KR101985099B1 - 가스 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 터빈에 관한 것으로서, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 상기 로터로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기; 및 상기 연소기로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈;을 포함하고, 상기 터빈은, 상기 로터와 함께 회전되는 터빈 블레이드; 및 상기 터빈 블레이드로 유입되는 연소 가스의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징에 고정 설치되는 터빈 베인;을 포함하고, 상기 터빈 블레이드와 상기 터빈 베인 중 적어도 하나는 2개 이상의 재질로 형성될 수 있다. 이에 의하여, 터빈 블레이드 및 터빈 베인이 요구 물성치보다 과한 물성치를 갖게 형성되는 것을 방지할 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 로터 디스크, 상기 터빈 블레이와 체결되는 복수의 터빈 로터 디스크 및 상기 터빈 로터 디스크로부터 상기 압축기 로터 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.

여기서, 상기 터빈 블레이드와 상기 터빈 베인은 연소 가스와 접촉하므로 열화 등의 손상을 방지하기 고온 환경에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성된다.

그러나, 이러한 종래의 가스 터빈에 있어서, 터빈 블레이드와 터빈 베인은 요구 물성치(내열성, 강도 등)보다 과한 물성치를 갖도록 형성되는 문제점이 있었다.

구체적으로, 상기 터빈 블레이드는 단일 재질로 형성되는데, 연소 가스의 온도가 그 연소 가스의 유동 방향 상 상류 측으로부터 하류 측으로 갈수록 감소되므로, 상기 터빈 블레이드는 연소 가스 온도 상 가장 가혹한 조건인 리딩 에지 측에서의 연소 가스 온도에서 요구되는 물성치를 충족하는 재질로 형성된다. 즉, 상기 터빈 블레이드는 연소 가스와 접촉되는 터빈 블레이드 에어 포일부, 상기 터빈 블레이드 에어 포일부로부터 상기 로터 측으로 연장되는 터빈 블레이드 플랫폼부 및 터빈 블레이드 루트부를 포함하고, 상기 터빈 블레이드 에어 포일부는 연소 가스의 유동 방향 상 상류 측에 위치되는 제1 부위, 연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에 위치되는 제3 부위 및 상기 제1 부위와 상기 제3 부위 사이에 위치되는 제2 부위를 포함하는데, 상기 터빈 블레이드 에어 포일부, 상기 터빈 블레이드 플랫폼부 및 상기 터빈 블레이드 루트부가 모두 상기 제1 부위에 입사되는 연소 가스 온도에서 요구되는 물성치를 충족하는 재질로 형성된다. 하지만, 상기 제1 부위를 제외한 나머지 부위들은 상기 제1 부위에 입사되는 연소 가스 온도보다 낮은 온도 환경에 노출되므로 노출되는 온도 환경에 요구되는 물성치보다 과한 물성치를 갖는 재질로 형성되는 것이다. 한편, 통상적으로 상기 터빈 블레이드는 열화 방지를 위해 냉각 수단에 의해 냉각되므로, 상기 제1 부위를 제외한 나머지 부위들은 더욱 과한 물성치를 갖는 재질로 형성되고, 상기 제1 부위에 입사되는 연소 가스 온도보다 낮은 온도 환경에 노출되는 상기 제1 부위마저도 그 제1 부위가 노출되는 온도 환경에 요구되는 물성치보다 과한 물성치를 갖는 재질로 형성되는 것이다.

또한, 상기 터빈 베인 역시 상기 터빈 블레이드와 마찬가지이다.

대한민국 등록특허 10-1617705호

따라서, 본 발명은, 터빈 블레이드와 터빈 베인이 요구 물성치보다 과한 물성치를 갖게 형성되는 것을 방지할 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; 상기 로터로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기; 및 상기 연소기로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈;을 포함하고, 상기 터빈은, 상기 로터와 함께 회전되는 터빈 블레이드; 및 상기 터빈 블레이드로 유입되는 연소 가스의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징에 고정 설치되는 터빈 베인;을 포함하고, 상기 터빈 블레이드와 상기 터빈 베인 중 적어도 하나는 2개 이상의 재질로 형성되는 가스 터빈을 제공한다.

상기 터빈 블레이드와 상기 터빈 베인은 각각 연소 가스와 접촉되는 에어 포일부를 포함하고, 상기 에어 포일부는 2개 이상의 재질로 형성될 수 있다.

상기 에어 포일부는, 연소 가스의 유동 방향 상 상류 측에 위치되는 제1 부위; 연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에 위치되는 제3 부위; 및 상기 제1 부위와 상기 제3 부위 사이에 위치되는 제2 부위;를 포함하고, 상기 제1 부위는 제1 온도 환경에 노출되고, 상기 제2 부위는 제2 온도 환경에 노출되고, 상기 제3 부위는 제3 온도 환경에 노출되며, 상기 제2 온도 환경은 상기 제1 온도 환경 및 상기 제3 온도 환경보다 온도가 낮고, 상기 제2 부위는 상기 제1 부위 및 상기 제3 부위와 상이한 재질로 형성될 수 있다.

상기 제1 부위는 상기 제1 온도 환경에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되고, 상기 제2 부위는 상기 제2 온도 환경에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되며, 상기 제3 부위는 상기 제3 온도 환경에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성될 수 있다.

