KR101937586B1 - 베인 조립체, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 터빈의 터빈 케이싱에 고정되어, 터빈 블레이드 에어포일을 통과한 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 베인 조립체에 있어서, 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 베인 에어포일, 베인 에어포일의 단부에 결합하는 플랫폼부, 터빈 케이싱에 고정되도록 플랫폼부 양측에 형성되며, 상기 터빈 케이싱에 대향되는 면부에는 열응력방지슬롯이 형성된 캐리어 후크부, 상기 열응력방지슬롯에 삽입 배치되도록 캐리어 후크부에 설치되어, 캐리어 후크부 사이의 플랫폼부로 공급되는 압축기의 압축 공기 중 일부가 열응력방지슬롯을 통해 플랫폼부 외측으로 누설되는 것을 방지하는 씰플레이트를 포함하는 베인 조립체, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공한다.

Description

베인 조립체, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈{Vane of turbine, turbine and gas turbine comprising it}
본 발명은 다단의 터빈 블레이드 에어포일을 통과한 고온 고압의 연소가스의 흐름을 가이드하는 베인 조립체, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈에 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 베인 에어포일과, 압축기 블레이드 에어포일이 교대로 배치되어 있다.
연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.
터빈은 터빈 케이싱 내에 복수의 터빈 베인 에이포일과, 터빈 블레이드 에어포일이 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 블레이드 에어포일이 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 에어포일 및 터빈 블레이드 에어포일을 통과하면서 회전력을 생성시키고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.
이러한 가스터빈의 터빈과 관련된 기술로서, 대한민국 등록실용신안 제20-0174662호에서는 가스터빈에 관해 개시하고 있다.
상기 종래의 가스터빈의 터빈은 블레이드 에어포일을 통과한 연소가스의 흐름을 가이드하는 터빈 베인 조립체는 고온의 연소가스에 의해 열팽창이 발생하게 되는데, 특히 터빈 케이싱과 고정되는 터빈 베인의 슈라우드에 형성된 후크 부위에 열응력이 집중되면서 열팽창에 의한 터빈 케이싱과 터빈 베인의 후크 부분이 안정적인 고정 상태를 유지하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은, 터빈 케이싱에 고정되는 터빈 베인의 슈라우드에 형성된 후크 부분에 열응력이 집중되는 것을 방지할 수 있는 베인 조립체, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 터빈의 터빈 케이싱에 고정되어, 터빈 블레이드 에어포일을 통과한 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 베인 조립체에 있어서, 상기 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 베인 에어포일, 상기 베인 에어포일의 단부에 결합하는 플랫폼부, 상기 터빈 케이싱에 고정되도록 상기 플랫폼부 양측에 형성되며, 상기 터빈 케이싱에 대향되는 면부에는 열응력방지슬롯이 형성된 캐리어 후크부, 상기 열응력방지슬롯에 삽입 배치되도록 상기 캐리어 후크부에 설치되어, 상기 캐리어 후크부 사이의 상기 플랫폼부로 공급되는 압축기의 압축 공기 중 일부가 상기 열응력방지슬롯을 통해 상기 플랫폼부 외측으로 누설되는 것을 방지하는 씰플레이트를 포함하는 베인 조립체를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈에 있어서, 복수의 터빈 로터 디스크와, 상기 복수의 터빈 로터 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드 에어포일을 포함하는 터빈 섹션, 상기 터빈 섹션을 내부에 수용하는 터빈 케이싱, 상기 복수의 터빈 블레이드 에어포일 사이에 배치되도록 상기 터빈 케이싱의 내측에 설치되는 복수의 베인 조립체를 포함하되, 상기 베인 조립체는, 상기 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 베인 에어포일과, 상기 베인 에어포일의 단부에 결합하는 플랫폼부와, 상기 터빈 케이싱에 고정되도록 상기 플랫폼부 양측에 형성되며, 상기 터빈 케이싱에 대향되는 면부에는 열응력방지슬롯이 형성된 캐리어 후크부, 및 상기 열응력방지슬롯에 삽입 배치되도록 상기 캐리어 후크부에 설치되어, 상기 캐리어 후크부 사이의 상기 플랫폼부로 공급되는 압축기의 압축 공기 중 일부가 상기 열응력방지슬롯을 통해 상기 플랫폼부 외측으로 누설되는 것을 방지하는 씰플레이트를 포함하는 터빈을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기, 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 통해 연료를 연소시켜, 연소가스를 생성하는 연소기, 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전하는 것으로서, 복수의 터빈 로터 디스크와, 상기 복수의 터빈 로터 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드 에어포일을 포함하는 터빈 섹션, 상기 터빈 섹션을 내부에 수용하는 터빈 케이싱, 상기 복수의 터빈 블레이드 에어포일 사이에 배치되도록 상기 터빈 케이싱의 내측에 설치되는 복수의 베인 조립체를 포함하되, 상기 베인 조립체는, 상기 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 베인 에어포일과, 상기 베인 에어포일의 단부에 결합하는 플랫폼부와, 상기 터빈 케이싱에 고정되도록 상기 플랫폼부 양측에 형성되며, 상기 터빈 케이싱에 대향되는 면부에는 열응력방지슬롯이 형성된 캐리어 후크부, 및 상기 열응력방지슬롯에 삽입 배치되도록 상기 캐리어 후크부에 설치되어, 상기 캐리어 후크부 사이의 상기 플랫폼부로 공급되는 압축기의 압축 공기 중 일부가 상기 열응력방지슬롯을 통해 상기 플랫폼부 외측으로 누설되는 것을 방지하는 씰플레이트를 포함하는 가스터빈을 제공한다.
