KR20170127378A

KR20170127378A - 디퓨저 후방 플레이트 조립체를 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20170127378A
Application number: KR1020170058598A
Authority: KR
Inventors: 디페쉬 디네쉬 난다; 로베르트 야미올코브스키; 로베르트 야체크 즈레다; 에릭 이브 브라쿠마트; 다니엘 토마시 오자가
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2017-11-21
Also published as: JP6956511B2; CN107366559B; JP2017203452A; DE102017108368A1; KR102458579B1; CN107366559A

Abstract

개시하는 방법은, 가스 터빈(18)의 디퓨저 섹션(38)의 내부 배럴(48)의 둘레방향 홈(40) 내에 후방 플레이트 조립체(65)의 반경방향 내부면(75)을 축방향(76)으로 삽입하는 것을 포함하며, 후방 플레이트 조립체(65)는 둘레방향 홈(40)에 대해 제1 둘레방향 배향(87)으로 삽입되며, 둘레방향 홈(40)은 내부 배럴(48)의 반경방향 외부면에 배치된다. 그 방법은, 후방 플레이트 조립체(65)를 둘레방향 홈(40) 내에서 제1 둘레방향 배향(87)에서 제2 둘레방향 배향(89)으로 둘레방향으로 회전시키는 것을 포함하며, 내부 배럴(48)은 후방 플레이트 조립체(65)가 제2 둘레방향 배향(89)으로 배치되는 경우에 후방 플레이트 조립체(65)를 축방향으로 유지하도록 구성된다.

Description

디퓨저 후방 플레이트 조립체를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DIFFUSER AFT PLATE ASSEMBLY}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은, 2015년 11월 24일자로 출원된 "SYSTEM AND METHOD FOR TURBINE DIFFUSER"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 14/951,090호; 2015년 11월 24일자로 출원된 "SYSTEM OF SUPPORTING TURBINE DIFFUSER"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 14/951,151호; 2015년 11월 24일자로 출원된 "SYSTEM OF SUPPORTING TURBINE DIFFUSER OUTLET"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 14/951,164호; 및 2015년 11월 24일자로 출원된 "SYSTEM OF SUPPORTING TURBINE DIFFUSER"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 14/951,173호의 일부 계속 출원이며, 이들은 그 전체를 참조로 본 명세서에서 원용한다.

본 명세서에서 개시하는 주제는 개선된 디퓨저 섹션 등의 가스 터빈 엔진에 관한 것이다.

가스 터빈 시스템은 일반적으로 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 공기 흡입부로부터의 공기를 압축하고, 이어서 그 압축된 공기를 연소기로 보낸다. 연소기는 압축 공기와 연료의 혼합물을 연소시켜, 발전기를 구동하는 등의 일을 생성하도록 터빈으로 보내지는 고온 연소 가스를 생성한다.

터빈의 전통적 디퓨저 섹션은 디퓨저 섹션의 구성 및 배기가스와 관련된 높은 온도로 인해 높은 응력을 받게 된다. 따라서, 전통적 디퓨저 섹션은 높은 응력을 겪게 되고, 이에 의해 디퓨저 섹션의 마모를 증가시킨다.

하나의 실시예에서, 방법은 가스 터빈의 디퓨저 섹션의 내부 배럴의 둘레방향 홈 내에 후방 플레이트 조립체(aft plate assembly)의 반경방향 내부면을 축방향으로 삽입하는 것을 포함하며, 그 후방 플레이트 조립체는 둘레방향 홈에 대해 제1 둘레방향 배향으로 삽입되며, 그 둘레방향 홈은 내부 배럴의 반경방향 외부면에 배치된다. 그 방법은, 후방 플레이트 조립체를 둘레방향 홈 내에서 제1 둘레방향 배향에서 제2 둘레방향 배향으로 둘레방향으로 회전시키는 것을 포함하며, 내부 배럴은 후방 플레이트 조립체가 제2 둘레방향 배향으로 배치되는 경우에 후방 플레이트 조립체를 축방향으로 유지하도록 구성된다.

하나의 실시예에서, 시스템은 터빈 섹션으로부터 배기가스를 받아들이도록 구성된 디퓨저 섹션을 포함하며, 그 디퓨저 섹션은 반경방향 내부면을 포함한 후방 플레이트 조립체를 포함하며, 반경방향 내부면은 제1 노치 및 제1 릿지(ridge)를 포함한다. 디퓨저 섹션은 반경방향 외부면에 배치된 둘레방향 홈을 포함한 내부 배럴을 포함하며, 그 둘레방향 홈은 상류측 립(upstream lip), 및 제2 노치와 제2 릿지를 포함한 하류측 립을 포함한다. 제1 릿지는 후방 플레이트 조립체가 내부 배럴에 대해 제1 둘레방향 배향 및 제2 둘레방향 배향으로 배치되는 경우에 둘레방향 홈 내에 배치되도록 구성되며, 제1 릿지는 제1 둘레방향 배향에서 제2 노치와 축방향으로 정렬되며, 제1 릿지는 제2 둘레방향 배향에서 제2 노치로부터 둘레방향으로 오프셋된다.

하나의 실시예에서, 시스템은 터빈 섹션으로부터 배기가스를 받아들이도록 구성된 디퓨저 섹션을 포함하며, 그 디퓨저 섹션은 전방 플레이트, 및 반경방향 내부면을 포함한 후방 플레이트 조립체를 포함하며, 반경방향 내부면은 제1 복수의 노치 및 제1 복수의 릿지를 포함한다. 디퓨저 섹션은 반경방향 외부면에 배치된 둘레방향 홈을 포함한 내부 배럴을 포함하며, 그 둘레방향 홈은 상류측 립, 및 제2 복수의 노치와 제2 복수의 릿지를 포함한 하류측 립을 포함한다. 디퓨저 섹션은 후방 플레이트 조립체가 내부 배럴에 대해 제2 둘레방향 구성으로 배치되는 경우에 전방 플레이트와 후방 플레이트 조립체 사이에 결합되는 복수의 폴(pole)을 포함하며, 제1 복수의 릿지는 후방 플레이트 조립체가 내부 배럴에 대해 제1 둘레방향 배향 및 제2 둘레방향 배향으로 배치되는 경우에 둘레방향 홈 내에 배치되도록 구성되며, 제1 복수의 릿지는 제1 둘레방향 배향에서 제2 복수의 노치와 축방향으로 정렬되며, 제1 복수의 릿지는 제2 둘레방향 배향에서 제2 복수의 노치로부터 둘레방향으로 오프셋된다.

본 발명의 상기한 특징, 양태 및 이점은 물론 기타 특징, 양태 및 이점은 첨부 도면을 참고하여 후술하는 상세한 설명을 읽을 때 더욱 양호하게 이해할 수 있으며, 그 도면에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 부분을 나타낸다.
도 1은 수정된 디퓨저 섹션을 포함하는 터빈을 갖는 터빈 시스템의 실시예의 블록도이며,
도 2는 배기 플레넘 내에 배치되는 터빈의 디퓨저 섹션의 상세도이며,
도 3은 디퓨저의 수정된 상측 부분을 도시하며,
도 4는 도 2의 라인 4-4를 따라 브래킷을 통해 취한 디퓨저의 단면도를 도시하며,
도 5는 도 4의 라인 5-5를 따른 랩 조인트(lap joint) 및 분산 브래킷(discrete bracket)의 사시도를 도시하며,
도 6은 도 4의 라인 5-5를 따른 랩 조인트 및 분산 브래킷의 사시도를 도시하며,
도 7은 도 2 및 도 3의 디퓨저의 내부 배럴 내의 둘레방향 홈의 축방향 단면도를 도시하며,
도 8은 도 7의 디퓨저의 라인 8-8을 따라 취한 후방 플레이트 조립체의 실시예의 축방향에서 본 도면을 도시하며,
도 9는 후방 플레이트 조립체의 부분 단면도를 도시하며,
도 10은 도 7의 디퓨저의 라인 8-8을 따라 취한 내부 배럴의 후방 플레이트의 실시예의 축방향에서 본 도면을 도시하며,
도 11은 도 7의 디퓨저의 라인 8-8을 따라 취한 내부 배럴의 후방 플레이트 조립체의 실시예의 축방향에서 본 도면을 도시하며,
도 12는 본 개시의 실시예에 따른 후방 플레이트 세그먼트를 형성하는 방법을 도시하며,
도 13은 외부 배럴의 실시예의 측면도를 도시하며,
도 14는 내부 배럴의 측면도를 도시하며,
도 15는 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이 내부 배럴 및 외부 배럴을 원하는 연속 곡률로 기계 가공하는 데에 이용되는 예시적인 장비를 도시하며,
도 16은 스피닝 프로세스(spinning process)에 의해 내부 배럴 및 외부 배럴을 형성하는 방법을 도시한다.

디퓨저 섹션에서의 기계적 개선의 이용을 통해 전통적 디퓨저 섹션을 개선하는 시스템 및 방법을 아래에서 상세하게 설명한다. 디퓨저 섹션에 대한 기계적 개선은 전통적 디퓨저 디자인과 관련된 응력을 감소시킴으로써 디퓨저의 기계적 무결성(mechanical integrity)의 개선에 기여하다. 디퓨저 섹션에 대한 기계적 개선은 내부 배럴에 후방 플레이트의 축방향 설치를 용이하게 하도록 노치 및 릿지를 갖는 후방 플레이트 조립체를 포함한다. 후방 플레이트는 디퓨저 섹션의 내부 배럴의 둘레방향 홈의 노치를 통해 축방향으로 삽입한 후, 그 후방 플레이트의 릿지가 후방 플레이트 조립체를 축방향으로 유지하도록 둘레방향 홈 내에서 둘레방향으로 회전될 수 있다. 다른 기계적 개선은, 디퓨저 섹션의 원하는 곡률을 제작하는 것, 디퓨저의 전방 플레이트와 후방 플레이트 사이의 복수의 폴, 후방 플레이트를 수용하도록 내부 배럴에 배치된 둘레방향 홈, 외부 배럴의 둘레방향 랩 조인트, 내부 배럴 및/또는 외부 배럴을 따라 배치되어 디퓨저를 터빈 출구에 결합하도록 구성된 복수의 분산 브래킷(discrete bracket), 또는 이들의 임의의 조합을 제공하는 것을 포함한다. 디퓨저 섹션의 곡률은 스피닝 프로세스 등의 기계 가공에 의해 실시된다. 스피닝 프로세스는 내부 배럴 및 외부 배럴을 위한 적절한 재료(예를 들면, 스테인리스강, 금속)를 몰드 상에 배치함으로써 원하는 형상(예를 들면, 만곡 형상)으로 성형하는 것을 수반한다. 이어서, 그 재료는 롤러를 이용하여 그 재료를 몰드 내로 가압하여 점진적으로 원하는 몰드 형상을 형성함으로써 원하는 형상으로 성형된다. 스피닝 프로세스를 통해 직면하게 되는 임의의 잔류 응력을 감소시키기 위해, 내부 및 외부 배럴은 다양한 축방향 세그먼트(예를 들면 제1 복수의 축방향 세그먼트, 제2 복수의 축방향 세그먼트)로 형성될 수 있다. 내부 배럴 및 외부 배럴을 생성하는 데에 축방향 세그먼트의 이용은, 내부 배럴 및 외부 배럴의 원하는 형상을 생성하는 데에 재료의 변형을 덜 요구할 수 있고, 이에 의해 발생하는 잔류 응력의 크기를 감소시키는 데에 기여한다.

