KR101509384B1 - Sealing installation for blade tip of gas turbine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터빈의 케이싱과 블레이드 사이의 간극에서 연소가스의 주 유동방향과 반대되는 방향으로 향하는 반류 유동의 생성을 통해 연소가스의 누설 손실을 줄이고, 터빈의 케이싱과 블레이드 사이에 적정의 간극을 확보함에 따른 러빙에 의한 블레이드의 파손 위험을 낮춤과 더불어 블레이드의 수명 연장에 따른 부품의 교체 주기를 연장할 수 있는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a blade tip sealing apparatus for a gas turbine, and more particularly to a blade tip sealing apparatus for a gas turbine, A blade tip sealing device of a gas turbine capable of reducing the risk of damage to the blade due to rubbing due to proper clearance between the casing and the blade of the turbine, .
일반적으로 가스 터빈장치는 고압의 압축공기를 이용하여 연료를 연소시키고, 연소의 과정에서 배출되는 고온/고압의 연소가스를 이용하여 회전 동력을 생성하는 터보 기계의 일종에 해당한다. Generally, a gas turbine device is a kind of a turbomachine that burns fuel using high-pressure compressed air and generates rotational power by using high-temperature / high-pressure combustion gas discharged in the course of combustion.
이와 같은 구성의 가스 터빈은 크게 외부 공기를 흡입하여 고압으로 압축하는 압축기, 압축기를 통해 고압으로 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기, 및 연소기를 통해 연소후 배출되는 고온/고압의 연소가스 유동으로부터 에너지의 생성에 필요로 하는 회전력을 발생시키는 터빈으로 구분될 수 있다. The gas turbine having such a structure includes a compressor that sucks outside air and compresses it to a high pressure, a combustor that mixes and combusts the air compressed at high pressure with the fuel, and a high-temperature / high-pressure combustion gas And a turbine that generates the rotational force needed to generate energy from the flow.
또한, 터빈에 있어 블레이드를 거치지 않고 외부로 직접 배출되는 연소가스의 누설은 기관의 전체 효율에 상당한 부분의 영향을 미치게 되므로 이에 대한 대책이 매우 중요한 실정이다. 일례로, 도 1은 종래 가스 터빈에서 발생되는 유동의 누설 손실부위를 도시한다.In addition, leakage of combustion gas directly to the outside of the turbine without passing through the blades has a considerable influence on the overall efficiency of the engine, so measures against this are very important. In one example, FIG. 1 shows a leakage loss region of a flow generated in a conventional gas turbine.
도 1을 참조로 하면, 터빈(71)은 연소가스에 의한 유동을 매개로 회전축(73)에 대해 고속으로 회전하는 블레이드(75)를 포함하고, 유동의 누설은 상기 블레이드(75)의 자유단부와 케이싱(77) 사이의 간극 부위에서 이루어진다. 즉, 연소후 배출되는 연소가스의 유동은 상기 블레이드(75)를 거쳐 배출되는 주 유동(C), 상기 블레이드(75)와 상기 케이싱(77) 사이의 간극 부위를 향하는 누설 유동(D)으로 크게 구분될 수 있다. 1, the
이 경우, 연소가스의 누설 유동(D)은 기관의 효율을 결정짓는 데 큰 요소로 작용하기 때문에, 상기 블레이드(75)의 자유단부에 위치한 슈라우드(79)는 외측면에 상기 케이싱(77)의 내주면을 향해 돌출된 래버린스 시일(81)을 일체로 형성하게 된다. 또한, 상기 케이싱(77)의 내주면에는 상기 래버린스 시일(81)과의 사이의 적정의 간극을 설정하기 위한 허니콤 시일(83)이 설치된다. The
이와 같이 상기 블레이드(75)에 대한 상기 래버린스 시일(81)의 설치 상태는 도 2를 참조로 하면 더욱 자명하게 이해될 수 있다. 즉, 상기 래버린스 시일(81)은 상기 슈라우드(79)의 외측면에서 수직한 방향으로 돌출되어 상기 허니콤 시일(83)과의 사이에 적정의 간극을 확보하게 된다. The installation state of the
그런데, 종래 터빈(71)에서, 상기 래버린스 시일(81)과 상기 허니콤 시일(83) 사이의 공간으로 확보되는 간극은 고속으로 회전하는 블레이드(75)를 포함하는 슈라우드(79)와 고정부재에 해당하는 케이싱(77)의 허니콤 시일(83) 사이의 직접적인 접촉을 방지함으로써 부품의 손상을 방지하는 순기능 외에, 적정 이상의 간극이 설정될 경우 과도한 연소가스의 누설을 초래하여 기관의 전체 효율에 악영향을 미치게 되는 역기능을 동시에 초래하기 때문에, 적정 수준의 간극 확보는 가스 터빈의 설계에 있어 매우 중요한 인자로 작용하게 된다. 예컨대, 간극이 너무 좁게 설정되면, 가스 터빈의 초기 운용에서 누설 손실을 줄여 기관의 효율을 높이는 데 기여할 수는 있으나, 엔진의 작동시간이 늘어날수록 로터와 스테이터 사이의 열변형에 의한 러빙(rubbing)의 발생 위험을 가중시켜 극단적인 경우 접촉에 따른 부품의 손상으로 귀결되는 문제를 야기하게 된다.In the
일례로, 상기 래버린스 시일(81)이 없는 스퀼러(squealer) 타입의 블레이드(75)에서는 상기 케이싱(77)과의 사이에 형성되는 간극 부위를 통해 누설 유동(D)이 수반되어 기관의 효율을 크게 저하시키는 반면에, 상기 래버린스 시일(81)을 갖춘 블레이드(75)의 경우에는 상기 케이싱(77)과의 간극 부위에서 발생하는 누설 유동(D)은 줄일 수 있으나, 구조적인 안정성에 대한 문제와 함께 부품의 수명을 고려한 측면에서 한계를 수반하게 된다. For example, in a
즉, 종래 터빈(71)에 있어 블레이드(75)의 자유단부에 하나 또는 그 이상의 래버린스 시일(81)을 형성할 경우에는 연소가스의 누설 정도를 낮춰 공력 성능은 향상시킬 수 있었으나, 블레이드(75)의 특성상 고속으로 회전하는 부재의 자유단부에 중량물에 해당하는 래버린스 시일(81)의 추가적 설정에 따라 수반되는 강성적 취약과 그에 따른 내구의 문제는 향상되는 공력 성능의 기대 효과를 상쇄하기에 충분한 요인으로 작용하기 때문에 연소가스의 누설에 대한 다른 방향의 대처 방안이 요구되는 실정이다. 특히, 래버린스 시일(81)의 설정에 따라 수반되는 반류 유동은 누설 유동(D)을 완벽하게 차단하기에 부족한 와류의 일종에 해당하는 유동 특성을 보이기 때문에 이러한 방안의 강구는 더욱 요구된다.
That is, when one or
이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 터빈의 케이싱과 블레이드 사이의 간극부위에서 연소가스의 주 유동방향과 반대되는 반류 유동의 생성을 위한 블로우 시일의 형성을 통해 연소가스의 누설 손실을 최소화함으로써 기관의 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for controlling a combustion gas by forming a blow seal for generating a counter current flow opposite to a main flow direction of a combustion gas at a gap between a casing and a blade of the turbine. And it is an object of the present invention to provide a blade tip sealing apparatus for a gas turbine which can improve the energy efficiency of an engine by minimizing leakage loss.
또한, 본 발명은 터빈의 케이싱과 블레이드 사이에서 블로우 시일의 형성에 따른 적정의 간극을 확보함으로써 러빙에 의한 블레이드의 파손 위험을 낮추고, 그에 따른 블레이드의 수명 연장과 함께 블레이드의 교체 주기를 최대한 지연하여 경제성을 추구할 수 있는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.In addition, the present invention reduces the risk of damage to the blade due to rubbing by ensuring a proper clearance between the casing and the blade of the turbine due to the formation of the blow seal, thereby maximizing the life of the blade and delaying the replacement cycle of the blade And it is an object of the present invention to provide a blade tip sealing apparatus of a gas turbine capable of pursuing economical efficiency.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연소가스의 유동을 안내하도록 구성되는 케이싱, 상기 케이싱 내에서 회전축과 결합되는 복수의 블레이드, 상기 블레이드의 선단부를 감싸도록 설치되는 슈라우드, 및 상기 슈라우드에 전 둘레를 따라 복수로 형성되어 연소가스의 주 유동과 반대방향의 반류 유동을 생성하는 블로우 시일을 구비하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치를 개시한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a turbine engine including a casing configured to guide a flow of a combustion gas, a plurality of blades coupled to a rotating shaft in the casing, a shroud configured to surround a front end of the blades, And a blow seal which is formed in a plurality of peripheries along the circumference to generate a countercurrent flow in a direction opposite to the main flow of the combustion gas.
