KR102291115B1 - 밀폐부재, 밀폐모듈, 로터, 터빈 및 이를 포함하는 터보 머신 - Google Patents

밀폐부재, 밀폐모듈, 로터, 터빈 및 이를 포함하는 터보 머신 Download PDF

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KR102291115B1 KR1020200029523A KR20200029523A KR102291115B1 KR 102291115 B1 KR102291115 B1 KR 102291115B1 KR 1020200029523 A KR1020200029523 A KR 1020200029523A KR 20200029523 A KR20200029523 A KR 20200029523A KR 102291115 B1 KR102291115 B1 KR 102291115B1
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sealing
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turbine
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조건환
김종선
임용현
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두산중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 밀폐부재, 밀폐모듈, 로터, 터빈 및 이를 포함하는 터보 머신에 관한 것이다. 밀폐모듈은 밀폐부재와 고정부재를 포함하며, 한 쌍의 터빈 디스크 사이에 삽입되어 밀폐할 수 있다. 밀폐부재는 일정 길이 이상으로 형성되며 유연한 몸체부와 일측이 몸체부의 일단에 결합되며 적어도 일부분이 몸체부보다 두께가 더 두껍거나 폭이 더 넓은 헤드부를 구비한다.
본 발명에 따르면, 밀폐 부재가 한 쌍의 터빈 디스크의 사이를 효과적으로 밀폐할 수 있을 뿐만 아니라, 로터의 회전에 따른 진동이나 충격을 효과적으로 완충할 수 있다. 또한 터빈 디스크를 분해하지 않고도 밀폐부재를 터빈 디스크로부터 용이하게 분리 및 교체할 수 있다.

Description

밀폐부재, 밀폐모듈, 로터, 터빈 및 이를 포함하는 터보 머신 {Sealing member. sealing module, rotor, turbine and turbomachine comprising the same}
본 발명은 밀폐부재, 밀폐모듈, 로터, 터빈 및 이를 포함하는 터보 머신에 관한 것이다.
터보 머신이란 증기, 가스와 같은 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 동력을 얻는 기계장치이다. 터보 머신은 증기를 이용하는 증기 터빈, 고온의 연소 가스를 이용하는 가스 터빈 등의 다양한 형태가 있다. 일반적으로 터보 머신은 동력을 발생시키기 위해 로터를 구비한 터빈을 포함한다. 터빈에는 고온의 유체가 유입되는데, 이러한 고온의 유체는 터빈의 수명에 영향을 미친다. 이러한 문제를 해결하기 위해 터빈을 냉각하는 것은 매우 중요한 기술이다.
예를 들어, 가스 터빈의 경우, 터빈을 냉각하기 위해 압축기에서 압축된 공기의 일부를 터빈으로 유입시키는 방식을 사용하기도 한다. 압축기로부터 유입된 압축 공기는 터빈의 내부를 순환하면서 터빈을 냉각시킨다. 이러한 냉각 과정에서 압축 공기가 터빈 디스크들 사이에서 누설되는 것을 방지하기 위해 밀폐 부재가 사용된다.
밀폐 부재는 터빈의 동작 과정에서 로터의 회전 등에 따른 진동이나 충격에 의해 파손될 수 있으며, 파손되는 경우에는 수리 또는 교체해야 한다. 따라서 밀폐 부재 설계시, 쉽게 파손되지 않으며 파손되는 경우에도 수리 또는 교체를 편리하게 할 수 있도록 하는 것이 필요하다.
일본 공개특허공보 2019-049218 일본 공개특허공보 2017-141905
본 발명의 목적은 결합 부위에 로드가 집중되지 않도록 하여 진동을 감소시키며 결합 부위가 파손되는 것을 방지할 수 있는 밀폐부재, 밀폐모듈, 로터, 터빈 및 이를 포함하는 터보 머신을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 밀폐부재의 분리 및 교체를 빠르고 간편하게 할 수 있는 밀폐부재, 밀폐모듈, 로터, 터빈 및 이를 포함하는 터보 머신을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재는 몸체부, 헤드부를 포함한다. 몸체부는 일정 길이 이상으로 형성되며, 유연하다. 헤드부는 일측이 몸체부의 일단에 결합되며, 적어도 일부분이 몸체부보다 두께가 더 두껍거나 폭이 더 넓다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재에서 헤드부는 몸체부와 결합되는 일측이 몸체부와 결합되지 않는 타측보다 더 두꺼울 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재에서 헤드부의 일측은 몸체부를 향해 돌출된 라운드 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재에서 헤드부에는 적어도 하나의 인출홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재에서 몸체부는 하부판, 측면판, 완충판을 구비할 수 있다. 측면판은 하부판의 양 측면에 위치한다. 완충판은 하부판과 측면판에 의해 형성된 공간에 위치한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재에서 하부판은 판재 형상이며, 측면판은 하부판의 양 측을 절곡하여 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐모듈은 밀폐부재와 고정부재를 포함한다. 밀폐부재는 몸체부와 헤드부를 구비한다. 몸체부는 일정 길이 이상으로 형성되며 유연하다. 헤드부는 일측이 몸체부의 일단에 결합되며 적어도 일부분이 몸체부보다 두께가 더 두껍거나 폭이 더 넓다. 고정부재는 고정몸체와 고정부재를 구비한다. 고정몸체는 상면, 제1 저면, 제2 저면을 구비하며, 밀폐부재의 헤드부를 특정 위치에 고정시킨다. 체결부는 고정몸체의 상면으로부터 제2 저면을 관통한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐모듈은 고정몸체가 헤드부를 고정시킬 때, 제1 저면은 상기 헤드부와 접하고, 제2 저면은 상기 헤드부와 접하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐모듈에서 몸체부는 하부판, 측면판, 완충판을 구비할 수 있다. 측면판은 하부판의 양 측면에 위치한다. 완충판은 하부판과 측면판에 의해 형성된 공간에 위치한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐모듈에서 밀폐부재의 헤드부에는 적어도 하나의 인출홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터는 복수의 디스크와 밀폐모듈을 포함한다. 복수의 디스크는 중심축을 기준으로 회전하며, 축 방향으로 나란하게 배치된다. 밀폐모듈은 복수의 디스크 중 하나 이상의 이웃하는 한 쌍의 디스크 사이에 삽입되어 한 쌍의 디스크 사이를 밀폐한다. 밀폐모듈은 밀폐부재와 고정부재를 포함한다. 밀폐부재는 일정 길이 이상으로 형성되며 유연한 몸체부와, 일측이 몸체부의 일단에 결합되며 적어도 일부분이 몸체부보다 두께가 더 두껍거나 폭이 더 넓은 헤드부를 구비한다. 고정부재는 고정몸체와 체결부를 구비한다. 고정몸체는 상면, 제1 저면, 제2 저면을 구비하며, 밀폐부재의 헤드부를 디스크에 고정시킨다. 체결부는 고정몸체의 상면으로부터 제2 저면을 관통하여 디스크에 체결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터에서 한 쌍의 디스크는 각각 서로 대향하는 면에 밀폐채널과 헤드홈이 형성될 수 있다. 밀폐채널은 디스크의 원주 방향을 따라 고리 형상으로 형성되며, 밀폐부재의 몸체부가 삽입되어 안착된다. 헤드홈은 밀폐채널과 연결되며, 밀폐부재의 헤드부 및 고정부재가 안착된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터에서 밀폐부재의 헤드부는 밀폐채널에 삽입되지 못하는 크기로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터에서 밀폐채널과 헤드홈 사이에 밀폐채널과 헤드홈을 연결하는 연결채널이 형성되며, 밀폐부재의 헤드부는 연결채널에 삽입되지 못하는 크기로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터빈은 통과되는 유체에 의해 회전하는 복수의 로터를 포함한다. 