KR101790146B1 - 외부 케이싱으로 우회하는 냉각공기 공급유로가 마련된 냉각시스템을 포함하는 가스터빈. - Google Patents

외부 케이싱으로 우회하는 냉각공기 공급유로가 마련된 냉각시스템을 포함하는 가스터빈. Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부 케이싱으로 우회하는 냉각공기 공급유로가 마련된 냉각시스템을 포함하는 가스터빈로서, 더욱 상세하게는, 가스터빈 내부에 마련되는 복수개의 터빈 블레이드 및 기타 장치에 냉각공기를 공급함에 있어서, 냉각공기 공급유로를 상기 가스터빈의 로터 중심축에 마련하지 않고, 가스터빈의 외부 케이싱으로 우회시키는 구성으로 마련함으로써, 압축기 및 터빈 공력효율의 상승효과를 가져오는 냉각시스템 및 냉각방법을 포함하는 가스터빈에 관한 것이다.
상기의 구조 및 방법을 통해, 냉각공기 공급유로를 상기 가스터빈의 로터 중심축에 마련하지 않고, 가스터빈의 외부 케이싱으로 우회시키는 구성이 가능하다. 결론적으로 이는 압축기 및 터빈 공력효율의 상승효과라는 결과를 가져올 수 있다.

Description

외부 케이싱으로 우회하는 냉각공기 공급유로가 마련된 냉각시스템을 포함하는 가스터빈. {A gas turbine comprising a cooling system the cooling air supply passage is provided to bypass the outer casing}
본 발명은 외부 케이싱으로 우회하는 냉각공기 공급유로가 마련된 냉각시스템을 포함하는 가스터빈로서, 더욱 상세하게는, 가스터빈 내부에 마련되는 복수개의 터빈 블레이드 및 기타 장치에 냉각공기를 공급함에 있어서, 냉각공기 공급유로를 상기 가스터빈의 로터 중심축에 마련하지 않고, 가스터빈의 외부 케이싱으로 우회시키는 구성으로 마련함으로써, 압축기 및 터빈 공력효율의 상승효과를 가져오는 냉각시스템을 포함하는 가스터빈에 관한 것이다.
가스터빈 발전에서 일반적으로 사용되는 터빈발전기에는 연료를 압축공기를 통해 연소시켜 강력한 에너지를 생성, 이를 이용하여 터빈을 가동시키는 원리로 작동하게 된다.
이 과정에서, 하나의 발전장치에는 여러개의 연소기가 마련되며, 상기 복수개의 연소기에는 또 복수개의 연료공급노즐이 마련되게 된다. 하나의 연료공급노즐에서 각각 연료 및 공기의 혼합물을 분사하여 고온의 화염이 발생하게 되며, 상기 화염의 열기 및 온도는 고스란히 터빈 블레이드 및 기타 발전장치의 구성품으로 전달되게 된다.
내열성이 우수한 소재로 각 부품을 구성하더라도, 지나친 고온에 장기간 노출된다면 기계장치의 기대수명이 절감되므로, 이를 방지하기 위해서, 압축기에서 압축하는 공기 중 일부를 터빈 블레이드 및 발전장치에 마련되는 기타 구성품에 공급하여, 온도가 급상승하는 것을 방지한다.
다만, 상기와 같은 경우에, 종래기술은 복수개의 회전체를 포함하는 압축기에서 나오는 압축공기를 가스터빈의 중심축을 지나는 튜브를 통해 터빈 블레이드로 공급하는 방식을 취하였다.
따라서, 이러한 방식을 취하는 경우에는 가스터빈 로터 중심홀의 지름이 증가하고, 냉각공기와 로터 내부의 공간을 분리하기 위해 별도의 튜브가 삽입될 공간이 요구되었으므로, 발전기 내부 중심축 및 기타 장치들의 구조설계가 복잡해지는 문제가 있었으며, 이와 더불어 압축기 및 터빈 블레이드를 구동하는 각 회전판 중심홀의 지름이 커지는 문제가 발생하였다.
이는 곧 압축기 및 터빈 공력효율 저하의 결과로 이어지게 되었다.
