KR20110054371A - 가스터빈 엔진용 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스터빈 엔진용 압축기를 개시한다. 상기 가스터빈 엔진용 압축기는, 외면에 반복되게 배치되는 복수의 블레이드(3)를 갖는 허브(2)와, 상기 허브(2)를 일정간격을 두고 둘러싸고 내벽에 반복되게 배치되는 복수의 베인(5)을 갖는 케이싱(4)을 포함하는 가스터빈 엔진용 압축기에 있어서, 상기 허브(2)의 복수의 블레이드(3) 중의 어느 하나의 일측 하단부에는 압력차이에 의해 일부의 정체되는 공기를 후방(주 공기흐름방향의 역방향)으로 빼내어 재공급시킬 수 있게 하는 실속저감 유로채널(11)이 구비되고, 상기 실속저감 유로채널(11)은 상기 블레이드(3)의 흡입면(suction side)의 출구측 하단부에 형성된 유입공(11a)과, 상기 블레이드(3)의 입구측 하단부에 형성된 배출공(11b)과, 상기 유입공(11a)과 상기 배출공(11b)을 연결하는 통로(11c)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 외부로부터 압축기 내로 공급되는 공기 중의 일부가 압축기의 블레이드 또는 베인의 입구측 하부 유로공간을 통해 출구측 하부 유로공간으로 흘러갈 때 상기 출구측 하부 유로공간에서 일부의 정체되는 공기를 상기 실속저감 유로채널을 통해 후방으로 빼내어 재공급할 수 있게 함으로써, 상기 공기의 실속(stall) 또는 유로막힘 현상을 줄일 수 있게 한다.

Description

가스터빈 엔진용 압축기{Compressor for a gas turbine engine}

본 발명은 가스터빈 엔진용 압축기에 관한 것으로, 특히 압축기 내의 블레이드(blade)(또는 회전익) 또는 베인(vane)(또는 고정익)에서 발생하는 실속(stall) (또는 유로막힘) 현상을 줄여, 압축기의 성능, 나아가 가스터빈 엔진의 성능을 향상시킬 수 있게 하는 가스터빈 엔진용 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 가스터빈 엔진은 일종의 회전식 내연기관으로서, 외부로부터 공기를 공급받아 고압으로 압축시키는 압축기와, 상기 압축기로부터 공급되는 고압의 공기와 연료탱크로부터 공급되는 연료가스의 혼합에 의해 이루어진 혼합가스를 연소시켜 고온고압의 배출가스를 발생시키는 연소기와, 상기 연소기로부터 배출되는 고압의 배출가스에 의해 회전되는 터빈을 포함한다.

또한, 상기 터빈은 가스터빈 엔진식 발전기의 경우 발전기의 입력축과 연결되어 발전기에 발전동력을 제공하고, 제트엔진식 비행기의 경우 제트노즐과 결합되어 상기 제트노즐을 통해 고온고압의 배출가스를 고속으로 분출시켜 비행기에 추력을 발생시킨다. 상기 압축기는 상기 터빈의 전체 회전동력 중의 일부에 의해 가동되며, 이에 의해 외부로부터 유입되는 공기를 고압으로 압축시킨다.

도 1은 종래 기술에 따른 압축기의 내부를 보여주는 개략 부분 단면도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 압축기의 허브의 외면에 제공되는 블레이드 또는 케이싱의 내벽에 제공되는 베인을 보여주는 개략 사시도이다.

종래 기술에 따른 압축기(1)는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 허브(2)(또는 회전축)의 외면에 그 외면의 둘레 및 상기 허브의 길이를 따라 일정간격을 두고 반복되게 배치되는 복수의 블레이드(3)와, 상기 허브(2)를 일정간격을 두고 둘러싸는 케이싱(4)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.

여기서, 상기 케이싱(4)의 내벽에는 그 케이싱의 길이를 따라 상기 허브(2)의 블레이드(3) 사이의 공간에 위치하고 상기 케이싱(4)의 내면의 둘레를 따라 일정간격을 두고 반복되게 배치되는 복수의 베인(5)이 제공된다.

따라서, 터빈(미도시)에 의해 상기 압축기(1)의 허브(2)가 회전되면, 도 1에 도시된 바와 같이 외부로부터 상기 압축기(1) 내로 공기가 유입되어 상기 허브(2)와 상기 케이싱(4)의 길이를 따라 각각 제공된 블레이드(3)와 베인(5)의 사이를 지나면서 고압으로 압축되어 연소기(미도시)측으로 보내진다.

