KR101121373B1

KR101121373B1 - 가스 터빈 연소기

Info

Publication number: KR101121373B1
Application number: KR1020107002864A
Authority: KR
Inventors: 요시따까 데라다; 데쯔 고니시; 가쯔요시 오오마에
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2012-03-09
Also published as: EP2182195A4; KR20100029274A; EP2182195A1; US20100192584A1; JP2009052513A; US8544276B2; CN101784776A; WO2009028474A1; JP4764392B2; EP2182195B1

Abstract

저비용이 되는 가스 터빈 연소기를 제공한다. 그로 인해, 오일 연료를 공급하는 오일 연료 통로와 가스 연료를 공급하는 가스 연료 통로를 구비한 복수의 메인 노즐이 노즐관 베이스(11)에 환상으로 지지된 가스 터빈 연소기에 있어서, 복수의 오일 연료 통로를, 노즐관 베이스(11)를 관통하여 설치하는 동시에, 복수의 오일 연료 통로와 각각 접속되고, 노즐관 베이스(11)에 기립 설치된 복수의 기립 설치 배관(21)을 설치하고, 노즐관 베이스(11)의 외부에 있어서 기립 설치 배관(21)끼리를 다각 형상으로 최단 거리로 접속하는 복수의 접속 배관(22)을 설치하고, 상기 접속 배관(22) 중 1개에 오일 연료의 공급부(14)를 접속하여, 각각의 오일 연료 통로에 오일 연료를 분배하도록 하였다.

Description

가스 터빈 연소기 {GAS TURBINE COMBUSTOR}

본 발명은, 가스 터빈 연소기에 관한 것이다.

가스 터빈의 연소기(51)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈의 차실(50)의 주위에 환상으로 복수 장착된 것이다. 각 연소기(51)는, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 1개의 파일럿 노즐(52)과, 그 주위에 환상으로 배치된 복수의 메인 노즐(53)을 갖고 있고, 각각 노즐관 베이스(56)에 환상으로 지지되어 있다. 오일 연료 또는 가스 연료로 절환 가능한 듀얼 방식의 경우, 메인 노즐(53)은 오일 연료가 통과하는 중심관(54)과, 중심관(54)의 외주에 배치되고, 가스 연료가 통과하는 외관(55)의 이중 구조로 되어 있다. 또한, 파일럿 노즐(52)도 동일한 이중 구조로 되어 있다.

특허문헌1:미국특허제4258544호명세서 특허문헌2:일본특허제3495730호공보

전술한 바와 같이, 듀얼 방식의 가스 터빈 연소기에 있어서, 그 파일럿 노즐(52), 메인 노즐(53)은 이중 구조로 되어 있고, 그로 인해 각각 독립적으로 연료 공급계가 구성된다. 예를 들어, 파일럿 노즐(52)에 있어서, 가스 연료를 사용하는 경우에는, 파일럿 노즐 가스 연료 공급부(57)로부터 가스 연료가 공급되고, 오일 연료를 사용하는 경우에는, 파일럿 노즐 오일 연료 공급부(58)로부터 오일 연료가 공급되게 된다. 메인 노즐(53)에 있어서, 가스 연료를 사용하는 경우에는, 메인 노즐 가스 연료 공급부(59)로부터 가스 연료가 공급되고, 가스실(60)을 경유하여, 각 메인 노즐(53)의 외관(55) 내부로 공급되고, 오일 연료를 사용하는 경우에는, 메인 노즐 오일 연료 공급부(도시 생략)로부터 오일 연료가 공급되고, 오일실(61)을 경유하여, 각 메인 노즐(53)의 중심관(54) 내부로 공급되게 된다.

이 오일실(61)은 노즐관 베이스(56)의 내부에 형성되어 있고, 연소기(51)의 헤드부측으로부터 본 형상은, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 별형 형상의 공간으로 형성되어 있고, 그 정점부(61a)에 중심관(54)이 배치된 구성이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 동일한 구조의 연소기(51)는, 가스 터빈의 차실(50)의 주위에 환상으로 복수 배치되지만, 연소기(51)의 외주 방향은 반드시 정해져 있고, 그로 인해 오일실(61)에 있어서는 최하방이 되는 위치가, 각각의 연소기(51)에서 상위하게 된다. 따라서, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 오일실(61)을 별형 형상으로 함으로써, 어떠한 위치의 연소기(51)에 있어서도, 복수의 정점부(61a) 중 1개의 정점부(61a)가 최하방이 되도록 되어 있다. 따라서, 오일 연료의 공급을 정지해도, 최하방의 정점부(61a)에 오일 연료가 저류되게 되어, 그 위치에 배치된 중심관(54)에 의해 오일 연료를 에어 퍼지하여, 오일 연료의 잔류를 피하는 것이 가능해진다.

