KR20190096569A - 가스 터빈 - Google Patents

가스 터빈 Download PDF

Info

Publication number
KR20190096569A
KR20190096569A KR1020180016173A KR20180016173A KR20190096569A KR 20190096569 A KR20190096569 A KR 20190096569A KR 1020180016173 A KR1020180016173 A KR 1020180016173A KR 20180016173 A KR20180016173 A KR 20180016173A KR 20190096569 A KR20190096569 A KR 20190096569A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
turbine blade
turbine
rib
tip
compressor
Prior art date
Application number
KR1020180016173A
Other languages
English (en)
Inventor
이재빈
Original Assignee
두산중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산중공업 주식회사 filed Critical 두산중공업 주식회사
Priority to KR1020180016173A priority Critical patent/KR20190096569A/ko
Priority to US16/239,524 priority patent/US11028699B2/en
Publication of KR20190096569A publication Critical patent/KR20190096569A/ko
Priority to KR1020190114171A priority patent/KR102319765B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/186—Film cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/307—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the tip of a rotor blade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/202—Heat transfer, e.g. cooling by film cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221—Improvement of heat transfer
    • F05D2260/2214—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
    • F05D2260/22141—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface using fins or ribs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

본 발명은 가스 터빈에 관한 것으로서, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 및 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈 블레이드;를 포함하고, 상기 터빈 블레이드의 내부에는 상기 터빈 블레이드를 냉각시키기 위한 냉각 유체가 통과하는 터빈 블레이드 쿨링 유로가 형성되고, 상기 터빈 블레이드의 익단(翼端)에는 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로의 냉각 유체 중 일부를 상기 터빈 블레이드의 외부로 토출시키는 터빈 블레이드 팁 냉각 홀이 형성됨으로써, 터빈 블레이드의 익단을 냉각할 수 있다. 이에 의하여, 상기 터빈 블레이드의 익단과 상기 하우징의 내주면 사이 간극이 용이하게 유지될 수 있고, 공력 성능 저하가 방지될 수 있다.

