KR20100120696A - 가스 터빈 및 가스 터빈의 연소기 삽입 구멍 형성 방법 - Google Patents

가스 터빈 및 가스 터빈의 연소기 삽입 구멍 형성 방법 Download PDF

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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

가스 터빈 (1) 은 연소기 (39) 와, 통형상으로 형성되고 상기 연소기 (39) 를 내부에 수용하는 연소부 케이싱 (31) 과, 연소부 케이싱 (31) 의 측둘레부에 형성되는 구멍으로서, 상기 구멍의 연소부 케이싱 (31) 의 둘레 방향과 직교하는 방향의 크기가 상기 구멍의 연소부 케이싱 (31) 의 둘레 방향의 크기보다 크게 형성됨과 함께, 상기 구멍에 삽입되어 있는 연소기 (39) 와 연소기 (39) 와 함께 이동되는 부재와 상기 구멍을 연소기 (39) 가 이동되는 방향에서 보았을 때에, 상기 구멍이 연소기 (39) 및 연소기 (39) 와 함께 이동되는 부재의 외형을 모두 포함하도록 형성되는 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 구비한다.

Description

가스 터빈 및 가스 터빈의 연소기 삽입 구멍 형성 방법{GAS TURBINE AND METHOD OF FORMING INSERTION HOLE FOR COMBUSTOR OF GAS TURBINE}
본 발명은, 가스 터빈 및 가스 터빈의 연소기 삽입 구멍 형성 방법에 관한 것이다.
종래, 연료를 연소시킨 연소 가스로부터 에너지를 취출하는 장치로서 가스 터빈이 있다. 가스 터빈은, 연료를 연소시킴으로써 발생되는 연소 가스의 에너지를 사용하여 터빈을 회전시켜 로터로부터 회전 에너지를 출력한다.
예를 들어, 특허문헌 1 에는, 가스 터빈의 연소기를 조립 분해하기 위한 가스 터빈 조립 분해 장치에 의해, 가스 터빈의 연소기의 조립 분해를 용이하게 하는 기술이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 평9-168931호
여기서, 연소기의 트래지션 피스 (미통 (尾筒)) 의 출구는 가로폭이 넓다. 따라서, 특허문헌 1 에 개시되어 있는 기술에서는, 특허문헌 1 의 단락 번호 0053 에 기재되어 있는 바와 같이, 연소기를 케이싱으로부터 인발하고자 하면 케이싱에 형성된 세로로 긴 취출구 (연소기 삽입 구멍) 에 트래지션 피스가 간섭된다. 그래서, 연소기를 케이싱으로부터 인발할 때에, 연소기를 회전시킬 필요가 있다. 이로써, 특허문헌 1 에 개시되어 있는 기술은, 가스 터빈의 조립 작업 또는 분해 작업의 용이화가 불충분하다.
또한, 연소기에는 연소 가스의 흐름 방향을 바꾸는 역할도 있기 때문에, 축대상 형상이 아니라, 전체적으로 만곡된 형상으로 되어 있다 (실시예에서는 미통부가 만곡되어 있음). 또, 연소기에는 연소기 냉각용의 증기 배관 등, 연소기와 함께 이동되는 부재가 부착되는 경우가 있다 (실시예에서는 미통부에 배관이 부착되어 있음). 이런 점에서도, 케이싱으로부터 연소기를 꺼낼 때에는, 연소기의 형상이나 부속물을 고려하여, 연소기 삽입 구멍과의 간섭을 회피하도록, 연소기를 회전시키거나 기울이거나 하는 연구가 필요하다. 그러나, 연소기는 중량물이기 때문에, 작업자의 부담이 크고, 작업에도 시간을 필요로 한다는 문제가 있었다.
한편, 단순히 연소기와의 간섭을 회피하기 위해서만이라면, 연소기 삽입 구멍의 직경을 크게 하면 된다. 그러나, 연소기는 연소부 케이싱의 둘레 방향에 서로 이웃하는 상태로 복수 개 형성되기 때문에, 연소기 삽입 구멍의 직경을 크게 하는 것만으로는, 서로 이웃하는 연소기 삽입 구멍과의 거리가 감소되어, 연소부 케이싱의 강도가 저하될 우려가 있다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 가스 터빈의 조립 작업 또는 분해 작업을 용이화하고, 또한 연소부 케이싱의 강도를 확보하는 것을 목적으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 가스 터빈은, 연료를 연소시켜 연소 가스를 발생시키는 연소기와, 통형상으로 형성되고 상기 연소기를 내부에 수용하는 연소부 케이싱과, 상기 연소부 케이싱의 측둘레부에 형성되고 상기 연소부 케이싱의 상기 내부와 외부를 연통하는 구멍으로서, 상기 구멍의 상기 연소부 케이싱의 둘레 방향과 직교하는 방향의 크기가 상기 구멍의 상기 연소부 케이싱의 둘레 방향의 크기보다 크게 형성됨과 함께, 상기 구멍에 삽입되어 있는 상기 연소기와 상기 연소기와 함께 이동되는 부재와 상기 구멍을 상기 연소기가 이동되는 방향에서 보았을 때에, 상기 구멍이 상기 연소기 및 상기 연소기와 함께 이동되는 부재의 외형을 모두 포함하여 형성되는 연소기 삽입 구멍을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따라, 본 발명에 관한 가스 터빈은, 상기 연소기 및 상기 연소기와 함께 이동되는 부재가 상기 연소기 삽입 구멍을 통하여 연소부 케이싱의 내부에 삽입될 때, 또는 상기 연소기 및 상기 연소기와 함께 이동되는 부재가 상기 연소기 삽입 구멍을 통하여 연소부 케이싱의 내부로부터 인발될 때에, 상기 연소기 및 상기 연소기와 함께 이동되는 부재가 상기 소정 방향으로 이동되어도, 상기 연소기 및 상기 연소기와 함께 이동되는 부재가 상기 연소기 삽입 구멍 근방의 연소부 케이싱과 간섭되지 않는다.
