KR20160078101A

KR20160078101A - 터빈용 버켓

Info

Publication number: KR20160078101A
Application number: KR1020140188821A
Authority: KR
Inventors: 강주형
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2016-07-04

Abstract

본 발명은 로터의 외주면을 따라 상기 로터에 장착되는 복수개의 터빈용 버켓을 구비하는 터빈에 있어서 터빈용 버켓은 각각, 날개부; 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에 형성되고, 상기 로터에 결합되는 루트부; 및 서로 인접한 터빈용 버켓의 상대위치를 고정하기 위해, 어느 하나의 터빈용 버켓의 날개부로부터 그와 인접한 터빈용 버켓의 날개부를 향하여 연장 형성되는 타이보스;를 포함하고, 상기 타이보스는 상기 로터의 반경방향 내측을 향하여 양력을 발생시킬 수 있도록 에어포일 형상으로 형성되는 터빈용 버켓에 관한 것이다.

Description

터빈용 버켓{Bucket for provided with turbine}

본 발명은 터빈용 버켓에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로터의 반경방향 내측을 향하여 양력을 발생시킬 수 있도록 에어포일 형상으로 날개부에 형성되는 타이보스를 구비하는 터빈용 버켓에 관한 것이다.

일반적으로 증기터빈은 발전소용 대용량 보일러에서 발생된 고온, 고압의 증기로 날개를 구비하는 버켓을 회전시켜 운동에너지인 회전력으로 변환하는 장치로서, 일반적으로 고압터빈, 중압터빈, 저압터빈으로 나뉘어 효율을 극대화시킨다.

일반적으로 증기터빈은 터빈의 외형과 골격을 형성하는 케이싱과 케이싱에 회전가능하게 설치되는 로터를 구비한다.

일반적으로 각각의 버켓은 베인, 베인의 반경방향 내측 단부에 형성되는 도브테일을 구비한다.

상술한 도브테일이 로터에 결합하는 방식에 따라 일반적으로 도브테일을 크게 탄젠셜 엔트리형(tangential entry), 엑시얼 엔트리형(axial entry), 핀드 핑거형(pinned finger), 열쇠 축형으로 구분할 수 있다.

또한, 버켓은 베인에서 인접한 버켓의 베인을 향하여 연장 형성되는 타이보스를 구비한다.

종래 터빈용 버켓에 형성되는 타이보스는 서로 인접한 버켓의 상대위치를 고정하는 기능을 수행하므로 버켓의 안정성에 기여하는 장점이 있으나, 반면에 타이보스로 인하여 버켓에 가해지는 원심력은 오히려 증가하는 단점도 동시에 존재한다. 타이보스로 인한 원심력의 증가는 결국 버켓의 더 높은 강성을 요구하게 될 뿐만 아니라, 터빈의 구동 중에 버켓의 진동이 증가하는 문제를 야기할 수 있다.

