KR101958110B1 - 터빈 스테이터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 연소기로부터 공급받은 연소가스가 내부로 통과하고, 그 중심으로 타이로드가 관통하는 것으로서, 상기 타이로드를 중심으로 하여 각각 반쪽을 구성하는 제1 및 제2케이싱을 포함하는 케이싱; 상기 케이싱의 내주면에 결합되며, 상기 연소가스의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치되는 복수개의 베인; 및 상기 베인에 설치되며, 상기 제1케이싱과 제2케이싱의 접촉면 중 적어도 하나의 접촉면에 형성된 체결홈에 삽입되어, 상기 베인을 상기 케이싱에 고정시키는 스토퍼(Stopper)를 포함하는 터빈 스테이터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공한다.
본 발명에 따른 터빈 스테이터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈에 의하면, 터빈 베인이 원주방향으로 움직이지 않고 고정되도록 함으로써, 터빈 내부에 진동이 발생하는 것을 감소시킬 수 있으며, 터빈의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 터빈 스테이터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈에 의하면, 스토퍼를 이용하여 플랜지의 내측에 위치하는 터빈 베인을 케이싱에 고정시킴으로써, 터빈의 구조를 단순화할 수 있으며, 별도의 고정핀을 사용함에 따라 발생되는 비용을 절감할 수 있다.

Description

터빈 스테이터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈{Turbine stator, turbine and gas turbine comprising the same}

본 발명은 터빈 스테이터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 연소기로부터 공급받은 연소가스가 내부로 통과하는 터빈 스테이터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것이다.

가스터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 압축기 입구 스크롤 스트럿(Compressor inlet scroll strut)이 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. 이러한 터빈 케이싱과 터빈 블레이드 사이에는, 팁 클리어런스(Tip clearance)로 정의되는 간격이 형성된다. 또한, 가스터빈에는 압축기와 연소기와 터빈 및 배기실의 중심부를 관통하도록 타이로드가 배치되어 있다. 상기 타이로드는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고 상기 타이로드에 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 연소가스가 만들어지고, 이렇게 만들어진 연소 가스는 터빈 측으로 분사된다. 분사된 연소가스가 상기 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.

이 중, 가스터빈의 터빈 베인과 관련된 기술로서 대한민국 등록실용신안 제20-0174662호에서는 가스터빈에 관해 개시하고 있다.

이러한 종래의 가스터빈에 포함된 터빈 베인은, 터빈 베인 에어포일과 터빈 베인 슈라우드를 포함한다. 상기 터빈 베인 에어포일은, 상기 터빈 베인 에어포일과 터빈 케이싱 사이에 설치되는 상기 터빈 베인 슈라우드에 의해 상기 터빈 케이싱의 내주면에 고정된다.

이때, 상기 터빈 베인은, 상기 터빈 베인 슈라우드에 의해 축 방향의 움직임만이 고정될 뿐, 원주방향의 움직임은 고정되지 않는다는 한계가 있다. 따라서 상기 종래의 가스터빈은, 터빈 베인이 원주방향으로 움직임에 따라, 터빈 내부에 진동이 발생하며, 터빈의 효율이 감소하는 문제점이 존재한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 터빈 베인이 원주방향으로 움직이는 것을 방지할 수 있도록 개선된 구조를 갖는 터빈 스테이터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 터빈 스테이터는, 연소기로부터 공급받은 연소가스가 내부로 통과하고, 그 중심으로 타이로드가 관통하는 것으로서, 상기 타이로드를 중심으로 하여 각각 반쪽을 구성하는 제1 및 제2케이싱을 포함하는 케이싱; 상기 케이싱의 내주면에 설치되며, 상기 연소가스의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치되는 복수개의 베인 에어포일; 및 상기 베인 에어포일에 설치되며, 상기 제1케이싱과 제2케이싱의 접촉면 중 적어도 하나의 접촉면에 형성된 체결홈에 삽입되어, 상기 베인 에어포일을 상기 케이싱에 고정시키는 스토퍼(Stopper)를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키며, 그 중심으로 타이로드가 관통하는 것으로서, 연소가스가 내부로 통과하는 스테이터; 및 상기 스테이터의 내부에 설치되며, 유동하는 연소가스에 의해 회전하는 로터를 포함하되, 상기 스테이터는, 상기 타이로드를 중심으로 하여 각각 반쪽을 구성하는 제1 및 제2케이싱을 포함하는 케이싱과, 상기 케이싱의 내주면에 설치되며 상기 연소가스의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치되는 복수개의 베인 에어포일과, 상기 베인 에어포일에 설치되며 상기 제1케이싱과 제2케이싱의 접촉면 중 적어도 하나의 접촉면에 형성된 체결홈에 삽입되어 상기 베인 에어포일을 상기 케이싱에 고정시키는 스토퍼(Stopper)를 포함하는 터빈이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 타이로드; 상기 타이로드의 일 측에 설치되며 회전 작동에 의해 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기; 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합시켜 연소시키는 연소기; 및 상기 타이로드의 타 측에 설치되며 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하되, 상기 터빈은, 연소가스가 내부로 통과하는 스테이터와, 상기 스테이터의 내부에 설치되며, 유동하는 연소가스에 의해 회전하는 로터를 포함하며, 상기 스테이터는, 상기 타이로드를 중심으로 하여 각각 반쪽을 구성하는 제1 및 제2케이싱을 포함하는 케이싱과, 상기 케이싱의 내주면에 설치되며 상기 연소가스의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치되는 복수개의 베인 에어포일과, 상기 베인 에어포일에 설치되며 상기 제1케이싱과 제2케이싱의 접촉면 중 적어도 하나의 접촉면에 형성된 체결홈에 삽입되어 상기 베인 에어포일을 상기 케이싱에 고정시키는 스토퍼(Stopper)를 포함하는 가스터빈이 제공된다.

