KR101529532B1

KR101529532B1 - 증기터빈

Info

Publication number: KR101529532B1
Application number: KR1020130123529A
Authority: KR
Inventors: 김정찬; 주영호; 이정호; 오태섭; 김철홍
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-06-29
Also published as: EP2863016A1; US10066494B2; EP2863016B1; KR20150044300A; US20150104320A1

Abstract

본 발명은 베켓의 조립이 용이한 증기터빈에 관한 것으로서, 도브테일 결합 구조체를 이용하여 로터 휠의 둘레부를 따라 축방향으로 삽입 조립되는 복수의 버켓을 구비하는 증기터빈에 있어서, 상기 버켓 중 최후에 조립되는 최종 버켓의 도브테일 결합 구조체는, 상기 로터 휠에 축방향으로 이격되게 형성된 삽입홈; 베인의 일단부에 형성된 플랫폼; 상기 플랫폼에서 축방향으로 이격되게 돌출형성되어, 상기 삽입홈에 삽입 결합되는 돌출부; 및 상기 돌출부와 로터 휠을 축방향으로 관통하여 체결하는 체결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기터빈이 제공된다. 이에 의해, 베인 등 조립간섭부의 절단없이 최종 버켓에 핑거형 도브테일을 적용함으로써 조립이 가능할 뿐만 아니라, 조립이 용이하고 유지보수가 간편하다.

Description

증기터빈{STEAM TURBINE}

본 발명은 증기터빈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전날개(버켓)를 로터 휠에 용이하게 조립할 수 있는 도브테일의 조립 구조에 관한 것이다.

증기터빈은 발전소용 대용량 보일러에서 발생된 고온, 고압의 증기로 날개를 회전시켜 운동에너지인 회전력으로 변환하는 장치로서, 고압터빈, 중압터빈, 저압터빈으로 나뉘어 효율을 극대화시킨다.

도 1은 고압터빈의 내부구성을 보여주는 사시도로서, 증기터빈은 터빈의 외형 및 골격을 이루는 외부케이싱(1) 및 내부케이싱(2)과, 상기 케이싱(1)에 회전가능하게 설치되는 로터(3)와, 상기 로터(3)와 일체로 회전가능하게 설치되는 복수의 로터 휠(4)과, 상기 로터 휠(4)에 원주방향을 따라 설치되는 회전날개(이하, 버켓(5;bucket)이라 칭함)를 포함한다.

도 2는 종래기술에 따른 버켓의 일례를 보여주는 사시도로서, 상기 버켓(10)은 베인(11;vane)과, 베인(11)의 반경방향 외측 단부에 형성되는 슈라우드(12;shroud)와, 베인(11)의 반경방향 내측 단부에 형성되는 도브테일(13;Dovetail)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 버켓(10)은 발전소용 보일러에서 발생된 고온, 고압의 증기를 받아 베인(11)에 의해 유체에너지(열에너지 및 속도에너지)를 기계적 에너지(회전력)로 변환한다.

상기 도브테일(13)은 버켓(10)과 로터 휠(14)을 체결하기 위한 구성요소로서, 도브테일(13)이 로터 휠(14)에 결합되는 방식에 따라 도브테일(13)을 크게 ① Tangential Entry 형, ② Axial Entry 형, ③ Pinned Finger 형, ④ 열쇠 축형으로 구분할 수 있다. ①번과 ③번 형의 도브테일은 로터 휠에 접선방향(또는 원주방향)으로 삽입결합되고, ②번과 ④번 형의 도브테일(13)은 로터 휠(14)에 축방향으로 삽입결합된다.

도 2에 도시한 도브테일(13)은 Axial entry형 도브테일이며, 도 2를 참조하면 로터 휠(14)의 둘레부에 원주방향으로 간격을 두고 도브테일 홈(16)이 형성된다. 도브테일 홈(16)은 반경방향 단면을 기준으로 축방향 양쪽 측면이 물결모양의 단면형상을 가진다. 이때 상기 버켓(10)의 도브테일(13)의 형상도 도브테일 홈(16)과 대응되게 형성된다. 즉 도브테일 홈(16)과 도브테일(13)은 암·수의 결합관계를 가진다.

