KR20180130786A - 베인 링 조립체 및 이를 포함하는 압축기, 가스터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베인(Vane)을 링에 강하게 접촉시켜 고정함에 따라 베인의 진동과 이에 의한 마모 손상을 방지할 수 있는 베인 링 조립체 및 이를 포함하는 압축기, 가스터빈에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예는, 리테이닝 링(ring)과, 상기 링의 내주면에 체결되되, 상기 링의 원주방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 베인(vane) 및 상기 각 베인의 고정을 위해, 상기 링의 외주면으로부터 상기 각 베인의 일면에 접촉하도록 상기 링을 관통하는 복수의 고정부를 포함하는 베인 링 조립체를 제공한다.

Description

베인 링 조립체 및 이를 포함하는 압축기, 가스터빈{VANE RING ASSEMBLY AND COMPRESSOR AND GAS TURBINE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 베인 링 조립체 및 이를 포함하는 압축기, 가스터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베인(Vane)을 링에 강하게 접촉시켜 고정함에 따라 베인의 진동과 이에 의한 마모 손상을 방지할 수 있는 베인 링 조립체 및 이를 포함하는 압축기, 가스터빈에 관한 것이다.

터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈 및 고온의 연소가스를 이용하는 가스터빈 등이 있다.

이 중, 가스터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다.

연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.

터빈은 터빈 케이싱 내에 복수의 터빈 베인과, 터빈 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 또한, 상기 압축기와 연소기와 터빈 및 배기실의 중심부를 관통하도록 로터가 배치되어 있다.

상기 로터는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고 상기 로터에 복수의 디스크가 고정되어, 각각의 블레이드가 연결되는 동시에, 배기실 측의 단부에 발전기 등의 구동축이 연결된다.

이에 따라, 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스가 만들어지고, 이렇게 만들어진 연소 가스는 터빈측으로 분사된다. 다음, 분사된 연소 가스가 상기 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.

이때, 구체적으로 상기 압축기 베인은 상기 압축기 케이싱의 내주면에 고정되거나 상기 압축기 케이싱에 고정되는 베인 리테이닝 링(Retaining ring)에 의해 고정될 수 있다. 이에 의해, 상기 압축기 베인은 상기 로터와 함께 회전하는 압축기 블레이드와 달리 상기 압축기 케이싱에 고정된 상태로 공기 흐름의 방향을 변화시켜 상기 압축기 블레이드에 알맞은 각도로 유입시키고, 또한 공기 흐름의 와류를 최소화하는 역할을 할 수 있다.

하지만, 상기 압축기 베인에는 이와 인접하는 블레이드의 회전에 의한 유동 흐름 및 상기 압축기 케이싱을 통해 전달되는 진동 등으로 인해 진동이 발생하게 되며, 이에 따라 상기 압축기 베인에 마모가 발생하게 된다.

특히, 상기 압축기 베인이 상기 압축기 케이싱에 결합되는 부위에 마모 손상이 발생하여 결합력이 약해진다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 베인(Vane)을 링에 강하게 접촉시켜 고정함에 따라 베인의 진동과 이에 의한 마모 손상을 방지할 수 있는 베인 링 조립체 및 이를 포함하는 압축기, 가스터빈을 제공하는 것에 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 리테이닝 링(ring)과, 상기 링의 내주면에 체결되되, 상기 링의 원주방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 베인(vane) 및 상기 각 베인의 고정을 위해, 상기 링의 외주면으로부터 상기 각 베인의 일면에 접촉하도록 상기 링을 관통하는 복수의 고정부를 포함하는 베인 링 조립체를 제공한다.

또한, 케이싱(casing)과, 상기 케이싱의 내부에 설치되는 복수의 베인 캐리어(vane carrier)와, 상기 각 베인 캐리어의 내부에 원주방향을 따라 끼워지며 설치되는 복수의 리테이닝 링(ring)과, 상기 각 링의 내주면에 체결되되, 상기 링의 원주방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 베인(vane) 및 상기 각 베인의 고정을 위해, 상기 링의 외주면으로부터 상기 각 베인의 일면에 접촉하도록 상기 링을 관통하는 복수의 고정부를 포함하는 압축기를 제공한다.

