KR20190041702A

KR20190041702A - 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조와 이를 포함하는 회전체 및 가스터빈

Info

Publication number: KR20190041702A
Application number: KR1020170133241A
Authority: KR
Inventors: 송진우
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-04-23
Also published as: KR102025147B1

Abstract

본 발명은 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조에 관한 것으로, 버킷의 도브테일의 단부에서 길이방향을 따라 소정간격을 두고 복수개로 배치되는 냉각유체 유입홀과 버킷의 도브테일의 길이방향을 따라 관통되게 형성되고, 상기 유입홀에 인접하게 배치되는 결합부 및 상기 결합부에 삽입 배치되고, 버킷의 내부유로와 상기 유입홀을 연통하는 복수개의 슬롯이 길이방향을 따라 형성된 조절부재를 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 쓰로틀 플레이트(throttle plate)의 결합 방식을 개선하여 블레이징(brazing) 처리에 의한 재질 변형을 방지하고, 슬롯 구조를 개선하여 냉각유체의 효과적인 유동을 유도하는 효과가 있다.

Description

버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조와 이를 포함하는 회전체 및 가스터빈{STRUCTURE FOR COMBINING THROTTLE PLATE OF BUCKET, ROTOR AND GAS TURBINE}

본 발명은 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버킷의 도브테일의 단부에 배치되고 버킷의 내부유로와 연결되어 냉각유체를 유입시키는 쓰로틀 플레이트(throttle plate)의 결합 및 슬롯 구조에 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, 버킷의 냉각은 중요한 기술요소 중 하나이다. 도 1에는 종래 버킷(1)의 냉각을 위한 내부유로로 냉각유체가 진입하도록 제공되는 쓰로틀 플레이트(throttle plate;3)가 게시되어 있다.

쓰로틀 플레이트(3)는 버킷(1)의 도브테일(2)의 단부에 배치된다. 쓰로틀 플레이트(3)는 복수개의 슬롯(4)이 도브테일(2)의 길이방향을 따라 형성되고, 슬롯(4)은 버킷의 내부유로와 연결되며, 냉각유체의 유입을 안내하게 된다.

그런데 종래 쓰로틀 플레이트(3)는 도브테일(2)의 단부에 블레이징(brazzing;A) 처리하여 접합하게 된다. 이와 같은 접합 방식은 공정을 복잡하게 하고, 열처리로 인한 소재의 성질 변화 가능성이 있으며, 이는 부품의 내구성 또는 강도 저하를 유발할 수 있다.