이로써, 상기 가스 터빈은, 상기 연소기 및 상기 연소기와 함께 이동되는 부재가 회전 또는 기울어지는 일 없이, 상기 연소기 및 상기 연소기와 함께 이동되는 부재가 상기 연소기 삽입 구멍을 통하여 상기 연소부 케이싱의 내부에 삽입된다. 또, 상기 가스 터빈은, 상기 연소기 및 상기 연소기와 함께 이동되는 부재가 회전 또는 기울어지는 일 없이, 상기 연소기 및 상기 연소기와 함께 이동되는 부재가 상기 연소기 삽입 구멍을 통하여 상기 연소부 케이싱의 내부로부터 인발된다. 결과적으로, 상기 가스 터빈은, 상기 가스 터빈의 조립 작업 또는 분해 작업이 용이해진다.
또, 상기 가스 터빈은, 상기 연소기 삽입 구멍의 형상이, 상기 연소부 케이싱의 둘레 방향의 크기보다, 상기 연소부 케이싱의 둘레 방향과 직교하는 방향의 크기가 크게 형성된다. 이로써, 상기 가스 터빈은, 상기 연소기 삽입 구멍이 상기 연소부 케이싱의 둘레 방향에 복수 개 형성되는 경우, 서로 이웃하는 상기 연소기 삽입 구멍 사이의 거리 감소를 저감시킬 수 있다. 결과적으로, 상기 가스 터빈은, 이웃하는 상기 연소기 삽입 구멍 사이의 상기 연소부 케이싱의 강도 저하를 저감시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태로는, 상기 연소기 삽입 구멍은, 중심이 상이한 2개의 원형 구멍이 서로 겹치는 부분을 가지며 복합 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 연소부 케이싱의 두께는, 통상 100 mm 정도로 형성된다. 따라서, 상기 연소기 삽입 구멍은, 가공 방법에 의해서는 공구의 강성이 부족하여, 상기 연소기 삽입 구멍의 정밀도가 저하될 우려가 있다. 그러나, 본 발명에 관한 가스 터빈은, 상기 구성에 따라 가공할 때에 공구에 요구되는 강성이 비교적 작은 원형의 구멍을 복합시켜 상기 연소기 삽입 구멍이 형성된다. 따라서, 상기 가스 터빈은, 상기 연소기 삽입 구멍이 고정밀도로 형성된다.
본 발명의 바람직한 양태로는, 상기 연소기가 상기 연소부 케이싱의 내부에 설치될 때에, 상기 연소기와 상기 연소기 삽입 구멍의 내주면 사이에 생기는 간극에 설치되고, 상기 연소기와 상기 연소기 삽입 구멍의 내주면 사이에 생기는 상기 간극을 메우는 스페이서를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따라, 본 발명에 관한 가스 터빈의 상기 스페이서는, 상기 연소기와 상기 연소부 케이싱 사이의 간극을 메우고, 상기 연소부 케이싱의 내부의 공기 흐름의 혼란을 억제시킨다. 또, 상기 스페이서는, 상기 연소부 케이싱의 내부의 상기 공기를 상기 연소기의 공기 도입구에 유도하도록 형성 배치되면, 이른바 플로우 가이드의 기능도 실현시킬 수 있다.
상기 서술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 가스 터빈의 연소기 삽입 구멍 형성 방법은, 연료를 연소시켜 연소 가스를 발생시키는 연소기를 내부에 수용하는 연소부 케이싱의 측둘레부에 형성되고 상기 연소부 케이싱의 상기 내부와 외부를 연통하는 구멍으로서, 상기 구멍에 삽입되어 있는 상기 연소기와 상기 연소기와 함께 이동되는 부재와 상기 구멍을 상기 연소기가 이동되는 방향에서 보았을 때에, 상기 구멍이 상기 연소기 및 상기 연소기와 함께 이동되는 부재의 외형을 모두 포함하여 형성되는 연소기 삽입 구멍을 형성할 때, 소정의 점을 중심으로 하여 원형으로 형성되는 제 1 원형 구멍을 상기 연소부 케이싱에 형성하는 순서와, 상기 소정의 점과는 다른 점을 중심으로 하여 원형으로 형성되는 제 2 원형 구멍을 상기 제 1 원형 구멍과 겹치는 부분을 갖도록 상기 연소부 케이싱에 형성하는 순서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 연소기 삽입 구멍 형성 방법을 이용하면, 가공할 때에 공구에 요구되는 강성이 비교적 작은 원형으로 형성되는 상기 제 1 원형 구멍을 형성하고, 계속해서 상기 제 1 원형 구멍과 마찬가지로 가공할 때에 공구에 요구되는 강성이 비교적 작은 원형으로 형성되는 상기 제 2 원형 구멍을 형성함으로써, 상기 연소기 삽입 구멍을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 가스 터빈은, 보다 용이하게 상기 연소기 삽입 구멍을 형성한다. 또, 상기 가스 터빈은, 더 고정밀도로 상기 연소기 삽입 구멍을 형성한다.
