KR102777086B1 - 마모 요소를 구비한 가이드 베인 링 - Google Patents

마모 요소를 구비한 가이드 베인 링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상부 가이드 베인 링 반부와 하부 가이드 베인 링 반부로 분할되는 가이드 베인 링(1)에 관한 것으로, 이 가이드 베인 링은, 실질적으로 U자형 단면을 가지고 주연 방향으로 연장되며 반경 방향 외측으로 개방된 유동 덕트(9)를 형성하는, 적어도 두 부분으로 분할되는 내부 링(2)을 구비하고, 상기 유동 덕트는 하나의 내부 링 바닥 벽(10)과 2개의 내부 링 측벽(11)에 의해 한정되며; 상기 가이드 베인 링은, 가이드 베인(4)을 수용하고 내부 링(2)의 외주연을 따라 배열된 복수의 베인 플랫폼(5)을 구비하며, 이들 베인 플랫폼은, 각각 반경 방향 내측으로 돌출하고 축방향으로 서로 이격되고 내부 링 측벽들(11)을 외부에서 둘러싸는 파지 웨브들(8)을 가지며, 파지 웨브들(8)과 그에 바로 인접하여 배열된 내부 링 측벽들(11) 사이의 틈에 마모 요소(12)가 삽입된다.

Description

마모 요소를 구비한 가이드 베인 링
본 발명은 상부 가이드 베인 링 반부와 하부 가이드 베인 링 반부로 분할되는 가이드 베인 링에 관한 것으로, 이 가이드 베인 링은, 실질적으로 U자형 단면을 가지며 주연 방향으로 연장되고 반경 방향 외측으로 개방된 유동 덕트를 형성하며 적어도 두 부분으로 분할되는 내부 링을 구비하며, 상기 유동 덕트는 하나의 내부 링 바닥 벽과 2개의 내부 링 측벽에 의해 한정되고; 상기 가이드 베인 링은, 가이드 베인을 수용하고 내부 링의 외주연을 따라 배열되며, 각각 반경 방향 내측으로 돌출하고 축방향으로 서로 이격되어 있는 파지 웨브(holding web)를 갖는 복수의 베인 플랫폼을 구비하며, 상기 파지 웨브는 외부로부터 내부 링 측벽을 둘러싼다.
가이드 베인은 축류 터빈에서 사용된다. 따라서, 고정자에 배치된 가이드 베인 링은 회전자에 제공된 회전 베인 링과 함께 터빈의 한 단(stage)을 형성한다. 가이드 베인의 역할은, 터빈을 통해 흐르는 매체를 할당된 회전 베인으로 최대한 효과적으로 안내하는 것이다. 가이드 베인 링은 일반적으로 내부 링, 외부 링, 및 내부 링과 외부 링 사이에 연장되는 복수의 가이드 베인을 포함한다. 조립상의 이유로, 가이드 베인 링이 하부 가이드 베인 링 반부와 상부 가이드 베인 링 반부로 나뉨으로써, 내부 링 및 외부 링은 적어도 두 부분으로 구현된다. 가이드 베인은 외부 및 내부 베인 플랫폼을 포함하고, 이들 베인 플랫폼 사이에 베인 에어포일이 연장된다. 외부 베인 플랫폼은 반경 방향 외측으로 돌출하는 베인 루트(vane root)에 의해 외부 링에 고정된다. 가이드 베인 링의 한 유형에서, 적어도 상부 가이드 베인 링 반부의 내부 베인 플랫폼은, 반경 방향 내측으로 돌출하고 축방향으로 서로 이격되며 외부로부터 내부 링을 둘러싸는 파지 웨브를 갖는다. 이 파지 웨브는, 상부 가이드 베인 링 반부와 하부 가이드 베인 링 반부를 조립할 때, 이들 사이에 내부 링이 수용되는 방식으로, 상부로부터 내부 링 위로 일반적으로 약 2 내지 3mm인 약간의 유격을 두고 슬라이딩된다. 내부 링은 실질적으로 U자형 단면을 가지며, 주연 방향으로 연장되고 반경 방향 외측으로 개방된 유동 덕트를 형성하며, 상기 유동 덕트는 하나의 내부 링 바닥 벽과 2개의 내부 링 측벽에 의해 한정된다. 터빈이 작동하는 동안 가이드 베인의 베인 에어포일에서 배출되는 냉각 매체가 상기 유동 덕트 내로 유입되고, 그런 다음 상기 냉각 매체는 회전 베인의 냉각을 위해 회전 베인의 방향으로 전달된다. 냉각 매체 분배기의 역할을 하는 내부 링은 실제로 종종 프리스월러(preswirler)라고도 불린다.
