KR101902693B1

KR101902693B1 - 터빈 장치

Info

Publication number: KR101902693B1
Application number: KR1020170042043A
Authority: KR
Inventors: 이훈
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-09-28

Abstract

터빈 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 터빈 장치는 로터의 원주 방향을 따라 다수개의 단위 블레이드가 구비된 블레이드 유닛으로서, 상기 단위 블레이드는 로터에 결합된 루트부; 상기 블레이드 유닛을 외측에서 감싸는 케이싱의 내측을 향해 상기 로터의 반경 방향으로 연장된 상기 단위 블레이드의 단부에 형성된 팁부; 상기 루트부에서 상기 팁부를 향해 연장된 단위 블레이드의 선단부에 형성된 리딩 엣지; 상기 로터의 축 방향으로 연장된 단위 블레이드의 후단부에 형성된 트레일링 엣지; 및 상기 루트부에서 상기 팁부에 이르는 상기 리딩 엣지의 연장된 연장구간의 중간에서 상기 루트부와 상기 팁부를 향해 경사진 경사구간이 형성된다.

Description

터빈 장치{Turbine apparatus}

본 발명은 로터에 설치된 다수개의 단위 블레이드에 관한 것으로서, 상기 단위 블레이드를 경유하는 유체의 이동을 고려하여 형상을 새로이 설계한 터빈 장치에 관한 것이다.

일반적으로 가스터빈은 다단축류 압축기(multiple-stage axial flow compressor)와 가스터빈을 하나로 연결하여 로터가 만들어지는데, 상기 가스터빈에 구비된 부품들은 고가의 내열 초경합금으로 제작되고, 압축기 블레이드 (blade)는 스텐레스강으로 제작된다.

통상적으로 압축기 블레이드는 피로한도 이하의 응력이 작용하도록 설계하기 때문에 그 수명이 반영구적으로 제작되나, 제작시 발생되는 불량이나, 케이싱의 열변형, 설계 간극 부족 등에 의하여 운전 중 절손되는 사고가 종종 발생되고 있다.

다단축류 압축기는 저압단에서 고압단으로 공기 흐름이 형성되기 때문에 고속 회전 중에 길이가 긴 저 압단 블레이드가 파단되면 후류측의 압축기 블레이 드는 전량 손상되며 많은 비산물이 발생된다.

가스터빈 로터(rotor)는 다단축류 압축기와 터빈 로터가 단일축(single shaft)으로 구성되어 있고 가스터빈이 회전하면 대기중의 공기가 압축기로 빨려 들어와 압축기에서 압축되며, 상기 압축공기는 연소실에서 온도가 상승하여 터빈을 통과 하면서 동력이 생산된다.

종래의 다단축류 압축기에 구비된 단위 블레이드에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1을 참조하면, 종래에는 로터(미도시)의 원주 방향에 다수개의 단위 블레이드(11)가 설치된다. 상기 단위 블레이드(10)는 로터부(11)가 도면 기준으로 하단에 형성되고 반대편에 팁부(12)가 형성된다.

그리고 리딩 엣지(13)와 트레일링 엣지(14)가 형성되고 상기 루트부(11)와 팁부(12) 사이를 연결하는 전면에 연장구간(S')이 형성된다.

상기 연장구간(S')은 상기 팁부(12)에서 상기 루트부(11)사이가 곡선으로 연장되는데, 이 경우 상하부 벽면(end-wall)에서 생기는 커다란 경계층 유동에 적절히 대응하지 못한다는 문제점이 유발되었다. 이를 대응하지 못할 경우 상기 로터부(11)와, 팁부(12)에서 발생하는 코너 박리(corner separation)및 2차손실 흐름(secondary flow)의 영향이 매우 커지게 되고 블레이드 효율 및 서지 마진을 저하시켜 최종적으로는 가스터빈의 성능을 악화시키는 문제점이 유발되었다.

따라서 이와 같은 문제점을 해결하고 가스터빈의 압축기 효율을 증가시킬 수 있는 새로운 방안이 필요하게 되었다.

