KR102116504B1

KR102116504B1 - 베인, 베인 제조방법 및 가스터빈

Info

Publication number: KR102116504B1
Application number: KR1020180153542A
Authority: KR
Inventors: 전채홍
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2020-05-28

Abstract

본 발명은, 아우터 슈라우드; 상기 아우터 슈라우드와 이격되도록 배치되는 이너 슈라우드; 및 상기 이너 슈라우드와 상기 아우터 슈라우드의 사이에 개재되며, 유동하는 유체를 가이드하는 에어포일을 포함하되, 상기 에어포일은, 양 단부가 각각 상기 이너 슈라우드와 상기 아우터 슈라우드에 결합되는 메인프레임과, 각각 상기 메인프레임의 둘레방향을 따라 배열되며, 서로 결합되어 상기 메인프레임을 감싸는 플레이트 형상의 복수개의 조립판을 포함하는 베인, 베인 제조방법 및 가스터빈을 제공한다.

Description

베인, 베인 제조방법 및 가스터빈{Vane, method for manufacturing vane, and gas turbine}

본 발명은 베인, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유동하는 유체를 가이드하는 베인과, 이러한 베인을 제조하는 방법 및 가스터빈에 관한 것이다.

일반적으로, 가스터빈은 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 압축기는 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과 압축기 블레이드가 교대로 배치된다. 그리고 압축기는 압축기 입구 스크롤 스트럿(Compressor inlet scroll strut)을 통해 외부의 공기를 흡입한다. 이렇게 흡입된 공기는 압축기의 내부를 통과하면서 상기 압축기 베인과 압축기 블레이드에 의해 압축된다.

연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축공기를 공급받아 연료와 혼합시킨다. 또한 연소기는 압축공기와 혼합된 연료를 점화기로 점화하여 고온고압의 연소가스를 생성한다. 이와 같이 생성된 연소가스는 터빈으로 공급된다.

터빈은 터빈 케이싱 내에 복수개의 터빈 베인과 터빈 블레이드가 교대로 배치된다. 그리고 터빈은 연소기에서 생성된 연소가스를 공급받아 내부로 통과시킨다. 터빈의 내부를 통과하는 연소가스는 터빈 블레이드를 회전시키게 되고, 터빈의 내부를 완전히 통과하게 된 연소가스는 터빈 디퓨저를 통해 외부로 토출되게 된다.

이와 같은 가스터빈은, 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에, 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적다. 따라서 가스터빈은, 왕복운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되며, 고속운동이 가능하여 고용량의 전력을 생성할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 종래의 가스터빈에 의하면, 터빈 베인은 정밀주조 공법으로 제조된다. 즉, 종래의 터빈 베인은, 형틀을 준비하고 형틀 내부에 코어를 배치한 다음, 용융된 금속을 형틀 내부에 주입하여 응고시킨 후, 코어를 용융시켜 외부로 인출하는 방식으로 제조된다. 이러한 방식에 따라, 내부에 냉각유로가 형성된 터빈 베인이 제조된다.

이때, 종래의 가스터빈에 의하면, 세라믹 복합재료(CMC;Ceramic matrix composite), 금속 복합재료(MMC;Metal matrix composite) 등과 같은 복합재료로 정밀주조 공법을 적용하여 터빈 베인을 제조하고자 하는 경우, 제품 제조공정이 매우 복잡하고 어려움은 물론, 제품 제조에 과다한 비용과 시간이 소요되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 보다 단순하고 효율적인 제조가 가능한 구조를 갖는 베인과, 보다 단순하고 효율적으로 베인을 제조하는 방법 및 이러한 베인을 포함하는 가스터빈을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 베인은, 아우터 슈라우드; 상기 아우터 슈라우드와 이격되도록 배치되는 이너 슈라우드; 및 상기 이너 슈라우드와 상기 아우터 슈라우드의 사이에 개재되며, 유동하는 유체를 가이드하는 에어포일을 포함하되, 상기 에어포일은, 양 단부가 각각 상기 이너 슈라우드와 상기 아우터 슈라우드에 결합되는 메인프레임과, 각각 상기 메인프레임의 둘레방향을 따라 배열되며, 서로 결합되어 상기 메인프레임을 감싸는 플레이트 형상의 복수개의 조립판을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 외부 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기; 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기와 외부로부터 공급받은 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하되, 상기 터빈은, 연소가스가 내부로 통과하는 케이싱과, 상기 케이싱의 내주면에 설치되며 연소가스를 가이드하는 베인을 포함하는 스테이터와, 상기 케이싱의 내부에 설치되는 디스크와, 상기 디스크의 외주면에 설치되며 상기 베인에 의해 가이드된 연소가스에 의해 회전하는 블레이드를 포함하는 로터를 포함하며, 상기 베인은, 상기 케이싱의 내주면에 결합되는 아우터 슈라우드와, 상기 아우터 슈라우드로부터 상기 디스크 측으로 이격되도록 배치되는 이너 슈라우드와, 상기 이너 슈라우드와 상기 아우터 슈라우드의 사이에 개재되며, 유동하는 연소가스를 상기 블레이드 측으로 가이드하는 에어포일을 포함하고, 상기 에어포일은, 양 단부가 각각 상기 이너 슈라우드와 상기 아우터 슈라우드에 결합되는 메인프레임과, 각각 상기 메인프레임의 둘레방향을 따라 배열되며, 서로 결합되어 상기 메인프레임을 감싸는 플레이트 형상의 복수개의 조립판을 포함하는 가스터빈이 제공된다.

