KR20100116672A - 가스 터빈 - Google Patents

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KR20100116672A
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신야 하시모토
겐이치 아라세
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

원통 형상의 차실벽 (51), 및 차실벽 내에서 로터 (4) 의 베어링부 (42) 를 지지하는 베어링 케이스 (52) 에 의해 획성된 배기실 (34) 과, 베어링 케이스의 원주 방향으로 등간격으로 형성되고, 또한 베어링 케이스의 접선 방향으로 연장되어 차실벽과 베어링 케이스를 연결하는 스트러트 (53) 와, 차실벽의 내부 둘레측의 외측 디퓨저 (54a), 및 베어링 케이스의 외부 둘레측의 내측 디퓨저 (54b) 를 갖는 디퓨저부 (54) 와, 스트러트를 덮는 스트러트 커버 (53a) 에 의해 외측 디퓨저 및 내측 디퓨저가 연결되고, 차실벽과 외측 디퓨저 사이, 베어링 케이스와 내측 디퓨저 사이, 및 스트러트 커버 내에 통하는 냉각실 (55) 을 구비하고, 베어링 케이스와 내측 디퓨저 사이에서, 베어링 케이스의 외부 둘레를 덮는 격벽 (56) 을 구비한다.

Description

가스 터빈{GAS TURBINE}
본 발명은, 가스 터빈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터빈의 배기부를 냉각시키는 가스 터빈에 관한 것이다.
가스 터빈은, 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성되어 있다. 압축기는, 공기 취입구로부터 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 및 터빈 동익이 교대로 배치 형성되어 구성되어 있고, 배기 통로에 공급된 연소 가스에 의해 터빈 동익이 구동됨으로써, 예를 들어 발전기에 연결된 로터를 회전 구동시킨다. 그리고, 터빈을 구동시킨 연소 가스는, 디퓨저에 의해 정압으로 변환되고 나서 대기로 방출된다.
이와 같은 가스 터빈에 있어서는, 고효율화에 수반하여 터빈을 구동시키는 연소 가스의 온도가 고온이 된다. 이 때문에, 터빈의 거의 모든 구성부가 냉각 대상이 되고, 그 중에서 터빈의 배기부인 디퓨저도 포함된다.
종래에, 디퓨저를 냉각시키는 가스 터빈에는, 예를 들어 특허문헌 1 에 나타내는 것이 있다. 이 가스 터빈에서는, 터빈의 하류측에 접속된 외부 둘레측 케이싱 및 내부 둘레측 케이싱으로 이루어지는 배기 케이싱이 형성되어 있다. 내부 둘레측 케이싱과 외부 둘레측 케이싱 사이에는 스트러트가 형성되어 있다. 또, 배기 케이싱의 외부 둘레측 및 내부 둘레측에는, 각각 디퓨저를 가짐과 함께, 스트러트를 덮으면서 각 디퓨저를 연결하는 스트러트 커버를 가진 배기 플레넘이 형성되어 있다. 그리고, 외부 둘레측 디퓨저의 외부 둘레측으로부터 스트러트 커버 내를 개재하여 내부 둘레측 디퓨저의 내부 둘레측을 경유시켜 배기 플레넘 내에 냉각 공기를 공급하는 제 1 냉각 계통과, 내부 둘레측 디퓨저의 더욱 내부 둘레측에서 내부 둘레측 디퓨저를 따라 냉각 공기를 공급하는 제 2 냉각 계통이 형성되어 있다.
이 특허문헌 1 에 나타내는 가스 터빈은, 예를 들어, 특허문헌 2 에 나타내는 가스 터빈과 같이, 스트러트로 내부 둘레측 케이싱을 내부 둘레측 케이싱에 대해 지지하는 것으로, 스트러트가 로터의 축심을 중심으로 하여 래디얼 방향 (방사 방향) 으로 연장되어 형성되어 있다. 그리고, 내부 둘레측 케이싱 내에는, 로터의 베어링부가 지지되어 있다. 즉, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에 나타내는 가스 터빈은, 로터가 내부 둘레측 케이싱에 의해 지지되고, 이 내부 둘레측 케이싱이 스트러트를 개재하여 외부 둘레측 케이싱에 의해 지지되어 있기 때문에, 외부 둘레측 케이싱, 내부 둘레측 케이싱 및 스트러트는 강 (剛) 구조로서 구성되어 있다. 따라서, 특허문헌 1 에 나타내는 가스 터빈에서는, 로터의 위치가 변하지 않도록, 외부 둘레측 케이싱, 내부 둘레측 케이싱 및 스트러트를 제 1 냉각 계통 및 제 2 냉각 계통에 의해 균일한 온도로 냉각시켜, 연소 가스의 열에 의한 신장을 방지할 필요가 있다.
