KR20180052425A - 가스터빈용 베인 캐리어 - Google Patents

Abstract

가스터빈용 베인 캐리어가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈용 베인 캐리어는 가스터빈에 구비된 연소기의 후단에 위치된 제1 터빈 베인 캐리어; 상기 제1 터빈 베인 캐리어와 이웃하여 위치된 제2 터빈 베인 캐리어; 및 상기 제1 터빈 베인 캐리어와 상기 제2 터빈 베인 캐리어를 서로 간에 밀착된 상태로 유지하기 위해 구비된 체결부재를 포함한다.

Description

가스터빈용 베인 캐리어{Turbine Vane Carrier for Gas Turbine}

본 발명은 가스터빈에 구비된 제1,2 터빈 베인 캐리어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 체결부재를 매개로 상기 제1,2 터빈 베인 캐리어에 대한 결합 안전성과 열팽창에 대비하기 위한 가스터빈용 베인 캐리어에 관한 것이다.

일반적으로 일반적으로 가스터빈은 압축기에서 고압으로 압축된 공기에 연료를 혼합시킨 후 연소시켜 생성되는 고온, 고압의 연소 가스를 터빈에서 팽창시키면서 열에너지를 역학적 에너지로 변환하는 내연기관의 일종으로 압축기와 터빈은 로터부에서 회전력을 얻는다.

한편, 이러한 압축기 로터부와 터빈 로터부를 구성하기 위해서 외주면에 복수의 압축기 블레이드가 배열되는 복수의 압축기 로터 디스크들이 구비된다.

그리고 상기 로터 디스크들을 일체로 회동시키도록 상호간에 연결시키며, 외주면에 복수의 터빈 블레이드가 배열되는 복수의 터빈 로터 디스크를 일체로 회동하도록 상호간을 연결시키고, 이들 압축기 로터 디스크와 터빈 로터 디스크의 중심부를 관통하여 연장되는 타이볼트를 이용하여 압축기 로터 디스크와 터빈 로터 디스크를 체결하는 구성이 널리 알려져 있다.

가스터빈에는 터빈 베인을 지지하는 터빈 베인 캐리어가 구비되는데, 상기 터빈 베인 캐리어는 다단 또는 1개의 단으로 구성될 수 있다.

상기 터빈 베인 캐리어 다단일 경우와 1개의 단일 경우 각각 장점과 단점이 존재하는데, 다단의 경우에는 실링을 위한 별도의 구성품이 추가되어야 하고 전체 구성품이 증가되는 문제점이 발생하였다. 그리고 1단의 경우 구성은 간단해 질 수 있으나 연소기 후단에 위치되는 터빈 베인 캐리어의 위치로 인해 고온의 열기가 그대로 전달되는 문제점이 유발되어 이에 대한 대책이 필요하게 되었다.

대한민국공개특허 제10-2016-0064108호

본 발명의 실시 예들은 가스터빈에 구비된 제1,2 터빈 베인 캐리어에 대한 용이한 결합과 동시에 고온의 열을 전달받아 안정적으로 전달할 수 있는 가스터빈용 베인 캐리어를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈용 베인 캐리어는 가스터빈에 구비된 연소기의 후단에 위치된 제1 터빈 베인 캐리어와, 상기 제1 터빈 베인 캐리어와 이웃하여 위치된 제2 터빈 베인 캐리어; 및 상기 제1 터빈 베인 캐리어와 상기 제2 터빈 베인 캐리어를 서로 간에 밀착된 상태로 유지하기 위해 구비된 체결부재를 포함한다.

상기 체결부재를 기준으로 상기 제1 터빈 베인 캐리어는 내부가 고온의 온도가 유지되고, 상기 제2 터빈 베인 캐리어는 내부가 상기 제1 터빈 베인 캐리어 보다 낮은 온도가 유지되며, 상기 제1 터빈 베인 캐리어 내부에 형성된 고온의 열이 상기 체결부재로 전달된 후에 상기 제2 터빈 베인 캐리어를 통해 열 전달이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 체결부재를 기준으로 상기 제1 터빈 베인 캐리어는 내부가 고온의 온도가 유지되고, 상기 제2 터빈 베인 캐리어는 내부가 상기 제1 터빈 베인 캐리어 보다 낮은 온도가 유지되며, 상기 제1 터빈 베인 캐리어 내부의 고온의 온도는 상기 체결부재를 경유하여 상기 제2 터빈 베인 캐리어를 통해 열 전달이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 터빈 베인 캐리어는 원주 방향을 따라 배치되고 상기 제2 터빈 베인 캐리어를 향해 개구된 제1 삽입 홀을 포함하고, 상기 제2 터빈 베인 캐리어는 상기 제1 삽입 홀과 마주보는 위치에 개구된 제2 삽입 홀을 포함하는

상기 제1 터빈 베인 캐리어는 상기 제2 터빈 베인 캐리어와 면접촉된 상태가 유지되되, 상기 제1 터빈 베인 캐리어의 원주 방향에서 반경 방향 외측으로 연장된 제1 연장부; 상기 제1 연장부의 연장된 단부에서 상기 제2 터빈 베인 캐리어를 향해 절곡된 후에 반경 방향 외측으로 절곡된 제2 연장부를 포함한다.