상기 복수개의 조립판은, 상기 메인프레임에 대하여 이격되도록 배치되며, 상기 에어포일은, 상기 복수개의 조립판과 상기 메인프레임 사이에 개재되어, 상기 복수개의 조립판을 상기 메인프레임에 대해 지지하는 복수개의 지지부재를 더 포함한다.

상기 복수개의 조립판은, 상기 메인프레임의 각 부위에 대응하여 휘어지도록 형성된다.

상기 조립판은, 베이스판과, 상기 베이스판의 상기 이너 슈라우드 측 단부에서 돌출 형성되는 돌출편을 포함하며, 상기 이너 슈라우드는, 상기 돌출편이 삽입되는 이너 삽입홈이 형성된다.

상기 아우터 슈라우드는, 상기 조립판의 상기 아우터 슈라우드 측 단부가 삽입되는 아우터 삽입홈이 형성된다.

상기 돌출편은, 이너 체결홀이 형성되며, 상기 이너 삽입홈에 상기 돌출편이 삽입된 후, 상기 이너 체결홀에 삽입되어 상기 돌출편을 상기 이너 슈라우드에 고정시키는 이너 체결핀을 더 포함한다.

상기 조립판은, 상기 아우터 슈라우드 측 단부에 아우터 체결홀이 형성되며, 상기 아우터 삽입홈에 상기 조립판의 단부가 삽입된 후 상기 아우터 체결홀에 삽입되며, 상기 아우터 슈라우드에 고정되는 아우터 체결핀을 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, (A) 아우터 슈라우드와, 상기 아우터 슈라우드와 이격되도록 배치되는 이너 슈라우드와, 상기 아우터 슈라우드와 상기 이너 슈라우드 사이에 개재되는 메인프레임을 준비하는 단계; (B) 플레이트 형상의 복수개의 조립판을 준비하는 단계; (C) 상기 복수개의 조립판을 각각 상기 메인프레임의 둘레방향을 따라 배열하여, 상기 메인프레임을 둘러싸는 단계; 및 (D) 상기 복수개의 조립판을 서로 접합시켜, 상기 메인프레임을 상기 복수개의 조립판의 외부로부터 차단시키는 단계를 포함하는 베인 제조방법이 제공된다.

상기 베인 제조방법은, 상기 A 단계 이후, 상기 메인프레임의 외주면에 복수개의 지지부재를 결합시키는 단계를 더 포함하며, 상기 C 단계는, 상기 복수개의 조립판을 상기 복수개의 지지부재에 결합시켜, 상기 복수개의 조립판이 상기 메인프레임으로부터 이격된 상태를 유지하도록 한다.

상기 B 단계는, 상기 복수개의 조립판이 배치되는 상기 메인프레임의 각 부위에 대응하여, 상기 복수개의 조립판을 각각 휘어지게 형성한다.

상기 조립판은, 베이스판과, 상기 베이스판의 상기 이너 슈라우드 측 단부에서 돌출 형성되는 돌출편을 포함하며, 상기 C 단계는, 상기 이너 슈라우드에 형성된 이너 삽입홈에 상기 돌출편을 삽입시킨다.

상기 C 단계는, 상기 아우터 슈라우드에 형성된 아우터 삽입홈에, 상기 조립판의 상기 아우터 슈라우드 측 단부를 삽입한다.

상기 돌출편은, 이너 체결홀이 형성되며, 상기 베인 제조방법은, 상기 C 단계 이후, 이너 체결핀을 상기 이너 체결홀에 삽입시켜, 상기 돌출편을 상기 이너 슈라우드에 고정시키는 단계를 더 포함한다.

