KR101366908B1 - 분할환 냉각 구조 및 가스 터빈 - Google Patents
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Abstract
둘레방향으로 배설되어 환상을 이루는 복수의 분할체로 형성되고, 내주면이 터빈 동익의 선단으로부터 일정한 거리를 유지하도록 하여 차실 내에 배설되는 가스 터빈의 분할환을 냉각하는 분할환 냉각 구조에 있어서, 복수의 작은 구멍을 구비한 충돌판과, 해당 충돌판과 상기 분할체의 본체에 의해 둘러싸인 냉각 공간과, 상기 분할체의 연소 가스의 유동방향의 상류측 단부에 있어서 회전축의 축방향에 직교하도록 배치된 제 1 캐비티와, 상기 냉각 공간으로부터 상기 제 1 캐비티로 연통되는 제 1 냉각 유로와, 상기 제 1 캐비티로부터 상기 분할체의 연소 가스의 유동방향의 하류측 단부에서 연소 가스 공간으로 연통되는 제 2 냉각 유로를 포함한다.
Description
본 발명은 가스 터빈의 분할환의 냉각 구조 및 가스 터빈에 관한 것이다.
본원은 2009년 8월 24일에 미국에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 61/236,310 호에 근거하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래에, 발전 등에 이용되는 가스 터빈은 터빈부를 고온 고압의 연소 가스가 통과하기 때문에, 안정된 운전을 계속하기 위해서는 분할환 등의 냉각이 중요해진다. 특히, 최근은 가스 터빈의 열효율의 향상을 위해, 더욱더 연소 가스의 고온화가 진행되고 있다.
도 11은 가스 터빈의 터빈부에 관한 내부 구조를 도시하는 단면도이다. 가스 터빈은, 연소기(3)에서 발생시킨 연소 가스(FG)를 터빈 정익(7) 및 터빈 동익(8)에 공급하고, 터빈 동익(8)을 회전축(5)의 주위로 회전시켜서, 회전 에너지를 전력으로 변환하고 있다. 터빈 정익(7) 및 터빈 동익(8)은, 연소 가스(FG)의 유동방향의 상류측으로부터 하류측을 향하여 교대로 배치되어 있다. 또한, 터빈 동익(8)은 회전축(5)의 둘레방향으로 복수 배치되며, 회전축(5)과 일체가 되어 회전하고 있다.
또한, 터빈 동익(8)의 연소 가스(FG)의 유동방향의 상류측에는 터빈 정익(7)이 배치되고, 터빈 동익(8)과 마찬가지로 회전축(5)의 둘레방향으로 복수 배치되어 있다. 터빈 동익(8)의 외주측에는 분할환(60)이 환상으로 배치되며 분할환(60)과 터빈 동익(8) 사이에는 상호의 간섭을 피하기 위해 일정한 간극이 마련되어 있다.
도 12는 종래의 분할환 주위의 단면도이다. 분할환(60)은 복수의 분할체(61)에 의해 형성되며, 회전축(5)의 둘레방향에 환상으로 배치되어 있다. 분할체(61)는, 분할체(61)의 후크(62) 및 차열환(遮熱環)(66)을 거쳐서 차실(車室)(67)에 지지되어 있다. 또한, 차열환(66)으로부터 지지되는 충돌판(64)은 복수의 작은 구멍(65)을 구비하고 있다. 분할체(61)에는 회전축(5)의 축방향으로 복수의 냉각 유로(63)가 배치되어 있다.
분할환(60)을 냉각시키기 위해서, 압축기의 추기 공기의 일부인 냉각 공기(CA)가 차실(67)의 공급 구멍(68)으로부터 분할환(60)의 각 분할체(61)에 공급된다. 냉각 공기(CA)는, 충돌판(64)에 개구되는 작은 구멍(65)을 거쳐서, 충돌판(64)과 분할체(61)로 둘러싸인 공간에 분출되어, 분할체(61)의 표면을 충돌(impingement) 냉각한다. 또한, 충돌 냉각 후의 냉각 공기(CA)는 냉각 유로(63)를 경유하여 분할체(61)의 연소 가스의 유동방향(도 11의 지면상에서 좌측에서부터 우측 방향)의 하류단으로부터 연소 가스 공간으로 분출될 때, 냉각 유로(63)를 흐르는 냉각 공기(CA)에 의해 분할체(61)가 대류 냉각된다.
특허문헌 1에는 상술한 충돌판을 구비한 분할환이 개시되며, 충돌 냉각한 냉각 공기가 분할환(분할체)의 상면에 배치된 개구부에 공급되고, 냉각 유로(냉각 공기 구멍)를 경유하여 분할환의 연소 가스(FG)의 유동방향의 하류단으로부터 연소 가스 공간으로 배출될 때, 분할환을 냉각하는 예가 나타나 있다.
특허문헌 2는 특허문헌 1을 개량한 구조로서, 충돌 냉각한 냉각 공기의 일부를 분할환(분할체)의 연소 가스의 유동방향의 상류단으로부터 연소 가스 공간으로 분출하는 냉각 유로(제 1 유로)가 개시되고, 다른 대부분의 충돌 냉각 후의 냉각 공기는 연소 가스의 유동방향의 하류단으로부터 연소 가스 공간으로 분출되는 냉각 유로(제 2 유로)가 개시되어 있다. 이에 의해, 분할환의 냉각이 강화되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 발명에서는 분할환의 연소 가스의 유동방향의 상류측 단부에 있어서, 냉각 유로가 배치되지 않은 영역이 있어, 연소 가스의 고온화가 진행되었을 경우, 분할환의 상류측 단부가 고온 연소 가스에 의해 소손(燒損)된다는 문제점이 있다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 발명에서는, 충돌 냉각 후의 냉각 공기의 일부가 냉각 유로(냉각 공기 구멍)를 거쳐서 분할환의 연소 가스의 유동방향의 상류측 단부로부터 연소 가스 공간으로 배출될 때, 분할환의 상류측 단부의 냉각을 강화시키고 있다. 그러나, 분할환의 연소 가스의 유동방향의 상류단측으로 배출되는 냉각 공기는 상류측 단부만을 냉각하고 연소 가스 공간으로 배출되기 때문에, 그대로 냉각 공기량의 로스가 되어, 냉각 공기량이 증가하여, 가스 터빈의 열효율이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 연소 가스의 고온화에 수반하는 분할환의 소손의 방지와 냉각 공기량의 저감에 의한 열효율의 향상을 목적으로 한 분할환의 냉각 구조 및 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 하기의 수단을 채용했다.
