KR101984397B1 - 로터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈 - Google Patents

로터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 터빈의 케이싱 내부에 설치되며, 가스터빈의 연소기로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전하고, 가스터빈의 압축기로부터 공급받은 압축공기에 의해 냉각되는 것으로서, 디스크; 상기 디스크의 외주면에 설치되는 플랫폼; 및 상기 플랫폼에 결합되는 블레이드 에어포일을 포함하고, 상기 블레이드 에어포일은 상기 연소가스의 유동진행방향을 기준으로 하였을 때, 단부의 상류 측 부분보다 하류 측 부분이 상기 케이싱의 내면에 더 근접하게 형성된 로터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공한다.
본 발명에 따른 로터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈에 의하면, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때, 터빈의 팁 클리어런스가 연소가스의 유동방향을 따라 감소되도록 설계함으로써, 가스터빈의 구동 중 터빈의 팁 클리어런스를 일정하게 유지할 수 있다.

Description

로터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈{Rotor, turbine and gas turbine comprising the same}
본 발명은 로터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 가스터빈의 연소기로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전하는 로터, 상기 로터의 회전에 의해 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것이다.
가스터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 압축기 입구 스크롤 스트럿이 구비되고, 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 점화기로 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 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 연소 가스가 만들어지고, 이렇게 만들어진 연소 가스는 터빈 측으로 분사된다. 분사된 연소 가스가 상기 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.
이러한 가스터빈의 터빈 로터와 관련된 기술로서, 대한민국 등록실용신안 제20-0174662호에서는, 가스터빈에 관해 개시하고 있다.
이러한 종래의 가스터빈은, 터빈 블레이드 에어포일의 단부면과 터빈 케이싱의 내주면이 서로 평행하도록 설계된다. 이때, 상기 블레이드 에어포일은, 터빈의 내부를 유동하는 연소가스와 직접 접촉하게 되는 상류 측 부분과, 블레이드 에어포일을 통과한 연소가스가 이탈하는 하류 측 부분으로 나뉘는데, 상기 연소가스와 직접 접촉하는 상류 측 부분이 하류 측 부분보다 열팽창이 더 크게 일어나게 된다.
따라서 상기 종래의 가스터빈은, 가스터빈의 작동시간이 길어질수록, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때, 터빈 블레이드 에어포일과 케이싱 사이에 형성되는 팁 클리어런스가 연소가스의 유동방향을 따라 일정하게 유지되지 않는다는 문제점이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 가스터빈의 작동 중, 팁 클리어런스가 일정하게 유지될 수 있도록 개선된 구조를 갖는 로터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 로터는, 터빈의 케이싱 내부에 설치되며, 가스터빈의 연소기로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전하고, 가스터빈의 압축기로부터 공급받은 압축공기에 의해 냉각되는 것으로서, 디스크; 상기 디스크의 외주면에 설치되는 플랫폼; 및 상기 플랫폼에 결합되는 블레이드 에어포일을 포함하고, 상기 블레이드 에어포일은 상기 연소가스의 유동진행방향을 기준으로 하였을 때, 단부의 상류 측 부분보다 하류 측 부분이 상기 케이싱의 내면에 더 근접하게 형성된다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 가스터빈의 연소기로부터 공급받은 연소가스가 내부로 통과되며, 가스터빈의 압축기로부터 공급받은 압축공기에 의해 냉각되는 것으로서, 케이싱과, 상기 케이싱의 내면에 설치되는 베인을 포함하는 스테이터; 및 디스크와, 상기 디스크의 외주면에 설치되는 플랫폼과, 상기 플랫폼에 결합되는 블레이드 에어포일을 포함하고, 상기 블레이드 에어포일은 상기 연소가스의 유동진행방향을 기준으로 하였을 때, 단부의 상류 측 부분보다 하류 측 부분이 상기 케이싱의 내면에 더 근접하게 형성되는 로터가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기; 상기 압축기로부터 공급된 압축공기를 통해 연료를 연소시켜, 연소가스를 생성하는 연소기; 및 케이싱과, 상기 케이싱의 내면에 설치되는 베인을 포함하는 스테이터와, 디스크와, 상기 디스크의 외주면에 설치되는 플랫폼과, 상기 플랫폼에 결합되는 블레이드 에어포일을 포함하고, 상기 블레이드 에어포일은 상기 연소가스의 유동진행방향을 기준으로 하였을 때, 단부의 상류 측 부분보다 하류 측 부분이 상기 케이싱의 내면에 더 근접하게 형성되는 로터를 포함하며, 상기 연소가스를 내부로 통과시켜, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하는 가스터빈이 제공된다.
