KR101692665B1

KR101692665B1 - 기체 안내 장치, 이것을 구비하고 있는 설비

Info

Publication number: KR101692665B1
Application number: KR1020157033452A
Authority: KR
Inventors: 신야 하시모토; 아키노리 다니츠지
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2017-01-03
Also published as: CN105308291A; DE112013007175T5; WO2014203368A1; US10113560B2; US20160108930A1; CN105308291B; JP5985056B2; KR20160003059A; DE112013007175B4; JPWO2014203368A1

Abstract

기체 안내 장치는, 축류 회전 기계에 있어서의 통형상의 외측 케이싱(15)의 단부에 접속되며, 축선(Ar)을 중심으로 하는 환상의 제 1 접속부(41)와, 축류 회전 기계에 있어서의 통형상의 내측 케이싱(16)의 단부에 접속되며, 축선(Ar)을 중심으로 하는 환상의 제 2 접속부(45)와, 제 1 접속부(41) 및 제 2 접속부(45)의 조합에 의해, 내부에 축선(Ar)을 중심으로 하는 환상의 유로(Pa)를 형성하는 동시에, 축선(Ar)에 대한 직경방향 외측에 개구(49)가 형성되어 있는 덕트 본체부(51)와, 덕트 본체부(51)를 지지하는 지지부(59)를 구비한다. 제 1 접속부(41) 및 제 2 접속부(45)는 각각 축선(Ar)을 중심으로 하는 환상을 이루는 신축 이음매(42, 46)를 갖는다.

Description

기체 안내 장치, 이것을 구비하고 있는 설비{GAS GUIDING APPARATUS AND EQUIPMENT PROVIDED WITH SAME}

본 발명은, 축류 회전 기계에 접속되며, 축류 회전 기계와의 사이에서 기체를 안내하는 기체 안내 장치, 이것을 구비하고 있는 설비에 관한 것이다.

축류 회전 기계의 일종으로서 가스 터빈이 있다. 이 가스 터빈은, 예를 들면 이하의 특허문헌 1에 기재하는 바와 같이, 축선을 중심으로 하여 회전하는 회전축과, 축선을 중심으로 하는 환상의 내측 케이싱과, 축선을 중심으로 하는 환상을 이루며 내측 케이싱의 외주측과의 사이에 기체의 유로를 형성하는 외측 케이싱을 구비하고 있다. 이 가스 터빈의 축방향의 단부인 흡입측에는, 흡기 덕트가 마련되어 있다. 흡기 덕트에는, 내부에 축선을 중심으로 하는 환상의 유로가 형성되어 있는 동시에, 축선에 대한 직경방향 외측에 흡기 개구가 형성되어 있다.

흡기 덕트는 가스 터빈의 외측 케이싱 및 내측 케이싱에 접속되며, 이 가스 터빈에 의해 오버행 상태에서 지지되어 있다.

일본 특허 공개 제 2009-174331 호 공보

상기 특허문헌 1에 기재된 흡기 덕트는, 가스 터빈의 축방향의 단부에 오버행 상태에서 가스 터빈의 케이싱에 지지되어 있다. 이 때문에, 상기 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 가스 터빈의 고유 진동수가 저하되며, 가스 터빈의 진동 특성이 악화된다고 하는 문제점이 있다.

그래서, 본 발명은 상기 문제점에 주목하여, 축류 회전 기계와의 사이에서 기체를 안내하면서, 축류 회전 기계의 진동 특성을 향상시킬 수 있는 기체 안내 장치, 이것을 구비하고 있는 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 발명에 따른 일 태양으로서의 기체 안내 장치는, 축선을 중심으로 하여 회전하는 회전축과, 상기 축선을 중심으로 하는 통형상의 내측 케이싱과, 상기 축선을 중심으로 하는 통형상을 이루며 상기 내측 케이싱의 외주측과의 사이에 기체의 유로를 형성하는 외측 케이싱을 구비하고 있는 축류 회전 기계에 접속되며, 상기 축류 회전 기계와의 사이에서 상기 기체를 안내하는 기체 안내 장치에 있어서, 통형상의 상기 외측 케이싱의 단부에 접속되며, 상기 축선을 중심으로 하는 환상의 제 1 접속부와, 통형상의 상기 내측 케이싱의 단부에 접속되며, 상기 축선을 중심으로 하는 환상의 제 2 접속부와, 상기 제 1 접속부 및 상기 제 2 접속부의 조합에 의해, 내부에 상기 축선을 중심으로 하는 환상의 유로를 형성하는 동시에, 상기 축선에 대한 직경방향 외측에 개구가 형성되어 있는 본체부와, 상기 본체부를 지지하는 지지부를 구비하며, 상기 제 1 접속부는, 상기 축선을 중심으로 하는 환상을 이루며, 상기 외측 케이싱에 대한 상기 본체부의 상대 이동을 허용하는 제 1 이음매를 갖고, 상기 제 2 접속부는, 상기 축선을 중심으로 하는 환상을 이루며, 상기 내측 케이싱에 대한 상기 본체부의 상대 이동을 허용하는 제 2 이음매를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 기체 안내 장치에서는, 본체부가 지지부에 지지되며, 축류 회전 기계의 케이싱에 대한 본체부의 상대 이동을 허용하는 제 1 이음매 및 제 2 이음매를 거쳐서, 이 본체부가 축류 회전 기계의 케이싱에 접속되어 있다. 이 때문에, 상기 기체 안내 장치에서는, 축류 회전 기계의 케이싱의 축방향의 단부에, 적어도 본체부의 중량이 실질적으로 가해지지 않는다. 따라서, 상기 기체 안내 장치에서는, 축류 회전 기계의 고유 진동수를 높일 수 있어서, 축류 회전 기계의 진동 특성을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 기체 안내 장치에 있어서, 환상의 상기 제 1 이음매의 직경과 환상의 상기 제 2 이음매의 직경이 동일하여도 좋다.

