KR101931025B1

KR101931025B1 - 가스 터빈

Info

Publication number: KR101931025B1
Application number: KR1020170116643A
Authority: KR
Inventors: 이익상
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2018-12-19

Abstract

본 발명은 가스 터빈에 관한 것으로서, 본 실시 예에 의한 가스터빈은 환 형태로 이루어진 아웃터 케이싱(110); 상기 아웃터 케이싱의 내측에 위치된 인너 케이싱(120); 상기 아웃터 케이싱(110)의 내측에 일단이 고정되고 타단이 상기 인너 케이싱(120)의 외측에 고정된 복수개의 스트럿(130); 및 상기 복수개의 스트럿(130) 사이에 위치된 가이드 베인(200)을 포함한다.

Description

가스 터빈{GAS TURBINE}

본 발명은 스트럿을 경유하는 연소가스의 박리를 최소화 시킨 가스 터빈에 관한 것이다.

일반적으로, 터빈은 물, 가스, 증기 등과 같은 유체가 가지는 에너지를 기계적 일로 변환시키는 기계로서, 보통 회전체의 원주에 여러 개의 깃 또는 날개를 심고 거기에 증기 또는 가스를 내뿜어 충동력 또는 반동력으로 고속 회전시키는 터보형의 기계를 터빈이라고 한다.

이러한 터빈의 종류로는, 높은 곳의 물이 가지는 에너지를 이용하는 수력 터빈, 증기가 가지는 에너지를 이용하는 증기 터빈, 고압의 압축공기가 가지는 에너지를 이용하는 공기 터빈, 고온 고압의 가스가 가지는 에너지를 이용하는 가스 터빈 등이 있다.

이 중, 가스 터빈은 압축기, 연소기, 터빈 및 로터를 포함한다.

상기 압축기는 서로 교대로 배치되는 복수의 압축기 베인과 복수의 압축기 블레이드를 포함한다.

상기 연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스를 생성한다.

상기 터빈은 서로 교대로 배치되는 복수의 터빈 베인과 복수의 터빈 블레이드를 포함한다.

상기 로터는 상기 압축기, 상기 연소기 및 상기 터빈의 중심부를 관통하도록 형성되고, 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되며, 일단부가 발전기의 구동축에 연결된다.

그리고, 상기 로터는 상기 압축기 블레이드와 체결되는 복수의 압축기 로터 디스크, 상기 터빈 블레이와 체결되는 복수의 터빈 로터 디스크 및 상기 터빈 로터 디스크로부터 상기 압축기 로터 디스크로 회전력을 전달하는 토크 튜브를 포함한다.

이러한 구성에 따른 가스 터빈은, 상기 압축기에서 압축된 공기가 상기 연소실에서 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스로 변환되고, 이렇게 만들어진 연소 가스가 터빈 측으로 분사되며, 분사된 연소 가스가 상기 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 상기 로터가 회전하게 된다.

이러한 가스 터빈은 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.

한편, 상기 로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링은 지지체에 의해 지지되는데, 상기 지지체는 상기 베어링을 수용하는 이너 케이싱, 가스 터빈의 하우징에 체결되는 아우터 케이싱 및 상기 이너 케이싱으로부터 상기 아우터 케이싱까지 연장되는 스트럿(strut)을 구비하여 상기 베어링을 상기 하우징에 고정시킨다.

그러나, 이러한 종래의 가스 터빈에 있어서는, 지지체의 부위별로 열팽창이 상이하여 그 지지체가 손상되는 문제점이 있었다. 구체적으로, 상기 스트럿은 그 스트럿을 관류하는 유체(예를 들어, 연소 가스)에 의해 열팽창이 크게 발생되나, 상기 아우터 케이싱은 대기 중에 노출되어 있어 상기 스트럿보다 열팽창이 작게 발생되고, 상기 이너 케이싱은 베어링을 윤활하기 위한 윤활제가 열화되는 것을 방지하기 위해 냉각되기 때문에 상기 스트럿보다 열팽창이 작게 발생된다. 즉, 상기 이너 케이싱과 상기 아우터 케이싱에 의해 상기 스트럿의 열팽창이 억제된다. 이에 따라, 상기 스트럿, 상기 스트럿과 상기 이너 케이싱의 연결부위, 상기 스트럿과 상기 아우터 케이싱의 연결부위에 응력이 집중되어 손상이 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 지지체와 로터 사이 공진을 회피하도록 지지체를 설계하는데 어려움이 있었다.

대한민국 등록특허 10-1182625호

본 발명의 실시 예에 의한 가스터빈은 스트럿을 경유하는 연소가스의 박리를 최소화 시켜 안정적인 이동을 도모하고자 한다.

본 발명은 환 형태로 이루어진 아웃터 케이싱(110); 상기 아웃터 케이싱의 내측에 위치된 인너 케이싱(120); 상기 아웃터 케이싱(110)의 내측에 일단이 고정되고 타단이 상기 인너 케이싱(120)의 외측에 고정된 복수개의 스트럿(130); 상기 복수개의 스트럿(130) 사이에 위치되고 상기 복수개의 스트럿(130)을 향해 이동하는 연소 가스의 이동 방향을 가이드 하는 가이드 베인(200); 및 상기 가이드 베인(200)의 전단에 위치된 보조 가이드 베인(300)을 포함하고, 상기 가이드 베인(200)은 연소 가스가 유입되는 상기 스트럿(130)의 선단부를 바라보는 리딩 엣지(201)와, 스트럿(130)의 후단부를 바라보는 트레일링 엣지(204)를 포함하며, 상기 가이드 베인(200)은 상기 스트럿(130)의 선단부를 바라보며 리딩 엣지(201)가 상기 트레일링 엣지(204)보다 하향 경사지게 배치되고, 상기 보조 가이드 베인(300)은 상기 스트럿(130) 사이에 위치된 상기 가이드 베인(200)의 전단 하측에 위치되고, 상기 가이드 베인(200)의 압력면(203)과 대각선 방향에서 마주보며 상기 스트럿(130)과 근접된 위치에 배치되며, 상기 가이드 베인(200)은 상기 인너 케이싱(120)의 외측으로 제1 높이(H1)로 돌출되고, 상기 보조 가이드 베인(300)은 상기 인너 케이싱(120)의 외측으로 제2 높이(H2)로 돌출되며, 상기 제2 높이(H2)는 상기 제1 높이(H1) 보다 낮게 돌출된다.
상기 가이드 베인(200)은 인너 케이싱(120)의 원주 방향에서 서로 이격된 복수개의 스트럿(130) 사이의 원주 방향 이격 거리(L1)를 기준으로 L1/2위치에 위치되고, 상기 보조 가이드 베인(300)은 인너 케이싱(120)의 원주 방향에서 서로 이격된 복수개의 스트럿(130) 사이의 원주 방향 이격 거리(L1)를 기준으로 L1/5위치에 위치된다.
상기 가이드 베인(200)은 상기 스트럿(130)의 축 방향 길이(L2)를 기준으로 2*L2/3 위치에 위치되고, 상기 보조 가이드 베인(300)은 상기 스트럿(130)의 축 방향 길이(L2)를 기준으로 L2/2 이내의 위치에 위치된다.
상기 보조 가이드 베인(300)은 상기 가이드 베인(200) 보다 작은 크기로 이루어진다.
상기 보조 가이드 베인의 최대 두께는 상기 가이드 베인(200)의 최대 두께 보다 얇은 두께로 이루어진다.

