KR20190029269A

KR20190029269A - 블레이드 팁의 실링구조와 이를 포함하는 가스터빈

Info

Publication number: KR20190029269A
Application number: KR1020170116644A
Authority: KR
Inventors: 정진솔
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2019-03-20
Also published as: KR101985093B1; US20190078455A1; US10947858B2

Abstract

본 발명은 블레이드 팁의 실링구조에 관한 것으로, 고정체의 내부에 배치된 로터의 길이방향을 따라 결합된 로터디스크의 외주면에 장착되는 버킷의 블레이드 및 상기 블레이드의 단부에 복수의 열로 배치되고, 고정체의 내주면과 블레이드의 단부간의 간격을 통한 작동유체의 누설을 방지하도록 제공되는 팁실링부재를 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 블레이드의 팁 단부와 고정체의 내주면상에 간격을 통해 작동유체가 누설되는 것을 완화하는 효과가 있다.

Description

블레이드 팁의 실링구조와 이를 포함하는 가스터빈{STRUCTURE FOR SEALING OF BLADE TIP AND GAS TURBINE HAVING THE SAME}

본 발명은 블레이드 팁의 실링구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고정체의 내주면과 버킷의 블레이드 팁 단부간의 간격을 통해 작동유체가 누설되는 것을 방지하는 블레이드 팁의 실링구조에 관한 것이다.

터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈, 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, 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, 배기실측의 단부에 발전기의 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.

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

이러한 가스터빈의 작동에 있어서, 블레이드 팁 부위에서의 실링은 중요한 기술문제 중 하나이다. 도 1에는 종래 케이싱(casing), 베인(vane), 다이아프램(diaphram) 등을 포함하는 고정체(2)의 내주면과 버킷(bucket)의 블레이드(blade;3)의 팁(tip;4) 단부를 나타나 있다. 블레이드의 팁(4)은 회전요소이고 고정체(2)는 비회전요소로서, 회전이 원활하기 위해 블레이드의 팁(4)은 고정체(2)의 내주면과 일정 간격은 이격되어 있다.

그런데 가스터빈의 작동과정에서 작동유체가 블레이드의 팁(4) 단부와 고정체(2)의 내주면사이의 공간을 통해 누설되는 문제가 있다.

종래에는 이러한 문제를 해결하기 위해 블레이드의 팁(4)을 도 1에서와 같이 블레이드(3)의 양단에 배치하거나 또는 도 2에서와 같이 복수의 블레이드(3)간에 서로 다른 위치에 팁(5,6)를 배치하였다. 그러나 누설을 방지하기에는 한계가 있다.

