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KR102025148B1 - Gas turbine including pre-swirl system - Google Patents

Gas turbine including pre-swirl system Download PDF

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Publication number
KR102025148B1
KR102025148B1 KR1020170166370A KR20170166370A KR102025148B1 KR 102025148 B1 KR102025148 B1 KR 102025148B1 KR 1020170166370 A KR1020170166370 A KR 1020170166370A KR 20170166370 A KR20170166370 A KR 20170166370A KR 102025148 B1 KR102025148 B1 KR 102025148B1
Authority
KR
South Korea
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air
swirl
unit
turbine
compressor
Prior art date
Application number
KR1020170166370A
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Korean (ko)
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KR20190066694A (en
Inventor
김동화
Original Assignee
두산중공업 주식회사
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Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명은 프리 스월(pre-swirl) 시스템으로 공기를 유입시키는 공기 유입 덕트가 복수의 부분 덕트로 이루어지는 가스터빈에 있어서 유동 교란이 발생하지 않도록 하는 프리 스월 시스템을 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 케이싱과, 상기 케이싱 내에 배치되며, 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기와, 상기 압축기에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 연소기와, 상기 연소기에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 복수의 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈과, 상기 터빈 블레이드의 하단부로 유입되는 냉각 공기를 스월하기 위한 프리 스월 시스템 및 상기 압축기에서 배출되는 냉각 공기를 상기 프리 스월 시스템으로 공급하기 위한 공기 유입 덕트를 포함하며, 상기 공기 유입 덕트는 복수의 부분 덕트로 이루어지고, 상기 공기 유입 덕트를 통해 냉각 공기가 유입되는 위치 또는 면적에 대응하여 상기 프리 스월 시스템에서 냉각 공기가 유동되는 공기 유동부의 위치 또는 면적이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈을 제공한다. The present invention relates to a gas turbine including a free swirl system for preventing flow disturbance in a gas turbine in which an air inlet duct for introducing air to a pre-swirl system includes a plurality of partial ducts. And a compressor disposed in the casing, the compressor for sucking air and compressing the air at high pressure, a combustor for mixing the compressed air by the compressor with fuel, and a high-temperature, high-pressure combustion gas discharged from the combustor. A turbine for generating power by rotating a plurality of turbine blades, a free swirl system for swirling cooling air flowing into a lower end of the turbine blade, and a supply of cooling air discharged from the compressor to the free swirl system. An air inlet duct, the air inlet ducts having a plurality of The gas turbine is formed of a partial duct, characterized in that the position or area of the air flow in which the cooling air flows in the free swirl system corresponding to the position or area where the cooling air flows through the air inlet duct is provided. do.

Description

프리 스월 시스템을 포함하는 가스 터빈{GAS TURBINE INCLUDING PRE-SWIRL SYSTEM}Gas turbine with free swirl system {GAS TURBINE INCLUDING PRE-SWIRL SYSTEM}

본 발명은 프리 스월 시스템을 포함하는 가스 터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프리 스월(pre-swirl) 시스템으로 공기를 유입시키는 공기 유입 덕트가 복수의 부분 덕트로 이루어지는 가스터빈에 있어서 유동 교란이 발생하지 않도록 하는 프리 스월 시스템을 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine comprising a free swirl system, and more particularly to a flow turbine in a gas turbine in which an air inlet duct for introducing air into a pre-swirl system is composed of a plurality of partial ducts. The invention relates to a gas turbine comprising a free swirl system.

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 고속회전시키는 터보형의 기계를 터빈이라고 한다. In general, a turbine is a machine that converts the energy of a fluid such as water, gas, steam, etc. into mechanical work, usually by planting several feathers or vanes on the circumference of a rotating body and exhaling steam or gas thereon to produce high-speed impulse or reaction force. A turbo-type machine that rotates is called a turbine.

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. Such turbine types include a hydro turbine using energy of high water, a steam turbine using energy of steam, an air turbine using energy of high pressure compressed air, and a gas using energy of high temperature and high pressure gas. Turbine and the like.

일반적으로 가스 터빈은 압축기에서 고압으로 압축된 공기에 연료를 혼합시킨 후 연소시켜 생성되는 고온, 고압의 연소 가스를 터빈에 분사시켜 회전시킴으로써 열에너지를 역학적 에너지로 변환하는 내연기관의 일종이다. In general, a gas turbine is a type of internal combustion engine that converts thermal energy into mechanical energy by injecting and rotating a high temperature and high pressure combustion gas generated by mixing fuel with air compressed at high pressure in a compressor and rotating it.

이러한 가스 터빈은 4 행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복 운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.Since the gas turbine does not have a reciprocating mechanism such as a piston of a four-stroke engine, there is no mutual friction portion such as a piston-cylinder, so the consumption of lubricating oil is extremely low, and the amplitude characteristic of the reciprocating machine is greatly reduced. There is an advantage.

이러한 터빈을 구성하기 위해서 외주면에 복수의 터빈 블레이드가 배열되는 복수의 터빈 로터 디스크를 다단으로 구성하여 상기 고온, 고압의 연소 가스가 터빈 블레이드를 통과시키도록 하는 구성이 널리 사용되고 있다.In order to form such a turbine, the structure which makes the said high-temperature, high-pressure combustion gas pass through a turbine blade by constructing several turbine rotor disk in which several turbine blades are arrange | positioned on the outer peripheral surface in multiple stages is used widely.

그러나 최근 가스 터빈의 대형화 및 고효율화 추세에 따라 연소기 출구 온도가 점차 높아짐에 따라 고온의 연소 가스에 견딜 수 있도록 상기 터빈 블레이드에 대한 냉각 장치가 공통적으로 채용되고 있다. However, with the recent trend toward larger and more efficient gas turbines, cooling devices for the turbine blades are commonly employed to withstand high temperature combustion gases as the combustor outlet temperature gradually increases.

이를 위해, 상기 터빈 블레이드로 냉각공기가 공급되는 냉각 유로 상에는 프리 스월(pre-swirl) 시스템이 구비되며, 상기 프리 스월 시스템은 소용돌이를 유도하여 상기 터빈 블레이드로 공급되는 공기의 유동 특성을 개선시킴에 따라 공기의 효율적인 전달이 가능하도록 하고, 압력 손실의 감소가 가능하여 유동의 효율을 증가시킬 수 있도록 한다. To this end, a pre-swirl system is provided on a cooling passage in which cooling air is supplied to the turbine blades, and the free swirl system induces a vortex to improve flow characteristics of air supplied to the turbine blades. Therefore, efficient air can be delivered and pressure loss can be reduced to increase the efficiency of the flow.

이때, 상기 프리 스월 시스템으로 공기를 유입시키는 유입 덕트는 하나의 원형 덕트(full annular duct)로 이루어질 수도 있으나, 복수의 부분 덕트(partial duct)로 이루어질 수도 있다. In this case, the inlet duct for introducing air into the free swirl system may be made of one full duct, but may be made of a plurality of partial ducts.

하지만, 종래에는 상기 복수의 부분 덕트에 의해 상기 프리 스월 시스템으로 공기가 유입되는 위치 및 면적에 상관없이 프리 스월 시스템이 등간격의 균일한 유동면적을 갖도록 형성되어 유동 교란이 발생한다는 문제점이 있었다. However, in the related art, the free swirl system is formed to have a uniform flow area at equal intervals regardless of the location and area where air is introduced into the free swirl system by the plurality of partial ducts, thereby causing a flow disturbance.

특히, 종래의 프리 스월 시스템에서 상기 복수의 부분 덕트가 연결되는 플랜지(flange)와 마주보는 위치에서는 유동이 막혀 가스터빈의 효율이 낮아진다는 문제점이 있다. In particular, the conventional free swirl system has a problem that the efficiency of the gas turbine is lowered because the flow is blocked at the position facing the flange to which the plurality of partial ducts are connected.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 프리 스월(pre-swirl) 시스템으로 공기를 유입시키는 공기 유입 덕트가 복수의 부분 덕트로 이루어지는 가스터빈에 있어서 유동 교란이 발생하지 않도록 하는 프리 스월 시스템을 포함하는 가스 터빈을 제공하는 것에 목적이 있다. The present invention is to solve the above problems, the pre-swirl system to prevent the flow disturbance in the gas turbine consisting of a plurality of ducts of the air inlet duct for introducing air to the pre-swirl system An object is to provide a gas turbine comprising a.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 케이싱과, 상기 케이싱 내에 배치되며, 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기와, 상기 압축기에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 연소기와, 상기 연소기에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 복수의 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈과, 상기 터빈 블레이드의 하단부로 유입되는 냉각 공기를 스월하기 위한 프리 스월 시스템 및 상기 압축기에서 배출되는 냉각 공기를 상기 프리 스월 시스템으로 공급하기 위한 공기 유입 덕트를 포함하며, 상기 공기 유입 덕트는 복수의 부분 덕트로 이루어지고, 상기 공기 유입 덕트를 통해 냉각 공기가 유입되는 위치 또는 면적에 대응하여 상기 프리 스월 시스템에서 냉각 공기가 유동되는 공기 유동부의 위치 또는 면적이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈을 제공한다. The present invention for solving the above problems is, a casing, a compressor disposed in the casing, a compressor for sucking air and compressing it to a high pressure, a combustor for mixing and combusting the air compressed by the compressor with fuel, A turbine for generating electric power by rotating a plurality of turbine blades by using high-temperature and high-pressure combustion gas discharged from the combustor, a free swirl system for swirling cooling air flowing into a lower end of the turbine blade, and discharge from the compressor And an air inlet duct for supplying cooling air to the free swirl system, wherein the air inlet duct is formed of a plurality of partial ducts, and corresponds to a position or an area in which cooling air is introduced through the air inlet duct. The position of the air flow section where the cooling air flows in the free swirl system or It provides a gas turbine characterized in that the area is formed.

또한, 상기 압축기에서 배출되는 냉각 공기가 저장되는 냉각 공기 챔버(chamber)를 더 포함하며, 상기 공기 유입 덕트는 상기 냉각 공기 챔버와 상기 프리 스월 시스템을 연결할 수 있다. The apparatus may further include a cooling air chamber in which cooling air discharged from the compressor is stored, and the air inlet duct may connect the cooling air chamber and the free swirl system.

또한, 상기 압축기로부터 상기 냉각 공기 챔버로 냉각 공기를 추기하는 라인 상에 설치되는 쿨러(cooler)를 더 포함할 수 있다. The apparatus may further include a cooler installed on a line for extracting cooling air from the compressor to the cooling air chamber.

상기 복수의 부분 덕트 각각에는, 상기 냉각 공기 챔버로부터 공기가 유입되기 위한 공기 유입 통로가 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. In each of the plurality of partial ducts, at least one air inlet for introducing air from the cooling air chamber may be formed.

