KR102565562B1 - 부분 아크형 용례를 위한 증기 터빈 노즐 세그먼트, 관련 조립체 및 증기 터빈 - Google Patents

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Abstract

증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트, 관련 조립체 및 증기 터빈을 제공한다. 다양한 실시예는 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트를 포함하고, 이 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트는 한 쌍의 대향 측벽; 한 쌍의 대향 측벽 사이에서 연장하고 한 쌍의 측벽 각각과 일체로 형성되는 한편, 작동 유체의 흐름을 유동 채널을 통해 안내하는 단일 접촉면을 갖는 에어포일; 및 에어포일 및 한 쌍의 대향 측벽과 일체로 형성되고 한 쌍의 대향 측벽 사이에서 에어포일의 길이 전체를 따라 연장하는 한편, 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하기 위한 충전 영역을 구비한다.

Description

부분 아크형 용례를 위한 증기 터빈 노즐 세그먼트, 관련 조립체 및 증기 터빈{STEAM TURBINE NOZZLE SEGMENT FOR PARTIAL ARC APPLICATION, RELATED ASSEMBLY AND STEAM TURBINE}
본 명세서에서 개시하는 주제는 증기 터빈에 관한 것이다. 구체적으로, 본 명세서에서 개시하는 주제는 증기 터빈의 노즐 세그먼트에 관한 것이다.
증기 터빈은 작동 유체의 흐름을 회전하는 로터에 연결된 터빈 버킷으로 보내는 고정식 노즐 조립체를 포함한다. 이러한 노즐 구조("복수의 노즐" 또는 "에어포일(airfoil)"을 포함)는 때로는 "다이어프램" 또는 "노즐 조립체 스테이지"로서 불린다. 증기 터빈 다이어프램은 로터 주위에 조립되는 2개의 절반부를 포함하며, 이들 두 절반부 사이에 수평 조인트를 생성한다. 각 터빈 다이어프램 스테이지는 해당 수평 조인트에서 다이어프램의 각 측부 상의 지지 바아, 지지 러그, 또는 지지 스크루에 의해 수직으로 지지된다. 다이어프램의 수평 조인트는 또한 증기 터빈 다이어프램을 둘러싸는 터빈 케이싱의 수평 조인트에 상응한다.
미국 특허공보 US 2,013,512호
증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트, 관련 조립체 및 증기 터빈을 개시한다. 다양한 실시예는 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트를 포함하며, 이 노즐 세그먼트는, 한 쌍의 대향 측벽; 한 쌍의 대향 측벽 사이에서 연장하고 한 쌍의 측벽 각각과 일체로 형성되는 한편, 작동 유체의 흐름을 유동 채널을 통해 안내하는 단일 접촉면을 갖는 에어포일; 및 이 에어포일 및 한 쌍의 대향 측벽과 일체로 형성되고 한 쌍의 대향 측벽 사이에서 에어포일의 길이 전체를 따라 연장하는 한편, 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하기 위한 충전 영역을 구비한다.
본 개시의 제1 양태는 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트를 포함하며, 이 노즐 세그먼트는, 한 쌍의 대향 측벽; 한 쌍의 대향 측벽 사이에서 연장하고 한 쌍의 측벽 각각과 일체로 형성되는 한편, 작동 유체의 흐름을 유동 채널을 통해 안내하는 단일 접촉면을 갖는 에어포일; 및 이 에어포일 및 한 쌍의 대향 측벽과 일체로 형성되고 한 쌍의 대향 측벽 사이에서 에어포일의 길이 전체를 따라 연장하는 한편, 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하기 위한 충전 영역을 구비한다.
본 개시의 제2 양태는 증기 터빈 다이어프램 세그먼트를 포함하며, 이 다이어프램 세그먼트는, 외부링; 이 외부링 내의 내부링; 이들 내부링 및 외부링에 결합되는 한편, 증기 터빈 다이어프램 세그먼트에 대해 축방향 고압 영역에서부터 축방향 저압 영역으로 작동 유체의 흐름을 안내하는 에어포일 및 일체형 측벽을 갖는 적어도 하나의 다이어프램 노즐 세그먼트; 및 내부링 및 외부링을 따라 적어도 하나의 다이어프램 노즐 세그먼트에 결합되는 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트를 구비하며, 이 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트는, 한 쌍의 대향 측벽; 한 쌍의 대향 측벽 사이에서 연장하고 한 쌍의 측벽 각각과 일체로 형성되는 한편, 작동 유체의 흐름을 축방향 고압 영역에서 축방향 저압 영역으로 안내하는 단일 접촉면을 갖는 에어포일; 및 이 에어포일 및 한 쌍의 대향 측벽과 일체로 형성되고 한 쌍의 대향 측벽 사이에서 에어포일의 길이 전체를 따라 연장하는 한편, 축방향 고압 영역에서 축방향 저압 영역으로의 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하기 위한 충전 영역을 구비한다.