로터는 복수의 디스크와 밀폐모듈을 구비한다. 밀폐모듈은 중심축을 기준으로 회전하며 축 방향으로 나란하게 배치된다. 밀폐모듈은 복수의 디스크 중 하나 이상의 이웃하는 한 쌍의 디스크 사이에 삽입되어 한 쌍의 디스크 사이를 밀폐한다. 밀폐모듈은 밀폐부재와 고정부재를 구비한다. 밀폐부재는 일정 길이 이상으로 형성되며 유연한 몸체부와, 일측이 몸체부의 일단에 결합되며 적어도 일부분이 몸체부보다 두께가 더 두껍거나 폭이 더 넓은 헤드부를 구비한다. 고정부재는 고정몸체와 체결부를 구비한다. 고정몸체는 상면, 제1 저면, 제2 저면을 구비하며, 밀폐부재의 헤드부를 디스크에 고정시킨다. 체결부는 고정몸체의 상면으로부터 제2 저면을 관통하여 디스크에 체결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터보 머신은 통과되는 유체에 의해 동력을 발생하는 터빈을 포함한다. 터빈은 통과되는 유체에 의해 회전하는 복수의 로터를 구비한다. 로터는 복수의 디스크와 밀폐모듈을 구비한다. 밀폐모듈은 중심축을 기준으로 회전하며 축 방향으로 나란하게 배치된다. 밀폐모듈은 복수의 디스크 중 하나 이상의 이웃하는 한 쌍의 디스크 사이에 삽입되어 한 쌍의 디스크 사이를 밀폐한다. 밀폐모듈은 밀폐부재와 고정부재를 구비한다. 밀폐부재는 일정 길이 이상으로 형성되며 유연한 몸체부와, 일측이 몸체부의 일단에 결합되며 적어도 일부분이 몸체부보다 두께가 더 두껍거나 폭이 더 넓은 헤드부를 구비한다. 고정부재는 고정몸체와 체결부를 구비한다. 고정몸체는 상면, 제1 저면, 제2 저면을 구비하며, 밀폐부재의 헤드부를 디스크에 고정시킨다. 체결부는 고정몸체의 상면으로부터 제2 저면을 관통하여 디스크에 체결된다.
본 발명의 밀폐부재, 밀폐모듈, 로터, 터빈 및 이를 포함하는 터보 머신은 체결부재의 체결부가 밀폐부재의 헤드부를 관통하지 않으면서 밀폐부재를 고정하므로, 터빈 디스크를 분해하지 않고도 밀폐부재를 터빈 디스크로부터 용이하게 분리 및 교체할 수 있으며, 체결부위에 응력집중 및 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 밀폐 부재 및 밀폐모듈은 한 쌍의 터빈 디스크의 사이를 효과적으로 밀폐할 수 있을 뿐만 아니라, 로터의 회전에 따른 진동이나 충격을 효과적으로 완충할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 머신의 일부를 절개한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 머신의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 터빈 디스크와 밀폐부재의 위치를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 한 쌍의 터빈 디스크 중 어느 하나의 대향면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재와 고정부재를 포함하는 밀폐모듈을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재를 밀폐채널에 삽입하는 것을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재가 밀폐채널에 삽입된 모습을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정부재를 터빈 디스크에 체결하는 것을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정부재가 터빈 디스크에 체결되어 밀폐부재를 고정시킨 것을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정부재가 터빈 디스크에 체결된 단면을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재가 터빈 디스크에 삽입된 단면을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재를 밀폐채널에서 인출하는 것을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀폐부재의 몸체부를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀폐부재의 몸체부가 한 쌍의 터빈 디스크의 밀폐채널에 삽입된 것을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밀폐부재의 몸체부를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밀폐부재의 몸체부가 한 쌍의 터빈 디스크의 밀폐채널에 삽입된 것을 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단면 형상이 변형된 터빈 디스크의 밀폐채널에 밀폐부재가 삽입된 것을 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밀폐부재의 몸체부를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밀폐부재의 몸체부가 한 쌍의 터빈 디스크의 밀폐채널에 삽입된 것을 나타내는 도면이다.
도 20은 하나의 밀폐부재를 사용하여 터빈 디스크를 밀폐하는 것을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 21은 두 개의 밀폐부재를 사용하여 터빈 디스크를 밀폐하는 것을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 22는 네 개의 밀폐부재를 사용하여 터빈 디스크를 밀폐하는 것을 개념적으로 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
본 발명에서 터보 머신은 증기 터빈과 가스 터빈을 포함하는 다양한 장치가 될 수 있다. 이하에서 터보 머신이 가스 터빈인 경우에 대하여 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 머신의 일부를 절개한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 머신의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 터빈 디스크와 밀폐부재의 위치를 개념적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 한 쌍의 터빈 디스크 중 어느 하나의 대향면을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 머신(100)은 압축기(110), 연소기(120), 터빈(130), 하우징(140), 디퓨져(150)를 포함한다. 압축기(110)는 외부 공기를 흡입 및 압축하여 연소기(120)로 보낸다. 연소기(120)는 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시켜 연소 가스를 발생시킨다. 터빈(130)에서는 연소 가스가 터빈 로터(1000)를 회전시켜 동력을 발생시킨다. 터보 머신(100)의 외관은 하우징(140)에 의해 결정된다. 하우징(140)의 후방에는 터빈(130)을 통과한 연소 가스가 배출되는 디퓨져(150)가 위치한다.
압축기(110)는 흡입된 공기가 압축될 수 있도록 전단(Front-stage)에서 후단(Rear-stage) 측으로 갈수록 내부공간이 줄어드는 구조이다. 압축기(110)는 압축기 케이싱을 구비하며, 압축기 케이싱 내부에는 압축기 로터와 압축기 베인이 위치한다.
압축기 로터는 복수의 압축기 디스크(111)와 복수의 압축기 블레이드(112)를 포함한다. 복수의 압축기 디스크(111)는 중심부가 타이로드(170)에 의해 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬된다. 타이로드(170)에 의해 각각의 압축기 디스크(111)들은 축 방향으로 이격되지 않는다. 인접하는 각각의 압축기 디스크(111)는 대향하는 면이 타이로드(170)에 의해 압착되어, 서로 상대적인 회전을 할 수 없도록 배치된다.
