KR20090069962A - 고압 터빈용 회전체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러 시스템에 의한 고압증기 또는 유압 장치 등의 압력발생장치에서 발생되는 작동유체를 작동 에너지로 사용할 수 있는 고압 터빈용 회전체에 관한 것으로서, 중앙에 축공이 형성되고 외주면에 결합용 단턱부를 구비하는 회전원판과, 상기 회전원판의 단턱부에 대응하는 단턱부를 통해 상기 회전원판에 끼워져 결합되며 둘레에 스팀압력을 유도하여 회전력으로 전환시키기 위한 다수의 회전유도날개가 일체로 가공 배설된 링 형상의 블레이드와, 상기 블레이드에 배설된 상기 다수의 회전유도날개의 외측에 결합되는 링형의 라이너를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 모든 회전유도날개가 단일체로 가공 구성됨으로써, 회전체의 고속회전에도 회전유도날개의 유동이나 이탈을 완벽하게 억제할 수 있고, 견고하고 안정된 결합상태로 인한 터빈의 출력효율을 증대할 수 있으며, 또한 단일체의 링형의 라이너가 회전유도날개 전 둘레를 커버함으로써 작동 시 스팀압력의 누출로 인한 손실을 방지할 수 있는 것이다.

스팀터빈, 발전기, 회전체, 회전유도날개, 라이너.

Description

고압 터빈용 회전체{Impeller for high pressure steam turbine}

본 발명은 보일러 시스템에 의한 고압증기 또는 유압 장치 등의 압력발생장치에서 발생되는 작동유체를 작동 에너지로 사용할 수 있는 고압터빈용 회전체에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 회전원판의 외주면에 결합구조를 두고 이에 유입되는 스팀압력을 유도하여 회전력으로 전환시키기 위한 다수의 회전유도날개를 둘레에 일체로 구비하는 블레이드를 결합 고정시킨 상태에서 블레이드의 외측에 링형의 라이너를 고정부재를 통해 긴밀하게 결합 고정토록 한 것으로, 모든 회전유도날개가 단일체로 가공 구성됨으로 인해 회전체의 고속회전에도 회전유도날개의 유동이나 이탈을 완벽하게 억제할 수 있고, 견고하고 안정된 결합상태를 유지하므로 터빈의 출력효율을 증대시킬 수 있으며, 또한 단일체의 링형의 라이너가 회전유도날개 전 둘레를 커버함으로써 작동 시 스팀압력의 누출로 인한 손실을 방지할 수 있도록 한 고압터빈용 회전체에 관한 것이다.

보일러 시스템에 의한 고압증기 또는 유압 장치 등의 압력발생장치에서 발생되는 작동유체를 작동 에너지로 사용할 수 있도록 구성되는 압력발생장치에 축류형 다단 터빈과 제너레이터로 구성되는 발전 유니트를 연결 설치하는 공지의 터빈을 이용하는 발전 시스템이 알려지고 있으며, 이에 적용되는 터빈의 하우징 내부에는 유체통로를 통해 고압으로 유입되는 작동유체에 접촉되어 회전함으로써 발전을 위한 동력을 만들어 내는 회전체(임펠러)가 설치되어 있다.

도 7은 종래의 고압터빈용 회전체를 보이는 정면도이다.

도 7에 있어서, 기존의 회전체(1B)는 회전원판(10B)의 둘레에 등 간격으로 다수의 결합홈(11B)을 두고 각 결합홈(11B)에는 개별적으로 구성되는 날개체(20B)를 끼워 결합하게 되어 있다.

각 날개체(20B)는 내측단에 상기 결합홈(11B)에 끼워져 결합되는 결속편(21B)이 마련되고, 외측단에는 스팀압력의 누출을 방지하기 위한 라이너부(22B)를 구비하여 각각의 날개체(20B)와 라이너부(22B)를 용접하여 날개체(20B)와 라이너부(22B)를 고정시킨다.

