KR100804951B1

KR100804951B1 - 가스터빈 연소기의 충격흡수장치

Info

Publication number: KR100804951B1
Application number: KR1020010074175A
Authority: KR
Inventors: 김경하; 최영옥; 김규식; 김대연
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2008-02-20
Also published as: KR20030043151A

Abstract

본 발명은 가스터빈의 연소시 발생하는 충격파에 의한 맥동현상으로 설비에 가해지는 충격을 흡수처리하는 장치에 관한 것으로, 다수개의 버너의 외측으로 충격흡수실린더들을 다수개 장착하여 버너들이 연소시에 가지는 고유 맥동파인 고맥동파와 저맥동파들을 흡수처리함으로써 이들 고맥동파와 저맥동파들이 합성되어 설비에 충격을 주는 현상을 방지하여 설비를 보호할 수 있도록 개선된 가스터빈 연소기의 충격흡수장치에 관한 것이다.

본 발명은, 연소실을 이루는 하우징의 내측에는 다수개의 충격흡수 실린더들을 장착하고, 각각의 충격흡수 실린더들은 센터링 플레이트의 하부공간으로 연통하는 도관을 다수개 장착하고, 상기 도관의 상부측으로는 각각 제 1케이싱이 위치되고, 상기 제 1케이싱내에는 제 2케이싱이 장착되며, 상기 제 2케이싱에는 상기 제 1케이싱에 설치되는 스프링에 지지축에 의해서 연결되는 디스크가 상기 도관을 개폐가능하도록 장착됨으로써, 센터링 플레이트의 하부측 연소실에서 발생된 고맥동파및 저맥동파에 의해서 상기 디스크가 도관을 개방시키게 됨으로써 상기 디스크에 연결된 스프링이 고맥동파및 저맥동파에 의한 충격을 흡수하도록 구성되는 가스터빈 연소기의 충격흡수장치를 제공한다.

가스터빈, 충격파, 맥동현상, 충격흡수 실린더, 충격흡수장치

Description

가스터빈 연소기의 충격흡수장치{A SHOCK ABSORBER FOR COMBUSTION CHAMBER OF GAS TURBINE}

제 1도는 일반적인 종래의 가스터빈에서 고맥동파와 저맥동파가 발생하여 설비에 충격을 주는 상태를 도시한 단면도;

제 2도는 종래의 가스터빈에 장착된 가스 버너들이 위치하는 연소실의 구성을 도시한 평단면도;

제 3도는 일반적인 가스 터빈에서 발생되는 고맥동파와 저맥동파의 파형구조를 도시한 설명도로서, 고맥동파와 저맥동파가 합성되는 상태를 도시한 설명도;

제 4도는 본 발명에 따른 충격흡수장치가 가스터빈 연소기에 장착된 상태를 도시한 종단면도;

제 5도는 본 발명에 따른 충격흡수장치가 가스터빈 연소기에 장착된 상태를 도시한 평단면도;

제 6도는 본 발명에 따른 충격흡수장치가 가스터빈 연소기에 장착된 상태를 확대하여 도시한 종단면도;

제 7도는 본 발명에 따른 충격흡수장치가 가스터빈 연소기에 장착되어 동작하는 상태를 도시한 작동 설명도;

제 8도는 본 발명에 따른 충격흡수장치의 분해 단면도;

제 9도는 도 7의 E-E 선을 따른 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

5..... 하우징 7..... 센터링 플레이트

10.... 충격흡수 실린더 12.... 제 1케이싱

15.... 상부 플레이트 20.... 곡관

30.... 제 2케이싱 35.... 관통 구멍

40.... 디스크 52.... 받침판

55.... 스프링 60.... 변위 센서

200... 가스 터빈 210... 가스 버너

223... 베인 p.... 충격파

본 발명은 가스터빈의 연소시 발생하는 충격파에 의한 맥동현상으로 설비에 가해지는 충격을 흡수처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 다수개의 버너의 외측으로 충격흡수실린더들을 다수개 장착하여 버너들이 연소시에 가지는 고유 맥동파인 고맥동파와 저맥동파들을 흡수처리함으로써 이들 고맥동파와 저맥동파들이 합성되어 설비에 충격을 주는 현상을 방지하여 설비를 보호할 수 있도록 개선된 가스터빈 연소기의 충격흡수장치에 관한 것이다.

