KR102021046B1

KR102021046B1 - 가스터빈의 연소 덕트 지지구조

Info

Publication number: KR102021046B1
Application number: KR1020180004585A
Authority: KR
Inventors: 김근철
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2038-01-12
Also published as: KR20190086265A

Abstract

개시되는 발명은 가스터빈의 연소 덕트에 설치되는 브래킷과, 상기 브래킷과 결합하도록 하우징에 설치되는 메이팅 브래킷을 포함하는 가스터빈의 연소 덕트 지지구조에 관한 것으로서, 상기 브래킷과 메이팅 브래킷의 결합중심선을 기준으로 하여, 상기 브래킷에는 결합 홈이 형성된 플랜지가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되는 한편 상기 메이팅 브래킷에는 상기 플랜지의 결합 홈에 끼워지는 돌출된 탭 부가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되며, 상기 한 쌍의 탭 부는 각각 서로 평행을 이루는 메인 탭 부와, 상기 메인 탭 부의 단부에 대해 절곡된 보조 탭 부를 포함하고, 상기 플랜지의 결합 홈은 상기 탭 부에 대응하는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

가스터빈의 연소 덕트 지지구조{Supporting structure of combustion duct for gas turbine engine}

본 발명은 가스터빈의 연소 덕트 지지구조에 관한 것으로서, 특히 가스터빈의 연소 덕트 조립체를 구성하는 트랜지션 피스를 지지하는 구조를 개선함으로써 연소 덕트의 설치와 점검 등의 각종 편의성을 형상시킬 수 있는 가스터빈의 연소 덕트 지지구조에 관한 것이다.

가스터빈 엔진의 열역학적 사이클은 이상적으로는 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 따른다. 브레이튼 사이클은 등엔트로피 압축(단열 압축), 정압 급열, 등엔트로피 팽창(단열 팽창), 정압 방열의 4가지 과정으로 구성된다. 즉, 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 정압 환경에서 연료를 연소하여 열에너지를 방출하고, 이 고온의 연소가스를 팽창시켜 운동에너지로 변환시킨 후에 잔여 에너지를 담은 배기가스를 대기중으로 방출한다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어지는 것이다.

위와 같은 브레이튼 사이클을 실현하기 위해, 가스 터빈 엔진은 압축기와 연소기, 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입 및 압축하여 연소기로 공급하며, 연소기는 공급된 공기로 연료를 정압 연소하여 고온의 연소 가스를 만든다. 연소기에서 만들어진 고온의 연소 가스는 터빈으로 공급되어 단열 팽창을 통한 동력 발생으로 이용되는데, 고온의 연소 가스를 연소기에서 터빈까지 전달하기 위한 덕트 구조물이 필요하며, 이러한 덕트 구조물은 연소 덕트 조립체라 부를 수 있다.

연소 덕트 조립체는 통상적으로 연소기에 인접 배치되어 연소실을 형성하는 라이너와, 상기 라이너와 연결되어 터빈까지 연장되는 트랜지션 피스로 이루어진다. 라이너와 트랜지션 피스로 나누어서 연소 덕트 조립체를 만드는 것은 고온의 연소 가스에 의한 열 팽창을 흡수하기에는 단일 덕트 구조로는 매우 힘들기 때문이다.

라이너와 트랜지션 피스는 비교적 얇은 덕트 구조물인데, 연소 진동이나 가스터빈의 구동 진동 등에 견디기 위한 지지구조가 필요하다. 라이너는 대체로 원형 단면의 형태를 이루고 있고 연소기의 버너 등에 끼워서 지지하기 쉬운 구조인 반면, 트랜지션 피스는 단면 형태가 터빈으로 가면서 점점 비정형적으로 변화하기 때문에 중간 부분을 브래킷 구조물로서 지지하는 구조를 취하는 경우가 많다. 트랜지션 피스를 지지하기 위한 브래킷을 보통 불 혼 브래킷(Bull horn bracket)이라 부르는데, 이는 소뿔처럼 브래킷의 지지구조가 안쪽으로 비스듬하게 경사져 있기 때문이다(도 2 참조).

그런데, 종래의 불 혼 브래킷은 그 경사진 구조로 인해 트랜지션 피스를 설치할 때나, 나중에 유지·보수, 점검을 위해 해체할 경우 많은 불편함을 야기하였으며, 이로 인해 트랜지션 피스에 대한 개선의 요구가 있어 왔다.

