하류측으로 돌출되어 있다. 제 2 볼록부(72)는, 축선(Ac)을 포함하며 직경 방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면에 있어서, 제 1 볼록부(71)보다 직경 방향(Dr) 내측에서 본체부(70)로부터 로터축 방향(Da) 하류측으로 돌출되어 있다. 제 3 볼록부(73)는, 축선(Ac)을 포함하며 직경 방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면에 있어서, 본체부(70)의 직경 방향(Dr) 내측의 단부로부터 로터축 방향(Da) 상류측으로 돌출되어 있다. 제 4 볼록부(74)는, 축선(Ac)을 포함하며 직경 방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면에 있어서, 제 3 볼록부(73)의 로터축 방향(Da) 상류측의 단부로부터 직경 방향(Dr) 외측을 향해 돌출되어 있다. 본 실시형태의 시일 부재(7)는, 개구(80a)로부터 냉각 공기를 배출하는 냉각 유로(80)가 형성되어 있다.
본 실시형태의 본체부(70)는, 축선(Ac)을 포함하며 직경 방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면이 직경 방향(Dr)으로 긴 대략 장방형의 형상을 이루고 있다.
제 1 볼록부(71)는 본체부(70)의 단부로부터 측단부면(461)을 향해 돌출되어 있다. 본 실시형태의 제 1 볼록부(71)는, 축선(Ac)을 포함하며 직경 방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면이 로터축 방향(Da)으로 긴 대략 직방체 형상을 이루고 있다. 제 1 볼록부(71)는 로터축(Ar)을 중심으로 환상으로 형성되어 있다. 제 1 볼록부(71)는, 미통(21)의 후단부(211)의 제 1 단부면(101)과 돌출부(424)에 의해 로터축 방향(Da)으로 사이에 두어진 공간으로 형성되어 있다. 제 1 볼록부(71)에는, 측단부면(461)과 대향하여 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 제 3 단부면인 단부면(71a)이 형성되어 있다. 제 1 볼록부(71)에는, 로터축 방향(Da)으로 냉각 유로(80)가 형성되어 있다. 냉각 유로(80)의 하류측의 말단은 단부면(71a)에서 원형상을 이루는 개구(80a)에 접속되어 있다.
본 실시형태의 단부면(71a)은 제 1 볼록부(71)의 본체부(70)와는 반대측의 단부인 로터축 방향(Da) 하류측의 단부의 면이다. 본 실시형태의 단부면(71a)은, 측단부면(461)에 대해 로터축 방향(Da) 상류측에 간극을 두고 대향하여 형성되어 있다.
본 실시형태의 개구(80a)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 단부면(71a)의 소정의 영역에 걸쳐서 둘레 방향(Dc)으로 서로 간격을 두고 복수 형성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시형태의 개구(80a)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 정익 본체(42)의 로터축 방향(Da) 상류측을 향하는 영역인 전연부(421)에 대해, 전연부(421)의 로터축 방향(Da) 상류측의 위치를 포함하며, 단부면(71a)의 둘레 방향(Dc)의 일정한 영역에 형성되어 있다. 즉, 본 실시형태의 개구(80a)는, 둘레 방향(Dc)의 위치가 정익 본체(42)의 전연부(421)가 형성되어 있는 위치에 대응하도록, 전연부(421)의 로터축 방향(Da) 상류측에서, 전연부(421)에 대응하는 위치를 포함하며 둘레 방향(Dc)의 일정한 범위에 형성되어 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 제 1 볼록부(71)에는, 개구(80a)가 형성된 단부면(71a)으로부터 로터축 방향(Da) 하류측으로 돌출되는 간극 형성부(75)가 형성되어 있다. 간극 형성부(75)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 단부면은 측단부면(461)에 대해 로터축 방향(Da)으로 대면하고 있다. 간극 형성부(75)는, 로터축 방향(Da) 하류측에서 보았을 때에, 둘레 방향(Dc)으로 단부면(71a)에 인접하고 있다. 간극 형성부(75)는, 냉각 유로(80)에 연통하는 개구(80a)를 구비하고 있지 않으며, 개구(80a)가 배치된 단부면(71a)을 둘레 방향으로 사이에 두고 둘레 방향으로 단속적으로 형성되어 있다. 따라서, 미통(21), 내측 슈라우드(45) 및 시일 부재(7)의 열 신장의 차이에 의해, 간극 형성부(75)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 단부면과 측단부면(461)이 접촉한 경우, 간극 형성부(75)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 단부면에는, 제 4 단부면인 제 3 시일면(75a)이 형성된다. 그러나, 단부면(71a)과 측단부면(461)이 접근하여, 제 3 시일면(75a)과 측단부면(461)이 접촉한 경우라도, 단부면(71a)과 측단부면(461)은 접촉하지 않으며, 단부면(71a)의 로터축 방향(Da) 하류측에는 간극이 확실히 형성된다.
즉, 간극 형성부(75)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 단부면인 제 3 시일면(75a)이, 측단부면(461)에 로터축 방향(Da)으로 접촉한 경우, 대면하는 측단부면(461)측에는, 제 2 부재인 제 1 정익(41a)에 있어서의 접촉부인 제 2 접촉부(142)가 형성된다. 도 5에 있어서, 측단부면(461)측에 형성되는 제 2 접촉부(142)의 일 예를 굵은선으로 나타낸다. 제 2 접촉부(142)는, 제 3 시일면(75a)에 로터축 방향(Da)으로 접촉하는 측단부면(461)의 외표면에 형성된다. 그런데, 제 2 접촉부(142)는 제 3 시일면(75a)의 전체 면에서 접촉할 필요는 없으며, 일부라도 좋다.
제 2 볼록부(72)는 제 1 볼록부(71)에 대해 직경 방향(Dr) 내측의 이격된 위치에서, 본체부(70)로부터 로터축 방향(Da) 하류측을 향해 돌출되어 있다. 제 2 볼록부(72)는, 축선(Ac)을 포함하며 직경 방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면이 로터축 방향(Da)으로 긴 대략 직방체 형상을 이루고 있다. 제 2 볼록부(72)는 로터축(Ar)을 중심으로 환상으로 형성되어 있다. 제 2 볼록부(72)는 제 1 볼록부(71)와의 사이에 돌출부(424)가 개재되는 거리만큼 이격되어 형성되어 있다. 본 실시형태의 제 2 볼록부(72)에는 접촉 시일 부재(721)가 고정되어 있다.
접촉 시일 부재(721)는 금속판이다. 접촉 시일 부재(721)는 제 2 볼록부(72)의 제 1 볼록부(71)측을 향하는 면에 고정되어 있다. 접촉 시일 부재(721)는 돌출부(424)와의 사이에서 환상으로 형성되는 제 1 시일면(721a)을 갖고 있다.
제 1 시일면(721a)은 돌출부(424)의 직경 방향(Dr) 내측을 향하는 면과 접촉한다. 본 실시형태의 제 1 시일면(721a)은 접촉 시일 부재(721)의 직경 방향(Dr) 외측인 제 1 볼록부(71)측을 향하는 면이다.
제 3 볼록부(73)는 본체부(70)의 직경 방향(Dr) 내측의 단부로부터 제 1 볼록부(71)와 반대측을 향해 돌출되어 있다. 본 실시형태의 제 3 볼록부(73)는 축선(Ac)을 포함하며 직경 방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면이 로터축 방향(Da)으로 긴 대략 직방체 형상을 이루고 있다. 제 3 볼록부(73)는 둘레 방향 플랜지부(210a)보다 직경 방향(Dr) 내측의 위치에 형성되어 있다.
