KR101906052B1

KR101906052B1 - 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈

Info

Publication number: KR101906052B1
Application number: KR1020170061136A
Authority: KR
Inventors: 엄종호
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2018-10-08

Abstract

본 발명은 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 연소기는 제1 터뷸레이터 패턴과 제2 터뷸레이터 패턴을 포함한다. 제1 터뷸레이터 패턴은 냉각홀을 통해 유입되는 압축공기가 충돌하는 제1 영역에 형성된다. 제2 터뷸레이터 패턴은 압축공기가 충돌하지 않는 제2 영역에 제1 터뷸레이터 패턴과 다른 형상으로 형성된다.

Description

연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈 {combustor and gas turbine comprising it}

본 발명은 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.

가스 터빈은 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈을 회전시키는 동력 기관이다. 가스 터빈은 발전기, 항공기, 선박, 기차 등을 구동하는데 사용된다.

일반적으로 가스 터빈은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한 후 연소기로 전달한다. 압축기에서 압축된 공기는 고압 및 고온의 상태가 된다. 연소기는 압축기로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시킨다. 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈은 회전을 하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치의 구동 등 다양한 분야에 사용된다.

한국등록특허 제10-0013120호 (명칭: 가스터빈 엔진용 연소장치)

본 발명은 충돌냉각에 의한 냉각성능을 향상시킬 수 있는 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 연소기는 연소 라이너, 트랜지션 피스, 슬리브, 유동공간, 냉각홀, 제1 터뷸레이터 패턴, 제2 터뷸레이터 패턴을 포함한다. 트랜지션 피스는 연소 라이너에 결합되며 연소 라이너의 연소가스를 터빈으로 공급한다. 슬리브는 연소 라이너와 트랜지션 피스를 둘러싸도록 이격 형성된다. 유동공간은 연소 라이너 및 트랜지션 피스와 슬리브 사이에 형성된다. 냉각홀은 슬리브에 형성되며, 압축기로부터 배출된 압축공기를 유동공간으로 유입한다. 제1 터뷸레이터 패턴은 연소 라이너의 표면 또는 트랜지션 피스의 표면에서, 냉각홀을 통해 유입되는 압축공기가 충돌하는 제1 영역에 형성된다. 제2 터뷸레이터 패턴은 연소 라이너의 표면 또는 트랜지션 피스의 표면에서, 냉각홀을 통해 유입되는 압축공기가 충돌하지 않는 제2 영역에 제1 터뷸레이터 패턴과 다른 형상으로 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에서 제1 터뷸레이터 패턴은 코어 패턴과 가이드 패턴을 포함할 수 있다. 코어 패턴에는 냉각홀을 통해 유입되는 압축공기가 충돌한다. 가이드 패턴은 코어 패턴에 충돌된 압축공기를 가이드한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에서 코어 패턴은 단면이 원형, 타원형, 그리고 다각 형상 중 적어도 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에서 가이드 패턴은 복수개의 선형 가이드 핀이 방사 방향으로 배열되거나, 복수개의 냉각핀이 배열되거나, 복수개의 선형 돌기가 미리 설정된 간격으로 이격되어 형성되거나, 복수개의 냉각핀 어레이로 형성될 수 있다. 가이드 패턴은 제1 크기의 선형 가이드 핀 사이에 제1 크기 보다 작은 제2 크기의 선형 가이드 핀이 형성될 수 있다. 가이드 패턴이 복수개의 냉각핀으로 형성될 경우, 방사 방향 중심측에서 외측으로 갈수록 냉각핀의 크기가 작아지거나 커지도록 형성될 수 있다. 