KR102261350B1 - 터빈 노즐 고정 방법 및 시스템 - Google Patents

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데이비드 로버트 슈마허
로렌스 스콧 듀클로스
아난드 아라빈드라오 쿨카르니
데이비드 브루스 크노르
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 고정 노즐과 소정 형상의 외부 링을 포함하는 노즐 조립체에 관한 것이다. 외부 링은 적어도 하나의 고정 노즐의 적어도 일부를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 그루브가 내부에 형성된다. 노즐 조립체는 고정 노즐과 외부 링 사이에 결합되는 부착 부재를 포함한다. 부착 부재는 제1 노즐 조립체 작동 온도에서 제1 배치 형태를 갖고 제2 노즐 조립체 작동 온도에서 제2 배치 형태를 갖는다.

Description

터빈 노즐 고정 방법 및 시스템{METHODS AND SYSTEMS FOR SECURING TURBINE NOZZLES}
본 발명은 전체적으로 터빈 엔진에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 터빈 캐리어 그루브 내에 터빈 노즐을 고정시키는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
가스 터빈과 증기 터빈과 같은 적어도 일부의 터빈 엔진은 축방향으로 이격된 원주 배열의 노즐을 위한 캐리어를 포함한다. 캐리어는 통상 캐리어 절반부를 포함하는데, 캐리어 절반부는 정확히 180°연장되어 수평 결합면에서 서로 고정됨으로써 각각의 축방향 스테이지 위치에 360°로 배열된 노즐을 형성한다. 통상, 노즐은 캐리어 내에 대응하는 도브테일 형상의 그루브에 삽입되는 도브테일 형상의 베이스를 갖는 에어포일을 포함한다. 각각의 캐리어 절반부 그루브 내에 노즐을 설치시, 노즐 베이스는 그루브 내에 서로 접촉되게 적층되어 반원형 배열의 노즐을 형성한다.
노즐을 그루브 내에 유지하는 하나의 공지된 방법은 노즐을 적절한 위치에 고정정하기 위해 심(shim)을 사용하는 것을 포함한다. 그러나, 심은 각각의 노즐에 맞게 정확하게 절단되고 선택적으로 조립되어야 한다. 심이 정확하게 절단되지 않은 경우, 노즐은 심 위에 설치시 가로막혀져서 작동 효율이 떨어질 수 있다. 심을 사용하는 것은 시간 소모적이고 노동 집약적인 과정이고, 이는 제조 비용의 증가를 가져온다.
노즐을 그루브 내에 유지하는 다른 공지된 방법은 각각의 노즐을 고정하기 위해 반경 방향 로딩 핀을 사용하는 것을 포함한다. 이러한 방법에 의해 핀은 노즐의 베이스와 그루브의 베이스 사이에 위치되어 노즐을 반경 방향 내측으로 편향시킨다. 핀은 통상 강으로 제조됨으로써 상온 조립 조건에서 높은 강도를 갖고 고온 작동 조건에서 높은 강도를 갖는다. 공지된 노즐의 핀 재료와 도브테일 형상 구조 때문에, 노즐의 도브테일형 후크와 노즐을 유지하는 외부 링의 상류 리가먼트(upstream ligament)에 높은 응력이 존재한다.
본 발명의 목적은 개선된 노즐 조립체, 회전 기계, 및 회전 기계의 조립 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따라 노즐 조립체가 제공된다. 노즐 조립체는 적어도 하나의 고정 노즐과 소정 형상의 외부 링을 포함한다. 외부 링은 상기 적어도 하나의 고정 노즐의 적어도 일부를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 그루브(groove)가 내부에 형성된다. 노즐 조립체는 상기 고정 노즐과 상기 외부 링 사이에 결합되는 부착 부재를 포함한다. 상기 부착 부재는 제1 노즐 조립체 작동 온도에서 제1 배치 형태를 갖고 제2 노즐 조립체 작동 온도에서 제2 배치 형태를 갖는다.
