KR101509383B1 - A cooling device for a turbine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 터빈 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온의 유체에 노출되는 터빈의 회전익이나 고정익을 공냉식으로 냉각시키는 터빈 냉각장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a turbine cooling apparatus, and more particularly, to a turbine cooling apparatus that air-cools a rotor blade or a fixed blade of a turbine exposed to a high temperature fluid.
일반적으로, 가스터빈이나 증기터빈과 같은 터보머신(Turbo machine, 이하 가스터빈과 증기터빈을 비롯하여 터빈을 구비한 기관 내지 장치를 터보머신이라 한다)은 유체의 열에너지를 기계적 에너지인 회전력으로 변환하는 동력발생장치로, 유체에 의해 축회전하는 회전체 및 그 회전체를 지지하고 감싸는 고정체를 포함하고 있다. 2. Description of the Related Art In general, a turbo machine such as a gas turbine or a steam turbine (hereinafter referred to as a turbomachine having a turbine including a gas turbine and a steam turbine) is a turbomachine having a power for converting heat energy of a fluid into rotational force Generating device includes a rotating body that rotates about a shaft by a fluid, and a fixed body that supports and surrounds the rotating body.
증기터빈은 고압(HP) 터빈, 중압(IP) 터빈, 저압(LP) 터빈을 직렬 또는 병렬로 구비하고, 직렬구조의 경우 고압, 중압, 저압 터빈이 하나의 로터를 공유한다. 증기터빈에서는 고압 증기가 고압(HP) 터빈, 중압(IP) 터빈, 저압(LP) 터빈의 회전익을 구동시켜 로터를 회전시키게 된다. The steam turbine includes a high pressure (HP) turbine, a medium pressure (IP) turbine, and a low pressure (LP) turbine in series or in parallel. In the case of the series structure, the high pressure, medium pressure and low pressure turbines share one rotor. In steam turbines, high-pressure steam drives the rotor of a high-pressure (HP) turbine, a medium-pressure (IP) turbine, and a low-pressure (LP) turbine to rotate the rotor.
도 1에 도시된 바와 같이, 가스터빈은 크게 연소가스를 생성하기 위한 연소기(110), 연소기(110)로부터 토출되는 연소가스에 의해 구동하는 터빈(120), 및 연소기(110)로 고압의 공기를 공급하는 압축기(130)를 포함하고 있다. 1, the gas turbine includes a
상기 압축기(130)를 회전시켜 외부 공기를 흡입ㆍ압축하여 연소기(110)로 보내고, 연소기(110)에서 압축 공기에 연료를 공급하여 연소시킴으로써 고온ㆍ고압의 연소 가스를 생성한 후 터빈(120)으로 보내지며, 연소기(110)로부터 토출된 고온ㆍ고압의 연소가스가 터빈(120)의 회전익을 구동시켜 터빈(120)의 로터(140)를 회전시키게 된다. The
상기 터빈(120)에는 고정익(121,123,125)과 회전익(122,124,126)이 로터(140)의 축방향을 따라 교대로 다단으로 구비되어 있다.
In the
그러나, 가스터빈과 증기터빈은 회전익에 고온 고압의 연소 가스나 증기가 작용하여 변형되거나 손상될 우려가 있었다. 이에 터빈의 회전익에 공기를 순환시켜 냉각하는 방식이 채택되고 있다. 한국공개특허 제2011-0021933호에는 이에 대한 기술의 일 예가 상세히 개시되어 있다. However, there is a fear that the gas turbine and the steam turbine are deformed or damaged due to the high temperature and high pressure combustion gas or steam acting on the rotor blade. Therefore, a method of circulating air through the rotor blade of the turbine is adopted. Korean Patent Publication No. 2011-0021933 discloses an example of the technique in detail.
