KR20170065584A - 배기 장치 및 가스 터빈 - Google Patents

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Abstract

배기 장치 및 가스 터빈에 있어서, 배기 차실(29)과, 배기 차실(29)의 내측에 지지되는 외측 디퓨저(43)와, 외측 디퓨저(43)의 내측에 배치되며 외측 디퓨저(43)와의 사이에 배기 가스 유로(F)를 형성하는 내측 디퓨저(44)와, 일단부가 외측 디퓨저(43)에 연결되며 타단부가 내측 디퓨저(44)에 연결되는 스트럿 커버(45)와, 배기 차실(29)에 있어서의 스트럿 커버(45)보다 배기 가스 유로(F)의 하류측에 마련되는 제 2 냉각 공기 도입구(62)와, 외측 디퓨저(43)의 외측을 덮도록 환상으로 형성되며 배기 차실(29)에 지지된 칸막이 부재(64)와, 외측 디퓨저(43)와 칸막이 부재(64)의 사이에 마련되며 제 2 냉각 공기 도입구(62)로부터 도입된 냉각 공기를 스트럿 커버(45) 내측의 스트럿 커버 유로(65)로 인도하는 냉각 공기 유로(63)를 마련한다.

Description

배기 장치 및 가스 터빈{EXHAUST APPARATUS AND GAS TURBINE}
본 발명은, 예를 들면, 가스 터빈으로부터 배출되는 배기를 처리하는 배기 장치, 또한 이 가스 터빈에 관한 것이다.
예를 들면, 일반적인 가스 터빈은 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성되어 있다. 압축기는 공기 도입구로부터 도입된 공기를 압축하는 것에 의해 고온·고압의 압축 공기로 한다. 연소기는, 이 압축 공기에 대하여 연료를 공급하여 연소시키는 것에 의해 고온·고압의 연소 가스를 얻는다. 터빈은 이 연소 가스에 의해 구동되며, 동축 상에 연결된 발전기를 구동한다.
이 가스 터빈에 있어서, 터빈의 하류측에 배기 장치가 마련되어 있다. 터빈은 터빈 차실 내에 복수의 정익과 복수의 동익이 연소 가스의 유동방향으로 교대로 배설되어 구성되어 있다. 이 터빈 차실은 하류측에 배기 차실을 거쳐서 배기실이 배설되어 있다. 이 배기실은 배기 차실에 지지되는 배기 디퓨저를 갖고 있다. 배기 디퓨저는 원통형상을 이루는 외측 디퓨저와 내측 디퓨저가 스트럿 실드에 의해 연결되어 구성되어 있다. 스트럿은, 일단부가 로터를 지지하는 베어링에 연결되며, 타단부가 배기 차실에 연결되어 있다. 그리고, 외부로부터의 냉각 공기를 스트럿과 스트럿 실드의 사이로 인입하는 것에 의해, 배기 디퓨저를 냉각하고 있다.
특허문헌 1에는, 냉각부의 안내관으로부터 송출된 냉각 유체가 공급되는 배기 디퓨저 냉각 장치의 입구에 마련되며, 배기 디퓨저 냉각 장치의 냉각 유체의 통로를 배기 디퓨저를 냉각하는 비가열부와 단락부 케이싱을 냉각하는 가열부로 구분하는 투구판(透口板)이 개시되어 있다. 이 투구판은 냉각 유체가 배기 디퓨저 측으로부터의 열복사를 받아 과열되어, 단락부 케이싱의 냉각이 불충분하게 되는 것을 해결하기 위해, 복사열의 차단을 목적으로 하여 마련되며, 배기 디퓨저에 공급된 냉각 유체의 일부는 투구판을 투과하고, 배기 디퓨저를 냉각하는 비가열부에 공급되며, 배기 디퓨저를 냉각 후, 외부로 배출되고 있다.
특허문헌 2에는, 내주측 케이싱의 외주측에 격벽을 마련하고, 내주측 케이싱과 격벽의 사이에 공기 챔버를 형성하는 제 2 냉각 계통이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제 평06-173712 호 공보 일본 특허 공개 제 2005-083199 호 공보
상술한 바와 같이 종래의 배기 디퓨저에서는, 외부로부터의 냉각 공기를 스트럿과 스트럿 실드의 사이로 인입하는 것에 의해, 배기 디퓨저를 냉각하고 있다. 그런데, 최근, 가스 터빈의 고출력화가 요구되고 있으며, 이에 의해 배기 가스 온도가 상승하기 때문에, 더욱 배기 디퓨저의 냉각이 필요하다. 이 경우, 외부로부터의 스트럿과 스트럿 실드 사이로 인입되는 냉각 공기량을 증가시키는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 배기 디퓨저를 냉각한 공기는 배기 가스 유로로 배출되므로, 배기 가스 온도가 저하되고, 터빈 효율이 저하되어 버린다는 문제가 있다.
특허문헌 1에 개시된 투구판은 냉각 유체를 통과시키는 구조이며, 투구판과 외측 디퓨저의 사이에 형성된 통로는 냉각 효율이 나쁘며, 냉각 성능이 양호하다고는 말할 수 없다. 또한, 특허문헌 2에 개시된 공기 챔버는 외측 디퓨저에 마련한 것은 아니다. 이 특허문헌 2에 개시된 외측 디퓨저에, 특허 문헌 1에 개시된 공기 챔버를 장착하게 되면, 외측 디퓨저에 하중이 가해져, 하중의 지지 방법이 어려워진다.
본 발명은, 상술한 과제를 해결하는 것이며, 배기 디퓨저를 효율적으로 냉각하는 것을 가능하게 하는 배기 장치 및 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 배기 장치는, 환상으로 형성되는 차실과, 환상으로 형성되며 상기 차실의 직경방향의 내측에 지지되는 외측 디퓨저와, 환상으로 형성되며 상기 외측 디퓨저의 직경방향의 내측에 배치되는 것에 의해 상기 외측 디퓨저와의 사이에 배기 가스 유로를 형성하는 내측 디퓨저와, 통형상으로 형성되며 길이방향의 일단부가 상기 외측 디퓨저에 연결되며 타단부가 상기 내측 디퓨저에 연결되는 스트럿 커버와, 상기 차실에 있어서의 상기 스트럿 커버보다 상기 배기 가스 유로의 상류측 또는 하류측에 마련되는 냉각 공기 도입부와, 상기 외측 디퓨저의 직경방향의 외측을 덮도록 환상으로 형성되며 상기 차실에 지지되는 칸막이 부재와, 상기 외측 디퓨저와 상기 칸막이 부재의 사이에 마련되며 상기 냉각 공기 도입부로부터 도입된 냉각 공기를 상기 스트럿 커버 내측의 스트럿 커버 유로로 인도하도록 형성되는 냉각 공기 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서, 외측 디퓨저의 외측에 새롭게 칸막이 부재를 마련하여 종래 구조보다 유로 면적이 좁은 냉각 공기 유로를 형성할 수 있으므로, 외측 디퓨저의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 칸막이 부재는 차실측으로부터 지지되어 있으므로, 장착 구조가 간단하게 되어, 유지 보수성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 배기 장치에서는, 상기 칸막이 부재는, 축방향의 일단부를 선단이 고정되어 있지 않은 자유단으로 하고, 타단부는 상기 차실에 고정된 고정단을 구비하고, 축방향으로 환상으로 배치되며, 상기 냉각 공기 유로가 상기 자유단으로부터 상기 고정단을 향하는 유로를 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 냉각 공기 도입부로부터 공급된 냉각 공기의 전체 유량이 칸막이 부재의 자유단에서 반환되어 고정단을 향하는 냉각 공기 유로 내를 흐르므로, 외측 디퓨저의 냉각이 촉진되어, 스트럿 커버 유로로의 냉각 공기의 유입이 원활해진다.
