KR20240037747A

KR20240037747A - 블레이드, 이를 포함하는 회전 기계 및 가스 터빈, 블레이드의 설치 방법

Info

Publication number: KR20240037747A
Application number: KR1020220116646A
Authority: KR
Inventors: 서민수
Original assignee: 두산에너빌리티 주식회사
Priority date: 2022-09-15
Filing date: 2022-09-15
Publication date: 2024-03-22
Also published as: EP4339421A1; US20240093614A1

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 블레이드는 리딩 엣지와 트레일링 엣지를 갖는 에어 포일, 상기 에어 포일의 하부에 위치하는 루트부, 및 상기 루트부와 상기 에어 포일 사이에 위치하는 플랫폼부를 포함하고, 상기 플랫폼부는 이격된 제1 측면과 제2 측면을 포함하며, 상기 제1 측면은 제1 기준면과 상기 제1 기준면에 대하여 경사지게 형성된 제1 경사면을 포함하고, 상기 제2 측면은 제2 기준면과 상기 제2 기준면에 대하여 경사지게 형성된 제2 경사면을 포함할 수 있다.

Description

블레이드, 이를 포함하는 회전 기계 및 가스 터빈, 블레이드의 설치 방법{BLADE, ROTARY MACHINE AND GAS TURBINE INCLUDING THE SAME, BLADE INSTALLING METHOD}

본 발명은 블레이드, 이를 포함하는 회전 기계 및 가스 터빈, 블레이드의 설치 방법에 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 분사된다. 분사된 연소 가스가 베인 및 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 이에 터빈의 로터가 회전하게 된다.

한편, 증기 터빈은 증기를 발생시키는 보일러와 보일러에서 가열된 고온 고압의 증기에 의하여 회전하는 터빈을 포함한다. 터빈은 고온 고압의 증기에 의하여 회전하는 블레이드와 증기의 이동을 안내하는 베인을 포함할 수 있다.

가스 터빈의 터빈과 증기 터빈의 터빈은 회전 기계로 이루어지며, 회전 기계는 로터와 스테이터를 포함하며, 로터는 블레이드를 포함하고, 스테이터는 베인을 포함한다.

복수의 블레이드와 베인은 로터의 둘레 방향으로 연이어 배치되되, 회전 기계의 길이방향으로 블레이드의 열과 베인의 열이 교대로 배치되어 다단 구조를 형성한다.

블레이드는 날개 형상의 에어 포일과 에어 포일을 지지하는 플랫폼부와 플랫폼부의 하부에 형성된 루트부를 포함하며, 루트부는 로터 디스크에 형성된 홈에 삽입될 수 있다. 루트부와 로터 디스크의 홈 사이에는 갭이 형성되는데, 이러한 갭은 블레이드의 조립성과 부품의 열팽창을 고려하여 형성된다. 갭을 형성하기 위해서 플랫폼의 옆면을 연마 가공한다.

그러나 이러한 갭은 블레이드가 이웃하는 블레이드와 정확하게 맞물지 못하도록 하여 피치 폭이 부족해지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 로터가 고속으로 회전할 때에는 원심력에 의하여 블레이드가 외측으로 가압되므로 블레이드가 흔들리지 않으나, 로터가 저속으로 회전할 때에는 원심력이 감소하여 블레이드가 로터 디스크에 대하여 움직이는 문제가 발생할 수 있다.

