KR20220088168A

KR20220088168A - Exhaust structure for gas turbine device

Info

Publication number: KR20220088168A
Application number: KR1020200178930A
Authority: KR
Inventors: 유경남
Original assignee: 한화에어로스페이스 주식회사
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-06-27

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 배기가스가 배출되는 가스 터빈 장치의 배기 구조체로서, 내면에 상기 배기가스가 접촉하여 지나가는 외부 케이스부와, 상기 외부 케이스부의 외면에 배치되는 헤어핀부와, 상기 헤어핀부의 내면과 상기 외부 케이스부의 외면에 부착되어 유로를 형성하는 유로 형성부를 포함하고, 상기 유로 형성부는, 상기 외부 케이스부의 외면에 고정되는 내벽 고정부를 포함하는 내벽부와, 상기 헤어핀부의 내면에 고정되는 외벽 고정부를 포함하며 적어도 하나의 유입 구멍이 형성된 외벽부와, 상기 내벽부와 상기 외벽부를 연결하는 바닥부를 포함하며, 상기 외부 케이스부의 부분 중 상기 내벽부에 대응하는 부분에는 적어도 하나의 연결홀이 형성된 가스 터빈 장치의 배기 구조체를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an exhaust structure for a gas turbine device from which exhaust gas is discharged, the external case part passing the exhaust gas in contact with an inner surface thereof, a hairpin part disposed on the outer surface of the external case part, and the hairpin part and a flow path forming part attached to an inner surface and an outer surface of the outer case part to form a flow path, wherein the flow path forming part includes an inner wall part including an inner wall fixing part fixed to the outer surface of the outer case part, and fixed to the inner surface of the hairpin part An outer wall portion including an outer wall fixing portion and having at least one inlet hole formed therein, and a bottom portion connecting the inner wall portion and the outer wall portion, wherein a portion of the outer case portion corresponding to the inner wall portion has at least one connection hole An exhaust structure of the formed gas turbine device is provided.

Description

Exhaust structure for gas turbine device

본 발명은 가스 터빈 장치의 배기 구조체에 대한 것이다. The present invention relates to an exhaust structure of a gas turbine device.

가스 터빈 장치는 압축된 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 고온 고압의 배기가스를 배출한다.A gas turbine device mixes compressed air and fuel and burns them, and discharges high-temperature, high-pressure exhaust gas.

가스 터빈 장치에서 배출되는 배기가스는 고온이므로, 가스 터빈 장치는 배기가스의 열에 의해 손상이 발생할 수 있다.Since the exhaust gas discharged from the gas turbine apparatus is high temperature, the gas turbine apparatus may be damaged by the heat of the exhaust gas.

특히 가스 터빈 장치의 부분 중 배기부는 케이스, 스트럿, 헤어핀 등을 포함하고 있는데, 배기부는 배기가스의 열에 직접 영향을 받는 부분이 많아 그만큼 열손상을 많이 받을 수 있다. In particular, among the parts of the gas turbine device, the exhaust part includes a case, a strut, a hairpin, and the like. Since the exhaust part is directly affected by the heat of the exhaust gas, it may receive a lot of thermal damage.

열 손상을 받는 경우, 배기가스의 열에 의해 직접적으로 손상이 발생할 수 있지만, 배기가스에 접촉하는 부분과 배기가스에 접촉하지 않은 부분의 온도 차이에 의해서도 손상이 발생할 수 있다. 즉 온도의 차이가 있으면 열변형량의 차이로 열응력이 발생하게 되고 그렇게 되면 열응력에 의해 가스 터빈 장치의 손상이 야기될 수 있다.In the case of thermal damage, damage may occur directly by the heat of the exhaust gas, but damage may also occur due to a temperature difference between a portion in contact with the exhaust gas and a portion not in contact with the exhaust gas. That is, if there is a difference in temperature, thermal stress is generated due to the difference in the amount of thermal deformation, and in this case, damage to the gas turbine device may be caused by the thermal stress.

등록특허공보 10-1080932호에는, 열변형에 의해 스트럿 및 케이스가 파손되는 것을 방지하는 가스터빈의 스트럿 열변형 보상장치가 개시되어 있다.Korean Patent Publication No. 10-1080932 discloses a strut thermal deformation compensator for a gas turbine that prevents the strut and case from being damaged by thermal deformation.

본 발명의 일 측면에 따르면, 열에 의한 손상을 효과적으로 방지할 수 있는 구조를 가지는 가스 터빈 장치의 배기 구조체를 제공하는 것을 주된 과제로 한다.According to one aspect of the present invention, it is a main object to provide an exhaust structure of a gas turbine device having a structure capable of effectively preventing damage due to heat.