즉, 본 발명의 분할환 냉각 구조는, 둘레방향으로 배설되어 환상을 이루는 복수의 분할체로 형성되며, 내주면이 터빈 동익의 선단으로부터 일정한 거리를 유지하도록 하여 차실 내에 배설되는 가스 터빈의 분할환을 냉각하는 분할환 냉각 구조에 있어서, 복수의 작은 구멍을 구비한 충돌판과, 해당 충돌판과 상기 분할체의 본체에 의해 둘러싸인 냉각 공간과, 상기 분할체의 연소 가스의 유동방향의 상류측 단부에 있어서 회전축의 축방향에 직교하도록 배치된 제 1 캐비티와, 상기 냉각 공간으로부터 상기 제 1 캐비티로 연통되는 제 1 냉각 유로와, 상기 제 1 캐비티로부터 상기 분할체의 연소 가스의 유동방향의 하류측 단부에서 연소 가스 공간으로 연통되는 제 2 냉각 유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 분할환의 연소 가스의 유동방향의 상류측 단부에 제 1 캐비티를 마련하고, 냉각 공간의 냉각 공기는 제 1 냉각 유로를 거쳐서 제 1 캐비티에 공급되며, 또한 제 2 냉각 유로를 거쳐서 연소 가스의 유동방향의 하류측 단부에서 연소 가스 공간으로 배출되므로, 냉각 유로 전체의 길이가 길어지고, 열부하가 심한 분할체의 상류측 단부의 대류 냉각이 강화된다. 그 때문에, 고온 연소 가스에 의한 분할체의 상류측 단부의 소손을 피할 수 있다.
본 발명의 분할환 냉각 구조는, 제 1 냉각 유로와 제 2 냉각 유로가 제 1 캐비티에서 회전축의 축방향으로 반전되는 구조를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 제 1 냉각 유로와 제 2 냉각 유로가 제 1 캐비티에서 연소 가스의 유동방향으로 반전되는 구조를 구비하고 있으므로, 유로 길이가 긴 냉각 유로의 전체가 분할체의 본체 내에 컴팩트하게 수용되어, 분할환의 소형화를 도모할 수 있다.
본 발명의 분할환 냉각 구조는, 제 1 냉각 유로와 제 2 냉각 유로가 각각 회전축의 회전방향에 대하여 환상으로 복수 배열되고, 회전축의 직경방향으로 서로 평행이 되도록 배열되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 제 1 냉각 유로와 제 2 냉각 유로가 서로 평행이 되도록 배열되어 있으므로, 인접하는 냉각 유로간의 거리가 균일하게 유지되고, 상류측 단부의 온도 분포가 작아져서, 분할체의 상류측 단부의 냉각 성능이 향상된다.
본 발명의 분할환 냉각 구조는, 제 1 냉각 유로가 제 2 냉각 유로에 대해서 회전축의 축방향으로 경사지게 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 제 1 냉각 유로를 거쳐서 제 1 캐비티에 공급되는 냉각 공기는 제 1 캐비티의 저면을 향해 분출되어 제 1 캐비티의 저면을 충돌 냉각하므로, 열부하가 심한 분할체의 상류측 단부의 냉각에 유효하다.
본 발명의 분할환 냉각 구조는, 제 1 냉각 유로는 제 2 냉각 유로보다 길이가 짧고, 제 2 냉각 유로보다 분할체의 상면측에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 제 1 냉각 유로는 상류측 단부의 상면측에 배치되고, 제 2 냉각 유로는 상류측 단부의 하면측에 배치되어 있으므로, 분할체의 상류측 단부의 상면측 및 하면측 모두 냉각되어, 분할체의 상류측 단부의 냉각 성능이 향상된다.
본 발명의 분할환 냉각 구조는, 제 2 냉각 유로의 구멍 직경이 제 1 냉각 유로의 구멍 직경보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 제 1 캐비티 내의 압력을 높게 유지할 수 있으므로, 제 2 냉각 유로를 흐르는 냉각 공기의 속도를 높게 할 수 있어서 분할체의 하면측의 냉각 성능이 향상된다.
본 발명의 분할환 냉각 구조는, 회전축의 회전방향으로의 제 2 냉각 유로의 피치가 회전축의 회전방향으로의 제 1 냉각 유로의 피치보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 제 2 냉각 유로는 제 1 냉각 유로와 비교하여 회전축의 회전방향으로의 피치가 작으므로, 제 2 냉각 유로의 냉각 효과가 높아, 분할체의 냉각 성능이 향상된다.
본 발명의 분할환 냉각 구조는, 제 3 냉각 유로가 분할체의 회전축의 회전방향의 전방측의 측단부에 배치되고, 분할체의 회전축의 회전방향의 전방측의 측단부에서, 상기 냉각 공간으로부터 연소 가스 공간으로 연통되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 분할체의 회전축의 회전방향의 전방측의 측단부의 대류 냉각이 강화된다.
본 발명의 분할환 냉각 구조는, 제 4 냉각 유로가 분할체의 회전축의 회전방향의 후방측의 측단부에 배치되고, 분할체의 회전축의 회전방향의 후방측의 측단부에서, 상기 냉각 공간으로부터 연소 가스 공간으로 연통되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 제 4 냉각 유로를 마련함으로써, 분할체의 회전축의 회전방향의 전방측 및 후방측의 양측의 측단부를 냉각하므로, 분할체의 냉각 성능을 강화시킬 수 있다.
본 발명의 분할환 냉각 구조는, 제 3 냉각 유로 또는 제 4 냉각 유로가 제 2 캐비티 또는 제 3 캐비티를 거쳐서 제 1 캐비티로 연통되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 제 1 캐비티에 공급되는 고압의 냉각 공기의 일부가 제 2 캐비티 또는 제 3 캐비티를 거쳐서 제 3 냉각 유로 또는 제 4 냉각 유로에 공급되므로, 상류측 단부 근방의 제 3 냉각 유로 또는 제 4 냉각 유로의 냉각 성능이 강화된다.
본 발명의 가스 터빈은 상술한 분할환 냉각 구조를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 가스 터빈의 냉각 공기량이 저감되어 가스 터빈의 열효율이 향상된다.
상술한 본 발명에 의하면, 분할환의 상류측 단부의 냉각이 강화되어, 분할환의 소손이 회피된다. 또한, 냉각 공기의 사용량을 최소한으로 억제하는 동시에, 분할환의 냉각 효율 및 냉각 능력을 보다 한층 향상시킨 가스 터빈을 제공할 수 있다. 따라서, 가스 터빈의 신뢰성이나 운전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 터빈의 전체 구성을 도시하는 도면,
도 2는 제 1 실시형태의 분할환의 주요부 단면도,
도 3은 제 1 실시형태의 분할체의 사시도,
도 4는 제 1 실시형태에 나타내는 분할체의 평면도,
도 5는 도 4에 도시하는 분할체의 A-A 단면도,
도 6은 도 4에 도시하는 분할체의 B-B 측면도,
도 7은 도 4에 도시하는 분할체의 C-C 단면도,
도 8은 제 1 변형예에 나타내는 분할체의 C-C 단면도,
도 9는 제 2 실시형태에 나타내는 분할체의 상류측 단부의 부분 단면도,
도 10은 제 3 실시형태에 나타내는 분할체의 평면도,
도 11은 터빈부의 단면 구조를 도시하는 도면,
도 12는 종래예에 나타내는 분할환의 주요부 단면도.
