KR20000011077A - 터보-머신 로터 냉각 - Google Patents

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KR20000011077A
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켄트 지. 후ㄹ트그렌
르로이 디. 맥라우린
오란 엘. 버트쉬
페리 이. 로우어
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루이스 에이. 드폴
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Abstract

기본적으로 폐쇄 루프 냉각 공기 구성을 갖춘 가스 터빈 로터가 개시되며, 압축기 방출 공기로부터 추출된 냉각 공기, 즉 연소 챔버로 공급되는 냉각 공기는 압축, 냉각된 후에 터빈 로터의 후방 말단으로 보내진다. 각각의 로터 디스크의 하류 표면에 부착되는 하류 밀봉 링은 냉각 공기를 하류 디스크 표면 위로 유도하여 냉각시키고 그 다음에 회전 블레이드 내에 형성되어 있는 냉각 공기 통로로 보낸다. 각각의 디스크의 상류 표면에 부착되는 상류 밀봉 링은 가열된 냉각 공기를 블레이드 근저부로부터 멀리 보내는 동시에 디스크를 가열된 냉각 공기로부터 단열시킨다. 각각의 상류 밀봉 링으로부터, 가열된 냉각 공기는 상류 디스크 내의 통로를 통해 흐른 후에 서로 결합하여 추출되었던 연소 챔버로 복귀한다.

Description

터보-머신 로터 냉각
가스 터빈의 터빈실은 블레이드가 부착되어 있는 일련의 디스크로 구성된 로터를 포함한다. 연소실로부터 나온 고온 가스는 블레이드의 위로 흘러서, 로터 축에 회전력을 더한다. 가스 터빈으로부터의 최대 출력을 제공하기 위하여, 가스 온도를 가능한 높게 하는 것이 바람직하다. 블레이드가 장착되는 디스크 부위는 물론 높은 압력을 받는 블레이드의 근저부(root)를 고온 가스에 노출하는 것을 피하기 위하여, 미국특허 제 3,945,758호(Lee) 및 제 4,113,406호(Lee 등) 등에 나타나 있는 바와 같이 고온 가스로부터 블레이드 근저부와 디스크 표면을 격리시키도록 배플(baffle)의 역할을 하는 미끄럼판이 통상적으로 설치된다. 그럼에도 불구하고, 고온 가스 온도에서의 작업은 블레이드와 디스크의 냉각을 요구한다.
통상적으로, 그러한 냉각은 압축실 방출 공기로부터 냉각 공기를 배출함으로써 이루어졌다. 상기 냉각 공기의 일부는 블레이드와 디스크 내의 통로를 통해 보내어 지고, 다른 일부는 고정 터빈 베인을 통해 인접한 디스크의 표면 사이에 형성되어 있는 공동 내로 흐르게 되어 있다. 디스크, 블레이드 및 베인을 냉각한 후에, 가열된 냉각 공기는 통상적으로 터빈실을 통해 흐르는 고온 가스로 방출된다. 그러나, 냉각 공기가 터빈 내에서 팽창하는 고온 가스와 결국 혼합되더라도, 연소공정을 거치지 않기 때문에 압축된 냉각 공기의 팽창으로부터 회수되는 작업은 연소기 내의 가열된 압축 공기의 팽창으로부터 회수되는 작업보다 매우 작다. 실제로, 기계 효율 및 압력 강하에 기인한 손실의 결과로서 냉각 공기로부터 회수되는 작업은 압축실 내의 공기를 압축하는데 요구되는 작업보다 작다. 또한, 고온 가스 흐름으로 냉각 공기를 방출하는 것은 고온 가스와 냉각 공기의 혼합에 의한 공기역학적 손실을 가져온다.
냉각 공기를 사용함에도 불구하고, 종래에는 디스크가 작업중에 너무 가열되기 때문에 덜 비싼 낮은 합금강보다 고온에 특히 강한 니켈 기저 합금과 같은 고가의 합금으로 제조해야만 했다.
그러므로, 보다 저렴한 재료로 제조된 디스크를 사용할 수 있도록, 사용된 냉각 공기를 터빈을 통해 흐르는 고온 가스로 내버릴 필요가 없으며 로터의 효과적인 냉각을 제공하는 가스 터빈 로터를 위한 냉각 구성을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 터보 머신(turbomachine)용 로터(rotor)에 관한 것이며, 특히 폐쇄 루프의 냉각 공기 경로를 제공하기 위한 개선된 냉각 공기의 구성을 갖춘 가스 터빈용 로터에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 터빈의 개략도이고,
도 2는 도 1에 도시된 가스 터빈의 터빈 로터의 종단면도이고,
도 3은 제 2열의 근처에 있는 도 2에 도시된 터빈 로터의 확대도이고,
도 4는 도 3에 도시된 하류 밀봉 링의 실물 단면도이고,
도 5는 도 3에 도시된 상류 밀봉 링의 실물 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 압축실 2 : 연소실
3 : 터빈실 4 : 로터
8 : 부스트 압축기 9 : 외판
10 : 연료 14 : 챔버
15 : 연소기 18 : 외부 냉각기
33-38 : 밀봉 링 40 : 로터 냉각 공기 입구
41 : 아암 42-44 : 디스크
45 : 볼트 47, 48 : 중공 볼트
50-56, 80-86 : 통로 57-59, 90-92 : 홀
61-65 : 공동 66-69, 77, 78 : 아암
70-72 : 블레이드 73-75 : 블레이드 근저부
76 : 밀봉 바아 79 : 리테이너 웨지
87, 88 : 디스크 표면 93, 94 : 측판
95 : 함몰부 96, 100 : 돌출부
97, 98, 101 : 홈 99 : 상부면
103 : 공동
본 발명의 목적은 사용된 냉각 공기를 터빈을 통해 흐르는 고온 가스로 내버릴 필요가 없으며 로터의 효과적인 냉각을 제공하는 가스 터빈 로터를 위한 냉각 구성을 제공하는 것이다.
