KR101385799B1 - 터빈용 노즐 조립체 - Google Patents

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Abstract

터빈용 노즐 조립체는, (1) 내측 측벽(44) 및 외측 측벽(46)을 구비하고, 터빈내로의 조립시에 유로를 부분적으로 규정하는 노즐 블레이드(43)와; (2) 외측 링(20)과; (3) 수평방향 연장부(21)를 구비하는 흐름 스플리터(11)와; (4) (ⅰ) 반경방향 인터로크(48, 76, 78), (ⅱ) 수형/암형 경계부(54, 82, 84), 또는 (ⅲ) 상기 외측 측벽(46)의 선단 및 후단 모두에서 반경방향으로 돌출하는 수형 단차부(108)의 측면에 놓이는 암형 리세스(106)중 적어도 하나를 구비하는, 상기 외측 링과 상기 외측 측벽(46) 사이의 경계부와; (5) (ⅰ) 반경방향 인터로크(48, 76, 78), (ⅱ) 수형/암형 경계부(54, 82, 84), 또는 (ⅲ) 상기 내측 측벽(44)의 선단 및 후단 모두에서 반경방향으로 돌출하는 수형 단차부(108)의 측면에 놓이는 암형 리세스(106)중 적어도 하나를 구비하는, 상기 수평방향 연장부(21)와 상기 내측 측벽(44) 사이의 경계부를 포함할 수 있다.
터빈, 노즐 조립체, 흐름 스플리터

Description

터빈용 노즐 조립체{TURBINE NOZZLE ASSEMBLIES}
본 발명은 터빈용 노즐 조립체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이중 흐름 증기 터빈의 제 1 스테이지에 있어서의 단일 노즐 조립체에 관한 것이지만, 이에 한정되지는 않는다.
전형적으로, 증기 터빈은 로터에 연결되는 회전 터빈 블레이드 또는 버킷상에 증기의 흐름을 지향시키는 정적 노즐 세그먼트(static nozzle segment)를 포함한다. 증기 터빈에 있어서, 에어포일 또는 블레이드를 형성할 수 있는 노즐이 전형적으로 다이아프램 스테이지(diaphragm stage)로 불려진다.
일반적으로, 다이아프램 스테이지는 2개의 방법중 하나를 이용하여 구성된다. 제 1 방법은 밴드/링 구성을 사용하는데, 이러한 구성에 있어서, 에어포일은 우선 약 180°로 연장되는 내측 및 외측 밴드(band) 사이에 용접된다. 다음에, 에어포일이 용접된 이들 아치형 밴드가 터빈의 스테이터의 내측 및 외측 캐리어 링 사이에 조립 및 용접된다. 제 2 구성 방법은 노즐의 에어포일 또는 블레이드가 내측 및 외측 링에 직접 용접되는 것으로 구성된다. 이러한 방법에 있어서, 노즐은 일반적으로 내측 및 외측 링과의 경계부를 형성하는데 사용되는 일체형 측벽을 갖는다. 이러한 방법은 전형적으로 용접부를 형성하기 위한 접근법이 이용가능한 대형의 증기 터빈 유닛에 이용된다.
밴드/링 구성의 방법을 이용하는 데는 고유의 한계가 있다. 밴드/링 조립 방법에 있어서의 근본적 한계는 용접을 이용하기 때문에 유로에 발생하는 왜곡(distortion)이다. 즉, 이들 조립체에 이용된 용접은 상당한 사이즈와 입열량(heat input)을 갖는다. 이러한 용접은 높은 입열량 및 상당한 양의 금속 필러를 필요로 하거나, 또는 매우 깊은 전자 빔 용접이다. 어느 경우에도, 재료 또는 입열량은 유로가 상당히 왜곡되게 한다. 예를 들면, 재료 수축은 에어포일이 설계 형상으로부터 외측으로 유로내로 구부러지게 한다. 많은 경우에 있어서, 노즐 조립체의 에어포일은 용접후에 조정(adjustment) 및 응력 제거(stress relief)를 필요로 한다.
증기 경로 왜곡(조립후 교정 처리가 취해진 후에도 어느 정도 존재할 수 있음)으로 인해 다이아프램 스테이지 효율이 감소된다. 내측 및 외측 밴드의 표면 프로파일은 노즐을 스테이터 조립체에 용접하는 것으로 인해 변할 수 있어, 불균일한 유로를 야기할 수 있다. 보다 구체적으로는, 노즐 및 밴드는 일반적으로 종래의 설치 방법의 결과로서 구부러지고 왜곡된다. 이에 의해, 노즐 형상을 설계 기준으로 가져가도록 노즐 형상에 대한 상당한 마무리 처리가 필요하다. 많은 경우에 있어서, 노즐 조립체를 설계 형상으로 되돌리도록, 용접 및 응력 제거후를 포함하여 노즐 조립체를 변형시키는 데 노즐 조립체의 전체 제조 비용의 대략 30%가 소비된다.
또한, 제 2 노즐 구성 방법(즉, 내측 및 외측 링에 직접 용접된 노즐의 에어포일 또는 블레이드의 측벽을 갖는 구성 방법)은 상당한 문제 및 비효율성을 갖는다. 예를 들면, 링내로 용접된 단일의 노즐 구성을 사용하는 종래의 조립 방법은 일반적으로 문제를 일으키는, 경계부에서의 결정된 용접 깊이를 달성하는 적당한 구성이 없다. 또한, 종래의 시스템은 설치를 도울 수 있는, 내측 및 외측 링상의 조립 정렬 형상부가 없다. 또, 종래의 시스템은 용접부 파손의 경우에 설치된 노즐을 제위치에 유지할 수 있는 유지 형상부(retainment feature)가 없다. 마지막으로, 종래의 시스템은 노즐-내측 링 경계부 및 노즐-외측 링 경계부 모두에서 시간소모적 용접을 필요로 한다.
게다가, 이중 흐름 증기 터빈의 제 1 스테이지에서는, 노즐 조립체의 구성과 연관된 많은 문제가 더욱 심해질 수 있다. 그러나, 터브 스테이지(tub stage)라고 종종 불려지는 제 1 스테이지의 일정 특성은 그 스테이지에서의 노즐 조립체를 단순화하고 조립 공정을 보다 효율적이게 하는데 이용될 수 있는 설계 기회를 제공한다. 예를 들면, 흐름-스플리터(flow-splitter)는 제 1 스테이지에서의 내측 링을 대신하며, 이용될 수 있는 이로운 특성을 갖는다. 하기에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 종래의 노즐 설계는 이러한 기회를 이용하지 못했다.
따라서, 노즐을 제위치로 슬라이딩시키는 것에 의해 또는 제한된 낮은 입열량 용접에 의해, 또는 이들 모두에 의해 설치될 수 있도록 설계된 제 1 스테이지 노즐에 대한 필요성이 있다. 양 경우에 있어서, 이러한 조립체는 종래의 용접 과정에서 생기는 증기 경로 왜곡을 최소화거나 또는 제거할 뿐만 아니라, 조립을 보다 효율적으로 실행함으로써 제조 및 사이클 비용을 개선할 것이다. 또한, 설치 동안에 노즐 조립체의 정렬을 용이하게 하고, 용접부 파손의 경우에 노즐 조립체의 하류 이동을 방지하는 기계적 로크(lock)를 형성하는 제 1 스테이지 노즐 조립체에 대한 요구가 있다. 하류 스테이지에서 발견되지 않는 제 1 스테이지의 특유한 일정 특성은 이들의 설명된 요구를 효율적으로 만족시키기 위해 제 1 스테이지 노즐 설계에 이용될 수 있다.
