KR20160064018A

KR20160064018A - 제 1 스테이지 터빈 베인 장치

Info

Publication number: KR20160064018A
Application number: KR1020150166195A
Authority: KR
Inventors: 프란크 그라프; 한스-크리스티안 마튜스; 파비엥 플레우리오뜨; 우르스 벤츠
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2016-06-07
Also published as: CN105756717B; EP3026218B1; JP2016104989A; CN105756717A; US20160153294A1; EP3026218A1; US9915158B2

Abstract

본 발명은 베인 캐리어(16), 제 1 스테이지 베인들(10)의 어레이, 및 연소기 변이 요소들(24)의 후미 단부들을 축상으로 수용하기 위한 프레임 세그먼트들(12)의 어레이를 구비한 베인 장치에 관한 것이다. 상기 상기 프레임 세그먼트들(12)은 I-빔을 포함하며, 상기 I-빔은 상부 수평 요소(20), 하부 수평 요소(21), 수직 웨브(22), 상기 베인 캐리어(16)에 대한 방사상 외부 고정부(25), 및 상기 베인(10)의 상기 내부 플랫폼(14)을 지지하고 또한 상기 내부 플랫폼(14)과 상기 하부 수평 요소(21) 사이의 갭을 밀봉하기 위해 상기 하부 수평 요소(21)로부터 상기 내부 림 세그먼트(23) 아래의 축 방향으로 연장하는 아암(26)을 포함한다.
상기 베인 장치 이외에도, 본 발명은 그와 같은 베인 장치를 포함하는 가스 터빈 뿐만 아니라 그와 같은 장치를 조립하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

제 1 스테이지 터빈 베인 장치{FIRST STAGE TURBINE VANE ARRANGEMENT}

본 발명은 연소기로부터 터빈으로의 계면에서 고온 가스를 상기 연소기로부터 상기 터빈으로 안내하는 연소기 변이 요소를 수용하기 위한 제 1 스테이지 베인 장치에 관한 것이다.

캔형 연소기를 구비한 가스 터빈은 발전소에서 다양한 용례로서 공지되어 있다. 대표적으로 복수의 연소기들이 터빈의 축 주위에 환상 에레이로서 배열된다. 고온의 연소 가스는 각각의 연소기로부터 각각의 변이 요소를 통해 제 1 스테이지 베인으로 유동한다. 예를 들면, 이와 같은 요소들 사이의 동적 펄스에 의해, 상대적인 운동에 추가하여, 상기 변이 요소 및 제 1 베인은 상이한 재료들로 제조되고 또한 작동 중에 상이한 온도들에 종속됨으로써, 상이한 정도의 열적 성장을 경험하게 된다. 상기 터빈 입구에서 상기 변이 요소를 지지하고 안내하는 지지 프레임들은 상기 제 1 스테이지 베인과 상기 변이 요소들의 계면에서 "오정합"을 허용하도록 제안되어 왔다. 상기 변이 요소와 상기 지지 프레임들 사이의 이동을 허용하기 위해, US 2009/0115141 A1에서는 밀봉 슬롯들의 사용을 제안하고 있다. 상술된 장치는 방사상, 원주상 및 축상 상대 운동을 허용하도록 의도되었다. 그러나, 서로에 대한 고온 가스 통로 섹션들의 방사상, 원주상 및 축상 상대 운동은 밀봉하기가 어렵고 또한 그와 같은 장치의 측벽들 사이의 계면에 단차부들을 야기할 수 있다. 이와 같은 단차부들은 상기 터빈의 공기 역학적 측면에서 치명적이며, 그들은 경계층에서 유발될 수 있는 난기류로 인해 국부적으로 높은 열적 부하를 야기시킬 수 있다.

개량된 제 1 스테이지 터빈 베인 장치가 고온 가스 통로에 있어서의 양호한 공기 역학과 신뢰할 수 있는 냉각을 실현하기 위해 제안되었다. 이 경우, 수명은 증가되고, 또한 고온 가스 유동 통로에서의 단차부들로 인한 동력 및 효율 손실, 대량의 냉각 가스 소비 뿐만 아니라 미제어된 냉각 가스 유동으로 인한 배출 물질의 증가가 회피된다.

본 발명은 캔형 연소기로부터 터빈 입구에 걸쳐 연소기 변이 요소를 수용하기 위한 제 1 스테이지 베인 장치에 관한 것으로서, 이 경우 터빈 입구는 가스 터빈 캔형 연소기와 터빈의 제 1 스테이지 사이에서 연장하는 고온 가스 유동 통로에서 연소 가스를 안내하도록 구성된다. 상기 연소기 변이 요소는 덕트를 포함하며, 상기 덕트는 상기 캔형 연소기에 연결하도록 구성된 상류 단부에 위치한 입구 및 터빈의 제 1 스테이지에 연결하도록 구성된 하류 단부에 위치한 출구를 갖는다. 일반적으로, 각각의 출구는 프레임 세그먼트에 의해 형성된 액자형 용기 내로 삽입된다. 상기 연소기 변이 요소의 하류 단부는 연소기 변이벽들을 포함한다. 일반적으로, 외벽, 내벽 뿐만 아니라 2개의 연소기 변이 측벽들이 구비된다.

