KR101993049B1 - 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압축기에 있어서, 압축기 케이싱 내부에 캐비티를 형성하고, 캐비티에 압축 공기를 유동시키는 연결 유로를 연결시켜 압축 공기의 일부를 터빈측으로 보내 터빈 내의 공기를 냉각시킨다. 연결 유로는 냉각 유닛에 의해 둘러싸여 연결 유로를 유동하는 압축 공기를 냉각시킬 수 있다.
본 발명은 터빈 측으로 유동되는 압축 공기의 온도를 더 낮춰 공급함으로써 터빈 측으로 유동되는 압축 공기의 양을 줄일 수 있고, 이에 따라 압축 공기의 일부를 터빈 측으로 보냄에 따른 압축 효율의 저하를 방지하고, 가스 터빈 전체의 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈 {Compressor and gas turbine comprising it}
본 발명은 압축기 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.
가스 터빈은 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈을 회전시키는 동력 기관이다. 가스 터빈은 발전기, 항공기, 선박, 기차 등을 구동하는데 사용된다.
일반적으로 가스 터빈은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한 후 연소기로 전달한다. 압축기에서 압축된 공기는 고압 및 고온의 상태가 된다. 연소 기는 압축기로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시킨다. 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈 내부의 터빈 블레이드가 회전하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치의 구동 등 다양한 분야에 사용된다.
여기서, 연소 가스는 고압 및 고온의 가스로 터빈 블레이드 및 터빈 베인 등 터빈 내부의 부품의 손상을 유발한다. 이를 방지하기 위해서 압축기에서 압축되는 공기의 일부를 터빈 측으로 유동시켜 터빈 내의 온도를 냉각시키기도 한다. 하지만, 터빈 내의 연소 가스는 상당히 고온으로 터빈 내의 온도를 낮춰 부품 손상을 막기 위해서는 저온의 압축 공기를 더 많이 터빈 측으로 유동시켜야 하고, 이는 터빈의 효율 저하로 이어진다. 따라서 유동되는 압축 공기의 양을 줄이기 위하여 터빈 측에 제공되는 압축 공기의 온도 자체를 더 낮출 필요가 있다.
이에 따라, 터빈 측으로 배출하는 압축 공기를 효율적으로 냉각시켜 터빈 내의 온도를 낮추고, 터빈 블레이드를 보호할 수 있는 압축기 및 가스 터빈의 개발이 요구된다.
대한민국 공개특허 제10-2001-0076202호 (명칭: 가스 터빈용 냉각 공기 유동 조절 시스템, 다중 스테이지 압축기의 스테이지로부터 공기를 블리딩하기 위한 시스템, 및 다중 스테이지 압축기로부터 관련 터빈으로의 냉각 및/또는 퍼지 공기의 제공 방법)
본 발명은 압축기의 공기를 터빈 측으로 제공하여 터빈 내부의 공기를 냉각시켜 터빈 블레이드 등의 부품 손상을 최소화하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는 압축기 케이싱, 압축기 디스크, 타이로드, 압축기 블레이드, 압축기 베인, 연결 유로를 포함한다. 압축기 케이싱은 내벽 내에 캐비티가 형성된다. 압축기 디스크는 압축기 케이싱 내에 복수 개가 설치된다. 타이로드는 복수의 압축기 디스크를 체결하여 축방향으로 정렬시킨다. 압축기 블레이드는 압축기 디스크의 외주면에 복수 개가 장착된다. 압축기 베인은 압축기 케이싱의 내주면에 복수개가 복수의 열을 형성하여 설치되되, 각각의 열이 복수의 압축기 블레이드의 열과 상호 교차하도록 설치된다. 연결 유로는 압축기 케이싱에 형성된 캐비티와 연결되며, 압축 공기를 유동시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 연결 유로는 적어도 일부분이 냉각 유닛에 의해 둘러싸일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 냉각 유닛은 원통 형태 또는 코일 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는 냉각 유닛 내부에 물이 유동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 냉각 유닛은 열전 소자일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 압축기 케이싱의 내벽에 형성된 캐비티는 외부 공기를 유입시키는 외부 공기 유입 유로가 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는 압축기 케이싱의 내벽에 형성된 캐비티 내에 캐비티를 지지하는 지지부를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 지지부는 형상 기억 합금으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 연결 유로는 복수 개 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 압축기, 연소기, 터빈을 포함한다. 