KR102565988B1 - 배기 디퓨저 시스템 및 이를 포함하는 가스 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기 디퓨저 시스템 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진동 조절 장치가 배치된 배기 디퓨저 시스템 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 따르면, 배기 디퓨저 시스템은 가스 터빈에서 발생하는 진동을 효과적으로 흡수할 수 있고, 이에 더하여 가스 터빈의 내구성을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.

Description

배기 디퓨저 시스템 및 이를 포함하는 가스 터빈{Exhaust diffuser system and gas turbine including the same}

본 발명은 배기 디퓨저 시스템 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진동 조절 장치가 배치된 배기 디퓨저 시스템 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.

터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈 및 고온의 연소가스를 이용하는 가스터빈 등이 있다.

이 중, 가스터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다.

연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.

터빈은 터빈 케이싱 내에 복수의 터빈 베인과, 터빈 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 또한, 압축기와 연소기와 터빈 및 배기실의 중심부를 관통하도록 로터가 배치되어 있다.

상기 로터는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고, 상기 로터에 복수의 디스크가 고정되어, 각각의 블레이드가 연결되는 동시에, 배기실측의 단부에 발전기 등의 구동축이 연결된다.

이러한 가스터빈은 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.

가스터빈의 작동에 대해서 간략하게 설명하면, 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스가 만들어지고, 이렇게 만들어진 연소 가스는 터빈측으로 분사된다. 분사된 연소 가스가 상기 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.

터빈을 통과하는 연소 가스는 배기 디퓨저를 통해 외부로 배출된다. 일반적으로 가스 터빈은, 로터의 회전과 배기 디퓨저에서의 연소 가스 배출로 인해서 진동이 발생할 수 있다. 또한, 가스 터빈은 고온의 환경에서 작동하므로, 각 구성들의 열팽창으로 인해 케이싱의 진동이 더욱 심하게 발생할 수 있다.

등록특허공보 제10-2032728호(2019.10.16.)

