KR20230040673A

KR20230040673A - 가스 터빈용 디스크 가압 장치, 및 이를 포함하는 가스 터빈

Info

Publication number: KR20230040673A
Application number: KR1020210124089A
Authority: KR
Inventors: 곽영섭
Original assignee: 두산에너빌리티 주식회사
Priority date: 2021-09-16
Filing date: 2021-09-16
Publication date: 2023-03-23

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 가스 터빈용 디스크 가압 장치는 가스 터빈의 타이 로드에 결합되어 로터 디스크를 가압하며, 상기 로터 디스크의 후방에서 상기 타이 로드에 결합된 지지 너트와 상기 지지 너트에 대하여 이동 가능하게 설치된 가압부재를 포함할 수 있다.

Description

가스 터빈용 디스크 가압 장치, 및 이를 포함하는 가스 터빈{DISC PRESSING DEVICE, AND GAS TURBINE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 가스 터빈용 디스크 가압 장치, 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.

가스 터빈은 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈을 회전시키는 동력 기관이다. 가스 터빈은 발전기, 항공기, 선박, 기차 등을 구동하는데 사용된다.

일반적으로 가스 터빈은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한 후 연소기로 전달한다. 압축기에서 압축된 공기는 고압 및 고온의 상태가 된다. 연소기는 압축기로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시킨다. 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈 내부의 터빈 블레이드가 회전하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치의 구동 등 다양한 분야에 사용된다.

압축기, 연소기, 및 터빈은 타이 로드를 매개로 결합된다. 타이 로드에는 압축기 디스크, 토크 튜브, 터빈 디스크가 결합되며, 타이 로드는 기 설정된 압력으로 이들을 가압한 상태에서 지지한다.

타이 로드가 설치된 부품들을 기 설정된 압력으로 가압하기 위해서 타이 로드가 인장시킨 후에 고정한다. 타이 로드가 인장되면, 타이 로드에 형성된 나산도 함께 인장되어 타이 로드에 결합된 너트가 타이 로드에 대하여 회전하지 못하여 쓰레드를 추가로 가공해야 하는 문제가 발생한다.

상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 타이 로드 인장 후에 로터 디스크를 용이하게 가압하여 고정할 수 있는 디스크 가압 장치와 가스 터빈을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 가압부재는 상기 지지 너트의 외주면에 나사 결합될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 지지 너트는 고리 형상으로 이루어지고, 상기 지지 너트의 내주면 및 외주면에는 나사산이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 지지 너트는 상기 외주면에 돌출되어 상기 가압부재의 이탈을 방지하는 후방 플랜지를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 후방 플랜지에는 상기 후방 플랜지에 대하여 나사 결합되어 이동 가능하게 설치되며, 상기 가압부재의 후단과 맞닿아 상기 가압부재를 지지하는 지지 볼트가 설치될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 내주면에는 제1 나사산이 형성되고, 상기 외주면에는 제2 나사산이 형성되며, 상기 제2 나사산의 피치는 상기 제1 나사산의 피치보다 더 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 지지 너트는 상기 외주면의 선단에서 돌출된 콘 돌출부를 더 포함하고, 상기 콘 돌출부의 외면은 상기 외주면에 대하여 경사지게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 가압부재의 선단에는 전방으로 갈수록 외경이 점진적으로 감소하는 테이퍼부가 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 가압부재는 상기 테이퍼부의 후단에 형성되며 상기 로터 디스크를 전방으로 가압하는 지지 턱을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 가압부재의 선단에는 로터 디스크를 전방으로 가압하는 가압 돌기가 형성되고, 상기 가압 돌기는 상기 가압부재의 둘레 방향으로 이어져 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 가스 터빈은 외부에서 유입된 공기를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기, 상기 연소기에서 연소된 연소 가스에 의해 회전하는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈, 상기 압축기 및 상기 터빈을 관통하도록 설치된 타이 로드, 상기 타이 로드에 결합되어 로터 디스크를 가압하는 디스크 가압 장치를 포함하고, 상기 디스크 가압 장치는 상기 로터 디스크의 후방에서 상기 타이 로드에 결합된 지지 너트와 상기 지지 너트에 대하여 이동 가능하게 설치된 가압부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 지지 너트는 고리 형상으로 이루어지고, 제1 나사산이 형성된 내주면과 제2 나사산이 형성된 외주면을 포함하며, 상기 가압부재는 상기 지지 너트의 외주면에 나사 결합될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 제2 나사산의 피치는 상기 제1 나사산의 피치보다 더 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 디스크 가압 장치는 상기 타이 로드에 설치된 베어링 샤프트를 매개로 상기 로터 디스크를 가압하며, 상기 베어링 샤프트에는 상기 테이퍼부가 삽입되는 홈이 형성되며, 상기 테이퍼부는 상기 홈의 내면과 맞닿으며, 상기 지지 턱은 상기 베어링 샤프트의 후단과 맞닿을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 가압 장치, 및 가스 터빈에 의하면 지지 너트의 외주면에 가압부재가 지지 너트에 대하여 이동 가능하게 설치되므로 타이 로드에 지지 너트가 결합된 상태에서 가압부재가 지지 너트에 대하여 이동하여 로터 디스크를 안정적으로 가압 지지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 가스 터빈의 일부를 잘라 본 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 타이 로드와 이에 결합된 디스크들을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시에에 따른 디스크 가압 장치가 타이 로드에 결합된 상태를 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시에에 따른 디스크 가압 장치가 타이 로드에 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스크 가압 장치를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스크 가압 장치에서 가압부재가 지지 너트에 대하여 이동한 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 디스크 가압 장치를 도시한 절개 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 디스크 가압 장치를 도시한 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 디스크 가압 장치를 도시한 부분 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 디스크 가압 장치를 도시한 부분 단면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이며, 도 2는 도 1의 연소기를 도시한 도면이다.