미국공개 특허번호: US 2011-0236206 A1

본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 버킷의 도브테일의 단부에 배치되고 버킷의 내부유로와 연결되어 냉각유체를 유입시키는 쓰로틀 플레이트(throttle plate)의 결합 방식을 개선하고 냉각유체의 효과적인 유동을 위한 슬롯 구조를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조에 관한 것으로, 버킷의 도브테일의 단부에서 길이방향을 따라 소정간격을 두고 복수개로 배치되는 냉각유체 유입홀과 버킷의 도브테일의 길이방향을 따라 관통되게 형성되고, 상기 유입홀에 인접하게 배치되는 결합부 및 상기 결합부에 삽입 배치되고, 버킷의 내부유로와 상기 유입홀을 연통하는 복수개의 슬롯이 길이방향을 따라 형성된 조절부재를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 조절부재의 슬롯은 냉각유체의 유입 방향 측으로 경사진 형상일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 조절부재의 슬롯은 외부에서 버킷의 내부유로 방향으로 갈수록, 유입단면적이 축소되는 테이퍼진 형상일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 조절부재의 슬롯 중 적어도 일부는 다른 유입단면적으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 조절부재의 양측단 일부는 절개부가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 조절부재의 복수개의 슬롯 중 적어도 일부는 다른 유입단면적으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 조절부재는 적층되는 복수개의 조절판으로 이뤄지되, 상기 복수개의 조절판은 서로 다른 슬롯 형상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 조절판은, 상기 결합부의 내부에서 상기 유입홀 방향측에 배치되고, 제1 테이퍼각으로 형성된 슬롯을 포함하는 제1 판 및 상기 결합부의 내부에서 버킷의 내부유로 방향측에 배치되고, 제2 테이퍼각으로 형성된 슬롯을 포함하는 제2 판을 포함하되, 상기 제2 테이퍼각은 상기 제1 테이퍼각보다 크게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 조절판은, 상기 결합부의 내부에서 상기 제2 판과 버킷의 내부유로 사이에 배치되고, 제3 테이퍼각으로 형성된 슬롯을 포함하는 제3 판을 더 포함하되, 상기 제3 테이퍼각은 상기 제2 테이퍼각보다 크게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 조절판은, 상기 결합부의 내부에서 상기 유입홀 방향측에 배치되고, 냉각유체의 유입 방향측으로 경사지게 형성된 슬롯을 포함하는 제1 판 및 상기 결합부의 내부에서 버킷의 내부유로 방향측에 배치되고, 제4 테이퍼각으로 형성된 슬롯을 포함하는 제2 판을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제2 판의 슬롯은 상기 제1 판의 슬롯의 유입단면적 범위내에서 복수의 유입단면적으로 분할될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 결합부의 내부에서 상기 제2 판과 버킷의 내부유로 사이에 배치되고, 제5 테이퍼각으로 형성된 슬롯을 포함하는 제3 판을 더 포함하되, 상기 제5 테이퍼각은 상기 제2 판에서 버킷의 내부유로 방향으로 갈수록 유입단면적이 확장될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 조절판은, 상기 결합부의 내부에서 상기 유입홀 방향측에 배치되고, 소정 곡률로 라운딩 처리된 슬롯을 포함하는 제1 판 및 상기 결합부의 내부에서 버킷의 내부유로 방향측에 배치되고, 제6 테이퍼각으로 형성된 슬롯을 포함하는 제2 판을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명인 회전체는 상기 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조를 포함하는 버킷과 상기 버킷의 도브테일이 결합되는 버킷장착부가 원주방향을 따라 소정간격을 두고 복수개로 배치된 로터디스크 및 축 방향을 따라 상기 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 섹션 및 상기 케이싱의 후단에 배치되고, 상기 터빈 섹션과 연결되며, 작동유체가 배출되도록 제공되는 디퓨져를 포함하되, 상기 회전체는 상기 압축기 섹션과 상기 터빈 섹션을 하나의 회전축으로 연결하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 쓰로틀 플레이트의 결합 방식을 삽입 방식으로 개선하여 종래의 접합구조에서 문제되었던 블레이징(brazing) 처리에 의한 재질 변형을 방지하였다.

그리고 쓰로틀 플레이트의 슬롯 구조를 개선하여 냉각유체의 효과적인 유동을 유도하여, 버킷의 내부유로로 진입하는 냉각유체에 의한 냉각능력을 높일 수 있다.

도 1은 종래 버킷의 도브테일의 단부에 접합된 쓰로틀 플레이트 결합구조를 나타낸 도면.
도 2는 버킷의 도브테일의 단부에 배치된 본 발명인 쓰로틀 플레이트 결합구조를 나타낸 도면.
도 3은 도 2에서의 B-B' 부분단면도.
도 4는 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 슬롯 형상에 대한 일 형태를 나타낸 부분측단면도.
도 5는 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 슬롯 형상에 대한 다른 형태를 나타낸 부분측단면도.
도 6는 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 슬롯 형상에 대한 또 다른 형태를 나타낸 부분측단면도.
도 7는 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 적층구조 및 슬롯 형상에 대한 또 다른 형태를 나타낸 부분측단면도.
도 8는 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 적층구조 및 슬롯 형상에 대한 또 다른 형태를 나타낸 부분측단면도.
도 9는 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 적층구조 및 슬롯 형상에 대한 또 다른 형태를 나타낸 부분측단면도.
도 10은 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 슬롯 형상에 대한 하면도.
도 11은 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 절개부를 나타낸 하면도.
도 12는 본 발명이 적용되는 가스터빈에 대한 일 형태를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.