또한, 복수개의 냉각핀은 불규칙한 방향으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에서 가이드 패턴이 복수개의 선형 돌기로 형성될 경우, 복수개의 선형 돌기는, 연소 라이너의 표면 또는 트랜지션 피스의 표면을 유동하는 압축공기의 진행 방향과 평행한 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 복수개의 선형 돌기는, 방사 방향 중심측에서 외측으로 갈수록 복수개의 선형 돌기 사이의 간격이 작아지도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에서 제1 영역은 냉각홀의 위치에 따라 달라질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에서 제2 터뷸레이터 패턴은 복수개의 돌출부와 홈부를 포함할 수 있다. 돌출부는 연소 라이너의 표면 또는 트랜지션 피스의 표면을 유동하는 압축공기의 진행 방향과 수직인 방향으로 라인 형상으로 돌출되어 형성된다. 홈부는 복수개의 돌출부 사이에 형성된다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈은 압축기, 연소기, 터빈을 포함한다. 압축기는 공기를 압축시키기 위한 것이다. 연소기는 압축기로부터 압축된 공기를 유입받아 연료와 혼합하여 연소시킨다. 터빈은 연소기로부터 연소된 가스에 의해 회전하여 동력을 발생시킨다. 연소기는 연소 라이너, 트랜지션 피스, 슬리브, 유동공간, 냉각홀, 제1 터뷸레이터 패턴, 제2 터뷸레이터 패턴을 포함한다. 트랜지션 피스는 연소 라이너에 결합되며 연소 라이너의 연소가스를 터빈으로 공급한다. 슬리브는 연소 라이너와 트랜지션 피스를 둘러싸도록 이격 형성된다. 유동공간은 연소 라이너 및 트랜지션 피스와 슬리브 사이에 형성된다. 냉각홀은 슬리브에 형성되며, 압축기로부터 배출된 압축공기를 유동공간으로 유입한다. 제1 터뷸레이터 패턴은 연소 라이너의 표면 또는 트랜지션 피스의 표면에서, 냉각홀을 통해 유입되는 압축공기가 충돌하는 제1 영역에 형성된다. 제2 터뷸레이터 패턴은 연소 라이너의 표면 또는 트랜지션 피스의 표면에서, 냉각홀을 통해 유입되는 압축공기가 충돌하지 않는 제2 영역에 제1 터뷸레이터 패턴과 다른 형상으로 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 연소기에서 제1 터뷸레이터 패턴은 코어 패턴과 가이드 패턴을 포함할 수 있다. 코어 패턴에는 냉각홀을 통해 유입되는 압축공기가 충돌한다. 가이드 패턴은 코어 패턴에 충돌된 압축공기를 가이드한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 연소기에서 가이드 패턴은 복수개의 선형 가이드 핀이 방사 방향으로 배열되거나, 복수개의 냉각핀이 방사 방향으로 배열되거나, 복수개의 선형 돌기가 미리 설정된 간격으로 이격되어 형성되거나, 복수개의 냉각핀 어레이로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 연소기에서 제2 터뷸레이터 패턴은 복수개의 돌출부와 홈부를 포함할 수 있다. 돌출부는 연소 라이너의 표면 또는 트랜지션 피스의 표면을 유동하는 압축공기의 진행 방향과 수직인 방향으로 라인 형상으로 돌출되어 형성된다. 홈부는 복수개의 돌출부 사이에 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 연소기에서 제1 영역은 냉각홀의 위치에 따라 달라질 수 있다.

본 발명에 의하면, 냉각홀을 통해 유입되는 압축공기의 충돌냉각에 의한 연소 라이너 또는 트랜지션 피스의 냉각성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 연소기가 도시된 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 연소 라이너가 도시된 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 연소 라이너 일부가 도시된 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 터뷸레이터 패턴이 도시된 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 터뷸레이터 패턴이 도시된 개념도이다.
도 7 내지 도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 터뷸레이터 패턴의 다양한 구현 형태가 도시된 평면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 연소기가 도시된 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 압축기(1100), 연소기(1200), 터빈(1300)을 포함한다. 연소기(1200)는 연료 노즐 조립체(1220), 연소 챔버(1210), 슬리브(1211), 엔드 플레이트(1213)을 포함한다.