내부 배럴 및 외부 배럴의 축방향 세그먼트(예를 들면, 제1 복수의 축방향 세그먼트 및 제2 복수의 축방향 세그먼트)가 형성되고 나면, 각 해당 배럴의 축방향 세그먼트들이 함께 결합될 수 있다. 그 축방향 세그먼트들은 축방향 세그먼트(예를 들면, 제1 복수의 축방향 세그먼트 및 제2 복수의 축방향 세그먼트)들이 함께 적절히 결합될 수 있도록 여분의 재료를 갖는 것을 보장하도록 절단될 수 있다. 축방향 세그먼트들은 용접, 브레이징, 융접(fusing), 볼팅(bolting), 파스닝(fastening) 또는 그 임의의 조합에 의해 함께 결합될 수 있다.

폴들은 터빈 축선을 중심으로 배치된 내부 배럴과 외부 배럴 사이에 배치된다. 폴들은 후방 플레이트의 하류측 단부를 전방 플레이트의 하류측 단부에 복수의 폴을 통해 결합하는 기능을 하고 터빈 축선을 중심으로 둘레방향으로 서로 이격되어 있다. 몇몇 실시예에서, 폴들은 상이한 폴 직경을 갖는다. 폴 직경은 디퓨저(예를 들면, 외측 후방 플레이트, 내측 후방 플레이트)를 따른 폴 위치의 둘레방향 위치에 부분적으로 기초한다. 예를 들면, 디퓨저(예를 들면, 외측 후방 플레이트, 내측 후방 플레이트)의 정상 부분에 가장 근접한 폴의 직경은 디퓨저의 바닥 부분에 가장 근접한 폴보다 큰 직경을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폴 직경은 배기가스의 흐름에 대한 근접도에 따라 보다 작아진다. 이와 같이, 보다 작은 폴 직경은 보다 작은 직경으로 인해 배기가스 유동 경로의 차단을 감소시킴으로써 유리할 수 있다. 디퓨저 섹션의 정상 부분 내에 배치되는 폴은 설치 동안 등에 있어서 디퓨저 섹션의 하중(예를 들면, 중량)을 지지하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 디퓨저 섹션의 정상 부분 내에 배치되는 폴은 디퓨저 섹션을 들어올리는 데에 이용될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 디퓨저 섹션의 정상 부분 내에 배치된 폴은 디퓨저 섹션을 적절한 위치로 병진 이동시키도록(예를 들면, 설치, 제거, 점검, 수리를 위한 병진 이동) 호이스트, 리프트, 크레인 또는 기타 적절한 리프팅 기계에 결합될 수 있다. 폴은 내부 배럴과 외부 배럴 사이의 진동을 감소시킬 수 있다. 폴의 배치는 폴의 직경에 부분적으로 의존한다. 디퓨저의 정상 부분에 가장 근접한 폴은 배기가스의 속도가 보다 균일해지는 와류 이탈 주파수(vortex shedding frequency)를 우회하도록 보다 큰 직경을 갖는다.

둘레방향 홈은 내부 배럴의 단부에 위치한다. 후방 플레이트는 둘레방향 홈의 뿌리부의 부분들과 인터페이싱하도록 둘레방향 홈 내에 삽입될 수 있다. 둘레방향 홈은 후방 플레이트가 둘레방향 홈 내에서 이동할 수 있게 함으로써 응력을 감소시킬 수 있다. 그 섹션들(예를 들면, 후방 플레이트와 둘레방향 홈) 간의 약간의 이동을 가능하게 함으로써, 그 영역에서 후프 응력(hoop stress)을 감소시킬 수 있다. 둘레방향 홈을 제공함에 따른 응력 감소는 둘레방향 홈이 없는 디퓨저에 대해 1/2만큼 후프 응력을 감소시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서, 후방 플레이트는 후방 플레이트 조립체로서 형성될 수 있다. 예를 들면, 후방 플레이트 조립체는 환형의 후방 플레이트 조립체를 형성하도록 배치된 복수의 후방 플레이트 세그먼트를 포함할 수 있다. 후방 플레이트 조립체는 복수의 노치 및 릿지를 포함할 수 있다. 후방 플레이트 세그먼트는 개구(예를 들면, 릿지)를 통한 배기 플레넘 내로의 배기가스의 얼마간의 누설을 가능하게 할 수 있다. 이 누설은 고온의 배기가스의 제어된 누설이 개구를 통과할 수 있게 함으로써 그 영역에서의 열응력의 크기를 감소시킬 수 있다. 후방 플레이트 조립체는 둘레방향 홈에 대해 제1 둘레방향 배향으로 축방향으로 삽입될 수 있다. 후방 플레이트 조립체는 둘레방향 홈 내에서 제1 둘레방향 배향에서 제2 둘레방향 배향으로 둘레방향으로 회전될 수 있다. 내부 배럴은 후방 플레이트 조립체가 제2 둘레방향 배향으로 배치되는 경우에 후방 플레이트 조립체를 축방향으로 유지하도록 릿지 및 노치를 갖게 구성될 수 있다.

둘레방향 랩 조인트는 터빈 출구의 외벽의 하류측 단부와 디퓨저 섹션의 외부 배럴의 상류측 단부 사이에 배치된다. 둘레방향 랩 조인트는 외벽에 대한 외부 배럴의 축방향 이동을 용이하게 하여, 외부 배럴에서의 응력을 경감시키도록 구성된다. 외부 배럴의 상류측 립(예를 들면, 외측 립)이 외벽의 하류측 립(예를 들면, 립) 내에 반경방향으로 배치되어, 랩 조인트의 축방향 이동을 용이하게 할 수 있다. 둘레방향 랩 조인트의 상류측 립과 하류측 립의 이용에 의한 응력의 감소는 분산 브래킷들을 이용함으로써 더욱 향상될 수 있다. 분산 브래킷들은 외부 배럴 및 프레임 조립체(예를 들면, 배기 프레임)에 결합될 수 있다. 분산 브래킷(예를 들면, 외부 배럴 지지 브래킷)은 축방향으로 외부 배럴을 지지하도록 구성된다. 분산 브래킷(예를 들면, 내부 분산 브래킷)들의 서브세트이 디퓨저의 내부 배럴의 둘레에 둘레방향으로 배치될 수도 있다. 내부 분산 브래킷(예를 들면, 내부 배럴 지지 브래킷)은 디퓨저(예를 들면, 내부 배럴)를 제위치에 유지하고 축방향으로의 이동을 감소시킬 수 있다. 터빈 출구에 대한 디퓨저(예를 들면, 내부 배럴 및 외부 배럴)의 이동은 랩 조인트와 분산 브래킷들이 외부 배럴을 따라 어디에 배치되느냐에 따라 감소 및/또는 억제될 수 있다.

이하, 도면으로 돌아가 도 1을 먼저 살펴보면, 가스 터빈 시스템(10)의 실시예의 블록도가 도시되어 있다. 이 블록도에는 연료 노즐(12), 연료(14) 및 연소기(16)를 포함한다. 도시한 바와 같이, 연료(14)(예를 들면, 액체 연료 및/또는 천연 가스 등의 가스 연료)가 터빈 시스템(10)으로 보내져 연료 노즐(12)을 통해 연소기(16) 내로 보내진다. 연소기(16)는 공기-연료 혼합물(34)을 점화 및 연소시키고, 이어서, 그 고온 압축 배기가스(36)를 터빈(18) 내로 보낸다. 배기가스(36)는 터빈(18)에서의 터빈 로터의 터빈 블레이드를 통과하며, 이에 의해 샤프트(28)를 중심으로 회전하게 터빈(18)을 구동한다. 하나의 실시예에서, 수정된 디퓨저(38)가 터빈(18)에 결합된다. 터빈(18)이 터빈 출구에 결합되며, 여기서 터빈 출구와 디퓨저(38)는 작동 중에 터빈(18)으로부터 배기가스(36)를 받아들이도록 구성된다. 아래에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 터빈 시스템(10)의 실시예는 디퓨저(38)의 제조와 관련한 신뢰성을 (예를 들면, 응력을 감소시킴으로써) 개선시키는 소정 구조 및 구성 요소를 디퓨저(38) 내에 포함한다. 터빈 시스템(10)의 실시예는 디퓨저(38)의 제조 시간을 감소시키도록 소정 구조 및 구성 요소를 포함한다. 연소 프로세스의 배기가스(36)는 디퓨저(38) 및 배기 출구(20)를 통해 터빈 시스템(10)을 빠져나갈 수 있다. 몇몇 실시예에서, 디퓨저(38)는 둘레방향 홈(40), 하나 이상의 랩 조인트(42), 하나 이상의 분산 브래킷(44), 디퓨저(38)의 후방 플레이트(62)와 전방 플레이트(64) 사이에 배치된 하나 이상의 폴(46), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 터빈(18)의 회전하는 블레이드는 샤프트(28)의 회전을 야기하고, 그 샤프트는 터빈 시스템(10)에 걸쳐 다수의 다른 구성 요소(예를 들면, 압축기(22), 부하(26))에 결합된다.

터빈 시스템(10)의 실시예에서, 압축기 베인 또는 블레이드가 압축기(22)의 구성 요소로서 포함된다. 압축기(22) 내에서 블레이드는 압축기 로터에 의해 샤프트(28)에 결합될 수 있고, 샤프트(28)가 터빈(18)에 의해 구동됨에 따라 회전할 것이다. 압축기(22)는 공기 흡입부(24)를 통해 산화제(예를 들면, 공기)(30)를 터빈 시스템(10)으로 흡입할 수 있다. 또한, 샤프트(28)는 샤프트(28)의 회전을 통해 구동되는 부하(26)에 결합될 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 부하(26)는 터빈 시스템(10)의 회전 동력을 통해 파워를 생성할 수 있는 발전 플랜트 또는 외부 기계적 부하 등의 임의의 적절한 장치일 수 있다. 예를 들면, 부하(26)는 발전기 등의 외부 기계적 부하를 포함할 수 있다. 공급 흡입부(24)는 산화제(예를 들면, 공기)(30)를 저온 공기 흡입부(cold air intake) 등의 적절한 기구를 통해 터빈 시스템(10) 내로 빨아들여, 후속하여 연료 노즐(12)을 통해 연료(14)와 공기의 혼합물을 형성할 수 있게 한다. 터빈 시스템(10) 내로 흡입된 산화제(예를 들면, 공기)(30)는 압축기(22) 내로 공급되어, 그 압축기(22) 내의 회전하는 블레이드에 의해 압축 공기(22)로 될 수 있다. 압축 공기(32)는 하나 이상의 연료 노즐(12) 내로 공급될 수 있다. 그러면, 연료 노즐(12)이 압축 공기(32)와 연료(14)를 혼합하여, 연소를 위해 적합한 공기-연료 혼합물(34)을 생성할 수 있다.

