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KR102127429B1 - 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조 - Google Patents

터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조 Download PDF

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KR102127429B1
KR102127429B1 KR1020190066762A KR20190066762A KR102127429B1 KR 102127429 B1 KR102127429 B1 KR 102127429B1 KR 1020190066762 A KR1020190066762 A KR 1020190066762A KR 20190066762 A KR20190066762 A KR 20190066762A KR 102127429 B1 KR102127429 B1 KR 102127429B1
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KR
South Korea
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disk
circumferential surface
turbine rotor
static ring
blade
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Active
Application number
KR1020190066762A
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English (en)
Inventor
정성철
빅터 쉐마토프스키
Original Assignee
두산중공업 주식회사
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Publication date
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Priority to US15/931,812 priority patent/US11111803B2/en
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Abstract

개시되는 발명은 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조에 관한 것으로서, 굴곡면을 갖는 복수 개의 결합 슬롯이 원주면을 따라 형성된 터빈 로터 디스크;와, 상기 터빈 로터 디스크의 결합 슬롯에 대해 축 방향을 따라 체결되는 터빈 블레이드; 및 상기 터빈 로터 디스크 사이에 개재되고, 반경방향 외측으로 연장된 림 부에 그루브가 형성된 인터스테이지 디스크;를 포함하고, 상기 터빈 블레이드는 상기 플랫폼부의 반경방향 내측에서 축 방향을 따라 돌출 형성된 블레이드 원주면을 구비하는 한편 상기 터빈 로터 디스크는 상기 블레이드 원주면과 원주방향을 따라 이어지도록 돌출 형성된 디스크 원주면을 구비하고, 상기 인터스테이지 디스크의 그루브에 장착된 복수 매의 정적 링 시일은 상기 블레이드 원주면 및 디스크 원주면과 접촉하되 상기 블레이드 원주면은 상기 복수 매의 정적 링 시일 모두와 접촉하는 반면 상기 디스크 원주면은 상기 복수 매의 정적 링 시일 중 적어도 상기 터빈 블레이드에 대해 가장 외측에 배치된 한 매의 정적 링 시일에 대해서는 접촉하지 않는 것을 특징으로 한다.

Description

터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조{Sealing structure between turbine rotor disk and interstage disk}
본 발명은 가스터빈의 터빈 섹션에 구비되는 터빈 로터 디스크 및 상기 터빈 로터 디스크 사이에 배치되는 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조에 관한 것이다.
터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충격력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈 및 고온의 연소가스를 이용하는 가스터빈 등이 있다.
이 중, 가스터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 외부로부터 도입된 공기는 복수 단으로 이루어진 회전하는 압축기 블레이드를 거치면서 점차로 압축되어 목표로 하는 압력까지 상승한다.
연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.
터빈은 터빈 케이싱 내에 복수의 터빈 베인과, 터빈 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 또한, 압축기와 연소기와 터빈 및 배기실의 중심부를 관통하도록 로터가 배치되어 있다.
상기 로터는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고, 상기 로터에 복수의 디스크가 고정되어, 각각의 블레이드가 연결되는 동시에, 배기실측의 단부에 발전기 등의 구동축이 연결된다.
이러한 가스터빈은 4 행정 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.
가스터빈의 작동에 대해서 간략하게 설명하면, 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스가 만들어지고, 이렇게 만들어진 연소 가스는 터빈측으로 분사된다. 분사된 연소 가스가 상기 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.
여기서, 터빈 블레이드는 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크의 원주면을 따라 방사상으로 결합하여 연소 가스의 흐름을 회전 운동으로 전환한다. 하나의 터빈 단(stage)을 구성하는 터빈 로터 디스크는 축 방향을 따라 복수 개가 이격 배치되어 다단을 이루는데, 터빈 로터 디스크 사이에는 인터스테이지 디스크(interstage disk)가 배치되어 내부 냉각 유로를 형성한다. 또한, 인터스테이지 디스크의 림(rim) 부에 마련된 그루브에 장착된 몇 매의 정적 링 시일(static ring seal)이 터빈 블레이드의 플랫폼부와 루트부 사이 위치에서 축 방향으로 돌출 형성된 블레이드 원주면 및 터빈 로터 디스크의 대응하는 디스크 원주면에 접촉하여 냉각 공기의 누출을 방지하게 된다.
인터스테이지 디스크에 장착된 정적 링 시일은 회전하는 터빈 블레이드의 원주면에 접촉하여 시간이 흐르면 마모하기 때문에 주기적으로 교체를 할 필요가 있는데, 종래에는 정적 링 시일이 블레이드 원주면과 디스크 원주면에 가려있어 외부로부터 접근할 수가 없기 때문에 해당 터빈 로터 디스크를 탈거해야만 정적 링 시일을 교체할 수 있었으며, 만일 전체 정적 링 시일을 교체하려면 결국에는 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 전부를 탈거할 필요가 있었다. 따라서, 정적 링 시일의 교체, 보수에는 상당히 많은 시간과 노력이 필요했다.
또한, 조립성과 열 팽창을 고려하여 블레이드 원주면과 디스크 원주면 사이에 약간의 간극을 만듦으로 인해 이 틈으로 냉각 가스가 누출될 염려가 높으며, 인터스테이지 디스크의 림 부가 터빈 블레이드의 플랫폼부와 루트부 사이 지점까지 길게 연장되어야 하기 때문에 정적 링 시일에 강한 스트레스가 작용하여 마모를 촉진하기 쉽다.
미국등록특허 제8,221,062호 (2012.07.17 등록)
본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크를 탈거하지 않고도 인터스테이지 디스크에 장착된 정적 링 시일 전부를 교체할 수 있도록 하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 터빈 블레이드와 터빈 로터 디스크 사이의 간극을 통해 누출되는 냉각 공기를 줄이고, 나아가 정적 링 시일에 작용하는 스트레스를 경감하는 새로운 실링 구조를 제공하는 것에 또 하나의 목적이 있다.
