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KR20240086413A - 씰조립체를 구비하는 터빈 베인, 터빈 및 이를 포함하는 터보 머신 - Google Patents

씰조립체를 구비하는 터빈 베인, 터빈 및 이를 포함하는 터보 머신 Download PDF

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Publication number
KR20240086413A
KR20240086413A KR1020220171928A KR20220171928A KR20240086413A KR 20240086413 A KR20240086413 A KR 20240086413A KR 1020220171928 A KR1020220171928 A KR 1020220171928A KR 20220171928 A KR20220171928 A KR 20220171928A KR 20240086413 A KR20240086413 A KR 20240086413A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
seal member
turbine
slot
turbine vane
seal
Prior art date
Application number
KR1020220171928A
Other languages
English (en)
Inventor
이혁희
Original Assignee
두산에너빌리티 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산에너빌리티 주식회사 filed Critical 두산에너빌리티 주식회사
Priority to KR1020220171928A priority Critical patent/KR20240086413A/ko
Priority to US18/529,941 priority patent/US20240191632A1/en
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Abstract

본 발명의 터빈 베인은, 에어포일부와 에어포일부의 반경방향 양단에 일체로 형성되는 플랫폼부를 포함하는 터빈 베인에 있어서, 상기 터빈 베인은 원주방향으로 분할된 복수의 세그먼트로 구성되고, 두 세그먼트의 상기 플랫폼부의 마주보는 측면에 형성된 슬롯에 삽입되는 씰조립체를 포함하며,
상기 씰조립체는 원주방향에 대해 소정 각도로 장착되는 제1씰부재와, 상기 제1씰부재에 결합되고 원주방향으로 곡면을 이루도록 절곡되는 제2씰부재와, 상기 슬롯에 축방향으로 교체가능하게 삽입되며, 상기 제2씰부재에 의해 탄성적으로 지지되어 고정되는 제3씰부재를 포함한다.

Description

씰조립체를 구비하는 터빈 베인, 터빈 및 이를 포함하는 터보 머신{Turbine vane having a seal assembly, turbine and turbomachine comprising the same}
본 발명은 씰조립체를 구비하는 터빈 베인, 터빈 및 이를 포함하는 터보 머신에 관한 것이다.
터보 머신이란 증기, 가스와 같은 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 동력을 얻는 기계장치이다. 터보 머신은 증기를 이용하는 증기 터빈, 고온의 연소 가스를 이용하는 가스 터빈 등의 다양한 형태가 있다. 일반적으로 터보 머신은 동력을 발생시키기 위해 로터를 구비한 터빈을 포함한다. 터빈에는 고온의 유체가 유입되는데, 이러한 고온의 유체는 터빈의 수명에 영향을 미친다. 이러한 문제를 해결하기 위해 터빈을 냉각하는 것은 매우 중요한 기술이다.
예를 들어, 가스 터빈의 경우, 터빈을 냉각하기 위해 압축기에서 압축된 공기의 일부를 터빈으로 유입시키는 방식을 사용하기도 한다. 압축기로부터 유입된 압축 공기는 터빈의 내부를 순환하면서 터빈을 냉각시킨다. 이러한 냉각 과정에서 압축 공기가 터빈 디스크들 사이에서 누설되는 것을 방지하기 위해 밀폐부재가 사용된다.
밀폐부재는 터빈의 동작 과정에서 로터의 회전 등에 따른 진동이나 충격에 의해 파손될 수 있으며, 파손되는 경우에는 수리 또는 교체해야 한다. 따라서 밀폐부재 설계시, 쉽게 파손되지 않으며 파손되는 경우에도 수리 또는 교체를 편리하게 할 수 있도록 하는 것이 필요하다.
터빈에는 복수의 터빈 베인과 터빈 블레이드가 다단으로 장착되며, 각 터빈 베인은 원주방향으로 분할된 복수의 세그먼트로 구성된다. 터빈 베인의 두 세그먼트 사이에는 금속 밀폐부재가 삽입되어 냉각 공기가 누설되는 것을 방지한다.