기체 안내 장치에서 기체가 통과하는 유로 중에서는, 축류 회전 기계에 있어서의 회전축의 축선에 가까운 부분이, 축선으로부터 먼 부분에 비해, 유속이 높고 정압이 낮다. 이 때문에, 기체 안내 장치에서 기체의 유로를 형성하는 부재 중에서, 축선에 가까운 부분에 대하여 외부로부터 내부를 향하여 작용하는 힘은 축선으로부터 먼 부분에 대하여 외부로부터 내부를 향하여 작용하는 힘보다 커진다.

상기 기체 안내 장치에서는, 환상의 제 1 이음매의 직경과 환상의 제 2 이음매의 직경이 동일하다. 이 때문에, 제 1 이음매로부터 본체부의 개구까지의 부분에 외부로부터 내부를 향하여 작용하는 힘과, 제 2 이음매로부터 본체부의 개구까지의 부분에 외부로부터 내부를 향하여 작용하는 힘이 동일하게 되며, 양 부분의 가해지는 힘의 균형을 잡는다. 따라서, 상기 기체 안내 장치에서는, 본체부를 지지하는 지지부나 본체부 등에 가해지는 부하를 경감할 수 있다.

또한, 이상 중 어느 하나의 기체 안내 장치에 있어서, 상기 제 1 이음매 및 상기 제 2 이음매는 모두 신축 이음매이어도 좋다.

또한, 이상 중 어느 하나의 기체 안내 장치에 있어서, 상기 본체부의 상기 개구는 상방향으로 개구되어도 좋고, 상기 본체부의 상기 개구는 하방향으로 개구되어도 좋다. 또한, 상기 본체부의 상기 개구는 측방으로 개구해도 좋다.

또한, 이상 중 어느 하나의 기체 안내 장치에 있어서, 상기 제 1 접속부와 상기 제 2 접속부와 상기 본체부는 상기 축류 회전 기계의 흡기측에 마련된 흡기 덕트를 구성하고, 상기 본체부의 상기 개구는 흡기 개구를 형성하여도 좋다. 또한, 이상 중 어느 하나의 기체 안내 장치에 있어서, 상기 제 1 접속부와 상기 제 2 접속부와 상기 본체부는 상기 축류 회전 기계의 배기측에 마련된 배기 덕트를 구성하고, 상기 본체부의 상기 개구는 배기 개구를 형성하여도 좋다.

상기 문제점을 해결하기 위한 발명에 따른 일 태양으로서의 축류 회전 기계 설비는, 이상 중 어느 하나의 기체 안내 장치와, 상기 축류 회전 기계를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 문제점을 해결하기 위한 발명에 따른 일 태양으로서의 가스 터빈 설비는, 이상 중 어느 하나의 기체 안내 장치와, 상기 축류 회전 기계인 가스 터빈을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 일 태양에 의하면, 축류 회전 기계와의 사이에서 기체를 안내하면서, 축류 회전 기계의 진동 특성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 가스 터빈 설비의 요부 절결 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 흡기 덕트의 요부 절결 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 흡기 덕트 및 그 지지 레그의 제 1 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 흡기 덕트 및 그 지지 레그의 제 2 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 신축 이음매의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제 1 실시형태의 제 1 변형예에 있어서의 흡기 덕트의 요부 절결 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제 1 실시형태의 제 2 변형예에 있어서의 흡기 덕트의 요부 절결 측면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 제 2 실시형태에 있어서의 가스 터빈 설비의 요부 절결 측면도이다.

이하, 본 발명에 따른 기체 안내 장치 및 축류 회전 기계를 구비하고 있는 축류 회전 기계 설비의 각종 실시형태 및 각종 변형예에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

"제 1 실시형태"

우선, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 기체 안내 장치 및 축류 회전 기계를 구비하고 있는 축류 회전 기계 설비의 제 1 실시형태에 대해 설명한다.

본 실시형태의 축류 회전 기계 설비는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈 설비이다. 가스 터빈 설비는 공기(A)를 압축하여 압축 공기를 생성하는 축류 압축기(10)(이하, 단순히 압축기(10)라 함)와, 이 압축기(10)의 흡입구(19)에 공기(A)를 안내하는 흡기 덕트(40)와, 연료 공급원으로부터의 연료를 압축 공기에 혼합하고 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기(20)와, 연소 가스에 의해 구동하는 터빈(30)과, 터빈(30)으로부터의 연소 가스(G)를 배기 가스로서 외부로 안내하는 배기 덕트(70)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 압축기(10)와 연소기(20)와 터빈(30)은 가스 터빈을 구성하며, 이 가스 터빈이 축류 회전 기계를 이루고 있다.

압축기(10)는 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 압축기 로터(11)와, 이 압축기 로터(11)를 회전 가능하게 덮는 압축기 케이싱(14)을 갖고 있다. 또한, 이하에서는, 축선(Ar)이 연장되어 있는 방향을 축방향(Da)이라 한다. 또한, 축선(Ar)을 기준으로 한 직경방향을 단순히 직경방향(Dr)이라 하고, 축선(Ar)을 기준으로 한 둘레방향을 단순히 둘레방향(Dc)이라 한다.

압축기 로터(11)는 축선(Ar)을 중심으로 하여 축방향(Da)으로 연장되어 있는 회전축(12)과, 축방향(Da)으로 늘어서며 회전축(12)의 외주에 장착되어 있는 복수의 동익열을 갖고 있다. 복수의 동익열은 모두 둘레방향(Dc)으로 늘어서며 회전축(12)의 외주에 장착되어 있는 복수의 동익(13)을 갖고 있다.

