KR101794451B1

KR101794451B1 - 디스크 조립체 및 그를 포함하는 터빈

Info

Publication number: KR101794451B1
Application number: KR1020160086137A
Authority: KR
Inventors: 김경국; 김기백; 안태성
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2016-07-07
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2017-11-06
Anticipated expiration: 2036-07-07

Abstract

본 발명은 디스크 조립체 및 그를 포함하는 터빈에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 가스 터빈의 압축기 섹션과 맞물리며, 상기 압축기 섹션의 반대쪽 측면에 내측림이 형성되는 제1 디스크; 가스 터빈의 터빈 섹션과 맞물리며, 상기 터빈 섹션의 반대쪽 측면에 내측림이 형성되는 제2 디스크; 상기 제1 및 제2 디스크 사이에 배치되어 제2 디스크에 인가된 회전 토크를 상기 제1 디스크로 전달하고, 상기 제1 및 제2 디스크와 대향하는 양측면에 내측림이 형성되고, 적어도 하나의 관통공이 형성되는 제3 디스크; 및 상기 제3 디스크의 내주면과 가스 터빈의 타이 로드의 외주면 사이에 배치되어, 상기 제3 디스크를 상기 타이 로드의 반경 방향에 대해서 고정하는 댐퍼 링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리가 제공된다.

Description

디스크 조립체 및 그를 포함하는 터빈{DISK ASSEMBLY AND A TURBINE USING THE SAME}

본 발명은 디스크 조립체 및 그를 포함하는 터빈에 관한 것으로서, 터빈, 특히 가스 터빈에 있어서 압축기 섹션과 터빈 섹션 사이에 배치되어 터빈 섹션에 의해 생성된 회전 토크를 압축기 섹션으로 전달하기 위한 디스크 조립체 및 그를 포함하는 터빈에 관한 것이다.

가스터빈은 연소가스를 터빈의 블레이드 측으로 분사하여, 회전력을 얻는 원동기의 일종으로서, 크게 압축기, 연소기 및 터빈으로 구분할 수 있다. 상기 압축기는 터빈의 회전으로부터 생성된 동력의 일부를 전달받아서 유입되는 공기를 고압으로 압축하는 역할을 하게 되며, 압축된 공기는 연소기 측으로 전달된다.

상기 연소기는 압축 공기와 연료를 혼합 및 연소시켜 고온의 연소가스 흐름을 생성시키고 이를 터빈측으로 분사하며, 분사된 연소가스는 터빈을 회전시켜 회전력을 얻을 수 있도록 한다.

여기서, 압축기 및 터빈은 외주부에 방사상으로 결합되는 블레이드를 갖는 복수 개의 로터 디스크를 포함한다. 통상적으로, 압축기에는 터빈 보다 많은 수의 로터 디스크가 포함되는데, 이하에서는 압축기에 배치되는 복수 개의 로터 디스크들을 압축기 섹션이라 칭하며, 터빈측에 배치되는 복수 개의 로터 디스크를 터빈 섹션이라 칭한다.

상기 각각의 로터 디스크들은 이웃한 로터 디스크와 함께 회전하도록 체결된다. 아울러, 각각의 로터 디스크들은 타이 로드를 이용하여 축 방향으로 이동하지 않도록 밀착된 상태로 고정된다.

상기 타이 로드는 각각의 로터 디스크의 중앙을 관통하도록 삽입되고, 타이 로드 양단에 체결되는 가압너트를 통해 로터 디스크들이 축 방향으로 움직이지 않도록 체결될 수 있다.

한편, 상기 압축기 섹션과 터빈 섹션의 사이에 연소기가 배치되므로, 압축기 섹션과 터빈 섹션은 연소기가 배치되기 위한 공간을 형성하도록 서로 이격되어 있다. 타이 로드는 상기 로터 디스크의 축 방향 이동만을 제한할 뿐이어서, 로터 디스크는 타이 로드에 대해서 자유롭게 회전할 수 있는 상태에 있다. 따라서, 터빈섹션에서 생성된 회전토크를 상기 연소기를 경유하여 압축기 섹션으로 전달할 수 있는 토크 전달부재가 추가적으로 구비되어야 한다.

이러한 토크 전달부재 중 하나가 토크 튜브이다. 상기 토크 튜브는 대체로 중공형의 실린더 형태를 가지며, 양측 단부가 압축기 섹션의 최말단 로터 디스크와 터빈 섹션의 최선단 로터 디스크와 각각 체결되어, 양자 사이에서 토크를 전달하도록 구성되어 있다.

