KR101964873B1

KR101964873B1 - 열팽창 흡수구조를 포함하는 압축기, 및 이를 포함하는 가스 터빈

Info

Publication number: KR101964873B1
Application number: KR1020170141490A
Authority: KR
Inventors: 최재우
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2019-04-02

Abstract

열팽창 흡수구조를 포함하는 압축기, 및 이를 포함하는 가스 터빈이 제시된다. 본 발명의 실시예에 따른 압축기는, 압축기 디스크를 장착한 로터, 압축기 디스크의 외주면에 장착된 압축기 블레이드, 압축기 디스크와 압축기 블레이드를 감싸는 구조의 압축기 케이싱, 압축기 케이싱 내부면에 장착되는 압축기 베인을 포함하는 압축기에 있어서, 상기 압축기 케이싱에는, 압축기 케이싱과 열팽창률이 서로 다른 열팽창 흡수부재가 장착되는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명에 따르면, 열변형에 의해 로터와 압축기 베인이 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있고, 열변형에 의해 압축기 베인과 압축기 블레이드가 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있는 구조를 포함하는 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

Description

열팽창 흡수구조를 포함하는 압축기, 및 이를 포함하는 가스 터빈{Compressor Having Absorbing Thermal Expansion, And Gas Turbine Having The Same}

본 발명은 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.

가스 터빈은 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈을 회전시키는 동력 기관이다. 가스 터빈은 발전기, 항공기, 선박, 기차 등을 구동하는데 사용된다.

일반적으로 가스 터빈은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한 후 연소기로 전달한다. 압축기에서 압축된 공기는 고압 및 고온의 상태가 된다. 연소기는 압축기로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시킨다. 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈 내부의 터빈 블레이드가 회전하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치의 구동 등 다양한 분야에 사용된다.

도 1에는 종래 기술에 따른 가스 터빈을 나타내는 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1 에 도시된 압축기, 연소기 및 터빈 부분을 나타내는 부분 단면도가 도시되어 있다.

종래 기술에 따른 압축기(1100)는, 압축기 디스크(1110)를 장착한 로터(1120), 압축기 디스크(1110)의 외주면에 장착된 압축기 블레이드(1130), 압축기 디스크(1110)와 압축기 블레이드(1130)를 감싸는 구조의 압축기 케이싱(1150), 압축기 케이싱(1150) 내부면에 장착된 압축기 베인(1140)을 포함하는 구조이다.

종래 기술에 따른 압축기의 경우, 외부로부터 흡입된 공기를 효과적으로 압축시키기 위해 압축기 블레이드(1130) 및 압축기 베인(1140)의 형상 및 구성소재를 다양하게 변경시켜 적용하고 있다.

특히 압축기 베인(1140), 압축기 케이싱(1150), 압축기 블레이드(1130), 로터(1120)는 서로 다른 소재로 구성되거나 두께 및 형상이 달라, 열팽창률이 서로 다르다.

따라서, 압축기 운용 도중 특정 부분에 과도한 열이 가해지거나 전체적으로 열이 가해질 경우, 압축기 베인(1140), 압축기 블레이드(1130)가 서로 부딪히게 될 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 각 부분간의 이격거리 즉, 클리어런스를 보다 넒은 범위로 설정하고 있으나, 압축효율이 저하된다는 문제점이 있다.

따라서, 상기 언급한 바와 같이, 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.

한국등록특허 10-1427801 (2014년 08월 01일 등록)

본 발명은, 열변형에 의해 로터와 압축기 베인이 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있고, 열변형에 의해 압축기 베인과 압축기 블레이드가 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있는 구조를 포함하는 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는, 압축기 디스크를 장착한 로터, 압축기 디스크의 외주면에 장착된 압축기 블레이드, 압축기 디스크와 압축기 블레이드를 감싸는 구조의 압축기 케이싱, 압축기 케이싱 내부면에 장착되는 압축기 베인을 포함하는 압축기로서, 상기 압축기 케이싱에는, 압축기 케이싱과 열팽창률이 서로 다른 열팽창 흡수부재가 장착되는 구성일 수 있다.

이 경우, 상기 열팽창 흡수부재는, 로터와 압축기 케이싱이 서로 대향하는 방향과 평행한 방향으로 소정 길이만큼 연장되어 장착될 수 있다.