본 실시예를 따르는 가스 터빈(1000)의 열역학적 사이클은 이상적으로는 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 따를 수 있다. 브레이튼 사이클은 등엔트로피 압축(단열 압축), 정압 급열, 등엔트로피 팽창(단열 팽창), 정압 방열로 이어지는 4가지 과정으로 구성될 수 있다. 즉, 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 정압 환경에서 연료를 연소하여 열에너지를 방출하고, 이 고온의 연소 가스를 팽창시켜 운동에너지로 변환시킨 후에 잔여 에너지를 담은 배기가스를 대기 중으로 방출할 수 있다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어질 수 있다.

위와 같은 브레이튼 사이클을 실현하는 가스 터빈(1000)은 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100), 연소기(1200), 간극 조절 장치(1400), 및 터빈(1300)을 포함할 수 있다. 이하의 설명은 도 1을 참조하겠지만, 본 발명의 설명은 도 1에 예시적으로 도시된 가스 터빈(1000)과 동등한 구성을 가진 터빈 기관에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있다.

도 1, 및 도 2를 참조하면, 가스 터빈(1000)의 압축기(1100)는 외부로부터 공기를 흡입하여 압축할 수 있다. 압축기(1100)는 압축기 블레이드(1130)에 의해 압축된 압축 공기를 연소기(1200)에 공급하고, 또한 가스 터빈(1000)에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급할 수 있다. 이때, 흡입된 공기는 압축기(1100)에서 단열 압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(1100)를 통과한 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다.

압축기(1100)는 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계되는데, 소형 가스 터빈에서는 원심 압축기가 적용되는 반면, 도 1에 도시된 것과 같은 대형 가스 터빈(1000)은 대량의 공기를 압축해야 하기 때문에 다단 축류 압축기(1100)가 적용되는 것이 일반적이다. 이때, 다단 축류 압축기(1100)에서는, 압축기(1100)의 블레이드(1130)는 디스크(1160)에 고정되어 타이 로드(1120)와 터빈 디스크(1310)의 회전에 따라 회전하여 유입된 공기를 압축하면서 압축된 공기를 후단의 압축기 베인(1140)으로 이동시킨다. 공기는 다단으로 형성된 블레이드(1130)를 통과하면서 점점 더 고압으로 압축된다.

압축기(1110)의 베인(1140)은 케이싱(1150)의 내부에 장착되며, 복수의 베인(1140)이 단을 형성하며 장착될 수 있다. 베인(1140)은 전단의 압축기(1110)의 블레이드(1130)로부터 이동된 압축 공기를 후단의 블레이드(1130) 측으로 안내한다. 일 실시예에서 복수의 베인(1140) 중 적어도 일부는 공기의 유입량의 조절 등을 위해 정해진 범위 내에서 회전 가능하도록 장착될 수 있다.