그런데, 종래의 밀폐부재는 고정체인 터빈 베인의 세그먼트 부품들을 분해하고 밀폐부재를 세그먼트 사이에 장착한 다음 부품들을 조립하는 번거로움이 있었다.
미국 특허공보 제5154577호(1992.10.13. 등록)
본 발명은 고정체인 터빈 베인의 세그먼트 부품들을 분해하지 않고도 씰조립체를 세그먼트 사이에 삽입하여 쉽게 조립할 수 있는 터빈 베인, 터빈 및 이를 포함하는 터보 머신을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터빈 베인은, 에어포일부와 에어포일부의 반경방향 양단에 일체로 형성되는 플랫폼부를 포함하는 터빈 베인에 있어서, 상기 터빈 베인은 원주방향으로 분할된 복수의 세그먼트로 구성되고, 두 세그먼트의 상기 플랫폼부의 마주보는 측면에 형성된 슬롯에 삽입되는 씰조립체를 포함하며,
상기 씰조립체는 원주방향에 대해 소정 각도로 장착되는 제1씰부재와, 상기 제1씰부재에 결합되고 원주방향으로 곡면을 이루도록 절곡되는 제2씰부재와, 상기 슬롯에 축방향으로 교체가능하게 삽입되며, 상기 제2씰부재에 의해 탄성적으로 지지되어 고정되는 제3씰부재를 포함한다.
상기 제1씰부재와 제2씰부재는 상기 제3씰부재의 양단부에 한 쌍이 구비될 수 있다.
상기 제2씰부재는 상기 제1씰부재에 결합되는 결합부와, 상기 결합부에서 연장, 절곡되어 상기 제3씰부재를 눌러 고정하는 탄성지지부를 포함할 수 있다.
상기 제2씰부재의 결합부는 상기 제1씰부재에 용접되어 결합될 수 있다.
상기 제2씰부재의 탄성지지부는 반경방향으로 볼록한 곡면 형태로 형성되고, 상기 슬롯에 삽입되는 상기 제3씰부재에 의해 상기 탄성지지부의 곡률반경이 커지도록 탄성적으로 변형될 수 있다.
상기 제2씰부재는 상기 제3씰부재의 절반 이하의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 제3씰부재는 상기 슬롯에 그 길이방향 일측에서 슬라이딩되어 삽입될 수 있다.
본 발명의 터빈은, 내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈에 있어서, 상기 터빈 베인은 에어포일부와 에어포일부의 반경방향 양단에 일체로 형성되는 플랫폼부를 포함하고, 상기 터빈 베인은 원주방향으로 분할된 복수의 세그먼트로 구성되며, 두 세그먼트의 상기 플랫폼부의 마주보는 측면에 형성된 슬롯에 삽입되는 씰조립체를 포함하고,
상기 씰조립체는 원주방향에 대해 소정 각도로 장착되는 제1씰부재와, 상기 제1씰부재에 결합되고 원주방향으로 곡면을 이루도록 절곡되는 제2씰부재와, 상기 슬롯에 축방향으로 교체가능하게 삽입되며, 상기 제2씰부재에 의해 탄성적으로 지지되어 고정되는 제3씰부재를 포함한다.
상기 제1씰부재와 제2씰부재는 상기 제3씰부재의 양단부에 한 쌍이 구비될 수 있다.
상기 제2씰부재는 상기 제1씰부재에 결합되는 결합부와, 상기 결합부에서 연장, 절곡되어 상기 제3씰부재를 눌러 고정하는 탄성지지부를 포함할 수 있다.
상기 제2씰부재의 결합부는 상기 제1씰부재에 용접되어 결합될 수 있다.
상기 제2씰부재의 탄성지지부는 반경방향으로 볼록한 곡면 형태로 형성되고, 상기 슬롯에 삽입되는 상기 제3씰부재에 의해 상기 탄성지지부의 곡률반경이 커지도록 탄성적으로 변형될 수 있다.
