KR101595996B1 - Gas turbine with variable internal cooling passage using shape memory alloy - Google Patents

Gas turbine with variable internal cooling passage using shape memory alloy Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변 냉각 유로를 구비한 가스터빈은 연소기의 고온/고압의 가스에 의해 회전되는 블레이드와, 상기 블레이드 하부에 형성되어 상기 블레이드를 지지하는 블레이드 도브테일과, 압축기에서 공급되는 냉각공기를 블레이드 도브테일의 내부를 통해 상기 블레이드의 내부로 유입시켜 상기 블레이드를 냉각시키는 냉각유로로 구성된 가스터빈에 있어서, 상기 냉각유로의 내측에 고정되는 튜브; 및 상기 튜브의 내주면을 따라 복수 개로 설치되되, 두겹으로 형성되어 상기 냉각공기의 온도변화에 의해 형상이 변하면서 상기 튜브 내부 단면적을 가변시켜 상기 냉각공기의 유동량을 조절하는 가변부재;가 포함된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a gas turbine having a variable cooling flow path, comprising: a blade rotated by a high-temperature / high-pressure gas of a combustor; a blade dovetail formed under the blade to support the blade; And a cooling passage for cooling the blade by flowing into the inside of the blade through the inside of the cooling passage, wherein the tube is fixed to the inside of the cooling passage; And a variable member provided in a plurality of along the inner circumferential surface of the tube, the variable member being formed in two layers to vary the shape of the inside of the tube by the temperature change of the cooling air to control the flow amount of the cooling air .

Description

가변 냉각 유로를 구비한 가스터빈{Gas turbine with variable internal cooling passage using shape memory alloy}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a gas turbine having a variable cooling passage,

본 발명은 가스터빈에 관한 것으로, 가스터빈 내부로 공급되는 냉각유로의 유량을 온도변화에 맞게 조절할 수 있는 가변 냉각 유로를 구비한 가스터빈에 관한 기술이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas turbine, and relates to a gas turbine having a variable cooling flow passage capable of adjusting a flow rate of a cooling flow passage supplied to a gas turbine to a temperature change.

산업용, 발전용 및 항공용 가스터빈에서는 발전 또는 추력을 생성하기 위해 연소기로부터 고온/고압의 연소가스를 가스터빈 베인/블레이드에 공급하게 된다. 가스터빈으로 유입되는 고온/고압의 연소가스로 인해 고온에 노출되어 있는 베인과 블레이드(100)를 냉각시키게 되는데 일반적으로 블레이드의 경우 블레이드 아래에 회전하는 로터디스크(200) 내부에 냉각유로(300)를 통해 압축기로부터 압축된 냉각공기가 공급되어 가스터빈 블레이드를 냉각하게 된다. 그리고 냉각 공기 일부는 후단에 설치되어 있는 가스터빈 블레이드에 추가로 공급되어 가스터빈 블레이드를 냉각시킨 후 주유동 통로로 빠져나간다.In industrial, power and aviation gas turbines, high temperature / high pressure combustion gases are supplied to the gas turbine vanes / blades from the combustor to generate power or thrust. The vane and the blade 100 exposed to high temperatures are cooled by the high temperature / high pressure combustion gas flowing into the gas turbine. Generally, in the case of the blades, the cooling passage 300 is formed in the rotor disk 200, Cooled compressed air is supplied from the compressor through the cooling air passage to cool the gas turbine blade. And a portion of the cooling air is supplied to the gas turbine blade installed at the rear end to cool the gas turbine blade and then escape to the main flow passage.

그러나, 종래에는 엔진의 작동조건에 따른 냉각 유체의 온도 변화를 반영할 수 없어 부하에 따라 냉각유체의 유량을 조절할 수 없는 문제점이 있어왔다.However, conventionally, there has been a problem in that it is not possible to reflect the temperature change of the cooling fluid according to the operating condition of the engine, and thus the flow rate of the cooling fluid can not be controlled according to the load.

