KR102042907B1 - 가스 터빈의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

기준 압축기(1)를 구비하는 기준 가스 터빈(100)으로부터 다른 사이클의 파생 가스 터빈(200)을 제조하는 가스 터빈의 제조 방법에 있어서, 기준 압축기(1)의 최종단(53h)보다 상류측이고 기준 압축기(1)의 추기실(74)의 추기 슬릿(72)의 하류측에, 적어도 1개의 추가단(53i)이 추가되도록 파생 가스 터빈(200)의 압축기(201)를 설계하고, 설계에 기초하여 파생 가스 터빈(200)의 압축기(201)를 제조하고, 파생 가스 터빈(200)을 제조한다. 이에 의해, 연료의 조성의 변동에 대하여 압축기의 서지 마진을 확보할 수 있는 가스 터빈을 제조할 수 있다.

Description

가스 터빈의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING GAS TURBINE}
본 발명은 가스 터빈의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 저칼로리의 용광로 가스를 연소시키는 가스 터빈(이하, 용광로 가스 터빈)에서는, 소정의 터빈 출력을 얻기 위해서, 통상의 액화 천연 가스(LNG: Liquefied Natural Gas)에 비해 다량의 저칼로리의 용광로 가스를 가스 터빈의 연료로서 연소기에 공급한다. 그 때문에, 심플 사이클(등유나 경유, 천연 가스 등을 연료로 해서, 흡기의 가습도 하지 않는 표준적인 사이클)이나 컴바인드 사이클의 가스 터빈에 비해, 터빈 내의 작동 유체량이 증가한다. 따라서, 이미 설계된 심플 사이클이나 컴바인드 사이클의 가스 터빈으로부터 용광로 가스 터빈을 설계·제조하는 경우, 압축기 내의 작동 유체량을 감소시켜서 터빈 출력과 발전기 출력 및 압축기 동력의 밸런스를 유지하고 있다.
단, 압축기 내의 작동 유체량을 감소시키면, 압축기의 압력비가 저하되어 버리므로, 예를 들어 특허문헌 1과 같은 압축기의 압력비를 증가시키는 어떠한 대책을 강구할 필요가 있다.
일본특허공개 평11-22486호 공보
용광로 가스 터빈에서는, 연소기에 공급되는 용광로 가스의 조성이 항상 변동되기 때문에, 연료의 칼로리나 온도가 변화한다. 예를 들어, 용광로 가스의 칼로리가 저하한 경우, 이에 따라서 터빈 출력을 일정하게 유지하기 위해서 연료 유량을 증가시키면, 압축기의 압력비가 증가하고, 서지 마진이 감소한다. 또한, 용광로 가스가 고온이 된 경우, 가스 압축기의 흡기 온도가 상승하고, 가스 압축기의 동력이 증가한다. 이때, 터빈 출력을 증가시키기 위해서 연료 유량을 증가시키면, 압축기의 압력비가 증가하고, 역시 압축기의 서지 마진이 감소한다. 따라서, 용광로 가스 터빈을 설계·제조하는 경우, 설계 단계로부터 압축기의 서지 마진(서징에 대한 여유도)을 확보해 두는 것이 넓은 운용성, 고신뢰성의 관점에서 필요 불가결하다.
그런데, 이미 설계한 압축기의 압력비 및 서지 압력비를 증가시키는 방법으로서, 운용성을 고려해서 전체 날개를 재설계하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법은, 신규로 압축기를 설계하는 것과 동의이므로, 설계 기간 및 설계 비용이 증가한다. 게다가, 신규 설계와 다름없기 때문에 날개 신뢰성을 실증할 필요가 있어, 이 공정을 포함시키면 개발에는 매우 장기간을 요한다. 또한, 압축기의 초단의 상류측에 날개 단락을 추가하는 방법도 있지만, 이 방법은 압력비 및 서지 압력비가 증가하는 동시에 작동 유체 유량도 증가해 버리기 때문에, 용광로 가스 터빈에는 적용하기 어렵다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 연료의 조성의 변동에 대하여 압축기의 서지 마진을 확보할 수 있는 가스 터빈의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 기준 압축기를 구비하는 기준 가스 터빈으로부터 다른 사이클의 파생 가스 터빈을 제조하는 가스 터빈의 제조 방법에 있어서, 상기 기준 압축기의 최종단보다 상류측이고 상기 기준 압축기의 추기실의 추기 슬릿의 하류측에, 적어도 1개의 추가단이 추가되도록 상기 파생 가스 터빈의 압축기를 설계하고, 상기 설계에 기초하여 상기 파생 가스 터빈의 압축기를 제조하고, 상기 파생 가스 터빈을 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연료의 조성의 변동에 대하여 압축기의 서지 마진을 확보할 수 있는 가스 터빈의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기준기의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 용광로 가스 터빈의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기준 압축기의 일 구성예의 전체 구성을 나타내는 개략도이다.
도 4는 기준 압축기를 그대로 유용해서 제조한 용광로 가스 터빈의 압축기 유량과 압력비의 관계를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 파생 압축기의 일 구성예의 전체 구성을 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 파생 압축기의 제조 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기준 압축기의 제7 날개 단락 및 최종단의 동익의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 파생 압축기의 제7 날개 단락, 추가단 및 최종단의 동익의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기준 압축기 및 파생 압축기의 정익의 유출각 분포를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 배열 회수 보일러의 증기를 이용한 가스 터빈의 모식도이다.
<제1 실시 형태>
기준 가스 터빈으로부터 파생 가스 터빈을 설계 또는 제조하는 본 발명의 실시 형태를 이하에 도면을 사용해서 설명한다. 처음에, 파생 가스 터빈이란, 본 발명에 의한 설계 또는 제조의 목적물이다. 파생 가스 터빈의 대표예는 용광로 가스 터빈 등이지만, 이들 이외의 기종도 포함될 수 있다. 기준 가스 터빈이란, 파생 가스 터빈의 설계 또는 제조의 기초가 되는 가스 터빈이며, 기설의 가스 터빈 외에, 과거에 설계 또는 제조된 가스 터빈의 설계 데이터도 포함된다. 기준 가스 터빈으로서 가장 범용적인 예는 심플 사이클의 단축 가스 터빈이지만, 반드시 이것에 한정되지 않고, 파생 가스 터빈의 종류에 따라서는 컴바인드 사이클이나 2축 가스 터빈 등의 기타 종류의 가스 터빈도 기준 가스 터빈이 될 수 있다.
1. 기준기
기준 가스 터빈(기준기)에 대해서 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 기준기의 모식도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기준기(100)는 압축기(기준 압축기)(1), 연소기(2) 및 터빈(3)을 구비하고 있다.
