KR20190022419A - 터빈 블레이드, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 터빈의 로터 디스크에 설치되어, 가스가 방출될 때의 압력으로 터빈을 회전시키는 것으로서, 로터 디스크에 결합하는 루트부, 루트부의 상부에 결합하며, 양측에는 체결홈부가 형성된 플랫폼부, 플랫폼부의 양측에 돌출 배치되게 결합하며, 플랫폼부의 양측에 탈착 가능하게 결합되도록 체결홈부에 대응되게 체결돌기부가 형성된 엔젤윙, 플랫폼부의 상부에 결합하는 블레이드부를 구비하며, 체결홈부는, 플랫폼부의 내측방향으로 인입되게 형성되는 삽입가이드홈과, 삽입가이드홈으로부터 플랫폼부의 내측 하부방향으로 연장 형성되는 걸림홈을 포함하고, 체결돌기부는, 삽입가이드홈에 대응되게 삽입되는 삽입가이드돌기와, 걸림홈에 대응되게 삽입되는 걸림돌기를 포함하는 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 블레이드, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공한다.

Description

터빈 블레이드, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈{Turbine blade of turbine, turbine and gas turbine comprising it}

본 발명은 고온 고압의 가스가 방출될 때의 압력으로 터빈을 회전시키는 터빈 블레이드, 터빈 및 이를 포함하는 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, 상기 가스터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다.

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

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

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

이러한, 가스터빈은 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며, 왕복운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.

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

여기서, 터빈 블레이드는, 터빈 로터 디스크에 결합되는 루트부와, 고온의 연소 가스가 충돌하는 블레이드부와, 루트부와 블레이드부 사이에 연결되는 플랫폼부로 구성된다. 그리고, 플랫폼부의 양측에는 블레이드부와 터빈 로터 디스크 사이를 밀봉할 수 있도록 엔젤윙(Angel wing)을 외측 방향으로 연장되게 형성한다.

이러한, 터빈 블레이드는 대한민국 등록특허공보 제10-0901905호(2009.06.10)에 제시된 바와 같이 루트부, 블레이드부, 플랫폼부 및, 엔젤윙을 일체상태로 결합되게 주조를 통해 형성하게 되는데, 루트부의 측방으로 돌출되는 엔젤윙에 의해 주조성이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 엔젤윙이 루트부에 일체상태로 주조됨으로써, 터빈 로터 디스크에 설치된 상태에서 엔젤윙을 통한 블레이드부와 터빈 로터 디스크 사이가 안정적으로 밀봉되도록 간격을 조절하기 어렵고, 엔젤윙의 손상시 터빈 블레이드 전체를 교환해야 함으로써, 유지 관리 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