압축기 케이싱(14)은 축선(Ar)을 중심으로 하는 통형상을 이루는 외측 케이싱(15) 및 내측 케이싱(16)을 갖고 있다. 내측 케이싱(16)은 회전축(12)의 축방향(Da)에 있어서의 한쪽의 측을 덮는다. 또한, 외측 케이싱(15)은 압축기 로터(11)의 거의 전체를 덮는다. 통형상의 외측 케이싱(15)의 직경방향 내측과 통형상의 내측 케이싱(16)의 직경방향 외측의 사이는 환상의 공기 유로를 형성하고 있다. 이 환상의 공기 유로의 축방향(Da)의 일방측의 단부는 환상의 흡입구(19)를 형성하고 있다. 또한, 이하에서는, 축방향(Da)의 일방측을 단순히 상류측이라 하고, 반대측을 하류측이라 한다. 또한, 통형상의 외측 케이싱(15)의 직경방향 내측과, 회전축(12) 중에서 내측 케이싱(16)으로 덮여 있지 않은 부분의 직경방향 외측의 사이는 상기 공기 유로와 연통된 환상의 공기 유로를 형성하고 있다. 외측 케이싱(15)의 내주면에는, 축방향(Da)으로 늘어서는 복수의 정익열이 장착되어 있다. 복수의 정익열은 모두 둘레방향(Dc)으로 늘어서며 외측 케이싱(15)의 내주면에 장착되어 있는 복수의 정익(17)을 갖고 있다.

터빈(30)은 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터(31)와, 이 터빈 로터(31)를 회전 가능하게 덮는 터빈 케이싱(34)을 갖고 있다.

터빈 로터(31)는 축선(Ar)을 중심으로 하여 축방향(Da)으로 연장되어 있는 회전축(32)과, 축방향(Da)으로 늘어서며 회전축(32)의 외주에 장착되어 있는 복수의 동익열을 갖고 있다. 복수의 동익열은 모두 둘레방향(Dc)으로 늘어서며 회전축(32)의 외주에 장착되어 있는 복수의 동익(33)을 갖고 있다. 압축기 로터(11)의 하류단과 터빈 로터(31)의 상류단은 접속되어 있으며, 이들이 일체가 되어 가스 터빈 로터를 구성하고 있다.

터빈 케이싱(34)은, 축선(Ar)을 중심으로 하는 통형상을 이루고 있다. 압축기(10)의 외측 케이싱(15)의 하류단과 터빈 케이싱(34)의 상류단은 접속되어 있으며, 이들에 의해 가스 터빈 케이싱(24)을 구성하고 있다. 이 가스 터빈 케이싱(24)은, 그 상류측의 부분과 하류측의 부분에 있어서, 가스 터빈 지지 레그(29)에 의해 지지되어 있다. 이 가스 터빈 지지 레그(29)는, 가스 터빈 설치면(G)에 고정되어 있다. 터빈 케이싱(34)의 직경방향 내측과 터빈 로터(31)에 있어서의 회전축(32)의 직경방향 외측의 사이는 환상의 연소 가스 유로를 형성하고 있다. 터빈 케이싱(34)의 내주면에는, 축방향(Da)으로 늘어서는 복수의 정익열이 장착되어 있다. 복수의 정익열은 모두 둘레방향(Dc)으로 늘어서며 외측 케이싱(15)의 내주면에 장착되어 있는 복수의 정익(37)을 갖고 있다.

터빈(30)은 또한 축선(Ar)을 중심으로 하는 통형상을 이루고 있는 외측 디퓨저(외측 케이싱)(35) 및 내측 디퓨저(내측 케이싱)(36)를 갖고 있다. 외측 디퓨저(35) 및 내측 디퓨저(36)는 모두 터빈 케이싱(34)의 직경방향 내측과 회전축(32)의 직경방향 외측의 사이에 있어서, 회전축(32)의 하류측 부분에 배치되어 있다. 통형상의 외측 디퓨저(35)의 직경방향 내측과 통형상의 내측 디퓨저(36)의 직경방향 외측의 사이는 상기 연소 가스 유로와 연통된 환상의 연소 가스 유로를 형성하고 있다. 통형상의 외측 디퓨저(35)의 직경방향 내측과 통형상의 내측 디퓨저(36)의 직경방향 외측의 사이에서 형성되는 환상의 연소 가스 유로의 하류단은 환상의 배기구(39)를 형성하고 있다.

배기 덕트(70)는 축선(Ar)을 중심으로 하는 통형상을 이루고 있다. 통형상의 배기 덕트(70)는 상류단이 터빈 케이싱(34)의 하류단, 외측 디퓨저(35)의 하류단, 및 내측 디퓨저(36)의 하류단에 접속되어 있다. 배기 덕트(70)의 내부에는, 환상의 배기 가스 유로가 형성되어 있다. 이 배기 가스 유로는 배기실을 형성하고 있다. 이 배기실은 터빈(30)의 연소 가스 유로와 연통되어 있다. 배기 덕트(70)의 하류단은 원형의 개구를 이루고 있으며, 이 개구가 배기 가스로서의 연소 가스(G)를 외부로 배기하는 배기 개구(79)를 이루고 있다. 이 배기 덕트(70)는 배기 덕트 지지 레그(89)에 의해 지지되어 있다. 이 배기 덕트 지지 레그(89)는 가스 터빈 설치면(G)에 고정되어 있다.

흡기 덕트(40)는 압축기(10)의 통형상의 외측 케이싱(15)의 상류 단부에 접속되어 있는 제 1 접속부(41)와, 압축기(10)의 통형상의 내측 케이싱(16)의 상류 단부에 접속되어 있는 제 2 접속부(45)와, 제 1 접속부(41) 및 제 2 접속부(45)에 접속되어 있는 덕트 본체부(51)를 갖고 있다.

제 1 접속부(41) 및 제 2 접속부(45)는, 도 2 내지 도 4에 도시하는 바와 같이, 모두 축선(Ar)을 중심으로 하는 환상을 이루고 있다. 덕트 본체부(51)는 환상의 제 1 접속부(41) 및 제 2 접속부(45)와 조합되며, 내부에 환상의 공기 유로(Pa)를 형성하고 있다. 이 공기 유로(Pa)는 압축기(10)의 공기 유로와 연결되어 있다. 또한, 이 공기 유로(Pa)는 흡기실을 이루고 있다. 또한, 이 덕트 본체부(51)의 직경방향 외측에는, 상측을 향하여 개구되어 있는 흡기 개구(49)가 형성되어 있다.

