KR20190057547A

KR20190057547A - 프리 스월 시스템 및 이를 포함하는 가스터빈

Info

Publication number: KR20190057547A
Application number: KR1020170154602A
Authority: KR
Inventors: 김동화
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2019-05-29
Also published as: KR102059187B1

Abstract

본 발명은 공기가 유동되는 면적을 조절함으로써 최적의 유량 및 유속 확보가 가능한 프리 스월 시스템 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 공기를 스월(swirl)하기 위한 복수의 스월 단위체 및 인접하는 상기 복수의 스월 단위체 사이마다 배치되어 상기 복수의 스월 단위체를 원형으로 연결하는 복수의 연결부를 포함하며, 상기 복수의 연결부 각각은 상기 복수의 스월 단위체의 원주방향을 따라 신축 가능한 것을 특징으로 하는 프리 스월 시스템을 제공한다.

Description

프리 스월 시스템 및 이를 포함하는 가스터빈 {Pre-swirl system and gas turbine including the same}

본 발명은 프리 스월 시스템 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 공기가 유동되는 면적을 조절함으로써 최적의 유량 및 유속 확보가 가능한 프리 스월 시스템 및 이를 포함하는 가스터빈에 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.

일반적으로 가스 터빈은 압축기에서 고압으로 압축된 공기에 연료를 혼합시킨 후 연소시켜 생성되는 고온, 고압의 연소 가스를 터빈에 분사시켜 회전시킴으로써 열에너지를 역학적 에너지로 변환하는 내연기관의 일종이다.

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

이러한 터빈을 구성하기 위해서 외주면에 복수의 터빈 블레이드가 배열되는 복수의 터빈 로터 디스크를 다단으로 구성하여 상기 고온, 고압의 연소 가스가 터빈 블레이드를 통과시키도록 하는 구성이 널리 사용되고 있다.

그러나 최근 가스 터빈의 대형화 및 고효율화 추세에 따라 연소기 출구 온도가 점차 높아짐에 따라 고온의 연소 가스에 견딜 수 있도록 상기 터빈 블레이드에 대한 냉각 장치가 공통적으로 채용되고 있다.

이를 위해, 상기 터빈 블레이드로 냉각공기가 공급되는 냉각 유로 상에는 프리 스월(pre-swirl) 시스템이 구비되며, 상기 프리 스월 시스템은 소용돌이를 유도하여 상기 터빈 블레이드로 공급되는 공기의 유동 특성을 개선시킴에 따라 공기의 효율적인 전달이 가능하도록 하고, 압력 손실의 감소가 가능하여 유동의 효율을 증가시킬 수 있도록 한다.

하지만, 종래에는 설계점에서의 유량, 유속에 최적화하여 프리 스월 시스템을 설계하는바, 조건이 바뀜에 따라 유량 및 유속을 최적화할 수 없어 성능이 저하된다는 문제점이 있다. 특히, off-design 조건에서 성능이 저하된다는 문제점이 있다.

본 발명은 공기가 유동되는 면적을 조절함으로써 최적의 유량 및 유속 확보가 가능한 프리 스월 시스템 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공하는 것에 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 공기를 스월(swirl)하기 위한 복수의 스월 단위체 및 인접하는 상기 복수의 스월 단위체 사이마다 배치되어 상기 복수의 스월 단위체를 원형으로 연결하는 복수의 연결부를 포함하며, 상기 복수의 연결부 각각은, 상기 복수의 스월 단위체의 원주방향을 따라 신축 가능한 것을 특징으로 하는 프리 스월 시스템을 제공한다.

상기 복수의 연결부 각각은, 상기 인접하는 스월 단위체 사이의 공기가 유동되는 면적을 조절할 수 있다.

상기 각 스월 단위체는, 에어포일부와, 상기 에어포일부의 일측에 형성되는 제1 결합부 및 상기 에어포일부의 타측에 형성되는 제2 결합부를 포함할 수 있다.

상기 각 연결부는, 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부를 연결하는 제1 연결부 및 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제2 결합부를 연결하는 제2 연결부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 연결부 및 제2 연결부는, 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부 및 제2 결합부 사이의 거리를 각각 조절하기 위한 신축부를 포함하며, 상기 제1 연결부 및 제2 연결부의 신축부 중 적어도 어느 하나를 구동하기 위한 구동부를 더 포함할 수 있다.

상기 신축부는, 상기 인접하는 스월 단위체 중 어느 하나의 스월 단위체에 결합되는 제1 슬라이드부 및 상기 인접하는 스월 단위체 중 다른 하나의 스월 단위체에 결합되며, 상기 제1 슬라이드부에 대해 슬라이드 가능한 제2 슬라이드부를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1 슬라이드부는 일측이 개방된 공간부를 형성하는 ㄷ자 형상으로 형성되며, 상기 제2 슬라이드부는 상기 제1 슬라이드부의 개방된 일측을 통해 상기 공간부에 배치되는 돌출부를 갖도록 형성될 수 있다.

상기 공간부에서 상기 돌출부가 배치되고 남는 자리에는 상기 구동부가 배치될 수 있다.

상기 제1 슬라이드부와 상기 제2 슬라이드부 사이에는 슬라이드를 가이드하기 위한 가이드부가 구비될 수 있다.

