KR101909595B1 - 분사구, 흡입구를 포함하는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈 - Google Patents

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Abstract

분사구, 흡입구를 포함하는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈이 제시된다. 본 발명의 실시예에 따른 배기 디퓨저는, 가스터빈 출구에 장착되어 배기가스를 외부로 분사하도록, 중공 원통형 구조의 내부 디퓨저 가이드, 외부 디퓨저 가이드를 구비하는 배기 디퓨저로서, 상기 내부 디퓨저 가이드와 외부 디퓨저 가이드 사이에 장착되어, 내부 디퓨저 가이드와 외부 디퓨저 가이드를 소정 거리만큼 이격시키는 지지스트럿; 상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 형성되고, 배기가스의 유동방향으로 압축공기를 분사하는 분사홀을 구비하는 분사부; 및 상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 형성되고, 분사부와 인접하여 배치되며, 분사 배기가스의 유동방향과 대향하는 방향으로 배기 가스를 흡입하는 흡입홀을 구비하는 흡입부;를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명에 따르면, 특정 구조의 지지스트럿, 분사부 및 흡입부를 구비함으로써, 배기 디퓨저로 인입되는 배기가스의 국소 박리를 제거하여 공력 성능을 향상시키고 결과적으로, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공할 수 있다.

Description

분사구, 흡입구를 포함하는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈{Exhaust Diffuser Having Spray Hole And Suction Hole, And Gas Turbine Having The Same}
본 발명은 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분사구, 흡입구를 포함하는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것이다.
일반적인 가스터빈은, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성되어 있다. 그리고 공기 도입구로부터 도입된 공기가 압축기에 의해 압축됨으로써 고온, 고압의 압축 공기로 되고, 연소기에서, 이 압축 공기에 대하여 연료를 공급하여 연소시킴으로써 고온·고압의 연소 가스(작동 유체)를 얻어, 이 연소 가스에 의해 터빈을 구동하고, 이 터빈에 연결된 발전기를 구동한다.
가스터빈 엔진의 통상 작동 중에, 주요한 공기역학적 과제 중 하나는 터빈의 최종 스테이지를 빠져나가는 고운동량의 연소 가스 흐름의 효율적 방출을 수반한다.
수평 배기 구성을 이용하는 것이 공기역학적으로 유익할 수도 있지만, 그러한 축류 배기(axial exhaust)는 전체적 풋프린트(footprint)에 대한 영향으로 인해 실현 불가능 할 수 있다.
그러한 이유로, 축류 터빈으로부터의 연소 가스 흐름을 반경 방향으로 방향 전환하는 수직 및 측면 장착 배기 스택(exhaust stack)을 이용하는 것이 표준 실무이다.
구체적으로, 반경류 디퓨저가 연소 가스 흐름을 반경 방향으로 안내하도록 이용될 수 있다.
반경류 디퓨저는, 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로 내부 디퓨저 가이드 상에 장착되고 외부 디퓨저 가이드에 의해 에워싸인 다수의 스트럿(strut)을 포함한다.
반경류 디퓨저는 터빈의 최종 스테이지를 빠져나가는 연소 가스 흐름의 운동 에너지를 증가된 정압(static pressure) 형태의 퍼텐셜 에너지로 전환한다. 전체적 정압 회수의 증가는 가스터빈 엔진의 전체적 성능 및 효율을 증가시키는 경향이 있다.
따라서, 가스터빈 엔진에 이용할 개선된 디퓨저 구조 및 개선된 배기 시스템에 대한 요구가 존재한다.
이러한 요구에 대응하여 디퓨저 유입 유동의 경계층 제어를 통해 유동 박리 현상을 제거하는 기술이 다수 개발되었다.
그러나, 종래 기술에 따르면, 내부 디퓨저 가이드와 지지스트럿 사이에서 발생하는 유동 박리를 해결할 수 없다. 유동 박리로 인해 압력 손실이 발생하며, 결과적으로 전체적인 연소기 성능 저하를 유발하게 된다.