연소기 변이부의 입구는 일반적으로 상기 변이 요소가 부착되는 캔형 연소기와 같은 단면을 갖는다. 이들은 예를 들면 원형, 타원형 또는 장방형 단면일 수 있다. 상기 출구는 일반적으로 환형의 세그먼트 형태를 갖는다. 상기 가스 터빈에 설치된 복수의 연소기 변이부들은 상기 터빈 안으로의 고온 가스 유동을 안내하기 위해 환상으로 형성된다.

제 1 실시예에 따라, 상기 제 1 스테이지 베인 장치는 베인 캐리어, 제 1 스테이지 베인들의 어레이, 및 연소기 변이 요소들의 후미 단부들을 축상으로 수용하기 위한 프레임 세그먼트들의 어레이를 포함한다.

상기 베인들은 외부 플랫폼, 내부 플랫폼, 상기 외부 플랫폼과 상기 내부 플랫폼 사이에서 연장하는 에어포일, 상기 베인을 상기 베인 캐리어에 피벗 가능하게 연결하기 위한 외부 서스펜션을 포함한다. 상기 베인들은 상기 내부 플랫폼으로부터 방사상 내향으로 연장하는 내부 림 세그먼트를 추가로 포함한다.

상기 프레임 세그먼트들은 I-빔을 포함하며, 상기 I-빔은 상부 수평 요소, 하부 수평 요소, 수직 웨브, 및 상기 베인 캐리어에 대한 고정부를 포함한다. 상기 하부 수평 요소로부터 적어도 하나의 아암이 상기 베인의 상기 내부 플랫폼을 지지하고 또한 상기 내부 플랫폼과 상기 하부 수평 요소 사이의 갭을 밀봉하기 위해 상기 내부 림 세그먼트 아래의 축 방향으로 연장한다.

상기 피벗 가능한 연결부는 상기 베인이 상기 에어포일의 길이 방향과 수직인 축 둘레로, 즉 내부 플랫폼으로부터 외부 플랫폼 방향으로, 그리고 상기 베인이 터빈에 설치될 때 상기 가스 터빈의 축방향과 수직으로 진동할 수 있도록 배열된다. 그와 같은 피벗 가능한 베인은 소위 록킹 베인이라 불려진다.

상기 피벗 가능한 연결부는 예를 들면 상기 베인 캐리어의 수직벽으로부터 상기 외부 플랫폼의 수직 측벽에 있는 노치 내로 축방향에 대해 연장하는 돌출부이거나 또는 상기 외부 플랫폼의 수직 측벽으로부터 상기 베인 캐리어의 수직 측벽에 있는 노치 내로 축방향으로 연장하는 돌출부일 수 있다. 상기 수직 방향은 상기 내부 플랫폼으로부터 상기 베인의 외부 플랫폼으로 향하는 방향이다. 측벽은 축 방향으로 종결되는 벽, 즉 상기 가스 터빈의 축과 수직인 평면에 위치한 벽이다.

상기 베인의 내부 플랫폼을 지지하기 위해 상기 하부 수평 요소로부터 상기 내부 림 세그먼트 아래로 연장하는 아암은 상기 프레임 세그먼트들 내로 축상 삽입될 수 있는 연소기 변이 요소의 출구와 함께 상기 록킹 베인의 내부 플랫폼의 정렬을 용이하게 한다.

상기 제 1 스테이지 베인 장치의 추가의 실시예에 따르면, 외부 림 세그먼트가 상기 아암으로부터 방사상 외향으로 연장한다. 상기 외부 림은 상기 하부 수평 요소에 대한 상기 베인의 축상 운동을 한정시킨다. 또한, 상기 외부 림과 내부 림의 결합은 미로 방식으로 밀봉을 개선한다.

특히, 상기 외부 림 세그먼트와 상기 아암은 상기 록킹 베인을 지지하기 위한 L-형 후크를 형성하며, 상기 내부 림은 상기 후크에 결합된다.

상기 제 1 스테이지 베인 장치의 다른 실시예에 있어서, 내부 밀봉부가 상기내부 림 세그먼트와 상기 아암 사이의 갭을 밀봉하기 위해 상기 아암의 외부면에 부착된다. 대안적으로 또는 결합적으로, 내부 밀봉부는 상기 외부 림 세그먼트와 상기 내부 플랫폼 사이의 갭을 밀봉하기 위해 상기 내부 플랫폼의 내부면에 부착될 수 있다. 외부면은 상기 장치가 가스 터빈에 설치될 때 상기 가스 터빈의 축으로부터 방사상으로 멀어져 마주하는 표면이고, 내부면은 방사상 내향으로 마주하는 표면이다.

