KR100673945B1

KR100673945B1 - 가스터빈 엔진용 압축기

Info

Publication number: KR100673945B1
Application number: KR1020010014995A
Authority: KR
Inventors: 박기철
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2007-01-24
Also published as: KR20020074916A

Abstract

본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 압축기는, 그 외주면에 원주방향을 따라 배치된 회전익들을 구비하는 로터와; 로터를 감싸며, 그 내부면에 원주방향을 따라 회전익들의 후방에 위치된 고정익들을 구비하는 케이싱; 및 고정익 측에 형성된 포트와, 포트를 통하여 고압의 공기를 공급해주기 위한 보조압축기와, 포트와 보조압축기 사이에 설치되어 공기의 유로를 개폐하는 밸브를 구비하여 고정익에서의 실속을 방지하는 실속방지수단;을 구비한다.

Description

가스터빈 엔진용 압축기{Compressor for gas turbine engine}

도 1은 일반적인 가스터빈 엔진을 도시한 단면도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압축기의 부분 단면도,

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기의 부분 단면도이다.

〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉

21..케이싱 22..로터

23..고정익 24..회전익

25,26,31..포트 28,33..밸브

32..보조압축기

본 발명은 가스터빈 엔진용 압축기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 압축기내의 고정익에서 실속을 방지할 수 있는 실속방지수단이 구비된 가스터빈 엔진용 압축기에 관한 것이다.

도 1에는 일반적인 가스터빈 엔진이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 가스터빈 엔진(10)은 일종의 회전식 내연기관이며, 고온고 압의 연소가스를 팽창시키며 터빈(13)을 돌려 회전력을 얻는 기관이다. 즉, 동압에 의해서 압력이 상승한 공기를 다시 압축기(11)로 압력을 높이고 이것을 연소실(12)에서 약 800∼1200℃의 고온가스로 만든 다음 압축기(11)의 소요출력을 얻을 수 있는 압력비까지 터빈(13)에서 팽창시키고 나머지 압력으로 가스를 제트 노즐(14)을 통해 고속으로 분출시켜 추진력을 얻는다.

상기 가스터빈 엔진에 있어서, 엔진을 급격히 가속시키게 되면, 압축기 내부에는 서지(surge)와 실속(stall)이라는 현상이 발생될 수 있다. 서지는 압축기 전체의 불안정한 상태를 나타내는 것이고, 실속은 압축기내의 제1단 또는 몇 단에서의 공기의 흐름이 불안정한 상태를 나타내는 것을 말한다.

서지와 실속은 결과적으로 엔진의 불안정성을 나타내는 것으로서, 엔진 전체에 치명적인 손상을 가져올 수 있다. 즉, 압축기 내부에 서지가 발생하게 되면, 폭음과 함께 압축기 입구로부터 화염이 역류해 나올 수 있고, 실속이 발생하게 되면 약간의 진동이 생기고 엔진의 가속성 및 감속성이 저하된다.

서지는 일반적으로 주압축기내의 회전익 또는 고정익에서의 실속으로부터 유발된다.

종래의 경우, 압축기내의 회전익에서의 실속을 방지하기 위하여, 회전익 자유단에서 와류를 생성시켜, 유효면적을 감소시킴으로써, 실속을 지연시키는 방법을 사용하였다.

또한, 압축기내의 고정익에서의 실속을 감소시키기 위하여, 의도적으로 고정익의 자유단과 케이싱의 내부면 사이의 간격을 일정 이상으로 유지하는 방법을 사 용하였다.

그런데, 상기 고정익의 경우, 고정익의 자유단과 케이싱의 내부면 사이의 간격 유지가 압축기 효율에 미치는 영향에 대하여 설계자간에 아직 이견이 있으며, 구조적으로도 취약하게 만드는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 압축기에 실속방지수단을 구비하여 고정익에서의 실속을 방지할 수 있는 가스터빈 엔진용 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일특징에 따른 가스터빈 엔진용 압축기는, 그 외주면에 원주방향을 따라 배치된 회전익들을 구비하는 로터와; 상기 로터를 감싸며, 그 내부면에 원주방향을 따라 상기 회전익들의 후방에 위치된 고정익들을 구비하는 케이싱; 및 상기 고정익 측에 형성된 포트와, 상기 포트를 통하여 고압의 공기를 공급해주기 위한 보조압축기와, 상기 포트와 보조압축기 사이에 설치되어 공기의 유로를 개폐하는 밸브를 구비하여 상기 고정익에서의 실속을 방지하는 실속방지수단;을 구비한다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 가스터빈 엔진용 압축기는, 그 외주면에 원주방향을 따라 배치되고, 2단이상을 이루는 회전익들을 구비하는 로터와; 상기 로터를 감싸며, 그 내부면에 원주방향을 따라, 상기 회전익들과 교번하여 위치되고, 2단이상을 이루는 고정익들을 구비하는 케이싱; 및 상기 고정익 측에 형성된 제1포트와, 상기 고정익의 후방단에 형성된 제2포트와, 상기 제1,2포트 사이에 설치되어 공기의 유로를 개폐하는 밸브를 구비하여 상기 제1포트가 형성된 고정익에서의 실속을 방지하는 실속방지수단;을 구비한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압축기에 대한 부분단면도를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 압축기(200)는 그 내부에 공간이 형성된 케이싱(21)과, 상기 케이싱(21)의 내부면과 소정 간격을 유지하며, 회전가능하게 케이싱(21) 내에 설치된 로터(22)와, 상기 케이싱(21)의 내부면에 설치된 고정익(23)과, 상기 로터(22)의 외주면에 설치된 회전익(24)과, 상기 로터(22)측에 설치되어 상기 고정익(23)에서의 실속을 방지하기 위한 실속방지수단(20)을 구비한다.

상기 고정익(23)은, 그 일단부가 케이싱(21)의 내부면에 고정이 되고, 타단부는 자유로운 상태로 설치된다. 또한, 상기 고정익(23)은 케이싱(21)의 원주방향을 따라 복수개 설치되고, 각 설치된 고정익(23)들은 동일한 형상을 가진다.

상기 회전익(24)은, 그 일단부가 로터(22)의 외주면에 고정이 되고, 타단부는 자유로운 상태로 설치된다. 또한, 상기 회전익(24)은 로터(22)의 원주방향을 따라 복수개 설치되고, 각 설치된 회전익(24)들은 동일한 형상을 가진다.

한편, 상기 회전익(24)과 고정익(23)은, 대기로부터 공기가 유입되는 방향으로부터 제1회전익(24a), 제1고정익(23a), 제2회전익(24b), 제2고정익(23b)의 순서 로 상호 교번하여 각각 2단씩 설치되어 있다.

본 실시예에서는 2단 압축기를 대상으로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 3단 이상의 압축기에도 실속방지수단(20)의 적용이 가능하다.

상기 실속방지수단(20)은, 상기 로터(22)에 형성된 제1포트(25) 및 제2포트(26)를 구비한다.

상기 제1포트(25)는 제1고정익(23a)의 자유단 측과 대향하는 지점에 형성되어 있고, 상기 제2포트(26)는 제2회전익(24b)의 후방에 형성된다. 그리고, 상기 제1,2포트(25)(26)는 상호 연통이 가능하게 통로(27)로 연결이 되어있다.

상기 제1,2포트(25)(26)는 로터(22)에 형성된 것으로 도면에서는 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 케이싱(21)에도 형성될 수 있다.

상기 케이싱(21)에 설치될 경우, 상기 제1포트(25)는 원주방향으로 서로 인접한 제1고정익(23a)들 사이에 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제1포트(25)로부터 공급된 고압의 공기는 제1고정익(23a)의 면을 따라 제1고정익(23a)의 자유단 측으로 이동될 수 있다.