따라서, 상기 언급한 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있는 배기 디퓨저에 대한 기술이 필요한 실정이다.
한국공개특허 10-2015-0123950 (2015년 11월 04일 공개)
본 발명의 목적은, 배기 디퓨저로 인입되는 배기가스의 국소 박리를 제거하여 공력 성능을 향상시킴으로써, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배기 디퓨저는, 가스터빈 출구에 장착되어 배기가스를 외부로 분사하도록, 중공 원통형 구조의 내부 디퓨저 가이드, 외부 디퓨저 가이드를 구비하는 배기 디퓨저로서, 상기 내부 디퓨저 가이드와 외부 디퓨저 가이드 사이에 장착되어, 내부 디퓨저 가이드와 외부 디퓨저 가이드를 소정 거리만큼 이격시키는 지지스트럿; 상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 형성되고, 배기가스의 유동방향으로 압축공기를 분사하는 분사홀을 구비하는 분사부; 및 상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 형성되고, 분사부와 인접하여 배치되며, 분사 배기가스의 유동방향과 대향하는 방향으로 배기 가스를 흡입하는 흡입홀을 구비하는 흡입부;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분사홀은, 배가가스의 유동방향과 평행한 방향으로 소정 길이만큼 연장된 슬릿 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분사홀은, 내부 디퓨저 가이드의 외주면을 따라 일정 거리만큼 이격되어 다수 배치될 수 있다.
또한, 상기 분사홀은 내부 디퓨저 가이드의 외주면을 따라 하나 이상의 열을 형성하여 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분사홀은, 단면상 원 구조이고, 배가가스의 유동방향과 평행한 방향으로 소정 길이만큼 이격되어 둘 이상 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분사홀의 분사 방향은, 내부 디퓨저의 외부면과 소정 각도를 형성할 수 있다.
또한, 상기 흡입홀의 분사 방향은, 내부 디퓨저의 외부면과 소정 각도를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분사부는, 상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 소정 깊이만큼 만입되어 형성되고, 내측에 압축공기 분사 유동로 및 분사홀이 형성되며, 압축공기 분사 방향으로 경사면이 형성된 분사 만입홈; 및 상기 경사면과 연속되는 구조이고, 내부 디퓨저 가이드의 최대 외경과 소정 거리만큼 이격된 단차부;를 포함하는 구성일 수 있다.
또한, 상기 분사 만입홈은, 내부 디퓨저 가이드의 외주면을 감싸는 환상형 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 분사 만입홈의 경사면은, 소정 크기의 곡률반경으로 형성된 굴곡면일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 흡입부는, 상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 소정 깊이만큼 만입되어 형성되고, 내측에 압축공기 흡입 유동로 및 흡입홀이 형성되며, 압축공기 분사 방향과 대향하는 방향으로 경사면이 형성된 흡입 만입홈;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 흡입부는, 상기 흡입 만입홈에 배기가스 유동 방향과 평행한 방향으로 슬라이딩 구동 가능하도록 장착되고, 슬라이딩 구동되어 흡입홀을 열거나 닫는 셔터 부재;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 셔터 부재는, 흡입홀 닫는 동작 시, 흡입부의 흡입 만입홈 전체를 덮어 씌어 가리며, 셔터 부재의 외주면은 내부 디퓨저 가이드의 외주면과 연속되는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 배기 디퓨저를 포함하는 가스터빈을 제공할 수 있는 바, 본 발명의 일 측면에 따른 가스터빈은, 중공 원통형 구조의 내부 디퓨저 가이드, 외부 디퓨저 가이드를 구비하는 배기 디퓨저를 포함하는 가스터빈으로서, 상기 배기 디퓨저는, 상기 내부 디퓨저 가이드와 외부 디퓨저 가이드 사이에 장착되어, 내부 디퓨저 가이드와 외부 디퓨저 가이드를 소정 거리만큼 이격시키는 지지스트럿; 상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 형성되고, 배기가스의 유동방향으로 압축공기를 분사하는 분사홀을 구비하는 분사부; 및 상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 형성되고, 분사부와 인접하여 배치되며, 분사 배기가스의 유동방향과 대향하는 방향으로 배기 가스를 흡입하는 흡입홀을 구비하는 흡입부;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분사부는, 상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 소정 깊이만큼 만입되어 형성되고, 내측에 압축공기 분사 유동로 및 분사홀이 형성되며, 압축공기 분사 방향으로 경사면이 형성된 분사 만입홈; 및 상기 경사면과 연속되는 구조이고, 내부 디퓨저 가이드의 최대 