KR20200037669A

KR20200037669A - 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조 및 이를 포함하는 가스터빈

Info

Publication number: KR20200037669A
Application number: KR1020180117153A
Authority: KR
Inventors: 배진호
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2020-04-09
Anticipated expiration: 2038-10-01
Also published as: KR102113326B1

Abstract

본 발명은 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 로터디스크의 외주면을 따라 배치되는 결합홈과, 블레이드의 일단부에 배치되고, 상기 결합홈에 결합되는 결합돌기 및 상기 결합돌기의 단부에 일체로 형성되고 상기 결합홈의 내측에 배치되며, 상기 결합돌기가 상기 결합홈의 방사방향으로 가압력을 받도록 하여, 상기 결합홈의 내측에서 상기 결합돌기의 위치를 고정하도록 제공되는 고정부재를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조 및 이를 포함하는 가스터빈{Blade fixing structure using blade-integrated elastic body and gas turbine having the same}

본 발명은 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 루프 스프링을 삽입하지 않고, 블레이드의 단부를 탄성체 형상으로 일체형으로 가공하여 로터디스크의 외주면에 장착되는 블레이드가 방사방향으로 힘을 받아 위치가 고정되도록 하는 블레이드 고정 구조 및 가스터빈에 관한 것이다.

일반적으로 터빈(turbine)은 가스(gas), 스팀(steam) 등 유체의 열에너지를 기계에너지인 회전력으로 변환하는 동력발생 장치이다.

여기서, 가스터빈은 압축기 섹션와 연소기 및 터빈 섹션을 포함하여 구성되고, 압축기 섹션의 회전에 의해 외부 공기가 흡입, 압축된 후 연소기로 보내지고, 연소기에서 압축공기와 연료의 혼합에 의해 연소가 이루어진다. 연소기에서 발생된 고온·고압의 가스는 터빈 섹션을 통과하면서 터빈의 로터를 회전시켜 발전기를 구동시킨다.

가스터빈을 구성하는 로터상에는 복수의 열로 로터디스크가 배치되고, 로터디스크의 외주면 원주방향을 따라 복수개의 블레이드가 배치된다.

도 1를 참고하면, 통상 로터디스크(30)의 외주면에는 암도브테일 형상의 블레이드가 장착는 결합홈이 형성되고, 블레이드(20)의 단부는 블레이드 장착부에 끼워지는 수도브테일 형상의 결합돌기가 형성되어 있다.

이때 조립시 블레이드(20)는 로터디스크(30)의 외주면에 원주방향으로 배치되기 때문에, 로터디스크(30)의 하부에 위치하는 블레이드(30)는 중력에 의해 로터디스크의 외측방향으로 힘을 받고 있고, 로터디스크(30)의 상부에 위치하는 블레이드(30)는 중력때문에 로터디스크(30)의 내측방향으로 힘을 받고 있어, 블레이드(30)의 초기 위치가 일정하지 않게 된다.

따라서 중력에 상관없이 블레이드(20)가 모두 로터디스크(30)의 외주면상에서 방사방향으로 일정하게 힘을 받아 위치가 균일하게 구속될 수 있도록, 도 1에서와 같이 루프 스프링(root spring)을 끼워넣는다. 그런데, 종래 루프 스프링을 사용하는 경우 루프 스프링을 삽입하기 위해 로터디스크(30)의 블레이드 장착부에 H 높이 공간만큼의 추가 가공 공정을 해야 한다.

