KR101770516B1

KR101770516B1 - 가스 터빈 연소기

Info

Publication number: KR101770516B1
Application number: KR1020160084239A
Authority: KR
Inventors: 박정수
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2017-08-22

Abstract

가스 터빈 연소기가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 가스 터빈 연소기는 케이싱의 내부 형상과 레이아웃을 고려하여 최적의 이동 경로를 갖고 냉각 공기의 이동을 도모하고자 한다.

Description

가스 터빈 연소기{Gas Turbine Combustor}

본 발명은 가스 터빈 연소기가 내장된 케이싱의 내부 형상과 레이 아웃을 고려하여 냉각 공기의 유동 방향을 개선한 것으로서, 보다 상세하게는 연소기의 냉각에 필요한 냉각 공기의 불필요한 순환으로 인한 유동 손실을 최소화 한 가스 터빈 연소기에 관한 것이다.

일반적으로 가스 터빈은 엔진 내의 연소 조립체를 냉각하기 위해 냉각 공기를 사용하는데, 상기 냉각 공기는 상기 연소 조립체와 유체 연통관계로 결합된 압축기로부터 공급된다.

가스터빈은 가스 등의 연료를 동작 유체의 내부 또는 외부에서 연소시켜 동작 유체에 열에너지를 공급하고, 고온, 고압의 가스를 만들어서 터빈에 공급함으로써 직접 회전할 수 있도록 구성되는데, 크게 압축기, 연소기, 터빈으로 구성된다.

상기 연소기는 고압으로 압축된 연소공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 연소가스를 만들고, 상기 연소기에서 발생되는 연소 상태는 등압가열 과정으로서 연소가스 온도를 터빈 메탈이 견딜 수 있는 온도까지 상승된다.

상기 가스터빈 연소기는 압축기로부터 나온 고온, 고압의 공기를 연료와 반응시켜 높은 에너지를 갖게 하고 이를 터빈에 전달하여 터빈을 구동하는 역할을 수행하는 부분에 해당된다.

이와 같이 사용되는 종래의 연소기는 외부에 케이싱이 구비되는데, 상기 연소기는 원통 형태로 이루어진 것에 비해 상기 케이싱은 주변의 레이 아웃에 의해 박스 형태로 상기 연소기를 감싼 구조를 갖고 구성된다.

첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 가스 터빈 연소기는 연소기(2)가 케이싱(10)을 감싸는 구조를 갖고 구성되며, 냉각 공기가 유입구(12)를 통해 공급된다.

상기 유입구(12)로 공급된 냉각 공기는 연소기를 구성하는 슬리브의 냉각 홀로 유입되어야 하나 A위치에서 케이싱(10)의 내측면과의 접촉으로 인한 불필요한 유동 손실이 발생되었다.

또한 B위치에서는 트랜지션 피스로 공급되어야 할 냉각 공기의 과도한 순환 이동이 발생되면서 충분한 양의 냉각 공기가 안정적으로 공급되지 못하는 현상이 발생되었다.

또한 C위치에서는 유입구(12)를 통해 유입된 냉각 공기가 케이싱(10)의 구조적인 형상에 의해 연소기(2)로 공급되지 못하고 소정의 시간 동안 머무르는 현상이 발생되어 연소기의 냉각 효율 저하와 성능 저하를 야기 시키는 문제점이 발생되었다.