이같은, 문제점을 해결하고자 미국 특허공보 제7500832호(2009.03.10)에는 씰암이 형성된 씰플레이트를 디스크부에 착탈 가능하게 설치한 블레이드가 제시된다. 그러나, 씰플레이트의 상단 및 하단을 각각 플랫폼 및 디스트부에 형성된 홈에 삽입 배치한 상태에서 별도의 체결부재인 록킹 포인터로 고정 결합되게 하는 바, 터빈의 구동시 발생하는 진동이나 충격에 따른 씰플레이트의 변형 방지와 고정상태를 안정적으로 유지하기 어렵게 된다. 따라서, 씰플레이트의 내구성에 치명적인 영향으로 인한 씰플레이트의 변형시 씰암에 의한 안정적인 밀폐 유지가 어렵게 되고, 연결 구조의 복잡성으로 인해 설치 및 해체가 번거로움으로 인한 유지 관리가 쉽지 않은 문제점이 있다. 또한, 터빈의 진동이나 충격에 따른 힘이 록킹 포인터에 의한 씰플레이트의 연결 부위에 집중되면서 록킹 포인터 및 씰플레이트의 손상을 유발하고, 이로 인해 록킹 포인터와 밀봉 플레이트의 체결부위를 통한 유체의 누설이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은, 엔젤윙을 루트부에 안정적인 밀착상태로 유지되면서도 교환을 용이하게 할 수 있도록 주조성을 개선함과 더불어 진동이나 충격에 따른 변형을 방지하여 블레이드부와 터빈 로터 디스크 사이를 안정적으로 밀봉할 수 있는 터빈 블레이드, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 터빈의 로터 디스크에 설치되어, 가스가 방출될 때의 압력으로 터빈을 회전시키는 터빈 블레이드에 있어서, 상기 로터 디스크에 결합하는 루트부, 상기 루트부의 상부에 결합하며, 양측에는 체결홈부가 형성된 플랫폼부, 상기 플랫폼부의 양측에 돌출 배치되게 결합하며, 플랫폼부의 양측에 탈착 가능하게 결합되도록 체결홈부에 대응되게 체결돌기부가 형성된 엔젤윙, 상기 플랫폼부의 상부에 결합하는 블레이드부를 구비하며, 상기 체결홈부는, 플랫폼부의 내측방향으로 인입되게 형성되는 삽입가이드홈과, 삽입가이드홈으로부터 플랫폼부의 내측 하부방향으로 연장 형성되는 걸림홈을 포함하고, 상기 체결돌기부는, 삽입가이드홈에 대응되게 삽입되는 삽입가이드돌기와, 걸림홈에 대응되게 삽입되는 걸림돌기를 포함하는 터빈 블레이드를 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈에 있어서, 복수의 터빈 로터 디스크와, 복수의 터빈 로터 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 섹션, 상기 터빈 섹션을 내부에 수용하는 하우징, 상기 복수의 터빈 블레이드 사이에 배치되도록 하우징의 내측에 설치되는 복수의 베인 및 상기 터빈 블레이드는, 로터 디스크에 결합하는 루트부, 루트부의 상부에 결합하며, 양측에는 체결홈부가 형성된 플랫폼부, 플랫폼부의 양측에 돌출 배치되게 결합하며, 플랫폼부의 양측에 탈착 가능하게 결합되도록 체결홈부에 대응되게 체결돌기부가 형성된 엔젤윙, 및 플랫폼부의 상부에 결합하는 블레이드부로 구성되되, 상기 체결홈부는, 플랫폼부의 내측방향으로 인입되게 형성되는 삽입가이드홈과, 삽입가이드홈으로부터 플랫폼부의 내측 하부방향으로 연장 형성되는 걸림홈을 포함하고, 상기 체결돌기부는, 삽입가이드홈에 대응되게 삽입되는 삽입가이드돌기와, 걸림홈에 대응되게 삽입되는 걸림돌기를 포함하는 터빈을 제공한다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기, 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 통해 연료를 연소시켜, 연소가스를 생성하는 연소기 및 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전하는 것으로서, 복수의 터빈 로터 디스크와, 터빈 로터 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 섹션과, 상기 터빈 섹션을 내부에 수용하는 하우징과, 상기 복수의 터빈 블레이드 사이에 배치되도록 하우징의 내측에 설치되는 복수의 베인을 포함하며, 상기 터빈 블레이드는, 상기 터빈 블레이드는, 로터 디스크에 결합하는 루트부, 루트부의 상부에 결합하며, 양측에는 체결홈부가 형성된 플랫폼부, 플랫폼부의 양측에 돌출 배치되게 결합하며, 플랫폼부의 양측에 탈착 가능하게 결합되도록 체결홈부에 대응되게 체결돌기부가 형성된 엔젤윙, 및 플랫폼부의 상부에 결합하는 블레이드부로 구성되되, 상기 체결홈부는, 플랫폼부의 내측방향으로 인입되게 형성되는 삽입가이드홈, 삽입가이드홈으로부터 플랫폼부의 내측 하부방향으로 연장 형성되는 걸림홈을 구비하고, 상기 체결돌기부는, 삽입가이드홈에 대응되게 삽입되는 삽입가이드돌기, 걸림홈에 대응되게 삽입되는 걸림돌기를 구비하는 터빈을 포함하는 가스터빈을 제공한다.

또한, 상기 걸림홈은 삽입가이드홈 내측 끝단부로부터 플랫폼부 내측 하부로 연장 형성될 수 있다.