미국등록특허 제8,448,444호 (2013.05.28 등록)

본 발명은 종래의 불 혼 브래킷이 가졌던 문제점을 해결함으로써, 연소 덕트를 조립할 때는 물론 나중에 유지·보수, 점검을 위해 해체할 경우에도 불편함이 없이 쉽게 작업할 수 있는 새로운 연소 덕트 지지구조를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명은 가스터빈의 연소 덕트에 설치되는 브래킷과, 상기 브래킷과 결합하도록 하우징에 설치되는 메이팅 브래킷을 포함하는 가스터빈의 연소 덕트 지지구조에 관한 것으로서, 상기 브래킷과 메이팅 브래킷의 결합중심선을 기준으로 하여, 상기 브래킷에는 결합 홈이 형성된 플랜지가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되는 한편 상기 메이팅 브래킷에는 상기 플랜지의 결합 홈에 끼워지는 돌출된 탭 부가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되며, 상기 한 쌍의 탭 부는 각각 서로 평행을 이루는 메인 탭 부와, 상기 메인 탭 부의 단부에 대해 절곡된 보조 탭 부를 포함하고, 상기 플랜지의 결합 홈은 상기 탭 부에 대응하는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 보조 탭 부는 상기 메인 탭 부에 대해 회동 가능한 구조로 연결되며, 상기 보조 탭 부는 상기 메인 탭 부에 대해 회동한 상태를 고정할 수도 있다.

이러한 보조 탭 부와 메인 탭 부는 회동축을 이루는 볼트를 통해 서로 연결되고, 상기 메인 탭 부에 대해 상기 보조 탭 부를 압박하는 너트의 조임에 의해 상기 회동 상태가 고정되도록 구성할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 플랜지는 상기 보조 탭 부를 수용하는 가동 플랜지를 포함하고, 상기 가동 플랜지는 고정 플랜지에 대해 좌우로 이동할 수 있도록 구성된다.

여기서, 상기 가동 플랜지는 상기 브래킷에 대해 홈과 돌기의 연결 구조를 통해 슬라이딩 이동이 가능하도록 결합할 수 있다.

그리고, 좌우 한 쌍으로 이루어지는 상기 가동 플랜지는 상기 브래킷의 중간에 배치된 조정 너트에 대해 각각 나사 결합하는 조정 볼트를 포함하고, 상기 조정 너트의 회전에 의해 상기 좌우 한 쌍의 가동 플랜지가 상기 결합중심선을 기준으로 대칭적으로 동시에 이동하도록 구성할 수도 있다.

한편, 본 발명은 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되고 연소함으로써 팽창하는 고온의 연소 가스가 생성되는 연소기와, 상기 연소기에서 만들어진 상기 연소 가스를 터빈으로 전달하는 연소 덕트 조립체를 포함하는 가스터빈으로서, 상기 연소 덕트 조립체는 스프링 실을 매개로 하여 서로 탄력적으로 연결된 라이너와 트랜지션 피스로 이루어지고, 상기 트랜지션 피스에 설치되는 브래킷과, 상기 브래킷과 결합하도록 하우징에 설치되는 메이팅 브래킷을 포함하는 연소 덕트 지지구조를 포함하며, 상기 브래킷과 메이팅 브래킷의 결합중심선을 기준으로 하여, 상기 브래킷에는 결합 홈이 형성된 플랜지가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되는 한편 상기 메이팅 브래킷에는 상기 플랜지의 결합 홈에 끼워지는 돌출된 탭 부가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되고, 상기 한 쌍의 탭 부는 각각 서로 평행을 이루는 메인 탭 부와, 상기 메인 탭 부의 단부에 대해 절곡된 보조 탭 부를 포함하며, 상기 플랜지의 결합 홈은 상기 탭 부에 대응하는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈을 제공한다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 연소 덕트 지지구조에 의하면, 서로 결속하는 메인 탭 부와 결합 홈 사이에 기울어진 각도가 존재하지 않고, 결합중심선을 기준으로 똑바로 평행을 이루고 있으며, 이에 따라 종래의 불 혼 브래킷처럼 초기 조립시는 물론 가스터빈의 장시간 운전 후 유지, 보수, 점검을 위해 해체할 경우에도 브래킷과 메이팅 브래킷 사이에 끼임이 발생하여 어려움과 불편함을 겪을 우려가 해소된다.

