KR20160006229A - 압축기 및 터빈 디스크의 각각의 조립체들로의 개별 및 별도의 액세스를 제공하기 위해 커플링되는 터빈 엔진 내의 로터 - Google Patents

압축기 및 터빈 디스크의 각각의 조립체들로의 개별 및 별도의 액세스를 제공하기 위해 커플링되는 터빈 엔진 내의 로터 Download PDF

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피유시 세인
예브게니 피. 쉬테이만
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지멘스 에너지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 터빈 엔진(turbine engine)용 로터(compressor section)에 관한 것이다. 로터는 축방향으로 볼트결합되는(bolted) 압축기 디스크(14)(compressor disk)들의 조립체를 포함할 수 있다. 압축기 토크 튜브(30)(compressor torque tube)가 상기 압축기 디스크(14)들의 조립체에 연결된다. 로터는 축방향으로 볼트결합되는 터빈 디스크(22)(turbine disk)들의 조립체를 더 포함할 수 있다. 터빈 토크 튜브(32)(turbine torque tube)는 상기 터빈 디스크(22)들의 조립체에 축방향으로 연결된다. 매리지 커플링(marriage coupling)(34)은 개별 토크 튜브(30, 32)들을 상호 연결하도록 배열된다. 매리지 커플링은 터빈 토크 튜브 또는 압축기 토크 튜브의 결합을 해제하도록 배열된 플랜지 조인트(flange joint)를 포함하여, 개별 및 별도의 액세스(access)가 압축기 디스크들 및 터빈 디스크들의 각각의 조립체들에 제공될 수 있다.