기준 압축기(1)는 흡기부(도시하지 않음)를 통해서 흡입된 작동 유체(공기)(11)를 압축해서 고압의 압축 공기(12)를 생성하고, 연소기(2)에 공급한다. 연소기(2)는 기준 압축기(1)로부터 얻은 압축 공기(12)와 연료(13)를 혼합해서 연소하여, 고온의 연소 가스(14)를 발생시켜서 터빈(3)에 공급한다. 터빈(3)은 연소기(2)로부터 얻은 연소 가스(14)가 팽창함으로써 구동된다. 터빈(3)에서 얻어지는 동력에 의해 기준 압축기(1)가 구동됨과 함께, 남은 동력으로 발전기(4)가 구동되어, 전력이 얻어진다. 터빈(3)을 구동한 연소 가스(14)는, 배기 가스(15)로서 터빈(3)으로부터 배출된다. 본 실시 형태에서는, 기준 압축기(1), 터빈(3) 및 발전기(4)는 회전축(5)에 의해 서로 연결되어 있다.
기준기(100)에 일반적으로 사용되는 체적 유량 일정한 정회전수의 기준 압축기(100)에서는, 여름철 등 공기(11)의 온도가 높아지면 공기(11)의 밀도가 작아져서 기준 압축기(1)에 흡입되는 공기(11)의 질량 유량이 저감되기 때문에, 이에 따라서 연소기(2)에 공급하는 연료(13)의 유량도 저감시키지 않을 수 없다. 따라서, 기준기(100)에서는, 기준 압축기(1)에 흡입되는 공기(11)의 온도가 높아질수록, 터빈(3)의 출력이 저하된다.
2. 파생기
파생 가스 터빈(파생기)에 대해서 설명한다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 용광로 가스 터빈의 모식도이다. 도 2에 있어서, 도 1의 기준기(100)와 같은 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 적절히 설명을 생략한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 용광로 가스 터빈(200)은 기준기(100)의 구성 요소에 더하여, 가스 압축기(21), 습식 전기 집진기(22) 및 기어(24)를 구비하고 있다.
제철소 등에서 대량으로 발생한 용광로 가스(16)는 저칼로리이고, 가스압이 낮고, 많은 불순물을 포함한다는 등의 성질이 있으며, 그대로 연소기(2)에 공급하는 것은 곤란하다. 그 때문에, 용광로 가스(16)는 습식 전기 집진기(22), 가스 압축기(21) 등을 거쳐서 연소기(2)에 공급된다. 구체적으로, 습식 전기 집진기(22)는, 공급된 용광로 가스(16)의 불순물(더스트 등)을 제거해서 저압의 용광로 가스(17)를 생성하고, 가스 압축기(21)에 공급한다. 가스 압축기(21)는 저압의 용광로 가스(17)를 압축해서 고압의 용광로 가스(18)를 생성하고, 연소기(2)에 공급한다. 연소기(2)는 파생 압축기(201)로부터 얻은 압축 공기(12)와 고압의 용광로 가스(18)를 혼합해서 연소하고, 고온의 연소 가스(14)를 발생시켜서 터빈(3)에 공급한다. 터빈(3)은 연소기(2)로부터 얻은 연소 가스(14)가 팽창함으로써 구동된다. 터빈(3)에서 얻어지는 동력에 의해 파생 압축기(201)가 구동됨과 함께, 남은 동력으로 발전기(4) 및 가스 압축기(21)가 구동된다. 본 실시 형태에서는, 파생 압축기(201)와 발전기(4) 사이의 회전축(5)에 기어(24)가 설치되어 있다. 가스 압축기(21)는 회전축(25)을 통해서 기어(24)에 접속하고 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 가스 압축기(21)는, 기어(24)를 통해서 파생 압축기(201)에 발전기(4)와 병렬로 연결되어 있다.
3. 파생기의 설계 및 제조
3-1. 기준 압축기
도 3은 본 실시 형태에 따른 기준 압축기(1)의 일 구성예의 전체 구성을 나타내는 개략도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 기준 압축기(1)는 케이싱(54), 스터브 샤프트(61), 디스크(62a 내지 62e), 디스턴트 피스(63), 동익(51a 내지 51h), 정익(52a 내지 52h) 및 추기실(73, 74)을 구비하고 있다.
케이싱(54)은 기준 압축기(1)의 외주벽을 형성하는 원통 형상의 부재이다. 케이싱(54) 내에 스터브 샤프트(61), 디스크(62a 내지 62e), 디스턴트 피스(63), 동익(51a 내지 51h) 및 정익(52a 내지 52h)이 수용되어 있다.
스터브 샤프트(61)는 케이싱(54)의 입구측(공기(11)의 흐름 방향의 상류측)에 배치되어 있다. 디스크(62a 내지 62e)는 스터브 샤프트(61)에 대하여 공기(11)의 흐름 방향의 하류측에 배치되어 있다. 디스턴트 피스(63)는 디스크(62a 내지 62e)에 대하여 공기(11)의 흐름 방향의 하류측에 배치되어 있다. 디스턴트 피스(63)는 터빈측으로 연장되어 터빈 로터로 연결하는 결합부(67)를 구비하고 있다. 스터브 샤프트(61), 디스크(62a 내지 62e) 및 디스턴트 피스(63)는 공기(11)의 흐름 방향으로 겹쳐서 배치되고, 스태킹 볼트(64)와 너트(65)에 의해 일체적으로 체결되어 있다. 스태킹 볼트(64)는 기준 압축기(1)의 중심축(L)을 중심으로 해서 동일 원주 상에 등간격으로 복수 설치되어 있다. 스터브 샤프트(61), 디스크(62a 내지 62e) 및 디스턴트 피스(63)는 동익(51a 내지 51h)과 함께 로터(56)를 구성하고 있다. 또한, 도 3에 예시한 구성에서는, 5개의 디스크(62a 내지 62e)를 구비한 경우를 예시하고 있지만, 디스크의 개수는 6개 이상 또는 4개 이하여도 된다.
스터브 샤프트(61), 디스크(62a 내지 62e) 및 디스턴트 피스(63)의 외주면과 케이싱(54)의 내주면 사이에는 환상의 압축기 유로(66)가 형성되어 있다. 즉, 압축기 유로(66)는 케이싱(54)의 내주면을 외주벽으로 하고, 스터브 샤프트(61), 디스크(62a 내지 62e) 및 디스턴트 피스(63)의 외주면을 내주벽으로 하고 있다. 기준 압축기(1)에 흡입된 공기(11)는 압축기 유로(66)를 통과하는 과정에서 압축된다.