더욱이, 종래 터빈용 버켓에 형성되는 타이보스는 구동중에 발생하는 버켓의 진동에 의해 버켓이 손상되어 터빈의 내구성이 감소하는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2007-0037418호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 로터의 반경방향 내측을 향하여 양력을 발생시킬 수 있도록 에어포일 형상으로 형성되는 타이보스를 날개부의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록 설치하여 터빈용 버켓이 받는 원심력을 크기를 감소시키고, 버켓의 진동을 저감하며, 터빈의 효율을 증가시킬 수 있는 터빈용 버켓을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 버켓의 날개부의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록 설치되는 복수의 타이보스 중 어느 하나의 타이보스를 로터의 반경방향 내측을 향하여 양력을 발생시킬 수 있도록 에어포일 형상으로 형성함에 따라 터빈의 구동중에 버켓의 진동을 저감하여, 버켓과 터빈의 내구성을 증대시키고, 버켓의 유지보수 비용을 절감할 수 있는 터빈용 버켓을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 로터의 외주면을 따라 상기 로터에 장착되는 복수개의 터빈용 버켓을 구비하는 터빈에 있어서, 상기 터빈용 버켓은 각각 날개부; 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에 형성되고, 상기 로터에 결합되는 루트부; 및 서로 인접한 터빈용 버켓의 상대위치를 고정하기 위해, 어느 하나의 터빈용 버켓의 날개부로부터 그와 인접한 터빈용 버켓의 날개부를 향하여 연장 형성되는 타이보스;를 포함하고, 상기 타이보스는 상기 로터의 반경방향 내측을 향하여 양력을 발생시킬 수 있도록 에어포일 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 일 실시예에서, 터빈용 버켓의 날개부는 유체가 유입되는 측을 바라보는 리딩엣지; 유체가 배출되는 측을 바라보는 트레일링엣지; 및 상기 리딩엣지와 상기 트레일링엣지 사이를 연결하는 제1 면과 제2 면;을 포함하되, 상기 타이보스는 상기 제1 면상에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 일 실시예에서, 터빈용 버켓의 타이보스는 상기 제1 면상에 형성되는 타이보스와 마주하도록 상기 제2 면상에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 일 실시예에서, 터빈용 버켓의 타이보스의 에어포일 형상은 상기 로터의 반경방향 내측면이 상기 로터의 반경방향 외측면보다 볼록하도록 만곡되게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 일 실시예에서, 터빈용 버켓의 타이보스의 리딩에지에서 트레일링엣지 사이의 거리는 상기 타이보스가 형성되는 상기 날개부의 위치에서 상기 날개부의 리딩엣지에서 트레일링엣지 사이의 거리의 50% 내지 70% 사이의 거리가 되도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 일 실시예에서, 터빈용 버켓의 타이보스의 반경방향 외측면에서 반경방향 내측면 사이의 거리는 상기 타이보스의 리딩엣지에서 트레일링엣지 사이의 거리의 5% 내지 30%의 거리가 되도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 일 실시예에서, 터빈용 버켓의 타이보스는 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에서 상기 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리의 20% 내지 30%의 지점의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 일 실시예에서, 터빈용 버켓의 타이보스는 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에서 상기 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리의 45% 내지 55%의 지점의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 일 실시예에서, 터빈용 버켓의 타이보스는 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에서 상기 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리의 70% 내지 80%의 지점의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은 로터의 외주면을 따라 상기 로터에 장착되는 복수개의 터빈용 버켓을 구비하는 터빈에 있어서, 상기 터빈용 버켓은 각각 날개부; 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에 형성되고, 상기 로터에 결합되는 루트부; 및 서로 인접한 터빈용 버켓의 상대위치를 고정하기 위해, 어느 하나의 터빈용 버켓의 날개부로부터 그와 인접한 터빈용 버켓의 날개부를 향하여 연장 형성되는 복수개의 타이보스;를 포함하고, 상기 복수개의 타이보스 중 적어도 어느 하나의 타이보스는 상기 로터의 반경방향 내측을 향하여 양력을 발생시킬 수 있도록 에어포일 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 다른 실시예에서, 터빈용 버켓의 날개부는 유체가 유입되는 측을 바라보는 리딩엣지; 유체가 배출되는 측을 바라보는 트레일링엣지; 및 상기 리딩엣지와 상기 트레일링엣지 사이를 연결하는 제1 면과 제2 면;을 포함하되, 상기 복수개의 타이보스는 상기 제1 면상에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 다른 실시예에서, 날개부의 제1 면상에 형성되는 상기 복수개의 타이보스와 각각 마주하도록 상기 제2 면상에 복수개의 타이보스가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 다른 실시예에서, 터빈용 버켓의 복수개의 타이보스 중 에어포일 형상을 갖는 타이보스의 에어포일 형상은 상기 로터의 반경방향 내측면이 상기 로터의 반경방향 외측면보다 볼록하도록 만곡되게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 다른 실시예에서, 터빈용 버켓의 에어포일 형상을 갖는 타이보스의 리딩에지에서 트레일링엣지 사이의 거리는 상기 에어포일 형상을 갖는 타이보스가 형성되는 상기 날개부의 위치에서 상기 날개부의 리딩엣지에서 트레일링엣지 사이의 거리의 50% 내지 70% 사이의 거리가 되도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 다른 실시예에서, 터빈용 버켓의 에어포일 형상을 갖는 타이보스의 반경방향 외측면에서 반경방향 내측면 사이의 거리는 상기 타이보스의 리딩엣지에서 트레일링엣지 사이의 거리의 5% 내지 30%의 거리가 되도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 다른 실시예에서, 복수개의 타이보스는 에어포일 타이보스와 논에어포일 타이보스로 이루어지고, 상기 에어포일 타이보스와 논에어포일 타이보스 중 하나의 타이보스는 상기 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리의 20% 내지 30%의 지점의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록에 형성되고, 상기 에어포일 타이보스와 논에어포일 타이보스 중 다른 하나의 타이보스는상기 날개부의 반경방향 내측 단부에서 상기 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리의 70% 내지 80%의 지점의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 터빈용 버켓의 다른 실시예에서, 복수개의 타이보스가 모두 에어포일 타이보스로 이루어지고, 상기 에어포일 타이보스 중 하나의 타이보스는 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에서 상기 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리의 20% 내지 30%의 지점의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록에 형성되고, 상기 에어포일 타이보스 중 다른 하나의 타이보스는 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에서 상기 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리의 70% 내지 80%의 지점의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록 형성될 수 있다.

