KR102202368B1 - 밀폐성과 작동성을 향상시킨 가스 터빈 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부로 유입되는 공기의 유동을 제어하여 밀폐성과 작동성을 향상시키는 가스 터빈 엔진으로서, 상기 가스 터빈 엔진의 일부분에 구비되며 상기 가스 터빈 엔진의 중심축을 이루는 타이로드를 축으로 하여 회전하며 동력을 발전시키는 회전유닛; 상기 회전유닛에 인접하면서 교차 배열되어 터빈단을 형성하는 정지유닛; 및 상기 회전유닛의 일부분에 설치되며 상기 회전유닛과 상기 정지유닛 사이에 생성되는 공극인 휠스페이스로 유입되는 공기의 유동을 제어하여 밀폐성을 향상시키는 유동제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

밀폐성과 작동성을 향상시킨 가스 터빈 엔진{Gas Turbine Engine With Improved Sealing And Operability}

본 발명은 가스 터빈 엔진의 터빈부 휠스페이스로 공급되는 씰링 공기의 스월 각도를 최적화하기 위한 스월러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각종 가스 터빈의 고압 터빈부의 씰링 성능 및 작동 안정성 향상을 도모하기 위한 밀폐성과 작동성을 향상시킨 가스 터빈 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 가스 터빈 엔진은 압축기, 연소기 및 터빈으로 이루어지며 압축기에서 압축된 고압 공기를 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생한 고온의 가스를 팽창시킴으로써 터빈을 구동하는 회전동력기관이다.

이러한, 터빈을 구성하기 위해서 외주면에 복수의 터빈 베인이 배열되는 스테이터 디스크와 터빈 블레이드가 배열되는 로터 디스크를 교차로 다단 구성하여 상기 고온, 고압의 연소 가스가 터빈 블레이드를 통과시키도록 하는 구성이 널리 사용되고 있다.

그러나, 최근 가스 터빈의 대형화 및 고효율화 추세에 따라 연소기 출구 온도가 점차 높아짐에 따라 고온의 연소 가스가 스테이터 디스크 및 로터 디스크 사이 공간인 휠스페이스로 유입되는 것을 막고자 터빈 디스크 외주면에 림 씰을 공통적으로 채용하고 있다. 고압의 압축기 단에서 추출된 공기는 림 씰과 휠스페이스로 둘러싸인 공간으로 씰링 유동의 형태로 공급되어 휠스페이스 가압에 사용되나 필연적인 전효율 감소를 수반하기 때문에 씰링 유량을 최소화하고자 하는 다양한 형상의 림 씰이 사용되고 있다.

그러나, 일관된 설계 원칙이 부재하고 1단 터빈부 부품이 고온의 온도 조건에 취약하고, 장기간 노출되는 경우가 빈번하여 파손에 따른 교체 및 수리가 필요하게 되었다. 이 경우 가스터빈의 작동을 중지한 상태로 1단 터빈부 부품에 대한 교체 또는 수리를 실시해야 하므로 수리 기간 동안 발전을 통한 항공기 운영 중단 및 전력 생산에 차질이 발생되어 경제적인 손실이 막대하였다.

또한, 가스 터빈 엔진의 터빈부 씰링을 위해 사용되는 씰링 유량이 압축기 공기의 15-20%에 달하며 이는 필연적으로 터빈부에서 추출 가능한 일의 양을 감소시켜 가스 터빈 엔진의 전효율을 떨어뜨린다.