도 2는 터빈(18)의 디퓨저 섹션(38)의 상세도를 도시한다. 도시한 바와 같이, 디퓨저 섹션(38)은 환기 베어링 터널(ventilated bearing tunnel)(56)에 의해 분리된 것으로 도시한 상측 부분(52)과 하측 부분(54)을 포함할 수 있다. 환기 베어링 터널(56)은 터빈 출구(20) 및 디퓨저 섹션(38)을 통해 냉각 흐름을 공급할 수 있다. 그 디퓨저(38)는 베어링 터널(56)의 일부분을 둘러싸는 실질적으로 환형의 형상을 갖는다는 점을 이해할 것이다. 디퓨저(38)의 상측 부분(52)은 배기 프레임(58)에 결합되고 배기 플레넘(60) 내에 반경방향으로 배치된다. 배기가스(36)는 디퓨저(38)의 상측 및 하측 부분(52, 54)을 통해 배기 플레넘(60) 내로 빠져 나간다. 디퓨저(38)의 후방 플레이트(62)도 플레넘(60) 내에 배치된다. 내부 배럴(48)은 부분적으로 내부 배럴(48)에 적용된 단열로 인해 특히 터빈 출구(20)로부터 멀리 떨어진 내부 배럴(48)의 부분을 따라 외부 배럴(50)보다 온도가 낮을 수 있다. 이와 같이, 후방 플레이트(62)가 내부 배럴(48)보다 열을 보다 신속하게 흡수 할 수 있어, 디퓨저(38)에 걸쳐서의 열구배에 기여할 수 있다. 이러한 열구배는 디퓨저(38)에 응력을 야기할 수 있고, 이에 의해 디퓨저(38)의 기계적 무결성에 영향을 줄 수 있다.

디퓨저(38)의 기계적 무결성은 또한 디퓨저(38) 내에 배치된 에어 포일(82)로부터의 감쇠 길이(attenuation length) 및 배기 프레임(58)의 수직 조인트(74)와 관련된 응력에도 영향을 받을 수 있다. 고온의 배기가스(36)의 유동 경로는 디퓨저(38)의 피로를 야기할 수 있는 진동력 및 온도 영향으로 인해 디퓨저(38)의 기계적 무결성을 더욱 감소시킬 수 있다. 따라서, 도 3에 대한 논의에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 디퓨저 섹션(38)의 수정은 디퓨저(38)에 대한 그러한 영향을 감소시킬 수 있다. 그러한 수정은, 디퓨저 섹션(338)의 원하는 곡률을 제작하는 것, 디퓨저(38)의 전방 플레이트(64)와 후방 플레이트(62) 사이의 복수의 폴(46), 후방 플레이트(62)를 수용하도록 내부 배럴(48)에 배치된 둘레방향 홈(40), 하나 이상의 둘레방향 랩 조인트(42), 디퓨저(38)의 내부 배럴(48) 및 외부 배럴(50)을 따라 배치되어 디퓨저(38)를 배기 프레임에 결합하도록 구성된 복수의 분산 브래킷(44), 또는 이들의 임의의 조합을 제공하는 것을 포함한다. 둘레방향 랩 조인트(42) 및 분산 브래킷(44)들은 둘레방향 랩 조인트(42)와 분산 브래킷(44)들이 어떻게 배치되느냐에 따라 소정 방향으로(예를 들면, 둘레방향(66), 축방향(76), 수직방향(78), 및 측방향(80))의 이동을 감소시키거나, (예를 들면, 둘레방향(66), 축방향(76), 수직방향(78), 측방향(80) 및 반경방향(84))의 이동을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.

도 3은 본 개시에 따른 디퓨저(38)의 수정된 상측 부분(52)을 도시한다. 디퓨저 섹션(38)은 디퓨저(38)가 터빈 출구(20)에 가장 근접한 단부에서 내부 배럴(48) 및 외부 배럴(50)을 따라 만곡되기 시작하도록 제조될 수 있다. 디퓨저(38)의 곡률(88)은 다른 디퓨저 형상(예를 들면, 보다 선형적 형상의 디퓨저)에 비해 구조적 이점을 제공할 수 있다. 예를 들면, 디퓨저(38)의 연속적인 곡률(88)은, 원하는 곡률을 선형 플레이트에 근사하게 하는 것에 비해 디퓨저(38)의 공기역학적 특성을 개선시킴으로써 구조적으로 생성되는 응력을 감소시킬 수 있다. 아래에서 상세하게 논의하는 바와 같이, 디퓨저(38)의 곡률은 스피닝 프로세스 등의 적절한 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 디퓨저(38)의 내부 배럴(48) 및 외부 배럴(50)은 하나보다 많은 원뿔(cone)형 부재로 형성된다. 그 원뿔은 도 11에 대해 설명하는 바와 같이 적절한 재료로 형성된 환형 시트일 수 있다. 예를 들면, 내부 배럴(48)은 2개, 3개 또는 그 이상의 원뿔형 부재를 포함할 수 있다. 외부 배럴(48)은 2개, 3개, 4개, 5개 또는 그 이상의 원뿔형 부재를 포함할 수 있다. 그러면, 그 원뿔형 부재들은 원뿔형 부재의 원하는 곡선이 형성되도록 스피닝 프로세스를 거칠 수 있다. 이어서, 각각의 원뿔형 부재들은 일체적으로 서로 결합되어(예를 들면, 용접에 의해), 도 11에 대해 더 설명하는 바와 같이 일체형의 디퓨저 섹션(38)을 형성한다. 내부 배럴(48)과 외부 배럴(50) 모두의 원뿔형 부재들이 스피닝 프로세스에 의해 형성된다. 내부 배럴(48)과 외부 배럴(50)은 폴(46)을 통해 서로 결합될 수 있는 별개의 부재일 수 있다.

터빈에 대한 다른 수정은 디퓨저(38)의 만곡 부분의 하류측(104)에 배치된다. 예를 들면, 복수의 폴(46)이 디퓨저(38)의 전방 플레이트(64)와 후방 플레이트(62) 사이에서 둘레방향(66)으로 배치될 수 있다. 폴(46)은 복수의 거싯(gusset)(68)에 의해 전방 플레이트(64) 및 후방 플레이트(62)에 결합되어, 폴(46)을 전방 플레이트(64) 및 후방 플레이트(62)에 고정시킬 수 있다. 폴(46)들은 디퓨저(38)의 전방 플레이트(64)와 후방 플레이트(62) 사이에서 둘레방향(66)으로 배치될 수 있다. 폴(46)은 전방 플레이트(64)와 후방 플레이트(62) 간의 진동 거동을 감소시키는 기능을 할 수 있다. 폴(46)은 전방 플레이트(64)와 후방 플레이트(62)를 보강하여 가스 터빈(18)의 작동 중에 공진을 감소시킴으로써 바람직하지 못한 진동의 경향을 감소시킬 수 있다. 폴(46)은 배기가스(36)의 흐름을 허용하도록 상이한 직경(70)을 가질 수 있다. 예를 들면, 디퓨저 출구의 바닥측 내부에 가장 근접한 디퓨저 출구의 영역은 배기가스(36)의 차단을 최소화하도록 보다 작은 직경(70)을 갖는 폴(46)이 장착된다.

또한, 디퓨저(38)의 만곡 부분의 하류측(104)에는 둘레방향 홈(40)이 있다. 이 둘레방향 홈(40)은 내부 배럴(48) 내에 배치된다. 몇몇 실시예에서, 둘레방향 홈(40)은 후방 플레이트(62)를 수용하도록 내부 배럴(48) 상에 배치될 수도 있다. 둘레방향 홈(40)은 그 영역에서 온도 변화로 인해 전개될 수 있는 응력(예를 들면, 후프 응력)을 감소시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 후방 플레이트(62)는 전방 플레이트(64)와 대략 동일한 작동 온도에 후방 플레이트(62)가 노출되도록 배기 플레넘(60) 내에 배치된다. 내부 배럴(48)의 허브는, 내부 배럴(48)의 일부분이 후방 플레이트(62)보다 낮은 작동 온도에 노출되어, 내부 배럴(48)과 후방 플레이트(62)에 걸쳐 큰 열구배를 생성하도록 단열될 수 있다. 이와 같이, 생성되는 열구배는 내부 배럴(48)의 열 팽창을 통해 그 영역에 응력을 생성할 수 있다. 둘레방향 홈(40)은 후방 플레이트(62)의 원뿔형 플레이트(72)가 둘레방향 홈(40) 내에서 이동할 수 있게 함으로써 응력을 감소시킬 수 있다. 그 섹션들(예를 들면, 원뿔형 플레이트(72)와 둘레방향 홈(40)) 간의 반경방향(84)으로의 약간의 이동을 가능하게 함으로써, 그 영역에서의 후프 응력을 감소시킬 수 있다. 아래에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 둘레방향 홈(40)을 제공함에 따른 응력 감소는 둘레방향 홈(40)이 없는 전통적인 디퓨저가 겪는 응력의 1/2만큼 후프 응력을 감소시킬 수 있다.

랩 조인트(42) 및 분산 브래킷(44)들의 배치는 부분적으로는 감쇠 길이(100)에 의해 정해질 수 있다. 감쇠 길이(100)는 부분적으로는 터빈 출구(20) 내에 배치된 복수의 에어 포일(82)에 의해 정해진다. 에어 포일(82)은 터빈 출구(20)의 하류측(104) 단부에 근접하여 터빈 출구(20)의 외벽(106)과 터빈 출구(20)의 내벽(112) 사이에 배치된다. 에어포일(82)로부터 수직 조인트(74)까지의 보다 짧은 감쇠 길이(100)는 감쇠 길이(100)가 더 길 수 있는 다른 구성에 비해 수직 조인트(74)에서의 응력을 증가시킬 수 있다. 감쇠 길이(100)는 둘레방향 랩 조인트(42)가 배치되는 위치를 정하는 데에 도움을 줄 수 있다. 예를 들면, 랩 조인트(42)는 에어포일(82)의 하류측으로 감쇠 길이(100)와 대략 동일한 거리에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 감쇠 길이(100)는 대략 12인치 미만이다. 분산 브래킷(44)들은 축방향(76), 수직방향(78) 및 측방향(80)으로의 이동이 분산 브래킷(44)들이 디퓨저(38) 상에서 어디에 배치되느냐에 따라 제한되도록 디퓨저(38)의 이동을 감소시킬 수 있다. 아래에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 내부 배럴(48) 및 외부 배럴(50)을 따라 배치된 분산 브래킷(44)들은 디퓨저(38)의 후방 플레이트(62) 및 전방 플레이트(64)를 제위치에 유지하도록 서로 상이하게 배향될 수 있다.