상기 토크 튜브는 장기간 동안 지속적으로 운전되는 가스 터빈의 특성상 변형 및 뒤틀림 등에 강해야 하며, 유지 보수를 용이하게 하기 위하여 조립 및 해체가 용이하여야 한다. 아울러, 상기 토크 튜브는 압축기 섹션에서 공급되는 냉각 공기를 터빈 섹션으로 전달하는 공기 유로로서도 기능하기 때문에, 원활한 냉각 공기의 공급이 가능하여야 한다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위해 안출된 것으로서, 종래의 토크 튜브에 비해서 보다 개선된 토크 전달 수단을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

본 발명은 또한, 상기와 같은 토크 전달 수단을 갖는 터빈을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 가스 터빈의 압축기 섹션과 맞물리며, 상기 압축기 섹션의 반대쪽 측면에 내측림이 형성되는 제1 디스크; 가스 터빈의 터빈 섹션과 맞물리며, 상기 터빈 섹션의 반대쪽 측면에 내측림이 형성되는 제2 디스크; 및 상기 제1 및 제2 디스크 사이에 배치되어 제2 디스크에 인가된 회전 토크를 상기 제1 디스크로 전달하고, 상기 제1 및 제2 디스크와 대향하는 양측면에 내측림이 형성되고, 적어도 하나의 관통공이 형성되는 제3 디스크를 포함하고, 상기 제3 디스크의 양측면에는 상기 내측림을 기준으로 반경 방향 내측 및 외측에 각각 제1 및 제2 공간부가 형성되는 디스크 어셈블리가 제공된다.

여기서, 상기 제3 디스크의 내주면과 가스 터빈의 타이 로드의 외주면 사이에 배치되어, 상기 제3 디스크를 상기 타이 로드의 반경 방향에 대해서 고정하는 댐퍼 링;을 추가적으로 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 내지 제3 디스크의 반경 방향 외측에는 상기 타이 로드의 길이 방향으로 연장되는 외측 림이 형성되고, 상기 각각의 외측 림이 대향하는 외측 림과 맞물려서, 상기 제1 내지 제3 디스크가 서로 상대회전이 불가능하도록 결합될 수 있다.

또한, 상기 제3 디스크의 관통공은 상기 내측 림과 상기 타이 로드의 사이에 배치되어, 상기 두 개의 제1 공간부를 서로 연통시킬 수 있다.

또한, 상기 제3 디스크의 양측면에 각각 배치되는 제2 공간부는, 상기 내측림에 의해서 상기 제1 공간부와 차단될 수 있다.

또한, 상기 제1 공간부는 상기 제1 내지 제3 디스크에 형성되는 내측림과 상기 타이 로드에 의해 정의될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 디스크와 상기 타이 로드 사이에 간극이 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 디스크와 타이 로드 사이에 형성된 간극은 각각 상기 제3 디스크의 양측면에 형성되는 상기 제1 공간부와 연통될 수 있다.

또한, 상기 제1 공간부와 상기 관통공 및 상기 간극이 상기 압축기 섹션과 터빈 섹션 사이의 공기 유로를 형성할 수 있다.

또한, 상기 간극은 상기 내측림의 저면까지 연장될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 가스 터빈의 압축기 섹션과 맞물리며, 상기 압축기 섹션의 반대쪽 측면에 내측림이 형성되고, 가스 터빈의 타이로드의 외주면과 소정 간격을 두고 이격되는 제1 디스크; 가스 터빈의 터빈 섹션과 맞물리며, 상기 터빈 섹션의 반대쪽 측면에 내측림이 형성되고, 가스 터빈의 타이로드의 외주면과 소정 간격을 두고 이격되는 제2 디스크; 상기 제1 및 제2 디스크 사이에 배치되어 제2 디스크에 인가된 회전 토크를 상기 제1 디스크로 전달하고, 상기 제1 및 제2 디스크와 대향하는 양측면에 내측림이 형성되고, 적어도 하나의 관통공이 형성되는 제3 디스크를 포함하고, 상기 제3 디스크의 양측면에는 상기 내측림을 기준으로 반경 방향 내측 및 외측에 각각 제1 및 제2 공간부가 형성되고, 상기 타이 로드와 상기 제1 및 제2 디스크 사이의 간격이 상기 타이 로드와 상기 제3 디스크 사이의 간격보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리가 제공된다.