또는, 상기 신축부는, 벨로우즈(bellows) 또는 플렉서블 소재로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 신축부를 상기 인접하는 스월 단위체에 각각 고정하기 위한 고정부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 인접하는 스월 단위체 사이로 유동되는 유량 및 유속 조절을 위해 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은, 케이싱과, 상기 케이싱 내에 배치되며, 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기와, 상기 압축기에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 복수의 연소기와, 상기 연소기에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 복수의 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈 및 상기 터빈 블레이드의 하단부로 유입되는 냉각 공기를 스월하기 위한 프리 스월 시스템을 포함하며, 상기 프리 스월 시스템은, 상기 냉각 공기를 스월(swirl)하기 위한 복수의 스월 단위체 및 인접하는 상기 복수의 스월 단위체 사이마다 배치되어 상기 복수의 스월 단위체를 원형으로 연결하는 복수의 연결부를 포함하고, 상기 복수의 연결부 각각은, 상기 복수의 스월 단위체의 원주방향을 따라 신축 가능한 것을 특징으로 하는 가스터빈을 제공한다.

상기 복수의 연결부 각각은, 상기 인접하는 스월 단위체 사이의 냉각 공기가 유동되는 면적을 조절할 수 있다.

또한, 상기 터빈 블레이드의 온도 또는 상기 연소기에서 배출되는 연소가스의 온도를 감지하기 위한 감지부를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 감지부는, 상기 인접하는 스월 단위체 사이에 유동되는 냉각공기의 유량 및 유속을 측정할 수 있다.

또한, 상기 감지부에 의해 측정된 온도에 따라 상기 연결부의 신축 정도를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 제어부는, 상기 감지부에 의해 측정된 온도가 높은 경우에는 상기 인접하는 스월 단위체 사이의 냉각 공기가 유동되는 면적을 증가시키며, 상기 감지부에 의해 측정된 온도가 낮은 경우에는 상기 인접하는 스월 단위체 사이의 냉각 공기가 유동되는 면적을 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 제1 연결부 및 제2 연결부는, 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부 및 제2 결합부 사이의 거리를 각각 조절하기 위한 신축부를 포함하며, 상기 프리 스월 시스템은, 상기 제1 연결부 및 제2 연결부의 신축부 중 적어도 어느 하나를 구동하기 위한 구동부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 프리 스월 시스템은, 상기 신축부를 상기 인접하는 스월 단위체에 각각 고정하기 위한 고정부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 프리 스월 시스템 및 이를 포함하는 가스터빈에 따르면, 인접하는 스월 단위체 사이의 냉각 공기가 유동되는 면적을 조절함으로써 여러 조건에서도 최적의 유량 및 유속 확보가 가능하다.

궁극적으로, 가스터빈의 발전효율이 향상될 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리 스월 시스템이 구비된 가스터빈의 일 부분을 확대하여 도시한 단면도.
도 3은 도 2의 프리 스월 시스템을 도시한 측면도.
도 4는 도 3의 프리 스월 시스템의 스월 단위체를 분리하여 도시한 사시도.
도 5는 도 3의 프리 스월 시스템의 연결부를 확대하여 도시한 사시도.
도 6은 도 5의 연결부의 구동 후 상태를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프리 스월 시스템의 연결부를 확대하여 도시한 사시도.
도 8은 도 7의 연결부의 구동 후 상태를 도시한 사시도.

이하, 본 발명의 프리 스월 시스템 및 이를 포함하는 가스터빈에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 8을 참조하여 설명하도록 한다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 아래의 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구 범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리 스월 시스템이 구비된 가스터빈의 일 부분을 확대하여 도시한 단면도, 도 3은 도 2의 프리 스월 시스템을 도시한 측면도, 도 4는 도 3의 프리 스월 시스템의 스월 단위체를 분리하여 도시한 사시도, 도 5는 도 3의 프리 스월 시스템의 연결부를 확대하여 도시한 사시도, 도 6은 도 5의 연결부의 구동 후 상태를 도시한 사시도, 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프리 스월 시스템의 연결부를 확대하여 도시한 사시도이며, 도 8은 도 7의 연결부의 구동 후 상태를 도시한 사시도이다.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈에 관하여, 도 1을 참조하여 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 터빈(1)은, 크게 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10) 내에 배치되며, 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기(20)와, 상기 압축기(20)에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 복수의 연소기(30)와, 상기 연소기(30)에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 복수의 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈(40)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 케이싱(10)은, 상기 압축기(20)가 수용되는 압축기 케이싱(12), 상기 연소기(30)가 수용되는 연소기 케이싱(13) 및 상기 터빈(40)이 수용되는 터빈 케이싱(14)을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 압축기 케이싱, 연소기 케이싱 및 터빈 케이싱이 일체로 형성될 수도 있다.

여기서, 상기 압축기 케이싱(12), 상기 연소기 케이싱(13) 및 상기 터빈 케이싱(14)은 유체 흐름 방향 상 상류 측으로부터 하류 측으로 순차적으로 배열될 수 있다.

상기 케이싱(10)의 내부에는 로터(중심축; 50)가 회전 가능하게 구비되며, 발전을 위해 상기 로터(50)에는 발전기(미도시)가 연동되고, 상기 케이싱(10)의 하류 측에는 상기 터빈(40)을 통과한 연소 가스를 배출하는 디퓨저가 구비될 수 있다.

상기 로터(50)는, 상기 압축기 케이싱(12)에 수용되는 압축기 로터 디스크(52), 상기 터빈 케이싱(14)에 수용되는 터빈 로터 디스크(54) 및 상기 연소기 케이싱(13)에 수용되고 상기 압축기 로터 디스크(52)와 상기 터빈 로터 디스크(54)를 연결하는 토크 튜브(53), 상기 압축기 로터 디스크(52), 상기 토크 튜브(53) 및 상기 터빈 로터 디스크(54)를 체결하는 타이 로드(55)와 고정 너트(56)를 포함할 수 있다.

