KR101070914B1

KR101070914B1 - Gas turbine engine

Info

Publication number: KR101070914B1
Application number: KR1020050052577A
Authority: KR
Inventors: 이강엽; 이동훈; 안재현
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2011-10-06
Also published as: KR20060132297A

Abstract

The present invention can be driven by a low-pressure fuel supply device, the configuration of the components and fuel supply line is simple, and to compress the intake air in order to make the flame temperature uniform in the afterburner; A fuel supply device for supplying fuel; A main combustion unit for mixing the compressed air supplied from the compressor with the fuel supplied from the fuel supply device to generate combustion gas; A turbine having a drive shaft for driving the compressor by obtaining a rotational force by the combustion gas generated and discharged from the main combustion engine, wherein the combustion gas generated from the main combustion engine is discharged; An auxiliary combustor disposed at an end portion at which the combustion gas of the turbine is discharged, and configured to generate combustion gas by mixing the combustion gas discharged from the turbine and the fuel supplied from the fuel supply device; And it is rotated by a drive shaft extending from the drive shaft of the turbine, and provides a gas turbine engine having a fuel injection device for injecting fuel to the auxiliary combustor.

Description

Gas turbine engine

도 1은 종래의 가스터빈엔진을 도시하는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a conventional gas turbine engine.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가스터빈엔진을 도시하는 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a gas turbine engine according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 회전식 연료분사장치를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing the rotary fuel injection value of FIG.

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 라인을 따라 절개한 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG. 3.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 *Brief description of symbols for the main parts of the drawings

10, 100 : 압축기 20, 200 : 주연소기10, 100: compressor 20, 200: main combustion machine

30, 300 : 터빈 31 : 터빈축30, 300: turbine 31: turbine shaft

40, 400 : 회전식 연료분사장치 41, 410, 411, 412 : 연료공급라인 40, 400: rotary fuel injection device 41, 410, 411, 412: fuel supply line

42, 54, 420 : 연료량 제어장치 43, 430 : 저압 연료공급장치42, 54, 420: fuel amount control device 43, 430: low pressure fuel supply device

50 : 압력식 연료분사장치 51 : 스프레이 바 50: pressure fuel injection device 51: spray bar

51a : 분사노즐 52 : 연료공급라인 51a: injection nozzle 52: fuel supply line

53 : 연료량공급밸브 55 : 고압연료공급장치 53 fuel supply valve 55 high pressure fuel supply device

60, 600 : 화염안정기 310 : 연장된 터빈축 60, 600: flame stabilizer 310: extended turbine shaft

401 : 임펠러 440 : 연료유량분배기 401 impeller 440 fuel flow distributor

700 : 보조연소기700: auxiliary burner

본 발명은 가스터빈엔진에 관한 것으로서, 더 상세하게는 회전식 연료분사장치를 갖는 보조연소기를 구비한 가스터빈엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a gas turbine engine, and more particularly, to a gas turbine engine having an auxiliary combustor having a rotary fuel injection value.

가스터빈 엔진은 기존의 왕복동 엔진보다 가벼우면서도 훨씬 높은 파워를 낼 수 있고 대기 오염 물질의 배출량도 낮으므로 고출력 청정 엔진으로 각광을 받고 있다. Gas turbine engines are spotlighted as high power clean engines because they are lighter than conventional reciprocating engines and can produce much higher power and emit less air pollutants.

가스터빈엔진은 흡입공기를 압축하는 압축기, 압축기에서 압축된 공기와 연료가 혼합되어 연소가 일어나는 주연소기, 주연소기에서의 폭발로 고온 고압으로 급팽창된 제트가스에 의해 회전력을 얻어 상기 압축기를 구동시키고 배기 가스를 분출시키는 터빈을 구비한다. 압축기에 의해 압축된 공기는 연소실로 보내지고 연소실에서는 연료가 압축된 공기와 혼합돼 연소된다. 이때 연소된 제트가스는 고온 고압으로 급팽창하게 되는데 그 배기가스가 연소실 뒤에 위치한 터빈을 돌리면서 노즐을 통해 분사되고, 이때 추진력을 얻게 된다. The gas turbine engine drives the compressor by obtaining a rotational force by a compressor that compresses intake air, a main combustion engine where combustion of compressed air and fuel is mixed by the compressor, and a jet gas which is rapidly expanded at high temperature and high pressure due to explosion in the main combustion engine. And a turbine for blowing off the exhaust gas. The air compressed by the compressor is sent to the combustion chamber where the fuel is mixed with the compressed air and combusted. At this time, the combusted jet gas expands rapidly at high temperature and high pressure, and the exhaust gas is injected through the nozzle while rotating the turbine located behind the combustion chamber, and at this time, a driving force is obtained.