간단히 말하면, 이러한 본 발명의 목적과 다른 목적들은 작업 유체가 흐르는 로터를 포함하는 터보 머신에 의해 달성된다. 상기 로터는 (i) 작업 유체에 노출되는 다수의 블레이드, (ii) 블레이드가 장착되고 자체 양측면상에 제 1 및 제 2 표면을 갖춘 제 1 부재, (iii) 냉각 유체를 수용하기 위한 입구 및 냉각 유체가 제 1 냉각 유체 유동로를 통과한 후에 냉각 유체를 방출하기 위한 출구를 갖춘 제 1 냉각 유체 유동로, (iv) 제 1 표면에 인접한 로터를 중심으로 그 둘레에 연장되어 있으며, 자체 관통을 위하여 제 1 냉각 유체 유동로 입구로 냉각 유체를 보내기 위한 제 1 냉각 유체 유도 수단을 갖춘 제 1 밀봉 링, 및 (v) 제 2 표면에 인접한 로터를 중심으로 그 둘레에 연장되어 있으며, 제 1 냉각 유체 유동로 출구로부터 방출된 냉각 유체를 제 1 부재로부터 멀리 보내기 위한 제 2 냉각 유체 유도 수단을 갖춘 제 2 밀봉 링을 포함한다.
본 발명의 양호한 실시예에 따라, 터보 머신은 작업 유체를 가열하기 위한 연소기 및 방출된 냉각 유체를 제 2 냉각 유체 유도 수단으로부터 상기 연소기로 보내기 위한 제 3 냉각 유체 유도 수단을 더 포함한다.
도 1은 가스 터빈을 개략적으로 도시한 도면이다. 이 가스 터빈의 주요 부품으로는 압축실(1), 연소실(2), 터빈실(3), 및 상기 세 부분에 걸쳐 있으며 중앙에 배치되어 있는 로터(4)가 있다. 압축실(1)은 교차 배열되어 있는 고정 베인과 회전 블레이드를 둘러싸는 실린더로 통상적으로 구성된다. 연소실(2)은 로터(4)의 일부를 둘러싸는 챔버(14)를 형성하는 원통형 외판(9)으로 구성된다. 다수의 연소기(15)가 챔버(14) 내부에 수용되어 있으며 로터(4)의 일부를 둘러싼다. 증류 오일이나 천연 가스와 같은 액체 또는 기체 형태인 연료(10)가 연료 노즐을 통해 각각의 연소기(15) 내로 유입되어 그 안에서 연소되어 고온 압축 가스(12)를 형성한다. 상기 고온 압축 가스(12)는 터빈실(3)을 위한 작업 유체를 형성한다.
터빈실(3)은 내부 실린더를 둘러싸는 외부 실린더로 구성된다. 내부 실린더는 여러 줄의 고정 베인 및 회전 블레이드를 둘러싼다. 고정 베인은 내부 실린더에 부착되고 회전 블레이드는 로터의 터빈실의 일부를 형성하는 디스크에 부착된다.
작동에 있어서, 압축실(1)은 대기를 유입하여 압축시킨다. 압축실(1)로부터 압축된 공기는 챔버(14)로 유입되어, 압축된 공기 중의 제 1 부분은 각각의 연소기(15)로 분포된다. 연소기(15)에서 연료(10)가 압축된 공기와 혼합되고 연소됨으로써, 고온 압축 가스(12)를 형성한다. 고온 압축 가스(12)가 터빈실(3) 내에서 다열의 고정 베인 및 회전 블레이드를 통과하여 흐르게되면, 가스가 팽창하여 로터(4)를 구동하는 동력을 생성한다. 그리고, 팽창된 가스는 터빈실(3)로부터 배출된다.
