KR102010660B1 - Gas turbine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 터빈에 관한 것으로서, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 상기 로터로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기; 및 상기 연소기에서 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈;을 포함하고, 상기 터빈은, 상기 로터와 함께 회전되는 터빈 블레이드; 및 상기 터빈 블레이드로 유입되는 연소 가스의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징에 고정 설치되는 터빈 베인;을 포함하고, 상기 터빈 베인에는 상기 터빈 베인을 냉각시키기 위한 냉각 유체가 통과하는 터빈 베인 쿨링 유로가 형성되고, 상기 터빈 베인 쿨링 유로에는 냉각 유체의 유동 방향을 전향시키는 가이드 베인이 형성될 수 있다. 이에 의하여, 냉각 유체에 의해 냉각되는 터빈 베인에 온도 구배 및 열 응력이 발생되는 것을 방지할 수 있다. The present invention relates to a gas turbine, comprising: a housing; A rotor rotatably provided in the housing; A compressor compressing air by receiving rotational force from the rotor; A combustor that mixes and ignites fuel with compressed air in the compressor to produce combustion gas; And a turbine which rotates the rotor by obtaining a rotational force from the combustion gas generated by the combustor, wherein the turbine comprises: a turbine blade rotated together with the rotor; And a turbine vane fixedly installed in the housing to align the flow of the combustion gas flowing into the turbine blade, wherein the turbine vane is formed with a turbine vane cooling passage through which a cooling fluid for cooling the turbine vane passes. The turbine vane cooling passage may be formed with a guide vane for redirecting the flow direction of the cooling fluid. As a result, it is possible to prevent the temperature gradient and the thermal stress from occurring in the turbine vane cooled by the cooling fluid.
Description
본 발명은, 가스 터빈에 관한 것이다.The present invention relates to a gas turbine.
일반적으로, 터빈은 물, 가스, 증기 등과 같은 유체가 가지는 에너지를 기계적 일로 변환시키는 기계로서, 보통 회전체의 원주에 여러 개의 깃 또는 날개를 심고 거기에 증기 또는 가스를 내뿜어 충동력 또는 반동력으로 고속회전시키는 터보형의 기계를 터빈이라고 한다. In general, a turbine is a machine that converts the energy of a fluid such as water, gas, steam, etc. into mechanical work, usually by planting several feathers or vanes on the circumference of a rotating body and exhaling steam or gas thereon to produce high-speed impulse or reaction force. A turbo-type machine that rotates is called a turbine.
이러한 터빈의 종류로는, 높은 곳의 물이 가지는 에너지를 이용하는 수력 터빈, 증기가 가지는 에너지를 이용하는 증기 터빈, 고압의 압축공기가 가지는 에너지를 이용하는 공기 터빈, 고온 고압의 가스가 가지는 에너지를 이용하는 가스 터빈 등이 있다. Such turbine types include a hydro turbine using energy of high water, a steam turbine using energy of steam, an air turbine using energy of high pressure compressed air, and a gas using energy of high temperature and high pressure gas. Turbine and the like.
이 중, 가스 터빈은 압축기, 연소기, 터빈 및 로터를 포함한다. Among these, the gas turbine includes a compressor, a combustor, a turbine, and a rotor.
상기 압축기는 서로 교대로 배치되는 복수의 압축기 베인과 복수의 압축기 블레이드를 포함한다.The compressor includes a plurality of compressor vanes and a plurality of compressor blades alternately arranged.
상기 연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스를 생성한다.The combustor produces combustion gas of high temperature and high pressure by supplying fuel to the compressed air compressed in the compressor and igniting the burner.
상기 터빈은 서로 교대로 배치되는 복수의 터빈 베인과 복수의 터빈 블레이드를 포함한다. The turbine includes a plurality of turbine vanes and a plurality of turbine blades alternately arranged.
상기 로터는 상기 압축기, 상기 연소기 및 상기 터빈의 중심부를 관통하도록 형성되고, 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되며, 일단부가 발전기의 구동축에 연결된다.The rotor is formed to penetrate the center of the compressor, the combustor and the turbine, both ends are rotatably supported by a bearing, one end is connected to the drive shaft of the generator.
그리고, 상기 로터는 상기 압축기 블레이드와 체결되는 복수의 압축기 로터 디스크, 상기 터빈 블레이와 체결되는 복수의 터빈 로터 디스크 및 상기 터빈 로터 디스크로부터 상기 압축기 로터 디스크로 회전력을 전달하는 토크 튜브를 포함한다. The rotor includes a plurality of compressor rotor disks coupled to the compressor blades, a plurality of turbine rotor disks coupled to the turbine blades, and a torque tube for transmitting rotational force from the turbine rotor disks to the compressor rotor disks.
이러한 구성에 따른 가스 터빈은, 상기 압축기에서 압축된 공기가 상기 연소실에서 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스로 변환되고, 이렇게 만들어진 연소 가스가 터빈 측으로 분사되며, 분사된 연소 가스가 상기 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 상기 로터가 회전하게 된다.In the gas turbine according to this configuration, the air compressed in the compressor is mixed with fuel in the combustion chamber and combusted so as to be converted into a high temperature combustion gas, the combustion gas thus produced is injected to the turbine side, and the injected combustion gas is injected into the turbine blade. The rotating force is generated while passing through the rotor, and the rotor rotates.
이러한 가스 터빈은 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.Since the gas turbine does not have a reciprocating mechanism such as a piston in a four-stroke engine, there is no mutual friction portion such as a piston-cylinder, so the consumption of lubricating oil is extremely low, and the amplitude characteristic of the reciprocating machine is greatly reduced and high speed movement is possible. There is an advantage.
한편, 상기 터빈은 상기 압축기와 달리 고온 고압의 연소 가스와 접촉하므로 열화 등의 손상을 방지하기 위한 냉각 수단이 필요하고, 이를 위해 상기 압축기의 일부 개소에서 압축된 공기(냉각 유체)를 추기하여 상기 터빈으로 공급하는 냉각 유로를 더 포함하고, 상기 냉각 유로는 상기 터빈 베인의 내부에 형성되는 터빈 베인 쿨링 유로와 연통된다. On the other hand, since the turbine is in contact with the combustion gas of high temperature and high pressure unlike the compressor, a cooling means for preventing damage such as deterioration is required, and for this purpose, the compressed air (cooling fluid) compressed at a part of the compressor is added to the Further comprising a cooling passage for supplying to the turbine, the cooling passage is in communication with the turbine vane cooling passage formed inside the turbine vane.
그러나, 이러한 종래의 가스 터빈에 있어서는, 터빈 베인이 적절히 냉각되지 못하여, 터빈 베인에 온도 구배가 발생되고, 이에 따라 열응력에 따른 손상이 발생되는 문제점이 있었다. 구체적으로, 대한민국 공개특허공보 10-2006-0073428호를 참조하면, 종래의 가스 터빈에서, 터빈 베인 쿨링 유로는 공기(냉각 유체)가 터빈 베인의 내부에서 지그재그 형태로 유동되다가 제2 턴(72)에서 전향되어 제3 통로 레그(76)를 통해 터빈 베인의 트레일링 에지까지 이르게 형성되는데, 제3 통로 레그(76)는 상기 제3 통로 레그(76)의 유동 단면적이 제2 턴(72)의 유동 단면적에 비해 급작스럽게 확대되게 형성된다. 이에 의하여, 제2 턴(72)을 통과한 공기(냉각 유체)의 대부분은 제3 통로 레그(76)의 일 부위(제2 턴(72)에 대향되는 부위)로만 공급되고, 제3 통로 레그(76)의 다른 부위(제2 턴(72)에 대향되지 않는 부위)에는 공기(냉각 유체)가 거의 공급되지 않는다. 이에 따라, 제2 통로 레그(76)의 일 부위는 과다 냉각되고, 제2 통로 레그(76)의 다른 부위는 과소 냉각되거나 냉각되지 못하여, 터빈 베인의 트레일링 에지 부위에 온도 구배가 발생되고, 터빈 베인의 트레일링 에지 부위에 열응력이 발생되며, 터빈 베인의 트레일링 에지 부위에 손상이 발생된다. However, in such a conventional gas turbine, the turbine vanes are not cooled properly, and a temperature gradient occurs in the turbine vanes, thereby causing damage due to thermal stress. Specifically, referring to Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2006-0073428, in the conventional gas turbine, the turbine vane cooling flow path has air (cooling fluid) zigzag inside the turbine vane, and then the second turn 72. At the leading edge of the turbine vane through the third passage leg 76, the flow cross section of the third passage leg 76 of the second turn 72. It is formed to expand rapidly in relation to the flow cross-sectional area. As a result, most of the air (cooling fluid) that has passed through the second turn 72 is supplied only to one portion of the third passage leg 76 (a portion opposite to the second turn 72), and the third passage leg is provided. Other parts of 76 (parts not opposed to the second turn 72) are hardly supplied with air (cooling fluid). Accordingly, one portion of the second passage leg 76 is overcooled, the other portion of the second passage leg 76 is undercooled or not cooled, resulting in a temperature gradient at the trailing edge portion of the turbine vane, Thermal stresses are generated at the trailing edges of the turbine vanes and damage is generated at the trailing edges of the turbine vanes.
