KR102042504B1

KR102042504B1 - 터빈 로터 및 이를 포함하는 증기터빈

Info

Publication number: KR102042504B1
Application number: KR1020180088709A
Authority: KR
Inventors: 주재민
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2019-11-08

Abstract

본 발명은, 공급받은 증기에 의해 회전하는 터빈 로터에 있어서, 증기의 유동방향을 따라 형성되며 원주 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 복수개의 슬롯이 외주면에 형성되며, 상기 슬롯의 내벽에 제1홈이 형성된 디스크; 상기 슬롯에 삽입되며 상기 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 내측 단부에 제2홈이 형성된 루트부재와, 상기 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 상기 루트부재의 외측 단부에 설치되며 증기가 통과하는 에어포일을 포함하는 블레이드; 및 상기 루트부재의 내측 단부와 상기 슬롯의 내벽 사이에 설치되는 지지부재와, 상기 지지부재에 설치되며 상기 제1홈과 상기 제2홈에 삽입되어 상기 디스크로부터 상기 루트부재가 이탈되는 것을 방지하는 웨지(Wedge)를 포함하는 가압부를 포함하는 터빈 로터 및 이를 포함하는 증기터빈을 제공한다.

Description

터빈 로터 및 이를 포함하는 증기터빈{Turbine rotor and steam turbine comprising the same}

본 발명은 터빈 로터 및 이를 포함하는 증기터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 공급받은 증기에 의해 회전하는 터빈 로터 및 이를 포함하는 증기터빈에 관한 것이다.

일반적으로, 증기터빈이란 보일러에서 발생시킨 고온고압의 증기를 회전하는 터빈 블레이드에 부딪쳐서 그 충동작용 또는 반동작용을 통해 축을 회전시키는 장치를 의미한다. 이를 위하여, 증기터빈은 증기가 가지는 열에너지를 운동에너지로 전환하기 위한 노즐 및 노즐을 통과한 고속의 증기가 지니는 운동에너지를 기계적 일로 전환하기 위한 터빈 블레이드를 내부에 구비한다.

보일러로부터 공급받은 고온 고압의 증기는 조절밸브를 통과하여 증기터빈의 입구로 유입된 후, 터빈 블레이드의 각 단을 통과하면서 점점 팽창하게 된다. 그리고 내부를 통과한 증기에 의해 터빈 블레이드가 회전함으로써, 증기터빈의 축과 연결된 발전기를 통해 전기가 생성된다. 증기터빈의 출구를 통해 토출된 증기는 회수되어 다시 사이클로 보내지거나 외부로 버려지게 된다.

한편, 터빈 블레이드의 저속 회전 시, 터빈 블레이드와 터빈 디스크와의 사이에서 발생될 수 있는 마모, 손상 등의 문제를 방지하기 위하여, 터빈 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 터빈 블레이드의 내측 단부에는 판스프링이 설치된다. 이에 따라 상기 판스프링은, 터빈 블레이드가 저속 회전을 하여 원심력이 약하게 작용하는 경우에 있어서, 터빈 블레이드가 터빈 디스크의 반경방향 기준 외측으로 가압되어 밀착된 상태를 유지하도록 한다.

이때, 종래의 증기터빈에 사용되던 판스프링은, 설계 오류나 터빈 블레이드에 예측하지 못한 진동이 발생되는 등의 이유로 인해 쉽게 파손된다는 문제점이 있다. 또한, 상기 종래의 판스프링은, 터빈 블레이드가 증기의 유동방향을 따라 종래에 비해 길게 제작되는 경우에 있어서도, 터빈 블레이드의 저속 운전 시 판스프링에 모멘트가 크게 걸려 쉽게 파손된다는 문제점이 있다.

게다가, 종래의 증기터빈의 경우, 터빈 블레이드가 터빈 디스크의 축 방향으로 이탈되는 것을 방지하기 위하여, 터빈 블레이드를 터빈 디스크에 고정시키는 별도의 고정부재가 구비되어야 한다. 따라서 종래의 증기터빈에 의하면, 제품의 조립 시에 과다한 노력과 시간이 소요되며, 제품의 제조 시에 과다한 비용이 소요되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 파손의 우려 없이 터빈 블레이드를 원심방향으로 가압할 수 있으며, 보다 간편하고 저렴하게 제품을 조립 및 제조할 수 있는 터빈 로터 및 이를 포함하는 증기터빈을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 터빈 로터는, 공급받은 증기에 의해 회전하는 터빈 로터에 있어서, 증기의 유동방향을 따라 형성되며 원주 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 복수개의 슬롯이 외주면에 형성되며, 상기 슬롯의 내벽에 제1홈이 형성된 디스크; 상기 슬롯에 삽입되며 상기 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 내측 단부에 제2홈이 형성된 루트부재와, 상기 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 상기 루트부재의 외측 단부에 설치되며 증기가 통과하는 에어포일을 포함하는 블레이드; 및 상기 루트부재의 내측 단부와 상기 슬롯의 내벽 사이에 설치되는 지지부재와, 상기 지지부재에 설치되며 상기 제1홈과 상기 제2홈에 삽입되어 상기 디스크로부터 상기 루트부재가 이탈되는 것을 방지하는 웨지(Wedge)를 포함하는 가압부를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 공급받은 증기를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 증기터빈에 있어서, 케이싱과, 상기 케이싱의 내주면에 설치되며 증기의 유동을 가이드하는 베인을 포함하는 스테이터; 및 상기 스테이터의 내부에 설치되며, 유동하는 증기에 의해 회전하는 로터를 포함하되, 상기 로터는, 증기의 유동방향을 따라 형성되며 원주 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 복수개의 슬롯이 외주면에 형성되며, 상기 슬롯의 내벽에 제1홈이 형성된 디스크와, 상기 슬롯에 삽입되며 상기 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 내측 단부에 제2홈이 형성된 루트부재와, 상기 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 상기 루트부재의 외측 단부에 설치되며 증기가 통과하는 에어포일을 포함하는 블레이드와, 상기 루트부재의 내측 단부와 상기 슬롯의 내벽 사이에 설치되는 지지부재와, 상기 지지부재에 설치되며 상기 제1홈과 상기 제2홈에 삽입되어 상기 디스크로부터 상기 루트부재가 이탈되는 것을 방지하는 웨지(Wedge)를 포함하는 가압부를 포함하는 증기터빈이 제공된다.