여기서, 상기 제1 내지 제3 디스크의 반경 방향 외측에는 상기 타이 로드의 길이 방향으로 연장되는 외측 림이 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 디스크에 형성되는 간극은 상기 내측림의 내측면과 상기 타이 로드의 외주면 사이에서 연장될 수 있다.

또한, 상기 간극, 내측림 및 타이 로드에 의해서, 상기 제3 디스크의 양측면에 제1 및 제2 공기 저류 공간이 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 가스 터빈의 압축기 섹션과 맞물리며, 상기 압축기 섹션의 반대쪽 측면에 내측림이 형성되고, 가스 터빈의 타이로드의 외주면과 소정 간격을 두고 이격되는 제1 디스크; 가스 터빈의 터빈 섹션과 맞물리며, 상기 터빈 섹션의 반대쪽 측면에 내측림이 형성되고, 가스 터빈의 타이로드의 외주면과 소정 간격을 두고 이격되는 제2 디스크; 상기 제1 및 제2 디스크 사이에 배치되어 제2 디스크에 인가된 회전 토크를 상기 제1 디스크로 전달하고, 상기 제1 및 제2 디스크와 대향하는 양측면에 내측림이 형성되고, 적어도 하나의 관통공이 형성되는 제3 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리가 제공된다.

여기서, 상기 제1 및 제2 디스크의 외측 단부에는 외측림이 각각 형성될 수 있고, 상기 내측림은 상기 제1 및 제2 디스크의 중간부에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 내측림은 제1 및 제2 디스크의 내측 단부에 배치될 수도 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 디스크의 내측 단부와 상기 내측림의 내측 단부가 일직선 상에 배치되도록 할 수 있다.

이로 인해서, 상기 제3 디스크의 길이가 제1 및 제2 디스크의 길이 보다 크도록 할 수 잇다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 복수 개의 디스크를 토크 전달 부재로서 사용함으로써 타이 로드에 대한 고정 작업이 용이해질 뿐만 아니라, 상기 내측림이 각각의 디스크들 사이에서 추가적으로 지지되어 있으므로 토크 전달 부재로서의 구조적 안정성을 개선할 수 있다. 또한, 두 개의 공간부가 반경 방향 내외측에 각각 배치되므로 냉각 공기의 유로를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 토크 전달 부재의 중량을 줄이는 데에도 유리한 영향을 미칠 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면 제3 디스크가 댐퍼 림에 의해 타이 로드에 대해서 반경 방향으로 지지되어 있으므로 토크 전달 과정에서 상기 디스크 어셈블리에 야기되는 진동 및 소음을 최소화할 수 있다.

아울러, 제1 내지 제3 디스크를 통과하는 냉각 공기의 흐름을 단순화할 수 있어, 냉각 공기의 사용효율을 향상시킬 수 있고, 설계시에도 냉각 공기 흐름에 대한 해석작업을 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 디스크 어셈블리의 제1 실시예가 적용된 가스 터빈의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 실시예를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3은 상기 디스크 어셈블리의 제2 실시예를 확대하여 도시한 단면도이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 디스크 어셈블리의 실시예 및 그를 적용한 가스 터빈에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 디스크 어셈블리의 제1 실시예(200)가 적용된 가스 터빈(100)의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 실시예는 바디(102)를 구비하고 있고, 상기 바디(102)의 후측에는 터빈을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저(106)가 구비되어 있다. 그리고, 상기 디퓨저(106)의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(104)가 배치된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상기 바디(102)의 상류측에 압축기 섹션(110)이 위치하고, 하류측에 터빈 섹션(120)이 배치된다. 그리고, 상기 압축기 섹션(110)과 상기 터빈 섹션(120)의 사이에는 터빈 섹션에서 발생된 회전토크를 상기 압축기 섹션으로 전달하는 토크 전달부재로서의 디스크 어셈블리(200)가 배치되어 있다. 상기 압축기 섹션(110)에는 총 14매의 압축기 로터 디스크(140)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(140)들은 하나의 타이 로드(150)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

구체적으로, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(140)는 대략 중앙을 상기 타이 로드가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 아울러, 상기 압축기 로터 디스크(140)의 외주부 부근에는 복수 개의 돌기부(미도시)가 형성되고, 이웃한 로터 디스크에 상대 회전이 불가능하도록 결합되는 플랜지(142)가 축 방향으로 돌출되게 형성된다.

상기 압축기 로터 디스크(140)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(144)가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 블레이드(144)는 도브 테일부(146)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(140)에 체결되는데, 상기 블레이드와 상기 압축기 로터 디스크(140) 사이의 결합방식은 반드시 도브테일에 한정되는 것은 아니다.