일반적으로, 가스 터빈(200)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상부측에 다수개의 버너(EV-BURNER)(210)들을 구비하여 연소실을 구성하고, 버너(210)의 하부측으로는 화염(210a)들이 통과하는 필터세그멘트(215)를 장착하며, 상기 연소실의 하부측으로 베인(vane)(223)과 브레이드(blade)(225)들을 장착하여 회전되도록 하고 있다. 이러한 가스 터빈(200)은 도 2에 도시된 바와 같이, 연소실에 장착된 다수개의, 대략 37개의 버너(210)들이 부하에 따라서 각각 다른 시간대에서 점화및 소화가 이루어지도록 되어 있다.

이러한 37개의 버너(210)들은 각각의 부하에 따라서 점화될 때에는 각각의 고유 맥동파들을 가지고 점화되는데, 어느 것은 고맥동파(H)를 가지고, 다른 것은 저맥동파(L)를 가지며 이것들이 서로 합성되어 합성파(P)가 생성되어진다. 이러한 합성파(P)는 설비에 충격을 주어 소음을 발생시킴은 물론, 설비의 강도를 저하시키고 수명을 단축시킨다. 이와 같이 가스 터빈(200)의 연소실에서 맥동현상이 일어나는 원인은 통상적으로버너(210)가 2개의 점화상태에서 5개가 점화되는 경우 연소실에서 내부 압력이 상승하여 발생하는 것으로 판단된다.

이와 같이 가스 터빈(200)의 연소실에서 발생되는 맥동파들은 도 3에 도시된 바와 같이, 고맥동파(H)는 주기 시간이 짧은 것으로 힘은 조금 약하나, 진동이 심하여 연소실의 옆면에 부착된 필터 세그멘트(215)에 손상을 주고, 필터 세그멘트(215)를 교체하도록 한다. 그리고, 저맥동파(L)들은 주기시간이 긴 것으로 힘이 세고 강한 파장을 가지며, 연소가스에 의해서 운전되는 베인(223)및 블레이드(225)등에 손상을 주어 이들의 교체주기를 짧게 하는 문제점을 갖는 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 버너들이 연소실내에서 연소하는 경우, 연소시에 발생되는 고유 맥동파인 고맥동파와 저맥동파들을 효과적으로 흡수처리함으로써 이들 고맥동파와 저맥동파들이 합성되어 설비에 충격을 주는 현상을 방지하여 설비를 보호할 수 있도록 개선된 가스터빈 연소기의 충격흡수장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본발명은, 가스터빈의 연소시 발생하는 충격파에 의한 맥동현상으로 설비에 가해지는 충격을 흡수처리하는 장치에 있어서,연소실을 이루는 하우징의 내측에는 다수개의 충격흡수 실린더들을 장착하고, 각각의 충격흡수 실린더들은 센터링 플레이트의 하부공간으로 연통하는 도관을 다수개 장착하고, 상기 도관의 상부측으로는 각각 제 1케이싱이 위치되고, 상기 제 1케이싱내에는 제 2케이싱이 장착되며, 상기 제 2케이싱에는 상기 제 1케이싱에 설치되는 스프링에 지지축에 의해서 연결되는 디스크가 상기 도관을 개폐가능하도록 장착됨으로써, 센터링 플레이트의 하부측 연소실에서 발생된 고맥동파및 저맥동파에 의해서 상기 디스크가 도관을 개방시키게 되어 상기 디스크에 연결된 스프링이 고맥동파및 저맥동파에 의한 충격을 흡수하도록 구성됨을 특징으로 하는 가스터빈 연소기의 충격흡수장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 가스터빈 연소기의 충격흡수장치(1)는 도 4및 도 5에 도시된 바와 같이, 연소실을 이루는 하우징(5)의 내주면에 근접하여 버너(210)를 고정하는 센터링 플레이트(7)상에서 그 외측으로 상기 하우징(5)의 원주방향을 따라서 충격흡수 실린더(10)가 다수개가 일정 간격으로 배치된다.