이때, 상기 고정부를 통해 상기 복수의 베인이 결합된 상기 각 리테이닝 링이 상기 베인 캐리어의 내주면에 원주방향을 따라 형성되는 각 링 홈부에 끼워질 수 있다.

또한, 상기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기와, 상기 압축기에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 연소기 및 상기 연소기에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈을 포함하는 가스 터빈을 제공한다.

이때, 상기 링의 내주면에는 상기 각 베인이 삽입되기 위해 상기 링의 원주방향을 따라 서로 이격되어 형성되는 복수의 도브테일 홈부가 구비되며, 상기 각 베인은, 상기 도브테일 홈부와 체결되는 도브테일부 및 상기 도브테일부로부터 상기 링의 반경 방향으로 돌출되는 날개부를 포함할 수 있다.

상기 각 도브테일부는, 상기 날개부와 대향하는 바닥면 및 상기 바닥면으로부터 상기 날개부를 향해 서로 마주보며 뻗어나가되, 폭이 좁아지도록 서로 마주보는 측으로 경사지게 형성되는 제1 및 제2 테이퍼면을 포함할 수 있다.

상기 고정부는 상기 링의 외주면으로부터 상기 링을 관통하여 상기 도브테일부의 바닥면에 접촉되며, 상기 제1 및 제2 테이퍼면은 이와 대응하는 상기 도브테일 홈부에 압착되어 상기 도브테일 홈부 내에서 유동되지 않도록 고정될 수 있다.

상기 고정부는, 상기 각 베인의 도브테일부가 상기 각 도브테일 홈부에 끼워지는 방향을 따라 일렬로 배치되는 한 쌍의 고정부재로 이루어질 수 있다.

상기 고정부재는 세트스크류(set screw)로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 테이퍼면과 이와 마주보는 상기 도브테일 홈부 사이에 배치되는 탄성중간부재를 더 포함할 수 있다.

또는, 상기 제1 및 제2 테이퍼면에는 마모 방지를 위한 코팅층이 형성될 수 있다.

상기 탄성중간부재는 평평한 형상으로 형성되어, 각각 상기 제1 및 제2 테이퍼면과 이와 마주보는 상기 도브테일 홈부 사이에서 기밀하게 압착될 수 있다.

본 발명에 따르면, 베인(Vane)이 링에 강하게 접촉되어 고정됨에 따라, 즉 상기 베인의 도브테일부가 상기 링의 도브테일 홈부 내에서 유동되지 않도록 접촉면 사이를 강하게 접촉시켜 상기 베인의 진동을 방지할 수 있도록 한다.

이에 따라, 상기 베인의 마모 손상을 방지할 수 있으며, 상기 링과의 결합력이 약해지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 베인의 도브테일부가 상기 도브테일 홈부에 강하게 접촉되는 부분에 탄성중간부재 또는 코팅층을 포함함으로써 마모를 방지할 수 있다.

또한, 세트스크류(set screw)를 이용하여 고정함으로써 조립이 간편하면서도 해체가 편리하여 유지 보수가 용이하다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈을 도시한 단면도.
도 2는 도 1에서 압축기 케이싱 및 베인 캐리어의 일부를 분리하여 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 베인 링 조립체를 도시한 사시도.
도 4는 도 2에 도 3의 베인 링 조립체가 결합된 상태를 도시한 사시도.
도 5는 도 3의 일부 사시도.
도 6은 도 5의 정면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 베인 링 조립체를 도시한 정면도.

이하, 본 발명의 베인 링 조립체 및 이를 포함하는 압축기, 가스터빈에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 7을 참조하여 설명하도록 한다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 아래의 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈을 도시한 단면도, 도 2는 도 1에서 압축기 케이싱 및 베인 캐리어의 일부를 분리하여 도시한 사시도, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 베인 링 조립체를 도시한 사시도, 도 4는 도 2에 도 3의 베인 링 조립체가 결합된 상태를 도시한 사시도, 도 5는 도 3의 일부 사시도, 도 6은 도 5의 정면도이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 베인 링 조립체를 도시한 정면도이다.

