KR101889638B1

KR101889638B1 - 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈

Info

Publication number: KR101889638B1
Application number: KR1020167027541A
Authority: KR
Inventors: 유스케 다나카; 사토시 다키구치; 게이지로 사이토; 신지 아카마츠
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2018-08-17
Also published as: KR20160131053A; CN106133446A; JPWO2015178149A1; US10094565B2; DE112015002441T5; JP6236149B2; WO2015178149A1; US20170122563A1; CN106133446B; DE112015002441B4

Abstract

가스 터빈 연소기 및 가스 터빈에 있어서, 파일럿 버너(44)와 복수의 메인 버너(45)와 파일럿 콘을 마련하는 동시에, 메인 버너(45)의 외측에서 선단부측을 향해서 공기를 분출하는 공기 통로(81)와, 파일럿 콘(62)의 외측에서 선단부측을 향해서 공기를 유통시키는 동시에 직경방향에 있어서의 외측을 향해서 공기를 분출하는 공기 통로(83, 84)와, 공기 통로(83, 84)로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 파일럿 콘(62)의 중심 축심(O) 방향으로 변경하는 차양부(변경 부재)(65c)를 마련한다.

Description

가스 터빈 연소기 및 가스 터빈{GAS TURBINE COMBUSTION DEVICE AND GAS TURBINE}

본 발명은, 압축한 고온·고압의 공기에 대하여 연료를 공급하여 연소하고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급하여 회전 동력을 얻는 가스 터빈에 있어서, 이러한 가스 터빈에 이용되는 가스 터빈 연소기, 및 가스 터빈에 관한 것이다.

가스 터빈은, 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성되어 있고, 공기 취입구(取入口)로부터 받아들인 공기가 압축기에 의해 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기가 되고, 연소기에서, 이러한 압축 공기에 대하여 연료를 공급하여 연소시키고, 고온·고압의 연소 가스가 터빈을 구동하고, 이러한 터빈에 연결된 발전기를 구동한다. 이러한 경우, 터빈은, 차실 내에 복수의 정익(靜翼) 및 동익(動翼)이 교대로 배설되어 구성되어 있으며, 연소 가스에 의해 동익을 구동함으로써 발전기에 연결되는 출력축을 회전 구동하고 있다. 그리고, 터빈을 구동한 연소 가스는 배기 가스로서 대기에 방출된다.

연소기는 예혼합 연소를 실행하는 복수의 메인 버너(main burner)와, 확산 연소를 실행하는 파일럿 버너(pilot burner)가 마련되어 있다. 그 때문에, 파일럿 버너에 의해 생성되는 확산 불꽃이 각 메인 버너가 예혼합 불꽃을 생성하기 위한 불씨로서 사용되고, 이것에 의해 예혼합 연소가 유지된다. 일반적인 연소기에서는, 메인 버너는 파일럿 버너를 중심으로 한 반경방향 외측에 둘레방향으로 등간격으로 배치되어 있다.

이러한 가스 터빈 연소기로서, 예를 들어 하기 특허문헌 1에 기재된 것이 있다. 이러한 특허문헌 1에 기재된 가스 터빈 연소기는, 본체 내통의 중심부에 마련된 파일럿 노즐과, 이 파일럿 노즐의 외측에 둘레방향을 따라 복수개 마련된 메인 노즐과, 파일럿 노즐과 각 메인 노즐의 하류측에 마련된 파일럿 콘(pilot cone)을 갖고, 파일럿 콘의 선단부 하류측을 향해서 공기를 분출하는 공기 통로를 마련한 것이다.