삭제

본 발명의 실시 예들은 스트럿을 경유하는 연소가스의 박리를 최소화 시켜 압력 손실을 감소하고 유동 흐름을 안정화시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 스트럿의 구조를 변경하지 않고 연소가스의 이동 흐름을 안정적으로 유도하여 가스터빈의 축 방향을 따라 이동시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 연소가스의 유동 정체를 최소화 하고 스트럿의 표면 또는 이웃한 스트럿 사이로 연소가스의 이동을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈을 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈에 구비된 스트럿을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스트럿의 정면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가이드 베인과 종래 스트럿의 배치 상태 및 연소가스의 이동 상태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가이드 베인의 평면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스터빈에 구비된 스트럿과 가이드 베인 및 보조 가이드 베인의 배치 상태를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 터빈에 구비된 스트럿과 가이드 베인 및 보조 가이드 베인의 사시도.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 스트럿과 가이드 베인 및 제1,2 보조 가이드 베인을 도시한 도면.

이하, 본 발명의 제1 일 실시 예에 의한 가스 터빈을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 가스 터빈에서 지지체를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이고, 도 4는 도 2의 B-B선 단면도이다.

첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈은 하우징(40)과, 상기 하우징(40)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터(60)와, 상기 로터(60)로부터 회전력을 전달받아 상기 하우징(100)으로 유입되는 공기를 압축하는 압축기(20)가 구비된다.

그리고 상기 압축기(20)에서 압축된 공기에 연료를 혼합하고 점화하여 연소 가스를 생성하는 연소기(40)와, 상기 연소기(40)로부터 생성된 연소 가스로부터 회전력을 얻어 상기 로터(60)를 회전시키는 터빈(50)과, 발전을 위해 상기 로터(60)에 연동되는 발전기 및 상기 터빈(50)을 통과한 연소 가스를 배출하는 디퓨저를 포함한다.

상기 하우징(40)은 상기 압축기(20)가 수용되는 압축기 하우징(42)과, 상기 연소기(40)가 수용되는 연소기 하우징(44) 및 상기 터빈(50)이 수용되는 터빈 하우징(46)을 포함한다.

상기 압축기 하우징(42)과 상기 연소기 하우징(44) 및 상기 터빈 하우징(46)은 유체 흐름 방향 상 상류 측으로부터 하류 측으로 순차적으로 배열된다.

상기 로터(60)는 상기 압축기 하우징(42)에 수용되는 압축기 로터 디스크(61)와, 상기 터빈 하우징(46)에 수용되는 터빈 로터 디스크(63) 및 상기 연소기 하우징(44)에 수용되고 상기 압축기 로터 디스크(61)와 상기 터빈 로터 디스크(63)를 연결하는 토크 튜브(62)와, 상기 압축기 로터 디스크(61)와 상기 토크 튜브(62) 및 상기 터빈 로터 디스크(63)를 체결하는 타이 로드(64)와 고정 너트(65)를 포함한다.

상기 압축기 로터 디스크(61)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(61)는 상기 로터(60)의 축 방향을 따라 배열된다. 일 예로 상기 압축기 로터 디스크(61)는 다단으로 형성될 수 있다.

그리고 각각의 압축기 로터 디스크(61)는 일 예로 원판형으로 형성되고, 외주부에 후술할 압축기 블레이드(21)와 결합되는 압축기 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.

상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 후술할 압축기 블레이드(21)가 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(60)의 회전 반경 방향으로 이탈되지 않도록 전나무(fir-tree) 형태로 형성될 수 있다.

상기 압축기 로터 디스크(61)와 후술할 압축기 블레이드(21)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합된다.

본 실시예는 액셜 타입으로 결합되도록 형성되며, 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 상기 압축기 로터 디스크(61)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다.

상기 터빈 로터 디스크(63)는 상기 압축기 로터 디스크(61)와 유사하게 형성될 수 있다. 상기 터빈 로터 디스크(63)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 로터 디스크(63)는 상기 로터(60)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 일 예로 상기 터빈 로터 디스크(63)는 다단으로 형성될 수 있다.

그리고 각 터빈 로터 디스크(63)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에 후술할 터빈 블레이드(51)와 결합되는 터빈 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.

상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은, 후술할 터빈 블레이드(51)가 그 터빈 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(60)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 터빈 로터 디스크(63)와 후술할 터빈 블레이드(51)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합되는데, 본 실시예의 경우 액셜 타입으로 결합되도록 형성된다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 상기 터빈 로터 디스크(63)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다.

상기 토크 튜브(62)는 상기 터빈 로터 디스크(63)의 회전력을 상기 압축기 로터 디스크(61)로 전달하는 토크 전달 부재로서, 일단부가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(61) 중 공기의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(61)와 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 로터 디스크(63) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(63)와 체결된다.

