KR102299164B1 - 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈 - Google Patents

터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈 Download PDF

Info

Publication number
KR102299164B1
KR102299164B1 KR1020200038943A KR20200038943A KR102299164B1 KR 102299164 B1 KR102299164 B1 KR 102299164B1 KR 1020200038943 A KR1020200038943 A KR 1020200038943A KR 20200038943 A KR20200038943 A KR 20200038943A KR 102299164 B1 KR102299164 B1 KR 102299164B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cooling plate
turbine
casing
pair
main body
Prior art date
Application number
KR1020200038943A
Other languages
English (en)
Inventor
이승민
권용환
김동일
하진웅
Original Assignee
두산중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산중공업 주식회사 filed Critical 두산중공업 주식회사
Priority to KR1020200038943A priority Critical patent/KR102299164B1/ko
Priority to US17/204,947 priority patent/US11371378B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102299164B1 publication Critical patent/KR102299164B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/24—Actively adjusting tip-clearance by selectively cooling-heating stator or rotor components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14—Casings modified therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/023—Transition ducts between combustor cans and first stage of the turbine in gas-turbine engines; their cooling or sealings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/35—Combustors or associated equipment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221—Improvement of heat transfer
    • F05D2260/2214—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
    • F05D2260/22141—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface using fins or ribs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/232—Heat transfer, e.g. cooling characterized by the cooling medium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치는, 터빈 케이싱과 터빈 블레이드 사이에 형성되는 팁 클리어런스를 제어하는 장치에 있어서, 터빈 블레이드를 둘러싸는 케이싱, 케이싱에 원주방향으로 형성되는 홈에 설치되고 외주면에 형성된 적어도 하나의 핀부를 포함하며 공급되는 냉기에 의해 수축되는 냉각 플레이트, 및 냉각 플레이트의 반경방향 내측에 장착되는 링 세그먼트를 포함한다.

Description

터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈{Apparatus for controlling tip clearance of turbine blade and gas turbine compring the same}
본 발명은 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.
터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈 및 고온의 연소가스를 이용하는 가스 터빈 등이 있다.
이 중, 가스 터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 하우징 내에 복수의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다.
연소기는 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소가스가 생성된다.
터빈은 터빈 하우징 내에 복수의 터빈 베인과, 터빈 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 또한, 압축기와 연소기와 터빈 및 배기실의 중심부를 관통하도록 로터가 배치되어 있다.
로터는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고, 로터에 복수의 디스크가 고정되어, 각각의 블레이드가 연결되는 동시에, 배기실측의 단부에 발전기 등의 구동축이 연결된다.
이러한 가스 터빈은 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.
가스 터빈의 작동에 대해서 간략하게 설명하면, 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소가스가 만들어지고, 이렇게 만들어진 연소가스는 터빈측으로 분사된다. 분사된 연소가스가 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성하고, 이에 로터가 회전하게 된다.
이때 터빈 케이싱과 블레이드 사이에는 팁 클리어런스(Tip clearance)로 정의되는 간격이 형성된다. 팁 클리어런스가 적정 수준 이상으로 커지면 일을 하지 않고 터빈 케이싱과 블레이드 사이로 빠져나가는 연소가스의 양이 증가하여 가스터빈 전체의 효율이 감소한다. 반대로 팁 클리어런스가 적정 수준 이하로 작아지면 터빈 케이싱의 내벽을 블레이드가 긁게 되는 문제가 발생한다. 따라서 터빈의 팁 클리어런스를 적정한 수준에서 조절하는 것은 가스터빈의 성능을 향상시키는 것과 밀접한 관련이 있다.
등록특허공보 제10-1957590호