연소 챔버(1210)는 연소 라이너(1212), 트랜지션 피스(1217)에 형성된 공간이다. 슬리브(1211)는, 연소 라이너(1212)를 둘러싸며, 일 방향으로 연장되어 형성된다. 연소 라이너(1212)는 슬리브(1211) 내부에 슬리브(1211)의 연장 방향을 따라 형성된다. 연소 라이너(1212)가 슬리브(1211)와 소정 간격으로 이격되어 배치되며, 슬리브(1211)와 연소 라이너(1212) 사이에는 환형의 유동공간(1215)이 형성된다. 엔드 플레이트(1213)는 슬리브(1211)의 단부에서 슬리브(1211)와 결합하여 슬리브(1211)를 밀봉한다. 엔드 플레이트(1213)는 연료 노즐(1221)에 연료를 공급하는 매니 폴드, 관련 밸브 등과 결합될 수 있다.

연료 노즐 조립체(1220)는 연소 라이너(1212)에 연결된다. 연료 노즐 조립체(1220)는 복수의 연료 노즐을 구비한다.

각 연료 노즐 (1221)에서는 압축공기와 연료가 혼합된다. 연료 노즐(1221)은 일단이 엔드 플레이트(1213)에 의해 지지된다.

압축기(1100)에서 압축된 공기는 슬리브(1211)에 형성된 냉각홀(1216)을 통해 유입되어 연소 라이너(1212)를 냉각시키면서 유동공간(1215)을 따라 유동한다. 유동공간(1215)을 따라 유동한 압축된 공기는 슬리브(1211)의 단부에 위치한 엔드 플레이트(1213)에 도달한다. 압축된 공기는 엔드 플레이트(1213)에서 방향을 전환하여 연료 노즐 조립체(1220)의 입구로 유입된다. 유입된 압축된 공기는 연료 노즐(1221)을 통해 주입된 연료와 혼합되면서 연소 라이너(1212)와 트랜지션 피스(1217) 내부로 형성된 연소 쳄버(1210)으로 이동한다. 연소 쳄버(1210)에서는 점화 플러그(미도시)에 의해 점화가 되어 연소가 일어난다. 이후 연소된 가스는 터빈(1300)으로 배출되어 터빈(1300)을 회전시킨다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 연소 라이너가 도시된 부분 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 연소 라이너 일부가 도시된 측단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 터뷸레이터 패턴이 도시된 개념도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 터뷸레이터 패턴이 도시된 개념도이다. 도 3에서 도면부호 A는 연소 라이너 표면의 일부를 확대 도시한 것이다.

도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 라이너(1212) 표면에는 유입된 압축공기에 의한 냉각 효율을 향상시키기 위한 터뷸레이터 패턴(2100, 2200)이 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 라이너(1212) 표면에는 서로 상이한 형상의 제1 터뷸레이터 패턴(2100)과 제2 터뷸레이터 패턴(2200)이 형성된다. 이하에서는 터뷸레이터 패턴(2100, 2200)이 연소 라이너(1212) 표면에 형성된 것으로 설명하나, 터뷸레이터 패턴(2100, 2200)은 연소 라이너(1212)의 표면 뿐만 아니라, 트랜지션 피스(1217)의 표면에도 형성될 수 있다.

제1 터뷸레이터 패턴(2100)은 슬리브(1211)에 형성된 냉각홀(1216)을 통해 유입되는 압축공기가 충돌하는 제1 영역에 형성된다. 제1 영역은 냉각홀(1216)의 위치에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 유동공간(1215)의 상류에 형성된 냉각홀(1216a)을 통해 유입된 압축공기는 연소 라이너(1212) 표면과 실질적으로 수직 방향으로 유입되지만, 유동공간(1215) 하류에 형성된 냉각홀(1216b)를 통해 유입된 압축공기는 유동공간(1215)의 상류에서부터 유동하는 압축공기의 영향으로 인해 압축공기의 유동방향 쪽으로 소정 각도 기울어지면서 유입된다. 따라서, 냉각홀을 통해 유입된 압축공기가 연소 라이너(1212) 표면과 충돌 냉각하는 제1 영역은 냉각홀의 위치에 따라 달라질 수 있다.

제1 터뷸레이터 패턴(2100)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 코어 패턴(2110)과 가이드 패턴(2120)으로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서 코어 패턴(2110)은 가이드 패턴(2120)에 의해 자연스럽게 형성될 수도 있다.