상기 블레이드 에어포일의 단부는, 상기 연소가스의 유동방향을 따라 곡면을 이루도록 형성될 수 있다.
상기 블레이드 에어포일의 내부에는, 상기 블레이드 에어포일 단부의 상류 측 부분과 인접하도록 형성되며 압축공기가 유동하는 상류냉각유로와, 상기 블레이드 에어포일 단부의 하류 측 부분과 인접하도록 형성되며 압축공기가 유동하는 하류냉각유로를 포함하는 냉각유로가 형성될 수 있다.
상기 로터는, 상기 냉각유로의 입구에 설치되며, 상기 상류냉각유로와 하류냉각유로로 공급되는 압축공기의 양을 조절하는 삼방밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 블레이드 에어포일의 상기 연소가스 상류 측의 면 및 상기 블레이드 에어포일의 단부는, 소정 곡률을 지닌 곡면으로 연결될 수 있다.
상기 블레이드 에어포일의 상기 연소가스 상류 측의 면은, 상기 블레이드 에어포일이 안착되는 상기 플랫폼의 안착면에 대하여, 상기 연소가스의 유동방향 측으로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 블레이드 에어포일의 상기 연소가스 상류 측의 면 및 상기 블레이드 에어포일이 안착되는 상기 플랫폼의 안착면은, 소정 곡률을 지닌 곡면으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 로터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈에 의하면, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때, 터빈의 팁 클리어런스가 연소가스의 유동방향을 따라 감소되도록 설계함으로써, 가스터빈의 구동 중 터빈의 팁 클리어런스를 일정하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 가스터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1 중 터빈의 로터를 도시한 분해사시도이다.
도 3은 도 1 중 A 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3 중 블레이드 에어포일의 단부가 열 변형된 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 도 3 중 블레이드 에어포일의 단부가 곡면을 이루도록 형성된 모습을 도시한 도면이다.
도 6는 도 3 중 블레이드 에어포일에 냉각유로가 형성된 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 도 3 중 블레이드 에어포일의 상류면의 변형 실시예를 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 로터, 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(3)가 배치된다.
공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상기 케이싱의 상류 측에 압축기(2)가 위치하고, 하류 측에 터빈(10)이 배치된다. 이때, 상기 케이싱은 압축기 케이싱과 터빈 케이싱(11)을 포함한다. 상기 압축기 케이싱은 압축기 베인과 압축기 로터를 내부에 수용하며, 상기 터빈 케이싱(11)은 터빈 베인(12)과 터빈 로터(100)를 내부에 수용한다. 그리고 상기 압축기(2)와 상기 터빈(10)의 사이에는 터빈(10)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기(2)로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브가 배치되어 있다.
상기 압축기 로터는, 압축기 디스크, 압축기 블레이드를 포함한다. 상기 압축기 케이싱의 내부에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 디스크가 구비되고, 상기 각각의 압축기 디스크들은 타이로드에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.
구체적으로, 상기 각각의 압축기 디스크는 대략 중앙을 상기 타이로드가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 디스크는 대향하는 면이 상기 타이로드에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.
상기 압축기 디스크의 외주면에는 복수개의 압축기 블레이드가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 압축기 디스크의 사이에는 상기 하우징에 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.
상기 타이로드는 상기 복수개의 압축기 디스크 및 터빈 디스크들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 디스크 내에 체결되고, 타측 단부는 고정 너트에 의해 체결된다.
상기 타이로드의 형태는 가스터빈(1)에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 압축기 디스크와 터빈 디스크(110)의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.
도시되지는 않았으나, 가스터빈의 압축기(2)에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기(3) 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 안내깃 역할을 하는 디스월러(Desworler)가 설치될 수 있다.
상기 연소기(3)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.
가스터빈(1)의 연소시스템을 구성하는 연소기(3)는 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 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기 라이너는 노즐에 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(10) 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 이러한 트랜지션피스는, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.
이를 위해 상기 트랜지션피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀(Hole)들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.
상기 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션피스를 냉각시킨 압축공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀들을 통해 압축공기로 제공되어 충돌할 수 있다.
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 토크 튜브를 거쳐 압축기(2)로 전달되고, 압축기(2) 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.