본 발명의 충격흡수장치(1)는 도 7및 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 충격흡수 실린더(10)가 동일 구조를 갖기 때문에 이하에서는 어느 하나에 대해서만 보다 상세히 설명하고, 다른 것들에 대해서는 동일 부호를 부여하기로 한다.

상기 충격흡수 실린더(10)는 각각 중공형의 제 1케이싱(12)을 갖추고, 상기 제 1케이싱(12)의 상단에 용접 결합되는 상부 플레이트(15)에는 4개의 구멍(17)이 형성되고 각각의 구멍(17)에는 배출 곡관(20)을 형성하여 용접등으로 연결하며, 그 중앙에는 스프링 장력 조절나사(22)를 나사결합시킨다. 그리고, 상기 제 1케이싱(12)의 하단은 상기 센터링 플레이트(7)를 관통하여 장착됨으로써 상기 센터링 플레이트(7)의 하부 공간에 연통되도록 하여주는 도관(25)의 상단에 나사결합되어 상기 센터링 플레이트(7)에 장착된다.

그리고, 상기 제 1케이싱(12)의 내측에는 그 하부에 중공형의 또 다른 제 2케이싱(30)이 장착되는 바, 이는 그 하단이 상기 제 1케이싱(12)의 내측에서 상기 도관(25)의 상부면에 형성된 탭부(32)에 나사결합되는 것이다. 또한, 상기 제 2케이싱(30)은 그 중간부분에 다수의 횡방향 관통구멍(35)을 형성하며, 상기 제 2케이싱(30)의 내주면에 일치하는 단면을 갖는 디스크(40)가 그 내부에서 상하로 승하강하도록 구성되며, 상기 디스크(40)의 상부측, 관통구멍(35)의 상부측으로 다수개의 밸런싱 구멍(42)들을 형성하고, 상기 관통구멍(35)의 하부측으로도 다수개의 밸런싱 구멍(45)들을 형성하는 것이다.

따라서, 상기 제 2케이싱(30)의 내측공간은 도관(25)을 통하여 상기 센터링 플레이트(7)의 하부 공간에 연통되고, 다수의 관통구멍(35)들을 통하여 제 1케이싱(12)의 내측 공간에 연통되며, 제 1케이싱(12)의 다수의 곡관(20)들을 통하여 센터링 플레이트(7)의 상부측 공간인 에어챔버에 연통되는 것이다. 그리고, 상기 디스크(40)의 상부측으로는 지지축(50)이 제 2케이싱(30)의 상부면을 관통하여 상부로 연장되며, 그 상단에는 받침판(52)이 고정되어 스프링(55)을 장착하고, 상기 스프링(55)의 상단은 제 1케이싱(12)의 상부 플레이트(15)에 나사결합하고 있는 스프링 장력 조절나사(22)의 하단 누름판(57)에 연결되어 있다.

따라서, 상기 제 2케이싱(30)의 내부의 디스크(40)는 스프링(55)을 통하여 상기 제 1케이싱(12)의 스프링 장력 조절나사(22)에 지지되고, 항상 하부측으로 탄력지지되는 상태이어서 통상적으로는 상기 도관(25)의 상부측 개구를 닫아서 도 6에 도시된 바와 같이 이를 폐쇄시킨다.

이러한 본 발명에 따른 가스터빈 연소기의 충격흡수장치(1)는 연소실을 이루는 하우징(5)의 내주면에 근접하여 버너(210)를 고정하는 센터링 플레이트(7)의 외측으로 상기 하우징(5)의 원주방향을 따라서 충격흡수 실린더(10)가 다수개가 적어도 18개가 일정 간격으로 배치된다.