본 발명의 다른 양태에 따라 회전 기계가 제공된다. 회전 기계는 로터와 해당 로터에 결합되는 적어도 하나의 노즐 조립체를 포함한다. 노즐 조립체는 적어도 하나의 고정 노즐과 소정 형상의 외부 링을 포함한다. 외부 링은 상기 적어도 하나의 고정 노즐의 적어도 일부를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 그루브가 내부에 형성된다. 노즐 조립체는 상기 고정 노즐과 상기 외부 링 사이에 결합되는 부착 부재를 포함한다. 상기 부착 부재는 제1 노즐 조립체 작동 온도에서 제1 배치 형태를 갖고 제2 노즐 조립체 작동 온도에서 제2 배치 형태를 갖는다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라 회전 기계의 조립 방법이 제공된다. 본 발명의 회전 기계의 조립 방법은 적어도 하나의 고정 노즐이 로터로부터 반경 방향 외측으로 연장되도록 적어도 하나의 고정 노즐을 로터에 결합시키는 단계와, 외부 링이 로터를 사실상 둘러싸도록 소정 형상의 외부 링을 로터에 결합시키는 단계를 포함한다. 외부 링은 내부에 형성된 적어도 하나의 그루브를 포함하며, 적어도 하나의 그루브는 적어도 하나의 고정 노즐의 적어도 일부를 내부에 수용하도록 구성된다. 또한, 본 발명의 회전 기계의 조립 방법은 적어도 하나의 고정 노즐과 외부 링 사이에 부착 부재를 결합시키는 단계를 포함한다. 부착 부재는 제1 노즐 조립체 작동 온도에서 제1 배치 형태를 가지며, 제2 노즐 조립체 작동 온도에서 제2 배치 형태를 갖는다.
도 1은 예시적인 증기 터빈 엔진의 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 증기 터빈 엔진의 고압(HP) 섹션의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 HP 섹션에 사용될 수 있는 예시적인 노즐 조립체의 일부의 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 노즐 조립체에 사용될 수 있는 예시적인 부착 부재의 측면도.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 "축방향의", "축방향으로"란 용어는 터진 엔진의 종축에 사실상 평행하게 연장되는 방향과 배향을 말한다. 더욱이, "반경 방향의", "반경 방향으로"라는 용어는 터빈 엔진의 종축에 사실상 수직으로 연장되는 방향과 배향을 말한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "원주 방향의", "원주 방향으로"라는 용어는 터빈 엔진의 종축을 중심으로 원호 방향으로 연장되는 방향과 배향을 말한다.
도 1은 예시적인 증기 터빈 엔진(10)의 개략도이다. 도 1은 예시적인 증기 터빈 엔진을 설명하고 있지만, 본 명세서에서 설명되는 노즐 부착 부재, 시스템 및 방법은 임의의 특정 종류의 터빈 엔진에 한정되지 않는다. 당업자는 본 명세서에서 설명되는 본 발명의 노즐 부착 부재, 시스템 및 방법이 가스 터빈 엔진을 포함하는 임의의 회전 기계에 사용되되 이러한 장치, 시스템 및 방법이 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이 작동되도록 하는 임의의 적절한 구성으로 사용될 수 있음을 알 것이다.
예시적인 실시예에서, 증기 터빈 엔진(10)은 단일-유동 스트림 터빈 엔진이다. 대안적으로, 증기 터빈 엔진(10)은 한정되지 않고 저압 터빈 엔진, 대향-유동 고압 및 중간 압력 증기 터빈 조합, 더블-유동 증기 터빈 엔진 및/또는 다른 증기 터빈 방식과 같은 임의의 종류의 증기 터빈일 수 있다. 더욱이, 전술한 바와 같이, 본 발명은 증기 터빈 엔진에 사용되는 것으로만 한정되지 않고 가스 터빈 엔진과 같은 다른 터빈 시스템에 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 증기 터빈 엔진(10)은 로터(14)에 결합되는 복수의 터빈 스테이지(12)를 포함한다. 케이싱(16)은 축방향으로 상부 절반부(18)와 하부 절반부(도시 생략)로 분할된다. 상부 절반부(18)는 고압(HP)부(21)에 고압(HP) 증기 유입구(20)를 포함하고 그리고 저압(LP) 증기 유출구(22)를 포함한다. 로터(14)는 중심축(24)을 따라 케이싱(16)을 관통 연장된다. 로터(14)는 해당 로터(14)의 양측 단부(회전 가능한 샤프트 단부)(30)에 회전 가능하게 각각 결합되는 저널 베어링(26, 28)에 의해 케이싱(16) 내에 지지된다. 로터 단부(30)와 케이싱(16) 사이에는 복수의 밀봉 부재(31, 34, 36)가 결합되어 로터(14)에 대한 케이싱(16)의 밀봉을 용이하게 한다.