본 발명은 냉기가 공급되는 냉각 플레이트의 형상을 개선하여 냉기를 더 효율적으로 전달받아 반경방향으로 더 많이 수축될 수 있는 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치는, 터빈 케이싱과 터빈 블레이드 사이에 형성되는 팁 클리어런스를 제어하는 장치에 있어서, 터빈 블레이드를 둘러싸는 케이싱, 케이싱에 원주방향으로 형성되는 홈에 설치되고 외주면에 형성된 적어도 하나의 핀부를 포함하며 공급되는 냉기에 의해 수축되는 냉각 플레이트, 및 냉각 플레이트의 반경방향 내측에 장착되는 링 세그먼트를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치에서, 냉각 플레이트는 케이싱의 홈에 배치되는 본체부와, 본체부의 반경방향 내측에 형성되는 장착홈부와, 본체부의 반경방향 외주면 양측에 외측으로 연장되는 한 쌍의 측벽부와, 본체부의 외주면에서 상방으로 연장되는 핀부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치에서, 핀부는 한 쌍의 측벽부의 사이에서 중앙부에 배치되는 리브 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치에서, 핀부는 측벽부의 반경방향 높이보다 더 높게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치에서, 냉각 플레이트는 한 쌍의 측벽부의 상단부에서 외측으로 연장되는 장착리브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치에서, 핀부는 한 쌍의 측벽부의 사이에 형성되는 2개 이상의 리브로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치에서, 핀부는 한 쌍의 측벽부의 사이에 형성되고 측벽부와 유사한 높이로 형성되는 2개의 리브와, 2개의 리브 사이에 형성되고 2개의 리브보다 낮은 높이로 형성되는 하나의 리브로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치에서, 핀부는 한 쌍의 측벽부의 사이에서 중앙부에 배치되는 리브 형태로 이루어지고, 리브의 중간에 형성된 관통공을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치에서, 관통공은 냉각 플레이트의 폭방향에 대해 소정 각도 경사지게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치에서, 한 쌍의 측벽부는 내측면에 홈 또는 홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은, 외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기, 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기, 터빈 케이싱 내부에 터빈 블레이드가 장착되며, 연소기로부터 배출되는 연소가스에 의해 터빈 블레이드가 회전하는 터빈, 및 터빈 케이싱과 터빈 블레이드 사이에 형성되는 팁 클리어런스를 제어하는 장치를 포함하고, 팁 클리어런스를 제어하는 장치는 터빈 블레이드를 둘러싸는 케이싱, 케이싱에 원주방향으로 형성되는 홈에 설치되고 외주면에 형성된 적어도 하나의 핀부를 포함하며 공급되는 냉기에 의해 수축되는 냉각 플레이트, 및 냉각 플레이트의 반경방향 내측에 장착되는 링 세그먼트를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에서, 냉각 플레이트는 케이싱의 홈에 배치되는 본체부와, 본체부의 반경방향 내측에 형성되는 장착홈부와, 본체부의 반경방향 외주면 양측에 외측으로 연장되는 한 쌍의 측벽부와, 본체부의 외주면에서 상방으로 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에서, 핀부는 한 쌍의 측벽부의 사이에서 중앙부에 배치되는 리브 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에서, 핀부는 측벽부의 반경방향 높이보다 더 높게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에서, 냉각 플레이트는 한 쌍의 측벽부의 상단부에서 외측으로 연장되는 장착리브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에서, 핀부는 한 쌍의 측벽부의 사이에 형성되는 2개 이상의 리브로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에서, 핀부는 한 쌍의 측벽부의 사이에 형성되고 측벽부와 유사한 높이로 형성되는 2개의 리브와, 2개의 리브 사이에 형성되고 2개의 리브보다 낮은 높이로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에서, 핀부는 한 쌍의 측벽부의 사이에서 중앙부에 배치되는 리브 형태로 이루어지고, 리브의 중간에 형성된 관통공을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에서, 관통공은 냉각 플레이트의 폭방향에 대해 소정 각도 경사지게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에서, 한 쌍의 측벽부는 내측면에 홈 또는 홀이 형성될 수 있다.
상기한 본 발명의 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈에 의하면, 냉기가 공급되는 냉각 플레이트의 형상을 개선하여 냉기를 더 효율적으로 전달받아 반경방향으로 더 많이 수축될 수 있다.
이에 따라, 냉각 플레이트에 장착된 링 세그먼트도 반경방향으로 더 많이 이동될 수 있으므로, 터빈 블레이드의 팁 클리어런스를 더 넓은 범위에서 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 일부 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부 구조를 나타내는 일부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치에 냉기를 공급하기 전과 후의 온도 분포를 나타내는 그림이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치에 냉기를 공급하기 전과 후에 냉각 플레이트의 반경방향 변형량을 나타내는 그림이다.
도 8은 냉각 플레이트의 핀부 높이가 낮은 경우와 높은 경우에 냉각 플레이트의 반경방향 변형량을 나타내는 그림이다.
도 9는 냉각 플레이트에 핀부가 복수개 형성된 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 10은 냉각 플레이트의 핀부에 관통공이 형성된 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 11은 냉각 플레이트의 핀부에 관통공이 형성되고 측벽부에 홀 또는 홈이 형성된 실시예를 나타내는 단면도이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 일부 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부 구조를 나타내는 일부 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 압축기(1100), 연소기(1200), 터빈(1300)을 포함한다. 압축기(1100)는 방사상으로 설치된 다수의 블레이드(1110)를 구비한다. 압축기(1100)는 블레이드(1110)를 회전시키며, 블레이드(1110)의 회전에 의해 공기가 압축되면서 이동한다. 블레이드(1110)의 크기 및 설치 각도는 설치 위치에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 압축기(1100)는 터빈(1300)과 직접 또는 간접적으로 연결되어, 터빈(1300)에서 발생되는 동력의 일부를 전달받아 블레이드(1110)의 회전에 이용할 수 있다.
압축기(1100)에서 압축된 공기는 연소기(1200)로 이동한다. 연소기(1200)는 환형으로 배치되는 복수의 연소 챔버(1210)와 연료 노즐 모듈(1220)을 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 하우징(1010)을 구비하고 있고, 하우징(1010)의 후측에는 터빈을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨져(1400)가 구비되어 있다. 그리고, 디퓨져(1400)의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(1200)가 배치된다.
공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 하우징(1010)의 상류측에 압축기 섹션(1100)이 위치하고, 하류 측에 터빈 섹션(1300)이 배치된다. 그리고, 압축기 섹션(1100)과 터빈 섹션(1300)의 사이에는 터빈 섹션(1300)에서 발생된 회전토크를 압축기 섹션(1100)으로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브 유닛(1500)이 배치되어 있다.
