KR101744411B1

KR101744411B1 - 가스터빈의 냉각장치

Info

Publication number: KR101744411B1
Application number: KR1020150143974A
Authority: KR
Inventors: 김경국
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2015-10-15
Filing date: 2015-10-15
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2035-10-15
Also published as: US10450864B2; EP3156593B1; US20170107822A1; WO2017065574A1; EP3156593A1; KR20170044372A

Abstract

가스터빈의 냉각장치가 개시된다. 본 발명은 가스터빈의 냉각을 안정적으로 실시할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

가스터빈의 냉각장치{Cooling apparatus of the gas turbine}

본 발명은 가스터빈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토크 튜브 유닛이 다수개의 개별 단위체로 분리 가능하게 구성하고 상기 토크 튜브 유닛에 터빈 디스크 유닛의 냉각에 필요한 냉각 공기가 공급되도록 냉각 공기 공급 통로를 형성하여 냉각을 실시할 수 있는 가스터빈의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 가스터빈은 연소가스를 터빈의 블레이드 측으로 분사하여, 회전력을 얻는 원동기의 일종으로서, 크게 압축기, 연소기 및 터빈으로 구분할 수 있다. 상기 압축기는 터빈의 회전으로부터 생성된 동력의 일부를 전달받아서 유입되는 공기를 고압으로 압축하는 역할을 하게 되며, 압축된 공기는 연소기 측으로 전달된다.

상기 연소기는 압축 공기와 연료를 혼합 및 연소시켜 고온의 연소가스 흐름을 생성시키고 이를 터빈측으로 분사하며, 분사된 연소가스는 터빈을 회전시켜 회전력을 얻을 수 있도록 한다.

여기서, 압축기 및 터빈은 외주부에 방사상으로 결합되는 블레이드를 갖는 복수 개의 터빈 디스크를 포함한다. 통상적으로, 압축기에는 터빈 보다 많은 수의 터빈 디스크가 포함되는데, 이하에서는 압축기에 배치되는 복수 개의 터빈 디스크들을 압축기 섹션이라 칭하며, 터빈측에 배치되는 복수 개의 터빈 디스크를 터빈 섹션이라 칭한다.

상기 각각의 터빈 디스크들은 이웃한 터빈 디스크와 함께 회전하도록 체결되는데, 일 예로서 소위 Hirth coupling이라 칭하는 결합방식을 사용하여 이웃한 터빈 디스크 사이에서 회전토크가 전달될 수 있도록 결합된다. 아울러, 각각의 터빈 디스크들은 타이로드를 이용하여 고정된다.

상기 타이로드는 각각의 터빈 디스크의 중앙을 관통하도록 삽입되고, 타이로드 양단에 체결되는 가압너트를 통해 터빈 디스크들이 축 방향으로 움직이지 않도록 체결될 수 있다.

한편, 상기 압축기 섹션과 터빈 섹션의 사이에 연소기가 배치되므로, 압축기 섹션과 터빈 섹션은 연소기가 배치되기 위한 공간을 형성하도록 서로 이격되어 있고, 터빈섹션에서 생성된 회전토크를 압축기 섹션으로 전달할 수 있는 토크 전달부재가 가스터빈에 추가적으로 구비된다.

대한민국공개특허 제10-2011-0058336호(공개일: 2011년06월01일)