동익(51a 내지 51h)은 스터브 샤프트(61), 디스크(62a 내지 62e) 및 디스턴트 피스(63)의 외주면에 각각 로터(56)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 복수 설치되어 있다. 동익(51a 내지 51h)은 스터브 샤프트(61), 디스크(62a 내지 62e) 및 디스턴트 피스(63)의 외주면으로부터 기준 압축기(1)의 외주측(케이싱(54)의 내주면)을 향해서 연신되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 동익(51a, 51b)은 스터브 샤프트(61)의 외주면에, 동익(51c 내지 51g)은 각각 디스크(62a 내지 62e)의 외주면에, 동익(51h)은 디스턴트 피스(63)의 외주면에 설치되어 있다. 동익(51a 내지 51h)은 터빈에서 얻어지는 동력에 의해, 스터브 샤프트(61), 디스크(62a 내지 62e) 및 디스턴트 피스(63)와 함께 중심축(L)을 중심으로 하류측에서 볼 때 시계 방향으로 회전한다.
정익(52a 내지 52h)은 케이싱(54)의 내주면에 각각 로터(56)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 복수 설치되어 있다. 정익(52a 내지 52h)은 케이싱(54)의 내주면으로부터 기준 압축기(1)의 내주측(스터브 샤프트(61), 디스크(62a 내지 62e) 및 디스턴트 피스(63)의 외주면)을 향해서 연신되어 있다. 본 실시 형태에서는, 정익(52a)은 가변 기구(70)를 개재시켜서 케이싱(54)의 내주면에 설치되어 있다. 즉, 정익(52a)은 익 길이 방향으로 연장되는 축 둘레로 압축기 유로(66) 중에서 회전 가능하게 설치되어 있고, 터빈 기동 시의 선회 실속을 억제하는 기능을 갖고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 정익(52a)을 가변 기구(70)를 개재시켜서 케이싱(54)의 내주면에 설치한 경우를 예시하고 있지만, 복수의 정익을 가변 기구(70)를 개재시켜서 케이싱(54)의 내주면에 설치해도 된다.
동익(51a 내지 51h)과 정익(52a 내지 52h)은 공기(11)의 흐름 방향으로 교대로 설치되어 있다. 즉, 압축기 유로(66)의 입구로부터 하류측을 향해서, 동익(51a), 정익(52a), 동익(51b), 정익(52b…)이 되도록, 동익과 정익이 교대로 설치되어 있다. 공기(11)의 흐름 방향으로 인접하는 1조의 동익과 정익(정익이 동익의 하류측)은 날개 단락을 구성하고 있다. 도 3에 예시하는 구성에서는, 동익(51a 내지 51h)과 정익(52a 내지 52h)은 압축기 유로(66)의 입구로부터, 제1 날개 단락(53a) 내지 제8 날개 단락(53h)을 구성하고 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 제1 날개 단락(53a)을 초단, 제8 날개 단락(53h)을 최종단이라고 하는 경우가 있다.
초단(53a)의 동익(51a)에 대하여 공기(11)의 흐름 방향의 상류측에는, 입구 안내익(IGV)(55)이 설치되어 있다. IGV(55)는 가변 기구(70)를 개재시켜서 케이싱(54)의 내주면에 로터(56)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 복수 설치되어 있다. IGV(55)는, 공기(11)의 흡입 유량을 제어하고, 터빈 부하를 조정하는 기능을 갖고 있다. 최종단(53h)의 정익(52h)에 대하여 공기(11)의 흐름 방향의 하류측에는, 출구 안내익(46)이 설치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 출구 안내익(46)을 1열 설치한 경우를 예시하고 있지만, 공기(11)의 흐름 방향으로 복수열 설치해도 된다.
추기실(73, 74)은 케이싱(54)에 공기(11)의 흐름 방향으로 배열하여 설치되어 있다. 추기실(73, 74)은 각각 추기 슬릿(71, 72)을 구비하고 있다. 추기실(73, 74)은 추기 슬릿(71, 72)을 통해서 압축기 유로(66)와 연통하고 있다. 본 실시 형태에서는, 추기 슬릿(71)은 제2 날개 단락(53b)의 정익(52b)과 제3 날개 단락(53c)의 동익(51c) 사이에서 압축기 유로(66)에 개구하고, 추기 슬릿(72)은 제5 날개 단락(53e)의 정익(52e)과 제6 날개 단락(53f)의 동익(51f) 사이에서 압축기 유로(66)에 개구하고 있다. 즉, 추기 슬릿(72)은 압축기 유로(66)의 최하류측에 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 기준 압축기(1)가 2개의 추기실(73, 74)을 구비하는 구성을 예시하고 있지만, 1개 또는 3개 이상의 추기실을 구비하는 구성으로 해도 된다.
제2 날개 단락(53b)의 정익(52b)을 통과한 공기(11)의 일부는 추기 슬릿(71)을 통해서 추기실(73)로 유입되고, 제5 날개 단락(53e)의 정익(52e)을 통과한 공기(11)의 일부는 추기 슬릿(72)을 통해서 추기실(74)로 유입된다. 추기실(73, 74)로 유입된 공기(추기 공기)는, 케이싱(54)에 설치된 배관(도시하지 않음)을 통해서 터빈익의 냉각 공기나 베어링 시일 공기로서 이용된다. 터빈의 정격 운전 시에는, 공기(11)의 흡입 유량의 일부(예를 들어, 4 내지 5% 정도)가 추기 공기로서 이용된다. 또한, 터빈의 기동 시에는, 터빈익의 선회 실속을 회피하기 위해서 압축기 유로(66) 내의 승압 공기가 추기되어, 공기(11)의 흡입 유량의 일부(예를 들어, 30% 정도)가 배출된다.
추기실(73, 74)의 추기 슬릿(71, 72)과 동익(51c, 51f)(즉, 추기 슬릿(71, 72)보다 하류측의 동익 중, 추기 슬릿(71, 72)에 가장 가까운 위치에 설치된 동익)은, 추기실(73, 74)에 의한 공명 주파수와 동익(51c, 51f)의 고유 진동수의 공진을 회피하거나, 추기 슬릿(71, 72)에 있어서의 유체 변동 압력이 동익(51c, 51f)의 익 길이 방향의 선단부에 미치는 영향을 작게 하기 위해서, 공기(11)의 흐름 방향의 오버랩양이 작아지도록 설계하는 것이 바람직하다.