Description

가스 터빈{GAS TURBINE}
본 발명은, 가스 터빈에 관한 것이다.
일반적으로, 터빈은 물, 가스, 증기 등과 같은 유체가 가지는 에너지를 기계적 일로 변환시키는 기계로서, 보통 회전체의 원주에 여러 개의 깃 또는 날개를 심고 거기에 증기 또는 가스를 내뿜어 충동력 또는 반동력으로 고속회전시키는 터보형의 기계를 터빈이라고 한다.
이러한 터빈의 종류로는, 높은 곳의 물이 가지는 에너지를 이용하는 수력 터빈, 증기가 가지는 에너지를 이용하는 증기 터빈, 고압의 압축공기가 가지는 에너지를 이용하는 공기 터빈, 고온 고압의 가스가 가지는 에너지를 이용하는 가스 터빈 등이 있다.
이 중, 가스 터빈은 압축기, 연소기, 터빈 및 로터를 포함한다.
상기 압축기는 서로 교대로 배치되는 복수의 압축기 베인과 복수의 압축기 블레이드를 포함한다.
상기 연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스를 생성한다.
상기 터빈은 서로 교대로 배치되는 복수의 터빈 베인과 복수의 터빈 블레이드를 포함한다.
상기 로터는 상기 압축기, 상기 연소기 및 상기 터빈의 중심부를 관통하도록 형성되고, 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되며, 일단부가 발전기의 구동축에 연결된다.
그리고, 상기 로터는 상기 압축기 블레이드와 체결되는 복수의 압축기 디스크, 상기 터빈 블레이와 체결되는 복수의 터빈 디스크 및 상기 터빈 디스크로부터 상기 압축기 디스크로 회전력을 전달하는 토크 튜브를 포함한다.
이러한 구성에 따른 가스 터빈은, 상기 압축기에서 압축된 공기가 상기 연소실에서 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스로 변환되고, 이렇게 만들어진 연소 가스가 터빈 측으로 분사되며, 분사된 연소 가스가 상기 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 상기 로터가 회전하게 된다.
이러한 가스 터빈은 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.
한편, 상기 터빈은 상기 압축기와 달리 고온 고압의 연소 가스와 접촉하므로 열화 등의 손상을 방지하기 위한 냉각 수단이 필요하고, 이를 위해 상기 압축기의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 상기 터빈으로 공급하는 냉각 유로를 더 포함하고, 상기 냉각 유로는 상기 터빈 블레이드의 내부에 형성되는 터빈 블레이드 쿨링 유로와 연통된다.
그러나, 이러한 종래의 가스 터빈에 있어서는, 터빈 블레이드의 익단이 냉각되지 못하는 문제점이 있었다. 이에 의하여, 상기 터빈 블레이드의 익단과 가스 터빈의 하우징의 내주면 사이 간극 유지가 어렵고, 가스 터빈 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은, 터빈 블레이드의 익단을 냉각할 수 있는 가스 터빈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 및 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈 블레이드;를 포함하고, 상기 터빈 블레이드의 내부에는 상기 터빈 블레이드를 냉각시키기 위한 냉각 유체가 통과하는 터빈 블레이드 쿨링 유로가 형성되고, 상기 터빈 블레이드의 익단(翼端)에는 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로의 냉각 유체 중 일부를 상기 터빈 블레이드의 외부로 토출시키는 터빈 블레이드 팁 냉각 홀이 형성되는 가스 터빈을 제공한다.
상기 터빈 블레이드 팁 냉각 홀은, 상기 터빈 블레이드의 압력면 측에 형성되는 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀; 및 상기 터빈 블레이드의 흡입면 측에 형성되는 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀;을 포함할 수 있다.
상기 터빈 블레이드의 익단에는 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀의 형성을 용이하게 하는 경사면이 형성될 수 있다.
상기 터빈 블레이드의 익단은 상기 터빈 블레이드의 선단면과 압력면 사이에서 상기 선단면과 상기 압력면에 경사지게 형성되는 제1 경사면을 포함할 수 있다.
상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀은 상기 제1 경사면으로부터 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로까지 상기 터빈 블레이드를 관통하여 형성될 수 있다.
상기 제1 경사면은 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀의 연장 방향과 수직되게 형성될 수 있다.
상기 터빈 블레이드 팁 냉각 홀은, 상기 터빈 블레이드의 흡입면 측에 형성되는 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀을 포함할 수 있다.
상기 터빈 블레이드의 익단에는 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀의 형성을 용이하게 하는 경사면이 형성될 수 있다.
상기 터빈 블레이드의 익단은 상기 터빈 블레이드의 선단면과 흡입면 사이에서 회전 반경 방향 상 원심 측으로 돌출되는 스퀼러 리브(squealer rib)를 포함할 수 있다.
상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀은 상기 스퀼러 리브로부터 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로까지 상기 터빈 블레이드를 관통하여 형성될 수 있다.
상기 스퀼러 리브는 상기 터빈 블레이드의 선단면으로부터 회전 반경 방향 상 원심 측으로 이격되는 리브 선단면을 포함하고, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀은 상기 리브 선단면으로부터 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로까지 상기 터빈 블레이드를 관통하여 형성될 수 있다.
상기 스퀼러 리브는 상기 터빈 블레이드의 선단면과 상기 리브 선단면 사이에서 상기 터빈 블레이드의 선단면과 상기 리브 선단면에 경사지게 형성되는 제2 경사면을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 경사면은 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀과 이격되게 형성될 수 있다.
상기 제2 경사면은 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀의 연장 방향과 평행하게 형성될 수 있다.
상기 스퀼러 리브는, 상기 터빈 블레이드의 선단면으로부터 회전 반경 방향 상 원심 측으로 이격되는 리브 선단면; 상기 터빈 블레이드의 흡입면과 동일 면 상에 형성되는 리브 외주면; 및 상기 리브 선단면과 상기 리브 외주면 사이에서 상기 리브 선단면과 상기 리브 외주면에 경사지게 형성되는 제3 경사면을 포함할 수 있다.
상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀은 상기 제3 경사면으로부터 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로까지 상기 터빈 블레이드를 관통하여 형성될 수 있다.
상기 제3 경사면은 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀의 연장 방향과 수직되게 형성될 수 있다.
상기 스퀼러 리브는 상기 리브 외주면의 배면을 이루는 리브 내주면을 더 포함하고, 상기 리브 내주면은 상기 리브 외주면에 평행하게 형성될 수 있다.
상기 리브 내주면은 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀과 이격되게 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 및 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈 블레이드;를 포함하고, 상기 터빈 블레이드의 내부에는 상기 터빈 블레이드를 냉각시키기 위한 냉각 유체가 통과하는 터빈 블레이드 쿨링 유로가 형성되고, 상기 터빈 블레이드의 익단(翼端)에는 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로의 냉각 유체 중 일부를 상기 터빈 블레이드의 외부로 토출시키는 터빈 블레이드 팁 냉각 홀 및 상기 터빈 블레이드 팁 냉각 홀의 형성을 용이하게 하는 경사면이 형성되는 가스 터빈을 제공한다.
본 발명에 의한 가스 터빈은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 및 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈 블레이드;를 포함하고, 상기 터빈 블레이드의 내부에는 상기 터빈 블레이드를 냉각시키기 위한 냉각 유체가 통과하는 터빈 블레이드 쿨링 유로가 형성되고, 상기 터빈 블레이드의 익단(翼端)에는 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로의 냉각 유체 중 일부를 상기 터빈 블레이드의 외부로 토출시키는 터빈 블레이드 팁 냉각 홀이 형성됨으로써, 터빈 블레이드의 익단을 냉각할 수 있다. 이에 의하여, 상기 터빈 블레이드의 익단과 상기 하우징의 내주면 사이 간극이 용이하게 유지될 수 있고, 가스 터빈 효율 저하가 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈을 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 가스 터빈에서 터빈 블레이드의 익단을 도시한 사시도,
도 3은 도 2의 A-A선 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 터빈에서 터빈 블레이드의 익단을 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명에 의한 가스 터빈을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 가스 터빈에서 터빈 블레이드의 익단을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은, 하우징(100), 상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(600), 상기 로터(600)로부터 회전력을 전달받아 상기 하우징(100)으로 유입되는 공기를 압축하는 압축기(200), 상기 압축기(200)에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기(400), 상기 연소기(400)로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터(600)를 회전시키는 터빈(500), 발전을 위해 상기 로터(600)에 연동되는 발전기 및 상기 터빈(500)을 통과한 연소 가스를 배출하는 디퓨저를 포함할 수 있다.
상기 하우징(100)은, 상기 압축기(200)가 수용되는 압축기 하우징(110), 상기 연소기(400)가 수용되는 연소기 하우징(120) 및 상기 터빈(500)이 수용되는 터빈 하우징(130)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 압축기 하우징(110), 상기 연소기 하우징(120) 및 상기 터빈 하우징(130)은 유체 흐름 방향 상 상류 측으로부터 하류 측으로 순차적으로 배열될 수 있다.