대한민국 등록특허 제10-2026827호 대한민국 등록특허 제10-1764059호

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 로터 디스크에 휠스페이스 스월러로 칭하는 회전 부품을 장착하여 휠스페이스 내 유동의 선회성분을 인위적으로 증가시킴으로써 씰링 효과를 향상시키고 필요로 하는 최소 씰링 유량을 저감시키는 밀폐성과 작동성을 향상시킨 가스 터빈 엔진을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 내부로 유입되는 공기의 유동을 제어하여 밀폐성과 작동성을 향상시키는 가스 터빈 엔진으로서, 상기 가스 터빈 엔진의 일부분에 구비되며 상기 가스 터빈 엔진의 중심축을 이루는 타이로드를 축으로 하여 회전하며 동력을 발전시키는 회전유닛; 상기 회전유닛에 인접하면서 교차 배열되어 터빈단을 형성하는 정지유닛; 및 상기 회전유닛의 일부분에 설치되며 상기 회전유닛과 상기 정지유닛 사이에 생성되는 공극인 휠스페이스로 유입되는 공기의 유동을 제어하여 밀폐성을 향상시키는 유동제어유닛;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 유동제어유닛은, 캠버된 익형의 단면 형상으로 제작되며 상기 회전유닛에 복수 개로 설치되는 휠스페이스 스월러; 및 상기 휠스페이스 스월러의 내부를 구획하며 설치되어 상기 휠스페이스 스월러를 지지하는 스월러 내부 지지대;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 휠스페이스 스월러의 내부는 상기 스월러 내부 지지대에 의해 구획이 되면서 공극이 형성되어 경량성을 제공할 수 있다.

또한, 상기 회전유닛은, 상기 타이로드에 중심축이 결합되어 상기 타이로드를 중심으로 회전하는 터빈 로터 디스크; 및 상기 터빈 로터 디스크의 반경방향 외측면에 원주방향으로 결합되는 복수 개의 터빈 블레이드;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 정지유닛은, 상기 회전유닛에 단차를 이루면서 인접하여 고정된 상태로 구비되는 터빈 스테이터 디스크; 및 상기 터빈 스테이터 디스크의 반경방향 내측면에 원주방향으로 결합되는 복수 개의 터빈 베인;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 유동제어유닛들은 상기 터빈 로터 디스크에 복수 개가 설정된 거리가 이격된 상태로 배치될 수 있다.

또한, 상기 유동제어유닛들은 상기 터빈 로터 디스크의 중심을 향하여 방사형으로 설치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 유동제어유닛은 휠스페이스 내 유동의 터빈 로터 디스크 회전방향으로의 선회성분을 증가시킴으로써, 고온 가스 유입 현상을 억제하기 위한 필요 씰링 유량을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 가스 터빈 엔진의 전효율 향상, 그에 따른 연료 소모율 감소, 파생되는 경제적 비용 절감을 기대할 수 있다.

본 발명 이전에 가스 터빈 엔진 운용에 있어 터빈의 고온부 휠스페이스 내 회전 부품을 부착하여 씰링 효과 향상을 도모하거나, 타목적으로 회전 부품을 설치한 경우는 없었으므로, 기존에 널리 사용되어 왔던 가스 터빈 림 씰과 더불어 새로이 가스 터빈 엔진의 지속 가능성 향상을 도모할 수 있다.

또한, 복수의 캠버(camber)된 익형(airfoil) 단면 형상을 특징으로 하는 휠스페이스 스월러가 터빈 로터 디스크의 측면에 부착될 수 있다.

또한, 휠스페이스 스월러는 터빈 로터 디스크의 회전으로 야기되는 휠스페이스 내 유동의 기본적인 선회성분에 더하여, 인위적으로 선회성분을 증가시킴으로써 고온 가스 유입 현상을 최소화 또는 억제할 수 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 밀폐성과 작동성을 향상시킨 가스 터빈 엔진의 구성을 간략히 도시한 단면도이다.
도 2는 상기 가스 터빈 엔진용 휠스페이스 스월러가 설치된 위치(A)를 간략히 도시한 도면이다.
도 3은 상기 가스 터빈 엔진용 휠스페이스 스월러의 세부 구성(B)을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 휠스페이스 부분의 부분 확대도(C)이다.
도 5는 상기 터빈 로터 디스크에 상기 유동제어유닛이 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 상기 휠스페이스 스월러의 평단면도(D)를 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 밀폐성과 작동성을 향상시킨 가스 터빈 엔진의 구성을 간략히 도시한 단면도이고, 도 2는 상기 가스 터빈 엔진용 휠스페이스 스월러가 설치된 위치(A)를 간략히 도시한 도면이며, 도 3은 상기 가스 터빈 엔진용 휠스페이스 스월러의 세부 구성(B)을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 휠스페이스 부분의 부분 확대도(C)이며, 도 5는 상기 터빈 로터 디스크에 상기 유동제어유닛이 설치된 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은 상기 휠스페이스 스월러의 평단면도(D)를 나타낸 도면이다.

