KR101983469B1 - 터빈 블레이드 링 세그멘트 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈 - Google Patents

터빈 블레이드 링 세그멘트 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 외부에서 공급되는 냉각공기가 유동하는 유로를 개선하여 냉각 효율을 향상시키는 터빈 블레이드 링 세그멘트 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈을 제공하기 위한 것으로, 연소기로부터 공급되는 연소가스에 의하여 회전하는 터빈 블레이드를 수용하는 터빈 케이싱에 장착되는 터빈 블레이드 링세그먼트에 있어서, 상기 터빈 케이싱의 내측면에 장착되고, 상기 터빈 케이싱의 외부에서 공급되는 냉각공기가 유동하는 복수개의 유동홀이 형성되는 내측 패널; 상기 내측 패널의 일측에 배치되는 외측패널; 및 상기 외측패널의 일측면에 돌출되어 형성되며, 상기 유동홀을 통하여 공급된 냉각공기가 흐르는 지그재그 형상의 제1유동로를 형성하는 냉각유로돌부를 포함하는 터빈플레이드 링세그먼트 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈을 제공한다.

Description

터빈 블레이드 링 세그멘트 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈{Ring segment of turbine blade and turbine and gas turbine comprising the same}
본 발명은 터빈 블레이드 링 세그멘트 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터빈 케이싱에 장착되어 연소가스의 누설을 방지하는링 세그멘트의 냉각구조를 개선한 터빈 블레이드 링 세그멘트 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈에 관한 것이다.
터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈 및 고온의 연소가스를 이용하는 가스터빈 등이 있다.
이 중, 가스터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다.
연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.
터빈은 터빈 케이싱 내에 복수의 터빈 베인과, 터빈 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 또한, 압축기와 연소기와 터빈 및 배기실의 중심부를 관통하도록 로터가 배치되어 있다.
상기 로터는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고, 상기 로터에 복수의 디스크가 고정되어, 각각의 블레이드가 연결되는 동시에, 배기실측의 단부에 발전기 등의 구동축이 연결된다.
이러한 가스터빈은 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.
가스터빈의 작동에 대해서 간략하게 설명하면, 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스가 만들어지고, 이렇게 만들어진 연소 가스는 터빈측으로 분사된다. 분사된 연소 가스가 상기 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.
상기 로터를 회전시키는 고온 고압의 연소가스의 누설을 방지하고 결과적으로 가스터빈의 효율이 증대되도록 압축 및 터빈 단에 적절한 블레이드 링 세그먼트가 설치된다. .
이러한 블레이드 링 세그먼트는 블레이드를 수용하는 가스터빈의 케이스 내에 설치되어 회전하는 블레이드 외곽을 둘러싸도록 위치하고, 이때 상기 케이스의 내부공간에 대향하는 블레이드 링 세그먼트의 일면은 고온 고압의 연소가스에 노출되어 높은 열부하가 발생될 수 있고, 열부하에 의해 블레이드 링 세그먼트의 파손이 발생할 수 있다. 이러한 블레이드 링 세그먼트는 열부하에 의한 파손을 방지하기 위해 복수의 냉각유로가 내부에 형성되는데, 상기 열부하에 의한 파손을 방지하기 위하여 냉각 효율을 향상시키는 냉각구조의 연구개발이 지속되고 있다.
이와 관련된 기술로서, 대한민국 등록특허 제1623303호에는 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트가 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 외부에서 공급되는 냉각공기가 유동하는 유로를 개선하여 냉각 효율을 향상시키는 터빈 블레이드 링 세그멘트 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 냉각공기의 유동로를 형성하는 돌출블럭 내부에 냉각공기 유로를 형성하여 냉각효율을 증대시킨 터빈 블레이드 링 세그멘트 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 연소기로부터 공급되는 연소가스에 의하여 회전하는 터빈 블레이드를 수용하는 터빈 케이싱에 장착되는 터빈 블레이드 링세그먼트에 있어서, 상기 터빈 케이싱의 내측면에 장착되고, 상기 터빈 케이싱의 외부에서 공급되는 냉각공기가 유동하는 복수개의 유동홀이 형성되는 내측 패널; 상기 내측 패널의 일측에 배치되는 외측패널; 및 상기 외측패널의 일측면에 돌출되어 형성되며, 상기 유동홀을 통하여 공급된 냉각공기가 흐르는 지그재그 형상의 제1유동로를 형성하는 냉각유로돌부를 포함하는 터빈블레이드 링세그먼트를 제공한다.
