KR100250130B1

KR100250130B1 - Strut of gas turbine ventilation duct

Info

Publication number: KR100250130B1
Application number: KR1019960080131A
Authority: KR
Inventors: 신종섭
Original assignee: 유무성; 삼성항공산업주식회사
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1996-12-31
Publication date: 2000-04-01
Also published as: KR19980060765A

Abstract

배기덕트에 유입되는 배기가스의 유동방향의 변화에 대응하여 날개의 입사각이 조정되는 가변 스트러트를 구비한 가스터빈 배기덕트의 스트러트에 관하여 개시한다. 이 스트러트는, 가스터빈의 배기덕트에 고정 설치되고 배기가스의 유동방향에 대하여 고정된 입사각을 형성하는 고정 스트러트와, 상기 고정 스트러트의 전면에 회전가능하게 설치되고 배기가스의 유동방향에 대하여 가변되는 입사각을 형성하여 배기가스의 유동을 상기 고정스트러트로 안내하는 가변 스트러트와, 배기가스가 고정 스트러트에 대하여 항상 고정된 입사각을 형성하도록 배기가스의 유동방향에 따라 상기 가변 스트러트를 일정각도 회전시키는 엑추에이터를 구비한다. 이와 같은 가스터빈 배기덕트의 스트러트는 엔진의 부분부하 및 탈설계점 작동상태에서도 스트러트의 유동박리를 방지하여 가스터빈의 효율의 극대화를 도모할 수 있다는 장점이 있다.Disclosed is a strut of a gas turbine exhaust duct having a variable strut whose angle of incidence of the blade is adjusted in response to a change in the flow direction of the exhaust gas flowing into the exhaust duct. The strut is fixed to the exhaust duct of the gas turbine and forms a fixed angle of incidence with respect to the flow direction of the exhaust gas, and is rotatably installed in front of the fixed strut and is variable with respect to the flow direction of the exhaust gas. A variable strut which forms an angle of incidence to direct the flow of exhaust gas to the fixed strut, and an actuator for rotating the variable strut at a constant angle according to the flow direction of the exhaust gas such that the exhaust gas forms a fixed angle of incidence with respect to the fixed strut. Equipped. The strut of the gas turbine exhaust duct has an advantage that the efficiency of the gas turbine can be maximized by preventing the flow of the strut even under the partial load of the engine and the off-design point operating state.

Description

Strut of gas turbine exhaust duct

본 발명은 가스터빈 배기덕트의 스트러트에 관한 것으로서, 특히 배기덕트에 유입되는 배기가스의 유동방향의 변화에 대응하여 그 경사각이 조정되는 가변 스트러트를 구비한 가스터빈 배기덕트의 스트러트에 관한 것이다.The present invention relates to a strut of a gas turbine exhaust duct, and more particularly, to a strut of a gas turbine exhaust duct having a variable strut whose angle of inclination is adjusted in response to a change in the flow direction of the exhaust gas flowing into the exhaust duct.

발전기 등에 사용되는 산업용 가스터빈에서는, 공기 연료의 혼합물이 연소실에서 연소되어 고압, 고온의 가스를 형성하고, 이 가스가 터빈에서 팽창되어 동력을 발생한다, 그리고 터빈에서 방출되는 배기가스가 배출되는 통로 역할을 하는 배기덕트가 터빈의 출구에 설치되어 있다. 이러한 배기덕트에는 통상적으로 스트러트가 설치되어 배기가스의 유동을 안내한다.In industrial gas turbines used in generators and the like, a mixture of air fuel is combusted in a combustion chamber to form a high-pressure, high-temperature gas, which is expanded in a turbine to generate power, and a passage through which exhaust gas discharged from the turbine is discharged. A functioning exhaust duct is installed at the outlet of the turbine. Such exhaust ducts are typically provided with a strut to guide the flow of the exhaust gas.

상기 스트러트는 배기덕트내의 유동경로상에 설치되는 구조물이므로, 유동층에 대한 저항을 최소화하여 유동 손실을 감소하는 형상을 가져야 한다. 이를 위하여 상기 스트러트는 유동방향에 평행하게 설치되어야 하고, 그 단면형상이 유선형의 형상을 가지도록 매끄럽게 형성된다.Since the strut is a structure installed on the flow path in the exhaust duct, the strut should have a shape that minimizes the resistance to the fluidized bed and reduces the flow loss. To this end, the strut should be installed parallel to the flow direction, and the cross-section is smoothly formed to have a streamlined shape.