압축기는 공기를 압축시킨다. 연소기는 압축기로부터 압축된 공기를 유입받아 연료와 혼합하여 연소시킨다. 터빈은 연소기로부터 연소된 가스에 의해 회전하여 동력을 발생시킨다. 압축기는 압축기 케이싱, 압축기 디스크, 타이로드, 압축기 블레이드, 압축기 베인, 연결 유로를 포함한다. 압축기 케이싱은 내벽 내에 캐비티가 형성된다. 압축기 디스크는 압축기 케이싱 내에 복수 개가 설치된다. 타이로드는 복수의 압축기 디스크를 체결하여 축방향으로 정렬시킨다. 압축기 블레이드는 압축기 디스크의 외주면에 복수 개가 장착된다. 압축기 베인은 압축기 케이싱의 내주면에 복수개가 복수의 열을 형성하여 설치되되, 각각의 열이 복수의 압축기 블레이드의 열과 상호 교차하도록 설치된다. 연결 유로는 압축기 케이싱에 형성된 캐비티와 연결되며, 압축기 내의 압축 공기를 터빈 측으로 유동시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에서 연결 유로는 적어도 일부분이 냉각 유닛에 의해 둘러싸일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈에 제공되는 압축 공기를 냉각시켜 제공할 수 있으며, 터빈 내부의 공기를 냉각시켜 부품의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 단면을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 압축기 케이싱에 연결 유로가 연결된 상태를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 연결 유로에 냉각 유닛이 장착된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기에서 연결 유로에 냉각 유닛이 장착된 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 압축기 케이싱에 형성된 캐비티에 외부 공기 유입 유로가 연결된 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기에서 압축기 케이싱에 2개의 캐비티가 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 압축기 케이싱에 형성된 캐비티에 지지부가 형성된 것을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 단면을 개념적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 단면을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 압축기(1100), 연소기(1200), 터빈(1300)을 포함한다. 압축기(1100)는 외부 공기를 흡입하여 압축하고, 연소기(1200)는 압축기(1100)에서 압축된 공기에 연료를 혼합해 연소시킨다. 터빈(1300)은 내부에 터빈 블레이드(1310)가 장착되며, 연소기(1200)로부터 배출되는 연소 가스에 의해 터빈 블레이드(1310)가 회전하게 된다.
압축기(1100)는 압축기 디스크(1110), 타이로드(1120), 압축기 블레이드(1130), 압축기 베인(1140), 압축기 케이싱(1150), 인테이크(1160), 압축기 디퓨저(1170)를 포함한다.
압축기 디스크(1110)에는 압축기 블레이드(1130)가 장착되며, 압축기 디스크(1110)를 관통하여 타이로드(1120)가 위치한다. 압축기 디스크(1110)는 타이로드(1120)의 회전에 따라 회전하여 압축기 블레이드(1130)를 회전시킨다. 압축기 디스크(1110)는 복수개 일 수 있다.
복수의 압축기 디스크(1110)들은 타이로드(1120)에 의해 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다. 각각의 압축기 디스크(1110)들은 타이로드(1120)에 의해 관통된 상태로 축 방향을 따라서 정렬된다. 압축기 디스크(1110)의 외주부에는 복수 개의 돌기(미도시)가 형성될 수 있고, 인접한 압축기 디스크(1110)와 함께 회전하도록 결합되는 플랜지(1111)가 형성될 수 있다.
복수 개의 압축기 디스크(1110) 중 적어도 어느 하나에는 압축기 디스크 냉각유로(1112)가 형성될 수 있다. 압축기 디스크 냉각유로(1112)를 통해 압축기(1100)의 압축기 블레이드(1130)에 의해 압축된 압축 공기가 터빈(1300) 측으로 이동되어 터빈 블레이드(1310)를 냉각시킬 수 있다.
타이로드(1120)는 압축기 디스크(1110)를 관통하여 위치하며, 압축기 디스크(1110)를 정렬한다. 타이로드(1120)는 터빈(1300)에서 발생된 토크를 전달 받아서 압축기 디스크(1110)를 회전시킨다. 이를 위해 압축기(1100)와 터빈(1300) 사이에는 터빈(1300)에서 발생된 회전 토크를 압축기(1100)로 전달하는 토크 전달부재로서 토크튜브(1400)가 배치될 수 있다.
