KR20050096604A - 터빈 쉬라우드 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 터빈 쉬라우드 조립체가 개시된다. 상기 터빈 쉬라우드 조립체는 터빈 블레이드를 둘러싸면서 연소가스를 안내하는 터빈 쉬라우드 조립체에 있어서, 터빈 하우징에 결합된 외부 쉬라우드 및 외부 쉬라우드에 결합되는 내부 쉬라우드를 구비하고, 상기 내부 쉬라우드는 냉각매체를 수용하는 공간부가 형성된 내부 쉬라우드 몸체와, 공간부내에 설치되는 것으로, 방열을 촉진하는 방열핀 및 내부 쉬라우드 몸체를 덮는 쉬라우드 커버를 포함한다. 개시된 터빈 쉬라우드 조립체에 의하면, 쉬라우드 조립체의 방열성능이 향상되고, 터빈효율이 개선된다.

Description

터빈 쉬라우드 조립체{Turbine shroud assembly}

본 발명은 터빈 쉬라우드 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방열성능이 향상되고, 터빈효율이 개선되는 터빈 쉬라우드 조립체에 관한 것이다.

통상적으로 발전기용이나 항공기 엔진용으로 주로 사용되는 가스 터빈 엔진은 공기를 압축하는 압축기와, 압축기로부터 압축된 공기와 연료를 혼합하여 고온, 고압의 가스를 발생시키는 연소기와, 연소기에서 발생된 가스를 이용하여 회전력을 얻는 터빈 블레이드를 포함한다.

여기서, 상기 터빈 블레이드 상부에는 연소기에서 발생되는 연소가스의 경로를 형성하는 쉬라우드가 형성된다. 터빈 부품을 통과하여 유동하는 가스의 온도는 금속의 용융온도보다 높은 것으로 알려져 있는바, 이러한 연소가스에 노출되어 있는 쉬라우드가 신속히 냉각되지 않으면, 부품수명이 저감됨은 물론, 열팽창에 의해 터빈 블레이드의 원활한 작동이 불가능하게 된다.

종래 가스터빈 엔진에서 실제 채택하고 있는 쉬라우드 냉각방법에는 대류 냉각법, 충돌 냉각법 등이 있다. 이 중, 대류에 의한 쉬라우드의 냉각방법에 의하면, 터빈 압축기로부터 비교적 저온의 공기를 냉각 홀을 통해 쉬라우드 내부로 유입되도록 하여 쉬라우드를 냉각시킨다.

한편, 충돌 냉각에 의한 냉각방법은 고속의 공기 유동체를 쉬라우드의 내부 표면에 충돌하게 함으로써, 냉각효과를 얻는다.

그러나 이러한 종래 기술들에 있어서, 충분한 냉각효과를 얻기 위해서는 많은 양의 냉각매체가 유입되어야하는바, 터빈효율이 감소되는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점 및 그 밖의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 방열성능이 향상되는 개선된 구조의 터빈 쉬라우드 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 터빈효율이 개선되는 터빈 쉬라우드 조립체를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 터빈 쉬라우드 조립체는,

터빈 블레이드를 둘러싸면서 연소가스를 안내하는 터빈 쉬라우드 조립체에 있어서,

터빈 하우징에 결합되는 외부 쉬라우드; 및

상기 외부 쉬라우드에 결합되는 내부 쉬라우드를 구비하고, 상기 내부 쉬라우드는

냉각매체를 수용하는 공간부가 형성된 내부 쉬라우드 몸체;

상기 공간부내에 설치되는 것으로, 상기 내부 쉬라우드의 방열을 촉진하는 방열핀; 및

상기 내부 쉬라우드 몸체를 덮는 쉬라우드 커버를 포함한다.

여기서, 상기 내부 쉬라우드 몸체에는 상기 공간부에 도입된 냉각매체의 출구를 제공하는 다수의 배기공이 형성될 수 있다.

또한, 상기 내부 쉬라우드 몸체에는 상기 공간부를 적어도 두 개의 서로 다른 공간부로 구획하는 격벽이 형성되며, 상기 격벽에는 상기 구획된 공간부를 연통하는 다수의 연통공이 형성될 수 있다.

상기 경우들에 있어서, 상기 쉬라우드 커버에는 다수의 통공이 형성될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 터빈 쉬라우드 조립체에 대해 상세히 설명하기로 한다.

쉬라우드 시스템은 터빈 블레이드를 둘러싸면서 연소가스의 경로를 정의하는데, 이러한 쉬라우드 시스템은 터빈 블레이드의 원주방향으로 연장되는 다수의 터빈 쉬라우드 조립체를 구비하여 구성된다.

도 1에는 이러한 터빈 쉬라우드 조립체(100)가 도시되어 있다. 상기 쉬라우드 조립체(100)는 내부 쉬라우드(5) 및 외부 쉬라우드(30)가 조립되어 구비된다. 각 외부 쉬라우드(30)에는 대략 2 개 정도의 내부 쉬라우드(5)가 조립된다. 여기서, 상기 내부 쉬라우드(5) 및 외부 쉬라우드(30)는 플랜지와 넥 형상을 구비한 더브테일 구조에 의해 조립될 수 있다. 또한, 상기 외부 쉬라우드(30)는 터빈 하우징(40)에 결합되는데, 상술한 바와 같은 더브테일형상의 조립부에 의해 결합될 수 있다.

외부 쉬라우드에는 냉각매체(미도시)가 유입되는데, 상기 냉각매체는 특별히 한정될 필요가 없으며, 예를 들어, 압축기에서 취출된 저온의 공기가 냉각매체로 이용될 수 있다.

한편, 상기 쉬라우드 조립체(100)의 안내를 받는 연소가스는 도 1에 표시된 화살표 방향으로 유동하여 터빈 블레이드(4)를 통과한다.