상기 토크 튜브(62)는 일단부와 타단부에 돌기가 형성되고, 상기 압축기 로터 디스크(61)와 상기 터빈 로터 디스크(63) 각각에는 상기 돌기와 치합되는 홈이 형성되어, 상기 토크 튜브(62)가 상기 압축기 로터 디스크(61) 및 상기 터빈 로터 디스크(63)에 대해 상대 회전이 방지될 수 있다.

상기 토크 튜브(62)는 상기 압축기(20)로부터 공급되는 공기가 상기 토크 튜브(62)를 통과하여 상기 터빈(50)으로 유동 가능하도록 중공형의 실린더 형태로 형성된다.

그리고 상기 토크 튜브(62)는 장기간 지속적으로 운전되는 가스 터빈의 특성상 변형 및 뒤틀림 등에 강하게 형성되고, 용이한 유지 보수를 위해 조립 및 해체가 용이하게 형성될 수 있다.

상기 타이 로드(64)는 복수의 상기 압축기 로터 디스크(61)와, 상기 토크 튜브(62) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(63)를 관통하도록 형성되고, 일단부가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(61) 중 공기의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(61) 내에 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 로터 디스크(63) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(63)를 기준으로 상기 압축기(20)의 반대측으로 돌출되며 상기 고정 너트(65)와 체결될 수 있다.

여기서 상기 고정 너트(65)는 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(63)를 상기 압축기(20) 측으로 가압하기 위해 구비된다.

또한 상기 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(61)와 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(63) 사이 간격이 감소됨에 따라, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(61)와, 상기 토크 튜브(62) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(63)가 상기 로터(60)의 축 방향으로 압축될 수 있다.

따라서 복수의 상기 압축기 로터 디스크(61)와, 상기 토크 튜브(62) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(63)의 축 방향 이동 및 상대 회전이 방지될 수 있다.

한편, 본 실시예의 경우 하나의 상기 타이 로드(64)가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(61)와, 상기 토크 튜브(62) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(63)의 중심부를 관통하도록 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다.

즉 압축기(20) 측과 터빈(50) 측에 각각 별도의 타이 로드(64)가 구비될 수도 있고, 복수의 타이 로드(64)가 원주 방향을 따라 방사상으로 배치될 수도 있으며 이들의 혼용도 가능하다.

이러한 구성에 따른 상기 로터(60)는 양단부가 베어링(700)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 일단부가 상기 발전기의 구동축에 연결될 수 있다.

상기 압축기(20)는 상기 로터(60)와 함께 회전되는 압축기 블레이드(21) 및 상기 압축기 블레이드(21)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징(100)에 고정 설치되는 압축기 베인(22)을 포함할 수 있다.

상기 압축기 블레이드(21)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드(21)는 상기 로터(60)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되며, 복수의 상기 압축기 블레이드(21)는 각 단마다 상기 로터(60)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.

그리고 각 압축기 블레이드(21)는 판형의 압축기 블레이드 플랫폼부와, 상기 압축기 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(60)의 회전 반경 방향 상 구심 측으로 연장되는 압축기 블레이드 루트부 및 상기 압축기 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(60)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 연장되는 압축기 블레이드 에어 포일부를 포함할 수 있다.

상기 압축기 블레이드 플랫폼부는 이웃하는 압축기 블레이드 플랫폼부와 접하며 상기 압축기 블레이드 에어 포일부 사이 간격을 유지시키는 역할을 할 수 있다.

상기 압축기 블레이드 루트부는 전술한 바와 같이 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯에 상기 로터(60)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성될 수 있다.

그리고 상기 압축기 블레이드 루트부는 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다.

본 실시예의 경우 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 전나무 형태로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니고 도브 테일 형태 등으로 형성될 수도 있다. 또는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 압축기 블레이드(21)를 상기 압축기 로터 디스크(61)에 체결할 수 있다.

그리고 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯이 용이하게 체결 가능하도록, 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯이 상기 압축기 블레이드 루트부보다 크게 형성되고, 결합된 상태에서 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯 사이에 간극이 형성될 수 있다.

별도로 도시하지는 않았으나, 상기 압축기 블레이드 루트부와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 별도의 핀에 의해 고정되어 상기 압축기 블레이드 루트부가 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(60)의 축 방향으로 이탈되는 것이 방지될 수 있다.

상기 압축기 블레이드 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 공기의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 공기와 접촉되는 리딩 에지(leading edge) 및 공기의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 공기아 접촉되는 트레일링 에지(trailing edge)를 포함할 수 있다.

압축기 베인(22)은 복수로 형성되고 복수의 상기 압축기 베인(22)은 상기 로터(60)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서 상기 압축기 베인(22)과 상기 압축기 블레이드(21)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다.

그리고 복수의 상기 압축기 베인(22)은 각 단마다 상기 로터(60)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.

그리고 각 압축기 베인(22)은, 상기 로터(60)의 회전 방향을 따라 환형으로 형성되는 압축기 베인 플랫폼부 및 상기 압축기 베인 플랫폼부로부터 상기 로터(60)의 회전 반경 방향으로 연장되는 압축기 베인 에어 포일부를 포함할 수 있다.

상기 압축기 베인 플랫폼부는 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익근부에 형성되고 상기 압축기 하우징(42)에 체결되는 루트 측 압축기 베인 플랫폼부 및 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익단부에 형성되고 상기 로터(60)에 대향되는 팁 측 압축기 베인 플랫폼부를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 상기 압축기 베인 플랫폼부는 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익근부 뿐만 아니라 익단부를 지지함으로써 상기 압축기 베인 에어 포일부를 더욱 안정적으로 지지하기 위해 상기 루트 측 압축기 베인 플랫폼부 및 상기 팁 측 압축기 베인 플랫폼부를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

즉 압축기 베인 플랫폼부는 상기 루트 측 압축기 베인 플랫폼부를 포함하여 상기 압축기 베인 에어 포일부의 익근부만 지지하도록 형성될 수도 있다.

상기 압축기 베인 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 공기의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 공기와 접촉되는 리딩 에지 및 공기의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 공기와 접촉되는 트레일링 에지를 포함할 수 있다.