미국등록특허 US 5167489

본 발명의 실시 예들은 터빈 장치의 압축기에 구비된 다수개의 단위 블레이드의 구조를 변경하여 서지 마진의 향상과 허브부, 팁부의 코너박리(corner separation) 및 2차 손실 흐름(Secondary vortex)로 인한 문제점을 개선한 단위 블레이드를 통해 터빈 장치의 효율을 향상시키고자 한다.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 장치는 로터의 원주 방향을 따라 다수개의 단위 블레이드가 구비된 블레이드 유닛으로서, 상기 단위 블레이드는 로터에 결합된 루트부; 상기 블레이드 유닛을 외측에서 감싸는 케이싱의 내측을 향해 상기 로터의 반경 방향으로 연장된 상기 단위 블레이드의 단부에 형성된 팁부; 상기 루트부에서 상기 팁부를 향해 연장된 단위 블레이드의 선단부에 형성된 리딩 엣지; 상기 로터의 축 방향으로 연장된 단위 블레이드의 후단부에 형성된 트레일링 엣지; 및 상기 루트부에서 상기 팁부에 이르는 상기 리딩 엣지의 연장된 연장구간의 중간에서 상기 루트부와 상기 팁부를 향해 경사진 경사구간이 형성된다.

상기 경사구간은 상기 루트부와 상기 팁부를 향해 연장된 구간이 각각 서로 다른 방향으로 휘어진 것을 특징으로 한다.

상기 경사구간은 상기 단위 블레이드의 중간에서 상기 루트부 방향으로 경사진 제1 경사 구간; 상기 단위 블레이드의 중간에서 상기 팁부를 향해 경사진 제2 경사 구간을 포함한다.

상기 제1 경사 구간과 상기 제2 경사 구간은 서로 다른 길이로 연장된다.

상기 제1 경사 구간과 상기 제2 경사 구간은 서로 동일 길이로 연장된다.

상기 제1 경사 구간은 제1 경사각으로 경사진 것을 특징으로 한다.

상기 제1 경사각은 2도 ~ 10도 사이의 각도 중 어느 한 각도로 경사진 것을 특징으로 한다.

상기 제2 경사 구간은 제2 경사각으로 경사진 것을 특징으로 한다.

상기 제2 경사각은 2도 ~ 10도 사이의 각도 중 어느 한 각도로 경사진 것을 특징으로 한다.

상기 제1 경사 구간과 상기 제2 경사 구간은 서로 상이한 경사 각도로 경사진 것을 특징으로 한다.

상기 제2 경사 구간은 상기 제1 경사 구간 보다 경사 각도가 크게 경사진 것을 특징으로 한다.

상기 제1 경사 구간은 상기 단위 블레이드의 압력면을 향해 경사진 것을 특징으로 한다.

상기 제2 경사 구간은 상기 단위 블레이드의 흡입면을 향해 경사진 것을 특징으로 한다.

상기 제1 경사 구간은 상기 단위 블레이드의 전체 길이를 L이라 할 때 상기 팁부에서 2L/3 ~ L 위치 에서부터 상기 루트부를 향해 경사진 것을 특징으로 한다.

상기 제2 경사 구간은 상기 단위 블레이드의 전체 길이를 L이라 할 때 상기 팁부에서 0~L/3 위치에 이르는 구간에서부터 상기 팁부를 향해 경사진 것을 특징으로 한다.

상기 단위 블레이드는 터빈의 압축기 유닛에 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 압축기 유닛은 가스 터빈 또는 스팀 터빈 중의 어느 한 터빈에 선택적으로 사용되거나, 모두 사용 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 터빈 장치는 터빈의 압축기 유닛에 구비되고 로터의 원주 방향을 따라 다수개의 단위 블레이드가 구비된 블레이드 유닛으로서, 상기 단위 블레이드는 로터에 결합된 루트부; 상기 블레이드 유닛을 외측에서 감싸는 케이싱의 내측을 향해 상기 로터의 반경 방향으로 연장된 상기 단위 블레이드의 단부에 형성된 팁부; 상기 루트부에서 상기 팁부를 향해 연장된 단위 블레이드의 선단부에 형성된 리딩 엣지; 상기 로터의 축 방향으로 연장된 단위 블레이드의 후단부에 형성된 트레일링 엣지; 및 상기 루트부에서 상기 팁부에 이르는 상기 리딩 엣지의 연장된 연장구간의 중간에서 상기 루트부와 상기 팁부를 향해 경사진 경사구간이 형성되되, 상기 경사구간은 상기 연장구간의 중간에서 상기 루트부와 상기 팁부를 향해 제1 길이(L1)로 연장된 제1구간; 상기 제1 구간에서 상기 루트부를 향해 경사진 제1 경사 구간; 상기 제1 구간에서 상기 팁부를 향해 경사진 제2 경사 구간을 포함한다.