외경과 소정 거리만큼 이격된 단차부;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 흡입부는, 상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 소정 깊이만큼 만입되어 형성되고, 내측에 압축공기 흡입 유동로 및 흡입홀이 형성되며, 압축공기 분사 방향과 대향하는 방향으로 경사면이 형성된 흡입 만입홈;를 포함하는 구성일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 배기 디퓨저에 따르면, 특정 구조의 지지스트럿, 분사부 및 흡입부를 구비함으로써, 배기 디퓨저로 인입되는 배기가스의 국소 박리를 제거하여 공력 성능을 향상시키고 결과적으로, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 배기 디퓨저에 따르면, 슬릿 구조의 분사홀 또는 일정 패턴으로 배치된 분사홀을 포함하는 분사부을 구비함으로써, 인접하는 지지스트럿 사이 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 발생하는 국소 박리를 효과적으로 제거할 수 있고, 이에 따라서, 공력 성능을 향상시키고 결과적으로, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 배기 디퓨저에 따르면, 특정 구조의 분사 유동로, 분사홀, 분사 만입홈 및 단차부를 포함하는 분사부를 구비함으로써, 인접하는 지지스트럿 사이 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 발생하는 국소 박리를 효과적으로 제거할 수 있고, 이에 따라서, 공력 성능을 향상시키고 결과적으로, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 배기 디퓨저에 따르면, 특정 구조의 흡입 만입홈이 형성된 흡입 만입홈을 구비함으로써, 유동 박리 발생 시 경계층 두께가 증가하는 것을 감안하여 박리점 부근의 유동을 순간적으로 흡입하여 경계층 증가를 감소시킬 수 있고, 이에 따라서, 공력 성능을 향상시키고 결과적으로, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 배기 디퓨저에 따르면, 특정 구조의 셔터 부재를 구비함으로써, 유동 박리 제어를 사용하지 않을 때에는 셔터 부재를 이용하여 흡입홀을 닫음으로써, 경계층의 역류 또는 불필요한 작동을 방지하여 이에 소모되는 에너지를 절감시킬 수 있으며, 결과적으로 배기 디퓨저의 공력 성능을 향상시키고, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스터빈에 따르면, 특정 구성의 배기 디퓨저를 구비함으로써, 배기 디퓨저로 인입되는 배기가스의 국소 박리를 제거하여 공력 성능을 향상시키고 결과적으로, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 가스터빈을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 가스터빈을 나타내는 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 배기 디퓨저를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 디퓨저를 나타내는 사시도이다.
도 4는 내부 디퓨저 가이드의 외주면에서 발생하는 유동 박리 현상을 나타내는 그림이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사부를 구성하는 분사홀을 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분사부를 구성하는 분사홀을 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 분사부를 나타내는 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 분사부를 나타내는 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분사부를 나타내는 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡입부를 나타내는 부분 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흡입부를 나타내는 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흡입부를 나타내는 부분 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흡입부를 나타내는 부분 단면도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 디퓨저를 나타내는 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 내부 디퓨저 가이드의 외주면에서 발생하는 유동 박리 현상을 나타내는 그림이 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 배기 디퓨저(100)는, 중공 원통형 구조의 내부 디퓨저 가이드(101), 외부 디퓨저 가이드(102)를 구비하는 구조로서, 특정 구조의 지지스트럿(110), 분사부(120) 및 흡입부(130)를 구비함으로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 디퓨저 가이드의 외주면에서 발생하는 유동 박리 현상을 제거할 수 있다.