따라서, 가스터빈 내부에 마련되는 복수개의 터빈 블레이드 및 기타 장치에 냉각공기를 공급함에 있어서, 냉각공기 공급유로를 상기 가스터빈의 로터 중심축에 마련하지 않고, 가스터빈의 외부 케이싱으로 우회시키는 구성으로 마련함으로써, 압축기 및 터빈 공력효율의 상승효과를 가져오는 냉각시스템을 포함하는 가스터빈의 구체적인 구성의 개량이 요구된다.
미국 등록특허 US 4113406
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 가스터빈 내부에 마련되는 복수개의 터빈 블레이드 및 기타 장치에 냉각공기를 공급함에 있어서, 냉각공기 공급유로를 상기 가스터빈의 로터 중심축에 마련하지 않고, 가스터빈의 외부 케이싱으로 우회시키는 구성으로 마련함으로써, 압축기 및 터빈 공력효율의 상승효과를 가져오는 냉각시스템을 포함하는 가스터빈을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따라, 압축기, 연소기 및 터빈 블레이드를 포함하는 가스터빈에 있어서, 상기 압축기는 복수개의 회전체를 포함하며, 상기 압축기는 연소기와 먼 순서로 전단, 중단 및 후단 압축기로 구분되며, 상기 터빈 블레이드는 4단의 구성으로써, 각 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에는 각각 에어포일 형상의 공기유도부재가 4단의 구성으로 마련되며, 상기 가스터빈의 터빈 블레이드를 냉각시키기 위한 냉각공기를 압축기로부터 상기 가스터빈 케이싱의 외부로 우회하여 공급하는 외측 유로, 상기 가스터빈의 터빈 블레이드를 냉각 시키기 위한 냉각공기를 압축기로부터 상기 가스터빈의 중심축 내부를 관통하여 공급하는 중심축 유로 및 상기 가스터빈의 터빈 블레이드를 냉각 시키기 위한 냉각공기를 압축기의 출구와 연결하여 공급하는 내측 유로를 포함하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 전단 압축기, 중단 압축기 및 후단 압축기에는 각각 상기 외측 유로의 입구가 마련되고, 상기 전단 압축기와 연결되는 외측 유로는 4단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 4단 공기유도부재 및 연소공기 배출구 커버에 출구가 마련되며, 상기 중단 압축기와 연결되는 외측 유로는 3단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 3단 공기유도부재에 출구가 마련되며, 상기 후단 압축기와 연결되는 외측 유로는 3개의 출구를 포함하고, 각 출구는 2,3단 터빈 블레이드 및 2단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 2단 공기유도부재에 마련되며, 상기 중단 압축기에는 추가적으로 상기 중심축 유로의 입구가 구비되고, 상기 중심축 유로의 출구는 4단 터빈 블레이드에 마련되며, 상기 내측 유로는 1단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 1단 공기유도부재 및 1단 터빈 블레이드에 압축공기를 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 마련되는 것이 바람직하다.
이와 더불어, 상기 전단 압축기, 중단 압축기 및 후단 압축기에는 각각 상기 외측 유로의 입구가 마련되고, 상기 전단 압축기와 연결되는 외측 유로는 4단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 4단 공기유도부재 및 연소공기 배출구 커버에 출구가 마련되며, 상기 중단 압축기와 연결되는 외측 유로는 2개의 출구를 포함하고, 각 출구는 3단 터빈 블레이드 및 3단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 3단 공기유도부재에 마련되며, 상기 후단 압축기와 연결되는 외측 유로는 2단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 2단 공기유도부재에 출구가 마련되며, 상기 중단 압축기에는 추가적으로 상기 중심축 유로의 입구가 구비되고, 상기 중심축 유로의 출구는 4단 터빈 블레이드에 마련되며, 상기 내측 유로는 1단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 1단 공기유도부재 및 1,2단 터빈 블레이드에 압축공기를 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 구비되는 것이 가능하다.
