KR20220035649A - Stator and turbo-machine comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 케이싱; 상기 케이싱의 내주면에 설치되며, 상기 케이싱의 원주방향을 따라 배치되는 복수 개의 베인; 상기 복수 개의 베인 중에서 인접하는 두 베인은 서로 마주보는 면에 각각 씰슬롯이 형성되고, 상기 씰슬롯에 삽입되는 사이드씰; 및 상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중 어느 하나에 설치되며, 상기 사이드씰과 상기 씰슬롯의 내벽 사이를 씰링하는 씰인서트;를 포함하는 스테이터를 제공한다.The present invention, casing; A plurality of vanes installed on the inner peripheral surface of the casing and disposed along the circumferential direction of the casing; Among the plurality of vanes, two adjacent vanes each have seal slots formed on surfaces facing each other, and side seals are inserted into the seal slots; and a seal insert installed in one of the seal slots of the two adjacent vanes and sealing between the side seal and the inner wall of the seal slot.
Description
본 발명은 스테이터 및 이를 포함하는 터보머신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 발전을 위한 동력을 생성하는 로터가 내부에 수용되는 스테이터 및 이를 포함하는 터보머신에 관한 것이다.The present invention relates to a stator and a turbo machine including the same, and more specifically, to a stator in which a rotor that generates power for power generation is accommodated, and a turbo machine including the same.
터보머신이란, 터보머신을 통과하는 유체(특히, 기체)를 통해, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 장치를 의미한다. 따라서 터보머신은 통상 발전기와 함께 설치되어 사용된다. 이러한 터보머신에는, 가스터빈(Gas turbine), 스팀터빈(Steam turbine), 풍력터빈(Wind power turbine) 등이 해당될 수 있다. 가스터빈은 압축공기와 천연가스를 혼합하여 연소시켜 연소가스를 생성하고, 이와 같이 생성된 연소가스를 이용하여 발전을 위한 동력을 생성하는 장치이다. 스팀터빈은 물을 가열하여 생성되는 증기를 이용하여 발전을 위한 동력을 생성하는 장치이다. 풍력터빈은 풍력을 발전용 동력으로 전환시키는 장치이다.A turbomachine refers to a device that generates power for power generation through fluid (particularly gas) passing through the turbomachine. Therefore, turbo machines are usually installed and used together with a generator. These turbo machines may include gas turbines, steam turbines, wind power turbines, etc. A gas turbine is a device that generates combustion gas by mixing compressed air and natural gas and combustion, and uses the generated combustion gas to generate power for power generation. A steam turbine is a device that generates power for power generation using steam generated by heating water. A wind turbine is a device that converts wind power into power for power generation.
터보머신 중 가스터빈에 대해 살펴보면, 가스터빈은 압축기와 연소기와 터빈을 포함한다. 압축기는 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과 압축기 블레이드가 교대로 배치된다. 그리고 압축기는 압축기 입구 스크롤 스트럿(Compressor inlet scroll strut)을 통해 외부의 공기를 흡입한다. 이렇게 흡입된 공기는 압축기의 내부를 통과하면서 상기 압축기 베인과 압축기 블레이드에 의해 압축된다. 연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축공기를 공급받아 연료와 혼합시킨다. 또한 연소기는 압축공기와 혼합된 연료를 점화기로 점화하여 고온고압의 연소가스를 생성한다. 이와 같이 생성된 연소가스는 터빈으로 공급된다. 터빈은 터빈 케이싱 내에 복수개의 터빈 베인과 터빈 블레이드가 교대로 배치된다. 그리고 터빈은 연소기에서 생성된 연소가스를 공급받아 내부로 통과시킨다. 터빈의 내부를 통과하는 연소가스는 터빈 블레이드를 회전시키게 되고, 터빈의 내부를 완전히 통과하게 된 연소가스는 터빈 디퓨저를 통해 외부로 토출되게 된다.Looking at the gas turbine among turbo machines, the gas turbine includes a compressor, combustor, and turbine. The compressor has a plurality of compressor vanes and compressor blades arranged alternately within the compressor casing. And the compressor sucks in external air through the compressor inlet scroll strut. The air sucked in this way passes through the inside of the compressor and is compressed by the compressor vanes and compressor blades. The combustor receives compressed air from the compressor and mixes it with fuel. Additionally, the combustor ignites fuel mixed with compressed air with an igniter to generate high-temperature, high-pressure combustion gas. The combustion gas generated in this way is supplied to the turbine. The turbine has a plurality of turbine vanes and turbine blades arranged alternately within the turbine casing. And the turbine receives the combustion gas generated from the combustor and passes it inside. The combustion gas passing through the inside of the turbine rotates the turbine blades, and the combustion gas that has completely passed through the inside of the turbine is discharged to the outside through the turbine diffuser.
터보머신 중 증기터빈에 대해 살펴보면, 증기터빈은 증발기와 터빈을 포함한다. 상기 증발기는 외부로부터 공급받은 물을 가열하여 증기를 생성한다. 상기 터빈은 가스터빈에서의 터빈과 마찬가지로 터빈 케이싱 내에 복수개의 터빈 베인과 터빈 블레이드가 교대로 배치된다. 다만, 증기터빈에서의 터빈은 연소가스가 아닌 상기 증발기에서 생성된 증기를 내부로 통과시켜, 터빈 블레이드를 회전시킨다.Looking at the steam turbine among turbomachines, the steam turbine includes an evaporator and a turbine. The evaporator generates steam by heating water supplied from the outside. The turbine, like the turbine in a gas turbine, has a plurality of turbine vanes and turbine blades arranged alternately within the turbine casing. However, the turbine in a steam turbine rotates the turbine blades by passing steam generated in the evaporator, not combustion gas, inside.
