KR20070050834A - 증기 터빈용 회전자 조립체, 증기 터빈용 고정자 조립체 및증기 터빈 - Google Patents

증기 터빈용 회전자 조립체, 증기 터빈용 고정자 조립체 및증기 터빈 Download PDF

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KR20070050834A
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로버트 제임스 브랙큰
존 토마스 머피
스테판 스완
제프리 로버트 심킨스
클레멘트 가찔로
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

회전자 플레이트(30)를 갖는 적층식 회전자 섹션(62)을 포함하는 증기 터빈용 회전자 조립체(50)가 개시된다. 회전자 플레이트(30)는 플레이트 형상을 갖는 메인 바디부(31, 81)와, 제 1 축방향 면과, 상기 제 1 축방향 면에 대향하는 제 2 축방향 면을 포함한다. 또한, 회전자 플레이트(30)는 메인 바디부(31, 81)의 외측 반경 방향 에지에 에어포일 베이스 면을 포함한다. 회전자 플레이트(30)는 에어포일 베이스 면으로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 버킷(24, 38)을 더 포함한다. 그리고 회전자 플레이트(30)는 증기가 제 1 및 제 2 축방향 면으로 노출되는 것을 방지하기 위해 배치되는 밀봉부를 더 포함한다.

Description

증기 터빈용 회전자 조립체, 증기 터빈용 고정자 조립체 및 증기 터빈{AXIAL AND CIRCUMFERENTIAL SEAL FOR STACKED ROTOR AND/OR STATOR ASSEMBLY}
도 1은 종래의 반동 증기 터빈의 측면도,
도 2는 전형적인 실시예에 따른 회전자 플레이트의 사시도,
도 3은 전형적인 실시예에 따른 회전자 조립체의 사시도,
도 4는 도 3의 회전자 조립체의 유지부에 대한 사시도,
도 5는 전형적인 실시예에 따른 혼합식 회전자 조립체를 도시하는 도면,
도 6은 또 다른 전형적인 실시예에 따른 혼합식 회전자 조립체를 도시하는 도면,
도 7은 전형적인 실시예에 따른 고정자 플레이트에 대한 측면도,
도 8은 도 7의 고정자 플레이트에 대한 사시도,
도 9는 전형적인 실시예에 따른 고정자 플레이트의 도면,
도 10은 또 다른 전형적인 실시예에 따른 고정자 플레이트의 도면,
도 11은 또 다른 전형적인 실시예에 따른 고정자 조립체의 도면,
도 12는 전형적인 실시예에 따른 축방향 면 밀봉부의 도면,
도 13은 또 다른 전형적인 실시예에 따른 축방향 면 밀봉부의 도면.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
120 : 제 1 스테이지 122 : 제 2 스테이지
124 : 제 3 스테이지 126/128 : 확대 영역
130 : 원주 방향 코크 와이어 밀봉부 136 : 돌출부
138 : 홈부 140 : 점선
142 : 제 1 환형 홈 144 : 제 2 환형 홈
150 : 원형 로프 밀봉부 160 : 에어포일 베이스부
본 발명은 반동 증기 터빈용 축방향 및 원주방향 밀봉부, 더욱 상세하게는 반동 증기 터빈의 회전자 및/또는 고정자 조립체의 플레이트 사이의 축방향 및 원주방향 밀봉부에 대한 것이다.
반동 증기 터빈은 통상적으로 다중 고정자 스테이지 및 대응하는 회전자 스테이지를 포함한다. 고정자 스테이지 각각은 대응하는 회전자 스테이지에 인접하여 배치됨으로써, 증기 흐름이 회전자 스테이지를 향하도록 안내한다. 고정자 스테이지는 증기 흐름을 안내하는 노즐 스테이지를 포함한다. 회전자 스테이지는 노 즐 스테이지로부터 증기 흐름을 수용하는 버킷을 포함한다. 증기 흐름은 회전자 스테이지의 버킷 상에 힘을 가하고, 회전자 조립체의 회전을 야기하며, 이는 예를 들어 유용한 일 또는 전기 에너지로 변환된다.
최근의 일체형-커버 반동 노즐 스테이지는 각각의 반경 방향 하중 핀을 사용하여 기계가공된 고정자 내부 케이싱 내로 조립되는 개별적인 다수의 반동 노즐을 포함한다. 이러한 구성 방법은 고정자 조립체를 주조하기 위한 시간 및 비용을 증가시킨다. 이와 유사하게, 최근의 일체형-커버 반동 버킷 스테이지는 각각의 반경 방향 하중 핀을 사용하여 기계가공된 회전자 조립체 내로 조립되는 개별적인 다수의 반동 버킷을 포함한다. 이러한 구성 방법은 기계가공된 회전자 조립체를 주조하기 위한 시간 및 비용을 증가시킨다.
구성에 소요되는 시간 및 비용에 있어서, 개별적인 플레이트는 회전자 또는 고정자 조립체 중 어느 하나를 형성하기 위해 함께 고정될 수 있다. 그러나 개별적인 플레이트의 축방향 면 사이에서 증기가 누출될 수 있다.