KRKR 10-2012-007011810-2012-0070118 AA

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 블레이드를 냉각하는 냉각공기의 유량을 부하에 따라 조절할 수 있도록 하는 가변 냉각 유로를 구비한 가스터빈을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a gas turbine having a variable cooling flow passage for controlling a flow rate of cooling air for cooling a blade according to a load.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 가변 냉각 유로를 구비한 가스터빈은 연소기의 고온/고압의 가스에 의해 회전되는 블레이드와, 상기 블레이드 하부에 형성되어 상기 블레이드를 지지하는 블레이드 도브테일과, 압축기에서 공급되는 냉각공기를 블레이드 도브테일의 내부를 통해 상기 블레이드의 내부로 유입시켜 상기 블레이드를 냉각시키는 냉각유로로 구성된 가스터빈에 있어서, 상기 냉각유로의 내측에 고정되는 튜브; 및 상기 튜브의 내주면을 따라 복수 개로 설치되되, 두겹으로 형성되어 상기 냉각공기의 온도변화에 의해 형상이 변하면서 상기 튜브 내부 단면적을 가변시켜 상기 냉각공기의 유동량을 조절하는 가변부재;가 포함되고, 상기 가변부재는 상기 튜브에 고정되는 고정부와, 상기 고정부에 연장되게 상기 튜브의 길이방향으로 길게 형성되어 온도변화에 따라 단부가 휘어지는 유량조절부로 이루어지되, 상기 유량조절부는 두 겹으로 이루어지고, 상기 냉각공기의 온도변화에 따라 상호 겹들이 서로 대향되는 방향으로 휘어지도록 설치되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a gas turbine having a variable cooling flow path, comprising: a blade rotated by a high-temperature / high-pressure gas of a combustor; a blade dovetail formed at a lower portion of the blade to support the blade; And a cooling passage for cooling the blade by introducing the supplied cooling air into the inside of the blade through the inside of the blade dovetail, the tube being fixed to the inside of the cooling passage; And a variable member provided in a plurality of along the inner circumferential surface of the tube, the variable member varying in shape due to a change in the temperature of the cooling air while varying the cross-sectional area of the inside of the tube to control the flow rate of the cooling air, Wherein the variable member comprises a fixed portion fixed to the tube and a flow rate adjusting portion formed to be elongated in the longitudinal direction of the tube so as to be extended to the fixed portion and bent at an end according to a temperature change, , And the mutual ply is bent in a direction opposite to each other according to the temperature change of the cooling air.

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상기 가변부재는, 형상기억합금인 것을 특징으로 한다.The variable member is characterized by being a shape memory alloy.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.According to the present invention having the above-described configuration, the following effects can be expected.

가변부재는 냉각유로 내부에 설치되어 설계점 및 탈설계점에 맞게 형상변화가 이루어져 유량을 조절할 수 있어 블레이드 냉각 효율이 증대된다.The variable member is installed inside the cooling channel, and the shape is changed according to the design point and the design point, so that the flow rate can be adjusted, and the cooling efficiency of the blade is increased.

여기서, 가변부재는 온도변화에 따라 자동으로 형상변화가 발생하기 때문에 추가적인 작동장치가 필요없는 장점도 있다.Here, since the shape of the deformable member automatically changes according to the temperature change, there is also an advantage that no additional actuating device is required.

도 1은 통상적인 가스터빈의 내부유로 흐름도.
도 2는 블레이드와 블레이드 도브테일의 사시도(a), 블레이드와 내부유로 형상 단면(b) 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 냉각 유로를 구비한 가스터빈의 설치 예시도.
도 4는 가변부재의 변형전(a)과 변형후(b) 작동 예시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a flow diagram of an internal flow path of a conventional gas turbine.
Fig. 2 is a perspective view (a) of a blade and a blade dovetail, and an illustration of a blade and an internal flow path-shaped cross section (b).
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a gas turbine,
Fig. 4 is an operational example of (a) and (b) deformation of the deformable member; Fig.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명인 가변 냉각 유로를 구비한 가스터빈은 블레이드와, 블레이드 도브테일 내부에 형성된 냉각유로에 튜브와 가변부재가 포함된 것을 특징으로 하는 것이다.
First, a gas turbine having a variable cooling passage according to the present invention includes a blade and a tube and a deformable member in a cooling passage formed inside the blade dovetail.

도 2는 블레이드와 블레이드 도브테일의 사시도(a), 블레이드와 내부유로 형상 단면(b) 예시도이다.Fig. 2 is a perspective view (a) of the blade and the dovetail of the blade, and an example of the cross section (b) of the blade and the inner flow path.