제 4 볼록부(74)는 제 3 볼록부(73)의 로터축 방향(Da) 상류측의 단부로부터 미통(21)의 외주면을 향해 돌출되어 있다. 제 4 볼록부(74)는, 축선(Ac)을 포함하며 직경 방향(Dr)으로 넓어지는 횡단면이 직경 방향(Dr)으로 긴 대략 직방체 형상을 이루고 있다. 제 4 볼록부(74)는 둘레 방향 플랜지부(210a)보다 로터축 방향(Da) 상류측의 위치에서 제 3 볼록부(73)로부터 돌출되어 있다.
냉각 유로(80)는, 터빈(30)의 케이싱(31) 내로부터 압축 공기(A)를 냉각 공기로서 도입하고 유통시켜, 개구(80a)로부터 측단부면(461)을 향해 분출시킨다. 본 실시형태의 냉각 유로(80)는 단면 원형상을 이루고 있다. 냉각 유로(80)는 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71)의 내부를 관통하여 복수 형성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시형태의 냉각 유로(80)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 축 방향 유로(801)와 직경 방향 유로(802)를 갖고 있다. 축 방향 유로(801)는 개구(80a)로부터 로터축 방향(Da) 상류측을 향해 형성되어 있다. 직경 방향 유로(802)는, 축 방향 유로(801)의 로터축 방향(Da) 상류측에서 연통하며 직경 방향(Dr) 내측을 향해 형성되어 있다. 또한, 정익 본체(42)의 전연부(421)에 충돌한 연소 가스(G)의 일부는 미통(21)의 후단부(211)와 내측 슈라우드(45) 사이의 간극으로부터 캐비티(C) 내로 혼입된다. 즉, 정익 본체(42)의 전연부(421)의 로터축 방향(Da) 상류측에 대응하는 위치를 포함하며 제 1 볼록부(71)의 단부면(71a)을 포함한 영역이 연소 가스(G)에 노출된다. 이 영역에서는, 둘레 방향(Dc)으로 복수의 냉각 유로(80)가 배치되어 있다. 냉각 유로(80)는 로터축 방향(Da) 하류측의 말단에서 개구(80a)에 접속하고 있다. 즉, 냉각 유로(80)는 제 1 볼록부(71)의 둘레 방향(Dc)의 전체 영역에 걸쳐서 배치할 필요는 없다. 냉각 유로(80)는 단부면(71a)을 포함한 둘레 방향의 부분적인 영역에 배치하면 좋다.
축 방향 유로(801)는 단부면(71a)에 형성된 개구(80a)로부터 로터축 방향(Da) 상류측을 향해 제 1 볼록부(71) 내를 연장하고 있다.
직경 방향 유로(802)는, 본체부(70)의 직경 방향(Dr) 내측을 향하는 면에 형성된 유입구(80b)로부터 직경 방향(Dr) 외측을 향해 연장하고 있다. 직경 방향 유로(802)는 축 방향 유로(801)에 연통하고 있다.
본 실시형태의 시일 부재(7)는, 로터축 방향(Da) 상류측에서 연소기(20)의 미통(21)과 접속하는 제 1 맞물림부(81)와, 로터축 방향(Da) 하류측에서 제 1 정익(41a)의 내측 슈라우드(45)에 접속하는 제 2 맞물림부(82)를 구비하고 있다.
제 1 맞물림부(81)는, 출구 플랜지(210)와 시일 부재(7)의 접촉면으로부터, 케이싱(31) 내의 압축 공기(A)가 연소 가스 유로(Pg)측으로 누출되지 않도록 시일되어 있다. 본 실시형태의 제 1 맞물림부(81)는 본체부(70), 제 3 볼록부(73) 및 제 4 볼록부(74)에 의해 구성되어 있다. 본 실시형태의 제 1 맞물림부(81)는, 본체부(70)의 로터축 방향(Da) 상류측을 향하는 면과, 제 3 볼록부(73)의 직경 방향(Dr) 외측을 향하는 면과, 제 4 볼록부(74)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 면에 의해 형성되는 홈부이다. 본 실시형태에서는, 제 1 맞물림부(81)인 홈부에 둘레 방향 플랜지부(210a)가 끼워짐으로써, 제 1 맞물림부(81)는 미통(21)의 출구 플랜지(210)에 대해 맞물려 있다.
본체부(70)의 로터축 방향(Da) 상류측을 향하는 면에는, 출구 플랜지(210)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 면과 접촉하는 제 2 시일면(70a)이 형성되어 있다. 즉, 출구 플랜지(210)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 면은 케이싱(31) 내의 압축 공기(A)의 압력과 연소 가스 유로(Pg)측의 압력의 차압을 로터축 방향(Da) 하류 방향으로 받는다. 이에 의해, 출구 플랜지(210)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 면은 로터축 방향(Da) 하류측의 본체부(70)의 로터축 방향(Da) 상류측을 향하는 면에 가압된다. 즉, 가스 터빈의 통상 운전 중은, 본체부(70)의 로터축 방향(Da) 상류측을 향하는 면은 출구 플랜지(210)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 면과 접촉하는 것에 의해 시일되어 있다. 이에 의해, 본체부(70)의 로터축 방향(Da) 상류측을 향하는 면에는 제 2 시일면(70a)이 형성되어 있다. 제 2 시일면(70a)에 접촉하는 출구 플랜지(210)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 면에는, 제 1 부재인 미통(21)의 접촉부인 제 1 접촉부(141)가 형성된다.
제 2 맞물림부(82)는 돌출부(424)와 시일 부재(7) 사이로부터 케이싱(31) 내의 압축 공기(A)가 연소 가스 유로(Pg)측으로 누출되지 않도록 시일되어 있다. 본 실시형태의 제 2 맞물림부(82)는 본체부(70), 제 1 볼록부(71) 및 제 2 볼록부(72)에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시형태의 제 2 맞물림부(82)는 본체부(70)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 면과, 제 1 볼록부(71)의 직경 방향(Dr) 내측을 향하는 면과, 제 2 볼록부(72)의 제 1 시일면(721a)에 의해 형성되는 홈부이다. 제 2 맞물림부(82)는 로터축 방향(Da) 하류측을 향해 개구되어 있다. 본 실시형태에서는, 제 2 맞물림부(82)인 홈부에 돌출부(424)가 끼워짐으로써, 제 1 시일면(721a)이 돌출부(424)의 직경 방향(Dr) 내측을 향하는 면과 접촉하고 있다. 이에 의해, 제 2 맞물림부(82)는 내측 슈라우드(45)의 돌출부(424)에 대해 맞물려 있다.
내열 피막부(130)는 연소 가스(G)에 노출되는 부재의 내열성을 향상시키기 위해서 표면에 가공되는 피막이다. 본 실시형태의 내열 피막부(130)는 TBC(Thermal Barrier Coating)라고도 불리며, 각 부재의 표면의 연소 가스(G)로부터의 열에 의한 손상을 억제하기 위한 보호막으로서 기능한다. 본 실시형태의 내열 피막부(130)는 미통(21)이나 제 1 정익(41a)에 형성되어 있다.
미통(21)에 가공되는 내열 피막부(130)는, 연소 가스 유로(Pg)에 면하는 미통(21)의 내주면(21a)과, 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 제 1 단부면(101)의 연소 가스 유로(Pg)측에 소정의 막 두께로 형성되어 있다. 제 1 단부면(101)에 형성되어 있는 내열 피막부(130)는, 본체 제 1 단부면(111)의 직경 방향(Dr) 외측의 일부인 연소 가스 유로(Pg)측에 접근하는 위치로부터 내주면(21a)에 연장되어 형성되어 있다.