본 개시의 제3 양태는 증기 터빈을 포함하며, 이 증기 터빈은, 로터; 이 로터를 적어도 부분적으로 둘러싸는 터빈 케이싱; 및 터빈 케이싱과 로터 사이의 다이어프램 세그먼트를 구비하며, 이 다이어프램 세그먼트는, 외부링; 이 외부링 내의 내부링; 이들 내부링 및 외부링에 결합되는 한편, 증기 터빈 다이어프램 세그먼트에 대해 축방향 고압 영역에서부터 축방향 저압 영역으로 작동 유체의 흐름을 안내하는 에어포일 및 일체형 측벽을 갖는 적어도 하나의 다이어프램 노즐 세그먼트; 및 내부링 및 외부링을 따라 적어도 하나의 다이어프램 노즐 세그먼트에 결합되는 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트를 구비하며, 이 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트는, 한 쌍의 대향 측벽; 한 쌍의 대향 측벽 사이에서 연장하고 한 쌍의 측벽 각각과 일체로 형성되는 한편, 작동 유체의 흐름을 축방향 고압 영역에서 축방향 저압 영역으로 안내하는 단일 접촉면을 갖는 에어포일; 및 이 에어포일 및 한 쌍의 대향 측벽과 일체로 형성되고 한 쌍의 대향 측벽 사이에서 에어포일의 길이 전체를 따라 연장하는 한편, 축방향 고압 영역에서 축방향 저압 영역으로의 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하기 위한 충전 영역을 구비한다.
본 발명의 상기한 특징은 물론 기타 특징들은 본 개시의 다양한 실시예를 나타내고 있는 첨부 도면과 함께 고려한 본 발명의 다양한 양태에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 보다 용이하게 이해할 것이다.
도 1은 다양한 실시예에 따른 증기 터빈의 개략적 부분 단면도를 도시한다.
도 2는 싱글릿(singlet), 즉 내부링 및 외부링에 측벽이 바로 용접되어 있는 단일 에어포일을 이용하는 노즐 조립체의 실시예를 도시한다.
도 3 및 도 4는 각각 다양한 실시예에 따른 부분 차단형 증기 터빈 노즐 세그먼트의 실시예의 개략적 삼차원 사시도를 도시한다.
도 5 및 도 6은 다양한 실시예에 따른 완전 차단형 증기 터빈 노즐 세그먼트의 실시예의 개략적 삼차원 사시도를 도시한다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 다이어프램 조립체의 일부분의 삼차원 확대 사시도를 도시한다.
도 8은 다양한 실시예에 따른 다이어프램 조립체의 단면의 개략적 단부도를 도시한다.
본 발명의 도면이 반드시 축척대로 도시되진 않았다는 점을 알아야 할 것이다. 그 도면은 단지 본 발명의 전형적인 양태를 묘사하고자 하는 것으로, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주해서는 안 될 것이다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 도면들 간의 동일한 요소를 나타낸다.
본 명세서에서 개시하는 주제는 증기 터빈에 관한 것이다. 구체적으로, 본 명세서에서 개시하는 주제는 증기 터빈의 노즐 세그먼트에 관한 것이다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 증기 터빈 노즐 세그먼트는 노즐 에어포일 영역(유동 채널)에 그 영역을 통한 증기의 흐름을 차단하도록 적어도 부분적 차단형 유동 섹션을 포함한다. 몇몇 경우에, 복수의 그러한 노즐 세그먼트가 회전 버킷으로의 증기의 흐름을 차단하는 구성으로 배치된다. 다양한 실시예는 차단형 노즐 세그먼트와 전통적인 노즐 세그먼트(회전 버킷으로 증기 흐름을 안내하는 에어포일을 포함) 모두를 포함한 증기 터빈 노즐 조립체를 포함한다. 본 명세서에 있어서의 다양한 기법에 따르면, 차단형 노즐 세그먼트는 전통적인 노즐 세그먼트를 수정할 필요가 없도록(예를 들면, 개장 또는 수리/교체 상황을 위해) 전통적인 노즐 세그먼트에 일체적으로 장착되도록 크기 설정된 측벽을 포함할 수 있다. 추가적인 실시예는 완전 차단형 노즐 세그먼트, 이 완전 차단형 노즐 세그먼트에 연결된 부분 차단형 노즐 세그먼트, 및 이 부분 차단형 노즐 세그먼트에 연결된 전통적인 노즐 세그먼트(회전 버킷으로 증기 흐름을 안내하는 에어포일 포함)를 구비한 조립체를 포함한다.