본 발명은 날개부의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록 설치되는 타이보스 중 적어도 어느 하나의 타이보스를 로터의 반경방향 내측을 향하여 양력을 발생시킬 수 있도록 에어포일 형상으로 형성함에 따라 터빈용 버켓이 받는 원심력을 크기를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 버켓이 받는 원심력의 감소로 인해 버켓에 가해지는 응력이 감소하게 되는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명은 터빈용 버켓이 받는 원심력의 크기의 감소에 따라 터빈의 구동중에 발생하는 버켓의 진동을 감소시키고, 터빈의 효율 및 버켓과 터빈의 내구성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

게다가, 본 발명은 버켓에 작용하는 원심력을 감소시켜, 버켓이 손상되는 것을 최소화하여 버켓의 유지보수 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈용 버켓이 로터에 설치된 상태에서 터빈의 내부 구성요소를 개략적으로 나타내는 축방향 정면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 터빈용 버켓에서 타이보스가 형성된 상태의 개념도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈용 버켓의 정면 사시도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 버켓의 측면도를 나타낸다.
도 5는 도 4에서 A부분의 확대도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈용 버켓이 로터에 설치된 상태에서 터빈의 내부 구성요소를 개략적으로 나타내는 축방향 정면도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 복수개의 터빈용 버켓에서 복수개의 타이보스가 형성된 상태의 개념도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈용 버켓의 정면 사시도를 나타낸다.
도 9은 도 8에 도시된 버켓의 측면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버켓의 측면도를 나타낸다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 부호를 가지도록 하고 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈용 버켓이 로터에 설치된 상태에서 터빈의 내부 구성요소를 개략적으로 나타내는 축방향 정면도를 나타내고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 터빈용 버켓에서 타이보스가 형성된 상태의 개념도를 나타낸다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈용 버켓의 정면 사시도를 나타내고, 도 4는 도 3에 도시된 버켓의 측면도를 나타내며, 도 5는 도 4에서 A부분의 확대도를 나타낸다.

도 1에 도시된 것처럼, 로터(1)는 케이싱(2)에 회전가능하게 설치된다. 이러한 케이싱(2)은 상부케이싱(도면에 미도시)과 하부케이싱으로 분리 및 조립가능하게 결합되어 내부에 로터(1)와 버켓(10)을 수용하고, 외부의 충격요소나 이물질로부터 내부 구성요소를 차단하거나 보호하는 기능을 수행한다. 도 1에서는 내부 구성요소를 설명하기 위해 하부 케이싱만을 도시하였다. 로터(1)는 회전축 역할을 하고, 로터(1)의 양단부가 베어링에 의해 회전가능하게 지지될 수 있다.

수도브테일(4)이 로터(1)의 외주면을 따라 로터의 접선방향으로 균일하게 이격되도록 형성된다. 즉, 수도브테일(40)은 로터(1)의 반경방향 외측 단부에 로터의 축방향을 따라 일정한 깊이로 형성된다.

도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈용 버켓이 구비되는 터빈은 휠 앤 다이어프램형(wheel & diaphragm type)으로 형성될 수도 있다. 로터 휠은 로터의 외주면으로부터 반경방향 외측으로 돌출되어 있는 디스크 또는 플랜지 형태로 형성될 수 있다. 휠 앤 다이어프램형에서 수도브테일은 로터 휠의 외주면을 따라 로터 휠의 접선방향으로 균일하게 이격되도록 형성된다. 즉, 수도브테일은 로터 휠의 반경방향 외측 단부에 로터 휠의 축방향을 따라 일정한 깊이로 형성된다.

수도브테일의 내측면은 후술하는 루트부(200)의 암도브테일(220)의 외측면과 대응되는 형상을 갖도록 형성되어, 루트부(200)의 암도브테일(220)과 서로 맞물리도록 체결된다. 일례로, 수도브테일(4)의 내측면은 전나무(fir tree) 형상의 갖는 곡면의 맞물림부가 가상의 로터의 반경방향 중심선을 기준으로 대칭되게 형성되고, 이와 동일하게 버켓(10)의 루트부(200)의 암도브테일(220)의 외측면도 전나무 형상을 갖는 곡면의 맞물림부가 가상의 로터의 반경방향 중심선을 기준으로 대칭되게 형성된다. 즉, 버켓의 루트부의 암도브테일의 외측면에 형성된 맞물림부와 수도브테일의 내측면에 형성된 맞물림부와 대응되도록 버켓을 수도브테일에 축방향으로 삽입하게 되면, 암도브테일을 매개로 버켓이 로터의 원주방향을 따라 축방향으로 체결된다. 따라서, 버켓이 로터의 반경방향과 접선방향으로 구속되게 된다.

본 발명에 의한 터빈용 버켓은 루트부(200)의 결합방식에 따라 탄젠셜 엔트리형(tangential entry type), 엑시얼 엔트리형(axial entry type), 핀드 핑거형(pinned finger type) 등 다양한 방식이 채용될 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)을 설명한다. 도 1 내지 도 4에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)은 날개부(100), 루트부(200), 및 타이보스(300)로 이루어진다.

상술한 바와 같이 복수개의 터빈용 버켓(10)이 로터(1)의 외주면을 따라 로터에 장착된다.