제 1 정익(41a)에 가공되는 내열 피막부(130)는, 정익 본체(42)의 외표면과, 내측 슈라우드(45)의 가스 패스면(441)과, 제 2 단부면(102)의 연소 가스 유로(Pg)측에 가까운측에 소정의 막 두께로 형성되어 있다. 제 2 단부면(102)에 형성되어 있는 내열 피막부(130)는, 측단부면(461)의 직경 방향(Dr) 외측의 일부인 연소 가스 유로(Pg)측에 접근하는 위치로부터 가스 패스면(441)에 연장되어 형성되어 있다.
본 실시형태에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 내열 피막부(130)를 갖는 제 1 단부면(101)과 제 2 단부면(102)은, 연소 가스 유로(Pg)를 흐르는 연소 가스(G)의 온도 변화에 의해 로터축 방향(Da)으로 열 신장의 차이가 생겨도, 항상 로터축 방향(Da)으로 소정의 간극이 확보되어, 접촉하는 일은 없다. 즉, 후술하는 바와 같이, 본 실시형태의 경우, 미통(21) 및 제 1 정익(41a)이 서로 접근한 경우라도, 제 1 단부면(101)과 시일 부재(7) 및 제 2 단부면(102)과 시일 부재(7)가 각각 접촉한다. 이에 의해, 시일 부재(7)를 거쳐서 미통(21)과 제 1 정익(41a)이 간접적으로 접촉은 하지만, 직접적으로 접촉하는 일은 없다. 그 때문에, 미통(21)과 제 1 정익(41a) 사이에는, 항상 로터축 방향(Da)으로 소정의 간극이 형성되어 있다.
즉, 본 실시형태의 시일 구조에 있어서의 접촉부(140)는 제 1 접촉부(141)와 제 2 접촉부(142)를 갖고 있다. 제 1 접촉부(141)는 제 1 단부면(101)의 일부를 형성하는 출구 플랜지(210)(플랜지 제 1 단부면(121))의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 면에 형성되어 있다. 제 2 접촉부(142)는 제 2 단부면(102)의 일부를 형성하는 측단부면(461)의 로터축 방향(Da) 상류측을 향하는 면에 형성되어 있다.
미통(21) 및 제 1 정익(41a)이 서로 접근하는 방향으로 상대 이동한 경우에, 제 1 접촉부(141)의 제 1 단부면(101)은 제 1 접촉부(141)에서 시일 부재(7)에 형성된 제 2 시일면(70a)과 접촉한다. 미통(21) 및 제 1 정익(41a)이 서로 접근하는 방향으로 상대 이동한 경우에, 제 2 접촉부(142)의 제 2 단부면(102)은 제 2 접촉부(142)에서 시일 부재(7)에 형성된 제 3 시일면(75a)과 접촉한다. 이때, 제 1 단부면(101) 및 제 2 단부면(102)의 사이에 간극이 형성된다. 이에 의해, 제 1 접촉부(141) 및 제 2 접촉부(142)는 시일 부재(7)를 거쳐서, 제 1 단부면(101)과 제 2 단부면(102)의 로터축 방향(Da)의 상대 이동을 규제한다.
즉, 미통(21) 및 제 1 정익(41a)이 서로 로터축 방향(Da)으로 상대 이동함으로써 가장 접근한 경우, 제 1 접촉부(141)가 시일 부재(7)의 제 2 시일면(70a)에 접촉한 상태가 된다. 이 상태에서는, 제 2 접촉부(142)도 동시에 시일 부재(7)의 제 3 시일면(75a)에 접촉한 상태가 된다. 그러나, 그러한 경우라도, 제 1 단부면(101)과 제 2 단부면(102) 사이에는 항상 일정한 간극이 형성되어 있다. 즉, 제 1 부재인 미통(21)과 제 2 부재인 제 1 정익(41a)이 서로 접근하는 방향으로 상대 이동한 경우, 내열 피막부(130)를 구비한 제 1 단부면(101)과 제 2 단부면(102) 사이에 간극이 형성된 상태가 된다. 이 상태에서, 연소 가스 유로(Pg)에 대해 내열 피막부(130)보다 외측(직경 방향(Dr) 내측 또는 외측)에서, 제 1 부재인 미통(21) 및 제 2 부재인 제 1 정익(41a)은 제 3 부재인 시일 부재(7)를 거쳐서 접촉하고 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 제 1 접촉부(141) 및 제 2 접촉부(142)로 구성되는 접촉부(140)를 거쳐서, 미통(21)과 제 1 정익(41a)은 간접적으로 접촉하고 있다.
이에 의해, 제 1 실시형태의 접촉부(140)(제 1 접촉부(141), 제 2 접촉부(142))는, 미통(21) 및 제 1 정익(41a)이 서로 로터축 방향(Da)으로 접근하도록 상대 이동한 경우에, 제 1 단부면(101)(111)과 측단부면(461) 사이에 간극을 형성한 상태가 된다. 이 상태에서, 접촉부(140)는 미통(21) 및 제 1 정익(41a)의 로터축 방향(Da)의 상대 이동을 규제한다.
다음에, 상기 구성을 갖는 가스 터빈(1)의 작용에 대해 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈(1)에 의하면, 압축기(10)로부터의 압축 공기(A)는 터빈(30)의 케이싱(31) 내로 들어가 연소기(20) 내에 유입된다. 연소기(20)에서는, 이 압축 공기(A)와 함께 외부로부터 공급되는 연료를 내통(22a) 내에서 연소하여 연소 가스(G)를 생성한다. 연소 가스(G)는 미통(21)을 거쳐서 터빈(30)의 연소 가스 유로(Pg)에 유입된다. 이 연소 가스(G)는 연소 가스 유로(Pg)를 통과하는 과정에서 동익 본체(37)에 접하며, 터빈 로터(33)를 로터축(Ar) 주위로 회전시킨다.
연소 가스(G)가 미통(21)으로부터 연소 가스 유로(Pg)에 유입될 때에, 연소 가스(G)가 정익 본체(42)의 전연부(421)에 충돌한다. 이에 의해, 미통(21)의 후단부(211)와 내측 슈라우드(45) 사이에 형성된 간극으로부터 연소 가스의 일부가 혼입되도록 캐비티(C) 내에 유입된다. 그 때문에, 시일 부재(7)의 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71)의 연소 가스 유로(Pg)측을 향하는 면이 고온의 연소 가스(G)에 노출된다.
가스 터빈(1)의 운전 시에는, 케이싱(31) 내의 압력이 연소 가스 유로(Pg)와 연통하고 있는 캐비티(C) 내의 압력보다 높게 되어 있다. 그 때문에, 시일 부재(7)의 본체부(70)의 로터축 방향(Da) 상류측을 향하는 면과 출구 플랜지(210)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 면이 제 1 접촉부(141) 및 제 2 시일면(70a)에서 접촉한다. 부가하여, 제 2 볼록부(72)에 고정된 접촉 시일 부재(721)의 제 1 시일면(721a)과 돌출부(424)의 직경 방향(Dr) 내측의 면이 접촉한다. 이들에 의해, 케이싱(31) 내의 공간과 캐비티(C)가 시일되어 있다.
즉, 제 2 볼록부(72)에 마련되어 있는 접촉 시일 부재(721)의 제 1 시일면(721a)이 돌출부(424)의 직경 방향(Dr) 내측을 향하는 면에 가압된다. 제 2 시일면(70a)이 둘레 방향 플랜지부(210a)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 면에 가압된다. 이들에 의해, 제 1 시일면(721a)과 돌출부(424)의 직경 방향(Dr) 내측을 향하는 면과의 사이가 시일되어 있다. 부가하여, 제 2 시일면(70a)과 둘레 방향 플랜지부(210a)의 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 면이 시일되어 있다.
