KR20240097363A - Turbine blade and gas turbine comprising it - Google Patents
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Abstract
블레이트 루트부재에 가해지는 비틀림 응력을 분산시켜서 내구성을 향상시킬 수 있는 터빈 블레이드 및 이를 포함하는 가스 터빈이 개시된다.
개시된 터빈 블레이드는,
에어포일; 에어포일을 고정하는 섕크부; 섕크부 하부에 형성되며, 양측에 도브테일이 형성된 블레이드 루트부재; 블레이드 루트부재의 축방향 양측 중 적어도 어느 하나에 형성되어 블레이트 루트부재에 가해지는 비틀림 응력을 분산시키는 응력분산 그루브;를 포함한다.A turbine blade capable of improving durability by distributing torsional stress applied to the blade root member and a gas turbine including the same are disclosed.
The disclosed turbine blade is,
airfoil; A shank portion that secures the airfoil; A blade root member formed at the lower part of the shank and having dovetails on both sides; It includes a stress distribution groove formed on at least one of both sides of the blade root member in the axial direction to distribute torsional stress applied to the blade root member.
Description
본 발명은 터빈 블레이드 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다. The present invention relates to turbine blades and gas turbines including the same.
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.A turbine is a mechanical device that obtains rotational power through impulse or reaction force using the flow of compressible fluid such as steam or gas. There are steam turbines using steam and gas turbines using high-temperature combustion gas.
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.Among these, the gas turbine largely consists of a compressor, combustor, and turbine. The compressor is provided with an air inlet for introducing air, and a plurality of compressor vanes and compressor blades are alternately arranged within the compressor housing.
연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.The combustor supplies fuel to the compressed air from the compressor and ignites it with a burner, thereby generating high-temperature, high-pressure combustion gas.
터빈은 터빈 케이싱 내에 복수의 터빈 베인과, 터빈 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 또한, 압축기와 연소기와 터빈 및 배기실의 중심부를 관통하도록 로터가 배치되어 있다.The turbine has a plurality of turbine vanes and turbine blades arranged alternately within the turbine casing. Additionally, the rotor is arranged to penetrate the center of the compressor, combustor, turbine, and exhaust chamber.
상기 로터는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고, 상기 로터에 복수의 디스크가 고정되어, 각각의 블레이드가 연결되는 동시에, 배기실측의 단부에 발전기 등의 구동축이 연결된다.Both ends of the rotor are rotatably supported by bearings. Then, a plurality of disks are fixed to the rotor, each blade is connected, and a drive shaft such as a generator is connected to an end on the side of the exhaust chamber.
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.Since these gas turbines do not have a reciprocating mechanism such as the piston of a four-stroke engine, there is no mutual friction such as a piston-cylinder, so the consumption of lubricant is extremely low. The amplitude, which is a characteristic of a reciprocating machine, is greatly reduced, and high-speed movement is possible. There is an advantage.
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.To briefly explain the operation of a gas turbine, air compressed in a compressor is mixed with fuel and burned to produce high-temperature combustion gas, and the resulting combustion gas is injected toward the turbine. As the injected combustion gas passes through the turbine vanes and turbine blades, it generates rotational force, causing the rotor to rotate.
본 발명의 일 측면은 블레이트 루트부재에 가해지는 비틀림 응력을 분산시켜서 내구성을 향상시킬 수 있는 터빈 블레이드 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a turbine blade that can improve durability by distributing torsional stress applied to the blade root member and a gas turbine including the same.
본 발명의 실시예에 따른 터빈 블레이드는,The turbine blade according to an embodiment of the present invention,
에어포일; 에어포일을 고정하는 섕크부; 섕크부 하부에 형성되며, 양측에 도브테일이 형성된 블레이드 루트부재; 블레이드 루트부재의 축방향 양측 중 적어도 어느 하나에 형성되어 블레이트 루트부재에 가해지는 비틀림 응력을 분산시키는 응력분산 그루브;를 포함한다.airfoil; A shank portion that secures the airfoil; A blade root member formed at the lower part of the shank and having dovetails on both sides; It includes a stress distribution groove formed on at least one of both sides of the blade root member in the axial direction to distribute torsional stress applied to the blade root member.
본 발명의 실시예에 따른 터빈 블레이드에 있어서, 도브테일은 블레이드 루트부재의 원주방향 양 측에 형성되고, 반경방향 외측면에 접촉면이 형성되며, 복수개가 반경방향을 따라 순차적으로 배치되고, 응력분산 그루브는 블레이드 루트부재에서 반경방향 최외곽에 배치된 도브테일과 대응하는 높이에 형성될 수 있다.In the turbine blade according to an embodiment of the present invention, the dovetail is formed on both sides of the blade root member in the circumferential direction, a contact surface is formed on the outer surface in the radial direction, a plurality of dovetails are sequentially arranged along the radial direction, and a stress distribution groove is formed. Can be formed at a height corresponding to the dovetail disposed at the outermost radial direction in the blade root member.
본 발명의 실시예에 따른 터빈 블레이드에 있어서, 응력분산 그루브는 원주방향에서 바라볼 때 그 단면이 축방향과 수직인 수직면을 포함할 수 있다.In the turbine blade according to an embodiment of the present invention, the stress distribution groove may include a vertical surface whose cross section is perpendicular to the axial direction when viewed in the circumferential direction.
본 발명의 실시예에 따른 터빈 블레이드에 있어서, 응력분산 그루브는 섕크부의 하단에서부터 함몰되어 형성될 수 있다.In the turbine blade according to an embodiment of the present invention, the stress distribution groove may be formed by being recessed from the bottom of the shank portion.
본 발명의 실시예에 따른 터빈 블레이드에 있어서, 응력분산 그루브는 블레이드 루트부재에서 내측으로 가장 깊게 함몰된 부분이 접촉면과 대응하는 높이에 위치될 수 있다.In the turbine blade according to an embodiment of the present invention, the stress distribution groove may be located at a height where the deepest inward depression in the blade root member corresponds to the contact surface.
본 발명의 실시예에 따른 터빈 블레이드에 있어서, 응력분산 그루브는 블레이드 루트부재의 축방향 양측에 서로 비대칭 형상으로 형성될 수 있다.In the turbine blade according to an embodiment of the present invention, the stress distribution grooves may be formed in an asymmetric shape on both sides of the blade root member in the axial direction.