본 발명에 있어, 상기 블로우 시일은 상기 슈라우드의 외측면에서 사각단면의 형상 또는 다양한 단면형상, 수평단면의 웨지형상, 수평 및 수직단면의 웨지형상, 및 에어포일 단면형상 중 적어도 하나 이상의 형상으로 이루어진다.In the present invention, the blow seal may have at least one of a rectangular cross-sectional shape or various cross-sectional shapes, a horizontal wedge shape, a horizontal and vertical cross-sectional wedge shape, and an airfoil cross-sectional shape at the outer surface of the shroud .
본 발명에 있어, 상기 블로우 시일은 상기 반류 유동의 방향을 기준으로 입구부와 출구부에서 동일한 피치를 가지도록 형성되거나, 또는 상기 반류 유동의 방향을 기준으로 입구부와 출구부에서 서로 다른 피치를 가지도록 형성된다. In the present invention, the blow seal may be formed so as to have the same pitch at the inlet portion and the outlet portion with respect to the direction of the current flow, or may have different pitches at the inlet portion and the outlet portion based on the direction of the reflux flow Respectively.
본 발명에 있어, 상기 블로우 시일은 상기 슈라우드에 대해 경사각도를 가변적으로 설정하여 배치된다.In the present invention, the blow seal is disposed with a variable inclination angle with respect to the shroud.
본 발명은 상기 블로우 시일의 외측 표면에서 외부를 향해 복수로 돌출된 유동 안내깃을 더 포함하고, 상기 유동 안내깃은 상기 블로우 시일의 기저부로부터 자유단부를 향해 상향 경사진 형태로 형성된다.The present invention further includes a flow guide vane protruding outwardly from an outer surface of the blow seal, wherein the flow guide vane is formed to be inclined upward from a base of the blow seal toward a free end thereof.
또한, 상기 유동 안내깃은 반류 유동의 형성 방향을 기준으로 입구부로부터 출구부를 향해 이격거리를 확장시키는 직선형의 출구부 확장형 또는 유선형의 출구부 확장형으로 형성된다. In addition, the flow guiding vanes are formed as a straight-line outlet extension or a streamline outlet extension extending the distance from the inlet to the outlet with respect to the direction of formation of the counterflow.
또한, 상기 유동 안내깃은 유선형의 출구부 확장형일 경우, 상기 블로우 시일의 기저부로부터 자유단부를 향해 상향 오목한 형태 또는 상향 볼록한 형태로 형성된다.In addition, when the flow guiding vanes are of a streamlined outlet extension type, the flow guiding vanes are formed upwardly concave toward the free end of the blow seal, or upwardly convex.
또한, 상기 유동 안내깃은 상기 블로우 시일의 기저부로부터 자유단부를 향해 상향 경사진 형태로 형성되는 제1유동 안내부와, 상기 제1유동 안내부로부터 상기 블로우 시일의 출구부측 기저부를 향해 하향 경사진 형태로 형성되는 제2유동 안내부로 이루어지고, 상기 제1유동 안내부와 상기 제2유동 안내부는 이격거리를 두고 형성된다.The flow guide vane may include a first flow guide formed to be inclined upward from a base portion of the blow seal toward a free end thereof and a second flow guide portion that is inclined downward toward a base portion on the outlet side of the blow seal from the first flow guide portion. The first flow guide portion and the second flow guide portion are spaced apart from each other.
본 발명은 연소가스의 유동을 안내하도록 구성되는 케이싱, 상기 케이싱 내에서 회전축과 결합되는 복수의 블레이드, 상기 블레이드의 선단부를 감싸도록 설치되는 슈라우드, 상기 슈라우드에 전 둘레를 따라 복수로 형성되어 연소가스의 주 유동과 반대방향의 반류 유동을 생성하는 블로우 시일, 및 상기 블레이드의 회전속도에 따라 상기 블로우 시일의 경사각도를 가변적으로 조절하는 선회설비를 구비하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치를 개시한다.A plurality of blades coupled to a rotating shaft in the casing; a shroud disposed to surround a front end of the blades; a plurality of blades formed along the entire circumference of the shroud, And a turning device for variably controlling the inclination angle of the blow seal in accordance with the rotational speed of the blade. The present invention relates to a blade tip sealing apparatus for a gas turbine.
본 발명에 있어, 상기 선회설비는 상기 블로우 시일에 회전 가능하게 지지하는 힌지축, 상기 힌지축을 내부에 회전 가능하게 수용하는 압력실, 상기 힌지축과 결합되고 상기 압력실의 내부를 분할하는 회전자, 및 상기 회전자에 의해 구획되는 상기 압력실의 내부에 작동압을 제공하는 작동설비를 구비한다.In the present invention, the swivel facility includes a hinge shaft for rotatably supporting the blow seal, a pressure chamber for rotatably receiving the hinge shaft therein, a rotor coupled to the hinge shaft and dividing the inside of the pressure chamber, And an operating mechanism for providing operating pressure within the pressure chamber defined by the rotor.
본 발명에 있어, 상기 작동설비는 상기 압력실 내에서 상기 회전자에 의해 분할되는 공간과 교통 가능하게 형성되는 복수의 압력관로, 상기 압력관로를 통한 작동압의 공급을 조절하는 방향제어밸브, 상기 압력실 내로 작동압을 공급하는 유압펌프, 상기 방향제어밸브로 공급되는 작동압을 조절하기 위한 압력제어밸브를 포함한다.In the present invention, the operating facility includes: a plurality of pressure pipes formed in a communicating manner in the pressure chamber so as to be able to communicate with a space divided by the rotor; a direction control valve for controlling supply of operating pressure through the pressure pipe; A hydraulic pump for supplying an operating pressure into the pressure chamber, and a pressure control valve for regulating an operating pressure supplied to the directional control valve.
본 발명은 상기 블레이드의 회전속도를 검출하는 회전속도 검출부, 및 상기 회전속도 검출부로부터 검출되는 회전속도에 따라 상기 방향제어밸브와 상기 압력제어밸브의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 압력실로 공급되는 작동압을 차단하기 위한 릴리프밸브를 더 포함하며, 상기 릴리프밸브는 상기 방향제어밸브와 상기 압력제어밸브 사이에 설치된다.The present invention further includes a rotation speed detecting section for detecting the rotation speed of the blade and a control section for controlling the operation of the direction control valve and the pressure control valve in accordance with the rotation speed detected from the rotation speed detection section, Further comprising a relief valve for interrupting the supplied working pressure, wherein the relief valve is installed between the direction control valve and the pressure control valve.
본 발명은 가스 터빈의 케이싱과 블레이드 팁의 간극부위에서 연소가스의 주 유동방향과 반대방향으로 향하는 반류 유동의 생성을 통해 연소가스의 누설 손실을 최소화할 수 있으므로 기관의 전체 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.The present invention minimizes the leakage loss of the combustion gas through the generation of the counter current flow in the direction opposite to the main flow direction of the combustion gas at the gap portion between the casing and the blade tip of the gas turbine, The effect will be provided.
특히, 본 발명은 케이싱과 블레이드 사이의 간극부위에서 주 유동방향과 반대되는 반류 유동을 생성함에 있어 최적화된 블로우 시일의 형상적 변경, 예컨대 다양한 단면 형태의 적용과 함께 블로우 시일의 표면에서 유동을 최적의 방향으로 안내하기 위한 돌출물의 부가에 따른 특정 방향으로의 유동성 제공을 통해 누설 유동을 최소화할 수 있고, 무엇보다도 반류 유동의 생성을 위한 블로우 시일의 설정에 있어 터빈의 회전속도를 고려한 경사각도의 적정한 변경과 그에 따른 최적의 제어까지도 동시에 구현할 수 있으므로 연소가스의 누설에 따른 손실을 최소화할 수 있게 된다.In particular, the present invention relates to a method for optimizing the flow at the surface of a blow seal, with the application of various cross-sectional shapes, for example, by optimizing the shape of the blow seal to create a counter current flow opposite the main flow direction at the gap between the casing and the blade The leakage flow can be minimized by providing fluidity in a specific direction due to the addition of protrusions for guiding in the direction of the turbine. In particular, in setting the blow seal for the generation of the current flow, It is possible to minimize the loss due to leakage of the combustion gas.