본 발명의 일 측면에 따르면, 배기가스가 배출되는 가스 터빈 장치의 배기 구조체로서, 내면에 상기 배기가스가 접촉하여 지나가는 외부 케이스부;와, 상기 외부 케이스부의 외면에 배치되는 헤어핀부;와, 상기 헤어핀부의 내면과 상기 외부 케이스부의 외면에 부착되어 유로를 형성하는 유로 형성부를 포함하고, 상기 유로 형성부는, 상기 외부 케이스부의 외면에 고정되는 내벽 고정부를 포함하는 내벽부;와, 상기 헤어핀부의 내면에 고정되는 외벽 고정부를 포함하며 적어도 하나의 유입 구멍이 형성된 외벽부;와, 상기 내벽부와 상기 외벽부를 연결하는 바닥부를 포함하며, 상기 외부 케이스부의 부분 중 상기 내벽부에 대응하는 부분에는 적어도 하나의 연결홀이 형성된 가스 터빈 장치의 배기 구조체를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an exhaust structure for a gas turbine device from which exhaust gas is discharged, and an outer case portion through which the exhaust gas passes in contact with an inner surface thereof; and a hairpin portion disposed on the outer surface of the outer case portion; and the an inner wall portion comprising an inner wall of the hairpin portion and a passage forming portion attached to an outer surface of the outer case portion to form a passage, wherein the passage forming portion includes an inner wall fixing portion fixed to the outer surface of the outer case portion; and an inner surface of the hairpin portion an outer wall portion having an outer wall fixing portion fixed to the , and having at least one inlet hole formed therein; An exhaust structure of a gas turbine device having one connection hole is provided.

여기서, 상기 외부 케이스부의 안쪽에는 내부 케이스부가 배치되고, 상기 내부 케이스부와 상기 외부 케이스부는 적어도 하나의 스트럿부에 의해 연결될 수 있다.Here, an inner case part may be disposed inside the outer case part, and the inner case part and the outer case part may be connected by at least one strut part.

여기서, 상기 연결홀은 상기 스트럿부의 위치에 대응되도록 형성될 수 있다.Here, the connection hole may be formed to correspond to the position of the strut part.

여기서, 상기 헤어핀부의 내면에는 상기 외벽 고정부에 고정되는 유로 형성부 설치부가 형성될 수 있다.Here, a passage forming part installation part fixed to the outer wall fixing part may be formed on the inner surface of the hairpin part.

여기서, 상기 연결홀은 상기 외부 케이스부의 내면에 대해 경사지게 형성될 수 있다.Here, the connection hole may be formed to be inclined with respect to the inner surface of the outer case part.

여기서, 상기 배기 구조체는, 상기 헤어핀부에 연결되는 플랜지부를 더 포함할 수 있다.Here, the exhaust structure may further include a flange part connected to the hairpin part.

본 발명의 일 측면에 따른 가스 터빈 장치의 배기 구조체는, 열 손상을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The exhaust structure of a gas turbine apparatus according to an aspect of the present invention has an effect of improving durability by preventing thermal damage.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 가스 터빈 장치의 배기 구조체의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 잘라 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 헤어핀부와 외부 케이스부에 유로 형성부가 설치되어 유로가 형성된 모습을 도시한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 대한 유로 형성부의 개략적인 사시도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an exhaust structure of a gas turbine apparatus according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 1 .
FIG. 3 is a schematic view showing a flow path formed by installing a flow path forming part in a hairpin part and an outer case part according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
4 is a schematic perspective view of a flow path forming unit according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 사용함으로써 중복 설명을 생략하며, 도면에는 이해를 돕기 위해 크기, 길이의 비율 등에서 과장된 부분이 존재할 수 있다. Hereinafter, the present invention according to a preferred embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in the present specification and drawings, redundant descriptions are omitted by using the same reference numerals for components having substantially the same configuration, and exaggerated portions in size, length ratio, etc. may be present in the drawings to help understanding.

본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.On the other hand, the terms used herein are for the purpose of describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless otherwise specified in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements mentioned. or addition is not excluded. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 가스 터빈 장치의 배기 구조체의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 잘라 도시한 개략적인 단면도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 헤어핀부와 외부 케이스부에 유로 형성부가 설치되어 유로가 형성된 모습을 도시한 개략적인 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 대한 유로 형성부의 개략적인 사시도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an exhaust structure of a gas turbine apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 1 . In addition, FIG. 3 is a schematic view showing a flow path formed by installing a flow path forming part in the hairpin part and the outer case part according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flow path formation according to an embodiment of the present invention. It is a schematic perspective view of the department.

