KR102031934B1 - 가스터빈의 냉각공기 공급구조 및 이를 이용한 가스터빈 - Google Patents

가스터빈의 냉각공기 공급구조 및 이를 이용한 가스터빈

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KR102031934B1 KR1020180022933A KR20180022933A KR102031934B1 KR 102031934 B1 KR102031934 B1 KR 102031934B1 KR 1020180022933 A KR1020180022933 A KR 1020180022933A KR 20180022933 A KR20180022933 A KR 20180022933A KR 102031934 B1 KR102031934 B1 KR 102031934B1
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셰미야토프스키 빅터
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Abstract

본 발명은 냉각공기파이프와 압축기디스크 또는 터빈디스크의 결합구조를 개선하여, 조립, 분해가 용이하고, 압축기디스크 및 터빈디스크의 손상을 방지할 수 있는 가스터빈의 냉각공기 공급구조 및 이를 이용한 가스터빈을 제공하기 위한 것으로, 전방에 배치되는 압축기디스크와 상기 압축기디스크에 후방으로 이격되어 회전하는 터빈디스크의 사이에 배치되어 상기 압축기디스크 측의 압축공기를 상기 터빈디스크 측으로 공급하는 가스터빈의 냉각공기 공급구조에 있어서, 상기 압축기디스크와 상기 터빈디스크 사이에 배치되며, 내부에 냉각공기 유로가 형성되는 냉각공기파이프;
상기 냉각공기파이프와 상기 압축기디스크 사이에 배치되며, 양단이 상기 압축기디스크 및 상기 냉각공기파이프와 각각 결합되는 전단탄성링을 포함하는 가스터빈의 냉각공기 공급구조 및 이를 이용한 가스터빈을 제공한다.

Description

가스터빈의 냉각공기 공급구조 및 이를 이용한 가스터빈{Cooling air supply structure of gas turbine and Gas turbine using the same}
본 발명은 가스터빈의 냉각공기 공급구조 및 이를 이용한 가스터빈에 관한 것으로, 더 상세하게는 압축기측으로부터 터빈측으로 냉각공기를 공급하는 냉각공기파이프와 터빈디스크 및 압축기디스크 사이의 결합구조를 개선한 가스터빈의 냉각공기 공급구조 및 이를 이용한 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.
여기서, 압축기 및 터빈은 외주부에 방사상으로 결합되는 블레이드를 갖는 복수 개의 로터 디스크를 포함한다. 통상적으로, 압축기에는 터빈 보다 많은 수의 로터 디스크가 포함되는데, 이하에서는 압축기에 배치되는 복수 개의 로터 디스크들을 압축기 섹션이라 칭하며, 터빈측에 배치되는 복수 개의 로터 디스크를 터빈 섹션이라 칭한다.
상기 각각의 로터 디스크들은 이웃한 로터 디스크와 함께 회전하도록 체결된다. 아울러, 각각의 로터 디스크들은 타이 볼트를 이용하여 축 방향으로 이동하지 않도록 밀착된 상태로 고정된다.
상기 타이볼트는 각각의 로터 디스크를 관통하도록 삽입되고, 타이볼트 양단에 체결되는 고정너트를 통해 로터 디스크들이 축 방향으로 움직이지 않도록 체결될 수 있다.
한편, 상기 압축기 섹션과 터빈 섹션의 사이에 연소기가 배치되므로, 압축기 섹션과 터빈 섹션은 연소기가 배치되기 위한 공간을 형성하도록 서로 이격되어 있다. 타이볼트는 상기 로터 디스크의 축 방향 이동만을 제한할 뿐이어서, 로터 디스크는 타이볼트에 대해서 자유롭게 회전할 수 있는 상태에 있다. 따라서, 터빈섹션에서 생성된 회전토크를 상기 연소기를 경유하여 압축기 섹션으로 전달할 수 있는 토크 전달부재가 추가적으로 구비되어야 한다.
이러한 토크 전달부재 중 하나가 토크 튜브이다. 상기 토크 튜브는 대체로 중공형의 실린더 형태를 가지며, 양측 단부가 압축기 섹션의 최말단 로터 디스크와 터빈 섹션의 최선단 로터 디스크와 각각 체결되어, 양자 사이에서 토크를 전달하도록 구성되어 있다.