한편, 상기 터빈 섹션(120)에는 4매의 터빈 로터 디스크(180)가 구비된다. 상기 각각의 터빈 로터 디스크(180)는 기본적으로는 상기 압축기 로터 디스크와 유사한 형태를 갖는다. 따라서, 상기 터빈 로터 디스크(180) 역시, 이웃한 터빈 로터 디스크와 결합되기 위한 결합돌기를 구비한 플랜지(182)를 구비하고, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(184)도 포함한다. 상기 터빈 블레이드(184) 역시 도브테일 방식으로 상기 터빈 로터 디스크(180)에 결합될 수 있다.

상기 타이 로드(150)는 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크(140)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타측 단부는 최하류측에 위치한 터빈 로터 디스크의 하류측에 배치되는 고정 너트(190)와 체결된다. 구체적으로, 상기 타이 로드(150)의 타측 단부는 상기 고정 너트(190)와 나사 결합되고, 그에 의해서 상기 고정 너트는 최하류에 배치된 터빈측 로터 디스크를 축방향으로 가압하게 된다. 이로 인해서, 상기 타이 로드(150)에 배치되는 복수 매의 디스크들이 서로 밀착된 상태에서, 축방향 이동이 불가능하도록 고정된다.

여기서, 상기 디스크 어셈블리(200)는 양단이 각각 상기 압축기 섹션(110) 및 터빈 섹션(120)과 맞닿은 상태로 고정되어 있다. 즉, 상기 디스크 어셈블리의 압축기 섹션측 단부는 상기 최하류측 압축기 로터 디스크와 접하게 되고, 상기 디스크 어셈블리의 터빈 섹션측 단부는 상기 최상류측 터빈 로터 디스크와 접하게 된다. 상술한 바와 같이, 디스크 어셈블의에도 복수 개의 돌기부가 형성되어, 각각의 로터 디스크에 대해서 상대 회전이 불가능하도록 고정될 수 있다.

한편, 상술한 가스 터빈에서는 하나의 타이 로드가 압축기 및 터빈에 걸쳐서 연장되도록 배치되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로서, 압축기측과 터빈 측에 각각 별도의 타이 로드를 구비한 예도 고려할 수 있으며, 각각의 디스크의 중앙을 관통하는 하나의 타이 로드 대신에, 디스크에 방사상으로 배치되면서 관통되는 복수 개의 타이 로드를 구비한 예도 고려할 수 있다. 또한, 압축기 섹션 및 터빈 섹션 중 어느 하나에는 중앙을 관통하는 하나의 타이 로드를, 나머지 섹션에는 방사상으로 배치되는 복수 개의 타이 로드를 배치하는 예도 고려할 수 있다.

이제, 도 2를 참조하여, 상기 디스크 어셈블리(200)에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 2를 참조하면, 상기 디스크 어셈블리(200)는 3개의 디스크를 구비한다. 3개의 디스크는 중앙에 상기 타이 로드가 관통되는 홀이 형성되는 점에서 공통되지만, 제1 및 제2 디스크(210, 230)는 대략 동일한 형상을 갖도록 형성되는 반면에, 상기 제3 디스크(220)는 후술할 냉각 공기가 통과하는 유로를 제공하기 위한 관통공(224a)이 더 형성되는 점에서 차이를 갖는다. 이하, 구체적으로 각각의 디스크에 대해서 설명한다.

상기 제1 디스크(210)는 측 단면 형상이 대략 T자 형태를 갖도록 형성된다. 구체적으로, 상기 제1 디스크는 원판 형태의 디스크 본체(214)와 상기 디스크 본체의 반경 방향 외측단부에 상기 타이 로드의 축방향을 따라 양측으로 돌출되도록 형성되는 외측림(212)을 포함한다. 여기서, 상기 외측림(212)은 이웃한 디스크들과 접하여, 디스크들이 서로 상대회전하지 못하도록 결합하는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 외측림(212)의 표면은 마찰면으로 이루어져, 상기 고정 너트의 가압력에 의해 상기 압축기측 로터 디스크의 표면 또는 제3 디스크의 표면과 미끄러지지 않도록 결합될 수 있다. 이외에도, 복수개의 돌기부를 상기 외측림(212)의 표면에 형성하여 이웃한 디스크들과 체결되도록 할 수도 있다.