한편, 예를 들어 특허문헌 3 에 나타내는 가스 터빈에서는, 특허문헌 1 에 있어서의 내부 둘레측 케이싱 대신에 로터의 베어링부를 지지하는 통 형상의 베어링 케이스가 형성되어 있다. 그리고, 이 베어링 케이스와 외부 둘레측 케이싱 (차실벽) 사이에, 베어링 케이스의 원주 방향으로 등간격으로, 또한 베어링 케이스의 접선 (탄젠셜) 방향으로 연장되는 복수의 스트러트가 형성되어 있다. 이 가스 터빈은, 열변화에 의해 스트러트가 신축된 경우에, 베어링 케이스가 로터의 축심을 중심으로 회전함으로써 로터의 위치를 유지한다. 또, 특허문헌 3 에 나타내는 가스 터빈의 디퓨저는, 외부 둘레측 케이싱의 내측측, 및 베어링 케이스의 외부 둘레측의 각각에 형성되어 있음과 함께, 스트러트를 덮는 스트러트 커버에 의해 연결되고, 그 외부 둘레측 및 내부 둘레측에 스트러트 커버 내에서 연결되는 냉각실이 형성되어 있다.
일본 공개특허공보 2005-83199호 일본 공개특허공보 2003-314299호 일본 공개특허공보 2007-192028호
상기 특허문헌 3 에 나타내는 가스 터빈에 있어서는, 냉각실 내에 공급된 냉각 공기에 의해 각 디퓨저가 냉각된다. 그러나, 디퓨저가 고온의 연소 가스에 노출되면 냉각 공기의 온도가 상승되고, 이 온도 상승이 베어링 케이스에 영향을 미쳐, 베어링 케이스 내에서 베어링부에 공급하는 윤활유의 온도도 상승된다. 그리고, 이 온도 상승에 의해 윤활유의 윤활성이 손상된 경우, 베어링 성능이 저하될 우려가 있다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 터빈의 디퓨저부, 스트러트를 냉각시키는 냉각 공기의 온도 상승에 의해 로터의 베어링부가 가열되는 사태를 방지할 수 있는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 가스 터빈에서는, 터빈 하류의 측외각 (側外殼) 을 이루는 원통 형상의 차실벽과, 상기 차실벽 내에서 로터의 베어링부를 지지하는 베어링 케이스와, 상기 베어링 케이스의 원주 방향으로 복수 형성되고, 또한 상기 베어링 케이스의 접선 방향으로 연장되어 상기 차실벽과 상기 베어링 케이스를 연결하는 스트러트와, 상기 차실벽의 내부 둘레를 따라 형성된 외측 디퓨저, 및 상기 베어링 케이스의 외부 둘레를 따라 형성된 내측 디퓨저를 갖는 디퓨저부와, 상기 베어링 케이스와 상기 내측 디퓨저 사이에서, 상기 베어링 케이스의 외부 둘레를 덮는 격벽과, 상기 스트러트를 덮는 스트러트 커버에 의해 상기 외측 디퓨저 및 상기 내측 디퓨저가 연결되고, 상기 차실벽과 상기 외측 디퓨저 사이, 상기 격벽과 상기 내측 디퓨저 사이, 및 상기 스트러트 커버 내에 통하여 이루어지는 냉각실을 구비한 가스 터빈으로서, 상기 격벽은, 상기 스트러트를 관통시키면서, 상기 냉각실의 냉각 매체와 상기 베어링 케이스 둘레의 냉각 매체를 격리시키는 것을 특징으로 한다.
냉각 공기는, 외측 디퓨저 → 스트러트 커버 → 내측 디퓨저로 유동하는 과정에서 열교환된다. 그리고, 내측 디퓨저에 이를 때에는, 베어링 케이스 내의 베어링부의 윤활유를 가열할수록 냉각 공기의 온도가 상승된다. 이 본 발명의 가스 터빈은, 격벽을 형성함으로써 냉각 공기의 베어링 케이스측에 대한 유동을 방지하고 있다. 이 결과, 내측·외측 디퓨저, 스트러트 커버, 스트러트를 냉각시킴과 함께, 온도 상승된 냉각 공기에 의해 로터의 베어링부가 가열되는 사태를 방지한다.
