KR20230119500A - 블레이드 고정 조립체, 이를 포함하는 가스 터빈 및 가스 터빈 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블레이드의 축방향 이동을 방지할 수 있는 블레이드 고정 조립체, 이를 포함하는 가스 터빈 및 가스 터빈 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체는,
제1 원호(ark) 형상 그루브가 형성된 디스크 슬롯; 디스크 슬롯에 삽입되며 제1 원호 형상 그루브와 대응하는 위치에 제1 원호 형상 그루브와 대응하는 형상의 제2 원호 형상 그루브가 형성된 블레이드 루트부재; 제1 원호 형상 그루브와 제2 원호 형상 그루브에 의해 형성된 삽입구를 구비한 원호 형상 삽입 공간; 삽입구에 삽입된 후, 일방향으로 회전되어 삽입 공간에 고정되는 고정 블록;을 포함한다.

Description

블레이드 고정 조립체, 이를 포함하는 가스 터빈 및 가스 터빈 제조 방법 {Blade fixing assembly, gas turbine comprising it and gas turbine manufacturing method }

본 발명은 블레이드의 축방향 이동을 방지할 수 있는 블레이드 고정 조립체, 이를 포함하는 가스 터빈 및 가스 터빈 제조 방법에 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, 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.

로터는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고, 로터에 복수의 디스크가 고정되어, 각각의 블레이드가 연결되는 동시에, 배기실측의 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.

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.

미국등록특허 8562301호

본 발명은 블레이드의 축방향 이동을 방지할 수 있는 블레이드 고정 조립체, 이를 포함하는 가스 터빈 및 가스 터빈 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체는,

제1 원호(ark) 형상 그루브가 형성된 디스크 슬롯; 디스크 슬롯에 삽입되며 제1 원호 형상 그루브와 대응하는 위치에 제1 원호 형상 그루브와 대응하는 형상의 제2 원호 형상 그루브가 형성된 블레이드 루트부재; 제1 원호 형상 그루브와 제2 원호 형상 그루브에 의해 형성된 삽입구를 구비한 원호 형상 삽입 공간; 삽입구에 삽입된 후, 일방향으로 회전되어 삽입 공간에 고정되는 고정 블록;을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체에 있어서, 고정 블록은, 제1 방향의 양측에 원호 형상으로 볼록하게 형성된 한 쌍의 아크면과, 제2 방향의 양측에 평면 형상으로 평탄하게 형성된 한 쌍의 평탄면을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체에 있어서, 삽입구의 폭은 한 쌍의 아크면 사이의 거리 보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체에 있어서, 원호 형상 삽입 공간의 곡률 중심에서 삽입구의 폭을 형성하는 양 끝단을 잇는 가상의 두 선에 의해 형성되는 사이각은 60° 내지 150°일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체에 있어서, 아크면에 형성된 적어도 하나 이상의 나사홀을 포함하며, 나사홀에 조립툴이 삽입된 후, 조립툴에 외력이 가해지면 고정 블록이 삽입 공간에서 회전되도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체에 있어서, 디스크 슬롯은 제1 원호 형상 그루브의 단부에서 하방향으로 연장 형성된 제1 수직 그루브를 포함하고, 블레이드 루트부재는 제2 원호 형상 그루브의 단부에서 상방향으로 연장 형성된 제2 수직 그루브를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체에 있어서, 고정 블록은, 제1 방향의 양측에 원호 형상으로 볼록하게 형성된 한 쌍의 아크면과, 제2 방향의 양측에 평면 형상으로 평탄하게 형성된 한 쌍의 평탄면과, 평탄면에 형성되며 제1 수직 그루브 및 제2 수직 그루브와 연결되는 제3 수직 그루브와, 제1 내지 제3 수직 그루브가 연결되어 형성된 체결 그루브에 삽입 체결되는 체결 바아를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈은,