상기 압축기 로터 디스크(52)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52)는 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 상기 압축기 로터 디스크(52)는 다단으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 각 압축기 로터 디스크(52)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에는 후술할 압축기 블레이드(22)와 결합되는 압축기 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.

상기 터빈 로터 디스크(54)는 상기 압축기 로터 디스크(52)와 유사하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 터빈 로터 디스크(54)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54)는 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 상기 터빈 로터 디스크(54)는 다단으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 각 터빈 로터 디스크(54)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에는 후술할 터빈 블레이드(42)와 결합되는 터빈 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.

상기 토크 튜브(53)는 상기 터빈 로터 디스크(54)의 회전력을 상기 압축기 로터 디스크(52)로 전달하는 토크 전달 부재로서, 일단부가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52) 중 공기의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크와 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크와 체결될 수 있다. 여기서, 상기 토크 튜브(53)의 일단부와 타단부 각각에는 돌기가 형성되고, 상기 압축기 로터 디스크(52)와 상기 터빈 로터 디스크(54) 각각에는 상기 돌기와 치합되는 홈이 형성되어, 상기 토크 튜브(53)가 상기 압축기 로터 디스크(52) 및 상기 터빈 로터 디스크(54)에 대해 상대 회전이 방지될 수 있다.

또한, 상기 토크 튜브(53)는, 상기 압축기(20)로부터 공급되는 공기가 그 토크 튜브(53)를 통과하여 상기 터빈(40)으로 유동 가능하도록, 중공형의 실린더 형태로 형성될 수 있다.

이때, 상기 토크 튜브(53)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(55)는 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52), 상기 토크 튜브(53) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54)를 관통하도록 형성되고, 일단부가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52) 중 공기의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크를 기준으로 상기 압축기(20)의 반대측으로 돌출되고 상기 고정 너트(56)와 체결될 수 있다.

여기서, 상기 고정 너트(56)는 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(54)를 상기 압축기(20) 측으로 가압하고, 상기 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(52)와 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(54) 사이 간격이 감소됨에 따라, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52), 상기 토크 튜브(53) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54)가 상기 로터(50)의 축 방향으로 압축될 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52), 상기 토크 튜브(53) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54)의 축 방향 이동 및 상대 회전이 방지될 수 있다.

한편, 본 실시예의 경우 하나의 상기 타이 로드가 복수의 상기 압축기 로터 디스크, 상기 토크 튜브 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크의 중심부를 관통하도록 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 압축기 측과 터빈 측에 각각 별도의 타이 로드가 구비될 수도 있고, 복수의 타이 로드가 원주 방향을 따라 방사상으로 배치될 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

이러한 구성에 따른 상기 로터(50)는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되고, 일단부가 상기 발전기의 구동축에 연결될 수 있다.

상기 압축기(20)는, 상기 로터(50)와 함께 회전되는 압축기 블레이드(22) 및 상기 압축기 블레이드(22)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 상기 케이싱(10)에 고정 설치되는 압축기 베인(24)을 포함할 수 있다.

상기 압축기 블레이드(22)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드(22)는 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드(22)는 각 단마다 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.

즉, 상기 압축기 블레이드(22)의 루트부(22a)는 상기 압축기 로터 디스크(52)의 압축기 블레이드 결합 슬롯에 결합되며, 상기 루트부(22a)는 상기 압축기 블레이드(22)가 그 압축기 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(50)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무(fir-tree) 형태로 형성될 수 있다.

이때, 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 마찬가지로, 상기 압축기 블레이드의 루트부(22a)에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다.

본 실시 예의 경우, 상기 압축기 블레이드 루트부(22a)와 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 블레이드를 상기 압축기 로터 디스크에 체결할 수 있다.

여기서, 상기 압축기 로터 디스크(52)와 상기 압축기 블레이드(22)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합되는데, 본 실시예의 경우에는, 상기 압축기 블레이드 루트부(22a)가 전술한 바와 같이 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯에 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성되고 있다. 이에 따라, 본 실시 예에 따른 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 상기 압축기 로터 디스크(52)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다.

상기 압축기 베인(24)은 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 베인(24)은 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 압축기 베인(24)과 상기 압축기 블레이드(22)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다.

또한, 복수의 상기 압축기 베인(24)은 각 단마다 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.

상기 연소기(30)는 상기 압축기(20)로부터 유입되는 공기를 연료와 혼합 및 연소시켜 높은 에너지의 고온 고압 연소 가스를 만들어 내며, 등압 연소 과정으로 그 연소기 및 상기 터빈이 견딜 수 있는 내열 한도까지 연소 가스 온도를 높이도록 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 연소기(30)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 연소기(30)는 상기 연소기 케이싱에 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 배열될 수 있다.

또한, 상기 각 연소기(30)는, 상기 압축기(20)에서 압축된 공기가 유입되는 라이너, 상기 라이너에 유입되는 공기에 연료를 분사하고 연소시키는 버너 및 상기 버너에서 생성되는 연소 가스를 상기 터빈으로 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 압축기로부터 공급되는 공기에 의해 냉각되도록 형성될 수 있다.

즉, 상기 트랜지션 피스에는 공기를 내부로 분사하기 위한 냉각 홀이 형성되고, 공기가 그 냉각 홀을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킬 수 있다.