본 발명에 따른 베인 조립체, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈은, 플랫폼부의 양측에 마련되는 캐리어 후크부에 열응력방지슬롯이 형성됨으로써, 캐리어 후크부가 터빈 케이싱의 베인 캐리어에 걸림 고정된 상태에서 열응력 집중을 방지할 수 있게 한다.
더불어, 열응력방지슬롯에는 씰플레이트를 삽입 배치되게 함으로써, 열응력방지슬롯을 통해 압축 공기가 누설되는 것을 차단하여, 터빈 베인 조립체의 안정적인 냉각이 이루어질 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드가 적용되는 가스 터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 'A' 부분 확대도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 베인 조립체 부분 확대 사시도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐리어 후크부와 씰플레이트의 결합 상태 단면도
이하, 본 발명에 따른 터빈의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈(100)의 일 예가 도시되어 있다. 상기 가스 터빈은 압축기 케이싱(102)을 구비하고 있고, 상기 압축기 케이싱(102)의 후측에는 터빈을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저(106)가 구비되어 있다. 그리고, 상기 디퓨저(106)의 앞쪽으로 압축기의 압축기 섹션(110)에서 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(104)가 배치된다.
공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상기 압축기 케이싱(102)의 상류측에 압축기 섹션(110)이 위치하고, 하류 측에 터빈 섹션(120)이 배치된다. 그리고, 상기 압축기 섹션(110)과 상기 터빈 섹션(120)의 사이에는 터빈 섹션에서 발생된 회전토크를 상기 압축기 섹션으로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브(130)가 배치되어 있다.
상기 압축기 섹션(110)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(140)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(140)들은 타이로드(150)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.
구체적으로, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(140)는 대략 중앙을 상기 타이로드(150)가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로터 디스크(140)는 대향하는 면이 상기 타이로드(150)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.
상기 압축기 로터 디스크(140)의 외주면에는 복수 개의 압축기 블레이드 에어포일(144)이 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 압축기 블레이드 에어포일(144)은 루트부(146)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(140)에 체결된다.
상기 각각의 압축기 로터 디스크(140)의 사이에는 상기 압축기 케이싱(102)에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 상기 베인은 상기 압축기 로터 디스크(140)와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 상기 압축기 로터 디스크(140)의 압축기 블레이드 에어포일(144)을 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 압축기 로터 디스크의 압축기 블레이드 에어포일(144)로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.
상기 루트부(146)의 체결방식은 탄젠셜 타입(Tangential type)과 액셜 타입(Axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스터빈의 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 상기 압축기 블레이드 에어포일을 압축기 로터 디스크에 체결할 수 있다.
상기 타이로드(150)는 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크(140)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크(140) 내에 체결되고, 타측 단부는 상기 토크튜브(130) 내에서 고정된다.
상기 타이로드(150)의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 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 디퓨저(Diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(Desworler)라고 한다.
상기 연소기(104)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.
가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 케이싱 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, 상기 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 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션 피스가 연결된다. 이러한 트랜지션 피스는, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.
