KR20190029963A

KR20190029963A - 터빈 블레이드의 냉각구조 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈

Info

Publication number: KR20190029963A
Application number: KR1020170117096A
Authority: KR
Inventors: 장윤창
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2019-03-21
Also published as: US10662777B2; US20190078439A1; EP3456925B1; EP3456925A1

Abstract

본 발명은 가스터빈의 타이로드 외측면에 설치되며, 가스터빈의 압축기로부터 공급받은 냉각공기가 터빈 블레이드 루트부재로 유동하는 냉각유로 및 상기 냉각유로에서 분기되는 분기유로가 형성되는 터빈 디스크; 상기 터빈 디스크의 슬롯에 장착되는 터빈 블레이드; 상기 터빈 블레이드의 양측에 배치되어 상기 슬롯에 장착된 상기 터빈 블레이드의 이탈을 방지하고, 상기 분기유로와 연통되며 상기 터빈 블레이드와의 사이에 상기 분기유로를 통해 냉각공기가 유입되는 챔버부가 형성되는 리테이너; 및 상기 리테이너의 일측에 배치되어 상기 리테이너를 상기 터빈 디스크에 고정시키는 고정부재를 포함하는 터빈 블레이드의 냉각구조 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈을 제공한다.
따라서, 터빈 디스크의 구조와 터빈 블레이드를 지지하는 리테이너의 구조를 개선하여 터빈 블레이드의 냉각효율을 향상시킬 수 있고, 리테이너 후면에 형성되는 냉각공간을 반경방향으로 복수개로 분할하여 냉각공기가 터빈 블레이드 루트부재의 반경방향 외측으로 순차적으로 이동하여 터빈 블레이드를 냉각함으로써 터빈 블레이드의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

터빈 블레이드의 냉각구조 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈{Cooling structure of Turbine blade and turbine and gas turbine comprising the same}

본 발명은 터빈 블레이드의 냉각구조 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스터빈의 터빈 블레이드를 고정하는 터빈 디스크와 리테이너의 구조를 개선하여 터빈 블레이드의 냉각효율을 향상시킬 수 있는 터빈 블레이드의 냉각구조 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈에 관한 것이다.

일반적으로 가스터빈은 압축 공기와 연료의 혼합물을 연소하여 고온의 연소 가스를 생성하고, 상기 연소가스를 터빈의 블레이드 측으로 분사하여 회전력을 얻는 원동기의 일종이다.

도 1을 참조하면, 상기 가스터빈(1)은 압축기유닛(20), 연소기유닛(30) 및 터빈유닛(40)으로 이루어지는데, 상기 압축기유닛(20)은 터빈유닛(40)에서 생성된 동력에 의하여 회전되어 흡입부(10)에서 흡입된 공기를 압축하고, 상기 압축기유닛(20)에 의하여 압축된 공기는 연료에 의하여 분사된 연료와 혼합되어 상기 연소기유닛(30)으로 공급된다. 상기 연소기유닛(30)은 압축공기와 연료가 혼합된 혼합기를 혼합 연소시켜 고온의 연소가스를 생성하여 후단의 터빈유닛(40)으로 공급한다.

상기 터빈유닛(40)은 공급된 연소가스에 의하여 회전력을 발생시키며, 상기 터빈유닛(40)에서 배출된 가스는 배출부를 통하여 외부로 배출된다.

도 2를 참조하면, 상기 터빈유닛(40)은 외주부에 방사상으로 결합되는 블레이드(41)를 갖는 로터부(42)를 포함하며, 상기 로터부(42)는 주위에 둘레방향으로 배치된 리테이너(45)를 구비한다.

상기 리테이너(45)는, 로터부(42)의 결합홈에 샤프트(60)의 축방향으로 삽입되어 상기 로터부(42)와 결합된 블레이드(41)가 상기 로터부(42)에서 이탈되는 것을 방지한다. 또한, 상기 리테이너(45)는 상기 로터부(42)의 전후면에 결합되어, 상기 로터부(42)의 외측에 냉각공기가 유입되는 공간을 형성하여 상기 터빈유닛(40)에 공급되는 고온의 연소가스가 블레이드(41) 및 중앙의 로터부(42) 온도를 상승시켜 블레이드 및 로터의 수명을 저하시키는 것을 감소시킨다.