압축기 디스크(111)의 외주면에는 복수의 압축기 블레이드(112)가 방사상으로 결합된다. 각각의 블레이드(112)는 도브테일부를 구비하여 압축기 디스크(111)에 체결된다. 압축기 블레이드(112)의 사이에는, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때 압축기 케이싱의 내주면에 환상으로 설치되는 복수의 압축기 베인이 각각 배치된다. 압축기 베인은 압축기 디스크(111)와는 달리 회전하지 않도록 고정된 상태를 유지하며, 압축기 블레이드(112)를 통과한 압축공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 압축기 블레이드(112)로 압축공기를 안내한다.
타이로드(170)는 복수의 압축기 디스크(111)와 터빈 디스크(1110)의 중심부를 관통하도록 배치되며, 일단은 압축기(110)의 최전단부 측에 위치한 압축기 디스크(111) 내에 체결되고, 타단은 고정너트(171)에 의해 체결된다.
타이로드(170)는 터보 머신(100)에 따라 다양한 형태가 될 수 있다. 예를 들어, 타이로드(170)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 타이로드(170)가 압축기 디스크(111)와 터빈 디스크(1110)의 중앙부를 관통하는 형태가 될 수 있으며, 복수의 타이로드(170)가 원주상으로 배치되는 형태가 될 수도 있으며, 이들을 혼용한 형태가 될 수도 있다.
압축기(110)에는 연소기(120) 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계값으로 조정하기 위하여 가이드 역할을 하는 디스월러(desworler)가 설치될 수 있다.
압축기(110)에서 압축된 공기는 연소기(120)로 이동한다. 연소기(120)는 셀 형태로 형성되는 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있다. 연소기(120)는 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(burner), 연소실을 형성하는 연소기 라이너(combuster Liner), 연소기(120)와 터빈(130)의 연결부가 되는 트랜지션 피스(transition Piece)를 구비할 수 있다.
라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 라이너는 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다.
라이너의 전단에는 연료노즐이 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합된다. 라이너의 후단에는 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다.
트랜지션피스는 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다. 이를 위해 트랜지션피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.
라이너의 환형공간에는 트랜지션피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리부에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.
연소기(120)에서 발생된 고온, 고압의 연소가스는 터빈(130)으로 공급된다. 터빈(130)으로 공급된 고온 고압의 연소가스는 터빈(130)의 내부를 통과하면서 팽창되고, 이에 따라 터빈 블레이드(1200)에 충동 및 반동력을 가하여 회전 토크가 발생되도록 한다. 발생된 회전 토크는 발전기를 구동하는데 사용된다. 회전 토크의 일부는 토크튜브(160)를 거쳐 압축기(110)로 전달되어 압축기(110) 구동에 필요한 동력으로 사용될 수도 있다.
터빈(130)은 복수의 터빈 로터(1000)를 구비한다. 터빈 로터(1000)는 터빈 디스크(1100)와, 터빈 디스크(1100)로부터 방사상으로 배치되는 복수의 터빈 블레이드(1200)를 구비한다. 터빈 디스크(1100)와 복수의 터빈 블레이드(1200)는 연소가스의 유동방향을 따라 복수개가 서로 이격되도록 배치되는 다단(Multi-stage)의 구조로 배치된다. 터빈 블레이드(1200)의 사이에는 동일한 단을 기준으로 하였을 때 터빈 케이싱(131)에 환상으로 설치되는 복수의 터빈 베인(132)이 구비된다. 터빈 베인(132)은 터빈 블레이드(1200)를 통과한 연소가스의 유동방향을 안내한다.
터빈 블레이드(1200)는 고온 고압의 연소 가스와 직접 접촉하게 된다. 연소가스에 의해 터빈 블레이드(1200)가 변형될 수 있으며, 터빈 블레이드(1200)의 변형에 의해 터빈(130)이 파손될 수도 있다. 이러한 고온에 의한 변형을 방지하기 위해 압축기(110)와 터빈(130)의 사이에는 연소 가스보다 상대적으로 온도가 낮은 압축기(110) 내부의 공기 일부를 분기시켜 터빈 블레이드(1200)로 공급하는 분기유로(180)가 형성될 수 있다.
분기유로(180)는 압축기 케이싱 외부로 형성하거나, 압축기 디스크(111)를 관통하여 내부로 형성될 수 있다. 분기유로(180)는 압축기(110)로부터 분기된 압축공기를 터빈 디스크(1100)의 내부로 공급한다. 터빈 디스크(1100)의 내부로 공급된 압축공기는 반경방향 외측으로 흐르게 되며, 터빈 블레이드(1200)의 내부로 공급되어 터빈 블레이드(1200)를 냉각시킨다. 이때, 터빈 디스크(1100)의 내측에는 압축공기가 존재하며 외측에는 연소가스가 존재한다. 따라서 인접하는 터빈 디스크(1100)와 터빈 디스크(1100)의 사이를 밀폐할 필요가 있으며, 밀폐를 위해 밀폐부재(1400)가 사용된다.
밀폐부재(1400)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 터빈 디스크(1100) 사이에 위치하며, 한 쌍의 터빈 디스크(1100)의 원주방향을 따라 감겨진 형상으로 설치된다. 본 실시예에서 한 쌍의 터빈 디스크(1100)는 하나의 블레이드 디스크(1100a) 및 이와 인접한 다른 하나의 구분 디스크(1100b)를 의미한다. 블레이드 디스크(1100a)에는 터빈 블레이드(1200)가 결합된다. 블레이드 디스크(1100a)는 원판 형상이 될 수 있다.
구분 디스크(1100b)는 이웃하는 두개의 블레이드 디스크(1100a) 사이에 위치한다. 구분 디스크(1100b)는 터빈 블레이드(1200)를 통과하는 연소가스에 의해 블레이드 디스크(1100a)가 회전할 때에 발생되는 회전력을 인접하는 다른 블레이드 디스크(1100a)로 전달한다. 구분 디스크(1100b)는 원판 형상이 될 수 있다.
구분 디스크(1100b)의 반경방향 외측에는 터빈 베인(132)이 설치된다. 블레이드 디스크(1100a)와 구분 디스크(1100b)는 타이로드(170)를 기준으로 원주 방향으로 회전한다.
한 쌍의 터빈 디스크(1100)에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 대향하는 대항면에 각각 밀폐채널(1110), 헤드홈(1120), 연결채널(1130), 체결홈(1140), 걸림턱(1150)이 형성된다.
밀폐채널(1110)은 터빈 디스크(1100)의 원주방향을 따라 연장된 고리 형상으로 형성된다. 일 실시예에서 밀폐채널(1110)은 단면의 형상이 사각 형상으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
헤드홈(1120)은 터빈 디스크(1100)의 외부를 향하여 개방되도록 형성된다. 헤드홈(1120)은 하나의 디스크(1100)에 하나만이 형성될 수도 있고, 하나의 디스크(1100)에 복수개가 형성될 수도 있다. 헤드홈(1120)은 밀폐채널(1110)과 직접 연결될 수 있다.