상기 제1홈은, 상기 제2홈과 대향하는 위치에 형성된다.

증기의 유동방향을 기준으로 하였을 때의 상기 디스크의 하류 측의 면과 상류 측의 면 중, 상기 웨지와 인접하는 측의 면을 인접면이라 하였을 때, 상기 제1홈은, 상기 인접면으로부터 상기 슬롯의 내부를 향하도록 형성된다.

상기 제1홈은, 인접하는 상기 제2홈과 대향하도록 형성된 내벽이, 상기 슬롯의 내부로부터 상기 인접면 측으로 향할수록, 상기 디스크의 반경방향 기준 내측으로 기울어지도록 형성된다.

상기 제2홈은, 상기 인접면으로부터 상기 슬롯의 내부를 향하도록 형성되되, 인접하는 상기 제1홈과 대향하도록 형성된 내벽이, 상기 슬롯의 내부로부터 상기 인접면 측으로 향할수록 상기 디스크의 반경방향 기준 외측으로 기울어지도록 형성된다.

상기 제1홈은, 증기의 유동방향을 기준으로 하였을 때의 상기 슬롯의 내벽의 하류 측 부위와 상류 측 부위에 각각 하나씩 형성되며, 상기 제2홈은, 증기의 유동방향을 기준으로 하였을 때의 상기 루트부재의 내측 단부의 하류 측 부위와 상류 측 부위에 각각 하나씩 형성되고, 상기 웨지는, 증기의 유동방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 한 쌍으로 구비된다.

상기 한 쌍의 웨지는, 각각 내측면이 상기 한 쌍의 제1홈의 내벽에 접하도록 설치되며, 상기 지지부재는, 증기의 유동방향을 따라 연장된 판형의 부재이며, 상기 루트부재의 내측 단부와 상기 한 쌍의 웨지 사이에 개재되고, 증기의 유동방향 기준 하류 측 단부와 상류 측 단부가 각각 상기 디스크의 반경방향 기준 외측으로 절곡되어 상기 한 쌍의 제2홈의 내벽에 삽입되는 시트(Sheet)를 포함한다.

상기 지지부재는, 상기 시트의 내측면으로부터 상기 한 쌍의 웨지 사이의 공간으로 돌출되며, 내측면이 상기 슬롯의 내벽에 안착되는 블록을 더 포함한다.

상기 시트는, 하류 측 단부와 상류 측 단부가 각각 내측으로 절곡되어 상기 한 쌍의 웨지를 감싼다.

상기 한 쌍의 웨지는, 각각 외측면이 상기 한 쌍의 제2홈의 내벽에 접하도록 설치되며, 상기 지지부재는, 증기의 유동방향을 따라 연장된 판형의 부재이며, 상기 한 쌍의 웨지와 상기 디스크의 사이에 개재되고, 증기의 유동방향 기준 하류 측 단부와 상류 측 단부가 각각 상기 디스크의 반경방향 기준 내측으로 절곡되어 상기 한 쌍의 제1홈에 각각 삽입되는 시트(Sheet)를 포함한다.

본 발명에 따른 터빈 로터 및 이를 포함하는 증기터빈에 의하면, 터빈 블레이드와 터빈 디스크의 사이에 가압부를 구비함으로써, 터빈 블레이드를 원심방향으로 가압할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 터빈 로터 및 이를 포함하는 증기터빈에 의하면, 가압부가 블레이드의 내측에 설치되는 지지부재와, 지지부재와 터빈 디스크의 사이에 개재되는 웨지를 포함함으로써, 가압부가 종래에 판스프링 형태로 구비되던 것에 비하여 파손의 우려 없이 터빈 블레이드를 원심 방향으로 가압할 수 있다.

게다가, 본 발명에 따른 터빈 로터 및 이를 포함하는 증기터빈에 의하면, 웨지가 슬롯의 내벽에 형성된 제1홈에 삽입되도록 설치됨으로써, 별도의 고정부재를 구비하지 않고도 터빈 블레이드가 터빈 디스크로부터 그 축 방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 터빈 로터 및 이를 포함하는 증기터빈에 의하면, 보다 간편하고 저렴하게 제품을 조립 및 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 증기터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1 중 터빈 로터를 도시한 분해사시도이다.
도 3은 도 2에 개시된 터빈 로터에 가압부가 설치된 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 나타낸 루트부재의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 증기터빈의 터빈 로터를 증기의 유동방향을 따라 절단하여 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 증기터빈의 터빈 로터를 증기의 유동방향을 따라 절단하여 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 증기터빈의 터빈 로터를 증기의 유동방향을 따라 절단하여 도시한 단면도이다.