상기 제 1 스테이지 베인 장치의 추가의 실시예에 따르면, 내부 밀봉부는 서로 마주하는 내부 림 세그먼트와 외부 림 세그먼트의 측면들 사이에 배열된다. 대안적으로 또는 결합적으로, 내부 밀봉부는 서로 마주하는 내부 림 세그먼트와 하부 수평 요소의 측면들 사이에 배열된다.

상기 내부 밀봉부는 벌집형 밀봉부로서 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 벌집형 내부 밀봉부의 웨브들은 상기 아암의 외부면에 평행하게 배향된다. 따라서, 상기 웨브들은 상기 내부 림 세그먼트에 의해 그들 위에 힘이 가해질 경우 용이하게 편향될 수 있다. 상기 벌집형 밀봉부는 상기 갭을 밀봉시키는 스프링으로서 작용할 수 있다. 상기 내부 림, 상기 내부 림 세그먼트를 갖는 각각의 벌집형 밀봉부는 상기 록킹 베인을 적합한 위치 내에 보유할 수 있다.

추가의 실시예에 있어서, 상기 프레임 세그먼트를 베인 캐리어에 장착하기 위한 고정부가 적어도 하나의 귀형상부를 포함한다. 상기 귀형상부는 상기 프레임 세그먼트를 상기 베인 캐리어에 볼트결합시키기 위해 상기 상부 수평 요소의 방사상 외향으로 부착될 수 있다.

상기 제 1 스테이지 베인 장치의 또 다른 실시예에 따라, 상기 외부 수평 요소는 장착면을 가지며, 상기 베인 캐리어는 상기 프레임 세그먼트를 상기 베인 캐리어에 대체로 기밀 방식으로 장착하기 위한 정합 장착면을 갖는다. 기밀 장착을 위해, 상기 장착면들은 서로 마주하는 대체로 평평한 평활부를 가질 수 있으며, 조립되는 동안 서로 압착된다.

더욱 특별한 실시예에 있어서, 밀봉부가 상기 외부 수평 요소의 상기 장착면과 상기 베인 캐리어의 상기 정합 장착면 사이에 배열된다. 상기 밀봉부는 예를 들면 로우프 밀봉부(rope seal)일 수 있다. 상기 가스 터빈의 축 둘레의 원주 방향에 위치한 노치가 상기 외부 수평 요소의 장착면에 또는 상기 로우프 밀봉부를 수용하기 위한 베인 캐리어의 장착면에 제공될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 상기 제 1 스테이지 베인 장치는 연소기에 연결하도록 구성된 상류 단부에 위치한 입구 및 2개의 이웃하는 프레임 세그먼트들에 의해 형성된 프레임 안으로의 축상 삽입을 위해 구성된 후미 단부에 위치한 출구를 갖는 덕트를 구비한 연소기 변이 요소를 포함한다. 냉각 공기 누설을 감소시키기 위해, 밀봉부가 상기 연소기 변이 요소 후미 단부의 연소기 변이벽의 외부면과 상기 연소기 변이 요소의 연소기 변이벽을 마주하는 상기 프레임 세그먼트의 표면 사이에 배열된다.

상기 밀봉부는 예를 들면 상기 가스 터빈의 축과 수직인 평면에 배열될 수 있으며, 상기 연소기 변이 요소의 외부 둘레로 이어진다.

또 다른 실시예에 따르면, 상기 연소기 변이벽과 상기 프레임 세그먼트 사이의 밀봉부는 E-밀봉부이다. 상기 E-밀봉부는 상기 연소기 변이벽 둘레로 이어지고 또한 슬롯을 한정하도록 축상으로 변위되는 2개의 스트립들 사이로 삽입될 수 있다. 대안적으로, 2개의 스트립들은 또한 상기 프레임 세그먼트로부터 상기 연소기 변이벽을 향해 연장할 수 있다. 이들은 또한 상기 E-밀봉부를 수용하기 위한 슬롯을 한정하도록 축상으로 변위될 수 있다. 상기 스트립들은, 각각 상기 프레임 세그먼트의 또는 그에 부착된, 상기 연소기 변이벽의 통합부일 수 있다.

또한, 본 발명의 목적은 그와 같은 제 1 스테이지 베인 장치를 포함하는 가스 터빈에 있다. 상기 제안된 가스 터빈은 적어도 하나의 압축기, 적어도 하나의 터빈, 및 변이 요소를 구비한 적어도 하나의 캔형 연소기 및 본 발명에 따른 제 1 스테이지 베인 장치를 갖는다.

상기 제 1 스테이지 베인 장치 및 그와 같은 제 1 스테이지 베인 장치를 포함하는 가스 터빈에 추가하여, 제 1 스테이지 베인 장치를 조립하는 방법이 본 발명의 목적이다.