또, 격벽이 형성됨으로써, 베어링 케이스가 수용되는 공간을 독립적으로 환기시킬 수 있다. 그리고, 베어링 케이스 주위의 환기 공기의 공기량과 냉각실의 냉각 공기의 공기량을 독립적으로 관리할 수 있다.
또, 본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 베어링 케이스에 일단측이 고정되고, 상기 격벽에 타단측이 고정되어, 상기 스트러트의 연장 방향을 따라 형성되어 이루어지고, 또한 상기 일단측과 상기 타단측을 분할하여 상호간의 기밀성을 유지하면서 상기 스트러트의 연장 방향으로 슬라이딩할 수 있게 형성된 시일부를 갖는 격벽 지지 부재를 구비한 것을 특징으로 한다.
이 가스 터빈은, 스트러트가 베어링 케이스의 접선 방향으로 연장되어 형성되어 있어, 스트러트가 열변화에 의해 신축되어도 베어링 케이스가 로터의 축심을 중심으로 회전함으로써 로터의 위치를 유지한다. 이와 같은 스트러트의 신축에 대해, 격벽은, 격벽 지지 부재의 일단측과 타단측이 스트러트의 연장 방향으로 상대적으로 이동할 수 있게 형성되어, 스트러트의 신축에 추종하므로, 그 위치가 유지된다.
또, 본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 스트러트의 외부 둘레를 둘러싸고, 상기 격벽에 일단측이 고정되고, 상기 차실벽에 타단측이 고정되어 상기 스트러트의 연장 방향을 따라 형성된 격벽 지지 부재를 구비한 것을 특징으로 한다.
이 가스 터빈은, 스트러트가 베어링 케이스의 접선 방향으로 연장되어 형성되어 있어, 스트러트가 열변화에 의해 신축되어도 베어링 케이스가 로터의 축심을 중심으로 회전함으로써 로터의 위치를 유지한다. 이와 같은 스트러트의 신축에 대해, 격벽은, 스트러트의 외부 둘레를 둘러싸는 격벽 지지 부재가 스트러트의 신축에 추종하므로, 그 위치가 유지된다.
본 발명에 의하면, 터빈의 디퓨저부, 스트러트를 냉각시키는 냉각 공기의 온도 상승에 의해 베어링 케이스 내의 베어링부가 가열되는 사태를 방지한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 관련된 가스 터빈의 개략 구성도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 가스 터빈의 터빈 하류측의 개략 구성도이다.
도 3 은 도 2 에 나타내는 터빈 하류측을 축 방향에서 본 개략 구성도이다.
도 4 는 격벽 지지 부재의 개략 구성도이다.
도 5 는 도 1 에 나타내는 가스 터빈의 터빈 하류측의 다른 개략 구성도이다.
도 6 은 도 5 에 나타내는 터빈 하류측을 축 방향에서 본 개략 구성도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관련된 가스 터빈의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시예에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 관련된 가스 터빈의 개략 구성도이고, 도 2 는 도 1 에 나타내는 가스 터빈의 터빈 하류측의 개략 구성도이고, 도 3 은 도 2 에 나타내는 터빈 하류측을 축 방향에서 본 개략 구성도이며, 도 4 는 격벽 지지 부재의 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 상류측으로부터 하류측을 향해 순서대로 병설되어 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 축 방향이란 축심 (R) 과 평행한 방향을 말하고, 둘레 방향이란 축심 (R) 을 중심으로 한 둘레 방향을 말하고, 직경 방향이란 축심 (R) 과 직교하는 방향을 말한다.
압축기 (1) 는, 공기를 압축하여 압축 공기로 하는 것이다. 압축기 (1) 는, 공기를 도입하는 공기 취입구 (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 둘레 방향으로 복수 병설되어 있다. 또, 압축기 동익 (14) 은, 로터 (4) 측에 장착되어 둘레 방향으로 복수 병설되어 있다. 이들 압축기 정익 (13) 과 압축기 동익 (14) 은, 축 방향을 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) 으로 유도하는 미통 (尾筒) (22) 과, 내통 (21) 의 외부 둘레를 덮고, 압축기 (1) 로부터의 압축 공기를 내통 (21) 으로 유도하는 외통 (23) 을 갖고 있다. 이 연소기 (2) 는, 연소기 케이싱 (24) 에 대해 둘레 방향으로 복수 (예를 들어 16 개) 병설되어 있다.