공기를 압축시키기 위한 압축기; 압축기로부터 압축된 공기를 유입받아 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기; 연소기로부터 연소된 가스에 의해 회전하여 동력을 발생시키는 터빈을 포함한다. 또한, 압축기는, 제1 원호(ark) 형상 그루브가 형성된 디스크 슬롯; 디스크 슬롯에 삽입되며 제1 원호 형상 그루브와 대응하는 위치에 제1 원호 형상 그루브와 대응하는 형상의 제2 원호 형상 그루브가 형성된 블레이드 루트부재; 제1 원호 형상 그루브와 제2 원호 형상 그루브에 의해 형성된 삽입구를 구비한 원호 형상 삽입 공간; 삽입구에 삽입된 후, 일방향으로 회전되어 삽입 공간에 고정되는 고정 블록;을 포함하는 블레이드 고정 조립체를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 고정 블록은, 제1 방향의 양측에 원호 형상으로 볼록하게 형성된 한 쌍의 아크면과, 제2 방향의 양측에 평면 형상으로 평탄하게 형성된 한 쌍의 평탄면을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 삽입구의 폭은 한 쌍의 아크면 사이의 거리 보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 원호 형상 삽입 공간의 곡률 중심에서 삽입구의 폭을 형성하는 양 끝단을 잇는 가상의 두 선에 의해 형성되는 사이각은 60° 내지 150°일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 아크면에 형성된 적어도 하나 이상의 나사홀을 포함하며, 나사홀에 조립툴이 삽입된 후, 조립툴에 외력이 가해지면 고정 블록이 삽입 공간에서 회전되도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 디스크 슬롯은 제1 원호 형상 그루브의 단부에서 하방향으로 연장 형성된 제1 수직 그루브를 포함하고, 블레이드 루트부재는 제2 원호 형상 그루브의 단부에서 상방향으로 연장 형성된 제2 수직 그루브를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 고정 블록은, 제1 방향의 양측에 원호 형상으로 볼록하게 형성된 한 쌍의 아크면과, 제2 방향의 양측에 평면 형상으로 평탄하게 형성된 한 쌍의 평탄면과, 평탄면에 형성되며 제1 수직 그루브 및 제2 수직 그루브와 연결되는 제3 수직 그루브와, 제1 내지 제3 수직 그루브가 연결되어 형성된 체결 그루브에 삽입 체결되는 체결 바아를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈 제조 방법은,

디스크 슬롯의 저면에 제1 원호 형상 그루브를 형성하는 단계; 블레이드 루트부재의 일측 하면에 제2 원호 형상 그루브를 형성하는 단계; 블레이드 루트부재를 구비한 블레이드를 디스크 슬롯에 삽입하여, 제1 원호 형상 그루브 및 제2 원호 형상 그루브가 삽입구를 구비하는 원호 형상 삽입 공간을 형성하는 단계; 제1 방향의 양측에 원호 형상으로 볼록하게 형성된 한 쌍의 아크면과, 제2 방향의 양측에 평면 형상으로 평탄하게 형성된 한 쌍의 평탄면을 구비한 고정 블록의 아크면을 삽입구로 삽입시킨 후, 평탄면이 삽입구를 막도록 일방향으로 회전시켜서 고정하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈 제조 방법에 있어서, 삽입구의 폭은 한 쌍의 아크면 사이의 거리 보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈 제조 방법에 있어서, 원호 형상 삽입 공간의 곡률 중심에서 삽입구의 폭을 형성하는 양 끝단을 잇는 가상의 두 선에 의해 형성되는 사이각은 60° 내지 150°일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈 제조 방법에 있어서, 아크면에 형성된 적어도 하나 이상의 나사홀을 포함하며, 나사홀에 조립툴이 삽입된 후, 조립툴에 외력이 가해지면 고정 블록이 삽입 공간에서 회전되도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈 제조 방법에 있어서, 디스크 슬롯은 제1 원호 형상 그루브의 단부에서 하방향으로 연장 형성된 제1 수직 그루브를 포함하고, 블레이드 루트부재는 제2 원호 형상 그루브의 단부에서 상방향으로 연장 형성된 제2 수직 그루브를 포함하며, 고정 블록은 평탄면에 형성되며 제1 수직 그루브 및 제2 수직 그루브와 연결되는 제3 수직 그루브와, 제1 내지 제3 수직 그루브가 연결되어 형성된 체결 그루브에 삽입 체결되는 체결 바아를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈 제조 방법에 있어서, 평탄면이 삽입구를 막도록 일방향으로 회전시켜서 고정하는 단계는, 체결 바아를 체결 그루브에 삽입한 후 체결 바아에 형성된 체결홀을 통해 나사 결합하여 고정 블록이 원호 형상 삽입 공간에 고정되도록 하거나, 체결 바아와 체결 그루브를 용접하여 고정 블록이 원호 형상 삽입 공간에 고정되도록 할 수 있다.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 블레이드의 축방향 이동을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 블레이드와 로터 디스크 간의 마찰에 의한 마모를 방지하여 가스 터빈의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 단면이 개념적으로 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 로터 디스크가 도시된 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 루트부재의 하면 일측이 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체를 구성하는 고정 블록이 도시된 사시도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체를 이용하여 블레이드를 디스크 슬롯에 설치하는 과정이 도시된 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 로터 디스크가 도시된 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 루트부재의 하면 일측이 도시된 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체를 구성하는 고정 블록이 도시된 사시도이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체를 이용하여 블레이드를 디스크 슬롯에 설치하는 과정이 도시된 도면이다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 단면을 개념적으로 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1)은 압축기(10), 연소기(20), 터빈(30)을 포함한다. 압축기(10)는 유출입되는 공기를 고압으로 압축하는 역할을 하며, 압축된 공기를 연소기 측으로 전달한다. 압축기(10)는 방사상으로 설치된 다수의 압축기 블레이드를 구비하며, 터빈(30)의 회전으로부터 생성된 동력의 일부를 전달받아 압축기 블레이드가 회전하며, 블레이드의 회전에 의해 공기가 압축되면서 연소기(20) 측으로 이동한다. 블레이드의 크기 및 설치 각도는 설치 위치에 따라 달라질 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1)은 압축기(10), 연소기(20), 터빈(30)을 포함한다. 압축기(10)는 외부 공기를 흡입하여 압축하고, 연소기(20)는 압축기(10)에서 압축된 공기에 연료를 혼합해 연소시키며, 터빈(30)은 연소기(20)로부터 배출되는 연소 가스에 의해 회전하게 된다.