본 실시예에 따른 가스 터빈 장치의 배기 구조체(100)는 가스 터빈 엔진을 포함한 여러 가스 터빈 장치에 적용될 수 있으며, 가스 터빈 장치는 일반적인 가스 터빈과 마찬가지로 압축기(미도시), 연소기(미도시) 등을 포함할 수 있다.The exhaust structure 100 of the gas turbine device according to the present embodiment may be applied to various gas turbine devices including a gas turbine engine, and the gas turbine device includes a compressor (not shown), a combustor (not shown), and the like, like a general gas turbine. may include

배기 구조체(100)는 가스 터빈 장치의 연소 시 발생하는 배기가스가 배출되는 곳으로써, 외부 케이스부(110), 헤어핀부(120), 플랜지부(130), 유로 형성부(140), 내부 케이스부(150), 스트럿부(160)를 포함한다.The exhaust structure 100 is a place where exhaust gas generated during combustion of the gas turbine device is discharged, and includes an outer case unit 110 , a hairpin unit 120 , a flange unit 130 , a flow path forming unit 140 , and an inner case. It includes a part 150 and a strut part 160 .

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 외부 케이스부(110)는 전체적으로 중공 원통형의 형상을 가지고 있으며, 그 내면(110a)에 배기가스가 접촉하여 지나간다. As shown in FIGS. 1 and 2 , the outer case part 110 has a hollow cylindrical shape as a whole, and the exhaust gas passes in contact with the inner surface 110a.

도 3에 도시된 바와 같이, 외부 케이스부(110)의 부분 중 유로 형성부(140)의 내벽부(141)에 대응하는 부분(L)에는 적어도 하나의 연결홀(111)이 형성된다.As shown in FIG. 3 , at least one connection hole 111 is formed in a portion L corresponding to the inner wall portion 141 of the flow passage forming portion 140 among portions of the outer case portion 110 .

본 실시예에 따르면, 외부 케이스부(110)에 형성되는 연결홀(111)의 크기와 개수에는 특별한 제한이 없다. 즉 설계자는 설계 스펙에 따라 유로(F)에 흐르는 압축공기의 유량을 설정하고, 그에 따라 적절히 연결홀(111)의 크기와 개수를 결정할 수 있다.According to the present embodiment, there is no particular limitation on the size and number of the connection holes 111 formed in the outer case unit 110 . That is, the designer may set the flow rate of the compressed air flowing in the flow path F according to the design specification, and accordingly determine the size and number of the connection holes 111 appropriately.

본 실시예에 따르면, 연결홀(111)이 형성되는 위치는 스트럿부(160)의 위치에 대응되도록 형성된다. 그러한 구성에 의해 가스 터빈 장치의 구동 시 연결홀(111)에서 나온 압축공기가 스트럿부(160)에 도달하여 스트럿부(160)의 냉각에 도움을 주게 된다.According to the present embodiment, the position where the connection hole 111 is formed is formed to correspond to the position of the strut part 160 . With such a configuration, the compressed air from the connection hole 111 reaches the strut portion 160 when the gas turbine device is driven, thereby helping to cool the strut portion 160 .

본 실시예에 따르면 외부 케이스부(110)의 연결홀(111)이 형성되는 위치는 스트럿부(160)의 위치에 대응되도록 하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따르면 외부 케이스부(110)의 연결홀(111)이 형성되는 위치에 특별한 제한은 없다.According to the present embodiment, the position at which the connection hole 111 of the outer case unit 110 is formed corresponds to the position of the strut unit 160 , but the present invention is not limited thereto. That is, according to the present invention, there is no particular limitation on the position where the connection hole 111 of the outer case part 110 is formed.

또한, 본 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 연결홀(111)은 외부 케이스부(110)의 내면(110a)에 대해 경사지게 형성된다. 이는 외부 케이스부(110)의 내면(110a)에 접촉하여 흐르는 고온, 고압의 배기가스 흐름이 연결홀(111)을 통해 유로(F)로 역류하는 것을 방지함으로써 유로(F) 내의 압축 공기의 흐름을 좋게 하고, 아울러 외부 케이스부(110)와 내부 케이스부(150) 사이의 공간(NP)으로 흐르는 배기가스의 흐름을 좋게 하기 위함이다. In addition, according to the present embodiment, as shown in FIG. 3 , the connection hole 111 is formed to be inclined with respect to the inner surface 110a of the outer case part 110 . This prevents the flow of high-temperature and high-pressure exhaust gas flowing in contact with the inner surface 110a of the outer case 110 from flowing back into the flow path F through the connection hole 111, thereby preventing the flow of compressed air in the flow path F. This is to improve the flow of exhaust gas flowing into the space NP between the outer case unit 110 and the inner case unit 150 .