그러나 상기한 종래의 고압터빈용 회전체(1B)는 날개체(20B)의 결속편(21B)을 결합하기 위해 회전원판(10B)의 둘레에 복잡한 형태의 다수의 결합홈(11B)을 가공하여야 하고, 각 결합홈(11B)마다 개별적으로 끼워지는 결속편(21B)을 가진 낱개로 된 다수의 날개체(20B)를 일일이 가공하여야 하는 어려움이 있었다.

또한, 회전체(1B)에 결합홈(11B)을 가공하기 때문에 회전원판(10B)의 구조가 복잡하게 되고 회전체(1B)의 구성 부품수가 매우 많게 되어 제조가 까다로워 그 작업성이 저하되며, 날개체(20B)의 수에 비례하여 날개체(20B)의 불량률이 증가될 뿐 만 아니라, 그 가공비용이 커짐으로써 제조원가의 상승을 초래하는 문제도 있었다.

또한, 끼움 결합 부위의 형상이 복잡하여 가공 정밀도를 높이기 어려워 조립성이 저하되며 제조원가가 상승되는 문제도 있었다.

또한, 각 날개체(20B)와 라이너부(22B)의 용접 시 용접 부위가 많게 되면 용접시 발생되는 열에 의해 라이너부(22B)의 변형우려가 있어 국소 용접을 할 수밖에 없고, 이로 인해 각 날개체(20B)와 라이너부(22B)의 결합에 대한 견고성이 저하되어 고속회전 시 용접부위가 변형되거나 용접부위가 훼손되어 결합홈 내에서 날개체가 유동을 초래하게 됨으로써, 날개체 간에 틈새를 발생시키게 되고, 결국 스팀압력의 누출로 인해 터빈의 출력효율을 저하시키는 문제도 있었다.

또한, 라이너부(22B)와 하우징과의 마찰로 인해 소음이 발생되고, 이러한 마찰은 날개체(20B)와 라이너부(22B) 등에 열발생의 원인이 되고, 각 부품의 열발생에 의한 마모정도의 상승이나 내구성의 단축 등이 발생되는 문제도 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 회전체의 고속회전에도 회전유도날개의 유동이나 이탈을 완벽하게 억제할 수 있고, 견고하고 안정된 결합상태를 유지하므로 터빈의 출력효율을 증대시킬 수 있으며, 작동 시 스팀압력의 누출로 인한 손실을 방지할 수 있는 고압 터빈용 회전체를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고압 터빈용 회전체는 중앙에 축공이 형성되고 외주면에 결합용 단턱부를 구비하는 회전원판과, 상기 회전원판의 단턱부에 대응하는 단턱부를 통해 상기 회전원판에 끼워져 결합되며 둘레에 스팀압력을 유도하여 회전력으로 전환시키기 위한 다수의 회전유도날개가 일체로 가공 배설된 링 형상의 블레이드와, 상기 블레이드에 배설된 상기 다수의 회전유도날개의 외측에 결합되는 링형의 라이너를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 고압 스팀터빈용 회전체에 있어서, 상기 회전원판은 탄소강으로 이루어지고, 상기 블레이드는 크롬강으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 고압 스팀터빈용 회전체에 있어서, 상기 회전원판과 상기 블레이드의 결합은 용접 또는 핀박음, 코터박음 중 어느 하나를 통하여 일체로 고정되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 고압 스팀터빈용 회전체에 있어서, 상기 회전유도날개의 외측에 결합되는 상기 링형의 라이너는 별도의 고정부재로 결합되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 고압 스팀터빈용 회전체에 있어서, 상기 고정부재는 각 회전유도날개마다 체결 고정되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 고압 스팀터빈용 회전체에 있어서, 상기 고정부재의 외측단부는 라이너의 표면으로 돌출되지 않는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명은 모든 회전유도날개가 개별체가 아닌 단일체로 가공 구성됨으로 인해 구성 부품수가 최소화되어 제조가 간편하고 작업성이 향상되며, 불량률의 저하와 제조원가의 절감을 기할 수 있다.