한편, 종래의 터보머신에서는, 스테이터의 베인과 베인 사이로 부품의 냉각을 위한 냉각공기가 공급되며, 냉각공기의 누출을 방지하기 위해 베인과 베인 사이에 사이드씰이 설치된다. 이때, 종래의 터보머신에 의하면, 사이드씰이 인접하는 베인과 베인의 각 대향면에 형성된 씰슬롯 중, 어느 하나에 삽입된 후 나머지 하나에 조립되므로, 나중에 조립되는 씰슬롯의 내벽과 사이드씰의 사이에 발생되는 간격을 따라 냉각공기가 일부 누출이 되는 문제가 있다.Meanwhile, in a conventional turbo machine, cooling air for cooling parts is supplied between the vanes of the stator, and a side seal is installed between the vanes to prevent leakage of the cooling air. At this time, according to the conventional turbo machine, the side seal is inserted into one of the adjacent vanes and the seal slots formed on each opposing surface of the vane and then assembled into the other one, so the inner wall of the seal slot and the side seal that are assembled later There is a problem with some cooling air leaking through the gap between them.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 사이드씰과 씰슬롯의 내벽 사이로 냉각공기가 누출되는 것을 방지하는 스테이터 및 이를 포함하는 터보머신을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention was developed to solve the above problems, and its purpose is to provide a stator that prevents cooling air from leaking between the side seal and the inner wall of the seal slot, and a turbo machine including the same.
본 발명은, 케이싱; 상기 케이싱의 내주면에 설치되며, 상기 케이싱의 원주방향을 따라 배치되는 복수 개의 베인; 상기 복수 개의 베인 중에서 인접하는 두 베인은 서로 마주보는 면에 각각 씰슬롯이 형성되고, 상기 씰슬롯에 삽입되는 사이드씰; 및 상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중 어느 하나에 설치되며, 상기 사이드씰과 상기 씰슬롯의 내벽 사이를 씰링하는 씰인서트;를 포함하는 스테이터를 제공한다.The present invention, casing; A plurality of vanes installed on the inner peripheral surface of the casing and disposed along the circumferential direction of the casing; Among the plurality of vanes, two adjacent vanes each have seal slots formed on surfaces facing each other, and side seals are inserted into the seal slots; and a seal insert installed in one of the seal slots of the two adjacent vanes and sealing between the side seal and the inner wall of the seal slot.
또한, 본 발명은, 내부로 통과되는 유체를 가이드하는 스테이터; 및 상기 스테이터의 내부에 설치되며, 상기 스테이터의 내부로 통과되는 유체에 의해 회전하는 로터;를 포함하되, 상기 스테이터는, 케이싱과, 상기 케이싱의 내주면에 설치되며, 상기 케이싱의 원주방향을 따라 배치되는 복수 개의 베인과, 상기 복수 개의 베인 중에서 인접하는 두 베인은 서로 마주보는 면에 각각 씰슬롯이 형성되고, 상기 씰슬롯에 삽입되는 사이드씰과, 상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중 어느 하나에 설치되며, 상기 사이드씰과 상기 씰슬롯의 내벽 사이를 씰링하는 씰인서트를 포함하는 터보머신을 제공한다.In addition, the present invention includes a stator that guides fluid passing therein; and a rotor installed inside the stator and rotating by fluid passing through the inside of the stator, wherein the stator includes a casing, is installed on the inner peripheral surface of the casing, and is disposed along the circumferential direction of the casing. A plurality of vanes, two adjacent vanes of the plurality of vanes each have seal slots formed on surfaces facing each other, a side seal inserted into the seal slot, and one of the seal slots of the two adjacent vanes. It is installed in and provides a turbo machine including a seal insert that seals between the side seal and the inner wall of the seal slot.
상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중, 상기 씰인서트가 삽입되는 것을 제1씰슬롯이라 하고, 상기 씰인서트가 삽입되지 않는 것을 제2씰슬롯이라 하였을 때, 상기 사이드씰은, 본체부와, 상기 본체부로부터 상기 제1씰슬롯으로 돌출되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽으로부터 이격되도록 배치되는 제1돌출부를 포함하고, 상기 씰인서트는, 상기 제1돌출부와 상기 제1씰슬롯의 내벽 사이에 배치될 수 있다.Among the seal slots of the two adjacent vanes, the one into which the seal insert is inserted is referred to as a first seal slot, and the one into which the seal insert is not inserted is referred to as a second seal slot. The side seal includes a main body portion, It protrudes from the main body into the first seal slot and includes a first protrusion disposed to be spaced apart from the inner wall of the first seal slot, and the seal insert is located between the first protrusion and the inner wall of the first seal slot. can be placed in
상기 제1돌출부는, 상기 본체부로부터 멀어질수록 반경방향 두께가 점점 감소하는 형상으로 형성될 수 있다.The first protrusion may be formed in a shape whose radial thickness gradually decreases as it moves away from the main body.
상기 씰인서트는, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하며, 상기 제1돌출부를 감싸는 형상으로 형성될 수 있다.The seal insert may be in contact with the inner wall of the first seal slot and may be formed to surround the first protrusion.