상기 터빈(10)은 기본적으로는 압축기(2)의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(10)에도 압축기(2)의 압축기 로터와 유사한 복수개의 터빈 로터(100)가 구비된다. 따라서 상기 터빈 로터(100) 역시, 터빈 디스크(110)와, 이로부터 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드(120)를 포함한다. 상기 터빈 블레이드(120)의 사이에도 상기 하우징에 고정되는 복수개의 터빈 베인(12)이 구비되어, 터빈 블레이드(120)를 통과한 연소가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.
도 2를 참조하면, 상기 터빈 디스크(110)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주부에는 복수개의 슬롯이 형성되어 있다. 터빈 로터(100)는 대략 중앙부에 평판 형태의 플랫폼(130;Platform)을 갖는다. 상기 플랫폼(130)은 이웃한 플랫폼(130)과 그 측면이 서로 접하여 터빈 블레이드 에어포일(120)들 사이의 간격을 유지시키는 역할을 한다.
상기 플랫폼(130)의 저면에는 상기 슬롯에 체결되는 루트부재가 형성된다. 상기 루트부재는, 상기 슬롯에 형성된 굴곡면의 형태와 상응하도록 형성되는데, 이는 상용되는 가스터빈(1)의 필요 구조에 따라 선택될 수 있으며, 통상적으로 알려진 도브테일 또는 전나무 형태(Fir-tree)를 가질 수 있다.
상기 루트부재의 체결방식은, 상기 슬롯에 상기 터빈 디스크의 외주면의 접선 방향을 따라 삽입되는 탄젠셜 타입(tangential type)과, 상기 슬롯에 상기 터빈 디스크(110)의 축방향을 따라서 삽입되는 액셜 타입(axial type)이 있다. 경우에 따라서는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 터빈 블레이드 에어포일(120)을 터빈 디스크(110)에 체결할 수 있다.
상기 플랫폼(130)의 상부면에는 터빈 블레이드 에어포일(120)이 형성된다. 상기 터빈 블레이드 에어포일(120)은 가스터빈(1)의 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소가스의 흐름 방향을 기준으로 상류 측에 배치되는 리딩 엣지(Leading edge)와 하류 측에 배치되는 트레일링 엣지(Trailing edge)를 갖는다.
여기서, 상기 압축기 블레이드와는 달리, 터빈 블레이드 에어포일(120)은 고온고압의 연소가스와 직접 접촉하게 된다. 상기 연소가스의 온도는 1700℃ 달할 정도의 고온이기 때문에 냉각수단을 필요로 하게 된다. 이를 위해서, 상기 압축기의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 상기 터빈 블레이드 에어포일(120)로 공급하는 추기유로를 갖게 된다.
상기 추기유로는 상기 하우징 외부에서 연장되거나(외부 유로), 상기 압축기 디스크의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 상기 외부 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다. 도 2에서, 상기 터빈 블레이드 에어포일(120)의 표면에는 다수의 필름쿨링홀(Film cooling hole)이 형성되는데, 상기 필름쿨링홀들은 상기 터빈 블레이드 에어포일(120)의 내부에 형성되는 냉각유로(미도시)와 연통되어 압축공기를 상기 터빈 블레이드 에어포일(120)의 표면에 공급하는 역할을 하게 된다.
도 3을 참조하면, 상기 블레이드 에어포일(120)은, 상기 케이싱(11) 측의 단부(121)와 상기 케이싱(11)의 내면 사이에서 형성되는 팁 클리어런스(Tip clearance)가, 상기 연소가스의 유동방향(D)을 따라 감소되도록, 상기 연소가스의 유동방향(D)을 기준으로 하였을 때의 상기 단부(121)의 상류 측 부분보다, 하류 측 부분이 상기 케이싱(11)의 내면에 더 근접하게 형성된다. 즉, 상기 터빈(10)은, 상기 블레이드 에어포일 단부(121)의 상류 측 팁 클리어런스(C1)가 하류 측 팁 클리어런스(C2)보다 더 크게 나타나도록 설계된다.
도 3에 도시된 유동방향(D)에 따라 연소가스는 유동한다. 이때, 상기 연소가스와 직접 접촉하게 되는 상기 블레이드 에어포일의 상기 연소가스 상류 측의 면(122;이하 상류면이라 한다)은, 상기 연소가스가 이탈하게 되는 상기 블레이드 에어포일의 상기 연소가스 하류 측의 면(123;이하 하류면이라 한다)에 비해 상대적으로 더 많은 에너지의 열을 받게 된다. 이에 따라 상기 블레이드 에어포일의 상류면(122)은, 하류면(123)에 비해 더 크게 열팽창을 하게 되고, 상기 블레이드 에어포일 단부(121)의 상류 측 팁 클리어런스(C1)의 감소율은, 하류 측 팁 클리어런스(C2)의 감소율보다 더 크게 나타나게 된다.
