KR102142852B1

KR102142852B1 - 다단 축류 압축기 및 가스 터빈

Info

Publication number: KR102142852B1
Application number: KR1020187026010A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 모리타
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2020-08-10
Also published as: US11199131B2; WO2017159397A1; CN108779784B; KR20180108816A; CN108779784A; US20190093554A1; JP2017166358A; DE112017001298T5; JP6689105B2

Abstract

다단 축류 압축기는, 복수의 동익이 장착된 회전축과, 회전축을 둘러싸는 케이싱으로서, 회전축과 케이싱 사이에 작동 유체의 유로를 형성하는, 상기 케이싱과, 케이싱을 둘러싸도록 회전축의 둘레 방향으로 연장되는 환형상의 벽부로서, 유로와 연통하는 환형상의 추기실을 형성하는, 상기 벽부와, 벽부의 외주면에 이어지는 복수의 포트부로서, 각각 추기실과 연통하는 출구 유로를 형성하는, 상기 복수의 포트부와, 복수의 포트부에 각각 이어지는 복수의 추기관을 구비하고, 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 포트부의 내면과 벽부의 내면이 교차하는 2개의 코너 영역 중, 추기실에 있어서의 작동 유체의 회전 방향에서 후방측에 위치하는 코너 영역에서, 포트부의 내면과 벽부의 내면이 이루는 각도를 θ1로 했을 때, 각도 θ1은 225° 이하이다.

Description

다단 축류 압축기 및 가스 터빈

본 개시는 다단 축류 압축기 및 가스 터빈에 관한 것이다.

다단 축류 압축기에서는 저속 회전시, 예를 들면, 기동 운전중이나 정지를 위한 감속 운전중, 작동 유체 예를 들면, 공기의 흐름이 불안정하게 된다. 이러한 사태를 회피하기 위한 수단으로서, 추기 구조를 채용하고 있는 것이 있다.

예를 들면, 특허문헌 1이 개시하는 회전 기계에서는, 압축기 케이싱에 추기실, 주유로, 연통로 및 추기 노즐이 형성되어 있고, 추기 노즐에는 추기 배관이 접속되어 있다. 추기 배관에는 유량 조절 밸브가 마련되어 유량 조절 밸브의 개방도를 조정하는 것에 의해서, 주유로를 흐르고 있는 압축 도중의 공기가 연통로, 추기실, 추기 노즐 및 추기 배관을 통해서, 압축기 케이싱의 밖으로 추기된다.

또한, 특허문헌 1이 개시하는 회전 기계에서는, 추기 노즐의 내주면에서 회전축선을 중심으로 하는 둘레 방향의 일방측의 제 1 면과 둘레 방향의 타방측의 제 2 면 중, 적어도 일방의 면인 제 1 면은, 추기실의 직경 방향 외측면으로부터 직경 방향 외측을 향함에 따라 점차 둘레 방향으로 타방의 면에 가까워지는 방향으로 연장되는 방향 변환 완화부를 갖는다.

여기서, 환형상의 연통로 및 추기실 내에서는, 공기가 회전축선을 중심으로 하여 둘레 방향의 타방측을 향해, 즉, 압축기 로터가 회전하는 측을 향해 선회한다.

이와 같이 공기가 선회하고 있어도, 추기실 내를 이 추기실의 직경 방향 외측면을 따라 둘레 방향의 타방측을 향해 흘러온 압축 공기는, 이 추기 노즐의 추기실측 개구에 이르더라도, 제 1 면 중의 방향 변환 완화부를 따라 흘러서 추기실의 직경 방향 외측면 및 추기 노즐의 제 1 면으로부터 거의 박리하는 일 없이, 추기 노즐내에로 유입될 수 있다.

일본 공개 특허 제 2014-145265 호 공보

추기실로부터 추기 노즐에로 유입하는 공기의 흐름에 박리가 생기면, 연통로로부터 추기 배관에 이르는 추기 계통으로의 압력 손실이 커져서, 추기 유량의 저하로 이어진다. 이 때문에, 추기 계통으로의 압력 손실을 작게 하여, 추기 유량을 증대시키기 위해서, 추기실로부터 추기 노즐에로 유입하는 공기의 흐름이 박리하는 것을 가능한 한 억제하는 것이 바람직하다. 그리고 그러기 위해서는, 추기실에 대한 추기 노즐의 접속 각도가 중요해지지만, 특허문헌 1에는, 접속 각도에 대한 구체적인 기재는 없다.

상기 사정을 감안하여, 본 발명의 적어도 일 실시형태의 목적은, 추기 유량이 증대되어, 저속 회전시여도 안정하게 동작 가능한 다단 축류 압축기 및 가스 터빈을 제공하는 것에 있다.

(1) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 다단 축류 압축기는,

복수의 동익이 장착된 회전축과,

상기 회전축을 둘러싸는 케이싱으로서, 상기 회전축과 상기 케이싱 사이에 작동 유체의 유로를 형성하는, 케이싱과,

상기 케이싱을 둘러싸도록 상기 회전축의 둘레 방향으로 연장되는 환형상의 벽부로서, 상기 유로와 연통하는 환형상의 추기실을 형성하는, 벽부와,

상기 벽부의 외주면에 이어지는 복수의 포트부로서, 각각 상기 추기실과 연통하는 출구 유로를 형성하는, 복수의 포트부와,

상기 복수의 포트부에 각각 이어지는 복수의 추기관을 구비하고,

상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 포트부의 내면과 상기 벽부의 내면이 교차하는 2개의 코너 영역 중, 상기 추기실에 있어서의 상기 작동 유체의 회전 방향에서 후방측에 위치하는 코너 영역에서, 상기 포트부의 내면과 상기 벽부의 내면이 이루는 각도를 θ1로 했을 때,

상기 각도 θ1은 225° 이하이다.

상기 구성 (1)에서는, 각도 θ1이 225° 이하이므로, 추기실로부터 포트부로 작동 유체가 유입할 때, 작동 유체의 회전 방향에서 후방측의 코너 영역에서의 작동 유체의 흐름의 박리가 방지된다. 이 때문에, 추기실로부터 포트부에로 유입할 때의 작동 유체의 압력 손실이 저감되어, 작동 유체가 추기실로부터 포트부에로 원활히 유입하고, 추기 유량이 증대된다. 그 결과로서, 상기 구성 (1)을 갖는 다단 축류 압축기는 저속 회전시여도 안정하게 동작 가능하다.

(2) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 구성 (1)에 있어서,

상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 포트부의 내면과 상기 벽부의 내면이 교차하는 2개의 코너 영역 중, 상기 추기실에 있어서의 상기 작동 유체의 회전 방향에서 전방측에 위치하는 코너 영역에서, 상기 포트부의 내면과 상기 벽부의 내면이 이루는 각도를 θ2로 했을 때,

상기 각도 θ2는 315° 이상이다.

상기 구성 (2)에서는, 각도 θ2가 315° 이상이므로, 추기실로부터 포트부에 작동 유체가 원활히 유입할 수 있다. 이 때문에, 추기실로부터 포트부에 유입할 때의 유체의 압력 손실이 저감되어, 작동 유체가 추기실로부터 포트부에로 원활히 유입하고, 추기 유량이 증대된다. 그 결과로서, 상기 구성 (2)을 갖는 다단 축류 압축기는 저속 회전시여도 안정하게 동작 가능하다.