상기 Axial entry형 도브테일(13)이 적용되는 버켓(10)의 조립방법을 살펴보면, 버켓유닛(10)이 슈라우드(12), 베인(11) 및 도브테일(13)을 일체형으로 구비하고, 상기 도브테일(13)을 이용하여 버켓유닛(10)을 로터 휠(14)의 둘레부를 따라 도브테일 홈(15)에 축방향으로 삽입하여 조립한다.

그런데, 종래의 Axial entry형 도브테일(13)이 적용된 증기터빈의 버켓(10) 조립방법에 있어서, 최후에 조립되는 최종 버켓(20)은 이웃하는 버켓(10)(슈라우드(12), 플랫폼(11a) 및 베인(11))과의 간섭으로 인해 조립이 불가능한 문제가 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 하기 선행기술문헌 D1,D2를 참고하면 카루소(Caruso) 특허는 이웃하는 버켓(10)을 양쪽(접선방향;①)으로 벌린 후 최종 버켓(20)을 반경방향(②)으로 삽입하여 로터 휠(14)에 안착되게 설치한다. 마지막으로 카루소라는 키(16;key)를 로터 휠(14)의 도브테일 홈(15)과 최종 버켓(20)의 도브테일홈(21)에 동시에 축방향(③)으로 삽입하여 결합한다.

그러나, 상기 카루소 특허에서도 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 카루소 키(16)를 삽입하기 위해 기존의 도브테일(돌출된 부분)을 절단하고 상기 최종 버켓(20)의 플랫폼(11a;root부)에 도브테일 홈(21)을 별도로 형성하여야 하므로, 버켓(10,20)의 크기가 증가하게 된다. 이로 인해 버켓(10,20)의 원심응력이 증가하고 버켓 소재의 소비량이 증대되는 문제가 발생한다.

둘째, 카루소 키(16)는 높은 원심응력에 견딜 수 있도록 인코넬 소재가 적용되어, 스틸(steel)소재인 버켓과 다른 열전달 특성을 가지므로, 고온부에서 열팽창 차이로 인해 과도한 열응력이 발생하여 설계 측면에서 제한 사항이 될 수 있고, 키 자체가 복잡한 형상을 가지므로 가공성이 떨어지고 소재 단가가 상승하게 되는 문제점이 있다.

D1 : US6030178 D2 : US6416286

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 축방향으로 삽입되는 버켓의 조립 시 최종 버켓의 조립간섭부로 인해 발생하는 조립불가능의 문제를 해소할 수 있는 증기터빈을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

또한, 최종 버켓의 도브테일을 절단하거나 도브테일 홈을 별도로 형성할 필요가 없으므로 버켓의 원심응력 증가 및 버켓 소재의 소비량 증대를 방지할 수 있는 증기터빈을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

아울러, 카루소 키와 같은 복잡한 형상의 구조물이 불필요하므로 조립 및 유지보수가 용이한 증기터빈을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 의하면, 케이싱 내부에 회전가능하게 설치된 로터와, 상기 로터와 일체로 회전가능하게 설치된 로터 휠과, 상기 로터 휠에 설치되어 증기의 열 및 속도에너지를 회전력을 변환하는 복수의 버켓을 포함하는 증기터빈이 제공된다. 상기 버켓은 각 슈라우드, 베인, 및 도브테일을 일체로 구비한다. 상기 버켓과 로터 휠은 도브테일 홈과 도브테일을 포함하는 도브테일 결합 구조체에 의해 결합된다. 상기 도브테일은 베인의 루트부인 플랫폼의 반경방향 일단에 물결모양 형상으로 이루어지고, 상기 도브테일 홈은 로터 휠의 둘레부를 따라 원주방향으로 이격되게 형성되며, 각 도브테일 홈의 형상은 도브테일의 형상과 대응되게 형성되어 암수로 결합된다. 여기서, 상기 버켓 중 최후에 조립되는 최종 버켓의 도브테일 결합 구조체는, 상기 로터 휠에 축방향으로 이격되게 형성된 삽입홈; 베인의 일단부에 형성된 플랫폼; 상기 플랫폼에서 축방향으로 이격되게 돌출형성되어, 상기 삽입홈에 삽입 결합되는 돌출부; 및 상기 돌출부와 로터 휠을 축방향으로 관통하여 체결하는 체결부재를 포함한다.

