KR101914878B1 - 터빈 케이싱 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스터빈의 운전 시 연소기에서 공급되는 연소가스에 의해 회전하는 타이로드의 외주면에 다단으로 장착되는 터빈 로터와 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 터빈 베인을 수용하는 터빈 케이싱에 있어서, 반원 형상을 가지는 상부 몸체의 양단에는 상기 상부 몸체의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 상부 플랜지부가 외측으로 돌출되며, 가스터빈의 시동 및 쿨다운 시 상기 상부 몸체와 상기 상부 플랜지부의 열적평형을 위해 외부에서 유입되는 핫가스가 유동하는 상부유로가 형성되는 상부 케이싱부재; 상기 상부 케이싱부재와 대응되는 형상을 가지며, 반원 형상을 가지는 하부 몸체의 양단에는 상기 하부 몸체의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 하부 플랜지부가 외측으로 돌출되고, 가스터빈의 시동 시 상기 하부 몸체와 상기 하부 플랜지부의 열적평형을 위해 외부에서 유입되는 핫가스가 유동하는 하부유로가 형성되는 하부 케이싱부재; 상기 상부 플랜지부와 상기 하부 플랜지부에 삽입되어 상기 상부 케이싱부재와 상기 하부 케이싱부재를 체결하는 체결부재; 및 상기 상부 케이싱부재의 상부유로와 상기 하부 케이싱부재의 하부유로에 핫가스를 공급하는 핫가스공급부재를 포함하되, 상기 상부유로는 상기 상부 몸체의 내부에 형성되는 제1유로와, 상기 제1유로와 연통되며 상기 상부 플랜지부에 형성되는 제2유로를 포함하며, 상기 하부 플랜지부와 밀착되는 상기 상부 플랜지부의 일면에는 상기 제2유로로 유동된 핫가스가 상기 상부 몸체의 외부로 배출되는 배출홀이 형성되고, 상기 상부 플랜지부와 상기 하부 플랜지부에는 각각 상기 체결부재가 체결되는 제1체결홀과 제2체결홀이 관통되게 형성되며, 상기 제2유로는 상기 상부 플랜지부에 형성되는 제1체결홀을 감싸도록 나선형상으로 형성되어 상기 상부 유로로 유동하면서 배출되는 핫가스에 의해 상기 상부 몸체의 열팽창을 감소시키는 것을 특징으로 하는 터빈 케이싱 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈을 제공한다.
따라서, 터빈 케이싱의 상부 케이싱부재와 하부 케이싱부재의 내부에 핫가스가 유동하는 상부유로 및 하부유로를 형성한 후 가스터빈 시동 시 상부유로와 하부유로로 핫가스를 공급하여 플랜지부로 유동시켜 플랜지부를 가열함으로써 플랜지부와 상부 몸체 및 하부 몸체 사이에서 온도의 불평형이 발생하는 것을 감소시킨다.

Description

터빈 케이싱 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈{Turbine casing and turbine and gas turbine comprising the same}
본 발명은 터빈 케이싱 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스터빈의 시동 시 터빈케이싱의 몸체부 및 플랜지부의 열팽창불균형을 감소시키는 터빈 케이싱 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈에 관한 것이다.
터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈 및 고온의 연소가스를 이용하는 가스터빈 등이 있다. 이 중, 가스터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성되며, 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다.
연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 정화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다. 터빈은 터빈 케이싱 내에 복수의 터빈 베인과, 터빈 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 또한, 압축기와 연소기와 터빈 및 배기실의 중심부를 관통하도록 로터가 배치되어 있다.
이러한 가스터빈은 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상화 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.
가스터빈의 작동에 대해서 간력하게 설명하면, 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스가 만들어지고, 이렇게 만들어진 연소 가스는 터빈측으로 분사된다. 분사된 연소 가스가 상기 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.
이러한 가스터빈의 터빈과 관련된 기술로서, 대한민국 등록실용신안 제20-0174662호에서는 가스터빈에 관해 개시하고 있다.