상기 케이싱은, 상기 제2케이싱과 결합되는 상기 제1케이싱의 결합 부위로부터 반경방향 외측으로 확장된 제1플랜지를 더 포함하며, 상기 복수개의 베인 에어포일은, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때, 상기 제1플랜지가 위치한 부위에 대응하는 상기 제1케이싱의 내주면에 배치되는 제1베인 에어포일을 포함하며, 상기 스토퍼는, 상기 제1베인 에어포일에 설치되는 제1스토퍼를 포함할 수 있다.

상기 케이싱의 내주면에는 원주방향을 따라 관통된 내주홈이 형성되며, 상기 스테이터는, 상기 케이싱과 복수개의 베인 에어포일 사이에 배치되어 상기 복수개의 베인 에어포일에 각각 결합되며, 상기 내주홈에 삽입되어 상기 복수개의 베인 에어포일을 케이싱에 고정시키는 복수개의 베인 슈라우드를 더 포함할 수 있다.

상기 복수개의 베인 슈라우드는, 상기 제1베인 에어포일에 결합되는 제1베인 슈라우드를 포함하며, 상기 제1스토퍼는, 상기 제1베인 슈라우드의 반경방향 외측에 결합될 수 있다.

상기 베인 슈라우드는, 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트의 반경방향 외측에 결합되되 전단(Front-stage)에 배치된 베인 에어포일과 인접하도록 배치되는 전단돌기와, 상기 베이스플레이트의 반경방향 외측에 결합되되 후단(Rear-stage)에 배치된 베인 에어포일과 인접하도록 배치되는 후단돌기를 포함할 수 있다.

상기 제1베인 에어포일과 제1베인 슈라우드는, 연소가스의 유동방향 기준 우측에 배치되는 제1우측베인 에어포일 및 제1우측베인 슈라우드와, 좌측에 배치되는 제1좌측베인 에어포일 및 제1좌측베인 슈라우드를 포함하며, 상기 제1스토퍼는, 상기 제1우측베인 슈라우드의 전단돌기에 설치되는 제1우측스토퍼와, 상기 제1좌측베인 슈라우드의 후단돌기에 설치되는 제1좌측스토퍼를 포함할 수 있다.

상기 스테이터는, 상기 스토퍼를 각각 관통하여 상기 스토퍼를 상기 케이싱에 고정시키는 체결볼트를 더 포함할 수 있다.

상기 스테이터는, 상기 케이싱의 외주면에서 내부로 삽입되되, 단부가 상기 복수개의 베인 슈라우드 중 상기 제1베인 슈라우드를 제외한 나머지 베인 슈라우드를 관통하여, 상기 나머지 베인 슈라우드를 상기 케이싱에 각각 고정시키는 복수개의 고정핀을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 터빈 스테이터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈에 의하면, 터빈 베인이 원주방향으로 움직이지 않고 고정되도록 함으로써, 터빈 내부에 진동이 발생하는 것을 감소시킬 수 있으며, 터빈의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 터빈 스테이터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈에 의하면, 스토퍼를 이용하여 플랜지의 내측에 위치하는 터빈 베인을 케이싱에 고정시킴으로써, 터빈의 구조를 단순화할 수 있으며, 별도의 고정핀을 사용함에 따라 발생되는 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 가스터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1 중 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단된 터빈 스테이터를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2 중 제1스토퍼가 설치된 터빈 베인을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 따른 제1베인 에어포일이 제1케이싱에 설치되는 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 체결홈에 제1우측스토퍼가 삽입된 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 체결홈에 제1좌측스토퍼가 삽입된 모습을 도시한 도면이다.