미국특허 등록번호:US 9689271 B2

본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 별도의 루프 스프링을 삽입하지 않고, 블레이드의 단부를 탄성체 형상으로 일체형으로 가공하여 로터디스크의 외주면에 장착되는 블레이드가 방사방향으로 힘을 받아 위치가 고정되도록 하는 블레이드 고정 구조 및 가스터빈을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 로터디스크의 외주면을 따라 배치되는 결합홈; 블레이드의 일단부에 배치되고, 상기 결합홈에 결합되는 결합돌기; 및 상기 결합돌기의 일단부에 일체로 형성되고 상기 결합홈의 내측에 배치되며, 상기 결합돌기가 상기 결합홈의 방사방향으로 가압력을 받도록 하여, 상기 결합홈의 내측에서 상기 결합돌기의 위치를 고정하도록 제공되는 고정부재;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 고정부재는 상기 로터디스크의 회전방향을 기준으로 지그재그 방향으로 서로 연결된 복수의 고정판으로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 고정판은 상기 로터디스크의 회전축 방향을 기준으로 상기 블레이드의 양단부에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 고정부재는, 상기 고정판의 강성을 향상하도록 상기 고정판의 일면에 배치되는 보강돌기;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 고정부재는, 상기 복수의 고정판 중 상기 결합홈의 내측면에 밀착되는 고정판상에 배치되고, 상기 로터디스크의 중심방향으로 돌출된 포지션돌기; 및 상기 결합홈의 내측면에 배치되고, 상기 포지션돌기가 삽입되는 포지션홈;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 고정부재는, 상기 로터디스크에 형성된 냉각유로에서 상기 블레이드에 형성된 냉각유로로 냉각유체가 유동하도록, 상기 복수의 고정판에 형성되는 냉각홀;을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 냉각홀은 상기 로터디스크의 냉각유로에서 상기 블레이드의 냉각유로 방향으로 갈수록 좁아지게 테이퍼지게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 냉각홀은 상기 로터디스크의 냉각유로에서 상기 블레이드의 냉각유로 방향으로 갈수록 유선형으로 좁아지게 곡률지게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 로터디스크에 형성된 냉각유로와 상기 블레이드에 형성된 냉각유로가 연통되도록, 상기 고정판은 상기 로터디스크의 회전축 방향을 기준으로 상기 결합돌기의 단부에 일정간격으로 이격되어 분할되어 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 고정판의 외측면은, 상기 로터디스크의 냉각유로에서 상기 블레이드의 냉각유로 방향으로 갈수록 좁아지게 테이퍼진 테이퍼부가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 고정판의 외측면은, 상기 로터디스크의 냉각유로에서 상기 블레이드의 냉각유로 방향으로 갈수록 유선형으로 좁아지게 곡선진 곡선부가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 고정판은 복수의 단으로 상기 결합홈의 내측에 배치되되, 상기 고정판의 지그재그 형상은 곡선형으로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 고정판은 복수의 단으로 상기 결합홈의 내측에 배치되되, 상기 고정판의 지그재그 형상은 직선형으로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 로터디스크의 회전축 방향을 기준으로, 상기 결합돌기는 수도브테일 형상이고, 상기 결합홈에서 상기 결합돌기가 결합되는 부위는 암도브테일 형상부이고, 상기 고정부재가 배치되는 부위는 사각 형상부로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 결합홈에 배치되는 상기 고정부재를 구성하는 복수의 고정판 각각의 길이는 동일하게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 로터디스크의 회전축 방향을 기준으로, 상기 결합돌기는 수도브테일 형상이고, 상기 결합홈에서 상기 결합돌기가 결합되는 부위는 암도브테일 형상부이고, 상기 고정부재가 배치되는 부위는 유선 형상부로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 결합홈에 배치되는 상기 고정부재를 구성하는 복수의 고정판 각각의 길이는 다르게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 결합홈과 상기 결합돌기 사이에 배치되고, 상기 결합돌기와 상기 결합홈간에 척력을 받도록 하여, 상기 결합홈의 내측에서 상기 결합돌기의 위치를 고정하도록 제공되는 자력부재;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 자력부재는, 상기 결합돌기상에서 상기 결합홈을 바라보는 일측부에 배치되는 제1 마그네트; 및 상기 결합홈상에서 상기 결합돌기를 바라보는 내측부에 배치되는 제2 마그네트;를 포함할 수 있다.

본 발명인 가스터빈은 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 배치되고 유입된 공기를 압축하는 압축기 섹션; 상기 케이싱 내부에서 상기 압축기 섹션과 연결되며 배치되고, 압축된 공기를 연소하는 연소기; 상기 케이싱 내부에서 상기 연소기와 연결되며 배치되고, 연소된 공기를 이용하여 동력을 생산하는 터빈 섹션; 및 상기 케이싱 내부에서 상기 터빈 섹션과 연결되며 배치되고, 공기를 외부로 배출하는 디퓨져; 상기 압축기 섹션 또는 상기 터빈 섹션 중 적어도 어느 하나에 배치되는 제1항의 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 블레이드의 단부를 3D 프린터 등을 이용하여 탄성체 형상으로 블레이드 일체형으로 가공함에 따라 종래기술과 같은 루프 스프링 부품이 별도로 필요하지 않아 가스터빈 제작의 비용 감소 및 경제성을 높일 수 있다.

도 1은 종래 루프 스프링을 이용한 블레이드 고정 구조
도 2는 일반적인 가스터빈을 나타낸 측단면도
도 3은 본 발명인 블레이드 고정 구조의 고정부재 형상에 대한 제1 실시예를 나타낸 전단면도.
도 4는 본 발명인 블레이드 고정 구조의 고정부재 형상에 대한 제2 실시예를 나타낸 전단면도.
도 5는 본 발명인 블레이드 고정 구조의 고정부재 형상에 대한 제3 실시예를 나타낸 전단면도.
도 6은 본 발명인 블레이드 고정 구조의 고정부재 형상에 대한 제4 실시예를 나타낸 전단면도.
도 7은 본 발명인 블레이드 고정 구조의 포지션돌기/포지션홈을 나타낸 측단면도.
도 8은 본 발명인 고정부재와 냉각유로의 연계 구조에 대한 제1 실시예를 나타낸 측단면도.
도 9는 본 발명인 고정부재와 냉각유로의 연계 구조에 대한 제2 실시예를 나타낸 측단면도.
도 10은 도 8 또는 도9에 게시된 고정부재와 냉각유로의 연계 구조에 대한 부분사시도.
도 11은 본 발명인 고정부재와 냉각유로의 연계 구조에 대한 제3 실시예를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명인 고정부재와 자석의 연계 구조를 나타낸 측단면도.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조 및 이를 포함하는 가스터빈의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 대한 설명에 앞서 가스터빈(1)의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 2를 참조하면, 가스터빈은 기본적으로 외관을 형성하는 케이싱(casing;2), 공기를 압축하는 압축기 섹션(compressor section;4), 공기를 연소하는 연소기(combuster;5), 연소된 가스를 이용하여 발전하는 터빈섹션(turbine section;6), 배기가스를 배출하는 디퓨져(diffuser;7) 및 압축기섹션(4)과 터빈섹션(6)을 연결하여 회전동력을 전달하는 로터(rotor;3)를 포함하여 구성될 수 있다.