상기 조립판은, 상기 아우터 슈라우드 측 단부에 아우터 체결홀이 형성되며, 상기 베인 제조방법은, 상기 C 단계 이후, 아우터 체결핀을 상기 아우터 체결홀에 삽입시키고, 상기 아우터 체결핀을 상기 아우터 슈라우드에 고정시키는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따른 베인, 베인 제조방법 및 가스터빈에 의하면, 플레이트 형상의 복수개의 조립판을 서로 결합시켜 에어포일의 외면을 형성함으로써, 종래에 베인을 통째로 정밀주조 방식으로 제조하던 것에 비하여 보다 단순하고도 효율적으로 베인을 제조할 수 있으며, 제품 제조에 소요되는 시간과 비용을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 베인, 베인 제조방법 및 가스터빈에 의하면, 에어포일이 내부의 메인프레임과 외부의 복수개의 조립판으로 이루어지는 구조로 설계됨으로써, 에어포일의 외면에 별도의 필름쿨링홀을 형성하지 않더라도, 에어포일의 외부를 따라 유동하는 연소가스로부터 내부의 메인프레임을 보호할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가스터빈을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 베인을 도시한 사시되다.
도 3은 도 2 중 A-A선을 따라 절단된 베인의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 종단면도로서, 본 발명의 제1실시예에 따라 아우터 슈라우드와 이너 슈라우드 사이에 조립판이 설치된 모습을 도시한 도면이다.
도 5은 도 4의 우측면도이다.
도 6은 도 2의 종단면도로서, 본 발명의 제2실시예에 따라 아우터 슈라우드와 이너 슈라우드 사이에 조립판이 설치된 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 우측면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 베인의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

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 베인, 베인 제조방법 및 가스터빈에 대하여 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈(1)은 압축기(2), 연소기(3) 및 터빈(4)을 포함한다. 기체(압축공기 또는 연소가스)의 유동방향을 기준으로 하였을 때, 가스터빈(1)의 상류 측에는 압축기(2)가 배치되고 하류 측에는 터빈(4)이 배치된다. 그리고 압축기(2)와 터빈(4) 사이에는 연소기(3)가 배치된다.

압축기(2)는 압축기 케이싱 내부에 압축기 베인과 압축기 로터를 수용하며, 터빈(10)은 터빈 케이싱 내부에 터빈 베인(1000)과 터빈 로터(11)를 수용한다. 이러한 압축기 베인과 압축기 로터는 압축공기의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치되며, 터빈 베인(1000)과 터빈 로터(11) 역시 연소가스의 유동방향을 따라 다단으로 배치된다. 이때, 압축기(2)는 흡입된 공기가 압축될 수 있게 전단(Front-stage)에서 후단(Rear-stage) 측으로 갈수록 내부공간이 줄어들며, 반대로 터빈(10)은 연소기(3)로부터 공급받은 연소가스가 팽창될 수 있게 전단에서 후단 측으로 갈수록 내부공간이 커지는 구조로 설계된다.

한편, 압축기의 최후단부 측에 위치한 압축기 로터와, 터빈의 최전단부 측에 위치한 터빈 로터 사이에는, 터빈에서 발생된 회전토크를 상기 압축기로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브가 배치된다. 상기 토크튜브는 도 1에 도시된 바와 같이 총 3개의 단으로 이루어지는 복수개의 토크튜브 디스크로 구성될 수 있으나, 이는 본 발명의 여러 실시예 중 하나에 불과하며, 상기 토크튜브는 4개 이상의 단 또는 2개 이하의 단으로 이루어지는 복수개의 토크튜브 디스크로 구성될 수도 있다.

상기 압축기 로터는, 압축기 디스크와 압축기 블레이드를 포함한다. 상기 압축기 케이싱의 내부에는 복수개(예를 들어 14매)의 압축기 디스크가 구비되고, 상기 각각의 압축기 디스크들은 타이로드에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다. 더욱 상세하게는, 상기 각각의 압축기 디스크는 중심부가 상기 타이로드에 의해 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬된다. 그리고 인접하는 각각의 압축기 디스크는 대향하는 면이 상기 타이로드에 의해 압착되어, 서로 상대적인 회전을 할 수 없도록 배치된다.

상기 압축기 디스크의 외주면에는 복수개의 압축기 블레이드가 방사상으로 결합된다. 또한, 상기 압축기 블레이드의 사이에는, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때 상기 압축기 케이싱의 내주면에 환상으로 설치되는 복수개의 압축기 베인이 각각 배치된다. 상기 압축기 베인은 상기 압축기 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정된 상태를 유지하며, 압축기 블레이드를 통과한 압축공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 압축기 블레이드로 압축공기를 안내하는 역할을 한다. 이때, 상기 압축기 케이싱과 압축기 베인은, 상기 압축기 로터와 구분하기 위하여, 압축기 스테이터라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.

상기 타이로드는 상기 복수개의 압축기 디스크와, 후술할 터빈 디스크의 중심부를 관통하도록 배치되며, 일 측 단부는 압축기의 최전단부 측에 위치한 압축기 디스크 내에 체결되고, 타 측 단부는 고정 너트에 의해 체결된다.