또한, 회전체의 고속회전에도 회전유도날개의 유동이나 이탈을 완벽하게 억제할 수 있어 소음과 과열의 배제와 사용수명의 향상 및 터빈의 출력효율을 증대할 수 있다.

또한, 단일체의 링형 라이너가 회전유도날개의 전체 둘레를 긴밀하고 견고하게 커버함으로써 작동 시 스팀압력의 누출로 인한 손실을 방지할 수 있는 효과도 있다.

또한, 다수의 회전유도날개(22)와 라이너(30)의 고정을 용접에 의하지 않고 볼트 등의 고정부재를 사용함으로써, 회전유도날개(22)와 라이너(30)의 고정을 확실하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 라이너(30)의 열변형을 발생시키지 않는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고압터빈용 회전체의 일 실시예를 보이는 조립 사시도이고, 도 2는 도 1의 분리 사시도이고, 도 3은 도 1의 종단면 예시도이며, 도 4는 도 3의 분리도이다.

도 1 내지 도 4에 있어서, 본 발명의 회전체(1)는 중앙에 축공(2)이 형성되고 외주면에 결합용 단턱부(11)를 구비하는 회전원판(10)을 구비하고 있다.

또, 상기 회전원판(10)의 단턱부(11)에 대응하는 단턱부(21)를 통해 상기 회전원판(10)에 일체로 끼워져 결합되며 둘레에 스팀압력을 유도하여 회전력으로 전환시키기 위한 다수의 회전유도날개(22)를 등 간격으로 배설하는 원형 링 형상의 블레이드(20)를 구비한다.

그리고, 회전원판(10)은 다수의 회전유도날개(22)가 일체로 형성된 블레이드(20)의 내부에 형성된 공간에 끼워진다.

또한, 고정부재(31)를 통해 상기 블레이드(20)에 일체로 형성된 다수의 회전유도날개(22)들의 외측에는 링형의 라이너(30)가 결합되도록 되어 있다.

도 6은 본 발명의 회전체를 터빈에 적용한 일 실시예를 보이는 단면 예시도이다.

도 6에 있어서, (T)는 터빈이고, (H)는 하우징이며, (N)은 유체공급노즐판이며, (S)는 회전축을 보인 것이다.

도 1 내지 도 4에 의해 상기와 같이 설명된 본 발명의 회전체(1)는 임의의 발전 시스템 등에 적용되는 스팀 터빈(T)에 적용하는 경우 도 6에서와 같이 터빈(T)의 하우징(H) 내부에 고정 상태로 구성되는 다단의 유체공급노즐판(N)과 각각 근접 상태로 회전 가능하게 축설되며, 각 유체공급노즐판(N)을 통해 분산 공급되는 고압의 작용유체에 의해 회전되면서 중앙에 고정된 회전축(S)을 회전시켜 발전을 하게 되는 것으로, 이후의 발전 과정은 이미 공지된 사항이므로 추가적인 설명은 생략하기로 한다.

한편 가공된 회전원판(10)의 단턱부(11)에는 블레이드(20)를 끼워 결합시키기 위하여 회전원판(10)은 냉각하여 그 크기를 수축시키고, 블레이드(20)는 가열하여 회전원판(10)이 끼워질 공간부의 크기를 팽창시겨 회전원판(10)을 블레이드(20)에 간편하게 끼워준 후, 회전원판(10)의 상온 복귀로 인한 팽창과 블레이드(20)의 상온으로의 냉각으로 인한 수축을 통해 회전원판(10)과 블레이드(20)는 견고하게 결합될 수 있게 된다.

또한 결합된 블레이드(20)는 추가적으로 용접이나 핀박음 또는 코터를 이용하여 보다 안정성 있게 회전원판(10)에 고정시키도록 한다.

도 5는 본 발명의 일 요부인 라이너와 회전유도날개의 결합상태를 보이는 요부 단면도이다.

