KR950003747B1 - 개스터빈 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

개스터빈

제1도는 압축기로부터 나온 정상 유체가 연소기 배스킷으로 흘러들어 가는 것을 보여주는 종래 기술에 의한 개스터빈의 부분 단면도.

제2도는 본 발명으로 구체화한 유사한 개스터빈의 부분 단면도.

제3도는 제2도의 선 D-D를 따른 전이덕트와 결합된 새들 부재의 부분단면도.

제4도는 다른 대치 구조를 보여주는 제3도에 유사한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 압축기부 11 : 터빈부

13 : 전이덕트 15 : 외부벽

16 : 새들모양의 부재 18 : 밀봉벽

23 : 스터드

본 발명은 개스터빈, 특히 그러한 개스터빈내에 있는 전이덕트의 표면온도를 줄이기 위한 수단에 관한 것이다.

전형적인 개스터빈 엔진에서, 압축기로부터 방출된 공기는, 공기가 연소기 배스킷(baskets)으로 유입되기 전에 전이덕트 주위를 지나가게 되어 있는, 연소기 동체에 들어간다. 연소기 배스킷에서, 공기는 연료와 혼합되고, 고온에서 연소된다.

고온 및 고압의 연소개스는 그때 개스가 일을 산출하기 위해 팽창되게 되어 있는 터빈에 들어가기 위해 배스킷에서 전이덕트 아래로 유동한다. 평균연소 개스온도가 1100℃를 넘게되어 있는 응용에서, 종래의 고온 합금으로 만들어진 전이덕트는 짧은기간의 사용후에 상부표면에서 재질이 저하되는 부분을 보여주기 시작한다. 전이덕트의 하부면 및 측면은 보통 적당히 냉각되어 이런 문제가 제거되게 되나, 상부표면은 압축기에서 나오는 직각의 개스유동 때문에 그렇게 냉각되지 않는다.

종래에는 상부표면에 다수의 작은 냉각공을 제공하여 전이덕트 상부표면의 온도를 줄이기 위해서 노력이 경주되어 왔다. 이 수단에서, 압축기에서의 공기는 상부표면을 따라 냉각공기의 얇은 층을 형성하기 위해 전이덕트로 유동하는 것이 허용된다. 그러나 이 공기는 연소기 개스의 온도분포를 왜곡시키고 터빈의 효율을 줄이는 효과를 가지고 있다.

본 발명의 주 목적은 전이덕트 구조물의 적정한 냉각을 대비하기 위한 개스터빈 구조물을 제공하는 것이다.

본 목적을 고려하면, 본 발명은 특허청구범위 제1항에서 한정된 것과 같은 개스터빈에 존재할 것이다.

본 발명은 도면에서 단지 예로서 도시된 발명에 대한 하기 설명에 의해 훨씬 용이하게 명백해질 것이다.

처음으로 제1도의 종래 구조물을 고려해보면, 도시된 개스터빈은 압축기부(10)와 동력부(11)로 구성되어 있음을 알 수 있다. 압축기부(10)에서 나온 압축공기는 압축기의 출구끝에서부터 화살표(12)로 표시된 방향으로, 전이덕트(13)을 지나, 뒤의 연소기 배스킷(14)위로, 연료와 혼합되고 연소되는 배스킷 내부의 여러구멍을 통과하여 유동한다.

이해되는 대로, 터빈은 다수의 연소기와 전이덕트를 포함하고 있고, 전이덕트는 터빈의 중앙부 주위에 원형으로 배열된다. 전이덕트를 통과함에 있어서, 공기유동은 처음에 전이덕트의 낮은 표면과 마주치고, 그때 덕트사이를 지나 외부표면위로 지나가거나 또는 낮은 표면에서 연소기로 직접적으로 후퇴한다. 단지 공기유동의 작은 부분만 보통 전이덕트의 상부표면위로 지나감을 알 수 있을 것이다. 따라서 전이덕트의 상부표면이 더 큰 공기유동에 노출된 낮은 표면 또는 측표면과 같은 다른 표면보다 온도가 높게 되는 것은 분명하다.

제2도를 보면, 전과같이 개스터빈은 압축기부(10)과 동력부(11)을 포함하고 있고 압축기에서 나온 공기는 전이덕트(13)을 향해 유동한다. 그러나 본 발명에 따라, 전이덕트의 상부를 둘러싸고 새들(Saddle, 16)과 전이덕트(16)의 외부벽(15)의 사이에 공기유동부(12)가 연소기로 가기전에 통과하도록 한정되어 있는 공기통로를 형성하는 다수의 새들이 제공된다.

제3도에서 더 자세하게 도시된 바와 같이, 공기의 일부분은 전이덕트의 외부벽(15)과 새들(16)의 사이로 지나가고, 이렇게 공기는 전이덕트(13)의 상부표면위로 유동하는 것을 보장하고 그 방법에 의해 그것을 식힌다. 각 전이덕트(13)은 그것에 새들(16)을 결합시키며, 새들은 전이덕트(13)의 외관에 대체로 적합하도록 형성되고, 중심선(17)부근에 다수의 구멍을 가지고 있고, 다음의 인접 새들 요소를 향해 바깥쪽으로 연장되어 있고 사이에 제3도에서 더 자세하게 알 수 있는 바와 같이 공기의 일부가 유동할 수 있는 부드러운 간격을 형성하는 연장된 주변부를 포함하고 있다.