본 실시예에 따르면 연결홀(111)은 외부 케이스부(110)의 내면(110a)에 대해 경사지게 형성되지만, 본 발명에 따르면 연결홀(111)의 형성 방향에 특별한 제한이 없다. 예를 들어 본 발명에 따르면 연결홀(111)은 외부 케이스부(110)의 내면(110a)에 대해 수직하게 형성될 수도 있다.According to the present embodiment, the connection hole 111 is formed to be inclined with respect to the inner surface 110a of the outer case part 110, but according to the present invention, there is no particular limitation in the direction in which the connection hole 111 is formed. For example, according to the present invention, the connection hole 111 may be formed perpendicular to the inner surface 110a of the outer case unit 110 .

한편, 헤어핀부(120)는 그 단면의 형상이 「ㄱ」자 형상을 가지고 있으며, 외부 케이스부(110)의 외면(110b)에 연결되도록 배치되어, 헤어핀부(120)와 외부 케이스부(110)와의 사이에 공간(SP)이 형성된다.On the other hand, the hairpin part 120 has a "L" shape in its cross-section, and is disposed to be connected to the outer surface 110b of the outer case part 110, and the hairpin part 120 and the outer case part 110 ) and a space SP is formed.

본 실시예에 따른 헤어핀부(120)는 그 단면의 형상이 「ㄱ」자 형상을 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따른 헤어핀부는 다양한 형상을 가질 수 있다. Although the hairpin part 120 according to the present embodiment has a “L” shape in its cross-section, the present invention is not limited thereto. That is, the hairpin part according to the present invention may have various shapes.

헤어핀부(120)의 내면(120a)에는 유로 형성부 설치부(120b)가 형성되어 있는데, 유로 형성부 설치부(120b)에는 유로 형성부(140)의 외벽 고정부(142a)가 고정되게 된다.The flow path forming part installation part 120b is formed on the inner surface 120a of the hairpin part 120, and the outer wall fixing part 142a of the flow path forming part 140 is fixed to the flow path forming part installation part 120b. .

본 실시예에 따르면 헤어핀부(120)의 내면(120a)에는 유로 형성부 설치부(120b)가 형성되어 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따르면 헤어핀부(120)의 내면(120a)에는 유로 형성부 설치부(120b)가 형성되지 않을 수도 있고, 그 경우 헤어핀부(120)의 내면(120a)에 직접 외벽 고정부(142a)가 고정될 수 있다.According to the present embodiment, the flow path forming part installation part 120b is formed on the inner surface 120a of the hairpin part 120, but the present invention is not limited thereto. That is, according to the present invention, the flow path forming part installation part 120b may not be formed on the inner surface 120a of the hairpin part 120 , and in that case, the outer wall fixing part 142a directly on the inner surface 120a of the hairpin part 120 . ) can be fixed.

본 실시예에 따른 헤어핀부(120)의 소재는 외부 케이스부(110)의 소재와 동일한 소재로 구성되는데, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따르면 헤어핀부(120)의 소재에 특별한 제한이 없다. 그러나 헤어핀부(120)와 외부 케이스부(110)의 소재를 선정함에 있어 가급적 두 소재의 열팽창률이 최대한 동일하거나 비슷하도록 소재를 선정하는 것이, 가스 터빈 장치의 구동 시 열응력을 줄이는데 도움을 주게 된다.The material of the hairpin unit 120 according to the present embodiment is composed of the same material as that of the outer case unit 110, but the present invention is not limited thereto. That is, according to the present invention, there is no particular limitation on the material of the hairpin part 120 . However, in selecting the material of the hairpin part 120 and the outer case part 110, selecting the material so that the thermal expansion coefficients of the two materials are the same or similar as much as possible helps to reduce the thermal stress when the gas turbine device is driven. do.

플랜지부(130)는 헤어핀부(120)에 연결되도록 형성되는데, 플랜지부(130)에는 설치 구멍(131)이 형성되어 있다. 설치 구멍(131)에는 볼트(B)가 끼워지고 볼트(B)에는 너트(N)가 나사 결합함으로써, 헤어핀부(120)와 지지 케이스부(H)는 서로 고정되게 된다.The flange part 130 is formed to be connected to the hairpin part 120 , and an installation hole 131 is formed in the flange part 130 . The bolt B is inserted into the installation hole 131 and the nut N is screwed to the bolt B, so that the hairpin part 120 and the support case part H are fixed to each other.

