KR102727310B1

KR102727310B1 - 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조 및 이를 포함하는 가스 터빈

Info

Publication number: KR102727310B1
Application number: KR1020220023381A
Authority: KR
Inventors: 양영찬; 이동욱
Original assignee: 두산에너빌리티 주식회사
Priority date: 2022-02-23
Filing date: 2022-02-23
Publication date: 2024-11-06
Anticipated expiration: 2042-02-23
Also published as: CN116641766A; US12129766B2; US20230265770A1; EP4234893A1; KR20230126348A

Abstract

본 발명의 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조는, 내부에 연소 가스가 유동하는 제1케이싱; 상기 제1케이싱에 연결되는 제2케이싱; 상기 제2케이싱에 장착되어 상기 제1케이싱에 결합되는 버티컬 조인트; 상기 버티컬 조인트와 상기 제1케이싱에 체결되는 복수의 볼트; 상기 제1케이싱과 제2케이싱을 분해 또는 조립시 상기 버티컬 조인트에 삽입되어 상기 제1케이싱과 버티컬 조인트 사이에 간극을 확보하는 복수의 잭킹 스크류; 및 상기 제1케이싱과 버티컬 조인트 사이의 간극에 삽입되는 끼움쇠를 포함한다.

Description

케이싱의 버티컬 조인트 결합구조 및 이를 포함하는 가스 터빈{Vertical joint coupling structure of casings and Gas turbine comprising the same}

본 발명은 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 잭킹 스크류를 사용하여 제1케이싱과 제2케이싱의 버티컬 조인트 사이에 간극을 확보함으로써 유압 잭과 부가적인 지그 등이 없이도 쉽게 분해 조립할 수 있는 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.

터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈 및 고온의 연소 가스를 이용하는 가스 터빈 등이 있다.

이 중, 가스 터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 하우징 내에 복수의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다.

연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.

터빈은 터빈 하우징 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 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.

가스 터빈의 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 생성하고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.

한편, 가스 터빈은 복수의 케이싱이 서로 결합되는데, 두 케이싱의 버티컬 조인트를 분해 또는 조립할 때 필요한 간극을 확보하기 위해 유압 잭을 사용하였다. 그러나, 고압의 유압 잭을 사용하는 경우 안전상의 문제점이 있고, 유압 장비와 지그, 부착물 등이 추가적으로 필요하며 작업이 번거롭고 시간이 많이 소요되는 단점이 있었다.

본 발명은 잭킹 스크류를 사용하여 제1케이싱과 제2케이싱의 버티컬 조인트 사이에 간극을 확보함으로써 유압 잭과 부가적인 지그 등이 없이도 쉽게 분해 조립할 수 있는 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조는, 내부에 연소 가스가 유동하는 제1케이싱; 상기 제1케이싱에 연결되는 제2케이싱; 상기 제2케이싱에 장착되어 상기 제1케이싱에 결합되는 버티컬 조인트; 상기 버티컬 조인트와 상기 제1케이싱에 체결되는 복수의 볼트; 상기 제1케이싱과 제2케이싱을 분해 또는 조립시 상기 버티컬 조인트에 삽입되어 상기 제1케이싱과 버티컬 조인트 사이에 간극을 확보하는 복수의 잭킹 스크류; 및 상기 제1케이싱과 버티컬 조인트 사이의 간극에 삽입되는 끼움쇠를 포함한다.

상기 버티컬 조인트는 원형관 형태의 허브부와, 상기 허브부의 외주면에서 방사상으로 연결되는 복수의 연결부와, 상기 연결부의 단부에서 일체로 형성되어 상기 제2케이싱에 결합되는 조인트부를 포함할 수 있다.

상기 버티컬 조인트는 상기 제2케이싱의 외주면에 배치되고 상기 복수의 연결부의 단부 사이에 결합되는 복수의 링크부재를 더 포함할 수 있다.

상기 링크부재는 상기 복수의 연결부의 단부 측면에 체결되는 한 쌍의 플랜지부와, 상기 한 쌍의 플랜지부 사이에 일체로 연결되는 복수의 리브부를 포함할 수 있다.