압축기(10)는 압축기 로터 디스크(11), 센터 타이로드(12), 압축기 블레이드(100), 압축기 베인(14), 압축기 하우징(15)을 포함한다.

압축기 로터 디스크(11)는 압축기 블레이드(100)를 고정하고, 센터 타이로드(12)의 회전에 따라 회전하여 압축기 블레이드(100)를 회전시킨다. 압축기 로터 디스크(11)는 복수개 일 수 있다.

복수개로 형성된 압축기 로터 디스크(11)들은 하나의 센터 타이로드(12)에 의해 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다. 각각의 압축기 로터 디스크(11)들은 센터 타이로드(12)에 의해 관통된 상태로 축 방향을 따라서 정렬된다. 압축기 로터 디스크(11)의 외주부에는 복수 개의 돌기가 형성될 수 있고, 인접한 압축기 로터 디스크(11)와 함께 회전하도록 결합되는 플랜지가 형성될 수 있다.

복수 개의 압축기 로터 디스크(11) 중 적어도 어느 하나에는 압축 공기 공급 유로가 형성될 수 있다. 압축 공기 공급 유로를 통해 압축기 블레이드(100)에 의해 압축된 압축 공기가 터빈(30) 측으로 이동되어 터빈 블레이드를 냉각시킬 수 있다.

센터 타이로드(12)는 압축기 로터 디스크(11)를 관통하여 정렬한다. 센터 타이로드(12)는 터빈(30)에서 발생된 토크를 전달 받아서 압축기 로터 디스크(11)를 회전시킨다. 이를 위해 압축기(10)와 터빈(30) 사이에는 터빈(30)에서 발생된 회전 토크를 압축기(10)로 전달하는 토크 전달부재로서 토크튜브(T)가 배치될 수 있다.

압축기 블레이드(100)는 압축기 로터 디스크(11)의 외주면에 방사상으로 결합된다. 압축기 블레이드(100)는 복수 개일 수 있으며, 다단으로 형성될 수 있다. 각각의 압축기 블레이드(100)는 압축기 로터 디스크(11)에 체결되기 위한 도브 테일이 형성된다. 본 실시예에서는 압축기 블레이드(100)와 압축기 로터 디스크(11)가 도브 테일 방식으로 결합되지만, 이에 한정되지 않고 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 압축기 블레이드(100)는 로터 디스크(11)의 회전에 따라 회전하면서 유입된 공기를 압축하면서 압축된 공기를 후단의 압축기 베인(14)으로 이동시킨다.

압축기 베인(14)은 전단의 압축기 블레이드(100)로부터 이동된 압축 공기를 후단의 압축기 블레이드(100) 측으로 가이드한다.

압축기 하우징(15)은 압축기(10)의 외형을 형성한다. 압축기 하우징(15)은 내부에 압축기 로터 디스크(11), 센터 타이로드(12), 압축기 블레이드(100), 압축기 베인(14) 등을 수용한다.

압축기 하우징(15)에는 다단의 압축기 블레이드(100)에 의해 여러 단계로 압축된 압축 공기를 터빈(30) 측으로 유동시켜서 터빈 블레이드를 냉각시키는 연결관이 형성될 수 있다.