또한, 상기 전단 압축기, 중단 압축기 및 후단 압축기에는 각각 상기 외측 유로의 입구가 마련되고, 상기 전단 압축기와 연결되는 외측 유로는 4단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 4단 공기유도부재 및 연소공기 배출구 커버에 출구가 마련되며, 상기 중단 압축기와 연결되는 외측 유로는 3단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 3단 공기유도부재에 출구가 마련되며, 상기 후단 압축기와 연결되는 외측 유로는 2단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 2단 공기유도부재에 출구가 마련되며, 상기 중단 압축기에는 추가적으로 상기 중심축 유로의 입구가 구비되고, 상기 중심축 유로는 2개의 출구를 포함하고, 각 출구는 3단 및 4단 터빈 블레이드에 마련되며, 상기 내측 유로는 1단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 1단 공기유도부재 및 1,2단 터빈 블레이드에 압축공기를 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 마련되는 구성도 가능하다.
추가적으로, 상기 전단 압축기, 중단 압축기 및 후단 압축기에는 각각 상기 외측 유로의 입구가 마련되고, 상기 전단 압축기와 연결되는 외측 유로는 4단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 4단 공기유도부재 및 연소공기 배출구 커버에 출구가 마련되며, 상기 중단 압축기와 연결되는 외측 유로는 3단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 3단 공기유도부재에 출구가 마련되며, 상기 후단 압축기와 연결되는 외측 유로는 2단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 2단 공기유도부재에 출구가 마련되며, 상기 중단 압축기에는 추가적으로 상기 중심축 유로의 입구가 구비되고, 상기 중심축 유로는 2개의 출구를 포함하고, 각 출구는 3단 및 4단 터빈 블레이드에 마련되며, 상기 내측 유로는 1단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 1단 공기유도부재 및 1,2단 터빈 블레이드에 연결되는 별개의 통로를 구축하여, 압축공기를 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 구비되는 것이 가능하다.
또한, 상기 외측 유로의 입구 또는 유로상에는 냉각공기 조절밸브가 적어도 하나 이상 마련되는 것이 가능하다.
이와 더불어, 상기 1단 내지 3단 블레이드의 하측 내부로 상기 압축기로부터 전달되는 냉각공기가 진입할 수 있는 발전기 내부 유로가 복수개 마련되며, 상기 복수개의 발전기 내부 유로의 입구에는 각각 프리스월러가 마련되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 마련되는 것이 바람직하다.
추가적으로, 상기 1단 내지 3단 블레이드의 하측 내부로 상기 압축기로부터 전달되는 냉각공기가 진입할 수 있는 발전기 내부 유로가 복수개 마련되며, 상기 복수개의 발전기 내부 유로간의 공기 또는 외부 공기와 상기 발전기 내부 유로의 공기의 혼합을 방지하기 위한 실링부가 복수개 마련되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 구비될 수 있다.
또한, 상기의 장치관련한 과제해결수단 이외에도, 각 단계를 포함하는 냉각방법으로 구성되는 과제해결수단이 가능하다.
대표적으로, 압축기, 연소기 및 터빈 블레이드를 포함하는 가스터빈 냉각방법에 있어서, 상기 압축기는 복수개의 회전체를 포함하며, 상기 복수개의 회전체가 마련되는 압축기 상에 외측 유로를 마련하여 냉각공기를 발전장치의 외부로 우회시켜 전달하는 냉각공기 우회주입단계, 상기 압축기의 출구에서 각 터빈 블레이드의 내부로 냉각공기를 직접 전달하는 냉각공기 직접주입단계 및 상기 복수개의 회전체가 마련되는 압축기로부터 발전기의 중심축을 관통하는 내측 유로를 마련하여 냉각공기를 각 터빈 블레이드의 내부로 전달하는 냉각공기 관통주입단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각방법이 가능하다.
또한, 상기 냉각공기 우회주입단계는, 상기 외측 유로에 적어도 하나 이상의 냉각공기 조절밸브가 마련되어, 냉각공기의 유량으로 조절하는 유량조절단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각방법이 마련되는 것이 가능하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 '외부 케이싱으로 우회하는 냉각공기 공급유로가 마련된 냉각시스템을 포함하는 가스터빈'은 가스터빈 내부에 마련되는 복수개의 터빈 블레이드 및 기타 장치에 냉각공기를 공급함에 있어서, 냉각공기 공급유로를 상기 가스터빈의 로터 중심축에 마련하지 않고, 가스터빈의 외부 케이싱으로 우회시키는 구성이 가능하다. 결론적으로 이는 압축기 및 터빈 공력효율의 상승효과라는 결과를 가져올 수 있다.
