KR20070115745A - 가스 터빈의 냉각 최적화 장치 - Google Patents

가스 터빈의 냉각 최적화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 가스 터빈 내의 냉각을 최적화하는 장치는, 연소실(10) 및 내측 케이싱(16) 및 외측 케이싱(32)이 장착된 적어도 하나의 압축기, 일렬의 블레이드(12)가 장착된 적어도 하나의 터빈 휠(14), 및 하나 이상의 지지 베어링(34)이 장착된 적어도 하나의 고압 로터(38)를 포함하고, 상기 압축기는 적절한 채널(20)을 통해 상기 터빈 휠(14)로 이송되는 냉각 공기를 생성하는 것이 가능하다. 상기 장치(30)의 외측 표면상에는, 상기 터빈 휠(14)을 향한 전체 냉각 공기 유동을 증가시키도록 상기 압축기로부터 상기 채널(20) 쪽으로 공기의 추가의 유량을 통과시키는 하나 이상의 홈(26)이 형성되어 있다. 상기 장치(30)는 외측 케이싱(16)을 분해할 필요없이 용이하게 설치될 수 있으며, 지지 베어링(34)의 시일(36)의 통기 튜브(22)를 대체하여 기존 기구에 용이하게 조립된다.
가스 터빈, 냉각, 연소, 통기, 벤트, 조립

Description

가스 터빈의 냉각 최적화 장치{DEVICE FOR OPTIMIZING COOLING IN GAS TURBINES}
도 1은 공지된 타입의 가스 터빈의 제 1 상의 영역을 예시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 냉각 최적화 장치가 장착된 가스 터빈의 제 1 단계의 영역을 부분적으로 예시한 단면도,
도 3은 가스 터빈에 설치된 본 발명에 따른 장치의 일 부분을 확대하여 예시한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 장치를 예시한 측단면도,
도 5는 도 4의 선 B-B를 따라 취한 횡 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 장치를 예시한 측단면도,
도 7은 도 6의 C로 표시된 부분을 확대하여 예시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 연소실 12 : 블레이드
14 : 터빈 휠 16 : 내측 케이싱
20 : 채널 26 : 홈
30 : 냉각 최적화 장치 32 : 외측 케이싱
34 : 지지 베어링 36 : 시일
본 발명은 가스 터빈 부품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 터빈의 제 1 상의 터빈 휠의 냉각을 용이하게 하는 장치에 관한 것이다.
연소 터빈이라 칭하는 가스 터빈은 연소된 가스 흐름 중에 포함된 위치 에너지를 회전 샤프트에 전달되는 기계적 에너지로 변환하는 회전식 구동 장치이다.
통상적으로, 터빈은 압축기 및 터보-압축기를 포함하여, 외측으로부터 제거된 공기가 그 내부로 이동된다. 이에 따라, 연소실에서, 다양한 노즐이 공기와 혼합되는 연료를 공급하여, 공기 연료 유발(triggering) 혼합물을 형성하도록 한다.
축류형 압축기가 터빈에 탑재되는데, 이것은 연소실 내의 연소된 가스의 엔탈피를 변환시키는 기계적 에너지를 공급한다.
일부 적용에서, 팽창 점프는 각각 터빈의 내측에서 발생되는 2개의 부분 점프로 미분화된다. 상기 연소실의 하류에서 고압 또는 제 1 상 터빈은 압축기를 수반하여, 이에 따라, 고압 터빈에서 나오는 가스를 수집하는 저압 또는 제 2 상 터빈이 사용자에게 연결된다.
압축기, 연소실, 다양한 터빈 상(phase), 유출 축, 제어 장치 및 점화 장치가 가스 터빈 플랜트의 필수 부품을 형성한다.
가스 터빈의 기능을 고려하여, 공기는 유입 덕트(duct)를 통해 압축기로 흡 입되는 것이 공지되어 있다. 이 덕트에서, 공기는 저압 및 저온 특징을 가져서 이것이 압축기를 통과하면서 압력 및 온도가 증가한다. 그리고 연소 공정에서 연속해서 상당한 추가의 온도 증가가 일어나는 연소실을 공기가 통과한다.