본 발명은, 가스 터빈의 조립 작업 또는 분해 작업을 용이화시키고, 또한 연소부 케이싱의 강도를 확보할 수 있다.
도 1 은, 본 실시 형태에 관한 가스 터빈의 개략 구성도이다.
도 2 는, 본 실시 형태에 관한 연소기 근방을 확대하여 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 본 실시 형태에 관한 연소기 삽입 구멍을 내통 (內筒) 이 연소부 차실 내에 배치될 때 내통의 축선을 따른 방향에서 나타내는 모식도이다.
도 4 는, 본 실시 형태에 관한 연소기가 연소기 삽입 구멍을 통하여 연소부 차실로부터 인발될 때의 모습을 나타내는 모식도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태 (이하 실시 형태라고 함) 에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 하기 실시 형태에서의 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다.
(실시 형태 1)
도 1 은, 본 실시 형태에 관한 가스 터빈의 개략 구성도이다. 본 실시 형태에 관한 가스 터빈 (1) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 유체 흐름의 상류측에서부터 하류측을 향하여 순서대로, 압축부 (20) 와 연소부 (30) 와 터빈부 (10) 와 배기부 (40) 를 포함하여 구성된다.
압축부 (20) 는 공기를 가압하여, 연소부 (30) 에 가압된 공기를 송출한다. 연소부 (30) 는, 상기 가압된 공기에 연료를 공급한다. 그리고, 연소부 (30) 는, 연료를 연소시킨다. 터빈부 (10) 는, 연소부 (30) 로부터 송출된 상기 연소 가스가 갖는 에너지를 회전 에너지로 변환시킨다. 배기부 (40) 는, 상기 연소 가스를 대기로 배출시킨다.
압축부 (20) 는, 공기 도입구 (21) 와 압축부 케이싱 (22) 과 압축기 정익 (23) 과 압축기 동익 (24) 과 추기 매니폴드 (25) 를 갖는다. 공기 도입구 (21) 는, 대기로부터 공기를 압축부 케이싱 (22) 에 도입한다.
압축부 케이싱 (22) 내에는, 복수의 압축기 정익 (23) 과 복수의 압축기 동익 (24) 이 교대로 형성된다. 추기 매니폴드 (25) 는, 압축기 정익 (23) 및 압축기 동익 (24) 의 외측에 형성되고, 압축부 (20) 에 의해 압축된 공기를 연소부 (30) 에 유도한다.
연소부 (30) 는, 연소부 케이싱 (31) 과 연소기 (39) 를 갖는다. 연소부 케이싱 (31) 의 내부에는 연소부 차실 (36) 이 형성된다. 연소기 (39) 는, 내통 (32) 과 미통 (33) 과 연료 노즐 (34) 을 포함하여 구성된다.
내통 (32) 은, 대략 원통 형상으로 형성되고, 압축 공기의 통로로서 연소부 차실 (36) 의 내부에 형성된다. 내통 (32) 은, 연료 노즐 (34) 을 구성하는 메인 노즐과 파일럿 노즐을 내부에 지지한다. 게다가, 연소부 차실 (36) 에는, 압축 공기의 통로로서 미통 (33) 이 형성된다. 미통 (33) 은 통형상으로 형성되고, 미통 (33) 의 내부에 연료가 연소되는 연소 영역이 형성된다.
내통 (32) 의 축방향의 단부 중 일방의 단부에는 미통 (33) 이 접속된다. 또, 내통 (32) 의 미통 (33) 과는 반대측인 타방의 단부에는, 내통 (32) 의 내부에 배치되는 연료 노즐 (34) 에 연소를 공급하기 위한 배관이 접속된다. 또한, 후술하는 도 2 에 나타내는 바와 같이, 내통 (32) 의 외주면에는, 내통 (32) 의 내부에 압축 공기를 도입하는 공기 도입구 (35) 가 형성된다.
연료는, 공기 도입구 (35) 를 통하여 내통 (32) 의 내부에 도입된 압축 공기 에 대해 연료 노즐 (34) 로부터 분사되어, 미통 (33) 내부의 연소 영역에 유도된다. 연소 영역에 도입된 연료는, 도시되지 않은 점화 장치에 의해 점화되고 연소됨으로써 운동 에너지를 갖는 연소 가스가 된다.
터빈부 (10) 는, 터빈부 케이싱 (15) 의 내부에, 터빈 차실 (11) 과 터빈 정익 (12) 과 터빈 동익 (13) 을 갖는다. 터빈 차실 (11) 내에는, 복수의 터빈 정익 (12) 과 복수의 터빈 동익 (13) 이 교대로 배치 형성되어 있다. 배기부 (40) 는, 배기부 케이싱 (42) 의 내부에 배기 디퓨저 (41) 를 갖는다. 배기 디퓨저 (41) 는, 터빈부 (10) 에 접속되고, 터빈부 (10) 를 통과한 연소 가스, 예컨대, 배기 가스를 정류 (整流) 한다.