미국특허 공개번호: US 2017-0114644 A1

본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 블레이드의 팁 단부 형상을 개선하여 블레이드의 팁 단부와 고정체의 내주면상에 간격을 통해 작동유체가 누설되는 것을 완화하는 구조를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 블레이드 팁의 실링구조에 관한 것으로, 고정체의 내부에 배치된 로터의 길이방향을 따라 결합된 로터디스크의 외주면에 장착되는 버킷의 블레이드 및 상기 블레이드의 단부에 복수의 열로 배치되고, 고정체의 내주면과 블레이드의 단부간의 간격을 통한 작동유체의 누설을 방지하도록 제공되는 팁실링부재를 포함하되, 상기 팁실링부재는 로터의 회전축에 수직하게 배치되거나 또는 로터의 회전축에 일정각도를 이루며 배치되며, 단부는 평탄하게 처리된 직형부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 직형부는 상기 블레이드의 외측에서 중앙측으로 갈수록 두께가 서로 다르게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 직형부의 두께는 상기 블레이드의 외측에서 중앙측으로 갈수록 점차 작아지도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 팁실링부재는 상기 직형부와 연결되며, 로터의 회전축에 수직하게 배치되거나 또는 로터의 회전축에 일정각도를 이루며 배치되고, 단부는 평탄하게 처리된 절곡부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 절곡부가 로터의 회전축에 대해 이루는 절곡각도(θ)는 블레이드의 회전방향으로 예각일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 절곡각도(θ)의 범위는 65° ~ 85° 일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 팁실링부재는 복수의 열로 배치된 상기 직형부 사이에 배치되고, 단부는 평탄하게 처리되며, 상기 블레이드의 회전시 상기 블레이드의 단부와 상기 고정체의 내부 사이에서 유체장벽을 형성하도록 제공되는 차단턱을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 직형부가 로터의 회전축에 대해 이루는 일정각도(α)는 블레이드의 회전방향으로 둔각일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 둔각 범위는 95° ~ 105° 일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 고정체의 내부에 배치된 로터의 길이방향을 따라 결합된 로터디스크의 외주면에 장착되는 버킷의 블레이드 및 상기 블레이드의 단부에 복수의 열로 배치되고, 고정체의 내주면과 블레이드의 단부간의 간격을 통한 작동유체의 누설을 방지하도록 제공되는 팁실링부재를 포함하되, 상기 팁실링부재는 로터의 회전축에 수직하게 배치되고, 단부가 라운딩 처리된 제1 라운딩부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 팁실링부재는 상기 제1 라운딩부와 연결되고, 로터의 회전축에 일정각도를 이루며 배치되며, 단부가 라운딩 처리된 제2 라운딩부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1,2 라운딩부는 상기 블레이드의 외측에서 중앙측으로 갈수록 두께가 서로 다르게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1,2 라운딩부의 두께는 상기 블레이드의 외측에서 중앙측으로 갈수록 점차 작아지도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 팁실링부재는 복수의 열로 배치된 상기 제1 라운딩부 사이에 배치되고, 단부는 라운딩 처리되며, 상기 블레이드의 회전시 상기 블레이드의 단부와 상기 고정체의 내부 사이에서 유체장벽을 형성하도록 제공되는 라운딩턱을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 고정체의 내부에 배치된 로터의 길이방향을 따라 결합된 로터디스크의 외주면에 장착되는 버킷의 블레이드 및 상기 블레이드의 단부에 복수의 열로 배치되고, 고정체의 내주면과 블레이드의 단부간의 간격을 통한 작동유체의 누설을 방지하도록 제공되는 팁실링부재를 포함하되, 상기 팁실링부재는 로터의 회전축에 수직하게 배치되고, 로터의 회전방향으로 테이퍼지게 처리된 테이퍼부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 테이퍼부는 상기 블레이드의 외측에서 중앙측으로 갈수록 두께가 서로 다르게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 테이퍼부의 두께는 상기 블레이드의 외측에서 중앙측으로 갈수록 점차 작아지도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 팁실링부재는 복수의 열로 배치된 상기 테이퍼부 사이에 배치되고, 단부는 경사지게 처리되며, 상기 블레이드의 회전시 상기 블레이드의 단부와 상기 고정체의 내부 사이에서 유체장벽을 형성하도록 제공되는 경사턱을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명인 회전체는 상기 블레이드의 팁 실링구조를 포함하는 버킷 및 상기 버킷이 외주면을 따라 복수개가 장착되는 로터디스크가 복수의 열로 배치되는 로터를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명인 가스터빈은 케이싱과 상기 케이싱에서 작동유체가 유입되는 전면측에 배치되고, 작동유체를 압축하도록 제공되는 압축기 섹션과 상기 케이싱의 중간측에 배치되고, 상기 압축기 섹션과 연결되며, 압축된 작동유체를 연료와 혼합하여 연소되도록 제공되는 연소기와 상기 케이싱의 후면측에 배치되고, 상기 연소기와 연결되며, 연소가스로 동력을 생산하도록 제공되는 터빈 섹션과 상기 케이싱의 후단에 배치되고, 상기 터빈 섹션과 연결되며, 작동유체가 배출되도록 제공되는 디퓨져 및 상기 압축기 섹션과 상기 터빈 섹션을 연결하는 상기 회전체를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 블레이드의 팁 단부에 다양항 형상을 설계하여 블레이드의 팁 단부와 고정체의 내주면 사이의 간격을 통해 작동유체가 누설되는 것을 완화할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 종래 블레이드의 팁 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명인 블레이드의 팁 실링구조에 대한 제1 실시예의 일 형태를 나타낸 측면도.
도 4는 도 3에 게시된 발명에 대한 상면도.
도 5는 본 발명인 블레이드의 팁 실링구조에 대한 제1 실시예의 다른 형태를 나타낸 측면도.
도 6은 도 5에 게시된 발명에 대한 상면도.
도 7은 본 발명인 블레이드의 팁 실링구조에 대한 제1 실시예의 또 다른 형태를 나타낸 측면도.
도 8은 도 7에 게시된 발명에 대한 상면도.
도 9는 본 발명인 블레이드의 팁 실링구조에 대한 제2 실시예를 나타낸 측면도.
도 10은 도 9에 게시된 발명에 대한 상면도.
도 11은 본 발명인 블레이드의 팁 실링구조에 대한 제3 실시예를 나타낸 측면도.
도 12는 도 9에 게시된 발명에 대한 상면도.
도 13은 본 발명이 적용되는 가스터빈의 일 형태를 나타낸 측단면도.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 블레이드 팁의 실링구조의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 대한 설명에 앞서 가스터빈(100)의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 13을 참조하면, 가스터빈은 기본적으로 외관을 형성하는 케이싱(casing;200), 공기를 압축하는 압축기 섹션(compressor section;400), 공기를 연소하는 연소기(combuster;500), 연소된 가스를 이용하여 발전하는 터빈섹션(turbine section;600), 배기가스를 배출하는 디퓨져(diffuser;700) 및 압축기섹션(400)과 터빈섹션(600)을 연결하여 회전동력을 전달하는 로터(rotor;300)를 포함하여 구성될 수 있다.