상기한 본 발명의 일측면에서는 최후에 조립되는 버켓의 도브테일 및 도브테일 홈의 형상을 핑거형으로 변경함으로써, 인접한 버켓과 최종버켓의 조립간섭부로 인해 조립불가능했던 문제를 해소할 수 있을 뿐만 아니라 카루소 키의 삽입공간을 플랫폼에 별도로 형성하지 않아도 되므로 플랫폼의 두께를 얇게 하여 버켓의 원심응력에 저감 및 소재비를 절감할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따라, 상기 삽입홈 사이에 랜드부가 조성되고, 상기 랜드부와 돌출부가 교호적으로 배치될 수 있다.

상기 체결부재는 원형의 단면형상으로 이루어지고, 상기 로터 휠 및 돌출부는 각각 축방향으로 이격되게 형성된 원형의 관통홀을 구비할 수 있다.

상기 체결부재는 직경에 비해 축방향 길이가 상대적으로 길게 형성될 수 있다.

상기 체결부재는 적어도 2개를 포함하여 반경방향으로 이격되게 배치될 수 있다.

상기 삽입홈은, 상기 로터 휠의 둘레부에 원주방향으로 이격되게 배치되는 도브테일 홈보다 반경방향으로 더 깊게 형성되고, 상기 돌출부는, 상기 도브테일 홈의 깊이보다 더 길게 돌출형성될 수 있다.

상기 랜드부는, 상기 삽입홈의 축방향 내측면을 원주방향으로 연결하고, 상기 랜드부의 높이가 상기 삽입홈의 축방향 측면과 인접한 상기 로터 휠의 둘레면보다 낮게 형성되어, 상기 베인의 플랫폼의 삽입 및 안착을 안내할 수 있다.

상기 슈라우드는, 각각 상기 베인의 외측 단부에 접선방향으로 형성된 평면부와, 상기 평면부의 양단부에 각각 반경방향으로 돌출형성된 돌출턱을 구비할 수 있다.

상기 슈라우드는, 상기 평면부의 축방향 일단부 및 여기에 인접하게 배치된 돌출턱의 양쪽 측면에 원주방향으로 비스듬하게 형성되는 축방향이탈방지부를 포함할 수 있다.

상기 플랫폼은 플레이트 구조로 이루어지고, 상기 플랫폼의 축방향 일단부의 양쪽 측면에 각각 원주방향으로 비스듬하게 형성되는 축방향이탈방지부포함할 수 있다.

상기 체결부재는 양단부에 각각 원주방향을 따라 반경방향으로 돌출형성된 축방향이탈방지턱이 형성될 수 있다.

상기 축방향이탈방지턱은 리벳팅에 의해 가공될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 증기터빈에서는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째로, 베인 등 조립간섭부의 절단없이 최종 버켓에 핑거형 도브테일을 적용함으로써 조립이 가능하다.

둘째로, 핑거형 도브테일을 최후에 조립되는 최종 버켓의 조립용으로 적용함에 따라 조립이 용이하고 유지보수가 간편하다.

셋째로, 버켓의 플랫폼 두께가 감소되어 버켓의 원심응력 감소 및 소재비 절감에 기여할 수 있다.

도 1은 고압터빈의 내부구성을 보여주는 사시도이다.
도 2는 종래기술에 따른 버켓의 일례를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 증기터빈의 내부 구성요소를 개략적으로 보여주는 축방향 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 버켓과 로터 휠의 결합구조를 보여주는 사시도이다.
도 5는 로터 휠에 형성된 도브테일 홈 및 삽입홈의 모습을 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 4에서 최종 버켓과 로터 휠의 결합 구조를 보여주는 축방향 정면도이다.
도 7은 도 6에서 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 취한 원주방향 측면도이다.
도 8은 도 7에서 체결부재에 축방향이탈방지턱이 형성된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 체결부재의 다양한 배치상태도이다.
도 10은 도 6에서 슈라우드의 평면도 및 측면도이다.
도 11은 도 7에서 ⅤⅣ-ⅤⅣ 선을 따라 취한 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 로터 휠에 축방향으로 삽입되는 버켓(회전날개)의 조립 시 최종 버켓(240)의 조립이 용이한 증기터빈에 관한 것이다.