따라서, 본 발명은, (1) 내측 측벽 및 외측 측벽을 구비하고, 터빈내로의 조립시에 유로를 부분적으로 규정하는 노즐 블레이드와; (2) 외측 링과; (3) 수평방향 연장부를 구비하는 흐름 스플리터와; (4) (ⅰ) 수형/암형 경계부 또는 (ⅱ) 반경방향 인터로크중 적어도 하나를 구비하는 외측 링과 외측 측벽 사이의 경계부와; (5) (ⅰ) 수형/암형 경계부 또는 (ⅱ) 반경방향 인터로크중 적어도 하나를 구비하는 수평방향 연장부와 내측 측벽 사이의 경계부를 포함할 수 있는 터빈용 노즐 조립체를 개시하고 있다. 일부 실시예에 있어서, 외측 링과 외측 측벽 사이의 경계부 및 수평방향 연장부와 내측 측벽 사이의 경계부중 하나는 용접부를 포함하며, 외측 링과 외측 측벽 사이의 경계부 및 수평방향 연장부와 내측 측벽 사이의 경계부중 하나는 용접되지 않는다.
일부 실시예에 있어서, 반경방향 인터로크는, (ⅰ) 내측 측벽으로부터 수평방향 연장부내로 축방향으로 돌출하고, 수평방향 연장부로부터 내측 측벽내로 축방향으로 돌출하는 제 2 수형 단차부의 측면에 반경방향 최외측 측면이 놓이는, 제 1 수형 단차부, 또는 (ⅱ) 외측 측벽으로부터 외측 링내로 축방향으로 돌출하고, 외측 링으로부터 외측 측벽내로 축방향으로 돌출하는 제 2 수형 단차부의 측면에 반경방향 최내측 측면이 놓이는, 제 1 수형 단차부를 포함할 수 있다. 수형/암형 경계부는, (ⅰ) 외측 링상의 반경방향 수형 단차부에 대응하는 외측 측벽상의 반경방향 암형 리세스, 또는 (ⅱ) 수평방향 연장부상의 반경방향 수형 단차부에 대응하는 내측 측벽내의 반경방향 암형 리세스를 포함할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 외측 링과 외측 측벽 사이의 경계부는 외측 측벽의 후단에 위치된 수형/암형 경계부를 포함할 수 있다. 수평방향 연장부와 내측 측벽 사이의 경계부는 내측 측벽의 선단에 위치된 반경방향 인터로크를 포함할 수 있다. 외측 측벽의 후단에 위치된 수형/암형 경계부는 용접될 수 있다. 이 용접부는 버트 용접부를 포함할 수 있어, 상기 용접부가 수형/암형 경계부의 축방향 길이를 따라 외측 측벽과 외측 링 사이의 영역에 실질적으로 제한된다. 외측 측벽의 후단에 위치된 수형/암형 경계부의 축방향 길이는 외측 링과 외측 측벽 사이의 정합부의 축방향 범위의 약 1/4 미만일 수 있다.
수형 연장부는 하류 립을 더 포함할 수 있다. 하류 립은 내측 측벽의 하류 에지를 커버하여, 하류 방향으로의 내측 측벽의 축방향 변위를 방지할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 외측 링과 외측 측벽 사이의 경계부는 외측 측벽의 선단 및 후단 모두에 위치된 반경방향 인터로크중 하나를 포함할 수 있다. 수평방향 연장부와 내측 측벽 사이의 경계부는 내측 측벽의 후단에 위치된 수형/암형 경계부를 포함할 수 있다. 내측 측벽의 후단에 위치된 수형/암형 경계부는 버트 용접 경계부를 이용하여 용접될 수 있어서, 이 용접부는 수형/암형 경계부의 축방향 길이를 따라 내측 측벽과 수평방향 연장부 사이의 영역에 실질적으로 제한된다. 내측 측벽의 후단에 위치된 수형/암형 경계부의 축방향 길이는 내측 측벽과 수평방향 연장부 사이의 정합부의 축방향 범위의 약 1/4 미만일 수 있다.
또한, 본 발명은, 내측 측벽 및 외측 측벽을 구비하고, 터빈내로의 조립시에 유로를 부분적으로 규정하는 노즐 블레이드와; 외측 링과; 수평방향 연장부를 구비하는 흐름 스플리터와; (ⅰ) 반경방향 인터로크, (ⅱ) 수형/암형 경계부, 또는 (ⅲ) 외측 측벽의 선단 및 후단 모두에서 반경방향으로 돌출하는 수형 단차부의 측면에 놓이는 암형 리세스중 적어도 하나를 구비하는, 외측 링과 외측 측벽 사이의 경계부와; (ⅰ) 반경방향 인터로크, (ⅱ) 수형/암형 경계부, 또는 (ⅲ) 내측 측벽의 선단 및 후단 모두에서 반경방향으로 돌출하는 수형 단차부의 측면에 놓이는 암형 리세스중 적어도 하나를 구비하는, 수평방향 연장부와 내측 측벽 사이의 경계부를 포함할 수 있는, 터빈용 노즐 조립체를 개시하고 있다.
일부 실시예에 있어서, 반경방향 인터로크는, (ⅰ) 내측 측벽으로부터 수평방향 연장부내로 축방향으로 돌출하고, 수평방향 연장부로부터 내측 측벽내로 축방향으로 돌출하는 제 2 수형 단차부의 측면에 반경방향 최외측 측면이 놓이는, 제 1 수형 단차부, 또는 (ⅱ) 외측 측벽으로부터 외측 링내로 축방향으로 돌출하고, 외측 링으로부터 외측 측벽내로 축방향으로 돌출하는 제 2 수형 단차부의 측면에 반경방향 최내측 측면이 놓이는, 제 1 수형 단차부를 포함할 수 있다. 수형/암형 경계부는, (ⅰ) 외측 링상의 반경방향 수형 단차부에 대응하는 외측 측벽상의 반경방향 암형 리세스, 또는 (ⅱ) 수평방향 연장부상의 반경방향 수형 단차부에 대응하는 내측 측벽내의 반경방향 암형 리세스를 포함할 수 있다.
외측 링과 외측 측벽 사이의 경계부는 외측 측벽의 선단 및 후단에 위치된 반경방향 인터로크중 하나를 포함할 수 있다. 수평방향 연장부와 내측 측벽 사이의 경계부는 내측 측벽의 선단 및 후단에서 반경방향으로 돌출하는 수형 단차부의 측면에 놓이는 암형 리세스를 포함할 수 있다. 수평방향 연장부와 내측 측벽의 후단에서의 수형 단차부 사이의 경계부가 용접될 수 있다. 이 용접부는 버트 용접부를 포함할 수 있어, 상기 용접부가 내측 측벽의 후단에서 수형 단차부의 축방향 길이를 따라 수평방향 연장부와 내측 측벽 사이의 영역에 실질적으로 제한된다. 내측 측벽의 후단에 위치된 수형 단차부의 축방향 길이는 내측 측벽과 수평방향 연장부 사이의 정합부의 축방향 범위의 약 1/4 미만일 수 있다. 내측 측벽은 볼트에 의해 수평방향 연장부에 볼트 체결될 수 있다. 상기 볼트는 수평방향 연장부를 통해 내측 측벽내로 반경방향으로 연장되도록 위치될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 외측 링과 외측 측벽 사이의 경계부는 외측 측벽의 후단에 위치된 수형/암형 경계부를 포함할 수 있다. 수평방향 연장부와 내측 측벽 사이의 경계부는 내측 측벽의 선단 및 후단에서 반경방향으로 돌출하는 수형 단차부의 측면에 놓이는 암형 리세스를 포함할 수 있다. 수평방향 연장부와 내측 측벽의 후단에서의 수형 단차부 사이의 경계부가 용접될 수 있다. 이 용접부는 버트 용접부를 포함할 수 있어, 상기 용접부가 내측 측벽의 후단에서 수형 단차부의 축방향 길이를 따라 수평방향 연장부와 내측 측벽 사이의 영역에 실질적으로 제한된다. 내측 측벽의 후단에 위치된 수형 단차부의 축방향 길이는 내측 측벽과 수평방향 연장부 사이의 정합부의 축방향 범위의 약 1/4 미만일 수 있다. 외측 측벽의 후단에서 위치된 수형/암형 경계부가 용접될 수 있다. 이 용접부는 버트 용접부를 포함할 수 있어, 상기 용접부가 수형/암형 경계부의 축방향 길이를 따라 외측 링과 외측 측벽 사이의 영역에 실질적으로 제한된다. 외측 측벽의 후단에 위치된 수형/암형 경계부의 축방향 길이는 외측 측벽과 외측 링 사이의 정합부의 축방향 범위의 약 1/4 미만일 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 흐름 스플리터는 단일 부재를 포함할 수 있다. 흐름 스플리터의 수직 연장부는 외측 측벽과 외측 링 사이의 상류 경계부의 반경방향 외측 높이보다 높은 반경방향 외측 높이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 외측 링은 중실형 링 및 외측 캐리어 링 조립체를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 내측 측벽 및 외측 측벽을 구비하고, 터빈내로의 조립시에 유로를 부분적으로 규정하는 노즐 블레이드와; 외측 링과; 수평방향 연장부를 구비하는 흐름 스플리터와; 외측 링과 외측 측벽 사이의 경계부 사이에 용접 정지부(weld stop) 및 비상 안전 장치(failsafe)를 포함하는 기계적 결합부를 제공하는 수단과; 내측 측벽과 수평방향 연장부 사이의 경계부 사이에 반경방향 인터로크를 포함하는 기계적 결합부를 제공하는 수단을 포함할 수 있는 터빈용 노즐 조립체를 개시하고 있다.