본 발명의 실시예에 따른 터빈 블레이드에 있어서, 응력분산 그루브는, 반경방향 내측으로 갈수록 블레이드 루트부재의 내측으로 함몰 형성되는 제1 경사면과, 반경방향 외측으로 갈수록 블레이드 루트부재의 내측으로 함몰 형성되는 제2 경사면과, 제1 경사면과 제2 경사면 사이에 형성되는 수직면을 포함하며, 제1 경사면, 수직면, 제2 경사면은 연속적으로 형성될 수 있다.In the turbine blade according to an embodiment of the present invention, the stress distribution groove includes a first inclined surface that is recessed into the inside of the blade root member as it goes radially inward, and a first inclined surface that is recessed into the inside of the blade root member as it goes outward in the radial direction. It includes a second inclined surface and a vertical surface formed between the first inclined surface and the second inclined surface, and the first inclined surface, the vertical surface, and the second inclined surface may be formed continuously.
본 발명의 실시예에 따른 터빈 블레이드에 있어서, 제1 경사면과 제2 경사면은 단면이 곡면 형상을 이룰 수 있다.In the turbine blade according to an embodiment of the present invention, the first inclined surface and the second inclined surface may have a curved cross-section.
본 발명의 실시예에 따른 터빈 블레이드에 있어서, 응력분산 그루브는 블레이드 루트부재의 축방향 길이의 1/20 내지 1/40로 함몰된 깊이로 형성될 수 있다.In the turbine blade according to an embodiment of the present invention, the stress distribution groove may be formed with a recessed depth of 1/20 to 1/40 of the axial length of the blade root member.
본 발명의 실시예에 따른 터빈 블레이드에 있어서, 함몰된 깊이는 응력분산 그루브의 반경방향 폭의 2/5 내지 1/2로 형성될 수 있다.In the turbine blade according to an embodiment of the present invention, the recessed depth may be formed to be 2/5 to 1/2 of the radial width of the stress distribution groove.
본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈은,A gas turbine according to an embodiment of the present invention,
외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈;을 포함한다. 여기서, 터빈 블레이드는, 에어포일; 에어포일을 고정하는 섕크부; 섕크부 하부에 형성되며, 양측에 도브테일이 형성된 블레이드 루트부재; 블레이드 루트부재의 축방향 양측 중 적어도 어느 하나에 형성되어 블레이트 루트부재에 가해지는 비틀림 응력을 분산시키는 응력분산 그루브;를 포함한다.A compressor that takes in outside air and compresses it; A combustor that mixes fuel with the air compressed by the compressor and combusts it; It includes a turbine in which turbine blades and turbine vanes are mounted inside, and the turbine blades rotate by combustion gas discharged from the combustor. Here, the turbine blade is an airfoil; A shank portion that secures the airfoil; A blade root member formed at the lower part of the shank and having dovetails on both sides; It includes a stress distribution groove formed on at least one of both sides of the blade root member in the axial direction to distribute torsional stress applied to the blade root member.
본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 도브테일은 블레이드 루트부재의 원주방향 양 측에 형성되고, 반경방향 외측면에 접촉면이 형성되며, 복수개가 반경방향을 따라 순차적으로 배치되고, 응력분산 그루브는 블레이드 루트부재에서 반경방향 최외곽에 배치된 도브테일과 대응하는 높이에 형성될 수 있다.In the gas turbine according to an embodiment of the present invention, the dovetail is formed on both sides of the blade root member in the circumferential direction, a contact surface is formed on the outer surface in the radial direction, a plurality of dovetails are sequentially arranged along the radial direction, and a stress distribution groove is formed. Can be formed at a height corresponding to the dovetail disposed at the outermost radial direction in the blade root member.
본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 응력분산 그루브는 원주방향에서 바라볼 때 그 단면이 축방향과 수직인 수직면을 포함할 수 있다.In the gas turbine according to an embodiment of the present invention, the stress distribution groove may include a vertical surface whose cross section is perpendicular to the axial direction when viewed in the circumferential direction.
본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 응력분산 그루브는 섕크부의 하단에서부터 함몰되어 형성될 수 있다.In the gas turbine according to an embodiment of the present invention, the stress distribution groove may be formed by being recessed from the bottom of the shank portion.
본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 응력분산 그루브는 블레이드 루트부재에서 내측으로 가장 깊게 함몰된 부분이 접촉면과 대응하는 높이에 위치될 수 있다.In the gas turbine according to an embodiment of the present invention, the stress distribution groove may be located at a height where the deepest inward depression in the blade root member corresponds to the contact surface.
본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 응력분산 그루브는 블레이드 루트부재의 축방향 양측에 서로 비대칭 형상으로 형성될 수 있다.In the gas turbine according to an embodiment of the present invention, the stress distribution grooves may be formed in an asymmetric shape on both sides of the blade root member in the axial direction.
본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 응력분산 그루브는, 반경방향 내측으로 갈수록 블레이드 루트부재의 내측으로 함몰 형성되는 제1 경사면과, 반경방향 외측으로 갈수록 블레이드 루트부재의 내측으로 함몰 형성되는 제2 경사면과, 제1 경사면과 제2 경사면 사이에 형성되는 수직면을 포함하며, 제1 경사면, 수직면, 제2 경사면은 연속적으로 형성될 수 있다.In the gas turbine according to an embodiment of the present invention, the stress distribution groove has a first inclined surface that is recessed into the inside of the blade root member as it goes radially inward, and a first inclined surface that is recessed into the inside of the blade root member as it goes outward in the radial direction. It includes a second inclined surface and a vertical surface formed between the first inclined surface and the second inclined surface, and the first inclined surface, the vertical surface, and the second inclined surface may be formed continuously.
본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 제1 경사면과 제2 경사면은 단면이 곡면 형상을 이룰 수 있다.In the gas turbine according to an embodiment of the present invention, the first inclined surface and the second inclined surface may have a curved cross-section.
본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 응력분산 그루브는 블레이드 루트부재의 축방향 길이의 1/20 내지 1/40로 함몰된 깊이로 형성될 수 있다.In the gas turbine according to an embodiment of the present invention, the stress distribution groove may be formed with a recessed depth of 1/20 to 1/40 of the axial length of the blade root member.
