KR101042604B1

KR101042604B1 - 가스터빈용 화염 전파관

Info

Publication number: KR101042604B1
Application number: KR1020090046679A
Authority: KR
Inventors: 이한국
Original assignee: 엠아이케이기술(주)
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2011-06-20
Also published as: KR20100128186A

Abstract

여기에서는 금속 재질의 플렉시블한 인터락 튜브와, 상기 인터락 튜브 양단에 설치된 플랜지가 달린 슬리브를 포함하며, 가스터빈에서 원형으로 배열된 복수의 연소실들 중 이웃하는 두 연소실을 연결하는데 이용되는 가스터빈용 화염 전파관이 개시된다. 여기에서, 상기 인터락 튜브는, 금속 띠로 된 한 쌍의 나선 부재를 포함하되, 상기 한 쌍의 나선 부재 각각은 경사진 중간부를 기준으로 서로 반대 방향으로 형성된 편평한 내향 홈부 및 외향 홈부와, 그 내향 홈부와 외향 홈부의 테두리들이 내측과 외측으로 절곡되어 각각 형성된 내향 맞물림부와 외향 맞물림부를 포함하는 연속적인 맞물림 단면들을 각각 갖는다. 상기 맞물림 단면들의 맞물림 상태에서, 상기 한 쌍의 나선 부재들 중 하나를 한 방향으로 나사식으로 돌리는 것에 의해 상기 인터락 튜브가 형성되되, 상기 맞물림 상태는 한 나선 부재의 내향 홈부와 다른 나선 부재의 외향 홈부가 마주하고, 상기 내향 홈부와 상기 외향 홈부 사이에서, 한 나선 부재의 내향 맞물림부와 다른 나선 부재의 외향 맞물림부가 서로에 맞닿아 맞물린다.

연소실, 화염 전파관, 인터락 튜브, 가스터빈, 나선 부재

Description

가스터빈용 화염 전파관{CROSS FLAME TUBE FOR GAS TURBINE}

본 발명은, 가스터빈 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가스터빈의 연소실들을 연결하는 화염 전파관의 개선된 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 가스터빈은 원형으로 배열된 복수의 연소실을 포함하며, 이웃하는 연소실들은 화염 전파관에 의해 연결된다. 게다가, 연소실들 중에는 높은 에너지의 점화 장치가 설치된 두개의 연소실이 있다. 점화 장치를 구비한 연소실 내에서, 연료와 공기의 혼합물, 즉, 혼합 기체에 대한 점화가 이루어지며, 이로 인해, 화염이 발생된다. 이때, 화염 전파관은 발생된 화염을 연소실로부터 다른 연소실로 전파하여, 최종적으로는 화염이 모든 연소실들 내에서 얻어질 수 있도록 해준다. 점화 장치를 갖춘 두 이웃하는 연소실에 설치된 화염 검출기에 의해, 화염이 각 연소기 내에 도달되었는지를 확인할 수 있다. 작동 중, 화염 전파관은 연소의 정지가 일어난 연소실 내에서 다시 연소를 다시 실시하게 하는데 있어서 도움이 된다.

통상, 화염 전파관은 양 단부에 플랜지를 갖춘 금속 플렉시블 튜브를 포함한다. 그리고, 화염 전파관은 연소실로부터 연장된 커플링과 결합될 수 있는 링형의 압축 클램프에 의해 연소실에 장착된다. 이러한 화염 전파관은, 어느 정도 오차를 허용하면서 일정 형태, 특히, 대략 원형으로 배열된 연소실들을 연결할 수 있도록, 유연성을 가져야 함과 동시에, 냉각 공기의 유입을 허용할 수 있고, 더 나아가, 충분한 강도가 확보되어야 한다. 물론 내열성이 뛰어나야 함은 물론이다. 그러나, 종래의 화염 전파관은 위의 조건들 모두를 만족하는 것이 불가능하였다. 특히, 충분한 두께와 강도를 가지면서, 유연성을 확보한 금속 플렉시블 튜브를 갖춘 화염 전파관의 구현이 어려웠으며, 설사 그것이 가능하다 하더라도, 길이의 조절은 불가능하여, 이웃하는 연소실 사이의 거리 오차에 대응하기 어려웠다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 유연성이 확보되면서 충분한 두께에 의해 큰 강도를 가져서, 가스터빈에서 이웃하는 연소실들을 연결하는데 적합한 인터락 튜브를 갖춘 화염 전파관을 제공하는 것이다.

