KR200165302Y1 - 가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치 - Google Patents

가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치 Download PDF

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Abstract

냉각공기의 흐름이 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 주위의 냉각유로를 따라 원활하게 이루어질 수 있도록 구성된 가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치에 관하여 개시한다. 이 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치는, 외부공기를 터빈입구로 안내하는 공기유입로와, 상기 공기유입로에 연통되는 연통홀이 형성된 가이드부재와, 상기 연통홀과 연결되고 상기 가이드부재와 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 사이의 일정 간극에 의하여 형성되는 냉각유로와, 상기 가이드부재와 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 사이에 스페이서를 구비한다. 이와 같은 가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치는 고온의 연소가스에 의한 열챙창 및 부품의 가공오차 또는 조립오차의 발생, 기타 여러 가지 운전조건 하에서도 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각유로의 단면적이 변화하지 않으므로 원활한 냉각기능을 수행할 수 있다는 장점이 있다.

Description

가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치
본 고안은 가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치에 관한 것으로서, 특히 냉각공기의 흐름이 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 주위의 냉각유로를 따라 원활하게 이루어질 수 있도록 구성된 가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는 종래의 가스터빈의 냉각장치를 도시한 것이다.
도면을 참조하면 가스 터빈 엔진은 외부로부터 연료 및 공기의 혼합물을 압축기(미도시)를 통하여 연소실(2)로 흡입하여 연소실(2)에서 고온, 고압의 연소가스("G")를 생성한다. 연소실(2)에서 발생한 가스는 터빈의 고정날개(6) 및 회전날개(7)로 공급되어, 복수의 블레이드를 가지는 터빈 바퀴를 회전시켜 동력을 발생하게 된다. 터빈에서 발생된 동력의 일부는 압축기를 구동시키는 데 사용되고, 그 나머지 동력이 외부 시스템을 동작시키게 된다.
연소기에서 발생한 고온, 고압의 연소가스("G")는 스크롤(3)을 통하여 터빈 입구로 안내되어, 터빈 내부에 마련된 수 개의 단으로 구성된 고정날개(6)와 회전날개(7)를 거치면서 저온, 저압의 상태로 변화하여 외부로 배출된다.
통상 연소실에서 발생한 연소가스("G")는 1000도 이상의 고은가스이므로, 이 고온가스에 노출되는 1단계 터빈 노즐 베인 팁부가 재질의 허용값 이상으로 과열될 위험이 있다. 특히 제1단의 터빈 고정날개(6)에서는 이러한 위험성이 크기 때문에, 이 고정날개(6)의 온도를 적절한 값 이하로 유지하기 위하여 냉각장치를 사용할 필요성이 존재하는 것이다.
냉각장치로서 주로 공기 냉각 방식을 사용한다. 이러한 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치는 압축기에서 압축된 공기("A")의 일부를 터빈입구로 안내하는 공기유입로(C)와, 안내된 공기("A")를 터빈의 고정날개(6)의 냉각부위의 주위로 흐를수 있도록 하는 냉각유로(B)를 구비하여야 한다. 상기의 냉각유로(B)를 형성하기 위하여, 소정 형상의 가이드부재(8)를 터빈의 고정날개(6) 주위에 부착한다. 즉 공기유입로(C)로 유입된 공기("A")가 상기 가이드부재(8)와 터빈의 고정날개(6) 사이의 틈새로 흐를 수 있도록 함으로써, 터빈의 고정날개가 냉각될 수 있도록 한다.
터빈 고정날개의 냉각효과를 충분히 달성하기 위해서는, 상기 냉각유로에서 충분한 양의 공기가 흘러야 하므로, 냉각유로의 단면적이 설계 치수대로 유지되어야 한다. 그러나 종래의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치는 터빈날개 및 가이드부재의 온도구배 및 재질의 차이로 인한 열팽창의 차이, 또는 가공오차, 조립오차 등에 의하여 냉각유로의 단면적이 일정하지 않거나 막히게 되어, 1단계 터빈 노즐 베인 팁부의 냉각효과를 충분히 달성하지 못한다는 문제점이 발생하였다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각부위의 냉각유로가 항상 일정한 단면적을 유지할 수 있도록 그 구조가 개선된 가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치를 채용한 가스터빈의 개략적 단면도,
도 2는 도 1의 "W" 부분의 단면도,
도 3은 본 고안에 따른 가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치를 채용한 가스터빈의 개략적 단면도,
도 4는 도 3의 "Z" 부분의 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치의 가이드부재의 일부 사시도이다.
＜도면의주요부분에대한부호의설명＞
10...연소실 12...스크롤
14...터빈축 16...1단계 터빈 노즐 베인 팁부
40...가이드부재 42...가이드깃
44...연통홀 46...스페이서