일부 실시예에 있어서, 용접 정지부는 외측 링과 외측 측벽 사이의 경계부에서 용접부의 깊이를 결정하는 백스톱(backstop)을 포함할 수 있다. 비상 안전 장치는 외측 측벽의 하류의 축방향 변위를 방지하는 기계적 정지부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 용접 정지부 및 비상 안전 장치를 포함하는 기계적 결합부를 제공하는 수단은, (ⅰ) 수형/암형 경계부, 또는 (ⅲ) 외측 측벽의 선단 및 후단 모두에서 반경방향으로 돌출하는 수형 단차부의 측면에 놓이는 암형 리세스를 포함할 수 있다. 수형/암형 경계부는 외측 링상의 반경방향 수형 단차부와 대응하는 외측 측벽상의 반경방향 암형 리세스를 포함할 수 있다.
반경방향 인터로크를 포함하는 기계적 결합부를 제공하는 수단은 내측 측벽으로부터 수평방향 연장부내로 축방향으로 돌출하는 제 1 수형 단차부를 포함할 수 있다. 제 1 수형 단차부는 수평방향 연장부로부터 내측 측벽내로 축방향으로 돌출하는 제 2 수형 단차부의 측면에 반경방향 최외측 측면이 놓일 수 있다.
또한, 본 발명은, 내측 측벽 및 외측 측벽을 구비하고, 터빈내로의 조립시에 유로를 부분적으로 규정하는 노즐 블레이드와; 외측 링과; 수평방향 연장부를 구비하는 흐름 스플리터와; 외측 링과 외측 측벽 사이의 경계부 사이에 반경방향 인터로크를 포함하는 기계적 결합부를 제공하는 수단과; 내측 측벽과 수평방향 연장부 사이의 경계부 사이에 용접 정지부 및 비상 안전 장치를 포함하는 기계적 결합부를 제공하는 수단을 포함할 수 있는 터빈용 노즐 조립체를 개시하고 있다.
일부 실시예에 있어서, 용접 정지부는 경계부에서 용접부의 깊이를 결정하는 백스톱을 포함할 수 있다. 비상 안전 장치는 외측 측벽의 하류의 축방향 변위를 방지하는 기계적 정지부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 용접 정지부 및 비상 안전 장치를 포함하는 기계적 결합부를 제공하는 수단은, (ⅰ) 수형/암형 경계부, 또는 (ⅲ) 내측 측벽의 선단 및 후단 모두에서 반경방향으로 돌출하는 수형 단차부의 측면에 놓이는 암형 리세스를 포함할 수 있다. 수형/암형 경계부는 수평방향 연장부상의 반경방향 수형 단차부와 대응하는 내측 측벽상의 반경방향 암형 리세스를 포함할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 반경방향 인터로크를 포함하는 기계적 결합부를 제공하는 수단은 외측 측벽으로부터 외측 링내로 축방향으로 돌출하는 제 1 수형 단차부를 포함할 수 있다. 제 1 수형 단차부는 외측 링으로부터 외측 측벽내로 축방향으로 돌출하는 제 2 수형 단차부의 측면에 반경방향 최내측 측면이 놓일 수 있다.
또한, 본 발명은, 내측 측벽 및 외측 측벽을 구비하고, 터빈내로의 조립시에 유로를 부분적으로 규정하는 노즐 블레이드와; 외측 링과; 수평방향 연장부를 구비하는 흐름 스플리터와; (ⅰ) 반경방향 인터로크, (ⅱ) 수형/암형 경계부, 또는 (ⅲ) 외측 측벽의 선단 및 후단 모두에서 반경방향으로 돌출하는 수형 단차부의 측면에 놓이는 암형 리세스중 적어도 하나를 구비하는, 외측 링과 외측 측벽 사이의 경계부와; 후크와 슬롯 연결부를 구비하는 수평방향 연장부와 내측 측벽 사이의 경계부를 포함할 수 있는, 터빈용 노즐 조립체를 개시하고 있다. 후크와 슬롯 연결부는 내측 측벽의 선단으로부터 반경방향으로 연장되는 후크와, 수평방향 연장부내의 대응하는 원주방향 슬롯을 포함할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 외측 링과 외측 측벽 사이의 경계부는 외측 측벽의 선단 및 후단 모두에 위치된 수형/암형 경계부를 포함할 수 있다. 외측 측벽의 후단에 위치된 수형/암형 경계부가 용접될 수 있다. 이 용접부는 버트 용접부를 포함할 수 있어, 상기 용접부가 수형/암형 경계부의 축방향 길이를 따라 외측 측벽과 외측 링 사이의 영역에 실질적으로 제한된다. 외측 측벽의 후단에 위치된 수형/암형 경계부의 축방향 길이는 외측 링과 외측 측벽 사이의 정합부의 축방향 범위의 약 1/4 미만일 수 있다. 외측 링은 중실형 링 및 외측 캐리어 링 조립체를 포함할 수 있다.
본 발명의 이들 특징 및 다른 특징은 도면 및 첨부 청구범위와 함께 바람직한 실시예의 하기의 상세한 설명을 검토하면 명백해질 것이다.