열역학적으로 가스터빈의 상류측에 해당하는 압축기 섹션(compressor section)으로는 외부의 공기가 유입되어 단열압축 과정을 거치게 된다. 압축된 공기는 연소기 섹션(combuster section)으로 유입되어 연료와 혼합되어 등압연소 과정을 거치고, 연소가스는 가스터빈의 하류측에 해당하는 터빈 섹션(turbine section)으로 유입되어 단열팽창 과정을 거치게 된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상기 케이싱(10)의 전방에 압축기 섹션(400)이 위치하고, 후방에 터빈 섹션(600)이 구비된다.

상기 압축기 섹션(400)과 상기 터빈 섹션(600)의 사이에는 상기 터빈 섹션(600)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기 섹션(400)로 전달하는 토크튜브(320)이 구비된다.

상기 압축기 섹션(400)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(410)이 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(410)들은 타이로드(310)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다.

상기 각각의 압축기 로터 디스크(410) 중앙을 상기 타이로드(310)이 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 상기 압축기 로터 디스크(410)의 외주부 부근에는 이웃한 로터 디스크에 상대 회전이 불가능하도록 결합되는 플랜지(미도시)가 축 방향으로 돌출되게 형성된다.

상기 압축기 로터 디스크(410)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(blade;420)(또는 bucket으로 지칭)가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 블레이드(420)은 도브 테일부(미도시)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(410)에 체결된다.

도브 테일부의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 도브 테일외의 다른 체결장치를 이용하여 상기 압축기 블레이드(420)을 압축기 로터 디스크(410)에 체결할 수 있다.

이때 케이싱(200) 중 압축기 섹션(400)의 내주면에는 상기 압축기 블레이드(420)의 상대 회전운동에 대한 베인(미도시)(또는 노즐이라 지칭)이 다이아프램(미도시)상에 장착되며 배치될 수 있다.

상기 타이로드(310)은 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크(410)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크(410) 내에 체결되고, 타측 단부는 상기 토크튜브(320)에 고정된다.

상기 타이로드(310)의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도면에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다.

하나의 타이로드(310)이 압축기 로터 디스크(410)의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이로드(310)이 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

도시되지는 않았으나, 가스 터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 디퓨저의 다음 위치에 가이드깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(desworler)라고 한다.

상기 연소기(500)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압 연소과정으로 연소기(500) 및 터빈 섹션(600)의 부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.

가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기(500)은 셀 형태로 형성되는 케이싱(200) 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연소기(500)은 연료 분사 노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combuster Liner), 그리고 연소기와 터빈 섹션(600)의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기 섹션(400)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 라이너의 전단에는 연료노즐이 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합된다.

한편 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 섹션(600) 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다.

상기 트랜지션피스는 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기 섹션(400)부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.

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

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

한편, 일반적으로 터빈 섹션(600)에서는 연소기(500)에서 나온 고온, 고압의 연소가스가 팽창하면서 터빈 섹션(600)의 회전날개에 충동, 반동력을 주어 기계적인 에너지로 변환한다.

터빈 섹션(600)에서 얻은 기계적 에너지는 압축기 섹션(400)에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며 나머지는 발전기를 구동하는데 이용되어 전력을 생산하게 된다.

상기 터빈 섹션(600)에는 차실 내에 복수의 정익 및 동익이 교대로 배치 형성되어 구성되어 있고, 연소 가스에 의해 동익을 구동시킴으로써 발전기가 연결되는 출력축을 회전 구동시키고 있다.

이를 위해, 상기 터빈 섹션(300)에는 복수의 터빈 로터 디스크(610)이 구비된다. 상기 각각의 터빈 로터 디스크(610)은 기본적으로는 상기 압축기 로터 디스크(410)과 유사한 형태를 갖는다.

상기 터빈 로터 디스크(610) 역시 이웃한 터빈 로터 디스크(620)과 결합되기 위한 구비한 플랜지(미도시)를 구비하고, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(620)(또는 bucket으로 지칭)를 포함한다. 상기 터빈 블레이드(620) 역시 도브테일 방식으로 상기 터빈 로터 디스크(610)에 결합될 수 있다.