상기 연소기(40)는 상기 압축기(20)로부터 유입되는 공기를 연료와 혼합 및 연소시켜 높은 에너지의 고온 고압 연소 가스를 만들어 내며, 등압 연소 과정으로 그 연소기(40) 및 상기 터빈(50)이 견딜 수 있는 내열 한도까지 연소 가스 온도를 높이도록 형성될 수 있다.

상기 연소기(40)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 연소기(40)는 상기 연소기 하우징(44)에 상기 로터(60)의 회전 방향을 따라 배열될 수 있다.

그리고, 각 연소기(40)는 상기 압축기(20)에서 압축된 공기가 유입되는 라이너와, 상기 라이너에 유입되는 공기에 연료를 분사하고 연소시키는 버너 및 상기 버너에서 생성되는 연소 가스를 상기 터빈(50)으로 안내하는 트랜지션 피스를 포함할 수 있다.

상기 라이너는 연소실을 형성하는 화염통 및 상기 화염통을 감싸면서 환형 공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다.

상기 버너는 상기 연소실로 유입되는 공기에 연료를 분사하도록 상기 라이너의 전단 측에 형성되는 연료 분사 노즐 및 상기 연소실에서 혼합된 공기와 연료가 착화되도록 상기 라이너의 벽부에 형성되는 점화 플러그를 포함할 수 있다.

상기 트랜지션 피스는 연소 가스의 높은 온도에 의해 손상되지 않도록 상기 트랜지션 피스의 외벽부가 상기 압축기(20)로부터 공급되는 공기에 의해 냉각되도록 형성될 수 있다.

상기 트랜지션 피스에는 공기를 내부로 분사하기 위한 냉각 홀이 형성되고, 공기가 그 냉각 홀을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킬 수 있다.

상기 트랜지션 피스를 냉각시킨 공기는 상기 라이너의 환형 공간으로 유동되고, 상기 라이너의 외벽에는 상기 플로우 슬리브의 외부에서 공기가 상기 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀을 통해 냉각 공기로 제공되어 충돌할 수 있다.

별도로 도시하지는 않았으나 상기 압축기(20)와 상기 연소기(40) 사이에는 상기 연소기(40)로 유입되는 공기의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위해 안내깃 역할을 하는 디스월러(desworler)가 형성될 수 있다.

상기 터빈(50)은 상기 압축기(20)와 유사하게 형성될 수 있다.

즉, 상기 터빈(50)은, 상기 로터(60)와 함께 회전되는 터빈 블레이드(51) 및 상기 터빈 블레이드(51)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 상기 하우징(100)에 고정 설치되는 터빈 베인(52)을 포함할 수 있다.

상기 터빈 블레이드(51)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드(51)는 상기 로터(60)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드(51)는 각 단마다 상기 로터(60)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.

각 터빈 블레이드(51)는 판형의 터빈 블레이드 플랫폼부와 상기 터빈 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(60)의 회전 반경 방향 상 구심 측으로 연장되는 터빈 블레이드 루트부 및 상기 터빈 블레이드 플랫폼부로부터 상기 로터(60)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 연장되는 터빈 블레이드 에어 포일부를 포함할 수 있다.

상기 터빈 블레이드 플랫폼부는 이웃하는 터빈 블레이드 플랫폼부와 접하며 상기 터빈 블레이드 에어 포일부 사이 간격을 유지시키는 역할을 할 수 있다.

상기 터빈 블레이드 루트부는 전술한 바와 같이 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯에 상기 로터(60)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 터빈 블레이드 루트부는 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다.

본 실시예의 경우 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 전나무 형태로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니고 도브 테일 형태 등으로 형성될 수도 있다.

또는 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 터빈 블레이드(51)를 상기 터빈 로터 디스크(63)에 체결할 수 있다.

그리고 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯이 용이하게 체결 가능하도록, 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯이 상기 터빈 블레이드 루트부보다 크게 형성된다.

또한 결합된 상태에서 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯 사이에 간극이 형성될 수 있다.

그리고 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 터빈 블레이드 루트부와 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 별도의 핀에 의해 고정되어, 상기 터빈 블레이드 루트부가 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(60)의 축 방향으로 이탈되는 것이 방지될 수 있다.

상기 터빈 블레이드 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 연소 가스가 입사되는 리딩 에지 및 연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 연소 가스가 출사되는 트레일링 에지를 포함할 수 있다.

상기 터빈 베인(52)은 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 베인(52)은 상기 로터(60)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서 상기 터빈 베인(52)과 상기 터빈 블레이드(51)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다.

그리고 복수의 상기 터빈 베인(52)는 각 단마다 상기 로터(60)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.

각 터빈 베인(52)은 상기 로터(60)의 회전 방향을 따라 환형으로 형성되는 터빈 베인 플랫폼부 및 상기 터빈 베인 플랫폼부로부터 상기 로터(60)의 회전 반경 방향으로 연장되는 터빈 베인 에어 포일부를 포함할 수 있다.

상기 터빈 베인 플랫폼부는 상기 터빈 베인 에어 포일부의 익근부에 형성되고 상기 터빈 하우징(46)에 체결되는 루트 측 터빈 베인 플랫폼부 및 상기 터빈 베인 에어 포일부의 익단부에 형성되고 상기 로터(60)에 대향되는 팁 측 터빈 베인 플랫폼부를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 상기 터빈 베인 플랫폼부는 상기 터빈 베인 에어 포일부의 익근부 뿐만 아니라 익단부를 지지함으로써 상기 터빈 베인 에어 포일부를 더욱 안정적으로 지지하기 위해 상기 루트 측 터빈 베인 플랫폼부 및 상기 팁 측 터빈 베인 플랫폼부를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

즉 터빈 베인 플랫폼부는 상기 루트 측 터빈 베인 플랫폼부를 포함하여 상기 터빈 베인 에어 포일부의 익근부만 지지하도록 형성될 수도 있다.

상기 터빈 베인 에어 포일부는 가스 터빈 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 유동 방향 상 상류 측에 위치되어 연소 가스가 입사되는 리딩 에지 및 연소 가스의 유동 방향 상 하류 측에 위치되어 연소 가스가 출사되는 트레일링 에지를 포함할 수 있다.

