KR20150132067A - 가스 터빈을 위한 컴프레서, 및 상기 컴프레서의 기하학적 구조의 수리 및/또는 변경, 및/또는 상기 컴프레서를 정비하는 방법 - Google Patents

가스 터빈을 위한 컴프레서, 및 상기 컴프레서의 기하학적 구조의 수리 및/또는 변경, 및/또는 상기 컴프레서를 정비하는 방법 Download PDF

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Abstract

특히 가스터빈을 위한 컴프레서(10)로서, 상기 컴프레서는 축(17) 주위를 회전하는 로터(15)와, 상기 로터(15)를 동축으로 둘러싸는 하우징(11)을 포함하여, 유체가 압축될, 로터(15)와 하우징(11) 사이의 흐름 채널(14)을 한정하고, 이를 통해 베인들(vanes)(13)과 블레이드들(16)의 교대로 이루어진(alternating) 행들은 흐름 채널(14) 내에 배치되고, 베인들(13)은 하우징(11)의 내부 벽에 장착되고, 블레이드들(16)은 로터(15)의 외부 벽에 장착된다.
기계의 수선의 용이함과 조합하여 빠른 교환 능력 및/또는 수리는 베인들(13)의 이웃한 행들 사이에 하우징(11)의 내부 벽에서 중간 링들(18)을 제공함으로써 달성되어, 흐름 채널(14)의 외부 벽은 상기 베인들(13)과 중간 링들(18)에 의해 본질적으로 형성된다.