가스 터빈 (1) 은, 회전체로서의 로터 (50) 를 갖는다. 로터 (50) 는, 압축부 (20), 연소부 (30), 터빈부 (10), 배기부 (40) 의 중심부를 관통하도록 형성된다. 로터 (50) 는, 압축부 (20) 측의 단부가 베어링 (51) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되고, 배기부 (40) 측의 단부가 베어링 (52) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지된다.
로터 (50) 는, 케이싱 (60) 의 내부에 형성되고, 회전축 (RL) 을 축으로 회전한다. 로터 (50) 는, 복수의 디스크 (14) 를 포함하여 구성된다. 디스크 (14) 에는, 압축기 동익 (24) 및 터빈 동익 (13) 이 심어 설치된다. 또한, 로터 (50) 의 압축부 (20) 측의 단부에는, 도시되지 않은 발전기의 구동축이 연결된다.
상기 구성에 따라, 먼저, 압축부 (20) 의 공기 도입구 (21) 로부터 도입된 공기가, 복수의 압축기 정익 (23) 과 압축기 동익 (24) 에 의해 압축됨으로써 고온ㆍ고압의 압축 공기가 된다. 계속해서, 연소부 (30) 에서 상기 압축 공기에 대해 소정의 연료가 공급되고 상기 연료는 연소된다.
그리고, 이 연소부 (30) 에서 생성된 작동 유체인 고온ㆍ고압의 연소 가스가 갖는 에너지는, 터빈부 (10) 를 구성하는 복수의 터빈 정익 (12) 과 복수의 터빈 동익 (13) 을 통과할 때에 회전 에너지로 변환된다. 상기 회전 에너지는, 터빈 동익 (13) 을 통하여 로터 (50) 에 전달되어 로터 (50) 가 회전 운동한다. 이로써, 가스 터빈 (1) 은, 로터 (50) 에 연결된 발전기를 구동시킨다. 또한, 터빈부 (10) 를 통과한 후의 배기 가스는, 배기부 (40) 의 배기 디퓨저 (41) 를 통과하여 대기로 방출된다.
도 2 는, 본 실시 형태에 관한 연소기 근방을 확대하여 나타낸 모식도이다. 가스 터빈 (1) 은, 탑 해트 (37) 와 스페이서 (38) 를 추가로 구비한다. 연소기 (39) 는, 연소부 케이싱 (31) 에 형성되는 연소기 삽입 구멍 (31a) 에 삽입되어 연소부 차실 (36) 내에 지지된다. 연소기 (39) 는, 내통 (32) 과 미통 (33) 이 연결된 상태에서, 탑 해트 (37) 를 통하여 내통 (32) 이 연소기 삽입 구멍 (31a) 에 장착된다. 또, 탑 해트 (37) 는, 탑 해트 노즐을 내부에 지지한다.
탑 해트 (37) 는, 내통 (32) 과 연결되어 있다. 또, 탑 해트 (37) 는, 플랜지를 가지며 형성되어 있고, 상기 플랜지가 연소기 삽입 구멍 (31a) 근방의 연소부 케이싱 (31) 에 연결된다. 이로써, 탑 해트 (37) 는, 내통 (32) 을 연소부 차실 (36) 내에 지지한다.
여기서, 일반적으로, 연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 대략 원통 형상으로 형성되는 내통 (32) 및 미통 (33) 을 삽입할 수 있을 정도의 크기로 형성된다. 예컨대, 연소기 삽입 구멍 (31a) 은 내통 (32) 및 미통 (33) 의 통형상 부분의 직경보다 약간 큰 직경을 갖는 원형으로 형성된다. 따라서, 일반적인 가스 터빈에서는, 연소부 케이싱 (31) 과 내통 (32) 사이의 간극은 비교적 작다.
그러나, 상세한 것은 후술하겠지만, 본 실시 형태에서는, 가스 터빈 (1) 의 연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 일반적인 가스 터빈의 구성보다 연소부 케이싱 (31) 의 둘레 방향과 직교하는 방향으로 크게 형성된다. 이로써, 내통 (32) 과 연소부 케이싱 (31) 사이의 외주측 (내통 (32) 의 회전축 (RL) 에 대해 직경 방향 외측) 의 간극은, 일반적인 가스 터빈의 구성보다 크다.
스페이서 (38) 는, 내통 (32) 과 연소부 케이싱 (31) 사이의 상기 간극에 형성된다. 스페이서 (38) 는, 예를 들어, 탑 해트 (37) 에 장착되어 있다. 스페이서 (38) 는, 내통 (32) 과 연소부 케이싱 (31) 사이의 회전축 (RL) 에 대한 외주측의 간극을 메우고, 연소기 (39) 주위의 공기 흐름을 균일하게 한다.
또한, 스페이서 (38) 는, 연소부 차실 (36) 내의 공기를 공기 도입구 (35) 로 유도하도록 형성되어 배치되면 바람직하다. 스페이서 (38) 는, 예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 연소부 케이싱 (31) 의 연소부 차실 (36) 측의 내면과 공기 도입구 (35) 를 매끄럽게 잇도록 형성 배치된다. 이로써, 스페이서 (38) 는, 플로우 가이드의 기능도 실현시킨다. 또, 스페이서 (38) 는, 내통 (32) 에 장착되어도 된다.