상기 제2 터빈 캐리어는 상기 제1 연장부와 마주보는 위치에 제3 연장부가 형성되고, 상기 제2 연장부와 마주보는 위치에 제4 연장부가 형성된 것을 특징으로 한다.상기 체결부재는 상기 제1,2 삽입홀을 경유하여 삽입된 부시; 상기 부시의 내측으로 삽입된 볼트를 포함한다.

상기 부시는 상기 제1 삽입홀의 축 방향으로 연장된 바디부; 상기 바디부의 축 방향 중 상기 제1 삽입홀의 입구부에서 반경 방향으로 연장된 부시 헤드를 포함한다.

상기 부시는 상기 제1 터빈 베인 캐리어 내부의 고온의 열을 전달받아 상기 바디부의 축 방향과 상기 부시 헤드의 반경 방향으로 열 팽창이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 바디부는 상기 제1 삽입홀의 축 방향 길이 보다 짧은 길이로 연장된

상기 볼트는 상기 제1 삽입 홀을 경유하여 상기 제2 삽입 홀로 삽입되되, 상기 제2 삽입 홀의 축 방향 단부와 이격된 위치까지 연장된다.

상기 볼트는 축 방향으로 열 팽창율이 적은 금속 또는 비 금속이 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 터빈 베인 캐리어와 상기 제2 터빈 베인 캐리어는 서로 다른 수명을 갖는 베인이 각각 구비된다.

본 발명의 실시 예들은 제1,2 터빈 베인 캐리어를 서로 간에 연결하는 체결 부재를 통해 안정적으로 결합된 상태를 유지하고, 결합부재를 통해 부분적으로 열 전달을 실시하여 고온의 열기가 제2 터빈 베인 캐리어로 전달되는 현상을 최소화 할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 체결 부재를 기준으로 제1 터빈 베인 캐리어는 고온의 온도가 유지되고, 제2 터빈 베인 캐리어는 제1 터빈 베인 베인 캐리어에 비해 상대적으로 저온의 온도가 유지되어 구성품의 열 변형을 최소화 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈용 베인 캐리어의 종 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈용 베인 캐리어의 분해 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈용 베인 캐리어의 결합 상태를 확대 도시한 단면도.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈용 베인 캐리어의 다른 실시 예를 도시한 단면도.

본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈용 베인 캐리어에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 참고로 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈용 베인 캐리어의 종 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈용 베인 캐리어의 분해 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈용 베인 캐리어의 결합 상태를 확대 도시한 단면도이다.

첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 의한 가스터빈용 베인 캐리어는 가스터빈에 구비된 연소기의 후단에 위치된 제1 터빈 베인 캐리어(100)와, 상기 제1 터빈 베인 캐리어(100)와 이웃하여 위치된 제2 터빈 베인 캐리어(200) 및 상기 제1 터빈 베인 캐리어(100)와 상기 제2 터빈 베인 캐리어(200)를 서로 간에 밀착된 상태로 유지하기 위해 구비된 체결부재(300)를 포함한다. 참고로 제1 터빈 베인 캐리어(100)의 좌측에 연소기(미도시)가 위치된다.

상기 제1 터빈 베인 캐리어(100)와 제2 터빈 베인 캐리어(200)는 원통 형태로 형성되고, 내측 원주 방향에 베인이 위치된다. 그리고 상기 제1 터빈 베인 캐리어(100)와 제2 터빈 베인 캐리어(200)를 서로 간에 연결하는 체결부재(300)를 매개로 결합된 상태가 유지된다.

본 발명의 제1,2 터빈 베인 캐리어(100, 200)는 내부에 구비된 복수개의 베인을 지지할 수 있으므로 상기 제1,2 터빈 베인 캐리어(100, 200)의 원주 방향을 따라 배치된 다수개의 베인을 외측에서 커버할 수 있다.

터빈 베인 캐리어는 다수개 또는 단일로 구성될 경우 각각의 장단점이 존재하나 본 발명은 체결부재(300)를 매개로 제1,2 터빈 베인 캐리어(100, 200)가 서로 밀착된 상태로 체결될 수 있어 구조가 간단하고 점검시에도 분해가 간편해 진다.

