KR20100106617A - 가스 터빈 및 가스 터빈의 중간축 그리고 가스 터빈 압축기의 냉각 방법 - Google Patents

가스 터빈 및 가스 터빈의 중간축 그리고 가스 터빈 압축기의 냉각 방법 Download PDF

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신야 하시모토
겐이치 아라세
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

압축기의 후단에서 외부 쿨러 (5) 를 거쳐, 압축기 (1) 의 로터 (4) 와 터빈 (3) 의 로터 (4) 를 연결하는 중간축 (43) 에 형성된 중공부 (6) 로 통함과 함께, 중공부 (6) 로부터 압축기 (1) 의 후단으로 통하는 냉각 통로를 갖고, 중간축 (43) 의 회전에 수반되어 중공부 (6) 내의 공기를 승압하는 원심 압축 수단 (7) 을 중공부 (6) 내에 구비한다. 이 때문에, 원심 압축 수단 (7) 에 의해 가스 터빈의 가동시에서의 중간축 (43) 의 회전에 수반되는 원심력에 의해, 중공부 (6) 내의 공기를 승압한다. 이 결과, 중공부 (6) 에서 후단의 압축기 동익 (141) 과 압축기 정익 (131) 사이에 냉각 공기가 유동하고, 중공부 (6) 내에 냉각 공기가 흐르므로, 중공부 (6) 내의 온도를 효율적으로 낮출 수 있다.

Description

가스 터빈 및 가스 터빈의 중간축 그리고 가스 터빈 압축기의 냉각 방법{GAS TURBINE, INTERMEDIATE SHAFT FOR GAS TURBINE, AND METHOD OF COOLING GAS TURBINE COMPRESSOR}
본 발명은, 가스 터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 압축기와 터빈의 로터를 연결하는 중간축에 형성된 중공부의 온도를 저하시킬 수 있는 가스 터빈 및 가스 터빈의 중간축 그리고 가스 터빈 압축기의 냉각 방법에 관한 것이다.
가스 터빈은, 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성되어 있다. 압축기는, 공기 도입구로부터 도입된 공기를 압축시킴으로써 고온·고압의 압축 공기로 한다. 연소기는, 압축 공기에 대해 연료를 공급하여 연소시킴으로써 고온·고압의 연소 가스로 한다. 터빈은, 케이싱 내에 복수의 터빈 정익 (靜翼) 및 터빈 동익 (動翼) 이 교대로 배치 형성되어 구성되어 있고, 배기 통로에 공급된 연소 가스에 의해 터빈 동익이 구동됨으로써, 예를 들어, 발전기에 연결된 로터를 회전 구동한다. 그리고, 터빈을 구동한 연소 가스는, 디퓨저에 의해 정압으로 변환되고 나서 대기에 방출된다.
이와 같은 가스 터빈에 있어서, 최근에는, 압축기의 고압력화가 진행되고, 그 압축기 후단 (後段) 의 토출부에서의 공기 온도가 500 ℃ 이상으로 고온이 된다. 이 때문에, 종래의 가스 터빈에서는, 압축기의 토출 공기의 일부를 추출하고, 쿨러를 통하여 냉각시킨 냉각 공기를, 동 압축기의 후단에서 그 압축기와 터빈의 로터를 연결하는 중간축에 형성한 중공부 (캐비티) 내로 보내어 냉각시키는 것이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 평11-125199호