상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 터빈 케이싱에서 발생하는 진동이 감소될 수 있도록, 진동 조절 장치가 배치된 배기 디퓨저 시스템 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은 케이싱, 내부케이싱, 스트럿, 진동조절부재를 포함한다. 케이싱은 외형을 형성하고, 반경 외측 방향으로 돌출된 돌출부가 복수 개 배치된다. 내부케이싱은 케이싱의 내부 공간에 배치다. 스트럿은 복수 개가 케이싱과 내부케이싱을 연결하고 지지한다. 진동조절부재는 강성체로 형성되고, 복수 개의 돌출부 중 가까운 어느 둘 사이에 적어도 하나 이상 배치된다. 진동조절부재는 케이싱의 외주면의 일부에만 배치되거나, 어느 하나 이상의 진동조절부재가 나머지 다른 진동조절부재와 다른 형상으로 구비된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템의 진동조절부재는 복수 개가 구비되고, 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재는 나머지 다른 진동조절부재와 서로 다른 형상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와 나머지 다른 진동조절부재가 각각 서로 다른 높이로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와 나머지 다른 진동조절부재가 각각 서로 다른 두께로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은 복수 개의 스트럿이 각각 돌출부와 대응되는 위치에 배치되고, 진동조절부재는 돌출부와 멀어질수록 높이가 높아지도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은 복수 개의 스트럿이 각각 돌출부와 대응되는 위치에 배치되고, 진동조절부재는 돌출부와 멀어질수록 두께가 두꺼워지도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템의 진동조절부재는 복수 개가 구비되고, 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재는 나머지 다른 진동조절부재와 서로 다른 형상이며, 진동조절부재에는 한 개 이상의 중공홀이 두께를 관통하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와 나머지 다른 진동조절부재가 각각 서로 다른 높이로 형성되고, 복수 개의 진동조절부재에 있어서, 높이가 가장 낮은 진동조절부재를 제외한 나머지 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재에는, 한 개 이상의 중공홀이 두께를 관통하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와 나머지 다른 진동조절부재가 각각 서로 다른 두께로 형성되고, 복수 개의 진동조절부재에 있어서, 두께가 가장 얇은 진동조절부재를 제외한 나머지 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재에는, 한 개 이상의 중공홀이 두께를 관통하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재에 한 개 이상의 중공홀이 두께를 관통하여 형성되고, 나머지 진동조절부재에는 중공홀이 형성되지 않을 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈은 압축기, 연소기, 터빈, 케이싱, 내부케이싱, 스트럿, 진동조절부재를 포함한다. 압축기는 공기를 압축시킨다. 연소기는 압축기에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합시켜 연소시킨다. 터빈은 연소기에 의해 연소된 연소 가스를 안내하도록 고정된 터빈 베인, 및 연소 가스에 의해 회전하는 터빈 블레이드를 포함한다. 케이싱은 내부에 터빈이 배치되고, 외형을 형성하며, 반경 외측 방향으로 돌출된 돌출부가 복수 개 배치된다. 내부케이싱은 케이싱의 내부 공간에 배치된다. 스트럿은 복수 개가 케이싱과 내부케이싱을 연결하고 지지한다. 진동조절부재는 강성체로 형성되고, 복수 개의 돌출부 중 가까운 어느 둘 사이에 적어도 하나 이상 배치된다. 진동조절부재는 복수 개로 구비된 경우, 적어도 하나의 진동조절부재가 나머지 다른 진동조절부재와 형상 또는 배치에 있어서 다르게 구비된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 진동조절부재가 복수 개로 구비되고, 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재는, 나머지 다른 진동조절부재와 서로 다른 형상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와 나머지 다른 진동조절부재가 각각 서로 다른 높이로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와 나머지 다른 진동조절부재가 각각 서로 다른 두께로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 복수 개의 스트럿이 각각 돌출부와 대응되는 위치에 배치되고, 진동조절부재는 돌출부와 멀어질수록 높이가 높아지도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 복수 개의 스트럿이 각각 돌출부와 대응되는 위치에 배치되고, 진동조절부재는 돌출부와 멀어질수록 두께가 두꺼워지도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 진동조절부재가 복수 개로 구비되고, 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재는 나머지 다른 진동조절부재와 서로 다른 형상이며, 진동조절부재에는 한 개 이상의 중공홀이 두께를 관통하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와 나머지 다른 진동조절부재가 각각 서로 다른 높이로 형성되고, 복수 개의 진동조절부재에 있어서, 높이가 가장 낮은 진동조절부재를 제외한 나머지 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재에는, 한 개 이상의 중공홀이 두께를 관통하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와 나머지 다른 진동조절부재가 각각 서로 다른 두께로 형성되고, 복수 개의 진동조절부재에 있어서, 두께가 가장 얇은 진동조절부재를 제외한 나머지 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재에는, 한 개 이상의 중공홀이 두께를 관통하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재에 한 개 이상의 중공홀이 두께를 관통하여 형성되고, 나머지 진동조절부재에는 중공홀이 형성되지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 배기 디퓨저 시스템은 가스 터빈에서 발생하는 진동을 효과적으로 흡수할 수 있고, 이에 더하여 가스 터빈의 내구성을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 터빈의 내부 모습을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 가스 터빈의 일부를 절개하여 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 진동부재가 배치된 가스 터빈의 모습을 확대하여 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 터빈의 배면을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 터빈의 배면을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예의 변형례에 따른 가스 터빈의 배면을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 가스 터빈의 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예의 변형례에 따른 가스 터빈의 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 가스 터빈의 배면을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 제4실시예의 변형례에 따른 가스 터빈의 부분을 확대하여 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 진동 조절 장치 및 이를 포함하는 가스 터빈에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 터빈의 내부 모습을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 가스 터빈의 일부를 절개하여 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 진동부재가 배치된 가스 터빈의 모습을 확대하여 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 터빈의 배면을 나타낸 것이다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 터빈에 대하여 설명한다. 본 발명의 제1실시예를 따른 가스 터빈(1000)의 열역학적 사이클은 이상적으로는 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 따를 수 있다. 브레이튼 사이클은 등엔트로피 압축(단열 압축), 정압 급열, 등엔트로피 팽창(단열 팽창), 정압 방열로 이어지는 4가지 과정으로 구성될 수 있다. 즉, 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 정압 환경에서 연료를 연소하여 열에너지를 방출하고, 이 고온의 연소 가스를 팽창시켜 운동에너지로 변환시킨 후에 잔여 에너지를 담은 배기가스를 대기 중으로 방출할 수 있다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어질 수 있다.

위와 같은 브레이튼 사이클을 실현하는 가스 터빈(1000)은 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100), 연소기(1200), 터빈(1300), 및 배기 디퓨저 시스템(1800)을 포함할 수 있다. 이하의 설명은 도 1을 참조하겠지만, 본 발명의 설명은 도 1에 예시적으로 도시된 가스 터빈(1000)과 동등한 구성을 가진 터빈 기관에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있다.