여기서 만약, 상기 블레이드 에어포일의 단부(121)면이 케이싱(11)의 내면과 서로 평행하도록 설계되는 경우, 가스터빈(1)의 작동시간이 경과됨에 따라, 상기 블레이드 에어포일의 단부(121) 중 상류 측 부분이 하류 측 부분보다 상기 케이싱(11)의 내면에 더 근접하게 형성된다. 이 경우, 상기 팁 클리어런스가 상기 연소가스의 유동방향(D)을 따라 증가하게 되고, 동일한 단(Stage)에서 팁 클리어런스가 일정하지 않게 된다. 이에 따라 상기 블레이드 에어포일(120)이 유동하는 연소가스에 의해 회전토크를 최대한으로 발생시킬 수 없게 되고, 가스터빈(1) 전체의 구동 효율이 저하되게 된다.
하지만 본 발명의 실시예와 같이, 최초에 가스터빈(1)을 설계할 시점부터, 상기 블레이드 에어포일 단부(121)의 상류 측 부분보다 하류 측 부분이 상기 케이싱(11)의 내면에 더 근접하도록 가스터빈(1)을 설계하는 경우, 가스터빈(1)의 작동시간이 경과됨에 따라, 상기 블레이드 에어포일 단부(121)의 상류 측 팁 클리어런스(C1)가 하류 측 팁 클리어런스(C2)보다 더 많은 폭으로 감소하게 된다.
이 경우, 도 4를 참조하면, 열팽창을 한 이후의 상기 블레이드 에어포일 단부(121)의 상류 측 팁 클리어런스(C1’)와 하류 측 팁 클리어런스(C2’)가 비교적 동일하게 유지되도록 할 수 있다. 따라서 상기 블레이드 에어포일(120)을 통과하는 연소가스에 의해 상기 블레이드 에어포일(120)이 최대의 회전토크를 발생시킬 수 있게 되며, 이에 따라 가스터빈(1)의 전체 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 5를 참조하면, 상기 블레이드 에어포일의 단부(121)는, 상기 연소가스의 유동방향(D)을 따라 소정 곡률을 지닌 곡면을 이루도록 형성될 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 블레이드 에어포일의 단부(121)는, 상기 케이싱(11)의 내면 측을 향하여 볼록하게 돌출되도록 형성된 곡면 형상일 수 있다.
상기와 같이 블레이드 에어포일의 단부(121)가 곡면 형상으로 형성되는 경우, 상기 블레이드 에어포일의 단부(121)의 전면(全面)이 연소가스와 골고루 접촉하도록 할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 로터(100), 터빈(10) 및 가스터빈(1)은, 상기 블레이드 에어포일의 단부(121) 중, 특정 부위에 연소가스의 열이 집중되어, 특정 부위만이 상기 케이싱(11)의 내면을 향하여 돌출되는 것을 방지할 수 있다.
도 6를 참조하면, 상기 블레이드 에어포일(120)의 내부에는, 상기 디스크(110)로부터 유입된 압축공기가 유동하는 냉각유로(124)가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 냉각유로(124)는, 상기 블레이드 에어포일 단부(121)의 상류 측 부분과 인접하도록 형성되어, 상기 블레이드 에어포일 단부(121)의 상류 측 부분으로 압축공기가 유동하게 하는 상류냉각유로(124a)와, 상기 블레이드 에어포일 단부(121)의 하류 측 부분과 인접하도록 형성되어, 상기 블레이드 에어포일 단부(121)의 하류 측 부분으로 압축공기가 유동하게 하는 하류냉각유로(124b)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 상류냉각유로(124a)와 하류냉각유로(124b)는 서로 입구를 공유하도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 로터(100)는, 이와 같이 서로 공통된 입구를 지니는 상기 상류냉각유로(124a)와 하류냉각유로(124b)의 입구에 설치되어, 상기 상류냉각유로(124a)와 하류냉각유로(124b)로 공급되는 압축공기의 양을 조절하는 삼방밸브(125)를 더 포함할 수 있다.
