KR20190033255A

KR20190033255A - 가스 터빈

Info

Publication number: KR20190033255A
Application number: KR1020170121800A
Authority: KR
Inventors: 이재빈
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2019-03-29

Abstract

본 발명은 가스 터빈에 관한 것으로서, 하우징, 로터, 압축기, 연소기, 터빈, 상기 하우징과 상기 터빈 사이에 개재되는 링 세그먼트 및 상기 링 세그먼트를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 상기 링 세그먼트로 분사하는 복수의 분사구를 갖는 충돌판을 포함하고, 상기 분사구로부터 상기 링 세그먼트까지 이격 거리를 분사 거리라 하면, 상기 충돌판은 상기 링 세그먼트의 제1 온도부에서의 분사 거리가 상기 링 세그먼트의 제2 온도부에서의 분사 거리와 상이하게 형성될 수 있다. 이에 의하여, 링 세그먼트 부위별로 적절한 냉각이 이루어질 수 있다.

Description

가스 터빈{GAS TURBINE}

본 발명은, 가스 터빈에 관한 것이다.

일반적으로, 터빈은 물, 가스, 증기 등과 같은 유체가 가지는 에너지를 기계적 일로 변환시키는 기계로서, 보통 회전체의 원주에 여러 개의 깃 또는 날개를 심고 거기에 증기 또는 가스를 내뿜어 충동력 또는 반동력으로 고속회전시키는 터보형의 기계를 터빈이라고 한다.

이러한 터빈의 종류로는, 높은 곳의 물이 가지는 에너지를 이용하는 수력 터빈, 증기가 가지는 에너지를 이용하는 증기 터빈, 고압의 압축공기가 가지는 에너지를 이용하는 공기 터빈, 고온 고압의 가스가 가지는 에너지를 이용하는 가스 터빈 등이 있다.

이 중, 가스 터빈은 압축기, 연소기, 터빈 및 로터를 포함한다.

상기 압축기는 서로 교대로 배치되는 복수의 압축기 베인과 복수의 압축기 블레이드를 포함한다.

상기 연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스를 생성한다.

상기 터빈은 서로 교대로 배치되는 복수의 터빈 베인과 복수의 터빈 블레이드를 포함한다.

상기 로터는 상기 압축기, 상기 연소기 및 상기 터빈의 중심부를 관통하도록 형성되고, 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되며, 일단부가 발전기의 구동축에 연결된다.

그리고, 상기 로터는 상기 압축기 블레이드와 체결되는 복수의 압축기 로터 디스크, 상기 터빈 블레이와 체결되는 복수의 터빈 로터 디스크 및 상기 터빈 로터 디스크로부터 상기 압축기 로터 디스크로 회전력을 전달하는 토크 튜브를 포함한다.

이러한 구성에 따른 가스 터빈은, 상기 압축기에서 압축된 공기가 상기 연소실에서 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스로 변환되고, 이렇게 만들어진 연소 가스가 터빈 측으로 분사되며, 분사된 연소 가스가 상기 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 상기 로터가 회전하게 된다.

이러한 가스 터빈은 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.

여기서, 상기 하우징과 상기 터빈 블레이드 사이에는 상기 터빈 블레이드의 외주측을 감싸는 링 세그먼트가 형성되고, 상기 터빈 측으로 고온의 연소 가스가 통과하기 때문에 안정된 운전을 위해서는 상기 링 세그먼트의 냉각이 필요하여, 상기 링 세그먼트를 기준으로 상기 터빈 블레이드의 반대측에는 상기 링 세그먼트를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 상기 링 세그먼트로 분사하는 분사구를 갖는 충돌판이 형성된다.

그러나, 이러한 종래의 가스 터빈에 있어서는, 링 세그먼트가 충돌판에 의해 분사되는 냉각 유체에 의해 냉각될 때, 링 세그먼트 부위별로 적절한 냉각이 이루어지지 않는 문제점이 있었다. 즉, 링 세그먼트의 고온부(예를 들어, 연소 가스 유동 방향 상 상류 측 부위)는 충분히 냉각되지 못하여 열화되고, 링 세그먼트의 저온부(예를 들어, 연소 가스 유동 방향 상 하류 측 부위)는 과도하게 냉각되어 가스 터빈 전체적인 효율 저하가 발생되며, 링 세그먼트의 부위별로 온도가 상이하여 열응력 및 그에 따른 손상이 발생되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 10-1366908호

따라서, 본 발명은, 링 세그먼트가 충돌판에 의해 분사되는 냉각 유체에 의해 냉각될 때, 링 세그먼트 부위별로 적절한 냉각이 이루어질 수 있는 가스 터빈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 상기 로터로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기; 상기 연소기로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈; 상기 하우징과 상기 터빈 사이에 개재되는 링 세그먼트; 및 상기 링 세그먼트를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 상기 링 세그먼트로 분사하는 복수의 분사구를 갖는 충돌판;을 포함하고, 상기 분사구로부터 상기 링 세그먼트까지 이격 거리를 분사 거리라 하면, 상기 충돌판은 상기 링 세그먼트의 제1 온도부에서의 분사 거리인 제1 분사구가 상기 링 세그먼트의 제2 온도부에서의 분사 거리인 제2 분사구와 상이하게 형성되는 가스 터빈을 제공한다.

상기 제1 온도부의 온도는 제2 온도부의 온도보다 높고, 상기 충돌판은 상기 제1 분사 거리가 상기 제2 분사 거리보다 짧게 형성될 수 있다.

상기 링 세그먼트는, 상기 로터의 회전 방향을 따라 연장되는 환형벽부; 및 상기 환형벽부로부터 절곡되어 상기 하우징에 체결되는 플랜지부;를 포함하고, 상기 환형벽부는, 상기 터빈 블레이드에 대향되는 환형벽부 제1 면; 및 상기 환형벽부 제1 면의 배면을 이루는 환형벽부 제2 면;을 포함하고, 상기 충돌판은, 상기 환형벽부 제2 면으로부터 이격되고 그 환형벽부 제2 면에 대향되는 충돌판 제1 면; 상기 충돌판 제1 면의 배면을 이루는 충돌판 제2 면; 및 상기 충돌판 제2 면으로부터 상기 충돌판 제1 면까지 그 충돌판을 관통하는 관통공;을 포함하며, 상기 관통공은, 상기 제1 온도부에 대향되는 위치에 형성되는 제1 관통공; 및 상기 제2 온도부에 대향되는 위치에 형성되는 제2 관통공;을 포함할 수 있다.

상기 충돌판 제1 면은 그 충돌판 제1 면의 적어도 일부가 상기 환형벽부 제2 면에 대해 경사지게 형성되어, 상기 제1 온도부에서의 상기 충돌판 제1 면과 상기 환형벽부 제2 면 사이 거리가 상기 제2 온도부에서의 상기 충돌판 제1 면과 상기 환형벽부 제2 면 사이 거리보다 짧게 형성될 수 있다.

상기 제1 관통공의 상기 충돌판 제1 면 측 개구가 상기 제1 온도부에서의 분사구인 제1 분사구로 형성되어, 상기 제1 관통공의 상기 충돌판 제1 면 측 개구와 상기 환형벽부 제2 면 사이 거리가 상기 제1 분사 거리로 형성될 수 있다.