본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 함몰된 깊이는 응력분산 그루브의 반경방향 폭의 2/5 내지 1/2로 형성될 수 있다.In the gas turbine according to an embodiment of the present invention, the recessed depth may be formed to be 2/5 to 1/2 of the radial width of the stress distribution groove.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Details of other implementations of various aspects of the present invention are included in the detailed description below.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 블레이트 루트부재에 가해지는 비틀림 응력을 분산시켜서 내구성을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, durability can be improved by distributing torsional stress applied to the blade root member.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈이 일부 절개되어 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조가 도시된 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈의 내부 구조가 도시된 일부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 터빈 블레이드가 도시된 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈 블레이드를 터빈의 원주방향 에서 바라본 측면도이다.
도 6은 도 5에서 그루브가 블레이드 루트부재의 축방향 양측 중 어느 한 측에만 형성된 것이 도시된 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈 블레이드를 터빈의 회전축방향 측에서 바라본 측면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈 블레이드를 터빈의 원주방향 측에서 바라본 측면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터빈 블레이드를 터빈의 원주방향 측에서 바라본 측면도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 터빈 블레이드를 터빈의 원주방향 측에서 바라본 측면도이다.1 is a perspective view showing a partially cut away gas turbine according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a gas turbine according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a partial cross-sectional view showing the internal structure of a gas turbine according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a perspective view showing a turbine blade in the first embodiment of the present invention.
Figure 5 is a side view of the turbine blade according to the first embodiment of the present invention viewed from the circumferential direction of the turbine.
FIG. 6 is a side view showing that the groove in FIG. 5 is formed on only one of both sides of the blade root member in the axial direction.
Figure 7 is a side view of the turbine blade according to the first embodiment of the present invention viewed from the rotation axis direction of the turbine.
Figure 8 is a side view of the turbine blade according to the second embodiment of the present invention viewed from the circumferential side of the turbine.
Figure 9 is a side view of the turbine blade according to the third embodiment of the present invention viewed from the circumferential side of the turbine.
Figure 10 is a side view of the turbine blade according to the fourth embodiment of the present invention viewed from the circumferential side of the turbine.
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.Since the present invention can be modified in various ways and can have various embodiments, specific embodiments will be exemplified and explained in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
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.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'include' or 'have' are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 한 동일한 부호로 나타낸다. 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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. At this time, in the attached drawings, identical components are indicated by identical symbols whenever possible. Additionally, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically shown in the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈이 일부 절개되어 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조가 도시된 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈의 내부 구조가 도시된 일부 단면도이다.Figure 1 is a perspective view showing a gas turbine according to an embodiment of the present invention partially cut away, Figure 2 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a gas turbine according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is an implementation of the present invention. This is a partial cross-sectional view showing the internal structure of a gas turbine according to an example.
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.As shown in FIG. 1, a
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.Air compressed in the
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.As shown in FIG. 2, the
공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 하우징(1010)의 상류측에 압축기(1100)가 위치하고, 하류 측에 터빈(1300)이 배치된다. 그리고, 압축기(1100)와 터빈(1300)의 사이에는 터빈(1300)에서 발생된 회전토크를 압축기(1100)로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브(1500)가 배치되어 있다. If explained based on the direction of air flow, the
압축기(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.The
구체적으로, 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 타이로드(1600)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.Specifically, each
압축기 로터 디스크(1120)의 외주면에는 복수개의 블레이드(1110)가 방사상으로 결합되어 있다. 각각의 블레이드(1110)는 도브테일부(1112)를 구비하여 압축기 로터 디스크(1120)에 체결된다.A plurality of
각각의 로터 디스크(1120)의 사이에는 하우징에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 베인은 로터 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 로터 디스크(1120)의 블레이드(1110)를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 로터 디스크(1120)의 블레이드(1110)로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.A vane (not shown) fixed to the housing is located between each
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 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.The fastening method of the
타이로드(1600)는 복수개의 압축기 로터 디스크(1120) 및 터빈 로터 디스크(1320)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 타이로드(1600)는 하나 또는 복수의 타이로드로 구성될 수 있다. 타이로드(1600)의 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타이로드(1600)의 타측 단부는 고정 너트(1450)에 의해 체결된다.The
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, 복수개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.The shape of the
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.Although not shown, in the compressor of a gas turbine, vanes that serve as guide blades may be installed at the next position of the diffuser to adjust the flow angle of the fluid entering the combustor inlet to the design flow angle after increasing the pressure of the fluid. This is called a deswirler.
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.The
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.The combustors that make up the combustion system of a gas turbine may be arranged in large numbers in a housing formed in the form of a cell, including a burner including a fuel injection nozzle, a combustor liner forming a combustion chamber, and a combustor. It is composed of a transition piece that becomes the connection between the turbine and the turbine.
구체적으로, 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.Specifically, the liner provides a combustion space where the fuel injected by the fuel nozzle is mixed with the compressed air of the compressor and burned. This liner may include a flame passage that provides a combustion space in which fuel mixed with air is combusted, and a flow sleeve that surrounds the flame passage and forms an annular space. Additionally, a fuel nozzle is coupled to the front end of the liner, and a spark plug is coupled to the side wall.
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.Meanwhile, at the rear end of the liner, a transition piece is connected to send combustion gas burned by the spark plug to the turbine side. The outer wall of this transition piece is cooled by compressed air supplied from the compressor to prevent damage due to the high temperature of combustion gas.
이를 위해 트랜지션피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.For this purpose, holes for cooling are provided in the transition piece to allow air to be sprayed inside, and the compressed air cools the body inside through the holes and then flows to the liner side.
라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.Cooling air that cools the transition piece described above flows in the annular space of the liner, and compressed air from the outside of the flow sleeve may be provided as cooling air through cooling holes provided in the flow sleeve and collide with the outer wall of the liner.