이 상태에서, 압축기(10)로부터 케이싱(31) 내에 공급된 압축 공기(A)의 일부는 시일 부재(7)의 냉각 유로(80)에 유입됨으로써, 시일 부재(7) 자체를 냉각한다. 구체적으로는, 케이싱(31) 내의 압축 공기(A)가 유입구(80b)로부터 직경 방향 유로(802)에 유입되며, 축 방향 유로(801)를 유통하여 개구(80a)로부터 캐비티(C) 내로 분출된다. 이에 의해, 연소 가스(G)에 노출되어 있는 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71)가 냉각된다.
상기와 같은 시일 구조(100)에 의하면, 접촉부(140)(제 1 접촉부(141) 및 제 2 접촉부(142))가 본체 제 1 단부면(111)(제 1 단부면(101))과 측단부면(461)의 사이에 간극을 형성한 상태에서, 측단부면(461)에 접촉하여 미통(21)과 제 1 정익(41a)이 서로 근접하도록 로터축 방향(Da)으로 상대 이동하는 것을 규제한다. 그 결과, 본체 제 1 단부면(111)에 형성된 내열 피막부(130)와 측단부면(461)에 형성된 내열 피막부(130)가 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로는, 가스 터빈의 운전 기동 시 또는 운전 정지 시에, 미통(21)과 내측 슈라우드(45)의 열 신장의 차이에 의해, 본체 제 1 단부면(111)과 측단부면(461)이 접촉한다. 그 결과, 내열 피막부(130)가 손상되어 버릴 가능성이 있다.
그런데, 제 1 실시형태에서는, 본체 제 1 단부면(111)과 측단부면(461)이 직접 접촉하기 전에, 접촉부(140)(제 1 접촉부(141) 및 제 2 접촉부(142))가 측단부면(461)의 내열 피막부(130)가 형성되지 않은 직경 방향(Dr) 외측의 영역에 접촉한다. 그 때문에, 본체 제 1 단부면(111)과 측단부면(461)이 로터축 방향(Da)에 근접하지 않도록, 미통(21) 및 제 1 정익(41a)의 로터축 방향(Da)의 상대 이동을 시일 부재(7)에 의해 규제할 수 있다. 이에 의해, 미통(21)의 내열 피막부(130)가 형성된 본체 제 1 단부면(111)과, 인접하는 제 1 정익(41a)의 내열 피막부(130)가 형성된 측단부면(461)이 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 내열 피막부(130)가 손상되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
시일 구조(100)에 있어서의 제 1 부재를 연소기(20)의 미통(21)으로 한다. 제 2 부재를 미통(21)에 대해 로터축 방향(Da) 하류측에 인접하는 제 1 정익(41a)으로 한다. 제 3 부재를 미통(21)과 제 1 정익(41a) 사이에 배치되는 시일 부재(7)로 한다. 이들에 의해, 미통(21)의 출구 개구 부근의 내열 피막부(130)를 보호할 수 있는 시일 구조(100)를 용이하게 적용할 수 있다.
시일 부재(7)의 단부면(71a)으로부터 로터축 방향(Da) 하류측으로 돌출되는 간극 형성부(75)가 마련되어 있다. 그 때문에, 단부면(71a)과 내측 슈라우드(45)의 측단부면(461)이 근접해도, 개구(80a)가 폐색되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로는, 본 실시형태에서는, 간극 형성부(75)가, 개구(80a)가 형성된 단부면(71a)보다 로터축 방향(Da) 하류측으로 돌출되어 있다. 그 때문에, 제 1 볼록부(71)의 단부면(71a)과 내측 슈라우드(45)의 측단부면(461)과의 간격이 좁아져도, 개구(80a)가 폐색되어 버리기 전에, 간극 형성부(75)의 로터축 방향(Da) 하류측 단부면에 형성된 제 3 시일면(75a)이, 측단부면(461)에 형성된 제 2 접촉부(142)에 접촉한다. 이에 의해, 개구(80a)의 로터축 방향(Da) 하류측에 공간을 안정적으로 확보할 수 있다. 그 때문에, 단부면(71a)과 측단부면(461)의 간격이 좁아져도 필요한 냉각 공기를 안정적으로 개구(80a)로부터 계속 배출할 수 있다.
따라서, 개구(80a)가 폐색되는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 축 방향 유로(801)나 직경 방향 유로(802)에 대해 냉각 공기로서 압축 공기(A)를 안정적으로 유통시킬 수 있다. 이에 의해, 시일 부재(7)를 안정적으로 냉각할 수 있다.
단부면(71a)에 마련되는 개구(80a)가, 정익 본체(42)의 전연부(421)가 형성되어 있는 둘레 방향(Dc)의 위치에 대해 로터축 방향(Da)의 상류측의 대응하는 위치를 포함하며 둘레 방향(Dc)의 일정한 영역에 형성되어 있다. 그 때문에, 미통(21)으로부터 연소 가스 유로(Pg)에 유입된 연소 가스(G)가 충돌함으로써 고온이 되기 쉬운 전연부(421) 부근을 부분적, 또한 효과적으로 냉각할 수 있다.
구체적으로는, 전연부(421)에 대해 연소 가스(G)가 충돌한다. 그 결과, 둘레 방향(Dc)의 다른 부분보다 전연부(421)의 로터축 방향(Da) 상류측의 부분이, 미통(21)의 후단부(211)와 내측 슈라우드(45)의 단부면(71a)과의 사이의 간극으로부터 캐비티(C)에 대해 연소 가스(G)의 일부가 유입되기 쉬워진다. 그 때문에, 전연부(421)의 로터축 방향(Da) 상류측의 부분에서는, 혼입된 연소 가스(G)에 의해, 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71)가 보다 고온이 되어 버린다.
따라서, 전연부(421)의 로터축 방향(Da) 상류측에 대응하는 위치를 포함하며 둘레 방향(Dc)의 일정한 영역인 제 1 볼록부(71)에서, 냉각 유로(80)를 둘레 방향(Dc)으로 복수 배치하며, 냉각 유로(80)의 축 방향 하류측의 말단에 개구(80a)를 마련하고 있다. 그 결과, 본체부(70) 및 제 1 볼록부(71) 중에서, 보다 고온이 되는 부분에 냉각 공기를 효율적으로 공급하여 시일 부재(7)를 둘레 방향(Dc)으로 냉각할 수 있다. 그 결과, 시일 부재(7)의 본체부(70)와 제 1 볼록부(71)를 냉각하기 위해서 냉각 유로(80)를 유통시키는 냉각 공기의 유량을 보다 억제할 수 있다. 이에 의해, 냉각 공기로서 이용하는 압축 공기(A)의 유량을 저감할 수 있어서, 가스 터빈(1)의 성능 저하를 보다 억제할 수 있다.
<제 2 실시형태>
다음에, 도 7 및 도 8을 참조하여 제 2 실시형태의 시일 구조(200)에 대해 설명한다.
제 2 실시형태에서는 제 1 실시형태와 마찬가지의 구성요소에는 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다. 이 제 2 실시형태의 시일 구조(200)는 둘레 방향(Dc)으로 인접하는 분할환(60)에 형성되어 있는 점에서 제 1 실시형태와 상이하다.
이하, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 시일 구조(200)에 대해 설명한다. 도 7은 둘레 방향(Dc)에서 본 분할환(60)의 단면 구조를 도시한다. 도 8은 로터축 방향(Da)에서 본 분할환(60)의 단면 구조를 도시한다.
제 2 실시형태의 시일 구조(200)는 둘레 방향(Dc)으로 인접하는 분할환(60)에 이용되고 있다. 제 2 실시형태의 시일 구조(200)는, 둘레 방향(Dc)으로 인접하는 한쌍의 분할환(60)에 형성된 차열 코팅을 손상시키는 일 없이, 한쌍의 분할환(60)의 간극을 시일하는 구조에 관한 것이다.