또한 상기 제1,2 터빈 베인 캐리어(100, 200)는 복수개로 구성되므로 단일 구성으로 이루어진 터빈 베인 캐리어에 비해 제1,2 터빈 베인 캐리어(100, 200) 중 어느 하나가 파손될 경우 전체 교체가 제1 터빈 베인 캐리어(100) 또는 제2 터빈 베인 캐리어(200) 중의 어느 하나만 교체하면 되므로 부분 교체를 통해 교체 비용을 절감할 수 있다.

또한 작업자는 체결부재(300)를 이용하여 제1,2 터빈 베인 캐리어(100, 200)를 서로 간에 밀착되게 조립하면 되므로 설치 및 교체가 용이한 장점이 유발되고, 연결 포인트 또한 체결부재(300) 한 곳이므로 불확실한 변수로 인한 문제점이 발생되지 않는다.

상기 제1 터빈 베인 캐리어(100)와 상기 제2 터빈 베인 캐리어(200)는 서로 다른 수명을 갖는 베인이 각각 구비된다. 상기 제1 터빈 베인 캐리어(100)는 내부에 축 방향으로 2개의 베인이 구비되거나, 3개의 베인이 구비될 수 있다. 또한 제2 터빈 베인 캐리어(200)는 1개 또는 2개의 베인이 구비될 수 있다.

또한 상기 제1 터빈 베인 캐리어(100)와 제2 터빈 베인 캐리어(200)에 위치된 베인의 배치 개수에 따라 작업자가 상기 제1 터빈 베인 캐리어(100) 또는 제2 터빈 베인 캐리어(200)에 대한 정비에 소요되는 시간이 단축될 수 있어 작업성이 향상된다.

제1 터빈 베인 캐리어(100)는 내측에 복수개의 베인이 위치되는데, 도면 기준으로 좌측에서 우측으로 갈수록 베인의 길이가 증가되도록 구성된다. 또한 제1 터빈 베인 캐리어(100)는 후술할 제2 터빈 베인 캐리어(200)에 비해 내부 온도가 고온으로 유지된다.

상기 제1 터빈 베인 캐리어(100)는 연소기의 후단에 위치되므로 내부가 고온의 온도 분위기가 유지되고, 상기 제2 터빈 베인 캐리어(200)는 상기 제1 터빈 베인 캐리어(100)의 내부 온도에 비해 저온의 온도 분위기가 유지되므로 상기 제2 터빈 베인 캐리어(200)로 고온의 열이 전달되는 현상을 최소화 할 수 있다.

이를 통해 상기 제2 터빈 베인 캐리어(200)는 내부에 위치된 베인의 냉각 효율이 향상되고 고온으로 인한 열응력이 집중되는 현상이 최소화 될 수 있다.

본 실시 예에 의한 체결부재(300)는 상기 제1 터빈 베인 캐리어(100) 내부의 고온을 상기 제2 터빈 베인 캐리어(200)로 전달하는데, 상기 제1 터빈 베인 캐리어(100)에서 발생된 고온을 모두 제2 터빈 베인 캐리어(200)로 전달하지 않고 부분적으로 상기 체결부재(300)를 통해 열전달이 이루어지며 이에 대한 상세한 설명은 체결부재를 설명하면서 하기로 한다.

본 실시 예에 의한 제1 터빈 베인 캐리어와 제2 터빈 베인 캐리어의 결합 관계에 대해 설명한다.

본 실시 예에 의한 제1 터빈 베인 캐리어(100)는 원주 방향을 따라 배치되고 상기 제2 터빈 베인 캐리어(200)를 향해 개구된 제1 삽입 홀(102)을 포함하고, 상기 제2 터빈 베인 캐리어(200)는 상기 제1 삽입 홀(102)과 마주보는 위치에 개구된 제2 삽입 홀(202)을 포함한다.

제1 삽입 홀(102)과 제2 삽입 홀(202)은 서로 마주보게 형성되며 개수 또한 일치될 수 있다.

상기 제1 터빈 베인 캐리어(100)는 상기 제2 터빈 베인 캐리어(200)와 면접촉된 상태가 유지되되, 상기 제1 터빈 베인 캐리어(100)의 원주 방향에서 반경 방향 외측으로 연장된 제1 연장부(110)와, 상기 제1 연장부(110)의 연장된 단부에서 상기 제2 터빈 베인 캐리어(200)를 향해 절곡된 후에 반경 방향 외측으로 절곡된 제2 연장부(120)를 포함한다.