도면에 나타낸 바와 같이, "A" 축은 축방향(명료성을 위해 도시 생략한 터빈 로터의 축선을 따른 배향)을 나타낸다. 본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "축방향" 및/또는 "축방향으로"란 용어는 터보기계(특히, 로터 섹션)의 회전축선에 실질적으로 평행한 A축을 따른 물체의 상대적 위치/방향을 가리킨다. 또한, 본 명세서에서 이용하는 바와 같은 "반경방향" 및/또는 "반경방향으로"란 용어는 A축에 실질적으로 직교하고 단지 한 지점에서만 A축과 교차하는 축(r)을 따른 물체의 상대적 위치/방향을 가리킨다. 게다가, "둘레방향" 및/또는 "둘레방향으로"란 용어는 A축을 둘러싸지만 어떠한 지점에서도 A축과 교차하지 않는 둘레(c)를 따른 물체의 상대적 위치/방향을 가리킨다.
도 1을 참조하면, 증기 터빈(2)(예를 들면, 고압/중압 증기 터빈)의 개략적 부분 단면도가 도시되어 있다. 증기 터빈(2)은 예를 들면 중압(IP) 섹션(4) 및 고압(HP) 섹션(6)을 포함할 수 있다. IP 섹션(4) 및 HP 섹션(6)은 적어도 부분적으로 케이싱(7) 내에 수용된다. 증기는 케이싱(7)의 하나 이상의 입구(8)를 통해 HP 섹션(6) 및 IP 섹션(4)에 들어가, 그 입구(8)로부터 하류측으로 축방향으로 흐를 수 있다. 몇몇 실시예에서, HP 섹션(6)과 IP 섹션(4)은 공통 샤프트(10)에 의해 결합되는데, 그 샤프트(10)는 베어링(12)과 접촉함으로써, 작동 유체(예를 들면, 증기)가 IP 섹션(4) 및 HP 섹션(6) 각각의 내의 블레이드를 회전시킴에 따라 회전할 수 있도록 된다. IP 섹션(4) 및 HP 섹션(6) 내의 블레이드에서 기계적 일을 수행하고 난 후에, 작동 유체(예를 들면, 증기)는 케이싱(7)의 출구(14)를 통해 빠져나갈 수 있다. HP 섹션(6)과 IP 섹션(4)의 중심선(CL)이 기준점으로서 도시되어 있다. IP 섹션(4)과 HP 섹션(6) 모두 케이싱(7)의 세그먼트 내에 수용되는 다이어프램 조립체를 포함할 수 있다.
도 2는 싱글릿, 즉 예를 들면 저입열 용접에 의해 내부링 및 외부링에 바로 용접된 측벽을 갖는 단일 에어포일을 이용하는 노즐 조립체의 실시예를 도시한다. 특히, 도 2의 노즐 조립체는 전체적으로 도면 부호 40으로 나타낸 일체 형성된 싱글릿 서브조립체를 포함한다. 각 서브조립체(40)는 내외부 측벽(44, 46)들 사이에 단일 에어포일 또는 블레이드(42)를 포함하며, 블레이드(42)와 측벽(44, 46)은 니어-넷 단조품(near-net forging) 또는 재료 블록으로부터 기계 가공된다. 도시한 바와 같이, 내부 측벽(44)은 내부 측벽(44)의 선단 및 후미 에지를 따른 반경방향 내측으로 돌출하는 수형 단차부 또는 플랜지(50, 52)가 측면에 배치되거나 걸쳐지는 암형 리세스(48)를 포함한다. 대안적으로, 내부 측벽(44)은 내부 측벽의 선단 및 후미 에지에 인접하여 반경방향 외측으로 연장하는 암형 리세스가 측면에 배치된 중앙 수형 돌출부를 제공하도록 구성될 수도 있다. 마찬가지로, 외부 측벽(46)은 도시한 바와 같이 외부 측벽(46)의 선단 및 후미 에지에 인접하여 반경방향 외측으로 연장하는 한쌍의 수형 단차부 또는 플랜지(56, 58)가 측면에 배치되거나 걸쳐지는 암형 리세스(54)를 포함한다. 대안적으로, 외부 측벽(46)은 외부 측벽의 선단 및 후미 에지를 따른 반경방향 내측으로 연장하는 암형 리세스가 측면에 배치되어 있는 중앙 수형 돌출부를 구비할 수도 있다.
