KR200174662Y1 - Gas turbine - Google Patents

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KR200174662Y1 KR2019960033279U KR19960033279U KR200174662Y1 KR 200174662 Y1 KR200174662 Y1 KR 200174662Y1 KR 2019960033279 U KR2019960033279 U KR 2019960033279U KR 19960033279 U KR19960033279 U KR 19960033279U KR 200174662 Y1 KR200174662 Y1 KR 200174662Y1
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Abstract

연소기에서 발생한 가스를 터빈으로 안내하는 스크롤의 단부에 진동 및 변형 방지를 위한 보강재가 부착된 가스 터빈에 관하여 개시한다. 이 가스터빈은 고온 고압의 연소가스를 생성하는 연소기와, 복수개의 1단계 터빈 노즐 베인과 회전날개를 구비하여 상기 연소가스의 작용으로 동력을 발생시키는 터빈과, 입구측 단부가 상기 연소기에 연통되고 출구측 단부가 상기 터빈날개에 연통되는 스크롤과, 상기 스크롤의 출구측 단부와 상기 터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 사이에 위치하고 그 일측이 상기 스크롤의 출구측 단부와 결합되는 원통형의 보강재를 구비한다. 이와 같은 가스터빈은 터빈으로 유입되는 연소가스가 통과하는 스크롤의 단면적을 일정하게 유지하게 함으로써, 터빈의 작동 성능을 최적화할 수 있을 뿐만 아니라, 터빈 날개의 냉각을 위한 냉각유로를 제공할 수 있다는 이점이 있다.A gas turbine having a reinforcement for vibration and deformation prevention is attached to an end of a scroll for guiding gas generated in a combustor to a turbine. The gas turbine has a combustor for generating combustion gas of high temperature and high pressure, a turbine having a plurality of first-stage turbine nozzle vanes and rotary vanes to generate power by the action of the combustion gas, and an inlet end portion communicating with the combustor. A scroll having an outlet end communicating with the turbine blade and a cylindrical reinforcement positioned between the outlet end of the scroll and the first stage turbine nozzle vane of the turbine is coupled to the outlet end of the scroll. Such a gas turbine maintains a constant cross-sectional area of the scroll through which combustion gases enter the turbine, thereby optimizing the operating performance of the turbine and providing a cooling flow path for cooling the turbine blades. There is this.

Description

가스터빈Gas turbine

본 고안은 가스 터빈에 관한 것으로서, 특히 연소기에서 발생한 가스를 터빈으로 안내하는 스크롤의 단부에 진동 및 변형 방지를 위한 보강재가 부착된 가스 터빈에 관한 것이다.The present invention relates to a gas turbine, and more particularly to a gas turbine with a reinforcement for preventing vibration and deformation at the end of the scroll for guiding the gas generated in the combustor to the turbine.

도 1은 통상적인 가스터빈의 개략적 구성을 도시한 것으로서, 도면을 참조하면, 일반적으로 가스 터빈 엔진은 외부로부터 연료 및 공기의 혼합물을 압축기(미도시)에 의하여 연소실(12)로 흡입시켜 이 연소실(12)에서 고온, 고압의 연소가스(G)를 생성한다. 연소실(12)에서 발생한 가스(G)는 터빈(14)으로 공급되어 복수의 블레이드를 가지는 터빈 바퀴를 회전시켜 동력을 발생하게 된다. 터빈(14)에서 발생된 동력의 일부는 압축기를 구동시키는 데 사용되고, 그 나머지 동력이 외부 시스템을 동작시키게 된다.1 shows a schematic configuration of a conventional gas turbine. Referring to the drawings, in general, a gas turbine engine sucks a mixture of fuel and air from the outside into a combustion chamber 12 by a compressor (not shown). In (12), the combustion gas G of high temperature and high pressure is produced. Gas G generated in the combustion chamber 12 is supplied to the turbine 14 to rotate the turbine wheel having a plurality of blades to generate power. Part of the power generated by the turbine 14 is used to drive the compressor, while the remaining power causes the external system to operate.