특히, 전투기와 같이 급속한 추력이 필요한 경우에 추력 증강을 위해 터빈 출구단에 주연소기에서의 폭발로 고온 고압으로 급팽창된 제트가스에 연료를 공급하여 점화시킬 때의 폭발력으로 추력을 얻는 보조연소기를 추가로 장착한다.In particular, when rapid thrust is required, such as a fighter jet, an auxiliary combustor that obtains thrust by explosive power when ignited by supplying fuel to a jet gas expanded at high temperature and high pressure due to an explosion in a main combustion engine at the turbine exit stage to increase thrust. Install additionally.

종래의 보조연소기는 터빈의 출구단에 있는 연소기내에 환형으로 다수 열 배치된 다수개의 연료분사노즐과 연료분사노즐에 연료를 공급해주는 연료공급라인 및 화염안정기를 구비한다. Conventional auxiliary combustors include a plurality of fuel injection nozzles arranged in a plurality of annular rows in a combustor at the outlet of the turbine and a fuel supply line and a flame stabilizer for supplying fuel to the fuel injection nozzles.

도 1 은 종래의 가스터빈엔진을 도시하는 개략도이다. 도면을 참조하면, 터빈(30)의 출구단에 위치한 보조연소기(700)의 연소실 안에는 스프레이 바(spray bar)(51)가 연소실 내벽에 원둘레를 따라 일정간격으로 설치되어 있다. 스프레이 바(51)에는 연료가 분사되는 압력식 연료노즐(51a)이 다수 개 형성되어 있어서 전체적으로 보면 연료분사노즐(51a)이 환형으로 다수 열 배치되어 있게 된다. 연료노즐(51a)로 공급되는 연료의 조절을 위하여 연료공급밸브(53), 연료량 제어장치(54) 및 연료공급라인(52)이 주연소기(20)와 별도로 설치되어 있다. 급속한 추력 증강을 위하여 보조연소기(700)가 작동할 때에는 연료공급밸브(53)의 작동에 의하여 고압연료공급장치(55)로부터 나온 연료가 연료량 제어장치(54)를 거쳐 압력식 연료분사장치(50)의 분사노즐(51a)에 공급되어 분사된다. 환형으로 배치된 압력식 연료분사노즐(51a)의 배기가스 흐름방향에는 주연소기(20)에서 배출된 배기가스와 압력식 연료분사장치(50)에서 분사된 연료가 혼합되어 점화된 불꽃을 안정화시키는 화염안정기(60)가 설치되어 있다.1 is a schematic diagram showing a conventional gas turbine engine. Referring to the drawings, in the combustion chamber of the sub-combustor 700 located at the outlet of the turbine 30, spray bars 51 are installed at regular intervals along the circumference of the inner wall of the combustion chamber. The spray bar 51 is provided with a plurality of pressure fuel nozzles 51a for injecting fuel, and as a whole, the fuel injection nozzles 51a are arranged in a plurality of annular rows. In order to control the fuel supplied to the fuel nozzle 51a, a fuel supply valve 53, a fuel amount control device 54, and a fuel supply line 52 are provided separately from the main combustion machine 20. When the auxiliary combustor 700 is operated for rapid thrust increase, the fuel from the high pressure fuel supply device 55 is operated by the fuel supply valve 53 by the operation of the fuel supply valve 53 and the pressure fuel injection device 50 through the fuel amount control device 54. Is supplied to the spray nozzle 51a and sprayed. In the exhaust gas flow direction of the pressure fuel injection nozzle 51a arranged in an annular shape, the exhaust gas discharged from the main combustion machine 20 and the fuel injected from the pressure fuel injection device 50 are mixed to stabilize the ignition flame. Flame stabilizer 60 is installed.

그런데, 위에서 설명한 스프레이 바를 사용하는 종래의 보조연소기는 첫째, 고압으로 구동되는 압력식 연료노즐로서 환형으로 다수열 배열되기 때문에 다수의 단일 노즐의 부품이 소요되고 복잡한 구성을 가지는 문제점이 있었다. However, the conventional auxiliary combustion apparatus using the spray bar described above has a problem in that a plurality of single nozzle parts are required and complicated configuration because they are arranged in a plurality of rows in a ring as a pressure fuel nozzle driven at high pressure.