일본 공개 특허 제 2005-114193 호 공보

상술한 바와 같이, 각 메인 버너로부터 분사된 연료와 공기의 혼합기(混合氣)는 선회하는 순환류가 되고, 파일럿 버너에 의해 생성되는 확산 불꽃이 불씨가 되어서 점화함으로써 예혼합 불꽃이 생성된다. 이 때, 각 메인 버너로부터 분사된 연료와 공기의 혼합기가 파일럿 버너에 의해 생성되는 확산 불꽃에 의해 점화되어 형성되는 화염면에서, 혼합기의 혼란이 불충분하면, 연소가 불안정하게 되는 일이 있다. 이러한 불안정한 화염은, 보염기(保炎器)(파일럿 콘)로부터 하류측으로 이동하거나, 상류측으로 이동하거나 한다. 이러한 불안정한 화염이 보염기로부터 하류측으로 이동하면, 연소가 불안정하게 되고, 불안정한 화염이 보염기로부터 상류측으로 이동하면, 역화(逆火)의 위험성이나 NOx 증가의 요인이 된다. 그 때문에, 화염의 기점을 적정 위치에 유지하는 것이 필요하게 된다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하는 것으로서, 화염의 위치를 적정 위치로 제어함으로써 연소의 안정화를 도모하는 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스 터빈 연소기는, 원통형상을 이루는 연소통과, 상기 연소통 내의 중심부에 배치되는 파일럿 버너와, 상기 연소통 내에서 상기 파일럿 버너를 둘러싸도록 배치되는 복수의 메인 버너와, 상기 파일럿 버너에 있어서의 파일럿 노즐의 외측을 덮는 동시에 선단부측이 방사상으로 퍼지는 테이퍼 통형상을 이루는 보염기와, 상기 메인 버너의 외측에서 선단부측을 향해서 공기를 분출하는 제 1 공기 분출부와, 상기 보염기의 외측에서 선단부측을 향해서 공기를 유통시키는 동시에 직경방향에 있어서의 외측을 향해서 공기를 분출하는 제 2 공기 분출부와, 상기 제 2 공기 분출부로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 상기 보염기의 축심방향으로 변경하는 변경 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 메인 버너는 압축 공기와 연료의 혼합기를 예혼합기로서 연소통의 내주면을 따라 분사하고, 파일럿 버너는 압축 공기와 연료의 혼합기를 연소통의 중심부에 분사한다. 그러면, 파일럿 버너로부터의 혼합기가 착화되어 연소하고, 연소 가스의 일부가 연소통 내에 화염을 수반하여 주위로 확산하고, 각 메인 버너의 예혼합기에 착화하여 예혼합 연소가 유지된다. 이 때, 제 1 공기 분출부는 메인 버너의 외측에서 선단부측을 향해서 공기를 분출하고, 제 2 공기 분출부는 보염기의 외측에서 공기를 분출하고, 변경 부재는 제 2 공기 분출부로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 보염기의 축심방향으로 변경한다. 즉, 각 메인 버너로부터의 혼합기가 파일럿 버너의 확산 불꽃에 의해 점화되어 형성되는 화염면의 전후 위치는 연소기의 연소 형태에 따른 최적 위치가 있다. 그리고, 이러한 화염면의 위치는 제 1 공기 분출부로부터의 공기류에 의해 전후로 이동한다. 그 때문에, 변경 부재에 의해 분사 방향이 변경된 제 2 공기 분출부로부터의 공기류에 의해 제 1 공기 분출부로부터의 공기류의 방향을 변경함으로써, 화염면의 전후 위치를 최적 위치로 조정할 수 있다. 그 결과, 화염의 위치를 적정 위치로 제어함으로써 연소의 안정화를 도모할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈 연소기에서는, 상기 제 2 공기 분출부는, 상기 보염기의 외측에 마련되어 선단부측을 향해서 공기를 유통시키는 제 1 공기 통로와, 상기 제 1 공기 통로의 선단부측으로부터 직경방향에 있어서의 외측을 향해서 공기를 유통시키는 제 2 공기 통로와, 상기 제 2 공기 통로의 선단부측에 마련되는 공기 분출구를 갖고, 상기 변경 부재는 상기 공기 분출구에 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 변경 부재를 제 2 공기 분출부에 있어서의 공기 분출구에 마련함으로써, 제 2 공기 분출부로부터 분출되는 공기류의 방향을 용이하게 변경할 수 있어, 구조의 간소화를 도모할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈 연소기에서는, 상기 보염기는, 원통형상을 이루는 보염기 본체와, 상기 보염기 본체의 선단부측에 연속하여 테이퍼 통형상을 이루는 테이퍼 통부와, 상기 테이퍼 통부의 외측에 소정 간극을 두고서 배치되는 테이퍼 외통부를 갖고, 상기 테이퍼 통부와 상기 테이퍼 외통부 사이에 상기 제 1 공기 통로와 상기 제 2 공기 통로와 상기 공기 분출구가 마련되고, 상기 변경 부재는 상기 테이퍼 통부 또는 상기 테이퍼 외통부 중 적어도 어느 한쪽에 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 변경 부재를 보염기에 있어서의 테이퍼 통부 또는 테이퍼 외통부에 마련함으로써, 제 2 공기 분출부로부터 분출되는 공기류의 방향을 보염기의 축심방향의 일방측 또는 타방측으로 용이하게 변경할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈 연소기에서는, 상기 변경 부재는 상기 테이퍼 통부의 선단부에 마련되고, 상기 공기 분출구로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 상기 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기를 향해서 변경하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 테이퍼 통부의 선단부에 마련되는 변경 부재에 의해, 제 2 공기 분출부의 공기 분출구로부터 분출되는 공기가 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기를 향함으로써, 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기류의 방향을 용이하게, 또한 적정하게 변경할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈 연소기에서는, 상기 변경 부재는 상기 공기 분출구로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 상기 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기의 분출 방향과 역방향이 되도록 변경하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 변경 부재에 의해, 제 2 공기 분출부의 공기 분출구로부터 분출되는 공기류가 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기류와 역방향이 됨으로써, 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기류의 에너지를 용이하게 조정하여 방향을 적정하게 변경할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈 연소기에서는, 상기 변경 부재는 상기 테이퍼 통부의 선단부에 마련되고, 상기 공기 분출구로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 상기 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기의 분출 방향과 동일 방향이 되도록 변경하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 테이퍼 통부의 선단부에 마련되는 변경 부재에 의해, 제 2 공기 분출부의 공기 분출구로부터 분출되는 공기류가 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기류와 동일 방향이 됨으로써, 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기류의 에너지를 용이하게 조정하여 방향을 적정하게 변경할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈 연소기에서는, 상기 변경 부재는 상기 테이퍼 외통부의 선단부에 마련되고, 상기 공기 분출구로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 상기 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기의 분출 방향과 동일 방향이 되도록 변경하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 테이퍼 외통부의 선단부에 마련되는 변경 부재에 의해, 제 2 공기 분출부의 공기 분출구로부터 분출되는 공기류가 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기류와 동일 방향이 됨으로써, 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기류의 에너지를 용이하게 조정하여 방향을 적정하게 변경할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈 연소기에서는, 상기 메인 버너는, 메인 버너 통과, 상기 메인 버너 통의 중심부에 마련되는 메인 노즐과, 상기 메인 버너 통과 상기 메인 노즐 사이에 마련되는 선회 날개를 갖고, 상기 변경 부재는 상기 메인 버너 통에 대향하는 모든 영역에 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 변경 부재를 메인 버너 통에 대향하는 모든 영역에 마련함으로써, 각 메인 버너로부터의 혼합기가 파일럿 버너의 확산 불꽃에 의해 점화되어 형성되는 화염면의 전후 위치를, 연소기의 연소 형태에 따른 적정 위치로 조정할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈 연소기에서는, 상기 메인 버너는, 메인 버너 통과, 상기 메인 버너 통의 중심부에 마련되는 메인 노즐과, 상기 메인 버너 통과 상기 메인 노즐 사이에 마련되어지는 선회 날개를 갖고, 상기 변경 부재는 상기 메인 버너 통에 대향하는 일부의 영역에 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 변경 부재를 메인 버너 통에 대향하는 일부의 영역에 마련함으로써, 각 메인 버너로부터의 혼합기가 파일럿 버너의 확산 불꽃에 의해 점화되어 형성되는 화염면의 전후 위치를, 연소기의 연소 형태에 따른 적정 위치로 조정할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈 연소기에서는, 상기 테이퍼 통부는 복수의 분할체가 원통형상으로 조합되어 구성되고, 상기 변경 부재는 상기 분할체의 적어도 일부의 영역에 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 테이퍼 통부에 대하여 변경 부재를 소망의 영역에 마련할 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈은, 공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 상기 연소기와, 상기 연소기가 생성한 연소 가스에 의해 회전 동력을 얻는 터빈을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 화염의 위치를 적정 위치로 제어함으로써 연소의 안정화를 도모할 수 있어, 성능의 향상을 도모할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈에 따르면, 메인 버너의 외측에 공기를 분출하는 제 1 공기 분출부와, 보염기의 외측에서 직경방향에 있어서의 외측에 공기를 분출하는 제 2 공기 분출부와, 제 2 공기 분출부로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 보염기의 축심방향으로 변경하는 변경 부재를 마련하므로, 변경 부재에 의해 분사 방향이 변경된 제 2 공기 분출부로부터의 공기류에 의해 제 1 공기 분출부로부터의 공기류의 방향을 변경함으로써, 화염면의 전후 위치를 최적 위치로 조정할 수 있어, 연소의 안정화를 도모할 수 있다.

도 1은 제 1 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도,
도 2는 가스 터빈의 연소기를 나타내는 개략 구성도,
도 3은 연소기의 내부 구조를 나타내는 개략도,
도 4는 연소기의 내부 구조를 나타내는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 단면도,
도 5는 혼합기와 냉각 공기의 흐름을 나타내는 개략도,
도 6은 파일럿 콘의 주요부 사시도,
도 7a는 파일럿 콘의 변형예를 나타내는 주요부 사시도,
도 7b는 파일럿 콘의 변형예를 나타내는 주요부 사시도,
도 8은 제 2 실시형태의 가스 터빈의 연소기를 나타내는 개략도,
도 9는 제 3 실시형태의 가스 터빈의 연소기를 나타내는 개략도,
도 10은 제 4 실시형태의 가스 터빈의 연소기를 나타내는 개략도,
도 11은 제 5 실시형태의 가스 터빈의 연소기를 나타내는 개략도,
도 12는 제 6 실시형태의 가스 터빈의 연소기를 나타내는 개략도.

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈의 호적한 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이러한 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 또한 실시형태가 복수인 경우에는, 각 실시형태를 조합하여 구성하는 것도 포함하는 것이다.

[제 1 실시형태]

도 1은 제 1 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도, 도 2는 가스 터빈의 연소기를 나타내는 개략 구성도이다.

제 1 실시형태에 있어서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(10)은 압축기(11)와 연소기(가스 터빈 연소기)(12)와 터빈(13)에 의해 구성되어 있다. 이러한 가스 터빈(10)은 동축상에 도시하지 않은 발전기가 연결되어 있어, 발전 가능하게 되어 있다.