본 발명의 실시 예들은 가스터빈의 토크 튜브 유닛에 냉각 공기 공급 통로를 형성하여 터빈 디스크 유닛에 대한 냉각을 실시하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 압축기 디스크 유닛과 이웃하여 다수개가 서로 간에 밀착된 상태로 위치되며 상기 압축기 디스크 냉각통로와 연통된 냉각 공기 공급 통로가 형성된 토크 튜브 유닛; 및 상기 토크 튜브 유닛의 냉각 공기 공급 통로와 연통된 터빈 디스크 냉각 통로가 형성된 터빈 디스크 유닛을 포함하되, 상기 토크 튜브 유닛은 상기 압축기 디스크 유닛과 상기 터빈 디스크 유닛 사이에 위치되고, 상기 가스터빈에 구비된 회전축의 축 방향을 따라 서로 간에 밀착된 상태로 결합되며, 상기 냉각 공기 공급 통로는 상기 토크 유브 유닛의 가장자리에서 축 방향을 따라 횡 방향으로 개구되고, 상기 토크 튜브 유닛은 상기 압축기 디스크 유닛과 상기 터빈 디스크 유닛 사이에 배치된 제1 내지 제n 단위 토크 튜브를 포함하고, 상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브는 전면과 후면 위치에서 서로 간에 결합된 상태를 유지하기 위한 연결부재를 매개로 서로 간에 조립된 상태가 유지되며, 상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브는 상기 냉각 공기 공급 통로가 형성된 바디의 전면과 후면에 상기 냉각 공기 공급 통로 보다 상대적으로 크게 직경이 형성된 확장부가 구비되고, 상기 토크 튜브 유닛의 제1 내지 제n 단위 토크 튜브는 상기 압축기 디스크 유닛을 바라보는 바디의 전면과 후면이 내측을 향해 경사지게 연장된 경사부와, 상기 경사부의 하단에서 상기 가스터빈의 회전축을 향해 연장된 연장부를 포함하고, 상기 회전축과 마주보는 상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브의 경사부와 연장부에 의해 생성된 영역에 챔버부가 각각 형성되며, 상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브는 상기 회전축을 통해 유입되는 냉각 공기에 의해 상기 챔버부가 냉각되고, 상기 냉각 공기 공급 통로에 의해 상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브의 원주 방향 내부가 각각 서로 독립적으로 냉각되며, 상기 연장부에서 상기 회전축을 향해 연장된 단부와 상기 회전축 사이에 냉각 공기가 이동되기 위해 보조 냉각 통로가 상기 회전축의 축 방향을 따라 상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브에 각각 형성되고, 상기 보조 냉각 통로와 상기 챔버부가 상기 회전축 방향상에 반복적으로 배치되며, 상기 냉각 공기가 상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브를 따라 이동하면서 보조 냉각 통로를 경유해서 상기 챔버부에서 확산이 반복적으로 이루어지면서 상기 냉각 공기 공급 통로와 동시에 독립적으로 냉각이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각 공기 공급 통로는 상기 토크 튜브 유닛의 축 방향을 따라 상기 터빈 디스크 유닛을 향해 연장된 것을 특징으로 한다.
상기 냉각 공기 공급 통로는 상기 토크 튜브 유닛의 원주 방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 서로 간에 이격된 상태로 배치되되, 상기 터빈 디스크 유닛에 구비된 터빈 디스크와 대응되는 개수로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 냉각 공기 공급 통로는 동일한 직경으로 형성된 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 보조 냉각 통로는 상기 냉각 공기 공급 통로에 비해 큰 직경으로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예들은 고온의 온도 조건이 지속적으로 유지되는 터빈 디스크 유닛으로 냉각 공기를 안정적으로 공급할 수 있어 고가의 터빈 디스크 유닛에서의 열 변형으로 인한 파손 및 변형을 최소화할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 토크 튜브 유닛을 다수개의 단위 토크 튜브로 분할하여 조립 및 분해가 용이하여 상기 토크 튜브 유닛에 대한 수리 및 점검이 필요할 경우 작업자가 손쉽게 분해 조립을 실시할 수 있어 작업자의 작업성이 향상되고, 작업 시간을 단축하여 가스터빈에 대한 효율적인 점검 및 수리가 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 토크 튜브 유닛에 형성된 냉각 공기 공급 통로에 대한 가공을 위한 작업이 손쉽게 이루어지도록 일직선으로 연장된 경로로 개구되므로 가공이 용이하여 작업성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈의 냉각장치를 도시한 종 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈의 냉각장치를 통해 냉각 공기가 이동하는 상태를 도시한 작동 상태도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스터빈의 냉각장치를 도시한 종 단면도.

본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈의 냉각장치의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 첨부된 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈의 냉각장치를 도시한 종 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈의 냉각장치를 통해 냉각 공기가 이동하는 상태를 도시한 작동 상태도 이다.

첨부된 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 의한 가스터빈의 냉각장치(1)는 압축기 디스크 유닛(100)과, 토크 튜브 유닛(200)과, 터빈 디스크 유닛(300)을 포함하여 구성된다.

압축기 디스크 유닛(100)은 다수개의 압축기 디스크(102)가 구비되고, 압축기 디스크 냉각통로(110)가 형성되며 상기 가스터빈(1)의 축 방향 중앙에 배치된 회전축(4)을 기준으로 길이 방향을 따라 도면에 도시된 바와 같은 상태로 배치된다.

