KR102182102B1 - 터빈 장치 - Google Patents

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강성진
허제열
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한화에어로스페이스 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 축과, 상기 축 방향으로 돌출된 복수개의 돌출부가 형성되고 상기 축에 설치되는 터빈 디스크와, 상기 터빈 디스크에 설치되는 블레이드들과, 상기 터빈 디스크에 설치되며 상기 돌출부에 걸리는 복수개의 걸림부가 형성된 지지 플레이트와, 상기 걸림부 사이에 배치되는 복수개의 제1 고정 블록들과, 상기 돌출부 사이에 배치되며 상기 제1 고정 블록들에 고정되는 제2 고정 블록을 포함하며, 상기 돌출부 사이의 공간들 중 상기 제2 고정 블록이 위치하는 공간의 폭은, 상기 걸림부 사이의 공간들 중 상기 제1 고정 블록들이 위치하는 공간의 폭보다 작은 터빈 장치를 제공한다.

Description

터빈 장치{A turbine apparatus}
본 발명은 터빈 장치에 관한 것이다.
터빈 장치는, 물, 가스, 증기 등의 유체가 가지는 에너지를 유용한 일로 변환시키는 장치이다.
특히, 가스 터빈 장치는 연소기로부터 나온 고온, 고압의 가스가 터빈 장치 내로 인입되어 터빈 장치의 내부의 블레이드와 충돌됨으로써 터빈 출력축을 회전시킨다.
한편, 공개특허공보 2009-0076158호에는 다단의 구조를 가지는 스팀 터빈을 개시하고 있는데, 터빈의 하류 쪽으로 갈수록 내부에 설치된 블레이드의 크기를 점점 더 크게 설계하고 블레이드를 지지함으로써 하류 쪽에 스팀이 충분히 팽창되어 압력이 낮아졌음에도 불구하고 회전력을 상류 쪽과 가급적 동일하게 유지시키는 기술을 개시하고 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 터빈 디스크에 지지 플레이트를 용이하게 설치할 수 있는 터빈 장치를 구현하는 것을 주된 과제로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 축;과, 상기 축의 방향으로 돌출된 복수개의 돌출부가 형성되고, 상기 축에 설치되는 터빈 디스크;와, 상기 터빈 디스크에 설치되는 블레이드들;과, 상기 터빈 디스크에 설치되며, 상기 돌출부에 걸리는 복수개의 걸림부가 형성된 지지 플레이트;와, 상기 걸림부 사이에 배치되는 복수개의 제1 고정 블록들;과, 상기 돌출부 사이에 배치되며, 상기 제1 고정 블록들에 고정되는 제2 고정 블록;을 포함하며, 상기 돌출부 사이의 공간들 중 상기 제2 고정 블록이 위치하는 공간의 폭은, 상기 걸림부 사이의 공간들 중 상기 제1 고정 블록들이 위치하는 공간의 폭보다 작은 터빈 장치를 제공한다.
여기서, 상기 블레이드의 단부에는 블레이드 장착부가 형성되고, 상기 터빈 디스크에는, 상기 블레이드 장착부가 상기 축의 방향으로 끼워져 상기 블레이드가 상기 축의 반경 방향으로의 움직이는 것을 방지하는 블레이드 장착홈이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 터빈 디스크에는 상기 걸림부를 수용하는 수용홈이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제1 고정 블록들에는 각각 적어도 하나의 제1 장착구멍이 형성되고, 상기 제2 고정 블록에는 상기 제1 장착구멍과 대응되는 위치에 제2 장착구멍이 형성되고, 상기 제1 장착구멍 및 상기 제2 장착구멍에 설치되는 고정 볼트를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 장착구멍에는 상기 고정 볼트의 머리 부분이 수용되는 볼트 머리 수용홈이 더 형성될 수 있다.