압축기(11)는, 공기를 받아들이는 공기 취입구(20)를 갖고, 압축기 차실(21) 내에 입구 안내 날개(IGV: Inlet Guide Vane)(22)가 배설되는 동시에, 복수의 정익(23)과 동익(24)이 전후 방향(후술하는 로터(32)의 축방향)으로 교대로 배설되어 있고, 그 외측에 추기실(抽氣室)(25)이 마련되어 있다. 연소기(12)는 압축기(11)에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고, 점화함으로써 연소 가능하게 되어 있다. 터빈(13)은 터빈 차실(26) 내에 복수의 정익(27)과 동익(28)이 전후 방향(후술하는 로터(32)의 축방향)으로 교대로 배설되어 있다. 이러한 터빈 차실(26)은 하류측에 배기 차실(29)을 거쳐서 배기실(30)이 배설되어 있고, 배기실(30)은 터빈(13)에 연속하는 배기 디퓨저(diffuser)(31)를 갖고 있다.

또한, 압축기(11), 연소기(12), 터빈(13), 배기실(30)의 중심부를 관통하도록 로터(회전축)(32)가 배치되어 있다. 로터(32)는 압축기(11)측의 단부가 베어링부(33)에 의해 회전 가능하게 지지되는 한편, 배기실(30)측의 단부가 베어링부(34)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 이러한 로터(32)는, 압축기(11)에서, 각 동익(24)이 장착된 디스크가 복수 중첩되어 고정되고, 터빈(13)에서, 각 동익(28)이 장착된 디스크가 복수 중첩되어 고정되어 있다.

이러한 가스 터빈은, 압축기(11)의 압축기 차실(21)이 다리부(35)에 지지되고, 터빈(13)의 터빈 차실(26)이 다리부(36)에 의해 지지되고, 배기실(30)이 다리부(37)에 의해 지지되어 있다.

따라서, 압축기(11)에서, 공기 취입구(20)로부터 받아들인 공기가 입구 안내 날개(22), 복수의 정익(23)과 동익(24)을 통과하여 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기가 된다. 연소기(12)에서, 이러한 압축 공기에 대하여 소정의 연료가 공급되어, 연소한다. 그리고, 터빈(13)에서, 이러한 연소기(12)에서 생성된 작동 유체인 고온·고압의 연소 가스가 복수의 정익(27)과 동익(28)을 통과함으로써 로터(32)를 구동 회전하고, 이러한 로터(32)에 연결된 발전기를 구동한다. 한편, 연소 가스는 배기실(30)의 배기 디퓨저(31)를 통해서, 배기 가스로서 대기에 방출된다.

상술한 연소기(12)에 있어서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 외통(41)은 내측에 소정 간격을 두고서 내통(42)이 배치되고, 이 내통(42)의 선단부에 미통(尾筒)(43)이 연결되어 연소기 케이싱이 구성되어 있다. 이러한 외통(41)과 내통(42)과 미통(43)은 중심 축심(O)을 따라 배치되어 있다. 내통(42)은, 내부의 중심부에 위치하여 파일럿 버너(44)가 배치되는 동시에, 내주면에 둘레방향을 따라 파일럿 버너(44)를 둘러싸도록 복수의 메인 버너(45)가 배치되어 있다. 파일럿 버너(44)와 메인 버너(45)는 중심 축심(O)과 평행을 이루어 배치되어 있다. 미통(43)은 바이패스 관(46)이 연결되어 있고, 이 바이패스 관(46)에 바이패스 밸브(47)가 마련되어 있다.

외통(41)은 외통 본체(51)의 기단부에 외통 덮개부(52)가 밀착되고, 복수의 체결 볼트(53)에 의해 체결되어 구성되어 있다. 외통(41)은 외통 덮개부(52)의 내측에 톱 해트부(top hat portion)(54)가 끼워맞춰지고, 복수의 체결 볼트(55)에 의해 체결되어 있다. 내통(42)은 외통(41)의 내측에 소정의 간격을 두고서 배치되어 있고, 톱 해트부(54)의 내면과 내통(42)의 외면 사이에 원통형상을 이루는 공기 통로(56)가 형성되어 있다. 그리고, 공기 통로(56)는, 일단부가 압축기(11)에서 압축된 압축 공기의 공급 통로(57)에 연통하고, 타단부가 내통(42)에 있어서의 기단부측에 연통하고 있다.

내통(42)은 중심부에 위치하여 파일럿 버너(44)가 배치되고, 그 주위에 복수의 메인 버너(45)가 배치되어 있다. 그리고, 톱 해트부(54)는 연료 포트(58, 59)가 마련되어 있다. 도시하지 않은 파일럿 연료 라인이 파일럿 연료 포트(58)에 연결되고, 도시하지 않은 메인 연소 라인이 각 메인 연료 포트(59)에 연결되어 있다.

여기에서, 연소기(12)의 구조에 대해서 상세하게 설명한다. 도 3은 연소기의 내부 구조를 나타내는 개략도, 도 4는 연소기의 내부 구조를 나타내는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 단면도, 도 5는 혼합기와 냉각 공기의 흐름을 나타내는 개략도, 도 6은 파일럿 콘의 주요부 사시도이다.

도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 파일럿 버너(44)는, 파일럿 노즐(61)과, 파일럿 콘(보염기)(62)과, 파일럿 스월러(pilot swirler)(선회 날개)(63)를 갖고 있다. 파일럿 노즐(61)은 기단부가 톱 해트부(54)에 지지되고, 파일럿 연료 포트(58)가 연결되어 있다. 파일럿 콘(62)은, 파일럿 노즐(61)의 외측을 덮는 동시에 선단부측이 방사상으로 퍼지는 테이퍼 통형상을 이루고 있다. 즉, 파일럿 콘(62)은, 원통형상을 이루는 콘 본체(보염기 본체)(64)와, 콘 본체(64)의 선단부측에 연속하여 테이퍼 통형상을 이루는 테이퍼 통부(65)와, 테이퍼 통부(65)의 외측에 소정 간극을 두고서 배치되는 후술하는 테이퍼 외통부(66)(도 5 참조)를 갖고 있다. 그리고, 파일럿 노즐(61)은 선단부가 파일럿 콘(62) 내에 배치되어 있고, 파일럿 버너(44)의 외주면과 콘 본체(64)의 내주면 사이에 파일럿 스월러(63)가 마련되어 있다.

메인 버너(45)는 메인 노즐(67)과, 메인 버너 통(68)과, 메인 스월러(선회 날개)(69)를 갖고 있다. 메인 노즐(67)은 기단부가 톱 해트부(54)에 지지되고, 메인 연료 포트(59)가 연결되어 있다. 메인 버너 통(68)은, 원통형상을 이루는 버너 통 본체(70)와, 버너 통 본체(70)의 선단부측에 연속하는 장방형 통형상을 이루는 연장부(71)를 갖고 있다. 그리고, 메인 노즐(67)은 선단부가 메인 버너 통(68) 내에 배치되어 있고, 메인 버너(45)의 외주면과 버너 통 본체(70)의 내주면 사이에 메인 스월러(69)가 마련되어 있다.

메인 버너 통(68)에서, 연장부(71)는, 원통형상을 이루는 입구부(71a)로부터 장방형 통형상을 이루는 출구부(71b)로 연속하여 매끄럽게 변형하고 있다. 그리고, 출구부(71b)는, 중심 축심(O)을 중심으로 한 반경방향을 따르는 동시에 서로 평행을 이루는 2개의 반경방향 에지(72a, 72b)와, 각 반경방향 에지(72a, 72b)의 양단부를 연결하도록 중심 축심(O)을 중심으로 한 둘레방향을 따르는 동시에 서로 평행을 이루는 2개의 둘레방향 에지(72c, 72d)로 사다리꼴의 통형상으로 형성되어 있다.

그리고, 내통(42)은, 내부에 기판(73)이 고정되어 있고, 파일럿 버너(44)의 파일럿 콘(62)과 각 메인 버너(45)의 메인 버너 통(68)은 이러한 기판(73)을 관통하여 지지되어 있다.