(3) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 구성 (2)에 있어서,

상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라본 상기 포트부의 내경을 d로 하고, 또한, 상기 추기실의 외경을 D로 했을 때,

상기 각도 θ1은, 다음 식：

270°-sin^-1((1-d/D)＾0.5)·180°/π≤θ1

로 나타나는 관계를 충족하고,

상기 각도 θ2는, 다음 식：

θ2≤270°＋sin^-1((1-d/D)＾0.5)·180°/π

로 나타나는 관계를 충족하고 있다.

각도 θ1은, 작동 유체의 흐름의 박리를 방지하기 위해서는 작을수록 좋지만, 추기실에 대해 포트부가 접선 방향에 이어져 있을 때의 각도(접선 방향 각도)보다 작게 할 수 없다. 상기한 각도 θ1의 정의에 따라 나타낸, 작동 유체의 회전 방향에서 후방측의 코너 영역에서의 접선 방향 각도를 θt1로 하면, θt1=270°-sin^-1((1-d/D)＾0.5)·180°/π이며, 접선 방향 각도 θt1은, 추기실의 외경 및 포트부의 내경에 기초하여 결정할 수 있다. 그래서, 상기 구성 (3)에서는, 추기실의 외경 및 포트부의 내경에 기초하여 각도 θ1의 최소치를 접선 방향 각도 θt1로 설정하고 있다.

마찬가지로, 각도 θ2는, 추기실로부터 포트부에의 작동 유체의 흐름을 원활히 하기 위해서는 클수록 좋지만, 추기실에 대해 포트부가 접선 방향에 이어져 있을 때의 각도(접선 방향 각도)보다 크게 할 수 없다. 상기한 각도 θ2의 정의에 따라 나타낸, 작동 유체의 회전 방향에서 전방측의 코너 영역에서의 접선 방향 각도를 θt2로 하면, θt2=270°＋sin^-1((1-d/D)＾0.5)·180°/π이며, 접선 방향 각도 θt2는, 추기실의 외경 및 포트부의 내경에 기초하여 결정할 수 있다. 그래서, 상기 구성 (3)에서는, 추기실의 외경 및 포트부의 내경에 기초하여 각도 θ2의 최대치를 접선 방향 각도 θt2로 설정하고 있다.

(4) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 구성 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서,

상기 복수의 추기관 중 적어도 1개의 추기관은 적어도 1개의 만곡부를 갖고,

상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라본 상기 포트부의 내경을 d로 하고,

상기 적어도 1개의 만곡부의 곡률 반경을 R로 했을 때,

상기 포트부의 내경 d에 대한 상기 만곡부의 곡률 반경 R의 비 R/d는, 다음 식：

2≤R/d

로 나타낸 관계를 충족하고 있다.

상기 구성 (4)에 의하면, 포트부의 내경 d에 대한 만곡부의 곡률 반경 R의 비 R/d가 2 이상이기 때문에, 추기관으로의 작동 유체의 압력 손실이 저감되어 작동 유체는 추기관을 원활히 흐를 수 있다. 이 때문에, 추기관을 통해서 흐르는 작동 유체의 유량, 즉, 추기 유량을 증대시킬 수 있어서, 상기 구성 (4)을 갖는 다단 축류 압축기는 간단한 구성으로, 저속 회전시여도 안정하게 동작 가능하다.

(5) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 구성 (4)에 있어서,

상기 회전축은 수평 방향으로 연장되고,

상기 복수의 포트부는 제 1 포트부, 제 2 포트부, 제 3 포트부 및 제 4 포트부를 포함하고,

상기 제 1 포트부, 상기 제 2 포트부, 상기 제 3 포트부 및 상기 제 4 포트부는 상기 회전축의 둘레 방향에서 이 순서로 배열되고,

상기 제 1 포트부 및 상기 제 2 포트부는, 상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 회전축과 직교하는 수평 방향에서 상기 회전축의 중심에 대해 제 1 측에 위치하고,

상기 제 3 포트부 및 상기 제 4 포트부는, 상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 회전축과 직교하는 수평 방향에서 상기 회전축의 중심에 대해 상기 제 1 측과는 반대의 제 2 측에 위치하고,

상기 복수의 추기관은 상기 제 1 포트부, 상기 제 2 포트부, 상기 제 3 포트부 및 상기 제 4 포트부에 각각 이어지는 제 1 추기관, 제 2 추기관, 제 3 추기관 및 제 4 추기관을 포함하고,

상기 제 1 추기관 및 상기 제 2 추기관은, 상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 회전축과 직교하는 수평 방향에서 상기 회전축의 중심에 대해 상기 제 2 측까지 연장되고,

상기 적어도 1개의 만곡부는 상기 제 1 추기관의 일부를 구성하는 제 1 만곡부와, 상기 제 2 추기관의 일부를 구성하는 제 2 만곡부를 포함하고,

상기 제 1 만곡부 및 상기 제 2 만곡부는, 상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 자신을 흐르는 상기 작동 유체의 회전 방향이 상기 추기실에 있어서의 상기 작동 유체의 회전 방향과 동일한 방향이 되도록 만곡하여 있다.

상기 구성 (5)에 의하면, 제 1 만곡부 및 제 2 만곡부는, 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 자신을 흐르는 작동 유체의 회전 방향이 회전축의 회전 방향과 동일한 방향이 되도록 만곡하여 있으므로, 작동 유체는 제 1 만곡부 및 제 2 만곡부를 원활히 흐를 수 있다. 이 때문에, 제 1 추기관 및 제 2 추기관을 통해서 흐르는 작동 유체의 유량, 추기 유량을 증대시킬 수 있어서, 상기 구성 (5)를 갖는 다단 축류 압축기는 간단한 구성으로, 저속 회전시여도 안정하게 동작 가능하다.

(6) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 구성 (5)에 있어서,

상기 적어도 1개의 만곡부는, 상기 제 3 추기관의 일부를 구성하는 제 3 만곡부와, 상기 제 4 추기관의 일부를 구성하는 제 4 만곡부를 포함하고,

상기 제 3 만곡부 및 상기 제 4 만곡부는, 상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 자신을 흐르는 상기 작동 유체의 회전 방향이 상기 추기실에 있어서의 상기 작동 유체의 회전 방향과 역방향이 되도록 만곡하여 있다.

상기 구성 (6)에 의하면, 제 3 만곡부 및 제 4 만곡부는, 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 자신을 흐르는 작동 유체의 회전 방향이 회전축의 회전 방향과 역방향이 되도록 만곡하여 있지만, 비 R/d가 2 이상이므로, 제 3 만곡부 및 제 4 만곡부에서의 압력 손실이 저감된다. 이 때문에, 제 3 추기관 및 제 4 추기관을 통해서 흐르는 작동 유체의 유량, 추기 유량을 증대시킬 수 있어서, 상기 구성 (6)을 갖는 다단 축류 압축기는 간단한 구성으로, 저속 회전시여도 안정하게 동작 가능하다.

(7) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 구성 (4) 내지 (6)의 어느 하나에 있어서,

상기 회전축은 수평 방향으로 연장되고,

상기 제 1 포트부 및 상기 제 3 포트부는 상기 회전축과 직교하는 수평 방향을 따라 연장되고,

상기 제 2 포트부 및 상기 제 4 포트부는 연직 방향을 따라 연장되어 있다.

상기 구성 (7)에 의하면, 제 1 포트부 및 제 3 포트부는 수평 방향으로 연장되고, 제 2 포트부 및 제 4 포트부는 연직 방향으로 연장되어 있고, 간단한 구성으로, 제 1 포트부, 제 2 포트부, 제 3 포트부 및 제 4 포트부에 유입하는 작동 유체의 흐름의 박리를 방지할 수 있다. 그 결과로서, 상기 구성 (7)을 갖는 다단 축류 압축기는 간단한 구성으로, 저속 회전시여도 충분한 추기 유량을 확보할 수 있어서 안정하게 동작 가능하다.