한편, 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소 가스는 터빈(1300)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌하여, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 토크튜브(1500)를 거쳐 압축기으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.Meanwhile, high-temperature, high-pressure combustion gas from the combustor is supplied to the
터빈(1300)은 기본적으로는 압축기의 구조와 유사하다. 즉, 터빈(1300)에도 압축기의 압축기 로터 디스크와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(1320)가 구비된다. 따라서, 터빈 로터 디스크(1320) 역시, 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드(2000)를 포함한다. 터빈 블레이드(2000) 역시 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크(1320)에 결합될 수 있다. 아울러, 터빈 블레이드(2000)들 사이에는 터빈 케이싱(1350)에 고정되는 터빈 베인(1330)이 구비되어, 터빈 블레이드(2000)를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.The
터빈 베인(1330)의 내측 단부와 외측 단부에 결합된 터빈 베인 플랫폼(1340)에 의해, 터빈 베인(1330)은 터빈 케이싱(1350) 내에 고정적으로 장착된다. 반면에, 터빈 케이싱(1350) 내측에 회전하는 터빈 블레이드(2000)의 외측 단부와 마주보는 위치에는 링 세그먼트(1360)가 터빈 블레이드(2000)의 외측 단부와 소정의 간극을 형성하도록 장착된다.The
이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈 블레이드에 대하여 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 터빈 블레이드가 도시된 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈 블레이드를 터빈의 원주방향 에서 바라본 측면도이며, 도 6은 도 5에서 그루브가 블레이드 루트부재의 축방향 양측 중 어느 한 측에만 형성된 것이 도시된 측면도이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈 블레이드를 터빈의 회전축방향 측에서 바라본 측면도이다.Hereinafter, with reference to FIGS. 4 to 7, the turbine blade according to the first embodiment of the present invention will be described in detail. Figure 4 is a perspective view showing a turbine blade in the first embodiment of the present invention, Figure 5 is a side view of the turbine blade according to the first embodiment of the present invention viewed from the circumferential direction of the turbine, and Figure 6 is a groove in Figure 5. It is a side view showing that the blade root member is formed on only one of both sides in the axial direction, and Figure 7 is a side view of the turbine blade according to the first embodiment of the present invention as seen from the rotation axis direction of the turbine.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈 블레이드(2000)는 에어포일(2100), 섕크부(2200), 블레이드 루트부재(2300), 응력분산 그루브(2400)를 포함한다.4 to 7, the
에어포일(2100)은 터빈 블레이드(2000)의 터빈 반경방향 외측에 배치된다. 여기서 터빈 반경방향은 z방향을 의미하며, 이하, 반경방향(z방향)이라 한다. 에어포일(2100)은 단면이 익형이고, 터빈의 반경방향(z방향) 외측으로 연장되어 형성된다. 에어포일(2100)에는 리딩 엣지(LE)와 트레일링 엣지(TE)가 형성된다. 리딩 엣지(LE)는 연소 가스 유동의 상류 측에 형성되고, 트레일링 엣지(TE)는 연소 가스 유동의 하류 측에 형성된다.The
에어포일(2100)의 반경방향(z방향) 내측에는 섕크부(2200)가 배치된다. 섕크부(2200)는 대략 사각형의 판형으로 형성될 수 있다. 에어포일(2100)의 내부에는 냉각유체가 유동할 수 있는 냉각채널(미도시)이 형성될 수 있고, 냉각유체는 섕크부(2200)를 통해 냉각채널로 유입될 수 있다. A
블레이드 루트부재(2300)는 섕크부(2200)의 반경방향(z방향) 내측에 배치된다. 섕크부(2200)의 반경방향(z방향) 내측은 섕크부(2200)의 하부일 수 있다. 블레이드 루트부재(2300)는 반경방향(z방향) 내측으로 폭이 좁아지도록 형성된다. 여기서 블레이드 루트부재(2300)의 폭은 원주방향 폭을 의미하며, 원주방향은 x방향을 의미한다. 이하, x방향을 원주방향이라 한다. The
블레이드 루트부재(2300)의 원주방향(x방향) 양 측에는 도브테일(2310, 2320, 2330, 2340)이 형성된다. 도브테일은 단면이 전나무 형상으로, 복수개로 형성될 수 있다. 이 경우, 도브테일(2310, 2320, 2330, 2340)은 반경방향(z방향) 내측으로 순차적으로 배치되는 제1 도브테일(2310), 제2 도브테일(2320), 제3 도브테일(2330), 제4 도브테일(2340)을 포함할 수 있다. Dovetails 2310, 2320, 2330, and 2340 are formed on both sides of the
제1 도브테일(2310)에서 제4 도브테일(2340)로 갈수록 각 도브테일(2310, 2320, 2330, 2340)의 원주방향(x방향) 폭은 점점 감소할 수 있다. 여기서, 도브테일 4개인 것을 예시로 설명하나, 도브테일의 개수는 이에 한정되지 않는다. From the
로터 디스크(1320)는 대략 원판 형상으로 형성된다. 로터 디스크(1320)의 외주부에는 복수 개의 홈(1321)이 형성되어 있다. 홈(1321)은 굴곡면을 갖도록 형성되며 홈(1321)에 터빈 블레이드(2000)의 블레이드 루트부재(2300)가 삽입되어 결합된다. 도브테일(2310, 2320, 2330, 2340)은 로터 디스크(1320)의 홈(1321)에 맞물려지도록 삽입된다. 이를 위해, 로터 디스크(1320)의 홈(1321)의 단면 형상은 블레이드 루트부재(2300)의 도브테일(2310, 2320, 2330, 2340)의 단면형상과 대응되도록 형성된다. The
로터 디스크(1320)가 회전하는 경우, 홈(1321)에 삽입된 블레이드 루트부재(2300)에는 원심력에 의한 힘이 반경방향(z방향) 외측으로 작용하여, 도브테일(2310, 2320, 2330, 2340)에는 로터 디스크(1320)의 홈과 밀착되는 접촉면(CS)이 형성된다. 블레이드 루트부재(2300)에 작용하는 원심력의 방향이 반경방향(z방향) 외측이므로, 접촉면(CS)은 도브테일의 반경방향(z방향) 외측면에 형성된다. 첨부된 도면들에서는 접촉면(CS)이 제1 도브테일(2310)에만 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이고, 제2 도브테일(2320), 제3 도브테일(2330), 제4 도브테일(2340)에도 각각 접촉면(CS)이 형성된다. 이하에서, 접촉면(CS)은 제1 도브테일(2310)의 접촉면(CS)을 의미한다.When the