그리고, 본 실시형태의 연소기(12)는 제 1 공기 분출부와 제 2 공기 분출부와 변경 부재가 마련되어 있다. 도 3 내지 도 5에 도시하는 바와 같이, 파일럿 버너(44)는 파일럿 콘(62)을 갖고, 파일럿 콘(62)은 콘 본체(64)와 테이퍼 통부(65)와 테이퍼 외통부(66)를 갖고 있다. 한편, 메인 버너(45)는 메인 버너 통(68)을 갖고, 메인 버너 통(68)은 버너 통 본체(70)와 연장부(71)를 갖고 있다. 그리고, 파일럿 콘(62)에 있어서의 테이퍼 통부(65) 및 테이퍼 외통부(66)의 선단부는 메인 버너 통(68)에 있어서의 연장부(71)의 둘레방향 에지(72c)를 따라 배치되어 있다.

기판(73)은 파일럿 콘(62)과 각 메인 버너 통(68)을 지지하고 있고, 복수의 통기 구멍(73a)이 형성되어 있다. 테이퍼 통부(65)는, 원통형상을 이루는 테이퍼부(65a)와, 테이퍼부(65a)의 선단부에 마련되는 플랜지부(65b)와, 플랜지부(65b)의 선단부에 마련되는 차양부(eaves portion)(65c)를 갖고 있다. 여기에서, 플랜지부(65b)는 파일럿 콘(62)의 직경방향을 따라 배치되고, 차양부(65c)는 파일럿 콘(62)의 축심방향을 따라 배치되어 있다. 테이퍼 외통부(66)는, 테이퍼 통부(65)의 외측에 위치하고, 원통형상을 이루는 테이퍼부(66a)와, 이 테이퍼부(66a)의 선단부에 마련되는 플랜지부(66b)를 갖고 있으며, 플랜지부(65b)는 파일럿 콘(62)의 직경방향을 따라 배치되어 있다.

제 1 공기 분출부는 메인 버너(45)의 외측에서 선단부측을 향해서 공기를 분출하는 것이다. 즉, 제 1 공기 분출부는, 파일럿 콘(62)에 있어서의 테이퍼 외통부(66)의 외주면과, 메인 버너 통(68)에 있어서의 연장부(71)의 둘레방향 에지(72c)의 외주면 사이에 마련되는 공기 통로(81) 및 공기 분사구(82)에 의해 구성되어 있다. 한편, 제 2 공기 분출부는 파일럿 콘(62)의 외측에서 선단부측을 향해서 공기를 유통시키는 동시에 직경방향에 있어서의 외측을 향해서 공기를 분출하는 것이다. 즉, 제 2 공기 분출부는, 파일럿 콘(62)에서, 테이퍼 통부(65)에 있어서의 테이퍼부(65a)의 외주면과 테이퍼 외통부(66)에 있어서의 테이퍼부(66a)의 내주면 사이에 마련되는 제 1 공기 통로(83)와, 플랜지부(65b)의 외주면과 플랜지부(66b)의 내주면 사이에 마련되는 제 2 공기 통로(84)와, 공기 분사구(85)에 의해 구성되어 있다.

제 1 공기 통로(83)는 파일럿 콘(62)의 외측에 마련되어 선단부측을 향해서 공기를 유통시키는 것이며, 제 2 공기 통로(84)는 제 1 공기 통로(83)의 선단부측으로부터 직경방향에 있어서의 외측을 향해서 공기를 유통시키는 것이며, 공기 분출구(85)는 제 2 공기 통로(84)의 선단부측에 마련되어 있다. 변경 부재는 제 2 공기 분출부로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 파일럿 콘(62)의 중심 축심(O)의 방향으로 변경하는 것이며, 도 6에 상세하게 도시하는 바와 같이, 공기 분출구(85)에 마련되어 있다. 즉, 변경 부재는 테이퍼 통부(65)의 차양부(65c)에 의해 구성되어 있다. 이러한 차양부(65c)는 플랜지부(65b)의 선단부로부터 플랜지부(66b)의 선단부측을 따라 연장되어 있다.

그 때문에, 도 5에 도시하는 바와 같이, 내통(42) 내에 도입된 압축 공기(A)는 기판(73)의 통기 구멍(73a)을 통과한 후, 공기 통로(81)와 제 1 공기 통로(83)로 나누어진다. 그리고, 공기 통로(81)의 공기(A1)는 공기 분출구(82)로부터 분출되고, 제 1 공기 통로(83)의 공기(A2)는 제 2 공기 통로(84)를 통해 파일럿 콘(62)을 냉각한 후, 공기 분출구(85)로부터 분출된다. 이 때, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기(A2)의 분출 방향은 차양부(65c)에 의해 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기(A1)를 향해서 변경된다. 구체적으로, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기(A2)의 분출 방향은 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기(A1)의 분출 방향과 역방향이 되도록 변경된다.

그러면, 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기(A1)는, 미통(43)의 하류측에서, 또한 직경방향의 외측으로 분출되지만, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기(A2)가 이 공기(A1)를 향해서 분출됨으로써, 양자의 공기(A1, A2)는 직경방향의 외측으로 흐르는 성분이 소거되고, 공기(A3)는 미통(43)의 하류측으로 흐르기 쉬워진다. 공기(A3)는 화염면(F)에 간섭하기 때문에, 공기(A3)의 흐름의 변화에 의해 화염면의 위치가 이행한다.

파일럿 콘(62)의 테이퍼 통부(65)에 마련한 변경 부재로서의 차양부(65c)는 메인 버너 통(68)에 있어서의 연장부(71)의 둘레방향 에지(72c)에 대향하는 모든 영역에 마련되어 있다. 단, 차양부(65c)의 위치는 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 도 7a 및 도 7b는 파일럿 콘의 변형예를 나타내는 주요부 사시도이다.

도 7a에 도시하는 바와 같이, 변경 부재로서의 차양부(65d)는 메인 버너 통(68)에 있어서의 연장부(71)의 둘레방향 에지(72c)에 대향하는 일부의 영역에 마련되어 있다. 또한, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 변경 부재로서의 차양부(65e)는 메인 버너 통(68)에 있어서의 연장부(71)의 둘레방향 에지(72c)에 대향하는 일부의 영역에 마련되어 있다. 여기에서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 메인 버너(45)로부터 분사되는 혼합기는 선회류(R)이다. 그 때문에, 공기(A3)의 흐름은, 도 7a의 차양부(65d)나, 도 7b의 차양부(65e)와 같이 변경 부재 위치 설치 개소에 의해, 하류 방향으로의 유출 각도를 제어하는 것이 가능하다. 이것에 따라서 공기(A3)의 화염면에 대한 간섭 비율이 변화되고, 화염 위치를 전후로 조정할 수 있게 된다.

이러한 가스 터빈(10)의 연소기(12)에서, 도 3에 도시하는 바와 같이, 고온·고압의 압축 공기가 공기 통로(56)로 흘러 들어가면, 반전하여 파일럿 버너(44)의 파일럿 콘(62) 및 각 메인 버너(45)의 메인 버너 통(68)에 도입된다. 그리고, 압축 공기(A)는, 메인 버너(45)에서, 메인 버너 통(68) 내에서 메인 스월러(69)에 의해 선회하는 기류가 되고, 메인 노즐(67)로부터 분사된 연료와 내부에서 혼합되고, 예혼합기가 되어서 미통(43) 내로 흘러 들어간다. 또한, 압축 공기(A)는, 파일럿 버너(44)에서, 파일럿 콘(62) 내에서 파일럿 스월러(63)에 의해 선회하는 기류가 되고, 파일럿 노즐(61)로부터 분사된 연료와 혼합되고, 도시하지 않은 불씨에 의해 착화되어 연소하고, 연소 가스가 되어서 미통(43) 내에 분출된다. 이 때, 연소 가스의 일부가 미통(43) 내에 화염을 수반하여 주위로 확산하도록 분출함으로써, 각 메인 버너(45)로부터 미통(43) 내로 흘러 들어간 예혼합기에 착화되어 연소하고, 여기에 화염면(F)(도 5 참조)이 형성된다.