압축기(1100)는 터빈(1300)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동될 수 있다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100)의 회전축과 터빈(1300)의 회전축은 토크 튜브(1170)에 의하여 직결될 수 있다. 대형 가스 터빈(1000)의 경우, 터빈(1300)에서 생산되는 출력의 거의 절반 정도가 압축기(1100)를 구동시키는데 소모될 수 있다. 압축기(1100)는 타이 로드(1120)에 결합된 압축기 로터(1180)와 프론트 샤프트(1190)를 더 포함할 수 있다.

한편, 연소기(1200)는 압축기(1100)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소 가스를 만들어 낼 수 있다. 연소기(1200)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.

연소기(1200)는 셀 형태로 형성되는 하우징 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combustor Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.

한편, 연소기(1200)에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 터빈(1300)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈(1300)의 터빈 블레이드(1320)에 충동, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크 튜브(1170)를 거쳐 압축기(1100)로 전달되고, 압축기(1100) 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 사용된다.

터빈(1300)은 복수의 터빈 디스크(1310)와 터빈 디스크(1310)에 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(1320)와 터빈 블레이드(1320)를 실링하는 리테이너를 포함한다. 터빈 블레이드(1320)는 도브테일 등의 방식으로 터빈 디스크(1310)에 결합될 수 있다. 아울러, 터빈 디스크(1310)에는 하우징에 고정되는 베인이 구비되며, 베인은 터빈 블레이드(1320)를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 안내한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 타이 로드와 이에 결합된 디스크들을 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시에에 따른 디스크 가압 장치가 타이 로드에 결합된 상태를 도시한 정면도이며, 도 5는 본 발명의 제1 실시에에 따른 디스크 가압 장치가 타이 로드에 결합된 상태를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스크 가압 장치를 도시한 사시도이며, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스크 가압 장치에서 가압부재가 지지 너트에 대하여 이동한 상태를 나타낸 도면이다.

도 3 내지 도 7을 참조하여 설명하면, 타이 로드(1120)는 터빈(1300)에서 압축기(1100)까지 이어져 부품들을 지지하며 타이 로드(1120)에는 압축기 디스크(1160) 또는 터빈 디스크(1320)를 지지하는 디스크 가압 장치(1600)가 설치될 수 있다. 타이 로드(1120)의 외주면에는 나사산(1121)이 형성될 수 있다.

디스크 가압 장치(1600)는 베어링 샤프트(1700)를 매개로 압축기 디스크(1160) 또는 터빈 디스크(1320)를 가압할 수 있다. 본 기재에서 로터 디스크라 함은 압축기 디스크(1160)와 터빈 디스크(1320)를 포함하는 개념이다.

베어링 샤프트(1700)는 타이 로드(1120)에 결합되며, 베어링 샤프트(1700)의 외주면에는 베어링(미도시)이 설치될 수 있다. 베어링 샤프트(1700)는 타이 로드(1120)와 나사 결합될 수 있다. 베어링 샤프트(1700)는 외주면에 베어링이 장착되는 베어링 지지부(1710)와 베어링 지지부(1710)에 연결되며 로터 디스크를 가압하는 로터 지지부(1730)를 포함할 수 있다. 또한, 로터 지지부(1730)에는 복수의 씨일부재(1740)가 장착될 수 있다.

디스크 가압 장치(1600)는 타이 로드(1120)에 결합되어 베어링 샤프트(1700)를 매개로 로터 디스크를 가압한다. 디스크 가압 장치(1600)는 압축기 디스크(1160)를 가압할 수 있을 뿐만 아니라 터빈 디스크(1310)를 가압할 수도 있다.

디스크 가압 장치(1600)는 타이 로드(1120)에 결합된 지지 너트(1610)와 지지 너트(1610)에 대하여 이동 가능하게 설치된 가압부재(1620)를 포함한다. 지지 너트(1610)는 로터 디스크 및 베어링 샤프트(1700)의 후방에 배치되며, 타이 로드(1120)와 나사 결합된다. 지지 너트(1610)는 베어링 샤프트(1700)의 후방에서 베어링 샤프트(1700)를 매개로 로터 디스크를 전압으로 가압한다.

지지 너트(1610)는 고리 형상으로 이루어지고, 나사산이 형성된 내주면(1612)과 나사산이 형성된 외주면(1614)과 외주면(1614)에 돌출된 후방 플랜지(1615)와 외주면(1614)의 선단에서 돌출된 콘 돌출부(1613)를 포함한다.