상기 타이로드의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 압축기 디스크와 터빈 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

도시되지는 않았으나, 가스터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 안내깃 역할을 하는 디스월러(Desworler)가 설치될 수 있다.

상기 연소기(3)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스의 온도를 높이게 된다.

가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀(Cell) 형태로 형성되는 연소기 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료를 분사하는 노즐과, 연소실을 형성하는 라이너(Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션피스(Transition piece)를 포함한다.

구체적으로, 상기 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 연소챔버와, 상기 연소챔버를 감싸면서 환형공간을 이루는 라이너 환형유로가 형성된다. 또한 라이너의 전단에는 연료를 분사하는 노즐이 결합되며, 측벽에는 점화기가 결합된다.

상기 라이너 환형유로에는, 라이너의 외벽에 마련되는 다수개의 홀(Hole)을 통해 유입된 압축공기가 유동하며, 후술할 트랜지션피스를 냉각시킨 압축공기 역시 이를 통해 유동한다. 이렇듯 압축공기가 라이너의 외벽부를 따라 유동함으로써, 상기 연소챔버에서 연료의 연소에 의해 발생되는 열에 의해 라이너가 열 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.

라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 상기 라이너와 마찬가지로, 상기 트랜지션피스는, 상기 트랜지션피스의 내부 공간을 감싸는 트랜지션피스 환형유로가 형성되며, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 상기 트랜지션피스 환형유로를 따라 흐르는 압축공기에 의해 외벽부가 냉각된다.

한편, 상기 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈(10)으로 공급된다. 터빈(1)으로 공급된 고온 고압의 연소가스는 터빈(10)의 내부를 통과하면서 팽창하게 되고, 그에 따라 후술할 터빈 블레이드(13)에 충동 및 반동력을 가하여 회전토크가 발생되도록 한다. 이렇게 얻어진 회전토크는 상술한 토크튜브를 거쳐 압축기로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 부분은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

상기 터빈(10)은 기본적으로는 압축기(2)의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(10)에도 압축기(2)의 압축기 로터와 유사한 복수개의 터빈 로터(11)가 구비된다. 따라서 상기 터빈 로터(11) 역시, 터빈 디스크(12)와, 이로부터 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드(13)를 포함한다. 상기 터빈 블레이드(13)의 사이에도, 동일한 단을 기준으로 하였을 때 상기 터빈 케이싱(110)에 환상으로 설치되는 복수개의 터빈 베인(1000)이 구비되며, 상기 터빈 베인(1000)은 터빈 블레이드(13)를 통과한 연소가스의 유동방향을 가이드하게 된다. 이때, 상기 터빈 케이싱(110)과 터빈 베인(1000) 역시, 상기 터빈 로터(11)와 구분하기 위하여, 터빈 스테이터(100)라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.

이하부터는, 본 발명의 제1실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2를 참조하면, 상기 터빈 베인(1000;이하, ‘베인’이라 한다)은, 아우터 슈라우드(1100), 이너 슈라우드(1200) 및 에어포일(1300)을 포함한다. 상기 아우터 슈라우드(1100)는, 상기 터빈 케이싱(110;이하, ‘케이싱’이라 한다)의 내주면에 결합된다. 상기 이너 슈라우드(1200)는, 상기 아우터 슈라우드(1100)로부터 상기 터빈 디스크(12;이하, 디스크라 한다) 측 방향으로 이격되도록 배치된다. 상기 에어포일(1300)은, 상기 이너 슈라우드(1200)와 상기 아우터 슈라우드(1100)의 사이에 개재되며, 유동하는 유체(더욱 상세하게는, 연소가스)를 가이드한다.

도 3을 참조하면, 상기 에어포일(1300)은, 메인프레임(1310), 복수개의 조립판(1320) 및 복수개의 지지부재(1330)를 포함한다. 상기 메인프레임(1310)은, 상기 복수개의 조립판(1320)의 내부에 설치되는 것으로서, 양 단부가 각각 상기 이너 슈라우드(1200)와 상기 아우터 슈라우드(1100)에 결합된다. 상기 복수개의 조립판(1320)은, 플레이트 형상의 부재로서, 각각 상기 메인프레임(1310)의 외부에서 상기 메인프레임(1310)의 둘레방향을 따라 배열된다. 그리고 상기 복수개의 조립판(1320)은, 인접한 조립판(1320)끼리 서로 결합됨에 따라 상기 메인프레임(1310)을 둘러싸게 되며, 상기 메인프레임(1310)을 상기 복수개의 조립판(1320)의 외부로부터 차단시키게 된다.

이와 같이 상기 에어포일(1300)이 내부의 메인프레임(1310)과 외부의 복수개의 조립판(1320)으로 이루어지는 구조인 경우, 상기 메인프레임(1310)의 외측에 복수개의 조립판(1320)을 각각 조립하는 구조가 되므로, 종래에 에어포일을 통째로 정밀주조를 통해 제조하던 것과 비교하여 보다 단순하고 효율적인 제조가 가능하며, 제품 제조에 따른 비용과 시간을 획기적으로 절약할 수 있는 베인(1000)의 구조를 제공할 수 있게 된다.