상기 단위 블레이드의 최대 두께의 위치는 상기 리딩 엣지에서 상기 트레일링 엣지 사이의 길이를 L이라 할 때 상기 리딩 엣지를 기준으로 L/5위치된다.

본 발명의 실시 예들은 터빈 장치 또는 다수개의 단위 블레이드가 구비된 압축기 유닛의 효율을 향상시킬 수 있고, 단위 블레이드가 회전시 케이싱과 인접한 허브, 팁부에서 코너 박리(Corner separation) 및 2차 손실 흐름(Secondary vortex)로 인한 문제점을 최소화 할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 터빈 장치의 압축기 전체 효율 및 서지 마진이 향상되고 이로 인해 가스터빈 연료비 절감, 정지상태에서의 빠른 시동이 가능하다.

도 1은 종래의 터빈 장치에 구비된 단위 블레이드를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 단위 블레이드가 구비된 터빈 장치를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 터빈 장치에 구비된 단위 블레이드를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단위 블레이드를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 터빈 장치에 구비된 단위 블레이드를 도시한 도면.
도 6은 도 2의 A-A선 단면도에 따른 스트림와이즈(STREAMWISE)와 마하수의 상관 관계를 종래의 도시한 그래프.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 터빈 장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 첨부된 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 단위 블레이드가 구비된 터빈 장치를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 터빈 장치에 구비된 단위 블레이드를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단위 블레이드를 도시한 사시도 이다.

첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 장치는 로터(2)의 원주 방향을 따라 다수개의 단위 블레이드(110)가 구비된 블레이드 유닛(100)에 관한 것이다. 참고로 연소기(20)와 터빈(30)이 로터(2)의 축 방향을 따라 배치된다.

상기 단위 블레이드(110)는 로터(2)에 결합된 루트부(111)와, 상기 블레이드 유닛(100)을 외측에서 감싸는 케이싱(3)의 내측을 향해 상기 로터(2)의 반경 방향으로 연장된 상기 단위 블레이드(110)의 단부에 형성된 팁부(112)와, 상기 루트부(111)에서 상기 팁부(112)를 향해 연장된 단위 블레이드(110)의 선단부에 형성된 리딩 엣지(113)와, 상기 로터(2)의 축 방향으로 연장된 단위 블레이드(110)의 후단부에 형성된 트레일링 엣지(114) 및 상기 루트부(111)에서 상기 팁부(112)에 이르는 상기 리딩 엣지(113)의 연장된 연장구간의 중간에서 상기 루트부(111)와 상기 팁부(112)를 향해 경사진 경사구간(S)이 형성된다.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 단위 블레이드(110)는 로터(2)의 중심을 동심원으로 원주 방향을 따라 다수개가 특정 간격으로 다수개가 배치된다.

그리고 단위 블레이드(110)는 도면을 기준으로 우측이 압력면(110a)에 해당되고 좌측이 흡입면(110b)에 해당된다. 상기 흡입면(110b)과 상기 압력면(110a)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

본 실시 예에 의한 단위 블레이드(110)는 루트부(111)에서 팁부(112)를 향해 도면에 도시된 형태로 연장되고, 상기 경사구간(S)은 상기 루트부(111)와 상기 팁부(112)를 향해 연장된 구간이 각각 서로 다른 방향으로 휘어진다.

경사구간(S)은 상기 팁부(112)에서 상기 루트부(111)에 이르는 구간이 직선으로 연장되지 않고 상기 팁부(112)와 루트부가 위치된 곳이 도면에 도시된 바와 같이 휘어진다.

상기 경사구간(S)은 상기 단위 블레이드(110)의 중간에서 상기 루트부(111) 방향으로 경사진 제1 경사 구간(S1)과, 상기 단위 블레이드(110)의 중간에서 상기 팁부(112)를 향해 경사진 제2 경사 구간(S2)을 포함한다.

본 실시 예에 의한 경사구간(S)은 상기 제1 경사 구간(S1)과 상기 제2 경사 구간(S2)이 서로 다른 길이로 연장될 수 있다. 상기 제1,2 경사 구간(S1, S2)은 단위 블레이드(110)가 설치되는 위치와 유체의 압력 및 유동 특성에 따라 길이가 변경된다.