제2 연장부(120)는 제1 연장부(110)의 연장된 단부에서 N회 절곡되어 반경 방향 외측으로 연장된다.

그리고 상기 제2 터빈 캐리어(200)는 상기 제1 연장부(110)와 마주보는 위치에 제3 연장부(210)가 형성되고, 상기 제2 연장부와 마주보는 위치에 제4 연장부(220)가 형성된다. 따라서 제1 터빈 캐리어(100)와 제2 터빈 캐리어(200)는 서로 밀착될 경우 면대면이 서로 밀착된 상태가 유지된다.

제1 연장부(110)는 제3 연장부(210)와 마주보고, 상기 제2 연장부(120)는 제4 연장부(220)와 마주보는 상태로 서로 간에 밀착되므로 씰링을 위해 별도의 씰링부재를 사용하지 않고서도 안정적으로 씰링을 실시할 수 있다.

도면에는 도시하지 않았으나, 상기 제1,2 연장부(110, 120)에는 홈부가 형성되고, 제3,4 연장부(210,220)에는 상기 홈부에 결합되는 돌출부가 형성되어 서로 간에 결합될 수 있다.

이 경우 상기 돌출부가 상기 홈부에 삽입되는데 접촉 면적 증가로 인해 누설로 인한 문제점이 발생되지 않고 사용할 수 있다. 또한 별도의 씰링 부재를 사용하지 않고서도 씰링을 실시할 수 있어 씰링 안전성이 향상될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 체결부재에 대해 설명한다.

첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 의한 체결부재(300)는 제1 삽입홀(102)에 삽입된 부시(310)와, 상기 부시(310)의 내측으로 삽입된 볼트(320)를 포함한다. 상기 부시(310)는 상기 제1,2 삽입홀(102, 202)의 축 방향으로 연장된 바디부(312)와, 상기 바디부(312)의 축 방향 중 상기 제1 삽입홀(102)의 입구부에서 반경 방향으로 연장된 부시 헤드(314)를 포함한다.

상기 부시(310)는 제1,2 삽입 홀(102, 202)의 내경 보다 작은 직경을 갖고 있으며, 이는 제1 터빈 베인 캐리어(100)로부터 전달된 고온의 열 에너지로 인해 반경 방향에서 열 팽창이 발생되는 현상을 대비하기 위해서이다.

예를 들어 부시(310)는 1개로 구성되지 않고 다수개로 구성되므로 각각 고온의 열이 전달될 경우 반경 방향 또는 축 방향으로 열팽창이 발생된다. 예를 들어 부시(310)의 반경 방향으로 열 팽창이 발생될 경우 제1,2 삽입 홀(102, 202)의 내경에 밀착되는 경우 보다는 소정의 간격이 유지될 경우 열 팽창으로 인한 부피 팽창 또는 뒤틀림을 최소화 시킬 수 있다.

이 경우 다수개의 부시에서 각각 열팽창이 발생되므로 급격한 온도 변화로 인한 변형 발생을 최소화 하고 고온의 열을 안정적으로 전달할 수 있어 안전성이 향상된다.

부시 헤드(314)는 반경 방향에서의 열팽창을 고려하여 도면에 도시된 길이 보다 길게 연장 가능하며 형태 또는 다양하게 변경될 수 있다.

본 발명에 의한 부시(310)는 상기 제1 터빈 베인 캐리어(100) 내부의 고온의 열을 전달받아 상기 바디부(312)의 축 방향과 상기 부시 헤드(314)의 반경 방향으로 열 팽창이 이루어질 수 있다.

부시(310)는 반경 방향으로의 열 팽창에 대해서는 이미 전술하였고, 축 방향에서의 열 팽창에 대해 설명한다.

부시(310)는 축 방향에서 열 팽창이 발생될 수 있으며 연장된 길이가 도면에 도시된 길이 보다 짧게 연장될 수 있다. 이 경우 축 방향에서의 길이 변화가 이루어지면서 고온의 열이 전도되는 경우에도 제2 터빈 베인 캐리어(200)로의 열전달을 최소화 할 수 있다.

상기 볼트(320)는 상기 제1 삽입 홀(102)을 경유하여 상기 제2 삽입 홀(202)로 삽입되되, 상기 제2 삽입 홀(202)의 축 방향 단부에서 축 방향으로 이격된 위치까지 연장된다.

볼트(320)는 전술한 부시(310)에 비해 축 방향 또는 반경 방향에서 열 팽창율이 적게 팽창되므로 체결력에 있어 문제가 발생되지 않는다. 다만 상기 볼트(320)가 1mm 이내의 길이로 열팽창이 발생될 경우 제1 터빈 베인 캐리어(100)에서 제2 터빈 베인 캐리어200)로 전달되는 열 팽창을 감소 시킬 수 있어 유리해 질 수 있다.