또한, 본 발명은 케이싱과 블레이드 사이의 간극부위에서 엔진의 작동시간 경과에 따른 열변형으로부터 기인하는 러빙의 발생 위험을 완벽하게 배제할 수 있는 최소한의 유격을 확보할 수 있으므로 부품의 내구 수명을 연장하고 블레이드의 교체 주기를 최대한 지연시키는 경제적인 효과를 제공할 수 있게 된다.In addition, the present invention can secure a minimum clearance that can completely eliminate the risk of rubbing caused by thermal deformation of the gap between the casing and the blades due to the operation time of the engine, And it is possible to provide an economic effect of delaying the replacement cycle of the blade as much as possible.
도 1은 종래 가스 터빈의 블레이드와 케이싱 사이에서 유동의 누설 손실을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터빈 블레이드에 구비되어 케이싱과의 사이에서 발생되는 누설 손실을 줄이기 위한 래버린스 시일의 설치 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 적용하는 가스 터빈 엔진의 전체 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치에서 주요 구성부위를 도시한 부분 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 터빈 블레이드에서 케이싱과의 사이에서 발생되는 누설 손실을 줄이기 위한 블로우 시일의 설치 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예로서, 블로우 시일의 단면 형상에 대한 여러 가지의 변형 형태를 부분적으로 도시한 평면도이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 다양한 실시예로서, 블로우 시일의 측면 형상에 대한 여러 가지의 변형 형태를 부분적으로 도시한 측면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예로서, 블레이드의 선단부에 대한 블로우 시일의 경사각도를 가변적으로 조절하기 위한 선회설비의 주요 구성부위를 부분적으로 도시한 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시된 선회설비에서 유압회로를 포함한 전체 구성을 도시한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a partial sectional view for explaining the leakage loss of flow between a blade of a conventional gas turbine and a casing; Fig.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing an installation state of a labyrinth seal provided in the turbine blade shown in FIG. 1 to reduce a leakage loss generated between the turbine blade and the casing.
3 is a view schematically showing an overall configuration of a gas turbine engine to which an embodiment of the present invention is applied.
4 is a partial cross-sectional view showing major components in a blade tip sealing apparatus of a gas turbine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view schematically showing the installation state of the blow seal for reducing the leakage loss generated between the turbine blade and the casing shown in FIG. 4. FIG.
Figs. 6-9 are plan views partially illustrating various modifications of the cross-sectional shape of the blow seal, in various embodiments of the present invention.
FIGS. 10-13 are side views, partially illustrating various modifications of the side view of the blow seal, in various embodiments of the present invention. FIG.
14 is a perspective view partially showing a main constituent part of a swivel facility for variably controlling an inclination angle of a blow seal with respect to a tip end portion of a blade according to another embodiment of the present invention.
Fig. 15 is a diagram showing an overall configuration including a hydraulic circuit in the turning equipment shown in Fig. 14. Fig.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 실시예를 적용하는 가스 터빈 엔진의 전체 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 3 is a view schematically showing an overall configuration of a gas turbine engine to which an embodiment of the present invention is applied.
도 3을 참조로 하면, 가스 터빈 엔진은 외부 공기를 흡입하는 흡기부(10), 상기 흡기부(10)를 통해 흡입된 외부 공기를 고압으로 압축하는 압축기(12), 상기 압축기(12)를 통해 고압으로 압축된 공기를 연료와 혼합한 다음 이를 연소시켜 고온/고압의 연소가스를 발생하는 연소기(14), 상기 연소기(14)를 통해 연소된 고온/고압의 연소가스 유동으로부터 에너지의 생성에 필요로 하는 회전력을 발생시키는 터빈(16), 상기 터빈(16)을 거친 연소가스를 외부로 배출하는 배기부(18), 및 상기 압축기(12)와 상기 터빈(16)을 연동시키고 발전기(미도시)를 구동하는 회전축(20)을 포함하여 구성된다. 3, the gas turbine engine includes an
상기 흡기부(10)는 외부로부터 흡입공기를 제공받는 부위로서 유입된 외부 공기를 상기 압축기(12)를 안내하는 역할을 수행한다. 이 경우, 상기 흡기부(10)의 입구는 벨마우스(bellmouth) 형태로 이루어져 보다 많은 양의 외부 공기를 유입할 수 있도록 구성된다. The
상기 압축기(12)는 상기 흡기부(10)를 통해 유입된 흡입공기를 가압하여 상기 연소기(14)로 공급하는 역할을 수행한다. 이를 위해 상기 압축기(12)는 흡입공기의 유동방향을 안내하는 가이드 베인, 가이드 베인의 후미에 배치되어 상기 회전축(20)과 함께 회전하는 로터 블레이드, 및 로터 블레이드의 후미에 배치되는 스테이터 베인으로 구성된다. 이 경우, 상기 압축기(12)는 상기 회전축(20) 상에서 로터 블레이드와 스테이터 베인을 각각 교호적으로 설치함과 더불어 상기 회전축(20)의 축방향을 따라 로터 블레이드와 스테이터 베인을 각각 복수열로 배치하고 있어, 흡입되는 공기를 여러 단계에 걸쳐 점진적으로 가압하여 고압의 상태로 전환해 주는 다단의 설비로 이루어진다. The
상기 연소기(14)는 상기 압축기(12)를 거쳐 고압으로 압축된 공기의 유동경로에 대해 전 둘레부위에 걸쳐 방사상으로 배치되어 공기와 연료의 혼합기 연소에 따른 고온/고압의 연소가스를 발생하는 역할을 수행한다. 일례로, 상기 연소기(14)는 캔형(Can type), 애뉼러형(Annular type)과 캔-애눌러형(Can-Annular type) 등으로 구성된다. The
상기 터빈(16)은 상기 연소기(14)를 통해 제공되는 고온/고압의 연소가스의 유동에 의해 회전하여 발전기의 구동에 필요로 하는 동력을 발생시키는 설비로서, 상기 압축기(12)와 유사하게 상기 회전축(20)의 축방향을 따라 로터 블레이드와 스테이터 베인을 각각 다단의 열로 배치한다. 즉, 상기 터빈(16)은 상기 회전축(20) 상에서 로터 블레이드와 스테이터 베인을 각각 교호적으로 설치함과 더불어 상기 회전축(20)의 축방향을 따라 로터 블레이드와 스테이터 베인을 각각 다단의 복수열로 배치하고 있어, 연소가스가 가진 에너지를 회전방향의 기계적 에너지로 전환하는 역할을 수행한다. The
상기 배기부(18)는 상기 터빈(16)에 회전력을 제공한 연소가스를 외부로 배출하는 역할을 수행한다. 이 경우, 상기 배기부(18)는 대기 오염과 같은 환경 문제를 고려하여 배기가스의 후 처리를 위한 정화 설비와 교통 가능한 구조로 구성된다. 상기 회전축(20)은 상기 압축기(12)와 상기 터빈(16)을 포함하여 발전기를 연동시켜 함께 회전하게 하는 축부재로서, 단일의 축 부재 또는 복수의 축 부재로 구성될 수 있다. The
참고로, 도 3에서 참조부호 A로 표기된 화살표는 상기 흡기부(10)를 통해 가스 터빈의 내부로 유입되는 흡입공기의 유동방향을 의미하고, 참조부호 B로 표기된 화살표는 상기 압축기(12)를 거쳐 고압으로 압축되는 압축공기의 유동방향을 의미하며, 참조부호 C로 표기된 화살표는 상기 연소기(14)를 거쳐 연소된 다음 상기 터빈(16)을 회전시킨 다음 상기 배기부(18)를 통해 외부로 배출되는 연소가스의 유동방향을 의미한다.3, an arrow marked with a reference A signifies the flow direction of the intake air flowing into the interior of the gas turbine through the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치에서 주요 구성부위를 도시한 부분 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 터빈 블레이드에서 케이싱과의 사이에서 발생되는 누설 손실을 줄이기 위한 블로우 시일의 설치 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.Fig. 4 is a partial cross-sectional view showing major components in a blade tip sealing apparatus of a gas turbine according to an embodiment of the present invention, Fig. 5 is a cross- Fig. 3 is a perspective view schematically showing a state of installation of a blow seal for a blow seal.