이를 위해 상기 트랜지션 피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.
상기 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션 피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.
한편, 상기 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈 섹션(120)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크 튜브를 거쳐 압축기 섹션(110)으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.
상기 터빈 섹션(120)은 기본적으로는 압축기 섹션(110)의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈 섹션(120)에도 압축기 섹션(120)의 압축기 로터 디스크(140)와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(180)가 구비된다. 따라서, 상기 터빈 로터 디스크(180) 역시, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드 에어포일(184)도 포함한다. 상기 터빈 블레이드 에어포일(184) 역시 도브테일 등의 방식으로 상기 터빈 로터 디스크(180)에 결합될 수 있다. 아울러, 상기 터빈 로터 디스크(180)의 터빈 블레이드 에어포일(184) 사이에도 터빈 섹션(120)의 터빈 케이싱(101)에 고정되는 베인 조립체(200)가 구비되어, 터빈 블레이드 에어포일(184)을 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.
여기서, 상기 베인 조립체(200)는 상기 터빈 케이싱(101)의 원주방향을 따라 복수열로 형성된다. 그리고, 상기 베인 조립체(200)는 상기 타이로드(150)의 축방향을 따라 상기 터빈 블레이드 에어포일(184)과 순차적으로 엇갈리게 형성되는 것이 바람직하다.
도 2를 참조하면, 상기 베인 조립체(200)는 상기 터빈 케이싱(101)의 내측에 고정 결합되는데, 보다 상세하게는 상기 터빈 케이싱(101)의 내측에 설치하는 터빈 베인 캐리어(101a)에 고정 결합한다. 이때, 상기 터빈 베인 캐리어(101a)의 상기 베인 조립체(200) 단부에 대향되는 면부, 즉 이후 설명될 베인 조립체(200)의 플랫폼부(220)에 대향되는 상기 터빈 베인 캐리어(101a) 면부에는 플랫폼부(220)를 대응되게 수용한 상태로 캐리어 후크부(230)가 고정 결합할 수 있도록 수용홈(101b)이 형성된다. 더불어, 상기 터빈 베인 캐리어(101a)와 상기 베인 조립체(200)의 플랫폼부(220) 사이에는 앞서 설명한 압축기에서 압축된 공기를 공급받을 수 있도록 냉각공기수용공간부(101c)가 마련될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 베인 조립체(200)는 상기 터빈 섹션(120)의 터빈 케이싱(101) 내측에 배치된 상태에서 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 베인 에어포일(210)을 포함한다. 여기서, 상기 베인 에어포일(210)은 익형을 가지도록 형성되고, 연소가스의 흐름방향을 기준으로 상류측에 배치되는 리딩 엣지(Leading edge)와 하류측에 배치되는 트레일링 엣지(Trailing edge)를 가진다.
이러한, 상기 베인 에어포일(210)의 내측에는 공기유로(미도시)가 형성되며, 상기 공기유로는 앞서 설명한 상기 냉각공기수용공간부(101c)로 공급되는 압축된 공기를 상기 베인 에어포일(210) 내측으로 순환 이동될 수 있게 한다.
상기 베인 에어포일(210)의 단부에는 플랫폼부(220)를 결합한다. 이러한, 상기 플랫폼부(220)는 평판 형태를 가지며, 상기 터빈 베인 캐리어(101a)의 수용홈(101b)에 대응되게 삽입 배치한다. 즉 상기 플랫폼부(220)는 상기 베인 에어포일(210)을 상기 터빈 베인 캐리어(101a)에 대응되게 삽입 배치된 상태로 상기 터빈 에이포일(210)을 통과하는 고온의 연소가스가 누출되는 것을 방지한다. 이러한, 상기 플랫폼부(220)에는 상기 베인 에어포일(210)의 공기유로(211)와 연결되도록 에어공급공(221)이 관통 형성된다. 또한, 상기 플랫폼부(220)의 내측에는 이후 설명될 캐리어 후크부(230)를 통해 유입되는 압축된 공기를 공급받아 상기 플랫폼부(220)를 냉각시킬 수 있도록 냉각홈(222)이 형성될 수 있다.
