KR101660644B1

KR101660644B1 - 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치

Info

Publication number: KR101660644B1
Application number: KR1020150095032A
Authority: KR
Inventors: 함동우; 곽주환
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2016-09-27

Abstract

본 발명은 케이싱과 트랜지션피스를 연결하는 결합장치의 결합유닛의 결합부재를 벨로우즈 형태로 형성하여 트랜지션피스 내부를 유동하는 고온의 압축가스에 의한 열변형에 유연하게 대처하고, 열변형에 의한 압축가스의 누출을 방지하여 터빈의 효율을 증대시키며, 트랜지션피스와 케이싱의 결합유닛의 파손을 예방하여 유지보수 비용을 절감할 수 있는 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치에 관한 것이다.

Description

가스터빈의 트랜지션피스 결합장치{Transition piece connecting device of gas turbine}

본 발명은 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 케이싱과 트랜지션피스를 연결하는 결합장치의 결합유닛의 결합부재를 벨로우즈 형태로 형성하여 트랜지션피스 내부를 유동하는 고온의 압축가스에 의한 열변형에 유연하게 대처할 수 있는 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치에 관한 것이다.

일반적으로 발전용 가스터빈은 로터로 연결되어 터빈에 의해 구동되는 압축기를 구비한다.

압축기 내부로 주위 공기가 유입되어 압축된다.

압축기에서 압축되는 압축공기가 연소시스템으로 유입되는데, 이러한 연소시스템은 1개 또는 다수의 연소기와 연소기 내부에 연료를 분사하는 연료노즐을 구비한다.

연소기에서 연료노즐을 통해 유입되는 연료와 압축공기가 함께 연소되고, 이에 따라 고온의 압축가스가 생성된다.

연소기에서 만들어지는 고온의 압축가스는 터빈으로 유입된다.

터빈으로 유입된 고온의 압축가스가 팽창하면서 터빈과 연결된 로터를 회전시켜 발전하게 되고, 터빈에서 생성되는 팽창가스는 외부로 방출되거나 열병합 발전시설을 거쳐 외부로 배출되게 된다.

일반적으로 가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 케이싱내에 다수가 배열되고, 각각의 연소기는 연료를 연소시켜 고온의 압축가스를 생성하는 연소부와 연소부에서 생성된 고온의 압축가스를 터빈으로 유도하는 트랜지션피스(transition piece, 전이피스)로 구성된다.

연소부는 브라켓 등에 의해 케이싱에 고정 지지되고, 트랜지션피스의 후단부가 터빈의 선단부와 결합된다.

그러나, 종래 가스터빈의 트랜지션피스의 결합장치는 단순히 플레이트 형태의 금속부재를 등을 통해 터빈의 선단부에 볼트, 또는 용접 등에 의해 결합 지지되었다.

종래 가스터빈의 트랜지션피스의 결합장치는 발전기의 연소부에서 생성된 고온의 압축가스가 트랜지션피스를 통과하여 터빈으로 유동하는 동안에 고온의 압축가스에 의해 트랜지션피스가 열팽창하게 되는 경우에 능동적으로 대응할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 종래 가스터빈의 트랜지션피스의 결합장치는 열팽창에 의해 신축하면서 트랜지션피스의 후단부와 터빈의 선단부가 이격됨에 따라 고온의 압축가스가 유출될 수 있는 문제점이 있었다.

더욱이, 종래 가스터빈의 트랜지션피스의 결합장치는 열팽창에 의해 결합유닛이 파손되거나 손상됨에 따라 유지보수 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