따라서, 본 발명은, 냉각 유체에 의해 냉각되는 터빈 베인에 온도 구배 및 열 응력이 발생되는 것을 방지할 수 있는 가스 터빈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas turbine capable of preventing the temperature gradient and thermal stress from occurring in the turbine vane cooled by the cooling fluid.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 상기 로터로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기; 및 상기 연소기에서 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈;을 포함하고, 상기 터빈은, 상기 로터와 함께 회전되는 터빈 블레이드; 및 상기 터빈 블레이드로 유입되는 연소 가스의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징에 고정 설치되는 터빈 베인;을 포함하고, 상기 터빈 베인에는 상기 터빈 베인을 냉각시키기 위한 냉각 유체가 통과하는 터빈 베인 쿨링 유로가 형성되고, 상기 터빈 베인 쿨링 유로에는 냉각 유체의 유동 방향을 전향시키는 가이드 베인이 형성되는 가스 터빈을 제공한다.The present invention, to achieve the object as described above, the housing; A rotor rotatably provided in the housing; A compressor compressing air by receiving rotational force from the rotor; A combustor that mixes and ignites fuel with compressed air in the compressor to produce combustion gas; And a turbine which rotates the rotor by obtaining a rotational force from the combustion gas generated by the combustor, wherein the turbine comprises: a turbine blade rotated together with the rotor; And a turbine vane fixedly installed in the housing to align the flow of the combustion gas flowing into the turbine blade, wherein the turbine vane is formed with a turbine vane cooling passage through which a cooling fluid for cooling the turbine vane passes. The turbine vane cooling passage provides a gas turbine in which guide vanes are formed to redirect the flow direction of the cooling fluid.
상기 터빈 베인 쿨링 유로는 유동 단면적이 확대되는 확경부를 포함하고, 상기 가이드 베인은 상기 확경부의 입구 측에 형성될 수 있다. The turbine vane cooling passage may include an enlarged portion in which a flow cross section is enlarged, and the guide vane may be formed at an inlet side of the enlarged diameter portion.
상기 확경부는, 상기 확경부의 입구에 대향되는 입구 대향 부위; 및 상기 확경부의 입구에 대향되지 않는 입구 비대향 부위;를 포함하고, 상기 가이드 베인은 상기 확경부의 입구로 유입되는 냉각 유체의 일부를 상기 입구 비대향 부위 측으로 안내하도록 형성될 수 있다. The enlarged diameter portion, the inlet opposing portion facing the inlet of the enlarged diameter portion; And an inlet non-facing portion that does not face the inlet of the enlarged diameter portion, wherein the guide vane may be formed to guide a portion of the cooling fluid flowing into the inlet of the enlarged diameter portion toward the inlet non-facing portion side.
상기 가이드 베인은 일체로 형성될 수 있다. The guide vanes may be integrally formed.
상기 가이드 베인은 상기 가이드 베인이 형성되는 위치에서의 유동 단면적을 이등분하도록 형성될 수 있다. The guide vanes may be formed to bisec the flow cross section at the position where the guide vanes are formed.
상기 가이드 베인은, 상기 입구 대향 부위와 상기 입구 비대향 부위를 가로지르는 방향 상, 상기 가이드 베인으로부터 상기 터빈 베인 쿨링 유로의 일측 벽부까지의 거리와 상기 가이드 베인으로부터 상기 터빈 베인 쿨링 유로의 타측 벽부까지의 거리가 동일하게 형성될 수 있다. The guide vane is a distance from the guide vane to one side wall portion of the turbine vane cooling channel and the guide vane to the other wall portion of the turbine vane cooling channel in a direction crossing the inlet opposing portion and the non-inlet opposing portion. The distance of the same can be formed.
상기 가이드 베인은 상기 확경부의 입구로부터 유입되는 냉각 유체의 유동 방향에 대해 상기 입구 비대향 부위 측으로 경사지게 형성될 수 있다. The guide vane may be formed to be inclined toward the inlet non-facing portion with respect to the flow direction of the cooling fluid flowing from the inlet of the enlarged diameter portion.
상기 가이드 베인은, 제1 가이드 베인; 및 상기 제1 가이드 베인의 하류 측에 위치되는 제2 가이드 베인;을 포함하여, 두 개로 형성될 수 있다. The guide vane may include a first guide vane; And a second guide vane located on a downstream side of the first guide vane.
상기 제1 가이드 베인의 하류는, 상기 제1 가이드 베인을 기준으로 상기 입구 대향 부위 측에 위치되는 제1 가이드 베인 제1 하류; 및 상기 제1 가이드 베인을 기준으로 상기 입구 비대향 부위 측에 위치되는 제1 가이드 베인 제2 하류;로 구분되고, 상기 제2 가이드 베인은 상기 제1 가이드 베인 제1 하류에 위치될 수 있다. Downstream of the first guide vane may include: a first guide vane first downstream positioned on the inlet opposing side relative to the first guide vane; And a first guide vane second downstream positioned on the side of the inlet non-facing portion with respect to the first guide vane. The second guide vane may be positioned downstream of the first guide vane first.
상기 제1 가이드 베인은 상기 제1 가이드 베인이 형성되는 위치에서의 유동 단면적을 이등분하도록 형성될 수 있다. The first guide vane may be formed to bisec the flow cross-sectional area at the position where the first guide vane is formed.
상기 제1 가이드 베인은, 상기 입구 대향 부위와 상기 입구 비대향 부위를 가로지르는 방향 상, 상기 제1 가이드 베인으로부터 상기 터빈 베인 쿨링 유로의 일측 벽부까지의 거리와 상기 제1 가이드 베인으로부터 상기 터빈 베인 쿨링 유로의 타측 벽부까지의 거리가 동일하게 형성될 수 있다. The first guide vane is a distance from the first guide vane to one side wall portion of the turbine vane cooling flow path and the first guide vane from the first guide vane in a direction crossing the inlet opposing portion and the non-inlet opposing portion. The distance to the other wall portion of the cooling flow path may be equally formed.
상기 제2 가이드 베인은 상기 제2 가이드 베인이 형성되는 위치에서의 유동 단면적을 이등분하도록 형성될 수 있다. The second guide vane may be formed to bisec the flow cross-sectional area at the position where the second guide vane is formed.
상기 제2 가이드 베인은, 상기 입구 대향 부위와 상기 입구 비대향 부위를 가로지르는 방향 상, 상기 제2 가이드 베인으로부터 상기 터빈 베인 쿨링 유로의 일측 벽부까지의 거리와 상기 제2 가이드 베인으로부터 상기 제1 가이드 베인까지의 거리가 동일하게 형성될 수 있다. The second guide vane is a distance from the second guide vane to one side wall portion of the turbine vane cooling flow path and the first guide vane from the second guide vane in a direction crossing the inlet opposing portion and the non-inlet opposing portion. The distance to the guide vanes can be formed equally.
상기 제1 가이드 베인은 상기 확경부의 입구로부터 유입되는 냉각 유체의 유동 방향에 대해 상기 입구 비대향 부위 측으로 경사지게 형성되고, 상기 제2 가이드 베인은 상기 제1 가이드 베인 제1 하류 측으로 유입되는 냉각 유체의 유동 방향에 대해 상기 입구 비대향 부위 측으로 경사지게 형성될 수 있다. The first guide vane is formed to be inclined toward the inlet non-facing portion with respect to the flow direction of the cooling fluid flowing from the inlet of the enlarged diameter portion, the second guide vane is a cooling fluid introduced to the first downstream side of the first guide vane It may be formed to be inclined toward the inlet non-facing portion with respect to the flow direction of.
상기 제1 가이드 베인은 상기 제2 가이드 베인보다 상기 입구 비대향 부위 측으로 더 경사지게 형성될 수 있다. The first guide vane may be formed to be more inclined toward the inlet non-facing portion side than the second guide vane.
상기 제1 가이드 베인은 상기 확경부의 입구로부터 유입되는 냉각 유체의 유동 방향을 기준으로 상기 입구 비대향 부위 측으로 45도 각도로 경사지게 형성되고, 상기 제2 가이드 베인은 상기 확경부의 입구로부터 유입되는 냉각 유체의 유동 방향을 기준으로 상기 입구 비대향 부위 측으로 30도 각도로 경사지게 형성될 수 있다. The first guide vane is formed to be inclined at an angle of 45 degrees toward the inlet non-facing portion relative to the flow direction of the cooling fluid flowing from the inlet of the enlarged diameter portion, and the second guide vane is introduced from the inlet of the enlarged diameter portion. It may be formed to be inclined at an angle of 30 degrees toward the inlet non-facing portion relative to the flow direction of the cooling fluid.
상기 터빈 베인 쿨링 유로는, 상기 터빈 베인 쿨링 유로로 유입된 냉각 유체를 상기 터빈 베인의 익근 측으로부터 상기 터빈 베인의 익단 측으로 안내하는 제1 터빈 베인 쿨링 유로; 상기 제1 터빈 베인 쿨링 유로를 통과한 냉각 유체의 유동 방향을 상기 익근 측으로 전향시키는 제2 터빈 베인 쿨링 유로; 상기 제2 터빈 베인 쿨링 유로를 통과한 냉각 유체를 상기 익단 측으로부터 상기 익근 측으로 안내하는 제3 터빈 베인 쿨링 유로; 상기 제3 터빈 베인 쿨링 유로를 통과한 냉각 유체의 유동 방향을 상기 터빈 베인의 트레일링 에지 측으로 전향시키는 제4 터빈 베인 쿨링 유로; 및 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로를 통과한 냉각 유체를 상기 익근 측으로부터 상기 트레일링 에지의 전 영역으로 분배하는 제5 터빈 베인 쿨링 유로;를 포함하고, 상기 가이드 베인은 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로와 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 사이 경계 부위에 형성될 수 있다. The turbine vane cooling flow path may include: a first turbine vane cooling flow path guiding cooling fluid introduced into the turbine vane cooling flow path from the blade root side of the turbine vane to the tip side of the turbine vane; A second turbine vane cooling flow path for redirecting a flow direction of the cooling fluid passing through the first turbine vane cooling flow path to the blade root side; A third turbine vane cooling channel configured to guide the cooling fluid passing through the second turbine vane cooling channel from the tip side to the blade side; A fourth turbine vane cooling channel configured to redirect a flow direction of the cooling fluid passing through the third turbine vane cooling channel to a trailing edge side of the turbine vane; And a fifth turbine vane cooling channel for distributing the cooling fluid passing through the fourth turbine vane cooling channel to the entire region of the trailing edge from the blade root side, wherein the guide vane is the fourth turbine vane cooling channel. And a boundary portion between the fifth turbine vane cooling channel.