위와 같이 연소기측으로 보내진 고압의 공기는 연료탱크(미도시)로부터 공급되는 연료가스와 혼합되어 혼합가스를 생성하고, 이러한 혼합가스는 연소기 내에서 연소되면서 고온고압의 배출가스를 발생시켜 터빈을 회전시킨다.

그러나, 종래 기술에 따른 압축기(1)는 압축기의 각 블레이드 어레이와 베인 어레이들을 통과할 때 상기 각 어레이 당 압력상승이 증가함에 따라 외부로부터 압축기 내로 유입되는 공기 중의 일부가 압축기의 블레이드(3) 또는 베인(5)의 입구 측 하부 유로공간(IS)에서 출구측 하부 유로공간(OS)으로 흘러갈 때 상기 출구측 하부 유로공간(OS)에서 공기흐름의 실속(stall) 또는 유로막힘 현상이 발생하는 문제가 있었다.

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 압축기 내의 블레이드(blade) 또는 베인(vane)의 출구측 하부 유로공간에서 발생하는 실속(stall)(또는 유로막힘) 현상을 감소시킬 수 있도록 하는 가스터빈 엔진용 압축기를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 외면에 반복되게 배치되는 복수의 블레이드를 갖는 허브와, 상기 허브를 일정간격을 두고 둘러싸고 내벽에 반복되게 배치되는 복수의 베인을 갖는 케이싱을 포함하는 가스터빈 엔진용 압축기에 있어서,

상기 허브의 복수의 블레이드 중의 어느 하나의 일측 하단부에는 압력차이에 의해 일부의 정체되는 공기를 후방(주 공기흐름방향의 역방향)으로 빼내어 재공급시킬 수 있게 하는 실속저감 유로채널(stall reduction stream channel)이 구비되고,

상기 실속저감 유로채널은 상기 블레이드의 흡입면(suction side)의 출구측 하단부에 형성된 유입공과, 상기 블레이드의 입구측 하단부에 형성된 배출공과, 상 기 유입공과 상기 배출공을 연결하는 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 엔진용 압축기를 제공한다.

또한, 본 발명은 위의 본 발명의 일실시예에 대하여 다음의 구체적인 실시예들을 더 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 케이싱의 복수의 베인 중의 어느 하나의 일측 하단부에는 압력차이에 의해 일부의 정체되는 공기를 후방으로 빼내어 재공급시킬 수 있게 하는 실속저감 유로채널이 더 구비되고,

상기 실속저감 유로채널은 상기 베인의 흡입면(suction side)의 출구측 하단부에 형성된 유입공과, 상기 베인의 입구측 하단부에 형성된 배출공과, 상기 유입공과 상기 배출공을 연결하는 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 각 실속저감 유로채널의 블레이드 또는 베인의 흡입면(suction side)의 출구측 하단 코너부에는 1개 내지 8개의 유입공이 형성되고, 상기 각 유입공은 상호 연통되고 상기 통로를 통해 상기 배출공과도 연통되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 각 실속저감 유로채널의 블레이드 또는 베인의 흡입면(suction side)의 출구측 하단 코너부에는 상기 하단 코너부의 오목한 모서리를 기준으로 그 모서리의 양측부에 각각 3개의 유입공이 형성되고, 상기 각 유입공은 상호 연통되고 상기 통로를 통해 상기 배출공과도 연통되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 통로는 상기 1개 내지 8개의 유입공으로 부터 유입되는 공기를 상기 배출공으로 분산되게 안내할 수 있도록 사각형 단면 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 압축기 내의 블레이드(blade) 또는 베인(vane)의 일측 하단부에 실속저감 유로채널을 제공하여, 외부로부터 압축기 내로 공급되는 공기 중의 일부가 압축기의 블레이드 또는 베인의 입구측 하부 유로공간을 통해 출구측 하부 유로공간으로 흘러갈 때 상기 출구측 하부 유로공간에서 일부의 정체되는 공기를 상기 실속저감 유로채널을 통해 후방(주 공기흐름방향의 역방향)으로 빼내어 재공급할 수 있게 함으로써, 상기 공기의 실속(stall) 또는 유로막힘 현상을 줄일 수 있게 한다.

이하, 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 압축기의 실시예를 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 압축기의 내부를 보여주는 개략 부분 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 압축기의 허브의 외면에 제공되는 블레이드 또는 케이싱의 내벽에 제공되는 베인을 보여주는 개략 사시도이다. 또한, 도 5는 압축기의 블레이드 또는 베인의 일측 하단부에 실속저감 유로채널이 제공되지 않은 경우와 그것이 제공된 경우의 전산해석의 결과를 보여주는 도면이다.

