KR101828470B1

KR101828470B1 - 가스터빈 로터 디스크

Info

Publication number: KR101828470B1
Application number: KR1020150074095A
Authority: KR
Inventors: 김경국
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2018-02-12
Also published as: KR20160139407A

Abstract

본 발명은 가스터빈 회전축에 있어서, 속이 비어있는 쉘로 이루어진 원기둥, 상기 원기둥의 윗면의 중심과 아랫면의 중심을 관통하는 타이로드, 상기 원기둥의 옆면의 중심선을 따라 연결되는 디스크 및 상기 원기둥의 옆면을 따라 타이로드와 평행한 방향으로 쉘을 관통하는 하나 이상의 그루브를 포함하는 회전축 어셈블리이다.
본 발명에 따른 회전축 어셈블리 또는 가스터빈은, 타이볼트와 디스크가 결합된 조립부가 열에 따른 스트레스와 진동, 고유진동에 의한 충격을 흡수할 수 있는 구조로 되어있어, 조립부위의 손상 및 파손을 방지할 수 있다.

Description

가스터빈 로터 디스크{Disk of a gas turbine}

본 발명은 가스터빈의 로터 디스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로터 디스크와 타이로드의 결합에 관한 것이다.

가스터빈은 고온, 고압의 연소가스로 터빈을 가동시키는 회전형 열기관이다. 일반적으로 압축기, 연소기, 터빈으로 이루어져 있다. 압축기의 로터부와 터빈의 로터부는 타이볼트에 결합하여 로터 어셈블리를 형성한다.

타이볼트는 터빈의 양 끝단에 구속되어 있고, 중간부분은 별도로 지지되거나 구속되지 않아, 진동과 고유진동에 대한 내구성에 문제가 있었다. 이를 해결하기 위하여 압축기 로터부와 터빈 로터부 사이에 블레이드가 없는 디스크를 삽입하고, 디스크를 타이볼트와 결합함으로써, 타이볼트의 내구성 문제를 해결하였다.

그러나 종래의 기술에 따르면, 타이볼트와 디스크는 매우 단단히 결합하여 공차가 작고 조립부위가 강하게 구속되어 유연하지 못하다는 단점이 있다.

한국등록특허공보 제10-1188494호

본 발명의 목적은 디스크와 타이볼트의 조립부위에 진동이나 온도차이로 인한 변위를 적절히 흡수할 수 있는 구조를 제시하여 타이볼트의 내구성을 높이는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 회전축 어셈블리는, 가스터빈 회전축에 있어서, 속이 비어있는 쉘로 이루어진 원기둥, 상기 원기둥의 윗면의 중심과 아랫면의 중심을 관통하는 타이로드, 상기 원기둥의 옆면의 중심선을 따라 연결되는 디스크 및 상기 원기둥의 옆면을 따라 타이로드와 평행한 방향으로 쉘을 관통하는 하나 이상의 그루브를 포함하는 회전축 어셈블리일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회전축 어셈블리는, 상기 원기둥의 윗면과 아랫면에 형성되고 타이로드에 접하는 하나 이상의 슬롯을 더 포함하는 회전축 어셈블리일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회전축 어셈블리는, 상기 슬롯은 원형, 삼각형, 사각형, 다각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 회전축 어셈블리일 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈은, 속이 비어있는 쉘로 이루어진 원기둥, 상기 원기둥의 윗면의 중심과 아랫면의 중심을 관통하는 타이로드, 상기 원기둥의 옆면의 중심선을 따라 연결되는 디스크 및 상기 원기둥의 옆면을 따라 타이로드와 평행한 방향으로 쉘을 관통하는 하나 이상의 그루브를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈은, 상기 원기둥의 윗면과 아랫면에 형성되고 타이로드에 접하는 하나 이상의 슬롯을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈은, 상기 슬롯은 원형, 삼각형, 사각형, 다각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 디스크와 타이로드를 결합하는 방법은, 속이 비어있는 쉘로 이루어진 원기둥을 이용하여, 타이로드를 상기 원기둥의 윗면과 아랫면의 중심을 관통시키고, 디스크를 상기 원기둥의 옆면을 따라 연결시키는 결합방법일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 디스크와 타이로드를 결합하는 방법은, 상기 원기둥의 옆면에는 하나 이상의 그루브를 포함하고, 상기 원기둥의 아랫면과 윗면에는 타이로드와 접하는 하나 이상의 슬롯을 포함하도록 하는 방법일 수 있다.