상기 씰인서트는, 상기 제1돌출부의 반경방향 외측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하는 외측씰부와, 상기 외측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 내측으로 연장되며, 상기 제1돌출부에 접하도록 배치되는 외측연장부와, 상기 제1돌출부의 반경방향 내측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하는 내측씰부와, 상기 내측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 외측으로 연장되며, 상기 제1돌출부에 접하도록 배치되는 내측연장부를 포함할 수 있다.The seal insert is disposed on a radial outer side of the first protrusion, includes an outer seal portion in contact with an inner wall of the first seal slot, extends radially inward from an end of the outer seal portion on the main body side, and includes the first protrusion portion. an outer extension portion disposed in contact with the protrusion, an inner seal portion disposed on a radial inner side of the first protrusion and in contact with the inner wall of the first seal slot, and a radial outer portion from an end of the inner seal portion on the main body side. It extends and may include an inner extension portion disposed to contact the first protrusion.
상기 외측씰부는, 반경방향 외측으로 볼록한 형상으로 형성되며, 상기 내측씰부는, 반경방향 내측으로 볼록한 형상으로 형성될 수 있다.The outer seal portion may be formed in a shape convex radially outward, and the inner seal portion may be formed in a shape convex radially inward.
상기 외측연장부는, 상기 외측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 내측으로 고리 형상으로 휘어지며, 상기 내측연장부는, 상기 내측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 외측으로 고리 형상으로 휘어질 수 있다.The outer extension may be bent in a ring shape radially inward from the main body side end of the outer seal portion, and the inner extension may be bent in a ring shape radially outward from the main body side end of the inner seal portion. there is.
상기 사이드씰은, 상기 본체부로부터 상기 제2씰슬롯으로 돌출되며, 상기 본체부로부터 멀어질수록 반경방향 두께가 점점 감소되고, 상기 제2씰슬롯의 내벽에 접하는 제2돌출부를 더 포함할 수 있다.The side seal protrudes from the main body into the second seal slot, has a radial thickness that gradually decreases as it moves away from the main body, and may further include a second protrusion in contact with the inner wall of the second seal slot. there is.
상기 제2돌출부는, 원주방향 길이가 상기 제1돌출부보다 짧게 형성될 수 있다.The second protrusion may have a circumferential length shorter than that of the first protrusion.
상기 제1씰슬롯은, 반경방향 폭이 상기 본체부보다 크게 형성되며, 상기 제2씰슬롯은, 반경방향 폭이 상기 본체부와 동일하며, 내벽에 상기 본체부가 접할 수 있다.The first seal slot has a radial width larger than that of the main body, and the second seal slot has a radial width equal to that of the main body, and the main body can be in contact with an inner wall.
본 발명에 따른 스테이터 및 이를 포함하는 터보머신에 의하면, 제1씰슬롯의 내벽과 사이드씰의 제1돌출부 사이에 씰인서트가 설치됨으로써, 제1씰슬롯의 내벽과 사이드씰 사이로 냉각공기가 누출되는 것을 방지할 수 있다.According to the stator according to the present invention and the turbo machine including the same, a seal insert is installed between the inner wall of the first seal slot and the first protrusion of the side seal, thereby preventing cooling air from leaking between the inner wall of the first seal slot and the side seal. can be prevented.
도 1은 터보머신 중 가스터빈을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 베인의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 베인과 베인이 서로 인접하는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3에서 A-A선을 따라 절단된 모습을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4에서 B 부분을 확대 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing a gas turbine among turbo machines.
Figure 2 is a perspective view of the vane shown in Figure 1.
Figure 3 is a perspective view showing the vanes shown in Figure 2 adjacent to each other.
Figure 4 is a cross-sectional view cut along line AA in Figure 3.
Figure 5 is an enlarged view of part B in Figure 4.
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.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.
이하, 본 발명에 따른 스테이터 및 이를 포함하는 터보머신에 대해서 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 이때, 본 발명에 따른 터보머신은 가스터빈인 것으로 가정하여 설명할 것이나, 이는 일 예에 불과하며, 본 발명에 따른 터보머신은 가스터빈이 아닌 증기터빈에 해당될 수도 있음은 물론이라 할 것이다.Hereinafter, the stator according to the present invention and the turbo machine including the same will be described with reference to the drawings. At this time, the turbo machine according to the present invention will be described assuming that it is a gas turbine, but this is only an example, and of course, the turbo machine according to the present invention may correspond to a steam turbine rather than a gas turbine.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈(10)은 압축기(11), 연소기(12) 및 터빈(13)을 포함한다. 기체(압축공기 또는 연소가스)의 유동방향을 기준으로 하였을 때, 가스터빈(10)의 상류 측에는 압축기(11)가 배치되고 하류 측에는 터빈(13)이 배치된다. 그리고 압축기(11)와 터빈(13) 사이에는 연소기(12)가 배치된다.Referring to FIG. 1, the
압축기(11)는 압축기 케이싱 내부에 압축기 베인과 압축기 로터를 수용하며, 터빈(13)은 터빈 케이싱(110) 내부에 터빈 베인(120)과 터빈 로터(14)를 수용한다. 이러한 압축기 베인과 압축기 로터는 압축공기의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치되며, 터빈 베인(120)과 터빈 로터(14) 역시 연소가스의 유동방향을 따라 다단으로 배치된다. 이때, 압축기(11)는 흡입된 공기가 압축될 수 있게 전단(Front-stage)에서 후단(Rear-stage) 측으로 갈수록 내부공간이 줄어들며, 반대로 터빈(13)은 연소기로부터 공급받은 연소가스가 팽창될 수 있게 전단에서 후단 측으로 갈수록 내부공간이 커지는 구조로 설계된다.The
한편, 압축기(11)의 최후단부 측에 위치한 압축기 로터와, 터빈(13)의 최전단부 측에 위치한 터빈 로터(14) 사이에는, 터빈(13)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기(11)로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브가 배치된다. 상기 토크튜브는 도 1에 도시된 바와 같이 총 3개의 단으로 이루어지는 복수개의 토크튜브 디스크로 구성될 수 있으나, 이는 본 발명의 여러 실시예 중 하나에 불과하며, 상기 토크튜브는 4개 이상의 단 또는 2개 이하의 단으로 이루어지는 복수개의 토크튜브 디스크로 구성될 수도 있다.Meanwhile, between the compressor rotor located at the extreme end of the
상기 압축기 로터는, 압축기 디스크와 압축기 블레이드를 포함한다. 상기 압축기 케이싱의 내부에는 복수개(예를 들어 14매)의 압축기 디스크가 구비되고, 상기 각각의 압축기 디스크들은 타이로드에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다. 더욱 상세하게는, 상기 각각의 압축기 디스크는 중심부가 상기 타이로드에 의해 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬된다. 그리고 인접하는 각각의 압축기 디스크는 대향하는 면이 상기 타이로드에 의해 압착되어, 서로 상대적인 회전을 할 수 없도록 배치된다.The compressor rotor includes a compressor disk and compressor blades. A plurality of compressor disks (for example, 14 disks) are provided inside the compressor casing, and each compressor disk is fastened by a tie rod so as not to be spaced apart in the axial direction. More specifically, each of the compressor disks is aligned with each other along the axial direction with its central portion penetrated by the tie rod. In addition, the opposing surfaces of each adjacent compressor disk are compressed by the tie rod and are arranged so that they cannot rotate relative to each other.