열역학적으로 가스터빈의 상류측에 해당하는 압축기 섹션(compressor section)으로는 외부의 공기가 유입되어 단열압축 과정을 거치게 된다. 압축된 공기는 연소기 섹션(combuster section)으로 유입되어 연료와 혼합되어 등압연소 과정을 거치고, 연소가스는 가스터빈의 하류측에 해당하는 터빈 섹션(turbine section)으로 유입되어 단열팽창 과정을 거치게 된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상기 케이싱(2)의 전방에 압축기 섹션(4)이 위치하고, 후방에 터빈 섹션(6)이 구비된다.

상기 압축기 섹션(4)과 상기 터빈 섹션(6)의 사이에는 상기 터빈 섹션(6)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기 섹션(4)로 전달하는 토크튜브(3b)이 구비된다.

상기 압축기 섹션(4)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(120)이 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(120)들은 타이로드(3a)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다.

상기 각각의 압축기 로터 디스크(120) 중앙을 상기 타이로드(3a)이 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 상기 압축기 로터 디스크(120)의 외주부 부근에는 이웃한 로터 디스크에 상대 회전이 불가능하도록 결합되는 플랜지(미도시)가 축 방향으로 돌출되게 형성된다.

상기 압축기 로터 디스크(120)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(blade;110)(또는 bucket으로 지칭)가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 블레이드(110)은 도브 테일부(미도시)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(120)에 체결된다.

도브 테일부의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 도브 테일외의 다른 체결장치를 이용하여 상기 압축기 블레이드(110)을 압축기 로터 디스크(120)에 체결할 수 있다.

이때 케이싱(2) 중 압축기 섹션(4)의 내주면에는 상기 압축기 블레이드(110)의 상대 회전운동에 대한 베인(미도시)(또는 노즐이라 지칭)이 다이아프램(미도시)상에 장착되며 배치될 수 있다.

상기 타이로드(3a)은 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크(120)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크(120) 내에 체결되고, 타측 단부는 상기 토크튜브(3b)에 고정된다.

상기 타이로드(3a)의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도면에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다.

하나의 타이로드(3a)이 압축기 로터 디스크(120)의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이로드(3a)이 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 디퓨저의 다음 위치에 가이드깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(desworler)라고 한다.

상기 연소기(5)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압 연소과정으로 연소기(5) 및 터빈 섹션(6)의 부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.

가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기(5)은 셀 형태로 형성되는 케이싱(2) 내에 다수가 배열될 수 있다.

한편, 일반적으로 터빈 섹션(6)에서는 연소기(5)에서 나온 고온, 고압의 연소가스가 팽창하면서 터빈 섹션(6)의 회전날개에 충동, 반동력을 주어 기계적인 에너지로 변환한다.

터빈 섹션(6)에서 얻은 기계적 에너지는 압축기 섹션(4)에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며 나머지는 발전기를 구동하는데 이용되어 전력을 생산하게 된다.

상기 터빈 섹션(6)에는 차실 내에 복수의 정익 및 동익이 교대로 배치 형성되어 구성되어 있고, 연소 가스에 의해 동익을 구동시킴으로써 발전기가 연결되는 출력축을 회전 구동시키고 있다.

이를 위해, 상기 터빈 섹션(6)에는 복수의 터빈 로터 디스크(6a)이 구비된다. 상기 각각의 터빈 로터 디스크(6a)은 기본적으로는 상기 압축기 로터 디스크(120)과 유사한 형태를 갖는다.

상기 터빈 로터 디스크(6a) 역시 이웃한 터빈 로터 디스크(6a)과 결합되기 위한 구비한 플랜지(미도시)를 구비하고, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(6b)(또는 bucket으로 지칭)를 포함한다. 상기 터빈 블레이드(6b) 역시 도브테일 방식으로 상기 터빈 로터 디스크(6a)에 결합될 수 있다.

이때 케이싱(2) 중 터빈 섹션(6)의 내주면에는 상기 터빈 블레이드(6b)의 상대 회전운동에 대한 베인(미도시)(또는 노즐이라 지칭)이 다이아프램(미도시)상에 장착되며 배치될 수 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 가스터빈에 있어서, 유입된 공기는 압축기 섹션(4)에서 압축되고, 연소기(5)에서 연소된 후, 터빈 섹션(6)로 이동되어 발전 구동하고, 디퓨저(7)을 통해 대기중으로 배출된다.