날개부(100)는 보일러에서 발생된 증기를 받아 증기의 유체에너지, 즉 열에너지와 속도에너지를 기계적 에너지인 회전력으로 변환하는 기능을 수행한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 이러한 날개부(100)은 초승달, 에어포일 등의 단면 형상으로 이루어지고, 유체가 날개부(100)을 통과할 때 양력 등을 발생시켜 유체의 속도에너지를 증가시킴으로써 회전력을 증가시킬 수 있다.

루트부(200)는 날개부의 반경방향 내측 단부에 형성된다. 루트부(200)에 의해 버켓(10)이 로터(1)에 결합된다.

도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따르면 버켓(10)의 루트부(200)는 플랫폼(platform, 210) 및 암도브테일(220)을 더 구비할 수 있다.

플랫폼(430)은 날개부(100)의 반경방향 내측 단부에 플레이트 구조로 형성된다.

암도브테일(220)은 날개부(100)의 반경방향 내측 단부에서 반경방향 내측 방향으로 돌출 형성된다. 암도브테일(220)은 버켓(10)의 회전시에 원심응력에 잘 견디도록 설계되는 것이 바람직하며, 상술한 바와 같이 암도브테일의 외측면이 잔나무(fir tree) 형상을 갖도록 형성될 수 있다.

타이보스(tie-boss, 300)는 서로 인접한 터빈용 버켓(10)의 상대위치를 고정하기 위해 어느 하나의 터빈용 버켓의 날개부(100)로부터 이와 인접한 터빈용 버켓(10)의 날개부(100)를 향하여 연장 형성된다.

타이보스(300)는 로터의 반경방향 내측을 향하여 양력을 발생시킬 수 있도록 에어포일 형상으로 형성된다. 이처럼, 타이보스(300)가 로터의 반경방향 내측을 향하여 양력을 발생시킴에 따라 버켓이 받는 원심력이 저감되고, 최종적으로 진동이 감소된다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 버켓(10)의 날개부(100), 루트부(200), 및 타이보스(300)는 일체로 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)의 날개부(100)는 제 1면(130), 제2 면(140), 리딩엣지(leading edge, 150), 및 트레일링엣지(trailing edge, 160)를 포함한다. 도 3에서 도면부호 110은 날개부의 반경방향 내측 단부이고, 도면부호 120은 날개부의 반경방향 외측 단부이다.

제1 면(130)은 증기(steam)와 같은 유체가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 오목하거나 볼록한 곡면 형상으로 형성된다.

제2 면(140)은 유체가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 제1 면과 반대되는 형상을 갖도록 형성된다. 즉, 제1 면(130)이 유체가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 오목하게 형성되면, 제2면(140)은 유체가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 볼록하게 형성된다. 이와 반대로, 제1 면(130)이 유체가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 오목하게 형성되면, 제2 면(140)은 유체가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 오목하게 형성된다. 도 3에서는 제1 면(130)이 유체가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 오목하게 형성되고, 제2 면(140)은 유체가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 볼록하게 형성된 상태로 도시되어 있다.

날개부의 리딩엣지(150)는 유체가 유입되는 측을 바라보도록 형성된다. 즉, 리딩엣지(150)는 제1 면(130)과 제2 면(140)이 접촉하는 전방측 모서리에 형성된다. 날개부의 트레일링엣지(160)는 유체가 배출되는 측을 바라보도록 형성된다. 즉, 트레일링엣지(160)는 제1 면(130)과 제2 면(140)이 접촉하는 후방측 모서리에 형성된다.

타이보스(300)는 제1 면(130)상에 형성되고, 제2 면(140)상에 제1 면(130)에 형성되는 타이보스(300)와 마주하도록 타이보스(300)가 형성된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 타이보스(300)는 1개의 버켓(10)을 기준으로 날개부(100)의 제1 면(130)과 제2 면(140)에 서로 마주하도록 한 쌍으로 형성된다.

도 4 및 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)의 타이보스(300)의 에어포일 형상은 타이보스의 로터의 반경방향 내측면(310)이 타이보스의 반경방향 외측면(320)보다 볼록하도록 만곡되게 형성된다.

상술한 바와 같이 타이보스(300)가 타이보스의 반경방향 내측면(310)이 타이보스의 반경방향 외측면(320)보다 볼록하게 만곡되도록 형성되는 에어포일 형상을 구비함에 따라, 유입되는 유체가 타이보스(300)를 통과하면서 로터의 반경방향 내측에 양력을 발생시킬 수 있게 된다.