이러한 가스터빈은, 시동 시 가스터빈의 플랜지부와 케이싱의 둘레부분 사이에 온도 기울기가 발생하는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 상부 케이싱부재와 하부 케이싱부재의 내부에 형성된 상부유로와 하부유로로 외부에서 공급되는 핫가스를 공급하여 상부 몸체 및 하부 몸체에서 플랜지부로 순환시켜 플랜지부와 다른 두께를 가지는 상부 몸체와 하부 몸체의 열팽창을 저감시킬 수 있는 터빈 케이싱 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스터빈의 운전 시 연소기에서 공급되는 연소가스에 의해 회전하는 타이로드의 외주면에 다단으로 장착되는 터빈 로터와 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 터빈 베인을 수용하는 터빈 케이싱에 있어서, 반원 형상을 가지는 상부 몸체의 양단에는 상기 상부 몸체의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 상부 플랜지부가 외측으로 돌출되며, 가스터빈의 시동 및 쿨다운 시 상기 상부 몸체와 상기 상부 플랜지부의 열적평형을 위해 외부에서 유입되는 핫가스가 유동하는 상부유로가 형성되는 상부 케이싱부재; 상기 상부 케이싱부재와 대응되는 형상을 가지며, 반원 형상을 가지는 하부 몸체의 양단에는 상기 하부 몸체의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 하부 플랜지부가 외측으로 돌출되고, 가스터빈의 시동 시 상기 하부 몸체와 상기 하부 플랜지부의 열적평형을 위해 외부에서 유입되는 핫가스가 유동하는 하부유로가 형성되는 하부 케이싱부재; 상기 상부 플랜지부와 상기 하부 플랜지부에 삽입되어 상기 상부 케이싱부재와 상기 하부 케이싱부재를 체결하는 체결부재; 및 상기 상부 케이싱부재의 상부유로와 상기 하부 케이싱부재의 하부유로에 핫가스를 공급하는 핫가스공급부재를 포함하되, 상기 상부유로는 상기 상부 몸체의 내부에 형성되는 제1유로와, 상기 제1유로와 연통되며 상기 상부 플랜지부에 형성되는 제2유로를 포함하며, 상기 하부 플랜지부와 밀착되는 상기 상부 플랜지부의 일면에는 상기 제2유로로 유동된 핫가스가 상기 상부 몸체의 외부로 배출되는 배출홀이 형성되고, 상기 상부 플랜지부와 상기 하부 플랜지부에는 각각 상기 체결부재가 체결되는 제1체결홀과 제2체결홀이 관통되게 형성되며, 상기 제2유로는 상기 상부 플랜지부에 형성되는 제1체결홀을 감싸도록 나선형상으로 형성되어 상기 상부 유로로 유동하면서 배출되는 핫가스에 의해 상기 상부 몸체의 열팽창을 감소시키는 것을 특징으로 하는 터빈 케이싱을 제공한다.
본 발명에 따른 터빈 케이싱에 있어서, 상기 상부 몸체의 외측 둘레면에는 상기 상부유로와 연통되며 상기 핫가스공급부재에서 공급되는 핫가스를 상기 상부유로로 공급하는 제1공급홀이 형성될 수 있다.
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상기 하부유로는 상기 하부 몸체의 내부에 형성되는 제3유로와, 상기 제3유로와 연통되며 상기 하부 플랜지부에 형성되는 제4유로를 포함할 수 있으며, 상기 상부 플랜지부와 밀착되는 상기 하부 플랜지부의 일면에는 상기 제4유로와 유동된 핫가스를 상기 하부 몸체의 외부로 유출하는 유출홀이 형성될 수 있다.
상기 하부 몸체의 외측 둘레면에는 상기 하부유로와 연통되며 상기 핫가스공급부재에서 공급되는 핫가스를 상기 하부유로로 공급하는 제2공급홀이 형성될 수 있고, 상기 제4유로는 상기 하부 플랜지부에 형성되는 제2체결홀을 감싸도록 나선형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈에 있어서, 복수의 터빈 디스크와, 복수의 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 복수의 터빈 로터; 상기 복수의 터빈 블레이드 사이에 배치되는 복수의 터빈 베인; 및 가스터빈의 운전 시 연소기에서 공급되는 연소가스에 의해 회전하는 타이로드의 외주면에 다단으로 장착되는 상기 터빈 로터와 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 상기 터빈 베인을 수용하며, 반원 형상을 가지는 상부 몸체의 양단에는 상기 상부 몸체의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 상부 플랜지부가 외측으로 돌출되며, 가스터빈의 시동 시 상기 상부 몸체와 상기 상부 플랜지부의 열적평형을 위해 외부에서 유입되는 핫가스가 유동하는 상부유로가 형성되는 상부 케이싱부재와, 상기 상부 케이싱부재와 대응되는 형상을 가지며, 반원 형상을 가지는 하부 몸체의 양단에는 상기 하부 몸체의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 하부 플랜지부가 외측으로 돌출되고, 가스터빈의 시동 및 쿨다운 시 상기 하부 몸체와 상기 하부 플랜지부의 열적평형을 위해 외부에서 유입되는 핫가스가 유동하는 하부유로가 형성되는 하부 케이싱부재와, 상기 상부 플랜지부와 상기 하부 플랜지부에 삽입되어 상기 상부 케이싱부재와 상기 하부 케이싱부재를 체결하는 체결부재와, 상기 상부 케이싱부재의 상부유로와 상기 하부 케이싱부재의 하부유로에 핫가스를 공급하는 핫가스공급부재를 포함하는 터빈 케이싱을 포함하되, 상기 상부유로는 상기 상부 몸체의 내부에 형성되는 제1유로와, 상기 제1유로와 연통되며 상기 상부 플랜지부에 형성되는 제2유로를 포함하며, 상기 하부 플랜지부와 밀착되는 상기 상부 플랜지부의 일면에는 상기 제2유로로 유동된 핫가스가 상기 상부 몸체의 외부로 배출되는 배출홀이 형성되고, 상기 상부 플랜지부와 상기 하부 플랜지부에는 각각 상기 체결부재가 체결되는 제1체결홀과 제2체결홀이 관통되게 형성되며, 상기 제2유로는 상기 상부 플랜지부에 형성되는 제1체결홀을 감싸도록 나선형상으로 형성되어 상기 상부 유로로 유동하면서 배출되는 핫가스에 의해 상기 상부 몸체의 열팽창을 감소시키는 것을 특징으로 하는 터빈을 제공한다.