분할환(60)은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 분할환 본체(61)와 상류측 후크(62)와 하류측 후크(63)를 갖고 있다. 분할환 본체(61)는 둘레 방향(Dc)으로 퍼져 있다. 상류측 후크(62)는 이 분할환 본체(61)의 로터축 방향(Da) 상류측으로부터 직경 방향(Dr) 외측으로 연장되어 있다. 하류측 후크(63)는 이 분할환 본체(61)의 로터축 방향(Da) 하류측으로부터 직경 방향(Dr) 외측으로 연장되어 있다.
분할환 본체(61)는 상류측 후크(62) 및 하류측 후크(63)를 거쳐서 차열환(52)에 장착되며, 익환(50)에 지지되어 있다. 분할환 본체(61)에는, 연소 가스 유로(Pg)에 면하는 분할환 가스 패스면(610)과, 분할환 가스 패스면(610)과 교차하는 측면이 형성되어 있다. 분할환 본체(61)에는, 측면으로서, 로터축 방향(Da) 상류측을 향하는 상류측 단부면(611)과, 로터축 방향(Da) 하류측을 향하는 하류측 단부면(612)이 형성되어 있다.
분할환 본체(61)에는, 로터축 방향(Da)으로 연장되는 냉각 유로가 형성되어 있다. 구체적으로는, 분할환 본체(61)에는, 냉각 유로로서, 상류측 유로(611b)와 하류측 유로(612b)가 내부에 형성되어 있다. 상류측 유로(611b)는, 분할환 가스 패스면(610)과 반대측의 직경 방향(Dr) 외측을 향하는 면으로부터, 상류측 개구(611a)를 향해 로터축 방향(Da)으로 연장되어 있다. 하류측 유로(612b)는, 분할환 가스 패스면(610)과 반대측의 직경 방향(Dr) 외측을 향하는 면으로부터, 하류측 개구(612a)를 향해 로터축 방향(Da)으로 연장되어 있다. 또한, 상술의 냉각 유로는 일 예에 지나지 않으며, 이 예에 한정되지 않는다.
여기에서, 로터축(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 동익(36)의 회전하는 방향의 전방측을 둘레 방향(Dc) 전방측(도 8 지면 좌측), 회전하는 방향의 후방측을 둘레 방향(Dc) 후방측(도 8 지면 우측)으로 한다.
분할환(60)은, 인접하는 분할환 본체(61)의 둘레 방향(Dc) 전방측에 마련되는 전방 맞물림부(65)와, 인접하는 분할환 본체(61)의 둘레 방향(Dc) 후방측에 마련되는 후방 맞물림부(64)를 갖는다. 본 실시형태에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 둘레 방향(Dc)으로 인접하는 한쌍의 분할환(60)을 예로 들어, 전방 맞물림부(65)와 후방 맞물림부(64)를 설명한다.
후방 맞물림부(64)에는, 분할환 가스 패스면(610)과 교차하는 둘레 방향(Dc) 전방측을 향하는 후방 단부면(641)이 형성되어 있다. 후방 맞물림부(64)에는, 후방 단부면(641)으로부터 둘레 방향(Dc)으로 돌출되는 볼록부(642)와, 후방 단부면(641)으로부터 둘레 방향(Dc)으로 오목하며 로터축 방향(Da)으로 연장되어 있는 후방 홈부(643)가 형성되어 있다.
볼록부(642)는, 연소 가스 유로(Pg)에 면하며 후방 단부면(641)으로부터 둘레 방향(Dc) 전방측으로 돌출되어 있다. 볼록부(642)에서는, 연소 가스 유로(Pg)측의 면이 분할환 가스 패스면(610)을 둘레 방향(Dc) 전방측으로 연장하는 부재로서 형성되어 있다. 볼록부(642)에는, 돌출되어 있는 방향의 선단측에, 둘레 방향(Dc) 전방측을 향하는 볼록부 단부면(642a)이 형성되어 있다. 볼록부 단부면(642a)의 연소 가스 유로(Pg)에 가까운 측에는, 볼록부 단부면(642a)으로부터 둘레 방향(Dc) 후방측으로 오목한 본체 외측면(61a)이 형성되어 있다. 본체 외측면(61a)은 볼록부 단부면(642a)의 일부를 형성하고 있다. 본체 외측면(61a)은 분할환 본체(61)의 분할환 가스 패스면(610)을 따라서 넓어지는 본체 외면(61b)에 매끄러운 면으로 접속된다. 본체 외측면(61a) 및 본체 외면(61b)의 표면에는 후술하는 분할환 내열 피막부(230)가 피복된다.
후방 홈부(643)는 연소 가스 유로(Pg)의 외측에 형성되어 있다. 구체적으로는, 후방 홈부(643)는 볼록부(642)보다 직경 방향(Dr) 외측에 형성되어 있다. 후방 홈부(643)는 후방 단부면(641)으로부터 둘레 방향(Dc) 후방측으로 오목한 코너홈이다.
전방 맞물림부(65)에는, 분할환 가스 패스면(610)과 교차하여 둘레 방향(Dc) 후방측을 향하는 전방 단부면(651)이 형성되어 있다. 전방 단부면(651)은, 인접하는 분할환(60)의 후방 단부면(641)에 대해 이격되어 대향하고 있다. 전방 맞물림부(65)에는, 전방 단부면(651)으로부터 둘레 방향(Dc) 전방측으로 오목한 오목부(652)와, 전방 단부면(651)으로부터 둘레 방향(Dc) 전방측으로 오목하며 로터축 방향(Da)으로 연장되어 있는 전방 홈부(653)가 형성되어 있다.
오목부(652)는, 볼록부(642)가 둘레 방향(Dc)으로부터 끼워지도록, 로터축 방향(Da)으로 본 단면에서 코너부가 오목한 형상으로 형성되어 있다. 오목부(652)는, 분할환 가스 패스면(610)과 전방 단부면(651)이 교차하는 코너 부분에 형성되어 있다. 오목부(652)에서는, 전방 단부면(651)보다 둘레 방향(Dc) 전방측에서 둘레 방향(Dc) 후방측을 향하는 오목부 단부면(652a)이 형성되어 있다. 볼록부(642)와 마찬가지로, 오목부 단부면(652a)의 연소 가스 유로(Pg)에 가까운 측에는, 오목부 단부면(652a)로부터 둘레 방향(Dc) 전방측으로 오목한 본체 외측면(61a)이 형성되어 있다. 본체 외측면(61a)은 오목부 단부면(652a)의 일부를 형성하고 있다. 본체 외측면(61a)은 분할환 본체(61)의 분할환 가스 패스면(610)을 따라서 넓어지는 본체 외면(61b)에 매끄러운 면으로 접속된다. 본체 외측면(61a) 및 본체 외면(61b)의 표면에는 후술하는 분할환 내열 피막부(230)가 피복된다.
전방 홈부(653)는 연소 가스 유로(Pg)의 외측에 형성되어 있다. 구체적으로는, 전방 홈부(653)는 오목부(652)보다 직경 방향(Dr) 외측에 형성되어 있다. 전방 홈부(653)는 후방 홈부(643)와 직경 방향(Dr)의 위치가 동일한 위치에 형성되어 있다. 전방 홈부(653)는 둘레 방향(Dc) 전방측으로 오목한 코너홈이다.
분할환(60)의 직경 방향(Dr) 외측과 케이싱(31) 사이에는, 차열환(52)에 지지되는 충돌판(9)이 마련되어 있다. 충돌판(9)은 판 형상을 이루고 있으며, 분할환(60)을 향하도록 직경 방향(Dr)으로 관통하는 복수의 공기 구멍(9a)이 형성되어 있다.