도 4 및 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)의 타이보스(300)의 리딩엣지(330)에서 트레일링엣지(340) 사이의 거리(L)는 타이보스가 형성되는 날개부(100)의 위치에서 날개부의 리딩엣지(150)에서 트레일링엣지(160) 사이의 거리(D)의 50% 내지 70% 사이가 되도록 타이보스가 형성된다. 타이보스(300)의 리딩엣지(330)에서 트레일링엣지(340) 사이의 거리(L)가 타이보스가 형성되는 날개부(100)의 위치에서 날개부의 리딩엣지(150)에서 트레일링엣지(160) 사이의 거리(D)의 50% 미만인 경우에는 로터의 반경방향 내측을 향하여 충분한 양력을 발생시킬 수 없기 때문이다. 또한, 타이보스(300)의 리딩엣지(330)에서 트레일링엣지(340) 사이의 거리(L)가 타이보스가 형성되는 날개부(100)의 위치에서 날개부의 리딩엣지(150)에서 트레일링엣지(160) 사이의 거리(D)의 70%를 초과하는 경우에는, 타이보스의 에어포일 형상에 의해 로터의 반경방향 내측을 향하여 발생되는 양력에 의해 버켓이 받는 원심력을 저감하는 것보다 타이보스 자체의 자중에 의해 진동이 증가되는 영향이 더 커져 양력 발생에 의한 진동 감쇄효과가 상쇄되기 때문이다.

도 4 및 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)의 타이보스(300)의 반경방향 외측면(320)에서 반경방향 내측면(330) 사이의 거리(W)는 타이보스(300)의 리딩엣지(330)에서 트레일링엣지(340) 사이의 거리(L)의 5% 내지 30%의 거리가 되도록 형성된다. 타이보스(300)의 반경방향 외측면(320)에서 반경방향 내측면(330) 사이의 거리(W)가 타이보스(300)의 리딩엣지(330)에서 트레일링엣지(340) 사이의 거리(L)의 5% 미만인 경우에는 로터의 반경방향 내측을 향하여 충분한 양력을 발생시킬 수 없기 때문이다. 또한, 타이보스(300)의 리딩엣지(330)에서 트레일링엣지(340) 사이의 거리(L)가 타이보스(300)의 리딩엣지(330)에서 트레일링엣지(340) 사이의 거리(L)의 30%를 초과하는 경우에는, 타이보스의 에어포일 형상에 의해 로터의 반경방향 내측을 향하여 발생되는 양력에 의해 버켓이 받는 원심력을 저감하는 것으로 인한 장점보다 타이보스 자체의 자중에 의해 진동이 증가할 뿐만 아니라 유체가 버켓에 대해 일을 하지 못하는 구간이 지나치게 많아진다는 단점이 더욱 부각되기 때문이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)의 타이보스(300)는 날개부의 반경방향 내측 단부(110)에서 날개부의 반경방향 외측 단부(120)까지의 거리(H)의 20% 내지 30%(도 4에서 H/3의 근처의 위치)의 지점, 45% 내지 55%(도 4의 H/2)의 지점, 또는 70% 내지 80%의 지점(도 4에서 2H/3의 근처의 위치)의 제1 면(130)과 제2 면(140)에 서로 마주하도록에 형성될 수 있다.

즉, 타이보스의 자중이 큰 경우에는 타이보스를 날개부의 반경방향 내측 단부(110)에서 날개부의 반경방향 외측 단부(120)까지의 거리(H)의 20% 내지 30%의 지점에 형성하는 것이 바람직하다.

양력은 속도의 제곱에 비례하므로, 타이보스의 자중이 작은 경우에는 타이보스에 의해 로터의 반경방향 내측을 향하여 발생되는 양력을 극대화하기 위해 타이보스(300)를 날개부의 반경방향 내측 단부(110)에서 날개부의 반경방향 외측 단부(120)까지의 거리(H)의 70% 내지 80%의 지점에 형성하는 것이 바람직하다.

따라서, 타이보스를 날개부에 형성하는 지점은 타이보스의 자중에 의한 진동과 로터의 반경방향 내측을 향하여 발생되는 양력의 상대적인 크기에 따라 결정된다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈용 버켓이 로터에 설치된 상태에서 터빈의 내부 구성요소를 개략적으로 나타내는 축방향 정면도를 나타낸고, 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 복수개의 터빈용 버켓에서 복수개의 타이보스가 형성된 상태의 개념도를 나타낸다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈용 버켓의 정면 사시도를 나타내고, 도 9은 도 8에 도시된 버켓의 측면도를 나타내며, 도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버켓의 측면도를 나타낸다.

도 6 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)을 설명한다. 도 6 내지 도 9에 도시된 것처럼, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)은 날개부(100), 루트부(200), 및 복수개의 타이보스(300)로 이루어진다. 도 6 내지 도 9에 도시된 것처럼, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)은 1개의 터빈용 버켓(10)의 날개부(100)에 복수개의 타이보스가 형성되고, 날개부(100)에 형성되는 복수개의 타이보스 중 적어도 어느 하나의 타이보스는 로터의 반경방향 내측을 향하여 양력을 발생시킬 수 있도록 에어포일 형상으로 형성되는 점을 제외하고 본 발명의 제1 실시예와 동일하게 구성되는 바, 이하에서는 이를 중점으로 설명한다.