압축실(1)에서 압축된 공기의 제 2 부분(20)이 외판(9)에 연결되어 있는 관에 의해 챔버(14)로부터 추출된다. 결국, 압축된 공기의 제 2 부분(20)은 연소기(15)를 우회하여 로터(4)를 위한 냉각 공기를 형성한다. 선택적으로, 압축된 공기의 제 2 부분, 즉 냉각 공기(20)가 압축실(1) 내에서 하나 이상의 중간 단계로부터 추출될 수도 있다. 여하튼, 냉각 공기(20)의 압력은 부스트 압축기(8)에 의해 증가된다. 그 다음에, 압축된 냉각 공기(22)가 외부 냉각기(18)에 의해 냉각된다. 바람직한 본 실시예에서는, 냉각기(18)에 연료(10)가 공급되어 냉각 공기(20)로부터 전달된 열은 연료(10)를 가열시킴으로써 사이클로 복귀한다.
다음에, 외부 냉각기(18)로부터의 냉각 및 압축된 냉각 공기(24)는 로터(4)의 말단부로 보내져서, 로터 냉각 공기 입구(40)로 유입되고 로터 내의 통로를 거쳐 상류 방향으로 흐른다. 여기서 사용되는 용어 "상류(upstream)"와 "하류(downstream)"는 터빈실(3)을 통과하는 고온 가스(12)의 흐름의 방향을 가리킨다. 따라서, 도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 상류 방향은 우측에서 좌측 방향이고 하류 방향은 좌측에서 우측 방향이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 로터(4)의 터빈부는 볼트(45)에 의해 서로 결합되어 있는 제 1, 제 2 및 제 3 열의 디스크(42-44)로 구성된다. 제 1, 제 2 및 제 3 열의 회전 블레이드(70-72)는 예를 들어, 톱니형 블레이드 근저부가 디스크 내의 톱니형 홈과 미끄럼 결합하는 톱니뿌리형 부착부와 같은 블레이드의 근저부(73-75)에 의해 디스크(42-44)의 주변에 고정된다. 냉각 공기 통로(80-85)가 블레이드 근저부(73-75) 내에 형성된다. 이들 냉각 공기 통로(80-85)는 블레이드의 외장부 내에 형성되어 있는 추가 냉각 공기 통로로 냉각 공기를 보낸다. 공지되어 있는 바와 같이, 블레이드 외장 냉각 공기 통로는 꾸불꾸불하게 구부러진 배열과 같이 다양한 형상을 가질 수 있다.
바람직하게도, 냉각 공기가 블레이드 냉각 통로로부터 고온 가스(12)로 방출되지 않기 때문에 로터(4)로 유입되는 거의 모든 냉각 공기는 결국 챔버(14)로 회수된다. 이는 아래에서 상세히 기술된다.
본 발명의 중요한 특징에 따르면, 밀봉 링(33-38)이 각각의 디스크(42-44)의 상류 및 하류 면에 인접 배치되어 고정된다. 밀봉 링(33-38)은 로터(4)를 중심으로 그 둘레에서 360˚연장된다. 하류 밀봉 링(34, 36, 38)은 블레이드 근저부 출구 냉각 공기 통로(81, 83, 85)로부터 가열된 냉각 공기를 수용하여 디스크(42-44)로부터 멀리 보낸다.
또한 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 로터 냉각 공기 입구(40)로부터의 냉각 공기(24)는 두 개의 흐름(25, 26)으로 분리된다. 냉각 공기(25)는 제 3 열의 디스크(44) 및 블레이드(72)를 위한 냉각 공기를 형성한다. 제 3 열 디스크(44) 내에 형성되어 있는 홀(58)을 통과한 후에 냉각 공기(26)는 다시 흐름(28, 30)으로 나누어진다. 아래에서 설명할 바와 같이, 냉각 공기(28)는 제 2 열 디스크(43) 및 블레이드(71)를 위한 냉각 공기를 형성한다. 냉각 공기(30)는 제 2 열 디스크(43) 내의 홀(57)을 통과하여 제 1 열 디스크(42) 및 블레이드(70)를 위한 냉각 공기를 형성한다.
제 3 열의 냉각에 대해 다시 언급하면, 제 3 열을 위한 냉각 공기(25)가 공동(64)으로 유입된다. 공동(64)으로부터 냉각 공기(25)는 하류 밀봉 링(33)으로 보내지고 하류 밀봉 링(33)과 제 3 열 디스크(44)의 하류 표면 사이에 형성되는 냉각 공기 통로(51)를 지나감으로써, 하류 디스크 표면을 냉각시킨다. 그 다음에, 냉각 공기(25)는 통로(51)로부터 제 3 열 블레이드 근저부(75) 내에 형성되어 있는 입구 냉각 공기 통로(80)로 보내진다. 추가의 열을 흡수하여 블레이드의 외장 및 근저부를 냉각하고 제 3 열 블레이드(72)를 통과한 후에, 가열된 냉각 공기(27)는 밀봉 바아를 통과한다. 이는 제 2 열의 냉각과 관련하여 아래에서 자세히 설명된다. 그 다음에, 밀봉 바아로부터 냉각 공기는 상류 밀봉 링(34) 내의 통로(52)를 통해 외부 및 내부 아암(66 및 67)에 의해 그 일부가 형성되는 공동(63)으로 흐른다. 상기 외부 및 내부 아암(66 및 67)은 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 제 2 열의 하류 밀봉 링으로부터 연장되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 3 열로부터 나온 가열된 냉각 공기(27)는 제 2 열 디스크(43)에 상류 및 하류 밀봉 링(36 및 35)을 각각 고정시키는 중공 볼트(47) 내에 형성되어 있는 냉각 공기 통로(50)를 통하여 공동(63)으로부터 제 2 열 디스크(43)를 통과한다. 그 다음에, 통로(50)에서 나온 가열된 냉각 공기(27)는 제 2 열 상류 밀봉 링(36)으로부터 각각 연장되어 있는 외부 및 내부 아암(68 및 69)에 의해 일부가 형성되어 있는 공동(62)으로 유입된다.