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.

이하, 본 발명에 따른 터빈 스테이터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈(1)의 일 예가 도시되어 있다. 상기 가스터빈(1)은 케이싱을 구비하고 있고, 상기 케이싱의 후측에는 터빈(10)을 통과한 연소가스가 배출되는 터빈 디퓨저가 구비되어 있다. 그리고 상기 터빈 디퓨저의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(4)가 배치된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 가스터빈(1)의 상류 측에 압축기(3)가 위치하고, 하류 측에 터빈(10)이 배치된다. 이때, 상기 케이싱은 압축기 케이싱과 터빈 케이싱(110)을 포함한다. 상기 압축기 케이싱은 압축기 베인과 압축기 로터를 내부에 수용하며, 상기 터빈 케이싱(110)은 터빈 베인과 터빈 로터(11)를 내부에 수용한다. 그리고 상기 압축기(3)와 상기 터빈(10)의 사이에는 터빈(10)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브가 배치되어 있다.

상기 압축기 로터는, 압축기 디스크와 압축기 블레이드를 포함한다. 상기 압축기 케이싱의 내부에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 디스크가 구비되고, 상기 각각의 압축기 디스크들은 타이로드(2)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

구체적으로, 상기 각각의 압축기 디스크는 대략 중앙을 상기 타이로드(2)가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 디스크는 대향하는 면이 상기 타이로드(2)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.

상기 압축기 디스크의 외주면에는 복수개의 압축기 블레이드가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 압축기 디스크의 사이에는 상기 압축기 케이싱에 고정되어 배치되는 복수개의 압축기 베인이 위치한다. 상기 압축기 베인은 상기 압축기 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 블레이드를 통과한 압축공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 압축기 블레이드로 압축공기를 안내하는 역할을 하게 된다. 이때, 고정체에 해당하는 상기 압축기 케이싱과 압축기 베인은, 회전체에 해당하는 상기 압축기 로터와 구분하기 위하여, 압축기 스테이터라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.

상기 타이로드(2)는 상기 복수개의 압축기 디스크 및 터빈 디스크(12)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 디스크 내에 체결되고, 타측 단부는 고정 너트에 의해 체결된다.

상기 타이로드(2)의 형태는 가스터빈(1)에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드(2)가 압축기 디스크와 터빈 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

도시되지는 않았으나, 가스터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 안내깃 역할을 하는 디스월러(Desworler)가 설치될 수 있다.

상기 연소기에서는 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 연소기 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료를 분사하는 노즐과, 연소실을 형성하는 라이너(Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션피스(Transition piece)를 포함한다.

구체적으로, 상기 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 연소챔버와, 상기 연소챔버를 감싸면서 환형공간을 이루는 라이너 환형유로가 형성된다. 또한 라이너의 전단에는 연료를 분사하는 노즐이 결합되며, 측벽에는 점화기가 결합된다.

상기 라이너 환형유로에는, 라이너의 외벽에 마련되는 다수개의 홀(Hole)을 통해 유입된 압축공기가 유동하며, 후술할 트랜지션피스를 냉각시킨 압축공기 역시 이를 통해 유동한다. 이렇듯 압축공기가 라이너의 외벽부를 따라 유동함으로써, 상기 연소챔버에서 연료의 연소에 의해 발생되는 열에 의해 라이너가 열 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.

라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 상기 라이너와 마찬가지로, 상기 트랜지션피스는, 상기 트랜지션피스의 내부 공간을 감싸는 트랜지션피스 환형유로가 형성되며, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 상기 트랜지션피스 환형유로를 따라 흐르는 압축공기에 의해 외벽부가 냉각된다.

