KR102478172B1

KR102478172B1 - 회전 기계, 이를 포함하는 가스 터빈, 회전 기계의 조립 방법

Info

Publication number: KR102478172B1
Application number: KR1020210015040A
Authority: KR
Inventors: 유리 고로샥; 하진봉
Original assignee: 두산에너빌리티 주식회사
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2022-12-14
Anticipated expiration: 2041-02-02
Also published as: KR102478172B9; EP4036374B1; KR20220111598A; US20220243599A1; JP2022118700A; JP7275445B2; US11702942B2; EP4036374A1

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 회전 기계는 상기 블레이드가 삽입되는 복수의 슬롯이 형성된 로터 디스크, 상기 슬롯에 삽입되는 루트부를 갖는 복수의 블레이드, 및 상기 블레이드들의 축방향 이동을 억제하는 리테이너를 포함하고, 상기 리테이너는 상기 슬롯의 바닥에 삽입되는 내측 고정부재와 상기 루트부의 하부에 삽입되며 상기 내측 고정부재와 맞닿는 외측 고정부재와 상기 외측 고정부재와 상기 슬롯의 바닥 사이에 삽입되어 상기 외측 고정부재의 이탈을 방지하는 스페이서를 포함할 수 있다.

Description

회전 기계, 이를 포함하는 가스 터빈, 회전 기계의 조립 방법{ROTARY MACHINE, GAS TURBINE INCLUDING THE SAME, ASSEMBLING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 회전 기계, 이를 포함하는 가스 터빈, 회전 기계의 조립 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 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈 내부의 블레이드가 회전하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치의 구동 등 다양한 분야에 사용된다.

압축기, 연소기 등의 회전 운동을 하는 회전 기계는 로터 디스크와 로터 디스크에 결합된 블레이드를 포함한다. 블레이드는 로터 디스크에 안정적으로 고정되어야 하나, 회전 과정에서 블레이드가 축방향으로 이동하는 문제가 있다.

등록특허공보 제10-2042505호(2019.11.08.)

상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 블레이드를 안정적으로 고정할 수 있는 회전 기계, 및 이를 포함하는 가스 터빈, 회전 기계의 조립 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 외측 고정부재는 상기 루트부에 삽입되는 바디부와 상기 바디부에서 측방향으로 돌출되되 절곡되어 상기 스페이서의 단부와 맞닿는 지지판을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 슬롯의 바닥에는 상기 내측 고정부재가 삽입되는 내측 홈과 상기 내측 홈의 상부와 연결되며 상기 내측 홈에서 상기 로터 디스크의 측단까지 이어진 설치 홈이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 루트부의 하면에는 상기 내측 고정부재가 삽입되는 제1 홈과, 상기 외측 고정부재가 삽입되며 상기 제1 홈보다 더 깊게 형성된 제2 홈과, 상기 제2 홈에서 상기 루트부의 측단까지 이어진 제3 홈이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 내측 고정부재는 기둥 형상으로 이루어지며, 상기 내측 홈 및 상기 제1 홈에 삽입될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 스페이서는 상기 외측 고정부재를 지지하는 지지 블록과 상기 지지 블록에서 상기 블레이드를 향하여 돌출되어 상기 제3 홈에 삽입되는 돌출부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 2개의 상기 돌출부는 이격되며, 상기 돌출부 사이에는 미들 홈이 형성되며, 상기 지지 블록에는 돌출된 지지 턱이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 지지판은 상기 바디부에서 측방향으로 돌출되며 상기 제3 홈의 바닥과 맞닿는 제1 부분과 상기 제1 부분에서 절곡되어 상기 스페이서와 맞닿는 제2 부분을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 스페이서의 단부에는 수용 홈이 형성되고, 상기 지지판은 상기 제2 부분에서 절곡되어 상기 수용 홈에 삽입되는 제3 부분을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 스페이서의 외면에는 결합 돌기가 형성되고, 상기 지지판에는 상기 결합 돌기와 끼움 결합되는 결합 홀이 형성될 수 있다.