상기 에어 포일부의 평균 캠버 선 상, 상기 제2 부위의 길이는 상기 제1 부위의 길이 및 상기 제3 부위의 길이보다 길게 형성될 수 있다.

상기 평균 캠버 선 상, 상기 제2 부위의 길이는 상기 제1 부위의 길이와 상기 제3 부위의 길이의 합보다 길게 형성될 수 있다.

상기 제1 부위는 상기 에어 포일부의 리딩 에지로부터 상기 에어 포일부의 트레일링 에지 측으로 상기 평균 캠버 선의 길이의 10% 길이로 형성되고, 상기 제3 부위는 상기 트레일링 에지로부터 상기 리딩 에지 측으로 상기 평균 캠버 선의 길이의 10% 길이로 형성될 수 있다.

상기 제1 부위는 한계 온도가 상기 제1 온도 환경의 온도보다 높은 재질로 형성되고, 상기 제2 부위는 한계 온도가 상기 제2 온도 환경의 온도보다 높은 재질로 형성되며, 상기 제3 부위는 한계 온도가 상기 제3 온도 환경의 온도보다 높은 재질로 형성될 수 있다.

상기 제2 부위는 상기 제1 부위 및 상기 제3 부위보다 한계 온도가 낮은 재질로 형성될 수 있다.

상기 제1 온도 환경의 온도는 상기 제3 온도 환경의 온도보다 낮고, 상기 제1 부위는 상기 제3 부위보다 한계 온도가 낮은 재질로 형성될 수 있다.

상기 제1 부위는 상기 제1 온도 환경에서의 강도가 상기 제1 온도 환경의 온도보다 낮은 온도에서의 강도 및 상기 제1 온도 환경의 온도보다 높은 온도에서의 강도보다 큰 재질로 형성되고, 상기 제2 부위는 상기 제2 온도 환경에서의 강도가 상기 제2 온도 환경의 온도보다 낮은 온도에서의 강도 및 상기 제2 온도 환경의 온도보다 높은 온도에서의 강도보다 큰 재질로 형성되며, 상기 제3 부위는 상기 제3 온도 환경에서의 강도가 상기 제3 온도 환경의 온도보다 낮은 온도에서의 강도 및 상기 제3 온도 환경의 온도보다 높은 온도에서의 강도보다 큰 재질로 형성될 수 있다.

상기 제1 부위를 형성하는 재질을 제1 재질이라 하고, 상기 제2 부위를 형성하는 재질을 제2 재질이라 하고, 상기 제3 부위를 형성하는 재질을 제3 재질이라 하면, 상기 제2 재질은 상기 제2 온도 환경에서 그 제2 재질의 강도가 상기 제1 온도 환경에서 상기 제1 재질의 강도 및 상기 제3 온도 환경에서 상기 제3 재질의 강도보다 큰 재질로 형성될 수 있다.

상기 제1 부위와 상기 제2 부위 사이에는 상기 제1 부위와 상기 제2 부위의 변형량 차이에 의한 균열 발생을 억제하는 제1 버퍼부가 형성되고, 상기 제2 부위와 상기 제3 부위 사이에는 상기 제2 부위와 상기 제3 부위의 변형량 차이에 의한 균열 발생을 억제하는 제2 버퍼부가 형성될 수 있다.

상기 제1 버퍼부는 상기 제1 부위의 열팽창계수와 상기 제2 부위의 열팽창계수 사이의 열팽창계수를 갖는 재질로 형성되고, 상기 제2 버퍼부는 상기 제2 부위의 열팽창계수와 상기 제3 부위의 열팽창계수 사이의 열팽창계수를 갖는 재질로 형성될 수 있다.

상기 제1 버퍼부는 상기 제1 온도 환경의 온도와 상기 제2 온도 환경의 온도 사이 온도를 갖는 온도 환경에서 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되고, 상기 제2 버퍼부는 상기 제2 온도 환경의 온도와 상기 제3 온도 환경의 온도 사이 온도를 갖는 온도 환경에서 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성될 수 있다.

상기 터빈 블레이드와 상기 터빈 베인은 각각 상기 에어 포일부로부터 상기 로터 측으로 연장되는 플랫폼부 및 루트부를 더 포함하고, 상기 플랫폼부와 상기 루트부는 상기 에어 포일부와 상이한 재질로 형성될 수 있다.

상기 터빈 블레이드와 상기 터빈 베인은 각각 일체로 형성될 수 있다.

상기 터빈 블레이드와 상기 터빈 베인은 각각 3D 프린팅 기법으로 형성될 수 있다.

그리고, 본 발명은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 상기 로터로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기; 및 상기 연소기로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈;을 포함하고, 상기 터빈은 상기 로터와 함께 회전되는 터빈 블레이드를 포함하고, 상기 터빈 블레이드는 2개 이상의 재질로 형성되는 가스 터빈을 제공한다.

그리고, 본 발명은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 상기 로터로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기; 및 상기 연소기로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈;을 포함하고, 상기 터빈은 연소 가스와 접촉되는 에어 포일부를 포함하고, 상기 에어 포일부는, 연소 가스의 유동 방향 상 상류 측에 위치되는 제1 부위; 연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에 위치되는 제3 부위; 및 상기 제1 부위와 상기 제3 부위 사이에 위치되는 제2 부위;를 포함하고, 상기 제1 부위는 섭씨 750도 내지 780도에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되고, 상기 제2 부위는 섭씨 700도 내지 730도에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되며, 상기 제3 부위는 섭씨 760도 내지 790도에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되는 가스 터빈을 제공한다.