또한, 상기 걸림홈은 삽입가이드홈 내측 끝단부와 삽입가이드홈 외측 끝단부 사이에 배치된 상태로 플랫폼부 내측 하부로 연장 형성될 수 있다.

또한, 상기 걸림홈은, 다각형의 수직단면 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 걸림홈은, 반원형의 수직단면 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 걸림홈은, 원형의 수직단면 형상을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 터빈 블레이드, 터빈 및 이를 포함하는 터빈은, 플랫폼부의 양측에 엔젤윙이 상호 대응되는 체결돌기부와 체결홈부를 통해 탈착 가능하게 결합함으로써, 엔젤윙을 제외한 나머지 플랫폼부와 루트부 및 블레이드부의 주조를 통한 일체 성형 작업이 용이해지며, 엔젤윙의 플랫폼부에 대한 교환 설치를 통해 블레이드부와 터빈 로터 디스크 사이가 안정적으로 밀봉되도록 간격을 조절할 수 있게 된다.

또한, 엔젤윙의 체결돌기부에 형성된 걸림돌기가 하부로 연장 형성되고, 이에 대응되게 플랫폼부의 체결홈부에 형성된 걸림홈이 하부로 연장 형성된 바, 고온고압의 연소가스가 엔젤윙의 타측 부분에 충돌시 엔젤윙의 일측 부분을 통한 플랫폼부로의 응력 분산이 안정적으로 이루어지게 하여, 엔젤윙의 변형이나 파손이 쉽게 발생하지 않는 안정적인 구조를 가지게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드가 적용되는 가스 터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 터빈 블레이드 부분의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 플랫폼부와 엔젤윙의 결합상태 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈 블레이드의 플랫폼부와 엔젤윙의 결합상태 부분 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 터빈의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈(100)의 일 예가 도시되어 있다. 상기 가스 터빈은 하우징(102)을 구비하고 있고, 하우징(102)의 후측에는 터빈을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저(106)가 구비되어 있다. 그리고, 디퓨저(106)의 앞쪽으로 압축기의 압축기 섹션(110)에서 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(104)가 배치된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 하우징(102)의 상류측에 압축기 섹션(110)이 위치하고, 하류 측에 터빈 섹션(120)이 배치된다. 그리고, 압축기 섹션(110)과 터빈 섹션(120)의 사이에는 터빈 섹션(120)에서 발생된 회전토크를 압축기 섹션(110)으로 전달하는 토크 전달부재인 토크튜브(130)가 배치될 수 있다.

상기 압축기 섹션(110)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(140)가 구비되고, 각각의 압축기 로터 디스크(140)들은 타이로드(150)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

구체적으로, 각각의 압축기 로터 디스크(140)는 대략 중앙을 타이로드(150)가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로터 디스크(140)는 대향하는 면이 타이로드(150)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.

상기 압축기 로터 디스크(140)의 외주면에는 복수 개의 압축기 블레이드(144)가 방사상으로 결합되어 있다. 각각의 압축기 블레이드(144)는 루트부(146)를 구비하여 압축기 로터 디스크(140)에 체결된다.

각각의 상기 압축기 로터 디스크(140)의 사이에는 하우징(102) 내측에 고정 배치되는 베인(미도시)을 결합 구비한다. 베인은 압축기 로터 디스크(140)와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 로터 디스크(140)의 압축기 블레이드(144)를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 압축기 로터 디스크(140)의 압축기 블레이드(144)로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.

상기 루트부(146)의 체결방식은 탄젠셜 타입(Tangential type)과 액셜 타입(Axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스 터빈의 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 압축기 블레이드(144)를 압축기 로터 디스크(140)에 체결할 수 있다.

상기 타이로드(150)는 복수 개의 압축기 로터 디스크(140)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크(140) 내에 체결되고, 타측 단부는 토크튜브(130) 내에서 고정된다.

상기 타이로드(150)의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드(150)가 로터 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이로드(150)가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

앞서 설명한 바와 같이, 가스 터빈의 압축기 섹션(110)에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 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.

상기 연소기(104)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압 연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.

가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기(104)는 셀 형태로 형성되는 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combuster Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기 섹션에서 압축된 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다. 또한 라이너의 전단에는 연료노즐이 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합된다.