또한, 상기 복수개의 조립판(1320)이 상기 메인프레임(1310)의 외부에서 상기 메인프레임(1310)을 둘러싸는 구조로 설계됨으로써, 상기 복수개의 조립판(1320)의 외부를 따라 유동하는 연소가스로부터 상기 복수개의 조립판(1320)이 상기 메인프레임(1310)을 보호하는 역할을 하게 된다. 따라서 본 발명에 의하면, 상기 에어포일(1300)의 외면에 별도의 필름쿨링홀을 형성하지 않더라도, 상기 에어포일(1300)의 외부를 따라 유동하는 연소가스로부터 상기 메인프레임(1310)을 보호할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 복수개의 조립판(1320)은, 각각 상기 메인프레임(1310)으로부터 외부로 이격되도록 배치된다. 그리고 상기 복수개의 지지부재(1330)는, 상기 복수개의 조립판(1320)과 상기 메인프레임(1310) 사이에 개재되어, 상기 복수개의 조립판(1320)을 상기 메인프레임(1310)에 대하여 지지한다. 이때, 상기 메인프레임(1310)과 상기 복수개의 조립판(1320) 사이의 공간으로 상기 압축기(2)로부터 공급받은 압축공기가 공급될 수 있다. 이 경우, 상기 복수개의 조립판(1320)을 지속적으로 냉각시켜, 외부에서 유동하는 연소가스에 의해 열손상을 입는 것을 방지할 수 있다. 한편, 상기 복수개의 조립판(1320)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 조립판(1320)의 단부 외면이, 인접하는 다른 조립판(1320)의 단부 내면과 접하도록 배치된다. 그리고 상기 복수개의 지지부재(1330)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 상기 조립판(1320)의 단부와 단부의 사이에 배치되어 상기 복수개의 조립판(1320)을 각각 지지하게 된다.

상기 복수개의 조립판(1320)은, 상기 메인프레임(1310)과 대면하게 되는 상기 메인프레임(1310)의 각 부위에 대응하여, 각각 휘어진 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 복수개의 조립판(1320)이 각각 서로 인접하는 조립판(1320)끼리 결합이 완료된 경우, 상기 복수개의 조립판(1320)의 전체적인 형상이 상기 메인프레임(1310)의 형상과 대응되도록 설계될 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 아우터 슈라우드(1100)는, 아우터 삽입홈(1110)이 형성된다. 그리고 상기 조립판(1320)은, 상기 아우터 슈라우드(1100) 측 단부가 상기 아우터 삽입홈(1110)에 삽입된다. 이때, 상기 조립판(1320)은, 상기 아우터 슈라우드(1100) 측 단부에 아우터 체결홀(1321a)이 형성된다. 그리고 상기 조립판(1320)의 단부가 상기 아우터 삽입홈(1110)에 삽입된 후, 도 5에 도시된 바와 같이, 아우터 체결핀(1400)이 상기 아우터 체결홀(1321a)에 삽입된다. 이후, 상기 아우터 체결핀(1400)은, 상기 아우터 슈라우드(1100)에 용접 기타 방식을 통하여 결합된다. 이에 따라 상기 조립판(1320)은, 상기 아우터 슈라우드(1100)에 고정되게 된다.

이하부터는, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 관해 상세히 설명하도록 한다. 이때, 본 발명의 제1실시예와 차이가 있는 부분에 대해서만 중점적으로 서술하도록 한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 복수개의 조립판(1320)은, 베이스판(1321) 및 돌출편(1322)을 포함한다. 상기 베이스판(1321)은, 플레이트 형상의 부재로서, 상기 아우터 슈라우드(1100) 측 단부에 아우터 체결홀(1321a)이 형성된다. 상기 돌출편(1322)은, 상기 베이스판(1321)의 상기 이너 슈라우드(1200) 측 단부에서 돌출 형성된다. 그리고 상기 돌출편(1322)은, 이너 체결홀(1322a)이 형성된다.

상기 아우터 슈라우드(1100)에는 아우터 삽입홈(1110)이 형성되고, 상기 이너 슈라우드(1200)에는 이너 삽입홈(1210)이 형성된다. 그리고 상기 아우터 삽입홈(1110)에는, 상기 베이스판(1321)의 상기 아우터 슈라우드(1100) 측 단부가 삽입되고, 상기 이너 삽입홈(1210)에는, 상기 돌출편(1322)이 삽입된다. 이후, 상기 아우터 체결홀(1321a)에는 아우터 체결핀(1400)이 삽입되고, 상기 이너 체결홀(1322a)에는 이너 체결핀(1500)이 삽입된다. 이렇게 삽입된 상기 아우터 체결핀(1400)과 상기 이너 체결핀(1500)은, 각각 상기 아우터 슈라우드(1100)와 상기 이너 슈라우드(1200)에 용접 기타 방식으로 결합된다. 이에 따라 상기 조립판(1320)은, 상기 아우터 슈라우드(1100)와 상기 이너 슈라우드(1200)에 고정되게 된다.

