KR101245084B1 - 배기실의 연결 구조 및 터빈의 지지 구조 그리고 가스 터빈 - Google Patents

배기실의 연결 구조 및 터빈의 지지 구조 그리고 가스 터빈 Download PDF

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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

가스 터빈에 있어서, 배기 차실 (27) 과 배기실 (14) 을 열 신장을 흡수할 수 있는 배기실 서포트 (32) 에 의해 연결하고, 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 를 열 신장을 흡수할 수 있는 배기 덕트 서포트 (33) 에 의해 연결하고, 배기실 (14) 의 외부 둘레면에 단열재 (63) 를 장착하고, 배기실 서포트 (32) 및 배기 덕트 서포트 (33) 를 복수의 직사각 형상을 이루어 단열재 (63) 의 외측에 배치하고, 배기실의 연결부에 있어서의 열 응력을 저감시킴으로써 내구성의 향상을 도모한다.

Description

배기실의 연결 구조 및 터빈의 지지 구조 그리고 가스 터빈{CONNECTION STRUCTURE OF EXHAUST CHAMBER, SUPPORT STRUCTURE OF TURBINE, AND GAS TURBINE}
본 발명은, 예를 들어, 압축한 고온·고압의 공기에 대해 연료를 공급하여 연소시키고, 발생된 연소 가스를 터빈에 공급하여 회전 동력을 얻는 가스 터빈에 있어서, 터빈의 후부에 배치 형성되는 배기실의 연결 구조, 그리고 이 배기실의 연결 구조가 적용되는 가스 터빈에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 예를 들어, 압축한 고온·고압의 공기에 대해 연료를 공급하여 연소시키고, 발생된 연소 가스를 터빈에 공급하여 회전 동력을 얻는 가스 터빈에 있어서, 플로어면에 터빈을 설치하기 위한 터빈의 지지 구조, 그리고 이 터빈의 지지 구조가 적용되는 가스 터빈에 관한 것이다.
가스 터빈은, 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성되어 있고, 공기 취입구로부터 도입된 공기가 압축기에 의해 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기가 되고, 연소기에 의해, 이 압축 공기에 대해 연료를 공급하여 연소시키고, 고온·고압의 연소 가스가 터빈을 구동시키고, 이 터빈에 연결된 발전기를 구동시킨다. 이 경우, 터빈은, 차실 내에 복수의 정익 및 동익이 교대로 배치 형성되어 구성되어 있고, 연소 가스에 의해 동익을 구동시킴으로써 발전기가 연결되는 출력축을 회전 구동시키고 있다. 그리고, 터빈을 구동시킨 연소 가스는, 배기 차실의 디퓨저에 의해 정압으로 변환되고 나서 대기로 방출된다.
이와 같이 구성된 가스 터빈은, 최근, 고출력화 및 고효율화가 요구되고 있어, 정익 및 동익으로 유도되는 연소 가스의 온도는 점점 높아지는 경향이 있다. 그 때문에, 일반적으로는, 정익 및 동익의 내부에 냉각 통로를 형성하고, 공기나 증기 등의 냉각 매체를 이 냉각 통로에 흐르게 함으로써, 이 정익 및 동익을 냉각시키면서, 내열성을 확보함과 함께, 연소 가스의 고온화를 도모하고, 출력 및 효율을 높이도록 하고 있다.
예를 들어, 터빈에서는, 정익 및 동익을 수용하는 배기 차실의 하류측에 배기실이 연결되고, 이 배기실의 하류측에 배기 덕트가 연결되어 있고, 배기 차실과 배기실이 원통 형상을 이루는 박판의 열 신장 흡수 부재에 의해 연결되고, 배기실과 배기 덕트가 단열재를 갖는 익스팬션 조인트에 의해 연결되어 있다. 따라서, 가스 터빈의 과도기나 고출력화에 대해, 배기 차실과 배기실 배기 덕트 사이의 열 응력을 흡수하고 있다.
이 터빈의 연결 구조로는, 예를 들어, 하기 특허문헌 1, 2, 3 에 기재된 것이 있다.
또한, 가스 터빈은, 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성되어 있고, 공기 취입구로부터 도입된 공기가 압축기에 의해 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기가 되고, 연소기에 의해, 이 압축 공기에 대해 연료를 공급하여 연소시키고, 고온·고압의 연소 가스가 터빈을 구동시키고, 이 터빈에 연결된 발전기를 구동시킨다. 이 경우, 터빈은, 차실 내에 복수의 정익 및 동익이 교대로 배치 형성되어 구성되어 있고, 연소 가스에 의해 동익을 구동시킴으로써 발전기가 연결되는 출력축을 회전 구동시키고 있다. 그리고, 터빈을 구동시킨 연소 가스는, 배기 차실의 디퓨저에 의해 정압으로 변환되고 나서 대기로 방출된다.
이와 같이 구성된 가스 터빈은, 정익 및 동익이 수용되는 배기 차실과 배기실과 배기 덕트가 각각 원통 형상을 이루어 연결되어 구성되어 있고, 복수의 다리부를 갖고 건물 내의 플로어면에 설치되어 있다. 이 배기 차실, 배기실, 배기 덕트는, 외측 케이싱과 내측 케이싱이 스트러트에 의해 연결됨으로써, 이중의 원통 형상을 이루고, 외측 케이싱과 내측 케이싱 사이의 공간부가 배기 가스의 통로로 되어 있다. 그리고, 이 외측 케이싱의 양측에 각각 다리부가 연결되고, 이 복수의 다리부에 의해 배기 차실, 배기실, 배기 덕트가 플로어면에 설치되게 된다.
이 터빈의 지지 구조로는, 예를 들어, 하기 특허문헌 4 에 기재된 것이 있다.
일본 공개특허공보 2006-307733호 일본 공개특허공보 2004-308502호 일본 공개실용신안공보 평01-085429호 일본 공개특허공보 평07-293277호
상기 서술한 종래의 가스 터빈에서는, 배기 차실과 배기실을 박판의 열 신장 흡수 부재에 의해 연결하거나, 배기실과 배기 덕트를 익스팬션 조인트에 의해 연결하거나 함으로써, 부재간에 있어서의 열 응력을 흡수하고 있다. 그런데, 가스 터빈에 있어서의 고출력화 및 고효율화에 의해 연소 가스의 온도가 더욱 높아지는 경향이 있어, 열 신장 흡수 부재의 선정이나 익스팬션 조인트 자체의 내열성 확보가 어려워진다. 그 때문에, 이 열 신장 흡수 부재나 익스팬션 조인트를 냉각시키는 것을 생각할 수 있는데, 배기 차실, 배기실, 배기 덕트와의 온도차가 커져, 열 응력이 과대가 되어, 내구성에 있어서 불리해진다.
또한, 상기 서술한 종래의 터빈의 지지 구조에서는, 배기 차실, 배기실, 배기 덕트에 있어서의 외측 케이싱의 양측에 각각 다리부를 연결하고, 이 복수의 다리부에 의해 배기 차실, 배기실, 배기 덕트를 플로어면에 설치하고 있다. 배기 차실, 배기실, 배기 덕트는, 중량물인 점에서, 외측 케이싱에 있어서의 다리부의 장착부에 굽힘 응력이 작용하여, 변형 등을 초래할 우려가 있다. 그 때문에, 이 외측 케이싱의 외부 둘레면에 둘레 방향을 따라 리브를 형성하고, 이 리브를 개재하여 다리부를 연결하고 있다.
그런데, 터빈의 가동시에는, 배기 차실, 배기실, 배기 덕트에 있어서의 외측 케이싱이 배기 가스에 의해 고온이 되어, 열 신장이 발생한다. 그러면, 이 외측 케이싱은, 리브에 의해 강도를 높인 부분과 그 밖의 부분에서 열 신장량이 상이하고, 여기에 열 응력이 발생하여, 변형이나 파손 등이 발생할 우려가 있다.