지지 너트(1610)의 내주면(1612)과 외주면(1614)에 각각 나사산이 형성되며, 내주면(1612)은 타이 로드(1120)에 결합되고, 외주면(1614)은 가압부재(1620)와 결합된다. 콘 돌출부(1613)의 외면은 외주면(1614)에 대하여 경사지게 형성되며, 콘 돌출부(1613)는 전방으로 갈수록 외경이 점진적으로 감소하는 구조로 이루어질 수 있다. 후방 플랜지(1615)는 외주면의 후단에서 돌출되어 가압부재(1620)가 지지 너트(1610)에서 이탈하지 않도록 지지한다.

후방 플랜지(1615)에는 지지 너트(1610)를 회전시키기 위한 복수의 홈(1617)이 형성될 수 있다. 각 홈(1617)은 소정 깊이를 가진 원형 또는 육각형 형태로 이루어질 수 있다. 지지 너트(1610)는 홈(1617)에 결합된 공구에 의하여 회전될 수 있다.

가압부재(1620)는 고리 형상으로 이루어지며 지지 너트(1610)에 대하여 이동 가능하게 설치된다. 가압부재(1620)의 내주면에는 나사산이 형성되며, 가압부재(1620)는 지지 너트(1610)의 외주면(1614)에 나사 결합될 수 있다. 또한, 가압부재(1620)는 지지 너트(1610)보다 더 큰 강도를 갖는 소재로 이루어질 수 있다.

타이 로드(1120)를 인장시키면 타이 로드(1120)에 형성된 나사산도 함께 인장된다. 이에 따라 타이 로드(1120)의 인장 후에는 지지 너트(1610)가 타이 로드(1120)에 대하여 회전하지 못하는 문제가 종종 발생한다.

타이 로드(1120)를 인장시킨 이후에 지지 너트(1610)가 회전 가능하면 지지 너트(1610)를 회전시켜서 베어링 샤프트(1700)를 가압하고, 지지 너트(1610)가 회전하지 못하면, 가압부재(1620)를 지지 너트(1610)에 대하여 이동시켜서 가압부재(1620)를 이용하여 베어링 샤프트(1700)를 매개로 로터 디스크들을 가압할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 디스크 가압 장치에 대해서 설명한다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 디스크 가압 장치를 도시한 절개 사시도이다.

도 8을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 디스크 가압 장치(2600)는 타이 로드(1120)에 결합된 지지 너트(2610)와 지지 너트(2610)에 대하여 이동 가능하게 설치된 가압부재(2620)를 포함한다. 지지 너트(2610)는 로터 디스크 및 베어링 샤프트(1700)의 후방에 배치되며, 타이 로드(1120)와 나사 결합된다.

지지 너트(2610)는 고리 형상으로 이루어지고, 나사산이 형성된 내주면(2612)과 나사산이 형성된 외주면(2614)과 외주면(2614)에 돌출된 후방 플랜지(2615)와 외주면(2614)의 선단에서 돌출된 콘 돌출부(2613)를 포함한다. 콘 돌출부(2613)의 외면은 외주면(2614)에 대하여 경사지게 형성되며, 콘 돌출부(2613)는 전방으로 갈수록 외경이 점진적으로 감소하는 구조로 이루어질 수 있다. 후방 플랜지(2615)는 외주면의 후단에서 돌출되어 가압부재(2620)가 지지 너트(2610)에서 이탈하지 않도록 지지한다.

가압부재(2620)는 고리 형상으로 이루어지며 지지 너트(2610)에 대하여 이동 가능하게 설치된다. 가압부재(2620)는 지지 너트(2610)의 외주면에 나사 결합될 수 있다.

가압부재(2620)의 선단에는 전방으로 갈수록 외경이 점진적으로 감소하는 테이퍼부(2621)가 형성된다. 테이퍼부(2621)는 베어링 샤프트(1700)에 형성된 홈에 삽입될 수 있으며, 베어링 샤프트(1700)에 형성된 홈의 내면은 테이퍼부(2621)의 외면과 평행하게 경사지게 형성되어 테이퍼부(2621)를 통해서 베어링 샤프트(1700)에 힘을 전달할 수 있다.

본 실시예와 같이 테이퍼부(2621)가 형성되면 가압부재(2620)에 가해지는 힘이 분산되어 가압부재(2620)의 선단에 지나치게 큰 힘이 작용하는 것을 방지할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 디스크 가압 장치에 대해서 설명한다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 디스크 가압 장치를 도시한 부분 단면도이다.

