KR20120058600A - 연소기와 터빈부의 연통 구조 및 가스 터빈 - Google Patents

연소기와 터빈부의 연통 구조 및 가스 터빈 Download PDF

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Abstract

통체(33)의 내부에서 연소 가스를 발생시키는 연소기(3)와, 연소 가스를, 터빈 정익(4SV) 및 터빈 동익으로 이루어지는 터빈단을 순차 통과시킴으로써 회전 구동력을 발생시키는 터빈부(4)의 연통 구조에 있어서, 터빈 정익(4SV) 중, 연소기(3)에 가장 가까운 터빈 1단 정익(4SV)의 적어도 일부는, 인접한 하나의 통체(33) 및 다른 통체(33)에 있어서의 측벽(34)의 하류에 배치되는 동시에, 통체(33)에 있어서의 측벽(34)의 하류에 배치된 터빈 1단 정익(4SV)의 전방 테두리로부터, 측벽(34)에 있어서의 터빈부(4)측의 단부까지의 거리가, 하나의 통체(33)의 측벽(34)에 있어서의 내면으로부터, 다른 통체(33)의 측벽(34)에 있어서의 내면까지의 간격 이하로 되어 있다.

Description

연소기와 터빈부의 연통 구조 및 가스 터빈{STRUCTURE FOR CONNECTING A COMBUSTOR TO A TURBINE UNIT, AND GAS TURBINE}
본 발명은, 연소기와 터빈부의 연통 구조 및 가스 터빈에 관한 것이다.
일반적으로, 가스 터빈은, 압축기, 연소기 및 터빈부를 주된 구성 요소로 하고, 압축기와 터빈이 회전축에 의해 연결되고, 압축기와 터빈부 사이에 연소기가 배치되어 있다.
상술한 가스 터빈에 있어서는, 작동 유체인 공기가, 회전축에 의해 회전 구동된 압축기에 흡입되어 압축되고, 압축된 공기가 연소기에 도입된다. 연소기에서는 연료가 압축 공기에 혼합되고, 혼합기가 연소됨으로써, 고온 고압의 연소 가스가 발생한다. 연소 가스는 연소기로부터 터빈부에 토출되어, 터빈부를 회전 구동시키고 있다.
구체적으로는, 연소기로부터 토출된 연소 가스를 포함하는 고온의 작동 유체는, 터빈부의 터빈 1단 정익의 사이를 통과한 후에, 터빈 1단 동익에 유입된다. 터빈 1단 동익에 있어서, 작동 유체가 갖는 에너지의 일부가 회전 에너지로 변환되어, 회전축에 회전 구동력으로서 전달되고 있다.
통상은, 연소기의 테일 파이프의 후단부와, 터빈부의 최상류에 위치하는 터빈 1단 정익의 전방 테두리는, 간격을 두고 배치되어 있다. 그로 인해, 연소기로부터 터빈부를 향해 흐르는 고온의 작동 유체의 일부는, 테일 파이프의 후단부와 터빈 1단 정익의 전방 테두리 사이의 간극에 유입되고, 이 흐름에 기인하는 손실이 발생한다고 하는 문제가 있었다.
또한, 이 간극에 유입된 고온의 작동 유체에 의해, 터빈 1단 정익의 전방 테두리가 가열되어 다량의 냉각 유체가 필요하게 된다고 하는 문제가 있었다.
상술한 문제를 해결하는 기술로서, 터빈 1단 정익을 연소기에 접근시키는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조.).
특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 터빈 1단 정익의 전방 테두리를, 연소기의 후단부로 감싸는 동시에, 전방 테두리에 형성된 슬릿을 통해 테일 파이프로부터 터빈 1단 정익을 냉각하는 냉각 유체를 공급하고 있다. 이와 같이 함으로써, 터빈 1단 정익의 전방 테두리에 고온의 작동 유체가 충돌하지 않아, 당해 전방 테두리의 냉각에 사용되고 있었던 냉각 유체가 불필요하게 되어 있었다.
일본 실용신안 출원 공개 소61-6606호 공보
그러나 상술한 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 연소기와 터빈 1단 정익을 일체화하는 것은 기재되어 있지만, 고온의 작동 유체가 내부를 흐르는 연소기의 내벽의 형상에 대해서는 개시되어 있지 않았다.
그로 인해, 연소기의 내벽을 따라 흐르고 있었던 고온의 작동 유체는, 내벽과 터빈 1단 정익의 접속 부분에 있어서 흐름이 흐트러지는 경우가 있었다. 이 작동 유체의 흐름의 흐트러짐은, 가스 터빈의 효율에 영향을 줄 우려가 있다고 하는 문제가 있었다.
한편, 상술한 바와 같이 내벽과 터빈 1단 정익의 접속 부분에 있어서의 작동 유체의 흐름이 흐트러지면, 터빈 1단 정익의 주위에 있어서의 작동 유체의 흐름이 흐트러진다. 그로 인해, 연소기와 터빈 1단 정익 사이로부터 냉각 유체를 공급하여, 터빈 1단 정익의 표면에 필름 형상의 냉각 유체의 층을 형성하는 것이 어려워, 터빈 1단 정익의 냉각이 곤란해진다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 손실의 발생을 억제하는 동시에, 터빈 날개의 냉각에 사용되는 냉각 유체의 유량 삭감을 도모할 수 있는 연소기와 터빈부의 연통 구조 및 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 이하의 수단을 제공한다.
본 발명의 제1 형태에 관한 연소기와 터빈부의 연통 구조는, 회전축 둘레에 인접하여 복수 배치된 통체의 내부에서, 압축기로부터 공급된 압축 공기 및 연료 노즐로부터 공급된 연료를 혼합하여 연소시킴으로써 연소 가스를 발생시키는 연소기와, 상기 연소 가스를, 상기 회전축 둘레에 복수 배치된 터빈 정익 및 터빈 동익으로 이루어지는 터빈단을 순차 통과시킴으로써 회전 구동력을 발생시키는 터빈부의 연통 구조이며, 상기 터빈 정익 중, 상기 연소기에 가장 가까운 터빈 1단 정익의 적어도 일부는, 인접한 하나의 통체 및 다른 통체에 있어서의 측벽의 하류에 배치되는 동시에, 상기 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익의 전방 테두리로부터, 상기 측벽에 있어서의 터빈부측의 단부까지의 거리가, 상기 하나의 통체의 측벽에 있어서의 내면으로부터, 상기 다른 통체의 측벽에 있어서의 내면까지의 간격 이하로 되어 있다.
본 발명의 제1 형태에 관한 연소기와 터빈부의 연통 구조에 따르면, 측벽의 하류에 위치하는 터빈 1단 정익을, 측벽에 있어서의 터빈부측의 단부에 접근하여 배치함으로써, 측벽과 터빈 1단 정익 사이에 연소 가스가 유입되는 것이 억제된다. 그로 인해, 측벽과 터빈 1단 정익 사이로의 연소 가스 유입에 기인하는 손실의 발생이 억제된다.
또한, 터빈 1단 정익을 측벽의 하류에 접근하여 배치함으로써, 당해 터빈 1단 정익의 전방 테두리는 측벽의 비교적 차가운 후류(웨이크) 내에 배치되어, 당해 터빈 1단 정익의 전방 테두리에 고온의 연소 가스가 직접 충돌하기 어려워진다. 그로 인해, 당해 터빈 1단 정익에 있어서의 전방 테두리를 냉각할 필요성이 저하되어, 냉각에 필요한 냉각 유체의 유량이 적어진다.