이와 같이 구동되는 가스 터빈 엔진은 압축기(미도시), 연소기(12) 및 터빈(14) 등과 같은 구성요소들의 구동에 따라, 엔진 고정부와 회전부 사이의 간극이나 엔진 구조물의 로우터 어셈블리 사이의 공간을 통해 부수적인 내부유동이 형성된다. 이러한 부수적인 내부 유동은 상기한 각 구성요소들의 성능에 영향을 주기 때문에, 내부 유동을 적절하게 유도하는 유로의 설계가 요구된다. 이러한 유로의 설계와 관련된 것 중의 하나가, 상기 연소기(12)에서 발생된 고온, 고압의 가스(G)를 안내하여 터빈(14)으로 유동시켜 주기 위한 스크롤(10)이다.The gas turbine engine driven as described above may generate a gap between the engine fixing part and the rotating part or the space between the rotor assembly of the engine structure according to the driving of components such as the compressor (not shown), the combustor 12, the turbine 14, and the like. Through this, an additional internal flow is formed. Since this incidental internal flow affects the performance of each of the components described above, the design of a flow path that properly guides the internal flow is required. One related to the design of such a flow path is a scroll 10 for guiding the high temperature and high pressure gas G generated in the combustor 12 to flow to the turbine 14.

상기 스크롤(10)은 도너츠형의 몸체(10c)를 구비하고, 이 몸체(10c)의 일측을 따라 개구부를 형성하여 상기 터빈(14)과 연결되는 가스 유출구(10a)가 형성되고, 이 몸체(10c)로부터 소정 길이 분기하여 상기 연소기(12)와 연결되도록 가스 유입관(10b)이 형성되어 있다.The scroll 10 includes a donut-shaped body 10c, and forms an opening along one side of the body 10c to form a gas outlet 10a connected to the turbine 14, and the body ( A gas inlet pipe 10b is formed to branch from the predetermined length 10c to be connected to the combustor 12.

이러한 형상을 가진 스크롤(10)은 통상적으로 0.8mm 내지 1.2mm의 얇은 강판으로 만들어지므로, 외부의 냉각장치와 열전달이 용이하게 이루어질 수 있게 되어 있다. 그러나 재료의 두께가 매우 얇기 때문에, 스크롤(10)의 강성도가 저하될 수 있다는 단점을 가진다. 특히 스크롤(10)의 가스 유출구(10a)는 강성도가 현저하게 저하하여, 상기 압축기의 공기 토출 압력의 변화등 부하 변동에 의하여 진동(flutter)이 발생한다. 또한 상기 스크롤(10)은 고온의 연소가스(G)에 의하여 온도가 높아지므로, 온도에 의한 열팽창에 의하여 가스 유출구(10a)의 면적이 변화하여 터빈의 성능을 저하시키다는 문제점이 발생하였다.Since the scroll 10 having such a shape is usually made of a thin steel plate of 0.8 mm to 1.2 mm, the external cooling device and heat transfer can be easily performed. However, since the thickness of the material is very thin, the stiffness of the scroll 10 may be lowered. In particular, the stiffness of the gas outlet 10a of the scroll 10 is remarkably reduced, and flutter occurs due to a load change such as a change in the air discharge pressure of the compressor. In addition, since the scroll 10 has a high temperature due to the high temperature combustion gas G, the area of the gas outlet 10a is changed due to thermal expansion due to temperature, thereby degrading the performance of the turbine.

도면의 미설명부호 16은 터빈축이다.Reference numeral 16 in the drawings is a turbine shaft.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스크롤의 가스유출구 단부의 강성도를 증가시키고, 열팽창에 의한 가스유출구 단부의 면적을 최소화할 수 있도록 그 구조가 개선된 가스터빈을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and provides a gas turbine whose structure is improved to increase the stiffness of the gas outlet end of the scroll and minimize the area of the gas outlet end due to thermal expansion. There is a purpose.