우선, 본 발명의 베인 링 조립체의 실시 예가 적용될 수 있는 가스터빈에 대해 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 가스터빈(1)의 일 예가 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈(1)은 크게 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기(20)와, 상기 압축기(20)에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 연소기(30) 및 상기 연소기(30)에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈(40)을 포함하여 이루어질 수 있다.

구체적으로, 상기 가스터빈(1)은 케이싱(2)을 구비하고 있고, 공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상기 케이싱(2)의 상류 측에는 압축기(20) 섹션이 위치하고, 하류 측에는 터빈(40) 섹션이 배치된다. 그리고 상기 압축기(20)와 상기 터빈(40)의 사이에는 터빈(40)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기(20)로 전달하기 위한 토크 전달 부재로서의 회전력 전달부(50)가 배치되어 있다.

또한, 상기 케이싱(2)의 후측에는 상기 터빈(40)을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저(60)가 구비되어 있으며, 상기 디퓨저(60)의 앞쪽으로는 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(30)가 배치된다.

이때, 상기 케이싱(2)은 상기 가스터빈(1) 전체에 걸쳐 하나의 케이싱으로 형성될 수도 있으며, 압축기 케이싱과 터빈 케이싱으로 분리되어 형성된 케이싱이 하나로 결합되는 형태일 수도 있다.

구체적으로, 상기 압축기(20)는 가스터빈 압축기의 외형을 형성하는 케이싱(casing; 2)을 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 케이싱(2)은 대략 중앙이 관통된 원통 형상으로 형성될 수 있다.

상기 압축기(20)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(22)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(22)들은 타이로드(10)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

상기 타이로드(10)는 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크(22)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 상기 압축기 로터 디스크(22) 내에 체결되고, 타측 단부는 상기 회전력 전달부(50) 내에서 고정된다.

상기 타이로드(10)의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 로터 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

구체적으로, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(22)는 대략 중앙을 상기 타이로드(10)가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로터 디스크(22)는 대향하는 면이 상기 타이로드(10)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.

상기 압축기 로터 디스크(22)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(24)가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 블레이드(24)는 루트부(26)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(22)에 체결된다.

이때, 상기 블레이드(24)는 블레이드의 반경방향 외측단부가 상기 케이싱(2)의 내주면과 소정 간격 이격되도록 형성될 수 있다. 즉, 소정의 팁 간극을 갖도록 상기 로터 디스크(22)의 외주면에 회전축 방향으로 복수열로 형성될 수 있다.

상기 루트부(26)의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있으며, 통상적으로 알려진 도브테일 또는 전나무 형태(Fir-tree)를 가질 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키이 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.

또한, 상기 케이싱(2)의 내부에는 케이싱의 내주면과 일정 간격 이격된 채 베인 캐리어(vane carrier; 100)가 고정 설치될 수 있다.

이에 따라, 상기 압축기(20)에는 복수의 베인(300)이 상기 케이싱(2) 또는 상기 베인 캐리어(100)에 원주방향을 따라 설치될 수 있으며, 또한 상기 베인(300)은 상기 타이로드(10)의 축 방향을 따라 복수열로 설치되고, 상기 압축기 로터 디스크(22)의 외주면에 복수열로 설치되는 상기 블레이드(24)와 각각 교대로 배치되도록 설치된다.

즉, 상기 블레이드(24)와 베인(300)이 상기 케이싱(2)의 내부에서 상기 타이로드(10)의 축 방향을 따라 서로 교차하도록 설치된다.

이때, 상기 베인(300)은 베인의 반경방향 내측단부가 상기 압축기 로터 디스크(22)와 소정 간격 이격되도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 복수의 베인(300)은 상기 케이싱(2) 또는 상기 베인 캐리어(100)에 리테이닝 링(retaining ring; 200)을 통해 결합되는 구조를 이루며, 이는 아래에서 자세히 살펴보도록 한다.

상기 복수의 베인(300)은 상기 압축기 로터 디스크(22)와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 상기 압축기 로터 디스크(22)에 결합된 상기 블레이드(24)를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 상기 블레이드(24)로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.

상기 복수의 베인(300)이 상기 베인 캐리어(100)에 결합 설치되는 구조는 아래에서 자세히 후술하도록 한다.