본 발명의 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 복수의 블레이드를 포함하는 회전 기계를 포함하며, 상기 회전 기계는, 상기 블레이드가 삽입되는 복수의 슬롯이 형성된 로터 디스크, 상기 슬롯에 삽입되는 루트부를 갖는 복수의 블레이드, 및 상기 블레이드들의 축방향 이동을 억제하는 리테이너를 포함하고, 상기 리테이너는 상기 슬롯의 바닥에 삽입되는 내측 고정부재와 상기 루트부의 하부에 삽입되며 상기 내측 고정부재와 맞닿는 외측 고정부재와 상기 외측 고정부재와 상기 슬롯의 바닥 사이에 삽입되어 상기 외측 고정부재의 이탈을 방지하는 스페이서를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 상기 외측 고정부재는 상기 루트부에 삽입되는 바디부와 상기 바디부에서 측방향으로 돌출되되 절곡되어 상기 스페이서의 단부와 맞닿는 지지판을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 상기 슬롯의 바닥에는 상기 내측 고정부재가 삽입되는 내측 홈과 상기 내측 홈의 상부와 연결되며 상기 내측 홈에서 상기 로터 디스크의 측단까지 이어진 설치 홈이 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 상기 루트부의 하면에는 상기 내측 고정부재가 삽입되는 제1 홈과, 상기 외측 고정부재가 삽입되며 상기 제1 홈보다 더 깊게 형성된 제2 홈과, 상기 제2 홈에서 상기 루트부의 측단까지 이어진 제3 홈이 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 상기 스페이서는 상기 외측 고정부재를 지지하는 지지 블록과 상기 지지 블록에서 상기 블레이드를 향하여 돌출되어 상기 제3 홈에 삽입되는 돌출부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 2개의 상기 돌출부는 이격되며, 상기 돌출부 사이에는 미들 홈이 형성되며, 상기 지지 블록에는 돌출된 지지 턱이 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 상기 지지판은 상기 바디부에서 측방향으로 돌출되며 상기 제3 홈의 바닥과 맞닿는 제1 부분과 상기 제1 부분에서 절곡되어 상기 스페이서와 맞닿는 제2 부분을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 상기 스페이서의 단부에는 수용 홈이 형성되고, 상기 지지판은 상기 제2 부분에서 절곡되어 상기 수용 홈에 삽입되는 제3 부분을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 상기 스페이서의 외면에는 결합 돌기가 형성되고, 상기 지지판에는 상기 결합 돌기와 끼움 결합되는 결합 홀이 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 로터 디스크와 블레이드를 포함하는 회전 기계 조립 방법은, 상기 로터 디스크의 슬롯의 바닥에 형성된 내측 홈에 기둥 형상의 내측 고정부재를 삽입하는 내측 고정부재 설치 단계, 상기 슬롯에 상기 블레이드를 결합하는 블레이드 결합 단계, 상기 블레이드의 루트부의 하면에 형성된 제2 홈에 상기 블레이드를 지지하는 외측 고정부재를 삽입하는 외측 고정부재 설치 단계, 상기 외측 고정부재의 내측에 상기 외측 고정부재를 지지하는 스페이서를 삽입하는 스페이서 설치 단계, 및 상기 외측 고정부재에 형성된 지지판을 절곡하여 상기 지지판이 상기 스페이서의 단부와 맞닿도록 한다 지지판 굽힘 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 회전 기계에 의하면 리테이너가 내측 고정부재, 외측 고정부재, 및 스페이서를 포함하므로 블레이드를 안정적으로 지지할 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 블레이드와 로터 디스크를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 루트부를 도시한 부분 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터 디스크를 도시한 부분 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 리테이너가 로터 디스크 및 블레이드에 결합된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 내측 고정부재를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 외측 고정부재를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스페이서를 도시한 사시도이다.
도 10a는 내측 고정부재를 삽입하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 10b는 블레이드를 로터 디스크에 결합하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 10c는 외측 고정부재를 설치하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 10d는 스페이서를 설치하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 10e는 지지판을 굴곡하여 스페이서를 고정하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전 기계 조립 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 리테이너가 로터 디스크 및 블레이드에 결합된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 외측 고정부재를 도시한 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스페이서를 도시한 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 리테이너가 로터 디스크 및 블레이드에 결합된 상태를 나타낸 단면도이다.

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.

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 1에 도시된 것과 같은 대형 가스 터빈(1000)은 대량의 공기를 압축해야 하기 때문에 다단 축류 압축기(1100)가 적용되는 것이 일반적이다. 이때, 다단 축류 압축기(1100)에서는, 압축기(1100)의 블레이드(1130)는 센터 타이로드(1120)와 로터 디스크의 회전에 따라 회전하여 유입된 공기를 압축하면서 압축된 공기를 후단의 베인(1140)으로 이동시킨다. 공기는 다단으로 형성된 블레이드(1130)를 통과하면서 점점 더 고압으로 압축된다.