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

첨부된 도 12를 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.

도 2는 버킷의 도브테일의 단부에 배치된 본 발명인 쓰로틀 플레이트 결합구조를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에서의 B-B' 부분단면도이며, 도 4는 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 슬롯 형상에 대한 일 형태를 나타낸 부분측단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명인 쓰로틀 플레이트의 결합구조(10)는 유입홀(25), 결합부(27) 및 조절부재(50)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 유입홀(25)은 버킷(20)의 도브테일(23)의 단부에서 길이방향을 따라 소정간격을 두고 복수개로 배치될 수 있으며, 냉각유체가 유입되는 부분이다.

상기 결합부(27)는 버킷(20)의 도브테일(23)의 길이방향을 따라 관통되게 형성되고, 상기 유입홀(25)에 인접하게 배치될 수 있다.

상기 조절부재(50)는 상기 결합부(27)에 삽입 배치될 수 있고, 버킷(20)의 내부유로(미도시)와 상기 유입홀(25)을 연통하는 복수개의 슬롯(51)이 길이방향을 따라 형성될 수 있다.

도 2에서와 같이 상기 조절부재(50)는 버킷(20)의 도브테일(23)의 일단면에서 상기 결합부(27)를 따라 삽입될 수 있으며, 도 3에 나타난 B-B’ 단면과 같이 상기 조절부재(50)는 상기 유입홀(25)에 인접하여 배치될 수 있다.

로터디스크(30)의 버킷장착부(32)와 버킷(20)의 도브테일(23)이 축방향으로 삽입되며 끼워질 때, 도브테일(23)과 버킷장착부(32)간에는 열팽창 보상을 위한 간격이 존재하고, 이 간격을 통해 냉각유체가 상기 유입홀(25)로 유입될 수 있다.

상기 유입홀(25)로 유입된 냉각유체는 도 4에서와 같이 상기 조절부재(50)의 슬롯(51)을 통과하며 안내되어 버킷(20)의 내부유로로 흐르며 버킷(20)을 냉각하게 된다.

한편, 도 5는 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 슬롯 형상에 대한 다른 형태를 나타낸 부분측단면도이다. 도 5를 참고하면, 상기 쓰로틀 플레이트의 슬롯(52)의 다른 형태는 일방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

이때 냉각유체의 흐름방향이 고려될 수 있다. 즉 냉각유체가 상기 버킷장착부(32)와 도브테일(23)간의 간격으로 유입되는 방향을 고려하여 슬롯(52)의 경사는 냉각유체의 흐름 방향으로 형성하는 것이다. 이 경우 냉각유체의 흐름은 보다 부드러워질 수 있다.

그리고, 도 6는 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 슬롯 형상에 대한 또 다른 형태를 나타낸 부분측단면도이다. 도 6를 참고하면, 상기 쓰로틀 플레이트의 슬롯(53)의 다른 형태는 외부에서 버킷의 내부유로 방향으로 갈수록, 유입단면적이 축소되는 테이퍼진 형상으로 형성될 수 있다.

이러한 형상은 유체에 대한 연속의 법칙이 고려된 것으로서, 냉각유체의 흐름방향을 따라 점차적으로 유입단면적이 축소됨으로써, 상대적으로 속도가 증가하게 된다.

이는 버킷의 내부유로 방향으로 냉각유체를 보다 고속으로 유입시킬 수 있어, 순환 증대의 효과를 유도할 수 있다. 냉각유체의 순환속도가 빨라지게 되면, 그 만큼 열전달이 빠르게 진행되어 냉각효과를 높이게 된다.

이때, 상기 조절부재(50)의 슬롯(53) 중 적어도 일부는 다른 유입단면적으로 형성될 수 있다.