더 나아가 본 발명에 따르면, 배기 디퓨저로 인입되는 배기가스의 국소 박리를 제거하여 공력 성능을 향상시키고 결과적으로, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 실시예에 따른 배기 디퓨저(100)를 구성하는 각 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 지지스트럿(110)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 내부 디퓨저 가이드(101)와 외부 디퓨저 가이드(102) 사이에 장착되어, 내부 디퓨저 가이드(101)와 외부 디퓨저 가이드(102)를 소정 거리만큼 이격시키는 구조일 수 있다.
분사부(120)는, 내부 디퓨저 가이드(101)의 외주면에 형성되고, 배기가스의 유동방향으로 압축공기를 분사하는 분사홀(121)을 구비하는 구성이다.
흡입부(130)는, 내부 디퓨저 가이드(101)의 외주면에 형성되고, 분사부(120)와 인접하여 배치되며, 분사 배기가스의 유동방향과 대향하는 방향으로 배기 가스를 흡입하는 흡입홀(131)을 구비하는 구성이다.
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사부를 구성하는 분사홀을 나타내는 평면도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분사부를 구성하는 분사홀을 나타내는 평면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 분사홀(121)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 배가가스의 유동방향과 평행한 방향으로 소정 길이만큼 연장된 슬릿 구조일 수 있다.
이때, 분사홀(121)은, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 내부 디퓨저 가이드(101)의 외주면을 따라 일정 거리만큼 이격되어 다수 배치되며, 내부 디퓨저 가이드(101)의 외주면을 따라 하나 이상의 열을 형성하여 배치됨이 바람직하다.
경우에 따라서, 본 실시예에 따른 분사홀(121)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 단면상 원 구조이고, 배가가스의 유동방향과 평행한 방향으로 소정 길이만큼 이격되어 둘 이상 배치될 수 있다.
도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사부를 나타내는 부분 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사부를 나타내는 부분 단면도가 도시되어 있으며, 도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분사부를 나타내는 부분 단면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 분사부(120)는, 특정 구조의 분사 만입홈(124) 및 단차부(125)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 분사 만입홈(124)는, 내부 디퓨저 가이드(101)의 외주면에 소정 깊이만큼 만입되어 형성되고, 내측에 압축공기 분사 유동로(122) 및 분사홀(121)이 형성되며, 압축공기 분사 방향으로 경사면(123)이 형성된 구조일 수 있다.
또한, 단차부(125)는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 경사면(123)과 연속되는 구조이고, 내부 디퓨저 가이드(101)의 최대 외경(OD)과 소정 거리만큼 이격된 구조일 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 분사 만입홈(124)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 내부 디퓨저 가이드(101)의 외주면을 감싸는 환상형 구조로 형성됨이 바람직하다.
경우에 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 분사 만입홈(124)의 경사면(123)은, 압축공기의 분사를 안정적으로 유도할 수 있도록, 소정 크기의 곡률반경으로 형성된 굴곡면일 수 있다.
도 10에는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡입부를 나타내는 부분 단면도가 도시되어 있고, 도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흡입부를 나타내는 부분 단면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 흡입부(130)는, 특정 구조의 흡입 만입홈(134)을 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 내부 디퓨저 가이드(101)의 외주면에 소정 깊이만큼 만입되어 형성된 흡입 만입홈(134)은, 내측에 압축공기 흡입 유동로(132) 및 흡입홀(131)이 형성되며, 압축공기 분사 방향과 대향하는 방향으로 경사면(133)이 형성된 구조일 수 있다.
경우에 따라서, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 흡입 유동로(132) 및 흡입홀(131)의 위치를 적절히 변경할 수 있다. 또한, 경사면(133)의 구조 또한, 압축공기의 분사를 안정적으로 유도할 수 있도록, 소정 크기의 곡률반경으로 형성된 굴곡면을 형성할 수 있다.
도 12에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흡입부를 나타내는 부분 사시도가 도시되어 있고, 도 13에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흡입부를 나타내는 부분 단면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 흡입부(130)는, 슬라이딩 구동되어 흡입홀(131)을 열거나 닫는 셔터 부재(135)를 더 포함하는 구성일 수 있다.