상기 토크 튜브는 장기간 동안 지속적으로 운전되는 가스 터빈의 특성상 변형 및 뒤틀림 등에 강해야 하며, 유지 보수를 용이하게 하기 위하여 조립 및 해체가 용이하여야 한다. 아울러, 상기 토크 튜브는 압축기 섹션에서 공급되는 냉각 공기를 터빈 섹션으로 전달하는 공기 유로로서도 기능하기 때문에, 원활한 냉각 공기의 공급이 가능한 구조를 가져야 한다.
이러한 가스터빈과 관련된 기술로서, 미국특허등록 제8506239호에서는 가스터빈의 냉각공기 공급구조에 관해 개시하고 있다.
상기 종래의 가스터빈은 압축기의 압축기디스크와 터빈의 터빈디스크 사이에 냉각공기파이프가 개재되며, 상기 냉각공기파이프의 양단은 상기 압축기디스크와 터빈디스크에 각각 억지끼움구조로 결합된다. 이러한 억지끼움구조로 인하여 냉각공기파이프와 상기 압축기디스크 및 터빈디스크의 분해조립은 용이하지 아니하다는 문제점이 발생한다. 또한 상기 압축기디스크 및 터빈디스크의 외측 실린더형 영역과 상기 냉각공기파이프의 작동온도는 서로 상이하므로, 주변온도가 변화하는 경우 상기 냉각공기파이프와 상기 압축기디스크 또는 터빈디스크의 억지끼움구조에서 상기 냉각공기파이프의 일단은 슬라이딩 운동을 하게 되어 압축기디스크 또는 터빈디스크가 손상되는 문제점이 발생한다. 그리고 로터의 회전스피드가 증가하면, 원심력이 커지고, 원심력에 의하여 디스크 및 냉각공기파이프는 반경방향으로 변형된다. 원심력 하에서, 디스크의 내부면은 냉각공기파이프보다 큰 반경방향 변경량을 가진다. 이에 따라 상기 냉각공기파이프가 삽입되는 압축기디스크 또는 터빈디스크의 그루브에서의 접촉압은 증가하며, 그 결과로 그루브 상의 필렛에 부분적인 스트레스가 증가하여 크랙이 발생한다는 문제점이 발생한다. .
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 냉각공기파이프와 압축기디스크 또는 터빈디스크의 결합구조를 개선하여, 조립, 분해가 용이하고, 압축기디스크 및 터빈디스크의 손상을 방지할 수 있는 가스터빈의 냉각공기 공급구조 및 이를 이용한 가스터빈을 제공하기 위한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은, 전방에 배치되는 압축기디스크와 상기 압축기디스크에 후방으로 이격되어 회전하는 터빈디스크의 사이에 배치되어 상기 압축기디스크 측의 압축공기를 상기 터빈디스크 측으로 공급하는 가스터빈의 냉각공기 공급구조에 있어서, 상기 압축기디스크와 상기 터빈디스크 사이에 배치되며, 내부에 냉각공기 유로가 형성되는 냉각공기파이프; 상기 냉각공기파이프와 상기 압축기디스크 사이에 배치되며, 양단이 상기 압축기디스크 및 상기 냉각공기파이프와 각각 결합되는 전단탄성링을 포함하는 가스터빈의 냉각공기 공급구조를 제공한다.
다른 한편으로 본 발명은, 전방에 배치되는 압축기디스크와 상기 압축기디스크에 후방으로 이격되어 회전하는 터빈디스크의 사이에 배치되어 상기 압축기디스크 측의 압축공기를 상기 터빈디스크 측으로 공급하는 가스터빈의 냉각공기 공급구조에 있어서, 상기 압축기디스크와 상기 터빈디스크 사이에 배치되며, 내부에 냉각공기 유로가 형성되는 냉각공기파이프; 상기 냉각공기파이프와 상기 터빈디스크 파이프 사이에 배치되며, 양단이 상기 터빈디스크 및 상기 냉각공기파이프와 각각 결합되는 후단탄성링을 포함하는 가스터빈의 냉각공기 공급구조를 제공한다.