터빈이 작동되는 동안 터빈 구성요소가 마모되고, 유지보수의 범주에서 처리되거나 교체되어야 한다. 이는 내부 링에도 적용된다. 따라서, 예를 들어 가이드 베인의 파지 웨브를 향하는 내부 링 측벽의 외표면 영역은 작동 중에 발생하는 변형 및/또는 하중으로 인해 규칙적으로 마모의 징후를 보이며, 이를 수리하는 데에는 많은 수고와 상당한 유지보수 시간이 든다.
GB 2298680 A
상기 선행 기술에서 출발하여, 본 발명의 과제는 전술한 문제가 적어도 부분적으로 제거되는 대안적인 구조를 가진 가이드 베인 링을 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결을 위해, 본 발명은 도입부에서 언급한 유형의 가이드 베인 링을 제공하며, 이 가이드 베인 링은 파지 웨브들과 그에 바로 인접하여 배열된 내부 링 측벽들 사이의 틈에 마모 요소가 삽입되는 것을 특징으로 한다. 이러한 유형의 마모 요소는 파지 웨브들과 그에 바로 인접하여 배열된 내부 링 측벽들 사이의 유격을 보상하고, 그러한 마모 요소가 없다면 터빈 작동 중에 여기된 개별 구성요소의 진동으로 인해 발생할 수 있는, 파지 웨브들과 내부 링 측벽들 사이의 직접적인 접촉을 방지한다. 본 발명에 따른 마모 요소의 사용에 의해 한편으로는 마모가 감소한다. 다른 한편으로, 유지보수 작업의 범주에서 신속하고 간단하며 저렴한 방식으로 교체할 수 있는 마모 요소가 주로 마모된다. 따라서 파지 웨브의 영역에 있는 내부 링의 수리는 완전히 생략되거나 매우 드물게 실시된다.
바람직하게는, 발생하는 기계적 부하를 이러한 방식으로 가능한 한 넓은 영역으로 분산시키기 위해 마모 요소가 플레이트 형태로 형성되며, 그 결과 내부 링의 마모 및 손상이 더욱 감소한다.
유리하게는, 마모가 우선적으로 마모 요소에 집중되도록 하기 위해, 내부 링이 만들어진 것과 동일한 재료로 또는 더 연성인 재료로 마모 요소가 제조된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 마모 요소는 파지 웨브 또는 내부 링 측벽과 분리 가능하게 연결된다. 따라서, 유지보수 작업의 범주에서 마모 요소를 신속하고 간단하게 교체할 수 있다.
바람직하게는 각각의 마모 요소가 나사 연결을 사용하여 파지 웨브 또는 내부 링 측벽에 고정된다. 이러한 방식으로 간단한 분리 가능 연결이 생성된다. 이를 위해, 유리하게는 각각의 마모 요소가, 예를 들어 파지 웨브 또는 내부 링 측벽의 개구를 통해 안내될 수 있고 다른 면에 너트로 고정될 수 있는 적어도 하나의 용접 나사산 볼트를 갖는다.
마모 요소의 장착 시 마모 요소의 정의된 위치 설정을 보장하기 위해, 파지 웨브 내표면 및/또는 적어도 하나의 내부 링 측벽의 외표면에 마모 요소를 수용하는 홈부가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 마모 요소는 파지 웨브 안내 돌출부들과 그에 바로 인접한 내부 링 측벽들 사이의 틈에 삽입되고, 파지 웨브 안내 돌출부들은 각각 반경 방향 내측으로 돌출한다. 이러한 안내 돌출부들 덕분에 가이드 베인 링의 장착이 현저히 간소화된다.