상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 블레이드의 설치가 용이할 뿐만 아니라, 블레이드의 흔들림을 방지할 수 있는 블레이드, 회전 기계, 가스 터빈을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 서로 엇갈리게 배치될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 경사면은 상기 플랫폼부의 길이방향으로 상기 제2 기준면과 대응되는 위치에 형성되며, 상기 제2 경사면은 상기 플랫폼부의 길이방향으로 상기 제1 기준면과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 기준면은 상기 제1 경사면보다 상기 리딩 엣지에서 더 멀리 배치되며, 상기 제2 기준면은 상기 제2 경사면보다 상기 트레일링 엣지에서 더 가깝게 배치될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 기준면과 상기 제2 기준면 사이의 제1 거리는 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면 사이의 제2 거리보다 더 길게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 기준면의 연장면과 상기 제1 경사면이 이루는 제1 각도는 상기 제2 기준면의 연장면과 상기 제2 경사면이 이루는 제2 각도와 동일하게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 기준면의 연장면과 상기 제1 경사면이 이루는 각도는 상기 제2 기준면의 연장면과 상기 제2 경사면이 이루는 각도보다 더 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 플랫폼부의 제일 선단에는 회피면이 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 회전 기계는 회전 가능하게 설치된 로터와 고정된 스테이터를 포함하고, 상기 로터는 설치 홈이 형성된 로터 디스크와 상기 로터 디스크에 삽입되는 블레이드를 포함하며, 상기 블레이드는, 리딩 엣지와 트레일링 엣지를 갖는 에어 포일, 상기 에어 포일의 하부에 위치하는 루트부, 및 상기 루트부와 상기 에어 포일 사이에 위치하는 플랫폼부를 포함하고, 상기 플랫폼부는 제1 측면과 제2 측면을 포함하며, 상기 제1 측면은 제1 기준면과 상기 제1 기준면에 대하여 경사지게 형성된 제1 경사면을 포함하고, 상기 제2 측면은 제2 기준면과 상기 제2 기준면에 대하여 경사지게 형성된 제2 경사면을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 서로 엇갈리게 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 상기 제1 경사면은 상기 플랫폼부의 길이방향으로 상기 제2 기준면과 대응되는 위치에 형성되며, 상기 제2 경사면은 상기 플랫폼부의 길이방향으로 상기 제1 기준면과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 상기 제1 기준면은 상기 제1 경사면보다 상기 리딩 엣지에서 더 멀리 배치되며, 상기 제2 기준면은 상기 제2 경사면보다 상기 트레일링 엣지에서 더 가깝게 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 상기 제1 기준면과 상기 제2 기준면 사이의 제1 거리는 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면 사이의 제2 거리보다 더 길게 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 가스 터빈은 외부에서 유입된 공기를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기 및 상기 연소기에서 연소된 연소 가스에 의해 회전하는 회전 기계를 포함하며, 상기 회전 기계는 회전 가능하게 설치된 로터와 고정된 스테이터를 포함하며, 상기 로터는 설치 홈이 형성된 로터 디스크와 상기 로터 디스크에 삽입되는 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드는, 리딩 엣지와 트레일링 엣지를 갖는 에어 포일, 상기 에어 포일의 하부에 위치하는 루트부, 및 상기 루트부와 상기 에어 포일 사이에 위치하는 플랫폼부를 포함하고, 상기 플랫폼부는 제1 측면과 제2 측면을 포함하며, 상기 제1 측면은 제1 기준면과 상기 제1 기준면에 대하여 경사지게 형성된 제1 경사면을 포함하고, 상기 제2 측면은 제2 기준면과 상기 제2 기준면에 대하여 경사지게 형성된 제2 경사면을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 서로 엇갈리게 배치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 상기 제1 기준면과 상기 제2 기준면 사이의 제1 거리는 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면 사이의 제2 거리보다 더 길게 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 블레이드 설치 방법은 상기 로터 디스크에 형성된 설치 홈에 블레이드를 삽입하는 블레이드 삽입 단계, 상기 블레이드의 플랫폼부에 형성된 제1 경사면과 제2 경사면이 설치 홈의 내면과 마주하도록 정렬하고 상기 블레이드를 상기 설치 홈의 길이방향으로 이동시키는 블레이드 이동 단계, 및 상기 제1 경사면과 연결된 제1 기준면과 상기 제2 경사면과 연결된 제2 기준면이 상기 설치 홈의 내면과 맞닿도록 상기 블레이드를 회전시키는 블레이드 회전 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 블레이드 설치 방법은 상기 블레이드 이동 단계는 상기 제1 경사면과 제2 경사면이 상기 설치 홈의 내면에서 이격되도록 블레이드를 회전시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 블레이드 설치 방법은 상기 블레이드 이동 단계는 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면이 상기 설치 홈의 내면과 평행하고, 상기 제1 기준면과 상기 제2 기준면이 상기 설치 홈의 내면과 경사지도록 상기 블레이드를 회전시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 블레이드 설치 방법은 상기 블레이드 회전 단계는 상기 제1 기준면과 상기 제2 기준면이 상기 설치 홈의 내면과 평행하고, 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면이 상기 설치 홈의 내면과 경사지도록 상기 블레이드를 회전시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 블레이드는 제1 측면에 제1 기준면과 제1 경사면이 형성되고, 제2 측면에 제2 기준면과 제2 경사면이 형성되므로 제1, 2 기준면 또는 제1, 2 경사면이 로터 디스크의 설치 홈에 선택적으로 맞닿을 수 있다. 이에 따라 제1, 2 경사면이 설치 홈의 내면과 마주하는 상태에서 블레이드를 이동시키고, 제1, 2 기준면이 설치 홈의 내면과 맞닿도록 고정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 가스 터빈의 일부를 잘라 본 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터 디스크에 블레이드가 삽입된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드가 로터 디스크에 설치되는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드가 로터 디스크에 설치되어 이웃하는 블레이드와 맞닿은 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드 설치 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 블레이드를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 블레이드를 도시한 횡단면도이다.