도 1을 참조하면, 종래기술의 제 1 스테이지 노즐 조립체[포괄적으로 참조부호(10)로 지시됨]를 도시하며, 이중 흐름 증기 터빈 시스템은 흐름 스플리터(11)의 각 측면상에 노즐 조립체(10)를 포함할 수 있다. 노즐 조립체(10)는 복수의 원주방향으로 이격된 에어포일 또는 블레이드(12)를 포함할 수 있으며, 이 에어포일 또는 블레이드는 내측 밴드(14) 및 외측 밴드(16) 사이에서 양단부가 용접될 수 있다. 외측 밴드(16)는 외측 링(20)에 용접될 수 있다. 내측 밴드(14)는 흐름 스플리터(11)의 수평방향 연장부(21)에 용접될 수 있다. 또한, 흐름 스플리터(11)는 흡입 증기 보울(bowl)(23)의 대략 중앙에 있어서의 피크부까지 좁아지는 수직 연장부(22)를 가질 수 있다. 수평방향 연장부(21) 및 수직 연장부(22)는 일반적으로 공지된 흐름 스플리터(11)내의 통상적인 부분을 나타내며, 흐름 스플리터(11)용의 특수한 부분 또는 구성을 나타내려는 것은 아니다. 이러한 구성에 있어서, 흐름 스플리터(11)의 수직 연장부(22)는 흡입 증기 보울(23)을 통한 증기의 흐름을 분할하여, 실질적으로 절반의 흐름을 각각의 노즐 조립체(10)로 지향시킨다. 흐름 스플리터(11)는 볼트 연결부(24)에 의해 서로 결합될 수 있는 2개의 절반부를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 로터(도시되지 않음)상에 장착된 복수의 터빈 블레이드 또는 버킷(26)이 도시되어 있다. 버킷(26)과 함께 노즐 조립체(10)가 증기 터빈의 스테이지를 형성할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
에어포일(12)은 내측 및 외측 밴드(14, 16)내의 대체로 대응하는 형상의 구멍(도시되지 않음)에 개별적으로 용접될 수 있다. 내측 및 외측 밴드(14, 16)는 전형적으로 각각 약 180°로 2개의 세그먼트에서 연장된다. 에어포일(12)이 내측 밴드(14)와 외측 밴드(16) 사이에 용접된 후에, 이러한 소조립체(subassembly)는 매우 높은 입열량과 깊은 용접(deep weld)을 이용하여 외측 링(20)과 흐름 스플리터(11)의 수평방향 연장부(21) 사이에 용접된다. 예를 들면, 내측 밴드(14)는 용접부(30)에 의해 하류 위치로부터 수평방향 연장부(21)까지 용접될 수 있다. 용접부(30)는 충분한 연결부를 형성하기 위해 상당한 양의 금속 필러를 사용할 수 있거나, 또는 매우 깊은 전자 빔 용접을 필요로 한다. 유사하게, 상당한 양의 금속 필러 또는 매우 깊은 전자 빔 용접을 포함할 수 있는 높은 입열량 용접부(31, 32)가, 도시된 바와 같이, 대향하는 축방향 위치에서 (즉, 상류 및 하류 위치로부터) 외측 밴드(16)를 외측 링(20)에 용접하는데 요구될 수 있다. 따라서, 에어포일(12)이 처음에 내측 및 외측 밴드(14, 16)에 용접되고, 계속해서 수평방향 연장부(21)와 외측 링(20)에 용접되는 경우, 이러한 커다란 용접부는, 높은 입열량 및 금속 재료의 수축의 결과로서, 유로의 상당한 왜곡을 야기하여, 에어포일이 설계 형상으로부터 변형되게 한다. 또한, 내측 및 외측 밴드(14, 16)는 설계된 형상으로부터 형상이 불균일해지고 더욱이는 유로가 왜곡될 수 있다. 결과적으로, 노즐 조립체는, 시간소모적인 용접 및 응력 제거를 통해, 설계 형상으로 재형성되어야 하며, 이것은 전술한 바와 같이 노즐 조립체의 전체 제조 비용의 30%에 이를 수 있다. 마지막으로, 전자 빔 용접이 사용되면, 반드시 대향측까지 가는 도중 내내 일방향으로부터 용접이 되어야 하며, 그에 따라 4인치 두께까지 용접할 수 있다. 입열량과 관련된 왜곡 문제 이외에, 이러한 종류의 대형 용접부는 경계부에서 불일치 및 연결성 문제를 야기할 수 있다.
또한, 종래의 조립 방법에 관해서, 설명한 바와 같이, 노즐 조립체가 경계부에서 용접, 일반적으로 전자 빔 용접을 이용하여 수명 연장부(21) 및 외측 링(20)에 직접 용접된다. 그러나, 이러한 공지된 노즐 조립체는 경계부에서 결정된 용접 깊이를 달성하는 구성을 갖지 않는다. 보다 구체적으로, 종래 시스템에 있어서의 용접 깊이는 링과 노즐 싱글렛(singlet)의 측벽 사이의 갭이 일정하지 않기 때문에 종종 변한다. 기계가공 허용오차 범위로 인해 갭이 보다 커질 때, 용접 깊이 및 용접부의 성질이 변한다. 밀착된 용접 갭은 바람직한 용접부보다 짧은 용접부를 형성한다. 보다 큰 용접 갭은 용접부 또는 빔을 보다 깊게 할 수 있고, 바람직하지 않은 용접부내의 보이드(void)를 야기할 수 있다. 또한, 일체형의 내측 측벽 및 외측 측벽을 포함하는 현재의 노즐 설계는 경계부에서 예비 용접을 이용하며, 바람직하지 않은 보다 높은 입열량의 필러 용접 기술을 이용할 필요가 있다. 보다 높은 열은 바람직하지 않은 유로 왜곡을 야기할 수 있다. 또한, 설명한 바와 같이, 종래의 조립체는 설치시에 적당한 위치에 노즐 정렬시키는 것을 도울 수 있는 정렬 형상부와, 용접부 파손의 경우에 설치된 노즐을 제위치에 유지할 수 있는 유지 형상부가 없으며, 노즐-수평방향 연장부 경계부 및 노즐-외측 링 경계부 모두에 시간소모적인 용접을 필요로 한다.
이제 도 2를 참조하면, 제 1 스테이지 싱글렛을 이용하는 본 발명에 따른 제 1 스테이지 노즐 조립체(40)의 일 실시예가 도시되어 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 제 1 스테이지 싱글렛은 흐름 스플리터(11)의 수평방향 연장부(21)와 외측 링(20) 사이에 예를 들어 낮은 입열량에 의해 또는 슬라이드 결합 또는 볼트 체결에 의해 직접 부착될 수 있는 각 단부에 측벽 또는 다른 부착 수단을 갖는 단일의 노즐 에어포일이다. 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 제 1 스테이지 싱글렛은 향상된 신뢰성 및 위험 경감성을 제공하는 기계적 형상부(용접부 파손의 경우에 설치된 싱글렛을 제위치에 유지하는 싱글렛과 수평방향 연장부(21) 및/또는 외측 링(20) 사이의 경계부에서의 기계적 로크 등)를 가질 수 있다. 또한 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 제 1 스테이지 싱글렛은 설치시에 도움을 주는 정렬 형상부, 및 싱글렛과 수평방향 연장부(21) 및 외측 링(20) 사이의 경계부에서의 결정된 용접 깊이를 달성하는 구성을 가질 수 있다. 또한, 도 2 내지 도 6은 통상의 외측 링 조립체를 설명하는 것이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 외측 링은, 도 7과 관련하여 설명되는 것과 같이 중실형 링 또는 밴드/외측 캐리어 링 조립체를 포함하는 것으로 넓게 정의된다. 본 명세서에서 논의되는 실시예는 어떠한 외측 링 조립체도 사용될 수 있지만, 도 2 내지 도 6의 통상의 외측 링 조립체에 제한되지는 않는다.