상기 압축기 디스크의 외주면에는 복수개의 압축기 블레이드가 방사상으로 결합된다. 또한, 상기 압축기 블레이드의 사이에는, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때 상기 압축기 케이싱의 내주면에 환상으로 설치되는 복수개의 압축기 베인이 각각 배치된다. 상기 압축기 베인은 상기 압축기 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정된 상태를 유지하며, 압축기 블레이드를 통과한 압축공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 압축기 블레이드로 압축공기를 안내하는 역할을 한다. 이때, 상기 압축기 케이싱과 압축기 베인은, 상기 압축기 로터와 구분하기 위하여, 압축기 스테이터라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.A plurality of compressor blades are radially coupled to the outer peripheral surface of the compressor disk. Additionally, a plurality of compressor vanes are disposed between the compressor blades in an annular shape on the inner peripheral surface of the compressor casing based on the same stage. Unlike the compressor disk, the compressor vane maintains a fixed state so as not to rotate, and serves to guide the compressed air to the compressor blade located downstream by aligning the flow of compressed air passing through the compressor blade. At this time, the compressor casing and compressor vane may be defined by the comprehensive name of compressor stator to distinguish them from the compressor rotor.
상기 타이로드는 상기 복수개의 압축기 디스크와, 후술할 터빈 디스크의 중심부를 관통하도록 배치되며, 일 측 단부는 압축기의 최전단부 측에 위치한 압축기 디스크 내에 체결되고, 타 측 단부는 고정 너트에 의해 체결된다.The tie rod is disposed to penetrate the center of the plurality of compressor disks and the turbine disk, which will be described later, and one end is fastened to the compressor disk located at the front end of the compressor, and the other end is fastened by a fixing nut. do.
상기 타이로드의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 압축기 디스크와 터빈 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.Since the shape of the tie rod may have various structures depending on the gas turbine, it is not necessarily limited to the shape shown in FIG. 1. That is, as shown, one tie rod may have a shape that penetrates the central part of the compressor disk and the turbine disk, or a plurality of tie rods may have a shape arranged circumferentially, and a combination of these may be possible.
도시되지는 않았으나, 가스터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 안내깃 역할을 하는 디스월러(Deswirler)가 설치될 수 있다.Although not shown, a deswirler that acts as a guide blade may be installed in the compressor of a gas turbine to increase the pressure of the fluid and then adjust the flow angle of the fluid entering the combustor inlet to the design flow angle.
상기 연소기(12)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스의 온도를 높이게 된다.The
가스터빈(10)의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀(Cell) 형태로 형성되는 연소기 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료를 분사하는 노즐과, 연소실을 형성하는 라이너(Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션피스(Transition piece)를 포함한다.A number of combustors constituting the combustion system of the
구체적으로, 상기 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 연소챔버와, 상기 연소챔버를 감싸면서 환형공간을 이루는 라이너 환형유로가 형성된다. 또한 라이너의 전단에는 연료를 분사하는 노즐이 결합되며, 측벽에는 점화기가 결합된다.Specifically, the liner provides a combustion space where the fuel injected by the fuel nozzle is mixed with the compressed air of the compressor and burned. This liner is formed with a combustion chamber that provides a combustion space in which fuel mixed with air is burned, and a liner annular flow path that surrounds the combustion chamber and forms an annular space. Additionally, a nozzle that injects fuel is coupled to the front end of the liner, and an igniter is coupled to the side wall.
상기 라이너 환형유로에는, 라이너의 외벽에 마련되는 다수개의 홀(Hole)을 통해 유입된 압축공기가 유동하며, 후술할 트랜지션피스를 냉각시킨 압축공기 역시 이를 통해 유동한다. 이렇듯 압축공기가 라이너의 외벽부를 따라 유동함으로써, 상기 연소챔버에서 연료의 연소에 의해 발생되는 열에 의해 라이너가 열 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.In the liner annular flow path, compressed air flowing in through a plurality of holes provided on the outer wall of the liner flows, and compressed air that cools the transition piece, which will be described later, also flows through it. As compressed air flows along the outer wall of the liner, it is possible to prevent the liner from being thermally damaged by heat generated by combustion of fuel in the combustion chamber.