도 3은 리테이너의 배면도이다. 도 3을 참조하면, 각 리테이너(45)의 배면에는 냉각공기가 유입되는 1개의 냉각공간(46)이 각각 형성된다. 전단에 배치된 압축기유닛(20)에서 압축된 압축공기의 일부가 로터부(42)를 통하여 상기 냉각공간(46)으로 유입될 수 있으며, 상기 냉각공간(46)으로 유입된 공기는 상기 로터부(42) 및 블레이드(41)가 과열되는 것을 방지한다.

그러나, 종래의 리테이너(45)의 배면에는 냉각공간이 1개로 형성되어, 상기 냉각된 공기가 블레이드와 로터부의 결합부 측을 냉각하기 전에 외측으로 바로 이동되어 블레이드 및 로터부의 냉각효율이 떨어진다는 문제점을 가진다.

또한, 종래의 로터부(42)에는 블레이드(41)의 온도를 냉각시키기 위해 로터부(42)에 고정되는 블레이드(41)의 일단에 압축공기를 공급하는 유로(미도시)가 형성되나, 블레이드(41)의 다른 부분으로 압축공기를 공급하는 유로가 형성되지 않아 블레이드의 냉각효율이 저하되는 문제점을 가진다.

이러한 가스터빈의 루터부 및 블레이드를 냉각시키는 종래의 기술은 일본공개특허 제2013-234659에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 기존의 터빈 디스크와 리테이너의 구조를 개선하여 터빈 블레이드로 냉각공기를 유동시키는 냉각유로를 개선함으로써 터빈 블레이드의 냉각효율을 향상시킬 수 있는 터빈 블레이드의 냉각구조 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스터빈의 타이로드 외측면에 설치되며, 가스터빈의 압축기로부터 공급받은 냉각공기가 터빈 블레이드 루트부재로 유동하는 냉각유로 및 상기 냉각유로에서 분기되는 분기유로가 형성되는 터빈 디스크; 상기 터빈 디스크의 슬롯에 장착되는 터빈 블레이드; 상기 터빈 블레이드의 양측에 배치되어 상기 슬롯에 장착된 상기 터빈 블레이드의 이탈을 방지하고, 상기 분기유로와 연통되며 상기 터빈 블레이드와의 사이에 상기 분기유로를 통해 냉각공기가 유입되는 챔버부가 형성되는 리테이너; 및 상기 리테이너의 일측에 배치되어 상기 리테이너를 상기 터빈 디스크에 고정시키는 고정부재를 포함하는 터빈 블레이드의 냉각구조를 제공한다.

본 발명에 따른 터빈 블레이드의 냉각구조에 있어서, 상기 챔버부는 격벽부에 의해 복수개의 부분챔버로 분할될 수 있으며, 상기 터빈 디스크와 인접하게 위치하는 부분챔버가 상기 분기유로와 연통될 수 있다.

상기 격벽부는 서로 이격되게 구비되는 복수개의 격벽을 포함할 수 있으며, 복수개의 격벽에는 상기 부분챔버 내의 냉각공기가 유동하는 유동홀이 형성될 수 있고, 상기 격벽에 형성된 유동홀은 인접하는 격벽에 형성된 유동홀과 어긋나게 형성될 수 있다.

상기 터빈 블레이드 루트부재는 피어트리(FIR TREE) 형상으로 이루어질 수 있고, 상기 리테이너는 상기 터빈 블레이드의 양측에 배치되어 상기 터빈 디스크의 슬롯 양측을 밀폐시킬 수 있다.