압축기 섹션(1100)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(1120)가 구비되고, 각각의 압축기 로터 디스크(1120)들은 타이로드(1600)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.
구체적으로, 각각의 압축기 로터 디스크(1120)는 회전축을 구성하는 타이로드(1600)가 대략 중앙을 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로터 디스크(1120)는 대향하는 면이 타이로드(1600)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.
압축기 로터 디스크(1120)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(1110)가 방사상으로 결합되어 있다. 각각의 블레이드(1110)는 도브테일부(1112)를 구비하여 압축기 로터 디스크(1120)에 체결된다.
각각의 로터 디스크(1120)의 사이에는 하우징에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 베인은 로터 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 로터 디스크의 블레이드를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 로터 디스크의 블레이드로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.
도브테일부(1112)의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스 터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있으며, 통상적으로 알려진 도브테일 또는 전나무 형태(Fir-tree)를 가질 수 있다. 경우에 따라서는, 상기한 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키이 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.
타이로드(1600)는 복수 개의 압축기 로터 디스크(1120) 및 터빈 로터 디스크(1322)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 타이로드(1600)는 하나 또는 복수의 타이로드로 구성될 수 있다. 타이로드(1600)의 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타이로드(1600)의 타측 단부는 고정 너트(1450)에 의해 체결될 수 있다.
타이로드(1600)의 형태는 가스 터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 2에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 로터 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.
도시되지는 않았으나, 가스 터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 디퓨져(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(deswirler)라고 한다.
연소기(1200)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈 부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스 온도를 높이게 된다.
가스 터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 하우징 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combuster Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다. 또한 라이너의 전단에는 연료노즐이 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합된다.
한편 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 이러한 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 전술한 트랜지션피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.
한편, 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈(1300)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌하여, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크튜브를 거쳐 압축기으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.
터빈(1300)은 기본적으로는 압축기의 구조와 유사하다. 즉, 터빈(1300)에도 압축기(1100)의 로터와 유사한 터빈 로터(1320)가 구비된다. 따라서, 터빈 로터(1320)는 터빈 로터 디스크(1322)와, 이로부터 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드(1324)를 포함한다. 터빈 블레이드(1324) 역시 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크(1322)에 결합될 수 있다.
아울러, 터빈 로터 디스크(1322)의 터빈 블레이드(1324)의 사이에도 터빈 케이싱(1312)에 고정되는 복수개의 터빈 베인(1314)이 구비되어, 터빈 블레이드(1324)를 통과한 연소가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다. 이때, 고정체에 해당하는 터빈 케이싱(1312)과 터빈 베인(1314) 역시, 회전체에 해당하는 터빈 로터(120)와 구분하기 위하여, 터빈 스테이터(110)라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.
터빈 베인(1314)의 내측 단부와 외측 단부에 결합된 엔드월(endwall)인 베인 캐리어(200)에 의해, 터빈 베인(1314)은 하우징 내에 고정적으로 장착된다. 반면에, 하우징 내측에 회전하는 터빈 블레이드(1324)의 외측 단부와 마주보는 위치에는 링 세그먼트(130)가 터빈 블레이드(1324)의 외측 단부와 소정의 간극을 형성하도록 장착된다. 즉, 링 세그먼트(130)와 터빈 블레이드(1324)의 외측 단부 사이의 간극이 팁 클리어런스(Tip clearance)를 형성한다.
한편, 터빈 블레이드(1324)는 고온 고압의 연소가스와 직접 접촉하게 된다. 연소가스에 의해 터빈 블레이드(1324)가 변형될 수 있으며, 터빈 블레이드(1324)의 변형에 의해 터빈(1300)이 파손될 수도 있다. 이러한 고온에 의한 변형을 방지하기 위해 압축기(1100)와 터빈(1300)의 사이에는 연소가스보다 상대적으로 온도가 낮은 압축기(1100) 내부의 공기 일부를 분기시켜 터빈 블레이드(1324)로 공급하는 분기유로(1800)가 형성될 수 있다.
분기유로(1800)는 압축기 케이싱 외부로 형성하거나, 압축기 로터 디스크(1120)를 관통하여 내부로 형성될 수 있다. 분기유로(1800)는 압축기(1100)로부터 분기된 압축공기를 터빈 로터 디스크(1322)의 내부로 공급할 수 있다. 터빈 로터 디스크(1322)의 내부로 공급된 압축공기는 반경방향 외측으로 흐르게 되며, 터빈 블레이드(1324)의 내부로 공급되어 터빈 블레이드(1324)를 냉각할 수 있다. 또한, 하우징(1010) 외부로 연결된 분기유로(1800)는 압축기(1100)로부터 분기된 압축공기를 터빈 케이싱(1312) 내부로 공급하여 터빈 케이싱(1312) 내부를 냉각할 수 있다. 분기유로(1800)는 중간에 밸브(1820)를 구비하여 압축공기를 선택적으로 공급할 수 있다. 또한, 분기유로(1800)에는 열교환기(미도시)를 연결하여 압축공기를 선택적으로 더 냉각시킨 다음 공급할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치를 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치는, 터빈 블레이드(1324)를 둘러싸는 케이싱(110)과, 케이싱에 원주방향으로 형성되는 홈에 설치되고 외주면에 형성된 적어도 하나의 핀부(128)를 포함하며 공급되는 냉기에 의해 수축되는 냉각 플레이트(120)와, 냉각 플레이트의 반경방향 내측에 장착되는 링 세그먼트(130)를 포함할 수 있다.