상기 터빈(50)은 상기 압축기(20)와 달리 고온 고압의 연소 가스와 접촉하므로, 열화 등의 손상을 방지하기 위한 냉각 수단을 필요로 한다.

본 실시예에 따른 가스 터빈은, 상기 압축기(20)의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 상기 터빈(50)으로 공급하는 냉각 유로를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각 유로는 상기 하우징(100)의 외부에서 연장되거나(외부 유로), 상기 로터(60)의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 외부 유로 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다.

상기 냉각 유로는 상기 터빈 블레이드(51)의 내부에 형성되는 터빈 블레이드 쿨링 유로와 연통되어, 상기 터빈 블레이드(51)가 냉각 공기에 의해 냉각될 수 있다.

상기 터빈 블레이드 쿨링 유로는 상기 터빈 블레이드(51)의 표면에 형성되는 터빈 블레이드 필름 쿨링 홀과 연통되어, 냉각 공기가 상기 터빈 블레이드(51)의 표면에 공급됨으로써, 상기 터빈 블레이드(51)가 냉각 공기에 의해 소위 막 냉각될 수 있다.

이외에도, 상기 터빈 베인(52) 역시 상기 터빈 블레이드(51)와 유사하게 상기 냉각 유로로부터 냉각 공기를 공급받아 냉각될 수 있도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 터빈(50)은 상기 터빈 블레이드(51)가 원활히 회전 가능하도록 상기 터빈 블레이드(51)의 익단과 상기 터빈 하우징(46)의 내주면 사이에 간극을 필요로 한다.

다만 상기 간극은 넓을수록 상기 터빈 블레이드(51)와 상기 터빈 하우징(46) 사이 간섭 방지 측면에서 유리하지만 연소 가스 누설 측면에서 불리하고, 좁을수록 그 반대가 된다.

즉 상기 연소기(40)로부터 분사되는 연소 가스의 유동은 상기 터빈 블레이드(51)를 관류하는 주 유동 및 상기 터빈 블레이드(51)와 상기 터빈 하우징(46) 사이 간극을 통과하는 누설 유동으로 구분될 수 있는데, 상기 간극이 넓을수록, 상기 누설 유동이 증가되어 가스 터빈 효율이 저하되나, 열 변형 등에 의한 상기 터빈 블레이드(51)와 상기 터빈 하우징(46) 사이 간섭 및 그에 따른 손상이 방지될 수 있다.

반면 상기 간극이 좁을수록 상기 누설 유동이 감소되어 가스 터빈 효율이 향상되나, 열 변형 등에 의한 상기 터빈 블레이드(51)와 상기 터빈 하우징(46) 사이 간섭 및 이에 따른 손상이 발생될 수 있다.

본 실시예에 따른 가스 터빈은, 상기 터빈 블레이드(51)와 상기 터빈 하우징(46) 사이 간섭 및 이에 따른 손상을 방지하면서 가스 터빈 효율 저하를 최소화할 수 있는 적정한 간극을 확보하도록, 실링 수단을 더 포함할 수 있다.

상기 실링 수단은 상기 터빈 블레이드(51)의 익단에 위치하는 슈라우드, 상기 슈라우드로부터 상기 로터(60)의 회전 반경 방향 상 원심 측으로 돌출되는 래버린스 실 및 상기 터빈 하우징(46)의 내주면에 설치되는 허니콤 실을 포함할 수 있다.

이러한 구성에 따른 상기 실링 수단은, 상기 래버린스 실과 상기 허니콤 실 사이에 적정의 간극이 형성됨으로써, 연소 가스 누설에 의한 가스 터빈 효율 저하를 최소화하면서, 고속으로 회전되는 상기 슈라우드와 고정되어 있는 상기 허니콤 실 사이의 직접적인 접촉 및 이에 따른 손상을 방지할 수 있다.

상기 터빈(50)은 상기 터빈 베인(52)과 상기 로터(60) 사이에서의 누설을 차단하기 위한 실링 수단을 더 포함할 수 있고, 이에는 상술한 상기 래버린스 실 외에 브러시 실 등이 활용될 수 있다.

이러한 구성에 따른 가스 터빈은 상기 하우징(100)으로 유입되는 공기가 상기 압축기(20)에 의해 압축되고, 상기 압축기(20)에 의해 압축된 공기가 상기 연소기(40)에 의해 연료와 혼합된 뒤 연소되어 연소 가스가 되고, 상기 연소기(40)에서 생성된 연소 가스가 상기 터빈(50)으로 유입되된다.

상기 터빈(50)으로 유입된 연소 가스가 상기 터빈 블레이드(51)를 통해 상기 로터(60)를 회전시킨 후 상기 디퓨저를 통해 대기로 배출되며, 연소 가스에 의해 회전되는 상기 로터(60)가 상기 압축기(20) 및 상기 발전기를 구동할 수 있다.

즉 상기 터빈(50)에서 얻은 기계적 에너지 중 일부는 상기 압축기(20)에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되고, 나머지는 상기 발전기로 전력을 생산하는데 이용될 수 있다.

한편, 상기 로터(60)를 회전 가능하게 지지하는 상기 베어링(700)은 지지체(800)에 의해 지지되는데, 상기 지지체(800)는 그 지지체(800)의 부위별로 열팽창이 상이하더라도 그 지지체(800)가 손상되지 않도록 형성될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈에 구비된 스트럿에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 참고로 첨부된 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스트럿의 정면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스트럿 밍 가이드 베인과 종래의 스트럿의 배치 상태 및 연소가스의 이동 상태를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가이드 베인의 평면도이다.

첨부된 도 1 또는 도 5를 참조하면, 제1 실시 예에 의한 가스 터빈은 환 형태로 이루어진 아웃터 케이싱(110)과, 상기 아웃터 케이싱의 내측에 위치된 인너 케이싱(120과, 상기 아웃터 케이싱(110)의 내측에 일단이 고정되고 타단이 상기 인너 케이싱(120)의 외측에 고정된 복수개의 스트럿(130) 및 상기 복수개의 스트럿(130) 사이에 위치된 가이드 베인(200)을 포함한다.