도 1내 도 6에 도시된 바와 같이, 내부로 유입되는 공기의 유동을 제어하여 밀폐성과 작동성을 향상시키는 가스 터빈 엔진으로서, 회전유닛(100), 정지유닛(200) 및 유동제어유닛(300)을 포함할 수 있다.

일반적으로, 가스 터빈 엔진(10)을 공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상류측에 압축기(1) 섹션이 위치하고, 하류로 내려가며 연소기(2) 섹션과 터빈(3) 섹션이 배치된다. 그리고, 상기 압축기(1) 섹션과 상기 터빈(3) 섹션의 사이에는 터빈 섹션에서 발생된 회전토크를 상기 압축기 섹션으로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브(5)가 배치되어 있다. 상기 터빈(3)은 기본적으로는 압축기의 구조와 유사하며, 상기 연소기(2)로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전할 수 있다.

회전유닛(100)은 가스 터빈 엔진(10)의 일부분에 구비되며 가스 터빈 엔진(10)의 중심축을 이루는 타이로드(30)를 축으로 하여 회전하며 동력을 발전시킬 수 있다.

회전유닛(100)은 터빈 로터 디스크(110) 및 터빈 블레이드(120)을 포함할 수 있다. 터빈 로터 디스크(110)는 타이로드(30)에 중심축이 결합되어 타이로드(30)를 중심으로 회전할 수 있다. 터빈 블레이드(120)는 복수 개가 터빈 로터 디스크(110)의 반경방향 외측면에 원주방향으로 결합될 수 있다.

구체적으로, 터빈(3)으로 유입된 연소가스는 터빈 블레이드(120)를 통과하며 터빈 블레이드(120)를 밀게 되고, 그에 따라 터빈 블레이드(120)와 터빈 로터 디스크(110)는, 타이로드(30)를 중심축으로 하여 회전하며 압축기 등의 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기를 구동하거나 비행기 등의 추진력으로 쓰일 수 있다.

정지유닛(200)은 회전유닛(100)에 인접하면서 교차 배열되어 터빈단을 형성할 수 있다.

정지유닛(200)은 터빈 스테이터 디스크(210) 및 터빈 베인(220)을 포함할 수 있다. 터빈 스테이터 디스크(210)는 회전유닛(100)에 단차를 이루면서 인접하여 고정된 상태로 구비될 수 있다. 터빈 베인(220)은 복수 개가 터빈 스테이터 디스크(210)의 반경방향 내측면에 원주방향으로 결합될 수 있다.

유동제어유닛(300)은 회전유닛(100)의 일부분에 설치되며 회전유닛(100)과 정지유닛(200) 사이에 생성되는 공극인 휠스페이스(50)로 유입되는 공기의 유동을 제어하여 밀폐성을 향상시킬 수 있다.

유동제어유닛(300)은 휠스페이스 스월러(310) 및 스월러 내부 지지대(320)를 포함할 수 있다. 휠스페이스 스월러(310)는 캠버된 익형의 단면 형상으로 제작되며 회전유닛(100)에 복수 개로 설치될 수 있다. 스월러 내부 지지대(320)는 휠스페이스 스월러(310)의 내부를 구획하며 설치되어 휠스페이스 스월러(310)를 지지할 수 있다. 캠버된 익형 단면 형상은 실제 압축기 또는 펌프, 항공기용 날개 등에 적용되는 형상으로 판(flat plate)형의 형상보다 높은 유동 안정성과 작동 효율을 제공한다.