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.

이하, 본 발명에 따른 터빈 로터(1000) 이를 포함하는 증기터빈(100)의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 증기터빈(100)은 터빈 케이싱(111) 내부에 터빈 베인(112)과 터빈 로터(1000)를 수용한다. 이러한 터빈 베인(112)과 터빈 로터(1000)는 증기의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치된다. 이때, 증기터빈(100)은 입구에서 출구로 향할수록 증기가 팽창될 수 있게, 전단에서 후단 측으로 갈수록 내부공간이 커지는 구조로 설계된다.

상기 터빈 로터(1000)는, 터빈 디스크(1100)와, 이로부터 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드(1200)를 포함한다. 상기 터빈 블레이드(1200)의 사이에도, 동일한 단을 기준으로 하였을 때 상기 터빈 케이싱(111)에 환상으로 설치되는 복수개의 터빈 베인(112)이 구비되며, 상기 터빈 베인(112)은 터빈 블레이드(1200)를 통과한 증기의 유동방향을 가이드하게 된다. 이때, 상기 터빈 케이싱(111)과 터빈 베인(112)은, 상기 터빈 로터(1000)와 구분하기 위하여, 터빈 스테이터(110)라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.

도 2를 참조하면, 터빈 디스크(1100)는 원판 형상으로서 그 외주면에 복수개의 터빈 디스크 슬롯(1110)이 형성된다. 터빈 블레이드(1200)는 상기 터빈 디스크(1100)의 반경방향(R) 외측에 설치되는 것으로서, 상기 터빈 디스크 슬롯(1110)에 삽입되는 루트부재(1210)와, 상기 루트부재(1210)의 상기 터빈 디스크(1100) 반경방향(R) 외측에 결합되는 플랫폼(1230;Platform)과, 상기 플랫폼(1230)의 반경방향 외측에 결합되어 증기에 의해 회전하는 에어포일(1220;Airfoil)을 포함한다.

상기 플랫폼(1230)은 대략 상기 터빈 블레이드(1200)의 중앙부에 배치되어, 상기 에어포일(1220)을 상기 루트부재(1210)에 고정시킨다. 또한, 상기 플랫폼(1230)은 이웃한 플랫폼(1230)과 그 측면이 서로 접하여 터빈 블레이드(1200)들 사이의 간격을 유지시키는 역할을 한다. 이때, 도 2에서는 상기 플랫폼(1230)이 평면 형상인 것으로 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 상기 플랫폼(1230)의 형상은 다양하게 형성될 수 있다.

상기 플랫폼(1230)의 저면에는 상기 디스크 슬롯(1110)에 체결되는 루트부재(1210)가 구비된다. 상기 루트부재(1210)는, 상기 디스크 슬롯(1110)에 형성된 굴곡면의 형태와 상응하도록 형성되는데, 이는 상용되는 증기터빈(100)의 필요 구조에 따라 선택될 수 있으며, 통상적으로 알려진 도브테일 또는 전나무 형태(Fir-tree)를 가질 수 있다.

상기 루트부재(1210)의 체결방식은, 상기 터빈 디스크 슬롯(1110)에 상기 터빈 디스크(1100)의 외주면의 접선 방향을 따라 삽입되는 탄젠셜 타입(tangential type)과, 상기 터빈 디스크 슬롯(1110)에 상기 터빈 디스크(1100)의 축방향을 따라서 삽입되는 액셜 타입(axial type)이 있다. 경우에 따라서는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 터빈 블레이드(1200)를 터빈 디스크(1100)에 체결할 수 있다.

상기 플랫폼(1230)의 상부면에는 에어포일(1220)이 구비된다. 상기 에어포일(1220)은 증기터빈의 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 증기의 흐름 방향을 기준으로 상류 측에 배치되는 리딩 엣지(Leading edge)와 하류 측에 배치되는 트레일링 엣지(Trailing edge)를 갖는다.

이하, 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 터빈 로터(1000;이하, 로터라 한다)에 포함된 가압부(1300) 및 상기 가압부(1300)와 대응되는 구성에 대해 상세히 설명하도록 한다. 이때, 상기 터빈 디스크(1100;이하, 디스크라 한다), 터빈 블레이드(1200;이하, 블레이드라 한다) 및 가압부(1300)는, 상기 디스크(1100)의 반경방향(R)을 기준으로 하였을 때, 각각에 있어서 상기 디스크(1100)의 중심으로부터 먼 쪽을 외측(Outer side)이라 하고, 상기 디스크(1100)의 중심에 가까운 쪽을 내측(Inner side)이라 정의한다. 또한, 상기 디스크(1100)는, 증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 상기 디스크(1100)의 하류(Downstream) 측의 면과 상류(Upstream) 측의 면 중, 후술할 웨지(1330;Wedge)와 인접하는 측의 면을 인접면(1120)이라 정의한다.

도 3을 참조하면, 상기 가압부(1300)는, 상기 루트부재(1210)의 내측 단부와 상기 터빈 디스크 슬롯(1110;이하, 슬롯이라 한다)의 내벽 사이에 설치된다. 그리고 상기 가압부(1300)는, 상기 루트부재(1210)를 외측으로 가압하여, 상기 루트부재(1210)를 외측 방향으로 견고하게 고정시킨다. 이에 따라 상기 가압부(1300)는, 증기터빈(100)의 저속 운전 시에 상기 루트부재(1210)가 내외방향(Inner-outer direction)을 따라 진동함에 따라 상기 슬롯(1110)의 내벽과 마모를 일으키는 것을 방지한다.