상기 로터(600)는, 상기 압축기 하우징(110)에 수용되는 압축기 디스크(610), 상기 터빈 하우징(130)에 수용되는 터빈 디스크(630) 및 상기 연소기 하우징(120)에 수용되고 상기 압축기 디스크(610)와 상기 터빈 디스크(630)를 연결하는 토크 튜브(620), 상기 압축기 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 상기 터빈 디스크(630)를 체결하는 타이 로드(640)와 고정 너트(650)를 포함할 수 있다.
상기 압축기 디스크(610)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 디스크(610)는 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 상기 압축기 디스크(610)는 다단으로 형성될 수 있다.
그리고, 각 압축기 디스크(610)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에 후술할 압축기 블레이드(210)와 결합되는 압축기 디스크 슬롯이 형성될 수 있다.
상기 압축기 디스크 슬롯은, 후술할 압축기 블레이드(210)가 그 압축기 디스크 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무(fir-tree) 형태로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 압축기 디스크(610)와 후술할 압축기 블레이드(210)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합되는데, 본 실시예의 경우 액셜 타입으로 결합되도록 형성된다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 압축기 디스크 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 디스크 슬롯은 상기 압축기 디스크(610)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다.
상기 터빈 디스크(630)는 상기 압축기 디스크(610)와 유사하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 터빈 디스크(630)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 디스크(630)는 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 상기 터빈 디스크(630)는 다단으로 형성될 수 있다.
그리고, 각 터빈 디스크(630)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에 후술할 터빈 블레이드(510)와 결합되는 터빈 디스크 슬롯이 형성될 수 있다.
상기 터빈 디스크 슬롯은, 후술할 터빈 블레이드(510)가 그 터빈 디스크 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무 형태로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 터빈 디스크(630)와 후술할 터빈 블레이드(510)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합되는데, 본 실시예의 경우 액셜 타입으로 결합되도록 형성된다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 터빈 디스크 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 디스크 슬롯은 상기 터빈 디스크(630)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다.
상기 토크 튜브(620)는 상기 터빈 디스크(630)의 회전력을 상기 압축기 디스크(610)로 전달하는 토크 전달 부재로서, 일단부가 복수의 상기 압축기 디스크(610) 중 공기의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 압축기 디스크(610)와 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 디스크(630) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 터빈 디스크(630)와 체결될 수 있다. 여기서, 상기 토크 튜브(620)의 일단부와 타단부 각각에는 돌기가 형성되고, 상기 압축기 디스크(610)와 상기 터빈 디스크(630) 각각에는 상기 돌기와 치합되는 홈이 형성되어, 상기 토크 튜브(620)가 상기 압축기 디스크(610) 및 상기 터빈 디스크(630)에 대해 상대 회전이 방지될 수 있다.
그리고, 상기 토크 튜브(620)는, 상기 압축기(200)로부터 공급되는 공기가 그 토크 튜브(620)를 통과하여 상기 터빈(500)으로 유동 가능하도록, 중공형의 실린더 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 토크 튜브(620)는 장기간 지속적으로 운전되는 가스 터빈의 특성상 변형 및 뒤틀림 등에 강하게 형성되고, 용이한 유지 보수를 위해 조립 및 해체가 용이하게 형성될 수 있다.
상기 타이 로드(640)는 복수의 상기 압축기 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 디스크(630)를 관통하도록 형성되고, 일단부가 복수의 상기 압축기 디스크(610) 중 공기의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 압축기 디스크(610) 내에 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 디스크(630) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 터빈 디스크(630)를 기준으로 상기 압축기(200)의 반대측으로 돌출되고 상기 고정 너트(650)와 체결될 수 있다.
여기서, 상기 고정 너트(650)는 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 디스크(630)를 상기 압축기(200) 측으로 가압하고, 상기 최상류 단에 위치되는 압축기 디스크(610)와 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 디스크(630) 사이 간격이 감소됨에 따라, 복수의 상기 압축기 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 디스크(630)가 상기 로터(600)의 축 방향으로 압축될 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 압축기 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 디스크(630)의 축 방향 이동 및 상대 회전이 방지될 수 있다.
한편, 본 실시예의 경우 하나의 상기 타이 로드(640)가 복수의 상기 압축기 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 디스크(630)의 중심부를 관통하도록 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 압축기(200) 측과 터빈(500) 측에 각각 별도의 타이 로드(640)가 구비될 수도 있고, 복수의 타이 로드(640)가 원주 방향을 따라 방사상으로 배치될 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.
이러한 구성에 따른 상기 로터(600)는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되고, 일단부가 상기 발전기의 구동축에 연결될 수 있다.
상기 압축기(200)는, 상기 로터(600)와 함께 회전되는 압축기 블레이드(210) 및 상기 압축기 블레이드(210)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징(100)에 고정 설치되는 압축기 베인(220)을 포함할 수 있다.
상기 압축기 블레이드(210)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드(210)는 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드(210)는 각 단마다 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.
그리고, 각 압축기 블레이드(210)는, 판형의 압축기 플레이드 플랫폼부, 상기 압축기 플레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 구심 측으로 연장되는 압축기 플레이드 루트부 및 상기 압축기 플레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 연장되는 압축기 플레이드 에어 포일부를 포함할 수 있다.
상기 압축기 플레이드 플랫폼부는 이웃하는 압축기 플레이드 플랫폼부와 접하며 상기 압축기 플레이드 에어 포일부 사이 간격을 유지시키는 역할을 할 수 있다.
상기 압축기 플레이드 루트부는 전술한 바와 같이 상기 압축기 디스크 슬롯에 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 압축기 플레이드 루트부는 상기 압축기 디스크 슬롯에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다.
여기서, 본 실시예의 경우 상기 압축기 플레이드 루트부와 상기 압축기 디스크 슬롯은 전나무 형태로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니고 도브 테일 형태 등으로 형성될 수도 있다. 또는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 압축기 블레이드(210)를 상기 압축기 디스크(610)에 체결할 수 있다.
그리고, 상기 압축기 플레이드 루트부와 상기 압축기 디스크 슬롯은, 상기 압축기 플레이드 루트부와 상기 압축기 디스크 슬롯이 용이하게 체결 가능하도록, 상기 압축기 디스크 슬롯이 상기 압축기 플레이드 루트부보다 크게 형성되고, 결합된 상태에서 상기 압축기 플레이드 루트부와 상기 압축기 디스크 슬롯 사이에 간극이 형성될 수 있다.
그리고, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 압축기 플레이드 루트부와 상기 압축기 디스크 슬롯은 별도의 핀에 의해 고정되어, 상기 압축기 플레이드 루트부가 상기 압축기 디스크 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 축 방향으로 이탈되는 것이 방지될 수 있다.
상기 압축기 플레이드 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 공기의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 공기가 입사되는 압축기 플레이드 에어 포일부 리딩 에지(leading edge) 및 공기의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 공기가 출사되는 압축기 플레이드 에어 포일부 트레일링 에지(trailing edge)를 포함할 수 있다.