구체적으로, 유동제어유닛(300)의 휠스페이스 스월러(310)는 회전유닛(100)인 터빈 로터 디스크(110)의 일부분에 설치되며, 한편, 터빈 스테이터 디스크(210)와 터빈 베인(220)으로 구성되는 정지유닛(200)이 터빈 로터 디스크(210)와 터빈 블레이드(120)로 구성되는 회전유닛(100)이 교차 배열되어 터빈 단(10)을 형성할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 휠스페이스 스월러(310)의 내부는 스월러 내부 지지대(320)에 의해 구획이 되면서 공극이 형성되어 유동제어유닛(300)에 경량성을 제공할 수 있다.

구체적으로, 휠스페이스 스월러(310)는 캠버된 익형의 단면 형상으로 외형을 이루면서 표면벽을 형성하고, 내부에는 휠스페이스 스월러(310)를 지지하는 스월러 내부 지지대(320)로 구성될 수 있다.

흴스페이스 스월러(310)와 스월러 내부 지지대(320)를 제외한 공간은 공극으로, 휠스페이스 스월러(310)의 경량화를 통해 휠스페이스 스월러(320) 부착에 따른 무게 증분에 의한 공력 손실을 최소화하고 터빈 로터 디스크(110)에 가해지는 응력을 감소시켜 구성품의 피로(fatigue)를 저감하되, 스월러 내부 지지대(320)를 차용함으로써 휠스페이스 스월러(310)의 강성을 유지시키고 응력 집중(stress concentration)을 회피할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 유동제어유닛(300)들은 터빈 로터 디스크(110)에 복수 개가 설정된 거리가 이격된 상태로 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 유동제어유닛(300)들은 터빈 로터 디스크(110)의 중심을 향하여 방사형으로 설치될 수 있다.

구체적으로, 정지유닛(200)인 터빈 스테이터 디스크(210)와 회전유닛(100)인 터빈 로터 디스크(110) 사이에는 공극이 발생하게 되는데, 이 공간을 휠스페이스(50)라고 한다. 가스 터빈 엔진(10)의 경우, 일반적인 운전 조건에서 휠스페이스(50) 공간이 연소기(2)를 통과한 고온, 고압의 주유로 유체보다 상대적으로 압력이 낮아 고온 가스의 휠스페이스로(50)의 유입이 일어난다.

고온 가스 유입를 최소화 또는 막기 위해 휠스페이스(50)에 도 4와 같이, 휠스페이스 스월러(310)가 터빈 로터 디스크(110)의 측면에 부착된다. 상기 휠스페이스 스월러(310)는 도 5와 같이 상세히 묘사되며, 복수 개의 휠스페이스 스월러(310)가 캠버된 익형의 단면 형상으로 터빈 로터 디스크(110)의 휠스페이스(50) 영역 측면에 원주방향으로 교대를 이루며 방사상으로 배열된다.

이로써, 씰링을 위해 이차 유로를 통해 레비린스 씰(80)을 지나 휠스페이스(50)로 공급되는 씰링 유량은, 회전의 중심쪽으로부터 주유로 방향으로, 즉, 반경 방향 위쪽으로 흐르며 터빈 로터 디스크(110)와 함께 회전하는 복수의 휠스페이스 스월러(310)를 통과하고, 유체가 휠스페이스 스월러(310)의 표면을 원주방향 밖으로 흘러나가며 터빈 로터 디스크(110) 회전 방향으로 선회 속도 성분이 증가할 수 있다.

결과적으로, 휠스페이스 스월러(310)에 기인하는 유체의 선회 속도 성분 향상은 휠스페이스(50) 내부로의 고온 가스 유입을 줄여주어 가스 터빈 엔진(10)의 고온, 고압부 구성품의 작동 안정성과 기대 수명을 증진시켜, 운전 중 오작동(failure)을 방지하고 유지보수 비용의 절감시킬 수 있다.