상기 아웃터 케이싱(110)은 소정의 두께와 길이로 이루어진 원통 형태로 구성되고, 상기 인너 케이싱(120)은 상기 아웃터 케이싱(110)의 내측에서 동심원을 이루며 소정의 두께와 길이로 구성된다.

상기 스트럿(130)은 도면에 도시된 바와 같이 에어 포일 형상으로 구성되고, 상기 아웃터 케이싱(110)과 상기 인너 케이싱(120) 사이에 양단이 고정된다.

본 실시 예에 의한 가이드 베인(200)은 상기 스트럿(130)을 따라 이동하는 연소가스의 박리(separation)가 발생되는 위치에 배치하여 상기 연소가스의 안정적인 이동과 박리로 인한 압력 손실 및 이동 안정성을 동시에 도모하기 위해 구비된다.

상기 가이드 베인(200)은 복수개의 스트럿(130) 사이에 위치되므로 상기 스트럿(130)의 위치에 상관 없이 연소가스의 안정적인 이동을 가이드 할 수 있다.

따라서 연소가스는 상기 스트럿(130)을 경유할 때 발생되었던 박리 현상이 최소화 되고 특정 위치에서 유동이 정체되는 현상이 발생되지 않는다.

가이드 베인(200)은 싱기 인너 케이싱(120)의 중앙을 기준으로 좌우대칭으로 배치된다. 상기 가이드 베인(200)은 대칭 형태로 배치되어야 스트럿(130)의 위치에 상관 없이 연소가스의 박리 현상을 최소화 할 수 있다. 따라서 연소가스의 이동 경로가 변화되지 않는 경우 상기 연소가스의 안정적인 이동을 도모할 수 있다.

상기 가이드 베인(200)은 인너 케이싱(120)의 원주 방향에서 서로 이격된 복수개의 스트럿(130) 사이의 원주 방향 이격 거리(L1)를 기준으로 L1/2위치에 위치된다.

연소가스는 스트럿(130)을 경유하여 이동될 때 상기 스트럿(130)의 흡입면(132)의 상측에서 박리가 발생되고, 상기 위치에 가이드 베인(200)을 위치시켜 스트럿(130)에서 발생되는 박리 현상을 안정화 시킬 수 있다.

본 실시 예는 일 예로 상기 가이드 베인(200)이 복수개의 스트럿(130) 사이의 원주 방향 이격 거리(L1)를 기준으로 L1/2위치에 위치되므로 스트럿(130)에서 박리가 발생되기 이전에 상기 가이드 베인(200)에 의해 연소가스의 안정적인 이동 흐름을 유도할 수 있다.

상기 가이드 베인(200)은 상기 스트럿(130)의 축 방향 길이(L2)를 기준으로 2*L2/3 위치에 위치된다.

상기 위치는 스트럿(130)을 경유하는 연소가스의 박리 발생 지점에 해당되며 상기 위치에 가이드 베인(200)이 위치됨으로써 상기 스트럿(130)에서의 박리 발생을 최소화 하고 상기 연소가스의 이동 흐름을 안정화 시킬 수 있다.

상기 가이드 베인(200)은 상기 아웃터 케이싱(110)과 근접되게 위치되며, 이 경우 연소가스가 스트럿(130)을 경유하여 이동할 때 박리 발생을 최소화 하고 안정화된 유동 흐름을 가이드 할 수 있다.

본 실시 예에 의한 가이드 베인(200)은 에어 포일 형태로 구성되며, 일 예로 상기 연소 가스가 유입되는 상기 스트럿(130)의 선단부를 바라보는 리딩 엣지(201)와, 상기 리딩 엣지(201)에서 상기 스트럿(130)의 후단부를 향해 각각 연장된 흡입면(202)과 압력면(203) 및 상기 연장된 흡입면(202)과 압력면(203)의 단부에 형성된 트레일링 엣지(204)를 포함한다.

상기 가이드 베인(200)은 스트럿(130)과 수평하게 배치되기 보다는 상기 스트럿(130)의 선단부를 바라보며 리딩 엣지(201)가 상기 트레일링 엣지(204)보다 하향 경사지게 배치된다.

가이드 베인(200)이 이와 같이 배치되는 이유는 스트럿(130)을 향해 이동하는 연소가스가 상기 스트럿(130)에 대해 수평하게 이동하지 않고 도면 기준으로 좌측에서 우측을 향해 상향 경사지게 이동되기 때문이다.

이 경우 연소가스는 스트럿(130)은 전체길이 중 중간 위치를 통과하기 이전에 박리가 발생되므로 상기 위치에 가이드 베인(200)을 위치시키되, 상기 가이드 베인(200)을 저술한 바와 같이 경사지게 위치시켜 연소가스의 안정적인 이동과 스트럿(130)에서의 박리 발생을 최소화 한다.

상기 가이드 베인(200)은 상기 리딩 엣지(201)에서 상기 트레일링 엣지(204)를 연결하는 가상의 연장선을 기준으로 상기 압력면(203)과 상기 흡입면(202)이 비대칭인 것을 특징으로 한다.

가이드 베인(200)은 상기 리딩 엣지(201)에서 상기 트레일링 엣지(204)를 연결하는 가상의 연장선을 기준으로 상기 압력면(203)과 상기 흡입면(202)이 대칭으로 구성된다.

흡입면(202)과 압력면(203)은 본 실시 예와 같이 대칭일 경우 연소가스의 이동 흐름과 박리 발생에 따라 최적의 형태가 결정된다.

본 실시 예에 의한 가이드 베인(200)은 상기 트레일링 엣지(204)가 상기 스트럿(130)의 후단부 이내에 위치된다. 트레일링 엣지(204)는 스트럿(130)의 위치를 초과하여 위치될 경우 조립을 위한 이동 과정에서 변형되거나, 현장에서 작업자가 조립시 이웃한 구성품과 접촉에 의해 변형이 발생되거나 파손의 우려가 발생될 수 있어 전술한 위치에 위치된다.

상기 가이드 베인(200)은 최대 두께가 상기 스트럿(130) 두께(T)의 T/4 이내의 두께로 이루어진다.