압축기 디스크 유닛(100)은 디스크 냉각통로(110)가 도면에 도시된 바와 같이 상기 토크 튜브 유닛(200)을 향해 하향 경사진 기울기로 연장된다. 상기 압축기 디스크 유닛(100)은 정면에서 바라볼 때 회전축(4)을 기준으로 방사형태로 배치되므로 압축기 디스크 유닛(100)에 형성된 디스크 냉각통로(110)가 후술할 토크 튜브 유닛(200)의 냉각 공기 공급 통로(210)와 서로 간에 유체 이동 가능하게 연통될 수 있다.

상기 디스크 냉각통로(110)는 상기 냉각 공기 공급 통로(210)와 대응되는 직경으로 개구되고 압축기에 공급된 고압의 공기를 공급받아 상기 냉각 공기 공급 통로(210)로 공급하는 매개체 역할을 하며 토크 튜브 유닛(200)과 최 단거리로 인접한 곳에 위치된 압축기 디스크(102)에 상기 디스크 냉각통로(110)가 형성된다.

압축기 디스크 유닛(100)은 터빈 유닛(미도시)에서 전달된 회전 토크에 의해 고속으로 회전될 수 있으며 이를 위해 상기 압축기 디스크 유닛(100)의 외주면에 압축기 디스크(102)가 장착된다.

토크 튜브 유닛(200)은 압축기 디스크 유닛(100)과 이웃하여 다수개가 서로 간에 밀착된 상태로 위치되며 압축기 디스크 냉각통로(110)와 연통된 냉각 공기 공급 통로(210)가 형성된다.

토크 튜브 유닛(200)은 상기 압축기 디스크 유닛(100)과 상기 터빈 디스크 유닛(300) 사이에 배치되며 회전축(4)의 축 방향을 기준으로 배치된 제1 내지 제n 단위 토크 튜브(20a ~ 20n)를 포함한다.

상기 토크 튜브 유닛(200)은 가스터빈에 구비된 회전축(4)의 축 방향을 따라 서로 간에 밀착된 상태로 결합되며, 상기 냉각 공기 공급 통로(210)는 상기 토크 유브 유닛(200)의 가장자리에서 축 방향을 따라 횡 방향으로 개구된다.

냉각 공기 공급 통로(210)는 상기 토크 튜브 유닛(200)을 정면에서 바라볼 때 가장자리를 따라 다수개가 배치되며 특별히 개수는 한정하지 않는다.

또한 토크 튜브 유닛(200)의 축 방향을 따라 터빈 디스크 유닛(300)을 향해 횡 방향으로 개구되며, 냉각공기가 상기 냉각 공기 공급 통로(210)를 따라 상기 터빈 디스크 유닛(300)으로 이동될 경우 레이아웃이 간단해지고 상기 터빈 디스크 유닛(300)을 향해 신속한 이동이 가능해 진다.

제1 단위 토크 튜브(20a)는 종 단면도를 기준으로 T자 형태로 형성되고, 도면에 도시된 제1 단위 토크 튜브(20a)의 형상에 의해 좌측과 우측에 각각 챔버(400)가 형성된다. 상기 제1 단위 토크 튜브(20a)는 토크 튜브 유닛(200)이 회전되는 경우 회전에 따른 회전력이 증가되는 형상으로 구성된다.

예를 들어 본 실시 예에서는 상기 제1 단위 토크 튜브(20a)가 단면도 기준으로 T자 형태의 구조를 갖고있으며, 이 경우 토크 튜브 유닛(200)이 회전될 경우 원주 방향 외측으로 원심력이 증가되어 회전력을 보다 용이하게 터빈 디스크 유닛(300)으로 전달할 수 있다. 따라서 토크 튜브 유닛(200)의 회전력 전달 효율이 향상된다.

냉각 공기 공급 통로(210)는 토크 튜브 유닛(200)의 반경 방향을 기준으로 최외각 하측에서 횡 방향에 개구되어 있다.

제1 단위 토크 튜브(20a)는 전술한 바와 같이 T자 형태로 형성되고, 상기 냉각 공기 공급 통로(210)는 T자 형태로 형성된 부분 중 횡 방향으로 연장된 부분에 형성된다.상기 제1 단위 토크 튜브(20a)는 전면과 후면이 평면으로 이루어지고, 상기 제1 단위 토크 튜브(20a)의 전, 후면에 냉각 공기 공급 통로(210)가 횡 방향으로 개구 되므로 실제 상기 냉각 공기 공급 통로(210)에 대한 가공을 실시할 때 보다 손쉽게 작업을 할 수 있어 작업자의 작업성이 향상되고 작업 속도가 향상된다.