상기 제2 관통공의 상기 충돌판 제1 면 측 개구가 상기 제2 온도부에서의 분사구인 제2 분사구로 형성되어, 상기 제2 관통공의 상기 충돌판 제1 면 측 개구와 상기 환형벽부 제2 면 사이 거리가 상기 제2 분사 거리로 형성될 수 있다.

상기 링 세그먼트는, 상기 제2 온도부의 경계에서 상기 환형벽부 제2 면으로부터 상기 충돌판 제1 면 측으로 돌출되는 격벽부;를 더 포함할 수 있다.

상기 충돌판 제2 면은 상기 환형벽부 제2 면에 평행하게 형성될 수 있다.

상기 제1 관통공의 길이가 상기 제2 관통공의 길이보다 길게 형성될 수 있다.

상기 관통공에는 그 관통공 측으로 유입되는 냉각 유체를 상기 환형벽부 측으로 안내하는 튜브가 삽입되고, 상기 튜브는 상기 충돌판 제1 면을 기준으로 상기 환형벽부 측으로 돌출될 수 있다.

상기 충돌판 제1 면은 상기 환형벽부 제2 면에 평행하게 형성되고, 상기 튜브는, 상기 제1 관통공에 삽입되는 제1 튜브; 및 상기 제2 관통공에 삽입되는 제2 튜브;를 포함하고, 상기 제1 튜브는 상기 제2 튜브보다 상기 충돌판 제1 면으로부터 더 돌출되게 형성될 수 있다.

상기 제1 튜브의 토출구가 상기 제1 온도부에서의 분사구인 제1 분사구로 형성되어, 상기 제1 튜브의 토출구와 상기 환형벽부 제2 면 사이 거리가 상기 제1 분사 거리로 형성될 수 있다.

상기 제2 튜브의 토출구가 상기 제2 온도부에서의 분사구인 제2 분사구로 형성되어, 상기 제2 튜브의 토출구와 상기 환형벽부 제2 면 사이 거리가 상기 제2 분사 거리로 형성될 수 있다.

상기 제1 튜브의 길이가 상기 제2 튜브의 길이보다 길게 형성될 수 있다.

상기 제1 튜브와 상기 제2 튜브는 상기 충돌판 제2 면을 기준으로 상기 환형벽부의 반대측으로 돌출되지 않게 형성될 수 있다.

한편, 본 발명은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 상기 로터로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기; 상기 연소기로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈; 상기 하우징과 상기 터빈 사이에 개재되는 링 세그먼트; 및 상기 링 세그먼트를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 상기 링 세그먼트로 분사하는 복수의 냉각 유체 유로를 갖는 충돌판;을 포함하고, 복수의 상기 냉각 유체 유로는, 상기 링 세그먼트의 제1 온도부로 냉각 유체를 분사하는 제1 냉각 유체 유로; 및 상기 링 세그먼트의 제2 온도부로 냉각 유체를 분사하는 제2 냉각 유체 유로;를 포함하고, 상기 제1 온도부의 온도는 제2 온도부의 온도보다 높고, 상기 제1 냉각 유체 유로의 길이가 상기 제2 냉각 유체 유로의 길이보다 길게 형성되는 가스 터빈을 제공한다.

또한, 본 발명은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 상기 로터로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기; 상기 연소기로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈; 상기 하우징과 상기 터빈 사이에 개재되는 링 세그먼트; 및 상기 링 세그먼트를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 상기 링 세그먼트로 분사하는 복수의 분사구를 갖는 충돌판;을 포함하고, 복수의 상기 분사구는 연소 가스의 유동 방향을 따라 배열되고, 상기 분사구로부터 상기 링 세그먼트까지 이격 거리를 분사 거리라 하면, 상기 충돌판은 연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에서 상류 측으로 갈수록 상기 분사 거리가 점진적으로 감소되게 형성되는 가스 터빈을 제공한다.

또한, 본 발명은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 상기 로터로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기; 상기 연소기로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈; 상기 하우징과 상기 터빈 사이에 개재되는 링 세그먼트; 및 상기 링 세그먼트를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 상기 링 세그먼트로 분사하는 복수의 냉각 유체 유로를 갖는 충돌판;을 포함하고, 복수의 상기 냉각 유체 유로는 연소 가스의 유동 방향을 따라 배열되고, 상기 충돌판은 연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에서 상류 측으로 갈수록 상기 냉각 유체 유로가 점진적으로 증가되게 형성되는 가스 터빈을 제공한다.

본 발명에 의한 가스 터빈은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터; 상기 로터로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기; 상기 연소기로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터를 회전시키는 터빈; 상기 하우징과 상기 터빈 사이에 개재되는 링 세그먼트; 및 상기 링 세그먼트를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 상기 링 세그먼트로 분사하는 복수의 분사구를 갖는 충돌판;을 포함하고, 상기 분사구로부터 상기 링 세그먼트까지 이격 거리를 분사 거리라 하면, 상기 충돌판은 상기 링 세그먼트의 제1 온도부에서의 분사 거리가 상기 링 세그먼트의 제2 온도부에서의 분사 거리와 상이하게 형성될 수 있다. 이에 의하여, 링 세그먼트 부위별로 적절한 냉각이 이루어져, 링 세그먼트의 고온부는 충분히 냉각되어 열화가 방지되고, 링 세그먼트의 저온부는 과도한 냉각이 방지되어 가스 터빈 전체적인 효율 저하가 방지되며, 링 세그먼트의 부위별 온도가 동등 수준이 되어 열응력 및 그에 따른 손상이 방지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈을 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 가스 터빈에서 링 세그먼트 및 충돌판이 설치되는 부위를 확대하여 도시한 단면도,
도 3은 도 2에서 링 세그먼트와 충돌판만을 도시한 단면도,
도 4는 도 2의 충돌판에서 분사되는 냉각 유체의 속도 프로파일을 비교한 도표,
도 5 내지 도 7은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 터빈에서 링 세그먼트와 충돌판을 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명에 의한 가스 터빈을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 가스 터빈에서 링 세그먼트 및 충돌판을 확대하여 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2에서 링 세그먼트와 충돌판만을 도시한 단면도이며, 도 4는 도 2의 충돌판에서 분사되는 냉각 유체의 속도 프로파일을 비교한 도표로서 제1 온도부에 분사되는 유체의 속도 프로파일과 제2 온도부에서 분사되는 냉각 유체의 속도 프로파일을 비교한 도표이다.

첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은, 하우징(100), 상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(600), 상기 로터(600)로부터 회전력을 전달받아 상기 하우징(100)으로 유입되는 공기를 압축하는 압축기(200), 상기 압축기(200)에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기(400), 상기 연소기(400)로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터(600)를 회전시키는 터빈(500), 발전을 위해 상기 로터(600)에 연동되는 발전기 및 상기 터빈(500)을 통과한 연소 가스를 배출하는 디퓨저를 포함할 수 있다.

상기 하우징(100)은, 상기 압축기(200)가 수용되는 압축기 하우징(110), 상기 연소기(400)가 수용되는 연소기 하우징(120) 및 상기 터빈(500)이 수용되는 터빈 하우징(130)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 압축기 하우징(110), 상기 연소기 하우징(120) 및 상기 터빈 하우징(130)은 유체 흐름 방향 상 상류 측으로부터 하류 측으로 순차적으로 배열될 수 있다.