또한, 본 발명에 따른 연소 덕트 지지구조 수평방향은 물론 수직방향으로도 브래킷과 메이팅 브래킷을 상호 결속할 수 있는 다양한 실시형태를 제공하며, 이에 따라 연소 덕트의 조립, 분해, 점검 등의 각종 작업에 대해 더욱 증진된 편의성을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연소 덕트 지지구조가 적용될 수 있는 가스터빈의 일반적인 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 연소 덕트인 트랜지션 피스를 하우징에 대해 지지하는 종래의 브래킷 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 연소 덕트의 지지구조가 가스터빈의 연소기에 적용되는 일례를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 연소 덕트의 지지구조를 전체적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 연소 덕트의 지지구조에 포함되는 메이팅 브래킷의 일 실시형태를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 연소 덕트의 지지구조에 포함되는 브래킷의 일 실시형태를 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부여할 것이며, 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 한다.

그리고, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 개재되면서 간접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고도 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 연소 덕트 조립체 구조가 적용될 수 있는 가스터빈(100)의 일반적인 구성을 보여준다. 이하에서는, 가스터빈(100)의 일반적인 구성에서부터 시작하여, 본 발명의 연소 덕트 조립체 구조에 대해 상세히 설명하기로 한다.

가스터빈(100)은 하우징(102)을 구비하고 있고, 상기 하우징(102)의 후측에는 터빈을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저(106)가 구비되어 있다. 그리고, 상기 디퓨저(106)의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(104)가 배치된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 하여 설명하면, 상기 하우징(102)의 상류 측에 압축기 섹션(110)이 위치하고, 하류 측에 터빈 섹션(120)이 배치된다. 그리고, 상기 압축기 섹션(110)과 상기 터빈 섹션(120)의 사이에는 터빈 섹션(120)에서 발생된 회전토크를 압축기 섹션(110)으로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브(130)가 배치되어 있다.

압축기 섹션(110)에는 복수 개(예를 들어, 14매)의 압축기 로터 디스크(140)가 구비되고, 각각의 압축기 로터 디스크(140)들은 타이로드(150)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

구체적으로, 각각의 압축기 로터 디스크(140)는 대략 중앙을 타이로드(150)가 관통한 상태로서 축 방향을 따라서 서로 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로더 디스크(140)는 대향하는 면이 타이로드(150)에 의해 압착되고, 이로써 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.

압축기 로터 디스크(140)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(144)가 방사상으로 결합되어 있다. 각각의 블레이드(144)는 루트부(146)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(140)에 체결된다.

각각의 로터 디스크(140)의 사이에는 하우징(102)에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 상기 베인은 로터 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 로터 디스크의 블레이드를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 로터 디스크의 블레이드로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.

루트부(146)의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있으며, 이는 루트부(146)가 로터 디스크 상에 형성되는 방향을 기준으로 하여 분류한 것이다. 루트부(146)의 체결방식은 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 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.

타이로드(150)는 복수 개의 압축기 로터 디스크(140)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류 측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타측 단부는 상기 토크튜브(130) 내에서 고정된다.

타이로드(150)의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 로터 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

연소기(104)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압 연소과정으로 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(Combustor Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 연소기 라이너(이하, 간략히 "라이너"라 함)는 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 결합하며, 측벽에는 점화플러그가 결합한다.

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.

그리고, 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션 피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리부에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.

도 1에 도시된 가스터빈은 연소기(104)를 구성하는 버너가 복수 개 구비되어 하우징(102) 주변을 따라 환형으로 배치된다. 각각의 버너에 라이너와 트랜지션 피스가 한 조씩 연결되며, 트랜지션 피스의 하류 측 단부가 후술할 터빈 섹션(120)에 고정되어 고온 고압의 연소 가스를 전달한다.

한편, 상기 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 터빈 섹션(120)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌, 반동력을 주어 회전 토크가 발생하고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 전술한 토크 튜브를 거쳐 압축기 섹션으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 유효 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

터빈 섹션은 기본적으로는 압축기 섹션의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈 섹션(120)에도 압축기 섹션의 압축기 로터 디스크와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(180)가 구비된다. 따라서, 터빈 로터 디스크(180) 역시, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(184)를 포함한다. 상기 터빈 블레이드(184) 역시 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크(180)에 결합할 수 있다. 아울러, 터빈 로터 디스크(180)의 블레이드(184)의 사이에도 하우징에 고정되는 베인(미도시)이 구비되어 있으며, 베인은 블레이드를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.

도 2는 특허문헌 1에서 발췌한 도면인데, 전형적인 트랜지션 피스의 지지구조를 보여준다. 트랜지션 피스는 비교적 얇은 덕트 구조물인데, 터빈 섹션에 연결되는 하류 측 단부는 볼트와 브래킷에 의해 견고하게 고정되어 있지만, 라이너에 대해서는 환형의 스프링 실(일명, 훌라 실)에 의해 탄력적으로 연결되어 있기 때문에 연소 진동이나 가스터빈의 구동 진동 등에 취약하다. 따라서, 하우징에 대해 트랜지션 피스를 지지하는 구조물이 필요하게 되며, 이를 위한 지지구조가 도 2와 같은 브래킷 구조이다.