상기 제2씰부재는 상기 제3씰부재의 절반 이하의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 제3씰부재는 상기 슬롯에 그 길이방향 일측에서 슬라이딩되어 삽입될 수 있다.
본 발명의 터보 머신은, 외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및 내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈을 포함하며, 상기 터빈 베인은 에어포일부와 에어포일부의 반경방향 양단에 일체로 형성되는 플랫폼부를 포함하고, 상기 터빈 베인은 원주방향으로 분할된 복수의 세그먼트로 구성되며, 두 세그먼트의 상기 플랫폼부의 마주보는 측면에 형성된 슬롯에 삽입되는 씰조립체를 포함하고,
상기 씰조립체는 원주방향에 대해 소정 각도로 장착되는 제1씰부재와, 상기 제1씰부재에 결합되고 원주방향으로 곡면을 이루도록 절곡되는 제2씰부재와, 상기 슬롯에 축방향으로 교체가능하게 삽입되며, 상기 제2씰부재에 의해 탄성적으로 지지되어 고정되는 제3씰부재를 포함한다.
상기 제1씰부재와 제2씰부재는 상기 제3씰부재의 양단부에 한 쌍이 구비될 수 있다.
상기 제2씰부재는 상기 제1씰부재에 용접되어 결합되는 결합부와, 상기 결합부에서 연장, 절곡되어 상기 제3씰부재를 눌러 고정하는 탄성지지부를 포함할 수 있다.
상기 제2씰부재의 탄성지지부는 반경방향으로 볼록한 곡면 형태로 형성되고, 상기 슬롯에 삽입되는 상기 제3씰부재에 의해 상기 탄성지지부의 곡률반경이 커지도록 탄성적으로 변형될 수 있다.
상기 제2씰부재는 상기 제3씰부재의 절반 이하의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 제3씰부재는 상기 슬롯에 그 길이방향 일측에서 슬라이딩되어 삽입될 수 있다.
상기한 본 발명의 씰조립체를 구비하는 터빈 베인, 터빈 및 이를 포함하는 터보 머신에 의하면, 고정체인 터빈 베인의 세그먼트 부품들을 분해하지 않고도 씰조립체를 세그먼트 사이에 삽입하여 쉽게 조립할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 머신의 일부를 절개한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 머신의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인과 씰조립체를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 씰조립체에서 제3씰부재가 슬롯에 완전히 삽입되기 전의 형태를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 씰조립체에서 제3씰부재가 슬롯에 완전히 삽입된 후의 형태를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 발명의 씰조립체에서 제3씰부재가 슬롯에 완전히 삽입되어 조립된 형태를 개념적으로 나타내는 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.
본 발명에서 터보 머신은 증기 터빈과 가스 터빈을 포함하는 다양한 장치가 될 수 있다. 이하에서 터보 머신이 가스 터빈인 경우에 대하여 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 머신의 일부를 절개한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 머신의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인과 씰조립체를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 머신(100)은 압축기(110), 연소기(120), 터빈(130), 하우징(140), 디퓨져(150)를 포함한다. 압축기(110)는 외부 공기를 흡입 및 압축하여 연소기(120)로 보낸다. 연소기(120)는 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시켜 연소 가스를 발생시킨다. 터빈(130)에서는 연소 가스가 터빈 로터(135)를 회전시켜 동력을 발생시킨다. 터보 머신(100)의 외관은 하우징(140)에 의해 결정된다. 하우징(140)의 후방에는 터빈(130)을 통과한 연소 가스가 배출되는 디퓨져(150)가 위치한다.
압축기(110)는 흡입된 공기가 압축될 수 있도록 전단(Front-stage)에서 후단(Rear-stage) 측으로 갈수록 내부공간이 줄어드는 구조이다. 압축기(110)는 압축기 케이싱을 구비하며, 압축기 케이싱 내부에는 압축기 로터와 압축기 베인이 위치한다.
