KR102000350B1 - 압축기 블레이드, 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼, 압축기 블레이드를 포함하는 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈 - Google Patents

압축기 블레이드, 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼, 압축기 블레이드를 포함하는 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압축기 블레이드의 파손 및 진동에 의한 손상을 방지하기 위하여 압축기 블레이드 상단에 압축기 블레이드 댐퍼를 구비한다. 압축기 블레이드 댐퍼는 탄성이 좋은 물질로 형성되며, 압축기 블레이드의 회전에 따른 진동 및 충격을 흡수할 수 있다.
본 발명의 압축기 블레이드 댐퍼는 고온에 분해되는 물질을 함유하여, 압축기 블레이드 댐퍼의 일부가 파손되어 떨어져 나가더라도 압축기 내에서 분해되어 압축기 내벽의 손상을 최소화할 수 있다.

Description

압축기 블레이드, 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼, 압축기 블레이드를 포함하는 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈 {Blade, damper for blade, compressor and gas turbine comprising it}
본 발명은 압축기 블레이드, 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼, 압축기 블레이드를 포함하는 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.
가스 터빈은 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈을 회전시키는 동력 기관이다. 가스 터빈은 발전기, 항공기, 선박, 기차 등을 구동하는데 사용된다.
일반적으로 가스 터빈은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한 후 연소기로 전달한다. 압축기에서 압축된 공기는 고압 및 고온의 상태가 된다. 연소기는 압축기로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시킨다. 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈 내부의 터빈 블레이드가 회전하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치의 구동 등 다양한 분야에 사용된다.
하지만, 가스 터빈이 동작하면서 많은 진동이 발생하게 되고, 압축기 블레이드에 이러한 진동이 전달되면서 압축기 블레이드의 손상 및 파손으로 이어진다. 파손된 압축기 블레이드는 가스 터빈 내에서 다른 부품과 충돌을 일으키며 전체적으로 내구성이 저하되는 결과를 낳을 수 있다.
따라서 압축기 블레이드에 전달되는 진동을 감쇠시켜 압축기 블레이드의 손상을 방지하고, 압축기 블레이드가 손상이 되더라도 그 영향을 최소화할 수 있는 기술이 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-0584798호 (명칭: 반경 방향 진동 감쇠 댐퍼)
본 발명은 가스 터빈의 진동을 흡수시켜 감쇠시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 압축기 블레이드가 파손되더라도 가스 터빈 전체에 미치는 영향을 최소화하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드는 압축기 블레이드 에어포일, 압축기 블레이드 루트부, 압축기 블레이드 댐퍼를 포함한다. 압축기 블레이드 루트부는 압축기 블레이드 에어포일의 하단에 연결된다. 압축기 블레이드 댐퍼는 압축기 블레이드 에어포일의 팁부에 연결되어 압축기 블레이드 에어포일의 길이 방향으로 연장한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드에서 압축기 블레이드 댐퍼는 유연한 소재로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드에서 압축기 블레이드 댐퍼는 원주 방향으로 상이한 밀도 분포를 가지며, 압축기 블레이드 에어포일의 리딩 엣지측에 위치한 부분의 밀도가 더 높을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드에서 압축기 블레이드 에어포일의 팁부에는 그루브가 형성되어 있고, 압축기 블레이드 댐퍼의 하단에는 댐퍼 도브 테일이 형성되어 있을 수 있다. 압축기 블레이드 에어포일의 팁부의 그루브에 압축기 블레이드 댐퍼의 도브 테일이 끼워져 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드에서 압축기 블레이드 에어포일의 팁부에는 복수 개의 개구가 형성되어 있고, 압축기 블레이드 댐퍼의 하단에는 복수의 돌기가 형성될 수 있다. 