본 발명의 제1 형태에 관한 연소기와 터빈부의 연통 구조에 있어서, 상기 측벽의 내표면은, 상기 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익의 외표면과 원활하게 연결되는 형상인 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 통체의 내부에서 발생한 연소 가스는, 측벽의 내표면을 따라 흐른 후에, 원활하게 연결되는 터빈 1단 정익의 외표면을 따라 흐른다. 그로 인해, 측벽의 내표면과, 터빈 1단 정익의 외표면 사이에 단차 등이 형성되고, 불연속인 경우와 비교하여, 연소 가스의 흐름이 흐트러지기 어려워져, 손실의 발생이 억제된다.
또한, 터빈 1단 정익의 외표면에 있어서의 연소 가스의 흐름이 흐트러지기 어려우므로, 예를 들어, 터빈 1단 정익의 외표면에 냉각 유체를 필름 형상으로 흘려 터빈 1단 정익을 냉각하는 방법에 있어서, 터빈 1단 정익의 냉각 효율의 저하가 억제된다.
한편, 연소 가스로부터 터빈 1단 정익의 외표면으로의 열 전달률의 상승이 억제된다.
또한, 가장 고온으로 되기 쉬운 터빈 1단 정익의 전방 테두리가, 측벽에 의해 보호되므로(측벽의 웨이크 내에 배치되므로) 고온의 연소 가스에 노출되지 않게 되어, 터빈 1단 정익의 냉각에 필요한 냉각 유체의 유량을 줄일 수 있다.
본 발명의 제1 형태에 관한 연소기와 터빈부의 연통 구조에 있어서, 상기 측벽의 하류 이외에 배치된 터빈 1단 정익과 비교하여, 상기 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익에는, 상기 터빈 1단 정익의 냉각에 사용되는 냉각 유체를 상기 터빈 1단 정익의 주위에 유출시키는 냉각 구멍의 수가 적은 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익은, 그곳 이외에 배치된 터빈 1단 정익과 비교하여 전방 테두리에 연소 가스가 충돌하기 어렵다. 그로 인해, 측벽의 하류 이외에 배치된 터빈 1단 정익과 비교하면, 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익에 있어서의 터빈 1단 정익의 주위에 냉각 유체를 유출시켜 외표면을 따라 냉각 유체를 필름 형상으로 흘리는 냉각 구멍이나 샤워 헤드 냉각 구멍의 수를 줄일 수 있다. 바꾸어 말하면, 측벽의 하류 이외에 배치된 터빈 1단 정익과 비교하여, 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익의 냉각에 사용되는 냉각 유체의 유량을 줄일 수 있다.
본 발명의 제1 형태에 관한 연소기와 터빈부의 연통 구조에 있어서, 상기 하나의 통체에 있어서의 측벽 및 상기 다른 통체에 있어서의 측벽의 사이의 간극에는, 상기 측벽을 냉각하는 냉각 유체가 흘려지고, 상기 측벽을 냉각한 후의 냉각 유체는, 상기 측벽의 하류측의 단부로부터, 상기 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익의 주위를 따라 흘려지는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 측벽의 사이를 흘러 측벽을 냉각한 냉각 유체를, 측벽의 하류측의 단부와 터빈 1단 정익 사이에 형성된 슬롯 형상의 간극인 유출 유로로부터, 터빈 1단 정익의 주위를 따라 필름 형상으로 흘림으로써, 당해 냉각 유체에 의해 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익을 효과적으로 냉각할 수 있다. 그로 인해, 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익에 공급되어, 당해 터빈 1단 정익을 냉각하는 냉각 유체의 유량을 줄일 수 있다.
본 발명의 제1 형태에 관한 연소기와 터빈부의 연통 구조에 있어서, 상기 측벽에 있어서의 하류측의 단부는, 상기 터빈 1단 정익이 상기 연소 가스를 편향시키는 방향으로 편향되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 측벽에 있어서의 하류측의 단부 및 터빈 1단 정익에 의해, 연소 가스의 흐름을 편향시킬 수 있다.
또한, 측벽 및 터빈 1단 정익에 의해 연소 가스의 흐름을 편향시키므로, 연소기와 터빈부의 연통 구조에 있어서의 회전축에 관한 축선 방향의 치수를 작게 할 수 있다. 한편, 측벽에 의한 편향을 크게 할 수 있는 경우에는, 터빈 1단 정익에 의한 편향을 작게 할 수 있으므로, 축선 방향의 치수를 더욱 작게 할 수 있다.
본 발명의 제1 형태에 관한 연소기와 터빈부의 연통 구조에 있어서, 상기 측벽에 있어서의 편향되어 있는 부분은, 단면에서 보아, 상기 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익과 함께 날개 형상을 형성하는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 측벽에 있어서의 편향되어 있는 부분의 단면이, 터빈 1단 정익과 함께 날개 형상을 구성하는 형상이므로, 날개 형상을 구성하지 않는 경우와 비교하여, 연소 가스의 흐름을 효과적으로 편향시킬 수 있다.
본 발명의 제2 형태에 관한 가스 터빈은, 공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 공급된 압축 공기 및 연료 노즐로부터 공급된 연료를 혼합하여 연소시켜, 연소 가스를 발생시키는 연소기와, 상기 연소 가스가 갖는 에너지의 일부를, 회전 구동력으로 변환하는 터빈부와, 상기 터빈부로부터 상기 회전 구동력을 상기 압축기에 전달하는 회전축이 설치된 가스 터빈이며, 상기 본 발명의 연소기와 터빈부의 연통 구조를 갖는다.
본 발명의 제2 형태에 관한 가스 터빈에 따르면, 상기 본 발명의 연소기와 터빈부의 연통 구조를 가지므로, 손실의 발생을 억제하는 동시에, 터빈 날개의 냉각에 사용되는 냉각 유체의 유량 삭감을 도모할 수 있으므로, 가스 터빈 전체에서의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 연소기와 터빈부의 연통 구조 및 가스 터빈에 따르면, 측벽의 하류에 위치하는 터빈 1단 정익을, 측벽에 있어서의 터빈부측의 단부에 접근하여 배치함으로써, 가스 터빈에 있어서의 손실의 발생을 억제하는 동시에, 터빈 날개의 냉각에 사용되는 냉각 유체의 유량 삭감을 도모할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 가스 터빈의 구성을 설명하는 모식도이다.
도 2는 도 1의 압축기, 터빈부 및 연소기의 구성을 설명하는 모식도이다.
도 3은 도 1의 연소기와 터빈부의 연통 구조를 설명하는 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 가스 터빈에 있어서의 연소기와 터빈부의 연통 구조를 설명하는 부분 확대도이다.
도 5는 도 4의 측벽과 터빈 1단 정익의 구성을 설명하는 확대도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 가스 터빈에 있어서의 연소기와 터빈부의 연통 구조를 설명하는 부분 확대도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 가스 터빈에 있어서의 연소기와 터빈부의 연통 구조를 설명하는 부분 확대도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 가스 터빈에 있어서의 연소기와 터빈부의 연통 구조를 설명하는 부분 확대도이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 가스 터빈에 있어서의 연소기와 터빈부의 연통 구조를 설명하는 부분 확대도이다.
〔제1 실시 형태〕
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 실시 형태의 가스 터빈의 구성을 설명하는 모식도이다.
본 실시 형태에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 가스 터빈(1)을, 발전기(G)를 구동하는 것에 적용하여 설명하지만, 가스 터빈(1)에 의해 구동되는 대상은, 발전기(G)에 한정되는 것은 아니고, 다른 기기여도 되고 특별히 한정하는 것은 아니다.
가스 터빈(1)에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 압축기(2)와, 연소기(3)와, 터빈부(4)와, 회전축(5)이 주로 설치되어 있다.