케이싱(110)은 복수의 터빈 블레이드(1324)의 단부들로부터 소정 간격 이격되도록 배치되는 터빈 케이싱(110)이다. 터빈 케이싱(110)에는 각 링 세그먼트(130)가 장착되는 위치에 원주방향으로 홈이 형성될 수 있다.
냉각 플레이트(120)는 터빈 케이싱(110)의 홈에 설치될 수 있다. 냉각 플레이트(120)는 복수개의 세그먼트로 형성되어 원주방향으로 배치될 수 있다. 도 4 및 도 5에서 냉각 플레이트(120)의 측벽부(125) 양측 상단부에는 장착리브(126)가 형성된 것으로 도시되어 있다. 하지만, 냉각 플레이트(120)의 측벽부(125)에 장착리브(126)가 형성되지 않을 수도 있다. 냉각 플레이트(120)는 복수개의 세그먼트로 구성되므로, 각 세그먼트의 원주방향 측면이 반경방향으로 지지될 수 있도록 형성됨으로써, 장착리브가 없더라도 냉각 플레이트(120) 세그먼트들이 터빈 케이싱(110)의 홈에 고정적으로 장착될 수 있다.
링 세그먼트(130)는 냉각 플레이트(120)의 반경방향 내측에 구비되는 장착구조에 장착될 수 있다. 링 세그먼트(130)는 원주방향으로 구부러진 플레이트 형태의 본체부(132)와, 본체부(132)의 반경방향 외측면에서 외측으로 연장되었다가 축방향 외측으로 연장되는 장착리브부(134)를 포함할 수 있다.
냉각 플레이트(120)는 케이싱(110)의 홈에 배치되는 본체부(122)와, 본체부의 반경방향 내측에 형성되는 장착홈부(124)와, 본체부의 반경방향 외주면 양측에 외측으로 연장되는 한 쌍의 측벽부(125)와, 본체부의 외주면에서 상방으로 연장되는 핀부(128)를 포함할 수 있다.
본체부(122)는 원주방향으로 절곡된 원호형 플레이트 세그먼트 형태로 이루어질 수 있다.
장착홈부(124)는 본체부(122)의 반경방향 내측에 형성되는데, 내주면에서 축방향 양측 가장자리에서 반경방향 내측으로 연장되었다가 그 내측 단부가 서로 마주보도록 절곡됨으로써 내측에 링 세그먼트(130)의 장착리브부(134)가 삽입되는 홈을 형성할 수 있다.
한 쌍의 측벽부(125)는 본체부(122)의 반경방향 외주면 양측 가장자리에서 외측으로 연장되는 리브 형태로 이루어질 수 있다. 상기한 바와 같이, 각 측벽부(125)의 상단부 축방향 외측에는 장착리브(126)가 형성될 수도 있고 장착리브(126)가 형성되지 않을 수도 있다.
핀부(128)는 한 쌍의 측벽부(125)의 사이에서 중앙부에 배치되고 반경방향 외측으로 연장되는 리브 형태로 이루어질 수 있다. 이 핀부(128)는 케이싱(110)의 외측으로부터 냉각 플레이트(120)로 공급되는 압축공기의 냉기를 효율적으로 전달받을 수 있도록 한다.
위에서 한 쌍의 측벽부(125)는 본체부(122)의 가장자리에서 연장되어 케이싱(110)의 홈 내측면에 접촉되어 있어서 측벽부라고 명명하였으나, 측벽부(125)도 핀부(128)와 마찬가지로 리브 형태로 형성되어 냉기를 전달받는 냉각핀의 일종이라 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치에 냉기를 공급하기 전과 후의 온도 분포를 나타내는 그림이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 팁 클리어런스 제어장치에 냉기를 공급하기 전과 후에 냉각 플레이트의 반경방향 변형량을 나타내는 그림이며, 도 8은 냉각 플레이트의 핀부 높이가 낮은 경우와 높은 경우에 냉각 플레이트의 반경방향 변형량을 나타내는 그림이다.
도 6(a)에 도시된 바와 같이, 팁 클리어런스 제어장치에 냉기를 공급하지 않고 가스 터빈을 작동한 경우 온도 분포는, 내측의 링 세그먼트의 최저 온도가 약 470℃이고 외측의 케이싱(110)의 최고 온도가 약 886℃로 나타났다.
도 6(b)에 도시된 바와 같이, 팁 클리어런스 제어장치에 냉기를 공급하면서 가스 터빈을 작동한 경우 온도 분포는, 외측의 케이싱의 최저 온도가 약 422℃이고 내측의 링 세그먼트의 최고 온도가 약 882℃로 나타났다. 이렇게 냉각 플레이트가 냉각되면 반경방향 내측으로 수축하므로, 냉각 플레이트에 장착된 링 세그먼트와 터빈 블레이드 단부 사이의 팁 클리어런스가 줄어들 수 있다.