한편, 이와 같은 충격흡수장치(1)는 몇개의 충격흡수 실린더(10)상에 저맥동파(L)에 의한 충격흡수 여부를 판독하기 위한 센서(60)들을 장착하는 바, 상기 센서(60)들은 18개의 충격흡수 실린더(10)중 6개에 장착되며, 이들은 하우징(5)을 따라서 서로 등간격으로 장착되는 것이다.

이러한 상기 센서(60)들은 각각 디스크(40)의 상승된 변위량을 검출하는 변위량 검출센서(60)들이며, 이들은 디스크(40)의 지지축(50) 상단에 마련된 받침판(52)의 일측에 장착되고, 상기 변위센서(60)의 신호를 외부로 전송하기 위한 전송관(62)이 제 1케이싱(12)을 관통하여 외부로 연장된다.

이러한 변위센서(60)는 가스터빈(200)의 제어를 담당하는 제어 컴퓨터(미도시)에 전기적인 신호를 송신함으로써, 센서의 변위량이 사전에 설정된 일정치를 넘는 경우에는 버너(210)의 가동을 중단시키게 되는 바, 이는 상기 6개의 변위센서(60)중 5개의 변위센서(60)에서, 각각의 디스크(40)의 상승범위가 디스크(40)의 최대 상승범위의 90%이상을 초과하는 경우, 제어 컴퓨터(미도시)는 본 가스 터빈(200)의 가스 버너(210)들의 동작을 정지시켜 설비를 보호하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 가스터빈 연소기의 충격흡수장치(1)는 가스 터빈(200)의 연소실에서 고맥동파(H)및 저맥동파(L)가 발생되는 경우, 이는 버너(210)에 근접한 필터 세그멘트(215)와 블레이드(225)및 터빈 베인(223)등에 충격을 주게 되나, 본 발명에 의하면 고맥동파(H)와 저맥동파(L)들은 연소실내에서 전파되는 과정에서 센터링 플레이트(7)를 관통하는 다수개의 도관(25)을 통하여 제 2케이싱(30)의 내측 공간으로 유입되고, 이러한 과정에서 디스크(40)의 하부면에 압력을 가해 스프링(55)을 밀어 올림으로써 제 2케이싱(30)의 관통구멍(35)을 통하여 제 1케이싱(12)의 내측 공간으로 유입되고, 제 1케이싱(12)의 곡관(20)들을 통하여 센터링 플레이트(7)의 상부측 에어 챔버로 배출되어 그 충격력이 상쇄된다.

즉, 연소실에서 발생된 고맥동파(H)와 저맥동파(L)들은 각각의 도관(25)을 통하여 디스크(40)를 밀어 올리는 과정에서 스프링(55)들에 의해서 상쇄되는 것이다.

한편, 이러한 고맥동파(H)와 저맥동파(L)의 상쇄과정은 변위센서(60)를 통하여 운전실의 작업자에게 모니터링 되며, 각각의 6개의 변위센서(60)들은 디스크(40)가 상승되는 것을 검출하여 제어 컴퓨터로 그 변위량을 전기적인 신호로 송신하고, 그에 따라서 작업자들은 본 발명에 따른 가스터빈 연소기의 충격흡수장치(1)가 동작되는 것을 알 수 있으며, 만일 6개의 변위센서(60)중 5개의 변위센서(60)에서, 각각의 디스크(40)의 상승범위가 디스크(40)의 최대 상승범위의 90%이상을 초과하는 경우에는 제어 컴퓨터가 자동으로 본 가스 터빈(200)의 가스 버너(210)들의 동작을 정지시키도록 사전에 설정되어 있음으로서 과도한 충격으로 부터 설비를 보호하게 된다.

상기에서와 같이 본 발명에 의하면, 버너(210)들이 연소실내에서 연소하는 경우, 연소시에 발생되는 고유 맥동파인 고맥동파(H)와 저맥동파(L)들이 발생하여도, 이러한 맥동파들이 전달되는 과정에서 디스크(40)를 밀어 올리는 과정을 통하여 스프링(55)에 의해 그 충격이 효과적으로 흡수,처리되는 것이다.

따라서, 이들 고맥동파(H)와 저맥동파(L)들이 합성되어 설비에 충격을 주는 현상을 효과적으로 방지하여 설비를 보호할 수 있는 것이다.