(8) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 구성 (4) 내지 (7)의 어느 하나에 있어서,

상기 회전축은 수평 방향으로 연장되고,

상기 회전축과 직교하는 단면에서, 상기 벽부의 외주면의 정상부의 둘레 방향 위치를 0°로 했을 때에,

상기 벽부의 외주면과 상기 제 1 포트부의 축선의 교점은 30° 이상 60° 이하의 둘레 방향 위치에 있고,

상기 벽부의 외주면과 상기 제 2 포트부의 축선의 교점은 120° 이상 150° 이하의 둘레 방향 위치에 있고,

상기 벽부의 외주면과 상기 제 3 포트부의 축선의 교점은 200° 이상 230° 이하의 둘레 방향 위치에 있고,

상기 벽부의 외주면과 상기 제 4 포트부의 축선의 교점은 290° 이상 320° 이하의 둘레 방향 위치에 있다.

상기 구성 (8)에 의하면, 상기 벽부의 외주면과 상기 제 1 포트부의 축선의 교점은 30° 이상 60° 이하의 둘레 방향 위치에 있고, 벽부의 외주면과 제 2 포트부의 축선의 교점은 120° 이상 150° 이하의 둘레 방향 위치에 있고, 벽부의 외주면과 제 3 포트부의 축선의 교점은 200° 이상 230° 이하의 둘레 방향 위치에 있으며, 벽부의 외주면과 제 4 포트부의 축선의 교점은 290° 이상 320° 이하의 둘레 방향 위치에 있으므로, 상하 방향에서의 추기관의 높이를 억제할 수 있다. 그 결과로서, 상기 구성 (8)을 갖는 다단 축류 압축기의 설치 스페이스를 작게 할 수 있다.

(9) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 구성 (4) 내지 (8)의 어느 하나에 있어서,

상기 회전축은 수평 방향으로 연장되고,

상기 회전축과 직교하는 단면을, 상기 회전축의 중심을 원점으로 하여, 연직축 및 수평축으로 4개의 사분면으로 분할했을 때에,

상기 추기실에 대해 원위쪽에 위치하는 상기 제 1 추기관, 상기 제 2 추기관, 상기 제 3 추기관 및 상기 제 4 추기관의 원위단은 상기 4개의 사분면 중 동일한 사분면 내에 위치하고 있다.

상기 구성 (9)에 의하면, 제 1 추기관, 제 2 추기관, 제 3 추기관 및 제 4 추기관의 원위단이 동일한 사분면 내에 위치하고 있으므로, 제 1 추기관, 제 2 추기관, 제 3 추기관 및 제 4 추기관의 원위단에, 회전축의 축선 방향으로 연장되는 축방향 배관을 연결하는 경우에, 연결이 용이하다.

(10) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 구성 (9)에 있어서,

상기 제 1 추기관, 상기 제 2 추기관, 상기 제 3 추기관 및 상기 제 4 추기관의 원위단은 상기 회전축과 직교하는 수평 방향에서 상기 케이싱보다 외측에 위치하고 있다.

케이싱의 하방에는, 케이싱을 지지하기 위한 콘크리트제의 대좌 등이 배치되는 일이 있다. 이 때문에, 회전축의 축선 방향으로 연장되는 축방향 배관을, 케이싱의 하방에 배치하는 것은 곤란하다.

이 점, 상기 구성 (10)에 의하면, 제 1 추기관, 제 2 추기관, 제 3 추기관 및 제 4 추기관의 원위단은, 동일한 사분면 내에 위치하고, 수평 방향에서 케이싱보다 외측에 위치하고 있으므로, 제 1 추기관, 제 2 추기관, 제 3 추기관 및 제 4 추기관의 원위단에, 회전축의 축선 방향으로 연장되는 축방향 배관을 연결하기 쉽다.

(11) 본 발명의 일 실시형태에 따른 가스 터빈은,

다단 축류 압축기와,

상기 다단 축류 압축기에 의해서 압축된 공기를 이용하여 연료를 연소시켜서, 연소 가스를 발생 가능한 연소기와,

상기 연소기에서 발생한 연소 가스를 이용하여 동력을 출력 가능한 터빈을 구비하는 가스 터빈에 있어서,

상기 다단 축류 압축기는,

복수의 동익이 장착된 회전축과,

상기 회전축을 둘러싸는 케이싱으로서, 상기 회전축과 상기 케이싱 사이에 작동 유체로서의 상기 공기의 유로를 형성하는, 케이싱과,

상기 벽부의 외주면으로 연장되는 복수의 포트부로서, 각각 상기 추기실과 연통하는 출구 유로를 형성하는, 복수의 포트부와,

상기 각도 θ1은 225° 이하이다.

상기 구성 (11)에서는, 각도 θ1이 225° 이하이므로, 추기실로부터 포트부에 작동 유체가 유입할 때, 회전 방향에서 후방측의 코너 영역에서의 작동 유체의 흐름의 박리가 방지된다. 이 때문에, 추기실로부터 포트부에 유입할 때의 유체의 압력 손실이 저감되어 작동 유체가 추기실로부터 포트부에로 원활히 유입하고, 추기 유량이 증대된다. 그 결과로서, 다단 축류 압축기는, 저속 회전시여도 안정하게 동작 가능하고, 상기 구성 (11)을 갖는 가스 터빈도 저속 회전시, 예를 들면, 기동중이나 정지를 위한 감속 중에 안정하게 동작 가능하다.

또한, 상기 구성 (4) 내지 (10)에 의하면, 상기 구성 (1) 내지 (3)을 구비하지 않아도, 추기관으로의 압력 손실을 억제함으로써, 추기량을 증대 가능하다. 이 때문에, 추기 유량이 증대되어 저속 회전시여도 안정하게 동작 가능한 다단 축류 압축기 및 가스 터빈을 제공한다고 하는 목적이면, 상기 구성 (1) 내지 (3)을 구비하지 않아도, 상기 구성 (4) 내지 (10)에 의해서 달성 가능하다.

본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 추기 유량이 증대되어 저속 회전시여도 안정하게 동작 가능한 다단 축류 압축기 및 가스 터빈이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 가스 터빈의 개략적인 구성을 도시하는 도면,
도 2는 도 1의 가스 터빈에 적용된 다단 축류 압축기의 일부의 개략적인 구성을 도시하는 도면,
도 3은 도 2 중의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 개략적인 단면도,
도 4는 도 3 중의 영역 Ⅳ의 확대도,
도 5는 다른 일 실시형태에 따른 다단 축류 압축기의 도 3에 대응하는 개략적인 단면도.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇 개의 실시형태에 대해 설명한다.

다만, 실시형태로서 기재되어 있는 또는 도면에 도시되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 본 발명의 범위를 이에 한정하는 취지가 아니라, 단순한 설명예에 지나지 않는다.

예를 들면, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 또는 「동축」 등의 상대적인 또는 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 같은 기능을 얻을 수 있는 정도의 각도나 거리를 갖고 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.

예를 들면, 「동일」, 「동일하다」 및 「균질」 등의 사물이 동일한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동일한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 같은 기능을 얻을 수 있는 정도의 차이가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.

예를 들면, 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미로의 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 같은 효과를 얻을 수 있는 범위에서, 오목 돌기부나 모따기부 등을 포함한 형상도 나타내는 것으로 한다.

