KR102433705B1 - 스테이터 및 이를 포함하는 터보머신 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 케이싱; 상기 케이싱의 내주면에 설치되며, 상기 케이싱의 원주방향을 따라 배치되는 복수 개의 베인; 상기 복수 개의 베인 중에서 인접하는 두 베인은 서로 마주보는 면에 각각 씰슬롯이 형성되고, 상기 씰슬롯에 삽입되는 사이드씰; 및 상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중 어느 하나에 설치되며, 상기 사이드씰과 상기 씰슬롯의 내벽 사이를 씰링하는 씰인서트;를 포함하는 스테이터를 제공한다.

Description

스테이터 및 이를 포함하는 터보머신{Stator and turbo-machine comprising the same}

본 발명은 스테이터 및 이를 포함하는 터보머신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 발전을 위한 동력을 생성하는 로터가 내부에 수용되는 스테이터 및 이를 포함하는 터보머신에 관한 것이다.

터보머신이란, 터보머신을 통과하는 유체(특히, 기체)를 통해, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 장치를 의미한다. 따라서 터보머신은 통상 발전기와 함께 설치되어 사용된다. 이러한 터보머신에는, 가스터빈(Gas turbine), 스팀터빈(Steam turbine), 풍력터빈(Wind power turbine) 등이 해당될 수 있다. 가스터빈은 압축공기와 천연가스를 혼합하여 연소시켜 연소가스를 생성하고, 이와 같이 생성된 연소가스를 이용하여 발전을 위한 동력을 생성하는 장치이다. 스팀터빈은 물을 가열하여 생성되는 증기를 이용하여 발전을 위한 동력을 생성하는 장치이다. 풍력터빈은 풍력을 발전용 동력으로 전환시키는 장치이다.

터보머신 중 가스터빈에 대해 살펴보면, 가스터빈은 압축기와 연소기와 터빈을 포함한다. 압축기는 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과 압축기 블레이드가 교대로 배치된다. 그리고 압축기는 압축기 입구 스크롤 스트럿(Compressor inlet scroll strut)을 통해 외부의 공기를 흡입한다. 이렇게 흡입된 공기는 압축기의 내부를 통과하면서 상기 압축기 베인과 압축기 블레이드에 의해 압축된다. 연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축공기를 공급받아 연료와 혼합시킨다. 또한 연소기는 압축공기와 혼합된 연료를 점화기로 점화하여 고온고압의 연소가스를 생성한다. 이와 같이 생성된 연소가스는 터빈으로 공급된다. 터빈은 터빈 케이싱 내에 복수개의 터빈 베인과 터빈 블레이드가 교대로 배치된다. 그리고 터빈은 연소기에서 생성된 연소가스를 공급받아 내부로 통과시킨다. 터빈의 내부를 통과하는 연소가스는 터빈 블레이드를 회전시키게 되고, 터빈의 내부를 완전히 통과하게 된 연소가스는 터빈 디퓨저를 통해 외부로 토출되게 된다.

터보머신 중 증기터빈에 대해 살펴보면, 증기터빈은 증발기와 터빈을 포함한다. 상기 증발기는 외부로부터 공급받은 물을 가열하여 증기를 생성한다. 상기 터빈은 가스터빈에서의 터빈과 마찬가지로 터빈 케이싱 내에 복수개의 터빈 베인과 터빈 블레이드가 교대로 배치된다. 다만, 증기터빈에서의 터빈은 연소가스가 아닌 상기 증발기에서 생성된 증기를 내부로 통과시켜, 터빈 블레이드를 회전시킨다.

한편, 종래의 터보머신에서는, 스테이터의 베인과 베인 사이로 부품의 냉각을 위한 냉각공기가 공급되며, 냉각공기의 누출을 방지하기 위해 베인과 베인 사이에 사이드씰이 설치된다. 이때, 종래의 터보머신에 의하면, 사이드씰이 인접하는 베인과 베인의 각 대향면에 형성된 씰슬롯 중, 어느 하나에 삽입된 후 나머지 하나에 조립되므로, 나중에 조립되는 씰슬롯의 내벽과 사이드씰의 사이에 발생되는 간격을 따라 냉각공기가 일부 누출이 되는 문제가 있다.