압축기 로터는 복수의 압축기 디스크(111)와 복수의 압축기 블레이드(112)를 포함한다. 복수의 압축기 디스크(111)는 중심부가 타이로드(170)에 의해 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬된다. 타이로드(170)에 의해 각각의 압축기 디스크(111)들은 축 방향으로 이격되지 않는다. 인접하는 각각의 압축기 디스크(111)는 대향하는 면이 타이로드(170)에 의해 압착되어, 서로 상대적인 회전을 할 수 없도록 배치된다.
압축기 디스크(111)의 외주면에는 복수의 압축기 블레이드(112)가 방사상으로 결합된다. 각각의 블레이드(112)는 도브테일부를 구비하여 압축기 디스크(111)에 체결된다. 압축기 블레이드(112)의 사이에는, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때 압축기 케이싱의 내주면에 환상으로 설치되는 복수의 압축기 베인이 각각 배치된다. 압축기 베인은 압축기 디스크(111)와는 달리 회전하지 않도록 고정된 상태를 유지하며, 압축기 블레이드(112)를 통과한 압축공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 압축기 블레이드(112)로 압축공기를 안내한다.
타이로드(170)는 복수의 압축기 디스크(111)와 터빈 디스크(1110)의 중심부를 관통하도록 배치되며, 일단은 압축기(110)의 최전단부 측에 위치한 압축기 디스크(111) 내에 체결되고, 타단은 고정너트(171)에 의해 체결된다.
타이로드(170)는 터보 머신(100)에 따라 다양한 형태가 될 수 있다. 예를 들어, 타이로드(170)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 타이로드(170)가 압축기 디스크(111)와 터빈 디스크(1110)의 중앙부를 관통하는 형태가 될 수 있으며, 복수의 타이로드(170)가 원주상으로 배치되는 형태가 될 수도 있으며, 이들을 혼용한 형태가 될 수도 있다.
압축기(110)에는 연소기(120) 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계값으로 조정하기 위하여 가이드 역할을 하는 디스월러(desworler)가 설치될 수 있다.
압축기(110)에서 압축된 공기는 연소기(120)로 이동한다. 연소기(120)는 셀 형태로 형성되는 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있다. 연소기(120)는 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(burner), 연소실을 형성하는 연소기 라이너(combuster Liner), 연소기(120)와 터빈(130)의 연결부가 되는 트랜지션 피스(transition Piece)를 구비할 수 있다.
라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 라이너는 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다.
라이너의 전단에는 연료노즐이 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합된다. 라이너의 후단에는 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다.
트랜지션피스는 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다. 이를 위해 트랜지션피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.
라이너의 환형공간에는 트랜지션피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리부에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.
연소기(120)에서 발생된 고온, 고압의 연소가스는 터빈(130)으로 공급된다. 터빈(130)으로 공급된 고온 고압의 연소가스는 터빈(130)의 내부를 통과하면서 팽창되고, 이에 따라 터빈 블레이드(137)에 충동 및 반동력을 가하여 회전 토크가 발생되도록 한다. 발생된 회전 토크는 발전기를 구동하는데 사용된다. 회전 토크의 일부는 토크튜브(160)를 거쳐 압축기(110)로 전달되어 압축기(110) 구동에 필요한 동력으로 사용될 수도 있다.
터빈(130)은 복수의 터빈 로터(135)를 구비한다. 터빈 로터(135)는 터빈 디스크(136)와, 터빈 디스크(136)로부터 방사상으로 배치되는 복수의 터빈 블레이드(137)를 구비한다. 터빈 디스크(136)와 복수의 터빈 블레이드(137)는 연소가스의 유동방향을 따라 복수개가 서로 이격되도록 배치되는 다단(Multi-stage)의 구조로 배치된다. 터빈 블레이드(137)의 사이에는 동일한 단을 기준으로 하였을 때 터빈 케이싱(131)에 환상으로 설치되는 복수의 터빈 베인(1000)이 구비된다. 터빈 베인(1000)은 터빈 블레이드(137)를 통과한 연소가스의 유동방향을 안내한다.