하기 본 발명에 대한 설명에서 종래 기술의 구성과 동일한 구성요소들에 대 해서는 이해의 편의를 위해 종래 기술에서와 같은 동일한 부호를 사용하였다.

본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 압축기(10)는 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 외면에 반복되게 배치되는 복수의 블레이드(3)를 갖는 허브(2)와, 상기 허브(2)를 일정간격을 두고 둘러싸고 내벽에 반복되게 배치되는 복수의 베인(5)을 갖는 케이싱(4)을 포함하는 형태의 기본적인 구성에 아래와 같은 실시예의 구성이 추가된 형태로 이루어진다.

본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 압축기(10)는 상기 허브(2)의 복수의 블레이드(3) 중의 어느 하나의 일측 하단부에 압력차이에 의해 일부의 정체되는 공기를 후방(주 공기흐름방향의 역방향)으로 빼내어 재공급시킬 수 있게 하는 실속저감 유로채널(11)을 더 포함한다. 상기 실속저감 유로채널(11)은 상기 블레이드(3)의 흡입면(suction side)의 출구측 하단부에 형성된 유입공(11a)과, 상기 블레이드(3)의 입구측(또는 후행부측) 하단부에 형성된 배출공(11b)과, 상기 유입공(11a)과 상기 배출공(11b)을 연결하는 통로(11c)를 포함하는 구조로 이루어진다.

전술한 바와 같은 압축기 구조는 외부로부터 압축기 내로 유입되는 공기 중의 일부가 압축기의 블레이드(3)의 입구측 하부 유로공간(IS)에서 출구측 하부 유로공간(OS)으로 흘러갈 때 상기 유입공(11a)과 상기 배출공(11b) 간의 압력 차이에 의해 그 일부의 정체되는 공기를 상기 블레이드(3)의 출구측 하단부의 유입공(11a)으로 유입시켜 상기 공기가 상기 통로(11c)를 통해 상기 배출공(11b)의 밖으로 빠져나갈 수 있게 한다.

그러면, 상기 일부의 공기가 상기 블레이드(3)의 출구측 하부 유로공간(OS) 에서 입구측 하부 유로공간(IS)으로 흘러나갈 수 있게 됨으로써, 상기 압축기 구조는 종래에 상기 블레이드(3)의 출구측 하부 유로공간(OS)에서 발생되었던 실속(stall) 또는 유로막힘의 현상을 줄일 수 있게 한다. 또한, 도 5에 따른 전산해석의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 블레이드(3)의 하부 주위에 실속저감 유로채널(11)이 구비된 경우(오른쪽 사진)의 기술이 그렇지 않은 경우(왼쪽 사진)의 기술에 비해 유체의 흐름이 보다 균일하게 되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 압축기는 전술한 바와 같은 기본구성에 다음의 구체적인 실시예들로 더 한정되는 형태로 이루어질 수 있다.

일실시예로, 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 압축기(10)는 상기 케이싱(4)의 복수의 베인(5) 중의 어느 하나의 일측 하단부에 압력차이에 의해 일부의 정체되는 공기를 후방으로 빼내어 재공급시킬 수 있게 하는 실속저감 유로채널(12)이 더 구비된 형태로 이루어질 수 있다. 상기 실속저감 유로채널(12)은 상기 베인(5)의 출구측(또는 선행부측) 하단부에 형성된 유입공(12a)과, 상기 베인(5)의 입구측(또는 후행부측) 하단부에 형성된 배출공(12b)과, 상기 유입공(12a)과 상기 배출공(12b)을 연결하는 통로(12c)를 포함하는 구조로 이루어진다.

전술한 바와 같은 압축기 구조는 외부로부터 압축기 내로 유입되는 공기 중의 일부가 압축기(10)의 베인(5)의 입구측 하부 유로공간(IS)에서 출구측 하부 유로공간(OS)으로 흘러갈 때 상기 유입공(12a)과 상기 배출공(12b) 간의 압력 차이에 의해 그 일부의 정체되는 공기를 상기 베인(5)의 입구측 하단부의 유입공(12a)으로 유입시켜 상기 공기가 상기 통로(12c)를 통해 상기 배출공(12b)의 밖으로 빠져나갈 수 있게 한다.

