KR101593551B1 - 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치 - Google Patents

연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치 Download PDF

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combustion
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조주형
김한석
김민국
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 일측에 연료가 분사되는 연료분사부가 결합되고 타측에 연소용 공기(combustion air)가 유입되는 공기유입부가 형성되어 있는 케이스; 상기 연료와 상기 연소용 공기에 의해 발화된 화염의 연소실을 형성하는 라이너부; 상기 라이너부의 움직임과 연동되도록 결합된 슬라이딩 링; 및 상기 슬라이딩 링이 이동할 수 있는 공간을 제공하는 슬라이딩 공간;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 실험장치가 제공될 수 있다.

Description

연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치{Sliding-based reverse-type combustion experiment apparatus for preventing combustion air leakage}
본 발명은 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치에 관한 것이다.
연소실험장치는 가스터빈 연소기를 실험하기 위한 장치이며, 예를 들면, 한국특허등록번호 1477746 (2014.12.23)(이하, "746특허")에는 가스 터빈 연소기 실험 장치에 대한 기술이 기재되어 있다.
"746" 특허를 참조하면, 가스 터빈 연소기 실험 장치는 케이스, 라이너부, 및 공기유동 균일 유도부를 포함하며, 여기서, 케이스는 가스터빈 연소기에서 외관을 형성하는 부분으로서, 고온 및 고압에 견딜 수 있는 강성 및 내부식성이 우수한 금속 재질로 제작되고, 케이스의 일측에는 연료가 분사되는 연료분사부가 결합되며, 케이스의 타측에는 연소용 공기(combustion air)가 유입되는 공기유입부가 결합된 구성을 가진다. 그리고, 라이너부는 그 내부에서 연소용 공기에 의해 발화된 화염의 연소실을 형성하고, 케이스와의 사이에 연소용 공기의 공기유동공간을 형성한다.
한편, 이러한 연소실험장치에서 라이너부와 케이스의 열팽창 계수 차이로 인하여 연소 공기가 외부(라이너부)로 누설될 위험이 존재하므로, 이러한 위험을 보다 안정적으로 감소시킬 수 있는 방안이 필요하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고온 연소 실험시에도 라이너부와 케이스의 열팽창 계수의 차이로 인한 문제를 감소시킬 수 있는 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유지 또는 보수가 편리한 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면,
일측에 연료가 분사되는 연료분사부(140)가 결합되고 타측에 연소용 공기(combustion air)가 유입되는 공기유입부(150)가 형성되어 있는 케이스(110);
상기 연료와 상기 연소용 공기에 의해 발화된 화염의 연소실을 형성하는 라이너부(120);
상기 라이너부(120)의 움직임과 연동되도록 결합된 슬라이딩 링(133); 및
상기 슬라이딩 링(133)이 이동할 수 있는 공간을 제공하는 슬라이딩 공간(142);을 포함하고, 상기 케이스(110)는 제1 케이스(111)와 제2 케이스(112)로 구분되고, 제1 케이스(111)에 연결된 제1접속부(131)와 제2 케이스(112)에 연결된 제2접속부(136)가 서로 결합되며, 제1접속부(131)와 제2 접속부(136)는 상기 슬라이딩 공간(142)을 형성하는 것을 특징으로 하는 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치가 제공될 수 있다.