휠스페이스 스월러(310)를 부착함으로써 야기되는 씰링 성능 향상을 개념적으로 연구한 결과에 따르면, 휠스페이스 스월러(310)의 설치로 야기되는 휠스페이스(50) 내 유동의 선회성분 증가는 18.5%의 씰링 성능 향상으로 이어졌다.

해당 실험 연구는 실제 가스 터빈 엔진(10)을 단순화 및 축척하여 개발된 연구용 가스 터빈에서 진행되어 실제적인 가스 터빈 엔진(10) 형상과 상이하다.

본 발명의 휠스페이스 스월러(310)는 실제 가스 터빈 엔진(10)의 터빈 로터 디스크(110) 휠스페이스(50) 영역의 측면에 부착되어 레비린스 씰(80)이 위치한 반경방향 위치로부터 휠스페이스 스월러(310)가 부착되어 실험적 연구와 같이 회전중심부로부터 휠스페이스(50) 아래까지 부착되는 장착 위치의 차이점이 있다.

또한, 실험적 연구에서 판형의 깃과 달리 캠버된 익형 단면 형상을 차용함으로써 휠스페이스 스월러(310) 표면을 흐르는 유체에서 발생할 수 있는 유동 박리, 실속(stall)과 같은 유동 불안정성을 억제하고, 동일 터빈 로터 디스크(110)의 회전 속도에서, 실험적 연구에서 차용한 형상보다 높은 효율로 유체의 선회 속도 성분을 증가시키고 공력 손실을 저감하여 가스 터빈 엔진(10)의 전효율 강하를 억제할 수 있다는 차이점이 있다.

따라서, 상기 휠스페이스 스월러(310)는 고온 가스 유입 현상을 억제하여, 장기간 가스 터빈 엔진(10)이 작동되면서 터빈부 부품이 고온의 온도 조건에 노출되지 않도록 하여 변형 및 파손으로 인한 문제점을 최소화할 수 있다.

본 발명에 따른 밀폐성과 작동성을 향상시킨 가스 터빈 엔진은 항공용 가스 터빈 엔진 이외에 발전용 스팀 터빈 엔진 등에도 적용할 수 있음은 물론이다.

또한, 전술한 실시예에서는 터빈 로터 디스크(110)에 캠버된 익형 단면을 갖는 휠스페이스 스월러(310)를 부착하여 휠스페이스(50) 내 유동의 선회성분을 증가시키는 것으로 설명하고 있지만 이에 한정되지 않는다.

본 발명을 응용하여 가스 터빈 엔진별 운전 특성에 따른 휠스페이스(50) 내 온도를 고려해 전향 스윕(forward swept), 후향 스윕(backward sweep) 익형과 스플리터(splitter) 익형을 적용하여 휠스페이스 스월러로 인한 공력 손실을 더욱 줄일 수 있고, 보다 안정적으로 고가의 터빈부 부품을 보호함으로써 유지보수 비용 절감과 작동 안정성 향상을 도모할 수 있다.

본 발명에 일실시예에 따르면, 유동제어유닛(300)은 휠스페이스(50) 내 유동의 터빈 로터 디스크(110) 회전방향으로의 선회성분을 증가시킴으로써, 고온 가스 유입 현상을 억제하기 위한 필요 씰링 유량을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 가스 터빈 엔진(10)의 전효율 향상, 그에 따른 연료 소모율 감소, 파생되는 경제적 비용 절감을 기대할 수 있다.

본 발명 이전에 가스 터빈 엔진(10) 운용에 있어 터빈(3)의 고온부 휠스페이스(50) 내 회전 부품을 부착하여 씰링 효과 향상을 도모하거나, 타목적으로 회전 부품을 설치한 경우는 없었으므로, 기존에 널리 사용되어 왔던 가스 터빈 림 씰과 더불어 새로이 가스 터빈 엔진의 지속 가능성 향상을 도모할 수 있다.