한편, 하나의 구성요소를 「구비한다」, 「갖춘다」, 「구비한다」, 「포함한다」 또는 「갖는다」라고 하는 표현은, 다른 구성요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 가스 터빈(1)의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1의 가스 터빈(1)에 적용된 다단 축류 압축기(2a, 2b)의 일부의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다. 도 3은 도 2 중의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 개략적인 단면도이다. 도 4는 도 3 중의 영역 Ⅳ의 확대도이다. 도 5는 다른 일 실시형태에 따른 다단 축류 압축기(2b)의 도 3에 대응하는 개략적인 단면도이다.

또한, 이하의 설명에서는, 다단 축류 압축기(2a, 2b)를 일괄하여 다단 축류 압축기(2)라고도 칭한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 가스 터빈(1)은, 다단 축류 압축기(2), 연소기(4) 및 터빈(6)을 구비하고 있다.

연소기(4)는 다단 축류 압축기(2)에 의해서 압축된 공기를 이용하여 연료를 연소시켜서 고온의 연소 가스를 발생 가능하다.

터빈(6)은 연소기(4)에서 발생한 연소 가스를 이용하여 동력을 출력 가능하다. 터빈(6)이 출력한 동력의 일부는, 다단 축류 압축기(2)에 공급되고, 잔부(殘部)는, 예를 들면, 발전기(도시되지 않음)에 공급되어 발전에 이용된다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 다단 축류 압축기(2)는 회전축(10), 케이싱(12), 벽부(14), 복수의 포트부(16), 및 복수의 추기관(18)을 구비하고 있다.

회전축(10)에는 복수단의 동익렬이 장착되어 있다. 복수단의 동익렬은, 회전축(10)의 축선 방향에서 서로 이격되어 배열되어 있다. 각 동익렬은 각각 회전축(10)에 장착된 복수의 동익(20)을 포함하고, 각 동익렬에 있어서, 복수의 동익(20)은 회전축(10)의 둘레 방향으로 배열되어 있다.

케이싱(12)은 회전축(10)을 둘러싸고 있고, 케이싱(12)과 회전축(10) 사이에 작동 유체의 유로(22)가 형성되어 있다. 가스 터빈(1)에 적용된 다단 축류 압축기(2)의 경우, 작동 유체는 공기이다.

또한, 케이싱(12)에는 복수단의 정익렬이 장착되어 있다. 복수단의 정익렬은 회전축(10)의 축선 방향에서 서로 이격되어 배열되고, 회전축(10)의 축선 방향에서, 동익렬과 정익렬은 교대로 배치된다. 각 정익렬은 각각 케이싱(12)에 장착된 복수의 정익(24)을 포함하고, 각 정익렬에 있어서, 복수의 정익(24)은 회전축(10)의 둘레 방향으로 배열되어 있다.

벽부(14)는 케이싱(12)을 둘러싸도록 회전축(10)의 둘레 방향으로 연장되어 있어서, 유로(22)의 주위에 유로(22)와 연통하는 환형상의 공간(추기실)(26)을 형성하고 있다. 예를 들어, 추기실(26)은 케이싱(12)에 형성된 슬릿(연통로)(28)을 거쳐서 유로(22)와 연통하고 있다. 또한, 압축 도중의 작동 유체를 추기 가능한 것과 같이, 추기실(26)은 회전축(10)의 축선 방향에서, 유로(22)의 중간 부분과 연통하고 있다. 중간 부분이란, 중앙이라는 의미가 아니라, 양단을 제외한 부분을 의미한다.

복수의 포트부(추기 노즐)(16)는, 벽부(14)의 외주면에 이어져 있다. 각 포트부(16)는 중공의 통 형상을 갖고, 추기실(26)과 연통하는 출구 유로(30)를 형성하고 있다.

복수의 추기관(18)은, 복수의 포트부(16)에 각각 이어져 있다. 추기관(18)은 출구 유로(30)에 이어지는 관로(32)를 형성하고 있다. 또한, 포트부(16)는 벽부(14)와 일체로 형성되어 있어도 좋고, 또는 추기관(18)과 일체로 형성되어 있어도 좋다. 후자의 경우, 추기관(18)의 단부가 벽부(14)에 직접 접속되어 출구 유로를 구성하고 있어도 좋다.

복수의 추기관(18)에는 복수의 유량 조정 밸브(19)가 각각 개재 삽입되고, 유량 조정 밸브(19)의 개방도를 조정함으로써, 추기관(18)을 흐르는 작동 유체의 유량을 조정 가능하다. 추기관(18)을 통해서 추기된 작동 유체는, 예를 들면, 터빈(6)의 냉각 등에 이용할 수 있다. 또한, 도 3 및 도 5에서는, 유량 조정 밸브(19)를 생략하고 있다.

여기서, 도 4에 도시되는 바와 같이, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 포트부(16)의 내면(17)과 벽부(14)의 내면(15)[추기실(26)의 외주면]이 교차하는 2개의 코너 영역(34a, 34b) 중, 추기실(26)에 있어서의 작동 유체의 회전 방향(Rf)에서 후방측에 위치하는 코너 영역(34a)에서, 포트부(16)의 내면(17)과 벽부(14)의 내면(15)이 이루는 각도를 θ1로 정의한다.

또한, 보다 정확하게는, 본 명세서에 있어서의 각도 θ1의 정의상, 포트부(16)의 내면(17)은, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 벽부(14)의 내면(15)과 포트부(16)의 내면(17)과의 2개의 교점(X, Y)을 통과하는 직선(L)에 의해서 규정된다. 코너 영역(34a, 34b)에 R 가공이 실시되어 있는 경우에는, 교점(X, Y)은 벽부(14)의 내면(15)과 포트부(16)의 내면(17)의 연장선과의 교점이어도 좋다.

그리고, 도 1 내지 도 5에 도시된 다단 축류 압축기(2)에서는, 상기와 같이 정의된 각도 θ1이 225° 이하이다.

상기 구성에서는, 각도 θ1이 225° 이하이므로, 추기실(26)로부터 포트부(16)로 작동 유체가 유입할 때, 추기실(26)에 있어서의 작동 유체의 회전 방향(Rf)에서 후방측의 코너 영역(34a)에서의 작동 유체의 흐름의 박리가 방지된다. 이 때문에, 추기실(26)로부터 포트부(16)에 유입할 때의 작동 유체의 압력 손실이 저감되어, 작동 유체가 추기실(26)로부터 포트부(16)에로 원활히 유입하여 추기 유량이 증대된다. 그 결과로서, 다단 축류 압축기(2)는 저속 회전시여도 안정하게 동작 가능하고, 나아가서는 상기 구성을 갖는 가스 터빈(1)도 저속 회전시, 예를 들면, 기동중이나 정지를 위한 감속중에 안정하게 동작 가능하다.

몇 개의 실시형태에서는, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 포트부(16)의 내면(17)과 벽부(14)의 내면(15)이 교차하는 2개의 코너 영역(34a, 34b) 중, 추기실(26)에 있어서의 작동 유체의 회전 방향(Rf)에서 전방측에 위치하는 코너 영역(34b)에서, 포트부(16)의 내면(17)과 벽부(14)의 내면(15)이 이루는 각도를 θ2로 정의했을 때, 각도 θ2가 315° 이상이다.

또한, 보다 정확하게는, 본 명세서에 있어서의 각도 θ2의 정의상, 포트부(16)의 내면(17)은, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 벽부(14)의 내면(15)과 포트부(16)의 내면(17)과의 2개의 교점(X, Y)을 연결하는 선(L)에 의해서 규정된다. 코너 영역(34a, 34b)에 R 가공이 실시되어 있는 경우에는, 교점(X, Y)은, 벽부(14)의 내면(15)과 포트부(16)의 내면(17)의 연장선과의 교점이어도 좋다.