Description

압축기 및 터빈 디스크의 각각의 조립체들로의 개별 및 별도의 액세스를 제공하기 위해 커플링되는 터빈 엔진 내의 로터 {ROTOR IN A TURBINE ENGINE COUPLED TO PROVIDE INDIVIDUAL AND SEPARATE ACCESS TO RESPECTIVE ASSEMBLIES OF COMPRESSOR AND TURBINE DISKS}
본 출원은 본원에 인용에 의해 포함된 2013년 5월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/823,185호의 이익을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 터빈 엔진(turbine engine)용 로터 구조물(rotor structure)들, 특히 터빈 엔진의 압축기(compressor) 및 터빈 디스크(turbine disk)들의 각각의 조립체들로의 개별 및 별도의 액세스(access)를 제공하도록 커플링된(coupled) 로터 구조물에 관한 것이다.
터보-기계류(turbo-machinery), 이를테면 가스 터빈 엔진(gas turbine engine)들은, 일반적으로 압축기 섹션(compressor section) 및 터빈 섹션(turbine section)을 포함한다. 로터(rotor)는 일반적으로 가스 터빈 엔진의 섹션(section)들을 통해 축방향으로 연장하며, 압축기 및 터빈 섹션들에서 회전가능한 블레이드(blade)들을 지지하기 위한 개별 구조물들을 포함한다. 예컨대, 터빈 섹션을 통해 연장하는 로터의 일부는 복수 개의 터빈 블레이드(turbine blade)들을 지지하도록 구성되는 복수 개의 터빈 디스크들을 포함할 수 있다. 유사하게는, 압축기 섹션을 통해 연장하는 로터의 일부는 복수 개의 압축기 블레이드들을 지지하도록 구성되는 복수 개의 압축기 디스크들을 포함할 수 있다. 미국 특허 번호 제5,927,157호 및 제8,465,259호는 가스 터빈 엔진에서의 로터 구조물(rotor structure)들을 개시한다.
도 1은 압축기 섹션 및 터빈 섹션을 포함하는 가스 터빈 엔진의 길이방향 횡단면도이다.
하기 상세한 설명에서, 다양한 특정 상세들이 이러한 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해서 설명된다. 그러나, 당업자는 본 발명의 실시예들이 이러한 특정 상세들 없이 실행될 수 있고, 본 발명이 묘사된 실시예들로 제한되지 않으며, 본 발명이 다양한 대안의 실시예들로 실행될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 예들에서, 당업자에 의해 잘 이해될 수 있는 방법들, 절차(procedure)들 및 구성요소들은 불필요하고 번거로운 설명을 회피하기 위해서 상세히 설명되지 않는다.
게다가, 다양한 작동들이 본 발명의 실시예들을 이해하는데 도움이되는 방식으로 실행되는 다수의 별개의 단계들로서 설명될 수 있다. 그러나, 설명의 순서는 이들 작동들이 제시되는 순서로 이들이 실행되는 것을 암시하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 이들 작동들은 또한 달리 설명되지 않는 한 심지어 순서에 종속되지 않는다. 게다가, 어구 "일 실시예에서"의 반복적인 사용은 가능할 수 있지만 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 마지막으로, 본 출원에서 사용되는 바와 같이 용어" 포함하는", "함유하는", "갖는" 등은 달리 지시되지 않는 한 동의어로 의도된다.
도면은 본 발명의 양태들로부터 이익을 가질 수 있는 터빈 엔진(10)의 비제한적인 실시예를 예시한다. 터빈 엔진(10)은 발전용 가스 터빈 엔진일 수 있다. 터빈 엔진(10)은 로터(15)의 일부를 형성하는 압축기 디스크(14)들의 조립체를 포함하는 압축기 섹션(12)을 포함한다. 스핀들 볼트(spindle bolt)(16)들의 제 1 세트(set)(단지 1개만 도시됨)는 압축기 디스크(14)들의 조립체를 축방향으로 볼트결합(bolted)하는데 사용될 수 있다.
당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 압축기 섹션(12)으로부터 압축된 공기는, 연소기(combustor)로 지향되며, 이 연소기에서 공기가 연료와 혼합되고 터빈 디스크(22)들의 조립체를 포함하는 터빈 섹션(20)에서 발전을 위해 고온 작업 가스들을 발생시키도록 점화된다(ignited). 스핀들 볼트(24)들의 제 2 세트(단지 1개만 도시됨)는 터빈 디스크(22)들의 조립체를 축방향으로 볼트결합하는데 사용될 수 있다. 스핀들 볼트(16, 24)들은 압축기의 회전축(26) 및 터빈 디스크들을 중심으로 각각 원주방향으로 배치된다.
하나의 비제한적인 실시예에서, 압축기 토크 튜브(compressor torque tube)(30)가 압축기 디스크(14)들의 조립체에 연결되며, 터빈 토크 튜브(turbine torque tube)(32)가 터빈 디스크(22)들의 조립체에 연결된다. 스핀들 볼트(16)들은 압축기 토크 튜브(30)의 벽에 대항하여 맞물림되는 리테이닝 너트(retaining nut)(33)들을 포함한다. 유사하게, 스핀들 볼트(24)들은 터빈 토크 튜브(32)의 벽에 대항하여 맞물림되는 리테이닝 너트(35)들을 포함한다. 메리지 커플링(marriage coupling)(34)이 각각의 토크 튜브(torque tube)(30, 32)들을 상호 연결하도록 배열된다. 비제한적인 일 실시예에서, 메리지 커플링(34)은 압축기 토크 튜브(30)의 일단부에 배치된 반경 방향으로 연장하는 제 1 플랜지(flange)(36) 및 터빈 토크 튜브(32)의 일단부에 배치된 반경 방향으로 연장하는 제 2 플랜지(38)를 포함하는 플랜지 조인트(flange joint)를 형성한다. 메리지 커플링(34)은 하나의 다른 제 1 및 제 2 플랜지(36, 38)들을 분리가능하게(detachably) 상호연결하도록 이를테면 볼트(bolt) 및 너트(nut), 또는 클램핑(clamping) 구조물과 같은 부착 구조물(40)을 더 포함한다. 이는, 압축기 토크 튜브(30) 또는 터빈 토크 튜브(32)의 결합해제를 허용하여, 개별 및 별도의 액세스(access)가 압축기 디스크들 및 터빈 디스크들(14, 22)의 각각의 조립체들에 제공될 수 있다.
작동시, 본 발명의 양태들, 이를테면 압축기 디스크들 및 터빈 디스크들(14, 22)의 축방향으로 볼트조립되는 조립체들은 열 구배(thermal gradient)가 존재할 때 실질적으로 보다 열적으로 순응하는 구조를 유발하며, 이는 터빈 엔진을 위해 비교적 빠른 시작 시간들을 포함하는 상태들 동안과 같은 천이(transient) 작동 상태들 동안, 정상 작동시 형성될 수 있다. 게다가, 압축기 디스크들 및 터빈 디스크들(14, 22)의 각각의 조립체들에 제공될 수 있는 개별 및 별도의 액세스는, 서비싱 작동들 동안, 서비싱(servicing)이 디스크 조립체들 중 단지 하나만을 포함하는지의 여부에 관계없이 양자 모두의 디스크 조립체들의 번거로운 디-스태킹(de-stacking)을 포함하는 이전의 구조적 배열체들에 비해서 단지 압축기 디스크들만의 조립체 또는 단지 터빈 디스크들만의 조립체가 별도로 디-스태킹될 수 있다는 상당한 이점을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예들이 본원에 도시되고 설명되어 있지만, 이러한 실시예들이 단지 예시로서 제공되는 것이 자명할 것이다. 다양한 변경예들, 수정예들 및 치환예들이 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다. 이에 따라, 첨부된 청구항들의 사상 및 범주에 의해서만 제한되도록 의도된다.