도 2와 도 3을 참조하면, 로터(140)의 외측에는 로터휠(101)이 구비되고, 그 로터휠(101)의 외주면에 다수개의 회전익(102)이 원주방향을 따라 소정간격을 두고 구비되어 있다. 2 and 3, a
회전익(102)의 내부에는 냉각유로(103)가 형성되어 있고, 로터휠(101)에는 상기 회전익(102)의 냉각유로(103)로 냉각을 위한 공기를 공급하는 공기공급유로(104)가 형성되어 있다. A
그러나, 종래의 공기공급유로(104)로 유입되는 냉각공기에는 먼지와 같은 이물질이 포함되어 회전익(102)의 냉각유로(103)로 유입된다. 이와 같이 상기 로터휠(101)의 공기공급유로(104)와 회전익(102)의 냉각유로(103)를 막아 공기의 흐름을 저해하게 되고, 냉각성능이 저하되는 문제점이 있었다. However, the cooling air flowing into the conventional
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 터빈 냉각장치가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 냉각을 위한 공기가 통과하는 유로로 유입되는 이물질을 포집하여 제거함으로써 이물질에 의해 공기유로가 막혀 냉각성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 터빈 냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to overcome the problems of the conventional turbine cooling apparatus as described above, and it is an object of the present invention to provide a turbine cooling apparatus and a turbine cooling apparatus capable of reducing deterioration of cooling performance by trapping foreign substances flowing into a passage through which air for cooling flows, And a turbine cooling device capable of preventing the turbine cooling device from being damaged.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 터빈 냉각장치는, 터빈 구동을 위한 고온의 유체에 노출되어 구비되고, 내부에 냉각을 위한 공기가 통과하는 냉각유로가 형성된 익형부재; 및 상기 익형부재가 결합되고, 상기 익형부재의 냉각유로로 냉각을 위한 공기를 공급하는 공기공급유로를 구비하며, 상기 공기공급유로의 일측에 냉각공기와 함께 유입되는 이물질이 포집되는 집진홈이 형성된 지지부재;를 포함하고, 상기 익형부재는 터빈 구동 유체에 의해 구동하여 로터를 회전시키는 회전익이고, 상기 지지부재는 로터와 일체로 축회전가능하게 구비되고, 외주면에 상기 회전익이 결합되는 로터휠인 것을 특징으로 하되, 상기 공기공급유로는 서로 소정의 사이각을 이루는 공기유입유로 및 공기토출유로를 포함하고, 상기 공기유입유로의 선단에 집진홈이 형성되며, 상기 로터휠은 외주면에 회전익 결합홈을 구비하고, 상기 공기유입유로는 상기 로터휠의 측면에서 천공되어 형성되며, 상기 공기토출유로는 그 회전익 결합홈에서 상기 공기유입유로 쪽으로 천공되어 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 익형부재는 터빈 구동 유체를 상기 회전익으로 안내하는 고정익이고, 상기 지지부재는 터빈의 일측에 고정된 지지링인 것을 특징으로 한다.
상기 공기유입유로와 집진홈은 동일한 직선상에 형성된 것을 특징으로 한다
상기 집진홈은 상기 공기토출유로의 선단에 연통되게 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 공기토출유로와 집진홈은 동일한 직선상에 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 집진홈은 드릴링에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 집진홈은 방전가공에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 터빈 냉각장치는 터빈 구동을 위한 고온의 유체에 노출되어 구비되고, 내부에 냉각을 위한 공기가 통과하는 냉각유로가 형성된 익형부재; 및 상기 익형부재가 결합되고, 상기 익형부재의 냉각유로로 냉각을 위한 공기를 공급하는 공기공급유로를 구비하며, 상기 공기공급유로의 일측에 냉각공기와 함께 유입되는 이물질이 포집되는 집진홈이 형성된 지지부재;를 포함하고, 상기 공기공급유로는 서로 소정의 사이각을 이루는 공기유입유로 및 공기토출유로를 포함하고, 상기 공기유입유로의 선단에 집진홈이 형성되며, 상기 집진홈과 공기유입유로는 로터의 회전방향에 대하여 소정의 사이각을 가지고 반대쪽으로 기울어지게 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 터빈 냉각장치는 터빈 구동을 위한 고온의 유체에 노출되어 구비되고, 내부에 냉각을 위한 공기가 통과하는 냉각유로가 형성된 익형부재; 및 상기 익형부재가 결합되고, 상기 익형부재의 냉각유로로 냉각을 위한 공기를 공급하는 공기공급유로를 구비하며, 상기 공기공급유로의 일측에 냉각공기와 함께 유입되는 이물질이 포집되는 집진홈이 형성된 지지부재;를 포함하고, 상기 공기공급유로는 서로 소정의 사이각을 이루는 공기유입유로 및 공기토출유로를 포함하고, 상기 공기유입유로의 선단에 집진홈이 형성되며, 상기 집진홈과 공기유입유로는 로터의 반경방향으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 터빈 냉각장치는 터빈 구동을 위한 고온의 유체에 노출되어 구비되고, 내부에 냉각을 위한 공기가 통과하는 냉각유로가 형성된 익형부재; 및 상기 익형부재가 결합되고, 상기 익형부재의 냉각유로로 냉각을 위한 공기를 공급하는 공기공급유로를 구비하며, 상기 공기공급유로의 일측에 냉각공기와 함께 유입되는 이물질이 포집되는 집진홈이 형성된 지지부재;를 포함하고, 상기 공기공급유로는 서로 소정의 사이각을 이루는 공기유입유로 및 공기토출유로를 포함하고, 상기 공기유입유로의 선단에 집진홈이 형성되며, 상기 집진홈과 공기유입유로는 로터의 축방향을 따라 기울어지게 형성된 것을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a turbine cooling apparatus including: an airfoil member that is exposed to a high-temperature fluid for driving a turbine and has a cooling passage through which air for cooling flows; And an air supply passage for supplying air for cooling by the cooling passage of the airflow member, and a dust collecting groove for collecting foreign matter introduced together with the cooling air is formed on one side of the air supply passage Wherein the support member is rotatably provided integrally with the rotor and the rotor wheel is coupled to the outer circumferential surface of the rotor wheel, Wherein the air supply flow path includes an air inflow path and an air discharge path which form a predetermined angle with respect to each other, a dust collecting groove is formed at the tip of the air inflow path, Wherein the air inlet flow path is formed by perforating the side surface of the rotor wheel, Characterized in that perforation is formed toward the air inlet flow path.