덕트 본체부(51)는, 축선(Ar)에 대하여 수직인 방향 성분을 갖는 방향으로 넓어지며, 축방향(Da)으로 간격을 두고 대향하고 있는 전벽판(52) 및 후벽판(54)과, 전벽판(52)의 직경방향 외측연과 후벽판(54)의 직경방향 외측연을 연결하는 측벽판(57)을 갖고 있다. 전벽판(52)은 후벽판(54)에 대해 상류측에 위치하고 있다. 전벽판(52)의 직경방향 외측연 및 후벽판(54)의 직경방향 외측연 중 상연부는 측벽판(57)에서 연결되지 않으며, 이들 상연부와 측벽판(57)의 상연부에 흡기 개구(49)가 형성되어 있다. 전벽판(52) 및 후벽판(54)에는, 축선(Ar)을 중심으로 한 원형의 개구(53, 55)가 형성되어 있다. 전벽판(52)의 원형의 개구(53)의 직경과 후벽판(54)의 원형의 개구(55)의 직경은 실질적으로 동일하다.

제 1 접속부(41)는 축선(Ar)을 중심으로 하는 환상의 제 1 신축 이음매(42)를 갖고 있다. 또한, 제 2 접속부(45)는 축선(Ar)을 중심으로 하는 통형상의 내측통(47)과, 이 내측통(47)의 단부에 접속되며, 축선(Ar)을 중심으로 하는 환상의 제 2 신축 이음매(46)를 갖고 있다. 축선(Ar)을 중심으로 하는 통형상의 내측통(47)은 직경이 상류측을 향함에 따라서 점차 크게 되어 있다. 이 통형상의 내측통(47)의 하류 단부는 내측 케이싱(16)의 상류 단부에 강한(剛) 접속되어 있다. 또한, 여기서의 강한 접속이란, 2개의 부재가 볼트 및 너트로 접속되어 있는 경우나, 2개의 부재가 용접으로 접속되어 있는 경우와 같이, 2개의 부재를 일체화하고, 한쪽의 부재에 대해 다른쪽의 부재가 실질적으로 상대 이동할 수 없는 상태로 접속되어 있는 것이다. 이 내측통(47)의 다른쪽의 단부에는, 전술의 제 2 신축 이음매(46)가 장착되어 있다.

제 1 신축 이음매(42) 및 제 2 신축 이음매(46)는 모두, 도 5에 도시하는 바와 같이, 축선(Ar)을 중심으로 하는 환상을 이루며, 축방향(Da)으로 간격을 두고 대향하고 있는 제 1 프레임(61) 및 제 2 프레임(62)과, 축선(Ar)을 중심으로 하는 환상을 이루며, 제 1 프레임(61)과 제 2 프레임(62)을 연결하는 가요성을 갖는 신축 부재(63)를 갖고 있다. 제 1 프레임(61) 및 제 2 프레임(62)은 모두 강성을 갖는 금속 등으로 형성되어 있다. 또한, 신축 부재(63)는, 여기에서는, 고무 시트로 형성되어 있다. 또한, 신축 부재(63)는 수지나 금속으로 형성되어 있는 벨로우즈라도 좋다. 신축 부재(63)와 제 1 프레임(61) 및 제 2 프레임(62)은 볼트 및 너트 등으로 연결되어 있다. 또한, 신축 부재(63)와 제 1 프레임(61) 및 제 2 프레임(62)은 접착제로 연결되어도 좋다. 또한, 신축 부재(63)가 금속제의 벨로우즈인 경우에는, 신축 부재(63)와 제 1 프레임(61) 및 제 2 프레임(62)은 용접으로 연결되어도 좋다.

또한, 본 실시형태에 있어서의 제 1 신축 이음매(42) 및 제 2 신축 이음매(46)의 제 1 프레임(61)과 제 2 프레임(62)은 축방향(Da)으로 간격을 두고 서로 대향하고 있지만, 직경방향(Dr)으로 간격을 두고 서로 대향하고 있어도 좋다.

제 1 신축 이음매(42)의 환상의 제 1 프레임(61)은 압축기(10)의 외측 케이싱(15)에 강한 접속되어 있다. 이 제 1 신축 이음매(42)의 환상의 제 2 프레임(62)은 덕트 본체부(51)에 있어서의 후벽판(54)의 원형의 개구(55)의 연부에 강한 접속되어 있다. 제 2 신축 이음매(46)의 환상의 제 1 프레임(61)은 환상의 제 2 접속부(45)의 상기 다른쪽의 단부에 강한 접속되어 있다. 이 제 2 신축 이음매(46)의 환상의 제 2 프레임(62)은 덕트 본체부(51)에 있어서의 전벽판(52)의 원형의 개구(53)의 연부에 강한 접속되어 있다.

환상의 제 1 신축 이음매(42)는, 전술한 바와 같이, 덕트 본체부(51)에 있어서의 후벽판(54)의 원형의 개구(55)의 연부에 강한 접속되며, 환상의 제 2 신축 이음매(46)는 덕트 본체부(51)에 있어서의 전벽판(52)의 원형의 개구(53)의 연부에 강한 접속되어 있다. 또한, 덕트 본체부(51)에 있어서의 후벽판(54)의 원형의 개구(55)의 직경과 전벽판(52)의 원형의 개구(53)의 직경은, 전술한 바와 같이, 실질적으로 동일하다. 따라서, 본 실시형태에서는, 환상의 제 1 신축 이음매(42)의 직경과 환상의 제 2 신축 이음매(46)의 직경은 실질적으로 동일하다.

덕트 본체부(51)는, 그 하방으로부터 복수의 흡기 덕트 지지 레그(지지부)(59)에 의해 지지되어 있다. 복수의 흡기 덕트 지지 레그(59)는 가스 터빈 설치면(G)에 고정되어 있다.

본 실시형태에서는, 이상에서 설명한 흡기 덕트(40)와, 복수의 흡기 덕트 지지 레그(59)로, 기체 안내 장치를 구성하고 있다.