라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 상기 라이너와 마찬가지로, 상기 트랜지션피스는, 상기 트랜지션피스의 내부 공간을 감싸는 트랜지션피스 환형유로가 형성되며, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 상기 트랜지션피스 환형유로를 따라 흐르는 압축공기에 의해 외벽부가 냉각된다.At the rear end of the liner, a transition piece is connected to send combustion gas burned by the spark plug to the turbine side. Like the liner, the transition piece is formed with a transition piece annular passage surrounding the internal space of the transition piece, and the outer wall is formed by compressed air flowing along the transition piece annular passage to prevent damage due to the high temperature of combustion gas. part cools down.
한편, 상기 연소기(12)에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈(13)으로 공급된다. 터빈(13)으로 공급된 고온 고압의 연소가스는 터빈(13)의 내부를 통과하면서 팽창하게 되고, 그에 따라 후술할 터빈 블레이드(16)에 충동 및 반동력을 가하여 회전토크가 발생되도록 한다. 이렇게 얻어진 회전토크는 상술한 토크튜브를 거쳐 압축기로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 부분은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.Meanwhile, the high-temperature, high-pressure combustion gas from the
상기 터빈(13)은 기본적으로는 압축기(11)의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(13)에도 압축기(11)의 압축기 로터와 유사한 복수개의 터빈 로터(14)가 구비된다. 따라서 상기 터빈 로터(14) 역시, 터빈 디스크(15)와, 이로부터 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드(16)를 포함한다. 상기 터빈 블레이드(16)의 사이에도, 동일한 단을 기준으로 하였을 때 상기 터빈 케이싱(110)에 환상으로 설치되는 복수개의 터빈 베인(120)이 구비되며, 상기 터빈 베인(120)은 터빈 블레이드(16)를 통과한 연소가스의 유동방향을 가이드하게 된다. 이때, 상기 터빈 케이싱(110)과 터빈 베인(120) 역시, 상기 터빈 로터(14)와 구분하기 위하여, 터빈 스테이터(100)라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.The
이하, 설명의 편의를 위하여, 도면부호 C는 상기 터빈 케이싱(110)의 원주방향이라 하며, 도면부호 R은 상기 터빈 케이싱(110)의 반경방향이라 한다.Hereinafter, for convenience of explanation, reference numeral C is referred to as the circumferential direction of the
도 2를 참조하면, 상기 터빈 베인(120)은, 아우터 슈라우드(121), 이너 슈라우드(122), 에어포일(123)을 포함한다. 상기 아우터 슈라우드(121)는, 상기 터빈 케이싱(110)의 내주면에 결합된다. 상기 이너 슈라우드(122)는, 상기 아우터 슈라우드(121)로부터 반경방향(R) 내측으로 이격 배치된다. 상기 에어포일(123)은 상기 아우터 슈라우드(121)와 이너 슈라우드(122)의 사이에 배치되며, 상기 터빈 케이싱(110)의 내부에서 유동하는 연소가스를 후단(Rear-stage)으로 가이드한다.Referring to FIG. 2, the
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 터빈 베인(120)은, 복수개로 구비되며, 각각 원주방향(C)을 따라 배치된다. 그리고 상기 터빈 스테이터(100)는, 사이드씰(130) 및 씰인서트(140)를 더 포함한다.Referring to FIGS. 3 to 5, the
상기 복수 개의 터빈 베인(120) 중에서 인접하는 두 터빈 베인(120)은, 서로 마주보는 면에 각각 씰슬롯(124,125)이 형성된다. 더욱 상세하게는, 상기 아우터 슈라우드(121)와 아우터 슈라우드(121)의 각 대향면, 또는 상기 이너 슈라우드(122)와 이너 슈라우드(122)의 각 대향면에는, 씰슬롯(124,125)이 형성된다. 도 3 내지 도 5에서는 씰슬롯(124,125)이 상기 이너 슈라우드(122)에 형성된 것으로 도시하고 있으나, 상기 씰슬롯(124,125)은 상기 아우터 슈라우드(121)에도 형성될 수 있는 것이다.Among the plurality of
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 사이드씰(130)은, 상기 인접하는 두 터빈 베인(120)의 각 씰슬롯(124,125) 중 어느 하나에 삽입된다. 이때, 상기 사이드씰(130)은, 어느 하나의 씰슬롯(125)에 먼저 삽입된 후, 다른 하나의 씰슬롯(124)에 삽입되는 방식으로 설치된다. 여기서, 도면부호 124의 씰슬롯을 제1씰슬롯이라 하며, 도면부호 125의 씰슬롯을 제2씰슬롯이라 한다. 상기 씰인서트(140)는, 상기 제1씰슬롯(124)에 설치되며, 상기 제1씰슬롯(124)과 상기 사이드씰(130)의 사이를 씰링한다.Referring to Figures 4 and 5, the
상기 사이드씰(130)은, 본체부(131), 제1돌출부(132), 제2돌출부(133)를 포함한다. 상기 본체부(131)는, 사각의 블록 형상으로 형성되며, 상기 터빈 케이싱(110)의 축방향을 따라 연장된다. 상기 제1돌출부(132)는, 상기 본체부(131)로부터 상기 제1씰슬롯(124) 측을 향하여 돌출되며, 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽으로부터 이격되도록 배치된다. 상기 제2돌출부(133)는, 상기 본체부(131)로부터 상기 제2씰슬롯(125) 측을 향하여 돌출되며, 상기 제2씰슬롯(125)의 내벽과 접하도록 배치된다. 이때, 상기 제1씰슬롯(124)은, 반경방향(R) 폭이 상기 본체부(131)보다 크게 형성되며, 상기 제2씰슬롯(125)은, 반경방향(R) 폭이 상기 본체부(131)와 동일하게 형성된다. 따라서 상기 본체부(131)는, 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽과는 접하지 않으며, 상기 제2씰슬롯(125)의 내벽과는 접하도록 배치된다. 상기 제1돌출부(132)와 제2돌출부(133)는, 각각 상기 본체부(131)로부터 멀어질수록 반경방향(R) 폭이 점점 감소하는 형상으로 형성된다. 이때, 상기 제2돌출부(133)는, 원주방향(C) 길이가 상기 제1돌출부(132)보다 더 짧게 형성된다.The