본 발명의 일 태양에 따른 배기 장치에서는, 상기 외측 디퓨저는 축방향의 일단부에 있어서 둘레방향에 환상으로 배치된 서포트 부재를 거쳐서 상기 차실에 지지되며, 상기 칸막이 부재는 상기 서포트 부재에 대하여 직경방향의 내측에 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 외측 디퓨저를 지지하는 서포트 부재의 직경방향 내측에 칸막이 부재를 배치할 수 있으므로, 칸막이 부재를 간섭하지 않는 범위 내에서 외측 디퓨저에 접근시켜, 냉각 공기 유로의 유로 단면적을 좁게 형성할 수 있어서, 외측 디퓨저의 냉각이 강화된다.
본 발명의 일 태양에 따른 배기 장치에서는, 상기 서포트 부재는 둘레방향에 간극을 두고 복수로 분할된 분할편으로 형성되며, 상기 분할편은, 축방향에서 보아, 둘레방향에 배치된 상기 스트럿 커버 사이에 적어도 하나 이상의 상기 간극이 배치되도록 장착되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 냉각 공기 도입부로부터 공급된 냉각 공기는 서포트 부재의 간극을 통과하는 것에 의해, 둘레방향으로의 냉각 공기의 분산이 촉진된다.
본 발명의 일 태양에 따른 배기 장치에서는, 상기 분할편은 둘레방향에 인접하여 배치되며, 축방향의 일단이 상기 차실에 고정되며, 타단이 상기 외측 디퓨저의 직경방향 외측의 벽면에 고정되며, 인접하는 상기 분할편의 사이의 간극이 축방향에 일정 폭을 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 둘레방향의 분할편 사이에 균일한 간극이 형성되므로, 냉각 공기 유로를 흐르는 냉각 공기의 유량이 둘레방향으로 균일화된다.
본 발명의 일 태양에 따른 배기 장치에서는, 상기 칸막이 부재는 둘레방향으로 복수로 분할되며, 분할된 칸막이 부재편의 둘레방향 양단에는 시일부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 칸막이 부재편의 양단은 시일 부재로 시일되므로, 냉각 공기 유로에 들어가는 냉각 공기는 쇼트 패스하는 일 없이 자유단측으로부터 냉각 공기 유로에 유입되므로, 둘레방향의 냉각 공기의 흐름이 균일화된다. 또한, 부분적으로 칸막이 부재편의 분리가 가능해져, 유지 보수성이 향상된다.
본 발명의 일 태양에 따른 배기 장치에서는, 상기 냉각 공기 유로는 상기 스트럿 커버와 상기 외측 디퓨저의 연결부의 외측에 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 스트럿 커버와 외측 디퓨저의 연결부에 배기 가스의 열 응력이 집중되지만, 냉각 공기가 냉각 공기 유로를 통과할 때, 이 연결부를 냉각하므로, 스트럿 커버와 외측 디퓨저의 연결부에 작용하는 열 응력을 경감할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 배기 장치에서는, 상기 냉각 공기 도입부는 상기 칸막이 부재의 직경방향의 외측에 대향하여 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 냉각 공기 도입부로부터 차실의 내부에 도입된 냉각 공기는 서포트 부재 및 칸막이 부재를 통과하는 과정에서 둘레방향으로 균일화되고, 냉각 공기 유로를 통과하여 스트럿 커버의 내부로 인도되게 되어, 냉각 공기에 의해 외측 디퓨저를 둘레방향으로 균일하게 냉각할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 배기 장치에서는, 상기 차실과 상기 칸막이 부재의 사이에 환상을 이루는 공간부가 마련되고, 상기 냉각 공기 도입부는 상기 공간부에 연통하며, 냉각 공기 유로는, 일단부가 상기 공간부에 연통하며, 타단부가 상기 스트럿 커버의 내부에 연통하는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 냉각 공기 도입부로부터 차실의 내부에 도입된 냉각 공기는 일정한 용적을 갖는 공간부를 경유하여 냉각 공기 유로에 인입되기 때문에, 공간부가 버퍼 탱크의 역할을 수행하고, 냉각 공기가 공간부에서 둘레방향으로 균일화되고 나서 냉각 공기 유로에 유입되게 되어, 냉각 공기에 의해 외측 디퓨저를 둘레방향으로 균일하게 냉각할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 배기 장치에서는, 상기 냉각 공기 도입부는 둘레방향에 소정 간격으로 복수 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 차실의 내부에 대하여 둘레방향에 균일하게 냉각 공기를 도입할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 가스 터빈은, 공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기와, 상기 연소기가 생성한 연소 가스에 의해 회전 이동력을 얻는 터빈과, 상기 터빈으로부터 배출되는 배기를 처리하는 상기 배기 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서, 적은 유량으로 외측 디퓨저를 효율적으로 냉각할 수 있어서, 냉각 공기량의 증가를 억제할 수 있으므로, 배기 가스 유로로 배출되는 냉각 공기량 증가를 억제할 수 있어서, 배기 가스 온도의 저하를 방지하고 터빈 효율을 유지할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 태양에 따른 배기 장치 및 가스 터빈에 의하면, 차실로부터 지지된 칸막이 부재와 외측 디퓨저의 직경방향의 외표면의 사이에, 작은 유로 면적을 갖고 냉각 공기를 스트럿 커버의 내부로 인도하는 냉각 공기 유로를 마련하므로, 냉각 공기 유로 내의 냉각 공기의 유속이 빨라져, 외측 디퓨저의 냉각 성능이 향상된다. 또한, 적은 유량으로 외측 디퓨저를 효율적으로 냉각할 수 있어서, 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 칸막이 부재는 차실로부터 지지하는 구조 때문에, 구조가 간략화되어, 유지 보수성이 향상된다.
도 1은 제 1 실시형태의 배기 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2는 배기 장치를 도시하는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면도이다.
도 3은 배기 장치에 있어서의 제 2 냉각 경로를 도시하는 단면도이다.
도 4는 가스 터빈의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
도 5는 제 2 실시형태의 배기 장치를 도시하는 단면도이다.
도 6은 제 3 실시형태의 배기 장치를 도시하는 주요부 단면도이다.
도 7은 제 4 실시형태의 배기 장치를 도시하는 주요부 단면도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 배기 장치 및 가스 터빈의 바람직한 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니며, 또한 실시형태가 다수인 경우에는, 각 실시형태를 조합하여 구성하는 것도 포함하는 것이다.
[제 1 실시형태]
도 4는 제 1 실시형태의 가스 터빈의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
제 1 실시형태에 있어서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(10)은 압축기(11)와 연소기(12)와 터빈(13)에 의해 구성되어 있다. 이 가스 터빈(10)은 로터(회전 축)(32)의 외측에 축심(C)의 방향(이하, 축방향)을 따라서 압축기(11)와 터빈(13)이 배치되는 동시에, 압축기(11)와 터빈(13)의 사이에 복수의 연소기(12)가 배치되어 있다. 그리고, 가스 터빈(10)은 동축 상에 도시하지 않은 발전기(전동기)가 연결되며, 발전 가능하게 되어 있다.
압축기(11)는 공기를 도입하는 공기 도입구(20)를 갖고, 압축기 차실(21) 내에 입구 안내 날개(IGV: Inlet Guide Vane)(22)가 배설되는 동시에, 복수의 정익(23)과 복수의 동익(24)이 공기의 유동방향(축심(C) 방향)으로 교대로 배설되어 있다. 이 압축기(11)는 공기 도입구(20)로부터 도입된 공기를 압축하는 것에 의해 고온·고압의 압축 공기를 생성하고, 연소기(12)에 공급한다. 압축기(11)는 동축 상에 연결된 전동기에 의해 기동 가능하게 되어 있다.