도 5 내지 도 9에 도시된 것처럼, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)의 로터(1), 케이싱(2), 수도브테일(4), 날개부(100), 루트부(200)에 대한 구성은 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)과 동일하다.

복수개의 타이보스(tie-boss)가 서로 인접한 터빈용 버켓(10)의 상대위치를 고정하기 위해 어느 하나의 터빈용 버켓의 날개부(100)로부터 이와 인접한 터빈용 버켓(10)의 날개부(100)를 향하여 연장 형성된다.

이러한 복수개의 타이보스 중 적어도 어느 하나의 타이보스는 로터(1)의 반경방향 내측을 향하여 양력을 발생시킬 수 있도록 에어포일 형상으로 형성된다. 도 10에서, 도면부호 300은 에어포일 형상으로 형성되는 타이보스(에어포일 타이보스, airfoil tie-boss), 300'는 에어포일 형상으로 형성되지 않는 타이보스(논에어포일 타이보스, non airfoil tie-boss)를 의미한다. 도 10에서는 논에어포일 타이보스의 단면 형상기 길쭉한 직사각형인 것으로 도시되어 있으나, 이외에도 에어포일 형상이 아닌 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

이처럼, 복수개의 타이보스 중 적어도 하나의 타이보스가 에어포일 형상으로 형성됨에 따라, 에어포일 타이보스(300)에 의해 로터의 반경방향 내측을 향하여 양력이 발생되어 버켓이 받는 원심력을 저감시켜 최종적으로 버켓에서 발생하는 진동을 저감시킬 수 있게 된다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 버켓(10)의 날개부(100), 루트부(200), 및 복수개의 타이보스(300, 300')는 일체로 형성될 수 있다.

도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)의 날개부(100)는 제 1면(130), 제2 면(140), 리딩엣지(leading edge, 150), 및 트레일링엣지(trailing edge, 160)를 포함한다.

복수개의 타이보스(300)가 제1 면(130)상에 형성되고, 제2 면(140)상에 제1 면(130)에 형성되는 타이보스(300)와 마주하도록 타이보스(300)가 형성된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 타이보스(300)는 1개의 버켓(10)을 기준으로 날개부(100)의 제1 면(130)과 제2 면(140)에 서로 마주한 상태로 한 쌍을 이루면서, 날개부의 반경방향을 따라 복수개가 형성된다.

도 6 내지 도 10에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)의 에어포일 형상으로 형성되는 에어포일 타이보스(300)의 에어포일 형상은 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 타이보스의 에어포일 형상과 동일하게 형성된다. 즉, 에어포일 형상으로 형성되는 에어포일 타이보스(300)의 에어포일 형상은 타이보스의 로터의 반경방향 내측면(310)이 타이보스의 반경방향 외측면(320)보다 볼록하도록 만곡되게 형성된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)의 에어포일 형상으로 형성되는 에어포일 타이보스(300)의 리딩엣지(330)에서 트레일링엣지(340) 사이의 거리(L)는 타이보스(300)가 형성되는 날개부(100)의 위치에서 날개부의 리딩엣지(150)에서 트레일링엣지(160) 사이의 거리(D)의 50% 내지 70% 사이가 되도록 타이보스가 형성된다. 상술한 바와 같이, 타이보스(300)의 리딩엣지(330)에서 트레일링엣지(340) 사이의 거리(L)가 타이보스가 형성되는 날개부(100)의 위치에서 날개부의 리딩엣지(150)에서 트레일링엣지(160) 사이의 거리(D)의 50% 미만인 경우에는 로터의 반경방향 내측을 향하여 충분한 양력을 발생시킬 수 없기 때문이다. 또한, 타이보스(300)의 리딩엣지(330)에서 트레일링엣지(340) 사이의 거리(L)가 타이보스가 형성되는 날개부(100)의 위치에서 날개부의 리딩엣지(150)에서 트레일링엣지(160) 사이의 거리(D)의 70%를 초과하는 경우에는, 타이보스의 에어포일 형상에 의해 로터의 반경방향 내측을 향하여 발생되는 양력에 의해 버켓이 받는 원심력을 저감하는 것보다 타이보스 자체의 자중에 의해 진동이 증가되는 영향이 더 커져 양력 발생에 의한 진동 감쇄효과가 상쇄되기 때문이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)의 타이보스(300)의 반경방향 외측면(320)에서 반경방향 내측면(330) 사이의 거리(W)는 타이보스(300)의 리딩엣지(330)에서 트레일링엣지(340) 사이의 거리(L)의 5% 내지 30%의 사이가 되도록 형성된다. 상술한 바와 같이 타이보스(300)의 반경방향 외측면(320)에서 반경방향 내측면(330) 사이의 거리(W)가 타이보스(300)의 리딩엣지(330)에서 트레일링엣지(340) 사이의 거리(L)의 5% 미만인 경우에는 로터의 반경방향 내측을 향하여 충분한 양력을 발생시킬 수 없기 때문이다. 또한, 타이보스(300)의 반경방향 외측면(320)에서 반경방향 내측면(330) 사이의 거리(W)가 타이보스(300)의 리딩엣지(330)에서 트레일링엣지(340) 사이의 거리(L)의 30%를 초과하는 경우에는, 타이보스의 에어포일 형상에 의해 로터의 반경방향 내측을 향하여 발생되는 양력에 의해 버켓이 받는 원심력을 저감하는 것으로 인한 장점보다 타이보스 자체의 자중에 의해 진동이 증가할 뿐만 아니라 유체가 버켓에 대해 일을 하지 못하는 구간이 지나치게 많아진다는 단점이 더욱 부가되기 때문이다.되는 (도 5 설명부분 참조)