도 4와 도 5를 각각 참조로 하면, 상기 터빈(16)은 케이싱(22)의 내부에서 상기 블레이드(26)의 팁 부위에 해당하는 블레이드 선단측 자유단부와의 기밀을 위해 허니콤 시일(24)을 설치한다. 즉, 상기 허니콤 시일(24)은 상기 케이싱(22)의 내주면 전 둘레에 걸쳐 상기 블레이드(26)의 팁 부위를 외부에서 감싸는 형태로 구비된다. 이때, 상기 허니콤 시일(24)과 상기 블레이드(26)의 팁 부위 사이에는 접촉에 따른 부재의 손상을 방지하기 위해 적정의 간극이 확보된다. Referring to FIGS. 4 and 5, the
상기 블레이드(26)는 상기 연소기(14)로부터 제공되는 연소가스의 주 유동(C)과 반대되는 방향으로 향하는 반류 유동(E)을 생성함으로써, 상기 케이싱(22)의 내주면 또는 상기 허니콤 시일(24)과의 사이에서 간극의 형성으로부터 기인하는 연소가스의 누설 유동(D)에 따른 기관의 효율 손실을 줄이기 위해 별도의 팁 실링장치를 구비한다. 이때, 상기 팁 실링장치에 의해 생성되는 반류 유동(E)의 정도는 기관의 전체 효율을 해치지 않는 범위 내에서 이루어지도록 조정되는 것이 바람직하다.The
즉, 상기 팁 실링장치는 상기 연소기(14)로부터 상기 터빈(16)을 향한 연소가스의 주 유동(C)과 반대되는 방향으로 반류 유동(E)을 생성하기 위한 것으로, 연소가스의 반류 유동(E)이 상기 케이싱(22)과 상기 블레이드(26) 사이, 즉 상기 케이싱(22)의 내주면에 설치되는 허니콤 시일(24)과 상기 블레이드(26)의 선단부위 사이의 간극부위에서 발생될 수 있게 한다.That is, the tip sealing apparatus is for generating a counter current (E) in a direction opposite to the main flow (C) of the combustion gas from the combustor (14) toward the turbine (16) E may be generated in the gap between the
이를 위해, 상기 팁 실링장치는 상기 블레이드(26)의 선단부에서 전 둘레에 걸쳐 설치되는 고리형상의 슈라우드(28)의 외측면에 형성되는 블로우 시일(30)로 구성된다. 이 경우, 상기 블로우 시일(30)은 상기 슈라우드(28)의 외측면 전 둘레에 걸쳐 등간격 또는 부등간격의 이격거리를 두고 복수의 수량으로 구비된다. 또한, 상기 블로우 시일(30)은 터빈 블레이드(26)의 원주방향을 향하는 가상의 기준선에 대해 소정의 경사각도를 가지도록 배치된다. 특히, 상기 블로우 시일(30)의 경사각도는 상기 블레이드(26)의 회전방향(R)을 기준으로 연소가스의 주 유동(C)과 반대되는 방향으로 반류 유동(E)의 생성이 이루어질 수 있도록 설정된다. 즉, 상기 블로우 시일(30)에 의한 연소가스의 반류 유동(E)은 연소가스의 주 유동(C)에 의한 상기 블레이드(26)의 회전으로부터 발생되는 연소가스의 부수적 유동에 해당하는 것으로, 상기 허니콤 시일(24)과의 사이의 간극 부위에서 상기 블로우 시일(30) 사이의 틈새를 따라 역방향으로 생성된다. To this end, the tip sealing device is composed of a
요약하자면, 상기 팁 실링장치는 상기 연소기(14)로부터 상기 터빈(16)을 향한 연소가스의 주 유동(C)과 반대되는 방향으로 이루어지는 연소가스의 반류 유동(E)을 상기 케이싱(22)과 상기 블레이드(26) 사이, 즉 상기 케이싱(22)의 내주면에 설치되는 허니콤 시일(24)과 상기 슈라우드(28)의 선단부 사이의 간극부위에서 발생될 수 있게 하는 블로우 시일(30)로 이루어진다. In summary, the tip sealing apparatus includes a
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예로서, 블로우 시일의 단면 형상에 대한 여러 가지의 변형 형태를 부분적으로 도시한 평면도이다.Figs. 6-9 are plan views partially illustrating various modifications of the cross-sectional shape of the blow seal, in various embodiments of the present invention.
도 6을 참조로 하면, 상기 블로우 시일(30)은 상기 슈라우드(28)의 외측면에서 접선방향과 평행인 수평한 방향을 기준으로 단면의 형상이 사각의 플레이트 형태 또는 다양한 단면 형상으로 설정되는 복수의 부재로 이루어진다. 이때, 상기 사각단면 또는 다양한 단면 형상의 부재로 형성되는 복수의 블로우 시일(30)은 상기 슈라우드(28)의 외측면에서 등간격 또는 부등간격으로 배치된다. Referring to FIG. 6, the
즉, 상기 사각단면 또는 다양한 단면 형상의 블로우 시일(30)은 상기 반류 유동(E)의 방향을 기준으로 입구부(도면기준 우측)에 해당하는 부위의 간격(피치, P)과 출구부(도면기준 좌측)에 해당하는 부위의 간격(피치, P)을 각각 등간격으로 설정하여 배치된다. 이와 달리, 상기 사각단면 또는 다양한 단면 형상의 블로우 시일(30)은 연소가스에 대한 누설 유동(D)의 최소화를 위해 입구부의 간격(피치, P)과 출구부의 간격(피치, P)을 각각 다르게 설정하여 부등간격으로 배치될 수도 있다. 또한, 상기 사각단면 또는 다양한 단면 형상의 블로우 시일(30)은 연소가스의 누설 유동(D)을 최소화하기 위해 상기 슈라우드(28)에 대해 경사각도(A)를 최적의 상태로 설정하여 배치할 수도 있다. 예컨대, 상기 슈라우드(28)에 대한 상기 블로우 시일(30)의 경사각도(A)는 상호 동일하게 설정되거나 또는 서로 다르게 설정된다. That is, the
도 7을 참조로 하면, 상기 블로우 시일(30)은 상기 슈라우드(28)의 외측면에서 접선방향과 평행인 수평한 방향을 기준으로 단면의 형상이 점진적으로 축소되는 삼각형상의 웨지(wedge) 형태로 설정되는 복수의 부재로 이루어진다. 이때, 웨지단면의 부재로 형성되는 복수의 블로우 시일(30)은 상기 슈라우드(28)의 외측면에서 등간격 또는 부등간격으로 배치된다. 7, the
즉, 상기 수평단면의 웨지형상 블로우 시일(30)은 상기 반류 유동(E)의 방향을 기준으로 입구부(도면기준 우측)에 해당하는 부위의 간격(피치, P)과 출구부(도면기준 좌측)에 해당하는 부위의 간격(피치, P)을 각각 등간격으로 설정하여 배치된다. 이와 달리, 상기 웨지형 블로우 시일(30)은 연소가스에 대한 누설 유동(D)의 최소화를 위해 입구부의 간격(피치, P)과 출구부의 간격(피치, P)을 상호 다르게 설정하여 부등간격으로 배치될 수도 있다. 또한, 상기 수평단면의 웨지형상 블로우 시일(30)은 연소가스의 누설 유동(D)을 최소화하기 위해 상기 슈라우드(28)에 대해 경사각도(A)를 최적의 상태로 설정하여 배치할 수도 있다. 예컨대, 상기 슈라우드(28)에 대한 상기 블로우 시일(30)의 경사각도(A)는 상호 동일하게 설정되거나 또는 서로 다르게 설정된다. 특히, 상기 웨지형 블로우 시일(30)에 있어, 웨지 형태의 단면방향은 반류 유동(E)의 입구부에 리딩 에지(leading edge)를 배치하면서 반류 유동(E)의 출구부에 트레일링 에지(trailing edge)를 배치하거나, 이와 반대로 반류 유동(E)의 입구부에 트레일링 에지를 배치하면서 반류 유동(E)의 출구부에 리딩 에지를 배치할 수도 있다. That is, the wedge-shaped
도 8을 참조로 하면, 상기 블로우 시일(30)은 상기 슈라우드(28)의 외측면에서 접선방향과 평행인 수평한 방향을 기준으로 단면의 형상이 점진적으로 축소되는 삼각형상의 웨지(wedge) 형태이면서 상기 블레이드(26)의 형성방향과 동일한 수직한 방향을 기준으로 단면적이 점진적으로 축소되는 삼각형상의 웨지(wedge) 형태로 설정되는 복수의 부재로 이루어진다. 이때, 웨지단면의 부재로 형성되는 복수의 블로우 시일(30)은 상기 슈라우드(28)의 외측면에서 등간격 또는 부등간격으로 배치된다. Referring to FIG. 8, the
즉, 상기 수평 및 수직단면의 웨지형상 블로우 시일(30)은 상기 반류 유동(E)의 방향을 기준으로 입구부(도면기준 우측)에 해당하는 부위의 간격과 출구부(도면기준 좌측)에 해당하는 부위의 간격(피치, P)을 각각 등간격으로 설정하여 배치된다. 이와 달리, 상기 웨지형 블로우 시일(30)은 연소가스에 대한 누설 유동(D)의 최소화를 위해 입구부의 간격(피치, P)과 출구부의 간격(피치, P)을 상호 다르게 설정하여 부등간격으로 배치될 수도 있다. 또한, 상기 수평 및 수직단면의 웨지형상 블로우 시일(30)은 연소가스의 누설 유동(D)을 최소화하기 위해 상기 슈라우드(28)에 대해 경사각도(A)를 최적의 상태로 설정하여 배치할 수도 있다. 예컨대, 상기 슈라우드(28)에 대한 상기 블로우 시일(30)의 경사각도(A)는 상호 동일하게 설정되거나 또는 서로 다르게 설정된다. 특히, 상기 웨지형 블로우 시일(30)에 있어, 웨지 형태의 단면방향은 반류 유동(E)의 입구부에 리딩 에지(leading edge)를 배치하면서 반류 유동(E)의 출구부에 트레일링 에지(trailing edge)를 배치하거나, 이와 반대로 반류 유동(E)의 입구부에 트레일링 에지를 배치하면서 반류 유동(E)의 출구부에 리딩 에지를 배치할 수도 있다. That is, the wedge-shaped