베인(1140)은 하우징(1150)의 내부에 장착되며, 복수의 베인(1140)이 단을 형성하며 장착될 수 있다. 베인(1140)은 전단의 압축기 블레이드(1130)로부터 이동된 압축 공기를 후단의 블레이드(1130) 측으로 안내한다. 일 실시예에서 복수의 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(1320)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.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드와 로터 디스크를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 루트부를 도시한 부분 사시도이며, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터 디스크를 도시한 부분 사시도이고 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 리테이너가 로터 디스크 및 블레이드에 결합된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전 기계에 대해서 설명한다. 회전 기계는 로터 디스크와 블레이드를 포함하며 회전하는 장치로서, 압축기(1100)와 터빈(1300)이 이에 해당한다. 본 실시예에서는 터빈(1300)을 회전 기계의 일 예로 설명하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 회전 기계는 압축기(1100)로 이루어질 수도 있다.

터빈(1300)은 복수의 로터 디스크(1310)와 로터 디스크(1310)에 방사상으로 배치되는 복수 개의 블레이드(1320)와 블레이드(1320)를 고정하는 리테이너(1400)를 포함한다. 블레이드(1320)는 도브테일 등의 방식으로 로터 디스크(1310)에 결합될 수 있다. 아울러, 로터 디스크(1310)에는 하우징에 고정되는 터빈 베인이 구비되며, 터빈 베인은 블레이드(1320)를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 안내한다.

로터 디스크(1310)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주부에는 복수의 슬롯(1312)이 형성되어 있다. 슬롯(1312)은 굴곡면을 갖도록 형성되며 슬롯(1312)에 블레이드(1320)가 삽입된다.

블레이드(1320)는 판 형상의 날개부(1321)와 날개부(1321)의 하부에 결합된 플랫폼부(1322) 및 플랫폼부(1322)의 아래로 돌출된 루트부(1325)를 포함한다. 날개부(1321)는 날개 형상의 곡면판으로 이루어질 수 있으며, 날개부(1321)는 가스 터빈(1000)의 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성될 수 있다. 날개부(1321)는 연소 가스의 흐름 방향을 기준으로 상류측에 배치되는 리딩 엣지와 하류측에 배치되는 트레일링 엣지를 구비할 수 있다.

날개부(1321)의 표면에는 다수의 필름 쿨링홀이 형성되는데, 필름 쿨링홀들은 날개부(1321)의 내부에 형성되는 냉각 유로와 연통되어 냉각 공기를 날개부(1321)의 표면에 공급한다.

플랫폼부(1322)는 날개부(1321)와 루트부(1325) 사이에 위치하며 대략 사각판 또는 사각기둥 형상으로 이루어질 수 있다. 플랫폼부(1322)는 이웃한 블레이드(1320)의 플랫폼부(1322)와 그 측면이 서로 접하여 블레이드들(1320) 사이의 간격을 유지시키는 역할을 한다. 날개부(1321)와 플랫폼부(1322)와 루트부(1325)의 의 내측에는 로터 디스크(1310)에서 전달되는 냉각 공기가 이동하는 냉각 유로(1800)가 형성될 수 있다.

루트부(1325)는 굴곡부를 가지며, 이는 로터 디스크(1310)의 슬롯(1312)에 형성된 굴곡부의 형태와 대응하도록 형성된다. 루트부(1325)는 축방향(로터 디스크의 중심축과 평행한 방향)으로 슬롯(1312)에 삽입될 수 있다.

리테이너(1400)는 슬롯(1312)의 바닥에 삽입되는 내측 고정부재(1410)와 루트부(1325)의 하부에 삽입되며 내측 고정부재(1410)와 맞닿는 외측 고정부재(1420)와 외측 고정부재(1420)와 슬롯(1312)의 바닥 사이에 삽입되어 외측 고정부재(1420)의 이탈을 방지하는 스페이서(1430)를 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 내측 고정부재를 도시한 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 외측 고정부재를 도시한 사시도이며, 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스페이서를 도시한 사시도이다.

도 5 내지 도 9를 참조하여 설명하면, 슬롯(1312)의 바닥에는 내측 고정부재(1410)가 삽입되는 내측 홈(1314)과 내측 홈(1314)의 상부와 연결되며 내측 홈(1314)에서 로터 디스크(1310)의 측단까지 이어진 설치 홈(1315)이 형성된다. 내측 홈(1314)은 원형의 단면을 가지며, 설치 홈(1315)보다 더 깊게 형성된다.

한편, 루트부(1325)의 하면에는 내측 고정부재(1410)가 삽입되는 제1 홈(1326)과 외측 고정부재가 삽입되며 제1 홈(1326)보다 더 깊게 형성된 제2 홈(1327)과 제2 홈(1327)에서 루트부(1325)의 측단까지 이어진 제3 홈(1328)이 형성된다.