그러면, 노즐 싱글릿(40)은 저입열형 용접을 이용하여 내부링(60)과 외부링(62) 사이에 조립된다. 예를 들면, 저입열형 용접은 맞대기 용접 인터페이스를 이용하며, 바람직하게는 전자 비임 용접, 레이저 용접 또는 쉘로우(shallow) MIG(GMAW) 용접 프로세스를 이용한다. 이러한 용접 프로세스 및 용접 형태를 이용함으로써, 용접부는 측벽과 링 사이에서 측벽의 단차부에 인접한 영역으로 제한되거나, 그 구성이 도 2에 도시한 것과는 인터페이스가 반대로 되는 경우에는 내부링 및 외부링의 영역으로 제한된다. 따라서, 용접은 단지 짧은 축방향 거리에서만, 예를 들면 측벽의 축방향 양단부를 따라 단차부의 축방향 크기를 초과하지 않고 그리고 용접 필러 재료를 사용하지 않고 이루어질 수 있다. 특히, 내부 측벽 및 외부 측벽에 걸친 축방향 거리의 1/2미만이 내부링과 외부링 사이에 싱글릿 노즐을 용접하는 데에 이용된다. 예를 들면, 측벽과 링 간의 인터페이스의 선단 및 후미 에지 모두에서부터 축방향으로 전자 비임 용접을 행함으로써, 측벽과 링의 재료들이 합쳐지는 용접부의 축방향 크기가 축방향 인터페이스의 크기의 1/2미만이다.
도 3 및 도 4는 제1 부분 차단형 증기 터빈 노즐 세그먼트(부분 차단형 노즐 세그먼트)(400) 및 제2 부분 차단형 증기 터빈 노즐 세그먼트(부분 차단형 노즐 세그먼트(500) 각각의 실시예의 개략적 삼차원 사시도를 도시한다. 도면들 간에 동일한 도면 부호를 붙인 요소들은 실질적으로 유사한 특징을 나타낼 수 있으며, 따라서 그러한 특징들의 중복 설명은 명료성을 위해 생략한다. 부분 차단형 노즐 세그먼트(400, 500)는 다이어프램 조립체(본 명세서에서 논의하는 다이어프램 조립체)에서 천이 노즐 세그먼트(부분 차단형)로서 기능하여, 그 부분 차단형 노즐 세그먼트(400, 500)가 전통적인 노즐 세그먼트(예를 들면, 에어포일 및 이 에어포일 둘레방향 양측의 개구를 포함) 및 완전 차단형 노즐 세그먼트(작동 유체의 둘레방향 흐름을 방지)에 연결될 수 있도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 부분 차단형 노즐 세그먼트(400, 500)는 해당 내측 및 외측 다이어프램 링(60, 62)(도 2 참조)과 결합되도록 구성된 한 쌍의 대향 측벽(402)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 측벽(402)들은 증기 터빈 다이어프램의 내부링(60)과 증기 터빈 다이어프램의 외부링(62)(도 2 참조)에 각각 맞물리도록 크기 설정된다. 몇몇 구성에서, 한 쌍의 대향 측벽(402)들은 다이어프램 조립체에서 인접하는 전통적인 노즐 세그먼트의 측벽과 정합하도록(예를 들면, 상보적이도록) 선단 에지(404) 또는 후미 에지(406) 중 적어도 하나에 윤곽을 맞춰 형성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 윤곽(408)은 개별 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트에서의 인접한 측벽과 정합하는 한 쌍의 경사면(408A)을 포함할 수 있다. 측벽(402)의 대향 에지(예를 들면, 선단 에지(404) 또는 후미 에지(406))는 완전 차단형 노즐 세그먼트의 편평한 면에 정합하도록(일치하게 접촉하도록) 구성될 수 있는 실질적으로 편평한 표면(410)을 포함할 수 있다. 부분 차단형 노즐 세그먼트(400, 500)는 또한 측벽(402)들 사이에서 연장하고 각 측벽(402)과 일체로 형성된 에어포일(412)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 에어포일(412)은 작동 유체의 흐름(예를 들면, 증기)을 유동 채널(416)(파선으로 도시함)을 통해 안내하는 단일 접촉면(414)(예를 들면, 에어포일(412)의 압력측)을 포함할 수 있다. 부분 차단형 노즐 세그먼트(400, 500)는 또한 에어포일(412) 및 측벽(402)과 일체로 형성된 충전 영역(418)을 포함할 수 있다. 충전 영역(418), 에어포일(412) 및 측벽(402)은 금속(예를 들면, 강, 철 등)등의 공통의 (예를 들면, 실질적으로 균질한) 재료로부터 일체로 주조 또는 단조될 수 있다. 충전 영역(418)은 측벽(402)들 사이에서 에어포일(412)의 길이(L) 전체를 따라 연장할 수 있고, 그 충전 영역(418)은 작동 유체(예를 들면, 증기)의 흐름을 완전히 차단하도록 크기 설정 및 배치될 수 있다. 또한 충전 영역(418)은 유동 채널(416) 외부의 작동 유체의 흐름을 완전히 차단할 수 있다.