노즐관 베이스(56)는 연소기(51)의 내부를 통과하는 고온(예를 들어, 450℃ 정도)의 연소용 공기의 영향을 받고 있고, 만일 오일실(61)에 오일 연료의 잔류가 있으면, 그 온도의 영향에 의해 오일 연료가 코킹(caulking)되어 막힘을 일으킬 우려가 있지만, 상기 구조에 의해 오일 연료의 잔류를 피하여 오일 연료의 코킹을 방지하고 있다. 또한, 노즐관 베이스(56)의 내부에 별형 형상의 오일실(61)을 형성하는 동시에, 오일실(61)의 주위에 공기 단열층을 형성하여, 온도의 영향을 저감하도록 한 것도 제안되어 있다(인용 문헌 2).

그러나 노즐관 베이스(56)의 내부에, 복잡한 형상의 오일실(61)이나 공기 단열층을 형성한 구성은, 복잡한 기계 가공과 용접이 요구되고, 그로 인해 고비용이 되는 문제가 있어, 보다 저비용이 되는 것이 요망되고 있었다.

본 발명은 상기 과제에 비추어 이루어진 것으로, 저비용이 되는 가스 터빈 연소기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제1 발명에 관한 가스 터빈 연소기는,

오일 연료를 공급하는 오일 연료 통로와 가스 연료를 공급하는 가스 연료 통로를 구비한 메인 노즐을 복수 갖고, 상기 복수의 메인 노즐이 노즐관 베이스에 환상으로 지지된 가스 터빈 연소기에 있어서,

복수의 상기 오일 연료 통로를, 상기 노즐관 베이스를 관통하여 설치하고,

상기 노즐관 베이스의 외부에 있어서 상기 오일 연료 통로끼리를 다각형 형상으로 최단 거리로 접속하는 복수의 접속 배관을 설치하고,

상기 접속 배관 중 1개에 오일 연료의 공급부를 접속하여, 각각의 상기 오일 연료 통로에 오일 연료를 분배하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제2 발명에 관한 가스 터빈 연소기는,

복수의 상기 오일 연료 통로를, 상기 노즐관 베이스를 관통하여 설치하는 동시에, 상기 오일 연료 통로와 각각 접속되고, 상기 노즐관 베이스에 기립 설치된 복수의 기립 설치 배관을 설치하고,

상기 노즐관 베이스의 외부에 있어서 상기 기립 설치 배관끼리를 다각형 형상으로 최단 거리로 접속하는 복수의 접속 배관을 설치하고,

상기 과제를 해결하는 제3 발명에 관한 가스 터빈 연소기는,

상기 제1, 제2 발명에 기재된 가스 터빈 연소기에 있어서,

복수의 상기 오일 연료 통로 또는 복수의 상기 기립 설치 배관을, 복수의 그룹으로 나누고,

각 그룹에 있어서, 상기 오일 연료 통로끼리 또는 상기 기립 설치 배관끼리를 상기 접속 배관으로 접속하고,

각 그룹에 있어서의 상기 접속 배관 중 1개에 오일 연료의 공급부를 접속한 것을 특징으로 한다.

제1 발명에 따르면, 노즐관 베이스의 외부에 있어서, 노즐관 베이스를 관통하여 설치한 오일 연료 통로를, 복수의 접속 배관에 의해 다각 형상으로 최단 거리로 접속하였으므로, 복수의 접속 배관을, 복수의 정점을 갖는 오일실로 할 수 있다. 그 결과, 오일 연료 차단시, 가스 터빈 연소기를 어떠한 위치에 장착해도, 어느 하나의 정점을 오일 저류 부위로 할 수 있고, 그 위치에 있는 오일 연료 통로로부터 오일 연료를 배출하여 오일 연료의 잔류를 방지할 수 있다.

제2 발명에 따르면, 노즐관 베이스의 외부에 있어서, 오일 연료 통로에 접속되고, 노즐관 베이스에 기립 설치된 기립 설치 배관을, 복수의 접속 배관에 의해 다각 형상으로 최단 거리로 접속하였으므로, 복수의 접속 배관을, 복수의 정점을 갖는 오일실로 할 수 있다. 그 결과, 가스 터빈 연소기를 어떠한 위치에 장착해도, 어느 하나의 정점을 오일 저류 부위로 할 수 있고, 그 위치에 있는 오일 연료 통로로부터 오일 연료를 배출하여, 오일 연료의 잔류를 방지할 수 있다. 또한, 기립 설치 배관에 의해, 모든 접속 배관을 노즐관 베이스로부터 이격하여 배치하게 되어, 가스 터빈 연소기의 내부 온도의 영향을 받는 노즐관 베이스로부터의 온도의 영향을 저감할 수 있다.