첨부한 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 증기터빈의 내부 구성요소를 개략적으로 보여주는 축방향 정면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 증기터빈은 케이싱(110), 로터(120), 로터 휠(130) 및 버켓(140)을 포함하여 구성된다.

상기 케이싱(110)은 상부케이싱(미도시)과 하부케이싱(110)으로 분리 및 조립가능하게 결합되고 내부에 로터 휠(130) 및 버켓(140) 등을 수용하여 외부의 충격요소 혹은 이물질로부터 내부 구성요소를 차단하거나 보호할 수 있다. 도면에는 내부 구성요소를 보여주기 위해 하부케이싱(110)만을 도시하였다.

상기 로터(120)는 회전축 역할을 하고, 로터(120)의 양단부가 베어링에 의해 회전가능하게 지지될 수 있다.

상기 로터 휠(130)은 원형 혹은 원판 형태로 이루어질 수 있고, 로터 휠(130)의 중심부에 중공홀을 구비하고, 로터(120)가 중공홀을 통해 관통 결합되어 로터(120)와 로터 휠(130)이 일체로 회전할 수 있다. 이때 로터(120)와 로터 휠(130) 사이에 키(key) 또는 세레이션 등이 결합되어 로터(120) 및 로터 휠(130)을 동시에 동작시킬 수 있다.

또한, 상기 로터 휠(130)은 둘레부에 원주방향으로 이격되게 형성되는 복수의 도브테일 홈(131)을 구비한다. 이 도브테일 홈(131)은 로터 휠(130)의 최외곽 가장자리부에 축방향을 따라 일정한 깊이로 이루어지고, 도브테일 홈(131)의 내측면에 물결모양 곡면의 맞물림부(131a)가 가상의 반경방향 중심선을 기준으로 대칭되게 형성되어, 상대되는 도브테일(144)과 서로 맞물리게 된다.

상기 도브테일 홈(131)은 외측 반경방향으로 개구되고, 홈깊이가 깊어질수록 원주방향의 폭이 좁아지게 형성된다. 그리고, 상기 도브테일 홈(131)은 축방향으로도 개구되어 후술할 버켓(140)의 도브테일(144)이 삽입 결합될 수 있다. 이때, 도브테일(144)의 원활한 삽입을 위해 도브테일 홈(131)의 원주방향 폭이 축방향을 따라 일정한 간격으로 유지된다.

상기 버켓(140)은 슈라우드(141), 베인(142) 및 도브테일(144)을 일체형으로 구비하고, 도브테일(144)을 매개로 로터 휠(130)의 둘레면을 따라 축방향으로 삽입 장착된다.

상기 슈라우드(141)(shroud)는 커버(cover)라고도 하고, 베인(142)의 외측 반경방향 단부에 설치되어 증기누설 방지 및 진동 감쇄 등의 역할을 한다. 슈라우드(141)의 형태는 외측 반경방향에서 보면 Z자형, V형태, 일자형 등 당업자에 의해 다양한 형태로 변경 및 선택될 수 있다.

상기 베인(142)은 대용량 보일러에서 발생된 증기를 받아 증기의 유체에너지, 즉 열에너지와 속도에너지를 기계적 에너지인 회전력을 변환한다.

상기 베인(142)은 초승달, 에어포일 등의 다양한 단면 형상으로 이루어질 수 있고 유체가 베인(142)을 통과할 때 양력 등을 발생시켜 유체의 속도에너지를 배가시킴으로 회전력을 증가시킬 수 있고, 이러한 형상의 단면적은 베인(142)의 길이방향으로 갈수록 증가 혹은 감소될 수 있다.

상기한 도브테일(144)은 도브테일 홈(131)에 축방향으로 삽입 결합되는 Axial entry 타입이다.

상기 베인(142)의 반경방향 내측 단부에 플레이트 구조의 플랫폼(143)이 형성된다. 그리고, 상기 도브테일(144)이 베인(142)의 플랫폼(143)에 반경방향 내측 방향으로 일체로 돌출형성된다.

상기 도브테일(144)은 버켓(140)의 회전시 원심응력에 잘 견디도록 설계되는 것이 바람직하며, 예를 들어 물결모양으로 이루어질 수 있다.