압축기(10)의 출구에는 압축 공기를 확산 이동시키는 디퓨저가 배치된다. 디퓨저는 압축 공기가 연소기에 공급되기 전에 압축 공기를 정류시키며, 압축 공기의 운동 에너지 일부를 정압(static pressure)으로 전환시킨다.

한편, 압축기 블레이드(100)와 압축기 로터 디스크(11)과의 감합(嵌合)은 조립 및 공차를 고려하여 다소 느슨하게 된다. 이에 따라, 가스 터빈의 잦은 운전 정지 또는 가스 터빈 운전시 발생하는 진동의 영향으로, 압축기 블레이드(100)가 센터 타이로드(12) 방향(이하, 축방향이라고도 함)으로 이동하게 될 수 있다. 이러한 압축기 블레이드(100)의 축방향 이동은, 압축기 블레이드(100)와 압축기 로터 디스크(11) 간의 마찰에 의한 마모의 원인이 된다. 따라서, 압축기 블레이드(100)의 축방향 이동을 방지할 수 있는 방안이 필요하다. 이하의 설명에서, 블레이드는 압축기 블레이드(100)인 경우를 예시하여 설명하나, 반드시 압축기 블레이드(100)에 한정되는 것은 아니다. 즉, 설계에 따라 터빈 블레이드에 적용될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 로터 디스크가 도시된 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 루트부재의 하면 일측이 도시된 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체를 구성하는 고정 블록이 도시된 사시도이다.

도 3을 참조하면, 압축기 로터 디스크(11)는 압축기 블레이드(100)의 루트부재(110)가 삽입 설치되는 디스크 슬롯(11a)을 포함한다. 디스크 슬롯(11a)은, 예를 들어, 도브 테일 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 디스크 슬롯(11a)의 일측 저면에는 제1 원호(ark) 형상 그루브(11b)가 형성된다. 제1 원호 형상 그루브(11b)는 전체적으로 원형의 일부가 절단된 원호 형상으로 형성되고, 후술하는 제2 원호 형상 그루브(111)와 함께 삽입구(IS1)를 형성한다.

도 4를 참조하면, 압축기 블레이드(100)의 루트부재(110)는 디스크 슬롯(11a)과 대응하는 형상으로 형성된다. 루트부재(110)는, 예를 들어, 도브 테일 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 루트부재(110)의 일측 하면에는 제1 원호 형상 그루브(11b)와 대응하는 형상의 제2 원호 형상 그루브(111)가 형성된다. 제2 원호 형상 그루브(111)는 제1 원호 형상 그루브(11b)와 마찬가지로, 전체적으로 원형의 일부가 절단된 원호 형상으로 형성되고, 전술한 제1 원호 형상 그루브(11b)와 함께 삽입구(IS1)를 형성한다.

압축기 블레이드(100)의 루트부재(110)는 디스크 슬롯(11a)에 축방향으로 삽입된다. 이때, 제1 원호 형상 그루브(11b)와 제2 원호 형상 그루브(111)는 서로 대응하는 위치에 배치되어 하나의 삽입 공간을 형성한다. 삽입 공간은 전체적으로 원형의 일부가 절단된 원호 형상으로 형성되며, 제1 원호 형상 그루브(11b)와 제2 원호 형상 그루브(111)에 의해 형성된 삽입구(IS1)를 구비한다. (도 6 참조) 이때, 고정 블록(120)은 삽입 공간에 삽입 배치되어 압축기 블레이드(100)의 축방향 이동을 방지한다. (도 8 참조)

도 5를 참조하여 블레이드 고정 조립체를 구성하는 고정 블록(120)에 대해 설명한다.

고정 블록(120)은 대략 육면체 형상으로 형성될 수 있다. 고정 블록(120)의 하부는 디스크 슬롯(11a)의 일측 저면에 형성된 제1 원호 형상 그루브(11b)에 배치되고, 고정 블록(120)의 상부는 루트부재(110)의 일측 저면에 형성된 제2 원호 형상 그루브(11b)에 배치된 후, 용접 등의 체결 방법을 이용하여 고정됨으로써 압축기 블레이드(100)의 축방향 이동을 방지할 수 있다.

도 5를 참조하면, 고정 블록(120)은 상하면(121), 아크면(122), 평탄면(123)을 포함한다. 선택적으로, 고정 블록(120)은 나사홀(124)을 더 포함할 수 있다.

상하면(121)은 고정 블록(120)의 상면과 하면을 구성하며, 평평한 평면으로 이루어진다. 아크면(122)과 평탄면(123)은 고정 블록(120)의 측면을 구성한다.