본 발명에 따른 터빈에 있어서, 상기 상부 몸체의 외측 둘레면에는 상기 상부유로와 연통되며 상기 핫가스공급부재에서 공급되는 핫가스를 상기 상부유로로 공급하는 제1공급홀이 형성될 수 있다.
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상기 하부유로는 상기 하부 몸체의 내부에 형성되는 제3유로와, 상기 제3유로와 연통되며 상기 하부 플랜지부에 형성되는 제4유로를 포함할 수 있으며, 상기 상부 플랜지부와 밀착되는 상기 하부 플랜지부의 일면에는 상기 제4유로와 유동된 핫가스를 상기 하부 몸체의 외부로 유출하는 유출홀이 형성될 수 있다.
상기 하부 몸체의 외측 둘레면에는 상기 하부유로와 연통되며 상기 핫가스공급부재에서 공급되는 핫가스를 상기 하부유로로 공급하는 제2공급홀이 형성될 수 있고, 상기 제4유로는 상기 하부 플랜지부에 형성되는 제2체결홀을 감싸도록 나선형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기; 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 통해 연료를 연소시켜 연소가스를 생성하는 연소기; 및 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전하는 것으로서, 복수의 터빈 디스크와, 상기 복수의 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 로터와, 상기 복수의 터빈 블레이드 사이에 배치되는 복수의 터빈 베인과, 가스터빈의 운전 시 연소기에서 공급되는 연소가스에 의해 회전하는 타이로드의 외주면에 다단으로 장착되는 상기 터빈 로터와 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 상기 터빈 베인을 수용하며, 반원 형상을 가지는 상부 몸체의 양단에는 상기 상부 몸체의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 상부 플랜지부가 외측으로 돌출되며, 가스터빈의 시동 시 상기 상부 몸체와 상기 상부 플랜지부의 열적평형을 위해 외부에서 유입되는 핫가스가 유동하는 상부유로가 형성되는 상부 케이싱부재와, 상기 상부 케이싱부재와 대응되는 형상을 가지며, 반원 형상을 가지는 하부 몸체의 양단에는 상기 하부 몸체의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 하부 플랜지부가 외측으로 돌출되고, 가스터빈의 시동 및 쿨다운 시 상기 하부 몸체와 상기 하부 플랜지부의 열적평형을 위해 외부에서 유입되는 핫가스가 유동하는 하부유로가 형성되는 하부 케이싱부재와, 상기 상부 플랜지부와 상기 하부 플랜지부에 삽입되어 상기 상부 케이싱부재와 상기 하부 케이싱부재를 체결하는 체결부재와, 상기 상부 케이싱부재의 상부유로와 상기 하부 케이싱부재의 하부유로에 핫가스를 공급하는 핫가스공급부재를 포함하는 터빈 케이싱을 포함하는 터빈을 포함하되, 상기 상부유로는 상기 상부 몸체의 내부에 형성되는 제1유로와, 상기 제1유로와 연통되며 상기 상부 플랜지부에 형성되는 제2유로를 포함하며, 상기 하부 플랜지부와 밀착되는 상기 상부 플랜지부의 일면에는 상기 제2유로로 유동된 핫가스가 상기 상부 몸체의 외부로 배출되는 배출홀이 형성되고, 상기 상부 플랜지부와 상기 하부 플랜지부에는 각각 상기 체결부재가 체결되는 제1체결홀과 제2체결홀이 관통되게 형성되며, 상기 제2유로는 상기 상부 플랜지부에 형성되는 제1체결홀을 감싸도록 나선형상으로 형성되어 상기 상부 유로로 유동하면서 배출되는 핫가스에 의해 상기 상부 몸체의 열팽창을 감소시키는 것을 특징으로 하는 가스터빈을 제공한다.
본 발명에 따른 가스터빈에 있어서, 상기 상부 몸체의 외측 둘레면에는 상기 상부유로와 연통되며 상기 핫가스공급부재에서 공급되는 핫가스를 상기 상부유로로 공급하는 제1공급홀이 형성될 수 있다.
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상기 하부유로는 상기 하부 몸체의 내부에 형성되는 제3유로와, 상기 제3유로와 연통되며 상기 하부 플랜지부에 형성되는 제4유로를 포함할 수 있으며, 상기 상부 플랜지부와 밀착되는 상기 하부 플랜지부의 일면에는 상기 제4유로와 유동된 핫가스를 상기 하부 몸체의 외부로 유출하는 유출홀이 형성될 수 있다.