터빈 (3) 은, 연소기 (2) 로 연소된 연소 가스에 의해 회전 동력을 일으키는 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 둘레 방향으로 복수 병설되어 있다. 또, 터빈 동익 (33) 은, 로터 (4) 의 축심 (R) 을 중심으로 한 원반 형상의 디스크 외부 둘레에 고정되어 둘레 방향으로 복수 병설되어 있다. 이들 터빈 정익 (32) 과 터빈 동익 (33) 은, 축 방향을 따라 복수 교대로 형성되어 있다. 또, 터빈 케이싱 (31) 의 하류측에는, 터빈 (3) 에 연속하는 디퓨저부 (54) 를 내부에 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 취입구 (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 구동시킨 후의 연소 가스는, 배기실 (34) 내의 디퓨저부 (54) 에 의해 정압으로 변환되고 나서 대기로 방출된다.
이 가스 터빈에서는, 터빈 (3) 의 하류측의 배기실 (34) 은, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 그 외각을 이루는 원통 형상의 차실벽 (51) 과, 및 차실벽 (51) 내에 내장되어 로터 (4) 의 베어링부 (42) 를 지지하는 원통 형상의 베어링 케이스 (52) 로 획성되어 있다.
배기실 (34) 의 내부에는, 차실벽 (51) 과 베어링 케이스 (52) 를 연결하는 스트러트 (53) 가 형성되어 있다. 이 스트러트 (53) 는, 베어링 케이스 (52) 의 원주 방향으로 등간격으로 복수 (본 실시형태에서는 6 개) 형성되고, 또한 베어링 케이스 (52) 의 접선 (탄젠셜) 방향으로 연장되어 형성되어 있다. 즉, 로터 (4) 의 베어링부 (42) 를 내장하는 베어링 케이스 (52) 는, 스트러트 (53) 에 의해 차실벽 (51) 에 지지되어 있다. 그리고, 가스 터빈의 가동시에, 배기실 (34) 을 통과하는 연소 가스에 의해 가열되어 스트러트 (53) 가 신장되거나, 가스 터빈의 정지시에 식은 스트러트 (53) 가 줄어든 경우, 이 스트러트 (53) 의 신축에 수반하여, 베어링 케이스 (52) 가 로터 (4) 의 축심 (R) 을 중심으로 회전함으로써 로터 (4) 의 위치를 유지한다.
배기실 (34) 의 내부에는, 디퓨저부 (54) 가 형성되어 있다. 디퓨저부 (54) 는, 차실벽 (51) 의 내부 둘레를 따라 형성된 외측 디퓨저 (54a) 와, 베어링 케이스 (52) 의 외부 둘레를 따라 형성된 내측 디퓨저 (54b) 로 구성되어 있다. 이들 외측 디퓨저 (54a) 및 내측 디퓨저 (54b) 에는, 스트러트 (53) 가 관통하여 형성되어 있다. 그리고, 외측 디퓨저 (54a) 와 내측 디퓨저 (54b) 는, 스트러트 (53) 를 덮는 가요성을 가진 스트러트 커버 (53a) 에 의해 연결되어 있다. 이로써, 차실벽 (51) 과 외측 디퓨저 (54a) 사이, 베어링 케이스 (52) 와 내측 디퓨저 (54b) 사이, 및 스트러트 커버 (53a) 내에 통하는 냉각실 (55) 이 획성되어 있다.
상기 구성에 있어서, 베어링 케이스 (52) 와 내측 디퓨저 (54b) 사이에는, 베어링 케이스 (52) 의 외부 둘레를 덮는 격벽 (56) 이 형성되어 있다. 격벽 (56) 은, 축 방향에 있어서 상류측의 단부와 하류측의 단부가 내측 디퓨저 (54b) 에 시일재를 개재하여 접속되어 있고, 냉각실 (55) 을 내측 디퓨저 (54b) 의 내측에서 막고 있다. 즉, 격벽 (56) 은, 베어링 케이스 (52) 를 냉각실 (55) 로부터 격리시키고 있다. 또, 격벽 (56) 에는, 스트러트 (53) 가 관통하여 형성되어 있다.