도 1은 종래의 고정 스트러트(10)의 작용을 도시한 것으로서, 도 1a는 엔진의 정상출력시의 스트러트(10) 주위의 배기유동의 흐름을 도시한 것이고, 도 1b는 엔진에 부분부하가 걸리는 경우에 스트러트(10) 주위의 배기유동의 흐름을 도시한 것이다.Figure 1 shows the action of a conventional fixed strut 10, Figure 1a shows the flow of exhaust flow around the strut 10 at the normal output of the engine, Figure 1b shows a partial load on the engine In this case the flow of exhaust flow around the strut 10 is shown.

도시된 바와 같이 배기덕트에 고정 설치되는 스트러트의 경우에는, 엔진이 정상출력시에 배기가스의 유동이 정상이지만, 엔진에 부분 부하가 걸리는 경우에는 배기가스의 유동방향과 스트러트의 입사각이 평행이 되지 않으므로, 스트러트의 후방에서 유동박리 현상이 발생한다. 이러한 유동박리 현상에 의하여 가스터빈의 효율이 저하된다는 문제점이 발생한다.In the case of the strut fixed to the exhaust duct as shown, the flow of exhaust gas is normal at the time of normal output of the engine, but when the engine is partially loaded, the flow direction of the exhaust gas and the incident angle of the strut are not parallel. Therefore, the flow peeling phenomenon occurs in the rear of the strut. Due to this flow separation phenomenon, a problem that the efficiency of the gas turbine is reduced.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 엔진에 부분부하가 걸리는 경우에도 배기가스가 스트러트에 평행하게 유입되도록 그 구조가 개선된 가스터빈의 배기덕트 스트러트를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust duct strut of a gas turbine whose structure is improved so that exhaust gas flows in parallel with the strut even when a partial load is applied to the engine. .

도 1은 종래의 가스터빈 배기덕트의 스트러트의 작동상태를 도시한 것으로서, 도 1a는 엔진이 정상출력되는 상태이고, 도 1b는 엔진에 부분부하가 걸리는 상태,1 is a view illustrating an operation state of a strut of a conventional gas turbine exhaust duct, in which FIG. 1A is a state in which an engine is normally output, and FIG.

도 2는 본 발명에 따른 가스터빈 배기덕트의 스트러트에 대한 개략적 단면도,2 is a schematic cross-sectional view of a strut of a gas turbine exhaust duct according to the present invention;

도 3은 도 2의 스트러트에 대한 요부 평면도로서, 엔진이 정상 출력되는 사태를 도시한 도면,3 is a plan view of main parts of the strut of FIG. 2, illustrating a situation in which the engine is normally output;

도 4는 도 2의 스프러트에 대한 요부 평면도로서, 엔지에 부분부하가 걸리는 상태를 도시한 도면이다.4 is a plan view of a main portion of the sputter of FIG. 2, showing a state in which a partial load is applied to the engine.

<도면의주요부분에대한부호의설명>Explanation of symbols on the main parts of the drawing

20...고정 스트러트22...가변 스트러트20 ... fixed struts 22 ... variable struts

24...암부재26...구동링24.Female member 26 ... Drive ring

29...엑추에이팅 모터30...엔진 제어기29 ... actuating motor 30 ... engine controller

100...배기덕트100.Exhaust duct

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가스터빈의 배기덕트 스트러트는, 가스터빈의 배기덕트에 고정되고 배기가스의 유동방향에 대하여 소정의 각도를 유지하도록 설치된 고정 스트러트와, 상기 고정 스트러트의 전방에 회전가능하게 설치되고 배기가스의 유동방향에 대하여 그 경사각이 가변되도록 된 가변 스트러트와, 배기가스의 유동방향에 따라 상기 가변 스트러트를 일정각도 회전시키는 엑추에이터를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.The exhaust duct strut of the gas turbine according to the present invention for achieving the above object is a fixed strut fixed to the exhaust duct of the gas turbine and installed to maintain a predetermined angle with respect to the flow direction of the exhaust gas, It is characterized in that it is provided with a variable strut which is rotatably installed in the front and whose inclination angle is variable with respect to the flow direction of the exhaust gas, and an actuator for rotating the variable strut at a predetermined angle according to the flow direction of the exhaust gas.