만약 냉각 공기 공급 통로(210)의 위치가 도면에 도시된 위치가 아닌 챔버부(400)의 위치를 경유하는 경로를 따라 연장될 경우 냉각 공기가 챔버부(400)에서 확산되는 현상이 발생될 수 있으므로 전술한 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

또한 냉각 공기 공급 통로가 횡 방향이 아닌 경사진 방향 또는 라운드진 방향으로 형성될 경우 가공이 상대적으로 어려워질 수 있으므로 본 발명과 같이 횡 방향으로 연장되는 것이 가장 바람직하다.

상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브(20a ~ 20n)는 모두 형태가 동일하므로 상기 제1 단위 토크 튜브(20a)를 기준으로 설명하며 나머지 제2 내지 제n 단위 토크 튜브(20b ~ 20n)에 대한 설명은 생략한다.

상기 제1 단위 토크 튜브(20a)는 상기 압축기 디스크 유닛(100)을 바라보는 바디(B)의 전면과 후면은 하측을 향해 일정 길이만큼 수직 하향되게 연장된 후에 상기 바디(B)의 내측을 향해 경사지게 연장된 경사부(203)와, 상기 경사부(203)의 하단에서 상기 가스터빈(1)에 삽입된 회전축(4)을 향해 연장된 연장부(204)를 포함한다.

상기 제1 단위 토크 튜브(20a)는 도면을 기준으로 이웃한 제2 단위 토크 튜브(20b) 사이가 빈 공간으로 이루어진 챔버(400)가 형성되는데, 냉각 공기 공급 통로(210)는 상기 챔버(400)의 상측 위치에서 회전축(4)의 축 방향을 따라 터빈 디스크 유닛(300)을 향해 일직선으로 연장된다.

챔버(400)는 전술한 토크 튜브 유닛(200)의 회전력 향상을 위해 도면에 도시된 형태로 형성되나 다른 형태로 변경되는 것도 가능함을 밝혀 둔다.

상기 냉각 공기 공급 통로(210)는 토크 튜브 유닛(200)에 대한 드릴링 가공을 실시할 때 보다 용이한 드릴링 작업을 위해 일직선으로 관통되는 것이 유리하나 전술한 바와 같은 일직선이 아닌 다른 경로를 갖고 연장되는 것도 가능할 수 있다.

냉각 공기 공급 통로(210)는 제1 직경(d1)으로 형성되는데, 상기 제1 직경(d1)은 특별히 특정 직경으로 한정하지 않으나 압축기를 통해 공급되는 고압 상태의 공기의 압력을 고려하여 개구된다.

또한 본 실시 예에 의한 냉각 공기 공급 통로(210)는 제1 내지 제n 단위 토크 튜브(20a ~ 20n)에 모두 동일한 직경으로 개구될 수 있으며 이 경우 드릴링 작업이 손쉽게 이루어질 수 있어 작업자의 작업성 향상과 직경 차이로 인한 냉각 공기의 이동 불안정 현상을 예방할 수 있다.

또한 위와 같이 냉각 공기 공급 통로(210)의 직경이 모두 동일하게 구성될 경우 냉각 공기의 유량을 일정하게 할 수 있어 최종적인 냉각 대상물에 해당되는 터빈 디스크 유닛(300)의 냉각 효율 향상과 불필요한 마찰 발생을 최소화 할 수 있다.

또한 냉각 공기 공급 통로(210)가 토크 튜브 유닛(200)의 축 방향을 따라 일직선으로 연장되므로 특정 위치에서 급격한 각도로 굴곡지거나 경사지게 연장되지 않으므로 냉각 공기의 이동이 안정적으로 가이드 될 수 있고 상기 토크 튜브 유닛(200)의 길이가 길어지는 경우에도 상기 터빈 디스크 유닛(300)을 향해 다량의 냉각 공기가 공급될 수 있어 상기 터빈 디스크 유닛(300)의 안정적인 냉각을 도모할 수 있다.

상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브(20a ~ 20n)는 전면과 후면 위치에서 서로 간에 결합된 상태를 유지하기 위해 연결부재(202)가 구비되어 있어 서로 간에 결합된 상태가 안정적으로 유지된다.