도 6를 참고하면, 일부 슬롯(53a)는 다른 슬롯(53b)와는 다른 유입단면적으로 형성될 수 있다. 이는 조절부재(50)의 중앙측에는 상대적으로 유입단면적이 큰 슬롯(53b)를 배치하여 냉각유체의 유입을 증대시키고, 양측에는 상대적으로 유입단면적이 작은 슬롯(53a)를 배치하여 냉각유체의 흐름을 중앙측에 집중시키는 것과 같이, 사용자 목적에 따라 변경될 수 있다.

또한 도 10은 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 슬롯 형상에 대한 하면도이고, 도 11은 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 절개부(59)를 나타낸 하면도이다.

우선 도 10를 참고하면, 상기 조절부재(50)의 슬롯(54)은 동일한 크기가 길이방향을 따라 배치될 수 있다.

또 다른 형태로는 도 11에서와 같이, 상기 조절부재(50)의 양측단 일부에 절개부(59)가 형성되고, 절개부(59)의 내측에 배치되는 슬롯(55b)는 절개부(59)의 외측에 배치되는 슬롯(55a)보다 상대적으로 작은 유입단면적을 가지도록 구성될 수 있다. 이러한 절개부(59)의 구성은 조절부재(50)의 무게 절감의 효과를 고려한 것이다.

이때 냉각유체는 상기 유입홀(25)을 통과한 후에 조절부재(50)의 슬롯(55a,55b) 및 절개부(59)사이의 공간을 통해 버킷의 내부유로로 유입되게 된다.

한편, 도 7는 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 적층구조 및 슬롯 형상에 대한 또 다른 형태를 나타낸 부분측단면도이다.

도 7를 참고하면, 상기 조절부재(50)는 적층되는 복수개의 조절판으로 이뤄지되, 상기 복수개의 조절판은 서로 다른 슬롯 형상을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 조절판은 제1 판(60), 제2 판(70) 및 제3 판(80)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 판(60)은 상기 결합부(27)의 내부에서 상기 유입홀(25) 방향측에 배치되고, 제1 테이퍼각(θ1)으로 형성된 슬롯(62)을 포함할 수 있다.

그리고 상기 제2 판(70)은 상기 결합부(27)의 내부에서 버킷의 내부유로 방향측에 배치되고, 제2 테이퍼각(θ2)으로 형성된 슬롯(72)을 포함할 수 있다. 이때 상기 제2 테이퍼각(θ2)은 상기 제1 테이퍼각(θ1)보다 크게 형성될 수 있다.

상기 제3 판(80)은 상기 결합부(27)의 내부에서 상기 제2 판(70)과 버킷의 내부유로 사이에 배치되고, 제3 테이퍼각(θ3)으로 형성된 슬롯(82)을 포함할 수 있으며, 상기 제3 테이퍼각(θ3)은 상기 제2 테이퍼각(θ2)보다 크게 형성될 수 있다.

즉 상기 조절부재(50)는 3개의 판으로 적층접합된 형태로 제공될 수 있으며, 각 판에 형성된 슬롯은 서로 다른 테이퍼각으로 가공될 수 있다. 이와 같은 구조 또한 냉각유체가 각 판의 슬롯을 통과함에 따라 점차적으로 유입단면적이 축소되며 가속되는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 도 8는 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 적층구조 및 슬롯 형상에 대한 또 다른 형태를 나타낸 부분측단면도이다.

도 8를 참고하면, 상기 조절부재(50)는 적층되는 복수개의 조절판으로 이뤄지되, 상기 복수개의 조절판은 서로 다른 슬롯 형상을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 조절판은 제1 판(60), 제2 판(70) 및 제3 판(80)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 판(60)은 상기 결합부(27)의 내부에서 상기 유입홀(25) 방향측에 배치되고, 냉각유체의 유입 방향측으로 경사지게 형성된 슬롯(62)을 포함할 수 있다. 경사진 슬롯(62) 구조에 의해 상기 유입홀(25)로 유입된 냉각유체는 보다 원활하게 흐름방향으로 흐르며 상기 제2 판(70)으로 유입될 수 있다.