The airfoil member is a fixed blade for guiding the turbine driving fluid to the rotor blade, and the supporting member is a supporting ring fixed to one side of the turbine.
And the air inflow passage and the dust collecting groove are formed on the same straight line
And the dust collecting groove is formed so as to communicate with the front end of the air discharge passage.
And the air discharge passage and the dust collecting groove are formed on the same straight line.
And the dust collecting groove is formed by drilling.
And the dust collecting groove is formed by electric discharge machining.
According to another aspect of the present invention, there is provided a turbine cooling apparatus including: an airfoil member which is exposed to a high-temperature fluid for driving a turbine and has a cooling passage through which air for cooling flows; And an air supply passage for supplying air for cooling by the cooling passage of the airflow member, and a dust collecting groove for collecting foreign matter introduced together with the cooling air is formed on one side of the air supply passage Wherein the air supply flow path includes an air inflow path and an air discharge path which form a predetermined angle with respect to each other, a dust trapping groove is formed at a tip end of the air inflow path, Is formed to be inclined to the opposite side with a predetermined angle with respect to the rotation direction of the rotor.
According to another aspect of the present invention, there is provided a turbine cooling apparatus including: an airfoil member which is exposed to a high-temperature fluid for driving a turbine and has a cooling passage through which air for cooling flows; And an air supply passage for supplying air for cooling by the cooling passage of the airflow member, and a dust collecting groove for collecting foreign matter introduced together with the cooling air is formed on one side of the air supply passage Wherein the air supply flow path includes an air inflow path and an air discharge path which form a predetermined angle with respect to each other, a dust trapping groove is formed at a tip end of the air inflow path, Is formed in the radial direction of the rotor.
According to another aspect of the present invention, there is provided a turbine cooling apparatus including: an airfoil member which is exposed to a high-temperature fluid for driving a turbine and has a cooling passage through which air for cooling flows; And an air supply passage for supplying air for cooling by the cooling passage of the airflow member, and a dust collecting groove for collecting foreign matter introduced together with the cooling air is formed on one side of the air supply passage Wherein the air supply flow path includes an air inflow path and an air discharge path which form a predetermined angle with respect to each other, a dust trapping groove is formed at a tip end of the air inflow path, Is formed to be inclined along the axial direction of the rotor.
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이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 터빈 냉각장치에 의하면, 냉각을 위한 공기가 통과하는 유로로 유입되는 이물질을 포집하여 제거함으로써 이물질에 의해 공기유로가 막혀 냉각성능이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 그로 인해 회전익의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the turbine cooling apparatus of the present invention, it is possible to prevent the deterioration of the cooling performance due to the clogging of the air flow path due to the foreign substances by collecting and removing the foreign matter introduced into the flow path through which the air for cooling flows, Therefore, the durability of the rotor blade can be improved.
로터의 회전력과 원심력을 이용하여 이물질을 효과적으로 포집할 수 있고, 포집된 이물질이 빠져 나가지 않도록 붙잡아 둘 수 있게 된다. It is possible to effectively collect the foreign matter by using the rotational force and the centrifugal force of the rotor, and to hold the collected foreign matter so as not to escape.
포집된 이물질을 드릴링에 의해 간편하고 신속하게 제거할 수 있게 되고, 그로 인해 유지보수비용을 절감할 수 있게 된다. It is possible to easily and quickly remove the collected foreign matter by drilling, thereby reducing the maintenance cost.
도 1은 통상의 가스터빈을 나타낸 개략적 측단면도,
도 2는 도 1에 도시된 터빈 냉각장치를 나타낸 부분 확대단면도,
도 3은 도 2에 도시된 터빈 디스크를 나타낸 일측면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 냉각장치를 나타낸 개략적 측단면도,
도 5는 도 4의 부분 확대도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈 냉각장치를 나타낸 개략적 측단면도,
도 7은 도 6의 A-A선을 따라 절개한 개략적 측단면도,
도 8은 도 7의 부분 확대도,
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터빈 냉각장치를 나타낸 개략적 측단면도이다.1 is a schematic side cross-sectional view showing a conventional gas turbine,
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view showing the turbine cooling apparatus shown in FIG. 1,
Figure 3 is a side view of the turbine disk shown in Figure 2,
4 is a schematic side cross-sectional view of a turbine cooling apparatus according to an embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a partial enlarged view of FIG. 4,
6 is a schematic side cross-sectional view of a turbine cooling apparatus according to another embodiment of the present invention,
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view cut along the line AA of FIG. 6,
8 is a partially enlarged view of Fig. 7,
9 and 10 are schematic side cross-sectional views of a turbine cooling apparatus according to another embodiment of the present invention.