상기 복수의 부분 덕트 각각의 양측에는 플랜지(flange)가 형성되며, 상기 플랜지를 결합함에 따라 인접하는 부분 덕트가 서로 결합될 수 있다. Flanges are formed on both sides of each of the plurality of partial ducts, and adjacent partial ducts may be coupled to each other by coupling the flanges.

상기 프리 스월 시스템은, 상기 냉각 공기를 스월하기 위한 복수의 스월 단위체를 포함하며, 상기 각 스월 단위체는, 에어포일부와, 상기 에어포일부의 일측에 형성되는 제1 결합부 및 상기 에어포일부의 타측에 형성되는 제2 결합부를 포함할 수 있다. The free swirl system includes a plurality of swirl units for swirling the cooling air, wherein each swirl unit includes an air foil part, a first coupling part formed on one side of the air foil part, and the air foil part. It may include a second coupling portion formed on the other side of the.

상기 각 스월 단위체의 제1 결합부 및 제2 결합부는 상기 공기 유입 덕트를 통해 냉각 공기가 유입되는 위치 또는 면적에 따라 서로 다르게 형성될 수 있다. The first coupling portion and the second coupling portion of each swirl unit may be formed differently according to the position or area where the cooling air is introduced through the air inlet duct.

상기 프리 스월 시스템은, 인접하는 상기 복수의 스월 단위체 사이마다 배치되어 상기 복수의 스월 단위체를 원형으로 연결하는 복수의 연결부를 더 포함하며, 상기 복수의 연결부 각각은, 상기 복수의 스월 단위체의 원주방향을 따라 신축 가능하다. The free swirl system may further include a plurality of connecting parts arranged between the adjacent plurality of swirl units to connect the plurality of swirl units in a circular shape, wherein each of the plurality of connecting parts is in a circumferential direction of the plurality of swirl units. It can be stretched along.

상기 복수의 연결부 각각은, 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부를 연결하는 제1 연결부 및 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제2 결합부를 연결하는 제2 연결부를 포함할 수 있다. Each of the plurality of connection parts may include a first connection part connecting each first coupling part of the adjacent swirl unit and a second connection part connecting each second coupling part of the adjacent swirl unit.

상기 제1 연결부 및 제2 연결부는, 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부 및 제2 결합부 사이의 거리를 각각 조절하기 위한 신축부를 포함하며, 상기 제1 연결부 및 제2 연결부의 신축부 중 적어도 어느 하나를 구동하기 위한 구동부를 더 포함할 수 있다. The first connection part and the second connection part may include expansion and contraction parts for adjusting the distance between each of the first coupling part and the second coupling part of the adjacent swirl unit, and the expansion part of the first connection part and the second connection part. It may further include a driving unit for driving at least one of the.

상기 신축부는, 상기 인접하는 스월 단위체 중 어느 하나의 스월 단위체에 결합되는 제1 슬라이드부 및 상기 인접하는 스월 단위체 중 다른 하나의 스월 단위체에 결합되며, 상기 제1 슬라이드부에 대해 슬라이드 가능한 제2 슬라이드부를 포함할 수 있다. The expansion unit may include a first slide unit coupled to one swirl unit of the adjacent swirl unit and another swirl unit coupled to another one of the adjacent swirl units and slidable with respect to the first slide unit. It may include wealth.

상기 제1 슬라이드부와 상기 제2 슬라이드부 사이에는 슬라이드를 가이드하기 위한 가이드부가 구비될 수 있다. A guide part for guiding the slide may be provided between the first slide part and the second slide part.

또는, 상기 신축부는, 벨로우즈(bellows) 또는 플렉서블 소재로 이루어질 수 있다. Alternatively, the stretchable portion may be made of bellows or a flexible material.

또한, 상기 신축부를 상기 인접하는 스월 단위체에 각각 고정하기 위한 고정부를 더 포함할 수 있다. The apparatus may further include a fixing part for fixing each of the expansion and contraction units to the adjacent swirl unit.

본 발명에 따르면, 프리 스월 시스템으로 공기를 유입시키는 공기 유입 덕트가 복수의 부분 덕트로 이루어져 상기 프리 스월 시스템으로 공기가 유입되는 위치 또는 면적이 균일하지 않은 경우에도, 이에 대응하도록 상기 프리 스월 시스템에서 공기가 유동되는 위치 또는 면적을 조절할 수 있어 유동 교란이 발생하지 않도록 하며, 궁극적으로 가스터빈의 효율을 향상시키는 효과가 있다. According to the present invention, even if the air inlet duct for introducing air into the free swirl system is composed of a plurality of partial ducts, even if the position or area where the air is introduced into the free swirl system is not uniform, in the free swirl system The position or area of air flow can be adjusted to prevent flow disturbance and ultimately improve the efficiency of the gas turbine.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, but should be understood to include all the effects deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 가스터빈의 일 부분을 확대하여 도시한 단면도.
도 3은 도 2의 A선을 기준으로 하는 단면도.
도 4는 제1 실시 예에 따른 프리 스월 시스템을 도시한 측면도.
도 5는 도 4의 프리 스월 시스템의 스월 단위체를 분리하여 도시한 사시도.
도 6은 제2 실시 예에 따른 프리 스월 시스템을 도시한 측면도.
도 7은 도 6의 프리 스월 시스템의 연결부를 확대하여 도시한 사시도.
도 8은 도 7의 연결부의 구동 후 상태를 도시한 사시도.
도 9는 제3 실시 예에 따른 프리 스월 시스템의 연결부를 확대하여 도시한 사시도.
도 10은 도 9의 연결부의 구동 후 상태를 도시한 사시도.
1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a gas turbine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the gas turbine of FIG. 1. FIG.
3 is a cross-sectional view based on line A of FIG. 2.
4 is a side view showing a free swirl system according to the first embodiment;
FIG. 5 is a perspective view illustrating the swirl unit of the free swirl system of FIG. 4 separately; FIG.
6 is a side view showing a free swirl system according to the second embodiment.
FIG. 7 is an enlarged perspective view of a connection part of the free swirl system of FIG. 6. FIG.
8 is a perspective view illustrating a state after driving of the connection of FIG. 7;
9 is an enlarged perspective view illustrating a connection part of the free swirl system according to the third embodiment;
10 is a perspective view illustrating a state after driving of the connecting unit of FIG. 9;

이하, 본 발명의 프리 스월 시스템을 포함하는 가스터빈에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 10을 참조하여 설명하도록 한다. Hereinafter, a preferred embodiment of a gas turbine including a free swirl system of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 아래의 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구 범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하다.In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users or operators, and the following embodiments do not limit the scope of the present invention. It is merely illustrative of the components set forth in the claims.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals designate like elements throughout the specification. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도, 도 2는 도 1의 가스터빈의 일 부분을 확대하여 도시한 단면도, 도 3은 도 2의 A선을 기준으로 하는 단면도, 도 4는 제1 실시 예에 따른 프리 스월 시스템을 도시한 측면도, 도 5는 도 4의 프리 스월 시스템의 스월 단위체를 분리하여 도시한 사시도, 도 6은 제2 실시 예에 따른 프리 스월 시스템을 도시한 측면도, 도 7은 도 6의 프리 스월 시스템의 연결부를 확대하여 도시한 사시도, 도 8은 도 7의 연결부의 구동 후 상태를 도시한 사시도, 도 9는 제3 실시 예에 따른 프리 스월 시스템의 연결부를 확대하여 도시한 사시도이며, 도 10은 도 9의 연결부의 구동 후 상태를 도시한 사시도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a gas turbine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the gas turbine of FIG. 1, and FIG. 3 is based on the line A of FIG. 2. 4 is a side view illustrating the free swirl system according to the first embodiment, FIG. 5 is a perspective view of a swirl unit separately of the free swirl system of FIG. 4, and FIG. 6 is a free view according to the second embodiment. A side view of the swirl system, FIG. 7 is an enlarged perspective view of the connecting portion of the free swirl system of FIG. 6, FIG. 8 is a perspective view showing a state after driving the connecting portion of FIG. 7, and FIG. 9 is a third embodiment according to the third embodiment. It is a perspective view which shows the connection part of a free swirl system on an enlarged scale, and FIG. 10 is a perspective view which shows the state after driving of the connection part of FIG.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈에 관하여, 도 1을 참조하여 설명하도록 한다. Hereinafter, a gas turbine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.

본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 터빈(1)은, 크게 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10) 내에 배치되며, 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기(20)와, 상기 압축기(20)에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 복수의 연소기(30)와, 상기 연소기(30)에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 복수의 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈(40)을 포함하여 이루어질 수 있다. The gas turbine 1 according to an embodiment of the present invention includes a casing 10, a compressor 20 that is disposed in the casing 10, and compresses air at high pressure and compresses the compressor 20. By rotating the plurality of turbine blades by using a plurality of combustors 30 for mixing and combusting the air compressed by the fuel and the high-temperature, high-pressure combustion gas discharged from the combustor 30 to produce power It may be made including a turbine (40).

상기 케이싱(10)은, 상기 압축기(20)가 수용되는 압축기 케이싱(12), 상기 연소기(30)가 수용되는 연소기 케이싱(13) 및 상기 터빈(40)이 수용되는 터빈 케이싱(14)을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 압축기 케이싱, 연소기 케이싱 및 터빈 케이싱이 일체로 형성될 수도 있다. The casing 10 includes a compressor casing 12 in which the compressor 20 is accommodated, a combustor casing 13 in which the combustor 30 is accommodated, and a turbine casing 14 in which the turbine 40 is accommodated. can do. However, the present invention is not limited thereto, and the compressor casing, the combustor casing, and the turbine casing may be integrally formed.

여기서, 상기 압축기 케이싱(12), 상기 연소기 케이싱(13) 및 상기 터빈 케이싱(14)은 유체 흐름 방향 상 상류 측으로부터 하류 측으로 순차적으로 배열될 수 있다.Here, the compressor casing 12, the combustor casing 13 and the turbine casing 14 may be arranged sequentially from the upstream side to the downstream side in the fluid flow direction.

상기 케이싱(10)의 내부에는 로터(중심축; 50)가 회전 가능하게 구비되며, 발전을 위해 상기 로터(50)에는 발전기(미도시)가 연동되고, 상기 케이싱(10)의 하류 측에는 상기 터빈(40)을 통과한 연소 가스를 배출하는 디퓨저가 구비될 수 있다. A rotor (center shaft) 50 is rotatably provided inside the casing 10, and a generator (not shown) is interlocked with the rotor 50 for power generation, and the turbine is downstream of the casing 10. A diffuser for discharging the combustion gas passed through the 40 may be provided.