그러나, 압축기 동익이 대부분의 압축 능력을 갖는 압축기에 있어서는, 후단의 압축기 정익의 상류측과 하류측에서 압력의 변화가 적다. 이 결과, 중간축의 중공부로부터 후단의 압축기 동익과 압축기 정익 사이로 냉각 공기가 유동하지 않기 때문에, 중공부 내에 냉각 공기가 흐르기 어렵고, 중공부 내의 온도를 효율적으로 낮출 수 없다. 또한, 냉각 공기를 보내는 배관에서의 압력 손실에 의해, 중간축의 중공부로부터 후단의 압축기 동익과 압축기 정익 사이로 통하는 부분에서의 압력이 저하되는 것도 중공부로부터의 냉각 공기의 흐름을 방해하는 요인이 되고 있다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 중간축에 형성된 중공부 내의 온도를 효율적으로 낮출 수 있는 가스 터빈 및 가스 터빈의 중간축 그리고 가스 터빈 압축기의 냉각 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 가스 터빈에서는, 압축기의 후단에서 외부 쿨러를 거쳐, 상기 압축기의 로터와 터빈의 로터를 연결하는 중간축에 형성된 중공부로 통함과 함께, 상기 중공부로부터 상기 압축기의 후단으로 통하는 냉각 통로를 갖고, 상기 중간축의 회전에 수반되어 상기 중공부 내의 공기를 승압하는 원심 압축 수단을 상기 중공부 내에 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 원심 압축 수단은, 상기 중공부 내에서 상기 중간축으로부터 직경방향 외측으로 돌출되어 형성된 플랜지부에 대해, 축방향에 상반되는 상기 플랜지부의 일방에서 직경방향 내측 근처에 개구되면서 타방에서 직경방향 외측 근처에 개구되어 관통하고, 직경방향 외측 근처의 상기 개구를 상기 압축기의 후단측을 향하여 형성된 관통 구멍을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 가스 터빈은, 가스 터빈의 가동시에서의 중간축의 회전에 수반되는 원심력에 의해, 중공부 내의 공기를 승압한다. 압축기 동익이 대부분의 압축 능력을 갖는 압축기를 적용한 가스 터빈에 있어서는, 후단의 압축기 정익의 상류측과 하류측에서 압력의 변화가 적고, 중간축의 중공부로부터 후단의 압축기 동익과 압축기 정익 사이로 냉각 공기가 유동하지 않기 때문에, 중공부 내에 냉각 공기가 흐르기 어려워, 중공부 내의 온도를 효율적으로 낮출 수 없다. 이 점, 본 발명의 가스 터빈은, 중공부에 형성된 원심 압축 수단에 의해, 중공부 내의 공기를 승압시키기 때문에, 중공부로부터 후단의 압축기 동익과 압축기 정익 사이로 냉각 공기가 유동하여, 중공부 내에 냉각 공기가 흐르므로, 중공부 내의 온도를 효율적으로 낮출 수 있다.
또, 본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 플랜지부의 상기 일방의 벽면은, 상기 관통 구멍의 개구가 로터의 축심측을 향한 양태로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 가스 터빈은, 직경방향에서 관통 구멍의 개구 가장자리의 위치 차가 작아지므로, 이 개구 가장자리 (특히 직경방향 외측의 개구 가장자리) 에 발생하는 원심력에 의한 응력 집중을 줄일 수 있다.
또, 본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 중공부로부터 상기 압축기의 후단으로 통하는 부분에는, 대향 방향으로부터 연장되면서 서로 선단부가 중첩되는 오버랩부를 구비한 것을 특징으로 한다.
이 가스 터빈은, 오버랩부가 압축되어 승압된 중공부 내를 일단 균압하는 에어 커튼을 이루므로, 관통 구멍으로부터 분사된 펄스상의 공기가 압축기 동익 및 압축기 정익에 도달하지 않아, 이들 날개의 강제 진동을 방지할 수 있다.
또, 본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 압축기로부터 연소기로 연결되는 압축 공기 통로와 상기 중공부 사이에 존재하는 격벽에, 단열성을 갖는 단열 부재를 구비한 것을 특징으로 한다.