공개특허 10-1998-0080552호 가스 터빈 스테이터 베인 조립체를 밀봉하기 위한 방법 및 장치(1998. 11. 25 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 사이드씰과 씰슬롯의 내벽 사이로 냉각공기가 누출되는 것을 방지하는 스테이터 및 이를 포함하는 터보머신을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은, 케이싱; 상기 케이싱의 내주면에 설치되며, 상기 케이싱의 원주방향을 따라 배치되는 복수 개의 베인; 상기 복수 개의 베인 중에서 인접하는 두 베인은 서로 마주보는 면에 각각 씰슬롯이 형성되고, 상기 씰슬롯에 삽입되는 사이드씰; 및 상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중 어느 하나에 설치되며, 상기 사이드씰과 상기 씰슬롯의 내벽 사이를 씰링하는 씰인서트;를 포함하는 스테이터를 제공한다.

또한, 본 발명은, 내부로 통과되는 유체를 가이드하는 스테이터; 및 상기 스테이터의 내부에 설치되며, 상기 스테이터의 내부로 통과되는 유체에 의해 회전하는 로터;를 포함하되, 상기 스테이터는, 케이싱과, 상기 케이싱의 내주면에 설치되며, 상기 케이싱의 원주방향을 따라 배치되는 복수 개의 베인과, 상기 복수 개의 베인 중에서 인접하는 두 베인은 서로 마주보는 면에 각각 씰슬롯이 형성되고, 상기 씰슬롯에 삽입되는 사이드씰과, 상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중 어느 하나에 설치되며, 상기 사이드씰과 상기 씰슬롯의 내벽 사이를 씰링하는 씰인서트를 포함하는 터보머신을 제공한다.

상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중, 상기 씰인서트가 삽입되는 것을 제1씰슬롯이라 하고, 상기 씰인서트가 삽입되지 않는 것을 제2씰슬롯이라 하였을 때, 상기 사이드씰은, 본체부와, 상기 본체부로부터 상기 제1씰슬롯으로 돌출되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽으로부터 이격되도록 배치되는 제1돌출부를 포함하고, 상기 씰인서트는, 상기 제1돌출부와 상기 제1씰슬롯의 내벽 사이에 배치될 수 있다.

상기 제1돌출부는, 상기 본체부로부터 멀어질수록 반경방향 두께가 점점 감소하는 형상으로 형성될 수 있다.

상기 씰인서트는, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하며, 상기 제1돌출부를 감싸는 형상으로 형성될 수 있다.

상기 씰인서트는, 상기 제1돌출부의 반경방향 외측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하는 외측씰부와, 상기 외측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 내측으로 연장되며, 상기 제1돌출부에 접하도록 배치되는 외측연장부와, 상기 제1돌출부의 반경방향 내측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하는 내측씰부와, 상기 내측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 외측으로 연장되며, 상기 제1돌출부에 접하도록 배치되는 내측연장부를 포함할 수 있다.

상기 외측씰부는, 반경방향 외측으로 볼록한 형상으로 형성되며, 상기 내측씰부는, 반경방향 내측으로 볼록한 형상으로 형성될 수 있다.

상기 외측연장부는, 상기 외측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 내측으로 고리 형상으로 휘어지며, 상기 내측연장부는, 상기 내측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 외측으로 고리 형상으로 휘어질 수 있다.

상기 사이드씰은, 상기 본체부로부터 상기 제2씰슬롯으로 돌출되며, 상기 본체부로부터 멀어질수록 반경방향 두께가 점점 감소되고, 상기 제2씰슬롯의 내벽에 접하는 제2돌출부를 더 포함할 수 있다.

상기 제2돌출부는, 원주방향 길이가 상기 제1돌출부보다 짧게 형성될 수 있다.

상기 제1씰슬롯은, 반경방향 폭이 상기 본체부보다 크게 형성되며, 상기 제2씰슬롯은, 반경방향 폭이 상기 본체부와 동일하며, 내벽에 상기 본체부가 접할 수 있다.