Claims

가스터빈의 연소시 발생하는 충격파에 의한 맥동현상으로 설비에 가해지는 충격을 흡수처리하는 장치에 있어서, 연소실을 이루는 하우징(5)의 내측에는 센터링 플레이트(7)상에 다수개의 충격흡수 실린더(10)들을 장착하고, 각각의 충격흡수 실린더(10)들은 센터링 플레이트(7)의 하부공간으로 연통하는 도관(25)을 다수개 장착하고, 상기 도관(25)의 상부측으로는 각각 제 1케이싱(12)이 위치되고, 상기 제 1케이싱(12)내에는 제 2케이싱(30)이 장착되며, 상기 제 2케이싱(30)에는 상기 제1케이싱(12)에 설치되는 스프링(55)에 지지축(50)에 의해서 연결되는 디스크(40)가 상기 도관(25)을 개폐가능하도록 장착됨으로써, 센터링 플레이트(7)의 하부측 연소실에서 발생된 고맥동파(H)및 저맥동파(L)에 의해서 상기 디스크(40)가 도관(25)을 개방시키게 되어 상기 디스크(40)에 연결된 스프링(55)이 고맥동파(H)및 저맥동파(L)에 의한 충격을 흡수하도록 구성됨을 특징으로 하는 가스터빈 연소기의 충격흡수장치.
제1항에 있어서, 상기 충격흡수 실린더(10)들은 센터링 플레이트(7)상에서 그 외측으로 상기 하우징(5)의 원주방향을 따라서 다수개가 일정 간격으로 배치된 것임을특징으로 하는 가스터빈 연소기의 충격흡수장치.
제2항에 있어서, 상기 충격흡수 실린더(10)는 각각 중공형의 제 1케이싱(12)을 갖추고, 상기 제 1케이싱(12)의 상단에는 배출 곡관(20)을 형성하며, 그 중앙에는 스프링 장력 조절나사(22)를 나사결합하고, 상기 제 1케이싱(12)의 하단은 상기 센터링 플레이트(7)를 관통하여 장착됨으로써 상기 센터링 플레이트(7)의 하부 공간에 연통되도록 하여주는 도관(25)의 상단에 나사결합되어 상기 센터링 플레이트(7)에 장착되며;

상기 제 2케이싱(30)은 그 중간부분에 다수의 횡방향 관통구멍(35)을 형성하며, 상기 제 2케이싱(30)의 내주면에 일치하는 단면을 갖는 디스크(40)가 그 내부에서 상하로 승하강하도록 구성되며;

상기 디스크(40)의 상부측으로는 상기 지지축(50)이 제 2케이싱(30)의 상부면을 관통하여 상부로 연장되며, 그 상단에는 받침판(52)이 고정되어 스프링(55)을 장착하고, 상기 스프링(55)의 상단은 제 1케이싱(12)의 상부 플레이트(15)에 나사결합하고 있는 스프링 장력 조절나사(22)의 하단 누름판(57)에 연결되어 있음으로서, 상기 제 2케이싱(30)의 내부의 디스크(40)는 스프링(55)을 통하여 상기 도관(25)의 상부측 개구를 닫아서 폐쇄시키는 상태임을 특징으로 하는 가스터빈 연소기의 충격흡수장치.
제1항에 있어서, 상기 충격흡수 실린더(10)상에는 저맥동파(L)에 의한 충격흡수 여부를 판독하기 위한 센서(60)들을 장착하고, 상기 센서(60)들은 각각 디스크(40)의 상승된 변위량을 검출하는 변위량 검출센서(60)들이며, 이들은 가스터빈(200)의 제어를 담당하는 제어 컴퓨터(미도시)에 전기적인 신호를 송신함으로써, 상기 센서의 변위가 일정치를 초과하는 경우, 제어 컴퓨터(미도시)는 가스 터빈(200)의 가스 버 너(210)들의 동작을 정지시켜 설비를 보호하도록 구성됨을 특징으로 하는 가스터빈 연소기의 충격흡수장치.