트랜지션 피스(56)의 외면에 고정된 브래킷(100)에는 오목한 홈이 형성된 플랜지(120)가 구비되어 있으며, 이 플랜지(120)가 충돌 슬리브(50, 플로우 슬리브) 밖으로 돌출되어 있다. 그리고, 하우징의 외면에는 볼록한 탭 부(134)가 구비된 메이팅 브래킷(132)가 설치되는데, 브래킷(100)의 플랜지(120)와 메이팅 브래킷(132)의 탭 부(134)가 서로 끼워져서 트랜지션 피스(56)가 하우징에 대해 지지된다.

도 2의 브래킷 구조는 일명 불 혼 브래킷(Bull horn bracket)라고 불리는데, 이는 메이팅 브래킷(132)의 탭 부(134)가 마치 소뿔처럼 비스듬하게 형성되어 있기 때문이다. 그런데, 브래킷(100)의 플랜지(120)와 메이팅 브래킷(132)의 탭 부(134)가 경사를 가지고 비스듬하게 결합하는 구조이기 때문에 설치와 분해, 점검 등에 있어 불편한 점이 있다.

즉, 브래킷(100)의 플랜지(120)와 메이팅 브래킷(132)의 탭 부(134)의 각도에 미소한 차이가 있어도 양자를 결합하기가 어려워 수작업으로 조정을 하거나 다시 만들어야 하며, 장시간 가스터빈을 운전하면 트랜지션 피스(56) 쪽이 상대적으로 훨씬 고온이기 때문에 열 변형량에 있어 브래킷(100)과 메이팅 브래킷(132) 사이에 편차가 발생함에 따라 후발적으로 각도 상에 불일치가 일어나 유지, 보수, 점검을 위한 해체가 어려운 경우도 많이 생긴다. 또한 플랜지(120)와 탭 부(134)가 직선 형태로 단순하게 끼워지는 구조이기 때문에 조립 과정 중에도 브래킷(100)과 메이팅 브래킷(132)이 서로 이탈하는 경우도 많아, 파손이나 사고의 위험도 높다는 단점이 있다.

본 발명은 위와 같은 종래의 불 혼 브래킷이 가진 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 도 3 및 도 4에 전체적인 구성이 도시되어 있다. 참고로, 본 발명의 연소 덕트 지지구조를 설명함에 있어서는 혼동을 피하고 본 발명에 대한 명확한 이해를 돕고자, 동일 내지는 대응하는 구성요소에 대해서도 종래기술과는 도면부호를 달리 지정하여 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 것과 같은 연소기 상의 위치에 적용되는 본 발명의 전체적인 구성은 도 4에 나타나 있다. 도 4를 참조하면, 가스터빈의 연소 덕트(1)에 설치되는 브래킷(300)과, 상기 브래킷(300)과 결합하도록 하우징(2)에 설치되는 메이팅 브래킷(400)을 포함하는 가스터빈의 연소 덕트 지지구조를 확인할 수 있다.

본 발명의 연소 덕트 지지구조는 전형적으로는 트랜지션 피스에 적용할 수 있는 것인데, 실시예에 따라서는 트랜지션 피스 외의 다른 연소 덕트에도 적용될 수 있다. 참고로, 도 4에 도시된 방향은 가스터빈 로터의 길이방향, 다시 말하면 가스터빈의 전방이나 후방에서 바라보는 방향(도 3의 좌측이나 우측에서 바라보는 방향)이다.

그리고, 가스터빈의 연소기를 구성하는 버너가 복수 개 구비되어 하우징(2) 주변을 따라 환형으로 배치되는 경우에는(도 1 참조) 각각의 버너에 라이너와 트랜지션 피스가 한 조씩 연결되는데, 각 트랜지션 피스에 대해 본 발명의 연소 덕트 지지구조가 적용될 수 있다. 도시된 실시형태는 어느 하나의 트랜지션 피스, 특히 가스터빈의 전방이나 후방에서 바라보았을 때 12시 방향에 위치하는 트랜지션 피스를 기준으로 하여 도시한 것인데, 다른 트랜지션 피스에 대해서도 동일한 지지구조가 적용될 수 있을 것이다. 다만, 도시된 12시 방향이나 6시 방향 이외의 다른 방향에 위치한 트랜지션 피스는 배치 각도가 수직방향을 따르지 않기 때문에, 이를 고려하여 특별한 언급이 없는 한 수직이나 수평 등의 용어를 사용하지 않고 모든 방향의 트랜지션 피스에 동일하게 적용하여 이해할 수 있는 위치관계 용어를 사용하기로 한다.