상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로는, 상기 익근 측에 위치되는 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위; 및 상기 익단 측에 위치되는 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위;를 포함하고, 상기 가이드 베인은 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로를 통과한 냉각 유체의 일부를 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위 측으로 안내하도록 형성될 수 있다. The fifth turbine vane cooling channel may include: a first portion of the fifth turbine vane cooling channel located at the blade root side; And a fifth turbine vane cooling flow passage second portion located at the tip side, wherein the guide vane is configured to transfer a portion of the cooling fluid passing through the fourth turbine vane cooling flow passage to the fifth turbine vane cooling flow passage second portion. It can be formed to guide to the side.
상기 가이드 베인은 두 개 이하로 형성되고, 각 가이드 베인은 상기 가이드 베인으로 유입되는 냉각 유체의 유량을 이등분하도록 형성될 수 있다. The guide vanes may be formed in two or less, and each guide vane may be formed to bisect the flow rate of the cooling fluid flowing into the guide vanes.
한편, 본 발명은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 상기 로터와 함께 회전되는 블레이드; 및 상기 블레이드로 유입되는 유체의 흐름을 정렬하는 베인;을 포함하고, 상기 베인에는 냉각 유체가 통과하는 쿨링 유로가 형성되고, 상기 쿨링 유로에는 냉각 유체를 분산시키는 가이드 베인이 형성되는 가스 터빈을 제공한다.On the other hand, the present invention, the housing; A rotor rotatably provided in the housing; A blade that rotates with the rotor; And a vane for aligning a flow of the fluid flowing into the blade, wherein the vane is provided with a cooling passage through which cooling fluid passes, and a guide vane for dispersing the cooling fluid is provided in the cooling passage. do.
본 발명에 의한 가스 터빈은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 상기 로터로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기; 및 상기 연소기에서 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈;을 포함하고, 상기 터빈은, 상기 로터와 함께 회전되는 터빈 블레이드; 및 상기 터빈 블레이드로 유입되는 연소 가스의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징에 고정 설치되는 터빈 베인;을 포함하고, 상기 터빈 베인에는 상기 터빈 베인을 냉각시키기 위한 냉각 유체가 통과하는 터빈 베인 쿨링 유로가 형성되고, 상기 터빈 베인 쿨링 유로에는 냉각 유체의 유동 방향을 전향시키는 가이드 베인이 형성될 수 있다. 이에 의하여, 냉각 유체에 의해 냉각되는 터빈 베인에 온도 구배 및 열 응력이 발생되는 것을 방지할 수 있다. Gas turbine according to the present invention, the housing; A rotor rotatably provided in the housing; A compressor compressing air by receiving rotational force from the rotor; A combustor that mixes and ignites fuel with compressed air in the compressor to produce combustion gas; And a turbine which rotates the rotor by obtaining a rotational force from the combustion gas generated by the combustor, wherein the turbine comprises: a turbine blade rotated together with the rotor; And a turbine vane fixedly installed in the housing to align the flow of the combustion gas flowing into the turbine blade, wherein the turbine vane is formed with a turbine vane cooling passage through which a cooling fluid for cooling the turbine vane passes. The turbine vane cooling passage may be formed with a guide vane for redirecting the flow direction of the cooling fluid. As a result, it is possible to prevent the temperature gradient and the thermal stress from occurring in the turbine vane cooled by the cooling fluid.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈을 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 가스 터빈에서 터빈 베인을 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 터빈에서 터빈 베인을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a gas turbine according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a sectional view of the turbine vane in the gas turbine of FIG. 1;
3 is a cross-sectional view showing a turbine vane in a gas turbine according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 의한 가스 터빈을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a gas turbine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 가스 터빈에서 터빈 베인을 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a gas turbine according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing a turbine vane in the gas turbine of FIG.
첨부된 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은, 하우징(100), 상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(600), 상기 로터(600)로부터 회전력을 전달받아 상기 하우징(100)으로 유입되는 공기를 압축하는 압축기(200), 상기 압축기(200)에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기(400), 상기 연소기(400)에서 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터(600)를 회전시키는 터빈(500), 발전을 위해 상기 로터(600)에 연동되는 발전기 및 상기 터빈(500)을 통과한 연소 가스를 배출하는 디퓨저를 포함할 수 있다.1 and 2, a gas turbine according to an embodiment of the present invention includes a
상기 하우징(100)은, 상기 압축기(200)가 수용되는 압축기 하우징(110), 상기 연소기(400)가 수용되는 연소기 하우징(120) 및 상기 터빈(500)이 수용되는 터빈 하우징(130)을 포함할 수 있다. The
여기서, 상기 압축기 하우징(110), 상기 연소기 하우징(120) 및 상기 터빈 하우징(130)은 유체 흐름 방향 상 상류 측으로부터 하류 측으로 순차적으로 배열될 수 있다.The
상기 로터(600)는, 상기 압축기 하우징(110)에 수용되는 압축기 로터 디스크(610), 상기 터빈 하우징(130)에 수용되는 터빈 로터 디스크(630) 및 상기 연소기 하우징(120)에 수용되고 상기 압축기 로터 디스크(610)와 상기 터빈 로터 디스크(630)를 연결하는 토크 튜브(620), 상기 압축기 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 상기 터빈 로터 디스크(630)를 체결하는 타이 로드(640)와 고정 너트(650)를 포함할 수 있다.The
상기 압축기 로터 디스크(610)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610)는 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 상기 압축기 로터 디스크(610)는 다단으로 형성될 수 있다.The
그리고, 각 압축기 로터 디스크(610)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에 후술할 압축기 블레이드(210)와 결합되는 압축기 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.In addition, each of the
상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은, 후술할 압축기 블레이드(210)가 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무(fir-tree) 형태로 형성될 수 있다.The compressor blade coupling slot may be formed in a fir-tree shape to prevent the
여기서, 상기 압축기 로터 디스크(610)와 후술할 압축기 블레이드(210)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합되는데, 본 실시예의 경우 액셜 타입으로 결합되도록 형성된다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 상기 압축기 로터 디스크(610)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다. Here, the
상기 터빈 로터 디스크(630)는 상기 압축기 로터 디스크(610)와 유사하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 터빈 로터 디스크(630)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630)는 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 상기 터빈 로터 디스크(630)는 다단으로 형성될 수 있다.The
그리고, 각 터빈 로터 디스크(630)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에 후술할 터빈 블레이드(510)와 결합되는 터빈 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.In addition, each
상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은, 후술할 터빈 블레이드(510)가 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무 형태로 형성될 수 있다. The turbine blade coupling slot may be formed in a fir shape to prevent the
여기서, 상기 터빈 로터 디스크(630)와 후술할 터빈 블레이드(510)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합되는데, 본 실시예의 경우 액셜 타입으로 결합되도록 형성된다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 상기 터빈 로터 디스크(630)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다. Here, the
상기 토크 튜브(620)는 상기 터빈 로터 디스크(630)의 회전력을 상기 압축기 로터 디스크(610)로 전달하는 토크 전달 부재로서, 일단부가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610) 중 공기의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(610)와 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(630)와 체결될 수 있다. 여기서, 상기 토크 튜브(620)의 일단부와 타단부 각각에는 돌기가 형성되고, 상기 압축기 로터 디스크(610)와 상기 터빈 로터 디스크(630) 각각에는 상기 돌기와 치합되는 홈이 형성되어, 상기 토크 튜브(620)가 상기 압축기 로터 디스크(610) 및 상기 터빈 로터 디스크(630)에 대해 상대 회전이 방지될 수 있다.The
그리고, 상기 토크 튜브(620)는, 상기 압축기(200)로부터 공급되는 공기가 상기 토크 튜브(620)를 통과하여 상기 터빈(500)으로 유동 가능하도록, 중공형의 실린더 형태로 형성될 수 있다. The
그리고, 상기 토크 튜브(620)는 장기간 지속적으로 운전되는 가스 터빈의 특성상 변형 및 뒤틀림 등에 강하게 형성되고, 용이한 유지 보수를 위해 조립 및 해체가 용이하게 형성될 수 있다.In addition, the
상기 타이 로드(640)는 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630)를 관통하도록 형성되고, 일단부가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610) 중 공기의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(610) 내에 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(630)를 기준으로 상기 압축기(200)의 반대측으로 돌출되고 상기 고정 너트(650)와 체결될 수 있다. The
여기서, 상기 고정 너트(650)는 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(630)를 상기 압축기(200) 측으로 가압하고, 상기 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(610)와 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(630) 사이 간격이 감소됨에 따라, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630)가 상기 로터(600)의 축 방향으로 압축될 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630)의 축 방향 이동 및 상대 회전이 방지될 수 있다.Here, the fixing
한편, 본 실시예의 경우 하나의 상기 타이 로드(640)가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630)의 중심부를 관통하도록 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 압축기(200) 측과 터빈(500) 측에 각각 별도의 타이 로드(640)가 구비될 수도 있고, 복수의 타이 로드(640)가 원주 방향을 따라 방사상으로 배치될 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다. Meanwhile, in the present exemplary embodiment, one
이러한 구성에 따른 상기 로터(600)는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되고, 일단부가 상기 발전기의 구동축에 연결될 수 있다.Both ends of the
상기 압축기(200)는, 상기 로터(600)와 함께 회전되는 압축기 블레이드(210) 및 상기 압축기 블레이드(210)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징(100)에 고정 설치되는 압축기 베인(220)을 포함할 수 있다.The
상기 압축기 블레이드(210)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드(210)는 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드(210)는 각 단마다 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다. The
그리고, 각 압축기 블레이드(210)는, 판형의 압축기 블레이드 플랫폼부, 상기 압축기 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 구심 측으로 연장되는 압축기 블레이드 루트부 및 상기 압축기 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 연장되는 압축기 블레이드 에어 포일부를 포함할 수 있다. Each of the
상기 압축기 블레이드 플랫폼부는 이웃하는 압축기 블레이드 플랫폼부와 접하며 상기 압축기 블레이드 에어 포일부 사이 간격을 유지시키는 역할을 할 수 있다.The compressor blade platform portion may contact a neighboring compressor blade platform portion and serve to maintain a gap between the compressor blade air foil portions.