상기 냉각유로돌부는, 상기 외측패널에 형성되는 복수개의 다각기둥형상의 돌출블럭을 포함하고, 상기 돌출블럭은 육각기둥형상일 수 있다.
상기 돌출블럭의 내부에 상기 유동홀을 통과하여 공급된 냉각공기가 유동하는 제2유동로가 형성되고, 상기 돌출블럭의 상면에는 상기 유동홀과 대응되는 위치에 유입홀이 형성되고, 상기 돌출블럭의 측면에는 상기 유입홀로 유입된 냉각공기가 측방향으로 배출되는 배출홀이 형성되며, 상기 돌출블럭의 내부에는 상기 유입홀과 상기 배출홀을 연통시키는 냉각공기유로가 형성될 수 있으며, 상기 배출홀은 상기 돌출블럭의 복수개의 측면에 각각 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각유로돌부는, 상기 외측패널에 형성되는 복수개의 절곡편을 포함할 수 있고, 상기 절곡편은 인접하는 열의 절곡편과 엇갈리게 배치될 수 있다.
또는, 상기 냉각유로돌부는, 상기 외측패널에 형성되는 복수개의 원형기둥형상의 돌출블럭 및 상기 돌출블럭과 인접하는 돌출블럭 사이를 연결하는 연결블럭을 포함할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명은, 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈에 있어서, 복수개의 터빈 디스크와, 상기 복수개의 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수개의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 로터; 상기 터빈 로터를 내부에 수용하는 터빈 케이싱; 상기 복수개의 터빈 블레이드 사이에 배치되도록 상기 터빈 케이싱의 내주면에 설치되는 복수개의 터빈 베인; 및 상기 터빈 케이싱의 내측면에 장착되고, 상기 터빈 케이싱의 외부에서 공급되는 냉각공기가 유동하는 복수개의 유동홀이 형성되는 내측 패널과, 상기 내측 패널의 일측에 배치되는 외측패널과, 상기 외측패널의 일측면에 돌출되어 형성되며 상기 유동홀을 통하여 공급된 냉각공기가 흐르는 지그재그 형상의 제1유동로를 형성하는 냉각유로돌부를 포함하는 터빈블레이드 링세그먼트를 포함하는 터빈을 제공한다.
또 다른 한편으로 본 발명은, 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기; 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 통해 연료를 연소시켜 연소가스를 생성하는 연소기; 및 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전하며, 복수개의 터빈 디스크와, 상기 복수개의 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수개의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 로터와, 상기 터빈 로터를 내부에 수용하는 터빈 케이싱과, 상기 복수개의 터빈 블레이드 사이에 배치되도록 상기 터빈 케이싱의 내주면에 설치되는 복수개의 터빈 베인과, 상기 터빈 케이싱의 내측면에 장착되고, 상기 터빈 케이싱의 외부에서 공급되는 냉각공기가 유동하는 복수개의 유동홀이 형성되는 내측 패널과, 상기 내측 패널의 일측에 배치되는 외측패널과, 상기 외측패널의 일측면에 돌출되어 형성되며 상기 유동홀을 통하여 공급된 냉각공기가 흐르는 지그재그 형상의 제1유동로를 형성하는 냉각유로돌부를 포함하는 터빈블레이드 링세그먼트를 포함하는 터빈을 포함하는 가스터빈을 제공한다.