본 발명에 따른 스테이터 및 이를 포함하는 터보머신에 의하면, 제1씰슬롯의 내벽과 사이드씰의 제1돌출부 사이에 씰인서트가 설치됨으로써, 제1씰슬롯의 내벽과 사이드씰 사이로 냉각공기가 누출되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 터보머신 중 가스터빈을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 베인의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 베인과 베인이 서로 인접하는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3에서 A-A선을 따라 절단된 모습을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4에서 B 부분을 확대 도시한 도면이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 스테이터 및 이를 포함하는 터보머신에 대해서 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 이때, 본 발명에 따른 터보머신은 가스터빈인 것으로 가정하여 설명할 것이나, 이는 일 예에 불과하며, 본 발명에 따른 터보머신은 가스터빈이 아닌 증기터빈에 해당될 수도 있음은 물론이라 할 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈(10)은 압축기(11), 연소기(12) 및 터빈(13)을 포함한다. 기체(압축공기 또는 연소가스)의 유동방향을 기준으로 하였을 때, 가스터빈(10)의 상류 측에는 압축기(11)가 배치되고 하류 측에는 터빈(13)이 배치된다. 그리고 압축기(11)와 터빈(13) 사이에는 연소기(12)가 배치된다.

압축기(11)는 압축기 케이싱 내부에 압축기 베인과 압축기 로터를 수용하며, 터빈(13)은 터빈 케이싱(110) 내부에 터빈 베인(120)과 터빈 로터(14)를 수용한다. 이러한 압축기 베인과 압축기 로터는 압축공기의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치되며, 터빈 베인(120)과 터빈 로터(14) 역시 연소가스의 유동방향을 따라 다단으로 배치된다. 이때, 압축기(11)는 흡입된 공기가 압축될 수 있게 전단(Front-stage)에서 후단(Rear-stage) 측으로 갈수록 내부공간이 줄어들며, 반대로 터빈(13)은 연소기로부터 공급받은 연소가스가 팽창될 수 있게 전단에서 후단 측으로 갈수록 내부공간이 커지는 구조로 설계된다.

한편, 압축기(11)의 최후단부 측에 위치한 압축기 로터와, 터빈(13)의 최전단부 측에 위치한 터빈 로터(14) 사이에는, 터빈(13)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기(11)로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브가 배치된다. 상기 토크튜브는 도 1에 도시된 바와 같이 총 3개의 단으로 이루어지는 복수개의 토크튜브 디스크로 구성될 수 있으나, 이는 본 발명의 여러 실시예 중 하나에 불과하며, 상기 토크튜브는 4개 이상의 단 또는 2개 이하의 단으로 이루어지는 복수개의 토크튜브 디스크로 구성될 수도 있다.

상기 압축기 로터는, 압축기 디스크와 압축기 블레이드를 포함한다. 상기 압축기 케이싱의 내부에는 복수개(예를 들어 14매)의 압축기 디스크가 구비되고, 상기 각각의 압축기 디스크들은 타이로드에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다. 더욱 상세하게는, 상기 각각의 압축기 디스크는 중심부가 상기 타이로드에 의해 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬된다. 그리고 인접하는 각각의 압축기 디스크는 대향하는 면이 상기 타이로드에 의해 압착되어, 서로 상대적인 회전을 할 수 없도록 배치된다.

상기 압축기 디스크의 외주면에는 복수개의 압축기 블레이드가 방사상으로 결합된다. 또한, 상기 압축기 블레이드의 사이에는, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때 상기 압축기 케이싱의 내주면에 환상으로 설치되는 복수개의 압축기 베인이 각각 배치된다. 상기 압축기 베인은 상기 압축기 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정된 상태를 유지하며, 압축기 블레이드를 통과한 압축공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 압축기 블레이드로 압축공기를 안내하는 역할을 한다. 이때, 상기 압축기 케이싱과 압축기 베인은, 상기 압축기 로터와 구분하기 위하여, 압축기 스테이터라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.

상기 타이로드는 상기 복수개의 압축기 디스크와, 후술할 터빈 디스크의 중심부를 관통하도록 배치되며, 일 측 단부는 압축기의 최전단부 측에 위치한 압축기 디스크 내에 체결되고, 타 측 단부는 고정 너트에 의해 체결된다.

상기 타이로드의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 압축기 디스크와 터빈 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

도시되지는 않았으나, 가스터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 안내깃 역할을 하는 디스월러(Deswirler)가 설치될 수 있다.

상기 연소기(12)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스의 온도를 높이게 된다.

가스터빈(10)의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀(Cell) 형태로 형성되는 연소기 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료를 분사하는 노즐과, 연소실을 형성하는 라이너(Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션피스(Transition piece)를 포함한다.