아크면(122)은 제1 방향의 양측 평면을 구성하고, 평탄면(123)은 제2 방향의 양측 평면을 구성한다. 제1 방향과 제2 방향은 직교할 수 있으며, 제1 방향은 x축 방향, 제2 방향은 y축 방향일 수 있다.

아크면(122)은 고정 블록(120)의 제1 방향 양측에 원호 형상으로 볼록하게 형성된다. 아크면(122)은 기설정된 곡률을 갖는 원호 형상으로 형성된다. 아크면(122)의 곡률은 제1 원호 형상 그루브(11b) 및 제2 원호 형상 그루브(111)의 곡률과 동일한 곡률일 수 있다. 아크면(122)의 상단과 하단에는 경사면이 형성될 수 있다. 제1 원호 형상 그루브(11b) 및 제2 원호 형상 그루브(111)에도 아크면(122)의 경사면과 대응하는 경사면이 형성될 수 있다.

평탄면(123)은 고정 블록(120)의 제2 방향 양측에 평면 형상으로 평탄하게 형성된다. 평탄면(123)의 폭(w1)은 한 쌍의 아크면(122) 사이의 거리(w2) 보다 작게 형성된다.

고정 블록(120)은 아크면(122)이 삽입구(IS1)에 먼저 삽입된 후, 평탄면(123)이 삽입구(IS1)를 막도록 일방향으로 회전될 수 있다. 평탄면(123)의 모서리들은 삽입구(IS1)의 모서리들과 용접되어 고정 블록(120)이 삽입 공간에 고정될 수 있다.

이때, 공차 범위 내에서, 평탄면(123)의 폭(w1)과 실질적으로 동일한 삽입구(IS1)의 폭은 아크면 사이의 거리(w2) 보다 작게 형성되므로, 가스 터빈 운전시 진동이 발생하더라도, 고정 블록(120)이 삽입구(IS1)로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있게 된다.

다시 도 3을 참조하면, 원호 형상 삽입 공간의 곡률 중심에서 삽입구의 폭을 형성하는 양 끝단을 잇는 가상의 두 선에 의해 형성되는 사이각(θ)은 60° 내지 150°인 것이 바람직하다.

사이각(θ)이 60°미만인 경우, 삽입구(IS1)가 지나치게 작게 되고 그 만큼 삽입구(IS1)에 삽입될 아크면(122)도 작게 제조해야 하게 되는데, 이 경우, 삽입 공간 내에서 고정 블록(120)이 차지하는 면적이 작아지게 되어 블래이드 진동에 대한 충분한 대항력을 제공할 수 없게 된다.

사이각(θ)이 150°초과인 경우, 삽입구(IS1)가 지나치게 크게 형성되어, 고정 블록(120)의 아크면 사이의 거리(w2)와 삽입구(IS1)의 폭(w1과 실질적으로 동일) 크기 차이가 작아지게 되면서, 삽입 공간의 아크 형상 내벽에 의해 제공되는 고정 블록(120) 이탈 방지 압력이 작아지게 된다.

한편, 실제 조립시, 무거운 중량의 블래이드(100)가 고정 블록(120)의 상면을 압박하므로, 삽입 공간 내에서의 고정 블록(120) 회전이 쉽지 않을 수 있다. 이에, 고정 블록(120)은 아크면(122)에 형성된 적어도 하나 이상의 나사홀(124)을 더 포함할 수 있다.

작업자는 나사홀(124)에 조립툴을 삽입시킨 후, 조립툴에 외력이 가하여 고정 블록(120)이 삽입 공간에서 용이하게 회전되도록 할 수 있다. 나사홀(124) 내벽에는 나사산이 형성될 수 있고, 조립툴은 단부에 나사홀(124)의 나사산과 맞물리는 나사산이 형성된 봉 형상일 수 있다.

다음으로, 도 6 내지 도 8을 참조하여 블레이드를 디스크 슬롯에 설치하는 과정을 설명한다. 도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체를 이용하여 블레이드를 디스크 슬롯에 설치하는 과정이 도시된 도면이다. 한편, 도 8 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 제조 방법을 나타내는 공정도가 될 수 있다.

먼저, 디스크 슬롯(11a)의 저면에 제1 원호 형상 그루브(11b)를 형성하고, 블레이드 루트부재(110)의 일측 하면에는 제1 원호 형상 그루브(11b)와 대응하는 형상의 제2 원호 형상 그루브(111)를 형성한다.