본 발명의 상기 전단탄성링 또는 상기 후단탄성링은, 일단이 상기 압축기디스크 또는 상기 터빈디스크와 억지끼움 결합되며, 타단이 상기 냉각공기파이프와 억지끼움 결합되고, 상기 냉각공기파이프의 양단은 상기 전단탄성링 및 상기 후단탄성링의 내측으로 삽입 결합될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 압축기디스크의 후면에 상기 전단탄성링이 삽입되는 환형 형상의 결합홈이 형성되고, 상기 로터디스크의 전면에 상기 후단탄성링이 삽입되는 환형 형상의 결합홈이 형성될 수 있다.
더 바람직하게는, 상기 전단탄성링 또는 상기 후단탄성링의 내면은 라운드지게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 전단탄성링은 상기 압축기디스크 측으로 갈수록 직경이 커지고, 상기 후단탄성링은 상기 터빈디스크 측으로 갈수록 직경이 커지며, 상기 전단탄성링 또는 상기 후단탄성링의 내면은 직경이 일정한 제1내면과, 상기 제1내면으로부터 연장되며 직경이 점점 커지는 제2내면으로 이루어질 수 있다.
더 바람직하게는, 상기 전단탄성링과 상기 압축기디스크 사이의 마찰력은, 상기 전단탄성링과 상기 냉각공기파이프와의 마찰력보다 크고, 상기 후단탄성링과 상기 터빈디스크 사이의 마찰력은, 상기 후단탄성링과 상기 냉각공기파이프와의 마찰력보다 클 수 있다.
또한 본 발명은, 회전하여 공기를 압축시키는 압축기 블레이드와, 상기 압축기블레이드가 표면에 배열되는 압축기디스크를 포함하는 압축기; 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 통해 연료를 연소시켜, 연소가스를 생성하는 연소기; 상기 압축기의 일측에 형성되며, 복수개의 터빈디스크와, 상기 터빈디스크의 표면에 배열되는 복수개의 터빈 블레이드; 상기 압축기디스크와 상기 터빈디스크 사이에 배치되며, 내부에 냉각공기 유로가 형성되는 냉각공기파이프; 및 상기 냉각공기파이프와 상기 압축기디스크 사이에 배치되며, 양단이 상기 압축기디스크 및 상기 냉각공기파이프와 각각 결합되는 전단탄성링을 포함하는 가스터빈을 제공한다.
다른 한편으로 본 발명은, 회전하여 공기를 압축시키는 압축기 블레이드와, 상기 압축기블레이드가 표면에 배열되는 압축기디스크를 포함하는 압축기; 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 통해 연료를 연소시켜, 연소가스를 생성하는 연소기; 상기 압축기의 일측에 형성되며, 복수개의 터빈디스크와, 상기 터빈디스크의 표면에 배열되는 복수개의 터빈 블레이드; 상기 압축기디스크와 상기 터빈디스크 사이에 배치되며, 내부에 냉각공기 유로가 형성되는 냉각공기파이프; 및 상기 냉각공기파이프와 상기 터빈디스크 파이프 사이에 배치되며, 양단이 상기 터빈디스크 및 상기 냉각공기파이프와 각각 결합되는 후단탄성링을 포함하는 가스터빈을 제공한다.
본 발명에 따른 가스터빈은, 상기 냉각공기파이프와 상기 압축기디스크 사이에 배치되며, 양단이 상기 압축기디스크 및 상기 냉각공기파이프와 각각 결합되는 전단탄성링을 더 포함하고, 상기 전단탄성링 또는 상기 후단탄성링은, 일단이 상기 압축기디스크 또는 상기 터빈디스크와 억지끼움 결합되며, 타단이 상기 냉각공기파이프와 억지끼움 결합 될 수 있다.
또한, 상기 전단탄성링과 상기 압축기디스크 사이의 마찰력은, 상기 전단탄성링과 상기 냉각공기파이프와의 마찰력보다 크고, 상기 후단탄성링과 상기 터빈디스크 사이의 마찰력은, 상기 후단탄성링과 상기 냉각공기파이프와의 마찰력보다 클 수 있다..