이하, 내부 배럴(48)을 살펴보면, 디퓨저(38)의 내부 배럴(48)의 상류측 단부(102)는 내부 둘레방향 조인트(114)에 의해 터빈 출구(20)의 내벽(112)의 하류측 단부(104)에 결합될 수 있다. 내부 둘레방향 조인트(114)는 복수의 분산 브래킷(예를 들면, 브래킷(47))을 포함할 수 있다. 이들 복수의 브래킷은 터빈 출구(20)의 내벽(112)의 하류측 단부(104)를 내부 배럴(48)의 상류측 단부(102)에 결합하도록 구성된다. 내부 분산 브래킷(47)들은 축방향(76)으로 내부 배럴(48)을 지지하도록 구성된다.

내부 배럴(48)에는, 2차 가요성 시일(101)(예를 들면, 제2 둘레방향 시일)이 2차 가요성 시일 홈(102) 내의 개구에 배치될 수 있다. 2차 가요성 시일(101)은 고온의 배기가스(36)가 환기 베어링 터널(56) 내로 들어가는 것을 차단할 수 있다. 2차 가요성 시일(101)은 제1 단부(103)에서 볼트 체결될 수 있는 360도 구조체를 형성하도록 둘레방향으로 분단된 하나 이상의 플레이트 세그먼트를 포함할 수 있다. 외부 배럴(50)의 가요성 시일(92)과 마찬가지로, 2차 가요성 시일(101)은 제1 단부(103)의 반대측에서는 결합되지 않아, 그 2차 가요성 시일(101)이 2차 가요성 시일 홈(102) 내에서 자유로이 이동할 수 있도록 될 수 있다.

도 4는 도 2의 라인 4-4를 따라 브래킷(44)을 통해 취한 디퓨저(38)의 단면도를 도시한다. 디퓨저(38)의 곡률은 랩 조인트(42)와 분산 브래킷(44)들이 배치되는 디퓨저(38)의 부분 다음(예를 들면, 그 하류측)에서 시작될 수 있다. 전술한 바와 같이, 랩 조인트(42)와 분산 브래킷(44)들은 디퓨저(38)의 외부 배럴(50)의 둘레에 둘레방향으로 배치될 수 있다. 분산 브래킷(44)들은 외부 배럴(50) 및 프레임 조립체(예를 들면, 배기 프레임(58))에 결합될 수 있다. 분산 브래킷(44)(예를 들면, 외부 분산 브래킷(45))들은 축방향(76) 및 둘레방향(66)으로 외부 배럴(50)을 지지하도록 구성된다.

분산 브래킷(44)의 또 다른 세트가 디퓨저(38)의 내부 배럴(48) 내에 둘레방향으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 분산 브래킷(44)들의 서브세트는 복수의 지지 브래킷(예를 들면, 내부 분산 브래킷(47))들을 포함할 수 있다. 내부 분산 브래킷(47)들은 터빈 출구(20)에 대한 내부 배럴(48)의 수직방향(78) 및/또는 측방향(80) 지지를 제공할 수 있다. 외부 분산 브래킷(45)들과 내부 분산 브래킷(47)들 모두 외부 배럴(50) 둘레에 회전 대칭적 배치로 배치될 수 있다.

내부 배럴(48)은 환기 베어링 터널(56)을 통해 흐르는 냉각 흐름에 노출된다. 이와 같이, 내부 배럴(48) 내에 배치된 내부 분산 브래킷(47)들은 낮은 온도(예를 들면, 외부 배럴(50)의 높은 온도에 비해)에서 항복 강도를 유지하는 재료로 이루어질 수 있다. 분산 브래킷(44)(예를 들면, 내부 분산 브래킷(47))들은 디퓨저(예를 들면, 내부 배럴(48))를 제위치에 유지하고 축방향(76) 및/또는 측방향(80)으로의 이동을 감소시킬 수 있다. 내부 배럴(48)은 디퓨저 섹션(38)(예를 들면, 디퓨저의 후방 플레이트(62) 및 디퓨저의 전방 플레이트(64))을 터빈 출구(20)에 고정시키도록 일단부(49)에 볼트 체결 조인트를 포함할 수 있다. 분산 브래킷(44)들 및 지지용 중계 블록(relaying block)(도 6 참조)들의 쌍은 반경방향(84)으로의 열적 성장을 가능하게 한다.

분산 브래킷(44)들은 외부 배럴(50) 및 내부 배럴(48)에 다양한 위치에서 결합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 분산 브래킷(44)들은 12시 방향 위치(118), 3시 방향 위치(120), 6시 방향 위치(122), 9시 방향 위치(124) 또는 이들의 임의의 조합으로 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 분산 브래킷(44)들은 다른 위치(예를 들면, 4시 방향, 7시 방향)에 배치되어, 분산 브래킷(44)들의 배치가 분리되도록(예를 들면, 연속적이지 않도록) 될 수 있다. 게다가, 분산 브래킷(44)들의 위치는 외부 배럴(50) 및 내부 배럴(48)의 원하는 구속에 따라 배치될 수도 있다. 다시 말해, 복수의 외부 분산 브래킷(45)과 복수의 내부 분산 브래킷(47)들은 터빈 축선(76)을 중심으로 둘레방향(66)으로 이격되게 배치될 수 있다. 외부 분산 브래킷(45)들은 터빈 출구(20)의 외벽(106)과 디퓨저 섹션(38)의 외부 배럴(50) 간에 둘레방향 랩 조인트(42)를 형성하도록 터빈 출구(20)의 외벽(106)에 대해 외부 배럴(50)을 위치 설정하도록 구성된다. 둘레방향 랩 조인트(42)는 연속적이다. 터빈 출구(20)에 대한 디퓨저(38)(예를 들면, 내부 배럴(48) 및 외부 배럴(50))의 이동은 랩 조인트(42)와 분산 브래킷(44)들이 외부 배럴(50)을 따라 어디에 배치되느냐에 따라 감소 및/또는 억제될 수 있다. 예를 들면, 분산 브래킷(44)이 3시 방향 위치(120) 및/또는 9시 방향 위치(124)에 배치되는 경우, 디퓨저(38)(예를 들면, 내부 배럴(48) 및/또는 외부 배럴(50))는 축방향(76) 및 수직방향(78)으로 구속된다. 분산 브래킷(44)이 12시 방향 위치(118) 및/또는 6시 방향 위치(122)에 배치되는 경우, 디퓨저(38)(예를 들면, 내부 배럴(48) 및/또는 외부 배럴(50))는 축방향(76) 및 측방향(80)으로 구속된다. 분산 브래킷(44)들은 도 6에서 더 설명하는 바와 같이 지지 구성 요소(예를 들면, 핀)에 의해 지지될 수 있다. 지지 구성 요소는 둘레방향(66)으로의 이동을 억제할 수 있다.

도 5는 도 4의 라인 5-5를 따른 랩 조인트(42) 및 분산 브래킷(44)의 사시도를 도시한다. 전술한 바와 같이, 분산 브래킷(44)들은 외부 배럴(50) 및 프레임 조립체(58)(예를 들면, 디퓨저 프레임(116))에 결합될 수 있다. 분산 브래킷(44)들은 축방향(76)으로 외부 배럴(50)을 지지하도록 구성되며, 그 분산 브래킷(44)들의 적어도 일부는 둘레방향(66)으로 외부 배럴을 지지한다.

둘레방향 랩 조인트(42)는 터빈 출구(20)의 외벽(106)의 하류측 단부(104)와 디퓨저 섹션(38)의 외부 배럴(50)의 상류측 단부(102) 사이에 배치된다. 둘레방향 랩 조인트(42)는 터빈 출구(20)의 외벽(106)에 대한 외부 배럴(50)의 축방향(76) 이동을 용이하게 하여, 외부 배럴(50)에서의 응력을 경감시키도록 구성된다. 외부 배럴(50)의 상류측 립(예를 들면, 외측 립(96))이 외벽(106)의 하류측 립(예를 들면, 립(128)) 내에 반경방향(84)으로 배치되어, 랩 조인트(42)의 이동을 용이하게 할 수 있다. 상류측 립과 하류측 립의 이용에 의한 응력의 감소는 분산 브래킷들을 이용함으로써 더욱 향상될 수 있다. 외부 분산 브래킷(45)들은 배기 프레임(58)으로부터 외부 배럴(50)로의 열전달을 제한한다. 따라서, 열팽창 및 수축이 연속적인 브래킷 인터페이스에서보다 보다 적은 수의 부위에 발생할 수 있으며, 열응력이 브래킷(45)에서 일차적으로 제어된다. 예를 들면, 디퓨저 섹션(38)은 디퓨저(38)의 외부 배럴(50)(예를 들면, 외부 분산 브래킷(45))을 따라 배치된 복수의 분산 브래킷(44)을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 가요성 시일(92)이 랩 조인트(42)와 분산 브래킷(44)의 조립체에 이용될 수 있다. 가요성 시일(92)은 외부 배럴(50)의 상류측 립(96)에 근접하여 배치될 수 있다. 가요성 시일(92)은 분산 브래킷(44) 주위에 배치된 단열재(126)와 터빈 출구(20)의 외벽(106)의 가요성 시일 홈(94) 사이에 배치될 수 있다. 가요성 시일(92)은 제1 단부(93)에서 볼팅 또는 파스닝될 수 있는 360도 구조체를 형성하도록 둘레방향으로 분단된 하나 이상의 플레이트 세그먼트를 포함할 수 있다. 가요성 시일(92)은 제1 단부(93)의 반대측에서는 결합되지 않은 상태(예를 들면, 볼트 채결되지 않은 상태)로 유지되어, 가요성 시일(92)이 가요성 시일(92)과 볼트 채결된 단부(예를 들면, 가요성 시일(92)의 제1 단부(93))의 반대측 단부 사이의 클리어런스 공간(95)을 밀봉하도록 가요성 시일 홈(94) 내에서 자유로이 이동할 수 있도록 될 수 있다. 가요성 시일(92)은 (예를 들면, 클리어런스 제어를 위해) 터빈 출구(20)의 외면을 따라 디퓨저(38) 내로 흐르는 냉각 흐름을 막을 수 있다. 터빈 출구(20)의 외벽(106)과 외부 배럴(50)의 외측 립(96) 사이의 슬롯(98)이 랩 조인트(42)의 얼마간의 축방향(76) 이동을 용이하게 할 수 있다. 립(96)은 랩 조인트(42)의 외측 립(128)과 반경방향(84)으로 인터페이싱할 수 있다.