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.

이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이며, 도 2는 도 1의 가스 터빈의 일부를 잘라 본 종단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예를 따르는 가스 터빈(1000)의 열역학적 사이클은 이상적으로는 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 따를 수 있다. 브레이튼 사이클은 등엔트로피 압축(단열 압축), 정압 급열, 등엔트로피 팽창(단열 팽창), 정압 방열로 이어지는 4가지 과정으로 구성될 수 있다. 즉, 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 정압 환경에서 연료를 연소하여 열에너지를 방출하고, 이 고온의 연소 가스를 팽창시켜 운동에너지로 변환시킨 후에 잔여 에너지를 담은 배기가스를 대기 중으로 방출할 수 있다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어질 수 있다.

위와 같은 브레이튼 사이클을 실현하는 가스 터빈(1000)은 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100), 연소기(1200) 및 터빈(1300)을 포함할 수 있다. 이하의 설명은 도 1을 참조하겠지만, 본 발명의 설명은 도 1에 예시적으로 도시된 가스 터빈(1000)과 동등한 구성을 가진 터빈 기관에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 가스 터빈(1000)의 압축기(1100)는 외부로부터 공기를 흡입하여 압축할 수 있다. 압축기(1100)는 압축기 블레이드(1130)에 의해 압축된 압축 공기를 연소기(1200)에 공급하고, 또한 가스 터빈(1000)에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급할 수 있다. 이때, 흡입된 공기는 압축기(1100)에서 단열 압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(1100)를 통과한 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다.

압축기(1100)는 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계되는데, 소형 가스 터빈에서는 원심 압축기가 적용되는 반면, 도 1, 및 도 2에 도시된 것과 같은 대형 가스 터빈(1000)은 대량의 공기를 압축해야 하기 때문에 다단 축류 압축기가 적용되는 것이 일반적이다. 이때, 다단 축류 압축기에서는, 압축기 블레이드(1130)는 센터 타이로드(1120)와 로터 디스크의 회전에 따라 회전하여 유입된 공기를 압축하면서 압축된 공기를 후단의 압축기 베인(1140)으로 이동시킨다. 공기는 다단으로 형성된 블레이드(1130)를 통과하면서 점점 더 고압으로 압축된다.

압축기 베인(1140)은 하우징(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 안내한다. 일 실시예에서 복수의 압축기 베인(1140) 중 적어도 일부는 공기의 유입량의 조절 등을 위해 정해진 범위 내에서 회전 가능하도록 장착될 수 있다.

압축기(1100)는 터빈(1300)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동될 수 있다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100)의 회전축과 터빈(1300)의 회전축은 토크 튜브(1170)에 의하여 직결될 수 있다. 대형 가스 터빈(1000)의 경우, 터빈(1300)에서 생산되는 출력의 거의 절반 정도가 압축기(1100)를 구동시키는데 소모될 수 있다.

한편, 연소기(1200)는 압축기(1100)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소 가스를 만들어 낼 수 있다. 연소기(1200)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.

연소기(1200)는 셀 형태로 형성되는 하우징 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combustor Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.

한편, 연소기(1200)에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 터빈(1300)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈(1300)의 블레이드(1330)에 충동, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크 튜브(1170)를 거쳐 압축기(1100)로 전달되고, 압축기(1100) 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 사용된다.