상기 플랫폼부(220)의 상면 양측에는 캐리어 후크부(230)가 형성된다. 즉, 상기 캐리어 후크부(230)는 상기 연소가스의 흐름방향 상류측 및 하류측에 각각 위치하도록 상기 플랫폼부(220)의 상면 양측에 상호 대향되게 한 쌍을 형성한다. 이같이, 상기 캐리어 후크부(230)는 상기 터빈 베인 캐리어(101a)의 내측면에 대향되는 상기 플랫폼부(220) 면부 양측에 각각 상기 터빈 베인 캐리어(101a) 방향으로 돌출되도록 'ㄱ'자의 수직단면 형상으로 형성되어, 상기 플랫폼부(220)가 상기 터빈 케이싱(101)에 고정상태로 결합되게 한다. 그리고, 상기 캐리어 후크부(230)는 상기 터빈 베인 캐리어(101a)의 수용홈(101b)에 삽입상태로 걸림 고정되면서, 상기 베인 에어포일(210)이 상기 연소가스와의 충돌시, 안정적으로 위치를 유지할 수 있게 한다. 더불어, 상기 캐리어 후크부(230) 내측에는 앞서 상기 플랫폼부(220)의 냉각홈(222)가 연결되는 냉각연결홈(233)이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 캐리어 후크부(230)의 상면, 즉 상기 터빈 케이싱(101)의 내측면에 대향되는 면부에는 열응력방지슬롯(231)이 형성된다. 이같이, 상기 열응력방지슬롯(231)은 상기 터빈 베인 캐리어(101a)에 고정되도록 결합하는 상기 캐리어 후크부(230)에서의 열응력 집중을 방지한다. 이같이, 상기 열응력방지슬롯(231)은 상기 베인 에어포일(210)에 인가된 연소가스 부하에 의해 상기 캐리어 후크부(230)가 상기 터빈 베인 캐리어(101a)와의 고정되는 부분에서 눌림됨과 동시에 상기 캐리어 후크부(230) 자체의 열에 의한 열팽창으로 안정적인 고정상태에 영향이 가해지는 것을 차단한다. 즉, 상기 열응력방지슬롯(231)은 상기 캐리어 후크부(230) 사이의 상기 플랫폼부(220) 상으로 공급되는 압축된 공기 중 일부가 유입되면서, 상기 터빈 베인 캐리어(101a)와 직접적으로 접하게 되는 부분을 냉각시킬 수 있는 바, 열응력 집중에 따른 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 상기 열응력방지슬롯(231)은 상기 캐리어 후크부(230)의 상면으로부터 내측 방향으로 반원형의 수직단면 형상을 가지도록 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않음은 물론이다.
또한, 상기 캐리어 후크부(230)에는 이후 설명될 씰플레이트(240)를 상기 열응력방지슬롯(231) 상에 착탈 가능하게 설치할 수 있도록 씰삽입홈(232)이 형성된다. 이러한, 상기 씰삽입홈(232)은 상기 열응력방지슬롯(231)으로부터 상기 캐리어 후크부(230) 내부로 연장되도록 형성됨으로써, 씰플레이트(240)를 상기 열응력방지슬롯(231)에 삽입 상태로 걸림 고정되게 배치할 수 있게 된다. 이때, 상기 씰삽입홈(232)은 상기 열응력방지슬롯(231)의 길이방향 외측단, 즉 상기 열응력방지슬롯(231)에서 압축된 공기의 이동방향 후단에 배치되도록 형성됨으로써, 상기 열응력방지슬롯(231)으로 압축된 공기의 유입이 최대로 이루어지면서, 상기 캐리어 후크부(230) 부분에 대한 안정적인 냉각이 이루어질 수 있게 한다.
도 4를 참조하면, 상기 씰삽입홈(232)의 수직단면 크기는 상기 열응력방지슬롯(231)의 수직단면 크기 및 씰플레이트(240)의 수직단면 크기보다 크게 형성됨으로써, 상기 씰삽입홈(232)에 씰플레이트(240)를 삽입 배치시, 상기 씰삽입홈(232)이 형성된 상기 캐리어 후크부(230) 부분 표면과 씰플레이트(240) 테두리 사이는 간극을 가지게 됨으로써 열응력 집중이 발생하는 것을 방지할 수 있게 한다. 여기서, 상기 씰삽입홈(232)의 수직단면 크기는 상기 열응력방지슬롯(231)의 수직단면 크기를 기준으로 상단 부분에서 하단 부분으로 갈수록 크기가 작아지도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 씰삽입홈(232) 상단 부분의 수직단면 크기와 상기 열응력방지슬롯(231) 상단 부분의 수직단면 크기의 차이인 'G1'길이가 상기 씰삽입홈(232) 하단 부분의 수직단면 크기와 상기 열응력방지슬롯(231) 하단 부분의 수직단면 크기의 차이인 'G2'길이보다 길게 형성될 수 있다.