여기서, 가스 터빈 (1) 은, 예를 들어, 보수 점검시에 연소기 (39) 가 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 로부터 인발된다. 연소기 (39) 는, 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 로부터 인발될 때, 내통 (32) 이 미통 (33) 으로부터 분리된다. 또, 연소기 (39) 는, 연소기 (39) 를 연소부 차실 (36) 내에 지지하는 지지 부재로부터 분리된다. 또, 연소기 (39) 는, 탑 해트 (37) 가, 연소기 삽입 구멍 (31a) 근방의 연소부 케이싱 (31) 으로부터 분리된다.
이 때, 내통 (32) 과 탑 해트 (37) 와 스페이서 (38) 는 서로 조립되어 있는 상태, 예컨대, 일체 상태이다. 연소기 (39) 는, 내통 (32) 과 탑 해트 (37) 와 스페이서 (38) 가 일체인 상태인 채로, 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 로부터 인발된다.
다음으로, 연소기 (39) 는, 미통 (33) 의 내통 (32) 측과는 반대측인 단부가, 터빈부 (10) 의 부재로부터 분리된다. 다음으로, 미통 (33) 이 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 로부터 인발된다. 여기서, 미통 (33) 에 연결된 증기 배관 (33a) 도 미통 (33) 의 일부로서 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 로부터 함께 인발된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 연소기 (39) 가 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 로부터 인발되는 경우를 설명하는데, 연소기 (39) 가 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 에 삽입되는 경우에도, 가스 터빈 (1) 은 동일한 작용 및 효과를 갖는다.
여기서, 일반적인 가스 터빈은, 상기 서술한 바와 같이, 연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 대략 원통 형상으로 형성되는 내통 (32) 및 미통 (33) 을 삽입할 수 있을 정도의 크기로 형성된다. 그러나, 미통 (33) 은, 내통 (32) 과 연결되는 단부측에서부터 터빈부 (10) 의 부재와 연결되는 단부측을 향하여 미통 (33) 의 축선이 만곡되어 형성된다.
또, 미통 (33) 의 터빈부 (10) 측의 단부는, 대략 직사각형 형상으로 형성된다. 연소기 (39) 가 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 로부터 인발될 때, 상기 직사각형 형상의 미통 (33) 의 단부가 연소기 삽입 구멍 (31a) 근방의 연소부 케이싱 (31) 과 간섭되기 쉽다. 또, 미통 (33) 에 형성되는 증기 배관 (33a) 도, 연소기 (39) 가 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 로부터 인발될 때에 연소기 삽입 구멍 (31a) 근방의 연소부 케이싱 (31) 과 간섭되기 쉽다.
따라서, 일반적인 가스 터빈의 경우, 연소기 삽입 구멍 (31a) 으로부터 연소기 (39) 를 인발할 때에, 연소기 (39) 를 인발하는 각도에 따라서는, 미통 (33) 이 연소기 삽입 구멍 (31a) 근방의 연소부 케이싱 (31) 과 간섭될 우려가 있다. 따라서, 종래의 가스 터빈에서는, 연소기 (39) 를 회전시키거나 기울이거나 하면서, 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 로부터 인발할 필요가 있다.
도 3 은, 본 실시 형태에 관한 연소기 삽입 구멍을 내통이 연소부 차실 내에 배치될 때 내통의 축선을 따른 방향에서 나타내는 모식도이다. 연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 제 1 원형 구멍 (31aa) 과 제 2 원형 구멍 (31ab) 이 복합되어 형성된다. 연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 제 1 원형 구멍 (31aa) 과 제 2 원형 구멍 (31ab) 이 복합되어, 오뚜기 형상이나, 표주박 형상과 같이 잘록한 부분을 갖는 형상으로 형성된다.
제 1 원형 구멍 (31aa) 과 제 2 원형 구멍 (31ab) 은, 제 1 원형 구멍 (31aa) 의 중심 (C1) 과 제 2 원형 구멍 (31ab) 의 중심 (C2) 이 겹치지 않게 형성된다. 또, 중심 (C1) 과 중심 (C2) 의 거리는, 제 1 원형 구멍 (31aa) 의 반경과 제 2 원형 구멍 (31ab) 의 반경의 합보다 작게 설정된다.
중심 (C1) 은, 예를 들어, 도 2 에 나타낸 대략 원통 형상으로 형성되는 내통 (32) 의 축선 (CL) 상에 형성된다. 예컨대, 제 1 원형 구멍 (31aa) 은, 내통 (32) 의 축선 (CL) 을 중심으로 원형상으로 형성된다.
여기서, 도 3 에 실선으로 나타내는 외형 (K) 은, 도 2 에 나타내는 내통 (32) 이 연소부 차실 (36) 내에 배치될 때 내통 (32) 의 축선 (CL) 을 따른 방향에서 연소기 (39) 를 보았을 때의 연소기 (39) 의 외형선을 나타낸다. 여기서, 외형 (K) 은, 탑 해트 (37) 의 플랜지보다 연소부 차실 (36) 에 배치되는 측의 연소기 (39) 부재의 외형을 말한다. 또, 외형 (K) 은, 도 2 에 나타내는 내통 (32) 이 연소부 차실 (36) 내에 배치될 때 내통 (32) 의 축선 (CL) 을 따른 방향에서 연소기 (39) 를 투영했을 때의 투영도이다. 또한, 이하 「내통 (32) 이 연소부 차실 (36) 내에 배치될 때 내통 (32) 의 축선 (CL)」을, 간단히 「 내통 (32) 의 축선 (CL)」이라고 한다.