도 2에는 도 1에 도시된 내부 쉬라우드의 분해사시도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 내부 쉬라우드(5)는 쉬라우드 커버(10) 및 내부 쉬라우드 몸체(20)를 포함한다.

상기 내부 쉬라우드 몸체(20)에는 플렌지와 넥 구조로 이루어지는 더브테일 형상의 조립부가 형성되고, 블레이드(4, 도 1 참조)와 인접하여, 연소가스를 안내하는 저면부(25)가 블레이드 축방향으로 연장형성된다.

상기 쉬라우드 몸체(20) 내부에는 공급된 냉각매체를 수용하는 공간부(S)가 구비된다. 여기서, 상기 공간부(S)는 내부의 바닥면과 상기 바닥면에서 절곡된 네 측벽으로 구비된다.

또한, 터빈 블레이드에 인접하는 저면부(25)에는 공간부(S)에 수용된 냉각매체의 배출로를 제공하는 다수의 배기공(25`)이 형성된다. 상기 배기공(25`)은 공간부(S)의 네 측벽으로부터 저면부(25)에 이르는 냉각매체의 배출로를 형성한다.

여기서, 상기 공간부(S) 내에는 냉각매체에 의한 열전달을 촉진하는 방열핀(21) 구조가 설치된다. 이러한 방열핀(21) 구조는 쉬라우드(5)의 방열면적을 증대시킴으로써, 방열을 촉진하는 역할을 한다. 도 2에 도시된 일 실시예에서, 상기 방열핀(21)은 다수의 절곡부와 홀이 형성된 구조로 구비되어 있으나, 방열핀(21) 구조는 이에 한정될 필요가 없고, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 다양한 구조로 변형될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 쉬라우드 커버(10)에는 다수의 통공(10`)이 형성되어 쉬라우드 몸체(20)의 공간부(S)와 연통된다.

상기와 같이 구성되는 쉬라우드 조립체에 있어서, 공급된 냉각매체는 쉬라우드 커버(10)에 형성된 통공(10`)을 거쳐 쉬라우드 몸체(20)의 공간부(S)로 유입되고, 상기 공간부(S)에 설치된 방열핀(21) 구조를 경유하면서, 열교환이 이루어진다.

이렇게 열을 전달받은 냉각매체는 저면부(25)에 형성된 배기공(25`)을 거쳐 연소가스의 경로를 타고 배기된다.

도 4에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 쉬라우드 조립체에서 채용가능한 내부 쉬라우드(5) 구조가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 쉬라우드 몸체(20)에는 공간부(26, 27)가 형성되는데, 상기 공간부(26, 27)에는 격벽(22)이 형성되어, 제 1 공간부(26) 및 제 2 공간부(27)를 구획한다. 또한, 상기 격벽(22)에는 연통공(22`)이 형성되어, 상기 공간부들(26,27)이 서로 연통된다.

상술한 바와 같이 구성되는 내부 쉬라우드(5)에 있어서, 제 1 공간부(26)에 유입된 냉각매체는 격벽(22)에 형성된 연통공(22`)을 통해 제 2 공간부(27)로 유동되며, 쉬라우드 커버(10)를 통해 배기된다. 이렇게 배기된 냉각매체는 다시 순환되어 폐쇄된 유동회로가 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 냉각매체가 내부 쉬라우드(5) 내에서 순환하도록 하는 유동경로를 형성하면, 내부 쉬라우드(5)에서 더 많은 열교환이 이루어질 수 있는바, 쉬라우드 조립체의 방열효율이 향상될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 터빈 쉬라우드 조립체는 방열핀 구조를 구비함으로써, 쉬라우드의 방열성능이 향상된다. 또한, 적은 유량의 냉각매체를 이용하여도 충분한 냉각효과가 수득되는바, 터빈효율이 개선된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 터빈 쉬라우드 조립체를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 도 1의 내부 쉬라우드를 도시한 분해사시도,

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 터빈 쉬라우드 조립체에서 채용 가능한 방열핀 구조를 도시한 사시도들,

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에서 채용 가능한 내부 쉬라우드를 도시한 분해사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

4...터빈 블레이드 5...내부 쉬라우드

10...쉬라우드 커버 10`...통공

20...쉬라우드 몸체 21...방열핀

22...격벽 22`...연통공

25...저면부 25`...배기공

26...제 1 공간부 27...제 2 공간부

100...터빈 쉬라우드 조립체

S...공간부

Claims (4)

1. 터빈 블레이드를 둘러싸면서 연소가스를 안내하는 터빈 쉬라우드 조립체에 있어서,

   터빈 하우징에 결합된 외부 쉬라우드; 및

   상기 외부 쉬라우드에 결합되는 내부 쉬라우드를 구비하고,

   상기 내부 쉬라우드는,

   냉각매체를 수용하는 공간부가 형성된 내부 쉬라우드 몸체;

   상기 공간부내에 설치되는 것으로, 방열을 촉진하는 방열핀; 및

   상기 내부 쉬라우드 몸체를 덮는 쉬라우드 커버를 포함하는 터빈 쉬라우드 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 내부 쉬라우드 몸체에는 상기 공간부에 도입된 냉각매체의 출구를 제공하는 다수의 배기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 쉬라우드 조립체.
3. 제1항에 있어서, 상기 내부 쉬라우드 몸체에는 상기 공간부를 적어도 두 개의 서로 다른 공간부로 구획하는 격벽이 형성되며, 상기 격벽에는 상기 구획된 공간부를 연통하는 다수의 연통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 쉬라우드 조립체.
4. 제1항에 있어서, 상기 쉬라우드 커버에는 다수의 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 쉬라우드 조립체.