특히 루트부(111)가 위치된 곳에서 단위 블레이드(110)를 경유하는 유체의 이동 흐름과 상기 팁부(112)가 위치된 곳에서 유체의 이동 흐름 및 압력 변화 상태를 고려하여 연장된 길이가 서로 상이하게 구성된다.

본 실시 예는 전술한 실시 예와 다르게 상기 제1 경사 구간(S1)과 상기 제2 경사 구간(S2)은 서로 동일 길이로 연장될 수 있다.

본 실시 예에 의한 제1 경사 구간(S1)은 제1 경사각(α1)으로 경사질 수 있다. 상기 제1 경사각(α1)은 2~10 도 사이의 각도 중 어느 한 각도로 경사진다.

예를 들면 제1 경사각(α1)은 최대 경사각과 최소 경사각의 범위에 해당되는 임의 의 경사각 중의 어느 한 경사각으로 경사지게 형성될 수 있고, 특정 각도로 경사지게 형성될 수 있다.

또한 상기 제1 경사각(α1)은 상기 루트부(111)로 갈수록 증가될 수 있으며 상기 루트부(111)로 연장된 단위 블레이드(110)의 위치에 따라 증가될 수 있다.

상기 제2 경사 구간(S2)은 제2 경사각(α2)으로 경사질 수 있다. 상기 제2 경사각(α2)은 2~10 도 사이의 각도 중 어느 한 각도로 경사진다.

예를 들면 제2 경사각(α2)은 최대 경사각과 최소 경사각의 범위에 해당되는 임의 의 경사각 중의 어느 한 경사각으로 경사지게 형성될 수 있고, 특정 각도로 경사지게 형성될 수 있다.

상기 제1 경사 구간(S1)과 상기 제2 경사 구간(S2)은 서로 상이한 경사 각도로 경사질 수 있다. 상기 제1,2 경사 구간(S1, S2)은 위치에 따른 유체의 이동이 상이하게 나타나고 단위 블레이드(110)의 표면을 따라 이동하는 경로 또한 상이하게 유지된다.

상기 제1,2 경사 구간(S1, S2)은 최적의 각도로 유지될 경우 이동하는 유체의 손실이 최소화 되므로 블레이드 유닛(100)의 효율 또한 향상될 수 있다.

본 실시 예에 의한 상기 제2 경사 구간(S2)은 상기 제1 경사 구간(S1) 보다 경사 각도가 크게 경사질 수 있다. 상기 제2 경사 구간(S2)은 다수개의 단위 블레이드(110)를 감싸는 케이싱(3)을 향해 연장되고, 상기 케이싱(3)의 내측과 인접한 위치에 팁부(112)가 위치된다. 상기 팁부(112)는 단위 블레이드(110)가 로터(2)에서 연장될 경우 외측 단부에 위치된다. 상기 팁부(112)의 위치에서 유체가 이동할 경우 2차 손실 흐름(Secondary vortex)로 인한 문제점을 최소화 할 수 있다.

또한 다수개의 단위 블레이드(110)가 회전시 발생되는 서지 마진(surge margin)을 유리한 조건에서 조절할 수 있다.

본 실시 예에 의한 제1 경사 구간(S1)은 상기 단위 블레이드(110)의 압력면(110a)을 향해 경사지고, 상기 제2 경사 구간(S2)은 상기 단위 블레이드(110)의 흡입면(110b)을 향해 경사진다.

상기 제1 경사 구간(S1)은 상기 단위 블레이드(110)의 전체 길이를 L이라 할 때 상기 팁부(112)에서 2L/3위치에서부터 상기 루트부(111)를 향해 경사진다. 상기 제1 경사 구간(S1)은 루트부(111)와 인접한 위치가 아닌 팁부(112)에서 특정 길이로 이격된 위치에서부터 연장된다.

상기 제2 경사 구간(S2)은 상기 단위 블레이드(110)의 전체 길이를 L이라 할 때 상기 팁부(112)에서 L/3위치에 이르는 구간에서부터 상기 팁부(111)를 향해 경사진다.

상기 단위 블레이드(110)는 터빈의 압축기 유닛에 구비될 수 있으며, 상기 압축기 유닛은 내부에 제1단부터 제N 단 까지 구성되고, 각각의 개별단에 다수개의 단위 블레이드가 로터(2)의 원주 방향으로 다수개가 배치되어 있다.