본 발명에 따른 가스터빈의 냉각공기 공급구조 및 이를 이용한 가스터빈은 조립, 분해가 용이하고, 압축기디스크 및 터빈디스크의 손상을 방지할 수 있으며, 또한 압축기디스크 및 터빈디스크에 형성된 결합홈에서 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각공기공급구조가 적용되는 가스 터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 "A" 부의 확대도이다.
도 3은 도 2의 "B"부의 확대도이다.
도 4는 도 2의 "C"부의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각공기파이프와 후단탄성링의 결합부의 확대도이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 디스크 어셈블리의 실시예 및 그를 적용한 가스 터빈에 대해서 상세하게 설명하도록 한다. 이하, 본 발명에 따른 터빈의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 디스크 어셈블리의 일 실시예가 적용된 가스터빈(100)의 일 예가 도시되어 있다. 상기 가스 터빈은 하우징(102)을 구비하고 있고, 상기 하우징(102)의 후측에는 터빈을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저(106)가 구비되어 있다. 그리고, 상기 디퓨저(106)의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(104)가 배치된다.
공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상기 하우징(102)의 상류측에 압축기 섹션(110)이 위치하고, 하류 측에 터빈 섹션(120)이 배치된다. 그리고, 상기 압축기 섹션(110)과 상기 터빈 섹션(120)의 사이에는 터빈 섹션에서 발생된 회전토크를 상기 압축기 섹션으로 전달하는 토크 전달부재로서의 디스크 어셈블리(또는, 토크튜브)(200)가 배치되어 있다.
상기 압축기 섹션(110)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기디스크(140)가 구비되고, 상기 각각의 압축기디스크(140)들은 타이볼트(150)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.
구체적으로, 상기 각각의 압축기디스크(140)는 대략 중앙을 상기 타이볼트(150)가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기디스크(140)는 대향하는 면이 상기 타이볼트(150)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.
상기 압축기디스크(140)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(144)가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 블레이드(144)는 루트부(146)를 구비하여 상기 압축기디스크(140)에 체결된다.
상기 각각의 로터 디스크(140)의 사이에는 상기 하우징에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 상기 베인은 상기 로터 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기디스크의 블레이드를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 로터 디스크의 블레이드로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.
상기 루트부(146)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 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 가스 터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 디퓨저(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(desworler)라고 한다.
상기 연소기(104)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(Combuster 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 트랜지션피스가 연결된다. 이러한 트랜지션피스는, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.
이를 위해 상기 트랜지션피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.
상기 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리부에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.
한편, 상기 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈 섹션(120)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충동, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크 튜브를 거쳐 압축기 섹션으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.
상기 터빈 섹션은 기본적으로는 압축기 섹션의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈 섹션(120)에도 압축기 섹션의 압축기디스크와 유사한 복수의 터빈디스크(180)가 구비된다. 따라서, 상기 터빈디스크(180) 역시, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(184)도 포함한다. 상기 터빈 블레이드(184) 역시 도브테일 등의 방식으로 상기 터빈디스크(180)에 결합될 수 있다. 아울러, 상기 터빈디스크(180)의 블레이드(184)의 사이에도 상기 하우징에 고정되는 베인(미도시)이 구비되어, 블레이드를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.
상기 타이볼트(150)는 상기 복수 개의 압축기디스크(140)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기디스크 내에 체결되고, 타측 단부는 최하류측에 위치한 터빈디스크의 하류측에 배치되는 고정 너트(190)와 체결된다. 구체적으로, 상기 타이볼트(150)의 타측 단부는 상기 고정 너트(190)와 나사 결합되고, 그에 의해서 상기 고정 너트는 최하류에 배치된 터빈측 로터 디스크를 축방향으로 가압하게 된다. 이로 인해서, 상기 타이볼트(150)에 배치되는 복수 매의 디스크들이 서로 밀착된 상태에서, 축방향 이동이 불가능하도록 고정된다.