상기 슬롯(1100)의 내벽에는, 제1홈(1130)이 형성된다. 상기 제1홈(1130)은 상기 인접면(1120)으로부터 상기 슬롯(1110)의 내부(Interior part)를 향하도록 형성된다. 그리고 상기 제1홈(1130)은, 상기 루트부재(1210)의 내측 단부와 대향하는 상기 슬롯(1100)의 내벽 부위에 형성된다.

도 4를 참조하면, 상기 루트부재(1210)는 그 내측 단부에 한 쌍의 제2홈(1211)이 형성될 수 있다. 상기 한 쌍의 제2홈(1211)은 증기의 유동방향(G)을 따라 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 그리고 상기 한 쌍의 제2홈(1211)은, 상기 증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 상기 루트부재(1210)의 하류 측의 면과 상류 측의 면에 각각 인접하도록 형성될 수 있다.

상기 가압부(1300)는, 상기 한 쌍의 제2홈(1211)이 형성된 위치에 대응하도록 한 쌍으로 구비될 수 있다. 그리고 상기 제1홈(1130)은, 상기 한 쌍의 제2홈(1211)과 각각 대향하도록 한 쌍으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 한 쌍의 가압부(1300)는, 상기 슬롯(1110)의 중심부를 관통하는 상기 디스크(1100)의 반경방향(R)을 기준으로 하여 서로 대칭되는 형상으로 설치될 수 있다.

상기 가압부(1300)는, 상기 제1홈(1130)에 설치되어 상기 루트부재(1210)가 상기 디스크(1100)의 축 방향으로 이탈되는 것을 방지함과 동시에, 상기 제2홈(1211)에 설치되어 상기 루트부재(1210)가 상기 가압부(1300)로부터 상기 디스크(1100)의 축 방향으로 이탈되는 것을 방지한다. 이를 위하여, 상기 가압부(1300)는, 지지부재(1310) 및 웨지(1320;Wedge)를 포함한다.

이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 증기터빈(100)의 가압부(1300a)에 대해 상세히 설명하도록 한다.

상기 지지부재(1310a)는, 상기 루트부재(1210)의 내측 단부와 상기 슬롯(1110)의 내벽 사이에 설치된다. 상기 웨지(1320a)는, 상기 지지부재(1310a)에 설치되며, 상기 제1홈(1130) 및 상기 제2홈(1211)에 삽입된다.

이때, 상기 제1홈(1130)은, 상기 인접면(1120)으로부터 상기 슬롯(1110)의 내부(Interior part)를 향하도록 형성된다. 그리고 상기 제1홈(1130)은, 인접하는 상기 제2홈(1211)과 대향하는 내벽 부위가, 상기 슬롯(1110)의 내부로부터 상기 인접면(1120) 측으로 향할수록, 내측으로 기울어지도록 형성된다.

상기 제2홈(1211)은, 상기 인접면(1120)으로부터 상기 슬롯(1110)의 내부를 향하도록 형성되되, 인접하는 상기 제1홈(1130)과 대향하는 내벽 부위가, 상기 슬롯(1110)의 내부로부터 상기 인접면(1120) 측으로 향할수록, 외측으로 기울어지도록 형성될 수 있다. 즉, 도 5를 기준으로 보았을 때, 상기 제1홈(1130)과 상기 제2홈(1211)은, 상기 슬롯(1110)의 내부로부터 각각 왼쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 상류 측)과 오른쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 하류 측)으로 향할수록, 서로 대향하는 내벽 사이의 간격이 멀어지는 형상으로 형성될 수 있는 것이다.

상기 웨지(1320a)는, 그 내측면과 외측면이, 각각 상기 제1홈(1130)과 상기 제2홈(1211)의 형상에 대응되도록, 경사지게 형성된다. 즉, 상기 웨지(1320a)는, 상기 제1홈(1130)과 대항하는 내측면의 경우, 상기 슬롯(1110)의 내부로부터 상기 인접면(1120) 측을 향할수록, 내측으로 기울어지도록 형성된다. 그리고 상기 웨지(1320a)는, 상기 제2홈(1211)과 대향하는 외측면의 경우, 상기 슬롯(1110)의 내부로부터 상기 인접면(1120) 측을 향할수록, 외측으로 기울어지도록 형성된다. 이에 따라 상기 웨지(1320a)는, 외측면이 상기 제2홈(1211)에 삽입되고, 내측면이 상기 제1홈(1130)에 삽입될 수 있다.

상기 한 쌍의 웨지(1320a)는, 각각 그 내측면이 상기 한 쌍의 제1홈(1130)의 내벽에 접하도록 설치될 수 있다. 그리고 상기 지지부재(1310a)는, 상기 루트부재(1210)의 내측 단부와 상기 한 쌍의 웨지(1320a)의 사이에 개재될 수 있다. 상기 지지부재(1310a)는, 증기의 유동방향(G)을 따라 연장되도록 형성된 판(Plate) 형상의 부재이다. 그리고 상기 지지부재(1310a)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 증기의 유동방향(G) 기준 하류 측 단부와 상류 측 단부가 각각 외측으로 절곡되어, 각각의 외측면이 상기 한 쌍의 제2홈(1211)의 내벽에 접하도록 설치될 수 있다.