이때 케이싱(200) 중 터빈 섹션(600)의 내주면에는 상기 터빈 블레이드(620)의 상대 회전운동에 대한 베인(미도시)(또는 노즐이라 지칭)이 다이아프램(미도시)상에 장착되며 배치될 수 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 가스터빈에 있어서, 유입된 공기는 압축기 섹션(400)에서 압축되고, 연소기(500)에서 연소된 후, 터빈 섹션(600)로 이동되어 발전 구동하고, 디퓨저(700)을 통해 대기중으로 배출된다.

여기서, 상기 토크튜브(320), 압축기 로터 디스크(410), 압축기 블레이드(420), 터빈 로터 디스크(610), 터빈 블레이드(620), 타이로드(310) 등은 회전 구성요소로서 일체로 로터(300) 또는 회전체라고 지칭될 수 있다. 그리고 케이싱(200), 베인(vane;미도시), 다이아프램(diaphram;미도시) 등은 비회전 구성요소로서 일체로 스테이터(stator) 또는 고정체라고 지칭될 수 있다.

가스터빈에 대한 일반적인 한 형태의 구조는 상기와 같으며, 이하에서는 이러한 가스터빈에 적용되는 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

[제1 실시예]

도 3은 본 발명인 블레이드의 팁 실링구조에 대한 제1 실시예의 일 형태를 나타낸 측면도이고, 도 4는 도 3에 게시된 발명에 대한 상면도이다. 도 5는 본 발명인 블레이드의 팁 실링구조에 대한 제1 실시예의 다른 형태를 나타낸 측면도이고, 도 6은 도 5에 게시된 발명에 대한 상면도이다. 도 7은 본 발명인 블레이드의 팁 실링구조에 대한 제1 실시예의 또 다른 형태를 나타낸 측면도이고, 도 8은 도 7에 게시된 발명에 대한 상면도이다.

우선 도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명인 블레이드의 팁 실링구조(10)에 대한 제1 실시예의 일 형태에서는 버킷의 블레이드(30) 및 팁실링부재(40)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 버킷은 고정체(20)의 내부에 배치된 로터의 길이방향을 따라 결합된 로터디스크의 외주면을 따라 복수개가 장착될 수 있으며, 블레이드(30)를 포함할 수 있다.

상기 팁실링부재(40)는 상기 블레이드(30)의 단부에 복수의 열로 배치되고, 고정체(20)의 내주면과 블레이드(30)의 단부간의 간격을 통한 작동유체의 누설을 방지하도록 제공될 수 있다.

이러한 상기 팁실링부재(40)는 블레이드(30)의 단부상에서 로터의 회전축에 수직하게 복수의 열로 배치되거나 또는 로터의 회전축에 일정각도(α)를 이루며 복수의 열로 배치되며, 단부는 평탄하게 처리된 직형부(41,42,43)를 포함할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 대한 일 형태에서는 도 3에서와 같이 상기 직형부(41,42,43)는 서로 동일한 두께(D1)로 형성될 수 있다.

그리고 도 4에서와 같이 작동유체(G)의 흐름방향에 수직하게 블레이드(30)의 단부에 배치되며, 작동유체(G)의 누설을 완화하게 된다. 복수의 겹으로 되어 있어 작동유체(G)의 누설은 종래 기술에 비해 어렵게 된다.

또한 버킷의 회전방향(R)을 고려하여 블레이드(30)의 단부상에서 로터의 회전축, 즉 작동유체(G)의 유입방향을 고려한 일정각도(α)로 설정 배치될 수 있다. 이 경우 작동유체(G)를 유입방향측으로 회귀시키기 위해, 로터의 회전축을 기준으로 둔각으로 결정될 수 있다.

작동유체(G)의 역방향 회귀에 의해 난류 발생을 최소화하기 위해 설정될 수 있는 직형부(41,42,43)의 둔각 범위는 95°~105°가 적당할 수 있다.

다음으로, 도 5 및 도 6를 참고하면 본 발명에 대한 제1 실시예의 다른 형태에서는 직형부(41,42,43)는 상기 블레이드(30)의 외측에서 중앙측으로 갈수록 두께가 서로 다르게 구성될 수 있다. 본 발명에서는 상기 직형부(41,42,43)의 두께는 상기 블레이드(30)의 외측에서 중앙측으로 갈수록 점차 작아지도록 구성될 수 있다.

블레이드(30)의 양측부에서 작동유체의 누설 방지 효과가 가장 크게 나타나므로, 그 부분에 배치되는 직형부(41)의 두께(D1)를 가장 크게 설정하고, 블레이드(30)의 중앙부에서는 작동유체의 누설 방지 효과가 상대적으로 낮아지므로, 직형부(42,43)의 두께(D2,D3)는 점차 작아지도록 구성함으로써, 블레이드(30) 부위의 경량화를 도출한다.