이와 같이, 상기 압축기(20)를 통해 외기가 내부로 흡입되어 다수개의 상기 블레이드(24)와 베인(300)을 통과하며 다단으로 압축이 이루어진 후에, 상기 연소기(30)를 경유하여 터빈(40)으로 공급될 수 있다.

도시되지는 않았으나, 가스 터빈의 압축기(20)에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기(30) 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 디퓨저(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(desworler)라고 한다.

다음으로, 상기 연소기(30)를 간략하게 살펴보면, 상기 연소기(30)에서는 상기 압축기(20)로부터 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.

가스터빈의 연소시스템을 구성하는 상기 연소기(30)는 셀 형태로 형성되는 케이싱 내에 다수개가 배열될 수 있고, 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combuster Liner), 그리고 상기 연소기(30)와 터빈(40)의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 이루어질 수 있다.

구체적으로, 상기 라이너는 연료분사노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기(20)의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다. 또한, 상기 라이너의 전단에는 연료분사노즐이 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합될 수 있다.

한편, 상기 라이너의 후단에는 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈(40) 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 이러한 트랜지션피스는, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 상기 압축기(20)로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.

이를 위해 상기 트랜지션피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 상기 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.

상기 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 상기 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 상기 플로우 슬리부에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.

한편, 상기 연소기(30)에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상기 터빈(40)으로 공급되며, 공급된 연소가스는 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충동, 반동력을 주어 회전 토크를 야기하게 된다. 이렇게 얻어진 회전 토크는 상기의 회전력 전달부(50)를 거쳐 상기 압축기(20)로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 이용되어 전력을 생산하게 된다.

상기 터빈(40) 섹션은 기본적으로는 상기 압축기(20) 섹션의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(40)에도 상기 압축기의 압축기 로터 디스크(22)와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(42)가 구비된다. 또한, 상기 터빈 로터 디스크(42) 역시 외주면에 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(44)를 포함한다. 이때, 상기 터빈 블레이드(44)는 마찬가지로 도브테일 등의 방식으로 상기 터빈 로터 디스크(42)에 결합될 수 있다.

아울러, 상기 터빈 로터 디스크(42)의 블레이드(44)의 사이에도 복수의 베인(미도시)이 구비되어, 상기 블레이드(44)를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드할 수 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 가스터빈에 있어서, 유입된 공기는 상기 압축기(20) 섹션에서 압축되고, 상기 연소기(30)에서 연소된 후, 상기 터빈(40) 섹션으로 보내져 터빈을 구동하고, 상기 디퓨저(60)를 통해 대기중으로 배출된다.

여기서, 상기의 가스터빈은 본 발명의 일 실시 예에 불과하며, 아래에서 자세히 설명할 본 발명의 베인 링 조립체는 일반적인 가스터빈에 모두 적용될 수 있다.

아래에서는, 도 3 및 5 내지 7을 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 베인 링 조립체에 관하여 자세히 살펴보도록 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 베인 링 조립체는, 크게 리테이닝 링(retaining ring; 200)과, 상기 링(200)의 내주면에 체결되되, 상기 링의 원주방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 베인(300) 및 상기 각 베인(300)의 고정을 위해, 상기 링(200)의 외주면으로부터 상기 각 베인(300)의 일면에 접촉하도록 상기 링을 관통하는 복수의 고정부를 포함하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 복수의 베인(300)은 상기 링(200)에 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 엑시얼 타입(axial type)으로 체결될 수 있으며, 이는 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있다. 본 일 실시 예에서는, 상기 복수의 베인(300)이 상기 링(200)의 내주면에 원주방향을 따라 서로 이격되어 배치되도록, 상기 타이로드(10)의 축 방향으로 끼워져 체결되는 엑시얼 타입이 적용되고 있다.

이를 위해, 상기 링(200)의 내주면에는 상기 각 베인(300)이 삽입되기 위해 상기 링(200)의 원주방향을 따라 서로 이격되어 형성되는 복수의 도브테일 홈부(220)가 구비될 수 있다.

또한, 상기 각 베인(300)은 상기 도브테일 홈부(220)와 체결되는 도브테일부(320) 및 상기 도브테일부(320)로부터 상기 링(200)의 반경 방향으로 돌출되는 날개부(340)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 각 도브테일부(320)는, 상기 날개부(340)와 대향하는 바닥면(322) 및 상기 바닥면(322)으로부터 상기 날개부(340)를 향해 서로 마주보며 뻗어나가되, 폭이 좁아지도록 서로 마주보는 측으로 경사지게 형성되는 제1 및 제2 테이퍼면(324, 326)을 포함할 수 있다.