상기 구성에 의하면, 각도 θ2가 315° 이상이므로, 추기실(26)로부터 포트부(16)로 작동 유체가 원활히 유입할 수 있다. 이 때문에, 추기실(26)로부터 포트부(16)에 유입할 때의 유체의 압력 손실이 저감되어, 작동 유체가 추기실(26)로부터 포트부(16)에로 원활히 유입하고 추기 유량이 증대된다. 그 결과로서, 상기 구성을 갖는 다단 축류 압축기(2)는 저속 회전시여도 안정하게 동작 가능하다.

몇 개의 실시형태에서는, 도 3 내지 도 5에 도시되는 바와 같이, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라본 포트부(16)의 내경을 d라고 정의하고, 또한, 도 3 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라본 추기실(26)의 외경을 D라고 정의했을 때에, 각도 θ1은, 다음 식:

270°-sin^-1((1-d/D)＾0.5)·180°/π≤θ1

로 나타나는 관계를 충족하고, 각도 θ2는, 다음 식:

θ2≤270°+sin^-1((1-d/D)＾0.5)·180°/π

로 나타나는 관계를 충족하고 있다.

각도 θ1은, 작동 유체의 흐름의 박리를 방지하기 위해서는 작을수록 좋지만, 추기실(26)에 대해 포트부(16)가 접선 방향으로 이어져 있을 때의 각도(접선 방향 각도)보다 작게 할 수 없다. 상기한 각도 θ1의 정의에 따라 나타낸, 작동 유체의 회전 방향(Rf)에서 후방측의 코너 영역(34a)에서의 접선 방향 각도를 θt1로 하면, θt1=270°-sin^-1((1-d/D)＾0.5)·180°/π이며, 접선 방향 각도 θt1은, 추기실(26)의 외경(D) 및 포트부(16)의 내경 d에 기초하여 결정할 수 있다. 그래서, 상기 구성에서는, 추기실(26)의 외경(D) 및 포트부(16)의 내경 d에 기초하여, 각도 θ1의 최소치를 접선 방향 각도 θt1로 설정하고 있다.

마찬가지로, 각도 θ2는, 추기실(26)로부터 포트부(16)에의 작동 유체의 흐름을 원활히 하기 위해서는 클수록 좋지만, 추기실(26)에 대해 포트부(16)가 접선 방향으로 이어져 있을 때의 각도(접선 방향 각도)보다 크게 할 수 없다. 상기한 각도 θ2의 정의에 따라 나타낸, 작동 유체의 회전 방향(Rf)에서 전방측의 코너 영역(34b)에서의 접선 방향 각도를 θt2로 하면, θt2=270°+sin-1((1-d/D)＾0.5)·180°/π이며, 접선 방향 각도 θt2는, 추기실(26)의 외경(D) 및 포트부(16)의 내경 d에 기초하여 결정할 수 있다. 그래서, 상기 구성에서는, 추기실(26)의 외경(D) 및 포트부(16)의 내경 d에 기초하여 각도 θ2의 최대치를 접선 방향 각도 θt2로 설정하고 있다.

몇 개의 실시형태에서는, 포트부(16)는 일정한 내경 d을 갖는 원통 형상을 갖고 있다. 또한, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 작동 유체의 회전 방향(Rf)에서 전방측에 위치하는 코너 영역(34b)에는 R 가공이 실시되어 있어도 좋고, 포트부(16)의 내면(17)과 벽부(14)의 내면(15)이 만곡면(35)을 거쳐서 연결되어 있어도 좋다.

몇 개의 실시형태에서는, 도 3 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 복수의 추기관(18) 중 적어도 1개의 추기관은 적어도 1개의 만곡부(36)를 갖는다. 만곡부(36)의 곡률 반경을 R로 했을 때에, 포트부(16)의 내경 d[또는 추기관(18)의 내경]에 대한 만곡부(36)의 곡률 반경 R의 비 R/d는, 다음 식:

2≤R/d

로 나타나는 관계를 충족하고 있다.

상기 구성에 의하면, 포트부(16)의 내경 d[또는 추기관(18)의 내경]에 대한 만곡부의 곡률 반경 R의 비 R/d가, 2 이상이기 때문에, 추기관(18)에서의 작동 유체의 압력 손실이 저감되어 작동 유체는 추기관(18)을 원활히 흐를 수 있다. 이 때문에, 추기관(18)을 통해서 흐르는 작동 유체의 유량, 즉, 추기 유량을 증대시킬 수 있다. 그 결과로서, 상기 구성을 갖는 다단 축류 압축기(2)는 간단한 구성으로, 저속 회전시여도 안정하게 동작 가능하다.

또한, 만곡부(36)의 곡률 반경 R은 관축[만곡부(36)의 중심선]에서의 곡률 반경이다.

몇 개의 실시형태에서는, 도 1에 도시되는 바와 같이 회전축(10)은 수평 방향으로 연장되어 있다. 그리고, 도 3 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 복수의 포트부(16)는 제 1 포트부(16a), 제 2 포트부(16b), 제 3 포트부(16c) 및 제 4 포트부(16d)를 포함한다.

제 1 포트부(16a), 제 2 포트부(16b), 제 3 포트부(16c) 및 제 4 포트부(16d)는, 회전축(10)의 둘레 방향에서 이 순서로 배열되어 있다. 제 1 포트부(16a) 및 제 2 포트부(16b)는, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 회전축(10)과 직교하는 수평 방향에서 회전축(10)의 중심(C)에 대해 제 1 측에 위치하고 있다. 제 3 포트부(16c) 및 제 4 포트부(16d)는, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 회전축(10)과 직교하는 수평 방향에서 회전축(10)의 중심(C)에 대해 제 1 측과는 반대의 제 2 측에 위치하고 있다.

복수의 추기관(18)은 제 1 포트부(16a), 제 2 포트부(16b), 제 3 포트부(16c) 및 제 4 포트부(16d)에 각각 이어지는 제 1 추기관(18a), 제 2 추기관(18b), 제 3 추기관(18c) 및 제 4 추기관(18d)을 포함한다. 제 1 추기관(18a) 및 제 2 추기관(18b)은 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 회전축(10)과 직교하는 수평 방향에서 회전축(10)의 중심(C)에 대해 제 2 측까지 연장되어 있다.

그리고, 적어도 1개의 만곡부(36)는 도 5에 도시되는 바와 같이, 제 1 추기관(18a)의 일부를 구성하는 제 1 만곡부(36a1, 36a2)와, 제 2 추기관(18b)의 일부를 구성하는 제 2 만곡부(36b)를 포함한다. 제 1 만곡부(36a1, 36a2) 및 제 2 만곡부(36b)는, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 자신을 흐르는 작동 유체의 회전 방향이 추기실(26)에 있어서의 작동 유체의 회전 방향(Rf)과 동일한 방향이 되도록 만곡하여 있다.

상기 구성에 의하면, 제 1 만곡부(36a1, 36a2) 및 제 2 만곡부(36b)는, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 자신을 흐르는 작동 유체의 회전 방향이 추기실(26)에 있어서의 작동 유체의 회전 방향(Rf)과 동일한 방향이 되도록 만곡하여 있으므로, 작동 유체는 제 1 만곡부(36a1, 36a2) 및 제 2 만곡부(36b)를 원활히 흐를 수 있다. 이 때문에, 제 1 추기관(18a) 및 제 2 추기관(18b)을 통해서 흐르는 작동 유체의 유량, 즉, 추기 유량을 증대시킬 수 있다. 그 결과로서, 상기 구성을 갖는 다단 축류 압축기(2b)는 간단한 구성으로, 저속 회전시여도 안정하게 동작 가능하다.