타이로드(1120)의 일측 단부는 최상류 측에 위치한 압축기 디스크 내에 체결되고, 타측 단부는 토크튜브(1400)에 삽입된다. 타이로드(1120)의 타측 단부는 토크튜브(1400) 내에서 가압너트(1121)와 체결된다. 가압너트(1121)는 토크튜브(1400)를 압축기 디스크(1110) 측으로 가압하여 각각의 압축기 디스크(1110)들이 밀착되게 한다.
압축기 블레이드(1130)는 압축기 디스크(1110)의 외주면에 방사상으로 결합된다. 압축기 블레이드(1130)는 복수 개일 수 있으며, 다단으로 형성될 수 있다. 압축기 블레이드(1130)에는 압축기 디스크(1110)에 체결되기 위한 압축기 블레이드 루트부재(1131)가 형성될 수 있으며, 압축기 디스크(1110)에는 압축기 블레이드 루트부재(1131)이 삽입되기 위한 압축기 디스크 슬롯(1113)이 형성될 수 있다.
압축기 블레이드(1130)는 압축기 디스크(1110)의 회전에 따라 회전하여 유입된 공기를 압축하면서 압축된 공기를 후단의 압축기 베인(1140)으로 이동시킨다. 공기는 다단으로 형성된 압축기 블레이드(1130)를 통과하면서 점점 더 고압으로 압축된다.
압축기 베인(1140)은 압축기 케이싱(1150)의 내부에 장착되며, 복수의 압축기 베인(1140)이 단을 형성하며 장착될 수 있다. 압축기 베인(1140)은 전단의 압축기 블레이드(1130)로부터 이동된 압축 공기를 후단의 압축기 블레이드(1130) 측으로 가이드한다. 일 실시예에서 복수의 압축기 베인(1140) 중 적어도 일부는 공기의 유입량의 조절 등을 위해 정해진 범위 내에서 회전 가능하도록 장착될 수 있다.
압축기 케이싱(1150)은 압축기(1100)의 외형을 형성한다. 압축기 케이싱(1150)은 내부에 압축기 디스크(1110), 타이로드(1120), 압축기 블레이드(1130), 압축기 베인(1140) 등을 수용한다. 압축기 케이싱(1150)은 압축기 케이싱(1150) 내의 압축 공기의 일부를 터빈(1300) 측으로 유동시키기 위한 연결 유로와 연결될 수 있다.
압축기 케이싱(1150)에는 다단의 압축기 블레이드(1130)에 의해 여러 단계로 압축된 압축 공기를 터빈(1300) 측으로 유동시켜서 터빈 블레이드를 냉각시키는 연결관이 형성될 수 있다.
압축기(1100)의 입구에는 인테이크(1160)가 위치한다. 인테이크(1160)는 외부 공기를 압축기(1100) 내부로 유입시킨다. 압축기(1100)의 출구에는 압축된 공기를 확산 이동시키는 압축기 디퓨저(1170)가 배치된다. 압축기 디퓨저(1170)는 압축기(1100)에서 압축된 공기가 연소기(1200)에 공급되기 전에 압축 공기를 정류시키며, 압축 공기의 운동 에너지 일부를 정압(static pressure)으로 전환시킨다. 압축기 디퓨저(1170)를 통과한 압축 공기는 연소기(1200)로 유입된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 압축기 케이싱에 연결 유로가 연결된 상태를 나타내는 개략도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 연결 유로에 냉각 유닛이 장착된 상태를 나타내는 도면이며, 도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기에서 연결 유로에 냉각 유닛이 장착된 상태를 나타내는 도면이다.
가스 터빈의 작동시 터빈 내부의 온도는 고온 및 고압의 연소 가스로 인하여 500℃ 이상이 된다. 이러한 고온에서는 터빈 블레이드를 비롯한 많은 부품들이 손상을 입을 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 압축기에서 압축되는 압축 공기의 일부를 터빈 측으로 전달함으로써 터빈 내의 연소 가스의 온도를 감소시키고 부품의 손상을 저감시킬 수 있다.
여기서, 많은 양의 압축 공기를 터빈 측으로 유동시키는 경우 압축 효율이 저하되면서 가스 터빈 전체의 효율이 저하되어 바람직하지 않다. 터빈 측으로 전달되는 압축 공기의 양을 줄이기 위해서는 전달되는 압축 공기의 온도가 낮을수록 좋다.