압축기(2)는, 외부의 공기인 대기를 흡입하여 압축하고, 압축된 공기를 연소기(3)에 공급하는 것이다.
압축기(2)에는, 압축기(2)에 유입되는 대기의 유량을 조절하는 입구 안내 날개(도시하지 않음)나, 유입된 대기를 압축하는 1단 동익(도시하지 않음) 및 1단 정익(도시하지 않음) 등이 설치되어 있다.
도 2는 도 1의 압축기, 터빈부 및 연소기의 구성을 설명하는 모식도이다.
연소기(3)는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 캔형의 연소기이며, 압축기(2)에 의해 압축된 공기 및 외부로부터 공급된 연료를 혼합시키고, 혼합된 혼합기를 연소시킴으로써, 고온의 연소 가스를 생성하는 것이다.
연소기(3)에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 공기 입구(31)와, 연료 노즐(32)과, 테일 파이프(통체)(33)가 주로 설치되어 있다.
공기 입구(31)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 압축기(2)에 의해 압축된 공기를, 테일 파이프(33)의 내부로 유도하는 것이며, 연료 노즐(32)의 주위에 환 형상으로 배치된 것이다. 또한, 공기 입구(31)는, 테일 파이프(33)의 내부에 유입되는 공기에, 선회 방향의 유속 성분을 부여하는 동시에, 테일 파이프(33)의 내부에 순환 흐름을 형성하는 것이다.
또한, 공기 입구(31)로서는, 공지의 형상을 사용할 수 있고, 특별히 한정하는 것은 아니다.
연료 노즐(32)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 외부로부터 공급된 연료를 테일 파이프(33)의 내부를 향해 분무하는 것이다. 연료 노즐(32)로부터 분무된 연료는, 공기 입구(31)에 의해 형성된 공기의 흐름 등에 의해 교반되어, 연료와 공기의 혼합기로 된다.
또한, 연료 노즐(32)로서는, 공지의 형상을 사용할 수 있고, 특별히 한정하는 것은 아니다.
테일 파이프(33)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 공기 입구(31) 및 연료 노즐(32)로부터 터빈부(4)의 유입부를 향해 연장되는 유로를 형성하는 통 형상의 부재이다. 바꾸어 말하면, 테일 파이프(33)는, 그 내부를, 연료와 공기의 혼합기나, 당해 혼합기의 연소에 의해 생성되는 연소 가스가 흐르는 것이다.
테일 파이프(33)에 있어서의 연료 노즐(32) 근방의 단면 형상은 대략 원형이며, 터빈부(4) 근방의 단면 형상은 대략 직사각형이다. 그로 인해, 테일 파이프(33)에 있어서의 단면 형상은, 연료 노즐(32)로부터 터빈부(4)를 향해, 대략 원형으로부터 대략 직사각형으로 연속적으로 변화되고 있다.
터빈부(4)는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 연소기(3)에 의해 생성된 고온 가스의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시키고, 발생한 회전 구동력을 회전축(5)에 전달하는 것이다.
도 3은 도 1의 연소기와 터빈부의 연통 구조를 설명하는 부분 확대도이다.
터빈부(4)에는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 터빈 1단 정익(터빈 정익)(4SV)과, 터빈 1단 동익(터빈 동익)(4RB)이 설치되어 있다.
터빈 1단 정익(4SV)은, 터빈 1단 동익(4RB)과 함께 터빈단을 구성하는 것이며, 터빈 1단 동익(4RB)과 함께 터빈부(4)에 유입된 고온 가스로부터 회전 구동력을 발생시키는 것이다.
터빈 1단 정익(4SV)은, 연소 가스 흐름에 있어서의 테일 파이프(33)의 하류측 단부(도 3의 하측 단부)와 대향하는 위치에, 회전축(5) 둘레에 등간격으로 배치되고, 또한, 직경 방향(도 3의 지면에 대하여 수직 방향)을 따라 연장되도록 배치된 복수의 날개이다. 또한 터빈 1단 정익(4SV)은, 연소기(3)로부터 터빈 1단 정익(4SV)의 열에 유입된 연소 가스를, 둘레 방향(도 3의 좌우 방향)으로 편향시키는 것이기도 하다.
본 실시 형태에서는, 터빈 1단 정익(4SV)의 수가 연소기(3)의 수에 대하여 정수배이며, 터빈 1단 정익(4SV)의 적어도 일부는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 연소기(3)에 있어서의 테일 파이프(33)의 측벽(34)의 하류에 배치되어 있다. 또한, 터빈 1단 정익(4SV)의 전방 테두리(LE)로부터, 측벽(34)에 있어서의 터빈부(4)측의 단부까지의 거리 L이, 서로 인접하는 하나의 테일 파이프(33)의 측벽(34), 다른 테일 파이프(33)의 측벽(34) 및 양 측벽(34, 34)의 사이의 간극을 맞춘 두께 T, 바꾸어 말하면, 서로 인접하는 하나의 테일 파이프(33)의 측벽(34)의 내면으로부터, 다른 테일 파이프(33)의 측벽(34)의 내면까지의 간격인 두께 T[이하,「측벽(34)에 관한 두께 T」라고 표기함.] 이하로 되도록, 터빈 1단 정익(4SV)이 배치되어 있다.
또한, 터빈 1단 정익(4SV)에는, 주위를 흐르는 고온 가스의 열로부터 터빈 1단 정익(4SV)을 보호하는 냉각 공기(냉각 유체)가 공급되는 캐비티(41)가 설치되고, 캐비티(41)로부터 냉각 공기를 터빈 1단 정익(4SV)의 주위에 유출시켜 필름 냉각을 행하는 복수의 냉각 구멍(42)이 설치되어 있다.
냉각 구멍(42)은 열부하가 높은 터빈 1단 정익(4SV)의 전방 테두리(LE)에 수많이 배치되고, 당해 전방 테두리(LE)는 샤워 헤드 형상으로 되어 있다.
측벽(34)의 하류에 배치된 터빈 1단 정익(4SV)과, 그 이외의 터빈 1단 정익(4SV) 사이에서, 전방 테두리(LE)에 있어서의 냉각 구멍(42)의 수를 비교하면, 측벽(34)의 하류에 배치된 터빈 1단 정익(4SV)의 전방 테두리(LE)에 형성된 냉각 구멍(42)의 수가 적게 되어 있다.
터빈 1단 동익(4RB)은, 터빈 1단 정익(4SV)과 함께 터빈단을 구성하는 것이며, 터빈 1단 정익(4SV)에 의해 편향된 연소 가스에 기초하여 회전 구동력을 발생시키는 것이다.
터빈 1단 동익(4RB)은, 연소 가스의 흐름에 있어서의 터빈 1단 정익(4SV)의 하류측의 위치(도 2의 우측의 위치)에, 회전축 둘레에 등간격으로 배치되고, 또한, 직경 방향(도 2의 상하 방향)을 따라 연장되도록 배치된 복수의 날개이다. 또한 터빈 1단 동익(4RB)은, 터빈 1단 정익(4SV)에 의해 편향된 연소 가스를 받아 회전축(5) 둘레에 회전 구동되는 것이다.
또한, 터빈 1단 동익(4RB)에는, 주위를 흐르는 연소 가스의 열로부터 터빈 1단 동익(4RB)을 보호하는 냉각 공기가 공급되어 있다.
또한, 터빈부(4)에는, 상술한 바와 같이 터빈 1단 정익(4SV) 및 터빈 1단 동익(4RB)만이 설치되어 있어도 되고, 또한, 터빈 2단 정익 및 터빈 2단 동익이나, 터빈 3단 정익 및 터빈 3단 동익 등이 설치되어 있어도 되어, 특별히 한정하는 것은 아니다.