그리고, 상기 제1 디스크의 디스크 본체(214)의 일측 단부, 구체적으로는 상기 타이 로드(150)와 대향하는 단부는 타이 로드의 표면으로부터 이격되도록 배치된다. 이로 인해서, 상기 타이 로드의 표면과 상기 디스크 본체(214)의 단부 사이에는 간극(S1)이 형성된다. 상기 간극에 대해서는 후술한다.

또한, 상기 제1 디스크(210)는 상기 타이 로드(150)와 상기 외측림(212)의 사이에, 구체적으로는 상기 디스크 본체(214)의 대략 중앙부에 형성되는 내측림(215)을 포함한다. 상기 내측림(215)은 상기 제1 디스크(210)의 좌우 양측면 중에서 상기 압축기 섹션과는 반대인 측면에만 형성된다. 그리고, 상기 내측림(215)은 상기 외측림과 마찬가지로, 이웃한 내측림과 결합하여 복수 개의 디스크들 사이에서 토크가 전달될 수 있도록 하는 한편, 디스크들을 축방향에 대해서 보다 안정적으로 지지한다.

상기 제2 디스크(230)는 기본적으로는 상기 제1 디스크와 유사한 형태를 갖는다. 즉, 상기 제2 디스크(230)는 측 단면 형상이 대략 T자 형태를 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 제1 디스크와 마찬가지로, 원판 형태의 디스크 본체(234)와 상기 디스크 본체의 외측 단부부에 상기 타이 로드의 축방향을 따라 양측으로 돌출되도록 형성되는 외측림(232)을 포함한다. 상기 제2 디스크(230)의 상기 외측림(232)도 이웃한 디스크들과 접하여, 디스크들이 서로 상대회전하지 못하도록 결합하는 역할을 한다.

예를 들어, 상기 외측림(232)의 표면은 마찰면으로 이루어져, 상기 고정 너트의 가압력에 의해 상기 터빈측 로터 디스크의 표면 또는 제3 디스크의 표면과 미끄러지지 않도록 결합될 수 있다. 상기 제2 디스크에서도, 복수 개의 돌기부를 상기 외측림(232)의 표면에 형성하여 이웃한 디스크들과 체결되도록 할 수도 있다. 또한, 상기 제2 디스크의 타이 로드측 단부에도 제1 디스크와 같은 간극(S3)이 배치된다.

또한, 상기 제2 디스크(230)도 상기 타이 로드(150)와 상기 외측림(232)의 사이에, 즉 대략 중앙부에 내측림(235)을 포함한다. 상기 내측림(235)은 상기 제2 디스크(230)의 좌우 양측면 중에서 상기 터빈 섹션과는 반대인 측면에만 형성된다. 그리고, 상기 내측림(235)도, 이웃한 내측림과 결합하여 복수 개의 디스크들 사이에서 토크가 전달될 수 있도록 하는 한편, 디스크들을 축방향에 대해서 보다 안정적으로 지지한다.

한편, 상기 제3 디스크는 상기 제1 및 제2 디스크와는 다른 형태를 갖도록 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제3 디스크(220)는 대략 "T"자 형태를 갖도록 형성되는 점에서는 상기 제1 및 제2 디스크와 동일하다. 따라서, 상기 제3 디스크(220)는 상기 제1 및 제2 디스크와 같이 외측림(222)을 구비하고, 상기 외측림(222)은 각각 상기 제1 및 제2 디스크의 외측림과 결합된다. 이로 인해서, 상기 터빈 섹션에서 생성된 회전 토크가 상기 제2, 제3 및 제1 디스크를 거쳐 압축기 섹션으로 전달될 수 있다.

아울러, 상기 제3 디스크(220)의 디스크 본체(224)는 상기 외측림(222)의 중앙으로부터 하향으로 연장되고, 상기 타이 로드(150)의 길이 방향을 따라 연장되는 관통공(224a)을 갖는다. 상기 관통공(224a)은 상술한 냉각 공기가 통과하는 유로로서 기능하게 된다. 여기서, 도 2에서는 상기 관통공이 상기 타이 로드의 길이 방향과 평행하게 형성되어 있으나, 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니며, 상기 관통공(224a)은 상기 디스크 본체(224)를 관통하는 임의의 형태를 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 관통공은 상기 제2 디스크(230)의 간극(S2)을 향하여 경사지게 형성될 수도 있다.