도 4에 도시된 바와 같이, 압축기 케이싱(1150)의 내벽에는 캐비티(1151)가 형성되어 있다. 압축기 케이싱(1150)은 금속으로 형성된다. 압축기 케이싱(1150)의 내벽은 압축기 내부에서 회전하는 부품에 의한 진동 및 압축되는 공기에 의한 고압을 견디기 위하여 소정 두께로 형성된다. 캐비티(1151)는 금속으로 형성된 압축기 케이싱(1150)의 내벽의 일부를 제거함으로써 형성된다. 캐비티(1151)의 형상은 압축기 케이싱의 길이 방향을 따라 연장하는 형상으로 형성된다. 캐비티(1151)가 압축기 케이싱(1150)의 반경 방향으로 연장되는 경우 압축기 케이싱(1150)의 내벽 자체가 얇아지면서 압축기 케이싱(1150)의 내구성이 약해질 우려가 있으므로, 캐비티(1151)는 압축기 케이싱(1150)의 길이 방향 또는 원주 방향으로 공간을 형성하도록 하는 것이 바람직하다.
압축기 케이싱(1150)에 형성된 캐비티(1151)에는 압축기(1100)기 내부에서 압축된 압축 공기의 일부가 유입된다. 캐비티(1151)에는 압축기 케이싱(1150)의 내벽으로부터 이어지는 유로에 의해 압축 공기가 유입된다. 캐비티(1151)의 단면은 유로에 비하여 넓기 때문에, 캐비티(1151) 내에 압축 공기가 채워지면서 압축 공기의 속도는 줄어들고, 이에 따라 압축 공기의 온도가 하강한다. 본 발명은 압축기 케이싱(1150)의 내벽에 형성된 캐비티(1151)에 의해 터빈 측에 유입되는 압축 공기를 냉각시키며 압축 공기의 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있다.
압축기 케이싱(1150)에는 연결 유로(1153)가 연결된다. 연결 유로(1153)는 압축기(1100) 내의 압축 공기를 터빈 측으로 전달한다.
구체적으로, 연결 유로(1153)는 압축기 케이싱(1150)의 캐비티(1151) 상부에 연결된다. 연결 유로(1153) 역시 금속으로 형성될 수 있다. 연결 유로(1153)는 캐비티(1151) 내에 채워진 압축 공기를 터빈 측으로 전달한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 연결 유로(1153)의 일부분은 냉각 유닛(1155)에 의해 둘러싸일 수 있다. 냉각 유닛(1155)은 연결 유로(1153)를 에워쌀 수 있도록, 그 내경이 연결 유로의 외경과 같은 원통 형태로 형성될 수 있다. 또는 연결 유로를 감쌀 수 있도록 코일 형태로 형성될 수 있다.
냉각 유닛(1155)의 내부에는 냉매가 유동할 수 있다. 냉각 유닛(1155)에는 별도의 쿨러(미도시)가 연결되어 냉매를 냉각시킬 수 있다. 본 실시예에서 냉매로 물을 사용하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 냉매는 냉각 유닛(1155) 내부를 유동하며 연결 유로(1153)의 온도를 낮춰 압축 공기를 냉각시킨다. 냉각 유닛(1155)은 열전도율이 좋은 금속, 예를 들어 구리 등으로 형성될 수 있다.
다른 실시예에서 냉각 유닛(1155)은 열전 소자(1156)일 수 있다. 열전 소자는 펠티에 효과에 의해 흡열 작용을 하는 것으로, 본 실시예에서는 다수의 열전 소자(1156)를 조합하여 연결 유로(1153)의 냉각 효율을 높일 수 있다. 열전 소자(1156)의 구동을 위해 압축기 케이싱(1150) 외부에 별도의 전원, 방열 부재 등을 구비할 수 있다. 열전 소자(1156)의 냉각 파트는 연결 유로(1153)에 접하여 배치되며, 발열 파트는 외부를 향하게 배치하고 또한 방열 부재에 의해 압축기 케이싱(1150) 외부로 열을 발산할 수 있도록 한다. 판형의 열전 소자(1156)가 연결 유로(1153)에 부착되거나, 복수의 열전 소자(1156)가 연결 유로(1153) 상에 일정한 패턴으로 부착될 수 있다(도 6).