본 발명은 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조에 관한 것으로서, 굴곡면을 갖는 복수 개의 결합 슬롯이 원주면을 따라 형성된 터빈 로터 디스크;와, 상기 터빈 로터 디스크의 결합 슬롯에 대해 축 방향을 따라 체결되는 터빈 블레이드로서, 상기 결합 슬롯에 대응하는 형상의 루트부와, 상기 루트부의 반경방향 외측에 위치하는 플랫폼부와, 상기 플랫폼부로부터 연장되는 블레이드부를 포함하는 터빈 블레이드; 및 상기 터빈 로터 디스크 사이에 개재되고, 반경방향 외측으로 연장된 림 부에 그루브가 형성된 인터스테이지 디스크;를 포함하고, 상기 터빈 블레이드는 상기 플랫폼부의 반경방향 내측에서 축 방향을 따라 돌출 형성된 블레이드 원주면을 구비하는 한편, 상기 터빈 로터 디스크는 상기 블레이드 원주면과 원주방향을 따라 이어지도록 돌출 형성된 디스크 원주면을 구비하고, 상기 인터스테이지 디스크의 그루브에 장착된 복수 매의 정적 링 시일은 상기 블레이드 원주면 및 디스크 원주면과 접촉하며, 상기 각각의 정적 링 시일은 복수 개의 단편으로 분할된 링 세그먼트로 이루어지고, 상기 블레이드 원주면은 상기 복수 매의 정적 링 시일 모두와 접촉하는 반면 상기 디스크 원주면은 상기 복수 매의 정적 링 시일 중 적어도 상기 터빈 블레이드에 대해 가장 외측에 배치된 한 매의 정적 링 시일에 대해서는 접촉하지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 각각의 링 세그먼트에는 분리용 홀이 형성되고, 상기 림 부의 반경방향 외측의 모서리를 따라 상기 분리용 홀을 노출시키는 분리용 슬롯이 형성될 있다.
그리고, 상기 복수 매의 정적 링 시일은 축 방향을 따라 인접한 다른 링 세그먼트와 서로 엇갈리도록 장착되고, 상기 분리용 슬롯은 서로 엇갈린 각 링 세그먼트의 분리용 홀이 각각 노출되도록 적어도 두 개 이상이 형성될 수 있다.
또한, 상기 각 링 세그먼트의 반경방향 내측 모서리를 따라 회전방지용 슬롯이 형성되고, 상기 그루브 안에는 상기 회전방지용 슬롯이 끼워지는 회전방지용 핀이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 복수 매의 정적 링 시일은 축 방향을 따라 인접한 다른 링 세그먼트와 서로 엇갈리도록 장착되고, 상기 각 링 세그먼트의 회전방지용 슬롯은 상기 그루브 안에 구비된 하나의 상기 회전방지용 핀에 끼워지는 위치에 각각 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 복수 매의 정적 링 시일은 그 두께가 모두 동일하고, 상기 디스크 원주면은 상기 터빈 블레이드에 대해 가장 외측에 배치된 한 매의 정적 링 시일에 대해서만 전혀 접촉하지 않는다.
그리고, 상기 인터스테이지 디스크의 림 부는 인접한 양쪽의 터빈 로터 디스크를 향해 양쪽으로 연장되고, 상기 블레이드 원주면과 디스크 원주면은 상기 인터스테이지 디스크와 마주보는 측면에 형성된다.
한편, 상기 블레이드 원주면은 상기 루트부의 반경방향 외측부 일부가 축 방향을 따라 돌출 형성될 수 있다.
축 방향으로 돌출된 상기 블레이드 원주면의 원주방향 양 측면에는 상기 루트부의 굴곡면이 형성될 수 있으며, 상기 터빈 로터 디스크의 디스크 원주면에는 상기 블레이드 원주면의 굴곡면에 대응하는 굴곡면이 형성되어 상호 체결될 수 있다.
이상과 같은 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조에서 상기 복수 매의 정적 링 시일을 교체하는 방법은, 상기 터빈 로터 디스크에서 상기 터빈 블레이드를 축 방향을 따라 분리하고, 상기 복수 매의 정적 링 시일 중 적어도 상기 터빈 블레이드에 대해 가장 외측에 배치되어 상기 디스크 원주면에 대해 노출된 한 매의 정적 링 시일을 링 세그먼트 단위로서 반경방향을 따라 분리하며, 상기 가장 외측의 한 매의 정적 링 시일을 분리함에 따라 접근 가능하게 된 그 안쪽의 정적 링 시일을 상기 디스크 원주면에 대해 노출시킨 후 링 세그먼트 단위로서 반경방향으로 분리하는 작업을 순차적으로 진행하여 상기 복수 매의 정적 링 시일을 분리하게 된다.
그리고, 상기 복수 매의 정적 링 시일이 탈거된 상기 그루브에 다른 정적 링 시일을 장착하는 과정은 상기 분리 과정의 역순으로 진행하게 되며, 상기 복수 매의 정적 링 시일의 장착이 모두 이루어진 후에 상기 터빈 블레이드를 상기 터빈 로터 디스크에 대해 축 방향을 따라 체결함으로써 상기 정적 링 시일의 교체 작업이 완료된다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조는 블레이드 원주면은 복수 매의 정적 링 시일 모두와 접촉하는 반면 디스크 원주면은 복수 매의 정적 링 시일 중 터빈 블레이드에 대해 가장 외측에 배치된 적어도 한 매의 정적 링 시일에 대해서는 접촉하는 구조를 구비함에 따라, 블레이드 원주면이 형성된 터빈 블레이드만 분리한 상태에서 인터스테이지 디스크에 장착된 정적 링 시일 전부를 교체할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명은 블레이드 원주면과 디스크 원주면이 전나무 형태의 굴곡면 중의 일부를 구성하면서 서로 치밀하게 체결되기 때문에 블레이드 원주면과 디스크 원주면 사이의 간극이 거의 존재하지 않게 됨으로써 종래에 비해 냉각 가스가 누출될 염려를 크게 줄여주는 이점이 있다.