본 실시 예에 의한 볼트(320)는 축 방향으로 열 팽창율이 적은 금속 또는 비 금속이 사용되며 특별히 재질을 한정하지 않는다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 제1 터빈 베인 캐리어
102 : 제1 삽입 홀
110 : 제1 연장부
120 : 제2 연장부
200 : 제2 터빈 베인 캐리어
202 : 제2 삽입 홀
210 : 제3 연장부
220 : 제4 연장부
300 : 체결부재
310 : 부시
312 : 바디부
314 : 부시 헤드
320 : 볼트

Claims (13)

1. 가스터빈에 구비된 연소기의 후단에 위치된 제1 터빈 베인 캐리어;
   상기 제1 터빈 베인 캐리어와 이웃하여 위치된 제2 터빈 베인 캐리어; 및
   상기 제1 터빈 베인 캐리어와 상기 제2 터빈 베인 캐리어를 서로 간에 밀착된 상태로 유지하기 위해 구비된 체결부재;
   를 포함하는 가스터빈용 베인 캐리어.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 체결부재를 기준으로 상기 제1 터빈 베인 캐리어는 내부가 고온의 온도가 유지되고, 상기 제2 터빈 베인 캐리어는 내부가 상기 제1 터빈 베인 캐리어 보다 낮은 온도가 유지되며, 상기 제1 터빈 베인 캐리어 내부에 형성된 고온의 열이 상기 체결부재로 전달된 후에 상기 제2 터빈 베인 캐리어를 통해 열 전달이 이루어지는 가스터빈용 베인 캐리어.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 터빈 베인 캐리어는 원주 방향을 따라 배치되고,
   상기 제2 터빈 베인 캐리어를 향해 개구된 제1 삽입 홀을 포함하고,
   상기 제2 터빈 베인 캐리어는 상기 제1 삽입 홀과 마주보는 위치에 개구된 제2 삽입 홀을 포함하는,
   가스터빈용 베인 캐리어.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 터빈 베인 캐리어는,
   상기 제2 터빈 베인 캐리어와 면접촉된 상태가 유지되되, 상기 제1 터빈 베인 캐리어의 원주 방향에서 반경 방향 외측으로 연장된 제1 연장부; 및
   상기 제1 연장부의 연장된 단부에서 상기 제2 터빈 베인 캐리어를 향해 절곡된 후에 반경 방향 외측으로 절곡된 제2 연장부를 포함하는,
   가스터빈용 베인 캐리어.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제2 터빈 캐리어는 상기 제1 연장부와 마주보는 위치에 제3 연장부가 형성되고, 상기 제2 연장부와 마주보는 위치에 제4 연장부가 형성된 것을 특징으로 하는 가스터빈용 베인 캐리어.
6. 제3 항에 있어서,
   상기 체결부재는,
   상기 제1,2 삽입홀을 경유하여 삽입된 부시, 및 상기 부시의 내측으로 삽입된 볼트를 포함하는,
   가스터빈용 베인 캐리어.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 부시는,
   상기 제1 삽입홀의 축 방향으로 연장된 바디부, 및 상기 바디부의 축 방향 중 상기 제1 삽입홀의 입구부에서 반경 방향으로 연장된 부시 헤드를 포함하는,
   가스터빈용 베인 캐리어.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 부시는 상기 제1 터빈 베인 캐리어 내부의 고온의 열을 전달받아 상기 바디부의 축 방향과 상기 부시 헤드의 반경 방향으로 열 팽창이 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 베인 캐리어.
9. 제7 항에 있어서,
   상기 바디부는 상기 제1 삽입홀의 내경 보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 베인 캐리어.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 바디부는 상기 제1 삽입홀의 축 방향 길이 보다 짧은 길이로 연장된 가스터빈용 베인 캐리어.
11. 제6 항에 있어서,
    상기 볼트는 상기 제1 삽입 홀을 경유하여 상기 제2 삽입 홀로 삽입되되, 상기 제2 삽입 홀의 축 방향 단부와 이격된 위치까지 연장된 가스터빈용 베인 캐리어.
12. 제6 항에 있어서,
    상기 볼트는 축 방향으로 열 팽창율이 적은 금속 또는 비 금속이 사용되는 가스터빈용 베인 캐리어.
13. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 터빈 베인 캐리어와 상기 제2 터빈 베인 캐리어는 서로 다른 수명을 갖는 베인이 각각 구비된 가스터빈용 베인 캐리어.
    

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