KR20240076088A - 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리, 이를 포함하는 터빈 베인 및 가스 터빈 - Google Patents

Abstract

터빈 베인 플랫폼으로부터 임의로 탈거되는 것을 방지하여 가스 터빈 유지 보수시의 안정성과 작업 용이성을 향상시킬 수 있는 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리, 이를 포함하는 터빈 베인 및 가스 터빈이 개시된다.
개시된 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리는,
터빈 베인 플랫폼의 제1 방향으로 형성된 제1 그루브에 삽입되고, 제1 방향으로 연장 형성된 제1 씰링부재; 터빈 베인 플랫폼의 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성된 제2 그루브에 삽입되고, 그 단부가 제1 씰링부재의 상면에 접촉되며, 일측면에 제3 씰링부재의 일부가 삽입되는 제2 씰링부재; 일부는 제1 방향으로 연장 형성되고, 나머지는 제1 씰링부재와 제2 씰링부재가 접촉하는 지점에서 제2 방향으로 절곡되어 형성되되, 절곡된 부분의 적어도 일부가 제2 씰링부재에 삽입되어 이동이 제한되는 제3 씰링부재;를 포함한다.

Description

터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리, 이를 포함하는 터빈 베인 및 가스 터빈{Turbine vane platform sealing assembly, turbine vane and gas turbine comprising it}

본 발명은 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리, 이를 포함하는 터빈 베인 및 가스 터빈에 관한 것이다.

터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈 및 고온의 연소 가스를 이용하는 가스 터빈 등이 있다.

이 중, 가스 터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 하우징 내에 복수의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다.

연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.

터빈은 터빈 하우징 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 발전기 등의 구동축이 연결된다.

이러한 가스 터빈은 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.

가스 터빈의 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 생성하고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.

일본등록특허 제6312929호

본 발명의 일 측면은 터빈 베인 플랫폼으로부터 임의로 탈거되는 것을 방지하여 가스 터빈 유지 보수시의 안정성과 작업 용이성을 향상시킬 수 있는 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리, 이를 포함하는 터빈 베인 및 가스 터빈을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리는,

터빈 베인 플랫폼의 제1 방향으로 형성된 제1 그루브에 삽입되고, 제1 방향으로 연장 형성된 제1 씰링부재; 터빈 베인 플랫폼의 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성된 제2 그루브에 삽입되고, 그 단부가 제1 씰링부재의 상면에 접촉되며, 일측면에 제3 씰링부재의 일부가 삽입되는 제2 씰링부재; 일부는 제1 방향으로 연장 형성되고, 나머지는 제1 씰링부재와 제2 씰링부재가 접촉하는 지점에서 제2 방향으로 절곡되어 형성되되, 절곡된 부분의 적어도 일부가 제2 씰링부재에 삽입되어 이동이 제한되는 제3 씰링부재;를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리에 있어서, 제1 방향은 가스 터빈의 축방향이고, 제1 씰링부재는 제1 그루브의 형상과 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리에 있어서, 제2 방향은 가스 터빈의 축을 기준으로 하는 방사 방향이고, 제2 씰링부재는 제2 그루브의 형상과 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리에 있어서, 제2 씰링부재는, 제1 두께로 형성된 판 형상의 씰링 바디와, 제1 두께 보다 큰 제2 두께로 형성되며 씰링 바디와 이어지는 부분에는 삽입홈이 형성된 씰링 헤드를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리에 있어서, 제3 씰링부재는, 제1 방향으로 연장 형성되고 제1 씰링부재의 상면에 배치되는 연장부와, 제1 씰링부재와 제2 씰링부재가 접촉하는 지점에서 제2 방향으로 절곡되어 형성된 절곡부와, 절곡부의 상면에서 돌출 형성되고 삽입홈과 대응하는 형상으로 형성된 돌출탭을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리에 있어서, 씰링바디의 두께와 절곡부의 두께를 합하면 씰링 헤드의 두께인 제2 두께가 되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리에 있어서, 터빈 베인 플랫폼은 터빈 베인의 외측 단부에 결합된 터빈 베인 아우터 플랫폼, 터빈 베인의 내측 단부에 결합된 터빈 베인 이너 플랫폼 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인은,