본 발명에 따른 터빈 블레이드 링 세그멘트 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈은 외부에서 공급되는 냉각공기가 유동하는 유로를 개선하여 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명 따른 터빈 블레이드 링 세그멘트 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈은 냉각공기가 유동하는 유로를 형성하는 돌출블럭의 내부에 추가적인 공기유동로를 형성하여 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 터빈 블레이드 링 세그멘트가 적용된 가스터빈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 터빈 블레이드 링 세그멘트를 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 터빈 블레이드 링 세그멘트의 분해사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 외측 패널의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 외측패널의 변형예의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 터빈 블레이드 링 세그멘트의 분해사시도이다.
도 7은, 도 6에 도시된 외측 패널의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트의 외측패널의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트의 외측패널의 변형예의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트의 외측패널의 평면도이다.
이하, 본 발명에 따른 터빈 블레이드 링 세그멘트 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈에 대해 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈(10)은 타이로드(100)와, 압축기(200)와, 토크튜브(300)와, 연소기(400)와, 터빈(1000)을 포함한다. 상기 타이로드는 상기 가스터빈(10)의 중심부를 가로지르도록 설치되는 봉 부재이고, 상기 타이로드(100)는 압축기(200)와 터빈(1000)을 체결시키는 역할을 한다.
상기 가스터빈(10)은 케이싱(110)을 구비하고 있고, 상기 케이싱의 후측에는 상기 터빈(1000)을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저(10a)가 구비되어 있으며, 상기 디퓨저의 앞쪽에는 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(400)가 배치된다. 상기 케이싱(110)은 압축기케이싱(210)과 터빈케이싱(1300)을 포함한다.
공기의 흐름을 기준으로 설명하면, 상기 케이싱(110)의 상류측에 압축기(200)가 위치하고, 하류 측에는 터빈(1000)이 배치된다. 상기 압축기(200)와 상기 터빈(1000)의 사이에는 상기 터빈(1000)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기(200)로 전달하는 토크전달부재로서의 토크튜브(300)가 배치되는 것이 바람직하다.
상기 압축기(200)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 디스크(220)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 디스크(220)들은 타이로드에 의해서 축 방향으로 인접하여 체결된다.
상기 각각의 압축기 디스크(220)는 대략 중앙을 상기 타이로드가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있으며, 이웃한 각각의 압축기 디스크(220)는 대향하는 면이 상기 타이로드에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.
상기 압축기 디스크(220)의 외주면에는 복수 개의 압축기 블레이드(240)가 방사상으로 결합되어 있으며, 상기 각각의 압축기 블레이드(240)는 압축기 블레이드 루트부재(260)를 구비하여 상기 압축기 디스크(220)에 체결된다.
상기 각각의 압축기 디스크(220)의 사이에는 상기 압축기케이싱(210)에 고정되어 배치되는 압축기 베인(280)이 위치한다. 상기 압축기 베인(280)은 상기 압축기 디스크(220)와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 상기 압축기 디스크(220)의 압축기 블레이드(240)를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 압축기 디스크(220)의 압축기 블레이드(240)로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.
상기 압축기 블레이드 루트부재(260)의 체결방식은 탄젠셜 타입(Tangential type)과 액셜 타입(Axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있으며, 통상적으로 알려진 도브테일 또는 전나무 형태(Fir-tree)를 가질 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키이 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 압축기 블레이드를 압축기 로터 디스크에 체결할 수 있다.
상기 타이로드는 상기 복수 개의 압축기 디스크(220)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 디스크(220) 내에 체결되고, 타측 단부는 상기 토크튜브(300) 내에서 고정된다.
상기 연소기(400)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.
가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다. 또한 라이너의 전단에는 연료노즐이 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합된다.
한편 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션 피스가 연결된다. 이러한 트랜지션 피스는, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.
이를 위해 상기 트랜지션 피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.
상기 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션 피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.
상기 연소기(400)에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈(1000)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크튜브를 거쳐 압축기(200)로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.