둘째, 주연소기에 사용되는 연료분사장치는 슬링거(slinger)등과 같은 회전연료분사장치로 터빈축의 원심력에 의하여 연료를 분사하므로 고압의 연료공급장치가 사용될 필요가 없지만, 보조연소기에 설치된 압력식 연료분사장치는 고압의 연 료공급장치로 구동하여야 하는바, 주연소기와는 별도로 고압의 연료공급장치와 이를 위한 배관 구성을 필요로 하는 문제점이 있었다. Secondly, the fuel injection device used in the main combustion engine is a rotary fuel injection device such as a slinger, which injects fuel by centrifugal force of the turbine shaft, so that a high-pressure fuel supply device does not need to be used. The device has to be driven by a high-pressure fuel supply device, there was a problem that requires a high-pressure fuel supply device and a piping configuration for it separately from the main combustion.

셋째, 종래의 보조연소기에 의하면 압력식 연료노즐이 위치한 곳과 그렇지 않은 곳 사이의 연료분사밀도의 차이에 의하여 연소실내 화염온도가 균일하지 않은 문제점이 있었다.Third, there is a problem that the flame temperature in the combustion chamber is not uniform due to the difference in fuel injection density between the place where the pressure type fuel nozzle is located and the place where the pressure type fuel nozzle is not.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저압 연료공급장치로 구동이 가능한 회전식 연료분사장치를 갖는 보조연소기를 구비하는 가스터빈엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention to provide a gas turbine engine having an auxiliary combustion device having a rotary fuel injection device that can be driven by a low-pressure fuel supply device.

본 발명의 다른 목적은 부품이 적게 들고 구성이 복잡하지 않은 회전식 연료분사장치를 갖는 보조연소기를 구비한 가스터빈엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a gas turbine engine having an auxiliary combustion apparatus having a rotary fuel injection device having fewer parts and a complicated configuration.

본 발명의 또 다른 목적은 연소실 내 화염온도가 균일하도록 하는 회전식 연료분사장치를 갖는 보조연소기를 구비하는 가스터빈엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is a further object of the present invention to provide a gas turbine engine having an auxiliary combustor having a rotary fuel injection value such that the flame temperature in the combustion chamber is uniform.

상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 흡입공기를 압축하는 압축기; 연료를 공급하는 연료공급장치; 상기 압축기에서 공급된 압축공기와 상기 연료공급장치에서 공급된 연료가 혼합되어 연소가스를 발생시키는 주연소기; 상기 주연소기에서 발생되어 배출되는 연소가스에 의해 회전력을 얻어 상 기 압축기를 구동시키는 구동축을 구비하며, 상기 주연소기에서 발생되는 연소가스가 배출되는 터빈; 상기 터빈의 연소가스가 배출되는 단부에 배치되며, 상기 터빈으로부터 배출된 연소가스와 상기 연료공급장치로부터 공급된 연료가 혼합되어 연소가스를 발생시키는 보조연소기; 및 상기 터빈의 구동축으로부터 연장되는 구동축에 의해 회전되며, 상기 보조연소기에 연료를 분사하는 연료분사장치를 구비하는 가스터빈엔진을 제공한다.In order to achieve the above and other objects, the present invention provides a compressor for compressing the suction air; A fuel supply device for supplying fuel; A main combustion unit for mixing the compressed air supplied from the compressor with the fuel supplied from the fuel supply device to generate combustion gas; A turbine having a driving shaft for driving the compressor by obtaining a rotational force by the combustion gas generated and discharged from the main combustion engine, wherein the combustion gas generated from the main combustion engine is discharged; An auxiliary combustor disposed at an end portion at which the combustion gas of the turbine is discharged, and configured to generate combustion gas by mixing the combustion gas discharged from the turbine and the fuel supplied from the fuel supply device; And it is rotated by a drive shaft extending from the drive shaft of the turbine, and provides a gas turbine engine having a fuel injection device for injecting fuel to the auxiliary combustor.

여기서, 상기 가스터빈엔진은 가스터빈 엔진출력을 조절하기 위해 상기 연료공급장치를 통해 공급된 연료의 흐름량을 제어하기 위한 연료량 제어장치; 상기 연료량 제어장치를 통해 공급된 연료를 주연소기와 보조연소기에 분배시키는 연료 유량분배기; 및 상기 주연소기에서 배출된 배출가스와 상기 연료분사장치에서 분사된 연료가 혼합되어 점화된 불꽃을 안정화시키는 화염안정기를 더 구비할 수 있다.Here, the gas turbine engine includes a fuel amount control device for controlling the flow rate of the fuel supplied through the fuel supply device for adjusting the gas turbine engine output; A fuel flow distributor for distributing fuel supplied through the fuel amount control device to the main combustion engine and the auxiliary combustion engine; And a flame stabilizer configured to stabilize the spark ignited by mixing the exhaust gas discharged from the main combustion unit and the fuel injected from the fuel injection device.