여기서, 상기 토크튜브(3b), 압축기 로터 디스크(120), 압축기 블레이드(110), 터빈 로터 디스크(6a), 터빈 블레이드(6b), 타이로드(3a) 등은 회전 구성요소로서 일체로 로터(3) 또는 회전체라고 지칭될 수 있다. 그리고 케이싱(2), 베인(vane;미도시), 다이아프램(diaphram;미도시) 등은 비회전 구성요소로서 일체로 스테이터(stator) 또는 고정체라고 지칭될 수 있다.

가스터빈에 대한 일반적인 한 형태의 구조는 상기와 같으며, 이하에서는 이러한 가스터빈에 적용되는 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

이하에서 기술되는 로터디스크(120)과 블레이드(110)는 압축기 섹션(4)에 한정하여 설명하지만, 이는 터빈 섹션(6)의 로터디스크(6a)와 블레이드(6b)에도 적용될 수 있다.

도 3은 본 발명인 블레이드 고정 구조(100)의 고정부재(200) 형상에 대한 제1 실시예를 나타낸 전단면도이고, 도 4는 본 발명인 블레이드 고정 구조(100)의 고정부재(200) 형상에 대한 제2 실시예를 나타낸 전단면도이며, 도 5는 본 발명인 블레이드 고정 구조(100)의 고정부재(200) 형상에 대한 제3 실시예를 나타낸 전단면도이고, 도 6은 본 발명인 블레이드 고정 구조(100)의 고정부재(200) 형상에 대한 제4 실시예를 나타낸 전단면도이다.

본 발명인 블레이드 고정 구조(100)는 결합홈(121), 결합돌기(111) 및 고정부재(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 결합홈(121)은 로터디스크(120)의 외주면을 따라 복수개가 배치될 수 있으며, 상기 결합돌기(111)는 블레이드(110)의 일단부에 배치되고, 상기 결합홈(121)에 결합되도록 제공될 수 있다.

그리고 상기 고정부재(200)는 상기 결합돌기(111)의 일단부에 일체로 형성되고 상기 결합홈(121)의 내측에 배치되며, 상기 결합돌기(111)가 상기 결합홈(121)의 방사방향으로 가압력을 받도록 하여, 상기 결합홈(121)의 내측에서 상기 결합돌기(111)의 위치를 고정하도록 제공될 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에서는 상기 고정부재(200)는 상기 로터디스크(120)의 회전축 방향을 기준으로 상기 블레이드(110)의 양단부에 배치될 수 있으며,

본 발명에서는 상기 고정부재(200)가 여러 실시예 형태로 구현될 수 있다.

우선 도 3를 참고하면, 본 발명인 블레이드 고정 구조(100)의 고정부재(200) 형상에 대한 제1 실시예에서는 상기 결합돌기(111)는 상기 로터디스크(120)의 회전축 방향을 기준으로, 수도브테일 형상일 수 있으며, 상기 결합홈(121)은 상기 결합돌기(111)가 결합되는 부위는 암도브테일 형상부(121a)일 수 있고, 상기 고정부재(200)가 배치되는 부위는 사각 형상부(121b)일 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서는 상기 고정부재(200)는 상기 로터디스크(120)의 회전방향을 기준으로 지그재그 방향으로 서로 연결된 복수의 고정판(210)으로 구성될 수 있다. 본 발명의 고정판(210)은 직선형 판 또는 곡선형 판일 수 있다.

이때 상기 복수의 고정판(210)은 상기 결합돌기(111)의 일단부에 절삭가공, 3D 프린터 등을 이용하여 일체형으로 가공될 수 있다. 또한 고정판(210)의 재질은 상기 블레이드(110)와 동일 재질일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 탄성력이 높은 다른 재질을 융합하는 방법도 가능하다.

작업자는 복수의 고정판(210)을 누른 채로, 로터디스크(120)의 결합홈(121)에 블레이드(110)의 결합돌기(111)를 삽입하면, 복수의 고정판(210)이 복원력을 발휘하며 도 3에 게시된 화살표와 같이, 결합돌기(111)를 로터디스크(120)의 방사방향으로 가압하며 밀어주어 블레이드(110)의 위치를 고정하게 된다. 즉 결합홈(121)의 내측에서 블레이드(110)의 위치를 로터디스크(120)의 방사방향으로 구속되게 된다.

이때 상기 결합홈(121)의 사각 형상부(121b)에 배치되는 복수의 고정판(210) 길이는 서로 동일할 수 있다. 이 경우 각각의 고정판(210)은 유사 비율로 휘어지며 유사 크기의 가압력을 발휘하게 된다.

즉 블레이드(110)의 무게를 지탱하며 로터디스크(120)의 방사방향으로 밀어 위치를 구속할 때 필요한 가압력은, 복수의 고정판(210)에 비교적 균일하게 분할되게 필요시된다. 이에 따라 복수의 고정판의 인가되는 응력도 균일하게 분산되므로, 특정 고정판의 집중되는 파손, 변형을 방지할 수 있어 전반적인 고정판의 사용연한을 연장할 수 있는 효과가 있다.