따라서, 도 2의 제 1 스테이지 노즐 조립체(40)의 예시적인 실시예는 일체형으로 형성된 제 1 스테이지 싱글렛(42)을 포함할 수 있으며, 이 제 1 스테이지 싱글렛은 내측 측벽(44)과 외측 측벽(46) 사이에 단일의 에어포일 또는 블레이드(43)를 포함할 수 있다. 에어포일(43) 및 측벽(44, 46)은 근사 정형 단조재 또는 블록재로부터 기계가공될 수 있다. 내측 측벽(44)은 흐름 스플리터(11)의 수평방향 연장부(21)내의 슬롯(47)내로 삽입될 수 있다. 슬롯(47)/내측 측벽(44) 경계부의 상류측은 반경방향 인터로크(interlock)(48)를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 반경방향 로크는 싱글렛의 반경방향 이동을 저지하는 한쌍의 축방향으로 중첩하는 수형 단차부(male step)로서 정의된다. 도시된 바와 같이, 이것은, 내측 측벽(44)으로부터 수평방향 연장부(21)내로 축방향으로 돌출하는 수형 단차부(50)와, 수평방향 연장부(21)로부터 내측 측벽(44)내로 축방향으로 돌출하는 제 2의 중첩하는 수형 단차부(52)를 제공함으로써 형성될 수 있다. 수형 단차부(52)는 수형 단차부(50)의 측면에 위치할 수 있고, 수형 단차부(52)는 보다 더 반경방향 외측에 있을 수 있으며, 그에 의해 수형 단차부(52)는 슬롯(47)내에 내측 측벽(44)을 실질적으로 로킹하고 제 1 스테이지 싱글렛(42)의 반경방향 이동을 저지한다. 반경방향 인터로크가 변형 실시예에서 후술되는 바와 같이 외측 벽(46)상에 위치되는 경우, 외측 링(20)의 중첩하는 수형 단차부는 외측 측벽(46)의 수형 단차부보다 더 반경방향 내측에 있을 것이다. 또한, 슬롯(47)은 내측 측벽(44)의 하류 에지를 커버하는 하류 립(downstream lip)(58)을 포함하며, 그에 따라 하류 방향으로의 내측 측벽(44)의 축방향 변위를 방지할 수 있다. 따라서, 슬롯(47)의 구성이 주어지면, 내측 측벽(44)은 슬롯(47)내로 슬라이딩됨으로써 수평방향 연장부(21)와 결합할 수 있다.
외측 벽(46)은 외측 링(20)내의 슬롯(53)내로 삽입될 수 있다. 슬롯(53)의 하류측에는, 반경방향 수형/암형 경계부(radial male/female interface)(54)가 형성될 수 있으며, 하기에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 용접 정지부(weld stop)[외측 링(20)에 외측 측벽(46)을 효율적으로 부착하기 위한 결정된 얕은 깊이의 용접부를 조성할 수 있음] 및 비상 안전 장치(failsafe)(즉, 용접부 파손의 경우에 설치된 노즐을 축방향으로 제위치에 유지할 수 있는 기계적 정지부 또는 유지 형상부)를 제공할 수 있다. 수형/암형 경계부(54)는 외측 링(20)상의 반경방향 수형 단차부에 대응하는 외측 측벽(46)내의 반경방향 암형 리세스를 포함할 수 있다.
제 1 스테이지 노즐 조립체(40)의 구성은 제 1 스테이지 싱글렛(42)의 효율적인 설치를 가능하게 할 수 있고, 이 설치는 하기와 같이 진행할 수 있다. 제 1 스테이지 싱글렛(42)은 슬롯(47)내로 슬라이딩되고, 그에 따라 반경방향 인터로크(48) 및 하류 립(58)의 구성에 의해 수평방향 연장부(21)와 결합할 수 있다. 다음에, 외측 측벽(46)은 외측 링(20)내로 도입되어 수형/암형 경계부(54)가 정렬될 수 있다. 슬롯(47) 및 슬롯(53)의 형상부, 즉 반경방향 인터로크(48), 하류 립(58), 수형/암형 경계부(54) 등은 설치 동안에 제 1 스테이지 싱글렛의 적당한 축방향 및 반경방향 정렬을 제공할 수 있다는 것이다.
다음에, 제 1 스테이지 싱글렛(42)은 수형/암형 경계부(54)에서 낮은 입열량 타입 용접부(59)를 이용함으로써 수평방향 연장부(21)와 외측 링(20) 사이에서 제위치에 고정될 수 있다. 예를 들면, 낮은 입열량 타입 용접부(59)는 버트(butt) 용접 경계부를 사용할 수 있고, 바람직하게는 얕은 전자 빔 용접, 얕은 레이저 용접, 또는 얕은 TIG 혹은 GTAW 용접 방법을 채용할 수 있다. 이들 용접 방법 및 용접 타입을 이용함으로써, 용접부(59)는 수형/암형 경계부(54)의 축방향 길이를 따라 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 영역에 제한될 수 있다. 즉, 수형/암형 경계부(54)의 반경방향 오프셋(offset)은 용접 길이를 제한하는 본질적으로 "백스톱(backstop)"인 것으로 된다. 따라서, 용접부(59)는 짧은 결정된 축방향 거리에서만 형성되며, 수형/암형 경계부(54)의 축방향 길이를 초과하지 않을 수 있다. 또한, 용접부(59)는 필러 용접 재료의 사용없이 생길 수 있다. 도시된 바와 같이, 외측 측벽(46)에 걸쳐 있는 축방향 거리의 약 1/4 미만이 제 1 스테이지 싱글렛(42)을 외측 링(20)에 용접하는 용접(59)에 이용될 수 있다.
따라서, 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 경계부의 하류측으로부터 축방향으로 용접하는 전자 빔 용접을 이용함으로써, 외측 벽(46) 및 외측 링(20)의 재료가 서로 합체하는 용접부의 축방향 범위는 이들의 축방향 경계부의 범위의 약 1/4 미만이다. 수형/암형 경계부(54)의 용접 정지부가 없는 종래의 시스템에 있어서, 전자 빔 용접이 사용되면, 용접부는 반드시 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 정합부의 전체 축방향 범위, 즉 경계부의 길이에 걸쳐서 연장된다. 전술한 바와 같이, 이것은 용접 연결부에 의한 왜곡 및 문제를 발생시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, 제 1 스테이지에 있어서, 싱글렛(42)은 흐름 스플리터(11)의 수평방향 연장부(21)에 의해 축방향으로 제위치에 지지되거나 또는 유지될 수 있다. 이러한 추가적인 축방향 지지 때문에, 내측 측벽(44)과 수평방향 연장부(21) 사이의 반경방향 인터로크(48) 및 하류 립(58)에 의해 이루어지는 비용접 부착이 충분할 수 있다. 다음의 다른 터빈 스테이지에 있어서, 노즐 및 내측 링 조립체는 본질적으로 외측 링으로부터 외팔보식으로 되어 있고, 그에 따라 증기의 고속 횡단 흐름으로 인해 상당한 응력 및 왜곡을 받는다. 이러한 상태는 일반적으로 내측 측벽(44)을 외측 링에 용접하는 것을 필요하게 하며, 이것의 실행은 본질적으로 내측 측벽(44)이 흐름 스플리터(11)의 수평방향 연장부(21)에 용접될 때 제 1 스테이지에서 행해진다. 제 1 스테이지에 있어서, 수평방향 연장부(21)는 내측 측벽(44)에 대한 축방향 지지[본 실시예에서는 하류 립(58)에 의해 수행됨]를 제공하는데 이용할 수 있고, 이것은 증기의 횡단 흐름에 의해 야기되는 응력 및 왜곡을 방지할 수 있다. 따라서, 제 1 스테이지에 제공된 추가적인 축방향 지지는 제 1 스테이지 싱글렛(42)의 충분한 비용접 연결부를 허용할 수 있으며, 이것은 수평방향 연장부(21)와 내측 측벽(44) 사이의 비용접 경계부로 도 1에 설명되어 있다. 따라서, 하기의 예시적인 실시예에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 제 1 스테이지 싱글렛(42)은 (양쪽에 반대되는 것으로서) 측벽 경계부중 하나에만 단일의 용접부를 형성함으로써, 또는 일부 실시예에서 전혀 용접부를 형성하지 않음으로써, 효율적으로 설치될 수 있다.