상기 씰인서트(140)는, 상기 제1돌출부(132)와 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽 사이에 배치된다. 더욱 상세하게는, 상기 씰인서트(140)는, 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽에 접하도록 배치되며, 상기 제1돌출부(132)를 감싸는 형상으로 형성된다. 상기 씰인서트(140)는, 외측씰부(141), 외측연장부(142), 내측씰부(143), 내측연장부(144)를 포함한다. 상기 외측씰부(141)는, 상기 제1돌출부(132)의 반경방향(R) 외측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽에 접하도록 배치된다. 상기 외측연장부(142)는, 상기 외측실부(141)의 상기 본체부(131) 측 단부로부터 반경방향(R) 내측으로 연장되며, 상기 제1돌출부(132)에 접하도록 배치된다. 상기 내측씰부(143)는, 상기 제1돌출부(132)의 반경방향(R) 내측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽에 접하도록 배치된다. 상기 내측연장부(144)는, 상기 내측씰부(143)의 상기 본체부(131) 측 단부로부터 반경방향(R) 외측으로 연장되며, 상기 제1돌출부(132)에 접하도록 배치된다.The
이때, 상기 외측씰부(141)는, 반경방향(R) 외측으로 볼록한 형상으로 형성된다. 즉, 상기 외측씰부(141)는, 상기 사이드씰(130) 측으로 갈수록 반경방향(R) 외측으로 휘어지도록 곡률을 갖는 형상으로 형성된다. 상기 내측씰부(143)는, 반경방향(R) 내측으로 볼록한 형상으로 형성된다. 즉, 상기 내측씰부(143)는, 상기 사이드씰(130) 측으로 갈수록 반경방향(R) 내측으로 휘어지도록 곡률을 갖는 형상으로 형성된다. 상기 외측연장부(142)는, 상기 외측씰부(141)의 상기 본체부(131) 측 단부로부터 반경방향(R) 내측으로 고리 형상으로 휘어지도록 형성된다. 상기 내측연장부(144)는, 상기 내측씰부(143)의 상기 본체부(131) 측 단부로부터 반경방향(R) 외측으로 고리 형상으로 휘어지도록 형성된다.At this time, the
이와 같은 형상으로 상기 씰인서트(140)가 설계되는 경우, 상기 씰인서트(140)가 상기 제1씰슬롯(124)에서 상기 사이드씰(130)을 탄성 지지할 수 있게 된다. 따라서 장치의 작동 중 상기 터빈 베인(120)에 진동이 발생되어 사이드실(130)이 원주방향(C) 또는 반경방향(R)으로 움직이더라도, 상기 씰인서트(140)는 상기 사이드씰(130)을 지지하는 상태에서 상기 사이드씰(130)과 제1씰슬롯(124)의 사이를 기밀하게 씰링한 상태를 유지하게 된다.When the
도 4 및 도 5를 기준으로 상기 이너 슈라우드(122)의 상측으로는 부품의 냉각을 위한 냉각공기가 공급된다. 상기 사이드씰(130)은 먼저 상기 제2씰슬롯(125)에 삽입된 후 상기 제1씰슬롯(124)에 삽입되는 방식으로 조립되므로, 상기 사이드씰(130)과 제1씰슬롯(124)의 사이에는 조립 공차가 존재할 수밖에 없는데, 종래에 상기 씰인서트(140)가 구비되지 않았던 경우에는, 상기 사이드씰(130)과 상기 제1씰슬롯(124) 사이에 틈새가 형성되므로, 이를 통해 상측의 냉각공기가 하측으로 누출되는 문제가 있었다.4 and 5, cooling air for cooling components is supplied to the upper side of the
하지만 본 발명에 따른 스테이터(100) 및 이를 포함하는 터보머신(10)에 의하면, 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽과 상기 사이드씰(130)의 제1돌출부(132) 사이에 씰인서트(140)가 구비되며, 상기 씰인서트(140)가 상기 제1씰슬롯(124)의 내벽과 접하고 상기 제1돌출부(132)의 표면에 접하도록 배치됨으로써, 도 4 및 도 5에서 상기 이너 슈라우드(122)의 상측으로 공급되는 냉각공기가 상기 사이드씰(130)의 하측으로 누출되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 씰인서트(140)로 하여금 상기 사이드씰(130)을 탄성 지지하도록 하여, 장치의 작동 중에도 상기 사이드씰(130) 및 씰인서트(140)에 의한 씰링 성능이 유지되도록 할 수 있다.However, according to the
10 : 터보머신(가스터빈)
100 : 터빈 스테이터
110 : 터빈 케이싱
120 : 터빈 베인
130 : 사이드씰
140 : 씰인서트10: Turbo machine (gas turbine) 100: Turbine stator
110: turbine casing 120: turbine vane
130: side seal 140: seal insert
Claims (20)
상기 케이싱의 내주면에 설치되며, 상기 케이싱의 원주방향을 따라 배치되는 복수 개의 베인;
상기 복수 개의 베인 중에서 인접하는 두 베인은 서로 마주보는 면에 각각 씰슬롯이 형성되고, 상기 씰슬롯에 삽입되는 사이드씰; 및
상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중 어느 하나에 설치되며, 상기 사이드씰과 상기 씰슬롯의 내벽 사이를 씰링하는 씰인서트;를 포함하는 스테이터.casing;
A plurality of vanes installed on the inner peripheral surface of the casing and disposed along the circumferential direction of the casing;
Among the plurality of vanes, two adjacent vanes each have seal slots formed on surfaces facing each other, and side seals are inserted into the seal slots; and
A stator including a seal insert, which is installed in one of the seal slots of the two adjacent vanes and seals between the side seal and the inner wall of the seal slot.