한편, 상기 트랜지션 피스를 냉각시킨 공기는 상기 라이너의 환형 공간으로 유동되고, 상기 라이너의 외벽에는 상기 플로우 슬리브의 외부에서 공기가 상기 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀을 통해 냉각 공기로 제공되어 충돌할 수 있다.

여기서, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 압축기(20)와 상기 연소기(30) 사이에는 상기 연소기(30)로 유입되는 공기의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위해 안내깃 역할을 하는 디스월러(desworler)가 형성될 수 있다.

다음으로, 상기 터빈(40)은 상기 압축기(20)와 유사하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 터빈(40)은, 상기 로터(50)와 함께 회전되는 터빈 블레이드(42) 및 상기 터빈 블레이드(42)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 상기 케이싱(10)에 고정 설치되는 터빈 베인(44)을 포함할 수 있다.

상기 터빈 블레이드(42)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드(42)는 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드(42)는 각 단마다 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.

즉, 상기 터빈 블레이드(42)의 루트부(42a)는 상기 터빈 로터 디스크(54)의 터빈 블레이드 결합 슬롯에 결합되며, 상기 루트부(42a)는 상기 터빈 블레이드(42)가 그 터빈 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(50)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무(fir-tree) 형태로 형성될 수 있다.

이때, 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 마찬가지로, 상기 터빈 블레이드의 루트부(42a)에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다.

본 실시 예의 경우, 상기 터빈 블레이드 루트부(42a)와 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 블레이드를 상기 터빈 로터 디스크에 체결할 수 있다.

여기서, 상기 터빈 로터 디스크(54)와 상기 터빈 블레이드(42)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합되는데, 본 실시예의 경우에는, 상기 터빈 블레이드 루트부(42a)가 전술한 바와 같이 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯에 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성되고 있다. 이에 따라, 본 실시 예에 따른 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 상기 터빈 로터 디스크(54)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다.

상기 터빈 베인(44)은 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 베인(44)은 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 터빈 베인(44)과 상기 터빈 블레이드(42)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다.

또한, 복수의 상기 터빈 베인(44)은 각 단마다 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 터빈(40)은 상기 압축기(20)와 달리 고온 고압의 연소 가스와 접촉하므로, 열화 등의 손상을 방지하기 위한 냉각 수단을 필요로 한다.

이에 따라, 본 실시 예에 따른 가스 터빈은, 상기 압축기(20)의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 상기 터빈(40)으로 공급하는 냉각 유로를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각 유로는 실시 예에 따라, 상기 케이싱(10)의 외부에서 연장되거나(외부 유로), 상기 로터(50)의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 외부 유로 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다.

이때, 상기 냉각 유로는 상기 터빈 블레이드(42)의 내부에 형성되는 터빈 블레이드 쿨링 유로와 연통되어, 상기 터빈 블레이드(42)가 냉각 공기에 의해 냉각될 수 있다.

또한, 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로는 상기 터빈 블레이드(42)의 표면에 형성되는 터빈 블레이드 필름 쿨링 홀과 연통되어, 냉각 공기가 상기 터빈 블레이드(42)의 표면에 공급됨으로써, 상기 터빈 블레이드(42)가 냉각 공기에 의해 소위 막 냉각될 수 있다.

이외에도, 상기 터빈 베인(44) 역시 상기 터빈 블레이드(42)와 유사하게 상기 냉각 유로로부터 냉각 공기를 공급받아 냉각될 수 있도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 냉각 유로는 상기 터빈 블레이드(42)의 하단부를 통해 터빈 블레이드(42)의 내부로 연통 가능하도록 형성되어 상기 냉각 유로를 통해 유동되는 냉각 공기가 상기 터빈 블레이드(42)의 하단부를 통해 유입된다.

이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 터빈 블레이드(42)로 유입되는 냉각 공기의 유동 효율을 증가시키기 위해, 상기 터빈 블레이드(42)로 냉각공기가 공급되는 냉각 유로의 입구 또는 유로 상에는 프리 스월(pre-swirl) 시스템(1000)이 구비된다. 상기 프리 스월 시스템(1000)은 상기 터빈 블레이드(42)에 냉각공기를 공급하여 고온의 온도 상태가 유지되는 상기 터빈 블레이드(42)에 대한 냉각과 작동에 필요한 유량을 공급하여 안정적인 터빈의 작동을 도모한다. 상기 프리 스월 시스템(1000)에 관하여는 아래에서 자세히 살펴보도록 한다.

이러한 구성에 따른 가스 터빈(1)은, 상기 케이싱(10)으로 유입되는 공기가 상기 압축기(20)에 의해 압축되고, 상기 압축기에 의해 압축된 공기가 상기 연소기(30)에 의해 연료와 혼합된 뒤 연소되어 연소 가스가 되고, 상기 연소기에서 생성된 연소 가스가 상기 터빈(40)으로 유입되고, 상기 터빈(40)으로 유입된 연소 가스가 상기 터빈 블레이드(42)를 통해 상기 로터(50)를 회전시킨 후 상기 디퓨저를 통해 대기로 배출되며, 연소 가스에 의해 회전되는 상기 로터(50)가 상기 압축기(20) 및 상기 발전기를 구동할 수 있다. 즉, 상기 터빈에서 얻은 기계적 에너지 중 일부는 상기 압축기에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되고, 나머지는 상기 발전기로 전력을 생산하는데 이용될 수 있다.

여기서, 상기의 가스터빈은 본 발명의 일 실시 예에 불과하며, 아래에서 자세히 설명할 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리 스월 시스템은 일반적인 가스터빈에 모두 적용될 수 있다.