여기서, 상기 지지 플레이트는 상기 축의 방향으로 상기 터빈 디스크의 전면부 및 후면부 중 적어도 한 곳에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 터빈 장치에 의하면, 블레이드를 지지하는 지지 플레이트를 터빈 디스크에 용이하게 설치할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 터빈 장치의 내부 일부의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 후방 지지 플레이트가 터빈 디스크에 설치된 모습을 도시한 부분 절개도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 제1 고정 블록들 및 제2 고정 블록이 후방 지지 플레이트와 터빈 디스크에 설치되는 모습을 도시한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 제1 고정 블록들 및 제2 고정 블록을 도시한 개략적인 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예의 일 변형예에 관한 제1 고정 블록들 및 제2 고정 블록을 도시한 개략적인 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 사용함으로써 중복 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 터빈 장치의 내부 일부의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 후방 지지 플레이트가 터빈 디스크에 설치된 모습을 도시한 부분 절개도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 제1 고정 블록들 및 제2 고정 블록이 후방 지지 플레이트와 터빈 디스크에 설치되는 모습을 도시한 개략적인 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 제1 고정 블록들 및 제2 고정 블록을 도시한 개략적인 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 것과 같이, 터빈 장치(100)는, 축(110), 터빈 디스크(120), 블레이드들(130), 지지 플레이트(140), 제1 고정 블록들(150), 제2 고정 블록(160)을 포함한다.
축(110)은 터빈 장치(100)의 출력축으로써, 블레이드들(130)로부터 회전력을 전달받아 회전한다.
터빈 디스크(120)는 축(110)에 설치되며, 전체적으로 원판의 형상을 가진다.
터빈 디스크(120)는, 전면부(121), 후면부(122), 외주부(123), 고정바(124)를 포함한다.
전면부(121)와 후면부(122)에는 각각 지지 플레이트(140)가 설치된다.
전면부(121)에는 축(110)의 방향으로 돌출되고 서로 소정 간격으로 이격되어 있는 복수개의 돌출부(121a)가 형성되고, 돌출부(121a)의 안쪽에는 수용홈(121b)이 형성된다.
후면부(122)에도 축(110)의 방향으로 돌출되고 서로 소정 간격으로 이격되어 있는 복수개의 돌출부(122a)가 형성되고, 돌출부(122a)의 안쪽에는 수용홈(122b)이 형성된다.
외주부(123)에는 블레이드 장착홈(123a)이 설치되는데, 블레이드 장착홈(123a)에는 블레이드 장착부(131)가 축(110)의 방향으로 끼워져, 블레이드(130)가 축(110)의 반경 방향으로의 움직이는 것을 방지하게 된다. 이를 위해 블레이드 장착홈(123a)의 형상은 오목부와 볼록부를 가지는 형상, 예를 들어, 톱니 형상, 물결 형상, 기어치 형상, 스플라인 형상, 도브 테일 형상 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 터빈 디스크(120)에는 축(110)의 방향으로 고정바 지지홈(120a)이 형성되는데, 그러한 고정바 지지홈(120a)에는 고정바(124)가 끼워져 전방 지지 플레이트(141)의 회전을 방지하게 된다.
블레이드(130)는 가스가 부딪혀 회전력을 발생시키는 부재들로서, 터빈 디스크(120)의 원주 방향을 따라 소정의 간격으로 배치되어 있다.
블레이드(130)의 각 단부에는 블레이드 장착부(131)가 형성된다. 블레이드 장착부(131)의 형상은 전술한 블레이드 장착홈(123a)에 끼워질 수 있도록, 도 2에 도시된 바와 같이, 블레이드 장착홈(123a)에 대응되는 형상을 가진다. 즉, 조립 공정 시 블레이드 장착부(131)는 블레이드 장착홈(123a)에 축(110)의 방향으로 끼워져 설치되게 된다.
한편, 지지 플레이트(140)는 전방 지지 플레이트(141)와 후방 지지 플레이트(142)를 포함한다.