연소기(12)는 압축기(11)에서 압축되고 터빈 차실(26)에 저류된 고온·고압의 압축 공기와 연료가 공급되고, 연소하는 것에 의해, 연소 가스를 생성한다. 터빈(13)은 터빈 차실(26) 내에 복수의 정익(27)과 복수의 동익(28)이 연소 가스의 유동방향(축방향)으로 교대로 배설되어 있다. 그리고, 이 터빈 차실(26)은 하류측에 배기 차실(29)을 거쳐서 배기실(30)이 배설되어 있다. 이 배기실(30)은 터빈(13)에 연결하는 배기 디퓨저(31)를 갖고 있다. 터빈(13)은 연소기(12)로부터의 연소 가스에 의해 구동하며, 동축 상에 연결된 발전기를 구동 가능하게 되어 있다.
압축기(11)와 연소기(12)와 터빈(13)은 내부에 배기실(30)의 중심부를 관통하도록 축방향을 따른 로터(32)가 배치되어 있다. 로터(32)는, 압축기(11) 측의 단부가 베어링부(33)에 의해 회전 가능하게 지지되는 동시에, 배기실(30) 측의 단부가 베어링부(34)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 로터(32)는, 압축기(11)에서, 각 동익(24)이 장착된 디스크가 복수 중첩되어 고정되어 있다. 또한, 로터(32)는, 터빈(13)에서, 각 동익(28)이 장착된 디스크가 복수 중첩되어 고정되어 있다. 그리고, 로터(32)는 공기 도입구(20) 측의 단부에 발전기의 구동축이 연결되어 있다.
그리고, 이 가스 터빈(10)은, 압축기(11)의 압축기 차실(21)이 레그부(35)에 지지되고, 터빈(13)의 터빈 차실(26)이 레그부(36)에 의해 지지되며, 배기실(30)이 레그부(37)에 의해 지지되어 있다.
그 때문에, 압축기(11)에서, 공기 도입구(20)로부터 도입된 공기가, 입구 안내날개(22), 복수의 정익(23)과 동익(24)을 통과하고 압축되는 것에 의해 고온·고압의 압축 공기가 된다. 연소기(12)에서, 이 압축 공기에 대하여 소정의 연료가 공급되고, 연소된다. 터빈(13)에서, 연소기(12)에서 생성된 고온·고압의 연소 가스가, 터빈(13)에 있어서의 복수의 정익(27)과 동익(28)을 통과하는 것에 의해 로터(32)를 구동 회전하고, 이 로터(32)에 연결된 발전기를 구동한다. 그리고, 터빈(13)을 구동한 연소 가스는 배기 가스로서 대기로 방출된다.
이와 같이 구성된 가스 터빈(10)에서, 터빈(13)으로부터 배출된 배기 가스를 처리하는 배기 장치가 마련되어 있다. 도 1은 제 1 실시형태의 배기 장치를 도시하는 단면도이며, 도 2는 배기 장치를 도시하는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면도이며, 도 3은 배기 장치에 있어서의 제 2 냉각 경로를 도시하는 단면도이다. 또한, 이하의 설명에서는, 로터(32)의 축심 방향이 축방향이며, 연소 가스(배기 가스)(G)의 유동방향으로 되어 있다. 또한, 연소 가스(배기 가스)(G)의 유동방향의 상류측을 전방측(전방)이라 칭하며, 연소 가스(배기 가스)(G)의 유동방향의 하류측을 후방측(후방)이라 칭한다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 터빈 차실(26)은 원통형상(환상)을 이루며, 복수의 정익(27)과 동익(28)이 축방향을 따라서 교대로 배설되어 있으며, 연소 가스(G)의 유동방향의 하류측에 배기 차실(29)이 배치되고, 체결 볼트(41)에 의해 연결되어 있다. 배기 차실(29)은 원통형상을 이루며, 연소 가스(G)의 유동방향의 하류측에 배기실(30)이 배치되어 있다. 이 배기실(30)은 원통형상(환상)을 이루고 있다. 그리고, 배기 차실(29)과 배기실(30)은 열신장을 흡수 가능한 배기실 서포트(42)에 의해 연결되어 있다.
배기 차실(29)은, 그 내측에 원통형상을 이루는 배기 디퓨저(31)가 배치되어 있다. 이 배기 디퓨저(31)는, 원통형상(환상)을 이루는 외측 디퓨저(43)와 내측 디퓨저(44)가 스트럿 커버(스트럿 실드)(45)에 의해 연결되어 구성되어 있다. 이 스트럿 커버(45)는 원통형상 또는 타원통형상 등의 중공 구조를 이루고, 직경방향에 대하여 둘레방향으로 소정 각도만큼 경사져 있으며, 배기 디퓨저(31)의 둘레방향에 균등 간격으로 복수(본 실시형태에서는, 6개) 마련되어 있다. 배기 디퓨저(31)는, 외측 디퓨저(43)의 직경방향의 내측에 내측 디퓨저(44)가 배치되는 것에 의해, 내외의 디퓨저(43, 44)의 사이에 배기 가스(연소 가스)(G)가 흐르는 배기 가스 유로(F)가 형성되어 있다.
또한, 로터(32)는 베어링부(34)로부터 회전 가능하게 지지되며, 베어링부(34)는 스트럿(47)을 거쳐서 배기 차실(29)로부터 지지되어 있다. 스트럿 커버(45)의 내부에는, 스트럿(47)이 배설되어 있다. 스트럿 커버(45)와 스트럿(47)의 사이에는, 냉각 공기(A)가 흐르는 스트럿 커버 유로(65)가 형성되며, 스트럿(47)을 냉각하고 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 배기 디퓨저(31)의 외측 디퓨저(43)는 축방향의 전방측의 전단부(43c)가 터빈 차실(26) 측으로 연장되며, 익환(48)에 접촉되어 있다. 배기 차실(29)과 배기 차실(29)보다 직경방향 내측에 배치된 외측 디퓨저(43)의 사이에, 직경방향에 링형상을 이루는 가스 시일(49)이 마련되어 있다. 또한, 외측 디퓨저(43)는 스트럿 커버(45) 및 내측 디퓨저(44)와 결합하여 일체로 형성되며, 스트럿(47)보다 축방향의 후방측의 후단부(43d)에 있어서, 디퓨저 서포트(서포트 부재)(50)에 의해 배기 차실(29)로부터 지지되어 있다. 그 때문에, 외측 디퓨저(43)와 스트럿 커버(45)의 연결부(45b)에 있어서, 하중의 지지점인 후단부(43d)에 가까운 스트럿 커버(45)의 축방향 하류측의 연결부(45b) 근방에는, 큰 휨 하중이 가해져, 더욱 높은 열 응력이 발생한다.
디퓨저 서포트(50)는 스트립 형상을 이루며, 축방향을 따라서 연장 설치되는 동시에, 둘레방향에 소정의 간격을 두고 환상으로 배설되어 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 디퓨저 서포트(50)는 둘레방향에 복수의 서포트 분할편(50a)으로 분할되어 마련되어 있다. 각 서포트 분할편(50a)은 일단부가 배기 차실(29)에 체결되고, 타단부가 외측 디퓨저(43)에 체결되어 있다. 서포트 분할편(50a)은, 둘레방향에 인접하여 배치되어 있는 서포트 분할편(50a)과의 사이에, 축방향으로 일정한 폭의 간극(S2)이 형성되도록 배기 차실(29)에 고정된다. 배기 차실(29)은 디퓨저 서포트(50)를 외측으로부터 덮도록 마련되어 있으며, 배기 차실(29)의 후단부와 외측 디퓨저(43)의 후단부의 사이에 가스 시일(51)이 마련되어 있다. 가스 시일(49, 51)은, 배기 차실(29)과 외측 디퓨저(43)로 둘러싸인 환상의 공간과 축방향 상류측 또는 하류측에 인접하는 익환(48) 및 배기실(30)의 사이를 시일하는 것이며, 축방향의 연소 가스 또는 냉각 공기의 흐름을 차단하고 있다.