도 2는 제 1 실시형태의 분할환의 주요부 단면도,
도 3은 제 1 실시형태의 분할체의 사시도,
도 4는 제 1 실시형태에 나타내는 분할체의 평면도,
도 5는 도 4에 도시하는 분할체의 A-A 단면도,
도 6은 도 4에 도시하는 분할체의 B-B 측면도,
도 7은 도 4에 도시하는 분할체의 C-C 단면도,
도 8은 제 1 변형예에 나타내는 분할체의 C-C 단면도,
도 9는 제 2 실시형태에 나타내는 분할체의 상류측 단부의 부분 단면도,
도 10은 제 3 실시형태에 나타내는 분할체의 평면도,
도 11은 터빈부의 단면 구조를 도시하는 도면,
도 12는 종래예에 나타내는 분할환의 주요부 단면도.
이하, 본 발명에 따른 분할환 냉각 구조 및 가스 터빈에 대해서, 그 실시형태를 도 1 내지 도 11에 근거하여 이하에 설명한다.
[제 1 실시형태]
제 1 실시형태에 대해서, 도 1 내지 도 7 및 도 11에 근거하여 이하에 설명한다.
도 1은 가스 터빈의 전체 구성도이다. 가스 터빈(1)은, 연소용 공기를 압축하는 압축기(2)와, 압축기(2)로부터 이송되어 온 압축 공기에 연료(FL)를 분사하여 연소시켜서 연소 가스를 발생시키는 연소기(3)와, 이 연소기(3)의 하류측에 위치하여, 연소기(3)를 빠져나온 연소 가스에 의해 구동되는 터빈부(4)와, 발전기(6)와, 압축기(2)와 터빈부(4)와 발전기(6)를 일체로 체결하는 회전축(5)을 주요 구성 요소로 한다.
터빈부(4)는 배경 기술의 도 11에서 설명한 내용과 동일한 구성이므로, 상세한 설명은 생략한다. 공통되는 부품 명칭 및 부호는 동일한 명칭 및 부호를 사용한다.
도 2는 가스 터빈의 분할환의 중요부 단면을 도시하고 있다.
분할환(10)은 차실(67)에 지지된 터빈부(4)의 구성 부재로서, 회전축(5)의 둘레방향으로 배설되어 환상을 이루는 복수의 분할체(11)로 구성된다. 분할체(11)는 분할체의 내주면[하면(11a)]과 동익(8)의 선단(8a) 사이에 일정한 간극이 확보되도록 배치되어 있다. 분할환(10)은, 예를 들어 내열성 니켈 합금 등으로 형성되어 있다. 또한, 도면 중의 부호(7)는 터빈부(4)의 터빈 정익이다.
분할체(11)는, 본체(저판)(12)와 후크(13)와 충돌판(14)이 주요한 구성 요소이다. 분할체(11)는 연소 가스(FG)의 유동방향의 상류측 및 하류측에 마련된 후크(13)를 거쳐서 차열환(28)에 장착되고, 차열환(28)을 거쳐서 차실(67)에 지지되어 있다. 분할체(11)는, 본체(12)와, 충돌판(14)과, 연소 가스(FG)의 유동방향의 상류측 및 하류측에 배치된 후크(13)와, 회전축(5)의 축방향과 대략 직교하는 방향[회전축(5)의 회전방향]의 전방측 및 후방측에 마련된 측단부(18, 19)(도 4 참조)에 의해 둘러싸인 냉각 공간[이하, "냉각 공간"이라 함](29)을 구비한다. 냉각 공간(29)은 분할체(11) 내에 형성되며, 분할체(11)의 내주면[하면(11a)]에서 보아 이면(외주면)에 위치하는 본체(12)의 상면(12a)측에 접하는 공간이다.
냉각 공간(29)의 상부에는 충돌판(14)이 설치되어 있다. 충돌판(14)에는 충돌 냉각용의 냉각 공기(CA)가 통과하는 다수의 작은 구멍(15)이 천공되어 있다. 충돌판(14)의 상방에는 차실(67) 내의 냉각 공기(CA)가 공급 구멍(68)을 거쳐서 도입되는 수입 공간(30)이 배치되어 있다. 수입 공간(30) 내에 공급된 냉각 공기(CA)는, 전체가 대략 동일 압력으로 균압화된 상태에서 작은 구멍(15)으로부터 분출되어, 냉각 공간(29)의 하면[본체(12)의 상면(12a)]을 충돌 냉각한다.
도 3은 분할체(11)의 사시도를 도시한다. 연소 가스(FG)는 지면상에서 좌측으로부터 우측의 방향으로 흐르며, 회전축(5)의 회전방향(터빈 동익의 회전방향)(R)은 회전축의 축방향에 직교하는 방향이다. 상술한 바와 같이, 분할체(11)는 후크(13)를 거쳐서 차열환(28)에 지지되어 있다. 또한, 분할체(11)의 중앙에는 충돌판(14)이 분할체(11)의 본체(12)의 내벽(12b)에 대하여 고정되어 있다.
충돌판(14)은, 중앙부(14a)가 주변부(14b)보다 오목 형상으로 움푹 패인 형상을 구비한다. 즉, 분할체(11)의 본체(12)는 충돌판(14)보다 고온 상태에 놓이기 때문에, 회전축의 축방향 및 회전축의 회전방향(R)에 있어서, 충돌판(14)보다 열신장이 커지게 된다. 그 때문에, 충돌판(14)은 본체(12)의 내벽(12b)측으로부터 인장되고, 충돌판(14)에는 열응력이 발생한다. 그러나, 충돌판(14)의 중앙부(14a)에 오목 형상으로 홈을 마련함으로써, 충돌판 전체의 유연성이 늘어나, 발생하는 열응력이 완화되는 효과가 있다. 충돌판(14)의 중앙부(14a)가 볼록 형상으로 형성되는 경우에서도 동일한 효과가 있다. 또한, 본체(12)의 상면(12a)의 전면에 걸쳐서, 균일하게 충돌 냉각의 효과를 발휘하도록 하기 위해, 충돌판(14)의 중앙부(14a)뿐만 아니라, 주변부(14b)에도 작은 구멍(15)을 마련하는 것이 바람직하다.
도 4는 분할체(11)의 충돌판측으로부터 회전축의 방향을 본 분할체의 평면도이다.