이에 따라, 상기 각 베인의 도브테일부(320)가 상기 링의 도브테일 홈부(220)에 상기 타이로드(10)의 축 방향으로 끼워지며 체결될 수 있다.

하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 도브테일부는 상기 링(200)의 원주방향을 따라 양측으로 돌출되어 상기 링의 도브테일 홈부에 끼워진 후 상기 링(200)의 반경방향으로 이탈되지 않도록 고정될 수 있는 것이면 어느 것이든 가능하다.

상기 고정부는 상기 각 베인(300)을 상기 링(200)에 견고하게 고정하기 위한 것으로, 상기 고정부는 상기 링(200)의 외주면으로부터 상기 링(200)을 관통하여 상기 도브테일부(320)의 바닥면에 접촉되며, 상기 제1 및 제2 테이퍼면(324, 326)은 이와 대응하는 상기 도브테일 홈부(220)에 압착되어 상기 도브테일 홈부(220) 내에서 유동되지 않도록 고정될 수 있다.

구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 고정부는 상기 각 베인의 도브테일부(320)가 상기 각 도브테일 홈부(220)에 끼워지는 방향을 따라 일렬로 배치되는 한 쌍의 고정부재(400)로 이루어질 수 있다.

즉, 상기 고정부재(400)는 하나의 베인 도브테일부(320)에 대하여 상기 타이로드(10)의 축 방향을 따라 일렬로 배치되는 한 쌍으로 이루어지며, 이에 따라 상기 베인 도브테일부(320)의 길이방향을 따라 양측에서 고정할 수 있어 접촉 불균형으로 인한 진동을 방지할 수 있다.

본 실시 예에서, 상기 고정부재(400)는 세트스크류(set screw)로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 고정부재(400)를 상기 링(200)의 외주면으로부터 상기 도브테일부의 바닥면(322)에 접촉할 때까지 조임으로써, 상기 고정부재(400)의 선단이 상기 바닥면(322)에 접촉되어 상기 도브테일부(320)를 상기 링의 도브테일 홈부(220) 내에 강하게 접촉시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 베인(300)이 링(200)에 강하게 접촉되어 고정됨에 따라, 즉 상기 베인의 도브테일부(320)가 상기 링의 도브테일 홈부(220) 내에서 유동되지 않도록 접촉면 사이를 강하게 접촉시켜 상기 베인(300)의 진동을 방지할 수 있도록 한다.

또한, 세트스크류(set screw)를 이용하여 고정함으로써 조립이 간편하면서도 해체가 편리하여 유지 보수가 용이하다는 장점이 있다.

더욱이, 상기 도브테일부의 제1 및 제2 테이퍼면(324, 326)이 상기 도브테일 홈부(220)에 강하게 접촉됨에 따라 이 부분의 마모를 방지하기 위한 구성이 더 구비될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에서는, 상기 제1 및 제2 테이퍼면(324, 326)과 이와 마주보는 상기 도브테일 홈부(220) 사이에 배치되는 탄성중간부재(500)를 더 포함할 수 있다.

상기 탄성중간부재(500)는 탄성(elasticity)이 있는 소재면 어느 것이든 가능하며, 상기 탄성중간부재(500)는 평평한 형상으로 형성되어, 각각 상기 제1 및 제2 테이퍼면(324, 326)과 이와 마주보는 상기 도브테일 홈부(220) 사이에서 기밀하게 압착될 수 있다.

이에 따라, 상기 도브테일부(320)가 상기 도브테일 홈부(220)에 보다 강하게 압착될 수 있다.

하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 및 제2 테이퍼면(324, 326)에는 각각 마모 방지를 위한 코팅층이 형성될 수도 있다.

이에 따라, 상기 베인(300)의 마모 손상을 방지할 수 있으며, 상기 링(200)과의 결합력이 약해지는 것을 방지할 수 있다.