이상, 본 실시형태에서는, 흡기 덕트(40)의 덕트 본체부(51)가 흡기 덕트 지지 레그(59)에 지지되며, 이 덕트 본체부(51)의 압축기 케이싱(14)에 대한 상대 이동을 허용하는 제 1 신축 이음매(42) 및 제 2 신축 이음매(46)를 거쳐서, 이 덕트 본체부(51)가 압축기 케이싱(14)에 접속되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 압축기 케이싱(14)의 축방향(Da)의 단부에, 덕트 본체부(51)의 중량이 실질적으로 가해지지 않는다. 따라서, 본 실시형태에서는, 가스 터빈 전체의 고유 진동수를 높일 수 있어서, 가스 터빈 전체의 진동 특성을 향상시킬 수 있다.

"제 1 실시형태의 제 1 변형예"

다음에, 도 6을 참조하여, 제 1 실시형태에 있어서의 축류 회전 기계 설비의 제 1 변형예에 대해 설명한다.

본 변형예의 축류 회전 기계 설비도, 제 1 실시형태의 축류 회전 기계 설비와 마찬가지로, 가스 터빈 설비이다. 본 변형예의 가스 터빈 설비는, 압축기(10)의 흡입구(19)에 공기(A)를 안내하는 흡기 덕트(40a)의 구성이 제 1 실시형태의 흡기 덕트(40)의 구성과 상이하며, 그 이외의 부위는 제 1 실시형태와 동일하다. 그래서, 이하에서는, 이 흡기 덕트(40a)의 구성에 대해서 주로 설명한다.

본 변형예의 흡기 덕트(40a)도, 제 1 실시형태의 흡기 덕트(40)와 마찬가지로, 압축기(10)의 환상의 외측 케이싱(15)의 단부에 접속되어 있는 제 1 접속부(41)와, 압축기(10)의 환상의 내측 케이싱(16)의 단부에 접속되어 있는 제 2 접속부(45a)와, 제 1 접속부(41) 및 제 2 접속부(45a)에 접속되어 있는 덕트 본체부(51)를 갖고 있다. 본 변형예의 제 1 접속부(41) 및 덕트 본체부(51)는 제 1 실시형태와 동일하다. 한편, 본 변형예의 제 2 접속부(45a)는 제 1 실시형태와 약간 상이하다.

본 변형예의 제 2 접속부(45a)도, 제 1 실시형태의 제 2 접속부(45)와 마찬가지로, 축선(Ar)을 중심으로 하는 통형상의 내측통(47a)과, 이 내측통(47a)의 단부에 접속되며, 축선(Ar)을 중심으로 하는 환상의 제 2 신축 이음매(46a)를 갖고 있다. 축선(Ar)을 중심으로 하는 통형상의 내측통(47a)은 직경이 상류측을 향함에 따라서 점차 크게 되어 있다. 본 변형예에서는, 이 통형상의 내측통(47a)의 하류측과, 압축기(10)의 내측 케이싱(16)의 상류측의 사이에, 제 2 신축 이음매(46a)가 배치되어 있다. 이 제 2 신축 이음매(46a)의 제 1 프레임(61)은 압축기(10)의 내측 케이싱(16)의 상류 단부에 강한 접속되며, 제 2 신축 이음매(46a)의 제 2 프레임(62)은 내측통(47a)의 하류 단부에 강한 접속되어 있다. 이 내측통(47a)의 다른쪽의 단부는, 덕트 본체부(51)에 있어서의 전 벽판(52)의 원형의 개구(53)의 연부에, 볼트 및 너트 등으로 강한 접속되어 있다. 또한, 내측통(47a)의 다른쪽의 단부와 전벽판(52)의 원형의 개구(53)의 연부를 용접 등으로 강한 접속하여도 좋다.

덕트 본체부(51)는, 그 하방으로부터 복수의 흡기 덕트 지지 레그(59)에 의해 지지되어 있다. 복수의 흡기 덕트 지지 레그(59)는 가스 터빈 설치면(G)에 고정되어 있다.

본 변형예에 있어서도, 덕트 본체부(51)는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 그 하방으로부터 복수의 흡기 덕트 지지 레그(59)로 지지되어 있다.

이상, 본 변형예에서는, 흡기 덕트(40a)의 덕트 본체부(51) 및 이 덕트 본체부(51)에 강한 접속되어 있는 내측통(47a)이 흡기 덕트 지지 레그(59)에 지지되며, 이 덕트 본체부(51) 및 내측통(47a)의 압축기 케이싱(14)에 대한 상대 이동을 허용하는 제 1 신축 이음매(42) 및 제 2 신축 이음매(46a)를 거쳐서, 덕트 본체부(51) 및 내측통(47a)이 압축기 케이싱(14)에 접속되어 있다. 이 때문에, 본 변형예에서는, 압축기 케이싱(14)의 축방향(Da)의 단부에, 덕트 본체부(51) 및 내측통(47a)의 중량이 실질적으로 가해지지 않는다. 따라서, 본 변형예에서는, 압축기(10)의 고유 진동수를 제 1 실시형태보다 높일 수 있어서, 압축기(10)의 진동 특성을 보다 향상시킬 수 있다.

그런데, 흡기 덕트(40a)의 흡기 개구(49)로부터 흡입된 공기(A)는, 흡기 덕트(40a) 내의 흡기실을 지나, 압축기(10)의 흡입구(19)로부터 압축기(10) 내로 유입되는 과정에서 점차 유속이 높아져, 점차 정압이 저하된다. 이 때문에, 흡기 덕트(40a)의 흡기실 내에서, 압축기(10)의 흡입구(19)에 가까운 부분, 환언하면 축선(Ar)에 가까운 부분에서의 정압은 축선(Ar)으로부터 먼 부분과 비교하여 낮다. 따라서, 흡기 덕트(40a)의 내외의 차압은 축선(Ar)에 가까운 부분이 축선(Ar)으로부터 먼 부분보다 커진다. 그 결과, 흡기 덕트(40a)를 형성하는 부재 중에서 축선(Ar)에 가까운 부분에 대하여, 외부로부터 내부를 향하여 작용하는 힘은 축선(Ar)으로부터 먼 부분에 대하여 외부로부터 내부를 향하여 작용하는 힘보다 커진다.