본 발명에 따른 회전축 어셈블리 또는 가스터빈은, 타이볼트와 디스크가 결합된 조립부가 열에 따른 스트레스와 진동, 고유진동에 의한 충격을 흡수할 수 있는 구조로 되어있어, 조립부위의 손상 및 파손을 방지할 수 있다.

본 발명에 따라 타이볼트는 내구성이 증가하고, 타이볼트와 디스크의 조립 분해가 간단하게 되어 유지 보수가 간단해진다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 디스크와 타이로드의 결합모습을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이로드의 축방향과 나란한 그루브 가공을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이로드의 축을 둘러싸는 슬롯을 나타낸 것이다.
도 4는 슬롯의 변형 가능한 형태를 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 1에는 종래의 기술에 따른 타이로드(100)와 디스크(200)의 결합모습이 나타나 있다. 화살표로 절단된 단면을 보면 디스크(200)와 타이로드(100)가 여유공간 없이 조밀하게 결합되어 있음을 알 수 있다. 종래의 기술에 따르면, 타이볼트와 디스크(200)는 매우 단단히 결합하여 공차가 작고 조립부위가 강하게 구속되어 유연하지 못하다는 단점이 있다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크(200)와 타이로드(100) 결합모습이 나타나 있다. 도 2의 (a)는전체적인 결합모습을 나타낸 것이고, (b)는 단면을 나타낸 것이며, (c)는 타이로드(100)의 축방향에서 바라본 것을 나타낸 것이다. 원기둥(300)은 속이 비어 있고 일정한 두께를 가지는 쉘 형태이다. 원기둥(300)은 타이로드(100), 디스크(200)와 각각 결합한다. 타이로드(100)는 원기둥(300)의 윗면의 중심과 아랫면의 중심을 관통하여 지나간다. 디스크(200)는 원기둥(300)의 옆면의 중심을 따라 결합한다. 도 2에서는 디스크(200)의 일부만을 나타냈으나, 도 2의 (a)에 나타난 점선을 따라 디스크(200)가 결합된다. 도 2의 (a)에는 원기둥(300)의 옆면에 그루브(400)가 형성되어 있다. (b)에서는 단면에서 좌우측의 그루브(400)를 확대하여 나타내었다. 그루브(400)는 디스크(200)가 원기둥(300)의 옆면에 결합한 것을 중심으로 좌우로 형성되어 있다. 그루브(400)는 원기둥(300)의 옆면을 관통하며 하나 이상의 개수로 형성된다. 도 2에서는 그루브(400)의 형상과 개수를 하나의 예시로 나타낸 것이며, 그루브(400)의 형상과 개수는 다양하게 확장, 변형 가능하다. 원기둥(300)의 옆면에 그루브(400)를 적절히 가공함으로써 디스크(200)와 타이볼트 결합의 강성과 댐핑을 조절할 수 있다. 이를 통해 타이로드(100)의 축방향으로 발생하는 열팽창과 진동을 적절히 흡수할 수 있는 구조를 구현할 수 있다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크(200)와 타이로드(100) 결합모습이 나타나 있다. 도 3의 (a)는전체적인 결합모습을 나타낸 것이고, (b)는 타이로드(100)의 축방향에서 바라본 것을 나타낸 것이다. 도면을 참조하면, 타이로드(100)에 접하며 원기둥(300)의 윗면과 아랫면에 슬롯(500)이 형성되어 있다. 슬롯(500)은 원기둥(300)의 윗면 또는 아랫면을 관통하고 있으며, 슬롯(500)의 형상과 개수는 특별히 제한되지 않는다. 도면에 도시된 슬롯(500)의 모양과 개수는 일 실시예일뿐이고 다양한 변형과 확장이 가능하다. 또한 원기둥(300)의 윗면과 아랫면에 형성된 슬롯(500)이 대칭되는 등의 제한이 있는 것도 아니다. 원기둥(300)의 윗면과 아랫면에 슬롯(500)을 적절히 가공함으로써 디스크(200)와 타이볼트 결합의 강성과 댐핑을 조절할 수 있다. 추가적으로 슬롯(500)을 통해 공기의 순환이 이루어질 수 있어 고온의 가스터빈의 운용중에 냉각역할도 할 수 있다. 이를 통해 타이로드(100)의 축의 횡방향으로 발생하는 열팽창과 진동을 적절히 흡수할 수 있는 구조를 구현할 수 있다.