구체적으로, 상기 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 연소챔버와, 상기 연소챔버를 감싸면서 환형공간을 이루는 라이너 환형유로가 형성된다. 또한 라이너의 전단에는 연료를 분사하는 노즐이 결합되며, 측벽에는 점화기가 결합된다.

상기 라이너 환형유로에는, 라이너의 외벽에 마련되는 다수개의 홀(Hole)을 통해 유입된 압축공기가 유동하며, 후술할 트랜지션피스를 냉각시킨 압축공기 역시 이를 통해 유동한다. 이렇듯 압축공기가 라이너의 외벽부를 따라 유동함으로써, 상기 연소챔버에서 연료의 연소에 의해 발생되는 열에 의해 라이너가 열 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.

라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 상기 라이너와 마찬가지로, 상기 트랜지션피스는, 상기 트랜지션피스의 내부 공간을 감싸는 트랜지션피스 환형유로가 형성되며, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 상기 트랜지션피스 환형유로를 따라 흐르는 압축공기에 의해 외벽부가 냉각된다.

한편, 상기 연소기(12)에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈(13)으로 공급된다. 터빈(13)으로 공급된 고온 고압의 연소가스는 터빈(13)의 내부를 통과하면서 팽창하게 되고, 그에 따라 후술할 터빈 블레이드(16)에 충동 및 반동력을 가하여 회전토크가 발생되도록 한다. 이렇게 얻어진 회전토크는 상술한 토크튜브를 거쳐 압축기로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 부분은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

상기 터빈(13)은 기본적으로는 압축기(11)의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(13)에도 압축기(11)의 압축기 로터와 유사한 복수개의 터빈 로터(14)가 구비된다. 따라서 상기 터빈 로터(14) 역시, 터빈 디스크(15)와, 이로부터 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드(16)를 포함한다. 상기 터빈 블레이드(16)의 사이에도, 동일한 단을 기준으로 하였을 때 상기 터빈 케이싱(110)에 환상으로 설치되는 복수개의 터빈 베인(120)이 구비되며, 상기 터빈 베인(120)은 터빈 블레이드(16)를 통과한 연소가스의 유동방향을 가이드하게 된다. 이때, 상기 터빈 케이싱(110)과 터빈 베인(120) 역시, 상기 터빈 로터(14)와 구분하기 위하여, 터빈 스테이터(100)라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.

이하, 설명의 편의를 위하여, 도면부호 C는 상기 터빈 케이싱(110)의 원주방향이라 하며, 도면부호 R은 상기 터빈 케이싱(110)의 반경방향이라 한다.

도 2를 참조하면, 상기 터빈 베인(120)은, 아우터 슈라우드(121), 이너 슈라우드(122), 에어포일(123)을 포함한다. 상기 아우터 슈라우드(121)는, 상기 터빈 케이싱(110)의 내주면에 결합된다. 상기 이너 슈라우드(122)는, 상기 아우터 슈라우드(121)로부터 반경방향(R) 내측으로 이격 배치된다. 상기 에어포일(123)은 상기 아우터 슈라우드(121)와 이너 슈라우드(122)의 사이에 배치되며, 상기 터빈 케이싱(110)의 내부에서 유동하는 연소가스를 후단(Rear-stage)으로 가이드한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 터빈 베인(120)은, 복수개로 구비되며, 각각 원주방향(C)을 따라 배치된다. 그리고 상기 터빈 스테이터(100)는, 사이드씰(130) 및 씰인서트(140)를 더 포함한다.

상기 복수 개의 터빈 베인(120) 중에서 인접하는 두 터빈 베인(120)은, 서로 마주보는 면에 각각 씰슬롯(124,125)이 형성된다. 더욱 상세하게는, 상기 아우터 슈라우드(121)와 아우터 슈라우드(121)의 각 대향면, 또는 상기 이너 슈라우드(122)와 이너 슈라우드(122)의 각 대향면에는, 씰슬롯(124,125)이 형성된다. 도 3 내지 도 5에서는 씰슬롯(124,125)이 상기 이너 슈라우드(122)에 형성된 것으로 도시하고 있으나, 상기 씰슬롯(124,125)은 상기 아우터 슈라우드(121)에도 형성될 수 있는 것이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 사이드씰(130)은, 상기 인접하는 두 터빈 베인(120)의 각 씰슬롯(124,125) 중 어느 하나에 삽입된다. 이때, 상기 사이드씰(130)은, 어느 하나의 씰슬롯(125)에 먼저 삽입된 후, 다른 하나의 씰슬롯(124)에 삽입되는 방식으로 설치된다. 여기서, 도면부호 124의 씰슬롯을 제1씰슬롯이라 하며, 도면부호 125의 씰슬롯을 제2씰슬롯이라 한다. 상기 씰인서트(140)는, 상기 제1씰슬롯(124)에 설치되며, 상기 제1씰슬롯(124)과 상기 사이드씰(130)의 사이를 씰링한다.