더욱 상세하게 설명하면, 도브테일(144)은 도브테일 홈(131)의 깊이방향으로 갈수록 원주방향 폭이 좁게 형성되지만, 도브테일 홈(131)의 축방향으로 갈수록 원주방향 폭이 일정하게 유지된다.

또한, 도브테일(144)의 원주방향 양쪽 측면은 평면 형태로 이루어지고, 도브테일(144)의 축방향 양쪽 측면은 도브테일(144)의 반경방향 중심선을 기준으로 서로 대칭되게 굴곡면 형태의 맞물림부(131a)를 굴곡면을 가진다. 상기 굴곡면은 홈의 깊이방향으로 물결모양을 가질 수 있다.

상기와 같은 구조의 도브테일(144)은 도브테일 홈(131)에 축방향으로 삽입되고, 도브테일 홈(131) 및 도브테일(144)은 맞물림부(131a)에 의해 암수 형태로 서로 맞물리게 결합됨으로써 버켓(140)의 회전 시 원심응력에 견딜 수 있게 되는 것이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 버켓과 로터 휠의 결합구조를 보여주는 사시도이고, 도 5는 로터 휠에 형성된 도브테일 홈 및 삽입홈의 모습을 보여주는 사시도이고, 도 6은 도 4에서 최종 버켓과 로터 휠의 결합 구조를 보여주는 축방향 정면도이고, 도 7은 도 6에서 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 취한 원주방향 측면도이다.

여기서, 상기 버켓(140)들은 도브테일 결합 구조체를 이용하여 로터 휠(130)에 삽입결합된다는 점에 유사한 측면이 있다. 하지만, 상기 버켓(140)들 중 로터 휠(130)에 최후에 조립되는 최종 버켓(240)은 다른 버켓(140)들과 형상 및 구조적인 측면에서 다음과 같은 차이점이 있다.

즉, 본 발명에 따른 최종 버켓(240)과 로터 휠(130)과의 결합을 위한 도브테일 결합 구조체는 최종 버켓(240)에 구비되는 돌출부(244) 및 로터 휠(130)에 구비되는 삽입홈(231)을 포함하여 구성된다.

상기 돌출부(244)는 최종 버켓(240)의 플랫폼(243)에서 반경방향으로 돌출 형성된다. 돌출부(244)의 갯수는 적어도 2개 또는 3개로 구비될 수 있고, 이 경우 돌출부(244)는 축방향으로 간격을 두고 이격되게 배치된다. 상기 돌출부(244) 중 축방향으로 바깥쪽에 위치한 돌출부(244)는 플랫폼(243)의 축방향으로 이격배치된 접선방향 측단부에서 축방향 안쪽으로 이격되게 배치될 수 있다.

또한, 상기 돌출부(244)는 직사각형의 플레이트 구조로 면 전체가 평면 형태로 이루어져서 마찰이나 간섭이 없이 삽입이 용이하다. 돌출부(244)의 원주방향 측면 폭이 반경방향으로 갈수록 좁게 이루어질 수 있다.

상기 삽입홈(231)은 최종 버켓(240)을 삽입 장착하기 위해 기존에 도브테일 홈 대신에 제공된다. 삽입홈(231)은 로터 휠(130)의 둘레부에 축방향으로 간격을 두고 반경방향으로 깊게 형성되어 돌출부(244)의 삽입을 허용한다. 삽입홈(231) 역시 돌출부(244)와 동일한 형태 및 대응되는 위치에 오목하게 형성된다.

상기 삽입홈(231) 사이에는 랜드부(232)가 조성되는데, 랜드부(232)는 최종 버켓(240)의 플랫폼(243)이 안착되는 부분이다. 예를 들면 최종 버켓(240)의 돌출부(244)가 삽입홈(231)에 가장 깊게 삽입되면 돌출부(244) 사이에 조성된 채널부(247)(플랫폼(243)의 일부로 홈 구조임)가 삽입홈(231) 사이의 랜드부(232)에 안착되어 결합될 수 있다.