한편, 유로 형성부(140)는 헤어핀부(120)의 내면(120a)과 외부 케이스부(110)의 외면(110b)에 부착되어 유로(F)를 형성한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 유로 형성부(140)의 일단은 헤어핀부(120)의 내면(120a)에 부착되도록 설치되고, 유로 형성부(140)의 타단은 외부 케이스부(110)의 외면(110b)에 부착되도록 설치됨으로써, 유로 형성부(140)는, 헤어핀부(120)의 내면(120a) 및 외부 케이스부(110)의 외면(110b)의 일부(L)와 함께 유로(F)를 형성하게 된다.Meanwhile, the flow path forming part 140 is attached to the inner surface 120a of the hairpin part 120 and the outer surface 110b of the outer case part 110 to form the flow path F. That is, as shown in FIG. 3 , one end of the flow path forming unit 140 is installed to be attached to the inner surface 120a of the hairpin unit 120 , and the other end of the flow path forming unit 140 is the outer case unit 110 . By being installed to be attached to the outer surface 110b of the flow path forming part 140, the inner surface 120a of the hairpin part 120 and a part L of the outer surface 110b of the outer case part 110 together with the flow path ( F) is formed.

유로 형성부(140)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전체적으로 고리의 형상을 가지고 있으며, 내벽부(141), 외벽부(142), 바닥부(143)를 포함한다.As shown in FIG. 4 , the flow path forming unit 140 has an overall ring shape, and includes an inner wall portion 141 , an outer wall portion 142 , and a bottom portion 143 .

유로 형성부(140)의 소재는 금속의 소재로 이루어질 수 있는데, 본 발명에 따르면 유로 형성부(140)의 소재에 특별한 제한은 없고, 다양한 소재가 적용될 수 있다.The material of the flow path forming unit 140 may be made of a metal material. According to the present invention, there is no particular limitation on the material of the flow path forming unit 140 , and various materials may be applied.

내벽부(141)는 유로 형성부(140)의 안쪽에 위치한 부분으로서, 일단에는 외부 케이스부(110)의 외면(110b)에 고정되는 내벽 고정부(141a)를 포함한다. 설치 공정에서 내벽 고정부(141a)는 용접, 브레이징, 접착제 등의 다양한 수단에 의해 외부 케이스부(110)의 외면(110b)에 고정될 수 있다.The inner wall portion 141 is a portion located inside the flow path forming portion 140 , and includes an inner wall fixing portion 141a fixed to the outer surface 110b of the outer case portion 110 at one end. In the installation process, the inner wall fixing portion 141a may be fixed to the outer surface 110b of the outer case portion 110 by various means such as welding, brazing, and adhesive.

외벽부(142)는 유로 형성부(140)의 바깥쪽에 위치한 부분으로서, 일단에는 헤어핀부(120)의 유로 형성부 설치부(120b)에 고정되는 외벽 고정부(142a)를 포함하고 있다. 설치 공정에서 외벽 고정부(142a)는 용접, 브레이징, 접착제 등의 다양한 수단에 의해 헤어핀부(120)의 내면(120a)에 형성된 유로 형성부 설치부(120b)에 고정될 수 있다.The outer wall part 142 is a portion located outside the flow path forming part 140 , and includes an outer wall fixing part 142a fixed to the flow path forming part installation part 120b of the hairpin part 120 at one end. In the installation process, the outer wall fixing part 142a may be fixed to the flow path forming part installation part 120b formed on the inner surface 120a of the hairpin part 120 by various means such as welding, brazing, or adhesive.

아울러 외벽부(142)에는 적어도 하나의 유입 구멍(142b)이 형성되어 있는데, 유입 구멍(142b)을 통해 공간(SP)에 존재하는 압축 공기가 유로(F)로 유입되고, 유입된 압축 공기는 헤어핀부(120)의 내면(120a)과 열교환을 수행하게 된다.In addition, at least one inlet hole 142b is formed in the outer wall portion 142, and the compressed air existing in the space SP is introduced into the flow path F through the inlet hole 142b, and the introduced compressed air is Heat exchange with the inner surface 120a of the hairpin part 120 is performed.

본 실시예에 따르면, 외벽부(142)에 형성되는 유입 구멍(142b)의 크기와 개수에는 특별한 제한이 없다. 즉 설계자는 설계 스펙에 따라 유로(F)에 흐르는 압축공기의 유량을 설정하고, 그에 따라 적절히 유입 구멍(142b)의 크기와 개수를 결정할 수 있다.According to the present embodiment, the size and number of the inlet holes 142b formed in the outer wall portion 142 are not particularly limited. That is, the designer may set the flow rate of the compressed air flowing in the flow path F according to the design specification, and accordingly determine the size and number of the inlet holes 142b appropriately.

한편, 바닥부(143)는 내벽부(141)와 외벽부(142)를 연결하여 유로(F)의 일부분을 형성한다.Meanwhile, the bottom portion 143 forms a portion of the flow path F by connecting the inner wall portion 141 and the outer wall portion 142 .