본 발명에 의한 가스 터빈은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 상기 로터로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기; 및 상기 연소기로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈;을 포함하고, 상기 터빈은, 상기 로터와 함께 회전되는 터빈 블레이드; 및 상기 터빈 블레이드로 유입되는 연소 가스의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징에 고정 설치되는 터빈 베인;을 포함하고, 상기 터빈 블레이드와 상기 터빈 베인 중 적어도 하나는 2개 이상의 재질로 형성될 수 있다. 이에 의하여, 터빈 블레이드 및 터빈 베인이 요구 물성치보다 과한 물성치를 갖게 형성되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈을 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 가스 터빈에서 터빈 블레이드 에어 포일부와 터빈 베인 에어 포일부를 도시한 단면도,
도 3은 도 2의 터빈 블레이드와 터빈 베인을 제조하는 제조방법을 도시한 순서도,
도 4는 도 3의 제조방법에서 형성 단계를 설명하기 위해 도시한 사시도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 터빈에서 터빈 블레이드 에어 포일부와 터빈 베인 에어 포일부를 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 블레이드 에어 포일부와 터빈 베인 에어 포일부를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2의 터빈 블레이드와 터빈 베인을 제조하는 제조방법을 도시한 순서도이며, 도 4는 도 3의 제조방법에서 형성 단계를 설명하기 위해 도시한 사시도이다.

첨부된 도 1 및 도 2를 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 로터 디스크(610), 상기 터빈 하우징(130)에 수용되는 터빈 로터 디스크(630) 및 상기 연소기 하우징(120)에 수용되고 상기 압축기 로터 디스크(610)와 상기 터빈 로터 디스크(630)를 연결하는 토크 튜브(620), 상기 압축기 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 상기 터빈 로터 디스크(630)를 체결하는 타이 로드(640)와 고정 너트(650)를 포함할 수 있다.

상기 압축기 로터 디스크(610)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610)는 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 상기 압축기 로터 디스크(610)는 다단으로 형성될 수 있다.

그리고, 각 압축기 로터 디스크(610)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에 후술할 압축기 블레이드(210)와 결합되는 압축기 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.

상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은, 후술할 압축기 블레이드(210)가 그 압축기 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무(fir-tree) 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 압축기 로터 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 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 상기 압축기 로터 디스크(610)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다.

상기 터빈 로터 디스크(630)는 상기 압축기 로터 디스크(610)와 유사하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 터빈 로터 디스크(630)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630)는 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 상기 터빈 로터 디스크(630)는 다단으로 형성될 수 있다.

그리고, 각 터빈 로터 디스크(630)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에 후술할 터빈 블레이드(510)와 결합되는 터빈 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.

상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은, 후술할 터빈 블레이드(510)가 그 터빈 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 터빈 로터 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 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 상기 터빈 로터 디스크(630)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다.

상기 토크 튜브(620)는 상기 터빈 로터 디스크(630)의 회전력을 상기 압축기 로터 디스크(610)로 전달하는 토크 전달 부재로서, 일단부가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610) 중 공기의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(610)와 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(630)와 체결될 수 있다. 여기서, 상기 토크 튜브(620)의 일단부와 타단부 각각에는 돌기가 형성되고, 상기 압축기 로터 디스크(610)와 상기 터빈 로터 디스크(630) 각각에는 상기 돌기와 치합되는 홈이 형성되어, 상기 토크 튜브(620)가 상기 압축기 로터 디스크(610) 및 상기 터빈 로터 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 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630)를 관통하도록 형성되고, 일단부가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610) 중 공기의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(610) 내에 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 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 로터 디스크(630)를 상기 압축기(200) 측으로 가압하고, 상기 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(610)와 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(630) 사이 간격이 감소됨에 따라, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630)가 상기 로터(600)의 축 방향으로 압축될 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 로터 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 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 로터 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 블레이드 플랫폼부, 상기 압축기 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 구심 측으로 연장되는 압축기 블레이드 루트부 및 상기 압축기 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 연장되는 압축기 블레이드 에어 포일부를 포함할 수 있다.

상기 압축기 블레이드 플랫폼부는 이웃하는 압축기 블레이드 플랫폼부와 접하며 상기 압축기 블레이드 에어 포일부 사이 간격을 유지시키는 역할을 할 수 있다.

상기 압축기 블레이드 루트부는 전술한 바와 같이 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯에 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 압축기 블레이드 루트부는 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 본 실시예의 경우 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 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 로터 디스크(610)에 체결할 수 있다.

그리고, 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은, 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯이 용이하게 체결 가능하도록, 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯이 상기 압축기 블레이드 루트부보다 크게 형성되고, 결합된 상태에서 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯 사이에 간극이 형성될 수 있다.

그리고, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 별도의 핀에 의해 고정되어, 상기 압축기 블레이드 루트부가 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 축 방향으로 이탈되는 것이 방지될 수 있다.