도 2(a),(b)를 참조하면, 상기 블레이드(100)는 연소기의 고온/고압의 가스에 의해 회전되게 되고, 상기 블레이드 도브테일(400)은 상기 블레이드 하부에 형성되어 상기 블레이드를 회전을 지지하게 된다.Referring to FIGS. 2 (a) and 2 (b), the blade 100 is rotated by the high-temperature / high-pressure gas of the combustor, and the blade dovetail 400 is formed below the blade, .

그리고, 냉각유로(300)는 압축기에서 공급되는 냉각공기를 블레이드 도브테일(400)의 내부를 통해 상기 블레이드(100)의 내부로 유입시켜 상기 블레이드를 냉각시킬 수 있게 하는 것이다.The cooling passage 300 allows the cooling air supplied from the compressor to flow into the interior of the blade 100 through the inside of the blade dovetail 400 to cool the blade.

이상은, 통상적인 블레이드와 블레이드 도브테일 냉각유로로 앞서 상술한 발명의 배경이 되는 기술과 설명한 것과 같은 맥락으로 상세한 설명은 생략하기로 하고, 본 발명에서 유체량을 조절할 수 있는 냉각유로 내부에 구비되는 튜브와 가변부재의 구성과 작동에 대해 상세 설명하기로 한다.
As described above, the conventional blade and the blade dovetail cooling channel will not be described in detail in the context of the above-described background of the invention and the same description as described above. In the present invention, The construction and operation of the tube and the deformable member will be described in detail.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 냉각 유로를 구비한 가스터빈의 설치 예시도이다.3 is a view illustrating an installation example of a gas turbine having a variable cooling channel according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 튜브(500)는 상기 냉각유로(300)의 내측에 고정되는 것으로, 상기 가변부재(600)를 설치할 수 있는 것이다. Referring to FIG. 3, the tube 500 is fixed to the inside of the cooling channel 300, and the variable member 600 can be installed.

그리고, 상기 가변부재(600)는 상기 튜브(500)의 내주면을 따라 복수 개로 설치되되, 두겹으로 형성되어 상기 냉각공기의 온도변화에 의해 형상이 변하면서 상기 튜브(500) 내부 단면적을 가변시켜 상기 냉각공기의 유동량을 조절하게 된다.In addition, the variable member 600 is provided in a plurality of along the inner circumferential surface of the tube 500, and the shape of the variable member 600 is changed by the temperature change of the cooling air to vary the inner cross- The flow rate of the cooling air is controlled.

가변부재(600)의 작동상태는 아래에서 설명하였고, 도 4를 참조하기로 한다.
The operating state of the deformable member 600 is described below, and reference is made to Fig.

도 4는 가변부재의 변형전(a)과 변형후(b) 작동 예시도이다.Fig. 4 is an operation example of the deformable member before (a) and after deformation (b).

여기서, 상기 가변부재(600)는 형상기억합금을 적용하여 설계점 및 탈설계점의 두 가지 작동조건에서 공급되는 냉각공기의 온도변화에 따라 블레이드의 냉각 효율을 최대화 할 수 있게 된다.The variable member 600 can maximize the cooling efficiency of the blades according to the temperature change of the cooling air supplied in two operating conditions of the design point and the off-design point by applying the shape memory alloy.

탈설계점에서 냉각공기의 온도가 증가함에 따라 냉각유로 안쪽 면에 설치된 온도에 따라 유동 면적을 확대함으로써 블레이드 냉각을 위해 공급되는 냉각공기의 유량을 증가시킬 수 있다. 이는 도 4의 (b)에서 두겹으로 형성된 가변부재의 변형방향을 보면 쉽게 이해할 수 있다.As the temperature of the cooling air increases at the off-design point, the flow area of the cooling air supplied for cooling the blade can be increased by increasing the flow area according to the temperature provided on the inner surface of the cooling channel. This can be easily understood by looking at the deforming direction of the deformable member formed in two layers in Fig. 4 (b).

상기 가변부재(600)를 상세하게 설명하면 상기 튜브(500)에 고정되는 고정부(620)와, 상기 고정부(620)에 연장되게 상기 튜브(500)의 길이방향으로 길게 형성되어 온도변화에 따라 단부가 휘어지는 유량조절부(640)로 구성된다.The fixing member 600 is fixed to the tube 500 and the fixing member 620 is elongated in the longitudinal direction of the tube 500 so as to extend to the fixing portion 620, And a flow rate regulator 640 for bending the end portion.