전술한 설계 및 조립 방법의 다른 이점은 흐름 스플리터(11)의 설계에서 허용하는 유연성(flexibility)이다. 일반적으로, 종래의 시스템에 있어서 또한 용접부(31)로서 도 1에 도시된 바와 같이, 용접부는 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 상류 경계부에 요구된다. 이러한 용접부를 형성하는데 요구되는 축방향 간극 때문에, 흐름 스플리터(11)의 수직 연장부(22)의 반경방향 외측 높이는 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 상류 경계부의 반경방향 외측 높이보다 낮아야 한다. 상류 용접부가 더이상 필요하지 않으므로, 축방향 간극이 더 이상 필요치 않아서, 흐름 스플리터(11)의 반경방향 높이가 증가될 수 있어, 흡입 증기 보울(23)에 있어서의 흐름 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 상류 경계부 사이에 상류 용접부를 형성하는데 요구되는 축방향 간극 때문에, 종래 시스템에서의 흐름 스플리터(11)는 2개의 부분으로 구성되었는데, 이중 흐름 시스템의 각 측부의 조립은 흐름 스플리터(11)가 볼트 연결부(24)에 의해 연결되기 전에 개별적으로 일어날 수 있다. 상류 용접부가 더 이상 필요치 않으므로, 2개 부재의 흐름 스플리터(11)도 더 이상 필요치 않으며, 단일 부재의 흐름 스플리터(도시하지 않음)가 사용될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 변형 실시예에 있어서, (도 2에 도시된 바와 같이) 내측 측벽(44) 및 외측 측벽(46)의 부착 시스템은 상호 교환될 수 있다. 따라서, 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 경계부는 [내측 측벽(44)에 대해 전술된 바와 같은] 반경방향 인터로크(48) 및 하류 립(58)을 구비할 수 있다. 또한, 내측 측벽(44)과 수평방향 연장부(21) 사이의 경계부는 [외측 측벽(46)에 대해 전술된 바와 같은] 반경방향 수형/암형 경계부(52)를 구비할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 부착 시스템의 전환을 고려하는 것을 제외하고는, 조립 방법은 전술한 바와 같이 실행할 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 제 1 스테이지 싱글렛(72)을 이용하는 본 발명에 따른 제 1 스테이지 노즐 조립체(70)의 변형 실시예가 도시되어 있다. 이러한 실시예에 있어서, 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 슬롯(53)에서의 경계부는 외측 측벽(46)의 상류 및 하류측 모두에서 반경방향 인터로크(76, 78)를 포함할 수 있다. 반경방향 인터로크(76, 78)는 도 2의 실시예에 대하여 설명된 반경방향 인터로크(48)와 유사하고, 그에 따라 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 슬라이딩 결합을 허용하며, 일단 결합되면 반경방향 이동을 방지할 수 있다. 수평방향 연장부(21)와 내측 측벽(44) 사이의 슬롯(47)에서의 경계부는 반경방향 수형/암형 경계부(82, 84)를 포함할 수 있다. 수형/암형 경계부(82)는 일부 실시예에는 포함되지 않을 수도 있다. 수형/암형 경계부(54)와 유사하게, 암형/수형 경계부(84)는 용접 정지부[수평방향 연장부(21)에 내측 측벽(44)을 효율적으로 부착하기 위한 결정된 얕은 깊이의 용접부를 조성할 수 있음] 및 비상 안전 장치(즉, 용접부 파손의 경우에 설치된 노즐을 축방향으로 제위치에 유지할 수 있는 기계적 정지부 또는 유지 형상부)를 제공할 수 있다. 수형/암형 경계부(82, 84)는 수평방향 연장부(21)상의 반경방향 수형 단차부에 대응하는 내측 측벽(44)내의 반경방향 암형 리세스를 포함할 수 있다.
제 1 스테이지 노즐 조립체(70)의 구성은 제 1 스테이지 싱글렛(72)의 효율적인 설치를 가능하게 할 수 있고, 이 설치는 하기와 같이 진행할 수 있다. 제 1 스테이지 싱글렛(72)의 외측 측벽(46)은 슬롯(53)내로 슬라이딩되고, 그에 따라 반경방향 인터로크(76, 78)의 구성에 의해 외측 링(20)과 결합할 수 있다. 다음에, 내측 측벽(44)은 수평방향 연장부(21)의 슬롯(47)내로 도입되어 수형/암형 경계부(82, 84)가 정렬될 수 있다. 슬롯(47) 및 슬롯(53)의 형상부, 즉 반경방향 인터로크(76, 78) 및 수형/암형 경계부(82, 84)는 설치 동안에 제 1 스테이지 싱글렛(72)의 적당한 축방향 및 반경방향 정렬을 제공할 수 있다. 다음에, 제 1 스테이지 싱글렛(72)은, 제 1 스테이지 싱글렛(42) 및 수형/암형 경계부(54)에 대해 전술한 것과 유사하게, 수형/암형 경계부(84)에서 낮은 입열량 타입 용접부(86)를 이용함으로써 수평방향 연장부(21)와 외측 링(20) 사이에서 제위치에 고정될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 수형/암형 경계부(84)에서의 용접부는 제 1 스테이지 싱글렛(72)이 슬롯(47) 및 슬롯(53)의 형상부에 의해 제위치에 기계적으로 유지되는데 이용될 수 없다.
도시되지는 않았지만, 변형 실시예에 있어서, (도 3에 도시된 바와 같이) 내측 측벽(44) 및 외측 측벽(46)의 부착 시스템은 상호 교환될 수 있다. 따라서, 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 경계부는 [내측 측벽(44)에 대해 전술된 바와 같은] 반경방향 인터로크(82, 84)를 구비할 수 있다. 또한, 내측 측벽(44)과 수평방향 연장부(21) 사이의 경계부는 [외측 측벽(46)에 대해 전술된 바와 같은] 반경방향 인터로크(76, 78)를 구비할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 부착 시스템의 전환을 고려하는 것을 제외하고는, 조립 방법은 전술한 바와 같이 실행할 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 제 1 스테이지 싱글렛(102)을 이용하는 본 발명에 따른 제 1 스테이지 노즐 조립체(100)의 변형 실시예가 도시되어 있다. 도 3의 실시예와 유사하게, 이러한 실시예에 있어서, 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 슬롯(53)에서의 경계부는 외측 측벽(46)의 상류 및 하류측 모두에서 반경방향 인터로크(76, 78)를 포함할 수 있다. 설명된 바와 같이, 이러한 경계부는 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 슬라이딩 결합을 허용하며, 일단 결합되면 반경방향 이동을 방지할 수 있다. 수평방향 연장부(21)와 내측 측벽(44) 사이의 슬롯(47)에서의 경계부는 내측 측벽(44)의 선단 및 후단에서 반경방향 내측으로 돌출하는 수형 단차부(108)의 측면에 놓이거나 또는 그에 의해 걸쳐지는 암형 리세스(106)를 포함할 수 있다. 수형/암형 경계부(54, 84)와 유사하게, 암형 리세스(106)/수형 단차부(108)는 용접 정지부[수평방향 연장부(21)에 내측 측벽(44)을 효율적으로 부착하기 위한 결정된 얕은 깊이의 용접부를 조성할 수 있음] 및 비상 안전 장치(즉, 용접부 파손의 경우에 설치된 노즐을 축방향으로 제위치에 유지할 수 있는 기계적 정지부 또는 유지 형상부)를 제공할 수 있다.