압축기 블레이드 에어포일의 팁부의 개구에 압축기 블레이드 댐퍼의 돌기가 끼워져 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드에서 돌기는 화살촉 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드에서 압축기 블레이드 댐퍼는 실링부를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼는 유연한 소재로 형성되며, 압축기 블레이드의 상단부에 연결되어 압축기 블레이드의 길이 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼는 원주 방향으로 상이한 밀도 분포를 가지며, 압축기 블레이드의 리딩 엣지 방향으로 갈수록 밀도가 더 높아질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼는 하단에 댐퍼 도브 테일이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼는 하단에 복수의 돌기가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼에서 돌기는 화살촉 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼는 실링부를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 압축기는 압축기 케이싱, 복수의 압축기 디스크, 타이로드, 복수의 압축기 블레이드, 복수의 압축기 베인을 포함한다. 복수의 압축기 디스크는 압축기 케이싱 내에 설치된다. 타이로드는 복수의 압축기 디스크를 체결하여 축방향으로 정렬시킨다. 복수의 압축기 블레이드는 압축기 디스크의 외주면에 장착된다. 복수의 압축기 베인은 압축기 케이싱의 내주면에 복수개가 복수의 열을 형성하여 설치되되, 각각의 열이 복수의 압축기 블레이드의 열과 상호 교차하도록 설치된다. 압축기 블레이드는 압축기 블레이드 에어포일, 압축기 블레이드 루트부, 압축기 블레이드 댐퍼를 구비한다. 압축기 블레이드 루트부는 압축기 블레이드 에어포일의 하단에 연결되며, 압축기 블레이드를 압축기 디스크에 장착시킨다. 압축기 블레이드 댐퍼는 압축기 블레이드 에어포일의 팁부에 연결되어 압축기 블레이드 에어포일의 길이 방향으로 연장되며, 압축기 블레이드의 회전시 발생하는 진동을 흡수한다. 압축기 케이싱의 내벽과 압축기 블레이드 댐퍼의 팁과의 간극은 최적화된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 압축기, 연소기, 터빈을 포함한다. 압축기는 공기를 압축시키며, 압축기 케이싱, 복수의 압축기 디스크, 타이로드, 복수의 압축기 블레이드, 복수의 압축기 베인을 포함한다. 복수의 압축기 디스크는 압축기 케이싱 내에 설치된다. 타이로드는 복수의 압축기 디스크를 체결하여 축방향으로 정렬시킨다. 복수의 압축기 블레이드는 압축기 디스크의 외주면에 장착된다. 복수의 압축기 베인은 압축기 케이싱의 내주면에 복수개가 복수의 열을 형성하여 설치되되, 각각의 열이 복수의 압축기 블레이드의 열과 상호 교차하도록 설치된다. 압축기 블레이드는 압축기 블레이드 에어포일, 압축기 블레이드 루트부, 압축기 블레이드 댐퍼를 구비한다. 압축기 블레이드 루트부는 압축기 블레이드 에어포일의 하단에 연결되어, 압축기 블레이드를 압축기 디스크에 장착시킨다. 압축기 블레이드 댐퍼는 압축기 블레이드 에어포일의 팁부에 연결되어 압축기 블레이드 에어포일의 길이 방향으로 연장된다. 압축기 블레이드 댐퍼는 압축기의 회전시 발생하는 진동을 흡수한다. 압축기 케이싱의 내벽과 압축기 블레이드 댐퍼의 팁과의 간극은 최적화된다. 연소기는 압축기로부터 압축된 공기를 유입받아 연료와 혼합하여 연소시킨다. 터빈은 연소기로부터 연소된 가스에 의해 회전하여 동력을 발생시킨다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 압축기 디스크의 회전시 압축기 블레이드를 보호하여 압축기 블레이드의 파손을 억제하고, 진동을 감쇠시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 단면을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 블레이드를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 블레이드 댐퍼를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 블레이드 댐퍼를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 블레이드 댐퍼의 도브테일을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 블레이드 댐퍼의 돌기를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 블레이드 댐퍼의 실링부를 나타내는 도면이다.
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. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 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 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 단면을 개념적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 단면을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 압축기(1100), 연소기(1200), 터빈(1300)을 포함한다. 압축기(1100)는 외부 공기를 흡입하여 압축하고, 연소기(1200)는 압축기(1100)에서 압축된 공기에 연료를 혼합해 연소시킨다. 터빈(1300)은 내부에 터빈 블레이드(1310)가 장착되며, 연소기(1200)로부터 배출되는 연소 가스에 의해 터빈 블레이드(1310)가 회전하게 된다.