그리고 상기 제2 판(70)은 상기 결합부(27)의 내부에서 버킷의 내부유로 방향측에 배치되고, 제4 테이퍼각(θ4)으로 형성된 슬롯(72)을 포함할 수 있다. 이때 상기 제2 판(70)의 슬롯(72)은 상기 제1 판(60)의 슬롯의 유입단면적 범위내에서 복수의 유입단면적으로 분할되며 형성될 수 있다.

이러한 분할 배치를 통해 넓은 슬롯에서 발생될 수 있는 슬롯 중앙측에서의 유속 저하를 방지할 수 있다. 즉, 분할 슬롯(72)을 통해 냉각유체가 분산되며 유동함에 따라 유체 연속의 법칙상 전반적인 속도상승을 기대할 수 있다.

또한 상기 제3판은 상기 결합부(27)의 내부에서 상기 제2 판(70)과 버킷의 내부유로 사이에 배치되고, 제5 테이퍼각(θ5)으로 형성된 슬롯(82)을 포함할 수 있다.

이때 상기 제5 테이퍼각(θ5)은 상기 제2 판(70)에서 버킷의 내부유로 방향으로 갈수록 유입단면적이 확장되게 구성될 수 있다. 확장 형성은 버킷의 내부유로에 대한 분산력을 향상시킬 수 있다. 이는 버킷의 내부유로 형상에 따라 적절히 변경 선택될 수 있다.

다음으로, 도 9는 본 발명 중 쓰로틀 플레이트의 적층구조 및 슬롯 형상에 대한 또 다른 형태를 나타낸 부분측단면도이다.

도 9를 참고하면, 상기 조절부재(50)는 적층되는 복수개의 조절판으로 이뤄지되, 상기 복수개의 조절판은 서로 다른 슬롯 형상을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 조절판은 제1 판(60) 및 제2 판(70)을 포함하여 구성될 수 있다.

우선 상기 제1 판(60)은 상기 결합부(27)의 내부에서 상기 유입홀(25) 방향측에 배치되고, 소정 곡률(Φ)로 라운딩 처리된 슬롯(62)을 포함할 수 있다. 라운딩 형상에 따라 상기 유입홀(25)로 유입된 냉각유체는 곡선부를 따라 부드럽게 유동하며 상기 제2 판(70) 방향으로 유입될 수 있다.

상기 제2 판(70)은 상기 결합부(27)의 내부에서 버킷의 내부유로 방향측에 배치되고, 제6 테이퍼각(θ6)으로 형성된 슬롯(72)을 포함할 수 있다. 이와 같은 구조 또한 냉각유체가 슬롯(72)을 통과함에 따라 점차적으로 유입단면적이 축소되며 가속되는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명인 회전체는 상기 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조(10)를 포함하는 버킷과 상기 버킷의 도브테일(23)이 결합되는 버킷장착부(32)가 원주방향을 따라 소정간격을 두고 복수개로 배치된 로터디스크(30) 및 축 방향을 따라 상기 로터디스크(30)가 복수의 열로 배치되는 로터를 포함할 수 있다.

그리고, 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 섹션 및 상기 케이싱의 후단에 배치되고, 상기 터빈 섹션과 연결되며, 작동유체가 배출되도록 제공되는 디퓨져를 포함하되, 상기 회전체가 상기 압축기 섹션과 상기 터빈 섹션을 하나의 회전축으로 연결하는 구조로 제공될 수 있다.

이상의 사항은 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조의 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:버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조
20:버킷
21:블레이드
22:플랫폼
23:도브테일
25:유입홀
27:결합부
30:로터디스크
32:버킷장착부
50:조절부재
51,52,53a,53b,54,55a,55b:슬롯
59:절개부
60:제1 판
62:제1 판의 슬롯
70:제2 판
72:제2 판의 슬롯
80:제3 판
82:제3 판의 슬롯