응력분산 그루브(2400)는 블레이드 루트부재(2300)의 터빈의 축방향 양측 중 적어도 하나의 측에 형성된다. 여기서, 축방향은 y방향을 의미하여, 이하, 축방향이라 한다. 응력분산 그루브(2400)는 블레이드 루트부재(2300)의 내측으로 함몰되되, 블레이드 루트부재(2300)에서 원주방향으로 연장되어 형성된다. The
응력분산 그루브(2400)는 블레이드 루트부재(2300)의 축방향 양측 중 어느 하나의 측에만 형성될 수 있고(도 6 참조), 블레이드 루트부재(2300)의 축방향 양측에 모두 형성될 수도 있다.(도 5 참조) 응력분산 그루브(2400)가 블레이드 루트부재(2300)의 축방향 양측에 모두 형성될 경우, 각각의 응력분산 그루브(2400)는 서로 대칭적으로 형성될 수 있으며, 후술하는 바와 같이 서로 비대칭적으로 형성될 수도 있다. 응력분산 그루브(2400)는 블레이드 루트부재(2300)에서 반경방향(z방향) 최외곽에 배치된 제1 도브테일(2310)과 대응하는 높이에 형성될 수 있다. The
한편, 연소 가스가 에어포일(2100)을 지나면서 유동함에 따라, 터빈 블레이드(2000)에는 비틀림 응력이 발생한다. 터빈 블레이드(2000)의 블레이드 루트부재(2300)는 로터 디스크(1320)에 결합되어 있으므로, 비틀림 응력은 블레이드 루트부재(2300)의 도브테일(2310, 2320, 2330, 2340)과 로터 디스크(1320)에도 작용한다. 이 때, 제1 도브테일(2310)은 로터 디스크와 결합되는 부분 중 에어포일(2100)과 가장 가까운 곳에 위치한 도브테일이기 때문에 비틀림 응력이 가장 집중되게 된다. 따라서, 제1 도브테일(2310)과 대응하는 높이에 응력분산 그루브(2400)가 형성됨에 따라 비틀림 응력은 분산될 수 있다. Meanwhile, as combustion gas flows past the
로터 디스크(1320)에 작용하는 비틀림 응력의 해석 결과에 따르면, 응력분산 그루브(2400)가 형성되지 않은 블레이드 루트부재(2300)가 조립된 로터 디스크(1320)에 있어서, 리딩 엣지(LE) 측에 작용하는 응력이 1522MPa, 트레일링 엣지(TE) 측에 작용하는 응력이 1632MPa로 측정되었다. 그리고, 응력분산 그루브(2400)가 형성된 블레이드 루트부재(2300)가 조립된 로터 디스크(1320)의 경우에는, 리딩 엣지(LE) 측에 작용하는 응력이 1202MPa, 트레일링 엣지(TE) 측에 작용하는 응력이 1302MPa로 측정되었다. According to the analysis results of the torsional stress acting on the
즉, 응력분산 그루브(2400)가 형성된 블레이드 루트부재(2300)가 조립된 로터 디스크(1320)에 작용하는 응력은, 응력분산 그루브(2400)가 형성되지 않은 블레이드 루트부재(2300)가 조립된 로터 디스크(1320)에 작용하는 응력보다, 리딩 엣지(LE) 측에서 21.0%, 트레일링 엣지(TE) 측에서 20.2% 감소하였음을 알 수 있다.That is, the stress acting on the
한편, 응력분산 그루브(2400)는 블레이드 루트부재(2300)에서 에어포일(2100)과 가장 가까운 부분에서부터 형성되기 위하여, 섕크부(2200)의 하단에서부터 함몰되어 형성될 수도 있다.Meanwhile, the
보다 상세하게는, 비틀림 응력은 특히, 로터 디스크(1320)와 제1 도브테일(2310)이 밀착되는 부분인 접촉면(CS)에 가장 집중적으로 작용하게 된다. 비틀림 응력의 집중을 최소화하기 위하여, 응력분산 그루브(2400)는 블레이드 루트부재(2300)에서 내측으로 가장 깊게 함몰된 부분이 접촉면(CS)과 대응하는 높이의 영역에 위치할 수 있다.More specifically, the torsional stress acts most intensively on the contact surface CS, which is the portion where the
그러나, 응력분산 그루브(2400)의 블레이드 루트부재(2300)로의 함몰 깊이가 지나치게 클 경우, 블레이드 루트부재(2300)의 강성이 약화될 수 있다. 따라서, 응력분산 그루브(2400)는 비틀림 응력을 분산하면서도 블레이드 루트부재(2300)의 강성을 유지할 수 있는 정도로 함몰되어야 한다. However, if the depression depth of the
실험 및 해석 결과에 따르면, 블레이드 루트부재(2300)의 축방향(y방향) 길이를 L, 응력분산 그루브(2400)의 함몰된 깊이를 DP라 할 때, DP가 L의 1/20보다 큰 경우, 블레이드 루트부재(2300)의 강성이 오히려 떨어짐이 확인되었다. 그리고, DP가 L의 1/40보다 큰 경우, 비틀림 응력 분산 효과가 떨어짐이 확인되었다. 따라서, 응력분산 그루브(2400)의 함몰된 깊이는 바람직하게는 블레이드 루트부재(2300)의 축방향(y방향) 길이의 1/20 내지 1/40로 형성될 수 있다.According to experimental and analysis results, when the axial (y-direction) length of the
또한, 응력분산 그루브(2400)의 반경방향(z방향)으로의 폭을 H라고 할 때, 응력분산 그루브(2400)의 함몰된 깊이 DP는 H보다 작게 형성될 수 있다. 바람직하게는 DP가 H의 2/5 내지 1/2로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성될 경우, 비틀림 응력 분산의 효과가 향상될 수 있다.Additionally, when the width of the
응력분산 그루브(2400)는 제1 경사면(S1), 수직면(VS), 제2 경사면(S2)을 포함할 수 있다. 제1 경사면(S1), 수직면(VS), 제2 경사면(S2)는 응력분산 그루브(2400)에서 반경방향(z방향) 내측으로 순차적으로 배치되는 부분이다. The
제1 경사면(S1)은 응력분산 그루브(2400)에서 반경방향(z방향) 내측으로 갈수록 블레이드 루트부재(2300)의 내측으로 함몰되도록 형성되고, 제2 경사면(S2)은 응력분산 그루브(2400)에서 반경방향(z방향) 외측으로 갈수록 블레이드 루트부재(2300)의 내측으로 함몰되도록 형성될 수 있다. The first inclined surface (S1) is formed to be recessed into the inside of the
수직면(VS)은 제1 경사면(S1)과 제2 경사면(S2) 사이에 형성된다. 수직면(VS)은 표면이 평면 형상으로 형성된 부분이다. 수직면(VS)은 응력분산 그루브(2400)를 원주방향(x방향)에서 바라볼 때 단면이 축방향(y방향)과 수직인 직선으로 형성되는 부분이다. 이 경우, 응력분산 그루브(2400)가 수직면(VS)에서 블레이드 루트부재(2300)로 함몰된 깊이는 반경방향(z방향)을 따라서 일정하게 유지될 수 있다.The vertical surface VS is formed between the first inclined surface S1 and the second inclined surface S2. The vertical surface (VS) is a portion where the surface is formed in a planar shape. The vertical surface (VS) is a portion whose cross-section is formed as a straight line perpendicular to the axial direction (y-direction) when the
수직면(VS)에서 블레이드 루트부재(2300)로 함몰된 부분은 그루부 전체에서 블레이드 루트부재(2300)로 함몰된 부분 중 가장 깊게 함몰된 부분일 수 있다. 이 경우, 수직면(VS)에서 비틀림 응력의 분산이 가장 크게 형성될 수 있다. The portion depressed by the