한편, 상기 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소가스가 팽창하면서 터빈 블레이드에 충동, 반동력을 주어 회전토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전토크는 상술한 토크튜브를 거쳐 압축기로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

상기 터빈(10)은 기본적으로는 압축기의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(10)에도 압축기의 압축기 로터와 유사한 복수개의 터빈 로터(11)가 구비된다. 따라서 상기 터빈 로터(11) 역시, 터빈 디스크(12)와, 이로부터 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드(13)를 포함한다. 상기 터빈 블레이드(13)의 사이에도 상기 터빈 케이싱(110)에 고정되는 복수개의 터빈 베인이 구비되어, 터빈 블레이드(13)를 통과한 연소가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다. 이때, 고정체에 해당하는 상기 터빈 케이싱(110)과 터빈 베인 역시, 회전체에 해당하는 상기 터빈 로터(11)와 구분하기 위하여, 터빈 스테이터(100)라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 터빈 케이싱(110;이하 케이싱이라 한다)은, 상기 타이로드(2)를 중심으로 하여 각각 반쪽을 구성하는 제1케이싱(111)과 제2케이싱(112)을 포함한다. 상기 제1케이싱(111)이 상기 케이싱(110)의 상부를 구성하고 상기 제2케이싱(112)이 상기 케이싱(110)의 하부를 구성할 수도 있고, 반대로 상기 제1케이싱(111)이 상기 케이싱(110)의 하부를 구성하고 상기 제2케이싱(112)이 상기 케이싱(110)의 상부를 구성할 수도 있다.

상기 제1케이싱(111)은, 상기 제2케이싱(112)과 결합되는 부위의 외주면으로부터 반경방향 외측으로 확장된 제1플랜지(113)가 돌출 형성된다. 또한, 상기 제2케이싱(112)은, 상기 제1케이싱(111)과 결합되는 부위의 외주면으로부터 반경방향 외측으로 확장된 제2플랜지(114)가 돌출 형성된다. 상기 제1플랜지(113)와 제2플랜지(114)가 서로 접촉된 상태에서, 별도의 고정수단(미도시)이 상기 제1플랜지(113)와 제2플랜지(114)를 관통함으로써, 상기 제1케이싱(111)과 제2케이싱(112)이 일체로서 고정되게 된다.

상기 터빈 베인은, 터빈 베인 에어포일(120;이하 에어포일이라 한다)과 터빈 베인 슈라우드(130;이하 슈라우드라 한다)로 이루어진다. 도 2를 기준으로 하였을 때 도면에서 나오는 방향이 전단(Front-stage) 측 방향이 되고 도면으로 들어가는 방향이 후단(Rear-stage) 측 방향이 되며, 상기 에어포일(120)은 전단의 터빈 블레이드(13)를 통과한 연소가스가 후단의 터빈 블레이드(13)로 공급될 수 있도록 연소가스를 가이드하는 역할을 한다. 상기 슈라우드(130)는, 상기 에어포일(120)과 케이싱(110)의 사이에 배치되어 상기 에어포일(120)에 결합된다. 그리고 상기 슈라우드(130)는, 상기 케이싱(110)의 내주면에 원주방향을 따라 관통 형성된 내주홈에 삽입되어, 상기 에어포일(120)을 케이싱(110)에 고정시킨다.

여기서, 상기 슈라우드(130)는, 상기 타이로드(2)의 축 방향에 대해서는 고정된 상태를 유지하나, 상기 케이싱(110)의 원주방향에 대해서는 고정되지 않는다. 만약 상기 가스터빈(1)의 작동 중에 상기 터빈 베인이 상기 케이싱(110)에 대하여 원주방향으로 움직이는 경우, 상기 에어포일(120)이 상기 터빈(10)의 내부에서 유동하는 연소가스에 부딪혀 진동하는 문제가 발생한다. 또한 이 경우, 상기 에어포일(120)이 연소가스를 다음 단의 터빈 블레이드(13)로 온전하게 가이드하지 못하게 된다. 그에 따라 연소가스의 팽창에 따라 터빈 블레이드(13)가 받게 되는 힘이 감소하게 되고, 터빈(10)의 전체 효율이 감소하는 문제가 발생하게 된다.