제 2 실시형태의 시일 구조(200)는, 한쪽의 분할환(60a)의 전방 맞물림부(65)와, 다른쪽의 분할환(60b)의 후방 맞물림부(64)와, 시일판(250)과, 분할환 내열 피막부(230)와, 분할환 접촉부(240)를 구비하고 있다. 전방 맞물림부(65)는, 인접하는 한쌍의 분할환(60) 중 둘레 방향(Dc) 전방측에 배치된다. 후방 맞물림부(64)는 둘레 방향(Dc) 후방측에 배치된다. 시일판(250)은 전방 맞물림부(65)와 후방 맞물림부(64) 사이에 배치된다. 분할환 내열 피막부(230)는 분할환(60)의 연소 가스(G)에 노출되는 면에 형성된다. 분할환 접촉부(240)는, 인접하는 한쌍의 분할환(60)의 서로 접근하는 방향으로의 상대 이동을 규제한다.
또한, 제 2 실시형태의 시일 구조(200)에서는, 둘레 방향으로 인접하는 한쌍의 분할환(60) 중 한쪽의 분할환(60b)의 후방 맞물림부(64)가 제 1 부재에 해당한다. 시일 구조(200)에서는, 분할환(60a)에 대해 둘레 방향(Dc) 후방측에 인접하는 다른쪽의 분할환(60a)의 전방 맞물림부(65)가 제 2 부재에 해당한다.
따라서, 후방 맞물림부(64)의 둘레 방향(Dc) 전방측을 향하는 면이 제 2 실시형태에 있어서의 제 1 단부면(201)이다. 전방 맞물림부(65)의 둘레 방향(Dc) 후방측을 향하는 면이 제 2 실시형태에 있어서의 제 2 단부면(202)이다. 제 2 실시형태의 제 1 단부면(201)은 후방 단부면(641) 및 볼록부 단부면(642a)이다. 제 2 실시형태의 제 2 단부면(202)은 전방 단부면(651) 및 오목부 단부면(652a)이다.
시일판(250)은 전방 단부면(651)과 후방 단부면(641) 사이에 배치되어 있다. 시일판(250)은 전방 홈부(653) 및 후방 홈부(643)를 거쳐서 전방 단부면(651)과 후방 단부면(641) 사이를 시일하는 시일 부재이다. 시일판(250)은 제 2 실시형태의 시일 구조(200)에 있어서의 제 3 부재이다. 시일판(250)은, 제 1 단부면(201)인 후방 단부면(641)과 제 2 단부면(202)인 전방 단부면(651)과의 사이에서, 인접하는 분할환(60)에 맞물린다.
본 실시형태의 시일판(250)은 연소 가스(G)의 유통하는 연소 가스 유로(Pg)의 외측에 배치되어 있다. 시일판(250)은, 도 8에 도시하는 바와 같이, 후방 단부면(641)의 후방 홈부(643)와 전방 단부면(651)의 전방 홈부(653)에 삽입되어 있다. 시일판(250)은 로터축(Ar)과 직교하는 종단면이 직사각형 형상을 이루고 있다. 시일판(250)은 로터축 방향(Da)으로 연신되어 있다.
분할환 내열 피막부(230)는 분할환(60)에 있어서 연소 가스(G)에 노출되는 부재의 내열성을 향상시키기 위해 표면에 가공되는 TBC의 피막이다. 본 실시형태의 분할환 내열 피막부(230)는 제 1 실시형태의 내열 피막부(130)와 마찬가지로 소정의 막 두께로 형성되어 있다.
분할환 내열 피막부(230)는, 전술한 바와 같이, 분할환 본체(61)의 본체 외측면(61a)에 형성된다. 즉, 분할환 내열 피막부(230)는, 볼록부 단부면(642a)의 연소 가스 유로(Pg)측으로서, 볼록부 단부면(642a)으로부터 둘레 방향(Dc) 후방측으로 오목한 위치를 경계로 하여 분할환 가스 패스면(610)측의 본체 외측면(61a)에 형성된다. 마찬가지로, 볼록부 단부면(642a)에 둘레 방향(Dc)으로 대향하는 오목부 단부면(652a)에는, 오목부 단부면(652a)의 연소 가스 유로(Pg)측으로서, 오목부 단부면(652a)으로부터 둘레 방향(Dc) 전방측으로 오목한 위치를 경계로 하여 분할환 가스 패스면(610)측의 본체 외측면(61a)에 분할환 내열 피막부(230)가 형성된다. 또한, 볼록부 단부면(642a) 및 오목부 단부면(652a)의 각각의 경계에서는, 내열 피막은 둘레 방향(Dc)의 볼록부 단부면(642a) 또는 오목부 단부면(652a)으로부터 둘레 방향(Dc)의 전방측 또는 후방측으로 불거져 나오지 않을 정도의 막 두께로 되어 있다. 이에 의해, 볼록부 단부면(642a)과 오목부 단부면(652a)이 둘레 방향(Dc)으로 접촉한 경우라도, 인접하는 분할환 내열 피막부(230)끼리가 둘레 방향(Dc)으로는 접촉하는 일은 없다. 그 결과, 둘레 방향(Dc)으로는 항상 약간의 간극이 형성된다.
분할환 접촉부(240)는 연소 가스 유로(Pg)에 대해 분할환 내열 피막부(230)의 외측에 배치된다. 제 2 실시형태의 분할환 접촉부(240)는 볼록부 단부면(642a) 및 오목부 단부면(652a)의 분할환 내열 피막부(230)가 형성된 위치보다 연소 가스 유로(Pg)로부터 이격된 위치에 배치되어 있다. 분할환 접촉부(240)는, 인접하는 한쌍의 분할환(60)이 서로 둘레 방향(Dc)으로 접근하는 방향으로 상대 이동한 경우에, 둘레 방향(Dc)으로 인접하는 분할환 내열 피막부(230)의 사이에 간극이 형성된 상태가 된다. 이 상태에서, 연소 가스 유로(Pg)의 외측에 배치된 볼록부 단부면(642a) 및 오목부 단부면(652a)이 둘레 방향(Dc)에 접촉한다. 그 결과, 분할환 접촉부(240)는, 한쌍의 분할환(60)의 둘레 방향(Dc)의 상대 이동을 규제한다.
제 2 실시형태의 분할환 접촉부(240)는 오목부 단부면(652a)에 형성된 제 1 접촉부(241)와 볼록부 단부면(642a)에 형성된 제 2 접촉부(242)를 갖는다.
볼록부 단부면(642a)의 분할환 내열 피막부(230)가 형성되어 있는 영역에는, 냉각 유로(전방측 유로(642c))가 로터축 방향(Da)으로 간격을 두고 복수 형성되어 있다. 냉각 유로(전방측 유로(642c))는, 일단이 분할환 캐비티에 연통되며, 타단이 원형상을 이루는 후방측 개구(642b)에 접속되어 있다. 오목부 단부면(652a)의 분할환 내열 피막부(230)가 형성되어 있는 영역에는, 냉각 유로(후방측 유로(652c))가 로터축 방향(Da)으로 간격을 두고 복수 형성되어 있다. 냉각 유로(후방측 유로(652c))는, 일단이 분할환 캐비티에 연통되며, 타단이 원형상을 이루는 전방측 개구(652b)에 접속되어 있다.
다음에, 상기 구성을 갖는 가스 터빈(1)의 작용에 대해 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈(1)에 의하면, 압축기(10)로부터의 압축 공기(A)의 일부, 또는 압축기(10)로부터 추기된 압축 공기(A)는, 정익(41)의 외측 슈라우드(43) 및 내측 슈라우드(45)를 냉각하기 위해서, 냉각 공기로서, 이 외측 슈라우드(43)의 직경 방향(Dr) 외측이나 내측 슈라우드(45)의 직경 방향(Dr) 내측의 영역에도 공급된다. 케이싱(31)의 직경 방향(Dr) 내측으로서 익환(50)의 직경 방향(Dr) 외측의 영역에도, 압축기(10)로부터 케이싱(31) 내에 유입된 전술의 압축 공기(A)의 일부, 또는 압축기(10)로부터 추기한 압축 공기(A)가 공급된다. 이 압축 공기(A)는, 분할환(60)을 냉각하기 위해서, 익환(50)을 거쳐서, 그 직경 방향(Dr) 내측에 배치되어 있는 분할환(60)의 직경 방향(Dr) 외측에 유입된다.