상기 압축기 베인(220)은 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 베인(220)은 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 압축기 베인(220)과 상기 압축기 블레이드(210)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다.
그리고, 복수의 상기 압축기 베인(220)은 각 단마다 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.
그리고, 각 압축기 베인(220)은, 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 환형으로 형성되는 압축기 베인 플랫폼부 및 상기 압축기 베인 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향으로 연장되는 압축기 베인 에어 포일부를 포함할 수 있다.
상기 압축기 베인 플랫폼부는, 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익근부에 형성되고 상기 압축기 하우징(110)에 체결되는 루트 측 압축기 베인 플랫폼부 및 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익단부에 형성되고 상기 로터(600)에 대향되는 팁 측 압축기 베인 플랫폼부를 포함할 수 있다.
여기서, 본 실시예에 따른 상기 압축기 베인 플랫폼부는 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익근부 뿐만 아니라 익단부를 지지함으로써 상기 압축기 베인 에어 포일부를 더욱 안정적으로 지지하기 위해 상기 루트 측 압축기 베인 플랫폼부 및 상기 팁 측 압축기 베인 플랫폼부를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 압축기 베인 플랫폼부는 상기 루트 측 압축기 베인 플랫폼부를 포함하여 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익근부만 지지하도록 형성될 수도 있다.
한편, 각 압축기 베인(220)은 상기 루트 측 압축기 베인 플랫폼부와 상기 압축기 하우징(110)을 체결시키는 압축기 베인 루트부를 더 포함할 수 있다.
상기 압축기 베인 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 공기의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 공기가 입사되는 압축기 베인 에어 포일부 리딩 에지 및 공기의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 공기가 출사되는 압축기 베인 에어 포일부 트레일링 에지를 포함할 수 있다.
상기 연소기(400)는 상기 압축기(200)로부터 유입되는 공기를 연료와 혼합 및 연소시켜 높은 에너지의 고온 고압 연소 가스를 만들어 내며, 등압 연소 과정으로 그 연소기(400) 및 상기 터빈(500)이 견딜 수 있는 내열 한도까지 연소 가스 온도를 높이도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 연소기(400)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 연소기(400)는 상기 연소기 하우징(120)에 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 배열될 수 있다.
그리고, 각 연소기(400)는, 상기 압축기(200)에서 압축된 공기가 유입되는 라이너, 상기 라이너에 유입되는 공기에 연료를 분사하고 연소시키는 버너 및 상기 버너에서 생성되는 연소 가스를 상기 터빈(500)으로 안내하는 트랜지션 피스를 포함할 수 있다.
상기 라이너는, 연소실을 형성하는 화염통 및 상기 화염통을 감싸면서 환형 공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다.
상기 버너는, 상기 연소실로 유입되는 공기에 연료를 분사하도록 상기 라이너의 전단 측에 형성되는 연료 분사 노즐 및 상기 연소실에서 혼합된 공기와 연료가 착화되도록 상기 라이너의 벽부에 형성되는 점화 플러그를 포함할 수 있다.
상기 트랜지션 피스는 연소 가스의 높은 온도에 의해 손상되지 않도록 그 트랜지션 피스의 외벽부가 상기 압축기(200)로부터 공급되는 공기에 의해 냉각되도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 트랜지션 피스에는 공기를 내부로 분사하기 위한 트랜지션 피스 냉각 홀이 형성되고, 공기가 그 트랜지션 피스 냉각 홀을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킬 수 있다.
한편, 상기 트랜지션 피스를 냉각시킨 공기는 상기 라이너의 환형 공간으로 유동되고, 상기 라이너의 외벽에는 상기 플로우 슬리브의 외부에서 공기가 상기 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀을 통해 냉각 공기로 제공되어 충돌할 수 있다.
여기서, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 압축기(200)와 상기 연소기(400) 사이에는 상기 연소기(400)로 유입되는 공기의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위해 안내깃 역할을 하는 디스월러(desworler)가 형성될 수 있다.
상기 터빈(500)은 상기 압축기(200)와 유사하게 형성될 수 있다.
즉, 상기 터빈(500)은, 상기 로터(600)와 함께 회전되는 터빈 블레이드(510) 및 상기 터빈 블레이드(510)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징(100)에 고정 설치되는 터빈 베인(520)을 포함할 수 있다.
상기 터빈 블레이드(510)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드(510)는 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드(510)는 각 단마다 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.
그리고, 각 터빈 블레이드(510)는, 판형의 터빈 블레이드 플랫폼부, 상기 터빈 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 구심 측으로 연장되는 터빈 블레이드 루트부 및 상기 터빈 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 연장되는 터빈 블레이드 에어 포일부를 포함할 수 있다.
상기 터빈 블레이드 플랫폼부는 이웃하는 터빈 블레이드 플랫폼부와 접하며 상기 터빈 블레이드 에어 포일부 사이 간격을 유지시키는 역할을 할 수 있다.
상기 터빈 블레이드 루트부는 전술한 바와 같이 상기 터빈 디스크 슬롯에 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 터빈 블레이드 루트부는 상기 터빈 디스크 슬롯에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다.
여기서, 본 실시예의 경우 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 디스크 슬롯은 전나무 형태로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니고 도브 테일 형태 등으로 형성될 수도 있다. 또는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 터빈 블레이드(510)를 상기 터빈 디스크(630)에 체결할 수 있다.
그리고, 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 디스크 슬롯은, 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 디스크 슬롯이 용이하게 체결 가능하도록, 상기 터빈 디스크 슬롯이 상기 터빈 블레이드 루트부보다 크게 형성되고, 결합된 상태에서 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 디스크 슬롯 사이에 간극이 형성될 수 있다.
그리고, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 디스크 슬롯은 별도의 핀에 의해 고정되어, 상기 터빈 블레이드 루트부가 상기 터빈 디스크 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 축 방향으로 이탈되는 것이 방지될 수 있다.
상기 터빈 블레이드 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 연소 가스가 입사되는 터빈 블레이드 에어 포일부 리딩 에지 및 연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 연소 가스가 출사되는 터빈 블레이드 에어 포일부 트레일링 에지를 포함할 수 있다.
상기 터빈 베인(520)은 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 베인(520)은 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 터빈 베인(520)과 상기 터빈 블레이드(510)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다.
그리고, 복수의 상기 터빈 베인(520)는 각 단마다 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.
그리고, 각 터빈 베인(520)은, 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 환형으로 형성되는 터빈 베인 플랫폼부 및 상기 터빈 베인 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향으로 연장되는 터빈 베인 에어 포일부를 포함할 수 있다.
상기 터빈 베인 플랫폼부는, 상기 터빈 베인 에어 포일부의 익근부에 형성되고 상기 터빈 하우징(130)에 체결되는 루트 측 터빈 베인 플랫폼부 및 상기 터빈 베인 에어 포일부의 익단부에 형성되고 상기 로터(600)에 대향되는 팁 측 터빈 베인 플랫폼부를 포함할 수 있다.
여기서, 본 실시예에 따른 상기 터빈 베인 플랫폼부는 상기 터빈 베인 에어 포일부의 익근부 뿐만 아니라 익단부를 지지함으로써 상기 터빈 베인 에어 포일부를 더욱 안정적으로 지지하기 위해 상기 루트 측 터빈 베인 플랫폼부 및 상기 팁 측 터빈 베인 플랫폼부를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 터빈 베인 플랫폼부는 상기 루트 측 터빈 베인 플랫폼부를 포함하여 상기 터빈 베인 에어 포일부의 익근부만 지지하도록 형성될 수도 있다.
한편, 각 터빈 베인(520)은 상기 루트 측 터빈 베인 플랫폼부와 상기 터빈 하우징(130)을 체결시키는 터빈 베인 루트부를 더 포함할 수 있다.
상기 터빈 베인 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 연소 가스가 입사되는 터빈 베인 에어 포일부 리딩 에지 및 연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 연소 가스가 출사되는 터빈 베인 에어 포일부 트레일링 에지를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 터빈(500)은 상기 압축기(200)와 달리 고온 고압의 연소 가스와 접촉하므로, 열화 등의 손상을 방지하기 위한 냉각 수단을 필요로 한다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 가스 터빈은, 상기 압축기(200)의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 상기 터빈(500)으로 공급하는 냉각 유로를 더 포함할 수 있다. 여기서, 이하에서는 상기 냉각 유로의 공기를 냉각 유체라 지칭하겠다.