전술한 바와 같이, 터빈(18) 및 디퓨저(38)를 통해 흐르는 고온의 배기가스(36)는 배기 플레넘(60) 내에 수용된다. 가요성 시일(92)은 가요성 시일(92)의 하류측(104)의 고온 배기가스(36)로부터 냉각 흐름(예를 들면, 배기 프레임 내)을 단열시킬 수 있다. 1차 유동 경로(130)가 터빈 출구(20)에서부터 디퓨저(38)의 내부 영역(134)을 거쳐 디퓨저 섹션(38)의 디퓨저 출구까지 연장한다. 내부 영역(134)은 반경방향(84)으로 외벽(106) 및 외부 배럴(50) 내에서 외부 배럴(50)과 내부 배럴(48) 사이에 있다. 디퓨저 출구는 배기 흐름(36)을 배기 플레넘(60)으로 안내하도록 구성된다. 2차 유동 경로(136)가 외벽(106)의 하류측 립(128)과 외부 배럴(50)의 상류측 립(96) 사이의 슬롯(98)을 통해 배기 플레넘(60)에서부터 내부 영역(134)으로 연장할 수 있다. 2차 유동 경로(136)는 둘레방향 랩 조인트(42)를 통과해 연장할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 2차 유동 경로(136)는 내부 영역(134)의 배기 흐름(36)의 비제로 부분(non-zero portion)을 포함할 수 있다.

도 6은 도 4의 라인 5-5를 따른 랩 조인트(42) 및 분산 브래킷(44)의 사시도를 도시한다. 몇몇 실시예에서, 분산 브래킷(44)들은 외부 배럴(50)의 플랜지(116)를 통과해 축방향(76)으로 연장하는 핀(86), 플랜지(116) 및 한 쌍의 중계 블록(90)에 의해 지지될 수 있다. 핀(96)은 분산 브래킷(44)을 지지하도록 플랜지(116) 및 중계 블록(90)을 통과해 배치될 수 있다. 핀(86)은 해당 브래킷(44)에 대한 외부 배럴(50)의 반경방향(84)으로의 이동(예를 들면, 미끄럼 이동을 통해)을 가능하게 하도록 구성된다. 전술한 바와 같이, 복수의 외부 분산 브래킷(45)은 복수의 둘레방향 지지 브래킷(44)(예를 들면, 복수의 분산 브래킷들의 서브세트)을 포함한다. 복수의 외부 분산 브래킷(45)들 중 각각의 지지 브래킷(44)은 해당 지지 브래킷(45)에 대한 외부 배럴(50)의 반경방향(84)으로의 이동을 가능하게 하도록 핀(86)을 이용한다. 중계 블록(90)과 지지 브래킷(47)은 둘레방향(66)으로의 이동을 억제한다.

외부 분산 브래킷(44)들과 마찬가지로, 복수의 내부 분산 브래킷(47)은, 내벽(112) 및 내부 배럴(48)의 해당 플랜지를 통과해 축방향(76)으로 연장하는 해당 핀(86)을 각각 이용하는 복수의 내부 둘레방향 지지 브래킷을 포함할 수 있다. 핀(86)은 둘레방향(66) 이동을 억제하면서 해당 내부 지지 브래킷에 대한 내부 배럴(48)의 반경방향(84) 이동을 가능하게 하도록 구성된다.

도 7은 도 2 및 도 3의 디퓨저(38)의 내부 배럴(48) 내의 둘레방향 홈(90)의 축방향 단면도를 도시한다. 후방 플레이트(62)는 둘레방향 홈(40)에서 디퓨저(38)의 내부 배럴(48)과 인터페이싱한다. 전술한 바와 같이, 내부 배럴(48)과 외부 배럴(50)은 터빈 축선(76)을 중심으로 배치된다. 후방 플레이트(62)는 적어도 부분적으로 배기 플레넘(60) 내에 배치되고 내부 배럴(48)의 하류측(104)에 배치된다.

둘레방향 홈(40)은 그 영역에서 큰 열구배로 인해 형성될 수 있는 응력(예를 들면, 후프 응력)을 감소시킬 수 있다. 후방 플레이트(62)와 전방 플레이트(64)는 적어도 부분적으로 배기 플레넘(60) 내에 배치된다. 내부 배럴(48)의 허브는, 내부 배럴(48)의 허브가 후방 플레이트(62)보다 낮은 작동 온도에 노출되어, 후방 플레이트(48)와 내부 배럴(62)에서 상이한 온도차를 생성하도록 단열된다. 후방 플레이트(62)와 내부 배럴(48)의 허브 간의 온도차는 내부 배럴(48)의 허브와 후방 플레이트(62)에 걸쳐 큰 열구배를 초래한다. 초래되는 열 구재는 열팽창/수축으로 인해 그 영역에서의 응력을 생성한다. 그 섹션들(예를 들면, 원뿔형 플레이트(72)와 둘레방향 홈(40)) 간의 약간의 이동(즉, 상류측 이동, 하류측 이동)을 가능하게 함으로써, 그 영역에서 후프 응력(hoop stress)을 감소시킬 수 있다. 둘레방향 홈(40)을 제공함에 따른 응력 감소는 1/2만큼 후프 응력을 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 후방 플레이트(62) 영역에서의 응력은, 둘레방향 홈(40)이 내부 배럴(48)에 존재하지 않는 경우에 약 413MPa에서부터 둘레방향 홈(40)이 내부 배럴(48)에 존재하는 경우에 약 207MPa로 감소될 수 있다.

내부 배럴(48)의 하류측 단부(104)와 후방 플레이트(62)에 배치된 시일 인터페이스(140)가 둘레방향 홈(40)을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 시일 인터페이스(140)는 내부 배럴(48)의 하류측 단부(104)에 기계적으로 결합된다(예를 들면, 용접, 융접, 브레이징, 볼팅, 파스닝). 몇몇 실시예에서, 시일 인터페이스(140)는 내부 배럴(48)의 하류측 단부에 형성된다. 시일 인터페이스(140)는 제1 둘레방향 홈(142) 및 제2 둘레방향 홈(144)을 포함할 수 있다. 제1 둘레방향 홈(142)은 후방 플레이트(62)를 수용하도록 구성된다. 따라서, 제1 둘레방향 홈(142)은 터빈 축선(76)으로부터 멀어지는 제1 방향(146)(예를 들면, 하류측(104))으로 개방된다. 2차 가요성 시일(101)은 배기 플레넘(60)을 환기 베어링 터널(56)로부터 격리시키도록 구성된다. 제2 둘레방향 홈(144)은 터빈 축선(76)을 향한 제2 방향(150)(예를 들면, 상류측)으로 개방된다.

제1 둘레방향 홈(142)과 제2 둘레방향 홈(144)은 후방 플레이트(62)에 대한 내부 배럴(48)의 상류측 및 하류측을 향한 얼마간의 이동을 가능하게 하여, 그 영역에서의 응력을 감소시킨다. 도시한 실시예에서, 후방 플레이트(62)는 시일 인터페이스(140)의 12시 방향 위치(118)에서 제1 둘레방향 홈(142)의 뿌리부(160)와 인터페이싱하도록 구성된다. 시일 인터페이스(140)는 12시 방향 위치(118)에서 어떠한 간극도 형성되지 않도록 제1 둘레방향 홈(142)과 뿌리부(160) 사이의 공간을 감소시킨다. 시일 인터페이스(140)는 또한 내부 배럴(48)의 시일 인터페이스가 후방 플레이트(62)의 수직 하중의 일부를 지지할 수 있게 함으로써 폴(46)에서의 응력 감소에도 기여한다. 후방 플레이트(62)는 시일 인터페이스(140)의 6시 방향 위치(122)(예를 들면, 12시 방향 위치(118)의 반대쪽)에서 제1 둘레방향 홈(142)의 뿌리부(160)로부터 오프셋될 수 있다.

후방 플레이트(62)는 복수의 둘레방향 세그먼트(152)(예를 들면, 후방 플레이트 세그먼트, 원뿔형 플레이트(72))로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 복수의 둘레방향 세그먼트(152) 중 하나 이상은 도 10과 관련하여 설명하는 바와 같이 후방 플레이트(62)의 둘레방향 세그먼트(152)들 사이의 조인트(156)를 따라 배치된 응력 경감 구조(154)들을 포함할 수 있다. 응력 경감 구조(154)들은 시일 인터페이스(140)에 근접한 둘레방향 세그먼트(152)(예를 들면, 후방 플레이트 세그먼트)의 단부쪽에 집중될 수 있다.

하나의 실시예에서, 후방 플레이트(62)는 복수의 후방 플레이트 세그먼트(67)(도 8 참조)로 이루어질 수 있는 후방 플레이트 조립체(65)를 포함한다. 후방 플레이트 조립체(65)는 2, 3, 4, 5, 6개 또는 그 이상의 후방 플레이트 세그먼트(67)를 포함할 수 있다. 후방 플레이트 세그먼트(67)의 개수를 감소시키는 것은 후방 플레이트 조립체(65)와 관련된 구성 요소를 감소시킴으로써 조립 시간을 감소시키는 데에 기여한다는 점을 이해할 것이다. 후방 플레이트 조립체(65)는 내부 배럴의 축선(76)을 중심으로 둘레방향(66)으로 연장하는 환형의 후방 플레이트 조립체일 수 있다. 둘레방향 홈(40)도 역시 내부 배럴의 축선(76)을 중심으로 둘레방향(66)으로 연장한다. 후방 플레이트 세그먼트(67)들은 용접, 브레이징, 융접, 파스닝 또는 그 임의의 조합 등의 적절한 방식으로 서로 결합될 수 있다. 도시한 실시예에서, 후방 플레이트 조립체(65)는 12시 방향 위치(118)에서 어떠한 간극도 형성되지 않도록 제1 둘레방향 홈(142)과 뿌리부(160) 사이의 공간을 감소시킨다. 도 8 및 도 9를 참조하여 더 설명하는 바와 같이, 후방 플레이트 세그먼트(67)는 복수의 노치(71) 및 복수의 릿지(73)를 포함할 수 있다. 복수의 릿지(73)는 후방 플레이트(62)의 반경방향 내부면(75) 상에 배치될 수 있다. 노치(71)와 릿지(73)는 후방 플레이트 조립체(65)의 열용량의 감소를 가능하게 할 수 있다. 후방 플레이트 조립체(65)의 열용량을 감소시키는 것은 터빈의 작동 중에 그 영역에서의 열응력의 감소 및/또는 후방 플레이트 조립체(65)의 구성 요소들 간의 보다 균일한 열전달에 기여할 수 있다.