본 발명에 따른 터빈 블레이드의 냉각구조는, 상기 리테이너에 구비되며 상기 분기유로에서 상기 챔버부로 공급되는 냉각공기의 유량을 조절하는 밸브부재와, 상기 밸브부재의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈에 있어서, 일측에 가스 유입구가 형성되고 타측에 가스배출구가 형성되며 내부에 가스 유동공간을 형성하는 터빈 케이싱; 압축기로부터 공급받은 냉각공기가 유동하는 냉각유로 및 상기 냉각유로에서 분기되는 분기유로가 형성되는 복수의 터빈 디스크와, 상기 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 로터; 상기 터빈 블레이드 사이에 배치되도록 상기 터빈 케이싱의 내측에 설치되는 복수의 터빈 베인; 상기 터빈 블레이드의 양측에 배치되어 상기 터빈 블레이드에 장착된 상기 터빈 블레이드의 이탈을 방지하고, 상기 분기유로와 연통되며 상기 터빈 블레이드와의 사이에 상기 분기유로를 통해 냉각공기가 유입되는 챔버부가 형성되는 리테이너; 및 상기 리테이너의 일측에 배치되어 상기 리테이너를 상기 터빈 디스크에 고정시키는 고정부재를 포함하는 터빈을 제공한다.

본 발명에 따른 터빈에 있어서, 상기 챔버부는 격벽부에 의해 복수개의 부분챔버로 분할될 수 있으며, 상기 터빈 디스크와 인접하게 위치하는 부분챔버가 상기 분기유로와 연통될 수 있다.

본 발명에 따른 터빈은, 상기 리테이너에 구비되며 상기 분기유로에서 상기 챔버부로 공급되는 냉각공기의 유량을 조절하는 밸브부재와, 상기 밸브부재의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 외부에서 공급되는 공기를 압축시키는 압축기; 상기 압축기로부터 공급된 압축공기와 연료를 연소시켜 작동가스를 생성하는 연소기; 및 일측에 가스 유입구가 형성되고 타측에 가스배출구가 형성되며 내부에 가스 유동공간을 형성하는 터빈 케이싱과, 압축기로부터 공급받은 냉각공기가 유동하는 냉각유로 및 상기 냉각유로에서 분기되는 분기유로가 형성되는 복수의 터빈 디스크와, 상기 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 로터와, 상기 터빈 블레이드 사이에 배치되도록 상기 터빈 케이싱의 내측에 설치되는 복수의 터빈 베인과, 상기 터빈 블레이드의 양측에 배치되어 상기 터빈 블레이드에 장착된 상기 터빈 블레이드의 이탈을 방지하고, 상기 분기유로와 연통되며 상기 터빈 블레이드와의 사이에 상기 분기유로를 통해 냉각공기가 유입되는 챔버부가 형성되는 리테이너와, 상기 리테이너의 일측에 배치되어 상기 리테이너를 상기 터빈 디스크에 고정시키는 고정부재를 포함하는 터빈을 포함하는 가스터빈을 제공한다.

본 발명에 따른 가스터빈에 있어서, 상기 챔버부는 격벽부에 의해 복수개의 부분챔버로 분할될 수 있으며, 상기 터빈 디스크와 인접하게 위치하는 부분챔버가 상기 분기유로와 연통될 수 있다.

본 발명에 따른 가스터빈은, 상기 리테이너에 구비되며 상기 분기유로에서 상기 챔버부로 공급되는 냉각공기의 유량을 조절하는 밸브부재와, 상기 밸브부재의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 터빈 블레이드의 냉각구조 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈은 터빈 디스크의 구조와 터빈 블레이드를 지지하는 리테이너의 구조를 개선하여 터빈 블레이드의 냉각효율을 향상시킬 수 있고, 리테이너 후면에 형성되는 냉각공간을 반경방향으로 복수개로 분할하여 냉각공기가 터빈 블레이드 루트부재의 반경방향 외측으로 순차적으로 이동하여 터빈 블레이드를 냉각함으로써 터빈 블레이드의 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 가스터빈의 구성도이다.
도 2는 종래 터빈유닛의 일부 단면도이다.
도 3은 종래 터빈유닛의 리테이너의 배면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터빈 블레이드가 터빈 디스크에 장착되는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터빈 블레이드와 터빈 디스크의 결합부위 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리테이너의 배면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변형된 터빈 디스크에 터빈 블레이드가 결합된 부위를 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 터빈 블레이드의 냉각구조 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈에 대해 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈(10)은 타이로드(100)와, 압축기(200)와, 토크튜브(300)와, 연소기(400)와, 터빈(1000)을 포함하며, 상기 타이로드(100)는 상기 가스터빈(10)의 중심부를 가로지르도록 설치되는 봉 부재이고, 상기 타이로드(100)는 압축기(200)와 터빈(1000)을 체결시키는 역할을 한다.