그리고 연료공급장치는 저압에서 구동가능 한 것을 특징으로 한다.And the fuel supply device is characterized in that it can be driven at low pressure.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가스터빈엔진을 도시하는 개략도이고, 도 3은 도 2의 회전식 연료분사장치를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3의 회전식 연료분사장치를 Ⅳ-Ⅳ 라인을 따라 절개한 단면도이다. 2 is a schematic view showing a gas turbine engine according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view showing the rotary fuel injection value of FIG. 2, and FIG. 4 is a IV-IV rotary fuel injection value of FIG. 3. Sectional view cut along the line.

도면을 참조하면, 가스터빈엔진은 압축기(100), 주연소기(200), 터빈(300), 및 보조연소기(700)를 구비한다. 그리고 보조연소기(700)는 터빈(300)의 구동축으로부터 연장되는 구동축(310)에 의해 회전되며, 보조연소기(700)의 연료를 분사하 는 연료분사장치(400); 및 보조연소기(700)의 연소실에서 점화되는 불꽃을 안정화시키는 화염안정기(600)를 구비하며, 일 실시예로서 하나의 연료공급장치(430)로부터 연료량제어장치(420), 연료유량분배기(440)를 통해 주연소기(200)와 보조연소기(700)에 연료를 공급받는 것이 바람직하다.Referring to the drawings, the gas turbine engine includes a compressor 100, a main combustion engine 200, a turbine 300, and an auxiliary combustion engine 700. And the sub-combustor 700 is rotated by the drive shaft 310 extending from the drive shaft of the turbine 300, the fuel injection device 400 for injecting the fuel of the sub-combustor 700; And a flame stabilizer 600 for stabilizing the spark ignited in the combustion chamber of the auxiliary combustion apparatus 700. In one embodiment, the fuel amount controller 420 and the fuel flow distributor 440 are provided from one fuel supply device 430. It is preferable that the fuel is supplied to the main combustion apparatus 200 and the auxiliary combustion apparatus 700 through.

가스터빈 엔진에서의 압축기(100), 주연소기(200), 터빈(300)에 관한 사항은 이미 잘 알려진 기술이므로 본 발명에서는 간략히 설명하기로 한다.Compressor 100, main combustion engine 200, turbine 300 in the gas turbine engine is a well-known technology will be described briefly in the present invention.

압축기(100)는 엔진의 앞쪽에 위치하며 엔진에 흡입되는 공기를 압축한다.The compressor 100 is located in front of the engine and compresses the air sucked into the engine.

주연소기(200)는 압축기(100)의 후단에 위치하며, 압축기(100)에서 압축된 압축공기와 연소실로 공급된 연료가 혼합되어 연소가스를 발생시킨다. 주연소기(200)에 사용되는 연료분사장치(40)는 연료가 회전축의 회전으로 인한 원심력에 의해 균일하게 반경방향으로 미립화되어 분사되는 회전분사방식을 사용하는 컵 형(cup), 디스크 형(flat disk), 베인디스크 형(vane disk), 슬롯휠(slotted wheel) 연료분사장치가 있는데, 가스터빈엔진의 고속 회전력을 이용할 수 있는 슬링거(slinger)와 같은 회전식 연료분사장치가 주로 사용된다.The main combustion engine 200 is located at the rear end of the compressor 100, and the compressed air compressed by the compressor 100 and the fuel supplied to the combustion chamber are mixed to generate combustion gas. The fuel injection device 40 used in the main combustion chamber 200 is a cup or disk type using a rotational injection method in which fuel is atomized uniformly in a radial direction by the centrifugal force due to the rotation of the rotating shaft. There are disk, vane disk, and slotted wheel fuel injection devices, and rotary fuel injection devices such as slingers that can take advantage of the high-speed rotational power of gas turbine engines are mainly used.

터빈(300)은 주연소기(200)에서 발생되어 배출되는 연소가스에 의해 회전력을 얻어 압축기(100)를 구동시키는 구동축을 구비하며, 주연소기(200)에서 발생되는 연소가스를 배출시키기 위하여 주연소기(200)의 연소실 후단부에 설치된다.Turbine 300 has a drive shaft for driving the compressor 100 to obtain a rotational force by the combustion gas generated from the main combustion engine 200, and discharges the combustion gas generated from the main combustion chamber 200 It is installed in the rear end of the combustion chamber of (200).