만약, 상기 블레이드 에어포일 단부(121)의 상류 측 부분이 목적했던 것보다 더 크게 열팽창을 하는 경우, 상기 삼방밸브(125)는, 상기 하류냉각유로(124b)보다 상류냉각유로(124a)로 공급되는 압축공기의 양이 증가하도록, 상기 냉각유로(124)의 개도를 조절한다. 이와는 반대로 상기 블레이드 에어포일 단부(121)의 상류 측 부분이 목적했던 것보다 더 작게 열팽창을 하는 경우, 상기 삼방밸브(125)는, 상기 상류냉각유로(124a)보다 하류냉각유로(124b)로 공급되는 압축공기의 양이 증가하도록, 상기 냉각유로(124)의 개도를 조절한다.
이 경우, 상기 삼방밸브(125)는, 상기 블레이드 에어포일 단부(121)의 상류 측 부분이 나타내는 열팽창률과 하류 측 부분이 나타내는 열팽창률의 차이가, 최초에 상기 블레이드 에어포일(120)을 설계할 때에 목적했던 값을 나타내도록 제어할 수 있으며, 이에 따라 열팽창을 한 이후의 상기 블레이드 에어포일 단부(121)의 상류 측 팁 클리어런스와 하류 측 팁 클리어런스가, 비교적 일정하게 나타나도록 할 수 있다.
한편, 도 7을 참조하면, 상기 블레이드 에어포일의 상류면(122)과 단부(121)는, 소정 곡률을 지닌 곡면으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 블레이드 에어포일의 상류면(122)은, 상기 블레이드 에어포일(120)이 안착되는 상기 플랫폼(130)의 안착면(131)에 대하여, 상기 연소가스의 유동방향(D) 측으로 경사지도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 블레이드 에어포일의 상류면(122)과 상기 플랫폼(130)의 안착면(131)은, 소정 곡률을 지닌 곡면으로 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 터빈(10)의 내부를 유동하는 연소가스가, 상기 블레이드 에어포일(120)의 상류면(122)을 따라 상기 블레이드 에어포일의 단부(121) 측으로 부드럽게 가이드될 수 있으며, 상기 블레이드 에어포일 단부(121)의 상류 측 부분이 상기 연소가스와 원활하게 열교환을 하도록 하여, 동일한 단에서의 팁 클리어런스를 일정하게 유지할 수 있다.
1 : 가스터빈 10 : 터빈
100 : 로터 120 : 블레이드 에어포일
121 : 단부 122 : 상류면
123 : 하류면

Claims (18)

  1. 터빈의 케이싱 내부에 설치되며, 가스터빈의 연소기로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전하고, 가스터빈의 압축기로부터 공급받은 압축공기에 의해 냉각되는 터빈의 로터에 있어서,
    디스크;
    상기 디스크의 외주면에 설치되는 플랫폼; 및
    상기 플랫폼에 결합되는 블레이드 에어포일을 포함하고,
    상기 블레이드 에어포일은, 상기 연소가스의 유동진행방향을 기준으로 하였을 때, 단부의 상류 측 부분보다 하류 측 부분이 상기 케이싱의 내면에 더 근접하게 형성되되,
    상기 블레이드 에어포일의 내부에는, 상기 블레이드 에어포일 단부의 상류 측 부분과 인접하도록 형성되며 압축공기가 유동하는 상류냉각유로와, 상기 블레이드 에어포일 단부의 하류 측 부분과 인접하도록 형성되며 압축공기가 유동하는 하류냉각유로를 포함하는 냉각유로가 형성되며,
    상기 냉각유로의 입구에 설치되며, 상기 상류냉각유로와 하류냉각유로로 공급되는 압축공기의 양을 조절하는 삼방밸브를 더 포함하며,
    상기 블레이드 에어포일의 단부는, 상기 연소가스의 유동방향을 따라 곡면을 이루도록 형성되고,
    상기 블레이드 에어포일의 상기 연소가스 상류 측의 면 및 상기 블레이드 에어포일의 단부는, 소정 곡률을 지닌 곡면으로 연결되며,
    상기 블레이드 에어포일의 상기 연소가스 상류 측의 면은, 상기 블레이드 에어포일이 안착되는 상기 플랫폼의 안착면에 대하여, 상기 연소가스의 유동방향 측으로 경사지게 형성되고,
    상기 블레이드 에어포일의 상기 연소가스 상류 측의 면 및 상기 블레이드 에어포일이 안착되는 상기 플랫폼의 안착면은, 소정 곡률을 지닌 곡면으로 연결되는 로터.