그리고, 수직면(VS)은 제1 도브테일(2310)의 접촉면(CS)과 대응하는 높이의 영역과 적어도 일부분이 겹쳐지도록 형성될 수 있다. 수직면(VS)은 반경방향(z방향) 내측 부분이 접촉면(CS)의 영역과 겹칠 수 있고, 수직면(VS)의 반경방향(z방향) 외측 부분이 접촉면(CS)의 영역과 겹칠 수도 있다. 뿐만 아니라, 수직면(VS)은 접촉면(CS)의 영역에 포함될 수 있으며, 접촉면(CS)의 영역이 수직면(VS)에 포함될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 접촉면(CS)에서는 비틀림 응력이 가장 집중될 수 있기 때문에, 접촉면(CS)과 대응하는 높이의 영역에 수직면(VS)이 적어도 일부분이 겹쳐지도록 형성될 경우, 비틀림 응력의 분산이 효과적으로 이루어질 수 있다. Additionally, the vertical surface VS may be formed to overlap at least a portion of an area with a height corresponding to the contact surface CS of the
제1 경사면(S1), 수직면(VS), 제2 경사면(S2)은 서로 연속적으로 형성될 수 있다. 즉, 제1 경사면(S1), 수직면(VS), 제2 경사면(S2)은 응력분산 그루브(2400)를 원주방향(x방향)에서 바라보았을 때, 단면이 서로 연속적으로 형성될 수 있다. 제1 경사면(S1) 및 제2 경사면(S2)이 수직면(VS)와 같이 축원주방향(x방향)에서 바라본 단면이 직선으로 형성될 경우, 응력분산 그루브(2400)의 원주방향(x방향)에서 바라본 단면은 대략 밑면이 없는 사다리꼴로 형성될 수 있다. 제1 경사면(S1), 수직면(VS), 제2 경사면(S2)이 이와 같이 형성되지 않고, 불연속적으로 형성될 경우, 응력 또는 하중이 상기 불연속된 부분에 집중될 수도 있다.The first inclined surface S1, the vertical surface VS, and the second inclined surface S2 may be formed continuously with each other. That is, the first inclined surface S1, the vertical surface VS, and the second inclined surface S2 may have cross-sections that are continuous when the
도 8을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈 블레이드에 대하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈 블레이드를 터빈의 원주방향 측에서 바라본 측면도이다.Referring to FIG. 8, a turbine blade according to a second embodiment of the present invention will be described. Figure 8 is a side view of the turbine blade according to the second embodiment of the present invention viewed from the circumferential side of the turbine.
본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈 블레이드(2000)는 응력분산 그루브(2400)를 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈 블레이드(2000)와 동일하므로, 이와 중복되는 설명은 생략한다.Since the
본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈 블레이드(2000)의 응력분산 그루브(2400)는 제1 경사면(S1) 또는 제2 경사면(S2)의 단면이 곡면으로 형성된다. 제1 경사면(S1) 또는 제2 경사면(S2)의 단면은 바람직하게는 블레이드 루트부재(2300)의 축방향(y방향) 내측으로 볼록 또는 블레이드 루트부재(2300)의 축방향(y방향) 외측으로 오목하게 형성될 수 있다. The
제1 경사면(S1)과 제2 경사면(S2)은 수직면(VS)을 중심으로 서로 대칭적으로 형성될 수도 있다. 제1 경사면(S1), 수직면(VS), 제2 경사면(S2)은 서로 연속적으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 응력분산 그루브(2400)의 원주방향(x방향)에서 바라본 단면은 대략 아치형(Arch Shape)에 가깝게 형성되어, 비틀림 응력이 보다 효과적으로 분산될 수 있다.The first inclined surface S1 and the second inclined surface S2 may be formed symmetrically with respect to the vertical surface VS. The first inclined surface S1, the vertical surface VS, and the second inclined surface S2 may be formed continuously with each other. In this case, the cross section of the
도 9를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 터빈 블레이드에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터빈 블레이드를 터빈의 원주방향 측에서 바라본 측면도이다.Referring to FIG. 9, a turbine blade according to a third embodiment of the present invention will be described. Figure 9 is a side view of the turbine blade according to the third embodiment of the present invention viewed from the circumferential side of the turbine.
본 발명의 제3 실시예에 따른 터빈 블레이드(2000)는 응력분산 그루브(2400)를 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈 블레이드(2000)와 동일하므로, 이와 중복되는 설명은 생략한다.Since the
본 발명의 제3 실시예에 따른 터빈 블레이드(2000)의 응력분산 그루브(2400)는 제2 경사면(S2)이 반경방향(z방향) 최외곽에 배치된 도브테일(2310, 2320, 2330, 2340)보다 반경방향(z방향) 내측으로 더욱 연장되어 형성된다. The
전술한 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 터빈 블레이드(2000)의 경우, 응력분산 그루브(2400)가 제1 도브테일(2310)과 대응되는 높이의 영역에서만 형성되었으나, 본 실시예에서는 응력분산 그루브(2400)가 제1 도브테일(2310)이 아닌 다른 도브테일(2320, 2330, 2340)까지 연장되어 형성될 수 있다. In the case of the
이 때, 응력분산 그루브(2400)에서 가장 깊게 함몰된 부분인 수직면(VS)은 제1 도브테일(2310)의 접촉면(CS)과 대응하는 높이의 영역에 배치되고, 수직면(VS)보다 반경방향(z방향) 내측에 배치된 제2 경사면(S2)은 제2 도브테일(2320), 제3 도브테일(2330), 제4 도브테일(2340) 중 어느 하나의 높이에 대응하는 영역까지 확장되어 형성될 수 있다. At this time, the vertical surface (VS), which is the most deeply recessed part of the
도 10을 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 터빈 블레이드에 대하여 설명한다. 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 터빈 블레이드를 터빈의 원주방향 측에서 바라본 측면도이다.Referring to FIG. 10, a turbine blade according to a fourth embodiment of the present invention will be described. Figure 10 is a side view of the turbine blade according to the fourth embodiment of the present invention viewed from the circumferential side of the turbine.