이하, 도 3 내지 6을 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리 스월 시스템(1000)에 관하여 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 프리 스월 시스템(1000)은 크게, 공기를 스월(swirl)하기 위한 복수의 스월 단위체(100) 및 인접하는 상기 스월 단위체(100) 사이마다 배치되어 상기 복수의 스월 단위체(100)를 원형으로 연결하는 복수의 연결부(200)를 포함하여 이루어질 수 있다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 스월 단위체(100)와 복수의 연결부(200)가 교대로 배치되며 원형으로 연결된다.

이때, 상기 각 연결부(200)는, 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이의 공기가 유동되는 면적을 조절할 수 있도록 상기 복수의 스월 단위체(100)의 원주방향을 따라 신축 가능하다.

즉, 상기 각 연결부(200)는 연결하고 있는 상기 인접 스월 단위체(100) 사이의 거리를 조절할 수 있다.

아래에서는, 상기 스월 단위체(100) 및 연결부(200)에 관하여 상세히 살펴보도록 한다.

상기 각 스월 단위체(100)는, 에어포일부(120)와, 상기 에어포일부(120)의 일측에 형성되는 제1 결합부(140) 및 상기 에어포일부(120)의 타측에 형성되는 제2 결합부(160)를 포함한다.

구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 에어포일부(120)는 리딩 에지(leading edge)와 트레일링 에지(trailing edge)를 포함하는 일반적인 에어포일의 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 일정 높이를 갖도록 형성된다.

상기 제1 결합부(140)와 제2 결합부(160)는 상기 에어포일부(120)의 상, 하측에 각각 결합되되, 후술할 바와 같이 상기 연결부(200)에 의해 연결 가능하며, 원형을 이룰 수 있도록 일정 면적과 높이를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 연결부(200)는, 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부(140)를 연결하는 제1 연결부(240) 및 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제2 결합부(160)를 연결하는 제2 연결부(260)를 포함한다.

이하, 복수의 스월 단위체(100) 중 하나의 스월 단위체(100a)와 이와 인접하는 다른 하나의 스월 단위체(100b)를 연결하는 연결부(200)를 기준으로 설명하도록 한다. 즉, 상기 하나의 스월 단위체(100a)는 에어포일부(120a), 제1 결합부(140a) 및 제2 결합부(160a)를 포함하며, 상기 다른 하나의 스월 단위체(100b)는 에어포일부(120b), 제1 결합부(140b) 및 제2 결합부(160b)를 포함하고, 상기 제1 연결부(240)는 인접하는 상기 각 제1 결합부(140a, 140b)를 연결하며, 상기 제2 연결부(260)는 인접하는 상기 각 제2 결합부(160a, 160b)를 연결하게 된다.

이때, 상기 제1 연결부(240) 및 제2 연결부(260)는, 연결하고 있는 상기 각 제1 결합부(140a, 140b) 및 제2 결합부(160a, 160b) 사이의 거리를 각각 조절하기 위한 신축부를 포함하며, 본 실시 예에서 상기 신축부는, 상기 인접하는 스월 단위체에 각각 결합하여 서로 슬라이드 가능한 제1 슬라이드부(241, 261)와 제2 슬라이드부(242, 262) 및 상기 제1 슬라이드부(241, 261)와 상기 제2 슬라이드부(242, 262) 사이에서 슬라이드를 가이드하기 위한 가이드부(243, 263)를 포함하여 이루어질 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 슬라이드부(241, 261)는 상기 인접하는 스월 단위체 중 어느 하나의 스월 단위체(100a)에, 즉 상기 제1 결합부(140a) 및 제2 결합부(160a)에 각각 결합되며, 상기 제2 슬라이드부(242, 262)는 상기 인접하는 스월 단위체 중 다른 하나의 스월 단위체(100b)에, 즉 상기 제1 결합부(140b) 및 제2 결합부(160b)에 각각 결합된다.

또한, 상기 신축부를 구동하기 위한 구동부(300)를 더 포함하되, 본 실시 예에서는 상기 제1 연결부(240)의 신축부를 구동하기 위한 구동부(300)를 포함한다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제2 연결부(260)의 신축부를 구동하기 위한 구동부를 더 포함할 수도 있다. 상기 구동부(300)는 전기, 유압, 압축 공기 등을 사용하는 액추에이터를 포함하여 구동을 위한 것이라면 다양하게 형성될 수 있다.

이때, 도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서 상기 제1 슬라이드부(241, 261)는 일측이 개방된 공간부(241a, 261a)를 형성하는 ㄷ자 형상으로 형성되며, 상기 제2 슬라이드부(242, 262)는 상기 제1 슬라이드부(241, 261)의 개방된 일측을 통해 상기 공간부(241a, 261a)에 배치되는 돌출부(242a, 262a)를 갖도록 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 돌출부(242a, 262a)가 상기 공간부(241a, 261a)내에서부터 외측으로 슬라이드됨에 따라 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이의 거리(냉각 공기가 유동하는 면적)를 조절할 수 있다.

이때, 상기 제1 슬라이드부(241, 261)와 상기 제2 슬라이드부(242, 262)의 너비(L1, L2)는 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 공간부(241a)에서 상기 돌출부(242a)가 배치되고 남는 자리에는 상기 구동부(300)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 공간확보가 가능하며 구동이 용이하다.

또한, 상기 가이드부(243, 263)는 상기 제1 슬라이드부(241, 261)와 상기 제2 슬라이드부(242, 262) 사이에 구비되어 상기 제1 슬라이드부(241, 261)와 제2 슬라이드부(242, 262)의 슬라이드면 사이에 마찰을 줄이고 원활하게 슬라이드 가능하도록 한다.