이하에서는, 도 2 및 4를 참고하여 상기 본 발명의 일 실시 예에 따른 베인 링 조립체가 상기 압축기(20)에 결합되는 구조를 살펴보도록 한다.

상기 케이싱(20)의 내부에는 복수의 베인 캐리어(100)가 설치되되, 본 일 실시 예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 3개의 베인 캐리어(100)가 설치되고 있다.

상기 각 베인 캐리어(100)의 내주면에는 상기 복수의 링(200)이 끼워질 수 있도록 원주방향을 따라 연장 형성되는 복수의 링 홈부(120)가 형성되며, 상기 복수의 링 홈부(120)는 각각 상기 타이로드(10)의 축 방향을 따라 나란하게 형성될 수 있다.

이때, 상기 링 홈부(120)에 끼워지며 결합되기 위해 상기 리테이닝 링(200)은 상기 링 홈부(120)에 대응하는 형상의 단면을 갖도록 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 고정부를 통해 상기 복수의 베인(300)이 결합된 상기 각 리테이닝 링(200)이 상기 베인 캐리어(100)의 내주면에 원주방향을 따라 형성되는 각 링 홈부(120)에 끼워질 수 있다.

즉, 우선 상기 복수의 베인(300)을 상기 링(200)의 각 도브테일 홈부(220)에 결합하고, 상기 고정부재(400)를 이용하여 상기 각 베인의 도브테일부(320)가 상기 각 도브테일 홈부(220)에 강하게 접촉될 수 있도록 고정함으로써 베인 링 조립체를 조립한 뒤, 상기의 베인 링 조립체를 상기 베인 캐리어(100)의 각 링 홈부(120)에 끼워 설치하게 된다.

이를 위해, 상기 케이싱(2)은 반으로 나뉘어 결합될 수 있도록 구성되며, 상기 리테이닝 링(200) 또한 반으로 나뉘어 상기 반으로 나뉜 각 케이싱(2)의 링 홈부(120)의 원주방향을 따라 끼워진 후 결합되는 구조를 이룰 수 있다.

또한, 상기에서는 리테이닝 링(200)이 상기 베인 캐리어(100)의 내주면에 설치되는 것을 기준으로 설명하였으나, 상기 리테이닝 링(200)은 상기 케이싱(2)의 내주면에 직접 설치될 수도 있다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

1: 가스 터빈 2: 케이싱
10: 타이로드 20: 압축기
22: 압축기 로터 디스크 24: 압축기 블레이드
26: 루트부 30: 연소기
40: 터빈 42: 터빈 로터 디스크
44: 터빈 블레이드 50: 회전력 전달부
60: 디퓨저 100: 베인 캐리어
120: 링 홈부 200: 리테이닝 링
220: 도브테일 홈부 300: 베인
320: 도브테일부 322: 바닥면
324: 제1 테이퍼면 326: 제2 테이퍼면
340: 날개부 400: 고정부재
500: 탄성중간부재

Claims (20)

