KR100814174B1 - 가스 터빈에서 트랜지션 덕트를 저압 제트에 연결하는시스템 및 저압 제트 - Google Patents

Abstract

가스 터빈에서 트랜지션 덕트(14)에 저압 제트를 연결하는 시스템으로서, 상기 저압 제트는 둘 또는 세 개의 스테이터 블레이드의 섹터로 배열되며 제트의 링상에 장착된다. 제트의 플랫폼(11)은 채널(11)을 구비하는데, 이 채널내에 트랜지션 덕트(14)가 에지(15)에 의해 위치된다. 또한, 트랜지션 덕트(14)와 제트의 링 사이의 센터링은 제트의 링(12)상의 3개 이상의 지점에서 센터링 수단을 직접 사용하여 달성된다.

Description

가스 터빈에서 트랜지션 덕트를 저압 제트에 연결하는 시스템 및 저압 제트{CONNECTING SYSTEM FOR A TRANSITION DUCT IN A GAS TURBINE}

본 발명은, 가스 터빈의 일부를 형성하는, 트랜지션 덕트(transition duct)에 저압 제트(low-pressure jet)를 연결하는 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 가스 터빈의 일부를 형성하는 저압 제트에 관한 것이다.

가스 터빈은 주변 공기가 공급되어 가압되는 압축기를 포함하는 것으로 알려져 있다.

가압된 공기는 제트로 끝나는 일련의 연소 챔버를 지나는데, 각각의 챔버내에는 인젝터가 연료를 공급하며, 이 연료는 공기와 혼합하여 연소용 공기-연료 혼합체를 형성한다.

연소 가스는 그 뒤 터빈을 향해 보내지는데, 터빈은 연소 챔버내에서 연소된 가스의 엔탈피를 사용자에게 유용한 기계적 에너지로 변환시킨다.

쌍축(twin-shaft) 가스 터빈은 가스 발생기 및 상이한 속도로 회전하는 독립적인 샤프트들을 갖는 파워 터빈을 갖는다.

파워 로터는 일단부가 저압 터빈 디스크를 지지하며 타단부가 베어링 플랜지를 지지하는 샤프트로 구성된다.

가스 발생기내에서 발생되는 고온 가스는 저압 터빈에 의해 사용자가 이용할 수 있는 동력으로 변환되어야 한다.

저압 제트는 고온 가스를 가속화시켜 로터 블레이드로 지향시켜, 유용한 동력을 터빈 샤프트에 전달한다.

가스 터빈의 하우징을 가능한 한 차갑게 유지하기 위해, 고온 가스가 지나는 스테이터 제트는 스테이터 하우징에 직접 고정되지 않고 대신에 섹터(sector)로 배열되는데, 각각의 섹터는 둘 또는 세 개의 제트로 구성되며 낮은 열전도성 재료로 제조된 디바이더(divider)에 의해 스테이터 하우징으로부터 절연된다.

본 명세서에 있어서 트랜지션 덕트는 고압 블레이드와 저압 제트 사이의 연결 요소임을 주목해야 한다.

특히, 트랜지션 덕트는 일반적으로 고온 가스의 소망 유동을 허용하도록 그 중앙 섹션이 상이한 형상을 가질 수 있는 두 개의 동심 실린더로 구성된다.

고온 가스는 기계적 손실 및 열 손실을 최소로 하는 방식으로 유동하여야 한다. 고온 가스는 매우 고온이므로, 트랜지션 덕트의 벽은 이러한 조건에 견딜 수 있어야 하며 그 구조적 형태를 유지할 수 있어야 한다.

또한, 트랜지션 덕트와 저압 제트 사이의 밀봉은 모터의 성능을 보장하기 위한 또한 가스 터빈의 외측 하우징의 형태를 유지하기 위한 중요한 변수이다.

본 발명에 의해 해결될 기술적 문제점들에 대한 이해를 용이하게 하기 위해, 다음의 종래 기술의 상태를 참조하여야 한다.