상기 가이드부(243, 263)는 다양한 종류의 베어링 또는 LM 가이드 등으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 상기 구동부(300)에 의해 상기 제1 슬라이드부(241, 261)와 제2 슬라이드부(242, 262)가 슬라이드되며 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이의 거리가 줄어들거나 늘어나면서 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이에서 공기가 유동되는 면적이 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기 면적을 조절하여 유동되는 냉각 공기의 유량 및 유속의 변경에 따른 조절이 가능하며, 이는 아래에서 자세히 살펴보도록 한다.

하지만, 상기 신축부의 구조는 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 신축부는 제1 슬라이드부와 제2 슬라이드부가 각각 판형으로 형성되어 겹쳐있다가 펼쳐지도록 슬라이드될 수도 있으며, 다수의 슬라이드부로 이루어져 연속적으로 슬라이드되도록 형성될 수도 있다.

또한, 본 발명은, 상기 터빈 블레이드(42)의 온도 또는 상기 연소기(30)에서 배출되는 연소가스의 온도를 감지하기 위한 감지부(400)를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 감지부(400)는 상기 온도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이에 유동되는 냉각공기의 유량 및 유속도 측정할 수 있다.

이에 따라, 상기 감지부(400)는 상기 터빈 블레이드(42) 또는 터빈 블레이드(42) 주위의 온도 또는 상기 연소기(30)에서 배출되는 연소가스의 온도를 감지하기 위한 온도 감지부(420)와 상기 스월 단위체(100) 사이에서 유동되는 냉각공기의 유량 및 유속을 측정하기 위한 유량/유속 감지부(440)를 포함할 수 있다.

본 일 실시 예에서, 상기 온도 감지부(420)는 상기 터빈 블레이드(42)의 온도를 측정하고 있다.

또한, 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이로 유동되는 유량 및 유속 조절을 위해 상기 구동부(300)를 제어하는 제어부(500)를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 제어부(500)는 상기 연결부(200)의 보다 안정적인 제어를 위해 상기 감지부(400)와 연계되어 작동된다.

즉, 상기 제어부(500)는 상기 온도 감지부(420)와 유량/유속 감지부(440)에서 감지된 각각의 감지 데이터를 입력 받아 현재 가스 터빈의 부하 상태와, 냉각 공기의 유량 상태 등을 판단한다.

이에 따라, 상기 제어부(500)는 상기 감지부(400)에 의해 감지된 데이터에 따라, 본 일 실시 예에서는 상기 온도 감지부(420)에 의해 측정된 온도에 따라 상기 연결부(200)의 신축 정도를 제어하도록 한다.

구체적으로, 상기 제어부(500)는, 상기 감지부(400)에 의해 측정된 온도가 높은 경우에는 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이의 냉각 공기가 유동되는 면적을 증가시키며, 상기 감지부(400)에 의해 측정된 온도가 낮은 경우에는 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이의 냉각 공기가 유동되는 면적을 감소시킬 수 있다.

즉, 상기 터빈 블레이드(42)의 온도가 높은 경우에는 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이의 냉각 공기가 유동되는 면적을 증가시켜 냉각 유량이 증가됨에 따라 냉각 정도가 높아질 수 있으며, 상기 터빈 블레이드(42)의 온도가 낮은 경우에는 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이의 냉각 공기가 유동되는 면적을 감소시켜 냉각 유량이 감소됨에 따라 냉각 정도를 낮출 수 있어 냉각 효율을 높일 수 있다.

또한, 상기 제어부(500)는 상기 유량/유속 감지부(440)에 의해 감지된 냉각 공기의 유량 및 유속에 따라 상기 연결부(200)의 신축 정도를 제어할 수 있다.

즉, 상기 제어부(500)는 상기 유량/유속 감지부(440)에 의해 감지된 냉각 공기의 유량 및 유속과 터빈 부하 등에 따른 필요 냉각 공기의 유량 및 유속을 비교하여 이의 조절이 필요한 경우, 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이에 냉각 공기가 유동되는 면적을 조절 제어함으로써 냉각 공기의 유량 및 유속을 조절할 수 있다.

이와 같이, 상기 제어부(500)는 상기 구동부(300)에 제어 명령을 전송하여 상기 연결부(200)의 작동을 통해 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이의 면적을 조절 제어하며, 이를 통해 최적의 유량과 속도 조건에서 가스 터빈의 작동이 이루어지게 되어 안정적인 발전을 도모할 수 있다.

따라서, 상기 제어부(500)는 상기 터빈 블레이드(42)로 공급되는 냉각 공기의 유량과 유속을 최적의 조건으로 정밀하게 제어할 수 있어 제어 안전성 향상과 고가의 터빈 블레이드(42)를 보호할 수 있다.

아래에서는, 도 7 및 8을 참고하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프리 스월 시스템에 관하여 설명하도록 한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 프리 스월 시스템은 상기 실시 예와 마찬가지로, 공기를 스월(swirl)하기 위한 복수의 스월 단위체(100) 및 인접하는 상기 스월 단위체(100) 사이마다 배치되어 상기 복수의 스월 단위체(100)를 원형으로 연결하는 복수의 연결부(1200)를 포함하여 이루어지되, 상기 스월 단위체(100)의 구조는 상기 실시 예와 다르지 않으며, 상기 연결부(1200) 및 이를 구동하기 위한 구동부(1300)의 구조만 상이하다. 이하, 상기 실시 예와 상이한 부분에 대해서만 중점적으로 설명하도록 한다.