최종단(53h)의 동익(51h)과 정익(52h) 사이에는 내주 추기 슬릿(31)이 형성되어 있고, 압축기 유로(66)의 내주측에 내주 추기 구조를 형성하고 있다. 동익(51h)을 통과한 공기는, 내주 추기 슬릿(31)에서 추기되고, 예를 들어 디스크(62a 내지 62e)의 냉각 공기, 압축기 유로(66)로부터 디스크(62a 내지 62e) 사이로의 공기(11)의 누설 흐름을 억제하기 위한 시일 공기로서 이용된다. 내주 추기 슬릿(31)에서는, 추기실(73, 74)의 추기 슬릿(71, 72)과 달리, 고속 회전하는 로터(56)와 정지체 사이의 공간으로 유입되기 때문에, 흐름이 매우 복잡해져서, 최종단(53h)의 동익(51h) 및 정익(52h)에 대하여 유체 변동 압력이 커진다고 추정된다. 그 때문에, 동익(51h)은 전단인 제7 날개 단락(53g)의 동익(51g)에 비해 날개 강성이 높아지도록 설계되고, 정익(52h)도 내주측으로 슈라우드(75)를 설치해서 날개 강성이 높아지도록 설계되어 있다.
흡기부(도시하지 않음)를 통해서 유입된 공기(11)는, 기준 압축기(1)의 상류측에 설치된 흡기 플리넘(33)의 형상을 따라 회전축(L)을 따르는 방향으로 흐름을 전향하고(도 3에 예시하는 구성에서는, 공기(11)는 흡기 플리넘(33)의 형상을 따라 90도 전향한다), 압축기 유로(66) 안으로 유입된다. 압축기 유로(66) 안으로 유입된 공기(11)는, 중심축(L)을 중심으로 회전하는 동익에 의해 운동 에너지가 부여되고, 전압 및 전온이 상승한 상태에서 동익으로부터 유출된다. 동익으로부터 유출된 공기(11)는, 하류측의 정익의 형상을 따르는 방향으로 흐름을 전향한다. 이때, 공기(11)는 정익으로 유입되었을 때보다 감속되기 때문에, 동익에 의해 부여된 운동 에너지가 압력으로 변환된다. 그 결과, 공기(11)의 압력이 상승한다. 이후, 공기(11)의 흐름 방향으로 교대로 배열된 동익 및 정익에 의해, 공기(11)는 승압되어 간다. 이와 같이, 압축기 유로(66)에서는 공기(11)의 흐름에 대하여 역압력 구배가 되므로, 공기(11)는 압축기 유로(66)의 하류측으로 흘러갈수록 익면으로부터 박리되기 쉬워진다.
3-2. 기준기 유용에 관한 검토
여기서, 기준기(100)를 기초로 해서 기준 압축기(1)를 그대로 유용해서 용광로 가스 터빈을 제조한 경우를 생각한다.
도 4는 기준 압축기(1)를 그대로 유용해서 제조한 용광로 가스 터빈의 압축기 유량과 압력비의 관계를 예시하는 도면이다. 선 A는 운용 범위에 있어서 압축기 유량에 대하여 서지 마진을 확보할 수 있는 한계 압력비를 나타내고 있다. 용광로 가스 터빈이 선 A보다 하측(저압력비측)에 있는 작동점 I에서 작동하는 경우에는, 충분한 서지 마진이 있다. 작동점 I에서 작동하고 있었을 때보다 용광로 가스의 칼로리가 증가한 경우, 터빈 출력을 일정하게 유지하기 위해서 연료 유량을 감소시키면 터빈에 공급되는 연소 가스의 유량이 감소하기 때문에, 압축기 유량을 유지하면 기준 압축기(1)의 압력비가 감소하여, 작동점이 점 I로부터 점 II로 저하된다. 그러나, 작동점 I에서 작동하고 있었을 때보다 용광로 가스의 칼로리가 감소한 경우, 터빈 출력을 일정하게 유지하기 위해서 연료 유량을 증가시키면 터빈에 공급되는 연소 가스의 유량이 증가하기 때문에, 기준 압축기(1)의 압력비가 증가하여, 작동점이 점 I로부터 선 A를 초과해서 점 III으로 상승한다. 이와 같이, 선 A보다 상측(고압력비측)인 작동점 III에서 작동하면, 기준 압축기(1)의 서징이 발생할 가능성이 있다. 또한, 기설 설비의 경우, 대기 온도의 변화나 경년에 의한 압축기의 동익 및 정익의 오염 등에 의해 서지 마진이 감소될 것을 고려하면, 작동점이 점 III으로 되게 해서는, 가스 터빈 설비로서 충분한 신뢰성을 얻을 수 없다. 또한, 용광로 가스 중에 포함되는 불순물의 영향에 의해, 용광로 가스를 승압하는 가스 압축기가 부식 환경화에 노출되어, 가스 압축기의 동익 및 정익이 오염됨으로써 가스 압축기의 동력이 증가할 가능성이 있다. 그 경우에도, 터빈 출력을 일정하게 유지하기 위해서 연료 유량을 증가시키면 기준 압축기(1)의 압력비가 증가하여, 서지 마진이 감소할 가능성이 있다.
따라서, 압력비를 기준 압축기(1)보다 높게 하면서 서지 마진의 한계 압력비를 기준 압축기(1)보다 고압력비측으로 상승(도 4에 예시하는 경우, 서지 마진의 한계 압력비를 선 A로부터 선 B로 상승)시키도록, 파생 압축기를 제조하는 것이 중요하다.
3-3. 파생 압축기의 제조
도 5는 본 실시 형태에 따른 파생 압축기(201)의 일 구성예의 전체 구성을 나타내는 개략도, 도 6은 본 실시 형태에 따른 파생 압축기(201)의 제조 수순을 나타내는 흐름도이다. 도 5에 있어서, 기준 압축기(1)와 동등한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 적절히 설명을 생략한다. 이하, 파생 압축기(201)의 설계·제조 수순에 대해서 설명한다.
·스텝 S1
기준기(100)를 선택한다. 예를 들어, 파생기(200)에 요구되는 터빈 출력과 동일한 터빈 출력의 기종을 기준기(100)로서 선택하면 된다. 또한, 기존의 기준기로부터 파생기를 제조하는 경우에는, 본 스텝은 생략된다.