즉, 파일럿 버너(44)로부터 분사된 파일럿 연료의 확산 화염에 의해, 메인 버너(45)로부터의 희박 예혼합 연료의 안정 연소를 실행하기 위한 보염을 실행할 수 있다. 또한, 메인 버너(45)에 의해 연료를 예혼합함으로써, 연료 농도를 균일화하여 저 NOx화를 도모할 수 있다. 이 때, 메인 버너(45)의 메인 버너 통(68)의 내부가 예혼합 영역이 되고, 파일럿 버너(44)로부터의 확산 화염에 의해 예혼합기가 연소하는 영역이 연소 영역이 된다. 연소 영역은 파일럿 콘(62)의 하류에 있고, 미통(43)의 내부에 있다. 따라서, 예혼합기가 연소한 연소 가스는 미통(43)의 내부를 흐른다.

또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 내통(42) 내에 도입된 압축 공기(A)는 기판(73)의 통기 구멍(73a)을 통과하고 나서 공기 통로(81)와 제 1 공기 통로(83)로 나누어지고, 공기 통로(81)의 공기(A1)는 공기 분출구(82)로부터 분출되고, 제 1 공기 통로(83)의 공기(A2)는 제 2 공기 통로(84)를 통해 공기 분출구(85)로부터 분출된다. 이 때, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기(A2)는 차양부(65c)에 의해 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기(A1)를 향해서 분사된다. 그러면, 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기(A1)와 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기(A2)가 충돌하고, 공기(A1, A2)가 일체로 된 공기(A3)가 미통(43)의 하류측으로 흐른다. 이러한 경우, 차양부(65c)의 배치 위치에 따라서 화염면(F)의 위치가 전후로 이행하므로, 연소기(12)의 연소 형태에 따른 화염면(F)의 최적 위치를 얻을 수 있다.

이와 같이 제 1 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서는, 파일럿 버너(44)와 복수의 메인 버너(45)와 파일럿 콘(62)을 마련하는 동시에, 메인 버너(45)의 외측에서 선단부측을 향해서 공기를 분출하는 공기 통로(제 1 공기 분출부)(81)와, 파일럿 콘(62)의 외측에서 선단부측을 향해서 공기를 유통시키는 동시에 직경방향에 있어서의 외측을 향해서 공기를 분출하는 공기 통로(제 2 공기 분출부)(83, 84)와, 공기 통로(83, 84)로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 파일럿 콘(62)의 중심 축심(O) 방향으로 변경하는 차양부(변경 부재)(65c)를 마련하고 있다.

따라서, 공기 통로(81)의 공기는 공기 분사구(82)로부터 메인 버너(45)의 외측에서 선단부측을 향해서 분출되고, 공기 통로(83, 84)의 공기는 공기 분사구(85)로부터 파일럿 콘(62)의 외측을 향해서 분출되고, 차양부(65c)는 공기 분사구(85)로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 파일럿 콘(62)의 중심 축심(O) 방향으로 변경한다. 즉, 각 메인 버너(45)로부터의 혼합기가 파일럿 버너(44)의 확산 불꽃에 의해 점화되어 형성되는 화염면(F)의 전후 위치는 연소기(12)의 연소 형태에 따른 최적 위치가 있다. 그리고, 이러한 화염면(F)의 위치는 공기 분사구(82)로부터의 공기류에 의해 전후로 이동한다. 그 때문에, 차양부(65c)에 의해 분사 방향이 변경된 공기 분사구(85)로부터의 공기류에 의해 공기 분사구(82)로부터의 공기류의 방향을 변경함으로써, 화염면(F)의 전후 위치를 최적 위치로 조정할 수 있다. 그 결과, 화염의 위치를 적정 위치로 제어함으로써 연소의 안정화를 도모할 수 있고, 또한 연소 진동을 억제할 수 있다.

제 1 실시형태의 가스 터빈 연소기에서는, 파일럿 콘(62)의 외측에 마련되어 선단부측을 향해서 공기를 유통시키는 제 1 공기 통로(83)와, 제 1 공기 통로(83)의 선단부측으로부터 직경방향에 있어서의 외측을 향해서 공기를 유통시키는 제 2 공기 통로(84)와, 제 2 공기 통로(84)의 선단부측에 마련되는 공기 분출구(85)를 마련하고, 공기 분출구(85)에 차양부(65c)를 마련하고 있다. 따라서, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기류의 방향을 용이하게 변경할 수 있어, 구조의 간소화를 도모할 수 있다.

제 1 실시형태의 가스 터빈 연소기에서는, 원통형상을 이루는 콘 본체(64)와, 콘 본체(64)의 선단부측에 연속하여 테이퍼 통형상을 이루는 테이퍼 통부(65)와, 테이퍼 통부(65)의 외측에 소정 간극을 두고서 배치되는 테이퍼 외통부(66)에 의해 파일럿 콘(62)을 구성하고, 테이퍼 통부(65)의 공기 분출구(85)에 차양부(65c)를 마련하고 있다. 따라서, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기류의 방향을 파일럿 콘(62)의 중심 축심(O) 방향의 일방측 또는 타방측으로 용이하게 변경할 수 있다.

제 1 실시형태의 가스 터빈 연소기에서는, 차양부(65c)를 테이퍼 통부(65)의 선단부에 마련하고, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기를 향해서 변경하고 있다. 따라서, 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기류의 방향을 용이하게, 또한 적정하게 변경할 수 있다.

제 1 실시형태의 가스 터빈 연소기에서는, 차양부(65c)에 의해, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기의 분출 방향과 역방향이 되도록 변경하고 있다. 따라서, 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기류의 에너지를 용이하게 조정하여 방향을 적정하게 변경할 수 있다.

제 1 실시형태의 가스 터빈 연소기에서는, 변경 부재로서의 차양부(65c)를 메인 버너 통(68)에 대향하는 모든 영역에 마련하고 있다. 따라서, 각 메인 버너(45)로부터의 혼합기가 파일럿 버너(44)의 확산 불꽃에 의해 점화되어 형성되는 화염면(F)의 전후 위치를, 연소기(12)의 연소 형태에 따른 적정 위치로 조정할 수 있다.

제 1 실시형태의 가스 터빈 연소기에서는, 변경 부재로서의 차양부(65d, 65e)를 메인 버너 통(68)에 대향하는 일부의 영역에 마련하고 있다. 따라서, 각 메인 버너(45)로부터의 혼합기가 파일럿 버너(44)의 확산 불꽃에 의해 점화되어 형성되는 화염면(F)의 전후 위치를, 연소기(12)의 연소 형태에 따른 적정 위치로 조정할 수 있다.

또한, 제 1 실시형태의 가스 터빈에 있어서는, 압축기(11)와 연소기(12)와 터빈(13)에 의해 구성하고, 연소기(12)에, 공기 통로(제 1 공기 분출부)(81)와, 공기 통로(제 2 공기 분출부)(83, 84)와, 차양부(변경 부재)(65c)를 마련하고 있다. 따라서, 화염의 위치를 적정 위치로 제어함으로써 연소의 안정화를 도모할 수 있어, 성능의 향상을 도모할 수 있다.