배기 차실(29)은, 축방향의 스트럿(47)에 대응하는 위치에서, 둘레방향에 소정 간격을 두고 제 1 냉각 공기 도입구(61)가 복수 마련되어 있다. 이 복수의 제 1 냉각 공기 도입구(61)는, 외부의 냉각 공기(A)를 스트럿 커버(45)와 스트럿(47)의 사이의 스트럿 커버 유로(65)에 도입할 수 있다. 또한, 배기 차실(29)은, 스트럿(47)(스트럿 커버(45))보다 배기 가스 유로(F)의 하류측의 위치에서, 둘레방향에 소정 간격을 두고 제 2 냉각 공기 도입구(냉각 공기 도입부)(62)가 복수 마련되어 있다. 이 복수의 제 2 냉각 공기 도입구(62)는, 외측 디퓨저(43)의 냉각을 목적으로, 외부의 냉각 공기(A)를 도입하는 개구이다. 냉각 공기(A)는 후술하는 냉각 공기 유로(63)에서 외측 디퓨저(43)를 냉각 후, 스트럿 커버 유로(65)에 공급되며, 제 1 냉각 공기 도입구(61)로부터 공급된 냉각 공기(A)의 흐름에 합류되고, 스트럿(47)을 냉각 후, 연소 가스 유로(F)로 배출된다.
또한, 외측 디퓨저(43)의 직경방향의 외측에 환상을 이루는 동시에, 제 2 냉각 공기 도입구(62)보다 작은 유로 면적을 갖고 이 제 2 냉각 공기 도입구(62)로부터 도입된 냉각 공기(A)를 스트럿 커버(45)와 스트럿(47)의 사이의 스트럿 커버 유로(65)에 도입하는 냉각 공기 유로(63)가 마련되어 있다.
냉각 공기 유로(63)는, 환상으로 형성되는 칸막이 부재(64)의 축방향의 후방측의 일단부를 선단이 고정되지 않는 자유단으로 하고, 축방향의 전방측을 고정단으로 하여 배기 차실(29)의 축방향의 후방측을 향하는 면에 고정하고, 외측 디퓨저(43)의 직경방향의 외측에 외측 디퓨저(43)를 덮도록 배치되는 것에 의해 형성되어 있다. 즉, 칸막이 부재(64)는 외측 디퓨저(43)보다 대경의 원통형상을 이루며, 축방향에 있어서의 전방측의 단부(일단부)가 배기 차실(29)에 용접에 의해 고정되며, 축방향에 있어서의 후방측의 단부(타단부)의 자유단과 외측 디퓨저(43) 측의 후단부(43d)의 사이에 간극(S1)이 마련되어 있다. 그 때문에, 냉각 공기 유로(63)는, 칸막이 부재(64)와 외측 디퓨저(43)의 직경방향의 외측면의 사이, 및 외측 디퓨저(43)로부터 축방향의 전방측으로 연장되는 스트럿 커버(45)와 외측 디퓨저(43)의 연결부(45b)의 외측의 사이에 형성되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 칸막이 부재(64)는, 수평 플랜지부(64a)에서 2개의 칸막이 부재편(상반 칸막이 부재편(64b), 하반 칸막이 부재편(64c))으로 2분할되고, 로터(32)의 주위에 환상으로 배치되어 있다. 수평 플랜지부(64a)에서는, 체결 볼트(64d)(도시하지 않음)에서 상반 칸막이 부재편(64b)과 하반 칸막이 부재편(64c)이 체결된다. 수평 플랜지부(64a)에는, 시일 부재(64e)(도시하지 않음)가 배치되며, 칸막이 부재(64)의 외표면을 축방향으로 흐르는 냉각 공기(A)가 수평 플랜지부(64a)로부터 누설되며, 냉각 공기 유로(63)로 쇼트 패스하는 것을 방지하고 있다. 또한, 칸막이 부재(64)는 2분할로 한정되는 일은 없으며, 3분할 이상이어도 상관없다.
또한, 가스 터빈의 기동시에 있어서는, 배기 차실(29)과 외측 디퓨저(43)의 사이의 온도차가 확대되며, 배기 차실(29)에 고정된 칸막이 부재(64)와 외측 디퓨저(43)가 직경방향에 접근하여 간섭할 우려가 있다. 그 때문에, 가장 접근한 경우에서도 최소 간극을 유지할 수 있도록, 외측 디퓨저(43)를 포함한 배기 디퓨저(31)의 장착이 실행된다. 즉, 운전시에 있어서 최소 간극을 유지할 수 있도록, 장착시에 칸막이 부재(64)와 외측 디퓨저(43)의 직경방향의 간극을 조정하여, 냉각 공기 유로(63)의 간극을 결정한다. 즉, 운전시에 있어서, 좁은 유로 단면적을 유지할 수 있도록 냉각 공기 유로(63)가 설정되므로, 운전시에 있어서는, 냉각 공기 유로(63) 내를 흐르는 냉각 공기(A(A1))의 유속이 빨라져, 냉각 공기(A)에 의한 외측 디퓨저(43)에 대한 냉각 성능이 향상된다.
스트럿 커버(45)는 배기 디퓨저(31)에 있어서의 직경방향의 외측의 단부가 확경되며 외측으로 굴곡되는 플랜지부(45a)가 마련되어 있다. 한편, 외측 디퓨저(43)는 스트럿 커버(45)가 연결되는 위치에 개구부(43a)가 형성되어 있다. 스트럿 커버(45)의 플랜지부(45a)가 외측 디퓨저(43)의 개구부(43a)의 주위에 오버랩되도록 밀착하며, 용접에 의해 연결되어 있다. 외측 디퓨저(43)는, 후단부(43d)가 복수의 디퓨저 서포트(50)를 거쳐서 배기 차실(29)에 지지되어 있으며, 복수의 스트럿 커버(45)를 거쳐서 내측 디퓨저(44)가 연결되어 있다. 그 때문에, 스트럿 커버(45)의 플랜지부(45a)와 외측 디퓨저(43)의 개구부(43a)의 연결부(45b)에 휨 하중이 작용한다. 또한, 외측 디퓨저(43)는 배기 가스 유로(F)를 흐르는 고온의 배기 가스(G)에 의해 가열되며, 특히 스트럿 커버(45)의 플랜지부(45a)와 외측 디퓨저(43)의 개구부(43a)의 연결부(45b)에 열 응력이 작용한다. 그래서, 본 실시형태에서는, 냉각 공기 유로(63)를 흐르는 냉각 공기(A1)에 의한 냉각 성능을 개선하여, 외측 디퓨저(43)나 스트럿 커버(45)와 외측 디퓨저(43)의 연결부(45b)를 냉각하여 열 응력을 저감하도록 하고 있다.
또한, 배기 차실(29)은, 직경방향의 내측에 외측 디퓨저(43)가 배치되며, 외측 디퓨저(43)의 직경방향의 외측에 칸막이 부재(64)가 배치되므로, 배기 차실(29)과 칸막이 부재(64)의 사이에 환상을 이루는 공간부(R)가 마련되어 있다. 이 경우, 이 공간부(R)에 배기 차실(29)과 외측 디퓨저(43)를 연결하는 복수의 디퓨저 서포트(50)가 배치되어 있으며, 칸막이 부재(64)는 각 디퓨저 서포트(50)의 직경방향의 내측에 배치되어 있다. 그리고, 제 2 냉각 공기 도입구(62)는 칸막이 부재(64)의 직경방향의 외측에 대향하여 마련되어 있다. 그 때문에, 제 2 냉각 공기 도입구(62)는 공간부(R)에 연통하며, 냉각 공기 유로(63)는, 일단부가 이 공간부(R)에 연통하며, 타단부가 스트럿 커버 유로(65)에 연통하고 있다.