이 가스 터빈은, 압축 공기 통로로부터 격벽을 통해 중공부에 도달하는 복사열을 단열 부재로 차단하므로, 중공부의 온도 상승을 막아, 중공부의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 가스 터빈의 중간축에서는, 압축기의 로터와 터빈의 로터를 연결하는 중간축에, 상기 중간축의 직경방향 외측으로 돌출되어 형성된 플랜지부를 형성하고, 축방향에 상반되는 상기 플랜지부의 일방에서 직경방향 내측 근처에 개구되면서 타방의 직경방향 외측 근처에 개구되어 관통하고, 직경방향 외측 근처의 상기 개구를 상기 압축기의 후단측을 향하도록 형성된 관통 구멍을 구비하고, 상기 중간축의 회전에 수반되어 직경방향 내측 근처의 개구로부터 공기를 도입하여 승압시키면서 직경방향 외측 근처의 개구로부터 토출하는 원심 압축 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 가스 터빈의 중간축은, 가스 터빈의 가동시에서의 자체적인 회전에 수반되는 원심력이 원심 압축 수단에 작용하여 중공부 내의 공기를 승압한다. 압축기 동익이 대부분의 압축 능력을 갖는 압축기를 적용한 가스 터빈에 있어서는, 후단의 압축기 정익의 상류측과 하류측에서 압력의 변화가 적고, 중간축의 중공부로부터 후단의 압축기 동익과 압축기 정익 사이로 냉각 공기가 유동하지 않기 때문에, 중공부 내에 냉각 공기가 흐르기 어려워, 중공부 내의 온도를 효율적으로 낮출 수 없다. 이 점, 본 발명의 가스 터빈의 중간축은, 중공부에 형성된 원심 압축 수단에 의해, 중공부 내의 공기를 승압시키기 때문에, 중공부로부터 후단의 압축기 동익과 압축기 정익 사이로 냉각 공기가 유동하여, 중공부 내에 냉각 공기가 흐르므로, 중공부 내의 온도를 효율적으로 낮출 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 가스 터빈 압축기의 냉각 방법에서는, 압축기의 후단으로부터 압축 공기를 가스 터빈의 외부로 추기 (抽氣) 하는 공정과, 추기된 압축 공기를 외부 쿨러에 의해 냉각시키는 공정과, 냉각된 압축 공기를 상기 압축기의 로터와 터빈의 로터를 연결하는 중간축에 형성된 중공부에 주기 (注氣) 하는 공정과, 주기된 압축 공기를 상기 중간축의 회전에 의해 원심 압축시켜 승압하고, 상기 중공부로부터 상기 압축기의 후단으로 통하는 냉각 통로에 공급하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
이 가스 터빈 압축기의 냉각 방법은, 압축기의 로터와 터빈의 로터를 연결하는 중간축에 형성된 중공부에 주기된 압축 공기를, 중간축의 회전에 의해 원심 압축시켜 승압하고, 압축기의 후단으로 통하는 냉각 통로에 공급하므로, 중공부로부터 후단의 압축기 동익과 압축기 정익 사이로 압축 공기가 유동하여, 중공부 내에 압축 공기가 흐르므로, 중공부 내의 온도를 효율적으로 낮출 수 있다.
본 발명에 의하면, 중간축에 형성된 중공부 내의 온도를 효율적으로 낮출 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 가스 터빈의 개략 구성도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 가스 터빈에 있어서의 냉각 통로의 개략 구성도이다.
도 3 은, 다른 구성의 원심 압축 수단의 개략 구성도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관련된 가스 터빈 및 가스 터빈의 중간축 그리고 가스 터빈 압축기의 냉각 방법의 바람직한 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 가스 터빈의 개략 구성도, 도 2 는, 도 1 에 나타내는 가스 터빈에 있어서의 냉각 통로의 개략 구성도이다.
가스 터빈은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 압축기 (1) 와 연소기 (2) 와 터빈 (3) 에 의해 구성되어 있다. 또, 압축기 (1), 연소기 (2) 및 터빈 (3) 의 중심부에는, 로터 (4) 가 관통하여 배치되어 있다. 압축기 (1), 연소기 (2) 및 터빈 (3) 은, 로터 (4) 의 축심 (R) 을 따라, 공기 또는 연소 가스 흐름의 상류측 (전측) 으로부터 하류측 (후측) 을 향해 순서대로 나란히 형성되어 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 축방향이란 축심 (R) 에 평행한 방향을 말하고, 둘레방향이란 축심 (R) 을 중심으로 한 둘레방향을 말하고, 직경방향이란 축심 (R) 에 직교하는 방향을 말한다. 또, 직경방향 외측이란 축심 (R) 으로부터 멀어지는 방향을 말하고, 직경방향 내측이란 축심 (R) 에 가까워지는 방향을 말한다.