제 2 원형 구멍 (31ab) 은, 도 2 에 나타내는 내통 (32) 의 축선 (CL) 을 따른 방향에서 연소기 (39) 가 삽입된 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 보았을 때에, 제 1 원형 구멍 (31aa) 에 완전히 수용되지 않은 연소기 (39) 의 외형 (K) 을 모두 포함하도록 형성된다.
예컨대, 연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 도 2 에 나타내는 내통 (32) 의 축선 (CL) 을 따른 방향에서 연소기 (39) 가 삽입된 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 보았을 때에, 제 1 원형 구멍 (31aa) 과 제 2 원형 구멍 (31ab) 에서 연소기 (39) 의 외형 (K) 을 모두 포함하도록, 제 1 원형 구멍 (31aa) 과 제 2 원형 구멍 (31ab) 이 형성된다.
여기서, 연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 연소부 케이싱 (31) 에 연소부 케이싱 (31) 의 둘레 방향으로 나란히 복수 개 형성된다. 예를 들어, 연소기 삽입 구멍 (31a) 이, 도 2 에 나타낸 내통 (32) 의 축선 (CL) 을 따른 방향에서 연소기 (39) 가 삽입된 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 보았을 때에, 연소기 (39) 의 외형 (K) 을 모두 포함하도록 하나의 구멍으로서 대략 원형으로 형성된 경우, 종래의 가스 터빈보다 이웃하는 연소기 삽입 구멍 (31a) 사이의 거리가 작아진다.
이로써, 도 2 에 나타낸 내통 (32) 의 축선 (CL) 을 따른 방향에서 연소기 (39) 가 삽입된 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 보았을 때에, 연소기 (39) 의 외형 (K) 을 모두 포함하도록 연소기 삽입 구멍 (31a) 이 하나의 구멍으로서 대략 원형으로 형성된 경우, 이웃하는 연소기 삽입 구멍 (31a) 사이의 연소부 케이싱 (31) 의 강도가 저하될 우려가 있다.
여기서, 연소기 삽입 구멍 (31a) 이 잘록한 부분을 갖는 형상으로 형성되는 경우, 중심 (C1) 과 중심 (C2) 을 잇는 가상의 선은, 통상적으로 연소부 케이싱 (31) 의 둘레 방향과 거의 직교하는 방향을 따른다. 예컨대, 연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 연소부 케이싱 (31) 의 둘레 방향과 직교하는 방향의 크기가, 연소부 케이싱 (31) 의 둘레 방향의 크기보다 크다. 이는, 도 2 에 나타낸 내통 (32) 의 축선 (CL) 을 따른 방향에서 연소기 (39) 가 삽입된 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 보았을 때에, 연소기 (39) 의 외형 (K) 은, 연소부 케이싱 (31) 의 둘레 방향과 직교하는 방향으로 비교적 크기 때문이다.
따라서, 연소기 삽입 구멍 (31a) 이 잘록한 부분을 갖는 형상으로 형성되는 경우, 가스 터빈 (1) 은, 서로 이웃하는 연소기 삽입 구멍 (31a) 사이의 거리 감소가 저감된다. 결과적으로, 가스 터빈 (1) 은, 이웃하는 연소기 삽입 구멍 (31a) 사이의 연소부 케이싱 (31) 의 강도 저하를 저감시킬 수 있다.
연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 예를 들어, 도 2 에 나타낸 내통 (32) 의 축선 (CL) 을 따른 방향에서 연소기 (39) 가 삽입된 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 보았을 때에, 연소기 (39) 의 외형 (K) 을 모두 포함하도록, 대략 타원형으로 형성되어도 된다. 이 경우에도, 가스 터빈 (1) 은, 서로 이웃하는 연소기 삽입 구멍 (31a) 사이의 거리 감소가 저감된다. 결과적으로, 가스 터빈 (1) 은, 이웃하는 연소기 삽입 구멍 (31a) 사이의 연소부 케이싱 (31) 의 강도 저하를 저감시킬 수 있다.
또, 이 경우, 제 1 원형 구멍 (31aa) 과 제 2 원형 구멍 (31ab) 이 복합되어 형성되는 구멍의 형상보다, 대략 타원형으로 형성되는 연소기 삽입 구멍 (31a) 이, 개구의 형상이 매끄럽게 형성되기 때문에, 응력이 집중되는 부위가 저감된다.
여기서, 연소기 삽입 구멍 (31a) 이 대략 타원형으로 형성되는 경우, 연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 예를 들어 공작 기계에 의해 엔드 밀로 가공된다. 그러나, 연소부 케이싱 (31) 의 두께는 일반적으로 100 ㎜ 정도이다. 따라서, 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 대략 타원형으로 형성하는 경우, 상기 공작 기계의 상기 엔드 밀의 강성 부족에 따라, 연소기 삽입 구멍 (31a) 의 가공 정밀도가 저하될 우려가 있다. 또, 상기 공작 기계에서는, 상기 엔드 밀로 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 형성할 수 없을 우려가 있다.
그러나, 연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 상기 서술한 바와 같이, 제 1 원형 구멍 (31aa) 과 제 2 원형 구멍 (31ab) 이 복합되어, 오뚜기 형상이나, 표주박 형상과 같이 잘록한 부분을 갖는 형상으로 형성되면, 이하에 설명하는 연소기 삽입 구멍 (31a) 의 가공 방법에 의해 용이하게 형성된다.