제1 홈(1326)은 내측 고정부재(1410)가 삽입될 수 있도록 원형의 횡단면을 가지며, 제2 홈(1327)은 제1 홈(1326) 및 제3 홈(1328)보다 더 큰 폭을 갖도록 형성되어 제1 홈(1326) 및 제2 홈(1327)의 측단보다 더 돌출된다. 제3 홈(1328)은 부품들이 삽입될 수 있도록 통로를 형성한다.

내측 고정부재(1410)는 기둥 형상으로 이루어질 수 있으며, 원기둥 또는 사각 기둥으로 이루어질 수 있다. 내측 고정부재(1410)는 내측 홈(1314) 및 제1 홈(1326)에 삽입될 수 있으며, 내측 고정부재(1410)에서 내측 홈(1314)의 바닥과 맞닿는 길이방향 단부에는 테이퍼부(1412)가 형성된다.

외측 고정부재(1420)는 제2 홈(1327)에 삽입되며, 내측 고정부재(1410) 및 제2 홈(1327)과 맞닿아 지지된다. 외측 고정부재(1420)는 제2 홈(1327)에 삽입되는 바디부(1421)와 바디부(1421)에서 축방향으로 돌출된 지지판(1423)을 포함한다. 지지판(1423)은 바디부(1421)의 측면에서 돌출되며 절곡되어 스페이서(1430)의 단부와 맞닿아 스페이서(1430)를 지지한다.

스페이서(1430)는 외측 고정부재(1420)를 지지하는 지지 블록(1431)과 지지 블록(1431)에서 블레이드(1320)를 향하여 돌출된 돌출부(1432)를 포함할 수 있다. 지지 블록(1431)은 설치 홈(1315)에 삽입되며, 돌출부(1432)는 제3 홈(1328)에 삽입될 수 있다.

지지 블록(1431)은 외측 고정부재(1420)의 내측단과 맞닿아 외측 고정부재(1420)가 제2 홈(1327)에서 이탈하는 것을 방지한다. 2개의 돌출부(1432)는 이격 배치되고, 돌출부(1432) 사이에 하부로 이어진 미들 홈(1435)이 형성된다. 한편, 지지 블록(1431)에는 돌출된 지지 턱(1433)이 형성되는데, 스페이서(1430)를 분리할 때, 미들 홈(1435)으로 도구를 집어 넣고, 지지 턱(1433)에 도구를 걸어서 스페이서(1430)를 이용하게 분리할 수 있다.

지지판(1423)은 스페이서(1430)가 설치된 상태에서 절곡되어 스페이서(1430)의 외측 단부와 맞닿으며, 이에 따라 지지판(1423)에 의하여 스페이서(1430)가 블레이드(1320)와 로터 디스크(1310) 사이에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

지지판(1423)은 바디부(1421)에서 측방향으로 돌출되며 제3 홈(1328)의 바닥과 맞닿는 제1 부분(1423a)과 제1 부분(1423a)에서 절곡되어 스페이서(1430)와 맞닿는 제2 부분(1423b)을 포함할 수 있다. 제1 부분(1423a)은 돌출부(1432)와 맞닿으며, 제2 부분(1423b)은 돌출부(1432) 및 지지 블록(1431)과 맞닿을 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면 내측 고정부재(1410)와 외측 고정부재(1420)가 홈에 삽입될 뿐만 아니라 서로 맞닿아 블레이드(1320)가 로터 디스크(1310)의 축방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 내측 고정부재(1410)의 내측에 스페이서(1430)가 설치되어 내측 고정부재(1410)가 블레이드(1320)에 안정적으로 고정될 수 있다. 또한 지지판(1423)에 의하여 스페이서(1430)가 이탈하지 않고 안정적으로 고정될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전 기계의 조립 방법에 대해서 설명한다.

도 10a는 내측 고정부재를 삽입하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 10b는 블레이드를 로터 디스크에 결합하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 10c는 외측 고정부재를 설치하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 10d는 스페이서를 설치하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 10e는 지지판을 벤딩하여 스페이서를 고정하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전 기계 조립 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 10a 내지 도 11을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 회전 기계의 조립 방법은 내측 고정부재 설치 단계(S101), 블레이드 결합 단계(S102), 외측 고정부재 설치 단계(S103), 스페이서 설치 단계(S104), 및 지지판 굽힘 단계(S105)를 포함할 수 있다.