도 3을 참조하여 제 2 열의 냉각에 대해 설명하면, 제 2 열 디스크(43)를 위한 냉각 공기(28)는 제 2 열 디스크와 제 3 열 디스크 사이의 공간으로부터 제 3 열 디스크(44)의 상류 아암 내에 형성되어 있는 홀(92)과 제 2 열 디스크(43)의 하류 아암(77) 내의 홀(91)을 통해 흐른다. 냉각 공기(28)는 홀(91 및 92)로부터 제 2 열 디스크(43)의 하류 아암(77)과 제 2 열 하류 밀봉 링(35)의 하류 아암(67)에 의해 일부가 형성되는 공동(65) 내로 유입된다. 냉각 공기(28)는 하류 밀봉 링(35)에 의해 공동(65)으로부터 하류 밀봉 링과 제 2 열 디스크(43)의 하류 표면(88) 사이에 형성되어 있는 통로(53)를 통해 보내진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 통로(53)의 시작부는 밀봉 링(35)의 표면 내에 절단되어 있고 주변 둘레에 분포되어 있는 부분 함몰부(95)로 형성되어 있다. 함몰부(95) 사이의 밀봉 링 표면의 부분은 디스크 표면(88)에 대해 밀봉 링(35)이 얹혀지는 접촉 영역을 형성한다(도 3 참조). 또한, 비함몰 부분에는 돌출부(96)가 형성되어 있어서, 디스크(43)상에 밀봉 링(35)을 정확하게 위치시키기 위하여 디스크 표면(88) 내에 있는 홈(98) 내에 얹혀진다. 도 4에 도시되어 있는, 밀봉 링(35)의 주변에 있는 상부면(99)은 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 통로(53)의 단부를 밀봉하도록 블레이드 근저부와 디스크의 하류 표면상에 밀착된다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 밀봉 링(35)의 주위에 형성되어 있는 홈(101)은 도 3에 도시되어 있는 하류 측판(93)을 고정시킨다.
또한 도 3에서 알 수 있듯이, 냉각 공기(28)가 통로(53)를 통과함으로써 디스크 표면(88)을 지나가며 냉각시킨다. 냉각 공기(28)는 통로(53)로부터 제 2 열 블레이드 근저부(74)의 입구 냉각 공기 통로(82)로 유입된다. 전술한 바와 같이, 블레이드 근저부와 외장부를 지나면서 냉각시킨 후에, 가열된 냉각 공기(29)는 블레이드 근저부 출구 냉각 공기 통로(83)에 의해 블레이드 근저부(74)로부터 방출된다. 가열된 냉각 공기(29)는 출구 통로(83)로부터 블레이드 근저부(74)의 상류 표면과 상류 측판(94) 사이에 배치되어 있는 밀봉 바아(76) 내에 형성되어 있는 통로(86) 내로 유입된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 밀봉 바아(76)는 각각의 블레이드 근저부(74)를 위해 갖추어져 있는 하나의 밀봉 바아에 의해 분할된다. 디스크 표면(87)과 블레이드 근저부(74)로부터 축방향 상류쪽으로 연장되어 있는 각각의 밀봉 바아(76)와 아암(41) 사이에 배치되어 있는 리테이너 웨지(79)는 밀봉 바아(76)를 제위치에 유지시키는데 사용된다. 고정 나사(도시 안함)는 리테이너 웨지(79)를 도 3에 도시된 바와 같이 상류 측판(94)에 고정시킨다.
도 5에 또한 도시되어 있는 바와 같이, 상류 밀봉 링(36)은 돌출부(100)를 갖고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 돌출부(100)는 상류 디스크 표면(87) 내의 홈(97)과 결합함으로써, 상류 밀봉 링(36)이 디스크(43)에 대하여 정확하게 위치되도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 볼트(47)의 근처에서 디스크 표면(87)을 부분적으로 지탱하는 부분을 제외하고는 상류 밀봉 링(36)이 디스크 표면과 접촉하지 않아서 공동(103)이 이들 두 개의 부품 사이에 형성된다. 따라서, 상류 밀봉 링(36)은 디스크의 전달성 가열을 방지하도록 가열된 공기를 디스크 표면(87)으로부터 격리시키는 통로(54)를 형성할 뿐만 아니라, 밀봉 링(36)으로부터 디스크로의 전도성 열 전달을 방지하도록 디스크 표면(87)과 최소한도로 접촉한다. 따라서, 상류 밀봉 링은 가열된 냉각 공기로부터 디스크를 단열하는데 사용된다.