그리고 상기 엑추에이터는 엔진 제어기에서 발생한 엔진 부하량에 대한 검출신호에 의하여 구동되고, 상기 엔진 부하량에 대응하는 각도만큼 상기 가변 스트러트를 조절하는 것이 바람직하다.And the actuator is driven by the detection signal for the engine load amount generated in the engine controller, it is preferable to adjust the variable strut by an angle corresponding to the engine load amount.

상기 엑추에이터는, 엔진 제어기에 의해 구동되는 엑추에이팅 모터와, 상기 모터에 연동되어 회전하고, 배기덕트의 내주면에 설치되는 구동링과, 일단이 구동링에 핀결합되고, 타단이 상기 가변스트러트에 고정되며, 그 중앙이 고정스트러트에 피봇결합된 암부재를 구비하여 된 것이 바람직하다.The actuator includes an actuating motor driven by an engine controller, a drive ring which rotates in association with the motor, is installed on an inner circumferential surface of the exhaust duct, and one end is pinned to the drive ring, and the other end is connected to the variable strut. It is preferable that the center is provided with an arm member pivotally coupled to the fixed strut.

상기 엑추에이팅 모터는 스텝핑 모터로 구성된 것이 바람직하다.The actuating motor is preferably composed of a stepping motor.

상기 가변 스트러트는 매끄러운 유선형의 형상으로 형성되고, 그 후면의 형상이 고정 스트러트의 전면의 형상에 대응하도록 형성된 것이 바람직하다.The variable strut is preferably formed in a smooth streamlined shape, and the rear side of the variable strut corresponds to the front side of the fixed strut.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 가스터빈 배기덕트의 스트러트의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a strut of a gas turbine exhaust duct according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 가스터빈 배기덕트의 스트러트에 대한 개략적 단면도 및 평면도이다.2 and 3 are a schematic cross-sectional view and a plan view of the strut of the gas turbine exhaust duct according to the present invention.

도면을 참조하면 가스터빈 배기덕트(100)의 스트러트는 배기덕트(100)에 고정설치되는 고정 스트러트(20)와, 고정 스트러트(20)에 대하여 회동 가능하게 설치되는 가변스트러트(22)와, 가변 스트러트(22)를 구동하는 엑추에이터를 구비한다.Referring to the drawings, the strut of the gas turbine exhaust duct 100 includes a fixed strut 20 fixed to the exhaust duct 100, a variable strut 22 mounted rotatably with respect to the fixed strut 20, and variable. An actuator for driving the strut 22 is provided.

그 주위로 흐르는 유체의 흐름이 원활하게 이루어지도록 유선형으로 매끄럽게 형성된 상기 고정 스트러트(20)는 배기덕트(100)상에 배기가스의 유동방향과 평행으로 설치된다.The fixed strut 20 formed in a streamlined shape so as to smoothly flow the fluid flowing around it is installed on the exhaust duct 100 in parallel with the flow direction of the exhaust gas.

그리고 상기 가변 스트러트(22)는 배기가스의 유동을 고정 스트러트(20)의 방향으로 안내하도록 상기 고정 스트러트(20)의 전방에 위치되고, 배기가스의 유동방향에 대하여 그 경사각이 변화되도록 설치된다. 또한 가변 스트러트(22)는 고정 스트러트(20)와 마찬가지로 매끄러운 유선형의 형상으로 형성되지만, 그 후방의 형상이 고정 스트러트(20)의 전방의 형상에 대응하도록 형성되어, 고정 스트러트(20)의 전방과 가변 스트러트(22)의 후방 사이가 부드럽게 연속되도록 구성된다.The variable strut 22 is positioned in front of the fixed strut 20 to guide the flow of the exhaust gas in the direction of the fixed strut 20, and is installed such that its inclination angle is changed with respect to the flow direction of the exhaust gas. In addition, the variable strut 22 is formed in a smooth streamline shape similarly to the fixed strut 20, but is formed so that the shape of the rear side thereof corresponds to the shape of the front of the fixed strut 20, The back of the variable strut 22 is configured to be smoothly continuous.