상기 압축기 블레이드 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 공기의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 공기가 입사되는 압축기 블레이드 에어 포일부 리딩 에지(leading edge) 및 공기의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 공기가 출사되는 압축기 블레이드 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 냉각 홀이 형성되고, 공기가 그 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 포일부(516)를 포함할 수 있다.

상기 터빈 블레이드 플랫폼부는 이웃하는 터빈 블레이드 플랫폼부와 접하며 상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516) 사이 간격을 유지시키는 역할을 할 수 있다.

상기 터빈 블레이드 루트부는 전술한 바와 같이 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯에 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 터빈 블레이드 루트부는 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 본 실시예의 경우 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 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 로터 디스크(630)에 체결할 수 있다.

그리고, 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은, 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯이 용이하게 체결 가능하도록, 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯이 상기 터빈 블레이드 루트부보다 크게 형성되고, 결합된 상태에서 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯 사이에 간극이 형성될 수 있다.

그리고, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 별도의 핀에 의해 고정되어, 상기 터빈 블레이드 루트부가 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 축 방향으로 이탈되는 것이 방지될 수 있다.

상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516)는 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 포일부(526)를 포함할 수 있다.

상기 터빈 베인 플랫폼부는, 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 익근부에 형성되고 상기 터빈 하우징(130)에 체결되는 루트 측 터빈 베인 플랫폼부 및 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 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 포일부(526)의 익근부 뿐만 아니라 익단부를 지지함으로써 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)를 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 포일부(526)의 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 포일부(526)는 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.

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 유로와 연통되어, 상기 터빈 블레이드(510)가 냉각 공기에 의해 냉각될 수 있다.

그리고, 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로는 상기 터빈 블레이드(510)의 표면에 형성되는 터빈 블레이드 필름 쿨링 홀과 연통되어, 냉각 공기가 상기 터빈 블레이드(510)의 표면에 공급됨으로써, 상기 터빈 블레이드(510)가 냉각 공기에 의해 소위 막 냉각될 수 있다.

이외에도, 상기 터빈 베인(520) 역시 상기 터빈 블레이드(510)와 유사하게 상기 냉각 유로로부터 냉각 공기를 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 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 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 익단에 위치하는 슈라우드, 상기 슈라우드로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 돌출되는 래버린스 실 및 상기 터빈 하우징(130)의 내주면에 설치되는 허니콤 실을 포함할 수 있다.

이러한 구성에 따른 상기 실링 수단은, 상기 래버린스 실과 상기 허니콤 실 사이에 적정의 간극이 형성됨으로써, 연소 가스 누설에 의한 가스 터빈 효율 저하를 최소화하면서, 고속으로 회전되는 상기 슈라우드와 고정되어 있는 상기 허니콤 실 사이의 직접적인 접촉 및 이에 따른 손상을 방지할 수 있다.

이외에도, 상기 터빈(500)은 상기 터빈 베인(520)과 상기 로터(600) 사이에서의 누설을 차단하기 위한 실링 수단을 더 포함할 수 있고, 이에는 상술한 상기 래버린스 실 외에 브러시 실 등이 활용될 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)와 상기 터빈 베인(520)이 요구 물성치보다 과한 물성치를 갖지 않도록 형성될 수 있다.

동일한 원리로 형성될 수 있는 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 베인(520) 중 상기 터빈 블레이드(510)를 예로 들어 구체적으로 설명하면, 상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516)는 상기 터빈 블레이드 에어 포일부 리딩 에지로부터 상기 터빈 블레이드 에어 포일부 트레일링 에지까지 상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516)의 평균 캠버 선(MCL: Mean Camber Line)을 따라 복수의 부위로 구분될 수 있다.

즉, 상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516)는, 연소 가스의 유동 방향 상 상류 측에 위치되는 제1 부위(P1), 연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에 위치되는 제3 부위(P3) 및 상기 제1 부위(P1)와 상기 제3 부위(P3) 사이에 위치되는 제2 부위(P2)를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제1 부위(P1), 상기 제2 부위(P2) 및 상기 제3 부위(P3)는 서로 상이한 재질로 형성될 수 있다.

즉, 상기 제1 부위(P1)가 노출되는 온도 환경을 제1 온도 환경이라 하고, 상기 제2 부위(P2)가 노출되는 온도 환경을 제2 온도 환경이라 하고, 상기 제3 부위(P3)가 노출되는 온도 환경을 제3 온도 환경이라 하면, 상기 제1 부위(P1)는 상기 제1 온도 환경에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되고, 상기 제2 부위(P2)는 상기 제2 온도 환경에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되며, 상기 제3 부위(P3)는 상기 제3 온도 환경에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성될 수 있다.

더욱 구체적으로, 연소 가스의 상류 측에서 하류 측으로 갈수록 연소 가스 온도가 감소되고, 상기 터빈 블레이드(510)가 냉각될 때 상기 제1 부위(P1)와 상기 제2 부위(P2)가 상기 제3 부위(P3)보다 더 많이 냉각되기 때문에, 상기 제1 온도 환경의 온도가 상기 제3 온도 환경의 온도보다 낮고, 상기 제2 온도 환경의 온도가 상기 제1 온도 환경의 온도보다 낮아질 수 있다.