따라서 상기 슈라우드(130) 및 이에 결합된 에어포일(120)이 상기 케이싱(110)에 대하여 원주방향으로 고정될 수 있도록 하기 위하여, 상기 스테이터(100)는 고정핀(140)을 더 포함할 수 있다. 상기 고정핀(140)은 상기 케이싱(110)의 외주면에서 내부로 관통되는 것으로서, 그 단부가 상기 슈라우드(130)에 삽입되어 상기 슈라우드(130) 및 에어포일(120)을 상기 케이싱(110)에 고정시킨다. 이 경우, 터빈 베인이 상기 케이싱(110)의 원주방향에 대해서도 고정됨으로써, 터빈(10) 내부에 진동이 발생하는 것을 감소시킬 수 있으며, 터빈(10)의 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1케이싱(111)과 제2케이싱(112)에는 제1플랜지(113)와 제2플랜지(114)가 형성되어 있다. 이때, 상기 제1플랜지(113)와 제2플랜지(114)의 두께 때문에, 상기 제1플랜지(113)와 제2플랜지(114)가 배치된 상기 제1케이싱(111)과 제2케이싱(112)의 외주면으로는 상기 고정핀(140)이 삽입될 수 없다. 따라서 상기 제1플랜지(113)와 제2플랜지(114)가 위치한 부위에 대응하는 상기 제1케이싱(111) 및 제2케이싱(112)의 내주면에 배치되는 에어포일(120)을 상기 케이싱(110)에 고정시키기 위하여, 상기 스테이터(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 스토퍼(150;Stopper)를 더 구비할 수 있다.

이하부터는, 상기 제1케이싱(111)을 기준으로 하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다. 다만, 이는 본 발명의 실시예가 상기 제1케이싱(111)에만 적용된다는 의미는 아니며, 이하부터 설명하게 될 본 발명의 실시예는 상기 제2케이싱(112) 및 이에 설치되는 구성에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다고 할 것이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 에어포일(120)은 상기 제1플랜지(113)가 위치한 부위에 대응하는 상기 제1케이싱(111)의 내주면에 배치되는 제1베인 에어포일(121;이하 제1에어포일이라 한다)을 포함할 수 있다. 또한 상기 스토퍼(150)는 상기 제1에어포일(121)에 설치되는 제1스토퍼(151)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1스토퍼(151)는 상기 제1에어포일(121)에 결합되는 제1베인 슈라우드(131;이하 제1슈라우드라 한다)의 반경방향 외측에 결합된다. 더욱 상세하게는, 상기 슈라우드(130)는 베이스플레이트(134)와, 상기 베이스플레이트(134)의 반경방향 외측에 결합되되 전단에 배치된 에어포일과 인접하도록 배치되는 전단돌기(135)와, 상기 베이스플레이트(134)의 반경방향 외측에 결합되되 후단에 배치된 에어포일과 인접하도록 배치되는 후단돌기(136)을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1스토퍼(151)는 상기 제1슈라우드(131)의 전단돌기(135) 또는 후단돌기(136)에 설치된다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 제2케이싱(112)과 접촉하는 상기 제1케이싱(111)의 접촉면에는 체결홈(110a)이 형성된다. 그리고 상기 제1스토퍼(151)는 상기 체결홈(110a)에 삽입되어 상기 터빈 베인을 상기 제1케이싱(111)에 고정시킨다. 이때, 상기 스테이터(100)는 상기 제1스토퍼(151)를 관통하여 상기 제1스토퍼(151)를 상기 제1케이싱(111)에 고정시키는 체결볼트(160)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1슈라우드(131)는, 상기 제1케이싱(111)의 외주면으로부터 관통되어 삽입되는 고정핀(140)이 아니라, 상기 제2케이싱(112)측으로부터 상기 제1스토퍼(151) 및 제1케이싱(111)으로 관통되는 체결볼트(160)에 의해 상기 제1케이싱(111)에 고정되는 것이다.

이와 같이 상기 제1스토퍼(151)와 체결볼트(160)에 의해 상기 제1에어포일(121)이 제1케이싱(111)에 고정되도록 하는 경우, 상기 제1플랜지(113)를 관통할 수 있는 정도의 대형 고정핀을 별도로 구비하지 않아도 되므로, 제품의 제조비용을 절감할 수 있으며, 터빈(10)의 구조를 단순화할 수 있다.

상기 제1에어포일(121)은, 연소가스의 유동방향(도 4에서 도면으로 들어가는 방향)을 기준으로 하였을 때, 우측에 배치되는 제1우측베인 에어포일(122;이하 제1우측에어포일이라 한다)과, 좌측에 배치되는 제1좌측베인 에어포일(123;이하 제2좌측에어포일이라 한다)을 포함할 수 있다. 마찬가지로 상기 제1슈라우드(131)는, 제1우측베인 슈라우드(132;이하 제1우측슈라우드라 한다)와 제1좌측베인 슈라우드(133;이하 제1좌측슈라우드라 한다)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1스토퍼(151)는, 상기 제1우측슈라우드(132)의 전단돌기(135)에 설치되는 제1우측스토퍼(152)와, 상기 제1좌측슈라우드(133)의 후단돌기(136)에 설치되는 제1좌측스토퍼(153)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1우측스토퍼(152)는 전단의 터빈 베인에 인접하도록 설치되고, 상기 제1좌측스토퍼(153)는 후단의 터빈 베인에 인접하도록 설치되는 것이다.