다음으로, 상기한 구성으로 이루어지는 가스 터빈(1)에 있어서의 일반적인 운전 및 본 실시 형태의 특징인 연소기(3)의 출구로부터 터빈 1단 정익(4SV)에 이르기까지의 연소 가스의 흐름에 대해 설명한다.
가스 터빈(1)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 압축기(2)가 회전 구동됨으로써 대기(공기)를 흡입한다. 흡입된 대기는, 압축기(2)에 의해 압축되는 동시에, 연소기(3)를 향해 송출된다.
연소기(3)에 유입된 압축된 공기는, 연소기(3)에 있어서 외부로부터 공급된 연료와 혼합된다. 공기 및 연료의 혼합기는 연소기(3)에 있어서 연소되어, 연소 가스가 생성된다.
연소기(3)에 있어서 생성된 연소 가스는, 연소기(3)로부터 하류의 터빈부(4)에 공급된다.
연소 가스는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 연소기(3)의 테일 파이프(33)로부터 유출되어, 터빈부(4)에 있어서의 터빈 1단 정익(4SV)의 익렬에 유입된다.
이때, 터빈 1단 정익(4SV)은 테일 파이프(33)에 접근하여 배치되어 있으므로, 테일 파이프(33)에 있어서의 측벽(34)의 하류에 배치된 터빈 1단 정익(4SV)과, 테일 파이프(33) 사이에 연소 가스가 유입되기 어려워져, 이 흐름에 의한 손실이 발생하기 어려워진다.
또한, 측벽(34)의 하류에 배치된 터빈 1단 정익(4SV)의 전방 테두리(LE)는, 측벽(34)의 후류(웨이크) 중에 위치하므로, 당해 전방 테두리(LE)에 연소 가스가 직접 충돌하기 어려워진다.
터빈 1단 정익(4SV)의 익렬에 유입된 연소 가스는, 흐름의 방향이 회전축(5)을 중심으로 한 둘레 방향(도 3의 좌측 방향)으로 편향되어, 도 2에 도시하는 바와 같이, 터빈 1단 동익(4RB)의 익렬에 유입된다.
터빈 1단 동익(4RB)은, 편향된 연소 가스에 의해 회전 구동된다. 이와 같이 하여 터빈부(4)에 있어서 발생한 회전 구동력은, 회전축(5)에 전달된다. 회전축(5)은, 터빈부(4)에 있어서 추출된 회전 구동력을 압축기(2) 및 발전기(G)에 전달한다.
상기한 구성에 따르면, 측벽(34)의 하류에 위치하는 터빈 1단 정익(4SV)을, 측벽(34)에 있어서의 터빈부(4)측의 단부에 접근하여 배치함으로써, 측벽(34)과 터빈 1단 정익(4SV) 사이에 연소 가스가 유입되는 것이 억제된다. 그로 인해, 측벽(34)과 터빈 1단 정익(4SV) 사이로의 연소 가스 유입에 기인하는 손실의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 터빈 1단 정익(4SV)을 측벽(34)의 하류에 접근하여 배치함으로써, 당해 터빈 1단 정익(4SV)의 전방 테두리(LE)는 측벽(34)의 비교적 차가운 후류(웨이크) 내에 배치되어, 당해 터빈 1단 정익(4SV)의 전방 테두리(LE)에 고온의 연소 가스가 직접 충돌하기 어려워진다. 그로 인해, 당해 터빈 1단 정익(4SV)에 있어서의 전방 테두리(LE)를 냉각할 필요성이 저하되어, 냉각에 필요한 냉각 공기의 유량 삭감을 도모할 수 있다.
측벽(34)의 하류에 배치된 터빈 1단 정익(4SV)은, 그곳 이외에 배치된 터빈 1단 정익(4SV)과 비교하여 전방 테두리(LE)에 연소 가스가 충돌하기 어렵다. 그로 인해, 측벽(34)의 하류 이외에 배치된 터빈 1단 정익(4SV)과 비교하면, 측벽(34)의 하류에 배치된 터빈 1단 정익(4SV)에 있어서의 터빈 1단 정익(4SV)의 주위에 냉각 공기를 유출시켜 외표면을 따라 냉각 공기를 필름 형상으로 흘리는 냉각 구멍(42)의 수를 줄일 수 있다. 바꾸어 말하면, 측벽(34)의 하류 이외에 배치된 터빈 1단 정익(4SV)과 비교하여, 측벽(34)의 하류에 배치된 터빈 1단 정익(4SV)의 냉각에 사용되는 냉각 공기의 유량 삭감을 도모할 수 있다.
〔제2 실시 형태〕
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 가스 터빈의 기본 구성은, 제1 실시 형태와 마찬가지이지만, 제1 실시 형태와는, 연소기와 터빈부의 연통 구조가 상이하고 있다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 도 4 및 도 5를 사용하여 연소기와 터빈부의 연통 구조만을 설명하고, 그 밖의 구성 요소 등의 설명을 생략한다.
도 4는 본 실시 형태에 관한 가스 터빈에 있어서의 연소기와 터빈부의 연통 구조를 설명하는 부분 확대도이다.
또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 가스 터빈(101)에 있어서의 연소기(103)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 테일 파이프(통체)(133)의 측벽(134)에 있어서의 터빈부(104)측의 단부(도 4의 하측의 단부)의 형상이 제1 실시 형태와 상이하고 있다.
구체적으로는, 인접하는 연소기(103)의 테일 파이프(133)의 사이에는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 연소 가스가 흐르는 방향(도 4의 상하 방향)을 따라 연장되고, 냉각 공기 등의 냉각 유체[예를 들어, 압축기(2)에 의해 압축된 압축 공기]가 흐르는 냉각 유로(145)가 설치되어 있다.
냉각 유로(145)의 터빈부(104)측의 단부는, 테일 파이프(133)의 측벽(134)에 있어서의 터빈부(104)측의 단부(도 4의 하측의 단부)에 개방되어 있다.
도 5는 도 4의 측벽과 터빈 1단 정익의 구성을 설명하는 확대도이다.
또한, 측벽(134)에 있어서의 하류측의 단부에서는, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 측벽(134)의 내표면이, 측벽(134)과 인접하는 터빈 1단 정익(104SV)의 외표면과 원활하게 연결되는 형상으로 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 측벽(134)은, 터빈 1단 정익(104SV)을 향해 측벽(134)의 폭이 넓혀지도록 형성되어 있다.
한편, 본 실시 형태의 가스 터빈(101)에 있어서의 터빈부(104)에는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 터빈 1단 정익(4SV)과, 터빈 1단 정익(터빈 정익)(104SV)이 설치되어 있다.
터빈 1단 정익(4SV) 및 터빈 1단 정익(104SV)은, 터빈 1단 동익(4RB)과 함께 터빈단을 구성하는 것이며, 터빈 1단 동익(4RB)과 함께 터빈부(104)에 유입된 연소 가스로부터 회전 구동력을 발생시키는 것이다. 또한, 터빈 1단 정익(4SV) 및 터빈 1단 정익(104SV)은, 회전축(5) 둘레의 동일 둘레 상에 등간격으로 배열되어 배치되고, 또한, 직경 방향(도 4의 지면에 대하여 수직 방향)을 따라 연장되도록 배치된 복수의 날개이다.
터빈 1단 정익(4SV)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 측벽(134)의 사이에 배치된 터빈 정익, 바꾸어 말하면, 터빈 1단 정익(104SV)의 사이에 배치된 터빈 정익이다.