상기 압축기 블레이드 루트부는 전술한 바와 같이 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯에 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성될 수 있다.As described above, the compressor blade root portion may be formed in a so-called axial type that is inserted into the compressor blade coupling slot along the axial direction of the
그리고, 상기 압축기 블레이드 루트부는 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다. In addition, the compressor blade root portion may be formed in a fir shape so as to correspond to the compressor blade coupling slot.
여기서, 본 실시예의 경우 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 전나무 형태로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니고 도브 테일 형태 등으로 형성될 수도 있다. 또는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 압축기 블레이드(210)를 상기 압축기 로터 디스크(610)에 체결할 수 있다.Here, in the present embodiment, the compressor blade root portion and the compressor blade coupling slot are formed in a fir shape, but are not limited thereto and may be formed in a dove tail shape or the like. Alternatively, the
그리고, 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은, 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯이 용이하게 체결 가능하도록, 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯이 상기 압축기 블레이드 루트부보다 크게 형성되고, 결합된 상태에서 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯 사이에 간극이 형성될 수 있다.In addition, the compressor blade root portion and the compressor blade coupling slot, the compressor blade coupling slot is formed larger than the compressor blade root portion, so that the compressor blade root portion and the compressor blade coupling slot can be easily coupled, the coupling In this state, a gap may be formed between the compressor blade root portion and the compressor blade coupling slot.
그리고, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 별도의 핀에 의해 고정되어, 상기 압축기 블레이드 루트부가 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 축 방향으로 이탈되는 것이 방지될 수 있다.Although not shown separately, the compressor blade root portion and the compressor blade coupling slot are fixed by separate pins so that the compressor blade root portion is separated from the compressor blade coupling slot in the axial direction of the
상기 압축기 블레이드 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 공기의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 공기가 입사되는 압축기 블레이드 에어 포일부 리딩 에지(leading edge) 및 공기의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 공기가 출사되는 압축기 블레이드 에어 포일부 트레일링 에지(trailing edge)를 포함할 수 있다. The compressor blade air foil part is formed to have an airfoil optimized according to the gas turbine specification, and is positioned upstream in the air flow direction, and the leading edge and the air flow direction of the compressor blade air foil part at which air is incident It may comprise a compressor blade air foil portion trailing edge located on the upstream and downstream side where air is emitted.
상기 압축기 베인(220)은 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 베인(220)은 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 압축기 베인(220)과 상기 압축기 블레이드(210)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다. The
그리고, 복수의 상기 압축기 베인(220)은 각 단마다 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다. In addition, the plurality of
그리고, 각 압축기 베인(220)은, 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 환형으로 형성되는 압축기 베인 플랫폼부 및 상기 압축기 베인 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향으로 연장되는 압축기 베인 에어 포일부를 포함할 수 있다.In addition, each
상기 압축기 베인 플랫폼부는, 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익근부에 형성되고 상기 압축기 하우징(110)에 체결되는 루트 측 압축기 베인 플랫폼부 및 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익단부에 형성되고 상기 로터(600)에 대향되는 팁 측 압축기 베인 플랫폼부를 포함할 수 있다.The compressor vane platform portion is formed on the tip of the compressor vane air foil portion and is formed at the tip of the root side compressor vane platform portion and the compressor vane air foil portion fastened to the
여기서, 본 실시예에 따른 상기 압축기 베인 플랫폼부는 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익근부 뿐만 아니라 익단부를 지지함으로써 상기 압축기 베인 에어 포일부를 더욱 안정적으로 지지하기 위해 상기 루트 측 압축기 베인 플랫폼부 및 상기 팁 측 압축기 베인 플랫폼부를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 압축기 베인 플랫폼부는 상기 루트 측 압축기 베인 플랫폼부를 포함하여 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익근부만 지지하도록 형성될 수도 있다.Here, the compressor vane platform unit according to the present embodiment to support the compressor vane air foil portion more stably by supporting the tip of the compressor vane air foil portion as well as the tip of the compressor vane air foil portion and the root-side compressor vane platform portion and the It includes, but is not limited to, a tip side compressor vane platform portion. That is, the compressor vane platform unit may be formed to support only the root portion of the compressor vane air foil unit including the root-side compressor vane platform unit.
한편, 각 압축기 베인(220)은 상기 루트 측 압축기 베인 플랫폼부와 상기 압축기 하우징(110)을 체결시키는 압축기 베인 루트부를 더 포함할 수 있다.On the other hand, each
상기 압축기 베인 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 공기의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 공기가 입사되는 압축기 베인 에어 포일부 리딩 에지 및 공기의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 공기가 출사되는 압축기 베인 에어 포일부 트레일링 에지를 포함할 수 있다. The compressor vane air foil part is formed to have an airfoil optimized according to the gas turbine specifications, and is located on the upstream side in the flow direction of the air, and the compressor vane air foil part leading edge on which the air is incident and on the downstream side in the flow direction of the air downstream. It may include a compressor vane air foil portion trailing edge that is positioned and out of the air.
상기 연소기(400)는 상기 압축기(200)로부터 유입되는 공기를 연료와 혼합 및 연소시켜 높은 에너지의 고온 고압 연소 가스를 만들어 내며, 등압 연소 과정으로 상기 연소기(400) 및 상기 터빈(500)이 견딜 수 있는 내열 한도까지 연소 가스 온도를 높이도록 형성될 수 있다.The
구체적으로, 상기 연소기(400)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 연소기(400)는 상기 연소기 하우징(120)에 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 배열될 수 있다.Specifically, the
그리고, 각 연소기(400)는, 상기 압축기(200)에서 압축된 공기가 유입되는 라이너, 상기 라이너에 유입되는 공기에 연료를 분사하고 연소시키는 버너 및 상기 버너에서 생성되는 연소 가스를 상기 터빈(500)으로 안내하는 트랜지션 피스를 포함할 수 있다.Each of the
상기 라이너는, 연소실을 형성하는 화염통 및 상기 화염통을 감싸면서 환형 공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다.The liner may include a flame barrel forming a combustion chamber and a flow sleeve forming an annular space surrounding the flame barrel.
상기 버너는, 상기 연소실로 유입되는 공기에 연료를 분사하도록 상기 라이너의 전단 측에 형성되는 연료 분사 노즐 및 상기 연소실에서 혼합된 공기와 연료가 착화되도록 상기 라이너의 벽부에 형성되는 점화 플러그를 포함할 수 있다.The burner may include a fuel injection nozzle formed at a front side of the liner to inject fuel into the air flowing into the combustion chamber, and a spark plug formed at a wall of the liner to ignite the air and fuel mixed in the combustion chamber. Can be.
상기 트랜지션 피스는 연소 가스의 높은 온도에 의해 손상되지 않도록 상기 트랜지션 피스의 외벽부가 상기 압축기(200)로부터 공급되는 공기에 의해 냉각되도록 형성될 수 있다. The transition piece may be formed so that the outer wall portion of the transition piece is cooled by the air supplied from the
즉, 상기 트랜지션 피스에는 공기를 내부로 분사하기 위한 냉각 홀이 형성되고, 공기가 상기 냉각 홀을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킬 수 있다. That is, the transition piece may be provided with a cooling hole for injecting air therein, and the air may cool the main body therein through the cooling hole.
한편, 상기 트랜지션 피스를 냉각시킨 공기는 상기 라이너의 환형 공간으로 유동되고, 상기 라이너의 외벽에는 상기 플로우 슬리브의 외부에서 공기가 상기 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀을 통해 냉각 공기로 제공되어 충돌할 수 있다.Meanwhile, air that cools the transition piece flows into the annular space of the liner, and air is supplied to cooling air through a cooling hole provided in the flow sleeve on the outer wall of the liner to collide with the outer wall of the liner. have.
여기서, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 압축기(200)와 상기 연소기(400) 사이에는 상기 연소기(400)로 유입되는 공기의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위해 안내깃 역할을 하는 디스월러(desworler)가 형성될 수 있다.Here, although not separately shown, a dispenser serving as a guide vane is provided between the
상기 터빈(500)은 상기 압축기(200)와 유사하게 형성될 수 있다.The
즉, 상기 터빈(500)은, 상기 로터(600)와 함께 회전되는 터빈 블레이드(510) 및 상기 터빈 블레이드(510)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징(100)에 고정 설치되는 터빈 베인(520)을 포함할 수 있다.That is, the
상기 터빈 블레이드(510)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드(510)는 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드(510)는 각 단마다 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다. The
그리고, 각 터빈 블레이드(510)는, 판형의 터빈 블레이드 플랫폼부, 상기 터빈 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 구심 측으로 연장되는 터빈 블레이드 루트부 및 상기 터빈 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 연장되는 터빈 블레이드 에어 포일부를 포함할 수 있다. And each
상기 터빈 블레이드 플랫폼부는 이웃하는 터빈 블레이드 플랫폼부와 접하며 상기 터빈 블레이드 에어 포일부 사이 간격을 유지시키는 역할을 할 수 있다.The turbine blade platform portion may contact a neighboring turbine blade platform portion and may serve to maintain a gap between the turbine blade air foil portions.
상기 터빈 블레이드 루트부는 전술한 바와 같이 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯에 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성될 수 있다.As described above, the turbine blade root portion may be formed in a so-called axial type that is inserted into the turbine blade coupling slot along the axial direction of the
그리고, 상기 터빈 블레이드 루트부는 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다. The turbine blade root portion may be formed in a fir shape so as to correspond to the turbine blade coupling slot.