또한, 상기 열팽창 흡수부재는, 로터의 연장방향과 평행한 방향으로 소정 길이만큼 연장되어 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 압축기 베인의 일단부에는 압축기 베인 아우터 슈라우드가 장착되고, 상기 압축기 베인 아우터 슈라우드는 압축기 베인 아우터 링에 장착되며, 상기 압축기 베인 아우터 링과 압축기 케이싱 결속 부위에는 압축기 베인 아우터 링의 상하 위치를 열변형에 의해 변경시키는 열팽창 흡수부재가 장착될 수 있다.

이 경우, 상기 압축기 베인 아우터 링과 압축기 케이싱 사이에는, 압축기 베인 아우터 링의 상하 위치를 변경시켜 압축기 베인과 로터 사이의 클리어런스를 조절하는 클리어런스 조절부재가 더 장착될 수 있다.

또한, 상기 압축기 베인 아우터링은 일정 거리만큼 이격되어 둘 이상 압축기 베인케리어에 장착되고, 상기 압축기 베인케리어는 압축기 케이싱 내부에 위치변경 가능하도록 장착되며, 상기 압축기 케이싱과 압축기 베인케리어 결속 부위에는, 압축기 베인케리어의 상하 위치를 열변형에 의해 변경시키는 열팽창 흡수부재가 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는, 압축기 디스크를 장착한 로터, 압축기 디스크의 외주면에 장착된 압축기 블레이드, 압축기 디스크와 압축기 블레이드를 감싸는 구조의 압축기 케이싱, 압축기 케이싱 내부면에 장착되는 압축기 베인을 포함하는 압축기로서, 상기 로터에는, 로터와 열팽창률이 서로 다른 열팽창 흡수부재가 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 로터는, 일방향으로 소정 길이만큼 연장된 축 구조이고, 일단부에 제 2 로터의 삽입부가 내입될 수 있는 삽입홈이 형성된 제 1 로터; 일방향으로 소정 길이만큼 연장된 축 구조이고, 일단부에 제 1 로터에 형성된 삽입홈과 대응되는 구조의 삽입부가 소정 길이만큼 연장되어 형성된 제 2 로터; 및 상기 삽입홈과 삽입부 사이에 장착되고, 제 1 로터와 제 2 로터를 서로 결속시키며, 제 1 로터 및 제 2 로터를 구성하는 소재와 열팽창률이 서로 다른 소재로 구성된 연결부재;를 포함하는 구성일 수 있다.

이 경우, 상기 제 1 로터의 일단부에는 외주면을 따라 일정 간격 이격되어 볼트홀이 형성되고, 제 1 로터의 일단부와 결속되는 연결부재의 일측부에는 볼트홀과 대응되는 위치에 관통홀이 형성되며, 상기 볼트홀과 관통홀을 이용하여 제 1 로터와 연결부재가 서로 볼팅 체결될 수 있다.

또한, 상기 삽입부의 일단부에는 외주면을 따라 일정 간격 이격되어 볼트홀이 형성되고, 삽입부의 일단부와 결속되는 연결부재의 일측부에는 볼트홀과 대응되는 위치에 관통홀이 형성되며, 상기 볼트홀과 관통홀을 이용하여 제 2 로터와 연결부재가 서로 볼팅 체결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연결부재는, 열팽창률이 서로 다른 두 가지 종류 이상의 소재로 일정 패턴 배치되어 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연결부재는, 제 1 로터의 일단부와 결속되는 제 1 연결부; 제 1 연결부와 제 2 연결부를 일체로 연결하고, 삽입부의 외주면과 대응되는 구조로 소정 길이만큼 연장된 구조의 연장부; 및 제 2 로터의 일단부와 결속되는 제 2 연결부;를 포함하는 구성일 수 있다.

이 경우, 상기 연결부재는, 측단면상 제 1 로터 및 제 2 로터의 외경과 대응되는 외경으로 형성된 환상형 구조일 수 있다.

또한, 상기 연결부재는, 둘 이상이 서로 결합되어 측단면상 제 1 로터 및 제 2 로터의 외경과 대응되는 환상형 구조를 이룰 수 있다.