여기에서는, 금속 재질의 플렉시블한 인터락 튜브와, 상기 인터락 튜브 양단에 설치된 플랜지가 달린 슬리브를 포함하며, 가스터빈에서 원형으로 배열된 복수의 연소실들 중 이웃하는 두 연소실을 연결하는데 이용되는 가스터빈용 화염 전파관이 개시된다. 상기 화염 전파관에 있어서, 상기 인터락 튜브는, 금속 띠로 된 한 쌍의 나선 부재를 포함하되, 상기 한 쌍의 나선 부재 각각은 경사진 중간부를 기준으로 서로 반대 방향으로 형성된 편평한 내향 홈부 및 외향 홈부와, 그 내향 홈부와 외향 홈부의 테두리들이 내측과 외측으로 절곡되어 각각 형성된 내향 맞물림부 와 외향 맞물림부를 포함하는 연속적인 맞물림 단면들을 각각 가지며, 상기 맞물림 단면들의 맞물림 상태로, 상기 한 쌍의 나선 부재들 중 하나의 나선 부재가 다른 나선 부재에 감겨져서 상기 인터락 튜브가 형성되며, 상기 맞물림 상태는 한 나선 부재의 내향 홈부와 다른 나선 부재의 외향 홈부가 마주하고, 상기 내향 홈부와 상기 외향 홈부 사이에서, 한 나선 부재의 내향 맞물림부와 다른 나선 부재의 외향 맞물림부가 서로에 맞닿아 맞물린다. 또한, 상기 나선 부재들 각각의 상기 내향 홈부의 바닥과 상기 내향 맞물림 사이에는 모서리를 향해 갈수록 좁아지는 내향 절곡홈이 형성되고, 상기 나선 부재들 각각의 상기 외향 홈부의 바닥과 상기 외향 맞물림부의 사이에는 모서리를 향해 갈수록 좁아지는 테이퍼 형상의 외향 절곡홈이 형성되며, 상기 인터락 튜브에 굽힘 방향 또는 길이 방향으로 힘이 가해질 때, 상기 내향 맞물림부 또는 상기 외향 맞물림부는 상기 내향 절곡홈 또는 상기 외향 절곡홈에 끼워지는 깊이가 달라져서, 상기 인터락 튜브의 길이 조절과 굽힘을 허용할 수 있다. 또한, 상기 인터락 튜브는 STS310S 재질로 이루어지고, 상기 슬리브와 상기 플랜지는 STS304 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 가스터빈용 화염 전파관은, 어느 정도 오차를 허용하면서 원형으로 배열된 연소실들을 연결할 수 있도록 유연성을 가짐과 동시에, 냉각 공기의 유입을 허용할 수 있고, 더 나아가, 충분한 강도와 내열성을 갖는다. 더 나아가, 본 발명에 따른 가스터빈용 화염 전파관은 길이의 조절 또한 가능하여, 이웃하는 연소실간 거리 오차에 대응하기 쉬운 장점을 갖는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 가스터빈의 연소 섹션(1)을 설명하기 위한 도면이다. 이를 참조하면, 상기 연소 섹션(1)은 내부쉘(4)과 외부쉘(3)을 포함하며, 상기 내부쉘(4)와 상기 외부쉘(3)의 사이에는 복수의 연소실(10)이 원형으로 배열되어 있다. 또한, 모든 연소실(10)들은, 이웃하는 두 연소실(10, 10)들 사이를 연결하는 복수의 화염 전파관(2)들에 의해, 화염의 전파가 가능하도록 통해 있다. 상기 연소실(10)들 중 일부 연소실(10)에는 점화 장치(미도시함)가 설치된다. 상기 복수의 화염 전파관(2)들에 의해, 모든 연소실(10)들 내의 혼합 기체가 점화될 때까지, 연소실(10)로부터 다른 연소실(10)로 화염이 전파될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 연소실들 중 2개의 연소실이 화염 전파관에 연결된 구조를 보여준다.

도 2를 참조하면, 두 연소실(10, 10)은, 서로 이웃하게 배치된 채, 화염 전파관(2)에 의해 연결되어 있다. 상기 화염 전파관(2)은, 금속 재질의 플렉시블한 튜브로서, 이하 자세히 설명되는 인터락 튜브(20)를 포함한다. 그리고, 상기 인터 락 튜브(20)의 양단에는 슬리브(2a)가 예를 들면, TIG 용접에 의해 접합된다. 그리고, 상기 슬리브(2a)의 단부에는 플랜지(2b)가 예를 들면, TIG 용접에 의해 접합되어 있다. 상기 화염 전파관(2)은, 자신의 플랜지(2b)가 연소실(10)로부터 연장된 맞댐 플랜지와 맞대어진 채, 그 맞대어진 플랜지들을 클램핑하는 커플링(12)에 의해, 연소실(10)에 결합된다.