도 3에 또한 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 양호한 실시예에서 축방향 홀(59)이 상류 밀봉 링(36) 내에 갖추어져 있다. 홀(59)은 냉각 공기의 일부가 블레이드 근저부(74) 아래에서 공동(103) 내로 방사상 안쪽으로 흐르고 통로(54)로 유입되도록 한다. 상기 냉각 공기의 일부는 냉각 공기의 과열을 피하도록 블레이드(71)를 우회하므로 상류 디스크 표면(87)을 효과적으로 냉각시킨다.
가열된 냉각 공기(29)는 밀봉 바아 통로(86)로부터 도 3에 도시된 바와 같이 상류 밀봉 링(36) 내에 형성되어 있는 통로(54)를 통과한다. 제 2 열로부터 나온 가열된 냉각 공기(29)는 통로(54)로부터 공동(62)으로 유입되고, 여기서 혼합된 가열 냉각 공기 흐름(32)을 형성하도록 제 3 열로부터 나온 가열된 냉각 공기(27)와 혼합된다.
다시 도 2에 대해 언급하면, 가열된 냉각 공기(32)의 혼합 흐름은 제 1 열 디스크(42)에 상류 및 하류 밀봉 링(38 및 37)을 각각 고정시키는 중공 볼트(48) 내에 형성되어 있는 냉각 공기 통로를 통하여 공동(62)으로부터 제 1 열 디스크(42)를 통과한다. 혼합된 가열 냉각 공기(32)는 볼트 냉각 통로로부터 공동(61) 내로 유입된다.
제 1 열의 냉각에 대해 언급하면, 제 1 열을 위한 냉각 공기(30)는 제 1 열 디스크(42)와 제 2 열 디스크(43) 사이의 공간을 지나서 제 2 열 디스크(43)의 상류 아암(78) 내에 형성되어 있는 홀(90)과 제 1 열 디스크(42)의 하류 아암 내의 홀을 통해 흐른다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 홀로부터 냉각 공기(30)는 제 2 열 하류 밀봉 링(37)에 의해 형성되는 통로(55)를 지나고, 블레이드(70)를 지나서, 제 2 열 냉각과 관련하여 전술한 바와 동일한 방법으로 제 2 열 상류 밀봉 링(38)을 통과한다. 상류 밀봉 링(38) 내의 통로(56)로부터, 가열된 제 1 열 냉각 공기(31)가 공동(61) 내로 방출되고 여기서 제 2 및 제 3 열로부터 나온 혼합된 가열 냉각 공기(32)와 혼합된다.
상기 냉각 공기의 혼합된 흐름은 공동(61)으로부터 챔버(14)로 방출되어, 연소기(15)를 위한 연소 공기를 공급하고 이로부터 전술한 바와 같이 냉각 공기(20)가 최초로 추출된다. 바람직한 실시예에서 로터 냉각 공기(24)가 고온 가스(12)로 계획적으로 방출되지 않기 때문에, 챔버(14)로부터 추출된 거의 모든 냉각 공기(20)는 누출되는 것을 제외하고는 모두 복귀한다. 따라서, 냉각 구성은 폐쇄 루프를 특징으로 하지만, 챔버(14)로 복귀한 가열된 냉각 공기의 일부는 냉각을 위하여 로터(4)로 복귀하기보다는 연소기(15)로 유입되고 연료(10)에 의한 연소 후에 결과적으로 고온 가스(12)를 형성한다.
냉각 공기를 디스크 표면 위로 흐르게 하고 디스크 표면을 블레이드로부터 배출되는 가열된 냉각 공기로부터 단열시킴으로써 냉각 공기를 효율적으로 사용한 결과, 디스크가 과열되는 것이 방지된다. 바람직하게도, 충분한 냉각으로 인하여 보다 저렴한 디스크용 재료를 사용할 수 있다.