상기 가스터빈(10)은 하우징(10a)을 구비하고 있고, 상기 하우징(10a)의 후측에는 상기 터빈(1000)을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저(10b)가 구비되어 있으며, 상기 디퓨저(10b)의 앞쪽에는 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(400)가 배치된다.

공기의 흐름을 기준으로 설명하면, 상기 하우징(10a)의 상류측에 압축기(200)가 위치하고, 하류 측에는 터빈(1000)이 배치된다. 상기 압축기(200)와 상기 터빈(1000)의 사이에는 상기 터빈(1000)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기(200)로 전달하는 토크전달부재로서의 토크튜브(300)가 배치되는 것이 바람직하다.

상기 압축기(200)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 디스크(220)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 디스크(220)들은 타이로드(100)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

상기 각각의 압축기 디스크(220)는 대략 중앙을 상기 타이로드(100)가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있으며, 이웃한 각각의 압축기 디스크(220)는 대향하는 면이 상기 타이로드(100)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.

상기 압축기 디스크(220)의 외주면에는 복수 개의 압축기 블레이드(240)가 방사상으로 결합되어 있으며, 상기 각각의 압축기 블레이드(240)는 압축기 블레이드 루트부재(260)를 구비하여 상기 압축기 디스크(220)에 체결된다.

상기 각각의 압축기 디스크(220)의 사이에는 상기 하우징(10a)에 고정되어 배치되는 압축기 베인(280)이 위치한다. 상기 압축기 베인(280)은 상기 압축기 디스크(220)와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 상기 압축기 디스크(220)의 압축기 블레이드(240)를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 압축기 디스크(220)의 압축기 블레이드(240)로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.

상기 압축기 블레이드 루트부(260)의 체결방식은 탄젠셜 타입(Tangential type)과 액셜 타입(Axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있으며, 통상적으로 알려진 도브테일 또는 전나무 형태(Fir-tree)를 가질 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키이 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 압축기 블레이드를 압축기 로터 디스크에 체결할 수 있다.

상기 타이로드(100)는 상기 복수 개의 압축기 디스크(220)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 디스크(220) 내에 체결되고, 타측 단부는 상기 토크튜브(300) 내에서 고정된다.

상기 연소기(400)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.

상기 연소기(400)에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈(1000)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크튜브(300)를 거쳐 압축기(200)로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

상기 터빈(1000)은 기본적으로 상기 압축기(200)의 구조와 유사하며, 상기 터빈(1000)은 터빈 케이싱(1100)과, 터빈 로터(1200), 터빈 베인(1300)과, 리테이너(1400)와, 고정부재(1500)를 포함한다.

상기 터빈 케이싱(1100)은 일측에 가스 주입구가 형성되고 타측에는 상기 터빈 케이싱(1100) 내부로 유동한 가스 배출구가 형성되며, 상기 터빈 케이싱(1100)의 내부에는 복수의 터빈 로터(1200)가 다단으로 배치되고, 상기 터빈 로터(1200)는 복수의 터빈 디스크(1210)와, 복수의 터빈 블레이드(1220)를 포함한다.

도 5를 참조하면, 상기 복수의 터빈 디스크(1210) 외측면에 복수의 터빈 블레이드(1220)가 결합되며, 상기 복수의 터빈 디스크(1210)는 방사상으로 상기 타이로드(100)의 외주면에 구비되어 상기 연소기(400)로부터 공급되는 연소가스에 의해 회전하게 된다.