먼저, 본 발명에 따른 터빈 냉각장치는 터보머신의 터빈에 구비된 익형부재를 냉각시키는 장치이다. First, a turbine cooling apparatus according to the present invention is an apparatus for cooling an airfoil member provided in a turbine of a turbo machine.
상기 익형부재는 터빈 구동을 위한 고온의 유체가 통과하는 이동경로상에 구비되는 회전익과 고정익을 포함한다. 상기 회전익과 고정익은 증기터빈 및 가스터빈에 구비된다. The airfoil member includes a rotor blade and a fixed blade provided on a path through which a high-temperature fluid for driving the turbine passes. The rotor blade and the fixed blade are provided in a steam turbine and a gas turbine.
상기 회전익은 터빈 구동 유체에 의해 구동하여 로터를 회전시키고, 상기 고정익은 터빈 구동 유체를 상기 회전익으로 안내한다. The rotor blade is driven by the turbine drive fluid to rotate the rotor, and the rotor blade guides the turbine drive fluid to the rotor blade.
상기 회전익과 고정익은 다수개가 로터의 원주방향을 따라 서로 소정간격을 두고 구비되며, 다수개의 회전익과 고정익은 지지부재에 각각 고정결합된다. A plurality of the rotor blades and the rotor blades are provided at predetermined intervals along the circumferential direction of the rotor, and the rotor blades and the rotor blades are fixedly coupled to the support members.
상기 지지부재는 로터와 일체로 축회전가능하게 구비되는 로터휠, 및 터빈의 케이싱 내부에 고정결합되는 지지링을 포함한다. The support member includes a rotor wheel axially rotatable with the rotor, and a support ring fixedly coupled to the inside of the casing of the turbine.
상기 회전익은 상기 로터휠에 고정결합되어 로터와 함께 축회전하게 되고, 상기 고정익은 상기 지지링에 고정결합된다. The rotor blade is fixedly coupled to the rotor wheel and rotates together with the rotor, and the rotor blade is fixedly coupled to the support ring.
상기 지지링은 상기 고정익의 상단과 하단에 각각 구비되어 고정익의 양단을 고정결합시키게 된다. The support ring is provided at the upper and lower ends of the fixed wick to fix both ends of the fixed wick.
상기 고정익의 상단에 결합되는 지지링은 케이싱의 내측벽에 결합되어 있고, 상기 고정익의 하단에 결합되는 지지링은 케이싱의 내부에 구비되는 로터 하우징이나 트랜지션 피스 등의 일측에 고정결합되어 있다. The support ring coupled to the upper end of the fixed wing is coupled to the inner wall of the casing and the support ring coupled to the lower end of the fixed wing is fixedly coupled to one side of the rotor housing or transition piece provided in the casing.
터빈 구동을 위한 고온의 유체는 증기터빈에서는 증기이고 가스터빈에서는 연소가스이다. The high temperature fluid for turbine operation is steam in steam turbines and combustion gases in gas turbines.
이하 본 발명에 의한 터빈 냉각장치가 가스터빈의 회전익에 구비된 경우와 고정익에 구비된 경우를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, the case where the turbine cooling apparatus according to the present invention is provided in the rotor blade of the gas turbine and the rotor blade provided in the fixed blade will be described in detail with reference to the drawings.
제1실시예First Embodiment
도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 냉각장치는, 내부에 냉각을 위한 공기가 통과하는 냉각유로(12)가 형성된 회전익(10), 및 냉각공기와 함께 유입되는 이물질이 포집되는 집진홈(33)이 형성된 로터휠(20)을 포함한다. 4 to 5, a turbine cooling apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
상기 회전익(10)은 상기 로터휠(20)의 외주면에 그 로터휠(20)의 반경방향으로 구비된다. 상기 회전익(10)의 하단에는 로터휠(20)과의 결합을 위한 테이퍼 형상의 루트(11)를 구비되어 있다. 상기 냉각유로(12)는 회전익(10)의 루트(11)를 관통하여 형성된다. The rotor blade (10) is provided on the outer circumferential surface of the rotor wheel (20) in the radial direction of the rotor wheel (20). At the lower end of the
상기 로터휠(20)은 로터의 외주면에 고정결합되어 그 로터와 일체로 축회전하게 된다. 상기 로터휠(20)은 디스크(disk) 형상으로 형성되고, 그 외주면에 회전익 결합홈(21)이 형성되어 있다. The
상기 회전익(10)의 루트(11)가 상기 회전익 결합홈(21)에 로터의 축방향(X)으로 끼워져 결합됨으로써 회전익(10)이 로터휠(20)에 고정결합된다. The
상기 로터휠(20)의 내부에는 상기 회전익(10)의 냉각유로(12)로 냉각을 위한 공기를 공급하는 공기공급유로(30)가 형성되어 있다. An
상기 회전익(10)의 냉각유로(12)로는 상기 공기공급유로(30)로부터 유입된 냉각공기가 통과하면서 회전익(10)을 냉각시키게 된다. 냉각공기는 압축기로부터 취출하는 것도 가능하고 외부의 별도의 공급원으로부터 공급받는 것도 가능하다. The cooling air flowing from the
도 4에 도시된 냉각유로(12)는 로터휠(20)의 반경방향으로 형성되어 있으나, 다양한 형상으로 형성되는 것도 가능할 뿐만 아니라 토출구가 상기 회전익(10)의 상단이 아닌 위치에 형성되는 것도 가능함은 물론이다.