또한, 상기 제2포트(26)는, 2단 압축기에 있어서, 제2회전익(24b)의 후방에 형성되는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 3단 이상으로 이루어진 압축기의 경우, 제2포트(26)는 제2회전익(24b)의 다음단의 후방에 형성될 수 있는 것과 같이, 필요로 하는 압력을 가진 공기를 제1포트(25)로 제공할 수 있는 위치이면 어느 곳이든지 형성이 가능하다.

상기 통로(27)에는 밸브(28)가 설치되고, 상기 밸브(28)는 제2포트(26)로부 터 고압의 공기가 제1포트(25)를 통하여 유출되는 것을 제어하게 된다.

상기 밸브(28)는, 상기 제1,2포트(25)(26)에서의 공기의 압력차이가 소정의 값 이하에서는 닫혀 있다가, 그 값을 넘어서게 되면, 열리게 된다.

즉, 상기 밸브(28)는 공기의 유로를 개폐할 수 있는 유로 개폐밸브인 것이 바람직하다.

상기 구성을 가진 압축기(200)의 작용을 상술하면 다음과 같다.

상기 압축기(200)가 동작하게 되어, 대기로부터 공기가 상기 케이싱(21)으로 흡입되면, 상기 로터(22)에 설치된 회전익(24)과, 상기 케이싱(21)에 설치된 고정익(23) 사이로 공기가 이동하며, 상기 로터(22)의 회전에 의하여 공기의 압력이 상승하게 된다. 공기의 압력은 각 단을 거치면 점점 더 커지게 된다.

압축기(200)의 동작이 정상적인 경우에는, 제1포트(25)에서의 압력과, 제2포트(26)에서의 압력의 차이는 일정하게 유지되고 있다. 이때 압축기(200)의 동작이 서지가 발생되려는 상태로 되면, 케이싱(21)으로 유입되는 유량이 감소하게 되고, 제1고정익(23a)은 실속의 상태로 접근하게 된다. 아직 서지가 발생된 상태는 아니므로, 유량의 감소에 따라, 제1고정익(23a) 후방에서의 압력은 증가하게 된다.

따라서, 상기 제1고정익(23a) 측에 형성된 제1포트(25)에서의 압력과 상기 제2회전익(23b)의 후방에 형성된 제2포트(26)에서의 압력의 차이가 소정의 값 이상이 되면, 밸브(28)가 열리게 된다. 상기 밸브(28)가 열리게 되면, 제1,2포트(25)(26)를 연통하는 통로(27)를 통하여 제2포트(26)로부터 고압의 공기가 제1포트(25)로 유출되어 제1고정익(23a)에서의 공기의 유량을 보충하게 됨으로 써, 실속을 방지하게 된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기에 대한 부분단면도를 도시한 것이다. 여기에서 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리키는 것으로서, 이하 설명은 생략한다.

도면을 참조하면, 압축기(300)는 단단 압축기로서, 회전익(24)과 고정익(23)이 각 1단씩 설치된다. 따라서, 상기 고정익(23)에서의 공기의 압력과 고정익(23) 후방에서의 압력의 차이가 크지 않으므로, 실속방지수단(30)은, 고압의 공기를 생성하기 위한 보조압축기(32)를 구비한다.

또한, 로터(22)에는 고정익(23)에 고압의 공기를 공급하기 위하여 포트(31)가 형성된다.

상기 포트(31)는 고정익(23)의 자유단 측으로부터 로터(22)측으로 연장된 지점에 위치된 것으로 도면에서는 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 케이싱(21)에 형성될 수도 있다.

상기 케이싱(21)에 형성될 경우, 상기 포트(31)는 원주방향으로 서로 인접한 고정익(23)들 사이에 위치되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 포트(31)로부터 공급된 고압의 공기는 고정익(23)의 면을 따라 고정익(23)의 자유단 측으로 이동될 수 있다.

상기 포트(31)와 보조압축기(32) 사이는 연통이 가능하도록 통로(34)로서 연결이 되어 있다. 또한, 상기 통로(34)에는 전술한 실시예에 따른 압축기(20)와 마찬가지로, 밸브(33)가 설치되고, 상기 밸브(33)는 유로를 개폐하여 보조압축기(32) 로부터 생성된 고압의 공기가 포트(31)를 통하여 유출 또는 차단되는 것을 제어하게 된다.

상기 보조압축기(32)에서의 공기의 압력은 보조압축기(32)의 설계시 설정된 고정된 값이고, 상기 포트(31)에서의 공기의 압력은 유동적인 값이다. 따라서, 밸브(33)는 상기 포트(31)에서의 압력과 보조압축기(32)에서의 압력의 차가 소정의 값 이하일 때에는 닫혀 있다가, 포트(31)에서의 공기의 압력이 낮아짐에 따라, 보조압축기(32)에서의 압력과의 차이가 소정의 값 이상이 되면 열리게 된다.

상기 구성을 가진 압축기(300)의 작용에 대한 설명은 전술한 실시예에 따른 압축기(200)의 작용과 상이한 부분에 대해서만 설명하면 다음과 같다.

상기 압축기(300)의 동작시, 그 동작상태가 정상적인 경우에는, 포트(31)에서의 압력과, 보조압축기(32)에서의 압력의 차이는 일정하게 유지된 상태이다. 이때 압축기(300)의 동작이 서지가 발생되려는 상태로 되면, 케이싱(21)으로 유입되는 유량이 감소하게 된다. 유량이 감소하게 되면, 고정익(23)에서 실속이 발생되려는 경향이 나타나고, 상기 고정익(23)에서의 압력이 낮아지게 된다.

따라서, 상기 고정익(23) 측에 형성된 포트(31)에서의 압력과 상기 보조압축기(32)에서의 압력의 차이가 소정의 값 이상이 되면, 유로 개폐밸브(33)가 열리게 된다. 상기 밸브(33)가 열리게 되면, 상기 포트(31)와 보조압축기(32)를 연통하는 통로(34)를 통하여 보조압축기(32)의 고압의 공기가 포트(31)로 유출되어 고정익(23)에서의 공기의 유량을 보충하게 됨으로써, 실속을 방지하게 된다.

본 발명은 가스터빈 엔진용 압축기에 실속방지수단을 구비함으로써, 고정익에서의 실속을 방지할 수 있다. 그리고, 실속으로부터 야기되는 압축기내의 서지를 방지할 수 있어, 가스터빈 엔진을 보다 안정된 상태에서 가동할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 실속방지수단은 가스터빈 엔진용 압축기에 적용되는 것으로 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 모든 축류 압축기에 적용가능할 것으로 기대된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 그로부터 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.

Claims

그 외주면에 원주방향을 따라 배치된 회전익들을 구비하는 로터와;

상기 로터를 감싸며, 그 내부면에 원주방향을 따라 상기 회전익들의 후방에 위치된 고정익들을 구비하는 케이싱; 및

상기 고정익 측에 형성된 포트와, 상기 포트를 통하여 고압의 공기를 공급해주기 위한 보조압축기와, 상기 포트와 보조압축기 사이에 설치되어 공기의 유로를 개폐하는 밸브를 구비하여 상기 고정익에서의 실속을 방지하는 실속방지수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 엔진용 압축기.
그 외주면에 원주방향을 따라 배치되고, 2단이상을 이루는 회전익들을 구비하는 로터와;

상기 로터를 감싸며, 그 내부면에 원주방향을 따라, 상기 회전익들과 교번하여 위치되고, 2단이상을 이루는 고정익들을 구비하는 케이싱; 및

상기 고정익 측에 형성된 제1포트와, 상기 고정익의 후방단에 형성된 제2포트와, 상기 제1,2포트 사이에 설치되어 공기의 유로를 개폐하는 밸브를 구비하여 상기 제1포트가 형성된 고정익에서의 실속을 방지하는 실속방지수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 엔진용 압축기.