이와 같이 다수개의 단위 블레이드가 설치된 조건에서 로터(2)가 회전될 경우 서지 마진을 높여 압축기 유닛의 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 압축기 유닛은 가스 터빈 또는 스팀 터빈 중의 어느 한 터빈에 선택적으로 사용되거나, 모두 사용 가능한데 특별히 특정 터빈 장치로 한정하지 않고 사용될 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 터빈장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 실시 예는 터빈의 압축기 유닛에 구비되고 로터(2)의 원주 방향을 따라 다수개의 단위 블레이드(110)가 구비된 블레이드 유닛(100)으로서, 상기 단위 블레이드(110)는 로터(2)에 결합된 루트부(111)와, 상기 블레이드 유닛(100)을 외측에서 감싸는 케이싱(3)의 내측을 향해 상기 로터(2)의 반경 방향으로 연장된 상기 단위 블레이드(110)의 단부에 형성된 팁부(112)와, 상기 루트부(111)에서 상기 팁부(112)를 향해 연장된 단위 블레이드(110)의 선단부에 형성된 리딩 엣지(113)와, 상기 로터(2)의 축 방향으로 연장된 단위 블레이드(110)의 후단부에 형성된 트레일링 엣지(114) 및 상기 루트부(111)에서 상기 팁부(112)에 이르는 상기 리딩 엣지(113)의 연장된 연장구간의 중간에서 상기 루트부(111)와 상기 팁부(112)를 향해 경사진 경사구간(S)이 형성된다.

본 실시 예는 터빈의 압축기 유닛에 구비된 블레이드 유닛(100)으로 상기 압축기 유닛은 내부에 제1단부터 제N 단 까지 구성되고, 각각의 개별단에 다수개의 단위 블레이드가 로터(2)의 원주 방향으로 다수개가 배치되어 있다.

그리고 상기 경사구간(S)은 상기 연장구간의 중간에서 상기 루트부(111)와 상기 팁부(112)를 향해 제1 길이(L1)로 연장된 제1구간(A1)과, 상기 제1 구간(A1)에서 상기 루트부(111)를 향해 경사진 제1 경사 구간(S1)과, 상기 제1 구간(A1)에서 상기 팁부를 향해 경사진 제2 경사 구간(S2)을 포함한다.

본 실시 예는 제1 구간(A1)이 직선으로 연장되거나, 상기 제1 경사 구간(S1)과 제2 경사 구간(S2)을 향해 특정 각도로 경사지게 연장될 수 있다.

상기 제1 구간(A1)이 직선으로 연장될 경우보다는 상기 제1,2 경사 구간(S1, S2)을 향해 소정의 각도로 경사지게 연장될 경우 상기 제1,2 경사 구간(S1, S2)으로 연장된 구간을 경유하는 유체의 이동 흐름이 안정화될 수 있다.

도면을 참조하여 종래의 단위 블레이드와 본 발명에 의한 단위 블레이드의 단면을 잘라서 코드방향 거리 (distance along the chord)에 따른 마하수를 비교 실험한 데이터를 참조하여 설명한다.

첨부된 도 6을 참조하면, 종래 기술은 도 1의 A-A'선 단면도에 따른 코드방향 거리 (distance along the chord)와 마하수의 상관 관계를 도시한 그래프이고, 본 발명은 도 3의 A-A선 단면도에 따른 코드방향 거리 (distance along the chord)와 마하수의 상관 관계를 도시한 그래프이 이다. 참고로 X축은 코드방향 거리 (distance along the chord)이고, Y축은 마하수를 나타낸 것이다.

종래 기술을 살펴보면 유체가 리딩엣지(113)과 최초 접촉한 후에 흡입면(110b) 쪽에서만 과하게 가속 된 모습을 (리딩엣지 근처에서 Y축, 마하수 1 이상) 확인 가능한데, 이는 유체의 입사각과 블레이드의 받음각이 적절하지 않다는 것을 의미한다. 본 치우침이 조금 더 심해지게 될 경우, 블레이드에 실속(stall)이 발생하여 압축기는 제 기능을 할 수 없게 된다.

반면, 본 발명은 유체가 리딩엣지(113)과 최초 접촉한 후의 흡입면(110b) 및 압력면(110a) 속도가 적절히 균형이 맞음을 알 수 있다. 이는 유체의 입사각과 블레이드의 받음각이 적절하다는 것을 의미하며, 이를 통해 본 블레이드는 다른 블레이드에 비해 더 높은 효율, 더 넓은 서지 마진을 갖게 된다. 서지마진이 향상되면 가스터빈 시동시간 단축이 가능하고, 여름 및 겨울철에 더욱 더 안정적인 구동을 할 수 있다.