도 9를 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 디스크 가압 장치(3600)는 타이 로드(1120)에 결합된 지지 너트(3610)와 지지 너트(3610)에 대하여 이동 가능하게 설치된 가압부재(3620)를 포함한다. 지지 너트(3610)는 로터 디스크 및 베어링 샤프트(1700)의 후방에 배치되며, 타이 로드(1120)와 나사 결합된다.

지지 너트(3610)는 제1 나사산(TS1)이 형성된 내주면(3612)과 제2 나사산(TS2)이 형성된 외주면(3614)과 외주면(3614)에 돌출된 후방 플랜지(3615)와 외주면(3614)의 선단에서 돌출된 콘 돌출부(3613)를 포함한다. 콘 돌출부(3613)의 외면은 외주면(3614)에 대하여 경사지게 형성되며, 콘 돌출부(3613)는 전방으로 갈수록 외경이 점진적으로 감소하는 구조로 이루어질 수 있다. 후방 플랜지(3615)는 외주면(3614)의 후단에서 돌출되어 가압부재(3620)가 지지 너트(3610)에서 이탈하지 않도록 지지한다.

가압부재(3620)는 고리 형상으로 이루어지며 지지 너트(3610)에 대하여 이동 가능하도록 지지 너트(3610)의 외주면(3614)에 결합된다. 가압부재(3620)는 지지 너트(3610)의 외주면(3614)에 나사 결합될 수 있다.

제2 나사산(TS2)의 피치(P2)는 제1 나사산(TS1)의 피치(P1)보다 더 작게 형성될 수 있다. 제2 나사산(TS2)의 피치(P2)가 제1 나사산(TS1)의 피치(P1)보다 더 작게 형성되면, 지지 너트(3610)를 이동시킨 후에, 가압부재(3620)를 회전시켜서 로터 디스크에 가해지는 압력을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 디스크 가압 장치에 대해서 설명한다.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 디스크 가압 장치를 도시한 부분 단면도이다.

도 10을 참조하여 설명하면, 본 제4 실시예에 따른 디스크 가압 장치(4600)는 타이 로드(1120)에 결합된 지지 너트(4610)와 지지 너트(4610)에 대하여 이동 가능하게 설치된 가압부재(4620)를 포함한다. 지지 너트(4610)는 로터 디스크 및 베어링 샤프트(1700)의 후방에 배치되며, 타이 로드(1120)와 나사 결합된다.

지지 너트(4610)는 나사산이 형성된 내주면(4612)과 외주면(4614)과 외주면(4614)에 돌출된 후방 플랜지(4615)와 외주면(4614)의 선단에서 전방으로 돌출된 콘 돌출부(4613)를 포함한다. 콘 돌출부(4613)의 외면은 외주면(4614)에 대하여 경사지게 형성되며, 콘 돌출부(4613)는 전방으로 갈수록 외경이 점진적으로 감소하는 구조로 이루어질 수 있다. 후방 플랜지(4615)는 외주면의 후단에서 돌출되어 가압부재(4620)가 지지 너트(4610)에서 이탈하지 않도록 지지한다.

가압부재(4620)는 고리 형상으로 이루어지며 지지 너트(4610)에 대하여 이동 가능하도록 지지 너트(4610)의 외주면(4614)에 나사 결합된다. 가압부재(4620)의 선단에는 로터 디스크를 전방으로 가압하는 가압 돌기(4627)가 형성되고, 가압 돌기(4627)는 가압부재(4620)의 둘레 방향으로 이어져 형성된다. 가압 돌기(4627)는 베어링 샤프트(1700)와 맞닿아 베어링 샤프트(1700)를 매개로 로터 디스크를 가압한다.

가압부재(4620)의 하부가 베어링 샤프트(1700)와 맞닿으면 가압부재(4620)의 전방에 큰 힘이 작용하고, 가압부재(4620)의 상부가 베어링 샤프트(1700)와 맞닿으면 가압부재(4620)의 후방에 큰 힘이 작용할 수 있다. 그러나 본 실시예와 같이 가압 돌기(4627)가 형성되면 원하는 위치에서 가압부재(4620)와 베어링 샤프트(1700)와 맞닿아 균일한 가압력을 적용할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제5 실시예에 따른 디스크 가압 장치에 대해서 설명한다.