상기 로터(600)는, 상기 압축기 하우징(110)에 수용되는 압축기 로터 디스크(610), 상기 터빈 하우징(130)에 수용되는 터빈 로터 디스크(630) 및 상기 연소기 하우징(120)에 수용되고 상기 압축기 로터 디스크(610)와 상기 터빈 로터 디스크(630)를 연결하는 토크 튜브(620), 상기 압축기 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 상기 터빈 로터 디스크(630)를 체결하는 타이 로드(640)와 고정 너트(650)를 포함할 수 있다.

상기 압축기 로터 디스크(610)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610)는 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 상기 압축기 로터 디스크(610)는 다단으로 형성될 수 있다.

그리고, 각 압축기 로터 디스크(610)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에 후술할 압축기 블레이드(210)와 결합되는 압축기 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.

상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은, 후술할 압축기 블레이드(210)가 그 압축기 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무(fir-tree) 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 압축기 로터 디스크(610)와 후술할 압축기 블레이드(210)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합되는데, 본 실시예의 경우 액셜 타입으로 결합되도록 형성된다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 상기 압축기 로터 디스크(610)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다.

상기 터빈 로터 디스크(630)는 상기 압축기 로터 디스크(610)와 유사하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 터빈 로터 디스크(630)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630)는 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 상기 터빈 로터 디스크(630)는 다단으로 형성될 수 있다.

그리고, 각 터빈 로터 디스크(630)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에 후술할 터빈 블레이드(510)와 결합되는 터빈 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.

상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은, 후술할 터빈 블레이드(510)가 그 터빈 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 터빈 로터 디스크(630)와 후술할 터빈 블레이드(510)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합되는데, 본 실시예의 경우 액셜 타입으로 결합되도록 형성된다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 상기 터빈 로터 디스크(630)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다.

상기 토크 튜브(620)는 상기 터빈 로터 디스크(630)의 회전력을 상기 압축기 로터 디스크(610)로 전달하는 토크 전달 부재로서, 일단부가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610) 중 공기의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(610)와 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630) 중 연소 가스의 유동 방향(F) 상 최상류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(630)와 체결될 수 있다. 여기서, 상기 토크 튜브(620)의 일단부와 타단부 각각에는 돌기가 형성되고, 상기 압축기 로터 디스크(610)와 상기 터빈 로터 디스크(630) 각각에는 상기 돌기와 치합되는 홈이 형성되어, 상기 토크 튜브(620)가 상기 압축기 로터 디스크(610) 및 상기 터빈 로터 디스크(630)에 대해 상대 회전이 방지될 수 있다.

그리고, 상기 토크 튜브(620)는, 상기 압축기(200)로부터 공급되는 공기가 그 토크 튜브(620)를 통과하여 상기 터빈(500)으로 유동 가능하도록, 중공형의 실린더 형태로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 토크 튜브(620)는 장기간 지속적으로 운전되는 가스 터빈의 특성상 변형 및 뒤틀림 등에 강하게 형성되고, 용이한 유지 보수를 위해 조립 및 해체가 용이하게 형성될 수 있다.

상기 타이 로드(640)는 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630)를 관통하도록 형성되고, 일단부가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610) 중 공기의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(610) 내에 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630) 중 연소 가스의 유동 방향(F) 상 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(630)를 기준으로 상기 압축기(200)의 반대측으로 돌출되고 상기 고정 너트(650)와 체결될 수 있다.

여기서, 상기 고정 너트(650)는 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(630)를 상기 압축기(200) 측으로 가압하고, 상기 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(610)와 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(630) 사이 간격이 감소됨에 따라, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630)가 상기 로터(600)의 축 방향으로 압축될 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630)의 축 방향 이동 및 상대 회전이 방지될 수 있다.

한편, 본 실시예의 경우 하나의 상기 타이 로드(640)가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(610), 상기 토크 튜브(620) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(630)의 중심부를 관통하도록 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 압축기(200) 측과 터빈(500) 측에 각각 별도의 타이 로드(640)가 구비될 수도 있고, 복수의 타이 로드(640)가 원주 방향을 따라 방사상으로 배치될 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

이러한 구성에 따른 상기 로터(600)는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되고, 일단부가 상기 발전기의 구동축에 연결될 수 있다.

상기 압축기(200)는, 상기 로터(600)와 함께 회전되는 압축기 블레이드(210) 및 상기 압축기 블레이드(210)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징(100)에 고정 설치되는 압축기 베인(220)을 포함할 수 있다.

상기 압축기 블레이드(210)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드(210)는 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드(210)는 각 단마다 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.

그리고, 각 압축기 블레이드(210)는, 판형의 압축기 블레이드 플랫폼부, 상기 압축기 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 구심 측으로 연장되는 압축기 블레이드 루트부 및 상기 압축기 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 연장되는 압축기 블레이드 에어 포일부를 포함할 수 있다.

상기 압축기 블레이드 플랫폼부는 이웃하는 압축기 블레이드 플랫폼부와 접하며 상기 압축기 블레이드 에어 포일부 사이 간격을 유지시키는 역할을 할 수 있다.

상기 압축기 블레이드 루트부는 전술한 바와 같이 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯에 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 압축기 블레이드 루트부는 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 본 실시예의 경우 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 전나무 형태로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니고 도브 테일 형태 등으로 형성될 수도 있다. 또는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 압축기 블레이드(210)를 상기 압축기 로터 디스크(610)에 체결할 수 있다.

그리고, 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은, 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯이 용이하게 체결 가능하도록, 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯이 상기 압축기 블레이드 루트부보다 크게 형성되고, 결합된 상태에서 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯 사이에 간극이 형성될 수 있다.

그리고, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 별도의 핀에 의해 고정되어, 상기 압축기 블레이드 루트부가 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 축 방향으로 이탈되는 것이 방지될 수 있다.

상기 압축기 블레이드 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 공기의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 공기가 입사되는 리딩 에지(leading edge) 및 공기의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 공기가 출사되는 트레일링 에지(trailing edge)를 포함할 수 있다.

상기 압축기 베인(220)은 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 베인(220)은 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 압축기 베인(220)과 상기 압축기 블레이드(210)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다.

그리고, 복수의 상기 압축기 베인(220)은 각 단마다 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.

그리고, 각 압축기 베인(220)은, 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 환형으로 형성되는 압축기 베인 플랫폼부 및 상기 압축기 베인 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향으로 연장되는 압축기 베인 에어 포일부를 포함할 수 있다.

상기 압축기 베인 플랫폼부는, 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익근부에 형성되고 상기 압축기 하우징(110)에 체결되는 루트 측 압축기 베인 플랫폼부 및 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익단부에 형성되고 상기 로터(600)에 대향되는 팁 측 압축기 베인 플랫폼부를 포함할 수 있다.

여기서, 본 실시예에 따른 상기 압축기 베인 플랫폼부는 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익근부 뿐만 아니라 익단부를 지지함으로써 상기 압축기 베인 에어 포일부를 더욱 안정적으로 지지하기 위해 상기 루트 측 압축기 베인 플랫폼부 및 상기 팁 측 압축기 베인 플랫폼부를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 압축기 베인 플랫폼부는 상기 루트 측 압축기 베인 플랫폼부를 포함하여 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익근부만 지지하도록 형성될 수도 있다.