터빈 1단 정익(104SV)은, 연소 가스 흐름에 있어서의 테일 파이프(133)의 하류측 단부(도 4의 하측 단부)와 대향하는 위치에 배치된 터빈 정익, 바꾸어 말하면, 터빈 1단 정익(4SV)의 사이에 배치된 터빈 정익이다.
터빈 1단 정익(104SV)은, 터빈 1단 정익(4SV)과 상이하여, 내부에 냉각 공기가 공급되는 캐비티(41)나, 캐비티(41)로부터 터빈 1단 정익(104SV)의 주위에 냉각 공기를 유출시키는 냉각 구멍(42)이 형성되어 있지 않다.
한편, 터빈 1단 정익(104SV)과 측벽(134) 사이에는, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 측벽(134)의 냉각 유로(145)와 연통되고, 냉각 유로(145)를 흐른 후의 냉각 공기를 터빈 1단 정익(104SV)의 주위를 따라 필름 형상으로 유출시키는 유출 유로(146)가 설치되어 있다.
유출 유로(146)는, 냉각 유로(145)로부터 측벽(134)의 외측을 향하고, 연소 가스 흐름의 하류 방향(도 5의 우측 방향)으로 연장되는 가늘고 긴 슬롯이다.
다음으로, 본 실시 형태의 특징인 연소기(103)의 출구로부터 터빈 1단 정익(4SV) 및 터빈 1단 정익(104SV)에 이르기까지의 연소 가스의 흐름에 대해 설명한다.
또한, 가스 터빈(101)에 있어서의 일반적인 운전에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
연소 가스는, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 연소기(103)의 테일 파이프(133)로부터 유출되어, 터빈부(104)에 있어서의 터빈 1단 정익(4SV) 및 터빈 1단 정익(104SV)의 익렬에 유입된다.
구체적으로는, 테일 파이프(133)에 있어서의 측벽(134)의 내표면을 따라 흐른 연소 가스는, 측벽(134)의 내표면으로부터 터빈 1단 정익(104SV)의 외표면을 따라 흘러 편향된다.
이때 동시에, 냉각 유로(145)를 흘러 테일 파이프(133)를 냉각한 냉각 공기가, 유출 유로(146)를 통해, 터빈 1단 정익(104SV)의 외표면을 따라 유출된다. 냉각 공기는, 터빈 1단 정익(104SV)의 외표면을 따라 필름 형상으로 흘러, 터빈 1단 정익(104SV)을 냉각한다.
한편, 테일 파이프(133)의 중앙을 흐른 연소 가스는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 터빈 1단 정익(4SV)에 충돌하고, 터빈 1단 정익(4SV)의 표면을 따라 흘러 편향된다.
상기한 구성에 따르면, 테일 파이프(133)의 내부에서 발생한 연소 가스는, 측벽(134)의 내표면을 따라 흐른 후에, 원활하게 연결되는 터빈 1단 정익(104SV)의 외표면을 따라 흐른다. 그로 인해, 측벽(134)의 내표면과, 터빈 1단 정익(104SV)의 외표면 사이에 단차 등이 형성되어 불연속인 경우와 비교하여, 연소 가스의 흐름이 흐트러지기 어려워져, 손실의 발생이 억제된다.
또한, 터빈 1단 정익(104SV)의 외표면에 있어서의 연소 가스의 흐름이 흐트러지기 어려우므로, 터빈 1단 정익(104SV)의 외표면에, 유출 유로(146)로부터 유출된 냉각 공기를 필름 형상으로 흘려 터빈 1단 정익(104SV)을 냉각하는 방법에 있어서, 터빈 1단 정익(104SV)의 냉각 효율의 저하를 억제할 수 있다.
측벽(134)을 냉각한 냉각 공기를 터빈 1단 정익(104SV)의 외표면을 따라 흘림으로써, 당해 냉각 공기에 의해 측벽(134)의 하류에 배치된 터빈 1단 정익(104SV)을 냉각할 수 있다. 그로 인해, 터빈 1단 정익(104SV)을 냉각하기 위해, 터빈 1단 정익(104SV)에 공급되는 냉각 공기의 유량을 줄일 수 있다.
〔제3 실시 형태〕
다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 도 6을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 가스 터빈의 기본 구성은, 제1 실시 형태와 마찬가지이지만, 제1 실시 형태와는, 연소기와 터빈부의 연통 구조가 상이하고 있다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 도 6을 사용하여 연소기와 터빈부의 연통 구조만을 설명하고, 그 밖의 구성 요소 등의 설명을 생략한다.
도 6은 본 실시 형태에 관한 가스 터빈에 있어서의 연소기와 터빈부의 연통 구조를 설명하는 부분 확대도이다.
또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 가스 터빈(201)에 있어서의 연소기(203)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 테일 파이프(통체)(233)의 측벽(234)에 있어서의 터빈부(204)측의 단부(도 6의 하측의 단부)의 형상이 제1 실시 형태와 상이하고 있다.
구체적으로는, 연소기(203)에 있어서의 테일 파이프(233)의 측벽(234)에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 터빈 1단 정익(4SV)이 연소 가스 흐름을 편향시키는 방향(도 6의 좌측 방향)으로 편향된 편향부(235)가 설치되어 있다.
편향부(235)는, 측벽(234)에 있어서의 터빈부(204)측의 단부이며, 터빈 1단 정익(204SV)과 인접하는 부분이다. 또한, 편향부(235)는, 측벽(234)이 그대로 편향된 것이므로, 편향부(235)의 두께 방향의 치수와, 편향부(235) 이외의 측벽(234)에 있어서의 두께 방향의 치수는, 동일하다.
테일 파이프(233) 및 측벽(234)에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 연소 가스가 흐르는 방향(도 6의 상하 방향)을 따라 연장되고, 내부에 냉각 공기 등의 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로(145)가 설치되어 있다. 냉각 유로(145)는, 또한, 측벽(234)에 있어서의 편향부(235)의 내부를, 편향부(235)를 따라 연장되고 있다.
냉각 유로(145)의 터빈부(204)측의 단부는, 측벽(234)의 편향부(235)에 있어서의 터빈부(204)측의 단부(도 6의 하측의 단부)에 개방되어 있다.
한편, 본 실시 형태의 가스 터빈(201)에 있어서의 터빈부(204)에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 터빈 1단 정익(4SV)과, 터빈 1단 정익(터빈 정익)(204SV)이 설치되어 있다.
터빈 1단 정익(4SV) 및 터빈 1단 정익(204SV)은, 터빈 1단 동익(4RB)과 함께 터빈단을 구성하는 것이며, 터빈 1단 동익(4RB)과 함께 터빈부(204)에 유입된 연소 가스로부터 회전 구동력을 발생시키는 것이다. 또한, 터빈 1단 정익(4SV) 및 터빈 1단 정익(204SV)은, 회전축(5) 둘레의 동일 둘레 상에 등간격으로 배열되어 배치되고, 또한, 직경 방향(도 6의 지면에 대하여 수직 방향)을 따라 연장되도록 배치된 복수의 날개이다.
터빈 1단 정익(4SV)은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 측벽(234) 및 편향부(235) 사이에 배치된 터빈 정익, 바꾸어 말하면, 터빈 1단 정익(204SV)의 사이에 배치된 터빈 정익이다.
터빈 1단 정익(204SV)은, 연소 가스 흐름에 있어서의 편향부(235)의 하류측 단부(도 6의 하측 단부)와 대향하는 위치에 배치된 터빈 정익, 바꾸어 말하면, 터빈 1단 정익(4SV)의 사이에 배치된 터빈 정익이다.