Although the
상기 공기공급유로(30)는 서로 소정의 사이각(β)을 이루며 연통된 공기유입유로(31) 및 공기토출유로(32)로 이루어진다. The
상기 공기유입유로(31)는 상기 로터휠(20)의 측면(22)에서 상기 회전익 결합홈(21) 쪽으로 천공되어 형성되고, 상기 공기토출유로(32)는 상기 회전익 결합홈(21)에서 상기 공기유입유로(31) 쪽으로 천공되어 형성된다. 따라서, 상기 로터휠(20)의 측면(22)에는 상기 공기유입유로(31)의 입구가 형성되고, 상기 회전익 결합홈(21)의 내측벽에 상기 공기토출유로(32)의 출구가 형성된다. The air
상기 공기유입유로(31)와 공기토출유로(32)는 드릴링(drilling)가공이나 방전가공(electric discharge machining, EDM)에 의해 형성된다. 이는 상기 로터휠(20)이 단조(forging)공정을 통해 제조되므로 소재의 강성으로 인해 상기 공기유입유로(31)와 공기토출유로(32)와 같은 장공의 유로를 가공하는 방법이 극히 제한적이기 때문이나 이외의 가공방법으로 가공되는 것도 가능함은 물론이다. The
이와 같이 드릴링가공이나 방전가공하게 되면 상기 공기유입유로(31)와 공기토출유로(32)는 직선으로 형성된다. The air
상기 공기유입유로(31)의 가공시 상기 공기토출유로(32)와 만나는 지점을 지나 소정의 깊이만큼 더 가공하여 집진홈(33)을 형성한다. 따라서, 상기 공기유입유로(31)와 집진홈(33)은 동일한 직선상에 형성된다.
The
상기 집진홈(33)은 상기 공기유입유로(31)의 선단에 연통되게 형성되어 그 공기유입유로(31)로 유입되는 먼지와 같은 이물질이 집진홈(33)으로 진입하게 된다. 상기 집진홈(33)은 상기 공기토출유로(32)와는 다른 방향으로 형성된다. The
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 공기유입유로(31)는 로터의 반경방향(R)으로 형성되되 로터의 축방향(X)을 따라 소정의 각도(α)로 기울어지게 형성되어 있다.5, the
여기서, 소정의 각도(α)는 0도보다 크고 90도보다 작은 값으로, 15도 < α < 75도가 되게 형성되는 것이 바람직하다. α가 15도보다 작거나 75도보다 큰 경우에는 상기 공기유입유로(31)와 공기토출유로(32)의 사이각(β)이 지나치게 커져 교차부분에서 급격하게 절곡되므로 공기의 이동시 마찰저항이 커지게 된다. Here, it is preferable that the predetermined angle? Is formed to be larger than 0 degrees and smaller than 90 degrees, and 15 degrees <? <75 degrees. is smaller than 15 degrees or larger than 75 degrees, the angle? between the
이와 같이 상기 집진홈(33)이 상기 공기유입유로(31)와 함께 로터의 반경방향(R)에 대하여 소정의 각도(α)를 가지고 형성됨으로써 로터휠(20)의 원심력 작용선상에 위치하게 되고, 그로 인해 상기 집진홈(33)에 유입된 이물질에 원심력이 작용하게 되어 그 집진홈(33)으로부터 쉽게 빠져 나가지 못하고 붙잡아 둘 수 있게 된다. The
또한, 상기 공기유입유로(31)로 공급되는 공기는 상기 공기토출유로(32)를 지나 상기 회전익(10)의 냉각유로(12)로 이동하게 되는데 상기 회전익(10)이 로터휠(20)의 반경방향(R)으로 결합되므로, 상기 공기유입유로(31)가 회전익(10)의 냉각유로(12)와 유사하게 로터의 반경방향(R)으로 형성됨으로 인해 마찰저항을 최소화하면서 공기가 이동할 수 있게 된다.