이때, 상기 랜드부(232)의 반경방향 외측 단부는 삽입홈(231)의 축방향 내측면 사이를 원주방향으로 연결하고, 인접한 로터 휠(130)의 둘레면보다 더 낮게 형성되어 플랫폼(243)의 돌출부(244)가 삽입홈(231)에 용이하게 삽입되고, 플랫폼(243)의 채널부(247)가 랜드부(232)에 쉽게 안착될 수 있다.

상기 최종 버켓(240)은 로터 휠(130)의 삽입홈(231)에서 축방향으로 이동 및 분리가 불가능하지만 반경방향으로 삽입 및 탈거가 가능하므로, 최종 버켓(240)의 탈거를 방지하기 위해 체결부재(245)를 제공한다.

상기 돌출부(244) 및 랜드부(232)는 복수의 결합공(246)을 포함하여 결합공(246)을 통해 상기 체결부재(245)의 관통 삽입을 허용한다.

여기서, 체결부재(245)는 직경이 상대적으로 작고 길이가 긴 원형의 바(bar) 형태로 이루어져 결합공(246)을 통해 돌출부(244) 및 랜드부(232)를 서로 체결한다.

첨부한 도 8은 도 7에서 체결부재에 축방향이탈방지턱이 형성된 모습을 보여주는 단면도이다.

상기 체결부재(245)의 양단부에 각각 직경이 반경방향 외측으로 돌출형성된 축방향이탈방지턱(245a)을 구비하여 체결부재(245)가 돌출부(244) 및 랜드부(232)에서 축방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 축방향이탈방지턱(245a)은 리벳팅에 의해 가공될 수 있다. 예를 들면 둥근머리리벳을 결합공(246)에 삽입 후 둥근머리의 반대쪽을 정과 같은 리벳팅 공구를 이용하여 두들겨서 축방향이탈방지턱(245a)을 가공할 수 있다.

본 발명에 따른 버켓(140)의 조립방법을 살펴보면 다음과 같다.

복수의 버켓(140)들을 로터 휠(130)의 둘레부를 따라 원주방향으로 이격되게 형성된 도브테일 홈(131)에 각각 축방향으로 삽입조립한다. 이때 상기 도브테일 홈(131) 중 어느 하나의 도브테일 홈(131)에서 시계방향 혹은 반시계방향의 순서대로 조립하는 것이 바람직하다.

이어서, 상기 복수의 버켓(140)들 중 최후에 조립되는 최종 버켓(240)을 반경방향으로 삽입 조립한다.

이때 최종 버켓(240)의 돌출부(244)가 삽입홈(231)에 반경방향으로 삽입되어 플랫폼(243)의 채널부(247)가 로터 휠(130)의 랜드부(232)에 안착된다.

그 다음, 상기 최종 버켓(240)의 삽입이 완료되면, 원형 바 형태의 체결부재(245)를 결합공에 삽입하여 최종 버켓(240)과 로터 휠(130)을 체결함에 따라 버켓(140,240)의 조립이 완료된다.

특히, 상기 체결부재(245)는 결합공(246)에 삽입되어 돌출부(244)와 랜드부(247)를 서로 맞물리게 체결함으로써 돌출부(244)와 랜드부(247)가 원주방향으로 서로 비틀어짐이 없이 견고하게 구속되므로 최종 버켓(240)을 로터 휠(130)에 견고하게 고정시킬 수 있다. 또한, 상기 체결부재(245)가 원형의 단면형상을 가지므로 버켓(140,240)의 회전 시 원심력에 대하여 잘 견딜 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 체결부재의 다양한 배치상태도로서, 도 9를 참조하면 체결부재(245)는 돌출부(244)와 랜드부(247)에 적어도 2개 이상 삽입 배치될 수 있고, 반경방향으로 이격되게 일자형(d) 또는 십일자형(e)으로 배치되거나, 반경방향으로 서로 엇갈리게 지그재그형((a)~(c))으로 배치될 수 있다.

첨부한 도 10은 도 6에서 슈라우드의 평면도 및 측면도이고, 도 11은 도 7에서 ⅤⅣ-ⅤⅣ 선을 따라 취한 단면도이다.

또한, 본 발명에 따른 버켓(140,240)에서 슈라우드(141,241)는 축방향으로 일직선 형태로 이루어질 수 있다.