도 9를 참조로 하면, 상기 블로우 시일(30)은 상기 슈라우드(28)의 외측면에서 접선방향과 평행인 수평한 방향을 기준으로 단면의 형상이 점진적으로 축소되는 에어포일(airfoil)의 형태로 설정되는 복수의 부재로 이루어진다. 이때, 에어포일형 단면의 부재로 형성되는 복수의 블로우 시일(30)은 상기 슈라우드(28)의 외측면에서 등간격 또는 부등간격으로 배치된다. Referring to FIG. 9, the
즉, 상기 에어포일 단면형상의 블로우 시일(30)은 상기 반류 유동(E)의 방향을 기준으로 입구부(도면기준 우측)에 해당하는 부위의 간격(피치, P)과 출구부(도면기준 좌측)에 해당하는 부위의 간격(피치, P)을 등간격으로 설정하여 배치된다. 이와 달리, 상기 에어포일형 블로우 시일(30)은 연소가스에 대한 누설 유동(D)의 최소화를 위해 입구부의 간격(피치, P)과 출구부의 간격(피치, P)을 상호 다르게 설정하여 부등간격으로 배치될 수도 있다. 또한, 상기 에어포일형 블로우 시일(30)은 연소가스의 누설 유동(D)을 최소화하기 위해 상기 슈라우드(28)에 대해 경사각도(A)를 최적의 상태로 설정하여 배치할 수도 있다. 예컨대, 상기 슈라우드(28)에 대한 상기 블로우 시일(30)의 경사각도(A)는 상호 동일하게 설정되거나 또는 서로 다르게 설정된다. 특히, 상기 에어포일형 블로우 시일(30)에 있어, 에어포일 형태의 단면방향은 반류 유동(E)의 입구부에 리딩 에지(leading edge)를 배치하면서 반류 유동(E)의 출구부에 트레일링 에지(trailing edge)를 배치하거나, 이와 반대로 반류 유동(E)의 입구부에 트레일링 에지를 배치하면서 반류 유동(E)의 출구부에 리딩 에지를 배치할 수도 있다. That is, the
요약하자면, 본 발명에 따른 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치는 도 6 내지 도 9에 각각 도시된 바와 같이, 상기 블로우 시일(30)의 형성에 따른 연소가스에 의한 반류 유동(E)의 생성을 통해 연소가스의 주 유동(C)으로부터 분지되어 상기 케이싱(22)의 허니콤 시일(24)과 상기 블레이드(26)의 선단부 사이의 간극을 향한 누설 유동(D)의 정도를 최소화함으로써 기관의 효율을 향상시키는 데 기여할 수 있게 된다. In summary, the blade tip sealing apparatus of the gas turbine according to the present invention is capable of generating a rebound flow (E) by the combustion gas in accordance with the formation of the
도 10 내지 도 13은 본 발명의 다양한 실시예로서, 블로우 시일의 측면 형상에 대한 여러 가지의 변형 형태를 부분적으로 도시한 측면도이다.FIGS. 10-13 are side views, partially illustrating various modifications of the side view of the blow seal, in various embodiments of the present invention. FIG.
도 10을 참조로 하면, 상기 블로우 시일(30)은 연소가스의 반류 유동(E)에 대한 유동 방향을 상기 케이싱(22)의 내주면에 위치한 상기 허니콤 시일(24)의 내주면과의 간극 부위를 향해 유도하기 위해 외측 표면에서 외부를 향해 복수로 돌출된 돌기 형태의 유동 안내깃(32)을 형성하고, 그 배치방향은 상기 블로우 시일(30)에서 상기 슈라우드(28)를 향한 기저부로부터 상기 케이싱(22)의 허니콤 시일(24)을 향한 자유단부를 향해 상향 경사진 형태로 설정된다. 특히, 상기 유동 안내깃(32)은 상기 블로우 시일(30)의 양쪽면 중에서 적어도 하나 이상의 부위에 형성된다. 10, the
이때, 상기 유동 안내깃(32)은 상기 블로우 시일(30)의 표면에서 소정의 간격을 두고 이격되게 복수로 배치된다. 특히, 상기 유동 안내깃(32)은 상기 블로우 시일(30)의 형성에 따른 연소가스에 의한 반류 유동(E)의 형성 방향을 기준으로 입구부(도면기준 우측)로부터 출구부(도면기준 좌측)를 향해 상호간의 이격거리를 확장시키는 형태로 배치된다. 이 경우, 상기 유동 안내깃(32)의 전체적인 외형은 직선의 형태로 이루어진다.At this time, the plurality of the
이에 따라, 상기 직선형의 출구부 확장형 유동 안내깃(32)에 의해 설정되는 반류 유동(E)의 분포는 상기 블로우 시일(30)의 입구부로부터 출구부를 향해 균일하게 분산 및 확산될 수 있으므로 연소가스의 주 유동(C)으로부터 분지되어 상기 케이싱(22)의 허니콤 시일(24)과 상기 블레이드(26)의 선단부 사이의 간극을 향한 누설 유동(D)의 정도를 최소화하는 데 더욱 기여할 수 있게 된다. Accordingly, the distribution of the rebound flow (E) set by the linear outlet-side expandable flow vanes (32) can be uniformly dispersed and diffused from the inlet portion to the outlet portion of the blow seal (30) To contribute to minimizing the degree of the leakage flow D toward the gap between the
도 11을 참조로 하면, 상기 유동 안내깃(32)은 도 10에 도시된 유동 안내깃(32)과 동일한 배치 형태로 이루어진다. 다만, 각각의 유동 안내깃(32)은 상기 블로우 시일(30)의 기저부로부터 상기 케이싱(22)의 허니콤 시일(24)을 향해 상향 오목한 형태로 만곡진 곡률을 가지도록 형성된다. 이와 같은 형태로 설정되는 유선형의 출구부 확장형 유동 안내깃(32)의 경우에도 도 10에 도시된 안내깃과 유사한 효과를 구현할 수 있고, 무엇보다도 상기 케이싱(22)의 허니콤 시일(24)과 상기 블레이드(26)의 선단부 사이의 간극 부위를 향한 반류 유동(E)을 더욱 촉진시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다. Referring to FIG. 11, the
도 12를 참조로 하면, 상기 유동 안내깃(32)은 도 10과 도 11에 각각 도시된 유동 안내깃(32)과 동일한 배치 형태로 이루어진다. 특히 도 11에 도시된 유동 안내깃(32)과 비교할 때 각각의 유동 안내깃(32)은 상기 블로우 시일(30)의 기저부로부터 상기 케이싱(22)의 허니콤 시일(24)을 향해 상향 볼록한 형태로 만곡진 곡률을 가지도록 형성된다. 이와 같은 형태로 설정되는 유선형의 출구부 확장형 유동 안내깃(32)의 경우에도 도 10과 도 11에 각각 도시된 안내깃과 유사한 효과를 구현할 수 있고, 무엇보다도 상기 케이싱(22)의 허니콤 시일(24)과 상기 블레이드(26)의 선단부 사이의 간극 부위를 향한 반류 유동(E) 뿐만 아니라, 상기 블로우 시일(30)의 출구부를 향한 반류 유동(E)을 함께 촉진시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다. Referring to Fig. 12, the
도 13을 참조로 하면, 상기 유동 안내깃(32)은 도 10 내지 도 12에 각각 도시된 유동 안내깃(32)과 달리, 상기 블로우 시일(30)의 입구부에서 블로우 시일(30)의 기저부로부터 상기 케이싱(22)의 허니콤 시일(24)을 향해 상향 경사진 형태로 설정되는 제1유동 안내부(32a)와, 상기 제1유동 안내부(32a)로부터 블로우 시일(30)의 출구부측 기저부를 향해 하향 경사진 형태로 설정되는 제2유동 안내부(32b)로 구성된다. 즉, 도 13은 유선형의 복합형 유동 안내깃(32)을 갖춘 블로우 시일(30)에 해당한다.13, the
이때, 상기 제1유동 안내부(32a)와 상기 제2유동 안내부(32b) 사이는 소정의 이격거리를 두도록 형성된다. 이에 따라, 상기 제1유동 안내부(32a)의 형성에 따른 반류 유동(E)의 초기 유동은 상기 케이싱(22)의 허니콤 시일(24)과 상기 블레이드(26)의 선단부 사이의 간극 부위를 향해 설정되어 간극 부위로 진입한 누설 유동(D)을 차단하는 데 기여할 수 있고, 상기 제2유동 안내부(32b)에 따른 반류 유동(E)의 말기 유동은 상기 블로우 시일(30)의 출구부를 향해 설정되어 간극 부위를 향한 누설 유동(D)의 초기 진입을 원천적으로 차단하는 데 기여할 수 있게 된다.At this time, the first
도 14는 본 발명의 다른 실시예로서, 블레이드의 선단부에 대한 블로우 시일의 경사각도를 가변적으로 조절하기 위한 선회설비의 주요 구성부위를 부분적으로 도시한 사시도이고, 도 15는 도 14에 도시된 선회설비에서 유압회로를 포함한 전체 구성을 도시한 도면이다. 14 is a perspective view partially showing a main constituent part of a swivel facility for variably controlling the inclination angle of the blow seal with respect to the tip of the blade as another embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing an overall configuration including a hydraulic circuit in a facility.