압축기(1100)는 외부로부터 공기를 흡입하여 압축할 수 있다. 압축기(1100)는 압축기 블레이드(1130)에 의해 압축된 압축 공기를 연소기(1200)에 공급하고, 또한 가스 터빈(1000)에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급할 수 있다. 이때, 흡입된 공기는 압축기(1100)에서 단열 압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(1100)를 통과한 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다.

압축기(1100)는 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계되는데, 소형 가스 터빈에서는 원심 압축기가 적용되는 반면, 도 1, 및 도 2에 도시된 것과 같은 대형 가스 터빈(1000)은 대량의 공기를 압축해야 하기 때문에 다단 축류 압축기가 적용되는 것이 일반적이다. 이때, 다단 축류 압축기에서는, 압축기 블레이드(1130)는 센터 타이로드(1120)와 로터 디스크의 회전에 따라 회전하여 유입된 공기를 압축하면서 압축된 공기를 후단의 압축기 베인(1140)으로 이동시킨다. 공기는 다단으로 형성된 블레이드(1130)를 통과하면서 점점 더 고압으로 압축된다.

압축기 베인(1140)은 하우징(1150)의 내부에 장착되며, 복수의 압축기 베인(1140)이 단을 형성하며 장착될 수 있다. 압축기 베인(1140)은 전단의 압축기 블레이드(1130)로부터 이동된 압축 공기를 후단의 압축기 블레이드(1130) 측으로 안내한다. 일 실시예에서 복수의 압축기 베인(1140) 중 적어도 일부는 공기의 유입량의 조절 등을 위해 정해진 범위 내에서 회전 가능하도록 장착될 수 있다. 또한 압축기(1100)에는 압축기(1100)로 유입되는 공기의 유량을 조절하는 가이드 베인(1170)이 설치될 수 있다.

압축기(1100)는 터빈(1300)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동될 수 있다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100)의 회전축과 터빈(1300)의 회전축은 토크 튜브(1170)에 의하여 직결될 수 있다. 대형 가스 터빈(1000)의 경우, 터빈(1300)에서 생산되는 출력의 거의 절반 정도가 압축기(1100)를 구동시키는데 소모될 수 있다.

한편, 연소기(1200)는 압축기(1100)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소 가스를 만들어 낼 수 있다. 연소기(1200)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압 연소 과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.

연소기(1200)는 셀 형태로 형성되는 하우징 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.

한편, 연소기(1200)에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 터빈(1300)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈(1300)의 터빈 블레이드(1330)에 충동, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크 튜브(1170)를 거쳐 압축기(1100)로 전달되고, 압축기(1100) 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 사용된다.

터빈(1300)은 로터 디스크(1310)와 로터 디스크(1310)에 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(1330)와 회전하지 않도록 고정된 터빈 베인(1320), 터빈 블레이드(1330)의 외측에 배치된 링 세그먼트(1350)를 포함할 수 있다. 로터 디스크(1310)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주부에는 복수의 홈이 형성되어 있다. 홈은 굴곡면을 갖도록 형성되며 홈에 터빈 블레이드(1330)이 삽입된다. 터빈 블레이드(1330)는 도브테일 등의 방식으로 로터 디스크(1310)에 결합될 수 있다. 터빈 베인(1320)은 회전하지 않도록 고정되며 터빈 블레이드(1330)를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 안내한다. 터빈 블레이드(1330)의 외측에는 실링을 위한 링 세그먼트(1350)가 설치될 수 있다. 복수의 링 세그먼트(1350)는 터빈(1300)의 둘레방향으로 연속적으로 배치되어, 링 형상을 이룬다.

배기 디퓨저 시스템(1800)은 가스 터빈(1000)의 후단에 설치되며 터빈(1300)에서 배출되는 연소가스를 배출시킨다. 배기 디퓨저 시스템(1800)은 케이싱(1360), 내부케이싱(1380), 스트럿(1400), 돌출부(1361), 진동조절부재(1500)를 포함할 수 있다.

케이싱(1360)은 외형을 이루며 가스가 누출되는 것을 방지하는 통 형상으로 이루어진다. 케이싱(1360)은 원형의 종단면을 가질 수 있다. 케이싱(1360)은 압축기(1100), 터빈(1300)을 감싸며, 터빈(1300)의 후단에서 배기 공간(ES)을 형성한다. 케이싱(1360)은 후단으로 갈수록 내경이 점진적으로 증가하도록 형성될 수 있다.

