KR100814170B1 - 증기 터빈용 증기로 - Google Patents

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Abstract

증기 터빈용 증기로는 각각이 내측을 향하는 노즐(14)을 장착한 적층식 스테이터 링(12)과, 각각이 블레이드를 장착하여 외측을 향하는 버킷(60)을 장착한 적층식 로터 휠(16)을 포함한다. 스테이터 링과 로터 휠을 교대로 적층함으로써, 여러 스테이지의 버킷 및 노즐이 맞물려 증기로를 형성한다. 각각의 버킷은 상기 휠 상의 대체로 상보적인 형상의 그루브 내에 수용된 기저부(61) 및 블레이드를 포함한다.

Description

증기 터빈용 증기로{STACKED STEAMPATH AND GROOVED BUCKET WHEELS FOR STEAM TURBINES}
도 1은 본 발명의 바람직한 측면에 따라 증기로의 구성을 도시한 개략도,
도 2는 로터의 버킷 및 적층식 휠을 형성하기 위한 공정을 도시하는 개략도,
도 3은 복수의 버킷을 장착한 로터용 휠의 사시도,
도 4는 스테이터의 구성을 도시하는 부분 사시도,
도 5는 일체형 노즐 링 또는 휠의 사시도,
도 6은 로터 휠 각각의 부분 확대 측면도로서, 주위를 중심으로 도브테일을 도시하는 부분 확대 측면도,
도 7 내지 도 9는 로터 휠 상의 폐쇄 버킷을 고정하기 위한 다양한 구성을 도시하는 도면.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
10 : 증기로 12 : 스테이터 링 또는 휠
14 : 노즐 16 : 로터 휠
18 : 버킷 또는 블레이드 20 : 입구 스페이서 휠
26 : 개구 28 : 스터드
30 : 그루브 34 : 개구
48 : 스터드 60 : 버킷
61 : 기저부
본 발명은 공통 축선을 중심으로 각각 휠 및 링으로 이루어진 회전식 및 고정식 구성요소를 구비하는 적층식 증기로(steampath)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 적층식 증기 터빈용 도브테일 버킷 휠에 관한 것이다.
최근의 일체형 커버 반응 버킷은 기계 로터 단조품으로 조립되는 복수의 별개의 버킷으로 이루어진다. 유사하게, 최근의 노즐 스테이지는 스테이터 케이싱 상에 조립되는 복수의 노즐로 이루어진다. 로터 단조품 및 스테이터 케이싱, 로터 및 스테이터 기계 가공, 버킷 및 노즐 스톡 재료, 버킷 및 노즐 기계 가공, 및 로터 및 스테이터 조립에 관련된 비용 및 시간은 증기로에 드는 비용을 현저하게 증가시킨다. 따라서, 전체적인 증기 터빈 설계의 완전성을 손상시키지 않고, 증기로 하드웨어를 제조하고 조립하기 위한 비용 및 시간을 감소시킬 필요가 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 증기 터빈용 증기로는 다음과 같은 구성을 구비한다. 즉, 복수의 적층식 휠로서, 공통 축선을 중심으로 상기 휠의 외측으로 연장하는 복수의 블레이드를 구비하는, 상기 복수의 적층식 휠과; 복수의 적층식 링으로서, 상기 공통 축선을 중심으로 상기 링의 내측으로 연장하는 복수의 노즐을 구비하는, 상기 복수의 적층식 링을 포함하며, 상기 휠 및 링은 상기 증기 터빈의 스테이지 각각을 형성하고, 상기 증기로를 형성하도록 상기 축선을 따라 교대로 위치하는 증기 터빈용 증기로가 제공된다.
본 발명의 또 하나의 바람직한 실시예에서는, 공통 축선을 중심으로 한 복수의 적층식 휠로서, 상기 휠 각각은 주위 그루브(peripheral groove)를 갖는, 상기 복수의 적층식 휠과; 복수의 버킷으로서, 각각이 블레이드 및 기저부를 구비하며, 상기 기저부 및 그루브는 상기 그루브 내에 버킷 각각의 기저부를 유지하도록 형성되는, 상기 복수의 버킷과; 노즐이 장착되고 공통 축선을 중심으로 적층식 휠을 교대로 위치하여 상기 버킷과 함께 증기로를 형성하는 복수의 링을 포함하는 증기 터빈용 증기로가 제공된다.