제 1 스테이지 노즐 조립체(100)의 구성은 제 1 스테이지 싱글렛(102)의 효율적인 설치를 가능하게 할 수 있고, 이 설치는 하기와 같이 진행할 수 있다. 제 1 스테이지 싱글렛(102)은 슬롯(53)내로 슬라이딩되고, 그에 따라 반경방향 인터로크(76, 78)의 구성에 의해 외측 링(20)과 결합할 수 있다. 다음에, 내측 측벽(44)은 슬롯(53)에서 수평방향 연장부(21)내로 도입되어 암형 리세스(106)/수형 단차부(108)가 정렬될 수 있다. 슬롯(47) 및 슬롯(53)의 형상부, 즉 반경방향 인터로크(76, 78) 및 암형 리세스(106)/수형 단차부(108)는 설치 동안에 제 1 스테이지 싱글렛(102)의 적당한 축방향 및 반경방향 정렬을 제공할 수 있다. 다음에, 제 1 스테이지 싱글렛(102)은, 제 1 스테이지 싱글렛(42) 및 수형/암형 경계부(54)에 대해 전술한 것과 유사하게, 내측 측벽(44)의 하류 에지, 즉 하류 에지에서의 수형 단차부(108)/수평방향 연장부(21) 경계부에서 낮은 입열량 타입 용접부(109)를 이용함으로써 수평방향 연장부(21)와 외측 링(20) 사이에서 제위치에 고정될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 내측 측벽(44)에서의 하류 에지에서의 용접부(109)는 제 1 스테이지 싱글렛(102)이 슬롯(47) 및 슬롯(53)의 기계적 형상부에 의해 제위치에 유지되는데 이용될 수 없다. 또한, 도 5에서 설명된 바와 같이, 볼트(112)는 이러한 변형 실시예에서 기계적(비용접) 연결부를 보강하도록 도입될 수 있다. 볼트(112)는 이러한 적용을 위한 종래의 볼트일 수 있다. 볼트(112)는 흐름 스플리터(11)의 수평방향 연장부(21)를 통해 내측 측벽(44)내로 반경방향으로 연장될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 볼트(112)는 외측 측벽(46)에서 종료될 수 있다. 도시하지 않은 다른 실시예에 있어서, 볼트(112)는 제 1 스테이지 싱글렛(102)의 에어포일(43)내로 연장될 수 있다.
대안적으로, 도시되지는 않았지만, 변형 실시예에 있어서, (도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이) 내측 측벽(44) 및 외측 측벽(46)의 부착 시스템은 상호 교환될 수 있다. 따라서, 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 경계부는 [내측 측벽(44)에 대해 전술된 바와 같은] 암형 리세스(106)/수형 단차부(108) 및/또는 볼트(112)를 구비할 수 있다. 그러나, 일부 적용에 있어서, 볼트(112)는 외측 링(20)보다 흐름 스플리터의 수평방향 연장부(21)를 통해 더 효율적으로 적용될 있다. 또한, 내측 측벽(44)과 수평방향 연장부(21) 사이의 경계부는 [외측 측벽(46)에 대해 전술된 바와 같은] 반경방향 인터로크(76, 78)를 구비할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 부착 시스템의 전환을 고려하는 것을 제외하고는, 조립 방법은 전술한 바와 같이 실행할 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 제 1 스테이지 싱글렛(122)을 이용하는 본 발명에 따른 제 1 스테이지 노즐 조립체(120)의 변형 실시예가 도시되어 있다. 도 4의 실시예와 유사하게, 수평방향 연장부(21)와 내측 측벽(44) 사이의 슬롯(47)에서의 경계부는 내측 측벽(44)의 선단 및 후단에서 반경방향 내측으로 돌출하는 수형 단차부(108)의 측면에 놓이거나 또는 그에 의해 걸쳐지는 암형 리세스(106)를 포함할 수 있다. 암형 리세스(106)/수형 단차부(108)는 용접 정지부[수평방향 연장부(21)에 내측 측벽(44)을 효율적으로 부착하기 위한 결정된 얕은 깊이의 용접부를 조성할 수 있음] 및 비상 안전 장치(즉, 용접부 파손의 경우에 설치된 노즐을 축방향으로 제위치에 유지할 수 있는 기계적 정지부 또는 유지 형상부)를 제공할 수 있다. 도 6의 실시예에 있어서, 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 슬롯(53)에서의 경계부는 도 2의 실시예에 대해 설명된 것과 유사할 수 있다. 따라서, 슬롯(53)의 하류측에는, 반경방향 수형/암형 경계부(54)가 형성될 수 있으며, 이 수형/암형 경계부(54)는 용접 정지부[수평방향 연장부(21)에 내측 측벽(44)을 효율적으로 부착하기 위한 결정된 얕은 깊이의 용접부를 조성할 수 있음] 및 비상 안전 장치(즉, 용접부 파손의 경우에 설치된 노즐을 축방향으로 제위치에 유지할 수 있는 기계적 정지부 또는 유지 형상부)를 제공할 수 있다. 수형/암형 경계부(54)는 외측 링(20)상의 수형 단차부에 대응하는 외측 측벽(46)내의 반경방향 암형 리세스를 포함할 수 있다.
제 1 스테이지 노즐 조립체(120)의 구성은 제 1 스테이지 싱글렛(122)의 효율적인 설치를 가능하게 할 수 있고, 이 설치는 하기와 같이 진행할 수 있다. 제 1 스테이지 싱글렛(122)은 슬롯(53)내에 배치되어 수형/암형 경계부(54)가 정렬될 수 있다. 내측 측벽(44)은 슬롯(47)에서 수평방향 연장부(21)내로 도입되어 암형 리세스(106)/수형 단차부(108)가 정렬될 수 있다. 슬롯(47) 및 슬롯(53)의 형상부, 즉 수형/암형 경계부(54) 및 암형 리세스(106)/수형 단차부(108)는 설치 동안에 제 1 스테이지 싱글렛(122)의 적당한 축방향 및 반경방향 정렬을 제공할 수 있다. 다음에, 제 1 스테이지 싱글렛(122)은 전술된 방식으로 암형 리세스(106)/수형 단차부(108) 경계부의 하류 에지에서 낮은 입열량 타입 용접부(109), 및 수형/암형 경계부(54)에서 낮은 입열량 타입 용접부(59)를 사용함으로써 수평방향 연장부(21)와 외측 링(20) 사이에서 제위치에 고정될 수 있다.
대안적으로, 도시되지는 않았지만, 변형 실시예에 있어서, (도 6에 도시된 바와 같이) 내측 측벽(44) 및 외측 측벽(46)의 부착 시스템은 상호 교환될 수 있다. 따라서, 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이의 경계부는 [내측 측벽(44)에 대해 전술된 바와 같은] 암형 리세스(106)/수형 단차부(108)를 구비할 수 있다. 또한, 내측 측벽(44)과 수평방향 연장부(21) 사이의 경계부는 [외측 측벽(46)에 대해 전술된 바와 같은] 반경방향 수형/암형 경계부(54)를 구비할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 부착 시스템의 전환을 고려하는 것을 제외하고는, 조립 방법은 전술한 바와 같이 실행할 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 제 1 스테이지 싱글렛(122)을 이용하는 본 발명에 따른 제 1 스테이지 노즐 조립체(150)의 변형 실시예가 도시되어 있다. 외측 측벽(46)에서, 본 실시예는 어떻게 현 개념이 또한 외측 캐리어 링(157)내에 끼워맞춰진 중실형 밴드 또는 링(156)을 포함할 수 있는 밴드/링 구성으로 사용될 수 있는 지를 설명한다. 밴드/링 구성은 상기에서 논의된 실시예에서 외측 측벽(46)과 외측 링(20) 사이에 형성된 경계부와 유사할 수 있는 외측 측벽(46)과 중실형 링(156) 사이의 경계부를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 외측 측벽(46)과 중실형 링(156) 사이의 경계부는 외측 측벽(46)의 선단 및 후단 모두에서 수형/암형 경계부(162, 163)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 수형/암형 경계부중 하나만이 사용될 수도 있다. 수형/암형 경계부(54)와 유사하게, 수형/암형 경계부(162, 163)는 용접 정지부[수평방향 연장부(21)에 내측 측벽(44)을 효율적으로 부착하기 위한 결정된 얕은 깊이의 용접부를 조성할 수 있음] 및 비상 안전 장치(즉, 용접부 파손의 경우에 설치된 노즐을 축방향으로 제위치에 유지할 수 있는 기계적 정지부 또는 유지 형상부)를 제공할 수 있다. 수형/암형 경계부(162, 163)는 중실형 링(156)상의 반경방향 수형 단차부에 대응하는 외측 측벽(46)내의 반경방향 암형 리세스를 포함할 수 있다.