본원에 개시되는 것은 회전자 플레이트를 갖는 적층식 회전자 섹션을 포함하는 증기 터빈용 회전자 조립체이다. 회전자 조립체는 플레이트 형상을 갖는 메인 바디부와, 제 1 축방향 면과, 상기 제 1 축방향 면에 대향하는 제 2 축방향 면을 포함한다. 또한, 회전자 플레이트는 메인 바디부의 외측 반경 방향 에지에 에어포일 베이스 면을 더 포함한다. 회전자 플레이트는 에어포일 베이스 면으로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 버킷을 더 포함한다. 그리고 회전자 플레이트는 증기가 제 1 및 제 2 축방향 면으로 노출되는 것을 방지하기 위해 배치되는 밀봉부를 더 포함한다.
고정자 플레이트를 갖는 적층식 고정자 섹션을 포함하는 증기 터빈용 고정자 조립체가 본원에 추가로 개시된다. 고정자 플레이트는 중공 중심을 구비한 플레이트 형상을 갖는 메인 바디부와, 제 1 축방향 면과, 상기 제 1 축방향 면에 대향하는 제 2 축방향 면을 포함한다. 또한, 고정자 플레이트는 메인 바디부의 내부 반경 방향 에지에 인접하여 에어포일 베이스 면을 포함한다. 고정자 플레이트는 상기 에어포일 베이스 면으로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 노즐을 더 포함한다. 그리고 고정자 플레이트는 증기가 제 1 및 제 2 축방향 면으로 노출되는 것을 방지하기 위해 배치되는 밀봉부를 더 포함한다.
고정자 플레이트를 갖는 고정자 조립체를 포함하는 증기 터빈이 본원에 추가로 개시된다. 고정자 플레이트는 플레이트 형상의 고정자 메인 바디부와, 제 1 축방향 면과, 상기 제 1 축방향 면에 대향하는 제 2 축방향 면을 포함한다. 또한, 고정자 플레이트는 고정자 메인 바디부의 내부 반경 방향 에지에 인접하여 고정자 에어포일 베이스 면을 포함한다. 또한, 증기 흐름을 안내하고 고정자 에어포일 베이스 면으로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 노즐이 포함된다. 그리고 고정자 플레이트 밀봉부는 증기가 고정자 플레이트의 제 1 및 제 2 축방향 면으로 노출되는 것을 방지하기 위해 배치된다. 또한, 증기 터빈 조립체는 회전자 플레이트를 갖는 회전자 조립체를 포함한다. 회전자 플레이트는 플레이트 형상을 갖는 회전자 메인 바디부와, 제 1 축방향 면과, 상기 제 1 축방향 면에 대향하는 제 2 축방향 면을 포함한다. 회전자 플레이트는 회전자 메인 바디부의 외측 반경 방향 에지에 인접하여 회전자 에어포일 베이스 면을 더 포함한다. 회전자 플레이트는 증기 흐름을 수용하고 회전자 에어포일 베이스 면으로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 버킷을 더 포함한다. 회전자 플레이트는 증기가 회전자 플레이트의 제 1 및 제 2 축방향 면으로 노출되는 것을 방지하기 위해 배치되는 회전자 플레이트 밀봉부를 더 포함한다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 외 다른 목적, 특징 및 이점들은 동일한 구성요소에 동일한 도면부호를 붙인 첨부 도면과 더불어 이하의 설명으로부터 더욱 명확해 질 것이다.
동일한 구성요소는 동일한 숫자로 표시되는 다수의 도면을 참조한다.
도 1은 종래의 반동 증기 터빈의 사시도를 도시한다. 종래의 반동 증기 터빈은 고정자 스테이지(12)를 갖는 종래의 고정자(10) 및 회전자 스테이지(22)를 갖는 종래의 회전자(20)를 포함한다. 종래의 회전자(20)는 종래의 고정자(10)에 근접 배치되어, 고정자 스테이지(12) 각각이 대응하는 하나의 회전자 스테이지(22)에 근접하게 된다. 고정자 스테이지(12) 각각은 별개의 다수의 에어포일 또는 노즐(14)을 포함한다. 회전자 스테이지(22) 각각은 별개의 다수의 에어포일 또는 버킷(24)을 포함한다. 고정자 스테이지(12)의 노즐(14)은 회전자 스테이지(22)의 대응하는 하나의 버킷(24)에 근접 배치되어, 상기 버킷(24)을 향하는 작동 유체, 예를 들어 증기의 흐름을 안내한다. 버킷(24)은 회전자 스테이지(22) 각각의 외측 에지에 원주 방향으로 배치된다. 노즐(14)은 고정자 스테이지(12)의 각각의 내측 에지에 원주 방향으로 배치된다. 버킷(24) 및 노즐(14) 양자는 각각 종래의 회전자 및 고정자 스테이지(14, 12)에 예를 들면, 도브테일 조립(dovetail assembly)에 의해 고정된다. 도브테일 조립에 있어서, 버킷(24) 및 노즐(14) 각각의 베이스에 배치된 도브테일 돌출부는 회전자 스테이지(22) 각각의 외측 에지 및 고정자 스테이지(12) 각각의 내측 에지에 배치되는 대응 그루브(groove) 내에 배치된다. 버킷(24) 및 노즐(14)의 이러한 부착의 수단은 도브테일 조립 공정으로 언급된다.