상기 압축기 베인 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 공기의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 공기가 입사되는 리딩 에지 및 공기의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 공기가 출사되는 트레일링 에지를 포함할 수 있다.

상기 연소기(400)는 상기 압축기(200)로부터 유입되는 공기를 연료와 혼합 및 연소시켜 높은 에너지의 고온 고압 연소 가스를 만들어 내며, 등압 연소 과정으로 그 연소기(400) 및 상기 터빈(500)이 견딜 수 있는 내열 한도까지 연소 가스 온도를 높이도록 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 연소기(400)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 연소기(400)는 상기 연소기 하우징(120)에 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 배열될 수 있다.

그리고, 각 연소기(400)는, 상기 압축기(200)에서 압축된 공기가 유입되는 라이너, 상기 라이너에 유입되는 공기에 연료를 분사하고 연소시키는 버너 및 상기 버너에서 생성되는 연소 가스를 상기 터빈(500)으로 안내하는 트랜지션 피스를 포함할 수 있다.

상기 라이너는, 연소실을 형성하는 화염통 및 상기 화염통을 감싸면서 환형 공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다.

상기 버너는, 상기 연소실로 유입되는 공기에 연료를 분사하도록 상기 라이너의 전단 측에 형성되는 연료 분사 노즐 및 상기 연소실에서 혼합된 공기와 연료가 착화되도록 상기 라이너의 벽부에 형성되는 점화 플러그를 포함할 수 있다.

상기 트랜지션 피스는 연소 가스의 높은 온도에 의해 손상되지 않도록 그 트랜지션 피스의 외벽부가 상기 압축기(200)로부터 공급되는 공기에 의해 냉각되도록 형성될 수 있다.

즉, 상기 트랜지션 피스에는 공기(냉각 유체)를 내부로 분사하기 위한 냉각 홀이 형성되고, 공기(냉각 유체)가 그 냉각 홀을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킬 수 있다.

한편, 상기 트랜지션 피스를 냉각시킨 공기(냉각 유체)는 상기 라이너의 환형 공간으로 유동되고, 상기 라이너의 외벽에는 상기 플로우 슬리브의 외부에서 공기(냉각 유체)가 상기 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀을 통해 냉각 공기로 제공되어 충돌할 수 있다.

여기서, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 압축기(200)와 상기 연소기(400) 사이에는 상기 연소기(400)로 유입되는 공기의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위해 안내깃 역할을 하는 디스월러(desworler)가 형성될 수 있다.

상기 터빈(500)은 상기 압축기(200)와 유사하게 형성될 수 있다.

즉, 상기 터빈(500)은, 상기 로터(600)와 함께 회전되는 터빈 블레이드(510) 및 상기 터빈 블레이드(510)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징(100)에 고정 설치되는 터빈 베인(520)을 포함할 수 있다.

상기 터빈 블레이드(510)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드(510)는 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드(510)는 각 단마다 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.

그리고, 각 터빈 블레이드(510)는, 판형의 터빈 블레이드 플랫폼부, 상기 터빈 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 구심 측으로 연장되는 터빈 블레이드 루트부 및 상기 터빈 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 연장되는 터빈 블레이드 에어 포일부를 포함할 수 있다.

상기 터빈 블레이드 플랫폼부는 이웃하는 터빈 블레이드 플랫폼부와 접하며 상기 터빈 블레이드 에어 포일부 사이 간격을 유지시키는 역할을 할 수 있다.

상기 터빈 블레이드 루트부는 전술한 바와 같이 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯에 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 터빈 블레이드 루트부는 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 본 실시예의 경우 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 전나무 형태로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니고 도브 테일 형태 등으로 형성될 수도 있다. 또는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 터빈 블레이드(510)를 상기 터빈 로터 디스크(630)에 체결할 수 있다.

그리고, 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은, 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯이 용이하게 체결 가능하도록, 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯이 상기 터빈 블레이드 루트부보다 크게 형성되고, 결합된 상태에서 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯 사이에 간극이 형성될 수 있다.

그리고, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 별도의 핀에 의해 고정되어, 상기 터빈 블레이드 루트부가 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(600)의 축 방향으로 이탈되는 것이 방지될 수 있다.

상기 터빈 블레이드 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 유동 방향(F) 상 상류 측에 위치되어 연소 가스가 입사되는 리딩 에지 및 연소 가스의 유동 방향(F) 상 하류 측에 위치되어 연소 가스가 출사되는 트레일링 에지를 포함할 수 있다.

상기 터빈 베인(520)은 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 베인(520)은 상기 로터(600)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 터빈 베인(520)과 상기 터빈 블레이드(510)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다.

그리고, 복수의 상기 터빈 베인(520)는 각 단마다 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.

그리고, 각 터빈 베인(520)은, 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 환형으로 형성되는 터빈 베인 플랫폼부 및 상기 터빈 베인 플랫폼부로부터 상기 로터(600)의 회전 반경 방향으로 연장되는 터빈 베인 에어 포일부를 포함할 수 있다.

상기 터빈 베인 플랫폼부는, 상기 터빈 베인 에어 포일부의 익근부에 형성되고 상기 터빈 하우징(130)에 체결되는 루트 측 터빈 베인 플랫폼부 및 상기 터빈 베인 에어 포일부의 익단부에 형성되고 상기 로터(600)에 대향되는 팁 측 터빈 베인 플랫폼부를 포함할 수 있다.

여기서, 본 실시예에 따른 상기 터빈 베인 플랫폼부는 상기 터빈 베인 에어 포일부의 익근부 뿐만 아니라 익단부를 지지함으로써 상기 터빈 베인 에어 포일부를 더욱 안정적으로 지지하기 위해 상기 루트 측 터빈 베인 플랫폼부 및 상기 팁 측 터빈 베인 플랫폼부를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 터빈 베인 플랫폼부는 상기 루트 측 터빈 베인 플랫폼부를 포함하여 상기 터빈 베인 에어 포일부의 익근부만 지지하도록 형성될 수도 있다.

상기 터빈 베인 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 유동 방향(F) 상 상류 측에 위치되어 연소 가스가 입사되는 리딩 에지 및 연소 가스의 유동 방향(F) 상 하류 측에 위치되어 연소 가스가 출사되는 트레일링 에지를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 터빈(500)은 상기 압축기(200)와 달리 고온 고압의 연소 가스와 접촉하므로, 열화 등의 손상을 방지하기 위한 냉각 수단을 필요로 한다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 가스 터빈은, 상기 압축기(200)의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 상기 터빈(500)으로 공급하는 냉각 유로를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각 유로는 상기 하우징(100)의 외부에서 연장되거나(외부 유로), 상기 로터(600)의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 외부 유로 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다.

그리고, 상기 냉각 유로는 상기 터빈 블레이드(510)의 내부에 형성되는 터빈 블레이드(510) 쿨링 유로와 연통되어, 상기 터빈 블레이드(510)가 공기(냉각 유체)에 의해 냉각될 수 있다.