또한, 블레이드 원주면과 디스크 원주면이 전나무 형태의 굴곡면 중의 일부를 구성함에 따라 인터스테이지 디스크의 림 부를 터빈 블레이드의 루트부 상부까지만 연장하면 되고, 이에 따라 인터스테이지 디스크의 지름이 종래에 비해 줄어드는 것에 상응하여 정적 링 시일의 지름이 축소되기 때문에 정적 링 시일에 작용하는 스트레스가 감소하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 가스터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도.
도 2는 터빈 로터 디스크를 도시한 분해 사시도.
도 3은 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조에 대한 전체적인 구성을 보여주는 도면.
도 4는 도 3의 "A" 부분을 확대 도시한 도면.
도 5는 터빈 로터 디스크에 터빈 블레이드가 체결된 구조를 보여주는 도면.
도 6은 터빈 블레이드에 돌출 형성된 블레이드 원주면을 도시한 도면.
도 7은 복수 개의 단편으로 분할된 링 세그먼트로 이루어진 정적 링 시일을 도시한 도면.
도 8은 분리용 홀과 회전방지용 슬롯이 형성된 링 세그먼트가 인터스테이지 디스크의 그루브에 장착된 구조를 도시한 도면.
도 9는 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조에 대한 단면도.
도 10은 도 9에서 터빈 블레이드가 분리되었을 때의 상태를 도시한 도면.
도 11은 도 9의 상태에서 복수 매의 정적 링 시일을 순차적으로 분리하는 과정을 보여주는 도면.
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. 이때, 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.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예가 적용되는 가스터빈(100)의 일 예가 도시되어 있다. 상기 가스 터빈(100)은 하우징(102)을 구비하고 있고, 하우징(102)의 후측에는 터빈을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저(106)가 구비되어 있다. 그리고, 디퓨저(106)의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(104)가 배치된다.
공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 하우징(102)의 상류측에 압축기 섹션(110)이 위치하고, 하류 측에 터빈 섹션(120)이 배치된다. 그리고, 압축기 섹션(110)과 터빈 섹션(120)의 사이에는 터빈 섹션에서 발생된 회전토크를 압축기 섹션으로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크 튜브(130)가 배치되어 있다.
압축기 섹션(110)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(140)가 구비되고, 각각의 압축기 로터 디스크(140)들은 타이로드(150)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.
구체적으로, 각각의 압축기 로터 디스크(140)는 대략 중앙을 타이로드(150)가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로더 디스크(140)는 대향하는 면이 타이로드(150)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.
압축기 로터 디스크(140)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(144)가 방사상으로 결합되어 있다. 각각의 블레이드(144)는 루트부(146)를 구비하여 압축기 로터 디스크(140)에 체결된다.
각각의 로터 디스크(140)의 사이에는 하우징에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 상기 베인은 로터 디스크와는 달리 고정되어 있어 회전하지 않으며, 압축기 로터 디스크의 블레이드를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 로터 디스크의 블레이드로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.
루트부(146)의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있으며, 통상적으로 알려진 도브테일 또는 전나무 형태(Fir-tree)를 가질 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키이 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.
타이로드(150)는 복수 개의 압축기 로터 디스크(140)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타측 단부는 토크 튜브(130) 내에서 고정된다.
타이로드(150)의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 로터 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이로드가 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 디퓨저(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(deswirler)라고 한다.
연소기(104)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압 연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.
가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 케이싱 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.
구체적으로, 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다. 또한 라이너의 전단에는 연료노즐이 결합되며, 측벽에는 점화기가 결합된다.
한편 라이너의 후단에는, 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션 피스가 연결된다. 이러한 트랜지션 피스는 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.
이를 위해 상기 트랜지션피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.
라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션 피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.
한편, 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈 섹션(120)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크 튜브를 거쳐 압축기 섹션으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.
터빈 섹션은 기본적으로는 압축기 섹션과 그 구조가 유사하다. 즉, 터빈 섹션(120)에도 압축기 섹션의 압축기 로터 디스크와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(180)가 구비된다. 따라서, 터빈 로터 디스크(180) 역시, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(184)를 포함한다. 터빈 블레이드(184) 역시 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크(180)에 결합할 수 있다. 아울러, 터빈 로터 디스크(180)의 블레이드(184)의 사이에도 하우징에 고정되는 베인(미도시)이 구비되어, 블레이드를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 유도하게 된다.
도 2는 도 1의 가스터빈 중에서 특히 터빈 로터 디스크를 도시한 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 터빈 로터 디스크(180)는 대략 원판 형태를 이루고 있고, 그 외주부에는 복수 개의 결합 슬롯(180a)이 형성되어 있다. 상기 결합 슬롯(180a)은 도브테일 또는 전나무(fir-tree) 형태의 굴곡면을 갖도록 형성된다. 도 2는 결합 슬롯(180a)에 전나무 형태의 굴곡면이 형성된 실시형태를 보여주고 있다.
이러한 결합 슬롯(180a)에 터빈 블레이드(184)가 체결된다. 도 2에서, 터빈 블레이드(184)는 대략 중앙부에 평판 형태의 플랫폼부(184a)를 갖는다. 상기 플랫폼부(184a)는 이웃한 터빈 블레이드의 플랫폼부(184a)와 그 측면이 서로 접하여 블레이드들 사이의 간격을 유지시키는 역할을 한다. 플랫폼부(184a)의 저면에는 루트부(184b)가 형성된다. 루트부(184b)는 상술한 로터 디스크(180)의 결합 슬롯(180a)에 끼워져서 결합하는데, 루트부(184b)는 대략 전나무 형태의 굴곡부를 가지며, 이는 결합 슬롯에 형성된 굴곡부의 형태와 상응하도록 형성된다. 도 2는 루트부(184b)가 로터 디스크(180)의 축방향을 따라서 삽입되는, 소위 액셜 타입(axial-type)의 형태를 보여준다.