제 1 스테이지 베인 장치의 조립 방법은,

- 베인 캐리어, 제 1 스테이지 베인들의 어레이, 및 연소기 변이 요소들의 후미 단부들을 축상으로 수용하기 위한 프레임 세그먼트들의 어레이를 구비하는 제 1 스테이지 베인 장치를 제공하는 단계;

- 피벗 가능한 연결을 위해 외부 서스펜션을 결합함으로써 상기 베인들을 상기 베인 캐리어에 장착하는 단계,

- 하부 수평 요소의 아암을 방사상 내부 위치로부터 내부 림 세그먼트에 결합시키는 단계, 및

- 상기 베인 캐리어에 맞대어 상기 프레임 세그먼트들을 압박하고 또한 상기 외부 고정부를 상기 베인 캐리어에 장착하는 단계를 포함한다.

그와 같은 제 1 스테이지 베인 장치에 있어서, 상기 베인들은 외부 플랫폼, 내부 플랫폼, 상기 외부 플랫폼과 상기 내부 플랫폼 사이에서 연장하는 에어포일을 포함한다. 상기 베인들은 상기 베인을 상기 베인 캐리어에 피벗 가능하게 연결하기 위한 외부 서스펜션, 및 상기 내부 플랫폼으로부터 방사상 내향으로 연장하는 내부 림 세그먼트를 갖는다.

그와 같은 제 1 스테이지 베인 장치에 있어서, 상기 프레임 세그먼트들은 I-빔을 포함하며, 상기 I-빔은 상부 수평 요소, 하부 수평 요소, 수직 웨브, 상기 베인 캐리어에 대한 외부 고정부를 포함한다. 상기 베인의 상기 내부 플랫폼을 지지하고 또한 상기 내부 플랫폼과 상기 하부 수평 요소 사이의 갭을 밀봉하기 위해, 아암이 상기 하부 수평 요소로부터 상기 내부 림 세그먼트 아래의 축 방향으로 연장한다.

상술된 연소기 변이부, 캔형 연소기 및 가스 터빈은 단일 연소 가스 터빈이거나 또는 예를 들어 EP 0 620 363 B1 또는 EP 0 718 470 A2로부터 공지된 바와 같은 연속 연소 가스 터빈일 수 있다. 그것은 또한 WO 2012/136787에 설명된 연소기 장치들 중 하나를 갖는 가스 터빈의 연소기 변이부일 수 있다.

본 발명 및 그의 성질 뿐만 아니라 그의 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다. 참고로 하는 도면들은 다음과 같다.
도 1a는 본 발명에 따른 가스 터빈의 예를 나타내는 도면.
도 1b는 도 1a의 가스 터빈의 연소기 변이부들을 갖는 터빈 입구의 단면 b-b를 나타내는 도면.
도 1c는 도 1b에 도시된 변이 요소들의 후미 단부들을 수용하기 위한 프레임 세그먼트들의 환상 배열의 예를 나타내는 도면.
도 2는 상기 터빈의 제 1 스테이지 베인 및 지지 베인 캐리어와 함께 프레임 세그먼트에 삽입되는 연소기 변이 요소의 출구를 나타내는 도면.
도 3은 밀봉부 및 베인의 내부 플랫폼에 대한 지지 계면을 갖는 프레임 세그먼트의 하부 수평 요소의 예를 나타내는 도면.
도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d, 및 도 3e는 프레임 세그먼트와 내부 플랫폼 사이의 밀봉부의 상세도.
도 4는 2개의 변이 요소들이 삽입된 프레임 세그먼트의 예를 나타내는 도면.
도 5는 도 4의 프레임 세그먼트의 예에 대한 다른 사시도.

이하에서, 같거나 또는 기능적으로 동일한 요소들에는 동일한 명칭이 제공되었다. 이와 같은 예들은 그와 같은 장치들로 인해 본 발명이 제한되도록 구성되지 아니한다.

도 1a에 도시된 예시적 장치에 있어서, 가스 터빈(9)에는 압축기 입구 가스(7)가 공급된다. 상기 가스 터빈(9)에서, 압축기(1) 다음에는 복수의 캔형 연소기들(2)을 포함하는 연소실이 이어진다. 고온 연소 가스가 복수의 연소기 변이 요소들(24)을 통해 터빈(3) 안으로 공급된다. 상기 캔형 연소기들(2) 및 연소기 변이 요소들(24)은 상기 터빈(3)으로 안내되는 고온 가스 유동 통로(15)를 형성한다. 상기 연소기 변이 요소들(24)은 상기 연소실의 캔형 연소기들(2)을 상기 터빈(3)의 제 1 스테이지 베인(10)과 연결시킨다.