그리고, 상기 터빈 블레이드(510) 쿨링 유로는 상기 터빈 블레이드(510)의 표면에 형성되는 터빈 블레이드(510) 필름 쿨링 홀과 연통되어, 공기(냉각 유체)가 상기 터빈 블레이드(510)의 표면에 공급됨으로써, 상기 터빈 블레이드(510)가 공기(냉각 유체)에 의해 소위 막 냉각될 수 있다.

이외에도, 상기 터빈 베인(520) 역시 상기 터빈 블레이드(510)와 유사하게 상기 냉각 유로로부터 공기(냉각 유체)를 공급받아 냉각될 수 있도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 터빈(500)은 상기 터빈 블레이드(510)가 원활히 회전 가능하도록 상기 터빈 블레이드(510)의 익단과 상기 터빈 하우징(130)의 내주면 사이에 간극을 필요로 한다.

다만, 상기 간극은 넓을수록 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간섭 방지 측면에서 유리하지만 연소 가스 누설 측면에서 불리하고, 좁을수록 그 반대가 된다. 즉, 상기 연소기(400)로부터 분사되는 연소 가스의 유동은 상기 터빈 블레이드(510)를 관류하는 주 유동 및 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간극을 통과하는 누설 유동으로 구분될 수 있는데, 상기 간극이 넓을수록, 상기 누설 유동이 증가되어 가스 터빈 효율이 저하되나, 열 변형 등에 의한 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간섭 및 그에 따른 손상이 방지될 수 있다. 반면, 상기 간극이 좁을수록, 상기 누설 유동이 감소되어 가스 터빈 효율이 향상되나, 열 변형 등에 의한 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간섭 및 이에 따른 손상이 발생될 수 있다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 가스 터빈은, 상기 터빈 블레이드(510)와 상기 터빈 하우징(130) 사이 간섭 및 이에 따른 손상을 방지하면서 가스 터빈 효율 저하를 최소화할 수 있는 적정한 간극을 확보하도록, 실링 수단을 더 포함할 수 있다.

상기 실링 수단은 상기 터빈 하우징(130)의 내주면에 설치되는 링 세그먼트(700)를 포함할 수 있다.

상기 링 세그먼트(700)는 상기 터빈 하우징(130)과 상기 터빈 블레이드(510)의 익단 사이에서 상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 연장되는 환형벽부(710) 및 상기 환형벽부(710)로부터 절곡되어 상기 터빈 하우징(130)에 체결되는 플랜지부(720)를 포함하여, 상기 환형벽부(710)와 상기 터빈 블레이드(510)의 익단 사이에 적정의 간극이 형성됨으로써, 연소 가스 누설에 의한 가스 터빈 효율 저하를 최소화하면서, 상기 터빈(500)의 손상을 방지할 수 있다.

이러한 구성에 따른 가스 터빈은, 상기 하우징(100)으로 유입되는 공기가 상기 압축기(200)에 의해 압축되고, 상기 압축기(200)에 의해 압축된 공기가 상기 연소기(400)에 의해 연료와 혼합된 뒤 연소되어 연소 가스가 되고, 상기 연소기(400)에서 생성된 연소 가스가 상기 터빈(500)으로 유입되고, 상기 터빈(500)으로 유입된 연소 가스가 상기 터빈 블레이드(510)를 통해 상기 로터(600)를 회전시킨 후 상기 디퓨저를 통해 대기로 배출되며, 연소 가스에 의해 회전되는 상기 로터(600)가 상기 압축기(200) 및 상기 발전기를 구동할 수 있다. 즉, 상기 터빈(500)에서 얻은 기계적 에너지 중 일부는 상기 압축기(200)에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되고, 나머지는 상기 발전기로 전력을 생산하는데 이용될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 가스 터빈은, 상기 터빈(500) 측으로 고온의 연소 가스가 통과하기 때문에 안정된 운전을 위해, 상기 링 세그먼트(700)가 상기 냉각 유로로부터 공기(냉각 유체)를 공급받아 냉각되도록 형성되되, 상기 링 세그먼트(700)의 냉각 효과를 향상시키기 위해 소위 충돌식으로 냉각되도록 형성될 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 가스 터빈은, 상기 링 세그먼트(700)를 냉각시키기 위한 공기(냉각 유체)의 유속을 증가시켜 상기 링 세그먼트(700)(더욱 정확히는, 환형벽부(710))로 분사하는 분사구(H1, H2)를 갖는 충돌판(800)을 포함할 수 있다.

상기 충돌판(800)은 상기 링 세그먼트(700)의 고온부(예를 들어, 연소 가스 유동 방향 상 상류 측 부위)(이하, 제1 온도부)(P1)를 그 고온부보다 온도가 낮은 저온부(예를 들어, 연소 가스 유동 방향 상 하류 측 부위)(이하, 제2 온도부)(P2)보다 더 냉각시키도록 형성될 수 있다.

구체적으로, 공기(냉각 유체) 분사 방향 상 상기 분사구(H1, H2)로부터 상기 환형벽부(710)까지 이격 거리를 분사 거리(D1, D2)라 하면, 상기 충돌판(800)은 상기 분사구(H1, H2)를 복수로 구비하여 상기 제1 온도부(P1)에 대향되는 위치(이하, 제1 온도부(P1) 영역)에 형성되는 제1 분사구(H1) 및 상기 제2 온도부(P2)에 대향되는 위치(이하, 제2 온도부(P2) 영역)에 형성되는 제2 분사구(H2)를 포함하고, 상기 제1 분사구(H1)와 상기 제1 온도부(P1) 사이 분사 거리인 제1 분사 거리(D1)가 상기 제2 분사구(H2)와 상기 제2 온도부(P2) 사이 분사 거리인 제2 분사 거리(D2)보다 짧게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 충돌판(800)은 상기 제1 분사구(H1)가 포함되는 제1 냉각 유체 유로(W1) 및 상기 제2 분사구(H2)가 포함되는 제2 냉각 유체 유로(W2)를 포함하고, 상기 제1 냉각 유체 유로(W1)의 길이(L1)가 상기 제2 냉각 유체 유로(W2)의 길이(L2)보다 길게 형성될 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 충돌판(800)은 상기 환형벽부(710)를 기준으로 상기 터빈 블레이드(510)의 반대측에서 상기 플랜지부(720)에 고정되고 상기 환형벽부(710)에 이격되는 판재로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 환형벽부(710)는 상기 터빈 블레이드(510)에 대향되는 환형벽부 제1 면(712) 및 상기 환형벽부 제1 면(712)의 배면을 이루는 환형벽부 제2 면(714)을 포함하고, 상기 충돌판(800)은 상기 환형벽부 제2 면(714)으로부터 이격되고 그 환형벽부 제2 면(714)에 대향되는 충돌판 제1 면(810) 및 상기 충돌판 제1 면(810)의 배면을 이루는 충돌판 제2 면(820)을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 충돌판(800)은 상기 충돌판 제2 면(820)으로부터 상기 충돌판 제1 면(810)까지 그 충돌판(800)을 관통하는 관통공(832, 834)을 포함하고, 상기 관통공(832, 834)은 상기 제1 온도부(P1) 영역에 형성되는 제1 관통공(832) 및 상기 제2 온도부(P2) 영역에 형성되는 제2 관통공(834)을 포함할 수 있다.