도 1을 참조하면, 종래의 회전자(20)는 예를 들면, 그 외부면을 중심으로 원주방향으로 배치된 그루브를 갖는 단일의 샤프트를 포함하는 단조식 회전자(forged rotor)를 포함할 수 있다. 그루브 각각은 도브테일 조립 공정을 통해 버킷을 수용한다. 이와 달리, 종래의 회전자(20)는 예를 들면, 회전자 스테이지(22)의 하나에 대응하는 별도의 휠을 포함할 수 있으며, 상기 휠은 서로 근접 배치되고 샤프트(26) 상에 함께 결합되어 종래의 회전자(20)를 형성한다.
도 2는 전형적인 실시예에 따른 회전자 플레이트(30)의 사시도이다. 회전자 플레이트(30)는 단일의 회전자 스테이지에 대응한다. 회전자 플레이트(30)는 디스크와 같은 형상일 수 있다. 회전자 플레이트(30)는 하나의 단일 금속 스톡(metal stock)으로 구성된다. 금속 스톡은 기계가공되어 장착 형상부 및 에어포일을 생성하게 된다. 다시 말해, 종래의 회전자(20)의 회전자 스테이지(22)와 달리, 회전자 플레이트(30)는 에어포일과 회전자 플레이트(30)의 메인 바디(31) 사이에 이음부를 갖지 않는다. 따라서, 회전자 플레이트(30)는 회전자 플레이트(30)의 메인 바 디(31)와 에어포일 사이에 이음매가 없는 부착을 포함한다. 장착 형상부는 중앙 보어(32), 유지 구멍(34) 및 고정부(36)를 포함한다. 전형적인 실시예에서, 회전자 플레이트(30)는 회전자 조립체를 형성하도록 인접하여 배치될 수 있는데, 이에 대해서는 이하 더욱 상세하게 설명될 것이다.
에어포일은 회전자 플레이트(30)의 외측 에지에 대응하는 회전자 플레이트(30)의 부분 주위에 원주 방향으로 배치되는 버킷(38)을 포함한다. 버킷(38)은 상기 버킷(38)이 회전자 플레이트(30)의 에지로부터 이격되고, 회전자 플레이트(30)의 축방향 중심으로부터 등거리에 있도록 금속 스톡으로부터 기계가공된다. 버킷(38)은 서로 인접하여 반복적으로 형성되게 전체적으로 연장되어, 회전자 플레이트(30)의 외측 에지에 대응하는 회전자 플레이트(30)의 부분 주위에 원주 방향으로 연장하는 환형 버킷 영역(40)을 형성한다. 버킷(38)이 금속 스톡으로부터 기계가공되기 때문에, 각각의 버킷(38)은 이음부 구조 없이 회전자 플레이트(30)의 메인 바디(31)에 부착된다. 또한, 금속 스톡의 외측 링(39)은 버킷(38)이 금속 스톡으로부터 기계가공된 후 남아 있게 된다. 외측 링(39)은 회전자 플레이트(30)의 외측 에지를 형성한다. 따라서, 버킷(38)은 환형 버킷 영역(40)에 배치되며, 상기 버킷 영역은 회전자 플레이트(30)의 메인 바디(31)와 외측 링(39) 사이에 배치된다.
중앙 보어(32)는 회전자 플레이트의 각각의 회전자 플레이트(30)의 제 1 축방향 면으로부터 제 2 축방향 면으로 관통하는 원형 관통 구멍이다. 제 2 축방향 면은 제 1 축방향 면의 맞은편이다. 중앙 보어(32)는 회전자 플레이트(30)에 대해 동심(同心)으로 배치된다. 회전자 플레이트(30) 각각의 중앙 보어(32)는 회전자 조립체의 샤프트를 수용한다.
유지 구멍(34)은 회전자 플레이트(30)의 제 1 축방향 면으로부터 제 2 축방향 면으로 관통하는 원형 관통 구멍이다. 유지 구멍(34)은 회전자 플레이트(30)의 메인 바디(31)에 배치된다. 다시 말해, 유지 구멍(34)은 환형 버킷 영역(40)과 중앙 보어(32) 사이에 있는 회전자 플레이트(30)의 부분에 배치된다. 유지 구멍(34)은 상기 유지 구멍(34)이 회전자 플레이트(30)의 축방향 중심으로부터 등거리가 되도록 서로 이격되어 원주 방향으로 배치된다. 전형적인 실시예에서, 유지 구멍(34)은 서로 등거리이다. 유지 구멍(34)은 예를 들어, 인접한 회전자 플레이트(30)가 서로 근접 유지되도록 기능하는 유지 로드(42, 도 3 참조)와 같은 유지 장치를 수용한다. 또한, 유지 로드(42)가 회전자 플레이트(30)의 외부에 배치될 수 있음이 인지되어야 한다.