플랫폼부(184a)의 상부면에는 블레이드부(184c)가 형성된다. 블레이드부(184c)는 가스터빈의 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 설계되는데, 전형적으로는 연소 가스의 흐름 방향을 기준으로 상류측에 배치되는 리딩 엣지와 하류측에 배치되는 트레일링 엣지를 갖는다.
여기서, 압축기 섹션의 블레이드와는 달리, 터빈 섹션의 블레이드는 고온고압의 연소가스와 직접 접촉하게 된다. 연소 가스의 온도는 1700℃ 달할 정도의 고온이기 때문에, 터빈 섹션의 블레이드에 대해서는 냉각 수단이 필요하게 된다. 이를 위해서, 압축기 섹션의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 터빈 섹션측 블레이드로 공급하는 냉각 유로를 갖추게 된다.
냉각 유로는 하우징 외부에서 연장되거나(외부 유로), 로터 디스크의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 외부 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다. 도 2에서, 블레이드부의 표면에는 다수의 필름 쿨링홀(184d)이 형성되는데, 상기 필름쿨링홀(184d)들은 블레이드부(184c)의 내부에 형성되는 쿨링 유로(미도시)와 연통되어 냉각 공기를 블레이드부(184c)의 표면에 공급함으로써 필름 냉각이 이루어지게 한다.
이하, 도 3 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220) 사이의 실링 구조에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220) 사이의 실링 구조에 대한 전체적인 구성을 보여주며, 도 4는 도 3의 "A" 부분을 확대 도시하여 보여주고, 도 5는 터빈 로터 디스크(180)에 터빈 블레이드(184)가 체결된 구조를 보여준다.
본 발명에 따른 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220) 사이의 실링 구조에는 터빈 로터 디스크(180)와 터빈 블레이드(184), 그리고 인터스테이지 디스크(220) 및 복수 매의 정적 링 시일(230)이 관여되어 있다.
터빈 로터 디스크(180)는 굴곡면을 갖는 복수 개의 결합 슬롯(180a)이 원주면을 따라 형성되어 있다. 그리고, 터빈 로터 디스크(180)의 결합 슬롯(180a)에 대해서는 터빈 블레이드(184)가 축 방향을 따라 체결된다(액셜 타입). 이에 대해서는 도 2 부분에서 이미 설명한 바와 같다.
터빈 블레이드(184) 역시 이미 설명한 바와 같이, 터빈 로터 디스크(180)의 결합 슬롯(180a)에 대응하는 형상의 루트부(184b)와, 루트부(184b)의 반경방향 외측에 위치하는 플랫폼부(184a)와, 플랫폼부(184a)로부터 연장되는 블레이드부(184c)를 포함하고 있다.
인터스테이지 디스크(220)는 터빈 로터 디스크(180) 사이에 개재되어 있으며, 터빈 로터 디스크(180) 사이를 적정 간격만큼 이격시켜 터빈 베인(도 1 참조)이 자리 잡을 공간을 형성한다. 또한, 인터스테이지 디스크(220)는 반경방향 외측으로 연장된 림 부(222)를 구비하고 있으며, 림 부(222)에는 복수 매의 정적 링 시일(230)이 장착될 그루브(224)가 형성되어 있다.
도 3을 참조하면, 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220)의 내부, 그리고 그 사이에는 내부 추기(internal bleeding)로 공급된 냉각 공기가 유동하는 공간이 형성되어 있다. 냉각 공기는 터빈 블레이드(184) 안쪽의 공동부로 진입하여 고온으로 달궈진 터빈 블레이드(184)를 충돌 냉각이나 필름 냉각 등의 방식으로 식혀준다. 냉각 공기의 유동 중에 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220) 사이에 틈이 있다면 여기를 통해 유출되기 때문에 냉각 효율을 떨어뜨리는 한편 연소 가스의 온도도 낮춰 공력 성능에도 악영향을 미치게 된다. 이 때문에 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220) 사이에 적절한 실링 구조가 필요해진다.
회전운동을 하는 터빈 로터 디스크(180)에 대해 적절한 실링 구조를 제공하기 위해서는 인터스테이지 디스크(220)의 림 부(222)에 장착된 정적 링 시일(230)이 안정적으로 접촉할 수 있는 원주형태의 접촉면을 만들어 놓을 필요가 있다. 이를 위해 터빈 블레이드(184)는 플랫폼부(184a)의 반경방향 내측에서 축 방향을 따라 돌출 형성된 블레이드 원주면(186)을 구비하며, 이에 대응하여 터빈 로터 디스크(180)는 블레이드 원주면(186)과 원주방향을 따라 이어지도록 돌출 형성된 디스크 원주면(182)을 구비한다.
원주방향을 따라 교번 배열된 블레이드 원주면(186)과 디스크 원주면(182)은 매끄럽게 하나로 이어진 원형 곡면을 이루게 되며, 인터스테이지 디스크(220)의 그루브(224)에 장착된 복수 매의 정적 링 시일(230)은 회전하는 블레이드 원주면(186) 및 디스크 원주면(182)과 접촉하여 그 사이의 밀봉 작용을 수행한다.
도 7은 정적 링 시일(230) 하나를 도시하고 있는데, 정적 링 시일(230)은 복수 개의 단편으로 분할된 링 세그먼트(230')로 이루어져 있다. 정적 링 시일(230)은 고온 환경에서 사용되기 때문에 금속이나 세라믹, 또는 이들의 복합재료로 이루어지는 만큼 탄성이 거의 없기 때문에 하나로 이어진 원형의 정적 링 시일(230)을 인터스테이지 디스크(220)의 그루브(224) 안에 장착하는 것 자체가 그루브(224)에 특별한 구조를 마련하지 않는 이상 극히 어렵고, 또한 지름이 큰 정적 링 시일(230)을 일체형으로 만드는 것도 쉽지 않기 때문이기도 하다.