본 발명은 상기 서술한 과제를 해결하는 것으로, 배기실의 연결부에 있어서의 열 응력을 저감시킴으로써 내구성의 향상을 도모하는 배기실의 연결 구조 및 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 서술한 과제를 해결하는 것으로, 터빈 본체에 작용하는 굽힘 응력이나 열 응력을 저감시킴으로써 내구성의 향상을 도모하는 터빈의 지지 구조 및 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 청구항 1 발명의 배기실의 연결 구조는, 원통 형상을 이루는 배기실과, 그 배기실에 대해 배기 가스의 유동 방향 상류측 또는 하류측에 배치되는 원통 형상을 이루는 연결 부재가, 열 신장을 흡수할 수 있는 서포트 부재에 의해 연결되는 배기실의 연결 구조에 있어서, 상기 배기실의 외부 둘레면에 단열재가 장착되고, 상기 서포트 부재는, 복수의 직사각 형상을 이루어 상기 단열재의 외측에 배치되고, 일단부가 상기 배기실의 단부에 연결되는 한편, 타단부가 상기 연결 부재의 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 2 발명의 배기실의 연결 구조에서는, 상기 연결 부재는, 상기 배기실에 대해 배기 가스의 유동 방향 상류측에 배치되는 배기 차실로서, 그 배기 차실의 외부 둘레면에 단열재가 장착되고, 상기 배기 차실은, 상기 서포트 부재로서의 배기실 서포트에 의해 상기 배기실에 연결되는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 3 발명의 배기실의 연결 구조에서는, 상기 배기 차실의 내측에 원통 형상을 이루는 배기 디퓨저가 배치되고, 상기 배기 차실과 상기 배기 디퓨저가, 복수의 직사각 형상을 이루어 열 신장을 흡수할 수 있는 디퓨저 서포트에 의해 연결되는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 4 발명의 배기실의 연결 구조에서는, 상기 배기실 서포트의 내측에서, 상기 배기실과 상기 배기 차실을 연결하는 가스 시일이 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 5 발명의 배기실의 연결 구조에서는, 상기 연결 부재는, 상기 배기실에 대해 배기 가스의 유동 방향 하류측에 배치되는 배기 덕트로서, 그 배기 덕트의 내부 둘레면에 단열재가 장착되고, 상기 배기 덕트는, 상기 서포트 부재로서의 배기 덕트 서포트에 의해 상기 배기실에 연결되는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 6 발명의 배기실의 연결 구조에서는, 상기 배기실의 외부 둘레측에 링 형상을 이루는 외각 부재가 배치되고, 그 외각 부재에 인접하여 상기 배기 덕트가 배치되고, 상기 배기실과 외각 부재가 상기 배기 덕트 서포트에 의해 연결되고, 상기 외각 부재와 상기 배기 덕트가 고온 신축 이음새에 의해 연결되는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 7 발명의 배기실의 연결 구조에서는, 상기 배기 덕트 서포트의 외측에서, 상기 배기실과 상기 배기 덕트를 연결하는 가스 시일이 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 청구항 8 발명의 가스 터빈은, 압축기로 압축한 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생된 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻는 가스 터빈에 있어서, 상기 터빈은, 배기 차실과 배기실이 열 신장을 흡수할 수 있는 배기실 서포트에 의해 연결됨과 함께, 상기 배기실과 배기 덕트가 열 신장을 흡수할 수 있는 배기 덕트 서포트에 의해 연결되고, 상기 배기실의 외부 둘레면에 단열재가 장착되고, 상기 배기실 서포트는, 복수의 직사각 형상을 이루어 상기 단열재의 외측에 배치되고, 일단부가 상기 배기실의 단부에 연결되는 한편, 타단부가 상기 배기 차실의 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 청구항 9 발명의 가스 터빈은, 압축기로 압축한 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생된 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻는 가스 터빈에 있어서, 상기 터빈은, 배기 차실과 배기실이 열 신장을 흡수할 수 있는 배기실 서포트에 의해 연결됨과 함께, 상기 배기실과 배기 덕트가 열 신장을 흡수할 수 있는 배기 덕트 서포트에 의해 연결되고, 상기 배기실의 외부 둘레면에 단열재가 장착되고, 상기 배기 덕트 서포트는, 복수의 직사각 형상을 이루어 상기 단열재의 외측에 배치되고, 일단부가 상기 배기실의 단부에 연결되는 한편, 타단부가 상기 배기 덕트의 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 10 발명의 가스 터빈에서는, 상기 배기실의 외부 둘레측에 링 형상을 이루는 외각 부재가 배치되고, 그 외각 부재에 인접하여 상기 배기 덕트가 배치되고, 상기 배기실과 외각 부재가 상기 배기 덕트 서포트에 의해 연결되고, 상기 외각 부재와 상기 배기 덕트가 고온 신축 이음새에 의해 연결되는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 청구항 11 발명의 터빈의 지지 구조는, 원통 형상을 이루는 터빈 본체와, 그 터빈 본체에 대해 그 외부 둘레측에 배치되는 링 형상을 이루는 외각 부재가, 열 신장을 흡수할 수 있는 서포트 부재에 의해 연결되고, 상기 외각 부재에 상기 터빈 본체를 설치하기 위한 다리부가 연결되는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 12 발명의 터빈의 지지 구조에서는, 상기 터빈 본체는, 연소 가스가 유동되는 배기실을 갖고, 그 배기실과 상기 외각 부재가 상기 서포트 부재에 의해 연결됨과 함께, 상기 외각 부재에 배기 덕트가 연결되는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 13 발명의 터빈의 지지 구조에서는, 상기 외각 부재와 상기 배기 덕트 사이에 고온 신축 이음새가 개재되는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 14 발명의 터빈의 지지 구조에서는, 상기 서포트 부재는, 복수의 직사각 형상을 이루고, 일단부가 상기 배기실의 단부에 연결되는 한편, 타단부가 상기 외각 부재의 단부에 연결되는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 15 발명의 터빈의 지지 구조에서는, 상기 서포트 부재의 외측에서, 상기 배기실과 상기 외각 부재를 연결하는 가스 시일이 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 16 발명의 터빈의 지지 구조에서는, 상기 서포트 부재는, 원추 사다리꼴 형상을 이루고, 축 방향의 일단부가 상기 배기실의 단부에 연결되는 한편, 타단부가 상기 외각 부재의 단부에 연결되는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 청구항 17 발명의 가스 터빈은, 압축기로 압축한 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생된 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻는 가스 터빈에 있어서, 상기 터빈은, 배기실과 그 외부 둘레측에 배치되는 링 형상을 이루는 외각 부재가 열 신장을 흡수할 수 있는 서포트 부재에 의해 연결되고, 상기 외각 부재와 배기 덕트가 연결되고, 상기 외각 부재에 상기 배기실을 설치하기 위한 다리부가 연결되는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 1 발명의 배기실의 연결 구조에 의하면, 배기실과 배기 가스의 유동 방향 상류측 또는 하류측에 배치되는 연결 부재를 열 신장을 흡수할 수 있는 서포트 부재에 의해 연결하여 구성하고 있다. 배기실의 외부 둘레면에 단열재를 장착하고 있다. 서포트 부재는, 복수의 직사각 형상을 이루어 단열재의 외측에 배치되고, 일단부가 배기실의 단부에 연결되고 타단부가 연결 부재의 단부에 연결되어 있다. 따라서, 서포트 부재가 직사각 형상을 이루기 때문에, 배기실과 연결 부재 사이에서 발생하는 열 신장을 효율적으로 흡수할 수 있다. 또한, 서포트 부재가 단열재의 외측에 배치되기 때문에, 이 서포트 부재가 충분히 냉각되게 된다. 그 결과, 배기실의 연결부에 있어서의 열 응력을 저감시킴으로써 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
청구항 2 발명의 배기실의 연결 구조에 의하면, 연결 부재를, 배기실에 대해 배기 가스의 유동 방향 상류측에 배치하는 배기 차실로 하고, 배기 차실의 외부 둘레면에 단열재를 장착하고, 배기 차실을 서포트 부재로서의 배기실 서포트에 의해 배기실에 연결하므로, 배기실과 배기 차실의 온도차에 의한 열 신장을 효율적으로 흡수할 수 있어, 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
청구항 3 발명의 배기실의 연결 구조에 의하면, 배기 차실의 내측에 원통 형상을 이루는 배기 디퓨저를 배치하고, 배기 차실과 배기 디퓨저를 복수의 직사각 형상을 이루어 열 신장을 흡수할 수 있는 디퓨저 서포트에 의해 연결하므로, 배기 차실과 배기 디퓨저의 온도차에 의한 열 신장을 효율적으로 흡수할 수 있어, 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
청구항 4 발명의 배기실의 연결 구조에 의하면, 배기실 서포트의 내측에 배기실과 배기 차실을 연결하는 가스 시일을 형성하므로, 배기실과 배기 차실의 연결부로부터의 배기 가스의 누설을 방지할 수 있다.
청구항 5 발명의 배기실의 연결 구조에 의하면, 연결 부재를, 배기실에 대해 배기 가스의 유동 방향 하류측에 배치하는 배기 덕트로 하고, 배기 덕트의 내부 둘레면에 단열재를 장착하고, 배기 덕트를 서포트 부재로서의 배기 덕트 서포트에 의해 배기실에 연결하므로, 배기실과 배기 덕트의 온도차에 의한 열 신장을 효율적으로 흡수할 수 있어, 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
청구항 6 발명의 배기실의 연결 구조에 의하면, 배기실의 외부 둘레측에 링 형상을 이루는 외각 부재를 배치하고, 외각 부재에 인접하여 배기 덕트를 배치하고, 배기실과 외각 부재를 배기 덕트 서포트에 의해 연결하고, 외각 부재와 배기 덕트를 고온 신축 이음새에 의해 연결하므로, 고온 신축 이음새를 적정하게 냉각시킬 수 있어, 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
청구항 7 발명의 배기실의 연결 구조에 의하면, 배기 덕트 서포트의 외측에 배기실과 배기 덕트를 연결하는 가스 시일을 형성하므로, 배기실과 배기 덕트의 연결부로부터의 배기 가스의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 청구항 8 발명의 가스 터빈에 의하면, 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성하고, 터빈의 배기 차실과 배기실을 열 신장을 흡수할 수 있는 배기실 서포트에 의해 연결함과 함께, 배기실과 배기 덕트를 열 신장을 흡수할 수 있는 배기 덕트 서포트에 의해 연결하고, 배기실의 외부 둘레면에 단열재를 장착하고, 배기실 서포트를 복수의 직사각 형상을 이루어 단열재의 외측에 배치하고, 일단부를 배기실의 단부에 연결하는 한편, 타단부를 배기 차실의 단부에 연결하고 있다. 따라서, 배기실 서포트가 직사각 형상을 이루기 때문에, 배기 차실과 배기실 사이에서 발생하는 열 신장을 효율적으로 흡수할 수 있고, 또한 배기실 서포트가 단열재의 외측에 배치되기 때문에, 이 배기실 서포트가 충분히 냉각되게 되어, 배기실의 연결부에 있어서의 열 응력을 저감시킴으로써 내구성의 향상을 도모할 수 있고, 그 결과, 터빈 출력 및 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 청구항 9 발명의 가스 터빈에 의하면, 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성하고, 터빈의 배기 차실과 배기실을 열 신장을 흡수할 수 있는 배기실 서포트에 의해 연결함과 함께, 배기실과 배기 덕트를 열 신장을 흡수할 수 있는 배기 덕트 서포트에 의해 연결하고, 배기실의 외부 둘레면에 단열재를 장착하고, 배기 덕트 서포트를 복수의 직사각 형상을 이루어 단열재의 외측에 배치하고, 일단부를 배기실의 단부에 연결하는 한편, 타단부를 배기 덕트의 단부에 연결하고 있다. 따라서, 배기 덕트 서포트가 직사각 형상을 이루기 때문에, 배기실과 배기 덕트 사이에서 발생하는 열 신장을 효율적으로 흡수할 수 있고, 또한 배기 덕트 서포트가 단열재의 외측에 배치되기 때문에, 이 배기 덕트 서포트가 충분히 냉각되게 되어, 배기실의 연결부에 있어서의 열 응력을 저감시킴으로써 내구성의 향상을 도모할 수 있고, 그 결과, 터빈 출력 및 효율을 향상시킬 수 있다.