한편, 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션 피스(도면미도시)가 연결된다. 이러한, 트랜지션 피스는, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.

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

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

한편, 상기 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈 섹션(120)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소가스가 팽창하면서 터빈의 블레이드에 충돌, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크 튜브(130)를 거쳐 압축기 섹션(110)으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

상기 터빈 섹션(120)은 기본적으로는 압축기 섹션(110)의 구조와 유사하다. 즉, 터빈 섹션(120)에도 압축기 섹션(110)의 압축기 로터 디스크(140)와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(180)가 구비된다. 따라서, 터빈 로터 디스크(180) 역시, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(184)를 포함한다. 터빈 블레이드(184) 역시 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크(180)에 결합될 수 있다. 아울러, 터빈 로터 디스크(180)의 터빈 블레이드(184) 사이에도 터빈 섹션(120)의 하우징(101) 내측에 고정 결합되는 베인(185)이 구비되어, 터빈 블레이드(184)를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.

도 2를 참조하면, 상기 터빈 로터 디스크(180)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주부에는 복수 개의 결합 슬롯(180a)이 형성되어 있다. 결합 슬롯(180a)은 전나무(Fir-tree) 형태의 굴곡면을 갖도록 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고 도브테일 형태로 형성될 수도 있다.

상기 결합 슬롯(180a)에 터빈 블레이드(184)가 체결된다. 도 2에서, 터빈 블레이드(184)는 대략 중앙부에 평판 형태의 플랫폼부(184a)를 갖는다. 플랫폼부(184a)는 이웃한 터빈 블레이드의 플랫폼부(184a)와 그 측면이 서로 접하여 블레이드들 사이의 간격을 유지시키는 역할을 한다.

상기 플랫폼부(184a)의 저면에는 루트부(184b)가 형성된다. 루트부(184b)는 상술한 터빈 로터 디스크(180)의 결합 슬롯(180a)에 터빈 로터 디스크(180)의 축방향을 따라서 삽입되는, 소위 액셜 타입(Axial-type)의 형태를 갖는다.

상기 루트부(184b)는 대략 전나무 형태의 굴곡부를 가지며, 이는 결합 슬롯(180a)에 형성된 굴곡부의 형태와 상응하도록 형성된다. 여기서, 루트부(184b)의 결합구조는 반드시 전나무 형태를 가질 필요는 없고, 도브테일 형태를 갖도록 형성될 수도 있다.

상기 플랫폼부(184a)의 상부면에는 블레이드부(184c)가 형성된다. 블레이드부(184c)는 가스 터빈의 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 흐름 방향을 기준으로 상류측에 배치되는 리딩 엣지와 하류측에 배치되는 트레일링 엣지를 갖는다.

여기서, 상기 압축기 섹션(110)의 압축기 블레이드(144)와는 달리, 터빈 섹션(120)의 터빈 블레이드(184)는 고온고압의 연소가스와 직접 접촉하게 된다. 여기서, 연소 가스의 온도는 1700℃ 달할 정도의 고온이기 때문에 냉각 수단을 필요로 하게 된다. 이를 위해서, 압축기 섹션(110)의 일부 개소에서 압축된 공기를 추가하여 터빈 섹션(120)측의 터빈 블레이드(184)로 공급하는 냉각 유로를 갖게 된다.

상기 냉각 유로는 하우징(101) 외부에서 연장되거나(외부 유로), 터빈 로터 디스크(180)의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 외부 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다. 도 2에서, 터빈 블레이드(184)의 블레이드부(184c) 표면에는 다수의 필름 쿨링홀(184d)이 형성되는데, 필름 쿨링홀(184d)들은 블레이드부(184c)의 내부에 형성되는 쿨링 유로(미도시)와 연통되어 냉각 공기를 블레이드부(184c)의 표면에 공급하는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 플랫폼부(184a)의 양측 끝단 부분에는, 플랫폼부(184a)의 양측 방향으로 각각 돌출 배치되도록 엔젤윙(184e)을 결합 구비한다. 이러한, 엔젤윙(184e)은 블레이드부(184c)와 터빈 로터 디스크(180) 사이를 밀봉시켜, 블레이드부(184c)에 충돌되는 고온고압의 연소가스가 터빈 로터 디스크(180)로 유입되는 것을 차단되게 한다.