비록 본 발명이 가스 터빈 내의 터빈 로터의 디스크와 관련하여 논의되었지만, 본 발명은 회전 부품을 냉각하는 것이 중요한 다른 종류의 터보 머신에도 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 정신과 기본적 특성 내에서 다른 특정한 형태로 구현될 수 있기 때문에, 전술한 상세한 설명보다는 본 발명의 범위를 나타내는 첨부된 청구의 범위를 참고하여야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 작업 유체가 그 위로 흐르는 로터를 포함하는 터보-머신에 있어서,
    상기 로터가,
    a) 작업 유체에 노출되는 다수의 블레이드와,
    b) 상기 블레이드가 장착되고 자체 양측면상에 제 1 및 제 2 표면을 갖춘 제 1 부재와,
    c) 냉각 유체를 수용하기 위한 입구 및 상기 냉각 유체가 제 1 냉각 유체 유동로를 통과한 후에 상기 냉각 유체를 방출하기 위한 출구를 갖춘 제 1 냉각 유체 유동로와,
    d) 상기 제 1 부재의 상기 제 1 표면에 인접한 상기 로터를 중심으로 그 둘레에 연장되어 있으며, 자체 관통을 위하여 상기 제 1 냉각 유체 유동로 입구로 상기 냉각 유체를 보내기 위한 제 1 냉각 유체 유도 수단을 갖춘 제 1 밀봉 링과, 그리고
    e) 상기 제 1 부재의 상기 제 2 표면에 인접한 상기 로터를 중심으로 그 둘레에 연장되어 있으며, 상기 제 1 냉각 유체 유동로 출구로부터 방출된 상기 냉각 유체를 상기 제 1 부재로부터 멀리 보내기 위한 제 2 냉각 유체 유도 수단을 갖춘 제 2 밀봉 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 부재의 상기 제 1 및 제 2 표면이 상기 제 1 부재의 주위를 둘러싸며 연장되는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 부재의 상기 제 1 표면이 상기 로터의 위를 흐르는 상기 작업 유체의 흐름에 대해 하류 방향으로 향해 있는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 부재의 상기 제 2 표면이 상기 로터의 위를 흐르는 상기 작업 유체의 흐름에 대해 상류 방향으로 향해 있는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 블레이드가 장착되는 상기 제 1 부재가 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 냉각 유체 유도 수단이 상기 제 1 부재의 제 1 표면과 상기 제 1 밀봉 링 사이에 형성되어 있는 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 냉각 유체 유도 수단이 상기 방출된 냉각 유체를 제 1 부재의 제 2 표면으로부터 격리시키기 위한 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 격리 수단이 상기 제 2 밀봉 링에 형성되어 있는 통로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 밀봉 링을 회전을 위하여 상기 제 1 부재에 연결하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 밀봉 링이 상기 제 1 부재의 제 1 표면에 부착되고 상기 제 2 밀봉 링은 상기 제 1 부재의 제 2 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 연결 수단이 제 2 냉각 유체 유동로를 형성하는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  12. 제 1 항에 있어서, a) 냉각 유체 공급기와, b) 상기 냉각 유체 공급기로부터 상기 제 1 냉각 유체 유도 수단으로 냉각 유체를 유도하기 위한 수단과, 그리고 c) 상기 제 2 냉각 유체 유도 수단으로부터 상기 냉각 유체 공급기로 상기 방출된 냉각 유체를 복귀시키기 위한 제 3 냉각 유체 유도 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 블레이드가 제 1 열 블레이드를 포함하고, 그리고 a) 제 2 열 블레이드가 장착되고, 상기 제 1 부재에 인접하여 배치되는 제 2 부재와, b) 냉각 유체를 수용하기 위한 입구 및 상기 냉각 유체가 제 2 냉각 유체 유동로를 통과한 후에 상기 냉각 유체를 방출하기 위한 출구를 갖춘 제 2 냉각 유체 유동로와, c) 상기 제 2 부재에 인접한 상기 로터를 중심으로 그 둘레에 연장되어 있으며, 자체 관통을 위하여 상기 제 2 유체 유도 수단으로부터 상기 제 2 냉각 유체 유동로 입구로 상기 냉각 유체를 보내기 위한 제 4 냉각 유체 유도 수단을 갖춘 제 3 밀봉 링과, 그리고 e) 상기 제 2 부재에 인접한 상기 로터를 중심으로 그 둘레에 연장되어 있으며, 상기 제 2 냉각 유체 유동로 출구로부터 방출된 상기 냉각 유체를 상기 제 2 부재로부터 멀리 보내기 위한 제 5 냉각 유체 유도 수단을 갖춘 제 4 밀봉 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 3 및 제 4 밀봉 링을 회전을 위하여 상기 제 2 부재에 연결하는 수단을 더 포함하고, 상기 제 3 냉각 유체 유도 수단이 상기 연결 수단 내에 형성되어 있는 제 3 냉각 유체 유동로를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  15. 터보-머신에 있어서,
    a) 냉각 유체의 흐름을 수용하기 위한 입구와 상기 냉각 유체의 흐름을 방출하기 위한 출구를 각각 갖춘 제 1 냉각 유체 통로가 형성되어 있는 일렬의 회전 블레이드와,
    b) 상기 회전 블레이드가 장착되는 디스크와, 그리고
    c) 상기 제 1 냉각 유체 통로 출구로부터 방출된 냉각 공기를 상기 블레이드로부터 멀리 보내고, 상기 방출된 냉각 유체로부터 상기 디스크로 열전달되지 않도록 상기 제 1 냉각 유체 통로 출구로부터 방출된 상기 냉각 유체의 흐름으로부터 상기 디스크를 단열시키기 위한 수단으로 구성된 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 단열 수단이 상기 디스크에 부착되는 제 1 밀봉 링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 냉각 유체 유도 수단이 상기 제 1 밀봉 링 내에 형성되어 있는 다수의 제 2 냉각 유체 통로로 구성되는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 디스크에 부착되는 제 2 밀봉 링을 더 포함하고, 상기 제 2 밀봉 링은 상기 제 1 냉각 유체 통로 입구로 냉각 유체를 유도하기 위한 수단을 갖춘 제 2 냉각 유체 통로로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보-머신.
