KR101675269B1

KR101675269B1 - 가스터빈 디스크

Info

Publication number: KR101675269B1
Application number: KR1020150139135A
Authority: KR
Inventors: 정성철
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2016-11-11
Also published as: US10533422B2; EP3150796A1; WO2017057993A1; EP3150796B1; US20170096898A1

Abstract

본 발명은, 복수의 블레이드 및 상기 복수의 블레이드가 외주면에 배열되는 복수의 디스크를 포함하는 로터부; 및 상기 복수의 디스크의 중공부인 보어부를 관통하여 상기 로터부의 중심축을 따라, 상기 복수의 디스크를 체결하는 타이볼트;를 포함하고, 상기 보어부의 직경은 상기 타이볼트의 직경보다 크고, 상기 보어부는 상기 보어부의 원주방향으로 이격하여 형성되되 상기 보어부의 축방향으로 장 홈이 형성되어 내부 공간에 냉각공기가 유동하는 그루브 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 디스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

가스터빈 디스크 {Gas Turbine disk}

본 발명은 가스터빈의 디스트관한 것으로 보다 상세하게는 가스터빈의 보어부에 그루브를 형성되는 보어부 구조에 관한 것이다.

일반적으로 가스터빈은 압축기에서 고압으로 압축된 공기에 연료를 혼합시킨 후 연소시켜 생성되는 고온, 고압의 연소 가스를 터빈에서 팽창시키면서 열에너지를 역학적 에너지로 변환하는 내연기관의 일종으로 압축기와 터빈은 로터부에서 회전력을 얻는다.

도 1은 종래 기술에 따른 가스터빈 디스크 및 타이볼트를 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 이러한 압축기 로터부(2)와 터빈 로터부(3)를 구성하기 위해서, 외주면에 복수의 압축기 블레이드(22)가 배열되는 복수의 압축기 로터 디스크(21)들을 일체로 회동시키도록 상호간을 연결시키며, 마찬가지로 외주면에 복수의 터빈 블레이드(32)가 배열되는 복수의 터빈 로터 디스크(31)를 일체로 회동하도록 상호간을 연결시키고, 이들 압축기 로터 디스크(21)와 터빈 로터 디스크(31)의 중심부를 관통하여 연장되는 타이볼트(5)를 이용하여 압축기 로터 디스크(21)와 터빈 로터 디스크(31)를 체결하는 구성이 널리 알려져 있다.

상기 타이볼트가 관통되는 상기 디스크(21)의 중공부를 보어부(7)라하고, 회전운동에 따라 상기 보어부(7)의 응력이 최대로 발생하게 된다. 상기 보어부(7) 응력 감소를 위해 보어반경 감소가 필요하지만, 최소한의 냉각공기 통로 확보를 위해 상기 보어부(7)의 최소반경에는 제한이 있게 된다. 따라서 보어부(7)의 최대응력지점의 형상을 변경하여 최대응력을 감소 시키면서 냉각통로도 확보해야하는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래에 보어부 응력 감소를 위해 보어반경 감소가 필요하면서도 최소한의 냉각공기 통로 확보를 위해 최소반경에 제한이 있었던 문제점을 극복하기 위해 가스터빈의 보어반경을 줄임과 동시에 보어부에 그루브를 형성시켜 응력감소와 함께 냉각유로도 확보할 수 있게 되는 가스터빈 디스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 블레이드 및 상기 복수의 블레이드가 외주면에 배열되는 복수의 디스크를 포함하는 로터부; 및 상기 복수의 디스크의 중공부인 보어부를 관통하여 상기 로터부의 중심축을 따라 배치되어, 상기 복수의 디스크가 상호 결합되도록 하는 타이볼트 ;를 포함하고, 상기 보어부의 직경은 상기 타이볼트의 직경보다 크고, 상기 보어부는 상기 보어부의 원주방향으로 이격하여 형성되되 상기 보어부의 축방향으로 장 홈이 형성되어 내부 공간에 냉각공기가 유동하는 그루브 유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그루브 유로는 반원형의 홈으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그루브 유로는 원형, 삼각형, 사각형, 다각형 중 어느 하나인 홈으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그루브 유로에 배치되어 상기 타이볼트를 상기 냉각공기 파이프에 대해서 지지하는 링형 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 상기 링형 지지부재는, 상기 타이볼트의 외주면에 밀착하여 배치되는 내부링; 상기 보어부에 밀착하여 배치되는 외부링; 및 일단은 상기 내부링에 연결되고, 타단은 상기 외부링에 연결되어 상기 내부링과 상기 외부링을 상호 지지하는 복수의 지지암;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 외부링은 상기 보어부에서 상기 그루브 유로를 제외한 상기 디스크의 중심부를 향해 돌출된 위치에 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 외부링은 외주면이 상기 그루브 유로에 정합되는 형상으로 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 일 실예에 따르면, 상기 외부링의 내주면은 환형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 가스터빈의 보어반경을 줄임과 동시에 보어부에 그루브를 형성시켜 응력감소와 함께 냉각유로도 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 가스터빈 디스크 및 타이볼트 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 디스크를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 디스크를 구성하는 보어부의 그루브를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 디스크를 구성하는 보어부의 그루브를 사시도로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 디스크와 타이볼트를 상호 지지하는 링형 지지부재를 나타낸 것이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 디스크의 측면도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스터빈의 디스크의 측면도를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 디스크를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 디스크를 구성하는 보어부의 그루브를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 디스크를 구성하는 보어부의 그루브를 사시도로 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 디스크와 타이볼트를 상호 지지하는 링형 지지부재를 나타낸 것이다.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 디스크의 측면도를 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스터빈의 디스크의 측면도를 나타낸 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 디스크(210)는 복수의 블레이드(220) 및 상기 복수의 블레이드(220)가 외주면에 배열되는 복수의 디스크(210)를 포함하는 로터부(200) 및