한편, 상기 디스크 어셈블리(200)는 양단이 각각 상기 압축기 섹션(110) 및 터빈 섹션(120)과 맞닿은 상태로 고정되어 있다. 즉, 상기 디스크 어셈블리의 압축기 섹션측 단부는 상기 최하류측 압축기디스크와 접하게 되고, 상기 디스크 어셈블리의 터빈 섹션측 단부는 상기 최상류측 터빈디스크와 접하게 된다. 상술한 바와 같이, 디스크 어셈블리에도 복수 개의 돌기부가 형성되어, 각각의 로터 디스크에 대해서 상대 회전이 불가능하도록 고정될 수 있다.
상술한 가스 터빈에서는 하나의 타이볼트가 압축기 및 터빈에 걸쳐서 연장되도록 배치되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로서, 압축기측과 터빈 측에 각각 별도의 타이볼트를 구비한 예도 고려할 수 있으며, 각각의 디스크의 중앙을 관통하는 하나의 타이볼트 대신에, 디스크에 방사상으로 배치되면서 관통되는 복수 개의 타이볼트를 구비한 예도 고려할 수 있다. 또한, 압축기 섹션 및 터빈 섹션 중 어느 하나에는 중앙을 관통하는 하나의 타이볼트를, 나머지 섹션에는 방사상으로 배치되는 복수 개의 타이볼트를 배치하는 예도 고려할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 최하류측의 상기 압축기디스크(140)와 최상류측의 상기 터빈디스크(180) 사이에는 압축기디스크(140) 측으로부터 터빈디스크 측으로 냉각공기를 공급하는 가스터빈의 냉각공기공급구조가 형성된다.
상기 냉각공기공급구조는 냉각공기파이프(160), 전단탄성링(171) 및 후단탄성링(175)으로 이루어진다.
상기 냉각공기파이프(160)는 상기 압축기디스크(140)와 상기 터빈디스크(180) 사이에 배치되며, 내부에 냉각공기유로가 형성된다. 상기 냉각공기파이프(160)의 내부에는 타이볼트(150)가 관통하여 배치되며, 외측에는 토크튜브(155)가 상기 냉각공기파이프(160)를 감싸는 형태로 배치된다.
도 3을 참조하면, 상기 전단탄성링(171)은 상기 냉각공기파이프(160)의 일단(160a)과 상기 압축기디스크(140) 사이에 배치되며, 탄성재질의 링(RING) 형상으로 이루어진다. 상기 압축기디스크(140)의 후면에는 상기 전단탄성링(171)이 삽입되는 환형 형상의 결합홈(140a)이 형성된다. 상기 전단탄성링(171)의 양단은 상기 압축기디스크(140) 및 상기 냉각공기파이프(160)와 각각 결합되되, 상기 전단탄성링(171)의 일단은 상기 압축기디스크(140)의 결합홈(140a)에 삽입되어 억지끼움 결합되며, 타단은 상기 냉각공기파이프(160)의 일단과 억지끼움 결합된다.
도 4를 참조하면, 상기 후단탄성링(175)은 상기 냉각공기파이프(160)의 타단(160b)과 상기 터빈디스크(180) 사이에 배치되며, 탄성재질로 이루어진다. 상기 터빈디스크(180)의 전면에는 상기 후단탄성링(175)이 삽입되는 환형 형상의 결합홈이 형성된다.
상기 후단탄성링(175)의 양단은 상기 터빈디스크(180) 및 상기 냉각공기파이프(160)와 각각 결합되되, 상기 후단탄성링(175)의 일단은 상기 터빈디스크(180)의 결합홈에 삽입되어 억지끼움 결합되며, 타단은 상기 냉각공기파이프(160)의 타단과 억지끼움 결합된다.
그리고 도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 냉각공기파이프(160)의 일단 및 타단은 상기 전단탄성링(171) 및 상기 후단탄성링(175)의 내부로 삽입되며 억지끼움 결합된다.
한편, 상기 전단탄성링(171)은 상기 압축기디스크(140) 측으로 갈수록 직경이 커지도록 형성된다. 이에 따라 상기 전단탄성링(171)이 삽입되는 상기 압축기디스크(140)의 결합홈(140a)은 상기 냉각공기파이프(160)보다 외측의 위치에 형성된다.