상기 끼움쇠는 상기 복수의 볼트가 통과하는 복수의 관통공과, 상기 잭킹 스크류가 통과하도록 테두리로부터 형성된 복수의 나사홈을 포함할 수 있다.

상기 제1케이싱은 직경이 변화하는 원형관 형태의 본체부와, 상기 본체부의 길이방향 양단에 반경방향으로 연장되어 형성된 한 쌍의 플랜지부를 포함할 수 있다.

상기 끼움쇠는 일측 플랜지부와 상기 조인트부 사이에 삽입되어 장착될 수 있다.

상기 제1케이싱은 터빈의 하류에 배치되는 터빈 케이싱이고, 상기 제2케이싱은 디퓨저일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은, 외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 회전하는 터빈을 포함하며, 상기 터빈은 내부에 연소 가스가 유동하는 제1케이싱; 상기 제1케이싱에 연결되는 제2케이싱; 상기 제2케이싱에 장착되어 상기 제1케이싱에 결합되는 버티컬 조인트; 상기 버티컬 조인트와 상기 제1케이싱에 체결되는 복수의 볼트; 상기 제1케이싱과 제2케이싱을 분해 또는 조립시 상기 버티컬 조인트에 삽입되어 상기 제1케이싱과 버티컬 조인트 사이에 간극을 확보하는 복수의 잭킹 스크류; 및 상기 제1케이싱과 버티컬 조인트 사이의 간극에 삽입되는 끼움쇠를 포함한다.

상기 복수의 링크부재는 상기 복수의 연결부의 단부 측면에 체결되는 한 쌍의 플랜지부와, 상기 한 쌍의 플랜지부 사이에 일체로 연결되는 복수의 리브부를 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조 및 이를 포함하는 가스 터빈에 의하면, 잭킹 스크류를 사용하여 제1케이싱과 제2케이싱의 버티컬 조인트 사이에 간극을 확보함으로써 유압 잭과 부가적인 지그 등이 없이도 케이싱의 버티컬 조인트를 쉽게 분해 조립할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 일부 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조를 나타내는 일부 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 버티컬 조인트를 나타내는 사시도이다.
도 5는 제1케이싱과 버티컬 조인트의 결합구조를 반경방향 외측에서 바라본 것을 나타내는 일부 투시도이다.
도 6은 제1케이싱과 버티컬 조인트의 결합구조를 나타내는 일부 사시도이다.
도 7은 잭킹 스크류를 체결하여 제1케이싱에 대해 조인트부와의 간극을 확보하는 것을 나타내는 일부 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 일부 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 압축기(1100), 연소기(1200), 터빈(1300)을 포함한다. 압축기(1100)는 방사상으로 설치된 다수의 블레이드(1110)를 구비한다. 압축기(1100)는 블레이드(1110)를 회전시키며, 블레이드(1110)의 회전에 의해 공기가 압축되면서 이동한다. 블레이드(1110)의 크기 및 설치 각도는 설치 위치에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 압축기(1100)는 터빈(1300)과 직접 또는 간접적으로 연결되어, 터빈(1300)에서 발생되는 동력의 일부를 전달받아 블레이드(1110)의 회전에 이용할 수 있다.

압축기(1100)에서 압축된 공기는 연소기(1200)로 이동한다. 연소기(1200)는 환형으로 배치되는 복수의 연소 챔버(1210)와 연료 노즐 모듈(1220)을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 하우징(1010)을 구비하고 있고, 하우징(1010)의 후측에는 터빈을 통과한 연소 가스가 배출되는 디퓨져(1400)가 구비되어 있다. 그리고, 디퓨져(1400)의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(1200)가 배치된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 하우징(1010)의 상류측에 압축기 섹션(1100)이 위치하고, 하류 측에 터빈 섹션(1300)이 배치된다. 그리고, 압축기 섹션(1100)과 터빈 섹션(1300)의 사이에는 터빈 섹션(1300)에서 발생된 회전토크를 압축기 섹션(1100)으로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브 유닛(1500)이 배치되어 있다.

