KR20170086219A - 개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리 - Google Patents

개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리에 관한 것으로, 원판 형상의 양쪽 판면으로부터 원주 방향을 따라 돌출된 돌출 판부와, 상기 돌출 판부에 함몰 형성된 복수의 슬롯이 구비된 복수의 로터 디스크와, 상기 슬롯 중 어느 하나에 삽입되는 구형(sphere type)의 토크 핀을 포함한다.
본 발명에 따르면, 토크 핀이 원통형의 핀 타입이 아닌 구형(sphere type)이므로 토크 핀에 가해지는 부하가 적고, 조립이 용이한 장점이 있다.

Description

개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리{Rotor assembly for gas turbine having an improved shape of the torque pin}
본 발명은 개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 핀 헤드의 부하가 적고 조립이 용이한 개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 터빈(turbine)은 가스(gas), 스팀(steam) 등 유체의 열에너지를 기계에너지인 회전력으로 변환하는 동력발생 장치로, 유체에 의해 축 회전되도록 복수 개의 회전익(bucket)을 포함하는 로터(rotor)와, 로터의 둘레를 감싸며 설치되고 복수 개의 고정익(diaphram)이 구비된 케이싱(casing)을 포함하고 있다.
여기서, 가스터빈은 압축기와 연소기 및 터빈을 포함하여 구성되고, 압축기의 회전에 의해 외부 공기가 흡입, 압축된 후 연소기로 보내지고, 연소기에서 압축공기와 연료의 혼합에 의해 연소가 이루어진다.
터빈에는 다수의 로터 디스크가 구비되고, 각 로터 디스크의 외주에는 다수의 로터 블레이드가 방사상으로 설치된다. 연소기에서 발생된 고온?고압의 가스는 터빈을 통과하면서 로터 블레이드를 회전시킴으로써 로터를 회전시켜 발전기를 구동시킨다.
로터의 인접한 디스크 간 토크가 전달되면, 인접한 디스크의 열팽창의 차이 또는 기계적 설치 위치에 의해 발생되는 휨의 차이 등에 따라 디스크의 반경 방향 하중이 발생할 수 있다. 반경방향 하중의 발생으로 조인트 고착이나 표면의 마모 등과 같은 문제가 발생할 수 있으며, 이 경우 디스크만 교환하는 것이 아닌 로터 전체를 교환하는 경우도 발생된다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 일본특허공개 2012-002357호에 개시된 바와 같은 로터 토크 전달을 위한 토크 핀 등을 사용하게 된다.
그러나 전술한 일본공개특허에 개시된 원통형의 토크 핀은 전단력을 받는 핀의 면적이 좁아 토크 핀의 개수를 증가시켜야 하는 문제가 있으며, 디스크 간 체결 시 정렬을 정확히 해야 하는 단점이 있다.
일본특허공개 2012-002357호 (공개일 2012.01.05)
본 발명의 목적은 토크 핀에 가해지는 부하가 적고 조립이 용이한 개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리는, 원판 형상의 양쪽 판면으로부터 원주 방향을 따라 돌출된 돌출 판부와, 상기 돌출 판부에 함몰 형성된 복수의 슬롯이 구비된 복수의 로터 디스크; 상기 슬롯 중 어느 하나에 삽입되는 구형(sphere type)의 토크 핀을 포함할 수 있다.
상기 로터 디스크는, 하나의 상기 로터 디스크의 일측 판면에 형성된 상기 돌출 판부가 이웃한 상기 로터 디스크의 서로 마주보는 상기 돌출 판부와 접촉되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 로터 디스크는, 상기 접촉된 돌출 판부에 형성된 상기 슬롯과 마주보는 상기 슬롯이 상호 연통되는 것을 특징으로 한다.
상기 토크 핀은 상기 상호 연통된 슬롯에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
상기 로터 디스크는 제1 로터 디스크 및 제2 로터 디스크를 포함하고, 상기 상기 제1 로터 디스크 및 제2 로터 디스크의 상기 접촉된 돌출 판부에 형성된 상기 슬롯이 상호 연통되는 것을 특징으로 한다.
상기 토크 핀은 상기 상호 연통된 슬롯 내에 삽입되어 상기 제1 로터 디스크 쪽 슬롯과 상기 제2 로터 디스크 쪽 슬롯에 균등한 면적을 점유하는 것을 특징으로 한다.
상기 상호 연통된 슬롯은 상기 토크 핀이 삽입된 상태에서 상기 토크 핀이 유동하지 않는 크기로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리는 원통형의 핀 타입이 아닌 구형(sphere type)이므로 토크 핀에 가해지는 부하가 적고, 조립이 용이한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터 디스크의 일부를 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 따른 로터 디스크의 일부를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 로터 디스크의 일부를 도시한 사시도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리에 대해 상세히 설명하기로 한다.
먼저 일반적인 가스 터빈의 구조에 대해 간략하게 설명하기로 한다(일반적인 구조이므로 도면을 생략하기로 함).
가스 터빈은 대략 원통형의 케이싱 내부에 압축기와 터빈 섹션이 구분되어 있으며, 공기가 유입되는 상류 측에 압축기 섹션이, 연소 가스가 배출되는 하류 측에 터빈 섹션이 배치된다. 압축기 섹션과 터빈 섹션의 사이에는 연소기가 배치된다.
압축기 섹션에서는 유입된 공기가 압축되며, 연소기에서는 압축된 공기를 공급 받아 연소한 후 연소 가스를 터빈 섹션으로 공급한다.
압축기 섹션에는 복수의 로터 디스크(도 1의 100, 100')가 구비되고, 각각의 로터 디스크는 타이 로드에 의해 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다. 즉, 각 로터 디스크는 대략 중앙 부분을 타이 로드가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라 정렬되어 있다.
또한, 각각의 로터 디스크의 외주면에는 복수의 블레이드가 방사상으로 결합된다. 각 블레이드는 도브 테일 형태 등 다양한 방식으로 로터 디스크에 체결된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터 디스크의 일부를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 로터 디스크의 일부를 도시한 단면도이다(본 실시 예에서 설명 및 도면에 도시하고 있는 로터 디스크는 여러 형태의 디스크 중 일 예를 들어 설명한 것이며, 로터 디스크의 형태는 본 명세서에 개시된 형태에 한정되지 않는다).