연소기 삽입 구멍 (31a) 을, 잘록한 부분을 갖는 형상으로 형성하는 경우, 연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 예를 들어 공작 기계에 의해, 먼저 중심 (C1) 을 중심으로 제 1 원형 구멍 (31aa) 이 내경 절삭 바이트에 의한 내부 둘레 가공에 의해 형성된다. 상기 바이트는, 중심 (C1) 을 중심으로 원을 그리듯이 하여 이동하면서 제 1 원형 구멍 (31aa) 을 형성한다. 이 가공 방법에 의하면, 상기 바이트에는 비교적 큰 강성이 필요하지 않게 된다. 따라서, 상기 공작 기계는, 연소부 케이싱 (31) 의 두께에 관계없이, 제 1 원형 구멍 (31aa) 을 고정밀도로 형성할 수 있다.
다음으로, 연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 상기 공작 기계에 의해, 중심 (C2) 을 중심으로 제 2 원형 구멍 (31ab) 이 상기 바이트에 의해 형성된다. 상기 바이트는, 중심 (C2) 을 중심으로 원을 그리듯이 하여 이동하면서 제 2 원형 구멍 (31ab) 을 형성한다. 이 가공 방법에 의하면, 상기 서술한 바와 같이, 상기 바이트에는 비교적 큰 강성이 필요하지 않게 된다. 따라서, 상기 공작 기계는, 연소부 케이싱 (31) 의 두께에 관계없이, 제 2 원형 구멍 (31ab) 을 고정밀도로 형성할 수 있다.
이로써, 제 1 원형 구멍 (31aa) 과 제 2 원형 구멍 (31ab) 은, 하나의 연소기 삽입 구멍 (31a) 으로서 형성된다. 상기 가공 방법에 의해, 연소기 삽입 구멍 (31a) 은 대략 타원형으로 형성되는 경우보다, 용이하게 형성되고 가공 공수 (工數) 도 저감된다.
상기 구성 및 상기 가공 방법에 의해, 가스 터빈 (1) 은, 제 1 원형 구멍 (31aa) 과 제 2 원형 구멍 (31ab) 이 복합되어, 오뚜기 형상이나 표주박 형상과 같이 잘록한 부분을 갖는 형상으로 연소기 삽입 구멍 (31a) 이 형성됨으로써, 연소기 삽입 구멍 (31a) 의 가공이 용이화됨과 함께, 이웃하는 연소기 삽입 구멍 (31a) 사이의 연소부 케이싱 (31) 의 강도 저하를 저감시킬 수 있다.
도 4 는, 본 실시 형태에 관한 연소기가 연소기 삽입 구멍을 통하여 연소부 차실로부터 인발될 때의 모습을 나타내는 모식도이다. 연소기 (39) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 먼저 내통 (32) 과 탑 해트 (37) 와 스페이서 (38) 가 일체된 상태인 채로, 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 로부터 인발된다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 내통 (32) 의 축선 (CL) 을 따른 방향에서 연소기 (39) 가 삽입된 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 보았을 때에, 연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 연소기 (39) 의 외형 (K) 을 모두 포함한다. 따라서, 내통 (32) 과 탑 해트 (37) 와 스페이서 (38) 는, 내통 (32) 의 축선 (CL) 방향을 따라 직선 상을 이동되어도, 내통 (32) 과 탑 해트 (37) 와 스페이서 (38) 는, 연소기 삽입 구멍 (31a) 근방의 연소부 케이싱 (31) 과 간섭되지 않는다.
다음으로, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 미통 (33) 이, 내통 (32) 의 축선 (CL) 방향을 따라 직선 상을 이동되고, 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 로부터 인발된다. 이 때, 미통 (33) 도, 연소기 삽입 구멍 (31a) 근방의 연소부 케이싱 (31) 과는 간섭되지 않는다.
이와 같이, 가스 터빈 (1) 은, 연소기 (39) 가 회전이나 기울어지는 일 없이, 연소기 (39) 가 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 로부터 인발된다. 또, 가스 터빈 (1) 은, 연소기 (39) 가 회전이나 기울어지는 일 없이, 연소기 (39) 가 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 에 삽입된다.
이로써, 가스 터빈 (1) 은, 예를 들어, 보수 점검시 가스 터빈 (1) 의 조립 작업 또는 분해 작업이 용이해진다. 결과적으로, 가스 터빈 (1) 은, 가스 터빈 (1) 의 조립 작업 또는 분해 작업에 필요해지는 작업 시간이 저감된다.
또한, 연소기 (39) 는, 내통 (32) 의 축선 (CL) 을 따라 직선 상을 이동되는 것으로 설명했는데, 본 실시 형태는 이것에 한정되지 않는다. 연소기 (39) 는, 연소기 (39) 가 이동되는 방향을 따라 직선 상을 이동되고, 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 로부터 인발되거나, 또는, 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 통하여 연소부 차실 (36) 에 삽입되어도 된다.