상기 압축기 섹션(1100)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(1120)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(1120)들은 타이로드(1600)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

구체적으로, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(1120)는 회전축을 구성하는 타이로드(1600)가 대략 중앙을 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로터 디스크(1120)는 대향하는 면이 상기 타이로드(1600)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.

상기 압축기 로터 디스크(1120)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(1110)가 방사상으로 결합되어 있다. 각각의 블레이드(1110)는 도브테일부(1112)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(1120)에 체결된다.

상기 각각의 로터 디스크(1120)의 사이에는 상기 하우징에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 상기 베인은 상기 로터 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 로터 디스크의 블레이드를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 로터 디스크의 블레이드로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.

상기 도브테일부(1112)의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스 터빈의 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 상기 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.

상기 타이로드(1600)는 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크(1120) 및 터빈 로터 디스크(1320)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 상기 타이로드(1600)는 하나 또는 복수의 타이로드로 구성될 수 있다. 상기 타이로드(1600)의 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 상기 타이로드(1600)의 타측 단부는 고정 너트(1450)에 의해 체결된다.

상기 타이로드(1600)의 형태는 가스 터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 2에 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 디퓨져(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(deswirler)라고 한다.

상기 연소기(1200)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소 가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈 부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소 가스 온도를 높이게 된다.

가스 터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 하우징 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combuster Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 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 점화플러그가 결합된다.

한편 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소 가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 이러한 트랜지션피스는, 연소 가스의 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.

상기 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.

한편, 상기 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소 가스는 상술한 터빈(1300)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌하여, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크튜브를 거쳐 압축기으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

상기 터빈(1300)은 기본적으로는 압축기의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(1300)에도 압축기의 압축기 로터 디스크와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(1320)가 구비된다. 따라서, 상기 터빈 로터 디스크(1320) 역시, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(1340)를 포함한다. 터빈 블레이드(1340) 역시 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크(1320)에 결합될 수 있다. 아울러, 터빈 로터 디스크(1320)의 블레이드(1340)의 사이에도 하우징에 고정되는 터빈 베인(1330)이 구비되어, 블레이드를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.

상기 터빈 로터 디스크(1320)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주부에는 복수 개의 결합 슬롯이 형성되어 있다. 상기 결합 슬롯은 전나무(fir-tree) 형태의 굴곡면을 갖도록 형성된다.

상기 결합 슬롯에 터빈 블레이드(1340)가 체결된다. 터빈 블레이드(1340)는 대략 중앙부에 평판 형태의 플랫폼부를 가질 수 있다. 플랫폼부는 이웃한 터빈 블레이드의 플랫폼부와 그 측면이 서로 접하여 블레이드들 사이의 간격을 유지시키는 역할을 한다.

상기 플랫폼부의 저면에는 루트부가 형성된다. 루트부는 상술한 로터 디스크(1320)의 결합 슬롯에 로터 디스크(1320)의 축방향을 따라서 삽입되는, 액셜 타입(axial-type)의 형태를 갖는다.

상기 루트부는 대략 전나무 형태의 굴곡부를 가지며, 이는 결합 슬롯에 형성된 굴곡부의 형태와 상응하도록 형성된다. 여기서, 루트부의 결합구조는 반드시 전나무 형태를 가질 필요는 없고, 도브테일 형태를 갖도록 형성될 수도 있다.

상기 플랫폼부의 상부면에는 블레이드부가 형성된다. 블레이드부는 가스 터빈의 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 흐름 방향을 기준으로 상류측에 배치되는 리딩 엣지와 하류측에 배치되는 트레일링 엣지를 갖는다.

여기서, 압축기의 블레이드와는 달리, 터빈의 블레이드는 고온고압의 연소 가스와 직접 접촉하게 된다. 연소 가스의 온도는 1700℃에 달할 정도의 고온이기 때문에 냉각 수단을 필요로 하게 된다. 이를 위해서, 압축기의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 터빈측 블레이드로 공급하는 냉각 유로를 갖게 된다.