The air supplied to the
상술한 바와 같이, 상기 공기유입유로(31)와 공기토출유로(32)는 서로 소정의 사이각(β)을 이루며 형성되고 상기 집진홈(33)은 상기 공기유입유로(31)와 일직선상에 형성된다. 따라서, 상기 집진홈(33) 또한 상기 공기토출유로(32)와 소정의 사이각(β)을 이루게 된다. As described above, the
여기서, 소정의 각도(β)는 0도보다 크고 90도보다 작은 값으로, 0도 < β < 45도가 되게 형성되는 것이 바람직하다. β가 45도보다 큰 경우에는 상기 집진홈(33)으로 유입된 이물질이 포집된 상태로 머물지 못하고 유동공기의 흐름에 영향을 받아 다시 빠져 나와 상기 공기토출유로(32)로 유월될 우려가 커지게 된다. Here, it is preferable that the predetermined angle beta is formed to be larger than 0 degrees and smaller than 90 degrees, and 0 degrees < beta < 45 degrees. is larger than 45 degrees, the foreign matter introduced into the dust collecting groove (33) can not stay in the collected state and is affected by the flow of the flowing air, do.
β가 45도보다 작은 경우, 특히 30도 이하에서는 상기 집진홈(33)으로 유입된 이물질이 쉽게 빠져 나오지 못하고 지속적으로 퇴적될 수 있게 된다.
If? is less than 45 degrees, particularly less than 30 degrees, the foreign matter introduced into the dust-collecting
제2실시예Second Embodiment
도 6 내지 도 8을 참조하면, 집진홈(43)과 공기유입유로(41)는 로터의 회전방향(Y)에 대하여 반대쪽으로 기울어지게 형성된다. 6 to 8, the
본 실시예의 공기공급유로(40)도 공기유입유로(41)와 공기토출유로(42)로 구성된다. The
도 6에 도시된 바와 같이 상기 공기유입유로(41)와 공기토출유로(42)는 동일한 A-A평면상에 형성되고, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 공기유입유로(41)는 로터의 회전방향(Y)에 대하여 소정의 사이각(γ)을 가지고 반대쪽으로 기울어지게 형성되어 있다. 6, the
여기서, 소정의 사이각(γ)는 0도보다 크고 90도보다 작은 값을 가질 수 있다. Here, the predetermined angle? May be greater than 0 degrees and smaller than 90 degrees.
본 실시예의 공기유입유로(41)와 공기토출유로(42)도 서로 소정의 사이각(β)을 이루며 형성되고 상기 집진홈(43)은 상기 공기유입유로(41)와 일직선상에 형성된다. 따라서, 상기 집진홈(43) 또한 상기 공기토출유로(42)와 소정의 사이각(β)을 이루게 되며, 제1실시예의 경우와 마찬가지로 0도 < β < 90도이고 특히, 0도 < β < 45도인 것이 바람직하다. The
이와 같이 상기 집진홈(43)은 상기 공기유입유로(41)와 함께 로터의 회전방향(Y)의 반대쪽으로 소정의 각도(γ)를 가지고 기울어지게 형성됨으로써 로터휠(20)의 회전력 작용선상에 위치하게 된다. 따라서, 상기 집진홈(43)에 유입된 이물질에 역회전방향으로의 반작용력이 작용하게 되어 그 집진홈(43)으로부터 쉽게 빠져 나가지 못하고 붙잡혀 퇴적된다.
The
제3실시예Third Embodiment
도 9를 참조하면, 집진홈(53)(53')은 공기유입유로(51)의 선단뿐만 아니라 공기토출유로(52)의 선단에도 형성된다. 9, the
이 경우에도 상기 공기토출유로(52)와 집진홈(53')은 드릴링가공이나 방전가공에 의해 형성되므로 그 공기토출유로(52)와 집진홈(53')은 동일한 직선상에 형성된다. In this case also, the
상기 공기토출유로(52)의 선단에 형성된 집진홈(53')은 제2실시예의 변형예로, 로터휠(20)의 반경방향에 대하여 상기 공기유입유로(51)의 선단에 형성된 집진홈(53)과 반대방향으로 형성되어 제1실시예와 같은 원심력에 의한 포집은 어려우나, 제2실시예와 같은 회전력에 의한 포집은 가능하다. The dust collecting groove 53 'formed at the tip of the
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 공기유입유로(51)와 공기토출유로(52)의 선단에 집진홈(53)(53')을 모두 형성시킴으로써 1개의 집진홈(53)만이 구비된 경우에 비해 집진효과가 더 커지게 된다.