도 7(a)에 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트에 냉기를 공급하지 않고 가스 터빈을 작동한 경우, 냉각 플레이트와 링 세그먼트의 반경방향으로의 변형량 분포는 링 세그먼트 내측단의 최소 변위가 약 4.86mm이고 냉각 플레이트 외측단의 최대 변위가 약 5.76mm임을 알 수 있다.
도 7(b)에 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트에 냉기를 공급하면서 가스 터빈을 작동한 경우, 냉각 플레이트와 링 세그먼트의 반경방향으로의 변형량 분포는 링 세그먼트 내측단의 최소 변위가 약 4.28mm이고 냉각 플레이트 외측단의 최대 변위가 약 4.98mm임을 알 수 있다.
따라서, 팁 클리어런스 제어장치는 냉기 공급 여부에 따라 냉각 플레이트의 변위 기준으로 반경방향으로의 변형량은 최소 변위 기준으로 약 0.58mm만큼 제어할 수 있고, 최대 변위 기준으로 약 0.78mm만큼 제어할 수 있다.
도 8(a)에 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트(120)의 핀부(128)의 반경방향 높이는 측벽부(125)의 반경방향 높이보다 약간 작게 형성될 수 있다. 도 8(a)는 도 7(b)와 동일한 그림이다. 이 경우, 냉각 플레이트에 냉기를 공급하면서 가스 터빈을 작동할 때, 냉각 플레이트와 링 세그먼트의 반경방향으로의 변형량 분포는 링 세그먼트 내측단의 최소 변위가 약 4.28mm이고 냉각 플레이트 외측단의 최대 변위가 약 4.98mm임을 알 수 있다.
도 8(b)에 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트(120)의 핀부(128)의 반경방향 높이는 측벽부(125)의 반경방향 높이보다 더 높게 형성될 수도 있다. 이 경우, 냉각 플레이트에 냉기를 공급하면서 가스 터빈을 작동할 때, 냉각 플레이트와 링 세그먼트의 반경방향으로의 변형량 분포는 링 세그먼트 내측단의 최소 변위가 약 4.24mm이고 냉각 플레이트 외측단의 최대 변위가 약 4.92mm임을 알 수 있다.
이 경우, 팁 클리어런스 제어장치는 냉기 공급 여부에 따라 냉각 플레이트의 변위 기준으로 반경방향으로의 변형량은 최대 변위 기준으로 냉각 여부에 따라 약 0.84mm만큼 제어할 수 있다. 즉, 핀부(128)의 반경방향 높이가 클수록 냉기 전달이 더 많이 일어나서 더 많이 수축하는 것을 알 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 플레이트를 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트(120)에 핀부(128)가 복수개 형성될 수 있다. 즉, 핀부(128)는 한 쌍의 측벽부(125)의 사이에 형성되는 2개 이상의 리브로 구성될 수 있다.
도 9(a)의 경우, 한 쌍의 측벽부(125)의 사이에 2개의 핀부(128)가 배치될 수 있다. 이때, 한 쌍의 측벽부(125)의 축방향 외측면에는 장착리브가 형성되지 않은 것을 알 수 있다. 핀부(128)는 한 쌍의 측벽부(125)와 같은 반경방향 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 물론, 핀부(128)의 높이는 측벽부(125)보다 높거나 낮게 형성될 수도 있다.
도 9(b)의 경우, 한 쌍의 측벽부(125)의 사이에 측벽부(125)와 유사한 높이를 가진 2개의 리브 형태의 핀부(128)와, 2개의 핀부(128) 사이에 측벽부(125)보다 낮은 높이를 가진 하나의 리브 형태의 핀부(128)가 형성될 수 있다.
도 9에서와 같이 한 쌍의 측벽부(125)의 사이에 2개 이상의 핀부(128)가 배치되면, 측벽부(125)와 핀부(128)로 구성되는 냉각핀이 더 많아져서 냉각 플레이트(120)가 냉기를 더 많이 흡수하여 더 많이 수축될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트(120)의 핀부(128)에는 관통공(129)이 형성될 수 있다.
도 10(a)의 경우, 관통공(129)이 축방향으로, 즉 핀부(128)에 수직방향으로 형성될 수 있다. 핀부(128)에 관통공(129)이 형성되면, 냉기 전달이 효율적으로 이루어질 수 있다.
도 10(b)의 경우, 관통공(129)이 핀부(128)에 냉각 플레이트(120)의 폭방향에 대해 소정 각도 경사지게 형성될 수 있다. 관통공(129)이 경사지게 형성되면, 냉기 전달 경로가 더욱 길어져서 냉기 전달이 더 효율적으로 이루어질 수 있다.
아울러, 도 9에서와 같이 복수의 핀부(128)가 배치되는 경우에도 각 핀부(128)에 관통공(129)이 형성될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트(120)는 핀부(128)에 관통공(129)이 형성됨과 동시에 한 쌍의 측벽부(125)에도 내측면에 홈 또는 홀(127)이 형성될 수 있다.