상기 로터(50)는, 상기 압축기 케이싱(12)에 수용되는 압축기 로터 디스크(52), 상기 터빈 케이싱(14)에 수용되는 터빈 로터 디스크(54) 및 상기 연소기 케이싱(13)에 수용되고 상기 압축기 로터 디스크(52)와 상기 터빈 로터 디스크(54)를 연결하는 토크 튜브(53), 상기 압축기 로터 디스크(52), 상기 토크 튜브(53) 및 상기 터빈 로터 디스크(54)를 체결하는 타이 로드(55)와 고정 너트(56)를 포함할 수 있다.The rotor 50 is accommodated in the compressor rotor disk 52 accommodated in the compressor casing 12, the turbine rotor disk 54 accommodated in the turbine casing 14 and the combustor casing 13 and the compressor. Tie rods for fastening the torque tube 53 connecting the rotor disk 52 and the turbine rotor disk 54, the compressor rotor disk 52, the torque tube 53, and the turbine rotor disk 54. 55 and fastening nut 56.

상기 압축기 로터 디스크(52)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52)는 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 상기 압축기 로터 디스크(52)는 다단으로 형성될 수 있다. The compressor rotor disk 52 may be formed in plural, and the plurality of compressor rotor disks 52 may be arranged along the axial direction of the rotor 50. That is, the compressor rotor disk 52 may be formed in multiple stages.

또한, 상기 각 압축기 로터 디스크(52)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에는 후술할 압축기 블레이드(22)와 결합되는 압축기 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.In addition, each of the compressor rotor disks 52 may be formed in a substantially disk shape, and a compressor blade coupling slot may be formed at an outer circumferential portion thereof to be coupled with the compressor blade 22 to be described later.

상기 터빈 로터 디스크(54)는 상기 압축기 로터 디스크(52)와 유사하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 터빈 로터 디스크(54)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54)는 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 상기 터빈 로터 디스크(54)는 다단으로 형성될 수 있다.The turbine rotor disk 54 may be formed similarly to the compressor rotor disk 52. That is, the turbine rotor disk 54 may be formed in plural, and the plurality of turbine rotor disks 54 may be arranged along the axial direction of the rotor 50. That is, the turbine rotor disk 54 may be formed in multiple stages.

또한, 상기 각 터빈 로터 디스크(54)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에는 후술할 터빈 블레이드(42)와 결합되는 터빈 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.In addition, each of the turbine rotor disk 54 is formed in a substantially disk shape, the outer peripheral portion may be formed with a turbine blade coupling slot coupled to the turbine blade 42 to be described later.

상기 토크 튜브(53)는 상기 터빈 로터 디스크(54)의 회전력을 상기 압축기 로터 디스크(52)로 전달하는 토크 전달 부재로서, 일단부가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52) 중 공기의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크와 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크와 체결될 수 있다. 여기서, 상기 토크 튜브(53)의 일단부와 타단부 각각에는 돌기가 형성되고, 상기 압축기 로터 디스크(52)와 상기 터빈 로터 디스크(54) 각각에는 상기 돌기와 치합되는 홈이 형성되어, 상기 토크 튜브(53)가 상기 압축기 로터 디스크(52) 및 상기 터빈 로터 디스크(54)에 대해 상대 회전이 방지될 수 있다.The torque tube 53 is a torque transmission member that transmits the rotational force of the turbine rotor disk 54 to the compressor rotor disk 52, and has one end thereof in the flow direction of air among the plurality of compressor rotor disks 52. It may be engaged with the compressor rotor disk located at the downstream end, and the other end may be engaged with the turbine rotor disk located at the most upstream end in the flow direction of the combustion gas of the plurality of turbine rotor disk 54. Here, a protrusion is formed at each of the one end and the other end of the torque tube 53, and each of the compressor rotor disk 52 and the turbine rotor disk 54 is formed with a groove that is engaged with the protrusion, the torque tube 53 may be prevented from rotating relative to the compressor rotor disk 52 and the turbine rotor disk 54.

또한, 상기 토크 튜브(53)는, 상기 압축기(20)로부터 공급되는 공기가 그 토크 튜브(53)를 통과하여 상기 터빈(40)으로 유동 가능하도록, 중공형의 실린더 형태로 형성될 수 있다. In addition, the torque tube 53 may be formed in a hollow cylinder shape so that air supplied from the compressor 20 may flow through the torque tube 53 to the turbine 40.

이때, 상기 토크 튜브(53)는 장기간 지속적으로 운전되는 가스 터빈의 특성상 변형 및 뒤틀림 등에 강하게 형성되고, 용이한 유지 보수를 위해 조립 및 해체가 용이하게 형성될 수 있다.In this case, the torque tube 53 is strongly formed due to the deformation and distortion of the gas turbine that is continuously operated for a long time, and can be easily assembled and dismantled for easy maintenance.

상기 타이 로드(55)는 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52), 상기 토크 튜브(53) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54)를 관통하도록 형성되고, 일단부가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52) 중 공기의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크를 기준으로 상기 압축기(20)의 반대측으로 돌출되고 상기 고정 너트(56)와 체결될 수 있다. The tie rod 55 is formed to penetrate through the plurality of compressor rotor disks 52, the torque tube 53, and the plurality of turbine rotor disks 54, and one end thereof is provided with the plurality of compressor rotor disks 52. The other end is fastened in the compressor rotor disk located at the most upstream end in the flow direction of the air, the other end of the plurality of turbine rotor disks 54 of the turbine rotor disk is located on the most downstream end in the flow direction of the combustion gas It can protrude to the opposite side of the compressor 20 and can be fastened with the fixing nut 56.

여기서, 상기 고정 너트(56)는 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(54)를 상기 압축기(20) 측으로 가압하고, 상기 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(52)와 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(54) 사이 간격이 감소됨에 따라, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52), 상기 토크 튜브(53) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54)가 상기 로터(50)의 축 방향으로 압축될 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52), 상기 토크 튜브(53) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54)의 축 방향 이동 및 상대 회전이 방지될 수 있다.Here, the fixing nut 56 presses the turbine rotor disk 54 located at the downstream end to the compressor 20 side, and the compressor rotor disk 52 and the downstream end located at the most upstream end. As the spacing between the turbine rotor disks 54 being located decreases, a plurality of the compressor rotor disks 52, the torque tube 53 and the plurality of turbine rotor disks 54 are in the axial direction of the rotor 50. Can be compressed. Accordingly, axial movement and relative rotation of the plurality of compressor rotor disks 52, the torque tube 53, and the plurality of turbine rotor disks 54 may be prevented.

한편, 본 실시예의 경우 하나의 상기 타이 로드가 복수의 상기 압축기 로터 디스크, 상기 토크 튜브 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크의 중심부를 관통하도록 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 압축기 측과 터빈 측에 각각 별도의 타이 로드가 구비될 수도 있고, 복수의 타이 로드가 원주 방향을 따라 방사상으로 배치될 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다. Meanwhile, in the present embodiment, one tie rod is formed to penetrate through the centers of the plurality of compressor rotor disks, the torque tube, and the plurality of turbine rotor disks, but is not limited thereto. That is, separate tie rods may be provided on the compressor side and the turbine side, respectively, and a plurality of tie rods may be disposed radially along the circumferential direction, and these may be mixed.

이러한 구성에 따른 상기 로터(50)는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되고, 일단부가 상기 발전기의 구동축에 연결될 수 있다.Both ends of the rotor 50 according to this configuration are rotatably supported by a bearing, and one end may be connected to the drive shaft of the generator.

상기 압축기(20)는, 상기 로터(50)와 함께 회전되는 압축기 블레이드(22) 및 상기 압축기 블레이드(22)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 상기 케이싱(10)에 고정 설치되는 압축기 베인(24)을 포함할 수 있다.The compressor 20 is a compressor vane 24 fixed to the casing 10 so as to align the flow of air flowing into the compressor blade 22 and the compressor blade 22 with the rotor 50. ) May be included.

상기 압축기 블레이드(22)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드(22)는 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드(22)는 각 단마다 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다. The compressor blades 22 are formed in plural, the plurality of compressor blades 22 are formed in plural stages along the axial direction of the rotor 50, and the plurality of compressor blades 22 are formed in each stage. It may be formed radially along the rotation direction of the rotor 50.

즉, 상기 압축기 블레이드(22)의 루트부(22a)는 상기 압축기 로터 디스크(52)의 압축기 블레이드 결합 슬롯에 결합되며, 상기 루트부(22a)는 상기 압축기 블레이드(22)가 그 압축기 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(50)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무(fir-tree) 형태로 형성될 수 있다.That is, the root portion 22a of the compressor blade 22 is coupled to the compressor blade coupling slot of the compressor rotor disk 52, and the root portion 22a is such that the compressor blade 22 has its compressor blade coupling slot. It may be formed in the shape of a fir (fir-tree) to prevent the deviation from the radial direction of rotation of the rotor 50 from.

이때, 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 마찬가지로, 상기 압축기 블레이드의 루트부(22a)에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다. In this case, the compressor blade coupling slot may be formed in a fir shape so as to correspond to the root portion 22a of the compressor blade.

본 실시 예의 경우, 상기 압축기 블레이드 루트부(22a)와 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 블레이드를 상기 압축기 로터 디스크에 체결할 수 있다.In the present embodiment, the compressor blade root portion 22a and the compressor blade coupling slot are formed in a fir shape, but are not limited thereto and may be formed in a dove tail shape or the like. Alternatively, the compressor blade may be fastened to the compressor rotor disk by using a fastener such as a key or bolt other than the above type.

여기서, 상기 압축기 로터 디스크(52)와 상기 압축기 블레이드(22)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합되는데, 본 실시예의 경우에는, 상기 압축기 블레이드 루트부(22a)가 전술한 바와 같이 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯에 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성되고 있다. 이에 따라, 본 실시 예에 따른 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 상기 압축기 로터 디스크(52)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다. Here, the compressor rotor disk 52 and the compressor blade 22 are typically combined in a tangential type or an axial type. In the present embodiment, the compressor blade root portion 22a As described above, is formed in a so-called axial type that is inserted into the compressor blade engaging slot along the axial direction of the rotor 50. Accordingly, the compressor blade coupling slot according to the present embodiment may be formed in plural, and the plurality of compressor blade coupling slots may be arranged radially along the circumferential direction of the compressor rotor disk 52.

상기 압축기 베인(24)은 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 베인(24)은 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 압축기 베인(24)과 상기 압축기 블레이드(22)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다. The compressor vanes 24 may be formed in plural, and the plurality of compressor vanes 24 may be formed in plural stages along the axial direction of the rotor 50. Here, the compressor vanes 24 and the compressor blades 22 may be alternately arranged along the air flow direction.

또한, 복수의 상기 압축기 베인(24)은 각 단마다 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다. In addition, the plurality of compressor vanes 24 may be radially formed along the rotation direction of the rotor 50 at each stage.