여기서, 본 실시예의 경우 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 전나무 형태로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니고 도브 테일 형태 등으로 형성될 수도 있다. 또는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 터빈 블레이드(510)를 상기 터빈 로터 디스크(630)에 체결할 수 있다.Here, in the present embodiment, the turbine blade root portion and the turbine blade coupling slot are formed in a fir shape, but are not limited thereto, and may be formed in a dove tail shape or the like. Alternatively, the
그리고, 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은, 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯이 용이하게 체결 가능하도록, 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯이 상기 터빈 블레이드 루트부보다 크게 형성되고, 결합된 상태에서 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯 사이에 간극이 형성될 수 있다.The turbine blade coupling slot and the turbine blade coupling slot may have the turbine blade coupling slot larger than the turbine blade root so that the turbine blade root and the turbine blade coupling slot can be easily coupled. In this state, a gap may be formed between the turbine blade root portion and the turbine blade coupling slot.
그리고, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 별도의 핀에 의해 고정되어, 상기 터빈 블레이드 루트부가 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 축 방향으로 이탈되는 것이 방지될 수 있다.Although not shown separately, the turbine blade root portion and the turbine blade coupling slot are fixed by separate pins so that the turbine blade root portion is separated from the turbine blade coupling slot in the axial direction of the
상기 터빈 블레이드 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 연소 가스가 입사되는 터빈 블레이드 에어 포일부 리딩 에지 및 연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 연소 가스가 출사되는 터빈 블레이드 에어 포일부 트레일링 에지를 포함할 수 있다. The turbine blade air foil part is formed to have an airfoil optimized according to the gas turbine specifications, and is located on the upstream side in the flow direction of the combustion gas, the turbine blade air foil part leading edge and the combustion gas on the flow direction of the combustion gas is incident It may comprise a turbine blade airfoil trailing edge located downstream and from which combustion gas is emitted.
상기 터빈 베인(520)은 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 베인(520)은 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 터빈 베인(520)과 상기 터빈 블레이드(510)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다. The
그리고, 복수의 상기 터빈 베인(520)는 각 단마다 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다. The
그리고, 각 터빈 베인(520)은, 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 환형으로 형성되는 터빈 베인 플랫폼부(522) 및 상기 터빈 베인 플랫폼부(522)로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향으로 연장되는 터빈 베인 에어 포일부(526)를 포함할 수 있다.And each
상기 터빈 베인 플랫폼부(522)는, 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 익근부에 형성되고 상기 터빈 하우징(130)에 체결되는 루트 측 터빈 베인 플랫폼부(522a) 및 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 익단부에 형성되고 상기 로터(600)에 대향되는 팁 측 터빈 베인 플랫폼부(522b)를 포함할 수 있다.The turbine
여기서, 본 실시예에 따른 상기 터빈 베인 플랫폼부(522)는 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 익근부 뿐만 아니라 익단부를 지지함으로써 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)를 더욱 안정적으로 지지하기 위해 상기 루트 측 터빈 베인 플랫폼부(522a) 및 상기 팁 측 터빈 베인 플랫폼부(522b)를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 터빈 베인 플랫폼부(522)는 상기 루트 측 터빈 베인 플랫폼부(522a)를 포함하여 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 익근부만 지지하도록 형성될 수도 있다.Here, the turbine
한편, 각 터빈 베인(520)은 상기 루트 측 터빈 베인 플랫폼부(522a)와 상기 터빈 하우징(130)을 체결시키는 터빈 베인 루트부를 더 포함할 수 있다.On the other hand, each
상기 터빈 베인 에어 포일부(526)는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 연소 가스가 입사되는 터빈 베인 에어 포일부 리딩 에지(526a) 및 연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 연소 가스가 출사되는 터빈 베인 에어 포일부 트레일링 에지(526b)를 포함할 수 있다.The turbine vane
여기서, 상기 터빈(500)은 상기 압축기(200)와 달리 고온 고압의 연소 가스와 접촉하므로, 열화 등의 손상을 방지하기 위한 냉각 수단을 필요로 한다. Here, since the
이에 따라, 본 실시예에 따른 가스 터빈은, 상기 압축기(200)의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 상기 터빈(500)으로 공급하는 냉각 유로를 더 포함할 수 있다.Accordingly, the gas turbine according to the present embodiment may further include a cooling flow path for supplying the compressed air compressed at a portion of the
상기 냉각 유로는 상기 하우징(100)의 외부에서 연장되거나(외부 유로), 상기 로터(600)의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 외부 유로 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다. The cooling passage may extend from the outside of the housing 100 (outside passage), may extend through the inside of the rotor 600 (inside passage), and both the outer passage and the inner passage may be used.
그리고, 상기 냉각 유로는 상기 터빈 블레이드(510)의 내부에 형성되는 터빈 블레이드 쿨링 유로와 연통되어, 상기 터빈 블레이드(510)가 공기(냉각 유체)에 의해 냉각될 수 있다.In addition, the cooling passage may communicate with a turbine blade cooling passage formed in the
그리고, 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로는 상기 터빈 블레이드(510)의 표면에 형성되는 터빈 블레이드 필름 쿨링 홀과 연통되어, 공기(냉각 유체)가 상기 터빈 블레이드(510)의 표면에 공급됨으로써, 상기 터빈 블레이드(510)가 공기(냉각 유체)에 의해 소위 막 냉각될 수 있다.In addition, the turbine blade cooling passage is in communication with the turbine blade film cooling hole formed on the surface of the
이외에도, 상기 터빈 베인(520) 역시 상기 터빈 블레이드(510)와 유사하게 상기 냉각 유로로부터 공기(냉각 유체)를 공급받아 냉각될 수 있도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 터빈 베인(520)의 내부에는 상기 냉각 유로로부터 공급받는 공기(냉각 유체)가 통과하는 터빈 베인 쿨링 유로(528)가 형성될 수 있다. In addition, the
한편, 상기 터빈(500)은 상기 터빈 블레이드(510)가 원활히 회전 가능하도록 상기 터빈 블레이드(510)의 익단과 상기 터빈 하우징(130)의 내주면 사이에 간극을 필요로 한다.On the other hand, the
다만, 상기 간극은 넓을수록 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간섭 방지 측면에서 유리하지만 연소 가스 누설 측면에서 불리하고, 좁을수록 그 반대가 된다. 즉, 상기 연소기(400)로부터 분사되는 연소 가스의 유동은 상기 터빈 블레이드(510)를 관류하는 주 유동 및 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간극을 통과하는 누설 유동으로 구분될 수 있는데, 상기 간극이 넓을수록, 상기 누설 유동이 증가되어 가스 터빈 효율이 저하되나, 열 변형 등에 의한 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간섭 및 그에 따른 손상이 방지될 수 있다. 반면, 상기 간극이 좁을수록, 상기 누설 유동이 감소되어 가스 터빈 효율이 향상되나, 열 변형 등에 의한 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간섭 및 이에 따른 손상이 발생될 수 있다. However, the wider the gap, the more advantageous in terms of interference prevention between the
이에 따라, 본 실시예에 따른 가스 터빈은, 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간섭 및 이에 따른 손상을 방지하면서 가스 터빈 효율 저하를 최소화할 수 있는 적정한 간극을 확보하도록, 실링 수단을 더 포함할 수 있다.Accordingly, the gas turbine according to the present embodiment, the sealing to ensure an appropriate gap that can minimize the reduction in gas turbine efficiency while preventing interference between the
상기 실링 수단은, 상기 터빈 블레이드(510)의 익단에 위치하는 슈라우드, 상기 슈라우드로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 돌출되는 래버린스 실 및 상기 터빈 하우징(130)의 내주면에 설치되는 허니콤 실을 포함할 수 있다.The sealing means is installed on the shroud located at the tip of the
이러한 구성에 따른 상기 실링 수단은, 상기 래버린스 실과 상기 허니콤 실 사이에 적정의 간극이 형성됨으로써, 연소 가스 누설에 의한 가스 터빈 효율 저하를 최소화하면서, 고속으로 회전되는 상기 슈라우드와 고정되어 있는 상기 허니콤 실 사이의 직접적인 접촉 및 이에 따른 손상을 방지할 수 있다. The sealing means according to this configuration is fixed to the shroud rotated at high speed while forming a proper gap between the labyrinth seal and the honeycomb seal, thereby minimizing a decrease in gas turbine efficiency due to combustion gas leakage. Direct contact between the honeycomb yarns and the resulting damage can be prevented.