Description

가스 터빈을 위한 컴프레서, 및 상기 컴프레서의 기하학적 구조의 수리 및/또는 변경, 및/또는 상기 컴프레서를 정비하는 방법{COMPRESSOR FOR A GAS TURBINE AND METHOD FOR REPAIRING AND/OR CHANGING THE GEOMETRY OF AND/OR SERVICING SAID COMRPESSOR}
본 발명은 가스 터빈들의 기술에 관한 것이다. 본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 컴프레서에 관한 것이다. 본 발명은 컴프레서의 기하학적 구조(geometry)의 수리 및/또는 변경, 및/또는 그러한 컴프레서를 정비(servicing)하는 방법을 추가로 언급한다.
종래 기술에 따라, 가스 터빈(GT) 컴프레서의 정적 부분은 하우징{및 아마 베인 캐리어들(vane carriers)} 및 컴프레서 베인들로 구성된다. 컴프레서의 흐름 채널은 하우징(및 아마 베인 캐리어들) 및 로터로부터 직접 구성된다. 예시적인 종래 기술의 컴프레서의 정적(static) 부분은 도 1에 도시되어 있다.
도 1의 컴프레서(10')는 로터(미도시)를 동축으로 둘러싸는 하우징(11')을 포함한다. 하우징(11')과 로터 사이의 링-형태의 중간 공간은 흐름 채널(14')인데, 이러한 흐름 채널을 통해 압축될 흐름(예를 들어, 공기)이 흐르게 된다. 하우징(11')에는 이격된(spaced) 관계로 행들로(rows) 배치되는 복수의 (정적) 베인들(13')이 설치된다. 베인들(13')의 2개의 이웃한 행들 사이에는 (회전) 블레이드들(미도시)의 행이 제공되고, 이러한 블레이들은 로터 상에 장착된다. 도 1에서 쉽게 알 수 있듯이, 흐름 채널(14')의 기하학적 구조는 한편으로 베인들(13')의 플랫폼들(platforms)에 의해{베인들(13')의 행들의 영역에서}, 그리고 다른 한편으로 베인들(13')의 이웃한 행들 사이의 영역에서의 하우징의 내부 벽에 의해 결정된다.
도 1에 도시된 종류의 컴프레서에 대해, 다음과 같은 사항들은 정전(outage) 시간을 초래하며, 이들 정전 시간은 필요한 것보다 더 길다:
- 하우징(11')의 내부 벽에서의 작용 블레이드들의 마찰 마크들(rubbing marks)을 나타내는 수리는 거의 가능하지 않거나 달성하기 힘들다;
- 잠재적인 컴프레서 업그레이드(더 큰 고리 등)에 대해, 전체 컴프레서 하우징(11')은 재가공(reworked)되거나 대체될 필요가 있다.
더욱이, 하우징과 컴프레서 블레이드들 사이의 허용 오차들(tolerances)은 감소될 수 없는데, 이는 벽에서의 블레이드들의 가능한 마찰이 최적이지 않아 블레이드 손상 등을 초래할 수 있기 때문이다. 따라서, 누출은 필요한 것보다 더 크고, GT의 효율은 최대로 가능한 값에 도달하지 않는다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 전술한 결점들이 없고 기계의 수선(reconditioning)의 용이함을 가지고 빠른 교체 능력 및/또는 수리를 조합하는 가스 터빈용 컴프레서를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 컴프레서의 기하학적 구조의 수리 및/또는 변경, 및/또는 그러한 컴프레서를 정비하는 방법을 제공하는 것이다.
이들 및 다른 목적들은 청구항 1에 따른 컴프레서에 의해 얻어진다.
본 발명에 따른 컴프레서는 축 주위를 회전하는 로터와, 상기 로터를 동축으로 둘러싸는 하우징을 포함하여, 유체가 압축될, 로터와 하우징 사이의 흐름 채널을 한정하며, 이를 통해 베인들과 블레이드들의 교대로 이루어지는(alternating) 행들은 흐름 채널 내에 배치되고, 베인들은 하우징의 내부 벽에 장착되고, 블레이드들은 로터의 외부 벽에 장착된다.
중간 링들은 베인들의 이웃한 행들 사이의 하우징의 내부 벽에 제공되어, 흐름 채널의 외부 벽이 상기 베인들과 중간 링들에 의해 본질적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따라, 상기 중간 링들은 블레이드들의 팁들에 인접한다.
특히, 상기 중간 링들은 블레이드들의 팁들에 바로 마주보는 내부 면 상의 코팅부를 지지한다.
더 구체적으로, 상기 코팅부는 마모가능한(abradable) 코팅부이다.
더욱 더 구체적으로, 중간 링들의 내부 면은 상기 마모가능한 코팅부에 의해 완전히 커버된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 중간 링들의 내부 면은 각 블레이드들의 팁들에 마주보는 영역에서만 상기 마모가능한 코팅부에 의해서만 커버된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 마모가능한 코팅부는 마모가능한 물질로 채워진 벌집형(honeycomb) 구조를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 중간 링들은 하우징의 내부 벽에 제공된 원주방향 장착 그루브들에 장착된다.
본 발명의 추가 실시예에 따라, 중간 링들은 원주방향으로 분할(segmented)된다.