Claims

버킷의 도브테일의 단부에서 길이방향을 따라 소정간격을 두고 복수개로 배치되는 냉각유체 유입홀;
버킷의 도브테일의 길이방향을 따라 관통되게 형성되고, 상기 유입홀에 인접하게 배치되는 결합부; 및
상기 결합부에 삽입 배치되고, 버킷의 내부유로와 상기 유입홀을 연통하는 복수개의 슬롯이 길이방향을 따라 형성된 조절부재;
를 포함하는 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조.
제1항에 있어서,
상기 조절부재의 슬롯은 냉각유체의 유입 방향 측으로 경사진 형상인 것을 특징으로 하는 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조.
제1항에 있어서,
상기 조절부재의 슬롯은 외부에서 버킷의 내부유로 방향으로 갈수록, 유입단면적이 축소되는 테이퍼진 형상인 것을 특징으로 하는 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조.
제3항에 있어서,
상기 조절부재의 슬롯 중 적어도 일부는 다른 유입단면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조.
제1항에 있어서,
상기 조절부재의 양측단 일부는 절개부가 형성된 것을 특징으로 하는 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조.
제5항에 있어서,
상기 조절부재의 복수개의 슬롯 중 적어도 일부는 다른 유입단면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조.
제1항에 있어서,
상기 조절부재는 적층되는 복수개의 조절판으로 이뤄지되, 상기 복수개의 조절판은 서로 다른 슬롯 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조.
제7항에 있어서,
상기 조절판은,
상기 결합부의 내부에서 상기 유입홀 방향측에 배치되고, 제1 테이퍼각으로 형성된 슬롯을 포함하는 제1 판; 및
상기 결합부의 내부에서 버킷의 내부유로 방향측에 배치되고, 제2 테이퍼각으로 형성된 슬롯을 포함하는 제2 판;
을 포함하되, 상기 제2 테이퍼각은 상기 제1 테이퍼각보다 큰 것을 특징으로 하는 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조.
제8항에 있어서,
상기 조절판은,
상기 결합부의 내부에서 상기 제2 판과 버킷의 내부유로 사이에 배치되고, 제3 테이퍼각으로 형성된 슬롯을 포함하는 제3 판을 더 포함하되, 상기 제3 테이퍼각은 상기 제2 테이퍼각보다 큰 것을 특징으로 하는 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조.
제7항에 있어서,
상기 조절판은,
상기 결합부의 내부에서 상기 유입홀 방향측에 배치되고, 냉각유체의 유입 방향측으로 경사지게 형성된 슬롯을 포함하는 제1 판; 및
상기 결합부의 내부에서 버킷의 내부유로 방향측에 배치되고, 제4 테이퍼각으로 형성된 슬롯을 포함하는 제2 판;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조.
제10항에 있어서,
상기 제2 판의 슬롯은 상기 제1 판의 슬롯의 유입단면적 범위내에서 복수의 유입단면적으로 분할되는 것을 특징으로 하는 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조.
제10항에 있어서,
상기 결합부의 내부에서 상기 제2 판과 버킷의 내부유로 사이에 배치되고, 제5 테이퍼각으로 형성된 슬롯을 포함하는 제3 판을 더 포함하되, 상기 제5 테이퍼각은 상기 제2 판에서 버킷의 내부유로 방향으로 갈수록 유입단면적이 확장되게 구성되는 것을 특징으로 하는 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조.
제7항에 있어서,
상기 조절판은,
상기 결합부의 내부에서 상기 유입홀 방향측에 배치되고, 소정 곡률로 라운딩 처리된 슬롯을 포함하는 제1 판; 및
상기 결합부의 내부에서 버킷의 내부유로 방향측에 배치되고, 제6 테이퍼각으로 형성된 슬롯을 포함하는 제2 판;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조.
상기 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 버킷의 쓰로틀 플레이트 결합구조를 포함하는 버킷;
상기 버킷의 도브테일이 결합되는 버킷장착부가 원주방향을 따라 소정간격을 두고 복수개로 배치된 로터디스크;
축 방향을 따라 상기 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; 및
상기 케이싱의 후단에 배치되고, 상기 터빈 섹션과 연결되며, 작동유체가 배출되도록 제공되는 디퓨져;를 포함하되,
상기 제14항의 회전체는 상기 압축기 섹션과 상기 터빈 섹션을 하나의 회전축으로 연결하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.