상기 사이드씰(130)은, 본체부(131), 제1돌출부(132), 제2돌출부(133)를 포함한다. 상기 본체부(131)는, 사각의 블록 형상으로 형성되며, 상기 터빈 케이싱(110)의 축방향을 따라 연장된다. 상기 제1돌출부(132)는, 상기 본체부(131)로부터 상기 제1씰슬롯(124) 측을 향하여 돌출되며, 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽으로부터 이격되도록 배치된다. 상기 제2돌출부(133)는, 상기 본체부(131)로부터 상기 제2씰슬롯(125) 측을 향하여 돌출되며, 상기 제2씰슬롯(125)의 내벽과 접하도록 배치된다. 이때, 상기 제1씰슬롯(124)은, 반경방향(R) 폭이 상기 본체부(131)보다 크게 형성되며, 상기 제2씰슬롯(125)은, 반경방향(R) 폭이 상기 본체부(131)와 동일하게 형성된다. 따라서 상기 본체부(131)는, 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽과는 접하지 않으며, 상기 제2씰슬롯(125)의 내벽과는 접하도록 배치된다. 상기 제1돌출부(132)와 제2돌출부(133)는, 각각 상기 본체부(131)로부터 멀어질수록 반경방향(R) 폭이 점점 감소하는 형상으로 형성된다. 이때, 상기 제2돌출부(133)는, 원주방향(C) 길이가 상기 제1돌출부(132)보다 더 짧게 형성된다.

상기 씰인서트(140)는, 상기 제1돌출부(132)와 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽 사이에 배치된다. 더욱 상세하게는, 상기 씰인서트(140)는, 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽에 접하도록 배치되며, 상기 제1돌출부(132)를 감싸는 형상으로 형성된다. 상기 씰인서트(140)는, 외측씰부(141), 외측연장부(142), 내측씰부(143), 내측연장부(144)를 포함한다. 상기 외측씰부(141)는, 상기 제1돌출부(132)의 반경방향(R) 외측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽에 접하도록 배치된다. 상기 외측연장부(142)는, 상기 외측실부(141)의 상기 본체부(131) 측 단부로부터 반경방향(R) 내측으로 연장되며, 상기 제1돌출부(132)에 접하도록 배치된다. 상기 내측씰부(143)는, 상기 제1돌출부(132)의 반경방향(R) 내측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽에 접하도록 배치된다. 상기 내측연장부(144)는, 상기 내측씰부(143)의 상기 본체부(131) 측 단부로부터 반경방향(R) 외측으로 연장되며, 상기 제1돌출부(132)에 접하도록 배치된다.

이때, 상기 외측씰부(141)는, 반경방향(R) 외측으로 볼록한 형상으로 형성된다. 즉, 상기 외측씰부(141)는, 상기 사이드씰(130) 측으로 갈수록 반경방향(R) 외측으로 휘어지도록 곡률을 갖는 형상으로 형성된다. 상기 내측씰부(143)는, 반경방향(R) 내측으로 볼록한 형상으로 형성된다. 즉, 상기 내측씰부(143)는, 상기 사이드씰(130) 측으로 갈수록 반경방향(R) 내측으로 휘어지도록 곡률을 갖는 형상으로 형성된다. 상기 외측연장부(142)는, 상기 외측씰부(141)의 상기 본체부(131) 측 단부로부터 반경방향(R) 내측으로 고리 형상으로 휘어지도록 형성된다. 상기 내측연장부(144)는, 상기 내측씰부(143)의 상기 본체부(131) 측 단부로부터 반경방향(R) 외측으로 고리 형상으로 휘어지도록 형성된다.