냉각 가스(5, 6)는 상기 터빈(3), 상기 연소기(2; 도시되지 않음)및 프레임 세그먼트(도 1에는 도시되지 않음)를 냉각시기기 위해 상기 압축기(1)로부터 분기된다. 이와 같은 예에 있어서, 고압 냉각 가스(6) 및 저압 냉각 가스(5)를 위한 냉각 시스템들이 도시되었다.

배기 가스(8)는 상기 터빈(3)으로부터 배기된다. 상기 배기 가스(8)는 일반적으로 혼합 사이클(도시되지 않음)에서 증기 사이클 또는 열병합 발전을 위해 증기를 발생시키기 위한 열회수 증기 발생기에서 사용된다.

상기 단면 B-B에 따른 가스 터빈(9)의 연소기 변이 요소들(24)은 도 1b에 도시되어 있다. 상기 연소기 변이 요소들(24)은 고온 가스를 상기 캔형 연소기들(2)로부터 상기 터빈(3)으로 안내하고, 상기 터빈 입구에 환상 고온 가스 덕트를 형성하기 위해 배열된다.

도 1c는 상기 연소기 변이 요소들(24)의 후미 단부들을 수용하기 위한 프레임 세그먼트들(12)의 환상 장치의 예를 나타낸다. 이웃하는 쌍들의 프레임 세그먼트들(12)은 연소기 변이 요소의 후미 단부 또는 출구를 수용할 수 있는 액자형 용기(17)를 형성한다(도시되지 않음).

터빈(3)의 제 1 스테이지 베인(10)과 연소기 변이 요소(24) 사이의 계면에 대한 예가 도 2에 더욱 상세히 도시되어 있다. 상기 연소기 변이 요소(24)는 상기 연소기 변이벽(11)에 의해 한정되며, 상기 고온 가스 유동 통로(15)를 제한한다. 상기 연소기 변이 요소(24)의 출구에서, 각각의 연소기 변이 요소의 단면은 환상 섹터의 기하학적 형상을 가지며, 상기 터빈 입구에서 고온 가스 유동 통로(15)를 형성한다. 상기 고온 가스 유동 통로(15)는 상기 터빈(3)의 제 1 스테이지 베인들(10) 사이의 공간 내로 진행한다. 상기 내부 플랫폼들(14)과 외부 플랫폼들(13)은 상기 터빈 입구에서 상기 고온 가스 유동 통로(15)를 제한한다. 상기 터빈 베인들(10)의 에어포일들(18)은 상기 베인(10)의 내부 플랫폼(14)과 외부 플랫폼(13) 사이에서 방사상 방향으로 연장하며, 적어도 부분적으로 상기 고온 가스 유동 통로(15)를 원주 방향으로 분할한다. 상기 터빈에 대한 출구(또한 후미 단부라 칭함)에서, 상기 연소기 변이 요소들(24)은 프레임 세그먼트들(12)에 의해 정위치에 지지 및 보유된다. 상기 프레임 세그먼트들(12) 및 상기 제 1 스테이지 베인들(10)은 상기 베인 캐리어(16)에 의해 지지되고 또한 상기 베인 캐리어에 고정된다. 고압 냉각 가스가 상기 프레임 세그먼트들(12)과 제 1 스테이지 베인들(10)로 공급될 수 있다. 밀봉부(33)가 상기 연소기 변이벽(11)의 외부와 상기 수용 프레임 세그먼트들(12) 사이에 배열된다. 상기 연소기 변이벽(11)과 상기 수용 프레임 세그먼트들(12) 사이의 갭은 일반적으로 냉각 가스로 압축된다. 상기 밀봉부(33)는 냉각 가스가 상기 갭을 통해 상기 고온 가스 유동 통로(15)로 불필요하게 누설되는 것을 방지한다.

상기 프레임 세그먼트(12)와 상기 베인 캐리어(16) 사이에는 전방 밀봉부(28)가 설치될 수 있다.

상기 하부 수평 요소(21)와 상기 내부 플랫폼(14) 사이의 밀봉 및 지지 계면에 대하여는 도 3에서 더욱 상세히 설명되었으며 점선으로 표시된 원(Ⅲ)으로 표시되었다.

도 3은 밀봉부 및 베인(10)의 내부 플랫폼(14)에 대한 지지 계면과 상기 연소기 변이벽(11)과 상기 프레임 세그먼트(12) 사이에 배열된 벽 밀봉부(33)를 갖는 프레임 세그먼트의 하부 수평 요소(21)(도 2의 섹션 Ⅲ으로서 원형 처리됨)의 예에 대한 근접도를 나타낸다.

2개의 스트립들(34)이 상기 연소기 변이벽(11)으로부터 상기 연소기 변이벽(11)과 상기 프레임 세그먼트(12) 사이의 갭(여기서는 오직 상기 벽과 상기 하부 수평 요소(21) 사이의 섹션에서만 도시됨) 안으로 연장하고, 상기 연소기 변이벽(11) 둘레로 이어진다. 그들은 E-밀봉부(33)가 삽입되는 슬롯을 한정시키도록 축상으로 배열된다. 상기 밀봉부는 상기 프레임 세그먼트(12)에 대한 연소기 변이벽(11)의 축상 이동을 허용하면서, 2개의 요소들 사이의 갭을 밀봉한다.