전방 지지 플레이트(141)는 소정의 폭을 가진 고리 형상을 가지고 있으며, 터빈 디스크(120)의 전방에 설치되어 블레이드(130)가 전방 방향으로 움직이는 것을 방지한다. 이를 위해, 전방 지지 플레이트(141)의 크기는, 블레이드 장착부(131)가 축(110)의 방향으로의 이동이 방지될 수 있는 정도의 크기로 형성된다.
전방 지지 플레이트(141)의 아래쪽에는 복수개의 걸림부(141a)가 형성되어 있는데, 전방 지지 플레이트(141)의 설치 시 걸림부(141a)가 터빈 디스크(120)의 돌출부(121a)에 걸려 바요넷(bayonet) 구조를 이루게 된다. 아울러, 전방 지지 플레이트(141)의 앞부분에는 시일부(141b)가 형성된다.
전방 지지 플레이트(141)에는 고정 구멍(141c)이 형성되는데, 고정 구멍(141c)에는 고정바(124)가 끼워져, 전방 지지 플레이트(141)의 회전 움직임을 방지한다.
후방 지지 플레이트(142)는 소정의 폭을 가진 고리 형상을 가지고 있으며, 터빈 디스크(120)의 후방에 설치되어 블레이드(130)가 후방 방향으로 움직이는 것을 방지한다. 이를 위해, 후방 지지 플레이트(142)의 크기는, 블레이드 장착부(131)가 축(110)의 방향으로의 이동을 방지할 수 있는 정도의 크기로 형성된다.
후방 지지 플레이트(142)의 아래쪽에는 복수개의 걸림부(142a)가 형성되어 있는데, 후방 지지 플레이트(142)의 설치 시 걸림부(142a)가 터빈 디스크(120)의 돌출부(122a)에 걸려 바요넷 구조를 이루고 있다.
한편, 제1 고정 블록들(150)은 2개로 구성되며, 후방 지지 플레이트(142)의 걸림부(142a) 사이의 공간에 배치된다.
본 실시예에 따르면, 후방 지지 플레이트(142)에는 걸림부(142a)들이 복수개 형성되어 있고, 걸림부(142a)들 사이의 공간들 중 일부에 제1 고정 블록들(150)이 배치되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 후방 지지 플레이트(142)의 걸림부(142a)들 사이의 모든 공간들에 제1 고정 블록들(150)이 배치될 수도 있다.
제1 고정 블록들(150)에는 각각 적어도 하나의 제1 장착구멍(151)이 형성되는데, 제1 장착구멍(151)의 내주에는 나사가 형성되어 있다.
제2 고정 블록(160)은 터빈 디스크(120)의 돌출부(122a) 사이에 배치되며, 제1 고정 블록들(150)에 고정된다.
제2 고정 블록(160)에는 전술한 제1 장착구멍(151)의 위치에 대응되도록 제2 장착구멍(161)이 형성되는데, 제2 장착구멍(161)의 내주에는 나사가 형성되어 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 설치 시에는 고정 볼트(B)가 제2 장착구멍(161)을 경유하여 제1 장착구멍(151)에 끼워져 설치되게 된다.
본 실시예에 따르면 제2 장착구멍(161)의 내주에는 나사가 형성되어 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 제2 장착구멍(161)의 내주에는 나사가 형성되지 않을 수도 있다.
또한 제2 고정 블록(160)에는 제2 장착구멍(161)과 연결되며, 고정 볼트(B)의 머리 부분이 수용되는 볼트 머리 수용홈(161a)이 형성된다.