압축기 (1) 는, 공기를 압축하여 압축 공기로 하는 것이다. 압축기 (1) 는, 공기를 도입하는 공기 도입구 (11) 를 가진 압축기 케이싱 (12) 내에, 압축기 정익 (13) 및 압축기 동익 (14) 이 형성되어 있다. 압축기 정익 (13) 은, 압축기 케이싱 (12) 측에 장착되어 둘레방향으로 복수 나란히 형성되어 있다. 또, 압축기 동익 (14) 은, 압축기 디스크에 장착되어 둘레방향으로 복수 나란히 형성되어 있다. 이들 압축기 정익 (13) 과 압축기 동익 (14) 은, 축방향을 따라 교대로 형성되어 있다.
연소기 (2) 는, 압축기 (1) 에 의해 압축된 압축 공기에 대해 연료를 공급함으로써, 고온·고압의 연소 가스를 생성하는 것이다. 연소기 (2) 는, 연소통으로서, 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키는 내통 (21) 과, 내통 (21) 으로부터 연소 가스를 터빈 (3) 에 유도하는 미통 (22) 과, 내통 (21) 의 외주를 덮고, 압축기 (1) 로부터의 압축 공기를 내통 (21) 에 유도하는 외통 (23) 을 가지고 있다. 이 연소기 (2) 는, 연소기 케이싱 (24) 에 대해 둘레방향으로 복수 (예를 들어 16 개) 나란히 형성되어 있다.
터빈 (3) 은, 연소기 (2) 에 의해 연소된 연소 가스에 의해 회전 동력을 발생시키는 것이다. 터빈 (3) 은, 터빈 케이싱 (31) 내에 터빈 정익 (32) 및 터빈 동익 (33) 이 형성되어 있다. 터빈 정익 (32) 은, 터빈 케이싱 (31) 측에 장착되어 둘레방향으로 복수 나란히 형성되어 있다. 또, 터빈 동익 (33) 은, 로터 (4) 의 축심 (R) 을 중심으로 한 원반상 디스크의 외주에 고정되어 둘레방향으로 복수 나란히 형성되어 있다. 이들 터빈 정익 (32) 과 터빈 동익 (33) 은, 축방향을 따라 복수 교대로 형성되어 있다. 또, 터빈 케이싱 (31) 의 후측에는, 터빈 (3) 에 연속하는 배기 디퓨저 (34a) 를 가진 배기실 (34) 이 형성되어 있다.
로터 (4) 는, 압축기 (1) 측의 단부 (端部) 가 베어링부 (41) 에 의해 지지되고, 배기실 (34) 측의 단부가 베어링부 (42) 에 의해 지지되어, 축심 (R) 을 중심으로 하여 자유롭게 회전할 수 있도록 형성되어 있다. 그리고, 로터 (4) 의 배기실 (34) 측의 단부에는, 발전기 (도시 생략) 의 구동축이 연결되어 있다.
이와 같은 가스 터빈은, 압축기 (1) 의 공기 도입구 (11) 로부터 도입된 공기가, 복수의 압축기 정익 (13) 과 압축기 동익 (14) 을 통과하여 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기가 된다. 이 압축 공기에 대해, 연소기 (2) 로부터 연료가 공급됨으로써 고온·고압의 연소 가스가 생성된다. 그리고, 이 연소 가스가 터빈 (3) 의 터빈 정익 (32) 과 터빈 동익 (33) 을 통과함으로써 로터 (4) 가 회전 구동되고, 이 로터 (4) 에 연결된 발전기에 회전 동력을 부여함으로써 발전을 실시한다. 그리고, 로터 (4) 를 회전 구동한 후의 배기 가스는, 배기실 (34) 의 배기 디퓨저 (34a) 에 의해 정압으로 변환되고 나서 대기에 방출된다.