연료공급장치(430)는 주연소기(200)와 보조연소기(700)의 연소실에 연료를 공급하는 역할을 한다. 저압 또는 고압으로 구동가능한 연료펌프가 있으며, 압력식 연료분사장치에는 고압의 연료를 공급해주어야 하므로 고압연료펌프가 사용되어 야 하나, 본 발명에서와 같이 회전축의 원심력에 의하여 연료를 분사하는 회전식 연료분사장치에는 저압의 연료를 공급하는 저압연료펌프가 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같은 구성외에, 주연소기(200)와 보조연소기(700)의 연소실에 연료를 공급하는 연료공급장치(430)가 각각 별도로 존재할 수 있음은 물론이다.The fuel supply device 430 serves to supply fuel to the combustion chambers of the main combustion chamber 200 and the auxiliary combustion chamber 700. There is a fuel pump that can be driven at low or high pressure, and the high pressure fuel pump should be used because the high pressure fuel must be supplied to the pressure fuel injection device, but the rotary fuel injection injecting the fuel by the centrifugal force of the rotating shaft as in the present invention. The device may be a low pressure fuel pump that supplies low pressure fuel. In addition to the configuration as shown in Figure 2, the fuel supply device 430 for supplying fuel to the combustion chamber of the main combustion chamber 200 and the auxiliary combustion apparatus 700 may be present separately.

연료량제어장치(420)는 요구되는 엔진 출력에 맞추어 연료공급장치(430)로부터 공급되는 연료의 량을 조절하는 장치로서, 유량을 조절할 수 있는 유량조절밸브(flow metering valve)와 유사한 구성을 가진 어떠한 장치도 채용가능하다. 도면에는 연료량제어장치(420)가 연료량공급장치(430)와 연결된 연료공급라인(410)의 중간에 삽입 설치되는 경우만 도시되어 있으나, 연료공급장치(430)와 일체로 되는 구조일 수도 있음은 물론이다.The fuel amount control device 420 is a device for adjusting the amount of fuel supplied from the fuel supply device 430 according to the required engine output, and has a configuration similar to a flow metering valve that can adjust the flow rate. Apparatus may also be employed. Although the fuel amount control device 420 is shown inserted only in the middle of the fuel supply line 410 connected to the fuel amount supply device 430, it may have a structure that is integral with the fuel supply device 430. Of course.

연료유량분배기(440)는 연료공급장치(430)로부터 공급되어 연료량제어장치(420)를 통해 나온 연료를 보조연소기(700)의 작동 모드에 따라 주연소기(200)와 보조연소기(700)로 적절히 분배하기 위한 것으로서, 하나의 입력포트와 2개의 출력포트를 구비하며, 제어신호에 의하여 각각의 출력포트의 개폐를 조절할 수 있는 구성을 갖추는 것이 바람직하다. 연료유량분배기(440)은 회전축(310)내부 뿐만 아니라 외부에 설치될 수 있다. 도 2에는 도시되지 않았지만, 주연소기(200)와 보조연소기(700)를 위한 연료공급장치(430)가 별도로 존재하는 경우에는 연료유량분배기가 반드시 필요한 것은 아니다.The fuel flow distributor 440 may be supplied from the fuel supply device 430 to the main combustion device 200 and the auxiliary combustion device 700 according to the operation mode of the auxiliary combustion device 700. As for dispensing, it is preferable to have one input port and two output ports, and to have a configuration capable of adjusting the opening and closing of each output port by a control signal. The fuel flow distributor 440 may be installed not only inside the rotating shaft 310 but also outside. Although not shown in FIG. 2, when the fuel supply device 430 for the main combustion device 200 and the auxiliary combustion device 700 exists separately, the fuel flow rate distributor is not necessarily required.

터빈축(310)은 압축기(100)의 회전축(31)과 일체로 되어 회전하며, 보조연소기(700)의 연소실 전단부까지 연장되어 있다.The turbine shaft 310 rotates integrally with the rotary shaft 31 of the compressor 100, and extends to the front end of the combustion chamber of the auxiliary combustion apparatus 700.