본 실시 예에 의한 토크 튜브 유닛(200)이 다수개로 구성되는 이유는 장기간 가스터빈(1)이 작동되는 과정에서 특정 위치에 위치된 토크 튜브 유닛(200)이 고장 나거나 수리가 필요한 경우 상기 토크 튜브 유닛(200) 전체를 교환하지 않고 수리 또는 교체가 필요한 제1 단위 토크 튜브(20a) 또는 제2 단위 토크 튜브(20b)에 대해서만 부분 교체를 통해 수리 및 점검에 따른 시간을 단축할 수 있다. 이를 통해 작업자의 작업 효율성이 증가되고 신속한 교체를 통해 가스터빈(1)의 활용성이 향상된다.

제1 내지 제n 단위 토크 튜브(20a ~ 20n)은 연결부재(202)에 의해 서로 간에 조립된 상태가 유지되거나, 서로 간에 분리될 수 있으며 토크 튜브 유닛(200)이 단일 구성이 아닌 개별 구성 조립체로 구성될 수 있는 매개체 역할을 한다.

제1 내지 제n 단위 토크 튜브(20a ~ 20n)는 가스터빈(1)의 전체적인 크기에 따라 크기가 변경될 수 있으며 도면에 도시된 형태 및 크기로 한정하지 않는다.

상기 토크 튜브 유닛(200)의 제1 내지 제n 단위 토크 튜브(20a ~ 20n)는 냉각 공기 공급 통로(210)가 형성된 위치에서 바디(B)의 전면과 후면에 상기 냉각 공기 공급 통로(210)보다 상대적으로 크게 직경이 형성된 확장부(220)가 구비된다.

상기 확장부(220)는 제1 내지 제n 단위 토크 튜브(20a ~ 20n)를 서로 간에 밀착시킨 상태에서 연결부재(202)를 통해 조립을 실시할 때 냉각 공기 공급 통로(210)가 정확히 일치하지 않는 경우에도 냉각 공기가 냉각 공기 공급 통로(210)를 통해 안정적으로 이동할 수 있는 소정의 여유 공간을 제공하여 다량의 냉각 공기에 대한 공급 안전성이 향상된다.

예를 들어 작업자가 제1 내지 제n 단위 토크 튜브(20a ~ 20n)를 서로 간에 조립할 때 상기 냉각 공기 공급 통로(210)를 정확하게 일치시키지 않는 경우에도 상기 확장부(220)에 의해 일정 범위 이내에서 정확하게 제1 단위 토크 튜브(20a)에 형성된 냉각 공기 공급 통로와 제2 단위 토크 튜브(20b)에 형성된 냉각 공기 공급 통로가 서로 간에 연통된 상태로 조립을 실시할 수 있다.

따라서 상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브(20a ~ 20n)에 대한 조립이 이루어지는 현장에서 조립 오차가 미세하게 발생되는 경우에도 상기 냉각 공기 공급 통로(210)를 통한 냉각 공기를 상기 터빈 디스크 유닛(300)를 향해 안정적으로 공급할 수 있다.

상기 냉각 공기 공급 통로(210)는 상기 토크 튜브 유닛(200)의 원주 방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 서로 간에 이격된 상태로 배치되되, 터빈 디스크 유닛(300)에 구비된 터빈 디스크(320)와 대응되는 개수로 이루어진다.

예를 들어 상기 터빈 디스크(320)의 개수가 n개일 경우 상기 냉각 공기 공급 통로(210)의 개수도 상기 터빈 디스크(320)와 대응되는 n개로 구성된다.

따라서 상기 터빈 디스크(320)에 각각 독립적으로 냉각 공기가 개별 공급될 수 있어 고온의 온도 조건에 노출되는 위치 및 환경 특성에 상관없이 안정적인 냉각을 통해 상기 터빈 디스크(320)에 대한 내구성 향상과 표면을 안정적으로 보호할 수 있어 장기간 사용되는 경우에도 균열 또는 파손으로 인한 문제점을 사전에 예방할 수 있다.

또한 이를 통해 고가의 터빈 디스크 유닛(300)에 대한 교체 및 이로 인한 가스터빈의 정지 없이 지속적인 작동을 도모할 수 있다.

상기 연장부(204)와 상기 회전축(4) 사이에 냉각 공기가 이동되기 위해 보조 냉각 통로(206)가 형성되는데, 상기 보조 냉각 통로(206)는 회전축(4)의 외측으로 소정의 간격을 두고 화살표 방향으로 냉각 공기가 공급 가능하도록 간극이 형성되어 있어 고압의 냉각 공기가 안정적으로 이동할 수 있다.