상기 터빈 블레이드(1220)는 도브테일 등의 방식으로 상기 터빈 디스크(1210)에 결합되며, 다단으로 상기 타이로드(100)의 외주면에 구비되는 상기 터빈 블레이드(1220)의 사이에는 터빈 케이싱(1100)에 고정되는 복수의 터빈 베인(1300)이 구비되고, 상기 복수의 터빈 베인(1300)은 상기 터빈 블레이드(1220)를 통과한 연소가스의 흐름을 가이드하는 역할을 한다.

도 6를 참조하면, 상기 터빈 디스크(1210)에는 상기 압축기(200)로부터 공급받은 냉각공기가 유동하는 냉각유로(1212)와, 상기 냉각유로(1212)에서 분기되는 분기유로(1214)가 형성되며, 상기 터빈 디스크(1210)의 둘레면에는 상기 터빈 블레이드의 루트부재(1222)가 장착되는 슬롯(1216)이 형성된다. 상기 터빈 블레이드의 루트부재(1222)가 상기 슬롯(1216)에 장착됨으로써 상기 터빈 디스크(1210)에 상기 터빈 블레이드(1220)가 결합되게 된다.

상기 복수의 터빈 베인(1300)은 상기 터빈 케이싱(1100)의 원주방향을 따라서 다단으로 형성되며, 상기 복수의 터빈 베인(1300)은 상기 타이로드(100)의 축방향을 따라 상기 터빈 블레이드(1220)와 순차적으로 엇갈리게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 슬롯(1216)에 장착되는 상기 터빈 블레이드(1220) 양측에는 리테이너(1400)가 배치되며, 바람직하게는 터빈 블레이드 루트부재(1222)의 양측에 배치되고, 상기 리테이너(1400)는 상기 슬롯(1216)에 장착되는 상기 터빈 블레이드(1220)의 이탈을 방지하는 역할을 한다.

상기 터빈 블레이드 루트부재(1222)는 피어트리(FIR TREE) 형상을 가지며, 상기 슬롯(1216)은 상기 터빈 블레이드 루트부재(1222)와 대응되는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 상기 리테이너(1400)에 상기 터빈 블레이드 루트부재(1222)의 양측에 배치됨으로써 상기 리테이너(1400)에 의해 상기 슬롯(1216)의 양측이 밀폐되고, 상기 슬롯(1216)으로 연통되는 상기 냉각유로(1212)로 유동된 냉각공기가 상기 터빈 블레이드 루트부재(1222)를 냉각시키며 냉각공기가 유출되는 것을 방지하여 냉각효율을 향상시키게 된다.

상기 터빈 디스크(1210)에는 상기 리테이터(1400)가 장착되는 장착홈이 형성되는 것이 바람직하며, 상기 장착홈에 장착되는 상기 리테이터(1400)는 고정부재(1500)에 의해 고정된다. 상기 고정부재(1500)가 상기 장착홈에 삽입됨으로써 상기 리테이너(1400)가 상기 터빈 디스크(1210)의 일면에 고정되어 상기 슬롯(1216)의 일측을 밀폐시키게 된다.

상기 리테이터(1400)에는 챔버부(1410)가 형성되고, 상기 챔버부(1410)는 상기 터빈 디스크(1210)에 형성된 분기유로(1214)와 연통되어 상기 압축기(200)에서 공급되는 냉각공기가 유입되며, 상기 챔버부(1410)로 유입된 냉각공기를 이용하여 상기 리테이터(1400)는 상기 터빈 블레이드(1220)를 냉각시키게 된다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 챔버부(1410)는 격벽부(1412)에 의해 복수개의 부분챔버(1414)로 분할되고, 상기 챔버부(1410)를 복수개의 부분챔버(1414)로 분할하는 상기 격벽부(1412)는 복수개의 격벽(1412a)로 이루어지며, 상기 복수개의 격벽(1412a)에는 상기 챔버(1410) 내로 유입된 냉각공기가 유동하는 유동홀(1412b)이 형성된다. 상기 격벽(1412)에 형성되는 상기 유동홀(1412a)은 인접하는 격벽(1412)에 형성된 유동홀(1412a)와 어긋나게 형성되는 것이 바람직하며, 유동홀(1412a)이 어긋나게 형성됨으로써 냉각공기가 상기 부분챔버(1414) 내에서 서시히 유동하여 냉각효율을 증대시키게 된다.