또한, 기립 설치 배관에 있어서, 그 접속(용접) 부분을 제외하고, 상기 배관의 두께를 얇게 하여, 오일 연료 통로와 접속하도록 해도 좋고, 그 경우 접속 부분에 집중되기 쉬운 힘을, 두께를 얇게 한 배관 부분에서도 분산 부담하여, 접속 부분에 작용하는 힘을 저감할 수 있다.

제3 발명에 따르면, 오일 공급 통로 또는 기립 설치 배관을 그룹으로 나누어 접속 배관을 접속하므로, 다른 공급 통로와의 간섭을 피하여, 유지 보수성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 가스 터빈 연소기의 실시 형태의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 가스 터빈 연소기의 헤드부를 도시하는 사시도이다.
도 3의 (a)는 도 1에 도시하는 가스 터빈 연소기의 헤드부를 도시하는 상면도이고, 도 3의 (b)는 오일실 배관을 발출하여 도시하는 상면도이다.
도 4는 도 3에 도시하는 오일실 배관을 전개하여 도시하는 전개도이다.
도 5는 환상으로 배치된 복수의 가스 터빈 연소기를, 유동 방향 상류측으로부터 본 도면이다.
도 6의 (a)는 종래의 가스 터빈 연소기를 도시하는 개략도이고, 도 6의 (b)는 오일실의 형상을 도시하는 도면이다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명에 관한 가스 터빈 연소기의 실시 형태예를 설명한다.

(제1 실시예)

도 1은 본 발명에 관한 가스 터빈 연소기의 실시 형태의 일례를 도시하는 개략도이다. 본 실시예의 가스 터빈의 연소기(1)도 종래와 마찬가지로, 가스 터빈의 차실의 주위에 환상으로 복수 장착된 것이다. 또한, 오일 연료 또는 가스 연료로 절환 가능한 듀얼 방식이며, 도 1에 도시하는 바와 같이, 1개의 파일럿 노즐(2)과, 그 주위에 환상으로 배치된 복수(예를 들어, 8개)의 메인 노즐(3)을 갖고, 메인 노즐(3)은 오일 연료가 통과하는 오일 연료 통로가 되는 중심관(4)과, 중심관(4)의 외주에 배치되고, 가스 연료가 통과하는 가스 연료 통로가 되는 외관(5)의 이중 구조로 되어 있다. 또한, 파일럿 노즐(2)도 동일한 이중 구조로 되어 있다.

종래의 연소기에 있어서는, 메인 노즐에 오일 연료를 분배하는 오일실을, 파일럿 노즐, 메인 노즐을 지지하는 노즐관 베이스의 내부에 설치하고 있었다. 이에 대해, 본 실시예의 연소기(1)에서는, 노즐관 베이스(11)의 내부가 아닌, 노즐관 베이스(11)의 외부에, 오일실에 해당하는 오일실 배관을 설치한 구성이다. 따라서, 도 2에 연소기(1)의 헤드부의 사시도, 도 3의 (a)에 그 상면도, 도 3의 (b)에 오일실 배관의 상면도, 도 4에 오일실 배관의 전개도를 도시하여 이 구성을 설명한다. 또한, 구성을 알기 쉽게 하기 위해, 도 3의 (a)에서는 도 2에서 도시한 볼트 구멍, 볼트 등을 생략하여 도시하고 있고, 또한 도 3의 (b)에서는 오일실 배관만을 발출하여 도시하고 있고, 도 4에서는 오일실 배관을, 그 주위 방향으로 전개하여 도시하고 있다.