상기 냉각 유로는 상기 하우징(100)의 외부에서 연장되거나(외부 유로), 상기 로터(600)의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 외부 유로 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다.
그리고, 상기 냉각 유로는 상기 터빈 블레이드(510)의 내부에 형성되는 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)(도 3 참조)와 연통되어, 상기 터빈 블레이드(510)가 냉각 유체에 의해 냉각될 수 있다.
이와 유사하게, 상기 터빈 베인(520) 역시 상기 터빈 블레이드(510)와 유사하게 상기 냉각 유로로부터 냉각 유체를 공급받아 냉각될 수 있도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 터빈(500)은 상기 터빈 블레이드(510)가 원활히 회전 가능하도록 상기 터빈 블레이드(510)의 익단과 상기 터빈 하우징(130)의 내주면 사이에 간극을 필요로 한다.
다만, 상기 터빈 블레이드(510)의 익단과 상기 터빈 하우징(130)의 내주면 사이 간극은 넓을수록 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간섭 방지 측면에서 유리하지만 연소 가스 누설 측면에서 불리하고, 좁을수록 그 반대가 된다. 즉, 상기 연소기(400)로부터 분사되는 연소 가스의 유동은 상기 터빈 블레이드(510)를 관류하는 주 유동 및 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간극을 통과하는 누설 유동으로 구분될 수 있는데, 상기 간극이 넓을수록, 상기 누설 유동이 증가되어 가스 터빈 효율이 저하되나, 열 변형 등에 의한 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간섭 및 그에 따른 손상이 방지될 수 있다. 반면, 상기 터빈 블레이드(510)의 익단과 상기 터빈 하우징(130)의 내주면 사이 간극이 좁을수록, 상기 누설 유동이 감소되어 가스 터빈 효율이 향상되나, 열 변형 등에 의한 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간섭 및 이에 따른 손상이 발생될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 가스 터빈은, 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간섭 및 이에 따른 손상을 방지하면서 가스 터빈 효율 저하를 최소화할 수 있는 적정한 간극을 확보하도록, 실링 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 실링 수단은, 상기 터빈 블레이드(510)의 익단으로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 돌출되는 스퀼러 리브(squealer rib)(516)를 포함할 수 있다.
상기 스퀼러 리브(516)는 상기 터빈 블레이드(510)의 압력면(510a) 측과 상기 터빈 블레이드(510)의 흡입면(510b) 측에 각각 형성될 수도 있지만, 본 실시예의 경우 상기 스퀼러 리브(516)에 의한 이상 유동을 최소화하기 위해 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 터빈 블레이드(510)의 흡입면(510b) 측에만 상기 스퀼러 리브(516)가 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 스퀼러 리브(516)는 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)과 상기 터빈 블레이드(510)의 흡입면(510b) 사이에서 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 돌출되게 형성될 수 있다.
이와 유사하게, 상기 터빈(500)은 상기 터빈 베인(520)과 상기 로터(600) 사이에서의 누설을 차단하기 위한 실링 수단을 더 포함할 수 있다.
이러한 구성에 따른 가스 터빈은, 상기 하우징(100)으로 유입되는 공기가 상기 압축기(200)에 의해 압축되고, 상기 압축기(200)에 의해 압축된 공기가 상기 연소기(400)에 의해 연료와 혼합된 뒤 연소되어 연소 가스가 되고, 상기 연소기(400)에서 생성된 연소 가스가 상기 터빈(500)으로 유입되고, 상기 터빈(500)으로 유입된 연소 가스가 상기 터빈 블레이드(510)를 통해 상기 로터(600)를 회전시킨 후 상기 디퓨저를 통해 대기로 배출되며, 연소 가스에 의해 회전되는 상기 로터(600)가 상기 압축기(200) 및 상기 발전기를 구동할 수 있다. 즉, 상기 터빈(500)에서 얻은 기계적 에너지 중 일부는 상기 압축기(200)에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되고, 나머지는 상기 발전기로 전력을 생산하는데 이용될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 가스 터빈은, 상기 터빈 블레이드(510)(더욱 정확히는, 터빈 블레이드 에어 포일부)의 익단과 상기 터빈 하우징(130)의 내주면 사이 간극이 사전에 결정된 수준으로 유지되도록, 상기 터빈 블레이드(510)의 익단이 충분히 냉각되게 형성될 수 있다.
구체적으로, 전술한 바와 같이 상기 터빈 블레이드(510)가 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)에 의해 냉각되나, 상기 터빈 블레이드(510)의 익단과 상기 터빈 하우징(130)의 내주면 사이 간극에 직접적으로 영향을 미치는 상기 터빈 블레이드(510)의 익단이 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)로부터 이격되어 있어, 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)로는 상기 터빈 블레이드(510)의 익단이 충분히 냉각될 수 없다. 이에 따라, 열 팽창에 의한 상기 터빈 블레이드(510)의 익단과 상기 터빈 하우징(130)의 내주면 사이 충돌이 발생될 가능성이 높아지고, 안전을 위해 상기 터빈 블레이드(510)의 익단과 상기 터빈 하우징(130)의 내주면 사이 간극을 증가시킬 경우 가스 터빈 효율이 저하될 수 있다.
이를 고려하여, 본 실시예의 경우, 상기 터빈 블레이드(510)의 익단을 충분히 냉각시킴으로써 상기 터빈 블레이드(510)의 익단과 상기 터빈 하우징(130)의 내주면 사이 간극을 증가시키지 않고서도 상기 터빈 블레이드(510)의 익단과 상기 터빈 하우징(130)의 내주면 사이 충돌을 방지하도록, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 터빈 블레이드(510)의 익단에는 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)의 냉각 유체 중 일부를 상기 터빈 블레이드(510)의 외부로 토출시키는 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a, 514b)이 형성될 수 있다.
첨부된 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a, 514b)은, 상기 터빈 블레이드(510)의 익단이 효과적으로 냉각되도록, 상기 터빈 블레이드(510)의 압력면(510a) 측에 형성되는 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a) 및 상기 터빈 블레이드(510)의 흡입면(510b) 측에 형성되는 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)을 포함할 수 있다.
상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)은 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)과 상기 터빈 블레이드(510)의 압력면(510a) 사이 경계 부위로부터 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)까지 상기 터빈 블레이드(510)를 관통하여 형성될 수 있다.
이러한 구성에 따른 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)은 그 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)을 통과하는 냉각 유체로 상기 터빈 블레이드(510)의 익단을 냉각할 수 있다.
그리고, 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)은 그 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)로부터 토출되는 냉각 유체로 에어 커튼을 형성함으로써, 상기 터빈 블레이드(510)의 익단과 상기 터빈 하우징(130)의 내주면 사이 간극을 통해 상기 터빈 블레이드(510)의 압력면(510a) 측으로부터 상기 터빈 블레이드(510)의 흡입면(510b) 측으로 유동되는 누설 가스를 감소시킬 수 있다. 이에 의하여, 고온의 상기 누설 가스가 상기 터빈 블레이드(510)의 익단에 접촉되는 것이 방지될 수 있다. 그리고, 상기 누설 가스가 냉각될 수 있다. 이에 따라, 상기 누설 가스에 의해 상기 터빈 블레이드(510)의 익단(정확히는, 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c))이 가열되는 것이 방지될 수 있다.
여기서, 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)은, 상기 터빈 블레이드(510)의 중앙 측에 형성되는 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)에 연통되기 위해 상기 로터(600)의 회전 반경 방향에 대해 상기 터빈 블레이드(510)의 흡입면(510b) 측으로 경사지게 드릴링되어 형성될 수 있다.
그런데, 본 실시예와 달리, 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)과 상기 터빈 블레이드(510)의 압력면(510a)이 서로 수직되게 형성될 경우 드릴이 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)과 상기 터빈 블레이드(510)의 압력면(510a) 사이 모서리부터 절삭 가공을 해야 하므로, 드릴이 불안정하게 거동되어, 불량이 발생될 수 있다.