다음 도 4를 참고하면, 본 발명인 블레이드 고정 구조(100)의 고정부재(200) 형상에 대한 제2 실시예에서는 상기 결합돌기(111)는 상기 로터디스크(120)의 회전축 방향을 기준으로, 수도브테일 형상일 수 있으며, 상기 결합홈(121)은 상기 결합돌기(111)가 결합되는 부위는 암도브테일 형상부(121a)일 수 있고, 상기 고정부재(200)가 배치되는 부위는 유선 형상부(121c)일 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서는 상기 고정부재(200)는 상기 로터디스크(120)의 회전방향을 기준으로 지그재그 방향으로 서로 연결된 복수의 고정판(210)으로 구성될 수 있다. 본 발명의 고정판(210)은 직선형 판 또는 곡선형 판일 수 있다.

이때 상기 결합홈(121)의 유선 형상부(121c)가 로터디스크(120)의 내측방향으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상에 대응하여, 상기 유선 형상부(121c)에 배치되는 복수의 고정판(210) 길이는 서로 다를 수 있다. 도 4에 게시된 것과 같이, 로터디스크(120)의 내측방향으로 갈수록 각 고정판(210)의 길이가 축소되도록 구성될 수 있다. 예를 들어 결합돌기(111)에 가장 근접한 고정판(210a)의 길이가 가장 길고, 다음 고정판(210b)의 길이는 상대적으로 작게 구성될 수 있다.

그리고 가장 끝단의 고정판(210c)은 유선 형상부(121c)의 내측면에 맞닿아, 나머지 고정판(210)이 안정적으로 가압력을 발휘하도록 하기 위해 나머지 고정판(210)을 지지하도록, 유선 형상부(121c)의 내측면에 대응되는 형상으로 구현될 수 있다. 따라서 가장 끝단의 고정판(210c)은 유선 형상일 수 있다. 이 경우 길이가 긴 고정판(210a)이 길이가 상대적으로 짧은 고정판(210b)에 비해 더 많이 휘어지며 보다 큰 가압력을 발휘할 수 있다.

또한 가장 끝단의 고정판(210c)이 유선 형상부(121c)의 내측면에 맞닿는 유선 형상임임에 따라, 나머지 고정판(210a,210b)를 지지할 때 발생될 수 있는 응력이 유선 형상을 따라 유선 형상부(121c)의 내측면 방향으로 고르게 분산되는 효과가 있다. 이는 가장 끝단의 고정판(210c)의 파손, 변형을 완화하여 전체 고정판(210)의 사용 연한을 연장할 수 있다.

작업자는 복수의 고정판(210)을 누른 채로, 로터디스크(120)의 결합홈(121)에 블레이드(110)의 결합돌기(111)를 삽입하면, 복수의 고정판(210)이 복원력을 발휘하며 도 4에 게시된 화살표와 같이, 결합돌기(111)를 로터디스크(120)의 방사방향으로 가압하며 밀어주어 블레이드(110)의 위치를 고정하게 된다. 역시 결합홈(121)의 내측에서 블레이드(110)의 위치를 로터디스크(120)의 방사방향으로 구속되게 된다.

다음 도 5를 참고하면, 본 발명인 블레이드 고정 구조(100)의 고정부재(200) 형상에 대한 제3 실시예에서는 상기 결합돌기(111)는 상기 로터디스크(120)의 회전축 방향을 기준으로, 수도브테일 형상일 수 있으며, 상기 결합홈(121)은 상기 결합돌기(111)가 결합되는 부위는 암도브테일 형상부(121a)일 수 있고, 상기 고정부재(200)가 배치되는 부위는 사각 형상부(121b)일 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서는 상기 고정부재(200)는 상기 로터디스크(120)의 회전방향을 기준으로 지그재그 방향으로 서로 연결된 복수의 고정판(210)으로 구성될 수 있다. 본 발명의 고정판(210)은 직선형 판 또는 곡선형 판일 수 있다. 그리고 상기 고정판(210)은 상기 결합돌기(111)의 단부에 한 쌍으로 배치될 수 있다.

작업자는 복수의 고정판(210)을 누른 채로, 로터디스크(120)의 결합홈(121)에 블레이드(110)의 결합돌기(111)를 삽입하면, 복수의 고정판(210)이 복원력을 발휘하며 도 5에 게시된 화살표와 같이, 결합돌기(111)를 로터디스크(120)의 방사방향으로 가압하며 밀어주어 블레이드(110)의 위치를 고정하게 된다. 즉 결합홈(121)의 내측에서 블레이드(110)의 위치를 로터디스크(120)의 방사방향으로 구속되게 된다.

이때 상기 결합홈(121)의 사각 형상부(121b)에 배치되는 복수의 단인 고정판(210) 길이는 서로 동일할 수 있다. 이 경우 각각의 고정판(210)은 유사 비율로 휘어지며 유사 크기의 가압력을 발휘하게 된다.

물론 한 쌍의 고정부재(200)도 전반적으로 1/2에 해당하는 분산된 가압력을 좌우에서 균일하게 발휘한다.

이에 따라 블레이드(110)의 무게를 지탱하며 로터디스크(120)의 방사방향으로 밀어 위치를 구속할 때 필요한 가압력은, 복수의 고정판(210)에 비교적 균일하게 분할되게 필요시된다. 이에 따라 복수의 고정판의 인가되는 응력도 균일하게 분산되므로, 특정 고정판의 집중되는 파손, 변형을 방지할 수 있어 전반적인 고정판의 사용연한을 연장할 수 있는 효과가 있다.