여기서, 상기 가변부재(600)의 전체적 형상은 평판형으로 형성되게 된다.Here, the overall shape of the deformable member 600 is formed in a flat plate shape.

그리고, 상기 유량조절부(640)는 상기 냉각공기의 온도변화에 따라 상호 대향되는 방향으로 휘어지도록 설치되어 냉각공기의 유동 단면적이 그만큼 줄어들게 되는 것이다.In addition, the flow rate regulator 640 is installed to be bent in mutually opposite directions according to the temperature change of the cooling air, so that the flow cross-sectional area of the cooling air is reduced accordingly.

따라서, 부하에 따라 냉각공기의 유량을 조절할 수 있기 때문에 기존의 방법과 달리 최적의 냉각공기를 블레이드에 공급하게 됨으로써, 잔존 냉각공기는 가스터빈의 출력에 사용하기 때문에 출력 증대를 꾀할 수 있게 된다.Therefore, since the flow rate of the cooling air can be adjusted according to the load, unlike the conventional method, the optimum cooling air is supplied to the blade, so that the remaining cooling air is used for the output of the gas turbine.

이상과 같이 본 발명은 냉각공기의 유입량을 온도 변화에 따라 조절할 수 있는 가변 냉각 유로를 구비한 가스터빈을 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.As described above, the present invention is based on the technical idea of providing a gas turbine having a variable cooling flow path capable of controlling the inflow amount of cooling air according to a temperature change. It goes without saying that many other variations are possible within the scope of the present invention, and those skilled in the art will appreciate that many other modifications are possible.

100: 블레이드 200: 로터디스크
300: 냉각유로 400: 블레이드 도브테일
500: 튜브 600: 가변부재
620: 고정부 640: 유량조절부 100: Blade 200: Rotor disk
300: cooling channel 400: blade dovetail
500: tube 600: variable member
620: Fixing section 640: Flow control section

Claims (4)

연소기의 고온/고압의 가스에 의해 회전되는 블레이드와, 상기 블레이드 하부에 형성되어 상기 블레이드를 지지하는 블레이드 도브테일과, 압축기에서 공급되는 냉각공기를 블레이드 도브테일의 내부를 통해 상기 블레이드의 내부로 유입시켜 상기 블레이드를 냉각시키는 냉각유로로 구성된 가스터빈에 있어서,
상기 냉각유로의 내측에 고정되는 튜브; 및
상기 튜브의 내주면을 따라 복수 개로 설치되되, 두겹으로 형성되어 상기 냉각공기의 온도변화에 의해 형상이 변하면서 상기 튜브 내부 단면적을 가변시켜 상기 냉각공기의 유동량을 조절하는 가변부재;가 포함되고,
상기 가변부재는 상기 튜브에 고정되는 고정부와, 상기 고정부에 연장되게 상기 튜브의 길이방향으로 길게 형성되어 온도변화에 따라 단부가 휘어지는 유량조절부로 이루어지되,
상기 유량조절부는 두 겹으로 이루어지고, 상기 냉각공기의 온도변화에 따라 상호 겹들이 서로 대향되는 방향으로 휘어지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 가변 냉각 유로를 구비한 가스터빈.A blade dovetail formed at a lower portion of the blade and supporting the blade, a cooling air supplied from the compressor to the inside of the blade through the inside of the blade dovetail, 1. A gas turbine comprising a cooling channel for cooling a blade,
A tube fixed to the inside of the cooling passage; And
And a variable member which is formed in a plurality of layers along the inner circumferential surface of the tube and changes the shape of the cooling air due to the temperature change of the cooling air to adjust the flow rate of the cooling air,
Wherein the variable member comprises a fixed portion fixed to the tube and a flow rate adjusting portion formed to be elongated in the longitudinal direction of the tube so as to extend to the fixed portion and to be bent at an end according to a temperature change,
Wherein the flow rate regulating unit is formed in two layers and is installed so that the mutual ply is bent in a direction opposite to each other according to the temperature change of the cooling air. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 가변부재는,
형상기억합금인 것을 특징으로 하는 가변 냉각 유로를 구비한 가스터빈.
The method according to claim 1,
The variable-
Wherein the gas turbine is a shape memory alloy.
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