다른 실시예에서는 연결채널(1130)이 밀폐채널(1110)과 헤드홈(1120)을 서로 연결시킬 수 있다. 연결채널(1130)의 폭은 헤드홈(1120)의 폭보다 더 작게 형성될 수 있다.
체결홈(1140)은 헤드홈(1120)의 일 측면에 형성된다. 걸림턱(1150)은 헤드홈(1120)과 연결채널(1130)이 만나는 위치에 형성된다.
한 쌍의 터빈 디스크(1100)의 대향면에는 삽입홈(1160)이 형성될 수 있다. 삽입홈(1160)은 연결채널(1130)의 외측에서 터빈 디스크(1100)의 외부를 향하여 개방되도록 형성된다.
한 쌍의 터빈 디스크(1100)의 대향면에는 인출채널(1170)이 형성될 수 있다. 인출채널(1170)은 연결채널(1130)과 다른 방향에서 헤드홈(1120)과 밀폐채널(1110)을 연결시킨다. 본 실시예에서 밀폐채널(1110)은 인출채널(1170)이 형성된 부분을 지나 헤드홈(1120)의 내측 하부까지 형성될 수 있다. 이로 인해 밀폐채널(1110)에 밀폐부재(1400)가 삽입될 때, 인출채널(1170)로 누설되는 부분까지 밀폐할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재와 고정부재를 포함하는 밀폐모듈을 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐모듈(1300)은 밀폐부재(1400)와 고정부재(1500)를 포함한다.
밀폐부재(1400)는 몸체부(1410)와 헤드부(1420)를 구비한다. 헤드부(1420)의 일측은 몸체부(1410)의 일단에 결합된다.
몸체부(1410)는 하부판(1411), 측면판(1412), 완충판(1413)을 구비한다. 하부판(1411)은 두께가 얇고 긴 판재 형상이며, 금속 재질로 형성될 수 있다. 측면판(1412)은 하부판(1411)의 양 측면에 위치한다. 일 실시예에서 측면판(1412)은 하부판(1411)의 양측을 절곡하여 형성할 수도 있다. 완충판(1413)은 하부판(1411)과 측면판(1412)에 의해 형성된 공간에 위치한다. 완충판(1413)은 하부판(1411)보다 상측에 위치할 수 있다.
본 실시예에서는 완충판(1413)이 하부판(1411)과 측면판(1412)에 의해 형성된 공간을 빈틈없이 채울 수 있다. 완충판(1413)은 유연한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 완충판(1413)은 섬유와 금속 직물로 형성될 수 있다. 섬유는 견사나 목면사이고, 금속 직물은 금사나 은사가 될 수 있다. 다른 실시예에서 완충판(1413)은 금속으로만 형성될 수도 있다.
완충판(1413)은 몸체부(1410)의 탄성과 유연성을 향상시키며, 터빈 디스크(1100)의 회전 시 발생되는 진동이나 충격 등을 완충할 수 있다. 완충판(1413)을 구비함에 따라 터빈 로터(1000)의 작동 상황에 따른 밀폐부재(1400)의 응답성(Compliance)을 향상시킬 수 있으며, 밀폐부재(1400)의 밀폐 성능을 향상할 수 있다. 하부판(1412)과 완충판(1413)은 용접하여 결합시킬 수 있다. 용접으로 결합되는 경우 복수의 용접부((1414)가 형성될 수 있다. 용접부(1414)의 위치는 다양한 곳이 될 수 있다.
헤드부(1420)는 몸체부(1410)가 터빈 디스크(1100)에 삽입될 때 몸체부(1410)의 이동을 멈추도록 한다. 이를 위해 헤드부(1420)는 몸체부(1410)보다 두께가 더 두꺼운 부분이 형성되어 있을 수 있다. 이 경우 헤드부(1420)는 몸체부(1410)와 결합되는 일측이 몸체부(1410)와 결합되지 않는 타측보다 더 두껍게 형성될 수 있다. 다른 실시예에서는 헤드부(1420)가 몸체부(1410)보다 폭이 더 넓은 부분이 형성되어 있을 수 있다.
헤드부(1420)에는 상측면에 인출홀(1421)이 형성될 수 있다. 인출홀(1421)에는 헤드부(1420)를 움직이도록 하기 위한 렌치와 같은 도구가 삽입될 수 있다. 따라서 밀폐부재(1400)를 터빈 디스크(1100)로 삽입하거나 인출하는 것을 용이하게 할 수 있다.
고정부재(1500)는 고정몸체(1510), 걸림돌기(1520), 체결부(1530)를 구비한다. 고정몸체(1510)는 헤드홈(1120)에 삽입 가능한 크기와 형상으로 형성된다. 걸림돌기(1520)는 고정몸체(1510)의 일측에서 돌출된 형상으로 형성된다. 걸림돌기(1520)는 고정몸체(1510)의 상면에서 일정 높이 낮은 위치에서 돌출되어 턱이 생기도록 할 수 있다. 고정몸체(1510)의 하부에도 턱이 형성된다. 고정몸체(1510)에서 걸림돌기(1520)가 형성되지 않은 타측은 끝단이 라운드처리될 수 있다.
고정몸체(1510)는 하부에 제1 저면(1511)과 제2 저면(1512)이 형성된다. 제1 저면(1511)은 밀폐부재(1400)의 헤드부(1420)에 대응되는 크기로 형성된다. 체결부(1530)는 고정몸체(1510)의 상면에서 제2 저면(1512)으로 고정몸체(1510)를 관통하여 장착된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재를 밀폐채널에 삽입하는 것을 개념적으로 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재가 밀폐채널에 삽입된 모습을 개념적으로 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정부재를 터빈 디스크에 체결하는 것을 개념적으로 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정부재가 터빈 디스크에 체결되어 밀폐부재를 고정시킨 것을 개념적으로 나타내는 도면이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정부재가 터빈 디스크에 체결된 단면을 개념적으로 나타내는 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재가 터빈 디스크에 삽입된 단면을 개념적으로 나타내는 도면이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐부재를 밀폐채널에서 인출하는 것을 개념적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐모듈(1300)을 한 쌍의 터빈 디스크(1100) 사이에 설치하는 경우에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 밀폐부재(1400)의 몸체부(1410) 일단을 헤드홈(1120)에 삽입한다. 밀폐부재(1400)의 몸체부(1410)는 헤드홈(1120)과 연결채널(1130)을 통과하여 밀폐채널(1110)로 삽입된다.
본 실시예에서 밀폐채널(1110)의 단면은, 도 11에 도시된 바와 같이, 직사각 형상이 될 수 있다. 이에 대응하여 밀폐부재(1400)의 몸체부(1410)도 단면이 직사각 형상이 될 수 있다. 이 경우 몸체부(1410)의 측면판(1412)은 하부판(1411)의 양 측면에서 하부판(1411)에 수직으로 형성된다.