상기 화염 전파관(2)은, 실제적으로 화염을 전파하는 역할을 하는 유연성 있는 금속 재질의 인터락 튜브(20)를 포함하며, 상기 인터락 튜브(20)의 양단에는 플랜지(2b)가 달린 슬리브(2a)가 TIG 용접에 의해 접합되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 인터락 튜브(20)는 STS310S 재질로 이루어지고, 상기 슬리브(2a)와 상기 플랜지(2b)는 STS304 재질로 이루어진다. 본 실시예에서, 상기 화염 전파관(2)은 인터락 튜브(20)에서의 외경이 대략 φ64mm이다. 본 실시예에서, 화염 전파관(2)은 온도 700~1500℃, 압력 14~30Kg/cm²의 가스 사용이 가능하도록 설계된다.

상기 화염 전파관(2)의 인터락 튜브(20)는, 굽힘에 대하여 유연성을 가지고 길이의 미세 조절이 가능한 구조임에도 불구하고, 충분한 두께 및 보강 구조에 의해 충분한 강도를 갖는다. 이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조로 하여, 상기 인터락 튜브(20)에 대해 구체적인 설명이 이루어질 것이다.

도 3은 인터락 튜브의 부분적인 단면도이고, 도 4는 인터락 튜브가 두 나선 부재에 의해 형성되는 것을 설명하기 위한 인터락 튜브의 분해도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 화염 전파관에 있어서, 인터락 튜브(20)는 금속 띠로 된 한 쌍의 나선 부재(21, 21)를 포함한다. 상기 나선 부재(21, 21)는, 중간부(213)를 기준으로 반대 방향으로 형성된 편평한 두 홈부, 즉, 내향 홈부(212a)와 외향 홈부(212b)를 포함하는 한편, 그 내향 홈부(212a)와 외향 홈부(201b)의 테두리들이 내측과 외측으로 절곡되는 것에 의해 대략 "S"형의 맞물림 단면을 갖는다. 그리고, 상기 나선부재(21, 21) 각각은 내향 홈부(212a)와 외향 홈부(212b) 및 그들의 절곡된 테두리들이 나선형으로 연속하여 이어진 구조로 되어 있다. 이때, 상기 내향 홈부(212a)의 테두리를 절곡하여 형성된 것이 내향 맞물림부(214a)이고, 상기 외향 홈부(212a)의 테두리를 절곡하여 형성된 것이 외향 맞물림부(214b)이다.

상기 "S"형 맞물림 단면들이 맞물린 상태에서, 하나의 나선 부재(21)에 대해 다른 나선 부재(21)를 끼우고, 두 나선 부재(21, 21)들 중 하나를 한 방향으로 나사식으로 돌리는 것에 의해, 유연성과 충분한 강도를 갖는 인터락 튜브(20)가 형성된다. 상기 맞물림 상태에서, 한 나선 부재(21)의 내향 홈부(212a)와 다른 나선 부재(21)의 외향 홈부(212b)가 마주하는 한편, 상기 내향 홈부와 상기 외향 홈부 사이에서 한 나선 부재(21)의 내향 맞물림부(214a)와 다른 나선 부재(21)의 외향 맞물림부(214b)가 서로에 대략 평행하게 맞닿아 맞물린다. 위와 같은 맞물림은 나선 방향으로 따라 연속하며, 따라서, 나선 부재(21)에 대해 다른 나선 부재(21)가 나사식으로 감겨져서 전술한 인터락 튜브(20)가 형성되는 것이다.

상기 내향 홈부(212a)의 바닥과 상기 내향 맞물림부(214a) 사이에는 모서리 를 향해 갈수록 좁아지는 내향 절곡홈(215a)이 형성되고, 상기 외향 홈부(212b)의 바닥과 상기 외향 맞물림부(214b)의 사이에도 모서리를 향해 갈수록 좁아지는 테이퍼 형상의 외향 절곡홈(215b)이 형성된다.

상기 인터락 튜브(20)에 구부리는 힘을 가할 때, 구부림 바깥쪽에서는, 상기 내향 맞물림부(214a) 및 상기 외향 맞물림부(214b)가 상기 외향 절곡홈(215a) 및 상기 내향 절곡홈(215b) 각각에 더 깊숙이 끼워진다. 상기 내향 절곡홈(215a)과 상기 외향 절곡홈(215b)이 테이퍼 형상이므로, 끼워지는 깊이는 점진적으로 제한된다. 반대로, 구부림 안쪽에서는, 상기 내향 맞물림부(214a) 및 상기 외향 맞물림부(214b)가 상기 외향 절곡홈(215a) 및 상기 내향 절곡홈(215b)에 끼워지는 깊이가 감소된다. 따라서, 상기 인터락 튜브(20)는, 자신에 대해 구부리는 힘이 가해지는 경우, 구부림 바깥쪽에서는 길이가 증가되고, 구부림 안쪽에서는 길이가 감소되어, 구부려진 형태로 조절이 가능한 것이다.