여기서, 상기 엔젤윙(184e)은 플랫폼부(184a)의 양측면부에 각각 결합하게 되는데, 이때, 플랫폼부(184a)의 양측면부에 일단 또는 다단으로 결합 구비할 수 있다. 엔젤윙(184e)이 플랫폼부(184a)의 양측면부에 다단으로 결합 구비될 경우, 블레이드부(184c)와 터빈 로터 디스크(180) 사이의 밀봉이 더욱 안정적으로 이루어질 수 있게 한다.

그리고, 상기 엔젤윙(184e)의 플랫폼부(184a)에 결합되는 단부, 즉 엔젤윙(184e)의 일측은 플랫폼부(184a) 양측면부에 각각 탈착 가능하게 결합된다. 이같이, 엔젤윙(184e)이 플랫폼부(184a)의 양측면부에 탈착 가능하게 결합 될 경우, 터빈 블레이드(184)의 엔젤윙(184e)을 제외한 나머지 부분인 플랫폼부(184a)와 루트부(184b) 및 블레이드부(184c)를 일체상태로 주조할 때의 작업을 용이하게 할 수 있게 한다. 더불어, 엔젤윙(184e)이 플랫폼부(184a)의 양측면부에 탈착을 가능하게 하여, 엔젤윙(184e)의 길이나 두께를 달리한 상태로 플랫폼부(184a)에 설치하면서 블레이드부(184c)와 터빈 로터 디스크(180) 사이의 간격 및 엔젤윙(184)들 사이의 간격을 조절할 수 있도록 엔젤윙(184e)의 교환 설치를 가능하게 한다. 이같이, 엔젤윙(184e)이 플랫폼부(184a)에 탈착 가능하게 결합됨으로써, 터빈 블레이드(184)를 터빈 로터 디스크(180)에 설치시 상호 마주보는 상태로 접하는 엔젤윙(184e) 사이에서 틈이 발생하지 않도록 엔젤윙(184e)을 선택 설치할 수 있는 바, 엔젤윙(184e)들 사이를 통해 고온고압의 연소가스가 터빈 로터 디스크(180)로 유입되는 것을 안정적으로 차단되게 한다. 여기서, 엔젤윙(184e)의 타측 끝단 부분은 블레이드부(184c)를 향하도록 구부러지게 형성되나, 이에 한정하지 않고 평판 형상으로 형성될 수도 있음은 물론이다.

여기서, 상기 엔젤윙(184e)과 플랫폼부(184a)는 상호 대응되게 체결되는 체결돌기부(190)와 체결홈부(200)를 통해 상호 탈착 가능하게 결합할 수 있다. 즉, 엔젤윙(184e)의 일측 끝단 부분에는 체결돌기부(190)가 돌출되게 형성된다. 그리고, 플랫폼부(184a)의 양측면부에는 체결홈부(200)가 형성된다. 이때, 체결홈부(200)는 플랫폼부(184a)의 전면부에서 후면부로 연결되게 형성함으로써, 체결돌기부(190)를 플랫폼부(184a)의 전면 또는 후면으로부터 슬라이딩 삽입하면서 결합되게 할 수 있다.

이러한, 상기 체결홈부(200)는 플랫폼부(184a)의 양측면부로부터 플랫폼부(184a)의 내측방향으로 인입되게 형성된 삽입가이드홈(200a)과, 삽입가이드홈(200a)의 내측 단부로부터 플랫폼부(184a)의 내측방향으로 연장되게 형성되는 걸림홈(200b)을 포함한다.

그리고, 상기 체결돌기부(190)는 엔젤윙(184e)의 일측 끝단 부분으로부터 연장 형성되고, 삽입가이드홈(200a)에 대응되게 삽입되는 삽입가이드돌기(190a)와, 삽입가이드돌기(190a)의 끝단부로부터 연장 형성되고, 걸림홈(200b)에 대응되게 삽입되는 걸림돌기(190b)를 포함한다.