터빈 1단 정익(204SV)은, 터빈 1단 정익(4SV)과 비교하여 단면적이 작게 형성되고, 터빈 1단 정익(204SV)에 있어서의 두께 방향의 치수가 가장 큰 곳에서, 편향부(235)의 두께 방향의 치수와 동일하게 되어 있다.
터빈 1단 정익(204SV)은, 터빈 1단 정익(4SV)과 상이하여, 내부에 냉각 공기가 공급되는 캐비티(41)나, 캐비티(41)로부터 터빈 1단 정익(204SV)의 주위에 냉각 공기를 유출시키는 냉각 구멍(42)이 형성되어 있지 않다.
한편, 터빈 1단 정익(204SV)과 편향부(235) 사이에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 편향부(235)의 냉각 유로(145)와 연통되고, 냉각 유로(145)를 흐른 후의 냉각 공기를 터빈 1단 정익(204SV)의 주위에 유출시키는 유출 유로(146)가 설치되어 있다.
유출 유로(146)는, 냉각 유로(145)로부터 편향부(235)의 외측을 향하고, 연소 가스 흐름의 하류 방향(도 6의 좌측 하방향)으로 연장되는 관통 구멍이다.
다음으로, 본 실시 형태의 특징인 연소기(203)의 출구로부터 터빈 1단 정익(4SV) 및 터빈 1단 정익(204SV)에 이르기까지의 연소 가스의 흐름에 대해 설명한다.
또한, 가스 터빈(201)에 있어서의 일반적인 운전에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
연소 가스는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 연소기(203)의 테일 파이프(233)로부터 유출되어, 터빈부(204)에 있어서의 터빈 1단 정익(4SV) 및 터빈 1단 정익(204SV)의 익렬에 유입된다.
구체적으로는, 테일 파이프(233)에 있어서의 측벽(234)의 내표면을 따라 흐른 연소 가스는, 측벽(234)의 편향부(235)의 내표면 및 터빈 1단 정익(204SV)의 외표면을 따라 흘러 편향된다.
이때 동시에, 냉각 유로(145)를 흘러 테일 파이프(233) 및 편향부(235)를 냉각한 냉각 공기가, 유출 유로(146)를 통해, 터빈 1단 정익(204SV)의 외표면을 따라 유출된다. 냉각 공기는, 터빈 1단 정익(204SV)의 외표면을 따라 필름 형상으로 흘러, 터빈 1단 정익(204SV)을 냉각한다.
한편, 테일 파이프(233)의 내부를 흐른 연소 가스는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 터빈 1단 정익(4SV)에 충돌하고, 터빈 1단 정익(4SV)의 외표면을 따라 흘러 편향된다.
상기한 구성에 따르면, 측벽(234)에 있어서의 하류측의 단부인 편향부(235) 및 터빈 1단 정익(204SV)에 의해, 연소 가스의 흐름을 편향시킬 수 있다.
또한, 편향부(235) 및 터빈 1단 정익(204SV)에 의해 연소 가스의 흐름을 편향시키므로, 연소기(203)와 터빈부(204)의 연통 구조에 있어서의 회전축(5)에 관한 축선 방향(도 6의 상하 방향)의 치수를 작게 할 수 있다.
측벽(234)에 의한 편향을, 더욱 크게 할 수 있는 경우에는, 터빈 1단 정익(204SV)에 의한 편향을 작게 할 수 있으므로, 회전축(5)에 관한 축선 방향의 치수를 더욱 작게 할 수 있다.
〔제4 실시 형태〕
다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해 도 7을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 가스 터빈의 기본 구성은, 제1 실시 형태와 마찬가지이지만, 제1 실시 형태와는, 연소기와 터빈부의 연통 구조가 상이하고 있다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 도 7을 사용하여 연소기와 터빈부의 연통 구조만을 설명하고, 그 밖의 구성 요소 등의 설명을 생략한다.
도 7은 본 실시 형태에 관한 가스 터빈에 있어서의 연소기와 터빈부의 연통 구조를 설명하는 부분 확대도이다.
또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 가스 터빈(301)에 있어서의 터빈부(304)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 터빈 1단 정익(터빈 정익)(304SV)의 형상 및 배치가 제1 실시 형태와 상이하고 있다.
터빈 1단 정익(304SV)은, 터빈 1단 동익(4RB)과 함께 터빈단을 구성하는 것이며, 터빈 1단 동익(4RB)과 함께 터빈부(304)에 유입된 연소 가스로부터 회전 구동력을 발생시키는 것이다. 또한, 터빈 1단 정익(304SV)은, 회전축(5) 둘레의 동일 둘레 상에 등간격으로 배열되어 배치되고, 또한, 직경 방향(도 7의 지면에 대하여 수직 방향)을 따라 연장되도록 배치된 복수의 날개이다.
터빈 1단 정익(304SV)은, 연소 가스 흐름에 있어서의 테일 파이프(333)의 측벽(334)의 하류측 단부(도 7의 하측 단부)와 대향하는 위치에 배치된 것이다. 즉, 터빈 1단 정익(304SV)은, 연소기(303)와 동일한 수만큼 설치되어 있다.
터빈 1단 정익(304SV)은, 제1 실시 형태 등에 있어서의 터빈 1단 정익(4SV)과 비교하여, 상사형이며, 또한, 단면적이 크게 형성되어 있다.
구체적으로는, 터빈 1단 정익(304SV)의 전방 테두리(LE)가, 측벽(334)의 하류측의 단부로부터, 측벽(334)에 관한 두께 T 이하의 위치에 배치되고, 또한, 터빈 1단 정익(304SV)에 있어서의 후방 테두리(TE)가, 종래의 터빈 1단 정익의 후방 테두리(TE)와 동일한 위치에 배치되어 있다.
다음으로, 본 실시 형태의 특징인 연소기(303)의 출구로부터 터빈 1단 정익(304SV)에 이르기까지의 연소 가스의 흐름에 대해 설명한다.
또한, 가스 터빈(301)에 있어서의 일반적인 운전에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
연소 가스는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 연소기(303)의 테일 파이프(333)로부터 유출되어, 터빈부(304)에 있어서의 터빈 1단 정익(304SV)의 익렬에 유입된다.
구체적으로는, 테일 파이프(333)에 있어서의 측벽(334)의 내표면을 따라 흐른 연소 가스는, 터빈 1단 정익(304SV)의 외표면을 따라 흘러 편향된다.
이때 동시에, 냉각 유로(145)를 흘러 테일 파이프(333)를 냉각한 냉각 공기가, 측벽(334)의 하류측 단부로부터, 터빈 1단 정익(304SV)의 외표면을 따라 유출된다. 냉각 공기는, 터빈 1단 정익(304SV)의 외표면을 따라 필름 형상으로 흘러, 터빈 1단 정익(304SV)을 냉각한다.
상기한 구성에 따르면, 제1 실시 형태 등과 비교하여, 터빈 1단 정익(304SV)의 수를 줄일 수 있다. 그로 인해, 터빈 1단 정익(304SV)과 연소 가스 사이에 작용하는 마찰 등에 의한 연소 가스의 유속 저하를 억제할 수 있어, 이에 기인하는 손실의 발생을 억제할 수 있다.
〔제5 실시 형태〕
다음으로, 본 발명의 제5 실시 형태에 대해 도 8을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 가스 터빈의 기본 구성은, 제1 실시 형태와 마찬가지이지만, 제1 실시 형태와는, 연소기와 터빈부의 연통 구조가 상이하고 있다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 도 8을 사용하여 연소기와 터빈부의 연통 구조만을 설명하고, 그 밖의 구성 요소 등의 설명을 생략한다.
도 8은 본 실시 형태에 관한 가스 터빈에 있어서의 연소기와 터빈부의 연통 구조를 설명하는 부분 확대도이다.