즉, 칸막이 부재(64)가 외측 디퓨저(43)의 직경방향의 외측에 배치되며, 축방향 전방측의 전단부(고정단)가 배기 차실(29)에 고정되며, 축방향 후방측의 후단부(자유단) 측에 간극(S1)이 마련되어 있다. 즉, 제 2 냉각 공기 도입구(62)가 칸막이 부재(64)에 대하여 축방향 전방측에 위치하며, 간극(S)이 칸막이 부재(64)의 축방향 후방측에 위치하므로, 제 2 냉각 공기 도입구(62), 공간부(R), 간극(S1), 냉각 공기 유로(63), 스트럿 커버(45)로 계속되는 역 S자형 형상을 이루는 유로가 형성되게 된다. 또한, 냉각 공기 유로(63)는 공간부(R)에 비하여 통로 단면적이 작으므로, 이 냉각 공기 유로(63)가 오리피스부로서 기능하여, 냉각 공기(A1)의 유속이 상승한다.
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 배기 차실(29)과 외측 디퓨저(43)는 상하로 2분할된 구조를 갖고, 수평 플랜지부(29a, 43b)에서 볼트 체결되는 것에 의해 원통형상을 이루고 있다. 그 때문에, 칸막이 부재(64)도, 마찬가지로, 상하로 2분할된 구조를 갖고, 수평 플랜지부(64a)에서 볼트 체결되는 것에 의해 원통형상을 이루고 있다.
배기 디퓨저(31) 내는, 최종단의 동익(28)의 축방향 하류측 근방에서 가장 부압이 된다. 스트럿 커버 유로(65) 내를 흐르는 냉각 공기(A)는, 스트럿(47)을 냉각 후, 내측 디퓨저(44)의 축방향 상류단으로부터, 최종단의 동익(28) 근방의 배기 디퓨저(31) 내로 배출된다. 그 때문에, 스트럿 커버 유로(65)의 내부에 부압이 작용하여, 각 냉각 공기 도입구(61, 62)에 흡인력이 작용한다. 그러면, 외부의 공기가 흡인력에 의해 제 1 냉각 공기 도입구(61)로부터 스트럿 커버(45)와 스트럿(47)의 사이의 공간에 도입된다. 또한, 마찬가지로, 외부의 공기가 흡인력에 의해 제 2 냉각 공기 도입구(62)로부터 냉각 공기 유로(63)를 통하여 스트럿 커버 유로(65)에 도입된다.
즉, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 2 냉각 공기 도입구(62)에 흡인력이 작용하면, 외부의 냉각 공기(A)가 제 2 냉각 공기 도입구(62)로부터 공간부(R)에 흡입되고, 각 디퓨저 서포트(50)의 서포트 분할편(50a) 사이의 간극(S2)을 통과하여 칸막이 부재(64)에 도달한다. 이 냉각 공기(A)는 칸막이 부재(64)에 도달한 후, 이 칸막이 부재(64)에 안내되어 축방향 후방으로 흐르고, 간극(S1)을 통하여 냉각 공기 유로(63)로 흐른다. 즉, 냉각 공기(A)는 공간부(R)를 축방향 후방을 흘러, 180도 반전하여 반환되도록 축방향 전방을 흘러 냉각 공기 유로(63)에 도달한다. 그 때문에, 냉각 공기 유로(63)를 흐르는 냉각 공기(A1)에 의해 외측 디퓨저(43)를 냉각할 수 있는 동시에, 외측 디퓨저(43)와 스트럿 커버(45)의 연결부(45b)를 냉각할 수 있다.
또한, 전술과 같이, 칸막이 부재(64)는, 외측 디퓨저(43)와의 사이에서, 운전시에 최소 간극을 확보할 수 있도록 장착된다. 따라서, 통상 운전시에 있어서는, 냉각 공기(A1)가 냉각 공기 유로(63)를 통과할 때, 공간부(R)나 디퓨저 서포트(50) 근방보다 유속이 상승한다. 그 결과, 냉각 공기(A1)에 의한 단위 시간당의 유량이 증가하고, 외측 디퓨저(43)의 외표면의 냉각이 촉진된다. 그 때문에, 종래보다는, 적은 냉각 공기(A1)의 유량으로 외측 디퓨저(43)나 스트럿 커버(45)와의 연결부(45b)를 효율적으로 냉각할 수 있다.
종래에, 제 1 냉각 공기 도입구(61)로부터 도입되는 냉각 공기(A)만으로 배기 디퓨저(31)를 냉각하고 있었지만, 본 실시형태에서는, 제 1 냉각 공기 도입구(61)로부터 도입되는 냉각 공기(A)의 일부를 제 2 냉각 공기 도입구(62)로부터 도입하고, 이 일부의 냉각 공기(A)에 의해 배기 디퓨저(31)를 더욱 냉각한다. 제 2 냉각 공기 도입구(62)로부터 도입한 냉각 공기(A)는 제 1 냉각 공기 도입구(61)로부터 도입한 냉각 공기(A)보다 소량이지만, 냉각 공기 유로(63)의 통과시에 유속이 상승하므로, 외측 디퓨저(43)나 스트럿 커버(45)와의 연결부(45b)를 효율적으로 냉각할 수 있다.
이와 같이 제 1 실시형태의 배기 장치는 배기 차실(29)을 구비하고, 배기 차실(29)의 직경방향의 내측에 지지되는 외측 디퓨저(43)와, 외측 디퓨저(43)의 직경방향의 내측에 배치되는 내측 디퓨저(44)에 의해, 배기 가스 유로(F)가 형성된다. 또한, 스트럿 커버(45)는, 일단부가 외측 디퓨저(43)에 연결되며, 타단부가 내측 디퓨저(44)에 연결된다. 또한, 배기 차실(29)은 스트럿 커버(45)보다 배기 가스 유로(F)의 하류측에 마련되는 제 2 냉각 공기 도입구(62)와, 외측 디퓨저(43)의 직경방향의 외측을 덮도록 환상으로 형성되며, 배기 차실(29)에 지지된 칸막이 부재(64)를 구비한다. 또한, 배기 차실(29)은 외측 디퓨저(43)와 칸막이 부재(64)의 사이에 마련되며, 제 2 냉각 공기 도입부(62)로부터 도입된 냉각 공기(A)를 상기 스트럿 커버(45)의 내측의 스트럿 커버 유로(65)로 인도하도록 형성된 냉각 공기 유로(63)를 마련하고 있다.
따라서, 제 2 냉각 공기 도입구(62)로부터 배기 차실(29)의 내부에 도입된 냉각 공기(A)는 냉각 공기 유로(63)를 통하여 스트럿 커버(45)의 내부로 인도된다. 이 때, 외측 디퓨저(43)와의 사이에서, 냉각 공기 유로(63)를 형성하기 때문에, 외측 디퓨저(43)를 직경방향 외측으로부터 덮도록 환상으로 형성된 칸막이 부재(64)가 배기 차실(29)에 고정된다. 칸막이 부재(64)를 배기 차실에 장착할 때는, 운전시에 있어서 외측 디퓨저와의 사이에서 간섭하지 않는 최소 간극을 유지할 수 있도록, 배기 차실(29)에 고정된다. 그 결과, 냉각 공기(A1)가 냉각 공기 유로(63)를 통과할 때, 종래보다 적은 유량으로 외측 디퓨저(43)를 효율적으로 냉각할 수 있어서, 냉각 공기량의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 냉각 공기 유로(63)를 형성하는 칸막이 부재(64)를 외측 디퓨저(43)에 장착하지 않고, 직접 배기 차실(29)에 고정하므로, 외측 디퓨저(43)에 따른 하중이 경감된다. 또한, 구조가 간략화되므로, 유지 보수성도 향상된다.