여기서, 본 변형예에서는, 제 1 실시형태와 상이하게, 덕트 본체부(51)에 있어서의 전벽판(52)과 내측통(47a)이 일체화되어 있다. 또한, 덕트 본체부(51)에 있어서의 후벽판(54)의 원형의 개구(55)의 연부에 접속되어 있는 제 1 신축 이음매(42)의 직경에 대하여, 내측통(47a)의 하류 단부에 접속되어 있는 제 2 신축 이음매(46a)의 직경이 작다. 따라서, 본 변형예에서는, 흡기 덕트(40a)의 흡기 개구(49)로부터 제 2 신축 이음매(46a)까지의 직경방향(Dr)의 거리는, 흡기 덕트(40a)의 흡기 개구(49)로부터 제 1 신축 이음매(42)까지의 직경방향(Dr)의 거리보다, 내측통(47a)의 최대 반경(상류 단부의 반경)과 최소 반경(하류 단부의 반경)의 차분만큼 길다.

이 때문에, 본 변형예에서는, 흡기 덕트(40a)의 흡기 개구(49)로부터 제 2 신축 이음매(46a)까지를 형성하는 부재(= 전벽판(52)＋내측통(47a))에 대하여 외부로부터 내부를 향하여 작용하는 힘에는, 흡기 덕트(40a)의 흡기 개구(49)로부터 제 1 신축 이음매(42)까지를 형성하는 부재(= 후벽판(54))에 대하여 외부로부터 내부를 향하여 작용하는 힘보다, 내측통(47a)에 대하여 외부로부터 내부를 향하여 작용하는 힘만큼만 커진다. 이 내측통(47a)에 대하여 외부로부터 내부를 향하여 작용하는 힘은 축방향(Da), 즉 흡기 덕트(40a)를 넘어뜨리는 방향으로 작용한다. 따라서, 본 변형예에서는, 흡기 덕트 지지 레그(59)가 흡기 덕트(40a)의 자중 뿐만 아니라, 흡기 덕트(40a)를 넘어뜨리는 방향으로 작용하는 힘도 받을 수 있는 것일 필요가 있는 동시에, 덕트 본체부(51) 및 내측통(47a)의 강성을 높일 필요가 있다.

즉, 본 변형예에서는, 제 1 실시형태보다, 압축기 케이싱(14)의 축방향(Da)의 단부에 가해지는 하중을 줄일 수 있는 한편, 흡기 덕트 지지 레그(59)나 덕트 본체부(51) 및 내측통(47a)의 부담이 증가된다. 반대로, 제 1 실시형태에서는, 본 변형예보다, 압축기 케이싱(14)의 축방향(Da)의 단부에 가해지는 하중이 약간 증가되지만, 흡기 덕트 지지 레그(59)나 덕트 본체부(51) 및 내측통(47)의 부담을 경감할 수 있다.

따라서, 제 1 실시형태와 본 변형예 중 어느 하나를 선택하는 경우, 압축기 케이싱(14)의 축방향(Da)의 단부에 가해지는 하중의 증감의 메리트 및 디메리트와, 흡기 덕트 지지 레그(59)나 덕트 본체부(51) 및 내측통(47a)의 부담의 증감의 메리트 및 디메리트를 비교 고려하는 것이 바람직하다.

또한, 본 변형예에 있어서, 이 흡기 덕트(40a)의 전벽판(52)이나 후벽판(54)에 접하며, 흡기 덕트(40a)를 넘어뜨리는 방향으로 작용하는 축방향(Da)의 힘을 받는 흡기 덕트 지지 레그를 별도 마련하여도 좋다.

"제 1 실시형태의 제 2 변형예"

다음에, 도 7을 참조하여, 제 1 실시형태에 있어서의 축류 회전 기계 설비의 제 2 변형예에 대해 설명한다.

본 변형예의 축류 회전 기계 설비도, 제 1 변형예의 축류 회전 기계 설비와 마찬가지로, 흡기 덕트(40b)의 구성이 제 1 실시형태의 흡기 덕트(40)의 구성과 상이하며, 그 이외의 부위는 제 1 실시형태와 기본적으로 동일하다. 그래서, 이하에서는, 이 흡기 덕트(40b)의 구성에 대하여 주로 설명한다.

제 1 실시형태의 흡기 덕트(40)의 흡기 개구(49)는 상방향으로 개구되어 있다. 이것에 대하여, 본 변형예의 흡기 덕트(40b)의 흡기 개구(49b)는 하방향으로 개구되어 있다. 즉, 본 변형예의 흡기 덕트(40b)는 제 1 실시형태의 흡기 덕트(40)의 상하 방향의 방향을 역전시킨 것이다. 이 때문에, 본 변형예의 가스 터빈 설치면(G)에는, 흡기 덕트(40b)의 하방의 위치에, 공기(A)가 통과하는 개구가 형성되어 있다.

본 변형예의 흡기 덕트(40b)에 있어서의 덕트 본체부(51b)의 흡기 개구(49b)의 연부에는, 외측을 향하여 넓어져 있는 플랜지(지지부)(59b)가 형성되어 있다. 이 플랜지(59b)는 가스 터빈 설치면(G)에 접하며, 이 가스 터빈 설치면(G)에 고정되어 있다. 따라서, 이 플랜지(59b)는 흡기 덕트(40b)를 지지하는 지지부로서의 기능을 담당하고 있다.

이상과 같이, 흡기 덕트의 흡기 개구는, 제 1 실시형태와 같이 상방향으로 개구되어 있어도, 본 변형예와 같이 하방향으로 개구되어 있어도, 또한 측방으로 개구되어 있어도 좋다. 또한, 본 변형예에 있어서도, 제 1 변형예와 마찬가지로, 내측통(47)의 하류측과 압축기(10)의 내측 케이싱(16)의 상류측의 사이에, 제 2 신축 이음매(46)를 배치하여도 좋다.

"제 2 실시형태"

다음에, 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 기체 안내 장치 및 축류 회전 기계를 구비하고 있는 축류 회전 기계 설비의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다.