그리고 상기 전단탄성링(171)의 내면은 직경이 일정한 제1내면(171a)과 직경이 변화되는 제2내면(171b)으로 이루어진다. 상기 냉각공기파이프(160)의 일단(160a)은 직경이 일정한 상기 전단탄성링(171)의 상기 제1내면(171a)과 억지끼움 결합된다. 상기 전단탄성링(171)의 제2내면(171b)은 상기 제1내면(171a)으로부터 연장되어 형성되며 상기 압축기디스크(140) 방향으로 갈수록 점점 직경이 커지도록 형성된다.
그리고 상기 전단탄성링(171)과 상기 압축기디스크(140) 사이의 마찰력은 상기 전단탄성링(171)의 제1면(171a)과 상기 냉각공기파이프(160)와의 마찰력보다 크게 형성된다. 분해-조립 시, 마찰력의 차이에 따라 상대적으로 높은 마찰력을 가지는 상기 전단탄성링(171)과 압축기디스크(140) 사이의 억지끼움 결합부위에서는 상대이동이 발생하지 아니하고, 상대적으로 마찰력이 낮은 상기 전단탄성링(171)과 상기 냉각공기파이프(160)의 외주면과의 억지끼움 결합 부위에서만 상대이동 현상이 발생하므로 조립-분해 시 압축기디스크가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 로터의 조립 및 분해를 용이하게 할 수 있다.
또한, 주변온도가 변화하는 경우에도, 상대적으로 높은 마찰력을 가지는 상기 전단탄성링(171)과 압축기디스크(140) 사이의 억지끼움 결합부위에서는 상대이동이 발생하지 아니하고, 상기 전단탄성링(171)과 상기 냉각공기파이프(160)의 외주면과의 억지끼움 결합 부위에서만 상대이동 현상이 발생하므로 압축기디스크(140)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 후단탄성링(175)은 상기 터빈디스크(180) 측으로 갈수록 직경이 커지도록 형성된다. 이에 따라 상기 후단탄성링(175)이 삽입되는 상기 터빈디스크(180)의 결합홈은 상기 냉각공기파이프보다 외측의 위치에 형성되며, 상기 후단탄성링은 상기 터빈디스크의 결합홈에 억지끼움 결합된다.
그리고 상기 후단탄성링(175)의 내면은 직경이 일정한 제1내면과 직경이 변화되는 제2내면으로 이루어진다. 상기 냉각공기파이프(160)의 타단은 상기 후단탄성링(175)의 상기 제1내면(175a)과 억지끼움 결합된다. 상기 후단탄성링(175)의 제2내면(175b)은 상기 후단탄성링의 제1내면으로부터 연장되어 형성되며 상기 터빈디스크 방향으로 갈수록 점점 직경이 커지도록 형성된다.
그리고 상기 후단탄성링(175)과 상기 터빈디스크(180) 사이의 마찰력은 상기 후단탄성링(175)의 제1면과 상기 냉각공기파이프(160)와의 마찰력보다 크게 형성된다. 분해-조립 시, 마찰력의 차이에 따라 상대적으로 큰 마찰력을 가지는 상기 후단탄성링과 터빈디스크 사이의 억지끼움 결합부위에서는 상대이동이 발생하지 아니하고, 상대적으로 마찰력이 작은 상기 후단탄성링(175)과 상기 냉각공기파이프(160)의 외주면과의 억지끼움 결합 부위에서만 상대이동 현상이 발생하므로 조립-분해 시 터빈디스크가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 로터의 조립 및 분해를 용이하게 할 수 있다.
또한, 온도가 변화하는 경우에도, 상대적으로 큰 마찰력을 가지는 상기 후단탄성링(175)과 터빈디스크(180) 사이의 억지끼움 결합부위에서는 상대이동이 발생하지 아니하고, 상대적으로 작은 마찰력을 가지는 상기 후단탄성링(175)과 상기 냉각공기파이프(160)의 외주면과의 억지끼움 결합 부위에서만 상대이동 현상이 발생하므로 터빈디스크(180)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 전단탄성링(171)과 후단탄성링(175)은 탄성재질로 이루어지며 짧고 얇게 형성되므로 냉각공기파이프(160)에 비하여 상대적으로 낮은 강성을 가진다. 이에 따라 회전속도가 증가하는 경우에도 상기 전단탄성링(171) 및 후단탄성링(175)에 의한 압축기디스크(140) 및 터빈디스크(180)의 결합홈 내면에 대한 접촉압력이 상대적으로 작은 변동을 발생시켜 터빈디스크(140) 및 압축기디스크(180)의 결합홈의 필렛의 국부 응력이 최소화되므로, 결합홈의 내면에 크랙이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각공기파이프(260)와 후단탄성링 (275)의 결합부의 확대도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각공기공급구조는 냉각공기파이프, 전단탄성링 및 후단탄성링으로 이루어진다.