터빈 블레이드(137)는 고온 고압의 연소 가스와 직접 접촉하게 된다. 연소가스에 의해 터빈 블레이드(137)가 변형될 수 있으며, 터빈 블레이드(137)의 변형에 의해 터빈(130)이 파손될 수도 있다. 이러한 고온에 의한 변형을 방지하기 위해 압축기(110)와 터빈(130)의 사이에는 연소 가스보다 상대적으로 온도가 낮은 압축기(110) 내부의 공기 일부를 분기시켜 터빈 블레이드(137)로 공급하는 분기유로(180)가 형성될 수 있다.
분기유로(180)는 압축기 케이싱 외부로 형성하거나, 압축기 디스크(111)를 관통하여 내부로 형성될 수 있다. 분기유로(180)는 압축기(110)로부터 분기된 압축공기를 터빈 디스크(136)의 내부로 공급한다. 터빈 디스크(136)의 내부로 공급된 압축공기는 반경방향 외측으로 흐르게 되며, 터빈 블레이드(137)의 내부로 공급되어 터빈 블레이드(137)를 냉각시킨다. 이때, 터빈 디스크(136)의 내측에는 압축공기가 존재하며 외측에는 연소가스가 존재한다. 따라서 인접하는 터빈 디스크(136)와 터빈 디스크(136)의 사이를 밀폐할 필요가 있으며, 이를 위해 금속 밴드 형태의 밀폐부재가 사용된다.
터빈 베인(1000)은 에어포일부(1200)와 에어포일부의 반경방향 양단에 일체로 형성되는 플랫폼부(1100)를 포함할 수 있다. 터빈 베인(1000)은 터빈 블레이드(137)와 달리 회전되지 않는 고정체로서, 터빈 블레이드(137)를 지나가는 연소 가스를 안내하는 에어포일부(1200)와 에어포일부의 반경방향 양단에 일체로 형성되는 한 쌍의 플랫폼부(1100)를 포함할 수 있다.
터빈 베인(1000)은 하나 이상의 에어포일부(1200)마다 플랫폼부(1100)가 원주방향으로 분할되어 복수의 세그먼트로 구성될 수 있다.
원주방향으로 대향하는 두 세그먼트의 플랫폼부(1100)의 마주보는 측면에는 한 쌍의 슬롯(1110)이 형성되고, 이 한 쌍의 슬롯(1110)에 본 발명의 씰조립체(1300)가 삽입되어 장착될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 씰조립체(1300)는 원주방향에 대해 소정 각도로 장착되는 제1씰부재(1400)와, 제1씰부재에 결합되고 원주방향으로 곡면을 이루도록 절곡되는 제2씰부재(1500)와, 슬롯(1110)에 축방향으로 교체가능하게 삽입되며, 제2씰부재에 의해 탄성적으로 지지되어 고정되는 제3씰부재(1600)를 포함할 수 있다.
터빈 베인(1000)의 플랫폼부(1100) 측면에는 제1씰부재(1400)와 제2씰부재(1500)와 제3씰부재(1600)가 삽입되는 형태에 대응하여 슬롯(1110)이 형성될 수 있다. 즉, 슬롯(1110)은 대체로 원주방향 슬롯부와 그 양단부 가까이에서 연결되는 한 쌍의 반경방향 슬롯부를 포함할 수 있다.
제1씰부재(1400)는 대체로 반경방향에 가까운 각도로 배치될 수 있다.
제2씰부재(1500)는 중간부가 절곡되어 형성되며, 일측부가 제1씰부재(1400)에 결합되고 타측부가 절곡되어 제3씰부재(1600)에 접촉하도록 배치될 수 있다.