이를 고려하여, 상기 제3 부위(P3)는 한계 온도(내열성을 초과하지 않는 최고 온도)가 상기 제3 온도 환경의 온도보다 높은 재질로 형성되고, 상기 제1 부위(P1)는 한계 온도가 상기 제1 온도 환경의 온도보다 높되 상기 제3 부위(P3)의 한계 온도보다 낮은 재질로 형성되며, 상기 제2 부위(P2)는 한계 온도가 상기 제2 온도 환경의 온도보다 높되 상기 제1 부위(P1)의 한계 온도보다 낮은 재질로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 부위(P1)는 상기 제1 온도 환경에서의 강도가 상기 제1 온도 환경의 온도보다 낮은 온도에서의 강도 및 상기 제1 온도 환경의 온도보다 높은 온도에서의 강도보다 큰 재질로 형성되고, 상기 제2 부위(P2)는 상기 제2 온도 환경에서의 강도가 상기 제2 온도 환경의 온도보다 낮은 온도에서의 강도 및 상기 제2 온도 환경의 온도보다 높은 온도에서의 강도보다 큰 재질로 형성되며, 상기 제3 부위(P3)는 상기 제3 온도 환경에서의 강도가 상기 제3 온도 환경의 온도보다 낮은 온도에서의 강도 및 상기 제3 온도 환경의 온도보다 높은 온도에서의 강도보다 큰 재질로 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 제3 부위(P3)는 그 제3 부위(P3)에 요구되는 물성치보다 과한 물성치를 갖지 않도록 형성되고, 상기 제1 부위(P1)는 그 제1 부위(P1)에 요구되는 물성치보다 과한 물성치(예를 들어, 제3 부위(P3)에 요구되는 물성치)를 갖지 않도록 형성되며, 상기 제2 부위(P2)는 그 제2 부위(P2)에 요구되는 물성치보다 과한 물성치(예를 들어, 제2 부위(P2)에 요구되는 물성치)를 갖지 않도록 형성될 수 있다. 이에 의하여, 제조원가가 절감될 수 있다.

여기서, 본 실시예의 경우, 상기 제1 부위(P1)는 섭씨 750도 내지 780도에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되고, 상기 제2 부위(P2)는 섭씨 700도 내지 730도에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되며, 상기 제3 부위(P3)는 섭씨 760도 내지 790도에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성될 수 있다.

한편, 상기 제2 부위(P2)는 상기 제1 부위(P1) 및 상기 제3 부위(P3)보다 더욱 큰 하중이 인가될 수 있다. 즉, 상기 제2 부위(P2)가 상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516)의 전체적인 내구력에 상당한 영향을 미칠 수 있다.

이를 고려하여, 상기 제2 부위(P2)는 상기 제1 부위(P1) 및 상기 제3 부위(P3)보다 큰 강성을 갖도록 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 제2 부위(P2)가 상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516)에서 차지하는 비율은 상기 제1 부위(P1)가 상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516)에서 차지하는 비율 및 상기 제3 부위(P3)가 상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516)에서 차지하는 비율보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 상기 평균 캠버 선(MCL) 상, 상기 제2 부위(P2)의 길이는 상기 제1 부위(P1)의 길이 및 상기 제3 부위(P3)의 길이보다 길게 형성될 수 있다.

그리고, 바람직하게는, 상기 제2 부위(P2)가 상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516)에서 차지하는 비율은 상기 제1 부위(P1)가 상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516)에서 차지하는 비율과 상기 제3 부위(P3)가 상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516)에서 차지하는 비율의 합보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 상기 평균 캠버 선(MCL) 상, 상기 제2 부위(P2)의 길이는 상기 제1 부위(P1)의 길이와 상기 제3 부위(P3)의 길이의 합보다 길게 형성될 수 있다.

본 실시예의 경우, 온도 구배 및 각 부위별 인가 하중을 고려하여, 상기 제1 부위(P1)는 상기 터빈 블레이드 에어 포일부 리딩 에지로부터 상기 터빈 블레이드 에어 포일부 트레일링 에지 측으로 상기 평균 캠버 선(MCL)의 길이의 10% 길이로 형성되고, 상기 제3 부위(P3)는 상기 터빈 블레이드 에어 포일부 트레일링 에지로부터 상기 터빈 블레이드 에어 포일부 리딩 에지 측으로 상기 평균 캠버 선(MCL)의 길이의 10% 길이로 형성되며, 상기 제2 부위(P2)는 나머지 부위로 형성될 수 있다.

또한, 운전 중에 상기 제2 부위(P2)의 강도가 상기 제1 부위(P1)의 강도 및 상기 제3 부위(P3)의 강도보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 부위(P1)를 형성하는 재질을 제1 재질이라 하고, 상기 제2 부위(P2)를 형성하는 재질을 제2 재질이라 하고, 상기 제3 부위(P3)를 형성하는 재질을 제3 재질이라 하면, 상기 제2 재질은 상기 제2 온도 환경에서 그 제2 재질의 강도가 상기 제1 온도 환경에서 상기 제1 재질의 강도 및 상기 제3 온도 환경에서 상기 제3 재질의 강도보다 큰 재질로 형성될 수 있다.

한편, 상기 터빈 블레이드 플랫폼부와 상기 터빈 블레이드 루트부는 각각 상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516)가 노출되는 온도 환경과 상이한 온도 환경에 노출될 수 있다.