도 3을 참조하면, 상기 체결홈부(200)의 걸림홈(200b)은 상기 삽입가이드홈(200a)의 내측 끝단부로부터 플랫폼부(184a) 내측으로 하부으로 경사지게 연장 형성된다. 즉, 걸림홈(200b)은 삽입가이드홈(200a)의 길이방향을 기준으로 일정각도 경사지게 삽입가이드홈(200a)의 내측 끝단부로부터 하부로 연장 형성됨으로써, 걸림홈(200b)에 체결돌기부(190)의 걸림돌기(190b)가 대응되게 삽입된 상태에서 플랫폼부(184a)의 양측 방향으로 이탈하지 않도록 결합상태를 유지되게 한다. 이때, 걸림홈(200b)은 삽입가이드홈(200a)의 내측 끝단부로부터 하부로 수직하게 연장 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정하지 않고 삽입가이드홈(200a)의 내측 끝단부로부터 하부로 다양한 각도로 경사지게 형성될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 체결돌기부(190)의 걸림돌기(190b)는 삽입가이드돌기(190a)의 끝단부로부터 하부로 경사지게 연장 형성된다. 즉, 걸림돌기(190b)는 걸림홈(200b)에 대응되게 삽입될 수 있도록 삽입가이드돌기(190a)의 길이방향을 기준으로 일정각도 경사지게 삽입가이드돌기(190a)의 끝단부로부터 하부로 연장 형성된다. 삽입가이드홈(200a)에 삽입가이드돌기(190a)가 대응상태로 밀착 결합되고, 걸림홈(200b)에 걸림돌기(190b)가 대응되게 밀착 결합되는 바, 엔젤윙(184e)을 플랫폼부(184a)에 안정적인 고정상태로 결합되게 함과 더불어 엔젤윙(184e)과 플랫폼부(184a)의 결합 부위에 대한 안정적인 밀폐상태를 유지할 수 있게 한다.

이같이, 상기 걸림홈(200b)이 삽입가이드홈(200a)의 내측 끝단부로부터 플랫폼부(184a) 내측 하부로 연장되도록 연결 형성되고, 걸림돌기(190b)는 걸림홈(200b)에 대응되게 삽입될 수 있도록 삽입가이드돌기(190a)의 끝단부로부터 하부로 연장되게 형성된다. 이때, 걸림돌기(190b)가 엔젤링(184e)의 상부를 향하도록 연장 형성된 타측 끝단 부분과는 반대 방향을 향하도록 하부로 연장 형성된 바, 고온고압의 연소가스가 엔젤윙(184e)의 타측 부분에 충돌시 엔젤윙(184)의 일측 부분을 통한 플랫폼부(184a)로의 응력 분산이 안정적으로 이루어지게 하여, 엔젤윙(184e)의 파손이나 변현이 쉽게 발생하지 않는 안정적인 구조를 가지게 한다.

또한, 도 4와 같이, 상기 걸림홈(200b)은 삽입가이드홈(200a)의 내측 끝단부와 삽입가이드홈(200a)의 외측 끝단부 사이에 배치된 상태로 플랫폼부(184a) 내측 하부로 경사지게 연장 형성될 수 있다. 이때, 걸림홈(200b)은 삽입가이드홈(200a)의 내측 끝단부와 삽입가이드홈(200a)의 외측 끝단부 사이에 배치된 상태에서 삽입가이드홈(200a)으로부터 수직하게 하부로 연장 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정하지 않고 삽입가이드홈(200a)으로부터 다양한 각도로 하부로 경사지게 형성될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 체결돌기부(190)의 걸림돌기(190b)는 삽입가이드돌기(190a)의 하면 일측으로부터 경사지게 하부로 돌출되게 연장 형성된다. 즉, 걸림돌기(190b)는 걸림홈(200b)에 대응되게 삽입될 수 있도록 삽입가이드돌기(190a)의 길이방향을 기준으로 일정각도 경사지게 삽입가이드돌기(190a)의 하면에서 하부로 연장되게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 걸림홈(200b)과 걸림돌기(190a)는 다각형의 수직단면 형상을 가지도록 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고 걸림홈(200b)과 걸림돌기(190a)에 의한 걸림 결합시, 플랫폼부(184a) 내측으로 안정적인 고정력 발생 및 충격이나 진동을 분산 전달되게 할 수 있도록 반원형 또는 원형의 수직단면 형상을 가지도록 형성될 수도 있음은 물론이다.