한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 제2케이싱(112)에 설치되는 스토퍼(150) 중, 상기 제1우측에어포일(122)과 대향하는 에어포일(120)에 설치된 스토퍼(150)는 후단의 터빈 베인에 인접하도록 설치되고, 상기 제1좌측에어포일(123)과 대향하는 에어포일(120)에 설치된 스토퍼(150)는 전단의 터빈 베인에 인접하도록 설치될 수 있다.

이 경우, 동일한 단을 기준으로 하였을 때의 상기 제1케이싱(111)과 제2케이싱(112)의 접촉면에 있어서, 전단 측과 후단 측에 각각 한 쌍씩 스토퍼(150)가 구비되게 된다. 이에 따라 본 발명에 따른 터빈 스테이터(100), 터빈(10) 및 이를 포함하는 가스터빈(1)은, 상기 제1케이싱(111)과 제2케이싱(112)이 서로 결합되었을 때, 상기 제1케이싱(111)에 설치되는 스토퍼(150) 및 체결볼트(160)와, 제2케이싱(112)에 설치되는 스토퍼(150) 및 체결볼트(160)가 서로 부딪히는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 터빈 스테이터(100), 터빈(10) 및 이를 포함하는 가스터빈(1)에 의하면, 터빈 베인이 원주방향으로 움직이지 않고 고정되도록 함으로써, 터빈(10) 내부에 진동이 발생하는 것을 감소시킬 수 있으며, 터빈(10)의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 터빈 스테이터(100), 터빈(10) 및 이를 포함하는 가스터빈(1)에 의하면, 스토퍼(150)를 이용하여 플랜지(113,114)의 내측에 위치하는 터빈 베인을 케이싱에 고정시킴으로써, 터빈(10)의 구조를 단순화할 수 있으며, 별도의 고정핀을 사용함에 따라 발생되는 비용을 절감할 수 있다.

1 : 가스터빈 10 : 터빈
100 : 스테이터 150 : 스토퍼

Claims (24)