도 1은 통상적인 가스터빈의 구성을 나타낸 개략적 구성도,1 is a schematic block diagram showing the configuration of a conventional gas turbine,

도 2는 본 고안에 따른 가스터빈의 요부 단면도,2 is a sectional view of main parts of a gas turbine according to the present invention;

도 3은 도 2의 "Y"부분에 대한 확대도이다.3 is an enlarged view of a portion “Y” of FIG. 2.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

20...스크롤 22...연소기20 ... scroll 22 ... burner

24...터빈 25,,,1단계 터빈 노즐 베인24 ... turbine 25 ,,, stage turbine turbine vane

30...플랜지 40...보강재30 Flange 40 Reinforcement

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 가스터빈은, 고온 고압의 연소가스를 생성하는 연소기와, 복수개의 1단계 터빈 노즐 베인과 회전날개를 구비하여 상기 연소가스의 작용으로 동력을 발생시키는 터빈과, 입구측 단부가 상기 연소기에 연통되고 출구측 단부가 상기 터빈날개에 연통되는 스크롤을 구비한 가스터빈에 있어서, 상기 스크롤의 출구측 단부와 상기 터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 사이에 위치하고, 그 일측이 상기 스크롤의 출구측 단부와 결합되는 보강재를 더 구비하여 된 것을 특징으로 한다.The gas turbine according to the present invention for achieving the above object is provided with a combustor for generating a combustion gas of high temperature and high pressure, and a plurality of one-stage turbine nozzle vanes and rotary blades to generate power by the action of the combustion gas. A gas turbine having a turbine and a scroll having an inlet end in communication with the combustor and an outlet end in communication with the turbine blades, the gas turbine being located between the outlet end of the scroll and the first stage turbine nozzle vanes of the turbine, One side thereof is characterized in that it further comprises a reinforcing material is coupled to the outlet side end of the scroll.

그리고 상기 보강재의 타측이 연소가스의 유동방향으로의 움직임에 대하여는 제한되지 않고, 연소가스의 유동방향과 직각인 방향으로의 움직임에 대하여는 일정범위 내에서 제한되어 있는 것이 바람직하다.And the other side of the reinforcing material is not limited to the movement of the combustion gas in the flow direction, it is preferable that the movement in the direction perpendicular to the flow direction of the combustion gas is limited within a certain range.

상기 터빈의 1단계 터빈 노즐 베인에 연소가스의 유동방향으로 연장되는 돌기부를 구비한 플랜지를 부착하고, 상기 보강재의 타측에서 연소가스의 유동방향으로 형성되고, 상기 돌기물의 형상과 대응하는 형상을 가지고 상기 돌기물에 헐겁게 결합되는 홈을 구비하여 된 것이 바람직하다.A flange having projections extending in the flow direction of the combustion gas is attached to the turbine nozzle vane of the first stage of the turbine, and is formed in the flow direction of the combustion gas on the other side of the reinforcing material, and has a shape corresponding to the shape of the projection; It is preferable that a groove is provided to be loosely coupled to the projection.

상기 스크롤의 출구측 단부와 상기 보강재의 일측이 용접으로 결합된 것이 바람직하다.Preferably, the outlet end of the scroll and one side of the reinforcement are joined by welding.