본 발명의 그 외 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가이드 베인 링의 실시예를 설명하는 하기의 설명을 토대로 명백해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 베인 링의 상부 반부의 개략적인 정면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따라 구성된 마모 요소를 보여주는, 도 1에 도시된 가이드 베인 링의 개략적인 사시 부분도이다.
도 3은 도 2에 도시된 마모 요소의 개략적인 사시 전면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 마모 요소의 개략적인 사시 후면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 구성된 마모 요소를 보여주는, 도 1에 도시된 가이드 베인 링의 개략적인 사시 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 마모 요소의 개략적인 사시 전면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 마모 요소의 개략적인 사시 후면도이다.
도 8은 도 5에 도시된 장치의 내부 링의 개략적인 사시 부분도이다.
하기에서 동일한 참조 부호는 동일하거나 동일 유형인 구성요소 또는 구성요소 섹션을 지칭한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따라 상부 반부와 하부 반부로 분할된 터빈용 가이드 베인 링(1)의 상부 반부가 개략적으로 도시되어 있다.
여기서 가이드 베인 링(1)은 두 부분으로 된 내부 링(2), 두 부분으로 된 외부 링(3), 및 내부 링(2)과 외부 링(3) 사이에 연장되는 복수의 가이드 베인(4)을 갖는다.
가이드 베인은 외부 및 내부 베인 플랫폼(5)을 포함하고, 이들 베인 플랫폼 사이에 베인 에어포일(6)이 연장된다. 여기서, 각각 하나의 내부 베인 플랫폼(5)과 하나의 외부 베인 플랫폼(5)은 이들 사이에 2개의 베인 에어포일(6)을 수용하며, 이때 2개의 베인 플랫폼(5) 사이에 연장되는 베인 에어포일(6)의 수는 가변적이다. 외부 베인 플랫폼(5)은 반경 방향 외측으로 돌출하는 베인 루트(7)에 의해 외부 링(3)에 고정된다.
적어도 상부 가이드 베인 링 반부의 내부 베인 플랫폼(5)은, 반경 방향 내측으로 돌출하고 축방향으로 서로 이격되며 외부로부터 내부 링(2)을 둘러싸는 파지 웨브(8)를 갖는다. 이 파지 웨브(8)는, 상부 가이드 베인 링 반부와 하부 가이드 베인 링 반부를 조립할 때, 이들 사이에 내부 링(2)이 수용되는 방식으로, 상부로부터 내부 링(2) 위로 일반적으로 약 2 내지 3mm인 약간의 유격을 두고 슬라이딩된다. 실제로 프리스월러라고도 지칭되는 내부 링(2)은, 도 2에 도시된 바와 같이 실질적으로 U자형 단면을 가지며, 주연 방향으로 연장되고 반경 방향 외측으로 개방된 유동 덕트(9)를 형성하며, 이 유동 덕트는 하나의 내부 링 바닥 벽(10)과 2개의 내부 링 측벽(11)에 의해 한정된다. 터빈이 작동하는 동안 가이드 베인(4)의 베인 에어포일(6)에서 배출되는 냉각 매체가 상기 유동 덕트(9) 내로 유입되고, 그런 다음 상기 냉각 매체는 회전 베인의 냉각을 위해 회전 베인의 방향으로 전달된다.
앞서 이미 언급된 바와 같이, 파지 웨브들(8)과 각각 바로 인접하여 배열된 내부 링 측벽들(11) 사이에 제공된, 일반적으로 각각 약 2 내지 3mm의 틈새 폭을 갖는 틈에 마모 요소(12)가 삽입된다. 더 정확히 말하면, 마모 요소(12)는 여기서 반경 방향 내측으로 돌출하는, 파지 웨브(8)의 파지 웨브 안내 돌출부(13)와 바로 인접하여 배열된 내부 링 측벽들(11) 사이에 연장되는 틈에 삽입된다. 도시된 실시예에서, 내부 베인 플랫폼(5)의 파지 웨브(8)는 각각 주연 방향(U)으로 서로 이격되어 배열된 2개의 파지 웨브 안내 돌출부를 포함하며, 그 개수는 원칙적으로 가변적이다.