미국공개특허 US 6582584

본 발명의 실시 예들은 가스 터빈 연소기로 공급되는 냉각 공기의 이동 방향을 케이싱의 내부 형상과 레이아웃을 고려하여 최적의 이동 경로를 갖고 공급될 수 있는 가스 터빈 연소기를 제공하고자 한다.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 터빈 연소기는 냉각 공기가 유입되는 유입구가 형성된 케이싱; 상기 케이싱 내부에 배치된 연소기 라이너와, 상기 연소기 라이너의 단부에 연결된 트랜지션 피스와, 상기 연소기 라이너와 상기 트랜지션 피스를 감싸며 외부에 배치된 슬리브를 포함하는 연소기; 및 상기 유입구에서 유입된 냉각 공기의 흐름을 상기 트랜지션 피스를 향해 이동되는 제1 구간으로 가이드 하기 위해 상기 케이싱의 내측에 배치된 제1 가이드 부를 포함하되, 상기 제1 가이드 부는 상기 유입구와 인접한 케이싱의 내측 바닥면에 일단이 고정되고, 타단이 상기 트랜지션 피스를 향해 연장된 판 형상의 가이드 판을 포함하며, 상기 유입구와 인접한 가이드 판의 일단은 상기 케이싱의 바닥면과 밀착된 상태가 유지되고, 상기 트랜지션 피스를 향해 연장된 타단은 상기 케이싱의 바닥면에서 상부로 이격되어 상기 트랜지션 피스의 외측에 밀착되게 연장되며, 상기 트랜지션 피스를 경유하여 상기 유입구와 마주보는 상기 케이싱의 타측에 해당되는 제2 구간에서 유동하는 냉각 공기의 흐름을 상기 트랜지션 피스로 가이드 하기 위해 상기 제2 구간에 구비된 제2 가이드 부를 더 포함하고, 상기 제2 가이드 부는 일단이 상기 트랜지션 피스의 길이 방향을 따라 연장된 단부에서 상측으로 이격된 케이싱의 내측에 고정되고, 타단은 상기 케이싱의 내주면을 따라 연소기 라이너와 연결된 트랜지션 피스의 상측을 향해 원호 형태로 연장되며 상기 트랜지션 피스와 마주보는 상대면이 오목한 형태로 라운드지게 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제1 가이드 부는 상기 케이싱의 양측면에 밀착된 상태가 유지되는 것을 특징으로 한다.
상기 가이드 판은 상기 유입구에서 상기 트랜지션 피스를 향해 상향 경사지게 연장된 것을 특징으로 한다.
상기 제1 가이드 부는 상기 유입구의 폭 방향을 기준으로 복수개가 각각 이격되고 단면 형태가 I자 판 형태 또는 T자 판 형태 중의 어느 하나의 형태로 이루어진 격벽을 포함한다.
상기 격벽은 상기 유입구의 바닥면에서 상부로 연장된 연장 높이(h)가 상기 유입구 전체 높이(H)의 1/2이상의 높이로 연장된 것을 특징으로 한다.
상기 제2 가이드 부의 타단에는 하측을 향해 소정의 각도로 절곡된 절곡부를 더 포함한다.
상기 제2 가이드 부는 내측에 라운드진 곡률과 대응되는 곡률로 길이 방향에서 상기 트랜지션 피스를 향해 돌출된 다수개의 격벽을 더 포함한다.
상기 격벽은 동일 간격으로 서로 간에 이격된 것을 특징으로 한다.
상기 격벽은 상기 제2 가이드 부의 폭 방향에서 복수개가 서로 간에 이격된 것을 특징으로 한다.
상기 격벽은 상기 제2 가이드 부의 일단에서 타단으로 갈수록 외측으로 돌출된 높이가 증가되는 것을 특징으로 한다.
상기 유입구를 통해 유입된 냉각 공기 중의 일부가 상기 트랜지션 피스로 이동하지 못하고 상기 유입구의 상측에 형성된 케이싱의 내부 공간으로 이동될 경우 상기 냉각 공기의 이동 방향을 상기 트랜지션 피스로전환 하기 위해 구비된 방향 전환부를 더 포함하고, 상기 방향 전환부는 일단이 상기 유입구의 상부에 형성된 케이싱의 바닥면에 고정되어 상기 케이싱의 내주면을 따라 원호 형상으로 연장되고, 타단이 연소기 라이너의 외주면과 밀착된 상태로 상기 연소기 라이너와 트랜지션 피스의 연결 부위까지 연장된 것을 특징으로 한다.
상기 방향 전환부는 상기 제1 가이드 부를 향해 오목하게 라운드진 원호 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 방향 전환부는 폭 방향 양측이 상기 케이싱의 내주면에 밀착된 상태가 유지되는 것을 특징으로 한다.
상기 트랜지션 피스를 경유하여 상기 유입구와 마주보는 상기 케이싱의 타측에 해당되는 제2 구간에서 유동하는 냉각 공기의 흐름을 상기 트랜지션 피스로 가이드 하기 위해 상기 제2 구간에 구비된 제2 가이드 부를 더 포함한다.
상기 제2 가이드 부는 일단이 상기 트랜지션 피스의 길이 방향을 따라 연장된 단부에서 상측으로 이격된 케이싱의 내측 위치에 고정되고, 타단은 상기 케이싱의 내주면을 따라 연소기 라이너와 연결된 트랜지션 피스의 상측을 향해 원호 형태로 연장된 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 실시 예들은 기존의 연소기에서 냉각 효율을 향상하기 위해 주로 시행하던 방식을 탈피하여 케이싱의 내부로 유입되는 냉각 공기의 유동 방향과 흐름을 최적의 상태로 가이드 하여 연소기에 대한 냉각을 도모할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 냉각 공기가 케이싱에서 불필요하게 순환되는 현상을 방지할 수 있어 유동손실을 최소화 하고, 이를 통한 연소기의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 연소기의 냉각 효율 상승으로 인해 연소기의 안전성 향상과 장기간 사용에 따른 내구성이 동시에 향상된다.