상기 복수의 디스크(210)의 중공부인 보어부(70)를 관통하여 상기 로터부(200)의 중심축을 따라 배치되어, 상기 복수의 디스크(210)가 상호 결합되도록 하는 타이볼트(50)를 포함하고, 상기 보어부(70)의 직경은 상기 타이볼트(50)의 직경보다 크고, 상기 보어부(70)는 상기 보어부(70)의 원주방향으로 이격하여 형성되되 상기 보어부(70)의 축방향으로 장 홈이 형성되어 내부 공간에 냉각공기가 유동하는 그루브 유로(71)를 포함한다.

종래에는, 회전운동에 따라 상기 보어부(7)의 응력이 최대로 발생하게 되어 상기 보어부(7) 응력 감소를 위해 보어반경 자체의 감소를 시도하였다. 그러나 보어반경 자체가 감소되다 보면 냉각공기 통로가 줄어들어 냉각효과가 줄어드는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 디스크는 냉각효과와 응력감소를 동시에 가져올 수 있는 기술적 특징을 가지고 있는 것이다.

상술한 구성의 측면은, 보어부(70)의 최대응력지점의 형상을 변경하여 최대응력을 감소 시키면서 냉각통로도 확보하는 것으로, 상기 그루브 유로(71)가 냉각 통로의 역할을 할 수 있기 때문에 보어반경을 축소시킬 수 있게 된다.

도 3 및 도4에 도시된 바와 같이, 상기 그루브 유로(71)는 반원형의 홈으로 형성될 수 있다.

상술한 구성의 측면은, 물리적으로 반원형상일 경우 가장 안정적인 응력감소를 이끌어 낼 수 있기 때문에 상기 그루브 유로(71)는 가스터빈의 보어반경을 줄임과 동시에 응력감소와 함께 냉각유로도 확보할 수는 효과가 있다.

또한, 상기 그루브 유로(71)는 원형, 삼각형, 사각형, 다각형 중 어느 하나인 홈으로 형성될 수도 있다.

한편, 도5에 도시된 바와같이, 상기 그루브 유로(71)에 배치되어 상기 타이볼트(50)를 상기 냉각공기 파이프에 대해서 지지하는 링형 지지부재(80)를 추가로 포함 할 수 있다.

상기 링형 지지부재(80)는, 상기 타이볼트(50)의 외주면에 밀착하여 배치되는 내부링(81)과 상기 보어부(70)에 밀착하여 배치되는 외부링(83) 및 일단은 상기 내부링(81)에 연결되고, 타단은 상기 외부링(83)에 연결되어 상호 지지하도록 형성되는 복수의 지지암(82)을 포함할 수 있다.

상기 지지암(82)과 상기 외부링(83)은 그 형상이 임펠러 형상을 가질 수 있다.