상기 각 연결부(1200)는, 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부(140)를 연결하는 제1 연결부(1240) 및 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제2 결합부(160)를 연결하는 제2 연결부(1260)를 포함한다.

다만, 상기 제1 연결부(1240) 및 제2 연결부(1260)는, 연결하고 있는 상기 각 제1 결합부(140a, 140b) 및 제2 결합부(160a, 160b) 사이의 거리를 각각 조절하기 위한 신축부를 포함하되, 본 실시 예에서 상기 신축부는 벨로우즈(bellows; 1244, 1264)로 이루어지고 있다.

또한, 상기 신축부를 상기 인접하는 스월 단위체(100)에 각각 고정하기 위한 고정부(1245, 1265)가 구비될 수 있다.

구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 고정부(1245, 1265)는 상기 인접하는 스월 단위체 중 어느 하나의 스월 단위체(100a) 측에 결합되는 제1 고정부(1245a, 1265a)와, 다른 하나의 스월 단위체(100b) 측에 결합되는 제2 고정부(1245b, 1265b)가 나란하게 배치되며, 상기 제1 고정부(1245a, 1265a)와 제2 고정부(1245b, 1265b) 사이에는 상기 벨로우즈(1244, 1264)가 배치되고 있다.

또한, 상기 신축부를 구동하기 위한 구동부(1300)를 더 포함하되, 본 실시 예에서는 상기 제1 연결부(1240)의 신축부를 구동하기 위한 구동부(1300)를 포함한다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제2 연결부(1260)의 신축부를 구동하기 위한 구동부를 더 포함할 수도 있다. 상기 구동부(1300)는 전기, 유압, 압축 공기 등을 사용하는 액추에이터를 포함하여 구동을 위한 것이라면 다양하게 형성될 수 있다.

상기 구동부(1300)는 상기 벨로우즈(1244) 내부에 배치되되, 구체적으로 본 실시 예에서 상기 구동부(1300)는 상기 벨로우즈(1244) 내에 배치되어 상기 제1 고정부(1245a)와 제2 고정부(1245b) 사이의 거리를 조절함으로써 상기 벨로우즈(1244)를 조절하도록 한다.

즉, 상기 구동부(1300)는 상기 제1 고정부(1245a)와 제2 고정부(1245b)에 각각 일단이 고정되어 상기 고정부 사이의 거리를 조절할 수 있도록 하며, 상기 구동부(1300)에 의해 상기 고정부 사이의 거리가 멀어지면 상기 벨로우즈(1244, 1264)가 펼쳐지며 상기 인접하는 스월 단위체 사이의 거리가 멀어지고, 상기 고정부 사이의 거리가 줄어들면 상기 벨로우즈(1244, 1264)가 접히며 상기 인접하는 스월 단위체 사이의 거리가 줄어들게 된다.

하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 고정부는 생략 가능하고, 상기 신축부는 벨로우즈 형상 뿐만 아니라 신축 가능한 플렉서블 소재로 이루어질 수도 있다.

상기 본 발명에 따르면, 인접하는 스월 단위체 사이의 냉각 공기가 유동되는 면적을 조절함으로써 여러 조건에서도 최적의 유량 및 유속 확보가 가능하다.

즉, 상기 프리 스월 시스템은 단순히 상기 터빈 블레이드(42)의 작동에 필요한 냉각 공기의 유량을 공급하지 않고, 여러 조건 상태에 따라 안정적인 작동을 위한 유량 및 속도를 가변적으로 조절하여 공급함으로써 상기 터빈 블레이드(42)가 최적의 작동 조건에서 작동되도록 할 수 있으며, 이에 따라 가스터빈의 발전효율이 향상될 수 있다.

특히, 냉각 공기를 이용하여 가스 터빈 작동 중 특히 고온의 온도 조건에 많이 노출되는 1단 터빈 블레이드에 대한 보호를 동시에 도모할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

1: 가스터빈 10: 케이싱
12: 압축기 케이싱 13: 연소기 케이싱
14: 터빈 케이싱 20: 압축기
22: 압축기 블레이드 22a: 압축기 블레이드 루트부
24: 압축기 베인 30: 연소기
40: 터빈 42: 터빈 블레이드
42a: 터빈 블레이드 루트부 44: 터빈 베인
50: 로터 52: 압축기 로터 디스크
53: 토크 튜브 54: 터빈 로터 디스크
55: 타이로드 56: 고정너트
100: 복수의 스월 단위체 120: 에어포일부
140: 제1 결합부 160: 제2 결합부
200, 1200: 연결부 240, 1240: 제1 연결부
260, 1260: 제2 연결부 241, 261: 제1 슬라이드부
241a, 261a: 공간부 242, 262: 제2 슬라이드부
242a, 262a: 돌출부 243, 263: 가이드부
1244, 1264: 벨로우즈 1245, 1265: 고정부
1245a, 1265a: 제1 고정부 1245b, 1265b: 제2 고정부
300, 1300: 구동부 400: 감지부
420: 온도 감지부 440: 유량/유속 감지부
500: 제어부