상기 연소기(30)는 상기 압축기(20)로부터 유입되는 공기를 연료와 혼합 및 연소시켜 높은 에너지의 고온 고압 연소 가스를 만들어 내며, 등압 연소 과정으로 그 연소기 및 상기 터빈이 견딜 수 있는 내열 한도까지 연소 가스 온도를 높이도록 형성될 수 있다.The combustor 30 mixes and combusts the air flowing from the compressor 20 with fuel to produce a high-temperature, high-pressure combustion gas of high energy, and burns to the heat-resistant limit that the combustor and the turbine can withstand by the isostatic combustion process. It can be formed to increase the gas temperature.

구체적으로, 상기 연소기(30)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 연소기(30)는 상기 연소기 케이싱에 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 배열될 수 있다.Specifically, the combustor 30 may be formed in plural, and the plurality of combustors 30 may be arranged along the rotational direction of the rotor 50 in the combustor casing.

또한, 상기 각 연소기(30)는, 상기 압축기(20)에서 압축된 공기가 유입되는 라이너, 상기 라이너에 유입되는 공기에 연료를 분사하고 연소시키는 버너 및 상기 버너에서 생성되는 연소 가스를 상기 터빈으로 안내하는 트랜지션 피스를 포함할 수 있다.In addition, each of the combustors 30, the liner to which the air compressed by the compressor 20 is introduced, a burner for injecting and burning fuel into the air flowing into the liner, and the combustion gas generated by the burner to the turbine It may include guiding transition pieces.

상기 라이너는, 연소실을 형성하는 화염통 및 상기 화염통을 감싸면서 환형 공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다.The liner may include a flame barrel forming a combustion chamber and a flow sleeve forming an annular space surrounding the flame barrel.

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.The burner may include a fuel injection nozzle formed at a front side of the liner to inject fuel into the air flowing into the combustion chamber, and a spark plug formed at a wall of the liner to ignite the air and fuel mixed in the combustion chamber. Can be.

상기 트랜지션 피스는 연소 가스의 높은 온도에 의해 손상되지 않도록 그 트랜지션 피스의 외벽부가 상기 압축기로부터 공급되는 공기에 의해 냉각되도록 형성될 수 있다. The transition piece may be formed such that the outer wall portion of the transition piece is cooled by the air supplied from the compressor so as not to be damaged by the high temperature of the combustion gas.

즉, 상기 트랜지션 피스에는 공기를 내부로 분사하기 위한 냉각 홀이 형성되고, 공기가 그 냉각 홀을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킬 수 있다. That is, the transition piece is formed with a cooling hole for injecting air therein, the air can cool the main body therein through the cooling hole.

한편, 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.Meanwhile, air that cools the transition piece flows into the annular space of the liner, and air is supplied to cooling air through a cooling hole provided in the flow sleeve on the outer wall of the liner to collide with the outer wall of the liner. have.

여기서, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 압축기(20)와 상기 연소기(30) 사이에는 상기 연소기(30)로 유입되는 공기의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위해 안내깃 역할을 하는 디스월러(De-swirler)가 형성될 수 있다.Here, although not separately shown, a de-swirler that serves as a guide vane between the compressor 20 and the combustor 30 to adjust a flow angle of air flowing into the combustor 30 to a design flow angle. ) May be formed.

다음으로, 상기 터빈(40)은 상기 압축기(20)와 유사하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 터빈(40)은, 상기 로터(50)와 함께 회전되는 터빈 블레이드(42) 및 상기 터빈 블레이드(42)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 상기 케이싱(10)에 고정 설치되는 터빈 베인(44)을 포함할 수 있다.Next, the turbine 40 may be formed similarly to the compressor 20. That is, the turbine 40 is a turbine vane that is fixed to the casing 10 so as to align the flow of the air flowing into the turbine blade 42 and the turbine blade 42 rotates with the rotor 50. And (44).

상기 터빈 블레이드(42)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드(42)는 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드(42)는 각 단마다 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다. The turbine blades 42 are formed in plural, the plurality of turbine blades 42 are formed in plural stages along the axial direction of the rotor 50, and the plurality of turbine blades 42 are formed in each stage. It may be formed radially along the rotation direction of the rotor 50.

즉, 상기 터빈 블레이드(42)의 루트부(42a)는 상기 터빈 로터 디스크(54)의 터빈 블레이드 결합 슬롯에 결합되며, 상기 루트부(42a)는 상기 터빈 블레이드(42)가 그 터빈 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(50)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무(fir-tree) 형태로 형성될 수 있다.In other words, the root portion 42a of the turbine blade 42 is coupled to the turbine blade coupling slot of the turbine rotor disk 54, and the root portion 42a is the turbine blade coupling slot thereof. It may be formed in the shape of a fir (fir-tree) to prevent the deviation from the radial direction of rotation of the rotor 50 from.

이때, 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 마찬가지로, 상기 터빈 블레이드의 루트부(42a)에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다. In this case, the turbine blade coupling slot may be formed in a fir shape so as to correspond to the root portion 42a of the turbine blade.

본 실시 예의 경우, 상기 터빈 블레이드 루트부(42a)와 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 블레이드를 상기 터빈 로터 디스크에 체결할 수 있다.In the present embodiment, the turbine blade root portion 42a and the turbine blade coupling slot are formed in a fir shape, but are not limited thereto and may be formed in a dove tail shape or the like. Alternatively, the turbine blade can be fastened to the turbine rotor disk by using a fastener such as a key or a bolt other than the above-described form.

여기서, 상기 터빈 로터 디스크(54)와 상기 터빈 블레이드(42)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합되는데, 본 실시예의 경우에는, 상기 터빈 블레이드 루트부(42a)가 전술한 바와 같이 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯에 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성되고 있다. 이에 따라, 본 실시 예에 따른 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 상기 터빈 로터 디스크(54)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다. Here, the turbine rotor disk 54 and the turbine blade 42 are typically combined in a tangential type or an axial type. In the present embodiment, the turbine blade root portion 42a. As described above, is formed in a so-called axial type that is inserted into the turbine blade coupling slot along the axial direction of the rotor 50. Accordingly, the turbine blade coupling slot according to the present embodiment may be formed in plural, and the plurality of turbine blade coupling slots may be arranged radially along the circumferential direction of the turbine rotor disk 54.

상기 터빈 베인(44)은 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 베인(44)은 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 터빈 베인(44)과 상기 터빈 블레이드(42)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다. The turbine vanes 44 may be formed in plural, and the plurality of turbine vanes 44 may be formed in plural stages along the axial direction of the rotor 50. Here, the turbine vanes 44 and the turbine blades 42 may be alternately arranged along the air flow direction.

또한, 복수의 상기 터빈 베인(44)은 각 단마다 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다. In addition, the plurality of turbine vanes 44 may be radially formed along the rotation direction of the rotor 50 at each stage.

여기서, 상기 터빈(40)은 상기 압축기(20)와 달리 고온 고압의 연소 가스와 접촉하므로, 열화 등의 손상을 방지하기 위한 냉각 수단을 필요로 한다. Here, since the turbine 40 contacts the combustion gas of high temperature and high pressure unlike the compressor 20, the turbine 40 needs cooling means to prevent damage such as deterioration.

이에 따라, 본 실시 예에 따른 가스 터빈은, 상기 압축기(20)의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 상기 터빈(40)으로 공급하는 냉각 유로를 더 포함할 수 있다.Accordingly, the gas turbine according to the present embodiment may further include a cooling flow path for extracting air compressed at a part of the compressor 20 and supplying the compressed air to the turbine 40.

상기 냉각 유로는 실시 예에 따라, 상기 케이싱(10)의 외부에서 연장되거나(외부 유로), 상기 로터(50)의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 외부 유로 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다. The cooling passage may extend from the outside of the casing 10 (outside passage), or may extend through the inside of the rotor 50 (inside passage), and may include both the outer passage and the inner passage. Can also be used.

이때, 상기 냉각 유로는 상기 터빈 블레이드(42)의 내부에 형성되는 터빈 블레이드 쿨링 유로와 연통되어, 상기 터빈 블레이드(42)가 냉각 공기에 의해 냉각될 수 있다.At this time, the cooling passage is in communication with the turbine blade cooling passage formed in the turbine blade 42, the turbine blade 42 may be cooled by the cooling air.

또한, 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로는 상기 터빈 블레이드(42)의 표면에 형성되는 터빈 블레이드 필름 쿨링 홀과 연통되어, 냉각 공기가 상기 터빈 블레이드(42)의 표면에 공급됨으로써, 상기 터빈 블레이드(42)가 냉각 공기에 의해 소위 막 냉각될 수 있다.In addition, the turbine blade cooling passage is in communication with the turbine blade film cooling hole formed in the surface of the turbine blade 42, the cooling air is supplied to the surface of the turbine blade 42, the turbine blade 42 is The so-called membrane can be cooled by cooling air.

이외에도, 상기 터빈 베인(44) 역시 상기 터빈 블레이드(42)와 유사하게 상기 냉각 유로로부터 냉각 공기를 공급받아 냉각될 수 있도록 형성될 수 있다.In addition, the turbine vane 44 may also be formed to be cooled by receiving cooling air from the cooling passage, similar to the turbine blade 42.

또한, 상기 냉각 유로는 상기 터빈 블레이드(42)의 하단부를 통해 터빈 블레이드(42)의 내부로 연통 가능하도록 형성되어 상기 냉각 유로를 통해 유동되는 냉각 공기가 상기 터빈 블레이드(42)의 하단부를 통해 유입된다. In addition, the cooling passage is formed to communicate with the inside of the turbine blade 42 through the lower end of the turbine blade 42 so that the cooling air flowing through the cooling passage flows through the lower end of the turbine blade 42. do.

이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 터빈 블레이드(42)로 유입되는 냉각 공기의 유동 효율을 증가시키기 위해, 상기 터빈 블레이드(42)로 냉각공기가 공급되는 냉각 유로의 입구 또는 유로 상에는 프리 스월(pre-swirl) 시스템(1000)이 구비된다. 상기 프리 스월 시스템(1000)은 상기 터빈 블레이드(42)에 냉각공기를 공급하여 고온의 온도 상태가 유지되는 상기 터빈 블레이드(42)에 대한 냉각과 작동에 필요한 유량을 공급하여 안정적인 터빈의 작동을 도모한다. At this time, as shown in Figure 2, in order to increase the flow efficiency of the cooling air flowing into the turbine blade 42, free swirl on the inlet or the flow path of the cooling flow path to which the cooling air is supplied to the turbine blade 42 (pre-swirl) system 1000 is provided. The free swirl system 1000 supplies cooling air to the turbine blade 42 to supply a flow rate required for cooling and operation of the turbine blade 42 that maintains a high temperature state to ensure stable operation of the turbine. do.