이때, 셔터 부재(135)는, 흡입 만입홈(134)에 배기가스 유동 방향과 평행한 방향으로 슬라이딩 구동 가능하도록 장착됨이 바람직하다.
바람직하게, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 셔터 부재(135)는, 흡입홀(131) 닫는 동작 시, 흡입부(130)의 흡입 만입홈(134) 전체를 덮어 씌어 가리며, 셔터 부재(135)의 외주면은 내부 디퓨저 가이드(101)의 외주면과 연속되는 구조일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 배기 디퓨저에 따르면, 특정 구조의 지지스트럿, 분사부 및 흡입부를 구비함으로써, 배기 디퓨저로 인입되는 배기가스의 국소 박리를 제거하여 공력 성능을 향상시키고 결과적으로, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 배기 디퓨저에 따르면, 슬릿 구조의 분사홀 또는 일정 패턴으로 배치된 분사홀을 포함하는 분사부을 구비함으로써, 인접하는 지지스트럿 사이 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 발생하는 국소 박리를 효과적으로 제거할 수 있고, 이에 따라서, 공력 성능을 향상시키고 결과적으로, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 배기 디퓨저에 따르면, 특정 구조의 분사 유동로, 분사홀, 분사 만입홈 및 단차부를 포함하는 분사부를 구비함으로써, 인접하는 지지스트럿 사이 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 발생하는 국소 박리를 효과적으로 제거할 수 있고, 이에 따라서, 공력 성능을 향상시키고 결과적으로, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 배기 디퓨저에 따르면, 특정 구조의 흡입 만입홈이 형성된 흡입 만입홈을 구비함으로써, 유동 박리 발생 시 경계층 두께가 증가하는 것을 감안하여 박리점 부근의 유동을 순간적으로 흡입하여 경계층 증가를 감소시킬 수 있고, 이에 따라서, 공력 성능을 향상시키고 결과적으로, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 배기 디퓨저에 따르면, 특정 구조의 셔터 부재를 구비함으로써, 유동 박리 제어를 사용하지 않을 때에는 셔터 부재를 이용하여 흡입홀을 닫음으로써, 경계층의 역류 또는 불필요한 작동을 방지하여 이에 소모되는 에너지를 절감시킬 수 있으며, 결과적으로 배기 디퓨저의 공력 성능을 향상시키고, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공할 수 있다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 배기 디퓨저(100)를 포함하는 가스터빈을 제공할 수 있는 바, 본 발명의 가스터빈에 따르면, 특정 구성의 배기 디퓨저를 구비함으로써, 배기 디퓨저로 인입되는 배기가스의 국소 박리를 제거하여 공력 성능을 향상시키고 결과적으로, 디퓨저 성능을 향상시킬 수 있는 가스터빈을 제공할 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
100: 배기 디퓨저
101: 내부 디퓨저 가이드
102: 외부 디퓨저 가이드
110: 지지스트럿
120: 분사부
121: 분사홀
122: 압축공기 분사 유동로
123: 경사면
124: 분사 만입홈
125: 단차부
130: 흡입부
131: 흡입홀
132: 압축공기 흡입 유동로
133: 경사면
134: 흡입 만입홈
135: 셔터 부재
OD: 내부 디퓨저 가이드의 외대 외경

Claims (16)

  1. 가스터빈 출구에 장착되어 배기가스를 외부로 분사하도록, 중공 원통형 구조의 내부 디퓨저 가이드, 외부 디퓨저 가이드를 구비하는 배기 디퓨저로서,
    상기 내부 디퓨저 가이드와 외부 디퓨저 가이드 사이에 장착되어, 내부 디퓨저 가이드와 외부 디퓨저 가이드를 소정 거리만큼 이격시키는 지지스트럿;
    상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 형성되고, 배기가스의 유동방향으로 압축공기를 분사하는 분사홀을 구비하는 분사부; 및
    상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 형성되고, 분사부와 인접하여 배치되며, 분사 배기가스의 유동방향과 대향하는 방향으로 배기 가스를 흡입하는 흡입홀을 구비하는 흡입부;를 포함하고,
    상기 분사부는,
    상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 소정 깊이만큼 만입되어 형성되고, 내측에 압축공기 분사 유동로 및 분사홀이 형성되며, 압축공기 분사 방향으로 경사면이 형성된 분사 만입홈; 및