도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 디스크 가압 장치를 도시한 부분 단면도이다.

도 11을 참조하여 설명하면, 본 제5 실시예에 따른 디스크 가압 장치는 타이 로드(1120)에 결합된 지지 너트(5610)와 지지 너트(5610)에 대하여 이동 가능하게 설치된 가압부재(5620)를 포함한다. 지지 너트(5610)는 로터 디스크 및 베어링 샤프트(1700)의 후방에 배치되며, 타이 로드(1120)와 나사 결합된다.

지지 너트(5610)는 나사산이 형성된 내주면(5612)과 외주면(5614)과 외주면(5614)에 돌출된 후방 플랜지(5615)와 외주면(5614)의 선단에 형성된 콘 돌출부(5613)를 포함한다. 콘 돌출부(5613)는 전방으로 갈수록 외경이 점진적으로 감소하는 구조로 이루어질 수 있다. 후방 플랜지(5615)는 외주면의 후단에서 돌출되어 가압부재(5620)가 지지 너트(5610)에서 이탈하지 않도록 지지한다.

가압부재(5620)는 고리 형상으로 이루어지며 지지 너트(5610)에 대하여 이동 가능하도록 지지 너트(5610)의 외주면에 나사 결합된다. 가압부재(5620)의 선단에는 전방으로 갈수록 외경이 점진적으로 감소하는 테이퍼부(5621)가 형성되며, 테이퍼부(5621)의 후단에는 베어링 샤프트(1700)와 맞닿아 가압하는 지지 턱(5623)이 형성된다.

테이퍼부(5621)는 베어링 샤프트(1700)에 형성된 지지 홈(1760)에 삽입되는데, 지지 홈(1760)의 내면은 테이퍼부(5621)의 외면과 평행하게 형성된다. 테이퍼부(5621)와 지지 홈(1760)이 맞닿으며, 지지 홈(1760)을 통해서 힘이 전달된다. 또한, 지지 턱(5623)은 베어링 샤프트(1700)의 후단에 맞닿아 힘을 전달한다.

이와 같이 본 실시예에 따르면 테이퍼부(5621)와 지지 턱(5623)이 베어링 샤프트(1700)와 맞닿아 균일하게 힘을 전달할 수 있으며, 이에 따라 로터 디스크가 안정적으로 가압될 수 있다.

한편, 후방 플랜지(5615)에는 가압부재(5620)를 지지하는 복수의 지지 볼트(5630)가 설치될 수 있다. 지지 볼트들(5630)은 후방 플랜지(5615)에 나사 결합되에 후방 플랜지(5615)를 관통하도록 설치된다. 지지 볼트(5630)가 회전하면 후방 플랜지(5615)에 대하여 이동 가능하게 된다.

가압부재(5620)가 베어링 샤프트(1700)를 가압 지지하는 상태에서 지지 볼트(5630)가 전방으로 이동하여 가압부재(5620)의 후단과 맞닿아 가압부재(5620)를 지지할 수 있다. 이에 따라 진동에 의하여 가압부재(5620)의 가압력이 감소하는 것을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1000: 가스 터빈 1100: 압축기
1120: 타이 로드 1130: 블레이드
1140: 베인 1150: 케이싱
1151: 스트럿 1160: 압축기 디스크
1170: 토크 튜브 1120: 타이 로드
1200: 연소기 1300: 터빈
1310: 터빈 디스크 1320: 터빈 블레이드
1600, 2600, 3600, 4600: 디스크 가압 장치
1610, 2610, 3610, 4610: 지지 너트
1612, 2612, 3612, 4612: 내주면
1614, 2614, 3614, 4614: 외주면
1615, 2615, 3615, 4615: 후방 플랜지
1617: 홈 1620, 2620, 3620, 4620: 가압부재
1700: 베어링 샤프트 1710: 베어링 지지부
1730: 로터 지지부 2621, 5621: 테이퍼부
3613, 4613: 콘 돌출부 4627: 가압 돌기
5623: 지지 턱