이를 고려하여, 상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516)와 유사하게, 상기 터빈 블레이드 플랫폼부와 상기 터빈 블레이드 루트부가 요구 물성치보다 과한 물성치를 갖지 않도록, 상기 터빈 블레이드 플랫폼부와 상기 터빈 블레이드 루트부는 각각 상기 터빈 블레이드 에어 포일부(516)와 상이한 재질로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 터빈 블레이드 플랫폼부는 그 터빈 블레이드 플랫폼부의 부위별로 상이한 재질로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 터빈 블레이드 루트부 역시 그 터빈 블레이드 루트부의 부위별로 상이한 재질로 형성될 수 있다.

한편, 상기 터빈 블레이드(510)가 2개 이상의 재질로 형성될 때 서로 상이한 재질 사이 경계 부위가 취약해 질 수 있고, 이를 방지하기 위한 수단이 필요하다.

이를 고려하여, 상기 터빈 블레이드(510)는 재질에 따라 구분되는 부위들을 각각 별도로 형성한 다음 서로 체결시켜 형성되는 것이 아니라, 예를 들어 3D 프린팅 기법을 이용하여 처음부터 일체로 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 터빈 블레이드(510)는 도 3 및 도 4에 도시된 제조방법에 따라 일체로 형성될 수 있다.

즉, 상기 터빈 블레이드(510)를 제1 부위 내지 제n 부위로 구분하는 부위 구분 단계(S1), 상기 제1 부위 내지 제n 부위에 각각 적용될 제1 재질 내지 제n 재질을 선택하는 재질 선택 단계(S2) 및 상기 제1 부위(P1) 내지 제n 부위에 각각 상기 제1 재질 내지 제n 재질을 3D 프린팅하여 상기 제1 부위(P1) 내지 제n 부위를 상기 제1 재질 내지 제n 재질로 형성하되 일체로 형성하는 형성 단계(S3)에 따라 상기 터빈 블레이드(510)가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 형성 단계(S3)에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 3D 프린터의 재료 분사 노즐이 재료를 바꿔가며 분사하여 상기 제1 부위의 일부 층 내지 상기 제n 부위의 일부 층을 순차적으로 형성한 뒤 다시 상기 제n 부위의 다른 층 내지 상기 제1 부위의 다른 층을 순차적으로 형성하는 방식으로 상기 터빈 블레이드(510)가 형성된다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 예를 들어, 3D 프린터의 재료 분사 노즐이 상기 제1 부위를 전부 형성한 다음, 재료를 변경하여 다른 부위를 전부 형성하는 방식으로 상기 터빈 블레이드(510)가 형성될 수도 있다. 또는, 3D 프린터의 재료 분사 노즐이 복수로 구비되어 상기 제1 부위 내지 제n 부위가 동시에 형성될 수도 있다.

한편, 경계 부위가 취약해지는 것을 방지하는 다른 수단으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 부위(P1)와 상기 제2 부위(P2) 사이에 상기 제1 부위(P1)의 변형량과 상기 제2 부위(P2)의 변형량 차이에 의한 균열 발생을 억제하는 제1 버퍼부(B1)가 형성되고, 상기 제2 부위(P2)와 상기 제3 부위(P3) 사이에 상기 제2 부위(P2)의 변형량과 상기 제3 부위(P3)의 변형량 차이에 의한 균열 발생을 억제하는 제2 버퍼부(B2)가 형성될 수 있다.

상기 제1 버퍼부(B1)는 상기 제1 부위(P1)의 물성치와 상기 제2 부위(P2)의 물성치 사이의 물성치를 갖는 재질로 형성될 수 있다.

즉, 상기 제1 버퍼부(B1)는 상기 제1 부위(P1)의 열팽창계수와 상기 제2 부위(P2)의 열팽창계수 사이의 열팽창계수를 갖는 재질로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 버퍼부(B1)는 상기 제1 온도 환경의 온도와 상기 제2 온도 환경의 온도 사이 온도를 갖는 온도 환경에서 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성될 수 있다.

상기 제2 버퍼부(B2)는 상기 제2 부위(P2)의 물성치와 상기 제3 부위(P3)의 물성치 사이의 물성치를 갖는 재질로 형성될 수 있다.

즉, 상기 제2 버퍼부(B2)는 상기 제2 부위(P2)의 열팽창계수와 상기 제3 부위(P3)의 열팽창계수 사이의 열팽창계수를 갖는 재질로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 버퍼부(B2)는 상기 제2 온도 환경의 온도와 상기 제3 온도 환경의 온도 사이 온도를 갖는 온도 환경에서 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성될 수 있다.

이러한 제1 버퍼부(B1)와 제2 버퍼부(B2)는 경계 부위에서 물성치가 급변하는 것을 방지함으로써, 그 경계 부위가 취약해지는 것을 방지할 수 있다.