이 때, 한 쌍의 터빈 디스크(1100)의 내측은 압축 공기로 인해 외측보다 압력이 더 높은 상태이므로, 몸체부(1410)는 한 쌍의 터빈 디스크(1100) 사이의 틈새로 유입된 압축공기에 의해 외측으로 힘을 받게 된다. 또한, 터보 머신(100)의 작동 중에는 한 쌍의 터빈 디스크(1100)가 회전하므로 몸체부(1410)는 외측으로 원심력을 받는다. 따라서 밀폐부재(1400) 삽입시, 도 11에 도시된 바와 같이, 하부판(1411)이 내측에 위치하고 완충판(1413)이 외측에 위치하도록 삽입되면, 몸체부(1410)가 외측으로 가압됨에 따라 측면판(1412)의 끝단이 밀폐채널(1110)의 외측 내벽에 더욱 견고하게 밀착되도록 할 수 있다. 또한 이 경우, 측면판(1412)과 밀폐채널(1110)의 외측 내벽 사이에 초킹(Choking)이 발생되도록 하여, 그 사이를 통해 압축공기가 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 따라서 하부판(1411)이 내측에 위치하고 완충판(1413)이 외측에 위치하도록 삽입되면, 몸체부(1410)는 한 쌍의 터빈 디스크(1100) 사이를 더욱 효과적으로 밀폐할 수 있다.
밀폐부재(1400)의 헤드부(1420)가 터빈 디스크(1100)의 헤드홈(1120)에 위치하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 헤드부(1420)가 걸림턱(1150)에 걸려 밀폐부재(1400)의 삽입이 멈추게 되고, 헤드부(1420)는 헤드홈(1120)에 안착된다. 본 실시예에서 헤드부(1420)의 일측은 몸체부(1410)를 향해 돌출된 라운드 형상이 될 수 있다. 이는 밀폐부재(1400)가 헤드홈(1120)에 부드럽게 안착될 수 있도록 한다.
헤드부(1420)가 헤드홈(1120)에 안착되면, 밀폐부재(1400)의 몸체부(1410)는 밀폐채널(1110)을 따라 터빈 디스크(1100)의 원주방향을 따라 연장된 고리 형상으로 위치하게 된다. 다른 실시예에서는 헤드부(1420)가 밀폐채널(1110)보다 폭이 더 넓거나 두께가 더 두꺼워서 밀폐채널(1110)에 삽입되지 못해서 밀폐부재(1400)의 이동이 멈추게 될 수도 있다. 헤드홈(1120)과 밀폐채널(1110)이 연결채널(1130)을 통해 연결되는 경우에는, 헤드부(1420)가 연결채널(1130)보다 폭이 더 넓거나 두께가 더 두꺼워서 연결채널(1130)에 삽입되지 못해서 밀폐부재(1400)의 이동이 멈추게 될 수도 있다.
밀폐부재(1400)의 삽입이 완료되면, 도 8에 도시된 바와 같이, 고정부재(1500)를 터빈 디스크(1100)에 결합시킨다. 고정부재(1500)의 결합을 위해, 고정부재의 걸림돌기(1520)를 밀폐부재(1400)의 헤드부(1420)와 터빈 디스크(1100)의 걸림턱(1150) 사이에 끼워지도록 삽입하면서 고정몸체(1510) 전체를 헤드홈(1120)에 삽입한다. 라운드 처리된 고정몸체(1510)의 타측은 원활한 삽입에 도움이 된다.
이 때 고정몸체(1510)의 하부에 형성된 턱이 헤드부(1420)의 끝단과 맞물리게 되며, 고정몸체(1510)의 제1 저면(1511)이 헤드부(1420)와 접하면서 헤드부(1420)를 누르게 된다. 고정몸체(1510)의 제2 저면(1512)은 헤드부(1420)와 접하지 않으면서 터빈 디스크(1100)의 헤드홈(1120)의 내측면에 접하게 된다.
고정몸체(1510)가 헤드홈(1120)에 안착되면, 체결부(1530)가 고정몸체(1510)를 관통하여 체결홈(1140)에 결합된다. 본 실시예에서 체결부(1530)는 나사이며, 체결홈(1140)은 나사홈이 될 수 있다.
이때, 체결부(1520)는 고정몸체(1510)의 상면에서 제2 저면(1512)을 관통하여 터빈디스크(1100)의 헤드홈(1120)에 체결되므로, 도 10에 도시된 바와 같이, 밀폐부재(1400)의 헤드부(1420)를 관통하지 않는다. 따라서 본 실시예에는 헤드부(1420)에 체결부(1530)가 직접 관통하여 헤드부(1420)가 터빈 디스크(1100)에 고정되는 것을 피할 수 있으며, 헤드부(1420)에 체결부(1530)가 직접 관통하여 체결되는 경우와 달리 체결 부위에 응력집중 및 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 밀폐모듈(1300)을 터빈 디스크(1100)에 장착하면, 밀폐부재(1400)가 한 쌍의 터빈 디스크(1100)의 사이에 위치하며, 한 쌍의 터빈 디스크(1100)의 원주방향을 따라 감겨진 형상으로 배치된다. 따라서 밀폐모듈(1300)은 한 쌍의 터빈 디스크(1100)의 내측에서 외측으로 압축공기가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
밀폐모듈(1300)을 한 쌍의 터빈 디스크(1100)로부터 분리하는 과정은, 밀폐모듈(1300)을 설치하는 과정을 역으로 하면 된다. 우선, 체결부(1530)를 풀어 헤드홈(1120)의 외측으로 이탈시킨 다음, 고정몸체(1510)를 헤드홈(1120)으로부터 분리한다. 그 후, 도 12에 도시된 바와 같이, 헤드부(1420)의 인출홀(1421)에 렌치와 같은 별도의 도구(T)를 삽입하여 헤드부(1420)를 외측으로 잡아당긴다. 이에 따라, 몸체부(1410)가 헤드부(1420)와 함께 터빈 디스크(1100)의 외측으로 인출되며, 밀폐부재(1400)가 터빈 디스크(1100)로부터 완전히 분리될 수 있다. 이러한 방법에 따르면 한 쌍의 터빈 디스크(1100)를 분해하지 않고도, 밀폐부재(1400)를 터빈 디스크(1100)로부터 용이하게 분리 및 교체할 수 있다.
이와 같이 밀폐부재(1400)를 밀폐채널(1110)로부터 인출한 후에도 몸체부(1410)의 파손된 부품이 밀폐채널(1110) 내에 남아있을 수 있다. 이를 제거하기 위해서 터빈 디스크(1100)의 삽입홈(1160)으로 별도의 공구를 삽입하여 밀폐채널(1110)에 남아있는 부품에 가압을 한다. 가압에 의해 파손된 부품은 밀폐채널(1110)을 따라 이동하고 인출채널(1170)을 통해 헤드홈(1120)으로 나오게 된다. 따라서 밀폐채널(1110) 내부에서 몸체부(1410)의 파손된 부분을 완전하게 제거할 수 있다. 다른 실시예에서는 인출채널(1170)이 형성되지 않고, 삽입홈(1160)을 통해 연결채널(1130)로 흡입 가능한 공구를 삽입하여 파손된 부품을 연결채널로 끌어낼 수도 있다. 또 다른 실시예에서는 삽입홈(1160)을 형성하지 않고 연결채널(1130)로 공기를 불어넣어 인출채널(1170)로 파손된 부품을 밀어낼 수도 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀폐부재의 몸체부를 나타내는 도면이고, 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀폐부재의 몸체부가 한 쌍의 터빈 디스크의 밀폐채널에 삽입된 것을 나타내는 도면이다.