상기 가이드 베인(200)은 연소가스의 이동 방향을 점선의 화살표 방향으로 안내하는 역할을 하므로 불필요하게 두께가 두껍게 구성되지 않아도 박리 현상을 최소화 할 수 있다.

전술한 가이드 베인(200)의 두께는 스트럿(130) 두께(T) 중 가장 두꺼운 위치에 해당하는 두께에 해당된다.

본 실시 예는 스트럿(130)에 가이드 베인(200)이 구비된 지지체를 제공하며 가스터빈 또는 스팀터빈 또는 다른 구성품에 적용하여 사용될 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 가스 터빈에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 6 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 가스터빈은 환 형태로 이루어진 아웃터 케이싱(110)과, 상기 아웃터 케이싱의 내측에 위치된 인너 케이싱(120)과, 상기 아웃터 케이싱(110)의 내측에 일단이 고정되고 타단이 상기 인너 케이싱(120)의 외측에 고정된 복수개의 스트럿(130)과, 상기 복수개의 스트럿(130) 사이에 위치되고 상기 복수개의 스트럿(130)을 향해 이동하는 연소 가스의 이동 방향을 가이드 하는 가이드 베인(200) 및 상기 가이드 베인(200)의 전단에 위치된 보조 가이드 베인(300)을 포함한다.

본 실시 예는 전술한 제1 실시 예에서 이미 설명된 가이드 베인(300)과 보조 가이드 베인(300)을 포함한다.

상기 보조 가이드 베인(300)은 인너 케이싱(120)의 원주 방향에서 서로 이격된 복수개의 스트럿(130) 사이의 원주 방향 이격 거리(L1)를 기준으로 L1/5위치에 위치된다.

상기 위치는 가이드 베인(130)과 근접된 위치로 박리가 최초 발생되는 위치와 근접되며, 상기 위치에 보조 가이드 베인(300)이 위치됨으로써 박리로 인한 연소가스의 유동 변화를 최소화 할 수 있다.

본 실시 예에 의한 보조 가이드 베인(300)은 상기 스트럿(130)의 축 방향 길이(L2)를 기준으로 L2/2 이내의 위치에 위치된다.

상기 위치는 스트럿(130)의 축 방향 길이(L2)의 50%이내에 해당되는 위치로 연소가스의 난류 발생이 최초 시작되는 위치에 상기 보조 가이드 베인(300)을 위치시켜 박리 발생을 억제할 수 있다.

따라서 스트럿(130)에서는 연소가스의 이동 흐름이 안정화되고 점선으로 도시된 바와 같은 이동 흐름이 유발된다.

본 실시 예에 의한 보조 가이드 베인(300)은 일 예로 상기 스트럿(130) 사이에 위치된 상기 가이드 베인(200)의 전단 하측에 위치되고, 상기 가이드 베인(200)의 압력면(203)과 마주보는 스트럿과 마주보며 근접되게 위치된다.

상기 위치는 가장 이상적인 배치 위치로 전술한 연소가스의 최초 박리 발생 위치 및 상기 가이드 베인(200)으로 이동되는 연소가스의 이동 방향을 점선의 위치로 가이드 할 수 있어 상기 연소가스의 안정적인 이동을 도모한다.

상기 보조 가이드 베인(300)은 상기 스트럿(130) 사이에 위치된 상기 가이드 베인(200) 사이에 위치된다. 보조 가이드 베인(300)은 연소가스의 이동 흐름을 사전에 측정하고, 최적의 위치에 위치되는 것이 가장 바람직 하므로 상기 연소가스의 이동 경로를 사전 분석한 데이터에 근거하여 도면에 도시된 위치에 위치된다.

이 경우 연소가스는 박리 발생의 시작점과 이동에 따른 운동 에너지가 약해지는 위치에서 상기 보조 가이드 베인(300)에 의해 점선의 위치로 이동 방향이 가이드 되므로 안정적으로 스트럿(130)을 경유하여 이동된다.

본 실시 예에 의한 보조 가이드 베인(300)은 상기 가이드 베인(200) 보다 작은 크기로 이루어진다.

보조 가이드 베인(300)은 가이드 베인(200)으로 이동되는 연소가스의 이동 방향을 가이드 하기 위해 구비되므로 상기 가이드 베인(200)보다 크기가 작게 이루어지는 것이 연소가스의 이동 안정성 측면에서 유리해지므로 위와 같이 구성된다.

첨부된 도 7을 참조하면, 본 실시 예에 의한 상기 가이드 베인(200)은 상기 인너 케이싱(120)의 외측으로 제1 높이(H1)로 돌출되고, 상기 보조 가이드 베인(300)은 상기 인너 케이싱(120)의 외측으로 제2 높이(H2)로 돌출되며, 상기 제2 높이(H2)는 상기 제1 높이(H1) 보다 낮게 돌출된다.

상기 보조 가이드 베인(300)이 위와 같이 돌출되면 상기 가이드 베인(200)으로 이동하는 연소가스의 이동 방향을 안정적으로 가이드 할 수 있다.

또한 상기 연소가스가 상기 보조 가이드 베인(300)을 경유하여 가이드 베인(200)으로 이동하는 도중 높이차로 인한 박리가 발생되지 않아 불필요한 압력 손실도 최소화 된다.

상기 보조 가이드 베인(300)의 최대 두께는 상기 가이드 베인(200)의 최대 두께 보다 얇은 두께로 이루어진다. 이와 같이 구성되는 이유는 상기 연소가스의 이동 방향을 보조 가이드 베인(300)으로 가이드 하기 이전에 유동방향을 의도된 위치로 변화시켜 가이드 베인(200)의 표면을 따른 이동 흐름을 유발하기 위해서이다.

따라서 연소가스는 박리 발생이 최소화 되고 이동에 따른 압력 손실이 최소화되어 스트럿(130)을 통과하게 된다.