외측 단부에 결합된 터빈 베인 아우터 플랫폼과 내측 단부에 결합된 터빈 베인 이너 플랫폼에 의해 하우징 내에 고정적으로 장착되는 터빈 베인이고, 상기 터빈 베인 아우터 플랫폼과 터빈 베인 이너 플랫폼 중 적어도 어느 하나는 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리를 포함한다. 여기서, 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리는, 터빈 베인 플랫폼의 제1 방향으로 형성된 제1 그루브에 삽입되고, 제1 방향으로 연장 형성된 제1 씰링부재; 터빈 베인 플랫폼의 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성된 제2 그루브에 삽입되고, 그 단부가 제1 씰링부재의 상면에 접촉되며, 일측면에 제3 씰링부재의 일부가 삽입되는 제2 씰링부재; 일부는 제1 방향으로 연장 형성되고, 나머지는 제1 씰링부재와 제2 씰링부재가 접촉하는 지점에서 제2 방향으로 절곡되어 형성되되, 절곡된 부분의 적어도 일부가 제2 씰링부재에 삽입되어 이동이 제한되는 제3 씰링부재;를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에 있어서, 제1 방향은 가스 터빈의 축방향이고, 제1 씰링부재는 제1 그루브의 형상과 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에 있어서, 제2 방향은 가스 터빈의 축을 기준으로 하는 방사 방향이고, 제2 씰링부재는 제2 그루브의 형상과 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에 있어서, 제2 씰링부재는, 제1 두께로 형성된 판 형상의 씰링 바디와, 제1 두께 보다 큰 제2 두께로 형성되며 씰링 바디와 이어지는 부분에는 삽입홈이 형성된 씰링 헤드를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에 있어서, 제3 씰링부재는, 제1 방향으로 연장 형성되고 제1 씰링부재의 상면에 배치되는 연장부와, 제1 씰링부재와 제2 씰링부재가 접촉하는 지점에서 제2 방향으로 절곡되어 형성된 절곡부와, 절곡부의 상면에서 돌출 형성되고 삽입홈과 대응하는 형상으로 형성된 돌출탭을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에 있어서, 씰링바디의 두께와 절곡부의 두께를 합하면 씰링 헤드의 두께인 제2 두께가 되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은,

외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈;을 포함한다. 여기서, 터빈 베인은, 외측 단부에 결합된 터빈 베인 아우터 플랫폼과 내측 단부에 결합된 터빈 베인 이너 플랫폼에 의해 하우징 내에 고정적으로 장착되는 터빈 베인이고, 상기 터빈 베인 아우터 플랫폼과 터빈 베인 이너 플랫폼 중 적어도 어느 하나는 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리를 포함한다. 여기서, 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리는, 터빈 베인 플랫폼의 제1 방향으로 형성된 제1 그루브에 삽입되고, 제1 방향으로 연장 형성된 제1 씰링부재; 터빈 베인 플랫폼의 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성된 제2 그루브에 삽입되고, 그 단부가 제1 씰링부재의 상면에 접촉되며, 일측면에 제3 씰링부재의 일부가 삽입되는 제2 씰링부재; 일부는 제1 방향으로 연장 형성되고, 나머지는 제1 씰링부재와 제2 씰링부재가 접촉하는 지점에서 제2 방향으로 절곡되어 형성되되, 절곡된 부분의 적어도 일부가 제2 씰링부재에 삽입되어 이동이 제한되는 제3 씰링부재;를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 제1 방향은 가스 터빈의 축방향이고, 제1 씰링부재는 제1 그루브의 형상과 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 제2 방향은 가스 터빈의 축을 기준으로 하는 방사 방향이고, 제2 씰링부재는 제2 그루브의 형상과 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 제2 씰링부재는, 제1 두께로 형성된 판 형상의 씰링 바디와, 제1 두께 보다 큰 제2 두께로 형성되며 씰링 바디와 이어지는 부분에는 삽입홈이 형성된 씰링 헤드를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 제3 씰링부재는, 제1 방향으로 연장 형성되고 제1 씰링부재의 상면에 배치되는 연장부와, 제1 씰링부재와 제2 씰링부재가 접촉하는 지점에서 제2 방향으로 절곡되어 형성된 절곡부와, 절곡부의 상면에서 돌출 형성되고 삽입홈과 대응하는 형상으로 형성된 돌출탭을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 씰링바디의 두께와 절곡부의 두께를 합하면 씰링 헤드의 두께인 제2 두께가 되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 베인 플랫폼으로부터 임의로 탈거되는 것을 방지하여 가스 터빈 유지 보수시의 안정성과 작업 용이성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈이 일부 절개되어 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조가 도시된 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부 구조가 도시된 일부 단면도이다.
도 4는 종래의 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리가 설치된 터빈 베인 아우터 플랫폼이 예시된 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리가 도시된 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리가 도시된 측면도이다.
도 7은 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리의 제2 씰링부재가 도시된 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리가 터빈 베인 플랫폼에 설치된 상태가 도시된 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리가 터빈 베인 아우터 플랫폼에 설치된 상태가 도시된 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리가 터빈 베인 이너 플랫폼에 설치된 상태가 도시된 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. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 한 동일한 부호로 나타낸다. 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 실시예에 따른 가스 터빈이 일부 절개되어 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조가 도시된 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈의 내부 구조가 도시된 일부 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 압축기(1100), 연소기(1200), 터빈(1300)을 포함한다. 압축기(1100)는 방사상으로 설치된 다수의 블레이드(1110)를 구비한다. 압축기(1100)는 블레이드(1110)를 회전시키며, 블레이드(1110)의 회전에 의해 공기가 압축되면서 이동한다. 블레이드(1110)의 크기 및 설치 각도는 설치 위치에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 압축기(1100)는 터빈(1300)과 직접 또는 간접적으로 연결되어, 터빈(1300)에서 발생되는 동력의 일부를 전달받아 블레이드(1110)의 회전에 이용할 수 있다.