이를 고려하여, 본 실시예의 경우, 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)의 형성을 용이하게 하기 위해, 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)과 상기 터빈 블레이드(510)의 압력면(510a) 사이에 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)과 상기 터빈 블레이드(510)의 압력면(510a)에 경사진 제1 경사면(S1)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)이 상기 제1 경사면(S1)으로부터 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)까지 상기 터빈 블레이드(510)를 관통하여 형성될 수 있다. 이에 의하면, 드릴이 상기 제1 경사면(S1)으로부터 절삭 가공을 하게 되므로, 드릴이 안정적으로 거동될 수 있다. 이에 따라, 불량이 감소되고, 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)이 용이하게 형성될 수 있다.
그리고, 드릴이 더욱 안정적으로 거동되도록, 상기 제1 경사면(S1)은 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)의 연장 방향과 수직되게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)은 상기 스퀼러 리브(516)로부터 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)까지 상기 터빈 블레이드(510)를 관통하여 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 스퀼러 리브(516)는 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)으로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 이격되는 리브 선단면(516c), 상기 터빈 블레이드(510)의 흡입면(510b)과 동일 면 상에 형성되는 리브 외주면(516b) 및 상기 리브 외주면(516b)의 배면을 이루는 리브 내주면(516a)을 포함하고, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)은 상기 리브 선단면(516c)으로부터 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)까지 상기 터빈 블레이드(510)를 관통하여 형성될 수 있다.
이러한 구성에 따른 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)은 그 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)을 통과하는 냉각 유체로 상기 터빈 블레이드(510)의 익단을 더욱 효과적으로 냉각할 수 있다. 즉, 상기 터빈 블레이드(510)의 익단은, 전술한 바와 같이 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)을 통과하는 냉각 유체에 의해 냉각되지만, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)을 통과하는 냉각 유체에 의해 더욱 냉각될 수 있다.
그리고, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)은 그 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)로부터 토출되는 냉각 유체로 에어 커튼을 형성함으로써, 상기 터빈 블레이드(510)의 익단과 상기 터빈 하우징(130)의 내주면 사이 간극을 통해 상기 터빈 블레이드(510)의 압력면(510a) 측으로부터 상기 터빈 블레이드(510)의 흡입면(510b) 측으로 유동되는 누설 가스를 더욱 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 누설 가스는, 전술한 바와 같이 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)로부터 토출되는 냉각 유체에 의해 감소되지만, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)을 통과하는 냉각 유체에 의해 더욱 감소될 수 있다. 이에 의하여, 고온의 상기 누설 가스가 상기 리브 선단면(516c) 및 상기 리브 외주면(516b)에 접촉되는 것이 방지될 수 있다. 그리고, 상기 누설 가스가 더욱 냉각될 수 있다. 이에 따라, 상기 누설 가스에 의해 상기 리브 선단면(516c) 및 상기 리브 외주면(516b)이 가열되는 것이 방지될 수 있다.
여기서, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)은, 상기 터빈 블레이드(510)의 중앙 측에 형성되는 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)에 연통되기 위해 상기 로터(600)의 회전 반경 방향에 대해 상기 터빈 블레이드(510)의 압력면(510a) 측으로 경사지게 드릴링되어 형성될 수 있다.
그런데, 본 실시예와 달리, 상기 리브 내주면(516a)이 상기 리브 외주면(516b)에 평행하게 형성될 경우(리브 내주면(516a)이 로터(600)의 회전 반경 방향으로 연장 형성될 경우) 상기 리브 내주면(516a)과 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)이 간섭될 수 있다. 즉, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)의 일부가 상기 리브 외주면(516b)에 의해 노출(단절)될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)을 절곡되게 형성할 경우에는 가공이 어렵고 제조원가가 상승되며, 상기 스퀼러 리브(516)의 두께(리브 내주면(516a)과 리브 외주면(516b) 사이 거리)를 두껍게 형성할 경우에는 상기 스퀼러 리브(516)에 의한 유동 방해가 발생될 수 있다.
이를 고려하여, 본 실시예의 경우, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)의 형성을 용이하게 하기 위해, 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)과 상기 리브 선단면(516c) 사이에 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)과 상기 리브 선단면(516c)에 경사진 제2 경사면(S2)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 리브 내주면(516a)이 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)과 상기 리브 선단면(516c)에 경사지게 형성될 수 있다. 이에 의하면, 상기 제2 경사면(S2)이 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)과 이격됨으로써, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)의 일부가 노출(단절)되는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)을 절곡되게 형성할 필요가 없어, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)을 용이하게 형성할 수 있고, 제조원가를 절감할 수 있다. 그리고, 상기 스퀼러 리브(516)의 두께를 두껍게 형성할 필요가 없어, 상기 스퀼러 리브(516)에 의한 유동 방해가 방지될 수 있다.
그리고, 상기 제2 경사면(S2)은 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)과 더욱 확실하게 이격되도록, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)의 연장 방향과 평행하게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
이러한 구성에 따라, 본 실시예에 따른 가스 터빈은, 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)과 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)이 형성됨으로써, 상기 터빈 블레이드(510)의 익단이 충분히 냉각될 수 있다. 이에 의하여, 상기 터빈 블레이드(510)의 익단과 상기 하우징(100)의 내주면 사이 간극이 용이하게 유지될 수 있고, 가스 터빈 효율 저하가 방지될 수 있다.
그리고, 상기 제1 경사면(S1)과 상기 제2 경사면(S2)이 형성됨에 따라, 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)과 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)이 용이하게 형성될 수 있다.
한편, 본 실시예의 경우 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)이 상기 리브 선단면(516c)으로부터 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)까지 경사지게 형성되면서 상기 리브 내주면(516a)이 경사지게 형성(제2 경사면(S2)이 형성)되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 리브 내주면(516a)은 상기 리브 외주면(516b)에 평행하게 형성되고(제2 경사면(S2)이 형성되지 않고), 상기 리브 선단면(516c)과 상기 리브 외주면(516b) 사이에서 상기 리브 선단면(516c)과 상기 리브 외주면(516b)에 경사진 제3 경사면(S3)이 형성되고, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)이 상기 제3 경사면(S3)으로부터 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)까지 상기 터빈 블레이드(510)를 관통하여 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)과 상기 제1 경사면(S1)과 유사하게, 드릴이 상기 제3 경사면(S3)으로부터 절삭 가공을 하게 되므로, 드릴이 안정적으로 거동될 수 있다. 이에 따라, 불량이 감소되고, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)이 용이하게 형성될 수 있다. 여기서, 드릴이 더욱 안정적으로 거동되도록, 상기 제3 경사면(S3)은 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)의 연장 방향과 수직되게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
한편, 이 경우, 상기 리브 내주면(516a)은, 상기 리브 선단면(516c)의 폭이 지나치게 협소해지지 않으면서 상기 스퀼러 리브(516)의 두께가 지나치게 두꺼워지지 않도록 상기 리브 외주면(516b)에 평행하게 형성되되, 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)이 노출(단절)되지 않도록 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)과 이격되게 형성될 필요가 있다.
100: 하우징 500: 터빈
510: 터빈 블레이드 510a: 압력면
510b: 흡입면 510c: 선단면
512: 터빈 블레이드 쿨링 유로 514a: 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀
514b: 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀 516: 리브
516a: 리브 내주면 516b: 리브 외주면
516c: 리브 선단면 600: 로터
S1: 제1 경사면 S2: 제2 경사면
S3: 제3 경사면