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본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 라이너부(120)와 상기 케이스(110)의 사이에 배치되는 격판(135);을 더 포함하며, 상기 격판(135)은 링 형상을 가지며, 상기 격판(135)의 바깥측 외연(O)은 상기 슬라이딩 링(133)이 결합되어 있고, 상기 격판(135)의 내측 외연(I)은 상기 라이너부(120)와 결합된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 환형링(137);을 더 포함하며, 상기 환형링(137)의 내측 외연에는 선회기가 삽입되는 형태로 결합되고, 상기 환형링(137)의 바깥측 외연에는 상기 격판(135)의 내측 외연(I)이 결합되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 슬라이딩 링(133)의 중심과 상기 격판(135)의 중심은 서로 정렬된 상태이고, 상기 슬라이딩 링(133)의 바깥측 외연의 반지름은 상기 격판(135)의 바깥측 외연(O)의 반지름보다 큰 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 슬라이딩 링(133)의 바깥측 외연은 상기 격판(135)의 바깥측 외연(O)보다 소정 길이 돌출되어 있고, 상기 소정 길이 돌출된 부분은 상기 슬라이딩 공간(142)에 위치된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1접속부(131)와 제2접속부(136) 사이에는 가스킷이 게재되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 슬라이딩 공간(142)은 상기 라이너부(120)가 열에 의해 팽창 또는 수축되는 방향으로, 상기 슬라이딩 링(133)이 슬라이딩 할 수 있도록 구성된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고온 연소 실험시에도 라이너부와 케이스의 열팽창 계수의 차이로 인한 문제를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 연소용 공기가 라이너부 내부로 유입되지 않게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 실시예의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 실시예에 사용되는 링들과 격판을 설명하기 위한 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본원의 상세한 설명 및/또는 청구범위에서 구성요소 A와 구성요소 B가 서로 연결(또는 접속 또는 체결 또는 결합)되어 있다는 표현은 구성요소 A와 구성요소 B가 직접 연결되거나 또는 다른 하나 이상의 구성요소의 매개에 의해 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 실시예의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 1의 실시예에 사용되는 링들과 격판을 설명하기 위한 도면이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치는 케이스(110: 111, 112), 라이너부(120), 및 공기유동을 균일하게 하기 위한 격판(135)을 포함하며, 여기서 케이스(110)는 가스터빈 연소기에서 외관을 형성하는 부분으로서, 고온 및 고압에 견딜 수 있는 강성 및 내부식성이 우수한 금속 재질로 제작될 수 있으며, 대략 원통 구조를 가질 수 있으나, 본원 발명이 원통 구조에만 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서, 격판(135)은 공기이동경로(122a)를 통해서 유입되는 연소용 공기가 공기유동공간(124)로 유입될 때 균일하게 유입되도록 하기 위한 것으로서, 공기유동공간(124)과 공기이동경로(122a)가 서로 연통되도록 하는 복수의 홀들을 포함하며, 케이스(110)와 라이너부(120)의 사이에 끼워지는 형태로 위치될 수 있다. 예를 들면, 격판(135)의 전체적인 형상은 케이스(110)와 라이너부(120)의 형상에 맞도록 구성되며, 본 실시예에서는 케이스(110)와 라이너부(120)가 원통 형상을 가지므로, 격판(135)도 그에 맞도록 중앙이 비어있는 링의 형상을 가진다. 격판(135)의 바깥측 외연은 케이스(110)의 내측 외연과 결합되고, 격판(135)의 내측 외연은 환형링(137)과 결합된다. 후술하겠지만, 환형링(137)의 중앙에는 선회기(141)가 삽입되는 형태로 결합된다.
본 실시예에서, 케이스(110)는 제1 케이스 부분(111)과 제2 케이스 부분(112)으로 구분되어 제작될 수 있으며, 제1 케이스 부분(111)과 제2 케이스 부분(112)은 접속부들(131, 136)에 의해 결합될 수 있다. 도 1과 도 2를 참조하면, 제1 케이스 부분(111)과 연결된 제1접속부(131)와, 제2 케이스 부분(112)과 연결된 제2접속부(136)는 볼트(B1)에 의해 서로 결합되며, 제1접속부(131)와 제2접속부(136) 사이에는 가스킷(Gasket)가 게재될 수 있다.
본 실시예에서, 케이스(110)의 일측, 즉 제1 케이스 부분(111) 쪽에는 연료가 분사되는 연료분사부(140)가 결합되고, 케이스(110)의 타측, 즉 제2 케이스 부분(112) 쪽에는 연소용 공기(combustion air)가 유입되는 공기유입부(150)가 형성된다.