보다 구체적으로, 각 측벽(402)은 각 측벽(402)의 양 측부(420)들을 따라 측정되는 둘레방향 치수(dc)를 가지며, 충전 영역(418)은 에어포일(412)에서부터 각 측벽(402)의 제1 둘레방향 에지(선단 에지(404), 후미 에지(406))로 둘레방향 치수(dc)를 따라 연장한다. 충전 영역(418)은 대향 측벽(402) 각각의 제1 둘레방향 에지에서 종료될 수 있다. 본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 에어포일(412)은 유동 채널(416)의 일부분을 획정하는 압력측(422)을 구비하는 데, 그 유동 채널(416)은 압력측(422)에서부터 각 측벽(402)의 제2 둘레방향 에지(예를 들면, 선단 에지(404) 또는 후미 에지(406) 중 다른 하나)로 그 둘레방향 치수(dc)를 따라 연장하며, 제2 둘레방향 에지(예를 들면, 선단 에지(404) 또는 후미 에지(406) 중 다른 하나)는 제1 둘레방향 에지(예를 들면, 선단 에지(404) 또는 후미 에지(406))와 별개이다.
도 5 및 도 6은 제1 완전 차단형 증기 터빈 노즐 세그먼트(완전 차단형 노즐 세그먼트)(600)와 제2 완전 차단형 증기 터빈 노즐 세그먼트(완전 차단형 노즐 세그먼트)(700) 각각의 실시예의 개략적 삼차원 사시도를 도시하고 있다. 도면들 간에 동일한 도면 부호를 붙인 요소들은 실질적으로 유사한 특징을 나타낼 수 있으며, 따라서 그러한 특징들의 중복 설명은 명료성을 위해 생략한다. 도 7은 통상의 경사 측벽 노즐 세그먼트(다이어프램 노즐 세그먼트)(40)(도 2)와 짝지어진 천이 노즐 세그먼트(400, 500)와 짝지어진 완전 차단형 노즐 세그먼트(600, 700)를 포함하는 다이어프램 조립체(800)의 일부분의 삼차원 확대 사시도를 도시한다. 본 명세서에서 언급한 바와 같이, 완전 차단형 노즐 세그먼트(600, 700)는 그 한쪽 또는 양쪽의 둘레방향 에지(예를 들면, 선단 또는 후미 에지)에서 천이 노즐 세그먼트(400, 500)와 정합하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 완전 차단형 노즐 세그먼트(600, 700)는 다이어프램 조립체(도 2)의 내부링(60) 및 외부링(62) 각각을 따라 부분 차단형 노즐 세그먼트(400, 600)와 결합될 수 있다. 완전 차단형 노즐 세그먼트(600, 700)는 예를 들면 실질적으로 편평한 표면(410)에서 부분 차단형 노즐 세그먼트(400, 500)의 한 쌍의 대향 측벽(402)과 정합하도록 크기 설정된 한 쌍의 대향 측벽(602)을 포함한다. 하지만, 몇몇 실시예에서, 부분 차단형 노즐 세그먼트(400, 500)가 측벽(402)의 선단 에지 및 후미 에지 모두에 경사 인터페이스를 포함할 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 조립체(800)에서는 노즐 세그먼트(예를 들면, 노즐 세그먼트(40)와 인터페이싱하는 부분 차단형 노즐 세그먼트(400, 500) 및 완전 차단형 노즐 세그먼트(600, 700))들의 특징을 보다 명확하게 도시하기 위해, 내부링(60) 및 외부링(62)의 묘사는 제외되었다. 도 8은 다이어프램 노즐 세그먼트(40)를 갖는 부분 차단형 노즐 세그먼트(400, 500) 및 완전 차단형 노즐 세그먼트(600, 700)의 완전한 링 형태로의 통합을 예시하는 다이어프램 조립체(900)의 단면의 개략적 단부도를 도시한다.
도 7 및 도 8(그리고 계속해서 도 2 내지 도 6)을 참조하면, 본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 완전 차단형 노즐 세그먼트(600, 700)는 한 쌍의 대향 측벽(420)의 전체 둘레방향 길이(Lc)를 따라 축방향 고압 영역(810)에서 축방향 저압 영역(812)(축방향에 걸친 노즐 세그먼트들에 대한 압력차)으로의 작동 유체(예를 들면, 증기)의 축방향 흐름을 완전히 차단한다. 다양한 실시예에서, 도 3, 도 4 및 도 7에 도시한 바와 같이, 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트(400, 500)는 축방향 고압 영역(810)과 축방향 저압 영역(812) 간에 유동 채널(416)의 일부분을 획정하는 압력측(422)을 구비한다.