대한민국 특허공개공보 제10-2011-0088091호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 케이싱과 트랜지션피스를 연결하는 결합장치의 결합유닛의 결합부재를 벨로우즈 형태로 형성하여 트랜지션피스 내부를 유동하는 고온의 압축가스에 의한 열변형에 유연하게 대처하고, 열변형에 의한 압축가스의 누출을 방지하여 터빈의 효율을 증대시키며, 트랜지션피스와 케이싱의 결합유닛의 파손을 예방하여 유지보수 비용을 절감할 수 있는 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치는 케이싱에 고정 지지되고, 연료가 연소되는 연소기; 상기 연소기에서 생성된 압축가스를 터빈으로 유도하기 위한 트랜지션피스; 및 상기 케이싱의 일측과 상기 트랜지션피스의 후단을 결합하기 위한 결합유닛;을 구비하되, 상기 결합유닛은 상기 케이싱의 일부에 고정 설치되는 제1 고정부; 상기 트랜지션피스의 외측면에 고정 설치되는 제2 고정부; 및 일측이 상기 제1 고정부에 결합되고, 타측이 제2 고정부에 결합되는 결합부재를 포함하고, 상기 결합부재는 반경방향을 향해 연장된 내측부와, 상기 내측부를 감싸며 외측으로 이격된 외측부를 포함하고, 상기 내측부와 외측부로 각각 쿨링에어가 유입되어 냉각이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 일 실시예에서, 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 결합부재는 외측부의 상부에 형성되어 상기 제1 고정부에 결합되는 제3 연결부; 상기 외측부의 하부 일측에 형성되어 상기 제2 고정부에 결합되는 제4 연결부; 상기 내측부의 내부에 형성되는 제2 쿨링유로; 및 상기 내측부와 상기 외측부 사이에 형성되는 제3 쿨링유로;를 포함할 수 있다.

삭제

또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 일 실시예에서, 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 결합부재의 상기 내측부와 상기 외측부는 벨로우즈 형태로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 일 실시예에서, 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 상기 트랜지션피스 후단 외측면에 상기 제2 쿨링유로 및 제3 쿨링유로와 상기 트랜지션피스의 냉각유로를 연통시키기 위해 연통홀이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 일 실시예에서, 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 상기 제1 고정부와 상기 제3 연결부 및 상기 제2 고정부와 상기 제4 연결부는 각각 볼트에 의해 결합될 수 있다.

본 발명에 의한 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치는 케이싱과 트랜지션피스를 연결하는 결합장치의 결합유닛의 결합부재의 본체부 또는 내측부와 외측부를 벨로우즈(bellows) 형태로 형성하여, 트랜지션피스 내부를 유동하는 고온의 압축가스에 의한 열변형에 유연하게 대처할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치는 제3 쿨링유로로 유동되는 쿨링에어로 결합유닛을 냉각함에 따라, 결합유닛이 열팽창에 의해 변형되는 것을 최소화하고, 트랜지션피스가 팽창하게 되는 경우에도 압축가스가 누출되는 것을 방지하여 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명에 의한 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치는 압축가스가 누출되는 것을 방지함에 따라, 터빈 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

게다가, 본 발명에 의한 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치는 결합부재를 이중 벨로우즈 구조로 형성하여 결합부재의 내구성이 향상되고, 트랜지션피스의 열팽창에 따른 결합유닛이 파손되는 것을 방지하여 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 유지보수 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치는 케이싱과 트랜지션피스의 제1, 2 고정부에 제1 내지 제4 연결부가 볼트체결에 의해 조립됨에 따라, 조립 및 유지보수가 용이하여 작업자의 편의를 도모하고, 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 조립시간과 조립비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치가 설치된 상태를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 A부분의 상세도를 나타낸다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 부호를 가지도록 하고 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치가 설치된 상태를 나타내고, 도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 A부분의 상세도를 나타낸다.

이하에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. "축방향"이라 함은 터빈의 로터와 같은 회전축의 길이방향을 의미하고, "반경방향"이라 함은 회전축의 중심에서 회전축의 외주면으로 향하는 방향 및 그 역방향을 의미한다.

또한, "후단"이란 동일한 구성요소 또는 부재에서 터빈에 인접한 부분을 의미하고, "선단"이란 동일한 구성요소 또는 부재에서 터빈에 인접하지 않은 부분, 즉, "후단"과 마주하는 반대되는 부분을 의미한다.

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치를 설명한다.