제3씰부재(1600)는 직선형의 금속 밴드 형태로 형성되며, 슬롯(1110)에 일단에서 타단으로 원주방향으로 삽입하여 장착할 수 있다.
제1씰부재(1400)와 제2씰부재(1500)는 제3씰부재(1600)의 양단부에 한 쌍이 구비될 수 있다. 한 쌍의 제1씰부재(1400)와 제2씰부재(1500)는 후술하는 바와 같이, 서로 다른 모양으로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 씰조립체에서 제3씰부재가 슬롯에 완전히 삽입되기 전의 형태를 개념적으로 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 씰조립체에서 제3씰부재가 슬롯에 완전히 삽입된 후의 형태를 개념적으로 나타내는 단면도이며, 도 6은 발명의 씰조립체에서 제3씰부재가 슬롯에 완전히 삽입되어 조립된 형태를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
제1씰부재(1400)는 대체로 원주방향으로 배치되는 밴드 형태의 본체부(1410)와, 본체부의 폭방향 외측으로 연장되어 형성되는 연장부(1420)를 포함할 수 있다. 본체부(1410)와 연장부(1420)는 각각 직선형 금속 밴드 형태로 형성되되 서로 소정 각도를 이루도록 연결될 수 있다.
제2씰부재(1500)는 제1씰부재(1400)에 결합되는 결합부(1510)와, 결합부에서 연장, 절곡되어 제3씰부재(1600)를 눌러 고정하는 탄성지지부(1520)를 포함할 수 있다.
결합부(1510)는 직선형 밴드 형태로 형성되어 제1씰부재(1400)의 본체부(1410)의 하부 내측면에 결합될 수 있다. 결합부(1510)는 본체부(1410)에 복수의 나사로 체결되거나 용접되어 결합될 수 있다.
탄성지지부(1520)는 결합부(1510)의 하단에서 일체로 연장되어 형성되되, 일정한 곡률반경 또는 점점 커지는 곡률반경을 가진 곡면 밴드 형태로 형성될 수 있다. 탄성지지부(1520)는 삽입되는 제3씰부재(1600)에 의해 탄성 변형되고 그 복원력에 의해 제3씰부재(1600)를 눌러서 고정하고 그 사이의 틈을 밀폐할 수 있다.
제2씰부재(1500)의 결합부(1510)는 제1씰부재(1400)의 본체부(1410)에 용접되어 결합되는 것이 바람직하다. 결합부(1510)는 본체부(1410)에 여러 곳에서 점용접 또는 선용접함으로써 결합될 수 있다. 도 4 및 도 5에서 결합부(1510)와 본체부(1410)에 걸쳐서 형성된 동그라미는 용접 부위를 나타낸다.
제2씰부재(1500)의 탄성지지부(1520)는 반경방향으로 볼록한 곡면 형태로 형성되고, 슬롯(1110)에 삽입되는 제3씰부재(1600)에 의해 탄성지지부(1520)의 곡률반경이 커지도록 탄성적으로 변형될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 탄성지지부(1520)는 반경방향 내측으로 볼록한 곡면 밴드 형태로 형성될 수 있다. 탄성지지부(1520)의 선단부는 제3씰부재(1600)를 삽입하면 슬롯(1110)의 상측면에 접촉하게 되므로, 라운드지게 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 제3씰부재(1600)를 삽입하기 전에는 탄성지지부(1520)의 선단부가 슬롯(1110)의 상측면에 접촉하지 않을 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제3씰부재(1600)를 삽입하면 제3씰부재(1600)가 탄성지지부(1520)의 볼록면을 밀게 되고, 이에 따라 탄성지지부(1520)는 그 곡률반경이 커지도록 탄성적으로 변형된다. 탄성 변형된 탄성지지부(1520)는 그 복원력에 의해 제3씰부재(1600)를 누르게 되어, 제3씰부재(1600)를 고정하면서 그 사이에 틈이 발생하지 않도록 할 수 있다.