다양한 실시예에 따르면, 예를 들면 도 7에 도시한 바와 같이, 완전 차단형 노즐 세그먼트(600, 700) 및/또는 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트(400, 500)는 적어도 2개의 다이어프램 노즐 세그먼트(40)(도 7의 조립체에서는 다수 개)와 동일한 둘레방향 거리(dc)만큼 내부링(60) 및 외부링(62)(도 2)을 따라 연장할 수 있다. 즉, 완전 차단형 노즐 세그먼트(600, 700) 및/또는 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트(400, 500)는 2개 또는 그 이상의 통상의 다이어프램 노즐 세그먼트(40)보다 큰 둘레방향 길이를 가질 수 있다. 완전 차단형 노즐 세그먼트(600, 700)는 통상의 다이어프램 노즐 세그먼트(40) 1개 이상(예를 들면, 3, 4, 5개 또는 그 이상)의 둘레방향 길이를 가질 수 있고, 둘레방향 단부(예를 들면, 선단 에지 또는 후미 에지)에서 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트(400, 500)와 결합될 수 있으며, 이 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트(400, 500)는 또한 인접하게 정렬된 통상의 다이어프램 노즐 세그먼트(40)의 세트(예를 들면, 3, 4, 5개 또는 그 이상의 통상의 다이어프램 노즐 세그먼트)와 결합될 수 있다. 다양한 실시예를 예시하기 위해 별개의 구성이 도 7에 도시되어 있다.
본 명세서에서 사용하는 용어들은 단지 특별한 실시예를 설명하기 위한 것이지, 본 개시를 한정하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용하는 바와 같은 단수 형태의 표현은 그 문맥에서 명확하게 달리 지시하지 않는다면 복수 형태도 포함하고자 한 것이다. 게다가, "포함한다" 및/또는 "포함하는"과 같은 용어는 본 명세서에서 이용하는 경우에 기재한 특징, 숫자, 단계, 공정, 요소 및/또는 부품들의 존재를 설명하는 것이지 하나 이상의 기타 특징, 숫자, 단계, 공정, 요소, 부품 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 점을 이해할 것이다.
본 명세서에서 기술한 설명은 최상의 모드를 비롯한 발명을 개시함과 아울러, 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 사용하고 임의의 포함된 방법을 수행하는 것을 비롯하여 어떠한 당업자라도 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 일례들을 이용하고 있다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구항들에 의해서 정해지고, 당업자에게 일어나는 다른 예들을 포함할 수도 있다. 그러한 다른 예들은 그들 예가 청구항들의 문자 언어와 상이하지 않은 구조적인 요소를 갖는 경우, 또는 그들 예가 청구항들의 문자 언어와 별 차이가 없는 등가의 구조적인 요소를 포함하는 경우 청구항들의 범위 내가 되도록 의도된다.
2: 증기 터빈
4: 중간 압력(IP) 섹션
6: 고압(HP) 섹션
7: 케이싱
8: 입구
10: 공통 샤프트
12: 베어링
14: 출구
16: 중심선(CL)
40: 다이어프램 노즐 세그먼트
42: 블레이드
44: 내부 측벽
46: 외부 측벽
60: 내부링
62: 외부링
400: 부분 차단형 노즐 세그먼트
402: 한 쌍의 대향 측벽
404: 선단 에지
406: 후미 에지
408: 윤곽
408A: 경사면
412: 에어포일
414: 단일 접촉면
416: 유동 채널
418: 충전 영역
420: 대향 측벽들의 측부
422: 에어포일의 압력측
500: 부분 차단형 노즐 세그먼트
600: 완전 차단형 노즐 세그먼트
602: 한 쌍의 대향 측벽
700: 완전 차단형 노즐 세그먼트
dc: 둘레방향 치수

Claims (20)

  1. 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트로서:
    한 쌍의 대향 측벽으로서, 상기 한 쌍의 대향 측벽 각각은 이들 측벽 각각의 대향 측부를 따라 측정되는 둘레방향 치수를 갖고 있는 것인, 한 쌍의 대향 측벽;
    상기 한 쌍의 대향 측벽 사이에서 연장하고 상기 한 쌍의 측벽 각각과 일체로 형성되는 한편, 작동 유체의 흐름을 유동 채널을 통해 안내하는 단일 접촉면을 가지며, 상기 유동 채널의 일부분을 획정하는 압력측을 구비하는 에어포일; 및
    상기 에어포일 및 상기 한 쌍의 대향 측부와 일체로 형성되고 상기 한 쌍의 대향 측부 사이에서 상기 에어포일의 길이 전체를 따라 연장하는 한편, 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하기 위한 충전 영역
    을 포함하고,
    상기 에어포일, 상기 한 쌍의 대향 측벽 및 상기 충전 영역은 균질한 재료로 일체형으로 주조되거나 단조된 구성요소이며,
    상기 충전 영역은 상기 에어포일에서 상기 대향 측벽 각각의 제1 둘레방향 에지로 상기 둘레방향 치수를 따라 연장하고,
    상기 유동 채널은 상기 에어포일의 압력측에서부터 상기 대향 측벽 각각의 제2 둘레방향 에지로 상기 둘레방향 치수를 따라 연장하며, 상기 제2 둘레방향 에지는 상기 제1 둘레방향 에지와 별개이며,
    상기 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트는 내부링 및 외부링; 그리고 상기 내부링 및 상기 외부링을 따라 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트와 결합하는 완전 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트를 더 포함하고, 상기 완전 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트는 상기 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트의 한 쌍의 대향 측벽과 정합하는 한 쌍의 대향 측벽을 포함하며,