압축기(1100)는 압축기 디스크(1110), 타이로드(1120), 압축기 블레이드(1130), 압축기 베인(1140), 압축기 케이싱(1150), 인테이크(1160), 압축기 디퓨저(1170)를 포함한다.
압축기 디스크(1110)에는 압축기 블레이드(1130)가 장착되며, 압축기 디스크(1110)를 관통하여 타이로드(1120)가 위치한다. 압축기 디스크(1110)는 타이로드(1120)의 회전에 따라 회전하여 압축기 블레이드(1130)를 회전시킨다. 압축기 디스크(1110)는 복수개 일 수 있다.
복수의 압축기 디스크(1110)들은 타이로드(1120)에 의해 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다. 각각의 압축기 디스크(1110)들은 타이로드(1120)에 의해 관통된 상태로 축 방향을 따라서 정렬된다. 압축기 디스크(1110)의 외주부에는 복수 개의 돌기(미도시)가 형성될 수 있고, 인접한 압축기 디스크(1110)와 함께 회전하도록 결합되는 플랜지(1111)가 형성될 수 있다.
복수 개의 압축기 디스크(1110) 중 적어도 어느 하나에는 공기 이동 유로(1112)가 형성될 수 있다. 공기 이동 유로(1112)를 통해 압축기(1100)의 압축기 블레이드(1130)에 의해 압축된 압축 공기가 터빈(1300) 측으로 이동되어 터빈 블레이드(1310)를 냉각시킬 수 있다.
일 실시예에서는 압축기 디스크(1110)에 무게 밸런싱을 위한 밸런싱 부재가 부착될 수도 있다. 밸런싱 부재는 예를 들어 추가 될 수 있다. 밸런싱 부재가 부착됨에 따라 압축기 디스크(1110)의 회전 안정성을 높여줄 수 있다.
타이로드(1120)는 압축기 디스크(1110)를 관통하여 위치하며, 압축기 디스크(1110)를 정렬한다. 타이로드(1120)는 터빈(1300)에서 발생된 토크를 전달 받아서 압축기 디스크(1110)를 회전시킨다. 이를 위해 압축기(1100)와 터빈(1300) 사이에는 터빈(1300)에서 발생된 회전 토크를 압축기(1100)로 전달하는 토크 전달부재로서 토크튜브(1400)가 배치될 수 있다.
타이로드(1120)의 일측 단부는 최상류 측에 위치한 압축기 디스크 내에 체결되고, 타측 단부는 토크튜브(1400)에 삽입된다. 타이로드(1120)의 타측 단부는 토크튜브(1400) 내에서 가압너트(1121)와 체결된다. 가압너트(1121)는 토크튜브(1400)를 압축기 디스크(1110) 측으로 가압하여 각각의 압축기 디스크(1110)들이 밀착되게 한다.
압축기 블레이드(1130)는 압축기 디스크(1110)의 외주면에 방사상으로 결합된다. 압축기 블레이드(1130)는 복수 개일 수 있으며, 다단으로 형성될 수 있다. 압축기 블레이드(1130)에는 압축기 디스크(1110)에 체결되기 위한 압축기 블레이드 루트부재(1135)가 형성될 수 있으며, 압축기 디스크(1110)에는 압축기 블레이드 루트부재(1135)가 삽입되기 위한 압축기 디스크 슬롯(1111)이 형성될 수 있다.
압축기 블레이드(1130)는 압축기 디스크(1110)의 회전에 따라 회전하여 유입된 공기를 압축하면서 압축된 공기를 후단의 압축기 베인(1140)로 이동시킨다. 공기는 다단으로 형성된 압축기 블레이드(1130)를 통과하면서 점점 더 고압으로 압축된다.
압축기 베인(1140)은 압축기 케이싱(1150)의 내부에 장착되며, 복수의 압축기 베인(1140)이 단을 형성하며 장착될 수 있다. 압축기 베인(1140)은 전단의 압축기 블레이드(1130)로부터 이동된 압축 공기를 후단의 압축기 블레이드(1130) 측으로 가이드한다. 일 실시예에서 복수의 압축기 베인(1140) 중 적어도 일부는 공기의 유입량의 조절 등을 위해 정해진 범위 내에서 회전 가능하도록 장착될 수 있다.