이제, 도면 특히, 도 1을 참조하면, 노즐을 지지하는 스테이터 링 또는 휠과 버킷을 지지하는 로터 휠이 교대로 수직 적층되어, 전체적으로 도면 부호 "10"으로 표시된 증기로가 도시되어 있다. 증기로 구성요소들의 적층은 반드시 증기로의 수직 방향으로 실행될 필요는 없으며, 수평 방향 또는 그 외 다른 방향으로 실행될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 특히, 증기 터빈 스테이터는, 용접 등에 의해 서로 고정되어 적층된 일련의 스테이터 링 또는 휠(12)로 형성된다. 각각의 스테이터 링 또는 휠(12)은 증기로(10)를 따라 축선 방향으로 이격된 위치에서, 원주 방향 내측으로 연장하는 복수의 노즐(14)을 지지한다. 예를 들어, 제 1 스테이지 스테이터 링[12(1)]은 제 1 스테이지 노즐[14(1)]을, 제 2 스테이지 노즐 링[12(2)]은 제 2 스테이지 노즐[14(2)]을, 제 3 스테이지 노즐 링[12(3)]은 제 3 스테이지 노즐[14(3)]을, 제 4 스테이지 노즐 링[12(4)]은 제 4 스테이지 노즐[14(4)]을, 그리고 제 5 스테이지 노즐 링[12(5)]은 제 5 스테이지 노즐[14(5)]을 지지한다. 일점 쇄선[12(n)]으로 표시된 추가의 노즐 스테이지가 제공된다.
로터 버킷을 장착하고 있는 로터 휠(16)이 노즐 링(12)과 교대로 위치한다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 제 1 스테이지 로터 휠[16(1)]은 제 1 스테이지 버킷[18(1)]을, 제 2 스테이지 로터 휠[16(2)]은 제 2 스테이지 버킷[18(2)]을, 제 3 스테이지 로터 휠[16(3)]은 제 3 스테이지 버킷[18(3)]을, 제 4 스테이지 로터 휠[16(4)]은 제 4 스테이지 버킷[18(4)]을, 그리고 제 5 스테이지 로터 휠[16(5)]은 제 5 스테이지 버킷[18(5)]을 장착한다. 추가의 로터 휠 및 버킷이 임의의 추가 스테이지에 대응하여 제공된다. 내측을 향하는 노즐(14) 및 외측을 향하는 버킷(18)이 서로 맞물려 여러 증기로 스테이지(steampath stage)를 형성한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 입구 스페이서 휠(20)이 최초 로터 휠[16(1)]에 고정된 증기로 입구에 인접하여 제공된다. 또한, 축선 방향 면 압축 시일(seal)이 인접하는 스테이터 링(12) 사이 및 인접하는 로터 휠(16) 사이에 제공된다.
도시된 바와 같이, 증기로는 공통 축선에 대해 스테이터 링(12) 및 로터 휠(16)의 교차 배치에 의해 복수 스테이지로 구성되어 있다. 증기로의 고정 및 회전 구성요소의 여러 링 및 휠에는 링 및/또는 휠이 잘못된 위치 또는 방향으로 조립되거나 미리 정해진 순서를 벗어나 조립될 수 없도록 하는 하드웨어가 제공된다. 예를 들어, 스테이터 링(12)은 서로 정렬되어야 하는 인접한 축선 방향 면 상에 축선 방향 돌출부 및 홈부를 구비하여, 인접한 링이 증기로의 연속적인 스테이지에 대응함을 보장한다. 유사하게, 휠(16)은 돌출부 및 홈부를 구비하여, 여러 스테이지의 미리 정해진 순서대로의 정확한 정렬을 보장하게 된다.
도 5를 참조하면, 스테이터 링(12) 각각은 완전한 환형체로 이루어질 수 있다. 노즐, 즉 블레이드(21)는 내부 커버 또는 다이어프램(22)과 함께 기계 가공됨으로써, 휠에 일체로 형성될 수 있다. 변형적으로, 스테이터 링(12)의 내주는 커버와 함께 적층식 원주 방향 배열체의 하나 이상의 노즐을 수용하기 위해 그루브를 형성하도록 기계 가공될 수 있다. 또 다른 예로서, 스테이터 링은 한쌍의 180°분절체로 형성될 수 있으며, 중심선에서 서로 고정, 예를 들어 중심선에 인접한 플랜지를 볼트로 고정함으로써 서로 고정될 수 있다. 도시된 바와 같이, 복수의 원주 방향으로 이격된 개구(26)가 유지 하드웨어를 수용하도록 스테이터 링을 관통하여 형성됨으로써, 스테이터 링이 서로 축선 방향으로 고정될 수 있다. 예를 들어, 유지 하드웨어는 축선 방향 볼트, 스터드, 전산 볼트(threaded rod), 또는 이와 유사한 장치를 포함할 수 있으며, 이하 총칭하여 스터드라 한다. 스터드(28)(도 4 참조)는 여러 스테이터 링의 정렬된 개구(26)를 관통하고 너트(27)로 단부가 나사 결합된다.