압축기(1100)에서 압축된 공기는 연소기(1200)로 이동한다. 연소기(1200)는 환형으로 배치되는 복수의 연소 챔버(1210)와 연료 노즐 모듈(1220)을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 하우징(1010)을 구비하고 있고, 하우징(1010)의 후측에는 터빈을 통과한 연소 가스가 배출되는 디퓨져(1400)가 구비되어 있다. 그리고, 디퓨져(1400)의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(1200)가 배치된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 하우징(1010)의 상류측에 압축기(1100)가 위치하고, 하류 측에 터빈(1300)이 배치된다. 그리고, 압축기(1100)와 터빈(1300)의 사이에는 터빈(1300)에서 발생된 회전토크를 압축기(1100)로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브(1500)가 배치되어 있다.

압축기(1100)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(1120)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(1120)들은 타이로드(1600)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

구체적으로, 각각의 압축기 로터 디스크(1120)는 회전축을 구성하는 타이로드(1600)가 대략 중앙을 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로터 디스크(1120)는 대향하는 면이 타이로드(1600)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.

압축기 로터 디스크(1120)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(1110)가 방사상으로 결합되어 있다. 각각의 블레이드(1110)는 도브테일부(1112)를 구비하여 압축기 로터 디스크(1120)에 체결된다.

각각의 로터 디스크(1120)의 사이에는 하우징에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 베인은 로터 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 로터 디스크(1120)의 블레이드(1110)를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 로터 디스크(1120)의 블레이드(1110)로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.

도브테일부(1112)의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스 터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있으며, 통상적으로 알려진 도브테일 또는 전나무 형태(Fir-tree)를 가질 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키이 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.

타이로드(1600)는 복수 개의 압축기 로터 디스크(1120) 및 터빈 로터 디스크(1320)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 타이로드(1600)는 하나 또는 복수의 타이로드로 구성될 수 있다. 타이로드(1600)의 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타이로드(1600)의 타측 단부는 고정 너트(1450)에 의해 체결된다.

타이로드(1600)의 형태는 가스 터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 2에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 로터 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이로드가 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 디퓨져(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(deswirler)라고 한다.

연소기(1200)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소 가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈 부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소 가스 온도를 높이게 된다.

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

구체적으로, 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 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 연소 가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 이러한 트랜지션피스는, 연소 가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.

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

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

한편, 연소기에서 나온 연소 가스는 터빈(1300)으로 공급된다. 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌하여, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 토크튜브(1500)를 거쳐 압축기으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

터빈(1300)은 기본적으로는 압축기의 구조와 유사하다. 즉, 터빈(1300)에도 압축기의 압축기 로터 디스크와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(1320)가 구비된다. 따라서, 터빈 로터 디스크(1320) 역시, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(1310)를 포함한다. 터빈 블레이드(1310) 역시 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크(1320)에 결합될 수 있다. 아울러, 터빈 로터 디스크(1320)의 블레이드(1310)의 사이에도 하우징에 고정되는 터빈 베인(1330)이 구비되어, 블레이드를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.