연료는 액체 또는 가스 타입이 될 수 있으며, 특정 노즐에 의해 연소실로 도입된다. 기구가 작동될 때, 스파크 플러그에 의해 연소가 유발된다.
연소로부터 발생하는 고압 및 고온 가스가 연소실에서 방출되면, 그 가스는 터빈 상에 도달하는데, 터빈 상에서는 가스가 압축기 및 연소실내에 축적된 에너지 일부를 수득한 다음, 유출 채널을 통해 외측으로 흐른다.
가스 터빈에서, 터빈 휠은 통상적으로 동일 터빈 휠의 재질 특징에 적합한 기능 온도를 유지하도록 냉각되어야만 한다. 냉각은 축류형 압축기로부터 추출되고 적절하게 운반되는 공기 유동에 의해 냉각에 영향을 받으며, 이것은 반경방향으로 각각의 터빈 휠의 표면과 고정자 사이의 인터페이스를 통해 외측을 향해 반경방향으로 보내어진다.
특히, 압축기 이송에 따라, 공지된 유형의 일부 적용에서, 예컨대 부분적 확장 및 압축이 연속되는 채널로 구성되는 레버린스(labyrinth) 밀봉 장치가 설치되거나 또는 다른 타입의 밀봉 장치가 설치된다. 상기 밀봉으로부터 유도되는 공기 유동은 제 1 상 터빈 휠의 전면 표면(압축기 측)의 냉각에 영향을 미친다.
때때로, 레버린스의 과도한 밀봉의 결과에 따라 또는 다른 이유로 인해서, 냉각 공기 유동이 불충분하게 될 수 있다. 이러한 결과에 따라, 제 1 상 터빈 휠과 고정자 사이의 전면 인터페이스에 대응하여 측정된 온도 제한을 초과하여 온도 가 증가되고, 또한 이에 따라, 터빈 휠 자체의 온도가 증가된다. 이것은 터빈 휠의 조작 수명을 급격하게 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 온도를 다시 수용할 수 있는 값으로 하기 위해서, 상기 압축기로부터 나오는 냉각 공기 유동을 증가시키고, 이러한 증가는 공지된 타입의 터빈에서, 밀봉 장치의 클리어런스를 증가시키거나 또는 압축기 이송 및 냉각 공기 채널에 대응하여 내측 케이싱에서 적절한 직경을 갖는 하나 또는 그 이상의 홀들을 형성하여, 작용되게 하는 것이 필수적이다. 그러나, 기존 터빈에서 작동시키기 위해서, 이러한 두가지 해결책은 다양한 구성요소의 분해를 필요로 하며, 이것은 비용을 높이며 또한 전체 기구에 대한 비작동 기간을 연장시킨다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 특히, 상술한 문제를 해결할 수 있는, 가스 터빈의 제 1 상의 터빈 휠의 전면 표면을 냉각시킬 수 있는 장치를 제공하는 것으로서, 이에 따라 상기 기구의 주요 구성 부재의 번거로운 분해 또는 처리/교체 없이도, 추가의 냉각 공기 유동이 수득되도록 하고 이들의 유동 속도를 가변시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존 터빈 상에 설치될 수 있는 경우 또는 연속해서 냉각 공기 유동 속도를 최적화하도록 대체되는 경우, 기구의 정지 시간 및 비용을 최소화하기 위한, 저비용으로, 간단하고, 신속하게 설치할 수 있는 가스 터빈 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이들 목적은 청구항 1에 정의된 가스 터빈의 제 1 상의 터빈 휠의 냉각을 최적화할 수 있는 장치를 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 또 다른 목적은 종속 청구항에 의해 지시된다.
본 발명에 따른 가스 터빈의 냉각을 최적화할 수 있는 장치의 특징 및 장점은 첨부된 개략적 도면을 언급한 다음의 예시적이며 제한되지 않은 설명으로부터 더욱 명백해 질 것이다.
특히, 첨부 도면 1 및 2를 참조로 하여 보면, 이들은 참조 부호 (10)으로 표시된 가스 터빈의 연소실 부품, 축류형 압축기의 이송 측면 상의 블레이드 상(40), 제 1 상 터빈의 블레이드(12), 제 1 상 터빈 휠(14), 및 외측 케이싱(16) 및 내측 케이싱(32)을 예시하고 있다.