도 3과 도 4에 도시된 회전식 연료분사장치는 베인디스크 형이다. 도면을 참조하면, 회전식 연료분사장치(400)는 보조연소기(700)의 연소실까지 연장된 터빈축(310)의 내부로 연료가 흐를 수 있게 하는 연료공급라인(412)과 연장된 터빈축(310)의 말단부에 축의 반경방향으로 수직하게 부착된 임펠러(410)를 포함하여 이루어져 있다. 임펠러(410)의 내부에는 연료 분사 오리피스가 굴곡을 가진 곡선 형태로 여러 개 형성되어 있어서 회전에 의한 원심력을 연료에 최대한 잘 전달시키도록 해준다. 회전식 연료분사장치(700)를 연장된 터빈축(310)에 부착시키기 위한 여러 방법이 있을 수 있으나, 본 발명의 일 실시예로 제시된 도 3의 회전식 연료분사장치(400)의 경우에는 터빈축(310)에 스플라인을 내서 끼운 후 축으로부터 빠져나오지 않도록 고정수단으로 결합시키는 것이 바람직하다. 본 발명은 도 3과 도 4에 도시된 베인디스크 형에 한정되지 않고, 연료가 회전축의 회전으로 인한 원심력에 의해 균일하게 반경방향으로 미립화되어 분사되는 회전분사방식을 사용하는 컵 형(cup), 디스크 형(flat disk), 베인디스크 형(vane disk), 슬롯휠(slotted wheel) 회전연료분사장치 및 슬링거(slinger) 시스템등도 사용될 수 있다. 다만, 디스크 형(flat disk)은 회전속도가 고속일 때연료와 디스크 사이의 미끄러짐으로 인하여 디스크의 각속도보다 연료가 분사되는 속도가 더 낮게되는 단점이 있기 때문에 디스크 형이 아닌 다른 회전식 연료분사장치가 더 바람직할 것이다.The rotary fuel injection device shown in FIGS. 3 and 4 is of the vane disc type. Referring to the drawings, the rotary fuel injection device 400 includes a fuel supply line 412 and an extended turbine shaft 310 that allow fuel to flow into the turbine shaft 310 extending to the combustion chamber of the sub-combustor 700. And an impeller 410 vertically attached to the distal end of the shaft in the radial direction. Inside the impeller 410, a plurality of fuel injection orifices are formed in a curved shape having a curvature so as to transfer the centrifugal force due to rotation to the fuel as well as possible. There may be several methods for attaching the rotary fuel injection device 700 to the extended turbine shaft 310, but in the case of the rotary fuel injection device 400 of FIG. The spline is inserted into the 310 and is preferably coupled by fixing means so as not to escape from the shaft. The present invention is not limited to the vane disk type shown in Figs. 3 and 4, the cup type (cup) using a rotary injection method in which the fuel is atomized uniformly radially injected by the centrifugal force due to the rotation of the rotary shaft, Flat disks, vane disks, slotted wheel rotating fuel injection devices and slinger systems may also be used. However, the disk type (flat disk) has a disadvantage that the fuel injection rate is lower than the angular speed of the disk due to the sliding between the fuel and the disk when the rotational speed is a high speed, other than the disk type rotary fuel injection device is More preferable.

화염안정기(600)는 회전식 연료분사장치(400)의 후단에 설치되어 있으며 점화된 불꽃을 안정화시키는 것으로서 이미 알려진 기술이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 따라서 도 2에 도시된 일 실시예에 한정되지 않고, 종래의 보조연소 기에서 사용되던 화염안정기(600)라면 사용될 수 있을 것이다.The flame stabilizer 600 is installed at the rear end of the rotary fuel injection device 400 and since it is a known technique to stabilize the ignition flame, a detailed description thereof will be omitted. Therefore, the present invention is not limited to the embodiment illustrated in FIG. 2, and may be used if the flame stabilizer 600 used in the conventional auxiliary combustion device is used.

이와 같은 구성에 의한 가스터빈엔진에서의 회전식 연료분사장치(400)를 구비한 보조연소기의 기능 및 작용을 설명한다.The function and operation of the auxiliary combustion apparatus including the rotary fuel injection device 400 in the gas turbine engine by such a configuration will be described.