예시적인 실시예에서, 증기 터빈 엔진(10)은 케이싱(16)의 내부 쉘(44)에 결합된 고정자 성분(42)도 포함한다. 고정자 성분(42)에는 복수의 밀봉 부재(34)가 결합된다. 케이싱(16), 내부 쉘(44) 및 고정자 성분(42)은 각각 로터(14)와 밀봉 부재(34)를 중심으로 원주 방향으로 연장된다. 예시적인 실시예에서, 밀봉 부재(34)는 고정자 성분(42)과 로터(14) 간에 길고 복잡한 밀봉 경로를 형성한다. 로터(14)는 고압 고온 증기가 증기 통로(46)를 거쳐 통과되는 복수의 터빈 스테이지(12)를 포함한다. 터빈 스테이지(12)는 복수의 유입 노즐(48)을 포함한다. 증기 터빈 엔진(10)은 증기 터빈 엔진(10)이 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 갯수의 유입 노즐(48)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 증기 터빈 엔진(10)은 도 1에 도시된 유입 노즐(48)보다 다소 많거나 적은 수의 노즐을 포함할 수 있다. 터빈 스테이지(12)는 전체적으로 38로 지시된 복수의 터빈 블래이드 또는 버킷(bucket)도 포함한다. 증기 터빈 엔진(10)은 증기 터빈 엔진(10)이 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 갯수의 버킷(38)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 증기 터빈 엔진(10)은 도 1에 나타낸 것보다 다소 많거나 적은 수의 버킷(38)을 포함할 수 있다. 증기 통로(46)는 통상 케이싱(16)을 관통한다. 증기(40)는 HP 증기 유입구(20)를 통해 증기 통로(46)로 들어가서 터빈 스테이지(12)를 통해 로터(14)의 전체 길이를 통과한다.
작동 중, 고압 고온 증기(40)는 보일러(도시 생략)와 같은 증기원으로부터 터빈 스테이지(12)로 보내지며, 터빈 스테이지(12)에 의해 열 에너지가 기계적 회전 에너지로 변환된다. 보다 구체적으로, 증기(40)는 HP 증기 유입구(20)로부터 케이싱(16)을 통해 전달됨으로써 로터(14)에 결합된 복수의 버킷(38)에 충격을 가하여 로터(14)가 중심축(24)을 중심으로 회전되게 한다. 증기(40)는 LP 증기 유출구(22)에서 케이싱(16)을 빠져나간다. 이후 증기(40)는 보일러(도시 생략)로 전달되고 거기에서 재가열되거나 시스템의 다른 성분, 예컨대 응축기(도시 생략)로 전달될 수 있다.
도 2는 증기 터빈 엔진(10)(도 1에 도시됨)의 HP부(21)의 개략적 단면도이다. 도 3은 증기 터빈 엔진(10)의 HP부(21)에 사용될 수 있는 예시적인 노즐 조립체(100)의 일부로서 영역 3(도 2에 도시됨)을 따라 취한 부분의 개략적 단면도이다. 예시적인 실시예에서, HP부(21)는 엔진(10)을 완전히 조립시 케이싱 하부 절반부(도시 생략)에 결합되는 케이싱 상부 절반부(18)(도 1에 도시됨)를 포함한다. HP부(21)는 적어도 하나의 노즐 조립체(100)를 포함하며, 노즐 조립체는 사실상 로터(14)(도 1)를 둘러싸는 사실상 환형의 외부 고리형 링(110)을 포함한다. 또한, 예시적인 실시예에서, 링(110)의 상부 절반부(112)는 해당 링의 상부 절반부(112)가 케이싱 상부 절반부(18)의 반경 방향 내측 연장부로서 작용하도록 케이싱 상부 절반부(18)의 반경 방향 내측 표면에 접촉되게 결합된다. 이러한 결합은 링(110)의 상부 절반부(112)를 로터(14)에 대해 사실상 고정된 위치에 유지하는 것을 용이하게 한다. 또한, 링(110)의 상부 절반부(112)는 내부에 형성된 적어도 하나의 그루브(114)를 포함한다.