이와 같이 구성되는 가스 터빈에 있어서는, 고압력의 압축기 (1) 를 채용한 경우에는, 압축기 (1) 후단의 토출부에서의 공기 온도가 500 ℃ 이상으로 고온이 된다. 그래서, 이 가스 터빈에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 압축기 (1) 의 후측으로서 연소기 (2) 에 연결되는 압축 공기 통로 (15) 로부터 압축 공기를 추기하고, 가스 터빈 외부에 형성된 외부 쿨러 (5) 를 거쳐, 다시 압축기 (1) 의 로터 (4) 와 터빈 (3) 의 로터 (4) 를 연결하는 중간축 (43) 에 형성된 중공부 (캐비티) (6) 에 주기하는 구성을 채용하고 있다. 이 냉각된 압축 공기는, 중공부 (6) 로부터 압축기 (1) 의 후단으로 통하는 냉각 통로에 공급된다.
또, 중공부 (6) 내에는, 원심 압축 수단 (7) 이 형성되어 있다. 이 원심 압축 수단 (7) 은, 중공부 (6) 내에서 중간축 (43) 으로부터 직경방향 외측으로 돌출되어 형성된 플랜지부 (71) 를 갖고, 이 플랜지부 (71) 에 대해 관통하여 형성된 관통 구멍 (72) 을 복수 구비하여 이루어진다.
플랜지부 (71) 는, 중간축 (43) 의 직경방향 외측으로 돌출되고, 또한 둘레방향으로 연속하여 형성되어 있다. 또, 플랜지부 (71) 의 직경방향 외측의 벽면과, 압축 공기 통로 (15) 와 중공부 (6) 사이의 격벽 (151) 사이에는, 격벽 (151) 에 형성된 타이트 시일 (예를 들어, 브러시 시일) (152) 이 개재되어 있다. 이 때문에, 중공부 (6) 는, 후측 중공부 (61) 와 전측 중공부 (62) 로 나누어진다.
관통 구멍 (72) 은, 축방향에서 플랜지부 (71) 의 상반되는 각 벽면에 개구되어 형성되어 있다. 구체적으로, 관통 구멍 (72) 은, 후측 중공부 (61) 를 향하는 플랜지부 (71) 의 일방에서, 직경방향 내측 근처에 개구되고, 전측 중공부 (62) 를 향하는 플랜지부 (71) 의 타방에서는, 직경방향 외측 근처로서 압축기 (1) 의 후단측을 향하여 개구되고, 축심 (R) 의 방사 방향으로 관통하여 형성되어 있다. 여기서, 압축기 (1) 의 후단측이란, 전측 중공부 (62) 로부터 압축기 (1) 의 후단으로 통하는 부분을 나타낸다.
이와 같은 원심 압축 수단 (7) 은, 직경방향에서 개구의 위치에 차를 형성해 두므로, 가스 터빈의 가동시에서의 중간축 (43) 의 회전에 수반되는 원심력에 의해, 후측 중공부 (61) 내의 공기가 전측 중공부 (62) 에 도달하여 승압하게 된다.
구체적으로는, 가스 터빈 압축기의 냉각 방법으로서, 압축기 (1) 의 후단으로부터 압축 공기를 가스 터빈의 외부로 추기하는 공정과, 추기된 압축 공기를 외부 쿨러 (5) 에 의해 냉각시키는 공정과, 냉각된 압축 공기를 압축기 (1) 의 로터 (4) 와 터빈 (2) 의 로터 (4) 를 연결하는 중간축 (43) 에 형성된 후측 중공부 (61) 에 주기하는 공정과, 주기된 압축 공기를 중간축 (43) 의 회전에 의해 원심 압축시켜 승압시키고, 전측 중공부 (61) 로부터 압축기 (1) 의 후단으로 통하는 냉각 통로에 공급하는 공정을 포함한다.