마모 요소들(12)은 각각 플레이트 형태로 형성되고, 내부 링(2)의 형상을 따르는 링 세그먼트 유형의 외부 윤곽을 가지며, 상기 마모 요소들 중 하나가 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 이들 마모 요소는 내부 링(2)이 만들어진 것과 동일한 재료로 제조된다.
대안적으로, 마모 요소(12)는 내부 링(2)보다 더 연성인 재료를 포함할 수도 있다.
각각의 마모 요소(12)는 여기서 내부 링 측벽(11)과 분리 가능하게 연결된다. 이를 위해, 각각의 마모 요소(12)의 후면에, 내부 링(2)의 관통 보어(15)를 통해 연장되고 상세히 도시되지 않은 너트에 의해 후면에 고정되는 2개의 용접 나사산 볼트(14)가 제공된다.
도 5 내지 도 8에는, 사용되는 마모 요소(12)의 유형에 의해 전술한 실시예와 구별되는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가이드 베인 링(1)이 도시되어 있다.
여기서는 파지 웨브(8) 당 2개의 마모 요소(12)가 사용되며, 이들 마모 요소는 각각 파지 웨브 안내 돌출부들(13) 중 하나와 바로 인접하여 배치된 내부 링 측벽(11) 사이에 배치된다. 각각의 마모 요소(12)의 전면 윤곽은 그에 대향하는, 할당된 파지 웨브 안내 돌출부(13)의 면의 윤곽을 따른다. 각각의 마모 요소(8)의 후면에는 용접되거나 그 외 다른 방식으로 고정되는 나사산 볼트(14)가 제공된다. 내부 링 측벽(11)에는 각각 마모 요소(12)를 형상 결합식으로 수용하는 홈부(16)가 제공되며, 이들 홈부 내에 나사산 볼트(14)를 수용하기 위한 각각 하나의 관통 보어(15)가 배치된다.
도 5 내지 도 8에 도시된 가이드 베인 링(1)의 나머지 구조는 앞서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 구조에 상응한다.
본 발명에 따른 마모 요소(12)는 파지 웨브들(8)과 그에 바로 인접하여 배열된 내부 링 측벽들(11) 사이의 유격을 보상하고, 그러한 마모 요소(12)가 없다면 터빈 작동 중에 여기된 개별 구성요소의 진동으로 인해 발생할 수 있는, 파지 웨브들(8)과 내부 링 측벽들(11) 사이의 직접적인 접촉을 방지한다.
본 발명에 따른 마모 요소(12)의 사용에 의해 한편으로는 마모가 감소한다. 다른 한편으로, 유지보수 작업의 범주에서 신속하고 간단하며 저렴한 방식으로 교체할 수 있는 마모 요소(12)가 주로 마모된다. 따라서 파지 웨브(8)의 영역에 있는 내부 링(2)의 수리는 완전히 생략되거나 매우 드물게 실시된다.
가이드 베인 링(1)을 새로 제조할 때 마모 요소(12)가 제공될 수 있다. 마찬가지로, 유지보수 또는 수리 작업의 범주에서 기존 가이드 베인 링(1)에 추가할 수도 있다.
본 발명이 바람직한 실시예에 의해 상세히 도시되고 기술되었다 해도, 본 발명은 개시된 실시예들로 한정되지 않으며, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 상기 실시예들로부터 다른 변형예들이 도출될 수 있다.