서지 마진은 서지가 일어나지 않는 입사각의 범위를 나타내며, 상기 서지마진이 넓다는 것은 루트부(111)의 넓이가 넓게 구성된 것을 의미한다.

예를 들어 상기 루트부(111)가 압축기에 구비될 경우 보다 넓은 입사각의 범위에서 운전이 가능할 수 있다.

서지마진이 높다는 것은 단순히 유량이 증가한다는 뜻이 아니라 다양한 유량조건에서 보다 안정적인 압축기 운전이 가능해진다.

또한 서지 마진이 높으면 압축기의 운전범위가 넓은 것이므로, 상기 압축기를 정지상태에서 기동할 때 보다 빠른 시간 안에 시동이 가능해진다.

예를 들어 압축기가 구비된 가스터빈을 더운 여름이나 추운 겨울에 작동시킬 경우 공기의 밀도가 바뀌어 유량 및 압력비가 변하게 된다. 이 때 목표 압력 및 유량을 맞추기 위해 압축기 회전속도를 조절하게 되는데, 압축기 서지 마진이 높으면 여름 또는 겨울과 같은 날씨 조건에서도 안정적으로 압축기 운전이 가능해진다.

본 발명은 유체가 리딩엣지(113)과 최초 접촉한 후에 마하수의 이동 궤적을 살펴보면 0.9의 위치까지 이동되었다가 흡입면(110b)과 압력변(110a)의 표면을 따라 트레일링 엣지(114)까지 이동하는 것을 알 수 있다.

이 경우 본 발명은 마하수의 이동 궤적이 랜덤하게 분포되지 않고 리딩 엣지(113) 주변에 집중되어 분포되는 것을 알 수 있는데, 상기 다수개의 단위 블레이드(110)가 회전되는 조건에서 공급된 유체가 상기 리딩 엣지(113) 주변에 존재하는 공기 분자와 충돌이 발생된다.

상기 리딩 엣지(113) 또는 단위 블레이드 주변에에 존재하는 공기 분자들은 충돌된 공기 분자들과 충돌로 인해 압력교란이 발생되고 이는 파형(wave)을 형성시켜 리딩 엣지(113) 또는 압력면(110a)과 흡입면(110b)에 위치된 공기 분자들에 영향을 미칠 수 있다.

본 발명은 단위 블레이드가 회전시 발생되는 유체 역학적인 특징을 고려하여 리딩 엣지(113) 또는 압력면(110a)과 흡입면(110b)을 따라 이동하는 유체의 안정적인 이동을 도모하고 불필요한 충격으로 인한 파형 발생을 최소화 할 수 있다.

또한 마하수의 분포 상태에 도시된 바와 같이 단위 블레이드의 표면을 따라 유체의 이동 흐름이 유발되어 서지 마진의 향상과 효율 증대를 도모할 수 있다.

이에 반해 도 2의 단위 종래 기술에 도시된 단위 블레이드(10)는 리딩 에지(13)가 형성된 곳의 마하수가 1.5까지 이동했다가 0.8 위치까지 하강하는 것을 알 수 있다.

또한 상기 리딩 엣지(13) 위치에서 마하수의 분포가 상당이 랜덤하게 분포되고 마하수의 크기도 서로 간에 상당히 차이가 발생되는 것을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명과 종래기술을 서로 비교해 볼 때 본 발명은 전술한 경사구간(S)의 변화를 통해 종래 기술의 직선으로 연장된 경사 구간(S')과 상이한 작용 효과를 유발하고 이로 인한 차이점도 현저하게 나타나는 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 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.

2 : 로터
3 : 케이싱
100 : 블레이드 유닛
110 : 단위 블레이드
110a : 압력면
110b : 흡입면
111 : 루트부
112 : 팁부
113 : 리딩 엣지
114 : 트레일링 엣지
S : 경사구간
S1 : 제1 경사구간
S2 : 제2 경사구간
A1 : 제1 구간