상기 보조 냉각 통로(206)를 통해 이동된 냉각 공기는 화살표로 도시된 바와 같이 회전축(4)을 따라 터빈 디스크 유닛(300)을 향해 이동된다. 냉각 공기는 터빈 디스크(320)의 중앙을 경유하여 이동되고, 상기 보조 냉각 통로(206)를 통해 공급된 냉각 공기는 상기 터빈 디스크(320)의 하측 위치에서의 냉각을 도모할 수 있어 상기 터빈 디스크(320)에 대한 전체적인 냉각을 안정적으로 도모할 수 있다.

상기 보조 냉각 통로(206)는 상기 냉각 공기 공급 통로(210)에 비해 큰 직경으로 형성되므로 다량의 냉각 공기가 회전축(4)을 따라 터빈 디스크 유닛(300)으로 공급될 수 있어 상기 터빈 디스크 유닛(300)을 구성하는 터빈 디스크(320)가 다수개인 경우에 냉각 공기 공급 통로(210)와 함께 보다 안정적이고 효율적인 냉각이 이루어진다.

따라서 가스터빈에 장착된 터빈 디스크 유닛(300)이 고온의 온도 조건에서 장기간 노출되는 경우에도 표면에서의 크랙 발생 또는 내구성 저하와 같은 문제점이 최소화 할 수 있다.

터빈 디스크 유닛(300)은 상기 토크 튜브 유닛(200)의 냉각 공기 공급 통로(210)와 연통된 터빈 디스크 냉각 통로(310)가 형성되는데, 상기 터빈 디스크 냉각 통로(310)는 터빈 디스크(320)를 전면에서 후면을 경유하여 관통된 형태로 형성된다.

터빈 디스크 냉각 통로(310)는 냉각 공기 공급 통로(210)의 직경과 동일한 직경으로 구성되거나, 냉각 공기의 이동 방향으로 직경이 축소되도록 구성될 수 있다.

본 실시 예에 의한 토크 튜브 유닛(200)은 제1 내지 제n 단위 토크 튜브(20a ~ 20n) 사이에 냉각 공기 공급 통로(210)를 통해 공급된 냉각 공기의 누설을 방지하기 위해 실링을 위한 가스켓(미도시)이 설치될 수 있다. 참고로 상기 가스켓은 오링 형태로 형성된다.

가스켓은 제1 단위 토크 튜브(20a)와 제2 단위 토크 튜브(20b)가 서로 간에 밀착되는 밀착면 중 확장부(220)를 제외한 영역에 장착된다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 가스터빈의 냉각장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 참고로 도 1에서 이미 설명된 구성요소들(압축기 디스크 유닛, 터빈 디스크 유닛, 터빈 디스크에 대한 설명은 생략한다)

첨부된 도 3을 참조하면, 본 실시 예는 전술한 도 1에 도시된 실시 예의 변형 형태로서 토크 튜브 유닛(200)의 단면 형태가 T자 형태가 아닌 I자 형태로 이루어진다. 참고로 본 실시 예에서 냉각 공기 공급 통로(210)의 위치와 형태는 전술한 도 1의 구조와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

토크 튜브 유닛(200)이 I자 형태일 경우 챔버(400)로 냉각 공기가 공급 및 이동되는 현상이 최대한 억제되고 터빈 디스크 유닛(300)에 배치된 다수개의 터빈 디스크(320)에 대한 냉각을 위해서만 냉각 공기가 공급될 수 있어 고온의 환경에 노출되는 터빈 디스크(300)에 대한 냉각 효율을 향상시켜 소재의 변형 또는 표면 균열과 같은 현상을 최대한 억제하여 가스터빈의 안정적인 작동을 도모할 수 있다.

챔버(400)는 전술한 도 1에 도시된 형태와 상이하게 형성되며 I자 형태의 하측 부분의 횡 방향 길이에 따라 챔버(400)로 공급되는 냉각 공기량을 선택적으로 조절할 수 있으므로 상기 터빈 디스크(320)로 공급될 유량을 최적의 상태로 조절할 수 있어 냉각을 위한 설계 자유도가 향상된다.