이 경우, 연소기 삽입 구멍 (31a) 은, 연소기 (39) 가 이동되는 방향에서 연소기 (39) 가 삽입된 연소기 삽입 구멍 (31a) 을, 연소기 (39) 가 이동되는 방향에서 보았을 때에, 제 1 원형 구멍 (31aa) 과 제 2 원형 구멍 (31ab) 에서 연소기 (39) 의 외형 (K) 을 모두 포함하도록, 제 1 원형 구멍 (31aa) 과 제 2 원형 구멍 (31ab) 이 형성된다.
이와 같이, 가스 터빈 (1) 은, 연소부 케이싱 (31) 의 측둘레부에 형성되는 구멍으로서, 상기 구멍의 연소부 케이싱 (31) 의 중심축을 따른 방향의 크기가 상기 구멍의 연소부 케이싱 (31) 의 둘레 방향의 크기보다 크게 형성됨과 함께, 상기 구멍에 삽입되어 있는 연소기 (39) 와 연소기 (39) 과 함께 이동되는 부재와 상기 구멍을 연소기 (39) 가 이동되는 방향에서 보았을 때에, 상기 구멍이 연소기 (39) 및 연소기 (39) 와 함께 이동되는 부재의 외형 (K) 을 모두 포함하도록 형성되는 연소기 삽입 구멍 (31a) 을 구비한다.
이로써, 가스 터빈 (1) 은, 예를 들어, 보수 점검시 가스 터빈 (1) 의 조립 작업 또는 분해 작업이 용이해진다. 결과적으로, 가스 터빈 (1) 은, 가스 터빈 (1) 의 조립 작업 또는 분해 작업에 필요해지는 작업 시간이 저감된다.
산업상의 이용 가능성
이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 가스 터빈은, 연소기가 연소기 삽입 구멍을 통하여 연소부 차실로부터 인발되거나, 또는 연소기가 연소기 삽입 구멍을 통하여 연소부 차실에 삽입되는 구성을 갖는 가스 터빈에 적합하다.
1 : 가스 터빈 10 : 터빈부
11 : 터빈 차실 12 : 터빈 정익
13 : 터빈 동익 14 : 디스크
15 : 터빈부 케이싱 20 : 압축부
21 : 공기 도입구 22 : 압축부 케이싱
23 : 압축기 정익 24 : 압축기 동익
25 : 추기 매니폴드 30 : 연소부
31 : 연소부 케이싱 31a : 연소기 삽입 구멍
31aa : 제 1 원형 구멍 31ab : 제 2 원형 구멍
32 : 내통 33 : 미통
33a : 증기 배관 34 : 연료 노즐
35 : 공기 도입구 36 : 연소부 차실
37 : 탑 해트 38 : 스페이서
39 : 연소기 40 : 배기부
41 : 배기 디퓨저 42 : 배기부 케이싱
50 : 로터 51 : 베어링
52 : 베어링 60 : 케이싱
C1, C2 : 중심 CL : 축선
K : 외형 RL : 회전축

Claims (4)

  1. 연료를 연소시켜 연소 가스를 발생시키는 연소기와,
    통형상으로 형성되고 상기 연소기를 내부에 수용하는 연소부 케이싱과,
    상기 연소부 케이싱 부분 중 가스 터빈의 압축부측 부분에 둘레 방향으로 복수 개 형성되고 상기 연소부 케이싱의 상기 내부와 외부를 연통하는 구멍으로서, 상기 구멍의 상기 연소부 케이싱의 둘레 방향과 직교하는 방향의 크기가 상기 구멍의 상기 연소부 케이싱의 둘레 방향의 크기보다 크게 형성됨과 함께, 상기 구멍에 삽입되어 있는 상기 연소기와 상기 연소기와 함께 이동되는 부재와 상기 구멍을 상기 연소기가 이동되는 방향에서 보았을 때에, 상기 구멍이 상기 연소기 및 상기 연소기와 함께 이동되는 부재의 외형을 모두 포함하여 형성되는 연소기 삽입 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소기 삽입 구멍은, 중심이 상이한 복수의 원형 구멍이 복합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연소기가 상기 연소부 케이싱의 내부에 설치될 때에, 상기 연소기와 상기 연소기 삽입 구멍의 내주면 사이에 생기는 간극에 설치되고, 상기 연소기와 상기 연소기 삽입 구멍의 내주면 사이에 생기는 상기 간극을 메우는 스페이서를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  4. 연료를 연소시켜 연소 가스를 발생시키는 연소기를 내부에 수용하는 연소부 케이싱 부분 중 가스 터빈의 압축부측 부분에 둘레 방향으로 복수 개 형성되고 상기 연소부 케이싱의 상기 내부와 외부를 연통하는 구멍으로서, 상기 구멍에 삽입되어 있는 상기 연소기와 상기 연소기와 함께 이동되는 부재와 상기 구멍을 상기 연소기가 이동되는 방향에서 보았을 때에, 상기 구멍이 상기 연소기 및 상기 연소기와 함께 이동되는 부재의 외형을 모두 포함하여 형성되는 연소기 삽입 구멍을 형성할 때,
    소정의 점을 중심으로 하여 원형으로 형성되는 제 1 원형 구멍을 상기 연소부 케이싱에 형성하는 순서와,
    상기 소정의 점과는 다른 점을 중심으로 하여 원형으로 형성되는 제 2 원형 구멍을 상기 제 1 원형 구멍과 겹치는 부분을 갖도록 상기 연소부 케이싱에 형성하는 순서를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 연소기 삽입 구멍 형성 방법.
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