100: 하우징 200: 압축기
400: 연소기 500: 터빈
510: 터빈 블레이드 516: 터빈 블레이드 에어 포일부
520: 터빈 베인 526: 터빈 베인 에어 포일부
600: 로터 B1: 제1 버퍼부
B2: 제2 버퍼부 P1: 제1 부위
P2: 제2 부위 P3: 제3 부위

Claims (20)

1. 하우징(100);
   상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(600);
   상기 로터(600)로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기(200);
   상기 압축기(200)에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기(400); 및
   상기 연소기(400)로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터(600)를 회전시키는 터빈(500);을 포함하고,
   상기 터빈(500)은,
   상기 로터(600)와 함께 회전되는 터빈 블레이드(510); 및
   상기 터빈 블레이드(510)로 유입되는 연소 가스의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징(100)에 고정 설치되는 터빈 베인(520);을 포함하고,
   상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 베인(520)은 각각 연소 가스와 접촉되는 에어 포일부(516, 526)를 포함하고,
   상기 에어 포일부(516, 526)는, 연소 가스의 유동 방향 상 상류 측에 위치되고 제1 온도 환경에 노출되는 제1 부위(P1); 연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에 위치되고 제3 온도 환경에 노출되는 제3 부위(P3); 및 상기 제1 부위(P1)와 상기 제3 부위(P3) 사이에 위치되고 제2 온도 환경에 노출되는 제2 부위(P2);를 포함하고,
   상기 제2 온도 환경은 상기 제1 온도 환경 및 상기 제3 온도 환경보다 온도가 낮고, 상기 제2 부위(P2)는 상기 제1 부위(P1) 및 상기 제3 부위(P3)와 상이한 재질로 형성되고,
   상기 제1 부위(P1)를 형성하는 재질을 제1 재질이라 하고, 상기 제2 부위(P2)를 형성하는 재질을 제2 재질이라 하고, 상기 제3 부위(P3)를 형성하는 재질을 제3 재질이라 하면, 상기 제2 재질은 상기 제2 온도 환경에서 상기 제2 재질의 강도가 상기 제1 온도 환경에서 상기 제1 재질의 강도 및 상기 제3 온도 환경에서 상기 제3 재질의 강도보다 큰 재질로 형성되어, 운전 중에 상기 제2 부위(P2)의 강도가 상기 제1 부위(P1)의 강도 및 상기 제3 부위(P3)의 강도보다 크게 형성되는 가스 터빈.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 부위(P1)는 상기 제1 온도 환경에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되고,
   상기 제2 부위(P2)는 상기 제2 온도 환경에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되며,
   상기 제3 부위(P3)는 상기 제3 온도 환경에서의 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되는 가스 터빈.
5. 제1항에 있어서,
   상기 에어 포일부(516, 526)의 평균 캠버 선(MCL) 상, 상기 제2 부위(P2)의 길이는 상기 제1 부위(P1)의 길이 및 상기 제3 부위(P3)의 길이보다 길게 형성되는 가스 터빈.
6. 제5항에 있어서,
   상기 평균 캠버 선(MCL) 상, 상기 제2 부위(P2)의 길이는 상기 제1 부위(P1)의 길이와 상기 제3 부위(P3)의 길이의 합보다 길게 형성되는 가스 터빈.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 부위(P1)는 상기 에어 포일부(516, 526)의 리딩 에지로부터 상기 에어 포일부(516, 526)의 트레일링 에지 측으로 상기 평균 캠버 선(MCL)의 길이의 10% 길이로 형성되고,
   상기 제3 부위(P3)는 상기 트레일링 에지로부터 상기 리딩 에지 측으로 상기 평균 캠버 선(MCL)의 길이의 10% 길이로 형성되는 가스 터빈.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 부위(P1)는 한계 온도가 상기 제1 온도 환경의 온도보다 높은 재질로 형성되고,
   상기 제2 부위(P2)는 한계 온도가 상기 제2 온도 환경의 온도보다 높은 재질로 형성되며,
   상기 제3 부위(P3)는 한계 온도가 상기 제3 온도 환경의 온도보다 높은 재질로 형성되는 가스 터빈.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2 부위(P2)는 상기 제1 부위(P1) 및 상기 제3 부위(P3)보다 한계 온도가 낮은 재질로 형성되는 가스 터빈.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 온도 환경의 온도는 상기 제3 온도 환경의 온도보다 낮고,
    상기 제1 부위(P1)는 상기 제3 부위(P3)보다 한계 온도가 낮은 재질로 형성되는 가스 터빈.
11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부위(P1)는 상기 제1 온도 환경에서의 강도가 상기 제1 온도 환경의 온도보다 낮은 온도에서의 강도 및 상기 제1 온도 환경의 온도보다 높은 온도에서의 강도보다 큰 재질로 형성되고,
    상기 제2 부위(P2)는 상기 제2 온도 환경에서의 강도가 상기 제2 온도 환경의 온도보다 낮은 온도에서의 강도 및 상기 제2 온도 환경의 온도보다 높은 온도에서의 강도보다 큰 재질로 형성되며,
    상기 제3 부위(P3)는 상기 제3 온도 환경에서의 강도가 상기 제3 온도 환경의 온도보다 낮은 온도에서의 강도 및 상기 제3 온도 환경의 온도보다 높은 온도에서의 강도보다 큰 재질로 형성되는 가스 터빈.
12. 삭제
13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부위(P1)와 상기 제2 부위(P2) 사이에는 상기 제1 부위(P1)와 상기 제2 부위(P2)의 변형량 차이에 의한 균열 발생을 억제하는 제1 버퍼부(B1)가 형성되고,