도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀폐부재(2400)의 몸체부(2410)는 하부판(2411), 측면판(2412), 완충판(2413), 서브 파트(2414)를 구비한다. 하부판(2411), 측면판(2412), 완충판(2413)은 도 5에서 설명한 것과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
서브 파트(2414)는 하부판(2411)에서 완충판(2413)과 반대측에 부착된다. 서브 파트(2414)는 양 측 단부가 각각 볼록하게 곡면 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 서브 파트(2414)는 유연한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 서브 파트(2414)는 섬유와 금속 직물로 형성될 수 있다. 섬유는 견사나 목면사이고, 금속 직물은 금사나 은사가 될 수 있다. 다른 실시예에서 서브 파트(2414)는 금속으로만 형성될 수도 있다. 완충판(2413)과 서브 파트(2414)는 몸체부(2410)의 전체적인 탄성과 유연성을 향상시키며, 터빈 로터(1000)가 회전함에 따라 발생되는 진동 및 충격 등을 완충한다. 이에 따라 서브 파트(2414)는 한 쌍의 터빈 디스크(1100)의 사이를 더욱 효과적으로 밀폐할 수 있다. 또한, 서브 파트(2414)는 한 쌍의 터빈 디스크(1100)의 내측으로 공급된 압축 공기로부터 측면판(2412)으로 과도한 열전달이 일어나는 것을 막아준다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밀폐부재의 몸체부를 나타내는 도면이고, 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밀폐부재의 몸체부가 한 쌍의 터빈 디스크의 밀폐채널에 삽입된 것을 나타내는 도면이다.
도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밀폐부재(3400)의 몸체부(3410)는 제1 하부판(3411-1), 제2 하부판(3411-2), 제1 측면판(3412-1), 제2 측면판(3412-2), 완충판(3413)을 구비한다. 추가적인 실시예에서는 몸체부(3410)가 도 13에 도시된 것과 같은 서브 파트를 더 구비할 수도 있다.
제1 하부판(3412-1)과 제2 하부판(3412-2)의 폭은 완충판(3413)의 폭보다 더 작게 형성된다. 제1 하부판(3411-1)과 제2 하부판(3411-2)은 끝단이 맞닿지 않고 어느 하나의 일부가 다른 하나의 일부를 덮는 형태로 결합된다. 본 실시예에서는 제2 하부판(3411-2)이 제1 하부판(3411-1)의 일부를 덮는 형태이지만, 다른 실시예에서는 반대의 형태가 될 수도 있다. 제1 하부판(3411-1)과 제2 하부판(3411-2)은 각각 완충판(3413)에 용접되어 고정될 수 있다.
제1 측면판(3412-1)은 제1 하부판(3411-1)의 측면에서부터 완충판(3413)의 일 측면까지 커버한다. 제2 측면판(3412-2)은 제2 하부판(3411-2)의 측면에서부터 완충판(3413)의 타 측면까지 커버한다.
제2 하부판(3411-2)이 제1 하부판(3411-1)의 일부를 덮는 형태가 되면서, 제2 하부판(3411-2)과 완충판(3413) 사이에는 빈 공간(3415)이 형성된다. 이때, 제1 하부판(3411-1)과 제1 측면판(3412-1)은 프리로드(Pre-load)를 갖는 상태로 완충판(3413)에 고정될 수 있다. 또한 제2 하부판(3411-2)과 제2 측면판(3412-2)도 프리로드(pre-load)를 갖는 상태로 완충판(3413)에 고정될 수 있다. 즉, 몸체부(3410)가 밀폐채널(1110)에 삽입될 때 제1 측면판(3412-1)과 제2 측면판(3412-2)의 끝단이 밀폐채널(1110)의 내벽 중 외측에 밀착되도록 하기 위해, 제1 하부판(3411-1)과 제2 하부판(3411-2)은 미리 응력을 갖도록 겹치는 부위가 압착된 상태에서 용접될 수 있다. 이에 따라, 몸체부(3410)가 밀폐채널(1110)에 삽입되면서 변형될 때, 제 1측면판(3412-1)과 제 2측면판(3412-2)은 스프링 백 효과(spring back effect)에 의해 변형 부분이 반경방향 외측으로 복원하려는 성질을 가진다. 이 경우, 제 1 측면판(3412-1)과 제2 측면판(3412-2)의 끝단이 밀폐채널(1110)의 외측 내벽에 더욱 긴밀하게 접촉된다.
따라서, 밀폐부재(3400)의 밀폐 성능을 향상시킬 수 있으며, 밀폐부재(3400)의 진동을 저감하여 밀폐부재(3400)와 밀폐채널(1110)의 내벽 사이에서 기계적 마찰에 의한 마모가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단면 형상이 변형된 터빈 디스크의 밀폐채널에 밀폐부재가 삽입된 것을 나타내는 도면이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈 디스크(2100)의 밀폐채널(2110)은 단면이 사다리꼴 형상이다. 보다 구체적으로는 밀폐채널(2110)의 폭이 외측에서 내측으로 갈수록 점점 작아지는 형상으로 형성된다.
밀폐채널(2110)의 내벽 중 제1 측면판(3412-1)과 접하는 내벽과 하부내벽의 각도는 제1 측면판(3412-1)과 제1 하부판(3411-1)의 각도보다 더 크게 형성된다. 밀폐채널(2110)의 내벽 중 제2 측면판(3412-2)과 접하는 내벽과 하부내벽의 각도는 제 2측면판(3412-2)과 제2 하부판(3411-2)의 각도보다 더 크게 형성된다.
이와 같이 밀폐채널(2110)이 형성되는 경우, 제1 측면판(3412-1)은 밀폐채널(2110)의 내벽과 면 접촉하는 것이 아니라, 제1 측면판(3412-1)과 제1 하부판(3411-1)이 연결되는 모서리 부분만이 밀폐채널(2110)의 내벽에 접하게 된다. 제2 측면판(3412-2)의 경우에도 제2 측면판(3412-2)과 제2 하부판(3411-2)이 연결되는 모서리 부분만이 밀폐채널(2110)의 내벽에 접하게 된다.