1. 리테이닝 링(ring);
   상기 링의 내주면에 체결되되, 상기 링의 원주방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 베인(vane); 및
   상기 각 베인의 고정을 위해, 상기 링의 외주면으로부터 상기 각 베인의 일면에 접촉하도록 상기 링을 관통하는 복수의 고정부;
   를 포함하는 베인 링 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 링의 내주면에는 상기 각 베인이 삽입되기 위해 상기 링의 원주방향을 따라 서로 이격되어 형성되는 복수의 도브테일 홈부;가 구비되며,
   상기 각 베인은,
   상기 도브테일 홈부와 체결되는 도브테일부; 및
   상기 도브테일부로부터 상기 링의 반경 방향으로 돌출되는 날개부;
   를 포함하는 베인 링 조립체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 각 도브테일부는,
   상기 날개부와 대향하는 바닥면; 및
   상기 바닥면으로부터 상기 날개부를 향해 서로 마주보며 뻗어나가되, 폭이 좁아지도록 서로 마주보는 측으로 경사지게 형성되는 제1 및 제2 테이퍼면;
   을 포함하는 베인 링 조립체.
4. 제3항에 있어서,
   상기 고정부는 상기 링의 외주면으로부터 상기 링을 관통하여 상기 도브테일부의 바닥면에 접촉되며,
   상기 제1 및 제2 테이퍼면은 이와 대응하는 상기 도브테일 홈부에 압착되어 상기 도브테일 홈부 내에서 유동되지 않도록 고정되는 것을 특징으로 하는 베인 링 조립체.
5. 제2항에 있어서,
   상기 고정부는,
   상기 각 베인의 도브테일부가 상기 각 도브테일 홈부에 끼워지는 방향을 따라 일렬로 배치되는 한 쌍의 고정부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 베인 링 조립체.
6. 제5항에 있어서,
   상기 고정부재는 세트스크류(set screw)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 베인 링 조립체.
7. 제3항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 테이퍼면과 이와 마주보는 상기 도브테일 홈부 사이에 배치되는 탄성중간부재;
   를 더 포함하는 베인 링 조립체.
8. 제3항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 테이퍼면에는 마모 방지를 위한 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 링 조립체.
9. 제7항에 있어서,
   상기 탄성중간부재는 평평한 형상으로 형성되어, 각각 상기 제1 및 제2 테이퍼면과 이와 마주보는 상기 도브테일 홈부 사이에서 기밀하게 압착되는 것을 특징으로 하는 베인 링 조립체.
10. 케이싱(casing);
    상기 케이싱의 내부에 설치되는 복수의 베인 캐리어(vane carrier);
    상기 각 베인 캐리어의 내부에 원주방향을 따라 끼워지며 설치되는 복수의 리테이닝 링(ring);
    상기 각 링의 내주면에 체결되되, 상기 링의 원주방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 베인(vane); 및
    상기 각 베인의 고정을 위해, 상기 링의 외주면으로부터 상기 각 베인의 일면에 접촉하도록 상기 링을 관통하는 복수의 고정부;
    를 포함하는 압축기.
11. 제10항에 있어서,
    상기 고정부를 통해 상기 복수의 베인이 결합된 상기 각 리테이닝 링이 상기 베인 캐리어의 내주면에 원주방향을 따라 형성되는 각 링 홈부에 끼워지는 것을 특징으로 하는 압축기.
12. 제10항에 있어서,
    상기 링의 내주면에는 상기 각 베인이 삽입되기 위해 상기 링의 원주방향을 따라 서로 이격되어 형성되는 복수의 도브테일 홈부;가 구비되며,
    상기 각 베인은,
    상기 도브테일 홈부와 체결되는 도브테일부; 및
    상기 도브테일부로부터 상기 링의 반경 방향으로 돌출되는 날개부;
    를 포함하는 압축기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 각 도브테일부는,
    상기 날개부와 대향하는 바닥면; 및
    상기 바닥면으로부터 상기 날개부를 향해 서로 마주보며 뻗어나가되, 폭이 좁아지도록 서로 마주보는 측으로 경사지게 형성되는 제1 및 제2 테이퍼면;
    을 포함하는 압축기.
14. 제13항에 있어서,
    상기 고정부는 상기 링의 외주면으로부터 상기 링을 관통하여 상기 도브테일부의 바닥면에 접촉되며,
    상기 제1 및 제2 테이퍼면은 이와 대응하는 상기 도브테일 홈부에 압착되어 상기 도브테일 홈부 내에서 유동되지 않도록 고정되는 것을 특징으로 하는 압축기.
15. 제12항에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 각 베인의 도브테일부가 상기 각 도브테일 홈부에 끼워지는 방향을 따라 일렬로 배치되는 한 쌍의 고정부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기.
16. 제15항에 있어서,
    상기 고정부재는 세트스크류(set screw)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기.
17. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 테이퍼면과 이와 마주보는 상기 도브테일 홈부 사이에 배치되는 탄성중간부재;
    를 더 포함하는 압축기.
18. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 테이퍼면에는 마모 방지를 위한 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
19. 제17항에 있어서,
    상기 탄성중간부재는 평평한 형상으로 형성되어, 각각 상기 제1 및 제2 테이퍼면과 이와 마주보는 상기 도브테일 홈부 사이에서 기밀하게 압착되는 것을 특징으로 하는 압축기.
20. 제10항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기;
    상기 압축기에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 연소기; 및
    상기 연소기에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈;
    을 포함하는 가스 터빈.

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