도 1은 종래의 연소기가 설치된 케이싱 내부에서 냉각 공기의 이동 상태를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 일 실시 예에 따른 가스 터빈 연소기에 구비된 제1 내지 제2 가이드 부를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시 에에 의한 제1 가이드 부의 다른 실시 예가 설치된 상태를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 제2 가이드 부를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 제2 가이드 부에 구비된 격벽을 도시한 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 격벽의 확대 사시도.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 가스 터빈 연소기를 도시한 사시도.

본 발명의 제1 일 실시 예에 따른 가스 터빈 연소기의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 첨부된 도 2는 본 발명의 제1 일 실시 예에 따른 가스 터빈 연소기에 구비된 제1 내지 제2 가이드 부를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 에에 의한 제1 가이드 부의 다른 실시 예가 설치된 상태를 도시한 사시도 이다.

첨부된 도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 의한 가스 터빈 연소기(1)는 크게 케이싱(100)과, 상기 케이싱(100)의 내부에 구비된 연소기(200)와 상기 연소기(200)로 유입되는 냉각 공기의 이동 방향을 가이드 하기 위한 제1 가이드 부(300)를 포함하여 구성된다.

연소기(200)는 케이싱(100)의 내부에 배치된 연소기 라이너(210)와, 상기 연소기 라이너(210)의 단부에 연결된 트랜지션 피스(220)와, 상기 연소기 라이너(210)와 상기 트랜지션 피스(220)를 감싸며 외부에 배치된 슬리브(230)를 포함한다.

상기 연소기 라이너(210) 또는 트랜지션 피스(230)는 일 예로 연소기(200)에 구비된 노즐(N)에서 분사되는 고온의 화염에 의해 특정위치의 온도가 급격하게 상승되거나, 고온의 온도로 장기간 유지될 수 있다.

이와 같은 온도가 상승 또는 유지되는 위치에 케이싱(100)에 형성된 유입구(110)에서 유입된 냉각 공기가 안정적으로 공급되어 고가의 연소기(200)에 대한 냉각을 안정적으로 실시하는 것은 효율적 측면과 경제성을 모두 고려할 때 상당히 중요하다고 할 수 있다.

상기 가스 터빈 연소기(1)는 소정의 크기 및 형상을 갖는 케이싱(100)의 내부에 연소기(200)가 위치되고 냉각을 위한 냉각 공기가 상기 케이싱(200)에 형성된 유입구(110)를 통해 유입된다.

상기 유입구(110)는 케이싱(100)의 외측에서 내측을 향해 확대관 형태인 디퓨저(diffuser) 형태를 갖는다. 상기 유입구(110)가 이와 같이 확대관 형태로 형성되는 이유는 냉각 공기의 유속을 안정화시키고 정압을 향상시켜 상기 연소기(200)로 이동된 냉각 공기를 통한 안정적인 냉각을 도모하기 위해서이다.

유입구(110)는 일 예로 외측 정면에서 바라볼 때 직사각형 형태로 도시하였으나 상기 형태로 반드시 한정하지 않고 변경될 수 있음을 밝혀둔다.

케이싱(100)은 연소기(200)를 기준으로 내부 영역이 유입구(110)와 인접한 제1 구간(S1)과, 상기 유입구(110)와 마주보는 케이싱(100)의 타측 구간인 제2 구간(S2)으로 구획된다.

상기 제1 구간(S1)은 유입구(110)를 통해 유입된 냉각 공기가 케이싱(100)의 내부로 최초 유입되는 공간으로 슬리브(230)를 통해 트랜지션 피스(220)로 일부의 냉각 공기가 이동되고, 나머지 냉각 공기는 화살표로 도시된 바와 같이 연소기 라이너(210)의 외주면을 따라 노즐(N)이 위치된 곳까지 이동한다. 그리고 상기 노즐(N)에서 분사되는 화염과 혼합된 상태로 연소기 라이너(210)의 내측 길이 방향으로 분사된다.

이와 같은 연소기(200)의 연소 과정에서 발생되는 급격한 온도 변화 또는 국부적 위치에서 고온의 상태가 유지되는 것을 최소화 하기 위해 냉각 공기를 통해 연소기(200)에 대한 안정적인 냉각을 도모하는 것이 바람직하다.

상기 냉각 공기는 유입구(110)를 통해 유입된 이후에 케이싱(100)의 내측 형상 또는 레이 아웃으로 인한 유동손실 또는 과도한 순환 이동이 최소화 되는 것이 가장 바람직하다.

본 발명은 이를 위해 상기 유입구(110)에서 유입된 냉각 공기의 흐름을 상기 트랜지션 피스(220)를 향해 이동되는 제1 구간(S1)으로 가이드 하기 위해 상기 케이싱(100)의 내측에 배치된 제1 가이드 부(300)를 포함한다.