또한, 휠스페이스 스월러(310)는 터빈 로터 디스크(110)의 회전으로 야기되는 휠스페이스(50) 내 유동의 기본적인 선회성분에 더하여, 인위적으로 선회성분을 증가시킴으로써 고온 가스 유입 현상을 최소화 또는 억제할 수 있다..

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

1 : 압축기
2 : 연소기
3 : 터빈
5 : 토크튜브
10 : 가스 터빈 엔진
30 : 타이로드
50 : 휠스페이스
70 : 터빈 단
80 : 레비린스 씰
100 : 회전유닛
110 : 터빈 로터 디스크
120 : 터빈 블레이드
200 : 정지유닛
210 : 터빈 스테이터 디스크
220 : 터빈 베인
300 : 유동제어유닛
310 : 휠스페이스 스월러
320 : 스월러 내부 지지대

Claims (7)

1. 내부로 유입되는 공기의 유동을 제어하여 밀폐성과 작동성을 향상시키는 가스 터빈 엔진으로서,
   상기 가스 터빈 엔진의 일부분에 구비되며 상기 가스 터빈 엔진의 중심축을 이루는 타이로드를 축으로 하여 회전하며 동력을 발생시키는 회전유닛;
   상기 회전유닛에 인접하면서 교차 배열되어 터빈단을 형성하는 정지유닛; 및
   상기 회전유닛의 일부분에 설치되며 상기 회전유닛과 상기 정지유닛 사이에 생성되는 공극인 휠스페이스로 유입되는 공기의 유동을 제어하여 밀폐성을 향상시키는 유동제어유닛;을 포함하고,
   상기 유동제어유닛은,
   캠버된 익형의 단면 형상으로 제작되며 상기 회전유닛에 복수 개로 설치되는 휠스페이스 스월러; 및
   상기 휠스페이스 스월러의 내부를 구획하며 설치되어 상기 휠스페이스 스월러를 지지하는 스월러 내부 지지대;를 포함하며,
   상기 회전유닛은,
   상기 타이로드에 중심축이 결합되어 상기 타이로드를 중심으로 회전하는 터빈 로터 디스크; 및
   상기 터빈 로터 디스크의 반경방향 외측면에 원주방향으로 결합되는 복수 개의 터빈 블레이드;를 포함하고,
   상기 정지유닛은,
   상기 회전유닛에 단차를 이루면서 인접하여 고정된 상태로 구비되는 터빈 스테이터 디스크; 및
   상기 터빈 스테이터 디스크의 반경방향 내측면에 원주방향으로 결합되는 복수 개의 터빈 베인;을 포함하며,
   터빈으로 유입된 연소가스는 상기 터빈 블레이드를 통과하며 상기 터빈 블레이드를 밀고, 상기 터빈 블레이드와 상기 터빈 로터 디스크는, 상기 타이로드를 중심축으로 하여 회전하며,
   상기 휠스페이스 스월러는 상기 터빈 로터 디스크의 일부분에 설치되며, 상기 정지유닛이 상기 회전유닛이 교차 배열되어 터빈 단을 형성하며,
   상기 휠스페이스 스월러와 스월러 내부 지지대를 제외한 공간은 공극으로, 상기 휠스페이스 스월러를 경량화하고, 상기 터빈 로터 디스크에 가해지는 응력을 감소시키며 상기 스월러 내부 지지대로 상기 휠스페이스 스월러의 강성을 유지시키는 것을 특징으로 하는 밀폐성과 작동성을 향상시킨 가스 터빈 엔진.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 유동제어유닛들은 상기 터빈 로터 디스크에 복수 개가 설정된 거리가 이격된 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 밀폐성과 작동성을 향상시킨 가스 터빈 엔진.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 유동제어유닛들은 상기 터빈 로터 디스크의 중심을 향하여 방사형으로 설치되는 것을 특징으로 하는 밀폐성과 작동성을 향상시킨 가스 터빈 엔진.

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