본 실시예에 따르면 제2 고정 블록(160)에 볼트 머리 수용홈(161a)이 형성되어 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 제2 고정 블록(160)에 볼트 머리 수용홈(161a)이 형성되지 않을 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 고정 블록들(150)과 제2 고정 블록(160)의 상호 고정은 고정 볼트(B)에 의해 수행되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면, 제1 고정 블록들(150)과 제2 고정 블록(160)의 상호 고정은 다른 고정 수단을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 고정 블록들(150)과 제2 고정 블록(160)의 상호 고정은 접착제 고정, 납땜 고정, 후크 고정 등의 다양한 고정 수단이 사용될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 고정 블록들(150)이 2개로 이루어지지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 제1 고정 블록들(150)의 개수에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 제1 고정 블록들의 개수는 3개, 4개, 5개 등이 될 수도 있다. 도 5에서는 제1 고정 블록들(250)의 개수가 3개인 경우를 예시하고 있다. 도 5에 도시된 제1 고정 블록들(250)은 3개로 이루어지고, 제1 고정 블록들(250)의 각각에는 내주에 나사가 형성된 제1 장착구멍(251)이 형성되고 있으며, 제2 고정 블록들(260)에는 제1 장착구멍(251)의 위치에 대응되도록 제2 장착구멍(261)이 형성되고, 설치 시에는 3개의 고정 볼트(B)가 제2 장착구멍(261)을 경유하여 각각 제1 장착구멍(251)에 끼워져 고정되게 된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 돌출부(122a) 사이의 공간들 중 제2 고정 블록(160)이 위치하는 공간의 폭(D2)은, 걸림부(142a) 사이의 공간들 중 제1 고정 블록들(150)이 위치하는 공간의 폭(D1)보다 작도록 형성된다. 그러한 크기에 대한 제한은, 지지 플레이트(140)의 설치 완료 후, 제1 고정 블록들(150)이 돌출부(122a)에 막혀 축(110)의 방향으로 움직이지 못하게 하는 기능을 수행한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 장치(100)의 터빈 디스크(120)에 블레이드들(130)과 지지 플레이트(140)를 설치하는 공정을 설명한다.
우선 작업자는 터빈 디스크(120)의 부분 중 외주부(123)의 블레이드 장착홈(123a)에 블레이드 장착부(131)를 축(110)의 방향으로 끼워 설치한다. 그렇게 되면, 블레이드 장착부(131)과 블레이드 장착홈(123a)의 결합 구조에 의해 블레이드(130)는 축(110)의 반경 방향으로의 움직임이 고정되게 된다.
다음으로, 작업자는 터빈 디스크(120)의 부분 중 전면부(121)에 전방 지지 플레이트(141)를 설치한다. 구체적으로 작업자는, 걸림부(141a)가 수용홈(121b)에 위치하도록 전방 지지 플레이트(141)를 터빈 디스크(120)의 전면부(121)에 위치시킨 후, 전방 지지 플레이트(141)를 회전시켜 복수개의 걸림부(141a)가 터빈 디스크(120)의 돌출부(121a)에 걸리도록 하여 바요넷 결합이 이루어지도록 한다. 그렇게 되면, 전방 지지 플레이트(141)의 존재로 인하여 블레이드 장착부(131)는 축(110)의 방향 중 전방으로의 움직임이 방지되게 된다.
그 다음, 작업자는 터빈 디스크(120)의 후면부(122)쪽에서 고정바 지지홈(120a)에 고정바(124)를 끼운 후 밀어 넣어, 고정바(124)가 전방 지지 플레이트(141)의 고정 구멍(141c)에 끼워지도록 한다. 그렇게 되면, 전방 지지 플레이트(141)는 회전 방향으로의 움직임이 방지되어, 전술한 전방 지지 플레이트(141)와 터빈 디스크(120)간의 바요넷 결합이 공고하게 유지되게 된다.
다음으로, 작업자는 터빈 디스크(120)의 부분 중 후면부(122)에 후방 지지 플레이트(142)를 설치한다. 구체적으로 작업자는 걸림부(142a)가 수용홈(122b)에 끼워지도록 후방 지지 플레이트(142)를 터빈 디스크(120)의 후면부(122)에 위치시킨 후, 후방 지지 플레이트(142)를 회전시켜 복수개의 걸림부(142a)가 터빈 디스크(120)의 돌출부(122a)에 걸리도록 하여 바요넷 결합이 이루어지도록 한다. 그렇게 되면, 후방 지지 플레이트(142)의 존재로 인하여 블레이드 장착부(131)는 축(110)의 방향 중 후방으로의 움직임이 방지되게 된다.