이와 같은 형상으로 상기 씰인서트(140)가 설계되는 경우, 상기 씰인서트(140)가 상기 제1씰슬롯(124)에서 상기 사이드씰(130)을 탄성 지지할 수 있게 된다. 따라서 장치의 작동 중 상기 터빈 베인(120)에 진동이 발생되어 사이드실(130)이 원주방향(C) 또는 반경방향(R)으로 움직이더라도, 상기 씰인서트(140)는 상기 사이드씰(130)을 지지하는 상태에서 상기 사이드씰(130)과 제1씰슬롯(124)의 사이를 기밀하게 씰링한 상태를 유지하게 된다.

도 4 및 도 5를 기준으로 상기 이너 슈라우드(122)의 상측으로는 부품의 냉각을 위한 냉각공기가 공급된다. 상기 사이드씰(130)은 먼저 상기 제2씰슬롯(125)에 삽입된 후 상기 제1씰슬롯(124)에 삽입되는 방식으로 조립되므로, 상기 사이드씰(130)과 제1씰슬롯(124)의 사이에는 조립 공차가 존재할 수밖에 없는데, 종래에 상기 씰인서트(140)가 구비되지 않았던 경우에는, 상기 사이드씰(130)과 상기 제1씰슬롯(124) 사이에 틈새가 형성되므로, 이를 통해 상측의 냉각공기가 하측으로 누출되는 문제가 있었다.

하지만 본 발명에 따른 스테이터(100) 및 이를 포함하는 터보머신(10)에 의하면, 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽과 상기 사이드씰(130)의 제1돌출부(132) 사이에 씰인서트(140)가 구비되며, 상기 씰인서트(140)가 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽과 접하고 상기 제1돌출부(132)의 표면에 접하도록 배치됨으로써, 도 4 및 도 5에서 상기 이너 슈라우드(122)의 상측으로 공급되는 냉각공기가 상기 사이드씰(130)의 하측으로 누출되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 씰인서트(140)로 하여금 상기 사이드씰(130)을 탄성 지지하도록 하여, 장치의 작동 중에도 상기 사이드씰(130) 및 씰인서트(140)에 의한 씰링 성능이 유지되도록 할 수 있다.

10 : 터보머신(가스터빈) 100 : 터빈 스테이터
110 : 터빈 케이싱 120 : 터빈 베인
130 : 사이드씰 140 : 씰인서트

Claims (20)