상기 터빈(1000)은 기본적으로 상기 압축기(200)의 구조와 유사하며, 상기 터빈(1000)은 복수의 터빈 디스크(1120)와, 복수의 터빈 블레이드(1140)로 구성되는 복수개의 터빈 로터(1100)를 포함한다.
상기 복수의 터빈 디스크(1120) 외측면에 복수의 터빈 블레이드(1140)가 결합되며, 상기 복수의 터빈 디스크(1120)는 방사상으로 상기 타이로드의 외주면에 구비되어 상기 연소기(400)로부터 공급되는 연소가스에 의해 회전하게 된다. 상기 복수의 터빈 디스크(1120) 외측면에 복수의 터빈 블레이드(1140)가 결합되며, 상기 복수의 터빈 디스크(1120)는 방사상으로 상기 타이로드의 외주면에 구비되어 상기 연소기(400)로부터 공급되는 연소가스에 의해 회전하게 된다.
상기 터빈 블레이드(1140)는 도브테일 등의 방식으로 상기 터빈 디스크(1120)에 결합되며, 다단으로 상기 타이로드의 외주면에 구비되는 상기 터빈 블레이드(1140)의 사이에는 터빈 케이싱(1300)에 고정되는 복수의 터빈 베인(1310)이 구비되고, 상기 복수의 터빈 베인(1310)은 상기 터빈 블레이드(1140)를 통과한 연소가스의 흐름을 가이드하는 역할을 한다.
상기 복수의 터빈 베인(1310)은 상기 터빈 케이싱(1300)의 원주방향을 따라서 다열로 형성되며, 상기 복수의 터빈 베인은 상기 타이로드의 축방향을 따라 상기 터빈 블레이드(1140)와 순차적으로 엇갈리게 형성되는 것이 바람직하다.
도 1 내지 4를 참조하면, 상기 터빈 케이싱의 내측면에는 터빈 블레이드 링 세그멘트(1400)가 장착되며, 상기 터빈 블레이드 링 세그멘트(1400)는 연소가스의 누설을 방지하면서 터빈 케이싱(1300)을 냉각시키는 역할을 한다.
상기 터빈 블레이드 링 세그멘트(1400)는 내측 패널(1420)과 외측 패널(1440)을 포함한다. 상기 내측 패널(1420)에는 상기 터빈 케이싱의 외부에서 공급되는 냉각공기가 유동하는 복수개의 유동홀(1422)이 형성되며, 상기 내측 패널(1420)의 양단에는 상기 내측 패널(1420)을 상기 터빈 케이싱에 장착하는 장착단(1424)이 형성된다.
상기 외측 패널(1440)은 상기 내측 패널(1420)의 일측면에 배치된다. 상기 외측패널의 일측면에는 상기 유동홀을 통하여 공급된 냉각공기가 유동하는 제1유동로를 형성하는 냉각유로돌부(1460)가 형성된다.
상기 냉각유로돌부(1460)는 일방향으로 길게 형성된 직육면체의 다각기둥 형상의 돌출블럭(1461)이 복수개가 배열되어 이루어진다. 상기 돌출블럭(1461)에 의하여 형성되는 제1유동로(1450)는 지그재그 형상으로 이루어진다. 상기 유동홀(1422)을 통하여 공급된 냉각공기는 저항이 적은 직선유동로를 가지는 일반적인 유동로에 비하여 저항이 큰 지그재그 형상으로 이루어진 제1유동로(1450)를 이동하며 보다 긴 시간동안 머물게 되므로 링세그멘트를 더 효율적으로 냉각시키게 된다.
상기 냉각유로돌부(1460)는 직사각형 기둥 형상의 돌출블럭이 복수개 배치되어 형성된다. 본 실시예의 돌출블럭(1461)은 직사각형기둥형상으로 이루어지나, 지그재그 형상의 유동로를 형성할 수 있는 것이라면, 다른 다각형 기둥형상으로 이루질 수 있음은 물론이다.