[제 2 실시형태]

도 8은 제 2 실시형태의 가스 터빈의 연소기를 나타내는 개략도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는, 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.

제 2 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서, 도 8에 도시하는 바와 같이, 파일럿 버너(44)는 파일럿 노즐(61)과 파일럿 콘(62)과 파일럿 스월러(63)를 갖고 있다. 파일럿 콘(62)은 콘 본체(64)와 테이퍼 통부(65)와 테이퍼 외통부(66)를 갖고 있다. 메인 버너(45)는 메인 노즐(67)과 메인 버너 통(68)과 메인 스월러(69)를 갖고 있다. 메인 버너 통(68)은 버너 통 본체(70)와 연장부(71)를 갖고 있다. 연장부(71)는, 원통형상을 이루는 입구부(71a)로부터 장방형 통형상을 이루는 출구부(71b)로 연속하여 매끄럽게 변형하고, 출구부(71b)는 2개의 반경방향 에지(72a, 72b)와, 2개의 둘레방향 에지(72c, 72d)로 사다리꼴의 통형상으로 형성되어 있다.

그리고, 본 실시형태의 연소기(12)는 제 1 공기 분출부와 제 2 공기 분출부와 변경 부재가 마련되어 있다. 테이퍼 통부(65)는, 원통형상을 이루는 테이퍼부(65a)와, 테이퍼부(65a)의 선단부에 마련되는 플랜지부(65b)와, 플랜지부(65b)의 선단부에 마련되는 절결부(101)를 갖고 있다. 테이퍼 외통부(66)는, 테이퍼 통부(65)의 외측에 위치하고, 원통형상을 이루는 테이퍼부(66a)와, 이 테이퍼부(66a)의 선단부에 마련되는 플랜지부(66b)를 갖고 있다.

제 1 공기 분출부로서, 공기 통로(81)와 분사구(82)가 마련되어 있다. 한편, 제 2 공기 분출부로서, 제 1 공기 통로(83)와 제 2 공기 통로(84)와 공기 분사구(85)가 마련되어 있다. 변경 부재는, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 파일럿 콘(62)의 중심 축심(O)의 방향으로 변경하는 것이며, 공기 분출구(85)에 마련되어 있다. 즉, 변경 부재는 테이퍼 통부(65)의 절결부(101)에 의해 구성되어 있다. 이러한 절결부(101)는 플랜지부(65b)의 선단부가 절결되어 구성되어 있고, 플랜지부(65b)의 선단부는 플랜지부(66b)의 선단부보다 직경방향의 내측에 위치하게 된다. 그 때문에, 공기 분출구(85)는, 공기의 흐름 방향의 하류측으로 개구되게 되고, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기의 분출 방향이 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기의 분출 방향과 동일 방향이 되도록 변경된다.

그 때문에, 내통(42) 내에 도입된 압축 공기(A)는 기판(73)의 통기 구멍(73a)을 통과한 후, 공기 통로(81)와 제 1 공기 통로(83)로 나누어진다. 그리고, 공기 통로(81)의 공기(A1)는 공기 분출구(82)로부터 분출되고, 제 1 공기 통로(83)의 공기(A2)는 제 2 공기 통로(84)를 통해 파일럿 콘(62)을 냉각한 후, 공기 분출구(85)로부터 분출된다. 이 때, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기(A2)의 분출 방향은 절결부(101)에 의해 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기(A1)의 분출 방향과 동일 방향이 되도록 변경된다.

그러면, 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기(A1)는 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기(A2)와 일체로 되고, 공기(A3)는 미통(43)의 하류측으로 흐르기 쉬워진다. 그 때문에, 공기(A3)의 흐름에 의해 화염면(F)이 하류측으로 이행한다.

이와 같이 제 2 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서는, 변경 부재로서 테이퍼 통부(65)의 선단부에 절결부(101)를 마련하고, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 공기 분출구(82)로부터 분사되는 공기의 분출 방향과 동일 방향이 되도록 변경하고 있다.

따라서, 절결부(101)에 의해, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기류가 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기류와 동일 방향이 됨으로써, 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기류의 에너지를 용이하게 조정하여 방향을 적정하게 변경할 수 있다.

[제 3 실시형태]

도 9는 제 3 실시형태의 가스 터빈의 연소기를 나타내는 개략도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는, 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.

제 3 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서, 도 9에 도시하는 바와 같이, 파일럿 버너(44)는 파일럿 노즐(61)과 파일럿 콘(62)과 파일럿 스월러(63)를 갖고 있다. 파일럿 콘(62)은 콘 본체(64)와 테이퍼 통부(65)와 테이퍼 외통부(66)를 갖고 있다. 메인 버너(45)는 메인 노즐(67)과 메인 버너 통(68)과 메인 스월러(69)를 갖고 있다. 메인 버너 통(68)은 버너 통 본체(70)와 연장부(71)를 갖고 있다. 연장부(71)는, 원통형상을 이루는 입구부(71a)로부터 장방형 통형상을 이루는 출구부(71b)로 연속하여 매끄럽게 변형하고, 출구부(71b)는, 2개의 반경방향 에지(72a, 72b)와, 2개의 둘레방향 에지(72c, 72d)로 사다리꼴의 통형상으로 형성되어 있다.

그리고, 본 실시형태의 연소기(12)는 제 1 공기 분출부와 제 2 공기 분출부와 변경 부재가 마련되어 있다. 테이퍼 통부(65)는, 원통형상을 이루는 테이퍼부(65a)와, 테이퍼부(65a)의 선단부에 마련되는 플랜지부(65b)를 갖고 있다. 테이퍼 외통부(66)는, 테이퍼 통부(65)의 외측에 위치하고, 원통형상을 이루는 테이퍼부(66a)와, 이 테이퍼부(66a)의 선단부에 마련되는 플랜지부(66b)와, 플랜지부(66b)의 선단부에 마련되는 차양부(102)를 갖고 있다. 여기에서, 플랜지부(66b)는 파일럿 콘(62)의 직경방향을 따라 배치되고, 차양부(102)는 파일럿 콘(62)의 축심방향을 따라 배치되어 있다.

제 1 공기 분출부로서, 공기 통로(81)와 공기 분사구(82)가 마련되어 있다. 한편, 제 2 공기 분출부로서, 제 1 공기 통로(83)와 제 2 공기 통로(84)와 공기 분사구(85)가 마련되어 있다. 변경 부재는 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 파일럿 콘(62)의 중심 축심(O)의 방향으로 변경하는 것이며, 공기 분출구(85)에 마련되어 있다. 즉, 변경 부재는 테이퍼 통부(65)의 차양부(102)에 의해 구성되어 있다. 이러한 차양부(102)는 플랜지부(66b)의 선단부로부터 플랜지부(65b)의 선단부측을 따라 연장되어 있다.

그 때문에, 내통(42) 내에 도입된 압축 공기(A)는 기판(73)의 통기 구멍(73a)을 통과한 후, 공기 통로(81)와 제 1 공기 통로(83)로 나누어진다. 그리고, 공기 통로(81)의 공기(A1)는 공기 분출구(82)로부터 분출되고, 제 1 공기 통로(83)의 공기(A2)는 제 2 공기 통로(84)를 통해 파일럿 콘(62)을 냉각한 후, 공기 분출구(85)로부터 분출된다. 이 때, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기(A2)의 분출 방향은 차양부(102)에 의해 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기(A1)의 분출 방향과 동일 방향이 되도록 변경된다.

이와 같이 제 3 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서는, 변경 부재로서 테이퍼 통부(65)의 선단부에 차양부(102)를 마련하고, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 공기 분출구(82)로부터 분사되는 공기의 분출 방향과 동일 방향이 되도록 변경하고 있다.