그리고, 상기 제3 디스크(220)의 외측림(222)과 타이 로드 사이에는 내측림(225)이 형성된다. 여기서, 상기 제3 디스크(220)에 형성되는 내측림(225)은 제1 및 제2 디스크와는 달리, 제3 디스크의 좌우 양측면에 각각 형성된다. 이로 인해서, 제1 내지 제3 디스크에 형성된 내측림들이 일직선 상에 정렬되고, 서로 맞물려서 토크가 전달될 수 있도록 한다.

그리고, 상기 제3 디스크(220)의 본체의 양측면에는 각각 제1 및 제2 공간부가 형성된다. 구체적으로, 상기 제3 디스크(220)의 반경 방향 내측의 양측면에 각각 제1 공간부가 배치되고, 상기 두 개의 제1 공간부부는 타이 로드(150), 제1 및 제3 디스크의 내측림(215, 225)과 제1 및 제3 디스크의 디스크 본체(214, 224)에 의해 정의되는 공간과, 타이 로드(150), 제2 및 제3 디스크의 내측림(235, 225)과 제2 및 제3 디스크의 디스크 본체(234, 224)에 의해 정의되는 공간이다.

상기 제1 디스크와 제2 디스크 사이에 배치되는 제1 공간부는 상기 압축기 섹션으로부터 공급된 냉각 공기가 일차적으로 저류하는 공간으로서 기능한다. 그리고, 상기 제1 공간부는 상기 제1 디스크의 간극(S1)과 연통되어 있다. 이를 통해서, 압축기 섹션으로부터 추기된 냉각 공기가 상기 제1 공간부에 일시적으로 저장될 수 있다.

한편, 상기 관통공(224a)은 상기 두 개의 공기 저류 공간들을 서로 연통시키는 역할을 한다. 따라서, 상기 제1 공간부에 저장된 냉각 공기는 상기 관통공(224a)을 통해서 제2 공기 저류 공간으로 유입될 수 있다. 이렇게 유입된 냉각 공기는 제2 공기 저류 공간 내에 일시적으로 머물다가 상기 제2 디스크(230)의 간극(S3)을 통해서 터빈 섹션측으로 공급된다.

여기서, 상기 제2 디스크에 형성된 간극(S3)은 제1 공간부 내에 저장된 공기가 상기 터빈 섹션으로 분출될 수 있도록 하는 노즐로서 기능하게 된다. 상기 공기 저류 공간 내에 충전된 공기는 상술한 바와 같이 압축기 섹션으로부터 공급된 것이어서 대기압에 비해서 높은 압력을 갖고 있으므로, 이러한 압축 압력에 의해서 공기가 터빈측으로 분사될 수 있고, 그에 따라 터빈을 냉각할 수 있게 된다.

이러한 냉각 효율을 더욱 높이기 위해서 상기 간극(S3)의 배치 방향을 터빈 섹션 중 특정 부위를 향하도록 경사지게 배치할 수도 있다.

그리고, 상기 제1 및 제3 디스크의 내측림과 외측림 사이 및 제2 및 제3 디스크의 내측림과 외측림 사이에 제2 공간부가 형성된다. 상기 제2 공간부는 기본적으로 상기 제1 공간부에 비해서 반경방향으로 외측에 배치되어 있으며, 제1 공간부와는 연통되지 않는다. 따라서, 냉각 공기는 상기 제1 공간부를 통해서만 흐를 수 있고, 제2 공간부로는 전달되지 않는다.

상술한 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 디스크는 상기 외측림과 내측림에 의해 지지되고, 외측림과 내측림 사이에 상기 제2 공간부가 배치된다. 이렇게, 두 개의 디스크가 서로 이격된 지점에서 서로 고정되므로 안정적으로 토크 전달이 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 제2 공간부는 상기 토크 전달 부재의 중량을 경감하는 살빼기부로서도 기능할 수 있다.

한편, 상기 디스크 어셈블리의 제1 실시예는 타이 로드(150)와 대향하는 단부를 갖는 3개의 디스크들이 타이 로드의 축 방향 압력에 의해 결합을 유지하도록 구성되어 있다. 이때, 상기 제1 내지 제3 디스크를 반경방향에 대해 지지하기 위해서 상기 제3 디스크의 단부와 상기 타이 로드(150)의 사이에는 텐션 링(250)이 끼워진다.

상기 텐션 링(250)은 탄성을 갖는 임의의 재질로 이루어진 링 형태를 가지며, 도 2를 기준으로 단면의 상부는 상기 제3 디스크의 디스크 본체(224)에, 하부는 상기 타이 로드(150)의 외주면과 각각 접하여 지지된다. 이로 인해서, 작동 과정에서 발생될 수 있는 진동을 상기 텐션 링이 흡수하여 장치의 수명이 단축되는 것을 방지하고, 소음 발생도 최소화할 수 있게 된다.