따라서 본 실시예에서는 제1 측면판(3412-1)과 제2 측면판(3412-2)의 끝단이 밀폐채널(2110)의 내벽 외측 사이에서 초킹(Choking)이 발생되며, 제1 측면판(3412-1)과 제1 하부판(3411-1)이 연결되는 모서리 부분 및 제2 측면판(3412-2)과 제2 하부판(3411-2)이 연결되는 모서리 부분이 밀폐채널(2110)의 내벽 측면에서도 초킹이 발생된다. 이로 인해 본 실시예에 따른 밀폐채널(2110)은 밀폐부재(3400)에 의한 밀폐 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서는 밀폐부재(3400)가 도 15에 도시된 것과 동일한 형상이나, 다른 실시예에서는 도 5 또는 도 13에 도시된 것과 동일한 형상의 밀폐부재가 밀폐채널에 삽입될 수도 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밀폐부재의 몸체부를 나타내는 도면이고, 도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밀폐부재의 몸체부가 한 쌍의 터빈 디스크의 밀폐채널에 삽입된 것을 나타내는 도면이다.
도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밀폐부재(4400)의 몸체부(4410)는 제1 하부판(4411-1), 제2 하부판(4411-2), 제1 측면판(4412-1), 제2 측면판(4412-2), 완충판(4413)을 구비한다. 추가적인 실시예에서는 몸체부(4410)가 도 13에 도시된 것과 같은 서브 파트를 더 구비할 수도 있다. 밀폐부재(4400)와 관련해서 도 15에서 설명한 것과 동일한 것은 설명을 생략한다. 한 쌍의 터빈 디스크(2100)의 밀폐채널(2110)은 도 17에서 설명한 것과 동일하다.
본 실시예에서 제1 측면판(4412-1)과 제1 하부판(4411-1)의 각도와 밀폐채널(2110)의 내벽 중 제1 측면판(4412-1)과 접하는 내벽과 하부 내벽의 각도는 동일하다. 제 2측면판(4412-2)과 제2 하부판(4411-2)의 각도와 밀폐채널(2110)의 내벽 중 제2 측면판(4412-2)과 접하는 내벽과 하부 내벽의 각도도 동일하다. 이에 따라 제1 측면판(4412-1)과 제2 측면판(4412-2)은 밀폐채널(2110)의 내벽 측면과 면 접촉을 하게 된다.
몸체부(4410)와 밀폐채널(2110)이 이와 같은 형상이 되면, 몸체부(4410)와 밀폐채널(2110) 내벽의 접촉면적을 최대로 할 수 있어, 밀폐부재(4400)의 밀폐 성능을 향상시킬 수 있다.
도 20은 하나의 밀폐부재를 사용하여 터빈 디스크를 밀폐하는 것을 개념적으로 나타내는 도면이고, 도 21은 두 개의 밀폐부재를 사용하여 터빈 디스크를 밀폐하는 것을 개념적으로 나타내는 도면이고, 도 22는 네 개의 밀폐부재를 사용하여 터빈 디스크를 밀폐하는 것을 개념적으로 나타내는 도면이다.
한 쌍의 터빈 디스크(1100)를 밀폐하기 위해서 사용되는 밀폐부재(1400)의 개수와 밀폐부재(1400)의 삽입 방식은 다양한 형태가 될 수 있다. 밀폐부재(1400)의 몸체부(1410)의 길이도 다양하게 형성될 수 있다. 또한 터빈 디스크(1100)에서 밀폐부재(1400)가 삽입되는 위치도 다양한 형태가 될 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 하나의 밀폐부재(1400)를 사용하여 터빈 디스크(1100)를 밀폐할 수 있다. 하나의 밀폐부재(1400)를 이용하는 경우, 터빈 디스크(1100)의 밀폐채널(1110)에 밀폐부재(1400)를 삽입하면 몸체부(1410)의 일단과 헤드부(1420)는 서로 인접하게 위치되며, 하나의 몸체부(1410)가 한 쌍의 터빈 디스크(1100) 사이를 밀폐한다. 여기서 도면부호 D1은 밀폐부재(1400)가 삽입되는 방향을 나타내며, 도면부호 D2는 고정부재가 체결되는 위치를 나타낸다.
다른 실시예에서는, 도 21에 도시된 바와 같이, 두 개의 밀폐부재(1400a, 1400b)를 사용하여 터빈 디스크(1100)를 밀폐할 수 있다. 각각의 밀폐부재(1400a, 1400b)는 인접하게 서로 대칭되도록 형성된 헤드홈(1120a, 1120b)을 통하여 각각 반대 방향으로 밀폐채널(1110)에 삽입된다. 이 경우, 두 개의 밀폐부재(1400a, 1400b)는 밀폐채널(1110)에 삽입된 상태에서 헤드부(1420a, 1420b)가 서로 마주보도록 배치된다.
또 다른 실시예에서는, 도 22에 도시된 바와 같이, 네 개의 밀폐부재(1400a, 1400b, 1400c, 1400d)를 사용하여 터빈 티스크(1100)를 밀폐할 수 있다. 네 개의 밀폐부재(1400a, 1400b, 1400c, 1400d)를 사용하는 경우, 도 22의 (a)에 도시된 바와 같이, 2개의 서로 다른 위치(1111, 1112)에서 밀폐부재(1400a, 1400b, 1400c, 1400d)가 밀폐채널(1110)에 삽입되거나, 도 22의 (b)에 도시된 바와 같이 4개의 서로 다른 위치(1111, 1112, 1113, 1114)에서 밀폐부재(1400a, 1400b, 1400c, 1400d)가 밀폐채널(1110)에 삽입될 수 있다.
도 22의 (a)에서는, 두 개의 밀폐부재(1400a, 1400b)는 제1 위치(1111)에서 인접하게 서로 대칭되도록 형성된 헤드홈을 통하여 각각 반대 방향으로 밀폐채널(1110)에 삽입된다. 다른 두 개의 밀폐부재(1400c, 1400d)는 제2 위치(1112)에서 인접하게 서로 대칭되도록 형성된 헤드홈을 통하여 각각 반대 방향으로 밀폐채널(1110)에 삽입된다. 제1 위치(1121)와 제2 위치(1112)는 터빈 디스크(1100)의 중심을 기준으로 서로 반대되는 방향에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 22의 (b)에서는, 네 개의 밀폐부재(1400a, 1400b, 1400c, 1400d)가 제1 위치(1111), 제2 위치(1112), 제3 위치(1113), 제4 위치(1114)에서 헤드홈을 통해 밀폐채널(1110)에 삽입된다. 제1 위치(1111)와 제2 위치(1112)는 터빈 디스크(1100)의 중심을 기준으로 서로 반대되는 방향에 형성될 수 있으며, 제3 위치(1113)와 제4 위치(1114)는 터빈 디스크(1100)의 중심을 기준으로 서로 반대되는 방향에 형성될 수 있다. 밀폐부재(1400a, 1400b, 1400c, 1400d)가 삽입되는 위치는 밀폐부재(1400a, 1400b, 1400c, 1400d)의 몸체부(1410a, 1410b, 1410c, 1410d)의 길이에 따라 달라질 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 터보 머신 110 : 압축기
120 : 연소기 130 : 터빈
1000 : 터빈 로터 1100 : 터빈 디스크
1110 : 밀폐채널 1120 : 헤드홈
1130 : 연결채널 1140 : 체결홈
1150 : 걸림턱 1200 : 터빈 블레이드
1300 : 밀폐모듈 1400 : 밀폐부재
1410 : 몸체부 1411 : 하부판
1412 : 측면판 1413 : 완충판
1420 : 헤드부 1421 : 인출홀
1500 : 고정부재 1510 : 고정몸체
1520 : 걸림돌기 1530 : 체결부

Claims (17)

  1. 일정 길이 이상으로 형성되며, 유연한 몸체부; 및
    일측이 상기 몸체부의 일단에 결합되며, 적어도 일부분이 상기 몸체부보다 두께가 더 두껍거나 폭이 더 넓은 헤드부;를 포함하고,
    상기 헤드부는 상기 몸체부와 결합되는 일측이 상기 몸체부와 결합되지 않는 타측보다 더 두꺼운 밀폐부재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 헤드부의 일측은 상기 몸체부를 향해 돌출된 라운드 형상인 밀폐부재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 헤드부에는 적어도 하나의 인출홀이 형성된 밀폐부재.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 몸체부는
    하부판과,
    상기 하부판의 양 측면에 위치하는 측면판과,
    상기 하부판과 상기 측면판에 의해 형성된 공간에 위치하는 완충판을 구비하는 밀폐부재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하부판은 판재 형상이며,
    상기 측면판은 상기 하부판의 양 측을 절곡하여 형성한 밀폐부재.