본 발명은 이처럼 정적 링 시일(230)이 복수 개의 링 세그먼트(230')로 이루어진다는 점에 착안하여 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220)를 분리하지 않고도 정적 링 시일(230)을 교체할 수 있는 구조를 만들어냈으며, 도 4와 도 5, 그리고 도 9와 도 10을 참조하여 이에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 9는 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220) 사이의 실링 구조에 대한 단면도이고, 도 10은 도 9에서 터빈 블레이드(184)가 분리되었을 때의 상태를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 블레이드 원주면(186)과 디스크 원주면(182) 각각이 복수 매의 정적 링 시일(230)과 접촉하는 면적이 있어 차이가 있음을 확인할 수 있다. 즉, 도 9에서 디스크 원주면(182)을 가로지르는 "단면 A"를 보면, 디스크 원주면(182)은 복수 매의 정적 링 시일(230) 중 터빈 블레이드(184)에 대해 가장 외측에 배치된 한 매의 정적 링 시일(230)(도면상 가장 우측의 정적 링 시일)에 대해서는 접촉하지 않는다. 이에 비해, 블레이드 원주면(186)을 가로지르는 "단면 B"를 보면, 블레이드 원주면(186)은 복수 매의 정적 링 시일(230) 모두와 접촉하고 있다.
다시 말해, 블레이드 원주면(186)이 축 방향으로 돌출된 길이는 디스크 원주면(182)의 돌출 길이에 비해 정적 링 시일(230) 한 매분의 두께 정도만큼 더 길다. 도 5에는 블레이드 원주면(186)이 디스크 원주면(182)에 비해 더 돌출된 구조가 잘 나타나 있다.
이와 같이, 디스크 원주면(182)이 가장 외측의 정적 링 시일(230)에 대해서는 접촉하지 않도록 하는 것은 정적 링 시일(230)을 그 접촉하지 않는 두께만큼의 공간을 통해 반경방향으로 분리할 수 있도록 하기 위함이다. 도 10은 도 9에서 터빈 블레이드가 분리되었을 때의 상태(단면 B')를 도시한 도면인데, 모든 정적 링 시일(230)에 대해 접촉함으로써 원심력이 작용하는 운전 상태에서 그 이탈을 억지(특히, 가장 외측의 정적 링 시일의 이탈을 억지)하였던 블레이드 원주면(186)은 터빈 블레이드(184)를 축 방향을 따라 탈거함으로써 사라지게 된다. 즉, 터빈 로터 디스크(180)에서 터빈 블레이드(184)를 탈거함으로써 정적 링 시일(230)을 반경방향으로 빼낼 수 있는 공간이 만들어지게 되는 것이며, 여기에 본 발명의 중요한 기술적 특징이 있다.
토크 튜브로부터 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220)를 분리하는 것에 비해 터빈 로터 디스크(180)에서 개개의 터빈 블레이드(184)를 하나씩 빼내는 작업은 훨씬 수월하다. 또한, 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220)를 분리하면 재장착 후에 정렬을 세밀히 맞춰야 하는 등 전체 작업량이 비교할 수 없을 정도로 많기 때문에, 어느모로 보나 터빈 로터 디스크(180)에서 터빈 블레이드(184)를 분리하는 작업은 월등히 유리하다. 여기에 본 발명의 하나의 이점이 있다.
그리고, 도시된 도면에서는 디스크 원주면(182)은 가장 외측에 배치된 한 매의 정적 링 시일(230)에 대해서는 접촉하지 않도록 정적 링 시일(230) 한 매분의 두께 정도만큼 블레이드 원주면(186)에 비해 짧은데, 정적 링 시일(230)을 분리하기 위한 공간을 확보한다는 측면으로는 정적 링 시일(230) 두 매분 이상의 두께만큼 짧게 만드는 것도 가능하다. 다만, 디스크 원주면(182) 역시 정적 링 시일(230)에 대한 실링 면을 형성하기 때문에, 접촉면적을 최대로 유지하는 것이 실링 성능상 더 유리하다는 측면에서 도시된 실시형태에서는 그 단축되는 길이를 정적 링 시일(230) 한 매분의 두께 정도로 제한한 것이다. 참고로 도면을 보면 정적 링 시일(230)을 탈거하기 위한 폭은 링 시일(230) 한 매의 두께보다 미소하게 큰데, 이는 정적 링 시일(230) 탈거시의 간섭을 고려하여 약간의 여유를 준 것이다.
그리고, 복수 매의 정적 링 시일(230)은 그 두께를 모두 동일하게 만들어 공용으로 사용하는 것이 유지·보수와 부품 관리 측면에서 편리할 수 있으며, 또한 이렇게 하면 모든 링 세그먼트(230')의 두께가 동일하기 때문에 디스크 원주면(182)에 만들어 놓은 틈을 통해 장착하는 정적 링 시일(230)의 순서를 신경 쓸 필요가 없어 작업 효율성에서도 이점이 있다.
도 7은 복수 개의 단편으로 분할된 링 세그먼트(230')로 이루어진 정적 링 시일(230)을 도시한 도면, 도 8은 분리용 홀(232)과 회전방지용 슬롯이 형성된 링 세그먼트(230')가 인터스테이지 디스크(220)의 그루브(224)에 장착된 구조를 도시한 도면으로서, 정적 링 시일(230)의 교체(분리 및 장착)를 쉽게 할 수 있는 본 발명 특유의 구성을 보여준다.
도 7에는 6개의 링 세그먼트(230')로 이루어진 정적 링 시일(230)의 일 실시형태를 보여주고 있는데, 단계적인 부분 확대도를 참고하면 개개의 링 세그먼트(230')에는 반경방향 외측 모서리에 인접하여 분리용 홀(232)이 관통 형성되어 있는 한편, 반경방향 내측 모서리를 따라서는 반원 형태의 회전방지용 슬롯이 형성되어 있다.