도 8을 참조하면, 상기 터빈 디스크(1210)에는 상기 분기유로(1214)와 대응되게 분기되는 제1분기유로(1214')가 형성될 수 있으며, 상기 제1분기유로(1214')는 상기 분기유로(1214)와 연통되는 리테이너(1400)와 대응되는 위치에 배치되는 리테이터(1400)와 연통되어 상기 압축기(200)에서 공급되는 냉각공기를 상기 리테이터(1400)의 챔버부(1410)으로 공급하며, 상기 챔버부(1410)로 유입된 냉각공기를 이용하여 상기 리테이터(1400)는 상기 터빈 블레이드(1220)를 냉각시키게 된다.

상기 분기유로(1214) 및 상기 제1분기유로(1214')는 상기 터빈 디스크(1210)와 인접하게 위치하는 부분챔버(1414)와 연통되며, 하부에 배치되는 부분챔버(1414)로 유입된 냉각공기는 상기 유동홀(1412b)을 통해 순차적으로 상부에 배치되는 부분챔버(1414)로 유동되면서 상기 챔버부(1410)에 밀착되는 상기 터빈 블레이드 루트부재(1222)를 냉각시키게 된다.

도 5 내지 도 8를 참조하면, 상기 챔버부(1410)는 복수개의 격벽(1412)에 의해 3개의 부분챔버(1414)로 구획되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 냉각공기에 의한 냉각효율을 향상시키기 의해 상기 부분챔버(1414)의 개수를 증가시킬 수 있도록 변형될 수 있다.

상기 리테이너(1400)에는 밸브부재(미도시)가 구비되며, 상기 밸브부재(미도시)는 상기 분기유로(1214)를 통해 상기 챔버부(1410)로 유동되는 냉각공기의 유량을 조절하며, 상기 밸브부재(미도시)의 동작은 제어부(미도시)에 의해 제어되는 것이 바람직하다. 상기 터빈 블레이드(1220)에는 상기 터빈 블레이드(1220)의 온도를 측정하는 온도센서(미도시)가 구비되어 상기 온도센서(미도시)가 측정한 온도를 토대로 하여 상기 제어부(미도시)가 상기 밸브부재(미도시)를 제어하여 상기 챔버부(1410)로 유동되는 냉각공기의 유량을 조절하여 상기 터빈 블레이드(1220)를 냉각시키게 된다.

상기 터빈 디스크(1210)는 상기 터빈 블레이드(1220)가 연소가스에 의해 회전함에 따라 함께 회전하는 회전체이고, 상기 터빈 베인(1300)은 상기 터빈 케이싱(1200)에 고정된 것으로 상기 터빈 블레이드(1220)의 회전과는 무관하게 고정되는 고정체이며, 연소가스가 상기 터빈 블레이드(1220)를 통과하면서 상기 터빈 블레이드(1220)를 밀게 된다. 연소가스가 상기 터빈 블레이드(1220)를 밀게 되면 상기 터빈 블레이드(1220)와 상기 터빈 디스크(1210)는 상기 타이로드(100)를 중심축으로 하여 회전하며, 상기 터빈 블레이드(1220)를 통과한 연소가는 상기 터빈 베인(1300)에 의해 흐름방향이 가이드되면서 디퓨저(10b)를 통해 외부로 배출되게 된다.