도 1은 본 발명의 1실시예를 나타낸 압축기, 터빈 블레이드 및 냉각공기 공급유로가 마련된 가스터빈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 1실시예를 나타낸 압축기, 터빈 블레이드 및 냉각공기 공급유로가 마련된 가스터빈의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 1실시예를 나타낸 압축기, 터빈 블레이드 및 냉각공기 공급유로가 마련된 가스터빈의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 1실시예를 나타낸 압축기, 터빈 블레이드 및 냉각공기 공급유로가 마련된 가스터빈의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 1실시예를 나타낸 복수개의 발전기 내부유로, 프리스월러 및 실링부를 포함하는 가스터빈 내부구조를 나타낸 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 1실시예를 나타낸 프리스월러의 확대사시도이다.
도 7은 본 발명의 1실시예를 나타낸 프리스월러의 확대사시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
압축기(2), 연소기 및 터빈 블레이드를 포함하는 가스터빈(1)에 있어서, 상기 압축기는 복수개의 회전체(204)를 포함하며, 상기 압축기(2)는 연소기와 먼 순서로 전단(201), 중단(202) 및 후단(203) 압축기로 구분되며, 상기 터빈 블레이드는 4단의 구성으로써, 각 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에는 각각 공기유도부재가 4단의 구성으로 마련되며, 상기 가스터빈(1)의 터빈 블레이드를 냉각시키기 위한 냉각공기를 압축기(2)로부터 상기 가스터빈 케이싱의 외부로 우회하여 공급하는 외측 유로(6), 상기 가스터빈(1)의 터빈 블레이드를 냉각시키기 위한 냉각공기를 압축기(2)로부터 상기 가스터빈의 중심축(5) 내부를 관통하여 공급하는 중심축 유로(7) 및 상기 가스터빈(2)의 터빈 블레이드를 냉각시키기 위한 냉각공기를 압축기(2)의 출구(205)와 연결하여 공급하는 내측 유로(8)를 포함하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 제공될 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 1실시예를 나타낸 압축기(2), 터빈 블레이드 및 냉각공기 공급유로가 마련된 가스터빈의 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 도면상의 좌측에 복수개의 회전체(204)를 가진 압축기(2)가 도시되어 있으며, 이를 따라, 압축기 출구(205) 및 터빈 블레이드가 마련되어 있다.
연소기의 효율적인 연소 및 터빈 블레이드를 구동시켜 발전을 하기 위한 에너지를 생성하기 위해서는 고압으로 압축된 공기를 연소시 노즐의 주변에서 분사하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 압축기(2)로 공기를 인입시키고, 전단(201), 중단(202) 및 후단(203) 압축기를 이용하여 고압의 공기를 형성하여 이를 압축기 출구(205)를 통해 노즐 및 연소기로 이동시키는 것이 가능하다.
상기 과정을 통해 노즐 및 연소기로 인입된 압축공기는 연소시에 사용되며, 에너지를 포함한 상태로 터빈 블레이드를 구동시키는 역할을 한다.
1단 내지 4단 터빈 블레이드를 구동시킨 후 연소공기는 발전장치 외부로 배출되게 된다.
상기의 사이클을 거치면서 고온, 고압의 압축공기가 터빈 블레이드를 구동시키므로 이에 대한 기계적 손상 및 파손을 방지하기 위해서는 각 터빈 블레이드에 대한 지속적인 냉각장치 및 냉각방법이 필요하다.
이를 위해, 전단, 중단 및 후단 압축기에 냉각공기 공급유로를 마련하고, 압축공기를 유도하여, 각 터빈 블레이드 및 각 공기유도부재 등으로 냉각공기를 공급하는 방식을 취할 수 있다.