본 예에 있어서, 아암(26)은 상기 하부 수평 요소(21)로부터 (상기 세그먼트가 설치될 때 상기 가스 터빈의) 상기 내부 플랫폼(14)을 향해 축 방향으로 연장한다. 상기 아암(26)의 축상 단부에서, 외부 림 세그먼트(27)는 상기 내부 플랫폼(14)의 방사상 외향의 내부면(31) 방향으로 연장한다. 상기 외부 림 세그먼트(27)와 함께 상기 아암(26)은 L-형 후크를 형성한다. 이와 같은 L-형 후크들은 상기 내부 플랫폼(14)의 내부면(31)으로부터 상류 단부에서 방사상 내향으로 연장하는 내부 림 세그먼트(23) 뒤에 놓인다.

상기 제 1 터빈 스테이지의 모든 베인들의 내부 플랫폼들(14)은 링을 형성한다. 상기 내부 플랫폼들(14)의 내부면들(31)은 원통형 내부면을 형성한다. 모든 프레임 세그먼트들의 외부 림 세그먼트들(27)은 상기 내부 프랫폼들(14)에 의해 형성된 실린더 내에 정합되는 링을 형성한다. 이는 상기 내부 플랫폼(14) 아래의 공간과 상기 내부 플랫폼(14) 위의 고온 가스 유동 통로를 밀봉한다. 또한, 상기 외부 림 세그먼트들(27)은 상기 내부 플랫폼(14)을 지지하고 또한 그를 상기 연소기 변이벽(11)의 후미 단부와 정렬된 정확한 위치에 유지할 수 있다.

도 3a의 근접도에 도시된 바와 같이, 내부 밀봉부(29)는 상기 아암(26)의 외부면(30), 즉 보다 양호한 밀봉을 위해 상기 내부 림 세그먼트(23)를 향해 마주하는 상기 아암(26)의 측면에 부착될 수 있다. 조립되는 동안, 상기 내부 림 세그먼트(23)는 상기 내부 밀봉부(29)에 맞대어 압박된다. 이와 같은 장치에서, 방사상의 힘이 상기 외부 림 세그먼트(27)를 통해 상기 내부 플랫폼의 내부면(31)으로 전달된다. 도시된 본 예에 있어서, 상기 내부 밀봉부(29)는 방사 방향으로 배향되는 웨브들을 갖는 벌집형 밀봉부로서 구성될 수 있다.

도 3c는 도 3a에 기초한다. 본 예에서, 상기 벌집형 내부 밀봉부(29)의 웨브들은 상기 아암(26)의 외부면(30)과 평행하게 배향된다. 따라서, 상기 웨브들은 힘이 상기 내부 림 세그먼트(23)에 의해 그들 위에 인가될 더욱 용이하게 편향될 수 있다. 상기 벌집형 밀봉부는 상기 갭을 밀봉하는 스프링으로서 작용할 수 있으며 또한 상기 록킹 베인(10)을 적합한 위치 내로 압박한다.

대안적으로, 상기 내부 밀봉부(29)는 더욱 양호한 밀봉을 위해 상기 내부 림 세그먼트(23) 다음에 위치한 상기 내부 플랫폼(14)의 내부면(31)에 부착될 수 있다. 조립되는 동안, 상기 외부 림 세그먼트(27)는 상기 내부 밀봉부(29)에 맞대어 압박된다. 이와 같은 장치에 있어서, 방사상 힘이 상기 내부 림 세그먼트(23)를 통해 상기 아암(26)의 외부면(30)으로 전달된다. 그와 같은 구성에 대한 예가 도 3b에 근접도로서 도시되어 있다. 도시된 예에 있어서, 상기 내부 밀봉부(29)는 벌집형 밀봉부로서 구성된다.

도 3d는 다른 대안을 나타낸다. 여기서, 상기 내부 밀봉부(29)는 서로 마주하는 상기 내부 림 세그먼트(23)와 상기 외부 림 세그먼트(27)의 측면들 사이에 배열된다.

도 3e는 또 다른 대안을 나타낸다. 여기서 상기 내부 밀봉부(29)는 서로 마주하는 상기 내부 림 세그먼트(23)와 상기 하부 수평 요소(21)의 측면들 사이에 배열된다.

도 3d 및 도 3e에 있어서, 상기 내부 밀봉부는 상기 내부 링 세그먼트(23)의 표면과 평행하게 배향되는 웨브들을 갖는 벌집형으로서 구성된다. 따라서, 상기 웨브들은 만약 힘이 상기 내부 림 세그먼트(23)에 의해 그 위에 인가될 경우 더욱 용이하게 편향될 수 있다. 상기 벌집형 밀봉부는 상기 갭을 밀봉하는 스프링으로서 작동할 수 있으며, 상기 록킹 베인(10)을 적합한 위치 내로 압박한다.