상기 터빈 디스크(1210)의 구조와 터빈 블레이드(1220)를 지지하는 리테이너(1400)의 구조를 개선하여 터빈 블레이드(1220)의 냉각효율을 향상시킬 수 있고, 리테이너(1400) 후면에 형성되는 냉각공간인 부분챔버(1414)를 반경방향으로 복수개로 분할하여 냉각공기가 터빈 블레이드 루트부재(1222)의 반경방향 외측으로 순차적으로 이동하여 터빈 블레이드(1220)를 냉각함으로써 터빈 블레이드(1220)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10 : 가스터빈 100 : 타이로드
200 : 압축기 220 : 압축기 디스크
240 : 압축기 블레이드 260 : 압축기 블레이드 루트부재
280 : 압축기 베인 300 : 토크튜브
400 : 연소기 1000 : 터빈
1100 : 터빈 케이싱 1200 : 터빈 로터
1210 : 터빈 디스크 1220 : 터빈 블레이드
1300 : 터빈 베인 1400 : 리테이너
1500 : 고정부재

Claims

가스터빈의 타이로드 외측면에 설치되며, 가스터빈의 압축기로부터 공급받은 냉각공기가 터빈 블레이드 루트부재로 유동하는 냉각유로 및 상기 냉각유로에서 분기되는 분기유로가 형성되는 터빈 디스크;
상기 터빈 디스크의 슬롯에 장착되는 터빈 블레이드;
상기 터빈 블레이드의 양측에 배치되어 상기 슬롯에 장착된 상기 터빈 블레이드의 이탈을 방지하고, 상기 분기유로와 연통되며 상기 터빈 블레이드와의 사이에 상기 분기유로를 통해 냉각공기가 유입되는 챔버부가 형성되는 리테이너; 및
상기 리테이너의 일측에 배치되어 상기 리테이너를 상기 터빈 디스크에 고정시키는 고정부재를 포함하는 터빈 블레이드의 냉각구조.
청구항 1에 있어서,
상기 챔버부는 격벽부에 의해 복수개의 부분챔버로 분할되며,
상기 터빈 디스크와 인접하게 위치하는 부분챔버가 상기 분기유로와 연통되는 터빈 블레이드 냉각구조.
청구항 2에 있어서,
상기 격벽부는 서로 이격되게 구비되는 복수개의 격벽을 포함하며,
복수개의 격벽에는 상기 부분챔버 내의 냉각공기가 유동하는 유동홀이 형성되는 터빈 블레이드의 냉각구조.
청구항 3에 있어서,
상기 격벽에 형성된 유동홀은 인접하는 격벽에 형성된 유동홀과 어긋나게 형성되는 터빈 블레이드의 냉각구조.
청구항 1에 있어서,
상기 터빈 블레이드 루트부재는 피어트리(FIR TREE) 형상으로 이루어지는 터빈 블레이드 냉각구조.
청구항 1에 있어서,
상기 리테이너는 상기 터빈 블레이드의 양측에 배치되어 상기 터빈 디스크의 슬롯 양측을 밀폐시키는 터빈 블레이드의 냉각구조.
청구항 1에 있어서,
상기 리테이너에 구비되며 상기 분기유로에서 상기 챔버부로 공급되는 냉각공기의 유량을 조절하는 밸브부재와,
상기 밸브부재의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 터빈 블레이드의 냉각구조.
연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈에 있어서,
일측에 가스 유입구가 형성되고 타측에 가스배출구가 형성되며 내부에 가스 유동공간을 형성하는 터빈 케이싱;
압축기로부터 공급받은 냉각공기가 유동하는 냉각유로 및 상기 냉각유로에서 분기되는 분기유로가 형성되는 복수의 터빈 디스크와, 상기 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 로터;
상기 터빈 블레이드 사이에 배치되도록 상기 터빈 케이싱의 내측에 설치되는 복수의 터빈 베인;