Claims (10)

  1. 축방향으로 볼트결합되는(axially-bolted) 압축기 디스크(compressor disk)들의 조립체;
    상기 압축기 디스크들의 조립체에 연결되는 압축기 토크 튜브(compressor torque tube);
    축방향으로 볼트결합되는 터빈 디스크(turbine disks)들의 조립체;
    상기 터빈 디스크들의 조립체에 축방향으로 연결되는 터빈 토크 튜브(turbine torque tube); 및
    상기 압축기 및 터빈 토크 튜브들을 상호 연결하도록 배열된 매리지 커플링(marriage coupling)을 포함하며,
    상기 매리지 커플링은 터빈 토크 튜브로부터 압축기 토크 튜브의 결합을 해제하도록 배열된 플랜지 조인트(flange joint)를 포함하여, 개별 및 별도의 액세스(access)가 압축기 디스크들 및 터빈 디스크들의 각각의 조립체들에 제공될 수 있는,
    로터(rotor).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기 디스크들의 조립체를 축방향으로 볼트결합하기 위한 제 1 세트(set)의 스핀들 볼트(spindle bolt)들을 포함하는,
    로터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 터빈 디스크들의 조립체를 축방향으로 볼트결합하기 위한 제 2 세트의 스핀들 볼트들을 포함하는,
    로터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지 조인트는 압축기 토크 튜브의 일단부에 배치된 반경방향으로 연장하는 제 1 플랜지(flange)를 포함하는,
    로터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플랜지 조인트는 터빈 토크 튜브의 일단부에 배치된 반경방향으로 연장하는 제 2 플랜지를 포함하는,
    로터
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 매리지 커플링은 제 1 및 제 2 플랜지들을 서로 분리가능하게 상호 연결하기 위한 부착 구조물을 더 포함하는,
    로터.
  7. 제 1 항의 로터를 포함하는,
    터빈 엔진(turbine engine).
  8. 압축기 디스크들의 조립체를 포함하는 압축기 섹션(compressor section);
    상기 압축기 디스크들의 조립체를 축방향으로 볼트결합하는 제 1 세트의 스핀들 볼트들;
    상기 압축기 디스크들의 조립체에 연결되는 압축기 토크 튜브;
    상기 터빈 디스크들의 조립체를 포함하는 터빈 섹션;
    상기 터빈 디스크들을 축방향으로 볼트결합하는 제 2 세트의 스핀들 볼트들;
    상기 터빈 디스크들의 조립체에 축방향으로 연결되는 터빈 토크 튜브; 및
    상기 각각의 토크 튜브들을 상호 연결하도록 배열된 매리지 커플링을 포함하며, 상기 매리지 커플링은 터빈 토크 튜브 또는 압축기 토크 튜브의 결합을 해제하도록 배열된 플랜지 조인트를 포함하여, 개별 및 별도의 액세스가 압축기 디스크들 및 터빈 디스크들의 각각의 조립체들에 제공될 수 있는,
    터빈 엔진.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 플랜지 조인트는, 압축기 토크 튜브의 일단부에 배치된 반경방향으로 연장하는 제 1 플랜지 및 터빈 토크 튜브의 일단부에 배치된 반경방향으로 연장하는 제 2 플랜지를 포함하는,
    터빈 엔진.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 매리지 커플링은 제 1 및 제 2 플랜지들을 서로 분리가능하게 상호 연결하기 위한 부착 구조물을 더 포함하는,
    터빈 엔진.
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