상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중, 상기 씰인서트가 삽입되는 것을 제1씰슬롯이라 하고, 상기 씰인서트가 삽입되지 않는 것을 제2씰슬롯이라 하였을 때,
상기 사이드씰은,
본체부와,
상기 본체부로부터 상기 제1씰슬롯으로 돌출되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽으로부터 이격되도록 배치되는 제1돌출부를 포함하고,
상기 씰인서트는, 상기 제1돌출부와 상기 제1씰슬롯의 내벽 사이에 배치되는 스테이터.In claim 1,
Among the seal slots of the two adjacent vanes, the one into which the seal insert is inserted is called the first seal slot, and the one into which the seal insert is not inserted is called the second seal slot,
The side seal is,
The main body,
A first protrusion protrudes from the main body into the first seal slot and is disposed to be spaced apart from an inner wall of the first seal slot,
The seal insert is a stator disposed between the first protrusion and the inner wall of the first seal slot.
상기 제1돌출부는, 상기 본체부로부터 멀어질수록 반경방향 두께가 점점 감소하는 형상으로 형성된 스테이터.In claim 2,
The stator is formed in a shape where the radial thickness of the first protrusion gradually decreases as it moves away from the main body.
상기 씰인서트는, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하며, 상기 제1돌출부를 감싸는 형상으로 형성된 스테이터.In claim 2,
The seal insert is in contact with the inner wall of the first seal slot and is formed in a shape to surround the first protrusion.
상기 씰인서트는,
상기 제1돌출부의 반경방향 외측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하는 외측씰부와,
상기 외측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 내측으로 연장되며, 상기 제1돌출부에 접하도록 배치되는 외측연장부와,
상기 제1돌출부의 반경방향 내측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하는 내측씰부와,
상기 내측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 외측으로 연장되며, 상기 제1돌출부에 접하도록 배치되는 내측연장부를 포함하는 스테이터.In claim 2,
The seal insert is,
an outer seal portion disposed on a radial outer side of the first protrusion and in contact with an inner wall of the first seal slot;
an outer extension part extending radially inward from the end of the main body part of the outer seal part and disposed to contact the first protrusion;
an inner seal portion disposed on a radial inner side of the first protrusion and in contact with an inner wall of the first seal slot;
A stator extending radially outward from an end of the inner seal portion on a side of the main body and including an inner extension portion disposed to contact the first protrusion.
상기 외측씰부는, 반경방향 외측으로 볼록한 형상으로 형성되며,
상기 내측씰부는, 반경방향 내측으로 볼록한 형상으로 형성된 스테이터.In claim 5,
The outer seal portion is formed in a convex shape radially outward,
The inner seal portion is a stator formed in a convex shape radially inward.
상기 외측연장부는, 상기 외측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 내측으로 고리 형상으로 휘어지며,
상기 내측연장부는, 상기 내측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 외측으로 고리 형상으로 휘어지는 스테이터.In claim 5,
The outer extension part is bent in a ring shape radially inward from the end of the main body part of the outer seal part,
The inner extension portion is a stator bent in a ring shape radially outward from the main body side end of the inner seal portion.
상기 사이드씰은,
상기 본체부로부터 상기 제2씰슬롯으로 돌출되며, 상기 본체부로부터 멀어질수록 반경방향 두께가 점점 감소되고, 상기 제2씰슬롯의 내벽에 접하는 제2돌출부를 더 포함하는 스테이터.In claim 2,
The side seal is,
The stator protrudes from the main body to the second seal slot, the radial thickness gradually decreases as the distance from the main body increases, and further includes a second protrusion in contact with an inner wall of the second seal slot.
상기 제2돌출부는, 원주방향 길이가 상기 제1돌출부보다 짧게 형성되는 스테이터.In claim 8,
The stator wherein the second protrusion has a circumferential length shorter than that of the first protrusion.
상기 제1씰슬롯은, 반경방향 폭이 상기 본체부보다 크게 형성되며,
상기 제2씰슬롯은, 반경방향 폭이 상기 본체부와 동일하며, 내벽에 상기 본체부가 접하는 스테이터.In claim 2,
The first seal slot has a radial width larger than that of the main body,
The second seal slot has a radial width equal to that of the main body, and the stator is in contact with the inner wall of the main body.