본 발명에서, 상기 냉각 유로를 형성하는 공기 유입 덕트(400)는 복수의 부분 덕트(420)로 이루어진다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 공기 유입 덕트(400)는 복수의 부분 덕트(420)가 원형을 이루도록 서로 연결되어 이루어진다. In the present invention, the air inlet duct 400 forming the cooling passage consists of a plurality of partial ducts (420). That is, as shown in FIG. 3, the air inlet duct 400 is connected to each other such that the plurality of partial ducts 420 form a circle.

구체적으로, 상기 공기 유입 덕트(400)는 상기 압축기(20)에서 배출되는 압축 공기가 저장되는 냉각 공기 챔버(chamber; 60)에서 상기 터빈 블레이드(42)의 하단부로 냉각 공기가 유입되도록 이를 연결한다. 상기 공기 유입 덕트(400)의 후단에는 상기 프리 스월 시스템(1000)이 배치되며, 상기 공기 유입 덕트(400)를 통해 공급되는 냉각 공기는 상기 프리 스월 시스템(1000)을 통과하여 상기 터빈 블레이드(42)의 하단부로 유입된다. Specifically, the air inlet duct 400 connects the cooling air to the lower end of the turbine blade 42 in the cooling air chamber 60 in which the compressed air discharged from the compressor 20 is stored. . The free swirl system 1000 is disposed at the rear end of the air inlet duct 400, and the cooling air supplied through the air inlet duct 400 passes through the free swirl system 1000 and the turbine blade 42. Flows into the bottom of the

상기 냉각 공기 챔버(60)는 상기 압축기 케이싱(12)의 내부 또는 상기 연소기 케이싱(13)의 내부 등 다양한 위치에 형성될 수 있다. The cooling air chamber 60 may be formed at various positions such as the inside of the compressor casing 12 or the inside of the combustor casing 13.

또한, 상기 압축기(20)로부터 압축 공기를 상기 냉각 공기 챔버(60)로 추기하는 라인 상에는 쿨러(cooler; 70)가 더 설치될 수도 있으며, 상기 쿨러(70)에 의해 상기 압축기(20)에서 배출된 압축 공기가 더 냉각된 상태로 상기 냉각 공기 챔버(60)에 공급될 수 있다. In addition, a cooler 70 may be further installed on a line for adding compressed air from the compressor 20 to the cooling air chamber 60, and discharged from the compressor 20 by the cooler 70. Compressed air may be supplied to the cooling air chamber 60 in a more cooled state.

상기 복수의 부분 덕트(420) 각각에는 상기 냉각 공기 챔버(60)로부터 공기가 유입되기 위한 공기 유입 통로(440)가 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. At least one air inlet passage 440 may be formed in each of the plurality of partial ducts 420 to introduce air from the cooling air chamber 60.

이때, 상기 복수의 부분 덕트(420)마다 상기 공기 유입 통로(440)의 면적, 상기 공기 유입 통로(440) 사이의 간격이 다르게 형성되거나, 인접하는 부분 덕트(420)를 연결하기 위한 연결 부위가 형성됨에 따라, 상기 공기 유입 덕트(400)를 통해 냉각 공기가 유입되는 위치 또는 면적은 모두 균일하게 형성되지 않을 수 있다. In this case, the area of the air inlet passage 440 and the space between the air inlet passage 440 are different for each of the plurality of partial ducts 420, or a connection portion for connecting the adjacent partial ducts 420 is formed. As formed, the location or area where the cooling air is introduced through the air inlet duct 400 may not be uniformly formed.

본 실시 예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 각 부분 덕트(420)에서 공기가 유입되는 공기 유입 통로(440)의 면적과 인접하는 공기 유입 통로(440) 사이의 간격은 균일하게 형성되지만, 인접하는 상기 부분 덕트(420)를 연결하기 위한 연결 부위에 의해 인접하는 부분 덕트(420)에서 각각 서로 마주보는 공기 유입 통로(440) 사이의 간격은 균일하게 형성되지 않는다. In the present embodiment, as shown in Figure 3, the space between the air inlet passage 440 and the area of the air inlet passage 440 adjacent to the air in each of the partial duct 420 is formed uniformly The spacing between the air inlet passages 440 facing each other in the adjacent partial ducts 420 by the connecting portion for connecting the adjacent partial ducts 420 is not uniformly formed.

즉, 하나의 부분 덕트(420) 내에 형성되는 제1 공기 유입 통로(441)와 이와 인접하는 제2 공기 유입 통로(442) 사이는 A만큼 이격되는 반면에, 서로 다른 부분 덕트(420) 내에 형성되어 사이에 연결 부위가 배치되는 상기 제2 공기 유입 통로(442)와 제3 공기 유입 통로(443) 사이는 B만큼 이격되고 있다. That is, between the first air inlet passage 441 formed in one partial duct 420 and the second air inlet passage 442 adjacent thereto is spaced apart by A, while formed in different partial ducts 420. The space between the second air inlet passage 442 and the third air inlet passage 443, which is disposed between the gap is spaced by B.

상기 복수의 부분 덕트(420)는 용접, 볼트 결합 등 다양한 방법에 의해 결합이 이루어질 수 있으며, 본 실시 예에서는 각 부분 덕트(420)의 양측에 플랜지(420a)가 형성되고, 상기 플랜지(420a)를 볼트 결합함으로써 인접하는 부분 덕트(420)의 결합이 이루어지고 있다. The plurality of partial ducts 420 may be coupled by various methods such as welding and bolting. In the present embodiment, flanges 420a are formed at both sides of each partial duct 420, and the flanges 420a The bolts are coupled to each other so that the adjacent partial ducts 420 are engaged.

이에 따라, 상기 복수의 부분 덕트(420) 사이의 연결부위, 본 실시 예에서는 상기 플랜지(420a)의 결합 부분에서는 냉각 공기가 공급되지 않으므로 이에 대응하는 위치에 상기 프리 스월 시스템, 정확하게는 후술할 바와 같이 상기 프리 스월 시스템에서 공기가 유동되는 부분이 위치하게 되면 유동이 막혀 가스터빈의 효율이 낮아지게 된다. Accordingly, since the cooling air is not supplied from the connection portion between the plurality of partial ducts 420 and the coupling portion of the flange 420a in this embodiment, the free swirl system at a position corresponding thereto, as will be described later. Likewise, when the air flow portion is located in the free swirl system, the flow is blocked, thereby lowering the efficiency of the gas turbine.

이를 위해, 본 발명에서는 상기 복수의 공기 유입 통로(440)를 통해 냉각 공기가 유입되는 위치 또는 면적에 대응하도록 상기 프리 스월 시스템(1000)에서 공기가 유동되는 부분이 형성될 수 있도록 하며, 상기 프리 스월 시스템(1000)에 관하여는 아래에서 자세히 살펴보도록 한다.To this end, in the present invention, a portion through which the air flows in the free swirl system 1000 may be formed to correspond to a position or an area where cooling air is introduced through the plurality of air inlet passages 440, and the free The swirl system 1000 will be described in detail below.

이러한 구성에 따른 가스 터빈(1)은, 상기 케이싱(10)으로 유입되는 공기가 상기 압축기(20)에 의해 압축되고, 상기 압축기에 의해 압축된 공기가 상기 연소기(30)에 의해 연료와 혼합된 뒤 연소되어 연소 가스가 되고, 상기 연소기에서 생성된 연소 가스가 상기 터빈(40)으로 유입되고, 상기 터빈(40)으로 유입된 연소 가스가 상기 터빈 블레이드(42)를 통해 상기 로터(50)를 회전시킨 후 상기 디퓨저를 통해 대기로 배출되며, 연소 가스에 의해 회전되는 상기 로터(50)가 상기 압축기(20) 및 상기 발전기를 구동할 수 있다. 즉, 상기 터빈에서 얻은 기계적 에너지 중 일부는 상기 압축기에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되고, 나머지는 상기 발전기로 전력을 생산하는데 이용될 수 있다.In the gas turbine 1 according to this configuration, the air flowing into the casing 10 is compressed by the compressor 20, and the air compressed by the compressor is mixed with fuel by the combustor 30. After combustion, the combustion gas is generated, the combustion gas generated in the combustor flows into the turbine 40, and the combustion gas introduced into the turbine 40 passes through the rotor blades 42 through the turbine blades 42. After the rotation, the rotor 50 discharged to the atmosphere through the diffuser and rotated by the combustion gas may drive the compressor 20 and the generator. That is, some of the mechanical energy obtained from the turbine can be supplied to the energy required to compress air in the compressor, and the rest can be used to produce power with the generator.

여기서, 상기의 가스터빈은 본 발명의 일 실시 예에 불과하며, 아래에서 자세히 설명할 본 발명의 프리 스월 시스템은 일반적인 가스터빈에 모두 적용될 수 있다. Here, the gas turbine is only one embodiment of the present invention, the free swirl system of the present invention to be described in detail below can be applied to all the general gas turbine.

이하, 도 4 및 5를 참고하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프리 스월 시스템(1000)에 관하여 설명하도록 한다. Hereinafter, the free swirl system 1000 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 프리 스월 시스템(1000)은 상기 공기 유입 덕트(400)를 통해 공급되는 냉각 공기를 스월하기 위한 복수의 스월 단위체(100)를 포함하며, 상기 복수의 스월 단위체(100) 각각은, 에어포일부(120)와, 상기 에어포일부(120)의 일측에 형성되는 제1 결합부(140) 및 상기 에어포일부(120)의 타측에 형성되는 제2 결합부(160)를 포함하여 이루어진다. The free swirl system 1000 according to the first embodiment of the present invention includes a plurality of swirl units 100 for swirling cooling air supplied through the air inlet duct 400, and the plurality of swirl units ( 100, each of the air foil part 120, the first coupling part 140 formed on one side of the air foil part 120, and the second coupling part formed on the other side of the air foil part 120 ( 160).

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 스월 단위체(100)는 원형을 이루도록 서로 결합되며, 본 실시 예에서 인접하는 스월 단위체(100)는 용접 등을 통해 고정 결합될 수 있다. As shown in FIG. 4, the plurality of swirl units 100 are coupled to each other to form a circle, and in this embodiment, adjacent swirl units 100 may be fixedly coupled by welding or the like.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 에어포일부(120)는 리딩 에지(leading edge)와 트레일링 에지(trailing edge)를 포함하는 일반적인 에어포일의 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 일정 높이를 갖도록 형성된다. In addition, as shown in FIG. 5, the airfoil unit 120 may be formed to have a general airfoil shape including a leading edge and a trailing edge, and have a predetermined height. It is formed to have.

상기 제1 결합부(140)와 제2 결합부(160)는 상기 에어포일부(120)의 상, 하측에 각각 형성되며, 인접하는 스월 단위체(100)의 제1 결합부(140) 및 제2 결합부(160)와 각각 고정 결합되어 그 사이에 공기가 유동되는 부분을 형성하게 된다. The first coupling part 140 and the second coupling part 160 are respectively formed above and below the air foil part 120, and the first coupling part 140 and the first coupling part 140 of the swirl unit 100 adjacent to each other. Each of the two coupling parts 160 is fixedly coupled to form a portion in which air flows therebetween.