경우에 따라서, 상기 연장부는, 열팽창률이 서로 다른 두 가지 종류 이상의 소재로 일정 패턴 배치되어 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는, 압축기 디스크를 장착한 로터, 압축기 디스크의 외주면에 장착된 압축기 블레이드, 압축기 디스크와 압축기 블레이드를 감싸는 구조의 압축기 케이싱, 압축기 케이싱 내부면에 장착되는 압축기 베인을 포함하는 압축기로서, 상기 로터에는 다수의 압축기 디스크가 장착되고, 상기 다수의 압축기 디스크가 서로 인접하는 부위에는, 로터와 열팽창률이 서로 다른 소재로 구성되고 인접하는 압축기 디스크를 서로 연결시키는 구조의 연결부재가 장착되는 구성일 수 있다.

이 경우, 상기 인접하는 압축기 디스크는 서로 소정 거리만큼 이격되어 로터에 장착되고, 상기 인접하는 압축기 디스크는 연결부재에 의해 서로 결속되며, 상기 연결부재는 열변형에 의해 인접하는 압축기 디스크의 거리를 일정 거리로 유지시킬 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 압축기를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 로터 또는 압축기 케이싱과 열팽창률이 서로 다른 소재로 구성된 특정 구조의 열팽창 흡수부재를 특정 위치에 배치함으로써, 열변형에 의해 로터와 압축기 베인이 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있고, 열변형에 의해 압축기 베인과 압축기 블레이드가 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있는 구조를 포함하는 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 로터 또는 압축기 케이싱과 열팽창률이 서로 다른 소재로 구성된 특정 구조의 열팽창 흡수부재를, 로터와 압축기 케이싱이 서로 대향하는 방향과 평행한 방향으로 장착하거나, 로터의 연장방향과 평행한 방향으로 장착함으로써, 열변형에 의해 로터와 압축기 베인이 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있고, 열변형에 의해 압축기 베인과 압축기 블레이드가 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있는 구조를 포함하는 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 특정 구조의 열팽창 흡수부재 및 클리어런스 조절부재를 압축기 베인 아우터 링과 압축기 케이싱 사이에 장착함으로써, 압축기의 운영환경에 따라 클리어런스를 특정 범위 내로 조절할 수 있어, 결과적으로 열변형에 의해 로터와 압축기 베인이 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있고, 열변형에 의해 압축기 베인과 압축기 블레이드가 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있는 구조를 포함하는 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 특정 구조의 제 1 로터, 제 2 로터 및 연결부재를 구비함으로써, 열변형에 의해 로터의 길이 방향 변형을 흡수 할 수 있어, 결과적으로 열변형에 의해 로터와 압축기 베인이 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있고, 열변형에 의해 압축기 베인과 압축기 블레이드가 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있는 구조를 포함하는 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 가스 터빈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압축기, 연소기 및 터빈 부분을 나타내는 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 일부분을 발췌하여 나타낸 부분 확대도이다.
도 4는 도 3의 E 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 로터의 일부분을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 절단 사시도이다.
도 7는 도 6의 부분 확대도이다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 로터, 제 2 로터 및 연결 부재를 나타내는 부분 확대도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 1 로터, 제 2 로터 및 연결부재를 나타내는 분해 조립도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압축기 디스크 및 연결부재를 나타내는 부분 확대도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 일부분을 발췌하여 나타낸 부분 확대도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 E 부분 확대도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 압축기(100)는, 압축기 디스크(110)를 장착한 로터(200), 압축기 디스크(110)의 외주면에 장착된 압축기 블레이드(120), 압축기 디스크(110)와 압축기 블레이드(120)를 감싸는 구조의 압축기 케이싱(130), 압축기 케이싱(130) 내부면에 장착되는 압축기 베인(140)을 포함하는 압축기로서, 압축기 케이싱(130)에는, 압축기 케이싱(130)과 열팽창률이 서로 다른 열팽창 흡수부재(150)가 장착되는 구성일 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 로터(200) 또는 압축기 케이싱(130)과 열팽창률이 서로 다른 소재로 구성된 특정 구조의 열팽창 흡수부재(150)를 특정 위치에 배치함으로써, 열변형에 의해 로터(200)와 압축기 베인(140)이 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있고, 열변형에 의해 압축기 베인(140)과 압축기 블레이드(120)가 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있는 구조를 포함하는 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 압축기(100)를 구성하고 있는 각 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.

상기 언급한 본 실시예에 따른 열팽창 흡수부재(150)는, 로터(200)와 압축기 케이싱(130)이 서로 대향하는 방향과 평행한 방향으로 소정 길이만큼 연장되어 장착될 수 있다.