상기 하부 몸체의 외측 둘레면에는 상기 하부유로와 연통되며 상기 핫가스공급부재에서 공급되는 핫가스를 상기 하부유로로 공급하는 제2공급홀이 형성될 수 있고, 상기 제4유로는 상기 하부 플랜지부에 형성되는 제2체결홀을 감싸도록 나선형상으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 터빈 케이싱 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈은, 터빈 케이싱의 상부 케이싱부재와 하부 케이싱부재의 내부에 핫가스가 유동하는 상부유로 및 하부유로를 형성한 후 가스터빈 시동 시 상부유로와 하부유로로 핫가스를 공급하여 플랜지부로 유동시켜 플랜지부를 가열함으로써 플랜지부와 상부 몸체 및 하부 몸체 사이에서 온도의 불평형이 발생하는 것을 감소시킨다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈 케이싱이 적용되는 가스터빈의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈 케이싱의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 상부 몸체의 내부에 형성된 상부유로를 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 상부 케이싱부재와 하부 케이싱부재가 결합된 상태를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈 케이싱의 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 터빈 케이싱 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈에 대해 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈(10)은 타이로드(100)와, 압축기(200)와, 토크튜브(300)와, 연소기(400)와, 터빈(1000)을 포함하며, 상기 타이로드(100)는 상기 가스터빈(10)의 중심부를 가로지르도록 설치되는 봉 부재이고, 상기 타이로드(100)는 압축기(200)와 터빈(1000)을 체결시키는 역할을 한다.
상기 가스터빈(10)은 하우징(10a)을 구비하고 있고, 상기 하우징(10a)의 후측에는 상기 터빈(1000)을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저(10b)가 구비되어 있으며, 상기 디퓨저(10b)의 앞쪽에는 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(400)가 배치된다.
공기의 흐름을 기준으로 설명하면, 상기 하우징(10a)의 상류측에 압축기(200)가 위치하고, 하류 측에는 터빈(1000)이 배치된다. 상기 압축기(200)와 상기 터빈(1000)의 사이에는 상기 터빈(1000)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기(200)로 전달하는 토크전달부재로서의 토크튜브(300)가 배치되는 것이 바람직하다.
상기 압축기(200)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 디스크(220)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 디스크(220)들은 타이로드(100)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.
상기 각각의 압축기 디스크(220)는 대략 중앙을 상기 타이로드(100)가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있으며, 이웃한 각각의 압축기 디스크(220)는 대향하는 면이 상기 타이로드(100)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.
상기 압축기 디스크(220)의 외주면에는 복수 개의 압축기 블레이드(240)가 방사상으로 결합되어 있으며, 상기 각각의 압축기 블레이드(240)는 압축기 블레이드 루트부재(260)를 구비하여 상기 압축기 디스크(220)에 체결된다.
상기 각각의 압축기 디스크(220)의 사이에는 상기 하우징(10a)에 고정되어 배치되는 압축기 베인(280)이 위치한다. 상기 압축기 베인(280)은 상기 압축기 디스크(220)와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 상기 압축기 디스크(220)의 압축기 블레이드(240)를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 압축기 디스크(220)의 압축기 블레이드(240)로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.
상기 압축기 블레이드 루트부(260)의 체결방식은 탄젠셜 타입(Tangential type)과 액셜 타입(Axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있으며, 통상적으로 알려진 도브테일 또는 전나무 형태(Fir-tree)를 가질 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키이 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 압축기 블레이드를 압축기 로터 디스크에 체결할 수 있다.
상기 타이로드(100)는 상기 복수 개의 압축기 디스크(220)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 디스크(220) 내에 체결되고, 타측 단부는 상기 토크튜브(300) 내에서 고정된다.
상기 연소기(400)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.
가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combuster Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다. 또한 라이너의 전단에는 연료노즐이 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합된다.
한편 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션 피스가 연결된다. 이러한 트랜지션 피스는, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.
이를 위해 상기 트랜지션 피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.
상기 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션 피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.
상기 연소기(400)에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈(1000)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크튜브(300)를 거쳐 압축기(200)로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.
상기 터빈(1000)은 기본적으로 상기 압축기(200)의 구조와 유사하며, 상기 터빈(1000)은 복수의 터빈 디스크(1120)와, 복수의 터빈 디스크(1120)의 외측면에 장착되는 복수의 터빈 블레이드(1140)로 구성되는 복수의 터빈 로터(1100)를 포함하며, 상기 터빈 로터(1100)는 터빈 케이싱(1300)의 내부에 다단으로 구비된다.
상기 복수의 터빈 디스크(1120)는 방사상으로 상기 타이로드(100)의 외주면에 구비되어 상기 연소기(400)로부터 공급되는 연소가스에 의해 회전하게 된다.
상기 터빈 블레이드(1140)는 도브테일 등의 방식으로 상기 터빈 디스크(1120)에 결합되며, 다단으로 상기 타이로드(100)의 외주면에 구비되는 상기 터빈 블레이드(1140)의 사이에는 터빈 케이싱(1300)에 고정되는 복수의 터빈 베인(1200)이 구비되고, 상기 복수의 터빈 베인(1200)은 상기 터빈 블레이드(1140)를 통과한 연소가스의 흐름을 가이드하는 역할을 한다.