본 실시형태의 축류 회전 기계 설비도, 제 1 실시형태의 축류 회전 기계 설비와 마찬가지로, 가스 터빈 설비이다. 본 실시형태의 가스 터빈 설비는, 축류 회전 기계의 일종인 터빈(30)으로부터의 연소 가스(G)를 배기 가스로서 외부로 안내하는 배기 덕트(70c)의 구성이 제 1 실시형태의 배기 덕트(70)의 구성과 상이하며, 압축기(10), 연소기(20) 및 터빈(30)의 구성은 제 1 실시형태와 동일하다. 그래서, 이하에서는, 이 배기 덕트(70c)의 구성에 대하여 주로 설명한다.

본 실시형태의 배기 덕트(70c)는 터빈(30)의 통형상의 외측 디퓨저(외측 케이싱)(35)의 하류 단부에 접속되어 있는 제 1 접속부(71)와, 터빈(30)의 통형상의 내측 디퓨저(내측 케이싱)(36)의 하류 단부에 접속되어 있는 제 2 접속부(75)와, 제 1 접속부(71) 및 제 2 접속부(75)에 접속되어 있는 덕트 본체부(81)를 갖고 있다.

제 1 접속부(71)는 통형상의 외측 디퓨저(35)의 하류 단부에 접속되며, 축선(Ar)을 중심으로 하는 환상의 제 1 신축 이음매(72)와, 환상의 제 1 신축 이음매(72)의 하류 단부에 접속되며, 축선(Ar)을 중심으로 하는 통형상의 외측통(73)을 갖고 있다. 외측통(73)의 직경은 하류측을 향함에 따라서 점차 크게 되어 있다.

제 2 접속부(75)는 통형상의 내측 디퓨저(36)의 하류 단부에 접속되며, 축선(Ar)을 중심으로 하는 환상의 제 2 신축 이음매(76)와, 환상의 제 2 신축 이음매(76)의 하류 단부에 접속되며, 축선(Ar)을 중심으로 하는 통형상의 내측통(77)을 갖고 있다. 내측통(77)의 직경은 하류측을 향함에 따라서 점차 크게 되어 있다.

본 실시형태에 있어서의 제 1 신축 이음매(72) 및 제 2 신축 이음매(76)도, 전술한 제 1 신축 이음매(42) 및 제 2 신축 이음매(46)와 마찬가지로, 서로 간격을 두고 배치되어 있는 제 1 프레임 및 제 2 프레임과, 제 1 프레임과 제 2 프레임을 연결하는 신축 부재를 갖고 있다. 제 1 프레임 및 제 2 프레임은 모두 강성을 갖는 금속 등으로 형성되어 있다. 또한, 신축 부재는 주로 불소 수지 시트로 형성되어 있다. 제 1 신축 이음매(72) 및 제 2 신축 이음매(76)는 모두 고온의 연소 가스에 접한다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서, 신축 부재는 내열성이 높은 수지인 불소 수지 시트와, 이 불소 수지 시트와 연소 가스의 사이에 배치된 단열재(미도시)를 갖고 있다. 또한, 이 신축 부재는 금속으로 형성되어 있는 벨로우즈라도 좋다.

덕트 본체부(81)는 환상의 제 1 접속부(71) 및 제 2 접속부(75)와 공동(公同)하여, 내부에 환상의 가스 유로(Pg)를 형성하고 있다. 이 가스 유로(Pg)는 배기실을 이루고 있다. 또한, 이 덕트 본체부(81)의 직경방향 외측에는, 상측을 향하여 개구되어 있는 배기 개구(79c)가 형성되어 있다.

덕트 본체부(81)는 제 1 접속부(71)의 상류측 부분의 외주측을 덮고, 터빈 케이싱(34)에 접속되어 있는 본체통(86)과, 축선(Ar)에 대하여 수직인 방향 성분을 갖는 방향으로 넓어지며, 축방향(Da)으로 간격을 두고 대향하고 있는 전벽판(82) 및 후벽판(84)과, 전벽판(82)의 직경방향 외측연과 후벽판(84)의 직경방향 외측연을 연결하는 측벽판(87)을 갖고 있다. 전벽판(82)은 후벽판(84)에 대하여 상류측에 위치하고 있다. 전벽판(82)의 직경방향 외측연 및 후벽판(84)의 직경방향 외측연 중의 상연은 측벽판(87)으로 연결되어 있지 않으며, 이들의 상연부와 측벽판(87)의 상연부에, 배기 개구(79c)가 형성되어 있다. 전벽판(82) 및 후벽판(84)에는, 축선(Ar)을 중심으로 한 원형의 개구(83, 85)가 형성되어 있다. 전벽판(82)의 원형의 개구(83)의 연부에는, 본체통(86)의 하류 단부 및 제 1 접속부(71)의 외측통(73)이 강한 접속되어 있다. 또한, 후벽판(84)의 원형의 개구(85)의 연부에는, 제 2 접속부(75)의 내측통(77)의 하류 단부가 강한 접속되어 있다.

덕트 본체부(81)는, 그 하방으로부터 복수의 배기 덕트 지지 레그(지지부) (89c)에 의해 지지되어 있다. 복수의 배기 덕트 지지 레그(89c)는 가스 터빈 설치면(G)에 고정되어 있다.

본 실시형태에서는, 이상에서 설명한 배기 덕트(70c)와, 배기 덕트 지지 레그(89c)는 기체 안내 장치를 구성하고 있다.

이상, 본 실시형태에서는, 배기 덕트(70c)의 덕트 본체부(81), 제 1 접속부(71)의 외측통(73), 및 제 2 접속부(75)의 내측통(77)이 배기 덕트 지지 레그(89c)에 지지되며, 이들 덕트 본체부(81), 제 1 접속부(71)의 외측통(73), 및 제 2 접속부(75)의 내측통(77)의 터빈(30)에 대한 상대 이동을 허용하는 제 1 신축 이음매(72) 및 제 2 신축 이음매(76)를 거쳐서, 덕트 본체부(81), 제 1 접속부(71)의 외측통(73), 및 제 2 접속부(75)의 내측통(77)이 터빈(30)에 접속되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 터빈(30)의 축방향(Da)의 하류 단부에, 이들 덕트 본체부(81), 제 1 접속부(71)의 외측통(73), 및 제 2 접속부(75)의 내측통(77)의 하중이 실질적으로 가해지지 않는다. 따라서, 본 실시형태에서는, 가스 터빈 전체의 고유 진동수를 높일 수 있어서, 가스 터빈 전체의 진동 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 제 1 신축 이음매(72)가 제 1 접속부(71) 중의 상류 단부에 위치하고 있지만, 이 제 1 신축 이음매(72)는 제 1 접속부(71) 중의 다른 부분에 위치하고 있어도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 제 2 신축 이음매(76)가 제 2 접속부(75) 중의 상류 단부에 위치하고 있지만, 이 제 2 신축 이음매(76)는 제 2 접속부(75) 중의 다른 부분에 위치하고 있어도 좋다.