코어 패턴(2110)은 냉각홀(1216)을 통해 유입되는 압축공기가 충돌하기에 적합한 형상으로 형성된다. 코어 패턴(2110)은 압축공기의 충돌 효율을 높이기 위해 소정 형상의 평면으로 형성될 수 있다. 코어 패턴(2110)은 원형, 타원형, 그리고 다각 형상 중 적어도 어느 하나의 평면 형상으로 형성될 수 있다.

가이드 패턴(2120)은 코어 패턴(2110)에 충돌되어 퍼지는 압축공기를 가이드하기에 적합한 형상으로 형성된다. 가이드 패턴(2120)은 압축공기가 코어 패턴(2110)에 충돌된 후, 방사 방향으로 퍼지는 것을 가이드하여 코어 패턴(2110) 주변의 냉각 효율을 향상시킨다. 가이드 패턴(2120)은 코어 패턴(2110)과 유사하게 원형, 타원형, 그리고 다각 형상 중 적어도 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.

제2 터뷸레이터 패턴(2200)은 냉각홀(1216)을 통해 유입되는 압축공기가 충돌하지 않는 제2 영역에 형성된다. 제2 영역은 연소 라이너(1212) 표면 중에서 제1 영역을 제외한 영역일 수 있다. 제2 영역은 냉각홀을 통해 기 유입된 압축공기가 유동하는 영역으로, 새로이 유입되는 압축공기에 의한 충돌냉각이 발생하지 않는 영역이다.

제2 터뷸레이터 패턴(2200)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 복수개의 돌출부(2210)와 홈부(2220)를 포함할 수 있다. 돌출부(2210)는 압축공기의 유동 방향과 실질적으로 수직인 방향으로 라인 형상으로 돌출 형성된다. 홈부(2220)는 복수개의 돌출부(2210) 사이에 형성된다.

유동공간(1215)을 유동하는 압축공기(C) 중에서 연소 라이너(1212)와 트랜지션 피스(1217) 표면 근처를 유동하는 압축공기는 돌출부(2210)에 의해 포획되어 홈부(2220) 내에서 맴돌게 된다. 홈부(2220) 내에서 맴도는 압축공기에 의해 연소 라이너(1212)는 냉각된다.

제1 터뷸레이터 패턴(2100)은 압축공기가 직접 충돌하는 영역이므로, 제2 터뷸레이터 패턴(2200)과 같이 압축공기를 포획하는 구조가 필요없으나, 제2 터뷸레이터 패턴(2200)은 압축공기가 직접 충돌하지 않고 유동하는 압축공기를 이용하여 연소 라이너(1212)를 냉각시키므로 압축공기를 포획하는 구조가 필요하다.

종래에는 연소 라이너 표면에 아무런 패턴이 없거나 또는 압축공기의 충돌 영역과는 상관없이 냉각을 위한 터뷸레이터를 형성한다. 반면에, 본 발명의 실시예에서는 압축공기가 충돌되는 영역에 코어 패턴(2110)을 형성하고, 코어 패턴(2110)에 충돌한 후 압축공기가 방사 방향으로 퍼지도록 가이드함으로써, 충돌 영역(제1 영역)의 충돌 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 압축공기가 충돌되지 않는 비충돌 영역(제2 영역)에는 유동하는 압축공기를 포획할 수 있는 구조를 형성하여 비충돌 영역의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

도 7 내지 도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 터뷸레이터 패턴의 다양한 구현 형태가 도시된 평면도이다. 이하에서는 도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 터뷸레이터 패턴 및 제2 터뷸레이터 패턴의 다양한 구현 형태를 설명한다. 도 7 내지 도 10에서 제2 터뷸레이터 패턴(2200)은 도 1 내지 도 6에서 설명한 것과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 또한, 코어 패턴(2111 ~ 2114)도 이미 설명한 것과 동일한 부분은 설명을 생략한다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 제1 터뷸레이터 패턴(2201)은 코어 패턴(2111)과, 방사 방향으로 배열된 복수개의 선형 가이드 핀(G)으로 이루어지는 가이드 패턴(2121)을 포함할 수 있다. 선형 가이드 핀(G)은 연소 라이너(1212) 표면에서 소정 길이(예를 들어, 1~2 mm) 돌출되어 형성되며, 복수개의 선형 가이드 핀(G)이 코어 패턴(2111)을 중심으로 방사 방향으로 배열된다. 압축공기가 코어 패턴(2111)에 충돌된 후, 주변 방향으로 퍼지게 되고, 퍼지는 압축공기는 돌출 형성된 복수개의 선형 가이드 핀(G)에 의해 방사 방향으로 가이드되면서 충돌 영역의 연소 라이너(1212) 표면을 냉각시킨다.