위와 같이 외측 및 내측 유로를 이용하여, 종래 가스터빈의 중심축으로 튜브를 마련하여 냉각공기를 공급하던 시스템과 상이하게, 가스터빈의 압축기 및 터빈 블레이드의 각 회전판의 크기를 크게 할 수 있으며, 결과적으로 압축기 및 터빈 공력효율을 상승시킬 수 있다.
구체적인 효율상승은, 압축기 효율은 종래 88%가량 이었으나, 본 발명의 실시예에 의하면, 90% 가까이 효율이 증대되며, 터빈 효율은 89%에서 90%이상으로 상승하는 결과를 보였다.
또한, 1단 내지 4단의 각 터빈 블레이드가 마련된 앞부분에는 각 단에 상응하는 공기유도부재가 마련될 수 있으며, 이는 고정식으로써, 회전하지 않고, 뒤에서 회전하는 터빈 블레이드로 압축공기가 마찰각을 가지지 않고 진입할 수 있도록 도와주는 역할을 수행한다.
이와 같은 냉각공기 공급유로의 구조는 축 내부의 분리튜브 제거에 따른 구조적 안정성 확보가 가능하며, 압축기 및 터빈 회전판의 외경 크기 증가에 따른 공력 효율이 증가하는 장점이 존재한다.
또한, 상기 전단 압축기(201), 중단 압축기(202) 및 후단 압축기(203)에는 각각 상기 외측 유로(6)의 입구가 마련되고, 상기 전단 압축기(201)와 연결되는 외측 유로(6)는 4단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 4단 공기유도부재 및 연소공기 배출구 커버에 출구가 마련되며, 상기 중단 압축기(202)와 연결되는 외측 유로(6)는 3단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 3단 공기유도부재에 출구가 마련되며, 상기 후단 압축기(203)와 연결되는 외측 유로(6)는 3개의 출구를 포함하고, 각 출구는 2,3단 터빈 블레이드 및 2단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 2단 공기유도부재에 마련되며, 상기 중단 압축기(202)에는 추가적으로 상기 중심축 유로(7)의 입구가 구비되고, 상기 중심축 유로(7)의 출구는 4단 터빈 블레이드에 마련되며, 상기 내측 유로(8)는 1단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 1단 공기유도부재 및 1단 터빈 블레이드에 압축공기를 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 마련되는 것이 가능하다.
추가적으로, 상기 전단 압축기(201), 중단 압축기(202) 및 후단 압축기(203)에는 각각 상기 외측 유로(6)의 입구가 마련되고, 상기 전단 압축기(201)와 연결되는 외측 유로(6)는 4단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 4단 공기유도부재 및 연소공기 배출구 커버에 출구가 마련되며, 상기 중단 압축기(202)와 연결되는 외측 유로(6)는 2개의 출구를 포함하고, 각 출구는 3단 터빈 블레이드 및 3단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 3단 공기유도부재에 마련되며, 상기 후단 압축기(203)와 연결되는 외측 유로(6)는 2단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 2단 공기유도부재에 출구가 마련되며, 상기 중단 압축기(202)에는 추가적으로 상기 중심축 유로(7)의 입구가 구비되고, 상기 중심축 유로(7)의 출구는 4단 터빈 블레이드에 마련되며, 상기 내측 유로(8)는 1단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 1단 공기유도부재 및 1,2단 터빈 블레이드에 압축공기를 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 구비될 수 있다.
이에 더하여, 다른 유형으로써, 상기 전단 압축기(201), 중단 압축기(202) 및 후단 압축기(203)에는 각각 상기 외측 유로(6)의 입구가 마련되고, 상기 전단 압축기(201)와 연결되는 외측 유로(6)는 4단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 4단 공기유도부재 및 연소공기 배출구 커버에 출구가 마련되며, 상기 중단 압축기(202)와 연결되는 외측 유로(6)는 3단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 3단 공기유도부재에 출구가 마련되며, 상기 후단 압축기(203)와 연결되는 외측 유로(6)는 2단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 2단 공기유도부재에 출구가 마련되며, 상기 중단 압축기(202)에는 추가적으로 상기 중심축 유로(7)의 입구가 구비되고, 상기 중심축 유로(7)는 2개의 출구를 포함하고, 각 출구는 3단 및 4단 터빈 블레이드에 마련되며, 상기 내측 유로(8)는 1단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 1단 공기유도부재 및 1,2단 터빈 블레이드에 압축공기를 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 마련될 수 있다.