Claims

가스 터빈의 타이 로드에 결합되어 로터 디스크를 가압하는 가스 터빈용 디스크 가압 장치에 있어서,
상기 로터 디스크의 후방에서 상기 타이 로드에 결합된 지지 너트와 상기 지지 너트에 대하여 이동 가능하게 설치된 가압부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 디스크 가압 장치.
제1 항에 있어서,
상기 가압부재는 상기 지지 너트의 외주면에 나사 결합된 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 디스크 가압 장치.
제1 항에 있어서,
상기 지지 너트는 고리 형상으로 이루어지고, 상기 지지 너트의 내주면 및 외주면에는 나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 디스크 가압 장치.
제3 항에 있어서,
상기 지지 너트는 상기 외주면에 돌출되어 상기 가압부재의 이탈을 방지하는 후방 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 디스크 가압 장치.
제4 항에 있어서,
상기 후방 플랜지에는 상기 후방 플랜지에 대하여 나사 결합되어 이동 가능하게 설치되며, 상기 가압부재의 후단과 맞닿아 상기 가압부재를 지지하는 지지 볼트가 설치된 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 디스크 가압 장치.
제3 항에 있어서,
상기 내주면에는 제1 나사산이 형성되고, 상기 외주면에는 제2 나사산이 형성되며, 상기 제2 나사산의 피치는 상기 제1 나사산의 피치보다 더 작게 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 디스크 가압 장치.
제3 항에 있어서,
상기 지지 너트는 상기 외주면의 선단에서 돌출된 콘 돌출부를 더 포함하고, 상기 콘 돌출부의 외면은 상기 외주면에 대하여 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 디스크 가압 장치.
제2 항에 있어서,
상기 가압부재의 선단에는 전방으로 갈수록 외경이 점진적으로 감소하는 테이퍼부가 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 디스크 가압 장치.
제8 항에 있어서,
상기 가압부재는 상기 테이퍼부의 후단에 형성되며 상기 로터 디스크를 전방으로 가압하는 지지 턱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 디스크 가압 장치.
제1 항에 있어서,
상기 가압부재의 선단에는 로터 디스크를 전방으로 가압하는 가압 돌기가 형성되고, 상기 가압 돌기는 상기 가압부재의 둘레 방향으로 이어져 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 디스크 가압 장치.
외부에서 유입된 공기를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기, 상기 연소기에서 연소된 연소 가스에 의해 회전하는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈, 상기 압축기 및 상기 터빈을 관통하도록 설치된 타이 로드, 상기 타이 로드에 결합되어 로터 디스크를 가압하는 디스크 가압 장치를 포함하고,
상기 디스크 가압 장치는 상기 로터 디스크의 후방에서 상기 타이 로드에 결합된 지지 너트와 상기 지지 너트에 대하여 이동 가능하게 설치된 가압부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제11 항에 있어서,
상기 지지 너트는 고리 형상으로 이루어지고, 제1 나사산이 형성된 내주면과 제2 나사산이 형성된 외주면을 포함하며, 상기 가압부재는 상기 지지 너트의 외주면에 나사 결합된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제12 항에 있어서,
상기 지지 너트는 상기 외주면에 돌출되어 상기 가압부재의 이탈을 방지하는 후방 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제13 항에 있어서,
상기 후방 플랜지에는 상기 후방 플랜지에 대하여 나사 결합되어 이동 가능하게 설치되며, 상기 가압부재의 후단과 맞닿아 상기 가압부재를 지지하는 지지 볼트가 설치된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제12 항에 있어서,
상기 제2 나사산의 피치는 상기 제1 나사산의 피치보다 더 작게 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제12 항에 있어서,
상기 지지 너트는 상기 외주면의 선단에서 돌출된 콘 돌출부를 더 포함하고, 상기 콘 돌출부의 외면은 상기 외주면에 대하여 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제12 항에 있어서,
상기 가압부재의 선단에는 전방으로 갈수록 외경이 점진적으로 감소하는 테이퍼부가 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제17 항에 있어서,
상기 가압부재는 상기 테이퍼부의 후단에 형성되며 상기 로터 디스크를 전방으로 가압하는 지지 턱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제18 항에 있어서,
상기 디스크 가압 장치는 상기 타이 로드에 설치된 베어링 샤프트를 매개로 상기 로터 디스크를 가압하며,
상기 베어링 샤프트에는 상기 테이퍼부가 삽입되는 홈이 형성되며,
상기 테이퍼부는 상기 홈의 내면과 맞닿으며, 상기 지지 턱은 상기 베어링 샤프트의 후단과 맞닿는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제11 항에 있어서,
상기 가압부재의 선단에는 로터 디스크를 전방으로 가압하는 가압 돌기가 형성되고, 상기 가압 돌기는 상기 가압부재의 둘레 방향으로 이어져 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.