한편, 도 7b에 도시된 바와 같이, 제1 크기의 선형 가이드 핀(G) 사이에 제1 크기 보다 작은 제2 크기의 선형 가이드 핀(G)이 형성될 수 있다. 물론, 선형 가이드 핀(G)은 2 가지 크기에 한정되지 않고, 다양한 크기로 형성될 수 있다.

도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 제1 터뷸레이터 패턴(2202)은 코어 패턴(2112)과, 방사 방향으로 배열된 복수개의 냉각핀(P)으로 이루어지는 가이드 패턴(2122)을 포함할 수 있다. 압축공기가 코어 패턴(2112)에 충돌된 후, 주변 방향으로 퍼지게 되고, 퍼지는 압축공기는 복수개의 냉각핀(P) 사이를 유동한다. 압축공기는 냉각핀(P)을 에워싸면서 유동하여 냉각핀(P)의 열을 흡수하게 된다. 연소 라이너(1212) 내부에서 발생한 열은 냉각핀(P)을 통해 방출되어 연소 라이너(1212)는 냉각된다. 또한, 냉각핀(P)은 코어 패턴(2112) 주변에 방사 방향으로 형성되어 코어 패턴(2112)과 충돌한 압축공기의 유동 방향을 방사 방향으로 유도할 수 있다.

복수개의 냉각핀(P)은 다양한 크기로 형성될 수 있다. 도 8a와 같이 복수개의 냉각핀(P)은 방사 방향 중심측에서 외측으로 갈수록 냉각핀(P)의 크기가 작아지도록 형성될 수 있다. 또한, 도 8b와 같이 복수개의 냉각핀(P)은 방사 방향 중심측에서 외측으로 갈수록 냉각핀(P)의 커지도록 형성될 수 있다. 또한, 도 8c와 같이 같은 크기의 냉각핀(P)이 방사 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 도 8d와 같이 복수개의 냉각핀(P)이 불규칙한 방향으로 형성될 수 있다. 이와 같은 냉각핀(P) 배치를 통해 압축공기가 접촉할 수 있는 면적을 넓혀 전체적으로 균일한 냉각 효과를 발생시킬 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제1 터뷸레이터 패턴(2203)은 코어 패턴(2113)과, 미리 설정된 간격으로 이격되어 형성된 복수개의 선형 돌기(S)로 이루어지는 가이드 패턴(2123)을 포함할 수 있다. 복수개의 선형 돌기(S)는 연소 라이너(1212)의 표면을 유동하는 압축공기의 진행 방향(C)과 평행한 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 복수개의 선형 돌기(S)는 제2 터뷸레이터 패턴(2200)의 방향과 수직인 방향으로 형성될 수 있다.

압축공기가 코어 패턴(2113)에 충돌된 후, 주변 방향으로 퍼지게 되고, 퍼지는 압축공기는 복수개의 선형 돌기(S) 사이 및 위를 유동한다.

코어 패턴(2113)에 충돌하여 퍼지는 압축공기 중에서, 선형 돌기(S) 사이를 유동하는 압축공기는 선형 돌기(S)에 의해 가이드되면서 충돌 영역의 연소 라이너(1212) 표면을 냉각시킨다.

코어 패턴(2113)에 충돌하여 퍼지는 압축공기 중에서 선형 돌기(S) 위를 유동하는 압축공기 (I)는 선형 돌기들 사이로 포획되어 선형 돌기들 사이의 공간에서 맴돌게 되고, 맴도는 압축공기에 의해 연소 라이너(1212)는 냉각된다.