여기서, 도 2에 도시된 예에서는 상기 제3 디스크에만 텐션 링이 구비되어 있음을 알 수 있다. 이는 상기 3개의 디스크들이 상술한 바와 같이 타이 로드에 의해서 압축기 및 터빈 섹션 사이에 축 방향에 대해서 고정된 상태를 유지하기 때문에, 하나의 텐션 링에 의해서도 필요한 정도의 진동 흡수가 가능하기 때문이며, 제1 및 제2 디스크를 통한 냉각 공기의 흐름을 가능하게 하기 위해서이다. 다만, 경우에 따라서는, 상기 텐션 링을 제1 및 제2 디스크 모두에 설치하고, 상기 관통공(224a) 또한 상기 제1 및 제2 디스크 모두에 형성하여, 진동 흡수 성능을 더욱 높이면서도 충분한 정도의 냉각공기를 제공하는 것이 가능하도록 할 수도 있다.

아울러, 상기 실시예에서는 3개의 디스크가 대략 동일한 크기를 갖는 디스크 본체의 상측 단부에 좌우로 연장되는 T자 형태를 갖고 있지만, 두 개의 I형 디스크 사이에 T형 디스크를 배치한 형태를 가질 수도 있으며, 이 경우 상기 디스크의 개수 및 배치 순서는 임의로 변경할 수도 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 디스크는 서로 이격되어 배치되어 있고, 제3 디스크를 매개로 하여 서로 지지되어 있으나, 진동 흡수 성능을 보다 향상시키기 위해서 양자 사이를 연결하는 추가적인 부재를 구비할 수도 있다.

도 3은 상기 디스크 어셈블리의 제2 실시예를 도시한 것으로서, 상기 제2 실시예에 있어서 상기 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 3에 도시된 제2 실시예에 구비되는 디스크들은 기본적으로는 상기 제1 실시예와 유사하다. 상기 제2 실시예는 두 개의 대략 I자형 단면을 갖는 제1 및 제2 디스크(210, 230)를 포함하고, 상가 제1 및 제2 디스크는 각각 외측림(212, 232) 및 디스크 본체(214, 234)를 포함한다.

그리고, 상기 제3 디스크(220)는 외측림(222) 및 상기 외측림과 일체로 형성되는 디스크 본체(224)를 포함한다. 구체적으로는, 상기 디스크 본체의 반경 방향 외측 단부에 상기 외측림이 형성되는 형태를 갖는다. 상기 디스크 본체(224)에는 냉각 공기가 흐르는 통로로서 기능하는 관통공(224a)이 형성된다. 또한, 상기 제1 내지 제3 디스크는 제1 실시예와 동일한 형태의 내측림도 포함하고 있다. 다시 말해서, 제2 실시예에서의 제3 디스크는 제1 실시예에서의 제3 디스크와 동일하다.

다만, 제1 및 제2 디스크의 경우 디스크 본체와 타이 로드 사이에 형성되는 두 개의 간극(S1, S3)이 제1 실시예와는 다르게 형성된다. 다시 말해서, 상기 제1 및 제2 디스크에서 디스크 본체(214, 234)의 반경 방향 길이는 제3 디스크의 디스크 본체의 반경 방향 길이보다 짧게 형성된다. 이로 인해서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 간극은 제1 및 제2 디스크에 형성되는 내측림의 내측면까지 연장되도록 형성된다. 다시 말해서, 상기 제1 및 제2 디스크에서의 디스크 본체는 타이로드와 대향하도록 이격되어 배치된다. 이를 통해서, 냉각 공기의 흐름을 더욱 원활하게 할 수 있게 된다.

여기서, 제1 및 제2 디스크 사이의 간격이 확장되면서, 제1 및 제2 디스크에 대한 지지력이 제1 실시예에 비해 저하되는 우려는 있으나, 내측림 및 외측림에 의해서 2중으로 지지되고 있으므로, 간극이 확장되더라도 안정성에는 우려가 없을 정도의 지지력이 확보될 수 있다.