또, 격벽 (56) 은, 격벽 지지 부재 (57) 에 의해 배기실 (34) 내에서 지지되어 있다. 격벽 지지 부재 (57) 는, 베어링 케이스 (52) 측에 고정된 스트러트 (53) 단부의 외부 둘레를 둘러싸도록 통 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 격벽 지지 부재 (57) 는, 통 형상이 개구되는 일단측 (57a) 이 베어링 케이스 (52) 에 고정되어 있다. 또, 격벽 지지 부재 (57) 는, 통 형상이 개구되는 타단측 (57b) 이, 격벽 (56) 의 스트러트 (53) 가 관통한 부분을 따라 고정되어 있다.
이 격벽 지지 부재 (57) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 일단측 (57a) 과 타단측 (57b) 이 분할되고, 또한 분할 부분에 있어서 일단측 (57a) 이 타단측 (57b) 의 외부 둘레와 중첩되도록 구성되어 있다. 이 분할 부분에는, 시일부 (57c) 가 형성되어 있다. 시일부 (57c) 는, 일단측 (57a) 과 타단측 (57b) 이 중첩되는 사이에 개재되어, 격벽 지지 부재 (57) 의 통 형상의 둘레를 따라 고리 형상으로 형성되어 있고, 일단측 (57a) 과 타단측 (57b) 의 상호간의 기밀성을 유지한다. 또한 시일부 (57c) 는, 기밀성을 유지하면서 슬라이딩할 수 있게 형성되고, 스트러트 (53) 의 연장 방향 (도 4 의 화살표 방향) 에 대한 일단측 (57a) 과 타단측 (57b) 의 상대적인 이동을 허용하고 있다.
이와 같은 터빈 (3) 의 하류측 배기실 (34) 은, 로터 (4) 를 회전 구동시킨 후의 연소 가스가, 디퓨저부 (54), 즉 외측 디퓨저 (54a) 와 내측 디퓨저 (54b) 사이를 통과하여 정압으로 변환된다. 디퓨저부 (54) 는, 이 연소 가스에 의해 가열되어 고온이 된다. 그래서, 냉각실 (55) 의 내부로, 차실벽 (51) 의 외측에 형성한 냉각 팬 (도시 생략) 에 의해 냉각 공기를 보내고, 외측 디퓨저 (54a) → 스트러트 커버 (53a) → 내측 디퓨저 (54b) 로 냉각 공기를 유동시켜 디퓨저부 (54), 스트러트 (53) 를 냉각시킨다. 또, 냉각 공기는, 격벽 (56) 과 내측 디퓨저 (54b) 사이를 유동하여 배기실 (34) 내로 방출된다.
여기서, 냉각 공기는, 외측 디퓨저 (54a) → 스트러트 커버 (53a) → 내측 디퓨저 (54b) 로 유동하는 과정에서 열교환한다. 그리고, 내측 디퓨저 (54b) 에 이를 때에는, 베어링 케이스 (52) 내의 베어링부 (42) 의 윤활유를 가열할수록 냉각 공기의 온도가 상승된다. 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈은, 내측 디퓨저 (54b) 와 베어링 케이스 (52) 사이를 격리시키는 격벽 (56) 을 형성함으로써, 내측 디퓨저 (54b) 를 냉각시키는 냉각 공기의 베어링 케이스 (52) 측에 대한 유동을 방지하고 있다. 이 결과, 디퓨저부 (54), 스트러트 (53) 및 스트러트 커버 (53a) 를 냉각시킴과 함께, 온도 상승된 냉각 공기에 의해 로터 (4) 의 베어링부 (42) 가 가열되는 사태를 방지한다.
베어링 케이스 (52) 와 격벽 (56) 사이에서 단락지어진 배기 터널 (59) 에는, 가스 터빈의 하류측으로부터 환기 공기가 공급된다. 환기 공기는, 베어링 케이스 (52) 의 과도한 온도 상승을 방지한다. 그 후, 환기 공기는 냉각 공기와 마찬가지로 배기실 (34) 내로 방출된다.