상기 엑추에이터는 상기 가변 스트러트(22)를 일정각도 회전시킴으로써, 가변 스트러트(22)를 통과한 배기가스가 상기 고정 스트러트(20)에 대하여 항상 평행하게 입사하도록 한다. 이를 위하여 상기 엑추에이터는 엔진 제어기(30)에서 발생한 엔진 부하량에 대한 검출신호에 의하여 구동되고, 상기 엔진 부햐량에 대응하는 각도만큼 가변 스트러트(22)을 회동시키도록 구성된다.The actuator rotates the variable strut 22 at an angle so that the exhaust gas passing through the variable strut 22 is always incident in parallel with the fixed strut 20. To this end, the actuator is driven by a detection signal for the engine load amount generated in the engine controller 30, and is configured to rotate the variable strut 22 by an angle corresponding to the engine load amount.

도시된 바와 같이 상기 엑추에이터는, 엔진 제어기(30)에 의하여 구동되는 엑추에이팅 모터(29)와, 이 엑추에이팅 모터(29)에 연동되어 회전하고, 배기덕트(100)의 내주면에 설치되는 구동링(26)과, 상기 엑추에이팅 모터(29)와 구동링(26)을 연결하는 암부재(24)를 구비한다.As shown in the figure, the actuator rotates in association with an actuating motor 29 driven by the engine controller 30 and the actuating motor 29, and is installed on the inner circumferential surface of the exhaust duct 100. A drive ring 26 and an arm member 24 for connecting the actuating motor 29 and the drive ring 26 is provided.

상기 암부재(24)의 일단은 구동링(26)에 핀결합(27)되고, 그 타단이 가변 스트러트(22)에 고정되며, 그 중앙부는 고정 스트러트(20)에 피봇결합(28)된다.One end of the arm member 24 is pin-coupled to the driving ring 26, the other end is fixed to the variable strut 22, the center portion is pivotally coupled to the fixed strut 20 (28).

한편 상기 엑추에이팅 모터(29)는 미세한 변위량을 필요로 하는 만큼 고정밀도의 위치제어가 가능한 리니어 펄스 모터(Linear Pulse Motor)나 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor)를 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 모터는 랙 피니언(rack-pinion) 기구 등을 사용하지 않고 직접 직선운동을 얻을 수 있다는 장점도 가지고 있다.On the other hand, the actuating motor 29 preferably employs a linear pulse motor or a voice coil motor capable of high-precision position control as it requires a small amount of displacement. Such a motor also has the advantage of directly obtaining linear motion without using a rack-pinion mechanism.

이하에서 본 실시예에 따른 가스터빈 배기덕트의 스트러트의 작용을 설명한다.The operation of the strut of the gas turbine exhaust duct according to the present embodiment will be described below.

엔진 제어기(30)에서 엔진 부하량에 대한 정보를 검출하여 이를 신호화하여 엑추에이팅 모터(29)로 전송한다. 도 3에서와 같이, 엔진 부하량이 정상인 경우에는 엔진 제어기(30)에서 신호가 발생하지 않으므로 엑추에이팅 모터(29)가 작동하지 않는다. 그리고 배기덕트(100)로 유입되는 배기가스의 유동방향이 배기덕트(100)에 대하여 수직 방향이 된다. 따라서 고정 스트러트(20)와 가변 스트러트(22)가 배기가스의 유동방향에 대하여 평행하게 위치되므로, 유동박리 현상이 발생하지 않는다.The engine controller 30 detects the information about the engine load amount, signals it, and transmits the signal to the actuating motor 29. As shown in FIG. 3, when the engine load is normal, no signal is generated from the engine controller 30, and thus the actuating motor 29 does not operate. The flow direction of the exhaust gas flowing into the exhaust duct 100 is perpendicular to the exhaust duct 100. Therefore, since the fixed strut 20 and the variable strut 22 are located parallel to the flow direction of the exhaust gas, the flow separation phenomenon does not occur.