상기 한 쌍의 제1홈(1130)이 도 5에 도시된 바와 같이 경사지도록 형성되고, 상기 한 쌍의 웨지(1320a)가 각각 상기 한 쌍의 제1홈(1130)에 삽입되도록 설치됨으로써, 상기 루트부재(1210) 및 상기 가압부(1300)가 상기 디스크(1100)의 축 방향을 기준으로 하여 상기 디스크(1100)로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 도 5를 기준으로 하였을 때, 상기 루트부재(1210) 및 상기 가압부(1300a)가 왼쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 상류 측)으로 힘을 받는 경우, 오른쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 하류 측)에 배치된 상기 제1홈(1130)의 내벽이 오른쪽의 웨지(1320a)에 대하여 방지턱의 역할을 한다. 또한, 상기 루트부재(1210) 및 상기 가압부(1300a)가 오른쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 하류 측)으로 힘을 받는 경우, 왼쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 상류 측)에 배치된 상기 제1홈(1130)의 내벽이 왼쪽의 웨지(1320a)에 대하여 방지턱의 역할을 한다.

이에 따라 본 발명의 증기터빈(100)에 의하면, 상기 블레이드(1200)를 상기 디스크(1100)에 고정시키기 위한 별도의 고정부재를 구비하지 않더라도, 상기 블레이드(1200)를 상기 디스크(1100)의 축 방향에 대하여 고정시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 한 쌍의 제2홈(1211)이 도 5에 도시된 바와 같이 경사지도록 형성되고, 상기 지지부재(1310a)의 양 단부가 각각 상기 한 쌍의 제2홈(1211)에 삽입되도록 설치됨으로써, 상기 루트부재(1210)가 상기 가압부(1300a)에 대하여 상기 디스크(1100)의 축 방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 도 5를 기준으로 하였을 때, 상기 루트부재(1210)가 왼쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 상류 측)으로 힘을 받는 경우, 상기 지지부재(1310a)의 왼쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 상류 측) 단부의 외측면이 상기 제2홈(1211)의 내벽에 대하여 방지턱의 역할을 한다. 또한, 상기 루트부재(1210)가 오른쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 하류 측)으로 힘을 받는 경우, 오른쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 하류 측) 단부의 외측면이 상기 제2홈(1211)의 내벽에 대하여 방지턱의 역할을 한다.

이에 따라 본 발명의 증기터빈(100)에 의하면, 상기 루트부재(1210)를 상기 가압부(1300a)에 고정시키기 위한 별도의 고정부재를 구비하지 않더라도, 상기 루트부재(1210)를 상기 디스크(1100)의 축 방향에 대하여 고정시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 지지부재(1310a)는, 외측으로 절곡된 양 단부의 단부가, 각각 내측으로 절곡되어 상기 한 쌍의 웨지(1320a)를 덮도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 지지부재(1310a)는, 상기 한 쌍의 웨지(1320a)가 상기 슬롯(1110)의 외부(Exterior part)로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 증기터빈(100)의 가압부(1300b)에 대해 상세히 설명하도록 한다. 이때, 본 발명의 제1실시예와 차이가 있는 부분에 대해서만 중점적으로 서술하도록 한다.

상기 지지부재(1310b)는, 시트(1311b) 및 블록(1312b;Block)을 포함한다. 상기 시트(1311b)는, 증기의 유동방향(G)을 따라 연장되도록 형성된 판(Plate) 형상의 부재로서, 상기 루트부재(1210)의 내측 단부와 상기 한 쌍의 웨지(1320b)의 사이에 개재된다. 그리고 상기 시트(1311)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 증기의 유동방향(G) 기준 하류 측 단부와 상류 측 단부가 각각 외측으로 절곡되어, 각각의 외측면이 상기 한 쌍의 제2홈의 내벽에 접하도록 설치된다. 상기 블록(1312b)은, 상기 시트(1311b)의 내측면으로부터 상기 한 쌍의 웨지(1320b)의 사이에 존재하는 상기 슬롯(1110)의 공간으로 돌출되도록 형성된다. 그리고 상기 블록(1312b)은, 내측면이 상기 슬롯(1110)의 내벽에 안착되도록 배치된다.

이에 따라 본 발명의 증기터빈(100)은, 상기 블록(1312b)이 상기 슬롯(1110)의 내벽에 안착되도록 상기 시트(1311b)와 블록(1312b)을 상기 슬롯(1110)의 내부로 삽입한 후, 상기 웨지(1320b)를 상기 시트(1311b)와 상기 슬롯(1110)의 내벽 사이로 삽입함으로써, 상기 가압부(1300b)를 상기 로터(1000)에 대하여 보다 용이하게 설치할 수 있다. 또한, 본 발명의 증기터빈(100)에 의하면, 상기 시트(1311b)가 상기 블록(1312b)에 의해 지지되도록 함으로써, 상기 블레이드(1200)가 내외방향(Inter-outer direction)으로 진동함에 따라, 상기 시트(1311)가 상기 슬롯(1110)의 내부에서 내외방향으로 진동하는 것을 방지할 수 있다.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 증기터빈(100)에 관해 상세히 설명하도록 한다. 이때, 제1 및 제2실시예와 차이가 있는 부분에 대해서만 중점적으로 서술하도록 한다.