도 4는 2개의 연소기 변이 요소들(24)이 삽입된 프레임 세그먼트(12)에 대한 예를 나타내는 사시도이다. 상기 프레임 세그먼트(12)는, 가스 터빈에 설치될 때, 수직 웨브(22)의 외부에 방사상으로 배열된 상부 수평 요소(20), 및 상기 수직 웨브(22)의 내부에 방사상으로 배열되는 하부 수평 요소(21)를 갖는 상기 수직 웨브(22)로 구성된다. 상기 프레임 세그먼트(12)는 베인 케리어에 고정하기 위한 2개의 귀형상부들(25)을 포함한다. 그들은 상기 상부 수평 요소(20)로부터 방사상 방향으로 연장한다. 상기 연소기 변이 요소들(24)은 상기 수직 웨브(22)의 하류 단부의 양 측면들 상에서 유동 방향으로 개방된다.

도 5는 도 4의 프레임 세그먼트(12)의 예에 대한 다른 사시도를 나타낸다. 도 5는 상기 베인 캐리어에 부착시키기 위해 상기 베인 캐리어를 향해 상기 고온 가스 유동(15)의 하류 방향으로 마주하는 상기 상부 수평 요소(20)의 장착면(32)을 나타낸다. 상기 장착면(32)에서는, 전방 밀봉부(28)가 표시되어 있다. 상기 전방 밀봉부(28)는 밀봉 홈에 유지될 수 있다. 상기 밀봉부는 상기 가스 터빈 축 둘레의 원주 방향에 걸쳐 위치된다. 설치시, 상기 전방 밀봉부들(28)은 상기 환상 고온 가스 유동 통로 둘레에 걸쳐 링을 형성하며, 상기 프레임 세그먼트들과 상기 베인 캐리어 사이의 계면을 밀봉한다. 상기 전방 밀봉부(28)는 예를 들면 로우프 밀봉부일 수 있다.

1 압축기
2 캔형 연소기
3 터빈
4 발생기
5 저압 냉각 가스
6 고압 냉각 가스
7 외기
8 배기 가스
9 가스 터빈
10 베인
11 연소기 변이벽
12 프레임 세그먼트
13 외부 플랫폼
14 내부 플랫폼
15 고온 가스 유동 통로
16 베인 캐리어
17 액자형 용기
18 에어포일
19 서스펜션
20 상부 수평 요소
21 하부 수평 요소
22 수직 웨브
23 내부 림 세그먼트
24 연소기 변이 요소
25 고정부
26 아암
27 외부 림 세그먼트
28 전방 밀봉부
29 내부 밀봉부
30 외부면
31 내부면
32 장착면
33 밀봉부
34 스트립