여기서, 본 실시예의 경우, 공기(냉각 유체)가 상기 관통공(832, 834)을 통과하여 상기 환형벽부(710)로 분사되도록 형성됨에 따라, 상기 제1 관통공(832)이 상기 제1 냉각 유체 유로(W1)가 되고, 상기 제1 관통공(832)의 상기 충돌판 제1 면(810) 측 개구가 상기 제1 분사구(H1)가 되고, 상기 제2 관통공(834)이 상기 제2 냉각 유체 유로(W2)가 되며, 상기 제2 관통공(834)의 상기 충돌판 제1 면(810) 측 개구가 상기 제2 분사구(H2)가 될 수 있다.

그리고, 상기 충돌판 제1 면(810)은, 그 충돌판 제1 면(810)의 적어도 일부가 상기 환형벽부 제2 면(714)에 대해 경사지게 형성되어, 상기 제1 온도부(P1) 영역에서의 상기 충돌판 제1 면(810)과 상기 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리가 상기 제2 온도부(P2) 영역에서의 상기 충돌판 제1 면(810)과 상기 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리보다 짧게 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 제1 분사구(H1)인 상기 제1 관통공(832)의 상기 충돌판 제1 면(810) 측 개구가 상기 제2 분사구(H2)인 상기 제2 관통공(834)의 상기 충돌판 제1 면(810) 측 개구보다 상기 환형벽부 제2 면(714)에 가깝게 형성되고, 상기 제1 분사 거리(D1)(제1 관통공(832)의 충돌판 제1 면(810) 측 개구와 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리)가 상기 제2 분사 거리(D2)(제2 관통공(834)의 충돌판 제1 면(810) 측 개구와 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리)보다 짧게 형성될 수 있다.

반면, 상기 충돌판 제2 면(820)은 상기 환형벽부 제2 면(714)에 평행하게 형성되어, 상기 제1 온도부(P1) 영역에서의 상기 충돌판 제2 면(820)과 상기 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리가 상기 제2 온도부(P2) 영역에서의 상기 충돌판 제2 면(820)과 상기 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리와 동등 수준으로 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 제1 냉각 유체 유로(W1)인 상기 제1 관통공(832)의 길이(L1)가 상기 제2 냉각 유체 유로(W2)인 상기 제2 관통공(834)의 길이(L2)보다 길게 형성될 수 있다.

상기 제1 분사 거리(D1)(제1 관통공(832)의 충돌판 제1 면(810) 측 개구와 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리)가 상기 제2 분사 거리(D2)(제2 관통공(834)의 충돌판 제1 면(810) 측 개구와 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리)보다 짧게 형성됨에 따라, 상기 제1 온도부(P1)와 상기 제2 온도부(P2)가 각각 적절하게 냉각될 수 있다. 즉, 상기 냉각 유로로부터 상기 충돌판(800) 측으로 공급되는 공기(냉각 유체)는 상기 관통공(832, 834)을 통과하며 유속이 증가되고, 유속이 증가된 공기(냉각 유체)는 상기 관통공(832, 834)으로부터 토출되고, 상기 관통공(832, 834)으로부터 토출된 공기(냉각 유체)는 확관 효과에 의해 유속이 일부 감소되지만 여전히 빠른 유속을 갖는 상태로 상기 환형벽부(710)에 충돌되어 그 환형벽부(710)를 냉각시키는데, 상기 제1 관통공(832)으로부터 토출되는 공기(냉각 유체)는 상대적으로 짧은 분사 거리에 의해 상대적으로 유속이 덜 감소된 상태로 상기 환형벽부(710)의 제1 온도부(P1)에 충돌되고, 상기 제2 관통공(834)으로부터 토출되는 공기(냉각 유체)는 상대적으로 긴 분사 거리에 의해 상대적으로 유속이 더 감소된 상태로 상기 환형벽부(710)의 제2 온도부(P2)에 충돌됨으로써, 상기 제1 온도부(P1)가 상기 제2 온도부(P2)보다 더 냉각될 수 있다. 또한, 상기 분사구(H1, H2)로부터 분사되는 공기(냉각 유체)의 분사 범위는 상기 분사 거리(D1, D2)에 비례하는데, 상기 제1 분사 거리(D1)가 상기 제2 분사 거리(D2)보다 짧게 형성되기 때문에, 상기 제1 분사구(H1)로부터 분사되는 공기(냉각 유체)의 분사 범위인 제1 분사 범위가 상기 제2 분사구(H2)로부터 분사되는 공기(냉각 유체)의 분사 범위인 제2 분사 범위보다 좁을 수 있다. 이에 의하여, 상기 제1 온도부(P1)가 상기 제2 온도부(P2)보다 더욱 집중적으로 냉각되어, 상기 제1 온도부(P1)가 상기 제2 온도부(P2)보다 더욱 더 냉각될 수 있다.

그리고, 상기 제1 냉각 유체 유로(W1)인 상기 제1 관통공(832)의 길이(L1)가 상기 제2 냉각 유체 유로(W2)인 상기 제2 관통공(834)의 길이(L2)보다 길게 형성됨에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 관통공(832)으로부터 토출되는 공기(냉각 유체)의 속도 프로파일이 상기 제2 관통공(834)으로부터 토출되는 공기(냉각 유체)의 속도 프로파일보다 더욱 충분히 발달될 수 있다. 이에 의하여, 상기 제1 온도부(P1)가 상기 제2 온도부(P2)보다 효과적으로 냉각되고, 상기 제1 온도부(P1)와 상기 제2 온도부(P2)가 각각 더욱 적절하게 냉각될 수 있다.

이에 의하여, 상기 제1 온도부(P1)는 충분히 냉각되어 열화가 방지되고, 상기 제2 온도부(P2)는 과도한 냉각이 방지되어 가스 터빈 전체적인 효율 저하가 방지되며, 상기 제1 온도부(P1)의 온도와 상기 제2 온도부(P2)의 온도가 동등 수준이 되어 열응력 및 그에 따른 손상이 방지될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 상기 제2 분사 범위가 넓기 때문에, 상기 제2 분사구(H2)로부터 분사되는 공기(냉각 유체)가 그 제2 분사구(H2)에 인접하는 다른 분사구(예를 들어, 제1 분사구(H1))로부터 분사되는 공기(냉각 유체)의 유동을 방해할 수 있다. 이를 고려하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 온도부(P2)의 경계에서 상기 환형벽부 제2 면(714)으로부터 상기 충돌판 제1 면(810) 측으로 돌출되는 격벽부(730)가 형성될 수 있다. 상기 격벽부(730)는 상기 제2 분사구(H2)로부터 분사되는 공기(냉각 유체)가 상기 제2 온도부(P2)의 경계를 넘어가는 것을 방지함으로써, 상기 제2 분사구(H2)로부터 분사되는 공기(냉각 유체)가 상기 다른 분사구(예를 들어, 제1 분사구(H1))로부터 분사되는 공기(냉각 유체)의 유동을 방해하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 실시예의 경우 상기 관통공(832, 834)이 상기 냉각 유체 유로(W1, W2)로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 도 6을 참조하면, 상기 관통공(832, 834)에는 그 관통공(832, 834) 측으로 유입되는 공기(냉각 유체)를 상기 환형벽부(710) 측으로 안내하는 튜브(842, 844)가 삽입될 수 있다.