더욱이, 예시적인 실시예에서, 노즐 조립체(100)는 적어도 하나의 고정 노즐(120)을 포함한다. 그루브(114)는 노즐(120)의 적어도 일부를 내부에 수용하는 크기와 배향을 갖는다. 더 구체적으로, 예시적인 실시예에서, 노즐 조립체(100)는 링 상부 절반부(112) 내에 형성된 그루브(114)를 포함하고, 각각의 그루브(114)는 노즐(120)을 내부에 수용하는 크기와 배향을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 각각의 노즐(120)은 제1 단부(122)와 해당 제1 단부(122)에 반대인 제2 단부(124)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 각각의 제1 단부(122)는 도브테일형(dovetailed)이며, 제1 또는 상류의 후크부(128), 제2 상류 후크부(129), 제1 하류 후크부(130) 및 제2 하류 후크부(131)를 포함한다. 링(110)의 바닥 절반부(도시 생략)는 케이싱 하부 절반부에 결합되며, 링 상부 절반부(112)와 유사한 방식으로 노즐(120)을 수용한다. 또한, HP부(21)는 로터(14)에 견고하게 결합되는 복수의 회전 가능한 버킷(132)을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 각각의 노즐의 제1 단부(122)로부터 결합부(140)가 연장된다. 더 구체적으로, 예시적인 실시예에서, 각각의 결합부(140)는 노즐(120)과 결합부(140)가 하나의 성분이 되도록 각각의 노즐의 제1 단부(122)와 일체로 형성된다. 결합부(140)는 한정되는 것은 아니지만 성형 공정, 인발 공정 또는 가공 공정과 같은 당업계에 알려진 다양한 공지의 제조 공정을 통해 노즐(120)을 갖도록 형성된다. 재료(들)에 대한 하나 이상의 제조 기법에 대한 적합성, 치수 안정성, 비용, 성형성, 가공성, 견고성, 및/또는 다른 특징을 기초로 선택되는 일종 이상의 재료를 결합부(140) 및/또는 노즐(120)의 제조에 사용될 수 있다. 예를 들면, 결합부(140) 및/또는 노즐(120)은 합금강 및/또는 니켈계 재료와 같은 금속으로 제조될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 결합부(140)는 노즐의 제1 단부(122)에 일체로 형성되고 해당 제1 단부에 인접하게 위치된다. 결합부(140)는 그루브(114)에 인접하게 위치된다. 결합부의 제1 단부(142)는 예시적인 실시예에서 내부에 형성된 원호형 그루브(150)를 포함한다. 그루브(150)는 내부에 부착 부재(152)를 수용하는 크기와 배향을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 부착 부재(152)는 각각의 그루브(150) 내에 하나씩 위치된다. 예시적인 실시예에서, 부착 부재(152)는 노즐(120)과 외부 링(110)이 함께 견고하게 결합되도록 노즐의 제1 단부(122)의 적어도 일부를 링의 그루브(114)의 적어도 일부에 결합시키는 핀 또는 볼트이다.
더욱이, 예시적인 실시예에서, 로터(14)는 내부에 형성된 사실상 환형인 복수의 로터 그루브(182)를 포함하는 로터 표면(180)을 포함한다. 각각의 로터 그루브(182) 내에는 사실상 원호형인 적어도 하나의 밀봉 스트립(184)이 견고하게 결합된다. 예시적인 실시예에서, 노즐 제2 단부(124)는 밀봉 스트립(184)에 인접하게 위치된다. 예시적인 실시예에서, 밀봉 스트립(184)은 로터(14)와 케이싱 상부 절반부(18) 사이에 일어날 수 있는 유체 통로의 다량의 누출을 사실상 감소시킨다.