그러면, 상기 일부의 공기가 상기 베인(5)의 출구측 하부 유로공간(OS)에서 입구측 하부 유로공간(IS)으로 흘러나갈 수 있게 됨으로써, 상기 압축기 구조는 종래에 상기 베인(5)의 출구측 하부 유로공간(OS)에서 발생되었던 실속(stall) 또는 유로막힘의 현상을 줄일 수 있게 한다. 또한, 도 5에 따른 전산해석의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 베인(5)의 하부 주위에 실속저감 유로채널(12)이 구비된 경우(오른쪽 사진)의 기술이 그렇지 않은 경우(왼쪽 사진)의 기술에 비해 유체의 흐름이 보다 균일하게 되는 것을 확인할 수 있다.

일실시예로, 상기 각 실속저감 유로채널(11,12)의 블레이드(3) 또는 베인(5)의 출구측 하단 코너부에는 1개 내지 8개의 유입공(11a,12a)이 형성되고, 상기 각 유입공(11a,12a)은 상호 연통되고 상기 통로(11c,12c)를 통해 상기 배출공(11b,12b)과 또한 연통되는 구조로 이루어질 수 있다. 다른 실시예로, 상기 각 실속저감 유로채널(11,12)의 블레이드(3) 또는 베인(5)의 출구측 하단 코너부에는 상기 하단 코너부의 오목한 모서리를 기준으로 그 모서리의 양측부에 각각 3개의 유입공(11a,12a)이 형성되고, 상기 각 유입공(11a,12a)은 상호 연통되고 상기 통로(11c,12c)를 통해 상기 배출공(11b,12b)과도 연통되는 구조로 이루어질 수 있다.

일실시예로, 상기 통로(11c,12c)는 상기 1개 내지 8개의 유입공(11a,12a)으로부터 유입되는 공기를 상기 배출공(11b,12b)으로 분산되게 안내할 수 있도록 사각형 단면 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 사각형 단면 형태의 통로 구조는 상기 배출공(11b,12b)을 통해 빠져나오는 공기가 입구측 하부 유로공간(IS) 으로 새롭게 유입되는 공기흐름에 방해를 주는 것을 최소화할 수 있게 한다.

한편, 상기 블레이드(3) 또는 상기 베인(5)의 출구측 하단 코너부에 제공되는 유입공(11a,12a)의 개수는 공기가 상기 블레이드(3) 또는 상기 베인(5)의 하단 코너부의 출구측 하부 유로공간(OS)을 지날 때 실속을 발생시키는 구역(또는 공간)의 사이즈에 따라 적절히 결정될 수 있다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 압축기의 작동을 도 3과 도 4를 참조하여 설명한다.

터빈(미도시)에 의해 상기 압축기(10)의 허브(2)가 회전되면, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 외부로부터 상기 압축기(10) 내로 공기가 유입되어 상기 허브(2)와 상기 케이싱(4)의 길이를 따라 각각 제공된 블레이드(3)와 베인(5)의 사이를 지나면서 고압으로 압축되어 연소기(미도시)측으로 보내진다.

이때, 상기 압축기(10)를 통해 상기 연소기(미도시)로 송출되는 공기 중의 일부는 상기 블레이드(3)의 입구측 하부 유로공간(IS)을 통해 출구측 하부 유로공간(OS)으로 흘러가고, 그 중의 일부 정체되는 공기는 실속저감 유로채널(11)의 유입공(11a)과 배출공(11b) 간의 압력 차이에 의해 상기 유입공(11a)으로 유입되어 통로(11c)를 통해 상기 배출공(11b)으로 배출되어 다시 상기 출구측 하부 유로공간(OS)으로 공급될 수 있게 된다.

그러면, 상기 블레이드(3)의 입구측 하부 유로공간(IS)을 통해 출구측 하부 유로공간(OS)으로 흘러가는 일부의 공기는 선행구간에서 정체되는 공기에 의한 방해 없이 더욱 원활히 앞으로 전진되면서 고압으로 압축될 수 있게 된다.

이어서, 상기 블레이드(3)의 출구측 하부 유로공간(OS)을 통과하는 일부의 공기는 선행구간에 위치한 베인(5)의 입구측 하부 유로공간(IS)을 통해 출구측 하부 유로공간(OS)으로 흘러가고, 그 중의 일부 정체되는 공기는 실속저감 유로채널(12)의 유입공(12a)과 배출공(12b) 간의 압력 차이에 의해 상기 유입공(12a)으로 유입되어 통로(12c)를 통해 상기 배출공(12b)으로 배출되어 다시 상기 출구측 하부 유로공간(OS)으로 공급될 수 있게 된다.