이하부터는, 도 8을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 베인의 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 이때, 전술한 본 발명의 제2실시예에서 설명된 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하도록 한다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 베인의 제조방법은, 우선 상기 아우터 슈라우드(1100), 상기 이너 슈라우드(1200) 및 상기 메인프레임(1310)을 준비하는 것으로부터 시작된다(A 단계). 상기 A 단계에서, 상기 아우터 슈라우드(1100)에 상기 아우터 삽입홈(1110)을 형성하고, 상기 이너 슈라우드(1200)에 상기 이너 삽입홈(1210)을 형성한다. 이때, 상기 아우터 슈라우드(1100), 상기 이너 슈라우드(1200) 및 상기 메인프레임(1310)은, 정밀주조 공법을 통하여 일체로 제조될 수도 있고, 각각 별개로 제작된 후 결합되는 방식으로 제조될 수도 있다.

상기 A 단계 이후에는, 상기 복수개의 조립판(1320)을 준비한다(B 단계). 이때, 상기 B 단계에서는, 상기 조립판(1320)을 상기 베이스판(1321)과 상기 돌출편(1322)을 포함하는 구조로 제조한다. 또한, 상기 B 단계에서는, 상기 베이스판(1321)에는 상기 아우터체결홀(1321a)을 형성하고, 상기 돌출편(1322)에는 상기 이너체결홀(1322a)을 형성한다. 그리고 상기 B 단계에서는, 상기 복수개의 조립판(1320)이 배치되는 상기 메인프레임(1310)의 각 부위에 대응하여, 상기 복수개의 조립판(1320)을 각각 휘어지게 형성한다.

상기 B 단계 이후에는, 상기 복수개의 조립판(1320)을 각각 상기 메인프레임(1310)의 둘레방향을 따라 배열하여, 상기 메인프레임(1310)을 둘러싸도록 배치한다(C 단계). 더욱 상세하게는, 상기 A 단계와 상기 B 단계 사이에, 상기 메인프레임(1310)의 외주면에 상기 복수개의 지지부재(1330)를 결합시킨다. 그리고 상기 C 단계에서는, 상기 복수개의 조립판(1320)을 상기 복수개의 지지부재(1330)에 결합시키되, 상기 복수개의 조립판(1320)이 상기 메인프레임(1310)에 대하여 외부로 이격된 상태를 유지하도록 한다.

상기 C 단계에서, 상기 베이스판(1321)의 상기 아우터 슈라우드(1100) 측 단부를 상기 아우터 삽입홈(1110)에 삽입하고, 상기 돌출편(1322)을 상기 이너 삽입홈(1210)에 삽입시킨다. 그리고 상기 아우터 체결홀(1321a)에 상기 아우터 체결핀(1400)을 삽입하고, 상기 이너 체결홀(1322a)에 상기 이너 체결핀(1500)을 삽입한다. 이렇게 삽입된 상기 아우터 체결핀(1400)과 상기 이너 체결핀(1500)은, 각각 상기 아우터 슈라우드(1100)와 상기 이너 슈라우드(1200)에 각각 용접 기타 방식으로 결합된다.

마지막으로, 상기 복수개의 조립판(1320)을 인접하는 것끼리 접합시켜, 상기 메인프레임(1310)을 상기 복수개의 조립판(1320)의 외부로부터 차단시킨다(D 단계). 이에 따라 본 발명에 따른 베인의 제조과정이 완료되게 된다.

이와 같은 본 발명의 베인의 제조방법에 의하면, 상기 메인프레임(1310)의 외측에 복수개의 조립판(1320)을 각각 조립하는 방식으로 베인(1000)을 제조하게 되므로, 종래에 에어포일을 통째로 정밀주조를 통해 제조하던 것과 비교하여 보다 단순하고 효율적인 베인(1000)의 제조가 가능하며, 제품 제조에 따른 비용과 시간을 획기적으로 절약할 수 있는 베인(1000)의 구조를 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 베인 제조방법에 의하면, 상기 복수개의 조립판(1320)이 상기 메인프레임(1310)의 외부에서 상기 메인프레임(1310)을 둘러싸는 구조로 설계됨으로써, 상기 복수개의 조립판(1320)의 외부를 따라 유동하는 연소가스로부터 상기 복수개의 조립판(1320)이 상기 메인프레임(1310)을 보호하는 역할을 하게 된다. 따라서 본 발명에 따른 베인 제조방법에 의하면, 상기 에어포일(1300)의 외면에 별도의 필름쿨링홀을 형성하지 않더라도, 상기 에어포일(1300)의 외부를 따라 유동하는 연소가스로부터 상기 메인프레임(1310)을 보호할 수 있으며, 별도의 필름쿨링홀을 형성함에 따라 발생될 수 있는 불필요한 시간과 비용을 절약할 수 있다.