상기 냉각 유로는 하우징 외부에서 연장되거나(외부 유로), 로터 디스크의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 외부 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다. 상기 블레이드부의 표면에는 다수의 필름 쿨링홀이 형성되는데, 필름 쿨링홀들은 블레이드부의 내부에 형성되는 쿨링 유로(미도시)와 연통되어 냉각 공기를 블레이드부의 표면에 공급하는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 터빈의 블레이드부는 하우징의 내부에서 연소 가스에 의해 회전하게 되며, 블레이드부가 원활하게 회전할 수 있도록 블레이드부의 끝단과 하우징의 내면 사이에는 간극이 존재하게 된다. 다만, 상술한 바와 같이 간극을 통해 연소 가스가 누설될 수 있으므로, 이를 차단하기 위한 실링 수단을 필요로 하게 된다.

터빈 베인과 터빈 블레이드는 공히 에어포일 형태로서, 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면으로 구성된다. 터빈 베인과 터빈 블레이드의 내부는 냉각 시스템을 형성하는 복잡한 미로 구조를 포함한다. 베인과 블레이드 내의 냉각 회로는 터빈 엔진의 압축기로부터의 냉각 유체, 예를 들어 공기를 수용하며, 베인과 블레이드 캐리어에 결합되도록 이루어진 베인과 블레이드의 단부를 통해 유체가 통과한다. 냉각 회로는 통상 비교적 균일한 온도에서 터빈 베인과 블레이드의 모든 면들을 유지할 수 있도록 설계된 다수의 유동 경로를 포함하며, 이들 냉각 회로를 통과하는 유체의 적어도 일부는 베인의 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면의 개구들을 통해 배출된다.

본 발명의 가스 터빈(1000)은 압축기(1100), 연소기(1200), 터빈(1300)이 각각 외면에 케이싱을 구비한다. 복수의 케이싱은 서로 볼트, 나사 등의 다수의 체결부재에 의해 서로 결합될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조를 나타내는 일부 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 버티컬 조인트를 나타내는 사시도이며, 도 5는 제1케이싱과 버티컬 조인트의 결합구조를 반경방향 외측에서 바라본 것을 나타내는 일부 투시도이고, 도 6은 제1케이싱과 버티컬 조인트의 결합구조를 나타내는 일부 사시도이며, 도 7은 잭킹 스크류를 체결하여 제1케이싱에 대해 조인트부와의 간극을 확보하는 것을 나타내는 일부 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조는, 내부에 연소 가스가 유동하는 제1케이싱(100), 제1케이싱에 연결되는 제2케이싱(200), 제2케이싱에 장착되어 제1케이싱에 결합되는 버티컬 조인트(300), 버티컬 조인트와 제1케이싱에 체결되는 복수의 볼트(400), 제1케이싱과 제2케이싱을 분해 또는 조립시 버티컬 조인트에 삽입되어 제1케이싱과 버티컬 조인트 사이에 간극을 확보하는 복수의 잭킹 스크류(450), 및 제1케이싱과 버티컬 조인트 사이의 간극에 삽입되는 끼움쇠(500)를 포함한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1케이싱(100)은 터빈(1300)의 하류에 배치되는 터빈 케이싱일 수 있다. 제1케이싱(100)은 직경이 변화하는 원형관 형태의 본체부(110)와, 본체부의 길이방향 양단에 반경방향으로 연장되어 형성된 한 쌍의 플랜지부(120)를 포함할 수 있다. 제1케이싱(100)은 터빈 케이싱으로서, 본체부(110)는 원형관의 직경이 대체로 감소했다가 증가하는 형태를 가질 수 있다. 한 쌍의 플랜지부(120)는 본체부(110)의 길이방향 양단 외주면에서 반경방향으로 직경이 커지도록 연장되어 형성될 수 있다.