다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 블레이드(100)를 디스크 슬롯(11a)에 삽입한 후, 고정 블록(120)의 아크면(122)을 삽입구(IS1)에 삽입시킨다. 이때, 제1 원호 형상 그루브(11b)와 제2 원호 형상 그루브(111)는 서로 대응하는 위치에 배치되어 하나의 삽입 공간을 형성한다. 삽입 공간은 삽입구(IS1)를 구비한다. 삽입구(IS1)의 폭은, 평탄면(123)의 폭(w1)과 실질적으로 동일하고, 아크면(122) 사이의 거리(w2) 보다 작게 형성된다.

다음, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 평탄면(123)이 삽입구(IS1)를 막도록 고정 블록(120)을 회전시킨 후, 평탄면(123)의 모서리들과 삽입구(IS1)의 모서리들을 용접하여 고정 블록(120)이 삽입 공간에 고정되도록 한다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 로터 디스크가 도시된 사시도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 루트부재의 하면 일측이 도시된 도면이며, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체를 구성하는 고정 블록이 도시된 사시도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예의 디스크 슬롯(11a)은 전술한 일 실시예의 디스크 슬롯에 제1 수직 그루브(11c)를 더 포함한다. 제1 수직 그루브(11c)는 제1 원호 형상 그루브(11b)의 단부에서 하방향으로 소정 길이 연장 형성된다.

도 10을 참조하면, 본 실시예의 루트부재(110)는 전술한 일 실시예의 루트부재에 제2 수직 그루브(112)를 더 포함한다. 제2 수직 그루브(112)는 제2 원호 형상 그루브(111)의 단부에서 상방향으로 소정 길이 연장 형성된다.

또한, 도 11을 참조하면, 본 실시예의 고정 블록(120)은 전술한 일 실시예의 고정 블록에 제3 수직 그루브(125)와 체결 바아(126)를 더 포함한다. 제3 수직 그루브(125)는 평탄면(123)에 형성되며, 제1 수직 그루브(11c) 및 제2 수직 그루브(112)와 연결 형성된다. 제1 수직 그루브(11c), 제2 수직 그루브(112) 및 제3 수직 그루브(125)의 폭 과 깊이는 서로 동일하며 일자로 연결되어 체결 그루브를 형성한다.

체결 바아(126)는 체결 그루브에 삽입된다. 체결 바아(126)의 상부와 하부에는 체결홀(126a)이 형성될 수 있다. 그리고, 제1 수직 그루브(11c)와 제2 수직 그루브(112)는 체결홀(126a)과 대응하는 위치에 체결홈이 형성될 수 있다.

다음으로, 도 12 내지 도 15를 참조하여 블레이드를 디스크 슬롯에 설치하는 과정을 설명한다. 도 12 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 고정 조립체를 이용하여 블레이드를 디스크 슬롯에 설치하는 과정이 도시된 도면이다. 한편, 도 12 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 터빈의 제조 방법을 나타내는 공정도가 될 수 있다.

먼저, 디스크 슬롯(11a)의 저면에 제1 원호 형상 그루브(11b)를 형성하고, 블레이드 루트부재(110)의 일측 하면에는 제1 원호 형상 그루브(11b)와 대응하는 형상의 제2 원호 형상 그루브(111)를 형성한다.

다음, 도 12에 도시된 바와 같이, 블레이드(100)를 디스크 슬롯(11a)에 삽입한 후, 고정 블록(120)의 아크면(122)을 삽입구(IS2)에 삽입시킨다. 이때, 제1 원호 형상 그루브(11b)와 제2 원호 형상 그루브(111)는 서로 대응하는 위치에 배치되어 하나의 삽입 공간을 형성한다. 삽입 공간은 삽입구(IS2)를 구비한다.

다음, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 수직 그루브(11c), 제2 수직 그루브(112) 및 제3 수직 그루브(125)가 일렬로 배치하여 체결 그루브가 되도록 고정 블록(120)을 회전시킨 후, 체결 바아(126)를 체결 그루브에 삽입한다. 그 다음, 체결홀(126a)을 통해 나사 결합하여 고정 블록(120)이 삽입 공간에 고정되도록 한다. 또는, 체결 바아(126)와 체결 그루브를 용접하여 고정 블록(120)이 삽입 공간에 고정되도록 할 수 있다.

이와 같이, 블레이드 루트부재(110)와 디스크 슬롯(11a)이 협조하여 형성된 하나의 삽입 공간에 삽입된 고정 블록(120)를 이용하여 블레이드 루트부재(110)와 디스크 슬롯(11a)이 조립됨으로써, 블레이드(100)의 축방향 이동을 견고하게 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 블레이드(100)와 로터 디스크(11) 간의 마찰에 의한 마모를 방지하여 가스 터빈의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

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.