본 실시예의 연소기(1)에 있어서, 모든 중심관(4)은 모든 메인 노즐(3)을 지지하는 노즐관 베이스(11)를 관통하도록 설치되어 있다. 그리고 오일실에 해당되는 오일실 배관[20(20A, 20B)]은, 각 메인 노즐(3)의 중심관(4)과 각각 접속되고, 노즐관 베이스(11)로부터 수직으로 기립 설치된 복수의 기립 설치 배관(21)과, 인접하는 기립 설치 배관(21)끼리를 다각 형상으로 최단 거리로 접속하는 복수의 접속 배관(22)을 갖고 있다. 본 실시예에 있어서는, 메인 노즐(3)의 수에 대응하여, 8개의 기립 설치 배관(21)이 기립 설치되어 있고, 이들을 4개씩 2개의 그룹(20A, 20B)으로 나누고, 각각의 그룹(20A, 20B)에 있어서, 접속 이음부(23)를 이용하여 3개의 접속 배관(22)에 의해 인접하는 기립 설치 배관(21)끼리를 접속하고 있다. 그리고 각각의 그룹(20A, 20B)에 있어서, 접속 배관(22) 중 1개에 메인 노즐 오일 연료 공급부(14)를 접속하고 있다. 따라서, 오일 연료를 사용하는 경우에는, 메인 노즐 오일 연료 공급부(14)로부터, 3개의 접속 배관(22)을 경유하여 각 기립 설치 배관(21)으로 분배되어, 각 메인 노즐(3)의 중심관(4)에 오일 연료를 공급하게 된다.

상술한 오일실 배관(20)의 구성에 의해, 각 그룹(20A, 20B)에 있어서, 복수의 정점을 갖는 다각형을 구성하게 된다. 그 다각형에는, 최하방이 되는 정점, 즉 최하방이 되는 접속 이음부(23)[기립 설치 배관(21)]가 반드시 존재하고, 오일 연료의 사용 정지시 또는 가스 연료로의 절환시에, 그 최하방이 되는 접속 이음부(23)를 오일 저류 부위로 할 수 있다. 또한, 기립 설치 배관(21)과 접속 이음부(23)는 일체라도 좋다. 그리고 에어 퍼지를 행함으로써, 최하방에 위치하는 기립 설치 배관(21)에 의해 오일 연료를 배출하여, 오일 연료의 잔류를 방지하게 된다. 이것은, 연소기(1)가 어떠한 방향으로 장착되었다고 해도 마찬가지이며, 각 그룹(20A, 20B)의 4개의 기립 설치 배관(21) 중 어느 하나는, 다른 모든 기립 설치 배관(21)보다 하방측이 되고, 그 결과 최하방에 위치하는 기립 설치 배관(21)에 의해 오일 연료를 배출하여, 오일 연료의 잔류를 방지하게 된다. 덧붙여, 도 3에 도시하는 화살표 방향이 항상 외주 방향이 되도록 연소기(1)는 배치된다.

오일실 배관(20)은 노즐관 베이스(11)의 외부에 설치되어 있으므로, 그 주위는 대기이며, 오일 연료가 가열되는 일은 없다. 노즐관 베이스(11)는 연소기(1) 내부를 흐르는 고온의 연소용 공기의 온도의 영향을 받고 있지만, 이와 같이 노즐관 베이스(11)로부터 이격되도록 오일실 배관(20)을 설치함으로써, 노즐관 베이스(11)로부터의 온도의 영향을 저감하고 있다. 또한, 인용 문헌 2와 같이, 공기 단열층을 별도 형성할 필요도 없어, 단순한 구성에 의해 노즐관 베이스(11)로부터의 온도의 영향을 저감하는 동시에, 비용의 저감을 도모하고 있다.

또한, 기립 설치 배관(21)은 적어도 노즐관 베이스(11)를 관통하고 있으면 좋고, 본 실시예와 같이 중심관(4)이 노즐관 베이스(11)를 관통하고 있는 경우에는, 기립 설치 배관(21)을 생략하여 그 중심관(4) 자체에 접속 배관(22)을 직접 접속해도 좋다. 또한, 기립 설치 배관(21)은 노즐관 베이스(11)측으로 용접할 때, 그 모재관에 있어서 용접 부분 이외를 약간 얇게 가공하고 나서 용접을 행하고 있다. 이것은 오일실 배관(20)에 작용하는 힘을 박육 부분에서도 부담하여, 용접 부분에 작용하는 힘을 분산시키도록 하기 위함이다. 또한, 이러한 힘을 더욱 분산시키기 위해서는, 기립 설치 배관(21)은 긴 쪽이 바람직하지만, 지나치게 길면 진동할 우려가 있어, 그 길이는 적절하게 설정된다.