또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 가스 터빈(401)에 있어서의 연소기(403)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 테일 파이프(통체)(433)의 측벽(434)에 있어서의 터빈부(404)측의 단부(도 8의 하측의 단부)의 형상이 제1 실시 형태와 상이하고 있다.
구체적으로는, 연소기(403)에 있어서의 테일 파이프(433)의 측벽(434)에는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 연소 가스 흐름을 도 8의 좌측 방향으로 편향시키는 편향부(435)가 설치되어 있다.
편향부(435)는, 측벽(434)에 있어서의 터빈부(404)측의 단부이며, 터빈 1단 정익(404SV)과 인접하는 부분이다. 또한, 편향부(435)는, 그 단면이 터빈 1단 정익(404SV)과 함께 날개 형상을 구성하는 형상으로 형성되어 있다.
또한, 연소 가스 흐름에 있어서의 편향부(435)의 상류측 단부(도 8의 상측 단부)는, 제4 실시 형태의 터빈 1단 정익(304SV)의 전방 테두리(LE)와 동등한 위치로 되어 있다.
인접하는 테일 파이프(433)의 사이에는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 연소 가스가 흐르는 방향(도 8의 상하 방향)을 따라 연장되고, 냉각 공기 등의 냉각 유체[예를 들어, 압축기(2)에 의해 압축된 압축 공기]가 흐르는 냉각 유로(145)가 설치되어 있다. 냉각 유로(145)는, 또한, 인접하는 측벽(434)에 있어서의 편향부(435)의 사이를, 편향부(435)를 따라 연장되고 있다.
냉각 유로(145)의 단부는, 측벽(434)의 편향부(435)에 있어서의 하류측의 단부(도 8의 하측의 단부)에 개방되어 있다.
한편, 본 실시 형태의 가스 터빈(401)에 있어서의 터빈부(404)에는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 터빈 1단 정익(터빈 정익)(404SV)이 설치되어 있다.
터빈 1단 정익(404SV)은, 터빈 1단 동익(4RB)과 함께 터빈단을 구성하는 것이며, 터빈 1단 동익(4RB)과 함께 터빈부(404)에 유입된 연소 가스로부터 회전 구동력을 발생시키는 것이다. 또한, 터빈 1단 정익(404SV)은, 회전축(5) 둘레의 동일 둘레 상에 등간격으로 배열되어 배치되고, 또한, 직경 방향(도 8의 지면에 대하여 수직 방향)을 따라 연장되도록 배치된 복수의 날개이다.
터빈 1단 정익(404SV)은, 연소 가스 흐름에 있어서의 편향부(435)의 하류측 단부(도 8의 하측 단부)와 대향하는 위치에 배치된 것이다.
터빈 1단 정익(404SV)은, 제1 실시 형태의 터빈 1단 정익(4SV)과 비교하여 단면적이 작게 형성되고, 편향부(435)와 함께 날개 형상을 구성하고 있다.
또한, 터빈 1단 정익(404SV)에 있어서의 후방 테두리(TE)가, 제1 실시 형태 등에 있어서의 터빈 1단 정익(4SV)의 후방 테두리(TE)와 동일한 위치에 배치되어 있다.
터빈 1단 정익(404SV)은, 제1 실시 형태의 터빈 1단 정익(4SV)과 상이하여, 내부에 냉각 공기가 공급되는 캐비티(41)나, 캐비티(41)로부터 터빈 1단 정익(404SV)의 주위에 냉각 공기를 유출시키는 냉각 구멍(42)이 형성되어 있지 않다.
한편, 터빈 1단 정익(404SV)과 편향부(435) 사이에는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 냉각 유로(145)와 연통되고, 냉각 유로(145)를 흐른 후의 냉각 공기를 터빈 1단 정익(404SV)의 외표면을 따라 필름 형상으로 유출시키는 유출 유로(146)가 설치되어 있다.
유출 유로(146)는, 냉각 유로(145)로부터 편향부(435)의 외측을 향하고, 연소 가스 흐름의 하류 방향(도 8의 좌측 하방향)으로 연장되는 가늘고 긴 슬롯이다.
다음으로, 본 실시 형태의 특징인 연소기(403)의 출구로부터 터빈 1단 정익(404SV)에 이르기까지의 연소 가스의 흐름에 대해 설명한다.
또한, 가스 터빈(401)에 있어서의 일반적인 운전에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
연소 가스는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 연소기(403)의 테일 파이프(433)로부터 유출되어, 터빈부(404)에 있어서의 터빈 1단 정익(404SV)의 익렬에 유입된다.
구체적으로는, 테일 파이프(433)에 있어서의 측벽(434)의 내표면을 따라 흐른 연소 가스는, 측벽(434)의 편향부(435)의 내표면 및 터빈 1단 정익(404SV)의 외표면을 따라 흘러 편향된다.
이때 동시에, 냉각 유로(145)를 흘러 테일 파이프(433) 및 편향부(435)를 냉각한 냉각 공기가, 유출 유로(146)를 통해, 터빈 1단 정익(404SV)의 외표면을 따라 유출된다. 냉각 공기는, 터빈 1단 정익(404SV)의 외표면을 따라 필름 형상으로 흘러, 터빈 1단 정익(404SV)을 냉각한다.
상기한 구성에 따르면, 측벽(434)에 있어서의 편향부(435)의 단면이, 터빈 1단 정익(404SV)과 함께 날개 형상을 구성하는 형상이므로, 날개 형상을 구성하지 않는 경우와 비교하여, 연소 가스의 흐름을 효과적으로 편향시킬 수 있다.
〔제6 실시 형태〕
다음으로, 본 발명의 제6 실시 형태에 대해 도 9를 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 가스 터빈의 기본 구성은, 제1 실시 형태와 마찬가지이지만, 제1 실시 형태와는, 연소기와 터빈부의 연통 구조가 상이하고 있다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 도 9를 사용하여 연소기와 터빈부의 연통 구조만을 설명하고, 그 밖의 구성 요소 등의 설명을 생략한다.
도 9는 본 실시 형태에 관한 가스 터빈에 있어서의 연소기와 터빈부의 연통 구조를 설명하는 부분 확대도이다.
또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 가스 터빈(501)에 있어서의 연소기(503)는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 테일 파이프(통체)(533)의 측벽(534)에 있어서의 터빈부(504)측의 단부(도 9의 하측의 단부)의 형상이 제1 실시 형태와 상이하고 있다.
구체적으로는, 연소기(503)에 있어서의 테일 파이프(533)의 측벽(534)에는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 연소 가스 흐름을 도 9의 좌측 방향으로 편향시키는 편향부(535)가 설치되어 있다.
편향부(535)는, 측벽(534)에 있어서의 터빈부(504)측의 단부이며, 터빈 1단 정익(504SV)과 인접하는 부분이다. 또한, 편향부(535)는, 측벽(534)이 그대로 편향된 것이므로, 편향부(535)의 두께 방향의 치수와, 편향부(535) 이외의 측벽(534)에 있어서의 두께 방향의 치수는, 동일하다.
또한, 연소 가스 흐름에 있어서의 편향부(535)의 상류측 단부(도 9의 상측 단부)는, 제4 실시 형태의 터빈 1단 정익(304SV)의 전방 테두리(LE)와 동등한 위치로 되어 있다.
인접하는 테일 파이프(533)의 사이에는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 연소 가스가 흐르는 방향(도 9의 상하 방향)을 따라 연장되고, 내부에 냉각 공기 등의 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로(145)가 설치되어 있다. 냉각 유로(145)는, 또한, 측벽(534)에 있어서의 편향부(535)의 사이를, 편향부(535)를 따라 연장되고 있다.