현존하는 터빈의 트랜지션 덕트는 두 개의 카테고리로 분류될 수 있다. 큰 두께의 트랜지션 덕트(세그먼트로 분할됨) 및 작은 두께의 트랜지션 덕트(360°의 부품임).

양 해결책에 있어서, 하우징 및 저압 제트는 용이하게 외부 벽을 지지한다.

해결되어야 할 주 문제점은 대체로 고압 로터의 후방을 향하는 내부 벽을 정확하게 지지하는 것이다.

따라서, 내부 벽은 오직 저압 제트의 플랫폼으로부터 연장하는 구조적 스트럿(strut)이나 연결 아암 또는 돌기를 사용하여 외부 벽에 의해서만 지지된다.

첫 번째 해결책은 트랜지션 덕트의 축방향 길이가 상당한 경우 특히 장점적인데, 이는 내부 벽이 일단부에서만 용이하게 지지될 수 없기 때문이다.

그러나, 스트럿 또는 연결 아암은 기계적 손실을 야기할 수 있으며 간단한 디자인을 갖지 않는데, 이는 정밀하게는 트랜지션 덕트를 통해 흐르는 가스의 온도가 높기 때문이다.

이러한 높은 온도는 다양한 구성요소가 파손되도록 하여 그들의 사용 수명 및 열피로에 대한 저항성을 상당히 제한할 수 있는 "열 피로(heat fatigue)"의 발생을 야기할 수 있다.

여하튼, 일부 적용에 있어서 트랜지션 덕트가 저압 제트의 연장된 플랫폼내에 포함되도록 트랜지션 덕트의 축방향 길이는 저압 제트의 플랫폼의 축방향 길이를 연장시키는 것에 의해서만 최소화될 수 있다.

이 해결책은 종래 기술의 실시예의 예로서 도 1에 도시되어 있다.

특히, 도 1은 저압 제트(23)의 연장된 플랫폼(22)에 연결된 트랜지션 덕트(21)를 포함하는 조립체(20)를 도시한다. 연결 아암(24)이 또한 도시되어 있다.

세그먼트형 내부 벽은 또한 고온 가스로부터 보호되는 내부 구조체에 의해 지지될 수 있으며, 이들은 중량 부하 및 압력차를 받는다.

종래 기술에 있어서, 세그먼트형 트랜지션 덕트는 항공학 터빈에 일반적인 (박벽) 360°트랜지션 덕트의 측면을 따라 수평방향으로 분리된 하우징들을 갖는 고성능 모터에 일반적으로 사용된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 센터링(centering) 시스템 자체를 통하여 외부 하우징에 열이 전달되는 것을 방지할 수 있는, 가스 터빈에서의 저압 제트를 트랜지션 덕트에 연결하는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 그 지지 및 센터링을 위한 스트럿이나 연결 아암의 사용을 회피하는, 가스 터빈에서의 저압 제트를 트랜지션 덕트에 연결하는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 설치가 간단하고 안전한, 가스 터빈에서의 저압 제트를 트랜지션 덕트에 연결하는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 기계 성능의 최적화를 고려하면서 신뢰성이 있으며 경제적으로 실행가능한, 가스 터빈에서의 저압 제트를 트랜지션 덕트에 연결하는 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적 및 기타 목적은, 가스 터빈에서 트랜지션 덕트에 저압 제트를 연결하는 시스템으로서, 상기 저압 제트는 둘 또는 세 개의 스테이터 블레이드의 섹터로 배열되어 저압 제트의 링상에 장착되는, 시스템에 있어서, 상기 저압 제트의 플랫폼은 적어도 하나의 채널을 갖는 바, 이 채널내에 트랜지션 덕트가 에지에 의해 위치되며, 또한 상기 트랜지션 덕트와 상기 저압 제트의 링 사이의 센터링은 상기 저압 제트의 링상의 3개 이상의 지점에서 작동하는 센터링 수단에 의해 직접 달성되는 것을 특징으로 하는 연결 시스템에 의해 달성된다.