제 1 실시형태의 배기 장치에서는, 칸막이 부재(64)는, 축방향의 일단부를 선단이 고정되어 있지 않은 자유단으로 하고, 타단부는 배기 차실(29)에 고정된 고정단을 구비하고, 축방향으로 환상으로 배치되어 있다. 그 결과, 냉각 공기 유로(63)가 자유단으로부터 고정단을 향하는 유로를 형성하도록 배치되어 있다. 따라서, 도입된 냉각 공기의 전량이 칸막이 부재의 자유단에서 반환되어 고정단을 향하는 냉각 공기(A1)의 흐름이 형성되므로, 외측 디퓨저의 냉각이 촉진되어, 스트럿 커버 유로로의 냉각 공기의 유입이 원활해진다.
제 1 실시형태의 배기 장치에서는, 외측 디퓨저(43)는 축방향의 일단부에 있어서 둘레방향에 환상으로 배치된 디퓨저 서포트(50)(서포트 부재)를 거쳐서 배기 차실(29)에 지지되며, 칸막이 부재(29)는 디퓨저 서포트(50)의 직경방향의 내측에 배치되어 있다. 따라서, 외측 디퓨저(43)를 지지하는 디퓨저 서포트(50)의 직경방향 내측에 칸막이 부재(64)를 배치할 수 있으므로, 칸막이 부재(64)를 외측 디퓨저(43)에 접근시켜, 냉각 공기 유로(63)의 유로 단면적을 좁게 형성할 수 있어서, 냉각 공기의 유속이 상승하고, 외측 디퓨저(43)의 냉각이 강화된다.
제 1 실시형태의 배기 장치에서는, 디퓨저 서포트(50)는 둘레방향에 간극을 두고 복수로 분할된 분할편(50a)으로 형성되며, 분할편(50a)은, 축방향에서 보아, 둘레방향에 배치된 스트럿 커버(45)의 사이에 적어도 하나 이상의 간극(S2)이 배치되도록 장착되어 있다. 따라서, 제 2 냉각 공기 도입부(62)로부터 공급된 냉각 공기(A)는 디퓨저 서포트(50)의 분할편(50a)의 사이의 간극(S2)을 통과하는 것에 의해, 둘레방향으로의 냉각 공기(A)의 분산이 촉진된다.
제 1 실시형태의 배기 장치에서는, 디퓨저 서포트(50)의 분할편(50a)은 둘레방향에 인접하여 배치되며, 축방향의 일단이 배기 차실(29)에 고정되며, 타단이 외측 디퓨저(43)의 직경방향 외측의 벽면에 고정되며, 인접하는 분할편(50a)의 사이의 간극이 축방향으로 일정 폭을 형성하도록 배치되어 있다. 따라서, 둘레방향의 분할편(50a) 사이에 균일한 간극(S2)이 형성되므로, 냉각 공기 유로(63)를 흐르는 냉각 공기(A)의 유량이 둘레방향으로 균일화된다.
제 1 실시형태의 배기 장치에서는, 칸막이 부재(64)는 둘레방향으로 복수로 분할되며, 분할된 칸막이 부재편(64b, 64c)의 둘레방향 양단에는 시일부(64e)를 구비하고 있다. 따라서, 칸막이 부재편(64b, 64c)의 양단은 시일 부재로 시일되므로, 냉각 공기 유로(63)에 들어가는 냉각 공기(A1)는 쇼트 패스하는 일 없이 자유단측으로부터 냉각 공기 유로(63)에 유입되며, 둘레방향의 냉각 공기의 흐름이 균일화된다. 또한, 부분적으로 칸막이 부재편(64b, 64c)의 분리가 가능해져, 유지 보수성이 향상된다.
제 1 실시형태의 배기 장치에서는, 스트럿 커버(45)는 타단부를 확경하여 외측으로 굴곡되는 플랜지부(45a)를 구비하고, 플랜지부(45a)가 외측 디퓨저(43)에 형성되는 개구부(43a)의 주위에 연결된다. 또한, 냉각 공기 유로(63)가 스트럿 커버(45)와 외측 디퓨저(43)의 연결부(45b)의 외측에 마련된다. 따라서, 스트럿 커버(45)와 외측 디퓨저(43)의 연결부(45b)에 배기 가스(G)에 의한 열 응력이 집중되지만, 냉각 공기(A1)가 냉각 공기 유로(63)를 통과할 때, 이 연결부(45b)를 냉각하므로, 스트럿 커버(45)와 외측 디퓨저(43)의 연결부(45b)에 작용하는 열 응력을 경감할 수 있다.
제 1 실시형태의 배기 장치에서는, 제 2 냉각 공기 도입구(62)를 칸막이 부재(64)의 직경방향의 외측에 대향하여 마련하고 있다. 따라서, 제 2 냉각 공기 도입구(62)로부터 배기 차실(29)의 내부에 도입된 냉각 공기(A1)는 칸막이 부재(64)에 부딪혀 흐름 방향이 변경되는 것에 의해 둘레방향으로 균일화된다. 또한, 냉각 공기 유로(63)를 통하여 스트럿 커버(45)의 내부에 인도되게 되고, 냉각 공기(A1)에 의해 외측 디퓨저(43)를 둘레방향으로 균일하게 냉각할 수 있다.
제 1 실시형태의 배기 장치에서는, 배기 차실(29)과 칸막이 부재(64)의 사이에 환상을 이루는 공간부(R)를 마련하고, 제 2 냉각 공기 도입구(62)가 공간부(R)에 연통하며, 냉각 공기 유로(63)의 일단부가 공간부(R)에 연통하며, 타단부가 스트럿 커버(45)의 내부에 연통하고 있다. 따라서, 제 2 냉각 공기 도입구(62)로부터 배기 차실(29)의 내부에 도입된 냉각 공기(A)는 공간부(R)를 경유하여 냉각 공기 유로(63)에 인입되기 때문에, 냉각 공기(A)가 공간부(R)에서 둘레방향으로 균일화된다. 그 공기 흐름이 냉각 공기 유로(63)에 인입되게 되고, 냉각 공기(A1)에 의해 외측 디퓨저(43)를 둘레방향으로 균일하게 냉각할 수 있다.
제 1 실시형태의 배기 장치에서는, 제 2 냉각 공기 도입구(62)를 둘레방향으로 소정 간격으로 복수 마련하고 있다. 따라서, 배기 차실(29)의 내부에 대하여 둘레방향으로 균일하게 냉각 공기(A)를 도입할 수 있다.
제 1 실시형태의 가스 터빈에 있어서는, 공기를 압축하는 압축기(11)와, 압축기(11)가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기(12)와, 연소기(12)가 생성한 연소 가스에 의해 회전 이동력을 얻는 터빈(13)과, 터빈(13)으로부터 배출되는 배기를 처리하는 배기 장치를 마련하고 있다. 따라서, 배기 장치에 의해 적은 유량으로 외측 디퓨저(43)를 효율적으로 냉각할 수 있어서, 냉각 공기량의 증가를 억제할 수 있으므로, 배기 가스 유로(F)로 배출되는 냉각 공기량 증가를 억제할 수 있어서, 배기 가스 온도의 저하를 방지하고 터빈 효율을 유지할 수 있다.