상기 후단탄성링(275)의 내면은 제1내면(275a) 및 제2내면(275b)로 이루어진다. 상기 후단탄성링의 제1내면은 상기 냉각공기파이프와 억지끼움 결합된다. 상기 후단탄성링의 제1내면은 곡면으로 형성되어, 상기 냉각파이프가 상기 후단탄성링의 내측에서 보다 용이하게 슬라이딩 운동할 수 있도록 한다.
이에 따라 조립, 분해 작업을 하는 경우, 또는 온도의 변화가 있는 경우 상대적으로 높은 마찰력을 가지는 상기 후단탄성링과 터빈디스크의 억지끼움 결합부분에서는 상대이동이 발생하지 아니하고, 상대적으로 낮은 마찰력을 가지는 상기 후단탄성링(275)과 상기 냉각공기파이프(260)와의 억지끼움 결합부분에서만 상대이동이 발생하게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 가스터빈 110 : 압축기
120 : 터빈 140 : 압축기디스크
144 : 압축기블레이드 150 : 타이볼트
160 : 냉각공기파이프 171 : 전단탄성링
175 : 후단탄성링 180 : 터빈디스크

Claims (19)

  1. 전방에 배치되는 압축기디스크와 상기 압축기디스크에 후방으로 이격되어 회전하는 터빈디스크의 사이에 배치되어 상기 압축기디스크 측의 압축공기를 상기 터빈디스크 측으로 공급하는 가스터빈의 냉각공기 공급구조에 있어서,
    상기 압축기디스크와 상기 터빈디스크 사이에 배치되며, 내부에 냉각공기 유로가 형성되는 냉각공기파이프; 및
    상기 냉각공기파이프와 상기 압축기디스크 사이에 배치되며 양단이 상기 압축기디스크 및 상기 냉각공기파이프와 각각 결합되는 전단탄성링과, 상기 냉각공기파이프와 상기 터빈디스크 사이에 배치되며 양단이 상기 터빈디스크 및 상기 냉각공기파이프와 각각 결합되는 후단탄성링 중 어느 하나를 포함하는 가스터빈의 냉각공기 공급구조
  2. 삭제
  3. 전방에 배치되는 압축기디스크와 상기 압축기디스크에 후방으로 이격되어 회전하는 터빈디스크의 사이에 배치되어 상기 압축기디스크 측의 압축공기를 상기 터빈디스크 측으로 공급하는 가스터빈의 냉각공기 공급구조에 있어서,
    상기 압축기디스크와 상기 터빈디스크 사이에 배치되며, 내부에 냉각공기 유로가 형성되는 냉각공기파이프; 및
    상기 냉각공기파이프와 상기 압축기디스크 사이에 배치되며 양단이 상기 압축기디스크 및 상기 냉각공기파이프와 각각 결합되는 전단탄성링과, 상기 냉각공기파이프와 상기 터빈디스크 사이에 배치되며 양단이 상기 터빈디스크 및 상기 냉각공기파이프와 각각 결합되는 후단탄성링을 포함하는 가스터빈의 냉각공기 공급구조
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전단탄성링 또는 상기 후단탄성링은, 일단이 상기 압축기디스크 또는 상기 터빈디스크와 억지끼움 결합되며, 타단이 상기 냉각공기파이프와 억지끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 냉각공기 공급구조
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 냉각공기파이프의 양단은 상기 전단탄성링 및 상기 후단탄성링의 내측으로 삽입 결합되는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 냉각공기 공급구조.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 압축기디스크의 후면에 상기 전단탄성링이 삽입되는 환형 형상의 결합홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 냉각공기공급구조.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 터빈디스크의 전면에 상기 후단탄성링이 삽입되는 환형 형상의 결합홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각공기 공급구조.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 전단탄성링 또는 상기 후단탄성링의 내면은 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각공기 공급구조.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 전단탄성링은 상기 압축기디스크 측으로 갈수록 직경이 커지는 것을 특징으로 하는 냉각공기공급구조.