·스텝 S2
기준 압축기(1)에 추가하는 추가단의 단수를 산정한다. 본 실시 형태에서는, 연료의 조성의 변동에 의한 파생 압축기(201)에 있어서의 압력비의 상승값에 기초하여, 추가단의 단수를 산정한다. 구체적으로는, 연료의 조성의 변동에 의한 압력비의 변동폭을 추정하여, 한계 압력비가 변동하는 압력비의 상승값보다 커지도록, 추가단의 단수를 산정한다. 예를 들어, 연료의 조성의 변동에 의한 압력비의 변동폭이 ±3 내지 5% 정도로 추정되는 경우, 압력비의 상승값의 변동은 최대 5% 정도이므로, 통상의 기준 압축기의 최종단 근방의 단압력비가 1.1 정도인 것을 고려하면, 기준 압축기 전체의 압력비에도 영향을 미치지만, 추가단의 단수는 1 내지 2단으로 산정된다.
·스텝 S3
추가단을 추가할 위치를 결정한다. 본 실시 형태에서는, 이하의 요건 (i)을 만족시키는 위치에 추가단을 추가한다.
(i) 기준 압축기의 최종단과 그 1개 전의 날개 단락과의 사이
이유
도 7은 본 실시 형태에 따른 기준 압축기(1)의 제7 날개 단락(53g) 및 최종단(53h)의 동익(51g, 51h)의 개략도, 도 8은 본 실시 형태에 따른 파생 압축기(201)의 제7 날개 단락(53g), 추가단(53i) 및 최종단(53h)의 동익(51g), 동익(51i), 동익(51h)의 개략도이다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 최종단(53h)의 동익(51h)을 최종단(53h)의 날개 강성을 상단(제7 날개 단락(53g))의 동익(51g)에 비해 높게 하고 있다. 구체적으로는, 도 7에 도시한 바와 같이, 동익(51g, 51h)의 최대 두께를 T1, T2, 날개 코드 길이를 L1, L2로 한 경우, T1＜T2 및 L1＜L2가 되도록 동익(51g, 51h)을 형성하고 있다. 또한, 동익(51g, 51h)의 익 피치 길이(로터(56)의 둘레 방향을 따른 날개 매수에 대응하는 요소임)를 P1, P2로 한 경우, 동익(51g, 51h)의 솔리디티(날개 코드 길이 L1, L2와 익 피치 길이 P1, P2의 비율 L1/P1, L2/P2)가 거의 같게 되도록 동익(51g, 51h)을 설치하고 있다. 즉, 동익(51h)의 로터(56)의 둘레 방향을 따른 날개 매수가 동익(51h)보다 적어지도록 동익(51g, 51h)을 설치하고 있다.
가령, 추가단(53i)을 최종단(53h)의 하류측에 추가한 경우, 내주 추기를 고려하면 추가단(53i)의 동익(51i)의 최대 두께를 T2, 날개 코드 길이 L2로 할 필요가 있지만, 최대 두께를 크게 하면 날개 공력 손실이 증가하기 때문에 압축기 효율이 저하된다. 한편, 날개 공력 손실을 억제하기 위해서 추가단(53i)의 동익(51i)의 최대 두께를 T1, 날개 코드 길이를 L1로 하면, 내주 추기에 의한 유체 변동 압력의 영향으로 추가단(53i)의 동익(51i)이 손상될 가능성이 있다. 또한, 추가단(53i)을 최종단(53h)의 하류측에 추가하면, 동익(51h)이 설치되어 있는 디스턴트 피스(63)의 삽입 이음부, 스태킹 볼트 체결부, 동익 식설부와 같은 구조를 변경할 필요가 있어, 비용 및 설계 기간이 증가한다. 또한, 가령, 추가단(53i)을 최종단(53h)의 하류측에 추가하고, 최종단(53h)의 동익(51h)의 날개 코드 길이 및 날개 최대 두께를 L1, T1로 한 경우, 솔리디티(L1/P2)가 날개 코드 길이 및 날개 최대 두께를 L2, T2로 한 경우에 비해 작아진다. 그렇게 하면, 날개 부하가 증가해서 날개 공력 손실이 증가하기 때문에, 압축기 효율이 저하된다.
한편, 일반적으로, 축류 압축기는 초단으로부터 하류를 향해서 압축기 유로가 감소하도록 구성되어 있다. 그 때문에, 예를 들어 압축기 유로의 가능한 한 하류측에 추가단을 추가하면, 추가단(53i)의 동익(51i)을 단익으로 할 수 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 최종단(53h)과 그 1개 전의 단(제7 날개 단락(53g)) 사이에 추가단(53i)을 추가하고, 도 8에 도시한 바와 같이, 추가단(53i)의 동익(51i)의 날개 최대 두께 및 날개 코드 길이를 T1, L1로 하고 있다. 또한, 추가단(53i)의 정익(52i)에는, 제7 날개 단락(53g)의 정익(52g) 등을 유용해도 된다.
기준 압축기가 압축기 유로의 내경 및 외경이 일정해지는 영역을 구비하는 경우에는, 이하의 요건 (ii)를 만족시키는 위치에 추가단을 더 추가해도 된다.
(ii) 기준 압축기의 최종단의 상류측이고 또한 압축기 유로의 내경 및 외경이 일정해지는 영역
이유
일반적으로, 기준 압축기의 압축기 유로의 내주벽 및 외주벽에서는 경계층이 발달하기 때문에, 기준 압축기의 하류단측에서는 2차 흐름 손실이 증가한다. 따라서, 기준 압축기의 하류단측에서는, 익 길이와 날개 코드 길이의 비율인 애스펙트비를 일정값(예를 들어, 1.2) 이상으로 할 필요가 있다. 또한, 기준 압축기의 하류단측에서는 공기가 고온이 되기 때문에, 터빈의 기동으로부터 정격 운전 시 및 정지 시를 고려하면, 로터와 케이싱의 열용량의 차에 의해 양자의 열 신장량에 시간차가 생긴다. 특히, 터빈의 정지 시에 케이싱의 열 신장량이 로터보다 먼저 작아지면, 동익과 케이싱의 내주면이 접촉하여, 동익이 손상될 가능성이 있다. 한편, 동익의 익 길이 방향의 선단부와 케이싱의 내주면의 간극을 충분히 확보하면, 터빈의 정격 운전 시에 전술한 간극이 증가해서 압축기 효율이 저하될 가능성이 있기 때문에, 전술한 간극을 최적의 값으로 설정할 필요가 있다. 따라서, 기준 압축기의 하류단측에서는, 동익 및 정익의 익 길이 방향의 선단부와 케이싱의 내주면의 간극을 용이하게 설정할 수 있도록, 압축기 유로의 내경 및 외경을 일정하게 하는 것이 유용하다.