  19. 가스 터빈에 있어서,
    a) 압축 유체 공급기와,
    b) 상기 압축 유체의 제 1 부분을 가열하기 위한 연소기와,
    c) 상기 가열된 압축 유체를 팽창시키며 일렬의 회전 블레이드를 갖춘 터빈 로터와, 상기 각각의 블레이드 내에 형성되어 있으며 냉각 유체의 흐름을 수용하기 위한 입구 및 상기 냉각 유체의 흐름을 방출하기 위한 출구를 갖춘 제 1 냉각 유체 유동로와,
    d) 상기 압축 유체의 제 2 부분이 상기 제 1 냉각 유체 유동로를 통과하고 상기 제 1 냉각 유체 유동로 출구에 의해 방출되도록, 상기 제 1 냉각 유체 유동로 입구로 상기 압축 유체의 제 2 부분을 보내기 위한 제 1 유체 유도 수단과, 그리고
    e) 상기 제 1 냉각 유체 유동로 출구로부터 상기 압축 유체 공급기로 상기 압축 유체의 제 2 부분을 보내기 위한 제 2 유체 유도 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  20. 제 19 항에 있어서, a) 상기 제 1 유체 유도 수단이 상기 로터를 둘러싸고 제 2 냉각 유체 유동로를 형성하는 제 1 밀봉 링을 포함하고, 그리고 b) 상기 제 2 유체 유도 수단이 상기 로터를 둘러싸고 제 3 냉각 유체 유동로를 형성하는 제 2 밀봉 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
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Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3621523B2 (ja) * 1996-09-25 2005-02-16 株式会社東芝 ガスタービンの動翼冷却装置
US6393829B2 (en) * 1996-11-29 2002-05-28 Hitachi, Ltd. Coolant recovery type gas turbine
DE19705442A1 (de) * 1997-02-13 1998-08-20 Bmw Rolls Royce Gmbh Turbinen-Laufradscheibe mit Kühlluftkanälen
US6185924B1 (en) * 1997-10-17 2001-02-13 Hitachi, Ltd. Gas turbine with turbine blade cooling
JP3475838B2 (ja) * 1999-02-23 2003-12-10 株式会社日立製作所 タービンロータ及びタービンロータのタービン動翼冷却方法
US6267553B1 (en) 1999-06-01 2001-07-31 Joseph C. Burge Gas turbine compressor spool with structural and thermal upgrades
US6295803B1 (en) 1999-10-28 2001-10-02 Siemens Westinghouse Power Corporation Gas turbine cooling system
JP3518447B2 (ja) * 1999-11-05 2004-04-12 株式会社日立製作所 ガスタービン，ガスタービン装置およびガスタービン動翼の冷媒回収方法
JP3361501B2 (ja) * 2000-03-02 2003-01-07 株式会社日立製作所 閉回路翼冷却タービン
JP3762661B2 (ja) * 2001-05-31 2006-04-05 株式会社日立製作所 タービンロータ
JP2003206701A (ja) * 2002-01-11 2003-07-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンのタービンローターおよびガスタービン
DE50208002D1 (de) † 2002-07-01 2006-10-12 Alstom Technology Ltd Rotor für eine rotierende thermische Maschine sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors
US6910852B2 (en) * 2003-09-05 2005-06-28 General Electric Company Methods and apparatus for cooling gas turbine engine rotor assemblies
EP1577493A1 (de) * 2004-03-17 2005-09-21 Siemens Aktiengesellschaft Strömungsmaschine und Rotor für eine Strömungsmaschine
US7225624B2 (en) * 2004-06-08 2007-06-05 Allison Advanced Development Company Method and apparatus for increasing the pressure of cooling fluid within a gas turbine engine
GB0503676D0 (en) * 2005-02-23 2005-03-30 Rolls Royce Plc A lock plate arrangement
GB0603030D0 (en) * 2006-02-15 2006-03-29 Rolls Royce Plc Gas turbine engine rotor ventilation arrangement
US8182208B2 (en) * 2007-07-10 2012-05-22 United Technologies Corp. Gas turbine systems involving feather seals
US8096747B2 (en) * 2008-02-01 2012-01-17 General Electric Company Apparatus and related methods for turbine cooling
JP5129633B2 (ja) * 2008-03-28 2013-01-30 三菱重工業株式会社 冷却通路用カバーおよび該カバーの製造方法ならびにガスタービン
US8277170B2 (en) * 2008-05-16 2012-10-02 General Electric Company Cooling circuit for use in turbine bucket cooling
US8079802B2 (en) * 2008-06-30 2011-12-20 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine
EP2146055B2 (en) † 2008-07-17 2022-01-19 Ansaldo Energia S.P.A. Sealing element for a gas turbine, a gas turbine including said sealing element and method for cooling said sealing element
US8087871B2 (en) * 2009-05-28 2012-01-03 General Electric Company Turbomachine compressor wheel member
US8616832B2 (en) * 2009-11-30 2013-12-31 Honeywell International Inc. Turbine assemblies with impingement cooling