    상기 경사면과 연속되는 구조이고, 내부 디퓨저 가이드의 최대 외경과 소정 거리만큼 이격된 단차부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 디퓨저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사홀은, 배기가스의 유동방향과 평행한 방향으로 소정 길이만큼 연장된 슬릿 구조인 것을 특징으로 하는 배기 디퓨저.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사홀은, 내부 디퓨저 가이드의 외주면을 따라 일정 거리만큼 이격되어 다수 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 디퓨저.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 분사홀은 내부 디퓨저 가이드의 외주면을 따라 하나 이상의 열을 형성하여 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 디퓨저.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사홀은, 단면상 원 구조이고, 배기가스의 유동방향과 평행한 방향으로 소정 길이만큼 이격되어 둘 이상 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 디퓨저.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사홀의 분사 방향은, 내부 디퓨저 가이드의 외부면과 소정 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 배기 디퓨저.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입홀의 분사 방향은, 내부 디퓨저 가이드의 외부면과 소정 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 배기 디퓨저.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사 만입홈은, 내부 디퓨저 가이드의 외주면을 감싸는 환상형 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 디퓨저.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사 만입홈의 경사면은, 소정 크기의 곡률반경으로 형성된 굴곡면인 것을 특징으로 하는 배기 디퓨저.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입부는,
    상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 소정 깊이만큼 만입되어 형성되고, 내측에 압축공기 흡입 유동로 및 흡입홀이 형성되며, 압축공기 분사 방향과 대향하는 방향으로 경사면이 형성된 흡입 만입홈;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 디퓨저.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 흡입부는,
    상기 흡입 만입홈에 배기가스 유동 방향과 평행한 방향으로 슬라이딩 구동 가능하도록 장착되고, 슬라이딩 구동되어 흡입홀을 열거나 닫는 셔터 부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 디퓨저.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 셔터 부재는, 흡입홀 닫는 동작 시, 흡입부의 흡입 만입홈 전체를 덮어 씌어 가리며, 셔터 부재의 외주면은 내부 디퓨저 가이드의 외주면과 연속되는 구조인 것을 특징으로 하는 배기 디퓨저.
  14. 중공 원통형 구조의 내부 디퓨저 가이드, 외부 디퓨저 가이드를 구비하는 배기 디퓨저를 포함하는 가스터빈으로서,
    상기 배기 디퓨저는,
    상기 내부 디퓨저 가이드와 외부 디퓨저 가이드 사이에 장착되어, 내부 디퓨저 가이드와 외부 디퓨저 가이드를 소정 거리만큼 이격시키는 지지스트럿;
    상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 형성되고, 배기가스의 유동방향으로 압축공기를 분사하는 분사홀을 구비하는 분사부; 및
    상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 형성되고, 분사부와 인접하여 배치되며, 분사 배기가스의 유동방향과 대향하는 방향으로 배기 가스를 흡입하는 흡입홀을 구비하는 흡입부;를 포함하고,
    상기 분사부는,
    상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 소정 깊이만큼 만입되어 형성되고, 내측에 압축공기 분사 유동로 및 분사홀이 형성되며, 압축공기 분사 방향으로 경사면이 형성된 분사 만입홈; 및
    상기 경사면과 연속되는 구조이고, 내부 디퓨저 가이드의 최대 외경과 소정 거리만큼 이격된 단차부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  15. 삭제
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 흡입부는,
    상기 내부 디퓨저 가이드의 외주면에 소정 깊이만큼 만입되어 형성되고, 내측에 압축공기 흡입 유동로 및 흡입홀이 형성되며, 압축공기 분사 방향과 대향하는 방향으로 경사면이 형성된 흡입 만입홈;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
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