도 4는 노즐 조립체(100)(도 3에 도시됨)에 사용될 수 있는 예시적인 부착 부재(152)(도 3에 도시됨)의 측면도이다. 예시적인 실시예에서, 부착 부재(152)는 전체적으로 쐐기형이고, 부분적으로 원통형인 단면 형상부(도 3에 도시됨)와 점증하는(graduated), 즉 경사형 또는 계단형의 벽부(200)를 포함한다. 부착 부재(152)는 제1의 삽입단(202)으로부터 제2의 기부단(proximal end)(204)까지 사실상 연속으로 경사진 벽부(200)를 포함함으로써 전체적으로 테이퍼형 또는 쇄기형의 부착 부재(152)를 형성한다. 삽입단(202)에서 부착 부재(152)의 높이(H1)는 기부단(204)에서 부착 부재(152)의 높이(H2)보다 작다. 또한, 삽입단(202)에서 부착 부재(152)의 단면적(도시 생략)은 기단부(204)에서 부착 부재(152)의 단면적(도시 생략)보다 작다. 벽부(200)는 연속으로 테이퍼진 표면으로서 예시되고 있지만, 유효한 경사면을 형성하도록 복수의 스텝부를 갖는 벽부의 경우 기능적으로 동일할 수 있다. 부착 부재(152)는 링(110)과 노즐(120) 사이의 원호형 그루브(150) 내에 삽입된다. 부착 부재(152)는 노즐(120)을 원하는 에어포일 초기 비틀림을 유지하기에 충분한 힘으로 제1 및 제2 후크부(128, 130)에 맞닿도록 반경 방향 내측으로 부하를 가하는 쐐기 접촉을 제공한다.
예시적인 실시예에서, 부착 부재(152)는, 노즐(120)을 적소에 유지하도록 조립 중에 주위 온도에서 충분한 인장 강도를 갖는 한편, 고온 작동 조건(예, 약 400℃ 초과)에서 인장 강도가 감소하는 재료를 사용하여 제조된다. 보다 구체적으로, 예시적인 실시예에서, 부착 부재(152)는 황동, 황동합금, 구리, 구리합금, 및/또는 부착 부재(152)가 본 명세서에 기술된 바와 같이 기능하도록 하는 당업계에 공지된 임의의 다른 재료를 사용하여 제조된다.
예시적인 실시예에서, 부착 부재(152)는 제1 노즐 조립체 작동 온도에서 제1 배치 형태를 제1 노즐 조립체 작동 온도에서 제2 배치 형태를 갖는다. 부착 부재(152)는 제1 배치 형태에 있는 동안 노즐(120)을 링(110)으로부터 소정 거리만큼 반경 방향으로 편향시키도록 구성된다. 부착 부재(152)는 제1 배치 형태에 있는 동안 노즐(120)과 링(110) 사이에 갭을 형성한다. 부착 부재(152)는 제1 노즐 조립체 작동 온도보다 높은 제2 노즐 조립체 작동 온도에서 제2 배치 형태로 변형된다. 부착 부재(152)가 제2 배치 형태로 변형되면, 노즐(120)이 이동되어 링(110)과 접촉함으로써 갭을 폐쇄한다.