그런데, 압축기 동익 (14) 이 대부분의 압축 능력을 갖는 압축기 (1) 를 적용한 가스 터빈에 있어서는, 후단의 압축기 정익 (131) 의 상류측과 하류측에서 압력의 변화가 적다. 이 결과, 중간축 (43) 의 중공부 (6) 로부터 후단의 압축기 동익 (141) 과 압축기 정익 (131) 사이로 냉각 공기가 유동하지 않기 때문에, 중공부 (6) 내에 냉각 공기가 흐르기 어려워, 중공부 (6) 내의 온도를 효율적으로 낮출 수 없다. 또한, 냉각 공기를 보내는 냉각 통로의 배관에서의 압력 손실에 의해, 중간축 (43) 의 중공부 (6) 로부터 후단의 압축기 동익 (141) 과 압축기 정익 (131) 사이로 통하는 부분에서의 압력이 저하되는 것도 중공부 (6) 로부터의 냉각 공기의 흐름을 방해하는 요인이 되고 있다.
이 점, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈 및 가스 터빈의 중간축 그리고 가스 터빈 압축기의 냉각 방법에서는, 중공부 (6) 에 형성된 원심 압축 수단 (7) 에 의해, 후측 중공부 (61) 내의 공기가 전측 중공부 (62) 에 도달하여 승압시키기 때문에, 전측 중공부 (62) 로부터 후단의 압축기 동익 (141) 과 압축기 정익 (131) 사이로 냉각 공기가 유동하고, 중공부 (6) 내에 냉각 공기가 흘러 중공부 (6) 내의 온도를 효율적으로 낮출 수 있다.
또한 압축기 동익 (14) 이 대부분의 압축 능력을 갖는 압축기 (1) 가 아니고, 압축기 정익 (13) 과 압축기 동익 (14) 이 각각 대등한 압축 능력을 갖는 압축기를 적용한 경우에도, 냉각 공기를 보내는 냉각 통로의 배관에서의 압력 손실을 원심 압축 수단 (7) 에 의해 보충하므로, 전측 중공부 (62) 로부터 후단의 압축기 동익 (141) 과 압축기 정익 (131) 사이에 냉각 공기를 유동시켜, 중공부 (6) 내에 냉각 공기를 흘림으로써, 중공부 (6) 내의 온도를 효율적으로 낮출 수 있다.
또한, 플랜지부 (71) 의 축방향에서의 위치는, 중공부 (6) 로부터 후단의 압축기 동익 (141) 과 압축기 정익 (131) 사이로 통하는 부분에 접근하고, 전측 중공부 (62) 가 보다 좁게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 전측 중공부 (62) 가 너무 넓으면, 그곳에 예측할 수 없는 공기의 흐름이 생겨 냉각 효과를 판단하기 어려워지지만, 전측 중공부 (62) 가 좁게 형성되어 있으면 공기의 흐름을 예측할 수 있으므로 냉각 효과를 판단하기 쉬워진다.
또, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈 및 가스 터빈의 중간축에서는, 플랜지부 (71) 의 일방의 벽면은, 관통 구멍 (72) 의 개구가 로터 (4) 의 축심 (R) 측을 향하도록 형성되어 있다. 즉, 관통 구멍 (72) 이 직경방향 내측 근처에 개구되고, 후측 중공부 (61) 를 향하는 플랜지부 (71) 의 벽면은, 개구를 직경방향 내측을 향하여 형성되어 있다. 구체적으로는, 플랜지부 (71) 의 후측 중공부 (61) 를 향하는 벽면에 있어서, 오목부 (73) 가 형성되어 있다. 그리고, 이 오목부 (73) 에서 직경방향 내측을 향하는 면에 관통 구멍 (72) 이 개구되어 형성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 직경방향에서 관통 구멍 (72) 의 개구 가장자리의 위치 차 h 가 작아지므로, 이 개구 가장자리 (특히 직경방향 외측의 개구 가장자리) 에 발생하는 원심력에 의한 응력 집중을 줄일 수 있다. 또한, 플랜지부 (71) 의 축방향의 양 벽면에 오목부 (73) 를 형성하면, 원심력의 밸런스가 양호해진다.
또, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈 및 가스 터빈의 중간축에서는, 중공부 (6) 로부터 후단의 압축기 동익 (141) 과 압축기 정익 (131) 사이로 통하는 부분으로서, 축방향에서 대향하는 후단의 압축기 동익 (141) 이 고정된 디스크와 격벽 (151) 사이에 있어서, 디스크와 격벽 (151) 의 대향 방향으로부터 연장되면서 서로 선단부가 중첩되는 오버랩부 (8) 가 적어도 2 세트 형성되어 있다.
중공부 (6) 로부터 후단의 압축기 동익 (141) 과 압축기 정익 (131) 사이로 통하는 부분에 오버랩부 (8) 가 없는 경우, 원심 압축 수단 (7) 에서는 회전하는 관통 구멍 (72) 으로부터 펄스상으로 공기가 분사되고, 그대로 전측 중공부 (62) 로부터 압축기 (1) 측으로 흐르기 때문에, 압축기 동익 (14) 및 압축기 정익 (13) 을 강제 진동시키므로 바람직하지 않다. 이 점, 오버랩부 (8) 를 형성하면, 압축되어 전측 중공부 (62) 내를 일단 균압하여 에어 커튼을 이루므로, 펄스상의 공기가 압축기 동익 (14) 및 압축기 정익 (13) 에 도달하지 않아, 강제 진동을 방지할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈 및 가스 터빈의 중간축에서는, 압축 공기 통로 (15) 와 중공부 (6) 사이에 존재하는 격벽 (151) 에, 단열성을 갖는 단열 부재 (9) 가 형성되어 있다. 구체적으로, 판상의 단열 부재 (9) 가 격벽 (151) 의 중공부 (6) 측에 형성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 압축 공기 통로 (15) 로부터 격벽 (151) 을 통과하여 중공부 (6) 에 도달하는 복사열을 단열 부재 (9) 로 차단하므로, 중공부 (6) 의 온도 상승을 막아, 중공부 (6) 의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3 은, 다른 구성의 원심 압축 수단의 개략 구성도이다. 도 3 에 나타내는 원심 압축 수단 (7') 은, 중간축 (43) 으로부터 돌출한 플랜지부 (711) 의 외주에 볼트 (74) 에 의해 외주부 (712) 가 고정되고, 그 사이에 관통 구멍 (721) 이 형성되어 있다. 이 경우, 원심력에 의한 응력을 피하기 위해, 외주부 (712) 에 형성한 갈고리부 (712a) 를, 플랜지부 (711) 에 형성한 에지부 (711a) 에 직경방향에서 걸어맞추는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의하면, 플랜지부 (711) 의 외주에 외주부 (712) 를 고정시키므로, 승압부가 되는 관통 구멍 (721) 을, 축심 (R) 의 방사 방향으로 관통시킬 뿐만 아니라, 여러 가지 형태로 할 수 있다. 예를 들어, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 플랜지부 (711) 의 외주단에 슈라우드 (722) 를 형성하고, 이것을 외주부 (712) 에서 커버하는 형태로, 승압 능력을 향상시킬 수 있다. 그 외, 도면에는 명시하지 않지만, 축심 (R) 의 방사 방향에 대해 기울기, 혹은 만곡한 형상의 관통 구멍 (721) 도 얻어진다.
산업상 이용가능성
이상과 같이, 본 발명에 관련된 가스 터빈 및 가스 터빈의 중간축 그리고 가스 터빈 압축기의 냉각 방법은, 압축기와 터빈의 로터를 연결하는 중간축에 형성된 중공부의 온도를 저하시키기에 적합하다.