도 14와 도 15를 각각 참조로 하면, 상기 블로우 시일(30)은 상기 블레이드(26)의 회전속도에 대응하여 상기 슈라우드(28)에 대한 블로우 시일(30)의 경사각도를 가변적으로 조절하여 반류 유동(E)의 생성 정도를 자유롭게 제어하기 위한 선회설비를 구비한다. 14 and 15, the
상기 선회설비는 상기 슈라우드(28)에 대한 상기 블로우 시일(30)의 경사각도를 자유롭게 조절하기 위해 블로우 시일(30)에 형성되어 블로우 시일(30)을 회전 가능하게 지지하는 힌지축(34), 상기 힌지축(34)을 내부에 수용하여 회전 가능하게 지지하는 압력실(36), 상기 힌지축(34)에 결합되어 상기 압력실(36)의 내부 공간을 기밀한 상태로 분할하는 회전자(38), 및 상기 압력실(36)의 내부에서 상기 회전자(38)를 사이에 두고 기밀하게 분할된 공간으로 개별적인 작동압을 제공하여 상기 압력실(36) 내에서 상기 회전자(38)의 회전을 구현함으로써 상기 힌지축(34)의 회전을 도모하기 위한 작동설비를 포함하여 구성된다. The swivel facility includes a
이 경우, 상기 힌지축(34)은 상기 블로우 시일(30)의 일측 하단부에 형성되고, 상기 압력실(36)은 상기 슈라우드(28)의 내부로 배치되어 누설 유동(D)과 반류 유동(E)에 대한 누설 공간을 최소화하도록 설정된다. 또한, 상기 압력실(36)은 상기 회전자(38)에 의한 회전각도를 제한하기 위해 내부로 돌출된 스토퍼(36a)를 형성하는 바, 상기 스토퍼(36a)의 형성 위치는 상기 슈라우드(28)에 대한 상기 블로우 시일(30)의 경사각도를 한정하는 위치에 부합하도록 설정된다. 이 결과, 상기 압력실(36) 내에서 상기 회전자(38)의 회전각도는 상기 스토퍼(36a)에 의해 한정된 범위로 제한될 수 있으므로 상기 압력실(36)에 대한 상기 힌지축(34)의 회전각도도 종속적으로 제한되어 상기 슈라우드(28)에 대한 상기 블로우 시일(30)의 경사각도를 원하는 범위로 한정할 수 있게 된다.In this case, the
또한, 상기 작동설비는 상기 압력실(36) 내에서 상기 회전자(38)에 의해 분할되는 공간으로 교통 가능하게 형성되어 작동압을 개별적인 공급과 배출을 도모하는 복수의 압력관로(40), 상기 압력관로(40) 중 어느 하나의 관로를 이용한 작동압의 공급을 제공하기 위해 포트의 전환이 이루어지는 방향제어밸브(42), 상기 방향제어밸브(42)로 공급되는 작동압의 정도를 적절하게 조절하기 위한 압력제어밸브(44), 상기 압력관로(40)를 통해 공급되는 작동압이 과다할 경우를 대비하여 작동압의 공급을 중간에서 차단하는 릴리프밸브(46), 및 상기 압력실(36) 내에서 상기 회전자(38)의 회전을 위해 상기 압력관로(40)를 통해 이루어지는 작동압을 생성하는 유압펌프(48)를 포함하여 구성된다.In addition, the operating facility includes a plurality of pressure pipes (40) formed in the pressure chamber (36) so as to communicate with the space divided by the rotor (38) A
이 경우, 상기 압력관로(40)는 상기 회전축(20)과 상기 블레이드(26)를 경유하여 상기 슈라우드(28)를 거쳐 상기 압력실(36)의 내부로 교통하도록 형성된다. 또한, 상기 작동설비에 있어, 상기 압력관로(40)를 제외한 나머지 구성은 상기 회전축(20)을 포함한 블레이드(26) 등의 작동요소와의 간섭을 배제할 수 있는 위치로 설치됨은 물론이다. 특히, 상기 릴리프밸브(46)는 상기 방향제어밸브(42)와 상기 압력제어밸브(44) 사이에 위치한 압력관로(40) 중에 설치되어 상기 압력제어밸브(44)로부터 제공되는 공급압이 과다할 경우, 작동설비를 보호하는 기능을 수행한다.In this case, the
한편, 상기 선회설비는 상기 블레이드(26)의 회전속도에 따라 블레이드(26)에 대한 상기 블로우 시일(30)의 경사각도를 가변적으로 조절하기 위한 제어부(50), 및 상기 제어부(50)로 상기 터빈(16) 또는 상기 블레이드(26)의 구동속도를 검출하여 제공하는 회전속도 검출부(52)를 더 포함하여 구성된다. 도면 중 미설명 부호 54는 상기 유압펌프(48)로 작동유를 제공하는 오일 팬에 해당한다. The swivel facility includes a
이 경우, 상기 제어부(50)는 상기 회전속도 검출부(52)를 통해 입력되는 상기 터빈(16)의 구동속도에 따라 상기 방향제어밸브(42)의 솔레노이드에 대한 적절한 작동신호를 출력함으로써 상기 압력실(36) 내에서 회전자(38)를 중심으로 기밀하게 구획되는 두 개의 내부 공간 중 어느 하나에 한정하여 작동압을 제공하게 되므로 상기 힌지축(34)의 회전을 구현할 수 있게 된다. In this case, the
또한, 상기 제어부(50)는 상기 회전속도 검출부(52)를 통해 입력되는 상기 터빈(16)의 구동속도에 따라 상기 방향제어밸브(42)를 거쳐 상기 압력실(36)로 제공되는 작동압의 정도를 적절하게 조절할 수 있는 바, 이는 상기 압력제어밸브(44)에 대한 일련의 압력 제어에 의해 구현된다. 예컨대, 상기 제어부(50)는 상기 압력제어밸브(44)의 솔레노이드에 제공되는 작동신호를 듀티값의 선택에 따라 조절하거나, 비례제어의 방식으로 선형적인 출력값으로 제어할 수도 있을 것이다. The
이하 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치에 대한 작용을 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the blade tip sealing apparatus of a gas turbine according to the embodiment of the present invention will be described in detail.