몇 개의 실시형태에서는, 적어도 1개의 만곡부(36)는 제 3 추기관(18c)의 일부를 구성하는 제 3 만곡부(36c)와, 제 4 추기관(18d)의 일부를 구성하는 제 4 만곡부(36d)를 포함한다. 제 3 만곡부(36c) 및 제 4 만곡부(36d)는, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 자신을 흐르는 작동 유체의 회전 방향이 추기실(26)에 있어서의 작동 유체의 회전 방향(Rf)과 역방향이 되도록 만곡하여 있다.

상기 구성에 의하면, 제 3 만곡부(36c) 및 제 4 만곡부(36d)는, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 자신을 흐르는 작동 유체의 회전 방향이 추기실(26)에 있어서의 작동 유체의 회전 방향(Rf)과 역방향이 되도록 만곡하여 있지만, 비 R/d가 2 이상이므로, 제 3 만곡부(36c) 및 제 4 만곡부(36d)에서의 압력 손실이 저감된다. 이 때문에, 제 3 추기관(18c) 및 제 4 추기관(18d)을 통해서 흐르는 작동 유체의 유량, 즉, 추기 유량을 증대시킬 수 있다. 그 결과로서, 상기 구성을 갖는 다단 축류 압축기(2b)는 간단한 구성으로, 저속 회전시여도 안정하게 동작 가능하다.

몇 개의 실시형태에서는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 회전축(10)은 수평 방향으로 연장되어 있다. 복수의 포트부(16)는 도 3 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 제 1 포트부(16a), 제 2 포트부(16b), 제 3 포트부(16c) 및 제 4 포트부(16d)를 포함한다. 제 1 포트부(16a), 제 2 포트부(16b), 제 3 포트부(16c) 및 제 4 포트부(16d)는, 회전축(10)의 둘레 방향에서 이 순서로 배열되어 있다.

제 1 포트부(16a) 및 제 2 포트부(16b)는 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 회전축(10)과 직교하는 수평 방향에서 회전축(10)의 중심(C)에 대해 제 1 측에 위치하고, 제 3 포트부(16c) 및 제 4 포트부(16d)는 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 회전축(10)과 직교하는 수평 방향에서 회전축(10)의 중심(C)에 대해 제 1 측과는 반대의 제 2 측에 위치하고 있다.

그리고, 도 3 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 제 1 포트부(16a) 및 제 3 포트부(16c)는 회전축(10)과 직교하는 수평 방향을 따라 연장되고, 제 2 포트부(16b) 및 제 4 포트부(16d)는 연직 방향을 따라 연장되어 있다.

상기 구성에 의하면, 제 1 포트부(16a) 및 제 3 포트부(16c)는 수평 방향으로 연장되고, 제 2 포트부(16b) 및 제 4 포트부(16d)는 연직 방향으로 연장되며, 간단한 구성으로, 제 1 포트부(16a), 제 2 포트부(16b), 제 3 포트부(16c) 및 제 4 포트부(16d)에 유입하는 작동 유체의 흐름의 박리를 방지할 수 있다. 그 결과로서, 상기 구성을 갖는 다단 축류 압축기(2)는 간단한 구성으로, 저속 회전시여도 충분한 추기 유량을 확보할 수 있어서 안정하게 동작 가능하다.

몇 개의 실시형태에서는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 회전축(10)은 수평 방향으로 연장되어 있다. 복수의 포트부(16)는 도 3 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 제 1 포트부(16a), 제 2 포트부(16b), 제 3 포트부(16c) 및 제 4 포트부(16d)를 포함하고 있다. 회전축(10)과 직교하는 단면에서, 벽부(14)의 외주면의 정상부의 둘레 방향 위치를 0°로 정의한다. 또한, 도 4에 도시되는 바와 같이, 회전축(10)과 직교하는 단면에서, 벽부(14)의 외주면과 포트부(16)의 축선(중심선)과의 교점을 Z로 정의한다. 이러한 정의 하에서, 벽부(14)의 외주면과 제 1 포트부(16a)의 축선의 교점(Z)은 30° 이상 60° 이하의 둘레 방향 위치에 있고, 벽부(14)의 외주면과 제 2 포트부(16b)의 축선의 교점(Z)은 120° 이상 150° 이하의 둘레 방향 위치에 있고, 벽부(14)의 외주면과 제 3 포트부(16c)의 축선의 교점(Z)은 200° 이상 230° 이하의 둘레 방향 위치에 있으며, 벽부(14)의 외주면과 제 4 포트부(16d)의 축선의 교점(Z)은 290° 이상 320° 이하의 둘레 방향 위치에 있다.

상기 구성에 의하면, 벽부(14)의 외주면과 제 1 포트부(16a)의 축선의 교점(Z)은 30° 이상 60° 이하의 둘레 방향 위치에 있고, 벽부(14)의 외주면과 제 2 포트부(16b)의 축선의 교점(Z)은 120° 이상 150° 이하의 둘레 방향 위치에 있고, 벽부(14)의 외주면과 제 3 포트부(16c)의 축선의 교점(Z)은 200° 이상 230° 이하의 둘레 방향 위치에 있으며, 벽부(14)의 외주면과 제 4 포트부(16d)의 축선의 교점(Z)은 290° 이상 320° 이하의 둘레 방향 위치에 있으므로, 상하 방향으로의 추기관(18)의 높이를 억제할 수 있다. 그 결과로서, 상기 구성을 갖는 다단 축류 압축기(2)의 설치 스페이스를 작게 할 수 있다.

몇 개의 실시형태에서는, 회전축(10)이 수평 방향으로 연장되고, 회전축(10)과 직교하는 단면을, 회전축(10)의 중심(C)을 원점으로 하여, 연직축 및 수평축으로 4개의 사분면으로 분할했을 때, 도 3 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 제 1 추기관(18a), 제 2 추기관(18b), 제 3 추기관(18c) 및 제 4 추기관(18d)의 타단(37a, 37b, 37c, 37d)은 동일한 사분면 내에 위치되어 있다. 제 1 추기관(18a), 제 2 추기관(18b), 제 3 추기관(18c) 및 제 4 추기관(18d)의 타단(37a, 37b, 37c, 37d)이란, 추기실(26)에서 바라본 원위단이다.

또한, 도 3 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 제 1 추기관(18a) 및 제 2 추기관(18b)은 합류(合流)하고 있어도 좋고, 제 3 추기관(18c) 및 제 4 추기관(18d)은 합류하고 있어도 좋다. 이 경우, 제 1 추기관(18a) 및 제 2 추기관(18b)이 합류하여 형성된 제 1 합류관(38a)의 타단, 및 제 3 추기관(18c) 및 제 4 추기관(18d)이 합류하여 형성된 제 2 합류관(38b)의 타단이, 동일한 사분면 내에 위치하고 있어도 좋다.

상기 구성에 의하면, 제 1 추기관(18a), 제 2 추기관(18b), 제 3 추기관(18c), 제 4 추기관(18d)의 타단(37a, 37b, 37c, 37d)이 동일한 사분면 내에 위치하고 있으므로, 제 1 추기관(18a), 제 2 추기관(18b), 제 3 추기관(18c) 및 제 4 추기관(18d)의 타단(37a, 37b, 37c, 37d)에, 회전축(10)의 축선 방향으로 연장되는 배관(축방향 배관)(40)(도 1 참조)을 연결하는 경우에, 연결이 용이하다.