다시 도 4로 돌아오면, 본 발명의 연소 덕트 지지구조는 가스터빈의 연소 덕트(1)(예를 들어, 트랜지션 피스)에 설치되는 브래킷(300)과, 상기 브래킷(300)과 결합하도록 하우징(2)에 설치되는 메이팅 브래킷(400)을 포함한다. 브래킷(300)과 메이팅 브래킷(400)의 결합중심선(C)을 기준으로 하면, 연소 덕트(1) 쪽의 브래킷(300)에는 결합 홈(320)이 형성된 플랜지(310)가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되고, 하우징(2) 쪽의 메이팅 브래킷(400)에는 플랜지(310)의 결합 홈(320)에 끼워지는 돌출된 탭 부(410)가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비된다.

여기서, 결합중심선(C)은 브래킷(300)과 메이팅 브래킷(400)의 결합지점의 중간을 수직으로 가로지르는 가상의 선으로서, 통상 두 개의 결합지점은 좌우 대칭형상을 가지기 때문에 이럴 경우에는 기하학적 중간선으로 이해할 수 있다. 결합중심선(C)을 기준으로 삼은 것은, 전술한 바와 같이 트랜지션 피스의 배치 각도가 수직방향을 따르지 않는 경우에도 공통된 기준으로 삼을 수 있기 때문이다.

그리고, 메이팅 브래킷(400)의 한 쌍의 탭 부(410)는 각각 서로 평행을 이루는 메인 탭 부(412)와, 상기 메인 탭 부(412)의 단부에 대해 절곡된 보조 탭 부(414)를 포함한다. 한 쌍의 탭 부(410)는 결합중심선(C)에 대해 대칭으로 배치되는 한편 서로 평행을 이루기 때문에, 도 4를 기준으로 하면 수직방향으로 배치되는 것으로 이해할 수 있다.

이러한 메인 탭 부(412)의 단부에는 절곡된 보조 탭 부(414)가 연결되어 있는데, 보조 탭 부(414)는 메인 탭 부(412)에 대해 일체로 만들어지거나 또는 별개로 만들어져 조립될 수 있다. 보조 탭 부(414)가 일체로 형성되는 것은 결국 메인 탭 부(412)를 절곡 가공하여 하나의 탭 부(410)를 완성하는 것을 의미하며, 도 3에서는 메인 탭 부(412)에 대해 보조 탭 부(414)가 대략 90°를 이루는 것으로 도시되어 있지만 이보다 작은 예각으로 꺾여 있는 것도 가능하다. 또한, 보조 탭 부(414)는 도 4에서처럼 결합중심선(C)을 기준으로 안쪽 방향으로 꺾여 있는 것은 물론 도시된 것과는 반대로 바깥쪽으로 꺾여 있는 것도 가능하다.

플랜지(310)의 결합 홈(320)은 메이팅 브래킷(400)의 탭 부(410)가 끼워져 상호 결합이 이루어지는 공간으로서, 결합 홈(320)은 탭 부(410)에 대응하는 형상으로 형성된다. 형상 자체는 대응하지만, 크기에 있어서는 탭 부(410)가 쉽게 끼워지고 빠질 수 있을 정도의 적정 여유 간격이 결합 홈(320)에 마련된다.

여기서, 브래킷(300)과 메이팅 브래킷(400) 사이의 결속은 주로 메인 탭 부(412)가 담당한다. 종래 기술과 비교할 때, 본 발명의 연소 덕트 지지구조는 메인 탭 부(412)와 결합 홈(320) 사이에 기울어진 각도가 존재하지 않고, 결합중심선(C)을 기준으로 똑바로 평행을 이루고 있다는 점에 그 특징과 차이가 있다. 따라서, 본 발명의 연소 덕트 지지구조는 종래처럼 초기 조립시는 물론 가스터빈의 장시간 운전 후 유지, 보수, 점검을 위해 해체할 경우에도 브래킷(300)과 메이팅 브래킷(400) 사이에 끼임이 발생하여 어려움과 불편함을 겪을 우려가 거의 없어진다.