이러한 터빈(1300)은 연소 가스에 의하여 회전하는 회전 기계로 이루어지며, 로터(1520)와 스테이터(1510)를 포함한다. 본 실시예에서는 회전 기계가 가스 터빈의 터빈으로 이루어진 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

터빈(1300)은 로터 디스크(1310)와 로터 디스크(1310)에 방사상으로 배치되는 복수 개의 블레이드(1330)를 포함하는 로터(1520)와 회전하지 않도록 고정된 베인(1320)을 포함하는 스테이터(1510)를 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터 디스크에 블레이드가 삽입된 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드를 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드가 로터 디스크에 설치되는 과정을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드가 로터 디스크에 설치되어 이웃하는 블레이드와 맞닿은 상태를 도시한 도면이다.

도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 로터 디스크(1310)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주면에는 복수의 설치 홈(1312)이 형성되어 있다. 설치 홈(1312)은 굴곡된 부분을 갖도록 형성되며 설치 홈(1312)에 블레이드(1330)의 하부가 삽입된다.

설치 홈(1312)은 로터 디스크(1310)의 외주 방향을 따라서 이어져 형성될 수 있으며, 설치 홈(1312)에는 블레이드(1330)의 플랫폼부(1332), 생크(1336), 루트부(1335)가 삽입될 수 있다.

블레이드(1330)는 날개 형태로 이루어진 에어 포일(1331)과 에어 포일(1331)의 내측에서 에어 포일(1331)을 지지하는 플랫폼부(1332)와 플랫폼부(1332)의 하부에 형성된 루트부(1335), 플랫폼부(1332)와 루트부(1335)를 연결하는 생크(1336), 에어 포일(1331)의 외측에 결합된 팁 커버(1334)를 포함할 수 있다.

에어 포일(1331)은 가스터빈(1000)의 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 흐름 방향을 기준으로 상류측에 배치되는 리딩 엣지(LE)와 하류측에 배치되는 트레일링 엣지(TE)를 갖는다. 에어 포일(1331)에는 쿨링을 위한 냉각 홀들이 형성될 수 있다.

또한, 에어포일(1331)에는 외측방으로 볼록한 곡면을 이루며 돌출된 흡입면(SS)과 흡입면(SS) 측으로 오목하게 함몰된 곡면을 이루는 압력면(PS)이 형성된다.

플랫폼부(1332)는 에어 포일(1331)의 내측에서 에어 포일(1331)을 지지하며, 이웃하는 블레이드(1330)의 플랫폼부(1332)와 그 측면이 서로 맞닿아 블레이드(1330)들 사이의 간격을 유지한다.

플랫폼부(1332)는 두께를 갖는 판 형상 또는 다면 기둥 형상으로 이루어질 수 있으며, 플랫폼부(1332)는 설치 홈에 삽입되어 설치 홈의 길이방향으로 이동할 수 있다.

플랫폼부(1332)의 하부에는 루트부(1335)가 형성되며, 루트부(1335)는 육면체 또는 다각 기둥 형상으로 이루어질 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 루트부(1335)는 도브 테일 형상 또는 전나무 형상으로 이루어질 수도 있다. 루트부(1335)는 생크(1336)를 매개로 플랫폼부(1332)와 연결되며, 생크(1336)는 기둥 형태로 이루어질 수 있다.

팁 커버(1334)는 에어 포일(1331)의 외측 단부에 위치하며, 판 형태로 이루어진다. 팁 커버(1334)에서 외측을 향하는 상면에는 돌출된 2개의 레일(1334a)이 형성될 수 있다. 팁 커버(1334)들은 원주방향으로 배열되어 고리를 형성할 수 있다. 또한, 팁 커버(1334)는 터빈 케이싱에 형성된 홈에 삽입되어 회전할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 로터 디스크(1310)에 형성된 설치 홈(1312)은 원주 방향으로 이어져 형성되며, 복수의 터빈 블레이드(1330)는 하나의 설치 홈(1312)에 삽입될 수 있다. 또한 설치 홈(1312)은 터빈 블레이드(1330)의 삽입을 위해서 폭이 넓게 형성된 삽입 홈(1315)과 연결될 수 있다. 터빈 블레이드(1330)들은 삽입 홈(1315)을 통해서 삽입되어 설치 홈(1312)을 따라 이동하여 기 설정된 위치에 고정될 수 있다.

플랫폼부(1332)는 리딩 엣지(LE)를 향하는 제1 측면(S1)과 트레일링 엣지(TE)를 향하는 제2 측면(S2)을 포함할 수 있다. 여기서 제1 측면(S1)과 제2 측면(S2)은 서로 반대방향을 향하는 면이 될 수 있다.