상기 스테이터의 내부에 설치되며, 상기 스테이터의 내부로 통과되는 유체에 의해 회전하는 로터;를 포함하되,
상기 스테이터는,
케이싱과,
상기 케이싱의 내주면에 설치되며, 상기 케이싱의 원주방향을 따라 배치되는 복수 개의 베인과,
상기 복수 개의 베인 중에서 인접하는 두 베인은 서로 마주보는 면에 각각 씰슬롯이 형성되고, 상기 씰슬롯에 삽입되는 사이드씰과,
상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중 어느 하나에 설치되며, 상기 사이드씰과 상기 씰슬롯의 내벽 사이를 씰링하는 씰인서트를 포함하는 터보머신.A stator that guides fluid passing inside; and
A rotor installed inside the stator and rotated by fluid passing into the stator,
The stator is,
casing,
A plurality of vanes installed on the inner peripheral surface of the casing and arranged along the circumferential direction of the casing,
Among the plurality of vanes, two adjacent vanes each have seal slots formed on surfaces facing each other, and a side seal inserted into the seal slot,
A turbo machine including a seal insert installed in one of the seal slots of the two adjacent vanes and sealing between the side seal and the inner wall of the seal slot.
상기 인접하는 두 베인의 각 씰슬롯 중, 상기 씰인서트가 삽입되는 것을 제1씰슬롯이라 하고, 상기 씰인서트가 삽입되지 않는 것을 제2씰슬롯이라 하였을 때,
상기 사이드씰은,
본체부와,
상기 본체부로부터 상기 제1씰슬롯으로 돌출되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽으로부터 이격되도록 배치되는 제1돌출부를 포함하고,
상기 씰인서트는, 상기 제1돌출부와 상기 제1씰슬롯의 내벽 사이에 배치되는 터보머신.In claim 11,
Among the seal slots of the two adjacent vanes, the one into which the seal insert is inserted is called the first seal slot, and the one into which the seal insert is not inserted is called the second seal slot,
The side seal is,
The main body,
A first protrusion protrudes from the main body into the first seal slot and is disposed to be spaced apart from an inner wall of the first seal slot,
The seal insert is a turbo machine disposed between the first protrusion and the inner wall of the first seal slot.
상기 제1돌출부는, 상기 본체부로부터 멀어질수록 반경방향 두께가 점점 감소하는 형상으로 형성된 터보머신.In claim 12,
The first protrusion is a turbo machine formed in a shape in which the radial thickness gradually decreases as the distance from the main body increases.
상기 씰인서트는, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하며, 상기 제1돌출부를 감싸는 형상으로 형성된 터보머신.In claim 12,
The seal insert is in contact with the inner wall of the first seal slot and is formed in a shape to surround the first protrusion.
상기 씰인서트는,
상기 제1돌출부의 반경방향 외측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하는 외측씰부와,
상기 외측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 내측으로 연장되며, 상기 제1돌출부에 접하도록 배치되는 외측연장부와,
상기 제1돌출부의 반경방향 내측에 배치되며, 상기 제1씰슬롯의 내벽에 접하는 내측씰부와,
상기 내측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 외측으로 연장되며, 상기 제1돌출부에 접하도록 배치되는 내측연장부를 포함하는 터보머신.In claim 12,
The seal insert is,
an outer seal portion disposed on a radial outer side of the first protrusion and in contact with an inner wall of the first seal slot;
an outer extension portion extending radially inward from the end of the outer seal portion on the main body portion and disposed to contact the first protrusion;
an inner seal portion disposed on a radial inner side of the first protrusion and in contact with an inner wall of the first seal slot;
A turbomachine comprising an inner extension portion that extends radially outward from the end of the main body portion of the inner seal portion and is disposed to contact the first protrusion.
상기 외측씰부는, 반경방향 외측으로 볼록한 형상으로 형성되며,
상기 내측씰부는, 반경방향 내측으로 볼록한 형상으로 형성된 터보머신.In claim 15,
The outer seal portion is formed in a convex shape radially outward,
The inner seal portion is a turbo machine formed in a convex shape radially inward.
상기 외측연장부는, 상기 외측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 내측으로 고리 형상으로 휘어지며,
상기 내측연장부는, 상기 내측씰부의 상기 본체부 측 단부로부터 반경방향 외측으로 고리 형상으로 휘어지는 터보머신.In claim 15,
The outer extension part is bent in a ring shape radially inward from the end of the main body part of the outer seal part,
A turbomachine wherein the inner extension part is bent in a ring shape radially outward from the main body side end of the inner seal part.
상기 사이드씰은,
상기 본체부로부터 상기 제2씰슬롯으로 돌출되며, 상기 본체부로부터 멀어질수록 반경방향 두께가 점점 감소되고, 상기 제2씰슬롯의 내벽에 접하는 제2돌출부를 더 포함하는 터보머신.In claim 12,
The side seal is,
The turbomachine further includes a second protrusion that protrudes from the main body to the second seal slot, has a radial thickness that gradually decreases as the distance from the main body increases, and is in contact with an inner wall of the second seal slot.
상기 제2돌출부는, 원주방향 길이가 상기 제1돌출부보다 짧게 형성되는 터보머신.In claim 18,
A turbo machine in which the second protrusion has a circumferential length shorter than that of the first protrusion.
상기 제1씰슬롯은, 반경방향 폭이 상기 본체부보다 크게 형성되며,
상기 제2씰슬롯은, 반경방향 폭이 상기 본체부와 동일하며, 내벽에 상기 본체부가 접하는 터보머신.In claim 12,
The first seal slot has a radial width larger than that of the main body,
The second seal slot has a radial width equal to that of the main body, and the main body is in contact with the inner wall of the turbo machine.
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Patent Citations (4)
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