터빈 베인(1330)의 내측 단부와 외측 단부에 결합된 터빈 베인 플랫폼(1340 : 1340a, 1340b)에 의해, 터빈 베인(1330)은 하우징 내에 고정적으로 장착된다. 외측 단부에 결합된 터빈 베인 플랫폼은 터빈 베인 아우터 플랫폼(1340a)이고, 내측 단부에 결합된 터빈 베인 플랫폼은 터빈 베인 이너 플랫폼(1340b)이다. 하우징 내측에 회전하는 터빈 블레이드(1310)의 외측 단부와 마주보는 위치에는 링 세그먼트(1350)가 터빈 블레이드(1310)의 외측 단부와 소정의 간극을 형성하도록 장착된다.

터빈 베인(1330)에는 연소기(1200)에서 공급된 고온 저압의 연소 가스가 유동하고, 터빈 베인 플랫폼(1340 : 1340a, 1340b)은 압축기(1100)에서 공급된 저온 고압의 압축 공기에 의해 냉각된다. 이때, 터빈 베인 플랫폼(1340)으로 공급된 저온 고압의 압축 공기가 고온 저압의 연소 가스가 유동하는 터빈 베인(1330) 측으로 누설되면 발전 효율이 감소하게 된다. 이러한 누설 가스를 방지하기 위해 터빈 베인 플랫폼(1340)에는 도 4에 도시된 바와 같은 종래의 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리(200)가 설치된다.

종래의 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리(200)는 제1 씰링유닛(210)과 제2 씰링유닛(220)과 제3 씰링유닛(230)으로 구성된다. 제1 씰링유닛(210)은 제1 방향으로 형성되고, 제2 씰링유닛(220)은 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 되고, 제3 씰링유닛(230)은 제1 씰링유닛(210)과 제2 씰링유닛(220)이 접촉하는 지점에서 제2 방향으로 절곡되어 형성된다.

이와 같은, 종래의 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리(200)는 어느 하나의 터빈 베인 플랫폼(1340)에 형성된 그루브와 인접한 터빈 베인 플랫폼(1340)에 형성된 그루브 사이에 측방향(원주 방향)으로, 제1 씰링유닛(210)과 제2 씰링유닛(220)과 제3 씰링유닛(230)이 방식으로 삽입되어 설치된다.

종래의 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리(200)는 제1 씰링유닛(210)과 제2 씰링유닛(220)과 제3 씰링유닛(230)이 단순히 슬라이딩 방식으로 포개어진 상태이므로, 가스 터빈 유지 및 보수시에, 터빈 베인 플랫폼(1340)을 분리할 때 제2 씰링유닛(220)과 제3 씰링유닛(230)이 임의로 탈거될 가능성이 높다. 따라서, 작업자의 작업 안정성 및 작업 용이성이 떨어지는 문제가 있다.

이에, 본 발명에서는 터빈 베인 플랫폼(1340)으로부터 임의로 탈거되는 것을 방지하여 가스 터빈 유지 보수시의 안정성과 작업 용이성을 향상시킬 수 있는 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리를 제안한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리가 도시된 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리가 도시된 측면도이며, 도 7은 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리의 제2 씰링부재가 도시된 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리가 터빈 베인 플랫폼에 설치된 상태가 도시된 사시도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리가 터빈 베인 아우터 플랫폼에 설치된 상태가 도시된 단면도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리가 터빈 베인 이너 플랫폼에 설치된 상태가 도시된 단면도이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리(2000)는, 제1 씰링부재(2100), 제2 씰링부재(2200), 제3 씰링부재(2300)를 포함한다. 도 5에서는 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리(2000)가 어느 하나의 터빈 베인 아우터 플랫폼(1340a)과 그 인접한 터빈 베인 아우터 플랫폼(1340a)에 삽입 설치되는 것을 예시하고 있으나, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리(2000)는 터빈 베인 아우터 플랫폼(1340a)들 사이 뿐만 아니라, 터빈 베인 이너 플랫폼(1340b)들 사이에도 삽입 설치될 수 있다. 이하, 터빈 베인 아우터 플랫폼(1340a)와 터빈 베인 이너 플랫폼(1340b)을 통칭하여 터빈 베인 플랫폼(1340)이라 하며, 터빈 베인 아우터 플랫폼(1340a)와 터빈 베인 이너 플랫폼(1340b)에 대해 동일한 도면 부호를 병기한다.