작동 중, 증기는 HP부 증기 유입구(20)(도 1에 도시됨)를 통해 HP부(21)로 들어가서 HP부(21)를 통해 전달된다. 유입 노즐(48)(도 1에 도시됨)과 노즐(20)은 증기를 버킷(132)으로 전달한다. 증기가 노즐(120)로 그리고 버킷(132)으로 전달됨에 따라, 증기의 압력은 노즐(20)과 버킷(132)에 힘을 유발한다. 더 구체적으로, HP부(21) 내에서 압력이 강하하고 반경 방향 힘과 같은 다양한 힘이 노즐(120)과 버킷(132)에 유발된다. 예를 들면, 증기는 노즐(120)의 상류측의 제1 후크부(128)에 제1 반경 방향 힘(F1)을 유발한다. 부착 부재(152)는 인장 강도를 잃고 점증하는 작동 온도의 증가에 따라 변형된다. 부착 부재(152)가 변형될 때, 노즐(120)은 그루브(114) 내에서 다소 위치가 변하게 된다. 후크부(128, 130)는 링(110)과 접촉된다. 제2 하류 후크부(131)가 링(110)의 하부 반경 방향 외측 그루브(115)와 접촉된다. 접촉이 이루어지면, 제1의 반경 방향 힘(F1)의 적어도 일부가 제2 반경 방향 힘(F2)으로서 제2 하류 후크부(131)와 하부의 반경 방향 외측 그루브(115) 사이의 접촉부로 전달된다. 제2 반경 방향 힘(F2)은 제1 반경 방향 힘(F1)과 반대인 방향이다. 결국, 노즐(120)을 지지하는 하중 경로가 변하여 상류 후크부(128) 상의 응력을 감소시키고 링(110)에 대한 응력을 감소시킨다. 반경 방향 하중 경로가 핀(152)을 통한 것으로부터 하중 표면(115)으로 이행되면, 상류 반응력(F1)이 거의 절반으로 감소됨으로써 상류 후크부(128)와 링(112)의 상류 리가먼트 부분 내의 응력을 거의 절반으로 감소시킨다.
본 명세서에서 설명되는 시스템 및 방법의 기술적 효과는: (a) 적어도 하나의 고정 노즐을 해당 적어도 하나의 고정 노즐이 로터로부터 반경 방향 외측으로 연장되도록 로터에 결합하고; (b) 적어도 하나의 고정 노즐의 적어도 일부를 내부에 수용하도록 구성된 그루브를 적어도 하나 포함하는 소정의 행상의 외부 링을, 해당 외부 링이 사실상 로터를 둘러싸도록, 로터에 결합하고; (c) 제1 노즐 조립체 작동 온도에서 제1 배치 형태와 제2 노즐 조립체 작동 온도에서 제2 배치 형태를 갖는 부착 부재를 적어도 하나의 고정 노즐과 외부 링 사이에 부착하는 것; 중 적어도 하나를 포함한다.
본 명세서에서 설명되는 시스템 및 방법은 터빈에 유발되는 작동 응력을 사실상 감소시키는 노즐 조립체 부착 부재를 제공하는 것에 의해 터빈 엔진의 성능 향상을 용이하게 한다. 구체적으로, 제1 노즐 조립체 작동 온도에서 제1 배치 형태를 제2 노즐 조립체 작동 온도에서 제2 배치 형태를 갖는 부착 부재가 기술된다. 부착 부재는 제1 배치 형태에 있는 동안 터빈 케이싱에 대해 노즐을 반경 방향으로 편향시키고 제1 노즐 조립체 작동 온도에서 제2 배치 형태로 변형되어 부착 부재와 케이싱으로부터의 작동 응력을 노즐 후크부가 케이싱에 접촉하는 접촉면으로 이동시킨다. 따라서, 작동 응력의 감소를 위해 심을 사용하는 종래의 터빈에 비해, 본 명세서에서 기술되는 장치, 시스템 및 방법은 노즐 조립체의 조립 시간 및 조립 난이도를 용이하게 감소시키고, 노즐 조립체와 관련된 작동 응력 및 비용을 용이하게 감소시키며, 노즐 베이스에서의 결합으로 도브테일형 이음에서의 동적 응력이 감소되도록 할 수 있다.
본 명세서에서 기술되는 방법 및 시스템은 본 명세서에서 설명되는 특정 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 각 시스템의 성분 및/또는 각 방법의 단계는 본 명세서에 기술된 다른 성분 및/또는 단계와 독립적으로 그리고 별도로 사용 및/또는 실시될 수 있다. 추가로, 각각의 성분 및/또는 단계는 다른 조립체 및 방법에 사용 및/또는 실시될 수 있다.
본 발명은 여러 가지 특정 실시예에 대해 설명되었지만, 당업자들은 본 발명이 청구범위의 취지 및 범위 내의 변형으로 실시될 수 있음을 알 것이다.