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  8. 가스터빈의 연소기로부터 공급받은 연소가스가 내부로 통과되며, 가스터빈의 압축기로부터 공급받은 압축공기에 의해 냉각되는 터빈에 있어서,
    케이싱과, 상기 케이싱의 내면에 설치되는 베인을 포함하는 스테이터; 및
    디스크와, 상기 디스크의 외주면에 설치되는 플랫폼과, 상기 플랫폼에 결합되는 블레이드 에어포일을 포함하고, 상기 블레이드 에어포일은 상기 연소가스의 유동진행방향을 기준으로 하였을 때, 단부의 상류 측 부분보다 하류 측 부분이 상기 케이싱의 내면에 더 근접하게 형성되는 로터를 포함하되,
    상기 블레이드 에어포일의 내부에는, 상기 블레이드 에어포일 단부의 상류 측 부분과 인접하도록 형성되며 압축공기가 유동하는 상류냉각유로와, 상기 블레이드 에어포일 단부의 하류 측 부분과 인접하도록 형성되며 압축공기가 유동하는 하류냉각유로를 포함하는 냉각유로가 형성되며,
    상기 로터는, 상기 냉각유로의 입구에 설치되며, 상기 상류냉각유로와 하류냉각유로로 공급되는 압축공기의 양을 조절하는 삼방밸브를 더 포함하며,
    상기 블레이드 에어포일의 단부는, 상기 연소가스의 유동방향을 따라 곡면을 이루도록 형성되고,
    상기 블레이드 에어포일의 상기 연소가스 상류 측의 면 및 상기 블레이드 에어포일의 단부는, 소정 곡률을 지닌 곡면으로 연결되며,
    상기 블레이드 에어포일의 상기 연소가스 상류 측의 면은, 상기 블레이드 에어포일이 안착되는 상기 플랫폼의 안착면에 대하여, 상기 연소가스의 유동방향 측으로 경사지게 형성되고,
    상기 블레이드 에어포일의 상기 연소가스 상류 측의 면 및 상기 블레이드 에어포일이 안착되는 상기 플랫폼의 안착면은, 소정 곡률을 지닌 곡면으로 연결되는 터빈.
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  15. 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기;
    상기 압축기로부터 공급된 압축공기를 통해 연료를 연소시켜, 연소가스를 생성하는 연소기; 및
    케이싱과, 상기 케이싱의 내면에 설치되는 베인을 포함하는 스테이터와,
    디스크와, 상기 디스크의 외주면에 설치되는 플랫폼과, 상기 플랫폼에 결합되는 블레이드 에어포일을 포함하고, 상기 블레이드 에어포일은 상기 연소가스의 유동진행방향을 기준으로 하였을 때, 단부의 상류 측 부분보다 하류 측 부분이 상기 케이싱의 내면에 더 근접하게 형성되는 로터를 포함하며, 상기 연소가스를 내부로 통과시켜, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하되,
    상기 블레이드 에어포일의 내부에는, 상기 블레이드 에어포일 단부의 상류 측 부분과 인접하도록 형성되며 압축공기가 유동하는 상류냉각유로와, 상기 블레이드 에어포일 단부의 하류 측 부분과 인접하도록 형성되며 압축공기가 유동하는 하류냉각유로를 포함하는 냉각유로가 형성되며,
    상기 로터는, 상기 냉각유로의 입구에 설치되며, 상기 상류냉각유로와 하류냉각유로로 공급되는 압축공기의 양을 조절하는 삼방밸브를 더 포함하며,
    상기 블레이드 에어포일의 단부는, 상기 연소가스의 유동방향을 따라 곡면을 이루도록 형성되고,
    상기 블레이드 에어포일의 상기 연소가스 상류 측의 면 및 상기 블레이드 에어포일의 단부는, 소정 곡률을 지닌 곡면으로 연결되며,
    상기 블레이드 에어포일의 상기 연소가스 상류 측의 면은, 상기 블레이드 에어포일이 안착되는 상기 플랫폼의 안착면에 대하여, 상기 연소가스의 유동방향 측으로 경사지게 형성되고,
    상기 블레이드 에어포일의 상기 연소가스 상류 측의 면 및 상기 블레이드 에어포일이 안착되는 상기 플랫폼의 안착면은, 소정 곡률을 지닌 곡면으로 연결되는 가스터빈.
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