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치는, 외부공기를 터빈입구로 안내하는 공기유입로와, 상기 공기유입로에 연통되는 연통홀이 형성된 가이드부재와, 상기 연통홀과 연결되고 상기 가이드부재와 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 사이의 일정 간극에 의하여 형성되는 냉각유로를 구비하여 이루어진 가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치에 있어서, 상기 가이드부재와 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 사이에 스페이서가 설치된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 스페이서는 상기 가이드부재의 원주를 따라 가이드부재의 표면에 형성되는 복수개의 돌기로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 고안에 대한 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 5는 본 고안의 따른 가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치를 도시한 것이다. 도 3은 본 고안의 냉각장치를 채용한 터빈의 개략적 단면도이고, 도 4는 도 1의 "Z" 부분의 상세도이며, 도 5는 본 고안에 따른 냉각장치의 가이드부재를 발췌한 사시도이다.
도면을 참조하면, 연소기(10)에서 발생한 고온, 고압의 연소가스("G")는 스크롤(12)을 통하여 터빈 입구로 안내되어, 터빈 내부에 마련된 수 개의 단으로 구성된 고정날개(16)와 회전날개(17)를 거치면서 저온, 저압의 상태로 변화하여 외부로 배출된다. 따라서 터빈의 고정날개(16)는 고온의 가스("G")에 의하여 상당히 높은 온도로 가열된다.
가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치는 외부공기("A")를 터빈입구로 안내하는 공기유입로(X)와, 상기 공기유입로(X)에 연통되는 연통홀(44)이 형성된 가이드부재(40)와, 상기 연통홀(44)과 연결되고 상기 가이드부재(40)와 터빈의 고정날개(16) 사이의 일정 간극에 의하여 형성되는 냉각유로(Y)를 구비한다. 그리고 냉각유로(Y)의 단면적을 일정하게 유지하기 위하여 가이드부재(40)와 터빈의 고정날개(16) 사이에 스페이서(46)가 설치된다.
이 스페이서(46)는 가이드부재(40)와 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 도 3에서 보는 바와 같이, 가이드부재(40)의 일측면에 원주를 따라 복수개의 연통홀(44)과 돌기(46) 및 결합홀(47)이 형성되어 있다. 기술한 바와 같이 상기 돌기(46)는 가이드부재(40)와 터빈의 고정날개(16) 사이의 간극을 유지시키는 스페이서(46)의 기능을 하고, 결합홀(47)은 가이드부재(40)를 터빈의 고정부에 결합하기 위한 구멍이다.
가이드부재(40)의 타측면에는 외부에서 유입된 공기를 가이드부재(40)의 연통홀(44)로 안내하도록 소정의 형상으로 안내깃(42)이 설치되어 있다.
상기 공기유입로(X)는 압축기(미도시)에서 압축된 공기의 일부를 소정의 안내수단에 의하여 터빈입구로 유입시킨다. 유입된 공기("A")는 터빈입구에 부착된 가이드부재(40)의 안내깃(42)에 의하여 연통홀(44)로 이동되고, 이 연통홀(44)을 통과한 공기는 가이드부재(40)와 터빈의 고정날개(16) 사이의 냉각유로(Y)를 따라 이동하면서 1단계 터빈 노즐 베인 팁부(16)를 냉각하게 된다.
그리고 1단계 터빈 노즐 베인 팁부(16)와 가이드부재(40) 사이에 설치된 스페이서(46)는 항상 1단계 터빈 노즐 베인 팁부(16)와 가이드부재(40)를 일정거리만큼 이격시켜 준다, 따라서 고온의 연소가스에 의하여 가이드부재(40)나 1단계 터빈 노즐 베인 팁부(16)가 열팽창하거나 부품의 가공 및 조립 오차가 발생하여도, 냉각유로(Y)가 막히거나 냉각유로(Y)의 단면적이 변화하지 않고, 그 단면적이 일정하게 유지될 수 있어서, 냉각유로(Y)를 따라 흐르는 공기의 흐름이 원활하게 이루어진다.
본 고안은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 고안의 기술적 보호 범위는 청구된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야한 할 것이다.
이상의 설명에서와 같이 본 고안에 따른 가스터빈의 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각장치는 고온의 연소가스에 의한 열챙창 및 부품의 가공오차 또는 조립오차의 발생, 기타 여러 가지 운전조건 하에서도 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 냉각유로의 단면적이 변화하지 않으므로 원활한 냉각기능을 수행할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (2)

  1. 외부공기를 터빈입구로 안내하는 공기유입로와, 상기 공기유입로에 연통되는 연통홀이 형성된 가이드부재와, 상기 연통홀과 연결되고 상기 가이드부재와 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 사이의 일정 간극에 의하여 형성되는 냉각유로를 구비하여 이루어진 가스터빈의 1단계 터빈노즐 베인 팁부 냉각장치에 있어서,
    상기 가이드부재와 1단계 터빈 노즐 베인 팁부 사이에 스페이서가 설치된 것을 특징으로 하는 가스터빈의 1단계 터빈노즐 베인 팁부 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서
    상기 스페이서는 상기 가이드부재의 원주를 따라 가이드부재의 표면에 형성되는 복수개의 돌기인 것을 특징으로 하는 가스터빈의 1단게 터빈노즐 베인 팁부 냉각장치.
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