Claims

가스 터빈의 압축기 섹션과 맞물리며, 상기 압축기 섹션의 반대쪽 측면에 내측림이 형성되는 제1 디스크;
가스 터빈의 터빈 섹션과 맞물리며, 상기 터빈 섹션의 반대쪽 측면에 내측림이 형성되는 제2 디스크;
상기 제1 및 제2 디스크 사이에 배치되어 제2 디스크에 인가된 회전 토크를 상기 제1 디스크로 전달하고, 상기 제1 및 제2 디스크와 대향하는 양측면에 내측림이 형성되고, 적어도 하나의 관통공이 형성되는 제3 디스크; 및
상기 제1 내지 제3 디스크를 관통하도록 배치되는 타이 로드;를 포함하고,
상기 제3 디스크의 양측면에는 상기 내측림을 기준으로 반경 방향 내측 및 외측에 각각 제1 및 제2 공간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 디스크의 반경 방향 외측에는 상기 타이 로드의 길이 방향으로 연장되는 외측 림이 형성되고,
상기 각각의 외측 림이 대향하는 외측 림과 맞물려서, 상기 제1 내지 제3 디스크가 서로 상대회전이 불가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
제2항에 있어서,
상기 제3 디스크의 관통공은 상기 내측 림과 상기 타이 로드의 사이에 배치되어, 상기 두 개의 제1 공간부를 서로 연통시키는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 제3 디스크의 양측면에 각각 배치되는 제2 공간부는, 상기 내측림에 의해서 상기 제1 공간부와 차단되는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 제1 공간부는 상기 제1 내지 제3 디스크에 형성되는 내측림과 상기 타이 로드에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
제5항에 있어서,
상기 제1 및 제2 디스크와 상기 타이 로드 사이에 간극이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
제6항에 있어서,
상기 제1 및 제2 디스크와 타이 로드 사이에 형성된 간극은 각각 상기 제3 디스크의 양측면에 형성되는 상기 제1 공간부와 연통되는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
제7항에 있어서,
상기 제1 공간부와 상기 관통공 및 상기 간극이 상기 압축기 섹션과 터빈 섹션 사이의 공기 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
제6항에 있어서,
상기 간극은 상기 내측림의 저면까지 연장되는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 제3 디스크의 내주면과 가스 터빈의 타이 로드의 외주면 사이에 배치되어, 상기 제3 디스크를 상기 타이 로드의 반경 방향에 대해서 고정하는 댐퍼 링을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
가스 터빈의 압축기 섹션과 맞물리며, 상기 압축기 섹션의 반대쪽 측면에 내측림이 형성되고, 가스 터빈의 타이로드의 외주면과 소정 간격을 두고 이격되는 제1 디스크;
가스 터빈의 터빈 섹션과 맞물리며, 상기 터빈 섹션의 반대쪽 측면에 내측림이 형성되고, 가스 터빈의 타이로드의 외주면과 소정 간격을 두고 이격되는 제2 디스크;
상기 제1 및 제2 디스크 사이에 배치되어 제2 디스크에 인가된 회전 토크를 상기 제1 디스크로 전달하고, 상기 제1 및 제2 디스크와 대향하는 양측면에 내측림이 형성되고, 적어도 하나의 관통공이 형성되는 제3 디스크;를 포함하고,
상기 제3 디스크의 양측면에는 상기 내측림을 기준으로 반경 방향 내측 및 외측에 각각 제1 및 제2 공간부가 형성되고,상기 타이 로드와 상기 제1 및 제2 디스크 사이의 간격이 상기 타이 로드와 상기 제3 디스크 사이의 간격보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
제11항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 디스크의 반경 방향 외측에는 상기 타이 로드의 길이 방향으로 연장되는 외측 림이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
제11항에 있어서,
상기 제1 및 제2 디스크에 형성되는 간극은 상기 내측림의 내측면과 상기 타이 로드의 외주면 사이에서 연장되는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
제13항에 있어서,
상기 간극, 내측림 및 타이 로드에 의해서, 상기 제3 디스크의 양측면에 제1 및 제2 공기 저류 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
제11항에 있어서,
상기 제3 디스크의 내주면과 가스 터빈의 타이 로드의 외주면 사이에 배치되어, 상기 제3 디스크를 상기 타이 로드의 반경 방향에 대해서 고정하는 댐퍼 링을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 어셈블리.
복수 개의 압축기측 로터 디스크를 구비한 압축기 섹션;
상기 압축기측 로터 디스크의 하류에 배치되는 복수 개의 터빈측 로터 디스크를 구비한 터빈 섹션;
상기 압축기 섹션 및 터빈 섹션에 구비된 로터 디스크를 관통하여 서로 밀착시키는 타이 로드;
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 디스크 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.