1. 케이싱;
   상기 케이싱의 내주면에 설치되며, 상기 케이싱의 원주방향을 따라 배치되는 복수 개의 베인;
   상기 복수 개의 베인 중에서 인접하는 두 베인은 서로 마주보는 면에 각각 씰슬롯이 형성되고, 상기 씰슬롯에 삽입되는 사이드씰; 및
   상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중 어느 하나에 설치되며, 상기 사이드씰과 상기 씰슬롯의 내벽 사이를 씰링하는 씰인서트;를 포함하고,
   상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중, 상기 씰인서트가 삽입되는 것을 제1씰슬롯이라 하고, 상기 씰인서트가 삽입되지 않는 것을 제2씰슬롯이라 하였을 때,
   상기 사이드씰은,
   직사각형의 단면 형태로 이루어지는 본체부와,
   상기 본체부로부터 상기 제1씰슬롯으로 돌출되고, 상기 본체부로부터 멀어질수록 반경방향 두께가 점점 감소하는 형상으로 형성되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽으로부터 이격되도록 배치되는 제1돌출부와,
   상기 본체부로부터 상기 제2씰슬롯으로 돌출되며, 상기 본체부로부터 멀어질수록 반경방향 두께가 점점 감소되고, 상기 제2씰슬롯의 내벽에 접하는 제2돌출부를 포함하고,
   상기 씰인서트는,
   상기 제1돌출부와 상기 제1씰슬롯의 내벽 사이에 배치되며,
   상기 제1돌출부의 단부는 상기 제1씰슬롯에 삽입되되, 상기 제1돌출부와 상기 본체부의 연결부위는 상기 제1씰슬롯의 외측으로 배치되는 스테이터.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 씰인서트는, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하며, 상기 제1돌출부를 감싸는 형상으로 형성된 스테이터.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 씰인서트는,
   상기 제1돌출부의 반경방향 외측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하는 외측씰부와,
   상기 외측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 내측으로 연장되며, 상기 제1돌출부에 접하도록 배치되는 외측연장부와,
   상기 제1돌출부의 반경방향 내측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하는 내측씰부와,
   상기 내측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 외측으로 연장되며, 상기 제1돌출부에 접하도록 배치되는 내측연장부를 포함하는 스테이터.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 외측씰부는, 반경방향 외측으로 볼록한 형상으로 형성되며,
   상기 내측씰부는, 반경방향 내측으로 볼록한 형상으로 형성된 스테이터.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 외측연장부는, 상기 외측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 내측으로 고리 형상으로 휘어지며,
   상기 내측연장부는, 상기 내측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 외측으로 고리 형상으로 휘어지는 스테이터.
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2돌출부는, 원주방향 길이가 상기 제1돌출부보다 짧게 형성되는 스테이터.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1씰슬롯은, 반경방향 폭이 상기 본체부보다 크게 형성되며,
    상기 제2씰슬롯은, 반경방향 폭이 상기 본체부와 동일하며, 내벽에 상기 본체부가 접하는 스테이터.
11. 내부로 통과되는 유체를 가이드하는 스테이터; 및
    상기 스테이터의 내부에 설치되며, 상기 스테이터의 내부로 통과되는 유체에 의해 회전하는 로터;를 포함하되,
    상기 스테이터는,
    케이싱과,
    상기 케이싱의 내주면에 설치되며, 상기 케이싱의 원주방향을 따라 배치되는 복수 개의 베인과,
    상기 복수 개의 베인 중에서 인접하는 두 베인은 서로 마주보는 면에 각각 씰슬롯이 형성되고, 상기 씰슬롯에 삽입되는 사이드씰과,
    상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중 어느 하나에 설치되며, 상기 사이드씰과 상기 씰슬롯의 내벽 사이를 씰링하는 씰인서트를 포함하고,
    상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중, 상기 씰인서트가 삽입되는 것을 제1씰슬롯이라 하고, 상기 씰인서트가 삽입되지 않는 것을 제2씰슬롯이라 하였을 때,
    상기 사이드씰은,
    직사각형의 단면 형태로 이루어지는 본체부와,
    상기 본체부로부터 상기 제1씰슬롯으로 돌출되고, 상기 본체부로부터 멀어질수록 반경방향 두께가 점점 감소하는 형상으로 형성되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽으로부터 이격되도록 배치되는 제1돌출부와,
    상기 본체부로부터 상기 제2씰슬롯으로 돌출되며, 상기 본체부로부터 멀어질수록 반경방향 두께가 점점 감소되고, 상기 제2씰슬롯의 내벽에 접하는 제2돌출부를 포함하고,
    상기 씰인서트는,
    상기 제1돌출부와 상기 제1씰슬롯의 내벽 사이에 배치되며,
    상기 제1돌출부의 단부는 상기 제1씰슬롯에 삽입되되, 상기 제1돌출부와 상기 본체부의 연결부위는 상기 제1씰슬롯의 외측으로 배치되는 터보머신.
    
12. 삭제
13. 삭제
14. 청구항 11에 있어서,
    상기 씰인서트는, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하며, 상기 제1돌출부를 감싸는 형상으로 형성된 터보머신.
15. 청구항 11에 있어서,
    상기 씰인서트는,
    상기 제1돌출부의 반경방향 외측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하는 외측씰부와,
    상기 외측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 내측으로 연장되며, 상기 제1돌출부에 접하도록 배치되는 외측연장부와,
    상기 제1돌출부의 반경방향 내측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하는 내측씰부와,
    상기 내측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 외측으로 연장되며, 상기 제1돌출부에 접하도록 배치되는 내측연장부를 포함하는 터보머신.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 외측씰부는, 반경방향 외측으로 볼록한 형상으로 형성되며,
    상기 내측씰부는, 반경방향 내측으로 볼록한 형상으로 형성된 터보머신.
17. 청구항 15에 있어서,
    상기 외측연장부는, 상기 외측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 내측으로 고리 형상으로 휘어지며,
    상기 내측연장부는, 상기 내측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 외측으로 고리 형상으로 휘어지는 터보머신.
18. 삭제
19. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2돌출부는, 원주방향 길이가 상기 제1돌출부보다 짧게 형성되는 터보머신.
20. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1씰슬롯은, 반경방향 폭이 상기 본체부보다 크게 형성되며,
    상기 제2씰슬롯은, 반경방향 폭이 상기 본체부와 동일하며, 내벽에 상기 본체부가 접하는 터보머신.

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