분할환(60)의 직경 방향(Dr) 외측에 공급된 압축 공기(A)는, 충돌판(9)의 복수의 공기 구멍(9a)으로부터 직경 방향(Dr) 내측을 향해 취출되고, 분할환 본체(61)의 직경 방향(Dr) 외측의 면을 임핀지먼트 냉각한다. 임핀지먼트 냉각 후의 압축 공기(A)는 분할환 본체(61)의 상류측 유로(611b) 및 하류측 유로(612b)에 유입된다. 그 후, 이 압축 공기(A)는 로터축 방향(Da) 상류측 및 하류측을 흘러, 상류측 단부면(611) 및 하류측 단부면(612)을 대류 냉각하고 있다.
임핀지먼트 냉각 후의 압축 공기(A)는 전방측 유로(642c) 및 후방측 유로(652c)에 유입되고, 둘레 방향(Dc) 전방측 및 후방측을 흘러, 볼록부 단부면(642a) 및 오목부 단부면(652a)을 대류 냉각하고 있다.
상기와 같은 시일 구조(200)에 의하면, 둘레 방향(Dc)으로 인접하는 분할환(60)의 분할환 내열 피막부(230)끼리의 사이에 간극이 형성된 상태에서, 오목부 단부면(652a)에 형성된 제 1 접촉부(241)와 볼록부 단부면(642a)에 형성된 제 2 접촉부(242)가 접촉한다. 이에 의해, 인접하는 분할환(60a 및 60b)이 서로 근접하도록 둘레 방향(Dc)으로 상대 이동하는 것을 규제하고 있다. 그 결과, 오목부 단부면(652a)에 형성된 분할환 내열 피막부(230)와 볼록부 단부면(642a)에 형성된 분할환 내열 피막부(230)가 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로는, 제 2 실시형태에서는, 제 1 접촉부(241) 및 제 2 접촉부(242)를 경계로 하여, 제 1 접촉부(241) 및 제 2 접촉부(242)보다 연소 가스 유로(Pg)측에 분할환 내열 피막부(230)가 형성되어 있다. 분할환 내열 피막부(230)는 제 1 접촉부(241) 및 제 2 접촉부(242)보다 둘레 방향(Dc)으로 돌출되지 않을 정도의 막 두께로 형성되어 있다. 이에 의해, 오목부 단부면(652a)에 형성된 제 1 접촉부(241)와 볼록부 단부면(642a)에 형성된 제 2 접촉부(242)가 서로 접촉해도, 분할환 내열 피막부(230)에 접촉하는 일 없이 약간의 간극이 형성되며, 분할환 내열 피막부(230)에 손상이 생기지 않는 구조로 하고 있다. 즉, 둘레 방향(Dc)으로 인접하는 분할환(60a, 60b)끼리가 둘레 방향(Dc)으로 서로 접근하는 방향으로 이동하며, 오목부 단부면(652a)과 볼록부 단부면(642a)이 접촉할 것 같이 된 경우라도, 제 1 접촉부(241)와 제 2 접촉부(242)가 최초로 접촉한다. 그 결과, 오목부 단부면(652a)과 볼록부 단부면(642a)이 더욱 접근하여, 분할환 내열 피막부(230)에 직접 접촉하는 사태를 회피하고 있다.
시일판(250)보다 직경 방향(Dr) 내측으로서, 인접하는 분할환(60a 및 60b)의 오목부 단부면(652a)과 볼록부 단부면(642a)의 사이의 간극에는, 동익(36)의 회전에 의해 혼입된 고온의 연소 가스(G)가 체류한다. 그 때문에, 분할환(60a 및 60b)의 외표면 온도가 상승하여, 분할환(60a 및 60b)의 코너부에서는 산화감육이 진행되기 쉽다. 그런데, 본 실시형태에서는, 둘레 방향(Dc)으로 서로 이웃하는 분할환(60a 및 60b)의 오목부 단부면(652a)과 볼록부 단부면(642a)의 양측에 후방측 유로(652c)와 전방측 유로(642c)가 형성되어 있다. 이에 의해, 압축 공기(A)를 후방측 개구(642b) 및 전방측 개구(652b)로부터 분출하여 서로 대향하는 오목부 단부면(652a) 및 볼록부 단부면(642a)에 맞혀 냉각하고 있다. 이에 의해, 고온의 연소 가스(G)의 혼입, 체류가 격렬한 오목부 단부면(652a)과 볼록부 단부면(642a) 사이의 분할환(60a 및 60b)의 코너부의 냉각을 촉진시킬 수 있다.
시일 구조(200)에 있어서의 제 1 부재가 둘레 방향(Dc) 전방측에 배치되는 한쪽의 분할환(60b)의 후방 맞물림부(64)로 되어 있다. 제 2 부재가 둘레 방향(Dc) 후방측에 배치되는 다른쪽의 분할환(60a)의 전방 맞물림부(65)로 되어 있다. 제 3 부재가 시일판(250)으로 되어 있다. 이들에 의해, 둘레 방향으로 인접하는 한쌍의 분할환(60a 및 60b)의 사이에 분할환 내열 피막부(230)를 보호할 수 있는 시일 구조(200)를 용이하게 적용할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상술했지만, 각 실시형태에 있어서의 각 구성 및 그들의 조합 등은 일 예이며, 본 발명의 취지로부터 일탈하지 않는 범위 내에서, 구성의 부가, 생략, 치환 및 그 이외의 변경이 가능하다.
또한, 제 1 실시형태의 접촉부(140)는, 본 실시형태와 같이, 개구(80a)에 대해 둘레 방향(Dc)으로 인접하여 배치되는 형상에 한정되는 것은 아니다. 제 1 실시형태의 접촉부(140)는, 개구(80a)를 폐색하지 않도록 개구(80a)가 마련된 단부면(71a)과 내측 슈라우드(45)의 측단부면(461)과의 사이에 공간을 형성할 수 있으면 좋다. 예컨대, 제 1 실시형태의 접촉부(140)는 개구(80a)에 대해 직경 방향(Dr)으로 인접하여 형성되어도 좋고, 제 2 볼록부(72)나 본체부(70)에 형성되어도 좋다.
제 1 실시형태의 시일 부재(7)에 마련된 개구(80a)는, 본 실시형태와 같이 정익 본체(42)의 전연부(421)의 로터축 방향(Da) 상류측에 형성되어 있는 형상에 한정되는 것은 아니다. 개구(80a)는 둘레 방향(Dc)으로 나열하여 형성되어 있으면 좋다. 예컨대, 개구(80a)는 둘레 방향(Dc)에 걸쳐서 균등하게 이격되어 형성되어 있어도 좋고, 전연부(421)의 로터축 방향(Da) 상류측 이외의 범위에 형성되어 있어도 좋다.
제 1 실시형태에서는, 둘레 방향(Dc)으로 나열되어 형성되는 개구(80a)는 동일한 형상으로 형성되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 개구(80a)는 둘레 방향(Dc)에 의해 임의의 형상을 이루고 있으면 좋다. 예컨대, 전연부(421)의 로터축 방향(Da) 상류측에 형성되는 개구(80a)는 크게 형성되며, 전연부(421)의 로터축 방향(Da) 상류측 이외의 위치에 형성되는 개구(80a)는 작게 형성되어도 좋다.