따라서, 차양부(101)에 의해, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기류가 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기류와 동일 방향이 됨으로써, 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기류의 에너지를 용이하게 조정하여 방향을 적정하게 변경할 수 있다.

[제 4 실시형태]

도 10은 제 4 실시형태의 가스 터빈의 연소기를 나타내는 개략도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는, 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.

제 4 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서, 도 10에 도시하는 바와 같이, 파일럿 버너(44)는 파일럿 노즐(61)과 파일럿 콘(62)과 파일럿 스월러(63)를 갖고 있다. 파일럿 콘(62)은 콘 본체(64)와 테이퍼 통부(65)와 테이퍼 외통부(66)를 갖고 있다. 메인 버너(45)는 메인 노즐(67)과 메인 버너 통(68)과 메인 스월러(69)를 갖고 있다. 메인 버너 통(68)은 버너 통 본체(70)와 연장부(71)를 갖고 있다. 연장부(71)는, 원통형상을 이루는 입구부(71a)로부터 장방형 통형상을 이루는 출구부(71b)로 연속하여 매끄럽게 변형하고, 출구부(71b)는, 2개의 반경방향 에지(72a, 72b)와, 2개의 둘레방향 에지(72c, 72d)로 사다리꼴의 통형상으로 형성되어 있다.

그리고, 본 실시형태의 연소기(12)는 제 1 공기 분출부와 제 2 공기 분출부가 마련되어 있다. 테이퍼 통부(65)는 원통형상을 이루는 테이퍼부(65a)와, 테이퍼부(65a)의 선단부에 마련되는 플랜지부(65b)를 갖고 있다. 여기에서, 플랜지부(65b)는 파일럿 콘(62)의 직경방향을 따르는 동시에, 선단부가 파일럿 콘(62)의 축방향의 기단부측으로 경사지게 배치되어 있다. 테이퍼 외통부(66)는, 테이퍼 통부(65)의 외측에 위치하고, 원통형상을 이루는 테이퍼부(66a)와, 이 테이퍼부(66a)의 선단부에 마련되는 플랜지부(66b)를 갖고 있다. 여기에서, 플랜지부(66b)는, 파일럿 콘(62)의 직경방향을 따르는 동시에, 선단부가 파일럿 콘(62)의 축방향의 기단부측으로 경사지게 배치되어 있다.

제 1 공기 분출부로서, 공기 통로(81)와 공기 분사구(82)가 마련되어 있다. 한편, 제 2 공기 분출부로서, 제 1 공기 통로(83)와 제 2 공기 통로(84)와 공기 분사구(85)가 마련되어 있다. 여기에서, 제 1 공기 통로(83)는 파일럿 콘(62)의 중심 축심(O) 방향의 선단부측을 향해서 공기를 흘려보내고, 제 2 공기 통로(84)는 파일럿 콘(62)의 직경방향 외측에서, 또한 파일럿 콘(62)의 축방향의 기단부측으로 경사지게 공기를 흘려보낸다.

그 때문에, 내통(42) 내에 도입된 압축 공기(A)는 기판(73)의 통기 구멍(73a)을 통과한 후, 공기 통로(81)와 제 1 공기 통로(83)로 나누어진다. 그리고, 공기 통로(81)의 공기(A1)는 공기 분출구(82)로부터 분출되고, 제 1 공기 통로(83)의 공기(A2)는 제 2 공기 통로(84)를 통해 파일럿 콘(62)을 냉각한 후, 공기 분출구(85)로부터 분출된다. 이 때, 제 2 공기 통로(84)가 공기(A2)의 흐름 방향의 상류측으로 경사져 있으므로, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기(A2)는 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기(A1)를 향해서 분출된다.

그러면, 공기 분출구(82)로부터 분출되는 공기(A1)는 미통(43)의 하류측에서, 또한 직경방향의 외측으로 분출되지만, 공기 분출구(85)로부터 분출되는 공기(A2)가 이 공기(A1)를 향해서 분출됨으로써, 양자의 공기(A1, A2)는 직경방향의 외측으로 흐르는 성분이 소거되고, 공기(A3)는 미통(43)의 하류측으로 흐르기 쉬워진다. 그 때문에, 공기(A3)의 흐름에 의해 화염면(F)이 하류측으로 이행한다.

이와 같이 제 4 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서는, 메인 버너(45)의 외측에서 선단부측을 향해서 공기를 분출하는 공기 통로(제 1 공기 분출부)(81)와, 파일럿 콘(62)의 외측에서 선단부측을 향해서 공기를 유통시키는 동시에 직경방향에 있어서의 외측을 향해서 공기를 분출하는 공기 통로(제 2 공기 분출부)(83, 84)를 마련하고, 제 2 공기 통로(84)를 공기의 흐름 방향의 상류측으로 경사지게 마련하고 있다.

따라서, 제 2 공기 통로(84)의 공기 분사구(85)로부터의 공기류에 의해 공기 분사구(82)로부터의 공기류의 방향을 변경함으로써, 화염면(F)의 전후 위치를 최적 위치로 조정할 수 있다. 그 결과, 화염의 위치를 적정 위치로 제어함으로써 연소의 안정화를 도모할 수 있고, 또한 연소 진동을 억제할 수 있다.

[제 5 실시형태]

도 11은 제 5 실시형태의 가스 터빈의 연소기를 나타내는 개략도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는, 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.

제 5 실시형태의 가스 터빈의 연소기에 있어서, 도 11에 도시하는 바와 같이, 파일럿 콘(62)은 테이퍼 통부(65)를 갖고 있다. 이러한 테이퍼 통부(65)는 복수(본 실시형태에서는, 8개)의 테이퍼 통부 분할체(65A, 65B)가 원통형상으로 조합되어 구성되어 있다. 이러한 경우, 테이퍼 통부 분할체(65A)는 변경 부재로서의 차양부(65d)가 메인 버너 통(68)에 있어서의 둘레방향의 일방측의 영역에 마련되고, 테이퍼 통부 분할체(65B)는 변경 부재로서의 차양부(65e)가 메인 버너 통(68)에 있어서의 둘레방향의 타방측의 영역에 마련되어 있다. 즉, 테이퍼 통부(65)는 4개의 테이퍼 통부 분할체(65A)와 4개의 테이퍼 통부 분할체(65B)가 원통형상으로 조합되어 구성되어 있다. 그 때문에, 테이퍼 통부(65)에 대하여 차양부(65d, 65e)를 소망의 영역에 마련할 수 있다. 또한, 테이퍼 통부 분할체(65A, 65B)에 있어서의 둘레방향의 조합 순서나 위치는 상술한 것에 한정되는 것은 아니다.

[제 6 실시형태]

도 12는 제 6 실시형태의 가스 터빈의 연소기를 나타내는 개략도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는, 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.