상기 제1 가이드 부(300)는 상기 유입구(110)와 인접한 케이싱(100)의 내측 바닥면에 일단이 고정되고, 타단이 상기 트랜지션 피스(220)를 향해 연장된 판 형상의 가이드 판(310)을 포함한다.

상기 가이드 판(310)은 유입구(110)의 폭과 대응되는 폭으로 연장되고 두께는 특별히 한정하지 않으나 냉각 공기의 급속한 이동으로 인한 떨림이 발생되지 않도록 소정의 두께로 구성된다. 재질은 고온의 환경과 부식의 문제점이 발생되지 않도록 별도로 표면처리가 이루어지거나, 구성 자체를 고온 및 부식에 강한 재질로 구성하여 제작할 수 있다.

가이드 판(310)은 일단이 상기 유입구(110)와 인접하여 케이싱(100)의 바닥면과 밀착된 상태로 도면 기준 우측으로 연장되고, 타단은 상기 케이싱(100)의 바닥면에서 상부로 이격된 상태가 유지된다.

상기 냉각 공기는 가이드 판(310)의 일단 위치에서 유입구(110)를 통해 유입된 이후에 상기 유입구(110)와 가이드 판(310) 사이에서 확산되지 않고 소정의 유량이 유지된 상태로 화살표 방향을 따라 트랜지션 피스(220)로 이동되는 것이 가장 바람직하다.

이를 위해 본 발명의 가이드 판(310)은 일단이 상기 유입구(110)의 내측과 최소한의 높이차가 유지된 상태로 케이싱(100)의 내측면에 밀착된 상태가 유지된다.

가이드 판(310)의 타단은 냉각 공기의 불필요한 순환 이동을 최소화 하기 위해 케이싱(100)의 내측면과 상측으로 이격된 상태로 상기 트랜지션 피스(220)를 향해 연장된다.

보다 상세히 설명하면, 가이드 판(310)은 일단이 케이싱(100)의 내측면에 밀착된 상태로 일정 길이만큼 연장되다가, 타단으로 갈수록 상측으로 상향 경사지게 연장된다.

이 경우 냉각 공기가 상기 가이드 판(310)을 따라 이동하는 동안 케이싱(100)의 구조적 형상으로 인한 냉각 공기의 불필요한 유동손실과 유량손실이 최소화 되고, 상기 냉각 공기의 방향성이 일정하게 유지되어 다량의 냉각 공기가 상기 트랜지션 피스(220)로 공급될 수 있다.

따라서 냉각 공기는 유입구(110)를 통해 제1 구간(S1)에서 이동하는 동안 유동 안정성이 향상된 상태로 연소기(200)로 공급된다.

제1 가이드 부(300)는 상기 케이싱(100)의 양측면에 밀착된 상태가 유지되는데, 소정의 유속을 갖는 냉각 공기가 유입구(110)를 통해 유입된 이후에 상기 제1 가이드 부(300)를 따라 이동하는 동안 케이싱(100)의 벽면 위치에서 불필요한 유동 손실과 순환을 방지하고, 상기 냉각 공기의 안정적인 이동을 도모하기 위해서이다.

제1 가이드 부(300)는 케이싱(100)의 양측에 용접되는 것이 바람직하나, 다른 방식으로 고정되는 것도 가능하며 특별히 특정 방식으로 한정하지는 않는다.

일 예로 제1 가이드 부(300)는 케이싱(100)의 양측에 용이하게 용접되기 위해 길이 방향에서 상기 케이싱(100)의 하측을 향해 소정의 길이만큼 구부러진 형태로 구성될 수 있으며, 이 상태로 케이싱(100)의 내측과 용접을 실시할 경우 가이드 판(310)의 양측이 밀착된 상태로 고정된다.

따라서 가이드 판(310)과 케이싱(100) 사이에서 냉각 공기가 누설될 수 있는 별도의 틈새 발생이 억제될 수 있어 냉각 공기의 안정적인 이동이 이루어진다.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 의한 제1 가이드 부(300)는 상기 유입구(110)의 폭 방향을 기준으로 복수개가 각각 이격되고 단면 형태가 I자 판 형태 또는 T자 판 형태 중의 어느 하나의 형태로 이루어진 격벽(301, 302)을 포함한다.

상기 격벽(301, 302)은 제1 가이드 부(300)를 통해 이동하는 냉각 공기의 이동 거리가 길어질 경우 불필요한 유동 손실을 최소화 하고, 이동에 따른 운동 에너지를 일정하게 유지하기 위해 구비된다.

상기 격벽(301, 302)은 냉각 공기의 이동 방향을 트랜지션 피스(220)로 가이드 하기 위해 도면에 도시된 개수로 구성될 수 있으나, 변동 가능함을 밝혀둔다.