본 발명의 제4 실시예에 따른 터빈 블레이드(2000)는 응력분산 그루브(2400)를 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈 블레이드(2000)와 동일하므로, 이와 중복되는 설명은 생략한다.Since the
본 발명의 제4 실시예에 따른 터빈 블레이드(2000)의 응력분산 그루브(2400)는 블레이드 루트부재(2300)의 축방향(y방향) 양 측에서 서로 비대칭적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 블레이드 루트부재(2300)의 축방향(y방향) 일측에서는 응력분산 그루브(2400)가 제1 깊이(DP1)로 함몰되어 형성되고, 일측의 반대쪽 부분인 타측에서는 응력분산 그루브(2400)가 제1 깊이(DP1)와 같지 않은 제2 깊이(DP2)로 함몰되어 형성될 수 있다. The
이 때, 블레이드 루트부재(2300)의 일측은 에어포일(2100)의 리딩 엣지(LE)와 가까운 부분일 수 있고, 타측은 에어포일(2100)의 트레일링 엣지(TE)와 가까운 부분일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 리딩 엣지(LE)에서는 연소 가스 유동의 상류가 형성되고, 트레일링 엣지(TE)에서는 연소 가스 유동의 하류가 형성되기 때문에, 블레이드 루트부재(2300)의 일측과 타측에 각각 작용하는 비틀림 응력의 크기는 서로 다르게 형성될 수 있다. At this time, one side of the
이 때, 일측의 제1 깊이(DP1)와 타측의 제2 깊이(DP2)를 달리 형성하면 비틀림 응력의 분산이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 도 10에서와 같이 블레이드 루트부재(2300) 일측의 제1 깊이(DP1)는 타측의 제2 깊이(DP2)보다 작게 형성될 수 있다. 물론, 설계에 따라 제1 깊이(DP1)가 제2 깊이(DP2)보다 크게 형성될 수도 있다.At this time, if the first depth DP1 on one side and the second depth DP2 on the other side are formed differently, torsional stress can be distributed more effectively. For example, as shown in FIG. 10 , the first depth DP1 on one side of the
뿐만 아니라, 본발명의 제3 실시예에 따른 터빈 블레이드(2000)에서와 같이, 블레이드 루트부재(2300)의 일측과 타측에 형성된 각각의 응력분산 그루브(2400) 중 어느 한 응력분산 그루브(2400)의 제2 경사면(S2)은 나머지 응력분산 그루브(2400)의 제2 경사면(S2)보다 반경방향(z방향) 내측으로 더욱 연장되어 형성될 수도 있다.In addition, as in the
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, 이러한 수정, 변경 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Above, an embodiment of the present invention has been described, but those skilled in the art can add, change, delete or add components without departing from the spirit of the present invention as set forth in the patent claims. The present invention may be modified and changed in various ways, and such modifications and changes will also be included within the scope of the rights of the present invention.
1000 : 가스터빈
1100 : 압축기
1200 : 연소기
1300 : 터빈
2000 : 터빈 블레이드
2100 : 에어포일
2200 : 섕크부
2300 : 블레이드 루트부재
2400 : 응력분산 그루브
VS : 수직면
S1 : 제1 경사면
S2 : 제2 경사면1000: Gas turbine
1100: Compressor
1200: Combustor
1300: Turbine
2000: Turbine Blades
2100: airfoil
2200: Shank part
2300: Blade root member
2400: Stress distribution groove
VS: vertical plane
S1: first slope
S2: second slope
Claims (20)
상기 에어포일을 고정하는 섕크부;
상기 섕크부 하부에 형성되며, 양측에 도브테일이 형성된 블레이드 루트부재;
상기 블레이드 루트부재의 축방향 양측 중 적어도 어느 하나에 형성되어 상기 블레이트 루트부재에 가해지는 비틀림 응력을 분산시키는 응력분산 그루브;
를 포함하는, 터빈 블레이드.
airfoil;
A shank portion that secures the airfoil;
A blade root member formed below the shank portion and having dovetails on both sides;
a stress distribution groove formed on at least one of both sides of the blade root member in the axial direction to distribute torsional stress applied to the blade root member;
Including turbine blades.
상기 도브테일은 상기 블레이드 루트부재의 원주방향 양 측에 형성되고, 반경방향 외측면에 접촉면이 형성되며, 복수개가 반경방향을 따라 순차적으로 배치되고,
상기 응력분산 그루브는 상기 블레이드 루트부재에서 반경방향 최외곽에 배치된 도브테일과 대응하는 높이에 형성되는, 터빈 블레이드.
In claim 1,
The dovetails are formed on both sides of the blade root member in the circumferential direction, a contact surface is formed on the outer surface in the radial direction, and a plurality of dovetails are sequentially arranged along the radial direction,
The stress distribution groove is formed at a height corresponding to a dovetail disposed at the outermost radial direction in the blade root member.
상기 응력분산 그루브는 원주방향에서 바라볼 때 그 단면이 축방향과 수직인 수직면을 포함하는, 터빈 블레이드.
In claim 2,
The turbine blade, wherein the stress distribution groove includes a vertical surface whose cross section is perpendicular to the axial direction when viewed in the circumferential direction.
상기 응력분산 그루브는 상기 섕크부의 하단에서부터 함몰되어 형성되는, 터빈 블레이드.
In claim 2,
A turbine blade wherein the stress distribution groove is formed by being depressed from the bottom of the shank portion.
상기 응력분산 그루브는 상기 블레이드 루트부재에서 내측으로 가장 깊게 함몰된 부분이 상기 접촉면과 대응하는 높이에 위치되는, 터빈 블레이드.
In claim 2,
The turbine blade, wherein the stress distribution groove is located at a height corresponding to the contact surface at the innermost recessed portion of the blade root member.
상기 응력분산 그루브는 상기 블레이드 루트부재의 축방향 양측에 서로 비대칭 형상으로 형성되는, 터빈 블레이드.