본 실시형태의 분할체(11)에는, 연소 가스(FG)의 유동방향의 상류측의 상류측 단부(16)에 있어서, 회전축(5)의 축방향에 대략 직교하는 방향으로 제 1 캐비티(20)가 배치되어 있다. 또한, 냉각 공간(29)과 제 1 캐비티(20)를 연결하는 냉각 유로(제 1 냉각 유로)(21)가 회전축(5)의 축방향으로 마련되고, 제 1 캐비티(20)로부터 연소 가스(FG)의 유동방향의 하류측의 하류측 단부(17)로 개구되는 유로(제 2 냉각 유로)(22)가 회전축의 축방향으로 배치되어 있다. 제 1 캐비티(20)는 제 1 냉각 유로(21)와 제 2 냉각 유로(22)를 서로 연결하는 매니폴드의 역할을 수행하고 있다.
도 5는 도 4에 도시하는 분할체의 단면(단면 A-A)을 도시하고, 도 6은 측면도(단면 B-B)를 도시한다. 도 7은 분할체(11)를 회전축(5)의 축방향에서 본 단면(단면 C-C)을 도시한다.
도 4 내지 도 7에 의해, 제 1 냉각 유로(21) 및 제 2 냉각 유로(22)의 구조를 설명한다. 분할체(11)에 대한 연소 가스(FG)의 유동방향(도 4의 지면상에서 좌측으로부터 우측을 향하는 방향)의 상류측의 상류측 단부(16)에서는, 제 1 냉각 유로(21) 및 제 2 냉각 유로(22)는 모두 회전축(5)의 축방향으로 분할체(11)의 본체(12)의 단면을 관통하도록 천공되어 있다.
또한, 제 1 냉각 유로(21) 및 제 2 냉각 유로(22)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 회전축(5)의 축방향에서 본 단면으로 볼 때, 서로 상하방향[회전축(5)의 직경방향]으로 일렬로 나란하도록 일정한 간격을 두고 평행하게 배치된다. 또한, 제 1 냉각 유로(21) 및 제 2 냉각 유로(22)는 함께 회전축(5)의 회전방향(R)에 대해서, 소정의 피치로 복수의 냉각 유로(21, 22)가 환상으로 배치되어 있다. 즉, 분할체(11)의 상류측 단부(16)에서는, 분할체(11)의 회전방향(R)의 전방측의 측단부(18)로부터 후방측의 측단부(19)에 걸쳐서, 제 1 냉각 유로(21)와 제 2 냉각 유로(22)가 상하방향으로 2열로 중첩되도록 배치되어 있다. 또한, 제 1 냉각 유로(21) 및 제 2 냉각 유로(22)는, 인접하는 냉각 유로끼리가 회전축(5)의 회전방향(R)으로, 서로 평행이 되도록, 소정의 피치로 배치된다. 또한, 제 1 냉각 유로(21)와 제 2 냉각 유로(22)는 회전축(5)의 축방향으로 서로 평행이 되도록 배치되어 있다.
또한, 분할체(11)의 본체(12) 중 상류측 단부(16) 및 측단부(18, 19)를 제외한 부분에는, 제 1 캐비티(20)로부터 하류측 단부(17)에 걸쳐서, 분할체(11)의 하면(11a)을 따라서, 회전축(5)의 축방향으로 배치된 냉각 유로[제 2 냉각 유로(22)]가 마련되어 있다. 제 2 냉각 유로(22)는, 상류측 단부(16)에서는 회전축(5)의 축방향에서 본 단면으로 볼 때, 제 1 냉각 유로(21)와 상하 방향으로 중첩되도록 배열되고, 그대로 연소 가스의 유동방향의 하류측의 하류측 단부(17)까지 연장되어, 하류측 단부면(17a)에서 연소 가스 공간(W)으로 개구되어 있다. 또한, 분할체(11)의 상류측 단부(16)란, 분할체(11) 중 상류측 단부면(16a)과 본체(12)의 상류측의 내벽(12b) 사이에 있는, 충돌판(14)의 장착 높이보다 하방 부분을 말한다. 또한, 분할체(11)의 하류측 단부(17)란, 분할체(11) 중 하류측 단부면(17a)과 본체(12)의 하류측의 내벽(12b) 사이에 있는, 충돌판(14)의 장착 높이보다 하방 부분을 말한다.
상술한 바와 같은 제 1 냉각 유로 및 제 2 냉각 유로의 구성에 의해, 제 1 냉각 유로(21)는 제 1 캐비티(20)에서 반전되어, 제 2 냉각 유로(22)에 연결되는 반전 구조를 구비하고 있으므로, 회전축(5)의 축방향에 대하여, 유로 길이가 긴 냉각 유로를 선정할 수 있다. 즉, 제 1 냉각 유로(21)는 분할체(11)의 상류측 단부(16)의 상면측에 가까운 분할체(11) 내에 배치되어 있다. 한편, 제 1 냉각 유로(21)는 제 1 캐비티(20)에서 반전해서 제 2 냉각 유로(22)에 접속되고, 상류측 단부(16)의 제 1 냉각 유로(21)보다 하면측에 가까운 분할체(11) 내에 배치되어, 하류측 단부면(17a)까지 연장되어 있다. 그 결과, 본 실시형태의 냉각 유로는, 회전축(5)의 축방향에 있어서, 특허문헌 1 및 특허문헌 2와 비교하여, 가장 긴 유로 길이를 선정할 수 있어서 분할체의 냉각 성능의 향상에 유효하다.
또한, 제 1 캐비티(20)를 거쳐서, 제 1 냉각 유로(21)와 제 2 냉각 유로(22)가 회전축(5)의 축방향으로 반전되는 구조이므로, 유로 길이가 긴 냉각 유로를 분할체의 본체 내에 컴팩트하게 수용할 수 있어서, 분할체를 효율적으로 냉각할 수 있다.
다음에, 분할체(11)의 측단부(18, 19)에 마련하는 냉각 유로의 구조를 설명한다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 분할체(11)의 회전축의 회전방향(R)의 전방측의 측단부(18)에는 냉각 공간(29)으로부터 연소 가스 공간(W)으로 연통되는 제 3 냉각 유로(25)가 회전축에 대략 직교하는 방향으로 배열되어 있다. 제 3 냉각 유로(25)는 한쪽이 냉각 공간(29)으로 연통되고, 다른 쪽이 연소 가스 공간(W)으로 개구되어 있다. 또한, 상류측 단부(16) 및 하류측 단부(17)에는, 한쪽이 냉각 공간(29)에 연통되고, 다른 쪽이 회전축의 축방향으로 연장되며, 말단이 폐색된 제 2 캐비티(24)가 형성되며, 제 3 냉각 유로(25)의 일부는 제 2 캐비티(24)를 거쳐서 냉각 공간(29)에 연통되어 있다.