상기 연소기(14)를 거쳐 연소된 고온/고압의 연소가스 유동은 상기 터빈(16)의 블레이드(26)를 회전시켜 에너지의 생성에 기여하는 주 유동(C)과, 상기 케이싱(22)과 상기 블레이드(26)의 자유단부에 위치한 상기 슈라우드(28) 사이의 간극을 통한 누설 유동(D)으로 구분된다. The high temperature / high pressure combustion gas flow which is burned through the
이 경우, 연소가스의 누설 유동(D)은 상기 블로우 시일(30)에 의해 조성되는 반대방향의 반류 유동(E)에 의해 저감된다. 즉, 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 다양한 단면 형상을 가지게 되는 상기 블로우 시일(30)은 상기 블레이드(26)의 회전에 따라 연소가스의 주 유동(C)과 반대되는 방향으로 설정되는 반류 유동(E)을 조성하게 되고, 이러한 반류 유동(E)의 생성은 상기 케이싱(22)과 상기 슈라우드(28) 사이의 간극부위에서 발생하는 누설 유동(D)을 최소화할 수 있게 된다. In this case, the leakage flow D of the combustion gas is reduced by the counter current flow E formed by the
예컨대, 도 6에 도시된 상기 사각단면의 블로우 시일(30)은 상기 슈라우드(28)의 외측면에 전 둘레에 걸쳐 등간격 또는 부등간격의 이격거리를 두고 복수로 배치되므로, 상기 블로우 시일(30) 사이의 공간에서 연소가스의 주 유동(C)과 반대방향으로 설정되는 연소가스의 반류 유동(E)은 상기 케이싱(22)과 상기 슈라우드(28) 사이의 간극부위로 진입하여 상기 터빈(16)의 블레이드(26)를 거치지 않고 상기 배기부(18)로 바로 배출되는 누설 유동(D)의 정도를 최소화하는 데 기여할 수 있게 된다.For example, the
또한, 도 7에 도시된 상기 수평단면의 웨지형 블로우 시일(30)의 경우에는 도 6의 사각단면의 블로우 시일(30)과 동일하게 연소가스의 주 유동(C)과 반대되는 방향으로 조성되는 반류 유동(E)을 생성함에 있어, 유동의 입구부에 리딩 에지의 배치와 함께 유동의 출구부에 트레일링 에지의 배치를 통해 블로우 시일(30) 사이의 공간으로 유입되는 연소가스의 초기 속도를 높여 누설 유동(D)을 최소화하는 데 더욱 기여할 수 있게 된다. 아울러, 상기 수평단면의 웨지형 블로우 시일(30)에 있어, 리딩 에지와 트레일링 에지를 반대로 배치할 경우에는 유동의 출구부를 향한 연소가스의 말기 속도를 높여 상기 케이싱(22)과 상기 슈라우드(28) 사이의 간극부위를 향한 누설 유동(D)의 초기 진입을 원천적으로 차단시켜 기관의 효율을 향상시키는 데 기여할 수 있게 된다. In the case of the wedge
또한, 도 8에 도시된 상기 수평 및 수직단면의 웨지형 블로우 시일(30)은 도 7에 도시된 수평단면의 웨지형 블로우 시일(30)과 동일하게 상기 케이싱(22)과 상기 슈라우드(28) 사이의 간극부위를 향한 누설 유동(D)을 최소화하는 데 기여할 수 있고, 특히 각 블로우 시일(30)의 수직방향 단면적의 변화를 통해 간극부위의 높이방향 위치에 따른 반류 유동(E)의 속도와 압력에 변화를 줄 수 있으므로 누설 유동(D)을 최소화하는 데 보다 향상된 효과를 제공할 수 있게 된다.The wedge
또한, 도 9에 도시된 상기 에어포일형 블로우 시일(30)은 상기 블레이드(26)의 회전방향(R)을 기준으로 곡률진 부위의 효과적인 배치를 통해 조성되는 반류 유동(E)의 생성 정도를 극대화시켜 상기 케이싱(22)과 상기 슈라우드(28) 사이의 간극부위를 통한 누설 유동(D)을 최대한 줄일 수 있으므로 기관의 효율을 향상시키는 데 크게 기여할 수 있게 된다.The airfoil
한편, 도 10 내지 도 13에 도시된 바와 같이 다양한 측면 형상을 가지게 되는 상기 블로우 시일(30)은 외부를 향해 돌출된 형태의 상기 유동 안내깃(32)의 형성을 통해 반류 유동(E)에 대한 방향성까지도 조절할 수 있으므로 상기 케이싱(22)과 상기 슈라우드(28) 사이의 간극부위를 통한 누설 유동(D)을 줄이는 데 기여할 수 있게 된다.As shown in FIGS. 10 to 13, the
예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이, 반류 유동(E)의 출구부를 향해 이격거리를 확장시킨 직선형의 출구부 확장형 유동 안내깃(32)은 상기 블로우 시일(30)의 입구부로부터 출구부를 향해 반류 유동(E)의 분포를 균일하게 분산 및 확산시킬 수 있으므로, 연소가스의 주 유동(C)으로부터 분지되어 상기 케이싱(22)과 상기 슈라우드(28) 사이의 간극부위를 통한 누설 유동(D)을 줄일 수 있게 된다. For example, as shown in Fig. 10, the straight outlet-type extended
또한, 도 11과 도 12에 각각 도시된 바와 같이, 반류 유동(E)의 출구부를 향해 이격거리를 확장시킨 유선형의 출구부 확장형 유동 안내깃(32)은 상기 블로우 시일(30)의 입구부로부터 출구부를 향해 반류 유동(E)의 분포를 균일하게 분산 및 확산시킬 뿐만 아니라, 상기 케이싱(22)과 상기 슈라우드(28) 사이의 간극 부위와 함께 상기 블로우 시일(30)의 출구부를 향한 반류 유동(E)을 함께 촉진시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.11 and 12, the stream-like outlet extension expanding
또한, 도 13에 도시된 유선형의 복합형 유동 안내깃(32)은 상기 제1유동 안내부(32a)의 형성을 통해 반류 유동(E)의 초기 유동방향을 상기 케이싱(22)과 상기 슈라우드(28) 사이의 간극 부위를 향해 설정할 수 있으므로 간극 부위로 진입한 누설 유동(D)을 차단하는 데 기여하게 되고, 상기 제2유동 안내부(32b)의 형성을 통해 반류 유동(E)의 말기 유동을 상기 블로우 시일(30)의 출구부를 향해 설정할 수 있으므로 간극 부위를 향한 누설 유동(D)의 초기 진입을 원천적으로 차단하는 데 기여하게 되며, 이를 통해 상기 케이싱(22)과 상기 슈라우드(28) 사이의 간극부위를 통해 이루어지는 누설 유동(D)을 최소화할 수 있게 된다.The streamlined
한편, 본 발명은 도 14와 도 15에 각각 도시된 선회설비를 이용하여 상기 블로우 시일(30)의 경사각도를 상기 블레이드(26)의 회전속도와 연동하여 가변적으로 조절할 수 있으므로 상기 케이싱(22)과 상기 슈라우드(28) 사이의 간극부위를 통한 누설 유동(D)을 줄이는 데 더욱 기여할 수 있게 된다.14 and 15, the angle of inclination of the
즉, 상기 제어부(50)는 상기 회전속도 검출부(52)를 통해 검출되는 상기 블레이드(26)의 회전속도를 기반으로 상기 방향제어밸브(42)에 의한 포트 절환을 통해 상기 압력실(36) 내에서 상기 회전자(38)에 의해 구획되는 분할공간으로 제공되는 작동압의 공급을 조절할 수 있으므로 상기 힌지축(34)의 회전각도를 변경하고, 이를 통해 상기 슈라우드(28)에 대한 상기 블로우 시일(30)의 경사각도를 임의대로 조절할 수 있게 된다. That is, the
이 경우, 상기 제어부(50)는 상기 압력제어밸브(44)에 대한 다양한 압력제어를 통해 상기 압력실(36) 내로 공급되는 작동압의 정도를 가변적으로 조절할 수 있으므로 상기 블로우 시일(30)의 경사각도에 따라 생성되는 반류 유동(E)의 방향성을 변경함에 있어 상기 블레이드(26)의 회전속도에 맞춰 보다 유연하게 제어할 수 있게 된다. In this case, since the
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limited to the particular details of the embodiments set forth herein. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.
특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어, 블로우 시일은 슈라우드의 외측면에 형성되는 것을 기준으로 설명하였으나, 블레이드의 자유단부에 대해 직접적으로 형성되어 케이싱의 허니콤 시일과의 사이에서 설정되는 소정의 간극 부위를 향해 반류 유동을 생성하도록 구성될 수도 있을 것이다.
In the preferred embodiment of the present invention, the blow seal is formed on the outer surface of the shroud. However, the blow seal may be formed directly on the free end of the blade, And may be configured to create a rebound flow towards the gap region.