11 : 압축기 로터 디스크
11a : 디스크 슬롯 11b : 제1 원호 형상 그루브
11c : 제1 수직 그루브
100 : 압축기 블레이드
110 : 루트부재 111 : 제2 원호 형상 그루브 112 : 제2 수직 그루브
120 : 고정 블록
121 : 상하면 122 : 아크면
123 : 평탄면 124 : 나사홀
125 : 제3 수직 그루브 126 : 체결 바아
IS1, IS2 : 삽입구

Claims (20)

1. 제1 원호(ark) 형상 그루브가 형성된 디스크 슬롯;
   상기 디스크 슬롯에 삽입되며 상기 제1 원호 형상 그루브와 대응하는 위치에 상기 제1 원호 형상 그루브와 대응하는 형상의 제2 원호 형상 그루브가 형성된 블레이드 루트부재;
   상기 제1 원호 형상 그루브와 제2 원호 형상 그루브에 의해 형성된 삽입구를 구비한 원호 형상 삽입 공간;
   상기 삽입구에 삽입된 후, 일방향으로 회전되어 상기 삽입 공간에 고정되는 고정 블록;
   을 포함하는, 블레이드 고정 조립체.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 고정 블록은,
   제1 방향의 양측에 원호 형상으로 볼록하게 형성된 한 쌍의 아크면과,
   제2 방향의 양측에 평면 형상으로 평탄하게 형성된 한 쌍의 평탄면
   을 포함하는, 블레이드 고정 조립체.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 삽입구의 폭은 상기 한 쌍의 아크면 사이의 거리 보다 작게 형성되는, 블레이드 고정 조립체.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 원호 형상 삽입 공간의 곡률 중심에서 상기 삽입구의 폭을 형성하는 양 끝단을 잇는 가상의 두 선에 의해 형성되는 사이각은 60° 내지 150°인, 블레이드 고정 조립체.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 아크면에 형성된 적어도 하나 이상의 나사홀을 포함하며,
   상기 나사홀에 조립툴이 삽입된 후, 상기 조립툴에 외력이 가해지면 상기 고정 블록이 상기 삽입 공간에서 회전되도록 하는, 블레이드 고정 조립체.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 디스크 슬롯은 상기 제1 원호 형상 그루브의 단부에서 하방향으로 연장 형성된 제1 수직 그루브를 포함하고,
   상기 블레이드 루트부재는 상기 제2 원호 형상 그루브의 단부에서 상방향으로 연장 형성된 제2 수직 그루브를 포함하는, 블레이드 고정 조립체.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 고정 블록은,
   제1 방향의 양측에 원호 형상으로 볼록하게 형성된 한 쌍의 아크면과,
   제2 방향의 양측에 평면 형상으로 평탄하게 형성된 한 쌍의 평탄면과,
   상기 평탄면에 형성되며 상기 제1 수직 그루브 및 제2 수직 그루브와 연결되는 제3 수직 그루브와,
   상기 제1 내지 제3 수직 그루브가 연결되어 형성된 체결 그루브에 삽입 체결되는 체결 바아
   를 포함하는, 블레이드 고정 조립체.
   
8. 공기를 압축시키기 위한 압축기;
   상기 압축기로부터 압축된 공기를 유입받아 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기;
   상기 연소기로부터 연소된 가스에 의해 회전하여 동력을 발생시키는 터빈을 포함하며, 상기 압축기는,
   제1 원호(ark) 형상 그루브가 형성된 디스크 슬롯;
   상기 디스크 슬롯에 삽입되며 상기 제1 원호 형상 그루브와 대응하는 위치에 상기 제1 원호 형상 그루브와 대응하는 형상의 제2 원호 형상 그루브가 형성된 블레이드 루트부재;
   상기 제1 원호 형상 그루브와 제2 원호 형상 그루브에 의해 형성된 삽입구를 구비한 원호 형상 삽입 공간;
   상기 삽입구에 삽입된 후, 일방향으로 회전되어 상기 삽입 공간에 고정되는 고정 블록;을 포함하는, 블레이드 고정 조립체
   을 포함하는, 가스 터빈.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 고정 블록은,
   제1 방향의 양측에 원호 형상으로 볼록하게 형성된 한 쌍의 아크면과,
   제2 방향의 양측에 평면 형상으로 평탄하게 형성된 한 쌍의 평탄면
   을 포함하는, 가스 터빈.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 삽입구의 폭은 상기 한 쌍의 아크면 사이의 거리 보다 작게 형성되는, 가스 터빈.
    