상기 복수의 터빈 베인(1200)은 상기 터빈 케이싱(1300)의 원주방향을 따라서 다단으로 형성되며, 상기 복수의 터빈 베인(1200)은 상기 타이로드(100)의 축방향을 따라 상기 터빈 블레이드(1140)와 순차적으로 엇갈리게 형성되는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 터빈 로터(1100)와 상기 터빈 베인(1200)을 내부에 수용하는 상기 터빈 케이싱(1300)은 상부 케이싱부재(1310)와, 하부 케이싱부재(1320)와, 체결부재(1330)와, 핫가스공급부재(1340)를 포함한다.
도 4를 참조하면, 상기 상부 케이싱부재(1310)는 상부 몸체(1311) 및 상부 플랜지부(1312)를 포함하며, 상기 상부 몸체(1311)는 반원 형상을 가지며 상기 상부 몸체(1311)의 양단에는 상기 상부 몸체(1311)의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 상부 플랜지부(1312)가 외측으로 돌출되어 일체로 형성된다. 상기 상부 몸체(1311) 및 상기 상부 플랜지부(1312)의 내부에는 상부유로(1313)가 형성되며, 상기 상부유로(1313)로는 가스터빈(10)의 시동 시 핫가스가 공급된다. 상기 상부유로로 공급된 핫가스는 상기 상부유로를 통하여 상기 상부플랜지부로 이동되어 상기 상부플랜지부를 가열시킨다.
가스 터빈의 시동 시, 플랜지부는 상부몸체보다 두께가 두꺼워 상부몸체보다 온도 상승이 덜되며, 이에 따라 상부몸체와 플랜지부 사이에는 온도기울기가 발생한다. 본 발명의 상부유로를 통하여 상기 플랜지부로 공급되는 핫가스는 상기 상부플랜지부를 가열하여 상기 플랜지부를 가열함으로써 상부몸체와 상기 플랜지부의 온도기울기를 저감시킨다.
상기 상부 몸체(1311)의 외측 둘레면에는 상기 상부유로(1313)와 연통되는 제1공급홀(1311a)이 형성되며, 상기 제1공급홀(1311a)은 상기 상부 몸체(1311)의 외측 둘레면 중앙부에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제1공급홀(1311a)이 중앙부에 형성됨으로써, 하나의 공급홀로 공급되는 핫가스를 양측에 배치된 상부플랜지로 동시에 공급할 수 있게 된다.
상기 상부유로(1313)는 제1유로(1313a)와 제2유로(1313b)를 포함하며, 상기 제2유로(1313b)로 유동된 핫가스는 상기 상부 플랜지부(1312)의 일면에 형성된 배출홀(1312a)을 통해 상기 상부 케이싱부재(1310)의 외부로 배출되게 된다.
상기 상부 플랜지부(1312)에는 후술되는 체결부재(1330)가 체결되는 제1체결홀(1312b) 및 상기 상부 몸체(1311)의 내부에 형성되는 상기 제1유로(1313a)와 연통되는 제2유로(1313b)가 형성되며, 상기 제2유로(1313b)는 상기 제1체결홀(1312b)을 감싸는 나선형상을 가지는 것이 바람직하며, 상기 제2유로(1313b)는 상기 배출홀(1312a)과 연통된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 상부 케이싱부재(1310)는 상기 상부 케이싱부재(1310)와 대응되는 형상을 가지는 하부 케이싱부재(1320)와 체결부재(1330)에 의해 체결되며, 상기 체결부재(1330)는 일반적인 볼트 등과 같은 체결수단으로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 하부 케이싱부재(1320)는 하부 몸체(1321)와, 하부 플랜지부(1322)와, 하부유로(1323)를 포함한다. 상기 하부 몸체(1321)는 반원 형상을 가지며 상기 하부 몸체(1321)의 양단에는 상기 하부 몸체(1321)의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 하부 플랜지부(1322)가 외측으로 돌출되면서 일체로 형성된다. 상기 하부 몸체(1321) 및 상기 하부 플랜지부(1322)의 내부에는 하부유로(1323)가 형성되며, 상기 하부유로(1333)로도 핫가스가 공급되어 유동된다.
상기 하부 몸체(1321)의 외측 둘레면에는 상기 하부유로(1323)와 연통되는 제2공급홀(1321a)이 형성되며, 상기 제2공급홀(1321a)은 상기 하부 몸체(1321)의 외측 둘레면 중앙부에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 하부유로(1323)는 제3유로(1323a)와 제4유로(1323b)를 포함하며, 상기 제4유로(1323b)로 유동된 핫가스는 상기 하부 플랜지부(1322)의 일면에 형성된 유출홀(1322a)을 통해 상기 하부 케이싱부재(1320)의 외부로 배출되게 된다.
상기 하부 플랜지부(1322)에는 상기 체결부재(1330)가 체결되는 제2체결홀(1322b) 및 상기 하부 몸체(1321)의 내부에 형성되는 상기 제3유로(1333a)와 연통되는 제4유로(1323b)가 형성되며, 상기 제4유로(1323b)는 상기 제2체결홀(1322b)을 감싸는 나선형상을 가지는 것이 바람직하며, 상기 제4유로(1323b)는 상기 유출홀(1322a)과 연통되는 것이 바람직하다.