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유로 형성부(140)가 공간(SP)에 설치되게 되면, 외부 케이스부(110), 헤어핀부(120), 유로 형성부(140)에 의해 유로(F)가 형성되게 되는데, 유로(F)의 입구는 유입 구멍(142b)이 되고, 유로(F)의 출구는 연결홀(111)이 된다. 따라서 연소기(미도시)에 유입되기 전의 압축 공기의 일부 또는 압축기(미도시)에서 나온 압축 공기의 일부가 공간(SP)에 도달한 후 유로(F)를 통해 이동하여 헤어핀부(120)의 내면(120a)과 열교환을 수행하게 된다.1 and 3 , when the flow path forming part 140 is installed in the space SP, the flow path ( F) is formed, the inlet of the flow path F becomes the inlet hole 142b, and the outlet of the flow path F becomes the connection hole 111 . Therefore, a part of the compressed air before flowing into the combustor (not shown) or a part of the compressed air from the compressor (not shown) reaches the space SP and moves through the flow path F to move the inner surface of the hairpin part 120 . Heat exchange with (120a) is performed.

한편, 내부 케이스부(150)는 외부 케이스부(110)의 안쪽에 배치되는데, 가스 터빈 장치가 구동될 때에는 내부 케이스부(150)와 외부 케이스부(110) 사이의 공간(NP)에 고온 및 고압의 배기가스가 흐르게 된다. On the other hand, the inner case unit 150 is disposed inside the outer case unit 110, when the gas turbine device is driven, high temperature and high temperature and High-pressure exhaust gas flows.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 내부 케이스부(150)는 중공 원통형의 형상을 가지고 있으며, 그 안에는 가스 터빈 장치의 축(미도시), 베어링(미도시) 등이 배치되게 된다.1 and 2 , the inner case part 150 has a hollow cylindrical shape, and a shaft (not shown), a bearing (not shown), and the like of the gas turbine device are disposed therein.

스트럿부(160)는 내부 케이스부(150)와 외부 케이스부(110)를 연결하여 지지한다. The strut unit 160 connects and supports the inner case unit 150 and the outer case unit 110 .

본 실시예에 따른 스트럿부(160)는 방사상으로 6개가 설치되어 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따른 스트럿부(160)의 개수에는 특별한 제한이 없다. Six strut units 160 according to the present embodiment are radially installed, but the present invention is not limited thereto. That is, there is no particular limitation on the number of strut parts 160 according to the present invention.

이하, 도 1 및 도 3을 참고하여, 본 실시예에 대한 가스 터빈 장치의 배기 구조체(100)의 유로(F)를 통해 압축 공기가 이동하면서 열교환을 수행하여 열응력을 줄이는 모습에 대해 설명한다. 도 1 및 도 3에서 작은 화살표는 압축 공기의 흐름을 나타내고, 큰 화살표는 배기가스의 흐름을 나타낸다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 and 3 , a state of reducing thermal stress by performing heat exchange while compressed air moves through the flow path F of the exhaust structure 100 of the gas turbine device according to this embodiment will be described. . 1 and 3 , a small arrow indicates a flow of compressed air, and a large arrow indicates a flow of exhaust gas.

가스 터빈 장치가 구동하게 되면, 연소기(미도시)에서 연소 작용이 일어나고 고온 및 고압의 배기가스가 생성되어 배기 구조체(100) 쪽으로 이동하게 된다. 배기가스는 내부 케이스부(150)와 외부 케이스부(110) 사이의 공간(NP)으로 흐르게 되는데, 이로 인해 외부 케이스부(110)에도 배기가스의 열이 전달되고, 외부 케이스부(110)에 전달된 배기가스의 열은 순차적으로 헤어핀부(120)와 플랜지부(130)로 전달됨으로써 열이 전달된 부분들의 온도를 상승시키게 된다. 여기서 열전달 순서에 따라 온도 구배가 발생하는데, 온도가 제일 높은 외부 케이스부(110)와 멀어질수록 그만큼 온도가 낮아지게 된다. 즉, 외부 케이스부(110), 헤어핀부(120), 플랜지부(130)의 순으로 점차로 온도가 낮아지게 된다.When the gas turbine device is driven, a combustion action occurs in a combustor (not shown), and high-temperature and high-pressure exhaust gas is generated and moved toward the exhaust structure 100 . Exhaust gas flows into the space NP between the inner case unit 150 and the outer case unit 110 , whereby heat of the exhaust gas is transferred to the outer case unit 110 as well, and to the outer case unit 110 . The heat of the transferred exhaust gas is sequentially transferred to the hairpin part 120 and the flange part 130 to increase the temperature of the parts to which the heat is transferred. Here, a temperature gradient occurs according to the heat transfer order, and the temperature decreases as the distance from the outer case part 110 having the highest temperature increases. That is, the temperature is gradually lowered in the order of the outer case part 110 , the hairpin part 120 , and the flange part 130 .