상기 터빈 블레이드의 양측에 배치되어 상기 터빈 블레이드에 장착된 상기 터빈 블레이드의 이탈을 방지하고, 상기 분기유로와 연통되며 상기 터빈 블레이드와의 사이에 상기 분기유로를 통해 냉각공기가 유입되는 챔버부가 형성되는 리테이너; 및
상기 리테이너의 일측에 배치되어 상기 리테이너를 상기 터빈 디스크에 고정시키는 고정부재를 포함하는 터빈.
청구항 8에 있어서,
상기 챔버부는 격벽부에 의해 복수개의 부분챔버로 분할되며,
상기 터빈 디스크와 인접하게 위치하는 부분챔버가 상기 분기유로와 연통되는 터빈.
청구항 9에 있어서,
상기 격벽부는 서로 이격되게 구비되는 복수개의 격벽을 포함하며,
복수개의 격벽에는 상기 부분챔버 내의 냉각공기가 유동하는 유동홀이 형성되는 터빈.
청구항 10에 있어서,
상기 격벽에 형성된 유동홀은 인접하는 격벽에 형성된 유동홀과 어긋나게 형성되는 터빈.
청구항 8에 있어서,
상기 터빈 블레이드 루트부재는 피어트리(FIR TREE) 형상으로 이루어지는 터빈.
청구항 8에 있어서,
상기 리테이너는 상기 터빈 블레이드의 양측에 배치되어 상기 터빈 디스크의 슬롯 양측을 밀폐시키는 터빈.
청구항 8에 있어서,
상기 리테이너에 구비되며 상기 분기유로에서 상기 챔버부로 공급되는 냉각공기의 유량을 조절하는 밸브부재와,
상기 밸브부재의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 터빈.
외부에서 공급되는 공기를 압축시키는 압축기;
상기 압축기로부터 공급된 압축공기와 연료를 연소시켜 작동가스를 생성하는 연소기; 및
일측에 가스 유입구가 형성되고 타측에 가스배출구가 형성되며 내부에 가스 유동공간을 형성하는 터빈 케이싱과,
압축기로부터 공급받은 냉각공기가 유동하는 냉각유로 및 상기 냉각유로에서 분기되는 분기유로가 형성되는 복수의 터빈 디스크와, 상기 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 로터와,
상기 터빈 블레이드 사이에 배치되도록 상기 터빈 케이싱의 내측에 설치되는 복수의 터빈 베인과,
상기 터빈 블레이드의 양측에 배치되어 상기 터빈 블레이드에 장착된 상기 터빈 블레이드의 이탈을 방지하고, 상기 분기유로와 연통되며 상기 터빈 블레이드와의 사이에 상기 분기유로를 통해 냉각공기가 유입되는 챔버부가 형성되는 리테이너와,
상기 리테이너의 일측에 배치되어 상기 리테이너를 상기 터빈 디스크에 고정시키는 고정부재를 포함하는 터빈을 포함하는 가스터빈.
청구항 15에 있어서,
상기 챔버부는 격벽부에 의해 복수개의 부분챔버로 분할되며,
상기 터빈 디스크와 인접하게 위치하는 부분챔버가 상기 분기유로와 연통되는 가스터빈.
청구항 16에 있어서,
상기 격벽부는 서로 이격되게 구비되는 복수개의 격벽을 포함하며,
복수개의 격벽에는 상기 부분챔버 내의 냉각공기가 유동하는 유동홀이 형성되는 가스터빈.
청구항 17에 있어서,
상기 격벽에 형성된 유동홀은 인접하는 격벽에 형성된 유동홀과 어긋나게 형성되는 가스터빈.
청구항 15에 있어서,
상기 터빈 블레이드 루트부재는 피어트리(FIR TREE) 형상으로 이루어지는 가스터빈.
청구항 15에 있어서,
상기 리테이너는 상기 터빈 블레이드의 양측에 배치되어 상기 터빈 디스크의 슬롯 양측을 밀폐시키는 가스터빈.
청구항 15에 있어서,
상기 리테이너에 구비되며 상기 분기유로에서 상기 챔버부로 공급되는 냉각공기의 유량을 조절하는 밸브부재와,
상기 밸브부재의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 가스터빈.