Claims

로터의 원주 방향을 따라 다수개의 단위 블레이드가 구비된 블레이드 유닛으로서,
상기 단위 블레이드는 로터에 결합된 루트부;
상기 블레이드 유닛을 외측에서 감싸는 케이싱의 내측을 향해 상기 로터의 반경 방향으로 연장된 상기 단위 블레이드의 단부에 형성된 팁부;
상기 루트부에서 상기 팁부를 향해 연장된 단위 블레이드의 선단부에 형성된 리딩 엣지;
상기 로터의 축 방향으로 연장된 단위 블레이드의 후단부에 형성된 트레일링 엣지; 및
상기 루트부에서 상기 팁부에 이르는 상기 리딩 엣지의 연장된 연장구간의 중간에서 상기 루트부와 상기 팁부를 향해 경사진 경사구간이 형성되되,
상기 경사구간은
상기 단위 블레이드의 중간에서 상기 루트부 방향으로 제1 경사각으로 경사진 제1 경사 구간; 및
상기 단위 블레이드의 중간에서 상기 팁부를 향해 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 구간;을 포함하되,
상기 제1 경사각은 2도~ 10도 사이의 각도 중 어느 한 각도이고, 상기 제2 경사각은 2도~ 10도 사이의 각도 중 어느 한 각도이며,
상기 단위 블레이드의 전체 길이를 L이라 할 때, 상기 제1 경사 구간은 상기 팁부에서 2L/3위치에서부터 상기 루트부를 향해 경사지며, 상기 제2 경사 구간은 상기 팁부에서 L/3위치에 이르는 구간에서부터 상기 팁부를 향해 경사진 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
제1 항에 있어서,
상기 경사구간은 상기 루트부와 상기 팁부를 향해 연장된 구간이 각각 서로 다른 방향으로 휘어진 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제1 경사 구간과 상기 제2 경사 구간은 서로 다른 길이로 연장된 터빈 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 경사 구간과 상기 제2 경사 구간은 서로 동일 길이로 연장된 터빈 장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제1 경사 구간과 상기 제2 경사 구간은 서로 상이한 경사 각도로 경사진 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제2 경사 구간은 상기 제1 경사 구간 보다 경사 각도가 크게 경사진 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 경사 구간은 상기 단위 블레이드의 압력면을 향해 경사진 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제2 경사 구간은 상기 단위 블레이드의 흡입면을 향해 경사진 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 단위 블레이드는 터빈의 압축기 유닛에 구비된 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
제16 항에 있어서,
상기 압축기 유닛은 가스 터빈 또는 스팀 터빈 중의 어느 한 터빈에 선택적으로 사용되거나, 모두 사용 가능한 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
터빈의 압축기 유닛에 구비되고 로터의 원주 방향을 따라 다수개의 단위 블레이드가 구비된 블레이드 유닛으로서,
상기 단위 블레이드는 로터에 결합된 루트부;
상기 블레이드 유닛을 외측에서 감싸는 케이싱의 내측을 향해 상기 로터의 반경 방향으로 연장된 상기 단위 블레이드의 단부에 형성된 팁부;
상기 루트부에서 상기 팁부를 향해 연장된 단위 블레이드의 선단부에 형성된 리딩 엣지;
상기 로터의 축 방향으로 연장된 단위 블레이드의 후단부에 형성된 트레일링 엣지; 및
상기 루트부에서 상기 팁부에 이르는 상기 리딩 엣지의 연장된 연장구간의 중간에서 상기 루트부와 상기 팁부를 향해 경사진 경사구간이 형성되되,
상기 경사구간은 상기 연장구간의 중간에서 상기 루트부와 상기 팁부를 향해 제1 길이(L1)로 연장된 제1 구간;
상기 제1 구간에서 상기 루트부를 향해 제1 경사각으로 경사진 제1 경사 구간; 및
상기 제1 구간에서 상기 팁부를 향해 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 구간;을 포함하되,
상기 제1 경사각은 2도~ 10도 사이의 각도 중 어느 한 각도이고, 상기 제2 경사각은 2도~ 10도 사이의 각도 중 어느 한 각도이며,
상기 단위 블레이드의 전체 길이를 L이라 할 때, 상기 제1 경사 구간은 상기 팁부에서 2L/3위치에서부터 상기 루트부를 향해 경사지며, 상기 제2 경사 구간은 상기 팁부에서 L/3위치에 이르는 구간에서부터 상기 팁부를 향해 경사진 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
제18 항에 있어서,
상기 단위 블레이드의 최대 두께의 위치는 상기 리딩 엣지에서 상기 트레일링 엣지 사이의 길이를 L이라 할 때 상기 리딩 엣지를 기준으로 L/5위치인 터빈 장치.