상기와 같은 배치를 통해 작동유체(G)의 누설을 방지하는 효과를 높임과 동시에 경량화를 달성하게 된다.

한편, 본 발명에 대한 제1 실시예의 다른 형태에서는 차단턱(45)을 더 포함할 수 있다. 상기 차단턱(45)은 복수의 열로 배치된 상기 직형부(41,42,43) 사이에 배치되고, 단부는 평탄하게 처리되며, 상기 블레이드(30)의 회전시 상기 블레이드(30)의 단부와 상기 고정체(20)의 내부 사이에서 유체장벽을 형성하도록 제공될 수 있다.

버킷의 블레이드(30)가 회전할 때, 상기 직형부(41,42,43)를 통과하게 된 작동유체(G)는 상기 차단턱(45)에 의해 외측 방향으로 1회전에 한번씩 밀림에 따라 간접적으로 유체장벽을 형성하게 되고, 이는 직형부(41,42,43) 사이의 공간에서 다른 하나의 누설 방지 기능을 유도하게 된다.

이러한 차단턱(45)은 상기 직형부(41,42,43) 사이에서 로터의 축방향을 기준으로 서로 다른 위치에 배치될 수 있으나, 반드시 이에 한정될 것은 아니다. 서로 다른 위치에 배치되는 경우에는 유체장벽을 시간차를 두고 형성하기 때문에, 실링효과는 더욱 향상될 수 있다.

다음으로, 도 7 및 도 8를 참고하면, 본 발명에 대한 제1 실시예의 또 다른 형태에서는 상기 팁실링부재(40)는 상기 직형부(41,42,43)와 연결되며, 로터의 회전축에 수직하게 배치되거나 또는 로터의 회전축에 일정각도(θ)를 이루며 배치되고, 단부는 평탄하게 처리된 절곡부(47)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 직형부(41,42,43)를 통과하게 된 작동유체(G)는, 블레이드(30)의 회전시 상기 절곡부(47)에 의해 흐름 반대방향으로 밀리게 되고, 이러한 지속적인 밀림에 의해 작동유체(G)는 다시 역방향으로 회귀하게 된다.

여기서 상기 절곡부(47)의 형성각도는 로터의 축방향을 기준으로 예각이 적당하며, 적정 절곡각도(θ) 범위는 65°~85° 사이가 적당할 수 있다. 65° 미만에서는 절곡면에 의해 충격마찰이 심해져 블레이드(30)의 회전에 방해인자가 될 수 있으며, 85° 초과인 경우 작동유체(G)에 대한 역방향 회귀능력이 지나치게 낮아져, 절곡부(47)의 기능이 제대로 발휘되지 않을 수 있다.

[제2 실시예]

도 9는 본 발명인 블레이드의 팁 실링구조에 대한 제2 실시예를 나타낸 측면도이고, 도 10은 도 9에 게시된 발명에 대한 상면도이다.

도 9 및 도 10을 참고하면, 본 발명인 블레이드의 팁 실링구조(10)에 대한 제2 실시예에서는 버킷의 블레이드(30) 및 팁실링부재(60)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 팁실링부재(60)는 상기 블레이드(30)의 단부에 복수의 열로 배치되고, 고정체(20)의 내주면과 블레이드(30)의 단부간의 간격을 통한 작동유체의 누설을 방지하도록 제공될 수 있다.

여기서 상기 팁실링부재(60)는 로터의 회전축에 수직하게 배치되고, 단부가 라운딩 처리된 제1 라운딩부(61,62,63) 및 상기 제1 라운딩부(61,62,63)와 연결되고, 로터의 회전축에 일정각도를 이루며 배치되며, 단부가 라운딩 처리된 제2 라운딩부(67)를 포함할 수 있다.

본 발명에 대한 제2 실시예에서는 제1 라운딩부(61,62,63) 및 제2 라운딩부(67)는 상기 블레이드(30)의 외측에서 중앙측으로 갈수록 두께가 서로 다르게 구성될 수 있다. 본 발명에서는 상기 제1 라운딩부(61,62,63) 및 제2 라운딩부(67)의 두께는 상기 블레이드(30)의 외측에서 중앙측으로 갈수록 점차 작아지도록 구성될 수 있다.