상기 돌출블럭(1461)은 인접하는 돌출블럭과 엇갈리게 배치되어 지그재그형상의 제1유동로(1450)를 형성한다. 그리고 장방경이 터빈 케이싱의 축방향과 일치하게 배치되어, 상기 유동홀을 통하여 공급된 냉각공기가 측방향으로 이동하는 경우 지그재그 형상의 유로를 따라 이동하게 되므로 냉각성능이 향상된다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 외측패널의 변형예의 평면도이다. 도 5를 참조하면, 직사각형 기둥 형상의 상기 돌출블럭(1461)은 장방경이 터빈케이싱의 축과 직교하게 배치된다. 상기 유동홀을 통하여 공급된 냉각공기는 상기 터빈의 상류에서 하류방향으로 유동하는 경우 지그재그 형상의 제1유동로(1450)를 따라 이동하게 된다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 터빈 블레이드 링 세그멘트의 분해사시도이고, 도 7은, 도 6에 도시된 외측 패널의 평면도이다.
도 6,7을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트(2400)는, 내측 패널(2420), 외측 패널(2440) 및 냉각유로돌부(2460)로 이루어진다.
본 발명의 제2실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트는, 상술한 본 발명의 제1실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트의 냉각유로돌부의 구조를 변형한 것이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트의 구성 중 상술한 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 하며, 제1실시예와 상이한 구성인 냉각유로돌부(2460)의 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 냉각유로돌부(2460)는, 복수개의 육각기둥 형상의 돌출블럭(2461)으로 이루어진다. 상기 돌출블럭(2461)은 인접하는 돌출블럭(2461)과 이격되어 배치되어 지그재그 형상의 제1유동로를 형성한다.
상기 돌출블럭(2461)의 내부에는 상기 유동홀(2422)을 통하여 공급된 냉각공기가 유동하는 냉각공기유로(2464)가 형성된다. 상기 돌출블럭(2461)의 상면에는 상기 유동홀과 대응되는 위치에 상기 냉각공기가 유입되는 유입홀(2462)이 형성되고, 상기 육각기둥의 돌출블럭(2461)의 6개의 측면에는 각각 배출홀(2463)이 형성된다. 상기 돌출블럭(2461)의 내부에는 일단이 상기 유입홀(2462)과 연통하고 타단은 상기 배출홀(2463)과 연통하는 냉각공기유로(2464)가 형성된다.
상기 냉각공기유로(2464)는 상기 유입홀(2462)에서 연장되어 6개의 관로로 분기되어 배출홀(2463)로 연장형성된다.
이에 따라 상기 내부패널의 유동홀(2422)을 통하여 공급되는 냉각공기는 상기 유입홀(2462)을 통하여 상기 돌출블럭(2461)의 내부로 공급되어 상기 돌출블럭 및 외부패널을 냉각시킨다. 상기 돌출블럭(2461)을 냉각시킨 냉각공기는 상기 냉각공기유로(2464) 및 배출홀(2463)을 통하여 상기 돌출블럭(2461)의 외부로 배출된다. 상기 배출홀(2463)을 통하여 돌출블럭(2461)의 외부로 배출된 냉각공기는 인접하는 돌출블럭과 충돌하여 냉각시킨 후, 제1유동로를 통하여 이동하며 상기 외측패널을 냉각시킨다.
이와 같이, 상기 내부패널의 유동홀을 통하여 공급된 냉각공기는 냉각공기유로 및 제1유동로를 통하여 이동하며 상기 외부패널 및 돌출블럭을 효율적으로 냉각시킨다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트의 외측패널의 평면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트는, 내측 패널, 외측 패널 및 냉각유로돌부로 이루어진다.
본 발명의 제3실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트는, 상술한 본 발명의 제1실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트의 냉각유로돌부의 구조를 변형한 것이다.