Claims

베인 캐리어(16), 제 1 스테이지 베인들(10)의 어레이, 및 연소기 변이 요소들(combustor transition pieces;24)의 후미 단부들을 축상으로 수용하기 위한 프레임 세그먼트들(12)의 어레이를 구비한 제 1 스테이지 베인 장치로서,
상기 제 1 스테이지 베인들(10)은: 외부 플랫폼(13), 내부 플랫폼(14), 상기 외부 플랫폼(13)과 상기 내부 플랫폼(14) 사이에서 연장하는 에어포일(18), 상기 베인(10)을 상기 베인 캐리어(16)에 피벗 가능하게 연결하기 위한 외부 서스펜션(19), 및 상기 내부 플랫폼(14)으로부터 방사상 내향으로 연장하는 내부 림 세그먼트(23)를 포함하며,
상기 프레임 세그먼트들(12)은 I-빔을 포함하며: 상기 I-빔은 상부 수평 요소(20), 하부 수평 요소(21), 수직 웨브(22), 상기 베인 캐리어(16)에 대한 고정부(25), 및 상기 베인(10)의 상기 내부 플랫폼(14)을 지지하고 또한 상기 내부 플랫폼(14)과 상기 하부 수평 요소(21) 사이의 갭을 밀봉하기 위해 상기 하부 수평 요소(21)로부터 상기 내부 림 세그먼트(23) 아래의 축 방향으로 연장하는 아암(26)을 포함하는, 제 1 스테이지 베인 장치.
제 1 항에 있어서, 외부 림 세그먼트(27)가 상기 아암(26)으로부터 방사상 외향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 제 1 스테이지 베인 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 외부 림 세그먼트(27)와 상기 아암(26)은 상기 피벗 가능한 베인(10)을 지지하기 위한 L-형 후크를 형성하는 것을 특징으로 하는 제 1 스테이지 베인 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 밀봉부(29)가 상기 내부 림 세그먼트(23)와 상기 아암(26) 사이의 갭을 밀봉하기 위해 상기 아암(26)의 외부면(30)과 상기 내부 림 세그먼트(23) 사이에 배열되고 그리고/또는 내부 밀봉부(29)가 상기 외부 림 세그먼트(27)와 상기 내부 플랫폼(14) 사이의 갭을 밀봉하기 위해 상기 내부 플랫폼(14)의 내부면(31)과 상기 외부 림 세그먼트(27) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 제 1 스테이지 베인 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 밀봉부(29)가 서로 마주하는 상기 내부 림 세그먼트(23)의 측면들과 상기 외부 림 세그먼트(27) 사이에 배열되고 그리고/또는 내부 밀봉부(29)가 서로 마주하는 상기 내부 림 세그먼트(23)의 측면들과 상기 하부 수평 요소(21) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 제 1 스테이지 베인 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임 세그먼트(12)를 베인 캐리어(16)에 장착시키기 위한 상기 고정부(25)는 적어도 하나의 귀형상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1 스테이지 베인 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 수평 요소(20)는 장착면(32)을 가지며, 상기 베인 캐리어는 상기 프레임 세그먼트를 상기 베인 캐리어(16)에 대체로 기밀 방식으로 장착하기 위한 정합 장착면을 갖는 것을 특징으로 하는 제 1 스테이지 베인 장치.
제 7 항에 있어서, 전방 밀봉부(28)가 상기 외부 수평 요소(20)의 상기 장착면(32)과 상기 베인 캐리어(16)의 상기 정합 장착면 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 제 1 스테이지 베인 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 연소기(2)에 연결하도록 구성된 상류 단부에 위치한 입구 및 2개의 이웃하는 프레임 세그먼트들(12)에 의해 형성된 프레임 안으로의 축상 삽입을 위해 구성된 후미 단부에 위치한 출구를 갖는 덕트를 구비한 연소기 변이 요소(24)를 포함하며, 벽 밀봉부(33)가 상기 연소기 변이 요소(24) 후미 단부의 연소기 변이벽(11)의 외부면과 상기 연소기 변이 요소(24)의 벽(11)을 마주하는 상기 프레임 세그먼트(12)의 표면 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 제 1 스테이지 베인 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 연소기 변이벽(11)과 상기 프레임 세그먼트(12) 사이의 벽 밀봉부(33)는 E-밀봉부인 것을 특징으로 하는 제 1 스테이지 베인 장치.
적어도 하나의 압축기(1), 적어도 하나의 터빈(3), 및 연소기 변이 요소(24)를 구비한 적어도 하나의 연소실(2)을 갖는 가스 터빈(9)에 있어서,
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 제 1 스테이지 베인 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제 1 스테이지 베인 장치의 조립 방법으로서,
- 제 1 스테이지 베인 장치를 제공하는 단계로서,
상기 장치는: 베인 캐리어(16), 제 1 스테이지 베인들(10)의 어레이, 및 연소기 변이 요소들(24)의 후미 단부들을 축상으로 수용하기 위한 프레임 세그먼트들(12)의 어레이를 구비하고,
상기 베인들(10)은: 외부 플랫폼(13), 내부 플랫폼(14), 상기 외부 플랫폼(13)과 상기 내부 플랫폼(14) 사이에서 연장하는 에어포일(18), 상기 베인(10)을 상기 베인 캐리어(16)에 피벗 가능하게 연결하기 위한 외부 서스펜션(19), 및 상기 내부 플랫폼(14)으로부터 방사상 내향으로 연장하는 내부 림 세그먼트(23)를 포함하며,
상기 프레임 세그먼트들(12)은 I-빔을 포함하며, 상기 I-빔은 상부 수평 요소(20), 하부 수평 요소(21), 수직 웨브(22), 상기 베인 캐리어(16)에 대한 고정부(25), 및 상기 베인(10)의 상기 내부 플랫폼(14)을 지지하고 또한 상기 내부 플랫폼(14)과 상기 하부 수평 요소(21) 사이의 갭을 밀봉하기 위해 상기 하부 수평 요소(21)로부터 상기 내부 림 세그먼트(23) 아래의 축 방향으로 연장하는 아암(26)을 포함하는, 상기 제 1 스테이지 베인 장치를 제공하는 단계,
- 피벗 가능한 연결을 위해 상기 외부 서스펜션(19)을 결합함으로써 상기 베인들(10)을 상기 베인 캐리어(16)에 장착하는 단계,
- 상기 하부 수평 요소(21)의 아암(26)을 방사상 내부 위치로부터 상기 내부 림 세그먼트(23)에 결합시키는 단계,
- 상기 베인 캐리어(16)에 맞대어 상기 프레임 세그먼트들(12)을 압박하고 또한 상기 고정부(25)를 상기 베인 캐리어(16)에 장착하는 단계를 포함하는 조립 방법.