내측 측벽(44)과 수평방향 연장부(21) 사이의 경계부는 후크와 슬롯 연결부(166)를 포함할 수 있다. 후크와 슬롯 연결부(166)는 내측 측벽(44)의 선단으로부터 반경방향으로 연장되는 후크(168)를 포함할 수 있다. 좁은 원주방향 슬롯(170)은 흐름 스플리터(11)의 수평방향 연장부(21)내에 형성될 수 있다. 슬롯(170)은 후크(168)에 의해 결합될 수 있는 크기를 가질 수 있다.
제 1 스테이지 노즐 조립체(150)의 구성은 제 1 스테이지 싱글렛(152)의 효율적인 설치를 가능하게 할 수 있고, 이 설치는 하기와 같이 진행할 수 있다. 내측 측벽(44)의 후크(168)는 슬롯(170)내로 삽입될 수 있다. 다음에, 외측 측벽(46)은 중실형 링(156)과 정렬하여서, 수형 단차부(160)/암형 리세스(162)가 정렬될 수 있다. 후크와 슬롯 연결부(166) 및 수형 단차부(160)/암형 리세스(162)는 설치 동안에 제 1 스테이지 싱글렛(102)의 적당한 축방향 및 반경방향 정렬을 제공할 수 있다. 다음에, 제 1 스테이지 싱글렛(102)은, 전술된 용접 방법과 유사하게, 중실형 링(156)과 외측 측벽(46) 사이의 경계부의 하류 에지에서 낮은 입열량 타입 용접부(175)를 사용함으로써 수평방향 연장부(21)와 중실형 링(156)/외측 캐리어 링(157) 사이에서 제위치에 고정될 수 있다. 후크와 슬롯 연결부는 전술한 다른 부착 시스템의 반대편에 사용될 수 있으며, 도 7의 실시예에 대하여 설명된 밴드/링 구성 또는 특정 경계부 구성의 반대편에 사용되는 것에 한정되지는 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예의 상기 설명으로부터, 본 기술분야에 숙련된 자는 개량, 변경 및 변형을 인지할 것이다. 본 기술분야의 기술범위내에서의 이러한 개량, 변경 및 변형은 첨부된 청구범위에 의해 포함하고자 한다. 또한, 전술된 것은 본 발명의 설명된 실시예에만 관한 것이고, 많은 변경 및 변형이 하기 청구범위 및 그 동등물에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 본 명세서내에서 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 이중 흐름 증기 터빈 노즐의 제 1 스테이지의 단면을 도시하는 개략 선도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 조립체를 포함하는 이중 흐름 증기 터빈의 제 1 스테이지의 단면을 도시하는 개략 선도,
도 3은 본 발명의 변형 실시예에 따른 노즐 조립체를 포함하는 이중 흐름 증기 터빈의 제 1 스테이지의 단면을 도시하는 개략 선도,
도 4는 본 발명의 변형 실시예에 따른 노즐 조립체를 포함하는 이중 흐름 증기 터빈의 제 1 스테이지의 단면을 도시하는 개략 선도,
도 5는 본 발명의 변형 실시예에 따른 노즐 조립체를 포함하는 이중 흐름 증기 터빈의 제 1 스테이지의 단면을 도시하는 개략 선도,
도 6은 본 발명의 변형 실시예에 따른 노즐 조립체를 포함하는 이중 흐름 증기 터빈의 제 1 스테이지의 단면을 도시하는 개략 선도,
도 7은 본 발명의 변형 실시예에 따른 노즐 조립체를 포함하는 이중 흐름 증기 터빈의 제 1 스테이지의 단면을 도시하는 개략 선도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 흐름 스플리터 20 : 외측 링
21 : 수평방향 연장부 22 : 수직 연장부
40, 70, 100, 120, 150 : 제 1 스테이지 노즐 조립체
43 : 노즐 블레이드 44 : 내측 측벽
46 : 외측 측벽 48, 76, 78 : 반경방향 인터로크
54, 82, 84 : 수형/암형 경계부 106: 암형 리세스
108 : 수형 단차부

Claims (10)

  1. 터빈용 노즐 조립체(40)에 있어서,
    내측 측벽(44) 및 외측 측벽(46)을 구비하고, 터빈내로의 조립시에 유로를 부분적으로 형성하는 노즐 블레이드(43)와,
    외측 링(20)과,
    수평방향 연장부(21)를 구비하는 흐름 스플리터(flow splitter)(11)와,
    (ⅰ) 수형/암형 경계부(54) 또는 (ⅱ) 반경방향 인터로크(48) 중 적어도 하나를 구비하는, 상기 외측 링(20)과 상기 외측 측벽(46) 사이의 경계부와,
    (ⅰ) 상기 수형/암형 경계부 또는 (ⅱ) 상기 반경방향 인터로크 중 적어도 하나를 구비하는, 상기 수평방향 연장부(21)와 상기 내측 측벽(44) 사이의 경계부를 구비하며,
    상기 반경방향 인터로크(48)는, (ⅰ) 상기 내측 측벽으로부터 상기 수평방향 연장부로 축방향으로 돌출하는 제 1 수형 단차부(50)로서, 상기 제 1 수형 단차부는 그 최외측 반경방향 측부에서, 상기 수평방향 연장부로부터 상기 내측 측벽으로 축방향으로 돌출되는 제 2 수형 단차부(52)의 측면에 위치하는, 상기 제 1 수형 단차부(50)나, 또는 (ⅱ) 상기 외측 측벽으로부터 상기 외측 링으로 축방향으로 돌출하는 제 1 수형 단차부로서, 상기 제 1 수형 단차부는 그 최내측 반경방향 측부에서, 상기 외측 링으로부터 상기 외측 측벽으로 축방향으로 돌출되는 제 2 수형 단차부의 측면에 위치하는, 상기 제 1 수형 단차부 중 어느 하나를 포함하며,
    상기 수형/암형 경계부(54)가, (ⅰ) 상기 외측 링 상의 반경방향 수형 단차부와 대응하는 외측 측벽 상의 반경방향 암형 오목부나, 또는 (ⅱ) 수평방향 연장부 상의 반경방향 수형 단차부와 대응하는 내측 측벽의 반경방향 암형 오목부 중 어느 하나를 포함하며,
    상기 외측 링과 상기 외측 측벽 사이의 경계부가 상기 외측 측벽의 후단에 위치된 수형/암형 경계부를 포함하며,
    상기 수평방향 연장부와 상기 내측 측벽 사이의 경계부가 상기 내측 측벽의 선단에 위치된 반경방향 인터로크를 포함하며,
    상기 외측 측벽의 후단에 위치된 상기 수형/암형 경계부가 용접되며, 이 용접부가, 상기 수형/암형 경계부의 축방향 길이에 따라서 상기 외측 측벽과 상기 외측 링 사이의 영역으로 한정되도록 버트 용접부(burr weld)를 포함하며,
    상기 외측 측벽의 후단에 위치된 상기 수형/암형 경계부의 축방향 길이는 상기 외측 링과 상기 외측 측벽 사이의 정합부의 축방향 범위의 1/4 미만인 것을 특징으로 하는
    터빈용 노즐 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 링(20)과 상기 외측 측벽(46) 사이의 경계부와, 상기 수평방향 연장부와 상기 내측 측벽 사이의 경계부 중 하나는 용접부를 포함하며,
    상기 외측 링과 상기 외측 측벽 사이의 경계부와, 상기 수평방향 연장부와 상기 내측 측벽 사이의 경계부 중 다른 하나는 용접부를 포함하지 않은 것을 특징으로 하는
    터빈용 노즐 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수평방향 연장부는 하류 립(downstream lip)(58)을 더 포함하며, 상기 하류 립은 상기 내측 측벽의 하류 에지를 커버하여, 상기 내측 측벽의 하류 방향으로의 축방향 이동을 방지하는 것을 특징으로 하는
    터빈용 노즐 조립체.
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