또한 복수의 단으로 이뤄진 고정판(210)이 사각 형상부(121b) 내부 좌우에 한 쌍으로 배치되어 있음에 따라, 로터디스크(120)에 좌우 흔들림, 진동 등이 발생되더라도, 결합홈(121) 내부에서의 결합돌기(111)의 위치를 좌우에서 지지하여 블레이드(110)로 충격이 인가되는 것을 완화할 수 있다.

다음 도 6를 참고하면, 본 발명인 블레이드 고정 구조(100)의 고정부재(200) 형상에 대한 제4 실시예에서는 상기 결합돌기(111)는 상기 로터디스크(120)의 회전축 방향을 기준으로, 수도브테일 형상일 수 있으며, 상기 결합홈(121)은 상기 결합돌기(111)가 결합되는 부위는 암도브테일 형상부(121a)일 수 있고, 상기 고정부재(200)가 배치되는 부위는 사각 형상부(121b)일 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에서는 상기 고정부재(200)는 고정판(210) 및 보강돌기(221)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 고정판(210)은 상기 로터디스크(120)의 회전방향을 기준으로 지그재그 방향으로 서로 연결된 복수의 단으로 구성될 수 있다. 본 발명의 고정판(210)은 직선형 판 또는 곡선형 판일 수 있다.

상기 보강돌기(221)는 상기 고정판(210)의 일면에 배치될 수 있으며, 상기 보강돌기(221)가 배치됨에 따라 상기 고정판(210)의 강성은 향상되는 효과를 기대할 수 있다. 본 발명에서는 상기 보강돌기(221)는 도 6에서와 같이 둥근돌기 형상이나 이에 한정되는 것은 아니다.

작업자는 복수의 고정판(210)을 누른 채로, 로터디스크(120)의 결합홈(121)에 블레이드(110)의 결합돌기(111)를 삽입하면, 복수의 고정판(210)이 복원력을 발휘하며 도 6에 게시된 화살표와 같이, 결합돌기(111)를 로터디스크(120)의 방사방향으로 가압하며 밀어주어 블레이드(110)의 위치를 고정하게 된다. 즉 결합홈(121)의 내측에서 블레이드(110)의 위치를 로터디스크(120)의 방사방향으로 구속되게 된다.

한편, 도 7은 본 발명인 블레이드 고정 구조(100)의 포지션돌기(231)/포지션홈(233)을 나타낸 측단면도이다.

도 7를 참고하면, 상기 고정부재(200)는 포지션돌기(231) 및 포지션홈(233)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 포지션돌기(231)는 상기 복수의 고정판(210) 중 상기 결합홈(121)의 내측면에 밀착되는 고정판(210)상에 배치되고, 상기 로터디스크(120)의 중심방향으로 돌출되도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 포지션홈(233)은 상기 결합홈(121)의 내측면에 배치되고, 상기 포지션돌기(231)가 삽입되도록 구성될 수 있다.

상기 복수의 고정판(210)이 상기 결합홈(121)에 삽입되면, 상기 포지션돌기(231)가 상기 포지션홈(233)에 끼워지면서 상기 복수의 고정판(210)의 로터디스크(120)의 회전축 방향 위치를 고정해주게 된다. 이 경우 로터디스크(210)에 회전축 방향 흔들림, 진동 등이 발생되더라도, 상기 포지션돌기(231)가 포지션홈(233)에 삽입되어 있음에 따라, 블레이드(110)가 회전축 방향으로 이탈 또는 위치 변경되는 것을 방지하는 효과가 있다. 이때 본 발명의 실시예에서는 상기 포지션돌기(231) 및 상기 포지션홈(233)은 둥근 형상으로 처리되어 있어서, 삽입 및 분리는 원활하게 가능하다.

한편, 도 8은 본 발명인 고정부재(200)와 냉각유로의 연계 구조에 대한 제1 실시예를 나타낸 측단면도이고, 도 9는 본 발명인 고정부재(200)와 냉각유로의 연계 구조에 대한 제2 실시예를 나타낸 측단면도이다. 그리고 도 10은 도 8 또는 도 9에 게시된 고정부재(200)와 냉각유로의 연계 구조에 대한 부분사시도이다.

우선 도 8 및 도 10를 참고하면, 본 발명인 고정부재(200)와 냉각유로의 연계 구조에 대한 제1 실시예에서는 상기 로터디스크(120)에 형성된 냉각유로(125)와 상기 블레이드(110)에 형성된 냉각유로(115)가 연통되도록, 상기 고정판(210)은 상기 로터디스크(120)의 회전축 방향을 기준으로 상기 결합돌기(111)의 단부에 일정간격으로 이격되어 분할되어 배치될 수 있다.