본 발명에 따른 방법은, 중간 링들이 컴프레서로부터 교환 및/또는 제거되고, 처리되고, 컴프레서로 복귀하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법의 실시예에 따라, 흐름 채널의 외부 직경은 중간 링들 및 베인들을 교환함으로써 업그레이드시 증가된다.
본 발명은 상이한 실시예들에 의해 그리고 첨부 도면들을 참조하여 더 구체적으로 이제 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 가스 터빈의 컴프레서의 부분을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 가스 터빈의 컴프레서의 부분을 도시한 도면으로서, 중간 링을 도시한 세부 사항이 확대되는 도면.
도 3은 마모가능한 코팅부를 갖는 중간 링의 3가지 상이한 실시예들을 도시한 도면.
본 발명의 중점 관심은 블레이드들의 연속적인 행들 사이에 배치된 중간 링들 및 컴프레서 블레이드들에 의해 가스 터빈 컴프레서의 흐름 채널을 한정하는 것이다. 채널 기하학적 구조(geometry)에 대한 이러한 융통성에 의해, 사용될 물질들의 범위 및 정비 능력(serviceability)이 증가된다.
도 2는 본 발명의 일실시예를 도시한다. 도 2의 컴프레서(10)는 기계 축(17) 주위를 회전하는 로터(15)를 포함한다. 하우징(11)은 로터(15)를 동축으로 둘러싸고, 이를 통해 로터(15)와 하우징(11) 사이의 링-형태의 흐름 채널(14)을 한정한다. 컴프레서(10)의 블레이드 구성(blading)은 회전 블레이드들(16) 및 정적 베인들(13)의 행들의 교대로 이루어진 배치들을 포함한다. 베인들(13)은 하우징(11)의 내부 벽에 제공되는 원주방향 장착 그루브들(12)에 의해 수용된다. 블레이드들(16)은 로터(15) 상에 장착된다. 블레이드들(16)의 팁들과 마주보게, 중간 링들(18)은 각 장착 그루브들(22)에 의해 수용되어, 흐름 채널(14)은 베인들(13) 및 중간 링들(18)에 의해 외부 측면에서 완전히 한정된다.
이러한 구성의 결과로서, 컴프레서의 고리는 베인들(13) 및 중간 링들(18)을 간단히 교환함으로써 나중에 증가될 수 있다. 이전의 윤곽(former contour)(19)과 실질적으로 상이한 각 업그레이드 윤곽(20)은 도 2에 도시된다. 중간 링들(18)을 교환하는 것 대신에, 이들 중간 링들은 더 큰 직경을 갖도록 재가공될 수 있다.
중간 링들의 그러한 분해 및/또는 교환은 각 중간 링을 복수의 세그먼트들로 분리함으로써 완화된다. 세그먼트들의 개수는 상황에 따라 좌우된다.
도 3은 중간 링 세그먼트들의 코팅부를 위한 3가지 상이한 옵션들{(a), (b), (c)}을 도시한다. 이들 코팅부들은 예를 들어 컴프레서(10) 내에서 누출의 감소를 허용하여, 가스 터빈의 효율은 증가하게 된다. 도 3(a)에서 중간 링(18a)의 코팅부(21a)는 마모가능한 물질로 채워진 벌집형 구조를 포함한다. 도 3(b)에서의 중간 링(18b)의 코팅부(21b)는 중간 링 세그먼트의 내부 벽을 완전히 커버하는 마모가능한 코팅부이다. 도 3(c)에서의 중간 링(18c)의 코팅부(21c)는 회전 블레이드들의 팁들에 실제로 마주보는, 중간 링 세그먼트의 내부 벽의 그러한 부분만을 커버하는 마모가능한 코팅부이다.
흐름 채널(14)에서 컴프레서를 수리하기 위해, 또는 그 기하학적 구조를 변경함으로써 컴프레서를 업그레이드하기 위해, 중간 링들(18){및 아마 베인들(13)}은 컴프레서로부터 제거되고 이에 따라 재가공될 수 있거나, 상이한 링들(베인들의)로 대체될 수 있다.
새로운 컴프레서 설계의 장점들은 다음과 같다:
- 빠른 조립 및 교환 능력;
- 상이한 기하학적 구조들(더 큰 고리 등)이 쉽게 실현된다;
- 접촉 표면들의 수선은 쉽게 가능하다;
- 필요시, 타원 그라인드(oval grinding)가 전체 하우징 대신에 중간 링들에 대해 가능하다(또는 적응가능하다)(하우징 부분들의 조립 동안 변형을 보상하기 위해);
- 삽입 링들의 내부 표면에 대해 가능한 마모가능한 코팅부들 또는 다른 옵션들이 쉽게 실현된다;
- 더 높은 유량(massflow)을 위한 잠재적인 컴프레서 업그레이드는 "단지" 새로운 베인들 및 중간 링들을 요구한다. 새로운 또는 재가공된 하우징들은 필요하지 않다;
- 적은 접촉 표면으로 인해 컴프레서 하우징의 더 양호한 열 작용;
- 대안적인 물질 조합들(예를 들어, 상이한 열 팽창 또는 마찰 계수들)을 허용;
- 적소에 있는 로터로의 링들의 교환 능력
- 잠재적인 컴프레서 손상의 경우에, 매우 빠르게 수정이 이루어질 수 있는데, 이는 "단지" 부분들이 재가공 등을 대신하여 대체될 필요가 있기 때문이다;
- 높은 융통성
10, 10': 컴프레서 11, 11': 하우징
12, 12': 장착 그루브(베인) 13, 13': 베인
14, 14': 흐름 채널 15: 로터
16: 블레이드 17: 축
18, 18a 내지 18c: 중간 링 19: 제 1 업그레이드 윤곽
20: 제 2 업그레이드 윤곽 21, 21a 내지 21c: 코팅부
22: 장착 그루브(중간 링)