그리고, 상기 튜브(842, 844)는, 상기 분사 거리(D1, D2)를 감소시켜 냉각 성능을 향상시키도록, 상기 충돌판 제1 면(810)을 기준으로 상기 환형벽부(710) 측으로 돌출되게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 튜브(842, 844)는, 상기 제1 온도부(P1)가 충분히 냉각되고, 상기 제2 온도부(P2)가 과도하게 냉각되지 않도록, 상기 제1 관통공(832)에 삽입되는 제1 튜브(842) 및 상기 제2 관통공(834)에 삽입되는 제2 튜브(844)를 포함하고, 상기 제1 튜브(842)는 상기 제2 튜브(844)보다 상기 충돌판 제1 면(810)으로부터 더 돌출되게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제1 튜브(842)와 상기 제2 튜브(844)는, 상기 충돌판(800) 측으로 공급되는 공기(냉각 유체)가 상기 제1 튜브(842)와 상기 제2 튜브(844)로 원활히 유입되고, 유동 손실이 발생되지 않도록, 상기 충돌판 제2 면(820)을 기준으로 상기 환형벽부(710)의 반대측으로 돌출되지 않는 것이 바람직할 수 있다.

이 경우, 그 작용 효과는 전술한 실시예와 대동소이할 수 있다. 즉, 상기 제1 튜브(842)의 토출구가 상기 제1 분사구(H1)로 형성되어, 상기 제1 튜브(842)의 토출구와 상기 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리가 상기 제1 분사 거리(D1)로 형성되고, 상기 제2 튜브(844)의 토출구가 상기 제2 분사구(H2)로 형성되어, 상기 제2 튜브(844)의 토출구와 상기 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리가 상기 제2 분사 거리(D2)로 형성될 뿐, 상기 제1 분사 거리(D1)(제1 튜브(842)의 토출구와 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리)가 상기 제2 분사 거리(D2)(제2 튜브(844)의 토출구와 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리)보다 짧게 형성되고, 상기 제1 냉각 유체 유로(W1)인 상기 제1 튜브(842)의 길이(L1)가 상기 제2 냉각 유체 유로(W2)인 상기 제2 튜브(844)의 길이(L2)보다 길게 형성될 수 있다.

다만, 이 경우, 상기 충돌판 제1 면(810)과 상기 충돌판 제2 면(820)이 모두 상기 환형벽부 제2 면(714)에 평행하게 형성될 수 있어, 상기 충돌판(800)의 두께가 얇아질 수 있다.

한편, 통상적으로 연소 가스의 유동 방향(F) 상 상류 측이 하류 측보다 온도가 높기 때문에, 본 실시예의 경우, 연소 가스의 유동 방향(F) 상 하류 측에서 상류 측으로 갈수록 분사 거리(D1, D2)가 점진적으로 감소되고, 연소 가스의 유동 방향(F) 상 하류 측에서 상류 측으로 갈수록 냉각 유체 유로(W1, W2)의 길이(L1, L2)가 점진적으로 증가되게 형성된다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 고온부(제1 온도부(P1))와 저온부(제2 온도부(P2))의 위치에 따라 상기 분사 거리(D1, D2)와 상기 냉각 유체 유로(W1, W2)의 길이(L1, L2)가 조절될 수 있다. 즉, 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 연소 가스의 유동 방향(F) 상 상류 측에서 하류 측으로 갈수록, 상기 환형벽부(710)의 온도(냉각 전 온도)가 증가되다가 감소될 경우, 상기 분사 거리(D1, D2)는 점진적으로 감소되다가 증가되고, 상기 냉각 유체 유로(W1, W2)의 길이(L1, L2)가 점진적으로 증가되다가 감소되게 형성될 수 있다.

100: 하우징 200: 압축기
400: 연소기 500: 터빈
600: 로터 700: 링 세그먼트
710: 환형벽부 712: 환형벽부 제1 면
714: 환형벽부 제2 면 720: 플랜지부
730: 격벽부 800: 충돌판
810: 충돌판 제1 면 820: 충돌판 제2 면
832: 제1 관통공 834: 제2 관통공
842: 제1 튜브 844: 제2 튜브
D1: 제1 분사 거리 D2: 제2 분사 거리
H1: 제1 분사구 H2: 제2 분사구
L1: 제1 냉각 유체 유로의 길이 L2: 제2 냉각 유체 유로의 길이
P1: 제1 온도부 P2: 제2 온도부
W1: 제1 냉각 유체 유로 W2: 제2 냉각 유체 유로