1. 연소기로부터 공급받은 연소가스가 내부로 통과하고, 그 중심으로 타이로드가 관통하는 터빈 스테이터에 있어서,
   상기 타이로드를 중심으로 하여 각각 반쪽을 구성하는 제1 및 제2케이싱을 포함하는 케이싱;
   상기 케이싱의 내주면에 설치되며, 상기 연소가스의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치되는 복수개의 베인 에어포일; 및
   상기 베인 에어포일에 설치되며, 상기 제1케이싱과 제2케이싱의 접촉면 중 적어도 하나의 접촉면에 형성된 체결홈에 삽입되어, 상기 베인 에어포일을 상기 케이싱에 고정시키는 스토퍼(Stopper)를 포함하되,
   상기 케이싱은, 상기 제2케이싱과 결합되는 상기 제1케이싱의 결합 부위로부터 반경방향 외측으로 확장된 제1플랜지를 더 포함하며, 상기 복수개의 베인 에어포일은, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때, 상기 제1플랜지가 위치한 부위에 대응하는 상기 제1케이싱의 내주면에 배치되는 제1베인 에어포일을 포함하며, 상기 스토퍼는, 상기 제1베인 에어포일에 설치되는 제1스토퍼를 포함하고,
   상기 케이싱의 내주면에는 원주방향을 따라 관통된 내주홈이 형성되며, 상기 케이싱과 복수개의 베인 에어포일 사이에 배치되어 상기 복수개의 베인 에어포일에 각각 결합되며, 상기 내주홈에 삽입되어 상기 복수개의 베인 에어포일을 케이싱에 고정시키는 복수개의 베인 슈라우드를 더 포함하고,
   상기 복수개의 베인 슈라우드는, 상기 제1베인 에어포일에 결합되는 제1베인 슈라우드를 포함하며, 상기 제1스토퍼는, 상기 제1베인 슈라우드의 반경방향 외측에 결합되고,
   상기 베인 슈라우드는, 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트의 반경방향 외측에 결합되되 전단(Front-stage)에 배치된 베인 에어포일과 인접하도록 배치되는 전단돌기와, 상기 베이스플레이트의 반경방향 외측에 결합되되 후단(Rear-stage)에 배치된 베인 에어포일과 인접하도록 배치되는 후단돌기를 포함하고,
   상기 제1베인 에어포일과 제1베인 슈라우드는, 연소가스의 유동방향 기준 우측에 배치되는 제1우측베인 에어포일 및 제1우측베인 슈라우드와, 좌측에 배치되는 제1좌측베인 에어포일 및 제1좌측베인 슈라우드를 포함하며, 상기 제1스토퍼는, 상기 제1우측베인 슈라우드의 전단돌기에 설치되는 제1우측스토퍼와, 상기 제1좌측베인 슈라우드의 후단돌기에 설치되는 제1좌측스토퍼를 포함하는 가스터빈용 터빈 스테이터.
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3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 스토퍼를 각각 관통하여 상기 스토퍼를 상기 케이싱에 고정시키는 체결볼트를 더 포함하는 가스터빈용 터빈 스테이터.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 케이싱의 외주면에서 내부로 삽입되되, 단부가 상기 복수개의 베인 슈라우드 중 상기 제1베인 슈라우드를 제외한 나머지 베인 슈라우드를 관통하여, 상기 나머지 베인 슈라우드를 상기 케이싱에 각각 고정시키는 복수개의 고정핀을 더 포함하는 가스터빈용 터빈 스테이터.
9. 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키며, 그 중심으로 타이로드가 관통하는 터빈에 있어서,
   연소가스가 내부로 통과하는 스테이터; 및 상기 스테이터의 내부에 설치되며, 유동하는 연소가스에 의해 회전하는 로터를 포함하되,
   상기 스테이터는,
   상기 타이로드를 중심으로 하여 각각 반쪽을 구성하는 제1 및 제2케이싱을 포함하는 케이싱과,
   상기 케이싱의 내주면에 설치되며 상기 연소가스의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치되는 복수개의 베인 에어포일과,
   상기 베인 에어포일에 설치되며 상기 제1케이싱과 제2케이싱의 접촉면 중 적어도 하나의 접촉면에 형성된 체결홈에 삽입되어 상기 베인 에어포일을 상기 케이싱에 고정시키는 스토퍼(Stopper)를 포함하되,
   상기 케이싱은, 상기 제2케이싱과 결합되는 상기 제1케이싱의 결합 부위로부터 반경방향 외측으로 확장된 제1플랜지를 더 포함하며, 상기 복수개의 베인 에어포일은, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때, 상기 제1플랜지가 위치한 부위에 대응하는 상기 제1케이싱의 내주면에 배치되는 제1베인 에어포일을 포함하며, 상기 스토퍼는, 상기 제1베인 에어포일에 설치되는 제1스토퍼를 포함하고,
   상기 케이싱의 내주면에는 원주방향을 따라 관통된 내주홈이 형성되며, 상기 스테이터는, 상기 케이싱과 복수개의 베인 에어포일 사이에 배치되어 상기 복수개의 베인 에어포일에 각각 결합되며, 상기 내주홈에 삽입되어 상기 복수개의 베인 에어포일을 케이싱에 고정시키는 복수개의 베인 슈라우드를 더 포함하고,
   상기 복수개의 베인 슈라우드는, 상기 제1베인 에어포일에 결합되는 제1베인 슈라우드를 포함하며, 상기 제1스토퍼는, 상기 제1베인 슈라우드의 반경방향 외측에 결합되고,