제2씰부재(1500)는 제3씰부재(1600)의 두께의 절반 이하의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 특히, 제2씰부재(1500)의 탄성지지부(1520)는 탄성 변형되기 때문에, 인장 강도가 큰 금속 소재로 제3씰부재(1600)보다 얇은 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 탄성지지부(1520)는 제3씰부재(1600)에 의해 쉽게 탄성 변형되면서도 상당한 복원력을 가질 수 있도록, 적절한 탄성계수를 갖도록 제작될 수 있다.
한편, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제3씰부재(1600)는 슬롯(1110)에 그 길이방향 일측에서 슬라이딩되어 삽입될 수 있다.
도면에서 좌측의 제2씰부재(1500)는 우측의 제2씰부재(1500)와 다른 형태를 가진 것이 도시되어 있다. 우측의 제2씰부재(1500)는 상술한 바와 같이 결합부(1510)와 탄성지지부(1520)를 구비하지만, 좌측의 제2씰부재(1500)는 결합부와 이 결합부에서 단순히 절곡된 지지부를 구비할 수 있다. 좌측의 제2씰부재(1500)의 지지부는 직선형 밴드 형태로 형성되고, 결합부에 소정 각도로 절곡되어 일체로 형성될 수 있다.
도 3을 기준으로 볼 때, 제3씰부재(1600)는 슬롯(1110)에 좌측에서 우측으로 슬라이딩되어 삽입될 수 있다. 좌측의 제2씰부재(1500)는 지지부의 선단부가 우측으로 배치되어 있기 때문에, 제3씰부재(1600)가 삽입될 때 지지부의 선단부에 간섭되지 않을 수 있다. 또한, 우측의 제2씰부재(1500)는 탄성지지부(1520)의 선단부가 상측으로 휘어져서 배치되어 있기 때문에, 제3씰부재(1600)가 삽입될 때 탄성지지부(1520)의 선단부에 간섭되지 않을 수 있다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 터빈 베인의 슬롯에 씰조립체를 삽입하여 장착할 때 다른 부품들과 간섭되지 않으므로, 부품들을 분해하지 않더라도 씰조립체를 쉽게 장착하여 조립할 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.
100: 터보 머신 110: 압축기
120: 연소기 130: 터빈
131: 터빈 케이싱 135: 터빈 로터
136: 터빈 디스크 137: 터빈 블레이드
140: 하우징 150: 디퓨져
160: 토크튜브 170: 타이로드
180: 분기유로
1000: 터빈 베인
1100: 플랫폼부 1110: 슬롯
1200: 에어포일부
1300: 씰조립체 1400: 제1씰부재
1410: 본체부 1420: 연장부
1500: 제2씰부재 1510: 결합부
1520: 탄성지지부 1600: 제3씰부재

Claims (20)

  1. 에어포일부와 에어포일부의 반경방향 양단에 일체로 형성되는 플랫폼부를 포함하는 터빈 베인에 있어서,
    상기 터빈 베인은 원주방향으로 분할된 복수의 세그먼트로 구성되고,
    두 세그먼트의 상기 플랫폼부의 마주보는 측면에 형성된 슬롯에 삽입되는 씰조립체를 포함하며,
    상기 씰조립체는
    원주방향에 대해 소정 각도로 장착되는 제1씰부재와,
    상기 제1씰부재에 결합되고 원주방향으로 곡면을 이루도록 절곡되는 제2씰부재와,
    상기 슬롯에 축방향으로 교체가능하게 삽입되며, 상기 제2씰부재에 의해 탄성적으로 지지되어 고정되는 제3씰부재를 포함하는 터빈 베인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1씰부재와 제2씰부재는 상기 제3씰부재의 양단부에 한 쌍이 구비되는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2씰부재는
    상기 제1씰부재에 결합되는 결합부와,
    상기 결합부에서 연장, 절곡되어 상기 제3씰부재를 눌러 고정하는 탄성지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2씰부재의 결합부는 상기 제1씰부재에 용접되어 결합되는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2씰부재의 탄성지지부는 반경방향으로 볼록한 곡면 형태로 형성되고,
    상기 슬롯에 삽입되는 상기 제3씰부재에 의해 상기 탄성지지부의 곡률반경이 커지도록 탄성적으로 변형되는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2씰부재는 상기 제3씰부재의 절반 이하의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제3씰부재는 상기 슬롯에 그 길이방향 일측에서 슬라이딩되어 삽입되는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