고정부(36)는 인접한 회전자 플레이트(30)를 고정하기 위한 적합한 수단을 포함한다. 전형적인 실시예에서, 고정부(36)는 홈 고정(rabbet fit)을 포함하는데, 이때 회전자 플레이트(30) 각각은 인접한 회전자 플레이트(30, 예를 들어 도 12 및 도 13 참조)의 대응 홈부(138) 내로 연장하는 돌출부(136)를 포함한다.
도 3은 전형적인 실시예에 따른 회전자 조립체(50)의 사시도이다. 도 4는 도 3의 회전자 조립체(50)의 유지부(54)에 대한 사시도이다. 회전자 조립체(50)는 유지부(54)의 맞은편 단부에 배치되는 샤프트 단부(52)를 포함한다. 유지부(54)는 단부 플레이트(56)와 유지 로드(42)를 포함한다. 비록 도 3 및 도 4가 원통형상의 유지 로드(42)를 도시하고 있지만, 적합한 형상으로서 예를 들어 육각형 또는 정사각형의 유지 로드(42)와 같은 것도 고려할 수 있음이 인지되어야 한다. 또한, 유지 로드(42)가 아닌 다른 유지 수단도 고려된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 유지부(54)는 인접하여 배치된 회전자 플레이트(30)를 포함하며, 상기 회전자 플레이트는 상기 회전자 플레이트(30)의 유지를 위해 인접하여 배치된 회전자 플레이트 각각의 유지 구멍(34)을 관통하여 배치된 유지 로드(42)를 갖는다. 유지 로드(42) 각각은 예를 들어, 유지 로드(42) 각각의 나사산부에 결합되는 너트를 포함하여, 회전자 플레이트(30)가 유지부(54)에 결합될 수 있도록 한다. 샤프트 단부(52)는 유지부(54)의 맞은편 측부로부터 연장하여 샤프트 단부(52)의 회전을 통해 버킷(38)으로부터 외부 장치로의 회전 에너지 전달을 허용한다.
도 4에 도시된 회전자 조립체(50)는 전형적인 실시예에 따른 회전자 플레이트(30)를 포함한다. 이와 달리, 혼합형 회전자가 적용될 수도 있다. 도 5는 전형적인 실시예에 따른 혼합형 회전자 조립체를 도시하는 도면이다. 도 6은 또 다른 전형적인 실시예에 따른 혼합형 회전자 조립체를 도시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 혼합형 회전자(60)는 적어도 하나의 회전자 플레이트(30)와 단조식 회전자 섹션(64)을 갖는 적층식 회전자 섹션(62)을 포함한다. 단조식 회전자 섹션(64)은 도브테일 조립 공정에 의해 단조식 회전자부(66) 상에 고정되는 단조식 회전자 스테이지(68) 및 단조식 회전자부(66)를 포함한다. 비록 도 5가 회전자 단부에 배치되는 단조식 회전자 섹션(64)을 도시하고 있지만, 단조식 회전자 섹션(64)과 적층식 회전자 섹션(62)이 적합한 순서로 배치될 수 있음이 인지되어야 한다. 또한, 비록 도 5가 3개의 단조식 회전자 스테이지(68)와 4개의 회전자 플레이트(30)를 도시하고 있지만, 단조식 회전자 스테이지(68)의 개수와 회전자 플레이트(30)의 개수는 작동상의 고려 및 디자인적 고려에 따라 각각 변경될 수 있음이 인식되어야 한다.
변형적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 혼합식 회전자(60')는 적어도 하나의 회전자 플레이트(30)를 포함하는 적층식 회전자 섹션(62)과 적어도 하나의 회전자 휠(72)을 포함하는 회전자 휠부(70)를 포함하며, 상기 회전자 휠(72)의 버킷은 도브테일 조립 공정에 의해 부착된다. 각각의 회전자 휠(72)은 혼합식 회전자(60')의 하나의 스테이지에 대응한다. 비록 도 6이 회전자 단부에 배치되는 회전자 휠부(70)를 도시하고 있지만, 회전자 휠부(70)와 적층식 회전자 섹션(62)이 적절한 순서로 배치될 수 있음이 인식되어야 한다. 또한, 비록 도 6이 3개의 회전자 휠(72)과 4개의 회전자 플레이트(30)를 도시하고 있지만, 회전자 휠(72)의 개수와 회전자 플레이트(30)의 개수는 작동 상의 고려 및 디자인적 고려에 따라 각각 변경될 수 있음이 인식되어야 한다. 또한, 적층식 회전자 섹션(62), 회전자 휠부(70) 및 단조식 회전자 섹션(64)을 포함하는 부분들의 결합도 고려될 수 있음이 인식되어야 한다.