저압 연료공급장치(430)는 주연소기(200)와 보조연소기(700)에 있는 회전식 연료분사장치(400)에 연료를 공급하는 역할을 하는데, 저압으로 구동가능한 이유는 연료가 회전식 연료분사장치의 회전에 의한 원심력으로 분사되기 때문이다. 따라서 보조연소기(700)에 연료를 공급하기 위해 고압연료공급장치(55)를 사용해야만 했던 종래의 보조연소기와는 달리 저압연료공급장치(430)를 사용하기 때문에 하나의 저압연료공급장치(430)로 주연소기(200)와 보조연소기(700)를 모두 구동할 수 있게 된다. 또한 고압연료공급장치(55)를 사용하지 않아도 되므로 고압연료공급장치(55)를 위한 별도의 배관이 불필요하여 구성이 간단해진다. 도 2에서는 하나의 저압연료공급장치(430)로 주연소기(200)와 보조연소기(700)에 연료를 공급하고 있는 실시예를 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한하지 않고 각각의 저압연료공급장치(430)를 사용할 수 있음은 물론이다.The low pressure fuel supply device 430 serves to supply fuel to the rotary fuel injection device 400 in the main combustion chamber 200 and the auxiliary combustion chamber 700. The reason why the fuel can be driven at a low pressure is that the fuel of the rotary fuel injection device It is because it is injected by centrifugal force by rotation. Therefore, unlike the conventional secondary combustion, which had to use the high pressure fuel supply device 55 to supply fuel to the secondary combustion apparatus 700, since the low pressure fuel supply device 430 is used, one low fuel supply device 430 is used. It is possible to drive both the main combustion chamber 200 and the auxiliary combustion chamber 700. In addition, since the high pressure fuel supply device 55 does not need to be used, a separate pipe for the high pressure fuel supply device 55 is unnecessary, thereby simplifying the configuration. 2 shows an embodiment in which fuel is supplied to the main combustion device 200 and the auxiliary combustion device 700 by one low-pressure fuel supply device 430, but the present invention is not limited thereto. Of course, 430 may be used.

이하에서는 급속한 추력을 얻기 위하여 보조연소기가 작동할 때와 작동하지 않을 때의 각 구성요소의 기능 및 작용을 설명한다.The following describes the function and operation of each component when the sub-combustor is operated and when it is not operated to obtain rapid thrust.

먼저 보조연소기(700)가 작동하지 않을 때를 설명하면, 연료공급장치(430)로부터 공급된 연료는 엔진의 출력조절을 위해 가스터빈엔진의 제어시스템에 입력된 신호들을 토대로 산정된 주연소기(200)에 공급할 연료량에 따라 연료량제어장치(420)에 의해 연료량이 조절된다. 이때 보조연소기(700)는 작동하지 않고, 주연소 기(200)에서 나온 배기가스를 안내하는 역할만 하므로 연료유량분배기(440)는 보조연소기(700)로 들어가는 연료는 차단하고 주연소기(200)로 통하는 연료공급라인(411)을 통해 주연소기(200)로만 연료를 공급하게 된다. 도 2에는 연료유량분배기(440)가 회전축의 내부에 설치되어 있는 것만 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 회전축의 외부에 설치되어 있는 것도 물론 포함한다. First, when the auxiliary burner 700 does not operate, the fuel supplied from the fuel supply device 430 is calculated based on the signals input to the control system of the gas turbine engine for controlling the output of the engine. The fuel amount is adjusted by the fuel amount control device 420 in accordance with the amount of fuel to be supplied. At this time, since the auxiliary combustion apparatus 700 does not operate and only serves to guide the exhaust gas from the main combustion apparatus 200, the fuel flow distributor 440 blocks the fuel entering the auxiliary combustion apparatus 700 and the main combustion apparatus 200. Fuel is supplied only to the main combustion chamber 200 through the fuel supply line 411 through. 2 shows only that the fuel flow distributor 440 is installed inside the rotating shaft, but the present invention is not limited thereto, and of course, includes the fuel flow distributor 440 installed outside the rotating shaft.