다만, 일정 각도로 절곡된 보조 탭 부(414)는 지지를 위한 구조물이 아니라 일단 결합한 브래킷(300)과 메이팅 브래킷(400)이 서로 이탈할 염려를 해소하기 위해 마련된 것이다. 즉, 일단 조립된 브래킷(300)과 메이팅 브래킷(400)에 진동 등이 가해지더라도 절곡된 보조 탭 부(414)에 의해 메인 탭 부(412)가 결합 홈(320)에서 빠지는 일이 방지된다.

그렇지만, 절곡된 보조 탭 부(414)에 의해 브래킷(300)과 메이팅 브래킷(400)의 결합방향은 도 4를 기준으로 할 때 전후 방향으로 제한된다. 경우에 따라서는 상하 방향으로도 결합할 수 있도록 만드는 것이 유리할 수 있는데, 도 5 및 도 6은 이를 위한 두 가지 실시형태를 제시하고 있다.

도 5는 메이팅 브래킷(400)에 대한 일 실시형태를 도시한다. 도 5를 참조하면, 보조 탭 부(414)는 메인 탭 부(412)에 대해 회동 가능한 구조로 연결되는데, 회동하는 것만이 가능한 것이 아니라 회동한 보조 탭 부(414)가 메인 탭 부(412)에 대해 이루는 각도를 고정할 수 있게도 만들어져 있다. 즉, 보조 탭 부(414)와 메인 탭 부(412)는 회동축(R)을 이루는 볼트(420)를 통해 서로 연결되는데, 메인 탭 부(412)에 대해 보조 탭 부(414)를 압박하는 너트(422)의 조임에 의해 보조 탭 부(414)의 회동 상태가 고정된다. 물론 너트(422)를 풀면 보조 탭 부(414)는 다시 회동할 수 있는 상태가 된다.

이러한 메이팅 브래킷(400)에 대한 실시형태를 도 4의 브래킷(300)에 적용하면, 너트(422)를 풀어서 어느 정도 자유롭게 회동할 수 있는 상태로서 결합 홈(320)의 입구에 진입할 수 있게 보조 탭 부(414)를 세워놓으면, 이 상태에서 수직방향(도 4 기준)을 따라 결합 홈(320)에 진입한 보조 탭 부(414)는 결합 홈(320)의 천장에 닿은 후 자연스럽게 회동하면서 메인 탭 부(412)의 진입을 방해하지 않게 된다. 메인 탭 부(412)가 완전히 진입한 후에는, 결합 홈(320)의 형상에 맞춰 보조 탭 부(414)를 적절히 정렬한 다음에 너트(422)를 조여 보조 탭 부(414)를 고정함으로써 브래킷(300)과 메이팅 브래킷(400)의 결속이 간편하게 완성된다.

참고로, 도 5에 도면부호가 표시되지 않은 볼트는 메이팅 브래킷(400)을 하우징(2) 상에 장착하기 위한 체결용 볼트를 예시적으로 도시한 것이다.

한편, 도 6은 이와는 다르게 브래킷(300)의 구조를 변형한 실시형태에 관한 것이다. 도 6의 실시형태는 결합 홈(320)을 형성하는 플랜지(310)를 고정 플랜지(312)와 가동 플랜지(314)의 두 개 파트로 만드는 한편, 보조 탭 부(414)를 수용하는 가동 플랜지(314)가 고정 플랜지(312)에 대해 좌우로 이동할 수 있도록 구성하고 있다. 여기서, 결합 홈(320)은 가동 플랜지(314)와 고정 플랜지(312)가 각기 형성하는 홈이 하나로 합쳐져서 완성된다.

가동 플랜지(314)의 이동을 위한 슬라이드 구조(330)는 브래킷(300)에 대해 홈(332)과 돌기(334)의 연결 구조를 통해 쉽게 구현할 수 있다. 예를 들어, 브래킷(300)에는 홈(332)을 만들고 가동 플랜지(314)에는 상기 홈(332)에 끼워지는 돌기(334)를 만듦으로써 가동 플랜지(314)의 슬라이드 구조(330)를 구성할 수 있다.

이와 같이, 보조 탭 부(414)를 수용하는 가동 플랜지(314)가 고정 플랜지(312)에 대해 좌우로 이동할 수 있으면, 메이팅 브래킷(400)의 탭 부(410) 전체를 개방된 고정 플랜지(312) 안쪽으로 넣은 후에 가동 플랜지(314)를 고정 플랜지(312) 쪽으로 이동시켜 보조 탭 부(414)가 빠지지 않도록 함으로써, 역시 브래킷(300)과 메이팅 브래킷(400)의 수직방향 결합이 가능해진다.