Claims (20)

  1. 하우징(100);
    상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(600); 및
    연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터(600)를 회전시키는 터빈 블레이드(510);를 포함하고,
    상기 터빈 블레이드(510)의 내부에는 상기 터빈 블레이드(510)를 냉각시키기 위한 냉각 유체가 통과하는 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)가 형성되고,
    상기 터빈 블레이드(510)의 익단(翼端)에는 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)의 냉각 유체 중 일부를 상기 터빈 블레이드(510)의 외부로 토출시키는 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a, 514b)이 형성되는 가스 터빈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a, 514b)은, 상기 터빈 블레이드(510)의 압력면(510a) 측에 형성되는 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)을 포함하는 가스 터빈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드(510)의 익단에는 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)의 형성을 용이하게 하는 경사면(S1)이 형성되는 가스 터빈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드(510)의 익단은 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)과 압력면(510a) 사이에서 상기 선단면(510c)과 상기 압력면(510a)에 경사지게 형성되는 제1 경사면(S1)을 포함하는 가스 터빈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)은 상기 제1 경사면(S1)으로부터 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)까지 상기 터빈 블레이드(510)를 관통하여 형성되는 가스 터빈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 경사면(S1)은 상기 제1 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a)의 연장 방향과 수직되게 형성되는 가스 터빈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a, 514b)은, 상기 터빈 블레이드(510)의 흡입면(510b) 측에 형성되는 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)을 포함하는 가스 터빈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드(510)의 익단에는 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)의 형성을 용이하게 하는 경사면(S2, S3)이 형성되는 가스 터빈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드(510)의 익단은 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)과 흡입면(510b) 사이에서 회전 반경 방향 상 원심 측으로 돌출되는 스퀼러 리브(squealer rib)(516)를 포함하는 가스 터빈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)은 상기 스퀼러 리브(516)로부터 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)까지 상기 터빈 블레이드(510)를 관통하여 형성되는 가스 터빈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스퀼러 리브(516)는 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)으로부터 회전 반경 방향 상 원심 측으로 이격되는 리브 선단면(516c)을 포함하고,
    상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)은 상기 리브 선단면(516c)으로부터 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)까지 상기 터빈 블레이드(510)를 관통하여 형성되는 가스 터빈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스퀼러 리브(516)는 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)과 상기 리브 선단면(516c) 사이에서 상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)과 상기 리브 선단면(516c)에 경사지게 형성되는 제2 경사면(S2)을 더 포함하는 가스 터빈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 경사면(S2)은 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)과 이격되게 형성되는 가스 터빈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 경사면(S2)은 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)의 연장 방향과 평행하게 형성되는 가스 터빈.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 스퀼러 리브(516)는,
    상기 터빈 블레이드(510)의 선단면(510c)으로부터 회전 반경 방향 상 원심 측으로 이격되는 리브 선단면(516c);
    상기 터빈 블레이드(510)의 흡입면(510b)과 동일 면 상에 형성되는 리브 외주면(516b); 및
    상기 리브 선단면(516c)과 상기 리브 외주면(516b) 사이에서 상기 리브 선단면(516c)과 상기 리브 외주면(516b)에 경사지게 형성되는 제3 경사면(S3)을 포함하는 가스 터빈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)은 상기 제3 경사면(S3)으로부터 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)까지 상기 터빈 블레이드(510)를 관통하여 형성되는 가스 터빈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제3 경사면(S3)은 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)의 연장 방향과 수직되게 형성되는 가스 터빈.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 스퀼러 리브(516)는 상기 리브 외주면(516b)의 배면을 이루는 리브 내주면(516a)을 더 포함하고,
    상기 리브 내주면(516a)은 상기 리브 외주면(516b)에 평행하게 형성되는 가스 터빈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 리브 내주면(516a)은 상기 제2 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514b)과 이격되게 형성되는 가스 터빈.
  20. 하우징(100);
    상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(600); 및
    연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터(600)를 회전시키는 터빈 블레이드(510);를 포함하고,
    상기 터빈 블레이드(510)의 내부에는 상기 터빈 블레이드(510)를 냉각시키기 위한 냉각 유체가 통과하는 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)가 형성되고,
    상기 터빈 블레이드(510)의 익단(翼端)에는 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로(512)의 냉각 유체 중 일부를 상기 터빈 블레이드(510)의 외부로 토출시키는 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a, 514b) 및 상기 터빈 블레이드 팁 냉각 홀(514a, 514b)의 형성을 용이하게 하는 경사면(S1, S2, S3)이 형성되는 가스 터빈.
KR1020180016173A 2018-02-09 2018-02-09 가스 터빈 KR20190096569A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180016173A KR20190096569A (ko) 2018-02-09 2018-02-09 가스 터빈
US16/239,524 US11028699B2 (en) 2018-02-09 2019-01-03 Gas turbine
KR1020190114171A KR102319765B1 (ko) 2018-02-09 2019-09-17 가스 터빈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180016173A KR20190096569A (ko) 2018-02-09 2018-02-09 가스 터빈