상기 슈라우드(141,241)의 구조를 더욱 상세하게 살펴보면, 슈라우드(141,241)는 베인(142,242)의 반경방향 외측 단부에 접선방향으로 배치형성되는 평면부(241a)와, 평면부(241a)의 양쪽 단부에서 축방향으로 이격되며 반경방향 외측으로 돌출형성된 돌출턱(241b)과, 평면부(241a)의 축방향 일단부 및 돌출턱(241b)에서 접선방향으로 비스듬하게 형성된 축방향이탈방지부(241c)로 구성된다.

상기 평면부(241a)는 적어도 축방향의 양쪽 측면이 일직선의 평면 형태로 된 사각형의 플레이트 구조일 수 있다.

예를 들면, 상기 슈라우드(241)의 축방향이탈방지부(241c)는 이웃하는 슈라우드(141)의 축방향이탈방지부와 맞물리게 결합됨으로써, 슈라우드(141,241)가 도브테일 홈(131,231)의 축방향 길이범위에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 버켓(140,240)에서 플랫폼(143,243)은 베인(142,242)의 반경방향 내측에 접선방향으로 형성되고, 기존의 선행특허문헌과 같이 카루소 키의 삽입공간을 별도로 형성할 필요가 없으므로 선행특허 대비 상대적으로 두께가 얇은 플레이트 구조로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 축방향이탈방지부(243c)는 도 11에 도시한 바와 같이 플랫폼(143,243)에도 비스듬한 구조로 적용되어 플랫폼이 로터 휠(130)의 둘레면에서 축방향 길이범위를 벗어나지 않도록 할 수 있고, 이는 다른 버켓(140)의 플랫폼(143)에도 적용될 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 최종 버켓에 핑거형 도브테일(244)과 체결부재(245)를 함께 적용함으로써, 선행특허의 경우 베인에 일체로 형성된 도브테일을 절단하거나 베인의 플랫폼에 별도의 카루소 키를 수용하는 삽입공간을 형성하지 않아도 되므로 조립이 용이한 장점이 있다.

이외에도, 버켓(140,240)의 플랫폼(143,243) 높이가 줄어들어 버켓(140,240)의 원심력이 감소하고 소재비를 절감할 수 있으며, 로터(120) 가공이 간편하고 유지 보수가 용이한 장점이 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

110 : 케이싱 120 : 로터
130 : 로터 휠 131 : 도브테일 홈
131a : 맞물림부 140 : 버켓
141 : 슈라우드 142 : 베인
143 : 플랫폼 144 : 도브테일
231 : 삽입홈 232 : 랜드부
240 : 최종 버켓 241 : 슈라우드
241a : 평면부 241b : 돌출턱
241c : 축방향이탈방지부 242 : 베인
243 : 플랫폼 243a : 축방향이탈방지부
244 : 돌출부 245 : 체결부재
246 : 결합공 247 : 채널부