압축기 케이싱(1150)은 압축기(1100)의 외형을 형성한다. 압축기 케이싱(1150)은 내부에 압축기 디스크(1110), 타이로드(1120), 압축기 블레이드(1130), 압축기 베인(1140) 등을 수용한다.
압축기 케이싱(1150)에는 다단의 압축기 블레이드(1130)에 의해 여러 단계로 압축된 압축 공기를 터빈(1300) 측으로 유동시켜서 터빈 블레이드를 냉각시키는 연결관이 형성될 수 있다.
압축기(1100)의 입구에는 인테이크(1160)가 위치한다. 인테이크(1160)는 외부 공기를 압축기(1100) 내부로 유입시킨다. 압축기(1100)의 출구에는 압축된 공기를 확산 이동시키는 압축기 디퓨저(1170)가 배치된다. 압축기 디퓨저(1170)는 압축기(1100)에서 압축된 공기가 연소기(1200)에 공급되기 전에 압축 공기를 정류시키며, 압축 공기의 운동 에너지 일부를 정압(static pressure)으로 전환시킨다. 압축기 디퓨저(1170)를 통과한 압축 공기는 연소기(1200)로 유입된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 블레이드를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 블레이드 댐퍼를 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 블레이드 댐퍼를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 블레이드(1130)는 압축기 블레이드 에어포일(1131), 압축기 블레이드 루트부(1133), 압축기 블레이드 댐퍼(1137)를 포함한다. 압축기 블레이드 에어포일(1131)은 양쪽으로 곡면의 프로파일을 갖는다. 압축기 블레이드 에어포일(1131)은 압축기(1000)의 압축기 디스크(1110)와 타이로드(1120)가 이루는 회전축에 경사진 방향으로 연장하도록 형성된다. 압축기 블레이드 에어포일(1131)은 고온에서 운전하기 때문에 고온에서 견딜 수 있는 강 합금으로 형성될 수 있다. 예를 들어 압축기 블레이드 에어포일(1131)은 내부식성이 강하고 고강도인 마르텐사이트 스테인리스 강 합금 등을 사용하여 형성될 수 있다.
압축기 블레이드 루트부(1133)는 압축기 블레이드 에어포일(1131)의 하단에 연결된다. 압축기 블레이드 루트부(1133)는 압축기 블레이드 플랫폼(1134)과 압축기 블레이드 루트부재(1135)를 구비한다. 플랫폼(1134)은 압축기 블레이드 에어포일(1131)이 연장되는 방향과 직각으로 형성되는 평면으로, 압축기 블레이드(1130)를 압축기 디스크(1110)에 안정적으로 지지시킨다.
압축기 블레이드 루트부재(1135)는 압축기 블레이드(1130)를 압축기 디스크(1110)와 체결되도록 한다. 압축기 블레이드 루트부재(1135)는 압축기 디스크(1110) 상에 형성된 압축기 디스크 슬릿(1111)의 형상과 정합하도록 형성된다. 압축기 블레이드 루트부재(1135)는 예를 들어, 아래로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성되거나, 복수 개의 만곡면을 구비하도록 형성될 수 있다.
압축기 블레이드 댐퍼(1137)는 압축기 블레이드 에어포일(1131)의 팁부에 연결된다. 압축기 블레이드 댐퍼(1137)는 압축기 블레이드 에어포일(1131)과 동일한 폭을 가지며, 압축기 블레이드 에어포일(1131)의 길이 방향으로 연장된다. 압축기 블레이드 댐퍼(1137)를 압축기 블레이드 에어포일(1131)에 연결시키기 위하여, 압축기 블레이드 에어포일(1131)의 팁부에는 그루브(1132)가 형성될 수 있다. 압축기 블레이드 댐퍼(1137)는 압축기 블레이드 에어포일(1131)이 회전 중에 받는 충격 및 진동을 흡수한다. 압축기 블레이드 댐퍼(1137)는 실리콘, 고무 등의 유연한 물질로 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 압축기 블레이드 댐퍼(1137)는 너비 방향을 따라 상이한 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 압축기 블레이드 댐퍼(1137)는 압축기 블레이드(1130)가 회전하는 방향의 앞 부분, 즉 리딩 엣지(LE) 방향으로 갈수록 더 큰 밀도로 형성될 수 있다. 압축기 블레이드 댐퍼(1137)는 압축기 블레이드(1130)가 회전하는 방향에서 가장 큰 충격을 받거나 또는 충돌할 수 있다. 압축기 블레이드 댐퍼(1137)의 리딩 엣지 방향이 더 큰 밀도로 형성됨으로써 압축기 블레이드(1130)의 진행 방향으로부터의 충격을 더 잘 흡수하면서 압축기 블레이드 에어포일(1131)을 보호할 수 있다. 또한, 트레일링 엣지(TE)로 갈수록 밀도를 작게 형성하여 압축기 블레이드 댐퍼(1137)의 전체적인 무게를 줄일 수 있다. 압축기 블레이드 댐퍼(1137)의 밀도는 리딩 엣지 측으로부터 트레일링 엣지로 갈수록 일정한 간격으로 순차적으로 밀도가 작아질 수 있으나, 이에 한정하지는 않으며 필요에 따라 밀도 분포는 변형될 수 있다.