그리고 상기 로터디스크(120)의 냉각유로(125)로 유입된 냉각유체가 상기 블레이드(110)의 냉각유로(115)로 진입할 때 유체 연속의 법칙에 따라 속도가 높아지도록, 상기 고정판(210)의 외측면은, 상기 로터디스크(120)의 냉각유로(125)에서 상기 블레이드(110)의 냉각유로(115) 방향으로 갈수록 좁아지게 테이퍼진 테이퍼부(211)가 형성될 수 있다. 또한 이러한 곡선부(213)에 의해 냉각유체는 난류 발생없이 부드럽게 블레이드(110)의 냉각유로(115)까지 유동할 수 있다.

다음 도 9 및 도 10를 참고하면, 본 발명인 고정부재(200)와 냉각유로의 연계 구조에 대한 제2 실시예에서는 상기 로터디스크(120)에 형성된 냉각유로(125)와 상기 블레이드(110)에 형성된 냉각유로(115)가 연통되도록, 상기 고정판(210)은 상기 로터디스크(120)의 회전축 방향을 기준으로 상기 결합돌기(111)의 단부에 일정간격으로 이격되어 분할되어 배치될 수 있다.

그리고 상기 로터디스크(120)의 냉각유로(125)로 유입된 냉각유체가 상기 블레이드(110)의 냉각유로(115)로 진입할 때 유체 연속의 법칙에 따라 속도가 높아지도록, 상기 고정판(210)의 외측면은, 상기 로터디스크(120)의 냉각유로(125)에서 상기 블레이드(110)의 냉각유로(115) 방향으로 갈수록 유선형으로 좁아지게 곡선진 곡선부(213)가 형성될 수 있다. 또한 이러한 곡선부(213)에 의해 냉각유체는 난류 발생없이 부드럽게 블레이드(110)의 냉각유로(115)까지 유동할 수 있다.

한편, 도 11은 본 발명인 고정부재(200)와 냉각유로의 연계 구조에 대한 제3 실시예를 나타낸 도면이다. 본 발명인 고정부재(200)와 냉각유로의 연계 구조에 대한 제3 실시예에서는 상기 로터디스크(120)에 형성된 냉각유로(125)와 상기 블레이드(110)에 형성된 냉각유로(115)가 연통되도록, 상기 복수의 고정판(210)에는 냉각홀(240)이 형성될 수 있다.

그리고 상기 로터디스크(120)의 냉각유로(125)로 유입된 냉각유체가 상기 블레이드(110)의 냉각유로(115)로 진입할 때 유체 연속의 법칙에 따라 속도가 높아지도록, 상기 냉각홀(240)은, 상기 로터디스크(120)의 냉각유로(125)에서 상기 블레이드(110)의 냉각유로(115) 방향으로 갈수록 좁아지게 테이퍼진 형태로 형성될 수 있다. 또는 상기 냉각홀(240)은 상기 로터디스크(120)의 냉각유로(125)에서 상기 블레이드(110)의 냉각유로(115) 방향으로 갈수록 유선형으로 좁아지게 곡률진 형태로 형성될 수 있다.

또한 테이퍼진 형상 또는 곡률진 형상에 의해 냉각유체는 난류 발생없이 부드럽게 블레이드(110)의 냉각유로(115)까지 유동할 수 있다.

한편, 도 12는 본 발명인 고정부재(200)와 자석의 연계 구조를 나타낸 측단면도이다.

도 12를 참고하면, 상기 결합돌기(111)와 상기 결합홈(121)간에 척력을 받도록 하여, 상기 결합홈(121)의 내측에서 상기 결합돌기(111)의 위치를 고정하도록, 상기 결합홈(121)과 상기 결합돌기(111) 사이에 자력부재(300)가 더 배치될 수 있다.

이 경우 상기 복수의 고정판(210)에 의한 가압력과 상기 자력부재(300)에 의한 척력이 함께 발휘되어 상기 결합홈(121)의 내측에서 상기 블레이드(110)가 보다 외측 방향으로 힘을 받도록 함으로써, 상기 블레이드(110)에 대한 위치 구속력을 높일 수 있다.

이러한 상기 자력부재(300)는 상기 결합돌기(111)상에서 상기 결합홈(121)을 바라보는 일측부에 배치되는 제1 마그네트(310) 및 상기 결합홈(121)상에서 상기 결합돌기(111)를 바라보는 내측부에 배치되는 제2 마그네트(320)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1,2 마그네트(310,320)은 네오디움 자석(neodymium magnet)일 수 있다.

이상의 사항은 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조 및 이를 포함하는 가스터빈의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.