격벽(301, 302)은 상기 유입구(110)의 바닥면에서 상부로 연장된 연장 높이(h)가 상기 유입구(110) 전체 높이(H)의 1/2이상의 높이로 연장된다. 상기 격벽(301, 302)은 높이(h)가 유입구(110) 전체 높이(H)의 1/2이하 또는 더 짧은 길이로 연장될 경우 상기 격벽(301, 302)으로 이동되는 냉각 공기의 혼합이 발생될 수 있으므로 전술한 높이가 유지되는 것이 바람직하다.

격벽(301, 302)은 단면 형상이 I자 형태로 구성될 경우 상기 격벽(301, 302)에 의해 구획된 각각의 내부 영역에서 냉각 공기의 유동 흐름이 안정적으로 유지된 상태로 트랜지션 피스(220)를 향해 이동된다. 따라서 냉각 공기의 유동 안전성이 향상되고, 불필요한 유동 흐름이 발생되지 않고 트랜지션 피스(220)에 대한 냉각 성능이 일정하게 유지된다.

첨부된 도 2 또는 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 제2 가이드 부(400)는 상기 트랜지션 피스(220)를 경유하여 상기 유입구(110)와 마주보는 케이싱(100)의 타측에 해당되는 제2 구간(S2)에서 유동하는 냉각 공기의 흐름을 상기 트랜지션 피스(220)로 가이드 하기 위해 구비된다.

상기 제2 가이드 부(400)는 일단이 상기 트랜지션 피스(220)의 길이 방향을 따라 연장된 단부에서 상측으로 이격된 케이싱(100)의 내측에 고정되고, 타단은 상기 케이싱(100)의 내주면을 따라 연소기 라이너(210)와 연결된 트랜지션 피스(220)의 상측을 향해 원호 형태로 연장된다.

제2 가이드 부(400)는 형상이 원호 형상으로 구성되는 이유는 유입구(110)를 통해 유입된 후에 연소기(200)로 이동되는 냉각 공기의 이동 방향이 제2 구간(S2)에서 케이싱(100)의 내측을 따라 화살표로 도시된 바와 같은 방향성을 갖고 순환 이동되기 때문이다.

냉각 공기의 방향성은 케이싱(100)의 내부에서 복잡한 경로를 갖고 과도하게 순환될 경우 연소기(200)의 냉각 효율 측면에서 불리해 질 수 있으나, 상기 냉각 공기의 방향성을 이용하여 연소기(200)로 안정적으로 공급할 경우 냉각에 따른 효율을 향상시킬 수 있다.

본 실시 예에 의한 제2 가이드 부(400)는 원호 형태의 판 구조로 구성되고, 상기 트랜지션 피스(220)와 마주보는 상대면이 오목한 형태로 라운드지게 형성된다.

이와 같이 제2 가이드 부(400)가 오목하게 라운드지는 이유는 냉각 공기의 이동에 따른 불필요한 유동손실을 최소화 하기 위한 목적과, 과도한 유동으로 인한 유량 손실을 최소화 하여 연소기(200)를 향해 다량의 냉각 공기를 공급 하기 위해서이다.

또한 냉각 공기가 상기 제2 가이드 부(400)의 오목한 부분을 따라 이동할 경우 상기 제2 가이드 부(400)가 설치되지 않은 케이싱(100)의 영역으로 유동되는 현상이 예방될 수 있다.

제2 가이드 부(400)는 전술한 제1 가이드 부(300)와 마찬 가지로 케이싱(100)의 내측에 용접되거나 안정적으로 고정된 상태가 유지되는 것이 바람직하며, 이를 통해 냉각 공기의 불필요한 유동 손실을 방지할 수 있다.

제2 가이드 부(400)는 전체 형상이 원호 형태로 이루어지지 않고, 트랜지션 피스(220)의 상측으로 이격된 일단에서 일정 길이만큼은 직선 형태로 연장되고, 케이싱(100)의 내측 상부에서부터 도면 기준으로 좌측으로 라운드진 원호 형태로 연장된다.

이 경우 냉각 공기가 직선 형태로 연장된 부분을 따라 최소한의 유동손실로 이동될 수 있고, 상기 원호 형태로 라운드진 부분에서 방향이 전환되어 트랜지션 피스(220)를 향해 안정적으로 이동된다.

따라서 연소기(200)로 공급되는 냉각 공기의 공급 안전성과 상기 연소기(200)의 효율을 향상시킬 수 있다.

본 실시 예에 의한 제2 가이드 부(400)의 타단에는 하측을 향해 소정의 각도로 절곡된 절곡부(402)를 더 포함한다. 상기 절곡부(402)는 냉각 공기가 상기 제2 가이드 부(400)의 내주면을 따라 이동하다가 상기 트랜지션 피스(220)로 이동하기 이전에 이동 방향을 하측으로 유도할 수 있다.