Claims (11)

  1. 상부 가이드 베인 링 반부와 하부 가이드 베인 링 반부로 분할된 가이드 베인 링(1)이며,
    이 가이드 베인 링은, U자형 단면을 가지고 주연 방향으로 연장되며 반경 방향 외측으로 개방된 유동 덕트(9)를 형성하는, 적어도 두 부분으로 분할된 내부 링(2)을 구비하고, 상기 유동 덕트는 하나의 내부 링 바닥 벽(10)과 2개의 내부 링 측벽(11)에 의해 한정되며;
    상기 가이드 베인 링은, 가이드 베인(4)을 수용하고 내부 링(2)의 외주연을 따라 배열된 복수의 베인 플랫폼(5)을 구비하며, 이들 베인 플랫폼은, 각각 반경 방향 내측으로 돌출하고 축방향으로 서로 이격되며 2개의 내부 링 측벽들(11)을 외부에서 둘러싸고, 그 사이에 내부 링(2)을 배치시키는 파지 웨브들(8)을 갖는; 가이드 베인 링에 있어서,
    파지 웨브들(8)과 파지 웨브들(8)에 바로 인접하여 배열된 2개의 내부 링 측벽들(11) 사이의 틈에 마모 요소(12)가 삽입되는 것을 특징으로 하는, 가이드 베인 링(1).
  2. 제1항에 있어서, 마모 요소(12)는 플레이트 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 가이드 베인 링(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 마모 요소(12)는 내부 링이 만들어진 것과 동일하거나 더 연성인 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는, 가이드 베인 링(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 마모 요소(12)는 파지 웨브(8)와 또는 내부 링 측벽(11)과 분리 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는, 가이드 베인 링(1).
  5. 제4항에 있어서, 각각의 마모 요소(12)는 나사 연결을 사용하여 상기 파지 웨브(8) 또는 상기 내부 링 측벽(11)에 고정되는 것을 특징으로 하는, 가이드 베인 링(1).
  6. 제5항에 있어서, 각각의 마모 요소(12)는 적어도 하나의 용접 나사산 볼트(14)를 갖는 것을 특징으로 하는, 가이드 베인 링(1).
  7. 제4항에 있어서, 마모 요소(12)를 수용하는 홈부(16)가 상기 파지 웨브(8)의 내표면에 그리고/또는 적어도 하나의 내부 링 측벽(11)의 외표면에 제공되는 것을 특징으로 하는, 가이드 베인 링(1).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 마모 요소(12)는 파지 웨브 안내 돌출부들(13)과 그에 바로 인접하여 배열된 2개의 내부 링 측벽들(11) 사이의 틈에 삽입되고, 파지 웨브 안내 돌출부들(13)은 각각 반경 방향 내측으로 돌출하는 것을 특징으로 하는, 가이드 베인 링(1).
  9. 외부 가이드 베인 링의 부분;
    상기 외부 가이드 베인 링의 일부 내측에 반경 방향으로 배치된 내부 가이드 베인 링의 부분;
    상기 외부 가이드 베인 링의 부분에 고정된 외부 플랫폼; 상기 내부 가이드 베인 링의 부분에 고정된 내부 플랫폼; 및 상기 외부 플랫폼 및 상기 내부 플랫폼에 연결된 에어포일을 포함하는 가이드 베인;
    상기 내부 플랫폼으로부터 반경 방향 내측으로 연장되는 파지 웨브로서, 상기 파지 웨브의 제1 파지 웨브 및 제2 파지 웨브는 상기 내부 가이드 베인 링과 대향하는 측면들 상에 배치되는 파지 웨브; 및
    상기 제1 파지 웨브와 상기 내부 가이드 베인 링의 부분 사이에 배치되며, 상기 제1 파지 웨브와 상기 내부 가이드 베인 링의 부분에 직접 접촉하는 마모 요소를 포함하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 파지 웨브는 주연 방향으로 연장되는 베이스 및 파지 웨브 안내 돌출부를 포함하고,
    상기 파지 웨브 안내 돌출부는 상기 베이스로부터 반경 방향 내측으로 연장되고, 서로 주연 방향으로 인접하게 배치되며, 상기 마모 요소와 직접 접촉하는, 장치.
  11. 제9항의 장치를 포함하는 가이드 베인 링.
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