그리고, 기준 압축기가 압축기 유로의 내경 및 외경이 일정해지는 영역을 구비하는 경우에는, 기준 압축기의 최종단의 상류측이고 또한 이 영역에 추가단을 추가하면, 추가단에 기준 압축기의 날개 단락을 유용할 수 있기 때문이다.
기준 압축기가 추기 슬릿을 구비하는 경우에는, 이하의 요건 (iii)을 만족시키는 위치에 추가단을 더 추가해도 된다.
(iii) 기준 압축기의 최종단보다 상류측이고 추기실의 추기 슬릿의 하류측
이유
기준 압축기가 추기 슬릿을 구비하는 경우, 추기 슬릿으로부터 상류측에 추가단을 추가하면, 추기 슬릿의 위치를 변경할 필요가 있기 때문에, 추기 슬릿(72) 주변의 구성 요소(예를 들어, 케이싱(54) 등)을 변경할 필요가 있다. 그렇게 하면, 비용 및 설계 기간이 증가한다.
따라서, 기준 압축기가 추기 슬릿을 구비하는 경우에는, 기준 압축기의 최종단보다 상류측이고 추기 슬릿의 하류측에 추가단을 추가한다. 또한, 기준 압축기가 복수의 추기 슬릿을 구비하는 경우에는, 상술한 이유로부터, 기준 압축기의 최종단보다 상류측이고 최하류측의 추기 슬릿의 하류측에 추가단을 추가한다.
한편, 기준 압축기의 최종단의 상류측이고 최하류측의 추기 슬릿의 하류측에 추가단을 추가한 경우, 터빈익 냉각 공기의 압축기측의 공기와 터빈측의 공기의 차압(배관 압력 손실 및 날개 냉각 압력 손실을 고려함)을 확보하지 못할 가능성이 있을 수 있다. 그 경우에는, 배관 압력 손실 및 날개 냉각 압력 손실을 고려한 차압을 확보할 수 있도록 추기 슬릿을 하류측으로 이동시키고, 최적의 차압의 터빈익 냉각 공기를 공급할 수 있게 하면 된다. 이와 같은 구성에 의해, 냉각 공기량을 삭감할 수 있어, 가스 터빈의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5에 예시한 구성에서는, 도 3에 예시한 기준 압축기(1)가 압축기 유로(66)의 내경 및 외경이 일정해지는 영역(제6 날개 단락(53f) 내지 제7 날개 단락(53g))을 구비하고, 복수의 추기 슬릿(71, 72)을 구비하고 있으므로, 최종단(53h)과 그 1개 전의 날개 단락(53g) 사이에서, 압축기 유로(66)의 내경 및 외경이 일정해지는 영역이며, 최하류측에 설치된 추기 슬릿(72)의 하류측에, 동익(51i), 정익(52i) 및 디스크(62f)를 구비하는 추가단(53i)을 추가하고 있다. 또한, 도 5는 추가단을 1단 추가한 경우를 예시하고 있지만, 추가단을 2단 이상 추가하는 경우도 상술한 요건 (i) 내지 (iii)을 만족시키는 위치에 추가하면 된다.
·스텝 S4
기준 압축기(1)의 구성 요소(예를 들어, 케이싱(54), 스터브 샤프트(61), 디스크(62a 내지 62e), 디스턴트 피스(63), 동익(51a 내지 51h), 정익(52a 내지 52h) 등) 중, 스텝 S3에 있어서 추가단(53i)을 추가함에 따라서 사양을 벗어난 구성 요소를 사양에 맞도록 갱신하고, 사양이 공통되는 구성 요소는 유용하여, 파생 압축기(201)를 설계한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 사양은 구성 요소가 충족해야 할 요구 사항이다.
(a) 갱신하는 구성 요소
도 5에 예시한 구성에서는, 추가단(53i)을 추가함으로써 로터(56)를 공기(11)의 흐름 방향으로 신장할 필요가 있다. 한편, 로터(56)의 진동을 억제해서 파생 압축기(201)의 신뢰성을 확보하는 데 있어서, 로터(56)의 길이가 제약될 때가 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는, 디스턴트 피스(63)의 터빈측과의 결합부(67)를 추가단(53i)의 분만큼 짧게 하고 있다. 즉, 추가단(53i)의 분만큼 파생 압축기(201)와 터빈 사이를 채우고 있다.
또한, 도 5에 예시한 구성에서는, 추가단(53i)의 분만큼 케이싱(54)을 공기(11)의 흐름 방향으로 신장하고 있다.
(b) 유용하는 구성 요소
도 5에 예시한 구성에서는, 추가단(53i)의 디스크(62f)를 최종단(53h)의 전단(제7 날개 단락(53g))의 디스크(62e)와 동일한 구조로 하고 있다. 또한, 추가단(53i)의 동익(51i)을 추가단(53i)의 전단(제7 날개 단락(53g))의 동익(51g)과 동일한 형상으로 하고 있다.
또한, 도 5에 예시한 구성에서는, 기준 압축기(1)의 최종단(53h)의 정익(52h) 및 출구 안내익(46)을 유용하고 있다. 이하, 상세히 설명한다.
도 9는 본 실시 형태에 따른 기준 압축기(1) 및 파생 압축기(201)의 정익의 유출각 분포를 도시하는 도면이다.
일반적으로, 압축기에서는, 정익에 의해 공기의 흐름을 전향시키기 때문에, 정익의 유출각은 하류단측일수록 커진다. 따라서, 도 9에 도시한 바와 같이, 정익의 유출각은, 기준 압축기(1) 및 파생 압축기(201) 모두 최종단(53h)의 정익(52h)에서 최대가 된다. 최종단(53h)의 동익(51h)을 통과한 공기(11)는 정익(52h)에서 흐름을 전향하고, 정익(52h)의 하류측에 설치된 출구 안내익(46)에 의해 선회 성분을 제로로 해서, 하류측에 설치된 디퓨저에 공급된다.
본 실시 형태에서는, 추가단(53i)을 최종단(53h)보다 상류측에 추가하고, 최종단(53h)의 정익(52h)의 유출각을 추가단(53i)을 추가하는 전후에 동일하게 하고 있다. 그 때문에, 파생 압축기(201)의 출구 안내익의 전향각을 기준 압축기(1)의 출구 안내익(46)과 동일하게 할 수 있다. 따라서, 파생 압축기(201)의 최종단의 정익 및 출구 안내익에 기준 압축기(1)의 최종단(53h)의 정익(52h) 및 출구 안내익(46)을 유용하는 것에 타당성이 있다고 할 수 있다.