상기 상부 케이싱부재(1310)와 상기 하부 케이싱부재(1320)는 핫가스공급부재(1340)와 연결되며, 바람직하게는 상기 핫가스공급부재(1340)는 상기 상부 케이싱부재(1310)의 제1공급홀(1311a) 및 상기 하부 케이싱부재(1320)의 제2공급홀(1321a)과 연통되어 상기 상부 몸체(1311) 및 상기 하부 몸체(1321)의 상부유로(1313) 및 하부유로(1323)로 핫가스를 공급한다.
상기 터빈 케이싱(1300)의 상부 케이싱부재(1310)와 하부 케이싱부재(1320)의 내부에 핫가스가 유동하는 상부유로(1313) 및 하부유로(1323)를 형성한 후, 가스터빈 시동 시 상부유로(1313)와 하부유로(1323)로 외부에서 공급되는 핫가스를 공급하여 상부 플랜지부(1312) 및 하부 플랜지부(1322)로 유동시켜 상부 플랜지 및 하부플랜지를 가열하여 승온시킴으로써 상,하부 플랜지부와 상부 몸체(1311) 및 하부 몸체(1321)의 열적평형을 유도하여, 열적 불평형에 의한 케이싱 파손 등의 문제점을 감소시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈 케이싱의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈케이싱은, 상부 케이싱부재(2310)와, 하부 케이싱부재(2320)와, 체결부재(2330)와, 핫가스공급부재(2340)를 포함한다
본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈케이싱은, 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 터빈케이싱의 상부유로 및 하부유로의 구조를 변형한 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈 케이싱의 구성 중 상술한 본 발명의 일실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 하며, 일실시예와 상이한 구성인 상부유로(2313) 및 하부유로(2323)와 관련된 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 상부유로(2313)는 상기 상부플랜지부(2312)에 공급되어 상부플랜지부(2312)를 가열시키는 핫가스의 유동통로를 형성한다. 상기 상부유로(2313)는 제1유로(2313a)와 제2유로(2313b)로 이루어진다. 상기 제1유로(2313a)는 상기 상부 케이싱부재(2310)에 형성되며, 상기 제2유로는 상기 제1유로와 연통되게 형성되며, 상기 상부플랜지부(2312)에 형성된다. 한편, 상기 하부유로(2323)는 하부플랜지부를 가열시키는 핫가스의 유동통로를 형성하며 제3유로(2323a) 및 제4유로(2323b)로 이루어진다. 상기 제3유로(2323a)는 하부 케이싱부재(2320)의 내부에 형성되며, 상기 제4유로(2323b)는 상기 하부플랜지부 내부에 형성된다. 상기 제4유로(2323b)는 상기 제2유로와 연통되어 형성되어, 상기 제2유로를 통하여 공급되는 핫가스가 상기 제4유로로 이동되어 상기 하부플랜지부를 가열시키도록 한다.
그리고 상기 제3유로(2323a)는 상기 제4유로(2323b)와 연통되어 형성되어, 상기 제3유로(2323a)를 통과한 핫가스가 상기 제4유로(2323b)로 이동되도록 한다. 상기 제4유로(2323b)의 중앙부에는 핫가스 배출로(2350)가 형성되어 상기 제4유로를 통하여 이동된 핫가스를 외부로 배출한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 가스터빈 100 : 타이로드
200 : 압축기 220 : 압축기 디스크
240 : 압축기 블레이드 260 : 압축기 블레이드 루트부재
280 : 압축기 베인 300 : 토크튜브
400 : 연소기 1000 : 터빈
1100 : 터빈 로터 1120 : 터빈 디스크
1140 : 터빈 블레이드 1200 : 터빈 베인
1300 : 터빈 케이싱 1310 : 상부 케이싱부재
1320 : 하부 케이싱부재 1330 : 체결부재
1340 : 핫가스공급부재

Claims (24)

  1. 가스터빈의 운전 시 연소기에서 공급되는 연소가스에 의해 회전하는 타이로드의 외주면에 다단으로 장착되는 터빈 로터와 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 터빈 베인을 수용하는 터빈 케이싱에 있어서,
    반원 형상을 가지는 상부 몸체의 양단에는 상기 상부 몸체의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 상부 플랜지부가 외측으로 돌출되며, 가스터빈의 시동 및 쿨다운 시 상기 상부 몸체와 상기 상부 플랜지부의 열적평형을 위해 외부에서 유입되는 핫가스가 유동하는 상부유로가 형성되는 상부 케이싱부재;
    상기 상부 케이싱부재와 대응되는 형상을 가지며, 반원 형상을 가지는 하부 몸체의 양단에는 상기 하부 몸체의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 하부 플랜지부가 외측으로 돌출되고, 가스터빈의 시동 시 상기 하부 몸체와 상기 하부 플랜지부의 열적평형을 위해 외부에서 유입되는 핫가스가 유동하는 하부유로가 형성되는 하부 케이싱부재;
    상기 상부 플랜지부와 상기 하부 플랜지부에 삽입되어 상기 상부 케이싱부재와 상기 하부 케이싱부재를 체결하는 체결부재; 및
    상기 상부 케이싱부재의 상부유로와 상기 하부 케이싱부재의 하부유로에 핫가스를 공급하는 핫가스공급부재를 포함하되,
    상기 상부유로는,
    상기 상부 몸체의 내부에 형성되는 제1유로와,