상기 한 쌍의 웨지(1320c)는, 각각 그 외측면이 상기 한 쌍의 제2홈(1211)의 내벽에 접하도록 설치될 수 있다. 그리고 상기 지지부재(1310)는, 상기 디스크(1100)와 상기 한 쌍의 웨지(1320c)의 사이에 개재되는 시트(1311c;Sheet)를 포함할 수 있다. 상기 시트(1311c)는, 증기의 유동방향(G)을 따라 연장되도록 형성된 판(Plate) 형상의 부재이다. 그리고 상기 시트(1311)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 증기의 유동방향(G) 기준 하류 측 단부와 상류 측 단부가 각각 내측으로 절곡되어, 각각의 내측면이 상기 한 쌍의 제1홈(1130)의 내벽에 접하도록 설치될 수 있다.

상기 한 쌍의 제1홈(1130)이 도 7에 도시된 바와 같이 경사지도록 형성되고, 상기 시트(1311c)의 양 단부가 각각 상기 한 쌍의 제1홈(1130)에 삽입되도록 설치됨으로써, 상기 루트부재(1210) 및 상기 가압부(1300c)가 상기 디스크(1100)의 축 방향을 기준으로 하여 상기 디스크(1100)로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 도 7를 기준으로 하였을 때, 상기 루트부재(1210) 및 상기 가압부(1300c)가 왼쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 상류 측)으로 힘을 받는 경우, 오른쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 하류 측)에 배치된 상기 제1홈(1130)의 내벽이 상기 시트(1311)의 오른쪽 단부에 대하여 방지턱의 역할을 한다. 또한, 상기 루트부재(1210) 및 상기 가압부(1300c)가 오른쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 하류 측)으로 힘을 받는 경우, 왼쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 상류 측)에 배치된 상기 제1홈(1130)의 내벽이 상기 시트(1311c)의 왼쪽 단부에 대하여 방지턱의 역할을 한다.

또한, 상기 한 쌍의 제2홈(1211)이 도 7에 도시된 바와 같이 경사지도록 형성되고, 상기 한 쌍의 웨지(1320c)가 각각 상기 한 쌍의 제2홈(1211)에 삽입되도록 설치됨으로써, 상기 루트부재(1210)가 상기 가압부(1300c)에 대하여 상기 디스크(1100)의 축 방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 도 7를 기준으로 하였을 때, 상기 루트부재(1210)가 왼쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 상류 측)으로 힘을 받는 경우, 왼쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 상류 측)에 배치된 상기 웨지(1320c)의 외측면이 상기 제2홈(1211)의 내벽에 대하여 방지턱의 역할을 한다. 또한, 상기 루트부재(1210)가 오른쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 하류 측)으로 힘을 받는 경우, 오른쪽(증기의 유동방향(G)을 기준으로 하였을 때의 하류 측)에 배치된 상기 웨지(1320c)의 외측면이 상기 제2홈(1211)의 내벽에 대하여 방지턱의 역할을 한다.

이에 따라 본 발명의 증기터빈(100)에 의하면, 상기 루트부재(1210)를 상기 가압부(1300c)에 고정시키기 위한 별도의 고정부재를 구비하지 않더라도, 상기 루트부재(1210)를 상기 디스크(1100)의 축 방향에 대하여 고정시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 시트(1311)는, 내측으로 절곡된 양 단부의 단부가, 각각 외측으로 절곡되어 상기 한 쌍의 웨지(1320c)를 덮도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 시트(1311c)는, 상기 한 쌍의 웨지(1320c)가 상기 슬롯(1110)의 외부(Exterior part)로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 지지부재(1310)는, 블록(1312c)을 더 포함한다. 상기 블록(1312c)은, 상기 시트(1311)의 외측면으로부터 상기 한 쌍의 웨지(1320)의 사이에 존재하는 상기 슬롯(1110)의 공간으로 돌출되도록 형성된다. 그리고 상기 블록(1312c)은, 외측면이 상기 루트부재(1210)의 내측 단부에 안착되도록 배치된다.

이에 따라 본 발명의 증기터빈(100)은, 상기 블록(1312c)이 상기 루트부재(1210)의 내측 단부에 안착되도록 상기 시트(1311)와 블록(1312c)을 상기 슬롯(1110)의 내부로 삽입한 후, 상기 웨지(1320c)를 상기 시트(1311c)와 상기 슬롯(1110)의 내벽 사이로 삽입함으로써, 상기 가압부(1300c)를 상기 로터(1000)에 대하여 보다 용이하게 설치할 수 있다. 또한, 본 발명의 증기터빈(100)에 의하면, 상기 시트(1311c)가 상기 블록(1312c)에 의해 지지되도록 함으로써, 상기 블레이드(1200)가 내외방향(Inter-outer direction)으로 진동함에 따라, 상기 시트(1311)가 상기 슬롯(1110)의 내부에서 내외방향으로 진동하는 것을 방지할 수 있다.