내측 고정부재 설치 단계(S101)는 로터 디스크(1310)의 슬롯(1312)의 바닥에 형성된 내측 홈(1314)에 내측 고정부재(1410)를 삽입한다. 여기서 내측 고정부재(1410)는 기둥 형상으로 이루어지며, 내측 고정부재(1410)의 일부분은 내측 홈(1314)에 삽입되고, 내측 고정부재(1410)의 외측은 제1 홈(1326)에 삽입된다. 블레이드 결합 단계(S102)는 로터 디스크(1310)에 형성된 슬롯(1312)에 블레이드(1320)의 루트부(1325)를 삽입한다.

외측 고정부재 설치 단계(S103)는 블레이드(1320)의 루트부(1325)의 하면에 형성된 제2 홈(1327)에 외측 고정부재(1320)를 삽입한다. 외측 고정부재 설치 단계(S103)는 설치 홈(1315)과 제3 홈(1328)을 통해서 외측 고정부재(1420)를 블레이드(1320)와 로터 디스크(1310) 사이로 이동시킨 다음, 외측 고정부재(1420)를 밀어서 제2 홈(1327)에 삽입한다. 이때 외측 고정부재(1420)의 측면은 내측 고정부재(1410)와 맞닿는다. 외측 고정부재(1420) 설치 단계에서 지지판(1423)은 제3 홈(1328)에 삽입된 상태를 유지한다.

스페이서 설치 단계(S104)는 설치 홈(1315)을 통해서 스페이서(1430)를 외측 고정부재(1420)의 내측에 삽입하여 외측 고정부재(1420)가 제2 홈(1327)에서 이탈하는 것을 방지한다. 스페이서 설치 단계(S104)는 스페이서(1430)를 외측 고정부재(1420)와 로터 디스크(1310) 사이에 위치시켜서 외측 고정부재(1420)가 설치 홈(1315)으로 이탈하는 것을 방지한다.

지지판 굽힘 단계(S105)는 외측 고정부재(1420)에 형성된 지지판(1423)을 절곡하여 지지판(1423)이 스페이서(1430)의 단부와 맞닿도록 한다. 이에 따라 지지판(1423)에 의하여 스페이서(1430)가 이탈하지 않고 안정적으로 위치할 수 있다.

한편, 블레이드(1320)를 로터 디스크(1310)에서 분리하여 보수하기 위해서는 지지판을 곧게 변형시킨 후에 도구를 돌출부(1432) 사이에 삽입하고, 지지 턱(1433)에 걸어서 스페이서를 분리한 후에 외측 고정부재(1420)를 분리한 후에 블레이드(1320)를 로터 디스크(1310)에서 분리할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전 기계에 대해서 설명한다.

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 리테이너가 로터 디스크 및 블레이드에 결합된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 외측 고정부재를 도시한 사시도이며, 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스페이서를 도시한 사시도이다.

도 12 내지 도 14를 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 회전 기계는 리테이너(1500)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 회전 기계와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.

리테이너(1500)는 슬롯(1312)의 바닥에 삽입되는 내측 고정부재(1510)와 루트부(1325)의 하부에 삽입되며 내측 고정부재(1510)와 맞닿는 외측 고정부재(1520)와 외측 고정부재(1520)와 슬롯(1312)의 바닥 사이에 삽입되어 외측 고정부재(1520)의 이탈을 방지하는 스페이서(1530)를 포함할 수 있다.

내측 고정부재(1510)는 원기둥 형상으로 이루어질 수 있으며, 내측 홈(1314) 및 제1 홈(1326)에 삽입될 수 있다. 외측 고정부재(1520)는 제2 홈(1327)에 삽입되며, 내측 고정부재(1510)와 맞닿아 지지된다. 외측 고정부재(1520)는 제2 홈(1327)에 삽입되는 바디부(1521)와 바디부(1521)에서 축방향으로 돌출된 지지판(1523)을 포함한다. 지지판(1523)은 바디부(1521)의 측면에서 돌출되며 절곡되어 스페이서(1530)의 단부와 맞닿는다.

스페이서(1530)는 외측 고정부재(1520)를 지지하는 지지 블록(1531)과 지지 블록(1531)에서 블레이드(1320)를 향하여 돌출된 돌출부(1532)를 포함할 수 있다. 지지 블록(1531)은 설치 홈(1315)에 삽입되며, 돌출부(1532)는 제3 홈(1328)에 삽입될 수 있다.