[제 2 실시형태]
도 5는 제 2 실시형태의 배기 장치를 도시하는 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태와 마찬가지의 기능을 갖는 부재에는, 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
제 2 실시형태의 배기 장치에 있어서, 도 5에 도시하는 바와 같이, 배기 차실(29)은, 그 내측에 원통형상을 이루는 배기 디퓨저(31)가 배치되어 있다. 이 배기 디퓨저(31)는, 외측 디퓨저(43)와 내측 디퓨저(44)가 스트럿 커버(45)에 의해 연결되어 구성되어 있다. 배기 디퓨저(31)는, 외측 디퓨저(43)의 직경방향의 내측에 내측 디퓨저(44)가 배치되는 것에 의해, 배기 가스 유로(F)가 형성되어 있다. 스트럿 커버(45)는 내부에 스트럿(47)이 배설되어 있다.
외측 디퓨저(43)는, 축방향 전방의 전단부가 터빈 차실(26) 측으로 연장되며, 디퓨저 서포트(서포트 부재)(71)에 의해 배기 차실(29)로부터 지지되어 있다. 외측 디퓨저(43)는, 축방향 후방의 후단부가 배기실(도시하지 않음) 측으로 연장되어 있다. 배기 차실(29)은 디퓨저 서포트(71)를 외측으로부터 덮도록 마련되어 있으며, 배기 차실(29)의 축방향 전단부와 배기실(29)보다 직경방향의 내측에 배치된 외측 디퓨저(43)의 축방향의 전단부와의 사이에, 직경방향에 가스 시일(72)이 마련되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 스트럿 커버(45) 및 내측 디퓨저(44) 및 외측 디퓨저(43)가 용접에 의해 일체화되며, 외측 디퓨저(43)의 전단부(43c)에 있어서, 디퓨저 서포트(71)를 거쳐서 배기 차실(29)로부터 지지되어 있는 점이 제 1 실시형태와는 상이하다.
따라서, 본 실시형태에 있어서는, 외측 디퓨저(43)와 스트럿 커버(45)의 연결부(45b)에 있어서, 하중의 지지점인 전단부(43c)에 가까운 스트럿 커버(45)의 축방향 상류측의 연결부(45b) 근방에는, 큰 휨 하중이 가해져, 높은 열 응력이 발생한다.
배기 차실(29)은, 스트럿(47)(스트럿 커버(45))보다 배기 가스 유로(F)의 상류측의 위치에서, 둘레방향으로 소정 간격을 두고 제 2 냉각 공기 도입구(냉각 공기 도입부)(73)가 복수 마련되어 있다. 이 복수의 제 2 냉각 공기 도입구(73)는 외부의 냉각 공기(A)를 외측 디퓨저(43)의 외측을 통하여 스트럿 커버(45)와 스트럿(47)의 사이의 스트럿 커버 유로(65)에 도입할 수 있다.
외측 디퓨저(43)에 마련되는 냉각 공기 유로(74)는, 환상으로 형성되는 칸막이 부재(75)가 외측 디퓨저(43)의 직경방향의 외측에 배치되는 것에 의해 형성되어 있다. 이 칸막이 부재(75)는 외측 디퓨저(43)보다 대경인 원통형상을 이루며, 축방향에 있어서의 후단부인 고정단(타단부)이 배기 차실(29)에 용접에 의해 고정되며, 축방향에 있어서의 전단부인 자유단(일단부) 측에 간극(S1)이 마련되어 있다. 그 때문에, 냉각 공기 유로(74)는, 이 칸막이 부재(75)에 의해 외측 디퓨저(43)의 외측과 스트럿 커버(45)와 외측 디퓨저(43)의 연결부(45b)의 외측에 마련되어 있다.
또한, 배기 차실(29)은, 직경방향의 내측에 외측 디퓨저(43)가 배치되며, 외측 디퓨저(43)의 직경방향의 외측에 칸막이 부재(75)가 배치되므로, 배기 차실(29)과 칸막이 부재(75)의 사이에 환상을 이루는 공간부(R)가 마련되어 있다. 이 경우, 이 공간부(R)에 배기 차실(29)과 외측 디퓨저(43)를 연결하는 복수의 디퓨저 서포트(71)가 배치되어 있으며, 칸막이 부재(75)는 각 디퓨저 서포트(71)의 직경방향의 내측에 배치되어 있다. 그리고, 제 2 냉각 공기 도입구(73)는 칸막이 부재(75)의 직경방향의 외측에 대향하여 마련되어 있다.
그 때문에, 스트럿 커버 유로(65)에 부압이 작용하면, 제 2 냉각 공기 도입구(73)에 흡인력이 작용한다. 그 때문에, 외부의 공기가 제 2 냉각 공기 도입구(73)로부터 냉각 공기 유로(74)를 통하여 스트럿 커버(45)와 스트럿(47) 사이의 스트럿 커버 유로(65)에 도입된다.
즉, 제 2 냉각 공기 도입구(73)에 흡인력이 작용하면, 외부의 냉각 공기(A)가 제 2 냉각 공기 도입구(73)로부터 공간부(R)에 흡입되고, 각 디퓨저 서포트(71)의 사이를 통과하고 칸막이 부재(75)에 도달한다. 이 냉각 공기(A)는 칸막이 부재(75)에 도달한 후, 이 칸막이 부재(75)에 안내되고 축방향의 전방을 흘러, 간극(S1)을 통하여 냉각 공기 유로(74)로 흐른다. 즉, 냉각 공기(A)는 공간부(R)를 전방으로 흘러 180도 반전하여 반환되도록 축방향의 후방을 흘러 냉각 공기 유로(74)에 도달한다. 그 때문에, 냉각 공기 유로(74)에 흐르는 냉각 공기(A1)에 의해 외측 디퓨저(43)를 냉각할 수 있는 동시에, 열 응력이 큰 외측 디퓨저(43)와 스트럿 커버(45)의 축방향 상류측의 연결부(45b) 근방을 냉각할 수 있다.
또한, 냉각 공기 유로(74)는, 운전시에 있어서, 칸막이 부재(75)와 외측 디퓨저(43)의 사이에 최소 간극을 확보할 수 있도록, 칸막이 부재(75)가 배기 차실(29)에 장착되므로, 냉각 공기(A1)의 냉각 공기 유로(74) 내에 있어서의 유속은 종래보다 빨라진다. 따라서, 외측 디퓨저(74)의 외표면에 있어서의 냉각이 촉진되어, 종래보다 적은 냉각 공기(A)로 외측 디퓨저(43)나 스트럿 커버(45)의 연결부를 효율적으로 냉각할 수 있다. 또한, 냉각 공기 유로(74)를 형성하는 칸막이 부재(74)를 외측 디퓨저(43)에 장착하지 않고, 직접 배기 차실(29)에 고정하므로, 외측 디퓨저(43)에 가해지는 하중이 경감된다. 또한, 구조가 간략화되므로, 유지 보수성도 향상된다.
[제 3 실시형태]
도 6은 제 3 실시형태의 배기 장치를 도시하는 요부 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태와 마찬가지의 기능을 갖는 부재에는, 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
제 3 실시형태의 배기 장치에 있어서, 도 6에 도시하는 바와 같이, 배기 차실(29)은, 스트럿 커버(45)보다 배기 가스 유로(F)의 하류측의 위치에서, 둘레방향으로 소정 간격을 두고 제 2 냉각 공기 도입구(81)가 복수 마련되어 있다. 이 복수의 제 2 냉각 공기 도입구(81)는, 디퓨저 서포트(50)보다 직경방향의 내측에서, 또한 칸막이 부재(64)보다 직경방향의 외측에 있어서의 공간부(R)에 연통하고 있다. 또한, 냉각 공기 유로(63), 칸막이 부재(64)의 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
이와 같이 제 3 실시형태에서는, 배기 차실(29)에 있어서의 스트럿 커버(45)보다 배기 가스 유로(F)의 상류측에 제 2 냉각 공기 도입구(81)를 마련하고 있다. 또한, 배기 차실(29)에 고정된 칸막이 부재(64)는 외측 디퓨저(43)의 직경방향의 외측에 환상을 이루도록 배치되며, 배기 차실(29)과 외측 디퓨저(43)의 외표면과의 사이에 냉각 공기 유로(63)가 형성된다. 냉각 공기 유로(63)는 상류측이 공간부(R)에 연통하며, 하류측은 스트럿 커버 유로(65)에 연통하고 있다.