도 7은 전형적인 실시예에 따른 고정자 플레이트(80)의 측면도이다. 도 8은 도 7의 고정자 플레이트의 사시도이다. 고정자 플레이트(80)는 단일의 고정자 스테이지에 대응한다. 고정자 플레이트(80)는 디스크 형상일 수 있다. 고정자 플레이트(80)는 하나의 단일의 금속 스톡으로 구성된다. 금속 스톡은 기계가공되어 장 착 형상부 및 에어포일을 생성한다. 다시 말해, 종래의 고정자(10)의 고정자 스테이지(12)와 달리, 고정자 플레이트(80)는 고정자 플레이트(80)의 메인 바디(81)와 에어포일 사이의 이음부를 갖지 않는다. 따라서, 고정자 플레이트(80)는 에어포일과 고정자 플레이트(80)의 메인 바디(81) 사이에서 이음매 없는 부착을 포함한다. 장착 형상부는 중앙 보어(82)와 유지 구멍(84)을 포함한다. 전형적인 실시예에서, 고정자 플레이트(80)는 고정자 조립체를 형성하도록 인접 배치될 수 있으며, 이하 더욱 상세하게 설명될 것이다. 또한, 고정자 플레이트(80)는 도 2, 도 12 및 도 13에 대해 전술된 고정부(36)와 유사한 고정부를 포함할 수 있다.
에어포일은 고정자 플레이트(80)의 내부 에지에 대응하는 고정자 플레이트(30)의 부분 주위에 원주 방향으로 배치되는 노즐(88)을 포함한다. 노즐(88)은 상기 노즐이 상기 고정자 플레이트(80)의 내부 에지로부터 이격되고 고정자 플레이트(80)의 축방향 중심으로부터 등거리가 되도록 금속 스톡으로부터 기계가공된다. 노즐(88)은 서로 인접하여 반복적으로 형성되게 전체적으로 연장되어, 고정자 플레이트(80)의 내측 에지에 대응하는 고정자 플레이트(80)의 부분 주위에 원주 방향으로 연장하는 환형 노즐 영역(90)을 형성한다. 노즐(88)이 금속 스톡으로부터 기계가공되기 때문에, 각각의 노즐(88)은 이음부 구조 없이 고정자 플레이트(80)의 메인 바디(81)에 부착된다. 또한, 금속 스톡의 내측 링(89)은 노즐(88)이 금속 스톡으로부터 기계가공된 후 남아 있게 된다. 내측 링(89)은 고정자 플레이트(80)의 내측 에지를 형성한다. 따라서, 노즐(88)은 환형 노즐 영역(90)에 배치되며, 상기 노즐 영역은 고정자 플레이트(80)의 메인 바디(81)와 내측 링(89) 사이에 배치된 다.
중앙 보어(82)는 고정자 플레이트(80) 각각의 제 1 축방향 면으로부터 제 2 축방향 면으로 관통하는 원형 관통 구멍이다. 제 2 축방향 면은 제 1 축방향 면의 맞은편이다. 중앙 보어(82)는 고정자 플레이트(80)에 대해 동심으로 배치된다. 고정자 플레이트(80) 각각의 중앙 보어(82)는 회전자 조립체의 샤프트를 수용한다.
유지 구멍(84)은 고정자 플레이트(80)의 제 1 축방향 면으로부터 제 2 축방향 면으로 관통하는 원형 관통 구멍이다. 유지 구멍(84)은 고정자 플레이트(80)의 메인 바디(81)에 배치된다. 다시 말해, 유지 구멍(84)은 환형 노즐 영역(90)과 고정자 플레이트의 외측 에지 사이에 있는 고정자 플레이트(80)의 부분에 배치된다. 유지 구멍(84)은 상기 유지 구멍(84)이 고정자 플레이트(80)의 축방향 중심으로부터 각각 등거리가 되도록 서로 이격되어 원주 방향으로 배치된다. 유지 구멍(84)은 예를 들어, 인접한 고정자 플레이트(80)가 서로 근접 유지되도록 기능하는 유지 볼트(92, 도 9 참조)와 같은 유지 장치를 수용한다. 또한, 유지 볼트(92)가 고정자 플레이트(80)의 외부에 배치될 수 있음이 인지되어야 한다.