  7. 일정 길이 이상으로 형성되며 유연한 몸체부와, 일측이 상기 몸체부의 일단에 결합되며 적어도 일부분이 상기 몸체부보다 두께가 더 두껍거나 폭이 더 넓은 헤드부를 구비하는 밀폐부재; 및
    상면, 제1 저면, 제2 저면을 구비하며 상기 밀폐부재의 헤드부를 특정 위치에 고정시키는 고정몸체와, 상기 고정몸체의 상면으로부터 상기 제2 저면을 관통하는 체결부를 구비하는 고정부재;를 포함하고,
    상기 밀폐부재의 헤드부는 상기 몸체부와 결합되는 일측이 상기 몸체부와 결합되지 않는 타측보다 더 두꺼운 밀폐모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고정몸체가 상기 헤드부를 고정시킬 때 상기 제1 저면은 상기 헤드부와 접하고, 상기 제2 저면은 상기 헤드부와 접하지 않는 밀폐모듈.
  9. 삭제
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 밀폐부재의 몸체부는
    하부판과,
    상기 하부판의 양 측면에 위치하는 측면판과,
    상기 하부판과 상기 측면판에 의해 형성된 공간에 위치하는 완충판을 구비하는 밀폐모듈.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 밀폐부재의 헤드부에는 적어도 하나의 인출홀이 형성된 밀폐모듈.
  12. 중심축을 기준으로 회전하며, 축 방향으로 나란하게 배치되는 복수의 디스크; 및
    상기 복수의 디스크 중 하나 이상의 이웃하는 한 쌍의 디스크 사이에 삽입되어 밀폐하는 밀폐모듈;을 포함하며,
    상기 밀폐 모듈은
    일정 길이 이상으로 형성되며 유연한 몸체부와, 일측이 상기 몸체부의 일단에 결합되며 적어도 일부분이 상기 몸체부보다 두께가 더 두껍거나 폭이 더 넓은 헤드부를 구비하는 밀폐부재; 및
    상면, 제1 저면, 제2 저면을 구비하며 상기 밀폐부재의 헤드부를 상기 디스크에 고정시키는 고정몸체와, 상기 고정몸체의 상면으로부터 상기 제2 저면을 관통하여 상기 디스크에 체결되는 체결부를 구비하는 고정부재;를 구비하고,
    상기 한 쌍의 디스크는 각각 서로 대향하는 면에
    상기 디스크의 원주 방향을 따라 고리 형상으로 형성되며, 상기 밀폐부재의 상기 몸체부가 삽입되어 안착되는 밀폐채널과,
    상기 밀폐채널과 연결되며, 상기 밀폐부재의 헤드부 및 상기 고정부재가 안착되는 헤드홈이 형성된 로터.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 밀폐부재의 헤드부는 상기 밀폐채널에 삽입되지 못하는 크기로 형성되는 로터.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 밀폐채널과 상기 헤드홈 사이에 상기 밀폐채널과 상기 헤드홈을 연결하는 연결채널이 형성되며,
    상기 밀폐부재의 헤드부는 상기 연결채널에 삽입되지 못하는 크기로 형성되는 로터.
  16. 통과되는 유체에 의해 회전하는 복수의 로터를 포함하며,
    상기 로터는
    중심축을 기준으로 회전하며 축 방향으로 나란하게 배치되는 복수의 디스크와, 상기 복수의 디스크 중 하나 이상의 이웃하는 한 쌍의 디스크 사이에 삽입되어 밀폐하는 밀폐모듈을 구비하며,
    상기 밀폐모듈은
    일정 길이 이상으로 형성되며 유연한 몸체부와, 일측이 상기 몸체부의 일단에 결합되며 적어도 일부분이 상기 몸체부보다 두께가 더 두껍거나 폭이 더 넓은 헤드부를 구비하는 밀폐부재; 및
    상면, 제1 저면, 제2 저면을 구비하며 상기 밀폐부재의 헤드부를 상기 디스크에 고정시키는 고정몸체와, 상기 고정몸체의 상면으로부터 상기 제2 저면을 관통하여 상기 디스크에 체결되는 체결부를 구비하는 고정부재;를 구비하고,
    상기 밀폐부재의 헤드부는 상기 몸체부와 결합되는 일측이 상기 몸체부와 결합되지 않는 타측보다 더 두꺼운 터빈.
  17. 통과되는 유체에 의해 동력을 발생하는 터빈을 포함하며,
    상기 터빈은 통과되는 유체에 의해 회전하는 복수의 로터를 구비하고,
    상기 로터는
    중심축을 기준으로 회전하며 축 방향으로 나란하게 배치되는 복수의 디스크와, 상기 복수의 디스크 중 하나 이상의 이웃하는 한 쌍의 디스크 사이에 삽입되어 밀폐하는 밀폐모듈을 구비하며,
    상기 밀폐 모듈은
    일정 길이 이상으로 형성되며 유연한 몸체부와, 일측이 상기 몸체부의 일단에 결합되며 적어도 일부분이 상기 몸체부보다 두께가 더 두껍거나 폭이 더 넓은 헤드부를 구비하는 밀폐부재; 및
    상면, 제1 저면, 제2 저면을 구비하며 상기 밀폐부재의 헤드부를 상기 디스크에 고정시키는 고정몸체와, 상기 고정몸체의 상면으로부터 상기 제2 저면을 관통하는 상기 디스크에 체결되는 체결부를 구비하는 고정부재;를 구비하고,
    상기 밀폐부재의 헤드부는 상기 몸체부와 결합되는 일측이 상기 몸체부와 결합되지 않는 타측보다 더 두꺼운 터보 머신.
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