10: 증기 터빈 엔진 12: 터빈 스테이지
14: 로터 16: 케이싱
18: 케이싱 상부 절반부 20: 고압(HP) 증기 유입구
21: 고압(HP)부 22: 저압(LP) 증가 유출구
24: 중심축 26: 저널 베어링
28: 저널 베어링 30: 회전 가능한 샤프트 단부
31: 밀봉 부재 34: 밀봉 부재
36: 밀봉 부재 38: 버킷
40: 증기 42: 고정자 성분
44: 내부 쉘 46: 증기 통로
48: 유입 노즐 100; 노즐 조립체
110: 링 112: 링 상부 절반부
114: 링 그루브 115: 하부 반경 방향 외측 그루브
120: 노즐 122: 노즐 제1 단부
124: 노즐 제2 단부 128: 제1 상류 후크부
129: 제2 상류 후크부 130: 제1 하류 후크부
131: 제2 하류 후크부 132: 버킷
140: 결합부 150: 원호형 그루브
152: 부착 부재 180: 로터 표면
182: 로터 그루브 184: 밀봉 스트립
200: 벽부 202: 삽입단
204: 기부단

Claims (20)

  1. 노즐 조립체로서,
    적어도 하나의 고정 노즐과,
    소정 형상의 외부 링으로서, 상기 적어도 하나의 고정 노즐의 적어도 일부를 내부에 수용하도록 구성된 적어도 하나의 외부 링 그루브가 내부에 형성되는 외부 링과,
    상기 적어도 하나의 고정 노즐과 상기 외부 링 사이에 결합되며, 제1 노즐 조립체 작동 온도에서 제1 배치 형태를 갖고 제2 노즐 조립체 작동 온도에서 제2 배치 형태를 갖고, 상기 제1 배치 형태에서 상기 적어도 하나의 고정 노즐과 상기 외부 링 사이에 갭을 형성하고, 상기 제2 배치 형태에서 상기 적어도 하나의 고정 노즐이 상기 외부 링에 접촉되도록 변형되는 부착 부재
    를 포함하는 노즐 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부착 부재는 황동 재료로 제조되는 것인 노즐 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 부착 부재는 구리 재료로 제조되는 것인 노즐 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 부착 부재는 상기 제1 배치 형태에 있는 동안 상기 갭을 형성하도록 상기 적어도 하나의 고정 노즐을 상기 외부 링으로부터 소정 거리만큼 반경 방향으로 편향시키도록 구성되는 것인 노즐 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 부착 부재는 상기 제2 노즐 조립체 작동 온도에 반응하여 상기 제1 배치 형태로부터 상기 제2 배치 형태로 변형 가능한 것인 노즐 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고정 노즐은 내부에 형성된 원호형인 그루브를 포함하는 단부를 포함하고, 상기 그루브는 상기 부착 부재를 내부에 수용하도록 구성되는 것인 노즐 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외부 링 그루브는 상기 부착 부재를 내부에 수용하도록 구성된 원호형인 그루브를 형성하는 것인 노즐 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 부착 부재는 상기 적어도 하나의 고정 노즐과 상기 외부 링 사이에서 연장되는 로딩 핀(loading pin)을 포함하는 것인 노즐 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고정 노즐은 상기 적어도 하나의 외부 링 그루브 내에 결합되는 단부를 포함하며, 상기 단부는 도브테일형 단부를 포함하는 것인 노즐 조립체.
  10. 회전 기계로서,
    로터와,
    상기 로터에 결합되는 적어도 하나의 노즐 조립체를 포함하며,
    상기 노즐 조립체가
    상기 로터로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 적어도 하나의 고정 노즐,
    소정의 형상을 가지며 상기 로터를 둘러싸는 외부 링으로서, 상기 적어도 하나의 고정 노즐의 적어도 일부를 내부에 수용하도록 구성된 적어도 하나의 외부 링 그루브가 내부에 형성되는 외부 링, 및
    상기 적어도 하나의 고정 노즐과 상기 외부 링 사이에 결합되며, 제1 노즐 조립체 작동 온도에서 제1 배치 형태를 갖고 제2 노즐 조립체 작동 온도에서 제2 배치 형태를 갖고, 상기 제1 배치 형태에서 상기 적어도 하나의 고정 노즐과 상기 외부 링 사이에 갭을 형성하고, 상기 제2 배치 형태에서 상기 적어도 하나의 고정 노즐이 상기 외부 링에 접촉되도록 변형되는 부착 부재를 포함하는 것인
    회전 기계.