구체적으로, 로터(200)의 내부에 중심으로부터 방사형 구조로 열팽창 흡수부재(150)를 설치할 수 있다. 또한, 압축기 케이싱(130)의 내주면 또는 외주면에 로터(200)를 감싸는 구조로 열팽창 흡수부재(150)를 설치할 수 있다.

또한, 열팽창 흡수부재(150)는, 로터(200)의 연장방향과 평행한 방향으로 소정 길이만큼 연장되어 장착될 수 있다.

구체적으로, 로터(200)의 내부에 축방향으로 열팽창 흡수부재(150)를 설치할 수 있다. 또한, 압축기 케이싱(130)의 내주면 또는 외주면에 로터(200)의 축방향으로 소정 길이만큼 연장된 구조로 열팽창 흡수부재(150)를 설치할 수 있다.

이 경우, 로터(200)와 압축기 케이싱(130)이 열변형 되더라도 열팽창 흡수부재(150)가 열변형을 흡수하여 로터(200)와 압축기 케이싱(130)에 장착된 압축기 블레이드(120) 및 압축기 베인(140)을 의도하는 위치에 고정시킬 수 있으며, 결과적으로 열변형에 의해 각 구성물이 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 압축기 베인(140)의 일단부에는 압축기 베인 아우터 슈라우드(141)가 장착되고, 압축기 베인 아우터 슈라우드(141)는 압축기 베인 아우터 링(142)에 장착될 수 있다.

이때, 압축기 베인 아우터 링(142)과 압축기 케이싱(130) 결속 부위에는 압축기 베인 아우터 링(142)의 상하 위치를 열변형에 의해 변경시키는 열팽창 흡수부재(151)가 장착될 수 있다.

경우에 따라서, 압축기 베인 아우터 링(142)과 압축기 케이싱(130) 사이에는, 압축기 베인 아우터 링(142)의 상하 위치를 변경시켜 압축기 베인(140)과 로터(200) 사이의 클리어런스를 조절하는 클리어런스 조절부재(160)가 더 장착될 수 있다.

이 경우, 열변형에 따른 클리어런스 조절뿐만 아니라, 운용자의 의도에 따라 클리어런스 조절부재(160)를 이용하여 특정 범위로 클리어런스 범위를 손쉽게 조정할 수 있다. 결과적으로 열변형에 기인하는 문제점을 해소할 수 있어 안정적인 압축기 운용을 보장할 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 압축기 베인 아우터링(142)은 일정 거리만큼 이격되어 둘 이상 압축기 베인케리어(143)에 장착되고, 압축기 베인케리어(143)는 압축기 케이싱(130) 내부에 위치변경 가능하도록 장착될 수 있다.

이때, 압축기 케이싱(130)과 압축기 베인케리어(143) 결속 부위에는, 압축기 베인케리어(143)의 상하 위치를 열변형에 의해 변경시키는 열팽창 흡수부재(152)가 장착될 수 있다.

도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 로터의 일부분을 나타내는 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 절단 사시도가 도시되어 있으며, 도 7에는 도 6의 부분 확대도가 도시되어 있다. 또한, 도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 로터, 제 2 로터 및 연결 부재를 나타내는 부분 확대도가 도시되어 있고, 도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 1 로터, 제 2 로터 및 연결부재를 나타내는 분해 조립도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 로터(200)에는, 로터(200)와 열팽창률이 서로 다른 열팽창 흡수부재(150)가 장착될 수 있다.

이때, 본 실시예에 따른 열팽창 흡수부재(150)는, 로터(200)와 압축기 케이싱(140)이 서로 대향하는 방향과 평행한 방향으로 소정 길이만큼 연장되어 장착될 수 있다. 또한, 열팽창 흡수부재(150)는, 로터(200)의 연장방향과 평행한 방향으로 소정 길이만큼 연장되어 장착될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 로터(200)와 열팽창률이 서로 다른 소재로 구성된 특정 구조의 열팽창 흡수부재(150)를, 로터(200)와 압축기 케이싱(130)이 서로 대향하는 방향과 평행한 방향으로 장착하거나, 로터(200)의 연장방향과 평행한 방향으로 장착함으로써, 열변형에 의해 로터(200)와 압축기 베인(140)이 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있고, 열변형에 의해 압축기 베인(140)과 압축기 블레이드(120)가 서로 맞닿게 되는 것을 방지할 수 있는 구조를 포함하는 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 로터(200)는, 특정 구조의 제 1 로터(210), 제 2 로터(220) 및 연결부재(230)를 포함하는 구성일 수 있다.