이 때 연소기(미도시)의 전방에서 추출한 압축 공기를 외부 케이스부(110)와 헤어핀부(120) 사이의 공간(SP)으로 흐르게 하면, 압축 공기는 유로(F)로 유입되어 흐르게 된다. 즉 압축공기는 유입 구멍(142b)을 통해 유입되어 헤어핀부(120)의 내면(120a)과 열교환을 수행하고, 이어 외부 케이스부(110)의 외면(110b)의 일부(L)와 열교환을 수행한 후, 연결홀(111)을 통해 내부 케이스부(150)와 외부 케이스부(110) 사이의 공간(NP)으로 흐르게 된다. 여기서 유입 구멍(142b)을 통해 유입되는 압축 공기의 온도는 헤어핀부(120)의 내면(120a)의 온도보다 높고, 외부 케이스부(110)의 외면(110b)의 일부(L)의 온도보다 낮기 때문에, 압축 공기는 열교환을 하면서 헤어핀부(120)의 내면(120a)의 온도를 높여주되, 외부 케이스부(110)의 외면(110b)의 일부(L)의 온도는 낮춰주게 된다. 그렇게 되면 헤어핀부(120)의 내면(120a)의 온도와 외부 케이스부(110)의 외면(110b)의 일부(L)의 온도의 차이가 작아지게 됨으로써, 온도 차이로 인한 열응력을 줄일 수 있게 된다. 그렇게 되면 열응력에 의한 배기 구조체(100)의 손상이 방지되고 배기 구조체(100)의 수명을 증가시킬 수 있게 된다. At this time, when the compressed air extracted from the front of the combustor (not shown) flows into the space SP between the outer case part 110 and the hairpin part 120, the compressed air flows into the flow path F. That is, compressed air is introduced through the inlet hole 142b to perform heat exchange with the inner surface 120a of the hairpin part 120, and then heat exchange with a part L of the outer surface 110b of the outer case part 110. After that, it flows into the space NP between the inner case unit 150 and the outer case unit 110 through the connection hole 111 . Here, the temperature of the compressed air introduced through the inlet hole 142b is higher than the temperature of the inner surface 120a of the hairpin part 120, and lower than the temperature of the part L of the outer surface 110b of the outer case part 110. Therefore, the compressed air increases the temperature of the inner surface 120a of the hairpin unit 120 while exchanging heat, but lowers the temperature of a portion L of the outer surface 110b of the outer case unit 110 . Then, the difference between the temperature of the inner surface 120a of the hairpin part 120 and the temperature of the part L of the outer surface 110b of the outer case part 110 is reduced, so that the thermal stress caused by the temperature difference can be reduced. do. Then, damage to the exhaust structure 100 due to thermal stress is prevented and the lifespan of the exhaust structure 100 can be increased.

한편, 연결홀(111)을 통해 내부 케이스부(150)와 외부 케이스부(110) 사이의 공간(NP)으로 나온 압축 공기는 스트럿부(160)쪽으로 이동하여 스트럿부(160)의 냉각을 돕게 된다.On the other hand, compressed air from the space NP between the inner case unit 150 and the outer case unit 110 through the connection hole 111 moves toward the strut unit 160 to help cool the strut unit 160 . do.

본 실시예에 따르면, 외부 케이스부(110)와 헤어핀부(120) 사이의 공간(SP)쪽으로 흘러 유로(F)로 유입되는 압축 공기는, 연소기(미도시)의 전방에서 추출하지만, 본 발명에 따르면 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따르면 외부 케이스부(110)와 헤어핀부(120) 사이의 공간(SP)에 흘러 유로(F)로 유입되는 압축 공기는, 압축기(미도시)의 후방에서 추출할 수 있다.According to this embodiment, the compressed air flowing toward the space SP between the outer case part 110 and the hairpin part 120 and flowing into the flow path F is extracted from the front of the combustor (not shown), but in the present invention According to this, it is not limited to this. That is, according to the present invention, compressed air flowing into the space SP between the outer case part 110 and the hairpin part 120 and flowing into the flow path F may be extracted from the rear of the compressor (not shown).