도 11(a)의 경우, 관통공(129)이 핀부(128)에 수직방향으로 형성되고, 한 쌍의 측벽부(125)에도 홀(127)이 관통 형성될 수 있다. 측벽부(125)의 홀(127)은 케이싱(110)의 내측면에 밀착되어 막힐 수 있다. 한 쌍의 측벽부(125)도 냉각핀의 역할을 하므로, 측벽부(125)에 홀(127)을 형성하면 냉기 전달 성능이 향상될 수 있다.
도 11(b)의 경우, 관통공(129)이 핀부(128)에 수직방향으로 형성되고, 한 쌍의 측벽부(125)의 내측면에 홈(127)이 형성될 수 있다. 홈(127)은 측벽부(125)의 내측면에 반경방향 높이가 서로 다르게 2개 이상 형성될 수 있다. 홈(127)은 원주방향으로 길게 형성되거나 원주방향으로 복수의 홈이 소정 간격으로 배열될 수도 있다.
가스 터빈을 기동할 때에는 터빈 블레이드(1324)가 급속 가열되기 때문에 링 세그먼트(130)와 터빈 블레이드(1324) 사이의 팁 클리어런스가 작아지게 된다. 그래서, 기동시에는 냉각 플레이트(120)에 오히려 가열된 공기를 공급하여 링 세그먼트(130)를 반경방향 외측으로 이동시킴으로써, 터빈 블레이드(1324) 단부가 링 세그먼트(130)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
가스 터빈이 일정한 회전 속도로 작동되는 정상 상태에서는 팁 클리어런스가 커지게 되므로, 냉각 플레이트(120)에 냉기를 공급하여 링 세그먼트(130)를 반경방향 내측으로 이동시킴으로써, 팁 클리어런스를 적정 간격으로 작게 유지할 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.
1000: 가스터빈 1010: 하우징
1100: 압축기 1110: 압축기 블레이드
1112: 도브테일부 1120: 압축기 로터 디스크
1200: 연소기 1300: 터빈
1310: 터빈 스테이터 1312: 터빈 케이싱
1314: 터빈 베인 1320: 터빈 로터
1322: 터빈 로터 디스크 1324: 터빈 블레이드
1400: 디퓨져 1450: 고정너트
1500: 토크튜브 유닛 1600: 타이로드
1800: 분기유로 1820: 밸브
110: 케이싱 120: 냉각 플레이트
122: 본체부 124: 장착홈부
125: 측벽부 126: 장착리브
127: 홀 128: 핀부
129: 관통공 130: 링 세그먼트
132: 본체부 134: 장착리브부
200: 베인 캐리어

Claims (20)

  1. 터빈 케이싱과 터빈 블레이드 사이에 형성되는 팁 클리어런스를 제어하는 장치에 있어서,
    상기 터빈 블레이드를 둘러싸는 케이싱;
    상기 케이싱에 원주방향으로 형성되는 홈에 설치되고 외주면에 형성된 적어도 하나의 핀부를 포함하며 공급되는 냉기에 의해 수축되는 냉각 플레이트; 및
    상기 냉각 플레이트의 반경방향 내측에 장착되는 링 세그먼트를 포함하고,
    상기 냉각 플레이트는 상기 케이싱의 홈에 배치되는 본체부와, 상기 본체부의 반경방향 내측에 형성되는 장착홈부와, 상기 본체부의 반경방향 외주면 양측에 외측으로 연장되는 한 쌍의 측벽부와, 상기 본체부의 외주면에서 상방으로 연장되는 핀부를 포함하며,
    상기 핀부는 상기 한 쌍의 측벽부의 사이에 형성되고 상기 측벽부와 유사한 높이로 형성되는 2개의 리브와, 상기 2개의 리브 사이에 형성되고 상기 2개의 리브보다 낮은 높이로 형성되는 하나의 리브로 구성되는 팁 클리어런스 제어장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 핀부는 상기 한 쌍의 측벽부의 사이에서 중앙부에 배치되는 리브 형태로 이루어진 팁 클리어런스 제어장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 핀부는 상기 측벽부의 반경방향 높이보다 더 높게 형성되는 팁 클리어런스 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트는 상기 한 쌍의 측벽부의 상단부에서 외측으로 연장되는 장착리브를 더 포함하는 팁 클리어런스 제어장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 터빈 케이싱과 터빈 블레이드 사이에 형성되는 팁 클리어런스를 제어하는 장치에 있어서,
    상기 터빈 블레이드를 둘러싸는 케이싱;
    상기 케이싱에 원주방향으로 형성되는 홈에 설치되고 외주면에 형성된 적어도 하나의 핀부를 포함하며 공급되는 냉기에 의해 수축되는 냉각 플레이트; 및
    상기 냉각 플레이트의 반경방향 내측에 장착되는 링 세그먼트를 포함하고,
    상기 냉각 플레이트는 상기 케이싱의 홈에 배치되는 본체부와, 상기 본체부의 반경방향 내측에 형성되는 장착홈부와, 상기 본체부의 반경방향 외주면 양측에 외측으로 연장되는 한 쌍의 측벽부와, 상기 본체부의 외주면에서 상방으로 연장되는 핀부를 포함하며,
    상기 핀부는 상기 한 쌍의 측벽부의 사이에서 중앙부에 배치되는 리브 형태로 이루어지고, 리브의 중간에 형성된 관통공을 포함하는 팁 클리어런스 제어장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 냉각 플레이트의 폭방향에 대해 소정 각도 경사지게 형성된 팁 클리어런스 제어장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 한 쌍의 측벽부는 내측면에 홈 또는 홀이 형성된 팁 클리어런스 제어장치.