    상기 완전 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트 또는 상기 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트 중 적어도 하나는 적어도 2개의 인접한 다이어프램 노즐 세그먼트와 동일한 둘레방향 거리만큼 상기 내부링 및 상기 외부링을 따라 연장하는 것인, 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 대향 측벽 각각은 별개의 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트의 인접한 측벽과 정합하는 한 쌍의 경사면을 포함하는 것인 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 대향 측벽은 상기 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트의 상기 내부링 및 상기 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트의 상기 외부링과 맞물리도록 크기 설정되는 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충전 영역은 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하도록 크기 설정 및 배치되는 것인, 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 충전 영역은 유동 채널 외부의 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하는 것인, 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 단일 접촉면은 상기 에어포일의 압력측 상에 있는 것인, 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 충전 영역은 상기 대향 측벽 각각의 제1 둘레방향 에지에서 종료되는 것인, 증기 터빈 다이어프램 노즐 세그먼트.
  8. 증기 터빈 다이어프램 세그먼트로서:
    외부링;
    상기 외부링 내의 내부링;
    상기 내부링 및 상기 외부링에 결합되는 한편, 상기 증기 터빈 다이어프램 세그먼트에 대해 축방향 고압 영역에서 축방향 저압 영역으로 작동 유체의 흐름을 안내하는 에어포일 및 일체형 측벽을 갖는 적어도 하나의 다이어프램 노즐 세그먼트; 및
    상기 내부링 및 상기 외부링을 따라 상기 적어도 하나의 다이어프램 노즐 세그먼트에 결합되는 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트
    를 포함하며, 상기 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트는,
    한 쌍의 대향 측벽으로서, 상기 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트의 한 쌍의 대향 측벽 각각은 이들 측벽 각각의 대향 측부를 따라 측정되는 둘레방향 치수를 갖고 있는 것인, 한 쌍의 대향 측벽;
    상기 한 쌍의 대향 측벽 사이에서 연장하고 상기 한 쌍의 대향 측벽 각각과 일체로 형성되는 한편, 작동 유체의 흐름을 상기 축방향 고압 영역에서 상기 축방향 저압 영역으로 안내하는 단일 접촉면을 가지며, 상기 축방향 고압 영역 및 상기 축방향 저압 영역 사이에 유동 채널의 일부분을 획정하는 압력측을 구비하는 에어포일; 및
    상기 에어포일 및 상기 한 쌍의 대향 측부와 일체로 형성되는 충전 영역으로서, 상기 충전 영역은 상기 한 쌍의 대향 측부 사이에서 에어포일의 길이 전체를 따라 연장하는 한편, 상기 축방향 고압 영역에서 상기 축방향 저압 영역으로의 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하기 위한 것이며, 상기 충전 영역은 상기 에어포일에서부터 상기 대향 측벽 각각의 제1 둘레방향 에지로 상기 둘레방향 치수를 따라 연장하고, 상기 충전 영역은 상기 대향 측벽 각각의 제1 둘레방향 에지에서 종료되는 것인, 충전 영역
    을 포함하고,
    상기 유동 채널은 상기 에어포일의 압력측에서부터 상기 대향 측벽 각각의 제2 둘레방향 에지로 상기 둘레방향 치수를 따라 연장하고, 상기 제2 둘레방향 에지는 상기 제1 둘레방향 에지와 별개이며,
    상기 증기 터빈 다이어프램 세그먼트는 상기 내부링 및 상기 외부링을 따라 상기 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트에 결합된 완전 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트를 더 포함하고, 이 완전 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트는 상기 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트의 한 쌍의 대향 측벽과 정합하는 한 쌍의 대향 측벽을 포함하며,
    상기 완전 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트 또는 상기 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트 중 적어도 하나는 적어도 2개의 인접한 다이어프램 노즐 세그먼트와 동일한 둘레방향 거리만큼 상기 내부링 및 상기 외부링을 따라 연장하는 것인, 증기 터빈 다이어프램 세그먼트.
  9. 제8항에 있어서, 상기 완전 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트의 한 쌍의 대향 측벽은 상기 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트의 한 쌍의 대향 측벽과 정합하는 것인 증기 터빈 다이어프램 세그먼트.