내부케이싱(1380)은 케이싱(1360)에서 이격되어 환형의 배기 공간(ES)을 형성하며, 후단으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하는 콘(cone) 형상으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 배기 공간(ES)의 단면적은 후단으로 갈수록 점진적으로 증가할 수 있다.

케이싱(1360)의 외주면에는 복수 개의 돌출부(1361)가 배치되는데, 돌출부(1361)는 케이싱(1360)의 둘레 방향으로 이격 배치될 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 돌출부(1361)는 케이싱(1360)의 내주면에서 돌출될 수도 있다. 돌출부(1361)는 대략 T자 형상으로 이루어질 수 있다.

스트럿(1400)은 케이싱(1360)과 내측케이싱(1380)의 사이에 배치되고, 케이싱(1360)과 내부케이싱(1380)을 연결한다. 스트럿(1400)은 복수 개가 구비되어, 터빈(1300)의 둘레 방향을 따라 서로 이격되어 방사형으로 배치될 수 있다. 스트럿(1400)은 케이싱(1360)과 내측케이싱(1380)을 연결함과 동시에 서로를 지지할 수 있다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은, 케이싱(1360), 내부케이싱(1380), 스트럿(1400), 진동조절부재(1500)를 포함한다.

진동조절부재(1500)는 적어도 한 개 이상 구비된다. 진동조절부재(1500)는 강성체로 형성되고, 조절판(1510) 또는 조절체(1510)를 포함할 수 있다.

조절판(1510)은 복수 개로 구비될 수 있다. 조절판(1510)은 호형의 판형 형상일 수 있으며, 이 경우, 케이싱(1360)의 외주면에 폭 방향이 수직으로 세워지도록 배치될 수 있다. 조절판(1510)이 복수 개로 구비된 경우, 각각의 조절판(1510)들이 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

조절체(1510)는 조절판(1510)과 달리, 하나의 덩어리 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 진동조절부재(1500)가 조절체(1510)를 포함하는 경우, 진동조절부재(1500)의 질량이 크게 증가할 수 있다. 진동조절부재(1500)의 질량이 커질 경우, 강한 진동을 더욱 효과적으로 저감시킬 수 있다. 따라서, 조절체(1510)를 포함하는 진동조절부재(1500)는, 케이싱(1360)의 외주면에 진동조절부재(1500)를 배치할 공간이 부족한 경우, 또는 케이싱(1360)에 강한 진동이 형성되는 경우에 진동을 효율적으로 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.

조절판(1510) 또는 조절체(1510)에는 경사부(1510a)와 중앙부(1510b)가 형성될 수 있다. 경사부(1510a)는 조절판(1510) 또는 조절체(1510)의 외측 단부에 배치된다. 경사부(1510a)는 외측 단부를 향해 갈수록 높이가 점점 낮아지도록 형성될 수 있다. 조절판(1510) 또는 조절체(1510)의 양쪽 경사부(1510a) 사이에는 중앙부(1510b)가 배치된다. 중앙부(1510b)는 조절판(1510) 또는 조절체(1510)의 길이 방향을 따라 높이가 일정하게 유지되도록 형성될 수 있다. 결과적으로 조절판(1510) 또는 조절체(1510)는 경사부(1510a)를 포함하여, 중앙부분은 높이가 높고, 양 단부는 높이가 낮게 형성될 수 있다. 이 경우, 케이싱(1360)의 진동을 더욱 효과적으로 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.

진동조절부재(1500)는 제2플랜지(1530)를 포함할 수 있다. 제2플랜지(1530)는 조절판(1510)의 외측 양 단부에 각각 배치될 수 있다. 제2플랜지(1530)는 사각 판형으로 형성될 수 있다.

케이싱(1360)에는 진동조절부재(1500)가 결합되는 결합부(1370)가 배치된다. 결합부(1370)는 케이싱(1360)의 돌출부(1361)에 배치될 수 있다. 결합부(1370)에는 진동조절부재(1500)의 제2플랜지(1530)가 결합될 수 있다. 이 경우, 진동조절부재(1500)의 호 방향 길이는 케이싱(1360)의 돌출부(1361) 간의 호 방향 길이와 대응되도록 형성될 수 있다. 결합부(1370)는 별도의 구성으로 돌출부(1361)의 측면에 배치될 수 있다. 또는, 결합부(1370)는 돌출부(1361)와 일체로 형성될 수 있다. 이 경우, 결합부(1370)는 돌출부(1361)를 가공하여 형성될 수 있다. 결합부(1370)와 돌출부(1361)가 일체로 구성되는 경우, 서로 간의 공차가 형성되지 않아, 진동을 효과적으로 흡수할 수 있다는 장점이 있다.