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 원호 형상 삽입 공간의 곡률 중심에서 상기 삽입구의 폭을 형성하는 양 끝단을 잇는 가상의 두 선에 의해 형성되는 사이각은 60° 내지 150°인, 가스 터빈.
    
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 아크면에 형성된 적어도 하나 이상의 나사홀을 포함하며,
    상기 나사홀에 조립툴이 삽입된 후, 상기 조립툴에 외력이 가해지면 상기 고정 블록이 상기 삽입 공간에서 회전되도록 하는, 가스 터빈.
    
13. 청구항 8에 있어서,
    상기 디스크 슬롯은 상기 제1 원호 형상 그루브의 단부에서 하방향으로 연장 형성된 제1 수직 그루브를 포함하고,
    상기 블레이드 루트부재는 상기 제2 원호 형상 그루브의 단부에서 상방향으로 연장 형성된 제2 수직 그루브를 포함하는, 가스 터빈.
    
14. 청구항 13에 있어서, 상기 고정 블록은,
    제1 방향의 양측에 원호 형상으로 볼록하게 형성된 한 쌍의 아크면과,
    제2 방향의 양측에 평면 형상으로 평탄하게 형성된 한 쌍의 평탄면과,
    상기 평탄면에 형성되며 상기 제1 수직 그루브 및 제2 수직 그루브와 연결되는 제3 수직 그루브와,
    상기 제1 내지 제3 수직 그루브가 연결되어 형성된 체결 그루브에 삽입 체결되는 체결 바아
    를 포함하는, 가스 터빈.
    
15. 디스크 슬롯의 저면에 제1 원호 형상 그루브를 형성하는 단계;
    블레이드 루트부재의 일측 하면에 제2 원호 형상 그루브를 형성하는 단계;
    상기 블레이드 루트부재를 구비한 블레이드를 상기 디스크 슬롯에 삽입하여, 상기 제1 원호 형상 그루브 및 제2 원호 형상 그루브가 삽입구를 구비하는 원호 형상 삽입 공간을 형성하는 단계;
    제1 방향의 양측에 원호 형상으로 볼록하게 형성된 한 쌍의 아크면과, 제2 방향의 양측에 평면 형상으로 평탄하게 형성된 한 쌍의 평탄면을 구비한 고정 블록의 아크면을 상기 삽입구로 삽입시킨 후, 상기 평탄면이 상기 삽입구를 막도록 일방향으로 회전시켜서 고정하는 단계;
    를 포함하는, 가스 터빈 제조 방법.
    
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 삽입구의 폭은 상기 한 쌍의 아크면 사이의 거리 보다 작게 형성되는, 가스 터빈 제조 방법.
    
17. 청구항 15에 있어서,
    상기 원호 형상 삽입 공간의 곡률 중심에서 상기 삽입구의 폭을 형성하는 양 끝단을 잇는 가상의 두 선에 의해 형성되는 사이각은 60° 내지 150°인, 가스 터빈 제조 방법.
    
18. 청구항 15에 있어서,
    상기 아크면에 형성된 적어도 하나 이상의 나사홀을 포함하며,
    상기 나사홀에 조립툴이 삽입된 후, 상기 조립툴에 외력이 가해지면 상기 고정 블록이 상기 삽입 공간에서 회전되도록 하는, 가스 터빈 제조 방법.
    
19. 청구항 15에 있어서,
    상기 디스크 슬롯은 상기 제1 원호 형상 그루브의 단부에서 하방향으로 연장 형성된 제1 수직 그루브를 포함하고,
    상기 블레이드 루트부재는 상기 제2 원호 형상 그루브의 단부에서 상방향으로 연장 형성된 제2 수직 그루브를 포함하며,
    상기 고정 블록은 상기 평탄면에 형성되며 상기 제1 수직 그루브 및 제2 수직 그루브와 연결되는 제3 수직 그루브와, 상기 제1 내지 제3 수직 그루브가 연결되어 형성된 체결 그루브에 삽입 체결되는 체결 바아를 포함하는, 가스 터빈 제조 방법.
    
20. 청구항 19에 있어서,
    상기 평탄면이 상기 삽입구를 막도록 일방향으로 회전시켜서 고정하는 단계는,
    상기 체결 바아를 상기 체결 그루브에 삽입한 후 상기 체결 바아에 형성된 체결홀을 통해 나사 결합하여 상기 고정 블록이 상기 원호 형상 삽입 공간에 고정되도록 하거나,
    상기 체결 바아와 상기 체결 그루브를 용접하여 상기 고정 블록이 상기 원호 형상 삽입 공간에 고정되도록하는,
    가스 터빈 제조 방법.

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