Claims

공기를 스월(swirl)하기 위한 복수의 스월 단위체; 및
인접하는 상기 복수의 스월 단위체 사이마다 배치되어 상기 복수의 스월 단위체를 원형으로 연결하는 복수의 연결부;를 포함하며,
상기 복수의 연결부 각각은, 상기 복수의 스월 단위체의 원주방향을 따라 신축 가능한 것을 특징으로 하는 프리 스월 시스템.
제1항에 있어서,
상기 복수의 연결부 각각은, 상기 인접하는 스월 단위체 사이의 공기가 유동되는 면적을 조절하는 것을 특징으로 하는 프리 스월 시스템.
제2항에 있어서,
상기 각 스월 단위체는,
에어포일부;
상기 에어포일부의 일측에 형성되는 제1 결합부; 및
상기 에어포일부의 타측에 형성되는 제2 결합부;를 포함하며,
상기 각 연결부는,
상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부를 연결하는 제1 연결부; 및
상기 인접하는 스월 단위체의 각 제2 결합부를 연결하는 제2 연결부;
를 포함하는 프리 스월 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1 연결부 및 제2 연결부는, 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부 및 제2 결합부 사이의 거리를 각각 조절하기 위한 신축부;를 포함하며,
상기 제1 연결부 및 제2 연결부의 신축부 중 적어도 어느 하나를 구동하기 위한 구동부;
를 더 포함하는 프리 스월 시스템.
제4항에 있어서,
상기 신축부는,
상기 인접하는 스월 단위체 중 어느 하나의 스월 단위체에 결합되는 제1 슬라이드부; 및
상기 인접하는 스월 단위체 중 다른 하나의 스월 단위체에 결합되며, 상기 제1 슬라이드부에 대해 슬라이드 가능한 제2 슬라이드부;
를 포함하는 프리 스월 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제1 슬라이드부는 일측이 개방된 공간부를 형성하는 ㄷ자 형상으로 형성되며, 상기 제2 슬라이드부는 상기 제1 슬라이드부의 개방된 일측을 통해 상기 공간부에 배치되는 돌출부를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 프리 스월 시스템.
제6항에 있어서,
상기 공간부에서 상기 돌출부가 배치되고 남는 자리에는 상기 구동부가 배치되는 것을 특징으로 하는 프리 스월 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제1 슬라이드부와 상기 제2 슬라이드부 사이에는 슬라이드를 가이드하기 위한 가이드부가 구비되는 것을 특징으로 하는 프리 스월 시스템.
제4항에 있어서,
상기 신축부는,
벨로우즈(bellows) 또는 플렉서블 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프리 스월 시스템.
제9항에 있어서,
상기 신축부를 상기 인접하는 스월 단위체에 각각 고정하기 위한 고정부;
를 더 포함하는 프리 스월 시스템.
제4항에 있어서,
상기 인접하는 스월 단위체 사이로 유동되는 유량 및 유속 조절을 위해 상기 구동부를 제어하는 제어부;
를 더 포함하는 프리 스월 시스템.
케이싱;
상기 케이싱 내에 배치되며, 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기;
상기 압축기에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 복수의 연소기;
상기 연소기에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 복수의 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈; 및
상기 터빈 블레이드의 하단부로 유입되는 냉각 공기를 스월하기 위한 프리 스월 시스템;을 포함하며,
상기 프리 스월 시스템은,
상기 냉각 공기를 스월(swirl)하기 위한 복수의 스월 단위체; 및
인접하는 상기 복수의 스월 단위체 사이마다 배치되어 상기 복수의 스월 단위체를 원형으로 연결하는 복수의 연결부;를 포함하고,
상기 복수의 연결부 각각은, 상기 복수의 스월 단위체의 원주방향을 따라 신축 가능한 것을 특징으로 하는 가스터빈.
제12항에 있어서,
상기 복수의 연결부 각각은, 상기 인접하는 스월 단위체 사이의 냉각 공기가 유동되는 면적을 조절하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
제13항에 있어서,
상기 터빈 블레이드의 온도 또는 상기 연소기에서 배출되는 연소가스의 온도를 감지하기 위한 감지부;
를 더 포함하는 가스터빈.
제14항에 있어서,
상기 감지부는,
상기 인접하는 스월 단위체 사이에 유동되는 냉각공기의 유량 및 유속을 측정하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
제14항에 있어서,
상기 감지부에 의해 측정된 온도에 따라 상기 연결부의 신축 정도를 제어하는 제어부;
를 더 포함하는 가스터빈.
제16항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지부에 의해 측정된 온도가 높은 경우에는 상기 인접하는 스월 단위체 사이의 냉각 공기가 유동되는 면적을 증가시키며, 상기 감지부에 의해 측정된 온도가 낮은 경우에는 상기 인접하는 스월 단위체 사이의 냉각 공기가 유동되는 면적을 감소시키는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
제12항에 있어서,
상기 각 스월 단위체는,
에어포일부;
상기 에어포일부의 일측에 형성되는 제1 결합부; 및
상기 에어포일부의 타측에 형성되는 제2 결합부;를 포함하며,
상기 각 연결부는,
상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부를 연결하는 제1 연결부; 및
상기 인접하는 스월 단위체의 각 제2 결합부를 연결하는 제2 연결부;
를 포함하는 가스터빈.
제18항에 있어서,
상기 제1 연결부 및 제2 연결부는, 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부 및 제2 결합부 사이의 거리를 각각 조절하기 위한 신축부;를 포함하며,
상기 프리 스월 시스템은,
상기 제1 연결부 및 제2 연결부의 신축부 중 적어도 어느 하나를 구동하기 위한 구동부;
를 더 포함하는 가스터빈.
제19항에 있어서,
상기 프리 스월 시스템은,
상기 신축부를 상기 인접하는 스월 단위체에 각각 고정하기 위한 고정부;
를 더 포함하는 가스터빈.