플랫폼부(1332)에는 4개의 측면이 형성될 수 있으며, 이 중 2개의 측면은 설치 홈(1312)과 맞닿고, 2개의 측면은 이웃하는 블레이드(1330)의 플랫폼부(1332)와 맞닿을 수 있는데, 제1 측면(S1)과 제2 측면(S2)은 설치 홈(1312)의 내면과 맞닿는다.

제1 측면(S1)은 제1 기준면(S11)과 제1 기준면(S11)에 대하여 경사지게 형성된 제1 경사면(S12)을 포함할 수 있다. 여기서 제1 기준면(S11)은 터빈의 회전 중심축에 수직인 면으로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

제1 경사면(S12)은 제1 기준면(S11)에 대하여 기 설정된 각도로 경사지게 형성될 수 있으며, 제1 기준면(S11)의 연장면에 대하여 제1 경사면(S12)이 이루는 제1 경사각(A11)은 0.5도 내지 30도로 이루어질 수 있다.

제1 경사면(S12)은 제1 기준면(S11)에서 리딩 엣지(LE)를 향하여 이어지며, 제1 기준면(S11)보다 리딩 엣지(LE)에 더 가깝게 배치된다. 제1 기준면(S11)은 제1 경사면(S12)에서 흡입면(SS)의 볼록한 외측단을 향하여 이어질 수 있다.

제2 측면(S2)은 제2 기준면(S21)과 제2 기준면(S21)에 대하여 경사지게 형성된 제2 경사면(S22)을 포함할 수 있으며, 제2 기준면(S21)에 대하여 제2 경사면(S22)은 제2 경사각(A12)으로 경사지게 형성되는데, 제2 경사각(A12)은 0.5도 내지 30도로 이루어질 수 있다.

제2 경사면(S22)은 제2 기준면(S21)에서 흡입면(SS)의 볼록한 외측단을 향하여 이어질 수 있다. 제2 경사면(S22)은 제2 기준면(S21)보다 트레일링 엣지(TE)에 더 가깝게 배치된다.

제1 경사면(S12)과 제2 경사면(S22)은 서로 엇갈리도록 배치되는데, 제1 경사면(S12)은 플랫폼부(1332)의 길이방향(y축 방향)으로 제2 기준면(S21)과 대응되는 위치에 형성되며, 제2 경사면(S22)은 플랫폼부(1332)의 길이방향(y축 방향)으로 제1 기준면(S11)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.

즉, 제1 기준면(S11)과 제2 경사면(S22)은 플랫폼부(1332)에서 압력면과 인접한 측면과 연결되고, 제2 기준면(S21)과 제1 경사면(S12)은 플랫폼부(1332)에서 흡입면(SS)과 인접한 측면과 연결될 수 있다.

제1 경사각(A11)과 제2 경사각(A12)은 동일하게 이루어질 수 있으며, 제1 기준면(S11)과 제2 기준면(S21)이 평행하게 형성되고, 제1 경사면(S12)과 제2 경사면이 평행하게 형성될 수 있다. 또한, 제2 경사각(A12)은 제1 경사각(A11)보다 더 크게 이루어질 수 있으며, 제2 경사각(A12)은 제1 경사각(A11)보다 10%~50% 더 크게 형성될 수 있다. 제2 경사각(A12)은 제1 경사각(A11)보다 더 크게 형성되면, 트레일링 에지(TE)와 인접한 부분에서 더 큰 갭을 형성하여 보다 용이하게 블레이드(1330)를 이동시킬 수 있다.

제1 기준면(S11)과 제2 기준면(S21) 사이의 제1 거리(D1)는 제1 경사면(S12)과 제2 경사면(S22) 사이의 제2 거리(D2)보다 더 크게 형성된다. 이에 따라 제1 경사면(S12)과 제2 경사면(S22)이 설치 홈(1312)의 내면과 맞닿으면, 블레이드(1330)가 용이하게 이동할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드의 설치 방법에 대해서 설명한다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드 설치 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 블레이드 설치 방법은 블레이드 삽입 단계(S101), 블레이드 이동 단계(S102), 블레이드 회전 단계(S103)를 포함할 수 있다.