상기 압축기에 면하는 내측 케이싱(32)의 단부 상에 밀봉 장치(18)가 설치되는데, 이 밀봉 장치를 통해서 압축기로부터 배출되는 공기가 유도되고, 상기 제 1 상 터빈 휠(14)의 전면 표면(압축기 측면)을 냉각시키게 된다.
그리고, 참조 부호(34)는 고압 로터(38)의 지지 베어링을 지시하고 있으며, 관련 시일(36)은 윤활 오일용이다. 다른 지지 베어링 및 스러스트는 축류형 압축기의 흡입 측상에 배치되고 도면에 예시되어 있지는 않다.
냉각 공기는 도면 1 및 도면 2에 예시된 화살표로 지시된 구동을 기초로 하여, 적절한 채널(20)을 통해, 제 1 상 터빈 휠(14)와 고정자 부품 사이의 인터페이스를 향해 보내어져서, 제 1 상 터빈 휠(14)의 전면 표면(압축기 측면)에 닿도록하여, 이것을 냉각시키고 고온 가스가 인터페이스로 유입되는 것을 방지하도록 한다.
최종적으로는, 통기 튜브(22)는 외측면과 소통되는 것으로 관측되며(도 1), 이것의 기능은 베어링(34)의 시일(36)내에서 적절한 공기 압력을 유지하여, 오일 배출 덕트 자체를 가압하지 않고서도 윤활 오일의 차단을 최적화하도록 한다.
상기 통기 튜브(22)는 기구의 외측면에 설치될 수 있으며, 이것으로부터 제거될 수 있는 특징을 갖는다. 실제적으로는 이것은 외측 케이싱(16) 상에서 고정 수단(28)에 의해 차단되며, 내측 케이싱(32)내에 배치된 적절한 하우징 내에 간단하게 삽입된다.
도 1에서, 상기 터빈 휠(14)의 전면 측면상에서 공기를 냉각시킬 수 있는 유동이 어떻게 증가시킬 수 있는지를 예시하고 있으며, 밀봉 장치(18)의 보다 복잡한 변형예에 대한 다른 예로서, 내측 케이싱(32)상에 하나 이상의 홀(24)이 직접적으로 제공되는 것이 필수적이며, 이것은 상기 터빈 휠(14) 자체를 향해진 전체 공기 유동 속도를 증가시키도록 한다.
한편, 도 2는 통기 튜브(22)를 대체하는 기구에 설치된 본 발명에 따른 가스 터빈에서 냉각을 최적화할 수 있는 장치(30)를 예시한 것이다. 상기 장치(30)는 도 3 및 이어진 도면에 상세하게 예시되어 있으며, 덕트의 형태로 형성된다. 베어링(34)의 시일(36)의 적절한 공기 압력을 유지하는 기능이 변경되지 않는다면, 내측 케이싱(32)상의 추가의 홀의 필요성 및 시일 장치(18)를 변형할 필요가 없이 추가량의 냉각 공기를 채널(20)로 향하도록 할 수 있다.
보다 구체적으로는, 특히 도 3 및 후속 도면을 참조하여, 본 발명의 대상인 장치(30)를 형성하는 덕트의 외측 표면상에, 하나 이상의 홈(26)이 있으며, 이것은 장치(30) 자체가 내측 케이싱(32)의 특정 원형 개구 내에 삽입되고 그리고 고정 부 재(28)에 의해 외측 케이싱(16) 상에서 차단된 조작 위치에서 조립될 때, 압축기로부터 채널(20)을 향해, 추가의 공기 속도로 통과되도록 하여, 냉각 공기의 전체 유동을 터빈 휠(14)의 전면 표면을 향해 증가시키도록 한다.
예시된 실시예를 기초로 하여, 홈(26)는 본 발명의 장치(30), 대상물을 형성하는 덕트의 축류형 방향에 배치되고, 그리고 내측 케이싱(32)의 벽에 삽입될 수 있도록 된 장치(30) 자체의 일부에 형성되어, 이에 따라 압축기에서 나오는 공기용의 채널(20)을 향해 있는 실제 유출 홀을 형성하도록 한다.