도 5에 있어서, 블레이드(20)의 외주면에 결합되는 링형의 라이너(30)는 보울트 등의 고정부재(31)를 통해 블레이드(20)에 일체로 형성된 각 회전유도날개(22)와 체결 고정된다.

그 고정 완료 후에 회전체의 회전에 지장을 주지 않도록 보울트의 머리부를 절단하여 제거하고 정밀하게 다듬어 터빈 하우징의 내면과 접촉되는 것을 방지하도록 한다.

이와 같은 회전원판(10)의 재질은 특정소재로 한정되는 것은 아니지만 탄소강을 사용하는 것이 바람직하고, 회전원판(10)에 결합되는 블레이드(20)는 고압의 스팀과 상시 접촉하게 되므로 강도가 높고 내열이 우수하며 조립을 위한 가열 시 균열이 잘 일어나지 않도록 크롬강을 사용하는 것이 바람직하다.

상기에서 본 발명의 모든 회전유도날개(22)는 블레이드(20)의 가장자리에 앤드밀 등의 절삭용 공작기계를 사용하여 일체로 가공되는 것이므로 개별체로 구성되어 일일이 끼워 조립된 후 용접 고정되는 종래의 구조에 비하여 회전체의 고속회전에도 회전유도날개가 영향을 받지 않는 안정된 형상유지가 가능하게 되며 조립해야하는 구성 부품수를 대폭적으로 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 단일체의 링형 라이너(30)가 전 회전유도날개(22)의 전 둘레를 긴밀하고 견고하게 커버하는 상태로 설치됨으로써 회전유도날개(22)를 통과하는 스팀압력이 외주연 방향으로 누설되는 것을 완벽하게 차단할 수 있게 되어 유입된 스팀압력의 손실이 발생되지 않고 터빈의 회전력으로 전환할 수 있어 터빈의 출력효율을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 실시 예를 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다.

도 1은 본 발명에 따른 고압터빈용 회전체의 일 구성 예를 보이는 조립 사시도.

도 2는 도 1의 분리 사시도.

도 3은 도 1의 종단면 예시도.

도 4는 도 3의 분리도.

도 5는 본 발명의 일 요부인 라이너와 회전유도날개의 결합상태를 보이는 요부 단면도.

도 6은 본 발명의 회전체를 터빈에 적용한 일 구성 예를 보이는 단면 예시도.

도 7은 종래의 고압터빈용 회전체를 보이는 정면도.

〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉

1 : 회전체 2 : 축공

10 : 회전원판 11, 21 : 단턱부

20 : 블레이드 22 : 회전유도날개

30 : 라이너

Claims (6)

1. 중앙에 축공이 형성되고 외주면에 결합용 단턱부를 구비하는 회전원판과,

   상기 회전원판의 단턱부에 대응하는 단턱부를 통해 상기 회전원판에 끼워져 결합되며 둘레에 스팀압력을 유도하여 회전력으로 전환시키기 위한 다수의 회전유도날개가 일체로 가공 배설된 링 형상의 블레이드와,

   상기 블레이드에 배설된 상기 다수의 회전유도날개의 외측에 결합되는 링형의 라이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 터빈용 회전체.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 회전원판은 탄소강으로 이루어지고, 상기 블레이드는 크롬강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고압 터빈용 회전체.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 회전원판과 상기 블레이드의 결합은 용접 또는 핀박음, 코터박음 중 어느 하나를 통하여 일체로 고정되는 것을 특징으로 하는 고압 터빈용 회전체.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 회전유도날개의 외측에 결합되는 상기 링형의 라이너는 별도의 고정부재로 결합되는 것을 특징으로 하는 고압 터빈용 회전체.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 고정부재는 각 회전유도날개마다 체결 고정되는 것을 특징으로 하는 고압 터빈용 회전체.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 고정부재의 외측단부는 라이너의 표면으로 돌출되지 않는 것을 특징으로 하는 고압 터빈용 회전체.

Images