상기 보강재에 상기 보강재의 홈과 외부 공기 유로를 연통시키는 연통홀을 형성하고, 상기 연통홀로 유입된 공기가 상기 보강재의 홈을 이루는 면과 상기 플랜지의 돌기 사이의 틈새를 따라 상기 터빈의 1단계 터빈 노즐 베인으로 안내되는 것이 바람직하다.A communication hole is formed in the reinforcement to communicate the groove of the reinforcement with the external air flow path, and the first stage turbine of the turbine is formed along the gap between the surface of the reinforcing material and the protrusion of the flange. It is preferably guided to the nozzle vane.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 고안에 따른 가스터빈의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a gas turbine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 고안에 따른 가스터빈의 요부를 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 "Y" 부분의 확대도이다. 도면을 참조하면 본 고안에 따른 가스 터빈은 고온, 고압의 연소가스(G)를 생성하는 연소기(22)와, 복수개의 1단계 터빈 노즐 베인(25)와 회전날개(미도시)를 구비하여 연소가스(G)의 작용으로 동력을 발생시키는 터빈(24)과, 연소기(22)와 터빈(24) 사이에 위치하는 스크롤(20)과, 스크롤(20) 일단부에 결합된 보강재(40)를 구비한다.Figure 2 shows the main part of the gas turbine according to the present invention, Figure 3 is an enlarged view of the "Y" portion of FIG. Referring to the drawings, a gas turbine according to the present invention is provided with a combustor 22 for generating a high temperature and high pressure combustion gas G, and a plurality of first stage turbine nozzle vanes 25 and a rotary blade (not shown). Turbine 24 generating power by the action of gas G, scroll 20 located between combustor 22 and turbine 24, and reinforcement 40 coupled to one end of scroll 20 Equipped.

스크롤(20)의 입구측 단부(20a)는 연소기(22)에 연통되고, 출구측 단부(20b)는 터빈(24)에 연통되어 있다.The inlet end 20a of the scroll 20 communicates with the combustor 22, and the outlet end 20b communicates with the turbine 24. As shown in FIG.

보강재(40)의 스크롤 방향의 일측(40a)은 스크롤(20)의 출구측 단부(20b)와 결합되고, 보강재(40)의 터빈(24) 방향의 타측(40b)은 지지되어 있지 않다. 이 때에 보강재(40)와 스크롤(20)의 결합은 용접으로 이루어지는 것이 바람직하다.One side 40a of the reinforcement 40 in the scrolling direction is coupled to the outlet side end 20b of the scroll 20, and the other side 40b of the reinforcement 40 in the turbine 24 direction is not supported. At this time, the coupling between the reinforcing material 40 and the scroll 20 is preferably made of welding.

한편 보강재의 타측이 연소가스(G)의 유동방향(도면에서 가로방향)으로의 움직임에 대하여는 제한되지 않고, 연소가스(G)의 유동방향과 직각인 방향으로의 움직임에 대하여는 일정범위 내에서 제한되도록 구성된다. 이를 위하여 보강재(40)의 타측(40b)은 연소가스(G)의 유동방향으로 소정의 깊이만큼 홈(40c)이 파여 있고, 이 홈(40c)에 플랜지(30)의 돌기물(30a)이 삽입된다.On the other hand, the other side of the reinforcement is not limited to the movement of the combustion gas G in the flow direction (horizontal direction in the drawing), and the movement in the direction perpendicular to the flow direction of the combustion gas G is limited within a certain range. It is configured to be. To this end, the other side 40b of the reinforcing material 40 is grooved 40c in the flow direction of the combustion gas (G) by a predetermined depth, the projection (30a) of the flange 30 in this groove (40c) Is inserted.

그리고 플랜지(30)는 터빈의 1단계 터빈 노즐 베인(25)에 부착되고, 이 플랜지의 돌기물(30a) 역시 연소가스의 유동 방향과 나란하게 돌출되어 있다. 보강재(40)의 홈(40c)의 깊이는 플랜지(30)의 돌기물(30a)의 길이보다 크고, 상기 홈(40c)의 직경은 돌기물(30a)의 직경보다 소정양만큼 크게 되도록 형성된다.The flange 30 is attached to the turbine turbine vane 25 of the first stage of the turbine, and the projections 30a of the flange also protrude in parallel with the flow direction of the combustion gas. The depth of the groove 40c of the stiffener 40 is greater than the length of the projection 30a of the flange 30, and the diameter of the groove 40c is formed to be larger than the diameter of the projection 30a by a predetermined amount. .