상기 씰플레이트(240)는 상기 열응력방지슬롯(231)으로 유입되는 압축된 공기가 상기 플랫폼부(220) 외측으로 누설되는 것을 방지하는 판 형상 부재이다. 즉, 상기 씰플레이트(240)는 상기 캐리어 후크부(230) 사이의 상기 플랫폼부(220) 상부, 즉 상기 냉각공기수용공간부(101c)로 공급된 압축기의 압축 공기 중 일부가 상기 열응력방지슬롯(231)을 통해 상기 플랫폼부(220) 외측으로 누설되는 것을 차단함으로써, 상기 캐리어 후크부(230)의 안정적인 냉각이 이루어지게 한다. 이러한, 상기 씰플레이트(240)는 상기 열응력방지슬롯(231)에 삽입 배치되도록 상기 캐리어 후크부(230)에 연결 설치한다. 이같이, 상기 씰플레이트(240)는 상기 열응력방지슬롯(231)에 삽입 배치됨으로써, 상기 냉각공기수용공간부(101c) 상에서 상기 열응력방지슬롯(231)으로 유입된 압축 공기가 상기 씰플레이트(240)이 설치 위치에서 막혀 더 이상 이동하지 않게 하는 바, 상기 열응력방지슬롯(231)을 통한 압축 공기의 상기 캐리어 후크부(230) 외측으로의 누설을 방지할 수 있게 한다.
여기서, 상기 씰플레이트(240)는 상기 씰삽입홈(232)에 삽입 상태로 상기 열응력방지슬롯(231)을 통해 이동하는 상기 압축 공기의 이동이 더 이상 이루어지지 않도록 차단할 수 있게 반원형의 단면형상을 가지도록 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정하지 않음은 물론이다. 이러한, 상기 씰플레이트(240)의 수직단면 크기는, 상기 열응력방지슬롯(231)의 수직단면 크기보다 크고 상기 씰삽입홈(232)의 수직단면 크기보다 작도록 형성됨으로써, 상기 씰플레이트(240)가 삽입홈(232)에 삽입시, 상기 씰플레이트(240)와 상기 씰삽입홈(232)가 형성되는 캐리어 후크부(230) 표면 사이의 간극을 통해 열응력 집중을 방지할 수 있게 한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 캐리어 후크부(230a)와 씰플레이트(240a)의 결합 상태 단면도로써, 도 5를 참조하면, 상기 씰플레이트(240a)의 외측테두리, 보다 상상세하게는 하단 테두리 부분에 걸림돌기부(241a)가 돌출 형성되고, 상기 캐리어 후크부(230a)에는 상기 걸림돌기부(241a)에 대응되게 상기 씰삽입홈(232a)으로부터 상기 캐리어 후크부(230a) 내부로 연장되도록 걸림삽입홈(233a)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 걸림돌기부(241a)는 상기 씰플레이트(240a)에 하나가 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고 상호 이격되게 복수개가 형성될 수 있으며, 그에 대응되게 상기 걸림삽입홈(233a)도 상호 이격되게 복수개가 형성될 수 있음은 물론이다. 이같이, 상기 씰플레이트(240a)가 상기 씰삽입홈(232a)에 삽입 배치시, 상기 걸림돌기부(241a)가 상기 걸림삽입홈(233a)에 대응되게 삽입 배치됨으로써, 상기 씰플레이트(240a)가 상기 씰삽입홈(232a)에서 움직임을 최소화하도록 하여 안정적인 삽입상태를 유지할 수 있게 한다.
이와 같이, 일 실시예의 베인 조립체, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈은, 상기 플랫폼부(220)의 양측에 마련되는 상기 캐리어 후크부(230)에 열응력방지슬롯(231)이 형성됨으로써, 상기 캐리어 후크부(230)가 상기 터빈 케이싱(101)의 베인 캐리어(101a)에 걸림 고정된 상태에서 열응력 집중을 방지할 수 있게 한다.