여기서, 가동 플랜지(314)는 좌우 한 쌍으로 구비되기 때문에, 일 회의 조작으로 양쪽의 가동 플랜지(314)를 동시에 슬라이딩 이동시키는 것이 더욱 편리할 것이다. 도 6의 실시형태는 이런 가동 플랜지(314)의 동기화된 이동이 가능하도록 만들어져 있다.

도 6을 참조하면, 좌우 한 쌍으로 이루어지는 가동 플랜지(314)는 브래킷(300)의 중간에 배치된 조정 너트(338)에 대해 각각 나사 결합하는 조정 볼트(336)를 포함하고 있는데, 좌우의 조정 볼트(336)는 나사 방향이 서로 반대이며, 조정 너트(338) 또한 절반씩 반대방향의 대응하는 나사산이 형성되어 있다. 이런 구조에서, 중앙의 조정 너트(338)를 스패너 등의 공구를 이용하여 돌리면, 조정 너트(338)의 회전방향에 따라 좌우 한 쌍의 가동 플랜지(314)는 결합중심선(C)을 기준으로 대칭적으로 안쪽 또는 바깥쪽으로 동시에 이동하게 된다. 따라서, 메이팅 브래킷(400)에 구비된 좌우 한 쌍의 탭 부(410)에 대한 결합과 해체가 조정 너트(338)의 조작으로 한 번에 이루어지기 때문에 연소 덕트 지지구조의 조립과 분해가 한결 편리해진다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 연소 덕트(트랜지션 피스) 2: 하우징
300: 브래킷 310: 플랜지
312: 고정 플랜지 314: 가동 플랜지
320: 결합 홈 330: 슬라이드 구조
332: 홈 334: 돌기
336: 조정 볼트 338: 조정 너트
400: 메이팅 브래킷 410: 탭 부
412: 메인 탭 부 414: 보조 탭 부
420: 볼트 422: 너트
C: 결합중심선 R: 회동축