압축기 블레이드 댐퍼(1137)는 압축기 블레이드(1130)의 회전시 압축기 블레이드 에어포일(1131)보다 먼저 충격에 접함으로써 압축기 블레이드 에어포일(1131)의 손상을 방지한다. 압축기 블레이드(1130)에 충격이 가해지면 압축기 블레이드 댐퍼(1137)가 압축기 블레이드 에어포일(1131)의 상단으로부터 분리될 수도 있다. 이와 같은 경우 압축기 블레이드 댐퍼(1137)의 일부 또는 전체가 떨어지면서 압축기(1100) 내에 부유하며 압축기(1110) 내부를 손상시킬 우려가 있다. 이를 방지하기 위하여, 압축기 블레이드 댐퍼(1137)를 고온에 녹는 소재, 예를 들어 PVA(폴리비닐알코올)를 함유하여 형성할 수 있다. 고무 또는 실리콘 소재에 PVA를 혼합한 물질로 압축기 블레이드 댐퍼(1137)를 성형할 수 있다. PVA는 300℃ 이상에서 분해되는 성질이 있으며, 충돌에 의해 파손된 압축기 블레이드 댐퍼(1137)는 압축기(1100) 내에서 오랫동안 부유하지 않고 고온에서 일정 시간이 지나면 분해될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 압축기 블레이드 댐퍼(1137)의 측면에는 폭 전개를 따라 일정한 간격으로 슬릿(1138)이 형성될 수 있다. 슬릿(1138)의 폭은 0.3~0.7mm 일 수 있다. 압축기 블레이드 댐퍼(1137)는 압축기 블레이드(1130)의 회전에 의해 발생하는 진동을 흡수하거나, 압축기 블레이드(1130)가 압축기 케이싱(1150)의 내벽과 충돌하는 경우 완충 작용을 하게 된다. 압축기 블레이드 댐퍼(1137)는 압축기 케이싱(1150)의 내벽과 충돌하는 경우 압축에 의해 형태가 변형되었다가 탄성에 의해 다시 원래의 형태로 복원된다. 이 때, 압축기 블레이드 댐퍼(1137)가 받는 충격이 너무 크면 압축기 블레이드 댐퍼(1137)의 일부가 분리될 수 있는데, 압축기 블레이드 댐퍼(1137)에 형성된 슬릿(1138)은 이에 대하여 추가적인 완충 작용을 할 수 있다. 압축기 블레이드 댐퍼(1137)의 측면에 형성된 슬릿(1138)에 의해 압축기 블레이드 댐퍼(1137)의 압축력 및 복원력을 더 높일 수 있으며, 결과적으로 압축기 블레이드 댐퍼(1137)에 가해진 충격을 더 잘 흡수할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 블레이드 댐퍼의 도브테일을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 블레이드 댐퍼의 돌기를 나타내는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 압축기 블레이드 댐퍼(1137)는 하단에 압축기 블레이드 댐퍼 도브 테일(1139)을 구비하여 압축기 블레이드 에어포일(1131)의 팁부에 형성된 그루브(1132)와 슬라이딩 결합하여 연결될 수 있다. 이를 위하여 압축기 블레이드 에어포일(1131)의 팁부에는 그루브(1132)가 형성되어 있을 수 있다. 그루브(1132)는 압축기 블레이드 댐퍼(1137)에 형성된 압축기 블레이드 댐퍼 도브 테일(1139)의 형상과 정합하는 형상으로 형성된다. 본 실시예에서는 압축기 블레이드 댐퍼 도브 테일(1139)의 단면이 아래로 갈수록 폭이 넓어지는 삼각형 형태이나, 이에 한정하지 않으며, 다수의 만곡면을 갖는 형태로 형성될 수도 있다.