    상기 제1유로와 연통되며 상기 상부 플랜지부에 형성되는 제2유로를 포함하며,
    상기 하부 플랜지부와 밀착되는 상기 상부 플랜지부의 일면에는 상기 제2유로로 유동된 핫가스가 상기 상부 몸체의 외부로 배출되는 배출홀이 형성되고,
    상기 상부 플랜지부와 상기 하부 플랜지부에는 각각 상기 체결부재가 체결되는 제1체결홀과 제2체결홀이 관통되게 형성되며,
    상기 제2유로는 상기 상부 플랜지부에 형성되는 제1체결홀을 감싸도록 나선형상으로 형성되어 상기 상부 유로로 유동하면서 배출되는 핫가스에 의해 상기 상부 몸체의 열팽창을 감소시키는 것을 특징으로 하는 터빈 케이싱.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 몸체의 외측 둘레면에는 상기 상부유로와 연통되며 상기 핫가스공급부재에서 공급되는 핫가스를 상기 상부유로로 공급하는 제1공급홀이 형성되는 터빈 케이싱.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부유로는,
    상기 하부 몸체의 내부에 형성되는 제3유로와,
    상기 제3유로와 연통되며 상기 하부 플랜지부에 형성되는 제4유로를 포함하며,
    상기 상부 플랜지부와 밀착되는 상기 하부 플랜지부의 일면에는 상기 제4유로와 유동된 핫가스를 상기 하부 몸체의 외부로 유출하는 유출홀이 형성되는 터빈 케이싱.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 하부 몸체의 외측 둘레면에는 상기 하부유로와 연통되며 상기 핫가스공급부재에서 공급되는 핫가스를 상기 하부유로로 공급하는 제2공급홀이 형성되는 터빈 케이싱.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제4유로는 상기 하부 플랜지부에 형성되는 제2체결홀을 감싸도록 나선형상으로 형성되는 터빈 케이싱.
  9. 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈에 있어서,
    복수의 터빈 디스크와, 복수의 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 복수의 터빈 로터;
    상기 복수의 터빈 블레이드 사이에 배치되는 복수의 터빈 베인; 및
    가스터빈의 운전 시 연소기에서 공급되는 연소가스에 의해 회전하는 타이로드의 외주면에 다단으로 장착되는 상기 터빈 로터와 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 상기 터빈 베인을 수용하며, 반원 형상을 가지는 상부 몸체의 양단에는 상기 상부 몸체의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 상부 플랜지부가 외측으로 돌출되며, 가스터빈의 시동 시 상기 상부 몸체와 상기 상부 플랜지부의 열적평형을 위해 외부에서 유입되는 핫가스가 유동하는 상부유로가 형성되는 상부 케이싱부재와,
    상기 상부 케이싱부재와 대응되는 형상을 가지며, 반원 형상을 가지는 하부 몸체의 양단에는 상기 하부 몸체의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 하부 플랜지부가 외측으로 돌출되고, 가스터빈의 시동 및 쿨다운 시 상기 하부 몸체와 상기 하부 플랜지부의 열적평형을 위해 외부에서 유입되는 핫가스가 유동하는 하부유로가 형성되는 하부 케이싱부재와,
    상기 상부 플랜지부와 상기 하부 플랜지부에 삽입되어 상기 상부 케이싱부재와 상기 하부 케이싱부재를 체결하는 체결부재와,
    상기 상부 케이싱부재의 상부유로와 상기 하부 케이싱부재의 하부유로에 핫가스를 공급하는 핫가스공급부재를 포함하는 터빈 케이싱을 포함하되,
    상기 상부유로는,
    상기 상부 몸체의 내부에 형성되는 제1유로와,
    상기 제1유로와 연통되며 상기 상부 플랜지부에 형성되는 제2유로를 포함하며,
    상기 하부 플랜지부와 밀착되는 상기 상부 플랜지부의 일면에는 상기 제2유로로 유동된 핫가스가 상기 상부 몸체의 외부로 배출되는 배출홀이 형성되고,
    상기 상부 플랜지부와 상기 하부 플랜지부에는 각각 상기 체결부재가 체결되는 제1체결홀과 제2체결홀이 관통되게 형성되며,
    상기 제2유로는 상기 상부 플랜지부에 형성되는 제1체결홀을 감싸도록 나선형상으로 형성되어 상기 상부 유로로 유동하면서 배출되는 핫가스에 의해 상기 상부 몸체의 열팽창을 감소시키는 것을 특징으로 하는 터빈.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 상부 몸체의 외측 둘레면에는 상기 상부유로와 연통되며 상기 핫가스공급부재에서 공급되는 핫가스를 상기 상부유로로 공급하는 제1공급홀이 형성되는 터빈.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 하부유로는,
    상기 하부 몸체의 내부에 형성되는 제3유로와,
    상기 제3유로와 연통되며 상기 하부 플랜지부에 형성되는 제4유로를 포함하며,
    상기 상부 플랜지부와 밀착되는 상기 하부 플랜지부의 일면에는 상기 제4유로와 유동된 핫가스를 상기 하부 몸체의 외부로 유출하는 유출홀이 형성되는 터빈.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 하부 몸체의 외측 둘레면에는 상기 하부유로와 연통되며 상기 핫가스공급부재에서 공급되는 핫가스를 상기 하부유로로 공급하는 제2공급홀이 형성되는 터빈.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제4유로는 상기 하부 플랜지부에 형성되는 제2체결홀을 감싸도록 나선형상으로 형성되는 터빈.