도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯(500)의 형태가 나타나 있다. 슬롯(500)은 타이로드(100) 축의 횡방향의 진동과 열팽창을 흡수할 수 있는 구조이면 되는 것이므로 특별히 모양에 제한이 없다. 도면에는 삼각형, 사각형의 슬롯(500)이 도시되어 있으나, 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 모양의 슬롯(500)을 적용할 수 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.

100 : 타이로드
200 : 디스크
300 : 원기둥
400 : 그루브
500 : 슬롯

Claims

속이 비어있는 쉘로 이루어진 원기둥;
상기 원기둥의 윗면의 중심과 아랫면의 중심을 관통하는 타이로드;
상기 원기둥의 옆면의 중심선을 따라 연결되는 디스크;
상기 원기둥의 옆면을 따라 타이로드와 평행한 방향으로 쉘을 관통하는 하나 이상의 그루브; 및
상기 원기둥의 윗면과 아랫면에 형성되고 타이로드에 접하는 하나 이상의 슬롯을 포함하되,
상기 원기둥의 옆면을 따라 상기 디스크가 결합되고, 상기 원기둥의 쉘 구조는 축방향 양단이 일정 거리만큼 이격되어 상기 타이로드의 옆면을 따라 결합되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 회전축 어셈블리.
삭제
제1항에 있어서,
상기 슬롯은 원형, 삼각형, 사각형, 다각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스터빈 회전축 어셈블리.
속이 비어있는 쉘로 이루어진 원기둥;
상기 원기둥의 윗면의 중심과 아랫면의 중심을 관통하는 타이로드;
상기 원기둥의 옆면의 중심선을 따라 연결되는 디스크;
상기 원기둥의 옆면을 따라 타이로드와 평행한 방향으로 쉘을 관통하는 하나 이상의 그루브; 및
상기 원기둥의 윗면과 아랫면에 형성되고 타이로드에 접하는 하나 이상의 슬롯을 포함하되,
상기 원기둥의 옆면을 따라 상기 디스크가 결합되고, 상기 원기둥의 쉘 구조는 축방향 양단이 일정 거리만큼 이격되어 상기 타이로드의 옆면을 따라 결합되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 회전축 어셈블리를 포함하는 가스터빈.
삭제
제4항에 있어서,
상기 슬롯은 원형, 삼각형, 사각형, 다각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스터빈.
가스터빈의 디스크와 타이로드를 결합하는 방법에 있어서,
속이 비어있는 쉘로 이루어진 원기둥을 이용하여, 타이로드를 상기 원기둥의 윗면과 아랫면의 중심을 관통시키면서 상기 타이로드의 옆면을 따라 결합시키고, 디스크를 상기 원기둥의 옆면을 따라 결합시키되,
상기 원기둥의 옆면에는 하나 이상의 그루브를 포함하고, 상기 원기둥의 아랫면과 윗면에는 타이로드와 접하는 하나 이상의 슬롯을 포함하도록 하며, 상기 원기둥의 쉘 구조는 축방향 양단이 일정 거리만큼 이격되어 상기 타이로드의 옆면을 따라 결합되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크와 타이로드의 결합방법.
삭제