연소기(22)에서 연소되어 터빈(24)으로 공급되는 연소가스(G)의 유동은 압축기(미도시)의 영향을 크게 받는다. 즉 압축기의 압력 변화로 인하여 공급되는 연소가스(G)의 압력이 주기적으로 변동하여, 이에 따라 연소가스의 유동통로가 되는 스크롤(20)의 출구측 단부(20b)가 진동을 일으킨다. 이 진동이 상기 스크롤의 출구측 단부(20b)에 결합된 보강재(40)에 전달된다. 상기 보강재(40)는 스크롤(20)보다 강성이 훨씬 크므로 진동을 감쇠시킬 수 있을 뿐만 아니라, 보강재(40)의 진폭도 보강재(40)의 홈(40c)과 플랜지(30)의 돌기물(30a) 사이의 유격 크기로 제한된다. 따라서 진동으로 인한 보강재(40)의 출구측 단부의 면적 변화를 크게 줄일 수 있다.The flow of the combustion gas G combusted in the combustor 22 and supplied to the turbine 24 is greatly influenced by a compressor (not shown). That is, the pressure of the combustion gas G is periodically changed due to the pressure change of the compressor, and thus, the outlet side end 20b of the scroll 20 which becomes the flow path of the combustion gas causes vibration. This vibration is transmitted to the reinforcement 40 coupled to the exit end 20b of the scroll. Since the reinforcement 40 has much greater rigidity than the scroll 20, not only can attenuate vibration, but also the amplitude of the reinforcement 40 also includes the grooves 40c of the reinforcement 40 and the protrusions of the flange 30. Limited to clearance size between 30a). Therefore, it is possible to greatly reduce the area change of the outlet side end of the reinforcing material 40 due to vibration.

한편 스크롤(20)은 매우 높은 온도로 가열되므로, 열팽창이 발생할 수 있다. 이 열팽장에 의하여 스크롤(20)의 단부 모양이 변화할 수 있는데, 이 경우에도 상기에서 설명한 진동의 영향과 동일한 설명이 가능하다. 또한 스크롤(20)의 열팽창은 연소가스(G)의 유동방향과 평행한 방향으로도 발생할 수 있는데, 상기 보강재(40)의 홈(40c)과 플랜지(30)의 돌기물(30a)이 소정의 유격을 가진 채 결합되어 있으므로, 열팽장시 상기 보강재(40)는 터빈(24) 방향으로 슬라이딩 운동 가능하므로 이러한 열팽창으로 인한 스크롤(20) 단부(20b)의 변화를 수용할 수 있다.On the other hand, since the scroll 20 is heated to a very high temperature, thermal expansion may occur. The thermal expansion may change the shape of the end portion of the scroll 20. In this case, the same explanation as that of the vibration described above is possible. In addition, thermal expansion of the scroll 20 may occur in a direction parallel to the flow direction of the combustion gas G. The grooves 40c of the stiffener 40 and the projections 30a of the flange 30 may be formed in a predetermined direction. Since it is coupled with a clearance, when the thermal expansion, the reinforcement 40 is capable of sliding movement in the turbine 24 direction can accommodate the change of the scroll 20 end 20b due to this thermal expansion.

도 3에 도시된 바와 같이, 보강재(40)에는 보강재의 홈(40c)과 외부 공기 유로("A")를 연통시키는 연통홀(40d)이 형성되어 있다. 이 연통홀(40d)로 유입된 공기가 보강재의 홈(40c)과 플랜지의 돌기(30a) 사이의 틈새를 따라 터빈(24)의 1단계 터빈 노즐 베인(25)로 안내되어, 이 터빈 날개의 하부를 냉각시키게 된다.As shown in FIG. 3, the reinforcing member 40 is provided with a communication hole 40d for communicating the groove 40c of the reinforcing member with the external air flow path “A”. Air introduced into the communication hole 40d is guided to the first stage turbine nozzle vane 25 of the turbine 24 along the gap between the groove 40c of the reinforcement and the protrusion 30a of the flange, The lower part is cooled down.