제1 씰링부재(2100)는 터빈 베인 플랫폼(1340)의 제1 방향으로 형성된 제1 그루브(1341)에 삽입된다. 이를 위해 제1 씰링부재(2100)는 제1 방향으로 연장 형성된다. 제1 방향은 가스 터빈의 축방향(타이로드 방향)일 수 있다. 제1 씰링부재(2100)는 제1 그루브(1341)의 형상과 대응하는 형상으로 형성된다. 제1 그루브(1341)가 도 4와 같이 일자형인 경우, 제1 씰링부재(2100)도 일자형으로 형성되고, 제1 그루브(1341)가 도 8 내지 도 10과 같이 단부가 만곡된 일자형인 경우, 제1 씰링부재(2100)도 단부가 만곡된 일자형으로 형성된다.

제2 씰링부재(2200)는 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성된 제2 그루브(1342)에 삽입된다. 이를 위해 제2 씰링부재(2200)는 제2 방향으로 연장 형성된다. 제2 방향은 가스 터빈의 축을 기준으로 하는 방사 방향일 수 있다. 제2 씰링부재(2200)는 제2 그루브(1342)의 형상과 대응하는 형상으로 형성된다.

제2 씰링부재(2200)는 그 단부가 제1 씰링부재(2100)의 상면에 접촉 고정된다. 그리고, 제2 씰링부재(2200)의 일측면은 제3 씰링부재(2300)의 일부가 삽입 결합될 수 있도록 형성된다. 이에 대해, 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7을 참조하면, 제2 씰링부재(2200)는 씰링 바디(2210)와 씰링 헤드(2220)를 포함한다. 씰링 바디(2210)는 제1 두께로 형성된 판 형상의 메탈 부재이며, 후술하는 제3 씰링부재(2300)의 절곡부(2320)가 배치되는 부분이다. 씰링 헤드(2220)는 제1 두께 보다 큰 제2 두께로 형성되며, 씰링 바디(2210)와 이어지는 부분에는 후술하는 제3 씰링부재(2300)의 돌출탭(2330)이 삽입되는 삽입홈(2221)이 형성된다.

제3 씰링부재(2300)는 절곡 형성되어, 일부는 제1 씰링부재(2100)의 상면에 배치되고, 일부는 제2 씰링부재(2200)에 결합되어 원주 방향 이동이 제한된다. 이를 위해, 제3 씰링부재(2300)는 연장부(2310)와 절곡부(2320)와 돌출탭(2330)을 포함한다.

연장부(2310)는 제1 방향으로 연장 형성되고 제1 씰링부재(2100)의 상면에 배치되는 부분이다. 절곡부(2320)는 제1 씰링부재(2100)와 제2 씰링부재(2200)가 접촉하는 지점(절곡선이라 함)에서 제2 방향으로 절곡되어 형성된 부분이다. 씰링 바디(2210)의 두께와 절곡부(2320)의 두께를 합하면 씰링 헤드(2220)의 두께인 제2 두께가 되도록 하여, 절곡부(2320)가 씰링 바디(2210)에 배치될 때, 씰링 헤드(2220)와 단차가 생기지 않도록 하여 조립 및 분해가 용이하도록 한다.

돌출탭(2330)은 절곡부(2320)의 상면에서 돌출 형성된 탭이며, 삽입홈(2221)과 대응하는 형상으로 형성된다.

연장부(2310)는 제1 씰링부재(2100)의 상면에서 제1 방향을 따라 절곡선까지 연장 형성되고, 절곡부(2320)는 씰링 바디(2210)에 배치되고, 돌출탭(2330)은 씰링 헤드(2220)의 삽입홈(2221)에 삽입되면서 전체적으로 제3 씰링부재(2300)는 제2 씰링부재(2200)에 결합되어 원주 방향 이동이 제한된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리(2000)가 설치된 가스 터빈의 유지 보수를 위해 터빈 베인, 터빈 베인 플랫폼, 또는 베인 플랫폼 씰링 어셈블리를 분리할 때, 제2 씰링부재와 제3 씰링부재의 결합으로 인해, 터빈 베인 플랫폼으로부터 씰링부재들 중 어느 하나 이상이 임의로 탈거되는 것을 방지하여 작업 안정성과 작업 용이성을 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.