In claim 1,
The stress distribution grooves are formed in an asymmetric shape on both sides of the blade root member in the axial direction.
반경방향 내측으로 갈수록 상기 블레이드 루트부재의 내측으로 함몰 형성되는 제1 경사면과,
반경방향 외측으로 갈수록 상기 블레이드 루트부재의 내측으로 함몰 형성되는 제2 경사면과,
상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면 사이에 형성되는 수직면을 포함하며,
상기 제1 경사면, 상기 수직면, 상기 제2 경사면은 연속적으로 형성되는, 터빈 블레이드.
The method of claim 2, wherein the stress distribution groove is,
A first inclined surface that is depressed toward the inside of the blade root member as it goes radially inward,
a second inclined surface that is recessed toward the inside of the blade root member as it moves outward in the radial direction;
It includes a vertical surface formed between the first inclined surface and the second inclined surface,
The first inclined surface, the vertical surface, and the second inclined surface are formed continuously.
상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 단면이 곡면 형상을 이루는, 터빈 블레이드.
In claim 7,
The first inclined surface and the second inclined surface have a curved cross-section.
상기 응력분산 그루브는 상기 블레이드 루트부재의 축방향 길이의 1/20 내지 1/40로 함몰된 깊이로 형성되는, 터빈 블레이드.
The method according to any one of claims 1 to 8,
A turbine blade, wherein the stress distribution groove is formed with a recessed depth of 1/20 to 1/40 of the axial length of the blade root member.
상기 함몰된 깊이는 상기 응력분산 그루브의 반경방향 폭의 2/5 내지 1/2로 형성되는, 터빈 블레이드.
In claim 9,
The turbine blade, wherein the recessed depth is formed from 2/5 to 1/2 of the radial width of the stress distribution groove.
상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기;
내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈;을 포함하고,
상기 터빈 블레이드는,
에어포일;
상기 에어포일을 고정하는 섕크부;
상기 섕크부 하부에 형성되며, 양측에 도브테일이 형성된 블레이드 루트부재;
상기 블레이드 루트부재의 축방향 양측 중 적어도 어느 하나에 형성되어 상기 블레이트 루트부재에 가해지는 비틀림 응력을 분산시키는 응력분산 그루브;
를 포함하는, 가스 터빈.
A compressor that takes in outside air and compresses it;
a combustor that mixes fuel with air compressed by the compressor and combusts it;
A turbine in which a turbine blade and a turbine vane are mounted, and the turbine blade rotates by combustion gas discharged from the combustor,
The turbine blade is,
airfoil;
A shank portion that secures the airfoil;
A blade root member formed below the shank portion and having dovetails on both sides;
a stress distribution groove formed on at least one of both sides of the blade root member in the axial direction to distribute torsional stress applied to the blade root member;
Including gas turbines.
상기 도브테일은 상기 블레이드 루트부재의 원주방향 양 측에 형성되고, 반경방향 외측면에 접촉면이 형성되며, 복수개가 반경방향을 따라 순차적으로 배치되고,
상기 응력분산 그루브는 상기 블레이드 루트부재에서 반경방향 최외곽에 배치된 도브테일과 대응하는 높이에 형성되는, 가스 터빈.
In claim 11,
The dovetails are formed on both sides of the blade root member in the circumferential direction, a contact surface is formed on the outer surface in the radial direction, and a plurality of dovetails are sequentially arranged along the radial direction,
The stress distribution groove is formed at a height corresponding to a dovetail disposed at the outermost radial direction in the blade root member.
상기 응력분산 그루브는 원주방향에서 바라볼 때 그 단면이 축방향과 수직인 수직면을 포함하는, 가스 터빈.
In claim 12,
The gas turbine, wherein the stress distribution groove includes a vertical surface whose cross section is perpendicular to the axial direction when viewed in the circumferential direction.
상기 응력분산 그루브는 상기 섕크부의 하단에서부터 함몰되어 형성되는, 가스 터빈.
In claim 12,
The stress distribution groove is formed by recessing from the bottom of the shank portion.
상기 응력분산 그루브는 상기 블레이드 루트부재에서 내측으로 가장 깊게 함몰된 부분이 상기 접촉면과 대응하는 높이에 위치되는, 가스 터빈.
In claim 12,
The gas turbine, wherein the stress distribution groove is located at a height where the deepest inward depression in the blade root member corresponds to the contact surface.
상기 응력분산 그루브는 상기 블레이드 루트부재의 축방향 양측에 서로 비대칭 형상으로 형성되는, 가스 터빈.
In claim 11,
The stress distribution grooves are formed in an asymmetric shape on both sides of the blade root member in the axial direction.
반경방향 내측으로 갈수록 상기 블레이드 루트부재의 내측으로 함몰 형성되는 제1 경사면과,
반경방향 외측으로 갈수록 상기 블레이드 루트부재의 내측으로 함몰 형성되는 제2 경사면과,
상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면 사이에 형성되는 수직면을 포함하며,
상기 제1 경사면, 상기 수직면, 상기 제2 경사면은 연속적으로 형성되는, 가스 터빈.
The method of claim 12, wherein the stress distribution groove is,
A first inclined surface that is recessed toward the inside of the blade root member as it goes radially inward,
a second inclined surface that is recessed toward the inside of the blade root member as it moves outward in the radial direction;
It includes a vertical surface formed between the first inclined surface and the second inclined surface,
The first inclined surface, the vertical surface, and the second inclined surface are formed continuously.
상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 단면이 곡면 형상을 이루는, 가스 터빈.
In claim 17,
The first inclined surface and the second inclined surface have a curved cross-section.
상기 응력분산 그루브는 상기 블레이드 루트부재의 축방향 길이의 1/20 내지 1/40로 함몰된 깊이로 형성되는, 가스 터빈.
The method of any one of claims 11 to 18,
The gas turbine, wherein the stress distribution groove is formed with a recessed depth of 1/20 to 1/40 of the axial length of the blade root member.
상기 함몰된 깊이는, 상기 응력분산 그루브의 반경방향 폭의 2/5 내지 1/2로 형성되는, 가스 터빈.In claim 19,
The recessed depth is formed from 2/5 to 1/2 of the radial width of the stress distribution groove.
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KR20100064754A (en) | 2008-12-05 | 2010-06-15 | 두산중공업 주식회사 | A cooling blade of a gas turbine |
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2022
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