1 : 가스터빈 2 : 압축기
3 : 연소기 10 : 터빈
11 : 로터 12 : 디스크
13 : 블레이드 100 : 스테이터
110 : 케이싱 1000 : 베인
1100 : 아우터 슈라우드 1200 : 이너 슈라우드
1300 : 에어포일 1400 : 아우터 체결핀
1500 : 이너 체결핀

Claims

아우터 슈라우드;
상기 아우터 슈라우드와 이격되도록 배치되는 이너 슈라우드; 및
상기 이너 슈라우드와 상기 아우터 슈라우드의 사이에 개재되며, 유동하는 유체를 가이드하는 에어포일을 포함하되,
상기 에어포일은,
양 단부가 각각 상기 이너 슈라우드와 상기 아우터 슈라우드에 결합되는 메인프레임과,
각각 상기 메인프레임의 둘레방향을 따라 배열되며, 서로 결합되어 상기 메인프레임을 감싸는 플레이트 형상의 복수개의 조립판을 포함하되,
상기 복수개의 조립판은, 상기 메인프레임에 대하여 이격되도록 배치되며,
상기 에어포일은,
상기 복수개의 조립판과 상기 메인프레임 사이에 개재되어, 상기 복수개의 조립판을 상기 메인프레임에 대해 지지하는 복수개의 지지부재를 더 포함하고,
상기 복수개의 조립판은, 어느 하나의 조립판의 단부 외면이, 인접하는 다른 조립판의 단부 내면과 접하도록 배치되며,
상기 지지부재는, 상기 조립판의 단부와 단부의 사이에 배치되어 상기 조립판을 지지하는 베인.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 조립판은, 상기 메인프레임의 각 부위에 대응하여 휘어지도록 형성된 베인.
청구항 1에 있어서,
상기 조립판은,
베이스판과,
상기 베이스판의 상기 이너 슈라우드 측 단부에서 돌출 형성되는 돌출편을 포함하며,
상기 이너 슈라우드는, 상기 돌출편이 삽입되는 이너 삽입홈이 형성된 베인.
청구항 1에 있어서,
상기 아우터 슈라우드는, 상기 조립판의 상기 아우터 슈라우드 측 단부가 삽입되는 아우터 삽입홈이 형성된 베인.
청구항 4에 있어서,
상기 돌출편은, 이너 체결홀이 형성되며,
상기 이너 삽입홈에 상기 돌출편이 삽입된 후, 상기 이너 체결홀에 삽입되어 상기 돌출편을 상기 이너 슈라우드에 고정시키는 이너 체결핀을 더 포함하는 베인.
청구항 5에 있어서,
상기 조립판은, 상기 아우터 슈라우드 측 단부에 아우터 체결홀이 형성되며,
상기 아우터 삽입홈에 상기 조립판의 단부가 삽입된 후 상기 아우터 체결홀에 삽입되며, 상기 아우터 슈라우드에 고정되는 아우터 체결핀을 더 포함하는 베인.
(A) 아우터 슈라우드와, 상기 아우터 슈라우드와 이격되도록 배치되는 이너 슈라우드와, 상기 아우터 슈라우드와 상기 이너 슈라우드 사이에 개재되는 메인프레임을 준비하는 단계;
(B) 플레이트 형상의 복수개의 조립판을 준비하는 단계;
(C) 상기 복수개의 조립판을 각각 상기 메인프레임의 둘레방향을 따라 배열하여, 상기 메인프레임을 둘러싸는 단계; 및
(D) 상기 복수개의 조립판을 서로 접합시켜, 상기 메인프레임을 상기 복수개의 조립판의 외부로부터 차단시키는 단계를 포함하되,
상기 A 단계 이후, 상기 메인프레임의 외주면에 복수개의 지지부재를 결합시키는 단계를 더 포함하며,
상기 C 단계는, 상기 복수개의 조립판을 상기 복수개의 지지부재에 결합시켜, 상기 복수개의 조립판이 상기 메인프레임으로부터 이격된 상태를 유지하도록 하고,
상기 복수개의 조립판은, 어느 하나의 조립판의 단부 외면이, 인접하는 다른 조립판의 단부 내면과 접하도록 배치되며,
상기 지지부재는, 상기 조립판의 단부와 단부의 사이에 배치되어 상기 조립판을 지지하는 베인 제조방법.
삭제
청구항 8에 있어서,
상기 B 단계는, 상기 복수개의 조립판이 배치되는 상기 메인프레임의 각 부위에 대응하여, 상기 복수개의 조립판을 각각 휘어지게 형성하는 베인 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 조립판은, 베이스판과, 상기 베이스판의 상기 이너 슈라우드 측 단부에서 돌출 형성되는 돌출편을 포함하며,