  11. 외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기;
    터빈 케이싱 내부에 터빈 블레이드가 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈; 및
    상기 터빈 케이싱과 터빈 블레이드 사이에 형성되는 팁 클리어런스를 제어하는 장치를 포함하고,
    상기 팁 클리어런스를 제어하는 장치는
    상기 터빈 블레이드를 둘러싸는 케이싱;
    상기 케이싱에 원주방향으로 형성되는 홈에 설치되고 외주면에 형성된 적어도 하나의 핀부를 포함하며 공급되는 냉기에 의해 수축되는 냉각 플레이트; 및
    상기 냉각 플레이트의 반경방향 내측에 장착되는 링 세그먼트를 포함하며,
    상기 냉각 플레이트는 상기 케이싱의 홈에 배치되는 본체부와, 상기 본체부의 반경방향 내측에 형성되는 장착홈부와, 상기 본체부의 반경방향 외주면 양측에 외측으로 연장되는 한 쌍의 측벽부와, 상기 본체부의 외주면에서 상방으로 연장되는 핀부를 포함하고,
    상기 핀부는 상기 한 쌍의 측벽부의 사이에 형성되고 상기 측벽부와 유사한 높이로 형성되는 2개의 리브와, 상기 2개의 리브 사이에 형성되고 상기 2개의 리브보다 낮은 높이로 형성되는 하나의 리브로 구성되는 가스 터빈.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 핀부는 상기 한 쌍의 측벽부의 사이에서 중앙부에 배치되는 리브 형태로 이루어진 가스 터빈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 핀부는 상기 측벽부의 반경방향 높이보다 더 높게 형성되는 가스 터빈.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트는 상기 한 쌍의 측벽부의 상단부에서 외측으로 연장되는 장착리브를 더 포함하는 가스 터빈.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기;
    터빈 케이싱 내부에 터빈 블레이드가 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈; 및
    상기 터빈 케이싱과 터빈 블레이드 사이에 형성되는 팁 클리어런스를 제어하는 장치를 포함하고,
    상기 팁 클리어런스를 제어하는 장치는
    상기 터빈 블레이드를 둘러싸는 케이싱;
    상기 케이싱에 원주방향으로 형성되는 홈에 설치되고 외주면에 형성된 적어도 하나의 핀부를 포함하며 공급되는 냉기에 의해 수축되는 냉각 플레이트; 및
    상기 냉각 플레이트의 반경방향 내측에 장착되는 링 세그먼트를 포함하며,
    상기 냉각 플레이트는 상기 케이싱의 홈에 배치되는 본체부와, 상기 본체부의 반경방향 내측에 형성되는 장착홈부와, 상기 본체부의 반경방향 외주면 양측에 외측으로 연장되는 한 쌍의 측벽부와, 상기 본체부의 외주면에서 상방으로 연장되는 핀부를 포함하고,
    상기 핀부는 상기 한 쌍의 측벽부의 사이에서 중앙부에 배치되는 리브 형태로 이루어지고, 리브의 중간에 형성된 관통공을 포함하는 가스 터빈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 냉각 플레이트의 폭방향에 대해 소정 각도 경사지게 형성된 가스 터빈.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 한 쌍의 측벽부는 내측면에 홈 또는 홀이 형성된 가스 터빈.