   상기 베인 슈라우드는, 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트의 반경방향 외측에 결합되되 전단(Front-stage)에 배치된 베인 에어포일과 인접하도록 배치되는 전단돌기와, 상기 베이스플레이트의 반경방향 외측에 결합되되 후단(Rear-stage)에 배치된 베인 에어포일과 인접하도록 배치되는 후단돌기를 포함하고,
   상기 제1베인 에어포일과 제1베인 슈라우드는, 연소가스의 유동방향 기준 우측에 배치되는 제1우측베인 에어포일 및 제1우측베인 슈라우드와, 좌측에 배치되는 제1좌측베인 에어포일 및 제1좌측베인 슈라우드를 포함하며, 상기 제1스토퍼는, 상기 제1우측베인 슈라우드의 전단돌기에 설치되는 제1우측스토퍼와, 상기 제1좌측베인 슈라우드의 후단돌기에 설치되는 제1좌측스토퍼를 포함하는 가스터빈용 터빈.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 청구항 9에 있어서,
    상기 스테이터는, 상기 스토퍼를 각각 관통하여 상기 스토퍼를 상기 케이싱에 고정시키는 체결볼트를 더 포함하는 가스터빈용 터빈.
16. 청구항 9에 있어서,
    상기 스테이터는, 상기 케이싱의 외주면에서 내부로 삽입되되, 단부가 상기 복수개의 베인 슈라우드 중 상기 제1베인 슈라우드를 제외한 나머지 베인 슈라우드를 관통하여, 상기 나머지 베인 슈라우드를 상기 케이싱에 각각 고정시키는 복수개의 고정핀을 더 포함하는 가스터빈용 터빈.
17. 타이로드; 상기 타이로드의 일 측에 설치되며 회전 작동에 의해 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기; 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합시켜 연소시키는 연소기; 및 상기 타이로드의 타 측에 설치되며 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하되,
    상기 터빈은, 연소가스가 내부로 통과하는 스테이터와, 상기 스테이터의 내부에 설치되며, 유동하는 연소가스에 의해 회전하는 로터를 포함하며,
    상기 스테이터는,
    상기 타이로드를 중심으로 하여 각각 반쪽을 구성하는 제1 및 제2케이싱을 포함하는 케이싱과,
    상기 케이싱의 내주면에 설치되며 상기 연소가스의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치되는 복수개의 베인 에어포일과,
    상기 베인 에어포일에 설치되며 상기 제1케이싱과 제2케이싱의 접촉면 중 적어도 하나의 접촉면에 형성된 체결홈에 삽입되어 상기 베인 에어포일을 상기 케이싱에 고정시키는 스토퍼(Stopper)를 포함하며,
    상기 케이싱은, 상기 제2케이싱과 결합되는 상기 제1케이싱의 결합 부위로부터 반경방향 외측으로 확장된 제1플랜지를 더 포함하며, 상기 복수개의 베인 에어포일은, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때, 상기 제1플랜지가 위치한 부위에 대응하는 상기 제1케이싱의 내주면에 배치되는 제1베인 에어포일을 포함하며, 상기 스토퍼는, 상기 제1베인 에어포일에 설치되는 제1스토퍼를 포함하고,
    상기 케이싱의 내주면에는 원주방향을 따라 관통된 내주홈이 형성되며, 상기 스테이터는, 상기 케이싱과 복수개의 베인 에어포일 사이에 배치되어 상기 복수개의 베인 에어포일에 각각 결합되며, 상기 내주홈에 삽입되어 상기 복수개의 베인 에어포일을 케이싱에 고정시키는 복수개의 베인 슈라우드를 더 포함하고,
    상기 복수개의 베인 슈라우드는, 상기 제1베인 에어포일에 결합되는 제1베인 슈라우드를 포함하며, 상기 제1스토퍼는, 상기 제1베인 슈라우드의 반경방향 외측에 결합되고,
    상기 베인 슈라우드는, 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트의 반경방향 외측에 결합되되 전단(Front-stage)에 배치된 베인 에어포일과 인접하도록 배치되는 전단돌기와, 상기 베이스플레이트의 반경방향 외측에 결합되되 후단(Rear-stage)에 배치된 베인 에어포일과 인접하도록 배치되는 후단돌기를 포함하고,
    상기 제1베인 에어포일과 제1베인 슈라우드는, 연소가스의 유동방향 기준 우측에 배치되는 제1우측베인 에어포일 및 제1우측베인 슈라우드와, 좌측에 배치되는 제1좌측베인 에어포일 및 제1좌측베인 슈라우드를 포함하며, 상기 제1스토퍼는, 상기 제1우측베인 슈라우드의 전단돌기에 설치되는 제1우측스토퍼와, 상기 제1좌측베인 슈라우드의 후단돌기에 설치되는 제1좌측스토퍼를 포함하는 가스터빈.
18. 삭제
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21. 삭제
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23. 청구항 17에 있어서,
    상기 스테이터는, 상기 스토퍼를 각각 관통하여 상기 스토퍼를 상기 케이싱에 고정시키는 체결볼트를 더 포함하는 가스터빈.
24. 청구항 17에 있어서,
    상기 스테이터는, 상기 케이싱의 외주면에서 내부로 삽입되되, 단부가 상기 복수개의 베인 슈라우드 중 상기 제1베인 슈라우드를 제외한 나머지 베인 슈라우드를 관통하여, 상기 나머지 베인 슈라우드를 상기 케이싱에 각각 고정시키는 복수개의 고정핀을 더 포함하는 가스터빈.

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