공기가 새들(16)의 아래와 전이덕트(13)의 상부표면 주위로 유동하도록 제한하기 위해서, 밀봉벽이 원추형 요소(18)의 형태로 제공되는데, 그 요소는 안쪽 끝부분(19)를 압축기(10)의 하우징에 고정하고, 여러 전이덕트가 통과하는 구멍(20)과 같은 구멍들을 가지고 있다. 이 구멍은 전이덕트의 지름보다 약간 더 크고, 그것에 의해 밀봉벽을 통하여 밀봉벽과 전이덕트(13)사이의 틈을 통해 전이덕트(13) 주위로 공기가 약간 유동할 수 있도록 한다.

새들(16)은 상부 끝부분(2)이 밀봉벽(18)에 고정되고, 하부 끝부분(22)가 동력부(11)의 하우징에 고정된다. 전체 유동이 새들 하부주위를 통과하거나 전이덕트의 상부표면을 가로질러 지나가게 제한하는 어떠한 노력도 기울여지지 않았다. 새들 사이의 공간과 밀봉벽과 전이덕트 사이이 공간은 평행한 바이패스 유동을 허용한다. 이러한 바이패스 유동과 오리피스(17)을 통해 밖으로 나가는 관 유동의 형성은 난류를 줄일 수 있을 만큼 부드럽게 유지되어야 하는데, 난류는 터빈에 더 큰 작동손실을 가져오고 따라서 덜 효과적인 터빈이 될 것이다.

이전에 지적된 대로, 압축기 방출공기의 속도 수두에 의지하면, 밀봉벽을 사용하는 것은 필요하지 않을 것이다. 그러한 경우에 새들은, 전이덕트의 표면에 용접되고 새들에 바깥끝이 고정된 지지 스터드(stud)에 의해 제4도에서 도시된 대로 전이덕트위에 단순히 설비된다. 인접한 전이덕트 사이를 지나가는 공기는 새들의 주변부와 마주치고 그 일부분이 분리되어 새들과 그 특별한 새들과 결합된 전이덕트의 표면사이에 유동하게 된다. 그 스터드(23)은 2가지 역할을 수행한다. 그것들은 새들조각을 지지할 뿐만 아니라, 또한 열 전달 표면을 제공하는데, 열을 전이덕트의 표면으로부터 스터드(23) 주위를 지나가는 공기에 전달하게 된다.

다수의 그러한 스터드는 열전달을 증가시키기 위해서 사용되고, 이렇게 최소한의 공기유동에 있어서의 혼란만으로 전이덕트의 냉각을 허용할 뿐만 아니라, 리브와 같은 그러한 수단이 전이덕트와 그것을 지나 유동하는 공기 사이의 열전달을 증가시키기 위해서 새들조각과 전이덕트 사이 또는 새들조각위에 제공될 수도 있는 것은 명백하다. 그러한 장치는 전이덕트(13)을 덕트의 재질을 하락시키지 않으면서 고온에서 사용되게 할 뿐만 아니라, 다른 구조물에 의해서 발생할 수 있을 유동에서의 압력손실과 간섭을 명백히 감소시킬 것이다.

Claims (6)

1. 압축기부(10), 연소비구, 동력터빈부(11) 및 상기 연소기와 상기 동력터빈부(11)을 연결하는 전이덕트(13)을 포함하는 개스터빈에 있어서, 상기 압축기부(10)에서 상기 연소기로 이동하는 공기유동을 상기 전이덕트(13)의 표면위로 대체로 균일하게 조절하여 상기 전이덕트(13)의 표면온도를 균일하게 하기 위해서 상기 전이덕트(13)에 인접하게 배치된 수단을 가진 것을 특징으로 하는 개스터빈.
2. 제1항에 있어서, 공기유동을 상기 전이덕트(13)위로 조정하는 수단이 적어도 일부분의 압축기에서의 공기유동(12)이 연소기까지 가는 동안 통과하도록 되어 있는 상기 새들모양이 부재(16)와 상기 전이덕트의 외부벽(15)사이의 공기 경로를 형성하는 상기 전이덕트의 외부표면에서 공간이 떨어져 있는 새들 모양의 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 개스터빈.
3. 제2항에 있어서, 상기 새들모양의 부재(16)이 상기 덕트(13)와 상기 부재(16)에 결합된 다수이 스터드에 의해 상기 전이덕트(13)에서 지지되는 것을 특징으로 하는 개스터빈.
4. 제2항에 있어서, 상기 전이덕트가 통과하여 연장되어 있는 밀봉벽(18)이 제공되고, 상기 밀봉벽은 상기 연소기에서 압축부를 분리하고 압축기에서의 공기유동을 상기 벽(18)의 구멍(20)을 통하여 흐르게 강제하는 것을 특징으로 하는 개스터빈.
5. 제4항에 있어서, 상기 새들 형태의 부재(16)이 한끝이 상기 밀봉벽(18)에 다른 한끝이 상기 동력터빈부(11)의 프레임에 설비되어 있는 것을 특징으로 하는 개스터빈.
6. 제2항에 있어서, 상기 새들모양의 부재(16)이 내부표면에 있는 다수의 리브(rib)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 개스터빈.

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