US8465259B2 (en) * 2010-04-29 2013-06-18 Siemens Energy, Inc. Gas turbine spindle bolt structure with reduced fretting motion
US8540482B2 (en) 2010-06-07 2013-09-24 United Technologies Corporation Rotor assembly for gas turbine engine
RU2539404C2 (ru) * 2010-11-29 2015-01-20 Альстом Текнолоджи Лтд Осевая газовая турбина
US8899051B2 (en) * 2010-12-30 2014-12-02 Rolls-Royce Corporation Gas turbine engine flange assembly including flow circuit
US20120183398A1 (en) * 2011-01-13 2012-07-19 General Electric Company System and method for controlling flow through a rotor
US20130094958A1 (en) * 2011-10-12 2013-04-18 General Electric Company System and method for controlling flow through a rotor
US20130264779A1 (en) * 2012-04-10 2013-10-10 General Electric Company Segmented interstage seal system
US9091173B2 (en) 2012-05-31 2015-07-28 United Technologies Corporation Turbine coolant supply system
JP5865204B2 (ja) * 2012-07-20 2016-02-17 株式会社東芝 軸流タービン及び発電プラント
US9322300B2 (en) 2012-07-24 2016-04-26 Access Energy Llc Thermal cycle energy and pumping recovery system
US9115587B2 (en) 2012-08-22 2015-08-25 Siemens Energy, Inc. Cooling air configuration in a gas turbine engine
JP6010488B2 (ja) * 2013-03-11 2016-10-19 株式会社東芝 軸流タービンおよびこれを備えた発電プラント
US9540961B2 (en) 2013-04-25 2017-01-10 Access Energy Llc Heat sources for thermal cycles
CN104454025B (zh) * 2014-11-12 2015-11-18 中国科学院工程热物理研究所 一种用于高温旋转轮盘的冷却结构
US11428104B2 (en) 2019-07-29 2022-08-30 Pratt & Whitney Canada Corp. Partition arrangement for gas turbine engine and method
CN113623014B (zh) * 2021-07-22 2023-04-14 西安交通大学 一种燃气轮机透平叶片-轮盘联合冷却结构

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE573481C (de) * 1930-03-23 1933-04-01 Heinrich Ziegler Gasturbine mit Hohlschaufeln
DE744859C (de) * 1940-09-26 1953-02-23 Bmw Flugmotorenbau Ges M B H M Einrichtung zur Kuehlung von Abgasturbinen und deren Wellen
BE530262A (ko) * 1953-07-11
GB913167A (en) * 1959-04-28 1962-12-19 Entwicklungsbau Pirna Veb Improvements in or relating to gas turbines
CH482914A (de) * 1967-09-12 1969-12-15 Prvni Brnenska Strojirna Zd Y Gasturbinenläufer mit Deckscheibe zur Zuleitung der Kühlluft an eine Stirnseite des Läufers einer Verbrennungsturbine mit hoher Drehzahl
FR2174497A7 (ko) * 1972-12-28 1973-10-12 Ould Hammou Abdellah
US3945758A (en) * 1974-02-28 1976-03-23 Westinghouse Electric Corporation Cooling system for a gas turbine
US4021138A (en) * 1975-11-03 1977-05-03 Westinghouse Electric Corporation Rotor disk, blade, and seal plate assembly for cooled turbine rotor blades
US4113406A (en) * 1976-11-17 1978-09-12 Westinghouse Electric Corp. Cooling system for a gas turbine engine
GB2189845B (en) * 1986-04-30 1991-01-23 Gen Electric Turbine cooling air transferring apparatus
US4820116A (en) * 1987-09-18 1989-04-11 United Technologies Corporation Turbine cooling for gas turbine engine
US5318404A (en) * 1992-12-30 1994-06-07 General Electric Company Steam transfer arrangement for turbine bucket cooling

Also Published As

Publication number Publication date
EP0898639B1 (en) 2002-06-19
TW344016B (en) 1998-11-01
AR007062A1 (es) 1999-10-13
CA2254885C (en) 2006-01-24
CA2254885A1 (en) 1997-11-27
KR100448525B1 (ko) 2004-12-16
US5755556A (en) 1998-05-26
DE69713502D1 (de) 2002-07-25
DE69713502T2 (de) 2002-11-28
CN1225704A (zh) 1999-08-11
WO1997044569A1 (en) 1997-11-27
EP0898639A1 (en) 1999-03-03
JP2000511260A (ja) 2000-08-29

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