다른 실시예에서 압축기 블레이드 댐퍼(1137)의 하단에는 복수의 돌기(1139’)가 형성될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 압축기 블레이드 댐퍼(1137)의 하단에는 3개의 돌기(1139’)가 압축기 블레이드 댐퍼(1137)와 일체로 형성되어 있다. 이에 대응하여 압축기 블레이드 에어포일(1131)의 팁부에는 3개의 개구(1132’)가 형성되어 압축기 블레이드 댐퍼(1137)의 돌기(1139’)가 끼워져 결합할 수 있다. 본 실시예에서 돌기(1139’) 및 개구(1132’)의 수는 3개이나, 이에 한정하지 않으며, 돌기(1139’) 및 개구(1132’)의 수는 필요에 따라 선택될 수 있다.
돌기(1139’)의 형상은 화살촉 형상일 수 있다. 돌기(1139’)가 개구(1132’)에 삽입되는 도입부는 끝단에서는 반경이 작고 상방으로 갈수록 반경이 커지는 내부가 빈 원뿔형이다. 돌기(1139’)의 도입부의 내부가 비어 있음으로써, 돌기(1139’)를 개구(1132’)에 용이하게 삽입할 수 있다. 또한, 돌기(1139’)의 도입부의 형상이 상방으로 갈수록 반경이 커지기 때문에, 도입부 상단의 반경은 개구(1132’)의 반경보다 크다. 도입부가 개구(1132’)에 삽입되는 순간에는 도입부 내부의 빈 공간으로 인해 도입부가 개구(1132’)를 통과하지만, 일단 도입부가 개구(1132’)에 삽입되면 도입부의 큰 반경으로 인하여 압축기 블레이드 댐퍼(1137)가 반대 방향으로 이동하지 않는다. 따라서 압축기 블레이드 댐퍼(1137)가 반경 방향으로 힘을 받더라도 개구(1132’) 내에 삽입된 도입부가 개구에 걸려, 압축기 블레이드 댐퍼(1137)가 압축기 블레이드 에어포일(1131)의 개구(1132’)로부터 쉽게 이탈되지 않는다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 블레이드 댐퍼의 실링부를 나타내는 도면이다.
압축기 블레이드 댐퍼(1137)는 실링부(1136)를 더 구비할 수 있다. 실링부(1136)는 압축기 블레이드 댐퍼(1137)의 측면 하단으로 연장되어, 압축기 블레이드 댐퍼(1137)가 압축기 블레이드 에어포일(1131)과 결합시 압축기 블레이드 에어포일(1131)의 팁부를 감쌀 수 있도록 한다. 실링부(1136)가 압축기 블레이드 에어포일(1131)의 팁부를 감쌈으로써, 압축기 블레이드 댐퍼(1137)가 압축기 블레이드 에어포일 팁부에 더욱 견고하게 고정되고 압축기 블레이드 댐퍼(1137)와 압축기 블레이드 에어포일(1131)의 팁부 사이가 이격되거나 이물질이 들어가는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 압축기 블레이드(1130)는 압축기 블레이드(1130)의 에어포일(1131)의 팁부에 압축기 블레이드 댐퍼(1137)가 장착됨으로써, 회전시 발생할 수 있는 충돌이나 압축기 블레이드(1130)에 가해지는 충격에 대응할 수 있다. 압축기 블레이드 댐퍼(1137)가 장착된 압축기 블레이드(1130)가 회전 중 충돌할 경우라도, 압축기 블레이드 댐퍼(1137)는 유연 소재로 형성되기 때문에, 압축기 케이싱(1150) 내벽 또는 압축기 베인(1140)의 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 충돌시 압축기 블레이드 댐퍼(1137)만 손상을 입거나 떨어져 나가기 때문에, 압축기 블레이드(1130) 전체가 파손되거나 금이 가는 일을 방지할 수 있다.