제2케이싱(200)은 터빈 케이싱의 하류에 연결되는 디퓨져(1400)일 수 있다. 다만, 제1케이싱(100)과 제2케이싱(200)은 터빈 케이싱과 디퓨져(1400)에 한정되지 않고, 두 케이싱 사이의 간극에 끼움쇠를 삽입하여 볼트로 결합하는 경우라면 다른 부위의 두 케이싱 간의 결합구조에도 본 발명이 적용될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 버티컬 조인트(300)는 제2케이싱(200)에 장착되어 제1케이싱(100)의 플랜지부(120)에 결합될 수 있다. 버티컬 조인트(300)는 제2케이싱(200)의 외부 및 내부에 배치되도록 장착될 수 있다.

버티컬 조인트(300)는 원형관 형태의 허브부(310)와, 허브부의 외주면에서 방사상으로 연결되는 복수의 연결부(320)와, 연결부의 단부에서 일체로 형성되어 제2케이싱(200)에 결합되는 조인트부(330)를 포함할 수 있다.

허브부(310)는 디퓨져(1400) 내부의 중심부에 배치되고 원형관 형태를 가질 수 있다.

복수의 연결부(320)는 허브부(310)의 외주면에서 방사상으로 일체로 연결될 수 있다. 도 4에서 복수의 연결부(320)는 5개가 형성된 것이 도시되어 있는데, 연결부(320)의 개수는 5개로 한정되지 않고 4~6개가 형성될 수 있다.

조인트부(330)는 각 연결부(320)의 외측 단부에서 절곡되어 일체로 형성될 수 있다. 조인트부(330)는 반경방향 외측에서 볼 때 대략 "T"자 모양으로 형성될 수 있다. 또한, 조인트부(330)는 축방향 상류 측면에 제1케이싱(100)의 플랜지부(120)에 대응하는 표면을 가질 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 볼트(400)는 버티컬 조인트(300)와 제1케이싱(100)의 플랜지부(120)에 체결될 수 있다. 복수의 볼트(400)는 버티컬 조인트(300)의 원주방향 양측부에 한 쌍의 볼트(400)가 버티컬 조인트(300)와 제1케이싱(100)을 관통하여 체결되고, 버티컬 조인트(300)의 원주방향 중심부에 하나의 볼트(400)가 제1케이싱(100)을 관통하여 버티컬 조인트(300)에 체결될 수 있다. 한 쌍의 볼트(400)는 볼트와 너트로 구성될 수 있고, 하나의 볼트(400)는 육각형 머리부를 가진 볼트로만 구성될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 잭킹 스크류(450)는 제1케이싱(100)과 제2케이싱(200)을 분해 또는 조립할 때, 버티컬 조인트(300)에 삽입되어 제1케이싱(100)의 플랜지부(120)와 버티컬 조인트(300)의 조인트부(330) 사이에 간극을 확보할 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 잭킹 스크류(450)는 각 조인트부(330)에 2개씩 삽입될 수 있다. 잭킹 스크류(450)는 조인트부(330)에 관통형성된 나사홀(334)에 체결됨으로써, 제1케이싱(100)에 대해 조인트부(330)를 멀어지도록 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 나사홀(334)의 내주면에는 잭킹 스크류(450)의 외주면 나사산에 대응하는 나사산이 형성될 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 끼움쇠(500)는 제1케이싱(100)과 버티컬 조인트(300) 사이의 간극에 삽입되어 장착될 수 있다. 끼움쇠(500)는 대체로 직사각형에서 두 장변이 조인트부(330)의 외측 호와 내측 호에 대응하는 형태로 형성될 수 있다. 각 끼움쇠(500)는 잭킹 스크류(450)로 조인트부(330)에 삽입하여 체결함으로써, 제1케이싱(100)의 플랜지부(120)에 대해 버티컬 조인트(300)의 조인트부(330)와의 사이에 간극을 벌릴 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 버티컬 조인트(300)는 제2케이싱(200)의 외주면에 배치되고 복수의 연결부(320)의 단부 사이에 결합되는 복수의 링크부재(350)를 더 포함할 수 있다.

복수의 링크부재(350)는 복수의 연결부(320)의 원주방향 측면 사이에 연결되어 버티컬 조인트(300)와 제2케이싱(200)을 지지할 수 있다.