도 9 내지 도 11은 전형적인 실시예에 따른 고정자 조립체에 대한 각각의 도면이다. 도 9를 참조하면, 고정자 조립체(96)는 다수의 고정자 플레이트(80)를 갖는 적층식 고정자 섹션(98)을 포함한다. 비록, 고정자 플레이트(80) 각각이 인접한 고정자 플레이트(80)에 대해 계단식 구성을 갖는 것으로 도시되었지만, 고정자 플레이트(80) 각각이 인접한 고정자 플레이트(80)에 대해 부드러운 전달을 형성하는 경사 구조도 고려될 수 있음이 인식되어야 한다. 고정자 플레이트(80)는 유지 볼트(92)에 의해 서로에 대해 고정되며, 상기 유지 볼트는 고정자 플레이트(80) 각각의 유지 구멍(84)을 관통해 배치된다. 유지 볼트(92)의 나사산부와 결합하기 위해 너트가 제공되어 상기 볼트와 함께 고정자 플레이트(80)를 고정할 수 있다. 비록, 도 9에는 5개의 고정자 플레이트(80)가 도시되어 있지만, 더 많거나 더 적은 개수의 고정자 플레이트(80)가 적용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 혼합식 고정자(100)가 적어도 하나의 고정자 플레이트(80)와 캐스트 고정자 섹션(104)을 갖는 적층식 고정자 섹션(98)을 포함한다. 캐스트 고정자 섹션(104)은 도브테일 조립 공정에 의해 캐스트 고정자부(106) 상에 고정되는 캐스트 고정자 스테이지(108)와 캐스트 고정자부(106)를 포함한다. 비록, 도 10에는 고정자 단부에 배치되는 적층식 고정자 섹션(98)이 도시되어 있지만, 적층식 고정자 섹션(98)과 캐스트 고정자 섹션(104)이 적합한 순서로 배치될 수 있음이 인식되어야 한다. 또한, 비록 도 10에는 적층식 고정자 섹션(98)의 3개의 고정자 플레이트(80) 및 캐스트 고정자 섹션(104)의 2개의 캐스트 고정자 스테이지(108)를 도시하고 있지만, 캐스트 고정자 섹션(104)의 개수 및 고정자 플레이트(80)의 개수는 작동 상의 고려 및 디자인적 고려에 따라 각각 변경될 수 있음이 인식되어야 한다.
변형적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 혼합식 고정자(100')는 적어도 하나의 고정자 플레이트(80)를 포함하는 적층식 고정자 섹션(98)과 적어도 하나의 고정자 휠(112)을 포함하는 고정자 휠부(110)를 포함하며, 여기서 적어도 하나의 고정자 휠(112)의 노즐은 도브테일 조립 공정에 의해 부착된다. 비록, 도 11은 고정자 휠부(110)가 고정자 단부에 배치되는 것을 도시하지만, 고정자 휠부(110) 및 적층식 고정자 섹션(98)이 적절한 순서로 배치될 수 있음이 인식되어야 한다. 또한, 비록 도 11에는 2개의 고정자 휠(112)과 3개의 고정자 플레이트(80)가 도시되어 있지만, 고정자 휠(112)의 개수 및 고정자 플레이트(80)의 개수는 작동 상의 고려 및 디자인적인 고려에 따라 각각 변경될 수 있음이 인식되어야 한다. 또한, 적층식 고정자 섹션(98), 고정자 휠부(110) 및 캐스트 고정자 섹션(104)을 포함하는 조합이 고려될 수 있음이 인식되어야 한다.
또한, 도 2 내지 도 6에 따른 회전자 디자인의 전형적인 실시예는 도 7 내지 도 11에 따른 고정자 디자인의 전형적인 실시예와 결합될 수 있다. 더 나아가, 도 2 내지 도 6에 따른 회전자 디자인의 전형적인 실시예는 종래의 고정자(10)와 결합될 수 있으며, 도 7 내지 도 11에 따른 고정자 디자인의 전형적인 실시예는 종래의 회전자(20)와 결합될 수 있다.
적층식 회전자 섹션(62)의 회전자 플레이트(30) 사이 또는 적층식 고정자 섹션(98)의 고정자 플레이트(80) 사이의 증기 도입을 방지하기 위해, 밀봉부가 인접한 회전자 플레이트(30) 또는 인접한 고정자 플레이트(80) 사이에 설치될 수 있다. 도 12는 전형적인 실시예에 따른 축방향 면 밀봉부의 도면이다. 도 13은 또 다른 전형적인 실시예에 따른 축방향 면 밀봉부의 도면이다. 도 12 및 도 13 모두에서, 에어포일[즉, 버킷(38) 또는 노즐(88)]은 명료화를 위해 제거되어 있다.
도 12를 참조하면, 제 1 스테이지(120), 제 2 스테이지(122) 및 제 3 스테이지(124)가 도시되어 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 스테이지(120, 122, 124)는 3개의 인접한 회전자 플레이트(30) 또는 3개의 인접한 고정자 플레이트(80)에 대응한다. 도 12의 확대 영역(126/128)에서 도시된 원주형 코크 와이어 밀봉부(caulk wire seal)(130)는 제 1, 제 2 및 제 3 스테이지(120, 122, 124) 중 인접한 하나의 에어포일 베이스부(160)의 에지에 인접한 제 1, 제 2 및 제 3 스테이지(120, 122, 124) 각각의 에어포일 베이스부(160, 도 5 및 도 9 참조)의 에지에서 제 1, 제 2 및 제 3 스테이지(120, 122, 124) 각각의 사이에 배치된다. 만약, 제 1, 제 2 및 제 3 스테이지(120, 122, 124)가 인접한 회전자 플레이트(30)에 대응한다면, 원주형 코크 와이어 밀봉부(130)는 확대 영역(126)으로 도시된 바와 같이 인접한 회전자 플레이트(30)의 에어포일 베이스부(160)의 에지의 교차점에 배치된다. 만약, 제 1, 제 2 및 제 3 스테이지(120, 122, 124)가 인접한 고정자 플레이트(80)에 대응한다면, 원주형 코크 와이어 밀봉부(130)는 확대 영역(128)으로 도시된 부분에서 인접한 고정자 플레이트(80)의 에어포일 베이스부(160)의 에지의 교차점에 배치된다. 점선으로 표시된 라인(140)은 고정자 플레이트(80)의 에어포일 베이스부(160)의 에지에 대응한다.