이하, 상기 복수의 스월 단위체(100) 중 하나의 스월 단위체(100a)와 이와 인접하는 다른 하나의 스월 단위체(100b)를 기준으로 설명하도록 한다. Hereinafter, one swirl unit 100a of the plurality of swirl unit units 100 and another swirl unit unit 100b adjacent thereto will be described.

상기 하나의 스월 단위체(100a)는 에어포일부(120a), 제1 결합부(140a) 및 제2 결합부(160a)를 포함하며, 상기 다른 하나의 스월 단위체(100b)는 에어포일부(120b), 제1 결합부(140b) 및 제2 결합부(160b)를 포함하고, 상기 인접하는 제1 결합부(140a, 140b)와 제2 결합부(160a, 160b)가 각각 고정 결합됨에 따라 상기 인접하는 에어포일부(120a, 120b) 사이에는 냉각 공기가 유동되는 공기 유동부(180)가 형성된다. The swirl unit 100a includes an airfoil unit 120a, a first coupling unit 140a, and a second coupling unit 160a, and the other swirl unit 100b includes an airfoil unit 120b. ), A first coupling part 140b and a second coupling part 160b, and the adjacent first coupling parts 140a and 140b and the second coupling parts 160a and 160b are fixedly coupled to each other. An air flow part 180 through which cooling air flows is formed between adjacent air foil parts 120a and 120b.

이때, 상기에서 살펴본 바와 같이, 상기 복수의 공기 유입 통로(440) 사이의 간격이 균일하게 형성되지 않음에 따라 상기 복수의 공기 유입 통로(440)를 통해 냉각 공기가 유입되는 위치 또는 면적에 대응하도록 상기 공기 유동부(180)를 형성할 필요성이 있다. In this case, as described above, the spaces between the plurality of air inlet passages 440 are not uniformly formed so as to correspond to the position or area where the cooling air is introduced through the plurality of air inlet passages 440. There is a need to form the air flow unit 180.

이를 위해, 상기 제1 결합부(140) 및 제2 결합부(160)의 원주방향 길이(L)를 조절할 수 있다. 즉, 상기 제1 결합부(140) 및 제2 결합부(160)의 원주방향 길이를 조절함에 따라 상기 인접하는 에어포일부(120a, 120b) 사이의 거리가 조절될 수 있으며, 이에 따라 상기 공기 유동부(180)의 위치 또는 면적이 조절될 수 있는 것이다. To this end, the circumferential length L of the first coupling part 140 and the second coupling part 160 may be adjusted. That is, as the circumferential lengths of the first coupling part 140 and the second coupling part 160 are adjusted, the distance between the adjacent air foil parts 120a and 120b may be adjusted. The position or area of the flow unit 180 may be adjusted.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 인접하는 상기 부분 덕트(420)를 연결하기 위한 플랜지(420a)에 의해 상기 제2 공기 유입 통로(442)와 제3 공기 유입 통로(443) 사이의 간격이 더 넓게 형성되므로, 이에 대응하여 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제2 공기 유입 통로(442) 및 제3 공기 유입 통로(443)와 마주보는 위치에 배치되는 상기 스월 단위체(100)의 공기 유동부(180) 또한 넓게 형성할 수 있다. Specifically, as shown in FIG. 3, the gap between the second air inlet passage 442 and the third air inlet passage 443 by a flange 420a for connecting the adjacent partial duct 420. Since it is formed wider, the air flow of the swirl unit 100 is disposed corresponding to the second air inlet passage 442 and the third air inlet passage 443 as shown in FIG. Eastern part 180 may also be formed wide.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기에서 설명한 하나의 스월 단위체(100a)의 제1 결합부(140a) 및 제2 결합부(160a)의 원주방향 길이(L1)보다 다른 하나의 스월 단위체(100b)의 제1 결합부(140b) 및 제2 결합부(160b)의 원주방향 길이(L2)가 더 길게 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 인접하는 스월 단위체(100a, 100b) 사이에 형성되는 공기 유동부(180)의 면적이 넓게 형성될 수 있는 것이다. That is, as shown in FIG. 5, one swirl unit different from the circumferential length L1 of the first coupling unit 140a and the second coupling unit 160a of the swirl unit 100a described above ( The circumferential length L2 of the first coupling part 140b and the second coupling part 160b of 100b may be longer, and thus air formed between the adjacent swirl units 100a and 100b. The area of the flow unit 180 may be formed to be wide.

이에 따라, 막힘 유동이 발생하지 않도록 하여 유동 교란이 발생하지 않으며, 가스터빈의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. Accordingly, it is possible to prevent the clogged flow from occurring so that no flow disturbance occurs and the efficiency of the gas turbine can be prevented from being lowered.

다음으로, 도 6 내지 8을 참고하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 프리 스월 시스템을 살펴보도록 한다. Next, the free swirl system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 8.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 프리 스월 시스템(1000)은 크게, 공기를 스월(swirl)하기 위한 복수의 스월 단위체(100) 및 인접하는 상기 스월 단위체(100) 사이마다 배치되어 상기 복수의 스월 단위체(100)를 원형으로 연결하는 복수의 연결부(200)를 포함하여 이루어질 수 있다. The free swirl system 1000 according to the second embodiment of the present invention is largely disposed between a plurality of swirl units 100 for swirling air and the adjacent swirl units 100, and the plurality of swirls. It may include a plurality of connecting portion 200 for connecting the unit 100 in a circular shape.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 스월 단위체(100)와 복수의 연결부(200)가 교대로 배치되며 원형으로 연결된다. That is, as shown in FIG. 6, the plurality of swirl unit bodies 100 and the plurality of connection units 200 are alternately arranged and connected in a circle.

상기 복수의 스월 단위체(100)는 상기 제1 실시 예에서와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. Since the plurality of swirl units 100 are the same as in the first embodiment, description thereof will be omitted.

이때, 상기 각 연결부(200)는 상기 복수의 스월 단위체(100)의 원주방향을 따라 신축 가능하다. 즉, 상기 각 연결부(200)는 연결하고 있는 상기 스월 단위체(100) 사이의 거리를 조절할 수 있다. In this case, each of the connection parts 200 may be stretched along the circumferential direction of the plurality of swirl unit bodies 100. That is, each of the connection parts 200 may adjust the distance between the swirl units 100 connected thereto.

상기 각 연결부(200)는, 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부(140)를 연결하는 제1 연결부(240) 및 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제2 결합부(160)를 연결하는 제2 연결부(260)를 포함한다. Each of the connection parts 200 may include a first connection part 240 connecting the first coupling parts 140 of the adjacent swirl units and a second connection part 160 of the adjacent swirl units. 2 includes a connector 260.

이하, 복수의 스월 단위체(100) 중 하나의 스월 단위체(100a)와 이와 인접하는 다른 하나의 스월 단위체(100b)를 연결하는 연결부(200)를 기준으로 설명하도록 한다. 즉, 상기 하나의 스월 단위체(100a)는 에어포일부(120a), 제1 결합부(140a) 및 제2 결합부(160a)를 포함하며, 상기 다른 하나의 스월 단위체(100b)는 에어포일부(120b), 제1 결합부(140b) 및 제2 결합부(160b)를 포함하고, 상기 제1 연결부(240)는 인접하는 상기 각 제1 결합부(140a, 140b)를 연결하며, 상기 제2 연결부(260)는 인접하는 상기 각 제2 결합부(160a, 160b)를 연결하게 된다. Hereinafter, the description will be made based on the connection unit 200 connecting one swirl unit 100a of the plurality of swirl unit units 100 and the other swirl unit unit 100b adjacent thereto. That is, the one swirl unit 100a includes an airfoil unit 120a, a first coupling unit 140a, and a second coupling unit 160a, and the other swirl unit 100b includes an airfoil unit. And a first coupling part 140b and a second coupling part 160b, wherein the first connection part 240 connects the adjacent first coupling parts 140a and 140b to each other. The second connection part 260 connects the adjacent second coupling parts 160a and 160b.

이때, 상기 제1 연결부(240) 및 제2 연결부(260)는, 연결하고 있는 상기 각 제1 결합부(140a, 140b) 및 제2 결합부(160a, 160b) 사이의 거리를 각각 조절하기 위한 신축부를 포함하며, 본 실시 예에서 상기 신축부는, 상기 인접하는 스월 단위체에 각각 결합하여 서로 슬라이드 가능한 제1 슬라이드부(241, 261)와 제2 슬라이드부(242, 262) 및 상기 제1 슬라이드부(241, 261)와 상기 제2 슬라이드부(242, 262) 사이에서 슬라이드를 가이드하기 위한 가이드부(243, 263)를 포함하여 이루어질 수 있다. In this case, the first connecting portion 240 and the second connecting portion 260, for adjusting the distance between each of the first coupling portion (140a, 140b) and the second coupling portion (160a, 160b) connected to each other In this embodiment, the expansion unit, the first slide unit 241, 261 and the second slide unit 242, 262 and the first slide unit which are coupled to the adjacent swirl unit respectively and slideable with each other. It may include a guide portion (243, 263) for guiding the slide between the (241, 261) and the second slide portion (242, 262).

구체적으로, 상기 제1 슬라이드부(241, 261)는 상기 인접하는 스월 단위체 중 어느 하나의 스월 단위체(100a)에, 즉 상기 제1 결합부(140a) 및 제2 결합부(160a)에 각각 결합되며, 상기 제2 슬라이드부(242, 262)는 상기 인접하는 스월 단위체 중 다른 하나의 스월 단위체(100b)에, 즉 상기 제1 결합부(140b) 및 제2 결합부(160b)에 각각 결합된다. In detail, the first slide parts 241 and 261 are coupled to any one swirl unit 100a of the adjacent swirl units, that is, the first coupling unit 140a and the second coupling unit 160a, respectively. The second slide parts 242 and 262 are coupled to another swirl unit 100b of the adjacent swirl units, that is, the first coupling unit 140b and the second coupling unit 160b, respectively. .

또한, 상기 신축부를 구동하기 위한 구동부(300)를 더 포함하되, 본 실시 예에서는 상기 제1 연결부(240)의 신축부를 구동하기 위한 구동부(300)를 포함한다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제2 연결부(260)의 신축부를 구동하기 위한 구동부를 더 포함할 수도 있다. 상기 구동부(300)는 전기, 유압, 압축 공기 등을 사용하는 액추에이터를 포함하여 구동을 위한 것이라면 다양하게 형성될 수 있다. The apparatus may further include a driving unit 300 for driving the expansion and contraction unit. In this embodiment, the driving unit 300 includes a driving unit 300 for driving the expansion and contraction unit of the first connection unit 240. However, the present invention is not limited thereto, and may further include a driving unit for driving the expansion and contraction unit of the second connection unit 260. The drive unit 300 may be variously formed as long as it is for driving, including an actuator using electricity, hydraulic pressure, compressed air, and the like.