더불어, 상기 열응력방지슬롯(231)에는 상기 씰플레이트(240)를 삽입 배치되게 함으로써, 상기 열응력방지슬롯(231)을 통해 압축 공기가 누설되는 것을 차단하여, 상기 터빈 베인 조립체(200)의 안정적인 냉각이 이루어질 수 있게 한다.
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.
100: 가스터빈 101: 터빈 케이싱
101a: 베인 캐리어 102: 압축기 케이싱
104: 연소기 106: 디퓨저
110: 압축기 섹션 120: 터빈 섹션
130: 토크튜브 140: 압축기 로터 디스크
144: 압축기 블레이드 에어포일 150: 타이로드
180: 터빈 로터 디스크 200: 베인 조립체
210: 베인 에어포일 220: 플랫폼부
221: 에어공급공 230,230a: 캐리어 후크부
231: 열응력방지슬롯 232: 씰삽입홈
240,240a: 씰플레이트 233a: 걸림삽입홈
241a: 걸림돌기부

Claims (21)

  1. 터빈의 터빈 케이싱에 고정되어, 터빈 블레이드 에어포일을 통과한 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 베인 조립체에 있어서,
    상기 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 베인 에어포일과;
    상기 베인 에어포일의 단부에 결합하는 플랫폼부와;
    상기 터빈 케이싱에 고정되도록 상기 플랫폼부 양측에 형성되며, 상기 터빈 케이싱에 대향되는 면부에는 열응력방지슬롯이 형성된 캐리어 후크부; 및
    상기 열응력방지슬롯에 삽입 배치되도록 상기 캐리어 후크부에 설치되어, 상기 캐리어 후크부 사이의 상기 플랫폼부로 공급되는 압축기의 압축 공기 중 일부가 상기 열응력방지슬롯을 통해 상기 플랫폼부 외측으로 누설되는 것을 방지하는 씰플레이트;를 포함하며,
    상기 캐리어 후크부에는 상기 열응력방지슬롯으로부터 상기 캐리어 후크부 내부로 연장되도록 씰삽입홈이 더 형성되고,
    상기 씰플레이트는 상기 씰삽입홈에 삽입 설치하며,
    상기 씰플레이트의 수직단면 크기는, 상기 열응력방지슬롯의 수직단면 크기보다 크고 상기 씰삽입홈의 수직단면 크기보다 작도록 형성된 베인 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐리어 후크부는 상기 연소가스의 흐름방향 상류측 및 하류측에 각각 위치하도록 상기 플랫폼부 양측에 대향되게 형성되고,
    상기 열응력방지슬롯은 상기 연소가스의 흐름방향으로 연장 형성된 베인 조립체.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 씰삽입홈은 상기 열응력방지슬롯의 길이방향 외측단에 배치되도록 상기 캐리어 후크부에 형성된 베인 조립체.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 씰플레이트의 외측 테두리에는 걸림돌기부가 더 돌출 형성되고,
    상기 캐리어 후크부에는 상기 걸림돌기부에 대응되게 상기 씰삽입홈으로부터 연장되도록 걸림삽입홈이 형성된 베인 조립체.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2 또는 청구항 4 또는 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열응력방지슬롯은 반원형의 수직단면 형상을 가지도록 형성된 베인 조립체.
  8. 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈에 있어서,
    복수의 터빈 로터 디스크와, 상기 복수의 터빈 로터 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드 에어포일을 포함하는 터빈 섹션과;
    상기 터빈 섹션을 내부에 수용하는 터빈 케이싱과;
    상기 복수의 터빈 블레이드 에어포일 사이에 배치되도록 상기 터빈 케이싱의 내측에 설치되는 복수의 베인 조립체를 포함하되,
    상기 베인 조립체는, 상기 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 베인 에어포일과, 상기 베인 에어포일의 단부에 결합하는 플랫폼부와, 상기 터빈 케이싱에 고정되도록 상기 플랫폼부 양측에 형성되며, 상기 터빈 케이싱에 대향되는 면부에는 열응력방지슬롯이 형성된 캐리어 후크부, 및 상기 열응력방지슬롯에 삽입 배치되도록 상기 캐리어 후크부에 설치되어, 상기 캐리어 후크부 사이의 상기 플랫폼부로 공급되는 압축기의 압축 공기 중 일부가 상기 열응력방지슬롯을 통해 상기 플랫폼부 외측으로 누설되는 것을 방지하는 씰플레이트를 포함하며,
    상기 캐리어 후크부에는 상기 열응력방지슬롯으로부터 상기 캐리어 후크부 내부로 연장되도록 씰삽입홈이 더 형성되고,
    상기 씰플레이트는 상기 씰삽입홈에 삽입 설치하며,
    상기 씰플레이트의 수직단면 크기는, 상기 열응력방지슬롯의 수직단면 크기보다 크고 상기 씰삽입홈의 수직단면 크기보다 작도록 형성된 터빈.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 캐리어 후크부는 상기 연소가스의 흐름방향 상류측 및 하류측에 각각 위치하도록 상기 플랫폼부 양측에 대향되게 형성되고,
    상기 열응력방지슬롯은 상기 연소가스의 흐름방향으로 연장 형성된 터빈.