이외에도, 상기 터빈(500)은 상기 터빈 베인(520)과 상기 로터(600) 사이에서의 누설을 차단하기 위한 실링 수단을 더 포함할 수 있고, 이에는 상술한 상기 래버린스 실 외에 브러시 실 등이 활용될 수 있다.In addition, the
이러한 구성에 따른 가스 터빈은, 상기 하우징(100)으로 유입되는 공기가 상기 압축기(200)에 의해 압축되고, 상기 압축기(200)에 의해 압축된 공기가 상기 연소기(400)에 의해 연료와 혼합된 뒤 연소되어 연소 가스가 되고, 상기 연소기(400)에서 생성된 연소 가스가 상기 터빈(500)으로 유입되고, 상기 터빈(500)으로 유입된 연소 가스가 상기 터빈 블레이드(510)를 통해 상기 로터(600)를 회전시킨 후 상기 디퓨저를 통해 대기로 배출되며, 연소 가스에 의해 회전되는 상기 로터(600)가 상기 압축기(200) 및 상기 발전기를 구동할 수 있다. 즉, 상기 터빈(500)에서 얻은 기계적 에너지 중 일부는 상기 압축기(200)에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되고, 나머지는 상기 발전기로 전력을 생산하는데 이용될 수 있다.In the gas turbine according to this configuration, the air flowing into the
한편, 본 실시예에 따른 가스 터빈은, 상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)에 공기(냉각 유체)의 유동 방향을 전향시켜 고르게 분산시키는 가이드 베인(529)을 구비함으로써, 상기 터빈 베인(520)에 온도 구배 및 열 응력이 발생되는 것을 방지하도록 형성될 수 있다. On the other hand, the gas turbine according to the present embodiment, the turbine vane
구체적으로, 전술한 바와 같이 상기 터빈 베인(520)의 내부에는 상기 터빈 베인(520)을 냉각시키기 위한 공기(냉각 유체)가 통과하는 상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)가 형성되고, 상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)는 열교환 면적을 증대시켜 냉각 성능을 향상시키도록 상기 터빈 베인(520)의 내부에서 지그재그 형태로 형성될 수 있다.Specifically, as described above, the turbine
즉, 상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)는, 상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)로 유입된 공기(냉각 유체)를 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 익근 측으로부터 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 익단 측으로 안내하는 제1 터빈 베인 쿨링 유로(528a), 상기 제1 터빈 베인 쿨링 유로(528a)를 통과한 냉각 유체의 유동 방향을 상기 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 익근 측으로 전향시키는 제2 터빈 베인 쿨링 유로(528b), 상기 제2 터빈 베인 쿨링 유로(528b)를 통과한 냉각 유체를 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 익단 측으로부터 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 익근 측으로 안내하는 제3 터빈 베인 쿨링 유로(528c), 상기 제3 터빈 베인 쿨링 유로(528c)를 통과한 냉각 유체의 유동 방향을 상기 터빈 베인 에어 포일부 트레일링 에지(526b) 측으로 전향시키는 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d) 및 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)를 통과한 냉각 유체를 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 익근 측으로부터 상기 터빈 베인 에어 포일부 트레일링 에지(526b)의 전 영역으로 분배하는 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f)를 포함할 수 있다. That is, the turbine vane
여기서, 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f)는, 공기(냉각 유체)가 상기 터빈 베인(520)의 외부로 원활히 토출되도록 하고, 냉각 성능 극대화를 위해, 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f)의 유동 단면적이 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)의 유동 단면적보다 확대되게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f)는, 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 익근 측에 위치되어 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)의 출구에 대향되는 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위(입구 대향 부위)(528e) 및 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위(528e)를 기준으로 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 익단 측에 위치되어 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)의 출구에 대향되지 않는 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f)를 포함하여, 상기 터빈 베인 에어 포일부 트레일링 에지(526b)의 전 영역에 걸쳐 형성될 수 있다. Here, the fifth turbine
이때, 상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)를 따라 유동되는 공기(냉각 유체)는 상기 터빈 베인(520)의 내부에서 지그재그 형태로 유동되다가 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)에서 전향되어 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f)를 통해 상기 터빈 베인(520)의 외부로 토출되며 상기 터빈 베인(520)을 냉각시키는데, 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f)가 확경부로 형성됨에 따라, 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)를 통과한 공기(냉각 유체)의 대부분은 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위(528e)로만 공급되고, 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(528f)에는 공기(냉각 유체)가 거의 공급되지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위(528e) 측은 과다 냉각되고, 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(528f) 측은 과소 냉각되거나 냉각되지 못하여, 상기 터빈 베인 에어 포일부 트레일링 에지(526b)에 온도 구배 및 열응력이 발생되고, 상기 터빈 베인 에어 포일부 트레일링 에지(526b)에 손상이 발생될 수 있다. At this time, the air (cooling fluid) flowing along the turbine
이를 고려하여, 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)와 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f) 사이 경계 부위에 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)를 통과한 공기(냉각 유체)의 일부를 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(528f) 측으로 안내하는 상기 가이드 베인(529)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 확경부의 입구 측에 상기 확경부의 입구로 유입되는 공기(냉각 유체)의 일부를 상기 입구 비대향 부위 측으로 안내하는 상기 가이드 베인(529)이 형성될 수 있다. In consideration of this, the air (cooling fluid) of the air passing through the fourth turbine vane
상기 가이드 베인(529)은 상기 가이드 베인(529)으로 입사되는 공기(냉각 유체)의 유동 방향을 전향시키도록 예를 들어 익형 형태로 형성되고, 전체적으로는 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)로부터 토출되는(확경부의 입구로부터 유입되는)(가이드 베인(529)으로 입사되는) 공기(냉각 유체)의 유동 방향에 대해 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f) 측으로 경사진 판형으로 형성될 수 있다. The
여기서, 상기 가이드 베인(529)은, 상기 가이드 베인(529)에 의한 악영향을 최소화하도록 일체로 형성되고, 일체의 가이드 베인(529)으로도 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f)의 전 영역에 공기(냉각 유체)가 고르게 분배되도록 대략 45도 각도로 경사지게 형성될 수 있다. Here, the
즉, 상기 가이드 베인(529)은 상기 가이드 베인(529)이 형성되는 부위에서 상기 터빈 베인(520)의 국부적 강성 변화를 발생시켜, 불균일한 열변형 및 이에 따른 손상을 발생시킬 수 있는데, 본 실시예에 따른 상기 가이드 베인(529)은 일체로 형성됨으로써, 이러한 문제점을 최소화할 수 있다. That is, the
그리고, 상기 가이드 베인(529)이 일체로 형성될 경우에는, 상기 가이드 베인(529)으로 안내되는 공기(냉각 유체)가 상기 터빈 베인 에어 포일부(526)의 익단 측까지 이르기 어려울 수 있는데, 본 실시예에 따른 일체의 상기 가이드 베인(529)은 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)로부터 토출되는(확경부의 입구로부터 유입되는)(가이드 베인(529)으로 입사되는) 공기(냉각 유체)의 유동 방향을 기준으로 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f) 측으로 대략 45도 각도로 경사지게 형성됨으로써, 이러한 문제점을 방지할 수 있다. When the
또한, 상기 가이드 베인(529)은, 공기(냉각 유체)를 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f)의 전 영역에 고르게 분배하도록, 상기 가이드 베인(529)이 형성되는 위치에서의 유동 단면적을 이등분하도록 형성될 수 있다. In addition, the
즉, 상기 가이드 베인(529)은, 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위(입구 대향 부위)(528e)와 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f)를 가로지르는 방향(로터의 회전 반경 방향) 상, 상기 가이드 베인(529)으로부터 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위(입구 대향 부위)(528e) 측 벽부까지의 거리와 상기 가이드 베인(529)으로부터 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f) 측 벽부까지의 거리가 동일하게 형성될 수 있다. That is, the
이러한 구성에 따른 상기 가이드 베인(529)을 포함하는 본 실시예에 따른 가스 터빈은, 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)를 통과한 공기(냉각 유체)의 일부는 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위(528e)로 공급되고, 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)를 통과한 공기(냉각 유체)의 나머지는 상기 가이드 베인(529)에 의해 전향되어 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(528f)로 공급됨으로써, 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f)의 전 영역에 공기(냉각 유체)가 고르게 공급될 수 있다. 이에 의하여, 상기 터빈 베인 에어 포일부 트레일링 에지(526b)가 고르게 냉각되고, 상기 터빈 베인 에어 포일부 트레일링 에지(526b)에 온도 구배가 발생되는 것이 방지되고, 상기 터빈 베인 에어 포일부 트레일링 에지(526b)에 열응력이 발생되는 것이 방지되며, 상기 터빈 베인 에어 포일부 트레일링 에지(526b)에 손상이 발생되는 것이 방지될 수 있다. In the gas turbine according to the present embodiment including the
한편, 전술한 실시예의 경우 국소적 강성 변화에 따른 악영향을 최소화하도록 상기 가이드 베인(529)은 하나로 형성되나, 도 3에 도시된 바와 같이 그러한 악영향이 크지 않은 범위 내에서 공기(냉각 유체)의 더욱 고른 분배를 위해 상기 가이드 베인(529)이 두 개로 형성될 수 있다. On the other hand, in the above-described embodiment, the
즉, 첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 터빈의 가이드 베인(529)은, 제1 가이드 베인(529a) 및 상기 제1 가이드 베인(529a)의 하류 측에 위치되는 제2 가이드 베인(529b)을 포함할 수 있다. That is, referring to the accompanying FIG. 3, the
여기서, 상기 제1 가이드 베인(529a)의 하류는, 상기 제1 가이드 베인(529a)을 기준으로 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위(입구 대향 부위)(528e) 측에 위치되는 제1 가이드 베인 제1 하류(D1) 및 상기 제1 가이드 베인(529a)을 기준으로 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f) 측에 위치되는 제1 가이드 베인 제2 하류(D2)로 구분될 수 있고, 상기 제2 가이드 베인(529b)은, 공기(냉각 유체)가 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위(입구 대향 부위)(528e)보다 유동 단면적이 넓은 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f)에 더욱 많이 공급되어 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f)의 전 영역에 걸쳐 더욱 고르게 분배되도록, 상기 제1 가이드 베인 제1 하류(D1)에 형성될 수 있다. Here, the downstream of the