구체적으로 제 1 로터(210)는, 일방향으로 소정 길이만큼 연장된 축 구조이고, 일단부에 제 2 로터(220)의 삽입부(221)가 내입될 수 있는 삽입홈(211)이 형성된 구조일 수 있다.

제 2 로터(220)는, 일방향으로 소정 길이만큼 연장된 축 구조이고, 일단부에 제 1 로터(210)에 형성된 삽입홈(211)과 대응되는 구조의 삽입부(221)가 소정 길이만큼 연장되어 형성된 구조일 수 있다.

또한, 연결부재(230)는, 삽입홈(211)과 삽입부(221) 사이에 장착되고, 제 1 로터(210)와 제 2 로터(220)를 서로 결속시키며, 제 1 로터(210) 및 제 2 로터(220)를 구성하는 소재와 열팽창률이 서로 다른 소재로 구성될 수 있다.

제 1 로터(210)의 구조에 대해 더욱 상세히 살펴보면, 제 1 로터(210)의 일단부에는 외주면을 따라 일정 간격 이격되어 볼트홀(212)이 형성되고, 제 1 로터(210)의 일단부와 결속되는 연결부재(230)의 일측부에는 볼트홀(212)과 대응되는 위치에 관통홀(231)이 형성될 수 있다. 이때, 볼트홀(212)과 관통홀(231)을 이용하여 제 1 로터(210)와 연결부재(2300가 서로 볼팅 체결될 수 있다.

또한, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 삽입부(221)의 일단부에는 외주면을 따라 일정 간격 이격되어 볼트홀(222)이 형성되고, 삽입부(221)의 일단부와 결속되는 연결부재(230)의 일측부에는 볼트홀(222)과 대응되는 위치에 관통홀(232)이 형성될 수 있다. 이때, 볼트홀(222)과 관통홀(232)을 이용하여 제 2 로터(220)와 연결부재(230)가 서로 볼팅 체결될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 연결부재(230)는, 열팽창률이 서로 다른 두 가지 종류 이상의 소재로 일정 패턴 배치되어 구성될 수 있다. 구체적으로, 제 1 로터(210) 및 제 2 로터(220)의 외주면을 따라 대응되는 구조로 배치됨이 바람직하다.

연결부재(230)에 대해 더욱 상세히 살펴보면, 본 실시예에 따른 연결부재(230)는, 특정 구조의 제 1 연결부(233), 연장부(234) 및 제 2 연결부(235)를 포함하는 구조일 수 있다.

구체적으로 제 1 연결부(233)는, 제 1 로터(210)의 일단부와 결속되는 구조이다. 연장부(234)는, 제 1 연결부(233)와 제 2 연결부(235)를 일체로 연결하고, 삽입부(221)의 외주면과 대응되는 구조로 소정 길이만큼 연장된 구조이다. 또한, 제 2 연결부(235)는, 제 2 로터(220)의 일단부와 결속되는 구조이다.

또한, 본 실시예에 따른 연결부재(230)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 측단면상 제 1 로터(210) 및 제 2 로터(220)의 외경과 대응되는 외경으로 형성된 환상형 구조임이 바람직하다.

경우에 따라서, 연결부재(230)는, 둘 이상이 서로 결합되어 측단면상 제 1 로터(210) 및 제 2 로터(220)의 외경과 대응되는 환상형 구조를 이룰 수 있다. 이 경우, 열변형에 따라 제 1 로터(210)와 제 2 로터(220)의 원주방향으로 길이 또는 위치를 변경할 수 있어, 이에 따른 열변형을 효과적으로 흡수할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 연장부(234)는, 열팽창률이 서로 다른 두 가지 종류 이상의 소재로 일정 패턴 배치되어 구성될 수 있다. 이 경우 역시, 열변형에 따라 제 1 로터(210)와 제 2 로터(220)의 원주방향으로 길이 또는 위치를 변경할 수 있어, 이에 따른 열변형을 효과적으로 흡수할 수 있다.

경우에 따라서, 제 1 로터(210)와 연결부재(230)가 서로 접촉하는 면(A), 및 제 2 로터(220)와 연결부재(230)가 서로 접촉하는 면(B)에는, 연전달물질이 도포될 수 있다.