블레이드 삽입 단계(S101)는 설치 홈(1312)에 블레이드(1330)를 삽입하되, 삽입 홈(1315)을 통해서 블레이드(1330)의 하부에 형성된 루트부(1335), 생크(1336), 플랫폼부(1332)를 설치 홈(1312)에 삽입한다.

블레이드 이동 단계(S102)는 제1 경사면(S12)과 제2 경사면(S22)이 설치 홈(1312)의 내면과 마주하도록 정렬하여 블레이드(1330)를 설치 홈(1312)의 길이방향으로 이동시킨다. 제1 경사면(S12)과 제2 경사면(S22)이 설치 홈(1312)의 내면과 마주하도록 블레이드(1330)가 회전하면 블레이드(1330)의 길이가 짧아져서 용이하게 이동할 수 있다.

블레이드 이동 단계(S102)는 제1 경사면(S12)과 제2 경사면(S22)이 설치 홈(1312)의 내면과 평행하고, 제1 기준면(S11)과 제2 기준면(S21)이 설치 홈(1312)의 내면과 경사지도록 블레이드(1330)를 회전시킬 수 있다. 또한, 블레이드 이동 단계(S102)는 제1 경사면(S12)과 제2 경사면(S22)이 설치 홈(1312)의 내면에서 이격되도록 블레이드(1330)를 회전시킬 수 있다.

블레이드 회전 단계(S103)는 블레이드(1330)가 기 설정된 위치로 이동한 후에 제1 기준면(S11)과 제2 기준면(S21)이 설치 홈(1312)의 내면과 맞닿도록 블레이드(1330)를 회전시킨다. 또한, 블레이드 회전 단계(S103)는 제1 기준면(S11)과 제2 기준면(S21)이 설치 홈(1312)의 내면과 평행하고, 제1 경사면(S12)과 제2 경사면(S22)이 설치 홈(1312)의 내면과 경사지도록 블레이드(1330)를 회전시킬 수 있다.

이에 따라 플랫폼부(1332)의 제1 기준면(S11)과 제2 기준면(S21)이 설치 홈(1312)의 내면과 맞닿아 견고하게 지지될 수 있다. 블레이드 회전 단계(S103)는 블레이드(1330)를 회전시켜서 팁 커버(1334)에 사전부하(pre-load))를 인가하며, 사전 부하의 의하여 발생하는 회전력은 제1 기준면(S11)과 제2 기준면(S21)을 설치 홈(1312)의 내면으로 가압할 수 있다.

터빈(1300)의 회전 시에 블레이드(1330)에는 회전력이 발생하며, 회전력은 제1 기준면(S11)과 제2 기준면(S21)이 설치 홈(1312)과 맞닿도록 형성된다. 이에 따라 제1 경사면(S12)과 제2 경사면(S22)이 형성되더라도 블레이드(1330)가 흔들리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 블레이드(1330)들은 이웃하는 블레이드(1330)와 맞닿아 회전이 방지될 수 있다.

또한, 블레이드(1330)의 회전에 의하여 서로 맞닿는 팁 커버(1334)에 기 설정된 가압력을 균일하게 인가할 수 있다. 또한, 블레이드(1330)의 설치를 위하여 연마 가공 등의 갭 형성 공정을 생략되어 제조 효율이 향상되며, 갭이 형성되지 않으므로 저속 운전 시에도 블레이드(1330)가 흔들리는 것을 방지할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 블레이드에 대해서 설명한다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 블레이드를 도시한 사시도이다.

도 8을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 블레이드(2300)는 날개 형태로 이루어진 에어 포일(2310)과 에어 포일(2310)의 내측에서 에어 포일(2310)을 지지하는 플랫폼부(2320)와 플랫폼부(2320)의 하부에 형성된 루트부(2350)와 플랫폼부(2320)와 루트부(2350)를 연결하는 생크(2360)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 블레이드(2300)는 팁 커버를 갖지 않는다.

한편, 플랫폼부(2320)는 리딩 엣지(LE)를 향하는 제1 측면(S1)과 트레일링 엣지(TE)를 향하는 제2 측면(S2)을 포함하며, 제1 측면(S1)은 제1 기준면(S11)과 제1 기준면(S11)에 대하여 경사지게 형성된 제1 경사면(S12)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 측면(S2)은 제2 기준면(S21)과 제2 기준면(S21)에 대하여 경사지게 형성된 제2 경사면(S22)을 포함할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 블레이드에 대해서 설명한다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 블레이드를 도시한 횡단면도이다.