진동조절부재(1500)는, 케이싱(1360)의 외주면의 일부에만 배치될 수 있다. 진동조절부재(1500)는 케이싱(1360)의 외주면 중 특히 진동이 많이 발생하는 곳에만 배치되어 진동 강성을 보강할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 진동조절부재(1500)가 두 개가 구비되어 케이싱(1360)의 양쪽에 대칭적으로 배치될 수 있다. 그러나, 도 4는 예시에 불과하고, 진동조절부재(1500)는 케이싱(1360)에 대칭적으로 또는 비대칭적으로 배치될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 터빈의 배면을 나타낸 것이고, 도 6은 본 발명의 제2실시예의 변형례에 따른 가스 터빈의 배면을 나타낸 것이다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은 진동조절부재(1500)를 제외하고는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템과 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은, 진동조절부재(1500)가 복수 개가 구비된다. 복수 개의 진동조절부재(1500) 중 어느 하나 이상의 진동조절부재(1500)는, 나머지 다른 진동조절부재(1500)와 서로 다른 형상으로 구비될 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 높이 또는 서로 다른 두께로 형성되어 구비될 수 있다.

복수 개의 진동조절부재(1500)가 서로 다른 높이로 구비되는 경우, 어느 하나 이상의 진동조절부재(1500)의 높이(H1)는, 나머지 다른 진동조절부재(1500)의 높이(H2)보다 높게 형성될 수 있다(H1 > H2). 높은 높이(H1)의 진동조절부재(1500)는, 낮은 높이(H2)의 진동조절부재(1500)보다 강성이 크게 형성된다. 따라서, 케이싱(1360)의 외주면 중 진동이 특히 더 많이 발생하는 곳에 높은 높이(H1)의 진동조절부재(1500)를 배치시키고, 케이싱(1360)의 외주면 중 진동이 비교적 약하게 발생하는 곳에는 낮은 높이(H2)의 진동조절부재(1500)를 배치시킬 수 있다. 이 경우, 케이싱(1360)의 진동을 더욱 효과적으로 흡수할 수 있다는 장점이 있다.

복수 개의 진동조절부재(1500)가 서로 다른 두께로 구비되는 경우, 어느 하나 이상의 진동조절부재(1500)의 두께(T1)(AA단면)는, 나머지 다른 진동조절부재(1500)의 두께(T2)(BB단면)보다 두껍게 형성될 수 있다(T1 > T2). 두꺼운 두께(T1)의 진동조절부재(1500)는, 얇은 두께(T2)의 진동조절부재(1500)보다 강성이 크게 형성된다. 따라서, 케이싱(1360)의 외주면 중 진동이 특히 더 많이 발생하는 곳에 두꺼운 두께(T1)의 진동조절부재(1500)를 배치시키고, 케이싱(1360)의 외주면 중 진동이 비교적 약하게 발생하는 곳에는 얇은 두께(T2)의 진동조절부재(1500)를 배치시킬 수 있다. 이 경우, 케이싱(1360)의 진동을 더욱 효과적으로 흡수할 수 있다는 장점이 있다.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 가스 터빈의 부분을 확대하여 나타낸 것이고, 도 8은 본 발명의 제3실시예의 변형례에 따른 가스 터빈의 부분을 확대하여 나타낸 것이다.

이하, 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제3실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은 진동조절부재(1500)를 제외하고는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템과 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략한다.

본 발명의 제3실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은, 스트럿(1400)이 돌출부(1361)부와 대응되는 위치에 배치된다. 또한, 스트럿(1400)은 돌출부(1361)와 연결되도록 배치될 수 있다. 이 경우, 돌출부(1361)와 스트럿(1400)에 각각 냉각 공기가 유동하는 유로가 형성될 수 있고, 돌출부(1361)로 유입된 공기의 유동이 스트럿(1400) 내부에서 연속적으로 형성되어 케이싱(1360)의 내부 공간(ES)으로 유입될 수 있다. 스트럿(1400)이 돌출부(1361)와 대응되는 위치에 배치되는 경우, 진동조절부재(1500)는 스트럿(1400)의 사이에 배치된다.