블레이드(30)의 양측부에서 작동유체의 누설 방지 효과가 가장 크게 나타나므로, 그 부분에 배치되는 제1 라운딩부(61)의 두께(D1)를 가장 크게 설정하고, 블레이드(30)의 중앙부에서는 작동유체의 누설 방지 효과가 상대적으로 낮아지므로, 제1 라운딩부(62,63)의 두께(D2,D3)는 점차 작아지도록 구성함으로써, 블레이드(30) 부위의 경량화를 도출한다. 이는 제2 라운딩부(67)에도 동일하게 적용된다.

한편, 본 발명에 대한 제2 실시예에서는 라운딩턱(65)을 더 포함할 수 있다. 상기 라운딩턱(65)은 복수의 열로 배치된 상기 제1 라운딩부(61,62,63) 사이에 배치되고, 단부는 라운딩되게 처리되며, 상기 블레이드(30)의 회전시 상기 블레이드(30)의 단부와 상기 고정체(20)의 내부 사이에서 유체장벽을 형성하도록 제공될 수 있다.

버킷의 블레이드(30)가 회전할 때, 상기 제1 라운딩부(61,62,63)를 통과하게 된 작동유체(G)는 상기 라운딩턱(65)에 의해 외측 방향으로 1회전에 한번씩 밀림에 따라 간접적으로 유체장벽을 형성하게 되고, 이는 제1 라운딩부(61,62,63) 사이의 공간에서 다른 하나의 누설 방지 기능을 유도하게 된다.

이러한 라운딩턱(65)은 상기 제1 라운딩부(61,62,63) 사이에서 로터의 축방향을 기준으로 서로 다른 위치에 배치될 수 있으나, 반드시 이에 한정될 것은 아니다. 서로 다른 위치에 배치되는 경우에는 유체장벽을 시간차를 두고 형성하기 때문에, 실링효과는 더욱 향상될 수 있다.

또한 경량화를 위해 작동유체(G)의 흐름 반대방향으로 점차 높이가 낮아지도록 구성될 수 있다.

즉 작동유체(G) 유입방향에 인접한 측의 제1 라운딩부(61,62,63) 접촉면에서는 비교적 높이를 높게 형성하여 유체장벽을 상대적으로 강하게 형성하고, 작동유체(G) 유입 반대방향에 인접한 측의 제1 라운딩부(62,63) 접촉면에서는 비교적 높이를 낮게 형성하여 유체장벽 형성보다는 경량화를 고려하는 것이다.

그리고 본 발명에 대한 제2 실시예에서는 상기 제2 라운딩부(67)는 로터의 회전축에 일정각도(Φ)를 이루며 배치되는데,

상기 제1 라운딩부(61,62,63)를 통과하게 된 작동유체(G)는, 블레이드(30)의 회전시 상기 제2 라운딩부(67)에 의해 흐름 반대방향으로 밀리게 되고, 이러한 지속적인 밀림에 의해 작동유체(G)는 다시 역방향으로 회귀하게 된다.

여기서 상기 제2 라운딩부(67)의 형성각도는 로터의 축방향을 기준으로 예각이 적당하며, 적정 형성각도(θ) 범위는 65°~85° 사이가 적당할 수 있다. 65° 미만에서는 라운딩면에 의해 충격마찰이 심해져 블레이드(30)의 회전에 방해인자가 될 수 있으며, 85° 초과인 경우 작동유체(G)에 대한 역방향 회귀능력이 지나치게 낮아져, 제2 라운딩부(67)의 기능이 제대로 발휘되지 않을 수 있다.

[제3 실시예]

도 11은 본 발명인 블레이드의 팁 실링구조에 대한 제3 실시예를 나타낸 측면도이고, 도 12는 도 9에 게시된 발명에 대한 상면도이다.

도 11 및 도 12을 참고하면, 본 발명인 블레이드의 팁 실링구조(10)에 대한 제3 실시예에서는 버킷의 블레이드(30) 및 팁실링부재(70)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 팁실링부재(70)는 상기 블레이드(30)의 단부에 복수의 열로 배치되고, 고정체(20)의 내주면과 블레이드(30)의 단부간의 간격을 통한 작동유체의 누설을 방지하도록 제공될 수 있다.

여기서 상기 팁실링부재(70)는 로터의 회전축에 수직하게 배치되고, 로터의 회전방향으로 테이퍼지게 처리된 테이퍼부(71,72,73)를 포함할 수 있다.

본 발명에 대한 제3 실시예에서는 테이퍼부(71,72,73)는 상기 블레이드(30)의 외측에서 중앙측으로 갈수록 두께가 서로 다르게 구성될 수 있다. 본 발명에서는 상기 테이퍼부(71,72,73)의 두께는 상기 블레이드(30)의 외측에서 중앙측으로 갈수록 점차 작아지도록 구성될 수 있다.