본 고안은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 고안의 기술적 보호 범위는 청구된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야한 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the claimed claims.

이상의 설명에서와 같이 본 고안에 따른 가스터빈은 터빈으로 유입되는 연소가스가 통과하는 스크롤의 단면적을 일정하게 유지하게 함으로써, 터빈의 작동 성능을 최적화할 수 있을 뿐만 아니라, 터빈 날개의 냉각을 위한 냉각유로를 제공할 수 있다는 이점이 있다.As described above, the gas turbine according to the present invention maintains a constant cross-sectional area of a scroll through which combustion gas is introduced into the turbine, thereby optimizing the operating performance of the turbine and cooling the turbine blades for cooling. There is an advantage that the flow path can be provided.

Claims (5)

고온, 고압의 연소가스를 생성하는 연소기와, 복수개의 1단계 터빈 노즐 베인과 회전날개를 구비하여 상기 연소가스의 작용으로 동력을 발생시키는 터빈과, 입구측 단부가 상기 연소기에 연통되고 출구측 단부가 상기 터빈날개에 연통되는 스크롤을 구비한 가스터빈 엔진에 있어서,A combustor for generating combustion gas at high temperature and high pressure, a turbine having a plurality of first-stage turbine nozzle vanes and rotary vanes to generate power by the action of the combustion gas, and an inlet end communicating with the combustor and an outlet end In the gas turbine engine having a scroll communicating with the turbine blades, 상기 스크롤의 출구측 단부와 상기 터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 사이에 위치하고, 그 일측이 상기 스크롤의 출구측 단부와 결합되는 보강재를 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 가스터빈.And a reinforcing member positioned between the outlet end of the scroll and the first stage turbine nozzle vane of the turbine, the one side of which is coupled to the outlet end of the scroll. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 보강재의 타측이 연소가스의 유동방향으로의 움직임에 대하여는 제한되지 않고, 연소가스의 유동방향과 직각인 방향으로의 움직임에 대하여는 일정범위 내에서 제한되어 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈.The gas turbine is characterized in that the other side of the reinforcing material is not limited to the movement of the combustion gas in the flow direction, and the movement of the reinforcing material in the direction perpendicular to the flow direction of the combustion gas is within a certain range. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 터빈의 1단계 터빈 노즐 베인에 연소가스의 유동방향으로 연장되는 돌기부를 구비한 플랜지를 부착하고,A flange having a protrusion extending in the flow direction of the combustion gas is attached to the turbine nozzle vane of the first stage of the turbine, 상기 보강재의 타측에서 연소가스의 유동방향으로 형성되고, 상기 돌기물의 형상과 대응하는 형상을 가지고 상기 돌기물에 헐겁게 결합되는 홈을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 가스터빈.And a groove formed on the other side of the reinforcing material in a flow direction of the combustion gas and having a shape corresponding to that of the projection and loosely coupled to the projection. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스크롤의 출구측 단부와 상기 보강재의 일측이 용접으로 결합된 것을 특징으로 하는 가스터빈.A gas turbine, characterized in that the outlet side end of the scroll and one side of the reinforcement is joined by welding. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 보강재에 상기 보강재의 홈과 외부 공기 유로를 연통시키는 연통홀을 형성하고,Forming a communication hole in the reinforcing material for communicating the groove of the reinforcing material with the outside air passage; 상기 연통홀로 유입된 공기가 상기 보강재의 홈을 이루는 면과 상기 플랜지의 돌기 사이의 틈새를 따라 상기 터빈의 1단계 터빈 노즐 베인으로 안내되는 것을 특징으로 하는 가스터빈.And the air introduced into the communication hole is guided to the first stage turbine nozzle vane of the turbine along a gap between the groove forming the reinforcement and the protrusion of the flange.
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