진동조절부재(1500)는 돌출부(1361)와 멀어질수록, 높이가 높아지도록 형성될 수 있다. 진동조절부재(1500)는 스트럿(1400)과 멀어질수록 높이가 높아지도록 형성될 수 있다. 즉, 조절판(1510) 또는 조절체(1510)의 중앙부(1510b)의 높이(h1)는 경사부(1510a)의 높이(h2)보다 높게 형성될 수 있다(h1 > h2). 조절판(1510) 또는 조절체(1510)의 높이가 높게 형성될 경우, 강성이 더욱 높게 형성될 수 있다. 스트럿(1400)은 내부케이싱(1380)과 케이싱(1360)을 지지하기 때문에, 케이싱(1360)에서 스트럿(1400)이 배치된 부분은, 스트럿(1400)이 배치되지 않은 부분보다 진동이 약하게 발생한다. 따라서, 조절판(1510) 또는 조절체(1510)의 높이는, 스트럿(1400)과 가까운 부분에서는 낮은 높이(h2)로, 스트럿(1400)과 먼 부분에서는 높은 높이(h1)로 형성시킬 수 있다. 이 경우, 케이싱(1360)의 진동을 더욱 효과적으로 흡수할 수 있다는 장점이 있다.

진동조절부재(1500)는 돌출부(1361)와 멀어질수록, 두께가 두꺼워지도록 형성될 수 있다. 즉, 조절판(1510) 또는 조절체(1510)의 중앙부(1510b)의 두께(t1)(CC단면)는 경사부(1510a)의 두께(t2)(DD단면)보다 두껍게 형성될 수 있다(t1 > t2). 조절판(1510) 또는 조절체(1510)의 두께가 두껍게 형성될 경우, 가성이 더욱 높게 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 스트럿(1400)이 배치된 부분은 스트럿(1400)이 배치되지 않은 부분보다 진동이 약하게 발생한다. 따라서, 조절판(1510) 또는 조절체(1510)의 두께는, 스트럿(1400)과 가까운 부분에서는 얇은 두께(t2)로, 스트럿(1400)과 먼 부분에서는 두꺼운 두께(t1)로 형성시킬 수 있다. 이 경우, 케이싱(1360)의 진동을 더욱 효과적으로 흡수할 수 있다는 장점이 있다.

도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 가스 터빈의 배면을 나타낸 것이고, 도 10은 본 발명의 제4실시예의 변형례에 따른 가스 터빈의 부분을 확대하여 나타낸 것이다.

이하, 도 9 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 제4실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제4실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은 진동조절부재(1500)를 제외하고는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템과 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략한다.

본 발명의 제4실시예에 따른 배기 디퓨저 시스템은, 진동조절부재(1500)에 중공홀(1560)이 두께를 관통하여 형성될 수 있다. 진동조절부재(1500)는 복수 개가 구비되고, 복수 개의 진동조절부재(1500) 중 어느 하나 이상의 진동조절부재(1500)에 중공홀(1560)이 형성될 수 있다. 중공홀(1560)이 형성된 각각의 진동조절부재(1500)에 있어서, 중공홀(1560)은 한 개 이상이 형성될 수 있다. 또한, 중공홀(1560)은 반경 방향의 외측 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.

복수 개의 진동조절부재(1500) 중 어느 하나 이상의 진동조절부재(1500)는, 나머지 다른 진동조절부재(1500)와 서로 다른 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 진동조절부재(1500) 중 어느 하나 이상의 진동조절부재(1500)와, 나머지 다른 진동조절부재(1500)는 각각 서로 다른 높이로 형성될 수 있다. 또는, 복수 개의 진동조절부재(1500) 중 어느 하나 이상의 진동조절부재(1500)와, 나머지 다른 진동조절부재(1500)는 각각 서로 다른 두께로 형성될 수 있다.

복수 개의 진동조절부재(1500)가 다양한 높이(H1 > H2)로 형성되는 경우, 가장 낮은 높이(H2)로 형성된 진동조절부재(1500)를 제외한, 나머지 진동조절부재(1500) 중 어느 하나 이상의 진동조절부재(1500)에는, 중공홀(1560)이 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 높은 높이(H1)의 진동조절부재(1500)는, 낮은 높이(H2)의 진동조절부재(1500)보다 강성이 높다. 강성이 낮은 진동조절부재(1500)에 중공홀(1560)이 형성되는 경우, 케이싱(1360)에 과도한 진동이 발생하면, 가스 터빈의 파손 또는 크랙(crack) 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 높은 높이(H1)의 진동조절부재(1500)에 중공홀(1560)이 형성되는 경우, 전체적인 강성을 유지하면서도, 진동조절부재(1500)를 경량화시킬 수 있다는 장점이 있다.