10-흡기부 12-압축기
14-연소기 16-터빈
18-배기부 20-회전축
22-케이싱 24-허니콤 시일
26-블레이드 28-슈라우드
30-블로우 시일 32-유동 안내깃
34-힌지축 36-압력실
38-회전자 40-압력관로
42-방향제어밸브 44-압력제어밸브
46-릴리프밸브 48-유압펌프
50-제어부 52-회전속도 검출부
54-오일 팬10-intake part 12-compressor
14-Combustor 16-Turbine
18-exhaust part 20-rotation shaft
22-casing 24-honeycomb seal
26-Blade 28-Shroud
30-Blow Seal 32-Flowing Conduit
34-Hinge shaft 36-Pressure chamber
38-rotor 40-pressure tube
42-way control valve 44-Pressure control valve
46-Relief Valve 48-Hydraulic Pump
50-control unit 52-rotation speed detection unit
54 - Oil pan
Claims (22)
상기 케이싱 내에서 회전축과 결합되는 복수의 블레이드;
상기 블레이드의 선단부를 감싸도록 설치되는 슈라우드;
상기 슈라우드에 전 둘레를 따라 복수로 형성되어 연소가스의 주 유동과 반대방향의 반류 유동을 생성하는 블로우 시일; 및
상기 블로우 시일의 외측 표면에서 외부를 향해 복수로 돌출된 유동 안내깃을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. A casing configured to guide the flow of the combustion gas;
A plurality of blades coupled to the rotating shaft in the casing;
A shroud installed to surround the tip of the blade;
A blow seal formed in the shroud along the front perimeter to generate a counter current flow in a direction opposite to the main flow of the combustion gas; And
And a plurality of flow guiding fingers protruding outward from an outer surface of the blow seal.
상기 블로우 시일은 상기 슈라우드의 외측면에서 사각단면의 형상 또는 다양한 단면형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. The method according to claim 1,
Wherein the blow seal is formed in a rectangular cross-sectional shape or in various cross-sectional shapes on the outer surface of the shroud.
상기 블로우 시일은 상기 슈라우드의 외측면에서 수평단면의 웨지형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. The method according to claim 1,
Wherein the blow seal is formed in a wedge shape having a horizontal cross section at an outer surface of the shroud.
상기 블로우 시일은 상기 슈라우드의 외측면에서 수평 및 수직단면의 웨지형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. The method according to claim 1,
Wherein the blow seal is formed in a wedge shape of horizontal and vertical cross-sections at an outer surface of the shroud.
상기 블로우 시일은 상기 슈라우드의 외측면에서 에어포일 단면형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. The method according to claim 1,
Wherein the blow seal is formed in an airfoil cross-sectional shape at an outer surface of the shroud.
상기 블로우 시일은 상기 반류 유동의 방향을 기준으로 입구부와 출구부에서 동일한 피치를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. The method according to any one of claims 2 to 5,
Wherein the blow seal is formed to have the same pitch at the inlet and outlet portions with respect to the direction of the rebound flow.
상기 블로우 시일은 상기 반류 유동의 방향을 기준으로 입구부와 출구부에서 서로 다른 피치를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. The method according to any one of claims 2 to 5,
Wherein the blow seal is formed to have a different pitch at an inlet portion and an outlet portion with respect to a direction of the reflux flow.
상기 블로우 시일은 상기 슈라우드에 대해 경사각도를 가변적으로 설정하여 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. The method according to any one of claims 2 to 5,
Wherein the blow seal is disposed with variable tilt angles with respect to the shroud.
상기 유동 안내깃은 상기 블로우 시일의 기저부로부터 자유단부를 향해 상향 경사진 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. The method according to claim 1,
Wherein the flow guide vane is formed in an upward inclined shape from a base portion of the blow seal toward a free end thereof.
상기 유동 안내깃은 반류 유동의 형성 방향을 기준으로 입구부로부터 출구부를 향해 이격거리를 확장시키는 직선형의 출구부 확장형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. The method of claim 10,
Wherein the flow guiding vanes are of a straight-line outlet extension extending from the inlet to the outlet with respect to the direction of formation of the counter flow.
상기 유동 안내깃은 반류 유동의 형성 방향을 기준으로 입구부로부터 출구부를 향해 이격거리를 확장시키는 유선형의 출구부 확장형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. The method of claim 10,
Wherein said flow guiding vanes comprise a streamlined outlet extension extending a distance away from the inlet to the outlet with respect to the direction of formation of the rebound flow.
상기 유동 안내깃은 상기 블로우 시일의 기저부로부터 자유단부를 향해 상향 오목한 형태 또는 상향 볼록한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. The method of claim 12,
Wherein the flow guiding vane is formed upwardly concave or upwardly convex from the base of the blow seal toward the free end.
상기 유동 안내깃은 상기 블로우 시일의 기저부로부터 자유단부를 향해 상향 경사진 형태로 형성되는 제1유동 안내부와, 상기 제1유동 안내부로부터 상기 블로우 시일의 출구부측 기저부를 향해 하향 경사진 형태로 형성되는 제2유동 안내부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. The method of claim 10,
Wherein the flow guide vane has a first flow guide portion formed in a shape inclined upward from a base portion of the blow seal toward a free end thereof and a second flow guide portion that is inclined downwardly from the first flow guide portion toward a base portion on the outlet side of the blow seal And a second flow guide formed in the second flow guide portion.
상기 제1유동 안내부와 상기 제2유동 안내부는 이격거리를 두고 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. 15. The method of claim 14,
Wherein the first flow guide portion and the second flow guide portion are spaced apart from each other.
상기 케이싱 내에서 회전축과 결합되는 복수의 블레이드;
상기 블레이드의 선단부를 감싸도록 설치되는 슈라우드;
상기 슈라우드에 전 둘레를 따라 복수로 형성되어 연소가스의 주 유동과 반대방향의 반류 유동을 생성하는 블로우 시일; 및
상기 블레이드의 회전속도에 따라 상기 블로우 시일의 경사각도를 가변적으로 조절하는 선회설비를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. A casing configured to guide the flow of the combustion gas;
A plurality of blades coupled to the rotating shaft in the casing;
A shroud installed to surround the tip of the blade;
A blow seal formed in the shroud along the front perimeter to generate a counter current flow in a direction opposite to the main flow of the combustion gas; And
And a turning device for variably controlling the inclination angle of the blow seal in accordance with the rotation speed of the blade.
상기 선회설비는 상기 블로우 시일에 회전 가능하게 지지하는 힌지축;
상기 힌지축을 내부에 회전 가능하게 수용하는 압력실;
상기 힌지축과 결합되고 상기 압력실의 내부를 분할하는 회전자; 및
상기 회전자에 의해 구획되는 상기 압력실의 내부에 작동압을 제공하는 작동설비를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. 18. The method of claim 16,
A hinge shaft rotatably supporting the blow seal;
A pressure chamber rotatably receiving the hinge shaft therein;
A rotor coupled to the hinge shaft and dividing the interior of the pressure chamber; And
And operating means for providing operating pressure within the pressure chamber defined by the rotor. ≪ Desc / Clms Page number 13 >
상기 작동설비는 상기 압력실 내에서 상기 회전자에 의해 분할되는 공간과 교통 가능하게 형성되는 복수의 압력관로;
상기 압력관로를 통한 작동압의 공급을 조절하는 방향제어밸브; 및
상기 압력실 내로 작동압을 공급하는 유압펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. 18. The method of claim 17,
A plurality of pressure conduits formed in the pressure chamber so as to be able to communicate with a space divided by the rotor;
A direction control valve for regulating the supply of operating pressure through the pressure line; And
And a hydraulic pump for supplying operating pressure into the pressure chamber.
상기 방향제어밸브로 공급되는 작동압을 조절하기 위한 압력제어밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. 19. The method of claim 18,
Further comprising a pressure control valve for adjusting the operating pressure supplied to the directional control valve.
상기 블레이드의 회전속도를 검출하는 회전속도 검출부; 및
상기 회전속도 검출부로부터 검출되는 회전속도에 따라 상기 방향제어밸브와 상기 압력제어밸브의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. The method of claim 19,
A rotation speed detector for detecting a rotation speed of the blade; And
And a control unit for controlling the operation of the directional control valve and the pressure control valve in accordance with the rotational speed detected from the rotational speed detecting unit.
상기 압력실로 공급되는 작동압을 차단하기 위한 릴리프밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. The method of claim 19,
Further comprising a relief valve for shutting off the operating pressure supplied to the pressure chamber.
상기 릴리프밸브는 상기 방향제어밸브와 상기 압력제어밸브 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 블레이드 팁 실링 장치. 23. The method of claim 21,
Wherein the relief valve is installed between the directional control valve and the pressure control valve.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20140005540A KR101509384B1 (en) | 2014-01-16 | 2014-01-16 | Sealing installation for blade tip of gas turbine |
PCT/KR2015/000443 WO2015108354A1 (en) | 2014-01-16 | 2015-01-15 | Blade tip sealing apparatus for gas turbine |
Applications Claiming Priority (1)
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