본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 상기 트랜지션 덕트의 센터링 수단은 상기 저압 제트와 트랜지션 덕트 사이에서 가압되는 적어도 3개의 키로 구성된다. 상기 트랜지션 덕트는 3개의 슬릿을 가지며, 각각의 슬릿은 저압 제트의 3개의 섹터에 속하는 3개의 슬릿 중 하나에 대응하며, 전체는 3개의 키를 제 위치에 유지하도록 치수를 갖는다.

보다 상세하게는, 상기 트랜지션 덕트에 대한 일정한 지지를 보장하도록 상기 3개의 키는 각각 120°엇갈린 3개의 지점에 놓일 수 있다.

본 발명의 다른 양호한 실시예에 있어서, 상기 저압 제트의 섹터는 그 플랫폼내에 키를 직접 구비한다.

본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 있어서, 상기 저압 제트의 링의 채널은 상기 트랜지션 덕트를 지지하며 그것에 정확한 축방향 위치를 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 있어서, 상기 트랜지션 덕트는 장착되거나 또는 그 내에 포함된 키를 가지며 상기 저압 제트만이 각각의 키에 대한 슬릿을 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 트랜지션 덕트의 에지의 적어도 3개의 지점은 상기 저압 제트의 채널에 대해 미리 결정된 갭을 갖는다.

또한, 상기 미리 결정된 갭은 저압 제트에 대한 트랜지션 덕트가 겪는 상이한 열팽창과 같으므로, 상기 갭은 정지 위치에서 0과 동일하여, 에지가 터빈의 고온 가스에 대한 밀봉(seal)을 형성하는 동안 상기 트랜지션 덕트가 상기 채널에 대해 중심맞춤되도록 한다.

마지막으로, 본 발명은 또한, 가스 터빈의 일부를 형성하며 둘 또는 세 개의 스테이터 블레이드를 구비한 섹터를 갖는 저압 제트에 있어서, 그 플랫폼은 적어도 하나의 채널을 가지며, 이 채널내에 트랜지션 덕트가 에지에 의해 위치되며, 상기 트랜지션 덕트와 저압 제트의 링 사이의 센터링은 상기 저압 제트의 링상이 3개 이상의 지점에서 작동하는 센터링 수단에 의해 직접 달성되는 것을 특징으로 하는 저압 제트를 포함한다.

본 발명의 다른 특징은 첨부된 특허청구범위에 기재되어 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점과 그 구조적 기능적 특징은 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 명백하게 되는데, 이들은 예시를 위해 제공된 것으로 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.

도 1은 쌍축 터빈의 세부에 대한 단면도로서, 종래 기술의 트랜지션 덕트를 도시하는 도면.

도 2는 쌍축 터빈의 세부에 대한 단면도로서, 본 발명의 따른 트랜지션 덕트에 저압 제트를 연결하는 시스템을 도시하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 트랜지션 덕트에 저압 제트를 연결하는 시스템의 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 트랜지션 덕트에 저압 제트를 연결하는 시스템의 단면도.

특히 상기 도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 가스 터빈에서의 저압 제트를 트랜지션 덕트에 연결하는 시스템은 일반적으로 참조부호(10)로 표시되어 있다.

특히, 저압 제트의 플랫폼(11)은 채널(13)을 갖는데, 그 내에는 트랜지션 덕트(14)가 에지(15)에 의해 위치된다.

저압 제트는 둘 또는 세 개의 스테이터 블레이드의 섹터로 배열되며 저압 제트의 링(12)상에서 장착된다.

따라서, 이들은 트랜지션 덕트(14)의 에지(15)상에 쉽게 장착되어 이들 구성요소 사이의 밀봉 및 연결부를 형성할 수 있다.

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또한, 저압 제트의 채널(13)은 트랜지션 덕트(14)를 지지하며, 트랜지션 덕트(14)가 그 정확한 축방향 위치에 있도록 한다.

특히 중요한 신기술은 상기 트랜지션 덕트(14)와 저압 제트를 센터링하는 시스템이다.

알고 있는 바와 같이, 종래 기술의 가스 터빈에 있어서, 이 센터링은 가스 터빈의 외부 하우징을 사용하여 달성되었다.