또, 격벽 (56) 이 형성됨으로써, 베어링 케이스 (52) 가 수용되는 공간을 독립적으로 환기시킬 수 있다. 그리고, 베어링 케이스 (52) 주위의 환기 공기의 공기량과 냉각실의 냉각 공기의 공기량을 독립적으로 관리할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈은, 스트러트 (53) 가 베어링 케이스 (52) 의 접선 방향으로 연장되어 형성되어 있어, 스트러트 (53) 가 열변화에 의해 신축되어도 베어링 케이스 (52) 가 로터 (4) 의 축심 (R) 을 중심으로 회전함으로써 로터 (4) 의 위치를 유지한다. 이와 같은 스트러트 (53) 의 신축에 대해, 격벽 (56) 은, 격벽 지지 부재 (57) 의 일단측 (57a) 과 타단측 (57b) 이 스트러트 (53) 의 연장 방향으로 상대적으로 이동할 수 있게 형성되어, 스트러트 (53) 의 신축에 추종하므로, 그 위치가 유지된다. 또한 디퓨저부 (54) 는, 가요성을 갖는 스트러트 커버 (53a) 가 휘어, 스트러트 (53) 의 신축에 추종하므로, 그 위치가 유지된다.
그런데, 상기 서술한 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에 나타내는 종래의 가스 터빈에 있어서, 본 실시형태에 관련된 가스 터빈과 같이 격벽 (56) 을 형성하고자 한 경우, 내부 둘레측 디퓨저와 내부 둘레측 케이싱 사이에 격벽을 배치하게 된다. 그러나, 격벽을 배치하는 스페이스를 얻기 위해서는, 내부 둘레측 디퓨저를 외측으로 이동시키거나, 혹은 내부 둘레측 케이싱의 두께를 얇게 하여 격벽을 배치하도록 설계 변경을 필요로 한다. 그러나, 내부 둘레측 디퓨저를 외측으로 이동시킨 경우, 내부 둘레측 디퓨저와 외부 둘레측 디퓨저 사이가 좁아져, 연소 가스를 대기로 방출시키는 출구 부분에서의 유속이 빨라지고, 이것으로는, 출구 부분에서의 압력 손실이 커져 버린다. 또, 외부 둘레측 디퓨저도 외측으로 이동시키면 가스 터빈의 대형화를 초래한다. 한편, 내부 둘레측 케이싱의 두께를 얇게 한 경우, 내부 둘레측 케이싱의 강도가 저하된다. 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에 나타내는 종래의 가스 터빈은, 외부 둘레측 케이싱, 내부 둘레측 케이싱 및 스트러트를 강 구조로 해야 되어, 내부 둘레측 케이싱의 강성이 저하된 경우에는, 외부 둘레측 케이싱 및 스트러트의 강도를 변경할 필요가 있다.
이 점에서, 본 실시형태에 관련된 가스 터빈에서는, 스트러트 (53) 가 베어링 케이스 (52) 의 접선 방향으로 연장되어 형성된 구성에 있어서, 이러한 구성의 기본 설계 변경을 필요로 하지 않고, 또한 강도나 작용을 저하시키지 않고 격벽 (56) 을 형성할 수 있다.
이하, 격벽을 형성하는 구성의 다른 실시형태에 대해 설명한다. 도 5 는 도 1 에 나타내는 가스 터빈의 터빈 하류측의 다른 개략 구성도이고, 도 6 은 도 5 에 나타내는 터빈 하류측을 축 방향에서 본 개략 구성도이다. 또한, 이 다른 실시형태에 있어서, 상기 서술한 실시형태와 동일 지점에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
도 5 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 격벽 (56) 은, 격벽 지지 부재 (58) 에 의해 배기실 (34) 내에서 지지되어 있다. 격벽 지지 부재 (58) 는, 스트러트 커버 (53a) 내에서, 스트러트 (53) 의 외부 둘레를 둘러싸도록 통 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 격벽 지지 부재 (58) 는, 통 형상이 개구되는 일단측 (58a) 이 격벽 (56) 에 고정되어 있다. 또, 격벽 지지 부재 (58) 는, 통 형상이 개구되는 타단측 (58b) 이 차실벽 (51) 에 고정되어 있다. 이 격벽 지지 부재 (58) 는, 가요성을 갖고 형성되어 있다.