본 실시형태에서는, 분할체(11)의 회전방향(R)의 후방측의 측단부(19)에 있어서의 제 4 냉각 유로(27)도 제 3 냉각 유로(25)와 동일한 구성으로 할 수 있다. 즉, 제 4 냉각 유로(27)는 한쪽이 냉각 공간(29)에 연통되고, 다른 쪽은 연소 가스 공간(W)으로 개구되어 있다. 또한, 상류측 단부(16) 및 하류측 단부(17)에 있어서, 한쪽이 냉각 공간(29)에 연통되고, 다른 쪽이 회전축의 축방향으로 연장되며, 말단이 폐색된 제 3 캐비티(26)가 형성되고, 제 4 냉각 유로(27)의 일부는 제 3 캐비티(26)를 거쳐서 냉각 공간(29)에 연통되어 있다. 또한, 가스 터빈의 운전 조건에 따라서는, 상술한 분할체(11)의 회전방향(R)의 후방측의 측단부(19)에 있어서의 냉각 유로를 마련하지 않고, 측단부(19)의 대류 냉각을 생략해도 좋다.
또한, 측단부(18)란, 본체(12)의 회전방향(R)의 전방측의 내벽(12c)과 측단부 단부면(18a) 사이에 있는, 충돌판(14)의 장착 높이보다 하방 부분을 말한다. 또한, 측단부(19)란, 본체(12)의 회전방향(R)의 후방측의 내벽(12c)과 측단부 단부면(19a) 사이에 있는, 충돌판(14)의 장착 높이보다 하방 부분을 말한다.
본 실시형태에 있어서의 냉각 공기의 흐름에 대하여 이하에 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 터빈부(4)에 공급된 냉각 공기(CA)의 일부는 공급 구멍(68)을 경유하여 수입 공간(30)에 공급된다. 냉각 공기(CA)는 충돌판(14)에 마련된 작은 구멍(15)을 거쳐서 냉각 공간(29)으로 분출되어, 분할체(11)의 본체(12)의 상면(12a)을 충돌 냉각한다. 충돌 냉각 후의 대부분의 냉각 공기(CA)는, 상류측 단부(16)에 마련되고, 분할체(11)의 본체(12)의 연소 가스(FG)의 유동방향의 상류측의 내벽(12b)에 개구되는 제 1 냉각 유로(21)에 공급되며, 연소 가스(FG)의 유동방향과 역방향으로 흘러서, 주로 상류측 단부(16)의 상면측을 대류 냉각하여, 일단 제 1 캐비티(20)로 흘러나온다.
제 1 캐비티(20) 내의 냉각 공기(CA)는 제 1 캐비티(20)에서 반전되어, 회전축(5)의 축방향에서 본 단면으로 볼 때, 제 1 냉각 유로(21)의 하방에 배치된 제 2 냉각 유로(22)에 공급된다. 또한, 냉각 공기(CA)는 분할체(11)의 하면(11a)을 따라서 분할체(11)의 하류측 단부(17)를 향하여 흘러서, 주로 분할체(11)의 하면측을 대류 냉각하고, 하류측 단부면(17a)에서 연소 가스 공간(W)으로 배출된다. 즉, 상술한 바와 같이 반전 구조를 구비하므로, 유로 길이가 긴 냉각 유로를 선정할 수 있어서 분할체의 냉각에 유효하다.
한편, 분할체(11) 주위의 연소 가스(FG)는 유동방향을 따라서 압력이 변화한다. 연소 가스(FG) 유동방향의 상류측의 상류측 단부면(16a) 부근에서 가장 압력이 높고, 하류측의 하류측 단부면(17a) 부근에서 가장 압력이 낮아진다. 즉, 특허문헌 2에 나타내는 예에서는, 냉각 공간(29)으로부터의 냉각 공기(CA)는, 상류측 단부(16) 내를 연소 가스(FG)의 유동방향의 상류측을 향해 흘러서, 상류측 단부면(16a)으로부터 연소 가스 공간(W)으로 배출되기 때문에, 냉각 공간(29) 내의 냉각 공기(CA)의 압력과 상류측 단부면(16a) 부근의 연소 가스의 압력의 차압을 크게 취할 수 없다. 따라서, 상류측 단부(16)를 충분히 냉각하기 위해서는, 제 1 냉각 유로(21) 내를 흐르는 냉각 공기는 넉넉하게 흘릴 필요가 있어서, 그만큼 냉각 공기량의 증가의 원인이 된다.
한편, 본 실시형태의 경우는 상류측 단부(16)를 냉각시키기 때문에, 냉각 공간(29)의 냉각 공기(CA)는 제 1 냉각 유로(21)를 경유하여 제 1 캐비티(20)에 공급되며, 그대로 상류측 단부면(16a)으로부터 연소 가스 공간(W)으로 배출되지 않고, 제 1 캐비티(20)에서 반전되어, 제 2 냉각 유로(22)를 경유하여 하류측 단부면(17a)으로 배출된다. 즉, 냉각 공기(CA)는, 연소 가스 압력이 가장 낮은 하류측 단부면(17a)에서 연소 가스 공간(W)으로 배출되므로, 냉각 공간(29) 내의 냉각 공기와 하류측 단부면(17a) 부근의 연소 가스의 압력 차이를 최대한으로 이용할 수 있기 때문에, 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 예와 비교하여, 냉각 유로 내의 유속을 높게 할 수 있어서, 냉각 공기량을 큰 폭으로 저감시킬 수 있다.
한편, 분할체(11)의 측단부(18, 19)에 있어서는, 냉각 공간(29) 내에서 충돌 냉각한 냉각 공기(CA)의 일부가 제 3 냉각 유로(25), 제 4 냉각 유로(27)를 거쳐서 연소 가스 공간(W)으로 배출될 때, 측단부(18, 19)를 대류 냉각한다. 또한, 측단부(18, 19)의 일부는, 냉각 공간(29)에서 도입된 냉각 공기(CA)를 일단 제 2 캐비티(24) 또는 제 3 캐비티(26)에 공급하고, 제 2 캐비티(24) 또는 제 3 캐비티(26)를 거쳐서 제 3 냉각 유로(25) 또는 제 4 냉각 유로(27)에 공급된다. 냉각 공기(CA)는 제 3 냉각 유로(25) 또는 제 4 냉각 유로(27)로부터 연소 가스 공간(W)으로 배출될 때, 측단부(18, 19)를 대류 냉각한다.
또한, 도 4에 도시하는 실시형태에서는, 냉각 공간(29)으로부터 제 2 캐비티(24)에 공급되는 냉각 공기는 연결로(31)를 거쳐서 공급되고 있지만, 제 3 캐비티(26)와 마찬가지로, 냉각 공간(29)으로부터 직접 도입하는 방법이라도 좋다.
측단부(18, 19)의 대류 냉각을 목적으로 한 냉각 공기는, 충돌 냉각 후의 고압 냉각 공기를 제 3 냉각 유로(25), 제 4 냉각 유로(27)에 공급하므로, 냉각 공간(29)의 냉각 공기와 측단부 단부면(18a, 19a) 근방의 연소 가스의 차압을 이용할 수 있어서 측단부의 냉각에 유효하다.