또 다른 유형으로는, 상기 전단 압축기(201), 중단 압축기(202) 및 후단 압축기(203)에는 각각 상기 외측 유로(6)의 입구가 마련되고, 상기 전단 압축기(201)와 연결되는 외측 유로(6)는 4단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 4단 공기유도부재 및 연소공기 배출구 커버에 출구가 마련되며, 상기 중단 압축기(202)와 연결되는 외측 유로(6)는 3단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 3단 공기유도부재에 출구가 마련되며, 상기 후단 압축기(2)와 연결되는 외측 유로(6)는 2단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 2단 공기유도부재에 출구가 마련되며, 상기 중단 압축기(202)에는 추가적으로 상기 중심축 유로(7)의 입구가 구비되고, 상기 중심축 유로(7)는 2개의 출구를 포함하고, 각 출구는 3단 및 4단 터빈 블레이드에 마련되며, 상기 내측 유로(8)는 1단 터빈 블레이드로 연소공기가 인입되는 공간에 구비되는 1단 공기유도부재 및 1,2단 터빈 블레이드에 연결되는 별개의 통로를 구축하여, 압축공기를 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 구비될 수 있다.
이러한 유형을 사용할 경우에는 전 유형과는 다르게 2단 블레이드 프리스월러(Pre-Swirler)(41)의 적용으로 인한 효율이 상승하는 결과가 발생할 수 있다.
또한, 상기 외측 유로(6)의 입구 또는 유로상에는 냉각공기 조절밸브가 적어도 하나 이상 마련되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 구비될 수 있다.
이를 통해, 발전장치 내부에 마련된 센서를 이용, 각 장치의 온도를 파악하여 냉각공기의 공급량에 대한 제어가 가능하다는 장점이 있다.
이는 종래 가스터빈 중심축상에 공급유로가 마련된 경우에는 마련되게 곤란한 구성이었으나, 냉각공기 공급유로를 외측으로 우회시킴으로써 상기와 같은 조절밸브의 구성을 갖출 수 있게 되었다.
추가적으로, 상기 1단 내지 3단 블레이드의 하측 내부로 상기 압축기(2)로부터 전달되는 냉각공기가 진입할 수 있는 발전기 내부 유로(4)가 복수개 마련되며,
상기 복수개의 발전기 내부 유로(4)의 입구에는 각각 프리스월러(41)가 마련되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 마련될 수 있다.
상기 프리스월러는 복수개의 에어포일 또는 홀 형상으로 구성되어 있으며, 직선상으로 인입되는 공기를 회전시켜주는 역할을 수행한다.
추가적으로, 상기 1단 내지 3단 블레이드의 하측 내부로 상기 압축기(2)로부터 전달되는 냉각공기가 진입할 수 있는 발전기 내부 유로(4)가 복수개 마련되며, 상기 복수개의 발전기 내부 유로(4)간의 공기 또는 외부 공기와 상기 발전기 내부 유로(4)의 공기의 혼합을 방지하기 위한 실링부(42)가 복수개 마련되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템이 구비될 수 있다.
상기의 실링부는 본 발명의 각 구성유형에 맞게 내측 유로가 형성될 수 있도록, 불필요한 유로로 냉각공기가 흐르는 것을 방지하는 기능을 수행한다.
또한, 본 발명은 상기의 장치관련한 구성 이외에도, 각 단계를 포함하는 냉각방법으로 구성되는 것이 가능하다.
대표적으로, 압축기(2), 연소기 및 터빈 블레이드를 포함하는 가스터빈 냉각방법에 있어서, 상기 압축기(2)는 복수개의 회전체(204)를 포함하며, 상기 복수개의 회전체(204)가 마련되는 압축기(2) 상에 외측 유로(6)를 마련하여 냉각공기를 발전장치의 외부로 우회시켜 전달하는 냉각공기 우회주입단계, 상기 압축기(2)의 출구에서 각 터빈 블레이드의 내부로 냉각공기를 직접 전달하는 냉각공기 직접주입단계 및 상기 복수개의 회전체(204)가 마련되는 압축기(2)로부터 발전기의 중심축(5)을 관통하는 내측 유로(8)를 마련하여 냉각공기를 각 터빈 블레이드의 내부로 전달하는 냉각공기 관통주입단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각방법이 마련될 수 있다.