각각의 링크부재(350)는 복수의 연결부(320)의 단부 측면에 체결되는 한 쌍의 플랜지부(352)와, 한 쌍의 플랜지부 사이에 일체로 연결되는 복수의 리브부(354)를 포함할 수 있다.

플랜지부(352)는 연결부(320)의 단부의 원주방향 측면에 복수의 볼트에 의해 체결되어 결합될 수 있다.

한 쌍의 플랜지부(352) 사이에는 복수의 리브부(354)가 일체로 연결될 수 있다. 리브부(354)는 한 쌍의 플랜지부(352) 사이에 3개씩 일체로 연결될 수 있다.

2개의 연결부(320) 사이에는 하나의 링크부재(350)가 결합될 수도 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 링크부재(350)의 중간부가 분리되고 각각 플랜지부(352)를 구비하여 서로 볼트 및 너트에 의해 체결되어 연결될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 끼움쇠(500)는 복수의 볼트(400)가 통과하는 복수의 관통공(520)과, 잭킹 스크류(450)가 통과하도록 테두리로부터 형성된 복수의 나사홈(530)을 포함할 수 있다.

끼움쇠(500)의 본체판(510)은 대체로 직사각형에서 두 장변이 플랜지부(120)의 외측 호와 내측 호에 대응하는 형태로 형성될 수 있다. 본체판(510)은 일정한 두께를 갖도록 형성되고, 3개의 관통공(520)과 2개의 나사홈(530)이 형성될 수 있다.

관통공(520)은 본체판(510)의 양단부 가까이와 중앙부에 원형 구멍이 관통형성될 수 있다.

나사홈(530)은 본체판(510)에서 3개의 관통공(520) 사이에, 본체판(510)의 반경방향 내측 테두리에서 외측방향으로 절개되어 형성될 수 있다. 이러한 나사홈(530)의 형태에 따라, 잭킹 스크류(450)가 체결되어 있어도 간섭되지 않고 끼움쇠(500)를 삽입하거나 빼낼 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1000: 가스터빈 1010: 하우징
1100: 압축기 1110: 압축기 블레이드
1112: 도브테일부 1120: 압축기 로터 디스크
1200: 연소기 1210: 연소 챔버
1220: 연료 노즐 모듈
1300: 터빈 1320: 터빈 로터 디스크
1330: 터빈 베인 1340: 터빈 블레이드
1400: 디퓨져 1450: 고정너트
1500: 토크튜브 유닛 1600: 타이로드
100: 제1케이싱
110: 본체부 120: 플랜지부
200: 제2케이싱
300: 버티컬 조인트 310: 허브부
320: 연결부 330: 조인트부
332: 체결홀 334: 나사홀
350: 링크부재 352: 플랜지부
354: 리브부
400: 볼트 450: 잭킹 스크류
500: 끼움쇠 510: 본체판
520: 관통공 530: 나사홈