제 6 실시형태의 가스 터빈의 연소기에 있어서, 도 12에 도시하는 바와 같이, 파일럿 콘(62)은 테이퍼 통부(65)를 갖고 있다. 이러한 테이퍼 통부(65)는 복수(본 실시형태에서는, 8개)의 테이퍼 통부 분할체(65A, 65B, 65C, 65D)가 원통형상으로 조합되어 구성되어 있다. 이러한 경우, 테이퍼 통부 분할체(65A)는 변경 부재로서의 차양부(65d)가 메인 버너 통(68)에 있어서의 둘레방향의 일방측의 영역에 마련되고, 테이퍼 통부 분할체(65B)는 변경 부재로서의 차양부(65e)가 메인 버너 통(68)에 있어서의 둘레방향의 타방측의 영역에 마련되어 있다. 또한, 테이퍼 통부 분할체(65C)는 변경 부재로서의 차양부(65c)가 메인 버너 통(68)에 있어서의 둘레방향의 모든 영역에 마련되고, 테이퍼 통부 분할체(65D)는 변경 부재로서의 차양부가 마련되어 있지 않다. 즉, 테이퍼 통부(65)는 복수 종류의 테이퍼 통부 분할체(65A, 65B, 65C, 65D)가 원통형상으로 조합되어 구성되어 있다. 그 때문에, 테이퍼 통부(65)에 대하여 차양부(65c, 65d, 65e)를 소망의 영역에 마련할 수 있다. 또한, 테이퍼 통부 분할체(65A, 65B, 65C, 65D)에 있어서의 둘레방향의 조합 순서나 위치는 상술한 것에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상술한 각 실시형태에서는, 본 발명의 변경 부재로서, 차양부나 절결부 등을 적용했지만, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니고, 제 2 공기 분출부로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 보염기의 축심방향으로 변경하는 것이면, 어떠한 부재라도 좋다. 이러한 경우, 변경 부재를 제 2 공기 분출부와 일체로 마련해도, 별개 부재로서 마련해도 좋다.

10 : 가스 터빈 11 : 압축기
12 : 연소기 13 : 터빈
21 : 압축기 차실 22 : 입구 안내 날개
23 : 정익 24 : 동익
25 : 추기실 26 : 터빈 차실
27 : 정익 28 : 동익
29 : 배기 차실 30 : 배기실
31 : 배기 디퓨저 32 : 로터
33, 34 : 베어링부 35, 36, 37 : 다리부
41 : 외통(연소통) 42 : 내통(연소통)
43 : 미통(연소통) 44 : 파일럿 버너
45 : 메인 버너 46 : 바이패스 관
47 : 바이패스 밸브 51 : 외통 본체
52 : 외통 덮개부 53 : 체결 볼트
54 : 톱 해트부 55 : 체결 볼트
56 : 공기 통로 57 : 공급 통로
58 : 파일럿 연료 포트 59 : 메인 연료 포트
61 : 파일럿 노즐 62 : 파일럿 콘(보염기)
63 : 파일럿 스월러(선회 날개) 64 : 콘 본체(보염기 본체)
65 : 테이퍼 통부 65a : 테이퍼부
65b : 플랜지부 65c, 65d, 65e : 차양부(변경 부재)
64A, 65B, 65C : 테이퍼 통부 분할체
66 : 테이퍼 외통부 66a : 테이퍼부
66b : 플랜지부 67 : 메인 노즐
68 : 메인 버너 통 69 : 메인 스월러(선회 날개)
70 : 버너 통 본체 71 : 연장부
71a : 입구부 71b : 출구부
72a, 72b : 반경방향 에지 72c, 72d : 둘레방향 에지
73 : 기판 73a : 통기 구멍
81 : 공기 통로(제 1 공기 분출부)
82 : 공기 분사구
83 : 제 1 공기 통로(제 2 공기 분출부)
84 : 제 2 공기 통로(제 2 공기 분출부)
85 : 공기 분사구 101 : 절결부(변경 부재)
102 : 차양부(변경 부재) A, A1, A2, A3 : 공기
O : 중심 축심 R : 선회류

Claims

원통형상을 이루는 연소통과,
상기 연소통 내의 중심부에 배치되는 파일럿 버너와,
상기 연소통 내에서 상기 파일럿 버너를 둘러싸도록 배치되는 복수의 메인 버너와,
상기 파일럿 버너에 있어서의 파일럿 노즐의 외측을 덮는 동시에 선단부측이 방사상으로 퍼지는 테이퍼 통형상을 이루는 보염기와,
상기 메인 버너의 외측에서 선단부측을 향해서 공기를 분출하는 제 1 공기 분출부와,
상기 보염기의 외측에서 선단부측을 향해서 공기를 유통시키는 동시에 직경방향에 있어서의 외측을 향해서 공기를 분출하는 제 2 공기 분출부와,
상기 제 2 공기 분출부로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 상기 보염기의 축심방향으로 변경하는 변경 부재를 갖고,
상기 제 2 공기 분출부는, 상기 보염기의 외측에 마련되어 선단부측을 향해서 공기를 유통시키는 제 1 공기 통로와, 상기 제 1 공기 통로의 선단부측으로부터 직경방향에 있어서의 외측을 향해서 공기를 유통시키는 제 2 공기 통로와, 상기 제 2 공기 통로의 선단부측에 마련되는 공기 분출구를 갖고, 상기 변경 부재는 상기 공기 분출구에 마련되는 것을 특징으로 하는
가스 터빈 연소기.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 보염기는, 원통형상을 이루는 보염기 본체와, 상기 보염기 본체의 선단부측에 연속하여 테이퍼 통형상을 이루는 테이퍼 통부와, 상기 테이퍼 통부의 외측에 소정 간극을 두고서 배치되는 테이퍼 외통부를 갖고, 상기 테이퍼 통부와 상기 테이퍼 외통부 사이에 상기 제 1 공기 통로와 상기 제 2 공기 통로와 상기 공기 분출구가 마련되고, 상기 변경 부재는 상기 테이퍼 통부 또는 상기 테이퍼 외통부 중 적어도 어느 한쪽에 마련되는 것을 특징으로 하는
가스 터빈 연소기.
제 3 항에 있어서,
상기 변경 부재는 상기 테이퍼 통부의 선단부에 마련되고, 상기 공기 분출구로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 상기 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기를 향해서 변경하는 것을 특징으로 하는
가스 터빈 연소기.
제 4 항에 있어서,
상기 변경 부재는 상기 공기 분출구로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 상기 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기의 분출 방향과 역방향이 되도록 변경하는 것을 특징으로 하는
가스 터빈 연소기.
제 3 항에 있어서,
상기 변경 부재는 상기 테이퍼 통부의 선단부에 마련되고, 상기 공기 분출구로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 상기 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기의 분출 방향과 동일 방향이 되도록 변경하는 것을 특징으로 하는
가스 터빈 연소기.
제 3 항에 있어서,
상기 변경 부재는 상기 테이퍼 외통부의 선단부에 마련되고, 상기 공기 분출구로부터 분출되는 공기의 분출 방향을 상기 제 1 공기 분출부로부터 분출되는 공기의 분출 방향과 동일 방향이 되도록 변경하는 것을 특징으로 하는
가스 터빈 연소기.
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메인 버너는, 메인 버너 통과, 상기 메인 버너 통의 중심부에 마련되는 메인 노즐과, 상기 메인 버너 통과 상기 메인 노즐 사이에 마련되는 선회 날개를 갖고, 상기 변경 부재는 상기 메인 버너 통에 대향하는 모든 영역에 마련되는 것을 특징으로 하는
가스 터빈 연소기.
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메인 버너는, 메인 버너 통과, 상기 메인 버너 통의 중심부에 마련되는 메인 노즐과, 상기 메인 버너 통과 상기 메인 노즐 사이에 마련되는 선회 날개를 갖고, 상기 변경 부재는 상기 메인 버너 통에 대향하는 일부의 영역에 마련되는 것을 특징으로 하는
가스 터빈 연소기.
제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 테이퍼 통부는 복수의 분할체가 원통형상으로 조합되어 구성되고, 상기 변경 부재는 상기 분할체의 적어도 일부의 영역에 마련되는 것을 특징으로 하는
가스 터빈 연소기.
공기를 압축하는 압축기와,
상기 압축기가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 제 1 항에 기재된 가스 터빈 연소기와,
상기 연소기가 생성한 연소 가스에 의해 회전 동력을 얻는 터빈을 갖는 것을 특징으로 하는
가스 터빈.