그리고, 공기(냉각 유체)가 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f)의 전 영역에 걸쳐 더욱더 고르게 분배되도록, 상기 제1 가이드 베인(529a)은 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(확경부)(528e, 528f)의 입구로부터 유입되는 공기(냉각 유체)의 유동 방향에 대해 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f) 측으로 경사지게 형성되고, 상기 제2 가이드 베인(529b)은 상기 제1 가이드 베인 제1 하류(D1) 측으로 유입되는 공기(냉각 유체)의 유동 방향에 대해 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f) 측으로 경사지게 형성되며, 상기 제1 가이드 베인(529a)은 상기 제2 가이드 베인(529b)보다 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f) 측으로 더 경사지게 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 가이드 베인(529a)은 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(확경부)(528e, 528f)의 입구로부터 유입되는 공기(냉각 유체)의 유동 방향을 기준으로 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f) 측으로 대략 45도 각도로 경사지게 형성되고, 상기 제2 가이드 베인(529b)은 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(확경부)(528e, 528f)의 입구로부터 유입되는 공기(냉각 유체)의 유동 방향을 기준으로 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f) 측으로 대략 30도 각도로 경사지게 형성될 수 있다. In addition, the
그리고, 공기(냉각 유체)가 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f)의 전 영역에 걸쳐 훨씬 더 고르게 분배되도록, 상기 제1 가이드 베인(529a)은 상기 제1 가이드 베인(529a)이 형성되는 위치에서의 유동 단면적을 이등분하도록 형성되고, 상기 제2 가이드 베인(529b)은 상기 제2 가이드 베인(529b)이 형성되는 위치에서의 유동 단면적을 이등분하도록 형성될 수 있다. In addition, the
즉, 상기 제1 가이드 베인(529a)은, 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위(입구 대향 부위)(528e)와 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f)를 가로지르는 방향(로터의 회전 반경 방향) 상, 상기 제1 가이드 베인(529a)으로부터 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위(입구 대향 부위)(528e) 측 벽부까지의 거리와 상기 제1 가이드 베인(529a)으로부터 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f) 측 벽부까지의 거리가 동일하게 형성될 수 있다. That is, the
그리고, 상기 제2 가이드 베인(529b)은, 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위(입구 대향 부위)(528e)와 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(입구 비대향 부위)(528f)를 가로지르는 방향(로터의 회전 반경 방향) 상, 상기 제2 가이드 베인(529b)으로부터 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위(입구 대향 부위)(528e) 측 벽부까지의 거리와 상기 제2 가이드 베인(529b)으로부터 상기 제1 가이드 베인(529a)까지의 거리가 동일하게 형성될 수 있다. The
한편, 전술한 실시예의 경우 상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)가 상기 제1 터빈 베인 쿨링 유로(528a), 상기 제2 터빈 베인 쿨링 유로(528b), 상기 제3 터빈 베인 쿨링 유로(528c), 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d) 및 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f)를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 별도로 도시하지는 않았지만, 상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)의 유동 방향, 전향 회수 등 상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)의 형상은 적절히 변형될 수 있다. Meanwhile, in the above-described embodiment, the turbine
한편, 전술한 실시예의 경우 상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)에 상기 가이드 베인(529)이 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 별도로 도시하지는 않았지만, 예를 들어, 상기 압축기 베인(220)에도 쿨링 유로 및 가이드 베인이 형성될 수도 있다.Meanwhile, in the above-described embodiment, the
100: 하우징
200: 압축기
210: 압축기 블레이드
220: 압축기 베인
400: 연소기
500: 터빈
510: 터빈 블레이드
520: 터빈 베인
526b: 터빈 베인 에어 포일부 트레일링 에지
528: 터빈 베인 쿨링 유로
528a: 제1 터빈 베인 쿨링 유로
528b: 제2 터빈 베인 쿨링 유로
528c: 제3 터빈 베인 쿨링 유로
528d: 제4 터빈 베인 쿨링 유로
528e: 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위
528f: 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위
529: 가이드 베인
529a: 제1 가이드 베인
529b: 제2 가이드 베인
600: 로터
D1: 제1 가이드 베인 제1 하류
D2: 측에 위치되는 제1 가이드 베인 제2 하류100: housing
200: compressor
210: compressor blade
220: compressor vane
400: burner
500: turbine
510 turbine blade
520 turbine vanes
526b: turbine vane airfoil trailing edge
528: turbine vane cooling euro
528a: first turbine vane cooling path
528b: second turbine vane cooling path
528c: third turbine vane cooling path
528d: fourth turbine vane cooling euro
528e: fifth turbine vane cooling flow path first portion
528f: 5th turbine vane cooling flow path 2nd part
529: guide vanes
529a: first guide vane
529b: 2nd guide vane
600: rotor
D1: first guide vane first downstream
D2: first guide vane second downstream located on the side
Claims (20)
상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(600);
상기 로터(600)로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기(200);
상기 압축기(200)에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기(400); 및
상기 연소기(400)에서 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터(600)를 회전시키는 터빈(500);을 포함하고,
상기 터빈(500)은,
상기 로터(600)와 함께 회전되는 터빈 블레이드(510); 및
상기 터빈 블레이드(510)로 유입되는 연소 가스의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징(100)에 고정 설치되는 터빈 베인(520);을 포함하고,
상기 터빈 베인(520)에는 상기 터빈 베인(520)을 냉각시키기 위한 냉각 유체가 통과하는 터빈 베인 쿨링 유로(528)가 형성되고,
상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)에는 냉각 유체의 유동 방향을 전향시키는 가이드 베인(529)이 형성되고,
상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)는 유동 단면적이 확대되는 확경부(528e, 528f)를 포함하고,
상기 확경부(528e, 528f)는, 상기 확경부(528e, 528f)의 입구에 대향되는 입구 대향 부위(528e); 및 상기 확경부(528e, 528f)의 입구에 대향되지 않는 입구 비대향 부위(528f);를 포함하고,
상기 가이드 베인(529)은 상기 확경부(528e, 528f)의 입구 측에서 상기 확경부(528e, 528f)의 입구로 유입되는 냉각 유체의 일부를 상기 입구 비대향 부위(528f) 측으로 안내하도록 형성되고,
상기 가이드 베인(529)은, 제1 가이드 베인(529a); 및 상기 제1 가이드 베인(529a)의 하류 측에 위치되는 제2 가이드 베인(529b);을 포함하고,
상기 제1 가이드 베인(529a)은 상기 제1 가이드 베인(529a)이 형성되는 위치에서의 유동 단면적을 이등분하도록, 상기 입구 대향 부위(528e)와 상기 입구 비대향 부위(528f)를 가로지르는 방향 상, 상기 제1 가이드 베인(529a)으로부터 상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)의 일측 벽부까지의 거리와 상기 제1 가이드 베인(529a)으로부터 상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)의 타측 벽부까지의 거리가 동일하게 형성되고,
상기 제2 가이드 베인(529b)은 상기 제2 가이드 베인(529b)이 형성되는 위치에서의 유동 단면적을 이등분하도록, 상기 입구 대향 부위(528e)와 상기 입구 비대향 부위(528f)를 가로지르는 방향 상, 상기 제2 가이드 베인(529b)으로부터 상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)의 일측 벽부까지의 거리와 상기 제2 가이드 베인(529b)으로부터 상기 제1 가이드 베인(529a)까지의 거리가 동일하게 형성되는 가스 터빈.A housing 100;
A rotor (600) rotatably provided in the housing (100);
Compressor 200 for receiving the rotational force from the rotor 600 to compress the air;
Combustor 400 for mixing the fuel compressed in the compressor 200 and ignited to produce a combustion gas; And
And a turbine 500 that rotates the rotor 600 by obtaining a rotational force from the combustion gas generated by the combustor 400.
The turbine 500,
A turbine blade 510 rotated together with the rotor 600; And
And a turbine vane 520 fixed to the housing 100 to align the flow of the combustion gas flowing into the turbine blade 510.
The turbine vane 520 is provided with a turbine vane cooling passage 528 through which a cooling fluid for cooling the turbine vane 520 passes.
The turbine vane cooling passage 528 is formed with a guide vane 529 for redirecting the flow direction of the cooling fluid,
The turbine vane cooling passage 528 includes enlarged diameter portions 528e and 528f in which a flow cross section is enlarged.
The enlarged diameter portions 528e and 528f may include an inlet opposing portion 528e opposed to an inlet of the enlarged diameter portions 528e and 528f; And an inlet non-facing portion 528f that does not face the inlets of the enlarged diameter portions 528e and 528f.
The guide vane 529 is formed to guide a portion of the cooling fluid flowing from the inlet side of the enlarged diameter portions 528e and 528f to the inlet of the enlarged diameter portions 528e and 528f toward the inlet non-facing portion 528f. ,
The guide vane 529 may include a first guide vane 529a; And a second guide vane 529b positioned downstream of the first guide vane 529a.
The first guide vane 529a crosses the inlet opposing portion 528e and the inlet non-opposing portion 528f so as to bisect the flow cross-sectional area at the position where the first guide vane 529a is formed. The distance from the first guide vane 529a to one wall of the turbine vane cooling channel 528 and the distance from the first guide vane 529a to the other wall of the turbine vane cooling channel 528 are the same. Formed,
The second guide vane 529b crosses the inlet opposing portion 528e and the inlet non-opposing portion 528f so as to bisect the flow cross section at the position where the second guide vane 529b is formed. The distance from the second guide vane 529b to one wall of the turbine vane cooling passage 528 and the distance from the second guide vane 529b to the first guide vane 529a are equally formed. Gas turbine.
상기 가이드 베인(529)은 일체로 형성되는 가스 터빈.The method of claim 1,
The guide vane (529) is a gas turbine formed integrally.
상기 가이드 베인(529)은 상기 확경부(528e, 528f)의 입구로부터 유입되는 냉각 유체의 유동 방향에 대해 상기 입구 비대향 부위(528f) 측으로 경사지게 형성되는 가스 터빈.The method of claim 4, wherein
The guide vane (529) is formed to be inclined toward the inlet non-facing portion (528f) with respect to the flow direction of the cooling fluid flowing from the inlet of the enlarged portion (528e, 528f).
상기 가이드 베인(529)은 두 개로 형성되는 가스 터빈.The method of claim 1,
The gas turbine is formed of two guide vanes (529).