블레이드(30)의 양측부에서 작동유체의 누설 방지 효과가 가장 크게 나타나므로, 그 부분에 배치되는 테이퍼부(71)의 두께(D1)를 가장 크게 설정하고, 블레이드(30)의 중앙부에서는 작동유체의 누설 방지 효과가 상대적으로 낮아지므로, 테이퍼부(72,73)의 두께(D2,D3)는 점차 작아지도록 구성함으로써, 블레이드(30) 부위의 경량화를 도출한다.

한편, 본 발명에 대한 제3 실시예에서는 경사턱(75)을 더 포함할 수 있다. 상기 경사턱(75)은 복수의 열로 배치된 상기 테이퍼부(71,72,73) 사이에 배치되고, 단부는 경사지게 처리되며, 상기 블레이드(30)의 회전시 상기 블레이드(30)의 단부와 상기 고정체(20)의 내부 사이에서 유체장벽을 형성하도록 제공될 수 있다.

버킷의 블레이드(30)가 회전할 때, 상기 테이퍼부(71,72,73)를 통과하게 된 작동유체(G)는 상기 경사턱(75)에 의해 외측 방향으로 1회전에 한번씩 밀림에 따라 간접적으로 유체장벽을 형성하게 되고, 이는 테이퍼부(71,72,73) 사이의 공간에서 다른 하나의 누설 방지 기능을 유도하게 된다.

이러한 경사턱(75)은 상기 테이퍼부(71,72,73) 사이에서 로터의 축방향을 기준으로 서로 다른 위치에 배치될 수 있으나, 반드시 이에 한정될 것은 아니다. 서로 다른 위치에 배치되는 경우에는 유체장벽을 시간차를 두고 형성하기 때문에, 실링효과는 더욱 향상될 수 있다.

즉 작동유체(G) 유입방향에 인접한 측의 테이퍼부(71,72,73) 접촉면에서는 비교적 높이를 높게 형성하여 유체장벽을 상대적으로 강하게 형성하고, 작동유체(G) 유입 반대방향에 인접한 측의 테이퍼부(72,73) 접촉면에서는 비교적 높이를 낮게 형성하여 유체장벽 형성보다는 경량화를 고려하는 것이다.

한편, 본 발명인 회전체는 상기 블레이드의 팁 실링구조(10)를 포함하는 버킷 및 상기 버킷이 외주면을 따라 복수개가 장착되는 로터디스크가 복수의 열로 배치되는 로터를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 본 발명인 가스터빈은 케이싱(200)과 상기 케이싱(200)에서 작동유체가 유입되는 전면측에 배치되고, 작동유체를 압축하도록 제공되는 압축기 섹션(400)과 상기 케이싱(200)의 중간측에 배치되고, 상기 압축기 섹션(400)과 연결되며, 압축된 작동유체를 연료와 혼합하여 연소되도록 제공되는 연소기(500)와 상기 케이싱(200)의 후면측에 배치되고, 상기 연소기(500)와 연결되며, 연소가스로 동력을 생산하도록 제공되는 터빈 섹션(600)과 상기 케이싱(200)의 후단에 배치되고, 상기 터빈 섹션(600)과 연결되며, 작동유체가 배출되도록 제공되는 디퓨져(700) 및 상기 압축기 섹션(400)과 상기 터빈 섹션(600)을 연결하는 상기 회전체(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

이상의 사항은 블레이드 팁의 실링구조의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.

10:블레이드의 팁 실링구조
20:고정체
30:버킷의 블레이드
40,60,70:팁실링부재
41,42,43:직형부
45:차단턱
47:절곡부
61,62,63:제1 라운딩부
65:라운딩턱
67:제2 라운딩부
71,72,73:테이퍼부
75:경사턱