몇 개의 실시형태에서는, 제 1 추기관(18a), 제 2 추기관(18b), 제 3 추기관(18c) 및 제 4 추기관(18d)의 타단(37a, 37b, 37c, 37d)은, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 동일한 사분면 내에 위치하고, 또한, 회전축(10)과 직교하는 수평 방향에서 케이싱(12)보다 외측에 위치하고 있다.

케이싱(12)의 하방에는, 케이싱(12)을 지지하기 위한 콘크리트제의 대좌 등이 배치되는 일이 있다. 이 때문에, 회전축(10)의 축선 방향으로 연장되는 축방향 배관(40)을 케이싱(12)의 하방에 배치하는 것은 곤란하다.

이 점, 상기 구성에 의하면, 제 1 추기관(18a), 제 2 추기관(18b), 제 3 추기관(18c) 및 제 4 추기관(18d)의 타단(37a, 37b, 37c, 37d)은, 동일한 사분면 내에 위치하고, 수평 방향에서 케이싱(12)보다 외측에 위치하고 있으므로, 제 1 추기관(18a), 제 2 추기관(18b), 제 3 추기관(18c) 및 제 4 추기관(18d)의 타단(37a, 37b, 37c, 37d)에, 회전축(10)의 축선 방향으로 연장되는 축방향 배관(40)을 연결하기 쉽다.

몇 개의 실시형태에서는, 제 1 추기관(18a), 제 2 추기관(18b), 제 3 추기관(18c) 및 제 4 추기관(18d)의 타단(37a, 37b, 37c, 37d)은, 회전축(10)의 중심(C)보다 하방에 위치하는 동일한 사분면 내에 위치하고 있다.

몇 개의 실시형태에서는, 회전축(10)과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 추기실(26)의 외경(D)에 대한 포트부(16)의 내경 d의 비(d/D)는, 1/20 이상 1/2 이하이고, 복수의 포트부(16)는 도 3 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 제 1 포트부(16a), 제 2 포트부(16b), 제 3 포트부(16c) 및 제 4 포트부(16d)만을 포함하고 있다. 다만, 포트부(16)의 수는 반드시 4개로 한정되는 것은 아니다.

몇 개의 실시형태에서는, 추기실(26)에 있어서의 작동 유체의 회전 방향(Rf)은, 회전축(10)의 회전 방향과 동일하다. 통상, 추기실(26)에 있어서의 작동 유체의 회전 방향(Rf)은, 회전축(10)의 회전 방향과 일치한다.

몇 개의 실시형태에서는, 추기실(26)에 있어서의 작동 유체의 회전 방향(Rf)은, 회전축(10)의 회전 방향과 역방향이다. 정익(24)의 형상이나 슬릿(28)의 위치에 따라서는, 추기실(26)에 있어서의 작동 유체의 회전 방향(Rf)이 회전축(10)의 회전 방향과 역방향이 되는 일이 있다.

본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 일 없이, 상술한 실시형태에 변경을 가한 형태나, 이러한 형태를 조합한 형태도 포함한다. 예를 들면, 다단 축류 압축기(2)는 공기 이외의 작동 유체의 압축에도 적용 가능하다.

1 : 가스 터빈 2 : 다단 축류 압축기
4 : 연소기 6 : 터빈
10 : 회전축 12 : 케이싱
14 : 벽부
15 : 벽부의 내면(추기실의 외주면) 16 : 포트부(추기 노즐)
16a : 제 1 포트부 16b : 제 2 포트부
16c : 제 3 포트부 16d : 제 4 포트부
17 : 포트부의 내면 18 : 추기관
18a : 제 1 추기관 18b : 제 2 추기관
18c : 제 3 추기관 18d : 제 4 추기관
19 : 유량 조정 밸브 20 : 동익
22 : 유로 24 : 정익
26 : 추기실 28 : 슬릿(연통로)
30 : 출구 유로 32 : 관로
34a : 회전 방향에서 후방측의 코너 영역
34b : 회전 방향에서 전방측의 코너 영역
35 : 만곡면 36 : 만곡부
36a1, 36a2 : 제 1 만곡부 36b : 제 2 만곡부
36c : 제 3 만곡부 36d : 제 4 만곡부
37a : 제 1 추기관의 원위단 37b : 제 2 추기관의 원위단
37c : 제 3 추기관의 원위단 37d : 제 4 추기관의 원위단
38a : 제 1 합류관 38b : 제 2 합류관
40 : 배관(축방향 배관) C : 회전축의 중심
d : 포트부의 내경 D : 추기실의 외경
X, Y, Z : 교점 L : X와 Y를 통과하는 직선
Rf : 추기실에 있어서의 작동 유체의 회전 방향
R : 곡률 반경