본 실시형태에 의하면, 회전축의 축방향에 대해서, 가장 긴 냉각 유로 길이를 채용할 수 있고, 또한, 냉각 공기의 차압을 최대한으로 이용할 수 있으므로 분할체의 냉각에 가장 유효하다.
또한, 상류측 단부에서는 제 1 냉각 유로와 제 2 냉각 유로를 상하 방향으로 중첩되도록 배치하고, 상면측에 제 1 냉각 유로가 배치되며, 하면측에 제 2 냉각 유로가 배치되어 있으므로, 상류측 단부로의 냉각 성능이 향상된다.
또한, 제 1 냉각 유로와 제 2 냉각 유로는 상하방향(회전축의 직경방향)에 대하여, 서로 평행하게 배치되고, 회전축의 회전방향(R)에 대하여 동일한 피치로 평행하게 복수 라인이 배열되어 있으므로, 냉각 유로끼리는 동일한 간격으로 배치되어 상류측 단부 내에서의 온도 분포가 작아져서, 균일한 냉각이 가능하다.
[제 1 변형예]
도 8은 제 1 냉각 유로 및 제 2 냉각 유로에 관하여, 제 1 실시형태와는 다른 배치예를 도시한다. 제 1 변형예는 제 1 실시형태와 비교하여, 회전축(5)의 회전방향(R)에 대해서, 동일한 피치로 냉각 유로를 환상으로 배치하는 점에서는 동일하지만, 제 2 냉각 유로(22)는 제 1 냉각 유로(21)보다 작은 구멍 직경을 채용하고 있는 점이 상이하다. 또한, 회전축(5)의 회전방향(R)으로의 제 1 냉각 유로(21)의 피치가 회전축(5)의 회전방향(R)으로의 제 2 냉각 유로(22)의 피치보다 큰 점이 상이하다. 이와 같은 제 1 냉각 유로(21) 및 제 2 냉각 유로(22)의 구멍 직경 및 피치를 채용하면, 제 2 냉각 유로에 공급되는 냉각 공기는 냉각에 충분한 양은 확보되며, 제 1 실시형태와 비교하여, 분할체의 본체(저면)측의 냉각 성능이 향상된다.
즉, 분할체의 본체, 특히 본체(12)의 상류측 단부(16)의 냉각이 가장 문제가 되지만, 본체의 냉각에 가장 기여하는 것은 제 2 냉각 유로(22)이다. 분할환의 냉각 성능을 양호하게 하려면, 냉각 유로로서 소구경의 구멍 직경을 채용하여, 피치를 좁게 하는 것이 바람직하다. 본 변형예의 경우, 제 1 냉각 유로(21)는 상대적으로 제 2 냉각 유로(22)보다 큰 구멍 직경으로 하여 제 1 냉각 유로에서의 압력 손실을 작게 하여, 제 1 캐비티(20) 내에서의 냉각 공기압을 극히 고압으로 하고 있다. 한편, 제 2 냉각 유로(22)는 제 1 냉각 유로(21)보다 소구경으로 하고, 피치를 작게 하고 있다. 이 결과, 제 2 냉각 유로(22)에서는 소구경이기 때문에 냉각 공기의 압력 손실이 증대하지만, 제 1 캐비티(20) 내의 압력을 고압으로 유지하여, 연소 가스측과의 차압을 최대한으로 이용할 수 있으므로, 제 2 냉각 유로의 전체의 냉각 효율이 향상되어, 제 1 실시형태와 비교하여, 분할체의 본체(저면)(12)의 냉각이 강화된다.
[제 2 실시형태]
도 9는 제 2 실시형태에 따른 분할체의 상류측 단부의 부분 단면을 도시하고 있다.
본 실시형태는, 제 1 실시형태와 비교하여, 제 1 냉각 유로가 제 2 냉각 유로에 대해서 회전축의 축방향으로 경사를 갖는 점이 상이하고, 그 외의 구성은 제 1 실시형태와 동일하다. 또한, 제 1 실시형태와 공통되는 구성 요소는 제 1 실시형태와 동일한 부품 명칭 및 부호를 사용하여, 상세 설명은 생략한다.
도 9에서, 제 2 냉각 유로(45)는, 회전축(5)의 축방향에 대하여 분할체(11)의 하면(11a)을 따라서 하류측 단부면(17a)까지 배치되고, 회전축의 회전방향(R)에 대하여 동일한 피치로 환상으로 배치되어 있는 점은, 제 1 실시형태와 동일하다. 그러나, 제 1 캐비티(43)에 연통되는 제 1 냉각 유로(44)는 상류측 단부면(16a)을 향하여 회전축(5)의 축방향으로 경사를 구비하고, 제 1 캐비티(43)의 저면(43a)에서 각도(α)로 교차하고 있는 점이 상이하다. 또한, 제 1 냉각 유로(44) 및 제 2 냉각 유로(45)는 모두 회전축의 회전방향(R)에 대하여 분할체(11)의 하면(11a)을 따라서 복수의 냉각 유로가 환상으로 배치되어 있는 점은 제 1 실시형태와 동일하다.
상술한 구성에 의하면, 냉각 공간(29)으로부터 제 1 냉각 유로(44)를 거쳐서 제 1 캐비티(43)의 저면(43a)으로 흘러나온 냉각 공기(CA)는 제 1 캐비티(43)의 저면(43a)에 대하여 충돌 냉각 공기로서 작용하므로, 제 1 실시형태와 비교하여, 상류측 단부(16)의 냉각이 강화된다.
즉, 냉각 공간(29)으로부터 도입된 냉각 공기(CA)는, 상류측 단부면(16a)을 향해 하향 경사를 구비한 제 1 냉각 유로(44)를 흘러내려서 제 1 캐비티(43)에 도달하는데, 그 사이에 상류측 단부(16)의 상면측이 대류 냉각된다. 또한, 냉각 공기(CA)는 제 1 캐비티(43)의 저면(43a)에 충돌해서, 저면(43a)에 대한 충돌 냉각 효과를 부여하여, 상류측 단부(16)의 냉각을 강화하고 있다.