이에 대응하여, 인터스테이지 디스크(220) 림 부(222)의 반경방향 외측의 모서리를 따라서는 각 링 세그먼트(230')의 분리용 홀(232)을 노출시키는 분리용 슬롯(226)이 형성되어 있으며, 아울러 림 부(222)의 그루브(224) 안에는 각 링 세그먼트(230')의 회전방지용 슬롯이 끼워지는 회전방지용 핀(228)이 구비되어 있다.
링 세그먼트(230')의 분리용 홀(232)과 림 부(222)의 분리용 슬롯(226)은 정적 링 시일(230)을 링 세그먼트(230') 단위로 하여 반경방향을 따라 쉽게 분리할 수 있도록 마련한 것이다. 즉, 분리용 슬롯(226)을 통해 분리용 홀(232)에 공구를 끼워 반경방향 바깥으로 힘을 줌으로써 링 세그먼트(230')를 쉽게 탈거할 수 있다. 따라서, 림 부(222)의 분리용 슬롯(226)은 림 부(222)의 반경방향 외측 모서리 일부를 절개하는 구조로 마련되어 있으며, 이에 대응하여 링 세그먼트(230')의 분리용 홀(232)은 반경방향 외측 모서리에 인접하게 관통 형성되어 있다.
각 링 세그먼트(230')의 반경방향 내측 모서리를 절개하여 형성된 회전방지용 슬롯과 그루브(224) 안에 마련된 회전방지용 핀(228)은 두 가지 역할을 한다. 하나는 그 용어 그대로 그루브(224) 안에서 링 세그먼트(230')가 회전하는 것을 억제하는 것이다. 링 세그먼트(230')로 분할된 각각의 정적 링 시일(230)을 축 방향으로 복수 매를 중첩할 때에는 위 아래로 겹쳐진 정적 링 시일(230)을 서로 엇갈리게, 즉 링 세그먼트(230')의 단부가 서로 일치하지 않게 배치함으로써 링 세그먼트(230') 사이의 간극을 통한 냉각 공기의 유출을 줄이는 것이 바람직하다. 그런데, 그루브(224) 안에 장착된 정적 링 시일(230)은 회전하는 블레이드 원주면(186)과 디스크 원주면(182)에 접촉하여 함께 회전하려는 힘을 받기 때문에 정렬 상태를 유지하기 위해서는 회전을 억제하는 구조가 필요하며, 회전방지용 핀(228)에 링 세그먼트(230')의 회전방지용 슬롯이 맞물림으로써 각 링 세그먼트(230')의 회전이 억제된다.
또 하나의 역할은 정적 링 시일(230)을 교체할 때에는 좁은 틈을 통해 반경방향으로 탈거와 삽입 작업이 진행되므로 정적 링 시일(230)의 정렬 상태를 확인하기 어려운데, 특히 본 발명은 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220)를 분리하지 않은 상태에서 정적 링 시일(230)을 교체하기 때문에 더더욱 육안 확인이 곤란하다. 이럴 경우 그루브(224) 안에 마련된 회전방지용 핀(228)은 링 세그먼트(230')의 정렬에 대한 기준점으로 작용하기 때문에, 육안으로 확인할 필요 없이 회전방지용 핀(228)에 링 세그먼트(230')의 회전방지용 슬롯이 맞물리도록 장착하기만 하면 정확한 정렬이 보장되기에 매우 편리하다.
그리고, 복수 매의 정적 링 시일(230)을 축 방향을 따라 인접한 다른 링 세그먼트(230')와 서로 엇갈리도록 장착하는 경우에는 분리용 슬롯(226)을 서로 엇갈린 각 링 세그먼트(230')의 분리용 홀(232)이 각각 노출되도록 적어도 두 개 이상이 형성하는 것이 바람직한데, 이는 위 아래로 인접한 링 세그먼트(230')의 분리용 홀(232)이 하나로 연결되는 관통 구멍을 형성하게 되면 냉각 공기가 유출되는 통로가 만들어지기 때문이다.
이에 비해, 축 방향을 따라 인접한 다른 링 세그먼트(230')와 서로 엇갈리도록 장착하는 경우에도 각 링 세그먼트(230')의 회전방지용 슬롯은 그루브(224) 안에 구비된 하나의 회전방지용 핀(228)에 끼워지는 위치에 각각 형성(엇갈린 각도만큼 서로 다른 위치에 형성)하는 것이 바람직한데, 이는 회전방지용 핀(228)은 링 세그먼트(230')의 정렬에 대한 기준점이기 때문에 하나의 링 세그먼트(230')에 대해 두 개 이상의 회전방지용 핀(228)이 할당되는 것은 바람직하지 못하기 때문이다.
한편, 도 3은 터빈의 제1 단을 구성하는 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220)를 중심으로 도시하고 있는데, 인터스테이지 디스크(220)의 림 부(222)는 인접한 양쪽의 터빈 로터 디스크(180)를 향해 양쪽으로 연장되고 블레이드 원주면(186)과 디스크 원주면(182)은 인터스테이지 디스크(220)와 마주보는 측면에 형성되기 때문에, 도면상 제1 단을 구성하는 터빈 로터 디스크(180)의 좌측에는 블레이드 원주면(186)과 디스크 원주면(182)이 형성되어 있지 않다. 따라서, 도면에는 나타나 있지 않지만, 당연히 최초 단과 최종 단의 터빈 로터 디스크(180)를 제외하고는 중간 단의 터빈 로터 디스크(180)는 축 방향 양쪽으로 블레이드 원주면(186)과 디스크 원주면(182)이 각각 형성된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그리고, 본 발명은 터빈 블레이드(184)와 터빈 로터 디스크(180) 사이의 간극을 통해 누출되는 냉각 공기를 줄이고, 나아가 정적 링 시일(230)에 작용하는 스트레스를 경감하기 위해 블레이드 원주면(186)의 형성 위치에 특별한 고려를 하였다. 이에 대해서는 도 5와 도 6을 참조하여 설명한다.