KR1020200038943A 2020-03-31 2020-03-31 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈 KR102299164B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200038943A KR102299164B1 (ko) 2020-03-31 2020-03-31 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈
US17/204,947 US11371378B2 (en) 2020-03-31 2021-03-18 Apparatus for controlling turbine blade tip clearance and gas turbine including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200038943A KR102299164B1 (ko) 2020-03-31 2020-03-31 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102299164B1 true KR102299164B1 (ko) 2021-09-07

Family

ID=77797227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200038943A KR102299164B1 (ko) 2020-03-31 2020-03-31 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11371378B2 (ko)
KR (1) KR102299164B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12012859B2 (en) 2022-07-11 2024-06-18 General Electric Company Variable flowpath casings for blade tip clearance control
US11808157B1 (en) * 2022-07-13 2023-11-07 General Electric Company Variable flowpath casings for blade tip clearance control

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070051749A (ko) * 2005-11-15 2007-05-18 제너럴 일렉트릭 캄파니 능동형 블레이드 팁 간극 조절 시스템, 터빈 밀봉 공기시스템과 능동형 간극 조절 시스템의 통합 시스템 및블레이드 팁 간극 조절 방법
JP2016520757A (ja) * 2013-05-28 2016-07-14 シーメンス エナジー インコーポレイテッド ３フックリングセグメント用の冷却システム
KR101957590B1 (ko) 2017-09-22 2019-06-27 두산중공업 주식회사 팁 클리어런스 제어방법, 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스터빈

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5167488A (en) * 1991-07-03 1992-12-01 General Electric Company Clearance control assembly having a thermally-controlled one-piece cylindrical housing for radially positioning shroud segments
US5211407A (en) * 1992-04-30 1993-05-18 General Electric Company Compressor rotor cross shank leak seal for axial dovetails
US7033138B2 (en) * 2002-09-06 2006-04-25 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Ring segment of gas turbine
FR2857406B1 (fr) * 2003-07-10 2005-09-30 Snecma Moteurs Refroidissement des anneaux de turbine
US8177492B2 (en) * 2008-03-04 2012-05-15 United Technologies Corporation Passage obstruction for improved inlet coolant filling
US8157620B2 (en) * 2008-12-23 2012-04-17 General Electric Company System and method for cleaning stator slots
US8684680B2 (en) * 2009-08-27 2014-04-01 Pratt & Whitney Canada Corp. Sealing and cooling at the joint between shroud segments
JP4634528B1 (ja) * 2010-01-26 2011-02-23 三菱重工業株式会社 分割環冷却構造およびガスタービン
EP3040518B1 (en) 2014-12-16 2017-04-26 Rolls-Royce plc Tip clearance control for turbine blades
US10392950B2 (en) * 2015-05-07 2019-08-27 General Electric Company Turbine band anti-chording flanges
GB201708744D0 (en) 2017-06-01 2017-07-19 Rolls Royce Plc Clearance control arrangement
KR101983469B1 (ko) * 2017-10-20 2019-09-10 두산중공업 주식회사 터빈 블레이드 링 세그멘트 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈
US10570773B2 (en) * 2017-12-13 2020-02-25 Pratt & Whitney Canada Corp. Turbine shroud cooling
KR102226741B1 (ko) * 2019-06-25 2021-03-12 두산중공업 주식회사 링 세그먼트, 및 이를 포함하는 터빈
KR102291801B1 (ko) * 2020-02-11 2021-08-24 두산중공업 주식회사 링 세그먼트 및 이를 포함하는 가스터빈
KR102299165B1 (ko) * 2020-03-31 2021-09-07 두산중공업 주식회사 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070051749A (ko) * 2005-11-15 2007-05-18 제너럴 일렉트릭 캄파니 능동형 블레이드 팁 간극 조절 시스템, 터빈 밀봉 공기시스템과 능동형 간극 조절 시스템의 통합 시스템 및블레이드 팁 간극 조절 방법
JP2016520757A (ja) * 2013-05-28 2016-07-14 シーメンス エナジー インコーポレイテッド ３フックリングセグメント用の冷却システム
KR101957590B1 (ko) 2017-09-22 2019-06-27 두산중공업 주식회사 팁 클리어런스 제어방법, 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스터빈

Also Published As

Publication number Publication date
US20210348519A1 (en) 2021-11-11
US11371378B2 (en) 2022-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11313561B2 (en) Combustor with axial fuel staging system and gas turbine having the same
US11629604B2 (en) Structure for assembling turbine blade seals, gas turbine including the same, and method of assembling turbine blade seals
KR102299164B1 (ko) 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈
US11028699B2 (en) Gas turbine
KR102153066B1 (ko) 윙렛에 냉각홀을 가진 터빈 블레이드 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102299165B1 (ko) 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102135442B1 (ko) 링 세그먼트 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102498836B1 (ko) 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈
US10844723B2 (en) Vane assembly, turbine including vane assembly, and gasturbine including vane assembly
US10947862B2 (en) Blade ring segment for turbine section, turbine section having the same, and gas turbine having the turbine section
US10865656B2 (en) Turbine blade ring segment, and turbine and gas turbine including the same
KR102356488B1 (ko) 터빈 베인 및 이를 포함하는 가스 터빈
US11624297B2 (en) Turbine exhaust unit supporting device, turbine including same, and gas turbine including same
KR102316629B1 (ko) 터빈 블레이드 팁 간극 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102312980B1 (ko) 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈
US10837292B2 (en) Turbine blade with cooling structure, turbine including same turbine blade, and gas turbine including same turbine
KR102187958B1 (ko) 블레이드 및 이를 구비하는 압축기 및 가스터빈, 블레이드 성형 보수 방법
KR102498837B1 (ko) 터빈 블레이드의 팁 클리어런스 제어장치 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR20210114662A (ko) 터빈 베인 및 이를 포함하는 터빈 베인 어셈블리
US12012871B1 (en) Blade fastening assembly and gas turbine including same
US20240191631A1 (en) Turbine vane platform sealing assembly, and turbine vane and gas turbine including same
US20240167390A1 (en) Turbine vane platform sealing assembly, and turbine vane and gas turbine including same
KR101984397B1 (ko) 로터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈
KR101984402B1 (ko) 압축기 및 이를 포함하는 가스터빈
KR20230011845A (ko) 터빈 노즐 어셈블리 및 이를 포함하는 가스 터빈

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant