KR102219297B1

KR102219297B1 - 블레이드 및 이를 구비하는 압축기 및 가스터빈, 블레이드 성형 보수 방법

Info

Publication number: KR102219297B1
Application number: KR1020190037841A
Authority: KR
Inventors: 강주형; 고로쉬크 유리
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2021-02-23
Also published as: KR20200116274A

Abstract

본 발명은 디스크에 결합되는 루트부; 상기 루트부의 상부에 형성되는 생크부; 상기 생크부의 상부에 형성되는 에어포일; 및 상기 루트부의 전단면과 후단면에 대응되게 장착되고, 하부 및 측부가 상기 루트부가 결합되는 디스크의 결합슬롯의 저면 및 양측 내측면에 밀착되는 유격발생방지부를 포함하되, 상기 결합슬롯의 양측 내측면은 라운드진 형상을 가지고, 상부면의 반경 보다 하부면의 반경이 더 크며, 상기 유격발생방지부의 전단과 후단의 측부는 상기 결합슬롯의 상부면 및 하부면의 반경과 동일한 반경을 가지고, 상기 유격발생방지부는 상기 결합슬롯의 저면 및 라운드진 형상을 가지는 양측 내측면과 대응하는 하부 및 측부를 가지도록 교체 가능하게 상기 루트부의 하부면에 장착되며, 상기 유격발생방지부는 상기 루트부의 전단에 구비되어 상기 루트부의 전단면과 밀착되는 제1유격발생방지 몸체와, 상기 루트부의 후단에 구비되어 상기 루트부의 후단면과 밀착되는 제2유격발생방지 몸체와, 상기 루트부의 전단과 후단에 이격되게 구비되는 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체를 연결하는 연결부재를 포함하고, 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체 및 상기 연결부재는 일체로 형성되며, 상기 연결부재의 상부면은 상기 루트부의 하부면과 대응되는 형상을 가지고, 상기 연결부재의 하부면은 상기 결합슬롯의 저면과 대응되는 형상을 가지며, 상기 연결부재의 상부면에 상기 루트부재가 안착되어 상기 유격발생방지부가 상기 루트부재에 장착되고, 상기 결합슬롯의 양측 내측면이 라운드진 형상을 가짐으로써 결합슬롯의 양측 내측면에 집중응력이 발생 시에도 양측 내측면에 크랙이 발생되지 않은 것을 특징으로 하는 블레이드와 이를 포함하는 압축기 및 가스터빈, 및 블레이드 성형 보수 방법을 제공한다.

Description

블레이드 및 이를 구비하는 압축기 및 가스터빈, 블레이드 성형 보수 방법{blade, turbine and gas turbine comprising it, blade forming value}

본 발명은 가스터빈에 사용되는 블레이드 및 이를 구비하는 압축기와 가스터빈, 및 블레이드의 성형 보수 방법에 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 구성되며, 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 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. 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 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 터빈측으로 분사된다. 분사된 연소 가스가 상기 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.

이러한, 종래의 블레이드에 대한 기술은, 미국등록특허공보 제8439643호에 제시된다.

한편, 블레이드가 디스크와 결합 시, 블레이드의 루트부가 삽입되는 디스크의 결합슬롯 내측면에서 발생되는 크랙을 방지하기 위하여, 루트부 및 결합슬롯의 형상을 변경하는 연구가 진행되었다.

그러나, 이 경우 기존의 블레이드 루트부는 변경된 결합슬롯의 형상과 맞지 아니하여, 블레이드의 루트부가 디스크의 결합슬롯 내측면과 공간이 생겨, 기존 블레이드를 사용할 수 없다는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 블레이드의 루트부에 전단과 후단의 둘레면이 결합슬롯의 양측면과 대응되는 형상을 가지도록 라운드진 형상을 가지는 유격발생방지부를 장착하여, 디스크의 결합슬롯의 형상을 개선한 경우에도 개선된 디스크의 결합슬롯과 디스크와의 결합력을 향상시키면서 디스크와의 유격이 발생되는 것을 방지함으로써 기존의 블레이드를 사용할 수 있으며, 결합슬롯의 양측면과 유격발생방지부의 둘레면에 응력집중이 발생 시 결합슬롯의 양측면에 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있는 압축기, 이를 이용한 가스터빈 및 블레이드 성형 보수 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 디스크에 결합되는 루트부; 상기 루트부의 상부에 형성되는 생크부; 상기 생크부의 상부에 형성되는 에어포일; 및 상기 루트부의 전단면과 후단면에 대응되게 장착되고, 하부 및 측부가 상기 루트부가 결합되는 디스크의 결합슬롯의 저면 및 양측 내측면에 밀착되는 유격발생방지부를 포함하되, 상기 결합슬롯의 양측 내측면은 라운드진 형상을 가지고, 상부면의 반경 보다 하부면의 반경이 더 크며, 상기 유격발생방지부의 전단과 후단의 측부는 상기 결합슬롯의 상부면 및 하부면의 반경과 동일한 반경을 가지고, 상기 유격발생방지부는 상기 결합슬롯의 저면 및 라운드진 형상을 가지는 양측 내측면과 대응하는 하부 및 측부를 가지도록 교체 가능하게 상기 루트부의 하부면에 장착되며, 상기 유격발생방지부는 상기 루트부의 전단에 구비되어 상기 루트부의 전단면과 밀착되는 제1유격발생방지 몸체와, 상기 루트부의 후단에 구비되어 상기 루트부의 후단면과 밀착되는 제2유격발생방지 몸체와, 상기 루트부의 전단과 후단에 이격되게 구비되는 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체를 연결하는 연결부재를 포함하고, 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체 및 상기 연결부재는 일체로 형성되며, 상기 연결부재의 상부면은 상기 루트부의 하부면과 대응되는 형상을 가지고, 상기 연결부재의 하부면은 상기 결합슬롯의 저면과 대응되는 형상을 가지며, 상기 연결부재의 상부면에 상기 루트부재가 안착되어 상기 유격발생방지부가 상기 루트부재에 장착되고, 상기 결합슬롯의 양측 내측면이 라운드진 형상을 가짐으로써 결합슬롯의 양측 내측면에 집중응력이 발생 시에도 양측 내측면에 크랙이 발생되지 않은 것을 특징으로 하는 블레이드를 제공한다.

또한, 본 발명은 터빈으로부터 토출된 연소가스가 순환하는 가열유로가 형성된 케이싱과, 상기 케이싱의 내부면에 결합되는 다단의 베인을 포함하는 스테이터; 상기 케이싱의 내부에 설치되는 로터 디스크; 및 상기 로터 디스크에 결합되는 루트부와, 상기 루트부의 상부에 형성되는 생크부와, 상기 생크부의 상부에 형성되는 에어포일과, 상기 루트부의 전단면과 후단면에 대응되게 장착되고, 하부 및 측부가 상기 루트부가 결합되는 디스크의 결합슬롯의 저면 및 양측 내측면에 밀착되는 유격발생방지부를 각각 포함하며, 상기 로터 디스크에 결합되는 복수개의 블레이드를 포함하되, 상기 결합슬롯의 양측 내측면은 라운드진 형상을 가지고, 상부면의 반경 보다 하부면의 반경이 더 크며, 상기 유격방지발생부의 전단과 후단의 측부는 상기 결합슬롯의 상부면 및 하부면의 반경과 동일한 반경을 가지고, 상기 유격발생방지부는 상기 결합슬롯의 저면 및 라운드진 형상을 가지는 양측 내측면과 대응하는 하부 및 측부를 가지도록 교체 가능하게 상기 루트부의 하부면에 장착되며, 상기 유격발생방지부는 상기 루트부의 전단에 구비되어 상기 루트부의 전단면과 밀착되는 제1유격발생방지 몸체와, 상기 루트부의 후단에 구비되어 상기 루트부의 후단면과 밀착되는 제2유격발생방지 몸체와, 상기 루트부의 전단과 후단에 이격되게 구비되는 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체를 연결하는 연결부재를 포함하고, 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체 및 상기 연결부재는 일체로 형성되며, 상기 연결부재의 상부면은 상기 루트부의 하부면과 대응되는 형상을 가지고, 상기 연결부재의 하부면은 상기 결합슬롯의 저면과 대응되는 형상을 가지며, 상기 연결부재의 상부면에 상기 루트부재가 안착되어 상기 유격발생방지부가 상기 루트부재에 장착되고, 상기 결합슬롯의 양측 내측면이 라운드진 형상을 가짐으로써 결합슬롯의 양측 내측면에 집중응력이 발생 시에도 양측 내측면에 크랙이 발생되지 않은 것을 특징으로 하는 압축기를 제공한다.

또한, 본 발명은 타이로드와, 상기 타이로드의 일 측에 설치되며, 압축기 블레이드를 회전시켜 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기와, 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합시켜 연소시키는 연소기와, 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 터빈 블레이드를 이용하여 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하는 가스터빈에 있어서, 상기 압축기 블레이드는 디스크에 결합되는 루트부와, 상기 루트부의 상부에 형성되는 생크부와, 상기 생크부의 상부에 형성되는 에어포일과, 상기 루트부의 전단면과 후단면에 대응되게 장착되고, 하부 및 측부가 상기 루트부가 결합되는 디스크의 결합슬롯의 저면 및 양측 내측면에 밀착되는 유격발생방지부를 각각 포함하되, 상기 결합슬롯의 양측 내측면은 라운드진 형상을 가지고, 상부면의 반경 보다 하부면의 반경이 더 크며, 상기 유격발생방지부의 전단과 후단의 측부는 상기 결합슬롯의 상부면 및 하부면의 반경과 동일한 반경을 가지고, 상기 유격발생방지부는 상기 결합슬롯의 저면 및 라운드진 형상을 가지는 양측 내측면과 대응하는 하부 및 측부를 가지도록 교체 가능하게 상기 루트부의 하부면에 장착되며, 상기 유격발생방지부는 상기 루트부의 전단에 구비되어 상기 루트부의 전단면과 밀착되는 제1유격발생방지 몸체와, 상기 루트부의 후단에 구비되어 상기 루트부의 후단면과 밀착되는 제2유격발생방지 몸체와, 상기 루트부의 전단과 후단에 이격되게 구비되는 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체를 연결하는 연결부재를 포함하고, 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체 및 상기 연결부재는 일체로 형성되며, 상기 연결부재의 상부면은 상기 루트부의 하부면과 대응되는 형상을 가지고, 상기 연결부재의 하부면은 상기 결합슬롯의 저면과 대응되는 형상을 가지며, 상기 연결부재의 상부면에 상기 루트부재가 안착되어 상기 유격발생방지부가 상기 루트부재에 장착되고, 상기 결합슬롯의 양측 내측면이 라운드진 형상을 가짐으로써 결합슬롯의 양측 내측면에 집중응력이 발생 시에도 양측 내측면에 크랙이 발생되지 않은 것을 특징으로 하는 가스터빈을 제공한다.

또한, 본 발명은 블레이드의 루트부가 결합되는 디스크의 결합슬롯의 양측 내측면을 상부면의 반경보다 하부면의 반경이 크도록 형성하는 단계; 상기 디스크의 결합슬롯에 장착되는 상기 블레이드의 루트부 전단면과 후단면을 성형하는 단계; 상기 블레이드의 루트부 전단면과 후단면에 장착되어 상기 루트부가 결합되는 디스크의 결합슬롯의 저면 및 양측 내측면에 밀착되며, 상기 결합슬롯의 저면 및 양측 내측면과 상기 루트부의 하부면 및 양측 둘레면 사이에 유격이 발생하지 않도록 하는 유격발생방지부를 형성하는 단계; 및 상기 유격발생방지부가 장착된 상기 블레이드의 루트부를 상기 디스크의 결합슬롯에 삽입하는 단계를 포함하되, 상기 결합슬롯의 양측 내측면은 라운드진 형상을 가지고, 상부면의 반경 보다 하부면의 반경이 더 크며, 상기 유격발생방지부의 전단과 후단의 측부는 상기 결합슬롯의 상부면 및 하부면의 반경과 동일한 반경을 가지고, 상기 유격발생방지부는 상기 결합슬롯의 저면 및 라운드진 형상을 가지는 양측 내측면과 대응하는 하부 및 측부를 가지도록 교체 가능하게 상기 루트부의 하부면에 장착되며, 상기 유격발생방지부는 상기 루트부의 전단에 구비되어 상기 루트부의 전단면과 밀착되는 제1유격발생방지 몸체와, 상기 루트부의 후단에 구비되어 상기 루트부의 후단면과 밀착되는 제2유격발생방지 몸체와, 상기 루트부의 전단과 후단에 이격되게 구비되는 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체를 연결하는 연결부재를 포함하고, 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체 및 상기 연결부재는 일체로 형성되며, 상기 연결부재의 상부면은 상기 루트부의 하부면과 대응되는 형상을 가지고, 상기 연결부재의 하부면은 상기 결합슬롯의 저면과 대응되는 형상을 가지며, 상기 연결부재의 상부면에 상기 루트부재가 안착되어 상기 유격발생방지부가 상기 루트부재에 장착되고, 상기 결합슬롯의 양측 내측면이 라운드진 형상을 가짐으로써 결합슬롯의 양측 내측면에 집중응력이 발생 시에도 양측 내측면에 크랙이 발생되지 않은 것을 특징으로 하는 블레이드 성형 보수 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 블레이드와 이를 포함하는 압축기 및 가스터빈, 및 블레이드의 성형 보수 방법은 형상이 개선된 디스크의 결합슬롯 형상에 대응하여 유격발생방지부를 형성함으로써, 블레이드의 루트부의 하부면 및 양측 둘레면과 결합슬롯의 저면 및 양측 내측면에 유격이 발생되는 것을 방지하여 루트부의 하부면 및 양측 둘레면과 결합슬롯의 저면 및 양측 내측면 사이로 에어가 누설되는 것을 방지할 수 있고, 또한 기존 블레이드를 사용함으로써 비용을 절감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드가 적용되는 가스 터빈의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 압축기 블레이드와 압축기 디스크를 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 유격발생방지부가 장착된 압축기 블레이드가 압축기 디스크에 장착되는 상태를 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 유격발생방지부가 루트부에 장착되는 과정 및 유격발생방지부가 장착되는 않은 압축기 블레이드가 압축기 디스크의 결합슬롯에 장착된 상태를 확대하여 도시한 도면이다.
도 5는 유격발생방지부가 루트부에 장착된 상태 및 유격발생방지부가 장착된 압축기 블레이드가 압축기 디스크의 결합슬롯에 장착된 상태를 확대하여 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드 성형 보수 방법의 순서를 도시한 순서도이다.
도 7은 기존 루트부가 기존 결합슬롯에 장착 시 기존 결합슬롯에 크랙이 발생된 상태를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 가스터빈의 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈(100)의 일 예가 도시되어 있으며, 상기 가스터빈(100)은 하우징(102)을 구비하고 있고, 상기 하우징(102)의 후측에는 터빈을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저(106)가 구비되어 있다. 그리고, 상기 디퓨저(106)의 앞쪽으로는 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(104)가 배치된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 가스터빈(100)의 상류측에 압축기(110)가 위치하고, 하류측에 터빈(120)이 배치되며, 상기 압축기(110)와 상기 터빈(120)의 사이에는 상기 터빈(120)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기(110)로 전달하는 토크 전달부재로서 토크튜브(미도시)가 배치되는 것이 바람직하다.

상기 압축기(110)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 디스크(140)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 디스크(140)들은 타이로드(160)에 의해 축방향으로 이격되지 않도록 체결된다.

구체적으로 설명하면, 상기 각각의 압축기 디스크(140)는 대략 중앙을 상기 타이로드(160)가 관통한 상태로 서로 상기 타이로드(160)의 축방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 디스크(140)는 대향하는 면이 상기 타이로드(160)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능한 상태로 배치되게 된다.

상기 압축기 디스크(140)의 외주면에는 복수개의 압축기 블레이드(150)가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 압축기 블레이드(150)는 루트부(151)를 구비하여 상기 압축기 디스크(140)에 체결된다.

상기 각각의 압축기 디스크(140)의 사이에는 상기 하우징(102)에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 상기 베인(미도시)은 상기 압축기 디스크(140)와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 상기 압축기 디스크(140)의 압축기 블레이드(150)를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 압축기 디스크(140)의 압축기 블레이드(150)로 공기를 안내하는 역할을 한다.

상기 타이로드(160)는 상기 복수개의 압축기 디스크(140)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 디스크(140) 내에 체결되고, 타측 단부는 터빈 디스크(180) 하류측에서 고정된다.

상기 타이로드(160)의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 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(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(110)으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

상기 터빈(120)은 기본적으로는 압축기(110)의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(120)에도 압축기(120)의 압축기 디스크(140)와 유사한 복수의 터빈 디스크(180)가 구비된다. 따라서, 상기 터빈 디스크(180) 역시, 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드(184)도 포함한다. 상기 터빈 블레이드(184) 역시 도브테일 등의 방식으로 상기 터빈 디스크(180)에 결합될 수 있다. 아울러, 상기 터빈 디스크(180)의 터빈 블레이드(184) 사이에도 터빈(120)의 하우징에 고정되는 베인(미도시)이 구비되어, 터빈 블레이드(184)를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드는 루트부(151), 생크부(152), 에어포일(153), 및 유격발생방지부(154)를 포함한다. 상기 블레이드는 상기 압축기 블레이드(150) 및 상기 터빈 블레이드(184) 중 어느 하나일 수 있으며, 이하 디스크 역시 상기 압축기 디스크(140) 및 상기 터빈 디스크(180) 중 어느 하나일 수 있다.

상기 루트부(151)는 디스크에 결합되는 부분으로, 도브테일 형상으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니며 디스크와 결합될 수 있는 형상을 가진다면 다른 형상으로 이루어지는 것도 가능하다.

상기 생크부(152)는 상기 루트부(151)의 상부에 일체로 형성된다. 상기 생크부(152)는 한 쌍의 경사면으로 이루어진 측면을 가지며, 상측으로 갈수록 폭이 점점 증가하는 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 생크부(152)의 상부에는 에어포일(153)이 형성되며, 상기 에어포일(153)은 익형으로 형성된다. 상기 에어포일(153)은 공기가 유입되는 압력면(미도시), 상기 압력면(미도시)의 반대측에 형성되는 흡입면(미도시)을 구비하는 것이 바람직하고, 상기 루트부(151) 및 상기 생크부(152)에는 공기가 유입되는 측으로 평면 형상의 유입면(미도시)이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 루트부(151)의 전단면(151a)과 후단면(151b)에는 유격발생방지부(154)가 장착되며, 상기 유격발생방지부(154)는 상기 루트부(151)가 결합되는 압축기 디스크(140) 및 터빈 디스크(180)에 형성되는 결합슬롯(CS)의 저면 및 양측 내측면과 밀착되어 상기 결합슬롯(CS)의 저면 및 양측 내측면과 상기 루트부(151)의 하부면 및 양측 둘레면 사이에 유격이 발생하지 않도록 하는 역할을 한다.

상기 결합슬롯(CS)의 양측 내측면은 라운드진 형상을 가지고, 상기 결합슬롯(CS)에 밀착되는 상기 유격발생방지부(154)의 양측 둘레면은 상기 결합슬롯(CS)의 형상과 대응되는 라운드진 형상을 가지는 것이 바람직하다.

상기 결합슬롯(CS)의 라운드진 형상은 상부면의 반경보다 하부면의 반경이 더 크게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 유격발생방지부(154)의 양측 둘레면이 상기 결합슬롯(CS)의 상부면 및 하부면의 반경과 동일한 반경을 가지게 됨으로써 상기 유격발생방지부(154)의 양측 둘레면과 상기 결합슬롯(CS)의 양측 내측면이 밀착되어 유격이 발생되지 않게 된다.

도 4를 참조하면, 상기 유격발생방지부(154)는 제1유격발생방지 몸체(155)와, 제2유격발생방지 몸체(156)와, 연결부재(157)를 포함한다. 상기 제1유격발생방지 몸체(155)는 상기 루트부(151)의 전단에 구비되며, 그 일단면은 상기 루트부(151)의 전단면과 대응되는 형상을 가지는 것이 바람직하다.

상기 제2유격발생방지 몸체(156)은 상기 제1유격발생방지 몸체(155)와 대응되는 위치인 상기 루트부(151)의 후단에 구비되고, 그 일단면은 상기 루트부(151)의 후단면과 대응되는 형상을 가진다.

상기 루트부(151)의 전단면 및 후단면과 상기 제1유격발생방지 몸체(155)의 일단면 및 상기 제2유격발생방지 몸체(156)의 일단면은 평면구조를 가지는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 루트부(151)의 전단면 및 후단면에 장착돌기(미도시)가 형성되고, 상기 제1유격발생방지 몸체(155)의 일단면 및 상기 제2유격발생방지 몸체(156)의 일단면에는 상기 장착돌기(미도시)가 삽입되는 삽입홈(미도시)가 형성될 수 있다.

상기 루트부(151)의 전단과 후단에 이격되게 구비되는 상기 제1유격발생방지 몸체(155)와 상기 제2유격발생방지 몸체(156)는 연결부재(157)에 의해 일체로 연결되며, 상기 연결부재(157)는 상기 제1유격발생방지 몸체(155)와 상기 제2유격발생방지 몸체(156)의 사이에 구비된다.

상기 연결부재(157)의 상부면은 상기 루트부(151)의 하부면과 대응되는 형상을 가지고, 상기 연결부재(157)의 하부면은 상기 결합슬롯(CS)의 저면과 대응되는 형상을 가지는 것이 바람직하다.

도 7을 참조하면, 기존의 루트부가 기존 결합슬롯에 장착된 상태를 살펴보면, 기존 루트부(R)가 삽입되는 결합슬롯(S)의 형상은 예각형태로 형성되어, 모서리에 집중응력이 발생하게 된다. 이에 따라 예각형태로 형성된 결합슬롯(S)의 양측면(S1)에 크랙이 발생된다. 이를 방지하기 위하여 본 실시예에서는 결합슬롯(CS)의 형상을 하부면의 반경이 큰 라운드 형상으로 형성한다.

상기 유격발생방지부(154)는 상기 루트부(151)에 장착되어 상기 루트부(151)의 전단면과 후단면에 대응되게 구비되어, 기존의 블레이드를 사용하는 경우에도 상기 결합슬롯(CS)의 저면과 상기 루트부(151)의 하부면 사이 및 상기 결합슬롯(CS)의 양측 내측면과 상기 루트부(151)의 양측 둘레면 사이에 유격이 발생하는 것을 방지하게 된다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드 성형 보수 방법은 디스크의 결합슬롯 양측 내측면을 상부면의 반경보다 하부면의 반경이 크도록 형성하는 단계(S100)와, 상기 디스크의 결합슬롯에 장착되는 블레이드의 루트부 전단면과 후단면을 성형하는 단계(S200)와, 결합슬롯의 저면 및 양측 내측면과 루트부의 하부면 및 양측 둘레면 사이에 유격이 발생하지 않도록 하는 유격발생방지부를 형성하는 단계(S300)와, 유격발생방지부가 장착된 블레이드의 루트부를 디스크의 결합슬롯에 삽입하는 단계(S400)를 포함한다.

상기 디스크의 결합슬롯(CS) 양측 내측면을 상부면의 반경보다 하부면의 반경이 크도록 형성하는 단계(S100)는 압축기 블레이드(150) 및 터빈 블레이드(184)가 장착되는 압축기 디스크(140) 및 터빈 디스크(180)의 결합슬롯(CS)에 집중응력이 발생되는 것을 방지하기 위해 상부면의 반경보다 하부면의 반경이 크도록 형성하는 단계이다. 기존에는 상기 결합슬롯(CS)이 라운드진 형상이 아닌 삼각형상을 가지도록 돌출됨으로써 집중응력에 의해 블레이드의 루트부(151)와 밀착되는 상기 결합슬롯(CS)에 크랙이 발생하였으나, 상기 디스크의 결합슬롯(CS) 양측면을 상부면의 반경보다 하부면의 반경이 크도록 형성함으로써 상기 결합슬롯(CS)에 크랙이 발생하는 것을 예방하게 된다.

상기 디스크의 결합슬롯(CS) 양측면을 상부면의 반경보다 하부면의 반경이 크도록 형성하는 단계(S100)는 기존 디스크의 결합슬롯의 양면을 가공하는 것으로 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 양측면의 상부면의 반경보다 하부면의 반경이 큰 결합슬롯(CS)이 가공된 새로운 디스크를 기존의 디스크로 교환하여 실행할 수도 있다.

상기 디스크의 결합슬롯(CS) 양측면을 상부면의 반경보다 하부면의 반경이 크도록 형성하는 단계(S100)를 거친 후 상기 디스크의 결합슬롯에 장착되는 블레이드의 루트부 전단면과 후단면을 성형하는 단계(S200)를 수행하게 된다.

상기 루트부(151)의 전단면 및 후단면에는 유격발생방지부(154)의 제1유격발생방지 몸체(155) 및 제2유격발생방지 몸체(156)의 일단면이 밀착됨에 따라 상기 루트부(151)의 전단면 및 후단면을 상기 제1유격발생방지 몸체(155) 및 제2유격발생방지 몸체(156)의 일단면과 대응되는 형상을 성형하는 것이 바람직하다.

상기 디스크의 결합슬롯에 장착되는 블레이드의 루트부 전단면과 후단면을 성형하는 단계(S200)를 거친 후 결합슬롯(CS)의 저면 및 양측 내측면과 루트부(151)의 하부면 및 양측 둘레면 사이에 유격이 발생하지 않도록 하는 유격발생방지부(154)를 형성하는 단계(S300)를 수행하게 된다.

상기 유격발생방지부(154)는 제1유격발생방지 몸체(155)와, 제2유격발생방지 몸체(156)와, 연결부재(157)를 포함하며, 상기 제1유격발생방지 몸체(155)는 상기 루트부(151)의 전단에 구비되며, 그 일단면은 상기 루트부(151)의 전단면과 대응되는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 상기 제2유격발생방지 몸체(156)은 상기 제1유격발생방지 몸체(155)와 대응되는 위치인 상기 루트부(151)의 후단에 구비되고, 그 일단면은 상기 루트부(151)의 후단면과 대응되는 형상을 가지며, 상기 제1유격발생방지 몸체(155)와 제2유격발생방지 몸체(156)는 연결부재(157)에 의해 일체로 연결된다.

상기 제1유격발생방지 몸체(155)와 제2유격발생방지 몸체(156)의 양측 둘레면을 상기 결합슬롯(CS)의 양측 내측면과 동일한 형상을 가지도록 형성하고, 상기 루트부(151)의 전단면 및 후단면과 밀착되는 상기 제1유격발생방지 몸체(155)와 제2유격발생방지 몸체(156)의 일단면을 상기 루트부(151)의 전단면 및 후단면과 대응되는 형상으로 형성하게 된다. 또한, 상기 연결부재(157)의 상부면을 상기 루트부(151)의 하부면과 대응되는 형상을 가지도록 형성하고, 연결부재(157)의 하부면을 상기 결합슬롯(CS)의 저면과 대응되는 형상을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 유격발생방지부(154)를 형성하는 단계(S300)를 거친 후 유격발생방지부(154)가 장착된 블레이드의 루트부(151)를 디스크의 결합슬롯(CS)에 삽입하는 단계(S400)를 수행하게 된다.

상기 유격발생방지부(154)가 블레이드의 루트부(151)의 하부면과 결합슬롯(CS)의 저면에 유격이 발생되는 것을 방지하여 루트부(151)의 하부면과 결합슬롯(CS)의 저면 사이로 에어가 누설되는 것을 방지할 수 있게 된다.

따라서, 형상이 개선된 디스크의 결합슬롯(CS) 형상에 대응하여 유격발생방지부(154)를 형성함으로써, 블레이드의 루트부(151)의 하부면 및 양측 둘레면과 결합슬롯(CS)의 저면 및 양측 내측면에 유격이 발생되는 것을 방지하여 루트부(151)의 하부면 및 양측 둘레면과 결합슬롯(CS)의 저면 및 양측 내측면 사이로 에어가 누설되는 것을 방지할 수 있고, 또한 기존 블레이드를 사용함으로써 비용을 절감시킬 수 있다.

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 102 : 하우징
104 : 연소기 106 : 디퓨저
110 : 압축기 120 : 터빈
140 : 압축기 디스크 150 : 압축기 블레이드
151 : 루트부 152 : 생크부
153 : 에어포일 154 : 유격발생방지부
155 : 제1유격발생방지 몸체 156 : 제2유격발생방지 몸체
157 : 연결부재 160 : 타이로드
180 : 터빈 디스크

Claims

디스크에 결합되는 루트부;
상기 루트부의 상부에 형성되는 생크부;
상기 생크부의 상부에 형성되는 에어포일; 및
상기 루트부의 전단면과 후단면에 대응되게 장착되고, 하부 및 측부가 상기 루트부가 결합되는 디스크의 결합슬롯의 저면 및 양측 내측면에 밀착되는 유격발생방지부를 포함하되,
상기 결합슬롯의 양측 내측면은 라운드진 형상을 가지고, 상부면의 반경 보다 하부면의 반경이 더 크며,
상기 유격발생방지부의 전단과 후단의 측부는 상기 결합슬롯의 상부면 및 하부면의 반경과 동일한 반경을 가지고,
상기 유격발생방지부는 상기 결합슬롯의 저면 및 라운드진 형상을 가지는 양측 내측면과 대응하는 하부 및 측부를 가지도록 교체 가능하게 상기 루트부의 하부면에 장착되며,
상기 유격발생방지부는,
상기 루트부의 전단에 구비되어 상기 루트부의 전단면과 밀착되는 제1유격발생방지 몸체와,
상기 루트부의 후단에 구비되어 상기 루트부의 후단면과 밀착되는 제2유격발생방지 몸체와,
상기 루트부의 전단과 후단에 이격되게 구비되는 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체를 연결하는 연결부재를 포함하고,
상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체 및 상기 연결부재는 일체로 형성되며,
상기 연결부재의 상부면은 상기 루트부의 하부면과 대응되는 형상을 가지고, 상기 연결부재의 하부면은 상기 결합슬롯의 저면과 대응되는 형상을 가지며, 상기 연결부재의 상부면에 상기 루트부가 안착되어 상기 유격발생방지부가 상기 루트부에 장착되고,
상기 결합슬롯의 양측 내측면이 라운드진 형상을 가짐으로써 결합슬롯의 양측 내측면에 집중응력이 발생 시에도 양측 내측면에 크랙이 발생되지 않은 것을 특징으로 하는 블레이드.
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청구항 1에 있어서,
상기 루트부의 전단면과 밀착되는 상기 제1유격발생방지 몸체의 일측단은 상기 루트부의 전단면과 대응되는 형상을 가지고,
상기 루트부의 후단면과 밀착되는 상기 제2유격발생방지 몸체의 일측단은 상기 루트부의 후단면과 대응되는 형상을 가지며,
상기 연결부재는 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체의 하부단에 구비되는 블레이드.
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터빈으로부터 토출된 연소가스가 순환하는 가열유로가 형성된 케이싱과, 상기 케이싱의 내부면에 결합되는 다단의 베인을 포함하는 스테이터;
상기 케이싱의 내부에 설치되는 로터 디스크; 및
상기 로터 디스크에 결합되는 루트부와, 상기 루트부의 상부에 형성되는 생크부와, 상기 생크부의 상부에 형성되는 에어포일과, 상기 루트부의 전단면과 후단면에 대응되게 장착되고, 하부 및 측부가 상기 루트부가 결합되는 디스크의 결합슬롯의 저면 및 양측 내측면에 밀착되는 유격발생방지부를 각각 포함하며, 상기 로터 디스크에 결합되는 복수개의 블레이드를 포함하되,
상기 결합슬롯의 양측 내측면은 라운드진 형상을 가지고, 상부면의 반경 보다 하부면의 반경이 더 크며,
상기 유격발생방지부의 전단과 후단의 측부는 상기 결합슬롯의 상부면 및 하부면의 반경과 동일한 반경을 가지고,
상기 유격발생방지부는 상기 결합슬롯의 저면 및 라운드진 형상을 가지는 양측 내측면과 대응하는 하부 및 측부를 가지도록 교체 가능하게 상기 루트부의 하부면에 장착되며,
상기 유격발생방지부는,
상기 루트부의 전단에 구비되어 상기 루트부의 전단면과 밀착되는 제1유격발생방지 몸체와,
상기 루트부의 후단에 구비되어 상기 루트부의 후단면과 밀착되는 제2유격발생방지 몸체와,
상기 루트부의 전단과 후단에 이격되게 구비되는 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체를 연결하는 연결부재를 포함하고,
상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체 및 상기 연결부재는 일체로 형성되며,
상기 연결부재의 상부면은 상기 루트부의 하부면과 대응되는 형상을 가지고, 상기 연결부재의 하부면은 상기 결합슬롯의 저면과 대응되는 형상을 가지며, 상기 연결부재의 상부면에 상기 루트부가 안착되어 상기 유격발생방지부가 상기 루트부에 장착되고,
상기 결합슬롯의 양측 내측면이 라운드진 형상을 가짐으로써 결합슬롯의 양측 내측면에 집중응력이 발생 시에도 양측 내측면에 크랙이 발생되지 않은 것을 특징으로 하는 압축기.
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청구항 6에 있어서,
상기 루트부의 전단면과 밀착되는 상기 제1유격발생방지 몸체의 일측단은 상기 루트부의 전단면과 대응되는 형상을 가지고,
상기 루트부의 후단면과 밀착되는 상기 제2유격발생방지 몸체의 일측단은 상기 루트부의 후단면과 대응되는 형상을 가지며,
상기 연결부재는 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체의 하부단에 구비되는 압축기.
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타이로드와, 상기 타이로드의 일 측에 설치되며, 압축기 블레이드를 회전시켜 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기와, 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합시켜 연소시키는 연소기와, 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 터빈 블레이드를 이용하여 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하는 가스터빈에 있어서,
상기 압축기 블레이드는,
디스크에 결합되는 루트부와, 상기 루트부의 상부에 형성되는 생크부와, 상기 생크부의 상부에 형성되는 에어포일과, 상기 루트부의 전단면과 후단면에 대응되게 장착되고, 하부 및 측부가 상기 루트부가 결합되는 디스크의 결합슬롯의 저면 및 양측 내측면에 밀착되는 유격발생방지부를 각각 포함하되,
상기 결합슬롯의 양측 내측면은 라운드진 형상을 가지고, 상부면의 반경 보다 하부면의 반경이 더 크며,
상기 유격발생방지부의 전단과 후단의 측부는 상기 결합슬롯의 상부면 및 하부면의 반경과 동일한 반경을 가지고,
상기 유격발생방지부는 상기 결합슬롯의 저면 및 라운드진 형상을 가지는 양측 내측면과 대응하는 하부 및 측부를 가지도록 교체 가능하게 상기 루트부의 하부면에 장착되며,
상기 유격발생방지부는,
상기 루트부의 전단에 구비되어 상기 루트부의 전단면과 밀착되는 제1유격발생방지 몸체와,
상기 루트부의 후단에 구비되어 상기 루트부의 후단면과 밀착되는 제2유격발생방지 몸체와,
상기 루트부의 전단과 후단에 이격되게 구비되는 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체를 연결하는 연결부재를 포함하고,
상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체 및 상기 연결부재는 일체로 형성되며,
상기 연결부재의 상부면은 상기 루트부의 하부면과 대응되는 형상을 가지고, 상기 연결부재의 하부면은 상기 결합슬롯의 저면과 대응되는 형상을 가지며, 상기 연결부재의 상부면에 상기 루트부가 안착되어 상기 유격발생방지부가 상기 루트부에 장착되고,
상기 결합슬롯의 양측 내측면이 라운드진 형상을 가짐으로써 결합슬롯의 양측 내측면에 집중응력이 발생 시에도 양측 내측면에 크랙이 발생되지 않은 것을 특징으로 하는 가스터빈.
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청구항 11에 있어서,
상기 루트부의 전단면과 밀착되는 상기 제1유격발생방지 몸체의 일측단은 상기 루트부의 전단면과 대응되는 형상을 가지고,
상기 루트부의 후단면과 밀착되는 상기 제2유격발생방지 몸체의 일측단은 상기 루트부의 후단면과 대응되는 형상을 가지며,
상기 연결부재는 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체의 하부단에 구비되는 가스터빈.
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블레이드의 루트부가 결합되는 디스크의 결합슬롯의 양측 내측면을 상부면의 반경보다 하부면의 반경이 크도록 형성하는 단계;
상기 디스크의 결합슬롯에 장착되는 상기 블레이드의 루트부 전단면과 후단면을 성형하는 단계;
상기 블레이드의 루트부 전단면과 후단면에 장착되어 상기 루트부가 결합되는 디스크의 결합슬롯의 저면 및 양측 내측면에 밀착되며, 상기 결합슬롯의 저면 및 양측 내측면과 상기 루트부의 하부면 및 양측 둘레면 사이에 유격이 발생하지 않도록 하는 유격발생방지부를 형성하는 단계; 및
상기 유격발생방지부가 장착된 상기 블레이드의 루트부를 상기 디스크의 결합슬롯에 삽입하는 단계를 포함하되,
상기 결합슬롯의 양측 내측면은 라운드진 형상을 가지고, 상부면의 반경 보다 하부면의 반경이 더 크며,
상기 유격발생방지부의 전단과 후단의 측부는 상기 결합슬롯의 상부면 및 하부면의 반경과 동일한 반경을 가지고,
상기 유격발생방지부는 상기 결합슬롯의 저면 및 라운드진 형상을 가지는 양측 내측면과 대응하는 하부 및 측부를 가지도록 교체 가능하게 상기 루트부의 하부면에 장착되며,
상기 유격발생방지부는,
상기 루트부의 전단에 구비되어 상기 루트부의 전단면과 밀착되는 제1유격발생방지 몸체와,
상기 루트부의 후단에 구비되어 상기 루트부의 후단면과 밀착되는 제2유격발생방지 몸체와,
상기 루트부의 전단과 후단에 이격되게 구비되는 상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체를 연결하는 연결부재를 포함하고,
상기 제1유격발생방지 몸체와 상기 제2유격발생방지 몸체 및 상기 연결부재는 일체로 형성되며,
상기 연결부재의 상부면은 상기 루트부의 하부면과 대응되는 형상을 가지고, 상기 연결부재의 하부면은 상기 결합슬롯의 저면과 대응되는 형상을 가지며, 상기 연결부재의 상부면에 상기 루트부가 안착되어 상기 유격발생방지부가 상기 루트부에 장착되고,
상기 결합슬롯의 양측 내측면이 라운드진 형상을 가짐으로써 결합슬롯의 양측 내측면에 집중응력이 발생 시에도 양측 내측면에 크랙이 발생되지 않은 것을 특징으로 하는 블레이드 성형 보수 방법.
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