  10. 삭제
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 씰삽입홈은 상기 열응력방지슬롯의 출구측에 인접한 위치에 배치되도록 상기 캐리어 후크부에 형성된 터빈.
  12. 삭제
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 씰플레이트의 외측 테두리에는 걸림돌기부가 더 돌출 형성되고,
    상기 캐리어 후크부에는 상기 걸림돌기부에 대응되게 상기 씰삽입홈으로부터 연장되도록 걸림삽입홈이 형성된 터빈.
  14. 청구항 8 또는 청구항 9 또는 청구항 11 또는 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열응력방지슬롯은 반원형의 수직단면 형상을 가지도록 형성된 터빈.
  15. 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기와;
    상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 통해 연료를 연소시켜, 연소가스를 생성하는 연소기; 및
    상기 연소기로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전하는 것으로서, 복수의 터빈 로터 디스크와, 상기 복수의 터빈 로터 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드 에어포일을 포함하는 터빈 섹션과,
    상기 터빈 섹션을 내부에 수용하는 터빈 케이싱과,
    상기 복수의 터빈 블레이드 에어포일 사이에 배치되도록 상기 터빈 케이싱의 내측에 설치되는 복수의 베인 조립체를 포함하되,
    상기 베인 조립체는, 상기 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 베인 에어포일과, 상기 베인 에어포일의 단부에 결합하는 플랫폼부와, 상기 터빈 케이싱에 고정되도록 상기 플랫폼부 양측에 형성되며, 상기 터빈 케이싱에 대향되는 면부에는 열응력방지슬롯이 형성된 캐리어 후크부, 및 상기 열응력방지슬롯에 삽입 배치되도록 상기 캐리어 후크부에 설치되어, 상기 캐리어 후크부 사이의 상기 플랫폼부로 공급되는 압축기의 압축 공기 중 일부가 상기 열응력방지슬롯을 통해 상기 플랫폼부 외측으로 누설되는 것을 방지하는 씰플레이트를 포함하며,
    상기 캐리어 후크부에는 상기 열응력방지슬롯으로부터 상기 캐리어 후크부 내부로 연장되도록 씰삽입홈이 더 형성되고,
    상기 씰플레이트는 상기 씰삽입홈에 삽입 설치하며,
    상기 씰플레이트의 수직단면 크기는, 상기 열응력방지슬롯의 수직단면 크기보다 크고 상기 씰삽입홈의 수직단면 크기보다 작도록 형성된 가스터빈.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 캐리어 후크부는 상기 연소가스의 흐름방향 상류측 및 하류측에 각각 위치하도록 상기 플랫폼부 양측에 대향되게 형성되고,
    상기 열응력방지슬롯은 상기 연소가스의 흐름방향으로 연장 형성된 가스터빈.
  17. 삭제
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 씰삽입홈은 상기 열응력방지슬롯의 출구측에 인접한 위치에 배치되도록 상기 캐리어 후크부에 형성된 가스터빈.
  19. 삭제
  20. 청구항 15에 있어서,
    상기 씰플레이트의 외측 테두리에는 걸림돌기부가 더 돌출 형성되고,
    상기 캐리어 후크부에는 상기 걸림돌기부에 대응되게 상기 씰삽입홈으로부터 연장되도록 걸림삽입홈이 형성된 가스터빈.
  21. 청구항 15 또는 청구항 16 또는 청구항 18 또는 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열응력방지슬롯은 반원형의 수직단면 형상을 가지도록 형성된 가스터빈.
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