예를 들어 챔버(400)로 냉각 공기를 공급하기 위해서는 토크 튜브 유닛(200)의 단면을 기준으로 하측 길이를 짧게 할 경우 일정량의 냉각 공기를 상기 챔버(400)로 공급할 수 있으므로 가스터빈의 용량 또는 냉각 공기량에 따라 최적의 조건으로 설계자가 자유롭게 설계 변경을 실시할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1 : 가스터빈
2 : 연소기
4 : 회전축
B : 바디
100 : 압축기 디스크 유닛
110 : 디스크 냉각통로
200 : 토크 튜브 유닛
202 : 연결부재
203 : 경사부
204 : 연장부
210 : 냉각 공기 공급 통로
220 : 확장부
300 : 터빈 디스크 유닛
310 : 디스크 냉각 통로
320 : 터빈 디스크
20a ~ 20n : 제1 내지 제n 단위 토크 튜브
400 : 챔버

Claims

압축기 디스크 유닛과 이웃하여 다수개가 서로 간에 밀착된 상태로 위치되며 상기 압축기 디스크 냉각통로와 연통된 냉각 공기 공급 통로가 형성된 토크 튜브 유닛; 및
상기 토크 튜브 유닛의 냉각 공기 공급 통로와 연통된 터빈 디스크 냉각 통로가 형성된 터빈 디스크 유닛을 포함하되,
상기 토크 튜브 유닛은 상기 압축기 디스크 유닛과 상기 터빈 디스크 유닛 사이에 위치되고, 가스터빈에 구비된 회전축의 축 방향을 따라 서로 간에 밀착된 상태로 결합되며,
상기 냉각 공기 공급 통로는 상기 토크 유브 유닛의 가장자리에서 축 방향을 따라 횡 방향으로 개구되고,
상기 토크 튜브 유닛은 상기 압축기 디스크 유닛과 상기 터빈 디스크 유닛 사이에 배치된 제1 내지 제n 단위 토크 튜브를 포함하고,
상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브는 전면과 후면 위치에서 서로 간에 결합된 상태를 유지하기 위한 연결부재를 매개로 서로 간에 조립된 상태가 유지되며,
상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브는 상기 냉각 공기 공급 통로가 형성된 바디의 전면과 후면에 상기 냉각 공기 공급 통로 보다 상대적으로 크게 직경이 형성된 확장부가 구비되고,
상기 토크 튜브 유닛의 제1 내지 제n 단위 토크 튜브는 상기 압축기 디스크 유닛을 바라보는 바디의 전면과 후면이 내측을 향해 경사지게 연장된 경사부와, 상기 경사부의 하단에서 상기 가스터빈의 회전축을 향해 연장된 연장부를 포함하고,
상기 회전축과 마주보는 상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브의 경사부와 연장부에 의해 생성된 영역에 챔버부가 각각 형성되며, 상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브는 상기 회전축을 통해 유입되는 냉각 공기에 의해 상기 챔버부가 냉각되고, 상기 냉각 공기 공급 통로에 의해 상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브의 원주 방향 내부가 각각 서로 독립적으로 냉각되며,
상기 연장부에서 상기 회전축을 향해 연장된 단부와 상기 회전축 사이에 냉각 공기가 이동되기 위해 보조 냉각 통로가 상기 회전축의 축 방향을 따라 상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브에 각각 형성되고, 상기 보조 냉각 통로와 상기 챔버부가 상기 회전축 방향상에 반복적으로 배치되며,
상기 냉각 공기가 상기 제1 내지 제n 단위 토크 튜브를 따라 이동하면서 보조 냉각 통로를 경유해서 상기 챔버부에서 확산이 반복적으로 이루어지면서 상기 냉각 공기 공급 통로와 동시에 독립적으로 냉각이 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 냉각장치.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 냉각 공기 공급 통로는,
상기 토크 튜브 유닛의 축 방향을 따라 상기 터빈 디스크 유닛을 향해 연장된 것을 특징으로 하는 가스터빈의 냉각장치.
제1 항에 있어서,
상기 냉각 공기 공급 통로는,
상기 토크 튜브 유닛의 원주 방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 서로 간에 이격된 상태로 배치되되, 상기 터빈 디스크 유닛에 구비된 터빈 디스크와 대응되는 개수로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스터빈의 냉각장치.
제1 항에 있어서,
상기 냉각 공기 공급 통로는,
동일한 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 가스터빈의 냉각장치.
삭제
삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 보조 냉각 통로는,
상기 냉각 공기 공급 통로에 비해 큰 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 가스터빈의 냉각장치.