본 발명의 제3실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트의 구성 중 상술한 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 하며, 제1실시예와 상이한 구성인 냉각유로돌부의 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 냉각유로돌부는, 복수개의 절곡편(3461)으로 이루어진다. 상기 절곡편(3461)은 인접하는 절곡편(3461)과 이격되며 엇갈리게 배치되어 지그재그 형상의 제1유동로(3450)를 형성한다.
상기 절곡편(3461)은 “∧자 형상의 평면을 가지는 것으로, 인접하는 열의 절곡편과 엇갈리게 배치되어 지그재그 형상의 제1유동로(3450)를 형성한다. 이에 따라 상기 내부패널의 유동홀을 통하여 공급된 냉각공기는 절곡편 사이로 형성된 지그재그 형상의 제1유동로(3450)를 따라 이동하며 상기 외부패널을 냉각시킨다.
상기 절곡편(3461)의 “∧” 형상의 사이 각도는 냉각공기의 유동속도에 따라 조절가능할 수 있다. 예컨데, 냉각공기의 유동저항을 감소시키려는 경우에는 상기 “∧” 형상의 사이 각도를 감소시키고, 냉각공기의 유동저항을 증가시켜 속도를 느리게 하려고 하는 경우에는 상기 “∧” 형상의 사이 각도를 증가시킨다.
또한 상기 절곡편의 배치 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 도 9와 같이, 상기 절곡편을 90도 회전시켜 배치할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트의 외측패널의 평면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트는, 내측 패널, 외측 패널 및 냉각유로돌부로 이루어진다.
본 발명의 제4실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트는, 상술한 본 발명의 제1실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트의 냉각유로돌부의 구조를 변형한 것이다.
본 발명의 제4실시예에 따른 터빈 블레이드 링세그멘트의 구성 중 상술한 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 하며, 제1실시예와 상이한 구성인 냉각유로돌부(4460)의 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 냉각유로돌부(4460)는 복수개의 돌출블럭(4461) 및 인접하는 돌출블럭 사이를 연결하는 연결블럭(4462)으로 이루어진다.
상기 돌출블럭(4461)은 원형기둥형상으로 이루어지며, 상기 연결블럭(4462)은 한 쌍의 돌출블럭 사이에 형성되며, 상기 돌출블럭의 직경보다 작은 폭으로 이루어져 양 측의 돌출블럭을 연결시킨다. 상기 돌출블럭(4461)과 상기 연결블럭(4462)의 연결체는 전체적으로 땅콩 형상의 평면형상을 가지게 된다. 상기 내부패널의 유동홀을 통하여 공급된 냉각공기는 상기 돌출블럭과 상기 연결블럭의 외주면을 따라 이동한 후, 상기 돌출블럭과 인접하는 돌출블럭 사이를 이동한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 가스터빈 100 : 타이로드
200 : 압축기 400 : 연소기
240 : 압축기 블레이드 260 : 압축기 블레이드 루트부재
280 : 압축기 베인 300 : 토크튜브
400 : 연소기 1000 : 터빈
1300 : 터빈 케이싱 1400 : 터빈 블레이드 링 세그멘트
1420 : 내측 패널 1440 : 외측 패널
1460 : 냉각유로돌부 1461 : 돌출블럭

Claims (18)

  1. 연소기로부터 공급되는 연소가스에 의하여 회전하는 터빈 블레이드를 수용하는 터빈 케이싱에 장착되는 터빈 블레이드 링세그먼트에 있어서,
    상기 터빈 케이싱의 내측면에 장착되고, 상기 터빈 케이싱의 외부에서 공급되는 냉각공기가 유동하는 복수개의 유동홀이 형성되는 내측 패널; 상기 내측 패널의 일측에 배치되는 외측패널; 및 상기 외측패널의 일측면에 돌출되어 형성되며, 상기 유동홀을 통하여 공급된 냉각공기가 흐르는 지그재그 형상의 제1유동로를 형성하는 냉각유로돌부를 포함하고,
    상기 냉각유로돌부는, 상기 외측패널에 형성되는 복수개의 다각기둥형상의 돌출블럭을 포함하되,