Claims

고정체의 내부에 배치된 로터의 길이방향을 따라 결합된 로터디스크의 외주면에 장착되는 버킷의 블레이드; 및
상기 블레이드의 단부에 복수의 열로 배치되고, 고정체의 내주면과 블레이드의 단부간의 간격을 통한 작동유체의 누설을 방지하도록 제공되는 팁실링부재;를 포함하되,
상기 팁실링부재는 로터의 회전축에 수직하게 배치되거나 또는 로터의 회전축에 일정각도를 이루며 배치되며, 단부는 평탄하게 처리된 직형부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제1항에 있어서,
상기 직형부는 상기 블레이드의 외측에서 중앙측으로 갈수록 두께가 서로 다른 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제2항에 있어서,
상기 직형부의 두께는 상기 블레이드의 외측에서 중앙측으로 갈수록 점차 작아지는 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제1항에 있어서,
상기 팁실링부재는 상기 직형부와 연결되며, 로터의 회전축에 수직하게 배치되거나 또는 로터의 회전축에 일정각도를 이루며 배치되고, 단부는 평탄하게 처리된 절곡부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제4항에 있어서,
상기 절곡부가 로터의 회전축에 대해 이루는 절곡각도(θ)는 블레이드의 회전방향으로 예각인 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제5항에 있어서,
상기 절곡각도(θ)의 범위는 65° ~ 85° 인 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제1항에 있어서,
상기 팁실링부재는 복수의 열로 배치된 상기 직형부 사이에 배치되고, 단부는 평탄하게 처리되며, 상기 블레이드의 회전시 상기 블레이드의 단부와 상기 고정체의 내부 사이에서 유체장벽을 형성하도록 제공되는 차단턱;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제1항에 있어서,
상기 직형부가 로터의 회전축에 대해 이루는 일정각도(α)는 블레이드의 회전방향으로 둔각인 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제8항에 있어서,
상기 둔각 범위는 95° ~ 105° 인 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
고정체의 내부에 배치된 로터의 길이방향을 따라 결합된 로터디스크의 외주면에 장착되는 버킷의 블레이드; 및
상기 블레이드의 단부에 복수의 열로 배치되고, 고정체의 내주면과 블레이드의 단부간의 간격을 통한 작동유체의 누설을 방지하도록 제공되는 팁실링부재;를 포함하되,
상기 팁실링부재는 로터의 회전축에 수직하게 배치되고, 단부가 라운딩 처리된 제1 라운딩부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제10항에 있어서,
상기 팁실링부재는 상기 제1 라운딩부와 연결되고, 로터의 회전축에 일정각도를 이루며 배치되며, 단부가 라운딩 처리된 제2 라운딩부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제11항에 있어서,
상기 제1,2 라운딩부는 상기 블레이드의 외측에서 중앙측으로 갈수록 두께가 서로 다른 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제12항에 있어서,
상기 제1,2 라운딩부의 두께는 상기 블레이드의 외측에서 중앙측으로 갈수록 점차 작아지는 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제10에 있어서,
상기 팁실링부재는 복수의 열로 배치된 상기 제1 라운딩부 사이에 배치되고, 단부는 라운딩 처리되며, 상기 블레이드의 회전시 상기 블레이드의 단부와 상기 고정체의 내부 사이에서 유체장벽을 형성하도록 제공되는 라운딩턱;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
고정체의 내부에 배치된 로터의 길이방향을 따라 결합된 로터디스크의 외주면에 장착되는 버킷의 블레이드; 및
상기 블레이드의 단부에 복수의 열로 배치되고, 고정체의 내주면과 블레이드의 단부간의 간격을 통한 작동유체의 누설을 방지하도록 제공되는 팁실링부재;를 포함하되,
상기 팁실링부재는 로터의 회전축에 수직하게 배치되고, 로터의 회전방향으로 테이퍼지게 처리된 테이퍼부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제15항에 있어서,
상기 테이퍼부는 상기 블레이드의 외측에서 중앙측으로 갈수록 두께가 서로 다른 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제16항에 있어서,
상기 테이퍼부의 두께는 상기 블레이드의 외측에서 중앙측으로 갈수록 점차 작아지는 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
제15항에 있어서,
상기 팁실링부재는 복수의 열로 배치된 상기 테이퍼부 사이에 배치되고, 단부는 경사지게 처리되며, 상기 블레이드의 회전시 상기 블레이드의 단부와 상기 고정체의 내부 사이에서 유체장벽을 형성하도록 제공되는 경사턱;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드의 팁 실링구조.
상기 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 블레이드의 팁 실링구조를 포함하는 버킷; 및
상기 버킷이 외주면을 따라 복수개가 장착되는 로터디스크가 복수의 열로 배치되는 로터;
를 포함하는 회전체.
케이싱;
상기 케이싱에서 작동유체가 유입되는 전면측에 배치되고, 작동유체를 압축하도록 제공되는 압축기 섹션;
상기 케이싱의 중간측에 배치되고, 상기 압축기 섹션과 연결되며, 압축된 작동유체를 연료와 혼합하여 연소되도록 제공되는 연소기;
상기 케이싱의 후면측에 배치되고, 상기 연소기와 연결되며, 연소가스로 동력을 생산하도록 제공되는 터빈 섹션;
상기 케이싱의 후단에 배치되고, 상기 터빈 섹션과 연결되며, 작동유체가 배출되도록 제공되는 디퓨져; 및
상기 압축기 섹션과 상기 터빈 섹션을 연결하는 상기 제19항의 회전체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