·스텝 S5
스텝 S4의 설계에 기초하여 파생 압축기(201)를 제조한다. 또한, 기존의 기준기로부터 파생기를 제조하는 경우에는, 스텝 S4에 있어서 (a)에 예시한 구성 요소를 갱신하여, 기존의 기준기의 기준 압축기에 내장하면 된다.
또한, 파생기(200)는 스텝 S4에서 제조한 파생 압축기(201)를 사용해서 제조한다.
(효과)
(1) 본 실시 형태에서는, 기준 압축기(1)의 최종단(53h)과 그 1개 전의 단 사이에, 적어도 1개의 추가단(53i)을 추가하여, 파생 압축기(201)를 설계 및 제조하고 있다. 그 때문에, 파생 압축기(201)의 서지 압력비를 기준 압축기(1)에 비해 증가시킬 수 있어, 연료의 조성의 변동에 대하여 압축기의 서지 마진을 확보할 수 있다. 또한, 추가단(53i)의 대형화를 억제할 수 있다.
(2) 본 실시 형태에서는, 기준 압축기(1)가 압축기 유로(66)의 내경 및 외경이 일정해지는 영역을 구비하는 경우, 기준 압축기(1)의 최종단(53h)의 상류측이고 또한 압축기 유로(66)의 내경 및 외경이 일정해지는 영역에, 적어도 1개의 추가단(53i)을 추가하고 있다. 그 때문에, 추가단(53i)을 그 전단 또는 후단과 동일한 구조로 할 수 있어, 추가단(53i)에 기준 압축기(1)의 설계 또는 제조의 실적이 있는 날개 단락을 유용할 수 있다. 따라서, 상술한 효과에 더하여, 비용의 증가를 억제할 수 있어, 기준 압축기(1)로부터 유용한 날개 단락에 대해서는 다시 검증 등을 하지 않고 신뢰성을 확보할 수 있으므로 설계 기간을 단축할 수도 있다.
(3) 본 실시 형태에서는, 기준 압축기(1)의 최종단(53h)보다 상류측이고 추기 슬릿(72)의 하류측에, 적어도 1개의 추가단(53i)을 추가하고 있다. 그 때문에, 추기 슬릿(72)의 위치를 변경할 필요가 없어, 추기 슬릿(72) 주변의 구성 요소에 설계 또는 제조의 실적이 있는 기준 압축기(1)의 구성 요소를 유용할 수 있다. 따라서, 상술한 효과에 더하여, 비용의 증가를 억제할 수 있어, 기준 압축기(1)로부터 유용한 구성 요소에 대해서는 다시 검증 등을 하지 않고 신뢰성을 확보할 수 있으므로 설계 기간도 단축할 수 있다.
(4) 본 실시 형태에서는, 추가단(53i)의 동익(51i)의 날개 최대 두께 및 날개 코드 길이를 T1, L1로 하고 있다. 그 때문에, 동익(51i)에, 예를 들어 추가단(53i)의 전단(제7 날개 단락(53g))의 동익(51g)을 유용할 수 있으므로, 파생 압축기(201)의 효율 저하를 억제하여, 날개 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 추가단(53i)의 동익(51i)의 날개 코드 길이를 최종단(53h)의 동익(51h)보다 짧게 하고 있기 때문에, 추가단(53i)을 추가한 것에 의한 로터(56)의 길이의 증가량을 억제하여, 로터(56)의 진동을 억제할 수 있다.
(5) 본 실시 형태에서는, 추가단(53i)의 디스크(62f)를 기준 압축기(1)의 최종단(53h)의 전단(제7 날개 단락(53g))의 디스크(62e)와 동일한 구조로 하고, 파생 압축기(201)의 디스턴트 피스의 디스크부를 기준 압축기(1)의 디스턴트 피스(63)의 디스크부와 동일한 구조로 하고, 추가단(53i)의 동익(51i)을 전단(제7 날개 단락(53g))의 동익(51g)과 동일한 형상으로 하고, 기준 압축기(1)의 최종단(53h)의 정익(52h) 및 출구 안내익(46)을 파생 압축기(201)에 유용하고 있다. 그 때문에, 파생 압축기(201)가 상술한 각 구성 요소에 대해서는, 신규로 설계 등을 할 필요가 없으므로 비용의 증가를 억제할 수 있고, 또한 다시 신뢰성을 검증 등을 하지 않고 신뢰성을 확보할 수 있으므로 설계 기간을 단축할 수도 있다.
(6) 본 실시 형태에서는, 디스턴트 피스(63)의 터빈측과의 결합부(67)를 짧게 할 수 있다. 그 때문에, 로터(56)의 길이가 제약되는 경우에도, 디스턴트 피스(63)의 터빈측과의 결합부(67)를 추가단(53i)의 분만큼 짧게 함으로써, 기준 압축기(1)의 구성 요소의 갱신 개소를 최소한으로 억제하면서 추가단(53i)을 추가할 수 있다.
<제2 실시 형태>
(구성)
도 10은 배열 회수 보일러의 증기를 이용한 가스 터빈(이하, 배열 이용 가스 터빈)의 모식도이다. 배열 이용 가스 터빈은, 배열 회수 보일러의 증기 에너지의 전량을 가스 터빈에 도입 가능하게 구성되어 있고, 컴바인드 사이클과 같은 증기 터빈을 사용하지 않고, 더 높은 효율을 얻을 수 있다. 도 10에 있어서, 도 1의 기준기(100)와 동등한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 적절히 설명을 생략한다. 도 10에 도시한 바와 같이, 배열 이용 가스 터빈(300)은 압축기로서 파생 압축기(201)를 구비하고, 기준기(100)의 구성 요소에 더하여 배열 회수 보일러(81) 및 물 회수 장치(82)를 구비하고 있다.
배열 회수 보일러(81)는 터빈(3)으로부터 배출된 배기 가스(15)로부터 배열을 회수하고, 물 회수 장치(82)로부터 공급된 수분(93)으로부터 고온 증기(94)를 생성한다. 배열 회수 보일러(81)는 생성한 고온 증기(94)를 연소기(2)에 분사한다. 연소기(2)는 분사된 고온 증기(94)와 연료(13)를 혼합해서 연소하고, 고온의 연소 가스(14)를 발생시켜서 터빈(3)에 공급한다. 터빈(3)을 구동한 연소 가스(14)는 배기 가스(15)로서 터빈(3)으로부터 배출되고, 배열 회수 보일러(81)에 공급된다. 배열 회수 보일러(81)에 공급된 배기 가스(15)는 열 교환에 의해 열 회수되고, 배기 가스(91)로서 배열 회수 보일러(81)로부터 배출된다. 배열 회수 보일러(81)로부터 배출된 배기 가스(91)는 물 회수 장치(82)에 공급된다. 물 회수 장치(82)는 배기 가스(91)의 습분을 냉각수로 냉각해서 응축하여, 수분을 회수한다. 물 회수 장치(82)에서 수분이 회수된 배기 가스(91)는 배기 가스(92)로서 물 회수 장치(82)로부터 배출된다. 물 회수 장치(82)에서 회수된 수분(93)은, 물 처리된 후, 일부는 물 회수 장치(82)에 있어서의 분무수에 이용되고, 일부는 배열 회수 보일러(81)에 공급되어 고온 증기(94)의 생성에 이용된다.