도 10에 도시된 것처럼, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)에서 복수개의 타이보스가 에어포일 형상으로 형성되지 않은 논에어포일 타이보스(300')와 에어포일 형상으로 형성되는 에어포일 타이보스(300)로 이루어지는 경우에는, 에어포일 형상으로 형성되지 않은 논에어포일 타이보스(300')는 날개부의 반경방향 내측 단부에서 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리(H)의 20% 내지 30%(도 10에서 H/3의 근처의 위치)의 지점의 제1 면과 제2 면에 마주하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 에어포일 형상으로 형성되는 에어포일 타이보스(300)는 날개부의 반경방향 측면 단부에서 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리(H)의 70% 내지 80%의 지점(도 10에서 날개부의 반경반향 외측단부에서 H/3 만큼 반경방향 내측으로 이격된 부분)의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록에 형성된다.

이는 에어포일 형상으로 형성되지 않은 논에어포일 타이보스(300')는 자중에 의해 버켓에 진동을 발생시키게 되는 것을 최소화하고, 에어포일 형상으로 형성되는 에어포일 타이보스(300)는 유체의 속도를 증가시켜 로터의 반경방향 내측을 향하도록 발생하는 양력을 극대화시키기 위함이다. 상술한 형태가 가장 바람직하나, 필요에 따라 에어포일 형상으로 형성되는 에어포일 타이보스(300)가 날개부의 반경방향 내측 단부에서 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리(H)의 20% 내지 30%(도 10에서 H/3의 근처의 위치)의 지점의 제1 면과 제2 면에 마주하도록 형성되고, 에어포일 형상으로 형성되지 않은 논에어포일 타이보스(300')가 날개부의 반경방향 측면 단부에서 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리(H)의 70% 내지 80%의 지점(도 10에서 날개부의 반경반향 외측단부에서 H/3 만큼 반경방향 내측으로 이격된 부분)의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록에 형성될 수 도 있다.

도 9에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈용 버켓(10)에서 복수개의 타이보스가 모두 에어포일 에어포일 형상으로 형성되는 에어포일 타이보스(300)로 이루어지는 경우에는, 하나의 에어포일 타이보스(300)는 날개부의 반경방향 내측 단부에서 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리(H)의 20% 내지 30%(도 9에서 H/3의 근처의 위치)의 지점의 제1 면과 제2 면에 마주하도록 형성된다. 이때, 다른 하나의 에어포일 타이보스(300)는 날개부의 반경방향 측면 단부에서 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리(H)의 70% 내지 80%의 지점(도 9에서 날개부의 반경반향 외측단부에서 H/3 만큼 반경방향 내측으로 이격된 부분)의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록에 형성된다.

따라서, 에어포일 형상으로 형성되는 에어포일 타이보스(300)에 의해 로터의 반경방향 내측을 향하여 발생하는 양력을 극대화하여 버켓의 원심력을 감소시킴에 따라, 버켓의 진동을 저감할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 변형예와 상기에서 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 첨부된 청구항의 범주내에 속하는 다른 실시예로 확장될 수 있다.

1 : 로터, 2 : 케이싱,
4 : 수도브테일, 10 : 버켓,
100 : 날개부, 110 : 반경반향 내측 단부,
120 : 반경방향 외측 단부, 130 : 제1 면,
140 : 제2 면, 150 : 리딩엣지,
160 : 트레일링엣지, 200 : 루트부,
210 : 플랫폼, 220 : 암도브테일,
300, 300' : 타이보스, 310 : 반경방향 내측면,
320 : 반경방향 외측면, 330 : 리딩엣지,
340 : 트레일링엣지.