제 1 캐비티(43)로부터 반전되는 냉각 공기(CA)는 제 2 냉각 유로(45)를 경유하여 연소 가스(FG)의 유동방향의 하류측을 향해 흘러서, 하류측 단부(17)에서 연소 가스 공간(W)으로 배출된다. 즉, 본 실시형태의 경우, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제 1 냉각 유로(44) 내를 흐르는 냉각 공기(CA)는, 제 1 냉각 유로(44)가 제 2 냉각 유로(45)에 대하여 회전축(5)의 축방향으로 제 1 캐비티(43)의 저면(43a)을 향해 하향 경사를 구비함으로써, 제 1 실시형태와 비교하여, 제 1 캐비티(43) 내에서 충돌 냉각의 효과를 부여한다. 그 결과, 분할체(11)의 회전방향(R)의 전체 폭에 걸쳐서, 상류측 단부(16)의 냉각이 강화되어 분할환의 냉각 공기량을 더욱 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서도, 제 1 변형예와 동일한 구성을 채용할 수 있다. 즉, 제 2 냉각 유로(45)의 구멍 직경은 제 1 냉각 유로(44)의 구멍 직경보다 작게 하고, 회전방향(R)으로의 제 2 냉각 유로(45)의 피치는 회전방향(R)으로의 제 1 냉각 유로(44)의 피치보다 작게 할 수 있다.
또한, 제 1 냉각 유로와 제 2 냉각 유로를 흐르는 냉각 공기량이 균형을 맞추도록 각각의 냉각 유로의 구멍 직경 및 피치를 선정함으로써, 분할체의 본체의 냉각 효과를 높일 수 있다. 그 결과, 제 1 실시형태와 비교하여 냉각 공기량을 저감시킬 수 있으므로, 가스 터빈의 열효율이 더욱 향상된다.
[제 3 실시형태]
도 10은 제 3 실시형태에 따른 분할체의 평면도를 도시한다.
본 실시형태는, 제 1 실시형태와 비교하여, 분할환의 분할체의 측단부의 냉각 구조가 상이하지만, 구성은 제 1 실시형태와 동일하다.
또한, 제 1 실시형태와 공통되는 구성 요소는 제 1 실시형태와 동일한 부품 명칭 및 부호를 사용하여, 상세 설명은 생략한다.
본 실시형태에서는, 제 2 캐비티(24) 및 제 3 캐비티(26)가 연소 가스의 유동방향의 상류측에서 제 1 캐비티(20)에 연통되고, 하류측은 제 3 냉각 유로(25) 및 제 4 냉각 유로(27)에 연통되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는 제 3 냉각 유로(25) 및 제 4 냉각 유로(27)는 냉각 공간(29)에는 직결하지 않고, 제 1 캐비티(20), 제 2 캐비티(24) 및 제 3 캐비티(26)를 거쳐서 냉각 공간(29)에 연결되어 있는 점이 제 1 실시형태와 상이하다.
본 실시형태의 구성에 의하면, 제 1 실시형태와 비교하여, 제 3 냉각 유로(25) 및 제 4 냉각 유로(27)의 상류측 단부(16) 근방의 냉각 능력이 강화된다. 즉, 냉각 공기(CA)는 냉각 공간(29)에서 제 1 캐비티(20)에 공급되고, 제 1 캐비티(20)로부터 제 2 캐비티(24) 및 제 3 캐비티(26)에 도입된다. 또한, 냉각 공기(CA)는 제 2 캐비티(24) 또는 제 3 캐비티(26)로부터 제 3 냉각 유로(25) 또는 제 4 냉각 유로(27)를 거쳐서 연소 가스 공간(W)으로 배출될 때, 측단부(18, 19)를 대류 냉각한다.
특히, 연소 가스의 유동방향의 상류측에 있는 상류측 단부(16)는 고온 연소 가스에 노출되기 쉽다. 측단부(18, 19)의 냉각 능력을 강화시키기 위해서는 측단부(18, 19)의 상류측 단부(16) 근방의 제 3 냉각 유로(25) 또는 제 4 냉각 유로(27)를 흐르는 냉각 공기의 압력을 높게 하여, 유속을 빠르게 하는 것이 바람직하다.
그러나, 제 1 실시형태의 경우, 상류측 단부면(16a)을 향해 연장되는 제 2 캐비티(24) 또는 제 3 캐비티(26)는 말단이 폐색되어 있기 때문에, 캐비티 내의 말단 압력은 오르기 어렵다. 그 때문에, 제 2 캐비티(24) 또는 제 3 캐비티(26)에 연통되는 제 3 냉각 유로(25) 또는 제 4 냉각 유로(27)를 흐르는 냉각 공기는 그 유속을 높게 하는데도 한계가 있다.
한편, 본 실시형태의 경우, 제 2 캐비티(24) 및 제 3 캐비티(26)는 고압으로 유지된 제 1 캐비티(20)에 직결되어 있기 때문에, 상류측 단부(16) 근방에서는 냉각 공기의 압력이 고압으로 유지된다. 따라서, 이들에 연통되는 상류측 단부(16) 근방의 제 3 냉각 유로(25) 또는 제 4 냉각 유로(27)를 흐르는 냉각 공기는, 높은 유속이 유지되어 대류 냉각이 강화된다. 또한, 가스 터빈의 운전 조건에 따라서는, 측단부의 냉각은 제 2 캐비티를 거쳐서 제 1 캐비티에 접속하는 제 3 냉각 유로만을 마련하고, 제 4 냉각 유로를 설치하지 않아도 좋다.
상술한 본 발명의 분할환 냉각 구조에 의하면, 냉각 공기의 사용량을 최소한으로 억제하는 동시에, 분할체(11) 및 이것을 구성 요소로 하는 분할환(10)의 냉각 효율 및 냉각 능력을 보다 한층 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절히 변경할 수 있다.
본 발명의 분할환 냉각 구조에 의하면, 분할환의 상류측 단부의 냉각이 강화되어 분할환의 소손이 회피된다. 또한, 냉각 공기의 사용량을 최소한으로 억제하는 동시에, 분할환의 냉각 효율 및 냉각 능력을 보다 한층 향상시킨 가스 터빈을 제공할 수 있다. 따라서, 가스 터빈의 신뢰성이나 운전 효율을 향상시킬 수 있다.