본 실시예에서 연결 유로(1153)는 하나만 도시되어 있으나, 그 수는 한정하지 않으며 압축기 케이싱(1150)에 복수 개의 연결 유로(1153)가 연결될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 압축기 케이싱에 형성된 캐비티에 외부 공기 유입 유로가 연결된 것을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기에서 압축기 케이싱에 2개의 캐비티가 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서는 캐비티(1151)에 외부 공기 유입 유로(1157)가 연결될 수 있다. 외부 공기 유입 유로(1157)는 압축기 케이싱(1150)의 외부 공기, 즉 대기를 캐비티(1151)에 공급한다. 캐비티(1151) 내에서 실온의 대기와 압축 공기가 혼합됨으로서 캐비티에 채워진 압축 공기를 냉각시킬 수 있다.
캐비티(1151) 내의 압축 공기는 대기보다 압력이 높기 때문에, 대기가 외부 공기 유입 유로를 통하여 캐비티 내부로 유입되기 쉽지 않다. 따라서 외부 공기 유입 유로에 밸브를 연결하여 외부 공기가 캐비티에 유입되기 용이하도록 할 수 있다. 외부 공기 유입 유로(1157)는 캐비티(1151) 부근에 제1 밸브(1152a), 압축기 케이싱 외부측에 제2 밸브(1152b)를 구비할 수 있다. 제1 밸브(1152a)를 폐쇄하고 제2 밸브(1152b)만 개방하면, 외부 공기 유입 유로(1157) 내로 대기가 유입된다. 이 때 제2 밸브(1152b)를 폐쇄하고 제1 밸브(1152a)를 개방하면 외부 공기 공급 유로(1157) 내의 대기가 캐비티(1151) 내의 압축 공기와 혼합되면서 압축 공기가 냉각된다.
한편, 압축 공기 냉각 효율을 높이기 위해서 캐비티(1151)는 두 개 이상의 캐비티(1151)로 구성될 수도 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서 캐비티(1151)는 제1 캐비티(1151a), 제2 캐비티(1151b)를 구비한다. 제1 캐비티 및 제2 캐비티(1151a, 1151b)는 별도의 유로를 통하여 연결되며, 제1 캐비티(1151a)는 연결 유로(1153)와, 제2 캐비티(1151b)는 외부 공기 공급 유로(1157)와 연결된다.
제1 캐비티(1151a)와 제2 캐비티(1151b) 사이에 제1 밸브(1152c) 및 제2 밸브(1152d)가 구비되고, 제2 캐비티(1151b)와 외부 공기 공급 유로(1157) 사이에 제2 밸브(1152e)가 구비될 수 있다. 제1 밸브(1152c) 및 제2 밸브(1152d)를 폐쇄하고 제3 밸브(1152e)를 개방하면, 제2 캐비티(1151b) 내로 대기가 유입된다. 이 때 제3 밸브(1152e)를 폐쇄하고 제1 및 제2 밸브(1152c, 1152d)를 폐쇄하면 제2 서브 캐비티(1152b) 내에 있는 대기가 제1 캐비티(1151a) 내의 압축 공기와 혼합되면서 압축 공기가 냉각된다. 제1 내지 제3 밸브로 압축 공기가 외부 공기 공급 유로(1157) 측으로 유동하는 것을 방지하기 위하여 역류 방지 밸브를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 두 개의 캐비티가 형성된 경우를 설명하였지만, 이에 한정하지는 않으며 압축기 케이싱 상에 2 이상의 캐비티가 형성될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 압축기 케이싱에 형성된 캐비티에 지지부가 형성된 것을 나타내는 도면이다.
캐비티(1151)는 압축기 케이싱(1150)의 내벽에 내부에 형성되는 것으로, 빈 공간으로 인하여 압축기 케이싱(1150)의 내구성이 저하될 수 있다. 따라서 캐비티(1151)의 내벽을 지지할 수 있도록 캐비티(1150) 내부에 지지부(1158)가 형성될 수 있다. 지지부(1158)는 캐비티(1151)의 좌우 벽면, 상하 벽면을 지지하도록 하며, 금속으로 형성될 수 있다.