지지 블록(1531)은 외측 고정부재(1520)의 내측단과 맞닿아 외측 고정부재(1520)가 제2 홈(1327)에서 이탈하는 것을 방지한다. 2개의 돌출부(1532)는 이격 배치되고, 돌출부(1532) 사이에 하부로 이어진 미들 홈(1535)이 형성된다. 한편, 지지 블록(1531)에는 돌출된 지지 턱(1533)이 형성된다.

한편, 지지 블록(1531)에서 외면에는 외측으로 돌출된 결합 돌기(1536)가 형성된다. 결합 돌기(1536)는 원형 또는 다각형의 단면을 가질 수 있다.

지지판(1523)은 스페이서(1530)가 설치된 상태에서 절곡되어 스페이서(1530)의 외측 단부와 맞닿으며, 이에 따라 지지판(1523)에 의하여 스페이서(1530)가 블레이드(1320)와 로터 디스크(1310) 사이에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

지지판(1523)은 바디부(1521)에서 측방향으로 돌출되며 제3 홈의 바닥과 맞닿는 제1 부분과 제1 부분(1523a)에서 절곡되어 스페이서(1530)와 맞닿는 제2 부분(1523b)을 포함할 수 있다. 제1 부분(1523a)은 돌출부(1532)와 맞닿으며, 제2 부분(1523b)은 돌출부(1532) 및 지지 블록(1531)과 맞닿을 수 있다.

지지판(1523)에는 결합 돌기와 끼움 결합되는 결합 홀(1523c)이 형성될 수 있으며, 결합 홀(1523c)은 제2 부분(1523b)에 형성될 수 있다. 결합 돌기(1536)와 결합 홀(1523c)이 결합되면 지지판(1523)이 스페이서(1530)를 더욱 안정적으로 지지할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 회전 기계에 대해서 설명한다.

도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 리테이너가 로터 디스크 및 블레이드에 결합된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 15를 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 회전 기계는 리테이너를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 회전 기계와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.

리테이너(1600)는 슬롯(1312)의 바닥에 삽입되는 내측 고정부재(1610)와 루트부(1325)의 하부에 삽입되며 내측 고정부재(1610)와 맞닿는 외측 고정부재(1620)와 외측 고정부재(1620)와 슬롯(1312)의 바닥 사이에 삽입되어 외측 고정부재(1620)의 이탈을 방지하는 스페이서(1630)를 포함할 수 있다.

내측 고정부재(1610)는 원기둥 형상으로 이루어질 수 있다. 외측 고정부재(1620)는 블레이드(1320)의 루트부의 하면에 삽입되며, 내측 고정부재(1610)와 맞닿아 지지된다. 외측 고정부재(1620)는 루트부에 삽입되는 바디부(1621)와 바디부(1621)에서 축방향으로 돌출된 지지판(1623)을 포함한다. 지지판(1623)은 바디부(1621)의 측면에서 돌출되며 절곡되어 스페이서(1630)의 단부와 맞닿는다.

스페이서(1630)는 외측 고정부재(1620)를 지지하는 지지 블록(1631)과 지지 블록(1631)에서 블레이드(1320)를 향하여 돌출된 돌출부(1632)를 포함할 수 있다. 지지 블록(1631)의 단부에는 지지판(1623)이 삽입되는 수용 홈(1635)이 형성될 수 있다.

지지판(1623)은 스페이서(1630) 외측 고정부재(1620)의 내측에 설치된 상태에서 절곡되어 스페이서(1630)의 외측 단부와 맞닿으며, 이에 따라 지지판(1623)에 의하여 스페이서(1630)가 블레이드(1320)와 로터 디스크(1310) 사이에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

지지판(1623)은 바디부(1621)에서 측방향으로 돌출된 제1 부분(1623a)과 제1 부분(1623a)에서 절곡되어 스페이서(1630)와 맞닿는 제2 부분(1623b)에서 절곡되어 수용 홈(1635)에 삽입되는 제3 부분(1623c)을 포함할 수 있다. 제1 부분(1623a)은 돌출부(1632)와 맞닿으며, 제2 부분(1623b)은 돌출부(1632) 및 지지 블록(1631)과 맞닿을 수 있다. 제3 부분(1623c)은 지지 블록(1631)의 외면에 형성된 수용 홈에 삽입되어 스페이서(1630)를 지지한다.