1 : 가스 터빈 2 : 압축기
3 : 연소기 4 : 터빈부
5 : 회전축 6 : 발전기
7 : 터빈 정익 8 : 터빈 동익
10, 40, 50, 60 : 분할환 11, 41, 51, 61 : 분할체
12, 42 : 본체 13 : 후크
14, 64 : 충돌판 15, 65 : 작은 구멍
16 : 상류측 단부(연소 가스 유동방향의 상류측)
16a : 상류측 단부면(연소 가스 유동방향의 상류측)
17 : 하류측 단부(연소 가스 유동방향의 하류측)
17a : 하류측 단부면(연소 가스 유동방향의 하류측)
18 : 측단부(회전방향의 전방측)
18a : 측단부 단부면(회전방향의 전방측)
19 : 측단부(회전방향의 후방측)
19a : 측단부 단부면(회전방향의 후방측)
20, 43 : 캐비티(제 1 캐비티) 21, 44 : 냉각 유로(제 1 냉각 유로)
22, 45 : 냉각 유로(제 2 냉각 유로) 24 : 캐비티(제 2 캐비티)
25 : 냉각 유로(제 3 냉각 유로) 26 : 캐비티(제 3 캐비티)
27 : 냉각 유로(제 4 냉각 유로) 28 : 차열환
29 : 냉각 공간 30 : 수입 공간
31 : 연결로 66 : 차열환
67 : 차실 68 : 공급 구멍
R : 회전축의 회전방향 W : 연소 가스 공간
CA : 냉각 공기 FG : 연소 가스
FL : 연료
3 : 연소기 4 : 터빈부
5 : 회전축 6 : 발전기
7 : 터빈 정익 8 : 터빈 동익
10, 40, 50, 60 : 분할환 11, 41, 51, 61 : 분할체
12, 42 : 본체 13 : 후크
14, 64 : 충돌판 15, 65 : 작은 구멍
16 : 상류측 단부(연소 가스 유동방향의 상류측)
16a : 상류측 단부면(연소 가스 유동방향의 상류측)
17 : 하류측 단부(연소 가스 유동방향의 하류측)
17a : 하류측 단부면(연소 가스 유동방향의 하류측)
18 : 측단부(회전방향의 전방측)
18a : 측단부 단부면(회전방향의 전방측)
19 : 측단부(회전방향의 후방측)
19a : 측단부 단부면(회전방향의 후방측)
20, 43 : 캐비티(제 1 캐비티) 21, 44 : 냉각 유로(제 1 냉각 유로)
22, 45 : 냉각 유로(제 2 냉각 유로) 24 : 캐비티(제 2 캐비티)
25 : 냉각 유로(제 3 냉각 유로) 26 : 캐비티(제 3 캐비티)
27 : 냉각 유로(제 4 냉각 유로) 28 : 차열환
29 : 냉각 공간 30 : 수입 공간
31 : 연결로 66 : 차열환
67 : 차실 68 : 공급 구멍
R : 회전축의 회전방향 W : 연소 가스 공간
CA : 냉각 공기 FG : 연소 가스
FL : 연료
Claims (14)
- 둘레방향으로 배설되어 환상을 이루는 복수의 분할체(11)로 형성되고, 내주면이 터빈 동익의 선단으로부터 일정한 거리를 유지하도록 하여 차실 내에 배설되는 가스 터빈의 분할환을 냉각하는 분할환 냉각 구조에 있어서,
복수의 작은 구멍을 구비한 충돌판(14)과,
상기 충돌판과 상기 분할체의 본체에 의해 둘러싸인 냉각 공간(29)과,
상기 분할체의 연소 가스의 유동방향의 상류측 단부에 있어서 회전축의 축방향에 직교하도록 배치된 제 1 캐비티(20)와,
상기 냉각 공간으로부터 상기 제 1 캐비티로 연통되는 제 1 냉각 유로(21)와,
상기 회전축의 회전방향의 전방측 및 후방측의 측단부를 제외하고 상기 분할체에 배치되고, 상기 제 1 캐비티로부터 상기 분할체의 연소 가스의 유동방향의 하류측 단부에서 연소 가스 공간으로 연통되는 제 2 냉각 유로(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는
분할환 냉각 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 냉각 유로와 상기 제 2 냉각 유로는 상기 제 1 캐비티에서 회전축의 축방향으로 반전되는 구조를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
분할환 냉각 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 냉각 유로와 상기 제 2 냉각 유로는, 각각 회전축의 회전방향에 대하여 환상으로 복수 배열되고, 직경방향으로 서로 평행이 되도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는
분할환 냉각 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 냉각 유로와 상기 제 2 냉각 유로는, 각각 회전축의 회전방향에 대하여 환상으로 복수 배열되고, 상기 제 1 냉각 유로는 상기 제 2 냉각 유로에 대하여 회전축의 축방향으로 경사지게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
분할환 냉각 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 냉각 유로는, 상기 제 2 냉각 유로보다 길이가 짧고, 상기 분할체의 연소 가스의 유동방향의 상류측 단부에서 상기 제 2 냉각 유로보다 상기 분할체의 본체의 상면측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
분할환 냉각 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 냉각 유로의 구멍 직경이 상기 제 1 냉각 유로의 구멍 직경보다 작은 것을 특징으로 하는
분할환 냉각 구조. - 제 1 항에 있어서,
회전축의 회전방향으로의 상기 제 2 냉각 유로의 피치가 회전축의 회전방향으로의 상기 제 1 냉각 유로의 피치보다 작은 것을 특징으로 하는
분할환 냉각 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 분할체의 회전축의 회전방향의 전방측의 측단부에 배치되며, 상기 냉각 공간으로부터 상기 전방측의 측단부에서 연소 가스 공간으로 연통되는 제 3 냉각 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는
분할환 냉각 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 분할체의 회전축의 회전방향의 후방측의 측단부에 배치되며, 상기 냉각 공간으로부터 상기 후방측의 측단부에서 연소 가스 공간으로 연통되는 제 4 냉각 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는
분할환 냉각 구조. - 제 8 항에 있어서,
상기 분할체의 회전축의 회전방향의 후방측의 측단부에 배치되며, 상기 냉각 공간으로부터 상기 후방측의 측단부에서 연소 가스 공간으로 연통되는 제 4 냉각 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는
분할환 냉각 구조. - 제 8 항에 있어서,
상기 분할체는, 회전방향의 전방측의 측단부에 있어서, 한쪽이 상기 제 1 캐비티에 연통되고, 다른 쪽이 회전축의 축방향으로 연장되어 배치된 제 2 캐비티를 더 포함하며,
상기 제 3 냉각 유로는 상기 제 2 캐비티를 거쳐서 상기 제 1 캐비티에 연통되어 있는 것을 특징으로 하는
분할환 냉각 구조. - 제 9 항에 있어서,
상기 분할체는, 회전방향의 후방측의 측단부에 있어서, 한쪽이 상기 제 1 캐비티에 연통되고, 다른 쪽이 회전축의 축방향으로 연장되어 배치된 제 3 캐비티를 더 포함하며,
상기 제 4 냉각 유로는 상기 제 3 캐비티를 거쳐서 상기 제 1 캐비티에 연통되어 있는 것을 특징으로 하는
분할환 냉각 구조. - 제 10 항에 있어서,
상기 분할체는, 회전방향의 전방측 및 후방측의 측단부에 있어서, 한쪽이 상기 제 1 캐비티에 연통되고, 다른 쪽이 회전축의 축방향으로 연장되어 배치된 제 2 및 제 3 캐비티를 더 포함하며,
상기 제 3 냉각 유로는 상기 제 2 캐비티를 거쳐서 상기 제 1 캐비티에 연통되고,
상기 제 4 냉각 유로는 상기 제 3 캐비티를 거쳐서 상기 제 1 캐비티에 연통되어 있는 것을 특징으로 하는
분할환 냉각 구조. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 분할환 냉각 구조를 구비한
가스 터빈.
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