본 발명의 제3 실시 예에 의한 가스 터빈에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 8을 참조하면, 본 실시 예에 의한 가스터빈은 환 형태로 이루어진 아웃터 케이싱(110)과, 상기 아웃터 케이싱의 내측에 위치된 인너 케이싱(120)과, 상기 아웃터 케이싱(110)의 내측에 일단이 고정되고 타단이 상기 인너 케이싱(120)의 외측에 고정된 복수개의 스트럿(130)과, 상기 복수개의 스트럿(130) 사이에 위치되고 상기 복수개의 스트럿(130)을 향해 이동하는 연소 가스의 이동 방향을 가이드 하는 가이드 베인(200)과, 상기 가이드 베인(200)의 전단에 위치된 제1 보조 가이드 베인(400) 및 상기 가이드 베인(200)의 후단에 위치된 제2 보조 가이드 베인(500)을 포함한다.

상기 가이드 베인(200)은 상기 아웃터 케이싱(110)과 근접되게 위치되며, 이 경우 연소가스가 스트럿(130)을 경유하여 이동할 ? 박리 발생을 최소화 하고 안정화된 유동 흐름을 가이드 할 수 있다.

본 실시 예는 전술한 가이드 베인(200)을 기준으로 전방에는 제1 보조 가이드 베인(400)이 위치되고, 후방에는 제2 보조 가이드 베인(500)이 위치된다.

상기 제1 보조 가이드 베인(400)은 연소가스의 이동에 따라 최초 박리가 발생되는 위치에 위치되므로 상기 가이드 베인(200)을 향하는 연소가스의 안정적인 이동과 압력손실을 최소화 시켜 안정적인 이동을 도모한다.

제2 보조 가이드 베인(500)은 가이드 베인(200)을 경유한 연소가스의 에너지 손실이 최소화 되도록 이동 흐름을 점선의 위치로 유도하여 스트럿(130)의 트레일링 엣지 부근에서 발생되는 박리 현상을 최소화 하고 압력 손실을 최소화 하여 안정적인 이동 흐름을 가이드 한다.

따라서 연소가스는 스트럿(130)을 경유한 후에도 안정적인 이동 흐름이 유지되므로 가스터빈의 작동 안전성과 효율 증대를 도모할 수 있다.

상기 제2 보조 가이드 베인(500)은 상기 제1 보조 가이드 베인(400) 보다 작은 크기로 이루어진다. 제2 보조 가이드 베인(500)은 가이드 베인(200)을 경유한 연소가스의 주된 이동 흐름을 가이드 하기 보다는 이동 에너지가 추가적으로 손실되지 않고 의도된 이동 흐름이 유발되도록 가이드 하는 것이 목적이므로 위와 같이 구성된다.

이 경우 불필요한 무게를 감소시키고 연소가스의 이동 흐름은 의도된 흐름을 유지할 수 있어 박리 감소로 인한 유동 안정성을 향상시킬 수 있다.

상기 제2 보조 가이드 베인(500)은 상기 가이드 베인(200)의 후단 하측에 위치된다. 제2 보조 가이드 베인(500)은 위치를 전술한 위치에 위치시켜 연소가스의 이동 흐름을 이격된 스트럿(130) 사이를 경유하여 이동되게 하므로써 압력 손실 및 박리 발생을 최소화 할 수 있다.

110 : 아웃터 케이싱
120 : 인너 케이싱
130 : 스트럿
200 : 가이드 베인
300 : 보조 가이드 베인
400 : 제1 보조 가이드 베인
500 : 제2 보조 가이드 베인

Claims

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환 형태로 이루어진 아웃터 케이싱(110);
상기 아웃터 케이싱의 내측에 위치된 인너 케이싱(120);
상기 아웃터 케이싱(110)의 내측에 일단이 고정되고 타단이 상기 인너 케이싱(120)의 외측에 고정된 복수개의 스트럿(130);
상기 복수개의 스트럿(130) 사이에 위치되고 상기 복수개의 스트럿(130)을 향해 이동하는 연소 가스의 이동 방향을 가이드 하는 가이드 베인(200); 및
상기 가이드 베인(200)의 전단에 위치된 보조 가이드 베인(300)을 포함하고,
상기 가이드 베인(200)은 연소 가스가 유입되는 상기 스트럿(130)의 선단부를 바라보는 리딩 엣지(201)와, 스트럿(130)의 후단부를 바라보는 트레일링 엣지(204)를 포함하며,
상기 가이드 베인(200)은 상기 스트럿(130)의 선단부를 바라보며 리딩 엣지(201)가 상기 트레일링 엣지(204)보다 하향 경사지게 배치되고,
상기 보조 가이드 베인(300)은 상기 스트럿(130) 사이에 위치된 상기 가이드 베인(200)의 전단 하측에 위치되고, 상기 가이드 베인(200)의 압력면(203)과 대각선 방향에서 마주보며 상기 스트럿(130)과 근접된 위치에 배치되며,
상기 가이드 베인(200)은 상기 인너 케이싱(120)의 외측으로 제1 높이(H1)로 돌출되고, 상기 보조 가이드 베인(300)은 상기 인너 케이싱(120)의 외측으로 제2 높이(H2)로 돌출되며, 상기 제2 높이(H2)는 상기 제1 높이(H1) 보다 낮게 돌출된 가스 터빈.
제11 항에 있어서,
상기 가이드 베인(200)은 인너 케이싱(120)의 원주 방향에서 서로 이격된 복수개의 스트럿(130) 사이의 원주 방향 이격 거리(L1)를 기준으로 L1/2위치에 위치되고,
상기 보조 가이드 베인(300)은 인너 케이싱(120)의 원주 방향에서 서로 이격된 복수개의 스트럿(130) 사이의 원주 방향 이격 거리(L1)를 기준으로 L1/5위치에 위치된 가스 터빈.
제11 항에 있어서,
상기 가이드 베인(200)은 상기 스트럿(130)의 축 방향 길이(L2)를 기준으로 2*L2/3 위치에 위치되고,
상기 보조 가이드 베인(300)은 상기 스트럿(130)의 축 방향 길이(L2)를 기준으로 L2/2 이내의 위치에 위치된 가스 터빈.
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제11 항에 있어서,
상기 보조 가이드 베인(300)은 상기 가이드 베인(200) 보다 작은 크기로 이루어진 가스 터빈.
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제11항에 있어서,
상기 보조 가이드 베인의 최대 두께는 상기 가이드 베인(200)의 최대 두께 보다 얇은 두께로 이루어진 가스 터빈.
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