Claims

로터의 외주면을 따라 상기 로터에 장착되는 복수개의 터빈용 버켓을 구비하는 터빈에 있어서,
상기 터빈용 버켓은 각각,
날개부;
상기 날개부의 반경방향 내측 단부에 형성되고, 상기 로터에 결합되는 루트부; 및
서로 인접한 터빈용 버켓의 상대위치를 고정하기 위해, 어느 하나의 터빈용 버켓의 날개부로부터 그와 인접한 터빈용 버켓의 날개부를 향하여 연장 형성되는 타이보스;를 포함하고,
상기 타이보스는 상기 로터의 반경방향 내측을 향하여 양력을 발생시킬 수 있도록 에어포일 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제1항에 있어서,
상기 날개부는,
유체가 유입되는 측을 바라보는 리딩엣지;
유체가 배출되는 측을 바라보는 트레일링엣지; 및
상기 리딩엣지와 상기 트레일링엣지 사이를 연결하는 제1 면과 제2 면;을 포함하되,
상기 타이보스는 상기 제1 면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제2항에 있어서,
상기 타이보스는 상기 제1 면상에 형성되는 타이보스와 마주하도록 상기 제2 면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제3항에 있어서,
상기 타이보스의 에어포일 형상은 상기 로터의 반경방향 내측면이 상기 로터의 반경방향 외측면보다 볼록하도록 만곡되게 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제4항에 있어서,
상기 타이보스의 리딩에지에서 트레일링엣지 사이의 거리는 상기 타이보스가 형성되는 상기 날개부의 위치에서 상기 날개부의 리딩엣지에서 트레일링엣지 사이의 거리의 50% 내지 70% 사이의 거리가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제5항에 있어서,
상기 타이보스의 반경방향 외측면에서 반경방향 내측면 사이의 거리는 상기 타이보스의 리딩엣지에서 트레일링엣지 사이의 거리의 5% 내지 30%의 거리가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제6항에 있어서,
상기 타이보스는 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에서 상기 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리의 20% 내지 30%의 지점의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록에 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제6항에 있어서,
상기 타이보스는 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에서 상기 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리의 45% 내지 55%의 지점의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제6항에 있어서,
상기 타이보스는 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에서 상기 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리의 70% 내지 80%의 지점의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
로터의 외주면을 따라 상기 로터에 장착되는 복수개의 터빈용 버켓을 구비하는 터빈에 있어서,
상기 터빈용 버켓은 각각,
날개부;
상기 날개부의 반경방향 내측 단부에 형성되고, 상기 로터에 결합되는 루트부; 및
서로 인접한 터빈용 버켓의 상대위치를 고정하기 위해, 어느 하나의 터빈용 버켓의 날개부로부터 그와 인접한 터빈용 버켓의 날개부를 향하여 연장 형성되는 복수개의 타이보스;를 포함하고,
상기 복수개의 타이보스 중 적어도 어느 하나의 타이보스는 상기 로터의 반경방향 내측을 향하여 양력을 발생시킬 수 있도록 에어포일 형상으로 형성되는 되는 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제10항에 있어서,
상기 날개부는,
유체가 유입되는 측을 바라보는 리딩엣지;
유체가 배출되는 측을 바라보는 트레일링엣지; 및
상기 리딩엣지와 상기 트레일링엣지 사이를 연결하는 제1 면과 제2 면;을 포함하되,
상기 복수개의 타이보스는 상기 제1 면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제11항에 있어서,
상기 제1 면상에 형성되는 상기 복수개의 타이보스와 각각 마주하도록 상기 제2 면상에 복수개의 타이보스가 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제12항에 있어서,
상기 복수개의 타이보스 중 에어포일 형상을 갖는 타이보스의 에어포일 형상은 상기 로터의 반경방향 내측면이 상기 로터의 반경방향 외측면보다 볼록하도록 만곡되게 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제13항에 있어서,
상기 에어포일 형상을 갖는 타이보스의 리딩에지에서 트레일링엣지 사이의 거리는 상기 에어포일 형상을 갖는 타이보스가 형성되는 상기 날개부의 위치에서 상기 날개부의 리딩엣지에서 트레일링엣지 사이의 거리의 50% 내지 70% 사이의 거리가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제14항에 있어서,
상기 에어포일 형상을 갖는 타이보스의 반경방향 외측면에서 반경방향 내측면 사이의 거리는 상기 타이보스의 리딩엣지에서 트레일링엣지 사이의 거리의 5% 내지 30%의 거리가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제15항에 있어서,
상기 복수개의 타이보스가 에어포일 타이보스와 논에어포일 타이보스로 이루어지고,
상기 에어포일 타이보스와 논에어포일 타이보스 중 하나의 타이보스는 상기 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리의 20% 내지 30%의 지점의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록에 형성되고,
상기 에어포일 타이보스와 논에어포일 타이보스 중 다른 하나의 타이보스는상기 날개부의 반경방향 내측 단부에서 상기 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리의 70% 내지 80%의 지점의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.
제15항에 있어서,
상기 복수개의 타이보스가 모두 에어포일 타이보스로 이루어지고,
상기 에어포일 타이보스 중 하나의 타이보스는 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에서 상기 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리의 20% 내지 30%의 지점의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록에 형성되고,
상기 에어포일 타이보스 중 다른 하나의 타이보스는 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에서 상기 날개부의 반경방향 외측 단부까지의 거리의 70% 내지 80%의 지점의 제1 면과 제2 면에 서로 마주하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 버켓.