  10. 제8항에 있어서, 상기 완전 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트는 상기 한 쌍의 대향 측벽의 전체 둘레방향 길이를 따라 상기 축방향 고압 영역에서 상기 축방향 저압 영역으로의 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하는 것인 증기 터빈 다이어프램 세그먼트.
  11. 제8항에 있어서, 상기 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트의 상기 에어포일, 상기 한 쌍의 대향 측벽 및 상기 충전 영역은 균질한 재료로부터 일체형으로 주조되거나 또는 단조된 구성요소인 것인 증기 터빈 다이어프램 세그먼트.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 충전 영역은 상기 에어포일과 일체형으로 주조 또는 단조되고,
    상기 충전 영역은 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하도록 크기 설정 및 배치되며,
    상기 충전 영역은 유동 채널의 외부의 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하고,
    상기 단일 접촉면은 상기 에어포일의 압력측 상에 있는 것인, 증기 터빈 다이어프램 세그먼트.
  13. 증기 터빈으로서:
    로터;
    상기 로터를 적어도 부분적으로 둘러싸는 터빈 케이싱; 및
    상기 터빈 케이싱과 로터 사이의 다이어프램 세그먼트
    를 포함하며,
    상기 다이어프램 세그먼트는,
    외부링;
    상기 외부링 내의 내부링;
    상기 내부링 및 상기 외부링에 결합되는 한편, 축방향 고압 영역에서 축방향 저압 영역으로 작동 유체의 흐름을 안내하는 에어포일 및 일체형 측벽을 갖는 적어도 하나의 다이어프램 노즐 세그먼트;
    상기 내부링 및 외부링을 따라 상기 적어도 하나의 다이어프램 노즐 세그먼트에 결합되는 적어도 하나의 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트로서,
    한 쌍의 대향 측벽으로서, 상기 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트의 한 쌍의 대향 측벽 각각은 이들 측벽 각각의 대향 측부를 따라 측정되는 둘레방향 치수를 갖고 있는 것인, 한 쌍의 대향 측벽;
    상기 한 쌍의 대향 측벽 사이에서 연장하고 상기 한 쌍의 측벽 각각과 일체로 형성되는 한편, 작동 유체의 흐름을 상기 축방향 고압 영역에서 상기 축방향 저압 영역으로 안내하는 단일 접촉면을 가지고, 상기 축방향 고압 영역 및 상기 축방향 저압 영역 사이에 유동 채널의 일부분을 획정하는 압력측을 구비하는 에어포일; 및
    상기 에어포일 및 상기 한 쌍의 대향 측부와 일체로 형성되는 충전 영역으로서, 상기 충전 영역은 상기 한 쌍의 대향 측부 사이에서 에어포일의 길이 전체를 따라 연장하는 한편, 상기 축방향 고압 영역에서 상기 축방향 저압 영역으로의 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하기 위한 것이며, 상기 충전 영역은 상기 에어포일에서부터 상기 대향 측벽 각각의 제1 둘레방향 에지로 상기 둘레방향 치수를 따라 연장하고, 상기 유동 채널은 상기 에어포일의 압력측에서부터 상기 대향 측벽 각각의 제2 둘레방향 에지로 상기 둘레방향 치수를 따라 연장하며, 상기 제2 둘레방향 에지는 상기 제1 둘레방향 에지와 별개인 것인, 충전 영역
    을 포함하는, 적어도 하나의 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트; 및
    상기 내부링 및 상기 외부링을 따라 상기 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트에 결합되고, 상기 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트의 한 쌍의 대향 측벽과 정합하는 한 쌍의 대향 측벽을 포함하는 완전 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트
    를 포함하고,
    상기 완전 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트는 상기 한 쌍의 대향 측벽의 전체 둘레방향 길이를 따라 상기 축방향 고압 영역에서 상기 축방향 저압 영역으로의 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하며,
    상기 완전 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트 또는 상기 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트 중 적어도 하나는 적어도 2개의 인접한 다이어프램 노즐 세그먼트와 동일한 둘레방향 거리만큼 상기 내부링 및 상기 외부링을 따라 연장하는 것인 증기 터빈.
  14. 제13항에 있어서, 상기 완전 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트의 한 쌍의 대향 측벽은 상기 부분 차단형 다이어프램 노즐 세그먼트의 한 쌍의 대향 측벽과 정합하는 것인 증기 터빈.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 충전 영역은 상기 에어포일과 일체형으로 주조 또는 단조되고,
    상기 충전 영역은 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하도록 크기 설정 및 배치되며,
    상기 충전 영역은 유동 채널의 외부의 작동 유체의 흐름을 완전히 차단하고,
    상기 단일 접촉면은 상기 에어포일의 압력측 상에 있는 것인, 증기 터빈.
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