원주형 코크 와이어 밀봉부(130)는 회전자 플레이트(30) 또는 고정자 플레이트(80)는 유지 로드(42) 또는 유지 볼트(92) 각각에 의해 함께 고정된 후, 인접한 회전자 플레이트(30) 또는 고정자 플레이트(80) 각각의 에어포일 베이스부(160)의 에지의 교차점에 배치된다. 원주형 코크 와이어 밀봉부(130)는 예를 들어, 에이14 또는 에이15 코킹 공구(A14 or A15 caulking tool)를 사용하여 설치될 수 있다.
도 12에서 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2 및 제 3 스테이지(120, 122, 124) 각각은 제 1, 제 2 및 제 3 스테이지(120, 122, 124) 각각의 제 1 축방향 면에 배치된 돌출부(136)와 제 1, 제 2 및 제 3 스테이지(120, 122, 124)의 제 2 축방향 면에 배치된 홈부(138)를 포함한다. 제 1, 제 2 및 제 3 스테이지(120, 122, 124) 중 하나의 돌출부(136)는 제 1, 제 2 및 제 3 스테이지(120, 122, 124) 중 인접한 하나의 홈부(138) 내로 삽입되어 홈 고정을 형성하게 된다. 예를 들어, 제 1 스테이지(120)의 돌출부(136)는 제 2 스테이지(122)의 홈부(138)에 의해 수용되고, 제 2 스테이지(122)의 돌출부(136)는 제 3 스테이지(124)의 홈부(138)에 의해 수용된다.
도 13을 참조하면, 제 1 및 제 2 스테이지(120, 122) 각각은 제 1 축방향 면에 배치된 제 1 환형 홈(142)과 제 2 축방향 면에 배치된 제 2 환형 홈(144)을 포함한다. 제 1 스테이지(120)의 제 1 축방향 면의 제 1 환형 홈(142)은 제 2 스테이지(122)의 제 2 축방향 면의 제 2 환형 홈(144)에 대응하도록 배치된다. 제 1 및 제 2 환형 홈(142, 144) 각각은 회전자 플레이트(30)의 메인 바디부(31) 또는 고정자 플레이트(80)의 메인 바디부(81)에 대해 동심이며 환형상을 이룬다. 원형 로프 밀봉부(150)는 제 1 및 제 2 환형 홈(142, 144)에 의해 형성된 제 1 및 제 2 스테이지(120, 122) 사이의 갭에 배치된다. 원형 로프 밀봉부(150)는 회전자 플레이트(30) 또는 고정자 플레이트(80)가 유지 로드(42) 또는 유지 볼트(92) 각각에 의해 함께 고정되기 전에 설치된다. 원형 로프 밀봉부(150)는 상기 갭 내에 압축되고 상기 갭을 완전히 채우도록 연장한다.
원형 로프 밀봉부(150)와 원주형 코크 와이어(130)는 회전자 조립체 또는 고 정자 조립체 중 하나에 대한 결합으로 사용되거나, 또는 각각 사용될 수 있음이 인식되어야 한다. 원형 로프 밀봉부(150) 및/또는 원주형 코크 와이어(130)의 사용은 증기가 회전자 플레이트(30) 또는 고정자 플레이트(80)의 축방향 면으로 노출되는 것을 방지하여, 반동 증기 터빈 내 에너지 손실을 감소시킨다. 또한, 회전자 플레이트(30) 또는 고정자 플레이트(80)의 사용은 회전자 조립체 또는 고정자 조립체를 제조하기 위한 비용 및 시간을 감소시킨다.
추가로, 본 발명이 전형적인 실시예에 대해 기술되었지만, 다양한 변경이 가능하며, 균등물들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 그 구성요소를 대체할 수 있다는 점은 당업자에게 자명한 것일 것이다. 추가로, 많은 변형예들이 특정의 상황 또는 요소가 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 개시내용에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 실행하기 위해 고려된 최상의 방안으로서 제시된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 오히려 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 범주 내에 해당하는 모든 실시예를 포함한다. 또한, 제 1, 제 2 등과 같은 용어의 사용은 어떠한 순서나 중요도를 나타내기 위한 것이 아니며, 오히려 제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해 사용된 것이다. 또한, 단수로 인용된 용어의 사용은 개수의 제한을 나타내는 것은 아니며, 오히려 그 인용된 구성요소가 적어도 하나 존재함을 나타내는 것이다.