100 : 증기터빈 110 : 스테이터
111 : 케이싱 112 : 베인
1000 : 로터 1100 : 디스크
1200 : 블레이드 1300 : 가압부

Claims

공급받은 증기에 의해 회전하는 터빈 로터에 있어서,
증기의 유동방향을 따라 형성되며 원주 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 복수개의 슬롯이 외주면에 형성되며, 상기 슬롯의 내벽에 제1홈이 형성된 디스크;
상기 슬롯에 삽입되며 상기 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 내측 단부에 제2홈이 형성된 루트부재와, 상기 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 상기 루트부재의 외측 단부에 설치되며 증기가 통과하는 에어포일을 포함하는 블레이드; 및
상기 루트부재의 내측 단부와 상기 슬롯의 내벽 사이에 설치되는 지지부재와, 상기 지지부재에 설치되며 상기 제1홈과 상기 제2홈에 삽입되어 상기 디스크로부터 상기 루트부재가 이탈되는 것을 방지하는 웨지(Wedge)를 포함하는 가압부를 포함하되,
상기 제1홈은, 증기의 유동방향을 기준으로 하였을 때의 상기 슬롯의 내벽의 하류 측 부위와 상류 측 부위에 각각 하나씩 형성되며,
상기 제2홈은, 증기의 유동방향을 기준으로 하였을 때의 상기 루트부재의 내측 단부의 하류 측 부위와 상류 측 부위에 각각 하나씩 형성되고,
상기 웨지는, 증기의 유동방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 한 쌍으로 구비되며,
상기 한 쌍의 웨지는, 각각 내측면이 상기 한 쌍의 제1홈의 내벽에 접하도록 설치되며,
상기 지지부재는, 증기의 유동방향을 따라 연장된 판형의 부재이며, 상기 루트부재의 내측 단부와 상기 한 쌍의 웨지 사이에 개재되고, 증기의 유동방향 기준 하류 측 단부와 상류 측 단부가 각각 상기 디스크의 반경방향 기준 외측으로 절곡되어 상기 한 쌍의 제2홈의 내벽에 삽입되는 시트(Sheet)를 포함하는 터빈 로터.
청구항 1에 있어서,
상기 제1홈은, 상기 제2홈과 대향하는 위치에 형성된 터빈 로터.
청구항 1에 있어서,
증기의 유동방향을 기준으로 하였을 때의 상기 디스크의 하류 측의 면과 상류 측의 면 중, 상기 웨지와 인접하는 측의 면을 인접면이라 하였을 때,
상기 제1홈은, 상기 인접면으로부터 상기 슬롯의 내부를 향하도록 형성된 터빈 로터.
청구항 3에 있어서,
상기 제1홈은, 인접하는 상기 제2홈과 대향하도록 형성된 내벽이, 상기 슬롯의 내부로부터 상기 인접면 측으로 향할수록, 상기 디스크의 반경방향 기준 내측으로 기울어지도록 형성된 터빈 로터.
청구항 3에 있어서,
상기 제2홈은, 상기 인접면으로부터 상기 슬롯의 내부를 향하도록 형성되되, 인접하는 상기 제1홈과 대향하도록 형성된 내벽이, 상기 슬롯의 내부로부터 상기 인접면 측으로 향할수록 상기 디스크의 반경방향 기준 외측으로 기울어지도록 형성된 터빈 로터.
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청구항 1에 있어서,
상기 지지부재는, 상기 시트의 내측면으로부터 상기 한 쌍의 웨지 사이의 공간으로 돌출되며, 내측면이 상기 슬롯의 내벽에 안착되는 블록을 더 포함하는 터빈 로터.
청구항 1에 있어서,
상기 시트는, 하류 측 단부와 상류 측 단부가 각각 내측으로 절곡되어 상기 한 쌍의 웨지를 감싸는 터빈 로터.
공급받은 증기에 의해 회전하는 터빈 로터에 있어서,
증기의 유동방향을 따라 형성되며 원주 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 복수개의 슬롯이 외주면에 형성되며, 상기 슬롯의 내벽에 제1홈이 형성된 디스크;
상기 슬롯에 삽입되며 상기 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 내측 단부에 제2홈이 형성된 루트부재와, 상기 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 상기 루트부재의 외측 단부에 설치되며 증기가 통과하는 에어포일을 포함하는 블레이드; 및
상기 루트부재의 내측 단부와 상기 슬롯의 내벽 사이에 설치되는 지지부재와, 상기 지지부재에 설치되며 상기 제1홈과 상기 제2홈에 삽입되어 상기 디스크로부터 상기 루트부재가 이탈되는 것을 방지하는 웨지(Wedge)를 포함하는 가압부를 포함하되,
상기 제1홈은, 증기의 유동방향을 기준으로 하였을 때의 상기 슬롯의 내벽의 하류 측 부위와 상류 측 부위에 각각 하나씩 형성되며,
상기 제2홈은, 증기의 유동방향을 기준으로 하였을 때의 상기 루트부재의 내측 단부의 하류 측 부위와 상류 측 부위에 각각 하나씩 형성되고,
상기 웨지는, 증기의 유동방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 한 쌍으로 구비되며,
상기 한 쌍의 웨지는, 각각 외측면이 상기 한 쌍의 제2홈의 내벽에 접하도록 설치되며,
상기 지지부재는, 증기의 유동방향을 따라 연장된 판형의 부재이며, 상기 한 쌍의 웨지와 상기 디스크의 사이에 개재되고, 증기의 유동방향 기준 하류 측 단부와 상류 측 단부가 각각 상기 디스크의 반경방향 기준 내측으로 절곡되어 상기 한 쌍의 제1홈에 각각 삽입되는 시트(Sheet)를 포함하는 터빈 로터.