한편, 압축 공기는 압축기 블레이드(1130)에 의해 하류로 유동하며 압축되는 바, 압축기 블레이드(1130)의 팁부와 압축기 케이싱(1150) 내벽 사이의 간극을 통하여 압축 공기가 누설되는데, 최적화된 간극을 통하여 압축 공기의 누설 및 이에 따른 가스 터빈의 효율 저하를 막아야 한다. 간극이 너무 작으면 압축 공기의 누설은 방지할 수 있으나, 압축기의 작동시 압축기 블레이드 등의 충돌 및 손상 우려가 크다. 반면, 압축기 블레이드의 손상을 방지하기 위하여 간극을 크게 하면 누설되는 압축 공기로 인하여 가스 터빈의 효율이 저하된다. 하지만, 압축기 블레이드에 댐퍼가 형성되어 있는 경우, 댐퍼에 의해 충격 흡수 및 손상이 방지되어 댐퍼가 없는 경우와 비교하여 간극을 더 좁게 형성할 수 있다. 이에 따라, 압축기 블레이드의 손상을 방지하면서도 공기의 압축 효율을 향상시킬 수 있다.
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 1100 : 압축기
1110 : 압축기 디스크 1120 : 타이로드
1130 : 압축기 블레이드 1131 : 압축기 블레이드 에어포일
1132 : 그루브 1132’: 개구
1133 : 압축기 블레이드 루트부 1137 : 압축기 블레이드 댐퍼
1138 : 슬릿 1139 : 압축기 블레이드 댐퍼도브테일
1139’ : 돌기 1140 : 압축기 베인
1150 : 압축기 케이싱 1200 : 연소기
1300 : 터빈

Claims (15)

  1. 양쪽으로 곡면의 프로파일을 갖는 압축기 블레이드 에어포일;
    상기 압축기 블레이드 에어포일의 하단에 연결되며, 압축기 디스크와 결합하는 압축기 블레이드 루트부;
    상기 압축기 블레이드 에어포일의 팁부에 연결되어 압축기 블레이드 에어포일의 길이 방향으로 연장하고, 측면에 소정 간격으로 복수의 슬릿이 형성되며, 하부에 압축기 블레이드 에어포일의 팁부를 감싸는 실링부를 구비하는 압축기 블레이드 댐퍼;를 포함하고,
    상기 압축기 블레이드 댐퍼는 실리콘과 PVA(폴리비닐알코올)의 혼합 물질로 형성되며, 원주 방향으로 상이한 밀도 분포를 갖되, 상기 압축기 블레이드 에어포일의 리딩 엣지측으로 갈수록 일정한 비율로 밀도가 높아지는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압축기 블레이드 에어포일의 팁부에는 그루브가 형성되어 있고,
    상기 압축기 블레이드 댐퍼의 하단에는 압축기 블레이드 댐퍼 도브테일이 형성되어 있어,
    상기 압축기 블레이드 에어포일의 팁부의 그루브에 상기 압축기 블레이드 댐퍼 도브테일이 끼워져 고정되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압축기 블레이드 에어포일의 팁부에는 복수 개의 개구가 형성되어 있고,
    상기 압축기 블레이드 댐퍼의 하단에는 복수의 돌기가 형성되어 있어,
    상기 압축기 블레이드 에어포일의 팁부의 개구에 상기 압축기 블레이드 댐퍼의 돌기가 끼워져 고정되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 돌기는 화살촉 형상인 것을 특징으로 하는 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드.
  7. 삭제
  8. 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼로서,
    실리콘과 PVA(폴리비닐알코올)의 혼합 물질로 형성되고, 압축기 블레이드의 상단부에 연결되어 압축기 블레이드의 길이 방향으로 연장되고, 측면에 소정 간격으로 복수의 슬릿이 형성되며, 하부에 압축기 블레이드 에어포일의 팁부를 감싸는 실링부를 구비하고,
    원주 방향으로 상이한 밀도 분포를 갖되, 상기 압축기 블레이드의 리딩 엣지측으로 갈수록 일정한 비율로 밀도가 높아지는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 압축기 블레이드 댐퍼의 하단에 압축기 블레이드 댐퍼 도브테일이 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 압축기 블레이드 댐퍼의 하단에 복수의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 돌기는 화살촉 형상인 것을 특징으로 하는 가스 터빈 압축기의 압축기 블레이드용 압축기 블레이드 댐퍼.