이 경우 냉각 공기는 화살표로 도시된 바와 같이 제2 가이드 부(400)에서 트랜지션 피스(220)를 향해 이동되는 구간에서 방향성이 유도될 수 있어 상기 냉각 공기의 이동 안전성이 향상되고 다량의 냉각 공기가 일정하게 트랜지션 피스(220)를 향해 안내된다.

절곡부(402)는 꺽여진 각도가 특정 각도로 설정되는데, 상기 각도는 시뮬레이션을 통해 최적의 각도로 설정된다.

첨부된 도 5를 참조하면, 제2 가이드 부(400)는 내측 원주 방향에서 라운드진 곡률과 대응되는 곡률로 길이 방향에서 상기 트랜지션 피스(220)를 향해 돌출된 다수개의 격벽(410)을 더 포함한다.

상기 격벽(410)은 다량의 냉각 공기가 제2 가이드 부(400)를 따라 이동할 때 격벽(410)에 밀착된 상태로 이동될 수 있도록 상기 냉각 공기의 이동 방향을 가이드 한다.

상기 냉각 공기의 이동 방향을 가이드 하는 이유는 화살표 방향을 따라 상기 냉각 공기가 이동할 때 제2 구간(S2)의 불특정 방향으로 이동되는 현상을 예방하고, 이를 통해 상기 냉각 공기의 불필요한 유동손실을 최소화 하기 위해서이다.

격벽(410)은 도면에 도시된 바와 같이 제2 가이드 부(400)의 내주면에서 동일 간격으로 서로 간에 이격되고, 상기 제2 가이드 부(400)의 폭 방향에서 복수개가 서로 간에 이격된다.

상기 격벽(410)은 제2 가이드 부(400)를 정면에서 바라볼 때 중앙에 배치된 제1 격벽(412)과, 좌측에 배치된 제2 격벽(414)과, 우측에 배치된 제3 격벽(416)을 포함한다.

상기 제1 내지 제3 격벽(412, 414, 416)은 모두 동일 길이로 연장되고 단면 형상은 I형상 또는 T형상 중의 어느 하나로 선택적으로 구성된다. 상기 제1 내지 제3 격벽(412, 414, 416)은서로 간에 이웃하여 배치되므로 다량의 냉각 공기가 각각의 구획된 영역을 따라 안정적으로 이동될 수 있다.

즉 제1 격벽(412)을 기준으로 제2 격벽(414) 사이에 형성된 영역 또는 제3 격벽(416) 사이에 형성된 영역을 통해 유사한 유속과 유량을 갖는 냉각 공기가 트랜지션 피스(22)를 통해 이동되므로 연소기(200)의 냉각 효율이 항시 일정하게 유지된다.

따라서 연소기의 특정 위치에서 국부적으로 온도가 상승되거나, 특정 구간이 고온으로 유지되는 경우에도 효율적인 냉각을 통해 연소기(200)의 효율 향상에 기여할 수있다.

첨부된 도 6을 참조하면, 본 실시 예에 의한 격벽(410)은 상기 제2 가이드 부(400)의 일단에서 타단으로 갈수록 외측으로 돌출된 높이가 증가되도록 구성된다.

이와 같이 구성되는 이유는 제2 가이드 부(400)의 일단은 냉각 공기에 대한 유입이 시작되는 부분으로 격벽(410)의 높이가 높게 연장될 경우 상기 냉각 공기의 유동 저항 및 혼합으로 인한 문제점을 사전에 예방하기 위해서이다.

또한 제2 가이드 부(400)의 타단으로 갈수록 돌출된 높이가 증가되면서 냉각 공기의 이동에 따른 박리 현상을 최소화 할 수 있어 연소기(200)로 공급되는 방향을 항시 일정하게 가이드하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

이 경우 케이싱(100)의 모서리 부위로 냉각 공기가 불필요하게 순환되는 현상이 발생되지 않아 냉각 공기의 유동손실 또는 불필요한 순환 발생이 최소화 된다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 가스 터빈 연소기에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 가스 터빈 연소기(1a)는 유입구(110)에서 유입된 냉각 공기의 흐름을 상기 트랜지션 피스(220)를 향해 이동되는 제1 구간(S1)으로 가이드 하기 위해 상기 케이싱(100)의 내측에 배치된 제1 가이드 부(300); 및 상기 유입구(110)를 통해 유입된 냉각 공기 중의 일부가 상기 트랜지션 피스(220)로 이동하지 못하고 상기 유입구(110)의 상측에 형성된 케이싱(100)의 내부 공간으로 이동될 경우 상기 냉각 공기의 이동 방향을 상기 트랜지션 피스(220)로 전환 하기 위해 구비된 방향 전환부(500)를 포함한다.