그러나 엔진 부하량이 부분적으로 걸리는 경우에는 배기덕트(100)로 유입되는 배기가스의 유동방향이 배기덕트(100)에 대하여 수직방향과 소정의 각도(α)를 형성한다. 따라서 이러한 엔진 부하량에 대응하여 엔진 제어기(30)로부터 계산된 신호가 엑추에이팅 모터(29)로 전송되어, 엑추에이팅 모터(29)는 그 신호에 대응되는 양만큼 이동된다.However, when the engine load is partially applied, the flow direction of the exhaust gas flowing into the exhaust duct 100 forms a predetermined angle α with the vertical direction with respect to the exhaust duct 100. Accordingly, a signal calculated from the engine controller 30 in response to the engine load amount is transmitted to the actuating motor 29, so that the actuating motor 29 is moved by an amount corresponding to the signal.

도 4는 엔진에 걸리는 부분부하에 의하여 엑추에이팅 모터(29)가 상부로 이동한 상태를 도시한 것이다.4 shows a state in which the actuating motor 29 is moved upward by a partial load on the engine.

엑추에이팅 모터(29)가 상부로 이동하면 구동링(26)이 이에 따라 상부쪽으로 회전하고, 암부재(24)가 피봇결합부(28)를 중심으로 반시게방향으로 소정각도(α) 회전한다. 따라서 암부재(24)의 단부에 고정 결합된 가변 스트러트(22)는 수평방향에 대하여 아래쪽으로 소정각도(α) 회전하여, 가변 스트러트(22)가 배기가스의 유동방향에 대하여 평행하게 위치된다. 따라서 가변 스트러트(22)에 의하여 안내된 배기가스 유동은 고정 스트러트(20)에 대하여 평행하게 유입되므로, 고정 스트러트(20)의 후면에서 유동박리 현상이 발생하지 않고, 배기가스의 배출이 원활하게 이루어진다.When the actuating motor 29 moves upwards, the drive ring 26 rotates upwards accordingly, and the arm member 24 rotates a predetermined angle α in the anticlockwise direction about the pivot coupling portion 28. do. Accordingly, the variable strut 22 fixedly coupled to the end of the arm member 24 is rotated a predetermined angle α downward with respect to the horizontal direction, so that the variable strut 22 is positioned in parallel with the flow direction of the exhaust gas. Therefore, since the exhaust gas flow guided by the variable strut 22 flows in parallel with the fixed strut 20, flow separation does not occur at the rear surface of the fixed strut 20, and exhaust gas is smoothly discharged. .

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 청구된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야한 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the claimed claims.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 가스터빈 배기덕트의 스트러트는 고정 스트러트의 전면에 배기가스가 스트러트와 평행하게 유입되도록 유도하는 가변 스트러트를 설치하여, 엔진의 부분부하 및 탈설계점 작동상태에서도 스트러트의 유동박리를 방지하여 가스터빈의 효율의 극대화를 도모할 수 있다는 장점이 있다.As described above, the strut of the gas turbine exhaust duct according to the present invention is provided with a variable strut on the front of the fixed strut to induce exhaust gas to flow in parallel with the strut, so that the strut is operated even at the partial load of the engine and the off-design point operating state. By preventing the flow separation of the gas turbine has the advantage of maximizing the efficiency of the gas turbine.

Claims

A fixed strut fixed to the exhaust duct of the gas turbine and installed to maintain a predetermined angle with respect to the flow direction of the exhaust gas;

A variable strut rotatably installed in front of the fixed strut and having a variable inclination angle with respect to the flow direction of the exhaust gas;

An actuator for rotating the variable strut at a predetermined angle in accordance with the flow direction of the exhaust gas, the strut of the gas turbine exhaust duct.

The method of claim 1,

And the actuator is driven by a detection signal for an engine load amount generated by an engine controller to rotate the variable strut by an angle corresponding to the engine load amount.

The method of claim 2,

The actuator is,

An actuating motor driven by the engine controller,

A drive ring which rotates in association with the actuating motor and is installed on an inner circumferential surface of the exhaust duct;

A strut of a gas turbine exhaust duct, one end of which is pinned to a drive ring, the other end of which is fixed to the variable strut, and the center of which has an arm member pivotally coupled to the fixed strut.

The method of claim 3,

The actuating motor is a strut of a gas turbine exhaust duct, characterized in that the linear pulse motor.

The method of claim 1,

The variable strut is formed in a smooth streamline shape,

A strut of a gas turbine exhaust duct, characterized in that the rear shape thereof corresponds to the front shape of the fixed strut.