When only one
제4실시예Fourth Embodiment
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈 냉각장치는, 내부에 냉각을 위한 공기가 통과하는 냉각유로(71)가 형성된 고정익(70), 및 냉각공기와 함께 유입되는 이물질이 포집되는 집진홈(63)이 형성된 지지링(80)을 포함한다. Referring to FIG. 10, a turbine cooling apparatus according to another embodiment of the present invention includes a fixed
본 실시예의 고정익(70)은 연소기의 트랜지션 피스(111)의 토출 선단에 구비되는 제1노즐 베인으로 후방의 회전익(10)으로 연소가스를 안내한다. The fixed
상기 지지링(80)은 상기 고정익(70)의 상단과 하단에 각각 구비된다. 다수개의 고정익(70)들은 상기 2개의 지지링(81,82) 사이에 로터의 원주방향을 따라 서로 소정간격을 두고 고정결합되어 있다. The support ring 80 is provided at the upper end and the lower end of the fixed
상기 고정익(70) 하단의 지지링(81)에 고정익(70)의 냉각유로(71)로 냉각공기를 공급하는 공기공급유로(60)가 형성된다.An
상기 공기공급유로(60)는 제1실시예와 마찬가지로 서로 소정의 사이각(β')을 이루며 연통된 공기유입유로(61) 및 공기토출유로(62)로 이루어진다. The
상기 집진홈(63)은 상기 공기유입유로(61)의 선단에 그 공기유입유로(61)와 일직선상에 연통되게 형성된다. The dust-collecting
여기서, 집진홈이 회전하는 로터휠에 형성된 경우와 달리, 본 실시예의 집진홈(63)은 고정된 지지링(81)에 형성되므로, 냉각공기와 함께 유입되는 이물질이 회전력이나 원심력의 영향을 받지 않고 상기 공기토출유로(62)와의 사이각(β')에만 영향을 받게 된다. Since the
따라서, 상기 공기유입유로(61)와 공기토출유로(62)의 사이각(β') 조건인 0도 < β < 90도, 특히 0도 < β < 45도를 만족시키는 한 다양한 형태로 형성될 수 있다.
Therefore, it is possible to form various forms as long as it satisfies 0 degree <? <90 degree, particularly 0 degree <? <45 degree, which is the angle? 'Between the
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is obvious that the modification or the modification is possible by the person.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
10 : 회전익 11 : 루트
12 : 냉각유로 20 : 로터휠
21 : 회전익 결합홈
30,40,50,60 : 공기공급유로
31,41,51,61 : 공기유입유로
32,42,52,62 : 공기토출유로
33,43,53,53',63 : 집진홈
70 : 고정익 71 : 냉각유로
80,81,82 : 지지링10: rotor blade 11: root
12: cooling flow passage 20: rotor wheel
21:
30, 40, 50, 60:
31, 41, 51, 61:
32, 42, 52, 62:
33, 43, 53, 53 ', 63:
70: fixed blade 71: cooling flow path
80,81,82: Support ring
Claims (14)
상기 익형부재가 결합되고, 상기 익형부재의 냉각유로로 냉각을 위한 공기를 공급하는 공기공급유로를 구비하며, 상기 공기공급유로의 일측에 냉각공기와 함께 유입되는 이물질이 포집되는 집진홈이 형성된 지지부재;를 포함하고,
상기 익형부재는 터빈 구동 유체에 의해 구동하여 로터를 회전시키는 회전익이고, 상기 지지부재는 로터와 일체로 축회전가능하게 구비되고, 외주면에 상기 회전익이 결합되는 로터휠인 것을 특징으로 하되,
상기 공기공급유로는 서로 소정의 사이각을 이루는 공기유입유로 및 공기토출유로를 포함하고, 상기 공기유입유로의 선단에 집진홈이 형성되며, 상기 로터휠은 외주면에 회전익 결합홈을 구비하고, 상기 공기유입유로는 상기 로터휠의 측면에서 천공되어 형성되며, 상기 공기토출유로는 그 회전익 결합홈에서 상기 공기유입유로 쪽으로 천공되어 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 냉각장치.
An airfoil member which is provided to be exposed to a high temperature fluid for driving the turbine and in which a cooling passage through which air for cooling flows is formed; And
And an air supply flow path for supplying air for cooling by the cooling flow path of the airfoil member and having a dust collecting groove for collecting foreign matter introduced together with the cooling air on one side of the air supply flow path, Member;
Wherein the airfoil member is a rotor blade that is driven by a turbine driving fluid to rotate the rotor, the support member is rotatably provided integrally with the rotor, and the rotor blade is coupled to an outer circumferential surface thereof,
Wherein the air supply passage includes an air inflow passage and an air discharge passage which form a predetermined angle with respect to each other, a dust groove is formed at a tip of the air inflow passage, the rotor wheel has a rotor blade engaging groove on an outer circumferential surface thereof, Wherein the air inlet flow path is formed by perforating the side surface of the rotor wheel, and the air discharge flow path is formed in the rotor blade engagement groove to the air inlet flow path.