  10. 청구항 4에 있어서,
    상기 후단탄성링은 상기 터빈디스크 측으로 갈수록 직경이 커지는 것을 특징으로 하는 냉각공기공급구조.
  11. 청구항 4에 있어서,
    상기 전단탄성링 또는 상기 후단탄성링의 내면은 직경이 일정한 제1내면과, 상기 제1내면으로부터 연장되며 직경이 점점 커지는 제2내면으로 이루어지는 냉각공기공급구조.
  12. 청구항 4에 있어서,
    상기 전단탄성링과 상기 압축기디스크 사이의 마찰력은, 상기 전단탄성링과 상기 냉각공기파이프와의 마찰력보다 큰 것을 특징으로 하는 가스터빈의 냉각공기공급구조.
  13. 청구항 4에 있어서,
    상기 후단탄성링과 상기 터빈디스크 사이의 마찰력은, 상기 후단탄성링과 상기 냉각공기파이프와의 마찰력보다 큰 것을 특징으로 하는 가스터빈의 냉각공기공급구조.
  14. 회전하여 공기를 압축시키는 압축기 블레이드와, 상기 압축기블레이드가 표면에 배열되는 압축기디스크를 포함하는 압축기;
    상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 통해 연료를 연소시켜, 연소가스를 생성하는 연소기;
    상기 압축기의 일측에 형성되며, 복수개의 터빈디스크와, 상기 터빈디스크의 표면에 배열되는 복수개의 터빈 블레이드;
    상기 압축기디스크와 상기 터빈디스크 사이에 배치되며, 내부에 냉각공기 유로가 형성되는 냉각공기파이프; 및
    상기 냉각공기파이프와 상기 압축기디스크 사이에 배치되며 양단이 상기 압축기디스크 및 상기 냉각공기파이프와 각각 결합되는 전단탄성링과, 상기 냉각공기파이프와 상기 터빈디스크 사이에 배치되며 양단이 상기 터빈디스크 및 상기 냉각공기파이프와 각각 결합되는 후단탄성링 중 어느 하나를 포함하는 가스터빈.
  15. 삭제
  16. 회전하여 공기를 압축시키는 압축기 블레이드와, 상기 압축기블레이드가 표면에 배열되는 압축기디스크를 포함하는 압축기;
    상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 통해 연료를 연소시켜, 연소가스를 생성하는 연소기;
    상기 압축기의 일측에 형성되며, 복수개의 터빈디스크와, 상기 터빈디스크의 표면에 배열되는 복수개의 터빈 블레이드;
    상기 압축기디스크와 상기 터빈디스크 사이에 배치되며, 내부에 냉각공기 유로가 형성되는 냉각공기파이프; 및
    상기 냉각공기파이프와 상기 압축기디스크 사이에 배치되며 양단이 상기 압축기디스크 및 상기 냉각공기파이프와 각각 결합되는 전단탄성링과, 상기 냉각공기파이프와 상기 터빈디스크 사이에 배치되며 양단이 상기 터빈디스크 및 상기 냉각공기파이프와 각각 결합되는 후단탄성링을 포함하는 가스터빈.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 전단탄성링 또는 상기 후단탄성링은, 일단이 상기 압축기디스크 또는 상기 터빈디스크와 억지끼움 결합되며, 타단이 상기 냉각공기파이프와 억지끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 가스터빈
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 전단탄성링과 상기 압축기디스크 사이의 마찰력은, 상기 전단탄성링과 상기 냉각공기파이프와의 마찰력보다 큰 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 후단탄성링과 상기 터빈디스크 사이의 마찰력은, 상기 후단탄성링과 상기 냉각공기파이프와의 마찰력보다 큰 것을 특징으로 하는 가스터빈.
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