이와 같이, 일 실시예의 터빈 블레이드, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈은, 상기 플랫폼부(184a)의 양측에 엔젤윙(184e)이 상호 대응되는 체결돌기부(190)와 체결홈부(200)를 통해 탈착 가능하게 결합함으로써, 엔젤윙(184e)을 제외한 나머지 플랫폼부(184a)와 루트부(184b) 및 블레이드부(184c)의 주조를 통한 일체 성형 작업이 용이해지며, 엔젤윙(184e)의 플랫폼부(184a)에 대한 교환 설치를 통해 블레이드부(184c)와 터빈 로터 디스크(180) 사이가 안정적으로 밀봉되도록 간격을 조절할 수 있게 된다.

또한, 상기 엔젤윙(184e)의 체결돌기부(190)에 형성된 걸림돌기(190b)가 하부로 연장 형성되고, 이에 대응되게 플랫폼부(184a)의 체결홈부(200)에 형성된 걸림홈(200b)이 하부로 연장 형성된 바, 고온고압의 연소가스가 엔젤윙(184e)의 타측 부분에 충돌시 엔젤윙(184)의 일측 부분을 통한 플랫폼부(184a)로의 응력 분산이 안정적으로 이루어지게 하여, 엔젤윙(184e)의 변형이나 파손이 쉽게 발생하지 않는 안정적인 구조를 가지게 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 가스터빈 101,102: 하우징
104: 연소기 106: 디퓨저
110: 압축기 섹션 120: 터빈 섹션
130: 토크튜브 140: 압축기 로터 디스크
144: 압축기 블레이드 150: 타이로드
180: 터빈 로터 디스크 180a : 결합슬롯
184: 터빈 블레이드 184a: 플랫폼부
184b: 루트부 184c: 블레이드부
184d: 필름쿨링홀 184e: 엔젤윙
190: 체결돌기부 190a: 삽입가이드돌기
190b: 걸림돌기 200: 체결홈부
200a: 삽입가이드홈 200b: 걸림홈

Claims (18)