Claims

하우징(100);
상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(600);
상기 로터(600)로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기(200);
상기 압축기(200)에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기(400);
상기 연소기(400)로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터(600)를 회전시키는 터빈(500);
상기 하우징(100)과 상기 터빈(500) 사이에 개재되는 링 세그먼트(700); 및
상기 링 세그먼트(700)를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 상기 링 세그먼트(700)로 분사하는 복수의 분사구(H1, H2)를 갖는 충돌판(800);을 포함하고,
상기 분사구(H1, H2)로부터 상기 링 세그먼트(700)까지 이격 거리를 분사 거리(D1, D2)라 하면, 상기 충돌판(800)은 상기 링 세그먼트(700)의 제1 온도부(P1)에서의 분사 거리인 제1 분사 거리(D1)가 상기 링 세그먼트(700)의 제2 온도부(P2)에서의 분사 거리인 제2 분사 거리(D2)와 상이하게 형성되는 가스 터빈.
제1항에 있어서,
상기 제1 온도부(P1)의 온도는 제2 온도부(P2)의 온도보다 높고,
상기 충돌판(800)은 상기 제1 분사 거리(D1)가 상기 제2 분사 거리(D2)보다 짧게 형성되는 가스 터빈.
제2항에 있어서,
상기 링 세그먼트(700)는,
상기 로터(600)의 회전 방향을 따라 연장되는 환형벽부(710); 및
상기 환형벽부(710)로부터 절곡되어 상기 하우징(100)에 체결되는 플랜지부(720);를 포함하고,
상기 환형벽부(710)는,
상기 터빈 블레이드(510)에 대향되는 환형벽부 제1 면(712); 및
상기 환형벽부 제1 면(712)의 배면을 이루는 환형벽부 제2 면(714);을 포함하고,
상기 충돌판(800)은,
상기 환형벽부 제2 면(714)으로부터 이격되고 그 환형벽부 제2 면(714)에 대향되는 충돌판 제1 면(810);
상기 충돌판 제1 면(810)의 배면을 이루는 충돌판 제2 면(820); 및
상기 충돌판 제2 면(820)으로부터 상기 충돌판 제1 면(810)까지 그 충돌판(800)을 관통하는 관통공(832, 834);을 포함하며,
상기 관통공(832, 834)은,
상기 제1 온도부(P1)에 대향되는 위치에 형성되는 제1 관통공(832); 및
상기 제2 온도부(P2)에 대향되는 위치에 형성되는 제2 관통공(834);을 포함하는 가스 터빈.
제3항에 있어서,
상기 충돌판 제1 면(810)은 그 충돌판 제1 면(810)의 적어도 일부가 상기 환형벽부 제2 면(714)에 대해 경사지게 형성되어, 상기 제1 온도부(P1)에서의 상기 충돌판 제1 면(810)과 상기 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리가 상기 제2 온도부(P2)에서의 상기 충돌판 제1 면(810)과 상기 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리보다 짧게 형성되는 가스 터빈.
제4항에 있어서,
상기 제1 관통공(832)의 상기 충돌판 제1 면(810) 측 개구가 상기 제1 온도부(P1)에서의 분사구인 제1 분사구(H1)로 형성되어, 상기 제1 관통공(832)의 상기 충돌판 제1 면(810) 측 개구와 상기 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리가 상기 제1 분사 거리(D1)로 형성되는 가스 터빈.
제5항에 있어서,
상기 제2 관통공(834)의 상기 충돌판 제1 면(810) 측 개구가 상기 제2 온도부(P2)에서의 분사구인 제2 분사구(H2)로 형성되어, 상기 제2 관통공(834)의 상기 충돌판 제1 면(810) 측 개구와 상기 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리가 상기 제2 분사 거리(D2)로 형성되는 가스 터빈.
제6항에 있어서,
상기 링 세그먼트(700)는, 상기 제2 온도부(P2)의 경계에서 상기 환형벽부 제2 면(714)으로부터 상기 충돌판 제1 면(810) 측으로 돌출되는 격벽부(730);를 더 포함하는 가스 터빈.
제6항에 있어서,
상기 충돌판 제2 면(820)은 상기 환형벽부 제2 면(714)에 평행하게 형성되는 가스 터빈.
제8항에 있어서,
상기 제1 관통공(832)의 길이(L1)가 상기 제2 관통공(834)의 길이(L2)보다 길게 형성되는 가스 터빈.
제3항에 있어서,
상기 관통공(832, 834)에는 그 관통공(832, 834) 측으로 유입되는 냉각 유체를 상기 환형벽부(710) 측으로 안내하는 튜브(842, 844)가 삽입되고,
상기 튜브(842, 844)는 상기 충돌판 제1 면(810)을 기준으로 상기 환형벽부(710) 측으로 돌출되는 가스 터빈.
제10항에 있어서,
상기 충돌판 제1 면(810)은 상기 환형벽부 제2 면(714)에 평행하게 형성되고,
상기 튜브(842, 844)는,
상기 제1 관통공(832)에 삽입되는 제1 튜브(842); 및
상기 제2 관통공(834)에 삽입되는 제2 튜브(844);를 포함하고,
상기 제1 튜브(842)는 상기 제2 튜브(844)보다 상기 충돌판 제1 면(810)으로부터 더 돌출되게 형성되는 가스 터빈.
제11항에 있어서,
상기 제1 튜브(842)의 토출구가 상기 제1 온도부(P1)에서의 분사구인 제1 분사구(H1)로 형성되어, 상기 제1 튜브(842)의 토출구와 상기 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리가 상기 제1 분사 거리(D1)로 형성되는 가스 터빈.
제12항에 있어서,
상기 제2 튜브(844)의 토출구가 상기 제2 온도부(P2)에서의 분사구인 제2 분사구(H2)로 형성되어, 상기 제2 튜브(844)의 토출구와 상기 환형벽부 제2 면(714) 사이 거리가 상기 제2 분사 거리(D2)로 형성되는 가스 터빈.
제13항에 있어서,
상기 링 세그먼트(700)는, 상기 제2 온도부(P2)의 경계에서 상기 환형벽부 제2 면(714)으로부터 상기 충돌판 제1 면(810) 측으로 돌출되는 격벽부(730);를 더 포함하는 가스 터빈.
제13항에 있어서,
상기 충돌판 제2 면(820)은 상기 환형벽부 제2 면(714)에 평행하게 형성되는 가스 터빈.
제15항에 있어서,
상기 제1 튜브(842)의 길이(L1)가 상기 제2 튜브(844)의 길이(L2)보다 길게 형성되는 가스 터빈.
제16항에 있어서,
상기 제1 튜브(842)와 상기 제2 튜브(844)는 상기 충돌판 제2 면(820)을 기준으로 상기 환형벽부(710)의 반대측으로 돌출되지 않게 형성되는 가스 터빈.
하우징(100);
상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(600);
상기 로터(600)로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기(200);
상기 압축기(200)에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기(400);
상기 연소기(400)로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터(600)를 회전시키는 터빈(500);
상기 하우징(100)과 상기 터빈(500) 사이에 개재되는 링 세그먼트(700); 및
상기 링 세그먼트(700)를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 상기 링 세그먼트(700)로 분사하는 복수의 냉각 유체 유로(W1, W2)를 갖는 충돌판(800);을 포함하고,
복수의 상기 냉각 유체 유로(W1, W2)는,
상기 링 세그먼트(700)의 제1 온도부(P1)로 냉각 유체를 분사하는 제1 냉각 유체 유로(W1); 및
상기 링 세그먼트(700)의 제2 온도부(P2)로 냉각 유체를 분사하는 제2 냉각 유체 유로(W2);를 포함하고,
상기 제1 온도부(P1)의 온도는 제2 온도부(P2)의 온도보다 높고, 상기 제1 냉각 유체 유로(W1)의 길이(L1)가 상기 제2 냉각 유체 유로(W2)의 길이(L2)보다 길게 형성되는 가스 터빈.
하우징(100);
상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(600);
상기 로터(600)로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기(200);
상기 압축기(200)에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기(400);
상기 연소기(400)로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터(600)를 회전시키는 터빈(500);
상기 하우징(100)과 상기 터빈(500) 사이에 개재되는 링 세그먼트(700); 및
상기 링 세그먼트(700)를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 상기 링 세그먼트(700)로 분사하는 복수의 분사구(H1, H2)를 갖는 충돌판(800);을 포함하고,
복수의 상기 분사구(H1, H2)는 연소 가스의 유동 방향(F)을 따라 배열되고,
상기 분사구(H1, H2)로부터 상기 링 세그먼트(700)까지 이격 거리를 분사 거리(D1, D2)라 하면, 상기 충돌판(800)은 연소 가스의 유동 방향(F) 상 하류 측에서 상류 측으로 갈수록 상기 분사 거리(D1, D2)가 점진적으로 감소되게 형성되는 가스 터빈.
하우징(100);
상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(600);
상기 로터(600)로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 압축기(200);
상기 압축기(200)에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기(400);
상기 연소기(400)로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터(600)를 회전시키는 터빈(500);
상기 하우징(100)과 상기 터빈(500) 사이에 개재되는 링 세그먼트(700); 및
상기 링 세그먼트(700)를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 상기 링 세그먼트(700)로 분사하는 복수의 냉각 유체 유로(W1, W2)를 갖는 충돌판(800);을 포함하고,
복수의 상기 냉각 유체 유로(W1, W2)는 연소 가스의 유동 방향(F)을 따라 배열되고,
상기 충돌판(800)은 연소 가스의 유동 방향(F) 상 하류 측에서 상류 측으로 갈수록 상기 냉각 유체 유로(W1, W2)의 길이(L1, L2)가 점진적으로 증가되게 형성되는 가스 터빈.