그 경우 유입 구멍(142b)을 통해 유입되는 압축 공기의 온도는 헤어핀부(120)의 내면(120a)의 온도 및 외부 케이스부(110)의 외면(110b)의 일부(L)의 온도보다 낮기 때문에, 압축 공기는 유로(F)로 이동하면서 열교환을 수행하여 헤어핀부(120)의 내면(120a) 및 외부 케이스부(110)의 외면(110b)의 일부(L)의 온도를 함께 낮춰주게 된다. 이 때 유로(F)로 흐르는 압축 공기의 유량이 충분히 크고 온도도 충분히 낮다면, 헤어핀부(120)의 내면(120a)의 온도와 외부 케이스부(110)의 외면(110b)의 일부(L)의 온도 차이가 작아질 수 있고, 그 경우에도 온도 차이로 인한 열응력을 줄일 수 있게 된다. 그렇게 되면 열응력에 의한 배기 구조체(100)의 손상이 방지되고 배기 구조체(100)의 수명도 증가시킬 수 있게 된다.In that case, since the temperature of the compressed air introduced through the inlet hole 142b is lower than the temperature of the inner surface 120a of the hairpin part 120 and the temperature of a portion L of the outer surface 110b of the outer case part 110 , , the compressed air performs heat exchange while moving to the flow path F to lower the temperature of the inner surface 120a of the hairpin unit 120 and a portion L of the outer surface 110b of the outer case unit 110 together. At this time, if the flow rate of the compressed air flowing into the flow path F is sufficiently large and the temperature is sufficiently low, the temperature of the inner surface 120a of the hairpin unit 120 and a portion (L) of the outer surface 110b of the outer case unit 110 The temperature difference can be reduced, and even in that case, it is possible to reduce the thermal stress due to the temperature difference. Then, damage to the exhaust structure 100 due to thermal stress is prevented, and the lifespan of the exhaust structure 100 can be increased.

이상과 같이, 본 실시예에 따른 가스 터빈 장치의 배기 구조체(100)는, 유로 형성부(140)가 헤어핀부(120) 및 외부 케이스부(110)의 일부와 함께 유로(F)를 형성하고, 유로(F)를 통해 흐르는 압축 공기의 열교환 작용이 외부 케이스부(110)의 온도와 헤어핀부(120)의 온도 차이를 줄여 열응력을 줄일 수 있게 된다. 특히 외부 케이스부(110)와 헤어핀부(120)의 연결 부분의 열응력을 줄일 수 있게 된다. 그러한 작용으로 배기 구조체(100)의 손상이 방지되고 배기 구조체(100)의 수명도 늘릴 수 있게 된다.As described above, in the exhaust structure 100 of the gas turbine device according to the present embodiment, the flow path forming part 140 forms a flow path F together with a part of the hairpin part 120 and the outer case part 110 and , the heat exchange action of the compressed air flowing through the flow path F reduces the temperature difference between the temperature of the outer case unit 110 and the hairpin unit 120 to reduce thermal stress. In particular, it is possible to reduce the thermal stress of the connection portion between the outer case unit 110 and the hairpin unit 120 . With such an action, damage to the exhaust structure 100 is prevented and the lifespan of the exhaust structure 100 can be increased.

본 발명의 일 측면들은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. Aspects of the present invention have been described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, which are only exemplary, and that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom by those skilled in the art point can be understood. Accordingly, the true protection scope of the present invention should be defined only by the appended claims.

본 발명의 일 측면에 따르면, 가스 터빈 장치의 배기 구조체의 제조 및 그와 관련된 사업에 이용될 수 있다. According to one aspect of the present invention, it can be used in the manufacture of an exhaust structure of a gas turbine device and a business related thereto.

100: 배기 구조체 110: 외부 케이스부
120: 헤어핀부 130: 플랜지부
140: 유로 형성부 150: 내부 케이스부
160: 스트럿부100: exhaust structure 110: outer case portion
120: hairpin 130: flange portion
140: flow path forming part 150: inner case part
160: strut unit

Claims

As an exhaust structure of a gas turbine device from which exhaust gas is discharged,
an outer case part through which the exhaust gas passes in contact with an inner surface;
a hairpin portion disposed on an outer surface of the outer case portion; and
and a flow path forming part attached to the inner surface of the hairpin part and the outer surface of the outer case part to form a flow path,
The flow path forming part,
an inner wall portion including an inner wall fixing portion fixed to an outer surface of the outer case portion;
an outer wall portion including an outer wall fixing portion fixed to an inner surface of the hairpin portion and having at least one inlet hole formed therein; and
and a bottom portion connecting the inner wall portion and the outer wall portion,
At least one connection hole is formed in a portion of the outer case portion corresponding to the inner wall portion, the exhaust structure of the gas turbine device.

According to claim 1,
An inner case portion is disposed inside the outer case portion,
The exhaust structure of a gas turbine device, wherein the inner casing portion and the outer casing portion are connected by at least one strut portion.

3. The method of claim 2,
The connection hole is formed to correspond to the position of the strut portion, the exhaust structure of the gas turbine device.

According to claim 1,
An exhaust structure of a gas turbine device, wherein a passage forming part installation part fixed to the outer wall fixing part is formed on an inner surface of the hairpin part.

According to claim 1,
The connection hole is formed to be inclined with respect to the inner surface of the outer case portion, the exhaust structure of the gas turbine device.

According to claim 1,
The exhaust structure of the gas turbine device further comprising a flange portion connected to the hairpin portion.