그 다음, 작업자는 터빈 디스크(120)의 걸림부(142a) 사이의 공간에 제1 고정 블록들(150)을 하나씩 밀어 넣어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 고정 블록들(150)을 일렬로 세팅시킨다. 그 다음으로, 돌출부(122a) 사이의 공간에 제2 고정 블록(160)을 위치시키고, 고정 볼트(B)를 제2 장착구멍(161)을 경유하여 제1 장착구멍(151)에 나사 결합함으로써, 제1 고정블록들(150)과 제2 고정 블록(160)을 서로 고정시킨다. 그렇게 되면, 후방 지지 플레이트(142)는 회전 방향으로의 움직임이 방지되어, 전술한 후방 지지 플레이트(142)와 터빈 디스크(120)간의 바요넷 결합이 공고히 유지되게 된다.
이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제1 고정블록들(150)과 제2 고정 블록(160)을 이용하여 후방 지지 플레이트(142)의 회전 방향으로의 움직임을 방지할 수 있으므로, 후방 지지 플레이트(142)의 고정을 용이하게 수행할 수 있다. 그렇게 되면 터빈 장치(100)의 조립 공수 및 조립 시간을 줄일 수 있어, 전체적으로 제조 비용을 줄일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 후방 지지 플레이트(142)의 회전 고정을 위해서만 제1 고정블록들(150)과 제2 고정 블록(160)이 이용되고 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 전방 지지 플레이트(141)의 회전 고정을 위해서도 제1 고정블록들(150)과 제2 고정 블록(160)이 사용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 측면들은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 터빈 장치를 제조하거나 이용하는 산업에 적용될 수 있다.
100: 터빈 장치 110: 축
120: 터빈 디스크 130: 블레이드들
140: 지지 플레이트 150: 제1 고정 블록들
160: 제2 고정 블록

Claims (6)

  1. 축;
    상기 축의 방향으로 돌출된 복수개의 돌출부가 형성되고, 상기 축에 설치되는 터빈 디스크;
    상기 터빈 디스크에 설치되는 블레이드들;
    상기 터빈 디스크에 설치되며, 상기 돌출부에 걸리는 복수개의 걸림부가 형성된 지지 플레이트;
    상기 걸림부 사이에 배치되는 복수개의 제1 고정 블록들; 및
    상기 돌출부 사이에 배치되며, 상기 제1 고정 블록들에 고정되는 제2 고정 블록을 포함하며,
    상기 돌출부 사이의 공간들 중 상기 제2 고정 블록이 위치하는 공간의 폭은, 상기 걸림부 사이의 공간들 중 상기 제1 고정 블록들이 위치하는 공간의 폭보다 작고,
    상기 제1 고정 블록들에는 각각 적어도 하나의 제1 장착구멍이 형성되고,
    상기 제2 고정 블록에는 상기 제1 장착구멍과 대응되는 위치에 제2 장착구멍이 형성되고,
    상기 제1 장착구멍 및 상기 제2 장착구멍에 설치되는 고정 볼트를 포함하는, 터빈 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드의 단부에는 블레이드 장착부가 형성되고,
    상기 터빈 디스크에는, 상기 블레이드 장착부가 상기 축의 방향으로 끼워져 상기 블레이드가 상기 축의 반경 방향으로의 움직이는 것을 방지하는 블레이드 장착홈이 형성되는 터빈 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 터빈 디스크에는 상기 걸림부를 수용하는 수용홈이 형성된 터빈 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 장착구멍에는 상기 고정 볼트의 머리 부분이 수용되는 볼트 머리 수용홈이 더 형성되는 터빈 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지지 플레이트는 상기 축의 방향으로 상기 터빈 디스크의 전면부 및 후면부 중 적어도 한 곳에 설치되는 터빈 장치.
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