  11. 제10항에 있어서, 상기 부착 부재는 상기 제1 배치 형태에 있는 동안 상기 갭을 형성하도록 상기 적어도 하나의 고정 노즐을 상기 외부 링으로부터 소정 거리만큼 반경 방향으로 편향시키도록 구성되는 것인 회전 기계.
  12. 제11항에 있어서, 상기 부착 부재는 상기 제2 노즐 조립체 작동 온도에 반응하여 상기 제1 배치 형태로부터 상기 제2 배치 형태로 변형 가능하며, 상기 제2 노즐 조립체 작동 온도는 상기 제1 노즐 조립체 작동 온도보다 높은 것인 회전 기계.
  13. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고정 노즐은 내부에 형성된 원호형인 그루브를 포함하는 단부를 포함하고, 상기 그루브는 상기 부착 부재를 내부에 수용하도록 구성되는 것인 회전 기계.
  14. 제10항에 있어서, 상기 부착 부재는 황동 재료와 구리 재료 중 하나로 제조되는 것인 회전 기계.
  15. 회전 기계를 조립하는 방법으로서,
    적어도 하나의 고정 노즐이 로터로부터 반경 방향 외측으로 연장되도록 적어도 하나의 고정 노즐을 로터에 결합시키는 단계와,
    외부 링이 상기 로터를 둘러싸도록 소정 형상의 외부 링을 상기 로터에 결합시키는 단계로서, 상기 외부 링은 내부에 형성된 적어도 하나의 그루브를 포함하며, 상기 적어도 하나의 그루브는 상기 적어도 하나의 고정 노즐의 적어도 일부를 내부에 수용하도록 구성되는 것인, 소정 형상의 외부 링을 상기 로터에 결합시키는 단계와,
    상기 적어도 하나의 고정 노즐과 상기 외부 링 사이에 부착 부재를 결합시키는 단계를 포함하며,
    상기 부착 부재는 제1 노즐 조립체 작동 온도에서 제1 배치 형태를 갖고 제2 노즐 조립체 작동 온도에서 제2 배치 형태를 갖고, 상기 제1 배치 형태에서 상기 적어도 하나의 고정 노즐과 상기 외부 링 사이에 갭을 형성하고, 상기 제2 배치 형태에서 상기 적어도 하나의 고정 노즐이 상기 외부 링에 접촉되도록 변형되는 것인
    회전 기계의 조립 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 부착 부재를 결합시키는 단계는, 상기 제1 배치 형태에 있는 동안 상기 갭을 형성하도록 상기 적어도 하나의 고정 노즐을 상기 외부 링으로부터 소정 거리만큼 반경 방향으로 편향시키는 단계를 더 포함하는 것인 회전 기계의 조립 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 부착 부재를 결합시키는 단계는, 상기 제2 노즐 조립체 작동 온도에 반응하여 상기 제1 배치 형태로부터 상기 제2 배치 형태로 변형 가능한 부착 부재를 결합시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 노즐 조립체 작동 온도는 상기 제1 노즐 조립체 작동 온도보다 높은 것인 회전 기계의 조립 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 부착 부재를 결합시키는 단계는, 황동 재료와 구리 재료 중 하나로 제조된 로딩 핀을 포함하는 부착 부재를 결합시키는 단계를 더 포함하는 것인 회전 기계의 조립 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 제2 노즐 조립체 작동 온도는 상기 제1 노즐 조립체 작동 온도보다 높은 것인 노즐 조립체.
  20. 제10항에 있어서, 상기 제2 노즐 조립체 작동 온도는 상기 제1 노즐 조립체 작동 온도보다 높은 것인 회전 기계.
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