로터 어셈블리(10)는 복수의 로터 디스크를 포함하며, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 로터 디스크(100) 및 제2 로터 디스크(100')를 포함할 수 있다. 제1 로터 디스크(100)는 이웃한 제2 로터 디스크(100')와 접촉되는 면이 형성되도록 배치되거나 소정의 이격 간격을 갖도록 배치될 수 있다(본 발명에서는 밀착 배치된 경우를 예로 하여 설명함).
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 로터 디스크(100) 및 제2 로터 디스크(100')의 외측 가장자리에는 로터 블레이드와 맞물려 결합될 수 있는 도브 테일 형상 등의 루트 슬롯(미도시)이 형성된다.
제1 로터 디스크(100) 및 제2 로터 디스크(100')에는 각각 원판 형상의 양쪽 판면(102, 102', 104, 104')으로부터 원주 방향을 따라 돌출된 복수의 돌출 판부()가 형성된다. 제1 로터 디스크(100) 및 제2 로터 디스크(100')의 서로 마주보는 돌출 판부()는 전술한 바와 같이 상호 접촉되어 마찰되는 면을 갖도록 배치된다.
제1 로터 디스크(100)의 일측 판면(102) 상에 돌출 형성된 돌출 판부(112) 상에 복수의 슬롯(112a)이 함몰 형성되고, 제1 로터 디스크(100)의 타측 판면(104) 상에 돌출 형성된 돌출 판부(114) 상에도 복수의 슬롯(114a)이 함몰 형성된다. 슬롯(112a, 114a)은 육면체 형상으로 함몰 형성된다. 제2 로터 디스크(100') 역시 동일하게 돌출 판부()가 형성되며, 돌출 판부(112', 114')에 슬롯(112a', 114a')이 형성된다.
제1 로터 디스크(100)의 타측 판면(104) 상에 형성된 돌출 판부(114)가 제2 로터 디스크(100')의 일측 판면(102') 상에 형성된 돌출 판부(112')와 밀착된다. 이때, 제1 로터 디스크(100)의 돌출 판부(114)에 형성된 슬롯(114a)과, 제2 로터 디스크(100')의 돌출 판부(112')에 형성된 슬롯(112a')이 상호 대응되는 위치에 구비되어 상호 연통되는 것이 바람직하다.
토크 핀(130)은 제1 로터 디스크(100) 및 제2 로터 디스크(100')의 상호 연통된 슬롯() 내에 각 한 개가 삽입되며, 구(sphere)체 형상을 갖는다. 토크 핀(130)은 상호 연통된 슬롯(114a, 112a') 내에 삽입되어 제1 로터 디스크(100) 쪽의 슬롯(114a)과 제2 로터 디스크(100') 쪽의 슬롯(112a')에 균등한 면적을 점유하게 된다. 이를 위해, 상호 연통된 슬롯(114a, 112a')은 토크 핀(130)이 삽입된 상태에서 임의로 유동하지 않는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
좀더 상세히 설명하면, 상호 연통된 슬롯(114a, 112a')의 내부 폭(도 2를 기준으로 상호 연통된 슬롯의 가로 방향 폭)이 토크 핀(130)의 직경에 대응하고, 내부 높이(도 2를 기준으로 상호 연통된 슬롯의 세로 방향 높이) 역시 토크 핀(130)의 직경에 대응하도록 형성된다. 즉, 상호 연통된 슬롯(114a, 112a')은 토크 핀(130)의 직경에 대응하는 폭을 갖는 정육면체 형상일 수 있다.
토크 핀(130)은 제1 로터 디스크(100) 및 제2 로터 디스크(100')의 사이에서 토크를 전달하기 위해 구비되는 구성이다. 따라서 토크 핀(130)이 원통형이나 육면체 형상 등으로 형성될 때보다 구형으로 형성될 때 토크 핀(130)에 가해지는 로터 디스크의 반경 방향 하중을 좀더 골고루 지지할 수 있다. 따라서 토크 핀(130)의 일부분에만 하중이 집중적으로 가해져 토크 핀(130)의 표면이 마모되거나 그에 따른 로터 디스크의 손상 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 토크 핀(130)이 구형이므로 조립 시 정렬 방향이나 간극 등을 고려하지 않아도 되므로 조립이 용이한 장점이 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터 디스크는 각 슬롯에 하나의 구형 토크 핀이 삽입될 수 있으나, 복수의 토크 핀을 구비할 수도 있다. 이하에서는 하나의 슬롯에 복수의 토크 핀이 구비된 실시 예에 대해 설명하기로 한다(단, 전술한 실시 예와 동일한 구성 요소에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 함).
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 로터 디스크의 일부를 도시한 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 로터 어셈블리(10'')는 제1 로터 디스크(100'') 및 제2 로터 디스크(미도시, 전술한 실시 예와 동일한 형태이므로 생략함)를 포함할 수 있다.
제1 로터 디스크(100'')의 일측 판면(102'') 상에 돌출 형성된 돌출 판부(112'') 상에 복수의 슬롯(112a'')이 함몰 형성되고, 제1 로터 디스크(100'')의 타측 판면(104'') 상에 돌출 형성된 돌출 판부(114'') 상에도 복수의 슬롯(114a'')이 함몰 형성된다. 슬롯(112a'', 114a'')은 육면체 형상으로 함몰 형성되되, 토크 핀(130'')이 복수 개 삽입될 수 있을 정도의 길이를 갖도록 형성된다. 제2 로터 디스크 역시 동일한 형태로 돌출 판부 및 슬롯이 형성된다.
또한, 제1 로터 디스크(100'')의 타측 판면(104'') 상에 형성된 돌출 판부(114'')가 제2 로터 디스크의 일측 판면 상에 형성된 돌출 판부와 밀착된다. 이때, 제1 로터 디스크(100'')의 돌출 판부()에 형성된 슬롯(114a'')과, 제2 로터 디스크의 돌출 판부에 형성된 슬롯이 상호 대응되는 위치에 구비되어 상호 연통되는 것이 바람직하다.
제1 로터 디스크(100'') 및 제2 로터 디스크의 상호 연통된 슬롯 내에 복수 개의 구 형상 토크 핀(130'')이 삽입되며, 슬롯의 길이 방향을 따라 일렬로 삽입된다. 토크 핀(130'')은 상호 연통된 슬롯 내에 삽입되어 제1 로터 디스크(100'') 쪽의 슬롯(114a'')과 제2 로터 디스크 쪽의 슬롯에 균등한 면적을 점유하게 된다. 이를 위해, 상호 연통된 슬롯은 토크 핀(130'')이 삽입된 상태에서 임의로 유동하지 않는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
이렇게 복수 개의 토크 핀이 구비되면 토크 핀이 한 개일 때보다 하중 분산 효과가 좀더 향상될 수 있다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.
10, 10'': 로터 어셈블리 100, 100'': 제1 로터 디스크
100': 제2 로터 디스크 112a, 114a, 112a', 114a': 슬롯
130: 토크 핀