도 5는 터빈 로터 디스크(180)에 터빈 블레이드(184)가 체결된 구조를 보여주는 도면이고, 도 6은 터빈 블레이드(184)에 돌출 형성된 블레이드 원주면(186)을 도시한 도면인데, 해당 도면을 참고하면 블레이드 원주면(186)은 터빈 블레이드(184)의 루트부(184b) 중의 반경방향 외측부 일부가 축 방향을 따라 돌출 형성되어 있다. 이에 따라 블레이드 원주면(186)과 하나의 원주면으로 이어지는 디스크 원주면(182) 역시 결합 슬롯(180a) 사이를 가로질러 돌출되어 있다.
또한, 축 방향으로 돌출된 블레이드 원주면(186)의 원주방향 양 측면에는 루트부(184b)의 굴곡면이 형성되어 있고, 이에 대응하여 터빈 로터 디스크(180)의 디스크 원주면(182)에도 블레이드 원주면(186)의 굴곡면에 대응하는 굴곡면이 형성되어 상호 체결되고 있다.
도시된 실시형태는 터빈 블레이드(184)의 루트부(184b)와 터빈 로터 디스크(180)의 결합 슬롯(180a)이 전나무(fir-tree) 형태의 굴곡면을 갖고 있는데, 블레이드 원주면(186)과 디스크 원주면(182)이 전나무 형태의 굴곡면 중의 일부를 구성하면서 서로 치밀하게 체결되기 때문에 블레이드 원주면(186)과 디스크 원주면(182) 사이의 간극이 거의 존재하지 않게 된다.
이는 종래 조립성과 열 팽창을 고려하여 블레이드 원주면(186)과 디스크 원주면(182) 사이에 약간의 간극을 만드는 경우에 비해 이 틈으로 냉각 가스가 누출될 염려를 크게 줄여주는 이득이 있다. 또한, 인터스테이지 디스크(220)의 림 부(222)를 터빈 블레이드(184)의 루트부(184b) 상부까지만 연장하면 되기 때문에 인터스테이지 디스크(220)의 지름을 감소시키는 결과로 이어지며, 이에 따라 정적 링 시일(230)의 지름 역시 축소되기 때문에 정적 링 시일(230)에 작용하는 스트레스를 감소시키게 된다.
도 11은 이상에서 설명한 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220) 사이의 실링 구조에서 복수 매의 정적 링 시일(230)을 교체하는 과정 중의 일부를 도시하고 있다.
본 발명에 따른 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220) 사이의 실링 구조에서는 터빈 로터 디스크(180)에서 터빈 블레이드(184)를 축 방향을 따라 분리하면 복수 매의 정적 링 시일(230) 중 터빈 블레이드(184)에 대해 가장 외측에 배치되어 있는 적어도 한 매의 정적 링 시일(230)은 디스크 원주면(182)에 대해 완전히 노출된다(도 10 참조). 따라서, 가장 외측에 배치된 한 매의 정적 링 시일(230)은 링 세그먼트(230') 단위로서 반경방향을 따라 분리할 수 있게 된다{도 11의 (a)}.
그리고, 가장 외측의 한 매의 정적 링 시일(230)을 분리함에 따라 그 안쪽의 정적 링 시일(230)이 접근 가능하게 되며, 따라서 외측에서 두 번째의 정적 링 시일(230)도 디스크 원주면(182)에 대해 노출시킨 후 링 세그먼트(230') 단위로서 반경방향으로 분리할 수 있으며{도 11의 (b) 및 (c)}, 이런 작업을 순차적으로 진행하면 모든 정적 링 시일(230)을 분리할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 터빈 로터 디스크(180)와 인터스테이지 디스크(220)를 탈거하지 않고 터빈 블레이드(184)만 분리하여도 인터스테이지 디스크(220)에 장착된 정적 링 시일(230) 전부를 탈거할 수 있으며, 상기 분리 과정의 역순으로 새로운 정적 링 시일(230)을 차례로 장착하고 터빈 블레이드(184)를 터빈 로터 디스크(180)에 대해 축 방향을 따라 다시 체결함으로써 정적 링 시일(230)의 교체 작업을 완료할 수 있다.