주목하여야 할 것은 홈(26)의 크기 및 수는 추가량의 냉각 공기에 따라 , 또는 터빈 휠(14)의 조작 조건을 기초로 하여 수득되어지는, 밀봉 장치(18)를 통해 통상적으로 공급될 수 있는 것에 따라, 성립될 수 있다는 것이다. 특히, 공통 통기 튜브(22)를 장치(30), 또는 특징은 유사하지만 다른 홈(26)를 갖는 동일한 장치(30)로 신속하게 간단하게 교체하는 것이 충족된다.
제 1 상 터빈 휘일(14)로의 불충분한 냉각 유동 속도가 터빈 휠(14) 자체의 조작 수명을 단축시키기 때문에, 초과되는 공기 유동 속도는 가스 터빈의 성능(동력 및 수율)에 역영향을 미친다. 이에 따라, 이 장치(30)는 냉각 공기 유동 속도가 터빈 휠(14) 및 전체 기구의 성능을 양측을 보호하도록 조절될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 장치(30)는 뛰어나게 간단하고 경제적으로 방법으로, 또한 장치(30) 자체의 비용을 감소시킨다는 점에서 이전에 특정한 목적을 달성하여, 제 1 상 터빈 휠의 전면 표면에 공급되는 냉각 공기의 양이 번거로운 분해를 실행할 필요없이 그리고 기구의 주요 구성 부재의 변형 없이 증가되고 최적화되 도록 한다. 또한 다른 양의 공기가 통과되는 다른 것과 장치(30)를 용이하게 교체하여 다른 조작 조건 및 필요성과 관련하여 기구의 터빈 휠의 냉각 조건 및 성능을 최적화하도록 한다.
본 발명의 가스 터빈에서의 냉각을 최적화하는 장치는 동일한 발명 개념에 포함된 다수의 변형 및 변경을 어떠한 경우에도 수행할 수 있다. 또한, 실제로 사용되는 재료의 크기 및 구성 부재는 기술적 필요성에 따라 변경될 수 있다.

Claims (8)

  1. 연소실(10) 및 외측 케이싱(16) 및 내측 케이싱(32)이 구비된 적어도 하나의 압축기와, 일렬의 블레이드(12)가 구비된 적어도 하나의 터빈 휠(14)과, 하나 이상의 지지 베어링(34)이 구비된 적어도 하나의 고압 로터(38)를 포함하고, 상기 압축기가 적절한 채널(20)을 통해 상기 터빈 휠(14)로 이송되는 냉각 공기를 생성하는 것이 가능한, 가스 터빈 내의 냉각을 최적화하는 장치에 있어서,
    상기 장치(30)의 외측 표면상에, 상기 터빈 휠(14)을 향하여 전체의 냉각 공기 유동을 증가시키도록, 상기 압축기로부터 상기 채널(20)을 향하여 추가의 공기 유량을 통과시키는 하나 이상의 홈(26)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 냉각 최적화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈(26)이 상기 장치(30)의 축 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 냉각 최적화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 고정 요소(28)에 의해서 상기 외측 케이싱(16) 상의 작동 위치에 조립되는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 냉각 최적화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈(26)이, 상기 내측 케이싱(32)의 벽에 삽입되도록 된 상기 장치(30)의 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 냉각 최적화 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈(26)의 크기, 형태 및 수는, 상기 터빈 휠(14)의 냉각 요건과 동시에 가스 터빈의 성능을 보호하는 것을 기초로 하여 공급될 냉각 공기의 양에 따라 성립되는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 냉각 최적화 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 지지 베어링(34)의 시일(36)의 통기 튜브(22)를 대체하여 설치될 수 있으며, 상기 장치(30)가 또한 상기 하나 이상의 지지 베어링(34)의 상기 시일(36)에 적절한 공기 압력을 유지하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 냉각 최적화 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 터빈의 제 1 상의 상기 터빈 휠(14)의 상기 압축기에 면하는 전면 표면을 냉각하도록 사용되는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 냉각 최적화 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 장치(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
KR1020070053279A 2006-06-01 2007-05-31 가스 터빈의 냉각 최적화 장치 KR101344648B1 (ko)

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