한편, 압축기(1100)가 가동하면 압축기(1100) 내부의 온도가 올라가고, 이에 따라 금속으로 형성되 압축기 케이싱(1150) 역시 열팽창하게 된다. 이 경우 압축기 케이싱(1150)과 지지부(1158)의 팽창 비율이 달라 지지부(1158)가 손상되거나, 지지부(1158)에 의해 캐비티(1151)의 형상이 변형될 수 있다. 이를 방지하기 위해 지지부(1158)는 형상 기억 합금으로 형성될 수 있다. 기억 합금은 특정 온도에서 원래의 형상으로 복원하려는 성질이 있다. 형상 기억 합금을 압축기 내에서의 온도, 예를 들어 100℃에서 원래의 형상으로 복원하도록 설정하면, 압축기(1100)의 가동시 압축기 케이싱(1150)의 온도에 적응하여 캐비티(1151)를 더욱 견고하게 지지할 수 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이 지지부(1158)는 형상 기억 합금으로 형성되어, 100℃의 온도에서 활형으로 휘도록 형성될 수 있다. 이 경우 열팽창에 의해 캐비티(1151)의 내적이 작아지더라도, 내부에서 지지부(1158) 역시 휘어짐으로써, 지지부(1158)가 캐비티(1151) 내벽에 과한 힘을 가하여 캐비티(1151) 내벽 또는 지지부(1158)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1000 : 가스터빈 1100 : 압축기
1110 : 압축기 디스크 1130 : 압축기 블레이드
1140 : 압축기 베인 1150 : 압축기 케이싱
1151 : 캐비티 1152 : 밸브
1153 : 연결 유로 1155 : 냉각 유닛
1157 : 외부 공기 공급 유로 1158 : 지지부
1300 : 터빈

Claims (11)

  1. 내벽 내에, 내측과 연결된 제1 캐비티 및 외부 공기 유입 유로와 연결된 제2 캐비티가 형성된 압축기 케이싱;
    상기 압축기 케이싱 내에 설치되는 복수의 압축기 디스크;
    상기 복수의 압축기 디스크를 체결하여 축방향으로 정렬시키는 타이로드;
    상기 압축기 디스크의 외주면에 장착되는 복수의 압축기 블레이드;
    상기 압축기 케이싱의 내주면에 복수개가 복수의 열을 형성하여 설치되되, 각각의 열이 상기 복수의 압축기 블레이드의 열과 상호 교차하도록 설치되는 복수의 압축기 베인; 및
    상기 압축기 케이싱에 형성된 상기 제1 캐비티와 연결되며, 압축 공기를 유동시키는 연결 유로;를 포함하고,
    상기 제1 캐비티 및 제2 캐비티는,
    형상 기억 합금으로 형성되고, 상기 제1 캐비티 및 제2 캐비티 내에서 각각 상기 제1 캐비티 및 제2 캐비티를 지지하는 지지부를 구비하며,
    상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티는 유로를 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결 유로는 적어도 일부분이 냉각 유닛에 의해 둘러싸인 것을 특징으로 하는 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은 원통 형태 또는 코일 형태인 것을 특징으로 하는 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각 유닛 내부에 물이 유동하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은 열전 소자인 것을 특징으로 하는 압축기.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연결 유로는 복수 개 연결되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  10. 공기를 압축시키기 위한 압축기;
    상기 압축기로부터 압축된 공기를 유입받아 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기; 및
    상기 연소기로부터 연소된 가스에 의해 회전하여 동력을 발생시키는 터빈을 포함하고,
    상기 압축기는
    내벽 내에, 내측과 연결된 제1 캐비티 및 외부 공기 유입 유로와 연결된 제2 캐비티가 형성된 압축기 케이싱과,
    상기 압축기 케이싱 내에 설치되는 복수의 압축기 디스크와,
    상기 복수의 압축기 디스크를 체결하여 축방향으로 정렬시키는 타이로드와,
    상기 압축기 디스크의 외주면에 장착되는 복수의 압축기 블레이드와,
    상기 압축기 케이싱의 내주면에 복수개가 복수의 열을 형성하여 설치되되, 각각의 열이 상기 복수의 압축기 블레이드의 열과 상호 교차하도록 설치되는 복수의 압축기 베인과, 및
    상기 압축기 케이싱에 형성된 상기 제1 캐비티와 연결되며, 압축 공기를 유동시키는 연결 유로를 포함하고,
    상기 제1 캐비티 및 제2 캐비티는,
    형상 기억 합금으로 형성되고, 상기 제1 캐비티 및 제2 캐비티 내에서 각각 상기 제1 캐비티 및 제2 캐비티를 지지하는 지지부를 구비하며,
    상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티는 유로를 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연결 유로는 적어도 일부분이 냉각 유닛에 의해 둘러싸인 것을 특징으로 하는 가스터빈.
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