유사하게, 그리고 도 3을 참조하면, 로터 휠(16) 각각은 바람직하게, 이하 설명될 각각의 버킷을 수용하기 위한 그루브 가공된 외주부(30)(도 6 참조)를 포함한다. 버킷은 휠의 주위를 중심으로 서로 맞닿아 적층되고, 각각의 버킷은 버킷 커버(32)를 갖는다. 휠(16) 각각은 스테이터 링에 대한 것과 유사하게 스터드를 수용하기 위한 원주 방향으로 이격된 복수의 개구(34)를 포함한다. 스터드는 정렬된 개구(34)를 통해 수용되어, 축선 방향으로 서로 인접한 로터 링을 도시되지 않은 압축 시일로 고정시킨다.
스테이터 링(12)과 로터 휠(16)을 상호 연결하는 스터드는 반드시 증기로의 전체 길이에 대해 연장할 필요는 없다. 여러 스테이지는 미리 정해진 수의 스테이지를 포함하는 하위 조립체 각각으로 하위 조립체를 구성할 수 있다. 예를 들어, 30개의 스테이지로 구성된 증기로의 각 하위 조립체 당 5개의 스테이지를 갖는 6개의 하위 스테이지가 제공될 수 있다. 스터드는 각 그룹의 스테이지만을 통과하여 연장할 수 있으며, 또는 인접한 그룹의 휠 또는 최초 스테이터 링 내에서 종결되어 스테이지의 하부 조립체를 서로 고정할 수 있다. 스테이터 링 및 로터 휠을 각각 별도로 조립하는 것의 특별한 이점은 여러 스테이지에 대한 서비스 및 보수가 용이하다는 것이다. 또한, 각각의 스테이터 링 또는 로터 휠을 각각의 스테이지 위치에 제공할 수 있음으로 인해, 다양한 재료들이 하나의 위치로부터 다른 위치에, 즉 스테이지로부터 다른 스테이지에 사용될 수 있다. 따라서, 특정 스테이지는 증기로의 전체적인 완전함에 대한 손상없이 보다 저렴한 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 증기로의 입구 스테이지는 증기 입구에서 증기의 고온 및 고압에 견딜 필요가 있는, 고가일 수 있는 재료로 이루어질 수 있다. 보다 낮은 온도 및 압력에 노출되는 후속 스테이지는 덜 비싼 재료로 이루어질 수 있다.
도 2를 참조하면, 말단 단조부(42)와 중앙 적층식 로터 휠 조립체(44)(명료하게 나타내기 위해, 복수의 휠이 생략되었음)를 구비한 완전한 로터(40)가 도시된다. 말단 단조부는 조립식 로터 휠이 스터드(48)를 사용하여 고정될 수 있는 말단 디스크(46)를 포함할 수 있다. 결과적으로, 다른 일체형의 기다란 단조품의 중앙부는 증기로를 형성하여 서로 축선 방향으로 고정되는 버킷을 장착하는 휠(16)의 중앙부 시리즈를 갖는 로터에 의해 대체된다.