Claims

슈라우드, 베인, 도브테일을 갖는 복수 개의 버켓을 구비하며, 로터 휠의 둘레를 따라 로터의 축방향으로 형성되어 있는 복수의 도브테일홈에 상기 버켓이 상기 로터의 축방향을 따라 삽입되어 조립될 수 있는 구조를 갖는 증기터빈에 있어서,
상기 복수 개의 버켓과는 별도로 상기 로터 휠의 반경방향을 따라 삽입할 수 있는 최종 버켓을 포함하고,
상기 복수 개의 버켓과 상기 최종 버켓에 구비되는 상기 슈라우드의 테두리면 중 상기 로터의 원주방향 측 양단부면은 상기 로터의 축방향과 평행하지 않고, 상기 최종 버켓이 상기 로터 휠의 반경방향으로 삽입된 채로 고정될 수 있도록 상기 최종 버켓의 도브테일 결합 구조체는,
상기 로터 휠에 축방향으로 이격되게 형성된 삽입홈;
베인의 일단부에 형성된 플랫폼;
상기 플랫폼에서 축방향으로 이격되게 돌출형성되어, 상기 삽입홈에 삽입 결합되는 돌출부; 및
상기 돌출부와 로터 휠을 축방향으로 관통하여 체결하는 체결부재;
를 포함하고,
상기 삽입홈은, 상기 로터 휠의 둘레부에 원주방향으로 이격되게 배치되는 도브테일 홈보다 반경방향으로 더 깊게 형성되고, 상기 돌출부는, 상기 도브테일 홈의 깊이보다 더 길게 돌출형성된 것을 특징으로 하는 증기터빈.
제1항에 있어서,
상기 삽입홈 사이에 랜드부가 조성되고, 상기 랜드부와 돌출부가 교호적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 증기터빈.
제1항에 있어서,
상기 체결부재는 원형의 단면형상으로 이루어지고, 상기 로터 휠 및 돌출부는 각각 축방향으로 이격되게 형성된 원형의 관통홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 증기터빈.
제3항에 있어서,
상기 체결부재는 직경에 비해 축방향 길이가 상대적으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 증기터빈.
제3항에 있어서,
상기 체결부재는 적어도 2개를 포함하여 반경방향으로 이격되게 배치된 것을 특징으로 하는 증기터빈.
삭제
슈라우드, 베인, 도브테일을 갖는 복수 개의 버켓을 구비하며, 로터 휠의 둘레를 따라 로터의 축방향으로 형성되어 있는 복수의 도브테일홈에 상기 버켓이 상기 로터의 축방향을 따라 삽입되어 조립될 수 있는 구조를 갖는 증기터빈에 있어서,
상기 복수 개의 버켓과는 별도로 상기 로터 휠의 반경방향을 따라 삽입할 수 있는 최종 버켓을 포함하고,
상기 복수 개의 버켓과 상기 최종 버켓에 구비되는 상기 슈라우드의 테두리면 중 상기 로터의 원주방향 측 양단부면은 상기 로터의 축방향과 평행하지 않고, 상기 최종 버켓이 상기 로터 휠의 반경방향으로 삽입된 채로 고정될 수 있도록 상기 최종 버켓의 도브테일 결합 구조체는,
상기 로터 휠에 축방향으로 이격되게 형성된 삽입홈;
베인의 일단부에 형성된 플랫폼;
상기 플랫폼에서 축방향으로 이격되게 돌출형성되어, 상기 삽입홈에 삽입 결합되는 돌출부; 및
상기 돌출부와 로터 휠을 축방향으로 관통하여 체결하는 체결부재;
를 포함하고,
상기 삽입홈 사이에 랜드부가 조성되고, 상기 랜드부와 돌출부가 교호적으로 배치되고,
상기 랜드부는, 상기 삽입홈의 축방향 내측면을 원주방향으로 연결하고, 상기 랜드부의 높이가 상기 삽입홈의 축방향 측면과 인접한 상기 로터 휠의 둘레면보다 낮게 형성되어, 상기 베인의 플랫폼의 삽입 및 안착을 안내하는 것을 특징으로 하는 증기터빈.
제1항에 있어서,
상기 버켓은 슈라우드, 베인 및 도브테일을 일체형으로 각각 구비하고,
상기 슈라우드는, 각각 상기 베인의 외측 단부에 접선방향으로 형성된 평면부와, 상기 평면부의 양단부에 각각 반경방향으로 돌출형성된 돌출턱을 구비하는 것을 특징으로 하는 증기터빈.
제8항에 있어서,
상기 슈라우드는, 상기 평면부의 축방향 일단부 및 여기에 인접하게 배치된 돌출턱의 양쪽 측면에 원주방향으로 비스듬하게 형성되는 축방향이탈방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기터빈.
제1항에 있어서,
상기 플랫폼은 플레이트 구조로 이루어지고, 상기 플랫폼의 축방향 일단부의 양쪽 측면에서 원주방향으로 비스듬하게 형성되는 축방향이탈방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기터빈.
제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체결부재는 양단부에 각각 원주방향을 따라 반경방향으로 돌출형성된 축방향이탈방지턱이 형성된 것을 특징으로 하는 증기터빈.
제11항에 있어서,
상기 축방향이탈방지턱은 리벳팅에 의해 가공되는 것을 특징으로 하는 증기터빈.
제1항에 있어서,
상기 체결부재는 2~10개를 포함하고, 상기 체결부재는 반경방향으로 일자형, 지그재그형, 원형, 사각형 및 십일자형 중 선택된 어느 하나의 배치형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기터빈.