본 실시예에서는, 파일럿 노즐(2)에 대한 가스 연료 공급부(15), 아토마이즈 계통 공급부(17)의 배치를 고려하여, 복수의 기립 설치 배관(21)을 2개의 그룹(20A, 20B)으로 나눈 구성으로 하였지만, 반드시 복수의 그룹으로 나눈 구성으로 할 필요는 없고, 모든 기립 설치 배관(21)끼리를 접속 배관(22)으로 연통한 구성으로 해도 좋다. 그 경우라도, 접속 배관(22)은 다각 형상으로 배치되게 된다. 또한, 반대로, 메인 노즐(3)의 수가 더 많은 경우에는, 2개의 그룹이 아닌 복수의 기립 설치 배관(21)을 더욱 많은 그룹으로 나눈 구성으로 해도 좋고, 복수의 기립 설치 배관(21)을 나누는 수를 그룹마다 다른 수로 해도 좋다. 어떠한 경우라도, 각 그룹에 있어서, 최하방이 되는 기립 설치 배관(21)[접속 이음부(23)]이 존재하기 때문에, 오일 연료의 사용시 또는 가스 연료로의 절환시에, 그 최하방이 되는 접속 이음부(23)가 오일 저류 부위가 되어, 에어 퍼지에 의해 최하방에 위치하는 기립 설치 배관(21)에 의해 오일 연료를 배출하여, 오일 연료의 잔류를 방지하게 된다.

이와 같이, 오일실 배관(20)은 노즐관 베이스(11)의 외부에 설치한 간단한 구조이며, 그 유지 보수성을 향상시킬 수 있고, 또한 기립 설치 배관(21), 접속 배관(22)은 일반적으로 사용되는 표준 파이프라도 좋으므로, 그 제조 비용을 저감할 수 있다. 또한, 기립 설치 배관(21), 접속 배관(22)은 직관이므로, 오일실 배관(20) 자체의 강성을 높게 할 수 있다.

본 발명은, 오일 연료 또는 가스 연료에 절환 가능한 듀얼 방식의 가스 터빈 연소기에 적합한 것이다.

1 : 가스 터빈 연소기
2 : 파일럿 노즐
3 : 메인 노즐
4 : 중심관
5 : 외관
14 : 메인 노즐 오일 연료 공급부
20 : 오일실 배관
21 : 기립 설치 배관
22 : 접속 배관
23 : 접속 이음부

Claims

오일 연료를 공급하는 오일 연료 통로와 가스 연료를 공급하는 가스 연료 통로를 구비한 메인 노즐을 복수 갖고, 상기 복수의 메인 노즐이 노즐관 베이스에 환상으로 지지된 가스 터빈 연소기에 있어서,
복수의 상기 오일 연료 통로를, 상기 노즐관 베이스를 관통하여 설치하고,
상기 노즐관 베이스의 외부에 있어서 상기 오일 연료 통로끼리를 다각 형상으로 최단 거리로 접속하는 복수의 접속 배관을 설치하고,
상기 접속 배관 중 1개에 오일 연료의 공급부를 접속하여, 각각의 상기 오일 연료 통로에 오일 연료를 분배하도록 한 것을 특징으로 하는, 가스 터빈 연소기.
오일 연료를 공급하는 오일 연료 통로와 가스 연료를 공급하는 가스 연료 통로를 구비한 메인 노즐을 복수 갖고, 상기 복수의 메인 노즐이 노즐관 베이스에 환상으로 지지된 가스 터빈 연소기에 있어서,
복수의 상기 오일 연료 통로를, 상기 노즐관 베이스를 관통하여 설치하는 동시에, 상기 오일 연료 통로와 각각 접속되고, 상기 노즐관 베이스에 기립 설치된 복수의 기립 설치 배관을 설치하고,
상기 노즐관 베이스의 외부에 있어서 상기 기립 설치 배관끼리를 다각 형상으로 최단 거리로 접속하는 복수의 접속 배관을 설치하고,
상기 접속 배관 중 1개에 오일 연료의 공급부를 접속하여, 각각의 상기 오일 연료 통로에 오일 연료를 분배하도록 한 것을 특징으로 하는, 가스 터빈 연소기.
제1항에 있어서, 복수의 상기 오일 연료 통로를, 복수의 그룹으로 나누고,
각 그룹에 있어서, 상기 오일 연료 통로끼리를 상기 접속 배관으로 접속하고,
각 그룹에 있어서의 상기 접속 배관 중 1개에 오일 연료의 공급부를 접속한 것을 특징으로 하는, 가스 터빈 연소기.
제2항에 있어서, 복수의 상기 기립 설치 배관을, 복수의 그룹으로 나누고,
각 그룹에 있어서, 상기 기립 설치 배관끼리를 상기 접속 배관으로 접속하고,
각 그룹에 있어서의 상기 접속 배관 중 1개에 오일 연료의 공급부를 접속한 것을 특징으로 하는, 가스 터빈 연소기.