도 1에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치는 연소기(10), 트랜지션피스(20), 및 결합유닛(30)으로 이루어진다.

연소기(10)는 케이싱(1)에 고정 지지되고, 연소기(10)의 내부 연소실에서 노즐을 통해 유입된 연료와 압축기를 통해 유입된 압축공기가 혼합된 상태에서 연소된다.

이러한 연소를 통해 생성된 고온의 가스가 터빈으로 유입되어 터빈의 로터를 회전시키고, 로터에 연결되어 발전기가 가동되게 된다.

트랜지션피스(transition piece, 20)가 연소기의 후단, 즉 터빈과 인접한 연소기의 선단에 설치된다. 트랜지션피스(20)를 통해 연소실에 연소된 고온의 압축가스가 터빈으로 유도된다.

결합유닛(30)이 케이싱(1)의 일측과 트랜지션피스(20)의 후단을 결합하기 위해 트랜지션피스(20)의 후단과 케이싱(1)의 일측 사이에 설치된다.

도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 결합유닛(30)의 결합부재(400)는 내측부(410), 외측부(420), 제3 연결부(430), 제4 연결부(440), 제2 쿨링유로(450), 및 제3 쿨링유로(460)로 이루어진다.

삭제

내측부(410)는 반경방향으로 연장 형성된다.

외측부(420)는 내측부(410)와 이격되어 내측부(410)를 내부에 수용하면서 반경방향으로 연장형성된다.

내측부(410)와 외측부(420)는 결합부재(400)의 외형을 형성한다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 내측부(410)와 외측부(420)는 자바라 형태의 금속재질 또는 탄소강화섬유플라스틱(CFRP) 재질로 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따르면 결합부재(400)의 내측부(410)와 외측부(420)는 벨로우즈(bellows) 형태로 형성된다.

내측부(410)와 외측부(420)가 벨로우즈 형태로 형성됨에 따라, 트랜지션피스(20)의 내부를 유동하는 고온의 압축가스에 의한 열변형에 대해 더욱 유연하게 대처할 수 있다.

즉, 본체부(310)가 벨로우즈 형태로 형성되어 고온의 압축가스에 의해 열팽창하는 경우에 신장되고, 냉각된 경우에 수축하면서 트랜지션피스의 후단과 케이싱의 일측을 가변가능하게 결합시키게 된다.

이에 따라, 트랜지션피스의 팽창에 따른 지지장치 구성부품이 파손되는 것을 방지하여 트랜지션피스 결합장치의 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

또한, 결합부재(400)가 내측부(410)와 외측부(420)의 이중 벨로우즈 구조로 형성되어 결합부재(400)의 내구성이 향상된다. 이에 따라, 트랜지션피스의 열팽창에 따른 결합유닛이 파손되는 것을 방지하여 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 유지보수 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

제3 연결부(430)가 외측부(420)의 상부에 형성된다. 제3 연결부(430)가 제1 고정부(100)에 결합된다.

제4 연결부(440)가 외측부(420)의 하부에 형성된다. 제4 연결부(440)가 제2 고정부(200)에 결합된다.

도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 제3 연결부(430)는 제1 고정부(100)에 볼트(470)에 의해 결합되고, 제4 연결부(440)는 제2 고정부(200)에 볼트(470)에 의해 결합된다.

이처럼, 제3 연결부(430)와 제1 고정부(100) 및 제4 연결부(440)와 제2 고정부(200)가 볼트(470)에 의해 조립됨에 따라, 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 조립 및 유지보수가 용이하여 작업자의 편의를 도모하고, 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치의 조립시간과 조립비용을 절감할 수 있다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 제3 연결부(430)와 제4 연결부(440)는 금속 플레이트 또는 금속 브라켓 형태로 형성되고, 외측부(420)와 일체로 형성될 수 있다.

또한, 필요에 따라 제3 연결부(430)와 제4 연결부(440)는 각각 외측부(420)의 상부와 외측부(420)의 하부에 볼트, 리벳, 용접 등을 통해 형성될 수도 있다.