  13. 삭제
  14. 압축기 케이싱;
    상기 압축기 케이싱 내에 설치되는 복수의 압축기 디스크;
    상기 복수의 압축기 디스크를 체결하여 축방향으로 정렬시키는 타이로드;
    상기 압축기 디스크의 외주면에 장착되는 복수의 압축기 블레이드; 및
    상기 압축기 케이싱의 내주면에 복수개가 복수의 열을 형성하여 설치되되,
    각각의 열이 상기 복수의 압축기 블레이드의 열과 상호 교차하도록 설치되는 복수의 압축기 베인;을 포함하고,
    상기 압축기 블레이드는
    압축기 블레이드 에어포일,
    상기 압축기 블레이드 에어포일의 하단에 연결되어, 상기 압축기 블레이드를 상기 압축기 디스크에 장착시키는 압축기 블레이드 루트부,
    상기 압축기 블레이드 에어포일의 팁부에 연결되어 압축기 블레이드 에어포일의 길이 방향으로 연장하고, 측면에 소정 간격으로 복수의 슬릿이 형성되고, 하부에 압축기 블레이드 에어포일의 팁부를 감싸는 실링부가 형성되고, 상기 압축기 블레이드의 회전시 발생하는 진동을 흡수하는 압축기 블레이드 댐퍼를 구비하며,
    상기 압축기 블레이드 댐퍼는 실리콘과 PVA(폴리비닐알코올)의 혼합 물질로 형성되고, 원주 방향으로 상이한 밀도 분포를 갖되, 상기 압축기 블레이드 에어포일의 리딩 엣지측으로 갈수록 일정한 비율로 밀도가 높아지며,
    상기 압축기 케이싱의 내벽과 상기 압축기 블레이드 댐퍼의 팁과의 간극이 최적화되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  15. 공기를 압축시키기 위한 압축기;
    상기 압축기로부터 압축된 공기를 유입받아 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기; 및
    상기 연소기로부터 연소된 가스에 의해 회전하여 동력을 발생시키는 터빈을 포함하고,
    상기 압축기는
    압축기 케이싱;
    상기 압축기 케이싱 내에 설치되는 복수의 압축기 디스크;
    상기 복수의 압축기 디스크를 체결하여 축방향으로 정렬시키는 타이로드;
    상기 압축기 디스크의 외주면에 장착되는 복수의 압축기 블레이드; 및
    상기 압축기 케이싱의 내주면에 복수개가 복수의 열을 형성하여 설치되되,
    각각의 열이 상기 복수의 압축기 블레이드의 열과 상호 교차하도록 설치되는 복수의 압축기 베인;을 포함하고,
    상기 압축기 블레이드는
    압축기 블레이드 에어포일,
    상기 압축기 블레이드 에어포일의 하단에 연결되어, 상기 압축기 블레이드를 상기 압축기 디스크에 장착시키는 압축기 블레이드 루트부;
    상기 압축기 블레이드 에어포일의 팁부에 연결되어 압축기 블레이드 에어포일의 길이 방향으로 연장하고, 측면에 소정 간격으로 복수의 슬릿이 형성되고, 하부에 압축기 블레이드 에어포일의 팁부를 감싸는 실링부가 형성되고, 상기 압축기의 회전시 발생하는 진동을 흡수하는 압축기 블레이드 댐퍼를 구비하고,
    상기 압축기 블레이드 댐퍼는 실리콘과 PVA(폴리비닐알코올)의 혼합 물질로 형성되고, 원주 방향으로 상이한 밀도 분포를 갖되, 상기 압축기 블레이드 에어포일의 리딩 엣지측으로 갈수록 일정한 비율로 밀도가 높아지며,
    상기 압축기 케이싱의 내벽과 상기 압축기 블레이드 댐퍼의 팁과의 간극이 최적화되는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
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