이 경우, 가스터빈의 시동구간에서 기스터빈 로터의 온도 상승에 따른 열전달을 효과적으로 유도하여, 연결부재(230)의 길이변화를 적극 유도하여 가스터빈 로터의 축방향 길이를 손쉽게 조절할 수 있고, 이에 따라서, 로터(200) 반경방향 클리어런스(clearance)를 조절할 수 있는 압축기를 제공할 수 있다.

한편, 삽입홈(211)의 내주면과 삽입부의 외주면은 연장부(234)의 두께(T)를 반영하여 소정 거리만큼 이격됨이 바람직하다. 예를 들어, 삽입홈(211)의 내주면과 삽입부(221)의 외주면이 서로 이격된 거리(D)는, 연장부(234)의 두께(T) 대비 100 내지 110%일 수 있다.

삽입홈(211)의 내주면과 삽입부의 외주면이 서로 이격된 거리(D)는, 연결부재(230)를 구성하는 소재의 종류 및 열팽창에 의해 변화되는 거리 등을 고려하여 적절히 변경 가능함은 물론이다.

이 경우, 삽입홈(211)의 내주면과 삽입부(221)의 외주면이 서로 이격된 거리를, 연장부(234)의 두께(T) 대비 특정 범위로 한정함으로써, 연결부재(230)의 열변형에 따른 로터(200)의 전체 길이 조절을 보다 정확하고 안정적으로 구현할 수 있다.

도 10에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압축기 디스크 및 연결부재를 나타내는 부분 확대도가 도시되어 있다.

도 10을 도 3 및 도 4와 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 로터(200)에는 다수의 압축기 디스크(110)가 장착되고, 다수의 압축기 디스크(110)가 서로 인접하는 부위에는, 로터(200)와 열팽창률이 서로 다른 소재로 구성되고 인접하는 압축기 디스크(110)를 서로 연결시키는 구조의 열팽창 흡수부재(153)가 장착될 수 있다.

구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 인접하는 압축기 디스크(110)는 서로 소정 거리만큼 이격되어 로터(200)에 장착되고, 인접하는 압축기 디스크(110)는 연결부재(170)에 의해 서로 결속될 수 있다. 이때, 열팽창 흡수부재(153)는 열변형에 의해 인접하는 압축기 디스크(110)의 거리를 일정 거리로 유지시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 열팽창 흡수부재(153)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 양단부가 부풀어 오른 아령 구조일 수 있으나, 설계자의 의도에 따라 적절히 변경할 수 있음은 물론이다.

본 발명은 또한, 상기 언급한 본 발명에 따른 압축기를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있는 바, 압축기의 후단에 위치하는 압축기 베인의 각도를 손쉽고 안정적으로 변경시킬 수 있는 구조를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1000: 종래 기술에 따른 가스 터빈
1100: 압축기
1110: 압축기 디스크
1120: 로터
1130: 압축기 블레이드
1140: 압축기 베인
1150: 압축기 케이싱
1200: 연소기
1300: 터빈
100: 압축기
110: 압축기 디스크
120: 압축기 블레이드
130: 압축기 케이싱
140: 압축기 베인
141: 압축기 베인 아우터 슈라우드
142: 압축기 베인 아우터 링
143: 압축기 베인케리어
150: 열팽창 흡수부재
151: 열팽창 흡수부재
152: 열팽창 흡수부재
153: 열팽창 흡수부재
160: 클리어런스 조절부재
200: 로터
210: 제 1 로터
211: 삽입홈
212: 볼트홀
220: 제 2 로터
221: 삽입부
222: 볼트홀
230: 연결부재
231: 관통홀
232: 관통홀
233: 제 1 연결부
234: 연장부
235: 제 2 연결부
241, 142: 볼팅 체결부재
251: 제 1 유동로
252: 제 2 유동로
253: 제 1 유동로
A: 제 1 로터와 연결부재가 서로 접촉하는 면
B: 제 2 로터와 연결부재가 서로 접촉하는 면
D: 삽입홈의 내주면과 삽입부의 외주면이 서로 이격된 거리
T: 연장부의 두께