상기의 단계는 진행되는 순서가 한정되지 않으며, 상기 냉각공기 우회주입단계는 후술할 추가적인 단계를 포함할 수 있다.
상기 냉각공기 우회주입단계는, 상기 외측 유로(6)에 적어도 하나 이상의 냉각공기 조절밸브가 마련되어, 냉각공기의 유량으로 조절하는 유량조절단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각방법이 제공될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 가스터빈
2 : 압축기
4 : 발전기 내부유로
5 : 중심축
6 : 외측 유로
7 : 중심축 유로
8 : 내측 유로
11 : 1단 터빈블레이드
12 : 2단 터빈블레이드
13 : 3단 터빈블레이드
14 : 4단 터빈블레이드
21 : 1단 공기유도부재
22 : 2단 공기유도부재
23 : 3단 공기유도부재
24 : 4단 공기유도부재
41 : 프리스월러
42 : 실링부
201 : 전단 압축기
202 : 중단 압축기
203 : 후단 압축기
204 : 복수개의 회전체
205 : 압축기 출구

Claims (10)

  1. 압축기(2), 연소기 및 터빈 블레이드를 포함하는 가스터빈(1)에 있어서,
    상기 압축기는 복수개의 회전체(204)를 포함하며, 상기 압축기(2)는 연소기와 먼 순서로 전단(201), 중단(202) 및 후단(203) 압축기로 구분되며,
    유체를 압축기(2)로부터 상기 가스터빈 케이싱의 외부로 우회하여 유도하는 외측 유로(6);
    유체를 압축기(2)로부터 상기 가스터빈의 중심축(5) 내부를 관통하여 공급하는 중심축 유로(7); 및
    유체를 압축기(2)의 출구(205)와 연결하여 공급하는 내측 유로(8);
    를 포함하고,
    상기 외측 유로(6), 중심축 유로(7) 또는 상기 내측 유로(8)를 통해 유도된 유체는 상기 터빈 블레이드의 적어도 일부를 냉각시키는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전단 압축기(201), 중단 압축기(202) 및 후단 압축기(203)에는 각각 상기 외측 유로(6)의 입구가 마련되고,
    상기 전단 압축기(201)와 연결되는 외측 유로(6)는 적어도 하나의 공기유도부재 및 연소공기 배출구 커버에 출구가 마련되며,
    상기 중단 압축기(202)와 연결되는 외측 유로(6)는 적어도 하나의 공기유도부재에 출구가 마련되며,
    상기 후단 압축기(203)와 연결되는 외측 유로(6)는 적어도 하나의 공기유도부재에 마련되며,
    상기 중단 압축기(202)에는 추가적으로 상기 중심축 유로(7)의 입구가 구비되고, 상기 중심축 유로(7)의 출구는 적어도 하나의 터빈 블레이드에 마련되며,
    상기 내측 유로(8)는 적어도 하나의 공기유도부재 및 터빈 블레이드에 유체를 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전단 압축기(201), 중단 압축기(202) 및 후단 압축기(203)에는 각각 상기 외측 유로(6)의 입구가 마련되고,
    상기 전단 압축기(201)와 연결되는 외측 유로(6)는 적어도 하나의 공기유도부재 및 연소공기 배출구 커버에 출구가 마련되며,
    상기 중단 압축기(202)와 연결되는 외측 유로(6)는 2개의 출구를 포함하고, 각 출구는 적어도 하나의 터빈 블레이드 및 공기유도부재에 마련되며,
    상기 후단 압축기(203)와 연결되는 외측 유로(6)는 적어도 하나의 공기유도부재에 출구가 마련되며,
    상기 중단 압축기(202)에는 추가적으로 상기 중심축 유로(7)의 입구가 구비되고, 상기 중심축 유로(7)의 출구는 적어도 하나의 터빈 블레이드에 마련되며,
    상기 내측 유로(8)는 적어도 하나의 공기유도부재 및 터빈 블레이드에 유체를 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전단 압축기(201), 중단 압축기(202) 및 후단 압축기(203)에는 각각 상기 외측 유로(6)의 입구가 마련되고,