또한, 상기 인터락 튜브(20)에 길이 방향으로 인장 또는 압축 방향의 힘을 가할 때, 상기 내향 또는 외향 절곡홈(215a 또는 215b)에 끼워지는 외향 또는 내향 맞물림부(214b, 214a)의 깊이는 변화되며, 따라서, 인터락 튜브(20)의 길이 조절도 가능하다. 이때, 상기 인터락 튜브(20)는, 상기 중간부(215)가 내향 맞물림부 또는 외향 맞물림부의 모서리에 접할 때에, 길이의 감소가 제한된다.

또한, 상기 인터락 튜브(20)는, 서로 마주하는 내향 절곡홈(215a)과 외향 절곡홈(215b)의 사이에, 상기 내향 맞물림부(214a)와 상기 외향 맞물림부(214b)가 일부 포개진 채 위치하며, 따라서, 인터락 튜브(20)는 내향 절곡홈(215a)의 바닥 부 분 두께와 외향 절곡홈(215b)의 바닥 부분의 두께에 의해 충분한 강도를 갖게 되며, 더 나아가, 일부가 중첩된 내향 맞물림부(214a)와 외향 맞물림부(214b)에 의해 단단하게 강도가 보강된다. 또한, 서로 결합되어 있는 두 나선 부재(21, 21)들 사이에는 미세한 갭이 존재하며, 따라서, 그 갭을 통해 냉각 공기가 원활하게 유입될 수 있을 것이다.

도 1은 복수의 연소실들이 화염 전파관들에 의해 연결되어 있는 가스터빈의 연소 섹션을 설명하기 위한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 연소실들 중 2개의 연소실이 본 발명의 일 실시예에 따른 화염 전파관에 연결된 구조를 보여주는 도면.

도 3은 도 2에 도시된 화염 전파관의 인터락 튜브를 도시한 부분 단면도.

도 4는 도 3에 도시된 인터락 튜브가 두 나선 부재에 의해 형성되는 것을 설명하기 위한 인터락 튜브의 분해도.

Claims

금속 재질의 플렉시블한 인터락 튜브(interlock tube)와, 상기 인터락 튜브 양단에 설치된 플랜지가 달린 슬리브를 포함하며, 가스터빈에서 원형으로 배열된 복수의 연소실들 중 이웃하는 두 연소실을 연결하는데 이용되는 가스터빈용 화염 전파관으로서,

상기 인터락 튜브는, 금속 띠로 된 한 쌍의 나선 부재를 포함하되, 상기 한 쌍의 나선 부재 각각은 경사진 중간부를 기준으로 서로 반대 방향으로 형성된 편평한 내향 홈부 및 외향 홈부와, 그 내향 홈부와 외향 홈부의 테두리들이 내측과 외측으로 절곡되어 각각 형성된 내향 맞물림부와 외향 맞물림부를 포함하는 연속적인 맞물림 단면들을 각각 가지며,

상기 맞물림 단면들의 맞물림 상태로, 상기 한 쌍의 나선 부재들 중 하나의 나선 부재가 다른 나선 부재에 감겨져서, 상기 인터락 튜브가 형성되되, 상기 맞물림 상태는 한 나선 부재의 내향 홈부와 다른 나선 부재의 외향 홈부가 마주하고, 상기 내향 홈부와 상기 외향 홈부 사이에서, 한 나선 부재의 내향 맞물림부와 다른 나선 부재의 외향 맞물림부가 서로에 맞닿아 맞물린 것을 특징으로 하는 가스터빈용 화염 전파관.
청구항 1에 있어서, 상기 나선 부재들 각각의 상기 내향 홈부의 바닥과 상기 내향 맞물림 사이에는 모서리를 향해 갈수록 좁아지는 내향 절곡홈이 형성되고, 상 기 나선 부재들 각각의 상기 외향 홈부의 바닥과 상기 외향 맞물림부의 사이에는 모서리를 향해 갈수록 좁아지는 테이퍼 형상의 외향 절곡홈이 형성되며, 상기 인터락 튜브에 굽힘 방향 또는 길이 방향으로 힘이 가해질 때, 상기 내향 맞물림부 또는 상기 외향 맞물림부는 상기 내향 절곡홈 또는 상기 외향 절곡홈에 끼워지는 깊이가 달라져서, 상기 인터락 튜브의 길이 조절과 굽힘을 허용하는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 화염 전파관.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 인터락 튜브는 STS310S 재질로 이루어지고, 상기 슬리브와 상기 플랜지는 STS304 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 화염 전파관.