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참고로 상기 방향 전환부(500)가 설치된 구간은 제3 구간(S3)으로 정의한다. 상기 제3 구간(S3)은 냉각 공기의 흐름을 굵은 화살표 방향으로 유도하기 위해 상기 방향 전환부(500)가 구비된다.

상기 방향 전환부(500)에 의해 상기 냉각 공기는 제3 구간(S3)에 형성된 케이싱(100)의 모서리 위치로 유동 흐름이 생성되지 않고 화살표로 도시된 바와 같은 유동 흐름이 이루어지므로 연소기(200)의 냉각에 필요한 냉각 공기를 일정하게 공급할 수 있어 공급 안전성 향상과 제1 가이드 부(100)를 통해 가이드 된 냉각 공기의 유량을 증가시킬 수 있다.

상기 방향 전환부(500)는 일단이 상기 유입구(110)의 상부에 형성된 케이싱(100)의 바닥면에 고정되어 상기 케이싱(100)의 내주면을 따라 원호 형상으로 연장되고, 타단이 연소기 라이너(210)의 외주면과 밀착된 상태로 상기 연소기 라이너(210)와 트랜지션 피스(220)의 연결 부위까지 연장된다.

상기 방향 전환부(500)는 전술한 제1 가이드 부(300)와 같이 판 형태로 구성될 수 있으며, 이 경우 폭 방향 양측이 상기 케이싱(100)의 내주면에 밀착된 상태가 유지되거나 용접된다.

상기 방향 전환부(500)는 상기 제1 가이드 부(300)를 향해 오목하게 라운드진 원호 형상으로 이루어진다. 이와 같은 형상으로 구성되는 이유는 냉각 공기를 제1 가이드 부(300) 쪽으로 가이드 하여 트랜지션 피스(220)로 공급하기 위해서이다.

상기냉각 공기는 방향 전환부(500)로 방향이 가이드 될 경우 케이싱(100)의 모서리 위치로 유동 흐름이 생성되지 않으므로 최소한의 유동 거리가 유지된 상태로 트랜지션 피스(220)로 이동될 수 있다.

따라서 냉각 공기의 이동 흐름을 이용하여 한정된 케이싱(100)의 레이아웃을 최대한 활용하여 연소기(200)에 대한 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의한 제2 가이드 부(400)는 상기 트랜지션 피스(220)를 경유하여 상기 유입구(110)와 마주보는 케이싱(100)의 타측에 해당되는 제2 구간(S2)에서 유동하는 냉각 공기의 흐름을 상기 트랜지션 피스(220)로 가이드 하기 위해 구비된다.

제2 가이드 부(400)는 형상이 원호 형상으로 구성되는 이유는 유입구(110)를 통해 유입된 후에 연소기(200)로 이동되는 냉각 공기의 이동 방향 이 제2 구간(S2)에서 케이싱(100)의 내측을 따라 화살표로 도시된 바와 같은 방향성을 갖고 순환 이동되기 때문이다.

상기 제2 가이드 부(400)는 내측에 라운드진 곡률과 대응되는 곡률로 길이 방향에서 상기 트랜지션 피스(220)를 향해 돌출된 다수개의 격벽(410)을 더 포함한다.

상기 격벽(410)은 다량의 냉각 공기가 제2 가이드 부(400)를 따라 이동할 때 격벽(410)에 밀착된 상태로 이동될 수 있도록 상기 냉각 공기의 이동 방향을 가이드 한다. 상기 냉각 공기의 이동 방향을 가이드 하는 이유는 화살표 방향을 따라 상기 냉각 공기가 이동할 때 제2 구간(S2)의 불특정 방향으로 이동되는 현상을 예방하고, 이를 통해 상기 냉각 공기의 불필요한 유동손실을 최소화 하기 위해서이다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 케이싱
110 : 유입구
200 : 연소기
210 : 연소기 라이너
220 : 트랜지션 피스
230 : 슬리브
300 : 제1 가이드 부
301,302, 410 : 격벽
310 : 가이드 판
400 : 제2 가이드 부
500 : 방향 전환부