    상기 전단 압축기(201)와 연결되는 외측 유로(6)는 적어도 하나의 공기유도부재 및 연소공기 배출구 커버에 출구가 마련되며,
    상기 중단 압축기(202)와 연결되는 외측 유로(6)는 적어도 하나의 공기유도부재에 출구가 마련되며,
    상기 후단 압축기(203)와 연결되는 외측 유로(6)는 적어도 하나의 공기유도부재에 출구가 마련되며,
    상기 중단 압축기(202)에는 추가적으로 상기 중심축 유로(7)의 입구가 구비되고, 상기 중심축 유로(7)는 2개의 출구를 포함하고, 각 출구는 적어도 하나의 터빈 블레이드에 마련되며,
    상기 내측 유로(8)는 적어도 하나의 공기유도부재 및 터빈 블레이드에 유체를 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전단 압축기(201), 중단 압축기(202) 및 후단 압축기(203)에는 각각 상기 외측 유로(6)의 입구가 마련되고,
    상기 전단 압축기(201)와 연결되는 외측 유로(6)는 적어도 하나의 공기유도부재 및 연소공기 배출구 커버에 출구가 마련되며,
    상기 중단 압축기(202)와 연결되는 외측 유로(6)는 적어도 하나의 공기유도부재에 출구가 마련되며,
    상기 후단 압축기(2)와 연결되는 외측 유로(6)는 적어도 하나의 2단 공기유도부재에 출구가 마련되며,
    상기 중단 압축기(202)에는 추가적으로 상기 중심축 유로(7)의 입구가 구비되고, 상기 중심축 유로(7)는 2개의 출구를 포함하고, 각 출구는 적어도 하나의 터빈 블레이드에 마련되며,
    상기 내측 유로(8)는 적어도 하나의 공기유도부재 및 터빈 블레이드에 연결되는 별개의 통로를 구축하여, 유체를 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 유로(6)의 입구 또는 유로상에는 냉각공기 조절밸브가 적어도 하나 이상 마련되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드 중 적어도 하나의 하측 내부로 상기 압축기(2)로부터 전달되는 유체가 진입할 수 있는 발전기 내부 유로(4)가 복수개 마련되며,
    상기 복수개의 발전기 내부 유로(4)의 입구에는 각각 프리스월러(41)가 마련되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드 중 적어도 하나의 하측 내부로 상기 압축기(2)로부터 전달되는 유체가 진입할 수 있는 발전기 내부 유로(4)가 복수개 마련되며,
    상기 복수개의 발전기 내부 유로(4)간의 공기 또는 외부 공기와 상기 발전기 내부 유로(4)의 공기의 혼합을 방지하기 위한 실링부(42)가 복수개 마련되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각시스템.
  9. 압축기(2), 연소기 및 터빈 블레이드를 포함하는 가스터빈 냉각방법에 있어서,
    상기 압축기(2)는 복수개의 회전체(204)를 포함하며, 상기 복수개의 회전체(204)가 마련되는 압축기(2) 상에 외측 유로(6)를 마련하여 냉각공기를 발전장치의 외부로 우회시켜 전달하는 냉각공기 우회주입단계;
    상기 압축기(2)의 출구에서 각 터빈 블레이드의 내부로 냉각공기를 직접 전달하는 냉각공기 직접주입단계; 및
    상기 복수개의 회전체(204)가 마련되는 압축기(2)로부터 발전기의 중심축(5)을 관통하는 내측 유로(8)를 마련하여 냉각공기를 각 터빈 블레이드의 내부로 전달하는 냉각공기 관통주입단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉각공기 우회주입단계는,
    상기 외측 유로(6)에 적어도 하나 이상의 냉각공기 조절밸브가 마련되어, 냉각공기의 유량으로 조절하는 유량조절단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 터빈 블레이드 냉각방법.
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