이때, 도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서 상기 제1 슬라이드부(241, 261)는 일측이 개방된 공간부(241a, 261a)를 형성하는 ㄷ자 형상으로 형성되며, 상기 제2 슬라이드부(242, 262)는 상기 제1 슬라이드부(241, 261)의 개방된 일측을 통해 상기 공간부(241a, 261a)에 배치되는 돌출부(242a, 262a)를 갖도록 형성될 수 있다. 7 and 8, in the present exemplary embodiment, the first slide parts 241 and 261 are formed in a c-shape to form the space parts 241a and 261a of which one side is open. The slide parts 242 and 262 may be formed to have protrusions 242a and 262a disposed in the space parts 241a and 261a through one open side of the first slide parts 241 and 261.

이에 따라, 상기 돌출부(242a, 262a)가 상기 공간부(241a, 261a)내에서부터 외측으로 슬라이드됨에 따라 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이의 거리, 즉 상기 공기 유동부(180)의 면적을 조절할 수 있다. Accordingly, as the protrusions 242a and 262a slide outward from the spaces 241a and 261a, the distance between the adjacent swirl units 100, that is, the area of the air flow unit 180 is adjusted. Can be.

이때, 상기 제1 슬라이드부(241, 261)와 상기 제2 슬라이드부(242, 262)의 너비는 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. In this case, the widths of the first slide parts 241 and 261 and the second slide parts 242 and 262 are preferably the same.

상기 공간부(241a)에서 상기 돌출부(242a)가 배치되고 남는 자리에는 상기 구동부(300)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 공간확보가 가능하며 구동이 용이하다. The driving unit 300 may be disposed in the space portion 241a where the protrusion 242a is disposed and remains. Accordingly, space can be secured and driving is easy.

또한, 상기 가이드부(243, 263)는 상기 제1 슬라이드부(241, 261)와 상기 제2 슬라이드부(242, 262) 사이에 구비되어 상기 제1 슬라이드부(241, 261)와 제2 슬라이드부(242, 262)의 슬라이드면 사이에 마찰을 줄이고 원활하게 슬라이드 가능하도록 한다. In addition, the guide parts 243 and 263 are provided between the first slide parts 241 and 261 and the second slide parts 242 and 262 to provide the first slide parts 241 and 261 and the second slide. The friction between the slide surfaces of the parts 242 and 262 is reduced and the slide is smoothly performed.

상기 가이드부(243, 263)는 다양한 종류의 베어링 또는 LM 가이드 등으로 형성될 수 있다. The guide parts 243 and 263 may be formed of various kinds of bearings or LM guides.

이와 같이, 상기 구동부(300)에 의해 상기 제1 슬라이드부(241, 261)와 제2 슬라이드부(242, 262)가 슬라이드되며 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이의 거리가 줄어들거나 늘어나면서 상기 인접하는 스월 단위체(100) 사이의 공기 유동부(180)의 면적이 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기와 같이 공기 유입 덕트(400)를 통해 공기가 유입되는 위치 또는 면적에 대응하여 상기 공기 유동부(180)의 위치 또는 면적을 조절할 수 있다. As such, the first slide unit 241 and 261 and the second slide unit 242 and 262 are slid by the driving unit 300 and the distance between the adjacent swirl unit 100 is reduced or increased. An area of the air flow unit 180 between adjacent swirl units 100 may be adjusted. Accordingly, the position or area of the air flow unit 180 may be adjusted to correspond to the position or area where air is introduced through the air inlet duct 400 as described above.

하지만, 상기 신축부의 구조는 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 신축부는 제1 슬라이드부와 제2 슬라이드부가 각각 판형으로 형성되어 겹쳐있다가 펼쳐지도록 슬라이드될 수도 있으며, 다수의 슬라이드부로 이루어져 연속적으로 슬라이드되도록 형성될 수도 있다. However, the structure of the expansion and contraction portion is not limited thereto, and the expansion and contraction portion may be formed so that the first slide portion and the second slide portion are each formed in a plate shape and overlap and slide to be unfolded. May be

마지막으로, 도 9 및 10을 참고하여 본 발명의 제3 실시 예에 따른 프리 스월 시스템을 살펴보도록 한다. Finally, a free swirl system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

본 발명의 제3 실시 예에 따른 프리 스월 시스템은 상기 제2 실시 예와 마찬가지로, 공기를 스월(swirl)하기 위한 복수의 스월 단위체(100) 및 인접하는 상기 스월 단위체(100) 사이마다 배치되어 상기 복수의 스월 단위체(100)를 원형으로 연결하는 복수의 연결부(1200)를 포함하여 이루어지되, 상기 스월 단위체(100)의 구조는 상기 실시 예와 다르지 않으며, 상기 연결부(1200) 및 이를 구동하기 위한 구동부(1300)의 구조만 상이하다. 이하, 상기 실시 예와 상이한 부분에 대해서만 중점적으로 설명하도록 한다.The free swirl system according to the third exemplary embodiment of the present invention is disposed between the plurality of swirl unit units 100 and the adjacent swirl unit units 100 for swirling air as in the second embodiment. It includes a plurality of connecting unit 1200 for connecting a plurality of swirl unit 100 in a circular shape, the structure of the swirl unit 100 is not different from the embodiment, the connection unit 1200 and for driving the same Only the structure of the driving unit 1300 is different. Hereinafter, only the different parts from the above embodiment will be described.

상기 각 연결부(1200)는, 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부(140)를 연결하는 제1 연결부(1240) 및 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제2 결합부(160)를 연결하는 제2 연결부(1260)를 포함한다. Each connection part 1200 may include a first connection part 1240 connecting each of the first coupling parts 140 of the adjacent swirl units and a second connection part 160 of the adjacent swirl units. 2 includes a connector 1260.

다만, 상기 제1 연결부(1240) 및 제2 연결부(1260)는, 연결하고 있는 상기 각 제1 결합부(140a, 140b) 및 제2 결합부(160a, 160b) 사이의 거리를 각각 조절하기 위한 신축부를 포함하되, 본 실시 예에서 상기 신축부는 벨로우즈(bellows; 1244, 1264)로 이루어지고 있다. However, the first connection portion 1240 and the second connection portion 1260 are for adjusting the distance between each of the first coupling portion (140a, 140b) and the second coupling portion (160a, 160b) connected to each other. Including a stretch portion, in the present embodiment, the stretch portion is made of bellows (1244, 1264).

또한, 상기 신축부를 상기 인접하는 스월 단위체(100)에 각각 고정하기 위한 고정부(1245, 1265)가 구비될 수 있다. In addition, fixing parts 1245 and 1265 may be provided to fix the stretchable part to the adjacent swirl unit 100, respectively.

구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 고정부(1245, 1265)는 상기 인접하는 스월 단위체 중 어느 하나의 스월 단위체(100a) 측에 결합되는 제1 고정부(1245a, 1265a)와, 다른 하나의 스월 단위체(100b) 측에 결합되는 제2 고정부(1245b, 1265b)가 나란하게 배치되며, 상기 제1 고정부(1245a, 1265a)와 제2 고정부(1245b, 1265b) 사이에는 상기 벨로우즈(1244, 1264)가 배치되고 있다. Specifically, as shown in FIG. 7, the fixing parts 1245 and 1265 are different from the first fixing parts 1245a and 1265a coupled to the swirl unit 100a side of any one of the adjacent swirl units. Second fixing parts 1245b and 1265b coupled to one swirl unit body 100b are disposed side by side, and the bellows is disposed between the first fixing parts 1245a and 1265a and the second fixing parts 1245b and 1265b. 1244 and 1264 are arrange | positioned.

또한, 상기 신축부를 구동하기 위한 구동부(1300)를 더 포함하되, 본 실시 예에서는 상기 제1 연결부(1240)의 신축부를 구동하기 위한 구동부(1300)를 포함한다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제2 연결부(1260)의 신축부를 구동하기 위한 구동부를 더 포함할 수도 있다. 상기 구동부(1300)는 전기, 유압, 압축 공기 등을 사용하는 액추에이터를 포함하여 구동을 위한 것이라면 다양하게 형성될 수 있다. The apparatus may further include a driving unit 1300 for driving the expansion and contraction unit. In this embodiment, the driving unit 1300 for driving the expansion and contraction unit of the first connection unit 1240 is further included. However, the present invention is not limited thereto, and may further include a driving unit for driving the expansion and contraction unit of the second connection unit 1260. The drive unit 1300 may be variously formed as long as it is for driving, including an actuator using electric, hydraulic, compressed air, and the like.

상기 구동부(1300)는 상기 벨로우즈(1244) 내부에 배치되되, 구체적으로 본 실시 예에서 상기 구동부(1300)는 상기 벨로우즈(1244) 내에 배치되어 상기 제1 고정부(1245a)와 제2 고정부(1245b) 사이의 거리를 조절함으로써 상기 벨로우즈(1244)를 조절하도록 한다. The driving unit 1300 is disposed in the bellows 1244. Specifically, in the present embodiment, the driving unit 1300 is disposed in the bellows 1244 so that the first fixing unit 1245a and the second fixing unit ( Adjust the bellows 1244 by adjusting the distance between 1245b).

즉, 상기 구동부(1300)는 상기 제1 고정부(1245a)와 제2 고정부(1245b)에 각각 일단이 고정되어 상기 고정부 사이의 거리를 조절할 수 있도록 하며, 상기 구동부(1300)에 의해 상기 고정부 사이의 거리가 멀어지면 상기 벨로우즈(1244, 1264)가 펼쳐지며 상기 인접하는 스월 단위체 사이의 거리가 멀어지고, 상기 고정부 사이의 거리가 줄어들면 상기 벨로우즈(1244, 1264)가 접히며 상기 인접하는 스월 단위체 사이의 거리가 줄어들게 된다. That is, one end of the driving unit 1300 is respectively fixed to the first fixing unit 1245a and the second fixing unit 1245b so that the distance between the fixing units can be adjusted, and the driving unit 1300 controls the distance between the fixing units. When the distance between the fixing part is far away, the bellows 1244 and 1264 are unfolded, and the distance between the adjacent swirl units becomes farther, and when the distance between the fixing parts is reduced, the bellows 1244 and 1264 are folded and the adjacent The distance between swirl units is reduced.

이에 따라, 마찬가지로 상기 공기 유입 덕트(400)를 통해 공기가 유입되는 위치 또는 면적에 대응하여 상기 공기 유동부(180)의 위치 또는 면적을 조절할 수 있다. Accordingly, similarly, the position or area of the air flow unit 180 may be adjusted to correspond to the position or area where air is introduced through the air inlet duct 400.