위와 같이 외부로부터 상기 압축기(10) 내로 유입되는 전체적인 공기는 상기 허브(2)의 외면에 그 허브의 길이를 따라 구비된 복수의 블레이드(3)와 상기 케이싱(4)의 내벽에 그 케이싱의 길이를 따라 구비된 복수의 베인(5) 사이의 유로공간을 따라 연속적으로 전진 압축되어 연소기(미도시)측으로 보내지게 된다.

위와 같이 연소기측으로 보내진 고압의 공기는 연료탱크(미도시)로부터 공급되는 연료가스와 혼합되어 혼합가스를 생성하고, 이러한 혼합가스는 연소기 내에서 연소되면서 고온고압의 배출가스를 발생시켜 발전기 또는 비행기에 동력 또는 추력을 제공할 수 있도록 터빈을 회전시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서의 단순 치환, 변형 및 변경은 당 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 압축기의 내부를 보여주는 개략 부분 단면도.

도 2는 종래 기술에 따른 압축기의 허브의 외면에 제공되는 블레이드 또는 케이싱의 내벽에 제공되는 베인을 보여주는 개략 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 압축기의 내부를 보여주는 개략 부분 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 압축기의 허브의 외면에 제공되는 블레이드 또는 케이싱의 내벽에 제공되는 베인을 보여주는 개략 사시도.

도 5는 압축기의 블레이드 또는 베인의 일측 하단부에 실속저감 유로채널이 제공되지 않은 경우와 그것이 제공된 경우의 전산해석의 결과를 보여주는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2: 허브 3: 블레이드

4: 케이싱 5: 베인

OS: 출구측 하부 유로공간 IS: 입구측 하부 유로공간

10: 압축기 11,12: 실속저감 유로채널

11a,12a: 유입공 11b,12b: 배출공

11c,12c: 통로

Claims (5)

1. 외면에 반복되게 배치되는 복수의 블레이드(3)를 갖는 허브(2)와, 상기 허브(2)를 일정간격을 두고 둘러싸고 내벽에 반복되게 배치되는 복수의 베인(5)을 갖는 케이싱(4)을 포함하는 가스터빈 엔진용 압축기에 있어서,

   상기 허브(2)의 복수의 블레이드(3) 중의 어느 하나의 일측 하단부에는 압력차이에 의해 일부의 정체되는 공기를 후방(주 공기흐름방향의 역방향)으로 빼내어 재공급시킬 수 있게 하는 실속저감 유로채널(11)이 구비되고,

   상기 실속저감 유로채널(11)은 상기 블레이드(3)의 흡입면(suction side)의 출구측 하단부에 형성된 유입공(11a)과, 상기 블레이드(3)의 입구측 하단부에 형성된 배출공(11b)과, 상기 유입공(11a)과 상기 배출공(11b)을 연결하는 통로(11c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 엔진용 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 케이싱(4)의 복수의 베인(5) 중의 어느 하나의 일측 하단부에는 압력차이에 의해 일부의 정체되는 공기를 후방으로 빼내어 재공급시킬 수 있게 하는 실속저감 유로채널(12)이 더 구비되고,

   상기 실속저감 유로채널(12)은 상기 베인(5)의 흡입면(suction side)의 출구측 하단부에 형성된 유입공(12a)과, 상기 베인(5)의 입구측 하단부에 형성된 배출공(12b)과, 상기 유입공(12a)과 상기 배출공(12b)을 연결하는 통로(12c)를 포함하 는 것인 가스터빈 엔진용 압축기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 각 실속저감 유로채널(11,12)의 블레이드(3) 또는 베인(5)의 흡입면(suction side)의 출구측 하단 코너부에는 1개 내지 8개의 유입공(11a,12a)이 형성되고, 상기 각 유입공(11a,12a)은 상호 연통되고 상기 통로(11c,12c)를 통해 상기 배출공(11b,12b)과도 연통되는 것인 가스터빈 엔진용 압축기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 각 실속저감 유로채널(11,12)의 블레이드(3) 또는 베인(5)의 흡입면(suction side)의 출구측 하단 코너부에는 상기 하단 코너부의 오목한 모서리를 기준으로 그 모서리의 양측부에 각각 3개의 유입공(11a,12a)이 형성되고, 상기 각 유입공(11a,12a)은 상호 연통되고 상기 통로(11c,12c)를 통해 상기 배출공(11b,12b)과도 연통되는 것인 가스터빈 엔진용 압축기.
5. 제3항에 있어서,

   상기 통로(11c,12c)는 상기 1개 내지 8개의 유입공(11a,12a)으로부터 유입되는 공기를 상기 배출공(11b,12b)으로 분산되게 안내할 수 있도록 사각형 단면 형태를 이루는 것인 가스터빈 엔진용 압축기.

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