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
1130: 압축기 블레이드 1140: 베인
1150: 하우징 1170: 토크 튜브
1200: 연소기 1300: 터빈
1310: 로터 디스크 1312: 슬롯
1314: 내측 홈 1315: 설치 홈
1320: 블레이드 1321: 날개부
1322: 플랫폼부 1325: 루트부
1326: 제1 홈 1327: 제2 홈
1328: 제3 홈 1400, 1500, 1600: 리테이너
1410, 1510, 1610: 내측 고정부재 1420, 1520, 1620: 외측 고정부재
1421, 1521, 1621: 바디부 1423, 1523, 1623: 지지판
1430, 1530, 1630: 스페이서 1431, 1531, 1631: 지지 블록
1432, 1532, 1632: 돌출부

Claims

로터 디스크와 상기 로터 디스크의 외주면에 설치된 복수의 블레이드를 포함하는 회전 기계로서,
상기 블레이드가 삽입되는 복수의 슬롯이 형성된 로터 디스크;
상기 슬롯에 삽입되는 루트부를 갖는 복수의 블레이드; 및
상기 블레이드들의 축방향 이동을 억제하는 리테이너;
를 포함하고,
상기 리테이너는 상기 슬롯의 바닥에 삽입되는 내측 고정부재와 상기 루트부의 하부에 삽입되며 상기 내측 고정부재와 맞닿는 외측 고정부재와 상기 외측 고정부재와 상기 슬롯의 바닥 사이에 삽입되어 상기 외측 고정부재의 이탈을 방지하는 스페이서를 포함하며,
상기 루트부의 하면에는 상기 내측 고정부재가 삽입되는 제1 홈과, 상기 외측 고정부재가 삽입되며 상기 제1 홈보다 더 깊게 형성된 제2 홈과, 상기 제2 홈에서 상기 루트부의 측단까지 이어진 제3 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 회전 기계.
제1 항에 있어서,
상기 외측 고정부재는 상기 루트부에 삽입되는 바디부와 상기 바디부에서 측방향으로 돌출되되 절곡되어 상기 스페이서의 단부와 맞닿는 지지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기계.
제2 항에 있어서,
상기 슬롯의 바닥에는 상기 내측 고정부재가 삽입되는 내측 홈과 상기 내측 홈의 상부와 연결되며 상기 내측 홈에서 상기 로터 디스크의 측단까지 이어진 설치 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 회전 기계.
삭제
제3 항에 있어서,
상기 내측 고정부재는 기둥 형상으로 이루어지며, 상기 내측 홈 및 상기 제1 홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 회전 기계.
제3 항에 있어서,
상기 스페이서는 상기 외측 고정부재를 지지하는 지지 블록과 상기 지지 블록에서 상기 블레이드를 향하여 돌출되어 상기 제3 홈에 삽입되는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기계.
제6 항에 있어서,
2개의 상기 돌출부는 이격되며, 상기 돌출부 사이에는 미들 홈이 형성되며, 상기 지지 블록에는 돌출된 지지 턱이 형성된 것을 특징으로 하는 회전 기계.
제3 항에 있어서,
상기 지지판은 상기 바디부에서 측방향으로 돌출되며 상기 제3 홈의 바닥과 맞닿는 제1 부분과 상기 제1 부분에서 절곡되어 상기 스페이서와 맞닿는 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기계.
제8 항에 있어서,
상기 스페이서의 단부에는 수용 홈이 형성되고, 상기 지지판은 상기 제2 부분에서 절곡되어 상기 수용 홈에 삽입되는 제3 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기계.
로터 디스크와 상기 로터 디스크의 외주면에 설치된 복수의 블레이드를 포함하는 회전 기계로서,
상기 블레이드가 삽입되는 복수의 슬롯이 형성된 로터 디스크;
상기 슬롯에 삽입되는 루트부를 갖는 복수의 블레이드; 및
상기 블레이드들의 축방향 이동을 억제하는 리테이너;
를 포함하고,
상기 리테이너는 상기 슬롯의 바닥에 삽입되는 내측 고정부재와 상기 루트부의 하부에 삽입되며 상기 내측 고정부재와 맞닿는 외측 고정부재와 상기 외측 고정부재와 상기 슬롯의 바닥 사이에 삽입되어 상기 외측 고정부재의 이탈을 방지하는 스페이서를 포함하며,
상기 외측 고정부재는 상기 루트부에 삽입되는 바디부와 상기 바디부에서 측방향으로 돌출되되 절곡되어 상기 스페이서의 단부와 맞닿는 지지판을 포함하고,
상기 스페이서의 외면에는 결합 돌기가 형성되고, 상기 지지판에는 상기 결합 돌기와 끼움 결합되는 결합 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 회전 기계.