복수 개의 진동조절부재(1500)가 다양한 두께(T1 > T2)로 형성되는 경우, 가장 얇은 두께(T2)(AA단면)로 형성된 진동조절부재(1500)를 제외한, 나머지 진동조절부재(1500) 중 어느 하나 이상의 진동조절부재(1500)에는 중공홀(1560)이 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 두꺼운 두께(T1)의 진동조절부재(1500)는, 얇은 두께(T2)(BB단면)의 진동조절부재(1500)보다 강성이 높다. 강성이 낮은 진동조절부재(1500)에 중공홀(1560)이 형성되는 경우, 케이싱(1360)에 과도한 진동이 발생하면, 가스 터빈의 파손 또는 크랙(crack) 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 두꺼운 두께(T1)의 진동조절부재(1500)에 중공홀(1560)이 형성되는 경우, 전체적인 강성을 유지하면서도, 진동조절부재(1500)를 경량화시킬 수 있다는 장점이 있다.

복수 개의 진동조절부재(1500)가 배치되는 경우, 어느 하나 이상의 진동조절부재(1500)에만 중공홀(1560)이 한 개 이상 형성되고, 나머지 진동조절부재(1500)에는 중공홀(1560)이 형성되지 않을 수도 있다. 중공홀(1560)은 케이싱(1360)의 외주면 중 특히 진동이 약하게 발생하는 곳에 배치된 진동조절부재(1500)에만 형성될 수 있다. 진동이 약하게 발생하는 곳에 배치된 진동조절부재(1500)의 경우, 진동에 의한 파손 등의 가능성이 적다. 따라서, 진동의 영향이 적은 진동조절부재(1500)에 중공홀(1560)을 형성하여, 전체적인 강성을 유지하면서도, 진동조절부재(1500)를 경량화시킬 수 있다는 장점이 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이러한 수정, 변경 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1360 : 케이싱 1361 : 돌출부
1370 : 결합부 1380 : 내부케이싱
1400 : 스트럿
1500 : 진동조절부재
1510 : 조절판, 조절체
1510a : 경사부 1510b : 중앙부
1530 : 제2플랜지
1560 : 중공홀

Claims (20)