도 9를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 블레이드(4300)의 플랫폼부(4320)는 에어 포일(4310)의 하부에서 에어 포일(4310)을 지지하며, 리딩 엣지(LE)를 향하는 제1 측면(S1)과 트레일링 엣지(TE)를 향하는 제2 측면(S2)을 포함할 수 있다.

제1 측면(S1)은 제1 기준면(S11)과 제1 기준면(S11)에 대하여 경사지게 형성된 제1 경사면(S12)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 측면(S2)은 제2 기준면(S21)과 제2 기준면(S21)에 대하여 경사지게 형성된 제2 경사면(S22)을 포함할 수 있다.

한편, 블레이드(4300)의 이동 방향을 기준으로 플랫폼부(1332)의 제일 선단에는 이동방향에 수직인 회피면(4350)이 형성될 수 있는데, 회피면(4350)은 이동 과정에서 이웃하는 블레이드(4300)와의 충돌에 의하여 플랫폼부(4320)가 손상되는 것을 방지한다.

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: 가스 터빈 1100: 압축기
1120: 센터 타이로드 1130: 압축기 블레이드
1140: 압축기 베인 1170: 토크 튜브
1200: 연소기 1300: 터빈
1310: 로터 디스크 1312: 설치 홈
1315: 삽입 홈 1320: 베인
1330, 2300, 4300: 블레이드 1331, 2310, 4310: 에어 포일
1332, 2320, 4320: 플랫폼부 1334: 팁 커버
1335, 2350: 루트부 1336, 2360: 생크
S1: 제1 측면 S2: 제2 측면
S11: 제1 기준면 S12: 제1 경사면
S21: 제2 기준면 S22: 제2 경사면