하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 고정부는 생략 가능하고, 상기 신축부는 벨로우즈 형상 뿐만 아니라 신축 가능한 플렉서블 소재로 이루어질 수도 있다. However, the present invention is not limited thereto, and the fixing part may be omitted, and the elastic part may be made of a flexible material as well as a bellows shape.

본 발명에 따르면, 프리 스월 시스템으로 공기를 유입시키는 공기 유입 덕트가 복수의 부분 덕트로 이루어져 상기 프리 스월 시스템으로 공기가 유입되는 위치 또는 면적이 균일하지 않은 경우에도, 이에 대응하도록 상기 프리 스월 시스템에서 공기가 유동되는 위치 또는 면적을 조절할 수 있어 유동 교란이 발생하지 않도록 하며, 궁극적으로 가스터빈의 효율을 향상시키는 효과가 있다. According to the present invention, even if the air inlet duct for introducing air into the free swirl system is composed of a plurality of partial ducts, even if the position or area where the air is introduced into the free swirl system is not uniform, in the free swirl system The position or area of air flow can be adjusted to prevent flow disturbance and ultimately improve the efficiency of the gas turbine.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific embodiments and descriptions, and various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Such variations are within the protection scope of the present invention.

1: 가스터빈 10: 케이싱
12: 압축기 케이싱 13: 연소기 케이싱
14: 터빈 케이싱 20: 압축기
22: 압축기 블레이드 22a: 압축기 블레이드 루트부
24: 압축기 베인 30: 연소기
40: 터빈 42: 터빈 블레이드
42a: 터빈 블레이드 루트부 44: 터빈 베인
50: 로터 52: 압축기 로터 디스크
53: 토크 튜브 54: 터빈 로터 디스크
55: 타이로드 56: 고정너트
60: 냉각 공기 챔버 70: 쿨러
100: 복수의 스월 단위체 120: 에어포일부
140: 제1 결합부 160: 제2 결합부
180: 공기 유동부
200, 1200: 연결부 240, 1240: 제1 연결부
260, 1260: 제2 연결부 241, 261: 제1 슬라이드부
241a, 261a: 공간부 242, 262: 제2 슬라이드부
242a, 262a: 돌출부 243, 263: 가이드부
1244, 1264: 벨로우즈 1245, 1265: 고정부
1245a, 1265a: 제1 고정부 1245b, 1265b: 제2 고정부
300, 1300: 구동부
400: 공기 유입 덕트 420: 복수의 부분 덕트
420a: 플랜지 440: 공기 유입 통로
1: gas turbine 10: casing
12: compressor casing 13: combustor casing
14 turbine casing 20 compressor
22: compressor blade 22a: compressor blade root portion
24: compressor vane 30: combustor
40: turbine 42: turbine blade
42a: turbine blade root portion 44: turbine vane
50: rotor 52: compressor rotor disk
53: torque tube 54: turbine rotor disk
55: tie rod 56: fixing nut
60: cooling air chamber 70: cooler
100: a plurality of swirl unit 120: air foil part
140: first coupling portion 160: second coupling portion
180: air flow portion
200, 1200: connection portion 240, 1240: first connection portion
260 and 1260: second connection part 241 and 261: first slide part
241a and 261a: space portion 242 and 262: second slide portion
242a and 262a: protrusions 243 and 263: guide portions
1244, 1264: Bellows 1245, 1265: Fixed part
1245a and 1265a: first fixing part 1245b and 1265b: second fixing part
300, 1300: drive unit
400: air inlet duct 420: plural partial ducts
420a: flange 440: air inlet passage

Claims (14)

케이싱;
상기 케이싱 내에 배치되며, 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기;
상기 압축기에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 연소기;
상기 연소기에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 복수의 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈;
상기 터빈 블레이드의 하단부로 유입되는 냉각 공기를 스월하기 위한 프리 스월 시스템; 및
상기 압축기에서 배출되는 냉각 공기를 상기 프리 스월 시스템으로 공급하기 위한 공기 유입 덕트;를 포함하며,
상기 프리 스월 시스템은 상기 냉각 공기를 스월하기 위한 복수의 스월 단위체를 포함하고,
상기 각 스월 단위체는,
에어포일부;
상기 에어포일부의 일측에 형성되는 제1 결합부; 및
상기 에어포일부의 타측에 형성되는 제2 결합부;를 포함하며,
상기 인접하는 스월 단위체의 에어포일부 사이에는 각각 냉각 공기가 유동되는 공기 유동부가 형성되고,
상기 공기 유입 덕트는 복수의 부분 덕트로 이루어지되, 상기 공기 유입 덕트를 통해 냉각 공기가 유입되는 위치 또는 면적에 대응하여 상기 각각의 공기 유동부의 위치 또는 면적이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
Casing;
A compressor disposed in the casing and configured to suck air and compress the air at high pressure;
A combustor for mixing and combusting air compressed by the compressor with fuel;
A turbine which rotates a plurality of turbine blades and generates electric power by using high temperature and high pressure combustion gas discharged from the combustor;
A free swirl system for swirling cooling air flowing into the lower end of the turbine blade; And
And an air inlet duct for supplying cooling air discharged from the compressor to the free swirl system.
The free swirl system includes a plurality of swirl units for swirling the cooling air,
Each swirl unit is
An airfoil portion;
A first coupling part formed at one side of the air foil part; And
And a second coupling part formed at the other side of the air foil part.
An air flow portion through which cooling air flows is formed between the air foil portions of the adjacent swirl units,
The air inlet duct is composed of a plurality of ducts, the gas turbine, characterized in that the position or area of each of the air flow portion is formed corresponding to the position or area where the cooling air flows through the air inlet duct.
제1항에 있어서,
상기 압축기에서 배출되는 냉각 공기가 저장되는 냉각 공기 챔버(chamber);를 더 포함하며,
상기 공기 유입 덕트는 상기 냉각 공기 챔버와 상기 프리 스월 시스템을 연결하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
The method of claim 1,
And a cooling air chamber in which cooling air discharged from the compressor is stored.
The air inlet duct connecting the cooling air chamber and the free swirl system.
제2항에 있어서,
상기 압축기로부터 상기 냉각 공기 챔버로 냉각 공기를 추기하는 라인 상에 설치되는 쿨러(cooler);를 더 포함하는 가스 터빈.
The method of claim 2,
And a cooler installed on a line for extracting cooling air from the compressor to the cooling air chamber.
제2항에 있어서,
상기 복수의 부분 덕트 각각에는, 상기 냉각 공기 챔버로부터 공기가 유입되기 위한 공기 유입 통로가 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
The method of claim 2,
Each of the plurality of partial ducts, characterized in that at least one air inlet passage for introducing air from the cooling air chamber is formed.
제1항에 있어서,
상기 복수의 부분 덕트 각각의 양측에는 플랜지(flange)가 형성되며, 상기 플랜지를 결합함에 따라 인접하는 부분 덕트가 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
The method of claim 1,
A flange is formed at both sides of each of the plurality of partial ducts, and the adjacent partial ducts are coupled to each other as the flanges are coupled to each other.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 각 스월 단위체의 제1 결합부 및 제2 결합부는 상기 공기 유입 덕트를 통해 냉각 공기가 유입되는 위치 또는 면적에 따라 서로 다르게 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
The method of claim 1,
Gas turbine, characterized in that the first coupling portion and the second coupling portion of each swirl unit may be formed differently depending on the position or area where the cooling air is introduced through the air inlet duct.
제1항에 있어서,
상기 프리 스월 시스템은, 인접하는 상기 복수의 스월 단위체 사이마다 배치되어 상기 복수의 스월 단위체를 원형으로 연결하는 복수의 연결부;를 더 포함하며,
상기 복수의 연결부 각각은, 상기 복수의 스월 단위체의 원주방향을 따라 신축 가능한 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
The method of claim 1,
The free swirl system may further include a plurality of connecting units disposed between the plurality of adjacent swirl units to connect the plurality of swirl units in a circular manner.
Each of the plurality of connection parts may be stretchable along the circumferential direction of the plurality of swirl units.
제8항에 있어서,
상기 복수의 연결부 각각은,
상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부를 연결하는 제1 연결부; 및
상기 인접하는 스월 단위체의 각 제2 결합부를 연결하는 제2 연결부;
를 포함하는 가스 터빈.
The method of claim 8,
Each of the plurality of connection portions,
A first connection part connecting each first coupling part of the adjacent swirl unit; And
A second connection part connecting each second coupling part of the adjacent swirl unit;
Gas turbine comprising a.
제9항에 있어서,
상기 제1 연결부 및 제2 연결부는, 상기 인접하는 스월 단위체의 각 제1 결합부 및 제2 결합부 사이의 거리를 각각 조절하기 위한 신축부;를 포함하며,
상기 제1 연결부 및 제2 연결부의 신축부 중 적어도 어느 하나를 구동하기 위한 구동부;
를 더 포함하는 가스 터빈.
The method of claim 9,
And the first connection part and the second connection part, an expansion and contraction part for adjusting a distance between each of the first coupling part and the second coupling part of the adjacent swirl unit.
A driving unit for driving at least one of the expansion and contraction units of the first connection unit and the second connection unit;
Gas turbine further comprising a.
제10항에 있어서,
상기 신축부는,
상기 인접하는 스월 단위체 중 어느 하나의 스월 단위체에 결합되는 제1 슬라이드부; 및
상기 인접하는 스월 단위체 중 다른 하나의 스월 단위체에 결합되며, 상기 제1 슬라이드부에 대해 슬라이드 가능한 제2 슬라이드부;
를 포함하는 가스 터빈.
The method of claim 10,
The stretching portion,
A first slide unit coupled to any one swirl unit of the adjacent swirl unit; And
A second slide unit coupled to another swirl unit of the adjacent swirl unit and slidable relative to the first slide unit;
Gas turbine comprising a.
제11항에 있어서,
상기 제1 슬라이드부와 상기 제2 슬라이드부 사이에는 슬라이드를 가이드하기 위한 가이드부가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
The method of claim 11,
Gas turbine, characterized in that the guide portion for guiding the slide is provided between the first slide portion and the second slide portion.
제10항에 있어서,
상기 신축부는,
벨로우즈(bellows) 또는 플렉서블 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
The method of claim 10,
The stretching portion,
Gas turbine, characterized in that it is made of bellows or flexible material.
제13항에 있어서,
상기 신축부를 상기 인접하는 스월 단위체에 각각 고정하기 위한 고정부;
를 더 포함하는 가스 터빈.
The method of claim 13,
A fixing part for fixing the elastic part to the adjacent swirl unit respectively;
Gas turbine further comprising a.
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