도 8은 도 7의 디퓨저(38)의 라인 8-8을 따라 취한 후방 플레이트 조립체(65)의 실시예의 축방향에서 본 도면을 도시한다. 도시한 실시예에서, 후방 플레이트 조립체(65)는 3개의 후방 플레이트 세그먼트(67)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 후방 플레이트 조립체(65)는 360도 구조체(예를 들면, 환형 후방 플레이트 조립체)를 형성하도록 2, 3, 4, 5, 6개 또는 그 이상의 후방 플레이트 세그먼트(67)를 비롯한 임의의 개수의 후방 플레이트 세그먼트(67)를 포함할 수 있다. 세그먼트(67)들은 조인트(156)를 따른 용접 또는 융접 등의 임의의 적절한 결합 프로세스에 의해 서로 결합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각 후방 플레이트 세그먼트(67)는 하나 이상의 노치(71)(예를 들면, 수용부)와 하나 이상의 릿지(73)(예를 들면, 삽입부)를 포함할 수 있다. 노치(71)와 릿지(73)는 후방 플레이트(62)의 반경방향 내부면(75) 상에 배치된다. 후방 플레이트 조립체(65)는 내부 배럴(48)의 하류측 립(61)을 포함한다. 후방 플레이트 조립체(65)의 하류측 립(61)은 복수의 노치(79) 및 복수의 릿지(83)를 구비한다. 도시한 실시예에서, 후방 플레이트(62)의 반경방향 내부면(75)은, 후방 플레이트(62)의 릿지(73)가 하류측 립(61)의 노치(79)를 축방향으로 통과하는 한편, 하류측 립(61)의 축방향 릿지(61)가 후방 플레이트(62)의 내부면(75)의 노치(71)를 축방향으로 통과하도록, 둘레방향 홈(40) 내에 축방향(76)으로 삽입될 수 있다. 후방 플레이트(62)를 둘레방향 홈(40) 내에 삽입하는 것은 후방 플레이트(62)의 제1 릿지(81)를 내부 배럴(48)의 제1 노치(85) 내에 삽입하는 것을 포함할 수 있다. 제1 릿지(81)가 제1 노치(85) 내에 삽입되는 경우, 후방 플레이트(62)가 내부 배럴(48)에 대해 제1 둘레방향 배향(87)(예를 들면, 제1 위치)으로 배치된다. 즉, 후방 플레이트 조립체(65)가 제1 둘레방향 배향(87)으로 된다. 후방 플레이트(62)는, 제1 릿지(81)가 하류측 립(61)의 제2 릿지(111)와 축방향으로 겹쳐지도록 제2 둘레방향 배향(89)(예를 들면, 제2 위치)으로 선회(예를 들면, 둘레방향(66)으로 회전)될 수 있다.

후방 플레이트 조립체(65)의 후방 플레이트(62)는 대략 15도 내지 60도, 30도 내지 45도, 35도 내지 40도 또는 그 사이의 임의의 하위 범위만큼 선회 또는 회전될 수 있다. 후방 플레이트(62)가 화살표(69)로 나타낸 바와 같이 내부 배럴(48)에 대해 제2 둘레방향 배향(89)으로 선회되는 경우, 후방 플레이트 조립체(65)는 후방 플레이트(62)를 둘레방향 홈(40) 내에 축방향(76)으로 유지하도록 구성된다. 제1 둘레방향 배향(87)은 내부 배럴(48)의 축선(76)을 중심으로 둘레방향으로 제2 둘레방향 배향(89)으로부터 대략 60도 미만의 각도만큼 오프셋된다. 몇몇 실시예에서, 제1 둘레방향 배향(87)은 내부 배럴(76)의 축선을 중심으로 둘레방향으로 제2 둘레방향 배향(89)으로부터 대략 30도 미만의 각도만큼 오프셋된다. 후방 플레이트(62)의 복수의 릿지(73)를 하류측 립(61)의 복수의 노치(71)를 통과해 삽입함으로써 후방 플레이트 조립체(65)를 형성하는 방법은 도 12를 참조함으로써 더 잘 이해할 수 있을 것이다. 후방 플레이트 조립체(65)가 후방 플레이트(62)와 내부 배럴(48) 간의 연결부를 통한 배기가스의 누설을 가능하게 할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 후방 플레이트 조립체(65)를 통한 배기가스의 누설은 후방 플레이트(62), 내부 배럴(48) 또는 이들의 몇몇 조합에서의 응력을 감소시킬 수 있다. 그 누설은, 후방 플레이트(62)의 릿지(73)가 내부 배럴(48)의 릿지(83)와 축방향으로 겹쳐지도록 릿지(73)가 제2 둘레방향 배향(89)으로 선회되는 경우에 감소될 수 있다. 하나의 실시예에서, 배기가스의 누설은 배기가스 흐름의 0.01 내지 3%, 0.05 내지 2%, 1 내지 1.5% 또는 그 사이의 임의의 하위 범위일 수 있다.

도 9는 후방 플레이트 조립체의 부분 단면도를 도시한다. 도시하고 앞서 설명한 바와 같이, 후방 플레이트 조립체(65)는 복수의 폴(46)을 수용하도록 복수의 개구(176)를 포함한다. 하나 이상의 개구(176)가 후방 플레이트 세그먼트(67)에 배치될 수 있다. 후방 플레이트 세그먼트(67)는 융접, 브레이징, 용접 또는 기타 적절한 프로세스를 통해 서로 결합될 수 있다. 후방 플레이트 세그먼트(67)들은 이들 후방 플레이트 세그먼트(67)들이 서로 결합되는 조인트(156)(예를 들면, 용접 조인트, 브레이징 조인트, 융접 조인트, 파스닝 조인트)를 형성할 수 있다. 도시한 바와 같이, 후방 플레이트 세그먼트(67)는 해당 노치(71)의 뿌리부(97)와 이에 인접한 릿지(73)의 마루부(crest)(99) 사이에 반경방향 릿지 높이(91)를 포함한다. 추가로, 내부 배럴(48)의 하류측 립(61)은, 해당 노치(79)의 뿌리부(97)와 이에 인접한 릿지(83)의 마루부(99) 사이에 실질적으로 동일 또는 보다 큰 반경방향 릿지 높이(91)를 가질 수 있다. 하나의 실시예에서, 반경방향 높이(91)는 둘레방향 홈(40)의 상류측 립(77)의 반경방향 높이(105)보다 작다.

도 10은 도 7의 디퓨저(38)의 라인 8-8을 따라 취한 내부 배럴(48)의 후방 플레이트(62)의 실시예의 축방향에서 본 도면을 도시한다. 도시한 실시예에서, 후방 플레이트(62)의 하류측 단부(104)는 복수의 폴(46)을 통해 전방 플레이트(64)의 하류측 단부(104)에 결합된다. 전술한 바와 같이, 내부 배럴(48)과 외부 배럴(50)은 터빈 축선(76)을 중심으로 배치된다. 따라서, 복수의 폴(46)은 터빈 축선(76)을 중심으로 둘레방향(66)으로 서로 이격되게 배치될 수 있다.

전술한 바와 같이, 후방 플레이트(62)는 복수의 둘레방향 세그먼트(152)(예를 들면, 후방 플레이트 세그먼트, 원뿔형 플레이트(72))로 이루어질 수 있다. 복수의 둘레방향 세그먼트(152)는 후방 플레이트(62)의 둘레방향 세그먼트(152)들 사이의 복수의 조인트(156)를 따라 배치된 복수의 응력 경감 구조(154)들을 포함할 수 있다. 복수의 응력 경감 구조(154)는 원형, 하트형, 콩 모양 또는 이들의 임의의 조합을 비롯하여 응력 경감을 허용하는 임의의 적절한 형상일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 폴(46)들은 상이한 폴 직경(70)을 갖는다. 폴 직경(70)은 디퓨저(38)를 따라 배치된 폴(46)의 위치의 둘레방향(66)에서의 위치에 부분적으로 기초한다. 예를 들면, 후방 플레이트(62) 및 전방 플레이트(64)의 정상 부분(172)에 가장 근접한 폴(46)의 직경(70)은 후방 플레이트(62) 및 전방 플레이트(64)의 바닥 부분(174)에 가장 근접한 폴(46)보다 큰 직경(70)을 갖는다. 따라서, 복수의 개구(176)는 디퓨저(38) 내에 배치된 복수의 폴(46)에 상응한다. 개구(176)들은 복수의 폴을 통해 외측 후방 플레이트(62)와 내측 후방 플레이트(63)에 결합되도록 개구(176)의 둘레방향(66) 위치에 부분적으로 기초하여 상이할 수 있다.

도시한 실시예에서, 디퓨저(38)의 바닥 부분(174) 내의 둘레방향(66) 위치에 배치된 폴(46)의 제1 세트(178)(도 2 참조)는 균일하지 않는 축방향 단면을 가질 수 있다. 예를 들면, 폴(46)의 제1 세트(178)는 축방향 단면에서 달걀형, 타원형, 구형 부분 또는 기타 불균일 부분을 구비할 수 있다. 디퓨저 섹션(38)의 바닥 부분(174) 내에서 폴(46)의 불균일 부분은 그 폴(46)이 원형의 폴(46)보다 더 탄성을 나타낼 수 있게 하여, 바닥 부분(174)에서 응력을 감소시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폴 직경(70)은 배기가스(36)의 흐름에 대한 공기역학적 영향을 감소시키도록 보다 작다. 이와 같이, 보다 작은 폴 직경(70)은 배기가스 유동 경로(36)의 차단을 감소시킴으로써 유리할 수 있다.

도 11은 도 7의 디퓨저(38)의 라인 8-8을 따라 취한 내부 배럴(48)의 후방 플레이트 조립체(65)의 실시예의 축방향에서 본 도면을 도시한다. 전술한 바와 같이, 후방 플레이트 조립체(65)는 복수의 후방 플레이트 세그먼트(67)를 포함한다. 도 11에 도시한 후방 플레이트 조립체(65)는, 후방 플레이트(62)의 릿지(73)가 전술한 바와 같이 내부 배럴(48)의 하류측 립(61)의 릿지(83)에 의해 축방향으로 유지되도록 제2 둘레방향 배향(89)으로 있다. 후방 플레이트 세그먼트(67)는 후방 플레이트(62)의 하류측 단부(104)를 전방 플레이트(64)의 하류측 단부(104)에 결합하기 위해 폴(46)을 수용하도록 개구(176)를 포함한다. 폴(46)은 도 10을 참조하여 전술한 바와 같이 후방 플레이트 세그먼트(67)에 결합될 수 있다. 즉, 디퓨저(38)의 바닥 부분(174) 내에서 둘레방향 위치에 배치된 폴(46)들의 제1 세트(178)(도 2 참조)는 불균일 축방향 단면을 가질 수 있다. 도시한 실시예에서, 후방 플레이트 세그먼트(67)는 앞서 도 10을 참조하여 설명한 후방 플레이트(62)에 도시한 바와 같은 응력 경감 구조(154)를 포함하지 않는다.