    상기 제2 부위(P2)와 상기 제3 부위(P3) 사이에는 상기 제2 부위(P2)와 상기 제3 부위(P3)의 변형량 차이에 의한 균열 발생을 억제하는 제2 버퍼부(B2)가 형성되는 가스 터빈.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 버퍼부(B1)는 상기 제1 부위(P1)의 열팽창계수와 상기 제2 부위(P2)의 열팽창계수 사이의 열팽창계수를 갖는 재질로 형성되고,
    상기 제2 버퍼부(B2)는 상기 제2 부위(P2)의 열팽창계수와 상기 제3 부위(P3)의 열팽창계수 사이의 열팽창계수를 갖는 재질로 형성되는 가스 터빈.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 버퍼부(B1)는 상기 제1 온도 환경의 온도와 상기 제2 온도 환경의 온도 사이 온도를 갖는 온도 환경에서 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되고,
    상기 제2 버퍼부(B2)는 상기 제2 온도 환경의 온도와 상기 제3 온도 환경의 온도 사이 온도를 갖는 온도 환경에서 내열성 및 강도가 큰 재질로 형성되는 가스 터빈.
16. 제1항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 베인(520)은 각각 상기 에어 포일부(516, 526)로부터 상기 로터(600) 측으로 연장되는 플랫폼부 및 루트부를 더 포함하고,
    상기 플랫폼부와 상기 루트부는 상기 에어 포일부(516, 526)와 상이한 재질로 형성되는 가스 터빈.
17. 제1항, 제4항 내지 제11항, 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 베인(520)은 각각 일체로 형성되는 가스 터빈.
18. 제17항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 베인(520)은 각각 3D 프린팅 기법으로 형성되는 가스 터빈.
19. 하우징(100);
    상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(600);
    상기 로터(600)로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기(200);
    상기 압축기(200)에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기(400); 및
    상기 연소기(400)로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터(600)를 회전시키는 터빈(500);을 포함하고,
    상기 터빈(500)은 상기 로터(600)와 함께 회전되는 터빈 블레이드(510)를 포함하고,
    상기 터빈 블레이드(510)는 연소 가스와 접촉되는 에어 포일부(516)를 포함하고,
    상기 에어 포일부(516)는, 연소 가스의 유동 방향 상 상류 측에 위치되고 제1 온도 환경에 노출되는 제1 부위(P1); 연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에 위치되고 제3 온도 환경에 노출되는 제3 부위(P3); 및 상기 제1 부위(P1)와 상기 제3 부위(P3) 사이에 위치되고 제2 온도 환경에 노출되는 제2 부위(P2);를 포함하고,
    상기 제2 온도 환경은 상기 제1 온도 환경 및 상기 제3 온도 환경보다 온도가 낮고, 상기 제2 부위(P2)는 상기 제1 부위(P1) 및 상기 제3 부위(P3)와 상이한 재질로 형성되고,
    상기 제1 부위(P1)를 형성하는 재질을 제1 재질이라 하고, 상기 제2 부위(P2)를 형성하는 재질을 제2 재질이라 하고, 상기 제3 부위(P3)를 형성하는 재질을 제3 재질이라 하면, 상기 제2 재질은 상기 제2 온도 환경에서 상기 제2 재질의 강도가 상기 제1 온도 환경에서 상기 제1 재질의 강도 및 상기 제3 온도 환경에서 상기 제3 재질의 강도보다 큰 재질로 형성되어, 운전 중에 상기 제2 부위(P2)의 강도가 상기 제1 부위(P1)의 강도 및 상기 제3 부위(P3)의 강도보다 크게 형성되는 가스 터빈.
20. 하우징(100);
    상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(600);
    상기 로터(600)로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기(200);
    상기 압축기(200)에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기(400); 및
    상기 연소기(400)로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터(600)를 회전시키는 터빈(500);을 포함하고,
    상기 터빈(500)은 연소 가스와 접촉되는 에어 포일부(516, 526)를 포함하고,
    상기 에어 포일부(516, 526)는,
    연소 가스의 유동 방향 상 상류 측에 위치되는 제1 부위(P1);
    연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에 위치되는 제3 부위(P3); 및
    상기 제1 부위(P1)와 상기 제3 부위(P3) 사이에 위치되는 제2 부위(P2);를 포함하고,
    상기 제1 부위(P1)는 섭씨 750도 내지 780도에서의 내열성 및 강도가 큰 제1 재질로 형성되고,
    상기 제2 부위(P2)는 섭씨 700도 내지 730도에서의 내열성 및 강도가 큰 제2 재질로 형성되며,
    상기 제3 부위(P3)는 섭씨 760도 내지 790도에서의 내열성 및 강도가 큰 제3 재질로 형성되고,
    상기 제2 재질은 섭씨 700도 내지 730도에서 상기 제2 재질의 강도가 섭씨 750도 내지 780도에서 상기 제1 재질의 강도 및 섭씨 760도 내지 790도에서 상기 제3 재질의 강도보다 큰 재질로 형성되어, 운전 중에 상기 제2 부위(P2)의 강도가 상기 제1 부위(P1)의 강도 및 상기 제3 부위(P3)의 강도보다 크게 형성되는 가스 터빈.

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