제 1 실시형태에 있어서, 미통(21)이나 제 1 정익(41a)에 냉각 유로(80)가 형성되어 있어도 좋다. 예컨대, 제 1 실시형태의 제 1 단부면(101)인 본체 제 1 단부면(111)에 개구(80a) 하는 냉각 유로(80)나, 제 2 단부면(102)인 측단부면(461)에 개구(80a) 하는 냉각 유로(80)가 형성되어 있어도 좋다.
접촉부(140)는 제 1 실시형태나 제 2 실시형태의 형상에 한정되는 것은 아니다. 접촉부(140)는 열 피막부(130)의 외측에서 제 1 단부면(101) 및 제 2 단부면(102) 중 어느 한쪽에 접촉하여 제 1 부재 및 제 2 부재가 서로 접근하는 방향으로 상대 이동하는 것을 규제할 수 있으면 좋다.
예컨대, 제 1 실시형태에 있어서 제 3 부재인 시일 부재(7)에 접촉부(140)가 마련되어 있을 뿐만 아니라, 제 2 실시형태의 제 2 부재인 분할환(60b)과 같이, 제 1 정익(41a)에도 접촉부(140)가 마련되어 있어도 좋다.
제 2 실시형태의 제 1 접촉부(241) 및 제 2 접촉부(242)와 같이 인접하는 한쌍의 분할환(60a 및 60b)에 각각 마련되어 있을 뿐만 아니라, 제 1 접촉부(241) 및 제 2 접촉부(242) 중 어느 한쪽만을 가지고 있어도 좋다. 제 1 접촉부(241) 및 제 2 접촉부(242)는 오목부 단부면(652a) 및 볼록부 단부면(642a)이 아니라, 전방 단부면(651)이나 후방 단부면(641)에 마련되어 있어도 좋다.
[산업상의 이용 가능성]
상기한 시일 구조(100)에 의하면, 제 1 단부면(101)과 제 2 단부면(102)이 접촉하기 전에, 접촉부(140)가 제 1 단부면(101)의 내열 피막부(130)가 형성되지 않은 영역에 접촉한다. 이에 의해, 제 1 부재의 내열 피막부(130)가 형성된 제 1 단부면(101)과, 제 1 부재와 인접하는 제 2 부재의 내열 피막부(130)가 형성된 제 2 단부면(102)이 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
1: 가스 터빈 A: 압축 공기
10: 압축기 20: 연소기
Ac: 축선 21: 미통(제 1 부재)
21a: 내주면 210: 출구 플랜지
210a : 둘레 방향 플랜지부 211: 후단부
22: 연료 공급기 22a: 내통
30: 터빈 Da: 로터축 방향
Dc: 둘레 방향 Dr: 직경 방향
31: 케이싱 Ar: 로터축
33: 터빈 로터 34: 로터 본체
35: 동익렬 36: 동익
37: 동익 본체 38: 플랫폼
39: 익근 40: 정익렬
41: 정익 42: 정익 본체
43: 외측 슈라우드 45: 내측 슈라우드
40a: 제 1 정익렬 41a: 제 1 정익(제 2 부재)
421: 전연부 44: 슈라우드 본체
441: 가스 패스면 46: 측벽
461: 측단부면 424: 돌출부
50: 익환 52: 차열환
60: 분할환(제 1 부재, 제 2 부재) G: 연소 가스
Pg: 연소 가스 유로 100, 200: 시일 구조
101, 201: 제 1 단부면 111: 본체 제 1 단부면
121: 플랜지 제 1 단부면 102, 202: 제 2 단부면
112: 돌출부 제 2 단부면 7: 시일 부재(제 3 부재)
C: 캐비티 70: 본체부
70a: 제 2 시일면 71: 제 1 볼록부
71a: 단부면(제 3 단부면) 72: 제 2 볼록부
721: 접촉 시일 부재 721a: 제 1 시일면
73: 제 3 볼록부 74: 제 4 볼록부
75: 간극 형성부 75a: 제 3 시일면(제 4 단부면)
80: 냉각 유로 801: 축 방향 유로
802: 직경 방향 유로 80a: 개구
80b: 유입구 81: 제 1 맞물림부
82: 제 2 맞물림부 130: 내열 피막부
140: 접촉부 141: 제 1 접촉부
142: 제 2 접촉부 9: 충돌판
9a: 공기 구멍 61: 분할환 본체
61a: 본체 외측면 61b: 본체 외면
610: 분할환 가스 패스면 611: 상류측 단부면
611a: 상류측 개구 611b: 상류측 유로
612: 하류측 단부면 612a: 하류측 개구
612b: 하류측 유로 62: 상류측 후크
63: 하류측 후크 64: 후방 맞물림부
641: 후방 단부면 642: 볼록부
642a: 볼록부 단부면 642b: 후방측 개구
642c: 전방측 유로 643: 후방 홈부
65: 전방 맞물림부 651: 전방 단부면
652: 오목부 652a: 오목부 단부면
652b: 전방측 개구 652c: 후방측 유로
653: 전방 홈부 230: 분할환 내열 피막부
240: 분할환 접촉부 241: 제 1 접촉부
242: 제 2 접촉부 250: 시일판(제 3 부재)

Claims (6)

  1. 로터축의 주위에 형성되는 연소 가스 유로에 면하여 배치되는 제 1 부재와,
    상기 제 1 부재에 인접하며, 상기 연소 가스 유로에 면하여 배치되는 제 2 부재와,
    상기 제 1 부재의 제 1 단부면과 상기 제 1 단부면과 대향하는 상기 제 2 부재의 제 2 단부면과의 사이에서, 상기 연소 가스 유로의 외측에 배치되며, 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재에 맞물리는 제 3 부재와,
    상기 제 1 단부면 및 상기 제 2 단부면 중 적어도 한쪽의 상기 연소 가스 유로측에 형성되는 내열 피막부와,
    상기 연소 가스 유로에 대해 상기 내열 피막부보다 외측에서 상기 제 1 단부면 및 상기 제 2 단부면에 배치되며, 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재가 서로 접근하는 방향으로 상대 이동한 경우에, 상기 내열 피막부와 대향하는 상기 제 1 단부면 및 상기 제 2 단부면 중 적어도 한쪽의 면과 상기 내열 피막부 사이에 간극이 형성된 상태에서, 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재에 대해 직접적으로 또는 상기 제 3 부재를 거쳐서 간접적으로 접촉하여 상기 상대 이동을 규제하는 접촉부를 구비하며,
    상기 제 1 부재는 연소기이고,
    상기 제 2 부재는 상기 연소기에 대해 로터축 방향 하류측에 배치된 정익이며,
    상기 제 3 부재는 상기 연소 가스 유로의 외측에 배치된 시일 부재이고,
    상기 시일 부재는,
    상기 정익의 로터축 방향 상류측을 향하는 전연부에 대해, 로터축 방향 상류측의 위치를 포함하며, 상기 로터축을 기준으로 하여 둘레 방향의 일정한 영역에 형성되어 있는 냉각 유로와,
    상기 둘레 방향으로 복수 마련되며, 상기 냉각 유로를 흐르는 냉각 공기가 배출되는 개구가 형성되어 있는 제 3 단부면을 구비하는
    시일 구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시일 부재는,
    상기 제 3 단부면보다 로터축 방향 하류측으로 돌출되며, 로터축 방향 하류측을 향하는 면인 제 4 단부면이 형성되어 있는 간극 형성부를 구비하는
    시일 구조.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 4 단부면은 상기 정익의 로터축 방향 상류측을 향하는 상기 제 2 단부면의 접촉부에 대향하여 배치되어 있는
    시일 구조.
  6. 삭제
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