본 실시예에서, 연료분사부(140)는 라이너부(120)내의 연소실(120a)로 연료를 분사시키기 위한 것으로 공기유입부(150)에서 멀리 떨어져 설치된다.
본 실시예에서, 연료분사부(140)의 단부 측에는 공기의 유입을 위한 다수의 슬롯(미도시)이 형성된 선회기(141)가 마련된다.
본 실시예에서, 공기유입부(150)는 제2 케이스 부분(112)의 일측에서 제2 케이스 부분(112)의 길이 방향에 교차되는 방향으로 형성된 홀(hole)과 같은 형상으로 마련되는데, 이러한 공기유입부(150) 쪽에는 별도의 컴프레서(미도시)가 연결될 수 있다.
본 실시예에서, 라이너부(120)는 그 내부에서 연소와 연소용 공기에 의해 발화된 화염의 연소실(120a)을 형성한다. 이러한 라이너부(120)는 케이스(110)의 내부에 케이스(110)와 동축적으로 배치되며, 케이스(110)와 라이너부(120) 사이에는 연소용 공기가 이동할 수 있는 공기이동경로(122a)를 형성한다. 한편, 공기이동경로(122a)를 통해서 이동되던 연소용 공기는 격판(135)을 통해서 공기유동공간(124)로 유입되고, 공기유동공간(124)로 유입된 연소용 공기는 선회기(141)에 마련된 다수의 슬롯(미도시)을 통해서 선회기(141) 내부로 유입된다.
한편, 격판(135)에는 공기 유동을 균일하게 하기 위한 복수의 홀들(h)이 형성되어 있으며, 공기이동경로(122a)를 통해서 이동되던 연소용 공기는 그러한 홀들(h)을 통해서 공기유동공간(124)로 유입된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치는, 또한, 슬라이딩 링(133), 고정링(139), 및 환형링(137)을 더 포함한다.
본 실시예에서, 제1 케이스 부분(111)과 제2 케이스 부분(112)의 이음을 위한 제1접속부(131)와 제2접속부(136)는, 슬라이딩 링(133)이 라이너부(120)의 길이 방향(도 2에서 ±x 방향)으로 슬라이딩 할 수 있는 공간(142)(이하, '슬라이딩 공간')을 형성함과 동시에 제1 케이스 부분(111)과 제2 케이스 부분(112)을 서로 긴밀하게 연결시킨다.
본 실시예에서, 라이너부(120)가 열에 의해 팽창하거나 수축하는 방향으로 슬라이딩 링(133)이 슬라이딩 할 수 있는 슬라이딩 공간(142)이 형성된다. 이러한 슬라이딩 공간(142)은 슬라이딩 링(133)이 슬라이딩 할 수 있는 공간을 제공하고, 그리고 슬라이딩 링(133)의 움직임이 과도하게 이루어지지 않도록 특정 영역으로 제한하는 기능을 한다.
본 실시예에서, 슬라이딩 링(133)은 링의 형상을 가지며, 체결수단(B2)에 의해 격판(135)에 고정 결합된다. 슬라이딩 링(133)의 중심과 격판(135)의 중심은 서로 정렬된 상태이고, 이러한 상태에서 슬라이딩 링(133)의 외연은 격판(135)의 바깥측 외연(가장자리 또는 둘레를 의미)(O)을 따라 고정 결합된다. 본 실시예에서, 슬라이딩 링(133)의 바깥측 외연의 반지름은 격판(135)의 바깥측 외연의 반지름보다 더 크며, 따라서 슬라이딩 링(133)의 외연은 격판(135)의 바깥측 외연(O)으로부터 소정 길이 돌출된다.
본 실시예에서, 슬라이딩 링(133)의 소정 길이만큼 돌출된 부분이 슬라이딩 공간(142)에 위치되며, 이 공간(141)에서 슬라이딩 링(133)의 돌출된 부분이 라이너부(120)가 열에 의해 팽창하거나 또는 수축되는 방향(라이너부(120)의 길이 방향)으로 슬라이딩된다.
본 실시예에서, 격판(135)의 내측 외연(I)은 라이너부(120)와 연결된다. 즉, 고정링(139)이 라이너부(120)와 연결되어 있고 격판(135)과도 연결되어 있으므로, 결국 라이너부(120)와 격판(135)은 동작 측면에서 서로 연동된다.
본 실시예에서, 격판(135)의 내측 외연(I)은 또한 환형링(137)과 결합된다. 구체적으로, 환형링(137)은 고리 형상을 가지며, 환형링(147)의 내측 외연으로 선회기(141)가 삽입되는 형태로 선회기(141)와 고정 결합된다. 또한, 환형링(137)의 바깥측 외연은 중앙부는 격판(135)의 내측 외연(I)과 결합된다.
이상과 같이 구성됨으로써, 라이너부(120)가 열에 의해 팽창하거나 수축하는 경우에, 라이너부(120)의 열로 인한 팽창 또는 수축이 있더라도, 공기이동경로(122a)를 따라 이동하던 연소용 공기는 라이너부(120)의 내부로 유입되지 않을 수 있다.
110: 케이스
111: 제1 케이스 부분
112: 제2 케이스 부분
120: 라이너부
120a: 연소실
122a: 공기이동경로
124: 공기유동공간
135: 격판
131, 136: 접속부들
133: 슬라이딩 링
137: 환형링
139: 고정링
140: 연소분사부
141: 선회기
142: 슬라이딩 공간
150: 공기유입부