Claims

회전 기계의 블레이드에 있어서,
리딩 엣지와 트레일링 엣지를 갖는 에어 포일;
상기 에어 포일의 하부에 위치하는 루트부; 및
상기 루트부와 상기 에어 포일 사이에 위치하는 플랫폼부;
를 포함하고,
상기 플랫폼부는 이격된 제1 측면과 제2 측면을 포함하며,
상기 제1 측면은 제1 기준면과 상기 제1 기준면에 대하여 경사지게 형성된 제1 경사면을 포함하고, 상기 제2 측면은 제2 기준면과 상기 제2 기준면에 대하여 경사지게 형성된 제2 경사면을 포함하는 블레이드.
제1 항에 있어서,
상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 서로 엇갈리게 배치된 블레이드.
제2 항에 있어서,
상기 제1 경사면은 상기 플랫폼부의 길이방향으로 상기 제2 기준면과 대응되는 위치에 형성되며, 상기 제2 경사면은 상기 플랫폼부의 길이방향으로 상기 제1 기준면과 대응되는 위치에 형성된 블레이드.
제2 항에 있어서,
상기 제1 기준면은 상기 제1 경사면보다 상기 리딩 엣지에서 더 멀리 배치되며, 상기 제2 기준면은 상기 제2 경사면보다 상기 트레일링 엣지에서 더 가깝게 배치된 블레이드.
제2 항에 있어서,
상기 제1 기준면과 상기 제2 기준면 사이의 제1 거리는 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면 사이의 제2 거리보다 더 길게 형성된 블레이드.
제1 항에 있어서,
상기 제1 기준면의 연장면과 상기 제1 경사면이 이루는 제1 각도는 상기 제2 기준면의 연장면과 상기 제2 경사면이 이루는 제2 각도와 동일한 블레이드.
제1 항에 있어서,
상기 제1 기준면의 연장면과 상기 제1 경사면이 이루는 각도는 상기 제2 기준면의 연장면과 상기 제2 경사면이 이루는 각도보다 더 작은 블레이드.
제1 항에 있어서,
상기 플랫폼부의 제일 선단에는 회피면이 형성된 블레이드.
회전 가능하게 설치된 로터와 고정된 스테이터를 포함하는 회전 기계에 있어서,
상기 로터는 설치 홈이 형성된 로터 디스크와 상기 로터 디스크에 삽입되는 블레이드를 포함하며,
상기 블레이드는, 리딩 엣지와 트레일링 엣지를 갖는 에어 포일, 상기 에어 포일의 하부에 위치하는 루트부, 및 상기 루트부와 상기 에어 포일 사이에 위치하는 플랫폼부를 포함하고,
상기 플랫폼부는 이격된 제1 측면과 제2 측면을 포함하며,
상기 제1 측면은 제1 기준면과 상기 제1 기준면에 대하여 경사지게 형성된 제1 경사면을 포함하고, 상기 제2 측면은 제2 기준면과 상기 제2 기준면에 대하여 경사지게 형성된 제2 경사면을 포함하는 회전 기계.
제9 항에 있어서,
상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 서로 엇갈리게 배치된 회전 기계.
제10 항에 있어서,
상기 제1 경사면은 상기 플랫폼부의 길이방향으로 상기 제2 기준면과 대응되는 위치에 형성되며, 상기 제2 경사면은 상기 플랫폼부의 길이방향으로 상기 제1 기준면과 대응되는 위치에 형성된 회전 기계.
제10 항에 있어서,
상기 제1 기준면은 상기 제1 경사면보다 상기 리딩 엣지에서 더 멀리 배치되며, 상기 제2 기준면은 상기 제2 경사면보다 상기 트레일링 엣지에서 더 가깝게 배치된 회전 기계.
제10 항에 있어서,
상기 제1 기준면과 상기 제2 기준면 사이의 제1 거리는 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면 사이의 제2 거리보다 더 길게 형성된 회전 기계.
외부에서 유입된 공기를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기 및 상기 연소기에서 연소된 연소 가스에 의해 회전하는 회전 기계를 포함하는 가스 터빈으로서,
상기 회전 기계는 회전 가능하게 설치된 로터와 고정된 스테이터를 포함하며,
상기 로터는 설치 홈이 형성된 로터 디스크와 상기 로터 디스크에 삽입되는 블레이드를 포함하고,
상기 블레이드는, 리딩 엣지와 트레일링 엣지를 갖는 에어 포일, 상기 에어 포일의 하부에 위치하는 루트부, 및 상기 루트부와 상기 에어 포일 사이에 위치하는 플랫폼부를 포함하고,
상기 플랫폼부는 이격된 제1 측면과 제2 측면을 포함하며,
상기 제1 측면은 제1 기준면과 상기 제1 기준면에 대하여 경사지게 형성된 제1 경사면을 포함하고, 상기 제2 측면은 제2 기준면과 상기 제2 기준면에 대하여 경사지게 형성된 제2 경사면을 포함하는 가스 터빈.
제14 항에 있어서,
상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 서로 엇갈리게 배치된 가스 터빈.
제15 항에 있어서,
상기 제1 기준면과 상기 제2 기준면 사이의 제1 거리는 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면 사이의 제2 거리보다 더 길게 형성된 가스 터빈.
회전 기계의 로터 디스크에 블레이드를 설치하는 블레이드 설치 방법에 있어서,
상기 로터 디스크에 형성된 설치 홈에 블레이드를 삽입하는 블레이드 삽입 단계;
상기 블레이드의 플랫폼부에 형성된 제1 경사면과 제2 경사면이 설치 홈의 내면과 마주하도록 정렬하고 상기 블레이드를 상기 설치 홈의 길이방향으로 이동시키는 블레이드 이동 단계; 및
상기 제1 경사면과 연결된 제1 기준면과 상기 제2 경사면과 연결된 제2 기준면이 상기 설치 홈의 내면과 맞닿도록 상기 블레이드를 회전시키는 블레이드 회전 단계;
를 포함하는 블레이드 설치 방법.
제17 항에 있어서,
상기 블레이드 이동 단계는 상기 제1 경사면과 제2 경사면이 상기 설치 홈의 내면에서 이격되도록 블레이드를 회전시키는 블레이드 설치 방법.
제17 항에 있어서,
상기 블레이드 이동 단계는 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면이 상기 설치 홈의 내면과 평행하고, 상기 제1 기준면과 상기 제2 기준면이 상기 설치 홈의 내면과 경사지도록 상기 블레이드를 회전시키는 블레이드 설치 방법.
제17 항에 있어서,
상기 블레이드 회전 단계는 상기 제1 기준면과 상기 제2 기준면이 상기 설치 홈의 내면과 평행하고, 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면이 상기 설치 홈의 내면과 경사지도록 상기 블레이드를 회전시키는 블레이드 설치 방법.