이와 같은 터빈 (3) 의 하류측 배기실 (34) 은, 로터 (4) 를 회전 구동시킨 후의 연소 가스가, 디퓨저부 (54), 즉 외측 디퓨저 (54a) 와 내측 디퓨저 (54b) 사이를 통과하여 정압으로 변환된다. 디퓨저부 (54) 는, 이 연소 가스에 의해 가열되어 고온이 된다. 그래서, 냉각실 (55) 의 내부에, 차실벽 (51) 의 외측에 형성한 냉각 팬 (도시 생략) 에 의해 냉각 공기를 보내고, 외측 디퓨저 (54a) → 스트러트 커버 (53a) → 내측 디퓨저 (54b) 로 냉각 공기를 유동시켜 디퓨저부 (54), 스트러트 (53) 를 냉각시킨다. 또한 냉각 공기는, 격벽 (56) 과 내측 디퓨저 (54b) 사이를 유동하여 배기실 (34) 내로 방출된다.
여기서, 냉각 공기는, 외측 디퓨저 (54a) → 스트러트 커버 (53a) → 내측 디퓨저 (54b) 로 유동하는 과정에서 열교환된다. 그리고, 내측 디퓨저 (54b) 에 이를 때에는, 베어링 케이스 (52) 내의 베어링부 (42) 의 윤활유를 가열할수록, 냉각 공기의 온도가 상승된다. 다른 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈에서는, 내측 디퓨저 (54b) 와 베어링 케이스 (52) 사이를 격리시키는 격벽 (56) 을 형성함으로써, 내측 디퓨저 (54b) 를 냉각시키는 냉각 공기를 베어링 케이스 (52) 측에 대한 유동을 방지하고 있다. 이 결과, 디퓨저부 (54), 스트러트 (53) 및 스트러트 커버 (53a) 를 냉각시킴과 함께, 온도 상승된 냉각 공기에 의해 로터 (4) 의 베어링부 (42) 가 가열되는 사태를 방지할 수 있다.
베어링 케이스 (52) 와 격벽 (56) 사이에서 단락지어진 배기 터널 (59) 에는, 가스 터빈의 하류측으로부터 환기 공기가 공급된다. 환기 공기는, 베어링 케이스 (52) 의 과도한 온도 상승을 방지한다. 그 후, 환기 공기는 냉각 공기와 마찬가지로 배기실 (34) 내로 방출된다.
또한 격벽 (56) 이 형성됨으로써, 베어링 케이스 (52) 가 수용되는 공간을 독립적으로 환기시킬 수 있다. 그리고, 베어링 케이스 (52) 주위의 환기 공기의 공기량과 냉각실의 냉각 공기의 공기량을 독립적으로 관리할 수 있다.
또, 다른 실시형태에 있어서의 가스 터빈은, 스트러트 (53) 가 베어링 케이스 (52) 의 접선 방향으로 연장되어 형성되어 있고, 스트러트 (53) 가 열변화에 의해 신축되어도 베어링 케이스 (52) 가 로터 (4) 의 축심 (R) 을 중심으로 회전함으로써 로터 (4) 의 위치를 유지한다. 이와 같은 스트러트 (53) 의 신축에 대해, 격벽 (56) 은 가요성을 갖는 격벽 지지 부재 (58) 가 휘어, 스트러트 (53) 의 신축에 추종하므로, 그 위치가 유지된다. 또한 디퓨저부 (54) 는, 가요성을 갖는 스트러트 커버 (53a) 가 휘어, 스트러트 (53) 의 신축에 추종하므로, 그 위치가 유지된다.
그런데, 상기 서술한 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에 나타내는 종래의 가스 터빈에 있어서, 다른 실시형태에 관련된 가스 터빈과 같이 격벽 (56) 을 형성하고자 한 경우, 내부 둘레측 디퓨저와 내부 둘레측 케이싱 사이에 격벽을 배치하게 된다. 그러나, 격벽을 배치하는 스페이스를 얻기 위해서는, 내부 둘레측 디퓨저를 외측으로 이동시키거나, 혹은 내부 둘레측 케이싱의 두께를 얇게 하여 격벽을 배치하도록 설계 변경을 필요로 한다. 그러나, 내부 둘레측 디퓨저를 외측으로 이동시킨 경우, 내부 둘레측 디퓨저와 외부 둘레측 디퓨저 사이가 좁아져, 연소 가스를 대기로 방출시키는 출구 부분에서의 유속이 빨라지고, 이것으로는, 출구 부분에서의 압력 손실이 커져 버린다. 또, 외부 둘레측 디퓨저도 외측으로 이동시키면 가스 터빈의 대형화를 초래한다. 한편, 내부 둘레측 케이싱의 두께를 얇게 한 경우, 내부 둘레측 케이싱의 강도가 저하된다. 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에 나타내는 종래의 가스 터빈은, 외부 둘레측 케이싱, 내부 둘레측 케이싱 및 스트러트를 강 구조로 해야 하여, 내부 둘레측 케이싱의 강성이 저하된 경우에는, 외부 둘레측 케이싱 및 스트러트의 강도를 변경할 필요가 있다.