Claims (7)

  1. 원판 형상의 양쪽 판면으로부터 원주 방향을 따라 돌출된 돌출 판부와, 상기 돌출 판부에 함몰 형성된 복수의 슬롯이 구비된 복수의 로터 디스크;
    상기 슬롯 중 어느 하나에 삽입되는 구형(sphere type)의 토크 핀을 포함하는 개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로터 디스크는, 하나의 상기 로터 디스크의 일측 판면에 형성된 상기 돌출 판부가 이웃한 상기 로터 디스크의 서로 마주보는 상기 돌출 판부와 접촉되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 로터 디스크는, 상기 접촉된 돌출 판부에 형성된 상기 슬롯과 마주보는 상기 슬롯이 상호 연통되는 것을 특징으로 하는 개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 토크 핀은 상기 상호 연통된 슬롯에 삽입되는 것을 특징으로 하는 개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 로터 디스크는 제1 로터 디스크 및 제2 로터 디스크를 포함하고, 상기 상기 제1 로터 디스크 및 제2 로터 디스크의 상기 접촉된 돌출 판부에 형성된 상기 슬롯이 상호 연통되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 로터 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 토크 핀은 상기 상호 연통된 슬롯 내에 삽입되어 상기 제1 로터 디스크 쪽 슬롯과 상기 제2 로터 디스크 쪽 슬롯에 균등한 면적을 점유하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 로터 어셈블리.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 상호 연통된 슬롯은 상기 토크 핀이 삽입된 상태에서 상기 토크 핀이 유동하지 않는 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 로터 어셈블리.
KR1020160005766A 2016-01-18 2016-01-18 개선된 형상의 토크 핀을 갖는 가스 터빈용 로터 어셈블리 KR20170086219A (ko)

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