1. 터빈의 로터 디스크에 설치되어, 가스가 방출될 때의 압력으로 터빈을 회전시키는 터빈 블레이드에 있어서,
   상기 로터 디스크에 결합하는 루트부와;
   상기 루트부의 상부에 결합하며, 양측에는 체결홈부가 형성된 플랫폼부와;
   상기 플랫폼부의 양측에 돌출 배치되게 결합하며, 플랫폼부의 양측에 탈착 가능하게 결합되도록 체결홈부에 대응되게 체결돌기부가 형성된 엔젤윙; 및
   상기 플랫폼부의 상부에 결합하는 블레이드부;를 구비하며,
   상기 체결홈부는, 플랫폼부의 내측방향으로 인입되게 형성되는 삽입가이드홈과, 삽입가이드홈으로부터 플랫폼부의 내측 하부방향으로 연장 형성되는 걸림홈을 포함하고,
   상기 체결돌기부는, 삽입가이드홈에 대응되게 삽입되는 삽입가이드돌기와, 걸림홈에 대응되게 삽입되는 걸림돌기를 포함하는 터빈 블레이드.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 걸림홈은 삽입가이드홈 내측 끝단부로부터 플랫폼부 내측 하부로 연장 형성된 터빈 블레이드.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 걸림홈은 삽입가이드홈 내측 끝단부와 삽입가이드홈 외측 끝단부 사이에 배치된 상태로 플랫폼부 내측 하부로 연장 형성된 터빈 블레이드.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 걸림홈은, 다각형의 수직단면 형상을 가지는 터빈 블레이드.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 걸림홈은, 반원형의 수직단면 형상을 가지는 터빈 블레이드.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 걸림홈은, 원형의 수직단면 형상을 가지는 터빈 블레이드.
7. 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈에 있어서,
   복수의 터빈 로터 디스크와, 복수의 터빈 로터 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 섹션과;
   상기 터빈 섹션을 내부에 수용하는 하우징과;
   상기 복수의 터빈 블레이드 사이에 배치되도록 하우징의 내측에 설치되는 복수의 베인; 및
   상기 터빈 블레이드는, 로터 디스크에 결합하는 루트부, 루트부의 상부에 결합하며, 양측에는 체결홈부가 형성된 플랫폼부, 플랫폼부의 양측에 돌출 배치되게 결합하며, 플랫폼부의 양측에 탈착 가능하게 결합되도록 체결홈부에 대응되게 체결돌기부가 형성된 엔젤윙, 및 플랫폼부의 상부에 결합하는 블레이드부로 구성되되,
   상기 체결홈부는, 플랫폼부의 내측방향으로 인입되게 형성되는 삽입가이드홈과, 삽입가이드홈으로부터 플랫폼부의 내측 하부방향으로 연장 형성되는 걸림홈을 포함하고,
   상기 체결돌기부는, 삽입가이드홈에 대응되게 삽입되는 삽입가이드돌기와, 걸림홈에 대응되게 삽입되는 걸림돌기를 포함하는 터빈.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 걸림홈은 삽입가이드홈 내측 끝단부로부터 플랫폼부 내측 하부로 연장 형성된 터빈.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 걸림홈은 삽입가이드홈 내측 끝단부와 삽입가이드홈 외측 끝단부 사이에 배치된 상태로 플랫폼부 내측 하부로 연장 형성된 터빈.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 걸림홈은, 다각형의 수직단면 형상을 가지는 터빈.
11. 청구항 7에 있어서,
    상기 걸림홈은, 반원형의 수직단면 형상을 가지는 터빈.
12. 청구항 7에 있어서,
    상기 걸림홈은, 원형의 수직단면 형상을 가지는 터빈.
13. 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기와;
    상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 통해 연료를 연소시켜, 연소가스를 생성하는 연소기; 및
    상기 연소기로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전하는 것으로서, 복수의 터빈 로터 디스크와, 터빈 로터 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 섹션과,
    상기 터빈 섹션을 내부에 수용하는 하우징과,
    상기 복수의 터빈 블레이드 사이에 배치되도록 하우징의 내측에 설치되는 복수의 베인을 포함하며,
    상기 터빈 블레이드는, 상기 터빈 블레이드는, 로터 디스크에 결합하는 루트부, 루트부의 상부에 결합하며, 양측에는 체결홈부가 형성된 플랫폼부, 플랫폼부의 양측에 돌출 배치되게 결합하며, 플랫폼부의 양측에 탈착 가능하게 결합되도록 체결홈부에 대응되게 체결돌기부가 형성된 엔젤윙, 및 플랫폼부의 상부에 결합하는 블레이드부로 구성되되, 상기 체결홈부는, 플랫폼부의 내측방향으로 인입되게 형성되는 삽입가이드홈, 삽입가이드홈으로부터 플랫폼부의 내측 하부방향으로 연장 형성되는 걸림홈을 구비하고, 상기 체결돌기부는, 삽입가이드홈에 대응되게 삽입되는 삽입가이드돌기, 걸림홈에 대응되게 삽입되는 걸림돌기를 구비하는 터빈;을 포함하는 가스터빈.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 걸림홈은 삽입가이드홈 내측 끝단부로부터 플랫폼부 내측 하부로 연장 형성된 가스터빈.
15. 청구항 13에 있어서,
    상기 걸림홈은 삽입가이드홈 내측 끝단부와 삽입가이드홈 외측 끝단부 사이에 배치된 상태로 플랫폼부 내측 하부로 연장 형성된 가스터빈.
16. 청구항 13에 있어서,
    상기 걸림홈은, 다각형의 수직단면 형상을 가지는 가스터빈.
17. 청구항 13에 있어서,
    상기 걸림홈은, 반원형의 수직단면 형상을 가지는 가스터빈.
18. 청구항 13에 있어서,
    상기 걸림홈은, 원형의 수직단면 형상을 가지는 가스터빈.
    

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