  17. 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기;
    상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 통해 연료를 연소시켜 연소가스를 생성하는 연소기; 및
    상기 연소기로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전하는 것으로서, 복수의 터빈 디스크와, 상기 복수의 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 로터와,
    상기 복수의 터빈 블레이드 사이에 배치되는 복수의 터빈 베인과,
    가스터빈의 운전 시 연소기에서 공급되는 연소가스에 의해 회전하는 타이로드의 외주면에 다단으로 장착되는 상기 터빈 로터와 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 상기 터빈 베인을 수용하며, 반원 형상을 가지는 상부 몸체의 양단에는 상기 상부 몸체의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 상부 플랜지부가 외측으로 돌출되며, 가스터빈의 시동 시 상기 상부 몸체와 상기 상부 플랜지부의 열적평형을 위해 외부에서 유입되는 핫가스가 유동하는 상부유로가 형성되는 상부 케이싱부재와,
    상기 상부 케이싱부재와 대응되는 형상을 가지며, 반원 형상을 가지는 하부 몸체의 양단에는 상기 하부 몸체의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 하부 플랜지부가 외측으로 돌출되고, 가스터빈의 시동 및 쿨다운 시 상기 하부 몸체와 상기 하부 플랜지부의 열적평형을 위해 외부에서 유입되는 핫가스가 유동하는 하부유로가 형성되는 하부 케이싱부재와,
    상기 상부 플랜지부와 상기 하부 플랜지부에 삽입되어 상기 상부 케이싱부재와 상기 하부 케이싱부재를 체결하는 체결부재와,
    상기 상부 케이싱부재의 상부유로와 상기 하부 케이싱부재의 하부유로에 핫가스를 공급하는 핫가스공급부재를 포함하는 터빈 케이싱을 포함하는 터빈을 포함하되,
    상기 상부유로는,
    상기 상부 몸체의 내부에 형성되는 제1유로와,
    상기 제1유로와 연통되며 상기 상부 플랜지부에 형성되는 제2유로를 포함하며,
    상기 하부 플랜지부와 밀착되는 상기 상부 플랜지부의 일면에는 상기 제2유로로 유동된 핫가스가 상기 상부 몸체의 외부로 배출되는 배출홀이 형성되고,
    상기 상부 플랜지부와 상기 하부 플랜지부에는 각각 상기 체결부재가 체결되는 제1체결홀과 제2체결홀이 관통되게 형성되며,
    상기 제2유로는 상기 상부 플랜지부에 형성되는 제1체결홀을 감싸도록 나선형상으로 형성되어 상기 상부 유로로 유동하면서 배출되는 핫가스에 의해 상기 상부 몸체의 열팽창을 감소시키는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 상부 몸체의 외측 둘레면에는 상기 상부유로와 연통되며 상기 핫가스공급부재에서 공급되는 핫가스를 상기 상부유로로 공급하는 제1공급홀이 형성되는 가스터빈.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 청구항 17에 있어서,
    상기 하부유로는,
    상기 하부 몸체의 내부에 형성되는 제3유로와,
    상기 제3유로와 연통되며 상기 하부 플랜지부에 형성되는 제4유로를 포함하며,
    상기 상부 플랜지부와 밀착되는 상기 하부 플랜지부의 일면에는 상기 제4유로와 유동된 핫가스를 상기 하부 몸체의 외부로 유출하는 유출홀이 형성되는 가스터빈.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 하부 몸체의 외측 둘레면에는 상기 하부유로와 연통되며 상기 핫가스공급부재에서 공급되는 핫가스를 상기 하부유로로 공급하는 제2공급홀이 형성되는 가스터빈.
  24. 청구항 22에 있어서,
    상기 제4유로는 상기 하부 플랜지부에 형성되는 제2체결홀을 감싸도록 나선형상으로 형성되는 가스터빈.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003083007A (ja) * 2001-07-04 2003-03-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd タービンにおける温度調節機構
JP4559781B2 (ja) * 2004-06-30 2010-10-13 株式会社東芝 蒸気タービンケーシングおよび蒸気タービン
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