따라서, 외부의 냉각 공기(A)를 디퓨저 서포트(50)에 방해받는 일 없이 공간부(R)에 도입할 수 있어서, 종래보다 적은 유량의 냉각 공기(A)에 의해 외측 디퓨저(43)를 효율적으로 냉각할 수 있다.
[제 4 실시형태]
도 7은 제 4 실시형태의 배기 장치를 도시하는 요부 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태와 마찬가지의 기능을 갖는 부재에는, 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
제 4 실시형태의 배기 장치에 있어서, 도 7에 도시하는 바와 같이, 배기 차실(29)은, 그 내측에 원통형상을 이루는 배기 디퓨저(31)가 배치되어 있다. 이 배기 디퓨저(31)는, 외측 디퓨저(43)와 내측 디퓨저(44)가 스트럿 커버(45)에 의해 연결되며 구성되어 있다. 외측 디퓨저(43)는, 후단부가 배기 차실(29)의 지지 부재(91)에 연결되어 있다.
배기 차실(29)은, 지지 부재(91)에 스트럿 커버(45)보다 배기 가스 유로(F)의 하류측의 위치에서, 둘레방향으로 소정 간격을 두고 제 2 냉각 공기 도입구(냉각 공기 도입부)(92)가 복수 마련되어 있다. 또한, 배기 차실(29)과 지지 부재(91)를 일체로 형성하고, 배기 차실(29)에 제 2 냉각 공기 도입구(92)를 형성하여도 좋다. 이 복수의 제 2 냉각 공기 도입구(92)는, 외부의 냉각 공기(A)를 외측 디퓨저(43)의 외측을 통하여 스트럿 커버(45)와 스트럿(47)의 사이의 스트럿 커버 유로(65)에 도입할 수 있다. 또한, 배기 차실(29)에 고정되며, 외측 디퓨저(43)의 직경방향의 외측에 환상을 이루도록 배치된 칸막이 부재(64)와 외측 디퓨저(43)의 사이에 냉각 공기 유로(93)가 마련되어 있다. 따라서, 제 2 냉각 공기 도입구(92)로부터 도입된 냉각 공기(A)는 일단 배기 차실(29)과 칸막이 부재(64)로 둘러싸인 공간부(R)에 유입하고, 냉각 공기 유로(93)를 흘러, 스트럿 커버 유로(65)에 도입된다.
그 때문에, 냉각 공기 유로(93)의 상류측의 구조가 간단하게 되어, 냉각 공기 유로(93)에 도달하는 경로의 압력 손실이 저감되고, 추가로 냉각 공기 유로(93)를 흐르는 냉각 공기(A)에 의해 외측 디퓨저(43)를 냉각할 수 있는 동시에, 외측 디퓨저(43)와 스트럿 커버(45)의 연결부를 냉각할 수 있다.
11: 압축기
12: 연소기
13: 터빈
29: 배기 차실
29a, 43a, 64a: 수평 플랜지부
30: 배기실
31: 배기 디퓨저
32: 로터(회전 축)
43: 외측 디퓨저
43b: 수평 플랜지부
43c: 전단부
43d: 후단부
44: 내측 디퓨저
45: 스트럿 커버
45a: 플랜지부
45b: 연결부
47: 스트럿
50, 71: 디퓨저 서포트(서포트 부재)
50a: 서포트 분할편
61: 제 1 냉각 공기 도입구
62, 73, 81, 92: 제 2 냉각 공기 도입구(냉각 공기 도입부)
63, 74, 93: 냉각 공기 유로
64, 75, 94: 칸막이 부재
64b, 64c: 칸막이 부재편
64e: 시일부
65: 스트럿 커버 유로
G: 배기 가스(연소 가스)
F: 배기 가스 유로
R: 공간부
S1, S2: 간극

Claims (11)

  1. 환상으로 형성되는 차실과,
    환상으로 형성되며 상기 차실의 직경방향의 내측에 지지되는 외측 디퓨저와,
    환상으로 형성되며 상기 외측 디퓨저의 직경방향의 내측에 배치되는 것에 의해 상기 외측 디퓨저와의 사이에 배기 가스 유로를 형성하는 내측 디퓨저와,
    통형상으로 형성되며, 길이방향의 일단부가 상기 외측 디퓨저에 연결되며 타단부가 상기 내측 디퓨저에 연결되는 스트럿 커버와,
    상기 차실에 있어서의 상기 스트럿 커버보다 상기 배기 가스 유로의 상류측 또는 하류측에 마련되는 냉각 공기 도입부와,
    상기 외측 디퓨저의 직경방향의 외측을 덮도록 환상으로 형성되며 상기 차실에 지지되는 칸막이 부재와,
    상기 외측 디퓨저와 상기 칸막이 부재의 사이에 마련되며 상기 냉각 공기 도입부로부터 도입된 냉각 공기를 상기 스트럿 커버 내측의 스트럿 커버 유로로 인도되도록 형성되는 냉각 공기 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는
    배기 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 칸막이 부재는, 축방향의 일단부를 선단이 고정되지 않는 자유단으로 하고, 타단부는 상기 차실에 고정된 고정단을 구비하고, 축방향으로 환상으로 배치되며, 상기 냉각 공기 유로가 상기 자유단으로부터 상기 고정단을 향하는 유로를 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는
    배기 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 외측 디퓨저는 축방향의 일단부에 있어서 둘레방향에 환상으로 배치된 서포트 부재를 거쳐서 상기 차실에 지지되며, 상기 칸막이 부재는 상기 서포트 부재에 대하여 직경방향의 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는
    배기 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 서포트 부재는 둘레방향에 일정한 간극을 두고 복수로 분할된 분할편으로 형성되며, 상기 분할편은, 축방향에서 보아, 둘레방향에 배치된 상기 스트럿 커버 사이에 적어도 하나 이상의 상기 간극이 배치되도록 장착되는 것을 특징으로 하는
    배기 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분할편은 둘레방향으로 인접하여 배치되며, 축방향의 일단이 상기 차실에 고정되며, 타단이 상기 외측 디퓨저의 직경방향 외측의 벽면에 고정된 상기 분할편은, 인접하는 상기 분할편의 사이의 간극이 축방향으로 일정 폭을 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는
    배기 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칸막이 부재는 둘레방향으로 복수로 분할되며, 분할된 칸막이 부재편의 둘레방향 양단에는 시일부를 구비한 것을 특징으로 하는
    배기 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 공기 유로는 상기 스트럿 커버와 상기 외측 디퓨저의 연결부의 외측에 마련되는 것을 특징으로 하는
    배기 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각 공기 도입부는 상기 칸막이 부재의 직경방향의 외측에 대향하여 마련되는 것을 특징으로 하는
    배기 장치.
  9. 제 1 항, 제 4 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차실과 상기 칸막이 부재의 사이에 환상을 이루는 공간부가 마련되며, 상기 냉각 공기 도입부는 상기 공간부에 연통하며, 상기 냉각 공기 유로는, 일단부가 상기 공간부에 연통하며, 타단부가 상기 스트럿 커버의 내부에 연통하는 것을 특징으로 하는
    배기 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 공기 도입부는 둘레방향에 소정 간격으로 복수 마련되는 것을 특징으로 하는
    배기 장치.
  11. 공기를 압축하는 압축기와,
    상기 압축기가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기와,
    상기 연소기가 생성한 연소 가스에 의해 회전 이동력을 얻는 터빈과,
    상기 터빈으로부터 배출되는 배기를 처리하는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 배기 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈.
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