Claims (6)

  1. 컴프레서(10)로서,
    상기 컴프레서는 축(17) 주위를 회전하는 로터(15)와, 상기 로터(15)를 동축으로 둘러싸는 하우징(11)을 포함하고, 이에 의해 압축될 유체를 위한 로터(15)와 하우징(11) 사이의 흐름 채널(14)을 한정하고, 이를 통해 베인들(vanes)(13)과 블레이드들(16)의 교대로 이루어진 열들(alternating rows)은 상기 흐름 채널(14) 내에 배치되고, 상기 베인들(13)은 상기 하우징(11)의 내부 벽에 장착되고, 상기 블레이드들(16)은 상기 로터(15)의 외부 벽에 장착되며, 중간 링들(18, 18a 내지 18c)이 베인들(13)의 이웃한 열들 사이에서 상기 하우징(11)의 내부 벽에 제공되어, 상기 흐름 채널(14)의 외부 벽은 상기 베인들(13)과 중간 링들(18, 18a 내지 18c)에 의해 본질적으로 형성되는, 컴프레서(10)에 있어서,
    윤곽(19)을 가지는 상기 베인들(13) 및 중간 링들(18, 18a 내지 18c)은 상기 윤곽(19)보다 큰 지름을 가지는 업그레이드 윤곽(20)을 가지는 베인들(13)과 중간 링들(18, 18a 내지 18c)로 교환 가능하고,
    상기 중간 링들(18, 18a 내지 18c)은 상기 블레이드들(16)의 팁들에 인접하고,
    상기 중간 링들(18, 18a 내지 18c)은 상기 블레이드들(16)의 팁들에 바로 마주보는 상기 중간 링들(18, 18a 내지 18c)의 내부 면 상에 코팅부(21, 21a 내지 21c)를 지지하고,
    상기 코팅부(21, 21a 내지 21c)는 마모가능한(abradable) 코팅부이고, 상기 마모가능한 코팅부(21a)는 마모가능한 물질로 채워지는 벌집형(honeycomb) 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴프레서(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 링들(18, 18a 및 18b)의 내부 면은 상기 마모가능한 코팅부(21, 21a 및 21b)에 의해 완전히 커버되는 것을 특징으로 하는 컴프레서(10).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 링들(18, 18a 및 18b)의 내부 면은 상기 블레이드들(16) 각각의 팁들에 마주보는 영역에서만 상기 마모가능한 코팅부(21c)에 의해서만 커버되는 것을 특징으로 하는 컴프레서(10).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 링들(18, 18a 내지 18c)은 상기 하우징(11)의 내부 벽에 제공되는 원주방향 장착 그루브들(circumferential mounting grooves)(22)에 장착되는 것을 특징으로 하는 컴프레서(10).
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 링들(18, 18a 내지 18c)은 원주방향으로 분할(segmented)되는 것을 특징으로 하는 컴프레서(10).
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 중간 링들(18, 18a 내지 18c)은 원주방향으로 분할(segmented)되는 것을 특징으로 하는 컴프레서(10).
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