(효과)
가령, 도 10에 예시한 배열 이용 가스 터빈(300)의 압축기에 기준 압축기(1)를 그대로 유용한 경우, 기준 압축기(1)로부터 얻은 압축 공기(12)에 고온 증기(94)를 분사하기 때문에, 터빈(3)에 공급되는 연소 가스(14)의 유량은 기준 압축기(1)의 흡입 유량에 비해 증가한다. 그 때문에, 기준 압축기(1)의 압력비가 증가하여, 서지 마진이 감소할 가능성이 있다. 또한, 대기 온도의 변화나 경년에 의한 압축기의 동익 및 정익의 오염 등에 의해 서지 마진이 감소할 가능성도 있다. 따라서, 서지 마진의 한계 압력비를 기준 압축기(1)보다 고압력비측으로 상승시켜서, 충분한 서지 마진을 확보하는 것이 중요하다.
그에 비해, 본 발명의 파생 압축기(201)는 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이 기준 압축기(1)에 비해 서지 마진을 확보하여, 가스 터빈의 신뢰성을 확보할 수 있다. 이와 같이, 용광로 터빈에 한하지 않고 배열 가스 터빈에 대해서도 본 발명은 문제없이 적용할 수 있다. 즉, 본 발명의 적용 대상은 축류 압축기를 구비하는 가스 터빈이고, 가스 터빈의 형태는 특별히 한정되는 것은 아니다.
<그 외>
본 발명은 상기한 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시 형태는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해서 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 어떤 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하거나, 각 실시 형태의 구성 일부를 삭제하는 것도 가능하다.
제1 실시 형태에 있어서, 요건 (i)을 만족시키는 위치, 요건 (i), (ii)를 만족시키는 위치 및 요건 (i), (ii), (iii)을 만족시키는 위치에 추가단(53i)을 추가하는 경우를 예시했다. 그러나, 본 발명의 본질적 효과는, 연료의 조성의 변동에 대하여 압축기의 서지 마진을 확보할 수 있는 가스 터빈의 제조 방법을 제공하는 것이며, 이 본질적 효과를 얻는 한에 있어서는 반드시 상술한 경우에 한정되지 않는다. 예를 들어, 요건 (ii)만을 만족시키는 위치나 요건 (iii)만을 만족시키는 위치에 추가단(53i)을 추가해도 된다. 요컨대, 적어도 요건 (i), 요건 (ii) 또는 요건 (iii) 중 어느 것을 만족시키는 위치에 추가단(53i)을 추가할 수 있다.
제1 실시 형태에 있어서, 디스턴트 피스(63)의 터빈측과의 결합부를 추가단(53i)의 분만큼 짧게 하는 구성을 예시했다. 그러나, 상술한 본질적 효과를 얻는 한에 있어서는 반드시 상술한 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 기준 압축기(1)의 추가단(53i)을 추가하는 위치보다 상류측의 구성 요소를 추가단(53i)의 분만큼 상류측으로 이동시키고, 추가단(53i)을 추가해도 된다. 이 경우, 디스턴트 피스(63)의 터빈측과의 결합부를 짧게 할 필요가 없으므로, 기준 압축기(1)의 디스턴트 피스(63)를 유용할 수 있다. 또한, 디스턴트 피스(63)의 터빈측과의 결합부를 짧게 하면서, 기준 압축기(1)의 추가단(53i)을 추가하는 위치보다 상류측의 구성 요소를 상류측으로 이동시키고, 로터(56) 전체에 추가단(53i)의 분만큼의 간극을 확보하여, 추가단(53i)을 추가해도 된다.
1 : 기준 압축기
46 : 출구 안내익
51a 내지 51i : 동익
52a 내지 52i : 정익
53a 내지 53h : 제1 내지 제8 날개 단락(최종단)
53i : 추가단
62a 내지 62f : 디스크
63 : 디스턴트 피스
66 : 압축기 유로
67 : 결합부
71, 72 : 추기 슬릿
73, 74 : 추기실
100 : 기준 가스 터빈(기준기)
200 : 파생 가스 터빈(파생기)
201 : 파생 압축기

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 기준 압축기를 구비하는 기준 가스 터빈으로부터 다른 사이클의 파생 가스 터빈을 제조하는 가스 터빈의 제조 방법에 있어서,
    상기 기준 압축기의 최종단과 그 1개 전의 단 사이에 적어도 1개의 동익과 정익을 갖는 추가단이 추가되도록 상기 파생 가스 터빈의 압축기를 설계하고,
    상기 설계에 기초하여 상기 파생 가스 터빈의 압축기를 제조하고, 상기 파생 가스 터빈을 제조하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제3항에 있어서,
    상기 추가단의 디스크를 상기 기준 압축기의 최종단의 전단 디스크와 동일한 구조로 하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 파생 가스 터빈의 압축기의 디스턴트 피스를 상기 기준 압축기의 최종단의 디스턴트 피스와 동일한 구조로 하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 제조 방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 추가단의 동익을, 상기 추가단의 전단의 동익과 동일한 형상으로 하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 제조 방법.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 기준 압축기의 최종단의 정익 및 출구 안내익을 상기 파생 가스 터빈의 압축기의 최종단의 정익 및 출구 안내익으로 하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 제조 방법.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 기준 압축기의 최종단의 디스턴트 피스의 터빈측과의 결합부를 짧게 하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 제조 방법.
  12. 제3항에 있어서,
    연료 상태의 변동에 따른 압력비 상승값에 기초하여, 상기 추가단의 단수를 산정하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 기준 압축기를 구비하는 기준 가스 터빈으로부터 다른 사이클의 파생 가스 터빈을 제조하는 가스 터빈의 설계 방법에 있어서,
    상기 기준 압축기의 최종단과 그 1개 전의 단 사이에 적어도 1개의 동익과 정익을 갖는 추가단이 추가되도록 상기 파생 가스 터빈의 압축기를 설계하고, 상기 파생 가스 터빈을 설계하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 설계 방법.
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