Claims

가스터빈의 연소 덕트에 설치되는 브래킷과, 상기 브래킷과 결합하도록 하우징에 설치되는 메이팅 브래킷을 포함하는 가스터빈의 연소 덕트 지지구조에 있어서,
상기 브래킷과 메이팅 브래킷의 결합중심선을 기준으로 하여, 상기 브래킷에는 결합 홈이 형성된 플랜지가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되는 한편 상기 메이팅 브래킷에는 상기 플랜지의 결합 홈에 끼워지는 돌출된 탭 부가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되며,
상기 한 쌍의 탭 부는 각각 서로 평행을 이루는 메인 탭 부와, 상기 메인 탭 부의 단부에 대해 절곡된 보조 탭 부를 포함하고, 상기 플랜지의 결합 홈은 상기 탭 부에 대응하는 형상으로 형성되며,
상기 보조 탭 부는 상기 메인 탭 부에 대해 회동 가능한 구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소 덕트 지지구조.
삭제
제1항에 있어서,
상기 보조 탭 부는 상기 메인 탭 부에 대해 회동한 상태를 고정할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소 덕트 지지구조.
제3항에 있어서,
상기 보조 탭 부와 상기 메인 탭 부는 회동축을 이루는 볼트를 통해 서로 연결되고, 상기 메인 탭 부에 대해 상기 보조 탭 부를 압박하는 너트의 조임에 의해 상기 회동 상태가 고정되는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소 덕트 지지구조.
가스터빈의 연소 덕트에 설치되는 브래킷과, 상기 브래킷과 결합하도록 하우징에 설치되는 메이팅 브래킷을 포함하는 가스터빈의 연소 덕트 지지구조에 있어서,
상기 브래킷과 메이팅 브래킷의 결합중심선을 기준으로 하여, 상기 브래킷에는 결합 홈이 형성된 플랜지가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되는 한편 상기 메이팅 브래킷에는 상기 플랜지의 결합 홈에 끼워지는 돌출된 탭 부가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되며,
상기 한 쌍의 탭 부는 각각 서로 평행을 이루는 메인 탭 부와, 상기 메인 탭 부의 단부에 대해 절곡된 보조 탭 부를 포함하고, 상기 플랜지의 결합 홈은 상기 탭 부에 대응하는 형상으로 형성되며,
상기 플랜지는 상기 보조 탭 부를 수용하는 가동 플랜지를 포함하고, 상기 가동 플랜지는 고정 플랜지에 대해 좌우로 이동하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소 덕트 지지구조.
제5항에 있어서,
상기 가동 플랜지는 상기 브래킷에 대해 홈과 돌기의 연결 구조를 통해 슬라이딩 이동이 가능하도록 결합하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소 덕트 지지구조.
제6항에 있어서,
좌우 한 쌍으로 이루어지는 상기 가동 플랜지는 상기 브래킷의 중간에 배치된 조정 너트에 대해 각각 나사 결합하는 조정 볼트를 포함하고, 상기 조정 너트의 회전에 의해 상기 좌우 한 쌍의 가동 플랜지가 상기 결합중심선을 기준으로 대칭적으로 동시에 이동하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소 덕트 지지구조.
제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 연소 덕트는 트랜지션 피스인 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소 덕트 지지구조.
압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되고 연소함으로써 팽창하는 고온의 연소 가스가 생성되는 연소기와, 상기 연소기에서 만들어진 상기 연소 가스를 터빈으로 전달하는 연소 덕트 조립체를 포함하는 가스터빈으로서, 상기 연소 덕트 조립체는 스프링 실을 매개로 하여 서로 탄력적으로 연결된 라이너와 트랜지션 피스로 이루어지고,
상기 트랜지션 피스에 설치되는 브래킷과, 상기 브래킷과 결합하도록 하우징에 설치되는 메이팅 브래킷을 포함하는 연소 덕트 지지구조를 포함하며,
상기 브래킷과 메이팅 브래킷의 결합중심선을 기준으로 하여, 상기 브래킷에는 결합 홈이 형성된 플랜지가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되는 한편 상기 메이팅 브래킷에는 상기 플랜지의 결합 홈에 끼워지는 돌출된 탭 부가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되고,
상기 한 쌍의 탭 부는 각각 서로 평행을 이루는 메인 탭 부와, 상기 메인 탭 부의 단부에 대해 절곡된 보조 탭 부를 포함하며,
상기 플랜지의 결합 홈은 상기 탭 부에 대응하는 형상으로 형성되고,
상기 보조 탭 부는 상기 메인 탭 부에 대해 회동 가능한 구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
삭제
제9항에 있어서,
상기 보조 탭 부는 상기 메인 탭 부에 대해 회동한 상태를 고정할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
제11항에 있어서,
상기 보조 탭 부와 상기 메인 탭 부는 회동축을 이루는 볼트를 통해 서로 연결되고, 상기 메인 탭 부에 대해 상기 보조 탭 부를 압박하는 너트의 조임에 의해 상기 회동 상태가 고정되는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되고 연소함으로써 팽창하는 고온의 연소 가스가 생성되는 연소기와, 상기 연소기에서 만들어진 상기 연소 가스를 터빈으로 전달하는 연소 덕트 조립체를 포함하는 가스터빈으로서, 상기 연소 덕트 조립체는 스프링 실을 매개로 하여 서로 탄력적으로 연결된 라이너와 트랜지션 피스로 이루어지고,
상기 트랜지션 피스에 설치되는 브래킷과, 상기 브래킷과 결합하도록 하우징에 설치되는 메이팅 브래킷을 포함하는 연소 덕트 지지구조를 포함하며,
상기 브래킷과 메이팅 브래킷의 결합중심선을 기준으로 하여, 상기 브래킷에는 결합 홈이 형성된 플랜지가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되는 한편 상기 메이팅 브래킷에는 상기 플랜지의 결합 홈에 끼워지는 돌출된 탭 부가 좌우 한 쌍으로서 대칭되게 구비되고,
상기 한 쌍의 탭 부는 각각 서로 평행을 이루는 메인 탭 부와, 상기 메인 탭 부의 단부에 대해 절곡된 보조 탭 부를 포함하며,
상기 플랜지의 결합 홈은 상기 탭 부에 대응하는 형상으로 형성되고,
상기 플랜지는 상기 보조 탭 부를 수용하는 가동 플랜지를 포함하고, 상기 가동 플랜지는 고정 플랜지에 대해 좌우로 이동하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
제13항에 있어서,
상기 가동 플랜지는 상기 브래킷에 대해 홈과 돌기의 연결 구조를 통해 슬라이딩 이동이 가능하도록 결합하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
제14항에 있어서,
좌우 한 쌍으로 이루어지는 상기 가동 플랜지는 상기 브래킷의 중간에 배치된 조정 너트에 대해 각각 나사 결합하는 조정 볼트를 포함하고, 상기 조정 너트의 회전에 의해 상기 좌우 한 쌍의 가동 플랜지가 상기 결합중심선을 기준으로 대칭적으로 동시에 이동하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.