  8. 내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈에 있어서,
    상기 터빈 베인은 에어포일부와 에어포일부의 반경방향 양단에 일체로 형성되는 플랫폼부를 포함하고,
    상기 터빈 베인은 원주방향으로 분할된 복수의 세그먼트로 구성되며,
    두 세그먼트의 상기 플랫폼부의 마주보는 측면에 형성된 슬롯에 삽입되는 씰조립체를 포함하고,
    상기 씰조립체는
    원주방향에 대해 소정 각도로 장착되는 제1씰부재와,
    상기 제1씰부재에 결합되고 원주방향으로 곡면을 이루도록 절곡되는 제2씰부재와,
    상기 슬롯에 축방향으로 교체가능하게 삽입되며, 상기 제2씰부재에 의해 탄성적으로 지지되어 고정되는 제3씰부재를 포함하는 터빈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1씰부재와 제2씰부재는 상기 제3씰부재의 양단부에 한 쌍이 구비되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2씰부재는
    상기 제1씰부재에 결합되는 결합부와,
    상기 결합부에서 연장, 절곡되어 상기 제3씰부재를 눌러 고정하는 탄성지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2씰부재의 결합부는 상기 제1씰부재에 용접되어 결합되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제2씰부재의 탄성지지부는 반경방향으로 볼록한 곡면 형태로 형성되고,
    상기 슬롯에 삽입되는 상기 제3씰부재에 의해 상기 탄성지지부의 곡률반경이 커지도록 탄성적으로 변형되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2씰부재는 상기 제3씰부재의 절반 이하의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제3씰부재는 상기 슬롯에 그 길이방향 일측에서 슬라이딩되어 삽입되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  15. 외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및
    내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈을 포함하며,
    상기 터빈 베인은 에어포일부와 에어포일부의 반경방향 양단에 일체로 형성되는 플랫폼부를 포함하고,
    상기 터빈 베인은 원주방향으로 분할된 복수의 세그먼트로 구성되며,
    두 세그먼트의 상기 플랫폼부의 마주보는 측면에 형성된 슬롯에 삽입되는 씰조립체를 포함하고,
    상기 씰조립체는
    원주방향에 대해 소정 각도로 장착되는 제1씰부재와,
    상기 제1씰부재에 결합되고 원주방향으로 곡면을 이루도록 절곡되는 제2씰부재와,
    상기 슬롯에 축방향으로 교체가능하게 삽입되며, 상기 제2씰부재에 의해 탄성적으로 지지되어 고정되는 제3씰부재를 포함하는 터보 머신.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1씰부재와 제2씰부재는 상기 제3씰부재의 양단부에 한 쌍이 구비되는 것을 특징으로 하는 터보 머신.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2씰부재는
    상기 제1씰부재에 용접되어 결합되는 결합부와,
    상기 결합부에서 연장, 절곡되어 상기 제3씰부재를 눌러 고정하는 탄성지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 머신.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2씰부재의 탄성지지부는 반경방향으로 볼록한 곡면 형태로 형성되고,
    상기 슬롯에 삽입되는 상기 제3씰부재에 의해 상기 탄성지지부의 곡률반경이 커지도록 탄성적으로 변형되는 것을 특징으로 하는 터보 머신.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제2씰부재는 상기 제3씰부재의 절반 이하의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 머신.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제3씰부재는 상기 슬롯에 그 길이방향 일측에서 슬라이딩되어 삽입되는 것을 특징으로 하는 터보 머신.
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