또한, 본 실시형태에서는, 배기 덕트(70c)의 배기 개구(79c)가 상방향으로 개구되어 있지만, 하방향이나 측방향으로 개구되어도 좋다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 흡기 덕트(40c)로서, 제 1 실시형태나 그 각 변형예 중 어느 하나가 흡기 덕트를 채용하여도 좋다.

또한, 이상의 각 실시형태 및 각 변형예에서는, 이음매로서 신축 이음매를 채용하고 있지만, 2개의 부재가 상대 이동 가능하게 2개의 부재를 접속하는 이음매이면, 어떠한 이음매이어도 좋고, 예를 들면 신축 이음매 이외의 다른 가동식 관 이음매를 채용하여도 좋다.

또한, 이상의 각 실시형태 및 각 변형예에서는, 가스 터빈 설비에 있어서의 축류 압축기(10)나 가스 터빈 설비에 있어서의 터빈(30)에 대한 기체 안내 장치를 예시하고 있다. 그렇지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 가스 터빈 설비의 일부를 구성하지 않는 축류 압축기 등의 축류 회전 기계에 대해 본 발명을 적용하여도 좋다.

10 : 압축기
11 : 압축기 로터,
12 : 회전축
14 : 압축기 케이싱
15 : 외측 케이싱
16 : 내측 케이싱
20 : 연소기
30 : 터빈
31 : 터빈 로터
32 : 회전축
34 : 터빈 케이싱
35 : 외측 디퓨저(외측 케이싱)
36 : 내측 디퓨저(내측 케이싱)
39 : 배기구
40, 40a, 40b, 40c : 흡기 덕트
41 : 제 1 접속부
42 : 제 1 신축 이음매(신축 이음매 또는 이음매)
45, 45a : 제 2 접속부
46, 46a : 제 2 신축 이음매(신축 이음매 또는 이음매)
47, 47a : 내측통
49, 49b : 흡기 개구
51, 51b : 덕트 본체(본체부)
52, 52b : 전벽판
54, 54b : 후벽판
57, 57b : 측벽판
59 : 흡기 덕트 지지 레그(지지부)
59b : 플랜지(지지부)
70, 70c : 배기 덕트
71 : 제 1 접속부
72 : 제 1 신축 이음매(신축 이음매 또는 이음매)
73 : 외측통
75 : 제 2 접속부
76 : 제 2 신축 이음매(신축 이음매 또는 이음매)
77 : 내측통
79, 79c : 배기 개구
81 : 덕트 본체(본체부)
82 : 전벽판
84 : 후벽판
86 : 본체통
87 : 측벽판
89, 89c : 배기 덕트 지지 레그(지지부)

Claims

축선을 중심으로 하여 회전하는 회전축과, 상기 축선을 중심으로 하는 통형상의 내측 케이싱과, 상기 축선을 중심으로 하는 통형상을 이루며 상기 내측 케이싱의 외주측과의 사이에 기체의 유로를 형성하는 외측 케이싱을 구비하고 있는 축류 회전 기계에 접속되며, 상기 축류 회전 기계와의 사이에서 상기 기체를 안내하는 기체 안내 장치에 있어서,
통형상의 상기 외측 케이싱의 단부에 접속되며, 상기 축선을 중심으로 하는 환상의 제 1 접속부와,
통형상의 상기 내측 케이싱의 단부에 접속되며, 상기 축선을 중심으로 하는 환상의 제 2 접속부와,
상기 제 1 접속부 및 상기 제 2 접속부의 조합에 의해, 내부에 상기 축선을 중심으로 하는 환상의 유로를 형성하는 동시에, 상기 축선에 대한 직경방향 외측으로 개구가 형성되어 있는 본체부와,
상기 본체부를 지지하는 지지부를 구비하며,
상기 제 1 접속부는, 상기 축선을 중심으로 하는 환상을 이루며, 상기 외측 케이싱에 대한 상기 본체부의 상대 이동을 허용하는 제 1 이음매를 갖고,
상기 제 2 접속부는, 상기 축선을 중심으로 하는 환상을 이루며, 상기 내측 케이싱에 대한 상기 본체부의 상대 이동을 허용하는 제 2 이음매를 갖는
기체 안내 장치.
제 1 항에 있어서,
환상의 상기 제 1 이음매의 직경과 환상의 상기 제 2 이음매의 직경이 동일한
기체 안내 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 이음매 및 상기 제 2 이음매는 모두 신축 이음매인
기체 안내 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 본체부의 상기 개구는 상방향으로 개구되어 있는
기체 안내 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 본체부의 상기 개구는 하방향으로 개구되어 있는
기체 안내 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 접속부와 상기 제 2 접속부와 상기 본체부는 상기 축류 회전 기계의 흡기측에 마련된 흡기 덕트를 구성하고, 상기 본체부의 상기 개구는 흡기 개구를 형성하는
기체 안내 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 접속부와 상기 제 2 접속부와 상기 본체부는 상기 축류 회전 기계의 배기측에 마련된 배기 덕트를 구성하고, 상기 본체부의 상기 개구는 배기 개구를 형성하는
기체 안내 장치.
제 1 항에 기재된 기체 안내 장치와,
상기 축류 회전 기계를 구비하고 있는
축류 회전 기계 설비.
제 1 항에 기재된 기체 안내 장치와,
상기 축류 회전 기계인 가스 터빈을 구비하고 있는
가스 터빈 설비.