복수개의 선형 돌기(S)는 방사 방향 중심측에서 외측으로 갈수록 선형 돌기(S) 사이의 간격이 작아지도록 형성할 수 있다. 방사 방향 중심측은 외측에 비해 압축공기의 속도가 상대적으로 빠르므로 선형 돌기(S) 사이의 간격을 크게 하고, 외측에서는 압축공기의 속도가 상대적으로 느리므로, 선형 돌기(S) 사이의 간격을 작게하여 전체적으로 균일한 냉각 효과를 발생시킬 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 제1 터뷸레이터 패턴(2204)은 코어 패턴(2114)과, 복수개의 냉각핀 어레이(R)로 형성되는 가이드 패턴(2124)을 포함할 수 있다. 압축공기가 코어 패턴(2114)에 충돌된 후, 주변 방향으로 퍼지게 되고, 퍼지는 압축공기는 복수개의 냉각핀 어레이(R) 사이를 유동하면서 냉각핀(P)의 열을 흡수하게 된다. 연소 라이너(1212) 내부에서 발생한 열은 냉각핀 어레이(R)를 통해 방출되어 연소 라이너(1212)는 냉각된다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 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.

1000 : 가스터빈 1100 : 압축기
1110 : 블레이드 1200 : 연소기
1210 : 연소 챔버 1211 : 슬리브
1212 : 연소 라이너 1213 : 엔드 플레이트
1215 : 유동공간 1216 : 냉각홀
1217 : 트랜지션 피스 1220 : 연료 노즐 조립체
1221 : 연료 노즐 1300 : 터빈
2100 : 제1 터뷸레이터 패턴 2200 : 제2 터뷸레이터 패턴
2110 : 코어 패턴 2120 : 가이드 패턴