그리고, 전술한 바와 같이, 정적 링 시일(230)의 분리와 장착은 림 부(222)의 반경방향 외측의 모서리를 따라 형성된 분리용 슬롯(226)과 각각의 링 세그먼트(230')에 형성된 분리용 홀(232)을 이용하여 편리하게 진행할 수 있으며, 그루브(224) 안에 마련된 회전방지용 핀(228)은 링 세그먼트(230')의 정렬에 대한 기준점으로 작용함으로써 육안으로 확인할 필요 없이 회전방지용 핀(228)에 링 세그먼트(230')의 회전방지용 슬롯이 맞물리도록 장착하기만 하면 정확한 정렬이 보장된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
180: 터빈 로터 디스크 180a: 결합 슬롯
182: 디스크 원주면 184: 터빈 블레이드
184a: 플랫폼부 184b: 루트부
184c: 블레이드부 186: 블레이드 원주면
220: 인터스테이지 디스크 222: 림 부
224: 그루브 226: 분리용 슬롯
228: 회전방지용 핀 230: 정적 링 시일
230': 링 세그먼트 232: 분리용 홀
234: 회전방지용 슬롯

Claims (15)

  1. 굴곡면을 갖는 복수 개의 결합 슬롯이 원주면을 따라 형성된 터빈 로터 디스크;
    상기 터빈 로터 디스크의 결합 슬롯에 대해 축 방향을 따라 체결되는 터빈 블레이드로서, 상기 결합 슬롯에 대응하는 형상의 루트부와, 상기 루트부의 반경방향 외측에 위치하는 플랫폼부와, 상기 플랫폼부로부터 연장되는 블레이드부를 포함하는 터빈 블레이드; 및
    상기 터빈 로터 디스크 사이에 개재되고, 반경방향 외측으로 연장된 림 부에 그루브가 형성된 인터스테이지 디스크;를 포함하고,
    상기 터빈 블레이드는 상기 플랫폼부의 반경방향 내측에서 축 방향을 따라 돌출 형성된 블레이드 원주면을 구비하는 한편, 상기 터빈 로터 디스크는 상기 블레이드 원주면과 원주방향을 따라 이어지도록 돌출 형성된 디스크 원주면을 구비하고,
    상기 인터스테이지 디스크의 그루브에 장착된 복수 매의 정적 링 시일은 상기 블레이드 원주면 및 디스크 원주면과 접촉하며,
    상기 각각의 정적 링 시일은 복수 개의 단편으로 분할된 링 세그먼트로 이루어지고,
    상기 블레이드 원주면은 상기 복수 매의 정적 링 시일 모두와 접촉하는 반면 상기 디스크 원주면은 상기 복수 매의 정적 링 시일 중 적어도 상기 터빈 블레이드에 대해 가장 외측에 배치된 한 매의 정적 링 시일에 대해서는 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 링 세그먼트에는 분리용 홀이 형성되고, 상기 림 부의 반경방향 외측의 모서리를 따라 상기 분리용 홀을 노출시키는 분리용 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 매의 정적 링 시일은 축 방향을 따라 인접한 다른 링 세그먼트와 서로 엇갈리도록 장착되고, 상기 분리용 슬롯은 서로 엇갈린 각 링 세그먼트의 분리용 홀이 각각 노출되도록 적어도 두 개 이상이 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각 링 세그먼트의 반경방향 내측 모서리를 따라 회전방지용 슬롯이 형성되고, 상기 그루브 안에는 상기 회전방지용 슬롯이 끼워지는 회전방지용 핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수 매의 정적 링 시일은 축 방향을 따라 인접한 다른 링 세그먼트와 서로 엇갈리도록 장착되고, 상기 각 링 세그먼트의 회전방지용 슬롯은 상기 그루브 안에 구비된 하나의 상기 회전방지용 핀에 끼워지는 위치에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수 매의 정적 링 시일은 그 두께가 모두 동일하고, 상기 디스크 원주면은 상기 터빈 블레이드에 대해 가장 외측에 배치된 한 매의 정적 링 시일에 대해서만 전혀 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인터스테이지 디스크의 림 부는 인접한 양쪽의 터빈 로터 디스크를 향해 양쪽으로 연장되고, 상기 블레이드 원주면과 디스크 원주면은 상기 인터스테이지 디스크와 마주보는 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드 원주면은 상기 루트부의 반경방향 외측부 일부가 축 방향을 따라 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조.
  9. 제8항에 있어서,
    축 방향으로 돌출된 상기 블레이드 원주면의 원주방향 양 측면에는 상기 루트부의 굴곡면이 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 터빈 로터 디스크의 디스크 원주면에는 상기 블레이드 원주면의 굴곡면에 대응하는 굴곡면이 형성되어 상호 체결되는 것을 특징으로 하는 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수 매의 정적 링 시일은 축 방향을 따라 인접한 다른 링 세그먼트와 서로 엇갈리도록 장착되고,
    상기 각각의 링 세그먼트에는 분리용 홀이 형성되는 한편 상기 림 부의 반경방향 외측의 모서리를 따라서는 상기 서로 엇갈린 각 링 세그먼트의 분리용 홀이 각각 노출되는 적어도 두 개 이상의 분리용 슬롯이 형성되고,
    또한, 상기 각 링 세그먼트의 반경방향 내측 모서리를 따라 회전방지용 슬롯이 형성되는 한편 상기 그루브 안에는 상기 서로 엇갈린 각 링 세그먼트의 회전방지용 슬롯이 공통적으로 끼워지는 하나의 회전방지용 핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조.
  12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 따른 터빈 로터 디스크와 인터스테이지 디스크 사이의 실링 구조에서 상기 복수 매의 정적 링 시일을 교체하는 방법에 있어서,
    상기 터빈 로터 디스크에서 상기 터빈 블레이드를 축 방향을 따라 분리하고,
    상기 복수 매의 정적 링 시일 중 적어도 상기 터빈 블레이드에 대해 가장 외측에 배치되어 상기 디스크 원주면에 대해 노출된 한 매의 정적 링 시일을 링 세그먼트 단위로서 반경방향을 따라 분리하고,
    상기 가장 외측의 한 매의 정적 링 시일을 분리함에 따라 접근 가능하게 된 그 안쪽의 정적 링 시일을 상기 디스크 원주면에 대해 노출시킨 후 링 세그먼트 단위로서 반경방향으로 분리하는 작업을 순차적으로 진행하여 상기 복수 매의 정적 링 시일을 분리하는 것을 특징으로 하는 인터스테이지 디스크로부터 정적 링 시일을 교체하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 정적 링 시일의 분리는 상기 림 부의 반경방향 외측의 모서리를 따라 형성된 분리용 슬롯을 통해 상기 각각의 링 세그먼트에 형성된 분리용 홀에 접근함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 인터스테이지 디스크로부터 정적 링 시일을 교체하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 복수 매의 정적 링 시일이 탈거된 상기 그루브에 다른 정적 링 시일을 장착하는 과정은 상기 분리 과정의 역순으로 진행하는 것을 특징으로 하는 인터스테이지 디스크로부터 정적 링 시일을 교체하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수 매의 정적 링 시일의 장착이 모두 이루어진 후에 상기 터빈 블레이드를 상기 터빈 로터 디스크에 대해 축 방향을 따라 체결함으로써 상기 정적 링 시일의 교체 작업이 완료되는 것을 특징으로 하는 인터스테이지 디스크로부터 정적 링 시일을 교체하는 방법.
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