Claims (8)

  1. 일측에 연료가 분사되는 연료분사부(140)가 결합되고 타측에 연소용 공기(combustion air)가 유입되는 공기유입부(150)가 형성되어 있는 케이스(110);
    상기 연료와 상기 연소용 공기에 의해 발화된 화염의 연소실을 형성하는 라이너부(120);
    상기 라이너부(120)의 움직임과 연동되도록 결합된 슬라이딩 링(133); 및
    상기 슬라이딩 링(133)이 이동할 수 있는 공간을 제공하는 슬라이딩 공간(142);을 포함하고,
    상기 케이스(110)는 제1 케이스(111)와 제2 케이스(112)로 구분되고, 제1 케이스(111)에 연결된 제1접속부(131)와 제2 케이스(112)에 연결된 제2접속부(136)가 서로 결합되며, 제1접속부(131)와 제2 접속부(136)는 상기 슬라이딩 공간(142)을 형성하는 것을 특징으로 하는 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 라이너부(120)와 상기 케이스(110)의 사이에 배치되는 격판(135);을 더 포함하며,
    상기 격판(135)은 링 형상을 가지며, 상기 격판(135)의 바깥측 외연(O)은 상기 슬라이딩 링(133)이 결합되어 있고, 상기 격판(135)의 내측 외연(I)은 상기 라이너부(120)와 결합된 것을 특징으로 하는 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치.
  4. 제3항에 있어서,
    환형링(137);을 더 포함하며,
    상기 환형링(137)의 내측 외연에는 선회기가 삽입되는 형태로 결합되고, 상기 환형링(137)의 바깥측 외연에는 상기 격판(135)의 내측 외연(I)이 결합되는 것을 특징으로 하는 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 슬라이딩 링(133)의 중심과 상기 격판(135)의 중심은 서로 정렬된 상태이고, 상기 슬라이딩 링(133)의 바깥측 외연의 반지름은 상기 격판(135)의 바깥측 외연(O)의 반지름보다 큰 것을 특징으로 하는 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슬라이딩 링(133)의 바깥측 외연은 상기 격판(135)의 바깥측 외연(O)보다 소정 길이 돌출되어 있고, 상기 소정 길이 돌출된 부분은 상기 슬라이딩 공간(142)에 위치된 것을 특징으로 하는 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치.
  7. 제1항에 있어서,
    제1접속부(131)와 제2접속부(136) 사이에는 가스킷이 게재되어 있는 것을 특징으로 하는 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이딩 공간(142)은 상기 라이너부(120)가 열에 의해 팽창 또는 수축되는 방향으로, 상기 슬라이딩 링(133)이 슬라이딩 할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 연소용공기 누설방지를 위한 슬라이딩 기반 역류형 연소실험장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100101232A1 (en) * 2005-04-27 2010-04-29 United Technologies Corporation Compliant metal support for ceramic combustor liner in a gas turbine engine
KR101013796B1 (ko) * 2010-09-01 2011-02-14 건설화성 주식회사 합성수지 편수관용 연결구조
KR101165604B1 (ko) * 2011-11-17 2012-07-23 한국기계연구원 가스터빈 연소기
KR101477746B1 (ko) * 2014-06-12 2014-12-31 한국기계연구원 열팽창으로 인한 응력을 줄일 수 있는 가스 터빈 연소기 실험 장치

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