공급받은 증기를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 증기터빈에 있어서,
케이싱과, 상기 케이싱의 내주면에 설치되며 증기의 유동을 가이드하는 베인을 포함하는 스테이터; 및
상기 스테이터의 내부에 설치되며, 유동하는 증기에 의해 회전하는 로터를 포함하되,
상기 로터는,
증기의 유동방향을 따라 형성되며 원주 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 복수개의 슬롯이 외주면에 형성되며, 상기 슬롯의 내벽에 제1홈이 형성된 디스크와,
상기 슬롯에 삽입되며 상기 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 내측 단부에 제2홈이 형성된 루트부재와, 상기 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 상기 루트부재의 외측 단부에 설치되며 증기가 통과하는 에어포일을 포함하는 블레이드와,
상기 루트부재의 내측 단부와 상기 슬롯의 내벽 사이에 설치되는 지지부재와, 상기 지지부재에 설치되며 상기 제1홈과 상기 제2홈에 삽입되어 상기 디스크로부터 상기 루트부재가 이탈되는 것을 방지하는 웨지(Wedge)를 포함하는 가압부를 포함하되,
상기 제1홈은, 증기의 유동방향을 기준으로 하였을 때의 상기 슬롯의 내벽의 하류 측 부위와 상류 측 부위에 각각 하나씩 형성되며,
상기 제2홈은, 증기의 유동방향을 기준으로 하였을 때의 상기 루트부재의 내측 단부의 하류 측 부위와 상류 측 부위에 각각 하나씩 형성되고,
상기 웨지는, 증기의 유동방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 한 쌍으로 구비되며,
상기 한 쌍의 웨지는, 각각 내측면이 상기 한 쌍의 제1홈의 내벽에 접하도록 설치되며,
상기 지지부재는, 증기의 유동방향을 따라 연장된 판형의 부재이며, 상기 루트부재의 내측 단부와 상기 한 쌍의 웨지 사이에 개재되고, 증기의 유동방향 기준 하류 측 단부와 상류 측 단부가 각각 상기 디스크의 반경방향 기준 외측으로 절곡되어 상기 한 쌍의 제2홈의 내벽에 삽입되는 시트(Sheet)를 포함하는 증기터빈.
청구항 11에 있어서,
상기 제1홈은, 상기 제2홈과 대향하는 위치에 형성된 증기터빈.
청구항 11에 있어서,
증기의 유동방향을 기준으로 하였을 때의 상기 디스크의 하류 측의 면과 상류 측의 면 중, 상기 웨지와 인접하는 측의 면을 인접면이라 하였을 때,
상기 제1홈은, 상기 인접면으로부터 상기 슬롯의 내부를 향하도록 형성된 증기터빈.
청구항 13에 있어서,
상기 제1홈은, 인접하는 상기 제2홈과 대향하도록 형성된 내벽이, 상기 슬롯의 내부로부터 상기 인접면 측으로 향할수록, 상기 디스크의 반경방향 기준 내측으로 기울어지도록 형성된 증기터빈.
청구항 13에 있어서,
상기 제2홈은, 상기 인접면으로부터 상기 슬롯의 내부를 향하도록 형성되되, 인접하는 상기 제1홈과 대향하도록 형성된 내벽이, 상기 슬롯의 내부로부터 상기 인접면 측으로 향할수록 상기 디스크의 반경방향 기준 외측으로 기울어지도록 형성된 증기터빈.
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청구항 11에 있어서,
상기 지지부재는, 상기 시트의 내측면으로부터 상기 한 쌍의 웨지 사이의 공간으로 돌출되며, 내측면이 상기 슬롯의 내벽에 안착되는 블록을 더 포함하는 증기터빈.
청구항 11에 있어서,
상기 시트는, 하류 측 단부와 상류 측 단부가 각각 내측으로 절곡되어 상기 한 쌍의 웨지를 감싸는 증기터빈.
공급받은 증기에 의해 회전하는 터빈 로터에 있어서,
증기의 유동방향을 따라 형성되며 원주 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 복수개의 슬롯이 외주면에 형성되며, 상기 슬롯의 내벽에 제1홈이 형성된 디스크;
상기 슬롯에 삽입되며 상기 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 내측 단부에 제2홈이 형성된 루트부재와, 상기 디스크의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 상기 루트부재의 외측 단부에 설치되며 증기가 통과하는 에어포일을 포함하는 블레이드; 및
상기 루트부재의 내측 단부와 상기 슬롯의 내벽 사이에 설치되는 지지부재와, 상기 지지부재에 설치되며 상기 제1홈과 상기 제2홈에 삽입되어 상기 디스크로부터 상기 루트부재가 이탈되는 것을 방지하는 웨지(Wedge)를 포함하는 가압부를 포함하되,
상기 제1홈은, 증기의 유동방향을 기준으로 하였을 때의 상기 슬롯의 내벽의 하류 측 부위와 상류 측 부위에 각각 하나씩 형성되며,
상기 제2홈은, 증기의 유동방향을 기준으로 하였을 때의 상기 루트부재의 내측 단부의 하류 측 부위와 상류 측 부위에 각각 하나씩 형성되고,
상기 웨지는, 증기의 유동방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 한 쌍으로 구비되며,
상기 한 쌍의 웨지는, 각각 외측면이 상기 한 쌍의 제2홈의 내벽에 접하도록 설치되며,
상기 지지부재는, 증기의 유동방향을 따라 연장된 판형의 부재이며, 상기 한 쌍의 웨지와 상기 디스크의 사이에 개재되고, 증기의 유동방향 기준 하류 측 단부와 상류 측 단부가 각각 상기 디스크의 반경방향 기준 내측으로 절곡되어 상기 한 쌍의 제1홈에 각각 삽입되는 시트(Sheet)를 포함하는 증기터빈.