청구항 10 발명의 가스 터빈에 의하면, 배기실의 외부 둘레측에 링 형상을 이루는 외각 부재를 배치하고, 외각 부재에 인접하여 배기 덕트를 배치하고, 배기실과 외각 부재를 배기 덕트 서포트에 의해 연결하고, 외각 부재와 배기 덕트를 고온 신축 이음새에 의해 연결하므로, 고온 신축 이음새를 적정하게 냉각시킬 수 있어, 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 청구항 11 발명의 터빈의 지지 구조에 의하면, 원통 형상을 이루는 터빈 본체와, 터빈 본체에 대해 그 외부 둘레측에 배치되는 링 형상을 이루는 외각 부재를, 열 신장을 흡수할 수 있는 서포트 부재에 의해 연결하고, 외각 부재에 터빈 본체를 설치하기 위한 다리부를 연결하고 있다. 따라서, 외각 부재 및 서포트 부재가 고강성 부재이기 때문에, 터빈 본체의 중량에 의한 굽힘 응력을 충분히 지지할 수 있고, 또한 서포트 부재에 의해 터빈 본체의 열 신장을 흡수할 수 있어, 터빈 본체에 작용하는 굽힘 응력이나 열 응력을 저감시킴으로써 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
청구항 12 발명의 터빈의 지지 구조에 의하면, 터빈 본체로서 연소 가스가 유동되는 배기실을 형성하고, 배기실과 외각 부재를 서포트 부재에 의해 연결함과 함께, 외각 부재에 배기 덕트를 연결하므로, 외각 부재 및 서포트 부재가 고강성 부재이기 때문에, 배기실의 중량에 의한 굽힘 응력을 충분히 지지할 수 있고, 또한 서포트 부재에 의해 배기실 및 배기 덕트의 열 신장을 흡수할 수 있다.
청구항 13 발명의 터빈의 지지 구조에 의하면, 외각 부재와 배기 덕트 사이에 고온 신축 이음새를 개재하므로, 배기실과 배기 덕트 사이의 열 신장을 고온 신축 이음새에 의해 효율적으로 흡수할 수 있어, 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
청구항 14 발명의 터빈의 지지 구조에 의하면, 서포트 부재를 복수의 직사각 형상으로 하고, 일단부를 배기실의 단부에 연결하는 한편, 타단부를 외각 부재의 단부에 연결하므로, 서포트 부재를 복수의 직사각 형상으로 함으로써 고강성 부재가 되어, 배기실의 중량에 의한 굽힘 응력을 적정하게 지지할 수 있다.
청구항 15 발명의 터빈의 지지 구조에 의하면, 서포트 부재의 외측에서, 배기실과 외각 부재를 연결하는 가스 시일을 형성하므로, 배기실과 배기 덕트의 연결부로부터의 배기 가스의 누설을 방지할 수 있다.
청구항 16 발명의 터빈의 지지 구조에 의하면, 서포트 부재를 원추 사다리꼴 형상으로 하고, 축 방향의 일단부를 배기실의 단부에 연결하는 한편, 타단부를 외각 부재의 단부에 연결하므로, 서포트 부재를 원추 사다리꼴 형상으로 함으로써 고강성 부재가 되어, 배기실의 중량에 의한 굽힘 응력을 적정하게 지지할 수 있다.
또한, 청구항 17 발명의 가스 터빈에 의하면, 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성하고, 터빈의 배기실과 그 외부 둘레측에 배치되는 링 형상을 이루는 외각 부재를 열 신장을 흡수할 수 있는 서포트 부재에 의해 연결하고, 외각 부재와 배기 덕트를 연결하고, 외각 부재에 배기실을 설치하기 위한 다리부를 연결하고 있다. 따라서, 외각 부재 및 서포트 부재가 고강성 부재이기 때문에, 터빈 본체의 중량에 의한 굽힘 응력을 충분히 지지할 수 있고, 또한 서포트 부재에 의해 터빈 본체의 열 신장을 흡수할 수 있어, 터빈 본체에 작용하는 굽힘 응력이나 열 응력을 저감시킴으로써 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예 1 에 관련된 가스 터빈에 있어서의 배기실의 연결 구조를 나타내는 터빈의 주요부 단면도이다.
도 2 는 실시예 1 의 가스 터빈에 있어서의 배기 차실과 배기실의 연결부를 나타내는 단면도이다.
도 3 은 배기 차실과 배기실의 연결부를 나타내는 평면도이다.
도 4 는 실시예 1 의 가스 터빈에 있어서의 배기실과 배기 덕트의 연결부를 나타내는 단면도이다.
도 5 는 실시예 1 의 가스 터빈의 개략 구성도이다.
도 6 은 본 발명의 실시예 2 에 관련된 가스 터빈에 있어서의 터빈의 지지 구조를 나타내는 터빈의 주요부 단면도이다.
도 7 은 실시예 2 의 터빈의 지지 구조를 나타내는 도 1 의 A-A 단면도이다.
도 8 은 실시예 2 의 가스 터빈에 있어서의 배기실과 배기 덕트의 연결부를 나타내는 단면도이다.
도 9 는 배기실과 배기 덕트의 연결부를 나타내는 평면도이다.
도 10 은 실시예 2 의 가스 터빈의 개략 구성도이다.
도 11 은 본 발명의 실시예 3 에 관련된 가스 터빈에 있어서의 터빈의 지지 구조를 나타내는 터빈의 주요부 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관련된 배기실의 연결 구조 및 터빈의 지지 구조 그리고 가스 터빈의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 1 은 본 발명의 실시예 1 에 관련된 가스 터빈에 있어서의 배기실의 연결 구조를 나타내는 터빈의 주요부 단면도, 도 2 는 실시예 1 의 가스 터빈에 있어서의 배기 차실과 배기실의 연결부를 나타내는 단면도, 도 3 은 배기 차실과 배기실의 연결부를 나타내는 평면도, 도 4 는 실시예 1 의 가스 터빈에 있어서의 배기실과 배기 덕트의 연결부를 나타내는 단면도, 도 5 는 실시예 1 의 가스 터빈의 개략 구성도이다.
본 실시예의 가스 터빈은, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 압축기 (11) 와 연소기 (12) 와 터빈 (13) 과 배기실 (14) 에 의해 구성된다. 이 가스 터빈 (13) 에는, 도시되지 않은 발전기가 연결되어 있다. 이 압축기 (11) 는, 공기를 도입하는 공기 취입구 (15) 를 갖고, 압축기 차실 (16) 내에 복수의 정익 (17) 과 동익 (18) 이 교대로 배치 형성되어 이루어지고, 그 외측에 추기 (抽氣) 매니폴드 (19) 가 형성되어 있다. 연소기 (12) 는, 압축기 (11) 로 압축된 압축 공기에 대해 연료를 공급하고, 버너로 점화함으로써 연소시킬 수 있게 되어 있다. 터빈 (13) 은, 터빈 차실 (20) 내에 복수의 정익 (21) 과 동익 (22) 이 교대로 배치 형성되어 있다. 이 터빈 차실 (20) 의 하류측에 배기 차실 (27) 을 개재하여 배기실 (14) 이 배치 형성되어 있다. 배기실 (14) 은, 터빈 (13) 에 연속하는 배기 디퓨저 (23) 를 가지고 있다. 또한, 압축기 (11), 연소기 (12), 터빈 (13), 배기실 (14) 의 중심부를 관통하도록 로터 (터빈축 ; 24) 가 위치하고 있다. 로터 (24) 는, 압축기 (11) 측의 단부가 베어링부 (25) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되는 한편, 배기실 (14) 측의 단부가 베어링부 (26) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 그리고, 이 로터 (24) 는, 각 동익 (18, 22) 이 심어진 디스크가 복수 중첩되어 이루어지고, 배기실 (14) 측의 단부에 도시되지 않은 발전기의 구동축이 연결되어 있다.
따라서, 압축기 (11) 의 공기 취입구 (15) 로부터 도입된 공기가, 복수의 정익 (21) 과 동익 (22) 을 통과하여 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기가 된다. 연소기 (12) 로, 이 압축 공기에 대해 소정 연료가 공급되어 연소된다. 그리고, 이 연소기 (12) 에서 생성된 작동 유체인 고온·고압의 연소 가스가, 터빈 (13) 을 구성하는 복수의 정익 (21) 과 동익 (22) 을 통과함으로써 로터 (24) 를 구동 회전시키고, 이 로터 (24) 에 연결된 발전기를 구동시킨다. 배기 가스는 배기실 (14) 의 배기 디퓨저 (23) 에 의해 정압으로 변환되고 나서 대기로 방출된다.
상기 서술한 터빈 (13) 에 있어서, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 복수의 정익 (21) 과 동익 (22) 이 교대로 배치 형성되는 터빈 차실 (20) 이 있고, 그 하류측에 배기 차실 (27) 이 있다. 배기 차실 (27) 은 원통 형상을 이루고 있다. 배기 차실 (27) 의 배기 가스의 유동 방향 하류측에 배기실 (14) 이 배치되어 있다. 이 배기실 (14) 은 원통 형상을 이루고 있다. 배기실 (14) 의 배기 가스의 유동 방향 하류측에 배기 덕트 (31) 가 배치되어 있다. 배기 덕트 (31) 는 원통 형상을 이루고 있다. 그리고, 배기 차실 (27) 과 배기실 (14) 이 열 신장을 흡수할 수 있는 배기실 서포트 (서포트 부재 ; 32) 에 의해 연결되어 있다. 또한, 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 가 열 신장을 흡수할 수 있는 배기 덕트 서포트 (서포트 부재 ; 33) 및 열 신장을 흡수할 수 있는 익스팬션 조인트 (고온 신축 이음새 ; 34) 에 의해 연결되어 있다.
배기 차실 (27) 에는, 그 내측에 원통 형상을 이루는 배기 디퓨저 (41) 가 배치되어 있다. 이 배기 디퓨저 (41) 는, 원통 형상을 이루는 외측 디퓨저 (42) 와 내측 디퓨저 (43) 가 스트러트 쉴드 (44) 에 의해 연결되어 구성된다. 이 스트러트 쉴드 (44) 는, 원통 형상이나 타원통 형상 등의 중공 구조를 이루고, 배기 디퓨저 (41) 의 둘레 방향으로 균등 간격으로 복수 형성되어 있다. 그리고, 내측 디퓨저 (43) 의 내부 둘레부에는, 베어링 (45) 을 개재하여 로터 (24) 가 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있고, 이 베어링 (45) 에 윤활 오일을 공급하는 오일 배관 (46) 이 배치 형성되어 있다. 또한, 스트러트 쉴드 (44) 내에는, 스트러트 (47) 가 배치 형성되어 있다. 스트러트 쉴드 (44) 내부의 공간은, 외부로부터 배기 디퓨저 (41) 의 내측의 공간이나, 배기 차실 (27) 과 배기 디퓨저 (41) 사이의 공간에 냉각 공기를 공급할 수 있게 되어 있다. 이 냉각 공기에 의해, 후술하는 디퓨저 서포트 (48) 도 냉각시킬 수 있다. 또한, 스트러트 (47) 는, 일단이 배기 차실 (27) 에 고정되고, 타단이 베어링 상자에 고정되어 있다.
배기 차실 (27) 과 배기 디퓨저 (41) 는, 디퓨저 서포트 (48) 에 의해 연결되어 있다. 이 디퓨저 서포트 (48) 는, 직사각 형상을 이루고, 터빈 (13) 의 축 방향을 따라 연장됨과 함께, 둘레 방향으로 복수 소정 간격으로 병설되어 있다. 또한, 이 디퓨저 서포트 (48) 는, 배기 차실 (27) 과 배기 디퓨저 (41) 사이에서 온도차에 의해 열 신장이 발생했을 때, 변형됨으로써 그 열 신장을 흡수할 수 있게 되어 있다. 특히, 터빈 (13) 의 시동시 등의 과도기에는, 열 신장이 발생하기 쉽다. 디퓨저 서포트 (48) 는, 일단부가 배기 차실 (27) 에 볼트 (49) 에 의해 체결되고, 타단부가 외측 디퓨저 (42) 에 볼트 (50) 에 의해 체결되어 있다. 이 디퓨저 서포트 (48) 를 외측으로부터 피복하도록, 배기 차실 (27) 이 형성되어 있다. 외측 디퓨저 (42) 와 배기 차실 (27) 사이에는, 가스 시일 (51) 이 형성되어 있어, 배기 차실과 터빈 차실을 차단하고 있다.
배기실 (14) 은, 원통 형상을 이루는 외통 (52) 과 내통 (53) 이 팔로우 스트러트 (54) 에 의해 연결되어 구성되고, 이 팔로우 스트러트 (54) 는 원통 형상이나 타원통 형상 등의 중공 구조를 이루고, 배기실 (14) 의 둘레 방향으로 균등 간격으로 복수 형성되어 있다. 팔로우 스트러트 (54) 는 배기실 (14) 의 외통 (52) 측에 있어서 개구되어 있고, 팔로우 스트러트 (54) 의 내부는 대기와 연통되어 있다.
배기 차실 (27) 과 배기실 (14) 은, 배기실 서포트 (32) 에 의해 연결되어 있다. 배기 디퓨저 (41) 와 배기실 (14) 은, 외측 디퓨저 (42) 와 외통 (52), 내측 디퓨저 (43) 와 내통 (53) 의 단부가 각각 접근하여 대향하고 있다. 외측 디퓨저 (42) 와 외통 (52) 은, 배기 가스의 유동 방향 하류측을 향하여 확경되어 있는데, 내측 디퓨저 (43), 내통 (53) 은, 배기 가스의 유동 방향 하류측을 향하여 동 직경으로 되어 있다. 그리고, 배기 디퓨저 (41) 의 외측 디퓨저 (42) 보다 외부 둘레측에 위치하는 배기 차실 (27) 의 단부와, 배기실 (14) 의 외통 (52) 의 단부가 배기실 서포트 (32) 에 의해 연결되어 있다.
이 배기실 서포트 (32) 는, 직사각 형상을 이루고, 터빈 (13) 의 축 방향을 따라 연장됨과 함께, 둘레 방향으로 복수 소정 간격으로 병설되어 있다. 또한, 이 배기실 서포트 (32) 는, 배기 차실 (27) 과 배기실 (14) 사이에서 온도차에 의해 열 신장이 발생했을 때, 변형됨으로써 그 열 신장을 흡수할 수 있게 되어 있다. 또한, 열 신장은, 터빈 (13) 의 시동시 등의 과도기나 고부하시에 발생하기 쉽다.
도 2 와 도 3 에 나타내는 바와 같이, 배기 차실 (27) 의 단부에는 연결링 (55) 이 볼트 (56) 에 의해 고정되어 있다. 배기실 서포트 (32) 는, 일단부의 연결 플랜지 (32a) 가 이 연결링 (55) 에 볼트 (57) 에 의해 체결되고, 타단부의 연결 플랜지 (32b) 가 배기실 (14) 에 있어서의 외통 (52) 의 장착 플랜지 (52a) 에 볼트 (58) 에 의해 체결되어 있다. 또한, 배기 차실 (27) 의 하류측 단부와 외측 디퓨저 (42) 의 하류측 단부 사이에 가스 시일 (59) 이 형성된다. 연결링 (55) 과 외통 (52) 의 상류측 단부 사이에 배기실 서포트 (32) 의 내측에 위치하여 가스 시일 (60) 이 형성되어 있다. 그리고, 내측 디퓨저 (43, 53) 의 단부 사이에 고무 시일 (61) 이 형성되어 있다.
가스 시일 (59) 은, 스트러트 쉴드 (44) 내부를 거쳐 공급되는 냉각 공기를 외측 디퓨저 (41) 와 배기 차실 (27) 사이에 머물게 하는 역할을 갖는다.
배기 차실 (27) 의 외부 둘레면에 단열재 (62) 가 장착된다. 마찬가지로, 배기실 (14) 의 외부 둘레면에 단열재 (63) 가 장착되어 있다. 배기실 서포트 (32) 는, 배기실 (14) 의 외통 (52) 의 외측에 형성되어 있고, 배기실 서포트 (32) 는 이 단열재 (63) 의 외측에 배치되어 있다. 배기실 서포트 (32) 는, 외기에 의해 냉각시킬 수 있게 되어 있다. 또한, 단열재 (63) 는, 팔로우 스트러트 (54) 의 개구부를 피하도록 배치된다. 대기의 도입을 저해시키지 않기 위해서이다.
도 1 및 도 4 에 나타내는 배기 덕트 (31) 는 원통 형상을 이루고, 배기실 (14) 과 배기 덕트 서포트 (33) 및 익스팬션 조인트 (34) 에 의해 연결되어 있다. 배기실 (14) 의 단부의 외부 둘레측에 링 형상을 이루는 외각 부재 (71) 가 배치되어 있다. 배기실 (14) 의 단부와, 외각 부재 (71) 의 내부 둘레부가 배기 덕트 서포트 (33) 에 의해 연결되어 있다. 이 배기 덕트 서포트 (33) 는, 직사각 형상을 이루고, 터빈 (13) 의 축 방향을 따라 연장됨과 함께, 둘레 방향으로 복수 소정 간격으로 병설되어 있다. 또한, 이 배기 덕트 서포트 (33) 는, 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 사이에서 온도차에 의해 열 신장이 발생했을 때, 변형됨으로써 그 열 신장을 흡수할 수 있게 되어 있다. 특히, 열 신장은 터빈 (13) 의 시동시 등의 과도기나 고부하시에 발생하기 쉽다. 한편, 외각 부재 (71) 는, 단면이 외측으로 개구된 コ 자 형상을 이루고, 내부 둘레면에 장착 플랜지 (71a) 가 형성됨과 함께, 외부 둘레부에 연결 플랜지 (71b) 가 형성되어 있다.
그리고, 배기 덕트 서포트 (33) 는, 일단부의 연결 플랜지 (33a) 가 외각 부재 (71) 의 장착 플랜지 (71a) 에 볼트 (72) 에 의해 체결되고, 타단부의 연결 플랜지 (33b) 가 배기실 (14) 에 있어서의 외통 (52) 의 연결 플랜지 (52b) 에 볼트 (73) 에 의해 체결되어 있다. 또한, 외각 부재 (71) 의 장착 플랜지 (71a) 와 외통 (52) 사이에 배기 덕트 서포트 (33) 의 외측에 위치하여 가스 시일 (74) 이 형성되어 있다.
또한, 익스팬션 조인트 (34) 에서, 링 형상을 이루는 1 쌍의 장착 플랜지 (75, 76) 에는, 지지 플랜지 (77, 78) 가 세워 설치됨과 함께, 이 장착 플랜지 (75, 76) 를 건너도록 링 형상을 이루는 고정 시일 (79) 이 연결되어 있다. 지지 플랜지 (77, 78) 및 고정 시일 (79) 에 의해 형성된 공간부에 단열재 (80) 가 충전되어 있다. 부츠 (81) 는 이 단열재 (80) 를 피복하고 있다. 부츠 (81) 의 단부는 지지 플랜지 (77, 78) 에 볼트 (82, 83) 에 의해 체결되어 있다. 그리고, 일방의 장착 플랜지 (75) 가 외각 부재 (71) 의 연결 플랜지 (71b) 에 볼트 (84) 에 의해 체결되고, 타방의 장착 플랜지 (76) 가 배기 덕트 (31) 의 단부에 볼트 (85) 에 의해 체결되어 있다. 이 익스팬션 조인트 (34) 는, 터빈 (13) 의 고부하시에, 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 사이에서 단열을 실시함과 함께, 온도차에 의해 열 신장이 발생했을 때에, 변형됨으로써 그 열 신장을 흡수할 수 있게 되어 있다.
각 장착 플랜지 (75, 76) 의 내부 둘레면에 단열재 (86, 87) 가 장착됨과 함께, 배기 덕트 (31) 의 내부 둘레면에 단열재 (88) 가 장착되어 있다. 익스팬션 조인트 (34) 는 이 단열재 (86, 87, 88) 의 외측에 배치되게 되어, 외기에 의해 냉각시킬 수 있게 되어 있다.
이와 같이 본 실시예의 배기실의 연결 구조에 있어서는, 배기실 (14) 과, 배기실 (14) 에 대해 배기 가스의 유동 방향 상류측에 배치하는 배기 차실 (27) 을 열 신장을 흡수할 수 있는 배기실 서포트 (32) 에 의해 연결하여 구성하고, 배기실 (14) 의 외부 둘레면에 단열재 (63) 를 장착하고, 배기실 서포트 (32) 를 복수의 직사각 형상을 이루어 단열재 (63) 의 외측에 배치하고, 일단부를 배기실 (14) 의 단부에 연결하는 한편, 타단부를 배기 차실 (27) 의 단부에 연결하고 있다.
따라서, 배기실 서포트 (32) 가 직사각 형상을 이루기 때문에, 용이하게 변형됨으로써, 배기실 (14) 과 배기 차실 (27) 사이에서 발생하는 열 신장을 효율적으로 흡수할 수 있다. 또한, 배기실 서포트 (32) 가 단열재 (63) 의 외측에 배치되기 때문에, 이 배기실 서포트 (32) 가 외기에 의해 충분히 냉각되게 된다. 그 결과, 배기실 (14) 과 배기 차실 (27) 의 연결부, 요컨대, 배기실 서포트 (32) 에 있어서의 열 응력을 저감시킴으로써 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
이 경우, 배기실 서포트 (32) 의 내측에 배기실 (14) 과 배기 차실 (27) 을 연결하는 가스 시일 (59, 60) 을 형성하고 있어, 배기실 (14) 과 배기 차실 (27) 의 연결부로부터의 외부에 대한 배기 가스의 누설을 방지할 수 있다. 또한, 배기실 서포트 (32), 배기 차실 (27) 이, 고온의 배기 가스로부터 멀어지기 때문에, 각각의 열 신장을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예의 배기실의 연결 구조에서는, 배기 차실 (27) 의 내측에 원통 형상을 이루는 배기 디퓨저 (41) 를 배치하고, 배기 차실 (27) 과 배기 디퓨저 (41) 를 복수의 직사각 형상을 이루어 열 신장을 흡수할 수 있는 디퓨저 서포트 (48) 에 의해 연결하고 있다. 따라서, 배기 차실 (27) 과 배기 디퓨저 (41) 의 온도차에 의한 열 신장을 효율적으로 흡수할 수 있어, 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시예의 배기실의 연결 구조에 있어서는, 배기실 (14) 과, 배기실 (14) 에 대해 배기 가스의 유동 방향 하류측에 배치하는 배기 덕트 (31) 를 열 신장을 흡수할 수 있는 배기 덕트 서포트 (33) 에 의해 연결하여 구성하고, 배기실 (14) 의 외부 둘레면에 단열재 (63) 를 장착하고, 배기 덕트 서포트 (33) 를 복수의 직사각 형상을 이루어 단열재 (63) 의 외측에 배치하고, 일단부를 배기실 (14) 의 단부에 연결하는 한편, 타단부를 배기 덕트 (31) 의 단부에 연결하고 있다.
따라서, 배기 덕트 서포트 (33) 가 직사각 형상을 이루어 용이하게 변형됨으로써, 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 사이에서 발생하는 열 신장을 효율적으로 흡수할 수 있다. 익스팬션 조인트 (34) 는, 배기 덕트 서포트 (33) 의 외측에 배치되기 때문에, 이 익스팬션 조인트 (34) 가 외기에 의해 충분히 냉각된다. 또한, 익스팬션 조인트 (34) 는, 내측에 형성된 배기 덕트 서포트 (33) 에 의해 열로부터 보호된다.
이 경우, 배기 덕트 서포트 (33) 의 외측에 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 를 연결하는 가스 시일 (74) 을 형성하고 있어, 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 의 연결부로부터의 외부에 대한 배기 가스의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예의 배기실의 연결 구조에서는, 배기실 (14) 의 외부 둘레측에 링 형상을 이루는 외각 부재 (71) 를 배치하고, 외각 부재 (71) 에 인접하여 배기 덕트 (31) 를 배치하고, 배기실 (14) 과 외각 부재 (71) 를 배기 덕트 서포트 (33) 에 의해 연결하고, 외각 부재 (71) 와 배기 덕트 (31) 를 익스팬션 조인트 (34) 에 의해 연결하고 있다. 따라서, 익스팬션 조인트 (34) 를 적정하게 냉각시킬 수 있어, 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
이 경우, 배기 덕트 (31) 의 내부 둘레면에 단열재 (88) 를 장착함으로써, 내면 보온으로 하고 있어, 배기 덕트 (31) 의 온도를 저감시킬 수 있게 되고, 익스팬션 조인트 (34) 의 고온화를 억제하여, 내구성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 본 실시예의 가스 터빈에 있어서는, 압축기 (11) 와 연소기 (12) 와 터빈 (13) 에 의해 구성하고, 터빈 (13) 의 배기 차실 (27) 과 배기실 (14) 을 배기실 서포트 (32) 에 의해 연결함과 함께, 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 를 배기 덕트 서포트 (33) 에 의해 연결하고, 배기실 (14) 의 외부 둘레면에 단열재 (63) 를 장착하고, 배기실 서포트 (32) 및 배기 덕트 서포트 (33) 를 복수의 직사각 형상을 이루어 단열재 (63) 의 외측에 배치하고 있다.
따라서, 배기실 서포트 (32) 및 배기 덕트 서포트 (33) 가 직사각 형상을 이루기 때문에, 용이하게 변형할 수 있어, 배기 차실 (27) 과 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 사이에서 발생하는 열 신장을 효율적으로 흡수할 수 있다. 또한, 배기실 서포트 (32) 및 배기 덕트 서포트 (33) 가 단열재 (63) 의 외측에 배치되기 때문에, 각 서포트 (32, 33) 가 외기에 의해 충분히 냉각된다. 그 결과, 배기 차실 (27) 과 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 의 연결부, 요컨대, 각 서포트 (32, 33) 에 있어서의 열 응력을 저감시킴으로써 내구성의 향상을 도모할 수 있고, 그 결과, 터빈 출력 및 효율을 향상시킬 수 있다.
실시예 2
도 6 은 본 발명의 실시예 2 에 관련된 가스 터빈에 있어서의 터빈의 지지 구조를 나타내는 터빈의 주요부 단면도, 도 7 은 실시예 2 의 터빈의 지지 구조를 나타내는 도 6 의 A-A 단면도, 도 8 은 실시예 2 의 가스 터빈에 있어서의 배기실과 배기 덕트의 연결부를 나타내는 단면도, 도 9 는 배기실과 배기 덕트의 연결부를 나타내는 평면도, 도 10 은 실시예 2 의 가스 터빈의 개략 구성도이다.
본 실시예의 가스 터빈은, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 압축기 (11) 와 연소기 (12) 와 터빈 (13) 과 배기실 (14) 에 의해 구성된다. 이 가스 터빈 (13) 에는, 도시되지 않은 발전기가 연결되어 있다. 이 압축기 (11) 는, 공기를 도입하는 공기 취입구 (15) 를 갖고, 압축기 차실 (16) 내에 복수의 정익 (17) 과 동익 (18) 이 교대로 배치 형성되어 이루어지고, 그 외측에 추기 매니폴드 (19) 가 형성되어 있다. 연소기 (12) 는, 압축기 (11) 로 압축된 압축 공기에 대해 연료를 공급하고, 버너로 점화함으로써 연소시킬 수 있게 되어 있다. 터빈 (13) 은, 터빈 차실 (20) 내에 복수의 정익 (21) 과 동익 (22) 이 교대로 배치 형성되어 있다. 이 터빈 차실 (20) 의 하류측에 배기 차실 (27) 을 개재하여 배기실 (14) 이 배치 형성되어 있다. 배기실 (14) 은, 터빈 (13) 에 연속하는 배기 디퓨저 (23) 를 가지고 있다. 또한, 압축기 (11), 연소기 (12), 터빈 (13), 배기실 (14) 의 중심부를 관통하도록 로터 (터빈축 ; 24) 가 위치하고 있다. 로터 (24) 는, 압축기 (11) 측의 단부가 베어링부 (25) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되는 한편, 배기실 (14) 측의 단부가 베어링부 (26) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 그리고, 이 로터 (24) 는, 각 동익 (18, 22) 이 심어진 디스크가 복수 중첩되어 이루어지고, 배기실 (14) 측의 단부에 도시되지 않은 발전기의 구동축이 연결되어 있다.
따라서, 압축기 (11) 의 공기 취입구 (15) 로부터 도입된 공기가, 복수의 정익 (17) 과 동익 (18) 을 통과하여 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기가 된다. 연소기 (12) 로, 이 압축 공기에 대해 소정 연료가 공급되어 연소된다. 그리고, 이 연소기 (12) 에서 생성된 작동 유체인 고온·고압의 연소 가스가, 터빈 (13) 을 구성하는 복수의 정익 (21) 과 동익 (22) 을 통과함으로써 로터 (24) 를 구동 회전시키고, 이 로터 (24) 에 연결된 발전기를 구동시킨다. 배기 가스는 배기실 (14) 의 배기 디퓨저 (23) 에 의해 정압으로 변환되고 나서 대기로 방출된다.
상기 서술한 터빈 (13) 에 있어서, 도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 복수의 정익 (21) 과 동익 (22) (모두 도 10 참조) 이 교대로 배치 형성되는 터빈 차실 (20) 이 있고, 그 하류측에 배기 차실 (27) 이 있다. 배기 차실 (27) 은 원통 형상을 이루고 있다. 배기 차실 (27) 의 배기 가스의 유동 방향 하류측에 배기실 (14) 이 배치되어 있다. 이 배기실 (14) 은 원통 형상을 이루고 있다. 배기실 (14) 의 배기 가스의 유동 방향 하류측에 배기 덕트 (31) 가 배치되어 있다. 배기 덕트 (31) 는 원통 형상을 이루고 있다. 그리고, 배기 차실 (27) 과 배기실 (14) 이 열 신장을 흡수할 수 있는 배기실 서포트 (32) 에 의해 연결되어 있다. 또한, 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 가 열 신장을 흡수할 수 있는 배기 덕트 서포트 (서포트 부재 ; 33) 및 열 신장을 흡수할 수 있는 익스팬션 조인트 (고온 신축 이음새 ; 34) 에 의해 연결되어 있다.
이 경우, 본 실시예에서는, 터빈 본체로서의 배기실 (14) 에 있어서의 배기 가스의 유동 방향 하류측의 단부에 대해, 그 외부 둘레측에 링 형상을 이루는 외각 부재 (71) 가 배치되어 있다. 배기실 (14) 과 외각 부재 (71) 가 배기 덕트 서포트 (33) 에 의해 연결되고, 외각 부재 (71) 와 배기 덕트 (31) 가 익스팬션 조인트 (34) 에 의해 연결되고, 외각 부재 (71) 에 배기실 (14) 을 설치하기 위한 배기실 다리부 (92) 가 연결되어 있다.
배기 차실 (27) 에는, 그 내측에 원통 형상을 이루는 배기 디퓨저 (41) 가 배치되어 있다. 이 배기 디퓨저 (41) 는, 원통 형상을 이루는 외측 디퓨저 (42) 와 내측 디퓨저 (43) 가 스트러트 쉴드 (44) 에 의해 연결되어 구성된다. 이 스트러트 쉴드 (44) 는 원통 형상이나 타원 형상 등의 중공 형상을 이루고, 배기 디퓨저 (41) 의 둘레 방향으로 균등 간격으로 복수 형성되어 있다. 그리고, 내측 디퓨저 (43) 의 내부 둘레부에는, 베어링 (45) 을 개재하여 로터 (24) 가 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있고, 이 베어링 (45) 에 윤활 오일을 공급하는 오일 배관 (46) 이 배치 형성되어 있다. 또한, 스트러트 쉴드 (44) 내에는, 스트러트 (47) 가 배치 형성되어 있다. 스트러트 쉴드 (44) 의 내부 공간은, 외부로부터 배기 디퓨저 (41) 의 내측의 공간이나, 배기 차실 (27) 과 배기 디퓨저 (41) 사이의 공간에 냉각 공기를 공급할 수 있게 되어 있다. 이 냉각 공기에 의해, 후술하는 디퓨저 서포트 (48) 도 냉각시킬 수 있다. 또한, 스트러트 (44) 는, 일단이 배기 차실 (27) 에 고정되고, 타단이 베어링 상자에 고정되어 있다.
배기 차실 (27) 과 배기 디퓨저 (41) 는, 디퓨저 서포트 (48) 에 의해 연결되어 있다. 이 디퓨저 서포트 (48) 는, 직사각 형상을 이루고, 터빈 (13) 의 축 방향을 따라 연장됨과 함께, 둘레 방향으로 복수 소정 간격으로 병설되어 있다. 또한, 이 디퓨저 서포트 (48) 는, 배기 차실 (27) 과 배기 디퓨저 (41) 사이에서 온도차에 의해 열 신장이 발생했을 때, 변형됨으로써 그 열 신장을 흡수할 수 있게 되어 있다. 특히, 터빈 (13) 의 시동시 등의 과도기에는, 열 신장이 발생하기 쉽다. 디퓨저 서포트 (48) 는, 일단부가 배기 차실 (27) 에 볼트 (49) 에 의해 체결되고, 타단부가 외측 디퓨저 (42) 에 볼트 (50) 에 의해 체결되어 있다. 이 디퓨저 서포트 (48) 를 외측으로부터 피복하도록, 배기 차실 (27) 이 형성되어 있다. 외측 디퓨저 (42) 와 배기 차실 (27) 사이에는, 가스 시일 (51) 이 형성되어 있고, 배기 차실 (27) 과 터빈 차실 (20) 을 차단하고 있다.
배기실 (14) 은, 원통 형상을 이루는 외통 (52) 과 내통 (53) 이 팔로우 스트러트 (54) 에 의해 연결되어 구성되고, 이 팔로우 스트러트 (54) 는 원통 형상이나 타원 형상 등의 중공 형상을 이루고, 배기실 (14) 의 둘레 방향으로 균등 간격으로 복수 형성되어 있다. 팔로우 스트러트 (54) 는 배기실 (14) 의 외통 (52) 측에 있어서 개구되어 있고, 팔로우 스트러트 (54) 의 내부는 대기와 연통되어 있다.
배기 차실 (27) 과 배기실 (14) 은, 배기실 서포트 (32) 에 의해 연결되어 있다. 배기 디퓨저 (41) 와 배기실 (14) 은, 외측 디퓨저 (42), 외통 (52), 내측 디퓨저 (43), 내통 (53) 의 단부가 각각 접근하여 대향하고 있다. 외측 디퓨저 (42) 와 외통 (52) 은, 배기 가스의 유동 방향 하류측을 향하여 확경되어 있는데, 내측 디퓨저 (43) 와 내통 (53) 은, 배기 가스의 유동 방향 하류측을 향하여 동 직경으로 되어 있다. 그리고, 배기 디퓨저 (41) 의 외측 디퓨저 (42) 보다 외부 둘레측에 위치하는 배기 차실 (27) 의 단부와, 배기실 (14) 의 외통 (52) 의 단부가 배기실 서포트 (32) 에 의해 연결되어 있다.
이 배기실 서포트 (32) 는, 직사각 형상을 이루고, 터빈 (13) 의 축 방향을 따라 연장됨과 함께, 둘레 방향으로 복수 소정 간격으로 병설되어 있다. 또한, 이 배기실 서포트 (32) 는, 배기 차실 (27) 과 배기실 (14) 사이에서 온도차에 의해 열 신장이 발생했을 때, 변형됨으로써 그 열 신장을 흡수할 수 있게 되어 있다. 또한, 열 신장은, 터빈 (13) 의 시동시 등의 과도기나 고부하시에 발생하기 쉽다.
배기 차실 (27) 의 단부에는 연결링 (55) 이 볼트 (56) 에 의해 고정되어 있다. 배기실 서포트 (32) 는, 일단부의 연결 플랜지 (32a) 가 이 연결링 (55) 에 볼트 (57) 에 의해 체결되고, 타단부의 연결 플랜지 (32b) 가 배기실 (14) 에 있어서의 외통 (52) 의 장착 플랜지 (52a) 에 볼트 (58) 에 의해 체결되어 있다. 또한, 배기 차실 (27) 의 하류측 단부와 외측 디퓨저 (42) 의 하류측 단부 사이에 가스 시일 (59) 이 형성된다. 연결링 (55) 과 외통 (52) 의 상류측의 단부 사이에 배기실 서포트 (32) 의 내측에 위치하여 가스 시일 (60) 이 형성되어 있다. 그리고, 내측 디퓨저 (43) 와 내통 (53) 의 단부 사이에 고무 시일 (61) 이 형성되어 있다.
가스 시일 (59) 은, 스트러트 쉴드 (44) 의 내부를 거쳐 공급되는 냉각 공기를 외측 디퓨저 (41) 와 배기 차실 (27) 사이에 머물게 하는 역할을 갖는다.
배기 차실 (27) 의 외부 둘레면에 단열재 (62) 가 장착되어 있다. 마찬가지로, 배기실 (14) 의 외부 둘레면에 단열재 (62) 가 장착되어 있다. 배기실 서포트 (32) 는, 배기실 (14) 의 외통 (52) 의 외측에 형성되어 있고, 배기실 서포트 (32) 는 이 단열재 (63) 의 외측에 배치되어 있다. 배기실 서포트 (32) 는, 외기에 의해 냉각시킬 수 있게 되어 있다. 또한, 단열재 (63) 는, 팔로우 스트러트 (54) 의 개구부를 피하도록 배치된다. 대기의 도입을 저해시키지 않기 위해서이다.
도 6 내지 도 10 에 나타내는 배기 덕트 (31) 는, 원통 형상을 이루고, 배기실 (14) 과 배기 덕트 서포트 (33) 및 익스팬션 조인트 (34) 에 의해 연결되어 있다. 배기실 (14) 의 단부의 외부 둘레측에 링 형상을 이루는 외각 부재 (71) 가 배치되어 있다. 배기실 (14) 의 단부와, 외각 부재 (71) 의 내부 둘레부가 배기 덕트 서포트 (33) 에 의해 연결되어 있다. 이 배기 덕트 서포트 (33) 는, 직사각 형상을 이루고, 터빈 (13) 의 축 방향을 따라 연장됨과 함께, 둘레 방향으로 복수 소정 간격으로 병설되어 있다. 또한, 이 배기 덕트 서포트 (33) 는, 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 사이에서 온도차에 의해 열 신장이 발생했을 때, 변형됨으로써 그 열 신장을 흡수할 수 있게 되어 있다. 특히, 열 신장은 터빈 (13) 의 시동시 등의 과도기나 고부하시에 발생하기 쉽다. 한편, 외각 부재 (71) 는, 단면이 외측으로 개구된 コ 자 형상을 이루고, 배기실 (14) 의 외부 둘레면과 거의 평행한 외각 본체 (71a) 와, 이 외각 본체 (71a) 의 양측으로부터 배기실 (14) 의 외부 둘레면과 거의 직행하여 솟아오르는 연결 플랜지 (71b, 71c) 와, 외각 본체 (71a) 로부터 배기실 (14) 의 외부 둘레면측으로 돌출되는 연결 플랜지 (71d) 를 가지고 있다.
그리고, 배기 덕트 서포트 (33) 는, 일단부의 연결 플랜지 (33a) 가 외각 부재 (71) 의 장착 플랜지 (71d) 에 볼트 (72) 에 의해 체결되고, 타단부의 연결 플랜지 (33b) 가 배기실 (14) 에 있어서의 외통 (52) 의 연결 플랜지 (52b) 에 볼트 (73) 에 의해 체결되어 있다. 또한, 외각 부재 (71) 의 장착 플랜지 (71b) 와 외측통 (52) 사이에 배기 덕트 서포트 (33) 의 외측에 위치하여 가스 시일 (74) 이 형성되어 있다.
또한, 익스팬션 조인트 (34) 에서, 링 형상을 이루는 1 쌍의 장착 플랜지 (75, 76) 에는, 지지 플랜지 (77, 78) 가 세워 설치됨과 함께, 이 장착 플랜지 (75, 76) 를 건너도록 링 형상을 이루는 고정 시일 (79) 이 연결되어 있다. 지지 플랜지 (77, 78) 및 고정 시일 (79) 에 의해 형성된 공간부에 단열재 (80) 가 충전되어 있다. 부츠 (81) 는 이 단열재 (80) 를 피복하고 있다. 부츠 (81) 의 단부는 지지 플랜지 (77, 78) 에 볼트 (82, 83) 에 의해 체결되어 있다. 그리고, 일방의 장착 플랜지 (75) 가 외각 부재 (71) 의 연결 플랜지 (71b) 에 볼트 (84) 에 의해 체결되고, 타방의 장착 플랜지 (76) 가 배기 덕트 (31) 의 단부에 볼트 (85) 에 의해 체결되어 있다. 이 익스팬션 조인트 (34) 는, 터빈 (13) 의 고부하시에, 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 사이에서 단열을 실시함과 함께, 온도차에 의해 열 신장이 발생했을 때에, 변형됨으로써 그 열 신장을 흡수할 수 있게 되어 있다.
각 장착 플랜지 (75, 76) 의 내부 둘레면에 단열재 (86, 87) 가 장착됨과 함께, 배기 덕트 (31) 의 내부 둘레면에 단열재 (88) 가 장착되어 있다. 익스팬션 조인트 (34) 는, 이 단열재 (86, 87, 88) 의 외측에 배치되게 되어, 외기에 의해 냉각시킬 수 있게 되어 있다.