도 12는 본 개시의 실시예에 따른 후방 플레이트 조립체(65)를 형성하는 방법을 도시한다. 후방 플레이트 조립체(65)는 방법(190)에 의해 형성될 수 있다. 그 방법(190)은 용접, 융접, 브레이징, 볼팅, 파스닝 또는 그 임의의 조합에 의해 복수의 후방 플레이트 세그먼트(67)를 반경방향(84)으로 서로 결합하는 것(블록 192))을 포함한다. 결합된 후방 플레이트 세그먼트(67)들이 후방 플레이트(62)를 형성한다. 방법(190)은 후방 플레이트(62)를 12시 방향 위치(118)에서 제1 시일 인터페이스(62)의 뿌리부(160)와 인터페이싱시키는 것(블록 194)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 후방 플레이트(62)는, 후방 플레이트(62)가 내부 배럴(48)의 둘레방향 홈 내에 배치되도록 상보적인 노치와 릿지를 매개로 내부 배럴(48)의 하류측 립(61)을 통해 축방향으로 삽입될 수 있다. 즉, 제1 둘레방향 위치(87)에서, 후방 플레이트(62)의 릿지(73)는 하류측 립(61)의 노치(79)를 통해 축방향으로 삽입될 수 있고, 후방 플레이트(62)의 노치(71)는 하류측 립(61)의 릿지(83)를 축방향으로 수용할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 후방 플레이트(62)의 6시 방향 위치(122)는 뿌리부(160)로부터 오프셋된다(예를 들면, 반경방향으로 서로 이격된다). 방법(190)은 내부 배럴(48)의 축선을 중심으로 후방 플레이트(62)를 회전시키는 것(블록 196)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 후방 플레이트 조립체(65)는 제1 둘레방향 위치(87)로부터 제2 둘레방향 위치(89)로 회전할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 후방 플레이트(62)는 내부 베얼(48)에 대해 대략 15 내지 45도만큼 회전한다. 방법(190)은 복수의 폴(46)을 통해 전방 플레이트(64)의 하류측 단부(104)에 결합되는 후방 플레이트(62)의 하류측 단부(104) 사이에 폴(46)을 부착하는 것(블록 198)을 더 포함할 수 있다.

이하, 도 10을 살펴보면, 디퓨저(38)의 정상 부분(172) 내에 배치되는 폴(46)은 디퓨저(38)의 하중(예를 들면, 중량)을 지지하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 디퓨저(38)의 정상 부분(172) 내에 배치되는 폴(46)은 디퓨저(38)를 들어올리는 데에 이용될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 디퓨저 섹션(38)의 정상 부분(172) 내에 배치된 폴(46)은 후방 플레이트(62)와 조립된 디퓨저(38)를 적절한 위치로 이동시키도록(예를 들면, 설치, 제거, 점검, 수리를 위한 이동) 호이스트, 리프트, 크레인 또는 기타 적절한 리프팅 기계에 결합될 수 있다.

복수의 폴(46) 각각은 폴 축선을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 복수의 폴(46)은 공통 폴 축선(예를 들면, 터빈 축선(76))에 대해 실질적으로 평행할 수 있다. 복수의 폴(46)은 복수의 회전 베인을 지지하지 않는다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 게다가, 몇몇 실시예에서, 디퓨저(38)에는 회전 베인이 배치되지 않는다. 폴은 진동을 감소시키고 설치를 용이하게 하도록 디퓨저(38)의 하류측 단부에 또는 그 근처에 위치 설정된다.

도 13 및 도 14는 디퓨저(38)의 내부 배럴(48)과 외부 배럴(50)의 측면도를 도시한다. 실선 내에 도시한 바와 같이, 내부 배럴(48)과 외부 배럴(50)은 디퓨저(38)에서의 응력을 감소시키도록 만곡된다. 내부 배럴(48)과 외부 배럴(50)의 곡률(88)은 터빈 섹션(18)의 하류측에서 시작한다. 내부 배럴(48)과 외부 배럴(50)의 부분들은 배기 플레넘(60) 내에 배치된다. 도 13은 외부 배럴(50)의 실시예의 측면도를 도시한다. 외부 배럴(50)은 외부 배럴(50)의 하류측에 배치된 제1 복수의 축방향 세그먼트(180)를 포함한다. 도시한 실시예에서, 외부 배럴(50)은 2개의 세그먼트(예를 들면, 축방향 세그먼트)를 포함한다. 2개의 축방향 세그먼트가 도시되어 있지만, 외부 배럴은 3개, 4개 또는 그 이상의 축방향 세그먼트를 포함할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 제1 복수의 외부 배럴 세그먼트(180)는 축방향으로 서로 결합되고 외부 배럴 세그먼트(180) 각각의 사이에 외부 배럴 인터페이스(188)를 형성한다. 전술한 바와 같이, 결합은, 용접, 브레이징, 융접, 파스닝(fastening) 또는 그 임의의 조합을 포함할 수 있다. 제1 복수의 외부 배럴 세그먼트(180)는 터빈 축선(76)으로부터 멀어지게 만곡되는 (예를 들면, 외부 배럴(50)의 상류측 단부로부터 외측 후방 플레이트(62)로 만곡되는) 제1 연속 곡선(182)을 포함한다.

도 14는 내부 배럴(48)의 측면도를 도시한다, 도시한 실시예에서, 내부 배럴(48)은 4개의 세그먼트(예를 들면, 축방향 세그먼트)를 포함한다. 내부 배럴(48)은 내부 배럴(48)의 상류측 단부와 시일 인터페이스(140) 사이에 배치된 제2 복수의 축방향 세그먼트(184)를 포함한다. 4개의 축방향 세그먼트가 도시되어 있지만, 내부 배럴(48)은 3개, 4개, 5개, 6개 또는 그 이상의 축방향 세그먼트(184)를 포함할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 제2 복수의 축방향 세그먼트(184)는 축방향으로 서로 결합되고 내부 배럴 세그먼트(184) 각각의 사이에 내부 배럴 인터페이스(208)를 형성한다. 전술한 바와 같이, 결합은, 용접, 브레이징, 융접, 파스닝(fastening) 또는 그 임의의 조합을 포함할 수 있다. 제2 복수의 축방향 세그먼트(184)(예를 들면, 내부 배럴 세그먼트)는 터빈 축선(76)으로부터 멀어지게 만곡되는 (예를 들면, 내부 배럴(48)의 상류측 단부로부터 시일 인터페이스(140)로 만곡되는) 제2 연속 곡선(186)을 포함한다. 이해할 수 있는 바와 같이, 제2 복수의 축방향 세그먼트(184)(예를 들면, 내부 배럴(48)의 제2 축방향 세그먼트)는 내부 배럴(48)과 외부 배럴(50)의 배치로 인해 외부 배럴(50)의 제1 복수의 축방향 세그먼트보다 크다. 내부 배럴(48)과 외부 배럴(50)의 곡률은 도 15에서 설명하는 바와 같인 스피닝 프로세스의 논의에 대해 더 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 15는 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이 내부 배럴(48) 및 외부 배럴(50)을 원하는 연속 곡률로 기계 가공하는 데에 이용되는 예시적인 장비를 도시한다. 제1 및 제2 연속 곡선(182, 186)(예를 들면, 외부 배럴 및 내부 배럴의 연속 곡선)은 스피닝 프로세스 등의 적절한 냉간 기계 가공 프로세스를 통해 생성될 수 있다. 스피닝 프로세스는 내부 배럴(48) 및 외부 배럴(50)을 위한 적절한 재료(204)(예를 들면, 스테인리스강)를 몰드(206) 상에 배치함으로써 원하는 형상(예를 들면, 만곡 형상)으로 성형하는 것을 수반한다. 이어서, 그 재료(204)는 롤러(202)를 이용하여 그 재료를 몰드 내로 가압하여 점진적으로 원하는 몰드 형상을 형성함으로써 원하는 형상으로 성형된다.

전술한 스피닝 프로세스는 디퓨저(38)의 원하는 곡률이 요구되는 터빈 엔진 성능(예를 들면, 응력 감소를 통해)을 제공할 수 있게 한다. 스피닝 프로세스를 통해 직면하게 되는 잔류 응력을 감소시키기 위해, 내부 및 외부 배럴(48, 50)은 복수의 축방향 세그먼트(예를 들면, 제1 복수의 축방향 세그먼트(180), 제2 복수의 축방향 세그먼트(184))로 형성될 수 있다. 내부 배럴(48) 및 외부 배럴(50)을 생성하는 데에 보다 많은 축방향 세그먼트의 이용은, 내부 배럴(48) 및 외부 배럴(50)의 원하는 형상을 생성하는 데에 재료의 변형을 덜 요구할 수 있고, 이에 의해 완성된 디퓨저(38)에 잔류하는 잔류 응력의 크기를 감소시키는 데에 기여한다.

축방향 세그먼트(예를 들면, 제1 복수의 축방향 세그먼트(180) 및 제2 복수의 축방향 세그먼트(184))가 형성되고 나면, 그 축방향 세그먼트들이 함께 결합될 수 있다. 그 축방향 세그먼트들은 축방향 세그먼트(예를 들면, 제1 복수의 축방향 세그먼트(180) 및 제2 복수의 축방향 세그먼트(184))들이 함께 적절히 결합될 수 있도록 여분의 재료를 갖는 것을 보장하도록 적절한 재료로부터 절단될 수 있다. 축방향 세그먼트들은 용접, 브레이징, 융접, 볼팅, 파스닝 또는 그 임의의 조합에 의해 함께 축방향으로 결합될 수 있다.

도 16은 스피닝 프로세스에 의해 내부 배럴(48) 및 외부 배럴(50)을 형성하는 방법을 도시한다. 본 명세서에서 설명하는 바와 같은 스피닝 프로세스는 몰드의 축선을 중심으로 스피닝 가공하도록 롤러를 이용하거나, 그 몰드가 롤러 아래에서 그 축선을 중심으로 스피닝 가공할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 방법(300)은 몰드 상에서 적절한 재료를 스피닝 가공함으로써 외부 배럴(50)의 제1 복수의 축방향 전방 플레이트 세그먼트를 형성하는 것(블록(302))을 포함한다. 전술한 바와 같이, 각 세그먼트를 위한 스피닝 프로세스는 적절한 재료(예를 들면, 스테인리스강, 금속)를 몰드 상에 배치함으로써 원하는 형상(예를 들면, 만곡 형상)으로 성형하는 것을 수반한다. 이어서, 그 재료는 롤러를 이용하여 그 재료를 몰드 내로 가압하여 점진적으로 재료를 원하는 몰드 형상을 변형함으로써 원하는 형상으로 성형된다. 또한, 방법(300)은 몰드 상에서 적절한 재료를 스피닝 가공함으로써 내부 배럴(48)의 제2 복수의 축방향 후방 플레이트 세그먼트를 형성하는 것(블록(304))을 포함한다. 그 축방향 세그먼트들을 형성한 후에, 방법(300)은 외부 배럴(50)을 형성하도록 제1 복수의 축방향 전방 플레이트 세그먼트들을 서로 결합하는 것(블록(306) 및 내부 배럴(48)을 형성하도록 제2 복수의 축방향 후방 플레이트 세그먼트들을 서로 결합하는 것(블록(308))을 포함한다. 내부 배럴(48)과 외부 배럴(50) 모두가 터빈 엔진(18)에 결합된다. 도 7에 대해 전술한 바와 같이, 둘레방향 홈이 내부 배럴(48) 내에 기계 가공될 수 있다.