Claims

연소 라이너;
상기 연소 라이너에 결합되며 상기 연소 라이너의 연소가스를 터빈으로 공급하는 트랜지션 피스;
상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스를 둘러싸도록 이격 형성되는 슬리브;
상기 연소 라이너 및 트랜지션 피스와, 상기 슬리브 사이에 형성된 유동공간;
상기 슬리브에 형성되며, 압축기로부터 배출된 압축공기를 상기 유동공간으로 유입하는 냉각홀;
상기 연소 라이너의 표면 또는 상기 트랜지션 피스의 표면에 형성되며, 상기 냉각홀을 통해 유입되는 압축공기가 충돌하는 제1 영역에 형성되어, 상기 압축공기가 상기 연소 라이너의 표면 또는 상기 트랜지션 피스의 표면에 충돌된 후, 방사 방향으로 퍼지는 것을 가이드하는 제1 터뷸레이터 패턴; 및,
상기 연소 라이너의 표면 또는 상기 트랜지션 피스의 표면에 형성되며, 상기 냉각홀을 통해 유입되는 압축공기가 충돌하지 않는 제2 영역에 상기 제1 터뷸레이터 패턴과 다른 형상으로 형성된 제2 터뷸레이터 패턴;을 포함하는 연소기.
제1항에 있어서,
상기 제1 터뷸레이터 패턴은
상기 냉각홀을 통해 유입되는 압축공기가 충돌하는 코어 패턴과,
상기 코어 패턴에 충돌된 압축공기를 가이드하는 가이드 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기.
제2항에 있어서,
상기 코어 패턴은 단면이 원형, 타원형, 그리고 다각 형상 중 적어도 어느 하나의 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 연소기.
제2항에 있어서,
상기 가이드 패턴은 복수개의 선형 가이드 핀이 방사 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 연소기.
제2항에 있어서,
상기 가이드 패턴은 제1 크기의 선형 가이드 핀 사이에 제1 크기 보다 작은 제2 크기의 선형 가이드 핀이 형성된 것을 특징으로 하는 연소기.
제2항에 있어서,
상기 가이드 패턴은 복수개의 냉각핀이 배열되는 것을 특징으로 하는 연소기.
제6항에 있어서,
상기 복수개의 냉각핀은 방사 방향으로 형성되며, 방사 방향 중심에서 외측으로 갈수록 냉각핀의 크기가 작아지는 것을 특징으로 하는 연소기.
제6항에 있어서,
상기 복수개의 냉각핀은 방사 방향으로 형성되며, 방사 방향 중심에서 외측으로 갈수록 냉각핀의 크기가 커지는 것을 특징으로 하는 연소기.
제6항에 있어서,
상기 복수개의 냉각핀은 불규칙한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연소기.
제2항에 있어서,
상기 가이드 패턴은 복수개의 선형 돌기가 미리 설정된 간격으로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 연소기.
제10항에 있어서,
상기 복수개의 선형 돌기는 상기 연소 라이너의 표면 또는 상기 트랜지션 피스의 표면을 유동하는 압축공기의 진행 방향과 평행한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연소기.
제11항에 있어서,
방사 방향 중심에서 외측으로 갈수록 상기 복수개의 선형 돌기 사이의 간격이 작아지는 것을 특징으로 하는 연소기.
제2항에 있어서,
상기 가이드 패턴은 복수개의 냉각핀 어레이로 형성되는 것을 특징으로 하는 연소기.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 영역은 상기 냉각홀의 위치에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 연소기.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 터뷸레이터 패턴은
상기 연소 라이너의 표면 또는 상기 트랜지션 피스의 표면을 유동하는 압축공기의 진행 방향과 수직인 방향으로 라인 형상으로 돌출 형성된 복수개의 돌출부와,
상기 복수개의 돌출부 사이에 형성된 홈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기.
공기를 압축시키기 위한 압축기와, 상기 압축기로부터 압축된 공기를 유입받아 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기와, 상기 연소기로부터 연소된 가스에 의해 회전하여 동력을 발생시키는 터빈을 포함하며,
상기 연소기는
연소 라이너와,
상기 연소 라이너에 결합되며 상기 연소 라이너의 연소가스를 터빈으로 공급하는 트랜지션 피스와,
상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스를 둘러싸도록 이격 형성되는 슬리브와,
상기 연소 라이너 및 트랜지션 피스와, 상기 슬리브 사이에 형성된 유동공간과,
상기 슬리브에 형성되며, 상기 압축기로부터 배출된 압축공기를 상기 유동공간으로 유입하는 냉각홀과
상기 연소 라이너의 표면 또는 상기 트랜지션 피스의 표면에 형성되며, 상기 냉각홀을 통해 유입되는 압축공기가 충돌하는 제1 영역에 형성되어, 상기 압축공기가 상기 연소 라이너의 표면 또는 상기 트랜지션 피스의 표면에 충돌된 후, 방사 방향으로 퍼지는 것을 가이드하는 제1 터뷸레이터 패턴; 및,
상기 연소 라이너의 표면 또는 상기 트랜지션 피스의 표면에서, 상기 냉각홀을 통해 유입되는 압축공기가 충돌하지 않는 제2 영역에 상기 제1 터뷸레이터 패턴과 다른 형상으로 형성된 제2 터뷸레이터 패턴을 구비하는 가스 터빈.
제16항에 있어서,
상기 제1 터뷸레이터 패턴은
상기 냉각홀을 통해 유입되는 압축공기가 충돌하는 코어 패턴과,
상기 코어 패턴에 충돌된 압축공기를 가이드하는 가이드 패턴을 포함하는 가스 터빈.
제17항에 있어서,
상기 가이드 패턴은
복수개의 선형 가이드 핀이 방사 방향으로 배열되거나,
복수개의 냉각핀이 방사 방향으로 배열되거나,
복수개의 선형 돌기가 미리 설정된 간격으로 이격되어 형성되거나,
복수개의 냉각핀 어레이로 형성되는 가스 터빈.
제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 터뷸레이터 패턴은
상기 연소 라이너의 표면 또는 상기 트랜지션 피스의 표면을 유동하는 압축공기의 진행 방향과 수직인 방향으로 라인 형상으로 돌출 형성된 복수개의 돌출부와,
상기 복수개의 돌출부 사이에 형성된 홈부를 포함하는 가스 터빈.
제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 영역은 상기 냉각홀의 위치에 따라 달라지는 가스 터빈.