1000 : 가스터빈 1010 : 하우징
1100 : 압축기 1110 : 압축기 블레이드
1200 : 연소기 1300 : 터빈
1310 : 터빈 블레이드 1330 : 터빈 베인
1340 : 터빈 베인 플랫폼 1400 : 디퓨져
1500 : 토크튜브 1600 : 타이로드
2000 : 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리
2100 : 제1 씰링부재
2200 : 제2 씰링부재
2210 : 씰링 바디 2220 : 씰링 헤드
2300 : 제3 씰링부재
2310 : 연장부 2320 : 절곡부
2330 : 돌출탭

Claims (19)

1. 터빈 베인 플랫폼의 제1 방향으로 형성된 제1 그루브에 삽입되고, 상기 제1 방향으로 연장 형성된 제1 씰링부재;
   상기 터빈 베인 플랫폼의 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성된 제2 그루브에 삽입되고, 그 단부가 상기 제1 씰링부재의 상면에 접촉되며, 일측면에 제3 씰링부재의 일부가 삽입되는 제2 씰링부재;
   일부는 상기 제1 방향으로 연장 형성되고, 나머지는 상기 제1 씰링부재와 상기 제2 씰링부재가 접촉하는 지점에서 상기 제2 방향으로 절곡되어 형성되되, 절곡된 부분의 적어도 일부가 상기 제2 씰링부재에 삽입되어 이동이 제한되는 제3 씰링부재;
   를 포함하는, 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 방향은 가스 터빈의 축방향이고, 상기 제1 씰링부재는 상기 제1 그루브의 형상과 대응하는 형상으로 형성되는, 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 방향은 가스 터빈의 축을 기준으로 하는 방사 방향이고, 상기 제2 씰링부재는 상기 제2 그루브의 형상과 대응하는 형상으로 형성되는, 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 씰링부재는,
   제1 두께로 형성된 판 형상의 씰링 바디와,
   상기 제1 두께 보다 큰 제2 두께로 형성되며 상기 씰링 바디와 이어지는 부분에는 삽입홈이 형성된 씰링 헤드,
   를 포함하는, 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 제3 씰링부재는,
   상기 제1 방향으로 연장 형성되고 상기 제1 씰링부재의 상면에 배치되는 연장부와,
   상기 제1 씰링부재와 상기 제2 씰링부재가 접촉하는 지점에서 상기 제2 방향으로 절곡되어 형성된 절곡부와,
   상기 절곡부의 상면에서 돌출 형성되고 상기 삽입홈과 대응하는 형상으로 형성된 돌출탭
   을 포함하는, 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 씰링바디의 두께와 상기 절곡부의 두께를 합하면 상기 씰링 헤드의 두께인 제2 두께가 되도록 하는, 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리.
   
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 터빈 베인 플랫폼은 터빈 베인의 외측 단부에 결합된 터빈 베인 아우터 플랫폼, 터빈 베인의 내측 단부에 결합된 터빈 베인 이너 플랫폼 중 적어도 어느 하나인, 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리.
   
8. 외측 단부에 결합된 터빈 베인 아우터 플랫폼과 내측 단부에 결합된 터빈 베인 이너 플랫폼에 의해 하우징 내에 고정적으로 장착되는 터빈 베인이고, 상기 터빈 베인 아우터 플랫폼과 터빈 베인 이너 플랫폼 중 적어도 어느 하나는 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리를 포함하며,
   상기 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리는,
   상기 터빈 베인 아우터 플랫폼과 상기 터빈 베인 이너 플랫폼 중 적어도 어느 하나에, 제1 방향으로 형성된 제1 그루브에 삽입되고, 상기 제1 방향으로 연장 형성된 제1 씰링부재;
   상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성된 제2 그루브에 삽입되고, 그 단부가 상기 제1 씰링부재의 상면에 접촉되며, 일측면에 제3 씰링부재의 일부가 삽입되는 제2 씰링부재;
   일부는 상기 제1 방향으로 연장 형성되고, 나머지는 상기 제1 씰링부재와 상기 제2 씰링부재가 접촉하는 지점에서 상기 제2 방향으로 절곡되어 형성되되, 절곡된 부분의 적어도 일부가 상기 제2 씰링부재에 삽입되어 이동이 제한되는 제3 씰링부재;
   를 포함하는, 터빈 베인.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제1 방향은 가스 터빈의 축방향이고, 상기 제1 씰링부재는 상기 제1 그루브의 형상과 대응하는 형상으로 형성되는, 터빈 베인.
   