도 4를 참조하면, 제 1 스테이지 스테이터 링[12(1)]은 외측 케이싱(50)의 일정 위치, 본 예에 있어서는 최초 제 1 스테이지 및 후속 스테이지를 통과하는 증기가 제공되는 터빈 입구부에 도시된다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 로터 휠(16) 각각은 버킷(60) 각각의 기저부(61)와 협력하는 주위 그루브(30)로 형성되어 그루브 내에 버킷을 유지할 수 있다. 예를 들어, 그루브(30)는 버킷 각각의 기저부 상에 형성되는 전체적으로 상보적인 도브테일 형상의 구조부(64)를 수용하기 위한 도브테일 형상 구조부(62)를 구비할 수 있다. 그루브(30)는 또한 원주 방향의 진입 및 폐쇄 슬롯을 포함하며, 상기 슬롯으로 인해 버킷 각각은 기저부(61)를 그루브(30)와 정렬하기 위해 대체로 반경 방향으로 삽입될 수 있으며, 또한 버킷(60)이 인접한 버킷에 대해 적층되는 최종 위치로 상기 그루브의 주위를 중심으로 변위될 수 있다. 모든 버킷이 그루브(30) 내로 삽입되는 경우, 최종 폐쇄 버킷이 슬롯에 수용된다. 폐쇄 버킷은 그루브와 동일 또는 상이한 단면 구조를 가질 수 있다. 폐쇄 버킷을 휠 상에 유지하기 위해, 축선 방향으로 연장하는 전단 핀(66)이 그루브(30) 및 휠의 가장자리(68)를 관통할 수 있으며, 버킷(60)의 기저부(61)를 축선 방향으로 관통하여 형성되는 개구를 관통할 수 있다. 변형적으로, 전단 핀(66)은 도 8에 도시된 바와 같이 휠의 축선에 대해 경사질 수 있다. 도 9에서, 그러브 나사(grub screw; 70)는 그루브(30)를 형성하는 휠(16)의 가장자리(68) 및 버킷(60)의 기저부(61)의 가장자리를 관통하도록 적용되어, 그루브 내의 최종 위치의 폐쇄 버킷을 고정하게 된다.
본 발명은 가장 실용적이고 바람직한 실시예로 간주되는 것에 관련되어 개시되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 오히려 첨부된 특허청구범위의 범위 및 취지 내에 포함되는 다양한 변형예 및 동등한 배열체를 포함시키고자 함을 이해할 것이다.
본 발명에 의하면, 전체적인 증기 터빈 설계의 완전성을 손상시키지 않고, 증기로 하드웨어를 제조하고 조립하기 위한 비용 및 시간을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 증기 터빈용 증기로(steampath)에 있어서,
    복수의 적층식 휠(16)로서, 공통 축선을 중심으로 상기 휠의 외측으로 연장하는 복수의 블레이드(18)를 구비하는, 상기 복수의 적층식 휠(16)과,
    복수의 적층식 링(12)으로서, 상기 공통 축선을 중심으로 상기 링의 내측으로 연장하는 복수의 노즐(14)을 구비하는, 상기 복수의 적층식 링(12)을 포함하며,
    상기 휠 및 링은 상기 축선을 따라 교대로 위치하여서 상기 증기 터빈의 스테이지 각각을 형성하는 동시에, 상기 증기로를 형성하는
    증기 터빈용 증기로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 휠을 중심으로 이격된 위치에서 상기 휠을 관통하는 복수의 정렬된 개구(34)와, 상기 개구를 통해 연장하여 상기 휠을 서로 고정시키는 복수의 스터드(48)를 더 포함하는
    증기 터빈용 증기로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 링을 중심으로 이격된 위치에서 상기 링을 관통하는 복수의 정렬된 개구(26)와, 상기 개구를 통해 연장하여 상기 링을 서로 고정시키는 복수의 스터드(28)를 더 포함하는
    증기 터빈용 증기로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드(18) 및 상기 노즐(14)은 서로 맞물리게 구성되는
    증기 터빈용 증기로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드(18)는 각각의 상기 휠(16)과 일체로 형성되는
    증기 터빈용 증기로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 휠은 주위 그루브(peripheral groove)(30)와, 각각 상기 블레이드 및 기저부(61)를 장착하는 복수의 버킷(60)을 구비하며, 상기 그루브는 상기 버킷 각각의 상기 기저부를 상기 그루브 내에 유지하는 형상을 갖는
    증기 터빈용 증기로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기로는 증기 입구 말단 및 증기 출구 말단을 포함하며, 상기 입구 및 출구 말단의 스테이지를 형성하는 상기 휠의 재료는 서로 상이한
    증기 터빈용 증기로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    증기 입구 말단 및 증기 출구 말단을 더 포함하며, 상기 입구 및 출구 말단의 스테이지를 형성하는 상기 링의 재료는 서로 상이한
    증기 터빈용 증기로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    조립체 내의 상기 링(12)이 상기 증기 터빈용 스테이터를 형성하는
    증기 터빈용 증기로.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 링(12)은 서로 용접되어 상기 증기 터빈용 스테이터를 형성하는
    증기 터빈용 증기로.
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