Claims

복수의 동익이 장착된 회전축과,
상기 회전축을 둘러싸는 케이싱으로서, 상기 회전축과 상기 케이싱 사이에 작동 유체의 유로를 형성하는, 케이싱과,
상기 케이싱을 둘러싸도록 상기 회전축의 둘레 방향으로 연장되는 환형상의 벽부로서, 상기 유로와 연통하는 환형상의 추기실을 형성하는, 벽부와,
상기 벽부의 외주면에 이어지는 복수의 포트부로서, 각각 상기 추기실과 연통하는 출구 유로를 형성하는, 복수의 포트부와,
상기 복수의 포트부에 각각 이어지는 복수의 추기관을 구비하고,
상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 포트부의 내면과 상기 벽부의 내면이 교차하는 2개의 코너 영역 중, 상기 추기실에 있어서의 상기 작동 유체의 회전 방향에서 후방측에 위치하는 코너 영역에서, 상기 포트부의 내면과 상기 벽부의 내면이 이루는 각도를 θ1로 했을 때,
상기 각도 θ1은 225° 이하이고,
상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 포트부의 내면과 상기 벽부의 내면이 교차하는 2개의 코너 영역 중, 상기 추기실에 있어서의 상기 작동 유체의 회전 방향에서 전방측에 위치하는 코너 영역에서, 상기 포트부의 내면과 상기 벽부의 내면이 이루는 각도를 θ2로 했을 때,
상기 각도 θ2는 315° 이상이며,
상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라본 상기 포트부의 내경을 d로 하고, 또한, 상기 추기실의 외경을 D로 했을 때,
상기 각도 θ1은, 다음 식:
270°-sin^-1((1-d/D)＾0.5)·180°/π≤θ1
로 나타나는 관계를 충족하고,
상기 각도 θ2는, 다음 식:
θ2≤270°+sin^-1((1-d/D)＾0.5)·180°/π
로 나타나는 관계를 충족하는 것을 특징으로 하는
다단 축류 압축기.
삭제
삭제
복수의 동익이 장착된 회전축과,
상기 회전축을 둘러싸는 케이싱으로서, 상기 회전축과 상기 케이싱 사이에 작동 유체의 유로를 형성하는, 케이싱과,
상기 케이싱을 둘러싸도록 상기 회전축의 둘레 방향으로 연장되는 환형상의 벽부로서, 상기 유로와 연통하는 환형상의 추기실을 형성하는, 벽부와,
상기 벽부의 외주면에 이어지는 복수의 포트부로서, 각각 상기 추기실과 연통하는 출구 유로를 형성하는, 복수의 포트부와,
상기 복수의 포트부에 각각 이어지는 복수의 추기관을 구비하고,
상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 포트부의 내면과 상기 벽부의 내면이 교차하는 2개의 코너 영역 중, 상기 추기실에 있어서의 상기 작동 유체의 회전 방향에서 후방측에 위치하는 코너 영역에서, 상기 포트부의 내면과 상기 벽부의 내면이 이루는 각도를 θ1로 했을 때,
상기 각도 θ1은 225° 이하이고,
상기 복수의 추기관 중 적어도 1개의 추기관은 적어도 1개의 만곡부를 갖고,
상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라본 상기 포트부의 내경을 d로 하고,
상기 적어도 1개의 만곡부의 곡률 반경을 R로 했을 때,
상기 포트부의 내경 d에 대한 상기 만곡부의 곡률 반경 R의 비 R/d는, 다음 식:
2≤R/d
로 나타나는 관계를 충족하는 것을 특징으로 하는
다단 축류 압축기.
제 4 항에 있어서,
상기 회전축은 수평 방향으로 연장되고,
상기 복수의 포트부는 제 1 포트부, 제 2 포트부, 제 3 포트부 및 제 4 포트부를 포함하고,
상기 제 1 포트부, 상기 제 2 포트부, 상기 제 3 포트부 및 상기 제 4 포트부는 상기 회전축의 둘레 방향에서 이 순서로 배열되고,
상기 제 1 포트부 및 상기 제 2 포트부는, 상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 회전축과 직교하는 수평 방향에서 상기 회전축의 중심에 대해 제 1 측에 위치하고,
상기 제 3 포트부 및 상기 제 4 포트부는, 상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 회전축과 직교하는 수평 방향에서 상기 회전축의 중심에 대해 상기 제 1 측과는 반대의 제 2 측에 위치하며,
상기 복수의 추기관은 상기 제 1 포트부, 상기 제 2 포트부, 상기 제 3 포트부 및 상기 제 4 포트부에 각각 이어지는 제 1 추기관, 제 2 추기관, 제 3 추기관 및 제 4 추기관을 포함하고,
상기 제 1 추기관 및 상기 제 2 추기관은, 상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 회전축과 직교하는 수평 방향에서 상기 회전축의 중심에 대해 상기 제 2 측까지 연장되고,
상기 적어도 1개의 만곡부는 상기 제 1 추기관의 일부를 구성하는 제 1 만곡부와, 상기 제 2 추기관의 일부를 구성하는 제 2 만곡부를 포함하며,
상기 제 1 만곡부 및 상기 제 2 만곡부는, 상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 자신을 흐르는 상기 작동 유체의 회전 방향이 상기 추기실에 있어서의 상기 작동 유체의 회전 방향과 동일한 방향이 되도록 만곡하여 있는 것을 특징으로 하는
다단 축류 압축기.
제 5 항에 있어서,
상기 적어도 1개의 만곡부는 상기 제 3 추기관의 일부를 구성하는 제 3 만곡부와, 상기 제 4 추기관의 일부를 구성하는 제 4 만곡부를 포함하고,
상기 제 3 만곡부 및 상기 제 4 만곡부는, 상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 자신을 흐르는 상기 작동 유체의 회전 방향이 상기 추기실에 있어서의 상기 작동 유체의 회전 방향과 역방향이 되도록 만곡하여 있는 것을 특징으로 하는
다단 축류 압축기.
제 4 항에 있어서,
상기 회전축은 수평 방향으로 연장되고,
상기 복수의 포트부는 제 1 포트부, 제 2 포트부, 제 3 포트부 및 제 4 포트부를 포함하고,
상기 제 1 포트부, 상기 제 2 포트부, 상기 제 3 포트부 및 상기 제 4 포트부는 상기 회전축의 둘레 방향에서 이 순서로 배열되고,
상기 제 1 포트부 및 상기 제 2 포트부는, 상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 회전축과 직교하는 수평 방향에서 상기 회전축의 중심에 대해 제 1 측에 위치하고,
상기 제 3 포트부 및 상기 제 4 포트부는, 상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 회전축과 직교하는 수평 방향에서 상기 회전축의 중심에 대해 상기 제 1 측과는 반대의 제 2 측에 위치하고,
상기 제 1 포트부 및 상기 제 3 포트부는 상기 회전축과 직교하는 수평 방향을 따라서 연장되며,
상기 제 2 포트부 및 상기 제 4 포트부는 연직 방향을 따라 연장되어 있는 것을 특징으로 하는
다단 축류 압축기.
제 4 항에 있어서,
상기 회전축은 수평 방향으로 연장되고,
상기 복수의 포트부는 제 1 포트부, 제 2 포트부, 제 3 포트부 및 제 4 포트부를 포함하고,
상기 회전축과 직교하는 단면에서, 상기 벽부의 외주면의 정상부의 둘레 방향 위치를 0°로 했을 때에,
상기 벽부의 외주면과 상기 제 1 포트부의 축선의 교점은 30° 이상 60° 이하의 둘레 방향 위치에 있고,
상기 벽부의 외주면과 상기 제 2 포트부의 축선의 교점은 120° 이상 150° 이하의 둘레 방향 위치에 있고,
상기 벽부의 외주면과 상기 제 3 포트부의 축선의 교점은 200° 이상 230° 이하의 둘레 방향 위치에 있으며,
상기 벽부의 외주면과 상기 제 4 포트부의 축선의 교점은 290° 이상 320° 이하의 둘레 방향 위치에 있는 것을 특징으로 하는
다단 축류 압축기.
제 4 항에 있어서,
상기 회전축은 수평 방향으로 연장되고,
상기 복수의 포트부는 제 1 포트부, 제 2 포트부, 제 3 포트부 및 제 4 포트부를 포함하고,
상기 제 1 포트부, 상기 제 2 포트부, 상기 제 3 포트부 및 상기 제 4 포트부는 상기 회전축의 둘레 방향에서 이 순서로 배열되고,
상기 제 1 포트부 및 상기 제 2 포트부는, 상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 회전축과 직교하는 수평 방향에서 상기 회전축의 중심에 대해 제 1 측에 위치하고,
상기 제 3 포트부 및 상기 제 4 포트부는, 상기 회전축과 직교하는 단면에서 바라볼 때, 상기 회전축과 직교하는 수평 방향에서 상기 회전축의 중심에 대해 상기 제 1 측과는 반대의 제 2 측에 위치하고,
상기 복수의 추기관은 상기 제 1 포트부, 상기 제 2 포트부, 상기 제 3 포트부 및 상기 제 4 포트부에 각각 이어지는 제 1 추기관, 제 2 추기관, 제 3 추기관 및 제 4 추기관을 포함하고,
상기 회전축과 직교하는 단면을, 상기 회전축의 중심을 원점으로 하여, 연직축 및 수평축으로 4개의 사분면으로 분할했을 때에,
상기 추기실에 대해 원위쪽에 위치하는 상기 제 1 추기관, 상기 제 2 추기관, 상기 제 3 추기관 및 상기 제 4 추기관의 원위단은 상기 4개의 사분면 중 동일한 사분면 내에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는
다단 축류 압축기.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 추기관, 상기 제 2 추기관, 상기 제 3 추기관 및 상기 제 4 추기관의 원위단은 상기 회전축과 직교하는 수평 방향에서 상기 케이싱보다 외측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는
다단 축류 압축기.
제 1 항 또는 제 4 항에 기재된 다단 축류 압축기와,
상기 다단 축류 압축기에 의해서 압축된 공기를 이용하여 연료를 연소시켜서, 연소 가스를 발생 가능한 연소기와,
상기 연소기에서 발생한 연소 가스를 이용하여 동력을 출력 가능한 터빈을 구비하는
가스 터빈.