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 방향은 가스 터빈의 축을 기준으로 하는 방사 방향이고, 상기 제2 씰링부재는 상기 제2 그루브의 형상과 대응하는 형상으로 형성되는, 터빈 베인.
    
11. 청구항 8에 있어서, 상기 제2 씰링부재는,
    제1 두께로 형성된 판 형상의 씰링 바디와,
    상기 제1 두께 보다 큰 제2 두께로 형성되며 상기 씰링 바디와 이어지는 부분에는 삽입홈이 형성된 씰링 헤드,
    를 포함하는, 터빈 베인.
    
12. 청구항 11에 있어서, 상기 제3 씰링부재는,
    상기 제1 방향으로 연장 형성되고 상기 제1 씰링부재의 상면에 배치되는 연장부와,
    상기 제1 씰링부재와 상기 제2 씰링부재가 접촉하는 지점에서 상기 제2 방향으로 절곡되어 형성된 절곡부와,
    상기 절곡부의 상면에서 돌출 형성되고 상기 삽입홈과 대응하는 형상으로 형성된 돌출탭
    을 포함하는, 터빈 베인.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 씰링바디의 두께와 상기 절곡부의 두께를 합하면 상기 씰링 헤드의 두께인 제2 두께가 되도록 하는, 터빈 베인.
    
14. 외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기;
    내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈;을 포함하며,
    상기 터빈 베인은, 외측 단부에 결합된 터빈 베인 아우터 플랫폼과 내측 단부에 결합된 터빈 베인 이너 플랫폼에 의해 하우징 내에 고정적으로 장착되고, 상기 터빈 베인 아우터 플랫폼과 터빈 베인 이너 플랫폼 중 적어도 어느 하나는 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리를 포함하며,
    상기 터빈 베인 플랫폼 씰링 어셈블리는,
    상기 터빈 베인 아우터 플랫폼과 상기 터빈 베인 이너 플랫폼 중 적어도 어느 하나에, 제1 방향으로 형성된 제1 그루브에 삽입되고, 상기 제1 방향으로 연장 형성된 제1 씰링부재;
    상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성된 제2 그루브에 삽입되고, 그 단부가 상기 제1 씰링부재의 상면에 접촉되며, 일측면에 제3 씰링부재의 일부가 삽입되는 제2 씰링부재;
    일부는 상기 제1 방향으로 연장 형성되고, 나머지는 상기 제1 씰링부재와 상기 제2 씰링부재가 접촉하는 지점에서 상기 제2 방향으로 절곡되어 형성되되, 절곡된 부분의 적어도 일부가 상기 제2 씰링부재에 삽입되어 이동이 제한되는 제3 씰링부재;
    를 포함하는, 가스 터빈.
    
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 방향은 가스 터빈의 축방향이고, 상기 제1 씰링부재는 상기 제1 그루브의 형상과 대응하는 형상으로 형성되는, 가스 터빈.
    
16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 방향은 가스 터빈의 축을 기준으로 하는 방사 방향이고, 상기 제2 씰링부재는 상기 제2 그루브의 형상과 대응하는 형상으로 형성되는, 가스 터빈.
    
17. 청구항 14에 있어서, 상기 제2 씰링부재는,
    제1 두께로 형성된 판 형상의 씰링 바디와,
    상기 제1 두께 보다 큰 제2 두께로 형성되며 상기 씰링 바디와 이어지는 부분에는 삽입홈이 형성된 씰링 헤드,
    를 포함하는, 가스 터빈.
    
18. 청구항 17에 있어서, 상기 제3 씰링부재는,
    상기 제1 방향으로 연장 형성되고 상기 제1 씰링부재의 상면에 배치되는 연장부와,
    상기 제1 씰링부재와 상기 제2 씰링부재가 접촉하는 지점에서 상기 제2 방향으로 절곡되어 형성된 절곡부와,
    상기 절곡부의 상면에서 돌출 형성되고 상기 삽입홈과 대응하는 형상으로 형성된 돌출탭
    을 포함하는, 가스 터빈.
    
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 씰링바디의 두께와 상기 절곡부의 두께를 합하면 상기 씰링 헤드의 두께인 제2 두께가 되도록 하는, 가스 터빈.

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