1 : 압축기
11 : 공기 도입구
12 : 압축기 케이싱
13 : 압축기 정익
131 : 후단의 압축기 정익
14 : 압축기 동익
141 : 후단의 압축기 동익
15 : 압축 공기 통로
151 : 격벽
2 : 연소기
3 : 터빈
4 : 로터
41 : 베어링부
42 : 베어링부
43 : 중간축
5 : 외부 쿨러
6 : 중공부
61 : 후측 중공부
62 : 전측 중공부
7, 7＇: 원심 압축 수단
71 : 플랜지부
711 : 플랜지부
711a : 에지부
712 : 외주부
712a : 갈고리부
72 : 관통 구멍
721 : 관통 구멍
722 : 슈라우드
73 : 오목부
74 : 볼트
8 : 오버랩부
9 : 단열 부재
R : 축심

Claims (7)

  1. 압축기의 후단으로부터 상기 압축기의 외부를 거쳐, 상기 압축기의 로터와 터빈의 로터를 연결하는 중간축에 형성된 중공부로 통함과 함께, 상기 중공부로부터 상기 압축기의 후단으로 통하는 냉각 통로를 갖는 가스 터빈에 있어서,
    상기 중공부 내에서 중간축으로부터 직경방향 외측으로 돌출되어 형성된 플랜지부와, 상기 플랜지부에 대해 축방향에서 상기 플랜지부의 상반되는 각 벽면에 개구되어 형성된 관통 구멍을 갖고, 상기 중간축의 회전에 수반되어 상기 중공부 내의 공기를, 상기 관통 구멍에 통과시켜 승압하는 원심 압축 수단을 상기 중공부 내에 구비한 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원심 압축 수단은, 상기 중공부 내에서 상기 중간축으로부터 직경방향 외측으로 돌출되어 형성된 플랜지부에 대해, 축방향에 상반되는 상기 플랜지부의 일방에서 직경방향 내측 근처에 개구되면서 타방의 직경방향 외측 근처에 개구되어 관통하고, 직경방향 외측 근처의 상기 개구를 상기 압축기의 후단측을 향하여 형성된 관통 구멍을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 플랜지부의 상기 일방의 벽면은, 상기 관통 구멍의 개구가 로터의 축심측을 향한 양태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공부로부터 상기 압축기의 후단으로 통하는 부분에는, 대향 방향으로부터 연장되면서 서로 선단부가 중첩되는 오버랩부를 구비한 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기로부터 연소기에 연결되는 압축 공기 통로와 상기 중공부 사이에 존재하는 격벽에, 단열성을 갖는 단열 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  6. 압축기의 로터와 터빈의 로터를 연결하는 중간축에, 상기 중간축의 직경방향 외측으로 돌출되어 형성된 플랜지부를 형성하고, 축방향에 상반되는 상기 플랜지부의 일방에서 직경방향 내측 근처에 개구되면서 타방의 직경방향 외측 근처에 개구되어 관통하고, 직경방향 외측 근처의 상기 개구를 상기 압축기의 후단측을 향하도록 형성된 관통 구멍을 구비하고, 상기 중간축의 회전에 수반되어 직경방향 내측 근처의 개구로부터 공기를 도입하여 승압시키면서 직경방향 외측 근처의 개구로부터 토출하는 원심 압축 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 중간축.
  7. 압축기의 후단으로부터 압축 공기를 가스 터빈의 외부로 추기하는 공정과,
    추기된 상기 압축 공기를 상기 압축기의 로터와 터빈의 로터를 연결하는 중간축에 형성된 중공부에 주기하는 공정과,
    상기 중공부 내에서 상기 중간축으로부터 직경방향 외측으로 돌출되어 형성된 플랜지부와, 상기 플랜지부에 대해 축방향에서 상기 플랜지부의 상반되는 각 벽면에 개구되어 형성된 관통 구멍을 갖는 원심 압축 수단을 사용하여, 주기된 압축 공기를 상기 중간축의 회전에 의해 원심 압축시켜 승압시키고, 상기 중공부로부터 상기 압축기의 후단으로 통하는 냉각 통로에 공급하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 가스 터빈 압축기의 냉각 방법.
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