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190114171A Division KR102319765B1 (ko) 2018-02-09 2019-09-17 가스 터빈

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190096569A true KR20190096569A (ko) 2019-08-20

Family

ID=67540445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180016173A KR20190096569A (ko) 2018-02-09 2018-02-09 가스 터빈

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11028699B2 (ko)
KR (1) KR20190096569A (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3954882B1 (en) * 2016-03-30 2023-05-03 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Variable geometry turbocharger
JP7093658B2 (ja) * 2018-03-27 2022-06-30 三菱重工業株式会社 タービン動翼及びガスタービン
US11299991B2 (en) * 2020-04-16 2022-04-12 General Electric Company Tip squealer configurations
EP3974618B1 (en) 2020-09-24 2023-04-19 Doosan Enerbility Co., Ltd. A technique for cooling squealer tip of a gas turbine blade

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2885645A1 (fr) * 2005-05-13 2006-11-17 Snecma Moteurs Sa Aube creuse de rotor pour la turbine d'un moteur a turbine a gaz, equipee d'une baignoire
FR2887581A1 (fr) * 2005-06-24 2006-12-29 Snecma Moteurs Sa Aube creuse de turbomachine
CN102057134B (zh) 2008-10-30 2015-04-22 三菱日立电力***株式会社 具有削薄接片的涡轮动叶片
US8684691B2 (en) 2011-05-03 2014-04-01 Siemens Energy, Inc. Turbine blade with chamfered squealer tip and convective cooling holes
US8920124B2 (en) * 2013-02-14 2014-12-30 Siemens Energy, Inc. Turbine blade with contoured chamfered squealer tip
JP6092661B2 (ja) * 2013-03-05 2017-03-08 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン翼
US9856739B2 (en) * 2013-09-18 2018-01-02 Honeywell International Inc. Turbine blades with tip portions having converging cooling holes
DE112016004421B4 (de) * 2015-09-29 2021-10-21 Mitsubishi Power, Ltd. Laufschaufel und damit ausgestattete gasturbine

Also Published As

Publication number Publication date
US20190249553A1 (en) 2019-08-15
US11028699B2 (en) 2021-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101985097B1 (ko) 가스 터빈
US11359499B2 (en) Gas turbine
US11028699B2 (en) Gas turbine
US11629604B2 (en) Structure for assembling turbine blade seals, gas turbine including the same, and method of assembling turbine blade seals
KR102153066B1 (ko) 윙렛에 냉각홀을 가진 터빈 블레이드 및 이를 포함하는 가스 터빈
US10844723B2 (en) Vane assembly, turbine including vane assembly, and gasturbine including vane assembly
KR102319765B1 (ko) 가스 터빈
US11111803B2 (en) Sealing structure between turbine rotor disk and interstage disk
KR101985098B1 (ko) 가스 터빈
US11242754B2 (en) Gas turbine disk
EP3456922B1 (en) Turbine blade with cooling structure, turbine including same turbine blade, and gas turbine including same turbine
KR102011369B1 (ko) 가스 터빈
KR20190033255A (ko) 가스 터빈
KR102358606B1 (ko) 터빈 블레이드 및 상기 터빈 블레이드를 포함하는 가스 터빈
US20230258095A1 (en) Structure for assembling turbine blade seals and gas turbine including the same
KR102572871B1 (ko) 압축기 베인 슈라우드 조립구조 및 이를 포함하는 압축기, 가스터빈, 압축기 베인 슈라우드 조립방법
KR20190033811A (ko) 가스 터빈
KR102097029B1 (ko) 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102405750B1 (ko) 로터 및 이를 포함하는 터보머신
KR20230126348A (ko) 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR20190127024A (ko) 터빈 블레이드 및 상기 터빈 블레이드를 포함하는 가스 터빈
KR20190103763A (ko) 터빈의 씰플레이트와, 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈
KR20190029216A (ko) 가스 터빈

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
A107 Divisional application of patent