그리고, 도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 배기실 (14) 에 복수의 직사각 형상으로 이루어지는 복수의 배기 덕트 서포트 (33) 를 개재하여 연결된 외각 부재 (71) 에서, 외각 본체 (71a) 의 양측에 각각 장착 브래킷 (91) 이 고정되고, 이 각 장착 브래킷 (91) 에 배기실 다리부 (92) 가 각각 연결되어 있다. 따라서, 배기실 (14) 은, 2 개의 배기실 다리부 (92) 에 의해 도시되지 않은 터빈 건물의 플로어면에 설치되게 된다. 즉, 배기실 (14) 은, 둘레 방향으로 병설된 복수의 배기 덕트 서포트 (33) 를 개재하여 외각 부재 (71) 에 지지되고, 이 외각 부재 (71) 가 배기실 다리부 (92) 를 개재하여 플로어면에 설치되게 된다.
이 경우, 배기 덕트 서포트 (33) 는, 소정 폭을 갖고 직사각 형상을 이루고, 배기실 (14) 에 있어서의 길이 방향 (배기 가스의 유동 방향) 을 따라 장착되어 있다. 또한, 배기 덕트 서포트 (33) 는, 배기실 (14) 의 둘레 방향으로 병설되기 때문에, 상하 (둘레) 방향에 대해 고강성 부재가 된다. 또한, 외각 부재 (71) 는, 외각 본체 (71a) 와 연결 플랜지 (71b, 71c) 로 이루어지는 コ 자형 단면에 연결 플랜지 (71d) 를 추가한 이형 단면이기 때문에, 상하 (둘레) 방향에 대해 고강성 부재가 된다. 그 때문에, 배기 덕트 서포트 (33) 와 외각 부재 (71) 가 고강성 부재이기 때문에, 배기실 (14) 의 중량을 충분히 지지할 수 있다. 또한, 배기 덕트 서포트 (33) 의 변형에 의해 배기실 (14) 의 열 신장을 충분히 흡수할 수 있다.
또한, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 배기 덕트 (31) 는, 복수의 배기 덕트 다리부 (93, 94) 에 의해 건물의 플로어면에 설치되어 있고, 배기 차실 (27) 은, 도시되지 않으나, 배기 차실 다리부에 의해 건물의 플로어면에 설치되어 있다.
이와 같이 본 실시예의 터빈의 지지 구조에 있어서는, 원통 형상을 이루는 터빈 본체로서의 배기실 (14) 의 외부 둘레측에 링 형상을 이루는 외각 부재 (71) 를 배치하고, 배기실 (14) 과 외각 부재 (71) 를 열 신장을 흡수할 수 있는 배기 덕트 서포트 (33) 에 의해 연결하고, 외각 부재 (71) 에 배기실 (14) 을 건물에 설치하기 위한 배기실 다리부 (92) 를 연결하고 있다.
따라서, 외각 부재 (71) 및 배기 덕트 서포트 (33) 가 고강성 부재이기 때문에, 배기실 (14) 의 중량에 의한 굽힘 응력을 충분히 지지할 수 있고, 또한 배기 덕트 서포트 (33) 에 의해 배기실 (14) 의 열 신장을 흡수할 수 있어, 배기실 (14) 에 작용하는 굽힘 응력이나 열 응력을 저감시킴으로써 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시예의 터빈의 지지 구조에서는, 외각 부재 (71) 와 배기 덕트 (31) 사이에 익스팬션 조인트 (34) 를 개재하고 있다. 그 때문에, 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 사이의 열 신장을 이 익스팬션 조인트 (34) 에 의해 효율적으로 흡수할 수 있어, 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시예의 터빈의 지지 구조에서는, 배기 덕트 서포트 (33) 를 복수의 직사각 형상으로 하고, 일단부를 배기실 (14) 의 단부에 연결하는 한편, 타단부를 외각 부재 (71) 의 단부에 연결하고 있다. 그 때문에, 배기 덕트 서포트 (33) 를 복수의 직사각 형상으로 함으로써 고강성 부재가 되어, 배기실 (14) 의 중량에 의한 굽힘 응력을 적정하게 지지할 수 있다.
또한, 본 실시예의 터빈의 지지 구조에서는, 배기 덕트 서포트 (33) 의 외측에서, 배기실 (14) 과 외각 부재 (71) 를 연결하는 가스 시일 (74) 을 형성하고 있어, 배기실 (14) 과 배기 덕트 (31) 의 연결부로부터의 배기 가스의 누설을 방지할 수 있다.
그리고, 본 실시예의 가스 터빈에 있어서는, 압축기 (11) 와 연소기 (12) 와 터빈 (13) 에 의해 구성하고, 터빈 (13) 의 배기실 (14) 과 그 외부 둘레측에 배치되는 링 형상을 이루는 외각 부재 (71) 를 열 신장을 흡수할 수 있는 배기 덕트 서포트 (33) 에 의해 연결하고, 외각 부재 (71) 와 배기 덕트 (31) 를 익스팬션 조인트 (34) 를 개재하여 연결하고, 외각 부재 (71) 에 배기실 (14) 를 설치하기 위한 배기실 다리부 (92) 를 연결하고 있다.
따라서, 외각 부재 (71) 및 배기 덕트 서포트 (33) 가 고강성 부재이기 때문에, 배기실 (14) 의 중량에 의한 굽힘 응력을 충분히 지지할 수 있고, 또한 배기 덕트 서포트 (33) 에 의해 배기실 (14) 의 열 신장을 흡수할 수 있어, 배기실 (14) 에 작용하는 굽힘 응력이나 열 응력을 저감시킴으로써, 가스 터빈 전체의 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
실시예 3
도 11 은, 본 발명의 실시예 3 에 관련된 가스 터빈에 있어서의 터빈의 지지 구조를 나타내는 터빈의 주요부 단면도이다.
본 실시예의 가스 터빈에 있어서의 터빈의 지지 구조에 있어서, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 터빈 본체로서의 배기실 (101) 은 원통 형상을 이루고 있다. 이 배기실 (101) 에 있어서의 배기 가스의 유동 방향 하류측의 단부에 대해, 그 외부 둘레측에 링 형상을 이루는 외각 부재 (102) 가 배치되어 있고, 배기실 (101) 과 외각 부재 (102) 가 배기 덕트 서포트 (서포트 부재 ; 103) 에 의해 연결되어 있다. 또한, 배기실 (101) 의 배기 가스의 유동 방향 하류측에 배기 덕트 (104) 가 배치되어 있다. 배기 덕트 (104) 는 원통 형상을 이루고, 외각 부재 (102) 와 배기 덕트 (104) 가 익스팬션 조인트 (고온 신축 이음새 ; 105) 에 의해 연결되어 있다. 그리고, 외각 부재 (102) 에 배기실 (101) 을 설치하기 위한 도시되지 않은 배기실 다리부가 연결되어 있다.
즉, 배기실 (101) 의 단부의 외부 둘레측에 링 형상을 이루는 외각 부재 (102) 가 배치되어 있다. 배기실 (101) 의 단부와, 외각 부재 (102) 의 내부 둘레부가 배기 덕트 서포트 (103) 에 의해 연결되어 있다. 이 배기 덕트 서포트 (103) 는 원추 사다리꼴 형상을 이루고 있다. 배기실 (101) 과 배기 덕트 (104) 사이에서 온도차에 의해 열 신장이 발생했을 때, 변형됨으로써 그 열 신장을 흡수할 수 있게 되어 있다. 특히, 이 열 신장은 터빈의 시동시 등의 과도기나 고부하시에 발생하기 쉽다. 한편, 외각 부재 (102) 는, 단면이 외측으로 개구된 コ 자 형상을 이루고 있다. 이 외각 부재 (102) 는, 배기실 (101) 의 외부 둘레면과 거의 평행한 외각 본체 (102a) 와, 이 외각 본체 (102a) 의 양측으로부터 배기실 (101) 의 외부 둘레면과 거의 직행하여 솟아오르는 연결 플랜지 (102b, 102c) 와, 외각 본체 (102a) 로부터 배기실 (101) 의 외부 둘레면측으로 돌출되는 연결 플랜지 (102d) 를 가지고 있다. 그리고, 배기 덕트 서포트 (103) 는, 일단부가 외각 부재 (102) 의 장착 플랜지 (102d) 에 볼트 (106) 에 의해 체결되고, 타단부가 배기실 (101) 에 고착되어 있다.
또한, 익스팬션 조인트 (105) 에서, 링 형상을 이루는 1 쌍의 장착 플랜지 (107, 108) 에는, 지지 플랜지 (109, 110) 가 세워 설치되어 있다. 그리고, 이 지지 플랜지 (109, 110) 에 의해 형성된 공간부에 단열재 (111) 가 충전되고, 빌로우즈 (112) 에 의해 피복되어, 커버 (113) 가 볼트 (114, 115) 에 의해 체결되어 있다. 그리고, 일방의 장착 플랜지 (107) 가 외각 부재 (102) 의 연결 플랜지 (102b) 에 볼트 (116) 에 의해 체결되고, 타방의 장착 플랜지 (108) 가 배기 덕트 (104) 의 단부에 볼트 (117) 에 의해 체결되어 있다. 이 익스팬션 조인트 (105) 는, 터빈의 고부하시에, 배기실 (101) 과 배기 덕트 (104) 사이에서 단열을 실시함과 함께, 온도차에 의해 열 신장이 발생했을 때에, 변형됨으로써 그 열 신장을 흡수할 수 있게 되어 있다.
그리고, 도시되지 않지만, 외각 부재 (102) 의 양측에 각각 장착 브래킷을 개재하여 배기실 다리부가 각각 연결되어 있다. 따라서, 배기실 (101) 은, 2 개의 배기실 다리부에 의해 터빈 건물의 플로어면에 설치되게 된다. 즉, 배기실 (101) 은, 배기 덕트 서포트 (103) 를 개재하여 외각 부재 (102) 에 지지되고, 이 외각 부재 (102) 가 배기실 다리부를 개재하여 플로어면에 설치되게 된다.