본 발명에 따른 개선점은 트랜지션 덕트(14)를 저압 제트에 대해 직접 센터링하는 것이다.

이에 의해 센터링 시스템을 통해 외부 하우징에 열이 전달되는 것을 회피하는 중요한 장점이 제공된다.

외부 하우징의 재료는 고온에 적합하지 않으므로, 이 신규한 해결책은 외부 하우징내에 생성될 수 있는 국부적 고온에 기인한 산화, 뒤틀림 또는 밀봉 손실을 회피한다.

본 발명의 시스템은 저압 제트와 트랜지션 덕트(14) 사이에 적어도 3개의 키(16)를 사용함으로써 조립된다.

각각의 키(16)는 중앙 구멍(32)과 사각부(31)를 구비한 원통형 부분(30)을 갖는다.

트랜지션 덕트(14)는 3개의 슬릿(17)을 가지며, 3개의 대응하는 저압 제트 섹터는 다른 슬릿(18)을 갖거나 또는 직접 그 플랫폼(11)내에 키(16)를 구비한다.

트랜지션 덕트(14)가 키(16)를 따라 이어지며 저압 제트의 링(12) 및 제트의 스테이지와만 동축이기 때문에, 결과적인 시스템은 항상 센터링되어, 앞에서 언급된 종래의 문제점들을 회피한다.

보다 상세하게는, 트랜지션 덕트(14)의 일정한 지지를 보장하도록 3개의 키(16)는 각각 120°엇갈린 3개의 지점에 놓인다.

대안적으로, 트랜지션 덕트(14)는 장착되거나 포함된 키(16)를 가질 수 있으며, 저압 제트는 각각의 키(16)에 대한 슬릿(18)만을 가질 수 있다.

예견된 다른 해결책은 저압 제트의 채널(13)과 미리 결정된 갭을 갖는 트랜지션 덕트(14)의 에지(15)상의 적어도 3개의 지점에 배열하는 것이다.

이 미리 결정된 갭은 저압 제트에 대해 트랜지션 덕트(14)가 겪는 상이한 열팽창과 동일하므로, 갭은 정지 위치에서 0과 같다.

이러한 현상은 명백히 트랜지션 덕트(14)가 채널(13)과 중심맞춤되도록 하며, 에지(15)는 터빈의 고온 가스에 대한 밀봉을 형성한다.

마지막으로, 전술된 본 발명에 따른, 가스 터빈에서의 트랜지션 덕트에 저압 제트를 연결하는 시스템은 다음의 중요한 구조적 기능적 특징을 갖는다.

먼저, 트랜지션 덕트(14)는 박벽(thin wall)에 대해 360°의 부품이다. 둘째로, 트랜지션 덕트(14)는 스트럿이나 연결 아암을 갖지 않는다. 마직막으로, 트랜지션 덕트(14)는 저압 제트에 연결된 플랫폼(11)에 의해 지지된다.

상기로부터, 가스 터빈의 일부를 형성하며, 본 발명의 목적인, 트랜지션 덕트에 저압 제트를 연결하는 본 발명의 시스템의 특징은, 그 장점들과 마찬가지로, 명백하다.

상기 장점들을 보다 세밀하고 명확하게 특정하도록 다음의 결론적 고려사항 및 관찰사항을 언급하고 싶다.

따라서, 전술된 문제에 대한 신규한 해결책은 신규한 터빈에서 구현되도록 개발되고 있다.

트랜지션 덕트의 축방향 길이는 감소되고, 신규한 트랜지션 덕트 및 저압 제트에 대한 신규한 연결부가 개발되고 있다.

설명된 아이디어내에 포함되는 새로운 원리로부터 일탈됨없이, 본 발명의 목적인, 가스 터빈에서 트랜지션 덕트에 저압 제트를 연결하는 신규한 시스템에 대한 다양한 변형이 도입될 수 있음은 자명하다.

본 발명은 또한 가스 터빈의 트랜지션 덕트에의 연결 시스템과 관련된 전술된 저압 제트를 포함할 수 있다.