제2 쿨링유로(450)가 내측부(410)의 내부와 연통홀(22)을 연통시키도록 내측부(410)의 내부에 형성된다.

제3 쿨링유로(460)가 내측부(410)와 외측부(420) 사이 및 연통홀(22)을 연통시키도록 내측부(410)와 외측부(420) 사이에 형성된다.

연통홀(22)은 트랜지션피스 후단 외측면(23)에 형성된다. 연통홀(21)에 의해 제2 쿨링유로(450)와 트랜지션피스의 냉각유로 및 제3 쿨링유로(460)와 트랜지션피스의 냉각유로가 각각 연통된다.

이처럼, 트랜지션피스의 냉각유로를 유동하는 쿨링에어가 연통홀(22)을 통해 내측부(410)의 내부에 형성되는 제2 쿨링유로(450)로 유입되어 내측부(410)의 내부를 유동하면서 내측부(410)를 1차로 냉각시키게 된다.

또한, 트랜지션피스의 냉각유로를 유동하는 쿨링에어가 연통홀(22)을 통해 내측부(410)와 외측부(420) 사이에 형성되는 제3 쿨링유로(460)로 유입되어 내측부(410)를 2차로 냉각시키고, 외측부(420)도 추가로 냉각시키게 된다.

이에 따라, 결합유닛(30)이 고온의 압축가스에 따른 열팽창에 의해 변형되는 것을 방지하고, 트랜지션피스가 팽창하게 되는 경우에도 압축가스가 누출되는 것을 방지하여 안전사고를 미연에 방지하며, 터빈의 효율을 극대화할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 변형예와 상기에서 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 첨부된 청구항의 범주내에 속하는 다른 실시예로 확장될 수 있다.

1 : 케이싱, 2 : 터빈,
10 : 연소기, 20 : 트랜지션피스,
22 : 연통홀,
23 : 트랜지션피스 외측면, 100 : 제1 고정부,
200 : 제2 고정부,

400 : 결합부재,
410 : 내측부, 420 : 외측부,
430 : 제3 연결부, 440 : 제4 연결부,
450 : 제2 쿨링유로, 460 : 제3 쿨링유로,
470 : 볼트.

Claims

케이싱에 고정 지지되고, 연료가 연소되는 연소기;
상기 연소기에서 생성된 압축가스를 터빈으로 유도하기 위한 트랜지션피스; 및
상기 케이싱의 일측과 상기 트랜지션피스의 후단을 결합하기 위한 결합유닛;을 구비하되,
상기 결합유닛은,
상기 케이싱의 일부에 고정 설치되는 제1 고정부;
상기 트랜지션피스의 외측면에 고정 설치되는 제2 고정부; 및
일측이 상기 제1 고정부에 결합되고, 타측이 제2 고정부에 결합되는 결합부재를 포함하고,
상기 결합부재는,
반경방향을 향해 연장된 내측부와, 상기 내측부를 감싸며 외측으로 이격된 외측부를 포함하고, 상기 내측부와 외측부로 각각 쿨링에어가 유입되어 냉각이 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치.
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제1항에 있어서,
상기 결합부재는,
상기 외측부의 상부에 형성되어 상기 제1 고정부에 결합되는 제3 연결부;
상기 외측부의 하부 일측에 형성되어 상기 제2 고정부에 결합되는 제4 연결부;
상기 내측부의 내부에 형성되는 제2 쿨링유로; 및
상기 내측부와 상기 외측부 사이에 형성되는 제3 쿨링유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치.
제6항에 있어서,
상기 내측부와 상기 외측부는 벨로우즈 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치.
제7항에 있어서,
상기 트랜지션피스 후단 외측면에 상기 제2 쿨링유로 및 제3 쿨링유로와 상기 트랜지션피스의 냉각유로를 연통시키기 위해 연통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치.
제8항에 있어서,
상기 제1 고정부와 상기 제3 연결부 및 상기 제2 고정부와 상기 제4 연결부는 각각 볼트에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 트랜지션피스 결합장치.