이 경우, 배기 덕트 서포트 (103) 는, 원추 사다리꼴 형상을 이루고, 배기실 (101) 에 있어서의 길이 방향 (배기 가스의 유동 방향) 을 따라 장착되기 때문에, 상하 (둘레) 방향에 대해 고강성 부재가 된다. 또한, 외각 부재 (102) 는, 외각 본체 (102a) 와 연결 플랜지 (102b, 102c) 로 이루어지는 コ 자형 단면에 연결 플랜지 (102d) 를 추가한 이형 단면이기 때문에, 상하 (둘레) 방향에 대해 고강성 부재가 된다. 그 때문에, 배기 덕트 서포트 (103) 와 외각 부재 (102) 가 고강성 부재이므로, 배기실 (101) 의 중량을 충분히 지지할 수 있다. 또한, 배기 덕트 서포트 (103) 의 변형에 의해 배기실 (101) 의 열 신장을 충분히 흡수할 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 터빈의 지지 구조에 있어서는, 원통 형상을 이루는 터빈 본체로서의 배기실 (101) 의 외부 둘레측에 링 형상을 이루는 외각 부재 (102) 를 배치하고, 배기실 (101) 과 외각 부재 (102) 를 열 신장을 흡수할 수 있는 배기 덕트 서포트 (103) 에 의해 연결하고, 외각 부재 (102) 에 배기실 (101) 을 건물에 설치하기 위한 배기실 다리부를 연결하고 있다.
따라서, 외각 부재 (102) 및 배기 덕트 서포트 (103) 가 고강성 부재이기 때문에, 배기실 (101) 의 중량에 의한 굽힘 응력을 충분히 지지할 수 있고, 또한 배기 덕트 서포트 (103) 에 의해 배기실 (101) 의 열 신장을 흡수할 수 있어, 배기실 (101) 에 작용하는 굽힘 응력이나 열 응력을 저감시킴으로써 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시예의 터빈의 지지 구조에서는, 배기 덕트 서포트 (103) 를 원추 사다리꼴 형상으로 하고, 축 방향의 일단부를 배기실 (101) 의 단부에 연결하는 한편, 타단부를 외각 부재 (102) 의 단부에 연결하고 있고, 배기 덕트 서포트 (103) 를 원추 사다리꼴 형상으로 함으로써 고강성 부재가 되어, 배기실 (101) 의 중량에 의한 굽힘 응력을 적정하게 지지할 수 있다.
또한, 상기 서술한 각 실시예에서는, 본 발명의 터빈 본체를 배기실 (14) 로 하고, 이 배기실 (14) 과 외각 부재 (71) 를 배기 덕트 서포트 (33) 에 의해 연결하고, 외각 부재 (71) 에 배기실 다리부 (92) 를 연결했는데, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 터빈 본체를 배기 차실 (27) 로 하고, 이 배기실 (14) 의 외측에 서포트 부재를 개재하여 외각 부재를 형성하고, 이 외각 부재에 배기 차실 다리부를 연결하거나 본 발명의 터빈 본체를 배기 덕트 (31) 로 하고, 이 배기 덕트 (31) 의 외측에 서포트 부재를 개재하여 외각 부재를 형성하고, 이 외각 부재에 배기 덕트 다리부를 연결해도 된다.
산업상 이용가능성
본 발명에 관련된 배기실의 연결 구조 및 가스 터빈은, 배기실의 외부 둘레면에 단열재를 장착하고, 서포트 부재를 복수의 직사각 형상을 이루어 단열재의 외측에 배치함으로써, 배기실의 연결부에 있어서의 열 응력을 저감시킴으로써 내구성의 향상을 도모하는 것으로, 어떠한 종류의 가스 터빈에도 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 관련된 터빈의 지지 구조 및 가스 터빈은, 터빈 본체에 열 신장을 흡수할 수 있는 서포트 부재를 개재하여 연결한 외각 부재에 다리부를 연결함으로써, 터빈 본체에 작용하는 굽힘 응력이나 열 응력을 저감시킴으로써 내구성의 향상을 도모하는 것으로, 어떠한 종류의 가스 터빈에도 적용할 수 있다.
11 압축기
12 연소기
13 터빈
14, 101 배기실 (터빈 본체)
20 터빈 차실
23, 41 배기 디퓨저
27 배기 차실 (연결 부재, 터빈 본체)
31 배기 덕트 (연결 부재, 터빈 본체)
32 배기실 서포트 (서포트 부재)
33, 103 배기 덕트 서포트 (서포트 부재)
34, 105 익스팬션 조인트 (고온 신축 이음새)
41 배기 디퓨저
48 디퓨저 서포트
51, 59, 60, 74 가스 시일
62, 63, 80, 86, 87, 88 단열재
71, 102 외각 부재
92 배기실 다리부

Claims (17)

  1. 원통 형상을 이루는 배기실과, 그 배기실에 대해 배기 가스의 유동 방향 상류측 또는 하류측에 배치되는 원통 형상을 이루는 연결 부재가, 열 신장을 흡수할 수 있는 서포트 부재에 의해 연결되는 배기실의 연결 구조에 있어서,
    상기 배기실의 외부 둘레면에 단열재가 장착되고,
    상기 서포트 부재는, 직사각 형상으로 복수개 형성되어 상기 단열재의 외측에 배치되고, 일단부가 상기 배기실의 단부에 연결되는 한편, 타단부가 상기 연결 부재의 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 배기실의 연결 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 부재는, 상기 배기실에 대해 배기 가스의 유동 방향 상류측에 배치되는 배기 차실로서, 그 배기 차실의 외부 둘레면에 단열재가 장착되고, 상기 배기 차실은, 상기 서포트 부재로서의 배기실 서포트에 의해 상기 배기실에 연결되는 것을 특징으로 하는 배기실의 연결 구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 배기 차실의 내측에 원통 형상을 이루는 배기 디퓨저가 배치되고, 상기 배기 차실과 상기 배기 디퓨저가, 직사각 형상으로 복수개 형성되어 열 신장을 흡수할 수 있는 디퓨저 서포트에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 배기실의 연결 구조.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 배기실 서포트의 내측에서, 상기 배기실과 상기 배기 차실을 연결하는 가스 시일이 형성되는 것을 특징으로 하는 배기실의 연결 구조.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 부재는, 상기 배기실에 대해 배기 가스의 유동 방향 하류측에 배치되는 배기 덕트로서, 그 배기 덕트의 내부 둘레면에 단열재가 장착되고, 상기 배기 덕트는, 상기 서포트 부재로서의 배기 덕트 서포트에 의해 상기 배기실에 연결되는 것을 특징으로 하는 배기실의 연결 구조.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배기실의 외부 둘레측에 링 형상을 이루는 외각 부재가 배치되고, 그 외각 부재에 인접하여 상기 배기 덕트가 배치되고, 상기 배기실과 외각 부재가 상기 배기 덕트 서포트에 의해 연결되고, 상기 외각 부재와 상기 배기 덕트가 고온 신축 이음새에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 배기실의 연결 구조.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 배기 덕트 서포트의 외측에서, 상기 배기실과 상기 배기 덕트를 연결하는 가스 시일이 형성되는 것을 특징으로 하는 배기실의 연결 구조.
  8. 압축기로 압축한 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생된 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻는 가스 터빈에 있어서,
    상기 터빈은, 배기 차실과 배기실이 열 신장을 흡수할 수 있는 배기실 서포트에 의해 연결됨과 함께, 상기 배기실과 배기 덕트가 열 신장을 흡수할 수 있는 배기 덕트 서포트에 의해 연결되고,
    상기 배기실의 외부 둘레면에 단열재가 장착되고,
    상기 배기실 서포트는, 직사각 형상으로 복수개 형성되어 상기 단열재의 외측에 배치되고, 일단부가 상기 배기실의 단부에 연결되는 한편, 타단부가 상기 배기 차실의 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  9. 압축기로 압축한 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생된 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻는 가스 터빈에 있어서,
    상기 터빈은, 배기 차실과 배기실이 열 신장을 흡수할 수 있는 배기실 서포트에 의해 연결됨과 함께, 상기 배기실과 배기 덕트가 열 신장을 흡수할 수 있는 배기 덕트 서포트에 의해 연결되고,
    상기 배기실의 외부 둘레면에 단열재가 장착되고,
    상기 배기 덕트 서포트는, 직사각 형상으로 복수개 형성되어 상기 단열재의 외측에 배치되고, 일단부가 상기 배기실의 단부에 연결되는 한편, 타단부가 상기 배기 덕트의 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 배기실의 외부 둘레측에 링 형상을 이루는 외각 부재가 배치되고, 그 외각 부재에 인접하여 상기 배기 덕트가 배치되고, 상기 배기실과 외각 부재가 상기 배기 덕트 서포트에 의해 연결되고, 상기 외각 부재와 상기 배기 덕트가 고온 신축 이음새에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  11. 원통 형상을 이루는 터빈 본체와, 그 터빈 본체에 대해 그 외부 둘레측에 배치되는 링 형상을 이루는 외각 부재가, 열 신장을 흡수할 수 있는 서포트 부재에 의해 연결되고, 상기 외각 부재에 상기 터빈 본체를 설치하기 위한 다리부가 연결되고,
    상기 터빈 본체는, 연소 가스가 유동되는 배기실을 갖고, 그 배기실과 상기 외각 부재가 상기 서포트 부재에 의해 연결됨과 함께, 상기 외각 부재에 배기 덕트가 연결되고,
    상기 서포트 부재는, 직사각 형상 또는 원추 사다리꼴 형상으로 복수개 형성되어, 일단부가 상기 배기실의 단부에 연결되는 한편, 타단부가 상기 외각 부재의 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 터빈의 지지 구조.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 외각 부재와 상기 배기 덕트 사이에 고온 신축 이음새가 개재되는 것을 특징으로 하는 터빈의 지지 구조.
  14. 삭제
  15. 제 11 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 서포트 부재의 외측에서, 상기 배기실과 상기 외각 부재를 연결하는 가스 시일이 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈의 지지 구조.
  16. 삭제
  17. 압축기로 압축한 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생된 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻는 가스 터빈에 있어서,
    상기 터빈은, 배기실과 그 외부 둘레측에 배치되는 링 형상을 이루는 외각 부재가 열 신장을 흡수할 수 있는 서포트 부재에 의해 연결되고,
    상기 외각 부재와 배기 덕트가 연결되고,
    상기 외각 부재에 상기 배기실을 설치하기 위한 다리부가 연결되며,
    상기 서포트 부재는, 직사각 형상으로 복수개 형성되어, 일단부가 상기 배기실의 단부에 연결되는 한편, 타단부가 상기 외각 부재의 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
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