냉각 유로(145)의 단부는, 측벽(534)의 편향부(535)에 있어서의 하류측의 단부(도 9의 하측의 단부)에 개방되어 있다.
한편, 본 실시 형태의 가스 터빈(501)에 있어서의 터빈부(504)에는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 터빈 1단 정익(터빈 정익)(504SV)이 설치되어 있다.
터빈 1단 정익(504SV)은, 터빈 1단 동익(4RB)과 함께 터빈단을 구성하는 것이며, 터빈 1단 동익(4RB)과 함께 터빈부(504)에 유입된 연소 가스로부터 회전 구동력을 발생시키는 것이다. 또한, 터빈 1단 정익(504SV)은, 회전축(5) 둘레의 동일 둘레 상에 등간격으로 배열되어 배치되고, 또한, 직경 방향(도 9의 지면에 대하여 수직 방향)을 따라 연장되도록 배치된 복수의 날개이다.
터빈 1단 정익(504SV)은, 연소 가스 흐름에 있어서의 편향부(535)의 하류측 단부(도 9의 하측 단부)와 대향하는 위치에 배치된 것이다.
터빈 1단 정익(504SV)은, 터빈 1단 정익(4SV)과 비교하여 단면적이 작게 형성되고, 터빈 1단 정익(504SV)에 있어서의 두께 방향의 치수가 가장 큰 곳에서, 편향부(535)의 두께 방향의 치수와 동일하게 되어 있다.
또한, 터빈 1단 정익(504SV)에 있어서의 후방 테두리(TE)가, 제1 실시 형태 등에 있어서의 터빈 1단 정익(4SV)의 후방 테두리(TE)와 동일한 위치에 배치되어 있다.
터빈 1단 정익(504SV)은, 제1 실시 형태의 터빈 1단 정익(4SV)과 상이하여, 내부에 냉각 공기가 공급되는 캐비티(41)나, 캐비티(41)로부터 터빈 1단 정익(504SV)의 주위에 냉각 공기를 유출시키는 냉각 구멍(42)이 형성되어 있지 않다.
한편, 터빈 1단 정익(504SV)과 편향부(535) 사이에는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 편향부(535)의 냉각 유로(145)와 연통되고, 냉각 유로(145)를 흐른 후의 냉각 공기를 터빈 1단 정익(504SV)의 주위에 유출시키는 유출 유로(146)가 설치되어 있다.
유출 유로(146)는, 냉각 유로(145)로부터 편향부(535)의 외측을 향하고, 연소 가스 흐름의 하류 방향(도 9의 좌측 하방향)으로 연장되는 관통 구멍이다.
다음으로, 본 실시 형태의 특징인 연소기(503)의 출구로부터 터빈 1단 정익(504SV)에 이르기까지의 연소 가스의 흐름에 대해 설명한다.
또한, 가스 터빈(501)에 있어서의 일반적인 운전에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
연소 가스는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 연소기(503)의 테일 파이프(533)로부터 유출되어, 터빈부(504)에 있어서의 터빈 1단 정익(504SV)의 익렬에 유입된다.
구체적으로는, 테일 파이프(533)에 있어서의 측벽(534)의 내표면을 따라 흐른 연소 가스는, 측벽(534)의 편향부(535)의 내표면 및 터빈 1단 정익(504SV)의 외표면을 따라 흘러 편향된다.
이때 동시에, 냉각 유로(145)를 흘러 테일 파이프(533) 및 편향부(535)를 냉각한 냉각 공기가, 유출 유로(146)를 통해, 터빈 1단 정익(504SV)의 외표면을 따라 유출된다. 냉각 공기는, 터빈 1단 정익(504SV)의 외표면을 따라 필름 형상으로 흘러, 터빈 1단 정익(504SV)을 냉각한다.
또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변경을 가하는 것이 가능하다.
예를 들어, 본 발명을 상기한 실시 형태에 적용한 것에 한정되는 일 없이, 이들 실시 형태를 적절하게 조합한 실시 형태에 적용해도 되고, 특별히 한정하는 것은 아니다.
1, 101, 201, 301, 401, 501 : 가스 터빈
2 : 압축기
3, 103, 203, 303, 403, 503 : 연소기
4, 104, 204, 304, 404, 504 : 터빈부
5 : 회전축
32 : 연료 노즐
33, 133, 233, 433, 533 : 테일 파이프(통체)
34, 134, 234, 334 : 측벽
4SV, 104SV, 204SV, 304SV, 404SV, 504SV : 터빈 1단 정익(터빈 정익)
4RB : 터빈 1단 동익(터빈 동익)
42 : 냉각 구멍
LE : 전방 테두리

Claims (7)

  1. 회전축 둘레에 인접하여 복수 배치된 통체의 내부에서, 압축기로부터 공급된 압축 공기 및 연료 노즐로부터 공급된 연료를 혼합하여 연소시킴으로써 연소 가스를 발생시키는 연소기와,
    상기 연소 가스를, 상기 회전축 둘레에 복수 배치된 터빈 정익 및 터빈 동익으로 이루어지는 터빈단을 순차 통과시킴으로써 회전 구동력을 발생시키는 터빈부의 연통 구조이며,
    상기 터빈 정익 중, 상기 연소기에 가장 가까운 터빈 1단 정익의 적어도 일부는, 인접한 하나의 통체 및 다른 통체에 있어서의 측벽의 하류에 배치되는 동시에,
    상기 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익의 전방 테두리로부터, 상기 측벽에 있어서의 터빈부측의 단부까지의 거리가, 상기 하나의 통체의 측벽에 있어서의 내면으로부터, 상기 다른 통체의 측벽에 있어서의 내면까지의 간격 이하인, 연소기와 터빈부의 연통 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측벽의 내표면은, 상기 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익의 외표면과 원활하게 연결되는 형상인, 연소기와 터빈부의 연통 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 측벽의 하류 이외에 배치된 터빈 1단 정익과 비교하여,
    상기 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익에는, 상기 터빈 1단 정익의 냉각에 사용되는 냉각 유체를 상기 터빈 1단 정익의 주위에 유출시키는 냉각 구멍의 수가 적은, 연소기와 터빈부의 연통 구조.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나의 통체에 있어서의 측벽 및 상기 다른 통체에 있어서의 측벽의 사이의 간극에는, 상기 측벽을 냉각하는 냉각 유체가 흘려지고,
    상기 측벽을 냉각한 후의 냉각 유체는, 상기 측벽의 하류측의 단부로부터, 상기 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익의 주위를 따라 흘려지는, 연소기와 터빈부의 연통 구조.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측벽에 있어서의 하류측의 단부는, 상기 터빈 1단 정익이 상기 연소 가스를 편향시키는 방향으로 편향되어 있는, 연소기와 터빈부의 연통 구조.
  6. 제5항에 있어서, 상기 측벽에 있어서의 편향되어 있는 부분은, 단면에서 보아, 상기 측벽의 하류에 배치된 터빈 1단 정익과 함께 날개 형상을 형성하는, 연소기와 터빈부의 연통 구조.
  7. 공기를 압축하는 압축기와,
    상기 압축기로부터 공급된 압축 공기 및 연료 노즐로부터 공급된 연료를 혼합하여 연소시켜, 연소 가스를 발생시키는 연소기와,
    상기 연소 가스가 갖는 에너지의 일부를, 회전 구동력으로 변환하는 터빈부와,
    상기 터빈부로부터 상기 회전 구동력을 상기 압축기에 전달하는 회전축이 설치된 가스 터빈이며,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 연소기와 터빈부의 연통 구조를 갖는, 가스 터빈.
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