상기 익형부재는 터빈 구동 유체를 상기 회전익으로 안내하는 고정익이고,
상기 지지부재는 터빈의 일측에 고정된 지지링인 것을 특징으로 하는 터빈 냉각장치.The method according to claim 1,
The airfoil member is a fixed wick for guiding a turbine driving fluid to the flywheel,
Wherein the support member is a support ring fixed to one side of the turbine.
상기 공기유입유로와 집진홈은 동일한 직선상에 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 냉각장치.The method according to claim 1,
Wherein the air inflow passage and the dust collecting groove are formed on the same straight line.
상기 공기토출유로의 선단에 연통되게 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 냉각장치.The dust collecting apparatus according to claim 1,
And is connected to the front end of the air discharge passage.
상기 공기토출유로와 집진홈은 동일한 직선상에 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 냉각장치.The method according to claim 1,
And the air discharge passage and the dust collecting groove are formed on the same straight line.
상기 집진홈은 드릴링에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 냉각장치.The method according to claim 1,
Wherein the dust collecting groove is formed by drilling.
상기 집진홈은 방전가공에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 냉각장치.
The method according to claim 1,
Wherein the dust collecting groove is formed by electric discharge machining.
상기 익형부재가 결합되고, 상기 익형부재의 냉각유로로 냉각을 위한 공기를 공급하는 공기공급유로를 구비하며, 상기 공기공급유로의 일측에 냉각공기와 함께 유입되는 이물질이 포집되는 집진홈이 형성된 지지부재;를 포함하고,
상기 공기공급유로는 서로 소정의 사이각을 이루는 공기유입유로 및 공기토출유로를 포함하고, 상기 공기유입유로의 선단에 집진홈이 형성되며, 상기 집진홈과 공기유입유로는 로터의 회전방향에 대하여 소정의 사이각을 가지고 반대쪽으로 기울어지게 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 냉각장치.An airfoil member which is provided to be exposed to a high temperature fluid for driving the turbine and in which a cooling passage through which air for cooling flows is formed; And
And an air supply flow path for supplying air for cooling by the cooling flow path of the airfoil member and having a dust collecting groove for collecting foreign matter introduced together with the cooling air on one side of the air supply flow path, Member;
Wherein the air supply flow path includes an air inflow path and an air discharge path which form a predetermined angle with respect to each other, and a dust collecting groove is formed at the tip of the air inflow path, wherein the dust collecting groove and the air inflow path And is inclined to the opposite side with a predetermined angle.
상기 익형부재가 결합되고, 상기 익형부재의 냉각유로로 냉각을 위한 공기를 공급하는 공기공급유로를 구비하며, 상기 공기공급유로의 일측에 냉각공기와 함께 유입되는 이물질이 포집되는 집진홈이 형성된 지지부재;를 포함하고,
상기 공기공급유로는 서로 소정의 사이각을 이루는 공기유입유로 및 공기토출유로를 포함하고,
상기 공기유입유로의 선단에 집진홈이 형성되며, 상기 집진홈과 공기유입유로는 로터의 반경방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 냉각장치.An airfoil member which is provided to be exposed to a high temperature fluid for driving the turbine and in which a cooling passage through which air for cooling flows is formed; And
And an air supply flow path for supplying air for cooling by the cooling flow path of the airfoil member and having a dust collecting groove for collecting foreign matter introduced together with the cooling air on one side of the air supply flow path, Member;
Wherein the air supply passage includes an air inflow passage and an air discharge passage which form a predetermined angle with respect to each other,
Wherein a dust collecting groove is formed at the tip of the air inflow path, and the dust collecting groove and the air inflow path are formed in a radial direction of the rotor.
상기 익형부재가 결합되고, 상기 익형부재의 냉각유로로 냉각을 위한 공기를 공급하는 공기공급유로를 구비하며, 상기 공기공급유로의 일측에 냉각공기와 함께 유입되는 이물질이 포집되는 집진홈이 형성된 지지부재;를 포함하고,
상기 공기공급유로는 서로 소정의 사이각을 이루는 공기유입유로 및 공기토출유로를 포함하고, 상기 공기유입유로의 선단에 집진홈이 형성되며, 상기 집진홈과 공기유입유로는 로터의 축방향을 따라 기울어지게 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 냉각장치.An airfoil member which is provided to be exposed to a high temperature fluid for driving the turbine and in which a cooling passage through which air for cooling flows is formed; And
And an air supply flow path for supplying air for cooling by the cooling flow path of the airfoil member and having a dust collecting groove for collecting foreign matter introduced together with the cooling air on one side of the air supply flow path, Member;
Wherein the air supply flow path includes an air inflow path and an air discharge path which form a predetermined angle with respect to each other, and a dust collecting groove is formed at the tip of the air inflow path, and the dust collecting groove and the air inflow path are formed along the axial direction of the rotor The turbine cooling apparatus comprising:
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KR20140005084A KR101509383B1 (en) | 2014-01-15 | 2014-01-15 | A cooling device for a turbine |
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