이 점에서, 다른 실시형태에 관련된 가스 터빈에서는, 스트러트 (53) 가 베어링 케이스 (52) 의 접선 방향으로 연장되어 형성된 구성에 있어서, 이러한 구성의 기본 설계 변경을 필요로 하지 않고, 또한 강도나 작용을 저하시키지 않고 격벽 (56) 을 형성할 수 있다.
또한, 다른 실시형태의 격벽 지지 부재 (58) 에 있어서, 일단측 (58a) 과 타단측 (58b) 을 분할하고, 상기 서술한 실시형태에 있어서의 격벽 지지 부재 (57) 와 같이 시일부 (57c) 를 형성하여, 일단측 (58a) 과 타단측 (58b) 을 스트러트 (53) 의 연장 방향으로 상대적으로 이동할 수 있게 형성함으로써, 스트러트 (53) 의 신축에 추종하도록 구성하여, 격벽 (56) 의 위치를 유지하도록 해도 된다.
산업상 이용가능성
이상과 같이, 본 발명에 관련된 가스 터빈은, 터빈의 디퓨저부를 냉각시키는 냉각 공기의 온도 상승에 의해 로터의 베어링부가 가열되는 사태를 방지하는 것에 적합하다.
1 압축기
2 연소기
3 터빈
34 배기실
4 로터
41, 42 베어링부
51 차실벽
52 베어링 케이스
53 스트러트
53a 스트러트 커버
54 디퓨저부
54a 외측 디퓨저
54b 내측 디퓨저
55 냉각실
56 격벽
57, 58 격벽 지지 부재
57a, 58a 일단측
57b, 58b 타단측
57c 시일부
59 배기 터널
R 축심

Claims (3)

  1. 터빈 하류의 측외각 (側外殼) 을 이루는 원통 형상의 차실벽과,
    상기 차실벽 내에서 로터의 베어링부를 지지하는 베어링 케이스와,
    상기 베어링 케이스의 원주 방향으로 복수 형성되고, 또한 상기 베어링 케이스의 접선 방향으로 연장되어 상기 차실벽과 상기 베어링 케이스를 연결하는 스트러트와,
    상기 차실벽의 내부 둘레를 따라 형성된 외측 디퓨저, 및 상기 베어링 케이스의 외부 둘레를 따라 형성된 내측 디퓨저를 갖는 디퓨저부와,
    상기 베어링 케이스와 상기 내측 디퓨저 사이에서, 상기 베어링 케이스의 외부 둘레를 덮는 격벽과,
    상기 스트러트를 덮는 스트러트 커버에 의해 상기 외측 디퓨저 및 상기 내측 디퓨저가 연결되고, 상기 차실벽과 상기 외측 디퓨저 사이, 상기 격벽과 상기 내측 디퓨저 사이, 및 상기 스트러트 커버 내에 통하여 이루어지는 냉각실을 구비한 가스 터빈으로서,
    상기 격벽은, 상기 스트러트를 관통시키면서, 상기 냉각실의 냉각 매체와 상기 베어링 케이스 둘레의 냉각 매체를 격리시키는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링 케이스에 일단측이 고정되고, 상기 격벽에 타단측이 고정되어, 상기 스트러트의 연장 방향을 따라 형성되어 이루어지고, 또한 상기 일단측과 상기 타단측을 분할하여 상호간의 기밀성을 유지하면서 상기 스트러트의 연장 방향으로 슬라이딩할 수 있게 형성된 시일부를 갖는 격벽 지지 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트러트의 외부 둘레를 둘러싸고, 상기 격벽에 일단측이 고정되고, 상기 차실벽에 타단측이 고정되어 상기 스트러트의 연장 방향을 따라 형성된 격벽 지지 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
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