종래에는 가스 터빈의 대형화 및 고효율화 추세에 따라 가스 터빈의 전장이 늘어나게 되고, 그에 따라 터빈의 로터부(200)와 함께 고속으로 회전하는 타이볼트(50)의 회전 지지가 용이하지 않다는 문제점이 있었다. 또한 상기 보어부(70)에 상기 그루브 유로(71)를 형성시킴으로써 지지력이 약해질 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 링형 지지부재(80)를 구성함으로써, 상기 타이볼트(50)와 상기 보어부(70)를 상호 지지하게 함과 동시에 상기 외부링(83)과 상기 내부링(81)에 간격을 두어 임펠러형상을 도입함으로써 냉각유로도 확보할 수 있는 효과가 있다.

즉 상기 링형 지지부재(80)는 댐핑클램프(Damping clamp) 장치로서 상기 타이볼트(50)의 진동을 막기 위한 지지부 역할(스프링 링) 및 진동감쇠 역할을 수행하는 기술적 특징이 있다.

상기 타이볼트(50)를 지지해 주는 구조물로 강성을 증가시켜 가스터빈 작동 중 자연진동을 막기 위한 목적을 가지고 있으며, 압축기터빈방향으로 공급되는 냉각공기의 흐름이 가능하도록 노치를 구비하고 있는 형상일 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 외부링(83)은 상기 보어부에서 상기 그루브 유로를 제외한 상기 디스크의 중심부를 향해 돌출된 위치에고정될 수 있다. 즉 그루브 유로(71)가 없는 상태의 상기 보어부(70)의 형상에 위치시킬 수 있다.

또는 도 7에도시된 바와 같이, 상기 외부링(83)은 외주면이 상기 그루브 유로(71)에 정합되는 형상으로 결합될 수 있다.

이경우, 상기 외부링(83)의 내주면은 환형으로 형성될 수 있다.

이에 따르면, 상기 그루브 유로(71)에 정합되어 상기 디스크(210)와 상기 타이볼트(50)를 상호 지지함과 동시에 상기 외부링(83)의 내주면이 환형으로 형성되어 냉각 유로를 그대로 확보할 수 있는 효과가 있다.

상술한 구성의 측면은, 상기 그루브 유로(71)또는 상기 보어부(70)의 특정 위치에 상기 외부링(83)이 고정 지지됨으로써, 본 발명의 목적인 응력감소를 더욱 향상시키는 효과가 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

50 : 타이볼트
70 : 보어부
71 : 그루브 유로
80 : 링형 지지부재
81 : 내부링
82 : 지지암
83 : 외부링
200 : 로터부
210 : 디스크
220 : 블레이드

Claims

복수의 블레이드 및 상기 복수의 블레이드가 외주면에 배열되는 복수의 디스크를 포함하는 로터부; 및
상기 복수의 디스크의 중공부인 보어부를 관통하여 상기 로터부의 중심축을 따라 배치되어, 상기 복수의 디스크가 상호 결합되도록 하는 타이볼트;를 포함하고,
상기 보어부의 직경은 상기 타이볼트의 직경보다 크고, 상기 보어부는 상기 보어부의 원주방향으로 이격하여 형성되되 상기 보어부의 축방향으로 장 홈이 형성되어 내부 공간에 냉각공기가 유동하는 그루브 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 디스크.
제1항에 있어서,
상기 그루브 유로는 반원형의 홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 디스크.
제1항에 있어서,
상기 그루브 유로는 원형, 삼각형, 사각형, 다각형 중 어느 하나인 홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 디스크.
제1항에 있어서,
상기 그루브 유로에 배치되어 상기 타이볼트를 상기 그루브 유로에 대해서 지지하는 링형 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 디스크.
제4항에 있어서,
상기 링형 지지부재는,
상기 타이볼트의 외주면에 밀착하여 배치되는 내부링;
상기 보어부에 밀착하여 배치되는 외부링; 및
일단은 상기 내부링에 연결되고, 타단은 상기 외부링에 연결되어 상기 내부링과 상기 외부링을 상호 지지하는 복수의 지지암;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 디스크.
제5항에 있어서,
상기 외부링은 상기 보어부에서 상기 그루브 유로를 제외한 상기 디스크의 중심부를 향해 돌출된 위치에고정되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 디스크.
제5항에 있어서,
상기 외부링은 외주면이 상기 그루브 유로에 정합되는 형상으로 결합되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 디스크.
제7항에 있어서,
상기 외부링의 내주면은 환형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 디스크.