Claims

내부에 연소 가스가 유동하는 제1케이싱;
상기 제1케이싱에 연결되는 제2케이싱;
상기 제2케이싱에 장착되어 상기 제1케이싱에 결합되는 버티컬 조인트;
상기 버티컬 조인트와 상기 제1케이싱에 체결되는 복수의 볼트;
상기 제1케이싱과 제2케이싱을 분해 또는 조립시 상기 버티컬 조인트에 삽입되어 상기 제1케이싱과 버티컬 조인트 사이에 간극을 확보하는 복수의 잭킹 스크류; 및
상기 제1케이싱과 버티컬 조인트 사이의 간극에 삽입되는 끼움쇠를 포함하고,
상기 제1케이싱은 직경이 변화하는 원형관 형태의 본체부와, 상기 본체부의 길이방향 양단에 반경방향으로 연장되어 형성된 한 쌍의 플랜지부를 포함하며,
상기 버티컬 조인트는 원형관 형태의 허브부와, 상기 허브부의 외주면에서 방사상으로 연결되는 복수의 연결부와, 상기 연결부의 단부에서 일체로 형성되어 상기 제2케이싱에 결합되는 조인트부를 포함하고,
상기 끼움쇠는 직사각형 판재의 두 장변이 상기 조인트부의 외측 호와 내측 호에 대응하는 형태로 형성되고, 일측 플랜지부와 상기 조인트부 사이에 삽입되어 장착되며,
상기 끼움쇠는 상기 복수의 볼트가 통과하는 복수의 관통공과, 상기 잭킹 스크류가 통과하도록 테두리로부터 형성된 복수의 나사홈을 포함하고,
상기 잭킹 스크류는 상기 조인트부에 관통형성된 나사홀에 체결되어 상기 제1케이싱에 대해 조인트부를 멀어지도록 이동시키는 것을 특징으로 하는 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조.
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제1항에 있어서,
상기 버티컬 조인트는 상기 제2케이싱의 외주면에 배치되고 상기 복수의 연결부의 단부 사이에 결합되는 복수의 링크부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조.
제3항에 있어서,
상기 링크부재는
상기 복수의 연결부의 단부 측면에 체결되는 한 쌍의 플랜지부와,
상기 한 쌍의 플랜지부 사이에 일체로 연결되는 복수의 리브부를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조.
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삭제
제1항에 있어서,
상기 제1케이싱은 터빈의 하류에 배치되는 터빈 케이싱이고,
상기 제2케이싱은 디퓨저인 것을 특징으로 하는 케이싱의 버티컬 조인트 결합구조.
외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및
상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 회전하는 터빈을 포함하며,
상기 터빈은
내부에 연소 가스가 유동하는 제1케이싱;
상기 제1케이싱에 연결되는 제2케이싱;
상기 제2케이싱에 장착되어 상기 제1케이싱에 결합되는 버티컬 조인트;
상기 버티컬 조인트와 상기 제1케이싱에 체결되는 복수의 볼트;
상기 제1케이싱과 제2케이싱을 분해 또는 조립시 상기 버티컬 조인트에 삽입되어 상기 제1케이싱과 버티컬 조인트 사이에 간극을 확보하는 복수의 잭킹 스크류; 및
상기 제1케이싱과 버티컬 조인트 사이의 간극에 삽입되는 끼움쇠를 포함하고,
상기 제1케이싱은 직경이 변화하는 원형관 형태의 본체부와, 상기 본체부의 길이방향 양단에 반경방향으로 연장되어 형성된 한 쌍의 플랜지부를 포함하며,
상기 버티컬 조인트는 원형관 형태의 허브부와, 상기 허브부의 외주면에서 방사상으로 연결되는 복수의 연결부와, 상기 연결부의 단부에서 일체로 형성되어 상기 제2케이싱에 결합되는 조인트부를 포함하고,
상기 끼움쇠는 직사각형 판재의 두 장변이 상기 조인트부의 외측 호와 내측 호에 대응하는 형태로 형성되고, 일측 플랜지부와 상기 조인트부 사이에 삽입되어 장착되며,
상기 끼움쇠는 상기 복수의 볼트가 통과하는 복수의 관통공과, 상기 잭킹 스크류가 통과하도록 테두리로부터 형성된 복수의 나사홈을 포함하고,
상기 잭킹 스크류는 상기 조인트부에 관통형성된 나사홀에 체결되어 상기 제1케이싱에 대해 조인트부를 멀어지도록 이동시키는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
삭제
제9항에 있어서,
상기 버티컬 조인트는 상기 제2케이싱의 외주면에 배치되고 상기 복수의 연결부의 단부 사이에 결합되는 복수의 링크부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제11항에 있어서,
상기 복수의 링크부재는
상기 복수의 연결부의 단부 측면에 체결되는 한 쌍의 플랜지부와,
상기 한 쌍의 플랜지부 사이에 일체로 연결되는 복수의 리브부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
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제9항에 있어서,
상기 제1케이싱은 터빈의 하류에 배치되는 터빈 케이싱이고,
상기 제2케이싱은 디퓨저인 것을 특징으로 하는 가스 터빈.