    상기 돌출블럭의 상면에는 상기 유동홀과 대응되는 위치에 유입홀이 형성되고, 상기 돌출블럭의 측면에는 상기 유입홀로 유입된 냉각공기가 측방향으로 배출되는 배출홀이 형성되며, 상기 돌출블럭의 내부에는 상기 유입홀과 상기 배출홀을 연통시키는 냉각공기유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈블레이드 링세그멘트.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출블럭은 육각기둥형상인 터빈블레이드 링세그멘트.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출홀은 상기 돌출블럭의 복수개의 측면에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈블레이드 링세그멘트.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈에 있어서,
    복수개의 터빈 디스크와, 상기 복수개의 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수개의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 로터;
    상기 터빈 로터를 내부에 수용하는 터빈 케이싱;
    상기 복수개의 터빈 블레이드 사이에 배치되도록 상기 터빈 케이싱의 내주면에 설치되는 복수개의 터빈 베인; 및
    상기 터빈 케이싱의 내측면에 장착되고, 상기 터빈 케이싱의 외부에서 공급되는 냉각공기가 유동하는 복수개의 유동홀이 형성되는 내측 패널과,
    상기 내측 패널의 일측에 배치되는 외측패널과, 상기 외측패널의 일측면에 돌출되어 형성되며 상기 유동홀을 통하여 공급된 냉각공기가 흐르는 지그재그 형상의 제1유동로를 형성하는 냉각유로돌부를 포함하는 터빈플레이드 링세그먼트를 포함하고,
    상기 냉각유로돌부는, 상기 외측패널에 형성되는 복수개의 다각기둥형상의 돌출블럭을 포함하되,
    상기 돌출블럭의 상면에는 상기 유동홀과 대응되는 위치에 유입홀이 형성되고, 상기 돌출블럭의 측면에는 상기 유입홀로 유입된 냉각공기가 측방향으로 배출되는 배출홀이 형성되며, 상기 돌출블럭의 내부에는 상기 유입홀과 상기 배출홀을 연통시키는 냉각공기유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  11. 삭제
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 돌출블럭은 육각기둥형상인 터빈.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 배출홀은 상기 돌출블럭의 복수개의 측면에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  16. 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기;
    상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 통해 연료를 연소시켜 연소가스를 생성하는 연소기; 및
    상기 연소기로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전하며, 복수개의 터빈 디스크와, 상기 복수개의 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수개의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 로터와,
    상기 터빈 로터를 내부에 수용하는 터빈 케이싱과,
    상기 복수개의 터빈 블레이드 사이에 배치되도록 상기 터빈 케이싱의 내주면에 설치되는 복수개의 터빈 베인과,
    상기 터빈 케이싱의 내측면에 장착되고, 상기 터빈 케이싱의 외부에서 공급되는 냉각공기가 유동하는 복수개의 유동홀이 형성되는 내측 패널과,
    상기 내측 패널의 일측에 배치되는 외측패널과, 상기 외측패널의 일측면에 돌출되어 형성되며 상기 유동홀을 통하여 공급된 냉각공기가 흐르는 지그재그 형상의 제1유동로를 형성하는 냉각유로돌부를 포함하는 터빈플레이드 링세그먼트를 포함하는 터빈을 포함하고,
    상기 냉각유로돌부는, 상기 외측패널에 형성되는 복수개의 다각기둥형상의 돌출블럭을 포함하되,
    상기 돌출블럭의 상면에는 상기 유동홀과 대응되는 위치에 유입홀이 형성되고, 상기 돌출블럭의 측면에는 상기 유입홀로 유입된 냉각공기가 측방향으로 배출되는 배출홀이 형성되며, 상기 돌출블럭의 내부에는 상기 유입홀과 상기 배출홀을 연통시키는 냉각공기유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  17. 삭제
  18. 삭제
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