마직막으로, 본 발명의 특정 사용에 있어서, 도시된 세부사항의 재료, 형상 및 치수는 요구조건에 따라 임의로 될 수 있으며, 이들은 기술관 관점에서 균등한 다른 아이템에 의해 대체되거나 변형될 수 있음은 자명하다.

본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 규정된다.

Claims (12)

1. 가스 터빈에서 둘 또는 세 개의 스테이터 블레이드의 섹터의 형태로 배열되어 저압 제트의 링(12)상에 장착되는 저압 제트를, 트랜지션 덕트(14)에 연결하는 시스템(10)에 있어서,

   상기 저압 제트의 플랫폼(11)은 적어도 하나의 채널(13)을 가지며, 상기 채널내에 트랜지션 덕트(14)가 에지(15)에 의해 배치되고, 상기 트랜지션 덕트(14)와 상기 저압 제트의 링(12) 사이에서의 센터링은 상기 저압 제트의 링(12)상의 3개 이상의 지점에서 작용하는 센터링 수단에 의해 직접 달성되는 것을 특징으로 하는

   연결 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 트랜지션 덕트(14)의 센터링 수단은 상기 저압 제트와 트랜지션 덕트(14) 사이에서 가압되는 적어도 3개의 키(16)로 구성되는 것을 특징으로 하는

   연결 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 트랜지션 덕트(14)는 3개의 슬릿(17)을 가지며, 각각의 슬릿(17)은 저압 제트의 3개의 섹터의 일부를 형성하는 3개의 슬릿(18) 중 하나에 대응하여 3개의 키(16)를 제 위치에 유지시키는 것을 특징으로 하는

   연결 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 트랜지션 덕트(14)에 대한 일정한 지지를 보장하도록 상기 3개의 키(16)는 각각 120°이격된 3개의 지점에 배치되는 것을 특징으로 하는

   연결 시스템.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 저압 제트의 섹터는 그 플랫폼(11)에 상기 키(16)가 직접 포함되어 있는 것을 특징으로 하는

   연결 시스템.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 저압 제트의 링(12)의 채널(13)은 상기 트랜지션 덕트(14)를 지지하여, 정확한 축방향 위치를 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는

   연결 시스템.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 트랜지션 덕트(14)는, 장착되거나 포함된 상기 키(16)를 가지며 상기 저압 제트는 각각의 키(16)에 대한 슬릿(18)을 갖는 것을 특징으로 하는

   연결 시스템.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 트랜지션 덕트(14)의 에지(15)의 적어도 3개의 지점은 상기 저압 제트의 채널(13)과 미리 결정된 갭을 갖는 것을 특징으로 하는

   연결 시스템.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 미리 결정된 갭은 상기 저압 제트에 대하여 트랜지션 덕트(14)가 받는 상이한 열팽창과 동일하므로, 상기 갭은 정지 위치에서 0과 동일하여, 에지(15)가 터빈의 고온 가스에 대한 밀봉을 형성하는 동안 상기 트랜지션 덕트(14)가 상기 채널(13)에 대해 중심맞춤되도록 하는 것을 특징으로 하는

   연결 시스템.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 트랜지션 덕트(14)는 박벽을 구비한 360°의 부품인 것을 특징으로 하는

    연결 시스템.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 트랜지션 덕트(14)는 상기 저압 제트의 플랫폼(11)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는

    연결 시스템.
12. 둘 또는 세 개의 스테이터 블레이드의 섹터를 갖는 가스 터빈의 일부를 형성하는 저압 제트에 있어서,

    플랫폼은 적어도 하나의 채널(13)을 가지며, 이 채널내에 트랜지션 덕트(14)가 에지(15)에 의해 배치되며, 상기 트랜지션 덕트(14)와 저압 제트의 링(12) 사이의 센터링은 상기 저압 제트의 링(12)상의 3개 이상의 지점에서 작용하는 센터링 수단에 의해 직접 달성되는 것을 특징으로 하는

    저압 제트.

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