Claims

압축기 디스크를 장착한 로터, 압축기 디스크의 외주면에 장착된 압축기 블레이드, 압축기 디스크와 압축기 블레이드를 감싸는 구조의 압축기 케이싱, 압축기 케이싱 내부면에 장착되는 압축기 베인을 포함하는 압축기에 있어서,
상기 압축기 케이싱에는, 압축기 케이싱과 열팽창률이 서로 다른 열팽창 흡수부재가 장착되고,
상기 로터는,
일방향으로 소정 길이만큼 연장된 축 구조이고, 일단부에 제 2 로터의 삽입부가 내입될 수 있는 삽입홈이 형성된 제 1 로터;
일방향으로 소정 길이만큼 연장된 축 구조이고, 일단부에 제 1 로터에 형성된 삽입홈과 대응되는 구조의 삽입부가 소정 길이만큼 연장되어 형성된 제 2 로터; 및
상기 삽입홈과 삽입부 사이에 장착되고, 제 1 로터와 제 2 로터를 서로 결속시키며, 제 1 로터 및 제 2 로터를 구성하는 소재와 열팽창률이 서로 다른 소재로 구성된 연결부재;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 열팽창 흡수부재는, 로터와 압축기 케이싱이 서로 대향하는 방향과 평행한 방향으로 소정 길이만큼 연장되어 장착되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 열팽창 흡수부재는, 로터의 연장방향과 평행한 방향으로 소정 길이만큼 연장되어 장착되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 압축기 베인의 일단부에는 압축기 베인 아우터 슈라우드가 장착되고,
상기 압축기 베인 아우터 슈라우드는 압축기 베인 아우터 링에 장착되며,
상기 압축기 베인 아우터 링과 압축기 케이싱 결속 부위에는 압축기 베인 아우터 링의 상하 위치를 열변형에 의해 변경시키는 열팽창 흡수부재가 장착되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제 4 항에 있어서,
상기 압축기 베인 아우터 링과 압축기 케이싱 사이에는, 압축기 베인 아우터 링의 상하 위치를 변경시켜 압축기 베인과 로터 사이의 클리어런스를 조절하는 클리어런스 조절부재가 더 장착되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제 4 항에 있어서,
상기 압축기 베인 아우터링은 일정 거리만큼 이격되어 둘 이상 압축기 베인케리어에 장착되고,
상기 압축기 베인케리어는 압축기 케이싱 내부에 위치변경 가능하도록 장착되며,
상기 압축기 케이싱과 압축기 베인케리어 결속 부위에는, 압축기 베인케리어의 상하 위치를 열변형에 의해 변경시키는 열팽창 흡수부재가 장착되는 것을 특징으로 하는 압축기.
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제 1 항에 있어서,
상기 제 1 로터의 일단부에는 외주면을 따라 일정 간격 이격되어 볼트홀이 형성되고,
제 1 로터의 일단부와 결속되는 연결부재의 일측부에는 볼트홀과 대응되는 위치에 관통홀이 형성되며,
상기 볼트홀과 관통홀을 이용하여 제 1 로터와 연결부재가 서로 볼팅 체결되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 삽입부의 일단부에는 외주면을 따라 일정 간격 이격되어 볼트홀이 형성되고,
삽입부의 일단부와 결속되는 연결부재의 일측부에는 볼트홀과 대응되는 위치에 관통홀이 형성되며,
상기 볼트홀과 관통홀을 이용하여 제 2 로터와 연결부재가 서로 볼팅 체결되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 연결부재는, 열팽창률이 서로 다른 두 가지 종류 이상의 소재로 일정 패턴 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 연결부재는,
제 1 로터의 일단부와 결속되는 제 1 연결부;
제 1 연결부와 제 2 연결부를 일체로 연결하고, 삽입부의 외주면과 대응되는 구조로 소정 길이만큼 연장된 구조의 연장부; 및
제 2 로터의 일단부와 결속되는 제 2 연결부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
제 14 항에 있어서,
상기 연결부재는, 측단면상 제 1 로터 및 제 2 로터의 외경과 대응되는 외경으로 형성된 환상형 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 압축기.
제 14 항에 있어서,
상기 연결부재는, 둘 이상이 서로 결합되어 측단면상 제 1 로터 및 제 2 로터의 외경과 대응되는 환상형 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 압축기.
제 14 항에 있어서,
상기 연장부는, 열팽창률이 서로 다른 두 가지 종류 이상의 소재로 일정 패턴 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
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제 1 항에 따른 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.