Claims

냉각 공기가 유입되는 유입구가 형성된 케이싱;
상기 케이싱 내부에 배치된 연소기 라이너와, 상기 연소기 라이너의 단부에 연결된 트랜지션 피스와, 상기 연소기 라이너와 상기 트랜지션 피스를 감싸며 외부에 배치된 슬리브를 포함하는 연소기; 및
상기 유입구에서 유입된 냉각 공기의 흐름을 상기 트랜지션 피스를 향해 이동되는 제1 구간으로 가이드 하기 위해 상기 케이싱의 내측에 배치된 제1 가이드 부를 포함하되,
상기 제1 가이드 부는 상기 유입구와 인접한 케이싱의 내측 바닥면에 일단이 고정되고, 타단이 상기 트랜지션 피스를 향해 연장된 판 형상의 가이드 판을 포함하며, 상기 유입구와 인접한 가이드 판의 일단은 상기 케이싱의 바닥면과 밀착된 상태가 유지되고, 상기 트랜지션 피스를 향해 연장된 타단은 상기 케이싱의 바닥면에서 상부로 이격되어 상기 트랜지션 피스의 외측에 밀착되게 연장되며,
상기 트랜지션 피스를 경유하여 상기 유입구와 마주보는 상기 케이싱의 타측에 해당되는 제2 구간에서 유동하는 냉각 공기의 흐름을 상기 트랜지션 피스로 가이드 하기 위해 상기 제2 구간에 구비된 제2 가이드 부를 더 포함하고,
상기 제2 가이드 부는 일단이 상기 트랜지션 피스의 길이 방향을 따라 연장된 단부에서 상측으로 이격된 케이싱의 내측에 고정되고, 타단은 상기 케이싱의 내주면을 따라 연소기 라이너와 연결된 트랜지션 피스의 상측을 향해 원호 형태로 연장되며 상기 트랜지션 피스와 마주보는 상대면이 오목한 형태로 라운드지게 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기.
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제1 항에 있어서,
상기 제1 가이드 부는,
상기 케이싱의 양측면에 밀착된 상태가 유지되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기.
제1 항에 있어서,
상기 가이드 판은,
상기 유입구에서 상기 트랜지션 피스를 향해 상향 경사지게 연장된 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기.
제1 항에 있어서,
상기 제1 가이드 부는,
상기 유입구의 폭 방향을 기준으로 복수개가 각각 이격되고 단면 형태가 I자 판 형태 또는 T자 판 형태 중의 어느 하나의 형태로 이루어진 격벽을 포함하는가스 터빈 연소기.
제5 항에 있어서,
상기 격벽은,
상기 유입구의 바닥면에서 상부로 연장된 연장 높이(h)가 상기 유입구 전체 높이(H)의 1/2이상의 높이로 연장된 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기.
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제1 항에 있어서,
상기 제2 가이드 부의 타단에는 하측을 향해 소정의 각도로 절곡된 절곡부를 더 포함하는 가스 터빈 연소기.
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제1 항에 있어서,
상기 제2 가이드 부는,
내측에 라운드진 곡률과 대응되는 곡률로 길이 방향에서 상기 트랜지션 피스를 향해 돌출된 다수개의 격벽을 더 포함하는 가스 터빈 연소기.
제11 항에 있어서,
상기 격벽은 동일 간격으로 서로 간에 이격된 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기.
제11 항에 있어서,
상기 격벽은,
상기 제2 가이드 부의 폭 방향에서 복수개가 서로 간에 이격된 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기.
제11 항에 있어서,
상기 격벽은,
상기 제2 가이드 부의 일단에서 타단으로 갈수록 외측으로 돌출된 높이가 증가되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기.
제1 항에 있어서,
상기 유입구를 통해 유입된 냉각 공기 중의 일부가 상기 트랜지션 피스로 이동하지 못하고 상기 유입구의 상측에 형성된 케이싱의 내부 공간으로 이동될 경우 상기 냉각 공기의 이동 방향을 상기 트랜지션 피스로전환 하기 위해 구비된 방향 전환부를 더 포함하고,
상기 방향 전환부는 일단이 상기 유입구의 상부에 형성된 케이싱의 바닥면에 고정되어 상기 케이싱의 내주면을 따라 원호 형상으로 연장되고, 타단이 연소기 라이너의 외주면과 밀착된 상태로 상기 연소기 라이너와 트랜지션 피스의 연결 부위까지 연장된 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기.
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제15 항에 있어서,
상기 방향 전환부는,
상기 제1 가이드 부를 향해 오목하게 라운드진 원호 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기.
제15 항에 있어서,
상기 방향 전환부는,
폭 방향 양측이 상기 케이싱의 내주면에 밀착된 상태가 유지되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기.
제15 항에 있어서,
상기 트랜지션 피스를 경유하여 상기 유입구와 마주보는 상기 케이싱의 타측에 해당되는 제2 구간에서 유동하는 냉각 공기의 흐름을 상기 트랜지션 피스로 가이드 하기 위해 상기 제2 구간에 구비된 제2 가이드 부를 더 포함하는 가스 터빈 연소기.
제19 항에 있어서,
상기 제2 가이드 부는,
일단이 상기 트랜지션 피스의 길이 방향을 따라 연장된 단부에서 상측으로 이격된 케이싱의 내측 위치에 고정되고,
타단은 상기 케이싱의 내주면을 따라 연소기 라이너와 연결된 트랜지션 피스의 상측을 향해 원호 형태로 연장된 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기.