다음으로 보조연소기(700)가 작동할 때를 설명하면, 연료공급장치(430)로부터 연료량제어장치(420)를 통해 나온 연료는 연료공급라인(410)을 통해 연료유량분배기(440)에 유입되고, 연료유량분배기(440)는 주연소기(200)에 통하는 연료공급라인(411)과 보조연소기(700)로 통하는 연료공급라인(412)에 의하여 주연소기(200)와 보조연소기(700)로 연료를 적절히 분배한다. 보조연소기의 연소실 전단부까지 연장되어 있는 터빈축(310)에는 회전식 연료분사장치(400)가 설치되어 있고, 연료공급라인(412)에 의해 연료가 공급된다. 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 공급된 연료는 회전식 연료분사장치(400)의 임펠러(410)의 오리피스에 들어가고 임펠러(410)의 회전에 의한 원심력에 의하여 임펠러의 오리피스를 따라 미립화되면서 반경방향으로 균일하게 분사된다. 균일하게 분사된 미립화 연료는 주연소기(200)의 폭발 배기가스 중 연소반응에 참가하지 않은 산소와 반응하여 추가적인 폭발이 연소실내 균일하게 일어나므로 분사노즐(51a)이 다수의 환형으로 배열된 종래의 압력식 연료분사장치와는 달리 화염온도가 균일하게 된다. 또한 폭발시의 점화불꽃을 화염안정기(600)로 안정시키면서 분출되는 배기가스에 의하여 가스터빈엔진의 추력을 얻게 된다.Next, when the auxiliary combustion apparatus 700 operates, the fuel from the fuel supply device 430 through the fuel amount control device 420 flows into the fuel flow distributor 440 through the fuel supply line 410. In addition, the fuel flow distributor 440 is fueled by the fuel supply line 411 connected to the main combustion engine 200 and the fuel supply line 412 connected to the auxiliary combustion apparatus 700 to the main combustion apparatus 200 and the auxiliary combustion apparatus 700. Distribute properly. A rotary fuel injection device 400 is installed in the turbine shaft 310 extending to the front end of the combustion chamber of the sub-combustor, and fuel is supplied by the fuel supply line 412. 3 and 4, the supplied fuel enters the orifice of the impeller 410 of the rotary fuel injection device 400 and is atomized along the orifice of the impeller by centrifugal force by the rotation of the impeller 410. Evenly sprayed in the direction. Since the atomized fuel uniformly injected reacts with oxygen that does not participate in the combustion reaction in the explosion exhaust gas of the main combustion chamber 200, further explosion occurs uniformly in the combustion chamber, and thus the injection nozzle 51a is arranged in a plurality of annular shapes. Unlike the pressure fuel injection device, the flame temperature is uniform. In addition, thrust of the gas turbine engine is obtained by the exhaust gas emitted while stabilizing the ignition flame at the time of flame stabilizer 600.

본 발명에 따른 가스터빈엔진에 의하면, 터빈의 구동축으로부터 연장되는 구동축에 의해 회전되며, 보조연소기에 연료를 분사하는 회전식 연료분사장치를 갖는 보조연소기를 구비하고 있다.According to the gas turbine engine according to the present invention, there is provided an auxiliary combustor having a rotary fuel injection device which is rotated by a drive shaft extending from a drive shaft of a turbine and injects fuel into the auxiliary combustor.

따라서 첫째, 저압 연료공급장치로 보조연소기의 연료분사장치를 구동가능하게 함으로써 연료공급장치를 구동시키는 엔진의 부하를 적게하고 고압 연료공급장치의 개발비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.Therefore, firstly, the fuel injection device of the auxiliary combustion apparatus can be driven by the low pressure fuel supply device, thereby reducing the load of the engine driving the fuel supply device and reducing the development cost of the high pressure fuel supply device.

둘째, 회전식 연료분사장치는 부품수가 적고, 주연소기와 보조연소기 모두 회전식 연료분사장치를 사용함으로써 고압 연료공급장치를 위한 별도의 연료공급라인이 필요없다.Second, the number of parts of the rotary fuel injection device is low, and both the main combustion engine and the auxiliary combustion device use the rotary fuel injection device, so that a separate fuel supply line for the high pressure fuel supply device is not required.

셋째, 회전식 연료분사장치의 원심력에 의해 연료가 미립화되어 반경방향으로 골고루 퍼져나가기 때문에 후연소실내 화염온도가 균일한 효과가 있다.Third, since the fuel is atomized by the centrifugal force of the rotary fuel injection device and spreads evenly in the radial direction, the flame temperature in the post combustion chamber is uniform.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims

A compressor for compressing suction air;

A fuel supply device for supplying fuel;

A main combustion unit for mixing the compressed air supplied from the compressor with the fuel supplied from the fuel supply device to generate combustion gas;

A turbine having a drive shaft for driving the compressor by obtaining a rotational force by the combustion gas generated and discharged from the main combustion engine, wherein the combustion gas generated from the main combustion engine is discharged;

An auxiliary combustor disposed at an end portion at which the combustion gas of the turbine is discharged, and configured to generate combustion gas by mixing the combustion gas discharged from the turbine and the fuel supplied from the fuel supply device; And

And a gas injection engine rotated by a drive shaft extending from the drive shaft of the turbine, and having a fuel injection device for injecting fuel into the sub-combustor.

The method of claim 1,

A fuel amount control device for controlling a flow amount of fuel supplied through the fuel supply device to regulate a gas turbine engine output;

A fuel flow distributor for distributing fuel supplied through the fuel amount control device to the main combustion engine and the auxiliary combustion engine; And

The gas turbine engine further comprises a flame stabilizer for stabilizing the spark ignited by mixing the exhaust gas discharged from the main combustion unit and the fuel injected from the fuel injection device.

The method according to claim 1 or 2,

The fuel supply device is a gas turbine engine, characterized in that the drive at low pressure.