1. 내부에 터빈이 배치된 케이싱;
   상기 케이싱에 둘레 방향으로 이격 배치되며 반경 외측 방향으로 돌출된 복수개의 돌출부;
   상기 케이싱의 내부 공간에 배치된 내부케이싱;
   상기 케이싱과 상기 내부케이싱을 연결하고 지지하는 복수 개의 스트럿; 및,
   상기 복수 개의 돌출부 중 가까운 어느 둘 사이에 배치되고, 호형의 판형 형상으로 형성되되 상기 케이싱의 외주면에 폭 방향이 수직으로 세워지며, 상기 가까운 어느 둘 사이의 돌출부 간의 호 방향 길이와 대응하도록 형성된 조절판을 포함하는 적어도 하나 이상의 진동조절부재를 포함하고,
   상기 진동조절부재는, 상기 케이싱의 외주면의 일부에만 배치되거나, 어느 하나 이상의 진동조절부재가 나머지 다른 진동조절부재와 다른 형상으로 구비되는 배기 디퓨저 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 진동조절부재는 복수 개가 구비되고,
   상기 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재는, 나머지 다른 진동조절부재와 서로 다른 형상인 배기 디퓨저 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와, 나머지 다른 진동조절부재는 각각 서로 다른 높이로 형성되는 배기 디퓨저 시스템.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와, 나머지 다른 진동조절부재는 각각 서로 다른 두께로 형성되는 배기 디퓨저 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수 개의 스트럿은 각각 상기 돌출부와 대응되는 위치에 배치되고,
   상기 진동조절부재는,
   상기 돌출부와 멀어질수록 높이가 높아지도록 형성되는 배기 디퓨저 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수 개의 스트럿은 각각 상기 돌출부와 대응되는 위치에 배치되고,
   상기 진동조절부재는,
   상기 돌출부와 멀어질수록 두께가 두꺼워지도록 형성되는 배기 디퓨저 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 진동조절부재는,
   복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재는, 나머지 다른 진동조절부재와 서로 다른 형상이며,
   상기 진동조절부재에는 한 개 이상의 중공홀이 형성되는 배기 디퓨저 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와, 나머지 다른 진동조절부재는 각각 서로 다른 높이로 형성되고,
   상기 복수 개의 진동조절부재에 있어서, 높이가 가장 낮은 진동조절부재를 제외한 나머지 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재에는,
   한 개 이상의 상기 중공홀이 형성되는 배기 디퓨저 시스템.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와, 나머지 다른 진동조절부재는 각각 서로 다른 두께로 형성되고,
   상기 복수 개의 진동조절부재에 있어서, 두께가 가장 얇은 진동조절부재를 제외한 나머지 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재에는,
   한 개 이상의 상기 중공홀이 형성되는 배기 디퓨저 시스템.
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재에는 한 개 이상의 상기 중공홀이 형성되고, 나머지 진동조절부재에는 상기 중공홀이 형성되지 않는 배기 디퓨저 시스템.
11. 공기를 압축시키는 압축기;
    상기 압축기에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합시켜 연소시키는 연소기;
    상기 연소기에 의해 연소된 연소 가스를 안내하도록 고정된 터빈 베인, 및 연소 가스에 의해 회전하는 터빈 블레이드를 포함하는 터빈;
    내부에 상기 터빈이 배치되는 케이싱;
    상기 케이싱의 외주면에 둘레 방향으로 이격 배치되며, 반경 외측 방향으로 돌출된 복수개의 돌출부;
    상기 케이싱의 내부 공간에 배치된 내부케이싱;
    상기 케이싱과 상기 내부케이싱을 연결하고 지지하는 복수 개의 스트럿; 및
    상기 복수 개의 돌출부 중 가까운 어느 둘 사이에 배치되고, 호형의 판형 형상으로 형성되되 상기 케이싱의 외주면에 폭 방향이 수직으로 세워지며, 상기 가까운 어느 둘 사이의 돌출부 간의 호 방향 길이와 대응하도록 형성된 조절판을 포함하는 적어도 하나 이상의 진동조절부재를 포함하고,
    상기 진동조절부재는 복수 개로 구비된 경우, 적어도 하나의 진동조절부재가 나머지 다른 진동조절부재와 형상 또는 배치에 있어서 다르게 구비되는 가스 터빈.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 진동조절부재는 복수 개가 구비되고,
    상기 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재는, 나머지 다른 진동조절부재와 서로 다른 형상인 가스 터빈.
13. 제 12 항에 있어서,
    기 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와, 나머지 다른 진동조절부재는 각각 서로 다른 높이로 형성되는 가스 터빈.
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와, 나머지 다른 진동조절부재는 각각 서로 다른 두께로 형성되는 가스 터빈.
15. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수 개의 스트럿은 각각 상기 돌출부와 대응되는 위치에 배치되고,
    상기 진동조절부재는,
    상기 돌출부와 멀어질수록 높이가 높아지도록 형성되는 가스 터빈.
16. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수 개의 스트럿은 각각 상기 돌출부와 대응되는 위치에 배치되고,
    상기 진동조절부재는,
    상기 돌출부와 멀어질수록 두께가 두꺼워지도록 형성되는 가스 터빈.
17. 제 11 항에 있어서,
    상기 진동조절부재는,
    복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재는, 나머지 다른 진동조절부재와 서로 다른 형상이며,
    상기 진동조절부재에는 한 개 이상의 중공홀이 형성되는 가스 터빈.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와, 나머지 다른 진동조절부재는 각각 서로 다른 높이로 형성되고,
    상기 복수 개의 진동조절부재에 있어서, 높이가 가장 낮은 진동조절부재를 제외한 나머지 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재에는,
    한 개 이상의 상기 중공홀이 형성되는 가스 터빈.
19. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재와, 나머지 다른 진동조절부재는 각각 서로 다른 두께로 형성되고,
    상기 복수 개의 진동조절부재에 있어서, 두께가 가장 얇은 진동조절부재를 제외한 나머지 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재에는,
    한 개 이상의 상기 중공홀이 형성되는 가스 터빈.
20. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수 개의 진동조절부재 중 어느 하나 이상의 진동조절부재에는 한 개 이상의 상기 중공홀이 형성되고, 나머지 진동조절부재에는 상기 중공홀이 형성되지 않는 가스 터빈.

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