상기 C 단계는, 상기 이너 슈라우드에 형성된 이너 삽입홈에 상기 돌출편을 삽입시키는 베인 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 C 단계는, 상기 아우터 슈라우드에 형성된 아우터 삽입홈에, 상기 조립판의 상기 아우터 슈라우드 측 단부를 삽입하는 베인 제조방법.
청구항 11에 있어서,
상기 돌출편은, 이너 체결홀이 형성되며,
상기 C 단계 이후, 이너 체결핀을 상기 이너 체결홀에 삽입시켜, 상기 돌출편을 상기 이너 슈라우드에 고정시키는 단계를 더 포함하는 베인 제조방법.
청구항 12에 있어서,
상기 조립판은, 상기 아우터 슈라우드 측 단부에 아우터 체결홀이 형성되며,
상기 C 단계 이후, 아우터 체결핀을 상기 아우터 체결홀에 삽입시키고, 상기 아우터 체결핀을 상기 아우터 슈라우드에 고정시키는 단계를 더 포함하는 베인 제조방법.
외부 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기;
상기 압축기로부터 공급받은 압축공기와 외부로부터 공급받은 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및
상기 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하되,
상기 터빈은,
연소가스가 내부로 통과하는 케이싱과, 상기 케이싱의 내주면에 설치되며 연소가스를 가이드하는 베인을 포함하는 스테이터와,
상기 케이싱의 내부에 설치되는 디스크와, 상기 디스크의 외주면에 설치되며 상기 베인에 의해 가이드된 연소가스에 의해 회전하는 블레이드를 포함하는 로터를 포함하며,
상기 베인은,
상기 케이싱의 내주면에 결합되는 아우터 슈라우드와,
상기 아우터 슈라우드로부터 상기 디스크 측으로 이격되도록 배치되는 이너 슈라우드와,
상기 이너 슈라우드와 상기 아우터 슈라우드의 사이에 개재되며, 유동하는 연소가스를 상기 블레이드 측으로 가이드하는 에어포일을 포함하고,
상기 에어포일은,
양 단부가 각각 상기 이너 슈라우드와 상기 아우터 슈라우드에 결합되는 메인프레임과,
각각 상기 메인프레임의 둘레방향을 따라 배열되며, 서로 결합되어 상기 메인프레임을 감싸는 플레이트 형상의 복수개의 조립판을 포함하며,
상기 복수개의 조립판은, 상기 메인프레임에 대하여 이격되도록 배치되며,
상기 에어포일은,
상기 복수개의 조립판과 상기 메인프레임 사이에 개재되어, 상기 복수개의 조립판을 상기 메인프레임에 대해 지지하는 복수개의 지지부재를 더 포함하고,
상기 복수개의 조립판은, 어느 하나의 조립판의 단부 외면이, 인접하는 다른 조립판의 단부 내면과 접하도록 배치되며,
상기 지지부재는, 상기 조립판의 단부와 단부의 사이에 배치되어 상기 조립판을 지지하는 가스터빈.
삭제
청구항 15에 있어서,
상기 복수개의 조립판은, 상기 메인프레임의 각 부위에 대응하여 휘어지도록 형성된 가스터빈.
청구항 15에 있어서,
상기 조립판은,
베이스판과,
상기 베이스판의 상기 이너 슈라우드 측 단부에서 돌출 형성되는 돌출편을 포함하며,
상기 이너 슈라우드는, 상기 돌출편이 삽입되는 이너 삽입홈이 형성된 가스터빈.
청구항 15에 있어서,
상기 아우터 슈라우드는, 상기 조립판의 상기 아우터 슈라우드 측 단부가 삽입되는 아우터 삽입홈이 형성된 가스터빈.
청구항 18에 있어서,
상기 돌출편은, 이너 체결홀이 형성되며,
상기 이너 삽입홈에 상기 돌출편이 삽입된 후, 상기 이너 체결홀에 삽입되어 상기 돌출편을 상기 이너 슈라우드에 고정시키는 이너 체결핀을 더 포함하는 가스터빈.
청구항 19에 있어서,
상기 조립판은, 상기 아우터 슈라우드 측 단부에 아우터 체결홀이 형성되며,
상기 아우터 삽입홈에 상기 조립판의 단부가 삽입된 후 상기 아우터 체결홀에 삽입되며, 상기 아우터 슈라우드에 고정되는 아우터 체결핀을 더 포함하는 가스터빈.