본 발명에 따르면, 축방향 및 원주방향 밀봉부에 의해 회전자 및/또는 고정 자 플레이트의 제 1 및 제 2 측방향 면으로의 증기 노출을 방지할 수 있는 적층식 회전자부를 포함하는 증기 터빈용 회전자 조립체를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 회전자 플레이트(30)를 갖는 적층식 회전자 섹션(62)을 포함하는 증기 터빈용 회전자 조립체(50)에 있어서,
    상기 회전자 플레이트(30) 각각은,
    플레이트 형상을 가지며, 제 1 축방향 면과 상기 제 1 축방향 면에 대향하는 제 2 축방향 면을 포함하는 메인 바디부(31, 81)와,
    상기 메인 바디부(31, 81)의 외측 반경 방향 에지의 에어포일 베이스 면과,
    상기 에어포일 베이스 면으로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 버킷(24, 38)과,
    상기 제 1 및 제 2 축방향 면으로의 증기 노출을 방지하도록 배치되는 밀봉부를 포함하는
    증기 터빈용 회전자 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉부는 인접한 회전자 플레이트(30)의 인접한 에어포일 베이스 면의 교차점에 배치되는
    증기 터빈용 회전자 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 밀봉부는 상기 인접한 에어포일 베이스 면의 교차점의 둘레 전체에 걸쳐 연장되는
    증기 터빈용 회전자 조립체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 밀봉부는 원주방향 코크 와이어 밀봉부(caulk wire seal, 130)를 포함하는
    증기 터빈용 회전자 조립체.
  5. 고정자 플레이트(80)를 갖는 적층식 고정자 섹션(98)을 포함하는 증기 터빈용 고정자 조립체(96)에 있어서,
    상기 고정자 플레이트(80) 각각은,
    중공 중심을 구비한 플레이트 형상을 갖고, 제 1 축방향 면과 상기 제 1 축방향 면에 대향하는 제 2 축방향 면을 포함하는 메인 바디부(31, 81)와,
    상기 메인 바디부(31, 81)의 내부 반경 방향 에지에 인접하는 에어포일 베이스 면과,
    상기 에어포일 베이스 면으로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 노즐(14, 88)과,
    상기 제 1 및 제 2 축방향 면으로의 증기 노출을 방지하도록 배치되는 밀봉부를 포함하는
    증기 터빈용 고정자 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 밀봉부는 인접한 고정자 플레이트(80)의 인접한 에어포일 베이스 면의 교차점에 배치되는
    증기 터빈용 고정자 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 밀봉부는 상기 인접한 에어포일 베이스 면의 교차점의 둘레 전체에 걸쳐 연장되는
    증기 터빈용 고정자 조립체.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 밀봉부는 원주방향 코크 와이어 밀봉부(130)를 포함하는
    증기 터빈용 고정자 조립체.
  9. 고정자 플레이트(80)를 구비하는 고정자 조립체(96)와 회전자 플레이트(30)를 구비하는 회전자 조립체(50)를 포함하는 증기 터빈에 있어서,
    상기 고정자 플레이트(80)는,
    플레이트 형상을 갖고, 제 1 축방향 면과 상기 제 1 축방향 면에 대향하는 제 2 축방향 면을 포함하는 고정자 메인 바디부(31, 81)와,
    상기 고정자 메인 바디부(31, 81)의 내부 반경 방향 에지에 인접한 고정자 에어포일 베이스 면과,
    증기 흐름을 안내하고, 상기 고정자 에어포일 베이스 면으로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 노즐(14, 88)과,
    상기 고정자 플레이트(80)의 제 1 및 제 2 축방향 면으로의 증기 노출을 방지하도록 배치되는 고정자 플레이트 밀봉부를 포함하며,
    상기 회전자 플레이트(30)는,
    플레이트 형상을 갖고, 제 1 축방향 면과 상기 제 1 축방향 면에 대향하는 제 2 축방향 면을 포함하는 회전자 메인 바디부(31, 81)와,
    상기 회전자 메인 바디부(31, 81)의 외부 반경 방향 에지에 인접한 회전자 에어포일 베이스 면과,
    증기 흐름을 수용하고, 상기 회전자 에어포일 베이스 면으로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 버킷(24, 38)과,
    상기 회전자 플레이트(30)의 제 1 및 제 2 축방향 면으로의 증기 노출을 방지하도록 배치되는 회전자 플레이트 밀봉부를 포함하는
    증기 터빈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 고정자 메인 바디부(31, 81)는 상기 고정자 플레이트(80)의 제 1 축방 향 면에 배치되는 제 1 환형 고정자 홈부와, 상기 고정자 플레이트(80)의 제 2 축방향 면에 배치되는 제 2 환형 고정자 홈부를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 고정자 홈부는 상기 고정자 메인 바디부(31, 81)의 축방향 중심으로부터 등거리이며,
    상기 회전자 메인 바디부(31, 81)는 상기 회전자 플레이트(30)의 제 1 축방향 면에 배치되는 제 1 환형 회전자 홈부와, 상기 회전자 플레이트(30)의 제 2 축방향 면에 배치되는 제 2 환형 회전자 홈부를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 회전자 홈부는 상기 회전자 메인 바디부(31, 81)의 축방향 중심으로부터 등거리인
    증기 터빈.
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