상기 제1 가이드 베인(529a)의 하류는,
상기 제1 가이드 베인(529a)을 기준으로 상기 입구 대향 부위(528e) 측에 위치되는 제1 가이드 베인 제1 하류(D1); 및
상기 제1 가이드 베인(529a)을 기준으로 상기 입구 비대향 부위(528f) 측에 위치되는 제1 가이드 베인 제2 하류(D2);로 구분되고,
상기 제2 가이드 베인(529b)은 상기 제1 가이드 베인 제1 하류(D1)에 위치되는 가스 터빈.The method of claim 8,
Downstream of the first guide vane 529a,
A first guide vane first downstream (D1) positioned on the inlet opposing portion (528e) side with respect to the first guide vane (529a); And
A first guide vane second downstream D2 positioned on the inlet non-facing part 528f side with respect to the first guide vane 529a;
And the second guide vane (529b) is located first downstream of the first guide vane (D1).
상기 제1 가이드 베인(529a)은 상기 확경부(528e, 528f)의 입구로부터 유입되는 냉각 유체의 유동 방향에 대해 상기 입구 비대향 부위(528f) 측으로 경사지게 형성되고,
상기 제2 가이드 베인(529b)은 상기 제1 가이드 베인 제1 하류(D1) 측으로 유입되는 냉각 유체의 유동 방향에 대해 상기 입구 비대향 부위(528f) 측으로 경사지게 형성되는 가스 터빈.The method of claim 9,
The first guide vane 529a is formed to be inclined toward the inlet non-facing portion 528f with respect to the flow direction of the cooling fluid flowing from the inlets of the enlarged diameter portions 528e and 528f,
And the second guide vane (529b) is inclined toward the inlet non-facing portion (528f) with respect to the flow direction of the cooling fluid flowing into the first guide vane first downstream (D1) side.
상기 제1 가이드 베인(529a)은 상기 제2 가이드 베인(529b)보다 상기 입구 비대향 부위(528f) 측으로 더 경사지게 형성되는 가스 터빈.The method of claim 14,
And the first guide vane (529a) is formed to be inclined more toward the inlet non-facing portion (528f) than the second guide vane (529b).
상기 제1 가이드 베인(529a)은 상기 확경부(528e, 528f)의 입구로부터 유입되는 냉각 유체의 유동 방향을 기준으로 상기 입구 비대향 부위(528f) 측으로 45도 각도로 경사지게 형성되고,
상기 제2 가이드 베인(529b)은 상기 확경부(528e, 528f)의 입구로부터 유입되는 냉각 유체의 유동 방향을 기준으로 상기 입구 비대향 부위(528f) 측으로 30도 각도로 경사지게 형성되는 가스 터빈. The method of claim 15,
The first guide vane 529a is formed to be inclined at an angle of 45 degrees toward the inlet non-facing portion 528f with respect to the flow direction of the cooling fluid flowing from the inlets of the enlarged diameter portions 528e and 528f,
The second guide vane (529b) is formed to be inclined at an angle of 30 degrees toward the inlet non-facing portion (528f) relative to the flow direction of the cooling fluid flowing from the inlet of the enlarged portion (528e, 528f).
상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)는,
상기 터빈 베인 쿨링 유로(528)로 유입된 냉각 유체를 상기 터빈 베인(520)의 익근 측으로부터 상기 터빈 베인(520)의 익단 측으로 안내하는 제1 터빈 베인 쿨링 유로(528a);
상기 제1 터빈 베인 쿨링 유로(528a)를 통과한 냉각 유체의 유동 방향을 상기 익근 측으로 전향시키는 제2 터빈 베인 쿨링 유로(528b);
상기 제2 터빈 베인 쿨링 유로(528b)를 통과한 냉각 유체를 상기 익단 측으로부터 상기 익근 측으로 안내하는 제3 터빈 베인 쿨링 유로(528c);
상기 제3 터빈 베인 쿨링 유로(528c)를 통과한 냉각 유체의 유동 방향을 상기 터빈 베인(520)의 트레일링 에지 측으로 전향시키는 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d); 및
상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)를 통과한 냉각 유체를 상기 익근 측으로부터 상기 트레일링 에지의 전 영역으로 분배하는 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f);를 포함하고,
상기 가이드 베인(529)은 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)와 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f) 사이 경계 부위에 형성되는 가스 터빈.The method of claim 1,
The turbine vane cooling passage 528 is,
A first turbine vane cooling channel 528a for guiding the cooling fluid introduced into the turbine vane cooling channel 528 from the blade side of the turbine vane 520 to the tip side of the turbine vane 520;
A second turbine vane cooling channel 528b for redirecting the flow direction of the cooling fluid passing through the first turbine vane cooling channel 528a to the blade root side;
A third turbine vane cooling channel 528c for guiding the cooling fluid that has passed through the second turbine vane cooling channel 528b from the tip side to the blade side;
A fourth turbine vane cooling channel 528d for redirecting the flow direction of the cooling fluid passing through the third turbine vane cooling channel 528c to the trailing edge side of the turbine vane 520; And
And fifth turbine vane cooling passages (528e, 528f) for distributing the cooling fluid passing through the fourth turbine vane cooling passage (528d) from the blade root side to the entire region of the trailing edge.
And the guide vane (529) is formed at a boundary between the fourth turbine vane cooling channel (528d) and the fifth turbine vane cooling channel (528e, 528f).
상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로(528e, 528f)는,
상기 익근 측에 위치되는 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제1 부위(528e); 및
상기 익단 측에 위치되는 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(528f);를 포함하고,
상기 가이드 베인(529)은 상기 제4 터빈 베인 쿨링 유로(528d)를 통과한 냉각 유체의 일부를 상기 제5 터빈 베인 쿨링 유로 제2 부위(528f) 측으로 안내하도록 형성되는 가스 터빈.The method of claim 17,
The fifth turbine vane cooling passages (528e, 528f),
A fifth turbine vane cooling flow path first portion 528e positioned on the blade root side; And
And a fifth turbine vane cooling channel second portion 528f positioned on the tip side.
The guide vane (529) is formed to guide a portion of the cooling fluid passing through the fourth turbine vane cooling flow path (528d) toward the fifth turbine vane cooling flow path second portion (528f) side.
상기 가이드 베인(529)은 두 개 이하로 형성되고,
각 가이드 베인(529)은 상기 가이드 베인(529)으로 유입되는 냉각 유체의 유량을 이등분하도록 형성되는 가스 터빈.The method of claim 18,
The guide vane 529 is formed of two or less,
Each guide vane (529) is formed to bisect the flow rate of the cooling fluid flowing into the guide vanes (529).
상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(600);
상기 로터(600)와 함께 회전되는 블레이드(210, 510); 및
상기 블레이드(210, 510)로 유입되는 유체의 흐름을 정렬하는 베인(220, 520);을 포함하고,
상기 베인(220, 520)에는 냉각 유체가 통과하는 쿨링 유로가 형성되고,
상기 쿨링 유로에는 냉각 유체를 분산시키는 가이드 베인이 형성되고,
상기 쿨링 유로는 유동 단면적이 확대되는 확경부를 포함하고,
상기 확경부는, 상기 확경부의 입구에 대향되는 입구 대향 부위; 및 상기 확경부의 입구에 대향되지 않는 입구 비대향 부위;를 포함하고,
상기 가이드 베인은 상기 확경부의 입구 측에서 상기 확경부의 입구로 유입되는 냉각 유체의 일부를 상기 입구 비대향 부위 측으로 안내하도록 형성되고,
상기 가이드 베인은, 제1 가이드 베인; 및 상기 제1 가이드 베인의 하류 측에 위치되는 제2 가이드 베인;을 포함하고,
상기 제1 가이드 베인은 상기 제1 가이드 베인이 형성되는 위치에서의 유동 단면적을 이등분하도록, 상기 입구 대향 부위와 상기 입구 비대향 부위를 가로지르는 방향 상, 상기 제1 가이드 베인으로부터 상기 쿨링 유로의 일측 벽부까지의 거리와 상기 제1 가이드 베인으로부터 상기 쿨링 유로의 타측 벽부까지의 거리가 동일하게 형성되고,
상기 제2 가이드 베인은 상기 제2 가이드 베인이 형성되는 위치에서의 유동 단면적을 이등분하도록, 상기 입구 대향 부위와 상기 입구 비대향 부위를 가로지르는 방향 상, 상기 제2 가이드 베인으로부터 상기 쿨링 유로의 일측 벽부까지의 거리와 상기 제2 가이드 베인으로부터 상기 제1 가이드 베인까지의 거리가 동일하게 형성되는 가스 터빈.A housing 100;
A rotor (600) rotatably provided in the housing (100);
Blades (210, 510) rotated together with the rotor (600); And
And vanes (220, 520) for aligning the flow of fluid flowing into the blades (210, 510),
Cooling flow paths through which cooling fluid passes are formed in the vanes 220 and 520,
Guide vanes for dispersing cooling fluid are formed in the cooling passage,
The cooling flow path includes an enlarged portion in which the flow cross section is enlarged,
The enlarged diameter portion, the inlet opposing portion facing the inlet of the enlarged diameter portion; And an inlet non-facing portion that is not opposed to the inlet of the enlarged diameter portion.
The guide vane is formed to guide a part of the cooling fluid flowing into the inlet of the enlarged diameter part from the inlet side of the enlarged diameter part toward the inlet non-facing part side,
The guide vane may include a first guide vane; And a second guide vane positioned downstream of the first guide vane;
The first guide vane is one side of the cooling passage from the first guide vane in a direction crossing the inlet opposing portion and the non-inlet opposing portion so as to bisec the flow cross-sectional area at the position where the first guide vane is formed. The distance to the wall portion and the distance from the first guide vane to the other wall portion of the cooling flow path is formed equally,
The second guide vane is one side of the cooling flow path from the second guide vane in a direction crossing the inlet opposing portion and the non-inlet opposing portion so as to bisec the flow cross-sectional area at the position where the second guide vane is formed. And a distance from the second guide vane to the first guide vane is equally formed.
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