본 발명의 기술적 효과는 디퓨저 섹션에서의 기계적 개선의 이용을 통해 전통적 디퓨저 섹션을 개선하는 것을 포함한다. 디퓨저 섹션에 대한 기계적 개선은 내부 배럴에 후방 플레이트의 축방향 설치를 용이하게 하도록 노치 및 릿지를 갖는 후방 플레이트 조립체를 포함한다. 후방 플레이트는 디퓨저 섹션의 내부 배럴의 둘레방향 홈의 노치를 통해 축방향으로 삽입한 후, 릿지가 후방 플레이트 조립체를 축방향으로 유지하도록 둘레방향 홈 내에서 둘레방향으로 회전될 수 있다. 디퓨저에 대한 기계적 개선은 전통적 디퓨저 디자인과 관련된 응력을 감소시킴으로써 디퓨저의 기계적 무결성의 개선에 기여하다. 기계적 개선의 실시 형태는 디퓨저의 원하는 곡률을 제작하는 것, 디퓨저의 전방 플레이트와 후방 플레이트 사이의 복수의 폴, 후방 플레이트를 수용하도록 내부 배럴에 배치된 둘레방향 홈, 둘레방향 랩 조인트, 내부 배럴 또는 외부 배럴을 따라 배치되어 디퓨저를 터빈 출구에 결합하도록 구성된 복수의 분산 브래킷, 또는 이들의 임의의 조합을 제공하는 것을 포함한다.

본 명세서에서 기술한 설명은 최상의 모드를 비롯한 발명을 개시함과 아울러, 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 사용하고 임의의 포함된 방법을 수행하는 것을 비롯하여 어떠한 당업자라도 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 일례들을 이용하고 있다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구 범위에 의해서 정해지고, 당업자에게 일어나는 다른 예들을 포함할 수도 있다. 그러한 다른 예들은 그들 예가 청구항들의 문자 언어와 상이하지 않은 구조적인 요소를 갖는 경우, 또는 그들 예가 청구항들의 문자 언어와 별 차이가 없는 등가의 구조적인 요소를 포함하는 경우 청구항들의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

4: 라인 5: 라인
8: 라인 10: 가스 터빈 시스템
12: 연료 노즐 14: 연료
16: 연소기 34: 공기 연료 혼합물
36: 압축 배기가스 18: 터빈
28: 샤프트 38: 수정된 디퓨저
20: 배기 출구 40: 둘레방향 홈
42: 랩 조인트 44: 분산 브래킷
46: 폴 62: 후방 플레이트
64: 전방 플레이트 22: 압축기
26: 부하 24: 공기 흡입부
30: 공기 32: 압축 공기
52: 상측 부분 54: 하측 부분
56: 환기 베어링 터널 58: 배기 프레임
60: 배기 플레넘 48: 내부 배럴
50: 외부 배럴 82: 에어 포일
74: 수직 조인트 66: 둘레방향
76: 축방향 78: 수직방향
80: 측방향 84: 반경방향
88: 곡률 104: 하류측에 배치
68: 거싯 70: 변화하는 직경
72: 원뿔형 플레이트 100: 감쇠 길이
106: 외벽 112: 내벽
102: 상류측 단부 114: 내부 둘레방향 조인트
47: 브래킷 101: 2차 가요성 시일
103: 제1 단부 92: 가요성 시일
45: 외부 분산 브래킷 49: 일단부
118: 12시 방향 위치 120: 3시 방향 위치
122: 6시 방향 위치 124: 9시 방향 위치
7: 4시 방향 116: 디퓨저 프레임
96: 외부 립 128: 립
126: 단열재 사이에 배치 94: 가요성 시일 홈
93: 제1 단부 95: 클리어런스 공간
98: 슬롯 130: 1차 유동 경로
134: 내부 영역 136: 2차 유동 경로
86: 핀 90: 중계 블록
140: 시일 인터페이스 142: 제1 둘레방향 홈
144: 제2 둘레방향 홈 146: 제1 방향
150: 제2 방향 160: 뿌리부
152: 둘레방향 세그먼트 154: 응력 경감 구조
156: 조인트 65: 후방 플레이트 조립체
67: 후방 플레이트 세그먼트 71: 노치
73: 릿지 75: 반경방향 내부면
61: 하류측 립 79: 노치
83: 릿지 81: 제1 릿지
85: 제1 노치 87: 제1 둘레방향 배향
89: 제2 둘레방향 배향 111: 제2 릿지
35: 45도 69: 화살표
1: 2퍼센트 176: 개구
91: 반경방향 릿지 높이 97: 뿌리부
99: 마루부 105: 반경방향 높이
77: 상류측 립 172: 정상 부분
174: 바닥 부분 63: 내측 후방 플레이트
178: 제1 세트 190: 방법
192: 블록 194: 블록
162: 제1 시일 인터페이스 196: 블록
198: 블록 180: 축방향 세그먼트
188: 외부 배럴 인터페이스 182: 제1 연속 곡선
184: 축방향 세그먼트 208: 내부 배럴 인터페이스
186: 제2 연속 곡선 204: 적절한 재료
206: 몰드 202: 롤러
300: 방법 302: 블록
304: 블록 306: 블록
308: 블록

Claims

방법으로서:
가스 터빈(18)의 디퓨저 섹션(38)의 내부 배럴(48)의 둘레방향 홈(40) 내에 후방 플레이트 조립체(aft plate assembly)(65)의 반경방향 내부면(75)을 축방향(76)으로 삽입하는 단계로서, 상기 후방 플레이트 조립체(65)는 상기 둘레방향 홈(40)에 대해 제1 둘레방향 배향(87)으로 삽입되며, 상기 둘레방향 홈(40)은 상기 내부 배럴(48)의 반경방향 외부면에 배치되는 것인 단계; 및
상기 후방 플레이트 조립체(65)를 상기 둘레방향 홈(40) 내에서 상기 제1 둘레방향 배향(87)에서 제2 둘레방향 배향(89)으로 둘레방향으로 회전시키는 단계로서, 상기 내부 배럴(48)은 상기 후방 플레이트 조립체(65)가 상기 제2 둘레방향 배향(87)으로 배치되는 경우에 상기 후방 플레이트 조립체(65)를 축방향으로 유지하도록 구성되는 것 단계
를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 후방 플레이트 조립체(65)는 상기 내부 배럴의 축선(76)을 중심으로 둘레방향(66)으로 연장하는 환형의 후방 플레이트 조립체를 포함하며, 상기 둘레방향 홈(40)은 상기 축선을 중심으로 둘레방향으로 연장하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 후방 플레이트 조립체(65)는 복수의 후방 플레이트 세그먼트(67)를 포함하는 것인 방법.
제3항에 있어서, 상기 복수의 후방 플레이트 세그먼트(67)들을 서로 결합하는 단계를 포함하며, 상기 결합은, 용접, 브레이징, 융접(fusing), 파스닝(fastening) 또는 그 임의의 조합을 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 후방 플레이트 조립체(65)는 상기 반경방향 내부면 상에 제1 복수의 노치(71) 및 제1 복수의 릿지(ridge)(83)를 포함하며, 상기 둘레방향 홈(40)은 하류측 립(61)을 포함하며, 상기 하류측 립(61)은 제2 복수의 노치(79) 및 제2 복수의 릿지(83)를 포함하는 것인 방법.
제5항에 있어서, 상기 내부 배럴의 둘레방향 홈(40) 내에 후방 플레이트 조립체(65)의 반경방향 내부면(75)을 축방향(76)으로 삽입하는 단계는, 상기 제2 복수의 노치(79)를 통해 상기 제1 복수의 릿지(83)를 삽입하는 것을 포함하며, 상기 제2 복수의 노치(79)는 상기 후방 플레이트 조립체(65)가 제2 둘레방향 배향(89)으로 배치되는 경우에 상기 제1 복수의 노치(71)를 축방향으로 유지하도록 구성되는 것인 방법.
제5항에 있어서, 상기 제1 복수의 노치(71)의 각각의 노치의 뿌리부(97)와 상기 제1 복수의 릿지 중 인접한 릿지(83)의 마루부(crest)(99) 사이의 반경방향 릿지 높이(91)가 상기 둘레방향 홈(40)의 상류측 립(77)의 반경방향 높이보다 작으며, 상기 제1 복수의 릿지는 상기 후방 플레이트 조립체(65)가 제2 둘레방향 배향(89)으로 배치되는 경우에, 상기 상류측 립과 상기 제2 복수의 릿지 사이에 배치되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 디퓨저 섹션(38)의 후방 플레이트 조립체(65)와 전방 플레이트(64) 사이에 복수의 폴(pole)(46)을 결합하는 단계를 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 둘레방향 배향(87)은 상기 내부 배럴(48)의 축선을 중심으로 둘레방향으로 상기 제2 둘레방향 배향(89)으로부터 대략 30도 미만의 각도만큼 오프셋되는 것인 방법.
시스템으로서:
터빈 섹션(18)으로부터 배기가스를 받아들이도록 구성된 디퓨저 섹션(38)
을 포함하며, 상기 디퓨저 섹션(38)은,
제1 노치(71) 및 제1 릿지(73)를 포함한 반경방향 내부면(75)을 포함하는 후방 플레이트 조립체(65); 및
반경방향 외부면 상에 배치되는 둘레방향 홈(40)을 포함하는 내부 배럴(48)
을 포함하며, 상기 둘레방향 홈(40)은,
상류측 립(77); 및
제2 노치(79)와 제2 릿지(83)를 포함한 하류측 립
을 포함하며, 상기 제1 릿지(73)는 상기 후방 플레이트 조립체(65)가 내부 배럴에 대해 제1 둘레방향 배향(87) 및 제2 둘레방향 배향(89)으로 배치되는 경우에 상기 둘레방향 홈(40) 내에 배치되도록 구성되며, 상기 제1 릿지(73)는 상기 제1 둘레방향 배향(87)에서 상기 제2 노치(79)와 축방향으로 정렬되며, 상기 제1 릿지(73)는 상기 제2 둘레방향 배향(89)에서 상기 제2 노치(79)로부터 둘레방향으로 오프셋되는 것인 시스템.
제10항에 있어서, 상기 후방 플레이트 조립체(65)는 복수의 후방 플레이트 세그먼트(67)를 포함하는 것인 시스템.
제11항에 있어서, 상기 복수의 후방 플레이트 세그먼트(67)는 환형의 후방 플레이트 조립체(65)를 형성하도록 서로 결합되며, 상기 복수의 후방 플레이트 세그먼트(67)는 용접 조인트, 브레이징 조인트, 융접 조인트, 파스닝 조인트 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나에 의해 서로 결합되는 것인 시스템.
제10항에 있어서, 상기 반경방향 내부면은 제1 복수의 노치(71) 및 제1 복수의 릿지(73)를 포함하며, 상기 반경방향 외부면은 제2 복수의 노치(79) 및 제2 복수의 릿지를 포함하며, 상기 제1 복수의 릿지는 상기 제1 둘레방향 배향(87)에서 상기 제2 복수의 노치(79)와 축방향으로 정렬되며, 상기 제1 복수의 릿지(73)는 상기 제2 둘레방향 배향(89)에서 제2 복수의 릿지와 축방향으로 정렬되는 것인 시스템.
제10항에 있어서, 상기 제1 노치(71)의 뿌리부(97)와 상기 제1 릿지(73)의 마루부(99) 사이의 반경방향 릿지 높이(91)가 상기 둘레방향 홈(40)의 상류측 립(77)의 반경방향 높이(105)보다 작은 것인 시스템.