100:블레이드 고정 구조
110:블레이드 111:결합돌기
115:블레이드의 냉각유로
120:로터디스크 121:결합홈
121a:암도브테일 형상부 121b:사각 형상부
121c:유선 형상부 125:로터디스크의 냉각유로
200:고정부재 210:고정판
211:테이퍼부 213:곡선부
221:보강돌기 231:포지션돌기
233:포지션홈 240:냉각홀
300:자력부재 310:제1 마그네트
320:제2 마그네트

Claims

로터디스크의 외주면을 따라 배치되는 결합홈;
블레이드의 일단부에 배치되고, 상기 결합홈에 결합되는 결합돌기; 및
상기 결합돌기의 일단부에 일체로 형성되고 상기 결합홈의 내측에 배치되며, 상기 결합돌기가 상기 결합홈의 방사방향으로 가압력을 받도록 하여, 상기 결합홈의 내측에서 상기 결합돌기의 위치를 고정하도록 제공되는 고정부재;
를 포함하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제1항에 있어서,
상기 고정부재는 상기 로터디스크의 회전방향을 기준으로 지그재그 방향으로 서로 연결된 복수의 고정판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제2항에 있어서,
상기 고정판은 상기 로터디스크의 회전축 방향을 기준으로 상기 블레이드의 양단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제2항에 있어서,
상기 고정부재는,
상기 고정판의 강성을 향상하도록 상기 고정판의 일면에 배치되는 보강돌기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제2항에 있어서,
상기 고정부재는,
상기 복수의 고정판 중 상기 결합홈의 내측면에 밀착되는 고정판상에 배치되고, 상기 로터디스크의 중심방향으로 돌출된 포지션돌기; 및
상기 결합홈의 내측면에 배치되고, 상기 포지션돌기가 삽입되는 포지션홈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제2항에 있어서,
상기 고정부재는,
상기 로터디스크에 형성된 냉각유로에서 상기 블레이드에 형성된 냉각유로로 냉각유체가 유동하도록, 상기 복수의 고정판에 형성되는 냉각홀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제6항에 있어서,
상기 냉각홀은 상기 로터디스크의 냉각유로에서 상기 블레이드의 냉각유로 방향으로 갈수록 좁아지게 테이퍼진 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제6항에 있어서,
상기 냉각홀은 상기 로터디스크의 냉각유로에서 상기 블레이드의 냉각유로 방향으로 갈수록 유선형으로 좁아지게 곡률진 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제2항에 있어서,
상기 로터디스크에 형성된 냉각유로와 상기 블레이드에 형성된 냉각유로가 연통되도록,
상기 고정판은 상기 로터디스크의 회전축 방향을 기준으로 상기 결합돌기의 단부에 일정간격으로 이격되어 분할되어 배치되는 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제9항에 있어서,
상기 고정판의 외측면은, 상기 로터디스크의 냉각유로에서 상기 블레이드의 냉각유로 방향으로 갈수록 좁아지게 테이퍼진 테이퍼부가 형성되는 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제9항에 있어서,
상기 고정판의 외측면은, 상기 로터디스크의 냉각유로에서 상기 블레이드의 냉각유로 방향으로 갈수록 유선형으로 좁아지게 곡선진 곡선부가 형성되는 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제2항에 있어서,
상기 고정판은 복수의 단으로 상기 결합홈의 내측에 배치되되, 상기 고정판의 지그재그 형상은 곡선형인 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제2항에 있어서,
상기 고정판은 복수의 단으로 상기 결합홈의 내측에 배치되되, 상기 고정판의 지그재그 형상은 직선형인 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제2항에 있어서,
상기 로터디스크의 회전축 방향을 기준으로, 상기 결합돌기는 수도브테일 형상이고,
상기 결합홈에서 상기 결합돌기가 결합되는 부위는 암도브테일 형상부이고, 상기 고정부재가 배치되는 부위는 사각 형상부인 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제14항에 있어서,
상기 결합홈에 배치되는 상기 고정부재를 구성하는 복수의 고정판 각각의 길이는 동일한 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제2항에 있어서,
상기 로터디스크의 회전축 방향을 기준으로, 상기 결합돌기는 수도브테일 형상이고,
상기 결합홈에서 상기 결합돌기가 결합되는 부위는 암도브테일 형상부이고, 상기 고정부재가 배치되는 부위는 유선 형상부인 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제16항에 있어서,
상기 결합홈에 배치되는 상기 고정부재를 구성하는 복수의 고정판 각각의 길이는 다른 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제1항에 있어서,
상기 결합홈과 상기 결합돌기 사이에 배치되고, 상기 결합돌기와 상기 결합홈간에 척력을 받도록 하여, 상기 결합홈의 내측에서 상기 결합돌기의 위치를 고정하도록 제공되는 자력부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
제18항에 있어서,
상기 자력부재는,
상기 결합돌기상에서 상기 결합홈을 바라보는 일측부에 배치되는 제1 마그네트; 및
상기 결합홈상에서 상기 결합돌기를 바라보는 내측부에 배치되는 제2 마그네트;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조.
케이싱;
상기 케이싱의 내부에 배치되고 유입된 공기를 압축하는 압축기 섹션;
상기 케이싱 내부에서 상기 압축기 섹션과 연결되며 배치되고, 압축된 공기를 연소하는 연소기;
상기 케이싱 내부에서 상기 연소기와 연결되며 배치되고, 연소된 공기를 이용하여 동력을 생산하는 터빈 섹션; 및
상기 케이싱 내부에서 상기 터빈 섹션과 연결되며 배치되고, 공기를 외부로 배출하는 디퓨져;
상기 압축기 섹션 또는 상기 터빈 섹션 중 적어도 어느 하나에 배치되는 제1항의 블레이드 일체형 탄성체를 이용한 블레이드 고정 구조;
를 포함하는 가스터빈.