외부에서 유입된 공기를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기 및 상기 연소기에서 연소된 연소 가스에 의해 회전하는 복수의 블레이드를 포함하는 회전 기계를 포함하는 가스 터빈으로서,
상기 회전 기계는,
상기 블레이드가 삽입되는 복수의 슬롯이 형성된 로터 디스크;
상기 슬롯에 삽입되는 루트부를 갖는 복수의 블레이드; 및
상기 블레이드들의 축방향 이동을 억제하는 리테이너;
를 포함하고,
상기 리테이너는 상기 슬롯의 바닥에 삽입되는 내측 고정부재와 상기 루트부의 하부에 삽입되며 상기 내측 고정부재와 맞닿는 외측 고정부재와 상기 외측 고정부재와 상기 슬롯의 바닥 사이에 삽입되어 상기 외측 고정부재의 이탈을 방지하는 스페이서를 포함하며,
상기 루트부의 하면에는 상기 내측 고정부재가 삽입되는 제1 홈과, 상기 외측 고정부재가 삽입되며 상기 제1 홈보다 더 깊게 형성된 제2 홈과, 상기 제2 홈에서 상기 루트부의 측단까지 이어진 제3 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제11 항에 있어서,
상기 외측 고정부재는 상기 루트부에 삽입되는 바디부와 상기 바디부에서 측방향으로 돌출되되 절곡되어 상기 스페이서의 단부와 맞닿는 지지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제12 항에 있어서,
상기 슬롯의 바닥에는 상기 내측 고정부재가 삽입되는 내측 홈과 상기 내측 홈의 상부와 연결되며 상기 내측 홈에서 상기 로터 디스크의 측단까지 이어진 설치 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
삭제
제13 항에 있어서,
상기 스페이서는 상기 외측 고정부재를 지지하는 지지 블록과 상기 지지 블록에서 상기 블레이드를 향하여 돌출되어 상기 제3 홈에 삽입되는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제15 항에 있어서,
2개의 상기 돌출부는 이격되며, 상기 돌출부 사이에는 미들 홈이 형성되며, 상기 지지 블록에는 돌출된 지지 턱이 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제13 항에 있어서,
상기 지지판은 상기 바디부에서 측방향으로 돌출되며 상기 제3 홈의 바닥과 맞닿는 제1 부분과 상기 제1 부분에서 절곡되어 상기 스페이서와 맞닿는 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제17 항에 있어서,
상기 스페이서의 단부에는 수용 홈이 형성되고, 상기 지지판은 상기 제2 부분에서 절곡되어 상기 수용 홈에 삽입되는 제3 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
외부에서 유입된 공기를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기 및 상기 연소기에서 연소된 연소 가스에 의해 회전하는 복수의 블레이드를 포함하는 회전 기계를 포함하는 가스 터빈으로서,
상기 회전 기계는,
상기 블레이드가 삽입되는 복수의 슬롯이 형성된 로터 디스크;
상기 슬롯에 삽입되는 루트부를 갖는 복수의 블레이드; 및
상기 블레이드들의 축방향 이동을 억제하는 리테이너;
를 포함하고,
상기 리테이너는 상기 슬롯의 바닥에 삽입되는 내측 고정부재와 상기 루트부의 하부에 삽입되며 상기 내측 고정부재와 맞닿는 외측 고정부재와 상기 외측 고정부재와 상기 슬롯의 바닥 사이에 삽입되어 상기 외측 고정부재의 이탈을 방지하는 스페이서를 포함하며,
상기 외측 고정부재는 상기 루트부에 삽입되는 바디부와 상기 바디부에서 측방향으로 돌출되되 절곡되어 상기 스페이서의 단부와 맞닿는 지지판을 포함하고,
상기 스페이서의 외면에는 결합 돌기가 형성되고, 상기 지지판에는 상기 결합 돌기와 끼움 결합되는 결합 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
로터 디스크와 블레이드를 포함하는 회전 기계 조립 방법에 있어서,
상기 로터 디스크의 슬롯의 바닥에 형성된 내측 홈에 기둥 형상의 내측 고정부재를 삽입하는 내측 고정부재 설치 단계;
상기 슬롯에 상기 블레이드를 결합하는 블레이드 결합 단계;
상기 블레이드의 루트부의 하면에 형성된 제2 홈에 상기 블레이드를 지지하는 외측 고정부재를 삽입하는 외측 고정부재 설치 단계;
상기 외측 고정부재의 내측에 상기 외측 고정부재를 지지하는 스페이서를 삽입하는 스페이서 설치 단계;
상기 외측 고정부재에 형성된 지지판을 절곡하여 상기 지지판이 상기 스페이서의 단부와 맞닿도록 한다 지지판 굽힘 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기계의 조립 방법.